背光模组、空间光调制器、全息显示装置及其显示方法与流程

本发明的实施例涉及一种背光模组、空间光调制器、全息显示装置及其显示方法。

背景技术：

随着显示技术的不断发展，人们对于显示质量和效果有了更高的追求。因此，三维显示技术日渐成为研究和研发的热点。相比于传统的二维显示技术，三维显示技术可呈现出更加真实、更加立体的画面，从而一方面可提高人们的视听享受，另一方面也可提高人们对信息获取、处理、传递以及人机交互的准确度和效率。

目前，三维显示技术主要可以分为：体视三维显示技术、自体视三维显示、空间三维显示技术以及全息三维显示等。而全息显示技术是利用光的干涉原理将物体发出的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，再利用光的衍射原理在一定条件下将物光波还原，从而呈现三维的全息图像。

技术实现要素：

本发明至少一个实施例提供一种背光模组、空间光调制器、全息显示装置及其全息显示方法，从而可同时避免当多个子空间调制器采用同一再现光源而导致的观看效果不良以及当多个子空间调制器采用不同的可独立控制的光源时光源的开关导致的功率不稳定而导致的全息图像效果较差等问题。

本发明至少一个实施例提供一种背光模组，其包括：光源；光学变换器件，与所述光源对应设置并被配置为将所述光源发出的光束变换为相干准直光；以及光开关层，设置在所述光学变换器件远离所述光源的一侧，所述光学变换器件包括多个子光学变换区域，所述光开关层包括多个子光开关，所述多个子光开关与所述多个子光学变换区域一一对应设置。

例如，在本发明一实施例提供一种背光模组中，所述光开关层贴附在所述光学变换器件远离所述光源的一侧。

例如，在本发明一实施例提供一种背光模组中，所述多个子光学变换区域呈阵列设置在所述光学变换器件中，所述多个子光开关呈阵列设置在所述光开关层中。

例如，在本发明一实施例提供一种背光模组中，所述子光开关包括：第一电极；第二电极；以及光学膜层，设置在所述第一电极和所述第二电极之间并配置为在所述第一电极和所述第二电极之间的电场的作用下呈不透明态或透明态。

例如，在本发明一实施例提供一种背光模组中，所述光学膜层包括液晶层和电致变色层至少之一。

例如，在本发明一实施例提供一种背光模组中，所述液晶层包括聚合物分散液晶。

例如，在本发明一实施例提供一种背光模组中，所述第一电极为透明电极，所述第二电极为透明电极。

例如，在本发明一实施例提供一种背光模组中，所述子光开关还包括：第一引线和第二引线，分别与所述第一电极和所述第二电极相连并被配置为分别向所述第一电极和所述第二电极施加电压。

例如，在本发明一实施例提供一种背光模组中，所述光学变换器件包括面状导光板和透镜阵列至少之一。

本发明至少一个实施例提供一种空间光调制器，其具有一入光侧并包括：多个子空间光调制器；以及光开关层，设置在所述空间光调制器的所述入光侧，所述光开关层包括多个子光开关，所述多个子光开关与多个子空间光调制器一一对应设置，所述光开关层贴附在所述空间光调制器的所述入光侧。

例如，在本发明至少一个实施例提供一种全息显示装置，其包括：空间光调制器，包括多个子空间光调制器；以及背光模组，与所述空间光调制器对应设置并被配置为向所述空间光调制器发出相干准直光，所述背光模组包括上述的背光模组，所述多个子空间光调制器与所述多个子光开关一一对应设置。

例如，在本发明一实施例提供的全息显示装置中，所述光开关层贴附在所述光学变换器件远离所述光源的一侧，或者，所述光开关层贴附在所述空间光调制器面向所述光学变换器件的一侧。

例如，在本发明一实施例提供的全息显示装置中，所述子光开关包括：第一电极；第二电极；以及光学膜层，设置在所述第一电极和所述第二电极之间并配置为在所述第一电极和所述第二电极之间的电场的作用下呈不透明态或透明态。

