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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-02-22
(54)【発明の名称】光エキスパンダ構造を有するディスプレイバックライト
(51)【国際特許分類】
G02B 27/02 20060101AFI20240215BHJP
G02B 5/30 20060101ALI20240215BHJP
【ＦＩ】
G02B27/02 Z
G02B5/30
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023540894
(86)(22)【出願日】2022-02-09
(85)【翻訳文提出日】2023-08-31
(86)【国際出願番号】 US2022015840
(87)【国際公開番号】W WO2022173845
(87)【国際公開日】2022-08-18
(31)【優先権主張番号】63/147,997
(32)【優先日】2021-02-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】517160525
【氏名又は名称】バルブ コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ハッドマン、ジョシュア マーク
(72)【発明者】
【氏名】ラウシュ、キャメロン ウェイド
(72)【発明者】
【氏名】ヴァンダーウェル、ダグラス
【テーマコード（参考）】
2H149
2H199
【Ｆターム（参考）】
2H149AA02
2H149BA02
2H149DA05
2H149EA12
2H149EA19
2H199CA23
2H199CA29
2H199CA30
2H199CA37
2H199CA43
2H199CA58
2H199CA63
2H199CA64
2H199CA65
2H199CA66
(57)【要約】
方法およびシステムが、一般には、情報ディスプレイに関し、より詳細には、光エキスパンダ構造を含む情報ディスプレイ用のバックライトアセンブリについてのシステムおよび方法に関する。バックライトアセンブリは、複数の層セットを有する光エキスパンダ構造を備えることができ、ここで、各層セットは、反射偏光層および波リターダ層を含む。これらの層セットは合わさって、レーザ光ビームなどの点光源を、様々なタイプの情報ディスプレイ用のバックライトとして使用される面光源に変換するように動作可能になることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ディスプレイモジュール；および前記ディスプレイモジュールに光を提供するバックライトアセンブリ
を備えるディスプレイデバイスであって、
前記バックライトアセンブリが、
光源；および
光ガイドパネルアセンブリ
を有し、
前記光ガイドパネルアセンブリが、
前記光源から光を受け取るように位置決めされた第１の光エキスパンダ構造、前記第１の光エキスパンダ構造が、第１の複数の層セットを含み、前記第１の複数の層セットのそれぞれが、反射偏光層および波リターダ層を含む；および
前記第１の光エキスパンダ構造に隣接して、それから光を受け取り、前記ディスプレイモジュールに向けて光を発するように位置決めされた第２の光エキスパンダ構造、前記第２の光エキスパンダ構造が、第２の複数の層セットを含み、前記第２の複数の層セットのそれぞれが、反射偏光層および波リターダ層を含む
を含む、
ディスプレイデバイス。
【請求項2】
前記光源が、第１の偏光状態で直線偏光される光のコヒーレントビームを発し、前記第１の複数の層セット内の前記反射偏光層が、第２の偏光状態で直線偏光される光を反射するように構成されており、前記第２の偏光状態が、前記第１の偏光状態に直交している、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項3】
前記第１の複数の層セットおよび前記第２の複数の層セットの前記波リターダ層のそれぞれが、半波長板を含む、請求項１または２に記載のディスプレイデバイス。
【請求項4】
前記第１の複数の層セットおよび前記第２の複数の層セットの前記波リターダ層のそれぞれが、光の偏光方向を５から２０度だけシフトする半波長板を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項5】
前記第１の複数の層セットおよび前記第２の複数の層セットの前記波リターダ層のうちの少なくとも１つが、光の前記偏光方向を、前記第１の複数の層セットおよび前記第２の複数の層セットの前記波リターダ層のうちの他の少なくとも１つによりもたらされるシフトの量とは異なる量だけシフトする、請求項４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項6】
前記反射偏光層のそれぞれ、および、前記波リターダ層のそれぞれが、前記反射偏光層および前記波リターダ層に入射する光に対して４５度の角度になるように向きを定められた、請求項１から５のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項7】
