CN110168280A - 具有反射支撑结构的多视图显示器 - Google Patents

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Abstract

多视图显示器包含位于背光体和屏幕之间的反射支撑结构。背光体包含板光导，所述板光导被配置为使用多波束元件将在板光导内传播的光耦合出。反射支撑结构将入射在邻接反射支撑结构的表面的一部分上的光反射回到板光导中。屏幕包含被配置为调制耦合出的光的多视图像素阵列，以创建多视图图像。

Description

具有反射支撑结构的多视图显示器
对相关申请的交叉引用
无
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种类繁多的设备和产品的用户传达信息的几乎无处不在的介质。最常用的电子显示器包含阴极射线管(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)。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，调制由另一个源所提供的光的显示器)。有源显示器中最常见的示例是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功耗的引人注目的性能特性，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否则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否则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。背光体发射穿过LCD或EP显示器的光。发射的光由LCD或EP显示器进行调制，然后进而从LCD或EP显示器发射调制光。背光体常常被配置为发射白光。然后，使用滤色器将白光转换为显示器中使用的各种颜色。例如，滤色器可以被放置于LCD或EP显示器的输出处(较不常见)或者背光体和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，可以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，并且其中：
图1A示出了由示例多视图显示器产生的多视图图像的透视图。
图1B示出了从多视图显示器的点出射的光束的角分量的图形表示。
图2A示出了示例多视图显示器的轴侧图。
图2B示出了图2A中所示的多视图显示器的横截面视图。
图2C示出了图2A中所示的多视图显示器的分解轴侧图。
图3示出了耦合到多视图显示器的板光导中的光的横截面视图。
图4示出了在板光导的表面处的全内反射。
图5示出了支撑层、反射层和板光导的横截面视图。
图6A示出了配置有分段反射层的示例多视图显示器的分解轴侧图。
图6B示出了配置有分段反射层的示例多视图显示器的分解轴侧图。
图7示出了配置有反射支撑层的示例多视图显示器的横截面视图。
图8A示出了被配置为可透射衍射光栅的、板光导的示例多波束元件的横截面视图。
图8B示出了被配置为反射式衍射光栅的、板光导的示例多波束元件的横截面视图。
图9示出了被配置为微折射元件的、板光导的示例多波束元件的横截面视图。
图10A示出了被配置为棱柱形微反射元件的、板光导的示例多波束元件的横截面视图。
图10B示出了被配置为半球形微折射元件的、板光导的示例多波束元件的横截面视图。
图11示出了显示多视图图像的方法的流程图。
一些示例和实施例具有作为上述引用的图中所示特征的补充和替代之一的其他特征。下面参照上面引用的图详细说明这些和其他特征。
具体实施方式
根据这里描述的原理的示例和实施例提供了一种多视图显示器，包括位于背光体和屏幕之间的反射支撑结构。反射支撑结构被配置为在屏幕和背光体之间保持基本均匀的分开距离并且将屏幕粘附或固定到背光体。另外，根据一些实施例，反射支撑的反射特性可以“回收”在背光体内传播的光。具体地，反射支撑可以通过将入射在反射支撑上的光基本上反射回到光导中来回收光。根据如下所述的各种实施例，以这种方式回收光可以防止光从光导的泄漏或不希望的透射。
