CN116783425A - 具有全局模式混合器的背光、多视图背光和方法 - Google Patents

具有全局模式混合器的背光、多视图背光和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116783425A
CN116783425A CN202080108217.8A CN202080108217A CN116783425A CN 116783425 A CN116783425 A CN 116783425A CN 202080108217 A CN202080108217 A CN 202080108217A CN 116783425 A CN116783425 A CN 116783425A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
light guide
scattering
mode
directed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080108217.8A
Other languages
English (en)
Inventor
D·A·法塔勒
J·D·洛尼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leia Inc
Original Assignee
Leia Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leia Inc filed Critical Leia Inc
Publication of CN116783425A publication Critical patent/CN116783425A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0036—2-D arrangement of prisms, protrusions, indentations or roughened surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G02B6/0051—Diffusing sheet or layer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/004—Scattering dots or dot-like elements, e.g. microbeads, scattering particles, nanoparticles
    • G02B6/0041—Scattering dots or dot-like elements, e.g. microbeads, scattering particles, nanoparticles provided in the bulk of the light guide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G02B6/0055—Reflecting element, sheet or layer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Editing Of Facsimile Originals (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

本文中公开的示例包括板光导，所述板光导被配置为沿着光导的长度引导光。沿着所述光导的所述长度引导的光以至少两种定向模式传播：第一定向模式和第二定向模式。以第一定向模式引导的光具有比以所述第二定向模式引导的光的相应横向分量更大的横向分量和比以所述第二定向模式引导的光的相应垂直分量更小的垂直分量中的一个或两个。还包括全局模式混合器。所述全局模式混合器沿着所述光导的所述长度延伸，并且被配置为将以第一定向模式引导的光的一部分转换为第二定向模式。散射元件优选地将所述第二定向模式的光散射出所述光导。

Description

具有全局模式混合器的背光、多视图背光和方法
相关申请的交叉引用
N/A
关于联邦赞助的研究或开发的声明
N/A
背景技术
光可以在波导中传播，波导被配置为光导(诸如板光导)，并且当其沿着波导传播时，光可以从波导中提取，以被用作照明源。配置为光导的这种波导可以被用作，例如，用于某些类型的电子显示器的光源。
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)。有源显示器最明显的示例是CRT、PDP和OLED/AMOLED。当考虑到发射的光时通常被分类为无源显示器的是液晶(LCD)显示器和电泳(EP)显示器。无源显示器虽然经常表现出有吸引力的性能特性(包括但不限于固有的低功率消耗)，但是考虑到缺乏发射光的能力可能发现在许多实际应用中使用有些受限。
无源显示器可以耦合到外部光源。耦合的光源可以允许这些原本无源显示器发射光，并且基本上起到主动显示器的作用。这种耦合的光源的示例是背光。背光可以用作被放置在原本无源显示器后面的光源(通常是面板背光)，以照亮无源显示器。例如，背光可以耦合到LCD或EP显示器。背光发射光穿过LCD或EP显示器。从背光耦合到LCD或EP显示器的光的量可以决定显示器的亮度和效率。
附图说明
参照以下结合附图的详细描述，可以更容易理解根据本文中所描述的原理的示例和实施例的各种特征，其中类似的附图标记标示类似的结构元素，并且在附图中：
图1A例示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定向模式的光束的角分量的图形表示。
图1B例示了示出本文中所描述的两个示例定向模式的横向分量和垂直分量的绘图。
图2A例示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散射结构和全局模式混合器的平面背光的截面图。
图2B例示了与本文中所定义的原理一致的示例中具有散射结构和全局模式混合器的平面背光的透视图。
图2C例示了与本文中所描述的原理一致的示例中具有散射结构和全局模式混合器的平面背光的平面视图。
图3A例示了与本文中所描述的原理一致的示例中具有散射结构和全局模式混合器的多视图显示器的截面图。
图3B例示了与本文中所描述的原理一致的示例中具有散射结构和全局模式混合器的多视图显示器的平面视图。
图3C例示了与本文中所描述的原理一致的示例中具有散射结构和全局模式混合器的多视图显示器的透视图。
图4A例示了与本文中所描述的原理一致的包括构造为衍射光栅的多束元件和布置在平板波导内的全局模式混合器的平面背光的一部分的截面图。
图4B例示了与本文中所描述的原理一致的包括布置在平板波导的相对侧的构造为衍射光栅的多束元件和全局模式混合器的平面背光的一部分的截面图。
图4C例示了与本文中所描述的原理一致的包括布置在平板波导的相同侧的构造为衍射光栅的多束元件和全局模式混合器的平面背光的一部分的截面图。
图5例示了根据本文中所讨论的原理一致的示例的具有多个散射子元件和布置在散射子元件之间的开放空间中的全局模式混合器的散射元件的平面视图。
图4B例示了与本文中所讨论的原理一致的示例中一对散射元件的平面视图。
图5例示了根据与本文中所讨论的原理一致的实施例的包括全局模式混合元件222的散射元件231的平面视图。
图6例示了与本文所公开的原理一致的平面背光操作的方法的流程图。
某些示例和实施例具有作为上述附图中所示出的特征的补充和替代之一的其他特征。在下面参照上述附图详细描述这些特征和其他特征。
具体实施方式
