JP7495487B2 - 回折格子充填率を有するマルチビームバックライト、マルチビューディスプレイ、およびその方法 - Google Patents

回折格子充填率を有するマルチビームバックライト、マルチビューディスプレイ、およびその方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
該当なし
連邦政府資金による研究開発の記載
該当なし
電子ディスプレイは、幅広い種類のデバイスや製品のユーザーに情報を伝達するための、ほぼどこにでも存在する媒体である。最も一般的に採用される電子ディスプレイとしては、ブラウン管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネッセントディスプレイ（ＥＬ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、および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）、ならびに電気機械的または電気流体的な光変調を採用した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）が挙げられる。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）のいずれかに分類することができる。アクティブディスプレイの最もわかりやすい例は、ＣＲＴ、ＰＤＰ、およびＯＬＥＤ／ＡＭＯＬＥＤである。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、限定されないが、本来低消費電力などの魅力的な性能特性を示すことが多いが、発光機能がないため多くの実用的な用途にはやや限定的利用であり得る。
本明細書に記載の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よる実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイの斜視図である。
本明細書に記載の原理による実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイのビュー方向に対応す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図である。
本明細書に記載の原理による実施形態による、一例における回折格子の断面図である。
本明細書に記載の原理による実施形態による、一例におけるマルチビームバックライトの断面図である。
本明細書に記載の原理による実施形態による、一例におけるマルチビームバックライトの斜視図である。
本明細書に記載の原理による実施形態による、一例における充填率を有する回折格子の平面図を示す。
本明細書に記載の原理による実施形態による、一例における充填率を有する別の回折格子の平面図を示す。
本明細書に記載の原理による実施形態による、一例における充填率を有する回折格子の斜視図を示す。
本明細書に記載の原理による実施形態による、一例における充填率を有する回折格子の平面図を示す。
本明細書に記載の原理による別の実施形態による、一例における充填率を有する回折格子の平面図を示す。
本明細書に記載の原理による実施形態による、一例における反射アイランドを有するマルチビーム要素の断面図を示す。
本明細書に記載の原理による別の実施形態による、一例における反射アイランドを有するマルチビーム要素の平面図を示す。
本明細書に記載の原理による実施形態による、一例における、マルチビューディスプレイのブロック図である。
本明細書に記載の原理による実施形態による、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に図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する。これらの特徴および他の特徴は、上
記で参照された図を参照して以下に詳述される。
本開示は、以下の［１］から［２０］を含む。
［１］光を光ガイドの長さに沿って導波光として伝搬方向にガイドするように構成された上記光ガイドと、
上記光ガイド長に沿って互いに離間した複数のマルチビーム要素であって、上記複数マルチビーム要素のマルチビーム要素（a multibeam element of the multibeam element plurality）が、回折格子（a diffraction grating）を含み、上記導波光の一部を、マルチビューディスプレイの異なるビュー方向に対応する異なる方向を有する指向性光ビーム（directional light beams）として上記光ガイドの外に回折散乱するように構成された複数のマルチビーム要素と
を含み、
上記回折格子内の回折特徴部（diffractive features）の充填率が、上記マルチビーム要素の回折散乱効率を制御するように構成された、
マルチビームバックライト。
［２］上記充填率が、上記光ガイドの上記長さに沿った距離の関数として増加するように構成され、上記充填率の上記増加が、上記複数マルチビーム要素のマルチビーム要素の回折散乱効率に対応する増加を提供し、上記光ガイド長に沿った上記光ガイド内の導波光の強度の減少を補償する、上記［１］に記載のマルチビームバックライト。
［３］上記回折格子の上記回折特徴部が、上記導波光の上記伝搬方向に対して直交する向きを含み、上記回折格子が、充填特徴部であって、上記伝搬方向に対して平行な向きを有し、上記回折格子内の上記充填特徴部の面積に対する上記回折特徴部の面積の比率として上記充填率を確立するために、上記回折格子の上記回折特徴部と交差しかつそれを分断するように構成された充填特徴部をさらに含む、上記［１］に記載のマルチビームバックライト。
［４］上記回折特徴部および上記充填特徴部の両方が、上記光ガイドの表面の隆起を含み、上記回折特徴部の隆起と上記充填特徴部の隆起との交差点が、上記回折特徴部にギャップを導入し上記回折特徴部を分断するように構成された、上記［３］に記載のマルチビームバックライト。
［５］上記回折格子が、上記回折特徴部および上記充填特徴部の上記隆起の間の空間に反射材料層をさらに含む、上記［４］に記載のマルチビームバックライト。
［６］上記回折特徴部および上記充填特徴部の両方が、上記光ガイドの表面の溝を含み、上記回折特徴部の溝と上記充填特徴部の溝との交差点が、上記回折特徴部にギャップを導入し上記回折特徴部を分断するように構成された、上記［３］に記載のマルチビームバックライト。
［７］上記回折格子が、上記回折特徴部および上記充填特徴部の上記溝内に反射材料層をさらに含む、上記［６］に記載のマルチビームバックライト。
［８］上記マルチビーム要素が、上記回折格子の広がりに相当する広がりを有し、回折散乱光の一部を上記指向性光ビームの方向に方向転換するように構成された反射アイランドをさらに含む、上記［１］に記載のマルチビームバックライト。
［９］上記反射アイランドが、開口部を有する反射材料層を含み、上記回折格子内の上記開口部の面積に対する上記反射材料層の面積の比率が、上記回折特徴部の上記充填率に対応する、上記［８］に記載のマルチビームバックライト。
［１０］上記マルチビームバックライトが、上記光ガイドの入力に光学的に結合された光源をさらに含み、上記光源が、上記導波光としてガイドされる光を提供するように構成され、上記回折格子の回折特徴部の充填率が、上記光源からの距離の関数として、上記マルチビーム要素の上記回折散乱効率を制御するように構成された、上記［１］に記載のマルチビームバックライト。
［１１］電子ディスプレイが上記マルチビューディスプレイであり、上記マルチビームバックライトによって放射される光を上記指向性光ビームとして変調し、上記マルチビューディスプレイの上記ビュー方向に対応するビュー方向の複数のビューを有する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み、上記マルチビーム要素のサイズが、上記ライトバルブアレイのライトバルブのサイズの５０％から２００％の間である、上記［１］に記載のマルチビームバックライトを含む電子ディスプレイ。
［１２］光を光ガイドに沿って導波光としてガイドするように構成された上記光ガイドと、
上記光ガイドに沿って互いに離間したマルチビーム要素のアレイであって、上記光ガイドからの上記導波光を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指向性光ビームとして散乱するように構成され、上記マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素が、回折特徴部と充填特徴部とを有する回折格子を含む、マルチビーム要素のアレイと、
