TW201837502A - 採用傾斜繞射格柵的單側背光板、多視角顯示器及方法 - Google Patents

採用傾斜繞射格柵的單側背光板、多視角顯示器及方法 Download PDF

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Abstract

一種單側背光板以及單側多視角顯示器，其採用了提供具有單側方向的定向光束之單側繞射元件的陣列。單側繞射元件陣列中的一個單側繞射元件係包括一傾斜繞射格柵，被配置為藉由對導光體中引導的光進行繞射地散射而提供定向光束。單側多視角顯示器係進一步包括光閥，該些光閥係被配置為將複數條定向光束調變成為具有單側方向的多視角影像。

Description

採用傾斜繞射格柵的單側背光板、多視角顯示器及方法
本發明係關於一種背光板，尤其是關於一種採用傾斜繞射格柵的背光板、多視角顯示器及方法。
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，用於傳導資訊給使用者。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)和主動式矩陣有機發光二極體(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，在許多實際應用中被動顯示器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。發出的光會由LCD或EP顯示器調節，且經調節後的光會隨後依序地由LCD或EP顯示器射出。通常背光板係配置為用以發出白色光。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。
根據與本說明書中所描述的原理一致的範例與實施例，本發明係提供一種單側背光，以及採用單側背光的單側多視角顯示器與雙模式顯示器。尤其，與本說明書中所描述的原理一致的實施例係提供一種採用了包括傾斜繞射格柵的單側繞射元件的單側背光板。單側繞射元件係用於將光散射出單側背光板成為具有單側方向的定向光束。換言之，根據本發明的各個實施例，單側繞射元件的傾斜繞射格柵較佳地僅從背光板的一側將光散射或定向出來。在某些實施例中，單側繞射元件可以作為單側多光束元件，用於將光散射出來成為在單側或「一側」的方向上具有不同主要角度方向的複數條定向光束。作為範例，該些定向光束可以具有與一多側多視角顯示器的各個觀看方向對應的方向。
在本說明書中，「二維顯示器」或「2D顯示器」的定義為，不論從何方向觀看影像(即，在2D顯示器的預定觀看角度或範圍中)，該種顯示器提供的影像的視像都大致相同。在許多智慧型手機以及電腦螢幕上看到的習知的液晶螢幕顯示器(Liquid Crystal Display, LCD)為2D顯示器的範例。相對地，在本說明書中，「多視角顯示器」的定義為，在不同的觀看方向上或者從不同的觀看方向提供多視角影像的不同視像的電子顯示器或顯示系統。更具體來說，不同視像可以代表多視角影像的物體或景觀的不同立體視像。在本說明書中所敘述的單側背光板以及單側多視角顯示器的用途包括，行動電話(例如，智慧型手機)、手錶、平板電腦、行動電腦(例如，筆記型電腦)、個人電腦與電腦螢幕、行動車輛顯示控制器、攝影機顯示器，以及各種其他的行動與實質上非行動的顯示器應用與設備，但其用途並不受限於此。
圖1A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一多視角顯示器10的範例的剖視圖。如圖1A所示，多視角顯示器10包括一螢幕12，用於顯示供使用者觀看的多視角影像。舉例來說，螢幕12可以是電話 (例如，行動電話、智慧型手機等等)的顯示器、平板電腦、筆記型電腦、桌上型電腦的電腦螢幕、攝影機顯示器，或大致為任何其他裝置的電子顯示器。
多視角顯示器10是在相對於螢幕12的不同的觀看方向16上提供多視角影像的不同視像14。觀看方向16在圖中是顯示為從螢幕12往各個不同的主要角度方向(或簡單來說往不同方向)延伸的箭頭。不同視像14是顯示為位在箭頭(即，代表觀看方向16的箭頭)末端的陰影多邊形區域。作為本發明的範例而非限制，圖中僅顯示了四個視像14以及四個觀看方向16。需注意的是，雖然圖1A中顯示的不同視像14是位在螢幕上方，當多視角影像顯示於多視角顯示器10上時，視像14實際會出現在螢幕12上或螢幕12的附近。將視像14繪於螢幕12上方的表示方法的目的僅在於保持圖式清晰性，其目的在於表現從對應於特定的視像14的各個觀看方向16觀看多視角顯示器10。2D顯示器可以大致相似於多視角顯示器10，不同處在於，2D顯示器一般是提供顯示影像的單一視像(例如，相似於視像14的一個視像)，而不是多視角顯示器10提供的多視角影像的不同視像14。
根據本說明書中的定義，觀看方向或等同的具有對應於多視角顯示器的觀看方向之方向的光束，一般會具有由角度分量{q ,f }所給出的主要角度方向。角度分量q 在此被稱為光束之「仰角分量(elevation component)」或「仰角(elevation angle)」。角度分量f 被稱作光束之「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，垂直於多視角顯示器的螢幕的平面)中之一角度，而方位角f 係為一水平平面(例如，平行於多視角顯示器的螢幕的平面)中之一角度。
圖1B為根據與本發明所描述的原理一致的一範例，顯示具有一特定主要角度方向的一光束20的角度分量{θ ,f }的示意圖，其中，主要角度方向係對應於一多視角顯示器的觀看方向(例如，圖1A中顯示的觀看方向16)。另外，根據本文中之定義，光束20係自一特定點發射或散發。即，根據定義，光束20具有與多視角顯示器內之一特定起點相關聯之一中心射線。圖1B也顯示了光束(或觀看方向)的原點O。
此外，在「多視角影像」以及「多視角顯示器」等詞語中所使用的「多視角」一詞，係被定義為代表不同觀點或者在視像之間包括角視差的複數個視像。此外，根據本說明書中的某些定義，「多視角」一詞明確地包括了兩個以上的視角(即，最少有三個視角且通常係指超過三個以上的視角)。據此，本文中所使用的「多視角」一詞語是要明確的與僅包含兩個不同視角來代表一景觀的立體視像做出區隔。然而，值得一提的是，雖然多視角影像與多視角顯示器係包括兩個以上的視角，但根據本說明書的定義，在一時間點可以僅選擇兩個視像(例如，一個眼睛一個視像)將其作為一對立體影像來觀看(例如，在一多視角顯示器上)。
「多視角像素」在本說明書中是被定義為一組像素，或者代表了多視角顯示器的相似的複數個不同視像的各個視像中的「視像」像素。更具體來說，一多視角像素可以具有對應於或代表多視角影像的各個不同視像的影像像素之個別像素。此外，根據本說明書中的定義，多視角像素的像素又被稱為「定向像素」，其中，每一個像素與該些不同視像中的對應一者的預定觀看方向相關聯。再者，根據本發明的各個範例與實施例，由多視角像素的像素所代表的不同視像像素，在各個不同視像中可以具有等同或至少大致相似的位置或座標。舉例來說，第一多視角像素的個別像素可以對應於位在多視角影像的各個不同視像的{x1 , y1 }座標處的視像像素，而第二多視角像素的個別像素可以對應於位在多視角影像的各個不同視像的{x2 , y2 }座標處的視像像素，並且可以依此類推。
