TW202338411A - 用於顯示系統中分色雷射背光的相位板和製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明可描述一種用於相位板製造之方法。該方法可包括提供干涉計配置以產生複數個針孔之全像圖。在一些範例中，該干涉計配置包括用於光聚合物附接之基板、具有預定厚度之光聚合物及具有複數個針孔之曝光遮罩。該方法亦可包括經由雷射源經由具有複數個針孔之該曝光遮罩用準直光曝光該光聚合物，其中該準直光穿過該曝光遮罩自身以產生準直光束，及該曝光遮罩之該複數個針孔以產生球形波前。該準直光束及該球形波前可有助於在用作用於顯示系統中之經改良光透射率的相位板之該光聚合物上產生該全像圖。

Description

用於顯示系統中分色雷射背光的相位板和製造方法
本專利申請案大致上關於顯示系統，且更尤其關於用於顯示系統中分色雷射背光的相位板及製造方法。 相關申請案之交叉引用
本專利申請案主張2022年1月31日申請之美國臨時專利申請案序號63/305,090及2023年1月24日申請之美國非臨時專利申請案序號18/100,698之權益。以上申請案之揭示內容出於所有目的以引用之方式併入本文中。
隨著最近技術的進步，內容創建及交付的流行以及擴散近年來大大增加。特定而言，互動式內容，諸如虛擬實境（virtual reality；VR）內容、擴增實境（augmented reality；AR）內容、混合實境（mixed reality；MR）內容及真實及/或虛擬環境（例如，「元宇宙」）內且與其相關聯之內容，已經變得對消費者有吸引力。
為促進此及其他相關內容之遞送，服務提供商已努力提供各種形式之可穿戴顯示系統。一個此類範例可為頭戴式裝置（head-mounted device；HMD），諸如可穿戴頭戴裝置、可穿戴護目鏡或眼鏡。在一些範例中，頭戴式裝置（HMD）可採用第一投影儀及第二投影儀來引導分別地與第一影像及第二影像相關聯之光通過各各別透鏡處之一或多個中間光學組件，以產生「雙眼」或「立體」視覺以供使用者觀看。然而，提供緊密之頭戴式裝置（HMD），具有充分明亮及高解析度影像之輕量化保持恆定挑戰。
本發明的一態樣為一種用於相位板製造之方法，其包含：提供干涉計配置以產生複數個針孔之全像圖，其中該干涉計配置包含至少一光聚合物及曝光遮罩；藉由使準直光穿過以下項，而經由具有複數個針孔之該曝光遮罩來使該光聚合物曝光於該準直光：該曝光遮罩，其用以產生準直光束；及該複數個針孔，其用以產生球形波前，其中該準直光束及該球形波前產生該複數個針孔之該全像圖；針對額外波長反覆地移位針孔置放以使該光聚合物重複曝光於該準直光。
在如本發明的所述態樣之方法中，該干涉計配置包含：基板，其用於光聚合物附接；該光聚合物，其具有預定厚度；及該曝光遮罩，其具有該複數個針孔。
在如本發明的所述態樣之方法中，該準直光為雷射光。
在如本發明的所述態樣之方法中，該曝光遮罩中之該複數個針孔具有週期性結構。
在如本發明的所述態樣之方法中，該複數個針孔中之任何兩個針孔具有約18微米間距。
在如本發明的所述態樣之方法中，該複數個針孔中之各者具有約1微米直徑。
如本發明的所述態樣之方法進一步包含：選擇距離由該曝光遮罩產生之塔爾伯特（Talbot）自成像平面100微米與200微米之間置放該光聚合物。
如本發明的所述態樣之方法進一步包含：將隨機相位添加至該曝光遮罩中之該複數個針孔中之至少一部分；或使該曝光遮罩中之該針孔中之至少一部分的位置隨機化。
在如本發明的所述態樣之方法中，該干涉計配置包含至少兩個曝光遮罩。
本發明的另一態樣為一種用於配置一曝光遮罩之方法，其包含：判定具有用於相位板製造之複數個針孔之曝光遮罩之大小；判定該遮罩區相對於該針孔之相對透射；基於該相對透射而判定該曝光遮罩內之該複數個針孔的大小及位置；及製造具有該複數個針孔之該曝光遮罩。
如本發明的另一態樣所述之方法進一步包含：使用以下表達式判定該相對透射： 其中T為該曝光遮罩與該複數個針孔之間的該相對透射，p為該複數個針孔中之各者之間的距離，且r為各針孔之半徑。
在如本發明的另一態樣所述之方法中，該曝光遮罩中之該複數個針孔具有週期性結構。
在如本發明的另一態樣所述之方法中，該複數個針孔中之任何兩個針孔具有約18微米間距。
在如本發明的另一態樣所述之方法中，該複數個針孔中之各者具有約1微米直徑。
如本發明的另一態樣所述之方法進一步包含：將一隨機相位添加至該曝光遮罩中之該複數個針孔中之至少一部分。
如本發明的另一態樣所述之方法進一步包含：使該曝光遮罩中之該針孔中之至少一部分的位置隨機化。
