TW202332971A - 混合背光件、混合顯示器和混合背光件的操作方法 - Google Patents

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Abstract

本申請案提供了一種混合背光件、混合顯示器和混合背光件的操作方法。混合背光件包括第一背光件，其具有複數個調光單元區域，複數個調光單元區域中的一個或多個調光單元區域被配置為選擇性地驅動以彼此獨立地提供廣角的發射的光，以及第二背光件，其被配置為提供複數條方向性光束，複數條方向性光束的方向對應於多視像影像的不同的視像方向，其中，第二背光件被設置在第一背光件的出光表面上並且對廣角的發射的光為透明的，並且第一背光件中被驅動的一個或多個調光單元區域與多視像影像中的特定內容所在的一個或多個區點相對應。

Description

混合背光件、混合顯示器和混合背光件的操作方法
本申請案涉及混合背光件、混合顯示器及其操作方法。
電子顯示器是用於向各種設備和產品的使用者傳遞資訊的幾乎無處不在的介質。最常採用的電子顯示器包括陰極射線管（CRT），等離子體顯示板（PDP）、液晶顯示器（LCD），電致發光顯示器（EL）、有機發光二極體（OLED）和主動矩陣OLED（AMOLED）顯示器、電泳顯示器（EP）以及採用機電或電流體光調制的各種顯示器（例如，數位微鏡設備、電潤濕顯示器等）。通常來說，電子顯示器可以被分類為主動顯示器（即發光的顯示器）或被動顯示器（即，調制由另一個源所提供的光的顯示器）。主動顯示器的最明顯的示例是CRT、PDP和OLED/AMOLED。當考慮發射的光時，通常被分類為被動顯示器包括LCD和EP顯示器。
電子顯示器從顯示方式上文可劃分為二維顯示器和三維顯示器，二維顯示器用於顯示二維影像內容，並且三維顯示器用於顯示三維影像內容。在一些情況下，針對同一影像，我們需要以二維的方式顯示其中的某些內容、並且同時以三維的方式顯示其他內容。當前的可切換的二維／三維顯示器在同一時刻只能以擇一的方式（即二維或三維）顯示整個影像內容，無法做到在同一影像中既以二維方式顯示二維內容，同時又能以三維方式顯示三維內容。
為了實現同一影像中二維內容和三維內容的混合顯示，本申請的一方面提供了一種混合背光件，包括第一背光件，其具有複數個調光單元區域，所述複數個調光單元區域中的一個或多個調光單元區域被配置為選擇性地驅動以彼此獨立地提供廣角的發射的光；以及第二背光件，其被配置為提供複數條方向性光束，所述複數條方向性光束的方向對應於多視像影像的不同的視像方向，其中，所述第二背光件被設置在所述第一背光件的出光表面上並且對所述廣角的發射的光為透明的，並且所述第一背光件中被驅動的一個或多個調光單元區域與所述多視像影像中的特定內容所在的一個或多個區域相對應。
在一些實施例中，所述第一背光件中不與所述多視像影像中的所述特定內容所在的所述一個或多個區域相對應的其餘的調光單元區域不被驅動並且不提供所述廣角的發射的光。
在一些實施例中，所述第二背光件提供的所述複數條方向性光束與所述第一背光件中被驅動的一個或多個調光單元區域提供的廣角的發射的光被共同地提供給所述多視像影像中的所述特定內容所在的一個或多個區域.
在一些實施例中，所述的混合背光件還包括：調光控制器，其被配置為基於所述多視像影像的顯示內容確定所述特定內容所在的一個或多個區域，並且根據所確定的所述一個或多個區域確定所述第一背光件中要被驅動的一個或多個調光單元區域。
在一些實施例中，所述多視像影像是隨時間動態變化的，並且所述調光控制器基於變化的多視像影像的顯示內容動態地更新所述特定內容所在的一個或多個區域。
在一些實施例中，所述第二背光件包括：導光體，其被配置為引導光以作為被引導的光；多光束元件陣列，所述多光束元件陣列中的每個多光束元件被配置為從所述導光體散射出所述被引導的光的一部分，作為所述複數條方向性光束中的光束。
在一些實施例中，所述導光體被配置為以預定的準直因數引導所述被引導的光，作為準直的被引導的光。
在一些實施例中，所述多光束元件陣列中的多光束元件包括繞射光柵、微反射元件和微折射元件中的一個或多個，所述繞射光柵被配置為繞射地散射出所述被引導的光的所述部分，所述微反射元件被配置為反射地散射出所述被引導的光的所述部分，並且所述微折射元件被配置為折射地散射出所述被引導的光的所述部分。
本申請案的一方面提供了一種混合顯示器，包括第一背光件，其具有複數個調光單元區域，所述複數個調光單元區域中的一個或多個調光單元區域被配置為選擇性地驅動以彼此獨立地提供廣角的發射的光；第二背光件，其被配置為提供複數條方向性光束，所述複數條方向性光束的方向對應於多視像影像的不同的視像方向，以及光閥陣列，其被配置為調制所述廣角的發射的光和所述複數條方向性光束，以提供包括二維顯示區域和三維顯示區域的所述多視像影像，其中，所述第二背光件被設置在所述第一背光件的出光表面上並且對所述廣角的發射的光為透明的，並且所述第一背光件中被驅動的一個或多個調光單元區域與所述多視像影像中的特定內容所在的一個或多個區域相對應，並且其中，所述特定內容所在的一個或多個區域對應於所述二維顯示區域。
在一些實施例中，所述多視像影像中除了所述特定內容所在的一個或多個區域之外的區域對應於所述三維顯示區域，並且所述第一背光件中與所述多視像影像中的所述三維顯示區域相對應的其餘的調光單元區域不被驅動並且不提供廣角的發射的光。
在一些實施例中，所述第二背光件提供的所述複數條方向性光束與所述第一背光件中被驅動的一個或多個調光單元區域提供的廣角的發射的光被共同地提供給所述多視像影像中的所述二維顯示區域。
在一些實施例中，所述混合顯示器還包括：調光控制器，其被配置為基於所述多視像影像的顯示內容確定所述二維顯示區域，並且確定所確定的所述二維顯示區域的所述第一背光件中要被驅動的一個或多個調光單元區域。
在一些實施例中，所述多視像影像是隨時間動態變化的，並且所述調光控制器基於變化的多視像影像的顯示內容動態地更新所述二維顯示區域與所述三維顯示區域。
在一些實施例中，所述第二背光件包括：導光體，其被配置為引導光以作為被引導的光；以及多光束元件陣列，所述多光束元件陣列中的每個多光束元 件被配置為從所述導光體散射出所述被引導的光的一部分，作為所述複數條方向性光束中的光束。
在一些實施例中，所述多光束元件陣列中的多光束元件包括繞射光柵、微反射元件和微折射元件中的一個或多個，所述繞射光柵被配置為繞射地散射出所述被引導的光的所述部分，所述微反射元件被配置為反射地散射出所述被引導的光的所述部分，並且所述微折射元件被配置為折射地散射出所述被引導的光的所述部分。
在一些實施例中，所述混合顯示器還包括：第一光源，其包括複數個發光單元，所述複數個發光單元對應於所述第一背光件中的複數個調光單元區域，調光驅動器，其被配置為驅動所述要被驅動的一個或多個發光單元，以照亮所述第一背光件中的所述一個或多個調光單元區域；以及第二光源，其被設置為發射光以被所述導光體引導。
本申請案的又一方面提供了一種混合背光件的操作方法，包括，使用第一背光件提供廣角的發射的光，所述第一背光件具有複數個調光單元區域，所述複數個調光單元區域中的一個或多個調光單元區域被選擇性地驅動以彼此獨立地提供廣角的發射的光，以及使用第二背光件提供複數條方向性光束，所述複數條方向性光束的方向對應於多視像影像的不同的視像方向，其中，所述第二背光件被設直在所述第一背光件的出光表面上並且對所述廣角的發射的光為透明的，並且所述第一背光件中被驅動的一個或多個調光單元區域與所述多視像影像中的特定內容所在的一個或多個區域相對應。
在一些實施例中，所述第一背光件中不與所述多視像影像中的所述特定內容所在的一個或多個區域相對應的其餘的調光單元區域不被驅動並且不提供廣角的發射的光。
在一些實施例中，所述第二背光件提供的所述複數條方向性光束與所述第一背光件中被驅動的一個或多個調光單元區域提供的廣角的發射的光被共同地提供給所述多視像影像中的所述特定內容所在的一個或多個區域。
在一些實施例中，所述方法還包括：基於所述多視像影像的顯示內容，使用調光控制器確定所述特定內容所在的一個或多個區域；以及根據所確定的所述一個或多個區域，使用所述調光控制器確定所述第一背光件中要被驅動的一個或多個調光單元區域。
在一些實施例中，所述方法還包括，在導光體中引導光以作為被引導的光，通過使用多光束元件陣列中的每個多光束元件，從所述導光體散射出所述被引導的光的一部分，作為所述複數條方向性光束中的光束。