在某些實施例中，一個多視角像素中的視像像素的數量，可以等同於多視角顯示器的不同視像的數量。舉例來說，多視角像素可以提供與具有六十四(64)個不同視像相關聯的六十四個視像像素。在另一範例中，多視角顯示器可以提供八比四陣列的視像(即，三十二個視像)，而多視角像素可以包含三十二(32)個視像像素(即，每一個視像像素對應一個視像)。此外，每一個不同的視像像素可以具有對應於該些觀看方向中的不同者的一關聯方向(例如，光束的主要角度方向)，舉例來說，可以與上述的範例中的六十四個不同視像相對應。再者，根據本發明的某些實施例，多視角顯示器的多視角像素的數量可以大致等同於多視角顯示器之視像中的「視像」像素(即，構成選定視像的像素)的數量。舉例來說，如果視像包括六百四十比四百八十的視像像素(即，640x480的視像解析度)，多視角顯示器可以具有三十萬七千兩百個(307,200)多視角像素。在另一範例中，當視像包括一百比一百個的像素時，多視角顯示器總共可以包括一萬個(即，100 x 100 = 10,000)多視角像素。
在本文中，「導光體」被定義為一種在其結構中利用全內部反射或「Total Internal Reflection (TIR)」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。在各個範例中，「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。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，一平板或薄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，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，根據本說明書的定義，上表面及下表面兩者間彼此分離，並且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。
在某些實施例中，平板導光體可以具有大致為平坦的結構(即，侷限在一個平面上)，因而使平板導光體成為平面導光體。在其它的實施例中，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。
在本說明書中，「角度保持散射特徵」或等同的「角度保持散射器」是指以在散射光中保持入射於結構特徵或散射器的入射光的角分散的方式對光進行散射的任何特徵或散射器。更具體來說，根據本說明書中的定義，由角度保持散射特徵散射的光的角分散ss 可以由入射光的角分散s的函數所表現(即，ss =f(s))。在某些實施例中，散射光的角分散ss 是入射光的角分散或準直因子s的線性函數(例如，ss =a· s，其中，a 為整數)。換言之，由角度保持散射特徵散射的光的角分散ss 可以大致與入射光的角分散或準直因子s成正比。舉例來說，散射光的角分散ss 可以大致等同於入射光的角分散s(例如，s s ≈ s)。均一繞射格柵(即，具有大致均一或一致的繞射散射特徵間隔或格柵柵距的繞射格柵)是角度保持散射特徵的範例。相對的，根據本說明書中的定義，朗伯特(Lambertian)散射器或朗伯特反射器以及一般的漫射器(例如，具有或者類似於朗伯特散射的特性)不屬於角度保持散射器。
在本說明書中，「偏振保持散射特徵」或等同的「偏振保持散射器」是被配置為以保持入射於結構特徵或散射器上的散射光的偏振或者保持至少一定程度的偏振的方式散射光的任何結構特徵或散射器。據此，「偏振保持散射特徵」指的是入射在結構特徵或散射器的光的偏振程度大致等同於散射光的偏振程度的任何結構特徵或散射器。此外，根據定義，「偏振保持散射特徵」的散射(例如，對於導光的散射)，會保持或者大致保持被散射的光的預定偏振。舉例來說，被散射的光可以是由偏振光源所提供的偏振光。
在本說明書中，「單側背光板」、「單側繞射散射元件」以及「單側多光束元件」中的「單側」一詞，指的是與第一側對應的「一側」或者「較佳的在一個方向上」，且第一側係與第二側對應的另一方向相對。尤其，「單側背光板」是指從第一側射出光，並且不從與第一側相對的第二側射出光的背光板。舉例來說，單側背光板可以將光射入一第一(例如，正)半空間，但不將光射進對應的第二(例如，負)半空間中。第一半空間可以在單側背光板上方，第二半空間可以在單側背光板下方。因此，舉例來說，單側背光板可以將光射進單側背光板上方的區域或者朝該方向射出，並且僅射出少量或者完全不將光射入位於單側背光板下方的另一區域或不將光朝向另一方向射出。類似的，根據本說明書中的定義，如單側繞射散射元件或單側多光束元件的「單側散射器」係用於將光朝向第一表面散射並且使其離開第一表面，而不將光往與第一表面相對的第二表面散射，但單側散射器的種類並不受限於此。
在此，「繞射格柵」被廣義地定義為複數個結構特徵(即，繞射結構特徵)，用於提供入射於繞射格柵之光的繞射。在某些範例中，複數個結構特徵可以以週期性或準週期性的方式設置。在其他的範例中，繞射格柵可以是包括了複數個繞射格柵的混合週期繞射格柵，且該些繞射格柵中的每一個繞射格柵具有不同週期配置的結構特徵。此外，繞射格柵可以包括設置在一個一維陣列中之複數個結構特徵(例如，在材料表面中的複數個凹槽或脊部)。或者，繞射格柵可以包括被定義在二維度中的結構特徵的二維(2D)陣列或結構特徵的陣列。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。在某些範例中，繞射格柵可以在第一方向或第一維度上大致為週期性，並且沿著繞射格柵或在整個繞射格柵的另一方向上為大致為非週期性(例如，不變、隨機等)的配置。
因此，根據本說明書中的定義，「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。在本說明書中，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，繞射格柵的結構特徵係被稱為「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，兩個材料之間的邊界)的一個以上的繞射結構特徵。舉例來說，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(例如，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。
根據本說明書中所描述的各個範例，可以採用繞射格柵(例如，繞射元件的繞射格柵，如下文所述)將光從導光體(例如，平板導光體)繞射地散射或耦合出成為一光束。尤其，由局部週期性繞射格柵所提供的繞射角度q m 可以由下列的方程式(1)得出：(1) 其中，λ 是光的波長，m 是繞射級數，n 是導光體的折射係數，d 是繞射格柵的結構特徵之間的距離或間隔，而q i 是入射在繞射格柵上的光的入射角度。為了簡易性，方程式(1)中假設繞射格柵是相鄰於導光體的一表面，且導光體外的材料的折射係數等於一(即，nout =1)。一般來說，繞射級數m 為整數(即，m= ±1, ±2, ...)。由繞射格柵產生之光束的繞射角度q m 可以由方程式(1)給出。舉例來說，當繞射級數等於一時（即，m =1），繞射格柵係提供第一級的繞射。
