可切换照明设备和防窥显示器的制作方法

技术特征：
1.一种用于在预定区域上提供照明的照明设备，所述照明设备包括：跨所述预定区域排列的发光二极管的子阵列的阵列，每个子阵列的所述发光二极管形成在相应的半导体材料单片层上并被布置成向后输出光；以及跨所述预定区域、在所述发光二极管后方排列的光学元件的阵列，每个光学元件与发光二极管的相应子阵列对准，并且每个光学元件包括具有透射表面和反射表面的波导，所述反射表面布置在所述透射表面后方以接收来自发光二极管的所述相应子阵列的穿过所述透射表面的光，每个光学元件的所述反射表面包括：反射光输入结构，所述反射光输入结构被布置成在其中由所述反射光输入结构反射的光通过所述透射表面处的全内反射在所述波导内被导引的方向上反射从发光二极管的所述相应子阵列接收的光；以及反射光提取小平面，所述反射光提取小平面被布置成在其中由所述反射光提取小平面反射的光从所述波导输出穿过所述透射表面的方向上反射在所述波导内导引的光。2.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述发光二极管以相应第一光输出分布输出光，并且所述光学元件以相应第二光输出分布从所述波导输出来源于所述相应子阵列的每个发光二极管的光，所述第二光输出分布的发光强度半最大立体角小于所述光来源于其的所述发光二极管的所述相应第一光输出分布的发光强度半最大立体角。3.根据权利要求2所述的照明设备，其中所述第二光输出分布的发光强度半最大立体角与朗伯光分布的发光强度半最大立体角的比率小于1，优选小于0.5，更优选小于0.25并且最优选小于0.1。4.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中发光二极管的每个子阵列包括电极，所述电极被布置成提供所述子阵列的所述发光二极管中的至少两个的独立寻址。5.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中每个光学元件在至少一个横截面平面中具有关于光轴的镜像对称性。6.根据权利要求5所述的照明设备，其中每个光学元件的所述反射表面在围绕光轴的所有横截面平面中具有关于所述光轴的镜像对称性。7.根据权利要求5或6所述的照明设备，其中每个子阵列的所述发光二极管包含在所述光学元件的所述光轴上、与所述光学元件对准的第一发光二极管，以及与所述光学元件的所述光轴偏置的、与所述光学元件对准的至少一个另外的发光二极管。8.根据权利要求5至7中任一项所述的照明设备，其中在所述至少一个横截面平面中，所述反射光输入结构包括面向所述光轴外侧的第一倾斜反射表面和第二倾斜反射表面。9.根据权利要求8所述的照明设备，其中所述第一倾斜反射表面和所述第二倾斜反射表面是弯曲的。10.根据权利要求5至9中任一项所述的照明设备，其中在所述至少一个横截面平面中，所述反射光提取小平面包括面向所述光轴的多对倾斜小平面。11.根据权利要求9所述的照明设备，其中所述反射平面区和所述反射光提取小平面具有阶梯结构。12.根据权利要求5至11中任一项所述的照明设备，其中所述反射表面包括所述反射光提取小平面之间的反射平面区。13.根据权利要求5至12中任一项所述的照明设备，其中在所述至少一个横截面平面
中，所述反射光提取小平面的间距随着与所述光学元件的所述光轴的距离而减小。14.根据权利要求5至13中任一项所述的照明设备，其中所述反射光提取小平面的长度随着与相应光学元件的所述光轴的距离而增大。15.根据权利要求5至14中任一项所述的照明设备，其中所述反射光提取小平面的总面积随着与相应光学元件的所述光轴的距离而增大。16.根据权利要求15所述的照明设备，其中所述反射光提取小平面的总面积随着与所述相应光学元件的所述光轴的所述距离而成比例地增大。17.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述反射光提取小平面中的一些被布置成引导尚未在所述光学元件内导引的光。18.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中每个光学元件的所述透射表面是平面的。19.根据权利要求1至17中任一项所述的照明设备，其中每个光学元件的所述透射表面进一步包括折射光输入结构，所述折射光输入结构形成在所述波导的所述透射表面中并且与发光二极管的所述相应子阵列对准，使得由所述发光二极管发出的光穿过所述折射光输入结构。20.根据权利要求19所述的照明设备，其中每个光学元件在至少一个横截面平面中具有关于光轴的镜像对称性。21.根据权利要求20所述的照明设备，其中在所述至少一个横截面平面中，所述折射光输入结构包括多对相对倾斜的折射输入小平面。22.根据权利要求19至21中任一项所述的照明设备，其中所述输入基板的透射表面包括所述折射光输入结构之间的平面区。23.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，所述照明设备进一步包括透射支撑基板，所述发光二极管被所述透射支撑基板支撑在所述透射支撑基板的后侧上。24.根据权利要求24所述的照明设备，其中折射率低于所述波导的材料的透射材料布置在所述透射支撑基板与所述光学元件的所述透射表面之间。25.根据权利要求4所述的照明设备，其中所述透射材料是空气。