在一些實施例中，所述方法還包括：使用光閥陣列調製所述廣角的發射的光和所述複數條方向性光束，以提供包括二維顯示區域和三維顯示區域的所述多視像影像，其中，所述特定內容所在的一個或多個區域對應於所述二維顯示區域，並且所述多視像影像中除了所述二維顯示區域之外的區域對應於所述三維顯示區域。
根據本文所述的原理的示例和實施例，本發明提供一種應用到混合顯示器的混合背光件及其操作方法。具體來說，根據本文描述的原理，混合背光件被配置為向對應於二維顯示內容的混合背光件的區域提供廣角的發射的光，並且向混合背光件的全部區域提供方向性光束。此外，廣角的發射的光可以以區域為基礎選擇性地提供給特定顯示內容對應的區域。例如，廣角的發射的光可以用於顯示2D內容（例如，2D圖形或文本），而方向性光束可以用於顯示3D資訊（例如，多視像影像）。例如，通過使用混合顯示器，可以針對同一影像既以二維方式顯示二維內容，同時又能以三維方式顯示三維內容。
圖1A示出了根據本申請原理的實施例的多視像顯示器10的透視圖。如圖1A中所示的，多視像顯示器10包括螢幕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（即，表示視圖方向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的方向的光束通常具有由角分量{θ, φ}給出的主要角度方向。這裡，角分量θ被稱為光束的「仰角分量」或「仰角」。角分量θ被稱為光束的「方位角分量」或「方位角」。通過定義，仰角θ是垂直平面（例如，垂直於多視像顯示器螢幕的平面）中的角度，並且方位角φ是水準平面（例如，平行於多視像顯示器螢幕的平面）中的角度。
圖1B示出了根據本申請案原理的實施例的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）對應的特定主要角度方向的光束20的角分量{ θ, φ}的圖形表示。另外，根據本文的定義，從特定點發射或發出光束20。也就是說，通過定義，光束20具有與多視像顯示器內的特定原點相關聯的中心光線。圖1B還示出了光束（或視像方向）的原點O。
此外，在本文中，如在術語「多視像影像」和「多視像顯示器」中使用的術語「多視像」被定義為表示複數個不同透視或包括複數個不同的視像中的視像之間的角度差的複數個視像。另外，通過這裡的定義，這裡術語「多視像」明確地包括多於兩個不同的視像（即，最少三個視像並且通常多於三個視像）。按照這樣，如這裡所採用的「多視像顯示器」與僅包括兩個不同的視像來表示場景或影像的立體顯示器明確區別開。然而，注意，通過這裡定義，雖然多視像影像和多視像顯示器包括多於兩個的視像，但是通過一次僅選擇觀看多視像中的兩個（例如，每隻眼睛一個視像），可以將多視像影像作為立體影像對而被觀看（例如，在多視像顯示器上）。
在本文中「多視像像素」被定義為表示多視像顯示器的類似的複數個不同的視像的每個中的「視像」像素的一組像素。具體地，多視像像素具有對應於或表示多視像影像的不同的視像的每個中的視像像素的單獨像素或一組像素。因此，通過這裡定義「視像像素」是與多視像顯示器的多視像像素中的視像相對應的像素或像素集合。在一些實施例中，視像像素可以包括一個或多個顏色子像素。此外，通過這裡的定義，多視像像素的視像像素是所謂的「方向性像素」，因為視像像素中的每個與不同的視像中對應的一個的預定視像方向相關聯。此外，根據各種示例和實施例，多視像像素的不同的視像像素可以在不同的視像的每個中具有等同的或至少基本上類似的位置或座標。例如，第一多視像像素可以具有在多視像影像的不同的視像的每個中位於{x, y}的單獨的視像像素，而第二多視像像素可以具有在不同的視像的每個中位於{x, y}的單獨的視像像素。
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。具體地，導光體可以包括在導光體的操作波長下基本上透明的芯。術語「導光體」通常是指電介質光波導，其採用全內反射來在導光體的電介質材料與圍繞該導光體的材料或介質之間的交界面處引導光。根據定義，全內反射的條件是導光體的折射率大於與導光體材料的表面相鄰的周圍介質的折射率。在一些實施例中，除了上述折射率差之外或代替上述折射率差，導光體還可以包括塗層，以進一步促進全內反射。例如，塗層可以是反射塗層。導光體可以是若干導光體中的任何一種，包括但不限於平板導光體或厚平板導光體和條帶導光體中的一者或兩者。
在本文中，當術語「平板」被應用於導光體時，定義為片段地或微分地平坦的層或片，有時也稱為「厚平板」導光體。具體來說，平板導光體被定義為在由導光體的頂部表面和底部表面（即，相對的表面）界定的兩個基本正交的方向上引導光的導光體。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（即，局限為平面）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，任何曲率都應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。
如本文所定義，被引導的光的「非零傳播角」是相對於導光體的引導表面的角度。此外，根據本文的定義，非零傳播角均大於零且小於導光體內的全內反射的臨界角度。此外，對於特定的實施例，可以選擇特定的非零傳播角，只要特定的非零傳播角為小於導光體內的全內反射的臨界角即可。在各個實施例中，光可以非零傳播角引入或耦合到導光體中。
根據各個實施例，通過將光耦合至導光體中所產生的被引導的光或等效的引導「光束」可以是準直光束。在本文中「準直光」或「準直光束」通常定義為在光束內基本上互相平行複數條光束。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。
在本文中「繞射光柵」通常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（即，繞射特徵）。在一些示例中，複數個特徵可以以週期性或準週期性的方式設置。例如，繞射光柵可以包括佈置在一維（1D）陣列中的複數個特徵（例如，在材料表面中的複數個凹槽或脊部）。在其他示例中，繞射光柵可以是二維（2D）陣列的特徵。例如，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二維陣列。
因此，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「繞射的耦合」，因為繞射光柵可以通過繞射將光耦合出導光體。繞射光柵還通過繞射（即，以繞射角）重定向或改變光的角度。特別地，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（即，入射光）的傳導方向不同的傳導方向。通過繞射的光的傳導方向的變化在這裡被稱為「繞射重定向」因此，繞射光柵可被理解為包括繞射特徵的結構，其經由繞射方式將入射在繞射光柵上的光重新定向，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（即，兩種材料之間的邊界）處、之中、和之上的其中一個或多者。例如，所述表面可以是導光體的表面。繞射特徵可以包括繞射光的各種結構中的任何一種，包括但不限於在表面處、表面中、或表面上的凹糟、脊部、孔洞、和凸部中的一個或多個。例如，繞射光柵可以在材料表面中包括複數個基本上平行的凹稽。在另一個示例中，繞射光柵可以包括從材料表面上突出的複數個平行的脊部。繞射特徵（例如凹才曹、脊部、孔洞、凸部等等）可以具有提供繞射的各種橫截面形狀或輪廓中的任何一種，包括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，閃耀光柵）。
根據本文所描述的各種示例，可以使用繞射光柵（例如，多光束元件的繞射光柵，如下所述）將光從導光體（例如，平板導光體）中繞射地散射或耦合為光束。具體地，局部週期性繞射光柵的繞射角θ m或由局部週期性繞射光柵提供的繞射角可由等式（1）給出 （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間隔或間距，θ i是繞射光柵上的光入射角。為了簡單起見，等式（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l（即，n out= 1）。通常，繞射階數m給定為整數。繞射角θ m由繞射光柵產生的光束可以由其中繞射階數為正（例如，m ＞ 0）的等式（1）給定。例如，當繞射階數m等於1（即，m = 1）時提供第一階繞射。
