CN109154430A - 基于衍射多束元件的背光体 - Google Patents

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Abstract

衍射多视图背光体和多视图显示器采用包括多个衍射光栅的衍射多束元件阵列，其中衍射光栅被配置为提供多个具有不同主角方向的光束，该不同主角方向对应于多视图显示器的不同视图方向。显示器包括具有子像素的多视图像素。阵列中的衍射多束元件的尺寸与多视图显示器的多视图像素中的子像素的尺寸相当。

Description

基于衍射多束元件的背光体
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年5月23日提交的美国临时专利申请序列号为62/340,505的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
关于联邦赞助研究或开发的声明
无
背景技术
电子显示器是用于向各种设备和产品的用户传递信息的几乎无处不在的介质。最常用的电子显示器包括阴极射线管(CRT)、等离子体显示板(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)以及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)。一般来说，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，调制由另一个源所提供的光的显示器)。有源显示器的最常见的例子是CRT、PDP和OLED/AMOLED。当考虑发射的光时，典型地被分类为无源的显示器的是LCD和EP显示器。无源显示器虽然常常展现出包括但不限于固有的低能耗的引人注目的性能特征，但由于缺乏发光能力而在许多实际应用中使用受到一些限制。
为了克服无源显示器与发射的光相关联的限制，许多无源显示器与外部光源耦合。耦合的光源可以允许这些在其他情况下是无源的显示器发光并且实质上充当有源显示器。这样的耦合光源的示例是背光体(backlight)。背光体可以被放置于在其他情况下是无源的显示器的后面作为光源(通常是平板背光体)以照射无源显示器。例如，背光体可以耦合到LCD或EP显示器。背光体发出穿过LCD或EP显示器的光。发出的光由LCD或EP显示器进行调制，然后进而从LCD或EP显示器发出调制光。背光体常常被配置为发出白光。然后使用滤色器将白光转换为显示器中所用的各种颜色。例如，滤色器可以置于LCD或EP显示器的输出处(较不常见)或背光体和LCD或EP显示器之间。
附图说明
参照结合附图的以下详细描述，可更容易理解根据这里描述的原理的示例和实施例的各种特征，图中相同的数字表示相同的结构元件，其中：
图1A示出了根据与这里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示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的光束的角分量的图形表示，该光束具有与示例中的多视图显示器的视图方向对应的特定主角方向。
图2示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的衍射光栅的横截面视图。
图3A示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的衍射多视图背光体的横截面视图。
图3B示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的衍射多视图背光体的平面视图。
图3C示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的衍射多视图背光体的透视图。
图4A示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的包括衍射多束元件的衍射多视图背光体的一部分的横截面视图。
图4B示出了根据与这里描述的原理一致的另一个实施例的示例中的包括衍射多束元件的衍射多视图背光体的一部分的横截面视图。
图5A示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多个衍射光栅的一部分的横截面视图。
图5B示出了根据与这里描述的原理一致的另一个实施例的示例中的多个衍射光栅的一部分的横截面视图。
图5C示出了根据与这里描述的原理一致的又一个实施例的示例中的多个衍射光栅的一部分的横截面视图。
图6A示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的衍射多束元件的多个衍射光栅的横截面视图。
图6B示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的图6A所示的多个衍射光栅的平面视图。
图7示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的一对衍射多束元件的平面视图。
图8示出了根据与这里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示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光体的操作方法的流程图。
一些示例和实施例具有作为上述引用的附图中所示特征的补充和替代之一的其他特征。下面参考上面引用的附图详细说明这些和其他特征。
具体实施方式
与这里描述的原理一致的示例和实施例提供多视图或三维(3D)显示器和应用于多视图显示器的衍射多视图背光体。具体地，与这里描述的原理一致的实施例提供了采用被配置为提供具有多个不同主角方向的光束的衍射多束元件的阵列的衍射多视图背光体。根据各种实施例，衍射多束元件每个包括多个衍射光栅。此外，根据各种实施例，衍射多束元件相对于多视图显示器中的多视图像素的子像素确定大小，并且也可以以与多视图显示器中的多视图像素的间隔对应的方式彼此间隔开。根据各种实施例，由衍射多视图背光体的衍射多束元件提供的光束的不同主角方向与多视图显示器各不同视图的不同方向对应。
这里“多视图显示器”被定义为被配置为提供在不同视图方向上的多视图图像的不同视图的电子显示器或显示器系统。图1A示出了根据与这里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包括用以显示要观看的多视图图像的屏幕12。多视图显示器10以相对于屏幕12的不同视图方向16来提供多视图图像的不同视图14。视图方向16被示出为以各种不同主角方向从屏幕12延伸的箭头；不同视图14被示出为在箭头(即，描绘视图方向16)的终止处的阴影多边形框；并且全部以示例而非限制性的方式仅示出了四个视图14和四个视图方向16。注意，尽管图1A中所示的不同视图14在屏幕上方，但是当多视图图像被显示在多视图显示器10上时，视图14实际上出现在屏幕12上或其附近。将视图14描绘为在屏幕12上方仅仅是为了简化说明，并且意在表示从与特定视图14对应的相应一个视图方向16来观看多视图显示器10。
通过这里的定义，视图方向或等效地具有与多视图显示器的视图方向对应的方向的光束通常具有由角分量{θ，φ}给出的主角方向。角分量θ这里指光束的“仰角分量”或“仰角”。角分量φ指光束的“方位角分量”或“方位角”。通过定义，仰角θ是位于垂直平面(例如，与多视图显示器屏幕的平面垂直)中的角，而方位角φ是位于水平平面(例如，与多视图显示器屏幕平面平行)中的角。图1B示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的光束20的角分量{θ，φ}的图形表示，其中光束20具有与示例中的多视图显示器视图方向(例如，图1A中的视图方向16)对应的特定主角方向。此外，通过这里的定义，光束20从特定点发射或放射。即，通过定义，光束20具有与多视图显示器内的特定原点关联的中心光线。图1B也示出了光束(或视图方向)原点O。
