JP6403216B2 - 指向性バックライトにおけるクロストークの抑制 - Google Patents

Description

本開示は、広義には光変調デバイスの照明に関するものであり、より具体的には、２Ｄ、３Ｄ、及び／又は自動立体ディスプレイデバイスで用いる局部的光源から広範囲の照明を得るための光ガイドにおいて迷光を制御する手段に関する。

空間的に多重化された自動立体ディスプレイは通常、レンズ状のスクリーン、又は視差バリヤーといった視差コンポーネントを、例えばＬＣＤといった、空間光変調器上のピクセルの少なくとも第１セット及び第２セットとして構成された一連の画像と整列させる。視差コンポーネントは、ピクセルのそれぞれのセットからの光を異なるそれぞれの方向に配向し、ディスプレイの前に第１視野窓及び第２視野窓を提供する。観察者は、第１視野窓に置いた目から、ピクセルの第１セットからの光で第１画像を見ることができ、第２視野窓に置いた目から、ピクセルの第２セットからの光で第２画像を見ることができる。

このようなディスプレイは、空間光変調器の元来の解像度に比較して小さい空間解像度を有し、更に視野窓の構造は、ピクセルの開口部形状及び視差コンポーネント結像機能によって決定する。例えば電極といったピクセル間の間隙は一般的に、不均一な視野窓を生成する。このようなディスプレイは、観察者のディスプレイに対する横方向の動きに従って画像の不必要なちらつきを示し、ディスプレイの視覚的自由度を制限する。このようなちらつきは、光学素子の焦点をぼかすことで減少させることができるが、しかし、このように焦点をぼかすことで、画像のクロストークのレベルが上がり、観察者に対する視覚疲労が増す。このようなちらつきは、ピクセルの開口部の形状を調整することで減少させることができるが、しかし、このような変更はディスプレイの明るさを下げ、アドレス指定電子機器を空間光変調器内に含む場合がある。

本開示の第１態様によれば、導波路を含み得る透過型空間光変調器に指向性バックライトが設けられる。導波路は、入力端、導波路に沿って光をガイドするための相対した第１ガイド表面及び第２ガイド表面、及び、入力光からの光を反射して導波路を通して戻すための、入力端に対向する反射端を含むことができる。指向性バックライトはまた、主として発光帯で、そして変換帯で光を出力するように構成された複数の光源の配列を含むことができる。複数の光源は、導波路の入力端に渡って横方向に、種々の入力位置に配設することができる。導波路は、入力端に渡って種々の入力位置にある複数の光源からの入力光を、透過型空間光変調器を通じて供給するために反射端からの反射後に第１ガイド表面を通じて出力光として、それぞれの出力方向に光学窓へと配向するように構成することができる。出力方向は、入力位置に応じて横方向に分布していてもよい。指向性バックライトはまた、反射端からの反射後に入力端に入射する光の反射を低減するように構成された反射低減素子を含んでもよい。

反射端から反射され、入力端に入射した光は一般に、システムから失われて全体的なシステム効率を低下させる。しかしながら、反射端からの反射後に入力端に入射する光の一部は、導波路を出射するのではなく、入力端におけるフレネル反射によって再び導波路の中へと更に反射され、これは本明細書では反射アーチファクトと呼ばれることがある。本実施形態は、さもなければ更なる反射光によって実現され得る画像アーチファクトを低減することができる。特に、望ましくない画像クロストークを低減することができ、そのため、奥行きを増すと共に視覚疲労を軽減する自動立体３Ｄ画像をディスプレイで生成することができる。更に、入力端における光線の前記複数回の反射によって生じるラインアーチファクトを低減又は排除することができる。

反射低減素子は、様々な形態をなすことができる。

反射低減素子は、非対称性の光拡散特性を有し得る光拡散素子であってもよい。

有利にも、拡散器は、入力端における鏡面反射から生じる反射アーチファクトを低減し、したがって、反射光の角度広がりを増加させることによってラインアーチファクトの低減を実現することができ、そのため、ラインアーチファクトは表示範囲全体に分布し、可視性が最小化される。非対称性の拡散特性により、ｘ−ｚ平面における広がりを低減してｘ−ｙ平面における光の角度広がりを実現し、したがって、光源からの入力光の入力端における光のロスを低減することができる。

一例において、反射低減素子は直線偏光子であってもよく、この場合、指向性バックライトは、反射端に位相遅延素子を更に含んでもよい。

有利にも、直線偏光子と位相遅延器は協働して、光源からの光の偏光を回転させることができ、そのため、入力端に入射する反射光は、入力端が空中にある場合にその端部で生じ得るフレネル反射の前に、入力偏光子によって吸収されるようになる。したがって、望ましくない反射アーチファクトが低減されて、画質が改善され、画像アーチファクトが低減される。

別の例において、反射低減素子は少なくとも複数の光源を被覆することができ、反射低減素子のうちの複数の光源のそれぞれと隣接する部分が、隣接する各光源が作動されているときには選択的に光を透過させ、それ以外のときには反射端からの反射後に入力端に入射する光を吸収できるように動作可能となってもよい。

有利にも、入力端のうちの、動作している光源と整列する領域は、高いスループット効率を実現することができ、動作している光源と整列しない領域は、高度な吸収を実現して、動作している光源と整列しない各領域において、入力端から反射された光の反射アーチファクトを低減することができる。

反射低減素子はフィルタを更に備え、そのフィルタは、入力端と光源との間に配設し、発光帯の光よりも変換帯の光を優先的に吸収するように構成することができる。

反射端から反射され、次いで入力端に入射する光の一部は、入力端によって透過され、光源に入射することができる。そのような光は、光源の各素子によって散乱及び反射され、再び導波路に向かうことができる。そのような光は、クロストークを含めて望ましくない視覚アーチファクトを生成することがある。通常、光源の蛍光体などの変換素子は、変換帯の光に対しては反射性となることができ、また、光源の半導体発光体などの発光素子と比較して、相対的に大きな面積を有することができる。有利にも、フィルタは、変換帯の光に対して優先的に、光源からの反射光の強度を低減することができ、したがって、発光面積のうちのより広範な部分に対する光源の反射率は、発光帯の光を透過させる一方で、優先的に低減することができる。更に、光源からの変換帯の入力光は、フィルタを通じて単光路を経るのに対し、反射光は複光路を有し、したがって反射光は、入力光と比較して優先的に吸収される。光源における反射光の散乱及び反射によって生じる視覚アーチファクトは、低減することができる。

反射低減素子は、少なくとも１つの光吸収素子を含むことができ、その光吸収素子は、光源のそれぞれの面積の一部を被覆し、反射端から反射した後の光を吸収するように構成されるものである。その少なくとも１つの光吸収素子は、入力端と複数の光源のそれぞれとの間に配設することができる。

反射光は、光源の一部を覆う入力フィルタによって吸収され、光源からの反射アーチファクトの強度を低減することができる。入力光は、光学フィルタで更に再利用できるのに対し、反射光は入力フィルタで吸収することができる。有利にも、入力光の強度は、一様なフィルタと比較して増強できるのに対し、反射光の一部分は吸収され、したがって光源の反射率を低減し、視覚アーチファクトを軽減することができる。

本開示の第２態様によれば、基板と、その基板上に支持された、発光帯の光を発生させるように構成され得る光発生素子と、その基板上に支持された波長変換材料と、を含む光源を提供することができる。波長変換材料は、光発生素子によって発生された発光帯の光を実質的に変換帯の光へと変換するように構成することができる。その基板は、変換帯よりも発光帯を優先的に反射するように着色することができる。

光源からの光出力は、例えば光源が照明する導波路において、反射後に光源のパッケージに入射することができる。望ましくは、反射光に対する光源の反射性が低減される。パッケージは、発光帯の光に対しては高い反射性を、変換帯の光に対しては低い反射性を実現することができる。発光帯の放出光はパッケージによって反射することができ、変換帯の前方散乱光は、パッケージから実質的に反射することなく、パッケージから出力させ、高いパッケージの出力効率を実現することができる。変換帯の反射光は、パッケージによって吸収することができる。変換帯の反射光は更に、変換素子によって変換し、パッケージによって吸収することができる。有利にも、高い出力効率を実現できる一方で、反射光の高い吸収性を実現でき、反射アーチファクトが低減する。

本開示の第３態様によれば、導波路を含み得る透過型空間光変調器に指向性バックライトを設けることができる。導波路は、入力端、導波路に沿って光をガイドするための相対した第１ガイド表面及び第２ガイド表面、及び、入力光からの光を反射して導波路を通して戻すための、入力端に対向する反射端を含むことができる。指向性バックライトはまた、主として発光帯で、そして変換帯で光を出力するように構成された複数の光源の配列を含むことができる。複数の光源は、導波路の入力端に渡って横方向に、種々の入力位置に配設することができる。導波路は、入力端に渡って種々の入力位置にある複数の光源からの入力光を、透過型空間光変調器を通じて供給するために反射端からの反射後に第１ガイド表面を通じて出力光として、出力方向にて複数の光学窓のそれぞれへと配向するように構成することができる。出力方向は、入力位置に応じて横方向に分布していてもよい。複数の光源は、光源が配置される入力端に沿った方向に、複数の光源のピッチの約５０％又は５０％より小さい幅を有する複数の発光領域のそれぞれを有することができる。

発光領域は有利にも、高い出力効率と光束発散度を有するように構成することができる。光源の面積は低減され、光源同士の間の間隙は吸収性となり、そのため、反射する光源の全面積を低減し、また全面積の反射性をそれに応じて低減することができる。有利にも、反射アーチファクトを低減することができる。

本開示の更なる態様によれば、光をガイドするための光学弁を提供することができ、この光学弁は、第１光ガイド表面と、第１光ガイド表面に相対する第２光ガイド表面とを含むことができる。第２光ガイド表面は、複数のガイド機能と複数の抽出機能とを更に含むことができる。複数の抽出機能は、光が第１方向に伝搬しているとき、その光を導いて実質的に低いロスで通すように動作可能となることができる。更に、光をガイドするための光学弁は、光学弁の第１端部に位置し得る光入力表面を含むことができ、光入力表面又は照明器素子の配列の少なくとも一方は、少なくとも１つの反射低減光学素子を含むことができる。

本開示の更なる態様によれば、段付き結像指向性バックライトを提供することができ、この段付き結像指向性バックライトは、第１光配向側面と、第１光配向側面に相対する第２光配向側面と、を含むことができる。第２光配向側面は、複数のガイド機能と、複数の抽出機能と、を含むことができる。複数の抽出機能は、光が第１方向に伝搬しているとき、その光を導いて実質的に低いロスで通すように動作可能となることができる。段付き結像指向性バックライトは、段付き結像指向性バックライトの第１端部に位置する照明器素子の配列を更に含むことができ、段付き結像指向性バックライトの第１端部は、第１光配向側面と第２光配向側面との間に位置することができる。それに加えて、少なくとも１つの反射低減光学素子が、段付き結像指向性バックライトの第１端部に位置することができる。

本開示の更なる態様によれば、指向性照明システムを提供することができ、その指向性照明システムは、光をガイド及び抽出するための光抽出素子を含むことができる。光抽出素子は、光線を広がらせるように動作可能な第１部分と、第２部分と、を含むことができ、第２部分は、第１光ガイド表面と、第１光ガイド表面に相対する第２光ガイド表面と、を含むことができる。第２光ガイド表面は、少なくとも１つのガイド機能と、複数の抽出機能と、を含むことができ、複数の抽出機能は、光抽出素子から出射するように光を配向することができる。光抽出素子は、第１光ガイド表面と第２光ガイド表面との間に位置する第１照明入力表面を更に含むことができる。第１照明入力表面は、複数の光源の第１配列から光を受容するように動作可能であってもよい。光抽出素子はまた、光抽出素子の第１端部に位置する少なくとも１つの反射低減光学素子を含むことができる。

本開示の更なる態様によれば、指向性バックライトディスプレイシステムを提供することができ、その指向性バックライトディスプレイシステムは第１光抽出素子を含むことができる。第１光抽出素子は、第１光ガイド表面と、第１光ガイド表面に相対する第２光ガイド表面と、を含むことができる。第２光ガイド表面は、複数のガイド機能と、複数の抽出機能と、を更に含むことができる。複数の抽出機能は、光が第１方向に伝搬しているとき、その光を導いて実質的に低いロスで通すことができる。指向性バックライトディスプレイシステムは、第１光抽出素子に近接する空間光変調器を含むことができる。それに加えて、指向性バックライトディスプレイシステムは、第１光抽出素子の第１端部に位置する少なくとも１つの反射低減光学素子を含むことができる。

本開示によれば、光をガイドするための光学弁が、第１光ガイド表面と、第１光ガイド表面に相対する第２光ガイド表面と、を含むことができる。第２光ガイド表面は、複数のガイド機能と、複数の抽出機能と、を含むことができ、複数の抽出機能は、光が第１方向に伝搬しているとき、その光を導いて実質的に低いロスで通すように動作可能であってもよい。光学弁は、光学弁の第１端部に位置する光入力表面を含むことができ、光入力表面又は照明器素子の配列の少なくとも一方は、少なくとも１つの反射低減光学素子を含むことができる。

ディスプレイのバックライトには一般的に、導波路及び端部発光源が用いられる。特定の結像指向性バックライトは、ディスプレイパネルを通して照明を視野窓に配向する追加機能を有する。結像システムは、複数の光源と各窓画像との間に形成することができる。結像指向性バックライトの１つの例として折りたたみ式光学システムを用いることができる光学弁があげられ、したがってこれは、折りたたみ式結像指向性バックライトの１つの例でもあり得る。光は実質的に、光学弁を通して一方向にロス無く伝搬することができ、同時に対向伝搬光は、この特許の内容全体を参照によって本明細書に引用したものとする米国特許出願第１３／３００，２９３号に記述されるように、反射傾斜ファセットによって抽出することができる。

本実施形態は、結像指向性バックライト装置内を伝搬する迷光の低減を実現することができる。自動立体ディスプレイシステム装置において、そのような低減は有利にも、３Ｄ画像クロストークの改善、視聴の快適性の向上、及び提示される画像奥行きの拡大を実現することができる。プライバシーディスプレイにおいては、ビューデータの高度な分離がもたらされ、したがってプライバシー機能を改善することができる。平面カメラでは、更に高コントラストのキャプチャを実現することができる。

本明細書の実施形態は、大面積及び薄型構造の自動立体ディスプレイを提供することができる。更に、以降に記述されるように、本開示の光学弁は、大きい後方作動距離を伴う薄い光学コンポーネントを実現できる。このようなコンポーネントは指向性バックライトに使用でき、自動立体ディスプレイを含む指向性ディスプレイを提供する。更に、実施形態は、効率的な自動立体ディスプレイを目的とする制御された照明器を提供することができる。

本開示の実施形態は、種々の光学システムに使用することができる。実施形態は、種々のプロジェクタ、投影システム、光学コンポーネント、ディスプレイ、マイクロディスプレイ、コンピュータシステム、プロセッサ、自己内蔵型プロジェクタシステム、ビジュアルシステム及び／又はオーディオビジュアルシステム、並びに電気機器及び／又は光学機器を含んでよく、又はこれらと共に動作してもよい。本開示の態様は、光学機器及び電気機器、光学システム、プレゼンテーションシステム、又は任意の種類の光学システムを包含し得る任意の装置に関連する、多種多様な装置に実質的に使用できる。したがって、本開示の実施形態は、視覚的なかつ／又は光学的なプレゼンテーション、視覚的な周辺機器など、並びに、多数のコンピュータ環境において使用される、光学システム、光学機器で用いることができる。

詳細に開示する種々の実施形態に進む前に、開示は、他の実施形態例が可能であるので、用途又は作製において示す特定の配列の詳細に限定されないことを理解するべきである。更に、開示の態様が、独自の固有の実施形態を規定するために様々な組み合わせ及び配列で述べられてもよい。また、本明細書で使用する用語は、説明の目的のためのものであって、限定するためのものではない。

指向性バックライトは、光学導波路の入力開口部側に構成された独立したＬＥＤ光源の調整を通して一般的に制御された、実質的に出力表面全体から発散される照明に渡る制御を提示する。照射光指向性分布の制御は、角度が限定された範囲から１人の視聴者のみによってディスプレイを見ることができる場合のセキュリティ機能の１人での閲覧、小さい角度の指向性分布に渡ってのみ照明が提供されている場合の高い電気的効率、左右の目を交互に入れ替えての時系列立体並びに自動立体ディスプレイの閲覧、及び低コストを実現できる。

