定向背光源的制作方法
相关专利申请的交叉引用
本申请涉及2011年11月18日提交的名称为“directionalflatilluminators”(定向平坦照明器)的美国专利申请no.13/300,293(代理人参考号95194936.281001)、2013年10月2日提交的名称为“temporallymultiplexeddisplaywithlandscapeandportraitoperationmodes”(具有横向操作模式和纵向操作模式的时间多路复用显示器)的美国专利申请no.14/044,767(代理人参考号95194936.339001)、2013年12月20日提交的名称为“superlenscomponentfordirectionaldisplay”(用于定向显示器的超透镜组件)的美国专利申请no.14/137,569(代理人参考号95194936.351001)、2014年2月21日提交的名称为“directionalbacklight”(定向背光源)的美国专利申请no.14/186,862(代理人参考号95194936.355001)、2013年5月17日提交的名称为“controlsystemforadirectionallightsource”(用于定向背光源的控制系统)的美国专利申请no.13/897,191(代理人参考号95194936.362001)、2015年5月27日提交的名称为“wideangleimagingdirectionalbacklights”(广角成像定向背光源)的美国临时专利申请no.62/167,203(代理人参考号384000)，所有这些专利申请的全文以引用方式并入本文。另外，本专利申请涉及并要求2014年10月8日提交的名称为“directionalbacklight”(定向背光源)的美国临时专利申请no.62/061,467(代理人参考号372000)的优先权，其全文以引用方式并入本文。
本公开整体涉及光调制装置的照明，并且更具体地讲，涉及用于从局部光源提供大面积照明的光导，以便在2d、3d和/或自动立体显示装置中使用。
背景技术：
用于透射空间光调制器的背光源通常包括光源阵列和光学元件，其通常使用光引导和提取将光遍布于空间光调制器的区域。光源可例如通过led阵列提供在导光板的至少一侧。
非成像背光源通常被布置成将来自多个光源的照明导向穿过显示器面板进入对于多个光源中的每一者而言基本上共用的观察区内，以实现宽视角和高显示均匀度。用于非成像背光源的光源阵列可用对所有光源基本上相同的输入来寻址。光源还可布置成串以便实现紧凑电连接设备。
相比之下，定向背光源可布置为从多个光源将照明导向穿过显示面板导进入对于多个光源中的每一者而言不同的相应不同观察区或观察窗中，如大体上在2011年11月18日提交的名称为“directionalflatilluminators”(定向平坦照明器)的美国专利申请no.13/300,293(代理人参考号95194936.281001)和2014年2月21日提交的名称为“directionalbacklight”(定向背光源)的美国专利申请no.14/186,862(代理人参考号95194936.355001)中讨论的，这两个专利申请的全文以引用方式并入本文。相较于非成像背光源来说，定向背光源可以实现额外的功能性，包括高效率操作模式、防窥效果、针对低功耗实现的高亮度，以及使用户在延长显示器使用时舒适的朗伯操作。另外，在与快速更新速率空间光调制器的协作中，可以实现自动立体3d和低偏轴对比度防窥操作模式。
对定向背光源的操作模式的控制可通过以形成期望观察窗结构的方式对光源阵列的光源单独寻址来实现。例如，可通过对小组光源寻址实现高效率操作，而可通过对整个阵列均匀寻址实现朗伯操作。另外，可通过响应于光源位置的测量来调整光源照明将光指向观察者。
本公开以紧凑且成本低的方式实现与大型独立光源阵列的电接触。
技术实现要素：
根据本公开的一个方面，可以提供一种用于定向背光源的光源阵列并行连接组件，该组件包括：安装条带，所述安装条带包括电绝缘体层，电绝缘体层在横向方向上延伸，安装条带包括端部和基部；光源阵列，所述光源阵列被安装到排列在所述横向方向上的安装条带的端部，并且被布置为在向前方向上来输出光；单独导电迹线，所述单独导电迹线被连接到每个相应光源，相应光源形成在安装条带的电绝缘体层上并从端部延伸到基部上；以及多个平坦连接器，每个平坦连接器包括单独导电迹线的阵列，平坦连接器在安装条带的基部上以堆叠的方式被安装，安装条带上的每个导电迹线电连接到平坦连接器中的一个的相应导电迹线，平坦连接器沿着基部在所述横向方向上延伸到基部外，从而允许在基部外进行与平坦连接器的导电迹线的电连接。
有利地，相较于复杂电连接器构造或较大连接条带尺寸来说，可以实现与大量单独地寻址的光源的紧凑连接。
安装条带上的每个导电迹线可以直接电连接到平坦连接器中的一个的相应导电迹线。安装条带还可包括散热层，散热层在电绝缘体层的与导电迹线相对的一侧至少跨所述端部延伸。散热层可以跨端部和基部延伸。散热层可以包括金属层。金属可以是铜。该组件可包括另一散热元件，另一散热元件热连接到与端部相邻的散热层。
有利地，高电流光源可与期望散热装置一起用来维持装置有效性和寿命。这样的显示器可以在周围照明高的环境中以高图像质量而使用，而不增加总功耗。
该组件可还包括在基部外连接到每个平坦连接器的相应连接器块，该连接器块可以允许进行与平坦连接器的导电迹线的电连接。每个平坦连接器的导电迹线可以暴露于基部外，从而允许进行与导电迹线的电连接。有利地，可沿着显示器长边缘放置光源，同时实现有源区域边缘与框架边缘之间的狭窄边框。可沿着显示器短边缘将连接器块放置在有源区域外的区域中，并且因此物理尺寸有利地受到较少约束。
端部可以是平面的，并且基部可以是平面的。电绝缘体可以通过线性弯曲到端部和基部中成形。有利地，可以提供具有高可靠性的电连接，同时方便地提供该条带的形状因子以便匹配显示器的几何形状。
基部可以在向前方向上从光源延伸。光源可以顶部发射的配置在端部的面上被安装到安装条带，使得向前方向从该面向外。安装条带可以被成形为使得基部在向前方向上延伸。
