RU2673013C1 - Coherent lighting device with light recuperation - Google Patents
Coherent lighting device with light recuperation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2673013C1 RU2673013C1 RU2018113739A RU2018113739A RU2673013C1 RU 2673013 C1 RU2673013 C1 RU 2673013C1 RU 2018113739 A RU2018113739 A RU 2018113739A RU 2018113739 A RU2018113739 A RU 2018113739A RU 2673013 C1 RU2673013 C1 RU 2673013C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diffraction gratings
- lgp
- light
- retroreflective
- output
- Prior art date
Links
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 87
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 86
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 74
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 16
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 16
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 11
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000001659 ion-beam spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012821 model calculation Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
- G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
- G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
- G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
- G02B6/0055—Reflecting element, sheet or layer
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
- G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
- G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
- G09G3/34—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source
- G09G3/36—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source using liquid crystals
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
- G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
- G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
- G02B6/0058—Means for improving the coupling-out of light from the light guide varying in density, size, shape or depth along the light guide
- G02B6/0061—Means for improving the coupling-out of light from the light guide varying in density, size, shape or depth along the light guide to provide homogeneous light output intensity
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
- G02F1/1336—Illuminating devices
- G02F1/133615—Edge-illuminating devices, i.e. illuminating from the side
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
- G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
- G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
- G09G3/2092—Details of a display terminals using a flat panel, the details relating to the control arrangement of the display terminal and to the interfaces thereto
- G09G3/2096—Details of the interface to the display terminal specific for a flat panel
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Planar Illumination Modules (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится, в общем, к оптической технике и, более конкретно, к устройствам задней подсветки, обеспечивающим однородное и когерентное освещение на выходе. В частности, настоящее изобретение относится к устройству когерентной подсветки с рекуперацией света, а также к дисплейному устройству, содержащему данное устройство задней подсветки. Предлагаемые устройства задней подсветки могут быть применены для задней подсветки в мобильных устройствах, таких как смартфоны, и системах визуализации, таких как 3D или голографические дисплеи.The present invention relates, in general, to optical technology and, more specifically, to backlight devices providing uniform and coherent output lighting. In particular, the present invention relates to a coherent backlight device with light recovery, as well as to a display device comprising this backlight device. The proposed backlight devices can be used for backlighting in mobile devices such as smartphones and visualization systems such as 3D or holographic displays.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
Наиболее перспективным на современном этапе подходом, применяемым к конструированию устройств задней подсветки (BLU) с учетом необходимости минимизации их толщины, является краевая задняя подсветка. В случае краевой задней подсветки источники света располагаются на краях волновода, как правило, перпендикулярно области освещения. Волновод обычно представляет собой стеклянную световодную пластину (LGP) В качестве источников света для краевой задней подсветки, как правило, используются лазерные диоды. Лазерные диоды располагаются на краях LGP и имеют ограниченную ширину (обычно 5-6 мм). В известных решениях толщина BLU зависит главным образом от ширины лазерного диода, а не от толщины волновода.The most promising approach at the present stage applied to the design of backlight devices (BLU), taking into account the need to minimize their thickness, is the edge backlight. In the case of an edge backlight, the light sources are located at the edges of the waveguide, as a rule, perpendicular to the lighting area. The waveguide is typically a glass light guide plate (LGP). As a rule, laser diodes are used as light sources for edge backlighting. Laser diodes are located at the edges of the LGP and have a limited width (usually 5-6 mm). In known solutions, the thickness of the BLU depends mainly on the width of the laser diode, and not on the thickness of the waveguide.
Непростая задача состоит в том, чтобы обеспечить высокую однородность и высокую коллимацию света на выходе и повысить эффективность его использования.A difficult task is to ensure high uniformity and high collimation of light at the output and increase the efficiency of its use.
На Фиг. 1 схематично показано распространение света в LGP 100 из состава BLU согласно предшествующему уровню техники. LGP 100 имеет две плоские поверхности, на одной из которых установлены вводные дифракционные решетки 101 и выводные дифракционные решетки 102. В рассматриваемом случае данная поверхность является светоиспускающей поверхностью. Как видно из Фиг. 1, вводные дифракционные решетки 101 размещены в области светоиспускающей поверхности, непосредственно примыкающей к торцу LGP. Возле данного торца установлен когерентный источник света (не показан), т.е. рассматривается случай краевой задней подсветки. Свет 103 от источника света попадает на вводные дифракционные решетки 101, дифрагирует на них и направляется внутрь LGP 100 под углом, обеспечивающим полное внутреннее отражение света в LGP 100. Распространяющийся внутри LGP 100 свет падает на выводные дифракционные решетки 102 и, в результате дифракции, частично направляется на наблюдателя 104, в рассматриваем случае фактически перпендикулярно светоиспускающей поверхности, (дифракция -1-го порядка) и частично направляется в противоположном направлении (дифракция +1-го порядка), покидая LGP 100 через поверхность, противолежащую ее светоиспускающей поверхности, т.е. по сути теряется.In FIG. 1 schematically shows the propagation of light in an
Как видно из описываемого принципа работы BLU, после каждого падения на выводные дифракционные решетки 102 свет, распространяющийся в LGP 100, ослабевает. Таким образом, при каждом следующем падении энергия света, выводимого через светоиспускающую поверхность, будет меньше, чем при предыдущем. Это приводит к неоднородности представления выводимой визуальной информации за счет падения интенсивности света по направлению вдоль выводных дифракционных решеток 102. Так, на Фиг. 2 приведены график (верхний), показывающий расчетное пространственное распределение интенсивности, полученное при модельном обсчете выводных дифракционных решеток, и график (нижний), иллюстрирующий реальное падение интенсивности с расстоянием.As can be seen from the described operating principle of the BLU, after each incident on the
Хотя теоретически данный эффект может быть скомпенсирован варьированием эффективности вывода света, на практике такая компенсация навряд ли может быть достигнута вследствие разброса потерь и углов падения в зависимости от длины волны света. Так, на Фиг. 3 приведены графики, иллюстрирующие падение интенсивности света с расстоянием для трех разных длин волн, из которых видно, что синий свет претерпевает наибольшее падение интенсивности, а красный - наименьшее.Although theoretically this effect can be compensated by varying the efficiency of light output, in practice such compensation is unlikely to be achieved due to the spread of losses and incidence angles depending on the wavelength of light. So in FIG. Figure 3 shows graphs illustrating the decrease in light intensity with distance for three different wavelengths, from which it is clear that blue light undergoes the largest drop in intensity and red - the smallest.
Более того, эффективность выводных дифракционных решеток 102 обычно является весьма низкой, и, при ограниченном количестве (обычно несколько десятков) падений света на них, выводные дифракционные решетки 102 не могут выводить весь свет из LGP 100 - часть падающего на них света будет распространяться в направлении противоположного торца LGP 100 (см. Фиг. 1) и рассеиваться наружу через него, т.е. опять же теряться. Здесь следует отметить, что в рассматриваемом случае такое рассеяние является необходимым, так как если бы этот свет был просто отражен на торце LGP и таким образом вернулся внутрь LGP 100 в виде рассеянного света, он стал бы источником шумов, приводящих к снижению качества изображения.Moreover, the efficiency of the
Фиг. 4 иллюстрирует неоднородность распределения яркости примерного изображения вследствие вышеописанных причин. На Фиг. 5 потери света обозначены на реальном оборудовании из состава BLU.FIG. 4 illustrates the heterogeneity of the luminance distribution of an exemplary image due to the above reasons. In FIG. 5 light losses are indicated on real BLU equipment.
В US 2016/0147003 (SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD) предложены устройство задней подсветки (BLU) для бинокулярного голографического дисплейного устройства и бинокулярное голографическое дисплейное устройство, включающее в себя такое BLU. BLU содержит блок источника света, который испускает когерентный свет подсветки, и световодную пластину, которая является прозрачной и имеет поверхность поступления света, на которую падает когерентный свет подсветки, испускаемый блоком источника света, и светоиспускающую поверхность, через которую свет подсветки выводится. Блок источника света включает в себя дефлектор пучка, который регулирует угол падения света подсветки, падающего на световодную пластину.US 2016/0147003 (SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD) proposes a backlight device (BLU) for a binocular holographic display device and a binocular holographic display device including such a BLU. The BLU comprises a light source unit that emits coherent illumination light, and a light guide plate that is transparent and has a light input surface onto which coherent illumination light emitted by the light source unit is incident, and a light emitting surface through which the illumination light is output. The light source unit includes a beam deflector that adjusts the angle of incidence of the backlight incident on the light guide plate.
В US 6580529 (ELOP ELECTRO-OPTICS INDUSTRIES LTD, YEDA RESEARCH AND DEVELOPMENT CO LTD) предложено голографическое оптическое устройство, содержащее светопроводящую подложку, первый голографический оптический элемент, размещенный на подложке, по меньшей мере один второй голографический оптический элемент, размещенный на подложке сбоку от первого голографического оптического элемента, и по меньшей мере один третий голографический оптический элемент, размещенный на подложке и отстоящий в боковом направлении от первого и второго голографических оптических элементов; при этом центр по меньшей мере одного из первого, второго и третьего голографических оптических элементов находится вне одиночной прямой линии.US 6,580,529 (ELOP ELECTRO-OPTICS INDUSTRIES LTD, YEDA RESEARCH AND DEVELOPMENT CO LTD) proposes a holographic optical device comprising a light guide substrate, a first holographic optical element placed on the substrate, at least one second holographic optical element located on the side of the substrate a first holographic optical element, and at least one third holographic optical element located on the substrate and laterally spaced from the first and second holographic optical elements; wherein the center of at least one of the first, second, and third holographic optical elements is outside a single straight line.