根据本文中所描述的原理的示例和实施方案提供了一种平板波导，所述平板波导被配置为以多种定向模式引导光。板光导包括沿着所述板光导的长度布置的全局模式混合器。所述全局模式混合器被配置为将以第一定向模式引导的光的一部分转换为以第二定向模式引导的光。所述定向模式可以具有垂直分量和横向分量。通过将以第一定向模式引导的光的一部分转换为以第二定向模式引导的光，所述全局模式混合器可以提高所述光导的光提取效率。例如，这种光导可以用于为无源显示器产生更亮或更有效的的背光。
本文中，“光导”被定义为在结构内使用全内反射引导光的结构。特别地，光导可以包括在光导的工作波长上基本透明的核心。在各种示例中，术语“光导”通常指的是介电光波导，其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采用全内反射来引导光。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，除了前述折射率差之外或替代前述折射率差，光导可以包括涂层，以进一步促进全内反射。例如，该涂层可以是反射涂层。光导可以是数种光导中的任何一种，包括但不限于板光导或板状光导和条状光导中的一种或两种。
本文中进一步说明，术语“平板”在如在“板光导”中被应用于光导板光导时被定义为分段或不同平面的层或片，有时被称为“板状”光导。特别地，板光导被定义为被配置为以光导的顶部表面和底部表面(即，相对的表面)为界限的两个基本正交方向引导光的光导。此外，根据本文中的定义，顶部表面和底部表面都是彼此分离的，并且可以至少在差分意义上基本彼此平行。也就是说，在板光导的任何差值小的部分内，顶部表面和底部表面基本上是平行的或共面的。
在一些实施例中，板光导可以是基本平坦的(即，限定到平面)，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，板光导可以在单一维度上弯曲，以形成圆柱形板光导。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来引导光。
如本文中所使用的，术语“定向模式”指光束的传播方向，或者更广泛地指在光导内传播或被引导的光的传播方向。通常，在光导内以定向模式传播的光可以由多个正交分量表示，包括纵向分量、横向分量和垂直分量。例如，当使用笛卡尔坐标系时，纵向分量可以是传播光在光导内在x方向上的分量；横向分量可以是传播光在光导内在y方向上的分量；并且垂直分量可以是传播光在光导内在z方向上的分量。
此外，如本文中所使用的，冠词“一(a)”旨在具有其在专利技术中的普通含义，即“一个或多个”。例如，“一个散射元件”意指一个或多个散射元件，因此，“该散射元件”在此是指“该一个或多个散射元件”。另外，本文中提到的“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”并不旨在限制本文。本文中，当术语“大约”应用于数值时，通常意指在用于产生该值的设备的公差范围内，或者可以意指正负10％，或正负5％，或正负1％，除非另有明确规定。此外，在本文中使用的术语“基本上”是指大部分、或几乎全部、或全部或在约51％至约100％范围内的量。此外，本文中的示例仅仅为了说明性的，并且是出于讨论的目的而并非限制呈现的。
图1A例示了根据本文中所描述的原理的示例中具有定向模式的光束的角分量的图形表示。具有定向模式的光由描绘传播方向的矢量表示。
此外，根据定义，在光导内以定向模式引导的光受由公式(1)给出的关系约束
n2＝nx 2+ny 2+nz 2 (1)
其中n是表示具有由传播方向指定的方向和等于光导的材料的折射率的幅度的定向模式的矢量，并且nx，ny，和nz是正交的矢量分量、矢量投影或矢量n的简单分量。在图1A中，如所示出的，具有由矢量表示的定向模式的光包括纵向分量(nx)、横向分量(ny)和垂直分量(nz)。因此，矢量分量nx对应于定向模式的一部分或等同地对应于被引导光在x方向传播的一部分；矢量分量ny对应于定向模式的一部分或等同地对应于被引导光在y方向传播的一部分；以及矢量分量nz对应于定向模式的一部分或等同地对应于被引导光在z方向传播的一部分。
当光在光导中传播时，光可以以许多不同的定向模式传播。例如，特定定向模式的光可以沿着板光导的长度在x方向上传播，并且包括在y方向上的横向分量和在z方向上的垂直分量。
图1B例示了根据与本文中所描述的原理一致的实施例的示例中的光导内的定向模式的图形表示。特别地，图1B表示在y-z平面上绘制的定向模式，并且提供了三种不同定向模式(即第一定向模式101、第二定向模式102和第三定向模式103)的概念性说明。以第一定向模式101传播或引导的光可以包括具有第一横向分量(ny)和第一垂直分量(nz)的光。以第二定向模式102传播或引导的光可以包括具有第二横向分量(ny)和第二垂直分量(nz)的光。如图1B中所示出，第一定向模式101的第一横向分量(ny)大于第二定向模式102的第二横向分量(ny)。相反地，如所示出的，第一定向模式101的第一垂直分量(nz)小于第二定向模式102的垂直分量(nz)。
如本文中进一步详细解释的，根据本文中所解释的原理的全局模式混合器的实施例被配置为将一个定向模式的光或以一个定向模式传播的光转换成另一个定向模式的光或以另一个定向模式传播的光。因此，全局混合器可以通过与以第三定向模式103传播的光交互，将第三定向模式的光或具有第三定向模式103的光转换成第四定向模式的光或具有第四定向模式104的光。图1B使用弯曲的箭头例示了第三定向模式103向第四定向模式104的转换。根据一些实施例，第四定向模式104可以展现出比第三定向模式103更好或更理想的特性。例如，当光以第四定向模式104传播时，它可能比第三定向模式展现出更优选的与光导的散射结构的交互，如本文进一步详细描述的。因此，由全局模式混合器提供的模式转换可以有助于通过与以第三定向模式103传播的光已经实现的散射结构相比，以第四定向模式104在光导内传播的光的散射结构来提高散射或散射效率。
图2A-图2C中示出了平面背光200的不同视图的各种例示。虽然本文中所公开的概念的各种示例是结合背光来描述的，但本领域的技术人员将理解，本文中所公开的全局模式混合器和方法不限于在背光并且具体地多视图背光中使用，如下面更详细地描述的。平面背光200可以包括板光导210，板光导210被配置为沿着板光导的长度引导光。全局模式混合器220可以沿着板波导长度延伸。在图2B和图2C中，全局模式混合器由横穿平面背光的宽度并沿着板光导210的长度布置的一系列线条指示。虽然在图2A中全局模式混合器被布置在板光导210的下表面上，但是全局模式混合器可以被布置在板光导的上表面，或可以被布置在板光导内，如下面进一步详细讨论的。全局模式混合器220可以将在板光导210中引导的光的一部分(如箭头所指示)从以第一定向模式的引导的光转换成以第二定向模式引导的光。以第一定向模式引导的光具有比以第二模式引导的光的相应横向分量更大的横向分量和比以第二定向模式引导的光的相应垂直分量更小的垂直分量中的一个或两个。平面背光200也可以包括散射结构，该散射结构包括形成在板光导210上或板光导210内的散射元件231。散射结构的散射元件231被配置为将如箭头所示在光导内传播的光散射或耦合出光导作为发射光202。在图2A中，散射出的光使用箭头被例示为发射光202，或等效地散射出或耦合出的光束。
在一些实施例中，平面背光200被配置为能够提供多个散射出的或定向的光束作为发射光202的多视图背光，这些光束具有彼此不同的主角方向(例如，作为光场)，如结合图3A-图3C进一步详细例示的。特别地，根据各种实施例，所提供的发射光202的多个散射出的或定向的光束可以被散射，使得它们在对应于多视图显示器的相应视图方向的不同主角方向上被引导离开多视图背光。在一些实施例中，发射光202的定向光束可以被调制(例如，使用光阀，如下面所描述的)为促进具有三维(3D)或多视图内容的信息的显示。图3A中还示出的是多视图像素206和光阀208的阵列，其在下面详细描述。
