TWI611214B - 空間光學及時間空間光學方向光調節器 - Google Patents

空間光學及時間空間光學方向光調節器 Download PDF

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Abstract

本發明介紹空間光學方向光調節器及時間空間光學方向光調節器。此等方向光調節器可用於形成具有經延伸視角之3D顯示器、超高解析度2D顯示器或2D/3D可切換顯示器。此等新穎光調節器之一實施例之時間空間光學態樣允許其調節其在一廣視角內發射之光之強度、色彩及方向。此等方向光調節器之固有快速調節及廣角涵蓋範圍能力增加可達成之視角及方向解析度，從而使由該顯示器形成之3D影像更逼真，或另一選擇係，使由該顯示器形成之2D影像具有超高解析度。本發明亦揭示替代實施例。

Description

空間光學及時間空間光學方向光調節器
本發明係關於方向光調節、3D顯示器、發射式微顯示器、2D/3D可切換顯示器及2D/3D自動立體可切換顯示器之領域。
本申請案主張2011年12月6日提出申請之美國臨時專利申請案第61/567,520號之權益及2012年3月27日提出申請之美國臨時專利申請案第61/616,249號之權益。
在3D顯示器中，形成3D觀看感知需要所發射光之方向調節。在一典型3D顯示器中，藉由在空間光調節器中利用空間多工及時間多工之某一組合來顯示來自不同方向之相同場景之影像需要具有多個照射方向上之均勻照射之一背光。在此等3D顯示器中，通常來自方向背光之光在其到達在保持其方向性同時調節光色彩及強度之空間光調節器像素之前通常藉由一方向選擇性濾光器(諸如例如一繞射板或一全像光學板)處理。
在某些可切換2D/3D顯示器中，以不同顯示模式操作顯示器需要一方向背光。在一2D顯示模式中，藉助空間光調節器(諸如液晶顯示器(LCD))顯示一單個影像需要具有均勻照射及較大角涵蓋範圍之一背光。在一3D顯示模式中，藉由在空間光調節器中利用空間多工及時間多工之某一組合來顯示來自不同方向之相同場景之影像需要具有均勻照射及多個照射方向之一背光。
在2D模式及3D模式兩者中，來自方向背光之光在其到達空間光調節器像素以在保持其方向性同時均勻地擴展光束之前通常藉由一方向選擇性濾光器(諸如繞射板、一全像光學板等)處理。
當前可用之方向光調節器係包括多個光源之一照射單元及引導自該等光源發射之光至一指定方向之一方向調節單元之一組合(參見圖1、圖2及圖3)。如繪示先前技術之數個變體之圖1、圖2及圖3中所圖解說明，一照射單元通常組合有諸如掃描鏡或旋轉障壁之一機電移動裝置(參見美國專利第6,151,167號、第6,433,907號、第6,795,221號、第6,803,561號、第6,924,476號、第6,937,221號、第7,061,450號、第7,071,594號、第7,190,329號、第7,193,758號、第7,209,271號、第7,232,071號、第7,482,730號、第7,486,255號、第7,580,007號、第7,724,210號及第7,791,810號以及美國專利申請公開案第2010/0026960號及第2010/0245957號)，或諸如液態透鏡或偏光切換之光電移動裝置(參見圖1、圖2及圖3以及美國專利第5,986,811號、第6,999,238號、第7,106,519號、第7,215,475號、第7,369,321號、第7,619,807號及第7,952,809號)。
在機電調節方向光調節器與光電調節方向光調節器兩者中，存在三個主要缺點：
1.回應時間：機械移動或光學表面改變通常非即刻達成且影響調節器回應時間。另外，此等操作之速度通常花費 減少可達成顯示亮度之影像圖框時間之某一部分。
2.體積態樣：此等方法需要光源與一起工作之方向調節裝置之間的一距離，此增加顯示器之總體積。
3.光損失：將光耦合至一活動鏡上形成光損耗，該光損耗繼而使顯示器系統電力效率降級且形成必須藉由併入添加較大體積及增加之電力消耗之龐大冷卻方法來消除之熱。
除了緩慢、龐大及光學損耗以外，先前技術方向背光單元出於3D顯示器目的亦需要具有用於與一方向選擇性濾光器組合之窄光譜帶寬、高準直及個別可控制性。達成窄光譜帶寬及高準直需要裝置級創新及光學光調節，從而增加整個顯示器系統之成本及體積態樣。達成個別可控制性需要額外電路及多個光源，從而增加系統複雜性、容積及成本。
本發明之一目的係引入克服先前技術之缺點之一空間光學光調節器，藉此使得形成提供實用體積及觀看體驗之3D顯示器可行。本發明之另一目的係引入克服先前技術之限制之一經延伸角涵蓋範圍時間空間光學光調節器，藉此使得形成提供體積優點加在一光視角內之一觀看體驗之3D及高解析度2D顯示器可行。此係藉由提供具有微像素陣列(a micro array of pixels)及微透鏡陣列(a micro lens array)之發射式微發射體陣列裝置的一光調節器來達成，每一像素可在空間上、在色度上及在時間上個別地定址且發射侷限於角錐的光，及微透鏡陣列中之每一微透鏡跨越發射式微發射體陣列之一像素群組，藉此微透鏡陣列中之一微透鏡將在一不同方向上引導來自各別像素群組中之每一發射式微發射體之照射，且在一些實施例中，二維發射式微發射體陣列裝置及微透鏡陣列經裝配(assembled)在一起且作為一單個總成以與圖像輸入資料圖框速率成比例並同步的一重複速率(repetition rate)而進行角活節轉動以圍繞兩個軸在發射式微發射體陣列之一發射表面之一平面內且在每一各別軸上之正負一最大角活節轉動之一範圍內發射光。
自以下參考附圖進行之本發明之較佳實施例之詳細闡述 將明瞭本發明之額外目的及優點。
藉由實例之方式而非限制之方式在附圖的圖中圖解說明本發明，且在附圖中相同的參考編號指代相同的元件。
在以下詳細闡述中提及「一項實施例」或「一實施例」意指結合實施例所闡述之一特定特徵、結構或特性係包含於本發明之至少一項實施例中。片語「在一項實施例中」在此詳細闡述中之各種地方之出現不必全部指代相同實施例。
近來已引入一新種類發射式微尺度像素陣列裝置。此等裝置特徵高亮度、非常快速光多色強度及空間調節能力係包含所有裝置電流之一非常小單個裝置大小。一個此一裝置之固態發光像素可係一發光二極體(LED)或雷射二極體(LD)，其接通-關斷狀態係由含於一CMOS晶片(或裝置)內之驅動電路控制，一發射式微尺度像素陣列接合於該CMOS晶片(或裝置)上。構成此等裝置之發射式陣列之像素之大小將通常介於大約5微米至20微米之範圍中，其中裝置之典型發射表面區域介於大約15平方毫米至150平方毫米之範圍中。發射式微尺度像素陣列裝置內之像素係通常透過其CMOS晶片之驅動電路可在空間上、在色度上及在時間上個別地定址。此等裝置之一項實例係下文所闡述之例示性實施例中所提及之QPI裝置(參見美國專利第7,623,560號、第7,767,479號、第7,829,902號、第8,049,231號及第8,098,265號，以及美國專利申請公開案第2010/0066921號、第2012/0033113號)。此一裝置之另一實例係一基於OLED之微顯示器。然而，應理解，QPI裝置僅係可用於本發明之實施例中之裝置類型之一實例。因此在 以下之闡述中，對一QPI裝置之提及應理解為係出於所揭示實施例之特定性之目的，且非用於對本發明之任何限制。
本發明將具有被動晶圓級光學器件(WLO)之QPI裝置之發射式微像素陣列能力單獨組合或將與整個總成之一活節轉動移動組合以形成可同時執行一方向光源及先前技術之一繞射板之功能之一光調節器。如本文中使用，晶圓級或晶圓意指具有至少2英寸且最佳4英寸或4英寸以上之一直徑之一裝置或裝置矩陣。WLO係使用紫外線(UV)壓印微影由一聚合物整體地製作於晶圓上。WLO之主要優點當中有製作小特徵微透鏡陣列(MLA)之能力及能夠使多個WLO微透鏡陣列層一起精確對準且使其與諸如CMOS感測器或QPI之一光電子裝置精確對準。可藉由一典型WLO製作技術達成之對準精確度可小於一微米。QPI之發射式微發射體像素陣列及可相對於QPI之微發射體像素陣列精確對準之WLO微透鏡陣列(MLA)之個別像素可定址性之組合消除先前技術中經歷之對在系統中具有一方向選擇性濾光器之需求，同時放寬對光源中之窄光譜帶寬之要求、同時減少系統體積、複雜性及成本。在本發明之某些實施例中，所發射之光之方向調節係藉由由WLO達成之光發散來達成，且在其他實施例中，係藉由由WLO達成之光發散與整個總成之活節轉動移動之組合來達成。