有利地，电连接基部可相对于光发射端部折叠，并且因此可以提供在方便位置处。
安装条带可以被成形为使得基部被设置在端部的后侧。安装条带可以被成形为使得基部被设置在端部的后侧、平行于端部延伸。光源可以侧面发射的配置在端部的面上被安装到安装条带，使得向前方向跨该面。基部可以在向前方向上延伸。基部可以在向后方向上延伸。
有利地，基部可放置在定向背光源的成像波导的薄端下方。堆叠的总厚度没有增加，从而实现具有小边框宽度的薄结构。或者，可将基部布置在空间光调制器的区域外，以便以紧凑形状因子来实现与光源阵列的方便连接。
根据本公开的另一方面，可以提供一种定向背光源，该定向背光源可包括：波导，所述波导包括用于接收输入光的输入端，以及用于沿着波导引导输入光的相对的第一引导表面和第二引导表面，其中第二引导表面被布置成使穿过波导而引导的光穿过第一引导表面偏转出波导成为输出光，并且波导被布置成在横向分布的输出方向上将输出光导向到光学窗中，输出方向取决于横向沿着输入端的输入光的输入位置；以及根据第一方面的组件，所述组件被布置有光源，光源横向沿着波导的输入端设置在不同输入位置处，面向波导的输入端，以便提供所述输入光。
根据本公开的另一方面，可以提供一种定向显示装置，该定向显示装置包括：根据第二方面的定向背光源；以及透射空间光调制器，所述透射空间光调制器包括像素阵列，像素阵列被布置成接收来自波导的输出光并且对输出光进行调制，以便显示图像。
根据本公开的另一方面，可以提供一种定向显示设备，该定向显示设备包括：根据第三方面的定向显示装置；以及控制系统，所述控制系统在基部外被连接到平坦连接器，以便提供与光源的连接，控制系统被布置为控制光源以将光导向到光学窗中以供观察者观看。
有利地，可提供定向显示器以实现如下操作模式，包括但不限于高效率、针对室外的高亮度、防窥、自动立体显示器
定向背光源通常通过调制布置在光学波导的输入孔侧的独立led光源，来提供对从基本上整个输出表面发出的照明的控制。控制发射光定向分布可实现安全功能的单人观察，其中显示器可仅被单个观察者从有限角度范围看到；可实现高电效率，其中可在小角度定向分布内提供照明；可实现对时序立体显示器和自动立体显示器的左右眼交替观察；以及可实现低成本。
本领域的普通技术人员在阅读本公开内容全文后，本公开的这些和其他优点以及特征将变得显而易见。
附图说明
实施例通过举例的方式在附图中示出，其中类似的附图标号表示类似的组件，并且其中：
图1是根据本公开的示意图，其以透视图示出了包括布置有空间光调制器的非成像背光源的显示装置的结构；
图2是根据本公开的示意图，其示出了随图1的非成像背光源的视角的显示器亮度的变化的图；
图3是根据本公开的示意图，其示出了图1的非成像背光源的led阵列的电布置，该电布置包括多个led串；
图4是根据本公开的示意图，其示出了与图1的非成像背光源的led阵列的连接；
图5是根据本公开的示意图，其示出了图1的非成像背光源的led阵列中的一对led的结构的侧视图；
图6是根据本公开的示意图，其以透视图示出了包括布置有空间光调制器的定向背光源的显示装置的结构；
图7是根据本公开的示意图，其示出了针对不同光源电流的随图6的定向背光源的视角的显示器亮度的变化的图；
图8-图9是根据本公开的示意图，其以正视图和侧视图示出了类似于图6中示出的那样的定向波导中的光的传播；
图10是根据本公开的示意图，其以透视图示出了来自定向显示器的光的控制；
图11是根据本公开的示意图，其示出了定向显示器的控制系统；
图12是根据本公开的示意图，其以正视图示出了用于定向背光源的光源阵列组件；
图13a是根据本公开的示意图，其以侧视图示出了用于定向背光源的光源阵列组件；
图13b是根据本公开的示意图，其以侧视图示出了双层金属芯印刷电路板；
图14-图15是根据本公开的示意图，其以正视图示出了用于定向背光源的光源阵列组件；
图16-图17是根据本公开的示意图，其以侧视图和正视图示出了用于定向背光源的光源阵列组件的平坦连接器；
图18a-图18b是根据本公开的示意图，其以正视图和侧视图示出了用于定向背光源的光源阵列安装条带；
图18c是根据本公开的示意图，其以正视图示出了用于定向背光源的光源阵列安装条带；
图19是根据本公开的示意图，其以正视图示出了用于定向背光源的接口连接器组件；
图20a-图20b是根据本公开的示意图，其以侧视图和正视图示出了用于定向背光源的光源阵列连接系统；
图20c-图20d是根据本公开的示意图，其以正视图示出了用于定向背光源的光源阵列并行连接组件，光源阵列并行连接组件包括部分重叠的平坦连接器；
图21a是根据本公开的示意图，其以侧视图示出了包括光源阵列连接系统的定向显示器，光源阵列连接系统包括顶部发射led；
图21b-图21d是根据本公开的示意图，其以侧视图示出了包括光源阵列连接系统的定向显示器，光源阵列连接系统包括侧面发射led；
图22-图23是根据本公开的示意图，其以侧视图示出了将连接电缆焊接到定向背光源的光源阵列组件的方法；
图24是根据本公开的示意图，其以正视图示出了将连接电缆焊接到定向背光源的光源阵列组件的方法；
图25a-图25b是根据本公开的示意图，其以侧视图和正视图示出了用于定向背光源的光源阵列连接系统；以及
图26-图31是根据本公开的示意图，其以侧视图示出了显示器组件中的光源阵列组件和定向导光板的布置；以及
图32是根据本公开的示意图，其示出了其中光源阵列可定位在基部上的布置。
具体实施方式
图1是示意图，其以透视图示出了包括布置有空间光调制器的已知非成像背光源的显示装置的结构。导光板100被布置为接收来自光源142、244、146的阵列140的光。从导光板100中提取光，光入射到扩散器104、棱镜膜106、108、包括孔区域111的屏蔽层以及另一个漫射器112上。后反射器102被布置为使从后续层反射的光循环，并且提高效率。空间光调制器48包括输入偏振器118、输出偏振器126、具有包括红色、绿色和蓝色图像像素130、132、134的液晶层122的基板120、124。
如图1所示的常规非成像显示背光源通常采用光波导并且具有来自光源(诸如led)的边缘照明。然而，应当理解，此类常规的非成像显示背光源与本公开中所讨论的成像定向背光源之间在功能、设计、结构和操作方面存在许多根本差异。