此外，在这里，在术语“多视图图像“和“多视图显示器”中使用的术语“多视图”被定义为表示不同透视图或包括多个视图的视角之间的角度视差的多个视图。此外，通过这里的定义，术语“多视图”明确包含多于两个的视图(即，最少三个视图且通常多于三个视图)。这样，当在这里采用时，“多视图显示器”明显不同于仅包括两个不同视图来表示场景或图像的立体显示器。然而注意，尽管多视图图像和多视图显示器包括两个以上的视图，但通过这里的定义，通过一次仅选择观看多视图的视图中的两个(例如，每只眼睛一个视图)，可以作为立体图像对来观看多视图图像(例如在多视图显示器上)。
这里，“多视图像素”被定义为表示多视图显示器的多个不同视图的每个视图中的“视图”像素的一组子像素。具体地，多视图像素可以具有对应于或表示多视图图像的每个不同视图中的视图像素的各个子像素。此外，通过这里的定义，多视图像素的子像素是所谓的“定向像素”，因为每个子像素与不同视图中相应一个视图的预定视图方向相关联。此外，根据各种示例和实施例，由多视图像素的子像素表示的不同视图像素在不同视图的每个内可以具有相等的或至少基本相似的位置或坐标。例如，第一多视图像素在多视图图像的不同视图的每个内可以具有与位于{x1,y1}的视图像素对应的各个子像素，而第二多视图像素在不同视图的每个内可以具有与位于{x2,y2}的视图像素对应的各个子像素，等等。
在某些实施例中，多视图像素中的子像素的数量可以等于多视图显示器的不同视图的数量。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)个子像素。在另一个示例中，多视图显示器可以提供八乘四的视图阵列(即，32个视图)，并且多视图像素可包括三十二(32)个子像素(即，每个视图1个)。另外，每个不同的子像素可具有相关联的方向(例如，光束主角方向)，其例如对应于与64个不同视图对应的不同视图方向之一。此外，根据一些实施例，多视图显示器的多视图像素的数量可以基本等于多视图显示器视图中的“视图”像素(即，组成所选择的视图的像素)的数量。例如，如果视图包括六百四十乘四百八十个视图像素(即，640×480的视图分辨率)，则多视图显示器可以具有三十万七千二百(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，多视图显示器可以具有总共一万(即，100×100＝10,000)个多视图像素。
这里“，光导”被定义为采用全内反射来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透明的芯。在各种示例中，术语“光导”通常指电介质光波导，其采用全内反射来在光导的电介质材料和围绕光导的材料或介质之间的界面处引导光。根据定义，全内反射的条件是光导的折射率大于与光导材料表面相邻的周围介质的折射率。在一些实施例中，除了上述折射率差之外或取而代之，光导可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。光导可以是几种光导中的任何一种，包括但不限于板或片光导和条带光导中的一个或两个。
另外，在这里，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薄片，其有时被称为“片”光导。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。此外，通过这里定义，顶表面和底表面两者彼此分离并且可以至少在不同的意义上基本相互平行。也就是说，在板光导的任意不同的小区域内，顶表面和底表面基本平行或共面。
在一些实施例中，板光导可以基本上是平坦的(即，局限于平面内)，并且因此，板光导是平面光导。在其他实施例中，板光导可以在一个或两个正交的维度中弯曲。例如，板光导可以在单个维度中弯曲以形成圆柱形的板光导。然而，任何弯曲都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。
这里，“衍射光栅”被广义地定义为被布置以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，可以按周期性方式或准周期性方式布置多个特征。在其他示例中，衍射光栅可以是包括多个衍射光栅的混合周期衍射光栅，其中多个衍射光栅中的每个衍射光栅具有不同的周期性的特征布置。此外，衍射光栅可以包括以一维(1D)阵列布置的多个特征(例如，材料表面中的多个沟槽或背脊)。或者，衍射光栅可以包括特征的二维(2D)阵列或以二维定义的特征阵列。例如，衍射光栅可以是材料表面上的凸起或其中的孔的2D阵列。在一些示例中，衍射光栅可以在第一方向或维度中是基本周期性的，并且在穿过或沿着衍射光栅的另一个方向上是基本非周期性的(例如，恒定的、随机的，等等)。
这样，并且通过这里的定义，“衍射光栅”是提供入射到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、并因此被称作“衍射耦合”，因为衍射光栅可以通过衍射将光耦合出光导。衍射光栅也通过衍射(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到衍射光栅上的光(即，入射光)的传播方向不同的传播方向。这里，衍射导致的光传播方向的改变被称为“衍射重定向”。因此，衍射光栅可以被理解为包括衍地重定向入射到衍射光栅上的光的衍射特征的结构，并且如果光从光导入射，则衍射光栅也可以衍射地耦合出来自光导的光。
此外，通过这里的定义，衍射光栅的特征被称作“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中的一个或多个。例如，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意一种，包括但不限于在表面处、表面中和表面上的沟槽、背脊、孔和凸起中的一个或多个。例如，衍射光栅可以包括在材料表面中的多个基本平行的沟槽。在另一个示例中，衍射光栅可以包括从材料表面上升出的多个平行的背脊。衍射特征(例如，沟槽、背脊、孔、凸起等)可以具有提供衍射的各种横截面形状或轮廓的任意一种，包括但不限于正弦曲线轮廓、矩形轮廓(例如，二元衍射光栅)、三角形轮廓和锯齿形轮廓(例如，闪耀光栅)中的一个或多个。
根据这里描述的各种示例，衍射光栅(例如，下面描述的衍射多束元件的衍射光栅)可以用于将光以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或由其提供的衍射角θm可由等式(1)给出：
其中，λ是光的波长，m是衍射级次，n是光导的折射率，d是衍射光栅特征之间的距离或间距，θi是光在光栅上的入射角。为了简化，等式(1)假定衍射光栅邻近光导的表面且光导外部的材料的折射率等于1(即，nout＝1)。通常，衍射级次m被给出为整数(即，m＝±1，±2，…)。衍射光栅产生的光束的衍射角θm可由等式(1)给出。当衍射级次等于一(即，m＝1)时，提供第一级衍射或更具体地是第一级衍射角θm。
图2示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的衍射光栅30的横截面视图。例如，衍射光栅30可位于光导40的表面上。此外，图2示出了以入射角θi入射到衍射光栅30上的光束20。光束20是光导40内的被引导光束。图2还示出了作为入射光束20的衍射结果的、由衍射光栅30衍射产生并耦合出的耦合输出光束50。耦合输出光束50具有由等式(1)给出的衍射角θm(或这里的“主角方向”)。例如，耦合输出光束50可以对应于衍射光栅30的衍射级次“m”。
此外，根据一些实施例，衍射特征可以是弯曲的并且还可以具有相对于光的传播方向的预定取向(例如，倾斜或旋转)。例如，衍射特征的弯曲和衍射特征的取向中的一个或两者可以被配置为控制由衍射光栅耦合出的光的方向。例如，耦合输出光的主角方向可以是衍射特征在光入射到衍射光栅上的点处相对于入射光的传播方向的角度的函数。
