CN112867958B - 具有光栅扩展器的背光、多视图显示器和方法 - Google Patents

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Abstract

一种背光和多视图显示器，采用具有角度保持散射特征的光导和光栅扩展器。角度保持散射特征被配置为将被导引光的一部分散射出光导作为发射光。光栅扩展器包括衍射光栅，并且被配置为将由光源提供的光转换成空间角度均匀光以便被引导为被引导光。多视图显示器包括光阀阵列以及角度保持散射特征，角度保持散射特征包括具有与光阀阵列的光阀的尺寸可比拟的尺寸的多光束元件。

Description

具有光栅扩展器的背光、多视图显示器和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年10月15日提交的美国临时专利申请序列号62/745,965的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
关于联邦政府赞助的研究或开发的声明
不适用。
背景技术
电子显示器几乎是一种无所不在的媒介，用于将信息传达给各种设备和产品的用户。最常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，调制由另一光源提供的光的显示器)。有源显示器最明显的例子是CRT、PDP和OLED/AMOLED。考虑到发射光时，通常被分类为无源的显示器是LCD和EP显示器。无源显示器尽管经常表现出吸引人的性能特征，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使用受到一定限制。
为了克服与发射光相关联的无源显示器的限制，许多无源显示器耦合到外部光源。耦合的光源可以允许这些原本无源的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)，该光源被放置在原本无源的显示器后面以照亮该无源显示器。例如，背光可以耦合到LCD或EP显示器。背光发出的光穿过LCD或EP显示器。发出的光由LCD或EP显示器调制，然后从LCD或EP显示器依次发出调制光。通常，背光被配置为发射白光。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，可以将滤色器放置在LCD或EP显示器的输出(较不常见)上，或放置在背光和LCD或EP显示器之间。
附图说明
参考结合附图进行的以下详细描述，可以更容易地理解根据本文描述的原理的示例和实施例的各种特征，其中相同的附图标记表示相同的结构元件，其中：
图1A示出了根据与本文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示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的光束的角分量的图形表示，该光束的角分量具有与多视图显示器的视图方向相对应的特定主角方向。
图2示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的衍射光栅的截面图。
图3A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的背光的截面图。
图3B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的背光的平面图。
图3C示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的背光的透视图。
图4示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的背光的平面图。
图5示出了根据与本文描述的原理一致的另一实施例的示例中的背光的平面图。
图6A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光的截面图。
图6B示出了根据与本文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6C示出了根据与本文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7A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的包括多光束元件的多视图背光的一部分的截面图。
图7B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的包括多光束元件的多视图背光的一部分的截面图。
图8A示出了根据与本文描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多光束元件的多视图背光的一部分的截面图。
图8B示出了根据与本文描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多光束元件的多视图背光的一部分的截面图。
图9示出了根据与本文描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多光束元件的多视图背光的一部分的截面图。
图10示出了根据与本文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11示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的背光操作方法的流程图。
某些示例和实施例具有其他特征，这些特征是上述参考附图中所示特征的补充和替代之一。这些和其他特征在下面参考以上参照的附图进行详细描述。
具体实施方式
根据本文描述的原理的示例和实施例提供了具有角度保持散射的背光并且将光栅扩展器应用于电子显示器，尤其是多视图显示器。在与本文描述的原理一致的各种实施例中，提供了一种包括保持角度的散射特征的背光。在一些实施例中，保持角度的散射特征被配置为提供发射光，该发射光可以有具有多个不同的主角方向的光束。例如，发射光的光束的不同的主角方向可以对应于多视图显示器的各种不同视图的方向。此外，根据各种实施例，背光包括光栅扩展器，该光栅扩展器被配置为扩展来自光源的光，以在背光内提供空间角均匀光或具有基本上空间角均匀分布光。根据各种实施例，例如，由光栅扩展器提供的空间角均匀光可以促进或提供横跨背光的基本上均匀的照明，从而避免条带化。
在此，“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的电子显示器或显示系统。图1A示出了根据与本文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，以显示要观看的多视图图像。多视图显示器10在相对于屏幕12的不同视图方向16上提供多视图图像的不同视图14。视图方向16图示为从屏幕12沿各种不同的主角方向延伸的箭头；在箭头的末端(即，描绘视图方向16)，不同视图14图示为阴影的多边形框；并且仅以示例而非限制的方式示出了四个视图14和四个视图方向16。注意，尽管在图1A中将不同视图14示为在屏幕上方，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上或附近。在屏幕12上方描绘视图14仅是为了简化图示，并且旨在表示从与特定视图14相对应的视图方向16中的相应一个观看多视图显示器10。
