TW202338460A - 背光系統、顯示系統及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明關於一種背光系統、多視像顯示系統和背光系統的操作方法，其採用光抽取元件以從第一導光體抽取引導的光並將抽取光提供給第二導光體。背光系統包含第一導光體和沿著第一導光體的長度間隔開的光抽取元件。複數個光抽取元件配置為從第一導光體抽取引導的光的一部分，以形成抽取光部分。背光件進一步包含第二導光體，配置為組合從複數個光抽取元件接收的抽取光以形成組合引導的光。多視像顯示系統包含多光束元件，配置為將光從接收抽取光的多視像背光件散射出，散射出光包含方向性光束，其具有與多視像顯示器的視像方向對應的方向。

Description

背光系統、顯示系統及其方法

本發明關於一種背光系統、一種顯示系統及其方法。

電子顯示器是向各種裝置和產品的使用者傳達資訊的幾乎無所不在的媒介。最常用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及EP顯示器一般是歸類為被動顯示器。被動顯示器雖然經常表現出包括但不限於固有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。使用發光背光件的背光件可以使各種被動顯示器（例如但不限於LCD和EP顯示器）有效地轉變為發光顯示器，而不會通常伴隨傳統主動顯示器技術而造成的尺寸、複雜性和功率的增加。

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，提供一種背光系統，包括：一第一導光體，配置為沿著該第一導光體的長度引導光以作為引導的光；複數個光抽取元件，沿著該第一導光體的該長度間隔開，該複數個光抽取元件中的每個光抽取元件配置為從該第一導光體抽取一部分的該引導的光，以形成抽取光部分；以及一第二導光體，配置為組合從該複數個光抽取元件接收的該等抽取光部分以形成組合引導的光，該第二導光體進一步配置為沿著該第二導光體的長度引導該組合引導的光而遠離該複數個光抽取元件和該第一導光體。

根據本發明一實施例，該複數個光抽取元件中的一光抽取元件包括一側壁，配置為將該引導的光的該抽取光部分反射朝向該第二導光體。

根據本發明一實施例，該光抽取元件的該側壁具有一彎曲形狀。

根據本發明一實施例，該光抽取元件的該側壁配置為根據全內反射以反射該引導的光的該抽取光部分。

根據本發明一實施例，該光抽取元件的該側壁包括一反射材料，配置為反射該引導的光的該抽取光部分。

根據本發明一實施例，該複數個光抽取元件中的相鄰的光抽取元件沿著該第一導光體的該長度以空氣間隙間隔開。

根據本發明一實施例，該複數個光抽取元件中的一光抽取元件與該第二導光體整合並且接觸該第一導光體的一邊緣，以在該光抽取元件與該第一導光體之間的一接觸點處提供光抽取。

根據本發明一實施例，該複數個光抽取元件中的一光抽取元件與該第一導光體整合，在該光抽取元件的一輸入處的一孔口提供來自該第一導光體的光抽取。

根據本發明一實施例，背光系統，進一步包括一發光二極體，配置為向該第一導光體提供要被引導作為該引導的光的光，該發光二極體設置在該第一導光體的一端部，並且配置為提供光通過該第一導光體的該端部，其中，該複數個光抽取元件設置在該第一導光體的一側，該側與該端部正交。

根據本發明一實施例，該第二導光體是平面的，並且延伸通過一矩形區域，該第一導光體沿著該第二導光體的該矩形區域的一邊緣的一範圍延伸。

根據本發明一實施例，該第二導光體包括複數個散射特徵，分佈遍及該矩形區域，並且配置為從該第二導光體散射出該組合引導的光的一部分，以作為發射的光。

根據本發明一實施例，該複數個散射特徵中的一散射特徵包括一多光束元件，該多光束元件配置為從該第二導光體散射出該組合引導的光的一部分，以作為複數條方向性光束，該複數條方向性光束具有不同的主要角度方向，對應一多視像顯示器的各個不同的視像方向，該組合引導的光具有由該複數個光抽取元件決定的一預定準直因子。

在本發明之另一態樣中，提供一種多視像顯示系統，包括：一條狀導光體，配置以引導光作為引導的光；一多視像背光件，包括一平板導光體和複數個多光束元件；以及複數個光抽取元件，沿著該條狀導光體的一側互相間隔開，並且配置為從該條狀導光體抽取該引導的光的部分以形成抽取光部分，並且將該等抽取光部分提供給該多視像背光件以作為組合引導的光，其中，該複數個多光束元件中的一多光束元件配置為從該平板導光體散射出該組合引導的光以作為方向性光束，該等方向性光束具有方向，對應該多視像顯示器的視像方向。

根據本發明一實施例，該複數個光抽取元件中的一光抽取元件包括一側壁，配置為反射該引導的光的該抽取光部分朝向該多視像背光件的該平板導光體，該側壁具有彎曲形狀和傾斜直線形狀其中之一。

