TWI656385B - 定向背光板、背光顯示器及方法 - Google Patents

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Abstract

一種定向背光板、背光顯示器以及定向背光板的操作方法，採用繞射格柵以提供由繞射格柵共同的散射出之具有均一的強度以及角分散的射出光。定向背光板包括用於引導複數條導光束的導光體，以及用於提供具有不同徑向方向之該些導光束的光源。定向背光板進一步包括繞射格柵陣列，用於將該些導光束中的一導光束的一部分散射出來成為射出光，且射出光具有在整個導光體表面均一的強度與角分散。背光顯示器進一步包括光閥陣列，用於調變射出光以提供顯示影像。

Description

定向背光板、背光顯示器及方法
本發明係關於一種背光板，尤其是關於一種定向背光板、背光顯示器以及其操作方法。
對於種類廣泛的裝置及產品的使用者而言，顯示器，更具體來說「電子」顯示器是一種幾乎無處不在的媒體，用於傳導資訊給使用者。舉例來說，可以在各種設備與應用中看到電子顯示器，包括行動電話(例如，智慧型手機)、手錶、平板電腦、行動電腦(例如，筆記型電腦)、個人電腦與電腦螢幕、行動車輛顯示控制器、攝影機顯示器，以及各種其他的行動與實質上非行動的顯示器應用與設備，但使用電子顯示器的設備與應用並不受限於此。電子顯示器一般是採用像素強度的差異圖案來表現或顯示傳輸的影像或相似的資訊。在被動電子顯示器的情形中，可以藉由對入射在顯示器上的光進行反射來提供差異像素強度圖案。作為替代的方案，電子顯示器可以提供或射出光，藉此提供所述的差射像素強度圖案。射出光的電子顯示器通常被稱作為主動顯示器。
根據與本說明書中所描述的原理一致的範例與實施例，本發明係提供一種定向背光，以及使用該定向背光來顯示影像的背光顯示器。更具體來說，與本說明書中所描述的原理一致的實施例提供的定向背光板係被配置為射出在整個定向背光板的範圍中具有均一的強度以及角分散的光。此外，根據本發明的某些實施例，本發明提供的定向背光板可以採用非準直或大致非準直的照明。在本發明的各個實施例中，定向背光板係採用繞射格柵以透過繞射的散射提供射出光。繞射格柵的特性係決定射出光的強度以及角分散，並且也決定射出光的主要角度方向。繞射格柵特性隨著繞射格柵位置的函數變化，藉以提供由該些繞射格柵共同散射出的射出光的均一強度與角分散。射出光的均一強度及角分散可以提供在廣範圍的視點中具有均一亮度的背光顯示器。
在某些實施例中，採用定向背光板的背光顯示器可以是二維(2D)顯示器，且其 顯示的影像是2D影像。在其他的實施例中，背光顯示器可以是多視角顯示器，且其顯示的影像是多視角影像。當背光顯示器為多視角顯示器時，射出光可以包括複數條定向光束，且該些定向光束可以具有與多視角影像的各個不同觀看方向對應的不同主要角度方向。
在本說明書中，「二維顯示器」或「2D顯示器」的定義為，不論從何個方向觀看影像(即，在2D顯示器的預定觀看角度或範圍中)，該種顯示器提供的影像的視像都大致相同。在許多智慧型手機以及電腦螢幕上看到的習知的液晶螢幕顯示器(Liquid Crystal Display, LCD)為2D顯示器的範例。相對地，在本說明書中，「多視角顯示器」的定義為，在不同的觀看方向上或者從不同的觀看方向提供多視角影像的不同視像的電子顯示器或顯示系統。更具體來說，不同視像可以代表多視角影像的物體或景觀的不同立體視像。在本說明書中所敘述的定向背光板以及背光顯示器的用途包括，行動電話(例如，智慧型手機)、手錶、平板電腦、行動電腦(例如，筆記型電腦)、個人電腦與電腦螢幕、行動車輛顯示控制器、攝影機顯示器，以及各種其他的行動與實質上非行動的顯示器應用與設備，但其用途並不受限於此。
圖1A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一多視角顯示器10的範例的剖視圖。如圖1A所示，多視角顯示器10包括一螢幕12，用於顯示供使用者觀看的多視角影像。舉例來說，螢幕12可以是電話 (例如，行動電話、智慧型手機等等)的顯示器、平板電腦、筆記型電腦、桌上型電腦的電腦螢幕、攝影機顯示器，或大致為任何其他裝置的電子顯示器。
多視角顯示器10是在相對於螢幕12的不同的觀看方向16上提供多視角影像的不同視像14。觀看方向16在圖中是顯示為從螢幕12往各個不同的主要角度方向(或簡單來說往不同方向)延伸的箭頭。不同視像14是顯示為位在箭頭(即，代表觀看方向16的箭頭)末端的陰影多邊形區域。作為本發明的範例而非限制，圖中僅顯示了四個視像14以及四個觀看方向16。需注意的是，雖然圖1A中顯示的不同視像14是位在螢幕上方，當多視角影像顯示於多視角顯示器10上時，視像14實際會出現在螢幕12上或螢幕12的附近。將視像14繪於螢幕12上方的表示方法的目的僅在於保持圖式清晰性，其目的在於表現從對應於特定的視像14的各個觀看方向16觀看多視角顯示器10。2D顯示器可以大致相似於多視角顯示器10，不同處在於，2D顯示器一般是提供顯示影像的單一視像(例如，相似於視像14的一個視像)，而不是多視角顯示器10提供的多視角影像的不同視像14。
根據本說明書中的定義，觀看方向或等同的具有對應於多視角顯示器的觀看方向之方向的光束(即，定向光束)，一般會具有由角度分量{q ,f }所給出的主要角度方向。角度分量q 在此被稱為光束之「仰角分量(elevation component)」或「仰角(elevation angle)」。角度分量f 被稱作光束之「方位分量(azimuth component)」或「方位角(azimuth angle)」。根據定義，仰角θ 係為一垂直平面(例如，垂直於多視角顯示器的螢幕的平面)中之一角度，而方位角f 係為一水平平面(例如，平行於多視角顯示器的螢幕的平面)中之一角度。
圖1B為根據與本發明所描述的原理一致的一範例，顯示具有一特定主要角度方向的一光束20的角度分量{θ ,f }的示意圖，其中，主要角度方向係對應於一多視角顯示器的觀看方向(例如，圖1A中顯示的觀看方向16)。另外，根據本文中之定義，光束20係自一特定點發射或散發。即，根據定義，光束20具有與多視角顯示器內之一特定起點相關聯之一中心射線。圖1B也顯示了光束(或觀看方向)的原點O。
此外，在「多視角影像」以及「多視角顯示器」等詞語中所使用的「多視角」一詞，係被定義為代表不同觀點或者在視像之間包括角視差的複數個視像。此外，根據本說明書中的某些定義，「多視角」一詞明確地包括了兩個以上的視角(即，最少有三個視角且通常係指超過三個以上的視角)。據此，本文中所使用的「多視角」一詞語是要明確的與僅包含兩個不同視角來代表一景觀的立體視像做出區隔。然而，值得一提的是，雖然多視角影像與多視角顯示器係包括兩個以上的視角，但根據本說明書的定義，在一時間點可以僅選擇兩個視像(例如，一個眼睛一個視像)將其作為一對立體影像來觀看(例如，在一多視角顯示器上)。
「多視角像素」在本說明書中是被定義為一組像素，或者代表了多視角顯示器的相似的複數個不同視像的各個視像中的「視像」像素。更具體來說，一多視角像素可以具有對應於或代表多視角影像的各個不同視像的影像像素之個別像素。此外，根據本說明書中的定義，多視角像素的像素又被稱為「定向像素」，其中，每一個像素與該些不同視像中的對應一者的預定觀看方向相關聯。再者，根據本發明的各個範例與實施例，由多視角像素的像素所代表的不同視像像素，在各個不同視像中可以具有等同或至少大致相似的位置或座標。舉例來說，第一多視角像素的個別像素可以對應於位在多視角影像的各個不同視像的{x1 , y1 }座標處的視像像素，而第二多視角像素的個別像素可以對應於位在多視角影像的各個不同視像的{x2 , y2 }座標處的視像像素，並且可以依此類推。
