TW201818106A

TW201818106A - 雙向光學準直器以及使用該雙向光學準直器的方法、背光板以及三維電子顯示器

Info

Publication number: TW201818106A
Application number: TW105136135A
Authority: TW
Inventors: 大衛 A. 費圖; 馬明; 李雪健
Original assignee: 雷亞有限公司
Priority date: 2016-11-07
Filing date: 2016-11-07
Publication date: 2018-05-16
Also published as: TWI618957B

Abstract

本發明提供了一種雙向準直方法以及雙向光學準直器，用以提供非零值傳導角度的雙向準直光。雙向準直器包括用於將光在垂直方向上準直的一垂直準直器，以及用於將垂直地準直的光在水平方向上準直的水平準直器。水平準直器係位在垂直準直器的一輸入部。本發明亦提供了一種三維顯示器，其係包括所述雙向準直器、一平板導光體以及位於平板導光體的表面的多光束繞射格柵陣列，所述的多光束繞射格柵陣列係將平板導光體中引導的雙向準直光耦合出成為對應於三維電子顯示器的不同三維視角的複數條光束。

Description

雙向準直器

本發明屬於一種準直器；特別是一種雙向準直器以及使用該雙向準直器的背光板與三維電子顯示器。

對於種類廣泛的裝置及產品的使用者而言，電子顯示器是一個幾乎無處不在的媒體，用於傳播資訊給使用者。其中最常見的電子顯示器是陰極射線管（cathode ray tube, CRT）、電漿顯示面板（plasma display panels ,PDP）、液晶顯示器（liquid crystal displays, LCD）、電致發光顯示器（electroluminescent displays, EL）、有機發光二極體（organic light emitting diode, OLED）和主動式有機發光二極體（active matrix OLEDs, AMOLED）顯示器、電泳顯示器（electrophoretic displays, EP），以及各種採用機電或電流體光調變（例如，數位微鏡裝置、電潤濕顯示器等等）的顯示器。在一般情況下，電子顯示器可以分為主動顯示器（即，會發光的顯示器）或被動顯示器（即，調變由另一個光源提供的光的顯示器）的其中一者。在主動顯示器的分類中，最明顯的例子是CRTs、PDPs及OLEDs/AMOLEDs。在上述以發射光進行分類的情況下，LCDs及EP顯示器一般是被歸類在被動顯示器的分類中。被動顯示器雖然經常表現出包括但不限於如固有的低功率消耗等具有吸引力的性能特徵，但由於其缺乏發光的能力，被動顯示器在許多實際應用中可能有使用上的限制。

為了克服被動顯示器與發射光相關聯的使用限制，許多被動顯示器係與一外部光源耦合。耦合光源可使這些被動顯示器發光，並使這些被動顯示器基本上發揮主動顯示器的功能。背光板即為這種耦合光源的例子之一。背光板是放在被動顯示器後面以照亮被動顯示器的光源（通常是面板光源）。舉例來說，背光板可以與LCD或EP顯示器耦合。背光板會發出可以穿過LCD或EP顯示器的光。發出的發射光會由LCD或EP顯示器調變，且經調變後的光會隨後依序地由LCD或EP顯示器射出。通常背光板係發出白色光。濾色器接著會將白光轉化成顯示器中使用的各種顏色的光。舉例來說，濾色器可以被設置在LCD或EP顯示器的輸出處（不太常見的配置），或者可以被設置在背光板和LCD或EP顯示器之間。

下文的實施例與範例係依據本發明的原理，利用雙向準直提供了一種雙向準直的方法以及顯示器的背光板。尤其，根據與本發明一致的原理的實施例係提供了包括分別在垂直與水平方向上將光準直的將光雙向準直的方法。此外，在某些實施例中，可以將光在垂直方向上準直後，接著再分開地將垂直地準直的光在水平方向上準直。再者，本說明書中所描述的雙向準直的方法，提供了在對應於所述的垂直方向的垂直平面上具有預定的非零值傳導角度的雙向準直光。

根據本發明的某些實施例，所述的雙向準直方法是由一雙向準直器所提供。所述的雙向準直器係包括耦接於一水平準直器（例如，水平準直反射器）的一輸入部的一垂直準直器（例如，垂直準直反射器）。從光源（例如，多個LED）發出的光可以被耦合進入所述的雙向準直器中，以對光進行雙向準直。根據本發明的某些實施例，由所述的雙向準直器雙向準直的光可以被耦合進入電子顯示器中使用的背光板的導光體（例如，平板導光體）中。舉例來說，所述的背光板可以是一格柵式背光板，且所述格柵式背光板可以包括但不限於具有多光束繞射格柵的格柵式背光板。在某些實施例中，所述的電子顯示器可以是用於顯示三維資訊的三維電子顯示器，例如，立體顯示器或「裸眼」的三維顯示器。

更具體來說，所述的三維顯示器可以使用具有多光束繞射格柵陣列的格柵式背光板。多光束繞射格柵可以用於耦合來自導光體的光，並且可以用於提供對應於三維顯示器的像素的耦合出光束。舉例來說，所述的耦合出光束可以具有彼此不相同的主要角度方向（亦稱為「具有不同定向的光束」）。根據本發明的某些實施例，由所述多光束繞射格柵所產生的這些具有不同定向的光束，可以經調變後作為與「裸眼」三維電子顯示器的三維視角對應的三維像素，藉此展示三維資訊。在這些實施例中，由所述雙向準直器所提光的雙向準直，可以被用於產生輸出雙向準直光，且在此所產生的輸出雙向準直光在導光體中具有大致均勻的分佈（即，不會條帶化）。如此一來，根據本說明書中所述的原理，本發明可以提供一種均勻照明的多光束繞射格柵。

在本文中，「導光體」被定義為一種在其結構中使用全內部反射來引導光的結構。尤其，導光體可包括一核心，在導光體的操作波長中，該核心基本上是透明的。在各個實施例中，「導光體」一詞一般指的是一介電質的光波導，其係利用全內部反射在導光體的介電質的物質和圍繞導光體的物質或介質之間的界面引導光。根據定義，全內部反射的條件是，該導光體的折射率大於相鄰於導光體物質表面的周圍介質的折射率。在某些實施例中，導光體可以在利用上述的折射率差之外另外包括一塗層，或者利用塗層取代前述的折射率差，藉此進一步促成全內部反射。舉例來說，該塗層可以是反射塗層。根據不同的實施例，導光體可以是數種導光體中的任一種，其可以包括但不限於，一平板或厚板的導光體及一條狀導光體的其中一者或兩者。

此外，在本文中，當「平板」一詞被應用於導光體中時，如「平板導光體」，其係被定義為一片狀、一差異平面層狀或一薄片，並且在某些情況中被稱為「薄片」導光體。尤其，一平板導光體係被定義為在由導光體的上表面及下表面（換言之，兩個相對的表面）所界定的兩個大致正交的方向上引導光的一導光體。此外，在本說明書的定義中，上表面及下表面兩者間彼此分離，並且根據本發明的某些實施例，至少在區隔的意義上兩者為大致彼此平行的表面。也就是說，在平板導光體的任何不同的小區域內，上表面和下表面是大致上為平行或共面的表面。

在某些實例中，一平板導光體可以具有大致為平坦的結構（即，限制在一個平面上），因而使平板導光體成為平面導光體。在其它實施例中，平板導光體可以具有在一個或兩個正交維度中為彎曲的結構。例如，平板導光體可以具有在一單一維度中為彎曲的結構，以形成圓柱形的平板導光體。然而，任何曲率都需具有足夠大的曲率半徑，以確保平板導光體中能保持全內部反射來引導光。

根據本發明中的各個實施例，一繞射格柵（例如，一多光束繞射格柵）可以被用於將光打散，或者將光耦合出導光體（例如，平板導光體）而成為一光束。在此，「繞射格柵」通常被定義為複數個構造特徵（即，繞射結構特徵），用於提供入射於繞射格柵之光的繞射。在某些實施例中，複數個構造特徵可以以週期性或準週期性的方式設置。舉例來說，繞射格柵可以包括佈置在一個一維陣列中之複數個構造特徵（例如，在一材料表面的複數個凹槽）。在其他實例中，繞射格柵可以是構造特徵的二維陣列。舉例來說，繞射格柵可以是在材料表面上的凸部或者在材料表面中的孔洞的二維陣列。

因此，如本說明書中的定義，「繞射格柵」為一種結構，其可以提供入射於繞射格柵之光的繞射。如果光是由一導光體入射到繞射格柵上，其所提供的繞射或者繞射地散射可能導致並且因此可以被稱為「繞射耦合」，繞射耦合可以藉由繞射的方式將光耦合離開導光體。繞射格柵也藉由繞射的方式（即，以一繞射角度）重新定向或改變光的角度。尤其，由於繞射的緣故，離開繞射格柵的光（即，繞射光）通常具有與入射於繞射格柵的光（即，入射光）的傳導方向不同的傳導方向。藉由繞射產生之光的傳導方向上的變化於本文中被稱為「繞射地重新定向」。因此，繞射格柵可被理解為經由繞射方式將入射在繞射格柵上的光重新定向之具有繞射特徵的結構，以及，如果光是由導光體射出，繞射格柵也可將來自導光體的光繞射地耦合出。

