CN108603986A - 具有转换视图的基于多波束元件的背光 - Google Patents

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Abstract

多视图背光和多视图显示器采用多波束元件，该多波束元件被配置为提供具有不同主角度方向的倾斜的多个光束，该不同主角度方向对应于多视图显示器的多个视图的不同视图方向。进一步，倾斜的多个光束具有朝向多视图显示器的观看区域的中心的倾斜以提供会聚视图。多视图背光包括光导和多波束元件阵列。多视图显示器进一步包括包含视图像素的多视图像素，以调制具有倾斜和不同主角度方向的倾斜的多个光束。

Description

具有转换视图的基于多波束元件的背光
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年1月30日提交的序列号为62/289,239的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
关于联邦资助研究或开发的声明
N/A
背景技术
电子显示器是用于向各种设备和产品的用户传达信息的几乎无处不在的介质。最常采用的电子显示器包括阴极射线管(CRT)、等离子显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、电致发光显示器(EL)、有机发光二极管(OLED)和有源矩阵OLED(AMOLED)显示器、电泳显示器(EP)和采用机电或电流体光调制的各种显示器(例如，数字微镜设备、电润湿显示器等)。通常，电子显示器可以被分类为有源显示器(即，发光的显示器)或无源显示器(即，调制另一源提供的光的显示器)。有源显示器最明显的示例是CRT、PDP和OLED/AMOLED。在考虑所发射的光时通常被分类为无源的显示器是LCD和EP显示器。无源显示器虽然经常显示出有吸引力的性能特性，包括但不限于固有的低功耗，但由于缺乏发光能力，在许多实际应用中可能会发现其使用有限。
为了克服与所发射的光相关联的无源显示器的限制，许多无源显示器被耦合到外部光源。耦合光源可以允许这些其他的无源显示器发光并且基本上用作有源显示器。这种耦合光源的示例是背光。背光可以用作光源(通常是面板背光)，其放置在其他的无源显示器的后面以照亮无源显示器。例如，背光可以耦合到LCD或EP显示器。背光发射通过LCD或EP显示器的光。发射的光由LCD或EP显示器调制，并且然后调制的光依次从LCD或EP显示器发射。通常背光被配置为发射白光。然后使用彩色滤光片将白光转换成显示器中使用的各种颜色。例如，彩色滤光片可以放置在LCD或EP显示器的输出端(较不常用)或背光与LCD或EP显示器之间。
附图说明
根据在本文中描述的原理的示例和实施例的各种特征可以通过参考以下结合附图的详细描述而更容易理解，其中相同的附图标记表示相同的结构元件，并且其中：
图1A示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的透视图。
图1B示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的具有对应于多视图显示器的视图方向的特定主角度方向的光束的角分量的图形表示。
图2示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的衍射光栅的横截面图。
图3A示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光的横截面图。
图3B示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光的平面图。
图3C示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光的透视图。
图4示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光的横截面图。
图5A示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的包括多波束元件的多视图背光的一部分的横截面图。
图5B示出了根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多波束元件的多视图背光的一部分的横截面图。
图6A示出了根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多波束元件的多视图背光的一部分的横截面图。
图6B示出了根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多波束元件的多视图背光的一部分的横截面图。
图7示出了根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多波束元件的多视图背光的一部分的横截面图。
图8示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的框图。
图9示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光操作的方法的流程图。
某些示例和实施例具有除了以上参考的附图中所示的特征之外并且代替以上参考的附图中所示的特征中的一个的其他特征。下面参照上面参考的附图详细描述这些和其他特征。
具体实施方式
根据在本文中描述的原理的示例和实施例提供了应用于多视图显示器的多视图或三维(3D)显示器和多视图背光。具体地，与在本文中描述的原理一致的实施例提供了采用多波束元件的多视图背光，该多波束元件被配置为提供具有多个不同主角度方向的光束。根据各种实施例，由多视图背光的多波束元件提供的光束的不同主角度方向对应于多视图显示器的各种不同视图的不同方向。进一步，根据各种实施例，由每个多波束元件提供的多个光束朝向多视图显示器的中心观看区域倾斜。当多视图背光与多视图显示器一起采用时，朝向观看区域中心的多个光束的倾斜提供了跨越观看区域在对应的不同位置会聚的所显示图像的不同视图(即，提供会聚视图)。采用具有会聚视图的多视图背光的多视图显示器的使用包括但不限于移动电话(例如，智能电话)、手表、平板计算器、移动计算机(例如，膝上型计算机)、个人计算机和计算机监视器、汽车显示控制台、相机显示器，以及各种其他移动以及基本上非移动的显示器应用和设备。
在本文中，“多视图显示器”被定义为被配置为在不同视图方向上提供多视图图像的不同视图(不同透视图)的电子显示器或显示系统。图1A示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器10的透视图。如图1A所示，多视图显示器10包括屏幕12以显示要被观看的多视图图像。例如，屏幕12可以是电话(例如，移动电话、智能电话等)、平板计算机、膝上型计算机、台式计算机的计算机监视器、相机显示器或基本上任何其他设备的电子显示器的显示屏幕。多视图显示器10在不同视图方向16上相对于屏幕12提供多视图图像的不同视图14。视图方向16被示出为从屏幕12以各种不同主角度方向延伸的箭头；不同的视图14在箭头(即，描绘视图方向16)的终点处被示出为阴影多边形框。在图1A中，仅示出了四个视图14和四个视图方向16，全部都是以示例的方式而非限制。注意，尽管在图1A中将不同视图14示出为位于屏幕上方，但是当在多视图显示器10上显示多视图图像时，视图14实际上出现在屏幕12上或屏幕12附近。描绘屏幕12上方的视图14仅用于简单说明并且意在表示从对应于特定视图14的视图方向16中的相应的一个观看多视图显示器10。
根据在本文中的定义，具有对应于多视图显示器的视图方向的方向的“视图方向”或等效光束通常具有由角分量{θ，}给出的主角度方向。角分量θ在本文中被称为光束的“仰角分量”或“仰角”。角分量被称为光束的“方位角分量”或“方位角”。根据定义，仰角θ是垂直平面中的角度(例如，垂直于多视图显示屏幕的平面)，而方位角是水平平面中的角度(例如，平行于多视图显示屏幕平面)。
图1B示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的具有对应于多视图显示器的视图方向(例如，图1中的视图方向16)的特定主角度方向的光束20的角分量{θ，}的图形表示。此外，根据在本文中的定义，光束20从特定点发射或发出。也就是说，根据定义，光束20具有与多视图显示器内的特定原点相关联的中心射线。图1B还示出了光束(或视图方向)的原点O。所示的光束20可以表示定向光束。