Для решений предшествующего уровня техники, включая вышеуказанные два, характерны существенные недостатки, обрисованные выше, которые заключаются в неиспользовании недифрагированного света, рассеиваемого с торца LGP, и неиспользовании света, дифрагировавшего в направлении, обратном от наблюдателя, что выражается в низкой эффективности подсветки. В частности, для купирования вышеописанных неэффективности и неоднородности яркости применяются более мощные источники света, что крайне нежелательно в контексте мобильных устройств, поскольку очевидным образом приводит к более быстрому расходованию аккумуляторной батареи.The prior art solutions, including the above two, are characterized by significant disadvantages outlined above, which are the non-use of undiffracted light scattered from the LGP end and the non-use of light diffracted in the opposite direction from the observer, which results in low backlight efficiency. In particular, to stop the above-described inefficiencies and heterogeneity of brightness, more powerful light sources are used, which is extremely undesirable in the context of mobile devices, since it obviously leads to a faster consumption of the battery.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Целью настоящего изобретения является повышение эффективности подсветки, обеспечиваемой устройством задней подсветки (BLU), за счет увеличения однородности и яркости света, выдаваемого им, без увеличения мощности и/или количества/размеров источников света.The aim of the present invention is to increase the efficiency of the backlight provided by the backlight device (BLU), by increasing the uniformity and brightness of the light emitted by him, without increasing the power and / or number / size of light sources.
Согласно первому аспекту изобретения, предложено BLU для дисплейного устройства, содержащее: световодную пластину (LGP), причем LGP имеет две плоские поверхности и имеет первый торец и второй торец, противоположный первому торцу; одну или более вводных дифракционных решеток, размещенных на одной из упомянутых двух поверхностей, причем эти одна или более вводных дифракционных решеток размещены в области, примыкающей к первому торцу; по меньшей мере один когерентный источник света, выполненный с возможностью подавать когерентный свет в LGP через вводные дифракционные решетки, причем вводные дифракционные решетки приспособлены направлять свет в LGP под таким углом, чтобы обеспечивалось полное внутреннее отражение света внутри LGP; одну или более выводных дифракционных решеток, размещенных на одной из упомянутых двух поверхностей, при этом выводные дифракционные решетки приспособлены частично дифрагировать свет, падающий на выводные дифракционные решетки изнутри LGP, вовне LGP; и модуль рекуперации света. Модуль рекуперации света содержит: первый рекуперационный элемент, размещенный на одной из упомянутых двух поверхностей, причем первый рекуперационный элемент содержит первую световозвращающую дифракционную решетку, размещенную в области, примыкающей ко второму торцу, и второй рекуперационный элемент, размещенный на другой из упомянутых двух поверхностей, причем второй рекуперационный элемент содержит либо вторую световозвращающую дифракционную решетку, либо зеркало, размещенные в области, примыкающей ко второму торцу. Выводные дифракционные решетки, первая световозвращающая дифракционная решетка и вторая световозвращающая дифракционная решетка имеют одинаковый и постоянный период решетки, при этом выводные дифракционные решетки, первая световозвращающая дифракционная решетка и вторая световозвращающая дифракционная решетка имеют, по существу, одинаковую ориентацию друг по отношению к другу. Второй рекуперационный элемент приспособлен частично направлять на первую световозвращающую дифракционную решетку свет, падающий на вторую световозвращающую дифракционную решетку или зеркало при распространении в прямом направлении внутри LGP от вводных дифракционных решеток. Первая световозвращающая дифракционная решетка приспособлена дифрагировать падающий на нее свет таким образом, что дифрагировавший свет возвращается в LGP, направляясь в обратном направлении под заранее заданным углом по отношению к этому падающему свету. Выводные дифракционные решетки выполнены таким образом, что свет, направляемый вовне LGP при дифракции упомянутого возвращенного света на выводных дифракционных решетках, является, по существу, коллинеарным свету, направляемому вовне LGP при дифракции упомянутого распространяющегося в прямом направлении света на выводных дифракционных решетках. LGP дополнительно имеет дихроичное покрытие для отражения света, который падает, по существу, нормально на дихроичное покрытие от выводных дифракционных решеток, обратно на выводные дифракционные решетки.According to a first aspect of the invention, there is provided a BLU for a display device, comprising: a light guide plate (LGP), wherein the LGP has two flat surfaces and has a first end and a second end opposite the first end; one or more introductory diffraction gratings arranged on one of said two surfaces, these one or more introductory diffraction gratings located in a region adjacent to the first end face; at least one coherent light source configured to supply coherent light to the LGP through the input diffraction gratings, the input diffraction gratings being adapted to direct the light into the LGP at an angle so as to ensure full internal reflection of the light inside the LGP; one or more output diffraction gratings located on one of the two surfaces, wherein the output diffraction gratings are adapted to partially diffract light incident on the output diffraction gratings from within the LGP, to the outside of the LGP; and a light recovery module. The light recovery module comprises: a first recovery element located on one of the two surfaces, the first recovery element comprising a first retroreflective diffraction grating located in a region adjacent to the second end face, and a second recovery element located on the other of the two surfaces, the second recuperation element contains either a second retroreflective diffraction grating or a mirror placed in a region adjacent to the second end face. The output diffraction gratings, the first retroreflective diffraction grating and the second retroreflective diffraction grating have the same and constant grating period, while the output diffraction gratings, the first retroreflective diffraction grating and the second retroreflective diffraction grating have substantially the same orientation with respect to each other. The second recovery element is adapted to partially direct light incident on the second retroreflective diffraction grating or mirror to the first retroreflective diffraction grating or mirror when traveling in the forward direction inside the LGP from the input diffraction gratings. The first retroreflective diffraction grating is adapted to diffract the light incident on it in such a way that the diffracted light returns to the LGP, heading in the opposite direction at a predetermined angle with respect to this incident light. The output diffraction gratings are designed such that the light directed outside the LGP when diffracting said return light on the output diffraction gratings is essentially collinear light directed outside the LGP when diffracting said forward-propagating light on the output diffraction gratings. The LGP further has a dichroic coating for reflecting light that falls substantially normally onto the dichroic coating from the output diffraction gratings, back to the output diffraction gratings.
Свет, направляемый вовне LGP, предпочтительно направляется по направлению к наблюдателю.The light directed outside the LGP is preferably directed towards the observer.
LGP предпочтительно сделана из оптического материала, прозрачного в видимом диапазоне.LGP is preferably made of an optical material that is transparent in the visible range.
Каждая из световозвращающих дифракционных решеток предпочтительно имеет зеркальное покрытие.Each of the retroreflective diffraction gratings preferably has a mirror coating.
Дисплейное устройство может представлять собой голографическое дисплейное устройство, при этом дисплейное устройство предпочтительно входит в состав портативного вычислительного устройства.The display device may be a holographic display device, wherein the display device is preferably part of a portable computing device.
Вводные дифракционные решетки, выводные дифракционные решетки и первая световозвращающая дифракционная решетка и вторая световозвращающая дифракционная решетка могут быть выполнены либо как рельефно-фазовые дифракционные решетки, либо как объемные дифракционные решетки.Introductory diffraction gratings, output diffraction gratings and the first retroreflective diffraction grating and the second retroreflective diffraction grating can be implemented either as phase-relief diffraction gratings or as bulk diffraction gratings.
По меньшей мере, выводные дифракционные решетки и первая световозвращающая дифракционная решетка предпочтительно выполнены как рельефно-фазовые дифракционные решетки, при этом первая световозвращающая дифракционная решетка имеет профиль, оптимизированный для дифракции -2-го порядка, чтобы максимально возвращать свет, падающий на первую световозвращающую дифракционную решетку, в LGP таким образом, чтобы возвращенный свет падал на выводные дифракционные решетки с заранее заданным пространственным сдвигом относительно упомянутого распространяющегося в прямом направлении света, а выводные дифракционные решетки имеют профиль, приспособленный обеспечивать упомянутое коллинеарное направление света вовне LGP.At least the output diffraction gratings and the first retroreflective diffraction grating are preferably made as phase-relief diffraction gratings, wherein the first retroreflective diffraction grating has a profile optimized for second-order diffraction to maximize the return of light incident on the first retroreflective diffraction grating , in LGP so that the returned light falls on the output diffraction gratings with a predetermined spatial shift relative to the aforementioned rostranyayuschegosya forward light and excretory diffraction gratings have a profile adapted to provide said collinear beam direction outwards LGP.
Дихроичное покрытие предпочтительно оптимизировано для конкретных длин волн.The dichroic coating is preferably optimized for specific wavelengths.
Дихроичное покрытие может быть нанесено на поверхность LGP, которая противоположна поверхности, на которой размещены выводные дифракционные решетки,A dichroic coating can be applied to the surface of the LGP, which is opposite to the surface on which the output diffraction gratings are placed,
Дихроичное покрытие может быть нанесено непосредственно на выводные дифракционные решетки.The dichroic coating can be applied directly to the output diffraction gratings.
Дихроичное покрытие может быть непосредственно нанесено на ту же самую поверхность LGP, что и выводные дифракционные решетки таким образом, что дихроичное покрытие находится под выводными дифракционными решетками относительно данной поверхности, при этом выводные дифракционные решетки покрыты снаружи иммерсионным полимером.The dichroic coating can be directly applied to the same LGP surface as the output diffraction gratings in such a way that the dichroic coating is located under the output diffraction gratings relative to this surface, while the output diffraction gratings are coated externally with an immersion polymer.
