CN114144616A - 在光导内具有多光束元件的多视图背光、显示器和方法 - Google Patents

在光导内具有多光束元件的多视图背光、显示器和方法 Download PDF

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Abstract

一种具有多视图显示器中的应用的多视图背光，其采用多光束元件的阵列，所述多光束元件的阵列位于多视图背光中的光导的顶表面下方预定距离处。多光束元件可经配置以从光导散射出被引导光的一部分通过顶表面作为具有对应于多视图显示器的不同视图的不同主角方向的定向光束。例如，多光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。此外，多视图显示器可包含光阀阵列，所述光阀阵列经配置以将定向光束调制为将由多视图显示器显示的多视图图像，且所述预定距离可大于所述光阀集合中的光阀的尺寸的四分之一。

Description

在光导内具有多光束元件的多视图背光、显示器和方法
相关申请的交叉引用
N/A
关于联邦赞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送信息的几乎普遍存在的介质。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)以及采用机电或电流体光调制(例如，数字微镜装置、电润湿显示器等)的各种显示器。通常，电子显示器可以被分类为有源显示器(即，发射光的显示器)或无源显示器(即，调制由另一源提供的光的显示器)。有源显示器的最明显的示例是CRT、PDP和OLED/AMOLED。当考虑发射的光时通常被分类为无源的显示器是LCD和EP显示器。无源显示器虽然常常表现出具有吸引力的性能特性，包括但不限于固有地低功耗，但是在缺乏发射光的能力的情况下，在许多实际应用中可能会发现一定程度上受限的使用。
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对应于多视图显示器的视图方向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多视图背光的平面图。
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多视图背光的透视图。
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多视图背光的截面图。
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显示器的截面图。
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波束元件的截面图。
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波束元件的截面图。
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操作的方法的流程图。
某些示例和实施例具有作为以上参考附图中所示的特征的补充和替代中的一个的其他特征。下面参考上述附图详细描述这些和其他特征。
具体实施方式
根据本文中所描述的原理的示例和实施例提供在多视图或三维(3D)显示器中具有应用的多视图背光。值得注意的是，多视图背光采用位于多视图背光中的光导的第一或顶表面下方预定距离处的多个多光束元件。所述多光束元件可经配置以通过所述顶表面散射离开所述光导的被引导光的一部分作为具有对应于所述多视图显示器的不同视图的不同主角方向的多个定向光束。根据各种实施例，多光束元件各自包括衍射光栅、微反射元件和微折射元件中的一个或多个。此外，根据各种实施例，多视图显示器包含光阀阵列，所述光阀阵列经配置以将定向光束调制为待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含光阀阵列的与多个多光束元件的多光束元件对应且经配置以调制来自多光束元件的定向光束的一组光阀。在一些实施例中，将多光束元件定位在光导的顶表面下方可提供与将多光束元件定位在光导的后表面上相比减小的多视图显示器的观看距离。此外，在一些实施例中，预定距离可以大于光阀阵列的光阀的尺寸的四分之一(25％)。
在本文中，“多视图显示器”被定义为电子显示器或显示系统，其经配置以在不同视图方向上提供多视图图像的不同视图。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中所示出，多视图显示器10包括用以显示待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被示出为在各种不同的主角方向上从屏幕12延伸的箭头；不同的视图14被示出为在箭头的终止处的多边形框(即，描绘视图方向16)；并且仅通过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，虽然在图1A中将不同视图14示出为在屏幕上方，但当在多视图显示器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。描绘屏幕12上方的视图14仅为了说明的简单，且打算表示从对应于特定视图14的视图方向16中的相应一者观看多视图显示器10。
视图方向或等效地具有对应于多视图显示器的视图方向的方向(即，定向光束)的光束通常具有由本文中的定义给出的由角度分量{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”。角度分量φ被称为光束的“方位角分量”或“方位角”。通过定义，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φ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示出了根据与本文中所描述的原理一致的实施例的示例中具有对应于的多视图显示器的视图方向(例如，图1A中的视图方向16)的特定主角方向的光束20的角分量{θ,φ}的图形表示。另外，通过本文的定义，光束20从特定点发射或发出。也就是说，通过定义，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还示出了原点O的光束(或视图方向)点。
此外，如在术语“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视图多个视图之间的角度视差的多个视图。另外，本文中通过定义，术语“多视图”明确地包含两个以上不同视图(即，最少三个视图以及通常多于三个视图)。因此，如本文中所使用的“多视图显示器”明确地与仅包含两个不同视图以表示场景或图像的立体显示器区分开。然而，应注意，虽然多视图图像和多视图显示器包含两个以上视图，但通过本文的定义，可通过仅选择多视图视图中的两个以一次观看(例如，每眼一个视图)来将多视图图像(例如，在多视图显示器上)视为立体图像对。
“多视图像素”在本文中被定义为光阀阵列的光阀的集合或组，其表示多视图显示器的多个不同视图中的每个视图中的视图像素。明确地说，多视图像素可具有与多视图图像的不同视图中的每一者中的视图像素对应或表示多视图图像的不同视图中的每一者中的视图像素的光阀阵列的个别光阀。此外，由多视图像素的光阀提供的视图像素为所谓的“定向像素”，因为视图像素中的每一者通过本文中的定义与不同视图中的对应一者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在不同视图中的每一者中具有等效或至少大体上类似的位置或坐标。举例来说，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者中的{x1,y1}处的视图像素的个别光阀，而第二多视图像素可具有对应于位于不同视图中的每一者中的{x2,y2}处的视图像素的个别光阀，等等。