进一步，在本文中，在术语“多视图图像”和“多视图显示器”中使用的术语“多视图”被定义为多个视图。在一些实施例中，多个视图可以表示不同透视或包括多个视图的视图之间的角度差异。另外，在本文中术语“多视图”明确地包括多于两个不同的视图(即，最少三个视图并且通常多于三个视图)，根据在本文中的定义。这样，在本文中采用的“多视图显示器”区别于仅包括两个不同视图以表示场景或图像的立体显示器。然而注意，虽然多视图图像和多视图显示器包括多于两个视图，但是根据在本文中的定义，可以通过仅选择多视图视图中的两个来同时(例如，每只眼睛一个视图)观看，多视图图像可以被看作(例如，在多视图显示器上)图像的立体图像对。
“多视图像素”在本文中被定义为表示多视图显示器的类似的多个不同视图中的每一个中的图像像素的“视图像素”或一组子像素。具体地，多视图像素可以具有与多视图图像的每个不同视图中的图像像素对应的或表示多视图图像的每个不同视图中的图像像素的各个子像素。此外，根据在本文中的定义，多视图像素的视图像素是所谓的“定向像素”，其中每个视图像素与不同视图中的对应的一个的预定视图方向相关联。进一步，根据各种示例和实施例，由多视图像素的视图像素表示的不同视图像素可以在每个不同视图中具有等效的或至少基本类似的位置或坐标。例如，第一多视图像素可具有对应于位于多视图图像的不同视图中的每一个中的{x1，y1}处的图像像素的各个视图像素，而第二多视图像素可具有对应于位于不同视图中的每一个中的{x2，y2}处的图像像素的各个视图像素等。
在一些实施例中，多视图像素中的视图像素的数量可以等于多视图显示器的视图的数量。例如，多视图像素可以提供与具有64个不同视图的多视图显示器相关联的六十四(64)个视图像素。在另一示例中，多视图显示器可以提供八乘四视图阵列(即，32个视图)，并且多视图像素可以包括三十二32个视图像素(即，对于每个视图一个)。在其他示例中，多视图显示器的视图数量可以基本上在两个或更多视图的任何地方范围内，并且以基本上任何布置(例如，矩形、圆形等)布置。这样，根据一些实施例，多视图像素中的视图像素可以具有与多视图显示器的视图的数量和布置类似的数量和类似的布置。另外，每个不同视图像素通常具有对应于与不同视图(例如，64个不同视图)对应的视图方向中的不同的一个的关联方向(例如，光束主角度方向)。
进一步，根据一些实施例，多视图显示器中的多视图像素的数量可以基本上等于多视图显示器的各种各个视图中的像素(即，组成所选视图的像素)的数量。例如，如果视图包括六百四十乘四百八十个像素(即，视图具有640×480视图分辨率)，则多视图显示器可以具有三十万零七千二百(307,200)个多视图像素。在另一示例中，当视图包括一百乘一百个像素时，多视图显示器可以包括总共一万(即，100×100＝10,000)个多视图像素。
根据在本文中的定义，多视图显示器的“会聚视图”指的是其中组成具有方向的特定视图的视图像素的视图集或多个视图，使得它们会聚到多视图显示器的观看区域(或会聚平面)内的预定位置。例如，视图像素可以包括调制光束。在会聚视图中，对应于特定会聚视图的视图像素的所有调制光束具有在观看区域的预定位置会聚的方向。会聚视图可以向用户提供该特定视图的基本上所有像素。也就是说，当用户的眼睛被放置在对应于特定会聚视图的观看区域内的位置时，作为多视图显示器的会聚视图的结果，用户的眼睛可以接收与基本上该视图而不是其他视图的相关联的像素。
进一步，根据定义，“观看区域”是典型地在多视图显示器前方的空间区域，在这里可以观看由多视图显示器显示的图像，例如，用户的眼睛可以感知或看到的正在显示的图像的区域。典型地，空间区域可以是或者至少对应于距多视图显示器的预定距离(即，观看距离f)处的平面，例如，距多视图显示器的屏幕的距离f。
在根据在本文中描述的原理的各种实施例中，具有会聚视图的多视图显示器前方的观看区域的观看距离f或位置可以基于特定应用或多视图显示器的使用来确定或选择。例如，当具有会聚视图的多视图显示器被用作移动电话(例如，智能电话)中的显示器时，观看距离f可以距多视图显示屏幕或在多视图显示屏幕前方大约二十厘米(～20厘米)和大约四十厘米(～40厘米)之间。在其他示例中，观看距离f可以在大约四十厘米(～40cm)和大约八十厘米(～80cm)之间，诸如但不限于，当多视图显示器被用作计算机监视器(例如，桌面显示器)时。在其他应用中(例如，汽车仪表板显示器)，观看距离f可以在大约七十厘米(～70厘米)和大约一百厘米(～100厘米)之间或甚至更多。
在本文中，“光导”被定义为使用全内反射在结构内引导光的结构。具体地，光导可以包括在光导的工作波长处基本上透明的芯。在各种示例中，术语“光导”通常指采用全内反射来在光导的电介质材料与围绕该光导的材料或介质之间的界面处引导光的电介质光波导。根据定义，用于全内反射的条件是光导的折射率大于邻近光导材料的表面的周围介质的折射率。在一些实施例中，除了或代替上述折射率差，光导可以包括涂层以进一步促进全内反射。例如，涂层可以是反射涂层。光导可以是几个光导中的任何一个，包括但不限于板或平板导和条导中的一个或两个。
进一步，在本文中，术语“板”在应用于如在“板光导”中的光导时被定义为分段或不同平面的层或片，其有时被称为“平板”导。具体地，板光导被定义为被配置为在由光导的顶表面和底表面(即，相对表面)界定的两个基本正交的方向上引导光的光导。进一步，根据在本文中的定义，顶表面和底表面都彼此分离并且可以至少在差异意义上基本彼此平行。也就是说，在板光导的任何不同的小部分内，顶表面和底表面基本平行或共面。
在一些实施例中，板光导可以是基本平坦的(即，局限于平面)，并且因此板光导是平面光导。在其他实施例中，板光导可以以一个或两个正交维度弯曲。例如，板光导可以以单个维度弯曲以形成圆柱形板光导。然而，任何曲率都具有足够大的曲率半径以确保在板光导内保持全内反射以引导光。
在本文中，“衍射光栅”通常被定义为被布置为提供入射在衍射光栅上的光的衍射的多个特征(即衍射特征)。在一些示例中，可以以周期性或准周期性的方式来布置多个特征。例如，衍射光栅可以包括以一维(1D)阵列布置的多个特征(例如，材料表面上的多个凹槽或脊)。在其他示例中，衍射光栅可以是二维(2D)阵列的特征。例如，衍射光栅可以是材料表面上的凸块或材料表面中的孔的2D阵列。
这样，并且根据在本文中的定义，“衍射光栅”是提供入射在衍射光栅上的光的衍射的结构。如果光从光导入射到衍射光栅上，则所提供的衍射或衍射散射可以导致并因此被称为“衍射耦合”，因为衍射光栅可以通过衍射将光耦合出光导。衍射光栅还通过衍射(即，以衍射角)重定向或改变光的角度。具体地，作为衍射的结果，离开衍射光栅的光通常具有与入射在衍射光栅上的光(即，入射光)的传播方向不同的传播方向。通过衍射的光的传播方向的改变在本文中被称为“衍射重定向”。因此，衍射光栅可被理解为包括衍射特征的结构，该衍射特征衍射地重定向入射在衍射光栅上的光，并且如果光从光导入射，则衍射光栅还可衍射地耦合出来自光导的光。
进一步，根据在本文中的定义，衍射光栅的特征被称为“衍射特征”，并且可以是在材料表面(即，两种材料之间的边界)处、材料表面中和材料表面上的一个或多个。例如，该表面可以是光导的表面。衍射特征可以包括衍射光的各种结构中的任何一种，包括但不限于表面处、表面中或表面上的凹槽、脊、孔和凸块中的一个或多个。例如，衍射光栅可以包括在材料表面中多个基本平行的凹槽。在另一示例中，衍射光栅可以包括从材料表面上升起的多个平行脊。衍射特征(例如，凹槽、脊、孔、凸块等)可以具有提供衍射的各种横截面形状或轮廓中的任何一种，包括但不限于正弦曲线轮廓、矩形轮廓(例如，二元衍射光栅)、三角形轮廓和锯齿轮廓(例如，闪耀光栅)中的一个或多个。
根据在本文中所述的各种示例，可以采用衍射光栅(例如，如下所述的多波束元件的衍射光栅)来将光衍射地散射或耦合出光导(例如，板光导)作为光束。具体地，局部周期性衍射光栅的衍射角θm或者由局部周期性衍射光栅提供的衍射角θm可以由等式(1)给出：
其中λ是光的波长，m是衍射级数，n是光导的折射率，d是衍射光栅的特征之间的距离或间隔，θi是衍射光栅上的光的入射角。为简单起见，等式(1)假定衍射光栅与光导的表面邻近，并且光导外部的材料的折射率等于1(即，nout＝1)。通常，衍射级数m由整数给出。由衍射光栅产生的光束的衍射角θm可以由衍射级数为正(例如，m>0)的等式(1)给出。例如，当衍射级数m等于1(即，m＝1)时提供一级衍射。
图2示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的衍射光栅30的横截面图。例如，衍射光栅30可以位于光导40的表面上。另外，图2示出以入射角θi入射在衍射光栅30上的光束20。光束20是光导40内的被引导光束。图2中还示出了由衍射光栅30衍射地产生并耦合出作为入射光束20的衍射结果的光束50。光束50具有由等式(1)给出的衍射角θm(或者在本文中为“主角度方向”)。例如，衍射角θm可以对应于衍射光栅30的衍射级数“m”。