Выводные дифракционные решетки могут быть покрыты снаружи иммерсионным полимером, а дихроичное покрытие может быть нанесено на иммерсионный полимер.The output diffraction gratings can be coated externally with an immersion polymer, and a dichroic coating can be applied to the immersion polymer.
Предпочтительно, дифракционная эффективность выводных дифракционных решеток оптимизирована, в зависимости от расстояния от вводных дифракционных решеток, для конкретной длины волны, причем дифракционная эффективность световозвращающих дифракционных решеток оптимизирована для этой конкретной длины волны.Preferably, the diffraction efficiency of the output diffraction gratings is optimized, depending on the distance from the input diffraction gratings, for a particular wavelength, wherein the diffraction efficiency of the retroreflective diffraction gratings is optimized for this particular wavelength.
Согласно второму аспекту изобретения, предложено BLU для дисплейного устройства, содержащее: световодную пластину (LGP), причем LGP имеет две плоские поверхности и имеет первый торец и второй торец, противоположный первому торцу; одну или более вводных дифракционных решеток, размещенных на одной из упомянутых двух поверхностей, причем эти одна или более вводных дифракционных решеток размещены в области, примыкающей к первому торцу; по меньшей мере один когерентный источник света, выполненный с возможностью подавать когерентный свет в LGP через вводные дифракционные решетки, причем вводные дифракционные решетки приспособлены направлять свет в LGP под таким углом, чтобы обеспечивалось полное внутреннее отражение света внутри LGP; одну или более выводных дифракционных решеток, размещенных на одной из упомянутых двух поверхностей, при этом выводные дифракционные решетки приспособлены частично дифрагировать свет, падающий на выводные дифракционные решетки изнутри LGP, вовне LGP; и модуль рекуперации света. Модуль рекуперации света содержит: первый рекуперационный элемент, размещенный на одной из упомянутых двух поверхностей, причем первый рекуперационный элемент содержит первую световозвращающую дифракционную решетку, размещенную в области, примыкающей ко второму торцу, и второй рекуперационный элемент, размещенный на другой из упомянутых двух поверхностей, причем второй рекуперационный элемент содержит либо вторую световозвращающую дифракционную решетку, либо зеркало, размещенные в области, примыкающей ко второму торцу. Выводные дифракционные решетки, первая световозвращающая дифракционная решетка и вторая световозвращающая дифракционная решетка имеют одинаковый и постоянный период решетки, при этом выводные дифракционные решетки, первая световозвращающая дифракционная решетка и вторая световозвращающая дифракционная решетка имеют, по существу, одинаковую ориентацию друг по отношению к другу. Второй рекуперационный элемент приспособлен частично направлять на первую световозвращающую дифракционную решетку свет, падающий на вторую световозвращающую дифракционную решетку или зеркало при распространении в прямом направлении внутри LGP от вводных дифракционных решеток. Первая световозвращающая дифракционная решетка приспособлена дифрагировать падающий на нее свет таким образом, что дифрагировавший свет возвращается в LGP, направляясь в обратном направлении под заранее заданным углом по отношению к этому падающему свету. Выводные дифракционные решетки выполнены таким образом, что свет, направляемый вовне LGP при дифракции упомянутого возвращенного света на выводных дифракционных решетках, является, по существу, коллинеарным свету, направляемому вовне LGP при дифракции упомянутого распространяющегося в прямом направлении света на выводных дифракционных решетках.According to a second aspect of the invention, there is provided a BLU for a display device, comprising: a light guide plate (LGP), wherein the LGP has two flat surfaces and has a first end and a second end opposite the first end; one or more introductory diffraction gratings arranged on one of said two surfaces, these one or more introductory diffraction gratings located in a region adjacent to the first end face; at least one coherent light source configured to supply coherent light to the LGP through the input diffraction gratings, the input diffraction gratings being adapted to direct the light into the LGP at an angle so as to ensure full internal reflection of the light inside the LGP; one or more output diffraction gratings located on one of the two surfaces, wherein the output diffraction gratings are adapted to partially diffract light incident on the output diffraction gratings from within the LGP, to the outside of the LGP; and a light recovery module. The light recovery module comprises: a first recovery element located on one of the two surfaces, the first recovery element comprising a first retroreflective diffraction grating located in a region adjacent to the second end face, and a second recovery element located on the other of the two surfaces, the second recuperation element contains either a second retroreflective diffraction grating or a mirror placed in a region adjacent to the second end face. The output diffraction gratings, the first retroreflective diffraction grating and the second retroreflective diffraction grating have the same and constant grating period, while the output diffraction gratings, the first retroreflective diffraction grating and the second retroreflective diffraction grating have substantially the same orientation with respect to each other. The second recovery element is adapted to partially direct light incident on the second retroreflective diffraction grating or mirror to the first retroreflective diffraction grating or mirror when traveling in the forward direction inside the LGP from the input diffraction gratings. The first retroreflective diffraction grating is adapted to diffract the light incident on it in such a way that the diffracted light returns to the LGP, heading in the opposite direction at a predetermined angle with respect to this incident light. The output diffraction gratings are designed such that the light directed outside the LGP when diffracting said return light on the output diffraction gratings is essentially collinear light directed outside the LGP when diffracting said forward-propagating light on the output diffraction gratings.
Согласно третьему аспекту изобретения, предложено BLU для дисплейного устройства, содержащее: световодную пластину (LGP), причем LGP имеет две плоские поверхности и имеет первый торец и второй торец, противоположный первому торцу; одну или более вводных дифракционных решеток, размещенных на одной из упомянутых двух поверхностей, причем эти одна или более вводных дифракционных решеток размещены в области, примыкающей к первому торцу; по меньшей мере один когерентный источник света, выполненный с возможностью подавать когерентный свет в LGP через вводные дифракционные решетки, причем вводные дифракционные решетки приспособлены направлять свет в LGP под таким углом, чтобы обеспечивалось полное внутреннее отражение света внутри LGP; и одну или более выводных дифракционных решеток, размещенных на одной из упомянутых двух поверхностей, при этом выводные дифракционные решетки приспособлены частично дифрагировать свет, падающий на выводные дифракционные решетки изнутри LGP, вовне LGP. При этом LGP имеет дихроичное покрытие для отражения света, который падает, по существу, нормально на дихроичное покрытие от выводных дифракционных решеток, обратно на выводные дифракционные решетки.According to a third aspect of the invention, there is provided a BLU for a display device, comprising: a light guide plate (LGP), wherein the LGP has two flat surfaces and has a first end and a second end opposite the first end; one or more introductory diffraction gratings arranged on one of said two surfaces, these one or more introductory diffraction gratings located in a region adjacent to the first end face; at least one coherent light source configured to supply coherent light to the LGP through the input diffraction gratings, the input diffraction gratings being adapted to direct the light into the LGP at an angle so as to ensure full internal reflection of the light inside the LGP; and one or more output diffraction gratings located on one of the two surfaces, wherein the output diffraction gratings are adapted to partially diffract the light incident on the output diffraction gratings from within the LGP, to the outside of the LGP. In this case, the LGP has a dichroic coating for reflecting light, which falls essentially normally on the dichroic coating from the output diffraction gratings, back to the output diffraction gratings.