通过这里的定义，“多束元件”是产生包含多个光束的光的背光体或显示器的结构或元件。通过定义，“衍射”多束元件是通过或采用衍射耦合来产生多个光束的多束元件。具体地，在一些实施例中，衍射多束元件可以被光耦合到背光体的光导上，以通过以衍射耦合出在光导内引导的光的一部分来提供多个光束。此外，通过这里的定义，衍射多束元件包括多束元件的边界或范围内的多个衍射光栅。通过这里的定义，多束元件产生的多个光束(或“光束组(light beam plurality)”)中的光束具有彼此不同的主角方向。具体地，通过定义，光束组中的光束具有不同于该光束组中另一个光束的预定主角方向。根据各种实施例，衍射多束元件的衍射光栅中的衍射特征的间距或光栅间隔可以是子波长(即，小于被引导光的波长)。
根据各种实施例，光束组可表示光场。例如，光束组可以被限制在基本上为锥形的空间区域内，或者具有包括光束组内的光束的不同主角方向的预定角展度。这样，组合的光束(即，光束组)的预定角展度可以代表光场。
根据各种实施例，光束组中的各种光束的不同主角方向由以下特性决定，包括但不限于衍射多束元件沿“光栅间隔”的尺寸(例如，长度、宽度、面积等中的一个或更多)或衍射特征间距以及衍射多束元件内衍射光栅的取向。在一些实施例中，通过这里的定义，衍射多束元件可被认为是“扩展点光源”，即跨越衍射多束元件的范围分布的多个点光源。此外，通过这里的定义，衍射多束元件产生的光束具有由角分量{θ，φ}表示的主角方向，如上面参照图1B所描述的。
这里，“准直器”被定义为被配置为准直光的基本上任何光学设备或装置。例如，准直器可以包括但不限于准直镜或反射器、准直透镜或其各种组合。在一些实施例中，包括准直反射器的准直器可以具有以抛物线曲线或形状为特征的反射表面。在另一个示例中，准直反射器可以包括变形的抛物线反射镜。“变形的抛物线”是指该变形的抛物线反射器的弯曲反射面以被确定为达到预定反射特性(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面形状的表面(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，具有基本上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以包括基本上不连续的表面，例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，准直器提供的准直量可以从一个实施例到另一个实施例以预定程度或数量变化。此外，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)中的一个或两个上提供准直。也就是说，根据一些实施例，准直器可以包括在两个正交方向中的一个或两个上提供光准直的形状。
这里，以σ表示的“准直因子”被定义为光被准直的程度。具体地，通过这里的定义，准直因子定义准直光束内的光线的角展度。例如，准直因子σ可以指定准直光束中的多数光线在特定的角展度内(例如，关于准直光束的中心或主角方向+/-σ度)。根据一些示例，准直光束的光线可以在角度方面具有高斯分布，并且角展度可以是在准直光束的峰值强度的一半处确定的角度。
这里，“光源”被定义为光的来源(例如，被配置为产生并发射光的光学发射器)。例如，光源可以包括光学发射器，如发光二极管(LED)，其在激或或开启时发射光。具体地，这里，光源可以基本上是任何光源或者基本上包括任何光学发射器，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、基于等离子体的光学发射器、荧光灯、白炽灯以及几乎任何其他光源中的一个或多个。光源产生的光可以具有颜色(即，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学发射器。例如，光源可以包括一套或一组光学发射器，其中至少一个光学发射器产生具有与由该套或该组中的至少一个其他光发射器产生的光的颜色或波长不同的颜色或等效波长的光。例如，不同的颜色可以包括原色(例如，红、绿、蓝)。
此外，如这里所用的，冠词“一”意为具有其在专利领域中的通常含义，即“一个或多个”。例如，“一个元件”意为一个或多个元件，并且因此“所述元件”这里意为“所述元件(或多个)”。此外，这里对“顶”、“底”、“上面”、“下面”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”的任何提及这里无意成为限制。这里，术语“大约”在被应用于值时，通常表示在用于产生该值的设备的容差范围之内，或者可以表示正负10％、或正负5％、或正负1％，除非另有明确规定。此外，如这里所用的，术语“基本”意味着大部分或几乎全部或全部或在约51％至约100％的范围内的量。此外，这里的示例意图仅是说明性的，并且是为了讨论的目的而呈现的，而不是当作限制。
根据这里描述的原理的一些实施例，提供了衍射多视图背光体。图3A示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的衍射多视图背光体100的横截面视图。图3B示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的衍射多视图背光体100的平面视图。图3C示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的衍射多视图背光体100的透视图。图3C中的透视图以局部剖视图示出，以便于仅在这里讨论。
图3A-3C中示出的衍射多视图背光体100被配置为提供具有彼此不同的主角方向(例如，作为光场)的多个耦合输出光束102。具体地，根据各种实施例，所提供的多个耦合输出光束102以与多视图显示器的各个视图方向对应的不同主角方向、被衍射耦合出衍射多视图背光体100并远离衍射多视图背光体100。在一些实施例中，耦合输出光束102可以被调制(例如，使用光阀，如下所述)，以便于显示具有三维(3D)内容的信息。图3A-3C还示出了包含子像素106'的多视图像素106和光阀阵列108，下面将对其进一步详细描述。
如图3A-3C所示，衍射多视图背光体100包括光导110。光导110被配置为沿光导110的长度来引导光，作为被引导光104(即，被引导光束104)。例如，光导110可以包括被配置为光波导的电介质材料。电介质材料可以具有第一折射率，其大于围绕电介质光波导的介质的第二折射率。例如，折射率的差被配置为便于根据光导110的一个或多个引导模式对被引导光104进行全内反射。
在一些实施例中，光导110可以是片或板光波导(即，板光导)，包括延伸的、基本上平坦的光学透明电介质材料薄片。基本上平坦的电介质材料薄片被配置为采用全内反射来引导被引导光束104。根据各种示例，光导110的光学透明材料可以包括各种电介质材料中的任意一种或由各种电介质材料中的任意一种组成，电介质材料包括但不限于各种类型的玻璃(例如，石英玻璃、碱铝硅酸盐玻璃、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)中的一种或多种。在一些实施例中，光导110还可以包括在光导110的至少一部分表面(例如，顶面和底面的一个或两个)上的涂覆层(未示出)。根据一些示例，涂覆层可用于进一步促进全内反射。
此外，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)之间以非零传播角引导被引导光束104。具体地，被引导光束104通过以非零传播角在光导110的第一表面110'和第二表面110”之间反射或“反弹”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以不同的颜色特定非零传播角中的相应一个来引导。注意，为了简化说明，图3A-3C中未示出非零传播角。然而，描绘传播方向103的粗箭头示出了被引导光104沿图3A中光导长度的一般传播方向。