根據本發明一實施例，該複數個光抽取元件中的一光抽取元件與該平板導光體和該條狀導光體其中之一或二者整合。

根據本發明一實施例，多視像顯示系統，進一步包括一光源，位於該條狀導光體的一端部，該光源配置為提供要被該條狀導光體引導作為該引導的光的光。

根據本發明一實施例，多視像顯示系統，進一步包括一光閥陣列，配置為調變該等方向性光束以提供一多視像影像。

在本發明之另一態樣中，提供一種背光系統的操作方法，該方法包括：沿著一第一導光體的長度引導光，以作為引導的光；使用沿著該第一導光體的該長度間隔開的光抽取元件，從該第一導光體抽取該引導的光的部分以形成抽取光部分；以及提供該等抽取光部分給一第二導光體，而且在該第二導光體中組合該等抽取光部分以作為組合引導的光，其中，該組合引導的光被該第二導光體引導而離開該等光抽取元件和該第一導光體。

根據本發明一實施例，所述抽取該引導的光的該等部分的步驟包括使用全內反射和該等光抽取元件的側壁的一反射材料其中之一或二者，在該等側壁處反射該等抽取光部分。

根據本發明一實施例，該等光抽取元件與該第二導光體和該第一導光體其中之一或二者整合，與該第二導光體整合的該等光抽取元件接觸該第一導光體的一邊緣，以在該等光抽取元件和該第一導光體之間的接觸點提供光抽取，而與該第一導光體整合的該等光抽取元件通過在該等光抽取元件的輸入處的孔口從該第一導光體提供光抽取。

根據本發明所述原理的實施例和示例，本發明提供了一種背光件，其採用各種光抽取元件以從第一導光體抽取光線，並將抽取光提供給第二導光體，所述背光件可用作顯示器的背光件。具體來說，根據本發明所述原理的各個實施例，本發明提供一種背光系統，其包含沿著第一導光體的邊緣或側面分布的複數個光抽取元件，以抽取在第一導光體中引導的光的一部分。然後，光的抽取部分引導入第二背光件，其中，抽取部分組合在一起以作為組合引導的光，以照亮第二導光體。第一導光體提供為包含導光體，並配置為在導光體的端部接收光，且將接收光沿著導光體的長度引導以作為引導的光。組合引導的光可以從第二導光體散射出以作為用於顯示的發射的光。

相較於單導光體系統，其可以包含沿導光體的邊緣間隔開的一排離散光源（如發光二極體），本發明所述的背光系統可以減少或合併完全照亮平板導光體所需的離散光源數量。例如，複數個光源可以減少到一個或兩個的離散的光源。因此，也可以減少用於供電和控制光源的功耗以及複雜的電性連接。此外，使用第一導光體沿著第二導光體的邊緣分佈光，可以幫助使傳遞到第二導光體的光隨機化和均勻化，其可以改善背光系統內的光與發射的光的均勻性。例如，使用第一導光體沿著第二導光體的邊緣分佈光線可以幫助掩蓋強度和/或色溫的不均勻性，若不掩蓋則可能在使用離散光源時造成問題。

本發明中，「二維顯示器」或「2D顯示器」定義為配置以提供影像的視像的顯示器，而不論該影像是從甚麼方向觀看的（亦即，在2D顯示器的預定視角內或預定範圍內），該影像的視像基本上是相同的。很多智慧型手機和電腦螢幕中會有的傳統液晶顯示器（LCD）是2D顯示器的示例。與此相反，「多視像顯示器」定義為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）的不同視像（different views）的電子顯示器或顯示系統。具體來說，不同視像可以表示多視像影像的場景或物體的不同立體圖。本發明所述的單側背光件以及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、攝影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和裝置。

圖1是根據與本發明所述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1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。舉例而言，螢幕12可以是電話（例如手機、智慧型手機等等）、平板電腦、筆記型電腦、桌上型電腦的電腦顯示器、攝影機顯示器、或基本上顯示任何其他裝置的電子顯示器的顯示螢幕。

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以各個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）的終點處被顯示為陰影多邊形框。僅顯示四個視像14和四個視像方向16，其皆為示例而非限制。雖然不同的視像14在圖1中顯示為在螢幕上方，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。2D顯示器可以與多視像顯示器10大致上相似，除了2D顯示器通常配置為提供所顯示影像的單一視像（例如，類似視像14的一個視像），相對的，多視像顯示器10提供多視像影像的多個不同的視像14。

根據本發明定義，具有與多視像顯示器的視像方向對應的方向的視像方向或等效的光束，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在本發明中稱為光束的「仰角分量」或「仰角」。角度分量ϕ稱為光束的「方位角分量」或「方位角」。根據定義，仰角θ為在垂直面（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為在水平面（例如，平行於多視像顯示器螢幕的平面）內的角度。

圖2是根據與本發明所述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1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，根據本發明定義，光束20從特定點發射或射出。亦即，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2進一步顯示了原點O的光束（或視像方向）。

在本發明中，「導光體」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下基本上為透明的核心。術語「導光體」一般指的是介電材料的光波導，其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，或者利用塗層取代上述的折射係數差異，藉此進一步促成全內反射。舉例而言，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。

此外，本發明中，當術語「平板（plate）」應用於導光體時（如「平板導光體」），定義為片段地（piece-wise）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，平板導光體定義為導光體，導光體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，根據本發明定義，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。亦即，在平板導光體的任何微分的小部分內，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，平板導光體可以由單一維度彎曲以形成圓柱狀的平板導光體。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的光。

