JP2022530212A - 時間多重化バックライト、マルチビューディスプレイ、および方法 - Google Patents

時間多重化バックライト、マルチビューディスプレイ、および方法 Download PDF

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Abstract

時間多重化バックライトおよびディスプレイは、表示画像の２Ｄ部分に対応する広角放射光を提供するために広角バックライトを使用し、表示画像のマルチビュー部分に対応する指向性放射光を提供するためにマルチビューバックライトを使用し、広角バックライトおよびマルチビューバックライトを順次作動させることによって、２Ｄ部分およびマルチビュー部分を合成画像として時間多重化するように構成されたモードコントローラを使用する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年４月２２日に出願された米国仮特許出願第６２／８３７，１７４号の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
連邦政府による資金提供を受けた研究または開発に関する声明
なし
電子ディスプレイは、様々なデバイスおよび製品のユーザに情報を伝達する、ほぼどこにでもある媒体である。最も一般的に見られる電子ディスプレイには、陰極線管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセントディスプレイ（ＥＬ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、アクティブマトリックスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ（ＥＰ）、および電気機械もしくは電気流体光変調を使用する様々なディスプレイ（例えば、デジタルマイクロミラーデバイス、エレクトロウェッティングディスプレイなど）がある。一般に、電子ディスプレイは、アクティブディスプレイ（すなわち、光を放射するディスプレイ）またはパッシブディスプレイ（すなわち、別の光源によって提供される光を変調するディスプレイ）のいずれかに分類され得る。アクティブディスプレイの最も明白な例には、ＣＲＴ、ＰＤＰ、およびＯＬＥＤ／ＡＭＯＬＥＤがある。放射光を考慮すると通常パッシブとして分類されるディスプレイは、ＬＣＤおよびＥＰディスプレイである。パッシブディスプレイは、多くの場合本質的に低消費電力であるが、それに限定されない魅力的な性能上の特性を示すが、光を放射する能力がないため、多くの実際の用途での使用は多少制限される場合がある。
本明細書で説明する原理による例および実施形態の様々な特徴は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照するとより容易に理解することができ、同様の符号は同様の構造要素を示す。
本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイの斜視図を示す。
本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例における特定の主角度方向を有する光ビームの角度成分のグラフ表現を示す。
本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例における回折格子の断面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における時間多重化バックライトの断面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、別の例における時間多重化バックライトの断面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における時間多重化バックライトの斜視図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における広角バックライトの断面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビーム素子を含むマルチビューバックライトの一部の断面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム素子を含むマルチビューバックライトの一部の断面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビーム素子１２４の平面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム素子を含むマルチビューバックライトの一部の断面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム素子を含むマルチビューバックライトの一部の断面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム素子を含むマルチビューバックライトの一部の断面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における時間多重化マルチビューディスプレイのブロック図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における時間多重化バックライト動作の方法のフローチャートを示す。
特定の例および実施形態は、上記で参照された図面に示されている特徴に加えて、およびその代わりの特徴の１つである他の特徴を有してもよい。これらの特徴および他の特徴は、上記で参照された図面を参照して以下に詳述される。
本明細書に記載の原理による例および実施形態は、時間多重化マルチビューディスプレイへの適用を伴う時間多重化バックライトまたは時間多重化モード切り替えバックライト、ならびにその動作方法を提供する。特に、本明細書に記載の原理によれば、時間多重化バックライトは、２次元（２Ｄ）モード中に広角放射光を提供し、マルチビューモード中に指向性光ビームを含む指向性放射光を提供するように構成される。広角放射光は、２Ｄ情報（例えば、２Ｄ画像またはテキスト）の表示をサポートすることができ、指向性放射光の指向性光ビームは、例えば、マルチビューまたは３次元（３Ｄ）情報（例えば、マルチビュー画像）の表示をサポートすることができる。さらに、様々な実施形態では、時間多重化バックライトの２Ｄモードおよびマルチビューモードは、それぞれ、第１の期間に広角放射光を提供し、第２の期間に指向性放射光を提供するように、時間多重化または時間インターレースされる。時間多重化または時間インターレースによれば、時間多重化バックライトを含む時間多重化マルチビューディスプレイは、２Ｄコンテンツとマルチビューまたは３Ｄコンテンツの両方を含む合成画像を提供することができる。
様々な実施形態によれば、時間多重化マルチビューディスプレイのマルチビューモードは、いわゆる「眼鏡なし」または自動立体視画像を提供することができるが、２Ｄモードは、特に第３の次元を含まないかまたはそれから利益を得ない２Ｄ情報またはコンテンツの場合に、マルチビューモードで利用可能なものよりも比較的高いネイティブ解像度で２Ｄ情報またはコンテンツの提示を容易にすることができる。したがって、２Ｄモードとマルチビューモードとを時間多重化することによって提供される合成画像は、同じ画像内または同じディスプレイ上で、高解像度の２Ｄコンテンツと、やや低い解像度のマルチビューまたは３Ｄコンテンツの両方を同時に提供することができる。本明細書に記載の時間多重化マルチビューディスプレイにおける時間多重化バックライトの使用には、携帯電話（例えば、スマートフォン）、時計、タブレットコンピュータ、モバイルコンピュータ（例えば、ラップトップコンピュータ）、パーソナルコンピュータおよびコンピュータモニタ、自動車ディスプレイコンソール、カメラディスプレイ、ならびに様々な他のモバイルおよび実質的に非モバイルのディスプレイアプリケーションおよびデバイスが含まれるが、これらに限定されない。
本明細書では、「２次元ディスプレイ」または「２Ｄディスプレイ」は、画像を見る方向に関係なく実質的に同じである（すなわち、２Ｄディスプレイの予め定義された視野角または範囲内の）画像のビューを提供するように構成されたディスプレイとして定義される。多くのスマートフォンおよびコンピュータモニタに見られる液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、２Ｄディスプレイの例である。本明細書では対照的に、「マルチビューディスプレイ」は、マルチビュー画像の異なるビューを異なるビュー方向にまたはそこから提供するように構成された電子ディスプレイまたはディスプレイシステムとして定義される。特に、異なるビューは、マルチビュー画像のシーンまたはオブジェクトの異なる透視ビューを表すことができる。いくつかの例では、例えば、マルチビュー画像の２つの異なるビューを同時に見ることで３次元画像を見ている知覚を提供する場合に、マルチビューディスプレイを３次元（３Ｄ）ディスプレイと呼ぶこともある。
図１Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイ１０の斜視図を示す。図１Ａに示すように、マルチビューディスプレイ１０は、見られるマルチビュー画像を表示するための画面１２を含む。マルチビューディスプレイ１０は、画面１２に対して異なるビュー方向１６でマルチビュー画像の異なるビュー１４を提供する。ビュー方向１６は、画面１２から様々な異なる主角度方向に延びる矢印として示されており、異なるビュー１４は、矢印の終点にある陰影付きの多角形ボックスとして示され（すなわち、ビュー方向１６を示す）、４つのビュー１４および４つのビュー方向１６のみが示されているが、これらはすべて例であって限定ではない。図１Ａでは、異なるビュー１４が画面の上にあるように示されているが、マルチビュー画像がマルチビューディスプレイ１０に表示されるとき、ビュー１４は実際には画面１２上またはその近くに現れることに留意されたい。画面１２の上にビュー１４を描くことは、説明を簡単にするためだけであり、特定のビュー１４に対応するビュー方向１６のそれぞれの１つからマルチビューディスプレイ１０を見ることを表すことを意味する。
マルチビューディスプレイのビュー方向に対応する方向を有するビュー方向、つまり光ビームは、一般に、本明細書における定義により、角度成分｛θ，φ｝によって与えられる主角度方向を有する。角度成分θは、本明細書では、光ビームの「仰角成分」または「仰角」と呼ばれる。角度成分φは、光ビームの「方位角成分」または「方位角」と呼ばれる。定義により、仰角θは、垂直面（例えば、マルチビュー表示画面の平面に垂直）における角度であり、方位角φは、水平面（例えば、マルチビュー表示画面平面に平行）における角度である。
図１Ｂは、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイのビュー方向（例えば、図１Ａのビュー方向１６）に対応する特定の主角度方向または単に「方向」を有する光ビーム２０の角度成分｛θ，φ｝のグラフ表現を示す。さらに、光ビーム２０は、本明細書の定義により、特定の点から放射または発出する。すなわち、定義により、光ビーム２０は、マルチビューディスプレイ内の特定の原点に関連する中心光線を有する。図１Ｂは、光ビーム（またはビュー方向）の原点Ｏも示している。
さらに、本明細書では、「マルチビュー画像」および「マルチビューディスプレイ」という用語で使用される「マルチビュー」という用語は、複数のビューのビュー間の異なる視点を表す、または角度視差を含む複数のビューとして定義される。さらに、本明細書では、「マルチビュー」という用語は、本明細書での定義により、一般に３つ以上の異なるビュー（すなわち、最低３つのビュー、通常は３つを超えるビュー）を明示的に含む。したがって、本明細書で使用される「マルチビューディスプレイ」は、シーンまたは画像を表すために２つの異なるビューのみを含む立体ディスプレイとは明確に区別される。しかし、マルチビュー画像とマルチビューディスプレイには３つ以上のビューが含まれる場合があるが、ここでの定義により、マルチビュー画像は、一度に表示するマルチビューを２つだけ選択することで（例えば、１つの眼に対して１つのビュー）、立体視画像ペアとして（例えば、マルチビューディスプレイ上で）表示することができる。
