CN113039390A - 具有光学掩模元件的多视图背光体、显示器和方法 - Google Patents

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Abstract

多视图背光体和多视图显示器采用具有第一部分和横向移位的第二部分的光学掩模元件以减轻与光学掩模元件相关联的边纹。多视图背光体包括分布在光导上的多束单元晶格阵列。每个多波束单元晶格具有多束元件,该多波束元件被配置为散射出被引导光的一部分作为多个定向光束,该多个定向光束具有与多视图显示器的不同视图对应的不同方向。每个多束单元晶格还包括光学掩模元件,该光学掩模元件具有与多束元件对准并共同延伸的第一部分和在多束单元晶格内从第一部分横向移位的第二部分。所述光学掩模元件的所述横向位移及总尺寸中的一者或两者被配置为减轻与所述光学掩模元件相关联的边纹。

Description

具有光学掩模元件的多视图背光体、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31日提交的序列号为62/753,876的美国临时申请的优先权,其内容通过引用并入本文。
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各样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)以及采用机电的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,电子显示器可被分为有源显示器(即,发光的显示器)或无源显示器(即,调制由另一源提供的光的显示器)。有源显示器中最明显的示例是CRT、PDP和OLED/AMOLED。当考虑发射的光时,被典型地归类为无源显示器的是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低功耗的引人注目的性能特性,但因为缺少发光的能力而在许多实际的应用中使用受到一些限制。
附图说明
参考以下结合附图的详细描述,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,其中相似的附图标记指定相似的结构元素,并且其中:
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具有与多视图显示器的视图方向对应的特定主角方向的光束的角分量的图形表示。
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的横截面图。
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多视图背光体的横截面图。
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多视图背光体的平面图。
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多视图背光体的透视图。
图4A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束单元晶格(multibeam unit cell)的横截面图。
图4B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多束单元晶格的横截面图。
图4C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多束单元晶格的横截面图。
图4D示出了根据与本文描述的原理一致的又一实施例的示例中的多束单元晶格的横截面图。
图5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体以及相邻的宽角度背光体的横截面图。
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束单元晶格的平面图。
图6B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多束单元晶格的平面图。
图6C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多束单元晶格的平面图。
图6D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多束单元晶格的平面图。
图7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8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体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和代替以上参考的附图中所示的特征中的一个的其它特征。下面参照上面参考的附图详细描述这些和其它特征。
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一种在多视图或三维(3D)显示器中具有应用的多视图背光体。值得注意的是,多视图背光体包括分布在光导上的多束单元晶格阵列。每个多束单元晶格具有多束元件,该多束元件被配置为散射出被引导光的一部分作为多个定向光束,该多个定向光束具有与多视图显示器的不同视图对应的不同方向。此外,每个多束单元晶格包括光学掩模元件,该光学掩模元件具有与多束元件对准并共同延伸(co-extensive)的第一部分和在多束单元晶格内从光学掩模元件的第一部分横向移位的第二部分。根据各种实施例,所述光学掩模元件的总尺寸被配置为减轻与所述光学掩模元件相关联的边纹(Moire)。例如,包括第一部分和第二部分的组合区域的光学掩模元件的总尺寸是多视图显示器的像素间距的平方的非零整数倍。
根据各种实施例,多视图显示器可以包括具有像素间距的光阀阵列。光阀阵列被配置为将定向光束调制为要由多视图显示器显示的多视图图像,其中多视图显示器的多视图像素包括光阀阵列的一组光阀,该组光阀对应于多束单元晶格的多束元件并且被配置为调制由多束元件散射出的定向光束。
在一些实施例中,包括多视图背光体的多视图显示器是模式可切换显示器。在模式可切换显示器的多视图操作模式期间,多视图背光体用于照亮光阀阵列并提供多视图图像。可替代地,在模式可切换显示器的二维(2D)操作模式期间,宽角度背光体用于照亮光阀阵列并提供2D图像。注意,根据各种实施例,每个多束单元晶格中的光学掩模元件的第一和第二部分的尺寸和空间布置可以减少或消除光学掩模元件的可见性,特别是在模式可切换显示器的2D操作模式期间。
在本文中,“二维显示器”或“2D显示器”被定义为被配置为提供基本上相同的图像视图的显示器,而不管观看图像的方向如何(即,在2D显示器的预定义视角或范围内)。在智能电话和计算机监视器中发现的常规液晶显示器(LCD)是2D显示器的示例。与此相反并且在本文中,“多视图显示器”被定义为被配置为在不同视图方向上或从不同视图方向提供多视图图像的不同视图的电子显示器或显示系统。具体而言,不同的视图可以表示多视图图像的场景或对象的不同透视图。适用于本文描述的多视图图像的显示器的多视图背光体和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、平板计算机、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。