在一些实施例中，多视图像素中的若干光阀可等于多视图显示器的不同视图的数目。举例来说，多视图像素可提供与具有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，多视图显示器可提供八乘四视图阵列(即，32个视图)，且多视图像素可包含三十二个光阀(即，每一视图一个)。另外，每一不同光阀可提供具有对应于不同视图的视图方向中的不同视图方向的相关联方向(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目可大体上等于多视图图像中的视图像素(即，构成选定视图的像素)的数目。
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。特别地，光导可以包括在光导的操作波长下基本上透明的芯。在各种示例中，术语“光导”通常是指使用全内反射来在光导的介电材料与围绕该光导的材料或介质之间的界面处引导光的介电光学波导。根据定义，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，除了上述折射率差异之外或代替上述折射率差异，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。光导可以是若干光导中的任一个，包括但不限于板或平板引导件和带引导件中的一者或两者。
在本文中进一步地，术语“板”在应用于光导时(如在“板光导”中)被定义为分段或差分平面的层或片，其有时被称为“板”引导。特别地，板光导被限定为光导，其被配置为在由光导的第一或顶部表面和第二或底部表面(即，相对表面)界定的两个基本上正交的方向上引导光。此外，通过本文的定义，顶部表面和底部表面两者彼此分离，并且可以在至少差分意义上彼此基本上平行。即，在板光导的任何差分小部分内，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，限于平面)，并且因此，板光导是平面光导。在其他实施例中，板光导可以在一个或两个正交维度上弯曲。例如，板光导可以在单个维度上弯曲以形成圆柱形板光导。然而，任何曲率具有足够大以确保全内反射被维持在板光导内以引导光的曲率半径。
在本文中，“衍射光栅”被广义地定义为多个特征(即，衍射特征)，其被布置为提供入射在衍射光栅上的光的衍射。在一些示例中，多个特征可以以周期性方式或准周期性方式布置。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，衍射光栅可以包括二维(2D)特征阵列或以二维方式限定的特征阵列。衍射光栅可以是例如材料表面上的凸块或孔的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，并且在横跨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)。
如此，并且通过本文的定义，“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且因此被称为“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)重新引导或改变光的角度。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的传播方向(即，入射光)不同的传播方向。通过衍射的光的传播方向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，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，则衍射光栅也可以衍射地耦合出来自光导的光。
此外，通过本文的定义，衍射光栅的特征被称为“衍射特征”，并且可以是材料表面处、材料表面中和材料表面上(即，两种材料之间的边界)的一个或多个。例如，表面可以在光导的第一表面或顶表面下方。衍射特征可以包括衍射光的各种结构中的任何结构，包括但不限于在表面处、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的多个基本上平行的凹槽。在另一示例中，衍射光栅可以包括从材料表面上升出的多个平行脊。衍射特征(例如，凹槽、脊、孔、凸块等)可以具有提供衍射的多种横截面形状或轮廓中的任何一种，包括但不限于正弦轮廓、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。
根据本文中所描述的各种示例，衍射光栅(例如，衍射多光束元件的衍射光栅，如下文所描述)可用于将光衍射地散射或耦合出光导(例如，板光导)作为光束。特别地，由局部周期性衍射光栅的或提供的衍射角θm可以由等式(1)给出为：
Figure BDA0003464778520000061
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)假定衍射光栅邻近光导的表面且光导外部的材料的折射率等于一(即，nout＝1)。一般来说，衍射级m由整数(即，m＝±1,±2,…)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。当衍射级m等于1(即，m＝1)时，提供一阶衍射或更具体地，一阶衍射角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衍射地产生和耦合或散射的定向光束50。定向光束50具有如等式(1)给出的衍射角θm(或本文中的“主角方向”)。定向光束50可对应于例如衍射光栅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取向(例如，倾斜或旋转)。例如，衍射特征的曲线和衍射特征的取向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。
在本文中，“多光束元件”是背光或显示器的结构或元件，其产生包括多个光束的光。“衍射”多光束元件是通过定义通过或使用衍射耦合产生多个光束的多光束元件。特别地，在一些实施例中，衍射多光束元件可以光学耦合到背光的光导，以通过衍射地耦合出在光导中引导的光的一部分来提供多个光束。此外，通过本文的定义，衍射多光束元件包括在多光束元件的边界或范围内的多个衍射光栅。通过本文的定义，由多光束元件产生的多个光束(或“多光束”)的光束具有彼此不同的主角方向。具体地，通过定义，多光束的光束具有与多光束的另一光束不同的预定主角方向。根据各种实施例，衍射多光束元件的衍射光栅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)。
虽然具有多个衍射光栅的多光束元件在以下论述中用作说明性示例，但在一些实施例中，可在多光束元件中使用其它组件，例如微反射元件及微折射元件中的至少一者。例如，微反射元件可以包括三角形反射镜、梯形反射镜、金字塔形反射镜、矩形反射镜、半球形反射镜、凹面反射镜和/或凸面反射镜。在一些实施例中，微折射元件可以包括三角形折射元件、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，多光束可以表示光场。例如，多光束可以被限制到基本上锥形的空间区域或者具有预定的角度扩展，该预定的角度扩展包括多光束中的光束的不同的主角方向。因此，光束组合(即，多光束)的预定角展度可表示光场。
