TW202034043A - 多方向性背光件、多使用者多視像顯示器和方法 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種多方向性背光件和多使用者多視像顯示器，以提供發射光和相關的多視像影像，其具有不同的互斥角度範圍和不同的使用者特定的視像區域。多方向性背光件包含第一和第二多視像背光件，其皆包含多光束元件，多光束元件被配置為提供具有方向性光束的發射光，其方向與各個多視像影像的視像方向相對應。由第一多視像背光件提供的發射光具有第一角度範圍，由第二多視像背光件提供的發射光具有第二角度範圍，第一和第二角度範圍在各自的第一和第二會聚距離相互排斥。多使用者多視像顯示器包含：第一多視像顯示器，其被配置為向第一視像區域中的第一使用者提供第一多視像影像；以及第二多視像顯示器，其被配置為向第二視像區域中的第二使用者提供第二多視像影像。

Description

多方向性背光件、多使用者多視像顯示器和方法
本發明係關於一種背光件、多使用者多視像顯示器和方法，特別是多方向性的背光件、多使用者多視像顯示器和方法。
電子顯示器是一個幾乎無處不在的媒介，用於向種類廣泛的裝置及產品的使用者傳遞資訊。其中最常見的電子顯示器包含陰極射線管（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。一般而言，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，最明顯的示例是CRTs、PDPs及OLEDs/ AMOLEDs。在上述以發射光進行分類的情況下，LCDs顯示器及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。
為了實現這些與其他優點並且根據本發明的目的，如本文所體現和廣泛描述的，提供一種多方向性背光件，包括：一第一多視像背光件，包括被配置為提供具有一第一角度範圍的發射光的多光束元件，由該第一多視像背光件提供的該發射光包括方向性光束，該方向性光束的方向與具有一第一會聚距離的一第一多視像影像的視像方向相對應；以及一第二多視像背光件，包括被配置為提供具有一第二角度範圍的發射光的多光束元件，由該第二多視像背光件提供的該發射光包括方向性光束，該方向性光束的方向對應於具有一第二會聚距離的一第二多視像影像，其中，該第一角度範圍和該第二角度範圍為位於該第一會聚距離和該第二會聚距離的互斥角度範圍。
根據本發明一實施例，該第二多視像背光件相對於該第一多視像背光件具有一斜面。
根據本發明一實施例，該第二多視像背光件具有遠離該第一多視像背光件的一斜面，該第一多視像背光件和該第二多視像背光件的各自的表面法線彼此發散。
根據本發明一實施例，該第二多視像背光件具有靠向該第一多視像背光件的一斜面，該第一多視像背光件和該第二多視像背光件的各自的表面法線會聚以彼此交叉。
根據本發明一實施例，該第一多視像背光件和該第二多視像背光件之間的該斜面是可變的。
根據本發明一實施例，該第一多視像背光件和該第二多視像背光件使用被配置以提供可變傾斜的鉸鏈組件彼此連接。
根據本發明一實施例，該多方向性背光件進一步包括一第三多視像背光件，其包括被配置為提供具有一第三角度範圍的發射光的一多光束元件陣列，由該第三多視像背光件提供的該發射光包括方向性光束，該方向性光束的方向與一第三多視像影像的視像方向相對應，其中，由該第三多視像背光件提供的該發射光的該第三角度範圍與該第一角度範圍和該第二角度範圍其中之一或之二相互排斥。
根據本發明一實施例，該第一多視像背光件和該第二多視像背光件其中之一或之二包括一導光體，其被配置以將光引導為引導光，該多光束元件彼此分開並且分佈在該導光體上以作為一多光束元件陣列，其中，該多光束元件陣列中的每一個多光束元件被配置為散射出該引導光的一部分以作為該方向性光束。
根據本發明一實施例，該多光束元件包括被配置為繞射地散射出該引導光的一部分的一繞射光柵、被配置為折射地散射出該引導光的一部分的一微折射元件、以及被配置為反射地散射出該引導光的一部分的一微反射元件之中的一個或多個。
在本發明之另一態樣中，提供一種多使用者多視像顯示器，包括請求項1之多方向性背光件，該多使用者多視像顯示器進一步包括：一第一光閥陣列，被配置為將由該第一多視像背光件提供的該發射光的該方向性光束調變為該第一多視像影像；以及一第二光閥陣列，被配置為將由該第二多視像背光件提供的該發射光的該方向性光束調變為該第二多視像影像，其中，該第一多視像影像被配置為由一第一使用者在與該第一角度範圍相對應的一第一視像區域中觀看，以及該第二多視像影像被配置為由一第二使用者在與該第二角度範圍相對應的第二視像區域中觀看。
根據本發明一實施例，該第一多視像影像的不同視像被配置為由該第一使用者在距離該多方向性背光件的該第一會聚距離處觀看，並且其中，該第二多視像影像的不同視像被配置為由該第二使用者在距離該多方向性背光件的該第二會聚距離處觀看。
在本發明之另一態樣中，提供一種多使用者多視像顯示器，包括：一第一多視像顯示器，被配置為向具有一第一角度範圍的一第一視像區域提供一第一多視像影像，該第一多視像影像具有與一第一使用者的一眼距相對應的一第一會聚距離；以及一第二多視像顯示器，被配置為向具有一第二角度範圍的一第二視像區域提供一第二多視像影像，該第二多視像影像具有與一第二使用者的一眼距相對應的一第二會聚距離，其中，該第一視像區域被配置為優先向該第一使用者提供該第一多視像影像，以及該第二視像區域被配置為優先向該第二使用者提供該第二多視像影像。
根據本發明一實施例，該第一視像區域I的該第一角度範圍和該第二視像區域的該第二角度範圍是互斥的角度範圍。
根據本發明一實施例，該第二多視像顯示器相對於該第一多視像顯示器具有一斜面。
根據本發明一實施例，該第一多視像背光件和該第二多視像背光件之間的該斜面是可變的。
根據本發明一實施例，該第一多視像顯示器和該第二多視像顯示器其中之一或之二包括：一導光體，被配置以將光引導為引導光； 一多光束元件陣列，其在該導光體上互相隔開，該多光束元件陣列中的每一個多光束元件被配置為散射出該引導光的一部分以作為具有與一多視像影像相對應的方向的方向性光束；以及一光閥陣列，被配置為將該方向性光束調變為一多視像影像。
根據本發明一實施例，該多光束元件陣列中的一多光束元件包括被配置為繞射地散射出該引導光的一部分的一繞射光柵、被配置為折射地散射出該引導光的一部分的一微折射元件、以及被配置為反射地散射出該引導光的一部分的一微反射元件之中的一個或多個，該多光束元件的尺寸介於該光閥陣列中的一光閥的尺寸的四分之一與兩倍之間。
在本發明之另一態樣中，提供一種多方向性背光件的操作方法，包括：使用包括多光束元件的一第一多視像背光件發射具有一第一角度範圍的光，該第一多視像背光件發射的光包括方向性光束，其方向與具有一第一會聚距離的一第一多視像影像的視像方向相對應；以及使用包括多光束元件的一第二多視像背光件發射具有一第二角度範圍的光，該第二多視像背光件發射的光包括方向性光束，其方向與具有一第二會聚距離的一第二多視像影像相對應，其中，該第一角度範圍和該第二角度範圍是互斥的角度範圍。
根據本發明一實施例，該第二多視像背光件相對於該第一多視像背光件具有一斜面，以及該第二多視像背光件的一表面法線與該第一多視像背光件的一表面法線之間的角度限定了一傾斜角。
根據本發明一實施例，該多方向性背光件的操作方法進一步包括：使用一第一光閥陣列調變該第一多視像背光件發射的該光的該方向性光束，以提供該第一多視像影像；以及使用一第二光閥陣列調變該第二多視像背光件發射的該光的該方向性光束，以提供該第二多視像影像，其中，由該第一角度範圍定義的一第一視像區域優先向位於該第一會聚距離的一第一使用者提供該第一多視像影像，並且其中，由該第二角度範圍定義的一第二視像區域優先向位於該第二會聚距離的一第二使用者提供該第二多視像影像。
根據本發明一實施例，該多方向性背光件的操作方法，其中，該第一多視像背光件和該第二多視像背光件其中之一或之二包括：一導光體，被配置以將光引導為引導光，該多光束元件在整個導光體上互相隔開，每一個該多光束元件被配置為散射出該引導光的一部分以作為具有與一多視像影像相對應的方向的方向性光束。
根據本文描述的原理的實施例，本發明提供一種多方向性背光件，並應用於可以具有多種配置的多使用者多視像顯示器。具體來說，多方向性背光件可以包含以不同角度定向的兩個或多個的相鄰的多視像背光件。在一些實施例中，不同的角度可以是可調的或可變的。在各個實施例中，由多方向性背光件的兩個或多個相鄰的多視像背光件提供的發射光的照明區域或觀看區域具有互斥的角度範圍，並且可以具有背光件特定的會聚距離。此外，多方向性背光件的多視像背光件採用多光束發射器以提供發射光，以作為在相互排斥的角度範圍內的觀看方向上定向的複數個方向性光束。在一些實施例中，根據本文描述的原理的一些實施例，由多光束發射器提供的發射光的方向性光束可以具有與多視像影像或等效於多視像顯示器的視像方向相對應的不同主要角度方向。具有不同的主要角度方向的方向性光束（也稱為「方向性光束」）可以用於顯示包含多視像或三維（3D）資訊的資訊。舉例而言，不同方向性散射光束可以被調變並且用作3D或多視像電子顯示器（例如，「裸眼」或自動全像電子顯示器）的像素。因此，根據各個實施例，多使用者多視像顯示器可以包含兩個或多個相鄰的多視像顯示器，其具有顯示相互排斥的角度範圍的視像區域並提供針對不同使用者的會聚距離。
