Optical system

Abstract

An optical system (300) includes a display (10) configured to emit an image, a polymeric reflective polarizer (50), a partial reflector (110), and a light control film (LCF) (120). The emitted image is transmitted by the polymeric reflective polarizer (50) after the emitted image is reflected at least once by each of the polymeric reflective polarizer (50) and the partial reflector (110). The LCF (120) is disposed on the folded optical axis (30) and has a plurality of alternating light absorbing and light transmissive regions (121,122). For first and second image light rays that are emitted by the display (10) and are transmitted, as respective first and second leaking transmitted light rays (12a,14), by the partial reflector (110) after being first reflected by the polymeric reflective polarizer (50), the LCF (120) reduces percent optical intensities of the first and second leaking transmitted light rays (12a,14) by respective first and second factors, the first factor less than about 2 and the second factor greater than about 5.

Description

OPTICAL SYSTEMTechnical Field

[0001] The present disclosure relates to an optical system.Background

[0002] Typically, optical systems in applications, such as augmented reality (AR) , have become increasingly prevalent, offering a viewer an ability to see images generated by a display of the optical systems overlaid onto the real world. However, there may be a light leakage of the images outside these optical systems. This light leakage may be seen by other people which may be undesirable and may negatively impact a viewing experience or a privacy of the viewer.

[0003] Therefore, an improved optical system may be desired for managing and reducing the light leakage of the images outside the optical system.Summary

[0004] In a first aspect, the present disclosure provides an optical system. The optical system includes a display configured to emit an image for viewing by a viewer. The emitted image includes a central image ray propagating along a folded optical axis from the display to the viewer. The optical system further includes a first optical stack including a polymeric reflective polarizer generally facing the display and stacked on a first absorbing polarizer generally facing the viewer. The central image ray is incident on the polymeric reflective polarizer at a first incident angle of between about 30 degrees to about 60 degrees. The optical system further includes a second optical stack disposed on an opposite major side of the first optical stack relative to the viewer. The second optical stack is configured to face at least a portion of a real-world scene. The second optical stack includes a second absorbing polarizer configured to face the at least the portion of the real-world scene, and a first retarder layer disposed between the second absorbing polarizer and the first optical stack. The optical system further includes a partial reflector disposed between the first and second optical stacks. The optical system further includes a light control film disposed on the folded optical axis. The light control film includes a plurality of alternating light absorbing and light transmissive regions extending along a same in-plane first direction and arranged along an orthogonal in-plane second direction. Each light absorbing region has a maximum width W, a maximum height H, and a maximum length L, such that H / W ≥ 1, L / H ≥ 20. For a substantially collimated substantially normally incident light and for at least one visible wavelength in a  visible wavelength range extending from about 420 nm to about 680 nm, the polymeric reflective polarizer transmits at least 60%of the incident light having a first polarization state and reflects at least 60%of the incident light having an orthogonal second polarization state. For the substantially collimated substantially normally incident light and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, each of the first and second absorbing polarizers transmits at least 60%of the incident light having one of the first and second polarization states and absorbs at least 60%of the incident light having the other one of the first and second polarization states. Further, for the substantially collimated substantially normally incident light and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, and for each of the first and second polarization states, the partial reflector transmits at least 30%of the incident light and reflects at least 30%of the incident light. Furthermore, for the substantially collimated substantially normally incident light and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, and for each of the first and second polarization states, the light absorbing regions of the light control film absorb at least 60%of the incident light, and the light transmissive regions of the light control film transmit at least 60%of the incident light. For an image light ray that is emitted by the display and is transmitted, as a leaking transmitted light ray, by the second optical stack toward the at least the portion of the real-world scene after being first reflected by the polymeric reflective polarizer and then transmitted by the partial reflector, the light control film reduces a percent optical intensity of the leaking transmitted light ray by at least a factor of about 2 when the leaking transmitted light ray makes a second angle of between about 20 degrees and about 40 degrees with the folded optical axis at the second optical stack.

[0005] In a second aspect, the present disclosure provides an optical system substantially centered on a folded optical axis. The optical system includes a display configured to emit an image for viewing by an eye of a viewer located on, or proximate to, the folded optical axis. The optical system further includes a polymeric reflective polarizer and a partial reflector. The emitted image is transmitted by the polymeric reflective polarizer toward the viewer after the emitted image is reflected at least once by each of the polymeric reflective polarizer and the partial reflector. The eye is configured to view an object in a real-world scene through the polymeric reflective polarizer and the partial reflector. The optical system further includes a light control film disposed on the folded optical axis. The light control film includes a plurality of alternating light absorbing and light transmissive regions extending along a same in-plane first direction and arranged along an orthogonal in-plane second direction. Further, for first and second image light rays that are emitted by the display and are transmitted, as respective first and second leaking transmitted light rays, by the partial  reflector toward the at least the portion of the real-world scene after being first reflected by the polymeric reflective polarizer, the light control film reduces percent optical intensities of the first and second leaking transmitted light rays by respective first and second factors. The first factor is less than about 2 and the second factor is greater than about 5. Furthermore, the first and second leaking transmitted light rays make respective first and second angles with the folded optical axis at the partial reflector. The first angle is less than about 5 degrees and the second angle is between about 20 degrees and about 40 degrees.

[0006] The details of one or more examples of the disclosure are set forth in the accompanying drawings and the description below. Other features, objects, and advantages of the disclosure will be apparent from the description and drawings, and from the claims.Brief Description of the Drawings

[0007] Exemplary embodiments disclosed herein may be more completely understood in consideration of the following detailed description in connection with the following figures. The figures are not necessarily drawn to scale. Like numbers used in the figures refer to like components. However, it will be understood that the use of a number to refer to a component in a given figure is not intended to limit the component in another figure labeled with the same number.

