Optical system

Abstract

An optical system includes a display configured to emit an image for viewing by an eye of a viewer, a reflective polarizer disposed between first and second optical prisms, and a partial reflector disposed between first and second optical lenses. The emitted image is transmitted by the reflective polarizer and the second optical prism toward the viewer after the emitted image undergoes at least one total internal reflection in the first optical prism and is reflected at least once by each of the reflective polarizer and the partial reflector. The eye is configured to view an object in a real-world scene through the reflective polarizer and the partial reflector. The optical system further includes a light control film disposed on the folded optical axis including 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.

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. Some of these optical systems, such as polarization waveguide optical systems, include reflective polarizers.

[0003] Light incident on the reflective polarizers at large angles may generate unwanted ghost images. These unwanted ghost images may be undesirable and may negatively impact a viewing experience of the viewer.

[0004] Therefore, an improved optical system may be desired for managing and reducing the unwanted ghost images.Summary

[0005] In a first aspect, the present disclosure provides an optical system. The optical system is 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 reflective polarizer disposed between first and second optical prisms. The reflective polarizer has mutually orthogonal in-plane pass-and reflect-axes. The optical system further includes a partial reflector disposed between first and second optical lenses. The emitted image is transmitted by the reflective polarizer and the second optical prism toward the viewer after the emitted image undergoes at least one total internal reflection in the first optical prism and is reflected at least once by each of the reflective polarizer and the partial reflector. The eye is configured to view an object in a real-world scene through the reflective polarizer and the partial reflector. Further, the optical system includes a first retarder layer disposed between the partial reflector and the first optical prism. The first retarder is configured to modify a phase of an incident polarized light. 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 length L along the first direction, a maximum width W along the second direction, and a maximum height H along a height direction, such that H / W ≥ 1, and L / H ≥ 20. For a substantially collimated incident light and for at least one visible wavelength in a visible wavelength range extending from about 420 nanometers (nm) to about 680 nm, the reflective polarizer transmits at least 60%of the incident light when polarized along the pass-axis of the reflective polarizer, and reflects at least 60%of the incident light when polarized along the reflect-axis of the reflective polarizer. For the substantially collimated incident light and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, for each of mutually orthogonal 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 incident light 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 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 first and second image light rays of the image emitted by the display and making respective first and second angles with the folded optical axis at the display, the light control film transmits the first and second image light rays as respective first and second transmitted image lights rays with respective optical transmittances T1 and T2, such that T2 / T1 ≤ 0.3. The first angle is less than about 5 degrees and the second angle is between about 10 degrees and about 60 degrees.

[0006] In a second aspect, the present disclosure provides an optical system. The optical system is 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 reflective polarizer disposed between first and second optical prisms. The optical system further includes a partial reflector disposed between first and second optical lenses. The emitted image is transmitted by the reflective polarizer and the second optical prism toward the viewer after the emitted image undergoes at least one total internal reflection in the first optical prism and is reflected at least once by each of the reflective polarizer and the partial reflector. The eye is configured to view an object in a real-world scene through the reflective polarizer and the partial reflector. The optical system further includes a first retarder layer disposed between the partial reflector and the first optical prism. The first retarder is configured to modify a phase of an incident polarized light. Further, the optical system 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 length L along the first direction, a maximum width W along the second direction, and a maximum height H along a height direction, such that H / W ≥ 1, and L / H ≥ 20. For a substantially collimated incident light and for at least one visible wavelength in a visible wavelength range extending from about 420 nm to about 680 nm, the reflective polarizer transmits at least 60%of the incident light when polarized in a pass state of the reflective polarizer, and reflects at least 60%of the incident light when polarized in a block state of the reflective polarizer. For the substantially collimated incident light and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, for each of mutually orthogonal 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 incident light 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 of the light control film absorbs 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 first and second image light rays of the image emitted by the display and making respective first and second angles with the folded optical axis at the display, the light control film transmits the first and second image light rays as respective first and second transmitted image lights rays with respective optical transmittances T1 and T2, such that T2 / T1 ≤ 0.3. The first angle is less than about 5 degrees and the second angle is between about 10 degrees and about 60 degrees.

[0007] 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

[0008] 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.

