TWI622811B - 具方向的背光源 - Google Patents

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TWI622811B
TWI622811B TW103105897A TW103105897A TWI622811B TW I622811 B TWI622811 B TW I622811B TW 103105897 A TW103105897 A TW 103105897A TW 103105897 A TW103105897 A TW 103105897A TW I622811 B TWI622811 B TW I622811B
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麥克Ｇ 羅賓森
葛拉漢Ｊ 伍蓋
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瑞爾Ｄ斯帕克有限責任公司
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Abstract

一種具方向的顯示器包含有一導波器。導波器可包含光線的擷取特徵與反射器。來自光源陣列的光線被擷取特徵透過全內反射導引至視窗陣列，來自導波器的光線經由擷取特徵傳遞的光線被反射器導引至相同的視窗陣列。如此一來，顯示器的亮度可增加。可達成具效率及明亮的裸視三度空間顯示系統。

Description

具方向的背光源
本發明提供一種三度空間光線調變器，尤指一種使用於二維模式的顯示裝置，具有較大面積照度的具方向的背光源。
多路傳輸型裸視三度空間顯示裝置使得視差元件(例如雙凸透鏡螢幕或視差屏障)的影像陣列與三度空間光線調變器(例如液晶顯示器)的影像陣列相互對齊。三度空間光線調變器的影像陣列配置為至少二組像素。視差元件將每一組像素的光分別指向不同方向，以便在顯示器的前方提供第一視窗及第二視窗。當觀察者的眼睛位於第一視窗時，可看見第一影像，而第一影像具有第一組像素的光；而當觀察者的眼睛位於第二視窗時可看見第二影像，而第二影像具有第二組像素的光。
相較於三度空間調光器的解析度，目前這些顯示器已降低的解析度。進一步地說，視窗的結構可經由像素光圈之形狀以及視差元件之影像功能來決定。該些像素之間的間隙(例如電極)可產生不均勻的視窗。很不幸地，當觀察者相對顯示器橫向移動時，這些顯示器會產生閃爍的影像，如此一來，觀察者觀看顯示器的自由度將受到限制。藉由散焦光學元件，可降低閃爍現象；然而，散焦的動作將提高影像的失真程度，而且提升觀察者的視覺應變。藉由調整像素光圈的形狀可降低閃爍現象，然而會降低顯示器以及三度空間光線調變器中的定址電子設備的亮度。
依據本發明的第一目的，在於提供視窗。視窗可透過導波器的擷取特徵的傳遞而形成。擷取特徵可與視窗對齊，而視窗透過來自擷取特徵的光線的全內反射而產生。可達成明亮以及有效率的顯示器。
依據本發明的一實施例，提供一種具方向的背光源，包括：一導波器，包含一輸入端；一光源陣列，面對於該輸入端，且沿著一側向 方向設置於不同的輸入位置；其中該導波器更包括彼此相對的一第一導光面及一第二導光面，該第一導光面與該第二導光面導引光線沿著該導波器傳遞，該導波器包含一反射端，該反射端面對於該輸入端且用於反射輸入光線使其返回該輸入端，該第一導光面透過全內反射導引光線，該第二導光面具階梯形，而該第二導光面包含：複數個刻面，將來自該光源陣列的光線加以反射，當光線於該反射端產生反射之後，將穿出該第一導光面且沿著數個輸出方向進入數個光窗，其中該些輸出方向分佈於一個正交於該第一導光面的方向，該些輸出方向分別相依於該些輸入位置；數個中間刻面，設於該些刻面之間且使得光線穿出於該導波器；以及一後側反射器，包含複數個反射刻面所形成的線性陣列，該陣列用於將穿出於該些刻面的光線加以反射而返回至該導波器，進而穿出於該第一導光面而進入該些光窗。
背光源更包括一散射器，該散射器用以接收穿出於該第一導光面的輸出光線。該散射器為非對稱型，該散射器使得一個正交於該側向方向的角度分散大於該側向方向。背光源更包括一菲鎳爾鏡頭，該菲鎳爾鏡頭於至少一該側向方向具有光功率，該菲鎳爾鏡頭設於該導波器的該第一導光面與該散射器之間。背光源更包括一菲鎳爾鏡頭，該菲鎳爾鏡頭於至少一該側向方向具有光功率，該菲鎳爾鏡頭用來接收穿出於該第一導光面的光線。
該導波器的刻面以及該後側反射器的反射刻面在一個與該側向方向相互正交的一平面以相同斜率傾斜。該導波器的刻面相對於該第一導光面的法線之傾斜角為(π/2-α)，而後側反射器的反射刻面相對於該第一導光面的法線之傾斜角為β，該導波器的刻面的臨界角為θ c，該導波器的材料的折射率為n，而2β>π/2-sin-1(n.sin(α-θc))。
後側反射器與該導波器相互間隔，從而來自該導波器的每一刻面的光線入射於該後側反射器的反射刻面，該後側反射器更包括數個中間刻面，該些中間刻面延伸於該些反射刻面之間，該些中間刻面分別斜向延伸且分別對稱於該些反射刻面，使得來自於該光源陣列且穿出於該導波器的刻面的光線不會入射於該些中間刻面。該後側反射器的該些反射刻面 具有不規則的間距。該後側反射器的該些反射刻面具有不規則且隨機的間距。該後側反射器的該些反射刻面的傾斜角度沿著該些反射刻面的陣列變化。該後側反射器的該些反射刻面為線性。該後側反射器的該些反射刻面為曲形。該後側反射器的該些反射刻面為凹面，且分別對齊於該導波器的該些刻面。該後側反射器的該些反射刻面沿著長度方向具波浪狀。該後側反射器更包括一不平坦的散射面，而該散射面設於至少一些該反射刻面上。
該後側反射器的該些反射刻面設置於該導波器的該些刻面的後方，且用以將來自於該光源陣列且穿過於該導波器的刻面的光線加以反射。該反射端沿著該導波器的一側向方向具有正光功率。該後側反射器由至少兩個極化反射片所形成，該些極化反射片用於將在數個極性方向上被極化的光線加以反射，而該些極性方向相互正交，該些極化反射片形成該些反射刻面的線性陣列。有益地，後側反射器的成本可降低。
依據本發明的另一實施例，提供一種具方向的顯示器，其包含前述的具方向的背光源之外，更包括一傳輸的三度空間光線調變器，其配置來接收來自於第一導光面的輸出光線。
依據本發明的又一實施例，提供一種顯示裝置，其包括上述的顯示器之外，更包括一控制系統，該控制系統可配置來選擇地操作光源來導引光線至對應於輸出方向的光窗。該顯示裝置為裸視三度空間顯示裝置，該控制系統更配置以控制該顯示器暫時地顯示多路傳輸的左右影像並且同步地將該顯示的影像導引至數個位置相應於觀察者的左右眼的光窗。該控制系統更包括一感測系統，該感測系統配置以偵測位於該顯示器之對面的觀察者的位置，而該控制系統配置以將該輸出光線導引至一些相依於該觀察者的偵測位置的光窗。
依據本發明的又一實施例，提供一種具方向的背光源，包括：一導波器，包含一輸入端；一光源，面對於該輸入端，且沿著一側向方向設置於一預定的輸入位置；其中該導波器更包括彼此相對的一第一導光面及一第二導光面，該第一導光面與該第二導光面導引光線沿著該導波器傳遞，該導波器包含一反射端，該反射端面對於該輸入端且用以反射輸入光 線使其返回至該輸入端，該第一導光面透過全內反射導引光線，而該第二導光面具階梯形，而該第二導光面包含：複數個刻面，將來自該光源陣列的光線加以反射，當光線於該反射端產生反射之後，將穿出該第一導光面且沿著數個輸出方向進入數個光窗，其中該些輸出方向分佈於一個正交於該第一導光面的方向，該些輸出方向分別相依於該些輸入位置；數個中間刻面，設於該些刻面之間且使得光線穿出於該導波器；以及一後側反射器，包含複數個反射刻面所形成的線性陣列，該陣列用於將穿出於該些刻面的光線加以反射而返回至該導波器，進而穿出於該第一導光面而進入該光窗。
有益地，光源的成本可降低，而且不需要追蹤技術，進一不降低成本以及延長顯示器的壽命。再者，可達成具備高光效能的高增益光輸出。
依據本發明的一實施例，提供一種具方向的背光源，其包括有用來導引光線的導波器。導波器可包含一第一導光面、一第二導光面、及一光輸入面。第一導光面可沿著一第一方向導引來自光源陣列的光線。第二導光面可允許光線離開於導波器。光輸入面可接收來自光源陣列的光線。
一顯示器的背光源通常包括有導波器以及邊緣發射源。這些具方向的背光源具有導引光線穿過於顯示器面板至視窗的能力。影像系統可形成於數個光源與視窗影像之間。具方向的背光源的一實施例可為一光閘，該光閘可為交疊的光學系統或交疊的背光源。光線實際上可沿一方向穿過光閘而不產生損失，而倒傳遞的光線透過反射離開於傾斜刻面(美國專利申請案第13/300,293號)而可被擷取。
關於本發明的一實施例，提供一種具大區面積以及薄形的裸視立體顯示器。再者，導波器可達到薄型的光學元件且具有大的背工作距離。這些元件可用於背光源以便提供具方向的顯示器，其包含裸視立體顯示器。再者，可提供一種可控制的照明器，以便達到有效率的裸視立體顯示器、有效率的二維顯示器、高亮度的二維顯示器、或者具備隱密功能的二維顯示器。
依據本發明的一實施例所提供的顯示器，可用於多變化的光學系統。顯示器可包含或搭配多變化的投影器、投影系統、光學元件、顯示器、微顯示器、電腦系統、處理器、獨立的投影系統、視覺且/或聲音系統、以及電子且/或光學裝置。本發明的背光源實際上可使用任何光學裝置、電子裝置、顯示系統或包含任何型態的光學系統。因此，本發明的背光源可用於光學系統，其用於視覺且/或光學顯示、視覺周邊等等，以及數個運算環境。
背光源提供照度的控制，而光線實際上來自於完整的輸出表面，其透過獨立的發光二極體的調變，而發光二極體配置於導波器的輸入側。為了安全功能，控制發射的光方向分佈可達到單人觀察，顯示器僅可在限制範圍的角度被單人看見；高效能，照度可提供整個小角度方向分佈；選擇左右眼觀察的時序連續立體顯示器以及裸視立體顯示器；以及低成本。
1‧‧‧導波器
10‧‧‧導引特徵
12‧‧‧擷取特徵
15‧‧‧光源陣列
15a~15n‧‧‧光源
2‧‧‧輸入端
4‧‧‧反射端
48‧‧‧三度空間光線調變器
6‧‧‧第一導光面
62‧‧‧菲涅爾鏡頭
8‧‧‧第二導光面
22‧‧‧側端部
24‧‧‧側端部
26‧‧‧視窗
29‧‧‧軸線
31‧‧‧第一群組光源
33‧‧‧第二群組光源
34‧‧‧第一區域
36‧‧‧第二區域
44‧‧‧視窗
45‧‧‧觀察者
47‧‧‧觀察者
50‧‧‧顯示裝置
68‧‧‧散射器
70‧‧‧位置感測器
72‧‧‧頭部位置量測系統
74‧‧‧照明控制器
76‧‧‧影像控制器
90‧‧‧光通量
99‧‧‧觀察者
100‧‧‧顯示器
106‧‧‧觀察平面
300‧‧‧後側反射器
310‧‧‧反射刻面
204‧‧‧極性強度剖面
210‧‧‧傾斜角
211‧‧‧強度
215‧‧‧極性強度剖面
217‧‧‧極性強度剖面
225‧‧‧錐形角
227‧‧‧傾斜角
229‧‧‧表面
230‧‧‧強度曲線
232‧‧‧強度曲線
233‧‧‧散射錐形角
235‧‧‧散射角
238‧‧‧傾斜角
240‧‧‧反射材料
243‧‧‧塗層
259‧‧‧不對稱結構
261‧‧‧基底
263‧‧‧紫外線緩和層
300‧‧‧分光反射膜
307‧‧‧傾斜角
309‧‧‧紫外線緩和層
311‧‧‧基底
314‧‧‧平坦區
315‧‧‧反射塗佈層
380‧‧‧傾斜角
382‧‧‧傾斜角
384‧‧‧反射刻面角度
386‧‧‧反射刻面角度
404‧‧‧半波延遲器
402‧‧‧反射極化器
406‧‧‧清除極化器
450‧‧‧光罩
452‧‧‧開孔
408‧‧‧光線
420‧‧‧薄膜電晶體玻璃基底
422‧‧‧液晶層
424‧‧‧色彩過濾玻璃層
426‧‧‧輸出極化器
427‧‧‧邊緣區
430‧‧‧非極化狀態
434‧‧‧極性狀態
437‧‧‧光軸方向
504‧‧‧光控制層
500‧‧‧錐形區
502‧‧‧遮蔽層
530‧‧‧封裝層
532‧‧‧極性吸收層
534‧‧‧封裝層
540‧‧‧散射特徵
544‧‧‧暗區
546‧‧‧帶狀區
569‧‧‧反射片
570‧‧‧模壓工具
571‧‧‧反射層
572‧‧‧反射層
576‧‧‧反射片
578‧‧‧反射片
580‧‧‧極化方向
582‧‧‧極化方向
584‧‧‧模壓工具
600‧‧‧菲鎳爾鏡面組合
602‧‧‧菲鎳爾表面
604‧‧‧封裝層
606‧‧‧封裝層
608‧‧‧吸收層
610‧‧‧平面端
612‧‧‧反射層
614‧‧‧反射層
622‧‧‧發光二極體封裝
624‧‧‧發射區
626‧‧‧電連接區域
700‧‧‧後側反射器
710‧‧‧反射刻面
712‧‧‧區域
716‧‧‧間距
718‧‧‧間距
804‧‧‧左眼位置
806‧‧‧右眼位置
813‧‧‧反射刻面
803‧‧‧刻面
808‧‧‧第一區域
810‧‧‧第二區域
812‧‧‧第三區域
814‧‧‧間隙
815‧‧‧中央區域
817‧‧‧外部區域
816‧‧‧間隙
818‧‧‧間隙
811‧‧‧區域
830‧‧‧二極體驅動電路
832‧‧‧二極體驅動電路
834‧‧‧二極體驅動電路
842‧‧‧反射器
843‧‧‧散射器
844‧‧‧區域
845‧‧‧輸入孔高度
847‧‧‧鏡孔高度
848‧‧‧散射器
850‧‧‧金屬框
851‧‧‧絕緣層
852‧‧‧框架
854‧‧‧菲鎳爾鏡面
856‧‧‧指示配合材料
860‧‧‧電池
862‧‧‧外部接觸
864‧‧‧剖面
866‧‧‧發光二極體
868‧‧‧底蓋
870‧‧‧鍥型電池
871‧‧‧鍥型角
872‧‧‧蓋體
880‧‧‧光源
882‧‧‧控制器
884‧‧‧發光二極體
888‧‧‧發光二極體
902‧‧‧陣列灰階軌跡剖面
904‧‧‧區域
908‧‧‧光通量分佈
912‧‧‧區域
914‧‧‧區域
1552‧‧‧離開平面角度
1560‧‧‧偏斜角度
1570‧‧‧偏斜角度
1580‧‧‧面內方位角
1590‧‧‧面內方位角
1600‧‧‧觀察點
1610‧‧‧區域
1650‧‧‧光線
1680‧‧‧光線
1710‧‧‧光線位置
1712‧‧‧入口位置
1750‧‧‧軌跡
1770‧‧‧路徑位置