在本發明中，「二維顯示」或「2D顯示」被定義為無論從哪個方向觀看影像（亦即，在預定視角內或在2D顯示的預定範圍內），其提供的影像的視像基本上是相同的顯示。在許多智慧型手機和電腦螢幕中找到的傳統液晶顯示器（LCD）是2D顯示的示例。與此相反，「多視像顯示器」定義為被配置以在不同的視像方向（view direction）上或從不同的視像方向提供多視像影像（multiview image）的不同的視像（different views）的電子顯示器或顯示系統。具體來說，不同的視像可以表示多視像影像的場景或物體的不同立體圖。本文所述的單側背光件和單側多視像顯示器的用途，包含但不限於，行動電話（例如，智慧型手機）、手錶、平板電腦，行動電腦（例如，膝上型電腦）、個人電腦和電腦螢幕、汽車顯示控制台、相機顯示器以及其他各種行動顯示器以及基本上非行動顯示器的應用程式和裝置。
圖1A係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像顯示器10的立體圖。如圖1A中所示的，多視像顯示器10包含螢幕12，其用於顯示要被觀看的多視像影像。多視像顯示器10在相對於螢幕12的不同的視像方向16上提供多視像影像的不同的視像14。視像方向16如箭頭所示，從螢幕12以各種不同的主要角度方向延伸；不同的視像14在箭頭（亦即，表示視像方向16的箭頭）的終止處顯示為陰影的複數個多邊形框；並且僅示出了四個視像14和四個視像方向16，這全都是作為示例而非限制。應注意，雖然不同的視像14在圖1A中被顯示為在螢幕上方，但是當多視像影像被顯示在多視像顯示器10上時，視像14實際上出現在螢幕12上或附近。在螢幕12上方描繪視像14僅是為了簡化說明，並且意圖表示從對應於特定視像14的相應的一個視像方向16觀看多視像顯示器10。
根據本文的定義，視像方向或等效地具有與多視像顯示器的視像方向對應方向的光束，通常具有由角度分量｛θ, ϕ｝給出的主要角度方向。角度分量θ在本文中被稱為光束的「仰角分量」或「仰角」。角度分量ϕ被稱為光束的「方位角分量」或「方位角」。根據本發明中的定義，仰角θ為是在垂直平面（例如，垂直於多視像顯示器螢幕的平面）內的角度，而方位角ϕ是在水平面（例如，平行於多視像顯示器螢幕的平面）內的角度。圖1B係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中具有與多視像顯示器的視像方向（例如，圖1A中的視像方向16）相對應的特定主要角度方向的光束20的角度分量｛θ, ϕ｝的示意圖。此外，根據本文的定義，光束20從特定點被發射或發出。也就是說，根據定義，光束20具有與多視像顯示器內的特定原點相關聯的中心射線。圖1B進一步顯示了原點O的光束（或視像方向）。
此外在本文中，在術語「多視像影像」和「多視像顯示器」中使用的「多視像（multiview）」一詞定義為在複數個視像（view）之中的視像之間表示不同的立體圖或包含視像的角度差異的複數個視像。另外，根據本文的定義，本發明中術語「多視像」可以包含多於兩個不同的視像（亦即，最少三個視像並且通常多於三個視像）。如此一來，本文中所使用的「多視像顯示器」一詞可以與僅包含表示場景或影像的兩個不同的視像的立體顯示器區分開來。然而應注意的是，雖然多視像影像和多視像顯示器包含兩個以上的視像，但是根據本文的定義，可以一次透過僅選擇該些多視像影像中的兩個影像來觀看（例如，在多視像顯示器上觀看），以將多視像影像觀看為立體影像對（a stereoscopic pair of images）（例如，每隻眼睛一個視像）。
「多視像像素」在本文中被定義為表示由多視像顯示器提供的多視像影像的複數個不同視像中的每一個視像的「視像」像素的一組像素。同樣地，「視像像素」在本文中被定義為多視像影像的視像的像素。具體來說，多視像像素可具有單獨像素，其對應於或表示多視像影像的每一個不同視像中的視像像素。舉例而言，多視像像素可包含多視像顯示器的光閥陣列中的一組光閥，並且多視像像素的像素可以包含光閥陣列中的光閥。隨後，可以藉由使用光閥調變光以提供視像像素，使得光閥陣列的像素或光閥對應於或提供調變以產生對應的視像像素。此外，根據本文的定義，多視像像素的像素是所謂的「方向性（directional）像素」，因為每個像素與不同視像中相應的一個的預定視像方向相關聯。進一步地，根據各個示例及實施例，由多視像像素的像素表示的不同視像像素在每一個不同視像中可具有同等的或至少基本上相似的位置或座標。舉例而言，第一多視像像素可以具有與視像像素對應的個別像素，其位於多視像影像的每一個不同視像中的｛x1, y1｝處；而第二多視像像素可以具有與視像像素對應的個別像素，其位於多視像影像的每一個不同視像中的｛x2, y2｝處，依此類推。在一些實施例中，多視像像素中的像素數量可以等於多視像顯示器的不同的視像的數量。此外，根據一些實施例，多視像顯示器的多視像像素的數量可以基本上等於多視像顯示器視像中的視像像素的數量（亦即，組成所選視像的像素）。
在本文中，「導光體」被定義為使用全內反射在結構內引導光的結構。具體來說，導光體可以包含在導光體的工作波長處基本上透明的核心。在各個示例中，「導光體」一詞一般指的是介電質的光波導，其係利用全內反射在導光體的介電材料和圍繞導光體的物質或介質之間的界面引導光。根據定義，全內反射的條件是導光體的折射係數大於與導光體材料的表面鄰接的周圍介質的折射係數。在一些實施例中，導光體可以在利用上述的折射係數差異之外額外包含塗層，或者利用塗層取代前述的折射係數差異，藉此進一步促成全內反射。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何一種，包含但不限於平板或厚平板導光體和條狀導光體其中之一或之二。
在此進一步，術語「平板（plate）」（如在「平板導光體」中一樣）應用於導光體時，定義為片段地（piecewise）或微分地（differentially）平坦的層或片，有時也稱為「厚平板（slab）」導光體。具體來說，平板導光體被定義為導光體，導光體被配置以在由導光體的頂部表面和底部表面（亦即，相對的表面）界定的兩個基本正交的方向上引導光。此外，根據本文的定義，頂部表面和底部表面都互相分開，並且至少在微分的意義上可以基本互相平行。也就是說，在平板導光體的任何微分地小的部分內，頂部表面和底部表面大致上為平行或共平面的。
在一些實施例中，平板導光體可以是基本上平坦的（亦即，限制為平面），並且因此平板導光體是平面的導光體。在其他實施例中，平板導光體可以在一個或兩個正交維度上彎曲。舉例而言，平板導光體可以在單個維度上彎曲以形成圓柱形的平板導光體。然而，任何曲率都具有足夠大的曲率半徑，以確保在平板導光體內保持全內反射以引導光。
根據本文的定義，「多光束發射器」為產生包含複數條方向性光束的光的背光件或顯示器的結構或元件。在一些實施例中，多光束元件可以光學地耦合或連接到背光件的導光體，以耦合出或散射出在導光體中引導的光的一部分而提供方向性光束。在其他實施例中，多光束元件可以產生作為光束發射的光（例如，可以包含光源或主動發射器）。此外，根據本文的定義，由多光束元件產生的複數條方向性光束中的光束具有彼此不同的主要角度方向。具體來說，根據定義，複數條方向性光束之中的一個方向性光束具有預定的主要角度方向，其與該複數條方向性光束之中的另一條方向性光束不同。根據一些實施例，多光束元件的尺寸可以與多光束元件相關聯的顯示器（例如，多視像顯示器）中使用的光閥的尺寸相當。具體來說，在一些實施例中，多光束元件的尺寸可以在光閥的尺寸的大約四分之一到大約兩倍之間。
根據各個實施例，複數條方向性光束可以代表光場（light field）。例如，複數條方向性光束可被限制在基本上為圓錐形的空間區域中，或者具有預定角展度（angular spread），其包含所述複數條光束中的光束的不同主要角度方向。因此，方向性光束的預定角展度在組合（亦即，複數條方向性光束）上可以表示光場。
根據各個實施例，複數個方向性光束中的各個方向性光束的不同主要角度方向根據一特性決定，其包含但不限於，多光束元件的尺寸（例如，長度、寬度、面積等其中的一個或多個）以及其他特性。舉例而言，在繞射多光束元件中，「光柵間距」或繞射特徵間隔以及繞射多光束元件中繞射光柵的方向，可以是至少部分地確定各種方向性光束的不同主要角度方向的特性。在一些實施例中，根據本文的定義，多光束元件可被視為「擴展點光源」，亦即，複數個點光源分布在多光束元件的一個範圍上。此外，如下文關於圖1B所描述的，由多光束元件產生的方向性光束可以具有由角度分量｛θ, ϕ｝給出的主要角度方向。