本發明的又一態樣為一種用於相位板製造之干涉計配置，該干涉計配置包含：基板；光聚合物，其具有附接至該基板之預定厚度；及曝光遮罩，其具有複數個針孔以藉由使該準直光穿過以下項來將該光聚合物曝光於準直光：該曝光遮罩，其用以產生準直光束；及該複數個針孔，其用以產生球形波前，其中該準直光束及該球形波前產生該複數個針孔之該全像圖；針對額外波長反覆地移位針孔置放以使該光聚合物重複曝光於該準直光。
在如本發明的又一態樣所述之干涉計配置中，針對額外波長反覆地移位針孔置放以使該光聚合物重複曝光於該準直光。
在如本發明的又一態樣所述之干涉計配置中，該曝光遮罩中之該複數個針孔具有週期性結構。
在如本發明的又一態樣所述之干涉計配置中，該光聚合物置放於遠離由該曝光遮罩產生之塔爾伯特自成像平面100微米與200微米之間。
出於簡單及說明性目的，藉由主要參考其範例來描述本申請案。在以下描述中，闡述眾多特定細節以便提供對本申請案之透徹理解。然而，將顯而易見的是可在無此等特定細節之情況下實踐本申請案。在其他示例下，未詳細描述所屬技術領域中具有通常知識者容易理解之一些方法及結構，以免不必要地混淆本申請案。如本文中所使用，術語「一（a）」及「一（an）」意欲標示特定元件中之至少一者，術語「包括（includes）」意謂包括但不限於，術語「包括（including）」意謂包括但不限於，且術語「基於」意謂至少部分地基於。
諸如基於VR的頭戴式裝置（HMD）及/或護目鏡裝置之一些顯示系統提供沉浸式立體視覺體驗。然而，在一些習知顯示器中，光透射率（或缺失其）可存在問題。舉例而言，在傳統液晶顯示器（LCD）中，諸如用於此類基於VR之HMD的彼等，大量光可經由形成整體顯示器之各種光學層丟失。在許多方法中，此可稱為LCD之「插座效率（wall-plug efficiency）」。本文所描述之系統及方法可提供用於在諸如基於VR之頭戴式裝置（HMD）之顯示系統中分色雷射背光的相位板解決方案及製造方法。
圖1說明根據範例之包括近眼顯示器之人工實境系統環境100的方塊圖。如本文中所使用，「近眼顯示器」可指可緊鄰於使用者之眼睛的裝置（例如，光學裝置）。如本文中所使用，「人工實境」可指「元宇宙」或真實及虛擬元件之環境之態樣等等，且可包括與虛擬實境（VR）、擴增實境（AR）及/或混合實境（MR）相關聯之技術之使用。如本文中所使用，「使用者」可指「近眼顯示器」之使用者或穿戴者。
如圖1中所示，人工實境系統環境100可包括近眼顯示器120、視情況選用之外部成像裝置150及視情況選用之輸入/輸出介面140，其中之各者可耦接至控制台110。在一些示例下，由於控制台110之功能可整合於近眼顯示器120中，因此控制台110可為視情況選用的。在一些範例中，近眼顯示器120可為向使用者呈現內容之頭戴式顯示器（HMD）。
在一些示例下，對於近眼顯示器系統，其可通常合乎需要的為擴展眼動區（eye box）、減小顯示混濁度、改良影像品質（例如，解析度及對比度）、減小實體大小、增加功率效率及增加或擴展視場（field of view；FOV）。如本文中所使用，「視場」（FOV）可指如由使用者所見之影像之角度範圍，其典型地以如由一隻眼睛（對於單目HMD）或兩隻眼睛（對於雙目HMD）觀測到的度為單位來量測。此外，如本文中所使用，「眼動區」可為可安置於使用者之眼睛之前方的二維窗中，從其可觀看來自影像源之顯示影像。
在一些範例中，在近眼顯示系統中，來自周圍環境之光可橫穿波導顯示器之「透視」區（例如，透明基板）以到達使用者之眼睛。舉例而言，在近眼顯示器系統中，所投影影像之光可耦合至波導之透明基板中，在波導內傳播，且在一或多個位置處經耦合或經引導至波導之外，以複製出射光瞳且擴展眼動區。
在一些範例中，近眼顯示器120可包括一或多個剛性主體，該一或多個剛性主體可剛性地或非剛性地彼此耦接。在一些範例中，剛性主體之間的剛性耦接可使得經耦接剛性主體充當單個剛性實體，而在其他範例中，剛性主體之間的非剛性耦接可允許剛性主體相對於彼此移動。
在一些範例中，近眼顯示器120可以任何適合之形狀因素實施，包括HMD、一對眼鏡或其他類似可穿戴護目鏡或裝置。下文關於圖2及圖3進一步描述近眼顯示器120之範例。另外，在一些實例中，本文中所描述之功能性可用於HMD或頭戴裝置，其可組合近眼顯示器120外部之環境的影像及人工實境內容（例如，電腦產生之影像）。因此，在一些範例中，近眼顯示器120可用產生及/或覆蓋的數位內容（例如，影像、視訊、聲音等）來擴增在近眼顯示器120外部之實體、真實世界環境的影像，以向使用者呈現擴增實境。
在一些範例中，近眼顯示器120可包括任何數目個顯示電子件122、顯示光學件124及眼睛追蹤單元130。在一些範例中，近眼顯示器120亦可包括一或多個***126、一或多個位置感測器128及慣性量測單元（inertial measurement unit；IMU）132。在一些範例中，近眼顯示器120可省略眼睛追蹤單元130、一或多個***126、一或多個位置感測器128及慣性量測單元（IMU）132中之任一者，或可包括額外元件。