多视图显示器是被配置为在不同的视图方向上提供多视图图像的多个或数个不同视图的电子显示器或显示系统。当在术语“多视图图像”中使用时，术语“多视图”是指表示不同透视图或包含许多不同视图的视图之间的角度差的多个或数个视图。另外，术语“多视图”包含多于两个的不同视图(即，最少三个视图并且通常多于三个视图)。这样，“多视图显示器”与立体显示器区分开。立体显示器仅显示两个不同的视图以表示场景或图像。然而，注意，虽然多视图图像和多视图显示器包含多于两个的视图，但是通过一次仅选择观看多视图视图中的两个(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)。
多视图显示器包括具有多个多视图像素的屏幕。每个多视图像素包括多组光阀。多视图显示器包含背光体，背光体包括光学地耦合到被配置有多个多波束元件的板光导的光源。每个多波束元件对应于一组光阀。此外，每个多波束元件相对于每个对应光阀组的中心在空间上朝向多视图像素的中心偏移。光阀组调制从对应的多波束元件中被衍射地耦合出的光。多波束元件的空间偏移在从光阀组出射的调制光束中引起角度偏移。从与每个多视图像素相关联的光阀组出射的调制光束交错，以在距屏幕的观看距离处创建多视图图像。
图1A示出了由示例多视图显示器100产生的多视图图像的透视图。如图1A所示，多视图显示器100可以同时显示多个图像。每个图像从不同的视图方向提供场景或对象的不同视图。在图1A中，视图方向被示为从多视图显示器100以各种不同的主角方向延伸的箭头。不同的视图被示为在箭头的末端处的阴影多边形板。例如，在图1A中，四个多边形板102-105表示来自多视图图像的不同的对应视图方向106-109的四个不同视图。假设多视图显示器100用于显示对象(例如，场景内的三维对象)的多视图图像。当观察者在方向106上观看多视图显示器100时，观察者看到对象的视图102。然而，当观察者从视图方向109观看多视图显示器100时，观察者看到同一对象的不同视图105。注意，为了简化说明，不同视图在图1A中被示出为在多视图显示器100的上方。事实上，不同视图实际上同时显示在多视图显示器100的屏幕上，使得观察者能够通过简单地改变多视图显示器100的观察者视图方向而从不同视图方向观看对象或场景。
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(α，β)给出的主角方向。角分量α被称为光束的“仰角分量”或“仰角”。角分量β被称为光束的“方位角分量”或“方位角”。仰角α是垂直平面中的角度(例如，垂直于多视图显示器的屏幕的平面)，而方位角β是水平平面中的角度(例如，平行于多视图显示器的屏幕的平面)。
图1B示出了从多视图显示器100的点发射或出射的光束110的角分量(α，β)的图形表示，光束110具有与诸如图1A中的视图方向108的视图方向对应的特定主角方向。光束110具有与多视图显示器100内的特定原点“O”相关联的中心光线。
多视图显示器的背光体配置有板光导，板光导通过板光导的多波束元件衍射地耦合出在板光导内传播的光。位于背光体和屏幕之间的反射支撑结构邻接板光导的表面的一部分，并且被配置为允许透射经过多波束元件衍射地耦合出的光。反射支撑结构被配置为通过将入射在邻接反射支撑结构的表面的部分上的光反射回到板光导中来回收在板光导内传播的光。
图2A示出了示例多视图显示器200的轴侧图。图2B示出了沿图2A中的线I-I的多视图显示器200的横截面视图。图2C示出了多视图显示器200的分解轴侧图。如图2A-2C所示，多视图显示器200包括多视图背光体202、反射层204、支撑层206和屏幕208。多视图背光体202包括板光导210和光学地耦合到板光导210的边缘的光源212。板光导210被配置为在板光导210的第一表面214和第二表面216之间引导光源212产生的光。
在图2B和图2C中，板光导210可以是具有基本平坦的、平行的第一和第二表面214和216的板光波导。板光导210的第一表面214可以被配置有数个多波束元件220。在图2B和图2C中，反射层204具有带开口222的矩形形状。在图2C中，支撑层206也具有带开口224的矩形形状。在图2B中，支撑层206位于反射层204的表面上。反射层204的纵切部分(straightsection)的宽度——由Wr表示——大于支撑层206的纵切部分的宽度。在其他实施例中，反射层204的纵切部分的宽度可以近似等于支撑层206的纵切部分的宽度。