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包括用于显示要观看的多视图图像的屏幕12。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被示为从屏幕12以各种不同的主角方向延伸的箭头;不同的视图14在箭头(即,描绘视图方向16)的终点处被示出为多边形框;并且仅示出了四个视图14和四个视图方向16,全部都是以示例的方式而非限制。应当注意的是,尽管在图1A中将不同视图14示出为位于屏幕上方,但当多视图图像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中的对应的一个观看多视图显示器10。
根据本文的定义,具有对应于多视图显示器的视图方向的方向(即,定向光束)的视图方向或等效光束通常具有由角分量{θ,φ}给出的主角方向。角分量θ在本文中被称为光束的“仰角分量”或“仰角”。角分量φ被称为光束的“方位分量”或“方位角”。根据定义,仰角θ是垂直平面中的角度(例如,垂直于多视图显示器屏幕的平面),而方位角φ是水平平面中的角度(例如,平行于多视图显示器屏幕的平面)。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具有与多视图显示器的视图方向(例如,图1A中的视图方向16)对应的特定主角方向的光束20的角分量{θ,φ}的图形表示。此外,根据本文的定义,光束20从特定点发射或放射。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光线。图1B还示出了光束(或视图方向)的原点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角或包括多个视图的视图之间的角度差的多个视图。另外,根据本文的定义,本文中的术语“多视图”明确地包括两个以上的不同视图(即,至少三个视图并且通常多于三个视图)。像这样,在本文中采用的“多视图显示器”明确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。然而应当注意的是,虽然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,可以通过仅选择多视图视图中的两个来同时观看(例如,每只眼睛一个视图),多视图图像可以被作为立体图像对观看(例如,在多视图显示器上)。
“多视图像素”在本文中被定义为光阀阵列的一组光阀或光阀的集合,其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。具体而言,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光阀阵列的各个光阀。此外,根据本文的定义,由多视图像素的光阀提供的视图像素是所谓的“定向像素”,因为每个视图像素与不同视图中的对应视图的预定视图方向相关联。此外,根据各种示例和实施例,由多视图像素的光阀表示的不同视图像素可以在每个不同视图中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多视图图像的每个不同视图中的位于{x1,y1}处的视图像素对应的各个光阀,而第二多视图像素可以具有与每个不同视图中的位于{x2,y2}处的视图像素对应的各个光阀,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)个光阀。在另一示例中,多视图显示器可以提供8×4的视图阵列(即,32个视图),并且多视图像素可以包括三十二个32光阀(即,每个视图一个)。另外,例如,每个不同的光阀可以提供具有与不同视图的视图方向中的不同视图方向对应的相关联方向(例如,光束主角方向)的视图像素。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上等于多视图图像中的视图像素(即,构成所选视图的像素)的数量。
在本文中,“光导”被定义为使用全内反射来在结构内引导光的结构。具体而言,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,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。光导可以是几种光导中的任一种,包括但不限于板(plate)或片(slab)光导以及条带(strip)光导中的一个或两个。
此外,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薄片,其有时被称为“片”导。具体而言,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,根据在本文的定义,顶表面和底表面二者彼此分离并且可以在至少差异意义上基本上相互平行。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上平行或共面。
在一些实施例中,板光导可以是基本上平坦的(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,板光导可以在以一个或两个正交的维度上弯曲。例如,板光导可以在单个维度上弯曲以形成圆柱形的板光导。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”被广义地定义为被布置以提供入射到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,多个特征可以以周期性或准周期性的方式布置。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,多个衍射光栅中的每个衍射光栅具有不同的周期性特征布置。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,材料表面中的多个凹槽或脊)。可替代地,衍射光栅可以包括2D特征阵列或以二维限定的特征阵列。例如,衍射光栅可以是材料表面上的凸起或材料表面中的孔的2D阵列。在一些示例中,衍射光栅可以在第一方向或维度上基本上是周期性的,并且在跨越或沿着衍射光栅的另一方向上基本上是非周期性的(例如,恒定的、随机的等)。
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处、材料表面内或材料表面上(即,两种材料之间的边界)的一个或多个。例如,该表面可以是光导的顶表面下方。衍射特征可包括衍射光的各种结构中的任何一个,包括但不限于在表面处、表面中或表面上的凹槽、脊、孔和凸起的一个或多个。例如,衍射光栅可包括多个在材料表面中基本平行的凹槽。在另一示例中,衍射光栅可包括在材料表面升起的多个平行的脊。衍射特征(例如,凹槽、脊、孔、凸起等)可具有提供衍射的各种横截面形状或轮廓中的任何一个,包括但不限于正弦曲线轮廓、矩形轮廓(例如,二元衍射光栅)、三角形轮廓以及锯齿形轮廓(例如,闪耀光栅)中的一个或多个。
根据在本文中描述的各种示例,衍射光栅(例如,如下所述的衍射多束元件的衍射光栅)可被用于将光衍射地散射或耦合出光导(例如,板光导)作为光束。具体而言,局部周期性衍射光栅的衍射角θm或由其提供的衍射角θm可以由等式(1)给出:
Figure BDA0003046584300000071
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隔,θi是衍射光栅上的光的入射角。简单起见,等式(1)假定衍射光栅与光导的表面相邻,并且光导外的材料的折射率等于1(即,nout=1)。通常,衍射级m由整数给出(即,m=±1,±2,…)。由衍射光栅产生的光束的衍射角θm可以由等式(1)给出。当衍射级m等于1(即,m=1)时,提供一级衍射或更具体地一级衍射角θm