前記第１の複数の層セットおよび前記第２の複数の層セットのうちの各層セットが、透明プラスチックの層を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項8】
前記第１の複数の層セットおよび前記第２の複数の層セットの前記それぞれが、３から５０個の層セットを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項9】
前記反射偏光層のそれぞれが、反射偏光膜またはワイヤグリッド偏光子のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項10】
前記第１の複数の層セットおよび前記第２の複数の層セットの前記波リターダ層のそれぞれが、４分の１波長板を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項11】
前記光源が、第１の方向に光を発し、前記第１の光エキスパンダ構造が、前記光源から受け取られる光を、前記第１の方向に直交する第２の方向に方向付けるように動作可能であり、前記第２の光エキスパンダ構造が、前記第１の光エキスパンダ構造から受け取られる光を、前記第１の方向および前記第２の方向に直交する第３の方向に方向付けるように動作可能である、請求項１から１０のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項12】
前記第１の光エキスパンダ構造が、光学透明粘着剤により前記第２の光エキスパンダ構造に結合された、請求項１から１１のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項13】
前記バックライトアセンブリおよび前記ディスプレイモジュールの間に位置決めされた拡散層をさらに備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項14】
前記光源が、異なる色の光をそれぞれが発する複数のレーザを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項15】
前記光源が、コヒーレント光を作るレーザ；または
コリメーティングレンズアセンブリ
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項16】
前記光ガイドパネルアセンブリの前記第１の光エキスパンダ構造に入る前の、前記光源により発される前記光を均質化するように、前記光源および前記光ガイドパネルアセンブリの間に位置決めされたレンズアレイをさらに備える、請求項１から１５のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項17】
前記光ガイドパネルアセンブリの前記第１の光エキスパンダ構造に入る前の、前記光源により発される前記光を均質化するように、前記光源および前記光ガイドパネルアセンブリの間に位置決めされた拡散器をさらに備える、請求項１から１６のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
【請求項18】
光源から光を受け取るように位置決めされた第１の光エキスパンダ構造、前記第１の光エキスパンダ構造が、第１の複数の層セットを有し、前記第１の複数の層セットのそれぞれが、反射偏光層および波リターダ層を含む；および前記第１の光エキスパンダ構造に隣接して、それから光を受け取り、ディスプレイモジュールに向けて光を発するように位置決めされた第２の光エキスパンダ構造、前記第２の光エキスパンダ構造が、第２の複数の層セットを有し、前記第２の複数の層セットのそれぞれが、反射偏光層および波リターダ層を含む
を備える光ガイドパネルアセンブリ。
【請求項19】
前記第１の複数の層セット内の前記反射偏光層が、前記光源により発される光の偏光状態に直交する偏光状態で直線偏光される光を反射するように構成された、請求項１８に記載の光ガイドパネルアセンブリ。
【請求項20】
前記第１の複数の層セットおよび前記第２の複数の層セットの前記波リターダ層のそれぞれが、半波長板または４分の１波長板のうちの１つを含む、請求項１８または１９に記載の光ガイドパネルアセンブリ。
【請求項21】
前記第１の複数の層セットおよび前記第２の複数の層セットの前記波リターダ層のそれぞれが、光の偏光方向を５から２０度だけシフトするように動作可能である、請求項１８から２０のいずれか一項に記載の光ガイドパネルアセンブリ。
【請求項22】
前記第１の複数の層セットおよび前記第２の複数の層セットの前記波リターダ層のうちの少なくとも１つが、光の前記偏光方向を、前記第１の複数の層セットおよび前記第２の複数の層セットの前記波リターダ層のうちの他の少なくとも１つによりもたらされるシフトの量とは異なる量だけシフトする、請求項２１に記載の光ガイドパネルアセンブリ。
【請求項23】
前記反射偏光層のそれぞれ、および、前記波リターダ層のそれぞれが、前記反射偏光層および前記波リターダ層に入射する光に対して４５度の角度になるように向きを定められた、請求項１８から２２のいずれか一項に記載の光ガイドパネルアセンブリ。
【請求項24】
