TW202122871A - 具有繞射光柵填充分數的多光束背光件、多視像顯示器、及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一種多光束背光件和多視像顯示器，採用繞射光柵之填充分數以控制繞射散射效率。該多光束背光件包括配置以引導光的導光體和複數個多光束元件，該複數個多光束元件中的多光束元件包括繞射光柵。該多光束元件配置以從該導光體繞射地散射出該被引導的光之一部分作為方向性光束，該等方向性光束具有方向，對應多視像顯示器之不同的視象方向。該繞射光柵中的繞射特徵之填充分數配置以控制多光束元件之繞射散射效率。該多視像顯示器進一步包括光閥陣列，配置以調變方向性光束，以提供多視像影像。該填充分數可為繞射光柵中的繞射特徵對填充特徵的比例。

Description

具有繞射光柵填充分數的多光束背光件、多視像顯示器、及其操作方法
本發明係關於一種多光束背光件、多視像顯示器、及其操作方法，特別是具有繞射光柵填充分數的多光束背光件、多視像顯示器、及其操作方法。
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介，用於傳遞資訊給使用者。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、電潤溼顯示器等等）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。在上述以被發射的光進行分類的情況下，LCD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，提供有一種多光束背光件，包括：一導光體，配置以沿著該導光體之長度在一傳導方向上引導光作為被引導的光；以及複數個多光束元件，沿著該導光體之長度互相隔開，該複數個多光束元件中的一多光束元件包括一繞射光柵，並且配置以從該導光體繞射地散射出該被引導的光之一部分作為方向性光束，該等方向性光束具有不同的方向，對應一多視像顯示器之不同的視像方向，其中，該繞射光柵中的繞射特徵之填充分數配置以控制該多光束元件之繞射散射效率。
根據本發明一實施例，該填充分數配置以增加如沿著該導光體之長度的距離之函數，該填充分數之增加提供該複數個多光束元件中的多光束元件之繞射散射效率之對應的增加，以補償沿著該導光體之長度在該導光體中的被引導的光之強度的減小。
根據本發明一實施例，該繞射光柵之該等繞射特徵包括正交於該被引導的光之該傳導方向的方位，該繞射光柵進一步包括填充特徵，該繞射光柵之該等填充特徵具有平行於該被引導的光之該傳導方向的方位，並且配置以橫貫及中斷該繞射光柵之該等繞射特徵，以建立該填充分數，作為該繞射光柵中的該等繞射特徵之面積相對於該等填充特徵之面積的比例。
根據本發明一實施例，該等繞射特徵和該等填充特徵二者皆包括在該導光體之表面上的凸脊，該繞射特徵之一凸脊與該填充特徵之一凸脊之間的交叉點配置以在該繞射特徵中引進一間隙，以中斷該繞射特徵。
根據本發明一實施例，該繞射光柵進一步包括一反射材料層，在該等繞射特徵與該等填充特徵之該等凸脊之間的空間中。
根據本發明一實施例，該等繞射特徵和該等填充特徵二者皆包括在該導光體之表面上的凹槽，該繞射特徵之一凹槽與該填充特徵之一凹槽之間的交叉點配置以在該繞射特徵中引進一間隙，以中斷該繞射特徵。
根據本發明一實施例，該繞射光柵進一步包括一反射材料層，在該等繞射特徵和該等填充特徵之該等凹槽中。
根據本發明一實施例，該多光束元件進一步包括一反射島，該反射島具有對應該繞射光柵之範圍的範圍，並且配置以重定向被繞射地散射的光之一部分至該等方向性光束之方向上。
根據本發明一實施例，該反射島包括一反射材料層，該反射材料層具有開口，該繞射光柵中的反射材料層之面積對該等開口之面積的比例對應該繞射特徵之該填充分數。
根據本發明一實施例，該多光束背光件進一步包括一光源，光學地耦合至該導光體之一輸入部，該光源配置以提供要被引導的光作為該被引導的光，以及其中，該繞射光柵之該繞射特徵之該填充分數配置以控制該多光束元件之該繞射效率，作為與該光源的距離之函數。
在本發明之另一態樣中，提供有一種電子顯示器，包含上述態樣之多光束背光件，該電子顯示器係該多視像顯示器，並且進一步包括一光閥陣列，配置以調變由該多光束背光件發射作為該等方向性光束的光，以提供一多視像影像，該多視像影像具有複數個視像，該複數個視像具有視像方向，對應該多視像顯示器之該等視像方向，其中，該多光束元件之尺寸介於該光閥陣列中的一光閥之尺寸之百分之五十與百分之二百之間。
在本發明之另一態樣中，提供有一種多視像顯示器，包括：一導光體，配置以沿著該導光體引導光；一多光束元件陣列，沿著該導光體互相隔開，並且配置以從該導光體散射出該被引導的光作為方向性光束，該等方向性光束具有方向，對應該多視像顯示器之視像方向，該多光束元件陣列中的一多光束元件包括一繞射光柵，該繞射光柵具有繞射特徵和填充特徵；以及一光閥陣列，配置以調變該等方向性光束，以提供一多視像影像，其中，該繞射光柵中的該等繞射特徵相對於該等填充特徵的一填充分數配置以控制該多光束元件之繞射散射效率。
根據本發明一實施例，該多光束元件之尺寸介於該光閥陣列中的一光閥之尺寸之四分之一與二倍之間。
根據本發明一實施例，該等填充特徵布置在該繞射光柵中平行於該被引導的光之傳導方向，該等填充特徵配置以橫貫並中斷該繞射光柵之該等繞射特徵，以建立該填充分數，作為該繞射光柵中的該等繞射特徵之面積相對於該等填充特徵之面積的比例。
根據本發明一實施例，該等繞射特徵和該等填充特徵二者皆包括在該導光體之表面中的凹槽和在該導光體之該表面上的凸脊其中之一。
根據本發明一實施例，該多光束元件進一步包括一反射材料層，配置以反射被繞射地散射的光至該等方向性光束之方向上，該反射材料層位於該等繞射特徵與該等填充特徵之該等凹槽中和該等繞射特徵與該等填充特徵之該等凸脊之間其中之一。
根據本發明一實施例，上述之多視像顯示器，進一步包括一廣角背光件，鄰接該導光體之一側邊，在鄰接該光閥陣列的該導光體之另一側邊對面，該廣角背光件配置以在該多視像顯示器之一二維模式（2D）期間提供廣角的被發射的光，該光閥陣列配置以調變該廣角的被發射的光作為一2D影像，其中，該導光體和該多光束元件陣列配置以對於該廣角的被發射的光為透明的，該多視像顯示器配置以在一多視像模式期間顯示該多視像影像，並且在該2D模式期間顯示該2D影像。