第1A圖為繪示本發明一實施例的具方向的顯示裝置傳遞光線的前視圖；第1B圖為繪示第1A圖的具方向的顯示裝置傳遞光線的側視圖；第2A圖為繪示本發明另一實施例的具方向的顯示裝置傳遞光線的俯視圖；第2B圖為繪示第2A圖的具方向的顯示裝置傳遞光線的前視圖；第2C圖為繪示第2A圖的具方向的顯示裝置傳遞光線的側視圖；第3圖為繪示具方向的顯示裝置的側視圖；第4A圖為繪示具方向的顯示裝置的前視圖；第4B圖為繪示具方向的顯示裝置的兩個視窗的前視圖；第5圖為繪示具線性的擷取特徵的具方向的顯示裝置產生視窗的前視圖；第6A圖為繪示一實施例之時序多路傳輸之具方向的顯示裝置產生視窗的示意圖；第6B圖為繪示另一實施例之時序多路傳輸之具方向的顯示裝置產生視窗的示意圖；第6C圖為繪示另一實施例之時序多路傳輸具方向的顯示裝置產生兩個視窗 的示意圖；第7圖為繪示觀察者追蹤裸視三度空間之具方向的顯示裝置的示意圖；第8圖為繪示複數觀察者型的具方向的顯示裝置的示意圖；第9圖為繪示隱密型之具有方向的顯示裝置的示意圖；第10圖為繪示具方向的顯示裝置的側視圖；第11圖為繪示提供觀察者追蹤之顯示裝置的控制系統的示意圖；第12圖為繪示具有後側反射器的顯示器的側視圖；第13圖為繪示具方向的顯示器的前視圖；第14圖為繪示一實施例的具方向的顯示器的前視圖；第15A圖為繪示另一實施例的具方向的顯示器的前視圖；第15B圖為繪示一具方向的背光源的前視圖；第15C圖為繪示一後側反射器的前視圖；第16圖為繪示一實施例的具方向的顯示器的側視圖；第17圖為繪示傳遞角位於導波器內外側與光強度的相對關係示意圖；第18圖為繪示另一實施例的具方向的顯示器的側視圖；第19A圖至第19C圖為繪示不對稱的散射器的前視圖及側視圖；第20圖為繪示具有鍍銀擷取特徵的導波器的側視圖；第21圖為繪示第20圖的導波器中光線的角度以及強度的關係圖；第22圖為繪示第16圖的光線透過擷取特徵離開於導波器的角度與強度的關係圖；第23圖為繪示第16圖的光線透過擷取特徵之反射而離開於導波器的角度與強度的關係圖；第24A圖為繪示透過擷取特徵穿出導波器的光線的傳遞路徑的側視圖；第24B圖為繪示第24A圖的光線穿出導波器的角度與強度的關係圖；第25A圖為繪示透過擷取特徵與反射刻面傳遞於導波器的光線傳遞路徑的側視圖；第25B圖為繪示透過擷取特徵、導引特徵以及反射刻面傳遞於導波器的光線傳遞路徑的側視圖；第25C圖為繪示透過擷取特徵、導引特徵以及導波器與反射特徵之間的塗 層傳遞於導波器的光線傳遞路徑的側視圖；第26圖為繪示一實施例的後側反射器與導波器的側視圖；第27圖為繪示另一實施例的後側反射器與導波器的側視圖；第28A~28E圖為繪示其他實施例的後側反射器與導波器的側視圖；第28F~28I圖為繪示形成後側反射器的側視圖；第28J~28K圖為繪示後側反射器的前視圖；第29圖為繪示一實施例的導波器與具有反射刻面陣列的後側反射器的側視圖；第30圖為繪示一實施例的具方向的背光源的光線強度與傳遞角度的關係圖；第31圖為繪示一實施例的具方向的背光源的光線強度與傳遞角度的關係圖；第32A圖為繪示一實施例的具方向的背光源的光線強度與傳遞角度的關係圖；第32B圖為繪示一實施例的具方向的背光源的光線強度與傳遞角度的關係圖；第32C圖為繪示一實施例的具方向的背光源的光線強度與傳遞角度的關係圖；第32D圖為繪示配置於桌面的顯示器輸出光線的側視圖；第32E圖為繪示一實施例的後側反射器的側視圖；第32F圖為繪示具有第32E圖的後側反射器的背光源的光線強度與傳遞角度的關係圖；第33A圖為繪示一實施例的具方向的顯示器的側視圖；第33B圖為繪示擷取特徵與後側反射器之間的光線路徑的示意圖；第33C圖為繪示第33B圖的擷取光線角度以及入射光線角度的示意圖；第33D圖為繪示追蹤最佳化照明系統的光線路徑的示意圖；第33E圖為繪示追蹤最佳化照明系統的離開擷取特徵以及離開反射刻面的光線路徑示意圖；第33F圖為繪示單一觀察點發射或者反射離開擷取特徵或反射刻面的光線的發射位置與水平螢幕位置的示意圖；第34圖為繪示一實施例的具極性恢復功能的顯示器的側視圖； 第35A圖為繪示第34圖的顯示器的側視圖；第35B圖為繪示第34圖的顯示器的另一側視圖；第35C圖為繪示第34圖的顯示器的前視圖；第35D圖為繪示一實施例的對稱型散射器的前視圖；第35E圖為繪示一實施例的光線堆疊結構的立體圖；第35F圖至第35I圖為繪示光線堆疊結構的側視圖；第36A圖至第36B圖為繪示一實施例的極性恢復結構的側視圖；第37A圖至第37B圖為繪示另一實施例的極性恢復結構的側視圖；第37C圖為繪示具有散射特徵與後側反射器的光閘的側視圖；第37D圖為繪示具有散射特徵與後側反射器的光閘的前視圖；第37E圖為繪示具有散射特徵與具有散射刻面的後側反射器的側視圖；第37E圖為繪示具有散射特徵與具有散射刻面的後側反射器的前視圖；第37G圖為繪示光閘的波浪狀擷取特徵的立體圖；第37H圖至第37I圖為繪示具波浪結構的後側反射器的立體圖；第38A圖為繪示包含有曲形的反射刻面的極性恢復結構的前視圖；第38B圖為繪示一實施例的追蹤最佳化背光系統的復返光線路徑的示意圖；第39圖為繪示在反射器薄膜刻面被兩次反射離開的復返光線的示意圖；第40圖為繪示光線發射位置與水平螢幕位置之關係圖；第41圖為繪示一實施例的配置以相片定位且可提供水平二維視窗的光閘的前視圖；第42A圖為繪示一實施例的配置以景色定位且可提供垂直二維視窗的光閘的前視圖；第42B圖至第42D圖為繪示光通量與光源陣列的位置的關係圖；第43A圖與第43B圖為分別繪示一實施例的光閘的前視圖與側視圖；第43C圖與第43D圖為繪示一實施例的光閘的前視圖；第43E圖為繪示第43A圖的結構的發光強度分佈的示意圖；第44A圖與第44B圖為分別繪示一實施例的光閘的前視圖與側視圖；第44C圖與第44D圖為分別繪示光閘的形成方法的前視圖；第45A圖繪示光閘在第一組合步驟的前視圖； 第45B圖為繪示光閘在第二組合步驟的前視圖；第46A圖為繪示顯示器的電池的前視圖；第46B圖與第46C圖為分別繪示顯示器的電池的側視圖；第47圖為繪示具有鍥型電池的顯示器的側視圖；第48圖為繪示具有狹長側壁來配置發光二極體的顯示器的示意圖；以及第49圖為繪示具有狹長側壁來配置鏡面的顯示器的示意圖。
時序多路傳輸裸視三度空間顯示裝置藉由將三度空間光線調變器的所有像素的光指向第一時間狹縫的第一視窗以及所有像素的光指向第二時間狹縫的第二視窗，如此一來，有助於改良裸視三度空間顯示器的三度空間解析度。因此，觀察者的眼睛於第一視窗及第二視窗接收光時，在多個時間狹縫的期間，可於顯示器上看見完整的解析影像。時序多路傳輸顯示裝置藉由具有方向的光源陣列達到指向照明的目的，而具有方向的光源陣列藉由具有具有方向的光學元件的透明式時序多路傳輸三度空間光線調變器，其中具有方向的光學元件於視窗平面產生光源陣列的影像。
視窗的均勻性有助於獨立的三度空間光線調變器的像素配置。這些顯示裝置可使得觀察者看到較少閃爍的畫面以及降低觀察者移動時的影像失真程度。
為了在視窗平面的高均勻度，需要一種具備高三度空間均勻度的光源陣列，可提供時序連續照明系統的光源，舉例來說，尺寸約100微米且具有透鏡陣列的三度空間光線調變器的像素。然而，這些像素為了三度空間多路傳輸顯示都遇到相同的困難。進一步地說，這些裝置的效率較低且花費較高，且需要額外新增顯示元件。
藉由微小的照明裝置可方便地達到高度的視窗均勻性，其中照明裝置可為結合有均勻及擴散的光學元件的發光二極體陣列，而光學元件為1毫米或大於1毫米光學元件。然而，光源之尺寸增加即表示具有方向的光學元件的尺寸也會等比例地增加。例如，映射至寬度為65毫米的視窗的寬度為16毫米的照明裝置需要200毫米的背面工作距離。因此，光學元件的厚度增加時會無法使用於一些裝置，例如行動顯示裝置或較大面積 的顯示裝置。
為了解決上述的缺點，美國專利第13/300,293號申請案揭露一種光學閥，其結合了高速的切換透射式三度空間光線調變器，使得較薄的封裝中的時序多路傳輸裸視三度空間照明裝置，觀察者看到的影像無閃爍而且較沒有失真。一維的視窗陣列可沿著第一方向(水平方向)顯示不同影像，但是當沿著第二方向(縱向方向)移動時包含相同影像。
傳統的非影像顯示背光源通常使用光源導波器且具有來自光源(例如發光二極體)的邊緣照度。然而，應該發現到這些傳統的非影像顯示背光源與本發明的影像具有方向的背光源，無論在功能、設計或結構上都有很多不同。
一般來說，影像具有方向的背光源導引多個光源的光去穿過於顯示螢幕以進入至少一軸線的多個視窗。藉由影像具有方向的背光源的成像系統，每一視窗中可產生光源的至少一軸線的影像。一影像系統形成於多個光源與視窗之間。在此架構下，觀察者於視窗的外側看不到光源的光。
相較於習知的用於二維顯示裝置的非影像背光源或光導引板(LGPs)。參見2004年12月公開文獻(Kälil Käläntär et al.,Backlight Unit With Double Surface Light Emission,J.Soc.Inf.Display,Vol.12,Issue 4,pp.379-387)。非影像背光源一般用來指引光源的光穿過於顯示螢幕以進入每一光源的觀看區域，藉此達到寬廣的視角以及較高的顯示均勻度。如此一來，非影像背光源不會形成視窗。在此設計下，觀察者於沿著觀賞區域的任一位置都可看見光源的光。這些習知的非成像背光源具有相同的方向性，舉例來說，藉由提供亮度增強膜(例如3M公司的BEFTM)去增加相較於朗伯體照度(Lambertian illumination)的螢幕增益。然而，該方向性對於每一光源均為相同。因此，基於這些理由以及對於本發明相關領域具有通常知識者而言為顯而易見的理由，傳統的非影像背光源不同於成像具有方向的背光源。邊光非影像背光源照明裝置可使用於液晶顯示系統，例如二維筆記型電腦、監視器及電視。光經由低光損失的導波器的邊緣傳遞，其中導波器具有擷取特徵。無論光往任一方向傳遞，導波器的表面的凹口將使得光產生損耗。
在一實施例中使用光學閥，光學閥為一種光學導引結構或裝置，例如光學閥、光學閥具有方向的背光源以及閥具有方向的背光源(v-DBL)。在本發明中，光學閥不同於三度空間光線調變器(即使三度空間光線調變器有時候與光學閥具有相關聯的技術)。影像具有方向的背光源的一實施例可為具有折疊式光學系統的光學閥。藉由光學閥，使得光在傳遞時不會產生損耗，光可入射於成像反射器以及反向傳遞，從而光被反射之後會被傾斜的擷取特徵擷取，以及被指向至數個視窗(參見美國專利第13/300,293號申請案)。
影像具有方向的背光源的實施例可為具有階梯型導波器之成像具有方向的背光源、折疊型成像具有方向的背光源、楔型具有方向的背光源、或光學閥。
再者，具有階梯型導波器之影像具有方向的背光源可為光學閥。階梯型導波器可導引光，進一步地說，該導波器包含有彼此相對的第一導光面與第二導光面，進一步地說，還包含有數個導引特徵以及擷取特徵，該些導光特徵與擷取特徵呈階梯狀配置。
此外，折疊型成像具有方向的背光源可為楔型具有方向的背光源及光學閥的至少一者。
在操作方面下，光可經由輸入側沿著第一方向傳遞至反射側，而且沒有產生光損耗。光可於反射側被反射而且沿著第二方向傳遞，而第二方向反向於第一方向。當光沿著第二方向傳遞時，光入射至擷取特徵後，而擷取特徵可重新指引光穿出至光學閥之外。換句話說，光學閥通常允許光沿著第一方向傳遞以及當光沿第二方向傳遞時允許被擷取。
光學閥可達到較大面積顯示區域的時序連續具有方向的照度。此外，可使用厚度小於背向工作距離的光學元件，將光從微小的照明裝置指向至視窗平面。這些顯示裝置可使用擷取特徵之陣列，而擷取特徵之陣列可對導波管中反向傳遞的光作擷取。
使用於液晶顯示器的成像具有方向的背光源已經被數間公司提出與證實，例如3M公司的美國公告專利第7,528,893號、Microsoft公司的美國公告專利第7,970,246號(楔型具有方向的背光源)、以及RealD公司 的美國第13/300,293號專利申請案(光學閥、光學閥具有方向的背光源)。
本發明提供一種具有階梯型導波器之影像具有方向的背光源，光線可於該背光源的內側面之間朝向後方及前方作反射。舉例來說，階梯型的導波器包含有一第一側以及一第一組表面。當光沿著導波器的長度方向傳遞時，光相對於第一側以及第一組表面的入射角不會改變，而如此不會達到這些內側面的媒介的臨界角。第二組表面(階梯的縱向部)有助於擷取光，而第二組表面傾斜於第一組表面(階梯的橫向部)。第二組表面不會導引光，但是可擷取光。反之，楔型具有方向的背光源可允許光導引於楔型的導波器內，而楔型導波器具有連續的內表面。因此光學閥不是楔型成像具有方向的背光源。
第1A圖繪示本發明一實施例的具有方向的顯示裝置傳遞光的前視圖，而第1B圖為繪示第1A圖的側視圖。
第1A圖為繪示具有方向的顯示裝置的背光源在xy平面的前視圖。該具有方向的顯示裝置包含有一光源陣列15，而該光源陣列15可對階梯型的導波器1進行照明。光源陣列15包含有數個光源15a~15n，其中n為大於1的整數。在本實施例中，導波器1為階梯型導波器。光源15a~15n為發光二極體，然而其他種類的光源亦可作為光源，例如二極體、半導體、雷射、局部場發射源、或有機發射陣列，並未限制光源種類。再者，第1B圖繪示xz平面的側視圖，具有方向的顯示裝置包含有導波器1(waveguide)、光源陣列15(illuminator array)、三度空間光線調變器48(spatial light modulator)、擷取特徵12(extraction feature)、以及導引特徵10(guiding feature)。第1B圖為第1A圖的側視圖。因此，第1A圖與第1B圖的光源陣列15及階梯型導波器1彼此相符。
進一步地說，參閱第1B圖，導波器1可設有一輸入端2以及一反射端4，而反射端4的寬度大於輸入端2。導波器1延伸於輸入端2以反射端4之間，其中輸入端2接收輸入光，而反射端4將輸入光反射出導波器1之外。輸入端2的側面寬度大於輸入端2的側面高度。該些光源15a~15n面對於輸入端2且沿著一側向方向分別設置於不同的輸入位置。
導波器1設有彼此相對的第一導光面及第二導光面，第一導 光面與第二導光面延伸於輸入端2及反射端4之間。透過全內反射可將光導引至導波器1的前方與後方。第一導光面為平面。第二導光面設有數個光的擷取特徵12，該些擷取特徵12面向於反射端4，擷取特徵12呈傾斜且至少將來自反射端4的部分光加以反射以穿出於導波器1之外，藉此於第一導光面之處中斷光的全內反射以及使得光可穿出於第一導光面，進而進入至第1B圖所示的三度空間光線調變器48。
在此實施例中，該些擷取特徵12為反射鏡，也可使用其他類型的反射物件。擷取特徵12不會導引光穿出於導波器1之外，反之第二導光面的中間區可調節擷取特徵12導引光而不擷取光。第二導光面的中間區為平面而且平行於第一導光面，或者具有相對較低的傾斜度。該些擷取特徵12相對於該些中間區側向地延伸，以致使第二導光面為階梯面，而該階梯面上包含有該些擷取特徵12以及該些中間區。該些擷取特徵12將反射端4的光加以反射以穿出於第一導光面之外。
該些擷取特徵12將該些光源15a~15n發出的光分別相對於第一導光面導引至不同方向，而該些光線的傳遞方向與該些光源的輸入位置相關。當該些光源15a~15n設置在不同的輸入位置時，光源15a~15n發出的光線會沿著不同方向被反射。在此架構下，光源15a~15n發出的光分別沿著不同的輸出方向分佈於該側向方向的數個視窗，而且該些輸出光的傳遞方向與該些光源的輸入位置相關。該些光源的輸入位置沿著輸入端2所延伸的一側向方向配置，而輸入端2所延伸的方向係與第一導光面相互正交。在本實施例中，輸入端2的側向方向與輸出光的側面方向彼此相互平行，發生於反射端4與第一導光面的偏斜通常垂直於該側向方向。在控制系統的控制之下，光源15a~15n可指引光進入可選擇的視窗，而該些視窗可單獨或一起使用。