非成像背光源或导光板(lgp)用于2d显示器的照明。参见例如，
图2是示意图，其示出了随图1的非成像背光源的y轴视角152的显示器亮度150的变化的图。在第一操作时的操作中，来自led142、144、146的光以非朗伯分布(如亮度分布154所示的)被导向穿过非成像背光源的导光板100和相应层。如果减小或切断led142的操作电流，那么形成新的分布156，其中该亮度分布的最大强度减小，然而该分布的形状具有基本上相同的角分布形状。因此，背光源是非成像类型的，并且不管跨阵列140的led驱动电流如何，都会具有形状基本上固定的角分布。
图3是示意图，其示出了图1的非成像背光源的led阵列的电布置，该电布置包括多个led串。因此，led阵列140是由多个led串162组成，多个led串包括多个led166并通过电极164、168连接到输入170。因此，输入170处的连接数量可大幅低于阵列140中的led数量。
图4是示意图，其示出了与图1的非成像背光源的led阵列的连接。led组件172可以具有由电缆182提供的小尺寸连接180。方便地，由于输入170中与阵列140的多个串162的连接的数量少，导致该组件的高度174可以小。有利地，这种布置可用适于移动显示装置的紧凑结构来实现。
图5是示意图，其示出了图1的非成像背光源的led阵列中的一对led的结构的侧视图。组件172可包括基板200并还可包括绝缘体层202。电极164、168可形成在绝缘体202上并用于提供与一连串led166的连接。
图6是示意图，其以透视图示出了包括布置有空间光调制器的成像定向背光源的显示装置的结构。以下将参考图8和图9描述包括光学阀的波导1的操作。光源阵列15可以包括布置在波导1的输入侧2处的led15a-n。具有反射结构83的后反射器81被布置为接收透射穿过波导1的特征12的光。平面特征10布置在波导1的特征12之间。光学堆叠254可以包括漫射器、延迟器和反射偏振器元件。
图7是示意图，其示出了针对不同光源电流的随图6的定向背光源的视角的显示器亮度变化的图。在操作中，在y轴上以不同的角分布来导向来自阵列15的每个led15a-n的光。对led的控制可以实现从分布260到分布262的横向角偏移。有利地，可控制输出角分布以实现至少功率减少、防窥操作、高亮度户外操作和/或自动立体化操作。
如共同拥有的美国专利申请no.13/300,293所述的光学阀有利地可与快速切换透射空间光调制器组合布置，以在薄型封装中实现时间多路复用自动立体照明，同时提供高分辨率图像及无闪烁观察者跟踪和低串扰水平。描述了观察位置或窗的一维阵列，其可在第一(通常水平)方向上显示不同图像，但在第二(通常竖直)方向上移动时包含相同图像。
一般来讲，例如，根据本公开，成像定向背光源被布置成将来自多个光源的照明在至少一条轴上导向穿过显示器面板到达相应的多个观察窗。每个观察窗通过成像定向背光源的成像系统在光源的至少一条轴上基本上形成为图像。成像系统可形成于多个光源与相应的窗图像之间。以此方式，来自多个光源中的每一者的光对于处于相应观察窗之外的观察者眼睛而言基本上不可见。
如本文所用，光学阀是这样的光学结构，其可以是称为例如光阀、光学阀定向背光源和阀定向背光源(“v-dbl”)的光引导结构或装置的类型。在本公开中，光学阀不同于空间光调制器(即便空间光调制器有时在本领域中可一般称为“光阀”)。成像定向背光源的一个例子为可采用折叠式光学系统的光学阀。光可在基本上无损耗的情况下在一个方向上传播穿过光学阀，可入射到成像反射器上，并且可反向传播，使得光可通过反射离开倾斜的光提取结构特征而被提取，并导向至观察窗，如专利申请序列13/300,293中所述，所述专利申请全文以引用方式并入本文。
如本文所用，成像定向背光源的例子包括阶梯式波导成像定向背光源、折叠成像定向背光源、楔型定向背光源或光学阀。
另外，如本文所用，阶梯式波导成像定向背光源可为光学阀。阶梯式波导是用于成像定向背光源的波导，其包括用于引导光的波导，还包括第一光引导表面；和与第一光引导表面相对的第二光引导表面，还包括散布有被布置为阶梯的多个提取特征的多个光引导特征。
此外，如所使用，折叠式成像定向背光源可为楔型定向背光源或光学阀中的至少一者。
在操作中，光可在示例性光学阀内在第一方向上从输入侧传播到反射侧并且可在基本上无损耗的情况下透射。光可在反射侧反射并且在与第一方向基本上相对的第二方向上传播。当光在第二方向上传播时，光可入射到光提取特征上，所述光提取特征可操作以将光重新导向到光学阀之外。换句话说，光学阀一般允许光在第一方向上传播并且可允许光在第二方向上传播时被提取。
光学阀可实现大显示面积的时序定向照明。另外，可采用比光学元件后工作距离更薄的光学元件以将来自宏观照明器的光导向到窗平面。此类显示器可使用光提取特征阵列，所述光提取特征阵列被布置成提取在基本上平行的波导中反向传播的光。
用于与lcd一起使用的薄型成像定向背光源实现方式已由如下提出和说明：3m的例如美国专利no.7,528,893；微软公司(microsoft)的例如美国专利no.7,970,246，其在本文可称为“wedgetypedirectionalbacklight”(楔型定向背光源)；reald的例如美国专利申请no.13/300,293，其在本文可称为“opticalvalve”(光学阀)或“opticalvalvedirectionalbacklight”(光学阀定向背光源)，所有上述专利全文以引用方式并入本文。
本公开提供了阶梯式波导成像定向背光源，其中光可在例如阶梯式波导的内面之间来回反射，所述阶梯式波导可包括第一侧面和第一组特征。在光沿着阶梯式波导的长度行进时，光可基本上不改变相对于第一侧面和第一组表面的入射角，且因此在这些内面处不能达到介质的临界角。光提取可有利地由第二组表面(阶梯“立板”)实现，所述第二组表面斜向于第一组表面(阶梯“踏板”)。应当注意，第二组表面可不为阶梯式波导的光引导操作的部分，但可被布置成由该结构提供光提取。相比之下，楔型成像定向背光源可允许在具有连续内表面的楔形轮廓波导内引导光。因此，光学阀不是楔型成像定向背光源。