「マルチビューピクセル」は、本明細書では、マルチビューディスプレイの類似の複数の異なるビューのそれぞれにおける一組のサブピクセルまたは「ビュー」ピクセルとして定義される。特に、マルチビューピクセルは、マルチビュー画像の異なるビューのそれぞれにおけるビューピクセルに対応するか、またはそれを表す個々のビューピクセルを有することができる。さらに、マルチビューピクセルのビューピクセルは、いわゆる「指向性ピクセル」であり、ビューピクセルのそれぞれは、本明細書の定義により、異なるビューのうちの対応するビューの所定のビュー方向に関連付けられる。さらに、様々な例および実施形態によれば、マルチビューピクセルの異なるビューピクセルは、異なるビューのそれぞれにおいて、同等または少なくとも実質的に同様の位置または座標を有することができる。例えば、第１のマルチビューピクセルは、マルチビュー画像の異なるビューのそれぞれで｛ｘ１ｙ１｝に位置する個別のビューピクセルを有することができる一方、第２のマルチビューピクセルは、異なるビューのそれぞれで｛ｘ２ｙ２｝に位置する個別のビューピクセルを有することができる。いくつかの実施形態では、多くのマルチビューピクセルのビューピクセルは、多くのマルチビューディスプレイのビューと等しくてもよい。
本明細書では、「光ガイド」は、内部全反射すなわち「ＴＩＲ」を使用して構造内で光を導く構造として定義される。特に、光ガイドは、光ガイドの動作波長において実質的に透明であるコアを含むことができる。様々な例において、「光ガイド」という用語は一般に、内部全反射を使用して、光ガイドの誘電体材料とその光ガイドを囲む材料または媒体との間の界面で光を導く誘電体の光導波路を指す。定義により、内部全反射の条件は、光ガイドの屈折率が、光ガイド材料の表面に隣接する周囲の媒体の屈折率よりも大きいことである。いくつかの実施形態では、光ガイドは、全反射をさらに促進するために、前述の屈折率差に加えて、またはその代わりにコーティングを含んでもよい。コーティングは、例えば、反射コーティングであってもよい。光ガイドは、プレートもしくはスラブガイドおよびストリップガイドの一方または両方を含むがこれらに限定されないいくつかの光ガイドのいずれであってもよい。
さらに、本明細書では、「プレート光ガイド」のように光ガイドに適用されるときの「プレート」という用語は、「スラブ」ガイドと呼ばれることもある区分的または差分的に平坦な層またはシートとして定義される。特に、プレート光ガイドは、光ガイドの上面および底面（すなわち、反対面）によって境界付けられた２つの実質的に直交する方向に光を導くように構成された光ガイドとして定義される。さらに、本明細書の定義により、上面および底面は両方とも互いに分離されており、少なくとも異なる意味で互いに実質的に平行であってもよい。すなわち、プレート光ガイドの異なる小さなセクション内では、上面および底面は実質的に平行または同一平面にある。
いくつかの実施形態では、プレート光ガイドは、実質的に平坦（すなわち、平面に限定される）であってよく、したがって、プレート光ガイドは平面光ガイドである。他の実施形態では、プレート光ガイドは、１つまたは２つの直交する次元で湾曲していてもよい。例えば、プレート光ガイドは、円筒状のプレート光ガイドを形成するために、１次元で湾曲させることができる。しかし、いかなる曲率も光を導くためにプレートの光ガイド内での全反射を確実に維持するのに十分な大きさの曲率半径を有する。
本明細書で定義されるように、導波光の「非ゼロ伝播角」は、光ガイドのガイド面に対する角度である。さらに、非ゼロ伝播角は、本明細書の定義により、ゼロより大きく、光ガイド内の全内部反射の臨界角より小さい。さらに、特定の非ゼロ伝搬角度は、光ガイド内の内部全反射の臨界角未満であれば、特定の実施態様について（例えば、任意に）選択され得る。様々な実施形態では、光は、導波光の非ゼロ伝播角で光ガイド１２２に導入または結合されてもよい。
様々な実施形態によれば、光を光ガイドに結合することによって生成される導波光または同等にガイドされた「光ビーム」は、コリメート光ビームであってもよい。本明細書では、「コリメート光」または「コリメート光ビーム」は、一般に、光ビームの光線が光ビーム内で互いに実質的に平行である光ビームとして定義される。さらに、コリメートされた光ビームから発散または散乱する光線は、本明細書での定義により、コリメートされた光ビームの一部とはみなされない。
本明細書では、「回折格子」は、一般に、回折格子に入射する光の回折を提供するように配置された複数の特徴部（すなわち、回折特徴部）として定義される。いくつかの例では、複数の特徴部は、周期的または準周期的な方法で配置されてもよい。例えば、回折格子は、１次元（１Ｄ）アレイに配置された複数の特徴部（例えば、材料表面の複数の溝または隆起）を含んでもよい。他の例では、回折格子は、特徴部の２次元（２Ｄ）アレイであってもよい。回折格子は、例えば、材料表面のバンプまたは穴の２Ｄアレイであってもよい。
したがって、本明細書における定義によれば、「回折格子」は、回折格子に入射する光の回折を提供する構造体である。光が光ガイドから回折格子に入射する場合、提供される回折または回折散乱は、回折格子が回折によって光ガイドから光を散乱させることができるという点で「回折散乱」をもたらすことができ、したがって「回折散乱」と呼ばれてもよい。さらに、本明細書における定義により、回折格子の特徴は「回折特徴部」と呼ばれ、材料表面（すなわち、２つの材料間の境界）、表面内および表面上の１つまたはそれ以上であってもよい。表面は、例えば、光ガイドの表面であってもよい。回折特徴部は、表面の、表面内の、または表面上の溝、隆起、穴、およびバンプの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない、光を回折する様々な構造体のいずれかを含むことができる。例えば、回折格子は、材料表面に複数の実質的に平行な溝を含むことができる。別の例では、回折格子は、材料表面から立ち上がる複数の平行な隆起を含むことができる。回折特徴部（例えば、溝、隆起、穴、バンプなど）は、正弦波プロファイル、長方形のプロファイル（例えば、バイナリ回折格子）、三角形のプロファイル、および鋸歯状のプロファイル（例えば、ブレーズド回折格子）のうちの１つまたはそれ以上を含むがこれに限定されない、回折を提供する様々な断面形状またはプロファイルのいずれかを有することができる。
本明細書で説明する様々な例によれば、回折格子（例えば、以下で説明するマルチビーム素子の回折格子）を使用して、光ガイド（例えば、プレート光ガイド）からの光を光ビームとして回折散乱または結合することができる。特に、局所的に周期的な回折格子の回折角θｍまたは局所的に周期的な回折格子によって与えられる回折角θｍは、以下の式（１）によって与えられてもよい。
Figure 2022530212000002
 ここで、λは光の波長であり、ｍは回折次数であり、ｎは光ガイドの屈折率であり、ｄは回折格子の特徴部間の距離または間隔であり、θｉは回折格子への光の入射角である。簡単にするために、式（１）は、回折格子が光ガイドの表面に隣接し、光ガイドの外側の材料の屈折率が１に等しい（すなわち、ｎｏｕｔ＝１である）と仮定する。一般に、回折次数ｍは整数によって与えられる。回折格子によって生成された光ビームの回折角θｍは、回折次数が正である（例えば、ｍ＞０）式（１）によって与えられてもよい。例えば、１次回折は、回折次数ｍが１に等しい（すなわち、ｍ＝１）場合に提供される。
図２は、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例における回折格子３０の断面図を示す。例えば、回折格子３０は、光ガイド４０の表面上に配置されてもよい。さらに、図２は、入射角θｉで回折格子３０に入射する光ビーム５０を示す。入射光ビーム５０は、光ガイド４０内の導波光のビーム（すなわち、ガイドされた光ビーム）であってもよい。また、図２には、入射光ビーム５０の回折の結果として回折格子３０によって回折的に生成され、結合される指向性光ビーム６０が示されている。指向性光ビーム６０は、式（１）によって与えられるような回折角θｍ（または本明細書では「主角度方向」）を有する。回折角θｍは、回折格子３０の回折次数ｍ、例えば、回折次数ｍ＝１（すなわち、１次の回折次数）に対応してもよい。
本明細書での定義により、「マルチビーム素子」は、複数の光ビームを含む光を生成するバックライトまたはディスプレイの構造体または素子である。いくつかの実施形態では、マルチビーム素子は、バックライトの光ガイドに光学的に結合されて、光ガイド内で導かれる光の一部を結合または散乱することによって複数の光ビームを提供することができる。さらに、マルチビーム素子によって生成される複数の光ビームの光ビームは、本明細書での定義により、互いに異なる主角度方向を有する。特に、定義により、複数の光ビームは、複数の光ビームの他の光ビームとは異なる所定の主角度方向を有する。したがって、光ビームは「指向性光ビーム」と呼ばれ、複数の光ビームは、本明細書での定義により、「複数の指向性光ビーム」と呼ばれる場合がある。
さらに、複数の指向性光ビームは、光照射野を表すことができる。例えば、複数の指向性光ビームは、実質的に円錐形の空間領域に閉じ込められてもよく、または複数の光ビームにおける光ビームの異なる主角度方向を含む所定の角度広がりを有してもよい。このように、組み合わせた光ビーム（すなわち、複数の光ビーム）の所定の角度広がりは、光照射野を表すことができる。
様々な実施形態によれば、複数の様々な指向性光ビームの異なる主角度方向は、マルチビーム素子のサイズ（例えば、長さ、幅、面積など）を含むがこれに限定されない特性によって決定される。いくつかの実施形態では、マルチビーム素子は、本明細書での定義により、「拡張点光源」、すなわち、マルチビーム素子の範囲にわたって分散された複数の点光源とみなすことができる。さらに、マルチビーム素子によって生成された指向性光ビームは、本明細書での定義により、角度成分｛θ，φ｝によって与えられる主角度方向を有し、図１Ｂに関して上述した。
本明細書では、「コリメータ」は、光をコリメートするように構成された実質的に任意の光学デバイスまたは装置として定義される。例えば、コリメータは、限定はしないが、コリメートミラーもしくはリフレクタ、コリメートレンズ、回折格子、テーパ付き光ガイド、およびそれらの様々な組み合わせを含むことができる。様々な実施形態によれば、コリメータによって提供されるコリメーションの量は、ある実施形態と別の実施形態とでは、所定の程度または量変化してもよい。さらに、コリメータは、２つの直交する方向（例えば、垂直方向および水平方向）の一方または両方にコリメーションを提供するように構成されてもよい。すなわち、いくつかの実施形態によれば、コリメータは、光コリメーションを提供する２つの直交方向の一方または両方に形状または同様のコリメート特性を含むことができる。
ここで、「コリメーション係数」は、光がコリメートされる程度として定義される。特に、コリメーション係数は、本明細書の定義により、コリメートされた光ビーム内の光線の角度広がりを定義する。例えば、コリメーション係数σは、コリメートされた光のビーム内の光線の大部分が特定の角度広がり（例えば、コリメートされた光ビームの中心または主角度方向の周りに＋／－σ度）内にあることを指定することができる。いくつかの例によれば、コリメートされた光ビームの光線は、角度に関してガウス分布を有してもよく、角度広がりは、コリメートされた光ビームのピーク強度の半分で決定される角度であってもよい。