上記指向性光ビームを変調し、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、
を含み、
上記回折格子内の上記充填特徴部に対する上記回折特徴部の充填率が、上記マルチビーム要素の回折散乱効率を制御するように構成された、
マルチビューディスプレイ。
［１３］上記マルチビーム要素のサイズが、上記ライトバルブアレイのライトバルブのサイズの１／４から２倍である、上記［１２］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１４］充填特徴部が、上記導波光の伝搬方向に対して平行に上記回折格子内に配置され、上記充填特徴部が、上記回折格子の上記回折特徴部と交差しかつそれを分断するように構成され、上記回折格子内の上記充填特徴部の面積に対する上記回折特徴部の面積の比率として上記充填率を確立する、上記［１２］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１５］上記回折特徴部および上記充填特徴部の両方が、上記光ガイドの表面の溝、および上記光ガイドの上記表面の隆起のいずれかを含む、上記［１２］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１６］上記マルチビーム要素が、回折散乱光を上記指向性光ビームの方向に反射するように構成された反射材料層をさらに含み、上記反射材料層が、上記溝、および上記回折特徴部と上記充填特徴部との上記隆起の間のいずれかに配置された、上記［１５］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１７］広角バックライトであって、上記ライトバルブアレイに隣接した上記光ガイドの別の側面と対向した上記光ガイドの側面に隣接し、上記マルチビューディスプレイの２次元（２Ｄ）モード中に広角放射光を提供するように構成され、上記ライトバルブアレイが、上記広角放射光を２Ｄ画像として変調するように構成された、広角バックライトをさらに含み、
上記光ガイドおよびマルチビーム要素アレイが、上記広角放射光に対して透明であるように構成され、上記マルチビューディスプレイが、マルチビューモード中に上記マルチビュー画像を表示し、上記２Ｄモード中に上記２Ｄ画像を表示するように構成された、上記［１２］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１８］光を光ガイドに沿って導波光としてガイドするステップと、
上記光ガイドに沿って配置された複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素を使用して、上記導波光の一部を指向性光ビームとして散乱させるステップであって、上記マルチビーム要素が、回折特徴部と該回折特徴部を分断する充填特徴部とを有する回折格子を含む、ステップと、
マルチビュー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上記指向性光ビームを変調するステップであって、上記指向性光ビームが、上記マルチビュー画像のビュー方向に対応する方向を有する、ステップと、
を含み、
上記回折格子内の上記充填特徴部に対する上記回折特徴部の充填率が、上記光ガイドに沿った距離の関数として上記マルチビーム要素の回折散乱効率を制御する、
マルチビューディスプレイ動作の方法。
［１９］上記充填率が、上記回折散乱効率を制御し、上記導波光の強度の損失を上記光ガイドに沿った距離の関数として補償し、上記マルチビーム要素のサイズが、ライトバルブの上記アレイのライトバルブのサイズと同等である、上記［１８］に記載のマルチビューディスプレイ動作の方法。
［２０］上記充填特徴部が、上記光ガイド内の上記導波光の伝搬方向と平行であり、上記回折特徴部および上記充填特徴部の両方が、上記光ガイドの表面の溝、および上記光ガイドの上記表面の隆起のいずれかを含み、上記マルチビーム要素が、上記回折格子に隣接した反射材料層をさらに含み、上記反射材料層が、上記溝、および上記回折特徴部と上記充填特徴部との上記隆起の間のいずれかに配置された、上記［１８］に記載のマルチビューディスプレイ動作の方法。
本明細書に記載の原理による例および実施形態は、電子ディスプレイに適用して、回折特徴部の充填率を用いて回折格子の回折効率制御を提供するバックライトを提供する。本明細書の原理に一致する様々な実施形態において、指向性光ビームを提供するように構成された回折格子を有する複数のマルチビーム要素を採用したマルチビームバックライトが提供される。様々な実施形態において、回折格子は、回折特徴部および充填特徴部を含む。充填特徴部は、回折格子内の充填特徴部の面積に対する回折特徴部の面積の比率として充填率を確立するために、回折特徴部を分断するように位置決めされ配向される。充填率は、回折格子の回折効率を制御する。本明細書に記載のバックライトおよび様々なバックライトディスプレイの使用としては、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、自動車のディスプレイコンソール、カメラディスプレイ、およびその他の様々なモバイル、ならびに実質的に非モバイルのディスプレイ用途ならびにデバイスが挙げられるが、これらに限定されない。
本明細書では、「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で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。図１Ａは、本明細書に記載の原理による実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイ１０の斜視図である。図１Ａに図示されるように、マルチビューディスプレイ１０は、閲覧されるマルチビュー画像を表示するための画面１２を備える。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在す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図示され（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のみが図示されているが、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図示されているが、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上またはその近傍に現れることに留意されたい。画面１２の上方にビュー１４を示すことは、説明を簡潔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を閲覧す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、または同等に光ビームは、一般に、本明細書の定義により、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、マルチビューディスプレイ画面の平面に対して垂直）における角度であり、一方、方位角φは、水平面（例えば、マルチビューディスプレイ画面の平面に対して平行）における角度である。
図１Ｂは、本明細書に記載の原理による実施形態による、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も示す。
さらに、本明細書では、用語「マルチビュー画像」および「マルチビューディスプレイ」で使用される用語「マルチビュー」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、用語「マルチビュー」は、本明細書の定義により、２つを超える異なるビュー（すなわち、最低３つのビュー、一般に３つを超えるビュー）を明示的に含む。したがって、本明細書で採用される「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示的に区別される。しかし、マルチビュー画像およびマルチビューディスプレイには２つを超えるビューが含まれるが、本明細書の定義により、マルチビュー画像は、一度に閲覧されるマルチビューを２つだけ選択することにより（例えば、１つの眼に対して１つのビュー）、立体画像ペアとして（例えば、マルチビューディスプレイ上で）閲覧可能である。