參考圖4及圖5，個別可定址QPI像素(p 1、p 2、...、p n)之群組與構成2維微透鏡陣列MLA 220之微透鏡元件400中之 每一者相關聯，藉此自此像素群組中之像素中之每一者發射之光將在其相關聯微透鏡元件之數值孔徑(角範圍)內折射至自獨特方向(d 1、d 2、...、d n)中之一者中。QPI裝置210之整個微像素陣列將包括眾多QPI像素群組(G 1、G 2、...、G N)(在本文中亦稱作像素調節群組)，藉此每一調節群組G i 將與2維陣列MLA 220透鏡元件中之一者相關聯且像素調節群組(G 1、G 2、...、G N)集體地將然後表示本發明之空間光學方向光調節器之空間調節陣列。在圖12中所圖解說明之時間活節轉動及每一像素群組內之個別像素(p 1、p 2、...、p n)與所發射光方向(d 1、d 2、...、d n)之一對一相關聯之情況下，對圖12中在概念上所圖解說明之本發明之時間空間光學方向光調節器而言可能使眾多時間多工方向(d 1i 、d 2i 、...、d ni )(i=1、2、...)與其像素群組G i 中之每一者相關聯；每一時間多工方向可藉由像素群組(G 1、G 2、...、G N)中之每一者內之個別像素(p 1、p 2、...、p n)之時間定址而個別定址。與圖12之2維陣列MLA 220相關聯之眾多QPI裝置像素群組(G 1、G 2、...、G N)將然後表示本發明之時間空間光學方向光調節器之空間調節陣列，其中時間多工方向(d 1i 、d 2i 、...、d ni )(i=1、2、...)表示可透過構成每一像素調節群組之QPI裝置210之像素(p 1、p 2、...、p n)之時間可定址性而個別定址之眾多光調節方向。換言之，時間空間光學方向光調節器將能夠透過QPI像素群組(G 1、G 2、...、G N)之可定址性在空間上調節光且透過構成每一群組之像素(p 1、p 2、...、p n)之時間可定址性在方向上 調節自方向(d 1i 、d 2i 、...、d ni )(i=1、2、...)上之每一像素群組所發射之光。因此，圖12中所圖解說明之時間空間光學方向光調節器將能夠產生可在空間上及在方向上調節之光，藉此來自等效於QPI像素群組(G 1、G 2、...、G N)之發射區域之空間位置中之每一者發射之光可透過像素群組之可定址性而個別定址以及可透過每一像素群組內之個別像素之時間可定址性而在方向上定址。
圖5圖解說明本發明之空間及方向調節原理。圖5圖解說明包括眾多QPI裝置像素群組G1、G2、...、GN之一2維陣列，其中每一此類像素群組與一晶圓級微透鏡陣列(MLA)中之一個微透鏡相關聯。在每一群組內之個別像素p1、p2、...，pn與所發射光方向d1、d2、...、dn之一對一相關聯之情況下，對圖5中所圖解說明之發光裝置而言可能產生可在空間上及在方向上調節之光。因此，光可自QPI裝置像素群組G1、G2、...、GN之發射區域中之空間位置中之每一者發射且可透過像素群組之可定址而個別定址以及可透過每一像素群組內之個別像素之可定址性而在方向上定址。QPI裝置之個別像素可經調節以使得MLA中之每一透鏡可同時發射光至多個方向。由於個別像素控制，因此可透過QPI裝置像素之個別可定址性而個別調整自每一微透鏡發射之光振幅、光發射之時間持續時間、特定光方向及光方向之總數目。
對熟習此項技術者將明顯的是，在透鏡類型之挑選之(亦即，雙凸透鏡陣列或兩軸透鏡陣列)情況下，藉由一透 鏡進行之方向調節可在一單個軸或在兩個軸上進行。然而，透鏡陣列與像素化光源之精確對準及小像素大小(大約數微米或10微米或更少)之可達成性已阻礙可產生形成高清晰度3D顯示器所需之方向光調節能力之一方向光調節器之實現。在本發明中，高像素解析度係藉由利用可獲得小於10微米像素節距之QPI裝置之發射式微像素陣列及可小於一微米(藉由晶圓級光學器件變得可能)之透鏡陣列之高精確度對準而達成。此允許空間光學光調節器達成足以實現高清晰度3D顯示器之空間以及方向調節解析度。
圖6及圖7展示本發明之一例示性實施例。參考此例示性實施例之圖6，自一像素群組Gi內之每一個別像素發射之光自QPI裝置發射式表面行進至包括三個光學元件610、620及630之一微透鏡之出射孔徑。自一像素群組Gi內之每一個別像素發射之光將經準直且經擴大以填充WLO微透鏡陣列220之出射孔徑且在一Θ=±15°之角發散內在一特定方向處橫穿。在本質上，WLO微透鏡陣列220將自構成QPI裝置之二維像素群組Gi個別像素發射之光映射至由WLO微透鏡陣列220之Θ=±15°角發散定義之三維體積內之個別方向中。
參考圖解說明一例示性實施例之圖6及圖7，眾多光學元件610、620及630經製作以形成將相對於彼此且相對於QPI裝置像素群組G1、G2、...，GN之相關聯陣列而精確對準之微透鏡陣列層710、720及730。圖7中所圖解說明之例示性實施例亦包含QPI裝置210及其相關聯QPI裝置蓋玻璃760。 光學元件610、620及630之設計經考量QPI裝置蓋玻璃760之厚度及光學特性以便在QPI裝置蓋玻璃760之發射表面上成像。圖7之例示性實施例圖解說明空間光學方向光調節器之全總成。圖7中所圖解說明之本發明之空間光學方向光調節器之此例示性實施例之典型總厚度將小於5毫米。藉由先前技術之方向光調節技術不可能達成方向光調節器之此緊湊性。
圖8及圖9圖解說明空間光學方向光調節器之操作原理。圖8圖解說由QPI裝置之發射像素中之(n×n)個像素之一個二維陣列構成之調節群組Gi中之一者之一例示性實施例，藉此出於便利像素群組Gi沿一個軸之大小將經選擇為n=2m。參考圖8，可藉由像素群組Gi達成之方向調節可定址性將透過構成調節群組Gi之像素沿其兩個軸x及y中之每一者使用m位元字之可定址性來完成。圖9圖解說明將自構成QPI裝置像素群組Gi之(n×n)個像素發射之光映射至由相關聯WLO微透鏡(諸如例示性實施例600之彼微透鏡)之角發散±Θ所定義之三維體積內之個別方向中。作為一說明性實例，當QPI裝置之個別像素之尺寸係(5×5)微米且QPI裝置像素群組由(n×n)=(28×28)=(256×256)個像素陣列構成且相關聯WLO微透鏡之角發散係Θ=±15°時，則自QPI裝置發射表面處之大小(1.28×1.28)毫米之QPI裝置二維調節像素群組Gi中之每一者，將可能跨越Θ=±15°之角發散產生(256)2=65,536個可個別定址之方向光束，藉此在65,536個方向中之每一者上產生之光亦可進行色彩及強度之個別調 節，通常使用對每一像素色彩分量之一相對高頻率脈衝寬度調節，但若期望可使用其他控制技術，諸如比例控制。
使用方向調節群組Gi之一(N×M)陣列(諸如先前設計實例中所闡述之彼陣列)，基於QPI裝置之空間光學方向光調節器之任何期望之空間及方向調節能力將係可能的。舉例而言，若需要形成具有提供(256)2=65,536個方向調節解析度之N=320×M=240之空間調節解析度之一空間光學方向光調節器，則空間光學方向光調節器將包括一陣列(320×240)個方向調節群組，且當使用具有(5×5)微米像素大小之QPI裝置時，空間光學方向光調節器之總大小將係大約41×31cm。自此一空間光學方向光調節器發射之光可在與其WLO微透鏡陣列相關聯之角發散±Θ(舉例而言，針對例示性實施例600，Θ=±15°)內以(320×240)之一解析度進行空間調節及以65,536之一解析度進行方向調節且亦可在每一方向上進行色彩及強度之調節。
光調節器之方向調節之解析度(用晶圓級微透鏡陣列之角發散±Θ內之個別可定址方向之數目表示)將藉由選擇發射式微發射體陣列QPI裝置之像素節距或藉由選擇晶圓級微透鏡陣列之透鏡節距或該兩者之一組合來判定。對熟習此項技術者明顯的是，透鏡系統(諸如圖6中所圖解說明之彼透鏡系統)可經設計以允許較寬或較窄角發散±Θ。對熟習此項技術者亦明顯的是，每一調節群組Gi內之較小或較大數目個像素以產生任何期望之方向調節解析度。
取決於所使用之QPI裝置之總像素解析度，此一空間光 學方向光調節器可使用包括眾多QPI裝置之一平鋪式陣列實施。舉例而言，若使用具有(1024×1024)像素解析度之一QPI裝置，則每一此類QPI裝置可用於實施(2×2)調節群組Gi之一陣列，且具有(6×6)空間光調節解析度及65,536個方向光調節解析度之空間光學方向光調節器將使用諸如圖11之圖解說明中之此等QPI裝置之一(3×3)平鋪式陣列實施。
由於可藉由發射式QPI裝置及相關聯WLO達成之緊湊型，使得可能平鋪一陣列QPI裝置以實施空間光學方向光調節器。舉例而言，在諸如圖7中所圖解說明之彼實施方案之一實施方案之情況下，將可能製作具有分別5.12毫米×5.12毫米×5毫米之寬度、高度及厚度之一QPI裝置/WLO總成(諸如圖7中所圖解說明之彼總成)，以實現先前實例之(2×2)調節群組之空間光學方向光調節器。亦將可能以其電介面係定位於其發射式表面之相對側處之一微球柵陣列(MBGA)來實施此一QPI裝置/WLO總成，此將允許QPI裝置/WLO總成之整個頂表面構成裝置之發射表面，此繼而將使得可能無縫平鋪眾多此類QPI裝置/WLO總成以實施任何期望大小之空間光學方向光調節器。圖11係平鋪眾多QPI裝置/WLO總成以實施一任意大小之空間光學方向光調節器之一圖解說明。
將參考圖8及圖9之圖解說明闡述空間光學方向光調節器之操作原理。圖8圖解說明針對方向調節使用m位元解析度之調節群組Gi中之每一者之二維可定址性。如早先所闡 釋，將自調節群組Gi一n×n陣列中之(2m×2m)個個別像素發射之光藉由其相關聯WLO元件在相關聯WLO微透鏡之角發散±Θ內映射至22m個光方向中。使用個別像素在調節群組Gi中之每一者內之(x,y)維度座標，所發射光束之角座標(θ,φ)藉由以下方程式得出：
Figure TWI611214BD00001
Figure TWI611214BD00002
其中角(θ,φ)係球座標，其中極軸在θ=0下平行於調節群組Gi之發射表面之z軸且m=log2 n係用於表達調節群組Gi之x及y像素解析度之位元之數目。