根据各种实施例，多光束中的各种光束的不同主角方向由包括但不限于衍射多光束元件的尺寸(例如，长度、宽度、面积等中的一个或多个)以及衍射多光束元件内的衍射光栅的“光栅间距”或衍射特征间距和取向的特性来确定。在一些实施例中，衍射多光束元件可以被认为是“扩展点光源”，即，通过本文中的定义分布在衍射多光束元件的范围上的多个点光源。此外，由衍射多光束元件产生的光束具有由角分量{θ,φ}给出的主角方向，如本文中关于图1B所描述的。
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器件或装置。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抛物面反射器。“成形抛物面”是指成形抛物面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”抛物线曲线。类似地，准直透镜可以包括球形表面(例如，双凸透镜)。
在一些实施例中，准直器可以是连续反射器或连续透镜(即，具有基本上平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，诸如但不限于菲涅耳反射器或菲涅耳透镜，其提供光准直。根据各种实施例，由准直器提供的准直量可以在从一个实施例到另一个实施例的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，表示为σ的“准直因子”被定义为光被准直的程度。特别地，准直因子通过本文中的定义，定义了光束在准直光束内的角展度。例如，准直因子可以指定准直光束中的大部分光线在特定角度范围内(例如，围绕准直光束的中心或主角方向+/-σ度)。根据一些示例，准直光束的光线在角度方面可以具有高斯分布，并且角度扩展可以是在准直光束的峰值强度的一半处确定的角度。
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发射器)。例如，光源可以包括光发射器，诸如发光二极管(LED)，其在被激活或接通时发光。特别地，在本文中，光源可以是基本上任何光源，或者包括基本上任何光学发射器，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、白炽灯和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，光源可以包括一组或一组光发射器，其中至少一个光发射器产生具有颜色或等同地波长与由该组或该组的至少一个其他光发射器产生的光的颜色或波长不同的光。不同颜色可包括例如原色(例如，红色、绿色、蓝色)。
此外，如本文所使用的，冠词“一”旨在具有其在专利领域中的普通含义，即“一个或多个”。例如，“一个元素”是指一个或多个元素，并且因此，“该元素”是指本文中的“一个或多个元素”。此外，本文中对“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”的任何引用并不旨在是本文中的限制。在本文中，术语“约”在应用于值时通常意味着在用于产生值的设备的公差范围内，或者可以表示正或负10％，或正或负5％，或正或负1％，除非另有明确说明。此外，如本文所用，术语“基本上”意指大多数或几乎全部或全部，或在约51％至约100％范围内的量。此外，本文的示例旨在仅是说明性的，并且出于讨论的目的而不是以限制的方式呈现。
根据本文中所描述的原理的一些实施例，提供多视图背光。图3A示出了根据与本文中所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3B示出了根据与本文中所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示出了根据与本文中所描述的原理一致的实施例的示出了多视图背光100的透视图。图3C中的透视图被示出为具有部分切除以仅方便本文中的讨论。
在图3A到3C中所示出的多视图背光100经配置以提供具有彼此不同主角方向(例如，作为光场)的多个定向光束102。具体来说，根据各种实施例，所提供的多个定向光束102在对应于包含多视图背光100的多视图显示器的相应视图方向的不同主角方向上散射出并被引导远离多视图背光100。在一些实施例中，定向光束102可经调制(例如，使用多视图显示器的光阀，如下文所描述)以促进具有多视图内容(例如，多视图图像)的信息的显示。图3A-3C还示出了多视图像素106，多视图像素106包括多视图显示器的光阀130的阵列，下面将进一步详细描述。
如图3A-3C所示，多视图背光100包括光导110。光导110被配置为将沿着光导110的长度的光引导为被引导光104(即，被引导光束104)。例如，光导110可以包括被配置为光学波导的介电材料。介电材料可具有大于围绕介电光学波导的介质的第二折射率的第一折射率。例如，折射率的差异被配置为促进根据光导110的一个或多个引导模式的被引导光104的全内反射。在一些实施例中，光导110包含安置于第一材料层142的表面上且具有与第一材料层142的折射率匹配的折射率的第一材料层142及第二材料层144a。
此外，在一些实施例中，光导110可以是平板或板光波导(即，板光导)，其包括延伸的、基本上平面的光学透明介电材料片。基本上平面的介电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的光学透明材料可包含多种电介质材料中的任一者或由多种电介质材料中的任一者制成，所述电介质材料包含(但不限于)各种类型的玻璃(例如，石英玻璃、碱性铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等)中的一者或多者。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还可以包括在光导110的表面(例如，顶表面和底表面中的一者或两者)的至少一部分上的包层(未示出)。根据一些示例，包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在第一表面110'(例如，“前”或“顶部”表面或侧面)与光导110的第二表面110”(例如，“后”表面或侧面)之间的非零传播角度下引导被引导光104。特别地，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“弹跳”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作为被引导光104以不同颜色特定的非零传播角度中的相应颜色引导。注意，为了简化说明，在图3A-3C中未示出非零传播角。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且小于光导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)度与大约五十(50)度之间，或者在一些示例中，在大约二十(20)度与大约四十(40)度之间，或者在大约二十五(25)度与大约三十五(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约20度、或约25度、或约35度。此外，对于特定实施方式，可以选择(例如，任意地)特定非零传播角度，只要特定非零传播角度被选择为小于光导110内的全内反射的临界角即可。
光导110中的被引导光104可以以非零传播角(例如，约30-35度)引入或耦合到光导110中。在一些示例中，诸如但不限于透镜、反射镜或类似的反射器(例如，倾斜的准直反射器)、衍射光栅和棱镜(未示出)以及它们的各种组合的耦合结构可以促进将光耦合到光导110的输入端作为以非零传播角度的被引导光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光导110的输入端(即，可以采用直接或“对接”耦合)。一旦耦合到光导110中，被引导光104被配置为沿着光导110在传播方向103上传播，传播方向103通常可以远离输入端(例如，由沿着图3a中的x轴指向的粗体箭头示出)。