根据本文的定义，视图方向或等效地具有与多视图显示器的视图方向相对应的方向的光束通常具有由角度分量{θ,φ}给出的主角方向。角度分量θ在本文中被称为光束的“仰角分量”或“仰角”。角分量φ被称为光束的“方位角分量”或“方位角”。根据定义，仰角θ是在垂直平面(例如，垂直于多视图显示屏的平面)中的角度，而方位角φ是在水平面(例如，与多视图显示屏平面平行)中的角度。图1B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的光束20的角分量{θ,φ}的图形表示，该光束20具有特定的主角方向，该特定的主角方向对应于多视图显示器的视图方向(例如，图1A中的视图方向16)。另外，根据本文的定义，光束20从特定点发射或发出。即，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还图示了光束(或视图方向)原点O。
此外，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”被定义为表示不同视图或包括多个视图之间的角度差异的多个视图。另外，根据本文的定义，术语“多视图”明确地包括多于两个的不同视图(即，至少三个视图，并且通常多于三个视图)。因此，本文所采用的“多视图显示器”与仅包括两个不同视图以表示场景或图像的立体显示器明显区分开。然而，请注意，尽管多视图图像和多视图显示器包括两个以上的视图，但是根据本文的定义，每次通过仅选择多视图的两个视图观看(例如，每只眼睛一个视图)，多视图图像可以被视为(例如，在多视图显示器上)立体图像对。
“多视图像素”在此定义为一组视图像素，代表多视图显示器的相似的多个不同视图中的每个视图中的“视图”像素。特别地，多视图像素可以具有与多视图图像的每个不同视图中的视图像素相对应或代表该视图像素的个别视图像素。此外，根据本文的定义，多视图像素的视图像素是所谓的“方向性像素”，其中每个视图像素都与同视图的相应一个的预定的视图方向相关联。此外，根据各种示例和实施例，由多视图像素的视图像素表示的不同视图像素在每个不同视图中可以具有等效或至少基本上相似的位置或坐标。例如，第一多视图像素可以具有与位于多视图图像的每个不同视图中的{x1,y1}处的视图像素相对应的各个视图像素，而第二多视图像素可以具有与位于每个不同视图中的{x2,y2}的视图像素相对应的各个视图像素，依此类推。
在此，“光导”定义为使用全内反射在结构内引导光的结构。特别地，光导可以包括在光导的工作波长处基本透明的芯。术语“光导”通常是指采用全内反射在光导的介电材料和围绕该光导的材料或介质之间的界面处导引光的介电光波导。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的表面相邻的周围介质的折射率。在一些实施例中，除上述折射率差之外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。该涂层例如可以是反射涂层。所述光导可以是几种光导中的任何一种，包括但不限于，平板或平板形导光板和条形导光板中的一个或两者。
在本文的进一步，术语“板”当如在“板状光导”中一样被应用于光导时，被定义为分段或不同平面的层或片，有时被称为“平板”式导光板。特别地，板状光导被定义为被配置为在由光导的顶表面和底表面(即，相对的表面)界定的两个基本正交的方向上引导光的光导。此外，根据本文的定义，顶表面和底表面都彼此分开，并且在至少微分的意义上可以基本彼此平行。即，在板状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，板状光导可以是基本平坦的(即局限于平面)，因此，板状光导是平面光导。在其他实施例中，板状光导可以在一个或两个正交维度上弯曲。例如，板状光导可以在单个维度上弯曲以形成圆柱形的板状光导。然而，任何曲率都具有足够大的曲率半径，以确保在板状光导内保持全内反射以引导光。
在本文中，“角度保持散射特征”或等效地“角度保持散射器”是被配置为以基本上在散射光中保持入射在特征或散射体上的光的角度扩展的方式散射光的任何特征或散射体。特别地，根据定义，由角度保持散射特征散射的光的角度扩展σs是入射光的角度扩展σ的函数(即，σs＝f(σ))。在一些实施例中，散射光的角度扩展σs是入射光的角度扩展或准直因子σ的线性函数(例如，σs＝a·σ，其中a是整数)。即，通过角度保持散射特征散射的光的角度扩展σs可以与入射光的角度扩展或准直因子σ基本成比例。例如，散射光的角度扩展σs可以基本上等于入射光的角度扩展σ(例如，σs≈σ)。均匀的衍射光栅(即，具有基本均匀或恒定的衍射特征间距或光栅节距的衍射光栅)是角度保持散射特征的示例。
在此，“衍射光栅”通常被定义为多个特征(即衍射特征)，其布置成提供入射到衍射光栅上的光的衍射。在一些示例中，可以以周期性或准周期性的方式布置多个特征。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，材料表面中的多个凹槽或凸脊)。在其他示例中，衍射光栅可以是特征的二维(2D)阵列。例如，衍射光栅可以是材料表面上的凸起或孔洞的2D阵列。
这样，根据本文的定义，“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，则提供的衍射或衍射散射可能会导致因此被称为“衍射耦合”，因为衍射光栅可能会通过衍射将光散射或耦合出光导。衍射光栅还通过衍射(即，以衍射角)重定向或改变光的角度。特别地，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(入射光)的传播方向不同的传播方向。通过衍射在光的传播方向上的变化在本文中被称为“衍射重定向”。因此，衍射光栅可以被理解为包括衍射特征的结构，该衍射特征使入射到衍射光栅上的光衍射地重定向，并且如果光从光导入射，则衍射光栅也可以衍射地散射出来自光导的光。。
此外，根据本文的定义，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)上、之中和之上中的一个或多个。该表面例如可以是光导的表面。衍射特征可以包括使光衍射的多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、凸脊、孔洞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。在另一个示例中，衍射光栅可以包括从材料表面伸出的多个平行的凸脊。衍射特征(例如，凹槽、凸脊、孔洞、凸块等)可以具有提供衍射的多种横截面形状或分布中的任何一种，包括但不限于正弦分布、矩形分布(例如，二元衍射光栅)、三角形分布和锯齿形(例如，闪耀光栅)中的一个或多个。
根据本文所述的各种示例，可以采用衍射光栅(例如，如下所述的多光束元件的衍射光栅)来将光从光导(例如，平板光导)衍射散射或耦合出作为光束。特别地，可由等式(1)给出由局部周期性衍射光栅提供的衍射角θm为：
Figure GDA0003019749820000071
其中λ是光的波长，m是衍射级，n是光导的折射率，d是衍射光栅的特征之间的距离或间距，θi是光在衍射光栅上的入射角衍射光栅。为简单起见，等式(1)假设衍射光栅与光导的表面相邻，并且光导外部的材料的折射率等于1(即，nout＝1)。通常，衍射级m由整数给出。由衍射光栅产生的光束的衍射角θm可以由等式(1)给出，其中衍射级为正(例如，m＞0)。例如，当衍射级m等于1(即，m＝1)时，提供一阶衍射。
图2示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的衍射光栅30的截面图。例如，衍射光栅30可以位于光导40的表面上。另外，图2示出了以入射角θi.入射在衍射光栅30上的光束50。光束50是光导40内的被引导光束。在图2中还示出了由于入射光束50的衍射而由衍射光栅30衍射产生和散射的方向性光束60。方向性光束60具有由等式(1)给出的衍射角θm(在本文中为“主角方向”)。例如，衍射角θm可以对应于衍射光栅30的衍射级“m”。