在本發明中，「繞射光柵」一般定義為排列以使入射在繞射光柵上的光繞射的複數個特徵（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。舉例而言，繞射光柵可以包含以一維（one-dimensional, 1D）陣列排列的複數個結構（例如，在材料表面中的複數凹槽或凸脊）。在其他示例中，繞射光柵可以是複數個特徵的二維（2D）陣列。舉例而言，繞射光柵可以是材料表面之上的凸部或之中的孔洞的2D陣列。

因此，並且根據本發明定義，「繞射光柵」是使入射在繞射光柵上的光繞射的結構。如果光從導光體入射在繞射光柵上，可以造成繞射或繞射性散射，並且繞射光柵可以藉由繞射將光耦合出導光體，因此所提供的繞射或繞射性散射可以稱為「繞射性耦合」。繞射光柵也藉由繞射（亦即以繞射角）以重定向或改變光的角度。具體來說，由於繞射，離開繞射光柵的光的傳播方向通常與入射在繞射光柵上的光（亦即入射光）的傳播方向不同。藉由繞射造成在光的傳播方向上的變化於本發明中稱為「繞射性重定向」。因此，繞射光柵可以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性重定向，並且如果光由導光體射出，繞射光柵也可以將來自導光體的光繞射性耦合出。

此外，根據本發明定義，繞射光柵的特徵稱為「繞射特徵」，並且其可以位於材料表面（亦即兩種材料之間的邊界）、表面中和表面上的其中一處或多處。舉例而言，所述表面可以是導光體的表面。繞射特徵可以包含任何種類的繞射光結構，其包含但不限於位於表面、表面中或表面上的凹槽、凸脊、孔洞、和凸部其中一種或多種。例如，繞射光柵可以包含材料表面內的複數個基本平行的凹槽。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）可以具有任何種類的提供繞射的剖面形狀或輪廓，其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））其中一種或多種。

根據本發明所述的各個示例，繞射光柵（例如，如下文所述的多光束元件的繞射光柵）可以用於將光繞射性散射出或者耦合出導光體（例如平板導光體）以作為光束。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θ _m可以藉由方程式（1）給定，方程式（1）如下： （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距或間隔，θ _i是繞射光柵上的光的入射角。為了簡化，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，n _out= 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θ _m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。

根據本發明的定義，「多光束元件」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到背光件的導光體，以耦合出在導光體中引導的一部分光以提供光束。此外，根據本發明的定義，由多光束元件產生的複數條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，複數條光束中的一光束具有不同於所述複數條光束中的另一光束的預定主要角度方向。此外，複數條光束可以表示光場。例如，複數條方向性光束可以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），其包含複數條光束中的光束的不同的主要角度方向。因此，光束的預定角展度的組合（亦即，複數條光束）可以表示光場。根據各個實施例，各條方向性光束的不同的主要角度方向根據包含但不限於多光束元件的尺寸（例如，長度、寬度、面積等）的特性以決定。在一些實施例中，根據本發明的定義，多光束元件可以視為「擴展點源」，亦即，複數個點光源分佈在整個多光束元件的範圍上。

在本發明中，「尺寸」可以由任何方式定義，其包含但不限於，長度、寬度、或面積。例如，多光束元件的尺寸可以是多光束元件的長度。在另一示例中，尺寸可以指多光束元件的面積。在一些實施例中，多光束元件的尺寸與用於調變複數條方向性光束中的方向性光束的光閥的尺寸相當。因此，當多光束元件尺寸介於光閥尺寸的約百分之二十五（25%）和約百分之二百（200%）之間時，多光束元件尺寸可以與光閥尺寸相當。舉例而言，如果多光束元件尺寸標示為「s」並且光閥尺寸標示為「S」，那麼多光束元件尺寸s可以由方程式（2）給定，方程式（2）如下： （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%），並且多光束元件尺寸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%）。例如，多光束元件可以與光閥尺寸尺寸相當，其中，多光束元件尺寸介於光閥尺寸的約百分之七十五（75%）至百分之一百五十（150%）之間。在另一示例中，多光束元件可以與光閥尺寸相當，其中，多光束元件尺寸介於光閥尺寸的約百分之一百二十五（125%）至百分之八十五（85%）之間。根據一些實施例，可以選擇多光束元件和光閥的相當尺寸以減少多視像顯示器的視像之間的暗區（或在一些示例中將其最小化），並且同時減少多視像影像的視像之間的重疊（或在一些示例中將其最小化）。

在本發明中，「準直因子」定義為光的準直程度。具體來說，根據本發明定義，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，準直光束的光線可以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決定的角度。

在本發明中，「光源」定義為光的來源（例如，配置為產生光並發射光的光學發射器）。舉例而言，光源可以包括光學發射器（諸如發光二極體（light emitting diode, LED）），其會在啟動時或開啟時發光。具體來說，在本發明中光源基本上可以為任何一種光源或者可以包括基本上任何光學發射器，其包含但不限於，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其中一種或多種。由光源所產生的光可以具有一顏色（亦即可以包含特定波長的光），或者可以具有一定範圍的波長（例如白光）。在一些實施例中，光源可以包括複數個光學發射器。舉例而言，光源可以包含光學發射器的集合或群組，其中該光學發射器的集合或群組中至少一個光學發射器產生的光，其顏色或等效波長不同於該光學發射器的集合或群組中至少一個其他光學發射器產生的光的顏色或波長。舉例而言，該些不同的顏色可以包含原色（例如，紅、綠、藍）。