反射端4沿著該側向方向具有正值的光功率。在一些的實施例中，反射端4具有正值的光功率，光軸可參考反射端4的形狀來定義。舉例來說，光軸可為穿設反射端的曲率中心的直線，並且與反射端4的反射對稱軸(x軸)相互一致。在本實施例中，反射端4為平面，光軸可相關於其他具有正值的光功率的部分(例如曲形的擷取特徵12或菲鎳爾鏡頭62) 來相似地定義。光軸238可與導波器1的機械軸相互一致。
三度空間光線調變器48延伸於階梯型導波器1的對面，而三度空間光線調變器48為透射式且可調變光穿過階梯型導波器1。在此實施例中，三度空間光線調變器48為液晶顯示器，但僅為其中一種實施例，而其他可使用的實施例可為矽基液晶裝置或數位光源處理裝置。在此實施例中，三度空間光線調變器48設置於導波器的第一導光面的對面，而且當光被反射後，可將穿出於第一導光面之外的光作調變。
具方向的顯示裝置之操作提供視窗的一維陣列，而視窗繪示於第1A圖的前視圖，而視窗的側視圖繪示於第1B圖。參閱第1A圖及第1B圖的操作，光源陣列15可發射光線，例如光源15a~15n沿著導波器1的厚度較小的輸入端2的表面(x=0)分別設置於不同的位置(y)。光線沿著一第一方向(+x方向)傳遞於導波器1之內，同時，光線在x-y平面扇出且傳遞至曲形的反射端4，實際上可全部傳遞到反射端4。光線在傳遞的過程中，可在x-z平面依據一組角度散開，但是散開的角度不超出導引材料的臨界角。擷取特徵12連接於導引特徵10，而導引特徵10設於階梯型之導波器1的底側，擷取特徵12的傾斜角大於臨界角，因此，所有沿著+x方向傳遞的光線都不會遇到擷取特徵12，實際上光線往前傳遞時所產生的光損失很小。
繼續討論第1A圖及第1B圖，曲形的反射端4的表面塗佈有反射材料(例如銀)。然而亦可使用其他種類的反射材料。因此，光轉向至第二方向(負x方向)時以及平行於x-y平面或顯示平面。展開角度實際上維持在x-z平面大約主要的傳遞方向，如此光線可以撞擊到凸緣以及反射至導波器之外。在本實施例中，擷取特徵12的傾斜角大約45度，隨著維持x-z角度展開相對於傳遞方向，光線可有效地被指向垂直於x-y的顯示平面。當光折射出階梯型之導波器1之外時，展開角度會增加，但由於擷取特徵12的反射而稍微減少展開角度。
在其他的實施例中，可提供未塗佈反射材料的擷取特徵12，當全內反射失敗時，反射會減少，擠壓xz角度輪廓及偏離正交。然而，在其他實施例中，提供塗佈銀的擷取特徵或化合有銀的擷取特徵，可維持增加的展開角度以及中央法線方向。進一步地說，光可依據大約平行的方向 離開導波器1，而且經由輸入邊緣中心被導引離開於與光源15a~15n的y位置成比例的法線。如第1A圖所示，光源15a~15n沿著輸入端2設置且彼此獨立，可使得光線離開於第一導光面6且依據不同之角度向外傳遞。
快速液晶顯示面板具有三度空間光線調變器48可達到裸視三度空間的效果，如俯視圖所示或第2A圖所示yz平面上的光源陣列15，第2B圖所示的前視圖以及第2C圖所示的側視圖。第2A圖為繪示具有方向的顯示裝置之光線傳遞的俯視圖，第2B圖為繪示具方向的顯示裝置之光線傳遞的前視圖，而第2C圖為繪示具方向的顯示裝置之光線傳遞的側視圖。如第2A圖至第2C圖所示，階梯型之導波器1可位於快速液晶顯示面板(高於100赫茲)的後方，而該快速液晶顯示面板顯示連續的右眼及左眼影像。在同步下，光源陣列15的光源15a~15n(n為大於1的整數)可選擇地開啟及關閉，提供進入左眼及右眼的照明光，而實際上光源陣列15的光線與系統的指向效能之間呈獨立關係。在最簡單的例子下，光源陣列15的光源同時開啟時，可提供一維視窗或在水平方向具有限制寬度之光學瞳孔，但延展於垂直方向，水平地分隔的雙眼可觀察一左眼影像，以及在視窗44中，雙眼可觀看到右眼影像，以及雙眼於一中央位置可觀看到不同影像。依此方法，當觀察者的頭幾乎對齊於中央位置時，可觀看到三維影像。由中央位置往側向移動時，會使得三維影像變為二維影像。
反射端4於導波器的側向方向上，可具有正值的屈光率。在一些實施例中，反射端4具有正值的屈光率，光軸可依據反射端4的形狀來定義，舉例來說，光軸為穿過反射端4的曲率中心的直線，而且與x軸附近的反射端4的反射對稱軸相重疊。如此一來，反射端4為平面，光軸可相關於正屈光率的元件，例如擷取特徵12或菲涅爾鏡頭62。光軸重疊於導波器1的機械軸。當反射端4表面之剖面為圓形時，對於在觀看位置軸以及離軸觀看位置而言，具有最佳效能，至於其他剖面形狀亦可使用。
第3圖為繪示具有方向的顯示裝置的側視圖。進一步地，第3圖繪示階梯型導波器1運作的詳細側視圖，而導波器1可為透明材料。導波器1可包含有輸入端2、反射端4、一第一導光面6、以及一第二導光面8。第一導光面6可為平面，第二導光面8包含有數個光線的導引特徵10以及 擷取特徵12。在操作上，光源陣列15的光源15c發射的光線16(未顯示於第3圖)，例如可為發光二極體的可定址陣列，光線16可藉由全內反射於導波器1內被導引至反射端4，其中全內反射藉由第一導光面6以及導引特徵10來達成，而反射端4可為成像面。雖然反射端4可為成像面且可反射光，但是在其他一些實施例中也可能使得光穿設於反射側4。
繼續討論第3圖，從反射端4反射的光線18更藉由全內反射沿著導波器1傳遞且於擷取特徵12上產生反射。入射至擷取特徵12的光線18可受到階梯型之導波器1的導引而產生偏離而成為光線20，光線20穿過於具有方向的第一導光面6而形成裸視三度空間的視窗26。如果要決定視窗26的寬度，至少可經由光源的尺寸、反射端4以及擷取特徵12的輸出之距離以及屈光率來判定。視窗的高度主要由擷取特徵12的反射錐角以及輸入側2的輸入照明錐角來決定。因此視窗26表現出分隔的輸出方向的範圍，而該輸出方向的範圍取決於三度空間光線調變器48的表面正交方向，而該表面正交方向與觀看距離上的平面相交錯。
第4A圖為繪示具有方向的顯示裝置的前視圖，而具有方向的顯示裝置接受第一光源的照射，而且該前視圖中包含有曲形的擷取特徵。進一步地說，第4A圖顯示光源陣列15的光源15c發射的光導引於階梯型的階梯型導波器1中的前視圖，階梯型導波器1具有光軸28。在第4A圖中，具有方向的背光源可包含有導波器1及作為光源的光源陣列15。光源15c從輸入端2朝向視窗26發射光。第4A圖的光可離開於導波器1的反射端4。如第4A圖所示，光線16可經由光源15c具有方向的至反射端4。接著，光線18可被擷取特徵12反射且離開於反射側4而具有方向的至視窗26。因此，光線30可與光線20相交於視窗26，或者可在視窗具有不同高度，例如光32。此外，在其他實施例中，導波器1的二個側端部22、24可為透明面、成像面或暗面。繼續討論第4A圖，擷取特徵12的形狀可為細長狀，而且擷取特徵12於第二導光面8(顯示於第3圖)在第一區域34中的方向不同於在第二區域36中的方向。此外，第4A圖的擷取特徵可與導引特徵10相互替換以形成另一實施例。如第4A圖所示，導波器1可包含有一反射面，該反射面設於反射端4。在本實施例中，導波器1的反射端在沿著階梯型導 波器1的側向方向上具有正屈光率。
在其他實施例中，每一具有方向的背光源的擷取特徵12可在沿著導波器1的側向方向上具有正屈光率。
在其他實施例中，每一具有方向的背光源可包含有擷取特徵12，而擷取特徵12可為第二導光面的鏡面。第二導光面具有數個可交替鏡面的區域，而該些鏡面可指引光穿過導波器而不會被擷取。
第4B圖為繪示具有方向的顯示裝置的前視圖，其中具有方向的顯示裝置被第二照明裝置所照射。進一步地說，第4B圖繪示光源陣列15的光源15h所發射的光線40、42。反射端4的反射面的曲度與擷取特徵12共同地產生視窗44，而視窗44側向地間隔於視窗26，而視窗26具有來自光源15h的光。
有利地來說，如第4B圖所示，於第一視窗26中可提供光源15c的真實影像。如第4A圖所示視窗26中的真實影像可藉由反射側4的屈光率與區域34與區域36之間的不同方向的擷取特徵產生的屈光率共同達成。如第4B圖所示，可改善光源15c的成像至視窗的側面的色差。當達到低失真程度時，色差的改善可延長裸視三度空間顯示的自由度。
第5圖為繪示一實施例之具有線性的擷取特徵的具有方向的顯示裝置的前視圖。進一步地說，第5圖的實施例與第1圖的實施例相似(有相同的元件)，不同點是擷取特徵12為線性且彼此平行。有利地說，此實施例可於顯示面上提較為均勻的照度，而且相較於第4A圖及第4B圖的曲形擷取特徵，在製造上更為方便。階梯型導波器1的光軸321可為反射端4的表面的光軸方向。反射端4的屈光率係沿著光軸方向，因此入射至反射端4的光將產生偏斜，而偏斜的角度變化依據光軸321的入射光的側向偏移39。
第6A圖為繪示一實施例在第一時間狹縫下之時序多路傳輸成像以及具有方向的顯示裝置產生第一視窗的示意圖，第6B圖為繪示另一實施例在第二時間狹縫下之時序多路傳輸成像以及具有方向的背光源產生第二視窗的示意圖，而第6C圖繪示另一實施例之時序多路傳輸成像具有方向的顯示裝置產生第一視窗與第二視窗的示意圖。進一步地說，第6A圖顯 示導波器1所產生的視窗26。光源陣列15中的第一群組光源31可提供錐形光17至視窗26。第6B圖顯示產生的視窗44。光源陣列15的第二群組光源33可提供錐形光19至視窗44(可為單一視窗或視窗陣列)。如第6C圖所示，若是將二組時序多路傳輸顯示裝置加以合併，可依序產生視窗26及視窗44。如果三度空間光線調變器48的影像(未顯示於第6A圖至第6C圖)相符於光輸出方向做調整，接著對於處於適當位置的觀察者可以看到裸視三度空間影像。相同的操作可藉由上述任一成像具有方向的背光源來達成。第一及第二光源群組31、32各具有光源陣列15中的至少一個光源，其中n為大於1的整數。
第7圖為繪示一實施例之觀察者追蹤具有時序多路傳輸之具有方向的顯示裝置之裸視三度空間顯示裝置的示意圖。如第7圖所示，可選擇地開啟及關閉軸線29上的光源陣列15，以提供視窗26、44的具有方向的控制。觀察者45的頭部的位置可被攝影機、移動感測器、移動偵測器或任何適合的光學、機械或電子裝置所監測，而光源陣列15的適當光源可被開啟及關閉，以便實際地提供獨立影像至每一眼睛而無關於觀察者45的頭部的位置。該頭部追蹤系統(或第二頭部追蹤系統)可監測多於一個觀察者45、47的頭部(觀察者47的頭部未顯示於第7圖)而且可提供相同的左眼與右眼影像至每一觀察者的左眼及右眼，已提供三維影像至所有觀察者。上述所有的成像具有方向的背光源可達成相同的操作。
第8圖為繪示一實施例的具有方向的背光源的複數觀察者型的顯示裝置的示意圖。如第8圖所示，至少有二個二維影像可指向於一對觀察者45、47，因此使得每一觀察者可於三度空間光線調變器48看到不同的影像。第8圖所示的二個二維影像可依據第7圖所描繪的相同方法產生。其中二個影像依序地顯示且與數個光源同步，其中該些光源的光指向於該二觀察者。其中一個呈現於三度空間光線調變器48的影像位於第一平面，而另一個呈現於三度空間光線調變器48的影像位於第二平面，其中第二平面不同於第一平面。對應於第一平面及第二平面，調整輸出照度來分別提供視窗26及視窗44。當一位觀察者的雙眼在視窗26將察覺到第一影像時，同時另一觀察者的雙眼將於視窗44察覺到第二影像。
第9圖為繪示具有方向的背光源的隱密型顯示裝置的示意圖。二維顯示系統也可為了安全與效率而利用具有方向的背光源，而具有方向的背光源的光主要可指向於觀察者45的雙眼。進一步來說，雖然觀察者45可以在顯示裝置50上看到影像，光沒有指向觀察者47。因此可以避免觀察者47看到顯示裝置50上的影像。本發明的每一實施例有助於提供裸視三度空間影像、雙重影像或隱密顯示功能。
第10圖為繪示一實施例的具有方向的背光源的時序多路傳輸顯示裝置的側視圖。進一步地說，第10圖顯示出裸視三度空間具有方向的顯示裝置的側視圖，其中該顯示裝置可包含有導波器1以及菲涅爾鏡頭62(Fresnel lens)，其中菲涅爾鏡頭62為了橫跨導波器1的瞄準輸出而提供視窗26。一個縱向的散射器68可進一步延展視窗26的高度，以及當最小化模糊側向方向(y軸)時，模糊垂直方向(平行於x軸)。接著光可藉由三度空間光線調變器48映射。光源陣列15可包含數個發光二極體，舉例來說，該些發光二極體可為螢光粉轉換藍光發光二極體(phosphor converted blue LED)，或者是相互分隔的紅光、綠光、及藍光發光二極體。可選擇地，光源陣列15的光源可包含一均勻光源以及提供分離的照明區域的三度空間光線調變器。可選擇地，光源可包含雷射光源，而雷射光源可藉由掃瞄具有方向的散射器，例如使用Galvo或MEMS掃描器。在一實施例中，因此雷射光可作為合適的光源來提供具有適當輸出角度的均勻光源，而且還可以降低光班。可選擇地，光源陣列15可為雷射光陣列。此外，散射器可為波長轉換螢光體，所以可產生不同波長的可見輸出光。
隨後將會揭露數種導波器、具有方向的背光源以及顯示器，而這些裝置都基於第1圖至第10圖的結構所發展出來。除了修改特徵以/或新增特徵將會闡述之外，基於簡潔的目的，相同的技術內容將不再重複闡述。以下的導波器可合併至上述的背光源、顯示器、二維顯示器、三維顯示器之內。同樣地，以下的背光源可合併至上述的背光源之內。
第11圖為繪示包含有顯示器100與控制系統的具有方向的顯示裝置的示意圖。控制系統的配置與運作將會闡述，並且會適當地隨著顯示器而改變。
具有方向的顯示器100包含一具有方向的背光源，該背光源包含導波器1以及光源陣列15。控制系統可將光源陣列15的光源15a-15n所發出的光導引至所挑選的視窗裡。
配置有導波器1反射端4將反射光聚集。菲涅爾鏡頭62可與反射端4相搭配，使得觀察者99可觀看到觀察平面106上的數個視窗26。三度空間光線調變器48可接收背光源發出的光。散射器68可移除導波器1與三度空間光線調變器48的畫素之間的莫列波紋(Moire beating)，就如同菲涅爾鏡頭62。
如第11圖所示，具有方向的背光源可包含一階梯型的導波器1以及一光源陣列15。導波器1包含第二導光面8、反射端4、導引特徵10以及擷取特徵12。
控制系統包含一感測系統，其配置以偵測觀察者99相對於顯示器100的位置。感測系統包含一位置感測器70，例如攝影機、頭部位至量測系統72，例如，頭部位置量測系統72可包含一電腦視覺影像處理系統。控制系統還可包含一照明控制器74以及一影像控制器76，照明控制器74與影像控制器76接收頭部位置量測系統72所偵測到的觀察者位置的訊號。
照明控制器74搭配導波器1，可選擇地操作光源陣列15將光指向至視窗26。照明控制器74依據頭部位置量測系統72所偵測到的觀察者的位置資訊來操作照明陣列15，使得視窗26的位置對應於觀察者99的雙眼。在此結構下，導波器1的側向輸出方向對應於觀察者位置。
影像控制器76操控三度空間光線調變器48來顯示影像。如要能提供裸視三度空間顯示效果，影像控制器76以及照明控制器74的操作如下所述。影像控制器76操控三度空間光線調變器48暫時地顯示多個雙眼影像。照明控制器74操控光源陣列15的光指向至視窗，視窗的位置對應於觀察者的雙眼，且同步於雙眼影像的顯示。在此架構下，使用時間分割多路傳輸技術，可達到裸視三度空間的效果。