根据在本文中的定义，“多波束元件”是产生包括多个光束的光的背光或显示器的结构或元件。在一些实施例中，多波束元件可以光学地耦合到背光的光导，以通过耦合出在光导中引导的光的一部分来提供光束。在其他实施例中，多波束元件可以产生作为光束发射的光(例如，可以包括光源)。进一步，根据在本文中的定义，由多波束元件产生的多个光束的光束彼此具有不同主角度方向。具体地，根据定义，多个光束中的光束具有与多个光束中的另一光束不同的预定主角度方向。
此外，多个光束可以表示光场。例如，多个光束可以被限制在基本上圆锥形的空间区域中或者具有包括多个光束中的光束的不同主角度方向的预定角度扩展。这样，组合的光束(即，多个光束)的预定角度扩展可以表示光场。根据各种实施例，各种光束的不同主角度方向由包括但不限于多波束元件的尺寸(例如，长度、宽度、面积等)的特性确定。在一些实施例中，根据在本文中的定义，多波束元件可以被认为是“延伸点光源”，即，跨越多波束元件的范围分布的多个点光源。进一步，根据在本文中的定义，并且如上所述相对于图1B，由多波束元件产生的光束具有由角分量{θ，}给定的主角度方向。
根据在本文中的定义，“多波束衍射光栅”是产生多个光束的衍射光栅。在一些示例中，多波束衍射光栅可以是或包括“啁啾”衍射光栅。如上所述，由多波束衍射光栅产生的多个光束可以具有由角分量{θ，}表示的不同主角度方向。具体地，根据各种示例，作为通过多波束衍射光栅的入射光的衍射耦合和衍射重定向的结果，每个光束可以具有预定主角度方向。例如，多波束衍射光栅可以在八个不同的主方向上产生八个光束。根据各种示例，各种光束的不同主角度方向由在光束的原点处相对于入射在多波束衍射光栅上的光的传播方向的多波束衍射光栅的特征的取向或旋转和光栅节距或间隔的组合确定。
在本文中，“准直器”被定义为基本上任何被配置为准直光的光学设备或装置。例如，准直器可以包括但不限于准直镜或反射器、准直透镜及其各种组合。在一些实施例中，包括准直反射器的准直器可具有由抛物线曲线或形状表征的反射表面。在另一示例中，准直反射器可以包括成形的抛物线反射器。“成形的抛物线”意味着成形的抛物线反射器的弯曲反射表面以确定为实现预定反射特性(例如，准直度)的方式偏离“真实”抛物线曲线。类似地，准直透镜可以包括球形表面(例如，双凸球面透镜)。
在一些实施例中，准直器可以是连续反射器或连续透镜(即，具有基本光滑的、连续表面的反射器或透镜)。在其他实施例中，准直反射器或准直透镜可包括基本上不连续的表面，诸如但不限于提供光准直的菲涅耳反射器或菲涅耳透镜。根据各种实施例，由准直器提供的准直量可以从一个实施例到另一实施例以预定度或量改变。进一步，准直器可以被配置为在两个正交方向(例如，垂直方向和水平方向)中的一个或两个方向上提供准直。也就是说，根据一些实施例，准直器可以包括在提供光准直的两个正交方向中的一个或两个方向上的形状。
在本文中，“准直因子”被定义为光被准直的度。具体地，根据在本文中的定义，准直因子定义了准直光束内的光线的角度扩展。例如，准直因子σ可以指定准直光束中的大部分光线在特定角度扩展内(例如，关于准直光束的中心或特定主角度方向的+/-σ度)。根据一些示例，准直光束的光线可以具有就角度而言的高斯分布，并且角度扩展是由准直光束的峰值强度的一半确定的角度。
在本文中，“光源”被定义为光的源(例如，被配置为产生和发射光的光发射器)。例如，光源可以包括光发射器，诸如当激活或开启时发光的发光二极管(LED)。具体地，在本文中光源可以基本上是任何光源，或者基本上包括任何光发射器，包括但不限于发光二极管(LED)、激光器、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管、基于等离子体的光发射器、荧光灯、白炽灯以及实际上任何其他光源中的一个或多个。由光源产生的光可以具有颜色(即，可以包括特定波长的光)，或者可以是一定波长范围(例如，白光)。在一些实施例中，光源可以包括多个光发射器。例如，光源可以包括一组或一群光发射器，其中至少一个光发射器产生具有颜色或等效波长的光，该颜色和波长不同于由一组或一群的其他光发射器中的至少一个产生的光的颜色或波长。例如，不同的颜色可以包括原色(例如红色、绿色、蓝色)。
进一步，如在本文中所使用的，冠词“一个”旨在具有其在专利领域中的普通含义，即“一个或多个”。例如，“多波束元件”指一个或多个多波束元件，并且这样“多波束元件”指在本文中的“(一个或多个)多波束元件”。此外，在本文中对“顶”、“底”、“上方”、“下方”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”的任何参考并非旨在成为在本文中的限制。在本文中，术语“约”在应用于值时通常指在用于产生该值的设备的公差范围内，或者可以指加或减10％、或加或减5％、或加或减1％，除非另有明确规定。进一步，在本文中所用的术语“基本上”指大部分、或几乎全部、或全部、或约51％至约100％范围内的量。此外，在本文中的示例仅旨在说明并且出于讨论的目的而不是限制。
根据在本文中描述的原理的一些实施例，提供了多视图背光。图3A示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光100的横截面图。图3B示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光100的平面图。图3C示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光100的透视图。图3C中的透视图用部分剖开来示出，以便仅在本文中讨论。
图3A-3C中所示的多视图背光100被配置为提供具有彼此不同主角度方向(例如，提供作为光场)的倾斜的多个光束102(例如，耦合出光束)。如所提供的，根据各种实施例，倾斜的多个光束102在与多视图显示器的多个视图的相应视图方向对应的不同主角度方向上被引导远离多视图背光100。在一些实施例中，倾斜的多个光束102的光束102可被调制(例如，使用光阀，如下所述)以促进具有3D内容的信息的显示。
进一步，根据各种实施例，倾斜的多个光束102具有朝向多视图显示器的观看区域的中心的倾斜。例如，倾斜可以根据相对于或远离垂直于多视图背光100的表面的方向的倾斜角来定义或表征。朝向观看区域中心的倾斜被配置为在观看区域内或观看区域处提供多视图显示器的会聚视图。根据一些实施例，倾斜的多个光束102的中心轴通过倾斜配置以与观看区域中心相交。具体地，由多视图背光100提供的每个倾斜的多个光束102的中心轴可以通过每个倾斜的多个光束102的相应倾斜被引导朝向观看区域并因此在观看区中心处相交。
如图3A-3C所示，多视图背光100包括光导110。例如，光导110可以是板光导110。光导110被配置为沿着光导110的长度引导光作为被引导光104。例如，光导110可以包括被配置为光波导的介电材料。介电材料可具有大于介电光波导周围介质的第二折射率的第一折射率。例如，根据光导110的一个或多个被引导模式，折射率的差异被配置为促进被引导光104的全内反射。
在一些实施例中，光导110可以是平板或板光波导，其包括延伸的、基本上平坦的光学透明片、介电材料。基本上平坦的电介质材料片被配置为使用全内反射来引导被引导光104。根据各种示例，光导110的光学透明材料可以包括任何各种介电材料或由任何各种介电材料构成，该介电材料包括但不限于一种或多种各种类型的玻璃(例如，石英玻璃、碱-铝硼硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等)和基本上光学透明的塑料或聚合物(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)或“丙烯酸玻璃”、聚碳酸酯等)。在一些示例中，光导110可以进一步包括在光导110的表面(例如，顶表面和底表面中的一个或两个)的至少一部分上的覆层(未示出)。根据一些示例，覆层可以用于进一步促进全内反射。
进一步，根据一些实施例，光导110被配置为根据全内反射在光导110的第一表面110'(例如，“前”表面或侧面)和第二表面110"(例如，“后”表面或侧面)之间以非零传播角度引导被引导光104。具体地，被引导光104通过以非零传播角度在光导110的第一表面110'和第二表面110"之间反射或“跳动”来传播。在一些实施例中，包括不同颜色的光的多个被引导光束104可以由光导110以不同颜色特定、非零传播角度中的相应的一个来引导。注意，为了简化说明，图3A-3C未示出非零传播角度。然而，描绘传播方向103的粗体箭头示出了沿着图3A中的光导长度的被引导光104的通常传播方向。
