用于显示屏的定向像素的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种用于显示屏的定向像素。所述定向像素接收平面光束并且包括光传播层和光栅，所述光栅可以把平面光束的一部分散射为具有由光栅控制的方向和角展度的定向光束。
【专利说明】用于显示屏的定向像素
【背景技术】
[0001] 在显示屏中再生光场的能力是成像和显示技术中的重要需求。光场是在每个方向 上穿过空间中的每一个点行进的所有光线的集合。如果提供关于穿过场景的所有光线的强 度、颜色以及方向的信息，任何自然的、现实世界的场景可以完全通过其光场表现其特征。 目标是使得显示屏的观众能够如同人们亲自体验场景一样地体验场景。
[0002] 电视机、个人计算机、膝上型计算机以及移动装置中的目前可用的显示屏仍大部 分是二维的并且因此不能够准确地再生光场。近来出现了三维（"3D"）显示器，但是其除 了提供有限数量的视图外，角度和空间分辨率也不高。示例包括基于全息摄影、视差屏障或 双凸透镜的3D显示器。
[0003] 这些显示器之间的一个共同的主题是难以制造具有以像素级别精确控制以便对 于大范围的可视图度和空间分辨率实现良好的图像质量的光场的显示器。
【专利附图】
【附图说明】
[0004] 联系下述结合附图进行的详细描述，可以更为全面地理解本申请，在附图中相似 的参考标号自始至终表示相似的部件，并且在附图中：
[0005] 图1图示根据各种实施例的定向像素的示意图；
[0006] 图2图示根据各种实施例的另一定向像素的示意图；
[0007] 图3A-D图示根据各种实施例的定向像素配置的不同横截面；
[0008] 图4图示更加详细地示出图1 一 2的光栅的特性的示意图；
[0009] 图5图示示出根据各种实施例的对光栅的FDTD仿真结果的示意图；
[0010] 图6图示具有根据各种实施例的内置的定向像素的多视图显示屏的示例；
[0011] 图7图示具有根据各种实施例的内置的定向像素的保密显示屏的示例。
【具体实施方式】
[0012] 公开一种用于显示屏的定向像素。所述定向像素接收输入平面光束并且将所述输 入平面光束的受控制的一小部分散射为输出定向光束。所述输入平面光束在与所述定向像 素基本上相同的平面内传播，所述定向像素被设计为基本上平面的。所述定向像素具有需 要的空间方向和需要的角展度，因此有效地生成看起来穿过所述平面的光线。
[0013] 在各种实施例中，所述定向像素具有排列在光传播层中或顶部上的基本上平行的 并且倾斜的沟槽的图案化光栅（patterned grating)。所述光传播层可以是例如由诸如例 如氮化硅（SiN)、玻璃或者石英、铟锡氧化物（"IT0"）或其他材料之类的任何透明材料制 成的透明波导层。在各种实施例中，所述光传播层可存在于可以是不透明（例如硅）、反射 的或者透明的（玻璃）的载体基底（carrier substrate)上。所述图案化光栅可以由刻蚀 在所述光传播层中的沟槽、或者由沉积在所述光传播层顶部上的材料（例如，任何可以被 沉积和刻蚀或剥离的材料，包括任何电介质或金属）制成的沟槽构成。
[0014] 如下面在这里更为详细地描述的，光栅可以通过光栅长度（即，沿输入平面光束 的传播轴的尺寸）、光栅宽度（即，与输入平面光束的传播轴交叉的尺寸）、沟槽取向、间距 和占空比来确定。所述定向光束具有由所述沟槽取向和所述光栅间距决定的方向以及由所 述光栅长度和宽度决定的角展度。通过使用50%或50%左右的占空比，图案化光栅的第二 (second)傅里叶系数变为零，从而防止了在其他不需要的方向上的光的散射。这确保了无 论输出角度如何，只有一个定向光束从定向像素发出。
[0015] 应理解的是，在以下描述中，给出了很多具体的细节以提供对实施例的透彻理解。 但是，应理解的是可以实践所述实施例而不限于这些具体细节。在其他实例中，可能不会详 细描述已知的方法和结构以避免与对实施例的描述产生不必要的混淆。另外，实施例可以 相互结合使用。