例如，本发明一实施例提供的全息显示装置还包括：偏转系统，设置在所述空间光调制器远离所述背光模组的一侧并被配置为将所述多个子空间光调制器衍射的全息再现光束偏转到同一显示空间。

本发明至少一个实施例提供一种全息显示装置的全息显示方法，其包括：所述多个子空间光调制器依次进行调制以使所述全息显示装置显示不同的帧；以及依次打开所述多个子空间光调制器中加载当前帧的全息图像的所述子空间调制器所对应的所述子光开关，并关闭其他所述子空间光调制器所对应的所述子光开关。

例如，在本发明一实施例提供的全息显示装置的全息显示方法中，所述背光模组为每个所述子空间光调制器提供光源，且所述光源在所述多个子空间光调制器进行调制时常亮。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1为一种采用同一再现光源照射多个子空间光调制器的示意图；

图2为一种再现光源功率随时间变化的曲线图；

图3为本发明一实施例提供的一种背光模组的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的另一种背光模组的正视图；

图5为本发明一实施例提供的另一种背光模组的正视图；

图6为本发明一实施例提供的一种背光模组中子光开关的结构示意图；

图7为本发明一实施例提供的另一种背光模组中子光开关的结构示意图；

图8为本发明一实施例提供的另一种背光模组的结构示意图；

图9为本发明一实施例提供的一种空间光调制器的结构示意图；

图10为本发明一实施例提供的一种全息显示装置的结构示意图；

图11为本发明一实施例提供的另一种全息显示装置的结构示意图；

图12为本发明一实施例提供的一种全息显示装置中偏转系统的工作示意图；以及

图13为本发明一实施例提供的一种全息显示装置的全息显示方法的流程图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

为了更好地进行显示，全息显示装置中的空间光调制器可采用拼接式空间光调制器。拼接式空间光调制器包括多个阵列排布的子空间光调制器，每个子空间光调制器能够独立加载不同的全息图像，并分时显示。在这种全息显示装置中，多个子空间光调制器的再现光源可以为同一再现光源，也可以是根据多个子空间光调制器的显示状态进行独立控制的多个不同的再现光源。然而，当再现光源是同一再现光源时，如图1所示，由于该再现光源是一直处于照明状态，即常亮状态，当子空间光调制器21加载当前帧的全息图像时，而子空间光调制器22未加载当前帧的全息图像(未加载全息图像或正在加载其他帧的全息图像)时，再现光源能够透过该子空间光调制器22，透过的光束将对人眼50观看全息图像的观看效果产生不利影响。而当每个子空间光调制器对应不同的可独立控制的再现光源时，当某一子空间光调制器加载全息图时，其对应的再现光源才被点亮，如图2所示，由于再现光源 发出的光功率从点亮到稳定需要一个过程，在这个过程中，不稳定的再现光束被子空间光调制器上加载的全息图调制所得到的全息图像质量不稳定，从而导致全息图像效果变差。

本发明实施例提供一种背光模组、空间光调制器、全息显示装置及其显示方法。该背光模组包括光源、光学变换器件以及光开关层；光学变换器件与光源对应设置以将光源发出的光学变换为相干准直光；光开关层设置在光学变换器件远离光源的一侧；光学变换器件包括多个子光学变换区域，光开关层包括多个子光开关，多个子光开关与多个子光学变换区域一一对应设置。由此，可通过多个子光开关来分别对该光学变换器件的多个子光学变换区域的出光进行开关，从而可同时避免当多个子空间调制器采用同一再现光源而导致的观看效果不良以及当多个子空间调制器采用不同的可独立控制的光源时光源的开关导致的功率不稳定而导致的全息图像效果较差等问题。该空间光调制器包括多个子空间光调制器以及设置在该空间光调制器的入光侧的光开关层，光开关层包括多个子光开关，多个子光开关与多个子空间光调制器一一对应设置。由此，可通过多个子光开关来分别对该光学变换器件的多个子空间光调制器的入光进行开关，在使用同一光源的前提下，独立控制每个子空间光调制器的入光，从而可同时避免当多个子空间调制器采用同一再现光源而导致的观看效果不良以及当多个子空间调制器采用不同的可独立控制的光源时光源的开关导致的功率不稳定而导致的全息图像效果较差等问题。该全息显示装置及其全息显示方法同样可同时避免当多个子空间调制器采用同一再现光源而导致的观看效果不良以及当多个子空间调制器采用不同的可独立控制的光源时光源的开关导致的功率不稳定而导致的全息图像效果较差等问题，并提供良好的全息显示效果。