在某些實施例中，一個多視角像素中的視像像素的數量，可以等同於多視角顯示器的不同視像的數量。舉例來說，多視角像素可以提供與具有八(8)個不同視像的多視角顯示器相關聯的八個視像像素。或者，多視角像素可以提供與具有六十四(64)個不同視像相關聯的六十四個視像像素。在另一範例中，多視角顯示器可以提供八比四陣列的視像(即，三十二個視像)，而多視角像素可以包含三十二(32)個視像像素(即，每一個視像像素對應一個視像)。此外，根據本發明的某些實施例，多視角顯示器的多視角像素的數量可以大致等同於構成多視角顯示器的選定視像的像素的數量。
在本文中，「導光體」被定義為一種在其結構中利用全內部反射或‘Total Internal Reflection(TIR)’來引導光的結構。尤其，導光體可包括一核心，在導光體的操作波長中，該核心基本上是透明的。在各個範例中，「導光體」一詞一般指的是一介電質的光波導，其係利用全內部反射在導光體的介電質的物質和圍繞導光體的物質或介質之間的界面引導光。根據定義，全內部反射的條件是，該導光體的折射率大於相鄰於導光體物質表面的周圍介質的折射率。在某些實施例中，導光體可以在利用上述的折射率差之外另外包括一塗層，或者利用塗層取代前述的折射率差，藉此進一步促成全內部反射。舉例來說，該塗層可以是反射塗層。導光體可以是數種導光體中的任一種，其可以包括但不限於，一平板或薄板的導光體及一條狀導光體的其中一者或兩者。
此外，在本文中，當「平板」一詞被應用於導光體中時，如「平板導光體」，其係被定義為一片狀、一差異平面層狀或一薄片，並且在某些情況中被稱為「薄片」導光體。尤其，一平板導光體係被定義為在由導光體的上表面及下表面(換言之，相對的表面)所界定的兩個大致正交的方向上引導光的一導光體。此外，根據本說明書的定義，上表面及下表面兩者間彼此分離，並且至少在區隔的意義上兩者為大致彼此平行的表面。也就是說，在平板導光體的任何不同的小區域內，上表面和下表面是大致上為平行或共面的表面。
在某些實施例中，平板導光體可以具有大致為平坦的結構(即，侷限在一個平面上)，因而使平板導光體成為平面導光體。在其它的實施例中，平板導光體可以具有在一個或兩個正交維度中為彎曲的結構。例如，平板導光體可以具有在一單一維度中為彎曲的結構，以形成圓柱形的平板導光體。然而，任何曲率都需具有足夠大的曲率半徑，以確保平板導光體中能保持全內部反射來引導光。
在此，「繞射格柵」被廣義地定義為複數個結構特徵(即，繞射結構特徵)，用於提供入射於繞射格柵之光的繞射。在某些範例中，複數個結構特徵可以以週期性或準週期性的方式設置。舉例來說，繞射格柵可以包括設置在一個一維陣列中之複數個結構特徵(例如，在材料表面中的複數個凹槽或脊部)。在其他範例中，繞射格柵可以是結構特徵的二維陣列。舉例來說，繞射格柵可以是在材料表面上的凸部或者在材料表面中的孔洞的二維陣列。根據本發明的各個實施例與範例，繞射格柵可以是在相鄰的繞射結構特徵之間具有格柵間隔或距離的次波長格柵，且格柵間隔或距離是小於由繞射格柵所繞射的光的波長。
因此，根據本說明書中的定義，「繞射格柵」為一種結構，其可以提供入射於繞射格柵之光的繞射。如果光是由一導光體入射到繞射格柵上，其所提供的繞射或者繞射地散射可能導致並且因此可以被稱為「繞射耦合」，繞射耦合可以藉由繞射的方式將光耦合離開導光體。繞射格柵也藉由繞射的方式(即，以一繞射角度)重新定向或改變光的角度。尤其，由於繞射的緣故，離開繞射格柵的光通常具有與入射於繞射格柵的光(即，入射光)的傳導方向不同的傳導方向。藉由繞射產生之光的傳導方向上的變化於本文中被稱為「繞射地重新定向」。因此，繞射格柵可被理解為經由繞射方式將入射在繞射格柵上的光重新定向之具有繞射特徵的結構，以及，如果光是由導光體射出，繞射格柵也可將來自導光體的光繞射地耦合出。
此外，如本說明書中的定義，繞射格柵的結構特徵係被稱為「繞射結構特徵」，並且可以是位在一表面、在一個表面之內或在一個表面之上(換言之，兩個材料之間的邊界)的一個以上的繞射結構特徵。舉例來說，該表面可以是平板導光體的一個表面。繞射結構特徵可包括任何種類的光繞射結構，其可以包含但不限於：在表面、在表面內或在表面上的一個以上的凹槽、脊部、孔洞和凸起。例如，繞射格柵可以包括​​在材料表面內的複數個平行的凹槽。在另一實例中，繞射格柵可以包括自材料表面上升突出的複數個平行的脊部。繞射結構特徵(例如，凹槽、脊部、孔洞、凸部等)可以具有得以提供繞射功能之各種橫截面形狀或輪廓中的任一者，該些橫截面形狀或輪廓係包括但不限於：一正弦狀輪廓、一矩形輪廓(例如，一二元化繞射格柵)、一三角形輪廓和一鋸齒輪廓(例如，一閃耀光柵)的其中一個或多個。
如下文中進一步的說明所述，本說明書中的繞射格柵可以具有一格柵特性，包括結構特徵間隔或間距，方位以及尺寸(例如繞射格柵的寬度或長度)等特性中的一個以上的特性，但特性的種類並不受限於此。此外，格柵特性可以被選擇為入射在繞射格柵上的光的入射角的函數、繞射格柵與光源之間的距離的函數，或同時為兩個函數。更具體來說，根據本發明的某些實施例，繞射格柵的格柵特性可以仰賴於光源的相對位置以及繞射格柵的位置。
根據本說明書中所描述的各個範例，可以採用繞射格柵(例如，繞射多光束元件的繞射格柵，如下文所述)將光從導光體(例如，一平板導光體)繞射地散射或耦合出成為一光束。尤其，由局部週期性繞射格柵所提供的繞射角度q m 可以由下列的方程式得出：(1) 其中，λ 是光的波長，m 是繞射級數，n 是導光體的折射係數，d 是繞射格柵的結構特徵之間的距離或間隔，而q i 是入射在繞射格柵上的光的入射角度。為了簡易性，方程式(1)中假設繞射格柵是相鄰於導光體的一表面，且導光體外的材料的折射係數等於一(即，nout =1)。一般來說，繞射級數m 為整數(即，m= ±1, ±2, ...)。由繞射格柵產生之光束的繞射角度q m 可以由方程式(1)給出，其中，繞射級數為正數(例如，m ＞0)。舉例來說，當繞射級數等於一時（即，m =1），繞射格柵係提供第一級的繞射。
圖2A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一繞射格柵30的範例的剖視圖。舉例來說，繞射格柵30可以位在導光體40的一表面上。此外，圖2A顯示了光束50以一入射角度q i 入射於繞射格柵30上。入射光束50是導光體40中的導光。圖2A中還顯示了由繞射格柵30繞射地產生並且耦合出來的定向光束60，其中，定向光束60為繞射格柵30對入射光束50進行繞射後的繞射產物。定向光束60具有由方程式(1)給出的繞射角度q m (或本說明書中所述的「主要角度方向」)。舉例來說，繞射角度q m 可以對應於繞射格柵30的繞射級數‘m ’。
根據本說明書中的定義，「傾斜」繞射格柵的繞射格柵具有傾斜角度的繞射結構特徵，且傾斜角度是相對於繞射格柵的表面正交的表面傾斜。根據本發明的各個實施例，傾斜繞射格柵可以透過對入射光進行繞射來提供單側的散射。
圖2B為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了傾斜繞射格柵80的範例的剖視圖。如圖中所示，傾斜繞射格柵80是位於導光體40的表面的二元繞射格柵，相似於圖2A中所示的繞射格柵30。然而，圖2B中所示的傾斜繞射格柵80包括了具有傾斜角度γ的繞射結構特徵82，如圖中所示，傾斜角度是相對於正交的表面傾斜，且繞射結構特徵82具有格柵高度、深度或厚度t 。圖中也顯示了入射光束50以及定向光束60，其代表了由傾斜繞射格柵80對入射光束50的單側繞射散射。值得注意的是，根據本發明的各個實施例，由傾斜繞射格柵80對光在第二方向上的繞射散射是由單側繞射散射所抑制。在圖2B中，「打叉」的虛線箭頭90代表由傾斜繞射格柵80抑制的於第二方向上的繞射散射。