图8-图9是示意图，其以正视图和侧视图示出了类似于图6中示出的那样的定向波导中的光的传播。图8是示意图，其示出了定向显示装置的一个实施例中的光传播的正视图，并且图9是示意图，其示出了图8的定向显示装置中的光传播的侧视图。
图8示出了定向显示装置的定向背光源的xy平面中的正视图，并且包括可用于照明阶梯式波导1的照明器阵列15。照明器阵列15包括照明器元件15a至照明器元件15n(其中n是大于1的整数)。在一个例子中，图8的阶梯式波导1可为阶梯式的、显示器大小的波导1。照明元件15a至照明元件15n是可为发光二极管(led)的光源。虽然led在本文作为照明器元件15a-15n来讨论，但可使用其他光源，诸如但不限于二极管源、半导体源、激光源、局域场致发射源、有机发射器阵列等。另外，图9示出了在xz平面中的侧视图，并且包括如所示布置的照明器阵列15、slm(空间光调制器)48、提取特征12、引导特征10和阶梯式波导1。图9中提供的侧视图为图8中所示的正视图的替代视图。因此，图8和图9的照明器阵列15彼此对应，并且图8和图9的阶梯式波导1可对应于彼此。
另外，在图9中，阶梯式波导1可以具有薄的输入端2和厚的反射端4。因此，波导1在接收输入光的输入端2与将输入光反射回穿过波导1的反射端4之间延伸。输入端2在跨波导的横向方向上的长度大于输入端2的高度。将照明器元件15a至照明器元件15n设置在跨输入端2的横向方向上的不同输入位置。
波导1具有相对的第一引导表面和第二引导表面，所述引导表面在输入端2与反射端4之间延伸，用于通过全内反射沿波导1来回引导光。第一引导表面是平坦的。第二引导表面具有多个光提取特征12，所述光提取特征面向反射端4并且倾斜以在多个方向上反射从反射端穿过波导1引导回的光中的至少一些光，所述多个方向破坏了第一引导表面处的全内反射并且允许穿过第一引导表面(例如图9中朝上)输出，所述输出被提供到slm48。
在此例子中，光提取特征12是反射小平面，但可使用其他反射特征。光提取特征12不引导光穿过波导，而光提取特征12之间的第二引导表面的中间区域引导光，而不提取光。第二引导表面的那些区域是平坦的并且可平行于第一引导表面或以相对较低的倾角延伸。光提取特征12横向于这些区域延伸，使得第二引导表面具有阶梯式形状，所述阶梯式形状包括光提取特征12和中间区域。光提取特征12被取向为使来自光源的光在从反射端4反射后反射穿过第一引导表面。
光提取特征12被布置用于将来自在跨输入端的横向方向上的不同输入位置的输入光在相对于第一引导表面的不同方向上导向，所述不同方向取决于输入位置。由于照明元件15a-15n被布置在不同输入位置处，所以来自相应照明元件15a-15n的光在那些不同方向上反射。这样，照明元件15a-15n中的每个在分布在横向方向中的输出方向上将光导向到各自的光学窗中，所述输出方向取决于输入位置。对于输出光而言，跨输入位置分布在其中的输入端2的横向方向对应于第一引导表面法线的横向方向。如输入端2处限定且对于输出光而言的横向方向在该实施例中保持平行，其中反射端4和第一引导表面处的偏转一般与横向方向正交。在控制系统的控制下，照明器元件15a-15n可被选择性地操作以将光导向到可选择的光学窗中。光学窗可单独或成组地用作观察窗。
反射端4在跨波导的横向方向上可具有正光焦度。在通常反射端4具有正光焦度的实施例中，光轴可参照反射端4的形状限定，例如为穿过反射端4的曲率中心的线并且与末端4围绕x轴的反射对称的轴重合。在反射表面4平坦的情况下，光轴可相对于具有光焦度的其他组件(例如光提取特征12，如果它们是弯曲的话)或下文所述的菲涅耳透镜62类似地限定。光轴238通常与波导1的机械轴重合。
slm48跨波导延伸，是透射的并且调制从其中穿过的光。虽然slm48可为液晶显示器(lcd)，但这仅仅是举例，并且可使用其他空间光调制器或显示器，包括lcos、dlp装置等，因为此照明器可以反射方式工作。在此例子中，slm48跨波导的第一引导表面而安置并调制在从光提取特征12反射后穿过第一引导表面的光输出。
可提供一维观察窗阵列的定向显示装置的操作在图8中以正视图示出，其侧面轮廓在图9中示出。在操作中，在图8和图9中，光可从照明器阵列15(诸如照明器元件15a至15n的阵列)发出，照明器阵列15沿着阶梯式波导1的薄端侧2的表面x＝0位于不同位置y。光可在阶梯式波导1内在第一方向上沿着+x传播，与此同时，光可在xy平面中成扇形射出并且在到达远处弯曲端侧4后可基本上或完全填充弯曲端侧4。在传播时，光可在xz平面中展开成一组角度，该组角度高达但不超过引导材料的临界角。连接阶梯式波导1的底侧的引导特征10的提取特征12可具有大于临界角的倾斜角，并且因此在第一方向上沿着+x传播的基本上所有光都可能错过该提取特征12，从而确保了基本上无损耗的前向传播。
继续讨论图8和图9，可使阶梯式波导1的弯曲端侧4具反射性，通常这通过用反射性材料(诸如，例如，银)涂覆而实现，但也可采用其他反射技术。光因此可在第二方向上重新导向，顺着引导件在-x方向上返回并且可在xy或显示器平面中基本上准直。角展度可在围绕主要传播方向的xz平面中基本上保持，这可允许光撞击立板边缘并从引导件反射出来。在具有大约45度倾斜的提取特征12的实施例中，可大约垂直于xy显示器平面有效地导向光，其中相对于传播方向基本上保持xz角展度。当光通过折射离开阶梯式波导1时此角展度可增加，但依据提取特征12的反射特性，可略有减小。
在具有未涂覆的提取特征12的一些实施例中，当无法进行全内反射(tir)时反射可减少，从而挤压xz角轮廓并偏离法线。然而，在涂覆有银或金属化的提取特征的其他实施例中，可保留增大的角展度和中心法线方向。继续描述具有涂覆有银的提取特征的实施例，在xz平面中，光可大约准直地离开阶梯式波导1，并且可与照明器阵列15中的相应照明器元件15a-15n离输入边缘中心的y位置成比例地导向偏离法线。沿着输入边缘2具有独立照明器元件15a-15n于是使光能够从整个第一光导向侧6离开并以不同外角传播，如图8中所示。