上述的技術內容可應用隨後所揭露的每個裝置，單獨地或結合地修改特徵以及/或新增特徵，將會加以闡述。
在其他的實施例中，具有方向的顯示裝置還包括一控制系統，其可選擇地操作光源將光指向至視窗，相對於先前所述的輸出方向。在本實施例中，也可結合任一具有方向的背光源、顯示器、顯示裝置。
在其他的實施例中，具有方向的顯示裝置可為裸視三度空間顯示裝置，其設有一控制系統。該控制系統還可操控顯示器來暫時地顯示多個雙眼影像以及同步地將顯示的影像指向至視窗，而視窗的位置至少對應於觀察者的雙眼。控制系統可包含一感測系統，感測系統可偵測位於顯示器之對面的觀察者的位置，而觀察者橫跨於顯示器，控制系統也可將顯示的影像導引至視窗，而視窗的位置至少對應於觀察者的雙眼。視窗的位置主要依據於觀察者的偵測位置。
第12圖為繪示一具有後側反射器300的具有方向的顯示器的側視圖。該顯示器可包含一具有方向的的背光源以及一傳輸的三度空間光線調變器。該後側反射器300可包含一反射陣列310。光線304經由導波器1的擷取特徵12反射而依據一角度方向傳遞至視窗26的垂直觀察位置。經由擷取特徵12反射的光線306，其穿過於擷取特徵12而損失，或於顯示器後方與物質產生交互作用，並且分散而造成各視窗之間產生不良的串擾。
光窗與視窗平面上的一光源的影像相關連。相較之下，視窗平面106上的視窗26，光可傳遞至視窗26以及實際上可包含顯示區域的影像資料。如此一來，視窗可經由多個光窗所形成。一般來說，光窗沿著y軸方向的長度較小，而沿著x軸方向的長度較大。
在本實施例中，穿過於擷取特徵12的光線306入射於後側反射器300的反射刻面。接著，光306會轉向而朝向視窗26傳遞。光線304、306的光窗的側向寬度以及位置實際上是相同的。然而，被擷取特徵12所反射或穿過擷取特徵12的光束，在垂直方向的光分佈可為不同。
具有方向的背光源可包含一導波器以及一光源陣列，光源陣列的數個光源沿著導波器的輸入端的延伸方向分別設於不同位置。導波器可具有一輸入端、彼此相對的第一導光面以及第二導光面，以及一反射端。第一導光面與第二導光面可沿著導波器導引光線，而反射端與輸入端彼此 相對而可將光線加以反射。光線入射至第一導光面可產生全內反射，而第二導光面具有階梯且包含有數個刻面。在反射端將光線加以反射之後，第二導光面的刻面可將光線反射而穿出於第一導光面，穿出於第一導光面的光線分別沿著數個輸出方向傳遞至光窗。依據每一輸入位置，光線的輸出方向沿著一個與第一導光面相互正交的方向分佈。該些刻面之間的中間區域可用於導引光線於導波器內傳遞而不作擷取。該背光源也可包含一後側反射器，該後側反射器可包含一線性的反射刻面陣列，該反射刻面陣列可將光源的光線作反射而穿出於第一導光面，進而傳遞至光窗。
具方向的顯示器也可包含一具方向的背光源以及一傳輸的三度空間光線調變器，三度空間光線調變器可接收來自於第一導光面的輸出光。一顯示裝置可包括一個具有方向的顯示器以及一控制系統，控制系統配置以選擇地操作數個光源以將光線導引至對應於輸出方向的視窗。顯示裝置可為具裸視三度空間的效果的顯示裝置，其中控制系統更可控制顯示器暫時地顯示多個雙眼影像以及同步地將顯示影像指引至視窗，而視窗的位置對應於觀察者的雙眼。控制系統更包含一感測系統，其配置以偵測觀察者的位置。控制系統依據可配置以將顯示影像指引至視窗，視窗的位置對應於觀察者的雙眼且視觀察者的偵測位置而定。
光窗以及光304、306到達的視窗實際上在側向方向上部分重疊。因此，顯示的串擾實際上仍持續。進一步地說，指向至視窗26的光線的總強度以及顯示之亮度可增加。行動顯示裝置的電池壽命可增加，以及在達到所需的亮度之下，光源的成本以及數量可減少。進一步地說，不需要通過擷取特徵12所產生的串擾，可以因此減少或消除。進一步說，反射器300可為薄膜而設置於顯示系統內，因此減少成本以及厚度。反射器300也可設置於背光源的後側，例如將反射器300成型為顯示器的一部分以及接著塗蓋一金屬層。如此便可提供一個堅硬以及平坦的結構，達到高品質的視窗26，而視窗26由反射器300所反射形成。
第13圖為繪示顯示器的前視圖，其中該顯示器包含有導波器1，導波器1設有線性的擷取特徵12以及一後側反射器300，而後側反射器300包含有反射刻面310的陣列。反射刻面310的陣列為線性陣列，反射 刻面沿著一線性方向重複形成。顯示器可包含具有方向的背光源以及一傳輸型的三度空間光線調變器。該些擷取特徵12分別平行於反射刻面陣列310的反射刻面，使得該些視窗對於光線304、306彼此相互對齊。
擷取特徵12的刻面以及後側反射器300的反射刻面310相對於一個正交於側向方向的平面具有相同的傾斜角度，而該平面。在本實施例中，反射刻面310的陣列為線性，意指反射刻面310沿著後側反射器300線性地延伸(如第13圖所示)。反射端4沿著側向方向設有正光功率。因此，來自光源陣列15的光線會分歧，如此將減少到達三度空間光線調變器48的光線。正光光率可使得傳遞於導波器1與菲涅爾鏡頭62的光線平行，反射端4的正光功率可於視窗平面上形成視窗。不對稱的散射器68具有一主要分散軸方向69，可沿著x軸達到高度分散，x軸正交於一側向方向(y軸)，而光窗與視窗配置於y軸。當側向方向達到低度串擾時，視窗26可沿著正交方向被分散。
第14圖為繪示一實施例的具有方向的顯示器的前視圖，而該顯示器包含有一導波器1以及一後側反射器300，該導波器1具有數個弧形的擷取特徵12，而後側反射器300包含一線性的反射刻面310的陣列。顯示器可包含一具方向的背光源以及一傳輸的三度空間光線調變器。在沒有菲涅爾鏡頭之下，該些擷取特徵12可於視窗平面106完成數個視窗26，而且實際上在x-y平面上具有相同的曲率半徑。由於新增的表面，使得系統的厚度以及光損失得以降低。進一步地，後側反射器300可從一巨大連續的薄板切割而得，而反射刻面具有彎曲形，因此降低了成本。
第15A圖為繪示另一實施例的具有方向的顯示器的前視圖。該顯示器包含有一導波器1及一後側反射器300，導波器1具有數個弧形的擷取特徵12，而每個擷取特徵12於x-y平面具有一第一半徑。後側反射器300包含數個弧形的反射刻面310所形成的陣列，而陣列為線性陣列，其沿著一線性方向不斷重複形成。在本實施例中，反射刻面310沿著後側反射器300延伸，每一反射面具弧形而非線性。特別的是，反射刻面310於x-y平面具有一第二半徑，而第二半徑大約兩倍於第一半徑。在不具備菲涅爾鏡頭62的情況下，反射刻面310配置以指引光線304、306(參閱第12圖)至 相同的視窗。具方向的顯示器可包含一具方向的背光源以及一傳輸的三度空間光線調變器。反射刻面310可與弧形的擷取特徵12相搭配，使得經由反射刻面310所反射的光線306的側向方向相等於經由擷取特徵12所反射的光線304的側向方向。如此一來，光線304、306所產生的光窗26實際上可至少部分重疊。有益地，串擾可降低，而顯示亮度可增加。
第15B圖為繪示一具方向的顯示器的前視圖。顯示器包含有導波器1以及後側反射器300。顯示器可包含一具方向的背光源以及一傳輸的三度空間光線調變器。在區域303中，後側反射器300的高點接觸於導波器1的擷取特徵12。接觸的面積將會很小，所以區域303內由於全內反射的損失所造成的光漏量可以最小化。如此一來，後側反射器300可與導波器1相接觸。有益地，顯示器的厚度可減少，而且透過導波器1的結構性支持，可達到後側反射器300的均勻平坦。
此外，還可減少後側反射器300、擷取特徵12以及三度空間光線調變器48的畫素之間的莫列波紋(Moire beating)。
在上述的實施例中，後側反射器包含由反射刻面陣列，而該陣列的間距為固定。反之，第15C圖為繪示一後側反射器300的前視圖，後側反射器300包含由數個反射刻面310所構成的一個隨機排列、不規律的陣列，而該陣列的間距為隨機且不規律。反射刻面310可消除顯示器內的莫列波紋(Moire beating)。反射刻面310之間的區域313可配置以直接地反射、傳遞、或吸收。
第16圖為繪示另一實施例的具方向的顯示器的側視圖。顯示器包含一導波器1。顯示器可包含一具方向的背光源以及一傳輸的三度空間光線調變器。光源202可為發光二極體。舉例來說，光源202實際上可於空氣中產生朗伯特(Lambertian)光輸出。在極性強度剖面204中，顯示軸向光206的強度大於光線208，其中光線208相較於法線方向具有一傾斜角210。由於輸入端2的折射，對於導波器1內的光線214，極性強度剖面212從極性強度剖面204作修改。因此，最大值的傾斜角210設定為導波器1的材料的臨界角。光線214在反射端4反射之後，乃透過全內反射沿著導波器1作傳遞，光束216朝向擷取特徵12返回。
在本實施例中，相對於光擷取濾波器之傾斜角238為45度，於導波器1內沿著平行x軸的方向傳遞的光線218轉換方向而沿著平行z軸的方向傳遞，且穿過於導波器1的第一導光面6而傳遞至不對稱的散射器68。散射器68可包含一光學方程式，在極性強度剖面217中，重新改變一平行光束的傳遞方向，其中極性強度剖面217內包含一傾斜角227以及一錐形角225。舉例來說，在z-x平面內，錐形角225可為光線219的半角，且光強度為散射器68的峰值光線213的一半。在其他的實施例中，傾斜角227可設定為15度，錐形角225可設定為10度。同樣地，光線220於x-z平面改變傳遞方向以及被散射，進而產生光強度只有一半的光線221。
進一步地說，一些光線226可透過擷取特徵12傳遞，以致於光線226入射於一表面229(例如顯示器的背面)，於表面229分散而形成光線231。為了該些光源202，這些光線231被分散而落入所需視窗的外側，而且可建立不想要的影像串繞。進一步地，光線224可部分地於被導引特徵10所反射以及被轉向而朝向表面229傳遞，進一步分散光線。折射光237於顯示器內可具有高角度以及造成不需要的離軸照明，以及可散佈於顯示器的邊緣以增加串擾以及降低顯示一致性。進一步地，這些光線可於表面229被吸收，減少顯示亮度。
透過包含有反射刻面310所形成的陣列的後側反射器300，可降低影像串擾以及增加顯示亮度，細節將於之後說明書內容中闡述。
顯示器的發光強度意指顯示器於一特定方向每單元三度空間角的發射功率。觀察者99察覺到的顯示器100的亮度係被亮度所引出，而亮度為沿著給予的方向傳遞之每單位面積的光線被光度計量測到的強度。光源陣列15提供光通量。
第17圖為繪示傳遞角位於導波器1內以及之外的光強度的示意圖。光源202具有朗伯特強度剖面，在強度211相對於傳遞角210的圖式中，分別繪示有空氣中的光錐的強度曲線230以及光閥內的折射光錐的強度曲線232。
第18圖為繪示一實施例的具方向的顯示器的側視圖。顯示器包含導波器1。顯示器可包含一具方向的背光源以及一傳輸的三度空間光 線調變器。在z-y平面上，光線218被擷取特徵12轉向以平行於z軸。在不對稱的散射器上，極性強度剖面215中的光線223的一半強度的散射角227意指限制光線沿著y軸擴散。為了當前的目的，y軸被稱作側向方向且相關於光源陣列15內的光源202的陣列的方向。如此一來，側向方向意指光窗所形成的陣列的配置方向。
第19A圖至第19C圖分別繪示一不對稱的散射器的前視圖以及側視圖。例如，散射器68可包含一表面緩和散射器，其包含數個表面特徵，而表面特徵具有不對稱結構259(如第19A圖所示)。第19B圖為繪示y-z平面上的側視圖。在側向方向(y軸)上可達到較小的散射角235。第19C圖為繪示x-z平面上的側視圖，在層263內的不對稱結構259還可包含由稜鏡結構所組成的一陣列，而該稜鏡陣列具有一傾斜角257以便在垂直方向(x軸)形成一散射錐形傾斜角227以及一散射錐形角233。舉例來說，散射角233可為平行輸入的光錐的完整寬度一半最大值。例如三維裸視顯示器的散射角235可相對地較小。例如，1度至3度可達到低度串擾。然而，二維裝置的散射角235相對地較大，例如低功率模式、高亮度模式、以及隱密模式。例如3度至20度，或者超過20度，有益地達到一致性的輸出以及達到所要求的照度下降而具有寬廣的視角。
在一實施例中，散射器68可包含一基底261，而基底261上設有一紫外線治癒層263(UV cured layer)，但不僅限制於此。其中，基底261可為玻璃或聚合物，例如聚酯(PET)或聚酸甲酯(PMMA)。使用單一材料鑄模成型表面緩和層，而該結構可透過鑽石工具、雷射寫入光聚合物或其他已知的技術來完成。散射器68可包含一體積散射器，例如光聚合物記錄於一不對稱的光罩。
一個具方向的背光源還可包含一非對稱的散射器68，散射器可接收穿過於第一導光面6的輸出光，散射器68可沿著垂直於側向方向的一方向提供巨大的角度分散。
第20圖為繪示導波器1的側視圖。導波器1具有鍍銀的擷取特徵12。在本實施例中，透過塗佈具有反射材料240的擷取特徵，可增加輸出光。因此，除了光線218、254可單獨由全內反射來達成，光線250、 252可被導引至觀察者，達成在x-z平面的空氣中的朗伯特輸出。
第21圖為繪示第20圖的光強度相對於傳遞角的關係示意圖。由於在擷取特徵12的反射所造成的損失，使得強度曲線242的最大值小於強度曲線232的最大值。在本實施例中，塗佈銀可具有少於92%的反射率，相較於全內反射光線的100%的反射率。進一步地說，僅將反射材料240設置於擷取特徵12的方法既複雜且昂貴。可考慮將導引特徵10與擷取特徵12都塗佈反射材料240，如此可降低成本以及減低複雜度。然而，當反射材料240設置於導引特徵10，反射材料240的吸收，對於導引光線於導波器1內，可造成實際的損失。
第22圖為繪示光線離開第16圖的導波器的傳遞角與光強度的關係示意圖。在散射器68之前，擷取特徵將光線反射，曲線270的傾斜角為45度，曲線272的傾斜角為35度，曲線274的傾斜角為55度。因此，於擷取特徵12遭遇全內反射的光線的切斷點角度以及寬度可變化。可增加峰值強度的亮度以及配置在軸峰值強度為0度或接近於0度。舉例來說，在10度時，位於三度空間光線調變器48的法線的上方，該法線為了一個側向在軸光窗。
第23圖為繪示離開導波器的光線的傳遞角度與光強度的關係示意圖。其中導波器1繪示於第16圖，在不對稱的散射器具備變化的光學特性之後，導波器的擷取特徵將光線加以反射而使得光線離開導波器。設定光線的擷取特徵角度為45度。因此，峰值可模糊而增加顯示照度之一致性。
第24A圖為繪示透過導波器1的擷取特徵12傳遞及反射光線的路徑示意圖。因此，在圓錐角280、281內的光線218被反射，在圓錐角282、283內的光線224被擷取特徵12傳遞且部分地從導引特徵10所反射。圓錐角284、285、286內的光線226被擷取特徵12直接地傳遞。