本明細書では、「光源」は、光の供給源（例えば、光を生成および放射するように構成された光エミッタ）として定義される。例えば、光源は、アクティブ化またはオンにされると光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光エミッタを含むことができる。特に、本明細書では、光源は、実質的に任意の光の供給源であるか、または発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザー、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ポリマー発光ダイオード、プラズマベースの光エミッタ、蛍光ランプ、白熱ランプ、および事実上他の任意の光源のうちの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない、実質的に任意の光エミッタを含むことができる。光源によって生成される光は、有色でもよく（すなわち、特定の波長の光を含んでもよい）、またはある範囲の波長（例えば、白色光）であってもよい。いくつかの実施形態では、光源は、複数の光エミッタを含むことができる。例えば、光源は、光エミッタの組またはグループを含んでもよく、光エミッタの少なくとも１つが、その組またはグループの少なくとも１つの他の光エミッタによって生成される光の色または波長とは異なる色、つまり波長の光を生成する。異なる色は、例えば、原色（例えば、赤、緑、青）を含んでもよい。「偏光」光源は、本明細書では、所定の偏光を有する光を生成または提供する実質的に任意の光源として定義される。例えば、偏光光源は、光源の光エミッタの出力に偏光子を含むことができる。
本明細書では、「マルチビュー画像」は、複数の画像（すなわち、３つより多い画像）として定義され、複数の画像の各画像は、マルチビュー画像の異なるビュー方向に対応する異なるビューを表す。したがって、マルチビュー画像は、マルチビューディスプレイに表示されると、深度の知覚を容易にし、したがって、例えば、視聴者には３Ｄシーンの画像であるように見える画像（例えば、２次元画像）の集合である。
定義により、「広角」放射光は、マルチビュー画像またはマルチビューディスプレイのビューの円錐角よりも大きい円錐角を有する光として定義される。特に、いくつかの実施形態では、広角放射光は、約２０度（例えば、＞±２０°）より大きい円錐角を有することができる。他の実施形態では、広角放射光の円錐角は、約３０度よりも大きくてもよく（例えば、＞±３０°）、または約４０度よりも大きくてもよく（例えば、＞±４０°）、または約５０度よりも大きくてもよい（例えば、＞±５０°）。例えば、広角放射光の円錐角は、約６０度よりも大きくてもよい（例えば、＞±６０°）。
いくつかの実施形態では、広角放射光の円錐角は、ＬＣＤコンピュータモニタ、ＬＣＤタブレット、ＬＣＤテレビ、または広角視野（例えば、約±４０～６５°）を意図した同様のデジタルディスプレイデバイスの視野角とほぼ同じであると定義され得る。他の実施形態では、広角放射光はまた、拡散光、実質的に拡散光、無指向性光（すなわち、特定のまたは定義された方向性を欠いている）として、または単一もしくは実質的に均一な方向を有する光として特徴付けまたは説明され得る。
本明細書に記載の原理と一致する実施形態は、限定はしないが、集積回路（ＩＣ）、超大規模集積（ＶＬＳＩ）回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、グラフィカルプロセッサユニット（ＧＰＵ）などのうちの１つまたはそれ以上、ファームウェア、ソフトウェア（プログラムモジュールまたは命令セットなど）、および上記のうちの２つ以上の組み合わせを含む、様々なデバイスおよび回路を使用して実装され得る。例えば、一実施形態またはその要素は、ＡＳＩＣまたはＶＬＳＩ回路内の回路要素として実装されてもよい。ＡＳＩＣまたはＶＬＳＩ回路を使用する実施態様は、ハードウェアベースの回路実施態様の例である。
別の例では、一実施形態は、オペレーティング環境で実行されるコンピュータプログラミング言語（例えば、Ｃ／Ｃ＋＋）またはコンピュータによってさらに実行される（例えば、メモリに記憶され、汎用コンピュータのプロセッサまたはグラフィックスプロセッサによって実行される）ソフトウェアベースのモデリング環境（例えば、マサチューセッツ州ネイティックの、ＭａｔｈＷｏｒｋｓ，Ｉｎｃ．のＭＡＴＬＡＢ（登録商標））を使用するソフトウェアとして実装されてもよい。１つまたはそれ以上のコンピュータプログラムまたはソフトウェアがコンピュータプログラム機構を構成してもよく、プログラミング言語は、コンピュータのプロセッサまたはグラフィックスプロセッサによって実行されるように、コンパイルまたは解釈されてもよく、例えば構成可能であるかまたは構成されてもよい（これは、この説明では交換可能に使用されてもよい）。
さらに別の例では、本明細書に記載の装置、デバイス、またはシステム（例えば、画像プロセッサ、カメラなど）のブロック、モジュール、または要素は、実際のまたは物理的な回路（例えば、ＩＣまたはＡＳＩＣとして）を使用して実装されてもよく、別のブロック、モジュール、または要素は、ソフトウェアまたはファームウェアで実装されてもよい。特に、本明細書の定義によれば、いくつかの実施形態は、実質的にハードウェアベースの回路手法またはデバイス（例えば、ＩＣ、ＶＬＳＩ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＤＳＰ、ファームウェアなど）を使用して実装されてもよく、他の実施形態はまた、例えば、ソフトウェアを実行するためにコンピュータプロセッサまたはグラフィックプロセッサを使用するソフトウェアまたはファームウェアとして、あるいはソフトウェアまたはファームウェアとハードウェアベースの回路との組み合わせとして実装されてもよい。
さらに、本明細書で使用される場合、冠詞「ａ」は、特許技術におけるその通常の意味、すなわち「１つまたはそれ以上」を有することが意図されている。例えば、「マルチビーム素子」は１つまたはそれ以上のマルチビーム素子を意味し、そのため、「マルチビーム素子」は、本明細書では「マルチビーム素子（複数のマルチビーム素子）」を意味する。また、本明細書における「上部」、「底部」、「上側」、「下側」、「上へ」、「下へ」、「前」、「後」、「第１」、「第２」、「左」または「右」への言及は、本明細書における限定を意図したものではない。本明細書では、値に適用されるときの「約」という用語は、特に明記しない限り、一般に値を生成するために使用される機器の許容範囲内を意味するか、またはプラスもしくはマイナス１０％、またはプラスもしくはマイナス５％、またはプラスもしくはマイナス１％を意味することがある。さらに、本明細書で使用される「実質的に」という用語は、大部分、またはほぼすべて、またはすべて、または約５１％から約１００％の範囲内の量を意味する。さらに、本明細書の例は、例示のみを目的とするものであり、説明の目的で提示されており、限定するためではない。
本明細書に記載の原理のいくつかの実施形態によれば、時間多重化バックライトが提供される。図３Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における時間多重化バックライト１００の断面図を示す。図３Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、別の例における時間多重化バックライト１００の断面図を示す。特に、図３Ａは、第１のモードまたは２次元（２Ｄ）モード中またはそれによる時間多重化バックライト１００を示す。図３Ｂは、第２のモードまたはマルチビューモード中またはそれによる時間多重化バックライト１００を示す。図３Ｃは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における時間多重化バックライト１００の斜視図を示す。時間多重化バックライト１００は、限定ではなく例として、マルチビューモード中の図３Ｃに示されている。さらに、様々な実施形態によれば、２Ｄモードおよびマルチビューモードは、交互の第１および第２の期間（例えば、図３Ａと図３Ｂとの間で交互になる）で２Ｄモードおよびマルチビューモードを提供するために、時系列または時間インターレース方式で時間多重化されてもよい。したがって、時間多重化バックライト１００は、「時間多重化モード切り替え」バックライトと呼ばれてもよい。
図示するように、時間多重化バックライト１００は、放射光１０２として光を提供または放射するように構成される。様々な例および実施形態によれば、放射光１０２は、時間多重化バックライト１００を使用する電子ディスプレイを照明するために使用されてもよい。例えば、放射光１０２を使用して、電子ディスプレイのライトバルブ（例えば、以下に記載されるライトバルブ１０６）のアレイを照明することができる。さらに、いくつかの実施形態では、時間多重化バックライト１００を使用する電子ディスプレイは、連続した期間に、またはその間に、放射光１０２を使用して、２次元（２Ｄ）画像の表示とマルチビュー画像の表示とを交互にするように構成されてもよい。さらに、以下でさらに説明するように、順次の期間における時間多重化または時間インターレースにより、２Ｄ画像およびマルチビュー画像は、２Ｄおよびマルチビューコンテンツまたは情報の両方を含む合成画像を提供することができる。
特に、時間多重化バックライト１００の２つの動作モードによれば、放射光１０２は、時間多重化に従って、異なる特性を有するかまたは示すことができる。すなわち、放射光１０２として時間多重化バックライト１００によって放射された光は、２つの異なるモードにより、指向性または実質的に無指向性の光を含むことができる。例えば、以下でより詳細に説明するように、２Ｄモードでは、時間多重化バックライト１００は、放射光１０２を広角放射光１０２’として提供するように構成される。あるいは、マルチビューモードでは、時間多重化バックライト１００は、放射光１０２を指向性放射光１０２’’として提供するように構成される。
様々な実施形態によれば、マルチビューモード中に提供される指向性放射光１０２’’は、互いに異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビームを含む。さらに、指向性放射光１０２’’の指向性光ビームは、マルチビュー画像の異なるビュー方向に対応する方向を有する。逆に、様々な実施形態によれば、広角放射光１０２’は、大部分が無指向性であり、さらに一般に、時間多重化バックライト１００に関連するマルチビュー画像またはマルチビューディスプレイのビューの円錐角よりも大きい円錐角を有する。時間多重化バックライト１００の動作中、２Ｄモードは第１の期間でアクティブ化されてもよく、マルチビューモードは第２の期間でアクティブ化されてもよい。さらに、様々な実施形態において、第１の期間および第２の期間は、時間多重化に従って順次に互いにインターレースされる。
広角放射光１０２’は、説明を容易にするために、第１の期間中に破線の矢印として図３Ａに示されている。しかしながら、広角放射光１０２’を表す破線の矢印は、放射光１０２の特定の指向性を意味するものではなく、代わりに、例えば時間多重化バックライト１００からの光の放射および透過を表すだけである。同様に、図３Ｂおよび図３Ｃは、第２の期間中の指向性放射光１０２’’の指向性光ビームを複数の分岐矢印として示す。上述したように、マルチビューモード中に放射される指向性放射光１０２’’の指向性光ビームの異なる主角度方向は、マルチビュー画像または同等にマルチビューディスプレイのそれぞれのビュー方向に対応する。さらに、指向性光ビームは、様々な実施形態において、光照射野であってもよく、または光照射野を表してもよい。いくつかの実施形態では、放射光１０２の広角放射光１０２’および指向性放射光１０２’’の指向性光ビームは、（例えば、以下で説明するように、ライトバルブ１０６を使用して）変調されて、２Ｄコンテンツおよびマルチビューもしくは３Ｄ画像コンテンツの一方または両方を有する情報の表示を容易にすることができる。