圖2A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一繞射格柵30的範例的剖視圖。舉例來說，繞射格柵30可以位在導光體40的一表面上。此外，圖2A顯示了光束50以一入射角度q i 入射於繞射格柵30上。入射光束50是導光體40中的導光(即，導光束)。圖2A中還顯示了由繞射格柵30繞射地產生並且耦合出來的定向光束60，其中，定向光束60為繞射格柵30對入射光束50進行繞射後的繞射產物。定向光束60具有由方程式(1)給出的繞射角度q m (或本說明書中所述的「主要角度方向」)。繞射角度q m 可以對應於繞射格柵30的繞射級數「m 」，例如，繞射級數m =1(即，第一繞射級數)。
根據本說明書中的定義，「傾斜」繞射格柵的繞射格柵具有傾斜角度的繞射結構特徵，且傾斜角度是相對於繞射格柵的表面正交的表面傾斜。根據本發明的各個實施例，傾斜繞射格柵可以透過對入射光進行繞射來提供單側的散射。
圖2B為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了傾斜繞射格柵80的範例的剖視圖。如圖中所示，傾斜繞射格柵80是位於導光體40的表面的二元繞射格柵，相似於圖2A中所示的繞射格柵30。然而，圖2B中所示的傾斜繞射格柵80包括了具有傾斜角度γ的繞射結構特徵82，如圖中所示，傾斜角度是相對於正交的表面(由虛線表示)傾斜，且繞射結構特徵82具有格柵高度、深度或厚度t 。圖中也顯示了入射光束50以及定向光束60，其代表了由傾斜繞射格柵80對入射光束50的單側繞射散射。值得注意的是，根據本發明的各個實施例，由傾斜繞射格柵80對光在第二方向上的繞射散射是由單側繞射散射所抑制。在圖2B中，「打叉」的虛線箭頭90代表由傾斜繞射格柵80抑制的於第二方向上的繞射散射。
根據本發明的各個實施例，繞射結構特徵82的傾斜角度γ的選擇可以控制傾斜格柵80的單側繞射特性，其包括了繞射散射在第二方向上抑制的角度。舉例來說，傾斜角度γ的選擇可以介於大約二十度(20°)至大約六十度(60°)之間，或介於大約三十度(30°)至大約五十度(50°)之間，或介於大約四十度(40°)至大約五十五度(55°)之間。作為範例，當與傾斜繞射格柵80提供的單側方向比較時，介於30°~60°的範圍之間的傾斜角度γ可以提供大約更好四十倍(40x)的第二方向上的繞射散射的抑制。根據本發明的某些實施例，繞射結構特徵82的厚度t 可以介於大約一百奈米(100 nm)至大約四百奈米(400 nm)之間。舉例來說，厚度t 可以介於大約一百五十奈米(150 nm)至大約三百奈米(300 nm)之間，以使格柵週期p 介於大約300 nm至大約五百奈米(500 nm)的範圍中。
此外，根據本發明的某些實施例，繞射結構特徵可以是彎曲的結構，並且也可以具有相對於光的傳導方向的預定方位(例如，旋度)。舉例來說，繞射結構特徵的曲度以及繞射結構特徵的方位的其中之一或上述兩種特性可以用於控制繞射格柵耦合出的光的方向。例如，耦合出光的主要角度方向可以由繞射格柵在光入射於繞射格柵的點相對於入射光的傳導方向的角度的函數表現。
根據本說明書中的定義，「多光束元件」是指背光板或顯示器中用於產生包含複數條光束之光的結構或元件。根據本說明書中的定義，「繞射」多光束元件是利用繞射耦合或透過繞射耦合產生該些光束的多光束元件。更具體來說，在某些實施例中，繞射多光束元件可以被光學性地耦合至背光板的導光體，藉以透過將導光體中的光的一部分繞射耦合出來成為該些光束。此外，根據本說明書中的定義，繞射多光束元件包括了位於多光束元件的範圍或邊界中的複數個繞射格柵。根據本說明書中的定義，由多光束元件產生的該些光束中的光束(或該些光束)彼此具有不同的主要角度方向。更具體來說，根據本說明書中的定義，該些光束中的一光束具有與該些光束中的另一光束不同的預定主要角度方向。根據本發明的各個實施例，繞射多光束元件的繞射格柵中的繞射結構特徵的間隔或格柵柵距可以為次波長(即，小於導光的波長)。
根據本發明的各個實施例，該些光束可以代表一光場。舉例來說，該些定向光束可以侷限在大致錐形區域的空間，或者具有包括該些光束中的光束的主要角度方向的預定角分散。因此，該些定向光束的預定角分散結合起來(即，該些光束)可以代表所述的光場。
根據本發明的各個實施例，該些光束中各個光束的不同主要角度方向可以由一特性決定，所述的特性可以包括繞射多光束元件的尺寸(例如，長度、寬度、面積等)與繞射多光束元件中的繞射格柵的「格柵柵距」或繞射結構特徵間隔以及方位，但其並不受限於此。在某些實施例中，根據本說明書中的定義，繞射多光束元件可以被視為「延伸點光源」，即，沿著繞射多光束元件的範圍分佈的複數個點狀光源。此外，根據本說明書中的定義，由繞射多光束元件產生的光束可以具有由角度分量{q ,f }給出的主要角度方向，如上文中針對圖1B的說明所述。
根據本說明書中的定義，「準直器」的定義為大致任何種類之用於準直光的光學元件或裝置。舉例來說，準直器可以包括準直鏡或反射器、準直透鏡、繞射格柵、錐形導光體以及上述各種元件的結合，但其並不受限於此。根據本發明的各個實施例，由準直器提供的準直量在不同的實施例中可以以預定的角度或量有不同的變化。此外，準直器可以被配置為提供在兩個正交方向中的其中之一或在兩個正交方向中的準直(例如，垂直方向以及水平方向)。換言之，根據本發明的某些實施例，準直器可以包括提供兩個正交方向的其中之一或在兩個正交方向上的光的準直的形狀。
在本說明書中，由s所標示的「準直因子」係被定義為光被準直的程度。更具體來說，根據本說明書中的定義，準直因子定義了光的準直束中的光線的角分散。舉例來說，準直因子s可以表示準直光束中的大部分光線都在特定的角分散中(例如，圍繞準直光束的主要角度方向或中心的±s度)。根據本發明的某些範例，準直光束的光線在角度方面可以具有高斯分布，且其角分散可以是由準直光束的峰值強度的二分之一所決定的角度。
在本說明書中，「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)。尤其，在本說明書中，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， 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、電漿光發射器、螢光燈、白熾燈中的一種以上的光源，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(即，可以具有特定波長的光)，或者可以具有一定範圍的波長(例如，白光)。在某些實施例中，光源可以包括複數個光發射器。舉例來說，光源可以包括一組或一群的光發射器，其中，至少一光發射器會產生與該組或該群的光發射器中的至少另一光發射器不同的顏色的光，或者該光發射器會產生與該組或該群的光發射器中的至少另一光發射器不同波長的光。作為範例，不同的顏色可以為主要顏色(例如，紅色、綠色、藍色)。
根據本說明書中的定義，「廣角」射出光是指錐角大於多視角影像或多視角顯示器的視像的錐角的光。更具體來說，在某些實施例中，廣角射出光可以具有大約大於二十度(例如，＞ ±20°)的錐角。在其他的實施例中，廣角射出光的錐角可以大約大於三十度(例如，＞ ±30°)，或者大約大於四十度(例如，＞ ±40°)，或者大約大於五十度(例如，＞ ±50°)。舉例來說，廣角射出光的錐角可以大約為六十度(例如，＞ ±60°)。