根据本文的定义，“多光束元件”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，多光束元件可以光学耦合到背光的光导，以通过耦合出在光导中引导的一部分光来提供多个光束。在其他实施例中，多光束元件可以产生作为光束发射的光(例如，可以包括光源)。此外，根据本文的定义，由多光束元件产生的多个光束中的光束具有彼此不同的主角方向。特别地，根据定义，多个光束中的一个光束具有与多个光束中的另一个光束不同的预定主角方向。此外，多个光束可以表示光场。例如，多个光束可以被限制在空间的基本圆锥形的区域中，或者具有预定的角度扩展，该预定的角度扩展包括多个光束中光束的不同的主角方向。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，多个光束的不同光束的不同主角方向由包括但不限于多光束元件的尺寸(例如，长度、宽度、面积等)的特征确定。在一些实施例中，根据本文的定义，可以将多光束元件视为“扩展点光源”，即，分布在多光束元件的范围内的多个点光源。此外，由多光束元件产生的光束具有由角度分量{θ,φ}给定的主角方向，如在此所定义的，并且如上关于图1B所述。
本文中，“准直器”被定义为基本上被配置为准直光的任何光学装置或设备。根据各种实施例，从一个实施例到另一实施例，由准直器提供的准直量可以以预定程度或量变化。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。即，根据一些实施例，准直器可以包括在两个正交方向之一或两个上的形状，该形状提供光准直。
在此，“准直因子”定义为光的准直度的程度。特别地，根据本文的定义，准直因子定义了在准直光束内的光线的角度扩展。例如，准直因子σ可以规定准直光束中的大部分光线在特定的角度扩展内(例如，关于准直光束的中心或主角方向的+/-σ度)。根据一些示例，准直光束的光线在角度方面可以具有高斯分布，并且角度扩展可以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”被定义为光源(例如，被配置为产生和发射光的光学发射器)。例如，光源可以包括诸如发光二极管(LED)的光发射器，该光发射器在被激活或开启时发光。特别地，本文中的光源可以是基本上任何光源或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、白炽灯以及几乎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(set)或一组(group)光发射器，其中至少一个光发射器产生的光具有与该组(set)或组(group)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。不同的颜色可以包括例如原色(例如，红色、绿色、蓝色)。
在本文中，“空间角度均匀”光定义为在空间和角度区域内以均匀或基本均匀的方式分布的光。此外，通过本文的定义，空间角度均匀光还可以包括多个光束，该多个光束具有限定的角度扩展，以及在代表该区域的限定的条带或空间内的公共或基本公共的传播方向。通常，光导内的空间角度均匀光可以确保光在光导内均匀地分布。例如，来自离散光源的光作为空间角度均匀光被提供给光导，该光可以基本上充满由预定宽度限定的光导的区域，该预定宽度与被引导光在光导内的传播方向正交。当使用多个离散光源来照明光导时，例如，预定宽度可以对应于并且在一些实施例中基本上等于多个离散光源中的离散光源之间的间隔。这样，空间角度均匀光可以减轻或甚至消除在光导内和沿光导的光的条带化(例如，具有中间暗区或带的光的亮带)。
此外，如本文所使用的，冠词“一”旨在具有专利领域中的普通含义，即“一个或多个”。例如，“角度保持散射特征”是指一个或多个角度保持散射特征，因此，“角度保持散射特征”在此是指“(多个)角度保持散射特征”。另外，本文中对“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“上”、“下”、“正面”、“背面”、“第一”，“第二”，“左侧”或“右侧”的任何引用在本文中不旨在成为限制。本文中，术语“大约”在应用于某个值时通常表示在用于产生该值的设备的公差范围内，或者可能表示正负10％、正负5％或正负1％，除非另有明确说明。此外，本文所用的术语“基本上”是指多数、或几乎全部、或全部、或在大约51％至大约100％范围内的量。此外，本文中的示例仅意图是说明性的，并且出于讨论目的而不是限制地给出。
根据本文描述的原理的一些实施例，提供了背光。图3A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的背光100的截面图。图3B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的背光100的平面图。图3C示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的背光100的透视图。所示出的背光100可以用于例如包括但不限于多视图显示器的电子显示器中的背光。
图3A-3C所示的背光100被配置为提供散射或发射光102。如图3A所示，发射光102被引导远离背光100的表面。发射光102可被用于照明或用作电子显示器的照明源。特别地，例如，发射光102可以被调制以促进通过电子显示器的信息(例如，图像)的显示。在一些实施例中，可以对发射光102进行调制(例如，使用光阀，如下所述)，以促进显示具有3D内容或被表示为多视图图像的信息。
在一些实施例中(例如，如下面关于多视图背光所描述的)，发射光102可以包括多个方向性光束，其中不同的方向性光束具有彼此不同的主角方向。例如，多个光束可以代表光场。此外，方向性光束具有预定的角度扩展。即，可以将发射光102的光束的主角方向限制为基本上在预定的对向角γ内。例如，可以相对于多个方向性光束中的中心光束定义预定的对向角γ(或等效地，角度扩展γ)。此外，根据一些实施例，发射光102的提供的多个方向性光束可以在与多视图显示器(例如，可以用于显示3D或多视图图像的多视图显示器)的各个视图方向相对应的不同主角方向上被引导远离背光100。这样，背光100可以是多视图背光，如下面进一步描述的。
如图3A-3C所示，背光100包括光导110。根据一些实施例，光导110可以是平板光导。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电介质材料。光波导的电介质材料可以具有大于围绕电介质光波导的介质的第二折射率的第一折射率。折射率的差异被配置为促进根据光导110的一种或多种引导模式的被引导光104的全内反射。在图3A中，被引导光104的传播方向103由粗体箭头指示。
在一些实施例中，光导110的电介质光波导可以是平板或板状光波导，其包括光学透明的电介质材料的延伸的、基本上平面的片。根据各种示例，光导110的光学透明的电介质材料可以包括多种电介质材料或由其构成，包括但不限于各种类型的玻璃(例如，石英玻璃、碱金属铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等)中的一种或多种、一种或多种基本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)或其组合。在一些实施例中，光导110可进一步包括在光导110的表面的至少一部分(例如，顶表面和底表面中的一个或两个)上的覆盖层(未示出)。根据一些示例，覆层可以用于进一步促进全内反射。
根据一些实施例，光导110被配置为根据全内反射以在第一表面110'(例如，“前”表面或侧面)与第二表面110”(例如，“后”表面或侧面)之间的非零传播角来引导被引导光104。特别地，被引导光104可以通过以非零传播角(尽管在由粗箭头表示的传播方向103上)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可以由光导110以不同的颜色特定的、非零的传播角中的相应一个来引导。为了简化说明，在图3A-3C中未示出非零传播角。