在本文中，「角度保持散射體」或等效的「角度保持散射特徵」是被配置為以基本上在入射光中保持入射在特徵或散射體上的光的角展度的方式來擴散光的任何特徵或散射體。具體來說，根據定義，藉由角度保持散射特徵散射的光的角展度σs 是入射光的角展度σ的函數（亦即，σs = F（σ））。在一些實施例中，散射光的角展度σs 是入射光的角展度或準直因子σ的線性函數（例如，σs =a·σ，其中a是整數）。亦即，藉由角度保持散射特徵散射的光的角展度σs 可以基本上與入射光的角展度或準直因子σ成比例。例如，散射光的角展度σs 可以基本上等於入射光的角展度σ（例如， σs ≈σ）。均勻的繞射光柵（亦即，具有基本均勻或恆定的繞射特徵間隔或光柵間距的繞射光柵）是角度保持散射特徵的一個示例。如本文所定義，多光束元件（例如，如下文所述）是角度保持散射特徵的示例。
本文中，「繞射光柵」一般而言被定義為設置成提供入射在繞射光柵上的光的繞射的複數個特徵（feature）（亦即，繞射特徵）。在一些示例中，複數個特徵可以由周期性或準週期性的方式排列。舉例而言，繞射光柵可以包含排列在一維（one-dimensional, 1D）陣列之中的複數個結構（例如，在材料表面中的複數凹槽或凸脊）。在其他示例中，繞射光柵可以是特徵的二維（two-dimensional, 2D）陣列。舉例而言，繞射光柵可以是材料表面上的凸部或材料表面中的孔洞的2D陣列。
如此，根據本文的定義，「繞射光柵」是提供入射在繞射光柵上的光的繞射的結構。如果光從導光體入射在繞射光柵上，則所提供的繞射或繞射地散射可以產生並且因此被稱為「繞射地耦合」，因為繞射光柵可以透過繞射將光耦合出或散射出導光體。繞射光柵也藉由繞射（亦即，以繞射角）重新導向或改變光的角度。具體來說，由於繞射，離開繞射光柵的光通常具有與入射在繞射光柵上的光（亦即，入射光）的傳播方向不同的傳播方向。藉由繞射產生之光的傳播方向上的變化於本文中被稱為「繞射地重新導向」。因此，繞射光柵可被理解為包含繞射特徵的結構，其將入射在繞射光柵上的光繞射地重新導向，以及，如果光是由導光體入射，繞射光柵也可將來自導光體的光繞射地散射出。
此外，根據本文的定義，繞射光柵的特徵被稱為「繞射特徵」，並且可以是在材料表面（亦即，兩種材料之間的邊界）處、之中、和之上的其中的一個或多個。舉例而言，所述表面可以是導光體的表面。繞射特徵可以包含繞射光的各種結構中的任何一種，包含但不限於在表面處、表面中、或表面上的凹槽、脊部、孔洞、和凸部其中的一個以上。例如，繞射光柵可以包含在材料表面內的複數個基本上平行的凹槽。在另一個示例中，繞射光柵可以包含從材料表面上突出的複數個平行的凸脊。繞射特徵（例如：凹槽、凸脊、孔洞、凸部等等）可以具有提供繞射的各種剖面形狀或輪廓中的任何一種，包含但不限於正弦曲線輪廓、矩形輪廓（例如，二元繞射光柵）、三角形輪廓、和鋸齒輪廓（例如，炫耀光柵（blazed grating））之中的一個或多個。
根據本發明中所描述的各個示例，繞射光柵（例如，多光束元件的繞射光柵，如下文所述）可以被用於將光繞射地散射，或者將光耦合出導光體（例如，平板導光體）以成為光束。具體來說，局部週期性繞射光柵的繞射角θm 或由局部週期性繞射光柵提供的繞射角θm 可藉由方程式（1）給定如：
Figure 02_image001
（1） 其中λ是光的波長，m是繞射階數，n是導光體的折射係數，d是繞射光柵的特徵之間的距離或間隔，θi 是繞射光柵上的光的入射角。為了簡單起見，方程式（1）假設繞射光柵與導光體的表面鄰接並且導光體外部的材料的折射係數等於1（亦即，nout = 1）。通常，繞射階數m給定為整數。由繞射光柵產生的光束的繞射角θm 可以由方程式（1）給定，其中繞射階數為正（例如，m＞0）。舉例而言，當繞射階數m等於1（亦即，m＝1）時，提供一階繞射。
圖2係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的繞射光柵30的剖面圖。舉例而言，繞射光柵30可以位於導光體40的表面上。另外，圖2示出了以入射角θi入射在繞射光柵30上的光束20。光束20是導光體40內的引導光束。在圖2中還示出了由於入射光束20的繞射，而由繞射光柵30繞射地產生並且散射出的耦合出或散射出的光束50。散射出的光束50具有如方程式（1）所示的繞射角θm （或者，在本文中，「主要角度方向」）。舉例而言，散射出的光束50可以對應於繞射光柵30的繞射階數「m」。
在本文中，按照定義，「傾斜」繞射光柵是具有繞射特徵的繞射光柵，其具有相對於繞射光柵的表面的表面法線的傾斜角。根據各個實施例，傾斜繞射光柵可以藉由入射光的繞射以提供單側散射。
在本文中，「準直器」被定義為基本上被配置以將光準直的任何光學裝置或元件。舉例來說，準直器可以包括但不限於，準直鏡或反射器、準直透鏡、繞射光柵和上述各種準直器的組合。根據各個實施例，由準直器提供的準直量可從一個實施例到另一實施例以預定程度或大小來變化。進一步地，準直器可被配置以在兩個正交方向（例如，垂直方向以及水平方向）其中之一或之二上提供準直。也就是，根據一些實施例，準直器可包含用於提供光準直的兩個正交方向其中之一或之二的形狀。
本文中，「準直因子」定義為光的準直程度。具體來說，根據本文的定義，準直因子定義準直光束中的光線的角展度。例如，準直因子σ可以指定一束準直光中的大部分光線在特定的角展度內（例如，相對於準直光束的中心或主要角度方向的+/- σ度）。根據一些示例，準直光束的光線在角度方面具有高斯分布（Gaussian distribution），並且角展度可以是由準直光束的峰值強度的一半所確定的角度。
在本文中，「光源」被定義為發出光的源頭（例如，被配置以產生光和發射光的光學發射器）。舉例而言，光源可以包含光學發射器，例如，發光二極體（light emitting diode, LED），其在被啟動或開啟時發光。具體來說，在本文中光源基本上可為任何一種來源的光或包含基本上任何光學發射器，其包含但不限於，發光二極體（LED）、雷射、有機發光二極體（organic light emitting diode, OLED）、聚合物發光二極體、電漿光學發射器、日光燈、白熾燈，以及實質上任何的光源之中的一個以上。由光源所產生的光可以具有一顏色（亦即，可包含特定波長的光），或者可以具有一定範圍的波長（例如，白光）。在一些實施例中，光源可以包含複數個光學發射器。舉例而言，光源可以包含光學發射器的集合或群組，其中至少一個光學發射器產生具有一顏色或等同的一波長的光，所述顏色或等同的波長不同於由所述集合或所述群組的至少一個其它光學發射器產生的光所具有的一顏色或一波長。舉例而言，該等不同的顏色可包含原色（例如，紅、綠、藍）。
在本文中，「多視像影像」被定義為複數個影像（亦即，大於三個影像），其中複數個影像中的每一個影像表示與多視像影像的不同視像方向相對應的不同視像。因此，舉例而言，多視像影像是影像的集合（例如，二維影像），當在多視像顯示器上顯示時，可以促進景深的感知（perception of depth），因此對於觀看者而言看起來是3D場景的影像。
根據定義，「廣角」發射光被定義為具有一錐角，該錐角大於多視像影像或多視像顯示器的視像的錐角。具體來說，在一些實施例中，廣角發射光可以具有大於大約二十度（例如，＞±20°）的錐角。在其他實施例中，廣角發射光的錐角可以大於大約三十度（例如，＞±30°），或者大於大約四十度（例如，＞±40°），或者大於五十度（例如，＞±50°）。例如，廣角發射光的錐角可以大約為六十度（例如，＞±60°）。
在一些實施例中，廣角發射光錐角可以定義為與LCD電腦螢幕、LCD平板電腦、LCD電視或類似的用於廣角觀看的數位顯示裝置的視角大約相同（例如，大約±40-65°）。在其他實施例中，廣角發射光還可以被表徵為或描述為漫射光、基本上漫射的光、無方向性的光（亦即，缺乏任何特定的或界定的方向性）或具有單個或基本上均勻的方向的光。
與本文描述的原理一致的實施例可以使用各種裝置和電路以實現，包含但不僅限於，積體電路（integrated circuits, ICs）、超大型積體電路（very large scale integrated, VLSI）、特殊應用積體電路（application specific integrated circuits, ASIC）、現場可程式邏輯閘陣列（field programmable gate arrays, FPGAs）、數位信號處理器（digital signal processors, DSPs）、圖形處理單元（graphical processor unit, GPU）等、韌體、軟體（例如，程式模組或指令集）、以及上述所提的兩個或多個的組合。舉例而言，實施例或其元件可以被實現為ASIC或VLSI電路內的電路元件。採用ASIC或VLSI電路的實施是基於硬體的電路的實施的示例。
在另一示例中，實施例可以使用在操作環境或基於軟體的建模環境（modeling environment）（例如，MATLAB®、MathWorks、Inc.、Natick、MA）中執行的計算機程式語言（例如，C / C ++）實施為軟體，其進一步藉由電腦以執行（例如，儲存在記憶體中並由通用電腦的處理器或圖形處理器執行）。應注意，電腦程式或軟體其中一個以上可以構成電腦程式結構，並且程式語言可以被編譯（compiled）或被直譯（interpreted），例如，可配置或被配置（在本討論中可以互換使用），以由處理器或者由電腦的圖形處理器執行。