圖2示出了根據本申請原理的實施例的繞射光柵30的橫截面圖。例如，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θ i入射在繞射光柵30上的入射光束50，入射光束50可以是導光體40內的一束被引導的光（即，被引導的光束），圖2中還示出了由於入射光束的繞射，繞射光柵30繞射地產生並耦合出方向性光束60，方向性光束60具有如等式（1）所示的繞射角θ m（或者，在本文中，「主要角度方向」。繞射角θ m可以對應於繞射光柵30的繞射階數「m」，例如，繞射階數m = 1（即，第一繞射階數）。
根據本文的定義「多光束元件」是為產生包括複數條光束的光的背光板或顯示器的結構或元件。在一些實施例中，多光束元件可光學地耦合至背光板的導光體，以通過耦合出或散射出在導光體中被引導的光的一部分來提供複數條光束。進一步地，根據本文的定義，由多光束元件所產生的複數條光束中的光束具有彼此不同的複數個主要角度方向。具體地，根據定義，複數條光束中的光束具有與所述的複數條光束中的另一光束不同的預定主要角度方向。因此，根據本文的定義，光束被稱為「方向性光束」，並且複數條光束可以稱為複數條方向性光束。
此外，複數條方向性光束可以表示光場。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，或者具有包括複數條光束中的光束的不同主要角度方向的預定角展度。因此，所述複數條光束的預定角展度的組合（即，所述的複數條光束）可表示光場。
根據各種實施例，所述複數條方向性光束中的各種方向性光束的不同主要角度方向是根據特性，可包括但不限於，多光束元件的尺寸（例如，長度寬度面積等）來決定。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」，即，複數個點光源分佈在多光束元件的範圍內。此外，由多光束元件產生的方向性光束具有由角度分量{θ, φ}給出的主要角度方向，如本文所定義，並且如上文關於圖1B所述。
在本文中「準直器」是被定義為基本上任何用於準直光的光學設備或裝置。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、錐形導光體、以及上述各種準直器的組合。根據各種實施例，由準直器提供的準直量可以從一個實施例到另一個實施例以預定的角度或數量做變化。進一步地，準直器可被配置為在兩個正交方向（例如，垂直方向以及水準方向）中的一個或兩個方向上提供準直。換言之，根據本發明的一些實施例，準直器可包括用於提供光準直的兩個正交方向中的一個或兩個的形狀或類似的準直特徵。
在本文中「準直因數」被定義為光被準直的程度。具體地，準直因數定義準直光束中的光線的角展度。例如，準直因數σ可以指定一束準直光中的大部分光線在特定的角展反內（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，準直光束的光線可以在角度方面具有高斯分佈，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，被配置為產生光和發射光的光學發射器）。例如，光源可以包括光學發射器，例如，發光二極體（LED），其在被啟動或開啟時發光。具體地，在本文中光源基本上可為任何一種來源的光或光學發射器，其包括但不限於，一個或多個LED、雷射器、有機發光二極體（OLED），聚合物發光二極體、等離子體光學發射器、螢光燈、白熾燈，以及任何其他視覺可見的光束源。由光源所產生的光線可以具有顏色（即，可包括特定波長的光），或可為一定範圍的波長（例如，白光）。在一些實施例中，光源可以包括複數個光學發射器。例如，光源可以包括一組或一群光學發射器，其中至少一個光學發射器產生具有顏色或等同的波長的光，所述顏色或波長不同於由所述組或所述群的至少一個其它光學發射器產生的光所具有的顏色或波長。不同顏色可以包括例如原色（例如，紅色、綠色、藍色）。「偏振」光源在本文中定義為，產生或提供具有預定偏振的光的基本上任何光源。例如，偏振光源可以包括在光源的光學發射器的輸出處的偏振器。
在本文中「多視像影像」被定義為複數個影像（即，兩個或更複數個影像），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的視像方向相對應的不同的視像。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，可以促進對景深的感知，因此對於觀看者而言看起來是3D場景的影像。例如，在一些實施例中，在多視像影像包括兩個影像的情況下，可以通過在多視像顯示器上以立體影像對的方式觀看這兩個影像（例如，每隻眼睛一個視像），從而實現雙目立體顯示。
根據定義，「廣角」發射的光被定義為具有一定錐角，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，廣角的發射的光可以具有大於大約二十度（例如，＞士20°）的錐角。在其他實施例中，廣角的發射的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°）。例如，廣角的發射的光的錐角可以大約大於六十度（例如，＞± 60°）。應當注意的是，當「廣角」發射的光與「方向性」發射的光被同時提及時，意味著「廣角」發射的光的錐角大於「方向性」發射的光中各個方向性光束的錐角。也就是說，方向性光束可以視為錐角極小（例如，＜ 10°，或＜ 5°等）的朝向某個方向的光束。
在一些實施例中，廣角的發射的光的錐角可以定義為與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字顯示裝置的視角大約相同（例如，大約±40°~65°）。在其他實施例中，廣角的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（例如，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普通含義，即「一個或多個」例如「一個多視像像素」表示一個或多個多視像像素，因此，「多視像像素」在這裡表示「一個或多個多視像像素」。此外，這裡對「頂部」、「底部」、「上部」、「下部」、「上」、「下」、「前」、「後」、「第一」、「第二」、「左」或「右」的任何引用不旨在是限制。這裡，術語「約"當被應用於值時通常意指在用於產生該值的設備的公差範圍內，或者可以意指加或減10%、或者加或減5%、或者加或減1%，除非另有明確說明。此外，如這裡所用的術語「基本上」是指大部分、或幾乎全部、或全部、或在約51%至約100%範圍內的量。此外，這裡的示例僅旨在是說明性的，並且出於討論的目的而不是通過限制的方式被呈現。
根據本文所描述的原理的一些實施例，本發明提供了一種混合背光件。圖3A示出了根據本申請原理的實施例的混合背光件100的平面圖。圖3B示出了根據本申請原理的實施例的混合背光件100的平面圖。圖3C示出了根據本申請案原理的實施例的混合背光件100的透視圖。具體來說，圖3C所示的透視圖是分解的透視圖。
如圖3A所示，混合背光件100具有複數個不同顯示區域，其在圖3A中被描繪為二維顯示區域101a-1，101a-2和三維顯示區域101b。
在本文中，術語「二維顯示區域」是指用於顯示二維影像內容、或者以二維的方式顯示影像內容的顯示區域。此外，需要理解的是，雖然在圖3A中示出了兩個固定位置的區域101a-1和101a-2作為混合背光件100的二維顯示區域，但是這僅僅是示例性的。應當理解的是，二維顯示區域的位置在混合背光件100中並不是固定的，而是基於所顯示的影像內容動態地變化，並且二維顯示區域的數量也並不是固定的，而是可以隨著要顯示的影像的內容動態的變化。例如，二維顯示區域的數量可以是一個、兩個、甚至是更多。此外，在一些不需要二維顯示的情況下，二維顯示區域的數量也可以是零個。