此外，如本說明書中的定義，繞射格柵的特徵係被稱為「繞射結構特徵」，並且可以是位在一表面、在一個表面之內或在一個表面之上（換言之，「表面」所指的是兩個材料之間的一邊界）的一個以上的繞射結構特徵。該表面可以是平板導光體的一個表面。繞射結構特徵可包括任何種類的光繞射結構，其可以包含但不限於：在表面、在表面內或在表面上的一個以上的凹槽、脊部、孔洞和凸起。例如，繞射格柵可以包括在材料表面內的複數個平行的凹槽。在另一實例中，繞射格柵可以包括自材料表面上升突出的複數個平行的脊部。繞射結構特徵（不論是凹槽、脊部、孔洞、凸部等）可以具有得以提供繞射功能之各種橫截面形狀或輪廓中的任一者，該些橫截面形狀或輪廓係包括但不限於：一正弦狀輪廓、一矩形輪廓（例如，一二元化繞射格柵）、一三角形輪廓和一鋸齒輪廓（例如，一閃耀光柵）的其中一個或多個。

根據本說明書中的定義，「多光束繞射格柵」是產生由繞射方式重新定向之光束（例如，繞射地耦合出的光）的繞射格柵。此外，如本說明書中之定義，由多光束繞射格柵所產生的該等光束係具有彼此不同的主要角度方向。更詳而言之，如本發明的定義，由於多光束繞射格柵對入射光進行繞射耦合以及繞射地重新定向的緣故，該等光束中的一光束係具有與該等光束中的另一光束不同的一預定主要角度方向。該等光束可以代表一光場。舉例來說，該等光束可能會包括具有八種不同主要角度方向的八條光束。舉例來說，該八條光束的結合（即，該等光束）可以代表一光場。根據本發明的各個實施例，各條光束的不同的主要角度方向，是由以下兩個因素的結合所決定，該兩個因素分別為格柵柵距或間隔，以及多光束繞射格柵的繞射結構特徵在各個光束的起始點相對於入射在多光束繞射格柵上的光線的傳導方向的方向性或轉動。

具體而言，根據本文中之定義，由該多光束繞射格柵產生之一光束具有一由角度分量{θ ,f }給出之主角度方向。角度分量θ 在本文中係稱作光束之「仰角分量（elevation component）」或「仰角（elevation angle）」。在本文中，角度分量f 係稱作光束之「方位分量（azimuth component）」或「方位角（azimuth angle）」。根據定義，仰角θ 係為一垂直平面（例如，垂直於多光束繞射格柵之一平面）中之一角度，而方位角f 係為一水平平面（例如，平行於多光束繞射格柵平面）中之一角度。第1圖顯示了根據本文所述原理之一實例的具有一特定主角度方向之一光束10之角度分量{θ ,f }。另外，根據本文中之定義，該光束係自一特定點發射或散發。即，根據定義，該光束具有一與多光束繞射格柵內之一特定起點相關聯之中心射線。第1圖也顯示了光束的起點O 。在第1圖中，入射光的傳導方向的範例是以粗體箭頭12所顯示。

根據本發明的各個實施例，可透過多光束繞射格柵與其結構特徵（即，「繞射特徵」）之特性來控制下列各項其中之一或二者：光束之角度方向性，及多光束繞射格柵相對於一個以上的光束的波長或色彩選擇性。可用於控制角度方向性及波長選擇性之特性包含但不限於如下各項其中之一或多者：格柵長度、格柵間距（結構特徵間隔）、結構特徵的形狀、特徵的尺寸（例如，凹槽或脊部的寬度），以及格柵的定向。在某些實例中，各種用於控制之特性可為在一光束之起點附近局部處之特性。

根據本說明書中所描述的各個實施例，由繞射格柵（例如，多光束繞射格柵）耦合出導光體的光係代表了電子顯示器的像素。尤其，具有多光束繞射格柵並且用於產生具有不同主要角度方向之光束的導光體，可以是電子顯示器的背光板的一部分，或者，可以是結合電子顯示器一起使用的背光板的一部分。其中，所述的電子顯示器可以包括但不限於「裸眼」的三維電子顯示器（又稱為多視角或全像電子顯示器，或者稱為立體顯示器）。由此可知，透過多光束繞射格柵將導光從導光體中耦合出而產生的具有不同定向的光束，可以是或可以代表三維電子顯示器的「三維像素」。此外，該些三維像素係對應於三維電子顯示器的不同三維視角或三維觀看角度。

在本文中，「準直」反射器係被定義為具有曲形並且使準直反射器（例如，準直鏡）所反射過的光準直的反射器。舉例來說，準直反射器的反射表面可以具有拋物線曲線或拋物線形狀的特徵。在另一實例中，準直反射器可以為類拋物線形的反射器。「類拋物線形」在此係指拋物線形反射器的曲形反射表面與「真正」的拋物線曲線有所偏離，藉以達到預定的反射特質（例如，準直度）。在某些實施例中，準直反射器可以為連續的反射器（即，具有大致平滑且連續的反射表面），而在其他的實施例中，反射器可以包括用於提供光線準直的菲涅耳反射器（Fresnel reflector）或菲涅耳反射鏡（Fresnel mirror）。根據本發明的各個實施例，由準直反射器所提供的準直量可以在預定的準直程度或準直量之間根據不同的實施例而有所不同。此外，準直反射器可以被配置為提供一個或兩個正交方向上的準直（例如，一垂直方向以及一水平方向）。換句話說，根據本發明的各個實施例，準直反射器可以具有在一個或兩個正交方向上的拋物線形或類拋物線形。

在本文中，「光源」一詞係被定義為光的來源（例如，提供並且發出光線的裝置或元件）。舉例來說，光源可以為當啟動時會發出光線的發光二極體（light emitting diode, LED）。在此，光源可以為任何一種來源的光或光發射器，其係包括但不限於，一個以上的LED、一雷射、一有機發光二極體（organic light emitting diode, OLED）、高分子發光二極體、等離子光發射器、日光燈、白熾燈，以及任何其他視覺可見的燈光來源。由光源所產生的光線可以具有顏色，或者可以具有一定範圍的波長。由此，「具有不同顏色的多個光源」在本說明書中係被明確地定義為一組或者一群光源，其中，該些光源中的至少一個光源所產生的光的顏色或等同的波長，與該些光源中的至少另一個光源所產生的顏色或波長不同。此外，只要該些光源中有兩個不同顏色的光源（即，在至少兩個光源之間產生不同顏色的光），「具有不同顏色的多個光源」可以包括具有相同或大致類似的顏色的一個以上的光源。因此，根據本文中的定義，具有不同顏色的多個光源可以包括了產生第一顏色的第一光源以及產生第二顏色的第二光源，其中，第一顏色不同於第二顏色。

此外，在本說明書中所使用的冠詞「一」具有專利領域中的普遍含義，即，意指「一個或多個」。例如，「一格柵」指一個或多個格柵，更確切來說，「該格柵」於此意指「該（等）格柵」。此外，任何本文所指的「頂部」、「底部」、「上部」、「下部」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、或「右」並非意使其成為任何限制。本文中，當應用到一個值時，除非有另外特別說明，「大約」一詞一般是指用於產生該值的設備的公差範圍內，或在一些實施例中，是指正負10%，或正負5%，或正負1%。此外，舉例來說，「大致」一詞在本文中代表了大多數、幾乎全部或全部，或者代表落於大約51%至大約100%之間的範圍中的值。再者，本說明書中的實施例旨在對本發明進行說明，並且是為了討論之目的呈現，而不應用於限制本發明。

根據本說明書的某些實施例，本發明係提供了一種雙向光學準直器。第2A圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一雙向光學準直器的範例的立體圖。第2B圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一雙向光學準直器的範例的俯視圖。第2C圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了第2B圖中的雙向光學準直器的剖視圖。根據本發明的各個實施例，雙向光學準直器100係用於將所接收到的光在至少兩個不同方向上準直，或者將所接收到的光相對於至少兩個不同方向準直。

更具體來說，如第2A圖以及第2C圖所示，雙向光學準直器100係用於接收光102。在某些實例中，由雙向光學準直器100所接收的光102可以大致為非準直的光。舉例來說，光102可以由大致非準直的光源（未顯示）所提供，且由雙向光學準直器100所接收的光是來自該大致非準直的光源。在另一實例中，所接收到的光102可以為部分準直的光（例如，由包括透鏡或者使用某些其他的局部準直裝置的光源所提供）。