此外，如本發明所使用的，冠詞「一」旨在具有其在專利領域中的通常含義，亦即「一個或多個」。例如，「一光抽取元件」是指一個或多個光抽取元件，並因此「該光抽取元件」在本發明中是指「該（些）光抽取元件」。此外，本發明所述的任何「頂部」、「底部」、「上」、「下」、「向上」、「向下」、「前」、「後」、「第一」、「第二」、「左」、或「右」皆並非意使其成為任何限制。本發明中，當「大約（about）」一詞應用在一數值時，除非另有明確說明，其意思大體上為該數值在產生該數值的設備的公差範圍內，或者可以表示正負10％或正負5％或正負1％。此外，本發明所使用「基本上（substantially）」與「約（about）」一詞是指大部分、或幾乎全部、或全部、或在大約51％至大約100％的範圍內的數量。再者，本發明的示例僅為說明性示例，並且提出該示例的目的是為了討論而非限制。

在本發明所述原理的一些實施例中，本發明提供了一種背光系統。圖3A是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的背光系統100的立體圖。圖3B是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的背光系統100的平面圖。圖3C是根據與本發明所述原理一致的另一實施例，顯示示例中的背光系統100的平面圖。

如圖所示，背光系統100包括第一導光體110。第一導光體110配置為將光沿著第一導光體110的長度引導以作為引導的光112。根據各個實施例，引導的光112根據第一導光體110內的全內反射而被引導。例如，第一導光體110可以包含配置為光波導的介電材料。光波導的介電材料可以具有第一折射係數，環繞介電材料的光波導的介質具有第二折射係數，其中，第一折射係數大於第二折射係數。根據第一導光體110的一個或多個引導模式，折射係數的差異配置為增強引導的光112的全內反射。

根據各個實施例，第一導光體110的光學透明材料可包含任何種類的介電材料或由任何種類的介電材料所組成，介電材料包含但不限於，各種玻璃（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）其中一種或多種，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）其中一種或多種，或其組合。在一些實施例中，第一導光體110可以進一步包含包覆層（圖中未顯示），其位於第一導光體110的表面的至少一部分上（例如，頂部表面、側表面和底部表面其中一個或多個）。根據一些示例，包覆層可以用於進一步增強全內反射。

在各個實施例中，例如，如圖3A至圖3C所示，第一導光體110是或包括條狀外形、柱狀光波導。具體來說，如圖所示，第一導光體110具有條狀，其中Y方向的長度L大於X方向的寬度W與Z方向的高度H（即，L＞W和L＞H）。如上文所述，引導的光112沿著長度L而被引導，並且可以沿著長度的任何方向被引導。例如，根據各個實施例，引導的光112可以在第一導光體110內從第一端引導向第二端，或從第二端引導向第一端，或從第一端和第二端之中每一個引導。

如圖3A至圖3C所示，背光系統100進一步包括沿著第一導光體110的長度彼此間隔開的複數個光抽取元件120。複數個光抽取元件120之中的光抽取元件120各自配置為從第一導光體110抽取引導的光112的各個部分以形成抽取光部分122。在圖3A至圖3C中，抽取光部分122描繪為箭頭，並應理解為箭頭僅表示抽取光部分122的光或光束。例如，所示的箭頭可以表示抽取光部分122的單束光。

圖3A至圖3C所示的背光系統100進一步包括第二導光體130。第二導光體130配置為組合抽取光部分122以形成組合引導的光132。第二導光體130進一步配置為將組合引導的光132沿著第二導光體130的長度引導以遠離複數個光抽取元件120和第一導光體110。在一些實施例中，第二導光體130可以進一步配置為發射組合引導的光132或其一部分以作為發射的光134，如下所述。例如，第二導光體130可以用作背光件，以使用組合引導的光132的發射部分來照亮顯示器。

根據各個實施例，第二導光體130可以與第一導光體110基本上相似。亦即，第二導光體130配置為根據配置為光波導的光學透明介電材料內的全內反射來引導的光。第二導光體130的光學透明材料可包含任何種類的介電材料或由任何種類的介電材料所組成，介電材料包含但不限於，各種玻璃（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）其中一種或多種，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）其中一種或多種，或其組合。在一些實施例中，第二導光體130可以進一步包含包覆層（圖中未顯示），其位於第二導光體130的表面的至少一部分上（例如，頂部表面、側表面和底部表面其中一個或多個）。根據一些示例，包覆層可以用於進一步增強全內反射。

在一些實施例中，第二導光體130是平面的或基本上是平面的（亦即平板導光體）並且延伸通過矩形區域。在其他實施例中，第二導光體130可以是矩形以外的形狀，包含但不限於六邊形和三角形。在這些實施例中，第一導光體110可以沿著第二導光體130的邊緣的至少一部分延伸，例如，如圖3A至圖3C所示，沿著第二導光體130的矩形區域或形狀的邊緣延伸。