前記第１の複数の層セットおよび前記第２の複数の層セットの前記それぞれが、３から５０個の層セットを含む、請求項１８から２３のいずれか一項に記載の光ガイドパネルアセンブリ。
【請求項25】
前記第１の光エキスパンダ構造が、前記光源からの第１の方向の光を受け取り、前記受け取られた光を、前記第１の方向に直交する第２の方向に方向付けるように動作可能であり、前記第２の光エキスパンダ構造が、前記第１の光エキスパンダ構造から受け取られる光を、前記第１の方向および前記第２の方向に直交する第３の方向に方向付けるように動作可能である、請求項１８から２４のいずれか一項に記載の光ガイドパネルアセンブリ。
【請求項26】
前記第１の光エキスパンダ構造が、光学透明粘着剤により前記第２の光エキスパンダ構造に結合された、請求項１８から２５のいずれか一項に記載の光ガイドパネルアセンブリ。
【請求項27】
光ガイドパネルアセンブリを製造する方法であって、複数の積重ね層セットを形成する段階、前記複数の積重ね層セットのそれぞれが、反射偏光層、波リターダ層、および、プラスチック層を有する；
前記複数の積重ね層セットを４５度の角度で切り込んで、中間光ガイドパネルアセンブリを生成する段階；
前記中間光ガイドパネルアセンブリの一部分を切断して、第１の光エキスパンダ構造および第２の光エキスパンダ構造を形成する段階；
前記第２の光エキスパンダ構造に対して前記第１の光エキスパンダ構造を回転させる段階；および
回転させられた前記第１の光エキスパンダ構造を前記第２の光エキスパンダ構造に結合して、前記光ガイドパネルアセンブリを形成する段階
を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般には、ディスプレイ用のバックライトに関し、少なくともいくつかの実装形態では、クロースアイディスプレイまたはヘッドマウントディスプレイで使用されるバックライトに関する。
【背景技術】
【0002】
液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）などのバックライト付き情報ディスプレイは、いくつかのコンポーネントを備える。それらのコンポーネントのうちの２つは、高粒度のサブピクセル基準で光を遮って表示画像を作成するディスプレイマトリクス、および、光源またはバックライトである。光源は、一般に、ディスプレイマトリクスの後ろに位置決めされ、表示画像を照らす。カラーディスプレイについては、バックライトは、一般に、広域スペクトル光、すなわち、白色光を発する。
【0003】
従来、バックライト付きディスプレイで使用される光源はしばしば、１つまたは複数の冷陰極蛍光ランプ（「ＣＣＦＬ」）であった。物理的には、ＣＣＦＬは、商用オフィスビル内で使用される蛍光灯管の小型版のように多少は見える。しかし、ＣＣＦＬは、それらの商用蛍光灯とは異なるやり方で光を作る。より最近では、ＣＣＦＬの使用は、情報ディスプレイ内の光源としての１つまたは複数の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）の使用に移行している。現在、ＬＥＤ技術は、ＬＣＤディスプレイについての最も一般的なバックライトタイプである。
【0004】
バックライトは一般に、２つのタイプ、すなわち、ディスプレイパネルの側面を通してディスプレイパネルに光を提供するエッジ型バックライト、および、ディスプレイパネルの底面を通してディスプレイパネルに光を提供するダイレクト型バックライトに分類することができる。エッジ型バックライトは、光を生成するための光源、および、光の伝搬方向を制御するための光ガイドパネルまたはパネルを有する。光源は、光ガイドパネルの一方側に置かれ、光ガイドパネルは、光源から送信される光をディスプレイパネルに導く。光源により生成される光ビームの形状に応じて、光源は、例えば、点光源、線状光源、および、面光源に分類される。
【0005】
クロースアイディスプレイ技術を使用して、仮想現実（「ＶＲ」）または拡張現実（「ＡＲ」）システムの一部分として、情報および画像をユーザに提示することができる。こうしたクロースアイディスプレイは、ヘッドマウントディスプレイ（「ＨＭＤ」）デバイスまたはヘッドセットに組み込むことができる。ＨＭＤは、ヘルメット、バイザ、ゴーグル、マスク、眼鏡、および、他のヘッドまたはアイウェアを含めた多くの形態を取ることが可能である。いくつかの実施形態では、仮想現実および拡張現実システムは、仮想現実または拡張現実環境を動作させるための画像情報を生成するコントローラまたはコンピュータを含めた追加のコンポーネントを有する。こうした環境は、単一ユーザ向け、または、複数ユーザ向けのものであり得る。仮想現実システムおよび拡張現実システムでのＨＭＤは、ユーザに画像を提示するために、単一の情報ディスプレイを使用すること、または、複数の情報ディスプレイを使用することが可能である。これらのクロースアイ情報ディスプレイは、直視式に適応させることが可能であるが、これらの情報ディスプレイは、しばしば、ＨＭＤ内の１つまたは複数のレンズに結合される。こうしたレンズは、仮想現実または拡張現実体験を高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0006】