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

[0010] FIG. 1B shows a schematic sectional view of the optical system, according to another embodiment of the present disclosure;

[0011] FIG. 1C shows a schematic sectional view of the optical system, according to yet another embodiment of the present disclosure;

[0012] FIG. 2 shows a schematic view of a display, according to an embodiment of the present disclosure;

[0013] FIG. 3A shows a detailed sectional side view of a light control film, according to an embodiment of the present disclosure;

[0014] FIG. 3B shows a top view of the light control film, according to an embodiment of the present disclosure;

[0015] FIG. 4 shows a schematic sectional view of a first and second optical prisms, according to an embodiment of the present disclosure;

[0016] FIG. 5A shows a sectional view of a reflective polarizer, according to an embodiment of the present disclosure;

[0017] FIG. 5B shows a detailed sectional view of the reflective polarizer, according to an embodiment of the present disclosure;

[0018] FIG. 6A shows a schematic sectional view of a cholesteric reflective polarizer, according to an embodiment of the present disclosure;

[0019] FIG. 6B shows a schematic view of a layer of the cholesteric reflective polarizer, according to an embodiment of the present disclosure;

[0020] FIG. 7 shows a sectional view of a partial reflector, according to an embodiment of the present disclosure;

[0021] FIG. 8 shows a sectional view of the light control film, according to an embodiment of the present disclosure; and

[0022] FIG. 9 shows a sectional view of an absorbing polarizer, according to an embodiment of the present disclosure.Detailed Description

[0023] 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.

[0024] In the following disclosure, the following definitions are adopted.

[0025] 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.

[0026] 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) .

[0027] 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.

[0028] 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.

[0029] 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.

[0030] As used herein, “at least one of A and B” should be understood to mean “only A, only B, or both A and B” .

[0031] 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. Some of these optical systems, such as polarization waveguide optical systems, include reflective polarizers.

[0032] Light incident on the reflective polarizers at large angles may generate unwanted ghost images. These unwanted ghost images may be undesirable and may negatively impact a viewing experience of the viewer.

[0033] The present disclosure relates to an optical system. The optical system is 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 reflective polarizer disposed between first and second optical prisms. The reflective polarizer has mutually orthogonal in-plane pass-and reflect-axes. The optical system further includes a partial reflector disposed between first and second optical lenses. The emitted image is transmitted by the reflective polarizer and the second optical prism toward the viewer after the emitted image undergoes at least one total internal reflection in the first optical prism and is reflected at least once by each of the reflective polarizer and the partial reflector. The eye is configured to view an object in a real-world scene through the reflective polarizer and the partial reflector. Further, the optical system includes a first retarder layer disposed between the partial reflector and the first optical prism. The first retarder is configured to modify a phase of an incident polarized light. 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 length L along the first direction, a maximum width W along the second direction, and a maximum height H along a height direction such that, H / W ≥ 1, and L / H ≥ 20. For a substantially collimated incident light and for at least one visible wavelength in a visible wavelength range extending from about 420 nanometers (nm) to about 680 nm, the reflective polarizer transmits at least 60%of the incident light when polarized along the pass-axis of the reflective polarizer, and reflects at least 60%of the incident light when polarized along the reflect-axis of the reflective polarizer. For the substantially collimated incident light and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, for each of mutually orthogonal 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 incident light 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 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 first and second image light rays of the image emitted by the display and making respective first and second angles with the folded optical axis at the display, the light control film transmits the first and second image light rays as respective first and second transmitted image lights rays with respective optical transmittances T1 and T2, such that, T2 / T1 ≤ 0.3. The first angle is less than about 5 degrees and the second angle is between about 10 degrees and about 60 degrees.

[0034] The optical system of the present disclosure includes the light control film which reduces the percent optical transmittance of the second transmitted image light ray when the second light ray makes the second angle of between about 10 degrees and about 60 degrees with the folded optical axis at the display. The optical system may therefore ensure that the second transmitted light ray is not easily visible to external observers and does not generate unwanted ghost images. This may improve a viewing experience of the viewer and may also enhance a privacy of the viewer.

[0035] Referring now to figures, FIG. 1A shows a schematic sectional view of an optical system 300, according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 1B shows a schematic sectional view of the optical system 300, according to another embodiment of the present disclosure. FIG. 1C shows a schematic sectional view of the optical system, according to yet another embodiment of the present disclosure.

[0036] The optical system 300 is substantially centered on a folded optical axis 30 and includes a display 10 configured emit an image 11 for viewing by an eye 20 of a viewer 21 located on, or proximate to, the folded optical axis 30. In some embodiments, the image 11 may be interchangeably referred to as “the emitted image 11” herein.

[0037] 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) .

[0038] In some embodiments, the folded optical axis 30 includes at least one fold having a fold angle of between about 30 degrees and about 100 degrees. In some embodiments, the fold angle is between about 30 degrees and about 70 degrees.