如在本文中所定义的，“非零传播角度”是相对于光导110的表面(例如，第一表面110'或第二表面110")的角度。进一步，根据各种实施例，非零传播角度是大于零且小于光导110内的全内反射的临界角度。例如，被引导光104的非零传播角度可以在大约十(10)度和大约五十(50)度之间，或者在一些示例中，在大约二十(20)度和大约四十(40)度之间，或者在大约二十五(25)度和大约三十五(35)度之间。例如，非零传播角度可以是大约三十(30)度。在其他示例中，非零传播角度可以是大约20度，或者大约25度，或者大约35度。此外，只要特定的非零传播角被选择为小于光导110内的全内反射的临界角度，那么特定的非零传播角度可以被选择(例如，任意地)用于特定实现。
光导110中的被引导光104可以以非零传播角度(例如，大约30-35度)被引入或耦合到光导110中。例如，一个或多个透镜、镜子或类似的反射器(例如，倾斜的准直反射器)和棱镜(未示出)可以促进将光以非零传播角度耦合到光导110的输入端中作为被引导光104。一旦耦合到光导110中，被引导光104以可以通常远离输入端的方向(例如，由沿着图3A中的x轴指向的粗体箭头示出)沿着光导110传播。
进一步，根据各种实施例，通过将光耦合到光导110中而产生的被引导光104或等效地被引导光104可以是准直光束。在本文中，“准直光”或“准直光束”通常被定义为其中光束的光线在光束(例如，被引导光104)内基本上彼此平行的光束。进一步，根据在本文中的定义，从准直光束发散或散射的光线不被认为是准直光束的一部分。在一些实施例中，多视图背光100可包括如上所述的诸如透镜、反射器或反射镜的准直器，(例如，倾斜的准直反射器)以准直例如来自光源的光。在一些实施例中，光源包括准直器。提供给光导110的准直光是准直的被引导光104。如上所述，在各种实施例中，被引导光104可根据准直因子或具有准直因子被准直。
在一些实施例中，光导110可以被配置为“再循环”被引导光104。具体地，沿着光导长度被引导的被引导光104可以在不同于传播方向103的另一传播方向103'上沿该长度被重新引导回。例如，光导110可包括位于与邻近光源的输入端相对的光导110的端处的反射器(未示出)。反射器可以被配置为将被引导光104反射回输入端作为再循环引导光。以这种方式再循环被引导光104可以通过使被引导光对于例如如下所述的多波束元件不止一次可用来增加多视图背光100的亮度(例如，光束102的强度)。
在图3A中，指示再循环被引导光的传播方向103'的粗体箭头(例如，指向负x方向)示出了再循环被引导光在光导110内的通常传播方向。可替代地(例如，与再循环被引导光相反)，可以通过将光以另一传播方向103'(例如，除了具有传播方向103的被引导光104)引入到光导110中来提供在另一传播方向103'上传播的被引导光104。
如图3A-3C所示，多视图背光100进一步包括沿着光导长度彼此间隔开的多个多波束元件120，例如，在如所示的被引导光104的传播方向上。具体地，多个多波束元件120通过有限空间彼此分开并且表示沿着光导长度的各个的、不同的元件。也就是说，根据在本文中的定义，多个多波束元件120根据有限(即，非零)元件间距离(例如，有限的中心到中心的距离)彼此间隔开。进一步，根据一些实施例，多个多波束元件120通常不相交、重叠或以其他方式彼此接触。这样，多个多波束元件120中的每个通常是不同的并且与其他多波束元件120分开。
根据一些实施例，多个多波束元件120可以以一维(1D)阵列或二维(2D)阵列布置。例如，多个多波束元件120可以被布置为线性1D阵列。在另一示例中，多个多波束元件120可以被布置为矩形2D阵列、圆形2D阵列、2D六角形阵列等。进一步，在一些示例中，阵列(即，1D或2D阵列)可以是规则的或均匀的阵列。具体地，多波束元件120之间的元件间距离(例如，中心到中心的距离或间隔)可以在跨越阵列上基本均匀或恒定。在其他示例中，多波束元件120之间的元件间距离可以在跨越阵列并且沿着光导110的长度中的一个或两个改变。
根据各种实施例，多个多波束元件120被配置为耦合出被引导光104的一部分作为倾斜的多个光束102。具体地，图3A和3C示出了作为被描绘为被引导远离光导110的第一(或前)表面110'的多个发散箭头的倾斜的多个光束102。进一步，如上面讨论的和图3A所示，由多波束元件120耦合出的倾斜的多个光束102具有将倾斜的多个光束朝向观看区域的中心或中心部分引导的倾斜。在图3A中，倾斜由倾斜角φ表示。注意，与每个多波束元件120相关联的倾斜的多个光束102可以具有不同的倾斜，以将各相应的倾斜的多个光束朝向观看区域的中心引导。这样，倾斜或倾斜角φ可以在多视图背光100的中点处或附近对于多波束元件120从基本为零向在远离多视图背光中间的任一侧上大于零上改变或排列，例如，如图3A所示。
图3A-3C进一步示出了被配置为调制倾斜的多个光束的光束102的光阀阵列108。光阀阵列可以是例如采用多视图背光的多视图显示器的一部分，并且为了便于在本文中讨论的目的在图3A-3C中与多视图背光100一起示出。如上所述，图3C中示出的光阀108的阵列被部分剖开以允许光阀阵列下面的多波束元件120和光导110的可视化。
如图3A-3C所示，具有不同主角度方向的倾斜的多个光束的不同光束102的通过并且可以由光阀阵列中的不同光阀108调制。进一步，如图所示，阵列的光阀108对应于子像素106'，并且一组光阀108对应于多视图显示器的多视图像素106。具体地，光阀阵列的不同组光阀108被配置为接收并调制来自多波束元件120中的不同的多波束元件的倾斜的多个光束102，即，对于每个多波束元件120存在一组独特的光阀108，如图所示。在各种实施例中，不同类型的光阀可以用作光阀阵列的光阀108，包括但不限于液晶光阀、电泳光阀和基于电润湿的光阀中的一个或多个。
在图3A中，第一光阀组108a被配置为接收和调制来自第一多波束元件120a的倾斜的多个光束102，而第二光阀组108b被配置为接收和调制来自第二多波束元件120b的倾斜的多个光束102。因此，光阀阵列中的单个光阀组(例如，第一和第二光阀组108a、108b)相应地对应于不同的多视图像素106，其中光阀组的各个光阀108对应于相应多视图像素106的视图像素106'。
在一些实施例中，多个多波束元件120和对应的多视图像素106(例如，光阀108的组)之间的关系可以是一对一的关系。也就是说，可以有相同数量的多视图像素106和多波束元件120。通过示例的方式，图3B明确地描绘了包括不同组光阀108的每个多视图像素106被示为用虚线包围的一对一关系。在其他实施例中(未示出)，多视图像素106的数量和多波束元件120的数量可以彼此不同。
进一步(例如，如图3A所示)，根据一些实施例，每个多波束元件120被配置为向一个且仅一个多视图像素106提供倾斜的多个光束102。具体地，对于多波束元件120中给定的一个，具有与多视图显示器的不同视图对应的不同主角度方向的倾斜的多个光束102基本上被限制为单个对应多视图像素106，以及其视图像素106'，即，对应于多波束元件120的单组光阀108，如图3A所示。这样，多视图背光100的每个多波束元件120提供对应的倾斜的多个光束102，该倾斜的多个光束102具有对应于多视图显示器的不同视图的一组不同主角度方向(即，该组或倾斜的多个光束102包含具有对应于不同视图方向中的每一个的方向的光束)。
根据各种实施例，多波束元件阵列的多波束元件120相对于对应多视图像素106的位置的偏移(例如，横向偏移)被配置为提供多个光束102的倾斜或倾斜的多个光束102。具体地，一对多波束元件120之间的元件间距离(例如，中心到中心的距离)可以大于对应的一对多视图显示器的多视图像素106之间的像素间距离(例如，中心到中心的距离)。相对于像素间距离的更大的元件间距离可以提供多波束元件120相对于对应的多视图像素106的偏移。换句话说，元件间距离和像素间距离的比率可以被配置成提供倾斜的多个光束102朝向观看区域中心的倾斜。
如图3A和3B所示，第一多波束元件120a和第二多波束元件120b之间的中心到中心的距离d(即，元件间距离)大于第一光阀组108a和第二光阀组108b之间的中心到中心的距离D(即，像素间距离)(即，d>D)。注意，在图3A和3B中，光阀组108a、108b表示对应于多波束元件120a、120b的一对多视图像素106。相对于像素间距离D的更大的元件间距离d导致多波束元件120相对于对应的多视图像素106的偏移。如图3A所示，该偏移继而提供倾斜的多个光束102的倾斜(即，产生倾斜角φ)。因此，根据各种实施例，可以通过适当选择偏移来直接控制倾斜或倾斜角φ。