在图2A-2C中，屏幕208包括由屏幕边界228围绕的光阀阵列226。光阀阵列226包括分离的且可单独操作的光阀230，光阀230可以选择性地从不透明被切换到透明。光阀230可以是液晶光阀、电泳光阀和基于电润湿的光阀。可以分开调制光阀230中的每个以在光阀阵列226上显示图像。如图2B所示，屏幕边界228被放置在支撑层206上并与支撑层206邻接。支撑层206和反射层204形成将屏幕与板光导210分开基本均匀距离D的反射支撑结构。支撑层206可以被配置有厚度Ts，并且反射层204可以被配置有厚度Tr，其组合将屏幕208与板光导210的第一表面214分开距离D＝Ts+Tr。支撑层206和反射层204可以包含将屏幕粘附(固定)到板光导210的粘合剂。相应反射层和支撑层204和206中的开口222和224在屏幕208的光阀阵列226与板光导210的第一表面214的多波束元件220之间创建无阻碍的空间。换句话说，创建开口222和224以便不阻塞或阻挡从板光导210朝向光阀阵列226衍射耦合出的光。
板光导210可以包括若干不同的光学透明材料中的任何一种，或者包括多种介电材料中的任何一种，包含但不限于：诸如石英玻璃、碱铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃的各种类型的玻璃中的一种或多种，和诸如聚(甲基丙烯酸甲酯)或丙烯酸玻璃和聚碳酸酯的基本上光学透明的塑料或聚合物。在一些实施例中，板光导210可以包含在板光导210的表面的至少一部分上的涂覆层(未示出)，以促进全内反射(TIR)。
光源212可以包括一个或多个光学发射器。光学发射器可以是发光二极管(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，以及任何其他光源。由光源212产生的光可以是特定波长(即，可以是特定颜色)，或者可以在一定波长(例如，白光)范围内。在一些实施例中，光源212可以包含多组光学发射器，其中每组光学发射器产生不同于由其他组光学发射器产生的波长或波长范围的、特定波长或波长范围的光。例如，光源212可以包括多组光学发射器，其中每组的一个或多个光学发射器产生原色(例如，红色，绿色和蓝色)中的一种。
如图2A-2C所示，光阀阵列226包括可以被调制以在光阀阵列上显示图像的分开的光阀230。多视图像素包括两个或多个光阀的阵列。在图2A-2C中，光阀阵列226的光阀被分隔以创建八个多视图像素。每个多视图像素包括光阀230的7×7阵列。形成多视图像素的每个7×7光阀阵列由虚线方框标出。例如，光阀230是在图2A和图2C中标出的、多视图像素232的四十九(49)个光阀中的一个。多视图像素是表示多视图显示器的相似数量的不同视图中的每个中的“视图”像素的一组光阀。具体地，多视图像素可以具有与多视图图像的不同视图的每个中的视图像素对应或表示其的单独的光阀。另外，多视图像素的光阀也被称为“定向像素”，因为光阀中的每个与不同视图中的一个的预定视图方向相关联。此外，根据各种示例和实施例，由多视图像素的光阀表示的不同视图像素可以在不同视图的每个中具有等效或至少基本相似的位置或坐标。例如，第一多视图像素可以在多视图图像的不同视图的每个中具有与位于{x1，y1}的视图像素对应的单独的光阀，而第二多视图像素可以在不同视图的每个中具有与位于{x2，y2}的视图像素对应的单独的光阀，等等。
在一些实施例中，多视图像素中的光阀的数量可以等于多视图显示器的视图的数量。例如，多视图像素可以包括可以用于创建具有64个不同视图的多视图显示器的六十四(64)个光阀的阵列。在另一示例中，多视图显示器可以提供八乘四的视图阵列(即，32个视图)，并且多视图像素可以包含三十二(32)个光阀(即，每个视图一个)。例如，每个不同的光阀可以具有与对应于64个不同视图的视图方向中的不同视图方向对应的相关联的方向(例如，光束主角方向)。另外，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上等于多视图显示器视图中的“视图”像素(即，构成所选视图的像素)的数量。例如，如果视图包含六百四十乘四百八十个视图像素(即，640×480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，当视图包含一百乘一百个像素时，多视图显示器可以包含总共一万(即，100×100＝10,000)个多视图像素。