本開示の様々な実施形態及び／又は態様を、任意の組み合わせで共に応用することができる。本明細書で示した図は一定の縮尺で描かれていないこともあり、したがって、単に議論の目的で示されたものであって限定するものではないことを留意されたい。

本開示の前述及び他の利点並びに特徴は、本開示をその全体に渡って読むことで、当業者にとって明白となるであろう。

例示のために、実施形態が添付の図面に示され、図面において、類似する参照符号は、同様の部分を示す。
本開示に従う、指向性ディスプレイデバイスの一実施形態における光伝搬の正面図を示す略図である。 本開示に従う、図１Ａの指向性ディスプレイデバイスの一実施形態における光伝搬の側面図を示す略図である。 本開示に従う、指向性ディスプレイデバイスの別の実施形態における光伝搬の平面図を示す略図である。 本開示に従う、図２Ａの指向性ディスプレイデバイスの正面図に光伝搬を示す略図である。 本開示に従う、図２Ａの指向性ディスプレイデバイスの側面図に光伝搬を示す略図である。 本開示に従う、指向性ディスプレイデバイスの側面図を示す略図である。 本開示に従う、湾曲光抽出機能を含む指向性ディスプレイデバイスにおける視野窓の生成の正面図を示す略図である。 本開示に従う、湾曲光抽出機能を含む指向性ディスプレイデバイスにおける第１視野窓及び第２視野窓の生成の正面図を示す略図である。 本開示に従う、線光抽出機能を含む指向性ディスプレイデバイスにおける第１視野窓の生成を示す略図である。 本開示に従う、第１タイムスロットでの、時分割多重化結像指向性ディスプレイデバイスにおける第１視野窓の生成の一実施形態を示す略図である。 本開示に従う、第２タイムスロットでの、時分割多重化結像指向性ディスプレイデバイスにおける第２視野窓の生成の別の実施形態を示す略図である。 本開示に従う、時分割多重化結像指向性ディスプレイデバイスにおける第１視野窓及び第２視野窓の生成の別の実施形態を示す略図である。 本開示に従う、時分割多重化指向性ディスプレイデバイスを含む、観察者トラッキング自動立体ディスプレイ装置を示す略図である。 本開示に従う、マルチビューアー指向性ディスプレイデバイスを示す略図である。 本開示に従う、プライバシー指向性ディスプレイデバイスを示す略図である。 本開示に従う、時分割多重化指向性ディスプレイデバイスの構造の側面図を示す略図である。 本開示に従う、ウェッジタイプ指向性バックライトの正面図を示す略図である。 本開示に従う、ウェッジタイプ指向性バックライトの側面図を示す略図である。 本開示に従う、ディスプレイとコントロールシステムとを含む指向性ディスプレイ機器を示す略図である。 本開示に従う、照明器素子の不連続配列からの視野窓の生成を示す略図である。 本開示に従う、照明器素子の不連続配列からの視野窓の生成を示す略図である。 本開示に従う、導波路における迷光の起点を示す略図である。 本開示に従う、導波路における迷光からの第２視野窓の生成を示す略図である。 本開示に従う、導波路における迷光から生じた更なる照明アーチファクトを示す略図である。 本開示に従う、迷光を低減するように構成された指向性バックライトを示す略図である。 本開示に従う、迷光低減用の配列を組み込んだ指向性バックライトの一実施形態を示す略図である。 本開示に従う、図１９の指向性バックライトで使用される色吸収フィルタの一例の透過スペクトルを示す略図である。 本開示に従う、迷光低減用の配列を組み込んだ更なる指向性バックライトの細部を示す略図である。 本開示に従う、図２１の指向性バックライトの端面図を示す略図である。 本開示に従う、白色光源のスペクトル分布のグラフ示す略図である。 本開示に従う、迷光低減用の配列を組み込んだ更なる指向性バックライトを示す略図である。 本開示に従う、迷光低減用の配列を組み込んだ更なる指向性バックライトの細部を示す略図である。 本開示に従う、迷光低減用の配列を組み込んだ更なる指向性バックライトの細部を示す略図である。 本開示に従う、迷光を低減するように構成された指向性バックライトを示す略図である。 本開示に従う、拡散素子を含んだ、迷光の伝搬を低減するように構成された指向性バックライトを示す略図である。 本開示に従う、拡散素子を含んだ、迷光の伝搬を低減するように構成された指向性バックライトを示す略図である。 本開示に従う、照明器素子の配列を示す略図である。 本開示に従う、照明器素子の更なる配列を示す略図である。 本開示に従う、照明器素子の第１配列における黄色迷光の生成を示す略図である。 本開示に従う、照明器素子の第１配列における青色迷光の生成を示す略図である。 本開示に従う、照明器素子の別の配列における黄色迷光の生成を示す略図である。 本開示に従う、照明器素子の別の配列における青色迷光の生成を示す略図である。 本開示に従う、紫外線照明器素子を含んだ、導波路を照明するための照明器素子を示す略図である。 本開示に従う、照明器素子の別の配列における迷光の生成を示す略図である。 本開示に従う、照明器素子の配列を正面図で示す略図である。 本開示に従う、図３８の配列を側面図で示す略図である。 本開示に従う、導波路における迷光を低減するための照明器素子の配列を正面図で示す略図である。 本開示に従う、図４０Ａの配列を側面図で示す略図である。 本開示に従う、導波路における迷光を低減するための照明器素子の配列を正面図で示す略図である。 本開示に従う、図４１Ａの配列を側面図で示す略図である。 本開示に従う、導波路における迷光を低減するための照明器素子の配列を正面図で示す略図である。 本開示に従う、導波路における迷光を低減するための照明器素子の別の配列を正面図で示す略図である。 本開示に従う、図４２Ａ及び４２Ｂの配列を側面図で示す略図である。 本開示に従う、第１迷光寄与率を有する第１指向性バックライトを示す略図である。 本開示に従う、第２迷光寄与率を有する第２指向性バックライトを示す略図である。 本開示に従う、導波路における迷光を低減するための照明器素子の配列を正面図で示す略図である。 本開示に従う、導波路における迷光を低減するための照明器素子の別の配列を正面図で示す略図である。 本開示に従う、合焦光学系の入力配列を含んだ導波路の動作を第１スケールで示す略図である。 本開示に従う、合焦光学系の入力配列を含んだ導波路の動作を第２スケールで示す略図である。 本開示に従う、合焦光学系の入力配列を含み、かつ迷光を低減するように構成された導波路の動作を第３のスケールで示す略図である。

時分割多重化自動立体ディスプレイは、空間光変調器の全ピクセルからの光を第１タイムスロットにおいては第１視野窓に、第２タイムスロットにおいては全ピクセルを第２視野窓に配向することで、自動立体ディスプレイの空間解像度を好都合に改良できる。したがって、第１視野窓及び第２視野窓にて光を受けるよう目を向けた観察者は、複数のタイムスロットからディスプレイに渡って完全な解像度画像を見る。時分割多重化ディスプレイは、指向性光学素子が照明器配列の画像を窓面に実質的に形成する、指向性光学素子を用いる実質的に透過的な時分割多重化空間光変調器を通して照明器配列を配向することで、指向性照明を好都合に実現できる。

視野窓の均一性は、空間光変調器内のピクセルの配列からは好都合に独立にさせることができる。このようなディスプレイは、観察者の動きに対して、低いクロストークレベルを伴う、ちらつきの少ない観察者トラッキングディスプレイを好都合に提供できる。

窓面での高い均一性を実現するため、高い空間的均一性を有する一連の照明素子を提供することが望ましい。時系列照明システムの照明器素子は、例えば、レンズ配列と組み合わせた約１００マイクロメートルのサイズの空間光変調器のピクセルによって提供することができる。しかし、このようなピクセルは、空間的多重化ディスプレイと同様の問題を抱える。更に、このようなデバイスは低効率及び高コストとなり、追加的ディスプレイコンポーネントを必要とする場合がある。

高い窓面均一性は、例えば、通常はサイズが１ｍｍ以上の均質化及び拡散化光学素子と組み合わせた一連のＬＥＤといった、巨視的照明器と共に都合よく実現できる。しかし、照明器素子のサイズの拡大は、指向性光学素子のサイズが比例して拡大することを意味する。例えば、６５ｍｍ幅の視野窓に結像する１６ｍｍ幅の照明器は、２００ｍｍの後方作動距離を必要とする場合がある。したがって、光学素子の厚さが増すと、例えば、モバイルディスプレイ、又は大面積ディスプレイなどへの有益な応用を妨げ得る。

前述の欠点への対処として、同一所有者による米国特許出願第１３／３００，２９３号に記述されるような光学弁は、同時にちらつきの無い観察者トラッキング及び低クロストークレベルを伴う高解像度画像を提供する、薄いパッケージでの時分割多重化自動立体照明を実現するために、高速で切り替わる透過型空間光変調器と組み合わせて好都合に配列できる。記述されるものは視覚位置又は窓の一次元配列であり、これは異なる画像を通常は水平の第１方向に表示できるが、通常は垂直の第２方向に動く場合も同じ画像を含む。

従来の非結像ディスプレイバックライトは、一般的に光学導波路を用いており、ＬＥＤといった光源から端部照明を有する。しかし、当然のことながら、このような従来の非結像ディスプレイバックライトと、本開示にて考察した結像指向性バックライトとの間には、機能、設計、構造、及び作用における多くの基本的相違がある。

一般的には、例えば、本開示に従い、結像指向性バックライトは、複数の光源からの照明を、ディスプレイパネルを通して、複数の各視野窓に少なくとも１軸に配向するよう配列されている。それぞれの視野窓は、結像指向性バックライトの結像システムによって、光源の少なくとも１軸における１画像として実質的に形成されている。結像システムは、複数の光源と各窓画像との間に形成することができる。このようにして、複数の光源それぞれからの光は実質的に、各視野窓外にある観察者の目からは不可視である。

対比的に、従来の非結像バックライト又は光ガイドプレート（ＬＧＰ）は２Ｄディスプレイの照明用に使用されている。例えば、Ｋａｌｉｌ Ｋａｌａｎｔａｒ ｅｔ ａｌ．，Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ Ｕｎｉｔ Ｗｉｔｈ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ，Ｊ．Ｓｏｃ．Ｉｎｆ．Ｄｉｓｐｌａｙ，Ｖｏｌ．１２，Ｉｓｓｕｅ ４，ｐｐ．３７９〜３８７（Ｄｅｃ．２００４）を参照されたい。非結像バックライトは通常、複数の光源からの照明を、ディスプレイパネルを通して、複数の光源それぞれに対して実質的に共通の視覚ゾーンに配向し、広い視野角及び高いディスプレイ均一性を実現するよう配列されている。したがって、非結像バックライトは視野窓を形成しない。このようにして、複数の光源それぞれからの光は、視覚ゾーンに渡る実質的にすべての位置にある観察者の目から見ることができる。このような従来の非結像バックライトは、３ＭからのＢＥＦ（商標）などブライトネスエンハンスメントフィルムによって提供することができる、例えばランバート照明に比較してスクリーンのゲインを上げるなどの、いくらかの方向性を有することができる。しかし、このような方向性は、各光源それぞれに対して実質的に同じとなり得る。したがって、前記理由その他により、従来の非結像バックライトは結像指向性バックライトとは異なることは当業者にとって明白であろう。端部点灯非結像バックライト照明構造は、２Ｄラップトップ、モニター、及びＴＶに見られるような液晶ディスプレイシステムに使用することができる。光は、光の伝搬方向に関わらず光を消失させるガイドの表面における、通常は局所的な刻み目であるスパース機能を含むことができる、ロスの多い導波路の端部から伝搬する。

本明細書に使用されるように、光学弁は、例えば、光弁、光学弁指向性バックライト、及び弁指向性バックライト（「ｖ−ＤＢＬ」）と呼ばれる、光ガイド構造又はデバイスの１種類とすることができる光学構造である。本開示において、光学弁は空間光変調器とは異なるものである（しかしながら、空間光変調器は一般に、当該技術分野において「光弁」と呼ばれることもある）。結像指向性バックライトの１つの例は、折りたたみ式光学システムを用いることができる光学弁である。光は、光学弁を通して実質的にロス無く一方向に伝搬することができ、結像反射器に入射することができ、また、そのすべての内容が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許出願第１３／３００，２９３号に記述されているように、光が反射傾斜光抽出機能によって抽出され、視野窓に配向され得るよう反伝搬することができる。

本明細書に使用されるように、結像指向性バックライトの例は、段付き導波路結像指向性バックライト、折りたたみ式結像指向性バックライト、ウェッジタイプ指向性バックライト、又は光学弁を含む。

更に、本明細書に使用されるように、段付き導波路結像指向性バックライトは光学弁とすることができる。段付き導波路は、結像指向性バックライト用の導波路である。段付き導波路は、光をガイドするための導波路を含むことができ、第１光ガイド表面と、第１光ガイド表面に対向する第２光ガイド表面とを更に含み、段として構成された、複数の抽出機能がちりばめられた複数の光ガイド機能を更に含む。

更に、使用されるように、折りたたみ式結像指向性バックライトは、ウェッジタイプ指向性バックライト又は光学弁の少なくとも１つとすることができる。

作用においては、光は、模範的な光学弁内を第１方向に、入力端から反射端に伝搬でき、実質的にロス無く伝搬することができる。光は反射端にて反射でき、実質的に第１方向に相対する第２方向に伝搬することができる。光の第２方向への伝搬に従って、光は、光学弁外に光を再配向するよう作用可能な光抽出機能に入射することができる。つまり、光学弁は一般的に光が第１方向に伝搬可能にし、第２方向へ伝搬している間に光を抽出可能にする。

光学弁は、大型ディスプレイ面積の時系列指向性照明を実現することができる。更に、光を巨視的照明器から窓面へ配向するよう、光学素子の後方作動距離より薄い光学素子を用いることができる。このようなディスプレイは、実質的に平行な導波路内に反伝搬する光を抽出するよう構成された一連の光抽出機能を使用することができる。

ＬＣＤと共に使用する薄型結像指向性バックライトの実装は、それらのすべてはこの特許の内容全体を参照によって本明細書に引用したものとする、３Ｍによる例えば米国特許第７，５２８，８９３号、本明細書に「ウェッジタイプ指向性バックライト」と参照される、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔによる例えば米国特許第７，９７０，２４６号、本明細書に「光学弁」又は「光学弁指向性バックライト」と参照される、ＲｅａｌＤによる例えば米国特許出願第１３／３００，２９３号にて提示及び実証されている。

本開示は、光が、例えば第１側部及び機能の第１セットを含むことができる段付き導波路など、の内側面間を前後に反射することができる、段付き導波路結像指向性バックライトを提供する。光が段付き導波路の長さに沿って移動するとき、光は、第１側面及び表面の第１セットに対して入射角を実質的に変化させることができず、そのため、これらの内面にて媒体の臨界角に達することができない。光抽出は、表面の第１セット（段「トレッド」）に傾斜された表面の第２セット（段「ライザー」）によって有利に実現することができる。第２セットの表面は、段付き導波路の光ガイド作用の一部とできないものの、構造から光抽出を提供できるよう配列することができることに留意すべきである。一方、ウェッジタイプ結像指向性バックライトは、連続的な内側表面を有するウェッジ形状が施された導波路内に光をガイド可能にすることができる。光学弁はしたがって、ウェッジタイプ結像指向性バックライトではない。

図１Ａは、指向性ディスプレイデバイスの一実施形態における光伝搬の正面図を示す略図であり、図１Ｂは、図１Ａの指向性ディスプレイデバイスにおける光伝搬の側面図を示す略図である。

図１Ａは、指向性ディスプレイデバイスの指向性バックライトのｘｙ平面における正面図を示しており、段付き導波路１を照明するために使用することができる照明器配列１５を含んでいる。照明器配列１５は、照明器素子１５ａ〜照明器素子１５ｎ（「ｎ」は１より大きい整数）を含む。１つの例においては、図１Ａの段付き導波路１は、段付きの、ディスプレイサイズの導波路１とすることができる。照明器素子１５ａ〜１５ｎは光源である。光源はまた、発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる、発光素子、照明器素子、照明器素子などと呼んでもよい。ＬＥＤは本明細書にて照明器素子１５ａ〜１５ｎとして記述されているが、ダイオード源、半導体源、レーザー源、局所的電界放出源、有機エミッターアレイなどのこれらに限定されない他の光源を使用することができる。更に、図１Ｂは、ｘｚ面における側面図を示し、図示のとおりに構成された照明器配列１５、ＳＬＭ（空間光変調器）４８、抽出機能１２、ガイド機能１０、及び段付き導波路１を含む。図１Ｂに提供された側面図は、図１Ａに示す正面図の代替的な図である。したがって、図１Ａ及び１Ｂの照明器配列１５は互いに対応し、図１Ａ及び１Ｂの段付き導波路１は互いに対応することができる。