第2A圖-第2B圖中顯示的雙向光學準直器100，係用於準直所接收的光102，並且在雙向光學準直器100的一輸出部（例如，輸入埠、輸出平面、輸出表面等）提供準直光104。根據本發明的各個實施例，提供於雙向光學準直器的輸出部的準直光104係至少在兩個方向上被準直或至少大致地被準直。由此，準直光104可以被稱為「雙向」準直光。

尤其，根據本說明書中的定義，雙向準直光104係在大致與雙向準直光104的傳導方向正交的兩個方向上被準直。此外，根據本文中的定義，所述的兩個準直方向係彼此互相正交。舉例來說，雙向準直光104可以被在一水平方向（例如，在x-y平面上）或者相對於所述的水平方向上被準直，並且可以在一垂直方向（例如，z方向）或者相對於所述的垂直方向上被準直。在此，由雙向光學準直器100所提供的雙向準直光104，係透過範例而非限制的方式同時被水平地準直及垂直地準直，或者，在水平方向與垂直方向上被等同地準直（即，舉例來說，水平方向與垂直方向可以相對於任何的參考框架所決定）。

此外，根據本發明的各個實施例，雙向光學準直器100係用以在雙向光學準直器的輸出部以非零值傳導角度提供雙向準直光104。舉例來說，所述的非零值傳導角度可以是相對於雙向光學準直器100的一水平平面的相對角度，或者可以是相對於該水平平面所定義的角度。如本說明書中的定義，所述的「非零值傳導角度」是相對於一平面（例如，水平平面或x-y平面）的角度，或者，如同本說明書中所述，是相對於等同導光體的一表面的角度。在某些實例中，雙向準直光104的非零值傳導角度可以藉於大約10度與大約50度之間；或者，在某些實例中，可以介於大約20度以及大約40度之間；或者，可以介於大約25度以及大約35度之間。舉例來說，所述的非零值傳導角度可以為大約30度。在其他的實例中，所述的非零值傳導角度可以大約為20度，或者大約為25度，或者大約為35度。此外，如下文中所述，根據本發明的某些實施例，所述的非零值傳導角度係同時大於零並且小於導光體中的完全內部反射的關鍵角度。

如第2A圖與第2C圖所示，雙向光學準直器100係包括一垂直準直器110。所述的垂直準直器110係用於將光往一垂直方向（即，z方向）上準直。第2C圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了垂直準直器110的剖視圖。此外，在第2C圖中，接收的光102係以進入垂直準直器110的箭頭顯示，作為範例，所述的箭頭係位於垂直準直器110的一輸入部。在垂直方向上被準直之後成為「垂直的」準直光104的離開垂直準直器110的光，在第2C圖中係以另一個箭頭顯示（即，第2B圖與第2C圖中所顯示的虛線箭頭）。根據本發明的各個實施例，垂直準直器110可以包括各種準直器種類中的任一種，其可以包括但不限於，準直光學反射器、準直透鏡以及被配置以提供準直效果的繞射格柵。

尤其，如第2C圖所示，垂直準直器110可以包括具有拋物線形狀的光學反射器112。光學反射器112的拋物線形狀係被配置以提供垂直方向的準直。在某些實施例中，光學反射器112的拋物線形狀可以具有所謂的「純粹」的拋物線形。在其他的實施例中，可以對光學反射器112的拋物線形狀進行調整、最佳化或者「塑形」，藉此增強或改變光學反射器112的準直特性。舉例來說，光學準直器112的拋物線形狀可以被調整為類拋物線形的反射器，藉此將從光源接收的具有某些方向性失真或局部（儘管是非理想或不需要的）準直的光102的垂直準直最佳化。因此，光學反射器112可以被稱為「類」拋物線形反射器112。此外，類拋物線形反射器112可以在垂直方向及水平方向上被塑形（例如，藉以控制垂直準直或者將垂直準直最佳化）或者具有最佳化的形狀。舉例來說，除了在垂直方向上塑形以外，類拋物線形反射器112也可以在水平方向上具有最佳化的形狀，藉此決定垂直地準直的光104’在水平方向上的分佈，或者對其提供控制。儘管如此，為了方便在本文中進行說明，除非有必要特別進行明確區分的情況以外，不論光學反射器112係具有純粹的拋物線形狀或者為類拋物線形反射器112，垂直準直器110的光學反射器112通稱為具有「拋物線形狀」。

此外，在某些實施例中（例如，如第2C圖所示），垂直準直器110的光學反射器可以具有一傾斜角度（即，光學反射器112係以所述的傾斜角度傾斜）。所述的傾斜角度可以用於提供垂直地準直的光104’的非零值傳導角度，並且作為延伸，可以用於提供雙向準直光104的非零值傳導角度（或者至少提供該角度的一部分）。換言之，光學反射器112本身是以傾斜的方式設置。在某些實例中，除了將光學反射器112以傾斜方式設置以外，可以額外透過對類拋物線形反射器112進行塑形來提供所述的傾斜角度，或者可以透過上述方式取代傾斜設置的方式。在另一實例中，可以透過相對於光學反射器112的拋物線形的焦點移動提供接收光102的光源的位置來提供所述的傾斜角度。此外，根據本發明的各個實施例，當使用另一種類的準直器時（例如，準直透鏡或繞射格柵），可以將其他種類的準直器「傾斜」設置以提供所述的傾斜角度。

第3圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了具有傾斜角度的光學反射器的範例的示意代表圖。更具體來說，如第3圖所示，光學反射器112係以對應於或者用於提供具有非零值傳導角度q '的垂直地準直的光104’的傾斜角度向下傾斜。第3圖也顯示了代表水平平面H 的虛線，上述的非零值傳導角度q '係相對於水平平面H 所定義。此外，作為本發明的範例而非限制，第3圖中透過另一（加粗的）虛線顯示了沒有傾斜設置的光學反射器112’，藉此顯示出傾斜的光學反射器112的傾斜角度q '與非零值傳導角度q '為相同的角度。值得一提的是，如圖中所示，作為本發明的範例而非限制，傾斜的光學反射器112的傾斜角度q '與非零值傳導角度q '為彼此相同的角度。從光源所接收到的位於光學反射器112的焦點F 附近的光102，在第3圖中係顯示為一對分散並且入射於光學反射器112上的光線（即，實線箭頭）。相似地，離開光學反射器112的垂直地準直的光104’係顯示為一對彼此間大致平行的光線（即，虛線箭頭）。此外，垂直地準直的光104’在圖中係顯示為具有由光學反射器的傾斜角度所提供的非零值傳導角度q '。

請再次參照第2A圖-第2B圖，雙向光學準直器100係進一步包括一水平準直器120。水平準直器120係用於將光往水平方向準直（即，如圖中所示，在x-y平面上），其中，水平方向係大致正交於所述的垂直方向（即，如圖中所示，z方向）。根據本發明的各個實施例，水平準直器120係設置在可以從垂直準直器110接收垂直地準直的光104’的位置。尤其，如第2A圖-第2B圖所示，水平準直器120是位在靠近垂直準直器110的輸出部的位置。水平準直器120係用於將來自垂直準直器110的垂直地準直的光104’水平地準直，藉此在雙向光學準直器100的輸出部提供雙向準直光104。

第2B圖中顯示了水平準直器120的俯視圖，圖中顯示了垂直地準直的光104’作為光線（即，如虛線箭頭所示）離開垂直準直器110並且撞擊水平準直器120。離開水平準直器120而成為雙向準直光104（即，水平地準直與垂直地準直）的光，在圖中係顯示為多條大致平行並且往遠離水平準直器120的方向傳導的光線。根據本發明的各個實施例，水平準直器120可以包括各種類型的準直器中的任一種，其可以包括但不限於，準直光學反射器、準直透鏡以及經配置以提供準直效果的繞射格柵。

更具體來說，如第2A圖與第2B圖所示，水平準直器120可以包括具有拋物線形狀的一光學反射器122。光學反射器122的拋物線形狀係被配置以提供水平方向的準直。與垂直準直器110的光學反射器112相同，在某些實施例中，水平準直器120的光學反射器122的拋物線形狀可以具有所謂的「純粹」的拋物線形。在其他的實施例中，可以對光學反射器122的拋物線形狀進行調整、最佳化或者「塑形」，藉此增強或改變光學反射器122的準直特性。尤其，光學準直器122的拋物線形狀可以被調整為類拋物線形的反射器，藉此將從光源接收的垂直地準直的光104’中具有某些方向性失真或其他非理想或不需要的光水平準直最佳化。因此，水平準直器120的光學反射器122可以被稱為「類」拋物線形反射器122。為了方便在本文中進行說明，除非有必要特別進行明確區分的情況以外，不論光學反射器122係具有純粹的拋物線形狀或者為類拋物線形反射器122，水平準直器120的光學反射器122通稱為具有「拋物線形狀」。