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的横截面图。例如,衍射光栅30可以位于光导40的表面上。此外,图2示出了以入射角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中还示出了由于入射光束20的衍射而由衍射光栅30衍射地产生并耦合出或散射出的定向光束50。定向光束50具有由等式(1)给出的衍射角θm(或本文中的“主角方向”)。例如,定向光束50可以对应于衍射光栅30的衍射级“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方位(例如,倾斜或旋转)。例如,衍射特征的曲线和衍射特征的方位中的一个或两个可以被配置为控制由衍射光栅耦合出的光的方向。例如,定向光的主角方向可以是衍射特征在光入射在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。
根据本文的定义,“多束元件”是背光体或显示器的结构或元件,其提供包括多个定向光束的发射光。根据各种实施例,多束元件被配置为通过或使用散射(例如,衍射散射、反射散射、折射散射中的一个或多个)来提供多个定向光束。具体而言,多束元件可以光学耦合到背光体的光导,并且可以采用散射来克服或击败全内反射,从而提供多个定向光束。此外,根据本文的定义,多束元件可以包括在多束元件的边界或范围内的多个子元件。根据本文的定义,由多束元件提供的多个定向光束(或“多个定向光束”)的光束具有彼此不同的主角方向。具体而言,根据定义,多个定向光束中的定向光束具有与多个定向光束中的另一定向光束的预定主角方向不同的预定主角方向。
在一些实施例中,多束元件可以包括被配置为衍射地散射来自光导的光的衍射光栅或甚至多个衍射光栅。在其他实施例中,代替衍射光栅或除了衍射光栅之外,多束元件可以包括微反射元件和微折射元件中的一个或两个。多束元件的微反射元件被配置为提供反射散射,并且可以包括但不限于三角形反射镜、梯形反射镜、金字塔形反射镜、矩形反射镜、半球形反射镜、凹面镜和/或凸面镜。多束元件的微折射元件被配置为提供折射散射,并且可以包括但不限于三角形折射元件、梯形折射元件、金字塔形折射元件、矩形折射元件、半球形折射元件、凹折射元件和/或凸折射元件。
根据各种实施例,多个定向光束可以表示光场。例如,多个定向光束可以被限制到基本上圆锥形的空间区域或者具有预定角展度(angular spread),该预定角展度包括多个定向光束中的定向光束的不同主角方向。像这样,组合的定向光束(即,多个光束)的预定角展度可以表示光场。
根据各种实施例,多个定向光束中的各种定向光束的不同主角方向由多束元件的尺寸特性确定,包括但不限于多束元件的尺寸(例如,长度、宽度、面积等中的一个或多个)和方位以及多束元件的各种散射特性(例如,衍射光栅间距、折射率、反射表面的斜率等)。在一些实施例中,根据本文的定义,多束元件可以被认为是“扩展点光源”,即,跨多束元件的范围分布的多个点光源。此外,根据本文的定义并且如上面关于图1B所述,由多束元件产生的定向光束具有由角分量{θ,φ}给出的主角方向。
根据定义,“宽角度”发射光被定义为具有大于多视图图像或多视图显示器的视图的锥角的锥角的光。具体而言,在一些实施例中,宽角度发射光可以具有大于约二十度(例如,>±20°)的锥角。在其他实施例中,宽角度发射光锥角可以大于约三十度(例如,>±30°),或大于约四十度(例如,>±40°),或大于五十度(例如,>±50°)。例如,宽角度发射光的锥角可以是约六十度(例如,>±60°)。
在一些实施例中,宽角度发射光锥角可以被定义为与LCD计算机监视器、LCD平板、LCD电视或用于宽角度观看(例如,约±40-65°)的类似数字显示设备的视角大致相同。在其他实施例中,宽角度发射光也可以被表征或描述为漫射光、基本上漫射光、非定向光(即,缺乏任何特定或限定的方向性),或者具有单个或基本上均匀方向的光。
在本文中,“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衍射光栅、准直镜或反射器、准直透镜或它们的各种组合。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个实施例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。
在本文中,“准直因子”表示为σ,被定义为光被准直的度数。具体而言,根据本文的定义,准直因子定义了光线在准直的光束内的角展度。例如,准直因子σ可以指定准直光的光束中的大部分光线在特定的角展度内(例如,关于准直的光束的中心或主角方向的+/-σ度)。根据一些示例,准直的光束的光线在角度上可以具有高斯分布,并且角展度可以是在准直的光束的峰值强度的二分之一处确定的角度。
在本文中,“光源”被定义为光的来源(例如,被配置为产生和发射光的光发射器)。例如,光源可以包括诸如当激活或打开时发射光的发光二极管(LED)的光发射器。具体而言,在本文中,光源可以基本上是光的任何来源或基本上包括任何光发射器,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色彩(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,光源可以包括光发射器的集合或一组光发射器,其中至少一个光发射器产生具有与由该集合或该组中的至少一个其他光发射器产生的光的色彩或波长不同的色彩或等效波长的光。例如,不同的色彩可以包括原色(例如,红、绿、蓝)。
此外,如本文中所用的,冠词“一”意欲具有其在专利文献中的普通的含义,即“一个或多个”。例如,“一个元件”表示一个或多个元件,并且像这样,“所述元件”在本文中表示“(一个或多个)元件”。此外,本文中对“顶”、“底”、“上面”、“下面”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”的任何提及在本文中无意成为限制。在本文中,术语“大约”在被应用于值时,通常表示在用于产生该值的装备的容差范围之内,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,如本文中所用的,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%的范围内的范围。此外,在本文中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。
根据本文描述的原理的一些实施例,提供了一种多视图背光体。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多视图背光体100的横截面图。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多视图背光体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多视图背光体100的透视图。图3C中的透视图以局部切除示出,以便于仅在本文中讨论。