Согласно четвертому аспекту изобретения, предложено BLU для дисплейного устройства, содержащее: множество световодных пластин (LGP), наложенных друг на друга, причем каждая LGP из множества LGP имеет две плоские поверхности и имеет первый торец и второй торец, противоположный первому торцу; и по меньшей мере один когерентный источник света, выполненный с возможностью подавать во множество LGP когерентный свет с множеством длин волн. Каждая из множества LGP имеет: одну или более вводных дифракционных решеток, размещенных на одной из упомянутых двух поверхностей, причем эти одна или более вводных дифракционных решеток размещены в области, примыкающей к первому торцу данной LGP, при этом вводные дифракционные решетки приспособлены направлять свет, подаваемый упомянутым когерентным источником света, в LGP под таким углом, чтобы обеспечивалось полное внутреннее отражение света внутри LGP; одну или более выводных дифракционных решеток, размещенных на одной из упомянутых двух поверхностей, при этом выводные дифракционные решетки приспособлены частично дифрагировать свет, падающий на выводные дифракционные решетки изнутри LGP, вовне LGP; и модуль рекуперации света. Модуль рекуперации света содержит: первый рекуперационный элемент, размещенный на одной из упомянутых двух поверхностей, причем первый рекуперационный элемент содержит первую световозвращающую дифракционную решетку, размещенную в области, примыкающей ко второму торцу, и второй рекуперационный элемент, размещенный на другой из упомянутых двух поверхностей, причем второй рекуперационный элемент содержит либо вторую световозвращающую дифракционную решетку, либо зеркало, размещенные в области, примыкающей ко второму торцу. Выводные дифракционные решетки, первая световозвращающая дифракционная решетка и вторая световозвращающая дифракционная решетка имеют одинаковый и постоянный период решетки, при этом выводные дифракционные решетки, первая световозвращающая дифракционная решетка и вторая световозвращающая дифракционная решетка имеют, по существу, одинаковую ориентацию друг по отношению к другу. Второй рекуперационный элемент приспособлен частично направлять на первую световозвращающую дифракционную решетку свет, падающий на вторую световозвращающую дифракционную решетку или зеркало при распространении в прямом направлении внутри LGP от вводных дифракционных решеток. Первая световозвращающая дифракционная решетка приспособлена дифрагировать падающий на нее свет таким образом, что дифрагировавший свет возвращается в LGP, направляясь в обратном направлении под заранее заданным углом по отношению к этому падающему свету. Выводные дифракционные решетки выполнены таким образом, что свет, направляемый вовне LGP при дифракции упомянутого возвращенного света на выводных дифракционных решетках, является, по существу, коллинеарным свету, направляемому вовне LGP при дифракции упомянутого распространяющегося в прямом направлении света на выводных дифракционных решетках. LGP дополнительно имеет дихроичное покрытие для отражения света, который падает, по существу, нормально на дихроичное покрытие от выводных дифракционных решеток, обратно на выводные дифракционные решетки. Выводные дифракционные решетки, первая световозвращающая дифракционная решетка, вторая световозвращающая дифракционная решетка и дихроичное покрытие, размещенные на каждой LGP из множества LGP, оптимизированы для конкретной, отличающейся от других длины волны из множества длин волн.According to a fourth aspect of the invention, there is provided a BLU for a display device, comprising: a plurality of light guide plates (LGPs) stacked on top of each other, each LGP of a plurality of LGPs having two flat surfaces and having a first end and a second end opposite the first end; and at least one coherent light source configured to supply multiple wavelength coherent light to a plurality of LGPs. Each of the many LGPs has: one or more introductory diffraction gratings located on one of the two surfaces, these one or more introductory diffraction gratings located in a region adjacent to the first end of the LGP, while the introductory diffraction gratings are adapted to direct the light supplied said coherent light source, in the LGP at an angle such that full internal reflection of light within the LGP is ensured; one or more output diffraction gratings located on one of the two surfaces, wherein the output diffraction gratings are adapted to partially diffract light incident on the output diffraction gratings from within the LGP, to the outside of the LGP; and a light recovery module. The light recovery module comprises: a first recovery element located on one of the two surfaces, the first recovery element comprising a first retroreflective diffraction grating located in a region adjacent to the second end face, and a second recovery element located on the other of the two surfaces, the second recuperation element contains either a second retroreflective diffraction grating or a mirror placed in a region adjacent to the second end face. The output diffraction gratings, the first retroreflective diffraction grating and the second retroreflective diffraction grating have the same and constant grating period, while the output diffraction gratings, the first retroreflective diffraction grating and the second retroreflective diffraction grating have substantially the same orientation with respect to each other. The second recovery element is adapted to partially direct light incident on the second retroreflective diffraction grating or mirror to the first retroreflective diffraction grating or mirror when traveling in the forward direction inside the LGP from the input diffraction gratings. The first retroreflective diffraction grating is adapted to diffract the light incident on it in such a way that the diffracted light returns to the LGP, heading in the opposite direction at a predetermined angle with respect to this incident light. The output diffraction gratings are designed such that the light directed outside the LGP when diffracting said return light on the output diffraction gratings is essentially collinear light directed outside the LGP when diffracting said forward-propagating light on the output diffraction gratings. The LGP further has a dichroic coating for reflecting light that falls substantially normally onto the dichroic coating from the output diffraction gratings, back to the output diffraction gratings. The output diffraction gratings, the first retroreflective diffraction grating, the second retroreflective diffraction grating and the dichroic coating located on each LGP of the plurality of LGPs are optimized for a specific wavelength of a plurality of different wavelengths.
Упомянутое множество длин волн предпочтительно состоит из трех длин волн, соответствующих красному, зеленому, и синему цветам, а упомянутое множество LGP содержит три LGP.Said plurality of wavelengths preferably consists of three wavelengths corresponding to red, green, and blue, and said plurality of LGPs comprises three LGPs.
По меньшей мере, выводные дифракционные решетки и первая световозвращающая дифракционная решетка каждой LGP из множества LGP предпочтительно выполнены как рельефно-фазовые дифракционные решетки, при этом в каждой LGP из множества LGP: первая световозвращающая дифракционная решетка имеет профиль, оптимизированный для дифракции -2-го порядка света соответствующей конкретной длины волны, чтобы максимально возвращать свет, падающий на первую световозвращающую дифракционную решетку, в LGP таким образом, чтобы возвращенный свет падал на выводные дифракционные решетки с заранее заданным пространственным сдвигом относительно упомянутого распространяющегося в прямом направлении света; выводные дифракционные решетки имеют профиль, приспособленный обеспечивать коллинеарное направление света этой конкретной длины волны вовне LGP; и дихроичное покрытие приспособлено отражать только свет упомянутой конкретной длины волн, являясь при этим прозрачным для света других длин волн.At least the output diffraction gratings and the first retroreflective diffraction grating of each LGP of the plurality of LGPs are preferably made as phase-relief diffraction gratings, while in each LGP of the plurality of LGPs: the first retroreflecting diffraction grating has a profile optimized for second-order diffraction light of the corresponding specific wavelength to maximize the return of light incident on the first retroreflective diffraction grating to the LGP so that the returned light falls on the output ifraktsionnye lattice with a predetermined spatial offset with respect to said propagating light in the forward direction; output diffraction gratings have a profile adapted to provide the collinear direction of light of this particular wavelength outside the LGP; and the dichroic coating is adapted to reflect only the light of said specific wavelength, while being transparent to light of other wavelengths.
В каждой LGP из множества LGP дифракционная эффективность выводных дифракционных решеток предпочтительно оптимизирована в зависимости от расстояния от вводных дифракционных решеток.In each LGP of the plurality of LGPs, the diffraction efficiency of the output diffraction gratings is preferably optimized depending on the distance from the input diffraction gratings.
По сравнению с технологиями предшествующего уровня техники, настоящее изобретение обеспечивает увеличение эффективности использования света в волноводе и повышение пространственной однородности света, выдаваемого в направлении наблюдателя, результатом чего, в свою очередь, является увеличение яркости подсветки и повышение качества изображения без увеличения мощности/числа источников света, каковой результат является ощутимым именно на стороне наблюдателя.Compared with prior art technologies, the present invention provides an increase in the efficiency of use of light in a waveguide and an increase in spatial uniformity of light emitted in the direction of the observer, which in turn results in an increase in backlight brightness and an increase in image quality without increasing the power / number of light sources which result is tangible on the side of the observer.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Фиг. 1 - схематичная иллюстрация распространения света в LGP согласно предшествующему уровню техники;FIG. 1 is a schematic illustration of light propagation in an LGP according to the prior art;
Фиг. 2 - графики, показывающие расчетное пространственное распределение интенсивности света и реальное падение интенсивности света с расстоянием согласно предшествующему уровню техники;FIG. 2 are graphs showing the calculated spatial distribution of light intensity and the actual decrease in light intensity with distance according to the prior art;
Фиг. 3 - графики, иллюстрирующие падение интенсивности света с расстоянием для разных длин волн согласно предшествующему уровню техники;FIG. 3 is a graph illustrating a drop in light intensity with distance for different wavelengths according to the prior art;
Фиг. 4 - иллюстрация неоднородности распределения яркости примерного изображения согласно предшествующему уровню техники;FIG. 4 is an illustration of the heterogeneity of the brightness distribution of an exemplary image according to the prior art;
Фиг. 5 - иллюстрация потерь света на оборудовании BLU согласно предшествующему уровню техники;FIG. 5 is an illustration of light loss on BLU equipment according to the prior art;
Фиг. 6 - схематичная иллюстрация распространения света в LGP согласно настоящему изобретению;FIG. 6 is a schematic illustration of light propagation in an LGP according to the present invention;
Фиг. 7 - укрупненная схематичная иллюстрация согласованного функционирования модуля рекуперации света и выводных дифракционных решеток по Фиг. 6 согласно настоящему изобретению;FIG. 7 is an enlarged schematic illustration of the coordinated operation of the light recovery module and output diffraction gratings of FIG. 6 according to the present invention;
Фиг. 8 - вариант осуществления модуля рекуперации света по Фиг. 6 с зеркалом;FIG. 8 is an embodiment of the light recovery module of FIG. 6 with a mirror;
Фиг. 9 - вариант осуществления модуля рекуперации света по Фиг. 6 со второй световозвращающей дифракционной решеткой;FIG. 9 is an embodiment of the light recovery module of FIG. 6 with a second retroreflective diffraction grating;
Фиг. 10 - иллюстрация многолучевой интерференции;FIG. 10 is an illustration of multipath interference;
Фиг. 11a-11d - возможные варианты использования дихроичного покрытия в BLU согласно настоящему изобретению;FIG. 11a-11d are possible uses of a dichroic coating in a BLU according to the present invention;
Фиг. 12 - иллюстрация многослойного волновода согласно настоящему изобретению;FIG. 12 is an illustration of a multilayer waveguide according to the present invention;
Фиг. 13 - общая схема оборудования для тестирования настоящего изобретения.FIG. 13 is a general diagram of testing equipment of the present invention.
Фиг. 14 - графики, показывающие расчетное пространственное распределение интенсивности света с использованием рекуперации света и без использования рекуперации света.FIG. 14 are graphs showing a calculated spatial distribution of light intensity using light recovery and without light recovery.
Фиг. 15 - экспериментальные графики, показывающие зависимости энергии выводимого света при использовании дихроичного покрытия согласно настоящему изобретению и без него.FIG. 15 is an experimental graph showing the dependence of the energy of the light output when using the dichroic coating according to the present invention and without it.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION
Далее делается отсылка к примерным вариантам осуществления настоящего изобретения, которые иллюстрируются на сопровождающих чертежах, где одинаковы ссылочные номера обозначают аналогичные элементы. Следует при этом понимать, что варианты осуществления изобретения могут принимать различные формы и не должны рассматриваться как ограниченные приведенными здесь описаниями. Соответственно, иллюстративные варианты осуществления описываются ниже со ссылкой на фигуры чертежей для пояснения существа аспектов настоящего изобретения.The following is a reference to exemplary embodiments of the present invention, which are illustrated in the accompanying drawings, where the same reference numbers indicate similar elements. It should be understood that the embodiments of the invention may take various forms and should not be construed as limited by the descriptions herein. Accordingly, illustrative embodiments are described below with reference to the figures of the drawings to explain the essence of aspects of the present invention.