在某些實施例中，廣角射出光的錐角可以被定義為大約與LCD電腦螢幕、LCD平板電腦、LCD電視的觀看角度相同，或者與廣角觀看的類似數位顯示裝置的錐角相同(例如，大約 ±40~65°)。在其他的實施例中，由背光板提供的廣角射出光可以被描述為或者具有漫射光、大致漫射的光、非定向光(即，不具有特定或被定義的方向性)，或具有單一或大致均一方向的光的特性。
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，「一元件」係指一個以上的元件，更確切來說，「該元件」於此意指「該(等)元件」。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。
根據本說明書中所描述的原理的某些實施例，本發明係提供一種單側背光板。圖3為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一單側背光板100的範例的剖視圖。如圖中所示，單側背光板係被配置為提供具有單側方向的定向光束102的射出光。在圖3中，定向光束102的單側方向是對應於單側背光板100的表面上方的半空間的方向。
圖3中所示的單側背光板100係包括一導光體110。根據本發明的某些實施例，導光體110可以是平板導光體。導光體110係被配置為沿著導光體110的長度將光引導為導光104。舉例來說，導光體110可以包括被配置為光波導的介電材料。所述的介電材料具有一第一折射係數，環繞介電光波導的介質係具有一第二折射係數，其中，第一折射係數可以大於第二折射係數。作為範例，折射係數之間的差異係被配置為根據導光體110的一個以上的引導模式促成導光104的完全內部反射。
更具體來說，導光體110可以是板片或平板的光波導，其可以包括實質上為平面板片並且為光學性透明的延伸的介電材料。實質上為平面板片的介電材料係利用完全內部反射引導導光104。根據本發明的各個範例，導光體110的光學性透明材料，可以包括或者可以由各種介電材料形成，該些材料包括一種以上的各種種類的玻璃(例如，石英玻璃、鹼鋁矽酸鹽玻璃、硼矽酸鹽玻璃等等)，以及實質上為光學透明的塑膠或聚合物(例如，聚甲基丙烯酸甲酯或「丙烯酸玻璃」、聚碳酸脂等等)，但其並不受限於此。在某些範例中，導光體110可以進一步具有位在導光體110的一表面(例，上表面與下表面的其中之一，或者同時位在兩個表面上)的至少一部分上的一披覆層(未顯示於圖中)。根據本發明的某些範例，可以透過該披覆層進一步促進完全內部反射。
此外，根據本發明的各個實施例，導光體110係利用完全內部反射在導光體110的一第一表面110’(例如，「前」表面或「前」側)以及一第二表面110”(例如，「後」表面或「後」側)之間以非零值傳導角度引導導光104。更具體來說，導光104是藉由在導光體110的第一表面110’與第二表面110”之間反射或「彈跳」而以非零值傳導角度傳導。在某些實施例中，導光104包括不同顏色的光的複數條導光束。該些導光束的光束可以由導光體110以各個不同的顏色特定的非零值傳導角度引導。值得一提的是，為了圖式的簡易性，圖中並未顯示非零值傳導角度。然而，表示傳導方向103的粗箭頭在圖3中係沿著導光體的長度顯示導光104的大略傳導方向。
根據本說明書中的定義，「非零值傳導角度」是相對於導光體110的表面(例如，第一表面110’或第二表面110”)的角度。此外，根據本發明的各個實施例，非零值傳導角度係同時大於零並且小於導光體110中的完全內部反射的關鍵角度。舉例來說，導光104的非零值傳導角度可以介於大約十度(10°)至大約五十度(50°)之間，或者在某些範例中，介於大約二十度(20°)至大約四十度(40°)之間，或者介於大約二十五度(25°)至大約三十五度(35°)之間。舉例來說，非零值傳導角度可以大約為三十度(30°)。在其他的範例中，非零值傳導角度可以大約為20°，或大約為25°，或大約為35°。再者，只要特定的非零值傳導角度的選擇小於導光體110中的完全內部反射的關鍵角度，可以為特定的實施選擇(例如，任意地選擇)特定的非零值傳導角度。
導光體110中的導光104可以被以非零值傳導角度(例如，大約30~35度)引入或者耦合進入導光體中。作為範例，可以透過透鏡、鏡子或相似的反射器(例如，傾斜準直反射器)、繞射格柵以及稜鏡(未顯示於圖中)等元件中的一個以上的元件，將光以非零值傳導角度耦合進入導光體110的輸入端成為導光104。一但被耦合進入導光體110之後，導光104會沿著導光體110在大略遠離輸入端的方向上傳導(例如，在圖3中由沿著x軸指向的粗箭頭表示)。
此外，根據本發明的各個實施例，可以對導光104進行準直。在本說明書中，「準直光」或「準直光束」通常是被定義為光束的光線大致侷限在光束中的預定或界定的角分散的光束(例如，導光104)。此外，根據本說明書中的定義，從準直光束散發或散射出來的光線並不被視為準直光束的一部分。在某些實施例中，單側背光板100可以具有準直器，例如被配置為對來自光源的光進行準直的透鏡、反射器或鏡子、繞射格柵或錐形導光體，但準直器的種類並不受限於此。在某些實施例中，光源係包括一準直器。提供至導光體110的準直光為準直的導光104。在各個實施例中，可以根據準直因子對導光104進行準直，或者導光可以具有準直因子。
如圖3所示，單側背光板100係進一步包括沿著導光體的長度間隔開來的單側繞射元件120的陣列。更具體來說，單側繞射元件120的陣列係沿著導光體的長度以有限的空間彼此分離開來並且代表獨立且獨特的元件。換言之，根據本說明書中的定義，單側繞射元件120係根據有限(即，非零值)的元件間距離(例如，有限的中心至中心距離)彼此間隔開來。此外，根據本發明的某些實施例，該些單側繞射元件120一般不會交錯、重疊或彼此碰觸。因此，單側繞射元件陣列的每一個單側繞射元件120通常為獨特且與其他的單側繞射元件120分離的元件。
根據本發明的某些實施例，單側繞射元件陣列的單側繞射元件120可以被以一維(1D)陣列或二維(2D)陣列的形式設置。舉例來說，單側繞射元件120可以被設置為線性的1D陣列。在另一範例中，單側繞射元件120可以被設置為四邊形的2D陣列或者圓形的2D陣列。此外，在某些範例中，所述的陣列(即，1D或2D陣列)可以是規則或均一的陣列。更具體來說，單側繞射元件120之間的元件間距離(例如，中心至中心距離或間隔)在整個陣列中可以大致為均勻或不變的配置。在其他範例中，單側繞射元件120之間的元件間距離可以大致橫跨整個陣列或者沿著導光體110的長度改變，或同時根據上述兩個條件改變。
根據本發明的各個實施例，單側繞射元件120之陣列中的一個單側繞射元件120係包括一傾斜繞射格柵122。根據本發明的某些實施例(例如，如圖中所示)，所有的單側繞射元件120可以是或者可以包括傾斜繞射格柵122。包括傾斜繞射格柵122的單側繞射元件120係將部分的導光104從導光體110中散射出來成為具有單側方向的定向光束102。更具體來說，根據本發明的各個實施例，該些單側繞射元件120透過繞射的散射將部分的導光104散射出來。作為範例，圖3中顯示了從導光體110的第一表面110’往與第一表面110’上方的半空間對應的單側方向射出的定向光束102。
在某些實施例中，單側繞射元件120的傾斜繞射格柵122可以大致相似於圖2B中所示的傾斜繞射格柵80。舉例來說，在某些實施例中，傾斜繞射格柵122的傾斜角度可以相對與導光體110正交的表面介於大約三十度(30°)至大約五十度(50°)之間，其中，傾斜角度係對應於圖2B中所示的傾斜角度γ 。此外，在某些實施例中(未顯示於圖中)，傾斜繞射格柵122可以包括複數個子格柵，且每一個子格柵為一個傾斜繞射格柵。