空間光學方向光調節器之空間解析度係由構成整個空間光學方向光調節器之二維調節群組陣列內之個別調節群組G i 中之每一者之座標簡單定義。當然，一個群組之像素與一毗鄰群組之微透鏡之間存在一定串擾。然而，該串擾藉由以下設計態樣實質上減少。首先，由於QPI裝置之固有經準直光發射，自QPI裝置像素發射之光通常：針對當QPI裝置像素係發光二極體時之情形侷限於一±17°角錐，或針對當QPI裝置像素係雷射二極體時之情形侷限一±5°角錐。因此，如圖6中所圖解說明接近於QPI裝置之蓋玻璃660放置晶圓級光學器件(WLO)準直透鏡元件將使自每一調節群組邊緣像素發射之光之大多數侷限於其相關聯之WLO透鏡元件600。第二，作為一添加量度，每一像素群組之數個(一些)邊緣像素經關斷以進一步避免WLO微透鏡陣列之毗 鄰透鏡之間的光洩漏(串擾)。舉例而言，假定在其像素係發光二極體之情況下QPI裝置之±17侷限發射及如圖6中所圖解說明之第一微透鏡元件之接近放置，模擬展示圍繞包括少達僅5個像素之調節群組之外邊緣之一暗環將使串擾減少至低於1%。當QPI裝置像素係雷射二極體時，經關斷像素之需要數目將甚至較少且可甚至不需要，此乃因在此情形個，QPI裝置像素光發射侷限於一甚至更窄±5°角錐。最終結果可係陣列中之QPI裝置中之作用像素之間的一些(數個)非作用、消隱或死像素位置。當然，若期望，可使用擋板及/或帶限光擴散器，但其往往使光調節器之設計複雜化且導致過量光損失。
圖10圖解說明本發明之空間光學方向光調節器之資料處理方塊圖之一例示性實施例。至空間光學方向光調節器之輸入資料將經格式化成多個位元字進行，藉此每一輸入字含有三個資料欄位；一個欄位係構成空間光學方向光調節器之調節群組陣列內之調節群組G i 之位址，而剩餘兩個資料欄位提供在自彼調節群組發射之光之色彩、強度及方向方面之該光之資料表示。參考圖10，資料處理方塊120解碼輸入資料之調節群組位址欄位且將光調節資料欄位路由至與指定調節群組相關聯之QPI裝置。資料處理方塊130解碼所路由調節群組位址欄位且將其映射至指定調節群組之位址。資料處理方塊140解碼方向調節資料欄位且將其映射至調節群組內之指定像素位址之位址。資料處理方塊150將所得像素位址與輸入資料之相關聯光強度及色彩資 料欄位串連。資料處理方塊160解碼指定像素位址且將光調節資料路由至構成空間光學方向光調節器之指定QPI裝置內之指定像素。
在使用16位元來表示方向調節且使用典型24位元來表示每一方向上之經調節光強度及色彩時，將表示用於每一調節群組之調節資料字之位元總數將係40位元。在無普遍性損失之情況下假定此等40位元字將依序輸入至空間光學方向光調節器以用於定址其構成調節群組(亦即，順序定址用於輸入調節群組資料40位元字)時，圖10之方塊120將負責將依序輸入資料字路由至指定QPI裝置。圖10之方塊130將負責將調節資料路由至指定調節群組。圖10之方塊140將負責將16位元方向調節資料欄位映射至指定調節群組內之像素之指定位址。圖10之方塊150將負責將24位元光強度及色彩資料與經映射之位元群組位址串連。圖10之方塊160將負責將24位元光強度及色彩調節資料路由至構成空間光學方向光調節器之指定QPI裝置內之指定像素。在40位元字順序資料輸入之此例示性資料處理流程之情況下，空間光學方向光調節器將基於編碼於其輸入資料內之資訊而調節自其孔徑發射之光之強度、色彩及方向。藉由實例之方式，光強度及色彩調節可係多色彩像素之接通/關斷時間之脈衝寬度調變以控制光之平均強度及控制構成所得色彩之每一色彩分量之強度，但若期望可使用其他控制技術。在任何情況下，方向及強度經控制，且在一多色彩系統中控制色彩、方向及強度。
可能應用包含
本發明之空間光學方向光調節器可用作液晶顯示器(LCD)之一背光以實施一3D顯示器。空間光學方向光調節器自身可用於實施(舉例而言)經實現為多個QPI裝置/WLO總成之一平鋪式陣列(諸如圖11中所圖解說明之彼陣列)之一任意大小之一3D顯示器。光調節器亦可操作為一2D高解析度顯示器。在此情形中，QPI裝置之個別像素將用於調節色彩及強度而其整合式WLO將用於填充顯示器之視角。針對光調節器而言可能藉由調適其輸入資料之格式以與期望之操作模式相匹配而自2D顯示模式切換至3D顯示模式。當光調節器用作一2D顯示器時，與其WLO微透鏡陣列相關聯之其光角發散將係±Θ且個別調節群組Gi之像素解析度將經利用以達成較高空間解析度。
圖12在概念上圖解說明另一實施例，一時間空間光學方向光調節器。如圖12中所圖解說明，方向光調節器由一發射式微陣列QPI裝置210及直接安裝於其發射表面之頂部上之一WLO微透鏡陣列(MLA)220構成，其中整個總成圍繞至少一個軸且最佳地分別圍繞其x軸及y軸兩者成在±α x 與±α y 之範圍內之角度進行時間活節轉動。如圖12中所圖解說明之QPI/MLA總成230之活節轉動將藉由將整個總成放置於一2軸常平架上完成，藉此常平架之x軸在時間上致動在±α x 之範圍內之一角度且常平架之y軸在時間上致動在±α y 之範圍內之一角度。由2軸常平架提供之x軸及y軸時間活節轉動將導致自QPI/MLA總成230發射之光之方向調節角 超過由MLA 220之微透鏡元件(參見圖4)所提供之角範圍而圍繞x軸在時間上延伸2α x 且圍繞y軸在時間上延伸2α y 。如本文中所使用，措詞常平架及兩軸常平架係在一般意義上使用，且意指將允許在任何時間繞任何兩個正交軸中之任一者或兩者旋轉至少穿過一有限角之任何結構。因此，同心環、球接頭及將提供彼能力之任何其他結構包含於該定義內。
如圖12中所圖解說明之QPI/MLA總成230之x軸及y軸活節轉動將導致在方向(d 1、d 2、...、d n)上發射之光在時間上經多工至眾多光方向(d 1i 、d2 i 、...、d ni )(i=1、2、...)中，此延伸超過由MLA 220之透鏡元件提供之角範圍而在x方向上加2α x 且在y方向上加2α y 。上述情況在圖13A中圖解說明，圖13A出於圖解說明之目的展示QPI/MLA總成230角發射範圍沿一個活節轉動軸之時間擴展。參考圖13A，角Θ表示MLA 220之一個透鏡元件之角範圍，且角α表示由於分別圍繞x軸及y軸達角α x (t)及α y (t)之常平架活節轉動所致之透鏡元件之複合瞬時活節轉動角。如圖12中所圖解說明及由圖13A所闡釋之QPI/MLA總成230之活節轉動使得QPI裝置210之發射微尺度陣列內之像素(其可透過QPI驅動電路個別定址)能夠發射既在空間上、在色度上又在方向上調節之光，藉此經方向調節之光之角範圍超過MLA 220之透鏡元件之角範圍Θ(或數值孔徑)而在x方向上時間擴展一角2α x 且在y方向上時間擴展一角2α y 。此外，時間空間光學方向光調節器200之時間活節轉動將使光方向(d 1、 d 2、...、d n)之經調節數目在時間上增加每一活節轉動方向上之角範圍擴展比率(表達為(Θ+α x )(Θ+α y )/Θ 2)。
時間空間光學方向光調節器200之QPI/MLA總成230之2軸活節轉動可在時間上連續或離散(逐步)。出於圖解說明之目的，圖13B圖解說明當活節轉動在時間上連續1310時且當致動在時間上離散1320時一個軸上之QPI/MLA總成230之複合時間活節轉動角α(t)。當時間空間光學方向光調節器200之時間活節轉動係離散或逐步(1320)時，典型角步進大小將較佳地與MLA 220之角範圍Θ與QPI/MLA總成230之空間解析度之比率成比例。如圖13A及圖13B中所圖解說明，時間空間方向光調節器之QPI/MLA總成230之時間活節轉動將通常係重複(或週期)且圍繞該2軸中之每一者獨立。時間空間光學光調節器之活節轉動之重複週期將通常與顯示器輸入資料圖框持續時間成比例且同步(出於參考目的，至一典型顯示器之影像輸入資料以60圖框/秒到達且通常稱作60Hz圖框速率輸入)。圖13A及圖13B中所圖解說明之時間活節轉動之最大值±α xmax 將判定由時間空間光學光調節器提供之經擴展角範圍，其由值±(Θ+α max )判定，其中角Θ表示MLA 220之透鏡元件之角範圍。x軸及y軸活節轉動之週期性集體地將通常經選擇以使得時間空間光學方向調節器200之期望之經擴展角範圍之時間涵蓋能夠在一所需顯示輸入圖框速率內。
圖12、圖13及圖14圖解說明由MLA透鏡元件之眾多時間角涵蓋範圍剖面520構成之時間空間光學方向光調節器200 之QPI/MLA總成230之角涵蓋範圍剖面510。QPI/MLA總成230分別圍繞其x軸及y軸之經適當選擇時間活節轉動α x (t)及α y (t)將產生由MLA 220透鏡元件之眾多經時間多工之角涵蓋範圍構成之角涵蓋範圍。取決於QPI/MLA總成230圍繞其x軸及y軸之角活節轉動α x 及α y 之量值，角涵蓋範圍剖面之形狀可以縱橫比裁剪。圍繞x及y方向之活節轉動速率將足以確保角涵蓋範圍內之時間所產生光方向在輸入影像資料之調節圖框內具有充足工作循環(調節持續時間)。舉例而言，當輸入影像資料之調節圖框係60影像圖框/秒(其通常稱作60Hz影像圖框速率)，圖14中所圖解說明之時間角涵蓋範圍中之每一者內之光偵測中之每一者將需要每圖框調節一次，因此使產生圖14中所圖解說明之角涵蓋範圍所需之活節轉動速率為圍繞x軸或y軸至少180Hz。換言之，針對圖14中所圖解說明之角涵蓋範圍實例(其中時間角涵蓋範圍之大小係每一軸上之角涵蓋範圍之大小的三倍)，針對圖14之圖解說明圍繞x方向或y方向之活節轉動速率將需要係輸入影像資料圖框速率之至少三倍。MLA透鏡元件之角涵蓋範圍可係重疊或不重疊。一般而言，QPI/MLA總成230圍繞x軸或y軸之活節轉動速率將必須至少等於輸入影像資料之調節圖框速率乘以等於角涵蓋範圍沿每一軸之大小(以度為單位)與角涵蓋範圍沿相同軸之大小(以度為單位)之比率之一因數。