На Фиг. 6 схематично показано распространение света в LGP 600 из состава BLU согласно настоящему изобретению. LGP 600 предпочтительно изготавливается из оптического материала, прозрачного в видимом диапазоне (например, стекла). LGP 600 имеет две плоские поверхности и имеет два противоположных друг другу торца. Здесь, в целях ясности, но не ограничения и со ссылкой на Фиг. 6, эти поверхности будут соответственно именоваться как верхняя поверхность и нижняя поверхность, а торцы будут соответственно обозначаться как левый торец и правый торец. В рассматриваемом примерном варианте осуществления нижняя поверхность LGP 600 является светоиспускающей поверхностью.In FIG. 6 schematically shows the propagation of light in an
На нижней поверхности, ее в области, примыкающей к левому торцу, размещены одна или более вводных дифракционных решеток 601. На этой же поверхности размещены одна или более выводных дифракционных решеток 602, которые являются протяженными фактически до правого торца LGP 600. Возле левого торца установлен когерентный источник света (не показан), который может представлять собой как единый источник, так и совокупность источников. Как и в предшествующем уровне техники, когерентный свет 603 от источника света попадает на вводные дифракционные решетки 601, дифрагирует на них и направляется внутрь LGP 600 под углом, обеспечивающим полное внутреннее отражение света в LGP 600. Распространяющийся внутри LGP 100 свет падает на выводные дифракционные решетки 602 и, в результате дифракции на них, частично направляется на наблюдателя 604, в рассматриваем случае фактически перпендикулярно светоиспускающей поверхности, и частично направляется в противоположном направлении, в сторону верхней поверхности LGP 600. Как было отмечено ранее при изложении по Фиг. 1, при каждом падении света на выводные дифракционные решетки 602 его часть будет продолжать распространяться в направлении правого торца LGP 600 (недифрагировавший свет, дифракция 0-го порядка), как проиллюстрировано на Фиг. 6.One or more
BLU, отвечающее настоящему изобретению, также включает в себя модуль 605 рекуперации света, состоящий из двух компонентов, которые расположены друг напротив друга на противоположных поверхностях LGP 600 и каждый из которых размещен в непосредственном примыкании к ее правому торцу. Эти компоненты модуля 605 рекуперации света, в целях наглядности, но не ограничения и со ссылкой на Фиг. 6, обозначены как верхний рекуперационный элемент и нижний рекуперационный элемент.The BLU of the present invention also includes a
Верхний рекуперационный элемент представлен первой световозвращающей дифракционной решеткой 606, а нижний рекуперационный элемент представлен второй световозвращающей дифракционной решеткой или зеркалом 607. Ниже будут более подробно рассмотрены реализации нижнего рекуперационного элемента в виде зеркала и в виде дифракционной решетки.The upper recuperation element is represented by the first
Базовое назначение нижнего рекуперационного элемента состоит в том, чтобы направлять основную часть света, который, распространяясь внутри LGP 600 в прямом направлении от вводных дифракционных решеток 601, падает на вторую световозвращающую дифракционную решетку или зеркало 607, на первую световозвращающую дифракционную решетку 606.The basic purpose of the lower recovery element is to direct the main part of the light, which, propagating inside the
Свет, падающий на первую световозвращающую дифракционную решетку 606 от нижнего рекуперационного элемента, дифрагирует на ней. При этом, согласно настоящему изобретению, первая световозвращая дифракционная решетка 606 выполнена таким образом, чтобы дифрагировавший на ней свет, в основном, возвращался в LGP 600, направляясь при этом в обратном направлении под заранее заданным углом по отношению к падающему свету. Такое выполнение первой световозвращающей дифракционной решетки 606 предпочтительно реализуется посредством оптимизации ее структуры для дифракции -2-го порядка таким образом, чтобы свет, падающий на первую световозвращающую дифракционную решетку 606, максимально возвращался в LGP 600 под заранее заданным углом к падающему свету. Возвращение дифрагировашего света под заранее заданным углом к падающему свету обеспечивает то, что этот возвращенный свет падает на выводные дифракционные решетки 602 с требующимся пространственным сдвигом относительно света, распространяющегося в прямом направлении. При этом, шумы рекуперируемым таким образом светом не привносятся.The light incident on the first
Выводные дифракционные решетки 602 изготавливаются согласно настоящему изобретению так, чтобы учитывать свет, рекуперируемый в LGP 600 модулем 605 рекуперации света, как описывалось выше. А именно, выводные дифракционные решетки 602 выполняются таким образом, чтобы свет, направляемый вовне LGP при дифракции на них возвращенного света, был, по существу, коллинеарным свету, направляемому вовне LGP при дифракции на них света, распространяющегося в прямом направлении от вводных дифракционных решеток 601. Такая коллимация света в направлении наблюдателя 604 обеспечивается предпочтительно за счет специализированной оптимизации структуры выводных дифракционных решеток 602.The
Помимо этого, как видно из Фиг. 3, для разных длин волн интенсивность светового излучения падает с расстоянием неодинаково для разных длин волн. Вследствие этого, распределение дифракционной эффективности выводных решеток 602 рассчитывается и реализуется таким образом, чтобы в большей степени компенсировать падение интенсивности синего и зеленого света с увеличением расстояния от входа света в волновод (т.е. оптимизируется в зависимости от расстояния под конкретные длины световых волн).In addition, as can be seen from FIG. 3, for different wavelengths, the light emission intensity decreases with distance unequally for different wavelengths. As a result, the distribution of the diffraction efficiency of the
Вышеописанное согласованное функционирование модуля 605 рекуперации света и выводных дифракционных решеток 602 согласно настоящему изобретению проиллюстрировано на Фиг. 7. При этом необходимо подчеркнуть, что для такого согласованного функционирования выводные дифракционные решетки 602, первая световозвращающая дифракционная решетка 606 и вторая световозвращающая дифракционная решетка 607 (при ее наличии) должны иметь (a) одинаковый и постоянный период решетки и (b), по существу, одинаковую ориентацию друг по отношению к другу. Еще раз, под согласованностью модуля 605 рекуперации света и выводных дифракционных решеток 602 в настоящей заявке понимается их выполнение таким образом, чтобы недифрагировавшее световое излучение, которое осталось в LGP 600 (т.е. то, которое не было выведено выводными дифракционными решетками 602), перенаправлялось второй световозвращающей дифракционной решеткой или зеркалом 607 и первой световозвращающей дифракционная решеткой 606 в обратную сторону по фактически тому же пути, что и при прямом его распространении, и выводилось из LGP 600 выводными дифракционными решетками 602 в направлении, которое согласовано (по сути, коллинеарно) с направлением светового излучения, выводимого из LGP 600 выводными дифракционными решетками 602 при прямом распространении.The above coordinated operation of the
Описанная рекуперация света обеспечивает повышение однородности пространственного распределения интенсивности света, выдаваемого из LGP через ее светоиспускающую поверхность, а также обеспечивает увеличение его яркости. Существенным при этом является то, что при предложенной в настоящей заявке рекуперации света сохраняется когерентность подсветки, что является критически важным требованием, например, для 3D дисплеев или голографических дисплеев.The described light recovery provides an increase in the uniformity of the spatial distribution of the light intensity emitted from the LGP through its light emitting surface, and also provides an increase in its brightness. What is significant here is that with the light recovery proposed in this application, the backlight coherence is maintained, which is a critically important requirement, for example, for 3D displays or holographic displays.
При этом необходимо подчеркнуть, что вышеуказанная согласованность не может быть обеспечена заменой предложенного модуля рекуперации света известными зеркалами, уголковыми отражателями или т.п. для возврата недифрагировавшего света внутрь LGP, поскольку возвращенный таким образом свет неминуемо будет источником шумов. Соответственно, не будут достигнуты выгодные эффекты повышения однородности и увеличения яркости, отмеченные выше.It should be emphasized that the above consistency cannot be ensured by replacing the proposed light recovery module with known mirrors, corner reflectors, or the like. to return undiffracted light inside the LGP, since the light returned in this way will inevitably be a source of noise. Accordingly, the beneficial effects of increasing uniformity and increasing brightness noted above will not be achieved.
Аспекты изготовления и эксплуатации источников света, волновода и вводных дифракционных решеток широко известны в данной области техники (см., например, Никоноров Н.В., Шандаров С.М. ʺВолноводная фотоника. Учебное пособиеʺ, Министерство образования и науки Российской Федерации, Федеральное агентство по образованию, Санкт-Петербургский Государственный Университет Информационных Технологий, Механики и Оптики, Санкт-Петербург 2008, http://books.ifmo.ru/file/pdf/766.pdf) и напрямую не относятся к существу настоящего изобретения. Дополнительные компоненты, которые могут быть задействованы при работе BLU, указаны, в частности, в US 2016/0147003.Aspects of the manufacture and operation of light sources, waveguides, and introductory diffraction gratings are widely known in the art (see, for example, Nikonorov N.V., Shandarov S.M. “Waveguide photonics. Study guide”, Ministry of Education and Science of the Russian Federation, Federal Agency by education, St. Petersburg State University of Information Technologies, Mechanics and Optics, St. Petersburg 2008, http://books.ifmo.ru/file/pdf/766.pdf) and do not directly relate to the essence of the present invention. Additional components that may be involved in the operation of the BLU are indicated, in particular, in US 2016/0147003.