更に、図１Ｂでは、段付き導波路１は、薄い入力端２及び厚い反射端４を有することができる。したがって、導波路１は、入力光を受光する入力端２と、入力光を反射して導波路１を通して戻す反射端４との間に伸長する。入力端２の導波路に渡る横方向の長さは、入力端２の高さより大きい。照明器素子１５ａ〜１５ｎは、入力端２に渡る横方向の異なる入力位置に配置されている。

導波路１は、入力端２と反射端４との間に伸長する、相対する第１ガイド表面及び第２ガイド表面を有し、全反射により光を導波路１に沿って前後にガイドする。第１ガイド表面は平面である。第２ガイド表面は、反射端４に対向し、反射端から導波路１を通してガイドされて戻される少なくともいくらかの光を、第１ガイド表面における全反射を遮断し、ＳＬＭ ４８に供給されている、例えば、図１Ｂにおける上方の第１ガイド表面を通した出力を可能にする方向に反射するために傾斜された複数の光抽出機能１２を有する。

この例では、他の反射機能を使用できたとしても、光抽出機能１２は反射ファセットである。光抽出機能１２は導波路を通して光をガイドしないことに対し、光抽出機能１２の中間の第２ガイド表面の中間領域は、光を抽出することなくガイドする。第２ガイド表面のこれらの領域は平面であり、第１ガイド表面に平行、又は相対的に低い傾斜で伸長してもよい。光抽出機能１２は、第２ガイド表面が光抽出機能１２及び中間領域を含む段付き形状を有することができるように、それら領域に横方向に伸長する。光抽出機能１２は、光源からの光を、第１ガイド表面を通して、反射端４からの反射後に反射するよう配向されている。

光抽出機能１２は、入力位置によって決まる第１ガイド表面に相対的な異なる方向の入力端に渡る横方向の異なる入力位置からの入力光を配向するよう配列されている。照明素子１５ａ〜１５ｎは異なる入力位置に配列されているため、各照明素子１５ａ〜１５ｎからの光はそれら異なる方向に反射されている。このようにしてそれぞれの照明素子１５ａ〜１５ｎは、光を各光学窓に、入力位置に従って横方向に分配された出力方向に配向する。入力位置が分配されている入力端２に渡る横方向は、第１ガイド表面に対する法線に対して横方向に、出力光に関して対応する。入力端２にて、及び出力光に関して定義されるような横方向は、反射端４及び第１ガイド表面での偏向が一般的に横方向に対して直交している本実施形態では平行に維持される。コントロールシステムの制御下では、照明器素子１５ａ〜１５ｎは、光を選択可能な光学窓に配向するよう選択的に操作することができる。光学窓は、個別に又は群となって視野窓として使用することができる。

導波路に渡って伸長するＳＬＭ ４８は透過型であり、そこを通る光を変調する。ＳＬＭ ４８は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）とすることができるが、これは単に例を表すものであり、他の空間光変調器又はディスプレイを、ＬＣＯＳ、ＤＬＰデバイスなどを含めて、この照明器が反射して作用できるように使用することができる。この例では、ＳＬＭ ４８は導波路の第１ガイド表面に渡って配置されており、光抽出機能１２からの反射後に第１ガイド表面を通して光出力を変調する。

視野窓の一次元配列を提供することができる指向性ディスプレイデバイスの作動を図１Ａの正面図に示し、その側面プロファイルを図１Ｂに示す。図１Ａ及び１Ｂでの作用において、光は、段付き導波路１の薄い末端２、ｘ＝０、の表面に沿って異なる位置ｙに配置された一連の照明器素子１５ａ〜１５ｎといった照明器配列１５から照射されることができる。光は、段付き導波路１内を第１方向における＋ｘに沿って伝搬することができ、同時に、光はｘｙ面にて扇状に展開することができ、更に離れた曲線状の末端４に到達すると、曲線状の末端４を実質的又は全体的に満たすことができる。曲線状の末端４はまた、本明細書において反射端４と呼ばれることもある。伝搬中、光は、ｘｚ面にてガイド材の臨界角以下の一連の角度に広がることができる。段付き導波路１の底面のガイド機能１０をリンクする抽出機能１２は、臨界角を超える傾斜角度を有することができ、したがって、第１方向における＋ｘに沿って伝搬する実質的にすべての光によって除外されることができ、実質的にロスの無い前方伝搬を確保する。照明器配列１５は、本明細書において、議論のみを目的として、光源照明器配列、照明配列、光源照明配列などと呼ばれることがある。

光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光生成素子を含むことができ、その光生成素子は、光束が高くかつ効率が高いがために、有機又は好ましくは無機ＬＥＤであってもよい。別の光源には、限定するものではないが、レーザー、蛍光光源、燐光光源、白熱光源、エレクトロルミネセンス光源、ガス放電光源、電子刺激光源をあげることができる。

図１Ａ及び１Ｂの考察を続けると、段付き導波路１の曲線状の末端４は、通常は例えば銀といった反射材でコーティングすることによって反射性を付することができるが、他の反射技術も用いることができる。光はしたがって、第２方向に再配向され、−ｘの方向のガイドに戻り、実質的にｘｙ又はディスプレイ面にコリメートすることができる。角拡散は実質的にｘｚ面における主伝搬方向に対して維持され、これにより光はライザーの端部に当たり、ガイドの外に反射することができる。約４５度の傾斜抽出機能１２を伴う一実施形態においては、光は、実質的に伝搬方向に相対的に維持されたｘｚ角拡散を伴うｘｙディスプレイ面に対するおよその法線に効果的に配向することができる。この角拡散は、光が屈折を通して段付き導波路１を出ることで増大することができるが、抽出機能１２の反射特性によって多少減少する場合がある。

未コーティングの抽出機能１２を伴う実施形態においては、全反射（ＴＩＲ）の不足により反射が減少する場合があり、ｘｚ角度プロファイルを狭め、法線からのずれが生じる。しかし、銀コーティング又は金属化での抽出機能を有する他の実施形態においては、広い角拡散及び中央法線方向を保持することができる。銀コーティングでの抽出機能を伴う実施形態の記述を続けると、ｘｚ面では、光は段付き導波路１をおよそコリメートして出射することができ、入力エッジの中心から、照明器配列１５内の各照明器素子１５ａ〜１５ｎのｙ位置に比例して、法線からずれて配向されることができる。入力端２に沿って独立した照明器素子１５ａ〜１５ｎを有することにより、図１Ａに示すように、光は第１光配向側面６の全体から出射可能となり、異なる外角に伝搬可能となる。

そのようなデバイスを伴う高速液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルといった空間光変調器（ＳＬＭ）４８の照射は、平面図又は図２Ａにおける照明器配列１５の端部から見たｙｚ面、図２Ｂにおける正面図、及び図２Ｃにおける側面図に示すような自動立体３Ｄを実現することができる。図２Ａは、光の指向性ディスプレイデバイス内での伝搬を平面図にて示す略図であり、図２Ｂは、光の指向性ディスプレイデバイス内での伝搬を正面図にて示す略図であり、図２Ｃは、光の指向性ディスプレイデバイス内での伝搬を側面図にて示す略図である。図２Ａ、２Ｂ、及び２Ｃに示すように、段付き導波路１は、連続的な右目画像及び左目画像を表示する高速（例えば１００Ｈｚ超）ＬＣＤパネルＳＬＭ ４８の背後に配置することができる。これに同期して、照明器配列１５の特定の照明器素子１５ａ〜１５ｎ（「ｎ」は１より大きい整数）は選択的にオン及びオフにすることができ、システムの方向性によって実質的に独立して右目及び左目に入る照明光を提供する。最も簡単な場合には、照明器配列１５の照明器素子の各セットは共にオンとなり、水平方向に離れた両目が左目画像を見ることができる、一次元の視野窓２６、又は、水平方向であるものの垂直方向に伸長する限定幅の光学瞳孔、及び、両目、並びに両目が異なる画像を見ることができる中央位置により右目画像を主に見ることができる別の視野窓４４を提供する。このようにして、視聴者の頭部がほぼ中央に整列された場合に３Ｄを見ることができる。中央位置から側方へ離れる動作は、シーンを２Ｄ画像に収縮することができる。

一実施形態において、段付き導波路１は、薄くてもよい入力端２と、入力端２よりも厚くてもよい反射端４とを含むことができる。一実施形態において、反射端は、ポジティブな屈折力を有することができる。段付き導波路１はまた、第１ガイド表面６と第２ガイド表面８とを含むことができる。第２ガイド表面８は、抽出機能１０とガイド機能１２とを含むことができる。第１ガイド表面６は、全反射によって光をガイドするように構成することができ、第２ガイド表面は、導波路を通じてガイドされた光を、第１ガイド表面を通じて出力光として出射する方向に反射するように配向された複数の光抽出機能を有することができる。光抽出機能１０は第２ガイド表面のファセットであってもよい。第２ガイド表面は、ファセットとそれらファセットと交互に並ぶ領域とを含むことができ、各ファセットは、実質的に光を抽出することなく、導波路を通じて光を配向するように配列することができる。

別の実施形態において、別の導波路の第１ガイド表面は全反射によって光をガイドするように構成してもよく、第２ガイド表面は実質的に平坦であり、かつ、第１ガイド表面を通じて光を出力するために全反射を絶つ方向に光を反射するように、ある角度をなして傾斜していてもよい。ディスプレイデバイスは、空間光変調器に対する法線に向けて光を偏向させるために導波路の第１ガイド表面に渡って延びる偏向素子を更に含んでもよい。反射端は、ポジティブな屈折力を有することができる。

反射端４は、導波路に渡る横方向へのポジティブな屈折力を有することができる。反射端４がポジティブな屈折力を通常有する実施形態においては、光軸は、例えば反射端４の湾曲の中心を通り、ｘ軸周りの端部４の鏡映対称の軸に一致するラインであるといった、反射端４の形状を基準として定義することができる。反射面４が平面である場合は、光軸は、例えば湾曲されている場合の光抽出機能１２といった屈折力を有する他のコンポーネント、又は以下に記述するフレネルレンズ６２に関して同様に定義することができる。光軸２３８は通常、導波路１の機械軸と一致する。通常は実質的に円筒状の反射面を端部４に含む本実施形態において、光軸２３８は、端部４にて表面の曲率中心を通り、ｘ軸を中心とした側面４の鏡映対象の軸と一致するラインである。光軸２３８は通常、導波路１の機械軸と一致している。端部４での円筒状の反射表面は通常、球状プロファイルを含むことができ、オン軸及びオフ軸の視覚位置に対する能力を最適化する。他のプロファイルも使用することができる。

図３は、指向性ディスプレイデバイスを側面図に示す略図である。更に、図３は、透過的材料とすることができる段付き導波路１の作用の側面図を更に詳細に示す。段付き導波路１は、照明器入力端２と、反射端４と、実質的に平坦であってよい第１光配向側面６と、ガイド機能１０と光抽出機能１２とを含む第２光配向側面８と、を含むことができる。作用においては、例えばＬＥＤのアドレス化が可能な配列にすることができる、照明器配列１５（図３では非表示）の照明器素子１５ｃからの光線１６は、第１光配向側面６による全反射及びガイド機能１０による全反射を用いて、鏡面とすることができる反射端４へ、段付き導波路１内にガイドすることができる。反射端４は鏡面として光を反射することができるが、実施形態によっては、光を反射端４に通すことも可能である。

図３の考察を続けると、反射端４にて反射した光線１８は、反射端４での全反射によって段付き導波路１内に更にガイドされ、抽出機能１２によって反射することができる。抽出機能１２における入射である光線１８は、段付き導波路１のガイドモードから実質的に偏向することができ、光線２０によって示されるように、側面６を通して、自動立体ディスプレイの視野窓２６を形成することができる光学瞳孔に配向することができる。視野窓２６の幅は、側面４及び抽出機能１２における少なくとも照明器のサイズ、出力設計距離、及び屈折力によって決定することができる。視野窓の高さは、抽出機能１２の反射円錐角、及び入力端２での照明円錐角入力よって主に決定することができる。したがって、それぞれの視野窓２６は、名目上の視覚距離での面と交差する空間光変調器４８の表面法線方向に対して個別の出力方向の範囲を表す。

図４Ａは、湾曲光抽出機能を含め、第１照明器素子によって示すことができる指向性ディスプレイデバイスを正面図で示す略図である。図４Ａでは、指向性バックライトは、段付き導波路１及び光源照明器配列１５を含むことができる。更に、図４Ａは、照明器配列１５の照明器素子１５ｃからの光線の段付き導波路１への更なるガイドを正面図に示す。それぞれの出力光線は、各照明器１４から同じ視野窓２６に向けて配向されている。したがって、光線３０は窓２６内で光線２０と交差するか、又は光線３２によって示されるように窓内に異なる高さを有することができる。加えて、種々の実施形態において、導波路１の側面２２及び２４は、透過面、鏡面、又は黒化した表面とすることができる。図４Ａの考察を続けると、光抽出機能１２は延長することができ、光配向側面８（光配向側面８は図３に表示されているが、図４Ａには表示されていない）の第１領域３４における光抽出機能１２の配向は、光配向側面８の第２領域３６における光抽出機能１２の配向とは異なることができる。

図４Ｂは、第２照明器素子によって照射されることができる指向性ディスプレイデバイスを正面図に示す略図である。更に、図４Ｂは、照明器配列１５の第２照明器素子１５ｈからの光線４０、４２を示す。側面４の湾曲と光抽出機能１２上の反射表面とが協働して、照明器素子１５ｈからの光線にて視野窓２６から横方向に分離された第２視野窓４４が生成される。

図４Ｂに示す配列は、図４Ａに示すような、反射端４における屈折力及び領域３４と３６との間の延長光抽出機能１２の異なる方向から生じることができる屈折力との協調により実像を好都合に形成することができる視野窓２６にて、照明器素子１５ｃの実像を提供することができる。図４Ｂの配列は、視野窓２６内での横方向位置への照明器素子１５ｃの結像の改良した収差を実現することができる。収差の改良は、低クロストークレベルを実現しながらも、自動立体ディスプレイに対する視覚自由度の拡張を実現できる。

図５は、実質的に線光抽出機能を有する導波路１を含む指向性ディスプレイデバイスの一実施形態を正面図にて示す略図である。更に、図５は、光抽出機能１２が実質的に線形であり、互いに平行であるという違いの１つを伴う、（同様の対応する素子を伴う）図１と同様のコンポーネントの配列を示す。このような配列は、ディスプレイ表面に渡る実質的に均一な照明を好都合に提供でき、図４Ａ及び図４Ｂの湾曲した抽出機能よりも製造により適している場合がある。

図６Ａは、第１タイムスロットにおける時分割多重化結像指向性ディスプレイデバイス内の第１視野窓の生成の一実施形態を示す略図であり、図６Ｂは、第２タイムスロットにおける時分割多重化結像指向性ディスプレイデバイス内の第２視野窓の生成の別の実施形態を示す略図であり、図６Ｃは、時分割多重化結像指向性バックライト装置内の第１視野窓及び第２視野窓の生成の別の実施形態を示す略図である。更に、図６Ａは、段付き導波路１からの照明窓２６の生成を略図的に示す。照明器配列１５内の照明器素子グループ３１は、視野窓２６に向かって配向された光円錐１７を提供できる。図６Ｂは、照明窓４４の生成を略図的に示す。照明器配列１５内の照明器素子グループ３３は、視野窓４４に向かって配向された光円錐１９を提供することができる。時分割多重化ディスプレイとの協調にて、窓２６及び４４は、図６Ｃに示すような順序にて提供されることができる。空間光変調器４８（図６Ａ、６Ｂ、６Ｃでは非表示）上の画像が光方向出力に応じて調整されると、適切に配置された視聴者に対して自動立体画像を実現することができる。同様の操作は、本明細書にて記述するすべての指向性バックライト及び指向性ディスプレイデバイスにて実現できる。照明器素子グループ３１、３３はそれぞれ、照明素子１５ａ〜１５ｎ（「ｎ」は１より大きい整数）からの１つ又は複数の照明素子を含むことに注意されたい。