图10是示意图，其示出了包括成像定向背光源的防窥定向显示装置。2d显示系统也可出于安全和效率目的而利用定向背光源，其中光可主要导向于第一观察者45的眼睛，如图10中所示。另外，如图10中所示，虽然第一观察者45可以能够观察到装置50上的图像，但光不朝第二观察者47导向。因此，防止了第二观察者47观察到装置50上的图像。本公开的实施例中的每一者可有利地提供自动立体、双重图像或防窥显示功能。
有利地，通过对阵列15的led15a-n的独立控制来实现角度照明控制。
图11是示意图，其示出了包括显示装置和控制系统的定向显示设备。显示装置可包括定向背光源，该定向背光源包括串联布置的波导1、视差元件100和空间光调制器48。另外，触摸屏102可与空间光调制器48串联布置，其中空间光调制器通常布置在触摸屏102与波导之间。观察窗26可设置在窗平面106处。另外，可由来自波导1的光在窗平面107处产生观察窗27。观察窗27,26可与彼此基本对齐，并且窗平面106、107可基本共面并重叠。空间光调制器48可与视差元件100配合，以在窗平面109处产生另外的观察窗29。如下文所述，观察窗29、26可对齐，并且可具有公共窗平面106、109位置。
控制系统的布置方式和操作现在将被描述并且在必要时加以修改的情况下可适用于本文所公开的显示装置中的每个。
定向显示装置包括定向背光源，所述定向背光源包括如上文所述布置的波导1和照明器元件阵列15。控制系统被布置成选择地操作照明元件阵列15中的照明元件15a-15n，以与提供观察窗26的光学窗结合，将光导向到可选择光学窗中。
控制系统可包括传感器系统，其被布置为检测观察者99相对于显示装置100的位置。传感器系统可以包括：位置传感器70，诸如具有指向观察窗26的图像捕获锥71的相机，和头部位置测量系统72，所述头部位置测量系统可例如包括计算机视觉图像处理系统。控制系统还可包括照明控制器74和图像控制器76，这两者均被提供由头部位置测量系统72提供的被检测到的观察者位置。
照明控制器74选择性地操作照明器元件15a-15n以配合波导1将光导向进入观察窗26。照明控制器74根据头部位置测量系统72所检测到的观察者的位置，来选择要操作的照明器元件15a-15n，使得光导向进入其中的观察窗26处于对应于观察者99的左眼和右眼的位置。这样，波导1的横向输出方向性对应于观察者位置。
图像控制器76控制slm48以显示图像。图像控制器76可连接至空间光调制器48上的像素驱动元件105，像素驱动元件被布置成对空间光调制器的像素寻址，如下文详述。在一种操作模式下，为了提供自动立体显示器，图像控制器76和照明控制器74可按照如下方式操作。图像控制器76控制slm48以显示时间上多路复用的左眼图像和右眼图像。照明控制器74操作光源15a-15n以将光导向进入观察窗中对应于观察者左眼和右眼的位置，并同步地显示左眼图像和右眼图像。这样，使用时分多路复用技术实现了自动立体效果。
以上描述可适用于单独的下列设备、修改形式和/或另外特征中的每者或全部，或其任何组合，现在将描述它们。
在另一个实施例中，定向显示设备还可包括控制系统，其可被布置用于选择性地操作光源以将光导向进入对应于先前所讨论的输出方向的观察窗中。该实施例也可结合如本文所述的定向背光源、定向显示装置、定向显示设备等中的任一者一起使用。
在另一个实施例中，定向显示设备可为具有控制系统的自动立体显示设备。控制系统还可被布置用于控制定向显示装置以按时间显示多路复用的左图像和右图像，并且基本上同步地将所显示的图像导向进入观察窗中对应于观察者的至少左眼和右眼的位置。控制系统可包括传感器系统，所述传感器系统可被布置用于检测显示装置对面的观察者的位置，并且控制系统也可被布置用于将所显示的图像导向进入观察窗中对应于观察者的至少左眼和右眼的位置。观察窗的位置可主要取决于观察者的检测位置。
图12是示意图，其以正视图示出了用于定向背光源的光源阵列连接组件300。如上所述，期望地，阵列15中的每个光源15a-n可以是能被单独寻址的。每个光源15a-n可例如为单个led，或者还可包括多个光源，诸如多芯片led封装或封装串。封装串可串联布线以减少电极迹线304总数，然而，当光条与定向导光板一起使用时，这会使光的定向控制的寻址能力降低。
在对角线为4”的移动显示器中，可单独寻址的光源12a-n的数量可例如为至少8个，并且更通常地在12个至48个之间。较大的显示器可以具有更大数量可单独寻址的光源。例如，14”显示器通常可以包括60个led，或者12个或更多个led可以在可单独寻址串中。
光源控制器74通过电缆303和连接器302来向可单独寻址的光源15a-n提供电流负载。电极迹线304、308用作光源15a-n中的每个的输入电极和输出电极。该电极迹线304的展开区域对连接组件300的高度310有要求，相较于非成像背光源的连接器尺寸来说，这不利地增加显示器物理体积，从而不期望地增加占用面积和/或厚度。
图13a是示意图，其以侧视图示出了用于成像定向背光源的光源阵列连接组件300。光源15a可以包括：封装353，所述封装包括电连接和散热块部分；光发射区域351，所述光发射区域产生具有轴471的光分布357。在顶部发射led中，轴471可为从绝缘体314的面向外的，而在侧面发射led中，如本文将描述，轴471可平行于绝缘体314的面。
组件300可包括金属芯(或包层)印刷电路板(mcpcb)，mcpcb包括金属散热层312、绝缘体层314和包括电极迹线304、308的电极层。连接器302可具有例如1mm的物理高度316，而包括层312、314的mcpcb可具有可为0.2mm的高度317。相较于非成像背光源的连接器尺寸来说，高度317、316的组合不利地增加了显示器物理体积，从而不期望地增加占用面积和/或厚度。
在本发明实施例中，该封装353可包括多于一个可寻址的光源；因此，一个封装可以包括多个光发射区域351。有利地，在封装与mcpcb312、314上的阵列对准期间，可需要更少封装安装操作，从而降低成本。
可能期望增加薄装置中的电连接的表面积。
图13b是示意图，其以侧视图示出了可用于在受限区域中提供并行连接的双层金属芯印刷电路板。导电层315和317可形成有中间额外绝缘体层319。电极迹线304、308可通过形成通向层315以及层317中的通孔来形成。然而，将此类元件移除是昂贵且复杂的。