В качестве дифракционных решеток, используемых в настоящем изобретении, предпочтительно используются фазовые дифракционные решетки, которые, в свою очередь, могут быть реализованы в виде рельефно-фазовых дифракционных решеток, когда требуемое изменение фазового набега волны (за счет чего меняется форма волнового фронта - расходящийся, коллимированный, сходящийся и т.п., - и направление распространения) обеспечивается за счет изменения профиля поверхности решетки), или в виде объемных (брэгговских) дифракционных решеток (VBG), когда требуемое изменение фазового набега волны обеспечивается за счет изменения показателя преломления материала, в каковом случае могут использоваться как жидкие кристаллы, так и полимеры.As the diffraction gratings used in the present invention, phase diffraction gratings are preferably used, which, in turn, can be realized in the form of phase-relief gratings, when the required change in the phase incursion of the wave (due to which the shape of the wavefront changes - diverging, collimated, converging, etc., and the propagation direction) is provided by changing the surface profile of the grating), or in the form of bulk (Bragg) diffraction gratings (VBG), when required The change in the phase incursion of the wave is ensured by changing the refractive index of the material, in which case both liquid crystals and polymers can be used.
Так, в случае использования рельефно-фазовых дифракционных решеток вышеупомянутые оптимизация структуры первой световозвращающей дифракционной решетки 606 и оптимизация структуры выводных дифракционных решеток 602 могут быть реализованы за счет соответственного расчета и конфигурирования профилей этих решеток, для чего может быть использована одна из известных технологий, например, литография, голографическая запись. Так, профиль первой световозвращающей дифракционной решетки, в целях оптимизации под дифракцию -2-го порядка, имеет большее значение глубины и специально рассчитанное значение параметра duty cycle, показывающего соотношение между выпуклостью и впадиной профиля, а для выводных дифракционных решеток эти параметры могут меняться с целью получения специального профиля дифракционной эффективности (DE). Для второй световозвращающей дифракционной решетки может быть использован профиль, подобный профилю выводных дифракционных решеток, т.е. с оптимизацией под дифракцию ±1-го порядка.So, in the case of using phase-relief diffraction gratings, the above-mentioned optimization of the structure of the first
Помимо этого, каждая из первой световозвращающей дифракционной решетки 606 и второй световозвращающей дифракционной решетки 607 (при ее наличии) имеет зеркальное покрытие. В частности, свет, являющийся результатом дифракции +1-го порядка на второй световозвращающей дифракционной решетке, отразится от зеркального покрытия и, тем самым. Будет направлен на первую световозвращающую дифракционную решетку наряду со светом, являющимся результатом дифракции -1-го порядка.In addition, each of the first
В рассмотренном выше примере использовалось конкретное расположение вводных дифракционных решеток, выводных дифракционных решеток и первой световозвращающей дифракционной решетки на поверхностях LGP. Необходимо подчеркнуть, что такое их взаимное расположение не является единственно возможным и, следовательно, не накладывает ограничение на возможные реализации изобретения. Так, размещение вводных дифракционных решеток, в основном, диктуется расположением источника света, а основным требованием, определяющим расположение выводных дифракционных решеток и первой световозвращающей дифракционной решетки на поверхностях LGP, является обеспечение вышеупомянутой согласованности.In the above example, we used the specific arrangement of the input diffraction gratings, output diffraction gratings, and the first retroreflective diffraction grating on the LGP surfaces. It must be emphasized that their mutual arrangement is not the only possible one and, therefore, does not impose a restriction on the possible implementation of the invention. So, the placement of the input diffraction gratings is mainly dictated by the location of the light source, and the main requirement determining the location of the output diffraction gratings and the first retroreflective diffraction grating on the LGP surfaces is to ensure the aforementioned consistency.
На Фиг. 8, 9 приведены, соответственно, вариант 1 осуществления модуля 605 рекуперации света по Фиг. 6, в котором в качестве нижнего рекуперационного элемента используется зеркало, и вариант 2 осуществления модуля 605 рекуперации света по Фиг. 6, в котором в качестве нижнего рекуперационного элемента используется вторая световозвращающая дифракционная решетка.In FIG. 8, 9 show, respectively, Embodiment 1 of the
Сравнительный анализ вариантов 1 и 2 осуществления, выполненный на основе экспериментальных данных, сведен ниже в Таблицу 1:A comparative analysis of options 1 and 2 implementation, performed on the basis of experimental data, are summarized below in Table 1:
Таблица 1Table 1
Как видно из Таблицы 1, для проведенного эксперимента более дорогостоящая реализация на основе двух дифракционных решеток (вариант 2 осуществления) дает лишь небольшой прирост эффективности по сравнению с реализацией на основе зеркала (вариант 1 осуществления).As can be seen from Table 1, for the experiment, a more expensive implementation based on two diffraction gratings (option 2 implementation) gives only a small increase in efficiency compared to the implementation based on the mirror (option 1 implementation).
Как было отмечено выше при рассмотрении предшествующего уровня техники со ссылкой на Фиг. 1, в результате дифракции светового излучения, распространяющегося внутри LGP, на выводных решетках часть дифрагировавшего света направляется в противоположном от наблюдателя направлении, обуславливая потери. Соответственно, одной из базовых идей, лежащих в основе настоящего изобретения, является использование этого потенциально потерянного света для подсветки. Для этого предлагается использовать в BLU дихроичное покрытие для отражения света, который падает фактически нормально с выводных дифракционных решеток (см. Фиг. 1, 6) на дихроичное покрытие, обратно на выводные дифракционные решетки для последующего его вывода вовне в качестве подсветки.As noted above when considering the prior art with reference to FIG. 1, as a result of the diffraction of the light radiation propagating inside the LGP, on the output gratings, a part of the diffracted light is directed in the opposite direction from the observer, causing losses. Accordingly, one of the basic ideas underlying the present invention is the use of this potentially lost light for illumination. To this end, it is proposed to use a dichroic coating in BLU to reflect light that actually falls normally from the output diffraction gratings (see Figs. 1, 6) onto the dichroic coating and back onto the output diffraction gratings for its subsequent output outward as a backlight.
Ниже будет подробно рассмотрен аспект применения дихроичного покрытия согласно настоящему изобретению.Below will be discussed in detail the application aspect of the dichroic coating according to the present invention.
В основе работы любого дихроичного покрытия лежит явление многолучевой интерференции, которое иллюстрируется на многослойной оптической структуре по Фиг. 10, где чередуются слои с высоким коэффициентом преломления (nhigh) и низким коэффициентом преломления (nlow). Толщины слоев подбираются таким образом, чтобы световые лучи, отраженные на границах между слоями, всегда приходили в фазе и, тем самым, усиливали друг друга. Данный метод работы интерференционных зеркал широко известен в области техники, к которой относится настоящее изобретение.The operation of any dichroic coating is based on the phenomenon of multipath interference, which is illustrated on the multilayer optical structure of FIG. 10, where layers with a high refractive index (n high ) and a low refractive index (n low ) alternate. The thicknesses of the layers are selected so that the light rays reflected at the boundaries between the layers always come in phase and, thereby, reinforce each other. This method of operation of interference mirrors is widely known in the technical field to which the present invention relates.
Естественно, для рассматриваемого отражения света вместо дихроичного покрытия может использоваться зеркало. Однако, для любого зеркала характерны потери, связанные с поглощением на границе металл-диэлектрик, следовательно, его использование неминуемо приведет к нарушению условий полного внутреннего отражения, являющегося основой функционирования волновода, и, соответственно, привнесет снижение эффективности устройства задней подсветки.Naturally, a mirror can be used instead of a dichroic coating for the light reflection under consideration. However, any mirror is characterized by losses associated with absorption at the metal-insulator interface; therefore, its use will inevitably lead to a violation of the conditions of total internal reflection, which is the basis for the functioning of the waveguide, and, accordingly, will reduce the efficiency of the backlight device.
В предложенном же дихроичном покрытии по указанной причине отсутствуют зеркальные слои, т.е. поглощение отсутствует и полное внутреннее отражение сохраняется. Иными словами, применение предложенного дихроичного покрытия не оказывает негативного влияния на эффективность волновода.In the proposed dichroic coating, for this reason, there are no mirror layers, i.e. Absorption is absent and total internal reflection is maintained. In other words, the application of the proposed dichroic coating does not adversely affect the efficiency of the waveguide.
Далее, характеристики слоев предлагаемого дихроичного покрытия просчитываются таким образом, что им осуществляется отражение только такого светового излучения, которое имеет конкретную длину или длины волн и которое падает на дихроичное покрытие под конкретным углом. Условно говоря, дихроичное покрытие работает на отражение только для светового излучения, которое должно выводиться вовне LGP в качестве подсветки в сторону наблюдателя. Такая реализация требуемого дихроичного покрытия может быть воплощена с использованием технологий, широко известных в данной области техники, таких как, например, химическое осаждение, ионно-лучевое распыление, магнетронное распыление.Further, the characteristics of the layers of the proposed dichroic coating are calculated in such a way that it reflects only such light radiation that has a specific wavelength or length and which falls on the dichroic coating at a specific angle. Relatively speaking, the dichroic coating works on reflection only for light radiation, which should be displayed outside the LGP as a backlight towards the observer. Such an implementation of the desired dichroic coating can be implemented using technologies widely known in the art, such as, for example, chemical deposition, ion beam sputtering, magnetron sputtering.