図７は、時分割多重化指向性バックライトを含む観察者トラッキング自動立体デバイスの一実施形態を示す略図である。図７に示すように、軸２９に沿った選択的な照明器素子１５ａ〜１５ｎのオン及びオフは、視野窓の指向性制御を提供する。頭部４５の位置は、カメラ、モーションセンサー、モーションディテクター、又は任意の他の適切な光学的、機械的、又は電気的手段を用いてモニターすることができ、照明器配列１５の適切な照明器素子は、頭部４５の位置に関わりなく、それぞれの目に実質的に独立した画像を提供するようオン及びオフすることができる。頭部トラッキングシステム（又は第２頭部トラッキングシステム）は、頭部４５、４７（頭部４７は図７には非表示）の１つを超えるモニタリングを提供することができ、同じ左目画像及び右目画像をそれぞれの視聴者の左右の目に提供し、すべての視聴者に３Ｄを提供することができる。かさねて、同様の操作は、本明細書に記述するすべての指向性バックライト及び指向性ディスプレイデバイスにて実現できる。

図８は、結像指向性バックライトを含む例としてマルチビューアー指向性ディスプレイデバイスの一実施形態を示す略図である。図８に示すように、少なくとも２つの２Ｄ画像を、視聴者４５、４７のペアに向けて配向することができ、それぞれの視聴者は異なる画像を空間光変調器４８上に見ることができる。図８の２つの２Ｄ画像は、２つの画像が２人の視聴者に向けて配向される光を有する光源に伴って連続し、同期して表示される、図７に関する記述と同様に生成することができる。ある画像が第１フェーズで空間光変調器４８上に提示され、もう１つの画像が、第１フェーズとは異なる第２フェーズで空間光変調器４８上に提示される。第１フェーズ及び第２フェーズに対応して、第１視野窓及び第２視野窓２６、４４をそれぞれ提供するよう出力照明は調整されている。両目が窓２６にある観察者は第１画像を認識し、同時に両目が窓４４にある観察者は第２画像を認識する。

図９は、結像指向性バックライト装置を含んだプライバシー指向性ディスプレイデバイスを示す略図である。２Ｄディスプレイシステムもまた、図９に示すように光が第１視聴者４５の両目に主に配向されることができる指向性バックライティングを、安全性及び効率の目的で使用することができる。更に、図９に示すように、第１視聴者４５はデバイス５０の画像を見ることができるが、光は第２視聴者４７に向けて配向されていない。したがって、第２視聴者４７は、デバイス５０上の画像を見ることができない。本開示のそれぞれの実施形態は、自動立体、デュアル画像、又はプライバシーディスプレイ機能を好都合に提供することができる。

図１０は、結像指向性バックライトを含む例として時分割指向性ディスプレイデバイスの構造を側面図に示す略図である。更に、図１０は、段付き導波路１の出力表面に渡る実質的にコリメートされた出力のための視野窓２６を提供するよう構成された段付き導波路１及びフレネルレンズ６２を含むことができる自動立体指向性ディスプレイデバイスを側面図にて示す。垂直拡散器６８は、窓２６の高さを更に伸長するよう配列することができる。光は次いで、空間光変調器４８を通じて結像することができる。照明器配列１５は、例えば、蛍光体変換青色ＬＥＤ又は個別のＲＧＢ ＬＥＤとすることができる発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むことができる。代替的に、照明器配列１５内の照明器素子は、個別の照明領域を提供するよう構成された均一光源及び空間光変調器４８を含むことができる。代替的に、照明器素子は（単一又は複数の）レーザー光源を含むことができる。レーザー出力は、例えば検流計スキャナー又はＭＥＭＳスキャナーを使用してのスキャニングの手段を用いて拡散器上に配向することができる。１つの例においては、レーザー光はしたがって、適切な出力角度での実質的に均一な光源を提供し、更に、スペックルの減少を提供するために、照明器配列１５にて適切な照明器素子を提供することができる。代替的に、照明器配列１５は一連のレーザー光発生素子とすることができる。加えて１つの例においては、拡散器は、照明を可視出力光までの異なる波長にすることができる波長変換蛍光体とすることができる。

図１１Ａは、ウェッジタイプ指向性バックライトとして示される別の結像指向性バックライト装置の正面図を示す略図であり、図１１Ｂは、同ウェッジタイプ指向性バックライト装置の側面図を示す略図である。ウェッジタイプ指向性バックライトは一般的に、この特許の内容全体を参照によって本明細書に引用したものとする米国特許第７，６６０，０４７号、表題「Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｌｅｎｓ」にて考察されている。構造は、反射層１１０６にて優先的にコーティングされることができる底面、及び、同様に反射層１１０６にて優先的にコーティングされることができる端部波形面１１０２を有するウェッジタイプ導波路１１０４を含むことができる。図１１Ｂに示すように、光はローカル光源１１０１からウェッジタイプ導波路１１０４に入ることができ、光は端面に反射する前に第１方向に伝搬することができる。光は、そのリターンパスにある間にウェッジタイプ導波路１１０４を出ることができ、ディスプレイパネル１１１０を照射することができる。段付き導波路との比較として、光が出力表面上での臨界角における入射である場合にエスケープすることができるよう、ウェッジタイプ導波路は伝搬光の入射角度を減らすテーパーによる抽出を提供する。ウェッジタイプ導波路内での臨界角にてエスケープする光は、プリズム配列といった再配向層１１０８によって偏向されるまで、実質的に表面に対して平行に伝搬する。ウェッジタイプ導波路の出力表面上の誤差又は埃は臨界角を変化させる場合があり、迷光及び均一性エラーを生成する。更に、鏡を使用してビーム路をウェッジタイプ指向性バックライト内に折り返す結像指向性バックライトは、光円錐方向に対してウェッジタイプ導波路内にバイアスをかけるファセットミラーを用いることができる。このようなファセットミラーは一般的に製造が複雑で、照明均一性エラー、同様に迷光をもたらす場合がある。

ウェッジタイプ導波路及び段付き導波路は更に、異なる方式で光線を処理する。ウェッジタイプ導波路では、適切な角度での光入力は主要表面上の規定位置にて出力するが、光線は実質的に同じ角度及び実質的に主要表面に対して平行に出射する。これに比較して、段付き導波路への特定の角度での光入力は、第１側部に渡るポイントから、入力角によって決まる出力角にて出力する。段付き導波路は、観察者に向かう光を抽出する光再配向フィルムを更に好都合に必要としなくてよく、入力の角度不均一性は、ディスプレイ表面に渡る不均一性を提供することができない。

図１０の議論を続けるが、垂直拡散器６８は、窓２６の高さを更に伸長するように構成することができる。光は次いで、空間光変調器４８を通じて、窓２６にあるいはその近くにいる観察者に向けて結像することができる。

図１０の議論を続けるが、段付き導波路１は、薄くてもよい入力端２と、入力端２よりも厚くてもよい反射端４とを含むことができる。一実施形態において、反射端は、ポジティブな屈折力を有することができる。段付き導波路１はまた、第１ガイド表面６と第２ガイド表面８とを含むことができる。第２ガイド表面８は、抽出機能１０とガイド機能１２とを含むことができる。第１ガイド表面６は、全反射によって光をガイドするように構成することができ、第２ガイド表面は、導波路を通じてガイドされた光を、第１ガイド表面を通じて出力光として出射する方向に反射するように配向された複数の光抽出機能を有することができる。光抽出機能１０は第２ガイド表面のファセットであってもよい。第２ガイド表面は、ファセットとそれらファセットと交互に並ぶ領域とを含むことができ、各ファセットは、実質的に光を抽出することなく、導波路を通じて光を配向するように配列することができる。

別の実施形態において、別の導波路の第１ガイド表面は全反射によって光をガイドするように構成してもよく、第２ガイド表面は実質的に平坦であり、かつ、第１ガイド表面を通じて光を出力するために全反射を絶つ方向に光を反射するように、ある角度をなして傾斜していてもよい。ディスプレイデバイスは、空間光変調器に対する法線に向けて光を偏向させるために導波路の第１ガイド表面に渡って延びる偏向素子を更に含んでもよい。反射端は、ポジティブな屈折力を有することができる。

別の実施形態において、ディスプレイデバイスは、方向性バックライトと透過型空間光変調器とを含んでもよい。透過型空間光変調器は、指向性バックライトから出力光を受容するように構成してもよい。透過型空間光変調器は、通過する光を変調させるように構成されたピクセルの配列を含んでもよい。

図１〜１０の構造に基づいたものであり、かつこれらを内含するいくつかの導波路、指向性バックライト及びディスプレイデバイスについて以下に記述する。以降に記述する調整及び／又は追加的機能を除き、上の記述は、以下の導波路、指向性バックライト、及びディスプレイデバイスに等しく適用するが、簡潔にするために繰り返さない。以下で説明する導波路は、上述のように指向性バックライト又は指向性ディスプレイデバイスに組み込むことができる。同様に、以下で説明する指向性バックライトは、上述のように指向性ディスプレイデバイスに組み込むことができる。

図１２は、ディスプレイデバイス１００及びコントロールシステムを含む指向性ディスプレイ装置を示す略図である。コントロールシステムの配列及び作動は、これから説明することにするが、必要に応じて変更して、本明細書に開示するディスプレイデバイスの各々に当てはめることができる。

導波路１は、上に記述するように構成されている。反射端４は、反射した光を収束させる。フレネルレンズ６２は、反射端４と協調するように配列することができ、観察者９９によって観察される視野面１０６に視野窓２６を実現する。透過型空間光変調器（ＳＬＭ）４８は、指向性バックライトから光を受容するように構成してもよい。更に、拡散器６８は、導波路１とＳＬＭ ４８及びフレネルレンズ６２のピクセルとの間のモアレ干渉を実質的に除去するように設けることができる。

コントロールシステムは、ディスプレイデバイス１００に相対的な観察者９９の位置を検出するよう構成されたセンサーシステムを含むことができる。センサーシステムは、カメラといった位置センサー７０、及び、例えばコンピュータービジョン画像処理システムを含むことができる頭部位置測定システム７２を含む。コントロールシステムは更に、頭部位置測定システム７２から供給された観察者の検出された位置が双方に供給される照明コントローラー７４及び画像コントローラー７６を含む。

照明コントローラー７４は照明器素子１５を選択的に操作し、導波路１と協力して光を視野窓２６内に配向する。照明コントローラー７４は、光が配向される視野窓２６が観察者９９の左右の目に対応する位置に配置されるよう、頭部位置測定システム７２によって検知された観察者の位置に従って操作される照明器素子１５を選択する。このようにして、導波路１の横方向の出力方向性は観察者の位置に対応する。

画像コントローラー７６は、ＳＬＭ ４８を制御して画像を表示する。自動立体ディスプレイを提供するため、画像コントローラー７６及び照明コントローラー７４は以下のように作動することができる。画像コントローラー７６はＳＬＭ ４８を制御し、一時的に多重化された左目画像及び右目画像を表示する。照明コントローラー７４は光源１５を操作し、左目画像及び右目画像の表示に同期して観察者の左右の目に対応する位置にある視野窓に光を配向する。このようにして、自動立体効果は、時分割多重化技術を用いて実現されている。

図１３は、照明器素子の不連続的な配列から視野窓を発生するところを示す略図である。更に、図１３は照明器素子配列１５の結像を示しており、照明器素子配列１５は例えば、間隙１０１によって分離され得る離散的な照明器素子１００、１０２を含んでいる。表面４及び光抽出機能１２上の鏡によって結像される、段付き導波路１を通じて伝搬する光は、窓２６を照明器１００の像とし、窓２７を照明器２７の像とする、１セットの窓に向かって結像することができる。間隙１０１は、間隙２９へと効率的に結像することができる。この実施形態において、光ガイドの結像機能は実質的に一次元的となることができ、そのため照明器の垂直高さは延長することができる。作用においては、間隙２９は、観察者に対し、画像のちらつきと不均一な表示輝度をもたらすことがあり、したがって望ましくないものである。

図１４は、照明器素子の不連続的な配列から視野窓を生成するところを示す略図である。更に、図１４は、窓２６、２７の幅が増幅され、間隙２９が（図１４に示すように）縮小されるように、拡散器６８が配列され得ることを示している。通常、約５００ｍｍの距離をおいて見る、約４３．２ｃｍ（約１７インチ）の画面対角サイズのディスプレイにおいて、拡散器６８は、例えば、垂直方向に約３０度、水平方向に約３度の拡散角度を有する非対称拡散器であってもよい。約３ｍの距離から見られる、概寸１０１．６ｃｍ（概寸４０インチ）の画面対角サイズの大型ディスプレイの場合、拡散器は、両眼の間のクロストークリークを低減するために、例えば約１度の、より小さな側方拡散角度を達成することができる。有利にも、低クロストークを維持する一方で、離散的な照明器素子から生じる、窓平面における照明器素子の画像間のぼやけをもたらすように、非対称拡散器を使用することもできる。

図１５は、導波路１における迷光の起点を示す略図である。更に、図１５は、図５に示したような視野窓２６の指向性バックライトによる照明を示している。しかしながら、鏡面４に入射した後に段付き導波路中を伝搬する間に光抽出機能１２に入射し得ない迷光１０４が、表面２に入射し得る。換言すれば、照明器配列１５のうちの個々の照明器素子１００、１０２は、一定の比率の光を入力端２に戻すことができる。

図１６は、導波路１における迷光から第２視野窓が生成されるところを示す略図である。更に、図１６は、表面２に入射した後の迷光線１０４の伝搬を示している。照明器素子１００から向けられた光線１０４はしたがって、照明器素子１０２の上に落ちることができる。照明器素子１０２の構造は、例えば光線１０６によって示すように、段付き導波路１の中へと、拡散の方式で光を反射することができる。鏡面４における反射の後、光線１０８は、段付き導波路１の光抽出機能１２に入射し、窓平面に向かって抽出することができる。光が照明器素子１０２の位置から結像されるとき、その光は迷光窓１１０に配向することができる。したがって、窓２６を照明することを目的とした光は、異なる窓１１０に入射するようにすることができる。照明素子１００が右目１１４の照明に対応し、照明素子１０２が左目１１６の照明に対応する場合、そのようなプロセスは、右目用データを観察者１１２の左目１１６の中に結像し、３Ｄ自動立体画像の質を低下させる不所望なクロストークを生じることがある。

図１７の照明器配列１５の照明器素子からの反射に加えて、光はまた、入力端２の表面が図１７に示すように実質的に平坦であるとき、入力端２によって正反射の方式で反射することができる。図１７は、導波路１における迷光から生じる更なる照明アーチファクトを示す略図である。光線１０４は、表面２で正反射されて光線１２０をもたらすことができる。光線１２０は、表面４で反射されて光線１２２をもたらすことができる。そのような「４パス」アーチファクトが結果として、窓２６に向かう光線１２３に沿って機能１２における抽出を生じ、そのため、照明器素子１００によって照明されると、窓２６における観察者には、光線１２２がディスプレイ表面上で１本のラインとして見えるようになる。このように、迷光線１２２を、したがって出力光線１２３を除去して、４パスアーチファクトを低減することが望ましい。それに加えて、画像のクロストーク及び４パスアーチファクトの視認性を低下させ、したがってディスプレイの性能を向上させることが望ましくなり得る。

図１８は、迷光の伝搬を低減するように構成された指向性バックライトを示す略図である。更に、図１８は、低反射性の入力端２を備えることを除いて上述のように構成された導波路１を含んだ指向性バックライトの実施形態を示している。

段付き導波路１は低反射層１２４を含むことができ、低反射層１２４は、例えば接着剤で接合することによって、入力端２の表面に配列することができる。低反射層１２４は、反射性端４からの反射後に入力端２に入射する光の反射を低減するように構成された反射低減素子として働く。層１２４は、例えば下の図１９に示すように、少なくとも１つの反射低減素子を含むことができる。低反射層１２４は、入力端２に渡って延びる。

それに加えて、光吸収素子１２６は、弁からの光線１０４を吸収するように構成されてもよい。光吸収素子１２６は、反射性端４からの反射後に入力端２に入射する光の反射を低減するように構成された反射低減素子として更に働くものであり、光吸収性層を含むことができる。光吸収素子１２６は、照明器素子１００の外側で、導波路１の入力端２の一部に渡って延びることができる。図１８に示すように、光線１０４は、照明器配列１１５の照明器素子１００から生じ得る。光吸収素子１２６は、例えば、照明器配列１５の照明器素子１００で占められていない領域に構成された黒色の吸収層であってもよい。入力端２に入射する迷光を吸収することにより、光吸収素子１２６は、図１７に関連して上述した類のアーチファクトを低減する。