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或等同地被引导光束104可以是准直光束。在本文中，“准直光”或“准直光束”通常被定义为光束，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。而且，通过本文的定义，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。在一些实施例(未图示)中，多视图背光100可包含准直器，例如如上文所描述的透镜、反射器或反射镜(例如，倾斜准直反射器)以例如从光源准直光。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。特别地，在各种实施例中，可以根据或具有准直因子来准直被引导光104。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到3C中所示出，多视图背光100进一步包括在光导110的第一(前或顶部)表面110'下方的预定距离140的多个多光束元件120。例如，多光束元件120可以设置在第一材料层142的表面上。此外，多光束元件120沿光导长度彼此间隔开。特别地，多个多光束元件120通过有限的空间彼此分离，并且表示沿着光导长度的单独的、不同的元件。也就是说，通过本文的定义，多个多波束元件120根据有限(即，非零)元件间距离(例如，有限的中心到中心距离)彼此间隔开。此外，根据一些实施例，多个光束元件120通常不相交、重叠或以其他方式彼此接触。也就是说，多个多波束元件120中的每个多波束元件120通常与多波束元件120中的其他多波束元件不同并且分离。
根据一些实施例，多个中的多光束元件120可以被布置在一维(1D)阵列或二维(2D)阵列中。例如，多光束元件120可以被布置为线性1D阵列。在另一示例中，多波束元件120可以被布置为矩形2D阵列或者被布置为圆形2D阵列。此外，在一些示例中，阵列(即，1D或2D阵列)可以是规则或均匀阵列。特别地，多光束元件120之间的元件间距离(例如，中心到中心的距离或间距)在阵列上可以是基本上均匀的或恒定的。在其它示例中，多光束元件120之间的元件间距离可跨越阵列且沿着光导110的长度而改变一者或两者。
根据各种实施例，多光束元件的多光束元件120被配置为提供、耦合出或散射出被引导光104的一部分作为多个定向光束102。例如，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。图3A和3C将定向光束102示出为多个发散箭头，其描绘为从光导110的第一(或前)表面110'引导的方式。此外，根据各种实施例，多光束元件120的尺寸与多视图像素106的光阀130的尺寸相当，如上面定义的并且在下面进一步描述并且在图3A-3C中示出。在本文中，“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130的尺寸可以是其长度，并且多光束元件120的可比较尺寸也可以是多光束元件120的长度。在另一示例中，尺寸可以指这样的区域，使得多光束元件120的面积可以与光阀130的面积相当。
在一些实施例中，光阀130可以被定义为光阀阵列内的单个孔径(例如，彩色子像素)，并且光阀尺寸可以指单个孔径的尺寸或者等同地指代孔径之间的间隔(例如，中心至中心间隔)。在其他实施例中，光阀130可以包括布置在组中并且表示光阀的不同颜色子像素的一组孔(例如，包括红色(R)颜色子像素、绿色(G)颜色子像素和RGB光阀的蓝色(B)颜色子像素中的每一个的光阀)。在这些实施例中，光阀尺寸可以限定为包括光阀的不同颜色子像素中的每一个的一组孔的尺寸(例如，中心到中心间距)(例如，包括一起布置为RGB光阀的R、G和B色子像素中的每一个的组)。
在一些实施例中，多光束元件120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大约25％(25％)或四分之一到大约百分之二百(200％)或两倍之间。例如，如果多光束元件尺寸表示为“s”并且光阀尺寸表示为“S”(例如，如图3A所示)，则多光束元件尺寸s可以由下式给出
Figure BDA0003464778520000131
在其他示例中，多光束元件尺寸在大于光阀尺寸的大约百分之五十(50％)的范围内，或者大于光阀尺寸的大约百分之七十(70％)，或者大于光阀尺寸的大约百分之八十(80％)，或者大于光阀尺寸的大约百分之九十(90％)，并且小于光阀尺寸的大约百分之八十(180％)，或者小于光阀尺寸的大约百分之六十(160％)，或者小于光阀尺寸的大约百分之四十(140％)，或者小于光阀尺寸的大约百分之百(120％)。例如，通过“可比较的尺寸”，多光束元件尺寸可以在光阀尺寸的大约百分之七十五(75％)和大约百分之百(150％)之间。在另一示例中，多光束元件120的尺寸可以与光阀尺寸相当，其中多光束元件尺寸在光阀尺寸的大约百分之二十五(125％)和大约百分之八十五(85％)之间。根据一些实施例，多光束元件120和光阀130的可比较尺寸可以被选择为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，可选择多光束元件120和光阀130的可比较尺寸以减少多视图显示器的视图(或视图像素)之间或多视图显示器所显示的多视图图像的视图(或视图像素)之间的重叠，并且在一些示例中，最小化多视图显示器的视图(或视图像素)之间的重叠。
在图3A到3C中所示出的多视图背光100可用于多视图显示器中，所述多视图背光100进一步包括经配置以调制定向光束102的定向光束102的光阀阵列130。如图3A至图3C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并且可以由光阀阵列中的光阀130中的不同光阀调制。此外，如所示出，一组光阀130对应于多视图显示器的多视图像素106，且所述组的选定光阀130对应于视图像素。具体地，光阀阵列的不同的一组光阀130被配置为从多光束元件120中的相应的一个接收和调制定向光束102，即，对于每个多光束元件120，存在一个独特的一组光阀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。
如图3A所示，第一光阀组130a被配置为接收和调制来自第一多光束元件120a的定向光束102。此外，第二光阀组130b被配置为接收和调制来自第二多光束元件120b的定向光束102。因此，光阀阵列中的每个光阀组(例如，第一光阀组130a和第二光阀组130b)分别对应于不同的多光束元件120(例如，元件120a、120b)和不同的多视图像素106，如图3A所示。
注意，如图3A所示，光阀130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的尺寸或者对应于光阀130之间的中心到中心距离的尺寸。
在一些实施例中，多光束元件120与对应多视图像素106(即，光阀130的集合)之间的关系可以是一对一的关系。即，可存在相等数目的多视图像素106和多光束元件120。图3B以示例的方式明确地示出了一对一关系，其中包括不同的一组光阀130的每个多视图像素106被示出为被虚线包围。在其他实施例(未示出)中，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。