Так, в иллюстративном примере, рассматриваемом со ссылкой на Фиг. 6, дихроичное покрытие 608, нанесенное на верхнюю поверхность LGP 600, будет отражать только свет, падающий на него перпендикулярно как результат дифракции -1-го порядка на выводных решетках 602, направляя его таким образом обратно через светоиспускающую поверхность LGP 600 коллинеарно свету, являющемуся результатом дифракции +1-го порядка на выводных решетках 602. Свет, падающий на дихроичное покрытие 608 под другими углами и/или имеющий другие длины волн, отражаться не будет, т.е. для него дихроичное покрытие будет, по сути, прозрачным. Тем самым, эффективность использования света повышается фактически в два раза, конкретным результатом чего является значительное повышение яркости подсветки.So, in the illustrative example considered with reference to FIG. 6, the
Ниже со ссылкой на Фиг. 11a-11d показаны возможные, но не единственно возможные, варианты использования дихроичного покрытия в BLU.Below with reference to FIG. 11a-11d illustrate possible, but not the only possible, use cases of a dichroic coating in a BLU.
Так, на Фиг. 11a показан вариант осуществления BLU, где дихроичное покрытие нанесено на поверхность LGP, которая противоположна поверхности, на которой размещены выводные дифракционные решетки. На Фиг. 11b показан вариант осуществления BLU, где показан вариант осуществления BLU, где выводные дифракционные решетки покрыты снаружи иммерсионным полимером, а дихроичное покрытие нанесено на иммерсионный полимер. В этом варианте осуществления выводные дифракционные решетки работают как фазовый элемент на границе двух материалов (а не на границе материал-воздух, как в случае на Фиг. 11a). Иммерсия используется для того, чтобы сделать поверхность плоской (т.е. планаризировать ее), и на эту плоскую поверхность уже наносится дихроичное покрытие. Такая планаризация может быть реализована на практике путем нанесения на профиль дифракционной решетки УФ-отверждаемого клея и выравнивания поверхности штампом, что широко известно и имеет широкое применение. При этом, для варианта осуществления по Фиг. 11b характерно сохранение временной когерентности излучения вследствие малой разницы между прямым и отраженным излучением.So in FIG. 11a, an embodiment of a BLU is shown where a dichroic coating is applied to an LGP surface that is opposite to the surface on which the output diffraction gratings are placed. In FIG. 11b shows an embodiment of a BLU, where an embodiment of a BLU is shown, where the output diffraction gratings are coated externally with an immersion polymer and a dichroic coating is applied to the immersion polymer. In this embodiment, the output diffraction gratings operate as a phase element at the boundary of two materials (and not at the material-air interface, as in the case of Fig. 11a). Immersion is used to make the surface flat (i.e. planarize it), and a dichroic coating is already applied to this flat surface. Such planarization can be implemented in practice by applying UV curable adhesive to the diffraction grating profile and leveling the surface with a stamp, which is widely known and has wide application. Moreover, for the embodiment of FIG. 11b, the temporal coherence of radiation is preserved due to the small difference between direct and reflected radiation.
Далее, на Фиг. 11с показан вариант осуществления BLU, где дихроичное покрытие нанесено непосредственно на профиль выводных дифракционных решеток. Такой вариант осуществления также сохраняет временную когерентность, но может оказаться сложным с точки зрения производства. На Фиг. 11d дихроичное покрытие нанесено на ту же самую поверхность LGP, что и выводные дифракционные решетки таким образом, что дихроичное покрытие находится под выводными дифракционными решетками относительно данной поверхности. То есть, сперва на поверхность наносится дихроичное покрытие, в затем на него - выводные дифракционные решетки. При этом, выводные дифракционные решетки могут быть покрыты снаружи иммерсионным полимером для планаризации. Для данной реализации также характерно сохранение временной когерентности, как и для вариантов осуществления по Фиг. 11b, 11с.Further, in FIG. 11c, an embodiment of a BLU is shown where a dichroic coating is applied directly to the profile of the output diffraction gratings. Such an embodiment also retains temporal coherence, but may prove difficult in terms of production. In FIG. 11d, a dichroic coating is applied to the same LGP surface as the output diffraction gratings, such that the dichroic coating is below the output diffraction gratings with respect to the surface. That is, first a dichroic coating is applied to the surface, and then to it - output diffraction gratings. Moreover, the output diffraction gratings can be coated externally with an immersion polymer for planarization. For this implementation, the preservation of temporal coherence is also characteristic, as well as for the embodiments of FIG. 11b, 11s.
Последующим развитием вышеописанного подхода является создание многослойного стекоподобного волновода, включающего в себя наложенные друг на друга структуры согласно настоящему изобретению, каждая из которых подобна той, что раскрыта выше со ссылкой на Фиг. 6 и, в то же время, оптимизирована под конкретную длину волны светового излучения. На Фиг. 12 проиллюстрирована предпочтительная реализация такого стекоподобного волновода, состоящая из трех LGP. Как показано на Фиг. 12, на каждой из компонентных LGP размещены вводные дифракционные решетки, выводные дифракционные решетки, модуль рекуперации света и дихроичное покрытие, как описано выше, при этом в рассматриваемом случае на каждой из этих трех LGP выводные дифракционные решетки, световозвращающие дифракционные решетки и дихроичное покрытие соответственно оптимизированы для конкретной одной длины волны из длин волн красного (R), зеленого (G) и синего (B) цветов. В частности, в иллюстрируемом на Фиг. 12 случае нижняя компонентная структура оптимизирована для длины волны синего цвета, средняя компонентная структура оптимизирована для длины волны зеленого цвета и верхняя компонентная структура оптимизирована для длины волны красного цвета. Как было отмечено выше, на уровне дифракционных решеток такая оптимизация может быть реализована посредством конфигурирования их профиля, а дихроичное покрытие изготавливается известным образом так, чтобы отражать только световое излучение требующейся длины волны (т.е. красного, зеленого или синего в данном примере) и быть прозрачным для излучения других длин волн.A further development of the above approach is the creation of a multilayer stack-like waveguide, including superimposed structures according to the present invention, each of which is similar to that described above with reference to FIG. 6 and, at the same time, optimized for a specific wavelength of light radiation. In FIG. 12 illustrates a preferred implementation of such a stack-like waveguide consisting of three LGPs. As shown in FIG. 12, the input diffraction gratings, the output diffraction gratings, the light recovery module and the dichroic coating are located on each of the component LGPs, as described above, while in the case under consideration, each of these three LGPs has the output diffraction gratings, retroreflective diffraction gratings, and dichroic coating, respectively, optimized for a specific wavelength of wavelengths of red (R), green (G) and blue (B) colors. In particular, as illustrated in FIG. 12, the lower component structure is optimized for the blue wavelength, the middle component structure is optimized for the green wavelength, and the upper component structure is optimized for the red wavelength. As noted above, at the level of diffraction gratings, such optimization can be realized by configuring their profile, and the dichroic coating is made in a known manner so as to reflect only the light radiation of the required wavelength (i.e., red, green or blue in this example) and be transparent to radiation of other wavelengths.
Такая многослойная реализация обеспечивает дополнительное повышение эффективности и однородности в том смысле, как это понимается в настоящей заявке, за счет возможности более тонко оптимизировать характеристики дифракционных решеток и дихроичного покрытия по отдельности на каждом из слоев для разных длин волн света.Such a multilayer implementation provides an additional increase in efficiency and uniformity in the sense that is understood in this application, due to the ability to more finely optimize the characteristics of diffraction gratings and dichroic coatings individually on each layer for different light wavelengths.
Следует при этом понимать, что пример по Фиг. 12 не является ограничивающим в плане количества слоев. Например, может быть использовано большее количество таких структурных слоев (скажем, 5) с оптимизацией под другие и/или дополнительные длины волн света.It should be understood that the example of FIG. 12 is not limiting in terms of the number of layers. For example, a larger number of such structural layers (say, 5) can be used with optimization for other and / or additional light wavelengths.
Далее приводятся результаты тестирования настоящего изобретения, полученные в экспериментах, проведенных на реальном оборудовании.The following are the test results of the present invention, obtained in experiments conducted on real equipment.
На Фиг. 13 показана общая схема оборудования, использовавшегося для тестирования, и соответствующий вид реального оборудования. Как видно из Фиг. 13, по направлению света от трех R-G-B когерентных источников, BLU, предложенному в настоящей заявке, соответственным образом предшествует система из трех средств направления/увеличения размера светового пучка. За BLU, отвечающим настоящему изобретению, следует линза Френеля, за которой размещается голографическая панель (как правило, LCD), на которой непосредственно и формируется цифровое голографическое изображение. При этом, необходимо подчеркнуть, что основным общим требованием в данном контексте является обеспечение высокой степени когерентности света, падающего на голографическую панель - только в таком случае наблюдатель будет видеть объемное изображение (в противном случае, он будет видеть размытое облако). Дополнительную информацию касаемо указанных и прочих компонентов такого оборудования можно подчерпнуть, например, в US 2016/0147003.In FIG. 13 shows a general diagram of the equipment used for testing, and the corresponding type of real equipment. As can be seen from FIG. 13, in the direction of light from three R-G-B coherent sources, the BLU proposed in this application is appropriately preceded by a system of three means for directing / increasing the size of the light beam. The BLU of the present invention is followed by a Fresnel lens, followed by a holographic panel (typically an LCD), on which a digital holographic image is directly formed. At the same time, it must be emphasized that the main general requirement in this context is to ensure a high degree of coherence of the light incident on the holographic panel - only in this case the observer will see a three-dimensional image (otherwise, he will see a blurred cloud). Additional information regarding these and other components of such equipment can be found, for example, in US 2016/0147003.