在一些實施例中，第二導光體130可以包括分佈在第二導光體130的區域中的複數個散射特徵。例如，散射特徵可以分佈遍及第二導光體130的矩形區域。散射特徵配置為從第二導光體130散射出組合引導的光132的一部分以作為發射的光。在一些實施例中，複數個散射特徵中的散射特徵包括多光束元件。多光束元件配置為從第二導光體130散射出組合引導的光132的一部分，以作為具有對應於多視像顯示器的各個不同的視像方向的不同的主要角度方向的複數條方向性光束。在一些實施例中，散射特徵包括如下文更詳細描述的多光束元件陣列。

根據各個實施例，複數個光抽取元件120之中的光抽取元件120包括側壁124，其配置為將對應的抽取光部分122反射向第二導光體130。在一些實施例中，光抽取元件120的側壁124具有直的形狀或包括直的或基本上直的反射表面。例如，圖3A和圖3B所示的光抽取元件120具有直形的側壁124，亦即包括直的側壁124。在其他實施例中，光抽取元件120的側壁124具有彎曲形狀。例如，側壁124的彎曲形狀可以是圓形或半圓形，如圖3C所示。在另一示例中，彎曲形狀可以包括拋物曲線或雙曲線。在其他實施例中，側壁124可以具有複雜的形狀，例如但不限於，分段線性或分段彎曲形狀，亦即，可以包括複數個直部分（分段線性）或多個彎曲部分（分段彎曲），其近似於彎曲的形狀或甚至是另一個複雜的形狀。

根據一些實施例，光抽取元件120的側壁124配置為根據全內反射以反射抽取光部分122。亦即，光抽取元件120用作導光體以使用側壁124的全內反射以引導抽取光部分122。在其他實施例中，光抽取元件120的側壁124包括反射材料，其配置為反射抽取光部分122。在其他實施例中，側壁124配置為使用全內反射和側壁124的反射材料（例如反射包覆）以反射抽取光部分122。

圖4A是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的背光系統100的一部分的俯視圖。如圖所示，背光系統100的一部分包含第一導光體110、光抽取元件120和第二導光體130。圖4A所示的光抽取元件120具有直的或基本上是直的側壁124。此外，如圖所示，直側壁124相對於第一導光體110一側的表面法線以及第二導光體130的邊緣或端部的表面法線成角度或傾斜。亦即，側壁124在y方向上成角度或傾斜，使得光抽取元件120在鄰近第一導光體110的一端更窄或具有更小的孔口，並且在與鄰近第一導光體110的一端相對的一端（例如鄰近第二導光體130的一端）更寬或具有更大的孔口，如下所述。圖4A中也顯示引導的光112，其進入光抽取元件120並被側壁124反射而離開光抽取元件120，以作為抽取光部分122。如上所述，圖3A至圖3B進一步顯示具有彎曲側壁124的光抽取元件120。

圖4B是根據與本發明所述原理一致的另一實施例，顯示示例中的背光系統100的一部分的俯視圖。圖4B所示的背光系統100的部分包含第一導光體110、第二導光體130以及具有彎曲的側壁124的光抽取元件120。根據各個實施例，彎曲側壁124可具有半圓的彎曲形狀，例如，如圖所示。如圖4A所示，圖4B所示的光抽取元件120具有鄰近第一導光體110的孔口，其小於光抽取元件120在光抽取元件120的另一端部的孔口。在一些實施例中，例如，如圖所示，鄰近第一導光體110的孔口可以是或表示點，其為第一導光體110與光抽取元件120之間接觸點，所述光抽取元件120在光抽取元件120的端部與側壁124的半圓形相切。圖4B中顯示引導的光112，其進入光抽取元件120並被側壁124反射而離開光抽取元件120，以作為抽取光部分122。如上所述，圖3C進一步顯示具有彎曲側壁124的光抽取元件120。

圖4C是根據與本發明所述原理一致的另一實施例，顯示示例中的背光系統100的一部分的俯視圖。如圖4A至圖4B所示，背光系統100的一部分包含第一導光體110、光抽取元件120和第二導光體130。圖4C中，光抽取元件120具有分段線性的側壁124。亦即，分段線性側壁124包括複數個直段，其組合以近似於彎曲表面或形狀，如圖所示。同樣地，如圖4C所示，與第一導光體110相鄰的光抽取元件120的孔口小於光抽取元件120在光抽取元件120的另一端部的孔口。圖4C中也顯示引導的光112，其進入光抽取元件120並被側壁124反射而離開光抽取元件120，以作為抽取光部分122。

如上文所述，關於每個圖4A至圖4C，引導的光112的一部分可以從第一導光體110以第一傳播角度進入光抽取元件120。然後，側壁124反射引導的光112的該部分，以在反射後以不同的第二傳播角度提供抽取光部分122。根據各個實施例（例如，如圖所述），由於側壁124的角度或曲線，第二傳播角度可以相對於第一導光體110的端部或邊緣的表面法線而小於第一傳播角度。