參考圖14，在時間空間光學方向光調節器200之QPI/MLA總成230之時間活節轉動具有角涵蓋範圍且包括與構 成QPI裝置210之眾多像素對應發射之眾多經方向調節之光之情況下，隨著某些經方向調節光束在時間上以一管線方式衰弱將連續添加一組新的經方向調節之光束直至完全涵蓋時間空間光學方向光調節器200之經擴展角範圍。在任何給定時刻處，QPI/MLA總成230之全發射孔徑將用於在任何給定方向在時間上保持於經活節轉動孔徑之涵蓋範圍內時累積(調節)在彼方向處之光束之期望之強度(通常藉由脈衝寬度調變，但若期望，可使用比例控制)。由於眾多經方向調節之光束之此時間空間光學管線化，可使時間空間光學光調節器之回應時間與具有最小延時之影像資料輸入速率相匹配。一給定方向保持在角涵蓋範圍內之時間持續時間將判定可用於調節彼方向上之光強度之調節時間，且因此，除非經補償，否則經擴展角範圍之周邊區域內之方向可具有比角涵蓋範圍之內部區少之強度。此強度邊緣遞減效應將多少類似於通常在除時間空間光學光調節器之情形中以外的一光學系統之邊緣處遭遇之Fresnel損失，此一效應可藉由適當選擇時間空間光學方向光調節器200之QPI/MLA總成230之時間活節轉動之速率來補償。
作為一替代方案，再次使用3×3實例，若Θ x 表示一個透鏡元件圍繞x軸之角範圍(半角)且Θ y 表示圍繞y軸之一個透鏡元件之角範圍，且若α x 等於2Θ x 且α y 等於2Θ y ，則總角範圍(包含活節轉動)將係一個微透鏡元件之角範圍之三倍(3倍2Θ x 或3倍2Θ y )。藉由實例之方式，針對x軸，此等三個連續角範圍將係： (-α x -Θ x )至(-Θ x )(-Θ x )至(Θ x )，及(Θ x )至(Θ x +α x )
每一角範圍亦構成活節轉動之一角增量。
每一方向上之三個連續個別角範圍，可視為如下之一個二維角範圍矩陣：1,2,3 4,5,6 7,8,9
此替代方案係一離散技術，亦即，針對顯示角範圍1達一分配時間，然後圍繞一第一軸前進一個角增量且然後顯示角範圍2達相同分配時間，然後前進再一個角增量且顯示角範圍達分配時間，然後在另一軸上前進一個角增量3以顯示範圍6達分配時間，然後在彼軸上返回一個角增量且顯示角範圍5達分配時間，等等。在角範圍9顯示達分配時間之後，可重複9(連續顯示達兩次分配時間且然後回溯)以避免一個軸上一次一個以上角增量，但除非使用一較高速率否則上述情況將預期形成一閃爍。一較佳方法將係自角範圍9變為角範圍1，在2個軸上同時進行兩個角增量之一跳躍。然而，只要一個軸上之一個角增量之一角改變，2個軸上之兩個角增量之一跳躍不應進行兩次，此乃因x軸及y軸將彼此獨立，且任何改變包括一角加速，後續接著一角減速，因此針對兩個角增量之一改變之平均速度高於針對一個角增量之一改變之平均速度。又一些其他方 案可包含離散及連續技術之一組合。關鍵的是，存在可挑選之諸多替代方案，所有替代方案皆在本發明之範疇內。
圖15中圖解說明本發明之一項實施例(在本文中稱作1500)，其包含對此實施例之一等角視圖、俯視圖及側視圖圖解說明。如圖15中所圖解說明，時間空間光學方向光調節器藉由將QPI/MLA總成230(圖12中所繪示)接合於使用多個矽基板層(亦即，一鉸鏈層1521、一間隔層1528及一基底層1530)製作之2軸常平架總成1520之頂側上實現。如圖15中所圖解說明，2軸常平架1520之鉸鏈層1521由一外框架1522、一內環1523及QPI/MLA總成230將接合於其上之內分段1525(1525在下文中亦同義稱作裝置接合墊1525)構成。外框架1522、內環1523及內分段1525之間的間隙將使用標準半導體微影技術蝕刻。內分段1525藉由兩個矽鉸鏈1524沿x軸實體連接至內環1523，每一矽鉸鏈之寬度通常大約在0.3mm至0.5mm範圍中，其將充當x軸鉸鏈且亦將界定常平架之中性x軸位置且充當用於x軸活節轉動之一機械阻抗彈簧。內環1523藉由兩個矽鉸鏈1526沿y軸連接至外框架1522，每一矽鉸鏈之寬度通常大約在在0.3mm至0.5mm範圍中，其將充當y軸鉸鏈且亦將界定常平架之中性y軸位置且充當用於y軸活節轉動之一機械阻抗彈簧。兩對矽鉸鏈1524及1526構成將圍繞其執行x及y活節轉動之2軸常平架之樞轉點。2軸常平架總成1520之鉸鏈層1521之內分段1525含有QPI/MLA總成230使用標準焊接技術(諸如覆晶焊料球)接合至其之眾多接觸墊，因此使得內 分段1525變成QPI/MLA總成230將接合於其上之接合墊。眾多金屬軌嵌入於2軸常平架總成1520之鉸鏈層1521之內分段1525內，該等金屬軌經由x軸矽鉸鏈1524及y軸矽鉸鏈1526將內分段1525之頂側上之一組接觸墊連接至沿外框架1522之周邊放置之一組裝置接觸墊1527。內分段1525之頂側上之該組接觸墊係將為QPI/MLA總成230之背側提供電及實體接觸之接觸墊。
參考圖15之側視圖圖解說明，QPI/MLA總成230經展示接合至內分段1525之頂側。如早先所闡釋，此將係使用焊料或共晶球柵陣列類型接合之內分段1525之頂側上之接觸墊與QPI/MLA總成230之背側處之接觸墊之間的一既係電又實體之接觸接合。圖15側視圖中亦圖解說明間隔層1528，該間隔層將以晶圓級使用苯環丁烯(BCB)聚合物黏合劑接合或諸如此類與基底層1530接合於頂側及與鉸鏈層接合於背側。間隔層1528之高度(或厚度)將經選擇以適應內分段1525之拐角連同經接合之QPI/MLA總成230在最大致動角處之垂直位移。舉例而言，若內分段1525之對角線總共量測5mm且拐角處之最大活節轉動角係15°，則間隔層1528之厚度應量測大約0.65mm以便適應內分段1525之拐角在最大活節轉動處之垂直位移。
參考圖15之側視圖圖解說明，內分段1525連同經接合之QPI/MLA總成230之活節轉動將使用以下物項完成：放置於內分段1525之背側之四個拐角處之一組電磁鐵1535，及放置於基底層1530之頂側上與內分段1525之背側之四個角 對準之一組永久磁鐵1536。電磁鐵1535將係具有以晶圓級使用多層壓印微影形成於內分段1525之背側上之一金屬核心之一線圈。永久磁鐵1536將係通常由釹磁鐵(Nd2Fe14B)或諸如此類形成之一薄磁條。如早先所闡述內分段1525連同經接合QPI/MLA總成230之活節轉動將藉由藉助一電信號驅動該組電磁鐵1535來完成，該電信號具有適當時間振幅變化以影響該組電磁鐵1535與永久磁鐵1536之間的磁性吸引之適當時間變化，該適當時間變化將導致內分段1525連同經接合QPI/MLA總成230如早先所闡述進行時間活節轉動。由QPI裝置210產生且經由併入於早先所闡述之內分段1525中之金屬軌及接觸件而供應至該組電磁鐵1535之至該組電磁鐵1535之驅動電信號將與由QPI裝置210執行之像素調節同步達一定程度以致將達成自QPI裝置210之像素陣列發射之經強度及色彩調節之光之期望之方向調節。至該組電磁鐵1535之驅動電信號之時間變化將經選擇以達成內分段1525連同經接合QPI/MLA總成230圍繞其x軸及y軸兩者之時間角活節轉動，如圖15中所圖解說明。取決於鉸鏈層1521之矽基板之厚度及矽鉸鏈1524及1526之經選擇寬度，可藉由本發明之實施例1500達成之圖13B中所圖解說明之時間角活節轉動α(t)之最大值±α max 將通常在自±15°至±17°之範圍中。
由QPI裝置210產生且經由併入於早先所闡述之內分段1525中之金屬軌及接觸件而供應至該組電磁鐵1535之至該組電磁鐵1535之驅動電信號將由一基礎分量及一校正分量 構成。至該組電磁鐵1535之驅動電信號之基礎分量將表示一標稱值，且一校正分量將自由定位於內分段1525之背側上與矽鉸鏈1524及1526對準之一組四個感測器所產生之一角活節轉動錯誤值導出。此等感測器將係放置於內分段1525之背側上與放置於基底層1530之頂側上之四個紅外線(IR)發射體對準之一IR偵測器陣列。此等四個IR偵測器陣列之輸出值將再次經由併入於早先所闡述之內分段1525中之金屬軌及接觸件路由至QPI裝置，且用於計算對導出之活節轉動角與實際活節轉動角之間的錯誤之一估計值，該估計值將併入作為對由QPI裝置提供至該組電磁鐵1535之驅動信號之一校正。定位於內分段1525之背側上之感測器亦將係經恰當對準以沿常平架之2軸中之每一者偵測致動角之微尺度陀螺儀。