在又一示例中，本文描述的設備、裝置、或系統（例如，影像處理器、攝影機等）的塊、模組、或元件可以使用實際電路或實體電路（例如，作為IC或ASIC）來實施，而另一塊、另一模組、或另一元件可以用軟體或韌體來實現。具體來說，例如，根據本文的定義，一些實施例可以使用基本上基於硬體的電路方法或裝置（例如，IC、VLSI、ASIC、FPGA、DSP、韌體等）來施行，而其他實施例也可以使用電腦處理器或圖形處理器執行軟體作為軟體或韌體實施，或者作為軟體或韌體和基於硬體的電路的組合來實施。
此外，如本文所使用的，冠詞「一」旨在具有其在專利領域中的通常含義，亦即「一個以上」。舉例而言，「一多視像像素」是指一個以上的多視像像素，因此，「該多視像像素」在本文中是指「該（等）多視像像素」。此外，本文中對「頂部」、「底部」、「上」、「下」、「向上」、「向下」、「前」、「後」、「第一」、「第二」、「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（about）」一詞在應用於某個值時通常意味著在用於產生該值的設備的公差範圍內，或者可以表示加減10％、或加減5％、或加減1％。此外，本文所使用「基本上（substantially）」一詞是指大部分、或幾乎全部、或全部、或在約51％至約100％的範圍內的量。再者，本文的示例僅僅是說明性的，並且是為了討論的目的而不是為了限制。
根據本文描述的原理的一些實施例，本發明提供了多方向性背光件。圖3A係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多方向性背光件100的立體圖。圖3B係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多方向性背光件100的俯視圖或側視圖。圖3C係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示另一示例中的多方向性背光件100的俯視圖或側視圖。例如，圖3B至3C的側視圖可以表示如在x-z平面中觀察到的多方向性背光件100。
如圖3A至3C所示，多方向性背光件100包含第一多視像背光件110和第二多視像背光件120。第一多視像背光件110包含被配置成提供具有第一角度範圍γ1的發射光102a的多光束元件。根據各個實施例，由第一多視像背光件110提供的並且具有第一角度範圍γ1的發射光102a包含方向性光束，其具有對應於具有第一會聚距離的第一多視像影像的視像方向的方向。第二多視像背光件120包含多光束元件，其被配置為提供具有第二角度範圍γ2的發射光102b。根據各個實施例，由第二多視像背光件120提供的並且具有第二角度範圍γ2的發射光102b包括方向性光束，其具有對應於具有第二會聚距離的第二多視像影像的視像方向的方向。
根據各個實施例，第一多視像背光件110提供的發射光102a的第一角度範圍γ1與第二多視像背光件120提供的發射光102b的第二角度範圍γ2是互斥的角度範圍，亦即，第一角度範圍γ1和第二角度範圍γ2彼此不會重疊。具體來說，根據本文的定義，第一角度範圍γ1和第二角度範圍γ2為互斥，其中，該些範圍在與第一會聚距離和第二會聚距離相對應的觀看區域104內不會相互重疊。在圖3B至3C中，作為示例而非限制，與第一多視像背光件110和第二多視像背光件120相對應的觀看區域104被顯示為矩形框。
在一些實施例中，第二多視像背光件120相對於第一多視像背光件110具有斜面，其界定為斜面角β。在一些實施例中，斜面角β可以在大約零度（0°）和大約四十五度（45°）之間。例如，斜面角β可能約為十度（10°）、或大約二十度（20°）或大約三十五度（35°）。在一些實施例中，例如，可以基於採用多方向性背光件100的顯示器的期望觀看距離來選擇第一會聚距離和第二會聚距離，以及由此延伸的斜面角β。圖3B藉由示例而非限制的方式顯示了由多方向性背光件100的第一多視像背光件110和第二多視像背光件120之間的傾斜度界定的斜面角β。從圖3B至3C中的第一多視像背光件110和第二多視像背光件120中的每一個延伸的箭頭顯示了表面法線。
在一些實施例中（例如，如圖3B所示），第二多視像背光件120具有遠離第一多視像背光件110的斜面（斜面角）。因此，在這些實施例中，第一多視像背光件110和第二多視像背光件120的各自的表面法線彼此發散，如圖3B所示。在其他實施例中（例如，如圖3C所示），第二多視像背光件120具有靠向第一多視像背光件110的斜面。如圖3C所示，在這些實施例中，第一多視像背光件110和第二多視像背光件120的各個的表面法線可以會聚以彼此交叉。
在一些實施例中，第一多視像背光件110與第二多視像背光件120之間的斜面是可變的。在這些實施例中，第一多視像背光件110和第二多視像背光件120之間的斜面角β可以是可變的，例如，斜面角β可以即時調整或在操作期間中調整。舉例而言（圖中未顯示），第一多視像背光件110和第二多視像背光件120可以使用鉸鏈組件彼此連接，其被配置為提供斜面或斜面角β的可變性。例如，鉸鏈組件可基本上包含提供第一多視像背光件110和第二多視像背光件120之間的連接以及斜面或斜面角β的變化的任何結構或材料，包含但不限於機械鉸鏈和可撓性材料薄膜或條帶（例如，塑膠或金屬膜）。在一些實施例中，第一多視像背光件110和第二多視像背光件120的材料（例如，導光體或基板）結構在第一視像背光件110和第二多視像背光件120之間的界面或接合處是連續的或基本上連續的。在其他實施例中，第一多視像背光件110和第二多視像背光件120是分開的多視像背光件，儘管可能藉由鉸鏈或類似的連接機構耦合或連接。
在一些實施例中（圖中未顯示），多方向性背光件100可以進一步包含第三多視像背光件。與第一多視像背光件110和第二多視像背光件120一樣，第三多視像背光件包含被配置以提供具有第三角度範圍的發射光的多光束元件的陣列。根據這些實施例，第三多視像背光件提供的發射光包含方向性光束，其具有對應於第三多視像影像的視像方向的方向。此外，由第三多視像提供的發射光的第三角度範圍與第一角度範圍γ1和第二角度範圍γ2其中之一或之二相互排斥。在其他實施例（圖中未顯示）中，多方向性背光件100可以進一步包含附加的多視像背光件，例如，第四多視像背光件、第五多視像背光件等。
在一些實施例中，第一多視像背光件110和第二多視像背光件120其中之一或之二，可以包含被配置為將光引導為引導光的導光體，多光束元件彼此分開並且分佈在導光體上以作為多光束元件陣列。在這些實施例中，多光束元件陣列中的每一個多光束元件被配置為散射出一部分引導光以作為方向性光束。在一些包含導光體的實施例中，多光束元件包括被配置為繞射地散射出引導光的一部分的繞射光柵、被配置為折射地散射出引導光的一部分的微折射元件、被配置為反射地散射出引導光的一部分的微反射元件之中的一個或多個。
在其他實施例中，第一多視像背光件110和第二多視像背光件120的多光束元件可以包含分佈在整個基板上的主動發射器，以作為多光束發射器的陣列。在一些實施例中，多光束元件的主動發射器可以包含微型發光二極體（microLED或μLED）。在本文中，μLED被定義為微觀發光二極體（light emitting diode, LED），亦即具有微觀尺寸的LED。在一些實施例中，μLED可以包含複數個μLED。在一些實施例中，主動發射器可以包含有機發光二極體（OLED）。如本文所定義的，OLED是具有發光的電致發光膜（或層）的發射器，其包含被配置以響應於電流或類似的電刺激而發光的有機化合物。在其他實施例中，另一類型的光學發射器可以用作主動光學發射器，例如但不限於LED、高強度LED和量子點LED。
圖4A係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像背光件200的剖面圖。圖4B係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像背光件200的平面圖。圖4C係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像背光件200的立體圖。圖4C中的立體圖被繪示為部分切除，以僅便於在本文中討論。根據各個實施例，多視像背光件200可以表示或用作上述第一多視像背光件110和第二多視像背光件120其中之一或之二。
圖4A至4C中所示的多視像背光件200被配置以提供包含具有彼此不同的主要角度方向的複數個方向性光束202的發射光（例如，作為光場）。具體來說，根據各個實施例，發射光的複數個方向性光束202在與多視像影像或等效的被配置為顯示多視像影像的多視像顯示器的各個視像方向相對應的不同主要角度方向上往遠離多視像背光件200的方向定向。在一些實施例中，方向性光束可以被調變（例如，使用光閥，如下所述）以便於顯示具有3D內容的多視像資訊，例如，多視像影像。在圖4A至4C中，發射光的方向性光束202被顯示為遠離多視像背光件200延伸的箭頭。此外，在一些實施例中，包含複數個方向性光束202的發射光可以表示分別由多方向性背光件100的第一多視像背光件110和第二多視像背光件120提供的發射光102a、102b及其方向性光束。