第24B圖為繪示第24A圖中的光線離開導波器1之傳遞角度與光強度的關係圖。其中，光線離開導波器1乃透過擷取特徵。轉換為空氣中的輸出角，圓錐角283內的光束的強度曲線292以及圓錐角285內的光束的強度曲線294可經由於S及P極化狀態的菲鎳爾(Fresnel)反射係數計 算而得。在本實施例中，假設光線於閥門內未被極化，傾斜角238為45度，導波器1的折射率為1.5。兩個光錐的整體強度為曲線296。
第25A圖為繪示導波器1內的光線傳遞路徑的側視圖。其中，光線之傳遞透過擷取特徵12以及反射刻面310。光線226以入射角305入射於反射刻面310，以便將光線導引回且穿出於導波器1以形成光線239。光線239朝向顯示系統的三度空間光線調變器48傳遞。光線226穿過擷取特徵12而非被反射，如此光線226可朝向顯示系統的視窗26傳遞，進而增加亮度及效率。
第25B圖為繪示透過導引特徵10、擷取特徵12以及反射刻面310使得光線於導波器內傳遞路徑的側視圖。光線從導波器反射以離開導波器而形成光線241。光線224穿出於擷取特徵12而不是被反射，如此光線224可朝向顯示系統的視窗26傳遞，進而增加亮度與效率。
第25C圖為繪示透過擷取特徵12、反射刻面310以及導波器與反射特徵之間的塗層243而傳遞於導波器1的光線的傳遞路徑的側視圖。舉例來說，該塗層243可為波浪板、散射器、變流裝置或上述裝置之結合。光線224相對於塗層243具有較高的入射角，而且因此產生光線237。通常導波器1與反射刻面310之間最好不要設置塗層243。
第26圖為繪示一實施例的後側反射器與導波器的側視圖。其中後側反射器包含有反射刻面陣列。因此，後側反射器300可包含一鋸齒結構，該鋸齒結構由數個反射刻面310以及中間刻面312所形成。可設定反射刻面310在垂直方向的傾斜角305。因此，穿過於擷取特徵12的光線226被導引回導波器1。光線226可增加視窗的亮度，同時維持視窗的方向、減少影像的串擾。
後側反射器可為一設有浮雕圖案的膜層。舉例來說，後側反射器300可包含紫外線緩和層309，其設於一玻璃或聚合物的基底311，聚合物的基底例如聚酯(PET)、聚酸甲酯(PMMA)、或顯示裝置的殼體。後側反射器300適合的平坦度係配置以維持對準於視窗26。其中光線306形成視窗26，且光線306來自於一反射器膜，而該反射器膜對準光線304所形成的視窗26，而光線304藉由擷取特徵12的全內反射而產生。可選擇地，表 面緩和結構可形成於模具製成的單一材料。該表面緩和結構可透過鑽石工具、雷射書寫於光聚合物或其他已知製造技術來產生。可選擇地，散射器68可為體積散射器，例如透過不對稱的光罩所記載的光聚合物材料。反射材料315可透過已知塗佈方法塗佈於後側反射器的反射刻面310，或者塗佈於反射刻面310與中間刻面312。反射刻面材料315可包含鋁、銀、鉻、矽氧化物或其他使用於基底的已知材料，以便達到適合的反射率、降低分散、降低成本以及粗糙度。
關於光線325，來自反射刻面310的光線，很少比例會入射於擷取特徵。入射於擷取特徵12的光線量很少。在本實施例中，擷取特徵12的寬度可為0.01毫米，間距為0.5毫米，使得來自於反射刻面310的光線大約有2%會入射於擷取特徵12。然而，光線325與光線226實際上被導引至相同的視窗26，所以這些光線沒有明顯地降低光效能。
第27圖為繪示另一實施例的後側反射器與導波器的側視圖。在本實施例中，中間刻面312在垂直方向可具有傾斜角307，透過反射刻面310的屏障，來自擷取特徵12的光線不會被中間刻面312反射。
後側反射器可與導波器1相互間隔，從而來自導波器1的每一刻面的光線入射於後側反射器300的反射刻面310，後側反射器300還可包含複數個中間刻面312，該些中間刻面312分別延伸於該些反射刻面之間，中間刻面312的傾斜角度與反射刻面310的傾斜角度彼此相對，從而來自光源的光線穿過於反射刻面而不會入射至中間刻面。
有益地，第27圖的裝置可更方便地製造出一致的反射率以及在顯示器組接過程中，很少出現錯誤的組接。
第28圖為繪示又一實施例的後側反射器與導波器1的側視圖。後側反射器包含有反射刻面310構成的陣列，該些反射刻面310與導波器1的擷取特徵12相互對齊，而數個被塗佈或未被塗佈的平面區314配置於反射刻面310與中間刻面312之間。
後側反射器300的反射刻面310可分別設置於擷取特徵12的後方，而且用以將穿過於擷取特徵12的光線之大部分加以反射。有益地，相較於第26、27圖，可將光閘的導波器1的擷取特徵12之間的莫列圖案 (Moire patterning)最小化。穿過於擷取特徵的一些光線導引至導引特徵10以及離軸觀察位置，而不會入射於後側反射器(參閱第32B圖)。
第28A圖所示，後側反射器300包含一中間刻面312、一平坦區314及一反射刻面310。在其他實施例中，後側反射器300可包含一平坦區314與一反射刻面310，而省略中間刻面312。反射刻面310可維持幾乎相同的斜率，而平坦面314的斜率可為正值而與反射刻面310相連接。換句話說，平坦區314可連接於反射刻面310的下端而形成V字形。進一步說，平坦區314可沿著向上方向斜向延伸而且與反射刻面310的上端連接而形成V字形。後側反射器400的反射刻面幾乎可與導波器1的擷取特徵12。
第28B圖為繪示一包含有後側反射器與導波器1的側視圖。後側反射器包含數個反射刻面310構成的陣列。該些反射刻面的角度相等，但是隨機地間隔，或者隨著週期性且重複的擷取特徵以及三度空間光線調變器48，以便最小化莫列干擾。
第28C圖為繪示導波器1與後側反射器300的側視圖。導波器1包含數個光線的導引特徵227，該些導引特徵227未平行於導波器1的導引表面6，而且可用以與一後側反射器相結合，其中後側反射器包含數個反射刻面310構成的一陣列。修正導引特徵10的偏斜角可補償導波器1的非平行導光面。有益的是，可減少導波器1的厚度以及最小化光線堆疊的厚度。
傳遞於輸出端2以及反射端4之間並且被導波器1的錐形物所擷取的光線251，其實際上平行於導引表面6，並且於顯示裝置內被吸收或者以高角度輸出，而這些光線不會被觀察者看到。
被擷取的光線253可入射於後側反射器而且朝向觀察者傳遞。對於在導波器1內經由光源陣列15傳遞至反射端4的光線，可達到光窗的不必要的照度。如此可消除該光線。
第28D圖為繪示導波器1以及後側反射器300的側視圖。後側反射器300包含有數個反射刻面310以及非反射刻面312。因此，光線253可穿過後側反射器300，光線251反而傳遞至光窗。具方向的塗佈技術可提供給反射刻面310與非反射刻面312不同的反射率。有益地說，光線253的 能見度的損失可減少或消除。
第28E圖為繪示導波器1與後側反射器300的側視圖。光線的擷取特徵12具有傾斜角380、382以及反射刻面角度384、386，其中反射刻面角度384、386沿著x軸方向變化，而x軸方向垂直於側向方向。如此的結構，可使得光線388、390的輸出方向可沿著顯示器寬度而變化，以及在此方向提供一些能見度以使得一些光線集中於x方向上的視窗。進一步說，後側反射器的反射刻面的傾斜角度沿著反射刻面陣列而變化。因此，沿著導波器1內的光線傳遞路徑，經由不同位置，峰值光線強度可導向於視窗平面106的光窗260。使用的光源可設置於具方向的背光源的一側，以致於光線可向下或向上朝著顯示器的頂部或底部傳遞。有益地說，可增加顯示器的亮度以及一致性。
相較於第26圖，可增加後側反射器300反射率，同時降低成本。高反射率平面反射器可透過延展具有不同的雙折射特性的層狀材料來製成，例如單軸的聚合物材料。層狀材料的每一層之間的折射步驟可經由一電向量方向達到傳遞以及一正交向量達到反射。透過正交地對齊這些反射器，可達到高反射率，可具有高於金屬材料的反射率，例如高於95%的反射率。
第28F-28I圖為繪示後側反射器的形成方法的側視圖。透過模壓工具570的加壓可使得反射片569受熱及凸起於反射層571、572，以便達到表面緩和反射器571、572(參見第28F-28G圖)。為確認此結構具有兩個反射器，配合的模壓工具584可設於反射層的相反側。可選擇地，第一與第二反射器571、572可間隔地製成為第28I圖所示的上下堆疊的反射器。可選擇地，相較於第26圖的金屬結構，可增加後側反射器的反射率。
第28J-28K圖為繪示後側反射器的前視圖。後側反射器300設有至少兩個極化的反射片576、578，兩反射片576、578分別反射兩極化方向580、582的光線，其中兩極化方向580、582彼此正交，極化的反射片可成形為線性的反射刻面陣列。弧形的反射刻面310的方位實際上平行於其中一個極化方向580(參見第28J圖)或者可位於45度(參閱第28K圖)。頂部反射器572的方位可配置以對齊，以便為了較佳的入射極化狀態達到最 大值反射率。
第29圖為繪示後側反射器與導波器1的側視圖，其中後側反射器包含有反射刻面的陣列。第29圖為y-z平面的截面。因此，來自導波器1的光線321朝向反射器300的反射刻面310傳遞。被反射的光線穿過於導波器1，以致於被反射的光線平行於光線218，光線218於擷取特徵12產生全內反射。如此一來，光線321與光線218指向至相同的光窗，而且串擾可最小化，同時亮度可增加。
第30圖為繪示具方向的背光源裝置的發光強度211與傳遞角度320的關係圖，其中背光源裝置包含一導波器1，導波器1設有後側反射器，後側反射器包含反射刻面陣列，反射刻面陣位於不對稱的散射器之後方。在第24B圖的強度分佈曲線296，其於三度空間光線調變器48的法線的周圍朝一方向偏斜，並且再加上第23圖的強度分佈曲線270，在不對稱的散射器68之前達成空氣中的整體強度分佈曲線324。可以看到峰值強度可高於曲線270的2倍。當強度分佈曲線296配置以重疊於強度分佈曲線270，可達成所需的亮度增加量。
當光線304傳遞於具有折射率n以及臨界角θ C 的導波器1時，可提高條件限制。光線304以臨界角入射於擷取特徵12，其中擷取特徵12相對於第一導光面6的法線具有一傾斜角度(π/2-α)。光線304於空氣中的輸出角度為χ1。χ1=sin-1(n.sin(α-θc))-方程式(1)。
後側反射器的反射刻面310相對於第一導光面的法線具有一傾斜角度ν，以致於光線306平行於第一導光面傳遞，而接著於反射刻面310被反射，在空氣中的輸出角為χ2，χ2=π/2-2β-方程式(2)。
角度β可依據2β>π/2-sin-1(n.sin(α-θc))的規則來配置，以致於光線304、306達到重疊於視窗26的角度以及增加亮度。
導波器1的擷取特徵12相對於第一導光面6的法線可具有一傾斜角(π/2-α)，而後側反射器300的反射刻面310可相對於第一導光面6的法線具有一傾斜角β，而2β>π/2-sin-1(n.sin(α-θc))-方程式(3)，θ c為導波器的反射刻面的臨界角，而n為導波器的材料反射率。在本實施例中，第一導光面6與導引特徵10之間具傾斜，方程式(3)可因此變化。
在本實施例中，導波器1的折射率可為1.5，臨界角可為41.8度，α可為45度，以致於β可為42.6度或者大於42.6度，在光線304、308(參見第12圖)表示的光線扇角度強度剖面之間沒有差距之條件下，可增加亮度增益。
第31圖為繪示一具方向的背光源的發光強度211與傳遞角度320的關係圖，其中背光源包含一導波器1及一後側反射器。後側反射器可包含反射刻面形成的陣列，而該陣列在一非對稱的散射器之後方。如先前所述，當觀察者沿著正交於顯示器的側向方向移動時，散射器68可模糊化數個會減低顯示器的照度不均勻的輸出峰值輸出峰值。
第32A圖為繪示一具方向的背光源的發光強度211與傳遞角度320的關係圖，其中背光源包含一導波器1與一後側反射器。後側反射器可包含反射刻面形成的陣列，而該陣列位於一非對稱的散射器之後方。圖式顯示出數條關係曲線330、332、334、338、340，擷取特徵12的傾斜角α(238)，反射刻面310的傾斜角β(305)，以及非對稱的散射器的角度γ(233)以及δ(227)。有益地說，在可接受觀察角度之下，中央照度實際上可隨著寬闊的強度分佈而增加。
第32B圖為繪示一具方向的背光源的發光強度211與傳遞角度320的關係圖，其中背光源包含一導波器以及一後側反射器，後側反射器具有反射刻面構成的陣列。圖式中顯示數條強度分佈曲線344、346、348，擷取特徵12的傾斜角α(238)，反射刻面310的傾斜角β(305)。第32B圖的角度範圍大於第32A圖，而且包含有第25B圖的光線237、241的強度。因此，可觀察離軸照度峰值以便高度離軸觀察位置。
第32C圖為繪示一具方向的背光源的發光強度211與傳遞角度320的關係圖，其中背光源包含一導波器1以及一後側反射器，後側反射器具有反射刻面310構成的陣列，而該陣列位於散射器68之後。強度分佈曲線354的強度分佈相似於強度分佈曲線352，而強度分佈曲線352的強度大約是朗伯特分佈350的大約2倍。舉例來說，為了將散射角γ(233)增加至15度，可增加峰值形狀的相似度。峰值發光強度實際上可最大化以達到在軸觀察的目的。如此的配置結構特別地有助於行動顯示器，其中行動顯示 器需要於風景與照片的操作模式之間旋轉。強度分佈曲線356係繪示第25C圖再增加塗層243，例如指出於塗層243的光線237的反射次數增加而造成的損失。
第32D圖為繪示配置於桌面366的顯示器100輸出光線的側視圖，當光源陣列15沿著導波器1的較長邊緣配置且於風景配置下觀察。峰值349將提供隨著1/cos χ變化的照度，而角度χ(320)為顯示器的視角。處於一個較高的視角364，例如高於45度，因為較小的顯示區域，所以相對於觀察者362的顯示器照度實際上會增加，而且有益地說，顯示器可用來達到高照度影像以便在高角度時達到低功率損耗的目的。
第32E圖為繪示一後側反射器的側視圖，其中後側反射器的反射刻面使得來自於光閘的相互對齊的擷取特徵的光線成像，其中光閘包含有導波器1以及擷取特徵12。後側反射器700的反射刻面710為凹面且分別對齊於導波器1的擷取特徵12。來自擷取特徵12的光線714入射於後側反射器700的反射刻面710。區域712用以連接反射刻面710。在操作時，實際上反射刻面710聚焦於導波器1的擷取特徵12。來自擷取特徵12的光線實際上相互平行而且穿設於導波器1。擷取特徵12之間距716設定為與反射刻面710的間距718相同。
第32F圖為繪示一背光源的發光強度與傳遞角度的關係圖，其中背光源包含了第32E圖的結構。因此，相較於第27圖的實施例，強度分佈曲線720具有較陡峭的峰值。
在本實施例中，第32E圖繪示在x-z平面的反射刻面710呈彎曲，反之第15A圖繪示在x-y平面的反射刻面310呈彎曲。後側反射器的反射刻面可為凹面，而凹狀的刻面有助在x軸與y軸產生高增益特徵的視窗。進一步說，散射層可配置以調整所需要的輸出特徵。來自於反射刻面710的反射可與來自導波器1的擷取特徵12的直接反射相互重疊。如此的配置結構可有助於達到非常高的顯示照度以及低功率損耗。可配置高的方位角α(238)，使得大部分入射於擷取特徵12的光線傳遞至後側反射器710。