本明細書の定義によると、「マルチビーム要素」とは、複数の指向性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要素である。マルチビーム要素によって生成される複数の指向性光ビーム（または「複数指向性光ビーム」）の指向性光ビームは、本明細書の定義により、互いに異なる主角度方向を有する。特に、定義により、複数指向性光ビームの指向性光ビームは、複数指向性光ビームの別の指向性光ビームと異なる所定の主角度方向を有する。いくつかの実施形態によれば、マルチビーム要素のサイズは、マルチビーム要素に関連するディスプレイ（例えば、マルチビューディスプレイ）で使用されるライトバルブのサイズと同等であり得る。特に、いくつかの実施形態において、マルチビーム要素サイズは、ライトバルブサイズの約１／２～約２倍であり得る。いくつかの実施形態において、マルチビーム要素は、偏光選択散乱を提供し得る。
様々な実施形態によれば、複数指向性光ビームは、光照射野を表し得る。例えば、複数指向性光ビームは、実質的に円錐形空間領域に限定されてもよく、または複数光ビームの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。したがって、指向性光ビームの組み合わせ（すなわち、複数指向性光ビーム）の所定の角度広がりは、光照射野を表し得る。
様々な実施形態によれば、複数指向性光ビームの様々な指向性光ビームの異なる主角度方向は、マルチビーム要素のサイズ（例えば、長さ、幅、面積などの１つまたはそれ以上）を含むがこれに限定されない特性および他の特性によって決定される。例えば、回折マルチビーム要素では、「格子ピッチ」つまり回折特徴部の間隔および回折マルチビーム要素内の回折格子の向きが、少なくとも部分的に、様々な指向性光ビームの異なる主角度方向を決定する特性であり得る。いくつかの実施形態において、マルチビーム要素は、本明細書の定義により、「拡張点光源」、すなわち、マルチビーム要素の範囲に広がって分布する複数の点光源とみなすことができる。さらに、マルチビーム要素によって生成される指向性光ビームは、図１Ｂに関して以下で説明するように、角度成分｛θ，φ｝によって与えられる主角度方向を有し得る。
本明細書では、「光ガイド」は、全内部反射を使用して構造体内で光をガイドする構造体として定義される。特に、光ガイドは、光ガイドの動作波長で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、全内部反射を採用して、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、光をガイドする誘電体の光導波路を指す。定義により、全内部反射の条件は、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において、光ガイドは、全内部反射をさらに促進するために、前述の屈折率の差に加えて、またはその代わりにコーティングを含み得る。コーティングは、例えば、反射コーティングであり得る。光ガイドは、プレートまたはスラブガイド、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かであり得る。
いくつかの実施形態において、光ガイドは、実質的に平坦（すなわち、平面に限定される）であってもよく、したがって、光ガイドは平坦なまたはプレート光ガイドである。他の実施形態において、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、円筒形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、任意の曲率は、光をガイドするためにプレート光ガイド内での全内部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に配置され得る。他の例では、回折格子は、複数の回折格子を含む混合周期の回折格子であってもよく、複数の回折格子の各回折格子は、特徴の異なる周期的配置を有する。さらに、回折格子は、１次元（１Ｄ）アレイに配置された複数の回折特徴部（例えば、材料表面の複数の溝または隆起）を含み得る。他の例では、回折格子は、回折特徴部の２次元（２Ｄ）アレイであり得る。回折格子は、例えば、材料表面のバンプまたは穴の２Ｄアレイであり得る。いくつかの例では、回折格子は、第１の方向または次元において実質的に周期的であり、回折格子全体にわたって、または回折格子に沿った別の方向において、実質的に非周期的（例えば、一定、ランダムなど）であり得る。
したがって、本明細書の定義によれば、「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には、提供される回折または回折散乱は、回折格子が、光ガイドからの光を回折によって結合または散乱することができるという点で、「回折結合」または「回折散乱」となり得、またそのように呼ばれ得る。回折格子はまた、回折によって（すなわち、回折角で）光の角度を方向転換または変更する。特に、回折の結果として、回折格子を出る光は、一般に、回折格子に入射する光（すなわち、入射光）の伝搬方向とは異なる伝搬方向を有する。本明細書では、回折による光の伝搬方向の変化を「回折方向転換」と呼ぶ。したがって、回折格子は、回折格子に入射する光を回折的に方向転換する回折特徴部を含む構造体であると理解することができ、光が光ガイドから入射する場合には、回折格子は光ガイドからの光を回折的に結合することもできる。
さらに、本明細書の定義により、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り得る。表面は、例えば、光ガイドの上面または底面であり得る。他の例では、表面は、光ガイドの内部であり得る。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らに限定されない、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。
本明細書に記載の様々な例によれば、回折格子（例えば、以下で説明するマルチビーム要素の回折格子）を採用して、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、またはそれによって提供される回折角θｍは、式（１）によって以下のように与えられ得る。
ここで、λは光の波長、ｍは回折次数、ｎは光ガイドの屈折率、ｄは回折格子の特徴部間の距離または間隔、θｉは回折格子上の光の入射角である。簡潔にするために、式（１）では、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）と仮定している。一般に、回折次数ｍは整数で与えられる。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（例えば、ｍ＞０）である場合、式（１）によって与えられ得る。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よる実施形態による、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。光ビーム５０は、光ガイド４０内の導波光ビームである。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、結合された指向性光ビーム６０が図示されている。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。例えば、回折角θｍは、回折格子３０の回折次数「ｍ」に対応し得る。さらに、いくつかの実施形態によれば、回折特徴部は、湾曲していてもよく、また、光の伝搬方向に対して所定の向き（例えば、傾斜または回転）を有していてもよい。回折特徴部の湾曲および回折特徴部の向きの一方または両方は、例えば、回折格子によって結合される光の方向を制御するように構成され得る。例えば、指向性光の主角度方向は、入射光の伝搬方向に対する、光が回折格子に入射する点での回折特徴部の角度の関数であり得る。
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、限定されないが、コリメートミラーもしくは反射体、コリメートレンズ、回折格子、またはそれらの様々な組み合わせを含むことができる。本明細書では、σで示される「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ビーム内の光線の大部分が特定の角度広がり内（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について＋／－σ度）にあることを規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する可能性があり、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判定される角度であり得る。