[0039] 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.

[0040] The optical system 300 further includes a reflective polarizer 50 disposed between first and second optical prisms 90, 91.

[0041] A coordinate system including mutually perpendicular x’ , y’ , and z’ -axes is also illustrated in FIGS. 1A-1C. The x’ and y’ -axes are in-plane axes of the reflective polarizer 50, while the z’ -axis is a transverse axis disposed along a thickness of the reflective polarizer 50. In other words, x’ and y’ -axes are along a plane of the reflective polarizer 50 defining a x’ -y’ plane, and the z’ -axis is perpendicular to the x’ -y’ plane of the reflective polarizer 50.

[0042] In some embodiments, the reflective polarizer 50 has a pass state and a block state. In some embodiments, the reflective polarizer 50 has mutually orthogonal in-plane pass-and reflect-axes. In some embodiments, the in-plane pass-axis may substantially extend along the x’ -axis and the in-plane reflect-axis may substantially extend along the y’ -axis.

[0043] In some embodiments, the image 11 is the substantially polarized image 11 polarized along the reflect-axis of the reflective polarizer 50. In such embodiments, the image 11 may be interchangeably referred to as “the substantially polarized image 11” herein.

[0044] The optical system 300 further includes a partial reflector 110 disposed between first and second optical lenses 100, 101. The emitted image 11 is transmitted by the reflective polarizer 50 and the second optical prism 91 toward the viewer 21 after the emitted image 11 undergoes at least one total internal reflection in the first optical prism 90 and is reflected at least once by each of the reflective polarizer 50 and the partial reflector 110. The eye 20 is configured to view an object 81 in a real-world scene 80 through the reflective polarizer 50 and the partial reflector 110.

[0045] In some embodiments, the partial reflector 110 includes a metal coating. In some embodiments, the partial reflector 110 includes a reflective polarizer. In some embodiments, the partial reflector 110 is substantially conform to a major surface 105 of the second optical lens 101. In some embodiments, the partial reflector 110 is curved about at least one direction.

[0046] The optical system 300 further includes a first retarder layer 112 disposed between the partial reflector 110 and the first optical prism 90. In some embodiments, for at least one visible wavelength in a visible wavelength range extending from about 420 nanometers (nm) to about 680 nm, the first retarder layer 112 is substantially a quarter-wave retarder. Further, the first retarder is configured to modify a phase of an incident polarized light.

[0047] The optical system 300 further includes a light control film 120. Another coordinate system including mutually perpendicular x, y, and z-axes is also illustrated in FIGS. 1A-1C. The x and y-axes are in-plane axes of the light control film 120, while the z-axis is a transverse axis disposed along a thickness of the light control film 120. In other words, x and y-axes are along a plane of the light control film 120 defining a x-y plane, and the z-axis is perpendicular to the x-y plane of the light control film 120.

[0048] The light control film 120 is disposed on the folded optical axis 30. In some embodiments, the light control film 120 is substantially centered on the folded optical axis 30. In some embodiments, the folded optical axis 30 is substantially orthogonal to the light control film 120 at a location where the folded optical axis 30 intersects the light control film 120.

[0049] With reference to FIG. 1A, in some embodiments, the light control film 120 is disposed on the display 10. With reference to FIG. 1B, in some embodiments, the light control film 120 is disposed between the first optical prism 90 and the first optical lens 100. With reference to FIG. 1C, in some embodiments, the light control film 120 is disposed between the second optical prism 91 and the viewer 21.

[0050] Again referring to FIGS. 1A-1C, for first and second image light rays 12, 13 of the image 11 emitted by the display 10 and making respective a first angle and a second angles α2 with the folded optical axis 30 at the display 10, the light control film 120 transmits the first and second image light rays 12, 13 as respective first and second transmitted image lights rays 12a, 13a with respective optical transmittances T1 and T2.

[0051] A ratio of the optical transmittances T2 and T1 is less than or equal to 0.3, i.e., T2 / T1 ≤ 0.3. In some embodiments, T2 / T1 ≤ 0.25, T2 / T1 ≤ 0.2, T2 / T1 ≤ 0.15, T2 / T1 ≤ 0.1, or T2 / T1 ≤ 0.05.

[0052] 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.

[0053] The second angle α2 is between about 10 degrees and about 60 degrees. In some embodiments, the second angle α2 is between about 15 degrees and about 55 degrees, between about 15 degrees and about 50 degrees, between about 15 degrees and about 45 degrees, between about 15 degrees and about 40 degrees, or between about 15 degrees and about 35 degrees.