在本發明之另一態樣中，提供有一種一種多視像顯示器的操作方法，包括：沿著一導光體引導光作為被引導的光；使用複數個多光束元件中的一多光束元件散射出該被引導的光之一部分作為方向性光束，該複數個多光束元件沿著該導光體布置，該多光束元件包括繞射特徵和填充特徵，該等填充特徵中斷該等繞射特徵；以及使用一光閥陣列調變該等方向性光束，以提供一多視像影像，該等方向性光束具有方向，對應該多視像影像之視像方向，其中，該繞射光柵中的該等繞射特徵相對於該等填充特徵的一填充分數控制該多光束元件之繞射散射效率，如沿著該導光體的距離之函數。
根據本發明一實施例，該填充分數控制該繞射散射效率，以彌補該被引導的光之強度之損失，該損失如沿著該導光體的距離之函數，以及其中，該多光束元件之尺寸相當於該光閥陣列中的一光閥之尺寸。
根據本發明一實施例，該填充特徵平行於該導光體中的該被引導的光之傳導方向，該等繞射特徵和該等填充特徵二者皆包括該導光體之一表面中的凹槽和該導光體之該表面上的凸脊其中之一，該多光束元件進一步包括一反射材料層，鄰接該繞射光柵，該反射材料層位於該等繞射特徵與該等填充特徵之該等凹槽中和等繞射特徵與該等填充特徵之該等凸脊之間其中之一。
根據本文描述的原理的示例和實施例，本發明提供了一種多光束背光件，其使用繞射特徵（diffractive features）之填充分數（filling fraction）提供繞射光柵之繞射效率控制，並應用於電子顯示器。在符合本文原理的各個實施例中，本發明提供一種多光束背光件，其採用具有配置以提供方向性光束的繞射光柵的複數個多光束元件。在各個實施例中，繞射光柵包含繞射特徵和填充特徵（filling features）。填充特徵設置並定向以中斷（interrupt）繞射特徵，以建立填充分數，作為繞射光柵中的繞射特徵之面積相對於填充特徵之面積的比例（ratio）。填充特徵控制繞射光柵之繞射效率。在此所描述的背光提供和背光型顯示器之使用可包括但不限於，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、電腦顯示器、車用顯示操控臺、相機顯示器、和各種其他行動裝置、和基本上非行動顯示應用和裝置。
在本發明中，「多視像顯示器」定義為被配置以在不同視像方向（view direction）上提供多視像影像（multiview image）的不同視像（different views）的電子顯示器或顯示系統。圖1A係根據與在此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，其配置以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）的終止處顯示為較暗的複數個多邊形框；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12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方向性光束，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」。根據本文的定義，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係根據與在此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（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，本文中術語「多視像」明確地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明確區分。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）。
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。根據本文的定義，由多光束元件所產生的複數條方向性光束（或「複數條方向性光束」）中的方向性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在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（comparable）。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一半到大約兩倍之間。在一些實施例中，多光束元件可以提供偏振選擇性散射（polarization-selective scattering）。
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，複數條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、面積等其中的一個以上）以及其他特性。舉例而言，在繞射多光束元件中，「光柵間距離」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，「導光體」被定義為使用全內反射（total internal reflection，TIR）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材料的光波導，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。
在一些實施例中，平板導光體可以是基本上平坦的（亦即，侷限為平面），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。