在本申請案的一些實施例中，混合背光件100中的二維顯示區域與要顯示的多視像影像中的特定內容所在的一個或多個區域相對應。例如，如果要顯示的多視像影像中既包括影像內容，又包括文字內容，我們希望能夠用三維的顯示方式顯示影像內容，使其看上去具有一定的景深，從而產生立體的三維效果。然而，對於文字內容（例如字慕、影像中的特徵標語、影像中的書本中的文字等），相較於具有景深的三維顯示效果，我們更加希望其他夠以平面的、二維的方式更清晰地顯示。如圖3B所示，假設要顯示的影像200-1既包括影像內容（例如，圖3B中的笑臉、雲朵和山丘等），又包括文字內容（例如，對話框中的文字「你好」），則我們希望以三維的方式顯示笑臉、雲朵和山丘等影像內容，同時以二維的方式顯示對話框中的文字內容。在這種情況下，可以將對話框所在的區域限定為二維顯示區域101a，並且將影像200-1中除對話框之外的其它影像內容區域限定為三維顯示區域101b。
儘管圖3B中示出了將文字內容所在的區域識別為二維顯示區域的示例，但這僅僅是示例性的，可以根據需要預定義多種類型的二維顯示內容。例如，可以將顯示影像中存在的特殊的形狀（諸如正方形、三角形、圓形等幾何圖形）預先設定為要進行二維顯示的內容。此外，還可以將交通燈交通指示牌、路標等特定的物件預先設定為要進行二維顯示的內容。本申請案中的二維顯示內容的示例不限於以上示例。此外，應當注意的是，對二維顯示內容的預先設定並不要求僅僅設定以上示例中的一種，例如，根據需要可以將文字、幾何形狀、路標中的一種或多種同時設定為要進行二維顯示的內容。在這種情況下，本申請案所述的混合背光件100將根據顯示影像中的具體內容，確定將包括文字、幾何形狀、路標中的一種或多種內容的區域都以二維的形式顯示。
在本文中，術語「三維顯示區域」是指用於顯示三維影像內容、或者以三維的方式顯示影像內容的顯示區域。應當注意的是「三維顯示區域」與上述「二維顯示區域」是互補的。例如，以圖3B中的影像200-1為例，一旦確定了影像200-1中的二維顯示區域為對話框所在的區域101a，也就意味著將影像200-1中除區域101a以外的其它區域作為三維顯示區域。此外，由於二維顯示區域是隨著要顯示的影像而動態變化的，相反地，三維顯示區域也隨著要顯示的影像適應性地變化。
以上參照圖3A和圖3B示出了具有二維和三維顯示區域的混合背光件100。應當理解的是，如上所述的混合背光件100的二維和三維顯示區域是針對工作狀態下的混合背光件100描述的，而不是針對非工作狀態下的混合背光件描述的。實質上，當混合背光件處於非工作狀態，即未進行任何影像顯示的情況下，如上所述的二維和三維顯示區域顯然是不存在的，因為二維和三維顯示區域是基於要顯示的影像的內容而動態形成的，並且隨著顯示影像的改變，混合背光件100中的二維和三維顯示區域也是跟隨影像內容動態變化的。
以下將結合圖3C中混合背光件100的透視圖來描述其工作原理。應注意，為了便於描述，在圖3C的透視圖中還示出了除混合背光件100之外的其它元素，例如用於對混合背光件100發出的光進行調制的光閥陣列106、以及由此顯示的多視像影像200-2。
根據各個實施例，由混合背光件100提供的發射的光可以用於照亮採用混合背光件100的電子顯示器。例如，發射的光可以進入電子顯示器的光閥陣列106（如圖3C所示）以進行調制。此外，如下文所述，使用混合背光件100或由混合背光件100照亮的電子顯示器可以被配置為使用發射的光在電子顯示器的與複數個調光單元區域101相對應的複數個不同區域中的每一個區域中選擇性地顯示二維影像。可以通過選擇在特定區域中發射廣角的發射的光以確定在該區域中顯示二維影像，並且在其餘的區域顯示三維影像。
如圖3C所示，混合背光件100包括廣角背光件110和多視像背光件120。多視像背光件120被設置在廣角背光件110的出光表面上（如圖所示的上表面）。廣角背光件110具有複數個調光單元區域101。當顯示影像時，複數個調光單元區域101中的一個或多個調光單元區域被配置為選擇性地驅動，從而彼此獨立地提供廣角的發射的光102’。
在一些實施例中，混合背光件100還可包括調光控制器（未示出）。調光控制器被配置為基於多視像影像的顯示內容確定特定內容所在的一個或多個區域，並且根據所確定的一個或多個區域確定廣角背光件中要被驅動的一個或多個調光單元區域。例如，在圖3C所示的示例中，調光控制器將影像200-2中的文字「你好」所在的區域201識別為二維顯示區域，並且根據文字「你好」所在的區域201在廣角背光件110中確定要被驅動的調光單元區域101。應當注意的是，影像200-2中的區域201應當與廣角背光件110中調光單元區域101對齊。
如上所述，混合背光件100中的二維顯示區域與要顯示的多視像影像中的特定內容所在的一個或多個區域相對應。例如，針對影像200-2，如果確定了需要以二維的方式顯示的區域為文字「你好」所在的方形區域201，則可以對應地將廣角背光件中與區域201相對應的調光單元區域101（廣角背光件110中高亮的調光單元區域101）確定為要被驅動並發射廣角的發射的光102’的啟動區域，並且將其餘的不與區域201對應的其餘的調光單元區域確定為不需要被驅動而不發射廣角的發射的光102’的非啟動區域。
應當注意的是，多視像背光件120對於調光單元區域101發射的廣角的發射的光102’是透明的或至少基本上透明的。也就是說，廣角的發射的光102’可以穿透多視像背光件120，從而進入光閥陣列106以進行調制，具體細節將在稍後進行討論。
在廣角背光件110中的調光單元區域101發射廣角的發射的光102’的同時，多視像背光件提供複數條方向性光束102”，複數條方向性光束102”的方向對應於多視像影像的不同的視像方向，該細節已經在圖1A中進行了詳細描述，在此不再贅述。相比之下，廣角的發射的光102’在大體上是非方向性的，並且其錐角通常大於與混合背光件100相關聯的多視像影像或多視像顯示器的視像的錐角。
在廣角背光件110和多視像背光件120同時發光的情況下，多視像背光件120提供的所述複數條方向性光束102”與廣角背光件110中被驅動的一個或多個調光單元區域提供的廣角的發射的光102’被共同地提供給多視像影像200-2中的文字「你好」所在的方形區域201，從而實現文字「你好」的二維顯示。應當理解的是，雖然廣角的發射的光102’和方向性光束102”同時作用於文字「你好」所在的方形區域201，但是實質的顯示效果依然以二維顯示為主導，方向性光束102”產生的三維顯示效果可忽略不計。因此，本文所述的「二維顯示」又可稱為「準二維顯示」，其本質是三維顯示和二維顯示的效果疊加，由於從視覺上完全可以忽略三維顯示的效果，因此我們將該「準二維顯示」統稱為「二維顯示」。
相比之下，對於多視像影像200-2中除了文字「你好」所在的方形區域201之外的其它區域，由於廣角背光件110中對應的複數個調光單元區域處於非啟動的不發光的狀態，因此僅僅由多視像背光件120提供的方向性光束102”作用於該其它區域，這些顯示區域（例如，影像200-2中笑臉所在的區域）以真正的三維方式顯示。
在各種實施例中，廣角背光件110可包括光源（未示出），並且多視像背光件120也可以包括光源（未示出）。具體來說，廣角背光件110的複數個調光單元區域可以包括對應的複數個光源，而多視像背光件120可包括單個光源。廣角背光件的複數個光源被配置為選擇性地開啟以向複數個調光單元區域提供光。在這些實施例中，複數個光源的分別啟動可以被配置為照射複數個調光單元區域中的對應一個。
此外，還應當理解的是，雖然在圖3C中將複數條方向性光束102”示出為朝各個方向發散的箭頭，並且廣角的發射的光102’示出為兩個平行的箭頭，這僅僅是示意性的，並不代表光的真實方向。例如，表示複數條方向性光束102”的複數個發散箭頭可視為指向不同的視像方向的各個光束，可將每個箭頭視為每個方向上的一簇光束。同理，表示廣角的發射的光102’的兩個箭頭雖然被示出為垂直於光閥陣列106的平行箭頭，但其表示的是具有一定錐角範固的廣角的發射的光或漫射光，而不是真正垂直於光閥陣列106的垂直光束，如前文所定義的。例如，廣角的發射的光102’在大體上是非方向性的，並且其錐角通常大於與混合背光件100相關聯的多視像影像或多視像顯示器的視像的錐角。
圖4~6示出了根據本申請案原理的實施例的混合背光件100的橫截面圖。例如，圖4~6所示的橫截面圖可以表示從混合背光件100的中間剖開的橫截面。此外，作為示例而非限制，由混合背光件100提供的發射的光102使用實體箭頭顯示，其中廣角背光件110發射的廣角的發射的光102’使用虛線箭頭顯示，並且多視像背光件120發射的方向性光束102”被顯示為表示複數條方向性光束的複數個箭頭。