[0054] In some embodiments, the first image light ray 12 is substantially orthogonal to a display surface 15 of the display 10 displaying the emitted image 11.

[0055] In some embodiments, the emitted image 11 includes a central image light ray propagating along the folded optical axis 30. In some embodiments, the image 11 is formed in an image plane substantially orthogonal to the central image light ray 12. In some embodiments, the first image light ray 12 may be the central image light ray.

[0056] As shown in FIG. 1A, in some embodiments, the light control film 120 lies in the image plane. However, as shown in FIGS. 1B and 1C, in some other embodiments, the light control film 120 does not lie in the image plane.

[0057] In some embodiments, the optical system 300 further includes an absorbing polarizer 60 disposed on an output face 92 of the second optical prism 91. In some embodiments, the output face 92 of the second optical prism 91 faces the viewer 21. In some other embodiments, the optical system 300 includes an absorbing polarizer 60’ disposed between the second optical prism 91 and the reflective polarizer 50.

[0058] In some embodiments, the optical system 300 further includes an absorbing polarizer 60” disposed on the second optical lens 101 facing the object 81. In some embodiments, the optical system 300 further includes a second retarder layer 114 disposed between the absorbing polarizer 60” and the second optical lens 101. In some embodiments, for the at least one visible wavelength, the second retarder layer 114 is substantially a quarter-wave retarder.

[0059] FIG. 2 shows a schematic view of the display 10, according to an embodiment of the present disclosure.

[0060] 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, 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 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. In some embodiments, the micro-LEDs 18 are organic micro-LEDs. In some embodiments, the micro-LEDs 18 are micro-OLEDs.

[0061] FIG. 3A shows a detailed sectional side view of the light control film 120, according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 3B shows a top view of the light control film 120, according to an embodiment of the present disclosure.

[0062] As shown in FIGS. 3A and 3B, 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.

[0063] In the illustrated embodiment of FIGS. 3A and 3B, the same in-plane first direction extends along the z-axis and the orthogonal in-plane second direction extends along the x-axis. In some embodiments, the light control film 120 includes a substrate 125. Furthermore, in some embodiments, the plurality of alternating light absorbing and light transmissive regions 121, 122 are disposed on the substrate 125.

[0064] Each light absorbing region 121 has a maximum length L along the first direction, a maximum width W along the second direction and a maximum height H along a height direction. In some embodiments, the height direction is orthogonal to each of the first direction and the second direction. In some embodiments, the height direction is substantially along the y-axis. As shown in FIG. 1A, in some embodiments, the height direction is substantially parallel to the folded optical axis 30.

[0065] A ratio the maximum height H and the maximum width W is greater than or equal to 1, i.e., H / W ≥ 1. Further, a ratio the maximum length L and the maximum width W is greater than or equal to 20, i.e., L / W ≥ 20.

[0066] 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. In some embodiments, the maximum width W is less than about 8 microns, less than about 6 microns, or less than about 4 microns. In some embodiments, the maximum width W is about 3.5 microns.

[0067] In some embodiments, the maximum height H is greater than about 20 microns. In some embodiments, the maximum height H is greater than about 30 microns, greater than about 40 microns, greater than about 50 microns, greater than about 60 microns, greater than about 70 microns, or greater than about 80 microns. In some embodiments, the maximum height H is about 95.6 microns.

[0068] 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.

[0069] In some embodiments, the light absorbing regions 121 have a pitch P of less than about 30 microns. The light absorbing regions 121 having the pitch P of less than about 30 microns may help to reduce ghost images of the light absorbing regions 121 that may be visible to the viewer 21, when the light control film 120 lies in the image plane.

[0070] FIG. 4 shows a schematic sectional view of the first and second optical prisms 90, 91, according to an embodiment of the present disclosure.

[0071] In some embodiments, each of the first and second optical prisms 90, 91 has substantially planar surfaces. In some embodiments, each of the first and second optical prisms 90, 91 includes one or more of a glass and polymer. In some embodiments, each of the first and second optical prisms 90, 91 is substantially isotropic.

[0072] In some embodiments, the first optical prism 90 is bonded to the reflective polarizer 50 via a first bonding layer 94 and the second optical prism 91 is bonded to the reflective polarizer 50 via a second bonding layer 96.

[0073] In some other embodiments, the first optical prism 90 and the second optical prism 91 are molded to the respective opposite major surfaces of the reflective polarizer 50.