図面において、同一の参照符号は、同様の要素または動作を識別する。図面中の要素のサイズおよび相対的な位置は、必ずしも縮尺通りに描かれていない。例えば、様々な要素の形状および角度は、必ずしも縮尺通りに描かれておらず、これらの要素のうちのいくつかは、図面の読みやすさを改善すべく、任意に拡大および位置決めされてもよい。さらに、これらの要素の描かれている特定の形状は、それら特定の要素の実際の形状に関する何らかの情報を伝えることが必ずしも意図されるものではなく、図面中で認識されることを容易にするために選択されただけであってもよい。
【0007】
【図1】１つの例証実装形態による、デュアルディスプレイパネルを備えるヘッドマウントディスプレイデバイスの一例の図である。
【0008】
【図2】１つの例証実装形態による、ディスプレイパネルを備えるラップトップの一例の図である。
【0009】
【図3】１つの非限定的な例証実装形態による、ディスプレイパネルを備えるスマートフォンの一例の図である。
【0010】
【図4】１つの非限定的な例証実装形態による例示的バックライトアセンブリの態様を示す。
【0011】
【図5】１つの非限定的な例証実装形態による例示的バックライトアセンブリの正面図の態様を示す。
【0012】
【図6】１つの非限定的な例証実装形態によるバックライトアセンブリの斜視図である。
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【図11】１つの非限定的な例証実装形態による、バックライトアセンブリを形成するために使用される複数の層セットを備えるスタックの立面図である。
【0018】
【0019】
【図13A】１つの非限定的な例証実装形態による、複数の層セットを有するスタックから形成される第１の光エキスパンダ構造および第２の光エキスパンダ構造を備えるバックライトアセンブリを製造するための例示的な一段階を示す。
【図13B】１つの非限定的な例証実装形態による、複数の層セットを有するスタックから形成される第１の光エキスパンダ構造および第２の光エキスパンダ構造を備えるバックライトアセンブリを製造するための例示的な一段階を示す。
【図13C】１つの非限定的な例証実装形態による、複数の層セットを有するスタックから形成される第１の光エキスパンダ構造および第２の光エキスパンダ構造を備えるバックライトアセンブリを製造するための例示的な一段階を示す。
【0020】
【図14】１つの非限定的な例証実装形態によるバックライトアセンブリの斜視図であり、このバックライトアセンブリは、当該バックライトアセンブリの光エキスパンダに入る前の、光源からの光を均質化する光学コンポーネントを含む。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下の説明において、様々な開示される実装の十分な理解を提供するために、特定の具体的な詳細が記載される。しかしながら、当業者であれば、これらの具体的な詳細のうちの１つまたは複数なしで、または他の方法、コンポーネント、材料などを用いて実装形態が実施されてもよいことを認識するであろう。他の例では、実装形態の説明を不必要に不明瞭にすることを回避するために、コンピュータシステム、サーバコンピュータ、および／または通信ネットワークに関連付けられた周知の構造については、詳細に図示または説明していない。
【0022】
文脈上別段の意味に解釈されるべきである場合を除き、本明細書およびそれに続く特許請求の範囲全体を通して、「備える」という用語は「含む」と同義であり、包括的またはオープンエンドである（すなわち、追加の列挙されていない要素または方法の動作を排除しない）。
【0023】
本明細書全体を通した「１つの実装形態」または「一実装形態」に対する言及は、その実装形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、少なくとも１つの実装形態に含まれることを意味する。それゆえ、本明細書の全体にわたって様々な箇所に「一実装形態では」または「実装形態では」という語句が現れた場合、必ずしも全てが同じ実装形態に言及しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実装形態において任意の適当な方式で組み合わされてもよい。
【0024】
本明細書および添付の特許請求の範囲において使用される場合、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」という単数形は、そうでないことを文脈が明確に規定している場合を除き、複数の指示対象を含む。文脈により別段の明確な規定のない限り、「または」という用語は概して、「および／または」を含む意味で利用されていることにも留意されたい。
【0025】
本明細書において提供される本開示の見出しおよび要約書は、単に利便性のためのものであり、実装形態の範囲または意味を解釈するものではない。
【0026】
本開示の１つまたは複数の実装形態は、ヘッドマウントディスプレイデバイス、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、テレビ、スマートフォン、ウェアラブルコンピュータ、コンピュータモニタなどのような電子デバイス用のディスプレイを対象とする。そのようなディスプレイを含み得る電子デバイスの非限定的な例が、図１から図３において示されている。