[0016] 现在参考图1，描述了根据各种实施例的定向像素的示意图。定向像素100包括光 传播层110中的光栅105。光栅105包括基本上平行并且倾斜的沟槽115,该沟槽115相对 于横穿所述输入光束的传播轴的轴具有沟槽角度9。所述光栅沟槽115的厚度可以对于所 有沟槽基本上相同，从而产生基本上为平面的设计。当入射光以输入平面光束125的形式 冲到所述定向像素100上时，所述光栅105将所述输入平面光束125的受控制的一小部分 散射为定向光束130。
[0017] 应认识到，该基本上平面的设计以及在输入平面光束上形成定向光束130需要具 有比传统衍射光栅小得多的间距的光栅。例如，在利用基本上穿过光栅平面传播的光束照 射时，传统衍射光栅将光散射。这里，光栅105在产生定向光束130时与输入平面光束125 基本上在相同的平面上。这种平面设计使得采用紧凑的集成光源照射成为可能。
[0018] 所述定向光束130通过所述光栅105的特性而被精确控制，所述特性包括光栅长 度L、光栅宽度W、沟槽取向0以及沟槽间距A。具体地，光栅长度L控制沿输入光传播轴 的定向光束130的角展度A ?，并且光栅W控制与输入光传播轴交叉的定向光束130的角 展度A ?，如下：
【权利要求】
1. 一种用于显示屏的定向像素，所述定向像素接收平面光束并且包括： 光传播层；和 光栅，将所述平面光束的一部分散射为具有由光栅控制的方向和角展度的定向光束。
2. 根据权利要求1所述的定向像素，其中所述光传播层包括透明的氮化硅（"SiN"） 层。
3. 根据权利要求1所述的定向像素，其中所述光栅具有大约50%的占空比。
4. 根据权利要求1所述的定向像素，其中所述光栅包括多个基本上平行的并且倾斜的 沟槽，所述沟槽具有间距、取向、长度和宽度。
5. 根据权利要求4所述的定向像素，其中所述间距和取向控制所述定向光束的方向。
6. 根据权利要求4所述的定向像素，其中所述长度和宽度控制所述定向光束的角展 度。
7. 根据权利要求1所述的定向像素，其中所述定向像素基本上是平面的。
8. 根据权利要求1所述的定向像素，其中所述显示屏是多视图显示屏。
9. 根据权利要求1所述的定向像素，其中所述显示屏是保密显示屏。
10. 根据权利要求4所述的定向像素，其中所述光栅的宽度比所述光栅长度小得多，并 且所述显示屏是只有水平视差的显示屏。
11. 一种用于显不屏中的定向像素的光栅，所述光栅将入射的平面光束散射为定向光 束，并且包括多个基本上平行的并且倾斜的沟槽，所述沟槽具有间距、取向、长度和宽度，所 述间距和取向控制方向，所述长度和宽度控制所述定向光束的角展度。
12. 根据权利要求11所述的光栅，其中所述光栅被刻蚀在光传播层上。
13. 根据权利要求11所述的光栅，其中所述光栅被沉积在光传播层的顶部上。
14. 根据权利要求11所述的光栅，其中所述定向光束的方向是所述光栅间距、光栅取 向、所述定向光束的波长和所述光栅的有效折射率的函数。
15. 根据权利要求11所述的光栅，其中所述定向光束的角展度是所述光栅长度、光栅 宽度和所述定向光束的波长的函数。
16. 根据权利要求11所述的光栅，其中所述显示屏是多视图显示屏。
17. 根据权利要求11所述的光栅，其中所述显示屏是保密显示屏。
18. 根据权利要求11所述的光栅，其中所述光栅宽度比光栅长度小得多，并且所述显 示屏是只有水平视差的显示屏。
19. 一种用于显示屏的定向像素，包括： 光传播层，被布置在基底层上以传送平面光束；和 光栅，被布置在所述光传播层中，以将所述平面光束散射为具有由光栅控制的方向和 角展度的定向光束。
20. 根据权利要求19所述的定向像素，其中所述光栅被刻蚀在光传播层上。
21. 根据权利要求19所述的定向像素，其中所述光栅被沉积在光传播层的顶部上。
22. 根据权利要求19所述的定向像素，其中所述显示屏是多视图显示屏。
23. 根据权利要求19所述的定向像素，其中所述显示屏是保密显示屏。
【文档编号】G02B27/22GK104395814SQ201280072412
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2012年4月27日 优先权日:2012年4月27日
【发明者】D.A.法塔尔, J.A.伯鲁格, 彭臻, M.菲奥伦蒂诺, R.G.博梭雷 申请人:镭亚股份有限公司