図３Ａ～図３Ｃに示すように、時間多重化バックライト１００は、広角バックライト１１０を含む。図示された広角バックライト１１０は、２Ｄモード（例えば、図３Ａを参照）中に広角放射光１０２’を提供するように構成された平面または実質的に平面の発光面１１０’を有する。様々な実施形態によれば、広角バックライト１１０は、ディスプレイのライトバルブのアレイを照明するための光を提供するように構成された発光面１１０’を有する実質的に任意のバックライトであってもよい。例えば、広角バックライト１１０は、直接発光または直接照明された平面バックライトであってもよい。直接発光または直接照明される平面バックライトには、平面発光面１１０’を直接照明して広角放射光１０２’を提供するように構成された、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）、ネオンランプ、または発光ダイオード（ＬＥＤ）の平面アレイを用いたバックライトパネルが含まれるが、これらに限定されない。エレクトロルミネセントパネル（ＥＬＰ）は、直接放射する平面バックライトの別の非限定的な例である。他の例では、広角バックライト１１０は、間接光源を使用するバックライトを含んでもよい。そのような間接的に照明されるバックライトは、限定されないが、様々な形態のエッジ結合型またはいわゆる「エッジライト付き」バックライトを含んでもよい。
図４は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における広角バックライト１１０の断面図を示す。図４に示すように、広角バックライト１１０は、エッジライト付きバックライトであり、広角バックライト１１０のエッジに結合された光源１１２を含む。エッジ結合光源１１２は、広角バックライト１１０内で光を生成するように構成される。さらに、限定ではなく例として示されるように、広角バックライト１１０は、複数の抽出特徴部１１４ａと共に、平行な対向面（すなわち、矩形形状のガイド構造）を有する実質的に長方形の断面を有するガイド構造体１１４（または光ガイド）を含む。図４に示す広角バックライト１１０は、限定ではなく例として、広角バックライト１１０のガイド構造体１１４の表面（すなわち、上面）に抽出特徴部１１４ａを含む。エッジ結合光源１１２からの光および長方形のガイド構造体１１４内でガイドされた光は、様々な実施形態により、広角放射光１０２’を提供するために、抽出特徴部１１４ａによってガイド構造体１１４から方向転換、散乱または抽出され得る。広角バックライト１１０は、例えばクロスハッチングを使用して図３Ａに示すエッジ結合光源１１２を作動またはオンすることによって作動する。
いくつかの実施形態では、広角バックライト１１０は、直接発光またはエッジライト付き（例えば、図４に示すように）にかかわらず、ディフューザまたは拡散層、輝度向上フィルム（ＢＥＦ）、および偏光再利用フィルムまたは層を含むがこれらに限定されない１つまたはそれ以上の追加の層またはフィルムをさらに含むことができる。例えば、ディフューザは、抽出特徴部１１４ａのみによって提供されるものと比較して、広角放射光１０２’の放射角度を増加させるように構成されてもよい。いくつかの例では、輝度向上フィルムを使用して、広角放射光１０２’の全体的な輝度を増加させることができる。輝度向上フィルム（ＢＥＦ）は、例えばミネソタ州セントポールの３Ｍ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＤｉｖｉｓｉｏｎからＶｉｋｕｉｔｉ（商標）ＢＥＦ ＩＩとして入手可能で、これはプリズム構造を利用して最大６０％の輝度向上を実現するマイクロ複製された強化フィルムである。偏光リサイクル層は、第１の偏光を選択的に通過させる一方で、第２の偏光を反射して長方形のガイド構造体１１４に向けて戻すように構成され得る。偏光リサイクル層は、例えば、反射偏光子フィルムまたはデュアル輝度向上フィルム（ＤＢＥＦ）を含んでもよい。ＤＢＥＦフィルムの例には、ミネソタ州セントポールの３Ｍ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎから入手可能な３Ｍ Ｖｉｋｕｉｔｉ（商標）Ｄｕａｌ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍが含まれるが、これに限定されない。別の例では、高度な偏光変換フィルム（ＡＰＣＦ）または輝度向上フィルムとＡＰＣＦフィルムの組み合わせを偏光リサイクル層として使用することができる。
図４は、ガイド構造体１１４および広角バックライト１１０の平面発光面１１０’に隣接するディフューザ１１６をさらに含む広角バックライト１１０を示す。さらに、図４に示すのは、輝度向上フィルム１１７および偏光リサイクル層１１８であり、これらは両方とも、平面発光面１１０’にも隣接している。いくつかの実施形態では、広角バックライト１１０は、例えば図４に示すように、平面発光面１１０’とは反対側のガイド構造体１１４の表面（すなわち、背面に）に隣接する反射層１１９をさらに含む。反射層１１９は、限定はしないが、反射金属の層または強化鏡面反射（ＥＳＲ）フィルムを含む様々な反射フィルムのいずれかを含むことができる。ＥＳＲフィルムの例には、ミネソタ州セントポールの３Ｍ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎから入手可能なＶｉｋｕｉｔｉ（商標）Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ Ｆｉｌｍが含まれるが、これに限定されない。
再び図３Ａ～図３Ｃを参照すると、時間多重化バックライト１００は、マルチビューバックライト１２０をさらに含む。図示するように、マルチビューバックライト１２０は、マルチビーム素子１２４のアレイを含む。様々な実施形態によれば、マルチビーム素子アレイのマルチビーム素子１２４は、マルチビューバックライト１２０を横切って互いに離間している。例えば、いくつかの実施形態では、マルチビーム素子１２４は、１次元（１Ｄ）アレイに配置されてもよい。他の実施形態では、マルチビーム素子１２４は、２次元（２Ｄ）アレイに配置されてもよい。さらに、図５Ａ～図１０に関連して以下に記載されるアクティブエミッタおよび様々な散乱素子を含むがこれらに限定されない異なるタイプのマルチビーム素子１２４をマルチビューバックライト１２０で利用することができる。様々な実施形態によれば、マルチビーム素子アレイの各マルチビーム素子１２４は、マルチビューモード中にマルチビュー画像の異なるビュー方向に対応する方向を有する複数の指向性光ビームを提供するように構成される。特に、様々な実施形態によれば、複数の指向性光ビームの指向性光ビームは、マルチビューモード中に提供される指向性放射光１０２’’を含む。
いくつかの実施形態では（例えば、図示するように）、マルチビューバックライト１２０は、光を導波光１０４としてガイドするように構成された光ガイド１２２をさらに含む。光ガイド１２２は、いくつかの実施形態では、プレート光ガイドであってもよい。様々な実施形態によれば、光ガイド１２２は、全内部反射により光ガイド１２２の長さに沿って導波光１０４を導くように構成される。光ガイド１２２内の導波光１０４の一般的な伝播方向１０３は、図３Ｂに太い矢印で示されている。いくつかの実施形態では、導波光１０４は、非ゼロ伝播角度で伝播方向１０３にガイドされてもよく、図３Ｂに示すように、所定のコリメーション係数σに従ってコリメートされるコリメート光を含んでもよい。
様々な実施形態では、光ガイド１２２は、光導波路として構成された誘電材料を含んでもよい。誘電体材料は、誘電体光導波路を取り囲む媒体の第２の屈折率より大きい第１の屈折率を有することができる。屈折率の差は、例えば、光ガイド１２２の１つまたはそれ以上の導波モードに従って、導波光１０４の全内部反射を容易にするように構成される。いくつかの実施形態では、光ガイド１２２は、光学的に透明な誘電体材料の拡張された実質的に平面のシートを含むスラブまたはプレート光ガイドであってもよい。様々な例によれば、光ガイド１２２の光学的に透明な材料は、１つまたはそれ以上の様々なタイプのガラス（例えば、シリカガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸ガラスなど）および実質的に光学的に透明なプラスチックまたはポリマー（例えば、ポリ（メチルメタクリレート）または「アクリルガラス」、ポリカーボネートなど）を含むがこれらに限定されない、様々な誘電材料のいずれかを含むか、またはそれらから構成され得る。いくつかの例では、光ガイド１２２は、光ガイド１２２の表面（例えば、上面および底面の一方または両方）の少なくとも一部にクラッド層（図示せず）をさらに含んでもよい。いくつかの例によれば、クラッド層を使用して、全内部反射をさらに促進することができる。
光ガイド１２２を含む実施形態では、マルチビーム素子アレイのマルチビーム素子１２４は、図３Ｂに示すように、光ガイド１２２内から導波光１０４の一部を散乱させ、散乱した一部を光ガイド１２２の第１の表面１２２’から離れるように、またはマルチビューバックライト１２０の第１の表面から同等のものを誘導して、指向性放射光１０２’’を提供するように構成され得る。例えば、導波光部分は、第１の表面１２２’を介してマルチビーム素子１２４によって散乱され得る。さらに、図３Ａ～図３Ｃに示すように、様々な実施形態によれば、第１の表面の反対側のマルチビューバックライト１２０の第２の表面は、広角バックライト１１０の平面発光面１１０’に隣接してもよい。
図３Ｂに示すように、指向性放射光１０２’’の複数の指向性光ビームは、上述の異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビームであるか、またはそれらを表すことに留意されたい。すなわち、様々な実施形態によれば、指向性光ビームは、指向性放射光１０２’’の他の指向性光ビームとは異なる主角度方向を有する。さらに、マルチビューバックライト１２０は、広角バックライト１１０からの広角放射光１０２’が、広角バックライト１１０で発生し、続いてマルチビューバックライト１２０を通過する破線矢印によって図３Ａに示すように、マルチビューバックライト１２０の厚さを通過または透過することを可能にするために、（例えば、少なくとも２Ｄモードでは）実質的に透明であってもよい。言い換えれば、広角バックライト１１０によって提供される広角放射光１０２’は、例えばマルチビューバックライトの透明性のおかげで、２Ｄモード中にマルチビューバックライト１２０を透過するように構成される。
例えば、光ガイド１２２および離間した複数のマルチビーム素子１２４は、光が第１の表面１２２’および第２の表面１２２’’の両方を通って光ガイド１２２を通過することを可能にすることができる。マルチビーム素子１２４が比較的小さなサイズであると共にマルチビーム素子１２４の素子間の間隔が比較的大きいことにより、少なくとも部分的に透過性が促進され得る。さらに、いくつかの実施形態では、特にマルチビーム素子１２４が以下に説明するような回折格子を含む場合、マルチビーム素子１２４は、光ガイド面１２２’、１２２’’に直交して伝搬する光に対して実質的に透明であってもよい。したがって、例えば、様々な実施形態によれば、広角バックライト１１０からの光は、マルチビューバックライト１２０のマルチビーム素子アレイを有する光ガイド１２２を通って直交方向に通過することができる。
いくつかの実施形態では（例えば、図３Ａ～図３Ｃに示すように）、マルチビューバックライト１２０は、光源１２６をさらに含んでもよい。したがって、マルチビューバックライト１２０は、例えば、エッジライト付きバックライトであってもよい。様々な実施形態によれば、光源１２６は、光ガイド１２２内にガイドされる光を提供するように構成される。特に、光源１２６は、光ガイド１２２の入口表面または端部（入力端）に隣接して配置されてもよい。様々な実施形態では、光源１２６は、１つまたはそれ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザー（例えば、レーザーダイオード）を含むがこれらに限定されない実質的に任意の光の供給源（例えば、光エミッタ）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、光源１２６は、特定の色によって示される狭帯域スペクトルを有する実質的に単色の光を生成するように構成された光エミッタを含んでもよい。特に、単色光の色は、特定の色空間またはカラーモデル（例えば、赤緑青（ＲＧＢ）カラーモデル）の原色であってもよい。他の例では、光源１２６は、実質的に広帯域の光または多色光を提供するように構成された実質的に広帯域の光源であってもよい。例えば、光源１２６は白色光を提供してもよい。いくつかの実施形態では、光源１２６は、異なる色の光を提供するように構成された複数の異なる光エミッタを含んでもよい。異なる光エミッタは、異なる色の光のそれぞれに対応する導波光の異なる色固有の非ゼロ伝搬角度を有する光を提供するように構成されてもよい。図３Ｂに示すように、マルチビューバックライト１２０の作動は、図３Ｂのクロスハッチングを使用して示す光源１２６を作動させることを含むことができる。