期望地，应当减小用于成像定向背光源的连接器尺寸，优选地用低成本mcpcb构造实现这一目的。
图14-图15是示意图，其以正视图示出了用于定向背光源的光源阵列连接组件。在图14中，可以引入多个连接器322、324、326，因此相较于图12中的高度310，减小了高度320。连接器高度316在靠近led的区域中得以保持，这可增加显示器厚度或占用面积。通常，在系统设计中，在面板占用面积外存在一些许用的空间。
可能期望，以类似于图4中的连接器180、182的方式来使连接器从阵列的侧面布线，以便使其在空间光调制器48的有源区域外。图15示出了迹线304可具有90度弯曲，从而为连接器302提供了侧面位置，然而，通常为mcpcb的连接组件300的高度330显著增加，而且成本也会增加。
可能期望提供可单独寻址的光源15a-n的阵列15的连接组件，而占用面积和厚度小，适于以小体积和减少成本在移动显示平台中实现致密连接。
图16-图17是示意图，其以侧视图和正视图示出了用于定向背光源的光源阵列并行连接组件的平坦连接器。多个平坦连接器400、402、404各自包括单独导电迹线409阵列。在操作中，平坦连接器400、402、404以堆叠415的方式被安装。每个连接器还可包括连接区域406，该连接区域可包括与导电迹线409连接的孔。平坦连接器400、402、404例如可具有100微米的厚度。每个平坦连接器的长度可以不同。平坦连接器400、402、404可为平坦柔性电缆(ffc)，其由例如层压在两个聚酯绝缘层之间的薄矩形铜导体制成。或者，平坦连接器可为柔性印刷电路(fpc)，其构造类似于ffc，不同之处在于铜膜被化学蚀刻以产生期望电极图案。
图18a-图18b是示意图，其以正视图和侧视图示出了用于定向背光源的光源阵列安装条带410。安装条带410包括电绝缘体层314，电绝缘体层在横向方向(y方向)上延伸并成形为：具有面的端部401；以及从端部401的面延伸的基部403。可以设置线路405，端部和基部403、401围绕该线路而成形。安装条带可以设置有阵列15的光源15a-n的多个区域414、416、418，这些区域通过电迹线304、308连接到包括连接器特征412的相应连接区域421、417、419。因此，安装条带410还包括散热层312，散热层在电绝缘体层314的与导电迹线304相对的一侧至少跨所述端部401延伸，并且散热层312可包括金属层，金属例如可以是铜或铝。散热层312还可跨端部401和基部403延伸。
图18c是示意图，其以正视图示出了用于定向背光源的光源阵列安装条带410。在这个例子中，区域401且任选的区域403可用彩色外涂层着色，例如，例如为黑色或白色的焊接掩模层。黑色焊接掩模可减少从条进行的背反射，并且改善光从预期方向的泄漏。相反，白色外涂层或焊接掩模层可有利地改善显示器的整体亮度。彩色外涂层可任选地涂覆在可不与电极的电分组对准的区域500(如图所示)中，并且出于光学性能原因而被选择。具体地讲，区域500可为一种颜色，例如白色，并且条外区域500的区域可以是不同的颜色，例如黑色。有利地，可以改善显示器中心位置的亮度，并且可以减少来自预期方向的光的泄漏。
图19是示意图，其以正视图示出了用于定向背光源光源阵列的接口连接器组件420。组件420可以包括在块430、432、434中具有连接器特征428的pcb。通过连接器424连接到控制系统74的连接器303可布置为对led电流控制元件422寻址。元件422可用于响应于来自控制系统74的控制信号为每个光源15a-n的输出提供可单独控制的恒定电流值。在示例性例子中，元件422可包括一个或多个芯片，诸如由戴乐格半导体公司(dialogsemiconductor)制造的iw7032。可提供展开迹线区域426以将特征428连接到元件422。
图20a-图20b是示意图，其以侧视图和正视图示出了用于定向背光源的光源阵列并行连接组件。布置包括安装条带410，安装条带包括电绝缘体层314，电绝缘体层在横向方向(诸如y方向)上延伸，并且可成形为具有面的端部401；以及从端部的面延伸的基部403。光源15a-n阵列被安装到排列在所述横向方向上的安装条带410的端部401的面，并且被布置为从所述面向外输出光。
单独导电迹线304被连接到每个相应光源15a-n，相应光源是形成在安装条带410的电绝缘体层314上，并且跨端部401延伸到基部403上。
多个平坦连接器400、402、404各自包括单独导电迹线409阵列，这些平坦连接器在安装条带410的基部上以堆叠415的方式被安装，安装条带410上的每个导电迹线304电连接到平坦连接器400、402、404中的一个的相应导电迹线409，平坦连接器400、402、404沿着基部在所述横向方向上延伸到所述基部403外的至少一个区域429，从而允许在基部外进行与平坦连接器400、402、404的导电迹线409的电连接。光源15a-n阵列也可设置有一个或多个公共电极308。
在组装过程中，可将平坦连接器404安装在基部403上，接着安装的是平坦连接器402，最后安装的是平坦连接器400。平坦连接器的数量可为两个或更多个。
安装条带上的每个导电迹线304、308直接电连接到平坦连接器400、402、404中的一个的相应导电迹线409。连接器块430、432、434在基部403外被连接到每个平坦连接器400、402、404，连接器块430、432、434允许电连接到平坦连接器400、402、404的导电迹线409。每个平坦连接器400、402、404的导电迹线409暴露于基部403外，从而允许进行与导电迹线的电连接。
因此，一种用于定向背光源的光源阵列并行连接组件可以包括：安装条带410，所述安装条带包括电绝缘体层314，电绝缘体层在横向方向上延伸，安装条带410包括端部401和基部403。光源15a-n阵列可安装到排列在所述横向方向上的安装条带410的端部401，并且被布置为在向前方向上来输出光。单独导电迹线304可连接到每个相应光源15a-n，相应光源是形成在安装条带410的电绝缘体层314上，并且从端部401延伸到基部403上。