根据一些实施例，多波束元件220可以以一维(1D)阵列或二维(2D)阵列布置。例如，多波束元件220可以被布置为线性1D阵列。在另一示例中，多波束元件220可以被布置为矩形2D阵列，如图2C所示。在其他示例中，多波束元件可以以圆形或椭圆形2D阵列布置。在其他示例中，多波束元件的阵列(即，1D或2D阵列)可以是规则或均匀间隔的多波束元件。具体地，多波束元件220之间的元件间距离(例如，中心到中心的距离或间隔)在多波束元件阵列上可以是基本均匀或恒定的。依旧在其他示例中，多波束元件220之间的元件间距离可以在x和y方向中的一个或两者上变化。
如图2B所示，多波束元件220的尺寸——由s表示——与光阀阵列226的光阀230的尺寸——由S表示——相当。“尺寸”可以是但不限于光阀的长度、宽度或面积。例如，光阀230的尺寸可以是光阀的长度，并且多波束元件220的相当的尺寸也可以是多波束元件220的长度。在另一示例中，尺寸可以指面积，例如多波束元件220的面积，与光阀230的面积相当。
在一些实施例中，多波束元件220的尺寸与光阀的尺寸相当，使得多波束元件的尺寸在光阀的尺寸的约百分之五十(50％)和约百分之二百(200％)之间。例如，多波束元件的尺寸s满足以下条件：
在其他示例中，多波束元件尺寸大于光阀尺寸的约百分之六十(60％)、或大于光阀尺寸的约百分之七十(70％)、或大于光阀尺寸的约百分之八十(80％)、或大于光阀尺寸的约百分之九十(90％)，并且多波束元件小于光阀尺寸的约百分之一百八十(180％)、或小于光阀尺寸的约百分之一百六十(160％)、或小于光阀尺寸的约百分之一百四十(140％)、或小于光阀尺寸的约百分之一百二十(120％)。例如，通过“相当的尺寸”，多波束元件尺寸可以在光阀尺寸的约百分之七十五(75％)和约百分之一百五十(150％)之间。在另一示例中，多波束元件220在尺寸上可以与光阀230相当，其中多波束元件尺寸在光阀尺寸的约百分之一百二十五(125％)和百分之八十五(85％)之间。根据一些实施例，可选择多波束元件220和光阀230的相当的尺寸以减少或在一些示例中最小化多视图显示器200的视图之间的暗区，同时减少或在一些示例中最小化多视图显示器的视图之间的重叠。
图3示出了显示器200的横截面视图，其中由光源212产生的光被输入或耦合到板光导210中作为光302。光302以相对于板光导210的第一和第二表面214和216的非零传播角(例如，约30-35度)耦合到板光导210中。一个或多个透镜、棱镜、镜子或类似的反射器(例如，倾斜的准直反射器)(未示出)可以被用于将光源212产生的光以非零传播角耦合到板光导210中。光302可以作为准直光输入到板光导210。光302被准直的程度由通过σ指示的准直因子来表示。准直因子定义准直光内光线的角展度(angular spread)。例如，准直因子σ可以指定准直光302中的大部分光线在特定角展度内(例如，关于准直光的中心或主角方向+/-σ度)。准直光302的光线可以在角度方面具有高斯分布，并且角展度可以是由在准直光的峰值强度的一半处确定的角度。
在图3中，板光导210根据TIR在板光导210的第一表面214和第二表面216之间以非零传播角引导光302。图4示出了在板光导210内传播并入射在板光导210的表面402(例如，第一表面214或第二表面216)的相同点上的两条光线的轨迹。表面402是板光导210和空气404之间的边界，空气404具有低于板光导210的折射率。点划线406表示法线，并且θα表示相对于法线的临界角。相对于法线406测量入射角。在表面402上以大于临界角θα的角度入射的光经历TIR。例如，因为由有向箭头408表示的光以大于临界角θα的角度入射在表面402上，所以如有向箭头410所示，光被内反射。如有向箭头412表示的、以小于临界角θα的角度入射在表面402上的光被透射，如有向箭头414所示。