圖16中圖解說明本發明之另一實施例(在本文中稱作1600)。圖16包含對此實施例之等角視圖及側視圖圖解說明。如圖16中所圖解說明，本發明之實施例1600由2軸常平架1620及接合於其頂部上之QPI/MLA總成230構成。圖16亦展示展示實施例1600之2軸常平架總成1620之構成層之此實施例之一分解等角圖解說明。如圖16中所圖解說明，時間空間光學方向光調節器藉由將QPI/MLA總成230(圖12中所繪示)接合於使用多個矽基板層(亦即，一墊層1621、一彈簧層1625及一基底層1630)製作之2軸常平架總成1620之頂側上實現。墊層1621之頂側併入QPI/MLA總成230欲使用標準焊接技術(諸如覆晶焊料球)接合至之眾多接 觸墊，因此使墊層1621之頂側成為QPI/MLA總成230接合於其上之接合層/接觸墊1623。墊層1621之背側併入將藉由在晶圓級上使用UV壓印微影或諸如此類將聚碳酸酯聚合物壓凸於墊層1621之背側上所形成之球形樞軸1635。墊層1621連同壓凸於其背側上之球形樞軸1635將稱作鉸鏈式墊1621/1635。球形樞軸1635之中心之仰角判定角偏轉之x及y軸之仰角。基底層1630之頂側併入將藉由將聚碳酸酯聚合物壓凸於晶圓處之基底層1630之頂側上形成之球形承窩1636。基底層1630連同經壓凸於其頂側上之球形承窩1636將稱作托架1630/1636。併入於墊層1621之背側上之球形樞軸1635及併入於基底層1630之頂側上之球形承窩1636之表面曲率將±匹配以便在放置於托架1630/1636之頂部上時允許鉸鏈式墊1621/1635使其成為一2軸活節轉動墊。儘管球形樞軸1635及球形承窩1636之壓凸表面將具有約數nm RMS之表面粗糙度表示之光學品質，但由於活節轉動移動所致之兩個表面之間的可能摩擦將藉由用一薄層(50nm至100nm)石墨來塗佈球形樞軸1635及球形承窩1636之表面而減少。
鉸鏈式墊1621/1635藉由彈簧層1625(在其四個拐角中之每一者處含有在彈簧層1625中蝕刻成之一單個螺旋形彈簧1626)在托架1630/1636之表面曲率內保持於適當位置中。如圖16分解等角視圖中所圖解說明，四個螺旋形彈簧中之每一者之內端併入一內接合墊1627，該內接合墊1627對應於定位於墊層1621之背側處之一完全相同接觸墊1622。多 個金屬軌嵌入於螺旋形彈簧1626中，該等金屬軌用於將來自內接合墊1627之電介面信號路由至定位於彈簧層1625之背側之周邊邊緣處之一組邊緣接觸件/墊1628。彈簧層1625之外端之背側上之邊緣接觸件/墊1628對應於定位於基底層1630之周邊邊緣處之一匹配組接合墊1629。基底層1630之頂側上之邊緣接觸件經由嵌入於基底層內之金屬軌連接至定位於基底層1630之背側上之一組裝置接觸墊1631。在圖16之側視圖中所圖解說明之本發明之實施例1600之最終總成中，當彈簧層1625之邊緣接觸件/墊1628之背側接合至基底層1630之頂側接合墊1629且螺旋形彈簧1626之內接合墊1627接合至墊層1621之背側上之對應接觸墊1622時四個螺旋形彈簧1626將擴展。當彈簧層1625接合至墊層1621之背側及基底層1630之頂側時，螺旋形彈簧1626(如剛所闡述，四個螺旋彈簧)變得完全擴展且在彼全擴展組態中其用於多種用途：(1)形成使球形樞軸1635保持於球形承窩1636內所需之一彈簧負載阻抗；(2)形成維持鉸鏈式墊1621/1635之中性位置所需之機械平衡；及(3)將電介面信號自裝置接觸墊1631路由至QPI/MLA總成230之接合層/接觸墊1623。參考圖16之側視圖圖解說明，QPI/MLA總成230經展示接合至墊層1621之頂側接合層/接觸墊1623。此將係使用焊料或共晶球柵陣列類型接合之接合層/接觸墊1623與QPI/MLA總成230之背側處之接觸墊之間的一既係電又實體之接觸接合。在操作組態中，全裝置總成1600將使用焊料或共晶球柵陣列類型接合使用定位於 基底層之背側上之接觸墊1631接合至一基板或印刷電路板。
圖16側視圖中亦圖解說明將經選擇以適應鉸鏈式墊1621/1635之拐角連同經接合QPI/MLA總成230在最大致動角處之垂直位移之球形承窩1636之經延伸高度。舉例而言，若鉸鏈式墊1621/1635連同經接合之QPI/MLA總成230之對角線量測5mm且拐角處之最大致動角係±30°，則球形承窩1636之經延伸高度之厚度應量測大約1.25mm以便適應鉸鏈式墊1621/1635之拐角連同經接合QPI/MLA總成230在最大致動角處之垂直位移。
墊層1621連同經接合QPI/MLA總成230之致動將使用以下物項完成：嵌入於球形樞軸1635內之一組電磁鐵及嵌入於球形承窩1636內之一組永久磁鐵。致動電驅動信號將經路由至嵌入於球形樞軸1635內之電磁鐵以便影響早先段落中所闡述之致動移動。至嵌入於球形樞軸1635內之電磁鐵之致動電驅動信號之基礎分量將表示一標稱值，且將自由定位於墊層1621之背側上之一組四個感測器所產生之一角活節轉動錯誤值導出。此等感測器係放置於墊層1621之背側上之與放置於基底層1630之頂側上之四個紅外線(IR)發射體對準之一IR偵測器陣列。此等四個IR偵測器陣列之輸出值將再次經由併入於早先所闡述之墊層1621中之金屬軌及接觸件路由至QPI裝置，且用於計算對導出之活節轉動角與實際活節轉動角之間的錯誤之一估計值，該估計值將併入作為對由PDA裝置提供至嵌入於球形樞軸1635內之該 組電磁鐵之驅動信號之一校正。定位於墊層1621之背側上之感測器亦可係經恰當對準以沿常平架之2軸中之每一者偵測致動角之微尺度陀螺儀。
嵌入於球形承窩1636內之永久磁鐵將係薄磁桿或線，通常由釹磁鐵(Nd2Fe14B)或諸如此類構成，且將經塑形以橫跨球形承窩1636之彎曲腔提供一均勻磁場。如早先所闡述之墊層1621連同經接合QPI/MLA總成230之致動將藉由藉助一電信號驅動嵌入於球形樞軸1635內之該組電磁鐵來完成，該電信號具有適當時間振幅變化以影響嵌入於球形樞軸1635內之該組電磁鐵與嵌入於球形承窩1636內之永久磁鐵之間的磁性吸引之適當時間變化，該適當時間變化將導致墊層1621連同經接合QPI/MLA總成230如早先所闡述進行時間活節轉動。由QPI裝置產生且經由併入於早先所闡述之墊層1621上之金屬軌及接觸件而路由之至嵌入於球形樞軸1635內之該組電磁鐵之驅動電信號將與由QPI裝置執行之像素調變同步達一定程度以致將達成自QPI裝置之像素陣列發射之經強度及色彩調節之光之期望之方向調節。用於嵌入於球形樞軸1635內之該組電磁鐵之驅動電信號之時間變化將經選擇以達成鉸鏈式墊1621連同經接合QPI/MLA總成230沿其x軸及y軸兩者之時間角活節轉動，如圖15中所圖解說明。取決於控管墊層1621之拐角連同經接合QPI/MLA總成230之最大垂直位移之球形承窩1636之經延伸高度，可藉由本發明之實施例1600達成之圖15中所圖解說明之時間角活節轉動α(t)之最大值±α max 將通常在自 ±30°至±35°之範圍中。
熟習此項技術者將知曉先前段落中所闡述之本發明之實施例1500及1600之常平架致動器可經實施以藉由交換電磁鐵及永久磁鐵之位置而達成實質上相同目的。
本發明之兩個例示性實施例1500及1600主要在各自可達成之時間角活節轉動α(t)之最大值α max 及各自實施例需要超過QPIA/MLA總成230之邊界之外區域方面不同。首先，如圖16中所圖解說明，在本發明之實施例1600中，2軸常平架完全容納於QPI/MLA總成230之佔用面積內(在下文中成為零邊緣特徵)而如圖15中所圖解說明在本發明之實施例1500中，2軸常平架容納於QPI/MLA總成230外邊界之外周邊處。其次，實施例1600可達成之時間角活節轉動α(t)之最大值α max 可能係實施例1500可提供之最大值的兩倍大。當然，可由實施例1600完成之時間角活節轉動α(t)之較大最大值α max 以需要高於實施例1500之較大垂直高度為代價。實施例1600之零邊緣特徵使其較適於經平鋪以形成一大面積顯示器而實施例1500之低輪廓(低高度)特徵使其較適於形成用於行動應用之一緊湊顯示器。
MLA 220微透鏡系統610、620及630之角範圍Θ可透過微透鏡系統610、620及630之折射表面之適當設計選擇或藉由增加或減少其光學元件之數目而變得大於或小於圖6之例示性實施例之±15°。然而，應注意，針對一給定解析度(其以像素調節群組G i 內之像素之數目表示)，改變MLA220微透鏡系統之角範圍Θ將導致由本發明之時間空間光學 方向光調節器之QPI/MLA總成230發射之經方向調節光之劍的角解析度(分離度)之一改變。舉例而言，在先前例示性實施例之Θ=±15°角範圍之情況下，若像素群組G i 包括(128×128)個像素，則由本發明之時間空間光學方向光調節器之QPI/MLA總成230發射之經方向調節光束之間的角解析度將係大約δΘ=0.23°。δΘ=0.23°之此相同角解析度值亦可藉由將MLA 220微透鏡系統之角範圍減少至Θ=±7.5°及將構成像素群組G i 之像素之數目減少至(64×64)個像素來達成。一般而言，將一較高F/#(亦即，角範圍Θ之較小值)用於MLA 220微透鏡系統將允許使用一較小像素調節群組G i 大小達成一給定角解析度值，此繼而將導致在QPI裝置210之一給定像素解析度內之多個像素之可用性以形成多個像素群組G i 且因此形成比由本發明之時間空間光學方向光調節器之QPI/MLA總成230可達成之空間解析度高之空間解析度。此設計折衷允許選擇MLA 220微透鏡系統設計參數之F/#與QPI/MLA總成230可達成之空間解析度之間的適當平衡。另一方面，MLA 220微透鏡系統之F/#增加以增加空間解析度，本發明之時間空間光學方向光調節器之QPI/MLA 230可達成之角範圍將減少。此時，時間角活節轉動α(t)之最大值α max 將變成設計折衷之一部分以恢復經損失以有助於增加空間解析度之角範圍。在先前實例中，當活節轉動角之最大值α max 經選擇為α max =±7.5°時，時間空間光學方向調節器將能夠使用(64×64)個像素之像素群組G i 達成(α max +Θ)=±15°之一經擴展角範圍。在本質上，針 對一給定角解析度值δΘ，活節轉動角之最大值α max 折衷為可用於增加可藉由時間空間光學方向調節器達成之方向調節之角範圍或空間解析度之一參數。