【0027】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、バックライトユニットまたはアセンブリと称される、独立した光源を必要とする非発光ディスプレイの共通の例である。バックライトアセンブリは、そのようなディスプレイに、適切な色特性を有する均質でかつ明るい光を提供する。バックライト技術は、ディスプレイを従来のディスプレイよりもはるかに薄くすることを可能にし、それと同時に電力消費も削減するエッジ照明型発光ダイオード（ＬＥＤ）バックライトの登場に起因して、近年より重要になった。エネルギー規制を満たすかまたは他の要件を満たすために、バックライトアセンブリを可能な限り効率的にすることが重要である。下記でさらに議論されるように、本開示は、コリメートビーム光を複数の次元で拡大して、既存の技術と比較して非常に効率的な拡大面光源を作るビームエキスパンダ構造を含むバックライトアセンブリを提供することにより、バックライトアセンブリの性能を改善する。
【0028】
図１は、ヘッドマウントディスプレイデバイス１００の形態の電子デバイスの非限定的な例を示しており、このデバイスは、有線または無線接続を介してビデオレンダリングコンピューティングシステムに任意選択で結合されて、人間のユーザに仮想現実ディスプレイを提供することができる。動作中、ユーザは、１つまたは複数のストラップ１０１を介して固定して、自身の頭部にＨＭＤデバイス１００を装着し、コンピューティングシステムから、ＨＭＤデバイスの支持構造１１６によって支持されるディスプレイ１０２ａおよび１０２ｂを介して各眼において、実際の物理的環境とは異なる模擬環境の表示された情報を受け取り、コンピューティングシステムは、コンピューティングシステム上で実行されるゲームプログラム（図示せず）および／または他のソフトウェアプログラム（図示せず）によって生成される画像など、ユーザへの表示のためにＨＭＤデバイスに模擬環境の画像を供給する画像レンダリングシステムとして機能する。ユーザは、この例では実際の物理的環境を動き回ることがさらに可能であり、有線または無線接続を介してコンピューティングシステムに通信可能に結合されるハンドヘルドコントローラなど、ユーザが模擬環境とさらにインタラクトすることを可能にする１つまたは複数のＩ／Ｏ（「入力／出力」）デバイスをさらに有してよい。ＨＭＤデバイスは、ＨＭＤデバイス１００に、または、そのＨＭＤデバイスに結合されるコンピューティングシステムにユーザが入力を提供することを可能にする１つまたは複数のユーザインタフェース１０４および１０６を含み得る。ユーザがロケーションを移動し、および／または、ＨＭＤデバイス１００の向きを変更するに従い、ＨＭＤデバイスの位置は、例えば、模擬環境の対応する部分をＨＭＤデバイス上でユーザに表示することを可能にするために、追跡されてよく、コントローラは、コントローラの位置を追跡する際に使用するために（および任意選択で、その情報をＨＭＤデバイスの位置を決定、および／または、検証する際に支援するのに使用するために）類似の技法をさらに利用してよい。ＨＭＤデバイス１００の追跡位置が知られた後、対応する情報は、コンピューティングシステムに送信され、コンピューティングシステムは、この追跡位置情報を使用して、ディスプレイ１０２ａおよび１０２ｂを介してユーザに表示するための模擬環境の１つまたは複数の次の画像を生成する。
【0029】
図２は、上部ハウジング２０２および下部ハウジング２０４を有するラップトップコンピュータ２００の形態の例示的な電子デバイスを示しており、上部ハウジング２０２および下部ハウジング２０４は、これらのハウジングが互いに対して回転することを可能にするヒンジ２０６を介してともに結合される。下部ハウジング２０４は、キーボード２０８を備え、他の構造（例えば、タッチパッド、様々なポート）を含み得る。上部ハウジング２０２は、ユーザにコンテンツを表示するために使用され得るディスプレイパネル２１０を含む。
【0030】
図３は、スマートフォン３００の形態の例示的な電子デバイスを示している。スマートフォン３００は、ディスプレイパネル３０４および複数の入力コンポーネント３０６（例えば、ボタン）を含むハウジング３０２を含む。少なくともいくつかの実装形態では、ディスプレイパネル３０４は、例えば、タッチスクリーンディスプレイであってよい。
【0031】
より一般的には、本開示のディスプレイは、図１から図３において示されているデバイス、または、ミュージックプレイヤ、ゲーミングデバイス、ナビゲーションユニット、車両ディスプレイ、ウェアラブルデバイス、キオスク、または、１つまたは複数のディスプレイを備える他のタイプのデバイスを含む他のデバイスなどの任意のタイプの電子デバイスにおいて実装されてよい。
【0032】