在一些实施例中，多波束元件120具有配置为使倾斜的多个光束102朝向观看区域中心倾斜的散射特性。例如，多波束元件阵列的每个多波束元件120可具有对应的散射特性，该对应的散射特性被配置为调整多波束元件120的发射图案并提供倾斜或等效地提供多波束元件120的倾斜的发射图案。散射特性可以包括但不限于例如由多波束元件120提供的衍射(例如，由衍射光栅间隔或间距提供)、反射或折射。例如，每个多波束元件120的对应散射特性可以作为沿着光导长度在阵列内的每个多波束元件129的位置的函数而改变。
在一些实施例中，除了由上述偏移提供的倾斜之外，作为位置的函数而改变的对应散射特性被配置为进一步将倾斜的多个光束朝向观看视域中心倾斜。在其他实施例中(未示出)，通过多波束元件120的散射特性来提供倾斜，并且成对的多波束元件120和对应的光阀组或多视图像素106的中心到中心的距离可以基本相等，例如，多波束元件120可以具有与表示多视图像素106的光阀组之间的间隔(即，中心到中心的距离D)大约相同的元件间间隔(即，中心到中心距离d)。进一步，由位置改变的散射特性提供的倾斜(例如，发射模式倾斜)可提供多视图背光100的改善的亮度均匀性和颜色均匀性中的一个或两个，例如，倾斜的多个光束102的光束102的多视图背光100或倾斜的多个光束102的光束102内的多视图背光100。
根据一些实施例，多视图显示器的多个视图的不同视图在观看区域内具有相应的视图位置。也就是说，每个不同的视图可能出现在观看区域内的不同位置。进一步，对应于不同视图中的每一个的多个光束的光束可以通过倾斜来配置以在相应视图位置处与观看区域相交来提供会聚视图。会聚视图可以减轻或基本上消除光学像差或视觉伪像，诸如与视图之间的转换相对应的空间彩虹和暗条纹。会聚视图还可以提供表示由多视图显示器显示的多视图图像的视图的均匀性。
图4示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光100的横截面图。具体地，图4中所示的多视图背光100包括光导110和多波束元件120。还示出了被划分为多视图像素106的光阀108的阵列109。距离光阀阵列109的距离为f处的虚线表示例如多视图显示器的观看区域140。观看区域140与光阀阵列109的距离f可以是包括光阀阵列109和多视图背光100的多视图显示器的目标观看距离。进一步，多视图显示器在标记为A、B、C、D、E、F、G和H的位置处被示出在观看区域140内。
根据一些实施例，目标观看距离可以是并入具有会聚视图的背光100的多视图显示器的应用指定的最佳观看距离。具体地，目标观看距离或距离f可以是期望用户的眼睛放置以观看多视图显示器的位置。在一些示例中，例如，距离f可以在大于20cm与大于40cm之间，例如，当多视图显示器用于诸如但不限于移动电话(例如，智能电话)或平板计算机的移动设备时。在其他示例中，距离f可以在30cm与大约120cm之间，例如，在诸如但不限于计算机监视器或基于汽车的显示器(例如，汽车中的仪表板或控制台显示器)的应用中。
如图4所示，倾斜的多个光束102的光束102被耦合出光导110并且通过多视图像素106并被多视图像素106调制。倾斜角φ处的虚线表示图4中的倾斜的多个光束102的中心轴。如图所示，倾斜的多个光束102的中心轴在观看区域中心142处与观看区域140相交。进一步，如图所示，来自对应于第一视图(例如，位置A处的第一视图)的每个多波束元件120的第一光束102a在观看区域140中在位置A处相交。类似地，来自对应于第二视图的每个多波束元件120的第二光束102b在观看区域140中在位置B处相交，来自对应于第三视图的每个多波束元件120的第三光束102c在观看区域140中在位置C处相交等，如图4所示。相交光束102a、102b、102c在观看区140中的相应位置A、B、C处形成会聚视图。可以通过相应地将眼放在观看区域140内各个观看位置处来观看会聚视图。同样在图4中，倾斜的多个光束102的中心轴。
根据一些实施例，多波束元件120的形状类似于多视图像素106的形状或者等效于对应于多视图像素106的光阀108的组(或“子阵列”)的形状。例如，多波束元件120可以具有正方形形状并且多视图像素106(或者对应的一组光阀108的布置)可以基本上是正方形的。在另一示例中，多波束元件120可以具有矩形形状，即，可以具有大于宽度或横向维度的长度或纵向维度。在该示例中，与多波束元件120对应的多视图像素106(或者等效地，光阀组108的布置)可以具有类似的矩形形状。图3B示出了正方形形状的多波束元件120和包括正方形光阀108的组的对应方形形状的多视图像素106的俯视图或平面图。在又一其他示例中(未示出)，多波束元件120和对应的多视图像素106具有包括或者至少近似于但不限于三角形、六边形和圆形的各种形状。
进一步，根据一些实施例并再次参考图3A-3B，多波束元件120的尺寸可以与多视图显示器的多视图像素106中的视图像素106'的尺寸是可比的。在本文中，“尺寸”可以以多种方式中的任何一种来定义，以包括但不限于长度、宽度或面积。例如，子像素106'的尺寸可以是其长度，并且多波束元件120的可比尺寸也可以是多波束元件120的长度。在另一示例中，尺寸可以指面积，使得多波束元件120的面积对于子像素106'的面积可以是可比的。
在一些实施例中，多波束元件120的尺寸对于视图像素尺寸是可比的，使得多波束元件尺寸在视图像素尺寸的大约百分之五十(50％)和大约百分之二百(200％)之间。例如，如果多波束元件尺寸被表示为“s”并且视图像素尺寸被表示为“S”(例如，如图3A-3B所示)，则多波束元件尺寸s可以由等式(1)给出为
0.5S≤s≤2S (1)
在其他示例中，多波束元件尺寸大于视图像素尺寸的大约百分之六十(60％)，或视图像素尺寸的大约百分之七十(70％)，或大于视图像素尺寸的大约百分之八十(80％)，或大于视图像素尺寸的大约百分之九十(90％)，并且多波束元件小于视图像素尺寸的大约百分之一百八十(180％)或小于视图像素尺寸的大约百分之一百六十(160％)，或小于视图像素尺寸的大约百分之一百四十(140％)，或小于视图像素尺寸的大约百分之一百二十(120％)。例如，通过“可比的尺寸”，多波束元件尺寸可以在视图像素尺寸的大约百分之七十五(75％)和大约百分之一百五十(150％)之间。在另一示例中，在多波束元件尺寸在视图像素尺寸的大约百分之一百二十五(125％)和大约百分之八十五(85％)之间的情况下，多波束元件120在尺寸上与视图像素106'可以是可比的。根据一些实施例，可以选择多波束元件120和视图像素106'的可比尺寸以减少或者在一些示例中最小化多视图显示器的视图之间的暗区，同时减少或者在一些示例中最小化多视图显示器的视图之间的重叠。
注意，如图3A所示，视图像素106'的尺寸可对应于光阀阵列中的光阀108的尺寸。在其他示例中，视图像素尺寸可以被定义为光阀阵列的相邻光阀108之间的距离(例如，中心到中心的距离)。例如，光阀108可以小于光阀阵列中的光阀108之间的中心到中心的距离。例如，视图像素尺寸可以被定义为光阀108的尺寸或者与光阀108之间的中心到中心距离相对应的尺寸。
根据各种实施例，多波束元件120可以包括被配置为耦合出或散射出被引导光104的一部分的多个不同结构中的任何结构。例如，不同结构可以包括但不限于衍射光栅、微反射元件、微折射元件或其各种组合。在一些实施例中，包括衍射光栅的多波束元件120被配置为衍射地耦合出被引导光部分作为具有不同主角度方向的倾斜的多个光束102。在其他实施例中，包括微反射元件的多波束元件120被配置为反射地耦合出被引导光部分作为倾斜的多个光束102，或者包括微折射元件的多波束元件120被配置为通过或使用折射耦合出被引导光部分作为倾斜的多个光束102(即，折射地耦合出被引导光部分)。
图5A示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的包括多波束元件120的多视图背光100的一部分的横截面图。图5B示出了根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多波束元件120的多视图背光100的一部分的横截面图。具体地，图5A-5B示出了包括衍射光栅122的多视图背光100的多波束元件120。衍射光栅122被配置为衍射地耦合出被引导光104的一部分作为倾斜的多个光束102。衍射光栅122包括通过被配置为提供衍射耦合出被引导光部分的衍射特征间隔或衍射特征或光栅间距彼此间隔开的多个衍射特征。根据各种实施例，衍射光栅122中的衍射特征的间隔或光栅间距可以是亚波长(即，小于被引导光的波长)。