根據本發明的各個實施例，繞射結構特徵82的傾斜角度γ的選擇可以控制傾斜格柵80的單側繞射特性，其包括了繞射散射在第二方向上抑制的角度。舉例來說，傾斜角度γ的選擇可以介於大約二十度(20°)至大約六十度(60°)之間，或介於大約三十度(30°)至大約五十度(50°)之間，或介於大約四十度(40°)至大約五十五度(55°)之間。作為範例，當與傾斜繞射格柵80提供的單側方向比較時，介於30°~50°的範圍之間的傾斜角度γ可以提供大約更好四十倍(40x)的第二方向上的繞射散射的抑制。根據本發明的某些實施例，繞射結構特徵82的厚度可以介於大約一百奈米(100 nm)至大約四百奈米(400 nm)之間。舉例來說，厚度t 可以介於大約一百五十奈米(150 nm)至大約三百奈米(300 nm)之間，以使格柵週期p介於大約300 nm至大約五百奈米(500 nm)的範圍中。
根據本說明書中的定義，「多光束元件」是指背光板或顯示器中用於產生包含複數條光束之光的結構或元件。根據本說明書中的定義，「繞射」多光束元件是利用繞射耦合或透過繞射耦合產生該些光束的多光束元件。更具體來說，在某些實施例中，繞射多光束元件可以被光學性地耦合至背光板的導光體，藉以透過將導光體中的光的一部分繞射耦合出來成為該些光束。此外，根據本說明書中的定義，繞射多光束元件包括了位於多光束元件的範圍或邊界中的複數個繞射格柵。根據本說明書中的定義，由多光束元件產生的該些光束中的光束(或該些光束)彼此具有不同的主要角度方向。更具體來說，根據本說明書中的定義，該些光束中的一光束具有與該些光束中的另一光束不同的預定主要角度方向。根據本發明的各個實施例，繞射多光束元件的繞射格柵中的繞射結構特徵的間隔或格柵柵距可以為次波長(即，小於導光的波長)。
根據本發明的各個實施例，該些光束可以代表一光場。舉例來說，該些定向光束可以侷限在大致錐形區域的空間，或者具有包括該些光束中的光束的主要角度方向的預定角分散。因此，該些定向光束的預定角分散結合起來(即，該些光束)可以代表所述的光場。
在本說明書中，「準直光」或「準直光束」通常是被定義為光束中的光線大致彼此平行的光束(例如，導光體中的導光束)。此外，根據本說明書中的定義，從準直光束散發或散射離開的光線並不被視為準直光束的一部分。再者，「準直器」在本說明書中是被定義為任何用於準直光的光學元件或裝置。
在本說明書中，「準直因子」一詞係被定義為光被準直的程度。更具體來說，根據本說明書中的定義，準直因子定義了光的準直束中的光線的角分散。舉例來說，準直因子s可以表示準直光束中的大部分光線都在特定的角分散中(例如，圍繞準直光束的主要角度方向或中心的±s度)。根據本發明的某些範例，準直光束的光線在角度方面可以具有高斯分布，且其角分散可以是由準直光束的峰直強度的二分之一所決定的角度。
在本說明書中，「光源」一詞係被定義為光的來源(例如，提供並且發出光線的裝置或元件)。舉例來說，光源可以為當啟動時會發出光線的發光二極體(light emitting diode, LED)。尤其，在本說明書中，光源可以為任何一種來源的光或光發射器，其係包括但不限於，一個以上的LED、一雷射、一有機發光二極體(organic light emitting diode, OLED)、高分子發光二極體、電漿光發射器、螢光燈、白熾燈，以及任何其他視覺可見的燈光來源。由光源所產生的光線可以具有顏色(即，可以具有特定波長的光)，或者可以具有一定範圍的波長(例如，白光)。在某些實施例中，光源可以包括複數個光發射器。舉例來說，光源可以包括一組或一群的光發射器，其中，至少一光發射器會產生與該組或該群的光發射器中的至少另一光發射器不同的顏色的光，或者該光發射器會產生與該組或該群的光發射器中的至少另一光發射器不同波長的光。作為範例，不同的顏色可以為主要顏色(例如，紅色、綠色、藍色)。
在本說明書中，「單側繞射散射」以及「單側方向」中的「單側」一詞的定義為與第一方向對應的「一側」或「較佳地一個方向上」，並且與對應於一第二側的另一方向相對。更具體來說，「單側繞射散射」的定義為從第一側並且不從與第一側相對的第二側提供或射出光的繞射散射。舉例來說，由繞射格柵提供的單側繞射散射可以將光射進第一(例如，正)半空間，但不會將光射入第二(例如，負)半空間。第一半空間可以是繞射格柵或繞射格柵所位於的導光體上方的空間，第二半空間可以位於繞射格柵下方。因此，舉例來說，單側繞射散射可以將光射入繞射格柵上方的區域或者朝向繞射格射上方的方向射出，並且儘會將少量或是完全不將光射進繞射格柵下方的區域或不將光朝向位於下方的另一方向射出。根據本說明書中的各個實施例，傾斜繞射格柵可以提供單側繞射散射。
在本說明書中，「角度保留散射特徵」或等同的「角度保留散射器」是指以在散射光中保留入射於結構特徵或散射器的入射光的角分散的方式對光進行散射的任何特徵或散射器。更具體來說，根據本說明書中的定義，由角度保留散射特徵散射的光的角分散ss 可以由入射光的角分散s的函數所表現(即，ss =f(s))。在某些實施例中，散射光的角分散ss 是入射光的角分散或準直因子s的線性函數(例如，ss =a· s，其中，a 為整數)。換言之，由角度保留散射特徵散射的光的角分散ss 可以大致與入射光的角分散或準直因子s成正比。舉例來說，散射光的角分散ss 可以大致等同於入射光的角分散s(例如，s s ≈ s)。繞射格柵是角度保留散射特徵的範例。相對地，根據本說明書中的定義，朗伯散射器或朗伯反射器以及一般的擴散器(例如，具有或者相似於朗伯散射之特性的擴散器)不屬於角度保留散射器。
此外，在本說明書中所使用的冠詞「一」具有專利領域中的普遍含義，即，意指「一個或多個」。例如，「一繞射格柵」係指一個以上的定向散射特徵，更確切來說，「該繞射格柵」於此意指「該(等)繞射格柵」。此外，任何本文所指的「頂部」、「底部」、「上部」、「下部」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、或「右」並非意使其成為任何限制。本文中，當應用到一個值時，除非有另外特別說明，「大約」一詞一般是指用於產生該值的設備的公差範圍內，或在一些實施例中，是指正負10%，或正負5%，或正負1%。此外，舉例來說，「大致」一詞在本文中代表了大多數、幾乎全部或全部，或者代表落於大約51%至大約100%之間的範圍中的值。再者，本說明書中的實施例旨在對本發明進行說明，並且是為了討論之目的呈現，而不應用於限制本發明。
根據本說明書中所描述的原理的某些實施例，本發明係提供一種定向背光板。舉例來說，定向背光板係被配置為射出光，並且可以被用於照明背光顯示器。圖3A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一定向背光板100的範例的平面圖。圖3B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了定向背光板100的一部分的範例的剖視圖。更具體來說，圖3B可以顯示圖3A中的定向背光板100的一部分的剖視圖，且該剖面部分是位於x-z平面中。圖3C為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了定向背光板100的範例的立體圖。根據本發明的各個實施例，圖中顯示的定向背光板100可以被用作為用於顯示影像的電子顯示器的背光板。在這些實施例的某些實施例中，電子顯示器可以是多視角顯示器，且顯示的影像可以是多視角影像。