如在这里定义的，“非零传播角”是相对于光导110的表面(例如，第一表面110'和第二表面110”)的角度。此外，根据各种实施例，非零转播角大于零且小于光导110内的全内反射的临界角。例如，被引导光束104的非零传播角可以在大约十(10)度到大约五十(50)度之间，或者在一些示例中，在大约二十(20)度到大约四十(40)度之间，或者在大约二十五(25)度到大约三十五(35)度之间。例如，非零传播角可以是大约三十(30)度。在其他示例中，非零传播角可以是大约20度、或大约25度、或大约35度。此外，只要选择特定的非零传播角小于光导110内的全内反射的临界角，则可以为特定的实施方式选择(例如，任意地)特定的非零传播角。
光导110中的被引导光束104可以以非零传播角(例如，大约30-35度)被引入或耦合到光导110中。在一些示例中，耦合结构，例如但不限于透镜、反射镜或类似的反射器(例如，倾斜准直反射器)、衍射光栅和棱镜(未示出)以及其各种组合可以促进以非零传播角将光耦合到光导110的输入端，作为被引导光束104。在其他示例中，可以在没有或基本上不使用耦合结构的情况下将光直接引入到光导110的输入端(即，可以采用直接或“对接”耦合)。一旦被耦合到光导110中，则被引导光束104被配置为以通常远离输入端的方向103(例如，图3A中示出的沿着x轴指向的粗箭头)沿着光导110传播。
此外，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或等效的被引导光束104可以是准直光束。这里，“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，被引导光束104)内基本上彼此平行的光束。此外，根据这里的定义，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，衍射多视图背光体100可以包括准直器，例如透镜、反射器或反射镜，如上所述，(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束104。在各种实施例中，被引导光束104可以根据或具有准直因子σ进行准直。
在一些实施例中，光导110可以被配置为“回收”被引导光104。具体地，已经沿着光导长度被引导的被引导光104可以沿着该长度以与传播方向103不同的另一个传播方向103'被重定向回来。例如，光导110可以包括在光导110的与邻近光源的输入端相对的一端的反射器(未示出)。反射器可以被配置为将被引导光104反射回输入端，作为回收的被引导光。在一些实施例中，代替光回收或除了光回收(例如，使用反射器)，另一光源可以在另一个传播方向103'上提供被引导光104。通过使被引导光可用一次以上，例如，到达衍射多束元件，回收被引导光104和使用另一光源以提供具有另一个传播方向103'的被引导光104中的一者或两者可以增加衍射多视图背光体100的亮度(例如，增加耦合输出光束102的强度)，如下所述。
在图3A中，指示回收的被引导光的传播方向103'的粗箭头(例如，指向负x方向)示出了光导110内的回收的被引导光的一般传播方向。替代地(例如，与回收被引导光相反)，可以通过将光引入具有另一传播方向103'的光导110来提供在另一传播方向103'上传播的被引导光104(例如，除了具有传播方向103的被引导光104之外)。
如图3A-3C所示，衍射多视图背光体100还包括沿光导长度彼此间隔开的多个衍射多束元件120。具体地，多个衍射多束元件120通过有限空间彼此分开，并且沿光导长度表示单独的、不同的元件。也就是说，通过这里的定义，多个衍射多束元件120根据有限(即，非零)的元件间距离(例如，有限的中心到中心距离)彼此间隔开。此外，根据一些实施例，多个衍射多束元件120通常不交叉、重叠或以其他方式彼此接触。也就是说，多个衍射多束元件120中的每个衍射多束元件120通常是不同的，并且与衍射多束元件120中的其他衍射多束元件分离。
根据一些实施例，可以以一维(1D)阵列或二维(2D)阵列来布置多个衍射多束元件120。例如，衍射多束元件120可以被布置成线性1D阵列。在另一示例中，衍射多束元件120可以被布置成矩形2D阵列或圆形2D阵列。此外，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，衍射多束元件120之间的元件间距离(例如，中心到中心距离或间距)可以是跨阵列而基本均匀或恒定的。在其他示例中，衍射多束元件120之间的元件间距离可以跨阵列和沿光导110的长度中的一个或两个而改变。
根据各种实施例，多个衍射多束元件120包括多个衍射光栅，其中多个衍射光栅被配置为耦合输出被引导光104的一部分作为多个耦合输出光束102。具体地，根据各种实施例，被引导光部分通过使用衍射耦合由多个衍射光栅耦合输出。图3A和图3C将耦合输出光束102示出为被描绘为从光导110的第一(或前)表面110'定向离开的多个发散箭头。此外，根据各种实施例，衍射多束元件120的尺寸与多视图显示器的多视图像素106的子像素106'的尺寸相当，如上文所定义并在下面进一步描述的。为了便于讨论的目的，在图3A-3C中多视图像素106'与衍射多视图背光体100一起示出。这里，可以以各种方式中的任意一种来定义“尺寸”，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，且衍射多束元件120的相当的尺寸也可以是衍射多束元件120的长度。在另一个示例中，尺寸可以指面积，使得衍射多束元件120的面积可以与子像素106'的面积相当。
在一些实施例中，衍射多束元件120的尺寸与子像素尺寸相当，使得衍射多束元件尺寸在子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，如果衍射多束元件尺寸被表示为“s”且子像素尺寸被表示为“S”(例如，如图3A所示)，则衍射多束元件尺寸s可以由下式给出：
在其他示例中，衍射多束元件的尺寸在大于子像素尺寸的大约百分之六十(60％)、或大于子像素尺寸的大约百分之七十(70％)、或大于子像素尺寸的大约百分之八十(80％)、或大于子像素尺寸的大约百分之九十(90％)并且小于子像素尺寸的大约百分之一百八十(180％)、或小于子像素尺寸的大约百分之一百六十(160％)、或小于子像素尺寸的大约百分之一百四十(140％)、或小于子像素尺寸的大约百分之一百二十(120％)的范围内。例如，根据“相当的尺寸”，衍射多束元件尺寸可以在子像素尺寸的大约百分之七十五(75％)到大约百分之一百五十(150％)之间。在另一个示例中，衍射多束元件120的尺寸可以与子像素106'的尺寸相当，其中衍射多束元件尺寸在子像素尺寸的大约百分之一百二十五(125％)到大约百分之八十五(85％)之间。根据一些实施例，可以选择衍射多束元件120和子像素106'的相当的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。此外，可以选择衍射多束元件120和子像素106'的相当的尺寸以减少并在一些示例中最小化多视图显示器的视图(或视图像素)之间的重叠。
图3A-3C还示出了光阀阵列108，其被配置为调制多个耦合输出光束中的耦合输出光束102。例如，光阀阵列可以是采用衍射多视图背光体100的多视图显示器的一部分，并且在这里为了便于讨论的目的，光阀阵列在图3A-3C中与衍射多视图背光体100一起示出。在图3C中，仅用于讨论目的，光阀阵列108被部分切除，以允许光阀阵列下方的光导110和衍射多束元件120的可视化。
如图3A-3C所示，具有不同主角方向的耦合输出光束102中的不同耦合输出光束从光阀阵列中的不同光阀108通过并可以被其调制。此外，如图所示，阵列中的光阀108与多视图像素108的子像素106'对应，且一组光阀108与多视图显示器的多视图像素106对应。具体地，光阀阵列的不同组光阀108被配置为从衍射多束元件120的相应一个接收和调制耦合输出光束102，也就是说，对于每个衍射多束元件120，存在一组唯一的光阀108，如图所示。在各种实施例中，可采用不同类型的光阀作为光阀阵列的光阀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。