如圖4所示，混合背光件100被配置為利用複數個調光單元區域提供廣角的發射的光102’。具體來說，圖4顯示從廣角背光件110的所有調光單元區域發射的廣角的發射的光102’。此外，廣角的發射的光102’顯示為穿過多視像背光件120以從混合背光件100發射。如此，在圖4中，如交叉影線所示，廣角背光件110的下表面佈置有第一光源112，該第一光源112包括與廣角背光件110的所有調光單元區域一一對應的複數個發光單元，如圖4所示，第一光源112的所有發光單元都是啟動的，並且廣角背光件110的所有調光單元區域也都是啟動的。
在圖4中，多視像背光件120的一側佈置有第二光源122，在圖4所示的示例中，第二光源122未被交叉陰影線填充，意味著第二光源122處於未啟動的狀態，因此第二光源122不發光並且多視像背光件120此時不發出方向性光束。注意，圖4示出的情況可對應於影像中所有區域都需要以二維顯示的情況，例如，影像中所有區域都由文本內容組成。
另一方面，如圖5所示，混合背光件100被配置為提供方向性光束102”。在圖5中，如交叉影線所示，多視像背光件120的第二光源122被啟動，並且多視像背光件120的全部區域提供方向性光束102”。在圖5中，廣角背光件110的第一光源112的複數個發光單元未被交叉陰影線填充，意味著廣角背光件110的第一光源112被關閉，因此廣角背光件110的調光單元區域都不發光。注意，圖5示出的情況可對應於影像中所有區域都需要以三維顯示的情況，例如，影像中所有區域都不包含文本內容或幾何圖形內容等。
圖6示出了混合背光件100被配置為提供方向性光束102”和廣角的發射的光102’二者的示例的圖，即，廣角背光件110中的部分調光單元區域與多視像背光件120同時發光的示例。例如，如交叉影線所示，多視像背光件120的第二光源122被啟動，並且多視像背光件120的全部區域提供方向性光束102”。在圖6中，廣角背光件110的第一光源112的一個發光單元（例如，發光單元112-1）被陰影線填充，意味著該發光單元112-1被啟動，並且廣角背光件中與發光單元112-1相對應的調光單元區域被照射，並發出廣角的發射的光102’。與此同時，第一光源112中的其餘的發光單元未被陰影線填充，意味著其餘的發光單元未被啟動且不發光，因此，廣角背光件中與其餘的發光單元相對應的調光單元區域不發光。應當理解的是，與發光單元112-1相對應的調光區域單元、以及進一步與該調光區域單元相對應的光閥陣列中的光閥應當對應於如上所述的多視像影像中的二維顯示區域。在圖6中，為了更清楚地表示，該對應區域均以不同於其他區域的高亮表示）注意，圖6示出的情況可對應於影像中即包括諸如文本的二維顯示內容，又包括三維顯示內容的情況，例如，如圖3B~3C中示出的影像200-1和影像200-2。
應當理解的是，雖然在圖4~6中示出了與廣角背光件110分離的光源112，但是在實際情況中，光源112也可以集成在廣角背光件110內。例如廣角背光件110可以是直接發射光或直接照亮的平面背光件，稍後將詳細描述。
根據各個實施例，廣角背光件110可以基本上是具有複數個分別啟動的區域的任何背光件。圖7示出了根據本申請原理的實施例的廣角背光件110的示意圖。
例如，廣角背光件110可以是直接發射光或直接照亮的平面背光件，其分為可以分別啟動的分離的區域，在本申請案中稱為調光單元區域101。直接發射光或直接照亮的平面背光件，包括但不限於，採用冷陰極螢光燈（CCF L）、霓虹燈、或發光二極體（LED）的平面陣列的背光面板，其被配置為直接照射平面的發光表面110’並提供廣角的發射的光102’（如圖4所示）。電致發光面板是直接發射光的平面背光件的另一個非限制性示例。在其他示例中，廣角背光件110可包括分為複數個分離的區域的背光件，每個區域都使用分離的間接光源。這種間接照亮的背光件可以包括但不限於各種形式的邊緣耦合的背光件或所謂的「側光式」背光件。
再次參考圖4至圖6，在一些實施例中，例如，如圖所示，多視像背光件120可以進一步包括導光體124。根據各個實施例，導光體124被配置為引導光以作為被引導的光104。在一些實施例中，導光體124可以是平板導光體。
根據各個實施例，導光體124被配置為根據全內反射沿著導光體124的長度在導光體124內引導被引導的光104。在圖5~6中由粗箭頭顯示被引導的光104在導光體124內的總體傳播方向103。在一些實施例中，如圖5所示，被引導的光104可以以非零傳播角被引導在傳播方向103上，並且可以包括根據預定準直因數σ準直的準直光。
再次參考圖4至圖6，例如，如圖所示，多視像背光件120可以進一步包括多光束元件126的陣列。根據各個實施例，多光束元件126的陣列中的多光束元件126在導光體124上互相間隔開。例如，在一些實施例中，多光束元件126可以排列成一維（1D）陣列。在其他實施例中，多光束元件126可以排列成二維（2D）陣列。此外，多視像背光件120中可以使用不同類型的多光束元件126，其包括但不限於主動發射器和各種散射元件。根據各個實施例，多光束元件126的陣列中的每一個多光束元件126被配置為提供方向性光束102”中的光束，其具有與多視像影像的不同的視像方向相對應的方向。
根據各個實施例，如圖5所示，多光束元件陣列中的每一個多光束元件126被配置為從導光體124中散射出被引導的光104的一部分，並且將散射出的該部分引導向遠離導光體124的第一表面124’，以提供方向性光束102”。例如，被引導的光的一部分可以被多光束元件126散射出第一表面124’。此外，根據各個實施例，如圖4至圖6所示，多視像背光件120的與第一表面相對的第二表面124”可以與廣角背光件110的發光表面110’相鄰。
應注意的是，如上文所述，如圖5所示，方向性光束102”的複數條光束是具有不同主要角度方向的複數條方向性光束。此外，多視像背光件120可以是基本上透明的，以允許來自廣角背光件110的廣角的發射的光102’穿過或透射過多視像背光件120的厚度，如圖4中虛線箭頭所示，其始於廣角背光件110然後穿過多視像背光件120。換句話說，由廣角背光件110提供的廣角的發射的光102’被配置為透射通過多視像背光件120，例如，基於多視像背光件120的透明性。
例如，導光體124和間隔開的複數個多光束元件126可允許廣角的發射的光102’穿過第二表面124”和第一表面124’兩者並且通過導光體124。由於多光束元件126的相對小的尺寸和多光束元件126的相對大的元件間的間隔，使得透明度可以增強。此外，當多光束元件126包括如下文所述的繞射光柵時，在一些實施例中，多光束元件126對於與導光體表面124’和導光體表面124”正交傳導的光也可以是基本上透明的。因此，例如，根據各個實施例，來自廣角背光件110的光可以在正交方向上穿過具有多光束元件陣列的多視像背光件120的導光體124。
如上所述，多視像背光件120包括第二光源122。例如，多視像背光件120可以是側光式背光件。根據各個實施例，光源122被配置為提供在導光體124內被引導的光以作為被引導的光104。具體來說，光源122可以位於相鄰於導光體124的入口表面或入口端（輸入端）。在各個實施例中，光源122可以包括大致任何種類的光源（例如，光學發射器），這光源包括一個以上的發光二極體（LED）或雷射器（例如，雷射二極體），但其並不限於此。在一些實施例中，光源122可以包括光學發射器，其被配置以產生代表特定顏色的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色彩模型（例如，紅-綠-藍（RGB）色彩模型）的原色。在其他示例中，光源122可以是被配置以提供基本上寬頻或多色光的基本寬頻帶光源。例如，光源122可提供白光。在一些實施例中，光源122可以包括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不同的、顏色特定的、非零傳播角的光。如圖5中使用交叉影線所示，多視像背光件120的啟動可以包括後動光源122。
在一些實施例中，光源122可進一步包括準直器（圖中未示出）。準直器可以被配置以接收來自光源122的一個以上的光學發射器的大致非準直光。準直器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傳播角並且依據預定準直因數準直的準直光。此外，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、顏色特定的非零傳播角的準直光。準直器進一步被配置以將準直光發射到導光體124中，以將其引導為被引導的光104，如上文所述。