下面，结合附图对对本发明实施例提供的背光模组、空间光调制器、全息显示装置及其全息显示方法进行说明。

实施例一

本实施例提供一种背光模组，如图3所示，该背光模组包括光源110、光学变换器件120以及光开光层130。光学变换器件120与光源110对应设置以将光源110发出的光束变换为相干准直光，例如，如图3所示，光学变换器件120设置在光源110的发光侧，光源110发出的光可在光学变换器件120的作用下转换为相干准直光。光开关层130设置在光学变换器件120远 离光源110的一侧，如图3所示，光学变换器件120设置在光源110和光开关层130之间，光源110发出的光先经过光学变换器件120的作用，然后经过光开关层130的作用，若光开光层130处于开启状态(例如，处于透明态)，经过光学变换器件120变换的相干准直光可射出，若光开光层130处于关闭装置，经过光学变换器件120变换的相干准直光不出射。光学变换器件120包括多个子光学变换区域125，光开关层130包括多个子光开关135，多个子光学变换区域125与多个子光开关135一一对应设置。需要说明的是，上述的光源110可为一个单独控制(控制开关、明暗)的光源，但不限于一个具体的发光体。例如，如图3所示，光源110包括两个发光体，当然，光源还可包括发光体阵列。

例如，光源110可发射相干光，然后经过光学变换器件120转换为相干准直光。当然，光源110也可发射非相干光，然后经过光学变换器件120转换为相干准直光。

在本实施例提供的背光模组中，光学变换器件包括多个子光学变换区域，从而多个子光学变换区域可分别将光源发出的光变换为相干准直光，也就是说，多个子光学变换区域可将光源发出的光整形生成再现照明光束，从而每个子光学变换区域的出光都可独立地作为全息显示装置的再现照明光束。多个子光开关与多个子光学变换区域一一对应设置，从而多个子光开关可分别控制多个子光学变换区域的出光。由此，当该背光模组用于全息显示装置时，且多个子光学变换区域对应多个空间光调制器时，可通过多个子光开关控制多个子光学变换区域的出光，以使加载当前帧的全息图像的空间光调制器有光入射并进行调制以形成全息再现光束，而未加载当前帧的全息图像的空间光调制器没有光入射，从而可同时避免当多个子空间调制器采用同一再现光源而导致的观看效果不良以及当多个子空间调制器采用不同的可独立控制的光源时光源的打开和关闭造成的功率不稳定而导致的全息图像效果较差等问题。另外，子光开关层可采用薄膜结构，有利于背光模组的轻薄化，从而有利于整个全息显示装置的轻薄化。

例如，如图3所示，光学变换器件120可包括面状导光板。

例如，在本实施例一示例提供的背光模组中，如图3所示，光开关层130贴附在光学变换器件120远离光源110的一侧。由此，光开关层130可更好地对光学变换器件120的出光进行控制。

例如，在本实施例一示例提供的背光模组中，如图3所示，光开关层130还可包括衬底基板132，多个子光开关135设置在衬底基板132上。例如，衬底基板132可采用透明基板，例如，玻璃基板、石英基板、塑料基板等。由此，可便于光开光层的形成，并贴附在光学变换器件上。