[0008] FIG. 1A shows a schematic sectional view of an optical system, according to an embodiment of the present disclosure;

[0009] FIG. 1B shows a schematic sectional view of the optical system, according to another embodiment of the present disclosure;

[0010] FIG. 2 shows a schematic view of a display, according to an embodiment of the present disclosure;

[0011] FIG. 3A shows a schematic sectional side view of a light control film, according to an embodiment of the present disclosure;

[0012] FIG. 3B shows a schematic top view of the light control film, according to an embodiment of the present disclosure;

[0013] FIG. 4A shows a schematic sectional side view of a polymeric reflective polarizer, according to an embodiment of the present disclosure;

[0014] FIG. 4B shows a schematic detailed sectional view of the polymeric reflective polarizer, according to an embodiment of the present disclosure;

[0015] FIG. 5 shows a schematic sectional view of a first absorbing polarizer or a second absorbing polarizer, according to an embodiment of the present disclosure;

[0016] FIG. 6 shows a schematic sectional view of a partial reflector, according to an embodiment of the present disclosure;

[0017] FIG. 7 shows a schematic sectional view of the light control film, according to an embodiment of the present disclosure;

[0018] FIG. 8A shows a schematic sectional view of a cholesteric reflective polarizer, according to an embodiment of the present disclosure;

[0019] FIG. 8B shows a schematic view of a layer of the cholesteric reflective polarizer, according to an embodiment of the present disclosure;

[0020] FIG. 9A shows a front view of an exemplary optical system having the light control film disposed between the display and a first optical stack;

[0021] FIG. 9B shows a side view of the exemplary optical system of FIG. 9A;

[0022] FIG. 9C shows an image depicting a result of a comparative optical system without the light control film;

[0023] FIG. 9D shows an image depicting a result of the exemplary optical system with the light control film;

[0024] FIG. 10A shows a side view of another exemplary optical system having the light control film disposed on a second optical stack;

[0025] FIG. 10B shows an image depicting a result of a comparative optical system without the light control film; and

[0026] FIG. 10C shows an image depicting a result of the exemplary optical system with the light control film disposed on the second optical stack.Detailed Description

[0027] In the following description, reference is made to the accompanying figures that form a part thereof and in which various embodiments are shown by way of illustration. It is to be understood that other embodiments are contemplated and may be made without departing from the scope or spirit of the present disclosure. The following detailed description, therefore, is not to be taken in a limiting sense.

[0028] In the following disclosure, the following definitions are adopted.

[0029] As used herein, all numbers should be considered modified by the term “about” . As used herein, “a, ” “an, ” “the, ” “at least one, ” and “one or more” are used interchangeably.

[0030] As used herein as a modifier to a property or attribute, the term “generally” , unless otherwise specifically defined, means that the property or attribute would be readily recognizable by a person of ordinary skill but without requiring absolute precision or a perfect match (e.g., within + / -20 %for quantifiable properties) .

[0031] The term “substantially” , unless otherwise specifically defined, means to a high degree of approximation (e.g., within + / -10%for quantifiable properties) but again without requiring absolute precision or a perfect match.

[0032] The term “about” , unless otherwise specifically defined, means to a high degree of approximation (e.g., within + / -5%for quantifiable properties) but again without requiring absolute precision or a perfect match.

[0033] As used herein, the terms “first” and “second” are used as identifiers. Therefore, such terms should not be construed as limiting of this disclosure. The terms “first” and “second” when used in conjunction with a feature or an element can be interchanged throughout the embodiments of this disclosure.

[0034] As used herein, “at least one of A and B” should be understood to mean “only A, only B, or both A and B” .

[0035] Typically, optical systems in applications, such as augmented reality (AR) , have become increasingly prevalent, offering a viewer an ability to see images generated by a display of the optical systems overlaid onto the real world. However, there may be a light leakage of images outside these optical systems. This light leakage of the images may be seen by other people which may be undesirable and may negatively impact a viewing experience or a privacy of the viewer. Typically, such light leakage may arise due to oblique light from the display incident at large angles which may not be blocked by light polarizers disposed on a cover of the optical systems.

[0036] Therefore, an improved optical system may be desired for managing and reducing the light leakage of the images outside the optical system.

[0037] The present disclosure relates to an optical system. The optical system includes a display configured to emit an image for viewing by a viewer. The emitted image includes a central image ray propagating along a folded optical axis from the display to the viewer. The optical system further includes a first optical stack including a polymeric reflective polarizer generally facing the display and stacked on a first absorbing polarizer generally facing the viewer. The central image ray is incident on the polymeric reflective polarizer at a first incident angle of between about 30 degrees to about 60 degrees. The optical system further includes a second optical stack disposed on an opposite major side of the first optical stack relative to the viewer. The second optical stack is configured to face at least a portion of a real-world scene. The second optical stack includes a second absorbing polarizer configured to face the at least the portion of the real-world scene, and a first retarder layer disposed between the second absorbing polarizer and the first optical stack. The optical system further includes a partial reflector disposed between the first and second optical stacks. The optical  system further includes a light control film disposed on the folded optical axis. The light control film includes a plurality of alternating light absorbing and light transmissive regions extending along a same in-plane first direction and arranged along an orthogonal in-plane second direction. Each light absorbing region has a maximum width W, a maximum height H, and a maximum length L, such that H / W ≥ 1, L / H ≥ 20. For a substantially collimated substantially normally incident light and for at least one visible wavelength in a visible wavelength range extending from about 420 nm to about 680 nm, the polymeric reflective polarizer transmits at least 60%of the incident light having a first polarization state and reflects at least 60%of the incident light having an orthogonal second polarization state. For the substantially collimated substantially normally incident light and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, each of the first and second absorbing polarizers transmits at least 60%of the incident light having one of the first and second polarization states and absorbs at least 60%of the incident light having the other one of the first and second polarization states. Further, for the substantially collimated substantially normally incident light and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, and for each of the first and second polarization states, the partial reflector transmits at least 30%of the incident light and reflects at least 30%of the incident light. Furthermore, for the substantially collimated substantially normally incident light and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, and for each of the first and second polarization states, the light absorbing regions of the light control film absorb at least 60%of the incident light, and the light transmissive regions of the light control film transmit at least 60%of the incident light. For an image light ray that is emitted by the display and is transmitted, as a leaking transmitted light ray, by the second optical stack toward the at least the portion of the real-world scene after being first reflected by the polymeric reflective polarizer and then transmitted by the partial reflector, the light control film reduces a percent optical intensity of the leaking transmitted light ray by at least a factor of about 2 when the leaking transmitted light ray makes a second angle of between about 20 degrees and about 40 degrees with the folded optical axis at the second optical stack.