如圖4A至4C所示，多視像背光件200包含導光體210。根據一些實施例，導光體210可以為平板導光體。導光體210被配置為沿著導光體210的長度將光引導為引導光204。例如，導光體210可以包含被配置以光波導的介電材料。所述的介電材料具有一第一折射係數，環繞介電質的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。例如，根據導光體210的一個以上引導模式，折射係數的差異被配置以促進引導光204的全內反射。
在一些實施例中，導光體210可以是厚平板或平板光波導，其包含延伸的、基本上平坦的光學透明介電材料片。所述之大致為平面薄板狀的介電材料，其被配置以藉由全內反射來引導引導光204（或引導光束）。根據各個示例，導光體210中的光學透明材料可包含各種任何的介電材料，其可包含但不限於，各種形式的玻璃中的一種以上玻璃（例如，石英玻璃（silica glass），鹼性鋁矽酸鹽玻璃（alkali-aluminosilicate glass），硼矽酸鹽玻璃（borosilicate glass）等）以及基本上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「丙烯酸玻璃（acrylic glass）」，聚碳酸酯（polycarbonate）等）。在一些示例中，導光體210可以進一步包含包覆層（圖中未顯示），其在導光體210的表面（例如，頂部表面和底部表面其中之一或之二）的至少一部分上。根據一些示例，包覆層可以用於進一步促進全內反射。
此外，根據一些實施例，導光體210被配置以根據在導光體210的第一表面210’（例如，「前」表面或側面）和第二表面210”（例如，「後」表面或側面）之間的非零值傳播角度的全內反射來引導引導光204。具體來說，引導光204藉由在導光體210的第一表面210’和第二表面210”之間以非零值傳播角度反射或「跳動」而傳播。在一些實施例中，複數條引導光束204包含數種不同顏色的光，其可於複數個不同的顏色特定的非零值傳播角度之中的各個角度被導光體210引導。應注意的是，為了簡化說明，非零值傳播角度並未於圖4A至4C中顯示。然而，描繪傳播方向203的粗箭頭示出了引導光204的總體傳播方向，其沿著圖4A中的導光體的長度。
如本文所定義，「非零值傳播角度」是相對於導光體210的表面（例如，第一表面210’或第二表面210”）的角度。此外，根據各個實施例，非零值傳播角度均大於零且小於導光體210內的全內反射的臨界角度。舉例而言，引導光204的非零值傳播角度可以在大約十度（10°）至大約五十度（50°）之間，或者在一些示例中，在大約二十度（20°）至大約四十度（40°）之間，或者在大約二十五度（25°）至大約三十五度（35°）之間。舉例而言，非零值傳播角度可以是大約三十度（30º）。在其他示例中，非零值傳播角度可以是大約20°、或者大約25°、或者大約35°。此外，對於特定的實施，可以選擇（例如任意）特定的非零值傳播角度，只要特定的非零值傳播角度被選擇為小於導光體210內的全內反射的臨界角即可。
導光體210中的引導光204可以非零值傳播角度被引入或被耦合到導光體210中（例如，大約30至35度）。舉例而言，透鏡、鏡子或類似的反射器（例如，一傾斜的準直反射器）、繞射光柵、以及稜鏡（圖中未顯示）其中的一個或多個可以促使光以非零值傳播角度耦合進導光體210的輸入端以成為引導光204。一旦耦合進入導光體210，引導光204在通常可以遠離輸入端的方向上沿著導光體210傳播（例如，圖4A中以指向x軸的粗箭頭示出）。
進一步地，根據各個實施例，藉由將光耦合至導光體210中所產生的引導光204或等效的引導光204可為準直光束。在本發明中，「準直光」或「準直光束」通常定義為一束光，其中，數道光束在光束內（例如，引導光204內）基本上互相平行。此外，根據本文的定義，從準直光束發散或散射的光線不被認為是準直光束的一部分。在一些實施例中，多視像背光件200可以包含準直器，例如，如上文所述的透鏡、反射器、或鏡子（例如，傾斜準直反射器）以準直光，例如，將來自光源的光準直。在一些實施例中，光源包含準直器。提供給導光體210的準直光是準直引導光束。在各個實施例中，如上所述，可以根據準直因子以準直引導光204的引導光束，或者引導光204的引導光束可以具有準直因子。
在一些實施例中，導光體210可被配置以「回收」引導光204。具體來說，沿著導光體長度引導的引導光204，可以沿著與傳播方向203不同的另一條傳播方向203’重新引導回來。舉例而言，導光體210可以包含反射器（圖中未顯示），其位於導光體210的一端部，所述的端部相對於與光源相鄰的輸入端。反射器可被配置以將引導光204反射回的輸入端以作為回收的引導光。以此方式回收引導光204，可以使引導光不只一次的提供，例如，提供至多光束元件，以增加多視像背光件200的亮度（例如，方向性光束202的強度），如下文所述。
在圖4A中，顯示回收引導光的傳播方向203’的粗箭頭（例如，指向負x方向），示出了在導光體210內的回收引導光的一般傳播方向。替代地（例如，與回收引導光相對），可以藉由以另一傳播方向203’將光引入導光體210中以提供在另一傳播方向203’上傳播的引導光204（例如，除了具有傳播方向203的引導光204之外）。
如圖4A至4C所示，多視像背光件200進一步包含沿導光體長度互相隔開的複數個多光束元件220。具體來說，複數個多光束元件220中的多光束元件220藉由有限空間互相隔開，並且沿著導光體長度表示單獨的、不同的元件。亦即，根據本文的定義，複數個多光束元件220中的多光束元件220根據有限（亦即，非零值）的元件間距離（例如，有限的中心至中心距離）以互相隔開。此外，根據一些實施例，複數個多光束元件220中的多光束元件220通常不相交、重疊或彼此接觸。因此，複數個多光束元件220中的每一個多光束元件220通常是不同的且與複數個多光束元件220中的其他多光束元件220分離。
根據一些實施例，複數個多光束元件220中的多光束元件220可以排列成一維（one-dimensional, 1D）陣列或二維（two-dimensional, 2D）陣列。例如，複數個多光束元件220可以排列為線性1D陣列。在另一示例中，複數個多光束元件220可以被排列成矩形2D陣列或圓形2D陣列。進一步地，在一些示例中，陣列（亦即，1D陣列或2D陣列） 可以是規則或均勻的陣列。具體來說，複數個多光束元件220之間的元件間距離（例如，中心至中心的距離或中心間隔）可以在整個陣列中基本上是均勻或恆定的。在其他示例中，複數個多光束元件220之間的元件間距離可以變化為橫跨陣列與沿著導光體210的長度的其中之一或之二。
根據各個實施例，複數個多光束元件220中的多光束元件220被配置為將引導光204的一部分耦合出或散射出以作為複數個方向性光束202。具體來說，圖4A和4C將方向性光束202顯示為複數個發散箭頭，其描繪為從導光體210的第一表面（或前表面）210’定向。此外，根據各個實施例，多光束元件220的尺寸可與多視像顯示器的光閥（如下所述）的尺寸相當。
圖4A至4C進一步示出了光閥208的陣列，其被配置為調變複數個方向性光束中的方向性光束202。舉例而言，光閥陣列可以是採用多視像背光件的多視像顯示器的一部分，本文中為了便於討論，圖4A至4C中示出的示例性實施例與多視像背光件200一起示出。在圖4C中，光閥208的陣列被部分地切除以允許導光體210與光閥陣列下方的多光束元件220的可視化。
如圖4A至4C所示的，具有不同主要角度方向的方向性光束202中的不同方向性光束202會穿過光閥208的陣列中的不同光閥208，並且可以被其調變。此外，如圖所示，陣列中的光閥208可對應於像素，並且光閥208的集合對應於多視像顯示器的多視像像素。具體來說，光閥陣列中光閥208的不同集合係被配置為接收及調變來自多光束元件220之中不同的多光束元件220的方向性光束202，亦即，如圖所示，每一個多光束元件220具有光閥208一個獨特集合。在各個實施例中，不同種類的光閥可被用作光閥陣列之中的光閥208，光閥的種類包含但不限於，液晶光閥、電泳光閥、及基於電潤濕的複數光閥其中的一種或多種。
根據各個實施例，多光束元件220可包含被配置以耦合出或散射出引導光204的一部分的複數個不同結構中的任何一種。舉例而言，不同的結構可以包含但不限於繞射光柵、微反射元件、微折射元件或其各種組合。在一些實施例中，包含繞射光柵的多光束元件220被配置為繞射地散射出引導光的一部分，以作為具有不同主要角度方向的複數條方向性光束202。在其他實施例中，多光束元件220包含微反射元件，其被配置為將引導光的一部分反射地耦合出或散射出以作為複數條方向性光束202，或者多光束元件220包含微折射元件，其被配置為藉由或使用折射將引導光的一部分耦合出或散射出以作為複數條方向性光束202（亦即，折射地散射出引導光的一部分）。