图3A-3C中所示的多视图背光体100被配置为提供具有彼此不同的主角方向的定向光束102(例如,作为光场)。具体而言,根据各种实施例,所提供的定向光束102在与包括多视图背光体100的多视图显示器的相应视图方向对应的不同主角方向上被散射出并被引导远离多视图背光体100。在一些实施例中,可以调制定向光束102(例如,使用多视图显示器中的光阀,如下所述),以促进显示具有多视图内容的信息,例如,多视图图像。图3A和3C还示出了包括光阀130的阵列的多视图像素106,这将在下面进一步描述。多视图背光体100的表面可以被称为多视图背光体100的“发射表面”,定向光束102通过该表面从光阀130散射出并朝向光阀130散射。
如图3A-3C所示,多视图背光体100包括光导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(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。电介电材料可以具有第一折射率,该第一折射率大于围绕该电介质光波导的介质的第二折射率。例如,折射率的差异被配置为根据光导110的一个或多个引导模式促进被引导光104的全内反射。
在一些实施例中,光导110可以是片或板光波导(即,板光导),其包括延伸的、基本上平面的光学透明电介质材料片。基本上平面的电介质材料片被配置为使用或根据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各种电介质材料中的任何一种或由各种电介质材料中的任何一种组成,包括但不限于各种类型的玻璃(例如,二氧化硅玻璃、碱金属铝硅酸盐玻璃、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。在一些示例中,光导110还可以包括在光导110的表面(例如,顶表面和底表面中的一个或两个)的至少一部分上的涂覆层(未示出)。根据一些示例,涂覆层可以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以非零传播角在光导110的第一表面110'(例如,“前”或“顶”表面或侧)和第二表面110"(例如,“后”表面或侧)之间引导被引导光104。具体而言,被引导光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”而传播。在一些实施例中,包括不同色彩的光的多个被引导光束可以由光导110以不同色彩特定的、非零传播角中的相应传播角引导作为被引导光104。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沿着图3A中的光导长度的一般传播方向。
如本文所定义的,“非零传播角”是相对于光导110的表面(例如,第一表面110'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度(10°)和大约五十度(50°)之间,或者在一些示例中,在大约二十度(20°)和大约四十度(40°)之间,或者在大约二十五度(25°)和大约三十五度(35°)之间。此外,可以针对特定实现方式选择(例如,任意地)特定的非零传播角,只要该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即可。
光导110中的被引导光104可以使用耦合结构以非零传播角被引入或耦合到光导110中,该耦合结构诸如但不限于透镜、反射镜或类似的反射器(例如,倾斜准直反射器)、衍射光栅和棱镜以及它们的各种组合。在其他示例中,可以在不使用或基本上不使用耦合结构(即,可以采用直接或“对接”耦合)的情况下将光直接引入光导110的输入端。一旦耦合到光导110中,被引导光104被配置为在传播方向103上沿着光导110传播,该传播方向103通常可以远离输入端(例如,在图3A中由沿着x轴指向的粗箭头示出)。
此外,根据各种实施例,通过将光耦合到光导110中产生的被引导光104或等效地被引导光束104可以是准直光束。这里,“准直光”或“准直的光束”通常被定义为光束的光线在光束(例如,被引导光束104)内基本上彼此平行的光束。此外,根据本文的定义,从准直的光束发散或散射的光线不被认为是准直的光束的一部分。在一些实施例(未示出)中,多视图背光体100可以包括准直器,诸如但不限于透镜、衍射光栅、反射器或反射镜,以准直例如来自光源的光。在一些实施例中,光源本身包括准直器。作为被引导光104提供给光导110并由光导110引导的准直光可以是准直的被引导光束。具体而言,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被准直。可替代地,在其他实施例中,被引导光104可以是未准直的。
如图3A-3C所示,多视图背光体100还包括分布在光导110上的多束单元晶格120的阵列。在图3B和3C中,多束单元晶格阵列的多束单元晶格120由虚线描绘。通常,多束单元晶格阵列的多束单元晶格120具有或包括可平铺形状。例如,图3B-3C中所示的多束单元晶格120具有正方形可平铺形状。然而,根据各种实施例,可以采用基本上任何可平铺形状。此外,根据一些实施例,多束单元晶格120的阵列可以以二维(2D)阵列布置为在2D阵列上具有重复的多束单元晶格120的规则阵列。
根据各种实施例,多束单元晶格阵列的每个多束单元晶格120包括多束元件122。多束元件122被配置为从光导110散射出被引导光104的一部分作为具有与多视图显示器的不同视图对应的不同方向的多个定向光束102。具体而言,多束元件122可以将定向光束102散射出光导110的与多视图背光体100的发射表面相对应的表面。图3A和3C将定向光束102示出为多个发散箭头,其被描绘为被引导远离光导110的第一(或前)表面110',即光导110的发射表面,如图所示。像这样,多视图背光体100的发射表面可以等同于光导110的发射表面,定向光束102通过光导110的发射表面被多束元件122散射。此外,根据各种实施例,可以使用衍射散射、反射散射和折射散射或耦合中的一个或多个来耦合出或散射出被引导光部分。
具体而言,在一些实施例中,多束元件122可以包括衍射光栅,该衍射光栅被配置为衍射地散射出被引导光的一部分作为多个定向光束102。例如,多束元件122可以包括多个衍射光栅。在另一实施例中,多束元件122可以包括微反射元件和微折射元件中的一个或两个,微反射元件被配置为反射地散射出被引导光104的一部分作为多个定向光束102,微折射元件被配置为折射地散射出被引导光104的一部分作为多个定向光束102。在又一其他实施例中,多束元件122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。
根据各种实施例,多束单元晶格阵列的每个多束单元晶格120还包括光学掩模元件124。例如,光学掩模元件124可以用于反射或至少阻挡由多束元件122在除了定向光束102的方向之外的方向上散射的光。具体而言并且如下面更详细地描述的,光学掩模元件124可以被配置为促进散射光被选择性地引导朝向光导110的发射表面,例如,与被引导远离发射表面相反。此外,根据一些实施例,当光学掩模元件124被配置为反射散射光时,反射的散射光可以增强定向光束102以提高多束元件122的散射效率。
根据各种实施例,光学掩模元件124包括第一部分124a和第二部分124b,第一部分124a与多束单元晶格120的多束元件122对准并与其共同延伸,第二部分124b在多束单元晶格120内从第一部分横向移位。根据一些实施例,光学掩模元件124的第二部分124b可以在多束单元晶格120内横向移位多视图显示器的像素间距的整数倍。也就是说,在一些实施例中,第二部分与第一部分124a分开并横向间隔开对应于像素间距的整数倍的横向距离。通常,第二部分124b的横向位移可以在x方向、y方向或x方向和y方向两者的组合上。在其他实施例中,第二部分124b从第一部分124a的横向位移可以是像素间距的非整数倍。