如本文所定义，“非零传播角”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。此外，根据各种实施例，非零传播角既大于零又小于光导110内的全内反射的临界角。例如，被引导光104的非零传播角可以在大约十(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，对于特定的实施方式，可以选择(例如，任意地选择)特定的非零传播角，只要该特定非零传播角被选择为小于光导110内的全内反射的临界角即可。此外，根据各种实施例，被引导光104或等效地被引导光“光束”104可以是准直光束(例如，由光栅扩展器提供，如下所述)。在此，“准直光”或“准直光束”通常被定义为光束，其中光束的射线基本上被限制在光束(例如，被引导光104)内的预定或限定的角度扩展。此外，根据本文的定义，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。此外，在各种实施例中，被引导光104可以根据准直因子或具有准直因子而准直。
在一些实施例中，光导110可以被配置为“回收”被引导光104。特别地，已经沿着光导长度被引导的被引导光104可以沿着该长度在与传播方向103不同(例如，与传播方向103相反)的另一传播方向103'上被重定向回去。例如，光导110可以在光导110的与邻近于光源的输入端或入射边缘相对的端部处包括反射器(未示出)。反射器可以被配置成将被引导光104作为循环的被引导光朝着入口边缘反射回去。在图3A中，粗体箭头指示循环的被引导光的传播方向103'(例如，沿负x方向指向)示出了光导110内的循环的被引导光的总体传播方向。替代地(例如，与循环被引导光相反)，可以通过以另一传播方向103'(例如，除了具有传播方向103的被引导光104之外)将光引入到光导110中来提供在另一传播方向103'中传播的被引导光104。通过使被引导光可用于散射背光100不止一次(例如，通过例如以下描述的角度保持散射体)，循环被引导光104或替代地在另一传播方向103'上提供被引导光104可以增加背光100的亮度(例如，发射光102的方向性光束的强度)。
根据各种实施例，光导110具有角度保持散射特征112。角度保持散射特征112被配置为将被引导光104的一部分作为出射光102散射出光导110。在一些实施例中(例如，如图所示)，角度保持散射特征112包括多个角度保持散射体。特别地，角度保持散射特征112的各个角度保持散射器可以是离散的结构或彼此间隔开的特征，每个离散的结构被配置为以保持角度的方式将被引导光104的不同部分散射或耦合出来。在各种实施例中，角度保持散射特征112可以包括提供或被配置为产生角度保持散射的各种不同结构或特征中的任何一种，包括但不限于衍射光栅、反射结构和折射结构，以及它们的各种组合。
此外，根据各种实施例，发射光102或等效地发射光102的方向性光束的角度扩展由角度保持散射特征112的特性确定。特别地，角度保持散射特征112被配置为将被引导光104的一部分从光导110中散射出来，作为具有以预定的对角γ为特征的角度扩展发射光102。结果，由于角度保持散射特征112的散射，发射光102可基本上被限制在预定对角γ内(或等效地在角度扩展内)。此外，发射光102的角度扩展是被引导光104的准直因子的函数，并且在一些实施例中与被引导光104的准直因子成比例。例如，可以由等式(2)给出角度扩展(或等效地“角度扩展”)的预定对向角γ为
γ＝f(σ) (2)
其中，σ是被引导光104的准直因子，并且f(·)表示诸如但不限于准直σ的线性函数的函数。例如，函数f(·)可以给出为γ＝a·σ，其中a是整数。
如图3A-3C所示，背光100还包括光栅扩展器120。根据各种实施例(例如，如图所示)，光栅扩展器120可以位于用于提供要被引导作为光导110中的被引导光104的光源(例如，下面描述的光源130)和光导110的角度保持散射特征112之间。光栅扩展器120被配置为将由光源提供给光导110的光转换成光导内的空间角度均匀光。即，光栅扩展器120被配置为接收来自光源的提供的光，然后以空间角度均匀的方式在光导的宽度上扩展所提供的光，作为空间角度均匀光。然后，空间角度均匀光成为要在光导110内被引导的光，作为被引导光104。
图3B示出了来自光导110内的光源的光，如在各个径向方向上延伸的箭头所示，以描绘提供给光导110的光。如箭头所示，一部分光可以简单地通过光栅扩展器120，而另一部分可以由光栅扩展器120重定向(例如衍射重定向)。简单地通过的光和由光栅扩展器120重定向的部分组合在一起，以提供空间角度均匀光，该空间角度均匀光被引导作为被引导光104。根据各种实施例，光导110内的空间角度均匀光可以促进背光100的均匀照明。
在一些实施例中，光栅扩展器120还被配置为减小在光导110内被引导的空间角度均匀光的角度扩展。特别地，可以通过光栅扩展器120减小空间角度均匀光的角度扩展，以根据准直因子σ使光基本上准直。根据各种实施例，准直因子σ可以被配置为提供被引导光104的预定角度扩展。在一些实施例中，在光栅扩展器120的输出处具有减小的角度扩展的空间角度均匀光可以进一步促进或提供光导110的基本均匀的照明。
根据各种实施例，图3A-3C中示出的光栅扩展器120包括具有衍射特征的衍射光栅122，衍射特征平行于或基本平行于光导110中的被引导光104的传播方向(例如，传播方向103)延伸。例如，衍射光栅122的衍射特征可包括在光导110的表面处的凸脊和凹槽中的一个或两个，这些凸脊和凹槽在远离光导110的输入边缘(例如，在图3A-3C中与光源130相邻)的方向上延伸并且朝向光导110的角度保持散射特征112。如图3B中所示，由光源提供的光可以与衍射光栅122相互作用并且被衍射光栅122衍射(即，衍射重定向)，以将所提供的光转换为空间角度均匀光，例如，如图3B中的箭头所示。
在一些实施例中，衍射光栅122可以包括光导110的材料，例如，可以在光导表面上形成衍射特征。在其他实施例中，衍射光栅122可以包括在导光表面上的一层材料，并且衍射特征可以形成在该材料层中。在一些实施例中，光栅扩展器120的衍射光栅122可包括位于光导110的相对表面上、之中或附近的衍射特征。例如，衍射光栅122的衍射特征可以位于光导110的第一表面110'和第二表面110”中的一个或两个上。
在一些实施例中，光栅扩展器120的衍射光栅122可以包括反射模式衍射光栅。根据本文的定义，作为反射模式衍射光栅，衍射光栅122被配置为既衍射光又将光反射回到光导110中。在一些实施例中(未示出)，作为反射模式衍射光栅的衍射光栅122包括具有衍射特征的光栅层和反射层，该光栅层在光导110和反射层之间。例如，光栅层可以包括电解质材料，例如但不限于各种塑料或聚合物(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)或“丙烯酸玻璃”，聚碳酸酯等)，而反射层可以包括各种反射材料的任何一种，例如包括但不限于反射金属或增强镜面反射器(ESR)膜。在其他非限制性实施例中，作为反射模式衍射光栅的衍射光栅122可以是金属衍射光栅122。
如图3A-3C所示，背光100可以进一步包括光源130。根据各种实施例，光源130被配置为将光提供给光导110以被引导作为被引导光104，所提供的光首先穿过光栅扩展器120，以将所提供的光转换成空间角度均匀光。然后继续作为被引导光104。特别地，光源130可以位于与光导110的输入边缘相邻，并且光栅扩展器120可以位于光源130与光导110的角度保持散射特征112之间。在一些实施例中(例如，如图所示)，光源130可以包括沿着光导110的输入边缘彼此间隔开的多个光发射器132。