更に、入射する迷光を吸収するために、光吸収素子１２７が導波路１の表面又は側面２２、２４に沿って配列されてもよい。吸収素子１２６、１２７は、例えば、塗料に含まれた染料、顔料、接着フィルムなどであってもよい。

本開示において、光学窓は、窓平面における単一光源の画像を指す。比較として、視野窓２６は、実質的に同じ画像の画像データを含む光が表示領域全体から与えられる窓平面内の領域である。したがって、視野窓２６は複数の光学窓から形成することができる。

図１９は、迷光低減配列を含んだ指向性バックライトの一実施形態を示す略図である。更に、図１９は、低反射層１２４の一例の細部を示している。指向性バックライトは、低反射性入力端２を備えることを除いて上述のように構成された導波路１を含んでいる。特に、導波路１は、図１８を参照して上述したような低反射層１２４を含んでもよい。低反射層１２４は、反射低減素子として働くものであり、反射性端からの反射後に入力端に入射する光の反射を低減するように構成され、以下のように構成されている。

図１９の導波路１は、照明配列１５から光を受容するように動作可能となり得る入力端２を含むことができる。低反射層１２４は、入力端２と照明配列１５との間に配置することができる。入力光線１６は、照明配列１５の照明器素子１００によって与えることができる。本明細書で説明する指向性バックライト及び指向性ディスプレイデバイスのいずれにも応用できる照明器素子１００の配列について、これから説明することにする。

照明配列１５の照明器素子１００は、複数の照明器素子１４０を含むことができる。図２１に示すように、隣接する素子１４０が、単一の照明器素子１０２として使用されてもよい。一例において、素子１４０はＬＥＤ（発光ダイオード）であってもよい。照明器素子１４０は少なくとも、パッケージ本体１４２と、発光チップ１４４と、ワイヤボンド１４６と、蛍光体１４８と、を含むことができる。パッケージ本体１４２は基板として働き、発光チップ１４４及び蛍光体１４８はその基板上に支持される。

発光チップ１４４は、ある発光帯の光、例えば青色光を発生させるように構成された光発生素子として働くことができる。蛍光体１４８は、光発生素子によって発生されたその発光帯の光を変換帯の光、例えば黄色光に変換するように構成された波長変換材料として働く。一例において、発光チップ１４４は半導体ダイオードであってもよい。

図２３は、照明器素子１４０又は本明細書で説明する光源のいずれかのものであり得る、光源の典型的な白色スペクトル分布のグラフを示す略図である。分布４０４を有する発光帯と、分布４０６を有する変換帯と、を有する例示的な光源に関して、出力の放射輝度４００がナノメートル単位の波長に対してプロットされている。発光帯は、それに代わってスペクトル領域４０８であると見なされてもよく、変換帯はスペクトル領域４１０であると見なされてもよい。したがって、光源の配列１５は、主として発光帯で、そして変換帯で光を出力するように構成されてもよい。有利にも、そのような光源は、白色点における高出力の視感度効率と、空間光変調器４８の照明によって表示画像の望ましいカラー特性を実現するためのスペクトル分布を実現し得る。

図１９の議論を続けるが、低反射層１２４は、フィルタである層１２８を含むことができる。層１２８は、入力端２と照明器素子１００との間に配設されるが、この例において、層１２８は更に、入力端２に渡って延びている。入射迷光１０４は層１２８に入射するが、層１２８は、発光帯の光よりも変換帯の光を優先的に吸収するように構成され得る吸収カラーフィルタであってもよい。この場合、層１２８は、変換帯の光と比べて、発光帯の光をより大きな比率で優先的に透過させる。

例えば、層１２８は、Ｒｏｓｃｏｅ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ Ｉｎｃ．（１２６５ Ｌｏｓ Ａｎｇｅｌｅｓ Ｓｔｒｅｅｔ，Ｇｌｅｎｄａｌｅ，ＣＡ，ＵＳＡ，９１２０４）から供給されている「Ｓｕｒｐｒｉｓｅ Ｐｉｎｋ」など、図２０に入射波長１３９の関数として示すような透過百分率１３７を有するカラーフィルタを含んでもよい。カラーフィルタ１２８は、それに加えてあるいはそれに代わって、少なくとも１つの量子ドット材料を含んでもよい。有利にも、量子ドットは、化学的な組成よりも物理的大きさで決まる光学特性を実現することができ、そのため、吸収帯は、光吸収粒子の物理的大きさを変更することによって制御され得るようになる。そのような粒子は、実質的に透明な結合材料で層に組み込まれ得る。

低反射層１２４は、２番目の層１３０を更に含むことができ、層１３０は、反射防止膜１３２を備えたフィルムであってもよい。

図２０は、図１９の低反射層１２４で使用されているカラー吸収フィルタの一例の透過スペクトルを示す略図である。低反射層１２４は、感圧性接着剤層によってあるいは他の既知の付着方法によって段付き導波路１の入力端２の表面に付着できる１枚以上のフィルムとして配列することができる。

層１２８に入射すると、光線１０４はカラーフィルタに部分的に吸収することができる。この光は、上述のように構成された照明器素子１４０の蛍光体１４８に入射することができる。光線１３４の発光帯にある入射光の一部分は蛍光体１４８で吸収することができ、そのため、光線１３６は蛍光体によって散乱させ、パッケージ本体１４２及び発光チップ１４４によって反射させることができる。したがって、素子１４０からの反射光線１３６は、発光帯において入射光線１３４よりも低い強度を有するカラーを有することができる。光線１３６は、典型的な拡散光円錐の一例である。層１２８に入射すると、光線１３６は、スペクトルの変換帯で優先的に吸収することができる。別の言い方をすれば、光線１３６は、変換帯において光線１０４よりも強い強度を有することができ、したがって、その反射は優先的に吸収することができる。

図１９及び２０の議論を続けるが、光線は、チップ１４４から直接、発光されてもよく、フィルタ１２８を通じた単光路を経てもよいが、迷光１０４は、相対的強度の相当な低減を光線１３８にもたらすために、複光路を経てもよい。したがって、層１２８のフィルタは全体的な効率を劣化させ得る一方で、有利にも、発光チップ１４４及び蛍光体１４８からの光線１６の照明の色温度を上昇させ得る。有利にも、より広範な色域が生成され得るので、カラーフィルタＬＣＤパネルの照明は通常、高い色温度の利益を享受することができる。

別の実施形態において、層１２８は、迷光１０４が複光路を経るように、約８０％の透過率を有するグレー吸収フィルタであり、それによって約６４％の透過率を与えることができる。それに加えて、入力光１６は、約８０％の透過率で単光路を経て、それによって迷光の視認性を低減することができる。

層１３２は、段付き導波路と空気との間に低反射性の境界面を設けることができ、その空気は、誘電体コーティング又はモスアイ表面などの他の反射防止コーティングによって設けることができる。有利にも、素子１４０は、空気中のランバート光円錐が、段付き導波路の材料内における臨界角の２倍の角度にまで縮小され得るように、空気中に配列されてもよい。有利にも、そのような配列は、鏡面４の効率的な照明を実現するように設けることができる。更に、そのような配列は、段付き導波路の側面２２、２４に入射し得る迷光の量を低減し、したがって、システム内における迷光の総量を低減することができる。有利にも、本実施形態は画像のクロストークを低減することができ、また、鏡面４の効率的な照明を実現する一方で、迷光アーチファクトの視認性を低減することができる。

図２１は、図１９の層１２４の代わりに、それに加えて、かつ／又はそれと組み合わせて使用できる迷光低減配列を含んだ更なる指向性バックライトの細部を示す略図である。

図２１において、基板１３１は、光変調構造１２９の配列を伴って配列することができ、光変調構造１２９は、反射性端４からの反射後に入力端２に入射する光の反射を低減するように構成された反射低減素子として働くものである。一例において、基板１３１は図１９の層１２８であってもよい。

図２１の議論に戻るが、各光変調構造１２９は、上述のように構成された照明器素子１４０の領域の一部を被覆している。この例において、各照明器素子は、間に間隙を伴ってその領域の一部を被覆する複数の光変調構造１２９を有するが、一般には、各照明器素子は、複数の光変調構造１２９を有し、その領域の一部を被覆する、任意の個数の１つ以上の光変調構造１２９を有することができる。

各光変調構造１２９は、光吸収層１３３と、光反射層１３５と、を含むことができる。光吸収層１３３は導波路１に面し、光反射層１３５は照明器素子１４０に面している。入射迷光１０４は、吸収層１３３上で吸収することができるが、照明器配列１５の照明器素子１４４によって発光された光は、光変調構造１２９同士の間隙を通じて透過させることができる。吸収層１３３による吸収によって、光変調構造１２９は、反射性端４からの反射後に光を吸収する光吸収素子として働く。

光変調構造１２９の層１３５に入射する光は、実質的に照明器素子１４４に向かって再び反射することができ、またその光は、段付き導波路１へ出力するために、実質的に光変調構造１２９同士の間の間隙に向かって反射及び／又は散乱することができる。有利にも、そのような配列は、反射性層１３５による光の再利用によって高度な出力効率を実現する一方で、層１３３における吸収によって段付き導波路１への迷光反射の低減を実現することができる。

図２２は、図２１の指向性バックライトの端面図を示す略図であり、照明器素子１４０に対する光変調構造１２９の被覆を示している。光変調素子１２９は、照明器素子の照明器配列１５に渡って出力の均一性を改善するように、照明器素子に対して配置することができる。したがって、反射器は、チップ１４４の近くに配置することができ、発光帯の光をより広範に蛍光体１４８へと反射するように構成することができる。更に、迷光の反射を低減する一方で、抑制された混合を、隣接する照明器素子同士の間で実現することができる。有利にも、窓平面の均一性を改善することができ、また窓平面に渡る色ぶれを低減することができる。例えば、第１吸収層１３３と、反射層１３５と、を含み得る鏡を選択的にエッチングすることによって、光制御素子を形成することができる。それに代わって、反射性でかつ吸収性のインクを、およその位置合わせで基板に印刷することができる。反射性層１３５は、例えば金属性であってもよく、あるいは拡散性の白色反射性層であってもよい。

図２４は、迷光低減配列を含んだ更なる指向性バックライトを示す略図である。液晶シャッタなどの空間光変調器１５０が、照明器素子１００、１０２と段付き導波路１の入力端２との間に配置されてもよい。空間光変調器１５０は、以下のように、反射性端４からの反射後に入力端２に入射する光の反射を低減するように構成された反射低減素子として働く。

空間光変調器１５０は、少なくとも照明器素子１００を被覆して、この例では入力端２に渡って延びている。空間光変調器１５０はシャッタとして働くものであり、切替え可能な液晶層１５６を含んだ液晶シャッタであってもよく、切替え可能な液晶層１５６は、アドレス可能なピクセル領域１６２、１６４と、ガラス基板などの基板１５４、１５８と、イオジン優先吸収体を備えた延伸ＰＶＡ、３Ｍ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＤＢＥＦなどの反射偏光子、ワイヤグリッド偏光子、又はそれらの組み合わせなどの光学偏光子１５２、１６０と、を含んでもよい。液晶モードは、限定するものではないが、ねじれネマチック、超ねじれネマチック、ゲストホスト、強誘電、又は任意の他の既知のモードであってよい。変換器１５０は、入力端２の表面に、そして照明器配列１５に近接するか若しくは取り付けられてもよく、あるいは空中にあってもよい。付加的な吸収フィルタ１２８及び反射防止コーティング１３２が、必要に応じて配置されてよい。したがって、空間光変調器１５０はシャッタとして働くが、そのシャッタは、空間光変調器１５０のうちの各照明器素子１００に隣接する部分が、各照明器素子１００が動作されるときに選択的に光を透過させ、またその反対に、反射性端４からの反射後に入力端２に入射する光を吸収するように動作可能となることができる。

更に、素子１００、１０２は、連続的な照明器素子で置換されてもよく、シャッタ１５０は照明器素子配列１５を実現するように働く。しかしながら、そのような素子は、図２４の実施形態と同等の高度な吸光特性を実現できないものであり、それらの照明器素子は個別に制御可能である。

図２４に示すように、光は照明器素子１００から発光し、ピクセル１６２の透過領域を通過することができる。その光は反射端４から反射することができ、迷光光線１０４は、少なくとも部分的に、照明されていない素子１０２に向けられ、実質的に吸収される。

図２５は、ある任意選択の構造をなす図２４の更なる指向性バックライトの細部を示す略図である。作用において、照明器素子１００の領域にある空間光変調器１５０のピクセル１６２は、透過性となるように構成することができ、それに対して、照明されていない照明器素子１００の領域にあるピクセル１６４は、入射光に対して吸収性となることができる。したがって、入力光線１６は段付き導波路１の中へと透過させることができ、それに対して、迷光光線１０４は、概ね、照明されていない照明器素子１０２に向けることができ、また吸収することができる。このようにして、照明器素子１００、１０２の照明と協働して有利にもクロストーク及び他の迷光のアーチファクトを低減するように、動的フィルタを構成することができる。更に、空間光変調器の応答速度は照明器素子のスイッチング応答と一致しなくてもよいが、各時分割多重ディスプレイの空間光変調器に使用されるものと同様となることができる。

図２５の議論を続けるが、ピクセル１６４は、照明される特定の窓に対する照明器素子ではなく、整列されたほとんどすべての照明器素子に対して吸収性となるように構成することができる。それに代わって、ピクセルは、照明器配列１５のうちの、結果として観察者の目にクロストークを生じ得る領域、例えば、所与の観察者の位置に対して逆位相で照明される照明器素子において、吸収性となることができる。有利にも、観察者の目に向けられていない照明器素子は、依然として照明されることができ、そのため、照明器素子の複数の群が照明されるマルチビューアーディスプレイを低クロストークで提供することができる。

図２６は、迷光低減配列を含んだ更なる指向性バックライトの細部を示す略図である。更に、図２６は、飽和性吸収体１６６を含んだ実施形態を示しており、飽和性吸収体１６６は支持基板１６８上に形成することができる。飽和性吸収体１６６は、以下のように、反射端４からの反射後に入力端２に入射する光の反射を低減するように構成された反射低減素子として働く。

飽和性吸収体１６６は、少なくとも照明器素子１００を被覆して、この例では入力端２に渡って延びている。図２６において、導波路１は、領域１７２を通じて、入力端２にて照明配列１５の照明器素子１００から光線１６を受容することができる。照明配列１５の照明器素子１００は、素子１４０を含むことができる。図２６に示すように、隣接する素子１４０が、照明器素子１０２に使用されてもよい。一例において、素子１４０はＬＥＤであってもよい。

作用において、照明器素子１００の光強度は、回帰する迷光の強度よりも実質的に高くなることができる。したがって、領域１７２において、吸収体１６６は飽和し、透過性となることができる一方で、領域１７０において、照明強度はかなり低くなり、吸収体は吸収性となることができる。図２６に示すように、光線１０４は領域１７０に向けられてもよく、領域１７０は光線１０４を実質的に吸収することができる。図示のような吸収体１６６は領域１７０と領域１７２とを有するが、吸収体は層状の材料である。領域１７２はしたがって、説明を目的として、また、吸収体が各領域において光で飽和し、吸収体１６６の飽和領域を通じて光を透過させることができることを示すために表されたものである。したがって、飽和性吸収体１６６は、飽和性吸収体１６６のうちの各照明器素子１００に隣接する部分が、各照明器素子１００が動作されるときに選択的に光を透過させ、またその反対に、反射端４からの反射後に入力端２に入射する光を吸収するように動作可能となることができる。

飽和性吸収体１６６の好適な特性は以下の通りである。飽和性吸収体は、例えば蛍光体材料であってもよい。この材料の緩和時間は、時分割多重ディスプレイの空間光変調器のフレーム率未満となるように設定することができる。有利にも、そのような配列は、液晶空間光変調器と比べて、あまり複雑でない構造を有することができる。

図２７は、迷光の伝搬を低減するように構成された指向性バックライトを示す略図である。更に、図２７は、導波路１と、段付き導波路１の入力端２の表面に配置された直線偏光子１７４と、四分の一波長板１７６と、を含んだ指向性バックライトの実施形態を示しており、鏡が、導波路１のガイド部分と反射端４との間の、反射端４の外表面に配置されている。直線偏光子１７４は、以下のように、反射端４からの反射後に入力端２に入射する光の反射を低減するように構成された反射低減素子として働く。