例如，在本实施例一示例提供的背光模组中，多个子光光学变换区域呈阵列设置在光学变换器件中，多个子光开关呈阵列设置在光开关层中。图4为一种如图3所示的背光模组的正视图，如图4所示，多个子光学变换区域125呈阵列设置在光学变换器件120中，多个子光开关135呈阵列设置在光开关层130中。如图4所示，子光学变换区域的形状可为矩形。图5为另一种如图3所示的背光模组的正视图，如图5所示，子光学变换区域的形状为圆形。当然，本发明实施例包括但不限于此，子光学变换区域的形状还可根据实际情况选择其他形状。

例如，在本实施例一示例提供的背光模组中，如图6所示，子光开关135可包括第一电极1351、第二电极1352以及光学膜层1353。光学膜层1353设置在第一电极1351和第二电极1352之间并可在第一电极1351和第二电极1352之间的电场的作用下呈不透明态或透明态。当光学膜层1353呈不透明态时，该子光开光对应的子光学变换区域变换的光无法从该子光开关射出，而当光学膜层1353为透明态时，该子光开关对应的子光学变换区域变换的光可从该子光开关射出。由于子光开关层为薄膜结构，有利于背光模组的轻薄化，从而有利于整个全息显示装置的轻薄化。

例如，在本实施例一示例提供的背光模组中，如图4和5所示，子光开关135还可包括第一引线1354和第二引线1355。第一引线1354和第二引线1355可分别与第一电极1351、第二电极1352相连并分别向第一电极1351和第二电极1352施加电压。

例如，在本实施例一示例提供的背光模组中，光学膜层可包括液晶层和电致变色层中的至少之一。由此，该光学膜层可实现在第一电极和第二电极之间的电场的作用下呈不透明态或透明态。当然，本发明实施例包括但不限于此，该光学膜层还可为其他可实现在第一电极和第二电极之间的电场的作用下呈不透明态或透明态的光学膜层。

例如，在本实施例一示例提供的背光模组中，光开关层可为柔性光开关层，以适应柔性的光学转换器件。

例如，如图7所示，光学膜层1353为液晶层，当光学膜层包括液晶层时，液晶层可为聚合物分散液晶。

例如，在本实施例一示例提供的背光模组中，第一电极可为透明电极、第二电极也可为透明电极。当然，本发明实施例包括但不限于此，第一电极和第二电极也可为其他电极，例如，不透明的金属网格。需要说明的是，当第一电极和第二电极为金属网格时，虽然第一电极和第二电极本身不透明，但是由于金属网格中金属丝围成的区域与金属丝所占面积的比例较大，仍可使子光开关实现透明状态。

例如，在本实施例一示例提供的背光模组中，光学变换器件可包括面状导光板和透镜阵列中的至少之一。如图8所示，光学变换器件120包括透镜阵列，例如，各子光学变换区域125可为一个透镜。当然，光学变换器件可包括面状导光板或面状导光板和透镜阵列的组合，本发明实施例在此不作限制。当光学变换器件为面状导光板时，多个子光学变换区域可为虚拟的区域；而当光学变换器件为透镜阵列时，多个子光学变换区域可为透镜阵列。

实施例二

本实施例提供一种空间光调制器，如图9所示，该空间光调制器200具有一入光侧210，该空间光调制器200可加载全息图像，对从入光侧210入射的再现光,(例如，相干准直光)进行调制，从而在与入光侧210相对的一侧显示全息图像。该空间光调制器200可包括多个子空间光调制器250以及光开关层130，光开关层130设置在空间光调制器250的入光侧，光开关层130包括多个子光开关135，多个子光开关135与多个子空间光调制器250一一对应设置。