在一些实施例中，多波束元件120的衍射光栅122可以位于或邻近光导110的表面。例如，衍射光栅122可以位于或邻近光导110的第一表面110'，如图5A所示。在光导第一表面110'处的衍射光栅122可以是透射模式衍射光栅，其被配置为通过第一表面110'衍射地耦合出的被引导光部分作为光束102。在另一示例中，如图5B所示，衍射光栅122可以位于或邻近光导110的第二表面110"。当位于第二表面110"时，衍射光栅122可以是反射模式衍射光栅。作为反射模式衍射光栅，衍射光栅122被配置为衍射被引导光部分并且将衍射的被引导光部分朝向第一表面110'反射，以通过第一表面110'作为衍射地耦合出光束102离开。在其他实施例中(未示出)，衍射光栅可以位于光导110的表面之间，例如，作为透射模式衍射光栅和反射模式衍射光栅中的一个或两个。
注意，在本文中描述的一些实施例中，倾斜的多个光束102的主角度方向可以包括由于倾斜的多个光束102在光导表面处离开光导110而产生的折射效应。例如，作为示例而非限制，图5B示出了由于倾斜的多个光束102穿过第一表面110'时折射率的改变引起的倾斜的多个光束102的折射(即，弯曲)。也参见下面描述的图6A和6B。
根据一些实施例，衍射光栅122的衍射特征可以包括彼此间隔开的凹槽和脊中的一个或两个。凹槽或脊可以包括光导110的材料，例如，可以形成在光导110的表面中。在另一示例中，凹槽或脊可以由除了光导材料之外的材料形成，例如在光导110的表面上另一种材料的层或膜。
在一些实施例中，多波束元件120的衍射光栅122是均匀衍射光栅，其中衍射特征间隔在整个衍射光栅122中基本恒定或不变。在其他实施例中，衍射光栅122是啁啾衍射光栅。根据定义，“啁啾”衍射光栅是显示或具有跨越啁啾衍射光栅的范围或长度上改变的衍射特征(即，光栅间距)的衍射间隔的衍射光栅。
在一些实施例中，啁啾衍射光栅可以具有或显示随距离线性改变的衍射特征间隔的啁啾。这样，根据定义，啁啾衍射光栅是“线性啁啾”衍射光栅。在其他实施例中，多波束元件120的啁啾衍射光栅可以显示衍射特征间隔的非线性啁啾。可以使用各种非线性啁啾，包括但不限于指数啁啾、对数啁啾或以另一种、基本上不均匀或随机但仍然单调的方式改变的啁啾。也可以采用非单调啁啾，例如但不限于正弦啁啾或三角形或锯齿啁啾。也可以采用任何这些类型的啁啾的组合。
在一些实施例中(未示出)，多波束元件120的衍射光栅可以包括多波束衍射光栅。在一些实施例中，衍射光栅可以包括多个衍射光栅。根据定义，包括衍射光栅(例如，衍射光栅122)的多波束元件120的散射特性包括经由、从或通过衍射光栅的衍射(例如，衍射耦合或衍射散射)。例如，可以配置或调整相位函数(例如，光栅间距或衍射特征间隔)以通过朝向观看区域中心的衍射耦合来引导或倾斜光的发射图案。换句话说，可以通过选择衍射光栅122的适当的衍射散射特性来提供(或者控制)倾斜的多个光束102的倾斜。图5A-5B示出了由包括衍射光栅122的多波束元件120的散射特性(例如，衍射散射)提供的倾斜的示例。
图6A示出了根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多波束元件120的多视图背光100的一部分的横截面图。图6B示出了根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多波束元件120的多视图背光100的一部分的横截面图。具体地，图6A和6B示出了包括微反射元件的多波束元件120的各种实施例。用作多波束元件120或在多波束元件120中的微反射元件可以包括但不限于采用反射材料或其层(例如，反射金属)的反射器或基于全内反射(TIR)的反射器。根据一些实施例(例如，如图6A-6B所示)，包括微反射元件的多波束元件120可位于或邻近光导110的表面(例如，第二表面110")。在其他实施例中(未示出)，微反射元件可以位于第一和第二表面110'、110"之间的光导110内。
例如，图6A示出了包括具有位于邻近光导110的第二表面110"的反射面(例如“棱镜”微反射元件)的微反射元件124的多波束元件120。所示出的棱镜微反射元件124的面被配置为将被引导光104的部分反射(即，反射地耦合)出光导110。例如，该面可以相对于被引导光104的传播方向歪斜或倾斜(即，具有倾斜角)，以将被引导光部分反射出光导110。根据各种实施例，该面可以通过使用光导110内的反射材料形成(例如，如图6A所示)，或者可以是第二表面110"中的棱镜腔体的表面。当采用棱镜腔体时，在一些实施例中，腔体表面处的折射率改变可以提供反射(例如，TIR反射)，或者形成该面的腔体表面可以被反射材料涂覆以提供反射。
进一步，在图6A中，示出了一对微反射元件124。微反射元件对的第一微反射元件124a具有配置成向倾斜的多个光束102提供大于零的倾斜的散射特性(例如，反射)，即，“非零倾斜”。例如，第一微反射元件124a被示出为具有不对称面以提供非零倾斜。还示出了具有对称面的第二微反射元件124b。例如，如图所示，第二微型反射元件124b的对称面可以被配置为向倾斜的多个光束102提供基本上等于零的倾斜。
在另一示例中，图6B示出了包括具有诸如但不限于半球形微反射元件124的基本光滑的、弯曲表面的微反射元件124的多波束元件120。例如，微反射元件124的特定表面曲线可以被配置为根据被引导光104与其接触的弯曲表面上的入射点在不同方向上反射被引导光部分。
如图6A和图6B所示，作为示例而非限制，从光导110反射地耦合出的被引导光部分离开第一表面110'或从第一表面110'发射。与图6A中的棱镜微反射元件124一样，图6B中的微反射元件124可以是光导110内的反射材料或形成在第二表面110"中的腔体(例如，半圆形腔体)，如图6B中作为示例而非限制所示的那样。作为示例而非限制，图6B还示出了具有两个传播方向103、103'(即，以粗箭头所示)的被引导光104。然而，具有传播方向103'的被引导光104是可选的。进一步，根据定义，包括微反射元件(例如，微反射元件124)的多波束元件120的散射特性包括来自微反射元件的反射。在图6B中，倾斜的多个光束102的倾斜或倾斜角被示出为基本等于零以便于说明而非限制
图7示出了根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多波束元件120的多视图背光100的一部分的横截面图。具体地，图7示出了包括微折射元件126的多波束元件120。根据各种实施例，微折射元件126被配置为从光导110中折射地耦合出被引导光104的一部分。也就是说，如图7所示，微折射元件126被配置为采用折射(例如，与衍射或反射相反)以从光导110中耦合出被引导光部分作为倾斜的多个光束102。
微折射元件126可以具有各种形状，包括但不限于半球形、矩形或棱形(即，具有歪斜面的形状)，。根据各种实施例，如图所示，微折射元件126可以延伸或突出到光导110的表面(例如，第一表面110')外，或者可以是表面中的腔体(未示出)。进一步，在一些实施例中，微折射元件126可以包括光导110的材料。在其他实施例中，微折射元件126可以包括邻近光导表面并且在一些示例中与光导表面接触的另一种材料。根据定义，包括微折射元件(例如，微折射元件126)的多波束元件120的散射特性包括通过微折射元件的折射。为便于说明而非限制，倾斜的多个光束102的倾斜或倾斜角在图7中被示出为基本上等于零。
再次参照图3A，多视图背光100可以进一步包括光源130。根据各种实施例，光源130被配置为提供要在光导110内被引导的光。具体地，光源130可以位于邻近光导110的入口表面或端部(输入端)。在各种实施例中，光源130可以包括基本上任何光的源(例如，光发射器)，包括但不限于一个或更多的发光二极管(LED)或激光器(例如，激光二极管)。在一些实施例中，光源130可以包括被配置为产生具有由特定颜色表示的窄带谱的基本单色光的光发射器。具体地，单色光的颜色可以是特定颜色空间或颜色模型(例如，红-绿-蓝(RGB)颜色模型)的原色。在其他示例中，光源130可以是被配置为提供基本上宽带或多色光的基本上宽带的光源。例如，光源130可以提供白光。在一些实施例中，光源130可以包括被配置为提供不同颜色的光的多个不同的光发射器。不同的光发射器可以被配置为提供具有与不同颜色的光中的每一个对应的被引导光的不同的、颜色特定的、非零传播角度的光。
在一些实施例中，光源130可以进一步包括准直器。准直器可以被配置为从光源130的一个或多个光发射器接收基本未准直的光。准直器进一步被配置为将基本未准直的光转换为准直的光。具体地，根据一些实施例，准直器可以提供具有非零传播角度并且根据预定准直因子被准直的准直光。此外，当采用不同颜色的光发射器时，准直器可以被配置为提供具有不同的、颜色特定的、非零传播角度中的一个或两个并且具有不同的颜色特定的准直因子的准直光。如上所述，准直器进一步被配置为将准直光束传达到光导110以作为被引导光104传播。