在一些範例中，顯示電子件122可根據從例如視情況選用之控制台110接收之資料向使用者顯示影像或促進向使用者顯示影像。在一些實例中，顯示電子件122可包括一或多個顯示面板。在一些範例中，顯示電子件122可包括任何數目個像素以發射諸如紅色、綠色、藍色、白色或黃色之主要色彩的光。在一些範例中，顯示電子件122可例如使用藉由二維面板產生之立體效應來顯示三維（three-dimensional；3D）影像，以產生對影像深度之主觀感知。
在一些範例中，顯示光學件124可以光學方式（例如，使用光波導及/或耦合器）顯示影像內容，或放大從顯示電子件122接收到之影像光，校正與影像光相關聯之光學誤差，及/或向近眼顯示器120之使用者呈現經校正之影像光。在一些範例中，顯示光學件124可包括單個光學元件或各種光學元件之任何數目個組合以及機械耦接件，以維持組合中之光學元件之相對間隔及位向。在一些實例中，顯示光學件124中之一或多個光學元件可具有光學塗層，諸如抗反射塗層、反射塗層、過濾塗層及/或不同光學塗層之組合。
在一些範例中，顯示光學件124亦可經設計以校正一或多種類型之光學誤差，諸如二維光學誤差、三維光學誤差或其任何組合。二維誤差之範例可包括桶形失真、枕形失真、縱向色像差及/或橫向色像差。三維誤差之範例可包括球面像差、色像差場曲率及像散。
在一些範例中，一或多個***126可為相對於彼此及相對於近眼顯示器120上之參考點位於特定位置中的物件。在一些範例中，視情況選用之控制台110可在由視情況選用之外部成像裝置150擷取之影像中識別一或多個***126，以判定人工實境頭戴裝置之位置、位向或兩者。一或多個***126可各自為發光二極體（light-emitting diode；LED）、角隅反射器、反射標誌、與供近眼顯示器120操作之環境形成對比的一種類型之光源，或其任何組合。
在一些範例中，外部成像裝置150可包括一或多個攝影機、一或多個視訊攝影機、能夠擷取包括一或多個***126之影像的任何其他裝置，或其任何組合。視情況選用之外部成像裝置150可經配置以在視情況選用之外部成像裝置150之視場中偵測從一或多個***126發射或反射之光。
在一些範例中，一或多個位置感測器128可回應於近眼顯示器120之運動而產生一或多個量測信號。一或多個位置感測器128之範例可包括任何數目個加速計、陀螺儀、磁力計及/或其他運動偵測或誤差校正感測器或其任何組合。
在一些範例中，慣性量測單元（IMU）132可為電子裝置，其基於從一或多個位置感測器128接收到之量測信號產生快速校準資料。一或多個位置感測器128可位於慣性量測單元（IMU）132外部、慣性量測單元（IMU）132內部或其任何組合。基於來自一或多個位置感測器128之一或多個量測信號，慣性量測單元（IMU）132可產生快速校準資料，其指示近眼顯示器120之可相對於近眼顯示器120之初始位置的經估計位置。舉例而言，慣性量測單元（IMU）132可隨時間推移對從加速計接收到之量測信號進行積分以估計速度向量，且隨時間推移對速度向量進行積分以判定近眼顯示器120上之參考點的經估計位置。替代地，慣性量測單元（IMU）132可將經取樣量測信號提供至視情況選用之控制台110，從而可判定快速校準資料。
眼睛追蹤單元130可包括一或多個眼睛追蹤系統。如本文中所使用，「眼睛追蹤」可指判定眼睛之位置或相對位置，包括使用者眼睛之位向、位置及/或凝視。在一些範例中，眼睛追蹤系統可包括擷取眼睛之一或多個影像之成像系統，且可視情況包括光發射器，該光發射器可產生光，該光經引導至眼睛使得由眼睛反射之光可由成像系統擷取。在其他範例中，眼睛追蹤單元130可擷取由微型雷達單元發射之經反射無線電波。與眼睛相關聯之此等資料可用於判定或預測眼睛位置、位向、移動、位置及/或凝視。
在一些範例中，近眼顯示器120可使用眼睛之位向以引入深度線索（例如，使用者的主要視線外部之模糊影像），收集關於虛擬實境（VR）媒體中之使用者互動的啟發（例如，依據經曝光刺激而變化的花費在任何特定個體、物件或圖框上的時間）、部分地基於使用者之眼睛中之至少一者的位向之一些其他功能，或其任何組合。在一些範例中，由於可針對使用者之兩個眼睛判定位向，故眼睛追蹤單元130可能夠判定使用者正看向哪裡或預測任何使用者模式等。
在一些範例中，輸入/輸出介面140可為允許使用者將動作請求發送至視情況選用之控制台110之裝置。如本文中所使用，「動作請求」可為執行特定動作之請求。舉例而言，動作請求可為開始或結束應用程式或執行應用程式內之特定動作。輸入/輸出介面140可包括一或多個輸入裝置。範例輸入裝置可包括鍵盤、滑鼠、遊戲控制器、手套、按鈕、觸控螢幕或用於接收動作請求且將接收到之動作請求傳達至視情況選用之控制台110的任何其他合適裝置。在一些實例中，藉由輸入/輸出介面140接收到之動作請求可經傳達至視情況選用的控制台110，從而可執行對應於經請求動作之動作。