図４は、仮想現実または拡張現実ヘッドセット内など、ヘッドマウントディスプレイ構成内のバックライトアセンブリを有する例示的なバックライト付きＬＣＤディスプレイ４００を示している。図４は、ＬＣＤ４１０を通過し、これにより、可視画像を表示する光４３０をバックライトアセンブリ４０２が発する様を示している。ＬＣＤディスプレイは、より多くの均一な光を作るための拡散層４０４を任意選択で含んでもよく、少なくともいくつかの実装形態では、光をリサイクルして効率を改善するための反射偏光層４０６を任意選択で含んでもよい。ＬＣＤ４１０を出る光４４０は、次いで、１つまたは複数のレンズを備えるレンズアセンブリ４２０を通過する。特定の実施形態では、レンズアセンブリ４２０内のレンズは、従来型の球面、非球面、フレネル、または、他の任意のタイプの撮像レンズであり得る。レンズアセンブリ４２０は、単一タイプのレンズ面を有してもよく、または、複数のレンズタイプの組み合わせでもあり得る。いくつかの実装形態では、レンズアセンブリ４２０は、パンケーキ構成を備え得、この構成は、偏光ベースの反射光学系または屈折光学系を有し得る。このケースでは、レンズアセンブリ４２０は、光の偏光に少なくとも部分的に基づいた軸上光学的折れ曲がりを使用して、ＬＣＤ４１０からの光をユーザの眼４６０に向けて方向付けるように構成された光学要素のアセンブリを備え得る。レンズアセンブリ４２０は、レンズ以外の様々な光学要素も含み得る。例えば、レンズアセンブリ４２０は、少なくとも１つの偏光ビームスプリッタ、および、ねじれ液晶要素を有する基板を備え得る。ねじれ液晶要素は、レンズアセンブリ４２０内の光の位相を修正するように構成され得る。光４５０が、ユーザの眼４６０に向けて方向付けられてレンズアセンブリ４２０を出る。いくつかの実施形態では、光４５０が、約１０ミリメートル（例えば、５から２５ｍｍなど）のアイボックスを作る。当業者であれば、図４がＨＭＤシステムの物理的な設計またはレイアウトを示すことを意図したものではなく、いくつかの実施形態での図示されたコンポーネントの間の光の一般的な流れを示すことを理解するであろう。
【0033】
特定の実施形態では、ヘッドマウントディスプレイが、ユーザの左右両方の眼で見られるように設計される。これは、左右別々のＬＣＤディスプレイを使用して成し遂げることが可能であり、または、単一のＬＣＤディスプレイを使用して成し遂げることも可能である。同様に、仮想現実または拡張現実ヘッドセットは、単一のレンズアセンブリを備えることができ、または、それは、左右個々のレンズアセンブリを使用することもできる。
【0034】
図５は、本開示の特定の実施形態による例示的バックライトアセンブリ５００の正面図の態様を示す。バックライトアセンブリ５００は、細長い第１の光エキスパンダ構造５０２、および、矩形形状（例えば、正方形）の第２の光エキスパンダ構造５０４を含み得る。第２の光エキスパンダ構造は、バックライトアセンブリを自体のパーツとするディスプレイの長さおよび幅とほぼ同じ長さおよび幅を有し得る。第１の光エキスパンダ構造５０２は、光源５０６（例えば、１つまたは複数のレーザ光源）からの入って来る光５０８を受け取ることができ、その入って来る光５０８を、第２の光エキスパンダ構造５０４に向けて再方向付けすることができる。この構成では、入って来る光５０８は、第１の光エキスパンダ構造５０２の端部で受け取られ、第１の光エキスパンダ構造の平面から、再方向付けされた光５１０として出力される。次いで、再方向付けされた光５１０を、第２の光エキスパンダ構造５０４の端部で受け取ることができ、第２の光エキスパンダ構造は、光５１０を上方へと（図ではページの外へと）、ピクセル化されたディスプレイパネルに向かう（例えば、図４のＬＣＤ４１０に向かう）光５１２として再方向付けすることができる。したがって、発される光５１２が、第２の光エキスパンダ構造５０４の平面から出力される。これにより、この光５１２は、バックライトアセンブリ５００から発せられる。いくつかの実施形態では、光５１２は、その光がピクセル化されたディスプレイパネルにより受け取られる前に追加のコンポーネントを通過してもよい。
【0035】
図６は、本開示の１つまたは複数の実装形態による、バックライトアセンブリ用の例示的な光ガイドパネルアセンブリ６００の斜視図を示す。光ガイドパネルアセンブリ６００の他の様々な図が、図７から図１０で示されている。光ガイドパネルアセンブリ６００は、本明細書で議論されるディスプレイなどの様々なタイプのディスプレイのうちのいずれかの中のコンポーネントであり得る。
【0036】
光ガイドパネルアセンブリ６００は、第１の光エキスパンダ構造６０２および第２の光エキスパンダ構造６０４を含む。第１および第２の光エキスパンダ構造６０２および６０４は、それぞれ、第１および第２の光エキスパンダ構造５０２および５０４と同様または同一であり得る。第１および第２の光エキスパンダ構造６０２および６０４は、適当な光学透明粘着剤（ＯＣＡ）により互いに結合することができる。第１の光エキスパンダ構造６０２は、第２の光エキスパンダ構造６０４の端部に隣接し、かつ、その端部と並列に配置される帯板状の細長い導波路を備え得る。第１の光エキスパンダ構造６０２は、光源６１４から放射される光６１６を受け取り、第１の光エキスパンダ構造６０２の縦（「ｘ」）方向に再方向付けするように動作可能である。光源６１４は、特定の寸法（例えば、１から５ｍｍ×１から５ｍｍの正方形、ガウシアンなど）を有する光の偏光ビーム６１６を発する１つまたは複数のレーザ光源（例えば、赤色、緑色、および、青色半導体レーザ）であり得る。光源６１４は、異なる色（例えば、赤、緑、青）を有する光をそれぞれが発する複数のレーザ源を備えることもできる。光源６１４は、第１の偏光状態（例えば、水平偏光）の直線偏光を有するコヒーレント光を発し得る。光源６１４は、光エキスパンダ構造６０２にコリメート光を提供する１つまたは複数の他の光源および任意選択のレンズを備えてもよい。