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発光体）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）などの発光体を含み得る。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、プラズマベースの発光体、蛍光ランプ、白熱ランプ、および事実上他の任意の光の供給源の１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない、実質的に任意の発光体を含み得る。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において、光源は、複数の発光体を備え得る。例えば、光源は、発光体の少なくとも１つが、少なくとも１つの他の発光体のセットまたはグループによって生成される光の色または波長とは異なる色、または同等な波長の光を生成する、発光体のセットまたはグループを含み得る。異なる色は、例えば、原色（例えば、赤、緑、青）を含み得る。
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大きい円錐角を有する光と定義される。特に、いくつかの実施形態において、広角放射光は、約２０度より大きい（例えば、＞±２０°）円錐角を有し得る。他の実施形態において、広角放射光の円錐角は、約３０度より大きく（例えば、＞±３０°）、または約４０度より大きく（例えば、＞±４０°）、または約５０度より大きく（例えば、＞±５０°）てもよい。例えば、広角放射光の円錐角は、約６０度より大きく（例えば、＞±６０°）てもよい。
いくつかの実施形態において、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、または広角ビュー（例えば、約±４０～６５°）のための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になるように定義され得る。他の実施形態において、広角放射光は、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指向性がない）、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することもできる。
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、「回折格子」は、１つまたはそれ以上の回折格子を意味し、したがって、「回折格子」とは、本明細書において「回折格子（複数可）」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するものではない。本明細書では、値に適用されるときの用語「約」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、またはプラスマイナス１０％、もしくはプラスマイナス５％、もしくはプラスマイナス１％を意味し得る。さらに、本明細書で使用される用語「実質的に（substantially）」は、大部分、またはほぼすべて、またはすべて、または約５１％～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、マルチビーム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による実施形態による、一例におけるマルチビームバックライト１００の断面図を示す。図３Ｂは、本明細書に記載の原理による実施形態による、一例におけるマルチビームバックライト１００の斜視図を示す。図３Ｂの斜視図は、本明細書での議論を容易にするために、部分的に切り取って図示されている。
図示されるように、マルチビームバックライト１００は光ガイド１１０を含む。光ガイド１１０は、光を光ガイドの長さに沿って導波光１０４（すなわち、導波光ビーム１０４）としてガイドするように構成される。例えば、光ガイド１１０は、光導波路として構成された誘電体材料を含み得る。誘電体材料は、誘電体光導波路の周囲の媒体の第２の屈折率より大きい第１の屈折率を有し得る。屈折率の差は、例えば、光ガイド１１０の１つまたはそれ以上のガイドモードによって、導波光１０４の全内部反射を促進するように構成される。
いくつかの実施形態において、光ガイド１１０は、光学的に透明な誘電体材料の広がった実質的に平坦なシートを含む光導波路（すなわち、プレート光ガイド）のスラブまたはプレートであり得る。実質的に平坦な誘電体材料シートは、全内部反射を使用して導波光１０４をガイドするように構成される。様々な例によれば、光ガイド１１０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、様々な誘電体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１１０は、光ガイド１１０の表面（例えば、第１の面および第２の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）をさらに含み得る。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。
さらに、いくつかの実施形態によれば、光ガイド１１０は、光ガイド１１０の第１の表面１１０’（例えば、前面や上面または側面）と第２の表面１１０’’（例えば、背面や底面または側面）との間の非ゼロ伝搬角度（non-zero propagation angle）での全内部反射により導波光１０４をガイドするように構成され得る。特に、導波光１０４は、非ゼロ伝搬角度で光ガイド１１０の第１の表面１１０’と第２の表面１１０’’との間で反射または「バウンス（bouncing）」することによって伝搬する。いくつかの実施形態において、異なる色の光を含む複数の導波光ビーム１０４は、異なる色固有の非ゼロ伝搬角度のそれぞれにおいて、光ガイド１１０によってガイドされ得る。非ゼロ伝搬角度は、図を簡潔にするために図３Ａに図示されていないことに留意されたい。しかし、伝搬方向１０３を示す太い矢印は、図３Ａの光ガイド長に沿った（例えばｘ方向）導波光１０４の一般的な伝搬方向を示す。
図３Ａ～３Ｂに図示されるよう、マルチビームバックライト１００は、光ガイド長に沿って互いに離間した複数のマルチビーム要素１２０をさらに含む。特に、複数マルチビーム要素のマルチビーム要素１２０は、有限空間によって互いに離隔され、光ガイド長に沿った個別の別個の要素である。すなわち、本明細書の定義により、複数マルチビーム要素のマルチビーム要素１２０は、有限（すなわち、非ゼロ）の要素間距離（例えば、有限の中心間距離）によって、互いに離間されている。さらに、いくつかの実施形態によれば、複数マルチビーム要素のマルチビーム要素１２０は、一般に、互いに交差したり、重なったり、または接触したりしない。つまり、複数マルチビーム要素の各マルチビーム要素１２０は、一般に、マルチビーム要素１２０の他のものとは別個であり、かつ離隔される。
いくつかの実施形態によれば、複数マルチビーム要素のマルチビーム要素１２０は、１次元（１Ｄ）アレイまたは２次元（２Ｄ）アレイのいずれかで配置され得る。例えば、マルチビーム要素１２０は、線形の１Ｄアレイとして配置され得る。別の例では、マルチビーム要素１２０は、長方形の２Ｄアレイとして、または円形の２Ｄアレイとして配置され得る。さらに、アレイ（すなわち、１Ｄアレイまたは２Ｄアレイ）は、いくつかの例では、規則的または均一なアレイであり得る。特に、マルチビーム要素１２０の要素間距離（例えば、中心間距離または間隔）は、アレイ全体にわたって実質的に均一または一定であり得る。他の例では、マルチビーム要素１２０の要素間距離は、アレイ全体および光ガイド１１０の長さに沿って、一方または両方に変化させることができる。