在一些範例中，視情況選用之控制台110可根據從外部成像裝置150、近眼顯示器120及輸入/輸出介面140中之一或多者接收到之資訊將內容提供至近眼顯示器120以供呈現給使用者。舉例而言，在圖1中所示之範例中，視情況選用之控制台110可包括應用程式商店112、頭戴裝置追蹤模組114、虛擬實境引擎116，及眼睛追蹤模組118。視情況選用之控制台110之一些範例可包括與結合圖1所描述之模組不同的或額外的模組。下文進一步所描述之功能可以與此處所描述之方式不同的方式分佈於視情況選用之控制台110之組件當中。
在一些範例中，視情況選用之控制台110可包括處理器及儲存可由該處理器執行之指令之非暫時性電腦可讀取儲存媒體。處理器可包括多個並行執行指令之處理單元。非暫時性電腦可讀取儲存媒體可為任何記憶體，諸如硬碟機、可移除記憶體或固態硬碟（例如，快閃記憶體或動態隨機存取記憶體（dynamic random access memory；DRAM））。在一些範例中，結合圖1描述之視情況選用之控制台110的模組可經編碼為非暫時性電腦可讀取儲存媒體中之指令，該等指令在由處理器執行時使得該處理器執行下文進一步所描述之功能。應瞭解，可或可不需要光學控制台110，或視情況選用之控制台110可與近眼顯示器120整合或分離。
在一些實例中，應用程式商店112可儲存用於供視情況選用之控制台110執行之一或多個應用程式。應用程式可包括在由處理器執行時產生用於向使用者呈現之內容的一組指令。應用程式之範例可包括：遊戲應用程式、會議應用程式、視訊回放應用程式或其他合適之應用程式。
在一些範例中，頭戴裝置追蹤模組114可使用來自外部成像裝置150之緩慢校準資訊來追蹤近眼顯示器120之移動。舉例而言，頭戴裝置追蹤模組114可使用來自慢速校準資訊之觀測到之***及近眼顯示器120的模型來判定近眼顯示器120之參考點的位置。另外，在一些範例中，頭戴裝置追蹤模組114可使用快速校準資訊、慢速校準資訊或其任何組合之部分，以預測近眼顯示器120之未來位置。在一些實例中，頭戴裝置追蹤模組114可將近眼顯示器120之經估計或經預測未來位置提供至虛擬實境引擎116。
在一些實例中，虛擬實境引擎116可執行人工實境系統環境100內之應用程式，且從頭戴裝置追蹤模組114接收近眼顯示器120之位置資訊、近眼顯示器120之加速度資訊、近眼顯示器120之速度資訊、近眼顯示器120之經預測未來位置或其任何組合。在一些範例中，虛擬實境引擎116亦可從眼睛追蹤模組118接收經估計眼睛位置及位向資訊。基於接收到之資訊，虛擬實境引擎116可判定提供至近眼顯示器120以供向使用者呈現之內容。
在一些範例中，眼睛追蹤模組118可從眼睛追蹤單元130接收眼睛追蹤資料，且基於該眼睛追蹤資料來判定使用者之眼睛之位置。在一些範例中，眼睛之位置可包括眼睛相對於近眼顯示器120或其任何元件之位向、位置或此兩者。因此，在此等範例中，由於眼睛之旋轉軸線依據眼睛在其眼窩中之位置而改變，因此判定眼睛在其眼窩中之位置可允許眼睛追蹤模組118更準確地判定眼睛之位向。
在一些範例中，可調整顯示系統之投影儀之位置以實現任何數目個設計修改。舉例而言，在一些示例下，投影儀可位於觀看者之眼睛前方（亦即，「前置安裝」置放）。在前置安裝置放中，在一些範例中，顯示系統之投影儀可遠離使用者之眼睛（即，「世界側」）而定位。在一些範例中，頭戴式顯示器（HMD）裝置可利用前置安裝置放以將光朝向使用者之眼睛傳播，以投影影像。
圖2說明根據範例之呈頭戴式顯示器（HMD）裝置200之形式之近眼顯示器的透視圖。在一些範例中，HMD裝置200可為虛擬實境（VR）系統、擴增實境（AR）系統、混合實境（MR）系統、使用顯示器或可穿戴物之另一系統或其任何組合之一部分。在一些範例中，HMD裝置200可包括主體220及頭部綁帶230。圖2在透視圖中顯示主體220之底部側223、前側225及左側227。在一些範例中，HMD裝置200亦可包括在頂部/底部/左/右/前部外部上之外部攝影機，諸如右下方攝影機228、左上方攝影機229及前置攝影機231，如所示。在一些範例中，頭部綁帶230可具有可調整或可延伸長度。特定言之，在一些實例中，在HMD裝置200之主體220與頭部綁帶230之間可存在足夠的空間，以允許使用者將HMD裝置200安裝至使用者之頭部上。在一些範例中，HMD裝置200可包括額外、較少及/或不同組件。