反射层204包括位于板光导210的第一表面214上的反射材料，例如但不限于银或铝。反射层204可以预先形成并且沉积为围绕第一表面214的边界的膜或反射带。或者，可以首先通过在第一表面214上使用化学或物理气相沉积来沉积反射材料，然后使用湿法蚀刻、离子铣削、光刻、各向异性蚀刻和等离子体蚀刻中的任何一个或多个形成开口222来形成反射层204。反射层204将在板光导210内传播并且入射在反射层204下方的第一表面214上的光反射回到板光导210中。
图5示出了支撑层206、反射层204和板光导210的一部分的横截面视图。点划线502表示板光导210的第一表面214的法线。有向箭头504表示入射在与反射层204相邻的第一表面214上的光。反射层204将光反射回到板光导110中，如有向箭头506所示。根据一些实施例，通过将入射在邻接反射层204的第一表面214的任何部分上的光反射回到板光导210中，反射层204可以用作近乎完美的镜面反射器。被反射回到板光导210中的光可以通过TIR从板光导210的其他表面被回收。
反射层204的反射特性防止入射在与支撑层206相邻的第一表面214上的光泄漏到支撑层206中。例如，考虑如上所述配置但没有反射层204的多视图显示器。这样的多视图显示器将使支撑层206直接靠着板光导210的第一表面214放置。结果，入射在与支撑层206相邻的第一表面214上的光的至少一部分泄漏到支撑层206中，在支撑层206中形成光通过其丢失的光漏(optical drain)。
返回图3，每个多波束元件220被配置为耦合出光的一部分作为耦合出的光到相应的多视图像素232中。例如，在图3中，入射在多波束元件220上的光302的一部分产生由穿过多视图像素232的光阀的发散有向箭头238表示的耦合出的光。板光导210可以在与光沿其输入到板光导210中的边缘相对的、板光导210的末端处包含反射器(未示出)。反射器将光302反射回板光导210中以回收光，如图3中的箭头306所示。以这种方式回收光可以通过使光可用多于一次来增加多视图背光体202的亮度(例如，耦合出的光的强度)。
在图2B-2C所示的示例中，上述显示器100的反射层204是被放置在板光导210的第一表面214上的连续矩形物体。在其他实施例中，显示器的反射层可以包括设置在板光导210的第一表面214上的反射段。
图6A示出了显示器600的分解轴侧图，显示器600类似于显示器200，但显示器200的反射层204和支撑层206由分段反射层602和分段支撑层604代替。如图6所示，显示器600包含上面参照图2A-2C描述的多视图背光体202和屏幕208。反射层602包括直反射段606-609。支撑层604包括直支撑段610-613。当组装显示器600时，反射段606-609位于第一表面214的边缘附近，并且支撑段610-613位于相应反射段606-609上。分段反射层602和分段支撑层604形成将屏幕208与板光导210分开的反射支撑结构。
图6B示出了显示器620的分解轴侧图，显示器620类似于显示器200，但显示器200的反射层204和支撑层206由分段反射层622和分段支撑层624代替。如图6B所示，显示器620包含上面参照图2A-2C描述的多视图背光体202和屏幕208。反射层622包括弯曲反射段626-629。支撑层624包括弯曲支撑段630-633。当组装显示器620时，弯曲反射段626-629位于第一表面214的拐角附近，并且支撑段位于相应弯曲反射段606-609上。分段反射层622和分段支撑层624形成将屏幕208与板光导210分开的反射支撑结构。
在其他实施例中，将屏幕208与板光导210分开的反射支撑结构可以由反射材料构成。图7示出了示例显示器700的横截面视图，除了显示器200的反射支撑结构(即，反射层204和支撑层206)被将屏幕208与板光导210的第一表面214分开距离D的反射支撑结构702代替之外，显示器700与显示器200类似。反射支撑结构702位于板光导210的第一表面214的边缘附近。反射支撑结构702可以是将屏幕208粘附并固定到板光导210上的粘合剂，并且也包括诸如银或铝的反射材料。反射支撑结构702可以具有带开口704的连续矩形形状，使得从衍射光栅被衍射地耦合出的光能够不受阻挡地传播到光阀阵列226。在其他实施例中，矩形支撑结构702可以是带有位于第一表面214的边缘和拐角附近的段的分段反射支撑结构。通过将入射在邻接反射支撑结构702的第一表面214的任何部分上的光以与上面参照图5描述的反射层204相同的方式反射回到板光导210中，反射支撑结构702用作近乎完美的镜面反射器。