様々な実施形態によれば、複数マルチビーム要素のマルチビーム要素１２０は、導波光１０４の一部を指向性光ビーム１０２として光ガイド１１０の外に回折散乱させるように構成された回折格子を含み得る。したがって、マルチビーム要素１２０は、「回折型マルチビーム要素」と呼ぶことができる。様々な実施形態によれば、マルチビーム要素１２０によって散乱された指向性光ビーム１０２は、マルチビームバックライト１００に関連するマルチビューディスプレイの異なるビュー方向に相当する異なる方向を有する。図３Ａおよび図３Ｂは、指向性光ビーム１０２を、光ガイド１１０の第１の表面（または前面）１１０’から指向するように示された複数の発散矢印として示す。マルチビームバックライト１００によって放射光として放射される光は、マルチビーム要素１２０によって回折散乱された指向性光ビーム１０２を含む。
様々な実施形態によれば、回折格子内の回折特徴部の充填率は、マルチビーム要素１２０の回折散乱効率を制御するように構成される。本明細書では、「充填率」とは、回折特徴部で満たされている回折格子の面積の割合として定義される。同等に、「充填率」は、回折特徴部を含まない面積に対する回折特徴部を含む面積の比率として定義することもできる。例えば、（以下で説明する）いくつかの実施形態において、回折格子は、回折特徴部を分断する充填特徴部を含み得る。したがって、「充填率」は、充填特徴部とは対照的に回折特徴部を含む回折格子面積の割合、または同等に、充填特徴部を含む面積に対する回折特徴部を含む面積の比率として定義することができる。
図４Ａは、本明細書に記載の原理による実施形態による、一例における充填率を有する回折格子１２５の平面図を示す。特に、回折格子１２５は、マルチビームバックライト１００のマルチビーム要素１２０の回折格子であり得る。図示されるように、回折格子１２５は、回折特徴部１２６を含む。様々な実施形態によれば、回折特徴部１２６は、回折格子１２５に入射する光を回折的に方向転換するように構成され、回折格子１２５がマルチビーム要素１２０に組み込まれると、回折によって光ガイド１１０の外に光を回折散乱することができる。
図４Ａに図示された回折格子１２５は、回折特徴部１２６または同等に回折格子１２５の充填率を提供するように構成された充填特徴部１２７をさらに含む。様々な実施形態によれば、充填特徴部１２７は、導波光（例えば、導波光１０４）の伝搬方向に沿って回折格子１２５に入射する光に対して光学的に不活性であるように構成される。したがって、充填特徴部１２７は、入射する導波光をほとんど回折しない可能性がある。図４Ａの回折特徴部１２６の充填率とは、回折特徴部１２６によって占有される回折格子１２５の割合、または充填特徴部１２７に対する回折特徴部１２６の比率である。
図４Ｂは、本明細書に記載の原理による実施形態による、一例における充填率を有する別の回折格子１２５の平面図を示す。やはり、いくつかの実施形態において、図４Ｂに図示された回折格子１２５は、マルチビームバックライト１００のマルチビーム要素１２０の回折格子であり得る。図４Ｂに図示されるように、回折格子１２５は、回折特徴部１２６と、充填率を提供するように構成された充填特徴部１２７との両方を含む。さらに、充填特徴部１２７を有する面積に対する回折特徴部１２６によって占有される面積は、図４Ａに図示される回折格子１２５のそれよりも小さい。その結果、図４Ｂの回折格子１２５の充填率は、図４Ａのそれよりも小さい。充填率が低いと、図４Ｂの回折格子１２５は、回折効率が低い可能性があり、または同等に、例えば回折格子１２５に入射する光の単位面積当たりの回折が、図４Ａの回折格子１２５よりも少ない可能性がある。
図４Ｃは、本明細書に記載の原理による実施形態による、一例における充填率を有する回折格子１２５の斜視図を示す。例えば、図４Ｃに図示された回折格子１２５は、図４Ａに図示された回折格子１２５の斜視図を表し得る。特に、図４Ｃの回折格子１２５は、回折特徴部１２６と充填特徴部１２７との両方を有する。さらに、回折格子１２５は、図示されるように、光ガイド１１０の表面に配置される。
いくつかの実施形態において、回折格子１２５の回折特徴部１２６は、導波光の伝搬方向と直交する、または少なくとも実質的に直交する向きを有する。図４Ａ～図４Ｃを参照すると、回折特徴部１２６は、一般にｙ方向に沿って配向し、ｘ方向に図示される導波光１０４の伝搬方向１０３（矢印で示される）に直交するように示される。さらに、図４Ａ～図４Ｃに図示される回折格子１２５の充填特徴部１２７は、伝搬方向１０３に平行、または実質的に平行な向きを有し、したがって、図４Ａ～図４Ｃに図示される実施形態においてｘ方向に沿って配向される。その結果、図示されるように、充填特徴部１２７は、回折格子１２５の回折特徴部１２６と交差し、かつそれを分断し、回折格子１２５の充填率を確立する。
いくつかの実施形態において、回折格子１２５の回折特徴部１２６および充填特徴部１２７の両方は、光ガイド１１０の表面の隆起を含み得る。他の実施形態において、回折格子１２５の回折特徴部１２６および充填特徴部１２７の両方は、光ガイドの表面の溝を含み得る。
例えば、図４Ａ～図４Ｃは、回折特徴部１２６および充填特徴部１２７を光ガイド１１０の表面上の隆起として示しており、隆起は、例えば、図４Ａおよび図４Ｂにおいて網掛け領域を用いて示されている。図示されるように、充填特徴部１２７は、前述のように、回折特徴部１２６の隆起と充填特徴部１２７の隆起との交差点で回折特徴部１２６と交差し、かつそれを分断するように配向される。特に、回折特徴部１２６と充填特徴部１２７との交差点は、回折特徴部１２６に、回折特徴部１２６を分断するギャップを導入するように構成される。回折特徴部１２６の隆起のギャップは、充填率による回折格子１２５の回折効率を減少させる回折特徴部１２６の面積または長さの減少を表す。
図５Ａは、本明細書に記載の原理による別の実施形態による、一例における充填率を有する回折格子１２５を示す。図５Ｂは、本明細書に記載の原理による別の実施形態による、一例における充填率を有する回折格子１２５を示す。特に、図５Ａおよび図５Ｂにおいて、回折格子１２５の回折特徴部１２６および充填特徴部１２７は、光ガイド面に溝を含む。図４Ａ～図４Ｃの隆起と同様に、図５Ａ～図５Ｂに図示された回折特徴部１２６を表す溝は、導波光１０４の伝搬方向１０３に対して直交するように配向され、充填特徴部１２７を表す溝は、導波光１０４の伝搬方向１０３に対して平行に配向される。また、図４Ａ～図４Ｃの場合と同様に、図５Ａ～図５Ｂに図示された充填特徴部１２７の溝は、回折格子１２５の回折特徴部１２６を表す溝と交差し、かつそれを分断するように構成される。特に、図５Ａ～図５Ｂに図示された回折特徴部１２６の溝と充填特徴部１２７の溝との交差点は、回折特徴部１２６に、回折特徴部１２６を分断するギャップを導入するように構成される。したがって、回折特徴部１２６の溝のギャップは、回折格子１２５の回折効率を小さくする回折特徴部１２６の長さまたは面積の低減を表す。
いくつかの実施形態において、充填率は、光ガイド１１０の長さに沿った距離の関数として増加するように構成され得る。充填率の増加が、複数マルチビーム要素のマルチビーム要素１２０の相当する回折散乱効率の増加を提供することができる。いくつかの実施形態において、回折散乱効率の増加が、光ガイド長に沿った光ガイド１１０内の導波光の強度の付随的減少を補償するように構成され得る。他の実施形態において、回折特徴部１２６の充填率は、距離の他の関数にしたがうように構成され得る。例えば、充填率は、光ガイド長に沿った距離の関数として小さくなるように構成され得る。いくつかの実施形態において、充填率は、光ガイド長の特定の点まで増加し、次いで、光ガイド長の残りの部分では小さくなるように構成され得る。充填率はまた、光ガイド長に沿って距離の様々な関数が変化するように構成することができる。例えば、充填率は、光ガイド長の関数として、線形に、対数的に変化する、または正弦波として変化するように構成することができる。
いくつかの実施形態において、回折格子１２５は、反射材料層、より詳細には、反射材料または反射材料層を含む反射アイランド（reflective island）をさらに含み得る。反射材料層または反射アイランドの反射材料は、限定されないが、反射金属（例えば、アルミニウム、銀、金など）または反射ポリマー（例えば、アルミニウムポリマー複合体）、ならびに例えば、ミネソタ州セントポールの３Ｍ社によって製造されたＶｉｋｕｉｔｉ（商標）ＥＳＲなどの強化鏡面反射体（ＥＳＲ）フィルムなどの様々な反射フィルムを含む、実質的に任意の反射材料または反射材料層を含み得る。いくつかの実施形態において、充填率は、反射材料層または反射アイランドによって提供または増大され得る。