在本实施例提供的空间光调制器中，空间光调制器包括多个子空间光调制器，从而多个子空间光调制器可分别进行调制以显示不同的全息图像。多个子光开关与多个子空间光调制器一一对应设置，从而多个子光开关可分别控制多个子空间光调制器的进光。由此，当该背光模组用于全息显示装置时，可通过多个子光开关控制多个子空间光调制器的进光，以使加载当前帧全息图像的空间光调制器有光入射并进行调制，而未加载当前帧的全息图像的空间光调制器没有光入射，从而可同时避免当多个子空间调制器采用同一再现光源而导致的观看效果不良以及当多个子空间调制器采用不同的可独立控制的光源时光源的开关导致的功率不稳定而导致的全息图像效果较差等问 题。另外，子光开关层可采用薄膜结构，有利于空间光调制器的轻薄化，从而有利于整个全息显示装置的轻薄化。

例如，在本实施例一示例提供的光调制器中，如图9所示，光开关层130贴附在入光侧210。由此，光开关层130可更好地对多个子空间光调制器250的入光进行控制。

实施例三

本实施例提供一种全息显示装置，如图10和11所示，该全息显示装置包括空间光调制器200以及背光模组100。背光模组100与空间光调制器200对应设置并用于向空间光调制器200发出相干准直光，空间光调制器200包括多个子空间光调制器250，背光模组100包括光源110、光学变换器件120以及光开光层130。光学变换器件120与光源110对应设置以将光源110发出的光束变换为相干准直光，光开关层130设置在光学变换器件120远离光源110的一侧，光学变换器件120包括多个子光学变换区域125，光开关层130包括多个子光开关135，多个子光学变换区域125与多个子光开关135一一对应设置；多个子光开关135与多个子空间调制器250也一一对应设置。需要说明的是，上述的光源110可为一个单独控制(控制开关、明暗)的光源，但不限于一个具体的发光体。例如，如图10和11所示，光源110包括两个发光体，当然，光源还可包括发光体阵列。

在本实施例提供的全息显示装置中，光源发出的光可分别经过光学变换器件的多个子光学变换区域变换为相干准直光，也就是说，多个子光学变换区域可将光源发出的光整形生成再现照明光束，通过与多个子光学变换区域一一对应设置的多个子光开关可分别控制多个子光学变换区域的出光或者与多个子光开关一一对应设置的多个子空间调制器的进光，从而使加载当前帧全息图像的空间光调制器有光入射并进行调制，而未加载当前帧的全息图像的空间光调制器没有光入射，从而可同时避免当多个子空间调制器采用同一再现光源而导致的观看效果不良以及当多个子空间调制器采用不同的可独立控制的光源时光源的开关导致的功率不稳定而导致的全息图像效果较差等问题。另外，子光开关层可采用薄膜结构，有利于整个全息显示装置的轻薄化。

例如，在本实施例一示例提供的全息显示装置中，如图10所示，光开关层130贴附在光学变换器件120远离光源110的一侧。由此，光开关层130可更好地对光学变换器件120的出光进行控制。

例如，在本实施例一示例提供的全息显示装置中，如图11所示，光开关层130可贴附在空间光调制器200面向光学变换器件120的一侧。由此，光开关层130可更好地空间光调制器200的入光进行控制。

例如，在本实施例一示例提供的全息显示装置中，如图10和11所示，光开关层130还可包括衬底基板132，多个子光开关135设置在衬底基板132上。例如，衬底基板132可采用透明基板，例如，玻璃基板、石英基板、塑料基板等。由此，可便于光开光层的形成，并贴附在光学变换器件上。

例如，在本实施例一示例提供的全息显示装置中，子光开关可包括第一电极、第二电极以及光学膜层。光学膜层设置在第一电极和第二电极之间并可在第一电极和第二电极之间的电场的作用下呈不透明态或透明态。具体的配置和效果可参见实施例一中的相关描述，本发明实施例在此不再赘述。