根据各种实施例，多波束元件220可以包括被配置为耦合出光302的一部分的数个不同结构中的任何一个。例如，不同结构可以包含但不限于衍射光栅、微反射元件、微折射元件或其各种组合。根据一些实施例，衍射光栅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。沟槽和背脊可以包括板光导210的材料，例如，沟槽和背脊可以被形成在板光导210的表面中。在另一示例中，沟槽和背脊可以由除了板光导材料之外的材料形成，例如，在板光导210的表面上的另一种材料的膜或层。
图8A示出了板光导210的多波束元件220的横截面视图，多波束元件220被配置为板光导210的第一表面214中的衍射光栅802。衍射光栅802包括衍射特征，衍射特征之间的间隔由d表示，d比光302的一个或多个波长宽。考虑与衍射光栅802相互作用的特定波长λ的光。光通过衍射特征在不同方向上透射和散射。光的波从衍射光栅802以不同的相位出射。结果，波相长(constructively)干涉且相消(destructively)干涉，以产生其中波相长干涉的光束。例如，当从相邻衍射特征出射的光的波之间的路径差是波长的一半(即λ/2)时，波反相(out of phase)出射之外并且可以通过相消干涉被抵消。另一方面，当从相邻衍射特征出射的波之间的路径差等于波长λ时，波相长干涉，产生具有最大强度的光。从衍射光栅具有最大强度出射的光束由有向箭头804表示，并且可以根据衍射等式计算光从衍射光栅802相对于第一表面214的法线806出射的衍射角：
其中，
m是衍射级(即，m＝…,-2,-1,0,1,2,…)；
n是板光导210的折射率；
θi是光302相对于法线806的入射角；并且
θm是从板光导210衍射地耦合出的第m光束相对于法线806的衍射角。
在另一示例中，如图8B所示，多波束元件220是位于板光导210的第二表面216处或附近的衍射光栅810。多波束元件包含填充衍射光栅810的衍射特征以产生反射衍射光栅的反射涂层812。反射涂层812将衍射光朝向第一表面214反射，以通过第一表面214离开作为衍射耦合出的光814。从板光导210沿第一表面214出射的衍射耦合出的光814是由于从板光导210的更高折射率材料行进到更低折射率的空气而折射的结果，这导致衍射耦合出的光814传播。可以选择衍射光栅810的衍射特征的间隔以引起(account for)从板光导210出射的光的传播。
在其他实施例(未示出)中，多波束元件220可以是位于板光导210的第一和第二表面214和216之间的衍射光栅。注意，在一些实施例中，由多波束元件220产生的耦合出的光的主角方向可以包含由于耦合出的光离开板光导210进入空气而产生的折射效应。
在一些实施例中，多波束元件的衍射光栅可以是均匀衍射光栅，其中衍射特征间隔在整个衍射光栅中基本恒定或不变。在其他实施例中，多波束元件可以是啁啾衍射光栅。啁啾衍射光栅的衍射特征间隔沿啁啾衍射光栅的范围或长度而变化。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隔的啁啾。这样，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隔的非线性啁啾。可以使用各种非线性啁啾，包含但不限于指数啁啾、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啁啾或锯齿啁啾。也可以采用任何非线性啁啾的组合。
在其他实施例中，多波束元件220可以包括微折射元件，微折射元件被配置为折射地耦合出光302的部分作为耦合出的光。图9示出了板光导210的横截面视图，其中多波束元件220包括微折射元件902。根据各种实施例，微折射元件902被配置为将光302的部分从板光导210中折射地耦合出作为耦合出的光904。微折射元件902可以具有各种形状，包含但不限于半球形、矩形或棱柱形(即，具有倾斜小平面的形状)。根据各种实施例，如图所示，微折射元件902可以从板光导210的第一表面214延伸或突出出来，或者可以是第一表面214中的腔(cavity)或凹部(recess)(未示出)。在一些实施例中，微折射元件902可以包括板光导210的材料。在其他实施例中，微折射元件902可以包括与第一表面214相邻并且在一些示例中与第一表面214接触的另一材料。