圖3A~圖3C中顯示的定向背光板100是被配置為提供射出光102。此外，根據本發明的各個實施例，定向背光板100提供的射出光102係具有均一或大致均一的強度與角分散。更具體來說，不論在整個定向背光板100上的位置在何處，射出光102的強度與角分散可以大致為常數。作為範例，射出光102的均一強度與角分散可以在採用定向背光板100的顯示器的整個角度觀看範圍中提供均一的亮度。此外，在至少某些實施例中，角度觀看範圍在一個方向或者在與定向背光板100的平面或射出表面平行的兩個正交方向上可以大約小六十度(60°)，並且在某些實施例中大幅小於六十度。
如圖中所示，定向背光板100包括一導光體110。舉例來說，導光體可以是平板導光體(如圖中所示)。導光體110是被配置為沿著導光體110的長度將光引導為導光，或更具體來說，成為複數條導光束112。舉例來說，導光體110可以包括被配置為光波導的介電材料。所述的介電材料具有一第一折射係數，環繞介電光波導的介質係具有一第二折射係數，其中，第一折射係數可以大於第二折射係數。作為範例，折射係數之間的差異係被配置為根據導光體110的一個以上的引導模式促成該些光束的導光束112的完全內部反射。
在某些實施例中，導光體110可以是板片或平板的光波導，其可以包括實質上為平面板片並且為光學性透明的延伸的介電材料。實質上為平面板片的介電材料係利用完全內部反射引導導光束112。根據本發明的各個實施例，導光體110的光學性透明材料，可以包括或者可以由各種介電材料形成，該些材料包括一種以上的各種種類的玻璃(例如，石英玻璃、鹼鋁矽酸鹽玻璃、硼矽酸鹽玻璃等等)，以及實質上為光學透明的塑膠或聚合物(例如，聚甲基丙烯酸甲酯或「丙烯酸玻璃」、聚碳酸脂等等)，但其並不受限於此。在某些範例中，導光體110可以進一步具有位在導光體110的一表面(例，上表面與下表面的其中之一，或者同時位在兩個表面上)的至少一部分上的一披覆層(未顯示於圖中)。根據本發明的某些範例，可以透過該披覆層進一步促進完全內部反射。
根據本發明的各個實施例，導光體110係利用完全內部反射在導光體110的一第一表面110’(例如，「前」表面或「前」側)以及一第二表面110”(例如，「後」表面或「後」側)之間以非零值傳導角度引導導光束112。更具體來說，導光束112是藉由在導光體110的第一表面110’與第二表面110”之間反射或「彈跳」而以非零值傳導角度傳導。值得一提的是，為了圖式的簡易性，圖3B中並未明確顯示非零值傳導角度。然而，圖3B中以指向圖式平面中的箭頭，表示沿著導光體長度的導光束112的大致的傳導方向103。
根據本說明書中的定義，「非零值傳導角度」是相對於導光體110的表面(例如，第一表面110’或第二表面110”)的角度。此外，根據本發明的各個實施例，非零值傳導角度係同時大於零並且小於導光體110中的完全內部反射的關鍵角度。舉例來說，導光束112的非零值傳導角度可以介於大約十度(10°)至大約五十度(50°)之間，在某些範例中，介於大約二十度(20°)至大約四十度(40°)之間，或者介於大約二十五度(25°)至大約三十五度(35°)之間。舉例來說，非零值傳導角度可以大約為三十度(30°)。在其他的範例中，非零值傳導角度可以大約為20°，或大約為25°，或大約為35°。再者，只要特定的非零值傳導角度的選擇小於導光體110中的完全內部反射的關鍵角度，可以為特定的實施選擇(例如，任意地選擇)特定的非零值傳導角度。
如圖3A與圖3C所示，定向背光板100進一步包括一光源120。光源120是位於導光體110上的一輸入位置116。舉例來說，如圖中所示，光源120可以位在與導光體110的邊緣或側邊114相鄰的位置。光源120被配置為在導光體110中將光提供為該些導光束112。此外，光源120提供的光，使得該些導光束中的個別的導光束112具有彼此不同的徑向方向118。
更具體來說，光源120射出的光係進入導光體110，並接著作為該些導光束112以徑向的圖案往遠離輸入位置116的方向橫跨或沿著導光體110的長度傳導。此外，由於遠離輸入位置116方向的傳導的徑向圖案的緣故，該些導光束中個別的導光束112具有彼此不同的徑向方向118。換言之，如圖中所示，導光束112是以不同的徑向方向118往遠離共同原點(即，位於輸入位置116的光源120)的方向傳導。舉例來說，光源120的尾端可以耦合於側邊114。舉例來說，光源120的尾端耦合方式可以使光以扇形圖案的被引入，藉此提供個別的導光束112的不同徑向方向。根據本發明的某些實施例，光源120可以是或至少相似於位於輸入位置116的「點狀」光源，以使導光束112沿著不同的徑向方向118傳導(即，作為該些導光束112)。
在某些實施例中，光源120的輸入位置116是位於導光體110的側邊114上，並且是位在靠近(例如，靠近或者大略位於)側邊114的中間或中心的位置。如圖3A與圖3C所示，光源120所位在的輸入位置116是大略位於導光體110的側邊114(即，「輸入側」)的中心(例如，位於其中間)。作為替代的方案(未顯示於圖中)，輸入位置116可以遠離導光體110的側邊114的中間位置。舉例來說，輸入位置116可以位於導光體110的角落。舉例來說，導光體110可以具有四邊形的形狀(例如，如圖中所示)，且光源120的輸入位置116可以位於四邊形的導光體110的角落(例如，輸入側114的角落)。
在某些實施例中，光源120可以位於導光體110的側邊的凹腔中。根據本發明的各個實施例，凹腔的形狀可以將導光束112散發或者以不同的徑向方向118提供該些導光束112。圖4A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了定向背光板100的一部分的範例的平面圖。圖4B為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了定向背光板100的一部分的範例的平面圖。更具體來說，圖4A~圖4B顯示了定向背光板100於導光體110的側邊114包含光源120的一部分。此外，如圖中所示，光源120是位於導光體的側邊114的凹腔122中。圖4A顯示了具有半圓形形狀的凹腔122，用於將該些導光束122往不同的徑向方向118散發。圖4B顯示了具有斜面或片段線性的凹腔形狀。此外，在圖4A與圖4B中，光源120包括了沿著凹腔122的表面分佈的複數個光發射器124。圖4A~圖4B也以從凹腔122以及光源120在不同的徑向方向118上往外散發的箭頭顯示了導光束112。
在各個實施例中，光源120可以包括大致任何種類的光源(例如，光發射器124)，包括LED或雷射(例如，雷射二極體)中的一種以上的光源，但光源的種類並不受限於此。在某些實施例中，光源120可以包括一光發射器124，用於產生具有由特定顏色所表現的窄頻光譜之大致單色的光。更具體來說，單色光的顏色可以是特定的色彩空間或色彩模型的主要顏色(例如，紅-綠-藍(RGB)色彩模型)。在其他範例中，光源120可以具有實質上為寬頻的光源，用於提供大致寬頻或多色的光。舉例來說，光源120可以提供白光。在某些實施例中，光源120可以包括複數個不同的光發射器124，用於提供不同顏色的光。不同的光發射器124係被配置為提供與各個不同顏色的光對應之導光的具有不同、顏色特定、非零值傳導角度的光。
在某些實施例中，透過將光源120的光耦合進入導光體110產生的該些導光束的導光束112可以為非準直或至少大致非準直的光。在其他的實施例中，導光束112可以是準直的光(即，導光束112可以是準直光束)，例如，在垂直方向上準直。據此，在某些實施例中，定向背光板100可以包括介於光源120以及導光體110之間的準直器(未顯示於圖中)。或者，光源120可以進一步包括一準直器，用於提供在一平面(例如，「垂直」平面)中的準直，該平面可以大致垂直於導光束112的傳導方向。更具體來說，準直的過程可以在與導光體110的表面(例如，第一表面110’、第二表面110”)垂直的平面中提供具有相對較窄的角分散的準直導光束112。根據本發明的各個實施例，準直器可以包括任何種類的準直器，包括透鏡、反射器或鏡子(例如，傾斜準直反射器)，或用於準直光的繞射格柵，例如，來自光源120的光。