图2A例示了根据与本文所描述的原理一致的实施例的示例中的平面背光200的截面图。图3A例示与本文中所描述的原理一致的示例中的具有散射结构和全局模式混合器的多视图显示器的截面图。图3A-图3C的多视图显示器使用了图2A-图2C中所示出的平面背光200的示例。在图2A和图3A中，除非另有说明，共同的附图标记指相同的结构。
如图2A和图3A中所例示的，平面背光200包括板光导210。板光导210被配置为沿着板光导210的长度引导光作为被引导光204。根据各种实施例，被引导光204以多个定向模式沿着光导的长度传播，所述多个定向模式包括第一定向模式和第二定向模式。板光导210可以包括配置为光波导的介电材料。介电材料可以具有第一折射率，该第一折射率大于介电光波导周围的介质的第二折射率。例如，折射率的差异被配置为促进根据板光导210的一个或多个引导或定向模式对被引导光204的全内反射。
在一些实施例中，板光导210可以是板状或板光波导(即，板光导)，其包括光学透明的、介电材料的延伸的、基本上平面的片。介电材料的基本平面片被配置为使用全内反射来引导被引导光204(或被引导光束)。根据各种示例，板光导210的光学透明材料可以包括各种介电材料中的任一种或由其组成，所述各种介电材料包括但不限于各种类型的玻璃(例如，硅玻璃、碱铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等)中的一种或多种。在一些示例中，板光导210还可以包括在板光导210的表面(例如，顶部表面和底部表面中的一个或两个)的至少一部分上的包覆层(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，板光导210被配置为在板光导210的第一表面210'(例如，“前”表面或侧面)和第二表面210"(例如，“后”表面或侧面)之间以非零传播角根据全内反射引导被引导光204(例如，如被引导板光导210以不同颜色特定的、非零传播角中的相应一个来引导。注意，在板光导210内传播的光可以沿着板光导210内的不同方向传播，其中这些方向定义光在板光导210内传播的定向模式。应该理解的是，以这些不同定向模式中的每一个传播的光在板光导210内具有纵向分量(nx)、横向分量(ny)和垂直分量(nz)，如先前已经描述的。
板光导210中的被引导光204可以以非零传播角(例如，约30-35度)被引入或耦合到板光导210中。在一些示例中，耦合结构(诸如但不限于透镜、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)以及其各种组合)可以促进将光以非零传播角耦合到板光导210的输入端，被引导光204。在其他示例中，光可以直接被引入板光导210的输入端，不需要或基本上不需要使用耦合结构(即，可以采用直接或“对接”耦合)。一旦耦合到板光导210中，被引导光204被配置为沿着板光导210传播，其中主要分量指向纵向方向，该纵向方向通常远离输入端(例如，由沿着图3A中的x轴指向的粗体箭头203例示的)。然而，应该理解的是，板光导210内的光可以以多个不同的定向模式传播，每个定向模式由纵向或X方向的纵向分量(nx)、横向或Y方向的横向分量(ny)和垂直或Z方向的垂直分量(nz)定义。
根据本文所公开的原理的某些示例性实施方式，耦合到板光导210中的光可以是准直光束。在本文中，“准直光”或“准直光束”通常被定义为一束光，其中光束的光线在光束(例如，被引导光204)内基本上彼此平行。此外，根据本文中的定义，从准直光束中发散或散射的光的光线不被视为准直光束的一部分。在一些实施例中，平面背光200可以包括准直器(诸如上面描述的透镜、反射器或镜(例如，倾斜的准直反射器)来准直例如来自光源的光。在一些实施例中，光源包括准直器。在这种情况下，提供给板光导210的准直光是被引导光204的准直光束。
在本文中，“准直因子”被定义为光被准直的程度。特别地，根据本文中的定义，准直因子定义了光线在准直光束中的角展度。例如，准直因子σ可以指定准直光束中的大部分光线在特定的角展度内(例如，围绕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，并且角展度可以是由准直光束的峰值强度的二分之一确定的角度。
如图2A-图2C和图3A-图3C中所示，平面背光200还包括散射结构230。根据一些实施例，散射结构230可以被布置在板光导210的第一表面210'上。例如，图2A和图3A例示了第一表面210'上的散射结构230。在其他实施例中，散射结构230可以被布置在板光导210的第二表面210"上。在其他实施例中，散射结构230可以位于板光导210内的第一和第二表面210'、210"之间。根据各种实施例，散射结构230被配置为从板光导210中优选地散射出以第二定向模式引导的光作为发射光202。
散射结构230可以包括沿着板光导210的长度(例如，沿着第一或第二表面210'、210"，或在板光导210内)分布的散射元件231的阵列。如下文将进一步详细解释，构成散射结构230的散射元件231可以包括多个散射子元件(未示出)。
散射结构230的散射元件231可以相互隔开一定的距离，并且可以沿着光导长度定义不同的元件。换句话说，根据本文中的定义，散射结构230的散射元件231根据有限的(非零)元件间距离(例如，有限的中心到中心的距离)相互隔开。此外，根据一些示例性的实施方式，多个散射元件231通常不相交、重叠或以其他方式彼此接触。换句话说，根据这些示例，多个散射元件231中的每个散射元件一般是不同的，并且与散射元件231中的其他元件分隔。在另一示例中，散射结构可以采用沿着板光导210的长度连续布置的散射元件(未示出)。当光在板光导210内传播时，被引导光包括以第一定向模式和第二定向模式二者传播的光。例如，第一定向模式的被引导光204可以具有比以第二定向模式引导的光的相应横向分量更大的横向分量和以第二定向模式引导的光的相应垂直分量更小的垂直分量中的一个或两个。在各种实施例中，散射结构230的散射元件231可以被配置和布置为使得散射元件231从板光导210中优选地散射出第二定向模式的光，如上所述的。
如图2A和图3A中所示出，平面背光200还包括全局模式混合器220。根据各种实施例，全局模式混合器220被配置为将以第一定向模式引导的或具有第一定向模式的被引导光204的一部分转换为具有第二定向模式的或以第二定向模式引导的被引导光204。特别地，当光在板光导210内在传播方向上传播时，被引导光204与全局模式混合器220交互，该全局模式混合器220将被引导光204从第一定向模式转换为第二定向模式的光。在一些实施例中，全局模式混合器220可以沿着板光导210的长度布置，使得当光沿着板光导210的整个长度传播时，第一定向模式的被引导光204的一部分被转换为第二定向模式。根据一些实施例，通过减小被引导光部分的横向分量和增大被引导光部分的垂直分量中的一个或两个，具有第一定向模式的光可以被全局模式混合器220转换成具有第二定向模式的光。
在一些实施例中，全局模式混合器220可以被布置在板光导210的与在其上布置散射结构230的板光导210侧相反的表面上。例如，在图3A中，全局模式混合器220被例示在板光导210的第二表面210"上，而散射结构230位于第一表面210'上，如所示出的。在其他实施例中，诸如图2A-图2C中所例示，全局模式混合器220和散射结构230可以被布置在板光导210的相同表面。在其他实施例中，全局模式混合器220可以被布置在或位于板光导210内的表面之间，如将在下文中详细讨论的。