[0074] FIG. 5A shows a sectional view of the reflective polarizer 50, according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 5A further illustrates a substantially collimated incident light 130. FIG. 5B shows a detailed sectional view of the reflective polarizer 50, according to an embodiment of the present disclosure.

[0075] As shown in FIG. 5B, in some embodiments, the 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.

[0076] Each of the polymeric layers 55 has an average thickness t of less than about 500 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.

[0077] 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 reflective polarizer 50 further includes at least one skin layer 53 disposed on the plurality of polymeric layers 55.

[0078] In the illustrated embodiment of FIG. 5B, 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 reflective polarizer 50. In some cases, the at least one skin layer 53 may act as a protective boundary layer (PBL) .

[0079] FIG. 6A shows a schematic sectional view of a cholesteric reflective polarizer 50a, according to an embodiment of the present disclosure.

[0080] In some embodiments, the reflective polarizer 50 includes the cholesteric reflective polarizer 50a. The cholesteric reflective polarizer 50a includes one or more layers 51a, 51b, 51c, 51d.

[0081] FIG. 6B shows a schematic view of the layer 51a, according to an embodiment of the present disclosure.

[0082] Referring to FIGS. 6A and 6B, 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 extend 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.

[0083] Referring to FIGS. 5A-5B, for the substantially collimated incident light 130 and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range extending from about 420 nm to about 680 nm, the reflective polarizer 50 transmits at least 60%of the incident light 130 when polarized along the pass-axis (i.e., substantially along the x’ -axis) of the reflective polarizer 50 and reflects at least 60%of the incident light 130 when polarized along the reflect-axis (i.e., substantially along the y’ -axis) of the reflective polarizer 50.

[0084] In some embodiments, for the substantially collimated incident light 130 and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, the 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 when polarized along the pass-axis of the reflective polarizer 50 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 when polarized along the reflect-axis of the reflective polarizer 50.

[0085] Referring to FIGS. 6A and 6B, for the substantially collimated incident light 130 and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, the reflective polarizer 50 (e.g., the cholesteric reflective polarizer 50a) transmits at least 60%of the incident light 130 when polarized in the pass state of the reflective polarizer 50 and reflects at least 60%of the incident light 130 when polarized in the block state of the reflective polarizer 50.

[0086] In some embodiments, for the substantially collimated incident light 130 and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, the 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 when polarized in the pass state of the reflective polarizer 50 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 when polarized in the block state of the reflective polarizer 50.

[0087] FIG. 7 shows a sectional view of the partial reflector 110, according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 7 further illustrates a substantially collimated incident light 132.

[0088] For the substantially collimated incident light 132 and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, for each of mutually orthogonal 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.

[0089] In some embodiments, for the substantially collimated incident light 132 and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, for each of the mutually orthogonal 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.

[0090] 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. In some other embodiments, the first polarization state may correspond to the s-polarization state, while the second polarization state may correspond to the p-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 is substantially along the x’ -axis and the second linear direction is substantially along the y’ -axis.

[0092] 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.

[0093] FIG. 8 shows a sectional view of the light control film 120, according to an embodiment of the present disclosure.

[0094] Referring to FIGS. 3A-3B and 8, for a substantially collimated incident light 134 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 absorb at least 60%of the incident light 134, and the light transmissive regions 122 of the light control film 120 transmit at least 60%of the incident light 134.

[0095] In some embodiments, for the substantially collimated incident light 134 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 absorb at least 65%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, or at least 90%of the incident light 134, and the light transmissive regions 122 of the light control film 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 134.

[0096] FIG. 9 shows a sectional view of the absorbing polarizers 60, 60’ , 60” , according to an embodiment of the present disclosure.

[0097] In some embodiments, for a substantially collimated incident light 136 and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, the absorbing polarizer 60, 60’ , 60” transmits at least 60%of the incident light 136 having one of the first and second polarization states and absorbs at least 60%of the incident light 136 having the other one of the first and second polarization states.

[0098] In some embodiments, for the substantially collimated incident light 136 and for the at least one visible wavelength in the visible wavelength range, the absorbing polarizer 60, 60’ , 60” transmits at least 65%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, or at least 90%of the incident light 136 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 136 having the other one of the first and second polarization states.