在某些實施例中，單側繞射元件可以被配置為將部分的導光104散射出來成為在單側方向上具有不同主要角度方向的複數條定向光束102。此外，在某些實施例中，該些定向光束的不同主要角度方向可以對應於單側多視角顯示器的各個觀看方向。更具體來說，包括傾斜繞射格柵的單側繞射元件120可以是多光束元件，並且因此可以被稱為單側多光束元件。在某些實施例中，單側繞射元件的尺寸可以比較於單側多視角顯示器的多視角像素中的像素的尺寸(或等同的光閥的尺寸)。
圖4A為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一單側多視角顯示器200的範例的剖視圖。圖4B為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了單側多視角顯示器200的範例的平面圖。圖4C為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了單側多視角顯示器200的範例的立體圖。為了方便進行說明，圖4C中的立體圖為局部剖視圖。圖4A~圖4C中顯示的單側多視角顯示器200係被配置為提供彼此具有不同主要角度方向的複數條定向光束202(例如，作為一光場)。在某些實施例中，可以對該些定向光束的定向光束202進行調變(例如，利用下文中所述的光閥)，藉以促成具有三維(3D)內容之資訊的顯示。
如圖4A~圖4C中所示，單側多視角顯示器200係包括一導光體210，以及沿著導光體210的長度彼此間隔開來設置的單側繞射元件220的陣列。根據本發明的各個實施例，導光體210係沿著導光體的長度將光引導為導光204。根據本發明的各個實施例，單側繞射元件陣列的單側繞射元件220(或等同的單側繞射元件)係被配置為提供具有不同主要角度方向的該些定向光束202，且不同的主要角度方向係對應於單側多視角顯示器200的各個不同觀看方向。在某些實施例中，單側繞射元件220的陣列可以大致相似於上文中針對單側背光板100所述的單側繞射元件120。更具體來說，單側繞射元件陣列的一個單側繞射元件220係包括一傾斜繞射格柵222，且傾斜繞射格柵222可以大致相似於上文中所述的傾斜繞射格柵122。此外，在某些實施例中，導光體210以及單側多視角顯示器200的單側繞射元件220的陣列結合起來時，可以大致相似於上文中所述的單側背光板100。
圖4A與圖4C中是以朝遠離導光體210的第一(或前)表面210’的方向定向的複數條發散箭頭來表示定向光束202。此外，根據本發明的各個實施例，單側繞射元件220的尺寸可以比較於多視角顯示器的多視角像素206的像素的尺寸，如上文提及的內容以及下文中進一步的說明所述。在本說明書中，「尺寸」可以被以各種的方式定義，包括長度、寬度或面積，但其並不受限於此。舉例來說，像素的尺寸可以是指其長度，而單側繞射元件220的可比較尺寸也可以是指單側繞射元件220的長度。在另一範例中，尺寸可以是指面積，例如單側繞射元件220的面積可以比較於像素的面積。
在某些實施例中，單側繞射元件220的尺寸可比較於像素的尺寸，其中，單側繞射元件的尺寸係介於大約像素尺寸的百分之五十(50%)至大約百分之兩百(200%)之間。舉例來說，如果單側繞射元件的尺寸是由「s 」表示且像素的尺寸是由「S 」表示(例如，如圖4A所示)，則單側繞射元件的尺寸s可以由下列的式子給出：在其他的範例中，單側繞射元件的尺寸單側繞射元件的尺寸是位於下列的範圍中，如大於像素尺寸的大約百分之六十(60%)，或大約大於像素尺寸的百分之七十(70%)，或大約大於像素尺寸的百分之八十(80%)，或大約大於像素尺寸的百分之九十(90%)，並且，大約小於像素尺寸的百分之一百八十(180%)，或大約小於像素尺寸的百分之一百六十(160%)，或大約小於像素尺寸的百分之一百四十(140%)，或大約小於像素尺寸的百分之一百二十(120%)。舉例來說，「可比較的尺寸」，是指單側繞射元件的尺寸可以介於像素尺寸的大約百分之七十五(75%)至大約百分之一百五十(150%)之間。在另一範例中，單側繞射元件220與像素的可比較的尺寸可以是指單側繞射元件的尺寸係介於像素尺寸的大約百分之一百二十五(125%)至大約百分之八十五(85%)之間。根據本發明的某些實施例，可以以將單側多視角顯示器200的視像之間的暗區域縮減為目的，或者在某些範例中以將暗區域最小化為目的選擇單側繞射元件220以及像素的可比較尺寸。再者，可以以將單側多視角顯示器200的視像之間的重疊縮減為目的，或者在某些範例中以將視像之間的重疊最小化為目的選擇單側繞射元件220以及像素的可比較尺寸。
如圖4A~圖4C所示，單側多視角顯示器200進一步包括光閥230的陣列。光閥230係被用於調變該些定向光束中的定向光束202。如圖4A~圖4C所示，具有不同主要角度方向的定向光束202中的不同者係通過光閥陣列中的光閥230的不同者，並且由光閥230中的不同者進行調變。此外，如圖中所示，光閥陣列中的一光閥230係對應於多視角像素206的一像素，且一組光閥230係對應於單側多視角顯示器200的多視角像素206。更具體來說，光閥陣列中的不同組的光閥230係被配置為從單側繞射元件220中對應的不同者接收並且調變定向光束202，即，如圖中所示，每一個單側繞射元件220具有一組獨特的光閥230。在本發明的各個實施例中，可以採用不同種類的光閥作為光閥陣列的光閥230，包括液晶光閥、電泳光閥以及電濕潤式光閥中的一種以上的光閥，但其並不受限於此。
如圖4A所示，第一光閥組230a係被配置為從第一單側繞射元件220a接收並且調變定向光束202。此外，第二光閥組230b係被配置為從第二單側繞射元件220b接收並且調變定向光束202。因此，在光閥陣列中的每一個光閥組(例如，第一光閥組230a以及第二光閥組230b)係分別對應於不同的單側繞射元件220(例如，元件220a、220b)並且亦對應於不同的多視角像素206，且如圖4A所示，光閥組中個別的光閥230係對應於各個多視角像素206的像素。
值得注意的是，如圖4A所示，多視角像素206的像素的尺寸可以對應於光閥陣列中的光閥230的尺寸。在其他的範例中，像素的尺寸可以被定義為光閥陣列中相鄰的光閥230之間的距離(例如，中心至中心距離)。舉例來說，光閥230可以小於光閥陣列中的光閥230之間的中心至中心距離。舉例來說，像素尺寸可以被定義為光閥230的尺寸，或者被定義為與光閥230之間的中心至中心距離對應的尺寸。
在某些實施例中，單側繞射元件220以及對應的多視角像素206(即，像素組以及對應組的光閥230中的像素組)之間的關係可以是一對一關係。換言之，多視角像素206與單側繞射元件220可以具有相等的數量。圖4B以示例的方式明確地顯示了一對一的關係，其中，包括不同組的光閥230的每一個多視角像素206(以及對應的像素)在圖中是由虛線環繞。在其他的實施例中(未顯示於圖中)，多視角像素206的數量以及單側繞射元件120的數量可以不相同。