如图3A所示，第一光阀组108a被配置为接收和调制来自第一衍射多束元件120a的耦合输出光束102。此外，第二光阀组108b被配置为接收和调制来自第二衍射多束元件120b的耦合输出光束102。因此，光阀阵列中的每个光阀组(例如，第一和第二光阀组108a、108b)分别与不同的衍射多束元件120(例如，元件120a、120b)和不同的多视图像素106二者对应，其中光阀组的各个光阀108与相应多视图像素106的子像素106'对应，如图3A所示。
注意，如图3A所示，多视图像素106的子像素106'的尺寸可以与光阀阵列中的光阀108的尺寸对应。在其他示例中，子像素的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之间的中心到中心距离。例如，子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对应的尺寸。
在一些实施例中，衍射多束元件120和对应的多视图像素106(即，子像素组106'和对应的光阀组108)之间的关系可以是一对一关系。也就是说，可以存在相等数量的多视图像素106和衍射多束元件120。图3B通过示例的方式明确示出了一对一关系，其中包括不同光阀组108(和对应的子像素106')的每个多视图像素106被示为被虚线环绕。在其他实施例中(未示出)，多视图像素106的数量和衍射多束元件120的数量可以彼此不同。
在一些实施例中，多个衍射多束元件中的一对衍射多束元件120之间的元件间距离(例如，中心到中心距离)可以等于例如由光阀组表示的对应的一对多视图像素106之间的像素间距离(例如，中心到中心距离)。例如，如图3A所示，第一衍射多束元件120a和第二衍射多束元件120b之间的中心到中心距离d基本上等于第一光阀组108a和第二光阀组108b之间的中心到中心距离D。在其他实施例中(未示出)，一对衍射多束元件120与对应的光阀组的相对中心到中心距离可以不同，例如，衍射多束元件120可以具有大于或小于表示多视图像素106的光阀组之间的间距(即，中心到中心距离D)中的一个的元件间距离(即，中心到中心距离d)。
在一些实施例中，衍射多束元件120的形状类似于多视图像素106的形状，或等效类似于与多视图像素106对应的光阀组108的组(或“子阵列”)的形状。例如，衍射多束元件120可以具有正方形形状，且多视图像素106(或对应的光阀组108的布置)可以基本上是正方形的。在另一个示例中，衍射多束元件120可以具有矩形形状，即，可以具有大于宽度或横向尺寸的长度或纵向尺寸。在该示例中，与衍射多束元件120对应的多视图像素106(或等效地，光阀组108的布置)可以具有类似矩形形状。图3B示出了正方形形状的衍射多束元件120以及对应的包括正方形光阀组108的正方形形状的多视图像素106的俯视图或平面图。在其他示例中(未示出)，衍射多束元件120和对应的多视图像素106具有各种形状，包括或至少近似于，但不限于三角形、六边形和圆形。
此外(例如，如图3A所示)，根据一些实施例，每个衍射多束元件120被配置为将耦合输出光束102提供给一个且仅一个多视图像素106。具体地，对于一个给定的衍射多束元件120，具有与多视图显示器的不同视图对应的不同主角方向的耦合输出光束102基本上受限于单个对应的多视图像素106和其子像素106'，即，与衍射多束元件120对应的单个光阀组108，如图3A所示。这样，衍射多视图背光体100的每个衍射多束元件120提供对应的一组耦合输出光束102，其具有与多视图显示器的不同视图对应的一组不同的主角方向(即，一组耦合输出光束102包括具有与不同视图方向中的每个对应的方向的光束)。
根据各种实施例，每个衍射多束元件120包括多个衍射光栅122。衍射多视图元件120，或更具体地，衍射多束元件120的多个衍射光栅可以位于光导110的表面上、表面处或表面附近，或者位于光导表面之间。图4A示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的衍射多视图背光体100的一部分的横截面视图，该衍射多视图背光体100包括衍射多束元件120。如图4A所示，包括多个衍射光栅122的衍射多束元件120位于光导110的第一表面110'处。例如，当位于光导110的第一表面110'处时，多个光栅中的衍射光栅122可以是透射模式衍射光栅，其被配置为通过第一表面110'衍射耦合出被引导光部分作为耦合输出光束102。
图4B示出了根据与这里描述的原理一致的另一实施例的示例中的衍射多视图背光体100的一部分的横截面视图，该衍射多视图背光体100包括衍射多束元件120。如图4B所示，包括多个衍射光栅122的衍射多束元件120位于光导110的第二表面110”附近。例如，当位于第二表面110”时，多个光栅中的衍射光栅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'离开，作为衍射耦合输出光束102。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，在这里描述的一些实施例中，耦合输出光束102的主角方向可以包括由于耦合输出光束102在光导表面处离开光导110而产生的折射效应。例如，图4B通过示例而非限制的方式示出了当耦合输出光束102穿过第一表面110'处时由于折射率的改变而导致的耦合输出光束的折射(即，弯曲)。
根据一些实施例，多个衍射光栅中的衍射光栅122的衍射特征可以包括彼此间隔开的沟槽和背脊中的一个或两个。沟槽或背脊可以包括光导110的材料，例如，可以被形成在光导110的表面中。在另一个示例中，沟槽或背脊可以由除光导材料以外的材料形成，例如，光导110的表面上的另一种材料的膜或层。
在一些实施例中，多个衍射光栅中的衍射光栅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，多个衍射光栅中的衍射光栅122是啁啾衍射光栅。通过定义，“啁啾”衍射光栅是展现或具有跨越啁啾衍射光栅的范围或长度而变化的衍射特征的衍射间距(即，光栅间距)的衍射光栅。在一些实施例中，啁啾衍射光栅可以具有或展现随距离线性变化的衍射特征间距的啁啾。因此，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，啁啾衍射光栅可以展现衍射特征间距的非线性啁啾。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的但仍然是单调的方式变化的啁啾。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。也可以采用任意这些类型的啁啾的组合。
根据各种实施例，多个衍射光栅中的衍射光栅122可以以多种不同的配置来布置，以将被引导光104的一部分耦合输出作为多个耦合输出光束102。具体地，衍射多束元件120的多个衍射光栅122可以包括第一衍射光栅和第二衍射光栅。第一衍射光栅可以被配置为提供多个耦合输出光束102的第一光束，而第二衍射光栅可以被配置为提供多个耦合输出光束102的第二光束。根据各种实施例，第一和第二光束可以具有不同的主角方向。此外，根据一些实施例，多个衍射光栅122可以包括第三衍射光栅、第四衍射光栅等等，每个衍射光栅被配置为提供不同的耦合输出光束102。在一些实施例中，多个衍射光栅中的一个或多个衍射光栅122可以提供多于一个的耦合输出光束102。
此外，由衍射光栅122提供的不同的耦合输出光束102可以具有沿水平轴(例如，x方向或θ角分量)和垂直轴(例如，y方向或φ分量)而彼此不同的主角方向。对由衍射光栅122提供的各个耦合输出光束102的不同主角方向的控制可以有助于多视图显示器具有仅水平视差、全二维视差以及仅水平视差和全视差之间的变型中的一个或两个。