[0038] Since, the optical system of the present disclosure includes the light control film, the light control film reduces the percent optical intensity of the leaking transmitted light ray (i.e., at least the factor of about 2) when the leaking transmitted light ray makes the second angle of between about 20 degrees and about 40 degrees with the folded optical axis at the second optical stack. The optical system may therefore ensure that the leaking transmitted light ray is not easily visible to external observers. This may improve a viewing experience of the viewer and may also enhance a privacy of the viewer.

[0039] Referring now to figures, FIG. 1A shows a schematic sectional view of an optical system 300, according to an embodiment of the present disclosure.

[0040] A coordinate system including mutually perpendicular x, y, and z-axes is also illustrated in FIG. 1A. The x and y-axes are in-plane axes of the optical system 300, while the z-axis is a transverse axis disposed along a thickness of the optical system 300. In other words, the x and y-axes are along a plane of the optical system 300 defining a x-y plane, and the z-axis is perpendicular to the x-y plane of the optical system 300.

[0041] The optical system 300 includes a display 10 configured emit an image 11 for viewing by a viewer 20. In some embodiments, the display 10 is an organic light emitting display (OLED) . In some embodiments, the display 10 is a liquid crystal display (LCD) . In some embodiments, the image 11 may be interchangeably referred to as “the emitted image 11”herein.

[0042] In some embodiments, the optical system 300 is substantially centered on a folded optical axis 30. In some embodiments, the display 10 is configured to emit the image 11 for viewing by an eye of the viewer 20 located on, or proximate to, the folded optical axis 30.

[0043] The emitted image 11 includes a central image ray 12 propagating along the folded optical axis 30 from the display 10 to the viewer 20. In some embodiments, the folded optical axis 30 is substantially orthogonal to the display 10 at a location where the folded optical axis 30 intersects the display 10. In some embodiments, the central image ray 12 is substantially orthogonal to a display surface 15 of the display 10 displaying the emitted image 11.

[0044] In some embodiments, the folded optical axis 30 includes at least one fold having a fold angle of between about 60 degrees and about 120 degrees. In the illustrated embodiment of FIG. 1A, the folded optical axis 30 includes the at least one fold having the fold angle of about 90 degrees. In other words, in some embodiments, the folded optical axis 30 includes the at least one 90 degrees fold. In some embodiments, the folded optical axis 30 includes at least one fold having a fold angle of between about 150 degrees and about 210 degrees. In some embodiments, the folded optical axis 30 includes the at least one fold having the fold angle of about 180 degrees.

[0045] The folded optical axis 30 including the at least one fold having the fold angle of between about 60 degrees and about 120 degrees or between about 150 degrees and about 210 degrees may allow a compact arrangement of the optical system 300. This may further reduce overall size and weight of the optical system 300, potentially making the optical system 300 more comfortable for the viewer 20 to use over extended periods.

[0046] The optical system 300 further includes a first optical stack 40. Another coordinate system including mutually perpendicular x’ , y’ , and z’ -axes is illustrated in FIG. 1A. The x’ and y’ -axes are in-plane axes of the first optical stack 40, while the z’ -axis is a transverse axis disposed along a thickness of the first optical stack 40. In other words, the x’a nd y’ -axes are along a plane of the first optical stack 40 defining a x’ -y’ plane, and the z’ -axis is perpendicular to the x’ -y’ plane of the first optical stack 40.

[0047] In some embodiments, the folded optical axis 30 makes an angle θ of between about 30 degrees to about 60 degrees with the first optical stack 40 at a location where the folded optical axis 30 intersects the first optical stack 40. In some embodiments, the folded optical axis 30 makes the angle θ of between about 35 degrees to about 55 degrees, or between about 40 degrees to about 50 degrees with the first optical stack 40 at the location where the folded optical axis 30 intersects the first optical stack 40. In some embodiments, the folded optical axis 30 makes the angle θ of about 45 degrees with the first optical stack 40 at the location where the folded optical axis 30 intersects the first optical stack 40.

[0048] The first optical stack 40 includes a polymeric reflective polarizer 50 generally facing the display 10 and stacked on a first absorbing polarizer 60 generally facing the viewer 20. In some embodiments, the first absorbing polarizer 60 is directly coated onto the polymeric reflective polarizer 50. In some other embodiments, the first absorbing polarizer 60 is co-extruded and co-stretched with the polymeric reflective polarizer 50.

[0049] In some embodiments, the first optical stack 40 further includes a substrate 43 disposed between, and bonded to each of, the polymeric reflective polarizer 50 and the first absorbing polarizer 60. Furthermore, in some embodiments, the first optical stack 40 is substantially planar.