此外,根据各种实施例,光学掩模元件124的总尺寸被配置为减轻与光学掩模元件124相关联的边纹。在一些实施例中,包括第一部分124a和第二部分124b的组合面积的光学掩模元件124的总尺寸是像素间距的平方的整数倍。在一些实施例中,光学掩模元件124的第一部分124a和第二部分124b彼此共面。在其他实施例中,第一部分124a和第二部分124b不是共面的。
通常,光学掩模元件124或至少其第一部分124a位于多束元件122的与面向多个定向光束102的方向(即,发射方向)的一侧相对的一侧上。像这样,在一些实施例中,光学掩模元件124的第一部分124a可以位于多束元件122和光导110的与光导110的第一表面110'相对的第二表面110"之间。第一表面110'可以对应于发射表面,多个定向光束102被配置为由多视图背光体发射通过该发射表面,例如,如图3A和3C所示。
例如,在一些实施例中,多束单元晶格120的多束元件122可以设置在光导110的第一表面110'上,例如,如图所示的顶表面。进而,多束单元晶格120的光学掩模元件124可以位于多束元件122和光导110的第二表面之间。也就是说,光学掩模元件124的至少第一部分124a可以位于多束元件122的与面向光导110的第一表面110'的一侧相对的一侧附近。在其他实施例中,多束元件122可以设置在第二表面110"上,或者甚至设置在第一表面110'和第二表面110"之间。在这些示例中,光学掩模元件124可以位于多束元件122和光导110的第二表面110"之间,或者甚至位于光导110的外部。
图4A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束单元晶格120的横截面图。如图4A所示,多束单元晶格120的多束元件122位于光导110的第二表面110"附近。此外,多束单元晶格120的光学掩模元件124位于多束元件122的一侧附近,该侧与其面向光导110的第一表面110'或发射表面的一侧相对,如图所示。所示的光学掩模元件124具有第一部分124a和第二部分124b,第一部分124a与多束元件122对准并共同延伸,第二部分124b包括两个子部分,每个子部分从第一部分124a横向移位,但是在不同的方向上。此外,如图所示,第一部分124a和第二部分124b彼此共面。
图4B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多束单元晶格120的横截面图。如图4B所示,多束单元晶格120的多束元件122与光导110的第二表面110"相邻。此外,光学掩模元件124与多束元件122的与面向光导的第一表面的一侧相对的一侧相邻,即,定向光束102被多束元件122散射的方向。在图4B中,根据一些实施例,光学掩模元件124可以应用或固定到光导110的第二表面110",并且因此有效地位于光导110的外部。再次,如图4A所示,第一部分124a和第二部分124b是共面的,并且第一部分124a与所示的多束单元晶格120的多束元件122对准并共同延伸。此外,在图4B中,通过示例而非限制的方式,多束元件122也被示出为衍射光栅。
图4C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多束单元晶格120的横截面图。在图4C中,多束元件122位于光导110的第一表面110'附近,并且光学掩模元件124位于第一表面110'和第二表面110"之间。再次,如图4A所示,第一部分124a和第二部分124b是共面的,并且第一部分124a与所示的多束单元120的多束元件122对准并共同延伸。在图4C中,作为示例而非限制,多束元件122还被示为衍射光栅,其被配置为将被引导光104衍射地散射出光导110作为定向光束102。
图4D示出了根据与本文描述的原理一致的又一实施例的示例中的多束单元晶格120的横截面图。如图4D所示,多束单元晶格120的多束元件122与光导110的第二表面110"相邻。此外,光学掩模元件124与多束元件122的与面向光导的第一表面的一侧相对的一侧相邻,即,定向光束102被多束元件122散射的方向。然而,如图4D所示,光学掩模元件124位于与光导110相邻的另一结构126的表面上。例如,另一结构126可以包括另一背光体,诸如下面描述的宽角度背光体。此外,光学掩模元件通过间隙(例如,气隙)与多束元件122分离,如图4D中作为示例而非限制所示。
注意,在图4A-4D中的每一个中,通过示例而非限制的方式,多束元件122被示出为衍射光栅。图4A-4D中的多束元件122同样可以被示出为例如微折射元件或微反射元件。同样地,为了便于说明而非限制,图4A-4D将光学掩模元件124的第一部分124a和第二部分124b示出为共面的。此外,在图4A-4D中,示出了由多束元件122的衍射光栅从被引导光104衍射散射的定向光束102在光导110的第一表面110'处发射。
根据各种实施例,光学掩模元件124是不透明的,并且包括被配置为阻挡或至少基本上阻挡光透射的不透明材料(例如,材料层或膜)。像这样,光学掩模元件124可以被称为不透明掩模元件。在一些实施例中,光学掩模元件的至少第二部分124b包括不透明材料。在其他实施例中,光学掩模元件124的第一部分124a和第二部分124b都包括不透明材料。像这样,不透明材料可以被配置为阻挡由多束元件122在基本上远离光导的发射表面的方向上散射的光。在一些实施例中,不透明材料可以被配置为仅阻挡光的透射,而在其他实施例中,不透明材料可以包括吸收入射光的层或膜,例如黑色涂料或膜。
在一些实施例中,光学掩模元件124包括反射材料,并且光学掩模元件124可以被称为反射掩模元件。具体而言,光学掩模元件124的至少第一部分124a可以包括反射材料,该反射材料被配置为在对应于被引导光的一部分的散射出的方向上或等效地朝向光导110的发射表面反射来自多束元件122的散射光。在一些实施例中,第一部分124a和第二部分124b都可以包括反射材料。在其他实施例中,例如,光学掩模元件124的第一部分124a可以包括反射性材料,因此是反射性的,而第二部分124b可以仅是包括吸收性材料的不透明的。根据各种实施例,反射材料可以包括但不限于金属(例如,反射金属层或膜)、各种聚合物-金属复合材料(例如,铝-聚合物层或膜)、布拉格反射器、增强镜面反射器膜(ESR)、或提供光学反射的各种其他合适的材料和材料层或膜中的任何一种。
再次参考图3A-3C,完全位于多束单元晶格120内的多束元件122沿着光导长度彼此间隔开,并且在一些实施例中,在光导110的宽度上彼此间隔开。具体而言,多束单元晶格阵列的多束元件122通过有限空间彼此共同分离,并且表示沿着光导长度的单独的不同元件。因此,根据本文的定义,多束单元晶格120的阵列的多束元件122根据有限(即,非零)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,多个多束元件122通常不相交、重叠或以其他方式彼此接触。此外,每个多束元件122通常是不同的并且与多束元件122中的其他多束元件分离,因为每个多束元件122在不同的多束单元晶格120中。
根据一些实施例,多束元件122的尺寸可以与其中采用多视图背光体100的多视图显示器的光阀或等效像素的尺寸相当。这里,“尺寸”可以以各种方式定义为包括但不限于长度、宽度或面积。例如,光阀尺寸可以是其长度,并且多束元件122的相当尺寸也可以是多束元件122的长度。在另一示例中,尺寸可以指使得多束元件122的面积可以与光阀的面积相当的面积。