反射刻面710與區域712之間的角度可設定為90度來達到極化復返。
第33A圖為繪示一具方向的顯示器的側視圖，其中顯示器包含一導波器1以及一後側反射器。顯示器可包含一具方向的背光源以及一傳輸的三度空間光線調變器。後側反射器可包含數個反射刻面構成的陣列、一菲鎳爾鏡頭、以及一非對稱的散射器。在此配置結構下，例如第32圖的光線的角度及強度可變化，菲鎳爾鏡頭62可使得瞳孔的光線指向至視窗平面106的視窗26。因此，對於在位置354的觀察者眼睛，實際上有助於沿著三度空間光線調變器48可看到一致性的光線強度。
具方向的背光源更可包含一菲鎳爾鏡頭62，菲鎳爾鏡頭62至少於側向方向具有光功率且設置於導波器的第一導光面以及非對稱的散射器之間，菲鎳爾鏡頭62可接收穿出於第一導光面的光線。進一步說，菲鎳爾鏡頭可於一正交於側向方向的方向上具備光功率。
為了最佳化亮度、觀察自由度與創擾，有需要將單一觀察平面106的視窗26重疊，以便達到光線從擷取特徵12與反射刻面310反射的目的。再者，有需要透過使用彎曲的擷取特徵12來減少顯示器的厚度以及複雜度。隨後將介紹一種針對已知的擷取特徵12的曲率半徑，如何計算反射刻面310的曲率半徑的方法。
第33B圖為繪示於x-y平面具有角度1550的入射的光線1500的路徑示意圖。依據光線1500的離開平面角度1552，光線1500可被擷取特徵12反射而成為朝向觀察者傳遞的光線1510，或者穿過於擷取特徵12而且被反射刻面310反射而成為光線1520。光線追蹤可使得偏斜角度1560、1570分別相關於擷取特徵12的面內方位角1580以及反射刻面310的面內方位角1590。
第33C圖為繪示一實施例的偏斜角1560、1570(沿著軸線1620)與面內方位角1580、1590(沿著軸線1630)的關係圖。軌跡1610為一個反射離開於擷取特徵的負x傳遞光線(在第33B圖中角度1550等於0)，其中軌跡1600與入射於反射刻面而反射離開的光線相似。這兩條軌跡之大約10%的梯度差異可決定方位上的差異，其需要兩條光線路徑具備相同的離開角或焦點。如此意指反射刻面的半徑相較於光閘的擷取特徵的曲率半徑大約短10%，以便配合焦點。可選擇地，反射刻面的半徑以及擷取特徵的半徑實際 上可以相同。可選擇地，兩個半徑亦可不相同而使得不同尺寸的觀察視窗被建立於不同的視窗平面。可選擇地，顯示均勻性以及縱向觀察自由度可增加。再者，兩個結構與三度空間光線調變器48的畫素的結構之間的莫列現象可減少。
在一實施例中，75x50毫米的顯示器可被一光閘照明，而光閘包括有導波器1及後側反射器300。視窗平面106的距離可設定為300毫米。當導波器1的折射率為1.5，擷取特徵12的曲率半徑大約為450毫米。半徑可固定使得徑向方向上的擷取特徵12的間隔隨著側向方向些微地變化，儘管在正交於側向方向的x方向仍不變。反射刻面310的半徑大約為400毫米。
在其他實施例中，結構的間隔可設定不同以便將各種結構之間的莫列波紋最小化。舉例來說，後側反射器的反射刻面的間隔可為40微米，導波器1的擷取特徵12的間隔可為200微米，而散射器的特徵的間距為10微米或者少於10微米，而三度空間光線調變器的畫素的間隔可為25x75微米。導波器1與後側反射器300之間的間距可為25微米。莫列現象實際上可消除。
第33D圖為繪示觀察點1600發射的光線1650入射至擷取特徵12或反射刻面310的路徑示意圖，其中擷取特徵12及反射刻面310處於位置1612，入射的光線1650於導波器1內成為光線1660傳遞，接著於彎曲的反射端4被反射而成為光線1670沿著輸入端2的入口孔洞朝向位置1630傳遞。
第33E圖為繪示兩條相似的光線1650、1651的傳遞路徑的示意圖。追蹤這些穿設於系統的光線以致能系統最佳化。從位置1600發射的光線至位置1630(參閱第33D圖)是需要的。
第33F圖為繪示追蹤之光線位置1710與入口位置1712的關係圖，光線位置1710沿著輸入端2的入口孔洞且單位為微米，入口位置1712沿著二等分光閘的水平軸且單位為微米。在本圖中，觀察位置1600為正規的且於觀察位置400毫米集中於光閥。圖式中的兩條軌跡意指第33E圖中的兩條光線路徑(軌跡1750意指光線於擷取特徵反射離開，而軌跡1760意 指光線於反射刻面反射離開)。彎曲的反射特徵的半徑以及以及反射端4的曲率半徑可調整以便達到沿著輸入端2的入口孔洞的最佳定位的目的。如此一來，可使得反射刻面的曲率半徑相較於擷取特徵的曲率半徑少10%。最佳化不同的離軸觀察位置以及觀察距離，建議將相關的擷取特徵的半徑以及反射刻面的半徑隨著具有較小半徑的反射膜，彼此落入0-12%的範圍內以便達到最佳效能。
換句話說，導波器與後側反射器300分別到視窗平面106之間的距離實際上可相同，以便光線直接從擷取特徵12反射以及光線穿過擷取特徵12、被反射刻面310反射、以及返回至導波器1。實際上有助於視窗相互並列，而達到增加亮度以及觀察自由度，同時減低影像的串擾。
舉例來說，傳輸的三度空間光線調變器48可為液晶顯示器，其需要極化輸入光線為第一極化部分。為了最佳化亮度以及效率，有需要整合第一極化部分以及第二極化部分的光線，其中第二極化部分正交於第一極化部分，其包含反射刻面310。
第34圖為繪示一實施例的具有極化恢復能力的具方向的顯示器的示意圖。該顯示器可包含一具方向的背光源以及一傳輸的三度空間光線調變器。顯示器包含導波器1、一光源陣列15以及一三度空間光線調變器48，三度空間光線調變器48接收來自於導波器的輸出光線。導波器1與三度空間光線調變器48之間更依序包含有菲鎳爾鏡頭62、可選擇的相位延遲器(例如半波延遲器404)、不對稱的散射器68、反射極化器402、以及設於三度空間光線調變器48的輸入端的清除極化器406。一分光反射膜300設於三度空間光線調變器48的第二導光面之後方而且功能如同一後側反射器。
在操作時，反射極化器402配置於導波器1的第一導光面以及三度空間光線調變器48之間，其中三度空間光線調變器48配置以傳輸第一極化部分，未被極化的傳遞於導波器1的光線408經由導引而成為指向視窗26的光線410，具有第一極性部分的光線穿設於反射極化器402以及清除極化器406。第二極性部分的光線410正交於第一極性部分且被反射極化器402所反射而成為被抵制光線，被抵制光線穿過於導波器1而傳遞至分光 反射膜300，被抵制光線被分光反射膜300所反射而成為光線412而返回至三度空間光線調變器48。光線412在視窗26的垂直部分因此可以不同於光線410的垂直部分。然而，這些光線在一側向方向(y軸)可包含相同的光窗定向性。
分光反射膜300將被抵制光線的極性轉變為第一極性。
反射塗佈層315配置於後側反射器300的分光表面上且可配置以部分地傳遞，舉例來說，透過控制反射塗佈層315的厚度，可使得光線454具有低強度而被導引至顯示器的後側。一個光罩450可配置有一開孔452，而使得光線可經由開孔452傳遞至顯示器的後側，以便產生產品商標。
第35A圖為繪示一個具有第34圖的極性恢復能力的具方向的顯示器。該顯示器可包含一具方向的背光源以及一傳輸的三度空間光線調變器。第35B圖為繪示後側反射器300、導波器1與散射器68的側視圖。第35C圖為繪示第34圖的前視圖。會了清楚起見，菲鎳爾鏡頭62與散射器68不會顯示於第35A圖至第35C圖。
傳遞於導波器1內的光線408包含非極化狀態430。從擷取特徵12被全內反射的光線實際上未被極化而且入射於反射極化器402。
穿過於反射極化器420的光線410穿設於可選擇的延遲器404，該延遲器404可為具有適當定位的光軸方向437的半波延遲器，且配置以將第一極性部分436導引至三度空間光線調變器48的清除極化器406的傳輸軸。實際上，反射極化器420與清除極化器406的極性傳樞軸彼此相互平行以便最小化延遲器404(可為堆疊型的延遲器)的離軸延遲變化的可見度。
散射器68可嵌入至具有垂直(x軸)散射角度γ(223)以及水平(y軸)散射角度ε(235)的堆疊架構，進一步提供在垂直軸的偏斜角δ(227)。散射器68可設置於導波器1與清除極化器406之間。散射器實際上在反射極化器402之前側不會改變光線路徑而且位於反射極化器與清除極化器之間。進一步說，散射器可於導波器1與反射刻面310之間整合；然而有關於高入射角的損失以及顯示於第32C圖。
三度空間光線調變器48更可包含兩基底420、424(例如玻璃 基底)、液晶層422以及輸出極化器426。
被反射極化器402反射的光線412成為被抵制光線，而被抵制光線穿過於導波器1並且入射於分光反射膜300。分光反射膜300可包含反射刻面310與中間刻面312構成的線性陣列。反射刻面310與中間刻面312於一共同平面上以相對的方向傾斜，使得光線418於反射刻面310與中間刻面312被反射。該共同平面位於三度空間光線調變器48的法線的周圍，而使得後側反射器可將被反射刻面310與中間刻面312反射而返回至三度空間光線調變器的被抵制光線的極性，轉變為第一極性。透過共同平面以45度延伸至反射器200的第二極性部分的極性來達成。
參閱第20圖，光線412被分光反射膜300的反射刻面310以及中間刻面312所反射。光線434具有極性狀態434而以45度入射於長形的反射刻面310以及中間刻面312(參閱第35C圖)。經過反射刻面310以及中間刻面312的反射之後，可使得光線412的極性狀態將會改變，而使得極性狀態434轉變為極性狀態436，其由於在反射刻面310與中間刻面312的反射後的相位改變。因此輸出於三度空間光線調變器48的光線412具有極性狀態436，其實際上相同於光線412的極性狀態432。
在一實施例中，擷取特徵12的角度α238可設定為45度，角度β305可設定為60度，角度κ307可設定為30度，使得頂點角度405(參閱第35B圖)設定為90度，而反射刻面310以及中間刻面312配置以達到光線412於x-z平面的向後反射，以及達到極性狀態434的極性反射轉變為極性狀態436的反射。如果頂點角度405設定為不同於90度，入射的極性狀態434可被調整而與反射刻面310以及中間刻面312在y軸方向的寬度相比較，以便最佳化極性復返，雖然極性狀態434的完整轉變不能達成。參閱第32圖的關係曲線332，散射角γ225以及散射角δ227可分別設定為15度以及負15度，如此可透過將2倍的光線411加入光線410來增加亮度。進一步說，光線411與412可受到極性復返而使得顯示器的亮度可進一步地增加2倍以上。因此，整體的顯示亮度相較於光線410可增加超過4倍。
第35D圖為繪示一對稱的散射器的前視圖，其中該散射器可選擇地用於第35C圖的架構下。在對稱的散射器中，y軸的散射量相似於 x軸的散射量。在本實施例中，在y軸的完整寬度一半最大散射角為12度而可配置於高亮度的二維顯示器或者一個低功率損耗二維顯示器來達成視窗(由數個光窗組成)，該視窗在300毫米的視窗平面106的寬度為60毫米。有需要在x軸具有相似的散射角，以便達成光強度的變化相似於第32C圖所示的強度分佈曲線352。
第35E圖為繪示光堆疊結構的立體圖，其中光堆疊結構包含一光閘，而光閘包含導波器1、後側反射器300、一光控制層504以及一三度空間光線調變器48。導波器1的反射端4可包含一菲鎳爾鏡以及一錐形區500，以便增加光源陣列15的光線耦合於導波器1。遮蔽層502具有一開孔區503而可配置以將背光源的邊緣至顯示觀察者遮蔽。光控制層504可包含反射極化器、延遲器、以及散射層。三度空間光線調變器48可包含清除極化器406、薄膜電晶體(TFT)玻璃基底420、液晶層422、色彩過濾玻璃層424以及清除極化器426。紅色畫素516、綠色畫素518、以及藍色畫素520可配置於液晶層之內。
第35F圖至第35I圖為繪示光堆疊結構的側視圖，其中光堆疊結構包含一光控制層504以及一三度空間光線調變器48。第35F圖為繪示光控制層504，其包含反射極化器402、半波延遲器404以散射器68。每個清除極化器406以及輸出極化器426可包含一極性吸收層532(例如碘以及延展的聚醋酸乙烯酯(PVA)、兩個封裝層530、534。第35G圖為繪示另一實施例的光堆疊結構的側視圖，其中光控制層504連接於輸入極化器406，而連接的方法例如透過壓力感測黏著層(未顯示)。散射器68可形成於光控制層504的輸入端。相較於第35F圖的實施例，可有助於降低光損失以及增加顯示效率。
有需要進一步減少光堆疊結構的層數。第35H圖繪示清除極化器406的封裝層536可包含延遲器功能來達到極性轉變，例如第38A圖至第38B圖。封裝層534可包含細胞三乙酸酯(TAC)，反之封裝層536包含TAC-R，進一步包含半波延遲功能。因此三度空間光線調變器輸入極化器可包含一封裝層，其為光延遲器。
進一步說，散射器68設於反射極化器402以及三度空間光 線調變器48之間來增加極性復返的效率。如第35I圖所示，擴散吸收層538設置於反射層402與畫素平面422之間。散射吸收層的不同區域可具有高低不同的折射率。例如，將擴散吸收層538內的退極化效果最小化，同時可達到所需要的漫射特徵。有幫助地，成本以及光控制層與三度空間光線調變器的複雜度可降低同時光效率可增加。
第36A圖至第36B圖為繪示極性恢復結構的側視圖，該極性恢復結構相似於第35A圖且進一步包括了散射器68。散射器68可具有低雙折射以及可連接於延遲器404。如第36A圖所示，散射器68可形成於延遲器404的表面。光線403被反射極化器402所反射而且入射至後側反射器的區域上，而且因為擷取特徵12而傳遞至導波器1。位於反射刻面310以及中間刻面312的入口之光線401向後反射且透過散射器指向至圓錐407。
如第36B圖所示，散射器68配置於導波器1與反射極化器402之間，並且可形成於反射極化器402上。因此，光線409的散射可改變光線403的比率，其返回至導波器。有益地是，極性復返特性可變化。
第37A圖至第37B圖為繪示使用並列的後側反射器的極性恢復結構的側視圖。第37B圖中使用的導波器相似於第28C圖，而且後側反射器相似於第28A圖。有益地是，光線417實際上可被平面反射區314所反射。新增的四分之一波板398可配置以轉變被反射的光線398的極性狀態，以致於光線398可穿設於反射極化器402。有益地是，對於一些視角，顯示器的發光強度可增加。
第37C圖為繪示一實施例的光閘的側視圖，其中光閘包括有導波器1、光線的散射特徵以及一後側反射器300。在操作上，來自輸入端2的光線校準光源陣列15至反射端4可遭遇散射損失。舉例來說，由於模式耦合損失或散射特徵540可消除或修整。因此光線542可離開於導波器1以及入射於後側反射器300，特別是中間刻面312。
第37D圖為繪示一光閘的前視圖，其中光閘包含光線的散射特徵540以及後側反射器300。在操作上，光源陣列15將造成光線的暗區544內出現帶狀區546，而該帶狀區546顯露於光源陣列15至導波器1的反射端4之間且相依於散射特徵540的密度與形式。如此可降低暗區546 的可見度。