另外，可以提供多个平坦连接器400、402、404，它们各自包括单独导电迹线409阵列，这些平坦连接器400、402、404在安装条带410的基部403上以堆叠415的方式被安装，安装条带上的每个导电迹线304电连接到平坦连接器400、402、404中的一个的相应导电迹线309。平坦连接器400、402、404可以沿着基部403在所述横向方向上延伸到基部外，从而允许在基部外进行与平坦连接器400、402、404的导电迹线409的电连接。
安装条带410上的每个导电迹线可以直接电连接到平坦连接器中的一个的相应导电迹线409。安装条带410还可包括散热层312，散热层在电绝缘体层314的与导电迹线304相对的一侧至少跨所述端部403延伸。散热层312可跨端部401和基部403延伸，并且可包括金属层，金属可以是铜或铝。
有利地，可最小化安装条带的宽度。另外，随着光源数量增加，可通过增加平坦连接器的数量来维持安装条带的宽度。
另外，接口连接器组件420可沿着slm48的短边缘布置，而光源沿着长边缘布置。有利地，可以在紧凑封装中实现高效率照明。
可能期望减少与该阵列的光源的连接的总数量。还可以进一步期望减小平坦连接器堆叠的总厚度。
图20c-图20d是示意图，其以正视图示出了用于定向背光源的光源阵列并行连接组件，光源阵列并行连接组件包括部分地重叠的平坦连接器。图20c示出了一对平坦连接器400、402，并且图20d示出了平坦连接器400、402在连接到安装条带410时的布置。安装条带400可以具有两个区域481、483，这两个区域有第一长度和第二长度，被布置为连接到连接区域421、419。安装条带可布置为连接到区域417。有利地，可减小平坦连接器400、402的堆叠415的总厚度。
另外，连接到区域419、421的阵列15a-n的外部光源可例如提供为多个led串。连接到区域417的内部光源可提供为具有比连接到外部区域的led更少的led的可单独寻址的led或串。因此，可减少提供的连接数量。有利地，相较于内部光源来说，可能需要外部光源具有较低电流驱动特性。因此，可串联连接更多led，从而减少连接数量。另外，可减少平坦连接器的数量，从而减小总装置厚度。
可能期望还进一步减小由光源阵列连接组件占据的体积。
图21a-图21c是示意图，其以侧视图示出了包括光源阵列连接系统的定向显示器，光源阵列连接系统分别包括顶部发射led和侧面发射led。波导1的输入侧2的厚度比包括反射镜的端部4薄。期望地，可使用可用的额外空间来放置安装条带410的基部403。
图21a-图21c示出了其中基部403从光源15a-n在向前方向上延伸的布置。光源15a-n以顶部发射的配置在端部401的面上被安装到安装条带410，使得向前方向从该面向外。安装条带410被成形为使得基部403在向前方向上延伸。
在图21a中，阵列15a-n的光源包括顶部发射led，即光线以具有从端部401的面向外指向的轴471的锥形发射。条带410被成形为使得在线路405的区域中，电绝缘体314通过弯曲到端部401和基部403中成形，弯曲可以是线性的。基部403向端部401的面的前方延伸。因此，基部403和平坦连接器堆叠415布置在后反射器81和波导1的下方。为显示设备提供机械稳定性的另一个后边框473可布置在平坦连接器堆叠415和光学元件1、81、48之间。
条带405可通过导热层470连接到显示装置的框架472，以在操作期间提供光源直到框架的机械稳定性和散热性。有利地，可降低led的结温，从而提高效率。
有利地，可通过多个可单独寻址的光源15a-n来实现薄堆叠。
因此，定向背光源包括：波导1，所述波导包括用于接收输入光的输入端2，以及用于沿着波导1引导输入光的相对的第一引导表面6和第二引导表面8，其中第二引导表面8被布置成使穿过波导1而引导的光穿过第一引导表面6偏转出波导1成为输出光，并且波导1被布置成在横向分布的输出方向上将输出光导向到光学窗26中，输出方向取决于横向沿着输入端2的输入光的输入位置；以及如本文所述的连接组件，所述连接组件被布置有光源15a-n，光源横向沿着波导1的输入端2设置在不同输入位置处，面向波导1的输入端2，以便提供所述输入光。
定向显示装置可包括所述定向背光源和透射空间光调制器48，该透射空间光调制器包括像素130、132、134阵列，该像素阵列被布置成接收来自波导1的输出光并对其进行调制，以显示图像。定向显示设备可包括所述定向显示装置和控制系统74，控制系统在基部403外被连接到平坦连接器400、402、404，以便提供与光源15a-n的连接，控制系统被布置为控制光源15a-n以将光导向到光学窗26中以供观察者99观看。
有利地，定向显示器可以在紧凑封装中实现可寻址定向性。
可进一步期望减小边框宽度；即，有源区域的像素130、132、134的边缘与装置的框架472的外边缘之间的距离475。
图21b示出了其中基部403从端部401向外延伸的布置。基部403在向前方向上延伸。光源15a包括侧面发射led，即光线以具有平行于端部401的面的轴471的锥形发射到波导1的端部2中。在线路405的区域中，条带410被成形为使得基部403相对于面部分401而向后。因此，光源15a-n以侧面发射的配置在端部401的面上被安装到安装条带410，使得向前方向跨该面。
有利地，散热层312不定位在光源和外部框架之间，从而减小边框宽度477。
设备还可包括另一散热元件，另一散热元件热连接到与端部403相邻的散热层312。因此，条带410的散热层312可进一步热连接到后边框473，从而有利地改善了散热性能并降低了led结温，提高了效率。
图21c示出另一个实施例，其中端部和基部是共面的。光源15a-n以侧面发射的配置在端部401的面上被安装到安装条带410，使得向前方向跨该面。基部403在向前方向上延伸。有利地，散热层312不会扭曲，并且可以使用厚度增加且更硬的材料。另外，散热层312可结合到框架472，从而增加散热能力。
图21d示出了另一个实施例，其中另一导电和导热元件485布置在光源15a与mcpcb312之间；有利地，光源15a可由具有比图21c的侧面发射led更简单的构造的顶部发射led提供。
另外，光源15a可具有偏离封装353的中心的发射区域351。可修整另一个偏振器118以使得光源能够在发射区域上方延伸，从而方便地实现该光源的更大照射范围。有利地，可实现相对于空间光调制器的光源的紧凑布置。