在某些實施例中，一對單側繞射元件220之間的元件間距離(例如，中心至中心距離)可以等同於對應的一對多視角像素206之間的像素間距離，例如，由光閥組代表的多視角像素。舉例來說，如圖4A所示，第一單側繞射元件220a以及第二單側繞射元件220b之間的中心至中心距離d 係大致等同於第一光閥組230a以及第二光閥組230b之間的中心至中心距離D 。在其他的實施例中(未顯示於圖中)，成對的單側繞射元件220以及對應的光閥組的相對中心至中心距離可以不同，例如，單側繞射元件220的元件間間隔(即，中心至中心距離d )可以大於或小於代表多視角像素206的光閥組之間的間隔(即，中心至中心距離D )。
在某些實施例中，單側繞射元件120的形狀可以類似於多視角像素206的形狀，或者等同的，類似於與多視角像素206對應的一組光閥230(或「子陣列」)的形狀。舉例來說，單側繞射元件220可以具有正方形的形狀，且多視角像素206(或一組對應的光閥230的配置)可以大致為正方形。在另一範例中，單側繞射元件220可以具有四邊形的形狀，即，長度或縱向尺寸可以大於寬度或橫向尺寸。在此範例中，與單側繞射元件220對應的多視角像素206(或等同的該組光閥230的配置)可以具有類似的四邊形。圖4B顯示了正方形的單側繞射元件220以及對應的正方形的多視角像素206的俯視圖或平面圖，其中，多視角像素206包括了正方形組的光閥230。在進一步的其他範例中(未顯示於圖中)，單側繞射元件220以及對應的多視角像素206具有各種形狀，包括或至少相似於三角形、六角形以及圓形，但其形狀並不受限於此。
此外(例如，如圖4A所示)，根據某些實施例，每一個單側繞射元件220係被配置為將定向光束202提供給一個且僅僅一個多視角像素206。更具體來說，對於給定的單側繞射元件220來說，與單側多視角顯示器200的不同視像對應之具有不同主要角度方向的定向光束202係大致侷限於單一個對應的多視角像素206以及其像素，即，如圖4A所示，與單側繞射元件220對應的單一一組的光閥230。因此，單側多視角顯示器200的每一個單側繞射元件220係提供具有與單側多視角顯示器200的不同視像對應之一組不同主要角度方向(即，該組定向光束202係包含具有與各個不同觀看方向的方向相對應之光束)。
根據本發明的某些實施例，單側背光板100或單側多視角顯示器200中單側繞射元件陣列的傾斜繞射格柵122、222的繞射結構特徵，可以包括彼此間隔開來的傾斜凹槽或傾斜脊部。傾斜凹槽或傾斜脊部可以包括導光體110的材料，例如，可以形成在導光體110的表面中。在另一範例中，傾斜凹槽或傾斜脊部可以由導光體材料以外的材料形成，例如，可以是導光體110的表面上的另一材料形成的層或薄膜。
在某些實施例中，傾斜繞射格柵122、222是均一繞射格柵，其中，繞射結構特徵間隔在整個傾斜繞射格柵122中為大致不變的數值或大致為常數。在其他的實施例中，傾斜繞射格柵122為啁啾繞射格柵。根據定義，「啁啾」繞射格柵是展現或具有隨著啁啾繞射格柵的範圍或長度變化的繞射結構特徵的繞射間隔(即，格柵柵距)的繞射格柵。在某些實施例中，啁啾繞射格柵可以具有或展現隨著距離線性變化的繞射結構特徵間隔的啁啾。據此，根據本說明書中的定義，啁啾繞射格柵是「線性啁啾」繞射格柵。在其他的實施例中，啁啾繞射格柵可以展現繞射結構特徵間隔的非線性啁啾。各種非線性的啁啾可以包括指數啁啾、對數啁啾，或者隨之改變的啁啾、大致不平均或者隨機但以單調的方式分佈之啁啾，但啁啾的種類並不受限於此。可採用的非單調式的啁啾包括正弦啁啾、三角啁啾或鋸齒啁啾，但其並不受限於此。本發明中亦可以採用任何種類之啁啾的組合。此外，傾斜繞射格柵122的傾斜角度可以在傾斜繞射格柵122的整個長度、寬度或範圍中變化。在某些實施例中，傾斜繞射格柵122、222係包括複數個子格柵，每一個子格柵為一傾斜繞射格柵。
請再次參照圖3，單側背光板100可以進一步包括一光源130。類似地，圖4A~圖4C中顯示的單側多視角顯示器200可以進一步包括一光源240。如圖中所示，光源130、240係被配置為提供在導光體110、210中被引導的光。尤其，光源130、240可以位在與導光體110、210的入口表面或端部(輸入端)相鄰的位置。
在各個實施例中，光源130、240可以包括大致任何種類的光源，包括發光二極體(LED)、雷射(例如，雷射二極體)或上述光源的結合，但其並不受限於此。在某些實施例中，光源130、240可以包括用於產生大致單色的光的光發射器，且大致單色的光具有由特定顏色表示的窄頻光譜。更具體來說，單色光的顏色可以是特定的色彩空間或色彩模型(例如，紅-綠-藍(RGB)色彩模型)的一個主要顏色。在其他的範例中，光源130、240可以是用於提供大致寬頻或多色光的大致寬頻的光源。舉例來說，光源130可以提供白色光。在某些實施例中，光源130、240可以包括用於提供不同顏色的光的複數個不同的光發射器。不同的光發射器可以被配置以提供與各個不同顏色的光對應之具有導光的不同、顏色特定的非零值傳導角度的光。根據本發明的各個實施例，繞射結構特徵間隔以及其他的繞射格柵特性(例如，繞射週期)，還有相對於導光104、204之傳導方向的格柵方位可以對應於光的不同顏色。換言之，舉例來說，單側繞射元件120可以包括不同的傾斜繞射格柵122，且該些不同的傾斜繞射格柵122可以根據不同顏色的導光104定制。相似地，單側多視角顯示器200的單側繞射元件220可以包括複數個傾斜格柵，且個別的傾斜格柵係根據導光204的不同顏色定制。
在某些實施例中，光源130、240可以進一步包括一準直器。準直器可以被配置為從光源130、240的一個以上的光發射器接收大致非準直的光。準直器係進一步用於將大致非準直的光轉換為準直光。尤其，準直器可以提供具有非零值傳導角度的準直光，或者可以提供根據預定準直因子被準直的光，或可以提供具有上述兩種特性的光。此外，當採用不同顏色的光發射器時，準直器可以被配置為提供具有不同的顏色特定的非零值傳導角度的準直光，以及具有不同顏色特定的準直因子的準直光，或者提供同時具有上述兩種特性的準直光。準直器係進一步被配置為將準直光束傳輸至導光體110、210，使其如上文所述作為導光104、204傳導。
在某些實施例中，單側背光板100可以被配置為對於在與導光104的傳導方向103正交(或大致正交)的方向上通過導光體110的光而言為大致透明的結構。更具體來說，在某些實施例中，導光體110以及間隔開來的單側繞射元件120允許光經由第一表面110’以及第二表面110”通過導光體110。在某些實施例中，可以透過單側繞射元件120的相對較小的尺寸，以及單側繞射元件120相對較大的元件間間隔至少局部促成透明性。此外，根據本發明的某些實施例，單側繞射元件120的傾斜繞射格柵122也可以對於在與導光體的表面110’、110”正交的方向上傳導的光來說為大致透明的結構。舉例來說，單側多視角顯示器200的導光體210與單側繞射元件220之陣列的結合，可以類似地被配置為對於在與導光204的傳導方向正交(或大致正交)的方向上的光來說為透明的結構。
根據本說明書所描述的原理的某些實施例，本發明係提供一種雙模式顯示器。根據本發明的各個實施例，雙模式顯示器係被配置為在第一模式中提供一多視角影像，並在第二模式中提供包括單一視像(例如，2D影像)的顯示影像。圖5為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一雙模式顯示器300的範例的方塊圖。圖5中的左半側顯示了雙模式顯示器300在第一模式(模式一)中的操作，而右半側則顯示了第二模式(模式二)的操作。