在各种实施例中，光源130可以基本上包括任何光源(例如，光发射器)，包括但不限于一个或多个发光二极管(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光谱的基本上单色的光的光发射器。特别地，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可以是配置为提供基本宽带或多色光的基本宽带光源。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光的每种不同颜色相对应的被引导光的不同的、特定于颜色的、非零的传播角的光。
在一些实施例中(例如，如图3A-3C所示)，光栅扩展器120的衍射光栅122可以包括位于多个光源130的光发射器之间的多个分开或单独的衍射光栅。在其他实施例中，光栅扩展器120的衍射光栅122可以在光源130和角度保持散射特征112之间的光导110的宽度上分布。例如，衍射光栅可以以基本上均匀的方式分布在光导110的整个宽度上。在此，“宽度尺寸”或简称为“宽度”被定义为在与光导110的宽度相对应的方向上的尺寸。如图3A-3C所示，光导“宽度”又被定义为沿y轴或与y轴对应的尺寸，该尺寸在与导光104的总体传播方向基本正交的平面中。光导110的宽度也基本上垂直于光导110的高度或厚度，例如，沿着或对应于图3A-3C所示的z轴的尺寸。在一些实施例中，衍射光栅122的衍射特征之间的长度或长度分布可以在引导光104的传播方向103上变化。特别地，长度分布可以作为沿着光导110的输入边缘的距离的函数而变化。在一些实施例中，(一个或多个)衍射光栅122的衍射特征之间的间距或间隔可以作为沿着宽度尺寸的距离的函数而变化(例如，可以啁啾衍射光栅122)。在一些实施例中，一个或多个衍射光栅122的另一特性可以变化，包括但不限于，一个或多个衍射光栅122的占空比和衍射特征的横截面分布。根据一些实施例，衍射光栅122的变化特性可以被配置为调整光导110内的被引导光104的强度分布或扩展角。
图4示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的背光100的平面图。图5示出了根据与本文描述的原理一致的另一实施例的示例中的背光100的平面图。特别地，图4和图5均示出了背光100，该背光100包括具有角度保持散射特征112的光导110，在光导110的输入边缘处的光源130，在光源130和角度保持散射特征112之间的光栅扩展器120。此外，图4示出了光栅扩展器120的衍射光栅122作为连续衍射光栅在光导110的整个宽度上分布。作为示例而非限制，衍射光栅122包括具有基本相等的长度的衍射特征。图4中的箭头示出了由光源130提供的光以及所提供的光的衍射重定向，该衍射重定向导致光栅扩展器120将所提供的光转换成空间角度均匀光。
图5示出了衍射光栅122，例如，与图3B类似，该衍射光栅122包括彼此间隔开并位于光源130的光发射器132之间的多个单独的衍射光栅122。另外，图5示出了衍射光栅122，其具有作为随着沿着光导110的宽度的距离的函数而变化的长度分布。特别地，多个单独的衍射光栅122中的单独的衍射光栅122具有衍射特征，该衍射特征在单独的衍射光栅122的中间比在其边缘处更长。衍射光栅122的变化的长度分布可用于控制由光栅扩展器120提供的光的转换量，或者等效地用于控制由空间角度均匀光提供的照明均匀度。尽管未示出，但是在一些实施例中，图4中示出的连续衍射光栅的诸如长度分布、节距、占空比等的特性也可以在宽度维度上变化。
再次参考图3A-3C，在一些实施例中，背光100中的光导110的角度保持散射特征112可以包括多光束元件。特别地，图3A-3C所示的角度保持散射特征112可以包括多个多光束元件。利用具有包括多光束元件的角度保持散射特征112的光导110的背光100可以被称为“多光束”背光，如下面进一步详细描述的。
图6A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光100'的截面图。图6B示出了根据与本文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6C示出了根据与本文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。如图所示，多视图背光100'包括具有角度保持散射特征112的光导110和光栅扩展器120(图6B中未示出)。此外，图6A-6C所示的角度保持散射特征112包括多个多光束元件112'。
根据各种实施例，多个多光束元件中的多光束元件112'可以沿着光导110的长度彼此间隔开。特别地，多光束元件112'可以通过有限的空间彼此分开，并且沿着光导长度代表各个不同的元件。此外，根据一些实施例，多光束元件112'通常不相交、重叠或以其他方式彼此接触。即，多个多光束元件中的每个多光束元件112′通常是不同的并且与其他多光束元件112′分开。
根据一些实施例，可将角度保持散射特征112的多个多光束元件112'布置成在一维(1D)阵列或二维(2D)阵列中。例如，多个多光束元件112'可以被布置为线性1D阵列。在另一个示例中，多个多光束元件112'可以被布置为矩形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)可以是规则或均匀的阵列。特别地，多光束元件112'之间的元件间距离(例如，中心到中心的距离或间隔)在整个阵列上可以是基本均匀或恒定的。在其他示例中，多光束元件112'之间的元件间距离可以在整个阵列上以及沿着光导110的长度之一或两者都改变。
根据各种实施例，多个中的多光束元件112'被配置为散射出被引导光104的一部分作为发射光102。此外，发射光102包括多个方向性光束102'。在图6A和6C中，方向性光束102'被示为多个发散箭头，描绘为从光导110的第一(或前)表面110'定向。根据各种实施例，方向性光束102'具有彼此不同的主角方向。此外，根据各种实施例，方向性光束102'的不同主角方向对应于包括多视图像素的多视图显示器的各个不同视图方向。
另外，根据本发明，多光束元件112'的尺寸可以与多视图像素106中的视图像素的尺寸相当，或者与多视图显示器的光阀(例如，下面描述的光阀108)的尺寸相当。在此，“尺寸”可以以各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，光阀的尺寸可以是其长度，并且多光束元件112'的可比较尺寸也可以是多光束元件112'的长度。在另一个示例中，尺寸可以指的是使得多光束元件112'的面积可以与光阀的面积相当的面积。
在一些实施例中，多光束元件112'的尺寸与光阀尺寸相当，使得多光束元件尺寸在光阀尺寸的约百分之五十(50％)至约百分之二百(200％)之间。在其他示例中，多光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％)，并且多光束元件112'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占光阀尺寸的百分之六十(160％)，或小于光阀尺寸的百分之一百四十(140％)，或小于光阀尺寸的百分之一百二十(120％)。例如，通过“可比较的尺寸”，多光束元件的尺寸可以在光阀尺寸的百分之七十五(75％)到百分之一百五十(150％)之间。在另一个示例中，多光束元件112'在光阀尺寸上可以是可比较的，其中多光束元件尺寸在光阀尺寸的约百分之一百二十五(125％)至约百分之八十五(85％)之间。根据一些实施例，可以选择多光束元件112'和光阀的可比较的尺寸以减小或在一些示例中最小化多视图显示器的视图之间的暗区，而同时减小或在一些示例中最小化多视图显示的视图之间的重叠。为了便于讨论，图6A-6C还示出了多视图像素106以及多视图背光100'。在图6A-6B中，将多光束元件的尺寸表示为s，将视图像素尺寸或光阀的尺寸表示为S。