此外，在某些實施例中，準直器可以提供具有非零值傳導角度的光以及根據預定準直因子被準直的光的其中一者，或同時提供兩種光。再者，當使用不同顏色的光發射器時，準直器係被配置為提供具有不同、顏色特定的非零值傳導角度的光以及具有不同顏色特定的準直因子的光的其中一者，或同時提供兩種光。在某些實施例中，準直器係進一步將準直光傳輸至導光體110，藉以做為導光束112傳導。
請再次參照圖3A~圖3C，定向背光板100進一步包括繞射格柵130的陣列，繞射格柵130在導光體110的表面上彼此間隔開來設置。作為本發明的範例而非限制，在圖3B與圖3C中，繞射格柵陣列是顯示於第一表面110’上。根據本發明的各個實施例，繞射格柵130的陣列係用於將光射出或散射出來成為射出光102。更具體來說，繞射格柵陣列的繞射格柵130係將該些導光束的導光束112的一部分散射出來成為具有強度、主要角度方向以及角分散的射出光102。在圖3B以及圖3C中，主要角度方向是由箭頭顯示，而角分散在圖3B中是由箭頭兩側的一對虛線顯示。在圖3C中，角分散是由錐形所顯示，藉以表示角分散的錐角。同樣在圖3C中，為了圖式的簡易性而非作為限制，圖中僅顯示了選定的繞射格柵130、對應的導光束112以及散射出來的射出光102。
根據本發明的各個實施例，繞射格柵陣列中個別的繞射格柵130通常不與彼此交錯、重疊或接觸。換言之，根據本發明的各個實施例，繞射格柵陣列中的各個繞射格柵130與彼此間隔開來，並且，各個繞射格柵130通常是與該些繞射格柵130中的其他者不同並且分離。
在本發明的各個實施例中，繞射格柵陣列的各個繞射格柵130具有相關聯的格柵特性。繞射格柵130的格柵特性係用於決定繞射格柵130散射出來的射出光102的強度、主要角度方向以及角分散。此外，一般來說，繞射格柵130的格柵特性是繞射格柵130位於導光體110的表面上的位置以及光源120位於導光體110的側邊114上的位置的函數。更具體來說，各個繞射格柵130的格柵特性是仰賴於、由下述特性定義或者是從光源120入射於繞射格柵130上的導光束112的徑向方向118的函數。此外，在各個實施例中，格柵特性是由繞射格柵130以及光源120的輸入位置116之間的距離所決定或定義。舉例來說，格柵特性可以是繞射格柵130a與輸入位置116之間的距離D 以及入射於繞射格柵130a上的導光束112的徑向方向118a的函數，如圖3A所示。換句話說，該些繞射格柵130中的一個繞射格柵130的格柵特性，是仰賴於光源的輸入位置以及繞射格柵130位於導光體110上相對於光源120的輸入位置116的特定位置。
圖3A顯示了具有不同的空間座標(x 1 ,y 1 )以及(x 2 ,y 2 )的兩個不同的繞射格柵130a以及130b，其中，該些繞射格柵進一步具有不同的格柵特性，藉以補償或者負責從光源120入射於繞射格柵130上的該些導光束112的不同徑向方向118a、118b。類似地，兩個不同的繞射格柵130a、130b的不同的格柵特性係負責提供由不同的空間座標(x 1 ,y 1 )以及(x 2 ,y 2 )所決定之來自光源的輸入位置116的各個繞射格柵130a、130b的不同距離。
在某些實施例中，格柵特性包括一格柵深度。格柵深度可以用於決定由繞射格柵130散射出來的射出光102的強度。在某些實施例中，格柵特性包括了繞射格柵的格柵柵距以及格柵方位的其中之一或同時包括兩者，用於決定由繞射格柵130散射出的射出光102的主要角度方向。在本說明書中，格柵柵距是等同於繞射格柵的繞射結構特徵的間隔，而格柵方位是繞射結構特徵相對於入射在繞射格柵130上的導光束112的徑向方向118的方位角度。在某些實施例中，格柵特性包括繞射格柵130的曲度以及格柵啁啾的其中之一或同時包括兩者，用於決定由繞射格柵130散射出來的射出光102的角分散。在某些實施例中，格柵特性可以包括繞射格柵130的格柵深度、格柵柵距、格柵方位、格柵啁啾以及曲度等特性的一種以上的特性的結合。
圖5為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一對繞射格柵130的範例的平面圖。作為範例，圖5中的該對繞射格柵130可以等同於圖3A中所顯示的繞射格柵130a、130b。更具體來說，如圖中所示，該對繞射格柵130可以位於導光體110的表面上並且具有不同的格柵特性。相對於不同的格柵特性，該對繞射格柵的各個繞射格柵130具有各個繞射結構特徵132的曲度以及格柵啁啾，如圖中所示。此外，繞射格柵130具有與入射的導光束112的不同徑向方向118對應的不同格柵方位，如圖中所示。根據本發明的各個實施例，如上文所述，不同的格柵特性是該對繞射格柵的各個繞射格柵130位於導光體110的表面上的位置以及提供導光112的光源120(未顯示於圖5中)的位置的函數。
根據本發明的某些實施例，繞射格柵130中的繞射結構特徵132的間隔或格柵柵距可以是次波長(即，小於導光束112的波長)。在某些實施例中，繞射格柵130可以包括複數個不同的格柵或子格柵。根據本發明的某些實施例，繞射格柵130的繞射結構特徵132可以包括彼此間隔開來的凹槽與脊部的其中之一或同時包括兩者。凹槽或脊部可以包括導光體110的材料，例如，凹槽或脊部可以形成在導光體110的表面中。在另一範例中，凹槽或脊部可以由導光體材料以外的材料形成，例如，導光體110的表面上的另一材料的膜或是層。
根據本說明書的定義，「啁啾」繞射格柵是展現或具有隨著啁啾繞射格柵的範圍或長度變化的繞射結構特徵132的繞射間隔(即，格柵柵距)的繞射格柵132。在某些實施例中，啁啾繞射格柵可以具有或展現隨著距離線性變化的繞射結構特徵間隔的啁啾。據此，根據本說明書中的定義，啁啾繞射格柵是「線性啁啾」繞射格柵。在其他的實施例中，啁啾繞射格柵可以展現繞射結構特徵的非線性啁啾。各種非線性的啁啾可以包括指數啁啾、對數啁啾，或者隨之改變的啁啾、大致不平均或者隨機但以單調的方式分布之啁啾，但啁啾的種類並不受限於此。可採用的非單調式的啁啾包括正弦啁啾、三角啁啾或鋸齒啁啾，但其並不受限於此。本發明中亦可以採用任何非線性啁啾的組合。
圖6為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了定向背光板100的範例的平面圖。在圖6中，顯示了與導光體110的側邊114的光源120的輸入位置116具有距離D 的角度空間中的照射體積134。值得注意的是，隨著該些導光束112的傳導的徑向方向在遠離y軸並且朝向x軸的方向上的角度改變，照射體積具有更寬的角度尺寸。舉例來說，如圖中所示，照射體積134b比照射體積134a更寬。
請再次參照圖3B，如圖中所示，繞射格柵130的陣列可以位於或者相鄰於導光體110的第一表面110’，第一表面110’是導光體110的光束射出表面。舉例來說，繞射格柵可以是傳輸模式繞射格柵，被配置為通過第一表面110’將部分的導光束散射出來成為射出光102。作為替代的方案(未顯示於圖中)，繞射格柵130的陣列可以位於或者相鄰於與導光體110的光束射出表面(即，第一表面110’)相對的第二表面110”。更具體來說，繞射格柵130可以是反射模式繞射格柵。作為反射模式繞射格柵，繞射格柵130係被配置為對部分的導光進行繞射，並且將繞射的導光部分朝向第一表面110’反射使其通過第一表面110’離開成為繞射的散射或射出光102。在其他的實施例中(未顯示於圖中)，繞射格柵130可以位於導光體110的表面之間，例如，作為傳輸模式繞射格柵以及反射模式繞射格柵的其中之一或同時為該兩種繞射格柵。