いくつかの実施形態では、光源１２６は、コリメータ（図示せず）をさらに含んでもよい。コリメータは、光源１２６の１つまたはそれ以上の光エミッタから実質的にコリメートされていない光を受け取るように構成することができる。コリメータは、実質的にコリメートされていない光をコリメートされた光に変換するようにさらに構成される。特に、いくつかの実施形態によれば、コリメータは、非ゼロ伝搬角度を有し、所定のコリメーション係数によりコリメートされるコリメート光を提供することができる。さらに、異なる色の光エミッタが使用される場合、コリメータは、異なる色固有の非ゼロ伝搬角度の一方または両方を有し、異なる色固有のコリメーション係数を有するコリメートされた光を提供するように構成され得る。コリメータは、コリメートされた光を光ガイド１２２に伝達して、上述の導波光１０４として伝搬するようにさらに構成される。
図３Ａ～図３Ｂに示すように、時間多重化バックライト１００は、モードコントローラ１３０をさらに含む。モードコントローラ１３０は、第１の期間に広角バックライト１１０を順次に作動させ、第２の期間にマルチビューバックライト１２０を作動させることによって、２Ｄモードとマルチビューモードとを時間多重化するように構成される。特に、いくつかの実施形態によれば、モードコントローラ１３０は、２Ｄモード中に広角バックライト１１０の光源１１２を順次作動させて広角放射光１０２’を提供し、マルチビューモード中にマルチビューバックライト１２０の光源１２６を作動させて指向性放射光１０２’’を提供することによって、２Ｄモードとマルチビューモードとを切り替えるように構成され得る。第１の期間に光源１１２を作動させることは、図３Ａの光源１１２のクロスハッチングによって示され、第２の期間に光源１２６を作動させることは、図３Ｂの光源１２６のクロスハッチングによって示される。
いくつかの実施形態では、モードコントローラ１３０は、観察者に表示するためにライトバルブ１０６のアレイを介して両方のモードの画像を同時に効果的に表示するように選択された周波数などの、１つまたはそれ以上の所定の周波数で、２Ｄモードとマルチビューモードとを切り替えるかまたは時間多重化するように構成されてもよい。一例として、ライトバルブ１０６のアレイは、１２０Ｈｚで動作するＬＣＤパネルであってもよく、モードコントローラ１３０は、時間多重化を提供するために、６０Ｈｚで２Ｄモードとマルチビューモードとを切り替えてもよい（すなわち、広角バックライト１１０の光源１１２およびマルチビューバックライト１２０の光源１２６の各々を約６０Ｈｚで順次作動させることによって）。別の例では、ＬＣＤパネルまたはライトバルブアレイは、２４０Ｈｚで動作してもよく、２Ｄモードおよびマルチビューモードは、モードコントローラ１３０によって１２０Ｈｚで時間多重化されてもよい。いくつかの実施形態によれば、２Ｄモードおよびマルチビューモードは、モードコントローラ１３０によって、依然として観察者に画像を提供することができる、すなわちディスプレイのタイプおよび技術に応じて、ライトバルブのアレイが動作することができる最高スイッチング速度または周波数に対応する最大レートで時間多重化され得る。特定の実施形態では、２Ｄモードおよびマルチビューモードの時間多重化は、合成画像を提供するために、時間多重化マルチビューディスプレイ上に互いに重畳された２Ｄ画像およびマルチビュー画像を提供する。２Ｄモードおよびマルチビューモードの切り替え速度または作動速度が、各モードについて、ディスプレイを使用する観察者の視覚的持続性を少なくとも超える場合には、２Ｄ画像およびマルチビュー画像のそれぞれは、合成画像に常に存在し、知覚可能なフリッカなしでユーザに見える。２Ｄモードおよびマルチビューモードのそれぞれについて少なくとも約６０Ｈｚのスイッチングレートは、この視覚的持続目標（すなわち、各モードで約１ミリ秒以下）を提供する。
さらに、上述したように、様々な実施形態によれば、マルチビューバックライト１２０は、マルチビーム素子１２４のアレイを含む。いくつかの実施形態によれば（例えば、図３Ａ～図３Ｃに示すように）、マルチビーム素子アレイのマルチビーム素子１２４は、光ガイド１２２の第１の表面１２２’に（例えば、マルチビューバックライト１２０の第１の表面に隣接して）配置されてもよい。他の実施形態（図示せず）では、マルチビーム素子１２４は、光ガイド１２２内に配置されてもよい。さらに他の実施形態（図示せず）では、マルチビーム素子１２４は、光ガイド１２２の第２の表面１２２’’またはその上に（例えば、マルチビューバックライト１２０の第２の表面に隣接して）配置されてもよい。さらに、マルチビーム素子１２４のサイズは、マルチビュー画像を表示するように構成されたマルチビューディスプレイのライトバルブのサイズと同等である。すなわち、マルチビーム素子のサイズは、例えば、時間多重化バックライト１００およびそのマルチビューバックライト１２０を含むマルチビューディスプレイのライトバルブアレイのライトバルブサイズと同等である。
図３Ａ～図３Ｃはまた、限定ではなく例として、（例えば、マルチビューディスプレイの）ライトバルブ１０６のアレイを示す。様々な実施形態では、液晶ライトバルブ、電気泳動ライトバルブ、およびエレクトロウェッティングに基づいた、もしくはエレクトロウェッティングを用いたライトバルブのうちの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されないライトバルブアレイのライトバルブ１０６として、様々な異なるタイプのライトバルブのいずれかを使用することができる。さらに、図示するように、マルチビーム素子のアレイの各マルチビーム素子１２４ごとに１つの固有の組のライトバルブ１０６があってもよい。ライトバルブ１０６の固有の組は、例えば、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル１０６’に対応することができる。
本明細書では、「サイズ」は、長さ、幅、または面積を含むがこれらに限定されない様々な方法のいずれかで定義することができる。例えば、ライトバルブのサイズはバルブの長さであってもよく、マルチビーム素子１２４の同等のサイズは、マルチビーム素子１２４の長さであってもよい。別の例では、サイズは、マルチビーム素子１２４の面積がライトバルブの面積と同等であり得るような面積を指してもよい。いくつかの実施形態では、マルチビーム素子１２４のサイズは、マルチビーム素子のサイズがライトバルブサイズの約２５％～約２００％になるように、ライトバルブサイズと同等である。例えば、マルチビーム素子のサイズが「ｓ」で示され、ライトバルブのサイズが「Ｓ」で示される場合（例えば、図３Ｂに示す）には、マルチビーム素子のサイズｓは以下の式（２）で与えられる。
Figure 2022530212000003
他の例では、マルチビーム素子のサイズは、ライトバルブサイズの約５０％より大きいか、またはライトバルブサイズの約６０％か、またはライトバルブサイズの約７０％か、またはライトバルブサイズの約８０％より大きいか、またはライトバルブサイズの約９０％より大きく、マルチビーム素子は、ライトバルブサイズの約１８０％より小さいか、またはライトバルブサイズの約１６０％より小さいか、またはライトバルブサイズの約１４０％より小さいか、またはライトバルブサイズの約１２０％より小さい。例えば、「同等のサイズ」により、マルチビーム素子のサイズは、ライトバルブのサイズの約７５％～約１５０％であってもよい。別の例では、マルチビーム素子１２４は、マルチビーム素子のサイズがライトバルブサイズの約１２５％～約８５％であるライトバルブとサイズが同等であってもよい。いくつかの実施形態によれば、マルチビーム素子１２４およびライトバルブの同等のサイズは、マルチビューディスプレイのビュー間の暗いゾーンを低減するか、またはいくつかの例では最小化し、同時に、マルチビューディスプレイのビューまたはマルチビュー画像と同等のビュー間のオーバーラップを減らす、またはいくつかの例では最小化するように選択されてもよい。
図３Ｂに示すように、マルチビーム素子１２４のサイズ（例えば、幅）は、ライトバルブアレイにおけるライトバルブ１０６のサイズ（例えば、幅）に対応することができることに留意されたい。他の例では、マルチビーム素子のサイズは、ライトバルブアレイの隣接するライトバルブ１０６間の距離（例えば、中心間距離）として定義されてもよい。例えば、ライトバルブ１０６は、ライトバルブアレイ内のライトバルブ１０６間の中心間距離よりも小さくてもよい。さらに、マルチビーム素子アレイの隣接するマルチビーム素子間の間隔は、マルチビューディスプレイの隣接するマルチビューピクセル間の間隔と同等であってもよい。例えば、一対の隣接するマルチビーム素子１２４間のエミッタ間距離（例えば、中心間距離）は、例えば、ライトバルブ１０６のアレイのライトバルブの組によって表される、対応する隣接する一対のマルチビューピクセル間のピクセル間距離（例えば、中心間距離）に等しくてもよい。したがって、マルチビーム素子のサイズは、例えば、ライトバルブ１０６自体のサイズ、またはライトバルブ１０６間の中心間距離に対応するサイズのいずれかとして定義され得る。
いくつかの実施形態では、複数の対応するマルチビューピクセル１０６’のマルチビーム素子１２４（例えば、ライトバルブ１０６の組）間の関係は、１対１の関係であってもよい。すなわち、同数のマルチビューピクセル１０６’およびマルチビーム素子１２４があってもよい。図３Ｃは、例として、１対１の関係を明示的に示しており、ライトバルブ１０６の異なる組を含む各マルチビューピクセル１０６’は、破線で囲まれて示されている。他の実施形態（図示せず）では、マルチビューピクセル１０６’およびマルチビーム素子１２４の数は、互いに異なってもよい。
いくつかの実施形態では、一対の複数の隣接するマルチビーム素子１２４間の素子間距離（例えば、中心間距離）は、例えば、ライトバルブの組によって表される、対応する隣接する一対のマルチビューピクセル１０６’間のピクセル間距離（例えば、中心間距離）に等しくてもよい。他の実施形態（図示せず）では、マルチビーム素子１２４の対と対応するライトバルブの組との相対的な中心間距離は異なっていてもよく、例えば、マルチビーム素子１２４は、マルチビューピクセル１０６’を表すライトバルブの組間の間隔（すなわち、中心間距離）よりも大きいまたは小さい素子間間隔（すなわち、中心間距離）を有してもよい。
いくつかの実施形態では、マルチビーム素子１２４の形状は、マルチビューピクセル１０６’の形状に類似しているか、または同等に、マルチビューピクセル１０６’に対応するライトバルブ１０６の組（または「サブアレイ」）の形状に類似している。例えば、マルチビーム素子１２４は、正方形で、マルチビューピクセル１０６’（または対応する一組のライトバルブ１０６の配置）がほぼ正方形であってもよい。別の例では、マルチビーム素子１２４は、長方形、すなわち、幅または横寸法よりも長さまたは縦寸法が大きくてもよい。この例では、マルチビーム素子１２４に対応するマルチビューピクセル１０６’（つまりライトバルブ１０６の組の配置）は、類似の長方形でもよい。図３Ｃは、正方形のマルチビーム素子１２４およびライトバルブ１０６の正方形の組を含む対応する正方形のマルチビューピクセル１０６’の斜視図を示す。さらに他の例（図示せず）では、マルチビーム素子１２４および対応するマルチビューピクセル１０６’は、三角形、六角形、および円形を含むか、またはこれらに少なくとも近似されるが、これらに限定されない様々な形状を有する。