図６Ａは、本明細書に記載の原理による実施形態による、一例における反射アイランド１２９を有するマルチビーム要素１２０の断面図を示す。図６Ｂは、本明細書に記載の原理による別の実施形態による、一例における反射アイランド１２９を有するマルチビーム要素１２０の平面図を示す。特に、図６Ａ～図６Ｂに図示されたマルチビーム要素１２０は、光ガイド１１０の表面の回折格子１２５と、光ガイド表面に隣接する反射アイランド１２９とを含む。また、例であって限定するものではないが、回折格子１２５の回折特徴部１２６も図示されている。様々な実施形態によれば、マルチビーム要素１２０の反射アイランド１２９は、反射材料または反射材料層を含み、回折散乱光の一部を指向性光ビーム１０２の方向に方向転換するように構成される。いくつかの実施形態において、反射アイランド１２９は、回折格子１２５の広がりに相当する広がりを有し得る。
図６Ｂに図示されるように、反射アイランド１２９は、反射アイランド１２９の反射材料に開口部１２９’を含み得る。いくつかの実施形態において、回折格子１２５内の開口部１２９’の面積に対する反射アイランド１２９の面積の比率は、充填率を定義、またはそれに対応し得る。例えば、図６Ｂで図示されるように、回折格子１２５の充填率は、約５０％であり得る。これに対応して、回折格子１２５内の開口部１２９’の面積に対する反射材料の面積の比率は、約５０％である（例えば、同等に、反射アイランド１２９はマルチビーム要素１２０の約半分をカバーする）。他の実施形態（図示せず）において、反射材料は、回折格子１２５の回折特徴部および充填特徴部を提供する隆起または溝内に存在してもよい。反射材料が溝または隆起内に存在することによって、例えば、回折特徴部の性能を強化することができる。
図３Ａに戻ると、マルチビームバックライト１００は、光源１３０をさらに含み得る。様々な実施形態によれば、光源１３０は、光ガイド１１０内でガイドされる光を提供するように構成される。特に、光源１３０は、光ガイド１１０の入射面または入射端（入力端）に隣接して配置され得る。様々な実施形態において、光源１３０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源（例えば、発光体）を含み得る。いくつかの実施形態において、光源１３０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発光体を備え得る。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１３０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１３０は、白色光を提供し得る。いくつかの実施形態において、光源１３０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発光体を備え得る。異なる発光体は、異なる色の光の各々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得る。
上述のような光源１３０を含むいくつかの実施形態において、回折格子１２５の回折特徴部の充填率は、光ガイド１１０に沿った光源１３０からの距離の関数として、マルチビーム要素の回折散乱効率を制御するように構成され得る。例えば、充填率は、光ガイド１１０の長さに沿った光源１３０からの距離の関数として増加するように構成することができ、いくつかの実施形態において、充填率の増加が、複数マルチビーム要素のマルチビーム要素１２０の回折散乱効率に対応する増加を提供し、光ガイド長に沿った光ガイド内の導波光の強度の減少を補償することができる。
図３Ａは、さらに、ライトバルブ１４０のアレイを示す。図示されるように、ライトバルブ１４０のアレイは、複数指向性光ビームの指向性光ビーム１０２を変調するように構成される。様々な実施形態において、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く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１４０として、異なるタイプのライトバルブが採用され得る。
ライトバルブ１４０のアレイは、例えば、マルチビームバックライト１００を採用したマルチビューディスプレイの一部であってもよく、本明細書での議論を容易にする目的で、マルチビームバックライト１００とともに図３Ａおよび図３Ｂに図示される。したがって、指向性光ビーム１０２の主角度方向は、マルチビューディスプレイのビュー方向に対応する。さらに、いくつかの実施形態において、マルチビーム要素１２０のサイズは、ライトバルブアレイのライトバルブ１４０のサイズの約２５％～約２００％であり得る。他の実施形態において、マルチビーム要素サイズは、ライトバルブサイズの約５０％～約１５０％であり得る。例えば、マルチビーム要素サイズとライトバルブサイズは、実質的に等しいサイズであり得る。
本明細書に記載の原理のいくつかの実施形態によれば、マルチビューディスプレイが提供される。図７は、本明細書に記載の原理による実施形態による、一例における、マルチビューディスプレイ２００のブロック図を示す。図示されるように、マルチビューディスプレイ２００は、光ガイドに沿って光をガイドするように構成された光ガイド２１０をさらに含む。いくつかの実施形態において、光ガイド２１０は、前述のように、マルチビームバックライト１００の光ガイド１１０と実質的に同様であり得る。したがって、光ガイド２１０は、全内部反射を使用して導波光をガイドするように構成され得る。さらに、導波光は、光ガイド２１０によって、または光ガイド内で、非ゼロ伝搬角度でガイドされ得る。いくつかの実施形態において、導波光は、コリメートされても、またはコリメートされた光ビームであってもよい。特に、いくつかの実施形態において、導波光は、コリメーション係数σにしたがって、またはコリメーション係数σを有するようにコリメートされ得る。
マルチビューディスプレイ２００は、光ガイド２１０に沿って互いに離間されたマルチビーム要素２２０のアレイをさらに含む。マルチビーム要素２２０のアレイは、光ガイド２１０からの導波光を、マルチビューディスプレイ２００のビュー方向に相当する方向を有する指向性光ビーム２０２として散乱させるように構成される。マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素２２０は、様々な実施形態によれば、光ガイド２１０の表面または内部に配置することができる。いくつかの実施形態において、マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素２２０は、上述のマルチビームバックライト１００のマルチビーム要素１２０と実質的に同様であり得る。特に、マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素２２０は、回折特徴部および充填特徴部を有する回折格子を含む。
マルチビューディスプレイ２００は、ライトバルブ２３０のアレイをさらに含む。ライトバルブ２３０のアレイは、指向性光ビーム２０２を変調し、マルチビュー画像を提供するように構成される。いくつかの実施形態において、ライトバルブ２３０のアレイは、マルチビームバックライト１００に関して上述したライトバルブ１４０のアレイと実質的に同様であり得る。例えば、ライトバルブ２３０のアレイは、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く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様々な異なるタイプのライトバルブのいずれかが採用され得る。
様々な実施形態によれば、マルチビーム要素２２０の回折格子内の充填特徴部に対する回折特徴部の充填率は、マルチビーム要素２２０の回折散乱効率を制御するように構成される。充填率は、回折特徴部で満たされている回折格子の面積の割合として、または回折格子内の充填特徴部の面積に対する回折特徴部の面積の比率として定義することができる。マルチビーム要素の回折効率は、マルチビームバックライト１００に関して上述したように、回折特徴部の充填率に付随して増加し得る。
いくつかの実施形態において、マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素２２０のサイズは、ライトバルブアレイのライトバルブ２３０のサイズと同等である。いくつかの実施形態において、マルチビーム要素のサイズは、マルチビーム要素サイズがライトバルブサイズの約１／４～約２倍であるように、ライトバルブのサイズと同等である。他の実施形態において、マルチビーム要素サイズは、ライトバルブサイズの約５０％～約２００％であり得る。マルチビーム要素サイズとライトバルブサイズとの関係は、例えば、モアレまたは同様の効果を最小化、または除去するように構成され得る。