【0037】
図７および図１０に示されるように、第１の光エキスパンダ構造６０２は、第１の複数の層セット（例えば、３から５０個の層セット）を備え得、ここで、各層セットは、基板６０８（例えば、プラスチック）、および、反射偏光層６１１および波リターダ層６１３を含む層６０６を有する。反射偏光層６１１および波リターダ層６１３は、光源６１４から受け取られる光６１６に対して４５度の角度になるように向きを定められ、その光は、第１の光エキスパンダ構造を通過する（構造６０２内で光６１８として示されている）。
【0038】
反射偏光層６１１のそれぞれは、光源６１４により発される偏光に直交する第２の偏光状態（例えば、垂直偏光）を有する直線偏光された光を反射するように構成され得る。反射偏光層６１１は、本明細書で議論される機能性を実現するように動作可能な偏光膜（例えば、ＤＢＥＦ）、ワイヤグリッド偏光子（ＷＧＰ）、または、他の任意の適当な反射偏光子を備え得る。
【0039】
反射偏光層６１１は理想的な反射偏光子ではないので、それらは単純に、垂直偏光される光の１００％を反射し、垂直偏光されない光の１００％を透過するわけではない。むしろ、純粋な水平偏光についてさえも、反射偏光層６１１は、小さな割合の光（例えば、５から１５パーセント）を反射し、残りの光（例えば、８５から９５パーセント）を通す。
【0040】
波リターダ層６１３は、光の偏光の向きを、決められた回転量（例えば、５から２０度）だけシフトするように構成される。波リターダ層６１３のそれぞれは、半波長板、４分の１波長板、または、光の偏光の向きを、決められた量だけシフトまたは回転させるように動作可能な他の任意の適当な波リターダであり得る。波リターダ層６１３がそれぞれ、偏光の向きを同じ量だけシフトしてもよく、または、異なる波リターダ層が、偏光の向きを様々な量シフトしてもよい。非限定的な例として、波リターダ層６１３の第１のセットが、１０度の回転シフトをもたらしてもよく、波リターダ層の第２のセットが、１５度のシフトをもたらしてもよく、波リターダ層の第３のセットが、２０度のシフトをもたらしてもよい。各セットのリターダ層の数は、同じであってもよく、または、異なっていてもよい。
【0041】
図７、図８および図９に示されるように、第２の光エキスパンダ構造６０４は、第２の複数の層セット（例えば、３から５０、または、それより多くの層セット）を備え得、ここで、各層セットは、基板６１２（例えば、アクリルプラスチックまたは他のプラスチック）、および、反射偏光層６１１および波リターダ層６１３を含む層６１０を有する。反射偏光層６１１および波リターダ層６１３は、下記でさらに議論されるように、第１の光エキスパンダ構造６０２から受け取られる光６２０に対して４５度の角度になるように向きを定められる。
【0042】
動作においては、１つの非限定的な例によれば、光源６１４からの水平偏光６１６のコリメートビームが、第１の光エキスパンダ構造６０２の端部に入る。光６１８が各反射偏光子６１１、および、それに続く波リターダ層６１３に達すると、その光のうちの小部分（例えば、５から１５パーセント）（矢印６２０で示されている）が、「ｙ」方向へと第２の光エキスパンダ構造６０４に向かって反射され、残りの部分（例えば、８５から９５パーセント）が、続く波リターダ層６１３により回転させられて、決められた量（例えば、１０度、１５度、２０度）だけ回転させられた光６１８ａ（図１０）が作られる。よって、光６１８が「ｘ」方向に第１の光エキスパンダ構造６０２に沿って進行する際には、第１の光エキスパンダ構造６０２の各反射偏光子６１１により、その光の一部分が第２の光エキスパンダ構造６０４に向かって、第２の光エキスパンダ構造の「ｙ」方向に沿うように方向付けられる。
【0043】
第２の光エキスパンダ構造６０４の動作も同様である。第１の光エキスパンダ構造６０２から「ｙ」方向に進行する光６２０は、第１の光エキスパンダ構造６０２の反射偏光層６１１の位置により決まる間隔で第２の光エキスパンダ構造６０４により受け取られる。光６２０が、第２の光エキスパンダ構造６０４の各反射偏光子６１１、および、それに続く波リターダ層６１３に達すると、その光のうちの小部分（例えば、５から１５パーセント）（矢印６２２で示されている）が、「ｚ」方向へとディスプレイモジュール（図６では示されていない）に向かって反射され、残りの部分（例えば、８５から９５パーセント）が、続く波リターダ層６１３により回転させられて、決められた量（例えば、１０度、１５度、２０度）だけ回転させられた光６２０ａ（図９）が作られる。よって、光６２０が「ｙ」方向に第２の光エキスパンダ構造６０２に沿って進行する際には、その光の一部分が上方へと（図示のように）ディスプレイモジュールに向かって、第２の光エキスパンダ構造６０４の「ｚ」方向に沿うように方向付けられる。第１の光エキスパンダ構造６０２からの光６２０は第２の光エキスパンダ構造６０４の「ｘ」次元に沿って分散されるので、第２の光エキスパンダ構造６０４により発される光６２２は、「ｚ」方向の実質的に均一な表面照明をディスプレイモジュールに提供する。