第37E圖為繪示一實施例的光閘的側視圖，該光閘包括有導波器1、光線的散射特徵540以及一後側反射器。後側反射器更包含一光線的中間刻面312，其可為不平坦的反射面而可散射光線。反射刻面310可為鏡面的反射面而僅稍微不平坦。如第37E圖所示，至少於y-z面具有粗糙度以及也可於x-z面具有粗糙度。因此，相較於第37C圖，入射於中間刻面312的光線543被散射而形成更寬的圓錐形。
第37F圖為繪示一光閘的前視圖，該光閘包括有光線的散射特徵以及後側反射器，而後側反射器310包含中間刻面312，而中間刻面312用以散射光線。因此，區域548相較於第37D圖的區域546可具有較低峰值照度的三角形。這些顯露實際上被散射器68所隱藏。
第37G圖為繪示光閘的擷取特徵的立體圖，其中擷取特徵具波浪狀結構。波浪狀結構可應用於線性的擷取特徵12以便減少擷取特徵12與三度空間光線調變器48的畫素之間的莫列波紋。舉例來說，波浪狀結構的表面的鑽石加工，可透過在切割過程中控制鑽石高度以及側向位置來達成。
第37H圖至第37I圖為繪示數個實施例的後側反射器的立體圖，其中後側反射器具有波浪狀結構，波浪狀結構包含鏡面的反射刻面310的尖端以及粗糙的中間刻面312。進一步說，反射刻面310與中間刻面312之間會出現莫列波紋，而波浪狀結構可減少莫列波紋。
形容詞線性應用於刻面陣列或特徵陣列意指線性陣列，或者陣列中的刻面沿著一線性方向重複出現。形容詞線性映於於刻面或特徵意指這些刻面或特徵為線性。然而，線性陣列的刻面或特徵可為線性或者其他形狀，例如曲形。相似地，刻面或特徵可為平坦，或者不平坦的形狀，例如沿著它們的長度方向的波浪狀或者粗糙面。
第38A圖為繪示一實施例的具極性恢復功能的結構的前視圖，其中該結構包含曲形的擷取特徵12及曲形的反射刻面310來提供聚焦，且不需要新加入菲鎳爾鏡頭。舉例來說，相似的方式揭露於第15A圖。依據側向方向(y軸)的位置，反射器薄膜刻面的變化方位將入射線性極性狀態 434轉變為極性狀態436及437的其中之一。在x-y平面上的擷取特徵12的曲率半徑大約為440毫米，而在x-y平面上的後側反射器300反射刻面310的曲率半徑也大約為440毫米。有益地，透過上述的薄型結構，可達到極性復返、增進亮度與效能以及低功率損耗的目的。
第38B圖為繪示第33D圖的修改光線路徑的示意圖，在建議反向的傳遞光線1680之前，觀察點1600(代表觀察者99的眼睛位置)發射的光線1650在區域1610被反射器薄膜所反射。在撞擊擷取特徵12或反射刻面310之前，光線實際上在相同的區域1610被反射極化器402反射而返回，接著光線1660傳遞於導波器1內，接著於曲形的反射端4被反射而成為光線1670，光線1670沿著輸入端2的入口朝向位置1630傳遞。因此，來自觀察點1600的光線實際上可指向於輸入端2的入口內的相同位置，以及相同的光源15a-15n。在此方法下，反射刻面310可配置以在相同方向產生極性轉變光線而成為依據第一入射角穿設於反射極化器的光線。有益地，可增加顯示器的視窗的亮度以及低串擾。
第39圖為繪示入射光1650於分光反射器薄膜反射刻面310以及中間刻面312經過兩次反射而形成反向傳遞的光線1680的示意圖。因此，反射刻面310與中間刻面312之間的夾角1681為90度，使得在第一平面傳遞的光線1650發生反向反射，其中第一平面正交於反射刻面310以及中間刻面312，但是於正交平面發生鏡像反射。
第40圖為繪示追蹤的光線(毫米)沿著輸入端的入口(軸線1710)的位置以及沿著將光閘一分為二的橫軸(軸線1712)的關係圖。在本實施例中，觀察位置1600在垂直尺寸與水平尺寸的離軸距離為65毫米，導波器的中心至平面106的距離為400毫米。四個軌跡對於第33E圖的兩個光路徑位置(1750、1770離開擷取特徵，而軌跡1760、1780離開反射刻面)結合復返光線路徑(1770,1780)或(1750,1760)。彎曲的反射特徵的半徑以及反射端4的半徑可調整以便對於在軸觀察達到最佳化定位的目的。結果建議發射於光源位置的復返光線靠近於非復返光線，而非復返光線保存光源與觀察者位置之間的映射，有需要精確的照度控制。
如此一來可使得顯示器具有在明亮光線情況下觀察的能力。 舉例來說，25000勒克斯(lux)或可對於所需的照度高效率地操作，例如500尼特(nits)。相較於目前的2維背光源，本發明的具方向的背光源可有效率地導引光線至狹窄範圍的角度，而因此對於設定的功率損耗達到高亮度，或者對於設定的照度達到高效率。
第41圖為繪示一實施例的背光源的前視圖，其中背光源產生一水平的視窗800，而背光源具有相片定位光閘的導波器1，其受到垂直的發光二極體組成的光源陣列15所照射，以便達到高亮度以及高效率的目的。座標軸參考導波器定位而不是觀察者空間，因此水平的視窗800提供給觀察者99的左眼位置804與右眼位置806。
反射端4可包含一菲鎳爾鏡頭，其配置以實際上校準來自光源陣列15以及反射刻面813的光線。搭配擷取特徵12與反射刻面310(圖未示)形成視窗800。有益地說，相較於第35C圖的反射端4，菲鎳爾鏡頭可達到較小的斜角。菲鎳爾鏡頭的刻面803可提供光系統散射。在高亮度或高效率的2維顯示器的散射，可達到所需的視窗的一致性的程度，而沒有三維裸視顯示器的低影像串擾的限制。進一步說，散射特性可結合於刻面803以便將反射於刻面803的光線的非均勻效應最小化。
輸入散射器801可為在x-y平面的不對稱的散射器以及配置以減低發光二極體的光源陣列15之間隙間的可見度且實際上不會增加耦合於x-z平面的導波器的光損。輸入散射器801可使得區域810的散射特性不同於區域812。
舉例來說，發光二極體組成的光源陣列15可包含第一區域808、第二區域810以及第三區域812。第一區域808具有高輸出亮度及間隙814，第二區域810具有間隙816，間隙816相似於間隙814。第三區域812具有間隙818，而間隙818大於間隙814。進一步說，這些區域可合併或者舉例來說，從光源陣列15的中心往外部區域的間隙逐漸增加。第一區域808的發光二極體可具有較高的亮度輸出，但是相較於第二區域810及第三區域812效率較低。
在高亮度模式的操作下，第一區域808的發光二極體809可透過光閘將光線導引至視窗800，其包含兩個光窗且具有尺寸802。因此， 觀察者99的左眼位置804與右眼位置806可沿著三度空間光線調變器48看到影像。當觀察者99的眼睛移動時，光窗可調整而使得視窗相對應於觀察者位置而移動，因此增加觀察自由度。
在本實施例中，顯示器的對角線可被第一區域808的發光二極體照明，第一區域808的尺寸為2.6x1毫米，間隙為3.5毫米。發光二極體的輸出在600毫瓦特時可為50流明，因此整體功率為1.2瓦特可配置以提供視窗800。適用於行動電話的高度50毫米的光閘可配置來提供300毫米觀察距離的視窗800，而視窗高度802大約為60毫米。協同極性復返以及反射刻面310，當用於協同6.5%的液晶顯示器的傳輸至非極性光線，顯示器的在軸輸出照度大約至少有2000尼特。例如，來自顯示器的前端的反射可為5%。顯示器的照度為25000勒克斯時，對比率為5：1。相較於顯示器的照度為500尼特時，對比率為1.3：1。因此，有益於顯示器的對比率在高亮度環境下實際上可以提升。
對於操作在500尼特的顯示器照度，可達成功率損耗為300毫瓦特。有益地說，顯示器的亮度實際上高於目前具有相同輸入功率的背光源的亮度，例如，顯示器包含有3M股份有限公司的商標產品(ESRTM、BEF IITM、DBEFTM)及散射器。
接續上述的實施例，第一區域808的發光二極體的發光效率為60流明/瓦特，反之，第二區域810與第三區域812的發光效率為80流明/瓦特，而尖端驅動光通量為20流明。間隙818可為5毫米或大於5毫米。輸入散射器801可依據本身的散射特性沿著入口變化以便容納不同的發光二極體空間。有益地是，第二區域810與第三區域8122的成本與發光二極體數目可減少。
在另一實施例中，顯示器的高度為50毫米，而顯示器光源陣列15具有7流明/毫米的陣列封裝發光發射量。對於在軸觀察位置的顯示輸出照度為1500尼特可透過大約5%的顯示傳遞來達成。操作於25000勒克斯的戶外環境以及背景白色程度反射率為50%，適應的眼睛白色程度大約為4000尼特。相關的顯示器照度相較於適應的眼睛白色程度為37%而且接近已知的高反射率的單色電漿顯示器。對於標準顯示器相較之下少於15%。 因此，本實施例的影像的可讀性實際上在高周圍照度環境較高。進一步地，對於室外操作，完整的色彩移動影像可達成。
第42A圖為繪示配置以風景定位的發光系統的示意圖。風景定位相關於觀察者99，當被區域811的發光二極體照射到時，可達到包含四個光窗的垂直的視窗800。接續該實施例，視窗的寬度可增加至大約120毫米，包含四個光窗。進一步地，第42A圖繪示有二極體驅動電路830、832、834以及控制器74可分別依據高電流驅動第一區域808的發光二極體以及較低電流驅動第二區域810的發光二極體。進一步說，第三區域812的發光二極體可受到一串的驅動器834的驅動，相較於驅動器830、832以便減少驅動器834的成本。在此結構下，靠近於顯示器的軸線的角度可配置來提供於高亮度環境下操作，反之更多離軸角度可配置提供觀察者追蹤低功率模式操作，當顯示器需要操作於廣角模式時，發光二極體串可被驅動，而具方向的分佈相似於標準的二維顯示器。
第42B圖至第42D圖為繪示沿著光源陣列的位置261與發光元件的光通量263的示意。第42B圖為繪示第41圖的第一區域808的發光二極體發光的示意圖，其中每個發光二極體具有光通量90且具有陣列灰階軌跡剖面902。輸出發光強度功能透過傳遞於導波器1內的光線可相關於光通量分佈，以及在反射刻面300以及散射器68。例如，如此的光通量分佈可配置來完成高亮度顯示，以便達到在具有高照度(例如25000勒克斯)的環境下，使得影像的觀察達到所需的對比率的目的。在較低的照度環境下，例如室內。光通量分佈908可配置以如第42C圖。因此，當室內觀察達到所需照度時，顯示效率可進一步增加。
進一步地，可以增加顯示器的觀察自由度。如第42A圖所示，光通量分佈910可提供。發光二極體的區域904、912、914可分別由第42A圖的發光二極體的區域811、810、812來形成。有益地，廣角顯示器可具有相似於現有二維背光源的發光強度分佈。舉例來說，第32C圖的剖面352。這樣的結構不需要進一步的視窗位置或廣角結構的控制。
有益地，顯示器可配置以在高照度程度的環境下達到高對比率。進一步地，顯示器可達到在室內環境非常低的功率損耗，為了可接受 的對比率。進一步說，對於相似的功率操作，顯示器可達到類似於現有二維背光源的角度發光強度分佈。進一步地，顯示器可操作於風景及相片模式。照度最高值可配置以在顯示器表面的法線方向最佳化顯示器的觀察，而且因此適合顯示器配置以操作於風景與相片模式。
第43A圖為繪示一光閘的前視圖，而光閘的輸入側設有一反射器。第43B圖為繪示一光閘的側視其，而光閘的輸入側設有一反射器，而反射器配置來返回的光線改變方向至寬廣的觀察圓錐以及一整合的菲鎳爾鏡。反射器842可包含一金屬的反射器或一聚合物的反射器(例如ESRTM)，以及更可配置一散射器843，該散射器843可為不對稱的散射器，其配置來散射光線，以致於入射於反射器842的光線841於x-y平面被散射，但不在x-z平面被散射，提供散射的光線839以及直接反射的光線837。在操作上，發光二極體發出的光線中有一部分不被擷取特徵12擷取，而不被擷取的部分光線則入射於輸入端2且被反射。接著，光線於系統中復返以及因此達到一光源，其實際上為光閘的寬度。輸入孔高度845與鏡孔高度847的比率可調整以達到增加的光線落入輸入孔，因此增加了沿著廣角傳遞的光線量，而且增加了背景照度程度。光源陣列15可包含單一的高亮度發光二極體的區域844，因此有益地減少顯示器成本。如此顯示器可被追蹤以達到移動視窗或者可不被追蹤而具有高亮度中央峰值。
第43C圖至第43D圖為繪示一光閘的前視圖，該光閘的輸入端設有一反射器，其可將返回的光線改變方向至寬廣的觀察圓錐以及一整合的菲鎳爾鏡。第43E圖為繪示第43D圖的光強度分佈的示意圖。
第43C圖為繪示由控制器882所驅動的光源880而可提供顯示照度的結構圖。具方向的背光源可包含導波器1，其包含一輸入端2；一光源880，其沿著一側向方向設於一預設輸入位置而且面對於輸入端2，導波器1更包含相對的第一導光面6以及第二導光面8，其用以導引光線沿著導波器1傳遞，以及一反射端4，其面對於輸入端2，以便將輸入的光線加以反射而返回至導波器1，第一導光面6配置以透過全內反射來導引光線，而第二導光面8具階梯形且包含有數個擷取特徵12，其用以反將來自於光源880的光線加以反射。當光線於反射端4被反射後，接著穿過第一導光面 6而沿著輸出方向進入光窗，光窗位於側向方向(y軸)且相依於光源880的輸入位置，而該些擷取特徵12之間的中間區10，其配置以導引光線穿過導波器1；一後側反射器300，其包含反射刻面310構成的陣列，其配置以將來自光源808的光線加以反射，而被反射的光線透過擷取特徵12傳遞於導波器1且離開第一導光面6至光窗。
有益地，顯示器的成本以及複雜度可減低，而且可以達到照度剖面的廣角。第43D圖為繪示另一實施例的顯示器架構，其中單一的高亮度發光二極體866以及兩個低亮度但是高效能的發光二極體884、888配置以提供視窗平面106的位置267的視窗光線強度剖面265，包含一中央區域815以及一外部區域817，中央區域815具有直接來自於發光二極體的光線，而外部區域817具有來自反射器842的反射光。反射端的高度相對於輸入端2的高度的比例可設定以決定光線於區域815及區域817的比例。因此，輸出的效能可最佳化，而達到廣角模式以及高亮度二維模式。
第44A圖與第44B圖為分別繪示光閘的前視圖以及側視圖，其中光閘更包括一不對稱的散射器848，其靠近於反射端4來增進輸出均勻性。散射器848可配置來提供低散射以便光線845傳遞於x-y平面，以及提供少量的散射光線847以便光線傳遞於x-z平面。如此散射器由於在x-z平面的光線的非均勻角度分佈，可有助於增加顯示區域均勻性。這些光線的非均勻角度分佈可由衍射效應以及光閘的導波器1內的模式耦合效應所引起。在本實施例中，散射器的角度散射特性為0.1° x 3°，其配置於反射端4。散射器的埋層可具有不同折射率以便降低來自於結構表面的菲鎳爾反射。
第44C圖與第44D圖為繪示形成光閘的方法的前視圖，而光閘包含導波器1。導波器1可為一體成形且包含曲形的擷取特徵。光閘可包含一平面端610。菲鎳爾鏡面組合600可包含菲鎳爾表面602，其被金屬化以及形成於兩個封裝層604、606之間。可選擇地，菲鎳爾鏡面可包含一設有浮凸的反射器，其形成的方法相似於第28F圖至第28I圖，而且更可設有兩保護層604、606。吸收層608可包含一些擴散功能，其相似於第44B圖所示，其可將菲鎳爾鏡面組與平面端610相耦接。再者，兩反射層612、614可與導波器1的側壁相耦接來降低離軸空隙的可見度。有益地，菲鎳爾 鏡面組合的分離過程可具有高精確度以及高反射率，達到增進光效能的目的。