さらに（例えば、図３Ｂに示すように）、いくつかの実施形態によれば、各マルチビーム素子１２４は、指向性放射光１０２’’をただ１つのマルチビューピクセル１０６’に提供するように構成され得る。特に、マルチビーム素子１２４の所与の１つについて、マルチビューディスプレイの異なるビューに対応する異なる主角度方向を有する指向性放射光１０２’’は、単一の対応するマルチビューピクセル１０６’およびそのライトバルブ１０６、すなわち、図３Ｂに示すように、マルチビーム素子１２４に対応する単一の組のライトバルブ１０６に実質的に制限されている。したがって、広角バックライト１１０の各マルチビーム素子１２４は、マルチビュー画像の異なるビューに対応する一組の異なる主角度方向を有する指向性放射光１０２’’の対応する複数の指向性光ビームを提供する（すなわち、一組の指向性光ビームは、異なるビュー方向の各々に対応する方向を有する光ビームを含む）。
様々な実施形態によれば、マルチビューバックライト１２０のマルチビーム素子１２４は、導波光１０４の一部を散乱させるように構成されたいくつかの異なる構造のいずれかを含むことができる。例えば、異なる構造は、回折格子、マイクロ反射素子、マイクロ屈折素子、またはそれらの様々な組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、回折格子を含むマルチビーム素子１２４は、異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビームを含む指向性放射光１０２’’として導波光部分を回折的に結合または散乱するように構成される。いくつかの実施形態では、マルチビーム素子の回折格子は、複数の個々のサブ格子を含むことができる。他の実施形態では、マイクロ反射素子を含むマルチビーム素子１２４は、複数の指向性光ビームとして導波光部分を反射的に結合または散乱させるように構成されるか、あるいは、マイクロ屈折素子を含むマルチビーム素子１２４は、屈折によって、または屈折を利用して複数の指向性光ビームとして導波光部分を結合または散乱させる（すなわち、導波光部分を屈折的に散乱させる）ように構成される。
図５Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビーム素子１２４を含むマルチビューバックライト１２０の一部の断面図を示す。図５Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム素子１２４を含むマルチビューバックライト１２０の一部の断面図を示す。特に、図５Ａ～図５Ｂは、回折格子１２４ａを含むマルチビューバックライト１２０のマルチビーム素子１２４を示す。回折格子１２４ａは、指向性放射光１０２’’の複数の指向性光ビームとして導波光１０４の一部を回折的に結合または散乱させるように構成される。回折格子１２４ａは、導波光部分からの回折散乱を提供するように構成された回折特徴部間隔（または回折特徴部ピッチまたは格子ピッチ）分互いに離間された複数の回折特徴部を含む。様々な実施形態によれば、回折格子１２４ａ内の回折特徴部の間隔または格子ピッチは、サブ波長（すなわち、導波光１０４の波長よりも短い）であってもよい。
いくつかの実施形態では、マルチビーム素子１２４の回折格子１２４ａは、光ガイド１２２の表面、または表面に隣接して配置されてもよい。例えば、図５Ａに示すように、回折格子１２４ａは、光ガイド１２２の第１の表面１２２’にあるか、または第１の表面１２２’に隣接してもよい。光ガイド１２２の第１の表面１２２’における回折格子１２４ａは、指向性放射光１０２’’の指向性光ビームとして第１の表面１２２’を通して導波光部分を回折的に散乱させるように構成される透過モード回折格子であってもよい。別の例では、図５Ｂに示すように、回折格子１２４ａは、光ガイド１２２の第２の表面１２２’’に、または第２の表面１２２’に隣接して配置されてもよい。回折格子１２４ａが第２の表面１２２’’に配置される場合、回折格子１２４ａは反射モード回折格子であってもよい。反射モード回折格子として、回折格子１２４ａは、導波光部分を回折すると共に、回折された導波光部分を第１の表面１２２’に向けて反射させて、第１の表面１２２’を通って指向性放射光１０２’’の指向性光ビームとして出るように構成される。他の実施形態（図示せず）では、回折格子は、例えば、透過モード回折格子および反射モード回折格子の一方または両方として、光ガイド１２２の表面の間に配置されてもよい。本明細書で説明するいくつかの実施形態では、指向性放射光１０２’’の指向性光ビームの主角度方向は、光ガイド表面で光ガイド１２２を出る指向性光ビームによる屈折の影響を含んでもよいことに留意されたい。例えば、図５Ｂは、指向性放射光１０２’’が第１の表面１２２’を横切るときの屈折率の変化による指向性光ビームの屈折（すなわち、曲げ）を示している。後述する図６および図７も参照されたい。
いくつかの実施形態によれば、回折格子１２４ａの回折特徴部は、互いに離間した溝および隆起の一方または両方を含むことができる。溝または隆起は、光ガイド１２２の材料を含んでもよく、例えば、光ガイド１２２の表面に形成されてもよい。別の例では、溝または隆起は、光ガイド材料以外の材料、例えば、光ガイド１２２の表面上の別の材料のフィルムまたは層から形成されてもよい。
いくつかの実施形態では、マルチビーム素子１２４の回折格子１２４ａは、回折特徴部間隔が回折格子１２４ａ全体にわたって実質的に一定または不変である均一な回折格子である。他の実施形態では、回折格子１２４ａは、チャープ回折格子であってもよい。定義により、「チャープ」回折格子は、チャープ回折格子の範囲または長さにわたって変化する回折特徴部（すなわち、格子ピッチ）の回折間隔を示すかまたは有する回折格子である。いくつかの実施形態では、チャープ回折格子は、距離と共に直線的に変化する回折特徴部間隔の「チャープ」または変化を有する、または示すことができる。そのため、チャープ回折格子は、定義により「線形チャープ」回折格子である。他の実施形態では、マルチビーム素子１２４のチャープ回折格子は、回折特徴部間隔の非線形チャープを示してもよい。指数チャープ、対数チャープ、または別の実質的に不均一またはランダムであるが依然として単調に変化するチャープを含むがこれらに限定されない様々な非線形チャープが使用されてもよい。正弦波チャープまたは三角形もしくは鋸歯状チャープなどであるがこれらに限定されない非単調チャープも使用することができる。これらのタイプのチャープを任意に組み合わせたものも使用できる。
いくつかの実施形態では、回折格子１２４ａは、複数の回折格子もしくは回折格子のアレイ、または同等に複数のサブ格子もしくはサブ格子のアレイを含むことができる。さらに、いくつかの実施形態によれば、複数のマルチビーム素子の異なるマルチビーム素子１２４間の回折格子１２４ａ内のサブ格子の差動密度は、それぞれの異なるマルチビーム素子１２４によって回折的に散乱される指向性放射光１０２’’の複数の指向性光ビームの相対強度を制御するように構成されてもよい。換言すれば、マルチビーム素子１２４は、回折格子１２４ａ内でそれぞれ異なる密度のサブ格子を有することができ、異なるサブ格子密度は、複数の指向性光ビームの相対強度を制御するように構成することができる。特に、回折格子１２４ａ内のサブ格子が少ないマルチビーム素子１２４は、比較的多くのサブ格子を有する別のマルチビーム素子１２４よりも強度（またはビーム密度）が低い指向性放射光１０２’’の複数の指向性光ビームを生成することができる。
図６は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビーム素子１２４の平面図を示す。図示するように、マルチビーム素子１２４は、複数のサブ格子を有する回折格子１２４ａを含む。さらに、回折格子１２４ａは、図６に示すように、サブ格子の密度の制御を容易にし、ひいては回折格子１２４ａによる散乱の相対強度を制御するために、サブ格子のない位置１２３を有する。図６はまた、マルチビーム素子１２４のサイズｓを示す。
図７は、本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム素子１２４を含むマルチビューバックライト１２０の一部の断面図を示す。図８は、本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム素子１２４を含むマルチビューバックライト１２０の一部の断面図を示す。特に、図７および図８は、マイクロ反射素子１２４ｂを含むマルチビーム素子１２４の様々な実施形態を示す。マルチビーム素子１２４として、またはマルチビーム素子１２４において使用されるマイクロ反射素子は、反射材料またはその層（例えば、反射金属）を使用するリフレクタ、または全内部反射（ＴＩＲ）に基づくリフレクタを含むことができるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態（例えば、図７～図８に示すように、）によれば、マイクロ反射素子１２４ｂを含むマルチビーム素子１２４は、光ガイド１２２の表面（例えば、第２の表面１２２’’）にまたはそれに隣接して配置されてもよい。他の実施形態（図示せず）では、マイクロ反射素子１２４ｂは、第１および第２の表面１２２’、１２２’’の間の光ガイド１２２内に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、マルチビーム素子１２４のマイクロ反射素子１２４ｂは、導波光１０４の第１の伝播方向１０３および第２の伝播方向１０３’を表す一対の矢印によって図７および図８に示すように、異なる方向から入射する導波光１０４を散乱させるように構成され得る。
図９は、本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム素子１２４を含むマルチビューバックライト１２０の一部の断面図を示す。特に、図９は、マイクロ屈折素子１２４ｃを含むマルチビーム素子１２４を示す。様々な実施形態によれば、マイクロ屈折素子１２４ｃは、光ガイド１２２からの導波光１０４の一部を屈折的に結合または散乱させるように構成される。すなわち、マイクロ屈折素子１２４ｃは、（例えば、回折または反射とは対照的に）屈折を利用して、図９に示すように、指向性光ビームを含む指向性放射光１０２’’として、光ガイド１２２からの導波光部分を結合または散乱するように構成される。マイクロ屈折素子１２４ｃは、半球形状、長方形形状、またはプリズムもしくは逆プリズム形状（すなわち、傾斜したファセットを有する形状）を含むがこれらに限定されない様々な形状を有することができる。様々な実施形態によれば、マイクロ屈折素子１２４ｃは、図示するように、光ガイド１２２の表面（例えば、第１の表面１２２’）から延在または突出してもよく、または表面（図示せず）のキャビティであってもよい。さらに、いくつかの実施形態では、マイクロ屈折素子１２４ｃは、光ガイド１２２の材料を含むことができる。他の実施形態では、マイクロ屈折素子１２４ｃは、光ガイド表面に隣接する別の材料を含み、いくつかの例では光ガイド表面と接触する別の材料を含むことができる。
本明細書に記載の原理のいくつかの実施形態によれば、時間多重化マルチビューディスプレイが提供される。時間多重化マルチビューディスプレイは、時間多重化マルチビューディスプレイの２次元（２Ｄ）モードで、２Ｄ情報（例えば、２Ｄ画像、テキストなど）を含む２Ｄ画像の画素に対応する、または画素を表す変調光を放射するように構成される。マルチビューモードでは、時間多重化マルチビューディスプレイは、マルチビュー画像の異なるビュー（ビューピクセル）のピクセルに対応するか、それを表す変調された指向性放射光を放射するように構成される。例えば、時間多重化マルチビューディスプレイは、マルチビューモードの自動立体視または眼鏡なしの３Ｄ電子ディスプレイを表すことができる。例えば、様々な例によれば、指向性放射光の変調された異なる指向性の光ビームの異なるものは、マルチビュー情報またはマルチビュー画像に関連付けられた異なる「ビュー」に対応することができる。異なるビューは、例えば、マルチビューモードの時間多重化マルチビューディスプレイによって表示されている情報の「眼鏡不要」（例えば、自動立体視、ホログラフィックなど）の表現を提供することができる。さらに、様々な実施形態によれば、第１のモードおよびマルチビューモードは、時間多重化され（例えば、インターレースされ）、合成画像として時間多重化マルチビューディスプレイに重畳された２Ｄおよびマルチビュー情報の時間インターレース提示を可能にする。