在一些實施例中，光抽取元件120可以直接彼此相鄰。亦即，相鄰的光抽取元件120之間沒有或基本上沒有空間。在其他實施例中，複數個光抽取元件120中相鄰的光抽取元件120沿第一導光體110的長度以空氣間隙隔開。根據一些實施例，各個光抽取元件120的尺寸介於約五微米（5 μm）和約五百微米（500 μm）之間。在其他實施例中，各個光抽取元件120的尺寸介於約十微米（10 μm）和約三百微米（300 μm）之間。較小的光抽取元件120（例如小於約五十微米（50 μm）或一百微米（100 μm））可以利於光抽取元件120沿著第一導光體110的長度的密集分佈。例如，較密集的分佈可以對組合引導的光132提供更高的均勻性。另一方面，較大的光抽取元件120（例如大於約兩百微米（200 μm））可以增進或促進生產性。

根據各個實施例，光抽取元件120包括介電材料，例如但不限於，光學透明的介電材料。在一些實施例中，複數個光抽取元件120中的光抽取元件120與第二導光體130整合，同時與第一導光體110分開。在這些實施例中，光抽取元件120可以接觸第一導光體110的邊緣，以在光抽取元件120和第一導光體110之間接觸的區域提供光抽取。在其他實施例中，複數個光抽取元件120中的光抽取元件120與第一導光體110整合。在這些實施例中，在光抽取元件120的輸入的孔口配置為從第一導光體110提供光抽取。此外，在一些實施例中，光抽取元件120可以接觸第二導光體130的邊緣。在其他實施例中，複數個光抽取元件120是與第一導光體110、第二導光體130兩者分開的結構。在這些實施例中，複數個光抽取元件120可以夾在或位於第一導光體110和第二導光體130之間。

在部分實施例中，組合引導的光132可以具有由複數個光抽取元件120判定的預定準直因子。具體來說，在一些實施例中，複數個光抽取元件120配置為準直抽取光部分122，並且將準直的抽取光部分122提供向第二導光體130，以被引導為準直組合引導的光132。在一些實施例中，光抽取元件120根據預定準直因子σ以準直抽取光部分122。

在一些實施例中（例如，如圖3A至圖3C所示），背光系統100進一步包括光源140。光源140配置為對第一導光體110提供光，以引導為引導的光112。在一些實施例中，光源140設置在第一導光體110的端部，並且複數個光抽取元件120設置在與所述端部正交的第一導光體110的側面。在這些實施例中，光源140配置為通過第一導光體110的所述端部提供光。在一些實施例中，光源140可以包括兩個部分，在第一導光體110的每端部各一個。在這些實施例中，光源140可以向第一導光體110的兩端提供光。在一些實施例中，光源140可以包括發光二極體。

本發明所述的原理的實施例進一步提供一種顯示系統，更具體來說是一種多視像顯示系統，其可以採用上述背光系統100的各個部分或元件。圖5是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像顯示系統200的方塊圖。如圖所示，多視像顯示系統200包括條狀導光體210。條狀導光體210配置以將光引導為引導的光。在一些實施例中，條狀導光體210可以基本上類似於上文關於背光系統100所描述的第一導光體110。

圖5所示的多視像顯示系統200進一步包括複數個光抽取元件220。複數個光抽取元件220沿著條狀導光體210的一側設置並且彼此間隔開。根據各個實施例，複數個光抽取元件220配置為從條狀導光體210抽取引導的光的一部分，以形成抽取光部分222。在一些實施例中，複數個光抽取元件220可以基本上類似上述背光系統100的光抽取元件120。

具體來說，在一些實施例中，複數個光抽取元件220之中的光抽取元件220可以包括側壁，其配置為在光抽取元件220的輸出將對應的抽取光部分反射向平板導光體。例如，平板導光體可以是下文所述的多視像背光件的平板導光體。在各個實施例中，側壁可以具有彎曲形狀和直形狀其中之一，例如，如圖4A至圖4C所示。在各個實施例中，複數個光抽取元件220之中的光抽取元件220可以是以下一個或多個：與導光體整合；與條狀導光體210整合；以及與平板導光體和條狀導光體210兩者分開的元件，例如夾在平板導光體和條狀導光體210之間。

如圖5所示，多視像顯示系統200進一步包括多視像背光件230。多視像背光件230包括平板導光體232和複數個多光束元件234。在一些實施例中，如上文所述，平板導光體232可以大致上類似背光系統100的第二導光體130。具體來說，平板導光體232配置為組合抽取光部分222以形成組合引導的光。隨後，複數個多光束元件234配置為將組合引導的光從平板導光體散射出以作為方向性光束202，其具有與多視像顯示系統200的視像方向對應的方向，或者等效的由多視像顯示系統200顯示的多視像影像的對應視像的方向。

根據各個實施例，多光束元件234可包括配置為從平板導光體232散射出引導的光的一部分的多種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，包括繞射光柵的多光束元件234配置為將引導的光的一部分繞射性散射出，以作為具有不同的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234包括微反射元件，其配置為將引導的光的一部分反射性散射出以作為複數條方向性光束202，或者多光束元件234包含微折射元件，其配置為藉由或使用折射將引導的光的一部分散射出以作為複數條方向性光束202（亦即，折射性散射出引導的光的一部分）。在一些實施例中，多光束元件234具有多視像顯示系統200的光閥尺寸的百分之二十五（25%）和百分之二百（200%）之間的尺寸。