在其他实施例中，多波束元件220可以包括微反射元件，微反射元件被配置为反射地耦合出光302的部分作为耦合出的光。图10A示出了板光导210的横截面视图，其中多波束元件220包括沿第二表面216定位的棱柱形微反射元件1002。图10B示出了板光导210的横截面视图，其中多波束元件220包括沿第二表面216定位的半球形微折射元件1004。微反射元件1002和1004可以包含但不限于采用反射材料或反射材料层(例如，反射金属)的反射器或基于TIR的反射器。在其他实施例(未示出)中，微反射元件可以位于板光导210内的第一和第二表面214和216之间。在图10A中，棱柱形微反射元件1002具有位于与板光导210的第二表面210相邻的反射小平面。棱柱形微反射元件1002的小平面被配置为将光302的部分反射(即，反射地耦合)出板光导210。例如，小平面相对于光302的传播方向可以歪斜或倾斜(即，具有倾斜角)以将光部分反射出板光导210。根据各种实施例，小平面可以使用板光导210内的反射材料形成(例如，如图10A中所示)，或者可以是第二表面216中的棱形腔的表面。在一些实施例中，当采用棱形腔时，在腔表面处的折射率变化可以提供反射(例如，TIR)，或者形成小平面的腔表面可以涂有反射材料以提供反射。在图10B中，半球形微反射元件1004具有基本光滑的弯曲表面。半球形微反射元件1004的表面曲率根据光302与弯曲表面形成的入射点来反射光302的部分。图10B中的半球形微反射元件1004可以是板光导210内的反射材料或者是形成在第二表面216中的腔(例如，半圆形腔)，如图10B所示。注意，在图10A和图10B中，当耦合出的光1006和1008穿过第一表面214进入空气时，耦合出的光1006和1008的主角方向由于折射率的变化而被折射。
图11示出了操作多视图显示器的方法的流程图。在框1101中，由光源产生的光被光学地耦合到板光导中以产生在板光导内传播的光，如上面参照图2A-2C所述。在框1102中，光的一部分通过多波束元件被耦合出板光导，如上面参照图3所述。在框1103中，入射在邻接反射支撑结构的表面的一部分上的光被反射回到板光导中，如上面参照图5所述。反射支撑结构被配置为允许从多波束元件耦合出的光的透射。在框1104中，使用位于反射支撑结构上的光阀阵列的多视图像素来调制耦合出的光以创建图像。
应当理解，提供对所公开的实施例的先前的描述是为了使本领域技术人员能够制作或使用本公开。对于本领域技术人员来说，对这些实施例的各种修改是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例。因此，本公开不旨在限于这里所示的实施例，而是与符合这里所公开的原理和新颖特征的最宽范围相一致。

Claims (21)

1.一种多视图显示器，包括：
多视图像素阵列，被配置为提供多视图显示器的多个不同视图，多视图像素包括被配置为调制多个光束的多个光阀；
板光导，被配置为引导光并具有多波束元件阵列，所述阵列的多波束元件被配置为将被引导光的一部分耦合出作为多个光束并且将所述多个光束提供给相应的多视图像素，所述多个光束中的光束具有与多视图显示器的不同视图的不同视图方向对应的、彼此不同的主角方向；和
反射支撑结构，位于所述多视图像素阵列和板光导之间，以将所述多视图像素阵列和板光导分开，所述反射支撑包括反射材料并且被配置为将从所述光导入射在邻接所述反射支撑结构的板光导的表面的一部分上的光反射回到所述板光导中，
其中，所述多波束元件阵列的多波束元件的尺寸与所述多个光阀中的光阀的尺寸相当，所述多波束元件阵列的相邻多波束元件之间的元件间距离与所述多视图像素阵列的相邻多视图像素之间的像素间距离对应。
2.如权利要求1所述的多视图显示器，其中，所述多波束元件之间的元件间距离基本上等于所述多视图像素之间的像素间距离。
3.如权利要求1所述的多视图显示器，其中，所述多波束元件的尺寸大于所述光阀尺寸的一半并且小于所述光阀尺寸的两倍。