[0099] Referring to FIGS. 1 to 9, the optical system 300 includes the light control film 120 which reduces a percent optical intensity of the second transmitted image light ray 13a when the second image light ray 13 makes the second angle α2 of between about 10 degrees and about 60 degrees with the folded optical axis 30 at the display 10. The optical system 300 may therefore ensure that the second transmitted image light ray 13a is not easily visible to external observers and does not generate unwanted ghost images. This may improve a viewing experience of the viewer 21 and may also enhance a privacy of the viewer 21.

[0100] 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.

[0101] 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 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 reflective polarizer disposed between first and second optical prisms and having mutually orthogonal in-plane pass-and reflect-axes, and a partial reflector disposed between first and second optical lenses, such that the emitted image is transmitted by the reflective polarizer and the second optical prism toward the viewer after the emitted image undergoes at least one total internal reflection in the first optical prism and is reflected at least once by each of the reflective polarizer and the partial reflector, the eye configured to view an object in a real-world scene through the reflective polarizer and the partial reflector;a first retarder layer disposed between the partial reflector and the first optical prism, the first retarder configured to modify a phase of an incident polarized light; 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 length L along the first direction, a maximum width W along the second direction, and a maximum height H along a height direction, H / W ≥ 1, L / H ≥ 20;such that for a substantially collimated incident light and for at least one visible wavelength in a visible wavelength range extending from about 420 nm to about 680 nm:the reflective polarizer transmits at least 60%of the incident light when polarized along the pass-axis of the reflective polarizer, and reflects at least 60%of the incident light when polarized along the reflect-axis of the reflective polarizer;for each of mutually orthogonal 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 first and second image light rays of the image emitted by the display and making respective first and second angles with the folded optical axis at the display, the light control film transmits the first and second image light rays as respective first and second transmitted image lights rays with respective optical transmittances T1 and T2, T2 / T1 ≤ 0.3, the first angle less than about 5 degrees and the second angle between about 10 degrees and about 60 degrees.2.The optical system of claim 1, wherein the height direction is substantially parallel to the folded optical axis.3.The optical system of claim 1, wherein the first image light ray is substantially orthogonal to a display surface of the display displaying the emitted image.4.The optical system of claim 1, wherein the folded optical axis comprises at least one fold having a fold angle of between about 30 degrees and about 100 degrees.5.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.6.The optical system of claim 1, further comprising an absorbing polarizer disposed on an output face of the second optical prism, the output face of the second optical prism facing the viewer, wherein the absorbing polarizer 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.7.The optical system of claim 1, wherein the maximum width W is less than about 10 microns.8.The optical system of claim 1, wherein the maximum height H is greater than about 20 microns.9.The optical system of claim 1, wherein the light absorbing regions have a pitch P of less than about 30 microns.10.The optical system of claim 1, wherein the emitted image comprises a central image light ray propagating along the folded optical axis, the image is formed in an image plane substantially orthogonal to the central image light ray, and the light control film does not lie in the image plane.11.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 reflective polarizer disposed between first and second optical prisms, and a partial reflector disposed between first and second optical lenses, such that the emitted image is transmitted by the reflective polarizer and the second optical prism toward the viewer after the emitted image undergoes at least one total internal reflection in the first optical prism and is reflected at least once by each of the reflective polarizer and the partial reflector, the eye configured to view an object in a real-world scene through the reflective polarizer and the partial reflector;a first retarder layer disposed between the partial reflector and the first optical prism, the first retarder configured to modify a phase of an incident polarized light; 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 length L along the first direction, a maximum width W along the second direction, and a maximum height H along a height direction, H / W ≥ 1, L / H ≥ 20;such that for a substantially collimated incident light and for at least one visible wavelength in a visible wavelength range extending from about 420 nm to about 680 nm:the reflective polarizer transmits at least 60%of the incident light when polarized in a pass state of the reflective polarizer, and reflects at least 60%of the incident light when polarized in a block state of the reflective polarizer;for each of mutually orthogonal 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 first and second image light rays of the image emitted by the display and making respective first and second angles with the folded optical axis at the display, the light control film transmits the first and second image light rays as respective first and second transmitted image lights rays with respective optical transmittances T1 and T2, T2 / T1 ≤ 0.3, the first angle less than about 5 degrees and the second angle between about 10 degrees and about 60 degrees.12.The optical system of claim 11, 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 a second direction of rotation orthogonal to the first direction of rotation.13.The optical system of claim 11, wherein the 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.14.The optical system of claim 13, wherein the molecules comprise liquid crystal molecules.15.The optical system of claim 13, wherein the helix structure comprises a varying pitch along the thickness direction of the at least one of the one or more layers.

Images