在一些实施例中,多束单元晶格120的多束元件122的尺寸与光阀尺寸相当,使得多束元件尺寸在光阀尺寸的约百分之五十(50%)和约百分之二百(200%)之间。例如,如果多束元件尺寸表示为“s”并且光阀尺寸表示为“S”(例如,如图3A所示),则多束元件尺寸s可以由等式(2)给出为:
Figure BDA0003046584300000161
根据一些实施例,可以选择多束元件122和光阀130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的视图之间的暗区。此外,可以选择多束元件122和光阀130的相当的尺寸以减少并且在一些示例中最小化多视图显示器或由多视图显示器显示的多视图图像的视图(或视图像素)之间的重叠。
如上所述,图3A-3C中所示的多视图背光体100可以用在多视图显示器中,该多视图显示器还包括被配置为将定向光束102调制为多视图图像的光阀阵列。图3A和3C示出了位于多视图背光体100的光导110的第一表面110'附近的光阀130的阵列。如图所示,具有不同主角方向的定向光束102中的不同定向光束穿过光阀阵列中的光阀130中的不同光阀并且可以由光阀阵列中的光阀130中的不同光阀130调制。此外,如图所示,一组光阀130对应于多视图显示器的多视图像素106,并且该组中的所选光阀130对应于多视图显示器的像素。具体而言,光阀阵列中的不同组的光阀130被配置为接收和调制来自每个多束元件122的定向光束102,即,对于每个多束单元晶格120,存在一组独特的光阀130,如图所示。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130,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。
注意,如图3A所示,光阀130的尺寸以及像素的尺寸可以对应于光阀阵列中的光阀130的物理尺寸。在其他示例中,光阀尺寸可以被定义为光阀阵列中的相邻光阀130之间的距离(例如,中心到中心距离)。例如,光阀130的孔径可以小于光阀阵列中的光阀130之间的中心到中心距离。因此,根据各种实施例,光阀尺寸可以被定义为光阀130的尺寸或与光阀130之间的中心到中心距离对应的尺寸。在一些实施例中,光阀130之间的中心到中心距离可以被定义为“像素间距”,并且基于中心到中心距离的光阀130的面积可以被定义为“像素间距的平方”。在光阀130包括子像素(例如,色彩子像素)的一些实施例中,“像素间距”可以根据子像素尺寸或间距(即,光阀130的子像素之间的中心到中心距离)来定义。例如,光阀130可以包括一组三种色彩的子像素,三种不同色彩(例如,红色、绿色、蓝色)中的每一种由三种色彩的子像素中的不同的一种表示。在此实例中,可依据色彩子像素之间的像素间距离来定义像素间距。在其他实施例中,光阀130可以表示子像素,并且光阀130的阵列可以对应于子像素的阵列。
根据一些实施例,多视图背光体100还可以包括被配置为提供要在光导110内引导的光的光源140。具体而言,光源140可以位于光导110的入射表面或端部(输入端)附近,如图3A和3C所示。在各种实施例中,光源140可以包括基本上任何光源(例如,光发射器),包括但不限于LED、激光器(例如,激光二极管)或它们的组合。在一些实施例中,光源140可以包括光发射器,该光发射器被配置为产生具有由特定色彩表示的窄带光谱的基本上单色光。具体而言,单色光的色彩可以是特定色彩空间或色彩模型(例如,红-绿-蓝(RGB)色彩模型)的原色。在其他示例中,光源140可以是被配置为提供基本上宽带或多色光的基本上宽带光源。例如,光源140可以提供白光。在一些实施例中,光源140可以包括被配置为提供不同色彩的光的多个不同的光发射器。
在各种实施例中,光源140被配置为提供被引导光104,其中,被引导光104具有非零传播角和根据预定准直因子被准直中的一个或两个。在一些实施例中,光源140可以被配置为提供具有与不同色彩的光中的每一种对应的被引导光的不同的、色彩特定的、非零传播角的光。在一些实施例中,光源140还可以包括准直器,该准直器被配置为根据预定准直因子提供要由光导110被引导光。
根据一些实施例,多视图背光体100可以用在多视图显示器中,该多视图显示器还操作、起作用或用作模式可切换显示器。在这些实施例中,多视图背光体100可以与宽角度背光体结合使用,以向光阀阵列提供发射光。
图5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体100以及相邻的宽角度背光体150的横截面图。具体而言,如图所示,宽角度背光体150与多视图背光体100的光导110的表面(即,第二或底表面110”)相邻。根据各种实施例,宽角度背光体150被配置为向光阀130的阵列提供宽角度发射光152。具体而言,宽角度背光体150被配置为在多视图显示器的二维(2D)模式期间提供宽角度发射光152,光阀阵列被配置为将宽角度发射光调制为2D图像。因此,光导110和多束单元晶格120的阵列被配置为对宽角度发射光152透明。在各种实施例中,多视图显示器被配置为在多视图显示器的多视图模式期间显示多视图图像,并且在多视图显示器的2D模式期间显示2D图像。在图5中,多视图背光体100还包括具有多束元件122和光学掩模元件124两者的多束单元晶格120,如图所示。
根据各种实施例,光学掩模元件124的第二部分124b从第一部分124a的上述横向位移可以减小或最小化光学掩模元件124的可见性,特别是当采用诸如宽角度背光体150的第二背光体时。具体而言,在一些实施例中,通过横向位移,可以最小化光学掩模元件124的可见性中的一个或两个,并且可以减轻与光学掩模元件124相关联的边纹。此外,根据一些实施例,当来自另一个源(例如,另一个共面背光体)的光被配置为穿过多视图背光体100时,可见性最小化和边纹减轻可能是特别重要的。根据各种实施例,光学掩模元件124的第二部分124b可具有各种形状中的任一种。此外,多束单元晶格120在多束单元晶格阵列上的分布可以导致相邻多束单元晶格120的第二部分124b彼此合并以形成各种形状。
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束单元晶格120的平面图。具体而言,图6A示出了多束单元晶格120,其包括多束单元晶格120的阵列中的多束元件122和光学掩模元件124,光学掩模元件124包括第一部分124a和从第一部分124a横向移位的多个第二部分124b。如图所示,相邻多束单元晶格120中的光学掩模元件124的横向移位的第二部分124b在其拐角处合并以形成十字形。此外,如图所示,组合的第一部分124a和第二部分124b的总尺寸等于多视图显示器的像素间距的平方的整数倍。
图6B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多束单元晶格120的平面图。图6B所示的多束单元晶格120包括在多束单元晶格120的阵列中的多束元件122和光学掩模元件124。此外,光学掩模元件124的第二部分124b从第一部分124a横向移位且具有三角形形状,如图所示。像这样,相邻多束单元晶格120中的光学掩模元件124的第二部分124b在其拐角处合并以形成菱形形状。
图6C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多束单元晶格120的平面图。在图6C中,所示的多束单元晶格120包括在多束单元晶格120的阵列中的多束元件122和光学掩模元件124,如图6A-6B所示。然而,在图6C中,从第一部分124a横向移位的光学掩模元件124的第二部分124b具有半圆形形状。像这样,相邻多束单元晶格120的横向移位的第二部分124b在其拐角处合并以形成圆形形状。