4.如权利要求1所述的多视图显示器，还包括光源，所述光源光学地耦合到所述板光导并且被配置为向所述板光导提供光作为所述被引导光。
5.如权利要求4所述的多视图显示器，其中，所述光源还被配置为以非零传播角向所述光导提供光，并且所述光根据准直因子被准直，以提供所述被引导光在所述板光导内的预定角展度。
6.如权利要求1所述的多视图显示器，其中，所述多波束元件包括光学地连接到所述光导的衍射光栅、微反射元件和微折射元件中的一个，以耦合出所述被引导光的所述部分。
7.如权利要求1所述的多视图显示器，其中，所述反射支撑结构包括：
所述反射材料的反射层，位于与所述板光导的边缘相邻的表面上；和
支撑层，位于所述反射层和所述多视图像素阵列的多个光阀之间，其中，所述支撑层被配置为将所述多个光阀粘附到所述反射层。
8.如权利要求1所述的多视图显示器，其中，所述反射支撑结构的反射材料包括银和铝中的一种或多种。
9.如权利要求1所述的多视图显示器，其中，所述多视图像素阵列的多个光阀被配置为调制所述多个光束以创建多视图图像。
10.如权利要求1所述的多视图显示器，其中，所述光阀包括液晶光阀。
11.一种操作多视图显示器的方法，所述方法包括：
将光源产生的光光学地耦合到板光导中，所述板光导以沿着板光导的长度的传播方向并在所述板光导内引导光；
使用多波束元件将被引导光的一部分耦合出所述板光导，以提供具有与所述多视图显示器的各个不同视图方向对应的不同主角方向的多个耦合出的光束；
使用反射支撑结构将入射在邻接反射支撑结构的板光导的表面的一部分上的被引导光反射回到所述板光导中；和
使用所述多视图显示器的多视图像素的光阀阵列调制所述耦合出的光束，以提供与所述多视图显示器的不同视图方向对应的多视图图像的不同视图，
其中，所述多波束元件的尺寸与所述多视图像素的光阀阵列中的光阀的尺寸相当。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述多波束元件包括光学地耦合到所述板光导的衍射光栅，以衍射地耦合出所述被引导光部分。
13.如权利要求11所述的方法，其中，所述反射支撑结构包括：
反射层，位于所述板光导的表面的边缘附近，所述反射层包括反射材料；和
支撑层，位于所述反射层和所述光阀阵列之间，所述支撑层将所述光阀阵列粘附到所述反射层。
14.如权利要求11所述的方法，其中，所述反射支撑结构包括粘合剂和反射材料。
15.一种多视图显示器，包括：
屏幕，包括多个光阀；
背光体，包括板光导和光学地耦合到所述板光导的多波束元件阵列；和
反射支撑结构，位于所述屏幕和板光导之间的、板光导的表面上，所述反射支撑包括被配置为将在所述表面处从光导入射到所述反射支撑结构上的光反射回到所述板光导中的反射材料，
其中，所述阵列的多波束元件的尺寸与所述多个光阀中的光阀的尺寸相当。
16.根据权利要求15所述的多视图显示器，其中，所述阵列的多波束元件被配置为将由所述板光导引导的光的一部分耦合出作为具有与所述多视图显示器的不同视图的不同视图方向对应的、彼此不同的主角方向的多个光束。
17.如权利要求15所述的多视图显示器，其中，所述多个光阀中的一组光阀对应于多波束元件，该组光阀表示所述多视图显示器的多视图像素，并且其中，所述多波束元件阵列的相邻多波束元件之间的元件间距离与相邻多视图像素之间的像素间距离对应。
18.如权利要求15所述的多视图显示器，其中，所述多波束元件的尺寸大于所述光阀尺寸的一半并且小于所述光阀尺寸的两倍。
19.如权利要求15所述的多视图显示器，其中，所述多波束元件包括光学地连接到所述板光导的衍射光栅、微反射元件和微折射元件中的一个或多个，以耦合出由所述板光导引导的光的部分。
20.根据权利要求15所述的多视图显示器，还包括还包括光源，所述光源光学地耦合到所述板光导，并且被配置为向所述板光导提供光，作为以非零传播角并且根据准直因子被准直的被引导光，所述非零传播角和准直用于提供所述被引导光在所述板光导内的预定角展度。
21.如权利要求15所述的多视图显示器，其中，所述反射支撑结构包括：
所述反射材料的反射层，位于与所述板光导的边缘相邻的板光导表面上；和
支撑层，位于所述反射层和所述屏幕之间，其中，所述支撑层被配置为将所述屏幕固定到所述板光导。
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