いくつかの実施形態において、充填特徴部は、マルチビーム要素２２０の回折格子内に、導波光の伝搬方向と平行に配置される。この向きにおいて、充填特徴部は、マルチビームバックライト１００に関して前述のように、回折格子内の充填特徴部の面積に対する回折特徴部の面積の比率として充填率を確立するために、回折格子の回折特徴部と交差し、かつそれを分断するように構成される。いくつかの実施形態において、回折特徴部および充填特徴部の両方は、光ガイド２１０の表面の溝、および光ガイド２１０の表面の隆起のいずれかを含む。
いくつかの実施形態において、マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素２２０は、回折散乱光を指向性光ビーム２０２の方向に反射するように構成された反射材料層をさらに含む。反射材料層は、マルチビームバックライト１００に関して上述した反射材料と実質的に同様の反射材料を含み得る。いくつかの実施形態において、反射材料層は、回折特徴部および充填特徴部の溝内に配置することができる。いくつかの実施形態において、反射材料層は、回折特徴部および充填特徴部の隆起の間に配置することができる。いくつかの実施形態において、反射材料層は、上述のように、反射アイランドを含んでもよく、開口部を含んでもよい。
図７に図示されるよう、マルチビューディスプレイ２００は、光ガイド２１０に隣接する広角バックライト２４０をさらに含んでもよい。図７に図示される広角バックライト２４０は、ライトバルブアレイと対向する光ガイド２１０の側面に隣接している。特に、図示されるように、広角バックライト２４０は、光ガイド２１０の底面に隣接している。広角バックライト２４０は、マルチビューディスプレイ２００の２次元（２Ｄ）モード中に広角放射光２４２として広角光を提供するように構成される。さらに、ライトバルブアレイは、２Ｄモード中、広角放射光を２Ｄ画像として変調するように構成され得る。
いくつかの実施形態によれば、光ガイド２１０およびマルチビーム要素２２０のアレイは、隣接する広角バックライト２４０によって提供される広角放射光２４２に対して光学的に透明であるように構成され得る。したがって、広角放射光２４２は、光ガイド２１０の厚さを通過するように構成され得る。広角バックライト２４０からの広角放射光２４２は、したがって、光ガイド２１０の底面を介して受光され、光ガイド２１０の厚さを透過して、ライトバルブ２３０のアレイから放射される。光ガイド２１０は、広角光に対して光学的に透明であるため、広角放射光２４２は、光ガイド２１０によって実質的に影響を受けない。
図７のマルチビューディスプレイ２００は、２次元（２Ｄ）モードまたはマルチビューモードのいずれかで選択的に動作することができる。２Ｄモードでは、マルチビューディスプレイ２００は、広角バックライト２４０によって提供される広角放射光２４２を放射するように構成される。マルチビューモードでは、マルチビューディスプレイ２００は、前述のように、光ガイド２１０およびマルチビーム要素２２０によって提供される指向性光ビーム２０２を放射するように構成される。光ガイド２１０と広角バックライト２４０との組み合わせは、例えば、モード切り替え可能（２Ｄ／マルチビュー）ディスプレイで使用することができる。
本明細書に記載の原理のいくつかの実施形態によれば、マルチビューディスプレイ動作の方法が提供される。図８は、本明細書に記載の原理による実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイ動作の方法３００のフローチャートを示す。図示されるように、方法３００は、光を導波光として光ガイドに沿ってガイドするステップ３１０を含む。いくつかの実施形態において、光ガイドは、マルチビームバックライト１００に関して上述した光ガイド１１０と実質的に同様であり得る。例えば、導波光は、光ガイド内での全内部反射を使用して光ガイドに沿ってガイドされ、伝搬する。いくつかの実施形態において、導波光は、光ガイド内で、非ゼロ伝搬角度でガイドされ得る。さらに、いくつかの実施形態において、導波光は、コリメーション係数にしたがってコリメートされ得る。
図８に図示されたマルチビューディスプレイ動作の方法３００は、光ガイドに沿って配置された複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素を使用して、導波光の一部を指向性光ビームとして散乱させるステップ３２０をさらに含む。いくつかの実施形態において、マルチビーム要素は、上述のマルチビームバックライト１００のマルチビーム要素１２０と実質的に同様であり得る。特に、複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素は、いくつかの実施形態によれば、回折特徴部と回折特徴部を分断する充填特徴部とを有する回折格子を含む。
図８に図示されるように、マルチビューディスプレイ動作の方法３００は、マルチビュー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指向性光ビームを変調するステップ３３０をさらに含む。いくつかの実施形態において、ライトバルブのアレイは、マルチビームバックライト１００に関して上述したライトバルブ１４０のアレイと実質的に同様であり得る。いくつかの実施形態において、マルチビーム要素のサイズは、ライトバルブのアレイのライトバルブのサイズと同等である。
様々な実施形態によれば、回折格子内の充填特徴部に対する回折特徴部の充填率は、光ガイドに沿った距離の関数として、マルチビーム要素の回折散乱効率を制御する。いくつかの実施形態において、充填率は、光ガイドの長さに沿った距離の関数として増加するように構成され、回折散乱効率を当該距離の関数として増加させる。
いくつかの実施形態において、充填特徴部は、光ガイド内の導波光の伝搬方向と平行である。いくつかの実施形態において、回折特徴部は、導波光の伝搬方向に対して垂直に配向され、充填特徴部によって回折特徴部に形成されたギャップは、回折特徴部の面積または長さを減少させ回折格子の回折効率を小さくする。いくつかの実施形態において、回折特徴部および充填特徴部の両方は、光ガイドの表面の溝、および光ガイドの表面の隆起のいずれかを含み得る。いくつかの実施形態において、反射材料層は、回折特徴部および充填特徴部の溝、または回折特徴部および充填特徴部の隆起の間に配置され得る。他の実施形態において、反射材料層は、溝または隆起に隣接して配置されても、離隔して配置されてもよい。いくつかの実施形態によれば、反射材料層の開口部は、充填率を提供または増大させることができる。いくつかの実施形態において、反射材料層の広がりは、マルチビーム要素の回折格子のサイズまたは広がりと同等であり得る。したがって、いくつかの実施形態において、反射材料層は、反射アイランドであり得る。
このように、回折格子内の回折特徴部の充填率を採用して回折格子を含むマルチビーム要素の回折散乱効率を制御するマルチビームバックライト、マルチビューディスプレイ、およびマルチビューディスプレイ動作の方法の例と実施形態が説明されてきた。上述の例は、本明細書に記載の原理を表す多くの特定の例のいくつかを、単に例示するものであることを理解されたい。当業者が、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。
１０ マルチビューディスプレイ
１２ 画面
１４ ビュー
１６ ビュー方向
２０ 光ビーム
３０ 回折格子
４０ 光ガイド
５０ 入射光ビーム、光ビーム
６０ 指向性光ビーム
１００ マルチビームバックライト
１０２ 指向性光ビーム
１０３ 伝搬方向
１０４ 導波光
１１０ 光ガイド
１１０’ 第１の表面
１１０’’ 第２の表面
１２０ マルチビーム要素
１２５ 回折格子
１２６ 回折特徴部
１２７ 充填特徴部
１２９ 反射アイランド
１２９’ 開口部
１３０ 光源
１４０ ライトバルブ
２００ マルチビューディスプレイ
２０２ 指向性光ビーム
２１０ 光ガイド
２２０ マルチビーム要素
２３０ ライトバルブ
２４０ 広角バックライト
２４２ 広角放射光
３００ マルチビューディスプレイ動作の方法
３１０ ガイドするステップ
３２０ 散乱させるステップ
３３０ 変調するステップ

Claims (17)

  1. 光を光ガイドの長さに沿って導波光として伝搬方向にガイドするように構成された前記光ガイドと、