在一些範例中，HMD裝置200可向使用者呈現媒體或其他數位內容，包括具有電腦產生之元件之實體、真實世界環境的虛擬及/或擴增視圖。由HMD裝置200呈現之媒體或數位內容之範例可包括影像（例如，二維（two-dimensional；2D）或三維（3D）影像）、視訊（例如，2D或3D視訊）、音訊或其任何組合。在一些範例中，影像及視訊可由圍封於HMD裝置200之主體220中之一或多個顯示器組裝件（圖2中未示）呈現給使用者之各眼睛。
在一些範例中，HMD裝置200可包括各種感測器（圖中未示），諸如深度感測器、運動感測器、位置感測器及/或眼睛追蹤感測器。此等感測器中之一些可出於感測目的使用任何數目個結構化或非結構化之光圖案。在一些實例中，HMD裝置200可包括用於與控制台110通信之輸入/輸出介面140，如關於圖1所描述。在一些範例中，HMD裝置200可包括虛擬實境引擎（圖中未示），但類似於關於圖1所描述之虛擬實境引擎116，其可在HMD裝置200內執行應用程式，且從各種感測器接收HMD裝置200之深度資訊、位置資訊、加速度資訊、速度資訊、經預測未來位置或其任何組合。
在一些範例中，由虛擬實境引擎116接收到之資訊可用於產生至一或多個顯示組裝件之信號（例如，顯示指令）。在一些範例中，HMD裝置200可包括***（圖中未示），但類似於圖1中所描述之虛擬***126，該等***可相對於彼此且相對於參考點位於HMD裝置200之主體220上之固定位置中。***中之各者可發射可由外部成像裝置偵測之光。此對於頭部追蹤或其他移動/定向之目的可能適用。應瞭解，除了此類***以外或代替此類***，亦可使用其他元件或組件。
應瞭解，在一些範例中，安裝於顯示系統中之投影儀可置放成靠近及/或更接近於使用者之眼睛（亦即，「眼睛側」）。在一些範例中，且如本文中所論述，用於形狀像眼鏡之顯示系統之投影儀可安裝或定位於眼鏡之鏡腿（亦即，透鏡側之頂部遠角）中。應瞭解，在一些示例下，利用後置安裝之投影儀置放可幫助減小顯示系統所需之任何所需外殼的大小或體積，此亦可促使顯著改良使用者的使用者體驗。
如上文所提及，光透射率（或缺失其）可在一些顯示系統中呈現問題，諸如基於VR之頭戴式裝置（HMD）及/或護目鏡裝置。低光透射率可限制亮度且最小化使用者所要沉浸式視覺體驗。因此，本文所描述之系統及方法可幫助改良此類顯示器中之LCD的「插座效率」。
圖3A至圖3D說明根據範例之具有雷射背光之分色液晶顯示器（LCD）的橫截面視圖。圖3A說明形成LCD堆疊300A之各種層。如所示，LCD堆疊可包括白色LED 302背光，其經由任何數目個光學組件透射光，諸如光導板（light guide plate；LGP）303、一或多個偏光器312、304、薄膜電晶體（thin film transistor；TFT）306、液晶（liquid crystal；LC）層308、彩色濾光片（color filter；CF）310等。如所描繪，當光314穿過LCD堆疊時，此等層中之各者可以某種方式減小穿過其之光的量，如由百分比所指示。當計算時，實際上在結束時由包含LGP、偏光器及TFT之LCD堆疊之至少部分透射的光的量可僅為光之小部分。藉由一些估計，光透射率可大致為0.0945透射率（9.45%）或小於10%。
因此，本文中所描述之系統及方法之主要目標中之一者改良LCD堆疊中之光透射率及提供AR/VR HMD中之增加的亮度、視力及較高品質影像。幫助使光損耗最小化之一種方法可為使用替代光源或配置。
圖3B說明根據範例之具有雷射背光之分色液晶顯示器（LCD）的橫截面視圖。在此，並非圖3A之白色LED及LGP，LCD堆疊300B使用包括例如RBG雷射322、光柵光導（light guide；LG）323及微透鏡陣列（micro lens array；MLS）325之雷射背光配置。在此範例中，LCD堆疊300B之此部分之光324之透射率可估計為僅低於大致0.1575（15.75%）或約16%，其表示顯著改良。圖3C說明根據範例之具有使用MLA之雷射背光之分色液晶顯示器（LCD）348的近視橫截面視圖。在此，微透鏡陣列（MLA）346可使光束350聚焦通過孔徑，因此增強整體透射。可經由波導344將來自光源342之光提供至色彩選擇性微透鏡陣列（MLA）346。
另外，圖3D說明根據另一範例之具有使用相位板之雷射背光之分色液晶顯示器（LCD）的橫截面視圖。在此，並非圖3B之微透鏡陣列（MLA），LCD堆疊300D使用包括例如RBG雷射322、光柵光導（LG）323及相位板335之雷射背光配置。藉由一些計算，圖3B之MLA可具有小於50%透射率，但圖3D中之相位板之透射率可大於60%。因此，使用相位板之LCD堆疊300C之此部分之光透射率可估計為大於0.2268（22.68%）或約22%，其表示甚至更顯著改良。以許多方法，相位板之使用亦可使光束聚焦通過孔徑，籍此相較於MLA層以甚至更大效率增強整體透射。