此外，在某些實施例中（未顯示於圖中），水平準直器120的光學反射器122可以具有一傾斜角度。在某些實施例中，所述的傾斜角度可以用於提供雙向準直光104的非零值傳導角度。在其他實施例中，所述的傾斜角度可以被配置以提供非零值傳導角度的一部分，藉此增加垂直準直器110所提供的非零值傳導角度。換言之，光學反射器122本身是以傾斜的方式設置，或者等同的光學反射器122的拋物線形係以傾斜的方式設置。在某些實例中，除了將光學反射器122以傾斜方式設置以外，可以額外透過對類拋物線形反射器122進行塑形來提供所述的傾斜角度，或者可以透過上述方式取代傾斜設置的方式。在另一實例中，可以透過相對於水平準直器120的光學反射器122的拋物線形的焦點移動垂直準直器110的位置，來提供所述的傾斜角度。此外，根據本發明的各個實施例，當使用另一種種類的準直器時（例如，準直透鏡或繞射格柵），可以將其他種類的準直器「傾斜」設置以提供所述的傾斜角度。

如第2A圖以及第2B圖所示，水平準直器120的光學反射器122可以被配置為大致橫跨雙向光學準直器100的輸出孔。在某些實施例中，水平準直器120係被配置以提供具有大致橫跨輸出孔均勻的分佈的雙向準直光104。尤其，光學反射器122可以橫跨所述的輸出孔，藉此提供大致均勻分布的雙向準直光104。

在某些實施例中，水平準直器120的光學反射器122可以具有多個子反射器122’。更具體而言，子反射器122’可以以彼此結合的形式橫跨雙向光學準直器100的輸出孔。根據本發明的各個實施例，各個子反射器122’可以具有拋物線形的反射表面。舉例來說，光學反射器122可以是菲涅耳反射器。

第4A圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一雙向光學準直器100的範例的俯視圖。更具體來說，第4A圖中顯示的水平準直器120的光學反射器122為具有多個子反射器122’的菲涅耳反射器。第4A圖中同時顯示了垂直準直器110以及雙向準直光104。

第4B圖為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了一雙向光學準直器100的範例的俯視圖。更具體來說，第4B圖中顯示的雙向光學準直器100包括了具有多個子反射器122’的水平準直器120，以及多個垂直準直器110。如第4B圖所示，水平準直器的該些子反射器中的第一子反射器122’a，係用以接收來自該些垂直準直器中位於水平準直器120的第一邊緣120a的第一垂直準直器110a的垂直地準直的光104’。此外，水平反射器的該些子反射器中的第二子反射器122’b，係用以接收來自該些垂直準直器中位於水平準直器120的第二邊緣120b的第二垂直準直器110b的垂直地準直的光104’。如圖中所示，第二邊緣120b係在對應於水平方向的水平平面中與第一邊緣120a相對。此外，第4B圖中也以範例的方式顯示了離開雙向光學準直器100的輸出孔的雙向準直光104的光線。

第4C圖為根據與本發明所描述的原理一致的再一實施例，顯示了一雙向光學準直器100的範例的俯視圖。更具體來說，第4C圖中顯得雙向光學準直器100係包括了具有多個子反射器122’的水平準直器，以及多個垂直準直器110。如第4C圖所示，水平準直器的該些子反射器中的第一子反射器122’a，係用以接收來自該些垂直準直器中位在與第一子反射器122’a相對位置處的水平準直器120的第二邊緣120b的第二垂直準直器110b的垂直地準直的光104’。此外，水平反射器的該些子反射器中的第二子反射器122’b，係用以接收來自該些垂直準直器中位在與第二子反射器122’b相對位置處的水平準直器120的第一邊緣120a的第一垂直準直器110a的垂直地準直的光104’。換言之，相較於第4B圖中所顯示的雙向光學準直器100來說，第4C圖中的子反射器122’a、122’b係用以接收水平準直器120的各個相對邊緣的垂直地準直的光104’。再者，如同在第4C圖中進一步所示，第4C圖中的雙向光學準直器100係將雙向準直光104提供於雙向光學準直器100的輸出孔。

雖然圖中並未明確顯示，雙向光學準直器100可以包括具有兩個以上的子反射器122’的子反射器。相似地，垂直準直器110可以包括具有兩個以上的單獨的垂直準直器110的多個垂直準直器110。舉例來說，第4A圖-第4C圖中所示的兩個子反射器122’、122’a、122’b中的每一者可以被進一步分為兩個以上的子反射器（例如多個子次反射器）。此外，包括兩個以上的單獨的垂直準直器110的多個垂直準直器110，可以被用於將垂直地準直的光104’提供至兩個以上的子反射器（例如，每一個子次反射器對一個垂直準直器）。再者，可以對不同顏色的接收光102使用不同的垂直準直器110，藉此將不同顏色的垂直地準直的光104’提供至水平準直器120的光學反射器122（即，包括子反射器122’）。

更具體來說，在不脫離本發明所述的原理的範疇的條件下，可以採用子反射器/垂直準直器的多種不同配置中的任一者。此外，根據本發明的某些實施例，採用多種不同的子反射器/垂直準直器的配置，可以促成橫跨輸出孔的雙向準直光104的掃描，並且可以提供增強亮度的雙向準直光104（例如，使用多個光源）。

在某些實施例中，垂直準直器110與水平準直器120的其中之一者，或者垂直準直器110與水平準直器120兩者可以包括大致為光學透明的材料。此外，在某些實施例中，雙向光學準直器100位於垂直準直器110與水平準直器120之間的部分，以及位於水平準直器120與雙向光學準直器100的輸出孔之間的部分，可以包括大致為光學透明的材料。所述的光學透明材料可以具有各種介電材料中的任何一種，或者可以由各種介電材料中的任何一種所製成，該些介電材料可以包括但不限於，一種以上的各種玻璃（例如，二氧化矽玻璃（silica glass）、鹼鋁矽酸鹽玻璃（alkali-aluminosilicate glass）、硼矽酸鹽玻璃（borosilicate glass）等），以及大致為光學透明的塑膠或聚合物（例如，聚甲基丙烯酸甲酯（poly(methyl methacrylate)或「壓克力玻璃」、聚碳酸酯（polycarbonate）等）。舉例來說，垂直準直器110以及水平準直器120的其中之一或兩者同時可以包括形成為具有拋物線形表面的光學透明材料。接著，作為示例，可以將拋物線形表面金屬化或者將其塗覆反射材料，藉此提供所述的光學反射器112、122。作為示例，用於塗覆拋物線形表面的反射材料可以包括但不限於，鋁、鉻、鎳、銀及金。此外，根據某些實施例，垂直準直器110可以是水平準直器120的一體，並且可以包括水平準直器的材料。第2A圖中以範例而非限制的方式顯示的雙向光學準直器100，其具有由常見的光學透明材料所形成之一體的垂直準直器110與水平準直器120。

在某些實施例中，雙向光學準直器100的材料可以作為導光體，以透過完全內部反射引導光。根據本發明的某些實施例，所述的導光體可以在垂直準直器110與水平準直器120之間引導光。第2C圖中顯示的垂直地準直的光104’，係透過完全內部反射在雙向光學準直器100相鄰於垂直準直器110的材料以及位於該材料外部的另一材料（例如，空氣）之間的介面被反射。圖中顯示的反射代表了垂直地準直的光104’在第2C圖中顯示的雙向光學準直器100的一部分中的引導，其中，該引導是從垂直準直器110的光學反射器112朝向水平準直器120（未顯示於第2C圖中）的方向進行。在某些實施例中（例如，如第2A圖所示），該材料可以從水平準直器120（例如，光學反射器122）往輸出孔延伸。所述的材料係作為導光體將垂直地準直的光104’與雙向準直光104引導至輸出孔。

根據與本說明書所述原理一致的某些實施例，本發明係提供了一種採用雙向準直方法的背光板。第5A圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一背光板200的範例的俯視圖。第5B圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一背光板200的範例的剖視圖。如第5A圖-第5B圖所示，背光板200包括了一雙向光學準直器210。

在某些實施例中，雙向光學準直器210可以與上文中所述的雙向光學準直器100大致相似。尤其，雙向光學準直器210係包括了一垂直準直器212以及一水平準直器214，其中，各個準直器係分別與雙向光學準直器100的各個垂直準直器110與水平準直器120大致相似。舉例來說，與第5A圖中的雙向光學準直器210相關聯的虛線輪廓可以代表第4B圖中所示的雙向光學準直器100。根據本發明的各個實施例，如第5B圖所示，雙向光學準直器210係用於接收光202（例如，從一光源230，如下文中所述），並且在雙向光學準直器210的輸出部提供雙向準直光204。此外，所提供的雙向準直光204相對於水平x-y平面係具有一非零值傳導角度。

如第5A圖-第5B圖所示，背光板200進一步包括一平板導光體220，耦接（例如，光學性耦接）於雙向光學準直器210的輸出部。如第5B圖所示，平板導光體220係用於接收雙向準直光204，並且以非零值傳導角度引導雙向準直光204。根據本發明的各個實施例，平板導光體220係進一步將經引導的雙向準直光204的一部分從平板導光體220的一表面射出。在第5B圖中，發射光206係以多條從平板導光體的表面延伸的光線（箭頭）的形式顯示。