根据一些实施例，全局模式混合器220包括沿着板光导210的长度间隔的多个模式混合元件221。在一些实施例中，模式混合元件221的数量可以与散射元件231的数量相同。替代地，模式混合元件221的数量可以与散射元件231的数量不同，这就是图3A中所示出的。虽然模式混合元件221被示出为分立元件，但应该理解，全局模式混合器220可以被实施为沿着板光导210的长度方向的连续结构，诸如图2A-图2C中所示的连续结构。虽然未示出，但是全局模式混合器220可以被布置在板光导210的第一和第二表面210'，210"二者上。如上所述，除了或代替板在光导210的第一和第二表面210'，210"中的一个或两个上，全局模式混合器220也可以被布置在板光导210的第一和第二表面210'，210"之间，如图4A中所示出的。
虽然图3A示出了与散射结构230的散射元件231相对布置的全局模式混合器220的一个示例性实施方式，但是在另一实施方式中，全局模式混合器220可以被布置在散射结构230的散射元件231之间，如例如在图2A-图2C中所示出的。在此实施方式中，多个散射元件231可以在板光导210的一个表面上被布置成阵列，并且全局模式混合器220可以沿着板光导210的长度分布。根据另一实施方式，全局模式混合器220可以被布置在散射结构230的单个散射元件231的散射子单元(未示出)内。这种类型的实施方式进一步结合图5详细描述。
在一些实施例中，全局模式混合器220可以被实施为或包括衍射光栅。在一些实施例中，衍射光栅可以跨越板光导的宽度并沿着板光导的长度延伸。当全局模式混合器220被实施为一个或多个衍射光栅时，衍射光栅的衍射特征可以沿着板光导长度平行于被引导光的传播方向对齐。衍射光栅的布置可以使得多个衍射光栅沿着光导的长度周期性地布置。
在其他实施例中，全局模式混合器220可以被实施为反射元件，该反射元件具有与平行于被引导光沿着板光导长度的传播方向对齐的反射面。反射元件可以包括例如微反射器。附加地，全局模式混合器220可以被实施为折射元件，诸如，微折射器。在其他实施方式中，全局模式混合器220可以被实施为折射元件、反射元件和衍射元件的组合。
根据一些实施例，多个散射元件231可以被布置成一维(1D)阵列或二维(2D)阵列。例如，散射元件可以被布置为线性1D阵列。在另一示例中，散射元件可以被布置为矩形2D阵列或圆形2D阵列。图3B和图3C中例示了多视图背光的这种示例。此外，该阵列(即，1D或2D阵列)可以是规则的或均匀的阵列，或者可以是不规则的阵列。特别地，如果阵列是规则的或均匀的阵列，则散射元件231之间的元件间距离(例如，中心到中心的距离或间距)可以在整个阵列中基本上均匀或恒定。在图案为不规则图案的情况下，散射元件之间的元件间距离可以在整个阵列中或沿着板光导210的长度方向变化。或者，元素间距离可以在整个板光导210的长度上和沿着板光导210的长度变化。
根据各种实施例，散射结构230的散射元件231可以包括多束元件。多束元件可以被配置为散射出以波长引导的光。特别地，根据本文中的定义，“多束元件”是背光或显示器的产生包括多个定向光束的光的结构或元件。在一些实施例中，多束元件可以光学地耦合到背光的光导(例如，平面背光200的板光导210)，以通过耦合出光导中引导的光的一部分来提供多个定向光束。在其他实施例中，多束元件可以生成作为光束发射的光(例如，可以包括光源)。此外，根据本文中的定义，由多束元件产生的多个定向光束的光束具有彼此不同的主角方向。特别地，根据定义，多个定向光束中的定向光束具有与多个光束中的另一光束不同的预定主角方向。此外，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一个基本为锥形的空间区域，或者具有包括多个光束中的光束的不同主角方向的预定角展度。因此，定向光束组合(即，多个光束)的预定角展度可以表示光场。
根据各种实施方案，多个定向光束的各种定向光束的不同主角方向是由包括但不限于多束元件的尺寸(例如，长度、宽度、面积等)的特征确定的。在一些实施例中，根据本文中的定义，多束元件可以被视为“延展的点光源”，即分布在整个多束元件的范围上的多个点光源。根据各种示例，多束元件可以包括衍射光栅、微反射元件或微折射元件中的一个或多个。图4A-图4C中示出了根据数个示例的衍射光栅的示例。
在本文中，“衍射光栅”通常被定义为布置为提供入射到衍射光栅上的光线的衍射的多个特征(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。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材料表面中孔的2D阵列。
因此，并且根据本文中的定义，“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。衍射光栅也通过衍射(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到衍射光栅上的光(即，入射光)的传播方向不同的传播方向。通过衍射改变光的传播方向在本文中被称为“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，并且如果从光导入射光，则衍射光栅也可以将光从光导衍射地耦合出。
此外，根据本文中的定义，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)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。衍射特征可以包括各种衍射光的结构中的任一种，各种衍射光的结构包括但不限于在表面处、表面中或表面上的凹槽、凸脊、孔和凸起中的一个或多个。例如，衍射光栅可以在材料表面中包括多个基本平行的凹槽。在另一示例中，衍射光栅可以包括从材料表面升出的多个平行脊。衍射特征(例如，凹槽、凸脊、孔、凸起等)可以具有提供衍射的各种截面形状或轮廓中的任一种，所述各种截面形状或轮廓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。
根据本文中所描述的各种示例，衍射光栅(例如，如下所描述的多束元件的衍射光栅)可以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，局部周期衍射光栅的衍射角θm，或由局部周期衍射光栅提供的衍射角θm可以由公式(2)给出为：
其中λ是光的波长，m是衍射级次，n是光导的折射率，d是衍射光栅的特征之间的距离或间距，θi是光在衍射光栅上的入射角。为简单起见，公式(1)假设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一(即，nout＝1)。通常，衍射级次m由整数给出。衍射光栅产生的光束的衍射角θm可以由公式(1)给出，其中衍射级次为正(例如，m>0)。例如，当衍射阶数m等于1(即m＝1)时，提供第一级衍射。
图4A-图4C例示了平面背光200的一部分的截面图，平面背光200包括构造为衍射光栅的多束元件232和布置在板光导210中或其上的不同位置的全局模式混合器220。如图4A-图4C中所示，发射光202的散射出的定向光束为被描绘为远离板光导210的第一(或前)表面210'的多个发散箭头。此外，如本文中所描述的，根据各种实施例，多束元件232的尺寸可以与多视图显示器中的光阀208的尺寸(或等效地，多视图显示器的多视图像素中的子像素)相当。出于有助于讨论的目的，图3A-图3C中例示了多视图像素206与平面背光200。“尺寸”可以以各种方式定义，包括但不限于长度、宽度或面积。