图5A示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多个衍射光栅122的一部分的横截面视图。图5B示出了根据与这里描述的原理一致的另一个实施例的示例中的多个衍射光栅122的一部分的横截面视图。图5C示出了根据与这里描述的原理一致的又一个实施例的示例中的多个衍射光栅122的一部分的横截面视图。图5A-5C中所示的每个多个衍射光栅122的部分可以表示图4A中所示的衍射多束元件120的多个衍射光栅122的一部分。
具体地，图5A-5C中的每幅图中的多个衍射光栅122包括第一衍射光栅122a和第二衍射光栅122b，二者组合在一起作为交错或混合周期衍射光栅122。此外，如这里所示，第一衍射光栅122a与第二衍射光栅122b的至少一部分同延(coextensive)。并且，作为示例，图5A-5C分别描绘了第一衍射光栅122a和第二衍射光栅122b。图5A-5C中的箭头指示不同地组合分离的第一和第二衍射光栅122a、122b的各种组合或结果的图示，以便实现图5A-5C中的多个衍射光栅122中的不同衍射光栅。图5A-5C中的箭头强调多个衍射光栅122明确地包括第一和第二衍射光栅122a、122b。图5A示出了根据逻辑“或”运算组合第一和第二衍射光栅122a、122b；图5B示出了根据逻辑“与”运算组合第一和第二衍射光栅122a、122b，且图5C示出了根据逻辑“异或”(XOR)运算组合第一和第二衍射光栅122a、122b。
图6A示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的衍射多束元件120的多个衍射光栅122的横截面视图。图6B示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的图6A所示的多个衍射光栅122的平面视图。例如，图6A中的横截面视图可以表示取自从左到右穿过图6B中所示的衍射光栅122的底行的横截面。如图6A和图6B所示，多个衍射光栅122包括在光导110的表面(例如，如图所示的第二表面110”)上、在衍射多束元件120内的第一衍射光栅122a和第二衍射光栅122b。例如，图6A-6B中的多个衍射光栅可以表示图4B中所示的多个衍射光栅122。此外，如图所示，第一衍射光栅122a在衍射多束元件120内独立于第二衍射光栅122b并与第二衍射光栅122b相邻。在图6A和图6B中都示出衍射多束元件120的尺寸，而在图6B中用虚线示出衍射多束元件120的边界。
根据一些实施例，在阵列的不同衍射多束元件120之间的多个衍射光栅内的衍射光栅122的差分密度可以被配置为控制由各个不同的衍射多束元件120衍射耦合出的多个耦合输出光束102的相对强度。换句话说，在这里，衍射多束元件120可以具有不同密度的衍射光栅122，且该不同密度(即，衍射光栅122的差分密度)可以被配置为控制多个耦合输出光束102的相对强度。具体地，在多个衍射光栅内具有更少衍射光栅122的衍射多束元件120可以产生具有比另一个具有相对更多衍射光栅122的衍射多束元件120更低的强度(或光束密度)的多个耦合输出光束102。例如，衍射光栅122的差分密度可以使用诸如图6B中所示的衍射多束元件120内的位置122'的位置来提供，该位置122'缺少或没有衍射光栅。
图7示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的一对衍射多束元件120的平面视图。在该衍射多束元件对的每个衍射多束元件120中，示出了不同的多个衍射光栅122。具体地，图7中的衍射多束元件对中的第一衍射多束元件120a被示出为与在衍射多束元件对中的第二衍射多束元件120b所呈现的密度相比具有更高密度的衍射光栅122。例如，如图所示，与第一衍射多束元件120a相比，第二衍射多束元件120b具有更少的衍射光栅122且更多的位置122'没有衍射光栅。在一些实施例中，第一衍射多束元件120a中的更高密度的衍射光栅122可以提供与由第二衍射多束元件120b提供的多个耦合输出光束的强度相比具有更高强度的多个耦合输出光束。根据一些实施例，由图7中所示的不同光栅密度提供的更高和更低强度的相应的多个耦合输出光束可以用于补偿光导内作为传播距离的函数的被引导光的光学强度的变化。作为示例而非限制性的，图7还示出了在衍射多束元件120a、120b内的具有弯曲衍射特征的衍射光栅122。
再次参考图3A，衍射多视图背光体100还可以包括光源130。根据各种实施例，光源130被配置为提供将在光导100内被引导的光。具体地，光源130可以位于光导110的进入表面或端部(输入端)附近。在各种实施例中，光源130可以包括基本上任何光源(例如，光学发射器)，包括但不限于发光二极管(LED)、激光器(例如，激光二极管)或其组合。在一些实施例中，光源130可以包括光学发射器，该光学发射器被配置为产生具有由特定颜色表示的窄带光谱的基本上单色的光。具体地，单色光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可以是基本上宽带的光源，其被配置为提供基本上是宽带的光或多色光。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学发射器。不同的光学发射器可以被配置为提供具有被引导光的与不同颜色的光中的每一种对应的不同的、颜色特定的、非零度传播角的光。根据各种实施例，衍射特征间距和其他衍射光栅特性(例如，衍射周期)以及相对于被引导光的传播方向的光栅取向可以与不同颜色的光对应。换句话说，例如，衍射多束元件120可以包括多个衍射光栅中的可以根据被引导光的不同颜色而定制的各种衍射光栅122。
在一些实施例中，光源130还可以包括准直器。准直器可以被配置为从光源130的一个或多个光学发射器接收基本上未准直的光。准直器还被配置为将基本上未准直的光转换为准直光。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学发射器时，准直器可以被配置为提供具有以下中的一个或二者的准直光：具有不同的、颜色特定的、非零传播角，和具有不同颜色特定的准直因子。准直器还被配置为将准直光束传送到光导110以作为被引导光104传播，如上所述。
在一些实施例中，多视图衍射背光体100被配置为对于在通过光导110与被引导的光104的传播方向103、103'正交(或基本上正交)的方向上的光基本上透明。具体地，在一些实施例中，光导110和间隔开的衍射多束元件120允许光通过第一表面110'和第二表面110”穿过光导110。由于衍射多束元件120的相对小的尺寸和衍射多束元件120的相对大的元件间距(例如，与多视图像素106的一一对应)，至少可以部分地促进透明度。此外，根据一些实施例，衍射多束元件120的衍射光栅122对于与光导表面110、110'正交传播的光也可以是基本透明的。
在示例实施方式中，衍射多视图背光体100包括在光导110的表面上以菱形配置布置的衍射多束元件120阵列，以提供多视图显示器的四乘八(4×8)视图。衍射多束元件120位于光导110的后侧或第二表面110”上，并且包括配置为反射模式衍射光栅(例如，如图4B所示)的多个衍射光栅122。多个光栅中的各个衍射光栅122通过蚀刻被形成到第二表面110”中，并且使用包含银的反射层来增强反射，该反射层被施加到光导110的第二表面110”以覆盖衍射光栅122并基本上填充其衍射特征(例如，沟槽)。在该示例实施方式中，每个衍射多束元件120包括每边大约六十微米(60μm)的正方形区域，并且平铺有十二乘十二(12×12)的所谓“单元室”阵列，每个单元室大约为五乘五微米(5μm×5μm)。进而，每个单元室可以表示衍射光栅122或缺少衍射光栅122的位置122'。在该示例中，选择实际上由多个光栅的衍射光栅122占据的单元室的数量，以调整穿过衍射多视图背光体100的各种多个耦合输出光束102的亮度一致性。注意，根据所确定的单元室占位，不包括衍射光栅122的单元室与上述位置122'对应。在这个示例实施方式中，图7所示的衍射多束元件120可以表示阵列中的一对衍射多束元件120。