如上所述，根據各個實施例，多視像背光件120包括多光束元件126的陣列。根據一些實施例（例如，如圖4至圖6所示），多光束元件126的陣列中的多光束元件126可以位於導光體124的第一表面124’處（例如，與多視像背光件120的第一表面124’相鄰）。在其他實施例（圖中未示出）中，多光束元件126可以位於導光體124內。在其他實施例（圖中未示出）中，多光束元件126可以位於導光體124的第二表面124”處或第二表面上（例如，鄰近多視像背光件120的第二表面）。此外，多光束元件126的尺寸與被配置為顯示多視像影像的多視像顯示器的光閥的尺寸相當。例如，多光束元件陣列中的每個多光束元件的尺寸可介於光閥陣列中的光閥的尺寸的四分之一至兩倍之間。
作為示例而非限制，圖4至圖6還示出了光閥106的陣列（例如，多視像顯示器的陣列）。在各個實施例中，可以使用不同種類的光閥中的任何一種以作為光閥106的陣列之中的光閥106，光閥的種類包括但不限於液晶光閥、電泳光閥、以及電潤濕光閥。此外，如圖所示，對於多光束元件126的陣列中的每一個多光束元件126，可以存在唯一的光閥106的集合。例如，該唯一的光閥106的集合可以對應於多視像顯示器的多視像像素106’。
在本文中「尺寸」可以以包括但不限於長度、寬度、或面積中的任何一種。例如，光閥的尺寸可以是其長度，並且多光束元件126的尺寸也可以是多光束元件126的長度。在另一示例中，尺寸可以是其面積，使得多光束元件126的面積可以與光閥的面積相當。在一些實施例中，多光束元件126的尺寸可以與光閥的尺寸相當，並且多光束元件的尺寸介於光閥的尺寸的百分之二十五（25%）至百分之兩百（200%）之間。例如，如果多光束元件尺寸被標示為如圖5~6所示的「s」並且光閥尺寸被標示為「S」，則多光束元件的尺寸s可用方程式（2）來給定，方程式（2）為 （2）
在其他示例中，多光束元件尺寸大於光閥尺寸的約百分之五十（50%）、或大於光閥尺寸的約百分之六十（60%）、或大於光閥尺寸的約百分之七十（70%）、或大於光閥尺寸的約百分之八十（80%）、或大於光閥尺寸的約百分之九十（90%），並且多光束元件小於光閥尺寸的約百分之一百八十（180%）、或小於光閥尺寸的約百分之一百六十（160%）、或小於光閥尺寸的約百分之一百四十（140%）、或小於光閥尺寸的約百分之一百二十（120%）。根據一些實施例，可以在一些實施例中將多視像顯示器的視像之間的暗區域最小化為目的，來選擇多光束元件126及光閥的相當尺寸，同時，可以減少多視像顯示器的複數個視像或等效的多視像影像之間的重疊，或在一些示例中將其最小化。
根據各個實施例，多視像背光件120的多光束元件126可以包括被配置以散射出被引導的光104的一部分的複數個不同結構中的任何一種。例如，不同的結構可以包括但不限於繞射光柵、微反射元件、微折射元件或其各種組合。在一些實施例中，包括繞射光柵的多光束元件126被配置為繞射地耦合出或繞射地散射出被引導的光的一部分，以作為包括具有不同主要角度方向的複數條方向性光束的方向發射的光。在一些實施例中，多光束元件的繞射光柵可以包括複數個單獨的子光柵。在其他實施例中，多光束元件126包括微反射元件，其被配置為將被引導的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。或者，多光束元件126包括微折射元件，其被配置為通過或使用折射將被引導的光的一部分耦合出或散射出，以作為複數條方向性光束（即，折射地散射出被引導的光的一部份）。
圖8示出了根據本申請案原理的實施例的包括多光束元件126的多視像背光件120的一部分的橫截面圖。具體來說，圖8顯示了包括繞射光柵126a的多視像背光件120。繞射光柵126a被配置為將被引導的光104的一部分繞射地耦合出或散射出，以作為複數條方向性光束102”。繞射光柵126a包括複數個繞射特徵，其通過繞射特徵間隔（或光柵間距）互相隔開，其被配置以繞射地耦合出的被引導的光的一部分。根據各個實施例，繞射光柵126a的繞射特徵間隔或光柵間距離可為子波長（即，小於被引導的光104的波長）。在各個實施例中，多光束元件126的繞射光柵126a可以位於導光體124的表面處或附近，而在其他實施例中，繞射光柵126a可以設置在導光體124的引導表面之間。例如，如圖8所示，繞射光柵126a可以在導光體124的第二表面124”處或附近。
在一些實施例中，多光束元件126的繞射光柵126a為均勻的繞射光柵，其中繞射特徵間隔在整個繞射光柵126a大致上是恆定或不變的。在其他實施例中，繞射光柵126a可以是啁啾式繞射光柵。根據定義"啁啾式"繞射光柵是這樣一種繞射光柵，其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（即，光柵間距離）。在一些實施例中（圖中未顯示），繞射光柵126a可以包括複數個繞射光柵或繞射光柵的陣列或等效的複數個子光柵或子光柵的陣列。此外，根據一些實施例，繞射光柵126a內的子光柵的密度差異可以被配置為控制方向性光束102”的相對強度。
圖9示出了根據本申請原理的實施例的包括多光束元件126的多視像背光件120的一部分的橫截面圖。具體來說，圖9顯示包括微反射元件126b的多光束元件126的實施例。光束元件126中的複數個微反射元件可包括但不限於採用反射材料（例如，反射金屬）或其膜的反射器，或全內反射式（TIR）的反射器。
圖10示出了根據本申請案原理的實施例的包括多光束元件126的多視像背光件120的一部分的橫截面圖。具體來說，圖10顯示包括微折射元件126c的多光束元件126，根據各個實施例，微折射元件126c被配置以從導光體124折射地耦合出或散射出被引導的光104的一部分。如圖10所示，微折射元件126c被配置為採用折射以從導光體124耦合出或散射出被引導的光的一部分，以作為包括複數條光束的方向性光束102”，微折射元件126c可具有各種形狀，其形狀包括但不限於半圓形形狀、矩形形狀或稜柱形狀。根據各個實施例，微折射元件126c可以從導光體124的表面（例如，如圖所示，第一表面124’）延伸或突出，如圖所示，或者可以是所述表面中的空腔（圖中未顯示）。進一步地，在一些實施例中，微折射元件126c可包括導光體124的材料。在其他實施例中，微折射元件126c可包括相鄰於導光體表面的另一材料。並且在一些示例中，微折射元件126c可包括與導光體表面接觸的另一材料。
根據與本文所述的原理的一些實施例，本發明提供一種混合顯示器。混合顯示器具有複數個不同顯示區域，其被配置為以區域為基礎地分別發射調制的光。本申請案中的混合顯示器針對同一顯示影像中的不同內容將顯示區域劃分為複數個不同的區域，例如，以二維的方式顯示影像的二維顯示區域，以及以三維的方式顯示影像的三維顯示區域。例如，三維顯示區域可以以立體的方式或多視像的方式顯示影像內容。二維顯示區域則可以以表現出更高的解析度的方式二維地顯示影像內容，其更適合於顯示文字和其他2D資訊，這些文字或2D資訊以三維方式顯示可能或造成模糊。此外，混合顯示器可以被配置為在複數個不同區域的每個區域中選擇性地以二維的方式顯示影像內容。根據各個實施例，可以通過選擇在特定區域中發射廣角的發射的光或方向性光束以確定在該區域中的顯示方式。
圖11示出了根據本申請案原理的實施例的混合顯示器2000的方塊圖。根據各個實施例，圖11所示的混合顯示器2000可以用於選擇地將顯示影像中的部分內容用二維方式呈現，並且將顯示影像中的其餘的內容用三維方式呈現。例如，混合顯示器2000可將顯示影像中的文字、特殊幾何形狀等內容用二維方式呈現，同時將除此之外的其它影像內容用三維方式呈現。為了方便描述，圖11中示出了以二維方式呈現圖形內容的2D區域，同時示出了以三維方式呈現內容的3D區域。然而，應當理解的是，2D區域的位置在混合顯示器2000中並不是固定的，而是基於所顯示的影像內容動態地變化，並且2D區域的數量也並不是固定的，而是可以隨著要顯示的影像的內容動態的變化。例如，2D區域的數量可以是一個、兩個、甚至是更複數個。該特徵已在前文中結合附圖3A~3B做了詳細描述，在此不再贅述。
如圖11所示，混合顯示器2000被配置為發射經調制的發射的光202，其包括表示2D影像內容的2D像素的經調制的廣角的發射的光202’，並且包括表示3D影像內容的3D像素的經調制的方向性光束202”。此外，根據各個實施例，混合顯示器2000可以以區域為基礎，選擇性地在如圖所示的2D區域中發射經調制的廣角的發射的光202’以及經調制的方向性光束202”二者。同時，混合顯示器2000可以在除2D區域外的3D區域中僅發射經調制的方向性光束202”。