在一些实施例中，多个多光束元件120对之间的元件间距离(例如，中心到中心距离)可等于对应的多视图像素106对(例如，由光阀集合表示)之间的像素间距离(例如，中心到中心距离)。例如，如图3A所示，第一多光束元件120a和第二多光束元件120b之间的中心到中心距离d基本上等于第一光阀组130a和第二光阀组130b之间的中心到中心距离d。在其他实施例(未示出)中，多光束元件120对和对应的光阀组的相对中心到中心距离可以不同，例如，多光束元件120可以具有元件间间距(即，中心到中心距离d)，该元件间间距是表示多视图像素106的光阀组之间的间距(即，中心到中心距离D)中的一个。
在一些实施例中，多光束元件120的形状类似于多视图像素106的形状，或等效地类似于对应于多视图像素106的光阀130的集合(或“子阵列”)的形状。例如，多光束元件120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130的布置)可以是基本上正方形的。在另一示例中，多光束元件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。在此示例中，对应于多光束元件120的多视图像素106(或等效地，一组光阀130的布置)可具有类似的矩形形状。图3B示出了方形多光束元件120和对应的方形多视图像素106的平面图，该方形多视图像素106包括方形光阀组130。在又其它示例(未图示)中，多光束元件120及对应多视图像素106具有各种形状，包含(但不限于)三角形形状、六边形形状及圆形形状，但不限于此。
此外(例如，如图3A中所示出)，根据一些实施例，每一多光束元件120经配置以基于指派给特定多视图像素106的一组光阀130而将定向光束102提供到一个且仅一个多视图像素106。特别地，对于多光束元件120中的给定的一个和将光阀130的集合分配到特定多视图像素106，具有对应于多视图显示器的不同视图的不同主角方向的定向光束102基本上被限制到单个对应多视图像素106和对应于多光束元件120的单个光阀130集合，如图3A中所示。如此，多视图背光100的每一多光束元件120提供具有对应于多视图显示器的不同视图的不同主角方向的集合的定向光束102的对应集合(即，定向光束102的集合含有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，多视图显示器的包括多视图背光100的观看距离136可被定义为来自多视图显示器中的光阀130的阵列的距离VD，其中多视图显示器的不同视图的分离近似等于人类眼间(IO)距离134。观察距离136可以对应于或可以是光阀130的阵列与多视图显示器(即，多光束元件120)中的有效光源之间的距离132的函数。值得注意的是，观看距离136可以是人类眼间(IO)距离134与距离132的乘积，除以多视图像素106中的光阀130的尺寸与距离132上的平均折射率的乘积。因此，随着距离132增加或随着光阀130的尺寸减小，观察距离136可以增加。然而，因此，可针对具有高分辨率的多视图显示器增加观看距离136。
为了减小或维持观察距离136，例如当减少多视图显示器的光阀尺寸时，多光束元件120可以设置在接近光导110的第一(或前)表面110'，与第二(或后)表面110”的相对。
在图4中示出此配置上的变化，其呈现根据与本文中所描述的原理一致的实施例的多视图背光100的截面图。值得注意的是，多光束元件120可以位于光导110内第一表面110'的下方预定距离140。多光束元件120可以被配置为通过第一表面110'将被引导光104的一部分散射出来，作为具有对应于多视图显示器的不同视图的不同主角方向的多个定向光束102。如图4中所展示，预定距离140可大于采用多视图背光100的多视图显示器的光阀阵列130中的光阀的尺寸的四分之一(25％)。例如，预定距离140可以是约五十微米(50μm)。此外，预定距离140可以与多光束元件120中的一个的尺寸相当。此外，多光束元件120中的多光束元件(诸如第一多光束元件120a)可以在光阀阵列130中的光阀尺寸的四分之一和两倍之间。在其它实施例中，多光束元件120可以在光阀尺寸的一半和两倍之间。
在图5中示出了用于实现图4中的配置的一种方法，其示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的多视图显示器在示例中的横截面视图。特别地，光导110可以包括设置在第一材料层142的表面146上的第一材料层142和第二材料层144a。第二材料层144a可具有与第一材料层142的折射率匹配的折射率。此外，多光束元件120可以设置在第一材料层142的表面146上，并且预定距离140可以由第二材料层144a的厚度确定。
例如，第一材料层142可以包括玻璃板，并且多光束元件120可以设置在玻璃板的表面146上。此外，第二材料层144a可具有顶表面，即，第一表面110'。第二材料层144a可包含对被引导光104透明的粘合剂，例如光学透明粘合剂(OCA)，其机械地耦合到玻璃板和多光束元件120，且其可具有等于预定距离140的厚度。可替代地，在一些实施例中，代替OCA或除了OCA之外，可以使用光学透明的树脂。在各种实施例中，例如，OCA和其它光学透明树脂可包括但不限于与液晶显示器和触摸面板的制造结合使用的各种丙烯酸类和硅氧烷基光学材料。第二材料层144a可以包括OCA或类似的光学透明树脂，其作为液体沉积在第一材料层142上，液体随后被固化或作为预成型的、基本上固体的材料膜或带。
此外，在一些实施例中，多视图显示器可以包括设置在光阀阵列130和光导110之间并且连接光阀阵列130和光导110的可选的低折射率层150。值得注意的是，低折射率层150可以设置在第一表面110'上。低折射率层150可以包括折射率小于光导110的材料的折射率的材料。例如，低折射率层150可以具有小于约1.2的折射率(并且更一般地，小于光导110的折射率的0.1到0.2)和/或可以具有约1微米(1μm)的厚度。在一些实施例中，低折射率层150包括IOC-560抗反射涂层(来自芬兰的埃斯波的Inkron公司)或CEF2801至CEF2810对比增强膜(来自明尼苏达州的明尼阿波利斯的3M公司)。注意，低折射率层150中的材料可以被配置为确保光导110中的被引导光104的全内反射。
在具有低折射率层150的一些实施例中，多视图显示器可以包括设置在低折射率层150的顶部上以及在低折射率层150与光阀130的阵列之间并且连接低折射率层150和光阀130的阵列的可选的第三材料层144b。该第三材料层144b可以是第二材料层144a的另一示例。因此，第三材料层144b可包括对被引导光104透明的粘合剂(诸如光学透明粘合剂或OCA)，并且可机械地联接到低折射率层150和光阀130的阵列。在一些实施例中，光阀阵列130可以层压到第三材料层144b上。
返回参考图4，多光束元件120可以包括衍射光栅122，衍射光栅122被配置为衍射地散射作为多个定向光束102的被引导光104(其可以是白光或RGB)的部分。例如，衍射光栅122中的衍射光栅可以包括光栅层152和反射体层154。此外，反射体层154可以与光栅层152的与表面146相对的侧面158分开(或分离)。因此，衍射光栅可以是反射模式衍射光栅，其被配置为衍射地散射并朝向光导110的第一表面110'反射被引导光部分。
在一些实施例中，光栅层152可以包括金属(或金属岛)或电介质，诸如氮化硅或氧化钛。此外，光栅层152可具有大于1.8的折射率。此外，反射体层154可以包括金属或分布式布拉格反射器(DBR)。为了使光栅层152可由输入光接近，在光栅层152和反射器层154之间可以存在可选的间隔156。这种间隔可以是大约衍射光栅122的尺寸(并且因此大约是光阀阵列130中的光阀尺寸)。
注意，光栅层152可以包括通过衍射特征间隔(有时被称为“光栅间隔”)彼此间隔开的多个衍射特征或被配置为提供衍射耦合出被引导光部分的衍射特征或光栅间距。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)。注意，为了简化说明，图4示出了具有单个光栅间隔(即，恒定光栅间距)的衍射光栅122。在各种实施例中，衍射光栅122可以包括多个不同的光栅间隔(例如，两个或更多个光栅间隔)或可变光栅间隔或间距以提供定向光束。因此，图4并不暗示单个光栅间距是衍射光栅122的实施例。