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，複數個特徵可以由週期性或準週期性的方式排列。在其他示例中，繞射光柵可以是混合週期性繞射光柵，其包括複數個光柵，複數個繞射光柵中的每一個具有不同的特徵週期布置。再者，繞射光柵可以包括排列在一維（one-dimensional, 1D）陣列之中的複數個繞射特徵（例如，在材料表面中的複數凹槽（grooves）或凸脊（ridges））。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。在一些示例中，繞射光柵可以是基本上在第一方向或維度上為週期性的以及基本上在橫過或沿著繞射光柵的另一方向上為非週期性的（例如，恆定的、隨機的等等）。
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導致並且因此被稱為「繞射地耦合」，因為繞射光柵可以透過繞射將光耦合出導光體。繞射光柵也藉由繞射（亦即，以繞射角）重定向或改變光的角度。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「繞射地重定向」。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定向，以及，如果光是由導光體射出，繞射光柵也可將來自導光體的光繞射地耦合出。
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以上。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的輪廓、矩形的輪廓（例如，二元繞射光柵）、三角形的輪廓、和鋸齒的輪廓（例如，炫耀光柵（blazed grating））之中的一個以上。
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係根據與在此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50。光束50是導光體40內的被引導的光束。在圖2中還示出了由於入射光束50的繞射，而由繞射光柵30繞射地產生並耦合出的方向性光束60。方向性光束60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，繞射角θm 可以對應於繞射光柵30的繞射階數「m」。再者，根據一些實施例，繞射光柵可以是彎曲的，也可以是相對於光之傳導方向具有預定的方位（orientation）（例如，傾斜或旋轉）。舉例而言，繞射光柵之彎曲和繞射光柵之方位其中之一或二者可以配置以控制由繞射光柵耦合出的光之方向。舉例而言，方向性光之主要角度方向可以是相對於入射光之傳導方向在光入射在繞射光柵上的一點處的繞射特徵之角度之函數。
本文中，「準直器」定義為基本上任何配置以準直光的光學裝置或設備。舉例而言，準直器，可包括但不限於，準直鏡或反射器、準直透鏡、繞射光柵、或各種其組合體。本文中，「準直因子」，以σ表示，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該集合或該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）。
根據定義，「廣角」發射的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，廣角發射的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，廣角發射的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°），或者大於大約五十度（例如，＞±50°）。例如，廣角發射的光的錐角可以為大約六十度（例如， ±60°）。
在一些實施例中，廣角發射的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，廣角發射的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。
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」。例如，「一繞射光柵」是指一個以上繞射光柵，因此，「該繞射光柵」在本文中是指「該（些）繞射光柵」。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。
根據與本發明所描述的原理的一些實施例，本發明提供一種多光束背光件。圖3A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多光束背光件100的剖面圖。圖3B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多光束背光件100的立體圖。圖3B中的立體圖被繪示為部分切除，以僅便於在本文中討論。
如圖所示，多光束背光件100包含導光體110。導光體110被配置為以沿著導光體的長度將光引導為被引導的光104（guided light）（亦即，被引導的光束104）。例如，導光體110可以包含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，環繞介電材料的光波導的介質具有一第二折射係數，介電質的光波導其中，第一折射係數係大於第二折射係數。例如，根據導光體110的一個以上引導模式，折射係數的差異被配置以促進被引導的光104的全內反射。
在一些實施例中，導光體110可以是光波導的厚平板或平板（亦即，平板導光體），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被引導的光104。根據各個示例，導光體110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110可以在導光體110的表面（例如，第一表面和第二表面其中之一或之二）的至少一部分上進一步包含包覆層（圖中未顯示）。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110可以被配置以根據在導光體110的第一表面110’（例如，前表面或頂部表面或前側面或頂部側面）和第二表面110”（例如，後表面或底部表面或後側面或底部側面）之間的非零值傳導角度的全內反射來引導被引導的光104。具體來說，被引導的光104藉由在導光體110的第一表面110’和第二表面110”之間以非零值傳導角度反射或「跳動」而傳導。在一些實施例中，被引導的光104可以包含複數條被引導的光束，其包含數種不同顏色的光並且可以複數不同的顏色特定的非零值傳導角度中的相應一個由導光體110引導。應注意的是，為了簡化說明，非零值傳導角度並未於圖3A中顯示。然而，描繪傳導方向103的粗箭頭示出了被引導的光104的總體傳導方向，其沿著圖3A中的導光體的長度。