图6A-6C进一步示出了光阀阵列108，该光阀阵列108配置成在发射光102中调制多个方向性光束中的方向性光束102'。光阀阵列可以是例如采用多视图背光100'的多视图显示器的一部分，并且为了便于本文的讨论而在图6A-6C中与多视图背光100'一起示出。在图6C中，光阀108的阵列被部分切除以允许可视化光导110和在光阀阵列下方的多光束元件112'。在各种实施例中，可以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6A-6C所示，不同方向性光束102′穿过并且可以由光阀阵列中的不同的光阀108调制。此外，如图所示，阵列的光阀108对应于视图像素，并且一组光阀108对应于多视图显示器的多视图像素106。特别地，光阀阵列的不同组的光阀108被配置为接收和调制来自不同的多光束元件112'的方向性光束102'，即，如图所示，对于每个多光束元件112'，存在一组唯一的光阀108。
如图6A中所示，第一光阀组108a被配置为接收和调制来自第一多光束元件112'a的方向性光束102'，而第二光阀组108b被配置为接收并调制来自第二多光束元件112'b的方向性光束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)分别对应于不同的多视图像素106，光阀组中的各个光阀108对应于各个多视图像素106的视图像素，如图6A所示。
在一些实施例中，多光束元件112'的形状类似于多视图像素106的形状，或者等效地，对应于多视图像素106的光阀108的集合(或“子阵列”)的形状。例如，多光束元件112'可以具有正方形形状，并且多视图像素106(或对应的一组光阀108的布置)可以是大致正方形。在另一个示例中，多光束元件112'可以具有矩形形状，即，可以具有大于宽度或横向尺度的长度或纵向尺度。在该示例中，对应于多光束元件112'的多视图像素106(或等效地，光阀组108的布置)可以具有类似的矩形形状。图6B示出了正方形多光束元件112'和包括正方形光阀组108的相应正方形多视图像素106的俯视图或平面图。在其他示例(未示出)中，多光束元件112'和对应的多视图像素106具有各种形状，包括或至少近似为但不限于三角形、六边形和圆形。
根据各种实施例，多光束元件112'可以包括被配置为散射出引导光104的一部分的多个不同结构中的任何一个。例如，不同的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，包括衍射光栅的多光束元件112'被配置为衍射地散射出被引导光部分作为具有不同主角方向的多个方向性光束102'。在其他实施例中，包括微反射元件的多光束元件112'被配置为反射地散射被引导光部分作为多个方向性光束102'，或者包括微折射元件的多光束元件112'被配置为通过或利用折射将被引导光部分散射为多个方向性光束102'(即，折射散射出被引导光部分)。
图7A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的包括多光束元件112'的多视图背光100'的一部分的截面图。图7B示出了根据与本文描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多光束元件112'的多视图背光100'的一部分的截面图。特别地，图7A-7B示出了包括衍射光栅114的多视图背光100'的多光束元件112'。衍射光栅114被配置为衍射地散射出所引导的光104的一部分作为发射光102的多个方向性光束102'。衍射光栅114包括多个衍射特征，所述多个衍射特征彼此间隔开衍射特征间隔或衍射特征或光栅节距，配置为提供从被引导光部分出来的衍射耦合。根据各种实施例，衍射光栅114中的衍射特征的间隔或光栅节距可以是亚波长的(即，小于被引导光的波长)。
在一些实施例中，多光束元件112'的衍射光栅114可以位于光导110的表面处或附近。例如，如图7A所示，衍射光栅114可以在光导110的第一表面110'处或附近。光导第一表面110'处的衍射光栅114可以是透射模式衍射光栅，该透射模式衍射光栅被配置为通过第一表面110'衍射地散射出被引导光部分作为方向光束102'。在另一个示例中，如图7B所示，衍射光栅114可以位于光导110的第二表面110”处或附近。当位于第二表面110”处时，衍射光栅114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114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着第一表面110'反射，以通过第一表面110'射出，作为衍射方向性光束102'。在其他实施例(未示出)中，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，在本文描述的一些实施例中，方向性光束102'的主角方向可包括由于方向性光束102'在光导表面处离开光导110而引起的折射效应。例如，图7B通过示例而非限制的方式示出了当方向性光束102'穿过第一表面110'时由于折射率的变化而导致的方向性光束102'的折射(即，弯曲)。还参见下文描述的图8A和8B。
根据一些实施例，衍射光栅114的衍射特征可以包括彼此间隔开的凹槽和凸脊中的一个或两个。凹槽或凸脊可以包括光导110的材料，例如可以形成在光导110的表面中。在另一个示例中，凹槽或凸脊可以由除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膜或层。
在一些实施例中，多光束元件112'的衍射光栅114是均匀的衍射光栅，其中衍射特征间距在整个衍射光栅114中基本上是恒定的或不变的。在其他实施例中，衍射光栅114是啁啾衍射光栅。根据定义，“啁啾”衍射光栅是表现出或具有衍射特征的衍射间距(即，光栅间距)的衍射光栅，该衍射特征在啁啾衍射光栅的范围或长度上变化。在一些实施例中，啁啾衍射光栅可以具有或表现出随距离线性变化的衍射特征间距的啁啾。因此，按照定义，啁啾衍射光栅是“线性啁啾”衍射光栅。在其他实施例中，多光束元件112'的啁啾衍射光栅可以表现出衍射特征间距的非线性啁啾。可以使用各种非线性线性啁啾，包括但不限于指数啁啾对数啁啾或以另一种基本不均匀或随机但仍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。也可以采用这些类型的啁啾的任何组合。
图8A示出了根据与本文描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多光束元件112'的多视图背光100'的一部分的截面图。图8B示出了根据与本文描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多光束元件112'的多视图背光100'的一部分的截面图。特别地，图8A和8B示出了包括微反射元件的多光束元件112'的各种实施例。用作多光束元件112'或多光束元件112'中的微反射元件可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8A-8B所示)，包括微反射元件的多光束元件112'可以位于或邻近光导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表面110'和第二表面110“之间的光导110内。
例如，图8A示出了包括微反射元件116的多光束元件112'，该微反射元件116具有位于邻近于光导110的第二表面110”的反射面(例如，“棱柱”微反射元件)。所示出的棱柱形微反射元件116的小面被配置为将被引导光104的一部分反射(即，反射地散射)出光导110。例如，小面可以相对于导光104的传播方向斜或倾斜(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，这些小面可以在光导110内使用反射材料形成(例如，如图8A所示)，或者可以是第二表面110”中的棱柱形腔的表面。在一些实施例中，当采用棱柱形腔时，腔表面处的折射率变化可提供反射(例如，TIR反射)，或者形成小面的腔表面可被反射材料涂覆以提供反射。