此外，在该示例中，每个衍射多束元件120被配置为实现二维(2D)相位函数。具体地，2D相位函数被配置为沿x方向提供线性动量变化或“反冲(kick)”，以允许以对于预定波长的光优化的方式从光导提取被引导光部分。此外，2D相位函数提供以x方向与来自衍射多束元件120的耦合输出光束102对准的角展度。x方向的角展度可以具有正号或负号(例如，提供类似于负透镜的正面效果)。具体地，在示例中，具有正号的角展度将倾向于将被耦合出或被提取出的光束聚焦在衍射多束元件120的上方。或者，具有负号的角展度将提供发散的被提取出的光束，并且因此该被提取出的光束显得好像是从衍射多束元件120下方的点发射。2D相位函数还向来自衍射多束元件120的耦合输出光束102提供沿y方向的线性动量“反冲”和角展度。示例中的y方向的线性动量“反冲”也可以是正号或负号。此外，在示例实施方式中，线性反冲和角展度作为穿过光导110的距离的函数而增加。
根据这里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。发射的调制光束具有彼此不同的主角方向(在此也称为“不同定向的光束”)。此外，发射的调制光束可以被优先朝着多视图显示器的多个视图方向定向。在非限制性的示例中，多视图显示器可以包括具有对应数量的视图方向的四乘八(4×8)或八乘八(8×8)个视图。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，经调制的、不同定向的光束中的不同光束可以与与多视图图像相关联的不同“视图”的各个像素对应。例如，不同视图可以提供由多视图显示器显示的多视图图像中的信息的“无眼镜”(例如，自动立体)表现。
图8示出了根据与这里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方向的不同视图显示多视图图像。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)。在图8中调制光束202被示出为从多视图像素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中所示的多视图显示器包括多视图像素阵列210。阵列中的多视图像素210被配置为提供多视图显示器200的多个不同视图。根据各种实施例，阵列中的一个多视图像素210包括多个子像素，子像素被配置为调制多个光束204并产生发射的调制光束202。在一些实施例中，阵列中的多视图像素210基本上类似于包括一组子像素106'的多视图像素106，如上面参照衍射多视图背光体100的描述。此外，在一些实施例中，多视图像素210基本上类似于光阀阵列108中的一组光阀108，如上面参照衍射多视图背光体100的描述。具体地，多视图像素210的子像素可以与上述光阀108基本上相似。即，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)，且多视图像素210的子像素可以包括该组中的光阀(例如，单个光阀108)。
如图8所示，多视图显示器200还包括光导220。光导220被配置为引导光。在各种实施例中，根据全内反射，光可以被引导例如作为被引导光束。例如，光导220可以是被配置为引导来自其光输入边缘的光作为被引导光束的板光导。在一些实施例中，多视图显示器200的光导220可以基本上类似于上面参照衍射多视图背光体100描述的光导110。
根据各种实施例，图8中示出的多视图显示器200进一步包括衍射多束元件阵列230。阵列中的每个衍射多束元件230包括多个衍射光栅，衍射光栅被配置为将多个光束204提供给对应的多视图像素210。具体地，多个衍射光栅被配置为从光导衍射耦合出被引导光的一部分作为多个光束204。多个光束中的光束204具有彼此不同的主角方向。具体地，根据各种实施例，光束204的不同主角方向与多视图显示器200的不同视图中的相应视图的不同视图方向对应。
此外，根据各种实施例，衍射多束元件阵列中的衍射多束元件230的尺寸与多视图像素210中的多个子像素中的子像素的尺寸相当。例如，在一些实施例中，衍射多束元件230的尺寸可以大于子像素尺寸的一半并且小于子像素尺寸的两倍。此外，根据一些实施例，衍射多束元件阵列中的衍射多束元件230之间的元件间距离可以与多视图像素阵列中的多视图像素210之间的像素间距离对应。例如，衍射多束元件230之间的元件间距离可以基本上等于多视图像素210之间的像素间距离。在一些示例中，衍射多束元件230之间的元件间距离和多视图像素210之间的对应的像素间距离可以被定义为中心到中心距离，或者间距或距离的等效量度。
此外，在多视图像素阵列的多视图像素210和衍射多束元件阵列的衍射多束元件230之间可以存在一对一的对应。具体地，在一些实施例中，衍射多束元件230之间的元件间距离(例如，中心到中心)可以基本上等于多视图像素210之间的像素间距离(例如，中心到中心)。这样，多视图像素210中的每个子像素可以被配置为调制由对应的衍射多束元件230提供的多个光束204中的不同光束204。此外，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衍射多束元件230接收和调制光束204。
在一些实施例中，衍射多束元件阵列中的衍射多束元件230可以基本上类似于衍射多视图背光体100的衍射多束元件120，如上所述。例如，衍射多束元件230可以包括与多个衍射光栅122基本相似的多个衍射光栅，如上所述。具体地，根据各种实施例，衍射多束元件230可以被光耦合到光导220，并且被配置为从光导中耦合出被引导光的一部分来作为被提供给多视图像素阵列的对应的多视图像素210的多个光束204。
此外，在一些实施例中，衍射多束元件230的多个衍射光栅可以包括：第一衍射光栅，被配置为提供多个耦合输出光束204的第一光束；和第二衍射光栅，被配置为提供多个耦合输出光束204的第二光束。根据这些实施例，第一和第二光束可以具有彼此不同的主角方向。在一些实施例中，在衍射多束元件230内，第一衍射光栅与第二衍射光栅分离并相邻，例如，如上面参照图6A-6B所述。在其他实施例中，第一和第二衍射光栅可以基本上同延(例如，彼此叠加或交错)，如上面参照图5A-5C所述。
在这些实施例的一些中(图8中未示出)，多视图显示器200还可以包括光源。光源可以被配置为以非零传播角向光导220提供光，并且例如，在一些实施例中，所提供的光根据准直因子被准直以在光导220内提供被引导光的预定角展度。根据一些实施例，光源可以基本上类似于光源130，如上面参照衍射多视图背光体100所述。在一些实施例中，可以采用多个光源。例如，可以在光导220的两个不同边缘或端(例如，相对的端)处使用一对光源，以向光导220提供光。在一些实施例中，多视图显示器200包括衍射多视图背光体100。
根据这里描述的原理的其他实施例，提供了一种多视图背光体的操作方法。图9示出了根据与这里描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光体的操作方法300的流程图。如图9所示，多视图背光体的操作方法300包括沿着光导的长度引导310光。在一些实施例中，可以以非零传播角来引导310光。此外，被引导光可以被准直，例如，根据预定的准直因子被准直。根据一些实施例，光导可以基本上类似于上面参照衍射多视图背光体100描述的光导110。具体地，根据各种实施例，在光导内可以根据全内反射来引导光。
如图9所示，多视图背光体的操作方法300还包括使用衍射多束元件阵列从光导中衍射耦合出320被引导光的一部分，以提供具有彼此不同的主角方向的多个耦合输出光束。在各种实施例中，耦合输出光束的主角方向与多视图显示器的各个视图方向对应。根据各种实施例，衍射多束元件的尺寸与多视图显示器的多视图像素的子像素的尺寸相当。例如，衍射多束元件可以大于子像素尺寸的一半并且小于子像素尺寸的两倍。此外，根据各种实施例，阵列中的一个衍射多束元件包括多个衍射光栅。