如圖3A至3B所示，多光束背光件100進一步包含沿導光體長度互相隔開的複數個多光束元件120。具體來說，複數個多光束元件120中的多光束元件120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120中的多光束元件120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120通常不相交、重疊或彼此接觸。也就是說，複數個多光束元件120之中的每一個多光束元件120通常是不同的且與多光束元件120中的其他多光束元件分離。
根據一些實施例，複數個多光束元件120中的多光束元件120可以排列成一維（one-dimensional, 1D）陣列或二維（two-dimensional, 2D）陣列。例如，多光束元件120可以排列為線性1D陣列。在另一示例中，多光束元件120可以被排列成矩形2D陣列或圓形2D陣列。此外，在一些示例中，陣列（亦即，1D陣列或2D陣列）可以是正規或均勻的陣列。具體來說，複數個多光束元件120之間的元件間距離（例如，中心至中心的距離或間隔）可以在整個陣列上基本均勻或恆定。在其他示例中，複數個多光束元件120之間的元件間距離可以變化為橫跨陣列與沿著導光體110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120之中的方向性光束120 包含繞射光柵，被配置為從導光體將被引導的光104之一部分繞射地散射出作為方向性光束102。如此，多光束元件120可當作是「繞射多光束元件」。根據各個實施利，被多光束元件120散射出的方向性光束102具有不同的方向，可以對應於關 於多光束背光件100的多視像顯示器的不同的視像方向。具體來說，圖3A和圖3B將方向性光束102的方向性光束顯示為複數個發散箭頭，其描繪為從導光體110的第一表面110’（或前表面）定向。由多光束背光件100發射作為被發射的光的光包含由多光束元件120繞射地散射出的方向性光束102。
根據各個實施利，在繞射光柵中的繞射特徵之填充分數被配置以控制多光束元件120之繞射散射效率。本文中，「填充分數」定義為填充有繞射特徵的繞射光柵的面積的百分比。等同地，「填充分數」可以也定義為包括繞射特徵的面積對未包括繞射特徵的面積的比例。 舉例而言，在一些（下面描述的）實施例中，繞射光柵可以包含中斷繞射特徵的填充特徵。因此，「填充分數」可以也定義為與填充特徵對比下包括繞射特徵的繞射光柵的面積的百分比，或者等同地，包括繞射特徵的面積對包括填充特徵的面積的比例。
圖4A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的具有填充分數的繞射光柵125的平面圖。尤其，繞射光柵125可以是多光束背光件100的多光束元件120的繞射光柵。如圖所示，根據各個實施例，繞射光柵125包含繞射特徵126。繞射特徵126被配置以繞射地重定向入設在繞射光柵125上的光，而且當併入多光束元件120時，可以藉由繞射從導光體110繞射地散射出光。
圖4A中描繪的繞射光柵125進一步包含填充特徵127，其被配置以提供繞射特徵126或等同地繞射光柵125的填充分數。根據各個實施例，填充特徵127被配置以對於沿著被引導的光（亦即，被引導的光104）的傳導方向入射在繞射光柵125上的光為光學惰性的。如此，填充特徵127可以提供一些或不提供入射的被引導的光的繞射。圖4A中的繞射光柵125的填充特徵127是由繞射特徵126占用的繞射光柵125的百分比，或者是繞射特徵126對填充特徵127的比例。
圖4B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的具有填充分數的另一繞射光柵125的平面圖。再次，在一些實施例中，圖4B中描繪的繞射光柵125可以是多光束背光件100的多光束元件120的繞射光柵。如圖4B中描繪的，繞射光柵125包含繞射特徵126 和填充特徵127二者，其被配置以提供填充分數。再者，相對於具有填充特徵127的面積由繞射特徵126占用的面積小於圖4A中描繪的繞射光柵125的由繞射特徵126占用的面積。所以，圖4B的繞射光柵125的填充分數小於圖4A的繞射光柵125的填充分數。舉例言，在具有較低的填充分數的情況下，圖4B的繞射光柵125可以具有較低的繞射效率，或者等同地，相較於圖4A的繞射光柵125可以提供較低的每單位面積的入射在繞射光柵125上的光的繞射。
圖4C係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的具有填充分數的繞射光柵125的立體圖。舉例而言，圖4C中描繪的繞射光柵125可以表示圖4A中描繪的繞射光柵125的立體圖。尤其，圖4C的繞射光柵125包含繞射特徵126 和填充特徵127二者。再者，如圖所示，繞射光柵125位於導光體110的表面上。
在一些實施例中，繞射光柵125的繞射特徵126具有正交於或基本上正交於被引導的光的傳導方向的方位（orientation）。參考圖4A~4C，繞射特徵126被描繪為大致上沿著y方向定方位並且正交於被描繪在x方向上的被引導的光104的傳導方向103（如箭頭所示）。再者，圖4A~4C中描繪的繞射光柵125的填充特徵127具有平行於或基本上平行於傳導方向103的方位，從而沿著在4A~4C中描繪的實施例中的x方向定方位。所以，如圖所示，填充特徵127橫貫並中斷（intersect and interrupt）繞射光柵125的繞射特徵126，以建立繞射光柵125的填充分數。