在一些实施例中，多束元件的尺寸与光阀的尺寸相当，使得衍射光栅尺寸在光阀尺寸的约百分之二十五(25％)和约百分之二百(200％)之间。在其他示例中，多束元件尺寸的范围是大于光阀尺寸的百分之五十(50％)、或大于光阀尺寸的百分之六十(60％)、或大于光阀尺寸的百分之七十(70％)、或大于光阀尺寸的百分之八十(80％)，并且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％)。根据一些实施例，多束元件和光阀的相当尺寸可以被选择为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。此外，包括多束元件的多束元件和光阀的相当尺寸可以被选择为减小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。
图3A-图3C也例示了光阀208的阵列，光阀208的阵列被配置为调制多个定向光束的发射光202的定向光束。光阀阵列可以是例如采用配置为多视图背光的平面背光200的多视图显示器的一部分，并且为了便于本文中的讨论被例示在图3A-图3C中。在图3C中，仅出于讨论的目的，光阀208的阵列被部分切除，以允许光阀阵列下的板光导210和散射元件231以及全局模式混合器的模式混合元件221的可视化。
如图3A-图3C中所示出的，发射光202的具有不同主角方向的定向光束中的不同定向光束通过光阀阵列中的光阀208的不同光阀并且可以由光阀阵列中的光阀208中的不同光阀调制。此外，如所示出的，阵列中的光阀208对应于多视图像素206的子像素，并且一组光阀208对应于多视图显示器的多视图像素206。特别地，光阀阵列的一组不同的光阀208被配置为接收并调制来自配置为多束元件的散射元件231中的对应一个散射元件的定向光束，即，对于每个散射元件231可以有唯一的一组光阀208，如所示出的。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208，包括但不限于一个或多个液晶光阀、电泳光阀以及基于电润湿的光阀。
如图3A中所示出，第一光阀组208a被配置为接收并调制来自第一散射元件231a的发射光202的定向光束。此外，第二光阀组208b被配置为接收并调制来自第二散射元件231b的发射光202的定向光束。因此，在此示例中，光阀阵列中的光阀组中的每一个(例如，第一和第二光阀组208a、208b)分别对应于不同的散射元件231(例如，元件231a、231b)和不同的多视图像素206，其中光阀组的各个光阀208对应于相应的多视图像素206的子像素，如图3A中所示出的。
注意，如图3A所示出的，多视图像素206的子像素的尺寸可以对应于光阀阵列中的光阀208的尺寸。在其他示例中，光阀尺寸或子像素尺寸可以被定义为光阀阵列中相邻光阀之间的距离(例如，中心到中心的距离)。例如，子像素尺寸可以被定义为光阀208的尺寸或对应于光阀208之间的中心到中心距离的尺寸。
在一些示例性的实施方式中，散射元件231和对应的多视图像素206(即，子像素组和对应的光阀组208)之间的关系可以是一一对应的关系。换句话说，可以存在相等数量的多视图像素206和散射元件231。图3B通过示例的方式示出了一一对应的关系，其中包括不同的光阀组208(和对应的子像素)的每个多视图像素206被例示为被虚线包围。在其他实施例中(未示出)，多视图像素206的数量和散射元件231的数量可以彼此不同。
在一些实施例中，多个散射元件231中的一对散射元件之间的元件间距离(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206之间的像素间距离(例如，中心到中心距离)。例如，如图3A中所示出的，第一散射元件231a和第二散射元件231b之间的中心到中心距离基本上等于第一光阀组208a和第二光阀组208b之间的中心到中心距离D。在其他实施例中(未示出)，成对的散射元件231和对应的光阀组的相对中心到中心距离可以不同，例如，散射元件231可以具有大于或小于表示多视图像素206的光阀组之间的间距(即，中心到中心距离D)中的一个的元件间间距(即，中心到中心距离d)。
在一些实施例中，散射元件231的形状类似于多视图像素206的形状，或者等效地类似于对应于多视图像素206的光阀208的组(或“子阵列”)的形状。例如，散射元件231可以具有正方形形状，并且多视图像素206(或对应的一组光阀208的布置)可以基本上是正方形。在另一示例中，散射元件231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，对应于散射元件231的多视图像素206(或等效地一组光阀208的布置)可以具有类似矩形形状。图3B例示了正方形散射元件231和对应的包括正方形光阀组208的正方形多视图像素206的俯视图或平面视图。在另外一些示例中(未示出)，散射元件231和对应的多视图像素206具有包括或至少近似为但不限于三角形形状、六边形形状和圆形形状的各种形状。
此外(例如，如图3A所示出的)，根据一些实施例，每个散射元件231被配置为将发射光202的定向光束提供给一个且仅一个多视图像素206。特别地，对于散射元件231中的给定的一个散射元件，具有对应于多视图显示器的不同视图的不同主角方向的发射光202的定向光束基本上被限定到单个对应的多视图像素206及其子像素，即，对应于散射元件231的单个光阀组208，如图3A中所示出的。因此，平面背光200的每个散射元件231提供发射光202的对应的一组定向光束，该对应的一组定向光束具有对应于多视图显示器的不同视图的一组不同的主角方向(即，发射光202的定向光束组包含具有与不同视图方向中的每一个视图方向相对应的方向的光束)。
如图4A-图4C中所示出的并且根据各种实施例，散射结构的散射元件可以包括多束元件232。在一些实施例中，多束元件232可以包括衍射光栅(例如，如图4A-图4C中所示出的)。在一些实施例中，一个或多个(例如，每个)多束元件232可以包括多个衍射光栅。多束元件232，或更特别的是衍射多束元件232的多个衍射光栅，可以位于板光导210的表面上、位于板光导210的表面处或在板光导210的表面附近、或者位于光导表面之间。在其他实施例中，多束元件232可以位于板光导210的第一表面210'和第二表面210"之间。
图4A例示了包括形成为衍射光栅的多束元件232和布置在板光导210内的全局模式混合器220的模式混合元件221的平面背光200的一部分的截面图。这里，板光导210可以被制造为使得全局模式混合器被布置在板光导的第一表面210'和板光导的第二表面210"之间。模式混合元件221被配置为将第一定向模式的光转换为第二定向模式的光，其中第二定向模式通过散射多束元件232或散射元件的另一多束元件(未示出)优选地散射出板光导210。散射出板光导210的发射光202由图4A中的定向箭头例示。
图4B例示了根据与本文所描述的原理一致的实施例的示例中的包括多束元件232和全局模式混合器220的一部分的平面背光200的截面图。如图4B中所示出的，多束元件232位于板光导210的第一表面210'处。此外，通过以示例而非限制的方式，图4B中示出的多束元件232包括多个衍射光栅。例如，当位于板光导210的第一表面210'处时，多个光栅中的衍射光栅可以是透射模式衍射光栅，所述透射模式衍射光栅被配置为通过第一表面210'衍射地耦合出被引导光部分作为发射光202或定向光束。多束元件232可以被配置为优选地从板光导210中散射出以第二定向模式(例如，如以上所描述的第二定向模式102)引导的光作为定向光束或发射光202，其包括具有与多视图图像的视图的视图方向相对应的方向的定向光束，如下文进一步详细解释的。图4B中例示的全局模式混合器220的一部分被示出为沿着板光导210的整个部分的下表面延伸显示。可以理解的是，根据此示例的全局模式混合器220可以沿着板光导210的下表面的基本上整个长度延伸。