图6D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多束单元晶格120的平面图。与图6A-6C一样,图6D所示的多束单元晶格120包括在多束单元晶格120的阵列中的多束元件122和光学掩模元件124。然而,在图6D中,光学掩模元件124的横向移位的第二部分124b具有基本上任意或随机的形状。例如,图6D中所示的第二部分124b可以包括图6A中所示的第二部分124b,但是具有随机移除的区域。然而,应注意,图6D中所示的第二部分124b的总体尺寸仍被配置为减轻与光学掩模元件相关联的边纹,例如,当与第一部分124a组合时,第二部分124b的总体尺寸仍为像素间距的平方的整数倍。
根据本文描述的原理的一些实施例,提供了一种多视图显示器。多视图显示器被配置为发射和调制定向光束作为多视图显示器的像素或等效地由多视图显示器显示的多视图图像的像素。发射和调制的定向光束具有彼此不同的主角方向(在本文中也称为“不同定向的光束”)。此外,发射的、调制的光束可以优选地指向多视图显示器的多个视图方向或等效地指向多视图图像的多个视图方向。
图7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被配置为显示在不同视图方向上具有不同视图的多视图图像。具体而言,由多视图显示器200发射的调制光束202用于显示具有与每个不同视图对应的多个像素(例如,视图像素)的多视图图像。调制光束202在图7中被示出为从多视图显示器200发出的箭头。虚线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。
如图所示,多视图显示器200包括被配置为引导光的光导210。在各种实施例中,光可以由光源(未示出)提供,然后根据全内反射在光导210内被引导为被引导光。在一些实施例中,多视图显示器200的光导210可以基本上类似于上面关于多视图背光体100描述的光导110。
图7中所示的多视图显示器200还包括布置在光导210上的多束元件220的阵列。例如,在各种实施例中,多束元件220可以设置在光导210的表面上或光导210的相对表面之间。多束元件阵列中的每个多束元件220被配置为从光导210散射出被引导光的一部分,作为具有与多视图显示器200的不同视图方向对应的不同方向的定向光束。在一些实施例中,多束元件阵列中的多束元件220可以基本上类似于上述多视图背光体100的多束元件122。此外,多束元件220可以被布置为多束单元晶格的阵列中的多束元件阵列,该多束单元晶格的阵列基本上类似于上述多束单元晶格120的阵列。例如,根据各种实施例,多束元件220可以包括被配置为衍射地散射出被引导光的衍射光栅、被配置为反射地散射出被引导光的微反射元件以及被配置为折射地散射出被引导光的微折射元件中的一个或多个。
所示的多视图显示器200还包括与多束元件220中的每一个对应的光学掩模元件230。根据各种实施例,光学掩模元件230具有与对应的多束元件220对准并共同延伸的第一部分和从第一部分横向移位的第二部分。在一些实施例中,横向位移是对应于或等于多视图显示器200的像素间距的整数倍的距离。在其他实施例中,横向位移是像素间距的非整数倍。光学掩模元件230可以被配置为减少或减轻与光学掩模元件230相关联的边纹。例如,减少或减轻的边纹可以有效地降低光学掩模元件230的可见性。
在一些实施例中,光学掩模元件230可以基本上类似于上面关于多视图背光体100描述的多束单元晶格120的光学掩模元件124。具体而言,在一些实施例中,光学掩模元件230的第一部分和第二部分的组合尺寸可以是像素间距的平方的整数倍。在一些实施例中,第一部分可以包括反射材料(例如,反射层),该反射材料被配置为在与散射出包括定向光束的被引导光的一部分对应的方向上反射从多束元件220散射的光。此外,根据一些实施例,第二部分可以包括不透明材料和反射材料中的一个或两个。
根据各种实施例,多视图显示器200还包括光阀240的阵列,如图7所示。光阀240的阵列被配置为调制由多束元件阵列散射出的定向光束以提供多视图图像。在一些实施例中,光阀240的阵列可以基本上类似于如上面参考多视图背光体100所述的光阀130的阵列。例如,根据各种实施例,可以采用不同类型的光阀作为光阀阵列的光阀240,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。
根据一些实施例(未示出),多视图显示器200还可以包括光学耦合到光导的输入的光源,该光源被配置为提供被引导光。由光源提供的被引导光可以具有非零传播角和根据预定准直因子被准直中的一个或两个。在一些实施例中,多视图显示器200的光源可以基本上类似于上述多视图背光体100的光源140。
根据一些实施例(如图7所示),多视图显示器200还可以包括与光导210的表面相邻的宽角度背光体250,该光导210的表面与光导210的与光阀阵列相邻的表面相对。在一些实施例中,宽角度背光体250可以基本上类似于如上面关于多视图背光体100所述的宽角度背光体150。具体而言,宽角度背光体250可以被配置为在多视图显示器200的二维(2D)模式期间提供宽角度发射光252。此外,当存在宽角度背光体时,光阀阵列可以被配置为将宽角度发射光252调制为2D图像。此外,光导210和多束元件阵列可以被配置为对宽角度发射光252透明。另外,在一些实施例中,多视图显示器200可以被配置为在多视图显示器200的多视图模式期间显示多视图图像,并且在多视图显示器200的2D模式期间显示2D图像。
根据本文描述的原理的其他实施例,提供了一种多视图背光体操作的方法。图8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体操作的方法300的流程图。如图8所示,多视图背光体操作的方法300包括使用多束单元晶格的阵列将被引导光散射310出光导,以提供具有与多视图显示器的视图对应的方向的定向光束。根据各种实施例,每个多束单元晶格包括多束元件和光学掩模元件。此外,光学掩模元件具有与多束元件对准并共同延伸的第一部分和从第一部分横向移位的第二部分。
在一些实施例中,多束单元晶格、多束元件和光学掩模元件可以各自分别是基本上类似的如上面关于多视图背光体100所述的多束单元晶格120、多束元件122和光学掩模元件124。例如,光学掩模元件的第一部分可以包括反射材料,该反射材料被配置为在与被散射出包括定向光束的被引导光的一部分对应的方向上反射从多束元件散射的光。此外,光学掩模元件的第二部分可以包括不透明材料和反射材料中的一个或两个。在一些实施例中,多束元件可以包括衍射地散射出被引导光的衍射光栅、反射地散射出被引导光的微反射元件以及折射地散射出被引导光的微折射元件中的一个或多个。此外,光导可以基本上类似于上述多视图背光体100的光导110。例如,可以根据全内反射以非零传播角和具有预定准直因子中的一个或两个来引导被引导光。
图8所示的多视图背光体操作的方法300还包括减轻320与多束单元晶格阵列相关联的边纹。具体而言,在一些实施例中,通过将光学掩模元件的总尺寸提供为多视图显示器的像素间距的平方的整数倍来减轻320边纹。此外,在一些实施例中,可以通过将光学掩模元件的第二部分从第一部分横向移位像素间距的整数倍来减轻边纹。根据各种实施例,多视图显示器的像素间距可以是使用多视图背光体操作的方法300(即,采用多视图背光体进行照明)的多视图显示器的像素间距(或子像素间距)。
在一些实施例中,多视图背光体操作的方法300还包括调制330定向光束以提供由多视图显示器显示的多视图图像。具体而言,使用具有像素间距的光阀阵列来调制330定向光束。在一些实施例中,光阀阵列可以基本上类似于上面关于多视图背光体100描述的光阀130的阵列。