在一些實施例中，繞射光柵125的繞射特徵126和填充特徵127二者皆可以在導光體110的表面上包含凸脊。在其他實施例中，繞射光柵125的繞射特徵126和填充特徵127二者皆可以在導光體110的表面中包含凹槽。
舉例而言，圖4A~4C描繪繞射特徵126和填充特徵127作為導光體110的表面上的凸脊，其中，舉例而言，凸脊在圖4A~4B中使用平行線相交陰影描繪。如圖所示，如上面所描述的，填充特徵127在繞射特徵126的凸脊與填充特徵127的凸脊之間的相交點處確定其方位（oriented）以中止和中斷繞射特徵126。尤其，在繞射特徵126與填充特徵127之間的相交點被配置以在繞射特徵126中引入中斷繞射特徵126的間隙（gap）。繞射特徵126的凸脊中的間隙表示繞射特徵126的長度或面積的減小，其根據填充分數降低繞射光柵125的繞射效率。
圖5A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的具有填充分數的繞射光柵125的平面圖。圖5B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的具有填充分數的繞射光柵125的平面圖。尤其，圖5A和5B中，繞射光柵125的繞射特徵126和填充特徵127包含在導光體表面中的凹槽。如同具有圖5A~5B之凸脊之態樣，圖5A~5B中描繪表示繞射特徵126的凹槽定方位正交於被引導的光104之傳導方向103，而表示填充特徵127的凹槽定方位平行於被引導的光104之傳導方向103。再者，如同圖4A~4C之情況，圖5A~5B中描繪的填充特徵127的凹槽配置以橫貫並中斷表示繞射光柵125的繞射特徵126。尤其，圖5A~5B中描繪的繞射特徵126之凹槽與填充特徵127之凹槽之間的相交點配置以導入中斷繞射特徵126的繞射特徵126中的間隙。因此，繞射特徵126之凹槽中的間隙表示繞射特徵126之長度或面積之減小， 其減小繞射光柵125之繞射效率。
在一些實施例中，填充分數可以配置以增加如沿著導光體110之長度的距離之函數。填充分數之增加可以提供複數個多光束元件中的多光束元件之繞射散射效率上的對應的增加。在一些實施例中，繞射散射效率上的增加可以配置以補償沿著導光體110長度在導光體110中的被引導的光之強度上的伴隨的減小。在其他實施例中，繞射特徵126之填充分數可以配置以依循其他的距離之函數。舉裡而言，填充分數可以配置以減小如沿著導光體長度的距離之函數。在一些實施例中，填充分數可以配置以增加至導光體長度之某一點，然後對於剩餘的導光體長度減小。填充分數可以配置以沿著導光體110之長度改變如各種的距離之函數。舉例而言，填充分數可以配置以線性地、對數地、或正弦曲線波形地改變如導光體長度之函數。
在一些實施例中，繞射光柵125可以進一步包含反射材料層，或更具體地，包含反射材料或材料層的反射島。根據各個實施例，反射材料層或反射島的反射材料可以基本上包含任何反射材料或反射材料層，其包含但不限於，反射金屬材料（例如，鋁、銀、金等等）、或反射聚合物（例如，鋁聚合物複合物）、以及各種反射膜，例如增強鏡面反射膜（ESR），像是明尼蘇達聖保羅的3M公司製造的VikuitiTM ESR。在一些實施例中，填充分數可以由反射材料層或反射島提供或擴增。
圖6A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的具有反射島129的多光束元件120的剖面圖。圖6B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的具有反射島129的多光束元件120的平面圖。具體而言，圖6A~6B中描繪的多光束元件120包含在導光體110之表面處的繞射光柵125和鄰接導光體110之所述表面的反射島129。作為示例而非限制，圖中亦描繪有繞射光柵125之繞射特徵126。根據各種實施例，多光束元件120之反射島129包含反射材料或反射材料層，並且配置以重定向一部分被繞射地反射的光至方向性光束102之方向上。在一些實施例中，反射島129可以具有一範圍，對應繞射光柵125之範圍。
如圖6B中所示，反射島129可以包含在反射島129之反射材料中的開口129’。在一些實施例中，反射島129之面積對繞射光柵125中的開口129’之面積的比例可以界定或對應填充分數。舉例而言，如圖6B所示，繞射光柵125之填充分數可以是大約百分之五十（50%）。相應地，反射島129之面積對繞射光柵125中的開口129’之面積的比例是大約50%（亦即，等同地，反射島129覆蓋大約二分之一多光束元件120）。在其他實施例中（圖中未顯示），反射材料可以存在於提供繞射光柵125之繞射特徵和填充特徵的凸脊或凹槽中。舉例而言，凸脊或凹槽中的反射材料可以增強繞射特徵之性能。
再次參照圖3A至圖3B，多光束背光件100進一步包含光源130。根據各個實施例，光源130被配置以提供在導光體110內被引導的光。具體來說，光源130可以位在相鄰於導光體110的入口表面或入口端（輸入端）。在各個實施例中，光源130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130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130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130可提供白光。在一些實施例中，光源130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被引導的光的不同的、顏色特定的、非零值傳導角度的光。
在一些包含如上所述的光源130的實施例中，繞射光柵125之繞射特徵之填充分數可以配置以控制繞射光柵之繞射散射效率，作為從光源130沿著導光體110的距離之函數。舉例而言，在一些實施例中，填充分數可以配置以增加如從光源130沿著導光體110之長度的距離之函數，填充分數上的增加提供複數個多光束元件中的多光束元件120之繞射散射效率上的增加，以彌補沿著導光體長度在導光體中的被引導的光之強度上的減小。