图4C例示了包括构造为衍射光栅的多束元件232和布置在板光导210的与多束元件232同一侧的模式混合元件221的全局模式混合器220的一部分的平面背光200的一部分的截面图。在此示例中，全局模式混合器220包括模式混合元件221，模式混合元件221被布置为使得它们分布在间隔的散射元件(诸如多束元件322)之间的空间中。全局模式混合器和散射结构的元件的其他配置和布置在其他地方(诸如结合图5中所示和下面描述的示例)讨论。
例如，当位于第二表面210"时，构成多束元件232的衍射光栅可以是反射模式衍射光栅。作为反射模式衍射光栅，衍射光栅被配置为衍射被引导光部分并将衍射的被引导光部分朝向第一表面210'反射，以通过第一表面210'离开作为衍射地耦合出的光束。在其他实施例(未示出)中，衍射光栅可以位于板光导210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，在本文中所描述的一些实施例中，耦合出的光束的主角方向可以包括由于耦合出的光束在光导表面离开光导210而产生的折射的效果。例如，图4C以示例而非限制的方式例示了当耦合出的光束穿过第一表面210'时由于折射率的变化导致的发射光202的耦合出的光束的折射(即，弯曲)。
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凹槽和凸脊中的一个或两个。凹槽或凸脊可以包括板光导210的材料，例如，可以被形成在板光导210的表面中。在另一示例中，凹槽或凸脊可以由光导材料以外的材料形成，例如，在板光导210的表面上的另一种材料的薄膜或层。
在一些实施例中，衍射光栅是均匀的衍射光栅，其中衍射特征间距在整个衍射光栅中基本上恒定或不变化。在其他实施例中，衍射光栅是啁啾衍射光栅。根据定义，“啁啾”衍射光栅是一种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的衍射间距(即，光栅节距)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不均匀或随机但仍是单调的方式变化的啁啾。也可以采用非单调的啁啾，诸如但不限于正弦啁啾或三角形或锯齿形啁啾。也可以采用任何这些类型的啁啾的组合。
根据各种实施例，衍射光栅可以以多个不同的配置布置，以耦合出被引导光304的一部分作为多个耦合出的光束302。特别地，多束元件232的多个衍射光栅可以包括第一衍射光栅和第二衍射光栅，如关于图5更详细地例示的。
第一衍射光栅可以被配置为提供多个散射出或耦合出的光束的第一光束作为发射光202，而第二衍射光栅可以被配置为提供多个散射出或耦合出的光束的第二光束作为发射光202。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，多个衍射光栅可以包括第三衍射光栅、第四衍射光栅等，每个衍射光栅被配置为提供不同的耦合出的光束。在一些实施例中，多个衍射光栅中的一个或多个衍射光栅可以提供一个以上的耦合出的光束。
图5例示了根据与本文所描述的原理一致的实施例的包括全局模式混合元件222的散射元件231的平面视图。散射元件231可以包括多个散射子元件233，例如，包括第一散射子元件233a和第二散射子元件233b。多个散射子元件233可以形成在板光导210的表面(例如，表面210'，210")上，或者可以被布置在板光导210内。根据某些示例，散射元件231可以是多束元件，并且多束元件可以包括多个衍射光栅。散射子元件233(诸如233a和233b)可以彼此独立并且展现出不同的光栅性能。图5中例示了散射元件231的尺寸s，并且用虚线示出了散射元件231的边界。在散射元件231是包括多个衍射光栅的多束元件的情况下，衍射光栅中的每一个可以具有以上描述的特性中的一个或多个。例如，多个衍射光栅中的衍射光栅中的一个或多个可以是啁啾的，而其他衍射光栅不是啁啾的。
散射元件231可以具有多个散射子元件233，并且也包括没有散射子元件的空间。全局模式混合元件222可以被布置在这些没有散射子元件的空间内，使得全局模式混合器至少部分地布置在平面背光的散射元件231内。散射子元件233中的一些或全部可以具有弯曲的衍射特征。本领域的技术人员将认识到，可以使用各种结构来定义散射子单元，包括例如在表面处、表面中或表面上的凹槽、凸脊、孔和凸起。
根据一些实施例，散射子元件233的差分密度可以在散射元件内被配置为控制由相应的不同散射元件231耦合出的发射光202的多个定向光束的相对强度。换言之，散射元件231可以在其中具有不同密度的散射子元件233，并且不同密度(即，散射子元件的不同密度)可以被配置为控制多个耦合出的光束(例如202)的相对强度。特别地，在多个散射子元件内具有更少散射子元件233的散射元件231可以产生具有比具有相对较多散射子元件233的另一散射元件231更低的强度(或波束密度)的多个耦合出的光束。散射子元件233的差分密度可以使用位置(诸如对应于衍射多束元件内的图5中所例示的全局模式混合元件222的位置)来提供。虽然散射元件231的所有区域被示出为被散射子单元233或全局模式混合元件222所占据，但应该理解的是，散射元件内的一些空间可以不包括任何结构。
散射元件内的散射子单元233的差分密度在散射元件231内留下某些开放空间。全局模式混合器可以被布置在由差分间距技术留下的开放空间中，使得散射元件内的差分间距的散射子单元233内的开放空间中的一些或全部保持开放。图5示出了其中全局模式混合器被布置在散射元件231的散射子单元233之间的空间中的示例。
再次参照图3A，平面背光200还可以包括光源250。根据各种实施例，光源250被配置为提供要在板光导210内引导的光。特别地，光源250可以位于邻近板光导210的入口表面或端部(输入端)。在各种实施例中，光源250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250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光。特别地，单色光的颜色可以是特定色彩空间或色彩模型(例如，红-绿-蓝(RGB)色彩模型)的主色。在其他示例中，光源250可以是基本上宽带的光源，其被配置为提供基本上宽带或多色光。例如，光源250可以提供白光。在一些实施例中，光源250可以包括多个不同的光学发射器，该光学发射器被配置为提供不同颜色的光。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个相对应的不同的、颜色特定的、非零传播角的光。根据各种实施例，散射特征间距和其他散射特性(例如，散射特征(诸如凸起、凹点、光栅等)的周期性)以及此类特征相对于被引导光的传播方向的定向可以对应于不同颜色的光。换言之，散射元件231可以包括多个散射元件中的各种散射元件，例如，这些散射元件可以根据引导光的不同颜色来定制。
在一些实施例中，光源250还可以包括准直器。准直器可以被配置为接收来自光源250的光学发射器中的一个或多个的基本上未准直的光。准直器还被配置为将基本上未准直的光转换为准直光。特别地，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的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板光导210以作为被引导光204传播，如上所述。
在一些实施例中，平面背光200被配置为对于在通过板光导210与被引导光204的传播方向正交(或基本上正交)的方向上的光基本上透明。特别地，板光导210和散射结构230的间隔散射元件231(例如，衍射多束元件)允许光通过板光导210，在一些实施方案中，通过第一表面210'和第二表面210"。至少部分地由于散射元件231的相对较小的尺寸和散射结构230的相对较大的元件间间距(例如，与多视图像素206一一对应的)二者，可以促进透明性。此外，根据一些实施例，散射结构230的散射元件231对于与光导表面210'、210"正交传播的光可以是基本上透明的。