應注意，與使用一掃描鏡來時間方向調節一光束之先前技術不同，本發明之時間空間光學光調節器在一項非常重要態樣中之不同之處在於其在任何給定時間例項下產生同時經方向調節之眾多光束。在本發明之時間空間光學光調節器之情形中，眾多經方向調節光束將藉由常平架式QPI/MLA總成230之活節轉動而經時間多工以擴展方向調節解析度及角範圍。如早先所闡釋(參見圖14)，在常平架式QPI/MLA總成230進行活節轉動時，隨著某些光束在時間上以一管線方式衰弱而添加一新組經方向調節光束直至完全涵蓋本發明之時間空間光學光調節器之經擴展角範圍為止。因此，在任何給定時刻處，常平架式QPI/MLA總成230之全發射式孔徑用於在任何給定方向在時間上保持於QPI/MLA總成230之經活節轉動孔徑之涵蓋範圍內時累積彼方向處之期望之強度。由於眾多經方向調節光束之此時間管線化，可使本發明之時間空間光學光調節器之回應時間與具有最小延時之影像資料輸入速率相匹配。另外，本發明之時間空間光學方向光調節器之常平架式QPI/MLA總成230之活節轉動可以一不中斷型樣進行，該部中斷型樣將在常平架式QPI/MLA總成230橫跨本發明之時間空間光學光調節器之經擴展角範圍進行活節轉動時產生其發射孔徑之最小消隱或無消隱。因此，先前技術方向光調節器之 緩慢回應時間、不良效率及大體積缺點藉由本發明之時間空間光學光調節器全部實質上克服。
圖8及圖9圖解說明時間空間光學方向光調節器之操作原理。圖8圖解說由QPI裝置210之發射像素中之(n×n)個像素之一個二維陣列構成之調節群組G i 中之一者之一例示性實施例，藉此出於便利像素群組G i 沿一個軸之大小將經選擇為n=2m。參考圖8，可藉由像素群組G i 達成之方向調節可定址性將透過構成調節群組G i 之(n×n)個像素沿其兩個軸x及y中之每一者使用m位元字之可定址性來完成。圖9圖解說明將自構成QPI像素調節群組G i 之(n×n)個像素發射之光映射至由相關聯MLA 220微透鏡(諸如圖6中所圖解說明之例示性實施例之彼微透鏡)之角範圍Θ所定義之三維體積內之個別方向中。作為一說明性實例，當QPI之個別像素之尺寸係(5×5)微米且QPI像素群組G i 由(n×n)=(27×27)=(128×128)個像素陣列構成且相關聯MLA 220微透鏡之角範圍係Θ=±15°時，則自QPI發射表面處之大小(0.64×0.64)毫米之QPI二維調節像素群組G i 中之每一者，將可能跨越Θ=±15°之角範圍產生(128)2=16,384個可個別定址之方向光束，藉此在16,384個方向中之每一者上產生之光亦可進行色彩及強度之個別調節。當QPI/MLA總成230使用實施例1500及1600之2軸常平架如早先所闡述(參見圖12及圖13A)地進行活節轉動時，由QPI/MLA總成230之透鏡元件提供之方向調節角範圍將在時間上延伸由常平架提供之最大活節轉動角±α max 。因此，由本發明之時間空間光 學方向光調節器提供之方向調節角範圍將在時間上延伸超過一角涵蓋範圍，總計±(Θ+α max )。舉例而言，當MLA 220透鏡元件之角範圍係Θ=±15°，且最大活節轉動角α max =±30°時，則將由時間空間光學方向光調節器提供之經擴展角範圍將係(Θ+α max )=±45°，且其將能夠在時間上產生之光調節方向將係[n(Θ+α max )/Θ]2=9×可由QPI/MLA總成230產生之光調節方向之數目(參見圖14)，亦即，9(128)2=147,456個光調節方向。意指，可由本發明之時間空間光學方向光調節器產生之光調節方向之數目將係(3n×3n)，其中(n×n)係與MLA 220透鏡元件中之一者相關聯之像素群組G i 之大小(以QPI像素之數目表示)。因此，針對此實施例，時間空間光學方向光調節器將提供9×QPI/MLA總成230所提供之方向調節解析度之一擴展方向偵測解析度。一般而言，由時間空間光學方向光調節器提供之方向調節解析度在延伸超過±(Θ+α max )之一角之一角範圍內將係[n(Θ+α max )/Θ]2。
除了本發明之時間空間光學方向光調節器之方向調節能力以外，使用QPI像素調節群組G i 之一(N×M)陣列(諸如先前設計實例中所闡述之彼陣列)，空間調節亦將係可能的。舉例而言，若需要形成具有提供先前實例之(9×128)2=147,456個方向調節解析度之N=16×M=16之空間調節解析度之本發明之一方向光調節器，則本發明之時間空間光學方向光調節器將包括一陣列(16×16)個方向調節群組G i ，且當使用具有(5×5)微米像素大小之一QPI時，時 間空間光學方向光調節器之總大小係大約10.24×10.24毫米。使用先前實例之角範圍值，自本發明之此一空間光學方向光調節器發射之光可以(16×16)進行空間調節且以147,456之一解析度在±45°之角範圍內進行方向調節，且亦可在每一方向上進行色彩及強度之調節。
如由先前實例所圖解說明，時間空間光學光調節器之空間及方向調節解析度(以一給定角範圍內之個別可定址方向之數目表示)將藉由選擇發射式微發射體陣列QPI裝置210之解析度及像素節距、MLA 220透鏡元件之節距、MLA 220透鏡元件之角範圍及調節器常平架之最大活節轉動角而判定。對熟習此項技術者將明顯的是，MLA透鏡系統可經設計以允許較寬或較窄角範圍，常平架設計可經選擇以允許較寬或較窄活節轉動角且每一調節群組內之像素之數目可經選擇為較小或較大以便形成可遵循前述論述中提供之教示達成任何期望之空間及方向調節能力之一時間空間光學方向光調節器。
可使用本發明之空間光學方向光調節器實現任何期望之空間及方向調節能力。先前實例圖解說明可如何使用一單個10.24毫米×10.24毫米QPI裝置210實施具有(16)2空間解析度及(3×128)2方向解析度之本發明之空間光學方向光調節器。為實現較高空間解析度，本發明之時間空間光學方向光調節器可使用包括眾多較小空間解析度之本發明之時間空間光學方向光調節器之一平鋪式陣列來實施。舉例而言，當先前實例之時間空間光學方向光調節器之一(3×3) 陣列經如圖11中所圖解說明平鋪時，所得時間空間光學方向光調節器將提供(3×16)2空間解析度及(3×128)2方向解析度。由於其緊湊體積尺寸，因此可能平鋪眾多本發明之時間空間光學方向調節器以便實現一較高空間解析度版本。舉例而言，使用一單個QPI裝置210(其自身將具有分別10.24mm×10.24mm×5mm之一例示性寬度、高度及厚度)之先前實例之時間空間光學方向光調節器可用於形成圖11中所圖解說明之較大解析度版本(其寬度、高度及厚度將分別具有3.07cm×3.07cm×0.5cm之尺寸)。舉例而言，若平鋪經擴展以包含較小解析度時間空間光學方向光調節器之一(30×30)陣列，則所得時間空間光學方向光調節器將具有一(30×16)2空間解析度及(3×128)2方向解析度且將量測寬度、高度及厚度分別為30.07cm×30.07cm×0.5cm。其可能藉由使用定位於一底板背側上之微球柵陣列(MBGA)之電接觸將眾多先前實例之時間空間光學方向光調節器接合至該底板來實施圖11中所圖解說明之本發明之時間空間光學方向光調節器之較高空間解析度版本，此給出實施例1600之零邊緣特徵，將使得可能實現眾多此等方向光調節器裝置之無縫平鋪以實施任何期望大小之時間空間光學方向光調節器。當然，圖11中所圖解說明之時間空間光學方向光調節器之陣列之大小可增加至實現任何期望之空間解析度所需之範圍。亦可能針對一增加空間解析度折衷時間空間光學方向光調節器之方向解析度。舉例而言，若像素調節群組大小減少至(64×64)，則圖11中所圖 解說明之(3×3)陣列將提供(3×32)2空間解析度及(3×64)2方向解析度。值得注意的是，藉由本發明之時間空間光學方向光調節器實施例1600之早先所闡述之零邊緣特徵使得提供圖11中所圖解說明之經擴展空間孔徑之時間空間光學方向光調節器之陣列可能。
將參考對圖8及圖9之圖解說明闡述時間空間光學方向光調節器之操作原理。圖8圖解說明針對方向調節使用m位元解析度之調節群組G i 中之每一者之二維可定址性。如早先所闡釋，將自調節群組G i 之(2m×2m)個個別像素發射之光藉由其相關聯MLA 220元件在相關聯MLA微透鏡元件之角範圍±Θ內映射至22m個光方向上。使用個別像素在調節群組G i 中之每一者內之個別像素之(x,y)維度座標，所發射光束之角座標(θ,φ)藉由以下方程式得出：
Figure TWI611214BD00003
Figure TWI611214BD00004