圖3A進一步描繪有光閥140陣列。如圖所示，光閥140陣列配置以調變複數條方向性光束中的方向性光束102。在各種實施例中，各種光閥可以被採用作為光閥陣列中的光閥140，包括但不限於，液晶光閥、電泳光閥、及基於電潤溼的光閥其中之一以上。
舉例而言，光閥140陣列可以是採用多光束背光件100的多視像顯示器之一部分，而且為便於在此描述與多光束背光件100一起描繪在圖3A和3B中。如此，方向性光束102之主要角度方向對應多視像顯示器之視像方向。再者，在一些實施例中，多光束元件120之尺寸可以介於光閥陣列中的光閥140之尺寸之大約百分之二十五（25%）與大約百分之二百（200%）之間。在其他實施例中，多光束元件120之尺寸可以介於光閥陣列中的光閥140之尺寸之大約百分之五十（50%）與大約百分之一百五十（150%）之間。
根據與本文所述的原理一致的一些實施例，本發明提供一種多視像顯示器。圖7係根據與在此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200的方塊圖。如圖所示，多視像顯示器200包含導光體210，其被配置為沿著導光體210引導光。根據一些實施例，導光體210可以基本上類似於如上所述的多光束背光件100的導光體110。如此，導光體210被配置為利用全內反射以引導被引導的光。此外，被引導的光可以由導光體210或在導光體210內以非零值傳導角度被引導。在一些實施例中，被引導的光可以是準直的，也可以是準直的光束。具體來說，在一些實施例中，被引導的光可以根據具有準直因子σ以準直，或者被引導的光可以具有準直因子σ。
多視像顯示器200進一步包含沿著導光體210並互相隔開的多光束元件220的陣列。多光束元件陣列被配置為將來自導光體210的被引導的光散射為具有與多視像顯示器200的視像方向相對應的方向的方向性光束202。根據各個實施例，多光束元件陣列的多光束元件220可以位於導光體210的表面上或內部。在一些實施例中，多光束元件的陣列中的多光束元件220可以基本上類似於上述多光束背光件100的多光束元件120。具體而言，多光束元件的陣列中的多光束元件220包含具有繞射特徵和填充特徵的繞射光柵。
多視像顯示器200進一步包含光閥230的陣列。光閥230的陣列被配置以調變方向性光束202以提供多視像影像。在一些實施例中，光閥230的陣列可以基本上類似於上文關於多光束背光件100所描述的光閥140的陣列。舉例而言，可以使用不同種類的光閥中的任何一種以作為光閥230的陣列之中的光閥230，光閥的種類包含但不限於，液晶光閥、電泳光閥、及基於電潤溼的複數光閥其中的一種以上。
根據各個實施例，多光束元件220之繞射光柵中相對於填充特徵的繞射特徵之填充分數被配置以控制多光束元件220之繞射散射效率。填充分數可以定義為填充有繞射特徵的繞射光柵之面積之百分比，或者是繞射光柵中繞射特徵對填充特徵的比例。如上面與多光束背光件100一起被描述的，多光束元件之繞射效率可以隨同繞射特徵之填充分數而增加。
在一些實施例中，多光束元件陣列多光束元件220之尺寸相當於（comparable）光閥陣列中的光閥230之尺寸。在一些實施例中，多光束發射器之尺寸相當於光閥之尺寸，使得多光束元件之尺寸介於光閥之尺寸之大約四分之一與大約二倍之間。在其他實施例中，多光束元件之尺寸可以介於光閥之尺寸之大約百分之五十（50%）與大約百分之二百（200%）之間。舉例而言，光束元件之尺寸與光閥之尺寸之間的對應性可以被配置以最小化或甚至消除摩爾紋（Moiré）或類似效應。
在一些實施例中，填充特徵布置在多光束元件220之繞射光柵中，繞射光柵平行於被引導的光之傳導方向。在此方位配置下，如之前相關於多光束背光件100的描述，填充特徵被配置以橫貫並中斷繞射光柵之繞射特徵，以建立填充分數作為繞射光柵中繞射特徵之面積對填充特徵之面積的比例。在一些實施例中，繞射特徵和填充特徵二者皆包含導光體210之表面中的凹槽和導光體210之表面上的凸脊其中之一。
在一些實施例中，多光束元件陣列中的多光束元件220進一步包含反射材料層，其被配置以在方向性光束202之方向上反射被繞射地散射的光。反射材料層可以包含反射材料，其基本上類似上述關於多光束背光件100的反射材料。在一些實施例中，反射材料層可以設置在繞射特徵和填充特徵之凹槽中。在一些實施例中，反射材料層可以設置在介於繞射特徵和填充特徵之凸脊之間。在一些實施例中，如上所述，反射材料層可以包含反射島並且可以包括開口。
如圖7所示，多視像顯示器200可以進一步包含鄰接導光體210的廣角背光件240。圖7中描繪的廣角背光件240係鄰接在光閥陣列對面的導光體210之一側。具體而言，如圖所示，廣角背光件240係鄰接導光體210之底表面。廣角背光件240被配置以在多視像顯示器200之二維（2D）模式中提供廣角的光作為廣角的被發射的光242。再者，在2D模式期間光閥陣列可以被配置以調變廣角的被發射的光作為2D影像。
根據一些實施例，導光體210和多光束元件220可以被配置以對於由鄰接的廣角背光件240所提供的廣角的被發射的光242係透明的。廣角的被發射的光242可以被配置以穿過導光體210之厚度。來自廣角背光件240的廣角的被發射的光242從而由導光體210之底表面接收，穿透導光體210之厚度，以及從光閥230陣列發射出去。因為導光體210對於廣角的被發射的光242係光學透明的，所以廣角的被發射的光242基本上不被導光體210影響。
圖7之多視像顯示器200可以選擇地在二維（2D）模式或多視像模式中操作。在2D模式中，多視像顯示器200被配置以發射由廣角背光件240提供的廣角的被發射的光242。如先前所述，在多視像模式中，多視像顯示器200被配置以發射由導光體210和多光束元件220提供的方向性光束202。舉例而言，導光體210與廣角背光件240 之組合可以被用於可切換模式（2D／多視像）的顯示器。
根據在此描述的原理之ㄧ些實施例，提供有多視像顯示器操作之方法。圖8係根據與在此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操作方法300的流程圖。如圖所示，方法300包含沿著導光體引導光作為被引導的光之步驟301。在一些實施例中，導光體可以基本上類似於上述關於多光束背光件100的導光體110。舉例而言，被引導的光使用導光體中的全內反射而被引導和傳導。在一些實施例中，被引導的光可以在導光體中以非零傳導角度被引導。另外，在一些實施例中，被引導的光可以根據準直因子而被準直。