在一些实施例中，多视图背光100被配置为在通过与被引导光104的传播方向103、103'正交的光导110的方向上对光基本上透明。具体地，在一些实施例中，光导110和间隔开的多个多波束元件120允许光通过第一表面110'和第二表面110”穿过光导110。至少部分地由于多波束元件120的相对小的尺寸和多波束元件120的相对大的元件间间隔(例如，与多视图像素106的一一对应)可以促进透明度。进一步，特别是当多波束元件120包括衍射光栅时，根据一些实施例，多波束元件120对于与光导表面110'、110”正交传播的光也可以基本上是透明的。
根据在本文中描述的原理的一些实施例，提供了多视图显示器。多视图显示器被配置为发射调制光束作为多视图显示器的像素。进一步，发射的调制光束可优先地被引导朝向多视图显示器的多个观看方向并且更具体地朝向多个汇聚视图。在一些示例中，多视图显示器被配置为提供或“显示”3D或多视图图像。根据各种示例，不同的调制的、不同方向的光束可以对应于与多视图图像相关联的不同“视图”的各个像素。例如，不同视图可以在由多视图显示器显示的多视图图像中提供信息的“无眼镜”(例如，自动立体)表示。
图8示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器200的框图。根据各种实施例，多视图显示器200被配置为根据不同视图在不同视图方向上显示多视图图像。具体地，由多视图显示器200发射的调制光束202被用于显示多视图图像，并且可以对应于不同视图的像素(即，视图像素)。调制光束202被示出为从图8中的多视图像素210发出的箭头。虚线被用于发射的调制光束202的箭头以通过示例而非限制的方式强调其调制。
图8中示出的多视图显示器200包括多视图像素210的阵列。阵列的多视图像素210被配置为提供多视图显示器200的多个不同视图作为会聚视图。具体地，倾斜的多个光束的倾斜被配置为将倾斜的多个光束的中心轴(或者，等效地中心光束)朝向多视图显示器的观看区域的中心。根据各种实施例，阵列的多视图像素210包括多个光阀或等效地多个视图像素，其被配置为调制倾斜的多个光束204并产生发射的调制光束202。发射的调制光束202表示多视图显示器200的会聚视图。
在一些实施例中，多视图像素210基本上类似于如上所述相对于多视图背光100的光阀108的阵列的一组光阀108。具体地，多视图像素210的视图像素可以基本上类似于上述光阀108。也就是说，多视图显示器200的多视图像素210可以包括一组光阀(例如，一组光阀108)，并且多视图像素210的视图像素可以包括该组的光阀(例如，单个光阀108)。
如图8所示，多视图显示器200进一步包括光导220。光导22被配置为沿着光导220的长度引导光作为被引导光。在一些实施例中，多视图显示器200的光导220可以基本类似于如上所述相对于多视图背光100的光导110。具体地，光导110被配置为根据全内反射来引导光。在一些实施例中，光导220可以是板光导。
根据各种实施例，图8中所示的多视图显示器200进一步包括多波束元件230的阵列。阵列中的每个多波束元件230被配置为耦合出(或散射出)被引导光的一部分作为对应的倾斜的多个光束204。具体地，多波束元件230可以光学地连接到光导以耦合出被引导光的一部分。进一步，倾斜的多个光束204由每个多波束元件提供给对应的多视图像素210。倾斜的多个光束204的光束204具有彼此不同主角度方向。另外，光束204的不同主角度方向对应于多视图显示器200的不同会聚视图的不同视图方向。在各种实施例中，多视图显示器200的多个视图的不同视图可以具有在观看区域内的相应的视图位置。根据一些实施例，对应于不同视图中的每一个的倾斜的多个光束204的光束可以通过倾斜来配置以在相应视图位置处与观看区域相交以提供会聚视图。
根据各种实施例，倾斜的多个光束204的倾斜可以通过多波束元件230的散射特性和多波束元件之间的元件间距离或间隔相对于多视图像素210之间的像素间距离或间隔中的一个或两个来提供或控制。具体地，如上所述相对于多视图背光100，在一些实施例中，一对多波束元件230之间的元件间距离可以大于多视图显示器200的对应的一对多视图像素210之间的像素间距离。相对于像素间距离的较大的元件间距离被配置(例如，选择)为提供倾斜的多个光束204的倾斜或倾斜角。另外或可替代地，多波束元件230的散射特性可以被配置为作为多波束元件阵列内的多波束元件230的位置的函数而改变。根据一些实施例，改变的散射特性可被配置成提供或至少增大倾斜的多个光束204的倾斜或倾斜角。具体地，在一些实施例中，像素间距离与像素间距离的比率以及多波束元件230的位置可变散射特性组合以提供倾斜。
在一些实施例中，多波束元件阵列的多波束元件230的尺寸与多个视图像素的视图像素的尺寸是可比的。例如，在一些实施例中，多波束元件230的尺寸可以大于视图像素尺寸的一半并且小于视图像素尺寸的两倍。进一步，多视图像素阵列的多视图像素210与多波束元件阵列的多波束元件230之间可以存在一一对应。这样，多视图像素210中的每个视图像素可以被配置为调制由对应的多波束元件230提供的倾斜的多个光束204中的不同的一个。进一步，根据各种实施例，每个多视图像素210可以被配置为从一个且仅一个多波束元件230接收和调制光束204。
在一些实施例中，多波束元件阵列的多波束元件220可以基本上类似于如上所述多视图背光100的多波束元件120。例如，多波束元件220可以包括基本上类似于如上所述、并且在图5A-5B中示出的衍射光栅122的衍射光栅。在一些实施例中，衍射光栅可以包括多波束衍射光栅或多个衍射光栅。在另一示例中，多波束元件230可以包括基本上类似于如上所述、并且在图6A-6B中示出的微反射元件124的微反射元件。在又一示例中，多波束元件230可以包括微折射元件。该微折射元件可以基本上类似于如上所述并且在图7中所示的微折射元件126。
进一步，在这些实施例中的一些(图8中未示出)中，多视图显示器200可以进一步包括光源。例如，光源可以被配置为以非零传播角度向光导提供光，并且在一些实施例中，以提供根据准直因子被准直而导致光导220内的被引导光的预定角度扩展的光。根据一些实施例，如上所述，光源可以基本上类似于多视图背光100的光源130。
根据在本文中描述的原理的其他实施例，提供了多视图背光操作的方法。图9示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光操作的方法300的流程图。如图9所示，多视图背光操作的方法300包括沿着光导的长度引导310光。在一些实施例中，可以以非零传播角度引导310光。进一步，被引导的光可以被准直并且因此根据预定的准直因子被引导。根据一些实施例，光导可以基本上类似于如上所述相对于多视图背光100的光导110。
如图9所示，多视图背光操作的方法300进一步包括使用多波束元件将被引导光的一部分耦合出320光导，以提供具有彼此不同主角度方向的倾斜的多个光束。在各种实施例中，倾斜的多个光束的主角度方向对应于多视图显示器的相应视图方向。倾斜的多个光束进一步具有朝向多视图显示器的观看区域的中心的倾斜，以提供会聚视图。根据各种实施例，倾斜的多个光束的中心轴通过倾斜配置以与观看区域中心相交。根据在本文中的定义，倾斜的多个光束的中心轴可以表示或等效于中心光束，例如，当在倾斜的多个光束中不存在中心光束本身时。
在一些实施例中，多波束元件基本上类似于如上所述多视图背光100的多波束元件120。例如，多波束元件可以是多个多波束元件或多波束元件阵列的成员。进一步，在一些实施例中，多波束元件可以包括衍射光栅、微反射元件和微折射元件中的一个或多个。具体地，根据一些实施例，用于耦合出320被引导光的多波束元件可以包括光学地耦合到光导的衍射光栅，以衍射地耦合出320被引导光部分。例如，衍射光栅可以基本上类似于多波束元件120的衍射光栅122。在另一实施例中，多波束元件可以包括光学耦合到光导的微反射元件，以反射地耦合出320被引导光部分。例如，微反射元件可以基本上类似于如上所述相对于多波束元件120的微反射元件124。在又一个实施例中，多波束元件可以包括光学地耦合到光导的微折射元件，以折射地耦合出320被引导光部分。微折射元件可以基本上类似于如上所述多波束元件120的微折射元件126。
根据一些实施例，多波束元件的尺寸与多视图显示器的多视图像素中的视图像素的尺寸是可比的。例如，多波束元件可以大于视图像素尺寸的一半并且小于视图像素尺寸的两倍。