在另一个示例中，图8B示出了包括微反射元件116的多光束元件112'，微反射元件116具有基本平滑的弯曲表面，例如但不限于半球形微反射元件116。例如，微反射元件116的特定表面曲线可以被配置为取决于被引导光104与之接触的曲面上的入射点而在不同方向反射被引导光部分。如图8A和8B所示，反射性地从光导110散射出的被引导光部分通过示例而非限制地从第一表面110'出射或从第一表面110'发射。如同图8A中的棱柱形微反射元件116一样，图8B中的微反射元件116可以是光导110内的反射材料，也可以是在第二表面110”中形成的腔(例如，半圆形腔)，如图8B中通过示例而非限制的方式示出。图8A和8B还以示例而非限制的方式示出了具有两个传播方向103、103'的被引导光104(即，以粗箭头示出)。例如，使用两个传播方向103、103'可以促进向发射光102的多个方向性光束102'提供对称的主角方向。
图9示出了根据与本文描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多光束元件112'的多视图背光100'的一部分的截面图。特别地，图9示出了包括微折射元件118的多光束元件112'。根据各种实施例，微折射元件118被配置为从光导110折射地散射出被引导光104的一部分。即，微折射元件118被配置为采用折射(例如，与衍射或反射相反)以将被引导光部分从光导110散射出作为出射光102的方向性光束102'，如图9所示。微折射元件118可以具有各种形状，包括但不限于半球形、矩形或棱柱形(即，具有倾斜的小面的形状)。根据各种实施例，微折射元件118可以延伸或突出光导110的表面(例如，第一表面110')，如图所示，或者可以是该表面中的腔(未示出)。此外，在一些实施例中，微折射元件118可以包括光导110的材料。在其他实施例中，微折射元件118可以包括与光导表面相邻并在一些示例中接触的另一材料。
在一些实施例中，背光100被配置为在与被引导光104的传播方向103、103'正交的穿过光导110的方向上对光基本上是透明的。例如，由于透明性，光可能能够从第二表面110”到第一表面110'穿过光导110的厚度或高度，反之亦然。至少部分由于构成角度保持散射特征112的元件(例如，多光束元件112')的相对较小尺寸和这些元件的相对较大的元件间间距(例如，与多视图像素106一一对应)，促进了透明度。
根据本文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被调制光束作为多视图显示器的像素。此外，所发射的被调制光束可以优选地指向多视图显示器的多个观看方向。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，调制的不同定向的光束中的不同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，不同的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)表示。多视图显示器的用途包括但不限于移动电话(例如，智能电话)、手表、平板电脑、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、相机显示器和各种其他移动以及基本上非移动的显示应用和设备。
图10示出了根据与本文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被配置为根据沿不同视图方向的不同视图来显示多视图图像。特别地，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)。调制光束202在图10中被示为从光阀240发出的箭头。虚线用于所发射的调制光束202的箭头，以举例而非限制的方式强调其调制。
图10所示的多视图显示器200包括光导210。根据一些实施例，光导210可以与以上关于背光100所述的光导110基本相似。例如，光导210被配置为从光导210的输入边缘沿传播方向将根据全内反射的光导引为被引导光。
如图10所示，多视图显示器200还包括角度保持散射特征220。特别地，根据一些实施例，角度保持散射特征220包括光学耦合到光导210的多光束元件的阵列。角度保持散射特征220的多光束元件阵列被配置为将来自光导210的一部分被引导光散射为方向性光束204，方向性光束204具有与多视图显示器200的多视图图像的不同视图的视图方向对应的主角方向。此外，方向性光束204具有彼此不同的主角方向。
在一些实施例中，角度保持散射特征220的多束元件阵列的多束元件可以基本上类似于如上所述的角度保持散射特征112的多束元件112'。例如，多光束元件可包括基本上类似于上面例如在图7A-7B中描述的衍射光栅114的衍射光栅。在另一个示例中，多光束元件可以包括微反射元件，该微反射元件与上述例如在图8A-8B中示出的微反射元件116基本相似。在又一个示例中，多光束元件可以包括微折射元件。该微折射元件可以基本上类似于以上描述并且在图9中示出的微折射元件118。
图10中所示的多视图显示器200进一步包括光栅扩展器230，该光栅扩展器230包括具有衍射特征的衍射光栅，该衍射特征在光导210内的被引导光的传播方向上延伸。光栅扩展器230被配置为在被多光束元件阵列散射作为方向性光束之前，将来自光源的光转换成空间角度均匀的被引导光。在一些实施例中，光栅扩展器230可以基本上类似于以上关于背光100所描述的光栅扩展器120。例如，光栅扩展器230的衍射光栅可以包括彼此间隔开的多个单独的衍射光栅。在其他实施例中，光栅扩展器230的衍射光栅可以沿着光导210的输入边缘分布。此外，在一些实施例中，光栅扩展器230的衍射光栅可包括具有可变长度分布的衍射特征。
如图10所示，多视图显示器200还包括光阀240的阵列。光阀240的阵列被配置为将方向性光束调制为多视图显示器200的多视图图像的不同视图。在一些实施例中，光阀阵列240可以基本上类似于上述背光100的光阀108的阵列。根据一些实施例，多光束元件阵列的多光束元件的尺寸大于光阀阵列的光阀240的尺寸的大约一半，并且小于光阀尺寸的大约两倍。
在一些实施例中，多视图显示器200可以进一步包括光源250。光源250被配置为提供要被引导光作为被引导光。这样，光源250可以将光提供给光栅扩展器230，以将其转换成空间角度均匀的被引导光。在一些实施例中，光可以以非零传播角或具有非零传播角而被提供给光栅扩展器230。根据一些实施例，光源250可以基本上类似于如上所述的背光100和多视图背光100'的光源130。例如，光源250可以包括多个发光二极管(LED)或更一般地包括沿着光导210的输入边缘彼此间隔开并且光学地耦合到光导210的输入边缘的多个光发射器。此外，当光源250包括多个光发射器并且光栅扩展器230的衍射光栅包括多个单独的衍射光栅时，多个单独的衍射光栅中的单独的衍射光栅可以位于光源250的多个光发射器的光发射器之间。
根据本文描述的原理的其他实施例，提供了一种背光操作方法。图11示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的背光操作方法300的流程图。如图11中所示，背光操作(或多视图背光操作)的方法300包括使用在光导的输入边缘处的光源向光导提供310光。在一些实施例中，通过提供310光而提供给光导的光具有第一扩展角。例如，光源可以包括光发射器，该光发射器对接耦合到输入边缘，并且提供310光将光引入到具有相对较宽的第一扩展角的光导。在一些实施例中，光导和光源以及所提供的光可以分别与以上关于背光100所述的光导110、光源130和光源130提供的光大致相似。例如，用于提供310光的光源可以包括多个沿着光导的输入边缘彼此间隔开的光发射器。