根据本文中所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(在本文中也被称为“不同定向的光束”)。此外，发射的调制光束可以优选地被引导朝向多视图显示器的多个视图方向。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)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，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。
图6例示了与本文所公开的原理一致的平面背光操作的方法的流程图。平面背光操作的方法可以包括通常沿着光导的长度引导光作为被引导光610。被引导光可以包括至少第一定向模式和一个第二定向模式。当光沿着光导的长度被引导时，使用沿着板光导的长度延伸的全局模式混合器，将以第一定向模式引导的光的一部分转换成第二定向模式的光620。平面背光操作的方法还可以包括使用散射结构优选地将光散射出光导630，以提供发射光。散射结构被配置为使得它优选地将以第二定向模式传播的光散射出光导。以第一定向模式引导的光可以具有比第二定向模式引导的光的相应横向分量更大的横向分量和比第二定向模式引导的光的相应垂直分量更小的垂直分量中的一个或两个。根据不同的实施方案，全局模式混合器将第一定向模式的被引导光部分转换为第二定向模式的被引导光包括减小被引导光部分的横向分量和增大被引导光部分的垂直分量中的一个或两个。
如在平面背光操作的方法中使用的，全局模式混合器可以被实施为衍射光栅。在这种实施例中，衍射光栅可以沿着光导(例如板光导)的长度且横跨该光导的宽度延伸。在这种情况下，衍射光栅的衍射特征平行于沿着板光导长度的被引导光的传播方向对齐。代替衍射特征或与衍射特征相结合，全局模式混合器可以使用反射元件来执行模式混合，该反射元件具有平行于被引导光沿着板导光长度的传播方向对齐的反射面。该方法还可以包括使用散射结构，该散射结构包括沿着光导的长度间隔开的散射元件的阵列。在这样的方法中，可以使用布置在散射元件的间隔开的散射元件之间的全局模式混合器来执行光从第一定向模式到第二定向模式的转换。
示例性方法的其他方面包括使用包括多束元件的阵列的散射结构。多束元件中的每一个可以从光导中散射出第二定向模式的被引导光作为发射光，发射光包括具有与多视图图像的视图的视图方向相对应的方向的定向光束，平面背光操作的方法还包括调制发射光的定向光束以提供多视图图像。

Claims (22)

1.一种平面背光，包括：
板光导，被配置为沿着所述板光导的长度来引导光；
沿着所述板光导长度延伸的全局模式混合器，所述全局模式混合器被配置为将以第一定向模式引导的光的一部分转换为以第二定向模式引导的光；以及
散射结构，被配置为优选地从所述板光导中散射出以所述第二定向模式引导的光作为发射光，
其中以所述第一定向模式引导的光具有比以所述第二定向模式引导的光的相应横向分量更大的横向分量和比以所述第二定向模式引导的光的相应垂直分量更小的垂直分量中的一个或两个。
2.根据权利要求1所述的平面背光，其中所述全局模式混合器被配置为将以所述第一定向模式引导的光部分转换为以所述第二定向模式引导的光，包括减小所述被引导光部分的横向分量和增大所述被引导光部分的垂直分量中的一个或两个。
3.根据权利要求1所述的平面背光，其中所述全局模式混合器被布置在所述板光导的表面上。
4.根据权利要求3所述的平面背光，其中所述散射结构被布置在所述板光导的与在其上布置所述全局模式混合器的表面相对的板光导表面上。
5.根据权利要求1所述的平面背光，其中所述全局模式混合器包括跨所述板光导的宽度并沿着所述板光导的所述长度延伸的衍射光栅，所述衍射光栅的衍射特征平行于所述被引导光沿着所述板光导长度的传播方向对齐。
6.根据权利要求1所述的平面背光，其中所述全局模式混合器包括反射元件，所述反射元件具有平行于所述被引导光沿着所述板光导长度的传播方向对齐的反射面。
7.根据权利要求1所述的平面背光，其中所述散射结构包括沿着所述板光导长度彼此间隔开的散射元件阵列，所述全局模式混合器被分布在所述散射元件阵列的间隔开的散射元件之间。
8.根据权利要求7所述的平面背光，其中所述散射元件阵列的散射元件包括多个散射子元件，所述全局模式混合器还被分布在多个散射子元件中的散射子元件之间的所述散射元件内。
9.根据权利要求7所述的平面背光，其中所述散射元件阵列的散射元件包括多束元件，每个多束元件被配置为从所述光导中散射出以所述第二定向模式引导的光作为发射光，所述发射光包括具有与多视图图像的视图的视图方向相对应的方向的定向光束。
10.根据权利要求9所述的平面背光，其中每个多束元件包括衍射光栅、微反射元件和微折射元件中的一个或多个。
11.一种包括权利要求9所述的平面背光的多视图显示器，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所述定向光束以提供所述多视图图像，其中所述多束元件具有在所述光阀阵列的光阀的尺寸的百分之二十五到百分之二百之间的尺寸。
12.一种多视图背光，包括：
板光导，被配置为引导光；
沿着所述板光导的长度布置的多束元件的阵列，每个多束元件被配置为散射出所述光导作为发射光，所述发射光包括具有与多视图图像的不同视图的方向相对应的方向的定向光束；以及
分布在所述多束元件阵列的多束元件之间的全局模式混合器，所述全局模式混合器被配置为将根据第一定向模式引导的光转换成根据第二定向模式引导的光，
其中每个多束元件被配置为相对于根据所述第一定向模式引导的光，优选地散射出根据所述第二定向模式引导的光。
13.根据权利要求12所述的多视图背光，其中根据所述第一定向模式引导的光包括具有以下中的一项或两项的光：
比根据所述第二定向模式引导的光的横向分量更大的横向分量；以及
比根据所述第二定向模式引导的光的垂直分量更小的垂直分量，
其中所述全局模式混合器被配置为将根据所述第一定向模式引导的光转换成根据所述第二定向模式引导的光，包括减小所述光的横向分量和增大所述光的垂直分量中的一个或两个。
14.根据权利要求12所述的多视图背光，其中所述全局模式混合器被布置在所述板光导的表面上，所述多束元件阵列与在其上布置所述全局模式混合器的表面相邻布置。
15.根据权利要求12所述的多视图背光，其中所述全局模式混合器包括衍射光栅，所述衍射光栅在所述多束元件阵列的多束元件之间跨所述板光导的宽度并沿着所述板光导的所述长度延伸，所述衍射光栅的衍射特征平行于沿着所述板光导长度被引导光的传播方向对齐。
16.根据权利要求12所述的多视图背光，其中所述全局模式混合器包括反射元件和折射元件中的一个或两个，所述反射元件具有平行于沿着所述板光导长度引导的光的传播方向对齐的反射面，所述全局模式混合器在所述多束元件阵列的多束元件之间跨所述板光导的宽度并沿着所述板光导的所述长度延伸。
17.一种包括权利要求12所述的多视图背光的多视图显示器，所述多视图显示器还包括光阀的阵列，所述光阀被配置为调制所述发射光的所述定向光束以提供所述多视图图像，其中所述多束元件具有在所述光阀阵列的光阀的尺寸的百分之二十五到百分之二百之间的尺寸。
18.一种平面背光操作的方法，所述方法包括：
在沿着板光导的长度的传播方向上引导光；
使用沿着所述板光导长度延伸的全局模式混合器，将以第一定向模式引导的光的一部分转换为以第二定向模式引导的光；以及
使用散射结构将光散射出所述光导，以提供发射光，所述散射结构优选地散射出以所述第二定向模式引导的光，
其中以所述第一定向模式引导的光具有比以所述第二定向模式引导的光的相应横向分量更大的横向分量和比以所述第二定向模式引导的光的相应垂直分量更小的垂直分量中的一个或两个。