在某些實施例中，繞射格柵陣列的繞射格柵130係被配置為提供具有單側方向的單側繞射散射。單側方向上的單側繞射散射可以較佳地從或者通過第一表面110’而非第二表面110”提供射出光102，並且在某些實施例中只通過第一表面110’提供射出光102。在某些實施例中，提供單側繞射散射的繞射格柵130係包括一傾斜繞射格柵。在其他的實施例中，用於提供單側繞射散射的繞射格柵130可以是包括繞射格柵130以及反射材料層(未顯示於圖中)的反射模式繞射格柵。作為範例，反射材料層可以位在繞射格柵130上與提供單側繞射散射的該側相對的一側，反射材料層作為反射器或鏡子。
在某些實施例中，可以制定預防措施以減緩並且在某些實施例中大致消除定向背光板100中的導光束112的偽反射的各種來源，尤其是當偽反射源可能會造成不需要的定向光束射出，並且接著在採用定向背光板100的顯示器中產生不需要的影像。各種潛在的偽反射源的範例包括可能產生導光束112的次級反射的導光體110的側壁，但其並不受限於此。可以透過多種方式減緩定向背光板100中的各種偽反射源的反射，包括吸收偽反射以及控制偽反射的重新定向，但其並不受限於此。
圖7A為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了包括偽反射減緩的定向背光板100的範例的平面圖。圖7B為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了包括偽反射減緩的定向背光板100的範例的平面圖。更具體來說，圖7A與圖7B顯示了包括導光體110、光源120以及繞射格柵130的陣列的定向背光板100。圖中也顯示了複數條導光束112，且該等導光束中的至少一條導光束112入射於導光體110的側壁114a、114b。圖中以代表反射的導光束112’的虛線來表示導光束112在側壁114a、114b的潛在偽反射。
在圖7A中，定向背光板100進一步包括了於導光體110的側壁114a、114b的吸收層119。吸收層119係用於吸收來自導光束112的入射光。吸收層可以包括大致任何種類的光吸收器，例如可以是施加於側壁114a、114b上的黑色塗料，但其並不受限於此。如圖7A所示，作為範例而非限制，吸收層119是施加於側壁114b上，而側壁114a上則缺乏吸收層119。吸收層119係截取並且吸收入射的導光束112，以有效地防止或減緩來自側壁114b的潛在偽反射。另一方面，如圖中以範例而非限制的方式所示，入射於側壁114a上的導光束112的反射會造成反射導光束112’的產生。
圖7B顯示了利用控制反射角度來達到偽反射減緩的示意圖。更具體來說，圖7B中顯示的定向背光板100的導光體包括傾斜側壁114a、114b。傾斜側壁具有傾斜角度，較佳地被配置為將反射導光束112’朝向大致遠離繞射格柵130的方向定向。據此，反射導光束112’不會被繞射耦合離開導光體110成為不需要的射出光束。側壁114a、114b的傾斜角度可以位於x-y平面中，如圖中所示。在其他的範例中(未顯示於圖中)，側壁114a、114b的傾斜角度可以位於另一平面中，例如，可以位於x-z平面中以將反射導光束112’定向離開導光體110的上表面或下表面。值得注意的是，作為本發明的範例而非限制，圖7B顯示的側壁114a、114b僅沿著側壁的一部分包括傾斜的部分。
在某些實施例中，定向背光板100可以是透明或大致透明的結構。更具體來說，在某些實施例中，導光體110以及間隔開來的繞射格柵130可以允許光在與第一表面110’以及第二表面110”正交的方向上通過。因此，導光體110以及更廣義來說的定向背光板100，對於在與該些導光束的導光束112的一般的傳導方向103正交的方向上傳導的光為透明的結構。此外，可以透過繞射格柵130的大致透明性至少在局部實現所述的透明性。
根據與本說明書中所描述的原理一致的某些實施例，本發明係提供一種背光顯示器。背光顯示器係被配置為射出由背光顯示器提供的光。此外，射出光可以由背光顯示器調變，以提供或顯示一影像。在某些實施例中，顯示的影像可以是多視角影像，而背光顯示器可以是多視角顯示器。在某些範例中，多視角顯示器是用於提供或者「顯示」3D影像。
圖8為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一背光顯示器200的範例的方塊圖。根據本發明的各個實施例，背光顯示器200係用於顯示或提供一顯示影像。更具體來說，由背光顯示器200提供並且調變的射出光202是用於顯示影像。圖8中是以從背光顯示器200散發出來的箭頭顯示射出光202。
圖8中顯示的背光顯示器200包括一導光體210。在某些實施例中，導光體可以大致相似於上文中所述的定向背光板100的導光體110。更具體來說，在某些實施例中，導光體210可以是平板導光體。
此外，如圖8中所示，背光顯示器200包括位於導光體210的一側上的一光源220。光源220係用於提供在導光體210中彼此具有不同的徑向方向的複數條導光束204。在某些實施例中，光源220可以大致相似於上文中針對定向背光板100所述的光源120。更具體來說，作為範例，光源220可以位在靠近於導光體側邊的中間或中心的位置。在某些實施例中，光源220可以位於導光體210的側邊中的凹腔中。凹腔可以具有將該些導光束204往不同的徑向方向散發出去的形狀。舉例來說，凹腔可以具有半圓形或多面形。據此，凹腔可以大致相似於上文中所述的凹腔122。
圖8中顯示的背光顯示器200進一步包括位於導光體210的表面上的繞射格柵230的陣列。繞射格柵陣列中的個別的繞射格柵係用於將該些導光束的光散射出來成為射出光202。在某些實施例中，繞射格柵230的陣列可以大致相似於上文中所述的定向背光板100的繞射格柵130的陣列。更具體來說，繞射格柵陣列的個別的繞射格柵230的格柵特性係被配置為決定射出光202的強度與角分散。此外，根據本發明的各個實施例，格柵特性是個別的繞射格柵230在導光體的表面上的位置以及光源在導光體210的側邊上的位置的函數。在某些實施例中，格柵特性也可以決定射出光202的主要角度方向。根據本發明的各個實施例，由個別的繞射格柵230結合散射出來的射出光202在整個光閥陣列中係具有均一的強度以及角分散。
在某些實施例中，格柵特性包括個別的繞射格柵230的曲度以及格柵啁啾的其中之一，或同時包括兩種特性。舉例來說，作為曲度以及格柵啁啾的其中之一或同時為兩者的格柵特性可以用於決定由個別的繞射格柵230散射出來的射出光202的角分散。此外，在某些實施例中，繞射格柵230的陣列可以用於提供具有單側方向的單側繞射散射。在這些實施例中，繞射格柵陣列的個別的繞射格柵230可以包括反射模式繞射格柵(例如，具有反射材料層)以及傾斜繞射格柵的其中一者或同時包括兩者。
根據本發明的各個實施例，背光顯示器200進一步包括光閥240的陣列。光閥240的陣列係用於調變射出光202，藉以提供顯示影像。圖8中使用虛線來強調射出光通過光閥240的陣列後的調變。在各個實施例中，可以使用不同種類的光閥作為光閥陣列中的光閥240，該些光閥包括液晶光閥、電泳光閥以及電濕潤式光閥中的一種以上的光閥，但其並不受限於此。
根據本發明的某些實施例，繞射格柵陣列的個別的繞射格柵230係用於將該些導光束的光散射出來成為射出光202，且射出光202包括彼此具有不同主要角度方向的複數條定向光束。在這些實施例的某些實施例中，不同的主要角度方向可以對應於多視角影像的各個不同觀看方向。據此，背光顯示器是多視角顯示器，而所顯示的影像是多視角影像。此外，個別的繞射格柵230可以是多光束元件，而複數組的光閥240可以對應於多視角顯示器的多視角像素。作為多光束元件，個別的繞射格柵230的尺寸可以介於光閥240的尺寸的一半至兩倍之間，或者等同的介於光閥240的中心至中心間隔的一半至兩倍之間。再者，在某些實施例中，個別的繞射格柵230的形狀可以類似於多視角像素的形狀。