為了使相位板幫助提供改良透射，可存在最佳化此等結果之若干參數。圖4A至圖4D說明根據範例之具有擁有相位板之雷射背光之分色液晶顯示器（LCD）的橫截面像素級視圖。舉例而言，圖4A中之圖式400A顯示藉由相位板404調整源光402。如本文中所提及，相位板404可改變穿過相位板之偏振光之分量之相對相位且亦聚焦該光。因此，經調整光406可聚焦於經選擇像素408上，使得藍光分量聚焦於藍色子像素上，紅光分量聚焦於紅色子像素上，且綠光分量聚焦於綠色子像素上。在此，可存在以大致18微米（µm）（例如，在10 µm至25 µm之範圍內）之寬度所量測的紅色、綠色及藍色像素（例如，像素410），其中與色彩中之各者相關聯之孔中之各者可為大致3.5微米（例如，在2 µm至5 µm之範圍內）。為了使此配置以高效率操作，可需要光在大致40度下以圓錐類形狀穿過，如所示。此外，在一些範例中，總高度可在200 µm至500 µm之範圍內。使用此等參數，具有使用相位板之雷射背光之LCD可針對與三個色彩（紅色、綠色及藍色）中之各者相關聯之波長提供設計回應，如具有像素422、像素基板405及相位板404之圖4B、圖4C及圖4D之視圖400B、400C及400D中所示。
因此，本文所描述之系統及方法可提供用於顯示系統中分色雷射背光之相位板製造方法，諸如基於VR之頭戴式裝置（HMD）。具體言之，本文中所描述之相位板製造方法可使用干涉計設置以製作針孔之全像圖。本文中所描述之相位板製造方法亦可針對其他波長用經移位針孔重複該製程何次數。本文中所描述之相位板製造方法亦可播放具有共軛物光束之全像圖以產生所要照明圖案。亦可考慮或提供其他各種範例。
圖5說明根據範例之用於產生相位板製造之針孔之全像圖的干涉計配置500。如所示，干涉計配置500可包括光聚合物508可附接至其之基板510。在一些範例中，光聚合物508可為3 µm或大於3 µm（或通常＜50 µm）。具有針孔506之遮罩504亦可設置於距光聚合物508大致200 µm至500 µm之距離處。在相位板製造方法之此步驟中，準直雷射光507可來源於配置500之底部且作為準直光束穿過1%遮罩。應瞭解，光可穿過1 µm針孔506以產生球形波前。在一些範例中，準直光束可在光聚合物層處干涉球形波前。此干擾可幫助在用作如上文所描述之顯示器中之相位板的光聚合物上形成所要全像圖圖案。應瞭解，1 µm針孔可產生40°度之半峰全寬（full width at half maximum；FWHM）圓錐角： Sin (FFOV/2) =波長/針孔直徑，             （1） 其中FFOV表示全視場。另外，在此步驟期間，曝光時間可取決於雷射功率在0.5秒至6秒之間變化。在大多數情況下，10mW/cm 2雷射可用於大致1秒。
如上文所提及，此製程可針對其他波長用經移位針孔重複。在一些範例中，取決於厚度（例如，3 µm至50 µm）及光聚合物性質（例如，索引動態），配置500可用以將不同波長回應暴露於不同光聚合物。換言之，紅色雷射可用以曝光，接著移位針孔且使用綠色雷射，且接著再次移位針孔以用於藍色雷射等。取決於執行多少次曝光，光聚合物之厚度可變化。舉例而言，待執行之曝光愈多，光聚合物應愈厚。此通常由於材料之索引動態對於較厚材料可通常更高。額外曝光之一個原因為擷取超過一個波長，如上文所描述。在RBG範例中，製程涉及多工三個波長之回應。在一些範例中，可能需要具有離軸曝光或其他變化。在此等情境中，製程可涉及額外光束轉向，例如同樣以任何數目個不同角度曝光。
在一些範例中，亦可提供超過一個光聚合物層。舉例而言，可使用三個膜。舉例而言，在曝光此等膜（紅色、綠色及藍色）中之各者之後，可使用任何數目個層壓處理技術將此等膜中之各者層壓於彼此上以同樣形成單數組件。
圖6說明根據範例之使用具有共軛物光束之相位板以在液晶顯示器（LCD）608處產生照明圖案的配置600。如所示，從以上製造,形成之相位板可用於配置600中。具體言之，配置600可用共軛物光束定位相位板及全像圖以產生用於LCD之所需照明圖案。因此，RGB光602可穿過透明基板、具有針孔之光聚合物604且達到作為液晶顯示器（LCD）608上之經調整光606。應瞭解，在一些範例中，相位板與TFT（例如，LCD之第1表面）之間的位置應與曝光距離（200 µm至500 µm）相對相同，如圖5中所示。然而，亦可考慮或提供其他各種範例。
圖7A至圖7B說明根據範例之用於相位板製造之曝光遮罩的視圖700A至視圖700B。如上文所描述，曝光遮罩702可包括複數個針孔710，如圖7A中所示。在一些範例中，此等針孔中之各者可具有大致1 µm之直徑706。在整個遮罩上方亦可存在圖案化，且在一些範例中，針孔710可間隔開18 µm間隔之距離704。在一些範例中，遮罩亦可例如用鉻塗佈。遮罩702之大小可在5 x 5 cm至8 x 8 cm之範圍內，或任何其他相關大小或尺寸（參見下文以用於計算）。亦應瞭解，針孔710之實際形狀不必為完全圓形。亦可提供略微橢圓形針孔。應瞭解，針孔可經配置有100%光透射，而遮罩之鉻（其他部分）可經配置有0.4%光透射。亦即，在實際操作中，孔透射很可能低於100%，且因此鉻透射可相應地按比例調整。