圖5A係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的包含多光束元件220的多視像背光件200的一部分的剖面圖。圖5B係根據與本文所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的包含多光束元件220的多視像背光件200的一部分的剖面圖。具體來說，圖5A至5B顯示了包括繞射光柵222的多視像背光件200的多光束元件220。繞射光柵222被配置以將引導光204的一部分繞射地散射出以作為複數條方向性光束202。繞射光柵222包含複數個繞射特徵，其藉由繞射特徵間隔、或繞射特徵、或光柵間距互相隔開，該繞射特徵被配置以提供繞射地耦合出的部分引導光。根據各個實施例，繞射光柵222中的繞射特徵的間隔或光柵間距可為子波長 （亦即，小於引導光的波長）。
在一些實施例中，多光束元件220的繞射光柵222可被定位在或相鄰於導光體210的表面。舉例而言，如圖5A所示，繞射光柵222可以位在導光體210的第一表面210’處或位在導光體210的第一表面210’的附近。在另一示例中，如圖5B所示，繞射光柵222可被定位在或相鄰於導光體210的第二表面210”。當位於第二表面210”時，繞射光柵222可以是反射模式繞射光柵。作為反射模式繞射光柵，繞射光柵222被配置以繞射引導光的一部分並且反射引導光的一部分，使其朝向第一表面210’以通過第一表面210’離開而作為繞射地散射出的方向性光束202。在其他實施例（圖中未顯示）中，繞射光柵222可以位於導光體210的表面之間，例如作為透射模式繞射光柵和反射模式繞射光柵中的其中之一或之二。
根據一些實施例，繞射光柵122的繞射特徵可以包含互相隔開的凹槽和凸脊其中之一或之二。凹槽或凸脊可以包含導光體210的材料，例如，可以形成在導光體210的表面中。在另一個示例中，凹槽或凸脊可以由除了導光材料以外的材料形成，例如在導光體210的表面上的另一種材料的膜或層。
在一些實施例中，多光束元件220的繞射光柵222是均勻的繞射光柵，其中繞射特徵間隔在整個繞射光柵222中大致上是恆定或不變的。在其他實施例中，繞射光柵222是一種繞射光柵，其表現或具有在啁啾式繞射光柵的範圍或長度上變化的繞射特徵的繞射間隔（亦即，光柵間距）。在一些實施例中，啁啾式繞射光柵可具有或表現出隨距離線性變化的啁啾，而在其他的實施例中，啁啾式繞射光柵可以展現非線性啁啾的繞射特徵間隔。可以使用各種非線性啁啾，包含但不限於指數啁啾、對數啁啾、或基本上不均勻或隨機但仍然單調的方式變化的啁啾。本發明的非單調式的啁啾可以使用諸如正弦啁啾、三角啁啾或鋸齒啁啾，但其並不受限於此。本發明中亦可以使用上述任何這些種類之啁啾的組合。
圖6A係根據與本文所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的包含多光束元件220的多視像背光件200的一部分的剖面圖。圖6B係根據與本文所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的包含多光束元件220的多視像背光件200的一部分的剖面圖。具體來說，圖6A及圖6B顯示包含微反射元件的多光束元件220的各個實施例。用作或在多光束元件220中的複數個微反射元件可包含但不限於，採用一反射材料或其層的反射器（例如，反射金屬）或全內反射式（total internal reflection, TIR）的反射器。根據一些實施例（例如，如圖6A至6B所示），包含微反射元件的多光束元件220可以位於導光體210的表面（例如，第二表面210”）或位於導光體210的附近。在其他實施例中（圖中未顯示），微反射元件可以在導光體210中位於第一表面210’與第二表面210”之間的位置。
舉例而言，圖6A顯示了包含微反射元件224的多光束元件220，微反射元件223具有位於導光體210的第二表面210”附近的反射多面結構（facets）（例如，「稜鏡式（prismatic）」微反射元件）。所示的稜鏡式微反射元件223的多面結構被配置以將引導光204的一部分反射（即，反射地耦合或散射）出導光體210。舉例而言，多面結構可以相對於引導光204的傳播方向傾斜或偏斜（亦即，具有傾斜角度），以將引導光的一部分反射出導光體210。根據各個實施例，多面結構可以利用導光體210內的反射材料（例如，如圖6A所示）而形成，或者可以是第二表面210”中的稜柱形空腔的複數表面。在一些實施例中，當採用稜柱形空腔時，空腔表面處的折射係數變化可以提供反射（例如，TIR反射），或者形成多面結構的空腔表面可以被反射材料塗覆以提供反射。
在另一示例中，圖6B示出了包含微反射元件224的多光束元件220，微反射元件224具有大致光滑的彎曲表面，例如但不限於半球形微反射元件224。舉例而言，微反射元件224的特定表面曲線可以被配置以在不同的方向上反射引導光的一部分，其方向取決於在與引導光204接觸的彎曲表面上的入射點。如圖6A及圖6B中所示出的，作為示例而非限制，從導光體210反射地散射出來的部分引導光係從第一表面210’射出或離開。如同圖6A中的稜鏡式微反射元件223，圖6B中的微反射元件224可以是導光體210內的反射材料或形成在第二表面210”的空腔（例如，半圓形空腔），如同圖6B中作為示例而非限制所示出的。作為示例而非限制的，圖6A及圖6B亦示出具有二個傳播方向203、203’的引導光204（亦即，由粗箭頭示出）。例如，利用二個傳播方向203、203’可助於對複數條方向性光束202提供對稱的主要角度方向。
圖7係根據與本文所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的包含多光束元件220的多視像背光件200的一部分的剖面圖。具體來說，圖7顯示包含微折射元件226的多光束元件220。根據各個實施例，微折射元件226被配置以從導光體210折射地耦合出或散射出引導光204的一部分。亦即，如圖7所示，微折射元件226被配置以利用折射（例如，相對於繞射或反射）將一部分的引導光從導光體210散射出以作為方向性光束202。微折射元件226可具有各種形狀，其形狀包含但不限於，半圓形形狀、矩形形狀或棱柱形狀（亦即，具有傾斜面的形狀）。根據各個實施例，微折射元件226可從導光體210的表面（例如，第一表面110’）延伸或突出，如圖所示，或可為所述表面中的空腔（圖中未顯示）。進一步地，在一些實施例中，微折射元件226可包含導光體210的材料。在其他實施例中，微折射元件226可包含相鄰於導光體表面的另一材料，以及在一些示例中，微折射元件226可包含與導光體表面接觸的另一材料。
再次參照圖4A，多視像背光件200進一步包含光源230。根據各個實施例，光源230被配置以提供在導光體210內被引導的光。具體來說，光源230可以位在相鄰於導光體210的入口表面或入口端（輸入端）。在各個實施例中，光源230可以包含大致任何種類的光源（例如，光學發射器），該些光源係包含一個以上的發光二極體（light emitting diodes, LEDs）或雷射（例如，雷射二極體），但其並不受限於此。在一些實施例中，光源230可以包含光學發射器，其被配置以產生代表特定顏色之具有窄頻光譜的基本上為單色的光。具體來說，該單色光的顏色可為特定顏色空間或特定顏色模型的原色（例如，紅-綠-藍（red-green-blue, RGB）顏色模型）。在其他示例中，光源230可以是被配置以提供基本上寬帶或多色光的基本寬頻帶光源。例如，光源230可提供白光。在一些實施例中，光源230可以包含複數個不同的光學發射器，被配置以提供光的不同顏色。不同的光學發射器可以被配置以提供具有與光的不同顏色中的每一個顏色相對應的引導光的不同的、顏色特定的、非零值傳播角度的光。
在一些實施例中，光源230可進一步包含準直器。準直器可以被配置以接收來自光源230的一個以上的光學發射器的大致非準直光。準直器係進一步被配置以將大致非準直光轉換為準直光。具體來說，根據一些實施例，準直器可提供具有非零值傳播角度並且依據預定準直因子以準直的準直光。而且，當採用不同顏色的光學發射器時，準直器可被配置以提供具有不同的、顏色特定的非零值傳播角以及不同顏色特定的準直因子其中之一或之二的準直光。準直器進一步被配置以將準直光束傳送到導光體210，以將其傳播為引導光204，如上文所述。
根據本文所描述的原理的一些實施例，提供了一種多使用者多視像顯示器。多使用者多視像顯示器被配置為在複數個不同方向上發射調變光束以作為多視像顯示器的像素，或者作為要被相應的複數個不同使用者觀看的視像區域。此外，所發射的調變光束可以優選地指向由多使用者多視像顯示器顯示的多視像影像的複數個視像方向。在一些示例中，多使用者多視像顯示器被配置為在每一個不同的視像區域中提供或「顯示」3D或多視像影像。根據各個實施例，調變的且不同的引導光束之中不同的一條引導光束可以對應於與不同的視像區域之中的多視像影像相關的不同的「視像」的各個像素。例如，在藉由多使用者多視像顯示器顯示的多視像影像中，複數個不同視像可提供表示為「裸眼（glasses free）」（例如，裸視立體（autostereoscopic））的資訊。