根據與本說明書中所述的原理的其他實施例，本發明係提供一種定向背光板的操作方法。圖9為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了定向背光板的操作方法300的範例的流程圖。根據本發明的各個實施例，定向背光板的操作方法300可以用於提供光以照明背光顯示器並且因此顯示影像。
如圖9所示，定向背光板的操作方法300包括了步驟310，沿著導光體將光引導為具有共同原點並且彼此具有不同的徑向方向的複數條導光束。更具體來說，根據本說明書中的定義，該些導光束中的一導光束與該些導光束中的另一導光束具有不同的徑向方向的傳導。此外，根據定義，該些導光束中的每一個導光束具有共同的原點。在某些實施例中，原點可以是虛擬的原點(例如，比導光束的實際原點更遠的點)。舉例來說，原點可以在導光體外，並且因此為虛擬原點。根據本發明的某些實施例，在步驟310中光被沿著引導的導光體以及在其中引導的導光束可以分別大致相似於上文中針對定向背光板100所述的導光體110以及導光束112。
圖9中顯示的定向背光板的操作方法300進一步包括步驟320，利用繞射格柵陣列中的繞射格柵將該些導光束的光散射出來成為射出光。根據本發明的各個實施例，來自繞射格柵的射出光具有強度以及角分散，且所述的強度與角分散是繞射格柵相對於該些導光束的共同原點的位置的函數。此外，根據本發明的各個實施例，由繞射格柵的陣列共同散射出來的射出光在導光體的整個表面具有均一的強度與角分散。在某些實施例中，在步驟320中用於散射光的繞射格柵的陣列可以大致相似於上文中所述的定向背光板100的繞射格柵130的陣列。再者，透過步驟320的散射所產生的射出光亦可以大致相似於上文中所述的射出光102。
更具體來說，根據本發明的各個實施例，在步驟320中由繞射格柵散射出來的射出光具有強度、主要角度方向以及角分散。強度、主要角度方向以及角分散中的各者是由繞射格柵陣列中的繞射格柵的格柵特性所控制或決定。此外，格柵特性是繞射格柵位於導光體表面上的位置以及該些導光束的共同原點(例如，光源位於導光體的側邊上的位置)的函數。更具體來說，繞射格柵陣列的格柵特性可以基於下述的條件改變，或者等同的可以是入射於繞射格柵上的導光束的徑向方向的函數，提供導光束的光源與繞射格柵之間的距離的函數，或者同時為上述兩種函數。
在某些實施例中，將光散射出來的步驟320包括單側方向上的單側繞射散射。更具體來說，繞射格柵陣列的繞射格柵可以包括傾斜繞射格柵以及反射模式繞射格柵中的其中之一或同時包括兩者，且該繞射格柵包括一繞射格柵以及一反射材料層。
如圖中所示，定向背光板的操作方法300進一步包括步驟330，利用光源將被引導的光提供為該些導光束。更具體來說，利用光源提供至導光體的光係成為具有複數個不同徑向方向的傳導的導光束。根據本發明的各個實施例，步驟330用來提供光的光源是位於導光體的側邊，光源的位置即為該些導光束的共同原點。在某些實施例中，光源可以大致相似於上文中所述的定向背光板100的光源120。舉例來說，光源的尾部可以耦接於導光體的邊緣或側邊。在另一範例中，光源可以大致相似於代表共同原點的點狀源。在進一步的另一範例中，光源可以位於導光體的側邊的凹腔中，且凹腔的形狀係將該些導光束往不同的徑向方向散發出去。
在某些實施例中，步驟330中提供的光大致為非準直的光。在其他的實施例中，步驟330中提供的光可以為準直的光(例如，光源可以包括一準直器)。在本發明的各個實施例中，步驟330中提供的光可以在導光體的表面之間於導光體中以非零值傳導角度被引導為具有不同徑向方向的導光。當在導光體中進行準直時，可以根據準直因子對步驟330提供的光進行準直，藉此建立導光體中的導光的預定角分散。更具體來說，由準直因子提供的準直以及進一步的預定角分散可以在垂直方向上。
在某些實施例中(未顯示於圖中)，定向背光板的操作方法300進一步包括將繞射格詐的陣列共同散射出來的射出光調變的步驟。可以利用光閥陣列提光調變，藉以提供顯示影像。在某些實施例中，光閥陣列可以大致相似於上文中所述的背光顯示器200的光閥240的陣列。此外，在某些實施例中，所顯示的影像可以是多視角影像。
因此，本發明中提供了一種定向背光板、背光顯示器以及定向背光板的操作方法的實例與實施例，其具有用於提供具有均一的強度以及角分散的射出光的繞射格柵。熟知該領域的技術人士應當瞭解，上文中所敘述的實例僅為代表本發明之原理的眾多實例與實施例中的說明性範例。顯然地，熟知該領域的技術人士可以在不脫離本發明的申請專利範圍所限定之範疇的條件下做出多種其他的配置。
10‧‧‧多視角顯示器
12‧‧‧螢幕
14‧‧‧視像/不同視像
16‧‧‧觀看方向
20‧‧‧光束
30‧‧‧繞射格柵
40‧‧‧導光體
50‧‧‧光束/入射光束
60‧‧‧定向光束
80‧‧‧傾斜繞射格柵
82‧‧‧繞射結構特徵
90‧‧‧虛線箭頭
100‧‧‧定向背光板
102‧‧‧射出光
103‧‧‧傳導方向
110‧‧‧導光體
110’‧‧‧第一表面
110”‧‧‧第二表面
112‧‧‧導光束/準直導光束
112’‧‧‧反射導光束
114‧‧‧側邊/輸入側
114a‧‧‧側壁/傾斜側壁
114b‧‧‧側壁/傾斜側壁
116‧‧‧輸入位置
118‧‧‧徑向方向
118a‧‧‧徑向方向
118b‧‧‧徑向方向
119‧‧‧吸收層
120‧‧‧光源
122‧‧‧凹腔
124‧‧‧光發射器
130‧‧‧繞射格柵
130a‧‧‧繞射格柵
130b‧‧‧繞射格柵
132‧‧‧繞射結構特徵
134‧‧‧照射體積
134a‧‧‧照射體積
134b‧‧‧照射體積
200‧‧‧背光顯示器
202‧‧‧射出光
204‧‧‧導光束
210‧‧‧平板導光體
220‧‧‧光源
230‧‧‧繞射格柵
240‧‧‧光閥
300‧‧‧定向背光板的操作方法
310‧‧‧步驟
320‧‧‧步驟
330‧‧‧步驟
O‧‧‧原點
D‧‧‧距離
t‧‧‧厚度
q‧‧‧角度分量/仰角/角度
q m ‧‧‧繞射角度
q i ‧‧‧入射角度
f‧‧‧角度分量/方位角
γ‧‧‧傾斜角度
按照此說明書中所描述的原理之各種範例與實施例的特徵，在參考附圖並結合下面的詳細說明可以被更容易地理解，其中，相似的標號表示相似的結構元件，且該些附圖包括： 圖1A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示多視角顯示器的範例的立體圖； 圖1B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了具有主要角度方向的光束的角分量之範例的示意圖，其中，光束的主要角度方向係對應於多視角顯示器的觀看方向； 圖2A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一繞射格柵的範例的剖視圖； 圖2B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一傾斜繞射格柵的範例的剖視圖； 圖3A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一定向背光板的範例的平面圖； 圖3B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了定向背光板的一部分的範例的剖視圖； 圖3C為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了定向背光板的範例的立體圖； 