圖8所示的多視像顯示器的操作方法300進一步包含將被引導的光的一部分散射為方向性光束的步驟320，其藉由使用沿著導光體布置的複數個多光束元件中的多光束元件。在一些實施例中，散射光的步驟320中使用的多光束元件可以與上文關於多光束背光件100所述的多光束元件120基本相似。具體來說，根據一些實施例，複數個多光束元件中的多光束元件包含繞射光柵，而繞射光柵具有繞射特徵和中斷繞射特徵的填充特徵。
如圖8所示，多視像顯示器的操作方法300進一步包含使用光閥陣列調變方向性光束以提供多視像影像。在一些實施例中，光閥陣列可以基本上類似於上述關於多光束背光件100的光閥140陣列。在一些實施例中，多光束元件之尺寸係相當於光閥陣列中的光閥之尺寸。
根據各個實施例，繞射光柵中相對於填充特徵的繞射特徵之填充分數控制多光束元件之繞射散射效率，作為沿著導光體的距離之函數。在一些實施例中，填充分數被配置以增加如沿著導光體之長度的距離之函數，使得繞射散射效率增加如所述相同長度之函數。
在一些實施例中，填充特徵平行於導光體中被引導的光之傳導方向。在一些實施例中，繞射特徵被定方位為垂直於於被引導的光之傳導方向，而且藉由填充特徵在繞射特徵中形成的間隙縮小繞射特徵之面積或長度以減低繞射光柵之繞射散射效率。在一些實施例中，繞射特徵和填充特徵二者皆可以包含在導光體之表面中的凹槽和在導光體之表面上的凸脊其中之一。在一些實施例中，反射材料層可以設置在繞射特徵和填充特徵之凹槽中或介於繞射特徵之凸脊之間。在一些實施例中，反射材料層可以設置為與凹槽或凸脊相鄰但卻分離。根據一些實施例 ，反射材料層中的開口可以提供或增強填充分數。在一些實施中，反射材料層之範圍可以相當於多光束元件之繞射光柵之尺寸或範圍。如此，在一些實施例中，反射材料層可以是反射島。
從而，本發明已描述了多光束背光件、多視像顯示器、以及多視像顯示器的操作方法的示例和實施例，其使用繞射光柵中的繞射特徵和填充特徵以控制包含繞射光柵的多光束元件之繞射散射特徵。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輕易設計出許多其他排列，而不脫離所附申請專利範圍所界定的範疇。
本申請案主張於2019年10月15日提交的第 PCT/US2019/056401號國際專利申請的優先權，其內容通過引用併入本文。
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 60:方向性光束 100:多光束背光件 102:方向性光束 103:傳導方向 104:被引導的光 110:導光體 110’:第一表面 110”:第二表面 120:多光束元件 125:繞射光柵 126:繞射特徵 127:填充特徵 129:反射島 129’:開口 130:光源 140:光閥 200:多視像顯示器 202:方向性光束 210:導光體 220:多光束元件 230:光閥 240:廣角背光件 242:廣角的被發射的光 300:方法 310:步驟 320:步驟 330:步驟 O:原點 θ:分量、仰角 θi:入射角 θm:繞射角 σ:準直因子 ϕ:分量、方位角
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係根據與在此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係根據與在此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係根據與在此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係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多光束背光件的剖面圖。 圖3B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多光束背光件的立體圖。 圖4A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的具有填充分數的繞射光柵的平面圖。 圖4B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的具有填充分數的另一繞射光柵的平面圖。 圖4C係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的具有填充分數的繞射光柵的立體圖。 圖5A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的具有填充分數的繞射光柵的平面圖。 圖5B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的具有填充分數的繞射光柵的平面圖。 圖6A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的具有反射島的多光束元件的剖面圖。 圖6B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的具有反射島的多光束元件的平面圖。 圖7係根據與在此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。 圖8係根據與在此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:多光束背光件
102:方向性光束
103:傳導方向
104:被引導的光
110:導光體
110’:第一表面
110”:第二表面
120:多光束元件
130:光源
140:光閥
σ:準直因子

Claims (20)