26.根据权利要求23至25中任一项所述的照明设备，其中每个光学元件进一步包括折射光输出结构，所述折射光输出结构形成在所述发光二极管的所述相应子阵列前方的所述透射支撑衬底的前表面中。27.根据权利要求26所述的照明设备，其中每个光学元件的所述反射光提取小平面中的一些被布置成将光引导到所述光学元件的所述折射光输出结构。28.根据权利要求26或27所述的照明设备，其中每个光学元件在至少一个横截面平面中具有关于光轴的镜像对称性。29.根据权利要求28所述的照明设备，其中在所述至少一个横截面平面中，所述折射光输出结构包括凹折射表面，所述凹折射表面被布置成提供负光功率。30.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中在所述至少一个横截面平面中，所述折射光输出结构包括多对相对倾斜的透射光偏转小平面。31.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，所述照明设备进一步包括布置在所述透射支撑基板的至少一个表面上的漫射体结构。
32.根据权利要求26至31中任一项所述的照明设备，其中穿过所述折射光输出结构的光的角向光输出分布与穿过所述透射支撑基板的不包括折射光输出结构的区的光的角向光输出分布基本上相同。33.根据权利要求23至32中任一项所述的照明设备，所述照明设备进一步包括在发光二极管的每个子阵列与所述透射支撑基板之间提供的掩模区。34.根据权利要求33所述的照明设备，其中每个掩模区包括连接到所述子阵列的所述发光二极管的电极。35.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述光学元件的所述反射表面具有形成在所述反射表面上的反射层。36.根据权利要求35所述的照明设备，其中所述反射层包括金属材料。37.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中每个光学元件的所述波导形成为集成体。38.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述发光二极管具有至多300微米、优选至多200微米并且更优选至多100微米的最大宽度。39.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中在所述至少一个横截面平面中，透射输出表面与反射表面之间的距离小于1000微米，优选小于500微米并且更优选小于250微米。40.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中发光二极管的所述子阵列的所述单片层的所述半导体材料是n型。41.根据权利要求40所述的照明设备，其中每个子阵列进一步包括与所述单片层类型相反的半导体材料的图案化层。42.根据权利要求41所述的照明设备，其中每个子阵列进一步包括形成在所述图案化层上的图案化电极。43.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，所述照明设备进一步包括控制系统，所述控制系统被布置成控制来自所述发光二极管的光的输出。44.一种显示设备，所述显示设备包括：根据前述权利要求中任一项所述的照明设备；以及由所述照明设备照明的透射式空间光调制器。45.一种用于在预定区域上提供照明的照明设备，所述照明设备包括：透射支撑基板；由所述透射支撑基板支撑在所述透射支撑基板的后侧上并且跨所述的预定区域排列的发光二极管的子阵列的阵列，每个子阵列的所述发光二极管形成在相应的半导体材料单片层上并被布置成向后输出光；跨所述预定区域、在所述发光二极管后方排列的光学元件的阵列，每个光学元件与发光二极管的相应子阵列对准，并且每个光学元件包括具有透射表面和反射表面的后层，所述反射表面布置在所述透射表面后方以接收来自发光二极管的所述相应子阵列的穿过所述透射表面的光；以及透射材料，所述透射材料布置在所述透射支撑基板与所述光学元件的所述透射表面之间，
其中所述后层、所述透射材料和所述透射支撑基板具有匹配的折射率，并且每个光学元件的所述反射表面包括：反射光输入结构，所述反射光输入结构被布置成在其中由所述反射光输入结构反射的光通过所述透射支撑基板的前表面处的全内反射在由所述后层、所述透射材料和所述透射支撑基板形成的波导内被导引的方向上反射从发光二极管的所述相应子阵列接收的光；以及反射光提取小平面，所述反射光提取小平面被布置成在其中由所述反射光提取小平面反射的光从所述波导输出穿过所述透射表面的方向上反射在所述波导内导引的光。

技术总结
一种定向照明设备包括具有反射表面和输出透射表面的波导，所述反射表面包括反射光输入小平面、反射光提取小平面。微型LED的子阵列的阵列被布置成在向后方向上照射所述反射表面。所述反射光提取小平面协作以利用准直光在所述波导的输出孔径上提供均匀输出照明，所述准直光可通过控制微型LED的所述子阵列来控制。可以使用薄且高效的照明设备来切换高动态范围显示背光、防窥显示器或环境照明应用。防窥显示器或环境照明应用。防窥显示器或环境照明应用。


技术研发人员：M
受保护的技术使用者：瑞尔D斯帕克有限责任公司
技术研发日：2020.09.11
技术公布日：2022/6/15