圖7B說明根據範例之用於曝光遮罩尺寸之潛在計算700B。如所示，對於具有半徑r（針孔直徑706的1/2）之針孔及針孔p = 18 µm之間的距離704的給定遮罩，可使用以下表達式計算： （2） 其中T為相對於針孔（白色）之遮罩區（黑色）的相對透射，且arcsin (λ/2r) = 20°導致2r = 1.3 µm對於450 nm具有20°角度。如所示，亦可提供其他計算。最終，此等計算可用以最大化干擾曝光之邊緣對比度，該邊緣對比度具有準直波前與球形波前之間的約相同光/區域。
應瞭解，以上製程可經歷可稱為「塔爾伯特（Talbot）影像平面」問題之事物。簡而言之，當準直光穿過週期性針孔結構時，稱為「塔爾伯特自成像平面」之現象可在遠離針孔遮罩之若干距離處出現。換言之，當平面波入射於週期性繞射光柵上時，光柵之影像可在遠離光柵平面之有規律的距離處重複。在此情境中，有規律的距離可稱為塔爾伯特長度，且經重複影像可稱為「自影像」或「塔爾伯特影像」。
為了避免參考光束干擾塔爾伯特平面（針孔之複製），本文中所描述之系統及方法可提供以下解決方案中之至少一者：（1）使干擾平面遠離塔爾伯特平面移位100 µm至200 µm（例如，在500 µm處之塔爾伯特平面，接著將光聚合物置放在600 µm至700 µm處）；（2）將隨機相位添加至針孔以破壞週期性相位；（3）使1 µm針孔位置按雙µm偏移隨機化以避免週期性圖案；及/或（4）使用遮罩中之兩個或更多個，其中各遮罩增加改變塔爾伯特距離之週期。
除上文所描述之方法、製程及/或技術之外，可存在產生相位遮罩以用於相位板解決方案以用於顯示系統中之改良光透射的任何數目個方法。此等可包括光微影（二進位或灰度級）、奈米壓印、超-或奈米結構（例如，奈米柱）或其他類似方法、製程及/或技術。取決於成本、速度及易用性，此等及/或其他方法、製程及/或技術可併入至本文中所描述之系統及方法中。
在前述描述中，描述各種發明性範例，包括裝置、系統、方法及其類似者。出於解釋之目的，闡述特定細節以便提供對本揭示之範例之透徹理解。然而，顯然是各種實例可在無此等特定細節之情況下實踐。舉例而言，裝置、系統、結構、組裝件、方法及其他組件可以方塊圖形式顯示為組件，以免以不必要之細節混淆範例。在其他示例下，可在無必要細節之情況下顯示眾所周知的裝置、製程、系統、結構及技術，以免混淆範例。
圖式及描述並不意欲為限定性的。已用於本揭示中之術語及表述用作描述之術語且不為限制性的，且在使用此類術語及表述時不欲排除所顯示及描述之特徵的任何等效者或其部分。字語「範例（example）」在本文中用以意謂「充當範例、示例或說明」。不必將本文中描述為『範例』之任何具體實例或設計理解為比其他具體實例或設計較佳或優於其他具體實例或設計。
儘管如本文所描述之方法及系統可主要針對數位內容（諸如視訊或互動式媒體），但應瞭解如本文中所描述之方法及系統亦可用於其他類型之內容或情境。如本文中所描述之方法及系統的其他應用程式或使用亦可包括社交網路連接、營銷、基於內容之推薦引擎及/或其他類型之知識或資料驅動系統。
100:人工實境系統環境 110:控制台 112:應用程式商店 114:頭戴裝置追蹤模組 116:虛擬實境引擎 118:眼睛追蹤模組 120:近眼顯示器 122:顯示電子件 124:顯示光學件 126:*** 128:位置感測器 130:眼睛追蹤單元 132:慣性量測單元 140:輸入/輸出介面 150:外部成像裝置 200:頭戴式顯示器裝置 220:主體 223:底部側 225:前側 227:左側 228:右下方攝影機 229:左上方攝影機 230:頭部綁帶 231:前置攝影機 300A:LCD堆疊 300B:LCD堆疊 300C:LCD堆疊 300D:LCD堆疊 302:白色LED 303:光導板 304:偏光器 306:薄膜電晶體 308:液晶層 310:彩色濾光片 312:偏光器 314:光 322:RBG雷射 323:光柵光導 324:光 325:微透鏡陣列 335:相位板 342:光源 344:波導 346:微透鏡陣列 348:分色液晶顯示器 350:光束 400A:圖式 400B:視圖 400C:視圖 400D:視圖 402:源光 404:相位板 405:像素基板 406:光 408:像素 410:像素 422:像素 500:干涉計配置 502:源光 504:遮罩 506:針孔 507:準直雷射光 508:光聚合物 510:基板 600:配置 602:RGB光 604:光聚合物 606:經調整光 608:液晶顯示器 700A:視圖 700B:視圖 702:曝光遮罩 704:距離 706:直徑 710:針孔 r:半徑