[0050] The central image ray 12 is incident on the polymeric reflective polarizer 50 at a first incident angle α1 of between about 30 degrees to about 60 degrees. In some embodiments, the first incident angle α1 is about 45 degrees. In some embodiments, the central image ray 12 is incident on the polymeric reflective polarizer 50 at the first incident angle α1 of between about 35 degrees to about 55 degrees, or between about 40 degrees to about 50 degrees.

[0051] The optical system 300 further includes a second optical stack 70 disposed on an opposite major side 41 of the first optical stack 40 relative to the viewer 20 and configured to face at least a portion of a real-world scene 80. In some embodiments, the folded optical axis 30 is substantially orthogonal to the second optical stack 70 at a location where the folded optical axis 30 intersects the second optical stack 70.

[0052] The second optical stack 70 includes a second absorbing polarizer 90 configured to face the at least the portion of the real-world scene 80. The second optical stack 70 further includes a first retarder layer 100 disposed between the second absorbing polarizer 90 and the first optical stack 40.

[0053] In some embodiments, the second optical stack 70 is substantially planar. In some embodiments, the second optical stack 70 is curved about at least one direction. In some embodiments, the second optical stack 70 is curved about the x-axis. In some embodiments, the second optical stack 70 is curved about the y-axis. In some embodiments, the second optical stack 70 is curved about each of the x and y-axes.

[0054] The optical system 300 further includes a partial reflector 110 disposed between the first and second optical stacks 40, 70. In some embodiments, the partial reflector 110 includes a metal coating. In some embodiments, the partial reflector 110 includes a reflective polarizer.

[0055] In some embodiments, the folded optical axis 30 is substantially orthogonal to the partial reflector 110 at a location where the folded optical axis 30 intersects the partial reflector 110. In some embodiments, the partial reflector 110 includes a second retarder layer 111 disposed on, and substantially conforming to, a major surface 110a of the partial reflector 110.

[0056] In some embodiments, the partial reflector 110 is curved about at least one direction. In some embodiments, the partial reflector 110 is curved about the x-axis. In some embodiments, the partial reflector 110 is curved about the y-axis. In some embodiments, the partial reflector 110 is curved about each of the x and y-axes.

[0057] In some embodiments, the emitted image 11 is transmitted by the polymeric reflective polarizer 50 toward the viewer 20 after the emitted image 11 is reflected at least once by each of the polymeric reflective polarizer 50 and the partial reflector 110. Further, in some embodiments, the eye of the viewer 20 is configured to view an object 81 in the real-world scene 80 through the polymeric reflective polarizer 50 and the partial reflector 110.

[0058] In some embodiments, the optical system 300 further includes an optical lens 140 disposed between the display 10 and the first optical stack 40. Furthermore, in some embodiments, the folded optical axis 30 is substantially orthogonal to the optical lens 140 at a location where the folded optical axis 30 intersects the optical lens 140.

[0059] The optical system 300 further includes a light control film 120 disposed on the folded optical axis 30. In the illustrated embodiment of FIG. 1A, the light control film 120 is disposed on the folded optical axis 30 between the display 10 and the first optical stack 40. As shown in FIG. 1A, an image light ray 13 that is emitted by the display 10 is transmitted as  a leaking transmitted light ray 14 by the second optical stack 70 toward the at least the portion of the real-world scene 80 after being first reflected by the polymeric reflective polarizer 50 and then transmitted by the partial reflector 110.

[0060] The light control film 120 reduces a percent optical intensity of the leaking transmitted light ray 14 by at least a factor of about 2 when the leaking transmitted light ray 14 makes a second angle α2 of between about 20 degrees and about 40 degrees with the folded optical axis 30 at the second optical stack 70.

[0061] In some embodiments, the light control film 120 reduces the percent optical intensity of the leaking transmitted light ray 14 by at least a factor of about 3, about 4, about 5, about 6, about 7, about 8, about 9, about 10, about 15, about 20, about 30, about 40, about 50, about 60, about 70, about 80, about 90, or about 100 when the leaking transmitted light ray 14 makes the second angle α2 of between about 25 degrees and about 35 degrees with the folded optical axis 30 at the second optical stack 70.

[0062] In some embodiments, the central image ray 12 may be interchangeably referred to as “the first image light ray 12” herein. In some embodiments, the image light ray 13 may be interchangeably referred to as “the second image light ray 13” herein. In some embodiments, the leaking transmitted light ray 14 may be interchangeably referred to as “the second leaking transmitted light ray 14” herein.

[0063] For the first and second image light rays 12, 13 that are emitted by the display 10 and are transmitted, as respective first and second leaking transmitted light rays 12a, 14, by the partial reflector 110 toward the at least the portion of the real-world scene 80 after being first reflected by the polymeric reflective polarizer 50, the light control film 120 reduces the percent optical intensities of the first and second leaking transmitted light rays 12a, 14 by respective first and second factors.

[0064] The first factor is less than about 2. In some embodiments, the first factor is less than about 1.9, less than about 1.8, less than about 1.7, less than about 1.6, less than about 1.5, less than about 1.4, less than about 1.3, or less than about 1.2.

[0065] The second factor is greater than about 5. In some embodiments, the second factor is greater than about 6, greater than about 7, greater than about 8, greater than about 9, greater than about 10, greater than about 15, greater than about 20, greater than about 30, greater than about 40, greater than about 50, greater than about 60, greater than about 70, greater than about 80, greater than about 90, or greater than about 100.

[0066] The first and second leaking transmitted light rays 12a, 14 make respective a first angle (not shown) and the second angle α2 with the folded optical axis 30 at the partial reflector 110. The first angle is less than about 5 degrees. In some embodiments, the first  angle is less than about 4 degrees, less than about 3 degrees, less than about 2 degrees, or less than about 1 degree. In some embodiments, the first angle is about 0 degree. Furthermore, as discussed above, the second angle α2 is between about 20 degrees and about 40 degrees. In some embodiments, the second angle α2 is between about 25 degrees and about 35 degrees. In some embodiments, the second angle α2 is about 30 degrees.