其中α x (t)及α y (t)分別係在時期t處圍繞x軸及y軸之活節轉動角之值，角θ(t)及φ(t)係在時期t處方向調節球座標之值，其中極軸在θ=0下平行於調節群組G i 之發射表面之z軸且m=log2 n係用於表達調節群組G i 內之x及y像素解析度之位元之數目。時間空間光學方向光調節器之空間解析度係由構成整個時間空間光學方向光調節器之二維調節群組陣列內之個別調節群組G i 中之每一者之座標(X,Y)定義。在本質上，時間空間光學光調節器將能夠在時間上產生(調節)藉由由其調節群組陣列及方向座標(θ,φ)定義之空間座 標(X,Y)描述之一光場，其中該等方向座標係由調節群組G i 內之發射像素之座標(x,y)之值及時間空間光學方向光調節器之活節轉動角之時間值定義，如由以上方程式3及方程式4所定義。
圖10(其圖解說明空間光學方向光調節器之資料處理方塊圖之一例示性實施例)亦適用本發明之時間空間光學實施例。使用16位元表示方向調節及使用典型24位元來表示每一方向上之經調節之光強度及色彩之先前闡述亦適用於本發明之時間空間光學實施例。
可能應用包含
本發明之時間空間光學方向光調節器可用於實施(舉例而言)經實現為眾多時間空間光學方向光調節器之一平鋪式陣列(諸如圖11中所圖解說明之陣列)具有一任意大小之一3D顯示器。可藉由時間空間光學方向光調節器實現之經擴展角範圍將達成體積緊湊且提供一大視角但無需使用龐大且高成本光學總成之3D顯示器之實現。可藉由時間空間光學方向光調節器達成之體積緊湊性之位準將達成桌上型3D顯示器以及可能行動3D顯示器兩者之實現。此外，時間空間光學方向光調節器之經擴展方向調節能力使其能夠在其經擴展角範圍內調節具有與人類視覺系統眼睛角分離度相匹配之一角解析度值δΘ之眾多視圖，因此使其成為將不需要使用眼鏡來觀看其顯示之3D內容之一3D顯示器。事實上，假定本發明之時間空間光學方向光調節器可產生高數目個經獨立調節光束，其將能夠在所產生之多個視圖 之間調節具有充足角解析度值之一3D影像，該3D影像將消除通常阻礙3D顯示器之效能且導致視覺疲勞之視覺輻輳-調節衝突(VAC)。換言之，本發明之時間空間光學方向光調節器之角解析度能力使其能夠產生將不導致觀看者之視覺疲勞的一無VAC之3D影像。時間空間光學方向光調節器之光場調節能力亦使其成為可用於實施一合成全像3D顯示器之3D光場顯示器之根本基礎。
時間空間光學方向光調節器亦可用作用於液晶顯示器(LCD)之一背光以實施一3D顯示器。時間空間光學方向光調節器亦可操作為一2D高解析度顯示器。在此情形中，QPI裝置210之個別像素將用於調節色彩及強度同時MLA220將用於填充顯示器之視角。對時間空間光學光調節器而言亦可能藉由調適其輸入資料之格式以與期望之操作模式相匹配而自2D顯示模式切換至3D顯示模式。當時間空間光學方向光調節器用作一2D顯示器時，其光角範圍將係與其MLA 220微透鏡元件相關聯之角範圍加其常平架之活節轉動角±(Θ+α max )，其中個別調節群組之像素解析度經利用以達成較高空間解析度。
因此，本發明具有若干個態樣，該等態樣可單獨或以各種組合或子組合實踐，如所期望。雖然本文中出於圖解說明且非出於限制目的已揭示及闡述本發明之某些較佳實施例，但熟習此項技術者應理解，在不背離如由以下申請專利範圍之整個範圍界定之本發明之精神及範疇之情況下可在其中作出各種形式及細節之改變。
200‧‧‧時間空間光學方向光調節器
210‧‧‧QPI裝置/發射式微陣列QPI裝置
220‧‧‧2維微透鏡陣列/晶圓級光學器件微透鏡陣列/微透鏡陣列
230‧‧‧QPI/微透鏡陣列總成
400‧‧‧微透鏡元件
510‧‧‧角涵蓋範圍剖面
520‧‧‧時間角涵蓋範圍剖面
600‧‧‧晶圓級光學器件透鏡元件
610‧‧‧光學元件/微透鏡系統
620‧‧‧光學元件/微透鏡系統
630‧‧‧光學元件/微透鏡系統
660‧‧‧蓋玻璃
720‧‧‧微透鏡陣列層
730‧‧‧微透鏡陣列層
760‧‧‧QPI裝置蓋玻璃
1310‧‧‧連續之時間活節轉動
1320‧‧‧離散或逐步之時間活節轉動
1500‧‧‧時間空間光學方向光調節器
1520‧‧‧2軸常平架總成/2軸常平架
1521‧‧‧鉸鏈層
1522‧‧‧外框架
1523‧‧‧內環
1524‧‧‧矽鉸鏈
1525‧‧‧內分段/裝置接合墊
1526‧‧‧矽鉸鏈
1527‧‧‧裝置接觸墊
1528‧‧‧間隔層
1530‧‧‧基底層
1535‧‧‧電磁鐵
1536‧‧‧永久磁鐵
1600‧‧‧時間空間光學方向光調節器
1620‧‧‧2軸常平架/2軸常平架總成
1621‧‧‧墊層/鉸鏈式墊
1622‧‧‧接觸墊
1623‧‧‧接合層/接觸墊
1625‧‧‧彈簧層
1626‧‧‧螺旋形彈簧
1627‧‧‧內接合墊
1628‧‧‧邊緣接觸件/墊
1629‧‧‧接合墊
1630‧‧‧基底層
1631‧‧‧裝置接觸墊/接觸墊
1635‧‧‧球形樞軸
1636‧‧‧球形承窩
d 1‧‧‧光方向/方向
d 2‧‧‧光方向/方向
d 3‧‧‧光方向/方向
d 4‧‧‧光方向/方向
p 1‧‧‧像素
p 2‧‧‧像素
p 3‧‧‧像素
p 4‧‧‧像素
x‧‧‧軸
y‧‧‧軸
Θ‧‧‧角發散/角範圍/角
±α x ‧‧‧角
±α y ‧‧‧角
圖1圖解說明實用液態透鏡之一先前技術方向光調節器。
圖2圖解說明實用掃描鏡之一先前技術方向光調節器。
圖3圖解說明一先前技術方向調節3D光調節器。
圖4圖解說明時間空間光學方向光調節器之空間光學方向光調節態樣。
圖5係空間光學方向光調節器之方向光調節原理之一等角視圖。
圖6圖解說明空間光學方向光調節器之一例示性準直晶圓級光學器件設計。
圖7圖解說明使用圖6中所圖解說明之晶圓級光學器件例示性設計之空間光學方向光調節器之一例示性設計。
圖8圖解說明時間空間光學方向光調節器之空間調節像素群組中之一者內之方向可定址性之一例示性實施例。
圖9圖解說明時間空間光學方向光調節器之空間調節像素群組中之一者內之方向調節之一例示性實施例。
圖10係闡釋空間光學方向光調節器之資料處理方塊圖之一方塊圖。
圖11圖解說明藉由平鋪眾多空間光學方向光調節器所實施之一3D/2D可切換顯示器之一例示性實施例之一等角視圖。
圖12圖解說明時間空間光學方向光調節器之原理態樣之一等角視圖。
圖13A圖解說明藉由時間空間光學方向光調節器之時間活節轉動變得可能之角發射擴展。
圖13B圖解說明時間空間光學方向光調節器之角時間活節轉動。
圖14圖解說明時間空間光學方向光調節器之經延伸角涵蓋範圍剖面。
圖15圖解說明時間空間光學方向光調節器之一項實施例之等角視圖、側視圖及俯視圖。
圖16圖解說明時間空間光學方向光調節器之另一實施例之等角視圖、側視圖及俯視圖。

Claims (40)

  1. 一種光調節器，其包括：一發射式微發射體陣列裝置，其具有一微像素陣列，每一像素可在空間上、在色度上及在時間上個別地定址且發射侷限於一角錐的光，及一微透鏡陣列，該微透鏡陣列中之每一微透鏡跨越該發射式微發射體陣列之一像素群組，藉此該微透鏡陣列中之一微透鏡將在一不同方向上引導來自該各別像素群組中之每一發射式微發射體之照射。
  2. 如請求項1之光調節器，其中每一像素群組係一個二維像素群組。
  3. 如請求項2之光調節器，其中該發射式微發射體陣列裝置之該等像素中之每一者係可個別定址之一固態光發射體，該固態光發射體選自由發光二極體及雷射二極體組成之群組。
  4. 如請求項3之光調節器，其中該發射式微發射體陣列裝置之每一像素可發射多種色彩之光，且每一像素可個別定址以發射一經選擇色彩及強度之光。
  5. 如請求項3之光調節器，其中該發射式微發射體陣列裝置之該等像素具有十微米或更少之一線性尺寸。
  6. 如請求項3之光調節器，其中該微透鏡陣列由複數個堆疊式微透鏡陣列構成。
  7. 如請求項4之光調節器，其中該光調節器之該方向、色彩及強度可定址性係使用至該光調節器之一多欄位資料 輸入來完成，藉此針對該等像素群組之空間陣列內之每一指定像素群組位址，至少一個輸入資料欄位用於規定該所發射光之該方向且至少一個欄位用於規定在彼指定方向上發射之該光之該色彩及強度。
  8. 如請求項4之光調節器，其以複數形式構成一平鋪式陣列中之一組集體式光調節器，其中在每一光調節器中，該發射式微發射體陣列裝置之該等像素係多色彩像素且可個別定址以發射具有一經選擇色彩及強度之光，該微透鏡陣列由複數個堆疊式微透鏡陣列構成，該微透鏡陣列之該等透鏡中之每一者係與該各別發射式微發射體陣列裝置之一各別像素群組內之複數個像素相關聯及對準，其中每一透鏡將自該複數個像素發射之該光光學映射至該透鏡之一數值孔徑內之一組對應離散方向中以達成在該組離散方向之每一個別方向上發射之該光之該色彩及強度，藉此使得該光調節器能夠橫跨跨越該組集體式光調節器之一孔徑產生經色彩、強度及方向調節之光。
  9. 如請求項4之光調節器，其中該等光調節器之每一像素之該方向、色彩及強度可定址性係使用該等個別光調節器之一多欄位資料輸入來完成，藉此針對該等像素群組之空間陣列內之每一指定像素群組位址，至少一個輸入資料欄位用於規定該所發射光之空間方向且至少一個欄位用於規定在彼指定方向上發射之該光之該色彩及強度。