图22-图23是示意图，其以侧视图示出了将连接电缆焊接到定向背光源的光源阵列组件的方法。在如图22所示第一步骤中，包括孔406和电极迹线409的平坦连接器400与在电极迹线304,308上包括焊接区域的特征412对准。在加热和接触之后，形成如图23所示的焊接塞或“铆钉”，其有利地在条带410的mcpcb与平坦连接器400之间提供小外形的机械和电连接。
可能期望进一步增加平坦连接器400与条带410之间的接头的机械坚固性。
图24是示意图，其以正视图示出了将连接电缆焊接到定向背光源的光源阵列组件的方法。迹线304、409可分别具有细长的结合区域412、407，并且孔406在相邻迹线409之间偏移。以此方式，可有利地提高结合缝的强度。
期望地，与接口连接器组件的连接应为可移除的。
图25a-图25b是示意图，其以侧视图和正视图示出了用于定向背光源的光源阵列连接。图20b示出了图22-图23的焊接塞方法的使用。通过比较，图25a-图25b示出了具有连接器440的平坦连接器400、402、404，使得可通过配合连接器442提供可移除的连接以实现与接口连接器组件420的附接。
图26-图31是示意图，其以侧视图示出了显示器组件中的光源阵列组件和定向导光板的布置。在图26-图29中，光源15a-n以顶部发射的配置在端部401的面上被安装到安装条带410，使得向前方向从该面向外。
图26示出了其中基部403从光源15a-n在向前方向上延伸的布置。另外，安装条带410被成形为使得基部403在向前方向上延伸。图26示出了具有凹槽474的侧框架472，其布置为相较于图21a的布置来说有利地减小了边框宽度475。
图27示出了具有相对于波导1的竖直取向的包括共面的端部401和基部403的条带410。有利地，可增加散热层312的厚度。
图28-图29示出具有各种程度的反向弯曲的条带410，使得基部403相对于端部401向后延伸。安装条带410被成形为使得基部403被设置在端部401的后侧。有利地，平坦连接器背离波导1堆叠，从而降低了在空间光调制器48的有源区域外具有足够组装空间的系统的组件的复杂性。在图29中，安装条带410被成形为使得基部被设置在端部的后侧、平行于端部401延伸。有利地，减小了面向后的基部区域403的范围。
图30-图31示出了其中空间光调制器将光源阵列15与共面且向后的基部区域403重叠的布置。光源15a-n以侧面发射的配置在端部401的面上被安装到安装条带410，使得向前方向跨该面。
在图30中，基部403在向后方向上延伸，而图31示出了其中基部403从光源15a-n在向前方向上延伸的布置。
图32示出了其中光源519a-n阵列可定位在基部410上的示例性布置。基部可例如沿虚线610弯曲到平面外。图32示出了每侧的6个光源，然而光源可仅在一侧，或可包括不同数量的光源，例如如图20所示。连接区域421、417、419可定位为提供以堆叠连接到连接器442的平坦电缆的连接，这类似于参考图20描述的那些。重叠的连接器电缆减少被连接器占据的空间。连接器442可由led电流控制元件422和组件420上的另一个连接器424寻址。
光源519a-n可以与导光板504的结构523匹配的角度安装。光源519a-n也可以独立于导光板504的结构592、594的角度来安装。布置还可在基部上包括光源502a-n的其他阵列，这类似于被布置为将光从另一侧输入到导光板504的410(未示出)。有利地，描述的实施例可适于最小化定向导光板的不同设计(包括为一个或多个侧面照明光源设计的那些)的扩展宽度。
有利地，可以适于薄型显示器(例如移动显示器)的非常紧凑布置来提供可单独寻址的光源，该显示器实现功率节省、户外操作、可切换防窥操作和自动立体化操作。
如本文可使用，术语“基本上”和“大约”为其相应术语和/或术语之间的相对性提供业内可接受的公差。此类业内可接受的公差在0％至10％的范围内，并对应于但不限于分量值、角度等。在各项之间的这样的相对性在大约0％至10％的范围内。
本公开的实施例可用于多种光学系统中。实施例可包括或利用各种投影仪、投影系统、光学组件、显示器、微型显示器、计算机系统、处理器、独立成套的投影仪系统、视觉和/或视听系统以及电和/或光学装置。实际上，本公开的方面可以几乎跟与光学和电气装置、光学系统、演示系统有关的任何设备，或者可包括任何类型的光学系统的任何设备一起使用。因此，本公开的实施例可用于光学系统、视觉和/或光学演示中使用的装置、视觉外围设备等，并且可用于多种计算环境。
应当理解，本公开在应用或创造方面不限于所示的具体布置的细节，因为本公开能够取得其他实施例。此外，可以不同的组合和布置来阐述本公开的各个方面，以限定实施例在其本身权利内的独特性。另外，本文使用的术语是为了说明的目的，而非限制。
虽然上文描述根据本文所公开的原理的各种实施例，但应理解，这些实施例仅以举例的方式示出，而并非意在构成限制。因此，本公开的广度和范围不应受到上述任何示例性实施例的限制，而应该仅根据本公开发布的任何权利要求及其等同物来限定。另外，所描述的实施例中提供了上述优点和特征，但不应将此类公开的权利要求的应用限于实现任何或全部上述优点的过程和结构。
另外，本文章节标题是为符合37cfr1.77的建议而提供，或者用于提供组织线索。这些标题不应限制或表征可产生于本公开的任何权利要求中所列出的实施例。具体来说并且以举例的方式，虽然标题是指“技术领域”，但权利要求书不应受到在该标题下选择用于描述所谓的领域的语言的限制。另外，“背景技术”中对技术的描述不应被理解为承认某些技术对本公开中的任何实施例而言是现有技术。“发明内容”也并非要被视为是对发布的权利要求书中所述的实施例的表征。此外，本公开中对单数形式的“发明”的任何引用不应用于辩称在本公开中仅有单一新颖点。可以根据产生于本公开的多项权利要求来阐述多个实施例，并且此类权利要求因此限定由其保护的实施例和它们的等同物。在所有情况下，应根据本公开基于权利要求书本身来考虑其范围，而不应受本文给出的标题的约束。
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