圖5中顯示的雙模式顯示器300係包括一單側多視角顯示器310，用於在第一模式(模式一)中提供多視角影像。如圖中所示，單側多視角顯示器310係包括一導光體312以及單側繞射元件314的陣列。單側繞射元件陣列中的每一個單側繞射元件314係包括一個以上的傾斜繞射格柵。在第一模式中，單側繞射元件314的陣列係被配置為將導光體312中引導的光繞射地散射出來，藉此提供具有與多視角影像的觀看方向對應之方向的複數條定向光束。在某些實施例中，單側多視角顯示器310可以大致相似於上文中所述的單側多視角顯示器200。更具體來說，導光體312可以大致相似於上文中針對單側多視角顯示器200所述的導光體210，且單側繞射元件的陣列可以大致相似於上文中針對單側多視角顯示器200所述的單側繞射元件220的陣列。
此外，單側多視角顯示器310係包括光閥316的陣列，用於將該些定向光束中的定向光束調變為多視角影像。根據本發明的某些實施例，光閥316的陣列可以大致相似於上文中所述的單側多視角顯示器200的光閥230的陣列。更具體來說，由單側多視角顯示器310射出之經調變的定向光束302係用於顯示多視角影像，並且可以對應於不同視像的像素(即，視像像素)。圖5中係以由單側多視角顯示器310散發出來的定向箭頭顯示調變光束302。
如圖5所示，雙模式顯示器300係進一步包括廣角背光板320，其係被配置為在第二模式(模式二)中提供廣角光304。在圖5中，廣角背光板320係被顯示在與單側多視角顯示器310的表面(例如，後表面)相鄰的位置，使得導光體312以及單側繞射元件314的陣列位於廣角背光板320以及光閥316的陣列之間。根據本發明的各個實施例，光閥316的陣列係被配置為在第二模式中對廣角光304進行調變，藉此提供具有單一視像的顯示影像。更具體來說，光閥316的陣列係在廣角光304通過導光體312以及單側繞射元件314的陣列後對廣角光304進行調變(例如，如圖5的右半側所示)。因此，根據本發明的各個實施例，導光體312以及單側繞射元件314的陣列對於廣角光304為透明的結構。此外，根據本發明的各個實施例，單側多視角顯示器310的光閥陣列的光閥316係被配置為提供調變，使得在第一模式時提供多視角影像並且在第二模式時提供顯示影像。
根據與本說明書中所描述的原理一致的其他實施例，本發明係提供一種單側背光板的操作方法。圖6為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一單側背光板的操作方法400的範例的流程圖。如圖6所示，單側背光板的操作方法400係包括步驟410，沿著導光體的長度引導光。在某些實施例中，步驟410可以以非零值傳導角度引導光。在某些實施例中，導光可以被準直，例如，根據預定準直因子被準直。根據本發明的某些實施例，導光體可以大致相似於上文中針對單側背光板100所述的導光體110。更具體來說，根據本發明的各個實施例，可以根據完全內部反射在導光體中引導光。
如圖6所示，單側背光板的操作方法400係包括步驟420，利用單側繞射元件的陣列將部分的導光從導光體中繞射地散射出來，以提供具有單側方向的複數條定向光束。根據本發明的各個實施例，該些單側繞射元件的一個單側繞射元件係包括一傾斜繞射格柵。在某些實施例中，單側繞射元件陣列可以大致相似於上文中所述的單側背光板100的單側繞射元件120的陣列。更具體來說，傾斜繞射格柵可以大致相似於上文中所述的傾斜繞射格柵122。
在某些實施例中，單側繞射元件陣列的單側繞射元件係提供在單側方向上具有不同主要角度方向的複數條定向光束。此外，在某些實施例中，不同主要角度方向可以對應於多視角顯示器的各個觀看方向。再者，單側繞射元件的尺寸可以比較於多視角顯示器的多視角像素中的像素的尺寸。舉例來說，單側繞射元件的尺寸可以大於像素尺寸的一半，並且小於像素尺寸的兩倍。此外，根據本發明的各個實施例，單側繞射元件陣列中的一個單側繞射元件係包括複數個傾斜繞射格柵。因此，在某些實施例中，單側繞射元件可以是單側多光束元件。
在某些實施例中(未顯示於圖中)，單側背光板的操作方法400係進一步包括利用光源將光提供至導光體的步驟。提供的光可以在導光體中具有非零值傳導角度，以及可以根據準直因子在導光體中被準直，或同時具有上述兩種特性，藉此在導光體中提供導光的預定角分散。在某些實施例中，光源可以大致相似於上文中所述的單側背光板100的光源130。
在某些實施例中，單側背光板的操作方法400係進一步包括步驟430，利用複數個光閥對該些定向光束進行調變，藉此在單側方向上顯示影像。在某些實施例中，該些光閥可以大致相似於上文中針對單側多視角顯示器200所述的光閥230的陣列。更具體來說，根據本發明的某些實施例，該些光閥中的一個光閥可以對應於多視角像素的一個像素。換言之，舉例來說，光閥具有可以與像素的尺寸比較的尺寸，或者具有可以與多視角像素的像素之間的中心至中心間隔比較的尺寸。此外，如上文所述，不同組的光閥可以對應於不同的多視角像素，並且與上文中所述的第一光閥組230a及第二光閥組230b與不同多視角像素206之間的對應關係類似。
因此，本發明中提供了一種單側背光板、單側背光板的操作方法以及單側多視角顯示器，其係採用了使用傾斜繞射格柵的單側繞射元件。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‧‧‧多視角顯示器
12‧‧‧螢幕
14‧‧‧視像/不同視像
16‧‧‧觀看方向
20‧‧‧光束
30‧‧‧繞射格柵
40‧‧‧導光體
50‧‧‧光束/入射光束
60‧‧‧定向光束
80‧‧‧傾斜繞射格柵
82‧‧‧繞射結構特徵
90‧‧‧虛線箭頭
100‧‧‧單側背光板
102‧‧‧定向光束
103‧‧‧傳導方向
104‧‧‧導光
110‧‧‧導光體
110’‧‧‧第一表面/表面
110”‧‧‧第二表面/表面
120‧‧‧單側繞射元件
122‧‧‧傾斜繞射格柵
130‧‧‧光源
200‧‧‧單側多視角顯示器
202‧‧‧定向光束
204‧‧‧導光
206‧‧‧多視角像素
210‧‧‧導光體
220‧‧‧單側繞射元件
220a‧‧‧第一單側繞射元件/元件
220b‧‧‧第二單側繞射元件/元件
222‧‧‧傾斜繞射格柵
230‧‧‧光閥
230a‧‧‧第一光閥組
230b‧‧‧第二光閥組
240‧‧‧光源
300‧‧‧雙模式顯示器
302‧‧‧定向光束/調變光束
304‧‧‧廣角光
310‧‧‧單側多視角顯示器
312‧‧‧導光體
314‧‧‧單側繞射元件
316‧‧‧光閥
320‧‧‧廣角背光板
400‧‧‧單側背光板的操作方法
410‧‧‧步驟
420‧‧‧步驟
430‧‧‧步驟
D‧‧‧中心至中心距離
S‧‧‧尺寸
O‧‧‧原點
d‧‧‧中心至中心距離
p‧‧‧格柵週期
s‧‧‧尺寸
t‧‧‧厚度
q‧‧‧角度分量/仰角/角度
q m ‧‧‧繞射角度
q i ‧‧‧入射角度
f‧‧‧角度分量/方位角
σ‧‧‧準直因子/角分散
σs‧‧‧角分散
γ‧‧‧傾斜角度