図１０は、本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例における時間多重化マルチビューディスプレイ２００のブロック図を示す。様々な実施形態によれば、時間多重化マルチビューディスプレイ２００を使用して、２Ｄ情報と、これに限定されないが、２Ｄ画像、テキスト、およびマルチビュー画像などのマルチビュー情報の両方を合成画像として提示することができる。特に、図１０に示す時間多重化マルチビューディスプレイ２００は、２Ｄモード（２Ｄ）中に変調された広角放射光２０２’を含む変調光２０２を放射するように構成され、変調された広角放射光２０２’は、例えば、２Ｄ画像の２Ｄピクセルを表す。さらに、マルチビューモード（マルチビュー）の間、図１０に示す時間多重化マルチビューディスプレイ２００は、マルチビュー画像の指向性ピクセルを表す異なる主角度方向を有する指向性光ビームを含む変調された指向性放射光２０２’’を含む変調光２０２を放射するように構成される。特に、異なる主角度方向は、マルチビューモードで時間多重化マルチビューディスプレイ２００によって表示されるマルチビュー画像の異なるビューの異なるビュー方向に対応することができる。様々な実施形態によれば、合成画像は、図１０の円形矢印によって示されるように、時間多重化マルチビューディスプレイ２００上で２Ｄ画像の２Ｄピクセルとマルチビュー画像の指向性ピクセルとを結合するために、２Ｄモードおよびマルチビューモードを時間多重化または時間インターレースすることによって提供される。
図１０に示すように、時間多重化マルチビューディスプレイ２００は、広角バックライト２１０を含む。広角バックライト２１０は、２Ｄモード中に広角放射光２０４を提供するように構成される。いくつかの実施形態では、広角バックライト２１０は、上述した時間多重化バックライト１００の広角バックライト１１０と実質的に同様であってもよい。例えば、広角バックライトは、長方形の光ガイドから光を抽出し、抽出された光をディフューザを通して広角放射光２０４としてリダイレクトするように構成された光抽出層を有する光ガイドを含むことができる。
図１０に示す時間多重化マルチビューディスプレイ２００は、マルチビューバックライト２２０をさらに含む。図示するように、マルチビューバックライト２２０は、光ガイド２２２と、互いに離間したマルチビーム素子２２４のアレイと、を含む。マルチビーム素子２２４のアレイは、マルチビューモード（マルチビュー）中に、導波光を光ガイド２２２から指向性放射光２０６として散乱させるように構成される。様々な実施形態によれば、マルチビーム素子２２４のアレイの個々のマルチビーム素子２２４によって提供される指向性放射光２０６は、マルチビューモードまたはマルチビューモード中に時間多重化マルチビューディスプレイ２００によって表示されるマルチビュー画像のビュー方向に対応する異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビームを含む。
いくつかの実施形態では、マルチビューバックライト２２０は、上述の時間多重化バックライト１００のマルチビューバックライト１２０と実質的に同様であってもよい。特に、光ガイド２２２およびマルチビーム素子２２４は、それぞれ上述の光ガイド１２２およびマルチビーム素子１２４と実質的に同様であってもよい。例えば、光ガイド２２２はプレート光ガイドであってもよい。さらに、様々な実施形態によれば、マルチビーム素子２２４のアレイのマルチビーム素子２２４は、指向性放射光２０６として導波光を散乱させるために、光ガイド２２２に光学的に接続された回折格子、マイクロ反射素子、およびマイクロ屈折要素のうちの１つまたはそれ以上を含むことができる。
図示するように、時間多重化マルチビューディスプレイ２００は、ライトバルブアレイ２３０をさらに含む。ライトバルブアレイ２３０は、広角放射光２０４を変調して、２Ｄモード中に２次元（２Ｄ）画像を提供し、指向性放射光２０６を変調して、マルチビューモード中にマルチビュー画像を提供するように構成される。特に、ライトバルブアレイ２３０は、広角放射光２０４を受け取り変調して、２Ｄモード中に変調された広角放射光２０２’を提供するように構成される。同様に、ライトバルブアレイ２３０は、マルチビューモード中に指向性放射光２０６を受け取り変調して、変調された指向性放射光２０２’’を提供するように構成される。いくつかの実施形態では、ライトバルブアレイ２３０は、時間多重化バックライト１００に関して上述したライトバルブ１０６のアレイと実質的に同様であってもよい。例えば、ライトバルブアレイのライトバルブは、液晶ライトバルブを含んでもよい。さらに、いくつかの実施形態では、マルチビーム素子２２４のアレイのマルチビーム素子２２４のサイズは、ライトバルブアレイ２３０のライトバルブのサイズ（例えば、ライトバルブサイズの４分の１～２倍）と同等であってもよい。
様々な実施形態では、マルチビューバックライト２２０は、広角バックライト２１０の平面発光面とライトバルブアレイ２３０との間に配置されてもよい。マルチビューバックライト２２０は、広角バックライト２１０に隣接して配置されてもよいし、狭いギャップによって分離されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、マルチビューバックライト２２０および広角バックライト２１０は、広角バックライト２１０の上面がマルチビューバックライト２２０の底面と実質的に平行になるように重畳または積層される。このように、広角バックライト２１０からの広角放射光２０４は、広角バックライト２１０の上面からマルチビューバックライト２２０の中におよびそれを通って放射される。様々な実施形態によれば、マルチビューバックライト２２０は、２Ｄモード中に放射される広角放射光２０４に対して透明である。
図１０に示す時間多重化マルチビューディスプレイ２００は、モードコントローラ２４０をさらに含む。いくつかの実施形態では、モードコントローラ２４０は、上述した時間多重化バックライト１００のモードコントローラ１３０と実質的に同様であってもよい。例えば、モードコントローラ２４０は、広角バックライト２１０およびマルチビューバックライト２２０を順次作動させるように構成される。様々な実施形態によれば、２Ｄ画像およびマルチビュー画像は、合成画像として時間多重化マルチビューディスプレイ２００上に重畳される。上記のモードコントローラ１３０と同様に、図１０のモードコントローラ２４０は、広角バックライト２１０の光源を２Ｄモード中に広角放射光２０４を提供するように順次作動させ、マルチビューバックライト２２０の光源をマルチビューモード中に指向性放射光２０６を提供するように順次作動させることによって、２Ｄモードとマルチビューモードとを切り替えるように構成され得る。様々な実施形態によれば、指向性放射光２０６および広角放射光２０４の両方は、ライトバルブアレイによって変調されて、合成画像のマルチビュー部分および２Ｄ部分を含む画像を時間多重化方式で提供することができる。
特に、様々な実施形態によれば、モードコントローラ２４０は、広角バックライト２１０およびマルチビューバックライト２２０の２Ｄモードおよびマルチビューモードを時間多重化し、同時にライトバルブアレイによる放射光の変調を制御して合成画像を生成することができる。すなわち、２Ｄモードとマルチビューモードとの間のモード切り替えは、ライトバルブアレイ２３０の動作に同期または調整された方法で２Ｄ画像およびマルチビュー画像を時間多重化して、２Ｄおよびマルチビューコンテンツを合成画像として提供することによって実施することができる。
例えば、両方の画像が同時に表示されているように見えるように、ライトバルブアレイ２３０のライトバルブの動作に関連して２組の画像を時間インターレースして、それぞれの２Ｄまたはマルチビュー画像を表示することができる。いくつかの実施形態では、モードコントローラ２４０は、広角バックライト２１０およびマルチビューバックライト２２０の光源の制御をライトバルブアレイ２３０のライトバルブの制御と同期させて、２つの画像の時間インターレース表示を達成することができる。いくつかの実施形態では、ライトバルブアレイ２３０の選択されたライトバルブは、第１の期間に２次元画像を表示するように動作（オフまたはオン）され、続いて第２の期間にマルチビュー画像を表示するために選択されたライトバルブが動作され得る。実際には、モードコントローラ２４０が２Ｄおよびマルチビューバックライトを動作させる速さのレートは、切り替えに関連する電場などのライトバルブまたはピクセルの物理的性質によって指示されるように、ライトバルブアレイ２３０のライトバルブが全開または全閉に切り替わることを可能にするレベルに維持される。図３Ａ～図３Ｃに関連して上述したモードコントローラ１３０は、上記の技術および原理のうちの１つまたはそれ以上と一致して動作することもできる。特に、モードコントローラ２４０は、回路を含むハードウェア（例えば、ＡＳＩＣ）、およびモードコントローラ２４０の様々な動作特性に対するプロセッサまたは同様の回路によって実行されるソフトウェアまたはファームウェアを含むモジュールの一方または両方として実装されてもよい。
本明細書に記載の原理の他の実施形態によれば、時間多重化バックライト動作の方法が提供される。特に、時間多重化バックライト動作の方法は、少なくとも２つのモード、すなわち、時間多重化または時間インターレースされた２Ｄモードおよびマルチビューモードを有することができる。様々な実施形態によれば、２Ｄモードは２次元（２Ｄ）画像を表示することができ、マルチビューモードは３次元（３Ｄ）またはマルチビュー画像を表示することができる。時間多重化は、２Ｄおよびマルチビューコンテンツまたは情報の両方を有する合成画像として、２Ｄ画像および３Ｄまたはマルチビュー画像を組み合わせる。
図１１は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における時間多重化バックライト動作の方法３００のフローチャートを示す。図１１に示すように、時間多重化バックライト動作の方法は、広角バックライトを使用して２Ｄモード中に広角放射光を提供するステップ３１０を含む。いくつかの実施形態では、広角バックライトは、上述した時間多重化バックライト１００の広角バックライト１１０と実質的に同様であってもよい。さらに、いくつかの実施形態によれば、２Ｄモードおよび放射広角光は、時間多重化バックライトおよびディスプレイに関して上述した２Ｄモード（例えば、図３Ａ～図３Ｃ、および図１０の２Ｄモード）および広角放射光２０４，１０２’のそれぞれと実質的に同様であってもよい。
時間多重化バックライト動作の方法３００は、互いに離間したマルチビーム素子のアレイを有するマルチビューバックライトを使用して、マルチビューモード中に指向性放射光を提供するステップ３２０をさらに含む。様々な実施形態によれば、指向性放射光は、マルチビーム素子アレイの各マルチビーム素子によって提供される複数の指向性光ビームを含む。様々な実施形態によれば、複数の指向性光ビームの指向性光ビームの方向は、マルチビュー画像の異なるビュー方向に対応する。いくつかの実施形態では、マルチビューバックライトは、図３Ａ～図３Ｃおよび図１１などに関連して、上述したマルチビューバックライトと実質的に同様であってもよい。同様に、マルチビューモードは、いくつかの実施形態によれば、図３Ａ～図３Ｃに関して上述した時間多重化バックライト１００のマルチビューモード、および図１０のマルチビューモードと実質的に同様であってもよい。いくつかの実施形態では、マルチビューバックライトは、広角バックライトの放射面に隣接して配置され、２Ｄモード中に広角放射光に対して透明であってもよい。