照明器素子１００からの入射光は、導波路１の入力経路を通じて透過するように偏光することができる。四分の一波長板は位相差板として働き、そのため、四分の一波長板１７６及び反射端４の鏡面において、偏光は約９０度、回転させることができ、それにより、反対の偏光状態が段付き導波路１に反伝搬することができる。直線偏光子１７４に入射すると、反伝搬する迷光光線１０４はしたがって吸収することができる。有利にも、そのような配列により、導波路１内で直線偏光状態を伝搬することができ、そのため、側面６及び機能１０における全反射の間の偏光解消を最小限にすることができる（側面６及び機能１０は図２７には示されていない）。

図２７に示すように、光は照明器素子１００から発光し、入力端２を通過することができる。その光は反射端４で反射することができ、迷光光線１０４は、少なくとも部分的に、前述したように実質的に吸収することができる。反射光はまた、視野窓２６に向けることができる。

図２８は、本開示に従う、拡散素子を含みかつ導波路１を含んだ、迷光の伝搬を低減するように構成された指向性バックライトを示す略図である。更に、図２８は、表面レリーフ拡散面１８８を含んだ実施形態を示しており、表面レリーフ拡散面１８８は、感圧性接着剤層によって、あるいは他の既知の取付け方法によって、段付き導波路１の入力端２の表面に取り付けられている。表面レリーフ拡散面１８８は、入力端２に渡って延びていてもよい。表面レリーフ拡散面１８８は、以下のように、光拡散素子の一例であり、反射端４からの反射後に入力端２に入射する光の反射を低減するように構成された反射低減素子として働く。

図２８に示すように、導波路１は照明配列１５から光を受容することができる。より具体的には、照明配列１５の照明器素子１００が導波路１の入力端に光を入力することができ、その光は導波路１の反射端４から反射することができる。光が導波路１の反射端４から反射した後、その光は、拡散面１８８の全体的な方向に移動することができる。光の少なくとも一部は、拡散面１８８を通過することができる。図２８に示すように、光線２０は、概ね窓２６の方向に出射することができる。光線１０４は、拡散器１８８に入射することができ、広範な円錐角に渡って散乱することができる。同様に、図１７に示すように、図１７の鏡面反射光線１２０は、広範な円錐角に渡って分散することができ、そのため、ビーム１２３をなす光の強度を低減することができる。有利にも、光線１２３のアーチファクトを最小限にすることができる。

拡散面１８８は、非対称性の拡散特性を有することができる。これらの特性は、導波路１の平面において実質的に第１方向に広がる出力照明角を増加させるが、導波路１の外側にある平面に低い拡散性をもたらして、この方向における拡散による光のロスを低減することができる。

それに代わって、図２８の拡散面１８８は、図２９に示すようなバルク拡散器１９０で置き換えられてもよく、このバルク拡散器１９０は、他の箇所で説明するような更なるクロストーク低減の実施形態を更に組み込んでもよい。図２９は、迷光の伝搬を低減するように構成された指向性バックライトを示す略図であり、この指向性バックライトは、導波路と、導波路１の入力端２に渡って延びるバルク拡散器１９０とを有している。表面レリーフ拡散面１８８は、光拡散素子のもう１つの例であり、上で議論したような拡散面１８８と同じ特性を有している。

ここで、光源の更なるいくつかの例について説明することにする。これらの光源は、本明細書で開示する指向性バックライト及び指向性ディスプレイデバイスのいずれにおいても使用することができる。

図３０は、照明器素子の配列を示す略図である。更に、図３０は、図２８の配列に対する低反射率ＬＥＤ配列を含むことができる実施形態を示している。図３０において、別々の素子２０８、２１０、２１２をパッケージ本体１４２に配置することができ、横方向の相対位置が導波路１に関して同じとなるように、入力端２に配置することができる。それに代わって、本体１４２は、図３１に示すように、青色照明器素子２１１及び緑色照明器素子２１３と共に赤色素子２０８を伴って配列することができる。図３１は、図１８の導波路１と共に使用するための、照明器素子の更なる配列を示す略図である。有利にも、そのような配列は、不満足な緑色ＬＥＤデバイスの効率を補償することができる。

図３２は、照明器素子の第１配列における、変換帯の迷光の発生を示す略図である。照明器素子は、図１９を参照して上述したものと同じ構造を有するが、以下の修正を伴う。

照明器素子は、上述したように、他の構成素子が支持される基板となるパッケージ本体２３４を含んでいる。パッケージ本体２３４は、変換帯よりも発光帯を優先的に反射するように着色されてもよい。これにより、以下のような利点が得られる。

図３２は、フィルタである青色透過層１２６を使用して、白色迷光光線１０４の発光帯の成分光線２１８によってパッケージ本体２３４を照明するところを示している。照明器素子の蛍光体１４８に入射すると、蛍光機能２２０は、発光帯の光を変換帯の散乱光線２２２及び２２５に変換することができる一方で、発光帯の一部の光線２２４は、直接、蛍光体１４８を通過して単純にパッケージ本体２３４から再び蛍光体１４８へと反射することができ、その光は機能２２６に入射することができる。したがって、発光帯の光線２１８は、入力時には蛍光機能２２０によって、パッケージ本体２３４からの反射時には蛍光機能２２６によって、変換帯の光線の光へと変換することができる。変換帯の変換光線２２５はまた、パッケージ本体２３４によって実質的に反射することができ、また、フィルタである層１２６に入射することができる。発光帯の非変換光線２２８は、実質的に直接、反射することができる。したがって、発光帯の光線２１８は、反射時に変換帯の光線へと変わる相当な変換を受けることができ、そのため、反射アーチファクトは蛍光体１４８の変換帯へと偏らせることができる。

図３３は、照明器素子の第１配列における、発光帯の迷光の発生を示す略図である。図３３は、青色透過フィルタ１２６を使用して、白色光線１０４の黄色成分光線２３０によって（白色）パッケージ本体２３４を照明するところを示している。この光はフィルタ１２６によって部分的に吸収され、パッケージ２３４によって反射される。

図３４は、照明器素子の別の配列における、変換帯の迷光の発生を示す略図である。更に、図３４は、図３２のパッケージ本体２３４が変換帯で吸収するパッケージ本体２３６で置き換えられ得る実施形態を示している。この実施形態において、変換帯の光線２２２は、パッケージ本体２３６に向かって散乱することができ、したがってパッケージ本体２３６の反射性を低減することができる。

図３５は、照明器素子の別の配列における、発光帯の迷光の発生を示す略図である。更に、図３５に示すように、変換帯の入射光線２３０は吸収することができる。したがって、パッケージ２３６のカラーは、有利にも、変換帯におけるパッケージの光反射性を低減して、クロストークを改善することができる。カラー付きパッケージ２３６の更なる利点として、黒色のパッケージ本体と比較して、発光帯における光の使用率が改善されることになり得る。

図３６は、紫外線照明器素子を含んだ、導波路１を照明するための配列を示す略図である。更に、図３６は、照明器配列１５からの反射光を更に低減するように構成された、赤色蛍光体２４２と緑色蛍光体２４４とを含み得る更なる実施形態を示している。ＵＶ発光チップ２４１は、一重なりの赤色、緑色、及び青色蛍光体２４２、２４４、２４６をそれぞれ照明して、拡散可視光線２４８を与えることができる。図３７に示すように、戻ってきた迷光光線２５０は、蛍光体２４２、２４４、２４６に入射することができ、散乱して光線２５２となることができ、あるいは、白色に対しては黒色に見えるが紫外線に対しては反射性となることができるパッケージ２４０に透過することができる。図３７は、照明器素子の別の配列における、迷光の発生を示す略図である。図３７の実施形態において、入力照明器素子と出力照明器素子は区別することができ、蛍光体から再び散乱された光は、段付き導波路１に戻すことができる。

図３８は、照明器素子の配列を正面図で示す略図であり、図３９は図３８の配列を側面図で示す略図である。更に、図３８は正面図で、図３９は側面図で、照明器配列１５の更なる実施形態を示しており、この照明器配列１５において、ＬＥＤチップ１４４、ワイヤボンド１４６、及び蛍光体１４８は、段付き導波路１の入力端２に対して、ランドスケープモードで配列することができる。黒色の絶縁体２５４と金属の基層２５６が、低反射金属コアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）を形成することができる。

図３８の各素子は一定の縮尺で描かれていない場合もあるので、図３８の各素子はしたがって、議論のみを目的として示されており、限定するものではないことに留意されたい。照明器素子の発光領域はそれぞれ、発光帯の光を発生させるように構成された光発生素子と、光発生素子によって発生された発光帯の光を変換帯の光へと変換するように構成された波長変換材料と、を含むことができる。

図４０Ａは、導波路の迷光を低減するための照明器素子の配列を正面図で示す略図であり、図４０Ｂは図４０Ａの配列を側面図で示す略図である。更に、以下のように、図４０Ａは正面図で、図４０Ｂは側面図で、照明器素子の別の実施形態を示しており、この実施形態において、図３８及び３９と比較すると、蛍光体１４８の厚さは増加させることができ、面積は低減することができる。

領域２５４及び２５８を含んだ吸収マスクを蛍光体領域の間に組み込んで、輝度及び色温度を維持する一方で、パッケージの反射性を更に低減することができる。この照明器素子において、蛍光体の面域は発光領域である。照明器素子が配列される、入力端２に沿った横方向において、発光領域の幅１４９はしたがって、照明器素子のピッチ１５１の約５０％又は５０％より小さい。したがって、照明器素子の反射部分の面積を低減することができ、そのためクロストークを有利にも低減することができる。

有利にも、蛍光体の面積はおよそ、青色発光体の面積の５００％未満、青色発光体の面積の３００％未満、あるいは青色発光体の面積の２００％未満とすることができる。

図４１Ａは、導波路の迷光を低減するための照明器素子の配列を正面図で示す略図であり、図４１Ｂは図４１Ａの配列を側面図で示す略図である。更に、図４１Ａは正面図で、図４１Ｂは側面図で、照明器素子の更なる実施形態を示しており、この実施形態において、オンチップ蛍光体１４８は遠隔蛍光体２６２で置き換えられてもよく、遠隔蛍光体２６２は間隙２６３で分離されてもよく、あるいは連続層内に設けられてもよい。ＬＥＤチップ１４４からの発光帯の光は、遠隔蛍光体２６２に入射することができ、層内で散乱して変換帯の光を生成することができる。迷光光線１０４は、層の面域の蛍光体に入射することができ、迷光光線１０４の一部は、段付き導波路１へと散乱し、後方散乱することができる。しかしながら、蛍光体２６２を通過した光は、領域２５８で吸収することができる。有利にも、クロストークを低減することができる。更に、遠隔蛍光体は、動作温度がより低いため、より高い効率を示すことができる。

図４２Ａは、導波路における迷光を低減するための照明器素子の配列を正面図で示す略図である。更に、図４２Ａは正面図で、照明器素子の更なる実施形態を示しており、この実施形態において、別々の赤色、緑色、及び青色照明器素子２０８、２１０、２１２に、入射光を実質的に吸収するように構成された周囲領域２５８を配置することができる。このようにして、チップ面積は、入力端２の面積と比較すると、最小化することができる。更に、側面２の高さが、光学弁の効率を向上させるように低減されて、側面２に注がれる光の相対量を低減することができる。図４２Ｂは、導波路における迷光を低減するための照明器素子の別の配列を正面図で示す略図である。更に、図４２Ｂは、素子２０８、２１０、２１２を縦方向に配置して有利にも窓平面における視野窓の色分解を回避できる更なる実施形態を示している。

図４２Ｃは、図４２Ａ及び４２Ｂの配列を側面図で示す略図である。更に、図４２Ｃは、更なる基板２６６を含んだ赤色、緑色、及び青色照明器素子２０８、２１０、２１２の配列を側面図で示しており、基板２６６は、その上に形成された領域２５８を含むことができる。有利にも、迷光光線１０４の吸収をもたらすことに加えて、照明器素子の位置を実質的に制御するために、規定のマスクパターンを照明器素子の配列の近くに整列して配置することができる。

本実施形態は、素子同士の間の間隙と比較して相対的に小さな照明器素子を含むことができる。ある例示的な実施形態において、３９．６ｃｍ（１５．６インチ）の対角寸法、６００ｍｍの視距離で空間光変調器を照明するように、光源配列を配列することができる。２ｍｍのピッチ１５１を有する無機蛍光体変換ＬＥＤを、０．９ｍｍの発光開口部幅１４９で配置することができる。そのような配列は、詳細な光学設計に応じて、窓平面に約１０の眼間光学窓を実現することができる。ＬＥＤのピッチは、視野窓ごとに要求される光学窓の個数に応じて、例えば０．５ｍｍ以下〜５ｍｍ以上の間で変動し得る。本実施形態において、ＬＥＤの発光開口部は、例えばピクセルピッチの１０％〜５０％の間で変動し得る。

他の実施形態において、ＬＥＤの発光開口部幅は、窓の均一性の向上を実現するために、ピクセルピッチの５０％超にまで増大してもよい。しかしながら、そのような配列は、本実施形態と比較すると、クロストークの増大を示すことがある。更に、幅１４９とピッチ１５１との比によって規定されるアスペクト比は、視角と共に変動する光学特性を実現するために、導波路の入力開口部に渡って不均一であってもよい。有利にも、ディスプレイは、軸上でのクロストーク性能を高め、軸外での照明均一性を改善するように構成することができる。

更に、付加的な拡散器６８が、照明器素子と入力端２との間に配置されてもよい。それに加えて、拡散器６８は好ましくは、段付き導波路と透過型空間光変調器４８への入力部との間など、ディスプレイ装置への入力部に配置されてもよい。拡散器は、横方向における照明器素子同士の混合を実質的に制御する一方で、直交方向における高度な拡散性をもたらすために、非対称性の拡散特性を有することができる。例示的な一実施形態において、約３°×３０°の拡散器が、約５００ｍｍから見られる約３９．６ｃｍ（約１５．６インチ）のディスプレイに用いられてもよい。約２ｍｍのピッチをなす照明器素子の配列を照明器配列１５に配置し、約５倍のシステム拡大率を与え得る側面４の鏡によって結像することができ、そのため、約１３ｍｍの窓ピッチを実現することができる。約３度の拡散器は結果として、約４ｍｍの、照明器配列１５の平面における効果的な照明のぼやけを生じることができ、そのため、いかなる視覚位置からも、隣接する２つの照明器素子からの光が観測者によって視認でき、また、実質的に均一な出力強度分布を、照明器素子の口径比とは実質的に無関係に、窓平面に実現することができる。したがって、角照明器素子の発光領域の口径を低減することにより、有利にも、窓の均一性を維持すると同時にクロストークの低減を実現することができる。

図４３Ａは、第１迷光寄与率を有する第１光学弁を示す略図である。更に、図４３Ａは、導波路２７０を含んだ更なる実施形態を示しており、導波路２７０は、縦方向で配置された照明器素子２７４に入力端２７２をほぼ整列させている。そのような導波路２７０の収集開口部は、段付き導波路の入力端２７２と反射端２７３との高さの差と、反射端２７３の高さとの比によってほぼ規定することができる。例示的な実施形態において、導波路２７０は、４ｍｍの反射端２７３の高さと、１ｍｍの入力端２７２の高さを有することができ、そのため、端部２７３によって反射された光の約２５％が端部２７２に入射する一方で、反射された光の約７５％が導波路２７０の機能１２に入射し、したがって抽出されるようになっている。したがって、反射された光の２５％が、ディスプレイの反射性アーチファクトに寄与し得る。比較として、図４３Ｂに示すように、段付き導波路２７６は、全体的な厚さは低減されるが段付き導波路の長さ方向に沿った機能１２の全高は維持され得るものであり、有利にも、より高い出力効率を実現することができる。図４３Ｂは、第２迷光寄与率を有する第２光学弁を示す略図である。したがって、横方向の照明器素子２８０は、入力端２７８において、そして機能１２による側面２７９での反射後に、光学弁２７０又は図４３Ａよりも効率的な出力を実現することができる。更に、図４３Ｂの段付き導波路２７６のそのような配列により、側面２７２に入射する光と比較して、側面２７８に入射する迷光光線１０４の光束を低減し、したがってシステム内のクロストークを低減することができる。例示的な実施形態において、導波路２７６は、４ｍｍの反射端２７９の高さと、０．５ｍｍの入力端２７８の高さを有することができ、そのため、端部２７９によって反射された光の約１２．５％が端部２７２に入射する一方で、反射された光の約８７．５％が導波路２７６の機能１２に入射し、したがって抽出されるようになっている。したがって、反射された光の１２．５％が、ディスプレイの反射性アーチファクトに寄与し得る。有利にも、端部２７９の高さがより低くなることにより、効率が向上し、入力端に注がれる光から生じるクロストーク及び他のアーチファクトが低減する。