虽然图4将衍射光栅122示出为反射模式衍射光栅，但在其它实施例中，衍射光栅122可以是透射模式衍射光栅或反射模式衍射光栅和透射模式衍射光栅两者。注意，在本文描述的一些实施例中，多个定向光束102的主角方向可以包括由于多个定向光束102在表面146处离开光导110而引起的折射效应，诸如当第一材料层142和第二材料层144a的折射率不完美匹配时。
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或表面146的表面中。在另一示例中，凹槽或脊可由不同于光导材料的材料(例如，光导110的表面上的膜或另一材料层)形成。注意，根据一些实施例，光栅特性(诸如光栅间距、凹槽深度、脊高度等)和/或沿着轴(例如，x轴)的衍射光栅的密度可以用于补偿作为传播距离的函数的光导110内的被引导光104的光学强度的变化。
在一些实施例中，多光束元件120的衍射光栅122是均匀衍射光栅，其中衍射特征间距在整个衍射光栅122中基本上恒定或不变。在一些实施例(未示出)中，被配置为提供定向光束102的衍射光栅122是或包括可变或啁啾衍射光栅。按照定义，“啁啾”衍射光栅是衍射光栅，其展现或具有在啁啾衍射光栅的范围或长度上变化的衍射特征(即，光栅间距)的衍射间隔。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。这样，啁啾衍射光栅通过定义是“线性啁啾”衍射光栅。在其他实施例中，多光束元件120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变化的啁啾。还可以采用非单调啁啾，诸如但不限于正弦啁啾或三角或锯齿啁啾。还可以采用这些类型的啁啾中的任何一种的组合。
再次参考图3A，多视图背光100可进一步包括光源160。根据各种实施例，光源160被配置为提供要在光导110内引导的光。特别地，光源160可以位于光导110的入射表面或端部(输入端)附近。在各种实施例中，光源160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)或其组合。在一些实施例中，光源160可以包括光学发射器，所述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光。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。在其它示例中，光源160可为经配置以提供实质上宽带或多色光的大体上宽带光源。例如，光源160可以提供白光。在一些实施例中，光源160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相对应的被引导光的不同的、颜色特定的非零传播角的光。
在一些实施例中，光源160还可以包括准直器。准直器可以被配置为从光源160的一个或多个光发射器接收基本上未准直的光。准直器还被配置为将基本未准直的光转换为准直光。特别地，根据一些实施例，准直器可以提供具有非零传播角并且根据预定准直因子准直的准直光。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颜色特定、非零传播角度中的一个或两个并且具有不同颜色特定准直因子的准直光。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，多视图背光100被配置为在通过光导110的方向上与被引导光104的传播方向103正交(或基本上正交)的方向上的光基本上是透明的。特别地，在一些实施例中，光导110和间隔开的多光束元件120允许光通过第一表面110'和第二表面110”穿过光导110。可以至少部分地由于多波束元素120的相对小的尺寸和多波束元素120的相对大的元素间间隔(例如，与多视图像素106的一对一对应性)两者来促进透明度。此外，根据一些实施例，多光束元件120的衍射光栅122对于与光导表面110'、110”的正交传播的光也可以是基本上透明的。
虽然前面的讨论将多光束元件120示出为衍射光栅，但是在其他实施例中，使用多种光学组件来生成定向光束102，包括被配置为反射地散射出被引导光104的部分的微反射组件和/或被配置为折射地散射离开被引导光104的一部分作为多个定向光束102的微折射组件。例如，微反射组件可以包括三角形反射镜、梯形反射镜、金字塔形反射镜、矩形反射镜、半球形反射镜、凹面反射镜和/或凸面反射镜。注意，这些光学组件可以位于距光导110的第一表面110'的预定距离140处。更一般地，光学组件可以设置在第一表面110'和第二表面110”之间。此外，光学组件可以是从第一表面110'或表面146突出的“正特征”，或者它可以是凹入到第一表面110'或表面146中的“负特征”。
图6A示出根据与本文中所描述的原理一致的实施例的多光束元件120的截面图，所述多光束元件可包含于多视图背光中。具体地，图6A示出了包括微反射元件162的多光束元件120的各种实施例。用作多光束元件120或在多光束元件120中的微反射元件可以包括但不限于反射器，该反射器采用反射材料或层(例如，反射金属)或基于全内反射(TIR)的反射器。根据一些实施例(例如，如图6A中所示出)，包括微反射元件162的多光束元件120可位于光导110的表面(例如，第一表面110')处或邻近于光导110的表面(例如，第一表面110')。在其他实施例(未示出)中，微反射元件162可以位于光导110内第一表面110'和第二表面110”之间(诸如在表面146上)。
例如，图6A示出了包括微反射元件162的多光束元件120，微反射元件162具有位于光导110中的表面146上的反射刻面(例如，“棱镜”微反射元件)。所示的棱镜微反射元件162的刻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，刻面可以相对于被引导光104的传播方向倾斜或倾斜(即，具有倾斜角度)以将被引导光部分反射离开光导110。根据各种实施例，可以使用光导110内的反射材料(例如，如图6A所示)或可以是第一表面110'中的棱镜腔的表面来形成刻面。在一些实施例中，当采用棱镜腔时，腔表面处的折射率改变可以提供反射(例如，TIR反射)，或者形成刻面的腔表面可以被反射材料涂覆以提供反射。图6A还示出了具有传播方向103(即，以粗体箭头示出)的被引导光104，作为示例而非限制。在另一示例(未示出)中，微反射元件可以具有基本上平滑的弯曲表面，诸如但不限于半球形微反射元件。在一些实施例中，微反射元件162具有表面粗糙度，使得定向光束102的散射不同于镜面。然而，在一些实施例中，定向光束102通过微反射元件162的散射是镜面的。
图6B示出根据与本文中所描述的原理一致的另一实施例的多光束元件120的截面图，所述多光束元件可包含于多视图背光中。具体地，图6B示出了包括微折射元件164的多光束元件120。根据各种实施例，微折射元件164被配置为从光导110折射地耦合出被引导光104的一部分。也就是说，微折射元件164被配置为使用折射(例如，与衍射或反射相反)以将来自光导110的被引导光部分耦合出定向光束102，如图6B中所示。微折射元件164可以具有各种形状，包括但不限于半球形形状、矩形形状或棱柱形状(即，具有倾斜小平面的形状)。根据各种实施例，微折射元件164可以从光导110的表面(例如，第一表面110'或表面146)延伸或突出，如图所示，或者可以是表面中的空腔(未示出)。此外，在一些实施例中，微折射元件164可以包括光导110的材料。在其它实施例中，微折射元件164可包括与光导表面相邻且在一些示例中与光导表面接触的另一材料。