  10. 如請求項1至9中任一項之光調節器，其中來自該等發射式微發射體之照射之該等不同方向定義一角範圍，且其中該發射式微發射體陣列裝置及該微透鏡陣列經裝配在一起且作為一單個總成繞至少一個軸進行角活節轉動以在該發射式微發射體陣列之一發射表面之一平面內且在正負一最大角活節轉動之一範圍內發射光。
  11. 如請求項10之光調節器，其中該發射式微發射體陣列裝置及該微透鏡陣列經組態以作為一單個總成繞兩個正交軸在繞該各別軸之正負一最大角活節轉動之一範圍內進行角活節轉動。
  12. 如請求項11之光調節器，其中該角活節轉動經組態以增加該等不同方向之間的一角解析度，或增加來自該等發射式微發射體之照射之該等不同方向之該角範圍。
  13. 如請求項10之光調節器，其中該平鋪式陣列中之毗鄰光調節器具有介於毗鄰像素群組中之作用像素之間的某些非作用邊緣像素。
  14. 如請求項3之光調節器，其中：該發射式微發射體陣列裝置之該等像素係多色彩像素且可個別定址以發射具有一經選擇色彩及強度之光；該微透鏡陣列具有複數個堆疊式微透鏡陣列，該微透鏡陣列之該等透鏡中之每一者與該發射式微發射體陣列裝置之一像素群組內之複數個像素相關聯及對準，其中每一透鏡將自該各別複數個像素發射之該光光學映射至該各別透鏡之一數值孔徑內之一組對應離散方向中以達 成在該組離散方向中之每一個別方向上發射之該光之該色彩及強度：藉此使得該光調節器能夠產生經色彩、強度及方向調節之光。
  15. 一種方向光調節器，其包括：一個二維發射式微發射體陣列裝置，每一像素可在空間上、在色度上及在時間上個別地定址且發射侷限於一角錐的光；微透鏡元件之一微透鏡陣列；該二維發射式微發射體陣列裝置及該微透鏡陣列經裝配(assembled)在一起且作為一單個總成以與一圖像輸入資料圖框速率成比例並同步的一重複速率(repetition rate)而進行角活節轉動以圍繞兩個軸在該發射式微發射體陣列之一發射表面之一平面內且在每一各別軸上之正負一最大角活節轉動之一範圍內發射光。
  16. 如請求項15之方向光調節器，其中該角活節轉動係由用於該二維發射式微發射體陣列裝置及該微透鏡陣列之該總成之一常平架支撐件提供以用於藉由該常平架支撐件之該角活節轉動在時間上擴展在該兩個軸中之每一者上之角範圍，藉此在時間上擴展沿該兩個軸中之每一者之該組光方向。
  17. 如請求項16之方向光調節器，其中該在時間上經擴展角範圍在時間上連續或離散，且具有與一影像輸入資料圖框速率成比例且同步之一重複率，藉此圍繞該兩個軸中 之每一者之該最大角活節轉動判定該方向光調節器之該經擴展角範圍、角涵蓋範圍、形狀及縱橫比。
  18. 如請求項17之方向光調節器，其中圍繞該兩個軸中之每一者之該角活節轉動至少等於該輸入影像資料之一圖框速率乘以等於該經擴展角範圍與沿每一各別軸之該角範圍之比率之一因數。
  19. 如請求項16之方向光調節器，其中每一像素之可定址性係使用至該方向光調節器之一多欄位資料輸入來完成，藉此針對該等像素群組之空間陣列內之每一指定像素群組位址，至少一個輸入資料欄位用於規定所發射光之該方向且至少一個欄位用於規定在彼指定方向上發射之該光之色彩及強度。
  20. 如請求項15之方向光調節器，其用作可藉由調適輸入資料之一格式以與一3D顯示模式或一高解析度2D顯示模式相匹配而經切換從而以該3D顯示模式或該高解析度2D顯示模式操作之一顯示器。
  21. 如請求項15之方向光調節器，其用作可經切換以作為一3D顯示器或作為一高解析度2D顯示器操作之一液晶顯示器(LCD)之一背光。
  22. 如請求項15之方向光調節器，其能夠在其經擴展角範圍內調節具有與人類視覺系統眼睛角分離度相匹配之一角解析度值之眾多視圖，因此使其成為將不需要使用眼鏡來觀看其顯示之3D內容之一3D顯示器。
  23. 一種方向光調節器，其包括： 一發射式微發射體陣列裝置，其包括眾多像素，每一像素可在空間上、在色度上及在時間上個別地定址且發射侷限於一角錐的光；一微透鏡陣列，其經對準於且經實體連接至該發射式微發射體陣列裝置；及一兩軸常平架，其具有兩組電磁致動器，該等電磁致動器與該常平架之兩個軸對準以影響該微透鏡陣列及該發射式微發射體陣列裝置以與一圖像輸入資料圖框速率成比例並同步的一重複速率而圍繞該常平架之該兩個軸之時間角活節轉動。
  24. 如請求項23之方向光調節器，其中該兩軸常平架係使用用以實現該常平架之一個兩軸樞軸之多個矽基板層及界定該常平架相對於一常平架基底之中性位置之一機械阻抗彈簧來實施。
  25. 如請求項24之方向光調節器，其中至該等電磁致動器之驅動電信號提供時間角活節轉動，該時間角活節轉動在時間上連續或離散且具有與透過裝置介面觸點提供之一影像輸入資料圖框速率成比例且同步之一重複率，且其中該等驅動電信號包含由接合至接觸墊之一背側及該常平架之一基底層之一頂側之一組感測器提供之校正值。
  26. 如請求項23之方向光調節器，其中該兩軸常平架包括在該接合墊之該背側上之一球形樞軸及在一常平架基底之一頂側上之一匹配球形承窩。
  27. 如請求項23之方向光調節器，其中在該微透鏡陣列中， 其構成透鏡中之每一者與一個二維像素群組陣列內之各別複數個像素相關聯及精確對準，其中每一構成透鏡將自該各別複數個像素發射之該光光學映射至由該各別構成透鏡之一數值孔徑定義之一角範圍內之一組對應離散方向中。
  28. 如請求項23之方向光調節器，其用於以複數形式形成具有一經擴展空間孔徑之該等方向光調節器之一平鋪式陣列。
  29. 如請求項28之方向光調節器，其中在該等微透鏡陣列中，其構成透鏡中之每一者與一個二維像素群組陣列內之各別複數個像素相關聯及精確對準，其中每一構成透鏡將自該各別複數個像素發射之該光光學映射至由該各別構成透鏡之一數值孔徑定義之一角範圍內之一組對應離散方向中，且該方向光調節器進一步由該等像素群組之空間陣列之一集體組構成，藉此每一像素群組內之每一像素可個別定址以產生經色彩、強度及方向調節之光，藉此使得該經擴展空間孔徑方向光調節器裝置能夠橫跨跨越該等空間陣列之該集體組之一空間孔徑產生經空間調節光，該光亦經色彩、強度及方向調節。
  30. 如請求項29之方向光調節器，其用作可經切換以作為一3D顯示器或作為一高解析度2D顯示器操作之一液晶顯示器(LCD)之一背光以形成一3D顯示器或2D顯示器。
  31. 如請求項29之方向光調節器，其能夠在其經擴展角範圍內調節具有與人類視覺系統眼睛角分離度相匹配之一角 解析度值之眾多視圖，因此使其成為將不需要使用眼鏡來觀看其顯示之3D內容之一3D顯示器。
  32. 如請求項23之方向光調節器，其用作可經切換以作為一3D顯示器或作為一高解析度2D顯示器操作之一液晶顯示器(LCD)之一背光以形成一3D顯示器或2D顯示器。
  33. 如請求項23之方向光調節器，其中該方向光調節器之光場調節能力使其成為可用於實施一合成全像3D顯示器之一3D光場顯示器之根本基礎。
  34. 一種形成一方向光調節器之方法，其包括：提供一發射式微發射體陣列裝置，每一像素可在空間上、在色度上及在時間上個別地定址且發射侷限於一角錐的光；提供微透鏡元件之一微透鏡陣列；使該微透鏡陣列與該發射式微發射體陣列裝置對準成一方向光調節器子總成以使得該微透鏡陣列之每一微透鏡元件與該發射式微發射體陣列裝置之一個二維微發射體陣列內之對應複數個微發射體相關聯及對準以圍繞兩個軸在該發射式微發射體陣列之一發射表面之平面內在正負一最大角範圍之一範圍內發射光，藉此每一微透鏡元件將自該對應複數個微發射體發射之光光學映射至由每一微透鏡元件之一數值孔徑定義之一角範圍內之一組對應離散方向中；使該方向光調節器子總成以與一圖像輸入資料圖框速率成比例並同步的一重複速率而繞至少一第一軸在該總 成之一平面中進行時間活節轉動以回應於角活節轉動而擴展該組離散方向。
  35. 如請求項34之方法，其中使該方向光調節器子總成繞一第二軸在該總成之該平面中進行活節轉動以回應於該角活節轉動而進一步擴展該組離散方向，該第二軸垂直於該第一軸。
  36. 如請求項35之方法，其中：提供一發射式微發射體陣列裝置包括：在一單個基板上提供一微發射體陣列裝置矩陣；提供一微透鏡陣列包括：提供一微透鏡陣列矩陣；將該微透鏡陣列矩陣安裝至該微發射體陣列裝置矩陣上以形成一方向光調節器矩陣，及切割該方向光調節器矩陣以提供複數個個別方向光調節器。
  37. 如請求項36之方法，其中使用半導體晶圓級對準技術使該微透鏡陣列矩陣相對於該微發射體陣列裝置矩陣對準以形成一方向光調節器矩陣。
  38. 如請求項36之方法，其中提供該微透鏡陣列矩陣包括：提供複數個微透鏡陣列層，其中該等微透鏡陣列層以一堆疊形式安裝且相對於彼此對準以形成該微透鏡陣列矩陣。
  39. 如請求項36之方法，其中每一微發射體可個別定址以控制其色彩及亮度。
  40. 如請求項39之方法，其中自該對應複數個微發射體發射 至由每一微透鏡元件之一數值孔徑定義之一角範圍內之一組對應離散方向中之光形成一對應像素群組，每一像素群組內之該等像素與該組經時間擴展方向之關聯性連同該個別像素可定址性達成該組經時間擴展方向之該個別可定址性，藉此該方向光調節器產生在包括該組經時間擴展光方向之該等方向中之任一者上經方向調節之光。
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