按照此說明書中所描述的原理之各種範例與實施例的特徵，在參考附圖並結合下面的詳細說明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： 圖1A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示多視角顯示器的範例的立體圖； 圖1B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了具有特定主要角度方向的光束的角分量之範例的示意圖，其中，光束的主要角度方向係對應於多視角顯示器的觀看方向； 圖2A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一繞射格柵的範例的剖視圖； 圖2B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一傾斜繞射格柵的範例的剖視圖； 圖3為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一單側背光板的範例的剖視圖； 圖4A為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一單側多視角顯示器的範例的剖視圖； 圖4B為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了單側多視角顯示器的範例的平面圖； 圖4C為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了單側多視角顯示器的範例的立體圖； 圖5為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一雙模式顯示器的範例的方塊圖； 圖6為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一單側背光板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 (20)

  1. 一種單側背光板，包括： 一導光體，被配置為沿著該導光體的長度在傳導方向上引導光；以及 一單側繞射元件陣列，具有沿著該導光體的長度彼此間隔開來的複數個單側繞射元件，該單側繞射元件陣列中的一單側繞射元件係包括一傾斜繞射格柵，該傾斜繞射格柵係被配置為將導光的一部分從該導光體中散射出來成為具有單一方向的一定向光束。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的單側背光板，其中，該傾斜繞射格柵的一傾斜角度相對於與該導光體正交的表面係介於三十度至六十度之間。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的單側背光板，其中，該傾斜繞射格柵包括複數個子格柵，每一個該子格柵為一個傾斜繞射格柵。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的單側背光板，其中，該單側繞射元件係被配置為將部分的該導光散射出來成為在單側方向上具有不同主要角度方向的複數條定向光束，該等不同主要角度方向係對應於一單側多視角顯示器的各個不同觀看方向，該單側繞射元件的尺寸係可比較於該單側多視角顯示器的一多視角像素中的一像素的尺寸。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述的單側背光板，其中，該單側繞射元件的尺寸係介於該像素的尺寸的百分之五十至百分之兩百之間。
  6. 根據申請專利範圍第4項所述的單側背光板，其中，該單側繞射元件的形狀係類似於該多視角像素的形狀。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的單側背光板，其中，該單側繞射元件係位於該導光體的一第一表面以及一第二表面的其中一者上，該單側繞射元件係被配置為將部分的該導光通過該第一表面在單側方向上散射出來。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述的單側背光板，進一步包括光學性地耦接於該導光體的一輸入部的一光源，該光源係被配置為將光提供至該導光體，該導光係根據一預定準直因子被準直。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述的單側背光板，其中，該導光體以及該單側繞射元件陣列的結合被配置為在與該導光的傳導方向正交的方向上為光學性透明的結構。
  10. 一種顯示器，包括根據申請專利範圍第1項所述的單側背光板，該顯示器進一步包括一光閥陣列，該光閥陣列係用於將該單側繞射元件陣列散射出來的複數條定向光束調變成為一顯示影像。
  11. 根據申請專利範圍第10項所述的顯示器，其中，該單側繞射元件陣列的該等單側繞射元件為單側多光束元件，用於將部分的該導光散射出來成為在單側方向上具有不同主要角度方向的複數條定向光束，該等不同主要角度方向係對應於一多視角顯示器的各個觀看方向，該顯示影像為一多視角影像。
  12. 一種單側多視角顯示器，包括： 一導光體，被配置為沿著該導光體的長度將光引導為導光； 一單側多光束元件陣列，具有沿著該導光體的長度間隔開來的複數個單側多光束元件，該單側多光束元件陣列的一單側多光束元件係包括一傾斜繞射格柵，用於將部分的該導光在單側方向上散射出來成為具有主要角度方向的複數條定向光束，該等主要角度方向係對應於一多視角影像的各個觀看方向；以及 一光閥陣列，被配置為將該等定向光束調變為該多視角影像。
  13. 根據申請專利範圍第12項所述的單側多視角顯示器，其中，該單側多光束元件的尺寸係大於該光閥陣列中的一光閥的尺寸的一半，並且小於該光閥的尺寸的兩倍。
  14. 根據申請專利範圍第12項所述的單側多視角顯示器，其中，該單側多光束元件的形狀係類似於代表該多視角顯示器的一多視角像素的一組光閥的形狀。
  15. 根據申請專利範圍第12項所述的單側多視角顯示器，其中，該傾斜繞射格柵具有相對於與該導光體正交的一表面介於三十度至六十度之間的一傾斜角度。
  16. 根據申請專利範圍第12項所述的單側多視角顯示器，進一步包括用於將光提供至該導光體的一光源，該導光係根據一準直因子被準直，藉以在該導光體中提供該導光的一預定角分散。
  17. 一種雙模式顯示器，包括申請專利範圍第12項所述的該單側多視角顯示器，該雙模式顯示器進一步包括被配置為在一第二模式中提供廣角光的一廣角背光板，該導光體以及該單側多光束元件陣列係介於該廣角背光板以及該光閥陣列之間，其中，該光閥陣列被配置為在該第一模式中將該等定向光束調變成為該多視角影像，而該光閥陣列被配置為在該第二模式中調變該廣角光以提供具有單一視像的一顯示影像。
  18. 一種單側背光板的操作方法，其中，該方法包括以下步驟： 沿著一導光體的長度在傳導方向上引導光；以及 利用一單側繞射元件陣列將導光的一部分繞射地散射出該導光體，藉以提供具有單側方向的複數條定向光束，其中，該單側繞射元件陣列具有沿著該導光體的長度彼此間隔開來的複數個單側繞射元件； 其中，該單側繞射元件陣列的一單側繞射元件係包括一傾斜繞射格柵。
  19. 根據申請專利範圍第18項所述的單側背光板的操作方法，其中，該單側繞射元件陣列的該單側繞射元件係提供在單側方向上具有不同主要角度方向的複數條定向光束，該等不同主要角度方向係對應於一多視角顯示器的各個觀看方向，該單側繞射元件的尺寸係可比較於該多視角顯示器的一多視角像素的一像素。
  20. 根據申請專利範圍第18項所述的單側背光板的操作方法，進一步包括利用複數個光閥調變該等定向光束以在單側方向上顯示一影像。
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