例如，在某一时刻，某一子空间光调制器加载当前帧的全息图像时，可同步控制该子空间光调制器所对应的子光开关中第一电极和第二电极施加的电场，从而通过电场控制子光开关处于透明态，即，打开状态；此时，经过光学变化器件上对应的子光学变化区域的再现照明光束能够穿过该子光开关并照亮对应的子空间光显示器上的全息图像，实现全息重建并产生全息再现光束；而对于其他未加载当前帧的全息图像的子空间调制器，可同步控制他们所对应的子光开关中第一电极和第二电极施加的电场，从而通过电场控制子光开关处于不透明态，即，关闭状态；此时，经过光学变化器件上对应的子光学变化区域的再现照明光束不能通过子光开关，从而不会对当前帧的全息图像造成不良影响。

例如，如图10和11所示，本实施例一示例提供的全息显示装置还可包括偏转系统300，偏转系统300设置在空间光调制器200远离背光模组100的一侧并可将多个子空间光调制器250衍射的全息再现光束偏转到同一显示空间，以在同一显示空间进行分时显示，从而使得观察者在观察全息再现图像时不会产生全息再现图像不连续的感觉。

例如，偏转系统300可包括半透半反镜。如图12所示，偏转系统300包括半透半反镜310和反射镜320。空间光调制器200包括第一子空间光调 制器250a和第二子空间光调制器250b，第一子空间光调制器250a衍射的全息再现光束可透过半透半反镜310在显示空间410进行显示，第二子空间光调制器250b衍射的全息再现光束可通过反射镜320和半透半反镜310的反射在显示空间410进行显示。由此，第一子空间光调制器250a和第二子空间光调制器250b衍射的全息再现光束都在显示空间410进行显示。从而当第一子空间光调制器250a和第二子空间光调制器250b进行分时显示时，观察者在观察全息再现图像时不会产生全息再现图像不连续的感觉。需要说明的是，上述的示例仅以空间光调制器包括两个子空间光调制器为例进行了说明，当然，本发明实施例包括但不限于此，空间光调制器可包括多个子空间光调制器，对应地，偏转系统也可根据需要做出对应的改变。

实施例四

本实施例提供一种全息显示装置的全息显示方法，该全息显示装置可采用上述实施例三种任一项所述的全息显示装置，如图13所示，该全息显示方法包括步骤S401-S402.

步骤S401：多个子空间光调制器依次进行调制以使全息显示装置显示不同的帧。

步骤S402：依次同步打开多个子空间光调制器中加载当前帧的全息图像的子空间调制器所对应的子光开关，并关闭其他子空间光调制器所对应的子光开关。

在本实施例提供的全息显示装置的全息显示方法中，可通过多个子空间光调制器依次进行调制以使全息显示装置显示不同的帧，可不用提高子空间光调制器的全息图像加载速度的前提下，提高该全息显示装置的帧数，从而可使该全息显示装置显示的全息图像更加连续。另外，通过依次同步打开多个子空间光调制器中加载当前帧的全息图像的子空间调制器所对应的子光开关，并关闭其他子空间光调制器所对应的子光开关可使加载当前帧全息图像的空间光调制器有光入射并进行调制以形成全息再现光束，而未加载当前帧的全息图像的空间光调制器没有光入射，从而可同时避免当多个子空间调制器采用同一再现光源而导致的观看效果不良以及当多个子空间调制器采用不同的可独立控制的光源时光源的打开和关闭造成的功率不稳定而导致的全息图像效果较差等问题。

例如，在本实施例一示例提供的全息显示装置的全息显示方法中，背光 模组为每个子空间光调制器提供光源，且光源在多个子空间光调制器进行调制时常亮，从而可避免光源的打开和关闭造成的功率不稳定而导致的全息图像效果较差等问题。

有以下几点需要说明：

(1)本发明实施例附图中，只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或微结构的厚度和尺寸被放大。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。

(3)在不冲突的情况下，本发明同一实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。