時間多重化バックライト動作の方法３００は、モードコントローラを使用して２Ｄモードおよびマルチビューモードを時間多重化して、２Ｄモードに対応する第１の順次の期間に広角バックライトを、およびマルチビューモードに対応する第２の順次の期間にマルチビューバックライトを、順次作動させるステップ３３０をさらに含む。いくつかの実施形態では、モードコントローラは、上述のモードコントローラ１３０、２４０と実質的に同様であってもよい。特に、モードコントローラは、回路を含むハードウェア（例えば、ＡＳＩＣ）、およびモードコントローラの動作を実行するためにプロセッサまたは同様の回路によって実行されるソフトウェアまたはファームウェアを含むモジュールの一方または両方として実装されてもよい。
いくつかの実施形態（図示せず）では、複数の指向性光ビームを提供するステップ３２０は、導波光として光を光ガイド内にガイドするステップと、マルチビーム素子アレイのマルチビーム素子を使用して導波光の一部を散乱させるステップと、を含む。さらに、いくつかの実施形態では、マルチビーム素子アレイの各マルチビーム素子は、回折格子、マイクロ屈折要素、およびマイクロ反射素子のうちの１つまたはそれ以上を含むことができる。特に、いくつかの実施形態では、マルチビーム素子アレイのマルチビュー要素は、上述のマルチビューバックライト１２０のマルチビーム素子１２４と実質的に同様であってもよい。時間多重化バックライト動作の方法３００は、いくつかの実施形態では、光ガイドに光を提供するステップをさらに含むことができ、光ガイド内の導波光は、上述のように所定のコリメーション係数に従ってコリメートされる。
いくつかの実施形態によれば、時間多重化バックライト動作の方法３００は、ライトバルブのアレイを使用して広角放射光を変調して２Ｄモード中に２Ｄ画像を提供するステップと、ライトバルブアレイを使用して複数の指向性光ビームを変調してマルチビューモード中にマルチビュー画像を提供するステップと、をさらに含む。これらの実施形態のいくつかでは、２Ｄモードおよびマルチビューモードを時間多重化するステップは、２Ｄコンテンツとマルチビューコンテンツの両方を含む合成画像を提供するために、２Ｄ画像およびマルチビュー画像を重畳することができる。いくつかの他の実施形態では、マルチビーム素子アレイのマルチビーム素子のサイズは、ライトバルブアレイのライトバルブのサイズの１／４～２倍として構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ライトバルブのアレイは、時間多重化バックライト１００に関して上述したライトバルブ１０６のアレイと実質的に同様であってもよい。
このように、時間多重化または時間インターレース方式で動作するように構成された一対のモードを提供する、時間多重化バックライト、時間多重化マルチビューディスプレイ、および時間多重化バックライト動作の方法の例および実施形態を説明した。上記の例は、本明細書に記載の原理を表す多くの特定の例および実施形態のいくつかを単に例示するものであることを理解されたい。当業者は、以下の特許請求の範囲によって定義される範囲から逸脱することなく、多数の他の構成を容易に考案することができることは、明らかである。

Claims (20)

  1. 時間多重化バックライトであって、
    ２次元（２Ｄ）モード中に放射面から広角放射光を提供するように構成された広角バックライトと、
    マルチビーム素子のアレイを含むマルチビューバックライトであって、前記マルチビーム素子アレイの各マルチビーム素子が、マルチビューモード中にマルチビュー画像の異なるビュー方向に対応する方向を有する複数の指向性光ビームを提供するように構成される、マルチビューバックライトと、
    前記広角バックライトを第１の期間に順次に作動させ、前記マルチビューバックライトを第２の期間に順次に作動させることによって、前記２Ｄモードと前記マルチビューモードとを時間多重化するように構成されたモードコントローラと、を含み、
    前記マルチビューバックライトは、前記広角バックライトの前記放射面に隣接して配置され、かつ前記２Ｄモード中に前記広角放射光に対して透明である、時間多重化バックライト。
  2. 前記マルチビューバックライトは、
    導波光として光をガイドするように構成された光ガイドをさらに含み、
    前記マルチビーム素子のアレイは、前記光ガイドを横切って互いに離間しており、前記マルチビーム素子アレイの各マルチビーム素子は、前記複数の指向性光ビームとして前記光ガイドからの前記導波光の一部を散乱させるように構成される、請求項１に記載の時間多重化バックライト。
  3. 前記光ガイドは、所定のコリメーション係数に従って前記導波光をコリメートされた導波光としてガイドするように構成される、請求項２に記載の時間多重化バックライト。
  4. 前記マルチビーム素子アレイのマルチビーム素子は、前記導波光を回折的に散乱させるように構成された回折格子、前記導波光を反射的に散乱させるように構成されたマイクロ反射素子、および前記導波光を屈折的に散乱させるように構成されたマイクロ屈折要素のうちの１つまたはそれ以上を含む、請求項２に記載の時間多重化バックライト。
  5. 前記マルチビーム素子アレイのマルチビーム素子の前記回折格子は、複数の個々のサブ格子を含む、請求項４に記載の時間多重化バックライト。
  6. 前記モードコントローラは、前記２Ｄモード中に前記広角バックライトの光源を順次作動させて前記広角放射光を提供し、前記マルチビューモード中に前記マルチビューバックライトの光源を順次作動させて前記複数の指向性光ビームを提供することによって、前記２Ｄモードと前記マルチビューモードとを切り替えるように構成される、請求項１に記載の時間多重化バックライト。
  7. 請求項１に記載の時間多重化バックライトを含む時間多重化マルチビューディスプレイであって、
    前記２Ｄモード中に前記広角放射光を変調して２Ｄ画像を提供し、前記マルチビューモード中に前記複数の指向性光ビームを変調して前記マルチビュー画像を提供するように構成されたライトバルブのアレイをさらに含む時間多重化マルチビューディスプレイ。
  8. 前記モードコントローラは、前記第１の期間に前記広角バックライトを順次作動させて前記２Ｄ画像を提供し、前記第２の期間に前記マルチビューバックライトを順次作動させて前記マルチビュー画像を提供するように構成され、前記２Ｄ画像および前記マルチビュー画像は、前記時間多重化マルチビューディスプレイ上で互いに重畳されて合成画像を提供する、請求項７に記載の時間多重化マルチビューディスプレイ。
  9. 前記マルチビーム素子アレイの各マルチビーム素子のサイズは、前記ライトバルブアレイのライトバルブのサイズの１／４～２倍である、請求項７に記載の時間多重化マルチビューディスプレイ。
  10. 時間多重化マルチビューディスプレイであって、
    広角放射光を提供するように構成された広角バックライトと、
    マルチビーム素子のアレイを含むマルチビューバックライトであって、各マルチビーム素子が、マルチビュー画像の異なるビュー方向に対応する方向を有する指向性光ビームを提供するように構成される、マルチビューバックライトと、
    前記広角放射光を変調して２Ｄ画像を提供し、前記指向性光ビームを変調して前記マルチビュー画像を提供するように構成されたライトバルブのアレイと、
    前記広角バックライトおよび前記マルチビューバックライトを順次作動させるように構成されたモードコントローラであって、前記２Ｄ画像およびマルチビュー画像が合成画像として前記時間多重化マルチビューディスプレイ上に重畳される、モードコントローラと、を含む時間多重化マルチビューディスプレイ。
  11. 前記マルチビューバックライトは、
    導波光として光をガイドするように構成された光ガイドをさらに含み、
    前記マルチビーム素子のアレイは、前記光ガイドを横切って互いに離間しており、前記マルチビーム素子アレイの各マルチビーム素子は、前記指向性光ビームとして前記光ガイドからの前記導波光の一部を散乱させるように構成される、請求項１０に記載の時間多重化マルチビューディスプレイ。
  12. 前記光ガイドは、コリメーション係数に従って前記導波光をコリメートされた導波光としてガイドするように構成され、前記マルチビーム素子アレイの各マルチビーム素子のサイズは、前記ライトバルブアレイのライトバルブのサイズの１／４～２倍である、請求項１１に記載の時間多重化マルチビューディスプレイ。
  13. 前記マルチビーム素子アレイの各マルチビーム素子は、前記導波光を回折的に散乱させるように構成された回折格子、前記導波光を反射的に散乱させるように構成されたマイクロ反射素子、および前記導波光を屈折的に散乱させるように構成されたマイクロ屈折要素のうちの１つまたはそれ以上を含む、請求項１１に記載の時間多重化マルチビューディスプレイ。
  14. 前記モードコントローラは、前記広角バックライトおよび前記マルチビューバックライトを順次作動させるように、前記広角バックライトの光源を作動させて前記広角放射光を提供し、前記マルチビューバックライトの光源を作動させて指向性光ビームを提供するように構成される、請求項１１に記載の時間多重化マルチビューディスプレイ。
  15. 前記マルチビューバックライトは、前記広角バックライトと前記ライトバルブアレイとの間に配置され、前記マルチビューバックライトは、前記広角放射光に対して透明である、請求項１０に記載の時間多重化マルチビューディスプレイ。
  16. 時間多重化バックライトを動作させる方法であって、
    広角バックライトを使用して２Ｄモード中に広角放射光を提供するステップと、
    マルチビーム素子のアレイを有するマルチビューバックライトを使用してマルチビューモード中に指向性放射光を提供するステップであって、前記指向性放射光は、前記マルチビーム素子アレイの各マルチビーム素子によって提供される複数の指向性光ビームを含む、ステップと、
    前記２Ｄモードに対応する第１の順次の期間に前記広角バックライトを順次作動させ、前記マルチビューモードに対応する第２の順次の期間に前記マルチビューバックライトを順次作動させるために、モードコントローラを使用して前記２Ｄモードと前記マルチビューモードとを時間多重化するステップと、を含み、
    前記複数の指向性光ビームの方向は、マルチビュー画像の異なるビュー方向に対応する、時間多重化バックライトを動作させる方法。
  17. 指向性放射光を提供するステップは、
    導波光として光ガイド内で光をガイドするステップと、
    前記マルチビーム素子アレイのマルチビーム素子を使用して、前記導波光の一部を前記指向性放射光として散乱させるステップであって、前記マルチビーム素子アレイの各マルチビーム素子が、回折格子、マイクロ屈折要素、およびマイクロ反射素子のうちの１つまたはそれ以上を含む、ステップと、を含む、請求項１６に記載の時間多重化バックライトを動作させる方法。
  18. 前記光ガイドに光を提供するステップをさらに含み、前記光ガイド内の前記導波光は、所定のコリメーション係数に従ってコリメートされる、請求項１７に記載の時間多重化バックライトを動作させる方法。
  19. 前記２Ｄモード中に２Ｄ画像を提供するためにライトバルブのアレイを使用して前記広角放射光を変調するステップと、
    前記マルチビューモード中にマルチビュー画像を提供するために、前記ライトバルブアレイを使用して前記指向性放射光の前記複数の指向性光ビームを変調するステップと、をさらに含み、
    前記２Ｄモードおよび前記マルチビューモードを時間多重化するステップは、２Ｄコンテンツとマルチビューコンテンツの両方を含む合成画像を提供するために、前記２Ｄ画像およびマルチビュー画像を重畳する、
    請求項１６に記載の時間多重化バックライトを動作させる方法。
  20. 前記マルチビーム素子アレイのマルチビーム素子のサイズは、前記ライトバルブアレイのライトバルブのサイズの１／４～２倍である、請求項１９に記載の時間多重化バックライトを動作させる方法。

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