根据本文中所描述的原理的一些实施例，提供多视图显示器。多视图显示器经配置以发射经调制光束作为多视图显示器的像素。所发射的调制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，所发射的经调制光束可经优先指向多视图显示器的多个观看方向。在非限制性示例中，多视图显示器可包含具有对应数目个视图方向的4×4(4×4)、4×8(4×8)或8×8(8×8)视图。在一些示例中，多视图显示器经配置以提供或“显示”3D或多视图图像。根据各种示例，经调制、不同定向的光束中的不同者可对应于与多视图图像相关联的不同“视图”的个别像素。举例来说，不同视图可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。
此外，根据各种实施例，多视图显示器具有减小的观看距离。值得注意的是，多视图显示器包括具有光导的多视图背光，所述光导包含多个多光束元件。多光束元件经配置以提供具有对应于多视图显示器的不同视图方向的不同主角方向的定向光束。此外，多视图显示器包含经配置以将定向光束调制为将由多视图显示器显示的多视图图像的光阀阵列。此外，多光束元件位于多视图背光中的光导的第一或顶表面下方的预定距离处，其中预定距离可大于光阀组的光阀的尺寸的四分之一。
图7示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的多视图显示器200的框图。根据各种实施例，多视图显示器200经配置以在不同视图方向上显示具有不同视图的多视图图像。具体来说，由多视图显示器200发射的经调制光束202用于显示多视图图像且可对应于不同视图的像素。经调制光束202示出为从图7中的多视图显示器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。
图7中所示出的多视图显示器200包括光导210。光导210被配置为引导光。在各种实施例中，可以根据全内反射来引导光，例如，作为被引导光束。例如，光导210可以是被配置为将来自其光输入边缘的光作为被引导光束引导的板光导。在一些实施例中，多视图显示器200的光导210可大体上类似于上文关于多视图背光100所描述的光导110。
此外，在一些实施例中，光导210可以包括设置在第一材料层的表面上并且具有与第一材料层的折射率匹配的折射率的第一材料层和第二材料层。根据一些实施例，预定距离可大体上类似于上文相对于多视图显示器所描述的预定距离140。此外，根据一些实施例，第一材料层和第二材料层可以分别基本上类似于上面关于多视图显示器所描述的第一材料层142和第二材料层144a。
根据各种实施例，图7中所示出的多视图显示器200进一步包括多光束元件阵列220。多光束元件220可以设置在第一材料层的表面上。阵列的每个多光束元件220可以包括多个衍射光栅，其被配置为将多个光束204提供给对应的光阀230。特别地，多个衍射光栅被配置为将来自光导的被引导光的一部分衍射地耦合出或散射出来作为多个光束204。多光束的光束204彼此具有不同的主角方向。具体来说，根据各种实施例，光束204的不同主角方向对应于多视图显示器200的不同视图中的相应视图的不同视图方向。
在一些实施例中，多光束元件阵列的多光束元件220可基本上类似于上文所描述的多视图背光100的多光束元件120。例如，多光束元件220可以包括基本上类似于上述衍射光栅122的多个衍射光栅。具体地，根据各种实施例，多光束元件220可以光学地耦合到光导210并且被配置为将来自光导的被引导光的一部分耦合出来或散射出来，作为提供给多视图像素阵列的对应光阀230的多个光束204。
如图7中所示出，多视图显示器200进一步包括光阀230的阵列。光阀230的阵列经配置以提供多视图显示器200的多个不同视图。根据各种实施例，光阀230的阵列包括多个光阀，其被配置为调制多个光束204并且产生发射的调制光束202。在一些实施例中，光阀230的阵列基本上类似于多视图像素106，多视图像素106包括上面关于包括多视图背光100的多视图显示器所描述的一组光阀130。即，多视图显示器200的光阀230可以包括一组光阀(例如，一组光阀130)，并且视图像素可以由该组的光阀(例如，单个光阀130)表示。
此外，根据各种实施例，多光束元件阵列的多光束元件220的尺寸与光阀230的光阀的尺寸相当。例如，在一些实施例中，多光束元件220的尺寸可以大于光阀尺寸的四分之一并且小于光阀尺寸的两倍。另外，根据一些实施例，多光束元件阵列的多光束元件220之间的元件间距离可对应于多视图像素阵列的光阀230之间的像素间距离。例如，多光束元件220之间的元件间距离可以基本上等于光阀230之间的像素间距离。在一些示例中，多光束元件220之间的元件间距离和光阀230之间的对应像素间距离可以被定义为中心到中心距离或间距或距离的等效测量。
此外，多视图像素阵列的光阀230与多光束元件阵列的多光束元件220之间可以存在一一对应关系。特别地，在一些实施例中，多光束元件220之间的元件间距离(例如，中心到中心)可以基本上等于光阀230之间的像素间距离(例如，中心到中心)。这样，光阀230中的每个光阀可以被配置为调制由对应的多光束元件220提供的多个光束204中的不同光束204。此外，根据各种实施例，每个光阀230可以被配置为接收和调制来自一个和仅一个多光束元件220的光束204。
此外，为了减少或维持多视图显示器200的观看距离(例如当光阀230包括高密度的光阀，即具有小尺寸或间距的光阀时)，多光束元件220可以接近光导210的顶部或第一表面。例如，在一些实施例中，多光束元件220设置在光导210的顶部或第一表面下方的预定距离处。
在这些实施例中的一些中(在图7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210提供光，并且在一些实施例中，光源根据准直因子被准直以提供例如在光导210内的被引导光的预定角度扩展。根据一些实施例，光源可大体上类似于上文关于多视图背光100所描述的光源160。在一些实施例中，可以采用多个光源。例如，可以在光导210的两个不同的边缘或端部(例如，相对端)处使用一对光源以向光导210提供光。在一些实施例中，多视图显示器200包括多视图显示器，如上文结合多视图背光100所描述。
根据本文中所描述的原理的其它实施例，提供多视图背光操作的方法。图8示出根据与本文中所描述的原理一致的实施例的多视图背光操作的方法300的流程图。如图8所示，多视图背光操作的方法300包括沿光导的长度在传播方向上引导310光。在一些实施例中，可以以非零传播角度引导光。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，光导可大体上类似于上文关于多视图背光100所描述的光导110。具体地，根据各种实施例，可以根据光导内的全内反射来引导光。此外，在一些实施例中，光导可以包括第一层和第二层，第二层具有与第一层的折射率匹配和折射率并且光学连接到第一层的表面的折射率。在这些实施例中，多光束元件可以布置在第一层的表面上，并且第二层的厚度配置为提供预定厚度。在一些实施例中，第一层可以基本上类似于上面关于光导110描述的第一材料层142和第二层可以基本上类似于第二材料层144a。
根据各种实施例，多视图背光操作的方法300进一步包括使用多光束元件将被引导光的一部分散射320到光导之外，以在多视图显示器中或等效地在多视图显示器所显示的多视图图像中提供具有不同视图的不同主角方向的多个定向光束，其中多光束元件位于光导中在光导的第一或顶表面下方的预定距离处。在一些实施例中，多光束元件基本上类似于上文所描述的多视图背光100的多光束元件120。例如，多光束元件120可以包括衍射光栅、微反射元件或与多视图背光100的上述衍射光栅122、微反射元件162和微折射元件164基本上相似的微折射元件中的一个或多个。