19.根据权利要求18所述的平面背光操作的方法，其中所述全局模式混合器将以所述第一定向模式引导的光部分转换为以第二定向模式引导的光，包括减小所述被引导光部分的横向分量和增大所述被引导光部分的垂直分量中的一个或两个。
20.根据权利要求18所述的平面背光操作的方法，其中所述全局模式混合器包括以下中的一项或两项：
衍射光栅，所述衍射光栅跨所述板光导的宽度并在所述板光导的所述长度上延伸，所述衍射光栅的衍射特征平行于所述被引导光沿着所述光导长度的传播方向对齐；以及
反射元件，所述反射元件具有平行于所述被引导光沿着所述板光导长度的传播方向对齐的反射面。
21.根据权利要求18所述的平面背光操作方法，其中所述散射结构包括沿着所述板光导长度彼此间隔开的散射元件的阵列，所述全局模式混合器被分布在所述散射元件阵列的间隔开的散射元件之间。
22.根据权利要求18所述的平面背光操作方法，其中所述散射结构包括多束元件阵列，每个多束元件将以所述第二定向模式引导的光从所述光导中散射出作为发射光，所述发射光包括具有与多视图图像的视图的视图方向相对应的方向的定向光束，所述平面背光操作的方法还包括调制所述发射光的所述定向光束以提供所述多视图图像。
CN202080108217.8A 2020-12-31 2020-12-31 具有全局模式混合器的背光、多视图背光和方法 Pending CN116783425A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2020/067749 WO2022146445A1 (en) 2020-12-31 2020-12-31 Backlight, multiview backlight, and method having global mode mixer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116783425A true CN116783425A (zh) 2023-09-19

Family

ID=82259618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080108217.8A Pending CN116783425A (zh) 2020-12-31 2020-12-31 具有全局模式混合器的背光、多视图背光和方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20230350126A1 (zh)
EP (1) EP4271935A1 (zh)
JP (1) JP2024501540A (zh)
KR (1) KR20230112699A9 (zh)
CN (1) CN116783425A (zh)
CA (1) CA3205142A1 (zh)
TW (1) TWI803096B (zh)
WO (1) WO2022146445A1 (zh)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008209728A (ja) * 2007-02-27 2008-09-11 Seiko Instruments Inc 照明装置、及び、液晶表示装置
CN104460115B (zh) * 2014-12-31 2017-09-01 苏州大学 一种多视角像素指向型背光模组及裸眼3d显示装置
JP2018517242A (ja) * 2015-05-09 2018-06-28 レイア、インコーポレイテッドＬｅｉａ Ｉｎｃ． 色走査格子ベースのバックライトおよび同バックライトを用いる電子ディスプレイ
US10650727B2 (en) * 2016-10-04 2020-05-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device, display device, and electronic device
KR102664384B1 (ko) * 2017-01-02 2024-05-08 삼성전자주식회사 지향성 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 영상 표시 장치
JP7023381B2 (ja) * 2017-12-18 2022-02-21 レイア、インコーポレイテッド モード切り替え可能なバックライト、ディスプレイ、および方法
KR102440643B1 (ko) * 2018-01-27 2022-09-06 레이아 인코포레이티드 서브파장 격자들을 이용하는 편광 재순환 백라이트, 방법 및 멀티뷰 디스플레이
WO2020092160A1 (en) * 2018-10-31 2020-05-07 Leia Inc. Multiview backlight, display, and method having optical mask elements
CN109597232A (zh) * 2019-01-10 2019-04-09 昆山龙腾光电有限公司 背光模组、背光调节方法及显示装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230112699A (ko) 2023-07-27
WO2022146445A1 (en) 2022-07-07
TWI803096B (zh) 2023-05-21
TW202238221A (zh) 2022-10-01
US20230350126A1 (en) 2023-11-02
EP4271935A1 (en) 2023-11-08
CA3205142A1 (en) 2022-07-07
JP2024501540A (ja) 2024-01-12
KR20230112699A9 (ko) 2024-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10838134B2 (en) Multibeam element-based backlight and display using same
CN107950024B (zh) 具有头部追踪的多视图显示器
EP3464994B1 (en) Diffractive multibeam element-based backlighting
CN107209393B (zh) 三维（3d）电子显示器
US11314099B2 (en) Transparent display and method
US11048037B2 (en) Backlight, multiview display and method employing tapered collimator
CN110945284A (zh) 具有微透镜的基于多光束元件的背光体及使用其的显示器
CN112867958B (zh) 具有光栅扩展器的背光、多视图显示器和方法
US20230350126A1 (en) Backlight, multiview backlight, and method having global mode mixer
CN114207353A (zh) 采用吸收准直器的准直背光、电子显示器和方法
US20240027673A1 (en) Multiview backlight, display, and method having multi-axis illumination

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 40101741

Country of ref document: HK