在一些实施例中(未示出)，多视图背光操作的方法300进一步包括通过选择一对多波束元件之间的元件间距离(例如，在多波束元件阵列中)来提供倾斜的多个光束的倾斜，该距离大于多视图显示器的对应一对多视图像素之间的像素间距离。在一些实施例中，多视图背光操作的方法300可以进一步包括通过改变沿着光导长度布置的多波束元件阵列中的多波束元件的散射特性来提供倾斜的多个光束的倾斜，该散射特性作为多波束元件阵列内的多波束元件的位置的函数。在一些实施例中，方法300包括通过选择要大于像素间距离的元件间距离以及通过改变作为沿着光导的位置的函数的多波束元件散射特性来提供倾斜的多个的倾斜。
在一些实施例中(未示出)，多视图背光操作的方法300进一步包括使用光源将光提供给光导。所提供的光可以是一个或两个在光导内具有非零传播角度的被引导光，并且根据准直因子在光导内被准直以在光导内提供被引导光的预定角度扩展。在一些实施例中，光源可以基本上类似于如上所述多视图背光100的光源130。
在一些实施例中，多视图背光操作的方法300进一步包括使用被配置为多视图显示器的多视图像素的光阀来调制330倾斜的多个光束。根据一些实施例，多个光阀或光阀阵列的光阀对应于多视图像素的视图像素。也就是说，例如，多波束元件可以具有对于光阀的尺寸可比的尺寸或者多个光阀之间的中心到中心的间隔。根据一些实施例，多个光阀可以基本上类似于如上所述相对于图3A-3C和多视图背光100的光阀108的阵列。具体地，不同组光阀可以以如上所述类似于第一和第二光阀组108a、108b与不同多视图像素106的对应的方式对应于不同的多视图像素。进一步，由于光阀108对应于图3A-3C的以上参考讨论中的子像素106'，光阀阵列的各个光阀可以对应于多视图像素的视图像素。
因此，已经描述了多视图背光、多视图背光操作的方法以及具有包括视图像素的多视图像素的多视图显示器的示例和实施例。多视图背光、方法和多视图显示器采用多波束元件来提供对应于多视图图像的多个不同视图的光束。应该理解的是，上述示例仅仅是说明表示在本文中描述的原理的许多具体示例中的一些示例。显然，本领域的技术人员可以容易地设计出许多其他布置而不偏离由以下权利要求限定的范围。

Claims (25)

1.一种多视图背光，包括：
光导，其被配置为引导光；以及
多波束元件阵列，其沿着所述光导的长度彼此间隔开，所述阵列的每个多波束元件被配置为从所述光导中耦合出被引导光的一部分作为具有不同主角度方向的倾斜的多个光束，所述不同主角度方向对应于多视图显示器的多个视图的相应的不同视图方向，
其中，所述倾斜的多个光束具有朝向所述多视图显示器的观看区域的中心的倾斜以提供会聚视图，倾斜的多个光束的中心轴通过所述倾斜配置，以与所述观看区域中心相交。
2.根据权利要求1所述的多视图背光，其中，所述多波束元件阵列的多波束元件相对于所述多视图显示器的对应多视图像素的位置的横向偏移被配置为提供所述倾斜的多个光束朝向所述观看区域中心的所述倾斜，由所述多波束元件阵列的一对多波束元件之间的元件间距离提供的偏移大于所述多视图显示器的对应一对多视图像素之间的像素间距离。
3.根据权利要求2所述的多视图背光，其中，所述多波束元件阵列的每个多波束元件具有被配置为将所述倾斜的多个光束进一步朝向所述观看区域中心倾斜的对应的散射特性，所述多波束元件的所述对应散射特性作为沿着所述光导长度在阵列内的每个多波束元件的位置的函数改变。
4.根据权利要求3所述的多视图背光，其中，所述多波束元件包括衍射光栅和所述对应的散射特性，并且所述对应的散射特性包括由衍射特征的间隔提供的衍射散射特性，所述衍射特性的间隔作为跨越所述衍射光栅的距离的函数而改变。
5.根据权利要求1所述的多视图背光，其中，所述多视图显示器的多个视图的不同视图具有所述观看区域内的相应视图位置，所述倾斜的多个光束的光束对应于由所述倾斜配置的每个不同视图，以与所述相应视图位置处的所述观看区域相交以提供所述会聚视图。
6.根据权利要求1所述的多视图背光，其中，所述多波束元件的尺寸与所述多视图显示器的视图像素的尺寸是可比的，所述多波束元件在所述视图像素尺寸的百分之五十和百分之二百之间。
7.根据权利要求1所述的多视图背光，其中，所述多波束元件包括衍射光栅，所述衍射光栅被配置为衍射地耦合出所述被引导光的一部分作为所述倾斜的多个光束。
8.根据权利要求7所述的多视图背光，其中，所述衍射光栅包括多波束衍射光栅。
9.根据权利要求1所述的多视图背光，其中，所述多波束元件包括微反射元件和微折射元件中的一个或两个，所述微反射元件被配置为反射地耦合出所述被引导光的一部分，所述微折射元件被配置为折射地耦合出所述被引导光的一部分。
10.根据权利要求1所述的多视图背光，进一步包括光学地耦合到所述光导的输入的光源，所述光源被配置为提供所述被引导光。
11.根据权利要求10所述的多视图背光，其中，所述被引导光由所述光源提供，所述光源具有非零传播角度和根据预定准直因子被准直的一个或两个。
12.一种多视图显示器，包括权利要求1所述的多视图背光，所述多视图显示器进一步包括被配置为调制所述倾斜的多个光束的光束的光阀阵列，所述阵列的光阀对应于视图像素，并且光阀阵列的一组光阀对应于所述多视图显示器的所述多视图像素。
13.一种多视图显示器，包括：
多视图像素阵列，其被配置为提供所述多视图显示器的多个不同视图作为会聚视图，多视图像素包括多个光阀，所述多个光阀被配置为调制具有与所述不同视图的视图方向对应的不同主角度方向的倾斜多个光束；
光导，其被配置为引导光；以及
多波束元件阵列，所述多波束元件阵列的每个多波束元件被配置为耦合出所述被引导光的一部分作为所述倾斜的多个光束，
其中，所述倾斜的多个光束的倾斜被配置为将所述倾斜的多个光束的中心轴引导朝向所述多视图显示器的观看区域的中心。
14.根据权利要求13所述的多视图显示器，其中，大于所述多视图显示器的对应一对多视图像素之间的像素间距离的一对多波束元素之间的元素间距离被配置为提供所述倾斜多个光束的所述倾斜。
15.根据权利要求14所述的多视图显示器，其中，作为所述多波束元件阵列内的所述多波束元件的位置的函数而改变的每个所述多波束元件的散射特性进一步被配置为提供所述倾斜的多个光束的倾斜。
16.根据权利要求13所述的多视图显示器，其中，所述多波束元件大于多个光阀的光阀的尺寸的一半且小于所述光阀尺寸的两倍。
17.根据权利要求13所述的多视图显示器，进一步包括被配置为提供要由所述光导引导的光的光源，所述被引导光具有非零传播角并且根据准直因子被准直以提供所述光导内的被引导光的预定角展扩展。
18.根据权利要求13所述的多视图显示器，其中，所述多波束元件包括衍射光栅、光学连接到所述光导以耦合出所述被引导光的一部分的微折射元件和微反射元件中的一个。
19.一种包括权利要求13所述的多视图显示器的移动设备，其中，所述移动设备是移动电话、汽车显示控制台、移动计算机、平板计算机或手表中的一种。
20.一种多视图背光操作的方法，所述方法包括：
沿着光导的长度沿传播方向引导光；以及
使用多波束元件将被引导光的一部分耦合出所述光导，以提供具有不同主角度方向的倾斜的多个光束，所述不同主角度方向对应于多视图显示器的相应的不同视图方向，
其中，所述倾斜的多个光束具有朝向所述多视图显示器的观看区域的中心的倾斜以提供会聚视图，倾斜的多个光束的中心轴通过所述倾斜配置以与所述观看区域中心相交。
21.根据权利要求20所述的多视图背光操作的方法，其中，所述多波束元件的尺寸与所述多视图显示器的多视图像素中的子像素的尺寸是可比的。
22.根据权利要求20所述的多视图背光操作的方法，其中，所述多波束元件包括光学地耦合到所述光导的衍射光栅，以衍射地耦合出所述被引导光部分。
23.如权利要求20所述的多视图背光操作的方法，进一步包括通过选择一对多波束元件之间的元件间距离，或者通过选择更大的元件间距离并且改变沿着所述光导长度布置的多波束元件阵列中的多波束元件的散射特性来提供所述倾斜的多个光束的所述倾斜，所述一对多波束元件之间的元件间距离大于所述多视图显示器的对应一对多视图像素之间的像素间距离，所述多波束元件的散射特性作为所述多波束元件阵列内的所述多波束元件的位置的函数改变。
24.根据权利要求20所述的多视图背光操作的方法，进一步包括使用光源将光提供给所述光导，所提供的光是所述被引导光，所述被引导光具有在所述光导内的非零传播角度并且根据准直因子被准直以提供所述被引导光的预定角展扩展中的一个或两个。
25.根据权利要求20所述的多视图背光操作的方法，进一步包括使用多个光阀来调制所述倾斜的多个光束的光束，所述多个光阀被配置作为所述多视图显示器的多视图像素。
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