在某些實施例中，平板導光體220可以為片狀或板狀的光波導，且該光波導可以包括一加長且大致為平面薄板狀的光學透明介電材料。所述的大致為平面薄板狀的介電材料，係透過完全內部反射將雙向準直光204從雙向光學準直器210引導為導光束204。所述的介電材料具有一第一折射係數，環繞介電光波導的一介質具有一第二折射係數，其中，第一折射係數係大於第二折射係數。作為示例，透過兩個材料的折射係數的差異，可以讓導光束204根據平板導光體220之一個以上的引導模式達到完全內部反射。

根據本發明的各個實施例，平板導光體220的光學透明材料可以包括各種不同的介電材料或者可以由各種不同的介電材料所形成，其中，該等介電材料可以包括但不限於，一種以上之各種種類的玻璃（例如，矽玻璃、鹼性矽酸鋁玻璃、硼矽玻璃等），以及大致為光學透明的塑膠或高分子材料（例如，聚甲基丙烯酸甲酯或「壓克力玻璃」、聚碳酸等）。在某些實例中，平板導光體220可以進一步包括設置於平板導光體220的一表面（例如，頂部表面以及底部表面兩者的其中之一或者同時設置於上述兩者上）的至少一部分上的一披覆層（未顯示於圖中）。根據本發明的某些實例，披覆層可以被用於進一步促成上述的完全內部反射。

在某些實施例中（例如，如第5A圖所示），平板導光體220可以為雙向光學準直器210的一體。尤其，平板導光體220以及雙向光學準直器210可以由相同的材料所形成，因此也包含了相同的材料。舉例來說，平板導光體220可以為延伸於或連接水平準直器以及雙向光學準直器210的輸出孔之間的導光體的延伸。在其他的實施例中（例如，如第5B圖所示），雙向光學準直器210以及平板導光體220為分離的元件，而兩者間的耦接（例如，光學性耦接或機械性耦接的其中一種或同時透過兩種方式耦接）是由膠或黏著層、另一介質材料甚或由平板導光體220的輸入部與輸出孔之間的空氣所提供。舉例來說，雙向光學準直器210可以包括一聚合材料或塑膠材料，且平板導光體220可以包括玻璃。如第5B圖中以範例的方式所示，雙向光學準直器210以及平板導光體220可以透過適合的黏著層222（例如，光學性相符的膠）彼此固定。

根據本發明的某些實施例，背光板200可以進一步包括一光源230。光源230係用以將光提供至雙向準直器210。更具體來說，光源230係位在與雙向光學準直器210的垂直準直器212相鄰的位置（例如，下方，如第5B圖中所示），且光源230係將光202提供至垂直準直器212的輸入部成為接收光202。在本發明的各個實施例中，光源230可以大致包括任何來源的光，其係包括但不限於，一個以上的LED。在某些實例中，光源230可以產生具有較窄光譜並且由特定顏色所表示之大致為單色的光。尤其，單向光的顏色可以為特定色彩空間或色彩模型（例如，紅-綠-藍（Red-Green-Blue, RGB）色彩模型）中的一主要顏色。

在某些實施例中，光源230可以包括多個不同的光源，用以提供不同顏色的光（即，「不同顏色」的光源）。舉例來說，該些不同的光源係以彼此偏移的方式設置。根據本發明的某些實施例，偏移的不同光源可以用於提供對應於各個不同顏色的光的不同、顏色特定的雙向準直光204的非零值傳導角度。更具體來說，光源的偏移可以為雙向準直器210所提供的非零值傳導角度增加額外的非零值傳導角度的組成。

第5C圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一背光板200的一部分的範例的剖視圖。作為範例，第5C圖中顯示的背光板200的該部分係大致與第2C圖中顯示的雙向光學準直器的該部分相似。更具體來說，第5C圖中顯示的背光板200的該部分係包括了垂直準直器212以及具有多個不同光源的光源230。如第5C圖所示，光源230中的該些不同光源係包括了用以提供第一顏色（例如，紅色）的一第一光源232，用以提供第二顏色（例如，綠色）的第二光源234，以及用以提供第三顏色（例如，藍色）的第三光源236。作為範例，光源230中的第一光源232、第二光源234以及第三光源236可以分別包括一紅色LED、一綠色LED以及一藍色LED。光源230中的各個不同光源232、234、236 係如圖中所示以彼此偏移的方式設置。

更具體來說，第5C圖中顯示的不同的光源232、234、236係彼此在垂直地準直的光204’的傳導方向上偏移。因此，所述的偏移會造成不同的光源232、234、236所產生的光202在離開垂直準直器212成為垂直地準直的光204’時具有不同的非零值傳導角度。由於各個不同的光源232、234、236所產生的光具有不同的顏色，垂直地準直的光204’係包括三種不同的光束，且各個光束具有不同、顏色特定的非零值傳導角度，如第5C圖所示。值得一提的是，在第5C圖中，不同的線條種類（例如，虛線、實線等）代表了不同顏色的光202、204’。

根據本發明的某些實施例（例如，如第5B圖中所示），背光板200可以進一步包括位於平板導光體220的一表面上的多光束繞射格柵240。多光束繞射格柵240係用以將經引導的雙向準直光204的一部分從平板導光體220中繞射耦合出成為多條光束206。該等光束206（即，第5B圖中顯示的該些光線（箭頭））代表了發射光206。在本發明的各個實施例中，該等光束中的其中一光束206具有與該等光束中的其他光束206不相同的主要角度方向。

在某些實施例中，多光束繞射格柵240是一多光束繞射格柵陣列中的成員，或者係設置在多光束繞射格柵240的陣列中。在某些實施例中，背光板200是三維電子顯示器的背光板，且光束206的主要角度方向係對應於該三維電子顯示器的觀看方向。

第6A圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了具有多光束繞射格柵240的背光板200的一部分的範例的剖視圖。第6B圖為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了具有多光束繞射格柵240的背光板200的一部分的範例的剖視圖。第6C圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了第6A圖或第6B圖中具有多光束繞射格柵240的背光板部分的範例的剖視圖。作為本發明的範例而非限制，第6A圖中顯示的多光束繞射格柵240包括了位於平板導光體220的表面中的凹槽。第6B圖中顯示的多光束繞射格柵240係包括從平板導光體表面突出的脊部。

如第6A圖-第6B圖所示，所述的多光束繞射格柵240係一啁啾式繞射格柵。尤其，繞射結構特徵240a在多光束繞射格柵240的第一端240’係比在第二端240”而言彼此更為靠近。此外，圖中所示的繞射結構特徵240a之繞射間隔d 從第一端240’到第二端240”隨著距離變化。在某些實例中，多光束繞射格柵240的啁啾式繞射格柵可能具有或者可能會展示出隨著距離而線性變化之啁啾的繞射間隔d 。如此一來，多光束繞射格柵240的啁啾式繞射格柵可以被稱為「線性啁啾式」繞射格柵。

在另一實例中（未顯示於圖中），多光束繞射格柵240的啁啾式繞射格柵可能會展現出繞射間隔d 的非線性啁啾。用於實現啁啾式繞射格柵的各種非線性啁啾可以包括但不限於，指數啁啾、對數啁啾，或者改變的啁啾、大致不平均，或者隨機但單調的方式分布之啁啾。本發明中亦可以使用非單調式的啁啾，其係包括但不限於，正弦啁啾、三角啁啾或鋸齒啁啾。本發明中亦可以在多光束繞射格柵240中使用上述任何種類之啁啾的組合。

如第6C圖所示，多光束繞射格柵240可以在平板導光體220的啁啾且彎曲的表面（即，多光束繞射格柵240為彎曲的啁啾式繞射格柵）上、中設置有繞射結構特徵240a（例如，凹槽或脊部）。如第6A圖-第6C圖中的粗線箭頭所示，導光束204具有相對於多光束繞射格柵240以及平板導光體220的入射方向。該圖中亦顯示了多個耦合出或者發射出的光束206在平板導光體220的表面指向遠離多光束繞射格柵240的方向。圖中所示的光束206係往多個不同的預定主要角度方向射出。更詳而言之，如圖所示，所發出之光束206的不同的預定主要角度方向之仰角以及方位角都不同（例如，藉此形成一光場）。

根據本發明的各個實例，繞射結構特徵240a之預先定義的啁啾以及繞射結構特徵240a的曲度，皆對各個所發出之光束206的不同的預定主角度方向做出貢獻。舉例來說，由於彎曲的關係，多光束繞射格柵240中的繞射結構特徵240a可以具有相對於平板導光體220中的導光束204的入射方向而言不相同的方位。尤其，繞射結構特徵240a位於一第一點的方位或者位於多光束繞射格柵240中的方位，與繞射結構特徵240a位於其他點或位置的方位不相同。相對於耦合出或者發射出的光束206而言，光束206的主要角度方向{θ, f }的方位分量f ，可以由繞射結構特徵240a在光束206的起點（即，入射的導光束204被耦合出的點）的方位角f _f 所決定。如此一來，至少以其各自的方位分量f 而言，在多光束繞射格柵240中的繞射結構特徵240a的改變方位會產生具有不同主要角度方向{θ, f }之不同的光束206。