本揭示之特徵藉助於範例說明且不限於以下圖式，在該等圖式中，相同數字指示相同元件。所屬技術領域中具有通常知識者將從以下易於認識到，可在不脫離本文中所描述之原理的情況下採用圖中所說明之結構及方法之替代性範例。 [圖1]說明根據範例之包括近眼顯示器之人工實境系統環境的方塊圖。 [圖2]說明根據範例之呈頭戴式顯示器（HMD）裝置之形式之近眼顯示器的透視圖。 [圖3A]至[圖3D]說明根據範例之具有雷射背光之分色液晶顯示器（LCD）的橫截面視圖。 [圖4A]至[圖4D]說明根據範例之具有擁有相位板之雷射背光之分色液晶顯示器（LCD）的橫截面像素級視圖。 [圖5]說明根據範例之用於產生相位板製造之針孔之全像圖的干涉計配置。 [圖6]說明根據範例之使用具有共軛物光束之相位板以在液晶顯示器（LCD）處產生照明圖案的配置。 [圖7A]至[圖7B]說明根據範例之用於相位板製造之曝光遮罩的視圖。
500:干涉計配置
502:源光
504:遮罩
506:針孔
507:準直雷射光
508:光聚合物
510:基板

Claims (20)

  1. 一種用於相位板製造之方法，其包含： 提供干涉計配置以產生複數個針孔之全像圖，其中該干涉計配置包含至少一光聚合物及曝光遮罩； 藉由使準直光穿過以下項，而經由具有複數個針孔之該曝光遮罩來使該光聚合物曝光於該準直光： 該曝光遮罩，其用以產生準直光束；及 該複數個針孔，其用以產生球形波前，其中該準直光束及該球形波前產生該複數個針孔之該全像圖；及 針對額外波長反覆地移位針孔置放以使該光聚合物重複曝光於該準直光。
  2. 如請求項1之方法，其中該干涉計配置包含： 基板，其用於光聚合物附接； 該光聚合物，其具有預定厚度；及 該曝光遮罩，其具有該複數個針孔。
  3. 如請求項1之方法，其中該準直光為雷射光。
  4. 如請求項1之方法，其中該曝光遮罩中之該複數個針孔具有週期性結構。
  5. 如請求項4之方法，其中該複數個針孔中之任何兩個針孔具有約18微米間距。
  6. 如請求項1之方法，其中該複數個針孔中之各者具有約1微米直徑。
  7. 如請求項1之方法，其進一步包含： 選擇距離由該曝光遮罩產生之塔爾伯特（Talbot）自成像平面100微米與200微米之間置放該光聚合物。
  8. 如請求項7之方法，其進一步包含： 將隨機相位添加至該曝光遮罩中之該複數個針孔中之至少一部分；或 使該曝光遮罩中之該針孔中之至少一部分的位置隨機化。
  9. 如請求項1之方法，其中該干涉計配置包含至少兩個曝光遮罩。
  10. 一種用於配置一曝光遮罩之方法，其包含： 判定具有用於相位板製造之複數個針孔之曝光遮罩之大小； 判定該遮罩區相對於該針孔之相對透射； 基於該相對透射而判定該曝光遮罩內之該複數個針孔的大小及位置；及 製造具有該複數個針孔之該曝光遮罩。
  11. 如請求項10之方法，其進一步包含： 使用以下表達式判定該相對透射： 其中T為該曝光遮罩與該複數個針孔之間的該相對透射，p為該複數個針孔中之各者之間的距離，且r為各針孔之半徑。
  12. 如請求項10之方法，其中該曝光遮罩中之該複數個針孔具有週期性結構。
  13. 如請求項12之方法，其中該複數個針孔中之任何兩個針孔具有約18微米間距。
  14. 如請求項10之方法，其中該複數個針孔中之各者具有約1微米直徑。
  15. 如請求項10之方法，其進一步包含： 將一隨機相位添加至該曝光遮罩中之該複數個針孔中之至少一部分。
  16. 如請求項10之方法，其進一步包含： 使該曝光遮罩中之該針孔中之至少一部分的位置隨機化。
  17. 一種用於相位板製造之干涉計配置，該干涉計配置包含： 基板； 光聚合物，其具有附接至該基板之預定厚度；及 曝光遮罩，其具有複數個針孔以藉由使該準直光穿過以下項來將該光聚合物曝光於準直光： 該曝光遮罩，其用以產生準直光束；及 該複數個針孔，其用以產生球形波前，其中該準直光束及該球形波前產生該複數個針孔之該全像圖； 針對額外波長反覆地移位針孔置放以使該光聚合物重複曝光於該準直光。
  18. 如請求項17之干涉計配置，其中針對額外波長反覆地移位針孔置放以使該光聚合物重複曝光於該準直光。
  19. 如請求項17之干涉計配置，其中該曝光遮罩中之該複數個針孔具有週期性結構。
  20. 如請求項17之干涉計配置，其中該光聚合物置放於距離由該曝光遮罩產生之塔爾伯特自成像平面100微米與200微米之間。
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