圖4A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一定向背光板的一部分的範例的平面圖； 圖4B為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了定向背光板的一部分的範例的平面圖； 圖5為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一對繞射格柵的範例的平面圖； 圖6為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了定向背光板的範例的平面圖； 圖7A為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了包括偽反射(Spurious Reflection)減緩的定向背光板的範例的平面圖； 圖7B為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了包括偽反射減緩的定向背光板的範例的平面圖； 圖8為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一背光顯示器的範例的方塊圖；以及 圖9為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了定向背光板的操作方法的範例的流程圖。
某些特定的例子可能會具有其他相較於上述圖式中的特徵而言相同、額外或者可以將之取代的特徵。在下文中將參照圖式針對這些特徵以及其他的特徵進行詳細說明。

Claims (19)

  1. 一種定向背光板，包括：一導光體，用於引導光束；一光源，用於在該導光體中提供彼此具有不同徑向方向的複數條導光束；一繞射格柵陣列，在該導光體的一表面上彼此間隔開來，該繞射格柵陣列的一繞射格柵係將該等導光束的一導光束的一部分散射出來成為具有一強度、一主要角度方向以及一角分散的射出光，其中，該繞射格柵陣列的該等繞射格柵共同地散射出來的射出光在該導光體的整個該表面具有均一的強度以及角分散，其中，該繞射格柵的一格柵特性係決定該繞射格柵散射出的該射出光的該強度、該主要角度方向與該角分散，該繞射格柵的該格柵特性為該繞射格柵位於該導光體的該表面上之位置以及該光源位於該導光體的一側上的位置的函數。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的定向背光板，其中，該光源係位於該導光體的一側並且靠近於該側的中間點。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的定向背光板，其中，該光源是位於該導光體的一側的一凹腔中，該凹腔的形狀被配置為將該等導光束往該等不同徑向方向發散。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的定向背光板，其中，該格柵特性包括一格柵深度，該格柵特性係決定該繞射格柵散射出的該射出光的該強度。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的定向背光板，其中，該格柵特性包括該繞射格柵的一格柵柵距以及一格柵方位的其中之一或同時包括兩者，該格柵特性係決定該繞射格柵散射出的該射出光的一主要角度方向。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的定向背光板，其中，該格柵特性包括該繞射格柵的一曲度以及一格柵啁啾的其中之一或同時包括兩者，該格柵特性係決定該繞射格柵散射出的該射出光的該角分散。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的定向背光板，其中，該繞射格柵係提供具有一單側方向的單側繞射散射。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述的定向背光板，其中，提供單側繞射散射的該繞射格柵係包括一傾斜繞射格柵。
  9. 根據申請專利範圍第7項所述的定向背光板，其中，提供單側繞射散射的該繞射格柵係包括一繞射格柵以及一反射材料層的一反射模式繞射格柵。
  10. 一種背光顯示器，包括根據申請專利範圍第1項所述的定向背光板，該背光顯示器係進一步包括用於調變該射出光以提供一顯示影像的一光閥陣列。
  11. 一背光顯示器，包括：一導光體；一光源，位於該導光體的一側，該光源係提供在該導光體中彼此具有不同徑向方向的複數條導光束；一繞射格柵陣列，位於該導光體的一表面上，該繞射格柵陣列中的個別繞射格柵係被配置為將該等導光束散射出來成為射出光；以及一光閥陣列，用於調變該射出光以提供一顯示影像，其中，由該等個別繞射格柵共同地散射出的射出光在整個該光閥陣列具有均一的強度以及角分散，其中，該繞射格柵陣列的一個該個別繞射格柵的一格柵特性係決定該射出光的一強度以及一角分散，該格柵特性是該個別繞射格柵位於該導光體的該表面上之位置以及該光源位於該導光體的該側上的位置的函數。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述的背光顯示器，其中，該光源係位於該導光體的該側的一凹腔中，該凹腔的形狀被配置為將該等導光束往該等不同徑向方向發散。
  13. 根據申請專利範圍第11項所述的背光顯示器，其中，該格柵特性包括該個別繞射格柵的一曲度以及一格柵啁啾的其中之一或同時包括兩者，該格柵特性係決定該個別繞射格柵散射出的該射出光的該角分散。
  14. 根據申請專利範圍第11項所述的背光顯示器，其中，該繞射格柵陣列係用於提供具有一單側方向的單側繞射散射，該繞射格柵陣列的該等個別繞射格柵係包括一反射模式繞射格柵以及一傾斜繞射格柵的其中之一或同時包括兩者。
  15. 根據申請專利範圍第11項所述的背光顯示器，其中，該繞射格柵陣列的該等個別繞射格柵分別將該等導光束的光散射出來成為複數條定向光束，該等定向光束具有與一多視角影像的各個不同觀看方向相對應的不同主要角度方向，該背光顯示器為一多視角顯示器，且該顯示影像為該多視角影像。
  16. 一種定向背光板的操作方法，該方法包括：在一導光體中引導具有一共同原點並且彼此具有不同徑向方向的複數條導光束；利用一繞射格柵陣列的一繞射格柵將該等導光束散射出來成為射出光，來自該繞射格柵的該射出光具有一強度以及一角分散，該強度與該角分散為該繞射格柵相對於該等導光束的該共同原點的位置的函數，其中，由該繞射格柵陣列共同地散射出的射出光在該導光體的整個一表面具有的強度及角分散，其中，該繞射格柵的一格柵特性係決定該繞射格柵散射出的該射出光的該強度、該主要角度方向與該角分散，該繞射格柵的該格柵特性為該繞射格柵位於該導光體的該表面上之位置以及該光源位於該導光體的一側上的位置的函數。
  17. 根據申請專利範圍第16項所述的定向背光板的操作方法，進一步包括利用位於該導光體的一側的一凹腔中的一光源在該導光體中提供該等導光束，該凹腔的形狀被配置為將該等導光束往該等不同徑向方向發散。
  18. 根據申請專利範圍第16項所述的定向背光板的操作方法，其中，散射出光的步驟包括在一單側方向上的單側繞射散射，該繞射格柵包括一傾斜繞射格柵以及一反射模式繞射格柵的其中之一或同時包括兩者，該傾斜繞射格柵以及該反射模式繞射格柵係包括一繞射格柵以及一反射材料層。
  19. 根據申請專利範圍第16項所述的定向背光板的操作方法，進一步包括利用一光閥陣列調變該等繞射格柵共同地散射出來的該射出光，以提供一顯示影像。
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