尤其，在沿著繞射結構特徵240a的曲線上的不同點處，多光束繞射格柵240中與彎曲的繞射結構特徵240a相關聯的「底層繞射格柵」係具有不同的方位角f _f 。在本說明書中，「底層繞射格柵」意指疊加設置的多個非彎曲繞射格柵中的繞射格柵，產生了多光束繞射格柵240的繞射結構特徵240a。因此，在沿著繞射結構特徵240a之曲線上的一定點處，該曲線會具有與沿著該等繞射結構特徵240a之曲線上的另一點大致不同的特定方位角f_f 。此外，該特定方位角f _f 會造成從該點發出的光束206的主角度方向{θ, f }之對應的方位分量f 。在某些實例中，繞射結構特徵240a（例如，凹槽、脊部等）的曲線係代表了一圓形的區段。該圓形可以與導光體表面共面。在其他的實例中，舉例來說，曲線亦可以代表與導光體表面共面的一橢圓形或者其他彎曲形狀的一區段。

在其他的實施例中，多光束繞射格柵240可以具有「片段」彎曲的繞射結構特徵240a。尤其，雖然繞射結構特徵240a的本身不一定為大致平順或者延續的曲線，但在多光束繞射格柵240中沿著繞射結構特徵240a的不同點處，繞射結構特徵240a仍然可以具有相對於導光束204的入射方向而言不同的角度的方位。舉例來說，繞射結構特徵240a可以為包含有多段大致為直線區段的凹槽，且其中各個區段具有與相鄰之區段不相同的方位。綜而觀之，根據本發明的各個實例，該些區段的不同的角度會近似於一曲線（例如，圓形的一區段）。然而，在本發明的其他實例中，繞射結構特徵240a可能會僅僅在多光束繞射格柵240中的不同位置處具有相對於導光束的入射方向而言不相同的方位，但其並不會近似於特定的曲線（例如，圓形或者橢圓形）。

在某些實施例中，形成繞射結構特徵240a的該些凹槽或脊部是透過蝕刻、銑銷或者模製方式形成或者施加在平板導光體的表面上。如此一來，多光束繞射格柵240的材料可以包括平板導光體220的材料。舉例來說，如第6B圖所示，多光束繞射格柵240係包括從平板導光體220的表面突出的多個脊部，其中，該些脊部係大致與彼此平行。在第6A圖中（以及在第5B圖中），多光束繞射格柵240係包括穿透平板導光體220表面的凹槽，其中，該些凹槽可以大致地與彼此平行。在其他實例中，多光束繞射格柵240可以包括施加於或者固定在導光體表面上的薄膜或層。由多光束繞射格柵240所提供的具有不同主要角度方向的該些光束，會形成電子顯示器在觀看方向上的一光場。尤其，採用雙向準直方法的背光板200係提供對應於電子顯示器的像素的資訊，例如，三維資訊。

根據與本說明書中所述原理一致的某些實施例，本發明係提供了一種三維電子顯示器。第7圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一三維電子顯示器300的範例的方塊圖。根據本發明的各個實施例，三維電子顯示器300係用於提供包含有不同主要角度方向的經調變的定向光，並且，在某些實施例中，同時具有多種不同的顏色。舉例來說，三維電子顯示器300可以提供或產生多條不同的光束306，該些光束306係往遠離三維電子顯示器300的方向以不同的預定主要角度方向定向（例如，成為一光場）。此外，不同的光束306可以包括具有不同顏色的光或光束306。接著，可以將該些光束306調變為調變光束306’，藉此促成包含彩色資訊的資訊顯示（例如，當光束306為彩色光束時）。

在某些實施例中，具有不同的預定主要角度方向的調變光束306’係形成三維電子顯示器300的多個像素。在某些實例中，三維彩色電子顯示器300可以是一般稱為裸眼的三維電子顯示器（例如，多視角、全像或自動立體顯示器），其中，調變光束306’係對應於與三維電子顯示器300的不同「視角」相關聯的像素。作為範例，調變光束306’在第7圖中係以虛線箭頭的形式顯示，而在調變之前的不同的光束306在第7圖是由實線箭頭顯示。

第7圖中的三維電子顯示器300係包括了一雙向光學準直器310。所述的雙向光學準直器310係用以提供具有垂直準直與水平準直的雙向準直光。更具體來說，垂直準直與水平準直指的是相對於雙向光學準直器310的一垂直方向（例如，z方向）或一垂直平面（例如，y-z平面）以及一水平方向（例如，x方向）或一水平平面（例如，x-y平面）的準直。此外，雙向光學準直器310係相對於雙向光學準直器310的水平平面以非零值傳導角度提供雙向準直光。

在某些實施例中，雙向光學準直器310係大致與上文中所述的雙向光學準直器100相似。更具體來說，雙向準直器310係包括了一垂直準直器以及一水平準直器。水平準直器係位在與垂直準直器的輸出部相鄰的位置。此外，根據本發明的某些實施例，垂直準直器可以大致相似於上文中針對雙向光學準直器100所描述的垂直準直器110，而水平準直器可以大致相似於上文中針對雙向光學準直器100所描述的水平準直器120。

舉例來說，雙向準直器310的垂直準直器可以包括具有拋物線形狀以及傾斜角度的一光學反射器。所述的傾斜角度係被配置以決定雙向光學準直器的輸出部的雙向準直光的非零值傳導角度。此外，舉例來說，雙向準直器310的水平準直器可以包括具有拋物線形的光學反射器。作為範例，水平準直器的光學反射器可以大致橫跨雙向光學準直器的輸出孔，並且可以提供具有大致橫跨該輸出孔均勻分布的雙向準直光。再者，雙向準直器310可以包括以各種其他包含子反射器以及多個垂直準直器之配置的垂直準直器與水平準直器，例如，與上文中針對雙向光學準直器100的垂直準直器110與水平準直器120所進行的說明相同的配置。

如第7圖所示，三維電子顯示器300係進一步包括一平板導光體320。平板導光體320係以非零值傳導角度將雙向準直光引導為導光束。更具體來說，導光束可以被相對於平板導光體320的一表面（例如，相對於頂部表面與底部表面的其中之一者，或同時相對於兩個表面）以非零值傳導角度引導。在某些實施例中，該表面可以與所述的水平平面平行。根據本發明的某些實施例，所述的平板導光體320可以與上文中針對背光板200所描述的平板導光體220大致相似。

根據本發明的各個實施例以及第7圖中所示的內容，三維電子顯示器300係進一步包括為在平板導光體320的表面上的多光束繞射格柵330的陣列。根據本發明的某些實施例，多光束繞射格柵330的陣列可以與上文中針對背光板200所描述的多光束繞射格柵240大致相似。更具體來說，多光束繞射格柵330的陣列係將導光束的一部份繞射耦合出成為具有不同主要角度方向的代表光束306的複數條耦合出光束。此外，根據本發明的各個實施例，由多光束繞射格柵330所耦合出的該些光束306的不同的主要角度方向，係對應於三維電子顯示器300的不同的三維視角。在某些實施例中，多光束繞射格柵330係包括具有彎曲的繞射結構特徵的啁啾式繞射格柵。在某些實施例中，啁啾式繞射格柵的啁啾為線性啁啾。

在某些實施例中，三維電子顯示器300（例如，第7圖中所示）進一步包括一光源340，用以將光提供至雙向光學準直器310的輸入部。在某些實施例中，光源340可以大致與上文中針對背光板200所描述的光源230相似。更具體來說，光源340可以包括用以提供不同顏色的光的多個不同的LED（為了便於說明，將其稱為「不同顏色的LED」）。在某些實施例中，不同顏色的LED係以彼此偏移的方式設置（例如，橫向偏移）。不同顏色的LED的偏移，係被配置以提供來自雙向光學準直器310的不同、顏色特定的雙向準直光的非零值傳導角度。此外，不同的、顏色特定的非零值傳導角度可以對應於光源340所提供的各個不同顏色的光。

在某些實施例中（未顯示於圖中），不同顏色的光可以包括RGB 色彩模型中的紅色、綠色以及藍色。此外，平板導光體320係將不同顏色的光在平板導光體320中以不同的顏色特定的傳導角度引導。舉例來說，根據本發明的某些實施例，第一顏色導光束（例如，紅色光束）可以被以第一顏色特定傳導角度引導，第二顏色導光束（例如，綠色光束）可以被以第二顏色特定傳導角度引導，而第三顏色導光束（例如，藍色光束）可以被以第三顏色特定傳導角度引導。