在一些实施例(未图示)中，多视图背光操作的方法进一步包括使用光阀阵列调制定向光束以显示多视图图像。值得注意的是，光阀阵列的光阀集合可以对应于被布置为多视图像素的多光束元件的多光束元件，并且可以被配置为调制来自多光束元件的定向光束。根据一些实施例，多个光阀或光阀阵列中的光阀可以对应于视图像素。根据一些实施例，多个光阀可以基本上类似于上面关于包括多视图背光100的多视图显示器的图3A-3C描述的光阀130的阵列。具体地，如上所述，不同的光阀集合可以以类似于第一光阀集合130a和第二光阀集合130b与不同的多视图像素106的对应关系的方式对应于不同的多视图像素。此外，光阀阵列的各个光阀可以对应于如上所述的各个视图像素。
在一些实施例(未图示)中，多视图背光操作的方法进一步包括使用光源将光提供到光导。所提供的光之一或两者可以在光导内具有非零传播角。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，光源可大体上类似于上文关于多视图背光100所描述的光源160。
因此，已描述多视图背光的示例及实施例、多视图背光操作的方法、采用多光束元件以提供对应于多视图图像的多个不同视图的光束的多视图背光及包含多视图背光的多视图显示器。此外，为了减少或维持多视图显示器的观看距离，例如当多视图显示器具有高分辨率时，多视图背光可采用多光束元件阵列，所述多光束元件阵列经配置以提供具有对应于多视图显示器的不同视图方向的不同主角方向的定向光束。多光束元件可位于多视图显示器中的多视图背光中的光导的表面下方的预定距离处。应理解，上述示例仅说明表示本文中所描述的原理的许多特定示例中的一些。显然，本领域技术人员可以在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下容易地设计许多其它布置。

Claims (20)

1.一种多视图背光，包括：
光导，所述光导具有顶表面，所述顶表面被配置为在沿所述光导的长度的传播方向上引导光；以及
位于所述光导内的多光束元件，所述多光束元件在所述顶表面下方预定距离，所述多光束元件被配置为将所述被引导光的一部分散射出来通过所述顶表面作为多个定向光束，所述多个定向光束具有对应于多视图显示器的不同视图的不同主角方向，
其中，所述预定距离大于采用所述多视图背光的多视图显示器的光阀尺寸的四分之一，并且其中所述多光束元件在所述光阀尺寸的四分之一与两倍之间。
2.根据权利要求1所述的多视图背光，其中，所述预定距离与所述多光束元件的尺寸相当。
3.根据权利要求1所述的多视图背光，其中，所述光导包括第一材料层和设置在所述第一材料层的表面上的第二材料层，所述第二材料层具有与所述第一材料层的折射率匹配的折射率，并且其中所述多光束元件设置在所述第一材料层表面上，所述预定距离由所述第二材料层的厚度确定。
4.根据权利要求3所述的多视图背光，其中，所述第一材料层包括玻璃板，并且所述多光束元件设置在所述玻璃板的所述表面上；并且
其中，所述第二材料层具有顶表面并且包括对被引导光透明的粘合剂，机械地耦合到所述玻璃板和所述多光束元件，并且具有等于所述预定距离的厚度。
5.根据权利要求1所述的多视图背光，其中，所述多光束元件包括衍射光栅，所述衍射光栅被配置为将所述被引导光的部分衍射地散射出作为所述多个定向光束。
6.根据权利要求5所述的多视图背光，其中，所述衍射光栅包括反射模式衍射光栅，所述反射模式衍射光栅被配置位衍射地散射并且反射所述被引导光的部分朝向所述光导的所述顶表面。
7.根据权利要求6所述的多视图背光，其中，所述反射模式衍射光栅包括光栅层和与所述光栅层的与所述顶表面相对的一侧相邻的反射器层。
8.根据权利要求1所述的多视图背光，其中，所述多光束元件包括微反射元件和微折射元件中的一者或两者，所述微反射元件被配置为反射散射出所述被引导光的部分，并且所述微折射元件被配置为折射地散射出所述被引导光的部分作为所述多个定向光束。
9.根据权利要求1所述的多视图背光，还包括光源，所述光源光学地耦合到所述光导的输入，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度中的一个或两个，并且根据预定的准直因子被准直。
10.一种多视图显示器，其包括根据权利要求1所述的多视图背光，所述多视图显示器进一步包括邻近所述光导的所述顶部表面安置的光阀阵列，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，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，所述光导具有第一层和设置在所述第一层的表面上并且与所述第一层匹配的率的第二层，所述光导被配置为引导光作为被引导光；
多光束元件的阵列，所述多光束元件的阵列设置在所述光导的所述第一层的所述表面上，所述多光束元件的阵列的多光束元件被配置为散射出具有对应于所述多视图显示器的不同视图方向的方向的多个定向光束；以及
光阀阵列，所述光阀阵列配置为调制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的所述多个定向光束。
12.根据权利要求11所述的多视图显示器，其中，所述第二层的厚度对应于所述光导的顶表面与所述多光束元件阵列之间的预定距离，所述预定距离大于所述光阀阵列的光阀的尺寸的四分之一。
13.根据权利要求11所述的多视图显示器，其中，所述多光束元件包括衍射光栅、微反射元件或微折射元件中的一个或多个，所述衍射光栅被配置为衍射地散射出所述被引导光的一部分作为所述多个定向光束，所述微反射元件被配置为反射地散射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散射出所述被引导光的一部分作为所述多个定向光束。
14.根据权利要求13所述的多视图显示器，其中，所述衍射光栅包括反射模式衍射光栅，所述反射模式衍射光栅被配置成衍射地散射和反射所述被引导光部分朝向所述光导的顶表面。
15.根据权利要求13所述的多视图显示器，其中，所述多光束元件阵列处于所述第二层下方的预定距离，所述预定距离大于所述光阀阵列中的光阀的尺寸的四分之一。
16.根据权利要求15所述的多视图显示器，其中，所述第一层包括玻璃板，所述第二层包括对所述被引导光透明且机械地耦合到所述玻璃板的粘合剂层；以及
其中，所述多光束元件阵列设置在所述玻璃板的与所述第二层相邻的表面上，并且所述第二层的所述粘合剂层设置在所述多光束元件阵列和所述玻璃板上，并且具有等于所述距离的厚度。
17.根据权利要求11所述的多视图显示器，还包括设置在所述光阀阵列和所述光导之间并且连接所述光阀阵列和所述光导的低率层，所述低折射率层包括折射率小于所述光导的材料的折射率并且被配置为确保所述光导中的所述被引导光的全内反射的折射率。
18.根据权利要求11所述的多视图显示器，其中，所述多视图显示器的观看距离对应于所述多波束元件阵列在所述第二层下方的预定距离和眼间距离。
19.一种多视图背光操作的方法，包括：
在沿着光导的长度的传播方向上引导光；以及
使用多光束元件将所述被引导光的一部分散射出所述光导，以提供具有不同视图的不同主角方向的多个定向光束，多视图图像显示于多视图显示器上，所述多光束元件位于所述光导内所述光导的顶表面下方的预定距离处，其中，所述预定距离大于采用所述多视图背光的所述多视图显示器的光阀的尺寸的四分之一。
20.根据权利要求19所述的多视图背光操作的方法，其中，所述光导包含第一材料层以及设置于所述第一材料层的表面上的第二材料层，所述第二材料层具有与所述第一材料层的折射率匹配的折射率，所述预定距离由所述第二材料层的厚度确定。
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