[0067] In some embodiments, the first factor is about 1.3 when the first angle is about 0 degree. In some embodiments, the second factor is about 9.9 when the second angle α2 is about +30 degrees and 8.7 when the second angle α2 is about -30 degrees.

[0068] This reduction in the optical intensity of the leaking transmitted light ray 14 may ensure that the leaking transmitted light ray 14 is not easily visible to observers in the real-world scene 80. This may improve a viewing experience of the viewer 20 and may also enhance a privacy of the viewer 20. Further, the light control film 120 may not negatively affect the optical intensity of the first leaking transmitted light ray 12a which may be substantially parallel to the folded optical axis 30 at the partial reflector 110.

[0069] FIG. 1B is a schematic sectional view of the optical system 300, according to another embodiment of the present disclosure.

[0070] The optical system 300 of FIG. 1B is substantially similar to the optical system 300 of FIG. 1A, with like elements designated by like reference characters. However, in the illustrated embodiment of FIG. 1B, the optical system 300 has a different configuration. Specifically, in the illustrated embodiment of FIG. 1B, the optical system 300 includes a light control film 120’ instead of the light control film 120 (shown in FIG. 1A) .

[0071] The light control film 120’ is substantially similar and functionally equivalent to the light control film 120. However, the light control film 120’ is disposed on the second optical stack 70. Specifically, in the illustrated embodiment of FIG. 1B, the light control film 120’ is disposed on the second absorbing polarizer 90 opposite the first retarder layer 100. In such embodiments, the first factor may be about 1.7 when the first angle is about 0 degree. Further, the second factor may be about 57.9 when the second angle α2 is about +30 degrees and 77.8 when the second angle α2 is about -30 degrees.

[0072] FIG. 2 shows a schematic view of the display 10, according to an embodiment of the present disclosure.

[0073] In the illustrated embodiment of FIG. 2, the display 10 includes a plurality of micro-light-emitting diodes 18 configured to emit light. In some embodiments, the micro-LEDs 18 are organic micro-LEDs. In some embodiments, the micro-LEDs 18 are micro-OLEDs.

[0074] In some embodiments, at least one of the micro-LEDs 18 (e.g., a micro-LED 10b) is configured to emit a blue light having a blue wavelength in a blue wavelength range  extending from about 420 nanometers (nm) to about 470 nm. In some embodiments, at least one of the micro-LEDs 18 (e.g., a micro-LEDs 10g) is configured to emit a green light having a green wavelength in a green wavelength range extending from about 500 nm to about 560 nm. Furthermore, in some embodiments, at least one of the micro-LEDs 18 (e.g., a micro-LED 10r) is configured to emit a red light having a red wavelength in a red wavelength range extending from about 630 nm to about 680 nm.

[0075] FIG. 3A shows a schematic sectional side view of the light control film 120, according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 3B shows a schematic top view of the light control film 120, according to an embodiment of the present disclosure.

[0076] As shown in FIG. 3A, the light control film 120 includes a plurality of alternating light absorbing and light transmissive regions 121, 122 extending along a same in-plane first direction and arranged along an orthogonal in-plane second direction.

[0077] Referring to FIGS. 1A and 3A-3B, in some embodiments, the in-plane first direction is in a plane substantially parallel to the display surface 15 of the display 10 displaying the emitted image 11. In some embodiments, the in-plane first direction is substantially parallel to the display surface 15 of the display 10 displaying the emitted image 11. In some embodiments, the in-plane first direction extends from a viewer side proximal towards the viewer 20 to a real-world side proximal to the real-world scene 80. In the illustrated embodiment of FIG. 1A, the in-plane first direction is substantially orthogonal to the second optical stack 70. In some embodiments, the in-plane first direction may be substantially along the z-axis.

[0078] Further, in some embodiments, the orthogonal in-plane second direction is also in the plane substantially parallel to the display surface 15 of the display 10 displaying the emitted image 11. In some embodiments, the orthogonal in-plane second direction is substantially parallel to the display surface 15 of the display 10 displaying the emitted image 11. In some embodiments, the in-plane second direction may be substantially along the x-axis. Further, the plane substantially parallel to the display surface 15 is substantially the x-z plane.

[0079] Referring to FIGS. 1B and 3A-3B, as discussed above, in some embodiments, the light control film 120’ is disposed on the second optical stack 70. In such embodiments, the in-plane first direction is in a plane substantially parallel to the second optical stack 70. In some embodiments, the in-plane first direction extends from a display side proximal to the display 10 towards a first optical stack side proximal to the first optical stack 40. In the illustrated embodiment of FIG. 1B, the in-plane first direction is substantially orthogonal to the display surface 15 of the display 10 displaying the emitted image 11. In some embodiments, the in-plane first direction may be substantially along the y-axis.

[0080] Further, in such embodiments, the orthogonal in-plane second direction is also in the plane substantially parallel to the second optical stack 70. In the illustrated embodiment of FIG. 1B, the in-plane second direction is also in a plane substantially parallel to the display surface 15. In some embodiments, the in-plane second direction may be substantially along the x-axis. Further, the plane substantially parallel to the second optical stack 70is substantially the x-y plane.

[0081] Referring to FIGS. 1A-1B to 3A-3B, in some embodiments, the leaking transmitted light ray 14 makes the second angle α2 with the folded optical axis 30 at the second optical stack 70 in a plane that is substantially perpendicular to the second optical stack 70. In the illustrated embodiment of FIGS. 1A and 1B, the leaking transmitted light ray 14 makes the second angle α2 with the folded optical axis 30 at the second optical stack 70 in the plane that is substantially parallel to the display surface 15 of the display 10 displaying the emitted image 11. In some embodiments, the plane that is substantially perpendicular to the second optical stack 70is substantially the x-z plane.