根據一些實施例（例如，如圖5所示），多視像顯示系統200進一步包括光源240。光源240配置為提供被引導在條狀導光體210之中的光。光源240可以基本上類似上述的背光系統100的光源140。具體來說，光源240可以設置在條狀導光體210的端部。此外，在一些實施例中，光源240可以包括發光二極體。

圖5的多視像顯示系統200進一步包括光閥陣列250。根據各個實施例，光閥陣列250配置為調變方向性光束202以提供多視像影像。圖5中使用虛線箭頭來顯示調變方向性光束202。

在各個實施例中，可用不同種類的光閥作為光閥陣列之中的光閥250，其包含但不限於，液晶光閥、電泳光閥，及基於電潤濕的複數光閥之中一個或多個。在各個實施例中，多光束元件234的尺寸可以與光閥250的尺寸相當。具體來說，多光束元件尺寸可以介於光閥尺寸的約25%至約200%之間，或者可以介於光閥尺寸的約百分之五十（50%）和百分之一百五十（150%）之間。

根據本發明所述原理的其他實施例，本發明提供了一種背光系統的操作方法。圖6是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的背光系統的操作方法300。如圖所示，背光系統的操作方法300包括將光沿著第一導光體的長度引導，以作為引導的光（步驟310）。在一些實施例中，第一導光體可以基本上類似於上文關於背光系統100所描述的第一導光體110。具體來說，第一導光體可以是條狀外形的導光體。

圖6的方法300進一步包括：使用沿著第一導光體的長度間隔開的光抽取元件從第一導光體抽取引導的光的部分，以形成抽取光部分（步驟320）。在一些實施例中，用於抽取引導的光的部分320的光抽取元件可以大致類似上述的背光系統100的光抽取元件120。具體來說，在一些實施例中，抽取引導的光的部分（步驟320）可以包括使用全內反射和側壁的反射材料其中之一或之二，以在光抽取元件的側壁上反射抽取光部分。

根據各個實施例，方法300進一步包括將抽取光部分提供給第二導光體，並在第二導光體內組合抽取光部分以形成組合引導的光（步驟330）。根據一些實施例，如上文所述，第二導光體可以大致上類似背光系統的第二導光體130。具體來說，根據各個實施例，組合引導的光被第二導光體引導而離開光抽取元件和第一導光體。此外，在一些實施例中，組合引導的光可以根據光抽取元件的準直因子以準直。

在一些實施例中，光抽取元件可以是與第二導光體和第一導光體其中之一或之二整合。與第二導光體整合的光抽取元件可以接觸第一導光體的邊緣，以在光抽取元件和第一導光體之間接觸的區域提供光抽取。與第一導光體整合的光抽取元件可以藉由在光抽取元件的各輸入的孔口從第一導光體提供光抽取。

因此，本發明已描述了一種背光系統、一種多視像顯示系統以及一種背光系統的操作方法的示例和實施例，其中光抽取元件用於從第一導光體抽取引導的光的一部分，以形成抽取光部分，所述抽取光部分隨後提供給第二導光體以被組合為組合引導的光。上述示例僅是說明本發明所述的原理的多個具體示例的其中一些示例。很明顯的，所屬技術領域中具有通常知識者可以輕易設計出多種其他配置，但這些配置不會超出本發明申請專利範圍所界定的範疇。

本申請案主張於2021年12月7日提交的第PCT/US2021/062277號國際專利申請的優先權，其全部內容通過引用併入本發明。

10:多視像顯示器 12:螢幕 14:視像 16:視像方向 20:光束 100:背光系統 110:第一導光體 112:引導的光 120:光抽取元件 122:抽取光部分 124:側壁 130:第二導光體 132:組合引導的光 134:發射的光 140:光源 200:多視像顯示系統 202:方向性光束 210:條狀導光體 220:光抽取元件 222:抽取光部分 230:多視像背光件 232:平板導光體 234:多光束元件 240:光源 250:光閥、光閥陣列 300:方法 310:步驟 320:步驟 330:步驟 H:高度 L:長度 O:原點 W:寬度 θ:角度分量、仰角分量、仰角 ϕ:角度分量、方位角分量、方位角

根據在本發明所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1是根據與本發明所述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2是根據與本發明所述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3A是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的背光系統的立體圖。 圖3B是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的背光系統的平面圖。 圖3C是根據與本發明所述原理一致的另一實施例，顯示示例中的背光系統的平面圖。 圖4A是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的背光系統的一部分的俯視圖。 圖4B是根據與本發明所述原理一致的另一實施例，顯示示例中的背光系統的一部分的俯視圖。 圖4C是根據與本發明所述原理一致的另一實施例，顯示示例中的背光系統的一部分的俯視圖。 圖5是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像顯示系統的方塊圖。 圖6是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的背光系統的操作方法。 特定示例和實施例具有上述參考附圖所示的特徵之外的其他特徵，或者具有代替上述參考附圖中所示的特徵的其他特徵。下文將參照上述參考附圖，詳細描述這些特徵和其他特徵。

100:背光系統

110:第一導光體

120:光抽取元件

130:第二導光體

140:光源

H:高度

L:長度

Claims (20)