    前記光ガイド長に沿って互いに離間した複数のマルチビーム要素であって、前記複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素（a multibeam element of the multibeam element plurality）が、回折格子（a diffraction grating）を含み、前記導波光の一部を、マルチビューディスプレイの異なるビュー方向に対応する異なる方向を有する指向性光ビーム（directional light beams）として前記光ガイドの外に回折散乱するように構成された複数のマルチビーム要素と
    を含み、
    前記回折格子内の回折特徴部（diffractive features）の充填率が、前記マルチビーム要素の回折散乱効率を制御するように構成され、
    前記回折格子の前記回折特徴部が、前記導波光の前記伝搬方向に対して直交する向きを含み、前記回折格子が、前記伝搬方向に対して平行な向きを有する充填特徴部をさらに含み、前記充填特徴部が、前記回折格子内の前記充填特徴部の面積に対する前記回折特徴部の面積の比率として前記充填率を確立するように、前記回折格子の前記回折特徴部と交差しかつそれを分断するように構成されている、
    マルチビームバックライト。
  2. 前記充填率が、前記光ガイドの前記長さに沿った距離の関数として増加するように構成され、前記充填率の前記増加が、前記複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素の回折散乱効率に対応する増加を提供し、前記光ガイド長に沿った前記光ガイド内の導波光の強度の減少を補償する、請求項１に記載のマルチビームバックライト。
  3. 前記回折特徴部および前記充填特徴部の両方が、前記光ガイドの表面の隆起を含み、前記回折特徴部の隆起と前記充填特徴部の隆起との交差点が、前記回折特徴部にギャップを導入し前記回折特徴部を分断するように構成された、請求項１に記載のマルチビームバックライト。
  4. 前記回折格子が、前記回折特徴部および前記充填特徴部の前記隆起の間の空間に反射材料層をさらに含む、請求項３に記載のマルチビームバックライト。
  5. 前記回折特徴部および前記充填特徴部の両方が、前記光ガイドの表面の溝を含み、前記回折特徴部の溝と前記充填特徴部の溝との交差点が、前記回折特徴部にギャップを導入し前記回折特徴部を分断するように構成された、請求項１に記載のマルチビームバックライト。
  6. 前記回折格子が、前記回折特徴部および前記充填特徴部の前記溝内に反射材料層をさらに含む、請求項５に記載のマルチビームバックライト。
  7. 前記マルチビーム要素が、前記回折格子の広がりに相当する広がりを有し、回折散乱光の一部を前記指向性光ビームの方向に方向転換するように構成された反射アイランドをさらに含む、請求項１に記載のマルチビームバックライト。
  8. 前記反射アイランドが、開口部を有する反射材料層を含み、前記回折格子内の前記開口部の面積に対する前記反射材料層の面積の比率が、前記回折特徴部の前記充填率に一致する、請求項７に記載のマルチビームバックライト。
  9. 前記マルチビームバックライトが、前記光ガイドの入力に光学的に結合された光源をさらに含み、前記光源が、前記導波光としてガイドされる光を提供するように構成され、前記回折格子の回折特徴部の充填率が、前記光源からの距離の関数として、前記マルチビーム要素の前記回折散乱効率を制御するように構成された、請求項１に記載のマルチビームバックライト。
  10. 電子ディスプレイが前記マルチビューディスプレイであり、前記マルチビームバックライトによって放射される光を前記指向性光ビームとして変調し、前記マルチビューディスプレイの前記ビュー方向に対応するビュー方向の複数のビューを有する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み、前記マルチビーム要素のサイズが、前記ライトバルブアレイのライトバルブのサイズの５０％から２００％の間である、請求項１に記載のマルチビームバックライトを含む電子ディスプレイ。
  11. 光を光ガイドに沿って導波光としてガイドするように構成された前記光ガイドと、
    前記光ガイドに沿って互いに離間したマルチビーム要素のアレイであって、前記光ガイドからの前記導波光を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指向性光ビームとして散乱するように構成され、前記マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素が、回折特徴部と充填特徴部とを有する回折格子を含む、マルチビーム要素のアレイと、
    前記指向性光ビームを変調し、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、
    を含み、
    前記回折格子内の前記充填特徴部に対する前記回折特徴部の充填率が、前記マルチビーム要素の回折散乱効率を制御するように構成され、
    前記充填特徴部が、前記導波光の伝搬方向に対して平行に前記回折格子内に配置され、前記充填特徴部が、前記回折格子内の前記充填特徴部の面積に対する前記回折特徴部の面積の比率として前記充填率を確立するように、前記回折格子の前記回折特徴部と交差しかつそれを分断するように構成されている、
    マルチビューディスプレイ。
  12. 前記マルチビーム要素のサイズが、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から２倍である、請求項１１に記載のマルチビューディスプレイ。
  13. 前記回折特徴部および前記充填特徴部の両方が、前記光ガイドの表面の溝、および前記光ガイドの前記表面の隆起のいずれかを含む、請求項１１に記載のマルチビューディスプレイ。
  14. 前記マルチビーム要素が、回折散乱光を前記指向性光ビームの方向に反射するように構成された反射材料層をさらに含み、前記反射材料層が、前記溝、および前記回折特徴部と前記充填特徴部との前記隆起の間のいずれかに配置された、請求項１３に記載のマルチビューディスプレイ。
  15. 広角バックライトであって、前記ライトバルブアレイに隣接した前記光ガイドの別の側面と対向した前記光ガイドの側面に隣接し、前記マルチビューディスプレイの２次元（２Ｄ）モード中に広角放射光を提供するように構成され、前記ライトバルブアレイが、前記広角放射光を２Ｄ画像として変調するように構成された、広角バックライトをさらに含み、
    前記光ガイドおよびマルチビーム要素アレイが、前記広角放射光に対して透明であるように構成され、前記マルチビューディスプレイが、マルチビューモード中に前記マルチビュー画像を表示し、前記２Ｄモード中に前記２Ｄ画像を表示するように構成された、請求項１１に記載のマルチビューディスプレイ。
  16. 光を光ガイドに沿って導波光としてガイドするステップと、
    前記光ガイドに沿って配置された複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素を使用して、前記導波光の一部を指向性光ビームとして散乱させるステップであって、前記マルチビーム要素が、回折特徴部と該回折特徴部を分断する充填特徴部とを有する回折格子を含む、ステップと、
    マルチビュー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指向性光ビームを変調するステップであって、前記指向性光ビームが、前記マルチビュー画像のビュー方向に対応する方向を有する、ステップと、
    を含み、
    前記回折格子内の前記充填特徴部に対する前記回折特徴部の充填率が、前記光ガイドに沿った距離の関数として前記マルチビーム要素の回折散乱効率を制御し、
    前記充填特徴部が、前記光ガイド内の前記導波光の伝搬方向と平行であり、前記回折特徴部および前記充填特徴部の両方が、前記光ガイドの表面の溝、および前記光ガイドの前記表面の隆起のいずれかを含み、前記マルチビーム要素が、前記回折格子に隣接した反射材料層をさらに含み、前記反射材料層が、前記溝、および前記回折特徴部と前記充填特徴部との前記隆起の間のいずれかに配置された、
    マルチビューディスプレイ動作の方法。
  17. 前記充填率が、前記回折散乱効率を制御し、前記導波光の強度の損失を前記光ガイドに沿った距離の関数として補償し、前記マルチビーム要素のサイズが、ライトバルブの前記アレイのライトバルブのサイズと同等である、請求項１６に記載のマルチビューディスプレイ動作の方法。
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