如圖11所示，混合顯示器2000包括廣角背光件210。廣角背光件210中的部分調光單元區域（例如，廣角背光件中虛線框所示的區域）利用廣角的發射的光204選擇性地照亮混合顯示器2000的2D顯示區域。在一些實施例中，如上文所述，廣角背光件210可以基本上類似於如上所述的混合背光件100的廣角背光件110。例如，其可以根據要顯示的影像的內容，發射廣角的發射的光204以照亮混合顯示器2000的一個或多個2D區域。儘管圖11中示出了一個固定位置的2D顯示區域，但是應當理解的是，混合顯示器2000可包括更多2D顯示區域，並且2D顯示區域的位置是隨著顯示影像的內容而動態變化的。
圖11所示的混合顯示器2000還包括多視像背光件220。多視像背光件220被配置為使用包括複數條光束的方向性光束206照亮混合顯示器2000的全部區域。因此，如圖11所示的3D區域僅僅被多視像背光件220發出的經調制的方向性光束202”照亮。相比之下，如圖11所示的2D區域被經調制的方向性光束202”和經調制的廣角的發射的光202’共同地照亮。應當理解的是，如圖11所示的3D區域是除了2D區域之外的混合顯示器2000的其餘的全部區域。在一些實施例中，多視像背光件220可以基本上類似於上文所述的混合背光件100的多視像背光件120。例如，多視像背光件220可以發射方向性光束206以照亮混合顯示器2000的全部區域。
在一些實施例中，如圖11中的示例所示，多視像背光件220包括導光體222和互相隔開的多光束元件224的陣列。多光束元件224的陣列被配置為將來自導光體222的被引導的光散射為方向性光束206。根據各個實施例，當顯示多視像影像時，由多光束元件224的陣列中的單個多光束元件224提供的方向性光束206，方向性光束206包括複數條方向性光束，其具有與由混合顯示器2000顯示的多視像影像的視像方向相對應的不同主要角度方向。在一些實施例中，導光體222和多光束元件224可以分別基本上類似於上文所述的導光體124和多光束元件126。
此外，根據各個實施例，多光束元件224的陣列中的多光束元件224可以包括光學地連接到導光體222以將被引導的光散射為方向性光束206的繞射光柵、微反射元件和微折射元件中的一個或多個。
如圖11所示，混合顯示器2000還包括光閥陣列230。光閥陣列230被配置為使用對應於所述2D區域的光閥集合調制廣角的發射的光204，以實現內容的二維顯示。光閥陣列230還整體被配置為調制方向性光束206以實現內容的三維顯示。具體來說，光閥陣列230中對應於所述2D區域的光閥集合被配置為接收和調制的廣角的發射的光204以提供經調制的廣角的發射的光202’。類似地，光閥陣列230還整體被配置為接收和經調制方向性光束206以提供經調制的方向性光束202”。在一些實施例中，光閥陣列230可以基本上類似於上文關於混合背光件100所描述的光閥106的陣列。例如，光閥陣列中的光閥可以包括液晶光閥。此外，在一些實施例中，多光束元件224的陣列中的多光束元件224的尺寸可以與光閥陣列230的光閥尺寸相當（例如，在光閥尺寸的四分之一至兩倍之間）。
根據一些實施例（圖中未顯示），混合顯示器2000進一步包括複數個光源。根據一些實施例，複數個光源被配置為在廣角背光件210或多視像背光件220的導光體內提供要被引導的光以作為被引導的光。例如，複數個光源中的每一個光源可以光學地連接以將光提供給多視像背光件220的導光體222，或者等效地提供給廣角背光件210的導光體。在一些實施例中，混合顯示器的複數個光源中的光源可以基本上類似於上文關於混合背光件100所述第一光源112和第二光源122。
根據一些實施例（圖中未顯示），混合顯示器2000進一步包括調光驅動器（未示出），其被配置為驅動第一光源中要被驅動的一個或多個發光單元，以照亮廣角背光件210中的一個或多個調光單元區域。
根據本文所述原理的其他實施例，本發明提供了一種混合背光件的操作方法。圖12示出了根據本申請案原理的實施例的混合背光件的操作方法3000的流程圖。如圖12所示，混合背光件的操作方法包括使用廣角背光件中的一個或多個調光單元區域提供廣角的發射的光的步驟（S310）。根據各個實施例，當被啟動時，每一個調光單元區域都分別提供廣角的發射的光。在一些實施例中，如上文所述，廣角背光件可以基本上類似於混合背光件100的廣角背光件110。
混合背光件的操作方法3000還包括使用多視像背光件提供複數條方向性光束（S320）。方向性光束具有與多視像影像的不同的視像方向相對應的主要角度方向。根據一些實施例，方向性光束包括複數條方向性光束，其可以由多光束元件陣列中的每一個多光束元件提供。具體來說，根據各個實施例，複數條方向性光束中的方向性光束的方向對應於多視像影像的不同的視像方向。在一些實施例中，多視像背光件可以基本上類似於上文所述的混合背光件100的多視像背光件120。
在一些實施例中，提供複數條方向性光束的步驟還包括：在導光體中將光引導為被引導的光，並且使用多光束元件陣列中的多光束元件散射出被引導的光的一部分（未示出）。此外，在一些實施例中，多光束元件陣列的每一個多光束元件可以包括繞射光柵、微折射元件、和微反射元件中的一個或多個。在一些實施例中，多光束元件陣列中的多光束元件可以基本上類似於上文關於多視像背光件120所述的多光束元件126。此外，導光體也可以與如上文所述的導光體12 4基本相似。在一些實施例中，混合背光件的操作方法3000可以進一步包括向導光體提供光的步驟（未示出），如上文所述，導光體內的被引導的光根據預定的準直因數被準直。
根據一些實施例，混合背光件的操作方法3000可以進一步包括使用光閥陣列調制廣角的發射的光和複數條方向性光束的步驟（S330）。在一些其他實施例中，多光束元件陣列中的多光束元件的尺寸可以被配置為在光閥陣列中的光閥尺寸的四分之一到兩倍之間。在一些實施例中，光閥陣列可以基本上類似於上文關於混合背光件100所描述的光閥106的陣列。
至此，本發明已經描述了根據顯示影像的內容以二維加三維的方式混合顯示影像內容的混合背光件、混合顯示器以及混合背光件的操作方法的示例和實施例。應該理解的是，上述示例和實施例僅僅描述了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，本領域技術人員在不脫離本申請範圍和精神的情況下可以容易地設計出許多其他佈置，該佈置同樣落入本申請案的保護範圍內。
本申請案請求於2021年10月11日提交的第PCT/US2021/123026號國際專利申請的優先權，本發明引用上述每篇全文且併入本發明。
10: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:入射光束 60:方向性光束 100:混合背光件 101a:區域 101a-1:二維顯示區域 101a-2:二維顯示區域 101b:三維顯示區域 101:調光單元區域 102:發射的光 102’:廣角的發射的光 102”:方向性光束 103:傳播方向 104:被引導的光 106:光閥陣列 110:廣角背光件 110’:發光表面 112:第一光源 112-1:發光單元 120:多視像背光件 122:第二光源 124:導光體 124’:第一表面 124”:第二表面 126:多光束元件 126a:繞射光柵 126b:微反射元件 126c:微折射元件 200-1:影像 200-2:影像 201:區域 202:發射的光 202’:廣角的發射的光 202”:方向性光束 204:廣角的發射的光 206:發射方向性光束 210:廣角背光件 220:多視像背光件 222:導光體 224:多光束元件 230:光閥陣列 2000:混合顯示器 3000:方法 O:原點 S:尺寸 S310:步驟 S320:步驟 S330:步驟 s:尺寸 θ:角分量、仰角分量、仰角 θi:入射角 θm:繞射角 σ:準直因數 φ:角分量、方位角分量、方位角