1. 一種背光系統，包括：  一第一導光體，配置為沿著該第一導光體的長度引導光以作為引導的光； 複數個光抽取元件，沿著該第一導光體的該長度間隔開，該複數個光抽取元件中的每個光抽取元件配置為從該第一導光體抽取一部分的該引導的光，以形成抽取光部分；以及 一第二導光體，配置為組合從該複數個光抽取元件接收的該等抽取光部分以形成組合引導的光，該第二導光體進一步配置為沿著該第二導光體的長度引導該組合引導的光而遠離該複數個光抽取元件和該第一導光體。
2. 如請求項1之背光系統，其中，該複數個光抽取元件中的一光抽取元件包括一側壁，配置為將該引導的光的該抽取光部分反射朝向該第二導光體。
3. 如請求項2之背光系統，其中，該光抽取元件的該側壁具有一彎曲形狀。
4. 如請求項2之背光系統，其中，該光抽取元件的該側壁配置為根據全內反射以反射該引導的光的該抽取光部分。
5. 如請求項2之背光系統，其中，該光抽取元件的該側壁包括一反射材料，配置為反射該引導的光的該抽取光部分。
6. 如請求項1之背光系統，其中，該複數個光抽取元件中的相鄰的光抽取元件沿著該第一導光體的該長度以空氣間隙間隔開。
7. 如請求項1之背光系統，其中，該複數個光抽取元件中的一光抽取元件與該第二導光體整合並且接觸該第一導光體的一邊緣，以在該光抽取元件與該第一導光體之間的一接觸點處提供光抽取。
8. 如請求項1之背光系統，其中，該複數個光抽取元件中的一光抽取元件與該第一導光體整合，在該光抽取元件的一輸入處的一孔口提供來自該第一導光體的光抽取。
9. 如請求項1之背光系統，進一步包括一發光二極體，配置為向該第一導光體提供要被引導作為該引導的光的光，該發光二極體設置在該第一導光體的一端部，並且配置為提供光通過該第一導光體的該端部，其中，該複數個光抽取元件設置在該第一導光體的一側，該側與該端部正交。
10. 如請求項1之背光系統，其中，該第二導光體是平面的，並且延伸通過一矩形區域，該第一導光體沿著該第二導光體的該矩形區域的一邊緣的一範圍延伸。
11. 如請求項10之背光系統，其中，該第二導光體包括複數個散射特徵，分佈遍及該矩形區域，並且配置為從該第二導光體散射出該組合引導的光的一部分，以作為發射的光。
12. 如請求項11之背光系統，其中，該複數個散射特徵中的一散射特徵包括一多光束元件，該多光束元件配置為從該第二導光體散射出該組合引導的光的一部分，以作為複數條方向性光束，該複數條方向性光束具有不同的主要角度方向，對應一多視像顯示器的各個不同的視像方向，該組合引導的光具有由該複數個光抽取元件決定的一預定準直因子。
13. 一種多視像顯示系統，包括： 一條狀導光體，配置以引導光作為引導的光； 一多視像背光件，包括一平板導光體和複數個多光束元件；以及 複數個光抽取元件，沿著該條狀導光體的一側互相間隔開，並且配置為從該條狀導光體抽取該引導的光的部分以形成抽取光部分，並且將該等抽取光部分提供給該多視像背光件以作為組合引導的光， 其中，該複數個多光束元件中的一多光束元件配置為從該平板導光體散射出該組合引導的光以作為方向性光束，該等方向性光束具有方向，對應該多視像顯示器的視像方向。
14. 如請求項13之多視像顯示系統，其中，該複數個光抽取元件中的一光抽取元件包括一側壁，配置為反射該引導的光的該抽取光部分朝向該多視像背光件的該平板導光體，該側壁具有彎曲形狀和傾斜直線形狀其中之一。
15. 如請求項13之多視像顯示系統，其中，該複數個光抽取元件中的一光抽取元件與該平板導光體和該條狀導光體其中之一或二者整合。
16. 如請求項13之多視像顯示系統，進一步包括一光源，位於該條狀導光體的一端部，該光源配置為提供要被該條狀導光體引導作為該引導的光的光。
17. 如請求項13之多視像顯示系統，進一步包括一光閥陣列，配置為調變該等方向性光束以提供一多視像影像。
18. 一種背光系統的操作方法，該方法包括： 沿著一第一導光體的長度引導光，以作為引導的光； 使用沿著該第一導光體的該長度間隔開的光抽取元件，從該第一導光體抽取該引導的光的部分以形成抽取光部分；以及 提供該等抽取光部分給一第二導光體，而且在該第二導光體中組合該等抽取光部分以作為組合引導的光， 其中，該組合引導的光被該第二導光體引導而離開該等光抽取元件和該第一導光體。
19. 如請求項18之背光系統的操作方法，其中，所述抽取該引導的光的該等部分的步驟包括使用全內反射和該等光抽取元件的側壁的一反射材料其中之一或二者，在該等側壁處反射該等抽取光部分。
20. 如請求項18之背光系統的操作方法，其中，該等光抽取元件與該第二導光體和該第一導光體其中之一或二者整合，與該第二導光體整合的該等光抽取元件接觸該第一導光體的一邊緣，以在該等光抽取元件和該第一導光體之間的接觸點提供光抽取，而與該第一導光體整合的該等光抽取元件通過在該等光抽取元件的輸入處的孔口從該第一導光體提供光抽取。