[0082] Referring again to FIGS. 3A and 3B, in some embodiments, the light control film 120 includes a substrate 125. In some embodiments, the plurality of alternating light absorbing and light transmissive regions 121, 122 is disposed on the substrate 125. Each light absorbing region 121 has a maximum width W, a maximum height H, and a maximum length L.

[0083] In some embodiments, the maximum width W is between about 1 micron and about 20 microns. In some embodiments, the maximum width W is less than about 10 microns. Furthermore, in some embodiments, the maximum width W is about 3.5 microns. In some embodiments, the maximum height H is greater than about 20 microns. In some embodiments, the maximum height H is about 95.6 microns. In some embodiments, a ratio of the maximum height H and the maximum width W of the light control film 120 is greater than or equal to 1, i.e., H / W ≥ 1.

[0084] In some embodiments, the maximum length L is greater than about 1 centimeter (cm) . In some embodiments, the maximum length L is greater than about 5 cm, greater than about 10 cm, greater than about 20 cm, greater than about 50 cm, or greater than about 100 cm. Further, in some embodiments, a ratio of the maximum length L and the maximum height H of the light control film 120 greater than or equal to 20, i.e., L / H ≥ 20.

[0085] FIG. 4A shows a schematic sectional side view of the polymeric reflective polarizer 50, according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 4A further illustrates a substantially collimated substantially normally incident light 130 incident on the polymeric  reflective polarizer 50. FIG. 4B shows a schematic detailed sectional view of the polymeric reflective polarizer 50, according to an embodiment of the present disclosure.

[0086] Referring to FIGS. 4A and 4B, in some embodiments, the polymeric reflective polarizer 50 includes a plurality of polymeric layers 55 numbering at least 10 in total. In some embodiments, the plurality of polymeric layers 55 numbers at least 20, at least 50, at least 75, at least 100, at least 150, at least 200, at least 250, at least 300, at least 350, at least 400, at least 450, or at least 500 in total.

[0087] Each of the polymeric layers 55 has an average thickness t of less than about 500 nanometers (nm) . The term “average thickness t” , as used herein, refers to an average of thicknesses measured at multiple points across a plane of each of the plurality of polymeric layers 55. In some embodiments, each of the polymeric layers 55 has the average thickness t of less than about 450 nm, less than about 400 nm, less than about 350 nm, less than about 300 nm, less than about 250 nm, less than about 200 nm, or less than about 150 nm.

[0088] In some embodiments, the plurality of polymeric layers 55 includes a plurality of alternating first and second polymeric layers 51, 52. In some embodiments, the polymeric reflective polarizer 50 further includes at least one skin layer 53 disposed on the plurality of polymeric layers 55. In the illustrated embodiment of FIG. 4B, the at least one skin layer 53 includes a pair of skin layers 53, and the plurality of polymeric layers 55 is disposed between the pair of skin layers 53. The at least one skin layer 53 may protect the plurality of polymeric layers 55 and may also provide mechanical stability to the polymeric reflective polarizer 50. In some cases, the at least one skin layer 53 may act as a protective boundary layer (PBL) .

[0089] For the substantially collimated substantially normally incident light 130 and for at least one visible wavelength in a visible wavelength range extending from about 420 nm to about 680 nm, the polymeric reflective polarizer 50 transmits at least 60%of the incident light 130 having a first polarization state and reflects at least 60%of the incident light 130 having an orthogonal second polarization state.

[0090] In some embodiments, for the substantially collimated substantially normally incident light 130 and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, the polymeric reflective polarizer 50 transmits at least 65%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, or at least 90%of the incident light 130 having the first polarization state and reflects at least 65%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, or at least 90%of the incident light 130 having the orthogonal second polarization state. In some embodiments, the first polarization state may correspond to a p-polarization state, while the second polarization state may correspond to an s-polarization state.

[0091] In some embodiments, the first polarization state is a first linear polarization state oriented along a first linear direction, and the second polarization state is a second linear polarization state oriented along a second linear direction orthogonal to the first linear direction. In some embodiments, the first linear direction may correspond to the x’ -axis and the second linear direction may correspond to the y’ -axis.

[0092] FIG. 5 shows a schematic sectional view of the first absorbing polarizer 60 or the second absorbing polarizer 90, according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 5 further illustrates a substantially collimated substantially normally incident light 131 incident on the first or second absorbing polarizers 60, 90.

[0093] For the substantially collimated substantially normally incident light 131 and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range extending from about 420 nm to about 680 nm, each of the first and second absorbing polarizers 60, 90 transmits at least 60%of the incident light 131 having one of the first and second polarization states and absorbs at least 60%of the incident light 131 having the other one of the first and second polarization states.

[0094] In some embodiments, for the substantially collimated substantially normally incident light 131 and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, each of the first and second absorbing polarizers 60, 90 transmits at least 65%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, or at least 90%of the incident light 131 having one of the first and second polarization states and absorbs at least 65%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, or at least 90%of the incident light 131 having the other one of the first and second polarization states.

[0095] FIG. 6 shows a schematic sectional view of the partial reflector 110, according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 6 further illustrates a substantially collimated substantially normally incident light 132 incident on the partial reflector 110.

[0096] For the substantially collimated substantially normally incident light 132 and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, for each of the first and second polarization states, the partial reflector 110 transmits at least 30%of the incident light 132 and reflects at least 30%of the incident light 132.

[0097] In some embodiments, for the substantially collimated substantially normally incident light 132 and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, for each of the first and second polarization states, the partial reflector 110 transmits at least 35%, at least 40%, at least 45%, or at least 50%of the incident light 132 and reflects at least 35%, at least 40%, at least 45%, or at least 50%of the incident light 132.