図４４は、導波路における迷光を低減するための照明器素子の配列を正面図で示す略図である。更に、図４４は、照明器配列１５の１対の照明器素子を示しており、これらの照明器素子は、横方向に配置され、導波路の入力端２７８に対してほぼ整列されている。蛍光体領域１４８は有利にも、発光された光を段付き導波路２７６に効果的に結合するために、入力端２７８の高さとほぼ同じ高さを有するように構成することができる。

図４５は、導波路における迷光を低減するための照明器素子の別の配列を正面図で示す略図である。更に、図４５は、出力窓の構造が青色（直接）及び黄色（蛍光変換）光に対して同じとなるように、発光チップ１４４を細長い形状で配列できる、別の実施形態を示している。このようにして、導波路の入力端２７８の高さを最小化することができ、したがって迷光光線１０４の相対比率を、機能１２によって出力された光と比較して低減することができる。更に、機能１２によって出力された光は、有利にも増加させることができる。

図４６は、合焦光学系の入力配列を含んだ導波路の動作を第１スケールで示す略図であり、図４７は、合焦光学系の入力配列を含んだ導波路の動作を第２スケールで示す略図であり、図４８は、合焦光学系の入力配列を含み、迷光を低減するように構成された導波路の動作を第３のスケールで示す略図である。更に、図４６、４７及び４８は、段付き導波路１による光の結像の、様々なスケールにおける第１、第２及び第３の正面図を示している。照明器配列１５の各照明器素子は、段付き導波路１の入力端２にて、マイクロレンズ配列３３８のマイクロレンズとほぼ整列することができる。作用において、光学系によるほぼ完全な結像を想定すると、照明器配列１５の照明器素子３４０の発光領域３４１からの迷光光線３３４は、照明器配列１５の第２照明器素子３４２に結像することができ、また領域３４３からの迷光光線３３６は、第３の照明器素子３４４に結像することができる。マスクがしたがって領域３４３に置かれる場合、照明器素子３４４に入射する迷光は、実質的になくなるか若しくはほとんどなくなることになり、その一方で、同様に、素子３４４からの光はマスク３４５に入射することができる。したがって、単一のマスクが、それぞれの素子のそれぞれの領域の両方に対して、クロストークを実質的に除去することができる。したがって、照明器素子は、照明器素子の一部の発光開口部内にマスク機能を含むことができる。

本明細書で使用されるとき、「実質的に」及び「およそ（ほぼ）」という用語は、それに対応する用語及び／又は項目間の相対性に対して、業界で受け入れられる許容範囲を付与するものである。このような、業界で受け入れられる許容範囲は、０パーセント〜１０パーセントの範囲であり、成分値、角度などが該当するが、これらに限定されない。このような、項目間の相対性は、約０パーセント未満〜１０パーセントの範囲である。

本明細書に開示される原理による、様々な実施形態が上述されてきたが、これらの実施形態は、ただ例示の目的のためにのみ示されたのであり、限定するために示されたのではないことに留意されたい。それ故、この開示の広さ及び範囲は、上述した模範的な実施形態のいずれによっても制限されてはならず、請求項のいずれか、及び本開示に由来するそれらの同等物に従ってのみ規定されるべきである。更に、上記有利な点及び特徴は、記載された実施形態で提供されるが、かかる公開される特許請求の範囲の用途を、上記有利な点の一部又は全部を実現する方法及び構造に、制限するものではない。

加えて、本明細書においてセクションの見出しは、米国特許規則§１．７７の規定するところに従って、さもなくば、編成上の目印として提供されるものである。これらの見出しは、本開示から生じ得る請求項に定める実施形態を制限したりかつ特徴づけたりしないものとする。具体的には、単に例示ではあるが、「技術分野」という見出しがあるが、いわゆる分野を説明するためにこの見出しの下に選択された表現によって、特許請求の範囲が限定されることはない。更に、「背景技術」に記載された技術に関する記述が、特定の技術が、本開示における任意の（複数の）実施形態に対する先行技術であることの承認として、解釈されるべきではない。「発明の概要」についても、公開される請求項で述べられる（複数の）実施形態を特徴づけるものとして考慮されるべきでない。更に、本開示においては、単数形での「発明」に対するいずれの言及も、本開示における新規な点が１つのみである、ということを主張するために使用されるべきではない。複数の実施形態は、本開示により、公開される複数の請求項の限定に従って、述べられる場合がある。したがって、これらの請求項は、この（複数の）実施形態及びそれらの同等物を定義することによって、それらを保護している。全ての例において、これらの請求項の範囲は、本開示に照らして、固有の利点が考慮されるべきであり、本明細書に述べる見出しによって制約されてはならない。
［項目１］
透過型空間光変調器用の指向性バックライトであって、
入力端と、導波路に沿って光をガイドするための相対した第１ガイド表面及び第２ガイド表面と、入力光からの光を反射して前記導波路を通して戻すための、前記入力端に対向する反射端と、を有する導波路と、
主として発光帯で、そして変換帯で光を出力するように構成された複数の光源の配列であって、前記複数の光源は、前記導波路の前記入力端に渡って横方向に、種々の入力位置に配設されており、前記導波路は、前記入力端に渡って前記種々の入力位置にある複数の光源からの入力光を、透過型空間光変調器を通じて供給するために前記反射端からの反射後に前記第１ガイド表面を通じて出力光として、前記横方向に分布する出力方向にて複数の光学窓のそれぞれへと、前記入力位置に応じて配向するように構成されている複数の光源の配列と、
前記反射端からの反射後に前記入力端に入射する光の反射を低減するように構成された反射低減素子と、を備える指向性バックライト。
［項目２］
前記反射低減素子は光拡散素子である、項目１に記載の指向性バックライト。
［項目３］
前記光拡散素子は非対称性の光拡散特性を有する、項目２に記載の指向性バックライト。
［項目４］
前記反射低減素子は直線偏光子であり、前記指向性バックライトは更に、前記反射端に位相遅延素子を備える、項目１に記載の指向性バックライト。
［項目５］
前記反射低減素子は少なくとも前記複数の光源を被覆し、前記反射低減素子のうちの複数の光源のそれぞれと隣接する部分が、前記隣接する各光源が作動されているときには選択的に光を透過させ、それ以外のときには前記反射端からの反射後に前記入力端に入射する光を吸収するように動作可能である、項目１に記載の指向性バックライト。
［項目６］
前記反射低減素子は、前記隣接する各光源が作動されているときには選択的に光を透過させ、それ以外のときには前記反射端からの反射後に前記入力端に入射する光を吸収するように動作可能であるシャッタである、項目５に記載の指向性バックライト。
［項目７］
前記シャッタは液晶シャッタである、項目６に記載の指向性バックライト。
［項目８］
前記反射低減素子は飽和性吸収体である、項目５に記載の指向性バックライト。
［項目９］
前記反射低減素子は前記入力端の全体に渡って延びる、項目１〜８のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目１０］
前記反射低減素子は、前記入力端のうちの前記複数の光源の外側の部分に渡って延びる光吸収性層を備える、項目１に記載の指向性バックライト。
［項目１１］
前記複数の光源はそれぞれ、前記発光帯の光を発生させるように構成された光発生素子と、前記光発生素子によって発生された前記発光帯の光の少なくとも一部を前記変換帯の光へと変換するように構成された波長変換材料とを備える、項目１〜１０のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目１２］
前記光発生素子は半導体ダイオードを備える、項目１１に記載の指向性バックライト。
［項目１３］
前記波長変換材料は蛍光体である、項目１１又は１２に記載の指向性バックライト。
［項目１４］
前記発光帯は青色光であり、前記変換帯は黄色光である、項目１１〜１３のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目１５］
前記反射低減素子はフィルタを備え、該フィルタは、前記入力端と前記複数の光源との間に配設されており、前記発光帯の光よりも前記変換帯の光を優先的に吸収するように構成されている、項目１１〜１４のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目１６］
前記反射低減素子は、前記入力端と前記複数の光源のそれぞれとの間に配設され、少なくとも１つの光吸収素子を備え、該光吸収素子は、前記各光源の面積の一部を被覆しており、前記反射端から反射した後の光を吸収するように構成されている、項目１に記載の指向性バックライト。
［項目１７］
前記少なくとも１つの光吸収素子は、前記各光源の面積の一部を被覆する複数の光吸収素子を含む、項目１６に記載の指向性バックライト。
［項目１８］
前記少なくとも１つの光吸収素子は、前記反射端から反射した後の光を吸収するように構成された、前記導波路に面する層と、入射する光を反射するように構成された、各光源の前記光に面する層と、を含む少なくとも２つの層を備える、項目１６に記載の指向性バックライト。
［項目１９］
前記複数の光源は、前記発光帯の光を発生させるように構成された光発生素子と、前記光発生素子によって発生された前記発光帯の光の少なくとも一部を前記変換帯の光へと変換するように構成された波長変換材料と、を備える、項目１６〜１８のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目２０］
前記第１ガイド表面は、全反射によって光をガイドするように構成されており、前記第２ガイド表面は、前記導波路を通じてガイドされた光を、前記第１ガイド表面を通じて出力光として出射できる方向に反射するように配向された複数の光抽出機能を備える、項目１〜１９のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目２１］
前記複数の光抽出機能は前記第２ガイド表面の複数のファセットである、項目２０に記載の指向性バックライト。
［項目２２］
前記第２ガイド表面は、前記複数のファセットと、前記複数のファセット間の複数の中間領域と、を備えた段付き形状を有し、前記複数の中間領域は、光を抽出することなく前記導波路を通じて光を配向するように構成されている、項目２１に記載の指向性バックライト。
［項目２３］
前記第１ガイド表面は全反射によって光をガイドするように構成されており、前記第２ガイド表面は、実質的に平面的であり、前記第１ガイド表面を通じて光を出力するために前記全反射を絶つ方向に光を反射するように、ある角度をなして傾斜しており、
前記指向性バックライトは、前記空間光変調器に対する法線に向けて光を偏向させるために前記導波路の前記第１ガイド表面に渡って延びる偏向素子を更に備える、項目１〜１９のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目２４］
前記反射端は、前記横方向にポジティブな屈折力を有する、項目１〜２３のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目２５］
項目１〜２４のいずれか一項に記載の指向性バックライトと、前記指向性バックライトから出力光を受容するように構成されており、通過する光を変調するように構成されたピクセルの配列を備える透過型空間光変調器と、を備えるディスプレイデバイス。
［項目２６］
前記出力方向に対応する複数の視野窓に光を配向するように前記複数の光源を選択的に動作させるように構成されたコントロールシステムを更に備える、項目２５に記載のディスプレイデバイス。
［項目２７］
自動立体ディスプレイデバイスであり、前記コントロールシステムは更に、前記ディスプレイデバイスを制御して、一時的に多重化された左目画像及び右目画像を表示すると同時に、観察者の左目及び右目に対応する位置の複数の視野窓に、表示される前記画像を配向するように構成されている、項目２６に記載のディスプレイデバイス。
［項目２８］
前記コントロールシステムは更に、前記ディスプレイデバイスに渡って観察者の位置を検出するように構成されたセンサーシステムを備え、
前記コントロールシステムは、検出された前記観察者の位置に応じて、観察者の左目及び右目に対応する位置の複数の視野窓に、表示される前記画像を配向するように構成されている、項目２７に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
［項目２９］
光源であって、
基板と、
前記基板上に支持されており、発光帯の光を発生させるように構成されている光発生素子と、
前記基板上に支持されており、前記光発生素子によって発生された前記発光帯の光の少なくとも一部を変換帯の光へと変換するように構成されている波長変換材料とを備え、
前記基板は、前記変換帯よりも前記発光帯を優先的に反射するように着色されている、光源。
［項目３０］
前記光発生素子は半導体ダイオードを備える、項目２９に記載の光源。
［項目３１］
前記波長変換材料は蛍光体である、項目２９又は３０に記載の光源。
［項目３２］
前記発光帯は青色光であり、前記変換帯は黄色光である、項目２９〜３１のいずれか一項に記載の光源。
［項目３３］
指向性バックライトであって、
入力端と、導波路に沿って光をガイドするための相対した第１ガイド表面及び第２ガイド表面と、入力光からの光を反射して前記導波路を通して戻すための、前記入力端に対向する反射端と、を有する導波路と、
それぞれが項目２９〜３２のいずれか一項に記載の光源である複数の光源の配列であって、前記複数の光源は、前記導波路の前記入力端に渡って横方向に、種々の入力位置に配設されており、前記導波路は、前記入力端に渡って前記種々の入力位置にある複数の光源からの入力光を、透過型空間光変調器を通じて供給するために前記反射端からの反射後に前記第１ガイド表面を通じて出力光として、前記横方向に分布する出力方向にて複数の光学窓のそれぞれへと、前記入力位置に応じて配向するように構成されている複数の光源の配列と、を備える指向性バックライト。
［項目３４］
フィルタを更に備え、該フィルタは、前記入力端と前記複数の光源との間に配設されており、前記発光帯の光よりも前記変換帯の光を優先的に吸収するように構成されている、項目３３に記載の指向性バックライト。
［項目３５］
前記第１ガイド表面は、全反射によって光をガイドするように構成されており、前記第２ガイド表面は、前記導波路を通じてガイドされた光を、前記第１ガイド表面を通じて前記出力光として出射できる方向に反射するように配向された複数の光抽出機能を備える、項目３３又は３４に記載の指向性バックライト。
［項目３６］
前記複数の光抽出機能は前記第２ガイド表面の複数のファセットである、項目３５に記載の指向性バックライト。
［項目３７］
前記第２ガイド表面は、前記複数のファセットと、前記複数のファセット間の複数の中間領域と、を備えた段付き形状を有し、前記複数の中間領域は、光を抽出することなく前記導波路を通じて光を配向するように配列されている、項目３６に記載の指向性バックライト。
［項目３８］
前記第１ガイド表面は全反射によって光をガイドするように構成されており、前記第２ガイド表面は、実質的に平面的であり、前記第１ガイド表面を通じて光を出力するために前記全反射を絶つ方向に光を反射するように、ある角度をなして傾斜しており、
前記指向性バックライトは、前記空間光変調器に対する法線に向けて光を偏向させるために前記導波路の前記第１ガイド表面に延びる偏向素子を更に備える、項目３３又は３４に記載の指向性バックライト。
［項目３９］
前記反射端は、前記横方向にポジティブな屈折力を有する、項目３３〜３８のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目４０］
項目３３〜３９のいずれか一項に記載の指向性バックライトと、前記指向性バックライトから出力光を受容するように構成されており、通過する光を変調するように構成されたピクセルの配列を備える透過型空間光変調器と、を備えるディスプレイデバイス。
［項目４１］
前記出力方向に対応する複数の視野窓に光を配向するように前記複数の光源を選択的に動作させるように配列されたコントロールシステムを更に備える、項目４０に記載のディスプレイデバイス。
［項目４２］
自動立体ディスプレイデバイスであり、前記コントロールシステムは更に、前記ディスプレイデバイスを制御して、一時的に多重化された左目画像及び右目画像を表示すると同時に、観察者の左目及び右目に対応する位置の視野窓に、表示される前記画像を配向するように配列されている、項目４１に記載のディスプレイデバイス。
［項目４３］
前記コントロールシステムは更に、前記ディスプレイデバイスに渡って観察者の位置を検出するように構成されたセンサーシステムを備え、
前記コントロールシステムは、検出された前記観察者の位置に応じて、前記観察者の左目及び右目に対応する位置の複数の視野窓に、表示される前記画像を配向するように構成されている、項目４２に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
［項目４４］
透過型空間光変調器用の指向性バックライトであって、
入力端と、導波路に沿って光をガイドするための相対した第１及び第２ガイド表面と、入力光からの光を反射して前記導波路を通して戻すための、前記入力端に対向する反射端と、を有する導波路と、
主として発光帯で、そして変換帯で光を出力するように構成された複数の光源の配列であって、前記複数の光源は、前記導波路の前記入力端に渡って横方向に、種々の入力位置に配設されており、前記導波路は、前記入力端に渡って前記種々の入力位置にある複数の光源からの入力光を、透過型空間光変調器を通じて供給するために前記反射端からの反射後に前記第１ガイド表面を通じて出力光として、前記横方向に分布する出力方向にて複数の光学窓のそれぞれへと、前記入力位置に応じて向けるように構成されている光源の配列と、を備え、
前記複数の光源は、前記光源が配置される入力端に沿った方向に、前記複数の光源のピッチの５０％又は５０％より小さい幅を有する複数の発光領域のそれぞれを有する、指向性バックライト。
［項目４５］
前記複数の光源の前記複数の発光領域はそれぞれ、前記発光帯の光を発生させるように構成された光発生素子と、前記光発生素子によって発生された前記発光帯の光を前記変換帯の光へと変換するように構成された波長変換材料と、を備える、項目４４に記載の指向性バックライト。
［項目４６］
前記光発生素子は半導体ダイオードを備える、項目４５に記載の指向性バックライト。
［項目４７］
前記波長変換材料は蛍光体である、項目４５又は４６に記載の指向性バックライト。
［項目４８］
前記発光帯は青色光であり、前記変換帯は黄色光である、項目４５〜４７のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目４９］
前記第１ガイド表面は、全反射によって光をガイドするように構成されており、前記第２ガイド表面は、前記導波路を通じてガイドされた光を、前記第１ガイド表面を通じて出力光として出射できる方向に反射するように配向された複数の光抽出機能を備える、項目４４〜４８のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目５０］
前記複数の光抽出機能は前記第２ガイド表面の複数のファセットである、項目４９に記載の指向性バックライト。
［項目５１］
前記第２ガイド表面は、前記複数のファセットと、前記複数のファセット間の複数の中間領域と、を備えた段付き形状を有し、前記複数の中間領域は、光を抽出することなく前記導波路を通じて光を配向するように構成されている、項目５０に記載の指向性バックライト。
［項目５２］
前記第１ガイド表面は全反射によって光をガイドするように構成されており、前記第２ガイド表面は、実質的に平面的であり、前記第１ガイド表面を通じて光を出力するために前記全反射を絶つ方向に光を反射するように、ある角度をなして傾斜しており、
前記指向性バックライトは、前記空間光変調器に対する法線に向けて光を偏向させるために前記導波路の前記第１ガイド表面に延びる偏向素子を更に備える、項目４４〜４８のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目５３］
前記反射端は、前記横方向にポジティブな屈折力を有する、項目４４〜５２のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目５４］
項目４４〜５３のいずれか一項に記載の指向性バックライトと、前記指向性バックライトから出力光を受容するように構成されており、通過する光を変調するように構成されたピクセルの配列を備える透過型空間光変調器と、を備えるディスプレイデバイス。
［項目５５］
前記出力方向に対応する複数の視野窓に光を向けるように前記複数の光源を選択的に動作させるように配列されたコントロールシステムを更に備える、項目５４に記載のディスプレイデバイス。
［項目５６］
自動立体ディスプレイデバイスであり、前記コントロールシステムは更に、前記ディスプレイデバイスを制御して、一時的に多重化された左目画像及び右目画像を表示すると同時に、観察者の左目及び右目に対応する位置の複数の視野窓に、表示される前記画像を配向するように配列されている、項目５５に記載のディスプレイデバイス。
［項目５７］
前記コントロールシステムは更に、前記ディスプレイデバイスに渡って観察者の位置を検出するように配列されたセンサーシステムを備え、
前記コントロールシステムは、検出された前記観察者の位置に応じて、観察者の左目及び右目に対応する位置の複数の視野窓に、表示される前記画像を向けるように配列されている、項目５６に記載の自動立体ディスプレイデバイス。
［項目５８］
光をガイドするための光学弁であって、
第１光ガイド表面と、
前記第１光ガイド表面に相対する第２光ガイド表面であって、複数のガイド機能と、複数の抽出機能と、を更に備え、前記複数の抽出機能は、光が第１方向に伝搬しているとき、前記光を導いて実質的に低いロスで通すように動作可能である第２光ガイド表面と、
前記光学弁の第１端部にある光入力表面であって、前記光入力表面又は照明器素子の配列の少なくとも一方が、少なくとも１つの反射低減光学素子を備える光入力表面と、を備える光学弁。
［項目５９］
前記照明器素子の配列は少なくとも、発光素子の配列に近接して整列されたパターン付き吸収体を備える、項目５８に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目６０］
前記照明器素子の配列は少なくとも白色発光素子を備える、項目５８に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目６１］
前記白色発光素子は更に、少なくとも、青色発光体と、黄色蛍光体と、反射性実装パッケージと、を備える、項目６０に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目６２］
前記実装パッケージは、前記黄色蛍光体からの光を吸収し、前記青色発光体からの光を反射するように構成されている、項目６１に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目６３］
前記蛍光体の面積は、前記青色発光体の面積の約５００％未満である、項目６２に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目６４］
前記蛍光体の面積は、前記青色発光体の面積の３００％未満である、項目６２に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目６５］
前記蛍光体の面積は、前記青色発光体の面積の２００％未満である、項目６２に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目６６］
前記発光素子の配列は、発光素子の配列に整列されたパターン付き吸収体、少なくとも青色発光体と、黄色蛍光体と、反射性実装パッケージと、を備える白色発光素子、紫外線発光素子及び白色蛍光体、又は、赤色、緑色、及び青色発光素子の配列のうちの少なくとも１つを備える、項目５８に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目６７］
前記光学弁は、透明な部分と、反射性の鏡と、を備える、項目５８に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目６８］
前記反射性の鏡は、屈折率整合材料によって前記光学弁の前記鏡面端部に近接する、項目６７に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目６９］
前記少なくとも１つの反射低減光学素子は青色吸収スペクトルフィルタを更に備える、項目５８に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目７０］
前記少なくとも１つの反射低減光学素子は飽和性吸収体を更に備える、項目５８に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目７１］
前記少なくとも１つの反射低減光学素子は液晶スイッチを更に備える、項目５８に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目７２］
前記少なくとも１つの反射低減光学素子は拡散器を更に備える、項目５８に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目７３］
前記少なくとも１つの反射低減光学素子は蛍光体を更に備える、項目５８に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目７４］
前記少なくとも１つの反射低減光学素子はパターン付き吸収体を更に備える、項目５８に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目７５］
前記少なくとも１つの反射低減光学素子は偏光子と、四分の一波長板と、を更に備える、項目５８に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目７６］
前記少なくとも１つの反射低減光学素子は反射防止誘電体コーティングを更に備える、項目５８に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目７７］
前記視野窓の高さを延長するように構成された垂直拡散器を更に備える、項目５８に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目７８］
前記照明器素子の配列は、間隙で分離された照明器素子の不連続的な配列である、項目５８に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目７９］
第１視野窓及び第２視野窓の幅を増加させるように配列された拡散器を更に備える、項目７８に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目８０］
前記拡散器は非対称性の拡散器である、項目７９に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目８１］
光変調構造の配列を更に備える、項目６１に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目８２］
前記光変調構造の配列は光吸収層と、光反射層と、を更に備える、項目８１に記載の光をガイドするための光学弁。
［項目８３］
段付き結像指向性バックライトであって、
第１光配向側面と、
前記第１光配向側面と相対して位置する第２光配向側面であって、複数のガイド機能と、複数の抽出機能と、を更に備え、前記複数の抽出機能は、光が第１方向に伝搬しているとき、前記光を導いて実質的に低いロスで通すように動作可能である第２光配向側面と、
前記段付き結像指向性バックライトの第１端部に位置する照明器素子の配列であって、前記光学弁の前記第１端部は、前記第１光配向側面と第２光配向側面との間に位置する照明器素子の配列と、
前記段付き結像指向性バックライトの前記第１端部に位置する少なくとも１つの反射低減光学素子と、を備える段付き結像指向性バックライト。
［項目８４］
前記少なくとも１つの反射低減光学素子は、前記光入力表面に近接して位置する、項目８３に記載の段付き結像指向性バックライト。
［項目８５］
前記少なくとも１つの反射低減光学素子は、前記照明器素子の配列に近接して位置する、項目８３に記載の段付き結像指向性バックライト。
［項目８６］
前記照明器素子の配列は少なくとも、発光素子の配列に近接して整列されたパターン付き吸収体を備える、項目８３に記載の段付き結像指向性バックライト。
［項目８７］
指向性照明システムであって、
光をガイド及び抽出するための光抽出素子であって、
光線を広げさせるように動作可能な第１部分と、
第１光ガイド表面と、前記第１光ガイド表面に相対する第２光ガイド表面であって、少なくとも１つのガイド機能と複数の抽出機能とを備え、前記複数の抽出機能は、前記光抽出素子から出射するように光を配向する第２光ガイド表面と、を備える第２部分と、
前記第１光ガイド表面と第２光ガイド表面との間に位置する第１照明入力表面であって、光源の第１配列から光を受容するように動作可能である第１照明入力表面と、
前記光抽出素子の前記第１端部に位置する少なくとも１つの反射低減光学素子と、を備える指向性照明システム。
［項目８８］
指向性バックライトディスプレイシステムであって、
第１光ガイド表面と、前記第１光ガイド表面に相対する第２光ガイド表面であって、複数のガイド機能と複数の抽出機能と、を更に備え、前記複数の抽出機能は、光が第１方向に伝搬しているとき、前記光を導いて実質的に低いロスで通す第２光ガイド表面と、を備える第１光抽出素子と、
前記第１光抽出素子に近接する空間光変調器と、
前記第１光抽出素子の第１端部に位置する少なくとも１つの反射低減光学素子と、を備える指向性バックライトディスプレイシステム。
［項目８９］
前記第１光抽出素子の第１端部に位置する光入力表面を更に備え、前記少なくとも１つの反射低減光学素子は前記光入力表面に近接する、項目８８に記載の指向性バックライトディスプレイシステム。
［項目９０］
前記少なくとも１つの反射低減光学素子は、前記照明器素子の配列に近接する、項目８８に記載の指向性バックライトディスプレイシステム。