圖8係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多使用者多視像顯示器300的方塊圖。根據各個實施例，多使用者多視像顯示器300被配置以根據在不同視像方向上的不同視像以及在不同視像區域中的不同多視像影像以顯示多視像影像。具體來說，由多使用者多視像顯示器300發射的調變光束302，用於顯示多視像影像並且可以對應於那些多視像影像內的不同視像的像素（亦即，視像像素）。調變光束302在圖8中被顯示為箭頭，虛線用於所發射的調變光束302的箭頭，以舉例而非限制的方式強調其調變。
圖8所示的多使用者多視像顯示器300包含第一多視像顯示器310，其被配置以向具有第一角度範圍γ1的第一視像區域I提供第一多視像影像。第一多視像影像具有與第一使用者300a的眼距相對應的第一會聚距離f1 。如圖所示，多使用者多視像顯示器300進一步包含第二多視像顯示器320，其被配置為向具有第二角度範圍γ2的第二視像區域II提供第二多視像影像。第二多視像影像具有與第二使用者300b的眼距相對應的第二會聚距離f2 。根據各個實施例，第一視像區域I可以被配置為優先向第一使用者300a提供第一多視像影像，以及第二視像區域II可以被配置為優先向第二使用者300b提供第二多視像影像。
在一些實施例中，第一視像區域I的第一角度範圍γ1和第二視像區域II的第二角度範圍γ2是互斥的角度範圍。在一些實施例中，第二多視像顯示器320相對於第一多視像顯示器310具有斜面，其界定斜面角。在一些實施例中，第一和第二多視像顯示器310、320之間的斜面可以是可變的，斜面角為可變的角度，例如，使用鉸鏈組件連接第一和第二多視像顯示器310、320。
在一些實施例中，多使用者多視像顯示器300的第一多視像顯示器310和第二多視像顯示器320其中之一或之二可以包含：導光體，其被配置為將光引導為引導光；多光束元件陣列，其沿著該導光體長度互相隔開；以及光閥陣列，其被配置為將方向性光束調變為多視像影像。此外，多光束元件陣列中的每一個多光束元件可被配置為將引導光的一部分散射，以作為具有與多視像影像相對應的方向的發射光304的方向性光束。
具體來說，在一些實施例中，如上所述，多使用者多視像顯示器300可以包含基本上類似於多方向性背光件100的多方向性背光件。在這些實施例中，第一多視像顯示器310可以包含第一光閥陣列312，其被配置為將由第一多視像背光件314提供的發射光304的方向性光束調變為第一多視像影像。在一些實施例中，第一多視像背光件314可以與多方向性背光件100的上述第一多視像背光件110基本相似。此外，在這些實施例中，第二多視像顯示器320可以包含第二光閥陣列322，其被配置為將由第二多視像背光件324提供的發射光304的方向性光束調變為第二多視像影像。在一些實施例中，第二多視像背光件324可以與多方向性背光件100的上述第一多視像背光件110基本相似。另外，在一些實施例中，第一光閥陣列312和第二光閥陣列322可以與上述的光閥陣列208基本相似。因此，第一多視像影像可以被配置為由第一使用者300a在與第一角度範圍γ1相對應的第一視像區域I中觀看，以及第二多視像影像可以被配置為由第二使用者300b在與第二角度範圍γ2相對應的第二視像區域II中觀看。
根據本文所述原理的其他實施例，本發明提供了一種多方向性背光件的操作方法。圖9係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多方向性背光件的操作方法400的流程圖。如圖9所示，多方向性背光件的操作方法400包含使用包含多光束元件的第一多視像背光件發射具有第一角度範圍的光的步驟410。根據各個實施例，由第一多視像背光件發射的光包含方向性光束，其方向對應於具有第一會聚距離的第一多視像影像的視像方向。根據一些實施例，第一多視像背光件和第一角度範圍可以基本上類似於上文關於多方向性背光件100所描述的第一多視像背光件110和第一角度範圍γ1。
如圖9所示，多方向性背光件的操作方法400進一步包含使用包含多光束元件的第二多視像背光件發射具有第二角度範圍的光的步驟420。根據各個實施例，第二多視像背光件發射的光包含方向性光束，其對應於具有第二會聚距離的第二多視像影像。在一些實施例中，第二多視像背光件和第二角度範圍可以基本上類似於上述的多方向性背光件100的第二多視像背光件120和第二角度範圍γ2。
具體來說，在各個實施例中，第一角度範圍和第二角度範圍是互斥的角度範圍。此外，在一些實施例中，第二多視像背光件相對於第一多視像背光件具有斜面，第二多視像背光件的表面法線與第一多視像背光件的表面法線之間的角度限定了傾斜角。在一些實施例中，第一多視像背光件和第二多視像背光件其中之一或之二皆包含導光體，其被配置將光引導為引導光，多光束元件在整個導光體上互相隔開，每一個多光束元件被配置為將引導光的一部分散射為具有與多視像影像相對應的方向的方向性光束。
在一些實施例（圖中未顯示）中，多方向性背光件的操作方法400進一步包含使用第一光閥陣列調變由第一多視像背光件發射的光的方向性光束以提供第一多視像影像的步驟430。在一些實施例（圖中未顯示）中，多方向性背光件的操作方法400進一步包含使用第二光閥陣列調變由第二多視像背光件發射的光的方向性光束以提供第二多視像影像的步驟440。在各個實施例中，由第一角度範圍定義的第一視像區域優先向位於第一會聚距離的第一使用者提供第一多視像影像，以及由第二角度範圍定義的第二視像區域優先向位於第二會聚距離的第二使用者提供第二多視像影像。在一些實施例中，以上針對多方向性背光件100進行了描述，第一光閥陣列和第二光閥陣列其中之一或之二可以與光閥陣列208基本相似。應注意，當多方向性背光件的操作方法400包含調變方向性光束的步驟430、440時，方法400還可以表示多使用者多視像顯示器的操作方法。
因此，本發明已經描述了多方向性背光件、多使用者多視像顯示器以及多方向性背光件的操作方法的示例和實施例。應該理解的是，上述示例僅僅是說明代表本文所描述的原理的許多具體示例中的一些示例。顯然，所屬技術領域中具有通常知識者可以很容易地設計出許多其他的配置，而不偏離本發明的申請專利範圍所界定的範疇。
本申請案主張於2019年1月25日提交的序列號62 / 797,160的美國臨時申請案以及2020年1月21日提交的第PCT / US2020 / 014464號國際專利申請的優先權，兩者的全部內容藉由引用併入本文。
10:多視像顯示器 12:螢幕 14:視像 16:視像方向 20:光束 30:繞射光柵 40:導光體 50:光束 100:多方向性背光件 102a, 102b:發射光 104:觀看區域 110:第一多視像背光件 120:第二多視像背光件 200:多視像背光件 202:方向性光束 203, 203’:傳播方向 204:引導光 208:光閥 210:導光體 210’:第一表面、前表面 210”:第二表面、後表面 220:多光束元件 222:繞射光柵 224:微反射元件 226:微折射元件 230:光源 300:多使用者多視像顯示器 300a:第一使用者 300b:第二使用者 302:調變光束 304:發射光 310:第一多視像顯示器 312:第一光閥陣列 314:第一多視像背光件 320:第二多視像顯示器 322:第二光閥陣列 324:第二多視像背光件 f1:第一會聚距離 f2:第二會聚距離 O:原理 β:斜面角 γ1:第一角度範圍 γ2:第二角度範圍 ϕ:角度分量、方位角分量、方位角 θ:角度分量、仰角分量、仰角 θi:入射角 θm:繞射角 σ:準直因子、角展度
根據在本文所描述的原理的示例和實施例的各種特徵可以參考以下結合附圖的詳細描述而更容易地理解，其中相同的元件符號表示相同的結構元件，並且其中：
圖1A係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像顯示器的立體圖；
圖1B係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的具有與多視像顯示器的視像方向相對應的特定主要角度方向的光束的角度分量的示意圖；
圖2係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的繞射光柵的剖面圖；
圖3A係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多方向性背光件的立體圖；
圖3B係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多方向性背光件的俯視圖或側視圖；
圖3C係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示另一示例中的多方向性背光件的俯視圖或側視圖；