參照結合附圖的以下詳細描述，可以更容易理解根據這裡描述的原理的示例和實施例的各種特徵，其中相同的參考數字表示相同的結構元件，並且其中： 圖1A示出了根據本申請原理的實施例的多視像顯示器的透視圖。 圖1B示出了根據本申請案原理的實施例的具有特定主要角度方向的光束的角度分量的示意圖。 圖2示出了根據本申請案原理的實施例的繞射光柵的橫截面圖。 圖3A示出了根據本申請案原理的實施例的混合背光件的平面圖。 圖3B示出了根據本申請案原理的實施例的混合背光件的平面圖。 圖3C示出了根據本申請原理的實施例的混合背光件的透視圖。 圖4示出了根據本申請案原理的實施例的混合背光件的橫截面圖。 圖5示出了根據本申請案原理的實施例的混合背光件的橫截面圖。 圖6示出了根據本申請案原理的實施例的混合背光件的橫截面圖。 因7示出了根據本申請案原理的實施例的廣角背光件的示意圖。 圖8示出了根據本申請案原理的實施例的包括多光束元件的多視像背光件的一部分的橫截面圖。 圖9示出了根據本申請案原理的實施例的包括多光束元件的多視像背光件的一部分的橫截面圖。 圖10示出了根據本申請案原理的實施例的包括多光束元件的多視像背光件的一部分的橫截面圖。 圖11示出了根據本申請原理的實施例的混合顯示器的方塊圖。 圖12示出了根據本申請案原理的實施例的混合背光件的操作方法的流程圖。
100:混合背光件
101:調光單元區域
102’:廣角的發射的光
102”:方向性光束
106:光閥陣列
110:廣角背光件
120:多視像背光件
200-2:影像
201:區域

Claims (22)

  1. 一種混合背光件，包括：  一第一背光件，其具有複數個調光單元區域，所述複數個調光單元區域中的一個或多個調光單元區域被配置為選擇性地驅動以彼此獨立地提供廣角的發射的光；以及 一第二背光件，其被配置為提供複數條方向性光束，所述複數條方向性光束具有方向，對應於一多視像影像的不同的視像方向， 其中，所述第二背光件被設置在所述第一背光件的一出光表面上，並且對所述廣角的發射的光為透明的，而且所述第一背光件中被驅動的所述一個或多個調光單元區域與所述多視像影像中的特定內容所在的一個或多個區域相對應。
  2. 如請求項1之混合背光件，其中，所述第一背光件中不與所述多視像影像中的所述特定內容所在的所述一個或多個區域相對應的其餘的調光單元區域不被驅動並且不提供所述廣角的發射的光。
  3. 如請求項1或2之混合背光件，其中，所述第二背光件提供的所述複數條方向性光束與所述第一背光件中被驅動的所述一個或多個調光單元區域提供的所述廣角的發射的光被共同地提供給所述多視像影像中的所述特定內容所在的所述一個或多個區域。
  4. 如請求項1之混合背光件，還包括： 一調光控制器，其被配置為基於所述多視像影像的顯示內容確定所述特定內容所在的所述一個或多個區域，並且根據所確定的所述一個或多個區域確定所述第一背光件中被驅動的所述一個或多個調光單元區域。
  5. 如請求項4之混合背光件，其中，所述多視像影像是隨時間動態變化的，而且所述調光控制器基於變化的所述多視像影像的顯示內容動態地更新所述特定內容所在的所述一個或多個區域。
  6. 如請求項1至5中任一項之混合背光件，其中，所述第二背光件包括： 一導光體，其被配置為引導光以作為被引導的光；以及 一多光束元件陣列，所述多光束元件陣列中的每個多光束元件被配置為從所述導光體散射出所述被引導的光的一部分，作為所述複數條方向性光束中的光束。
  7. 如請求項6之混合背光件，其中，所述導光體被配置為以預定的一準直因數引導所述被引導的光，作為準直的被引導的光。
  8. 如請求項6之混合背光件，其中，所述多光束元件陣列中的多光束元件包括一繞射光柵、一微反射元件和一微折射元件中的一個或多個，所述繞射光柵被配置為繞射地散射出所述被引導的光的所述部分，所述微反射元件被配置為反射地散射出所述被引導的光的所述部分，並且所述微折射元件被配置為折射地散射出所述被引導的光的所述部分。
  9. 一種混合顯示器，包括： 一第一背光件，其具有複數個調光單元區域，所述複數個調光單元區域中的一個或多個調光單元區域被配置為選擇性地驅動以彼此獨立地提供廣角的發射的光； 一第二背光件，其被配置為提供複數條方向性光束，所述複數條方向性光束具有方向，對應於一多視像影像的不同的視像方向；以及 一光閥陣列，其被配置為調制所述廣角的發射的光和所述複數條方向性光束，以提供包括二維顯示區域和三維顯示區域的所述多視像影像， 其中，所述第二背光件被設置在所述第一背光件的一出光表面上並且對所述廣角的發射的光為透明的，而且所述第一背光件中被驅動的所述一個或多個調光單元區域與所述視像影像中的特定內容所在的一個或多個區域相對應，以及 其中，所述特定內容所在的所述一個或多個區域對應於所述二維顯示區域。
  10. 如請求項9之混合顯示器，其中，所述多視像影像中除了所述特定內容所在的所述一個或多個區域之外的區域對應於所述三維顯示區域，而且所述第一背光件中與所述多視像影像中的所述三維顯示區域不相對應的其餘的調光單元區域不被驅動並且不提供所述廣角的發射的光。
  11. 如請求項9或10之混合顯示器，其中，所述第二背光件提供的所述複數條方向性光束與所述第一背光件中被驅動的所述一個或多個調光單元區域提供的所述廣角的發射的光被共同地提供給所述多視像影像中的所述二維顯示區域。
  12. 如請求項9之混合顯示器，還包括： 調光控制器，其被配置為基於所述多視像影像的顯示內容確定所述二維顯示區域，並且確定所確定的所述二維顯示區域的所述第一背光件中被驅動的所述一個或多個調光單元區域。
  13. 如請求項12之混合顯示器，其中，所述多視像影像是隨時間動態變化的，而且所述調光控制器基於變化的所述多所述視像影像的顯示內容動態地更新所述二維顯示區域與所述三維顯示區域。
  14. 如請求項9至13中任一項之混合顯示器，其中，所述第二背光件包括： 一導光體，其被配置為引導光以作為被引導的光；以及 一多光束元件陣列，所述多光束元件陣列中的每個多光束元件被配置為從所述導光體散射出所述被引導的光的一部分，作為所述複數條方向性光束中的光束。
  15. 如請求項14之混合顯示器，其中，所述多光束元件陣列中的多光束元件包括一繞射光柵、一微反射元件和一微折射元件中的一個或多個，所述繞射光柵被配置為繞射地散射出所述被引導的光的所述部分，所述微反射元件被配置為反射地散射出所述被引導的光的所述部分，並且所述微折射元件被配置為折射地散射出所述被引導的光的所述部分。
  16. 如請求項9之混合顯示器，還包括： 一第一光源，其包括複數個發光單元，所述複數個發光單元對應於所述第一背光件中的所述複數個調光單元區域； 一調光驅動器，其被配置為驅動所述要被驅動的一個或多個發光單元，以照亮所述第一背光件中的所述一個或多個調光單元區域；以及 一第二光源，其被配置為發射光以被所述導光體引導。
  17. 一種混合背光件的操作方法，包括： 使用一第一背光件提供廣角的發射的光，所述第一背光件具有複數個調光單元區域，所述複數個調光單元區域中的一個或多個調光單元區域被選擇性地驅動以彼此獨立地提供所述廣角的發射的光；以及 使用一第二背光件提供複數條方向性光束，所述複數條方向性光束的方向對應於一多視像影像的不同的視像方向， 其中，所述第二背光件被設置在所述第一背光件的一出光表面上並且對所述廣角的發射的光為透明的，而且所述第一背光件中被驅動的所述一個或多個調光單元區域與所述多視像影像中的特定內容所在的一個或多個區域相對應。
  18. 如請求項17之方法，其中，所述第一背光件中不與所述多視像影像中的所述特定內容所在的所述一個或多個區域相對應的其餘的調光單元區域不被驅動並且不提供所述廣角的發射的光。
  19. 如請求項17或18之方法，其中，所述第二背光件提供的所述複數條方向性光束與所述第一背光件中被驅動的所述一個或多個調光單元區域提供的所述廣角的發射的光被共同地提供給所述多視像影像中的所述特定內容所在的所述一個或多個區域。
  20. 如請求項17之方法，還包括： 基於所述多視像影像的顯示內容，使用調光控制器確定所述特定內容所在的所述一個或多個區域；以及 根據所確定的所述一個或多個區域，使用所述調光控制器確定所述第一背光件中被驅動的所述一個或多個調光單元區域。
  21. 如請求項17或18之方法，還包括： 在一導光體中引導光以作為被引導的光；以及 通過使用一多光束元件陣列中的每個多光束元件，從所述導光體散射出所述被引導的光的一部分，作為所述複數條方向性光束中的光束。
  22. 如請求項17之方法，還包括： 使用一光閥陣列調制所述廣角的發射的光和所述複數條方向性光束，以提供包括二維顯示區域和三維顯示區域的所述多視像影像， 其中，所述特定內容所在的所述一個或多個區域對應於所述二維顯示區域，而且所述多視像影像中除了所述二維顯示區域之外的區域對應於所述三維顯示區域。
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