Claims (27)

1. 透過型空間光変調器用の指向性バックライトであって、
   入力端と、導波路に沿って光をガイドするための相対した第１ガイド表面及び第２ガイド表面と、入力光からの光を反射して前記導波路を通して戻すための、前記入力端に対向する反射端と、を有する導波路と、
   主として発光帯で、そして変換帯で光を出力するように構成された複数の光源の配列であって、前記複数の光源は、前記導波路の前記入力端に渡って横方向に、種々の入力位置に配設されており、前記導波路は、前記入力端に渡って前記種々の入力位置にある複数の光源からの入力光を、透過型空間光変調器を通じて供給するために前記反射端からの反射後に前記第１ガイド表面を通じて出力光として、前記横方向に分布する出力方向にて複数の光学窓のそれぞれへと、前記入力位置に応じて配向するように構成されている複数の光源の配列と、
   前記反射端からの反射後に前記入力端に入射する光の反射を低減するように構成された反射低減素子と、を備え、
   前記複数の光源はそれぞれ、前記発光帯の光を発生させるように構成された光発生素子と、前記光発生素子によって発生された前記発光帯の光の少なくとも一部を前記変換帯の光へと変換するように構成された波長変換材料とを備える、指向性バックライト。
2. 前記光発生素子は半導体ダイオードを備える、請求項１に記載の指向性バックライト。
3. 前記波長変換材料は蛍光体である、請求項１又は２に記載の指向性バックライト。
4. 前記発光帯は青色光であり、前記変換帯は黄色光である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
5. 前記反射低減素子はフィルタを備え、該フィルタは、前記入力端と前記複数の光源との間に配設されており、前記発光帯の光よりも前記変換帯の光を優先的に吸収するように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
6. 前記反射低減素子は光拡散素子である、請求項１に記載の指向性バックライト。
7. 前記光拡散素子は非対称性の光拡散特性を有する、請求項６に記載の指向性バックライト。
8. 前記反射低減素子は直線偏光子であり、前記指向性バックライトは更に、前記反射端に位相遅延素子を備える、請求項１に記載の指向性バックライト。
9. 前記反射低減素子は少なくとも前記複数の光源を被覆し、前記反射低減素子のうちの複数の光源のそれぞれと隣接する部分が、前記隣接する各光源が作動されているときには選択的に光を透過させ、それ以外のときには前記反射端からの反射後に前記入力端に入射する光を吸収するように動作可能である、請求項１に記載の指向性バックライト。
10. 前記反射低減素子は、前記隣接する各光源が作動されているときには選択的に光を透過させ、それ以外のときには前記反射端からの反射後に前記入力端に入射する光を吸収するように動作可能であるシャッタである、請求項９に記載の指向性バックライト。
11. 前記シャッタは液晶シャッタである、請求項１０に記載の指向性バックライト。
12. 前記反射低減素子は飽和性吸収体である、請求項９に記載の指向性バックライト。
13. 前記反射低減素子は前記入力端の全体に渡って延びる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
14. 前記反射低減素子は、前記入力端のうちの前記複数の光源の外側の部分に渡って延びる光吸収性層を備える、請求項１に記載の指向性バックライト。
15. 前記反射低減素子は、前記入力端と前記複数の光源のそれぞれとの間に配設され、少なくとも１つの光吸収素子を備え、該光吸収素子は、前記各光源の面積の一部を被覆しており、前記反射端から反射した後の光を吸収するように構成されている、請求項１に記載の指向性バックライト。
16. 前記少なくとも１つの光吸収素子は、前記各光源の面積の一部を被覆する複数の光吸収素子を含む、請求項１５に記載の指向性バックライト。
17. 前記少なくとも１つの光吸収素子は、前記反射端から反射した後の光を吸収するように構成された、前記導波路に面する層と、入射する光を反射するように構成された、各光源の前記光に面する層と、を含む少なくとも２つの層を備える、請求項１５に記載の指向性バックライト。
18. 前記複数の光源は、前記発光帯の光を発生させるように構成された光発生素子と、前記光発生素子によって発生された前記発光帯の光の少なくとも一部を前記変換帯の光へと変換するように構成された波長変換材料と、を備える、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
19. 前記第１ガイド表面は、全反射によって光をガイドするように構成されており、前記第２ガイド表面は、前記導波路を通じてガイドされた光を、前記第１ガイド表面を通じて出力光として出射できる方向に反射するように配向された複数の光抽出機能を備える、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
20. 前記複数の光抽出機能は前記第２ガイド表面の複数のファセットである、請求項１９に記載の指向性バックライト。
21. 前記第２ガイド表面は、前記複数のファセットと、前記複数のファセット間の複数の中間領域と、を備えた段付き形状を有し、前記複数の中間領域は、光を抽出することなく前記導波路を通じて光を配向するように構成されている、請求項２０に記載の指向性バックライト。
22. 前記第１ガイド表面は全反射によって光をガイドするように構成されており、前記第２ガイド表面は、実質的に平面的であり、前記第１ガイド表面を通じて光を出力するために前記全反射を絶つ方向に光を反射するように、ある角度をなして傾斜しており、
    前記指向性バックライトは、前記空間光変調器に対する法線に向けて光を偏向させるために前記導波路の前記第１ガイド表面に渡って延びる偏向素子を更に備える、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
23. 前記反射端は、前記横方向にポジティブな屈折力を有する、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
24. 請求項１〜２３のいずれか一項に記載の指向性バックライトと、前記指向性バックライトから出力光を受容するように構成されており、通過する光を変調するように構成されたピクセルの配列を備える透過型空間光変調器と、を備えるディスプレイデバイス。
25. 前記出力方向に対応する複数の視野窓に光を配向するように前記複数の光源を選択的に動作させるように構成されたコントロールシステムを更に備える、請求項２４に記載のディスプレイデバイス。
26. 自動立体ディスプレイデバイスであり、前記コントロールシステムは更に、前記ディスプレイデバイスを制御して、一時的に多重化された左目画像及び右目画像を表示すると同時に、観察者の左目及び右目に対応する位置の複数の視野窓に、表示される前記画像を配向するように構成されている、請求項２５に記載のディスプレイデバイス。
27. 前記コントロールシステムは更に、前記ディスプレイデバイスに渡って観察者の位置を検出するように構成されたセンサーシステムを備え、
    前記コントロールシステムは、検出された前記観察者の位置に応じて、観察者の左目及び右目に対応する位置の複数の視野窓に、表示される前記画像を配向するように構成されている、請求項２６に記載の自動立体ディスプレイデバイス。

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