如第7圖所示，三維電子顯示器300可以進一步包括一光閥陣列350。根據本發明的各個實施例，光閥陣列350係將該些光束的耦合出光束306調變為調變光束306’，藉此形成或構成對應於三維電子顯示器300的不同三維視角的三維像素。在某些實施例中，光閥陣列350可以包括多個液晶光閥。在其他的實施例中，舉例來說，光閥陣列350可以包括其他的光閥，其可以包括但不限於，電潤濕光閥、電泳光閥、上述光閥的組合，或者液晶光閥其他種類的光閥的組合。

根據本說明書中所描述之原理的其他實施例，本發明係提供了一種將光雙向準直的方法。第8圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了將光雙向準直的方法400的範例的流程圖。如第8圖所示，將光雙向準直的方法400包括了步驟410：利用垂直準直器將光在垂直方向上準直，藉此提供垂直地準直的光。在某些實施例中，垂直準直器係與上文中針對雙向光學準直器100所描述的垂直準直器110大致相似。舉例來說，步驟410中在將光準直時使用的垂直準直器所使用的可以包含具有拋物線形狀的光學反射器。

將光雙向準直的方法400係進一步包括步驟420：利用位在與垂直準直器的輸入部相鄰位置處的一水平準直器將垂直地準直的光在水平的方向上準直，藉此產生同時垂直地準直與水平地準直的雙向準直光。在某些實施例中，水平準直器係大致與上文中針對雙向光學準直器100所描述的水平準直器120相似。舉例來說，在步驟420中用來進一步將垂直地準直的光準直的水平準直器，可以包括具有另一拋物線形狀的另一光學反射器。在某些實施例中，水平準直器的光學反射器可以大致橫跨水平準直器的輸出孔，藉此產生具有橫跨輸出孔大致均勻的分布的雙向準直光。

第8圖中所示的將光雙向準直的方法400係進一步包括步驟430：在雙向準直光中建立一非零值傳導角度，其中，所述的非零值傳導角度係在一垂直平面中對應於所述的垂直方向（或者，等同地，相對於水平平面的角度）。作為範例，非零值傳導角度可以與上文中針對雙向光學準直器100所述的非零值傳導角度大致相似。更具體來說，在某些實施例中，非零值傳導角度可以由垂直準直器或水平準直器的其中之一的光學反射器的傾斜角度所提供，或者，可以同時由垂直準直器與水平準直器的光學反射器的傾斜角度所提供。

根據與本發明所述原理一致的另一實施例，本發明係提供了一種三維電子顯示器的操作方法。第9圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了三維電子顯示器的操作方法500的範例的流程圖。如第9圖所示，三維電子顯示器的操作方法500係包括了步驟510：提供具有非零值傳導角度的雙向準直光。根據本發明的各個實施例，可以透過雙向準直器來提供所述的雙向準直光。雙向準直器可以與上文中所描述的雙向光學準直器100大致相似。在某些實施例中，可以根據上文中所述的將光雙向準直的方法來進行提供雙向準直光的步驟510。舉例來說，提供雙向準直光的步驟510可以在使用垂直準直器之後，接著透過設置於垂直準直器的輸出部的水平準直器進行。

三維電子顯示器的操作方法500進一步包括步驟520：在平板導光體中引導雙向準直光。更具體來說，雙向準直光在步驟520中係非零值傳導角度在平板導光體中被引導。根據本發明的某些實施例，平板導光體可以與上文中針對背光板200所述的平板導光體220大致相似。

第9圖中所述的三維電子顯示器的操作方法500進一步包括步驟530：利用一多光束繞射格柵將經引導的雙向準直光的一部分繞射耦合出以產生多條光束。根據本發明的某些實施例，多光束繞射格柵係位在平板導光體的一表面。根據本發明的各個實施例，將經引導的部分雙向準直光繞射耦合出的步驟530，係用以提供往遠離平板導光體的方向以不同的主要角度方向定向的多條光束。更具體來說，該些不同的主要角度方向係對應於三維顯示器的不同三維視角的方向。根據本發明的某些實施例，多光束繞射格柵係與多光束繞射格柵240大致相似，且步驟530中的該些光束中的繞射耦合出的光束，係對應於上文中針對背光板200所述的光束206或針對三維顯示器300所述的光束306。

根據本發明的各個實施例，第9圖中顯示的三維電子顯示器的操作方法500進一步包括步驟540：利用光閥陣列調變該些光束中的光束。根據本發明的各個實施例，在步驟540中調變的光束係形成三維電子顯示器在三維觀看方向上的三維像素。在某些實施例中，光閥陣列可以與上文中針對三維電子顯示器300所述的光閥陣列350大致相似。

在某些實施例中（未顯示於圖中），三維電子顯示器的操作方法500係進一步包括提供待雙向準直的光。舉例來說，可以將未準直的光提供至雙向光學準直器，例如，提供至步驟510中提供雙向準直光所使用的雙向準直器。作為範例，可以利用設置在垂直準直器的輸入部的光源來提供所述的光。此外，在某些實施例中，光源可以與上文中針對背光板200所述的光源230大致相似。

因此，本發明中提供了雙向光學準直器、採用雙向光學準直器的背光板、將光雙向準直的方法以及採雙向準直方法的三維電子顯示器的操作方法的實例。熟知該領域的技術人士應當瞭解，上文中所敘述的實例僅為代表本發明之原理的眾多實例與實施例中的說明性範例。顯然地，熟知該領域的技術人士可以在不脫離本發明的申請專利範圍所限定之範疇的條件下做出多種其他的配置。

10‧‧‧光束
12‧‧‧粗體箭頭
100‧‧‧雙向光學準直器
102‧‧‧光/接收光
104‧‧‧準直光/雙向準直光
104’‧‧‧垂直地準直的光
110‧‧‧垂直準直器
110a‧‧‧第一垂直準直器
110b‧‧‧第二垂直準直器
112‧‧‧光學反射器/類拋物線形反射器
112’‧‧‧光學反射器
120‧‧‧水平準直器
120a‧‧‧第一邊緣
120b‧‧‧第二邊緣
122‧‧‧光學反射器/類拋物線形反射器
122’‧‧‧子反射器
122’a‧‧‧子反射器/第一子反射器
122’b‧‧‧子反射器/第二子反射器
200‧‧‧背光板
202‧‧‧光/接收光
204‧‧‧雙向準直光/導光束
204’‧‧‧光/垂直地準直的光
206‧‧‧發射光/光束
210‧‧‧雙向光學準直器/雙向準直器
212‧‧‧垂直準直器
214‧‧‧水平準直器
220‧‧‧平板導光體
222‧‧‧黏著層
230‧‧‧光源
232‧‧‧光源/第一光源
234‧‧‧光源/第二光源
236‧‧‧光源/第三光源
240‧‧‧多光束繞射格柵
240a‧‧‧繞射結構特徵
240’‧‧‧第一端
240”‧‧‧第二端
300‧‧‧三維電子顯示器
306‧‧‧光束
306’‧‧‧調變光束
310‧‧‧雙向準直器/雙向光學準直器
320‧‧‧平板導光體
330‧‧‧多光束繞射格柵
340‧‧‧光源
350‧‧‧光閥陣列
400‧‧‧將光雙向準直的方法
410‧‧‧步驟
420‧‧‧步驟
430‧‧‧步驟
500‧‧‧三維電子顯示器的操作方法
510‧‧‧步驟
d‧‧‧繞射間隔
F‧‧‧焦點
H‧‧‧水平平面
{θ,f}‧‧‧角度分量/主要角度方向
θ‧‧‧仰角
q'‧‧‧非零值傳導角度/傾斜角度
f‧‧‧方位角/方位分量
f _f ‧‧‧方位角

按照此說明書中所描述的原理之各種示例性特徵，在參考附圖並結合下面的詳細描述下可以被更容易地理解，其中，相似的標號表示相似的結構元件，且該些附圖包括：第1圖為根據與本發明所描述的原理一致的一範例，顯示了具有主要角度方向的一光束的角度分量{q ,f }的示意圖；第2A圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一雙向光學準直器的範例的立體圖；第2B圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一雙向光學準直器的範例的俯視圖；第2C圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了第2B圖中的雙向光學準直器的剖視圖；第3圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了具有傾斜角度的光學反射器的範例的示意代表圖；第4A圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一雙向光學準直器的俯視圖；第4B圖為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了一雙向光學準直器的範例的俯視圖；第4C圖為根據與本發明所描述的原理一致的再一實施例，顯示了一雙向光學準直器的範例的俯視圖；第5A圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一背光板的範例的俯視圖；第5B圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一背光板的範例的剖視圖；第5C圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一背光板的一部分的範例的剖視圖；第6A圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了具有多光束繞射格柵的背光板的一部分的範例的剖視圖；第6B圖為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了具有多光束繞射格柵的背光板的一部分的範例的剖視圖；第6C圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了第6A圖或第6B圖中具有多光束繞射格柵的背光板部分的範例的剖視圖；第7圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一三維電子顯示器的範例的方塊圖；第8圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了將光雙向準直的方法的範例的流程圖；以及第9圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了三維電子顯示器的操作方法的範例的流程圖。某些特定的例子可能會具有其他相較於上述圖式中的特徵而言相同、額外或者可以將之取代的特徵。在下文中將參照圖式針對這些特徵以及其他的特徵進行詳細說明。