在一些实施例(未示出)中,多视图背光体操作的方法300还包括使用光源向光导提供光。所提供的光可以在光导内具有非零传播角和根据预定准直因子被准直中的一个或两个。根据一些实施例,光源可以基本上类似于上面关于多视图背光体100描述的光源140。
因此,已经描述了多视图背光体、多视图显示器和多视图背光体操作的方法的示例和实施例,所述多视图背光体、多视图显示器和多视图背光体操作的方法采用光学掩模元件多束元件两者来提供定向光束,所述光学掩模元件具有第一部分和横向移位的第二部分。所述光学掩模元件的所述第一部分和所述横向移位的第二部分被配置为减少或消除与所述光学掩模元件相关联的边纹。应当理解,上述示例仅仅是表示本文所述原理的许多具体示例中的一些示例的说明。显然,在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下,本领域技术人员可以容易地设计出许多其他布置。

Claims (21)

1.一种多视图背光体,包括:
光导,其被配置为引导光作为被引导光;以及
分布在所述光导上的多束单元晶格阵列,每个多束单元晶格具有多束元件和光学掩模元件,所述多束元件被配置为将所述被引导光的一部分散射出作为多个定向光束,所述多个定向光束具有与多视图显示器的不同视图对应的不同方向,所述光学掩模元件具有与所述多束元件对准并共同延伸的第一部分和在所述多束单元晶格内从所述第一部分横向移位的第二部分,
其中,所述光学掩模元件的总尺寸被配置为减轻与所述光学掩模元件相关联的边纹。
2.如权利要求1所述的多视图背光体,其中,所述多束元件包括衍射光栅,所述衍射光栅被配置为衍射地散射出所述被引导光的所述部分作为所述多个定向光束。
3.如权利要求1所述的多视图背光体,其中,所述多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散射出所述被引导光的所述部分作为所述多个定向光束,所述微折射元件被配置为折射地散射出所述被引导光的所述部分作为所述多个定向光束。
4.如权利要求1所述的多视图背光体,其中,所述第二部分中的一个或两个从所述第一部分横向移位与所述多视图显示器的像素间距的整数倍相对应的距离,并且包括所述第一部分和所述第二部分的组合区域的所述光学掩模元件的总尺寸是所述像素间距的平方的整数倍。
5.如权利要求1所述的多视图背光体,其中,所述光学掩模元件的所述第一部分位于所述多束元件和、与所述光导的第一表面相对的光导的第二表面之间,所述第一表面对应于发射表面,其中,所述多个定向光束被配置为由所述多视图背光体发射通过所述发射表面。
6.如权利要求1所述的多视图背光体,其中,所述光学掩模元件的所述第一部分包括反射材料,所述反射材料被配置为在与散射出的所述被引导光的一部分对应的方向上反射来自所述多束元件的散射光。
7.如权利要求1所述的多视图背光体,其中,所述光学掩模元件的所述第二部分包括不透明材料,所述光学掩模元件是不透明掩模元件。
8.如权利要求1所述的多视图背光体,其中,所述光学掩模元件的所述第一部分和所述第二部分彼此共面。
9.如权利要求1所述的多视图背光体,还包括:光学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,其中,所述被引导光具有非零传播角和根据预定准直因子被准直中的一个或两个。
10.一种多视图显示器,包括根据权利要求1所述的多视图背光体,所述多视图显示器还包括与所述光导的表面相邻设置的具有像素间距的光阀阵列,所述光阀阵列被配置为调制所述多个定向光束中的定向光束以提供多视图图像。
11.如权利要求10所述的多视图显示器,还包括宽角度背光体,所述宽角度背光体与所述光导的、和邻近于所述光阀阵列的所述光导的表面相对的所述光导的表面相邻,所述宽角度背光体被配置为在所述多视图显示器的二维(2D)模式期间提供宽角度发射光,所述光阀阵列被配置为将所述宽角度发射光调制为2D图像,
其中,所述光导和所述多束单元晶格阵列被配置为对所述宽角度发射光是透明的,所述多视图显示器被配置为在所述多视图显示器的多视图模式期间显示所述多视图图像,并且在所述多视图显示器的所述2D模式期间显示所述2D图像。
12.一种多视图显示器,包括:
布置在光导上的多束元件阵列,所述多束元件阵列中的每个多束元件被配置为从所述光导散射出被引导光作为定向光束,所述定向光束具有与所述多视图显示器的不同视图方向对应的不同方向;
光学掩模元件,其对应于所述多束元件中的每一个,所述光学掩模元件具有与所述多束元件对准并共同延伸的第一部分和从所述第一部分横向移位的第二部分;以及
光阀阵列,其被配置为调制由所述多束元件阵列散射出的所述定向光束以提供多视图图像。
13.如权利要求12所述的多视图显示器,其中,所述光学掩模元件的所述第一部分和所述第二部分的组合尺寸是所述多视图显示器的像素间距的平方的整数倍。
14.如权利要求12所述的多视图显示器,其中,所述光学掩模元件的第二部分从所述第一部分横向移位等于所述多视图显示器的像素间距的整数倍的距离。
15.如权利要求12所述的多视图显示器,其中,所述第一部分包括反射材料,所述反射材料被配置为在与被散射出的包括所述定向光束的所述被引导光的一部分对应的方向上反射来自所述多束元件的散射光,并且其中所述第二部分包括不透明材料和反射材料中的一个或两个。
16.如权利要求12所述的多视图显示器,其中,所述多束元件包括被配置为衍射地散射出所述被引导光的衍射光栅、被配置为反射地散射出所述被引导光的微反射元件、以及被配置为折射地散射出所述被引导光的微折射元件中的一个或多个。
17.如权利要求12所述的多视图显示器,还包括光学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,其中,所述被引导光具有非零传播角和根据预定准直因子被准直中的一个或两个。
18.如权利要求12所述的多视图显示器,还包括宽角度背光体,所述宽角度背光体与所述光导的、和邻近于所述光阀阵列的所述光导的表面相对的所述光导的表面相邻,所述宽角度背光体被配置为在所述多视图显示器的二维(2D)模式期间提供宽角度发射光,所述光阀阵列被配置为将所述宽角度发射光调制为2D图像,
其中,所述光导和所述多束元件阵列被配置为对所述宽角度发射光是透明的,所述多视图显示器被配置为在所述多视图显示器的多视图模式期间显示所述多视图图像并且在所述多视图显示器的所述2D模式期间显示所述2D图像。
19.一种多视图背光体操作的方法,所述方法包括:
使用多束单元晶格阵列将被引导光散射出光导,以提供具有与多视图显示器的视图对应的方向的定向光束,每个多束单元晶格包括多束元件和光学掩模元件,所述光学掩模元件具有与所述多束元件对准并共同延伸的第一部分和第二部分;以及
通过所述光学掩模元件的总尺寸来减轻与所述多束单元晶格相关联的边纹,所述总尺寸是所述多视图显示器的像素间距的平方的整数倍,并且所述第二部分从所述第一部分横向移位。
20.根据权利要求19所述的方法,其中,所述光学掩模元件的所述第一部分包括反射材料,所述反射材料在与所述定向光束的方向对应的方向上反射来自所述多束元件的散射光,并且其中,所述光学掩模元件的所述第二部分包括光学不透明材料和反射材料中的一个或两个。
21.根据权利要求19所述的方法,还包括使用具有所述像素间距的光阀阵列调制所述定向光束以提供由所述多视图显示器显示的多视图图像,其中所述光学掩模元件的所述第二部分从所述第一部分横向移位所述像素间距的整数倍。
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