[0098] FIG. 7 shows a schematic sectional view of the light control film 120, 120’ , according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 7 further illustrates a substantially collimated substantially normally incident light 133 incident on the light control film 120, 120’ .

[0099] With reference to FIGS. 1A to 7, for the substantially collimated substantially normally incident light 133, for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, and for each of the first and second polarization states, the light absorbing regions 121 of the light control film 120, 120’a bsorb at least 60%of the incident light 133, and the light transmissive regions 122 of the light control film 120, 120’ transmit at least 60%of the incident light 133.

[0100] In some embodiments, for the substantially collimated substantially normally incident light 133 and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, for each of the first and second polarization states, the light absorbing regions 121 of the light control film 120, 120’a bsorb at least 65%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, or at least 90%of the incident light 133, and the light transmissive regions 122 of the light control film 120, 120’ transmit at least 65%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, or at least 90%of the incident light 133.

[0101] In some embodiments, for the at least one visible wavelength, the first retarder layer 100 is substantially a quarter-wave retarder. In some embodiments, for the at least one visible wavelength, the second retarder layer 111 is substantially a quarter-wave retarder.

[0102] FIG. 8A shows a schematic sectional view of a cholesteric reflective polarizer 50a, according to an embodiment of the present disclosure.

[0103] In some embodiments, the polymeric reflective polarizer 50 includes the cholesteric reflective polarizer 50a. The cholesteric reflective polarizer 50a includes one or more layers 51a, 51b, 51c, 51d.

[0104] FIG. 8B shows a schematic view of one layer 51a of the cholesteric reflective polarizer 50a shown in FIG. 8A, according to an embodiment of the present disclosure.

[0105] Referring to FIGS. 8A-8B, in some embodiments, at least one of the one or more layers 51a-51d includes molecules 52a arranged in a helix structure along a thickness direction of the at least one of the one or more layers 51a-51d. In some embodiments, the thickness direction may be substantially along the z’ -axis. In some embodiments, the helix structure includes a varying pitch P1 along the thickness direction of the at least one of the one or more layers 51a-51d. In some embodiments, the molecules 52a includes liquid crystal molecules.

[0106] In some embodiments, the first polarization state is a first circular polarization state having a first direction of rotation. In some embodiments, the first direction of rotation may be a clockwise direction. Furthermore, in some embodiments, the second polarization state is a second circular polarization state having a second direction of rotation orthogonal to the first direction of rotation. In some embodiments, the second direction of rotation may be a counterclockwise direction.

[0107] FIG. 9A shows a front view of an exemplary optical system 600 having the light control film 120 disposed between the display 10 and the first optical stack 40 as shown in FIG. 1A. FIG. 9B shows a side view of the exemplary optical system 600 shown in FIG. 9A. FIG. 9C shows an image depicting a result 700 of a comparative optical system without the light control film 120. FIG. 9D shows an image depicting a result 702 of the exemplary optical system 600 with the light control film 120.

[0108] The exemplary optical system 600 was made to simulate an experiment to test an effectiveness of the light control film 120. Three light receivers (e.g., light sensors) were arranged at 0 degree, +30 degrees, and -30 degrees positions. Further, the exemplary optical system 600 was compared with the comparative optical system substantially similar to the exemplary optical system 600 but without the light control film 120.

[0109] Table 1 provided below summarizes a light leakage percentage from the different receiver locations, with and without the light control film 120.

[0110] Table. 1

[0111] As is apparent from Table 1 and FIGS. 9C and 9D, the result 702 of the exemplary optical system 600 with the light control film 120 (shown in FIGS. 9A and 9B) had significantly reduced light leakage as compared to the result 700 of the comparative optical system without the light control film 120 for the light incident at +30 degrees and -30 degrees positions. Further, the light reduction is significantly less for the light incident at 0 degree position.

[0112] Specifically, the first factor is about 1.3 when the first angle is about 0 degree and the second factor is about 9.9 when the second angle α2 is about +30 degrees and 8.7 when the second angle α2 is about -30 degrees.

[0113] FIG. 10A shows a side view of an exemplary optical system 800 having the light control film 120’ disposed on the second absorbing polarizer 90 opposite the first retarder layer 100 as shown in FIG. 1B. FIG. 10B shows an image depicting a result 710 of a comparative optical system without the light control film 120’ . FIG. 10C shows an image depicting a result 712 of the exemplary optical system 800 with the light control film 120’ .

[0114] The exemplary optical system 800 was compared with the comparative optical system substantially similar to the exemplary optical system 800 but without the light control film 120’ .

[0115] Table 2 provided below summarizes a light leakage percentage from the different receiver locations, with and without the light control film 120’ .

[0116] Table. 2

[0117] As is apparent from Table 2 and FIGS. 10B-10C, the result 712 of the exemplary optical system 800 with the light control film 120’ (shown in FIGS. 10A) had significantly reduced light leakage as compared to the result 710 of the comparative optical system without the light control film 120’ for the light incident at +30 degrees and -30 degrees positions. Further, the light reduction is significantly less for the light incident at 0 degree position.

[0118] Specifically, the first factor is about 1.7 when the first angle is about 0 degree and the second factor is about 57.9 when the second angle α2 is about +30 degrees and 77.8 when the second angle α2 is about -30 degrees.

[0119] Unless otherwise indicated, all numbers expressing feature sizes, amounts, and physical properties used in the specification and claims are to be understood as being modified by the term “about. ” Accordingly, unless indicated to the contrary, the numerical parameters set forth in the foregoing specification and attached claims are approximations  that can vary depending upon the desired properties sought to be obtained by those skilled in the art utilizing the teachings disclosed herein.