圖4A係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像背光件的剖面圖；
圖4B係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像背光件的平面圖；
圖4C係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像背光件的立體圖；
圖5A係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的包含多光束元件的多視像背光件的一部分的剖面圖；
圖5B係根據與本文所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的包含多光束元件的多視像背光件的一部分的剖面圖；
圖6A係根據與本文所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的包含多光束元件的多視像背光件的一部分的剖面圖；
圖6B係根據與本文所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的包含多光束元件的多視像背光件的一部分的剖面圖；
圖7係根據與本文所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的包含多光束元件的多視像背光件的一部分的剖面圖；
圖8係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像顯示器的方塊圖；以及
圖9係根據與本文所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像背光件的操作方法的流程圖。
一些示例和實施例具有除了上述參考附圖中所示的特徵之外的其他特徵，或代替以上參考附圖中所示的特徵的其他特徵。下文將參照上文所述附圖，詳細描述這些和其他特徵。
100:多方向性背光件
102a,102b:發射光
110:第一多視像背光件
120:第二多視像背光件

Claims (21)

  1. 一種多方向性背光件，包括 一第一多視像背光件，包括被配置為提供具有一第一角度範圍的發射光的多光束元件，由該第一多視像背光件提供的該發射光包括方向性光束，該方向性光束的方向與具有一第一會聚距離的一第一多視像影像的視像方向相對應；以及 一第二多視像背光件，包括被配置為提供具有一第二角度範圍的發射光的多光束元件，由該第二多視像背光件提供的該發射光包括方向性光束，該方向性光束的方向對應於具有一第二會聚距離的一第二多視像影像， 其中，該第一角度範圍和該第二角度範圍為位於該第一會聚距離和該第二會聚距離的互斥角度範圍。
  2. 如請求項1之多方向性背光件，其中，該第二多視像背光件相對於該第一多視像背光件具有一斜面。
  3. 如請求項2之多方向性背光件，其中，該第二多視像背光件具有遠離該第一多視像背光件的一斜面，該第一多視像背光件和該第二多視像背光件的各自的表面法線彼此發散。
  4. 如請求項2之多方向性背光件，其中，該第二多視像背光件具有靠向該第一多視像背光件的一斜面，該第一多視像背光件和該第二多視像背光件的各自的表面法線會聚以彼此交叉。
  5. 如請求項2之多方向性背光件，其中，該第一多視像背光件和該第二多視像背光件之間的該斜面是可變的。
  6. 如請求項5之多方向性背光件，其中，該第一多視像背光件和該第二多視像背光件使用被配置以提供可變傾斜的鉸鏈組件彼此連接。
  7. 如請求項1之多方向性背光件，進一步包括一第三多視像背光件，其包括被配置為提供具有一第三角度範圍的發射光的一多光束元件陣列，由該第三多視像背光件提供的該發射光包括方向性光束，該方向性光束的方向與一第三多視像影像的視像方向相對應， 其中，由該第三多視像背光件提供的該發射光的該第三角度範圍與該第一角度範圍和該第二角度範圍其中之一或之二相互排斥。
  8. 如請求項1之多方向性背光件，其中，該第一多視像背光件和該第二多視像背光件其中之一或之二包括一導光體，其被配置以將光引導為引導光，該多光束元件彼此分開並且分佈在該導光體上以作為一多光束元件陣列， 其中，該多光束元件陣列中的每一個多光束元件被配置為散射出該引導光的一部分以作為該方向性光束。
  9. 如請求項8之多方向性背光件，其中，該多光束元件陣列中的多光束元件包括被配置為繞射地散射出該引導光的一部分的一繞射光柵、被配置為折射地散射出該引導光的一部分的一微折射元件、以及被配置為反射地散射出該引導光的一部分的一微反射元件之中的一個或多個。
  10. 一種多使用者多視像顯示器，包括如請求項1之多方向性背光件，該多使用者多視像顯示器進一步包括： 一第一光閥陣列，被配置為將由該第一多視像背光件提供的該發射光的該方向性光束調變為該第一多視像影像；以及 一第二光閥陣列，被配置為將由該第二多視像背光件提供的該發射光的該方向性光束調變為該第二多視像影像， 其中，該第一多視像影像被配置為由一第一使用者在與該第一角度範圍相對應的一第一視像區域中觀看，以及該第二多視像影像被配置為由一第二使用者在與該第二角度範圍相對應的第二視像區域中觀看。
  11. 如請求項10之多使用者多視像顯示器，其中，該第一多視像影像的不同視像被配置為由該第一使用者在距離該多方向性背光件的該第一會聚距離處觀看，並且其中，該第二多視像影像的不同視像被配置為由該第二使用者在距離該多方向性背光件的該第二會聚距離處觀看。
  12. 一種多使用者多視像顯示器，包括： 一第一多視像顯示器，被配置為向具有一第一角度範圍的一第一視像區域提供一第一多視像影像，該第一多視像影像具有與一第一使用者的一眼距相對應的一第一會聚距離；以及 一第二多視像顯示器，被配置為向具有一第二角度範圍的一第二視像區域提供一第二多視像影像，該第二多視像影像具有與一第二使用者的一眼距相對應的一第二會聚距離， 其中，該第一視像區域被配置為優先向該第一使用者提供該第一多視像影像，以及該第二視像區域被配置為優先向該第二使用者提供該第二多視像影像。
  13. 如請求項12之多使用者多視像顯示器，其中，該第一視像區域的該第一角度範圍和該第二視像區域的該第二角度範圍是互斥的角度範圍。
  14. 如請求項12之多使用者多視像顯示器，其中，該第二多視像顯示器相對於該第一多視像顯示器具有一斜面。
  15. 如請求項14之多使用者多視像顯示器，其中，該第一多視像背光件和該第二多視像背光件之間的該斜面是可變的。
  16. 如請求項12之多使用者多視像顯示器，其中，該第一多視像顯示器和該第二多視像顯示器其中之一或之二包括： 一導光體，被配置以將光引導為引導光； 一多光束元件陣列，其在該導光體上互相隔開，該多光束元件陣列中的每一個多光束元件被配置為散射出該引導光的一部分以作為具有與一多視像影像相對應的方向的方向性光束；以及 一光閥陣列，被配置為將該方向性光束調變為一多視像影像。
  17. 如請求項16之多使用者多視像顯示器，其中，該多光束元件陣列中的一多光束元件包括被配置為繞射地散射出該引導光的一部分的一繞射光柵、被配置為折射地散射出該引導光的一部分的一微折射元件、以及被配置為反射地散射出該引導光的一部分的一微反射元件之中的一個或多個，該多光束元件的尺寸介於該光閥陣列中的一光閥的尺寸的四分之一與兩倍之間。
  18. 一種多方向性背光件的操作方法，該方法包括： 使用包括多光束元件的一第一多視像背光件發射具有一第一角度範圍的光，該第一多視像背光件發射的光包括方向性光束，其方向與具有一第一會聚距離的一第一多視像影像的視像方向相對應；以及 使用包括多光束元件的一第二多視像背光件發射具有一第二角度範圍的光，該第二多視像背光件發射的光包括方向性光束，其方向與具有一第二會聚距離的一第二多視像影像相對應， 其中，該第一角度範圍和該第二角度範圍是互斥的角度範圍。
  19. 如請求項18之多方向性背光件的操作方法，其中，該第二多視像背光件相對於該第一多視像背光件具有一斜面，以及該第二多視像背光件的一表面法線與該第一多視像背光件的一表面法線之間的角度限定了一傾斜角。
  20. 如請求項18之多方向性背光件的操作方法，進一步包括： 使用一第一光閥陣列調變該第一多視像背光件發射的該光的該方向性光束，以提供該第一多視像影像；以及 使用一第二光閥陣列調變該第二多視像背光件發射的該光的該方向性光束，以提供該第二多視像影像， 其中，由該第一角度範圍定義的一第一視像區域優先向位於該第一會聚距離的一第一使用者提供該第一多視像影像，並且其中，由該第二角度範圍定義的一第二視像區域優先向位於該第二會聚距離的一第二使用者提供該第二多視像影像。
  21. 如請求項18之多方向性背光件的操作方法，其中，該第一多視像背光件和該第二多視像背光件其中之一或之二包括： 一導光體，被配置以將光引導為引導光，該多光束元件在整個導光體上互相隔開，每一個該多光束元件被配置為散射出該引導光的一部分以作為具有與一多視像影像相對應的方向的方向性光束。
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