За счет использования отвечающего настоящему изобретению подхода, а именно и модуля рекуперации света, и дихроичного покрытия, удалось повысить эффективность использования света в волноводе примерно в два раза, результатом чего является, в частности, повышение яркости, и увеличить пространственную однородность выходного светового излучения примерно на 12,5%.By using the approach corresponding to the present invention, namely, the light recovery module and the dichroic coating, it was possible to increase the efficiency of the use of light in the waveguide by about two times, resulting in, in particular, increasing the brightness and increasing the spatial uniformity of the output light radiation by approximately 12.5%.
На Фиг. 14 приведены графики, полученные по результатам моделирования, которые показывают зависимость интенсивности выходного света от расстояния. При этом, нижний график на Фиг. 14 соответствует моделированию без рекуперации света, т.е. по сути соответствует аналогичному графику, приведенному на Фиг. 2 при рассмотрении предшествующего уровня техники. Верхний же график на Фиг. 14 соответствует моделированию с рекуперацией света согласно настоящему изобретению, как раскрыто выше. Из Фиг. 14 (см., например, окно в виде прямоугольника) видно увеличение интенсивности почти в 2 раза и заметное повышение пространственной однородности (менее резкие пики и впадины на графике) при задействовании рекуперации света - так, показатель однородности в данном случае достигает 90%.In FIG. Figure 14 shows the graphs obtained from the simulation results, which show the dependence of the output light intensity on the distance. Moreover, the lower graph in FIG. 14 corresponds to modeling without light recovery, i.e. essentially corresponds to the similar graph shown in FIG. 2 when considering the prior art. The upper graph in FIG. 14 corresponds to the light recovery simulation according to the present invention, as disclosed above. From FIG. 14 (see, for example, a window in the form of a rectangle) you can see an almost 2-fold increase in intensity and a noticeable increase in spatial uniformity (less sharp peaks and troughs in the graph) when light recovery is involved - for example, the uniformity index in this case reaches 90%.
На Фиг. 15 приведены полученные по результатам экспериментов графики, показывающие зависимости энергии выводимого света вдоль направления прямого распространения света в волноводе от координаты, отсчитываемой от конца вводной решетки, для следующих трех случаев: с использованием дихроичного покрытия согласно настоящему изобретению (верхний график), с использованием зеркального (а именно, серебряного) покрытия вместо дихроичного покрытия (средний график) и без использования дихроичного или зеркального покрытия (нижний график). Из Фиг. 15 видно, что даже использование зеркального покрытия дает повышение интенсивности примерно в два раза; использование же дихроичного покрытия согласно настоящему изобретению дает дополнительное повышение интенсивности приблизительно на 21% по сравнению с зеркальным покрытием, что, в соответствии с вышеизложенным, обусловлено поглощением света зеркальным покрытием, приводящим к нарушению полного внутреннего отражения внутри волновода. Эффектом использования дихроичного покрытия согласно настоящему изобретению является повышение яркости светового излучения до 300 нит.In FIG. 15 shows graphs obtained from experimental results showing the dependence of the energy of the light emitted along the direction of direct light propagation in the waveguide on the coordinate counted from the end of the input grating for the following three cases: using the dichroic coating according to the present invention (upper graph), using a mirror ( namely, silver) coating instead of dichroic coating (average graph) and without the use of dichroic or mirror coating (lower graph). From FIG. Figure 15 shows that even the use of a mirror coating gives an increase in intensity of approximately two times; the use of the dichroic coating according to the present invention gives an additional increase in intensity of approximately 21% compared with a mirror coating, which, in accordance with the foregoing, is due to the absorption of light by the mirror coating, leading to a violation of the total internal reflection inside the waveguide. The effect of using the dichroic coating according to the present invention is to increase the brightness of light radiation to 300 nits.
Следует понимать, что показанные варианты осуществления являются только предпочтительными, но не единственными возможными примерами данного изобретения. Напротив, объем изобретения определяется нижеследующей формулой изобретения и ее эквивалентами.It should be understood that the shown embodiments are only preferred, but not the only possible examples of the present invention. On the contrary, the scope of the invention is defined by the following claims and their equivalents.
Claims (105)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018113739A RU2673013C1 (en) | 2018-04-16 | 2018-04-16 | Coherent lighting device with light recuperation |
KR1020190018841A KR102673816B1 (en) | 2018-04-16 | 2019-02-18 | Backlight unit providing uniform light and display apparatus including the same |
US16/374,318 US10761256B2 (en) | 2018-04-16 | 2019-04-03 | Backlight unit providing uniform light and display apparatus including the same |
CN201910292756.0A CN110389403B (en) | 2018-04-16 | 2019-04-12 | Backlight unit providing uniform light and display device including the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018113739A RU2673013C1 (en) | 2018-04-16 | 2018-04-16 | Coherent lighting device with light recuperation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2673013C1 true RU2673013C1 (en) | 2018-11-21 |
Family
ID=64556416
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018113739A RU2673013C1 (en) | 2018-04-16 | 2018-04-16 | Coherent lighting device with light recuperation |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102673816B1 (en) |
RU (1) | RU2673013C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2794510C1 (en) * | 2022-07-22 | 2023-04-19 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ | Method for simulating plasma radiation with a three-color laser for experimental studies |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2025020107A1 (en) * | 2023-07-26 | 2025-01-30 | 镭亚股份有限公司 | Time-division multiplexed display, time-division multiplexed display system and method |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2419888C1 (en) * | 2007-04-23 | 2011-05-27 | Сони Корпорейшн | Backlight device, method of controlling backlight and liquid-crystal display device |
RU2496152C2 (en) * | 2009-05-29 | 2013-10-20 | Шарп Кабушики Каиша | Display device and display device driving method |
US20140240341A1 (en) * | 2013-02-25 | 2014-08-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Image display device and control method thereof |
WO2015041894A1 (en) * | 2013-09-23 | 2015-03-26 | Qualcomm Incorporated | Touch-enabled field sequential color display using in-cell light sensors |
US20160351114A1 (en) * | 2013-05-20 | 2016-12-01 | Aliphcom | Sparkle display |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20030088217A (en) | 2002-05-13 | 2003-11-19 | 삼성전자주식회사 | Wearable display system enabling adjustment of magnfication |
EP2376971B1 (en) | 2008-12-12 | 2019-02-20 | BAE Systems PLC | Improvements in or relating to waveguides |
KR20120127077A (en) | 2011-05-13 | 2012-11-21 | 엘지전자 주식회사 | Color converting device and method for manufacturing the same |
KR102526749B1 (en) | 2015-09-24 | 2023-04-27 | 삼성전자주식회사 | Back light unit for holographic display |
US10197804B2 (en) | 2016-04-25 | 2019-02-05 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Refractive coating for diffractive optical elements |
US10534176B1 (en) | 2017-10-09 | 2020-01-14 | Facebook Technologies, Llc | Waveguide display with gratings for improved diffraction efficiency |
-
2018
- 2018-04-16 RU RU2018113739A patent/RU2673013C1/en active
-
2019
- 2019-02-18 KR KR1020190018841A patent/KR102673816B1/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2419888C1 (en) * | 2007-04-23 | 2011-05-27 | Сони Корпорейшн | Backlight device, method of controlling backlight and liquid-crystal display device |
RU2496152C2 (en) * | 2009-05-29 | 2013-10-20 | Шарп Кабушики Каиша | Display device and display device driving method |
US20140240341A1 (en) * | 2013-02-25 | 2014-08-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Image display device and control method thereof |
US20160351114A1 (en) * | 2013-05-20 | 2016-12-01 | Aliphcom | Sparkle display |
WO2015041894A1 (en) * | 2013-09-23 | 2015-03-26 | Qualcomm Incorporated | Touch-enabled field sequential color display using in-cell light sensors |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2794510C1 (en) * | 2022-07-22 | 2023-04-19 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ | Method for simulating plasma radiation with a three-color laser for experimental studies |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102673816B1 (en) | 2024-06-10 |
KR20190120695A (en) | 2019-10-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10830939B2 (en) | Multibeam diffraction grating-based backlighting | |
US10948647B2 (en) | Unidirectional grating-based backlighting employing a reflective island | |
KR102262227B1 (en) | Directional backlights, backlight displays and methods | |
US10788619B2 (en) | Dual light guide grating-based backlight and electronic display using same | |
CA3084793C (en) | Mode-switchable backlight, display, and method | |
US11448896B2 (en) | Multilayer multiview display and method | |
US8915635B2 (en) | Backlight having dual collimating reflectors | |
CA2993793C (en) | Dual surface collimator and 3d electronic display employing grating-based backlighting using same | |
JP7121013B2 (en) | Static multi-view display and method | |
US11635619B2 (en) | Backlit transparent display, transparent display system, and method | |
CN109799568B (en) | Backlight module and display device | |
EP3271761A1 (en) | Unidirectional grating-based backlighting employing an angularly selective reflective layer | |
CA3035799A1 (en) | Transparent display and method | |
US20220392136A1 (en) | Animated static multiview display and method | |
RU2673013C1 (en) | Coherent lighting device with light recuperation | |
US20210302630A1 (en) | Static multiview display and method having multiview zones | |
HK1242427A1 (en) | Unidirectional grating-based backlighting employing a reflective island | |
HK40011707A (en) | Directional backlight, backlit display and method | |
HK40011707B (en) | Directional backlight, backlit display and method | |
HK1257545A1 (en) | Grating-based backlight employing reflective grating islands | |
HK1257545B (en) | Grating-based backlight employing reflective grating islands |