Claims

一種雙向光學準直器：一垂直準直器，用以將光往一垂直方向上準直；一水平準直器，用以將光往大致與該垂直方向正交的一水平方向上準直，該水平準直器係位在與該垂直準直器的一輸出部相鄰的位置以將該垂直準直器垂直地準直的光水平地準直，藉此在該雙向光學準直器的一輸出部提供一雙向準直光；其中，該雙向光學準直器係以與該水平方向對應的一水平平面相對的一非零值傳導角度提供該雙向準直光。
根據申請專利範圍第1項所述之雙向光學準直器，其中，該垂直準直器係包括具有一拋物線形以及一傾斜角度的一光學反射器，該傾斜角度係被配置以提供該雙向準直光的該非零值傳導角度。
根據申請專利範圍第1項所述之雙向光學準直器，其中，該水平準直器係包括具有一拋物線形的一光學反射器，該光學反射器係大致橫跨該雙向光學準直器的一輸出孔，且該雙向準直光具有橫跨該輸出孔大致均勻的分佈。
根據申請專利範圍第1項所述之雙向光學準直器，其中，該水平準直器包括具有複數個子反射器的一光學反射器，該等子反射器係彼此結合並且大致橫跨該雙向光學準直器的一輸出孔，且該等子反射器中的每一者係包括一拋物線形表面。
根據申請專利範圍第4項所述之雙向光學準直器，其中，該光學反射器係一菲涅耳反射器(Fresnel reflector)。
根據申請專利範圍第4項所述之雙向光學準直器，其中，該等子反射器中的一第一子反射器係用於接收來自位於該水平準直器的一第一邊緣的一第一垂直準直器的垂直地準直的光，該等子反射器中的一第二子反射器係用於接收來自位於該水平準直器的一第二邊緣的一第二垂直準直器的垂直地準直的光，該第二邊緣係在對應於該水平方向的該水平平面上相對於該第一邊緣。
根據申請專利範圍第1項所述之雙向光學準直器，其中，該垂直準直器為該水平準直器的材料的一體，且該垂直準直器係包括該水平準器的材料。
一種包括申請專利範圍第1項所述之雙向光學準直器的背光板，其中，該背光板進一步包括：一平板導光體，耦接於該雙向光學準直器的該輸出部，該平板導光體係用於接收該雙向準直光並且將該雙向準直光以該非零值傳導角度引導；其中，該平板導光體係進一步從該平板導光體的一表面射出經引導的該雙向準直光。
根據申請專利範圍第8項所述的背光板，進一步包括用於提供光至該雙向光學準直器的一光源，該光源係位在相鄰於該垂直準直器的位置，並且係用於將光提供至該垂直準直器的一輸入部。
根據申請專利範圍第9項所述的背光板，其中，該光源包括用於提供不同顏色的光的複數個不同光源，該等不同光源彼此相互偏移，其中，該等不同光源之間的偏移係被配置以提供對應於各個不同顏色的光的不同、顏色特定的該雙向準直光的該非零值傳導角度。
根據申請專利範圍第8項所述的背光板，進一步包括一多光束繞射格柵，該多光束繞射格柵係用於將經引導的該雙向準直光的一部分從該平板導光體繞射耦合出成為從該平板導光體的表面射出的複數條光束，該等光束中的其中一光束具有與該等光束中的其他光束不相同的一主要角度方向。
一種包括申請專利範圍第11項的背光板的三維電子顯示器，該三維電子顯示器進一步包括：一光閥，用於調變該等光束中的一光束，該光閥係相鄰於該多光束繞射格柵；其中，該光束的該主要角度方向係對應於該三維顯示器的一觀看方向，經調變的光束係代表該三維電子顯示器在該觀看方向上的一像素。
一種三維電子顯示器，包括：一雙向光學準直器，包括一垂直準直器以及一水平準直器，該水平準直器係位在與該垂直準直器的一輸出部相鄰的位置，該雙向光學準直器係用於提供雙向準直光，其中，該雙向準直光具有相對於一水平平面以一非零值傳導角度的垂直準直與水平準直；一平板導光體，用以將該雙向準直光以該非零值傳導角度引導成為一導光束；一多光束繞射格柵陣列，位於該平板導光體的一表面上，該多光束繞射格柵陣列中的一多光束繞射格柵係用以將該導光束的一部分繞射耦合出成為複數條耦合出光束，該等耦合出光束具有對應於該三維電子顯示器的不同三維視角的各個方向的不同的主要角度方向。
根據申請專利範圍第13項所述的三維電子顯示器，其中，該垂直準直器係包括具有一拋物線形以及一傾斜角度的一光學反射器，該傾斜角度係用以決定該雙向準直光在該雙向光學準直器的該輸出部的該非零值傳導角度。
根據申請專利範圍第13項所述之三維電子顯示器，其中，該水平準直器係包括具有一拋物線形的一光學反射器，該光學反射器係大致橫跨該雙向光學準直器的一輸出孔，藉此提供具有橫跨該輸出孔大致均勻的分佈的該雙向準直光。
根據申請專利範圍第13項所述之三維電子顯示器，其中，該水平準直器具有一第一邊緣以及相對於該第一邊緣的一第二邊緣，該水平準直器包括具有複數個子反射器的一光學反射器，該等子反射器係彼此結合並且大致橫跨該雙向光學準直器的一輸出孔，其中，該等子反射器中的一第一子反射器係用於接收來自位於該水平準直器的該第一邊緣的一第一垂直準直器的垂直地準直的光，該等子反射器中的一第二子反射器係用於接收來自位於該水平準直器的該第二邊緣的一第二垂直準直器的垂直地準直的光，該第二邊緣係在對應於該水平方向的該水平平面上相對於該第一邊緣。
根據申請專利範圍第13項所述之三維電子顯示器，其中，該多光束繞射格柵係包括具有彎曲的繞射結構特徵的一啁啾式繞射格柵。
根據申請專利範圍第17項所述之三維電子顯示器，其中，該啁啾式繞射格柵係一線性啁啾式繞射格柵。
根據申請專利範圍第13項所述之三維電子顯示器，進一步包括：一光源，用以將光提供至該雙向光學準直器的一輸入部；以及一光閥陣列，用以選擇性地將該等耦合出光束調變成為對應於該三維電子顯示器的不同三維視角的三維像素。
根據申請專利範圍第19項所述之三維電子顯示器，其中，該光閥陣列包括複數個液晶光閥。
根據申請專利範圍第19項所述之三維電子顯示器，其中，該光源包括了用以提供不同顏色的光的不同的複數個發光二極體(light emitting diode, LED)，該等LED係彼此相互偏移，其中，該等不同LED之間的偏移係被配置以提供不同、顏色特定且具有非零值傳導角度的該雙向準直光，不同、顏色特定的非零值傳導角度係對應於各個不同顏色的光。
一種將光雙向準直的方法，該方法包括：利用一垂直準直器將光往一垂直方向準直，藉此提供垂直地準直的光；利用位於該垂直準直器的一輸入部的一水平準直器進一步將垂直地準直的光往一水平方向準直，藉此提供垂直地準直以及水平地準直的雙向準直光；以及在該雙向準直光中建立一非零值傳導角度，該非零值傳導角度係在一垂直平面中對應於該垂直方向。
根據申請專利範圍第22項所述之將光雙向準直的方法，其中，該垂直準直器係包括具有一拋物線形以及一傾斜角度的一光學反射器，該傾斜角度係被配置以提供該雙向準直光的該非零值傳導角度；其中，該水平準直器係包括另一光學反射器，其係具有另一拋物線形並且係橫跨該水平準直器的一輸出孔，藉此產生具有橫跨該輸出孔均勻的分佈的該雙向準直光。
一種包括了根據申請專利範圍第22項所述之將光雙向準直的方法的三維電子顯示器的操作方法，其中，所述的三維電子顯示器的操作方法進一步包括以下步驟：將該雙向準直光在一平板導光體中以該非零值傳導角度引導；利用位於該平板導光體的一表面的一多光束繞射格柵將經引導的該雙向準直光的一部分繞射耦合出，藉此產生往遠離該平板導光體的方向以不同的複數個主要角度方向定向的複數條光束，其中，不同的該等主要角度方向係對應於一三維電子顯示器的不同三維視角的方向；以及利用一光閥陣列調變該等光束中的光束，經調變的光束係在三維觀看方向上形成該三維電子顯示器的三維像素。