可以透過整合顯示系統(例如行動電話、平板手機、或筆電)的背光源的元件來降低整體尺寸。
第45A圖為繪示光閘在第一組合步驟的前視圖，第一組合步驟包含一個發光二極體陣列，其配置於一第一裝置框架上以及菲鎳爾鏡面配置於一第一二裝置框架上。第45B圖為繪示光閘在第二組合步驟的示意圖。在第一步驟中，光源陣列15(例如發光二極體陣列)組接於一基底上，而該基底包括有一電極、一絕緣層851、以及一金屬框850。金屬框850可為顯示器(例如行動電話或平板手機)的外框。再者，例如等效串聯電阻842可應用於光源陣列15以便重複利用導波器1的光線(如第44A圖與第44B圖所示)。再者，菲鎳爾鏡面854可形成於顯示器的框架852上或框架852內。菲鎳爾鏡面可直接地成形於框架內或成形於框架上。在組接步驟期間，菲鎳爾鏡面可透過指示配合材料856與導波器1相耦接而成為一體成形的結構。再者，在組接步驟期間，光源陣列可靠近於導波器1的輸入側。再者，電子電路板858可配置於背光源的周圍。
有益地，顯示器的前蓋的尺寸可降低而且分離元件的數目可減少，以便最小化成本。再者，框架850可對於光源陣列15提供熱沈，因此改進與外部環境的熱接觸，改進效能以及發光二極體的壽命。
第46A圖至第46C圖為分別繪示顯示器的電池860的前視圖與側視圖，而顯示器包含一反射層。反射膜包含反射刻面310與中間刻面312，其透過外部接觸862配置於電池860上。沿著剖面864，第46B圖為繪示薄膜300可與電池的頂蓋866、電池材料870以及底蓋868。有益地，電池實際上可配置為平面支撐層，以致於來自反射層300的數個光輸出視窗沿著顯示器的範圍相對齊。如第46C圖所示，反射層可配置於電池的蓋體872內，達到更多的整合以及對於影像視窗具有所需的平坦的更薄結構。
相較於不使用分光反射膜300以及反射極化器402的結構，顯示器亮度實際上可增加。光源成本可降低以及電池壽命可延長。
第47圖為繪示一顯示器的側視圖，而該顯示器包括有一反 射膜，其配置在一鍥型電池870上，而鍥型電池870具有鍥型角871，其搭配於導波器1的錐形角。有益地，後側反射器300可整合於電池上，以便最佳化電池的體積。
第48圖為繪示一顯示器的側視圖，該顯示器包括有一狹長的側壁以便佈置發光二極體來達到降低前蓋寬度的目的。傳輸的三度空間光線調變器48(例如液晶顯示器)更可包含一邊緣區427，其包含上述電子元件以及封裝材料且位於三度空間光線調變器48的主動區的外側。遮蔽層502配置來遮蔽背光源的邊緣區的可見度。具有發射區624的發光二極體封裝622以及電連接區域626可配置來電扇出以及耦接於行動裝置的側壁850，任意地在凹槽區851。在本實施例中，側蓋寬度少於2.5毫米可達到，發射區624與主動區的邊緣之間的間隙大約為導波器1的輸入端2的高度的三倍。
第49圖為繪示一顯示器的側視圖，而該顯示器包含一狹長的側壁以便佈置鏡面來達到降低前蓋寬度的目的。遮蔽層502部分地配置於側壁852內的任意地剪斷塊853以便遮蔽來自鏡面600邊緣的散射。再者，側蓋的寬度小於2.5毫米可達成，主動區的邊緣與鏡面600之間的間隙大約為鏡面600高度的三倍。
以上敍述依據本發明多個不同實施例，其中各項特徵可以單一或不同結合方式實施。因此，本發明實施方式之揭露為闡明本發明原則之具體實施例，應不拘限本發明於所揭示的實施例。進一步言之，先前敍述及其附圖僅為本發明示範之用，並不受其限囿。其他元件之變化或組合皆可能，且不悖于本發明之精神與範圍。

Claims (26)

  1. 一種具方向的背光源，包括：一導波器，包含一輸入端；一光源陣列，面對於該輸入端，且沿著一側向方向設置於不同的輸入位置；其中該導波器更包括彼此相對的一第一導光面及一第二導光面，該第一導光面與該第二導光面導引光線沿著該導波器傳遞，該導波器包含一反射端，該反射端面對於該輸入端且用於反射輸入光線使其返回該輸入端，該第一導光面透過全內反射導引光線，而該第二導光面具階梯形，該第二導光面包含：複數個刻面，將來自該光源陣列的光線加以反射，當光線於該反射端產生反射之後，將穿出該第一導光面且沿著數個輸出方向進入數個光窗，其中該些輸出方向分佈於一個正交於該第一導光面的方向，該些輸出方向分別相依於該些輸入位置；數個中間刻面，設於該些刻面之間且使得光線穿出於該導波器；以及一後側反射器，包含複數個反射刻面所形成的線性陣列，該陣列用於將穿出於該些刻面的光線加以反射而返回至該導波器，進而穿出於該第一導光面而進入該些光窗。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的背光源，更包括一散射器，該散射器用以接收穿出於該第一導光面的輸出光線。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的背光源，其中該散射器為非對稱型，該散射器使得一個正交於該側向方向的角度分散大於該側向方向。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的背光源，更包括一菲鎳爾鏡頭，該菲鎳爾鏡頭於至少一該側向方向具有光功率，該菲鎳爾鏡頭設於該導波器的該第一導光面與該散射器之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的背光源，更包括一菲鎳爾鏡頭，該菲鎳爾鏡頭於至少一該側向方向具有光功率，該菲鎳爾鏡頭用來接收穿出於該第一導光面的光線。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的背光源，其中該導波器的刻面以及該後側反射器的反射刻面在一個與該側向方向相互正交的一平面以相同斜率傾斜。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的背光源，其中該導波器的刻面相對於該第一導光面的法線之傾斜角為(π/2-α)，而後側反射器的反射刻面相對於該第一導光面的法線之傾斜角為β，該導波器的刻面的臨界角為θ c，該導波器的材料的折射率為n，且2β>π/2-sin-1(n.sin(α-θc))。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的背光源，其中該後側反射器與該導波器相互間隔，從而來自該導波器的每一刻面的光線入射於該後側反射器的反射刻面，該後側反射器更包括數個中間刻面，該些中間刻面延伸於該些反射刻面之間，該些中間刻面分別斜向延伸且分別對稱於該些反射刻面，使得來自於該光源陣列且穿出於該導波器的刻面的光線不會入射於該些中間刻面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的背光源，其中該後側反射器的該些反射刻面具有不規則的間距。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的背光源，其中該後側反射器的該些反射刻面具有不規則且隨機的間距。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的背光源，其中該後側反射器的該些反射刻面的傾斜角度沿著該些反射刻面的陣列變化。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的背光源，其中該後側反射器的該些反射刻面為線性。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的背光源，其中該後側反射器的該些反射刻面為曲形。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的背光源，其中該後側反射器的該些反射刻面為凹面，且分別對齊於該導波器的該些刻面。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的背光源，其中該後側反射器的該些反射刻面沿著長度方向具波浪狀。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的背光源，其中該後側反射器更包括一不平坦的散射面，而該散射面設於至少一些該反射刻面上。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的背光源，其中該後側反射器的該些反射刻面設置於該導波器的該些刻面的後方，且用以將來自於該光源陣列且穿過於該導波器的刻面的光線加以反射。
  18. 如申請專利範圍第1項所述的背光源，其中該反射端沿著該導波器的一側向方向具有正光功率。
  19. 如申請專利範圍第1項所述的背光源，其中該後側反射器由至少兩個極化反射片所形成，該些極化反射片用於將在數個極性方向上被極化的光線加以反射，而該些極性方向相互正交，該些極化反射片形成該些反射刻面的線性陣列。
  20. 一種具方向的顯示器，包括：一具方向的背光源，包含：一導波器，包含一輸入端；一光源陣列，面對於該輸入端，且沿著一側向方向設置於不同的輸入位置；其中該導波器更包括彼此相對的一第一導光面及一第二導光面，該第一導光面與該第二導光面導引光線沿著該導波器傳遞，該導波器包含一反射端，該反射端面對於該輸入端且用於反射輸入光線使其返回該輸入端，該第一導光面透過全內反射導引光線，而該第二導光面具階梯形，而該第二導光面包含：複數個刻面，將來自該光源陣列的光線加以反射，當光線於該反射端產生反射之後，將穿出該第一導光面且沿著數個輸出方向進入數個光窗，其中該些輸出方向分佈於一個正交於該第一導光面的方向，該些輸出方向分別相依於該些輸入位置；以及數個中間刻面，設於該些刻面之間且使得光線穿出於該導波器；一後側反射器，包含複數個反射刻面所形成的線性陣列，該陣列用於將穿出於該些刻面的光線加以反射而返回至該導波器，進而穿出於該第一導光面而進入該些光窗；一傳輸的三度空間光線調變器，用於接收穿過於該第一導光面的輸出光線，該輸出光線具有一第一極性部分，而該三度空間光線調變器配置以調變該輸出光線的一第一極性部分；以及一反射極化器，設置於該第一導光面與該三度空間光線調變器之間，該輸出光線具有一個正交於該第一極性部分的第二極性部分，而該第二極性部分係為被抵制光線，該反射極化器配置以傳遞該第一極性部分以及反射該拒絕光線，該後側反射器更包含數個中間刻面，該些中間刻面斜向地延伸於該些反射刻面之間而且分別與該些反射刻面相互對稱於同一平面，以致於該反射刻面與該中間刻面形成一邊緣刻面來反射該被抵制光線而使得該被抵制光線返回至該三度空間光線調變器，該反射刻面與該中間刻面相對於一平面傾斜，而該平面位於該三度空間光線調變器的法線的周圍，以致於該後側反射器將反射至該三度空間光線調變器的被抵制光線的極化轉變為第一極性。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的顯示器，更包括一極化轉子，該極化轉子設於該反射極化器與該三度空間光線調變器之間，而且配置以轉動該第一極性部分。
  22. 如申請專利範圍第20項所述的顯示器，更包括一傳輸的三度空間光線調變器，其配置以接收來自於該第一導光面的輸出光線。
  23. 一種顯示裝置，包括：一具方向的背光源，包含：一導波器，包含一輸入端；一光源陣列，面對於該輸入端，且沿著一側向方向設置於不同的輸入位置；其中該導波器更包括彼此相對的一第一導光面及一第二導光面，該第一導光面與該第二導光面導引光線沿著該導波器傳遞，該導波器還包含一反射端，該反射端面對於該輸入端且用於反射輸入光線使其返回該輸入端，該第一導光面透過全內反射導引光線，而該第二導光面具階梯形，而該第二導光面包含：複數個刻面，將來自該光源陣列的光線加以反射，當光線於該反射端產生反射之後，將穿出該第一導光面且沿著數個輸出方向進入數個光窗，其中該些輸出方向分佈於一個正交於該第一導光面的方向，該些輸出方向分別相依於該些輸入位置；以及數個中間刻面，設於該些刻面之間且使得光線穿出於該導波器；一後側反射器，包含複數個反射刻面所形成的線性陣列，該陣列用於將穿出於該些刻面的光線加以反射而返回至該導波器，進而穿出於該第一導光面而進入該些光窗；一傳輸的三度空間光線調變器，用於接收穿過於該第一導光面的輸出光線，該輸出光線具有一第一極性部分，而該三度空間光線調變器配置以調變該輸出光線的一第一極性部分；一反射極化器，設置於該第一導光面與該三度空間光線調變器之間，該輸出光線具有一個正交於該第一極性部分的第二極性部分，而該第二極性部分係為被抵制光線，該反射極化器配置以傳遞該第一極性部分以及反射該被抵制光線，該後側反射器更包含數個中間刻面，該些中間刻面斜向地延伸於該些反射刻面之間而且分別與該些反射刻面相互對稱於同一平面，以致於該反射刻面與該中間刻面形成一邊緣刻面來反射該被抵制光線而使得該被抵制光線返回至該三度空間光線調變器，該反射刻面與該中間刻面相對於一平面傾斜，而該平面位於該三度空間光線調變器的法線的周圍，以致於該後側反射器將反射至該三度空間光線調變器的被抵制光線的極化轉變為該第一極性部分，其中該反射端於該導波器的側向方向具有正的光功率；以及一控制系統，配置以選擇地操控該光源陣列導引光線至數個對應於該些輸出方向的光窗。
  24. 如申請專利範圍第23項所述的顯示裝置，其中該顯示裝置為裸視三度空間顯示裝置，該控制系統更配置以控制該顯示器暫時地顯示多路傳輸的左右影像並且同步地將該顯示的影像導引至數個位置相應於觀察者的左右眼的光窗。
  25. 如申請專利範圍第24項所述的顯示裝置，其中該控制系統更包括一感測系統，該感測系統配置以偵測位於該顯示器之對面的觀察者的位置，而該控制系統配置以將該輸出光線導引至一些相依於該觀察者的偵測位置的光窗。
  26. 一種具方向的背光源，包括：一導波器，包含一輸入端；一光源，面對於該輸入端，且沿著一側向方向設置於一預定的輸入位置；其中該導波器更包括彼此相對的一第一導光面及一第二導光面，該第一導光面與該第二導光面導引光線沿著該導波器傳遞，該導波器包含一反射端，該反射端面對於該輸入端且用以反射輸入光線使其返回至該輸入端，該第一導光面透過全內反射導引光線，該第二導光面具階梯形，而該第二導光面包含：複數個刻面，將來自該光源陣列的光線加以反射，當光線於該反射端產生反射之後，將穿出該第一導光面且沿著一輸出方向進入一光窗，其中該輸出方向分佈於一個正交於該第一導光面的方向，該輸出方向相依於該輸入位置；以及數個中間刻面，設於該些刻面之間且使得光線穿出於該導波器；以及一後側反射器，包含複數個反射刻面所形成的線性陣列，該陣列用於將穿出於該些刻面的光線加以反射而返回至該導波器，進而穿出於該第一導光面而進入該光窗。
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