在一些实施例中，衍射多束元件基本上类似于衍射多视图背光体100的衍射多束元件120，如上所述。具体地，衍射多束元件的多个衍射光栅可以基本上类似多个衍射光栅122，如上所述。此外，衍射多束元件的多个衍射光栅可以包括：第一衍射光栅，被配置为提供被耦合出320的多个光束的第一光束；和第二衍射光栅，被配置为提供被耦合出320的多个光束的第二光束。根据各种实施例，第一和第二光束具有彼此不同的主角方向。衍射多束元件的多个衍射光栅还可以包括第三衍射光栅、第四衍射光栅等等。
在一些实施例中(未示出)，多视图背光体的操作方法还包括使用光源向光导提供光。所提供的光在光导内可以具有非零传播角，或可以根据准直因子在光导内被准直，或者可以具有非零传播角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展度。在一些实施例中，光源可以基本上类似于衍射多视图背光体100的光源130，如上所述。
在一些实施例中，多视图背光体的操作方法300还包括使用光阀来调制330来自衍射多束元件的耦合输出光束，其中光阀被配置为多视图显示器的多视图像素。根据一些实施例，多个光阀中的光阀或光阀阵列与多视图像素的子像素对应。也就是说，例如，光阀可以具有与子像素的尺寸相当的尺寸，或者与多视图像素的子像素之间的中心到中心间距相当的尺寸。根据一些实施例，多个光阀可以基本上类似于上面参照图3A-3C描述的用于衍射多视图背光体100的光阀阵列108。具体地，不同光阀组可以以与第一和第二光阀组108a、108b与不同多视图像素106的对应关系类似的方式与不同多视图像素对应，如上所述。此外，光阀阵列中的各个光阀可以与多视图像素的子像素对应，因为上述光阀108对应于图3A-3C的上述参考讨论中的子像素106'。
因此，已经描述了采用衍射多束元件来提供与多视图图像的多个不同视图对应的光束的衍射多视图背光体、多视图背光体操作方法和多视图显示器的示例和实施例。衍射多束元件包括多个衍射光栅，并且在尺寸上与多视图显示器的多视图像素的子像素相当。应当理解的是，上述示例仅仅是表示这里描述的原理的许多具体示例中的一些的示意。显然，本领域技术人员可以轻易地在不脱离所附权利要求限定的范围的情况下设计出许多其他布置。

Claims (23)

1.一种衍射多视图背光体，包括：
光导，被配置为以沿光导长度的传播方向来引导光；和
衍射多束元件阵列，沿光导长度彼此间隔开，该阵列中的衍射多束元件包括多个衍射光栅，所述衍射光栅被配置为从光导耦合出被引导光的一部分作为多个耦合输出光束，所述多个耦合输出光束具有与包括多视图像素的多视图显示器的相应视图方向对应的不同主角方向，
其中，所述衍射多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相当。
2.根据权利要求1所述的衍射多视图背光体，其中，所述阵列的衍射多束元件与多视图显示器的对应的多视图像素之间的关系是一对一关系。
3.根据权利要求1所述的衍射多视图背光体，其中，所述阵列的一对衍射多束元件之间的元件间距离等于对应的一对多视图像素之间的像素间距离。
4.根据权利要求1所述的衍射多视图背光体，其中，所述衍射多束元件的尺寸在子像素尺寸的百分之五十到百分之二百之间。
5.根据权利要求1所述的衍射多视图背光体，其中，所述衍射多束元件的形状与所述多视图像素的形状相似。
6.根据权利要求1所述的衍射多视图背光体，其中，所述衍射多束元件位于所述光导的第一表面和第二表面中的一个上，所述衍射多束元件被配置为将被引导光部分通过第一表面耦合出。
7.根据权利要求1所述的衍射多视图背光体，其中，所述衍射多束元件的多个衍射光栅包括：第一衍射光栅，被配置为提供所述多个耦合输出光束的第一光束；和第二衍射光栅，被配置为提供所述多个耦合输出光束的第二光束，所述第一光束和第二光束具有彼此不同的主角方向。
8.根据权利要求7所述的衍射多视图背光体，其中，所述第一衍射光栅与第二衍射光栅的至少一部分同延。
9.根据权利要求7所述的衍射多视图背光体，其中，在衍射多束元件内，所述第一衍射光栅独立于所述第二衍射光栅并与其相邻。
10.根据权利要求1所述的衍射多视图背光体，其中，对于所述阵列的各个不同的衍射多束元件，所述多个衍射光栅内的衍射光栅的密度不同，该不同的密度被配置为控制所述多个耦合输出光束的相对强度。
11.根据权利要求1所述的衍射多视图背光体，还包括光学耦合到所述光导的输入的光源，该光源被配置为向光导提供光，所述被引导光具有非零传播角、或根据预定准直因子被准直或者具有非零传播角且根据预定准直因子被准直。
12.根据权利要求1所述的衍射多视图背光体，其中，所述光导和衍射多束元件阵列的组合被配置为在与所述被引导光的传播方向正交的方向上通过光导基本上光学透明。
13.一种多视图显示器，包括根据权利要求1所述的衍射多视图背光体，所述多视图显示器还包括光阀阵列，所述光阀阵列被配置为调节多个耦合输出光束的光束；所述光阀阵列中的光阀与子像素对应，光阀阵列中的一组光阀与所述多视图显示器的多视图像素对应。
14.一种多视图显示器，包括：
多视图像素阵列，被配置为提供所述多视图显示器的多个不同视图，多视图像素包括多个子像素，子像素被配置为调节对应的多个耦合输出光束；
光导，被配置为引导光；以及
衍射多束元件阵列，所述元件阵列中的衍射多束元件包括多个衍射光栅，该衍射光栅被配置为衍射耦合出被引导光的一部分作为与多个子像素对应的多个耦合输出光束，所述耦合输出光束具有与多视图显示器的多个不同视图的各个不同视图的不同视图方向对应的不同主角方向，
其中，所述衍射多束元件的尺寸与所述多个子像素的子像素的尺寸相当。
15.根据权利要求14所述的多视图显示器，其中，所述衍射多束元件的尺寸大于所述子像素尺寸的一半且小于所述子像素尺寸的两倍。
16.根据权利要求14所述的多视图显示器，其中，所述衍射多束元件的多个衍射光栅包括：第一衍射光栅，被配置为提供所述多个耦合输出光束的第一光束；和第二衍射光栅，被配置为提供所述多个耦合输出光束的第二光束，所述第一光束和第二光束具有彼此不同的主角方向。
17.根据权利要求16所述的多视图显示器，其中，在衍射多束元件内，所述第一衍射光栅独立于所述第二衍射光栅并与其相邻。
18.根据权利要求14所述的多视图显示器，还包括被配置为向所述光导提供光的光源，所述被引导光具有非零传播角且根据准直因子被准直以在光导内提供被引导光的预定角展度。
19.根据权利要求14所述的多视图显示器，其中，所述多视图像素阵列的多视图像素包括一组光阀，所述多视图像素的子像素包括该组中的光阀。
20.一种多视图背光体的操作方法，该方法包括：
沿光导的长度的传播方向引导光；以及
使用衍射多束元件阵列从光导中衍射耦合出被引导光的一部分，以提供多个耦合输出光束，所述多个耦合输出光束具有与多视图显示器的各个不同视图方向对应的不同主角方向，所述阵列中的衍射多束元件包括多个衍射光栅，
其中，所述衍射多束元件的尺寸与所述多视图显示器的多视图像素的子像素的尺寸相当。
21.根据权利要求20所述的多视图背光体的操作方法，其中，所述衍射多束元件的多个衍射光栅包括：第一衍射光栅，被配置为提供所述多个耦合输出光束的第一光束；和第二衍射光栅，被配置为提供所述多个耦合输出光束的第二光束，所述第一光束和第二光束具有彼此不同的主角方向。
22.根据权利要求20所述的多视图背光体的操作方法，还包括使用光源向光导提供光，所提供的光作为被引导光，所述被引导光在光导内具有非零传播角、或根据准直因子被准直或者在光导内具有非零传播角且根据准直因子被准直，以提供被引导光的预定角展度。
23.根据权利要求20所述的多视图背光体的操作方法，还包括使用多个光阀来调节所述多个耦合输出光束，其中所述多个光阀被配置为多视图显示器的多视图像素，所述多个光阀的光阀与所述多视图像素的子像素对应。
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