图11所示的背光操作方法300还包括使用光栅扩展器将提供的光转换320为光导内的空间角度均匀光，该光栅扩展器包括与光导的输入边缘相邻的衍射光栅。根据各种实施例，将所提供的光转换320成空间角度均匀光，在光栅扩展器的输出处产生光，该光有利于光导的均匀照明或基本均匀的照明。在一些实施例中，将光转换成空间角度均匀光可进一步减小角度扩展，使得空间角度均匀光可具有小于所提供的光的第一扩散角的第二扩散角。在一些实施例中，用于将所提供的光转换320成空间角度均匀光的光栅扩展器可以基本上类似于上述关于背光100的光栅扩展器120。根据各种实施例，特别地，光栅扩展器的衍射光栅包括衍射特征，在与被引导光在光导内的传播方向相对应的方向上延伸。
在光源包括彼此间隔开的多个光发射器的一些实施例中，光栅扩展器的衍射光栅可以包括彼此间隔开并且位于光源的多个光发射器的光发射器之间的多个单独的衍射光栅。在其他实施例中，衍射光栅可以在与光导的输入边缘相邻的光导的宽度上或基本上在其整个宽度上分布。
如图11中所示，背光操作的方法300进一步包括使用光导的角度保持散射特征将引导光的一部分散射330出光导。特别地，被引导光的散射部分由背光作为发射光发射。在一些实施例中，角度保持散射特征可以基本上类似于如上所述的光导110的角度保持散射特征112。
特别地，在一些实施例中，角度保持散射特征包括多光束元件。在这些实施例中，发射光包括具有彼此不同的主角方向的多个方向性光束。在各个实施例中，方向性光束的不同主角方向对应于多视图显示器的各个不同视图方向。此外，根据一些实施例，多光束元件的尺寸可以与多视图显示器的光阀的尺寸相当。例如，多光束元件可以大于视图像素尺寸的一半，并且小于光阀尺寸的两倍。
在一些实施例中，角度保持散射特征的多光束元件可以基本上类似于如上所述的多视图背光100'的多光束元件112'。例如，多光束元件可以是多个或多光束元件阵列的成员。此外，在一些实施例中，多光束元件可包括衍射光栅、微反射元件和微折射元件中的一个或多个。
在一些实施例中，多视图背光操作的方法300还包括使用多个光阀来调制340所发射光。在一些实施例中，所发射光可以包括方向性光束，并且光阀可以被配置为多视图显示器的多视图像素。根据一些实施例，多个光阀可以基本上类似于以上关于图6A-6C和多视图背光100'描述的光阀108的阵列。特别地，如上所述，不同组的光阀可以对应于不同的多视图像素，其方式类似于第一和第二光阀组108a、108b与不同的多视图像素106的对应关系。
因此，已经描述了背光、背光操作方法和多视图显示器的示例和实施例，该示例和实施例包括被配置为在光导内提供空间角度均匀光的光栅扩展器。应当理解，上述示例仅是表示此处描述的原理的许多特定示例中的一些示例。显然，本领域技术人员可以容易地设计出许多其他布置而不背离所附权利要求所限定的范围。

Claims (17)

1.一种背光，包括：
光导，被配置为沿着所述光导的长度导引光作为被导引光，所述光导具有角度保持散射特征，所述角度保持散射特征被配置为将所述被导引光的一部分散射出所述光导作为发射光；以及
在被配置为向所述光导提供光的光源和所述光导的所述角度保持散射特征之间的光栅扩展器，所述光栅扩展器包括具有衍射特征的衍射光栅，所述衍射特征在所述光导内在所述被导引光的传播方向延伸，
其中，所述光栅扩展器被配置为将由所述光源提供的光转换成所述光导内的空间角度均匀光，以促进所述背光的均匀照明，并且
其中，所述光源具有沿着所述光导的输入边缘彼此间隔开的多个光发射器，所述光栅扩展器的所述衍射光栅包括位于所述光源的多个光发射器的光发射器之间的多个单独的衍射光栅。
2.根据权利要求1所述的背光，其中，所述光栅扩展器的所述衍射光栅分布横跨所述光源与所述角度保持散射特征之间的所述光导的宽度。
3.根据权利要求1所述的背光，其中，所述衍射特征包括在所述光导的表面处的凸脊和凹槽中的一个或两个，所述凸脊和凹槽在远离与所述光源相邻的所述光导的输入边缘并且朝向所述光导的所述角度保持散射特征的方向上延伸。
4.根据权利要求3所述的背光，其中，所述光栅扩展器的所述衍射光栅的所述衍射特征位于所述光导的相对表面处。
5.根据权利要求1所述的背光，其中，所述光栅扩展器的所述衍射光栅包括反射模式衍射光栅。
6.根据权利要求5所述的背光，其中，作为所述反射模式衍射光栅的衍射光栅包括具有所述衍射特征的光栅层和反射层，所述光栅层在所述光导和所述反射层之间。
7.根据权利要求1所述的背光，其中，所述衍射光栅的所述衍射特征在所述被导引光的所述传播方向上的长度分布，作为沿着与所述光源相邻的所述光导的输入边缘的距离的函数而变化。
8.根据权利要求1所述的背光，其中，所述角度保持散射特征包括沿着所述光导长度彼此间隔开的多个多光束元件，所述多个多光束元件的多光束元件被配置为从所述光导中散射出所述被引导光的所述一部分，作为具有与多视图显示器的各个不同视图方向相对应的不同主角方向的多个方向性光束，
其中，所述多光束元件的尺寸在用于将所述多个方向性光束调制为多视图图像的所述多视图显示器的光阀的尺寸的百分之五十到百分之二百之间。
9.根据权利要求8所述的背光，其中，所述多光束元件包括光学地连接到所述光导以散射出所述被导引光 的一部分的衍射光栅、微反射元件和微折射元件中的一个或多个。
10.一种多视图显示器，包括根据权利要求1所述的背光，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制所述发射光的光束，所述阵列的一组光阀对应于所述多视图显示器的多视图像素。
11.一种多视图显示器，包括：
光导，被配置导引光作为被导引光；
角度保持散射特征，其包括多光束元件阵列，所述多光束元件阵列被配置为散射出所述被引导光的一部分作为方向性光束，所述方向性光束具有与所述多视图显示器的多视图图像的不同视图的视图方向相对应的主角方向；
光栅扩展器，包括具有在所述被导引光 的传播方向上延伸的衍射特征的衍射光栅，所述衍射光栅被配置为在由所述多光束元件阵列将所述被引导光散射出作为所述方向性光束之前，将来自光源的光转换为空间角度均匀的所述被引导光；
光阀阵列，被配置为将所述方向性光束调制为所述多视图图像的所述不同视图；以及
光源，被配置为提供要被引导作为所述被引导光的光，
其中，所述光源包括沿着所述光导的输入边缘彼此间隔开的多个光发射器，所述光栅扩展器的所述衍射光栅包括位于所述光源的所述多个光发射器的光发射器之间的多个单独的衍射光栅。
12.根据权利要求11所述的多视图显示器，其中，所述衍射光栅的所述衍射特征在所述被引导光的所述传播方向上的长度分布，作为沿着所述光导的输入边缘的距离的函数而变化。
13.根据权利要求11所述的多视图显示器，其中，所述多光束元件阵列的多光束元件的尺寸大于所述光阀阵列的光阀的尺寸的一半，并且小于所述光阀尺寸的两倍。
14.根据权利要求11所述的多视图显示器，其中，所述多光束元件阵列的多光束元件包括光学地连接到所述光导以散射出所述被引导光的一部分的衍射光栅、微反射元件和微折射元件中的一个或多个。
15.根据权利要求11所述的多视图显示器，其中，所述光栅扩展器还被配置为减小光的角度扩展，以根据准直因子来准直所述被引导光。
16.一种背光操作的方法，所述方法包括：
使用光源在光导的输入边缘处向所述光导提供光；
使用光栅扩展器将提供的光转换为所述光导内的空间角度均匀光，以在所述光导内提供被引导光，所述光栅扩展器包括与所述光导的所述输入边缘相邻并且具有衍射特征的衍射光栅，所述衍射特征在所述光导内在对应于所述被引导光的传播方向的方向延伸；以及
使用所述光导的角度保持散射特征，将所述被引导光的一部分散射出所述光导作为发射光，
其中，所述光源包括沿着所述光导的所述输入边缘彼此间隔开的多个光发射器，所述光栅扩展器的所述衍射光栅包括相互间隔开并且位于所述光源的多个光发射器的光发射器之间的多个单独的衍射光栅。
17.根据权利要求16所述的背光操作的 方法，其中，所述角度保持散射特征包括多光束元件，所述发射光包括具有与多视图显示器的各个不同视图方向相对应的彼此具有不同主角方向的多个方向性光束。
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