  1. 一種多光束背光件，包括： 一導光體，配置以沿著該導光體之長度在一傳導方向上引導光作為被引導的光；以及 複數個多光束元件，沿著該導光體之長度互相隔開，該複數個多光束元件中的一多光束元件包括一繞射光柵，並且配置以從該導光體繞射地散射出該被引導的光之一部分作為方向性光束，該等方向性光束具有不同的方向，對應一多視像顯示器之不同的視像方向， 其中，該繞射光柵中的繞射特徵之填充分數配置以控制該多光束元件之繞射散射效率。
  2. 如請求項1之多光束背光件，其中，該填充分數配置以增加如沿著該導光體之長度的距離之函數，該填充分數之增加提供該複數個多光束元件中的多光束元件之繞射散射效率之對應的增加，以補償沿著該導光體之長度在該導光體中的被引導的光之強度的減小。
  3. 如請求項1之多光束背光件，其中，該繞射光柵之該等繞射特徵包括正交於該被引導的光之該傳導方向的方位，該繞射光柵進一步包括填充特徵，該繞射光柵之該等填充特徵具有平行於該被引導的光之該傳導方向的方位，並且配置以橫貫及中斷該繞射光柵之該等繞射特徵，以建立該填充分數，作為該繞射光柵中的該等繞射特徵之面積相對於該等填充特徵之面積的比例。
  4. 如請求項3之多光束背光件，其中，該等繞射特徵和該等填充特徵二者皆包括在該導光體之表面上的凸脊，該繞射特徵之一凸脊與該填充特徵之一凸脊之間的交叉點配置以在該繞射特徵中引進一間隙，以中斷該繞射特徵。
  5. 如請求項4之多光束背光件，其中，該繞射光柵進一步包括一反射材料層，在該等繞射特徵與該等填充特徵之該等凸脊之間的空間中。
  6. 如請求項3之多光束背光件，其中，該等繞射特徵和該等填充特徵二者皆包括在該導光體之表面上的凹槽，該繞射特徵之一凹槽與該填充特徵之一凹槽之間的交叉點配置以在該繞射特徵中引進一間隙，以中斷該繞射特徵。
  7. 如請求項6之多光束背光件，其中，該繞射光柵進一步包括一反射材料層，在該等繞射特徵和該等填充特徵之該等凹槽中。
  8. 如請求項1之多光束背光件，其中，該多光束元件進一步包括一反射島，該反射島具有對應該繞射光柵之範圍的範圍，並且配置以重定向被繞射地散射的光之一部分至該等方向性光束之方向上。
  9. 如請求項8之多光束背光件，其中，該反射島包括一反射材料層，該反射材料層具有開口，該繞射光柵中的反射材料層之面積對該等開口之面積的比例對應該繞射特徵之該填充分數。
  10. 如請求項1之多光束背光件，其中，該多光束背光件進一步包括一光源，光學地耦合至該導光體之一輸入部，該光源配置以提供要被引導的光作為該被引導的光，以及其中，該繞射光柵之該繞射特徵之該填充分數配置以控制該多光束元件之該繞射散射效率，作為與該光源的距離之函數。
  11. 一種電子顯示器，包括如請求項1之多光束背光件，該電子顯示器係該多視像顯示器，並且進一步包括一光閥陣列，配置以調變由該多光束背光件發射作為該等方向性光束的光，以提供一多視像影像，該多視像影像具有複數個視像，該複數個視像具有視像方向，對應該多視像顯示器之該等視像方向，其中，該多光束元件之尺寸介於該光閥陣列中的一光閥之尺寸之百分之五十與百分之二百之間。
  12. 一種多視像顯示器，包括： 一導光體，配置以沿著該導光體引導光作為被引導的光； 一多光束元件陣列，沿著該導光體互相隔開，並且配置以從該導光體散射出該被引導的光作為方向性光束，該等方向性光束具有方向，對應該多視像顯示器之視像方向，該多光束元件陣列中的一多光束元件包括一繞射光柵，該繞射光柵具有繞射特徵和填充特徵；以及 一光閥陣列，配置以調變該等方向性光束，以提供一多視像影像， 其中，該繞射光柵中的該等繞射特徵相對於該等填充特徵的一填充分數配置以控制該多光束元件之繞射散射效率。
  13. 如請求項12之多視像顯示器，其中，該多光束元件之尺寸介於該光閥陣列中的一光閥之尺寸之四分之一與二倍之間。
  14. 如請求項12之多視像顯示器，其中，該等填充特徵布置在該繞射光柵中平行於該被引導的光之傳導方向，該等填充特徵配置以橫貫並中斷該繞射光柵之該等繞射特徵，以建立該填充分數，作為該繞射光柵中的該等繞射特徵之面積相對於該等填充特徵之面積的比例。
  15. 如請求項12之多視像顯示器，其中，該等繞射特徵和該等填充特徵二者皆包括在該導光體之表面中的凹槽和在該導光體之該表面上的凸脊其中之一。
  16. 如請求項15之多視像顯示器，其中，該多光束元件進一步包括一反射材料層，配置以反射被繞射地散射的光至該等方向性光束之方向上，該反射材料層位於該等繞射特徵與該等填充特徵之該等凹槽中和該等繞射特徵與該等填充特徵之該等凸脊之間其中之一。
  17. 如請求項12之多視像顯示器，進一步包括一廣角背光件，鄰接該導光體之一側邊，在鄰接該光閥陣列的該導光體之另一側邊對面，該廣角背光件配置以在該多視像顯示器之一二維模式（2D）期間提供廣角的被發射的光，該光閥陣列配置以調變該廣角的被發射的光作為一2D影像， 其中，該導光體和該多光束元件陣列配置以對於該廣角的被發射的光為透明的，該多視像顯示器配置以在一多視像模式期間顯示該多視像影像，並且在該2D模式期間顯示該2D影像。
  18. 一種多視像顯示器的操作方法，包括： 沿著一導光體引導光作為被引導的光； 使用複數個多光束元件中的一多光束元件散射出該被引導的光之一部分作為方向性光束，該複數個多光束元件沿著該導光體布置，該多光束元件包括繞射特徵和填充特徵，該等填充特徵中斷該等繞射特徵；以及 使用一光閥陣列調變該等方向性光束，以提供一多視像影像，該等方向性光束具有方向，對應該多視像影像之視像方向， 其中，該繞射光柵中的該等繞射特徵相對於該等填充特徵的一填充分數控制該多光束元件之繞射散射效率，如沿著該導光體的距離之函數。
  19. 如請求項18之多視像顯示器的操作方法，其中，該填充分數控制該繞射散射效率，以彌補該被引導的光之強度之損失，如沿著該導光體的距離之函數，以及其中，該多光束元件之尺寸相當於該光閥陣列中的一光閥之尺寸。
  20. 如請求項18之多視像顯示器的操作方法，其中，該填充特徵平行於該導光體中的該被引導的光之傳導方向，該等繞射特徵和該等填充特徵二者皆包括該導光體之一表面中的凹槽和該導光體之該表面上的凸脊其中之一，該多光束元件進一步包括一反射材料層，鄰接該繞射光柵，該反射材料層位於該等繞射特徵與該等填充特徵之該等凹槽中和等繞射特徵與該等填充特徵之該等凸脊之間其中之一。
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