[0120] Although specific embodiments have been illustrated and described herein, it will be appreciated by those of ordinary skill in the art that a variety of alternate and / or equivalent implementations can be substituted for the specific embodiments shown and described without departing from the scope of the present disclosure. This application is intended to cover any adaptations or variations of the specific embodiments discussed herein. Therefore, it is intended that this disclosure be limited only by the claims and the equivalents thereof.

Claims

1.An optical system comprising:a display configured to emit an image for viewing by a viewer, the emitted image comprising a central image ray propagating along a folded optical axis from the display to the viewer;a first optical stack comprising a polymeric reflective polarizer generally facing the display and stacked on a first absorbing polarizer generally facing the viewer, the central image ray incident on the polymeric reflective polarizer at a first incident angle of between about 30 degrees to about 60 degrees;a second optical stack disposed on an opposite major side of the first optical stack relative to the viewer and configured to face at least a portion of a real-world scene, the second optical stack comprising a second absorbing polarizer configured to face the at least the portion of the real-world scene, and a first retarder layer disposed between the second absorbing polarizer and the first optical stack;a partial reflector disposed between the first and second optical stacks; anda light control film disposed on the folded optical axis and comprising a plurality of alternating light absorbing and light transmissive regions extending along a same in-plane first direction and arranged along an orthogonal in-plane second direction, each light absorbing region having a maximum width W, a maximum height H, and a maximum length L, H / W ≥ 1, L / H ≥ 20,such that for a substantially collimated substantially normally incident light and for at least one visible wavelength in a visible wavelength range extending from about 420 nm to about 680 nm:the polymeric reflective polarizer transmits at least 60%of the incident light having a first polarization state and reflects at least 60%of the incident light having an orthogonal second polarization state;each of the first and second absorbing polarizers transmits at least 60%of the incident light having one of the first and second polarization states and absorbs at least 60%of the incident light having the other one of the first and second polarization states;for each of the first and second polarization states, the partial reflector transmits at least 30%of the incident light and reflects at least 30%of the incident light; andfor each of the first and second polarization states, the light absorbing regions of the light control film absorb at least 60%of the incident light, and the light transmissive regions of the light control film transmit at least 60%of the incident light;wherein, for an image light ray that is emitted by the display and is transmitted, as a leaking transmitted light ray, by the second optical stack toward the at least the portion of the real-world scene after being first reflected by the polymeric reflective polarizer and then transmitted by the partial reflector, the light control film reduces a percent optical intensity of the leaking transmitted light ray by at least a factor of about 2 when the leaking transmitted light ray makes a second angle of between about 20 degrees and about 40 degrees with the folded optical axis at the second optical stack.2.The optical system of claim 1, wherein the display is an organic light emitting display (OLED) .3.The optical system of claim 1, wherein the display comprises a plurality of micro-light-emitting diodes configured to emit light.4.The optical system of claim 3, wherein at least one of the micro-LEDs is configured to emit a blue light having a blue wavelength in a blue wavelength range extending from about 420 nm to about 470 nm, at least one of the micro-LEDs is configured to emit a green light having a green wavelength in a green wavelength range extending from about 500 nm to about 560 nm, and at least one of the micro-LEDs is configured to emit a red light having a red wavelength in a red wavelength range extending from about 630 nm to about 680 nm.5.The optical system of claim 1, wherein the central image ray is substantially orthogonal to a display surface of the display displaying the emitted image.6.The optical system of claim 1, wherein the folded optical axis comprises at least one 90 degree fold.7.The optical system of claim 1, wherein the folded optical axis is substantially orthogonal to the display at a location where the folded optical axis intersects the display.8.The optical system of claim 1, wherein the folded optical axis makes an angle of between about 30 degrees to about 60 degrees with the first optical stack at a location where the folded optical axis intersects the first optical stack.9.The optical system of claim 1, wherein the first polarization state is a first circular polarization state having a first direction of rotation, and the second polarization state is a second circular polarization state having a second direction of rotation orthogonal to the first direction of rotation.10.The optical system of claim 1, wherein the polymeric reflective polarizer comprises a cholesteric reflective polarizer comprising one or more layers, at least one of the one or more layers comprising molecules arranged in a helix structure along a thickness direction of the at least one of the one or more layers.11.The optical system of claim 1, wherein the first optical stack is substantially planar.12.The optical system of claim 1 further comprising an optical lens disposed between the display and the first optical stack.13.The optical system of claim 1, wherein the folded optical axis is substantially orthogonal to the second optical stack at a location where the folded optical axis intersects the second optical stack.14.The optical system of claim 1, wherein the light control film is disposed on the folded optical axis between the display and the first optical stack.15.An optical system substantially centered on a folded optical axis and comprising:a display configured to emit an image for viewing by an eye of a viewer located on, or proximate to, the folded optical axis;a polymeric reflective polarizer and a partial reflector, such that the emitted image is transmitted by the polymeric reflective polarizer toward the viewer after the emitted image is reflected at least once by each of the polymeric reflective polarizer and the partial reflector, the eye configured to view an object in a real-world scene through the polymeric reflective polarizer and the partial reflector; anda light control film disposed on the folded optical axis and comprising a plurality of alternating light absorbing and light transmissive regions extending along a same in-plane first direction and arranged along an orthogonal in-plane second direction;wherein, for first and second image light rays that are emitted by the display and are transmitted, as respective first and second leaking transmitted light rays, by the partial reflector toward the at least the portion of the real-world scene after being first reflected by the polymeric reflective polarizer, the light control film reduces percent optical intensities of the first and second leaking transmitted light rays by respective first and second factors, the first factor less than about 2 and the second factor greater than about 5, and wherein, the first and second leaking transmitted light rays make respective first and second angles with the folded optical axis at the partial reflector, the first angle less than about 5 degrees, the second angle between about 20 degrees and about 40 degrees.

Images