【0044】
反射偏光層の数、波リターダ層の数、および、各波リターダ層によりもたらされる回転の量は、第２の光エキスパンダ構造６０４の領域全体にわたって均一な光が提供されるように設計され得る。さらに、図示されていないが、様々なコンポーネントが、光をリサイクルするように１つまたは複数の端部に隣接して位置決めされた１つまたは複数の追加の反射層を有することもでき、これにより、効率を改善することができる。
【0045】
【0046】
初めに、複数の積重ね層セット１１０２からなるセット１１００を形成することができる。複数の積重ね層セットのそれぞれは、基板層１１０８（例えば、アクリルプラスチックまたは他のプラスチック）、波リターダ層１１０４、および、反射偏光層１１０６を含み得る。この例示的な実施形態では１０個の層セット１１０２が示されているが、積重ね層セットの数は、個々の用途に基づいて選択することができることを理解されたい。例えば、３個の層セット、５個の層セット、１０個の層セット、２０個の層セット、２５個の層セット、５０個の層セット、１００個の層セットなどが存在し得る。
【0047】
次いで、図１１および図１２に示されるように、複数の積重ね層セットを角度４５度で切り込むことにより中間光ガイドパネルアセンブリ１１１０を形成することができる。図１２では明瞭化のために、スタック１１００の１つの端部のみで層セット１１０２が示されていることに留意されたい。
【0048】
【0049】
図１３Ａに示されるように、中間光ガイドパネルアセンブリ１１１０の一部分を切断して、第１の光エキスパンダ構造６０２および第２の光エキスパンダ構造６０４を形成することができる。図１３Ｂに示されるように、第１の光エキスパンダ構造６０２を、「ｚ」軸周りで回転させ、第２の光エキスパンダ構造６０４に対して移動させて、第２の光エキスパンダ構造の右底端部（図示されている）に近接させることができる。図１３Ｃに示されるように、また、第１の光エキスパンダ構造６０２を「ｘ」軸周りで時計方向に（図示のように）回転させ、第２の光エキスパンダ構造６０４に結合させて（例えば、ＯＣＡによって）、本明細書で議論される光ガイドパネルアセンブリ６００を形成することができる。
【0050】
図１４は、図６にも示されるバックライトアセンブリ６００の斜視図であり、このバックライトアセンブリは、バックライトアセンブリの第１の光エキスパンダ構造６０２に入る前の、光源６１４からの光を均質化する光学コンポーネント１４００を含む。光学コンポーネント１４００は、複数のマイクロレンズ１４０２を有するマイクロレンズアレイ（図示のもの）（例えば、５×５アレイ、１０×１０アレイなど）を備え得る。少なくともいくつかの実装形態では、さらに、または、上記の代わりに、光学コンポーネント１４００は、光源６１４により発される光６１６を均質化して、バックライトアセンブリ６００の第１の光エキスパンダ構造６０２に均質化された光１４０４を提供するように動作可能な拡散器、他のタイプの光学コンポーネント、または、２つまたはそれより多くのコンポーネントの組み合わせを含み得る。
【0051】
マイクロレンズアレイ１４００は、レーザダイオード、高出力ＬＥＤなどを含めた現代の様々な光源６１４を均質化するのに有用であり得る。有利なことに、マイクロレンズアレイ１４００は、高効率で非ガウシアンの均一性を光にもたらすことができる。
【0052】
光源６１４からの光をガウシアンパターンからスポットパターンまたは正方形の「フラットトップ」パターンに変えるために、マイクロレンズアレイ１４００をビーム均質化および成形に使用することができる。よって、光を本明細書で議論されるように拡大すると、光がガウシアンパターンのままのケースよりも、光は実質的により均一になる。非限定的な例として、マイクロレンズアレイ１４００は、複数の正方形のマイクロレンズアレイを含み得る。さらに、上記のように、光学コンポーネント１４００は、バックライトアセンブリ６００の光エキスパンダ構造６０２および６０４に均質化された光を提供するための１つのコンポーネントまたは複数の光学コンポーネント（例えば、マイクロレンズアレイおよび第２のレンズ、マイクロレンズアレイおよび拡散器など）を含み得る。
【0053】
当業者であれば、本明細書において記載された方法またはアルゴリズムのうちの多くが、追加の動作を利用してよく、いくつかの動作を省略してよく、および／または、指定された順序と異なる順序において動作を実行してよいことを認識するであろう。先で説明された様々な実装形態を組み合わせて、さらなる実装形態を提供することも可能である。上記の詳細な説明を考慮して、これらの変更および他の変更が実装形態に対して行われ得る。概して、以下の特許請求の範囲において、使用されている用語は、本明細書および特許請求の範囲において開示されている特定の実装形態に特許請求の範囲を限定するように解釈されるべきではなく、そのような特許請求の範囲の対象となる均等物の範囲全体とともに全ての可能な実装形態を含むように解釈されるべきである。したがって、特許請求の範囲は、本開示によって限定されない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図14】
【国際調査報告】