CN110945284A - 具有微透镜的基于多光束元件的背光体及使用其的显示器 - Google Patents

具有微透镜的基于多光束元件的背光体及使用其的显示器 Download PDF

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Abstract

多视图背光体和多视图显示器采用微透镜来调节定向光束以具有对应于多视图显示器的相应不同的视图方向。多视图背光体包括被配置为将光引导为引导光的光导，被配置为从光导散射引导光的一部分作为多个定向光束的多光束元件，以及被配置为调节定向光束的方向的微透镜。多视图显示器进一步包括被配置为调制多个定向光束并提供多视图显示器的多个不同视图的多视图像素，微透镜在多光束元件和多视图像素之间。

Description

具有微透镜的基于多光束元件的背光体及使用其的显示器
相关申请的交叉引用
不适用
关于联邦资助研究或开发的声明
不适用
背景技术
电子显示器是用于向各种各样的设备和产品的用户传达信息的几乎无处不在的介质。最常用的电子显示器包括阴极射线管(cathode ray tube，CRT)、等离子显示面板(plasma display panel，PDP)、液晶显示器(liquid crystal display，LCD)、电致发光显示器(electroluminescent display，EL)、有机发光二极管(organic light emittingdiode，OLED)和有源矩阵OLED(active matrix OLED，AMOLED)显示器、电泳显示器(electrophoretic display，EP)以及采用机电的或电流体光调制的各种显示器(例如，数字微镜设备、电润湿显示器等)。通常，电子显示器可被分为有源显示器(即，发射光的显示器)或无源显示器(即，调制由另一源提供的光的显示器)。有源显示器中最明显的示例是CRT、PDP和OLED/AMOLED。当考虑发射光时，被典型地归类为无源的显示器的是LCD和EP显示器。无源显示器虽然常常展现出包括但不限于固有低功耗的引人注目的性能特性，但因为缺少发射光的能力而在许多实际的应用中使用受到一些限制。
为克服与发射光相关联的无源显示器的限制，许多无源显示器与外部光源耦合。耦合的光源可以允许这些否则会是无源的显示器发射光并且实质上充当有源显示器。这样的耦合光源的示例是背光体(backlight)。背光体可以充当置于否则会是无源的显示器的后面以照明该无源显示器的光源(通常是平板背光体)。例如，背光体可以耦合到LCD或EP显示器。背光体发射穿过LCD或者EP显示器的光。发射的光由LCD或者EP显示器调制，然后继而从LCD或EP显示器发射经过调制的光。背光体常常被配置为发射白光。然后，利用滤色器将白光转换为显示器中所用的各种颜色。例如，滤色器可以置于LCD或EP显示器的输出处(较不常见)或置于背光体和LCD或EP显示器之间。
附图说明
参照以下结合附图的详细描述，可以更容易地理解根据本文描述的原理的示例和实施例的各种特征，其中相似的附图标记表示相似的结构元素，并且其中：
图1A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的透视图。
图1B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的光束的角分量的图形表示，该光束具有对应于多视图显示器的视图方向的特定主角方向。
图2示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的衍射光栅的截面图。
图3A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光体的截面图。
图3B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光体的平面图。
图3C示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光体的透视图。
图4A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光体的一部分。
图4B示出了根据与本文描述的原理一致的另一实施例的示例中的多视图背光体的一部分。
图4C示出了根据与本文描述的原理一致的又一实施例的示例中的多视图背光体的一部分。
图5A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的包括多光束元件的多视图背光体的一部分的截面图。
图5B示出了根据与本文描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多光束元件的多视图背光体的一部分的截面图。
图6A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多光束元件的多个衍射光栅的截面图。
图6B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的图6A所示的多个衍射光栅的平面图。
图7A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多光束元件的平面图。
图7B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的另一多光束元件的平面图。
图8A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的包括多光束元件的多视图背光体的一部分的截面图。
图8B示出了根据与本文描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多光束元件的多视图背光体的一部分的截面图。
图9示出了根据与本文描述的原理一致的又一实施例的示例中的包括多光束元件的多视图背光体的一部分的截面图。
图10示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的框图。
图11示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的操作多视图背光体的方法的流程图。
某些示例和实施例具有其它特征，这些特征是对上述附图所示特征的补充或替代。这些和其它特征将在下面参考上述附图进行详细描述。
具体实施方式
根据本文描述的原理的示例和实施例提供了多视图或三维(3D)显示器以及应用于多视图显示器的多视图背光体。具体地，与本文描述的原理一致的实施例提供了一种采用多光束元件和透镜(lens)或“微透镜”的多视图背光体，该多光束元件被配置为提供具有多个不同的主角方向(principal angular direction)的定向光束，该透镜或“微透镜”被配置为调节所述定向光束的不同的主角方向。根据各种实施例，由多视图背光体的多光束元件和相关联的微透镜提供的定向光束的经调节的不同主角方向对应于多视图显示器的各种视图的不同方向。采用本文描述的多视图背光体的多视图显示器的使用包括但不限于移动电话(例如，智能电话)、手表、平板计算机、移动计算机(例如，膝上型计算机)、个人计算机和计算机监视器、汽车显示控制台、相机显示器以及各种其它移动以及基本上非移动的显示应用和设备。
本文中，“多视图显示器”被定义为被配置为在不同视图方向上提供多视图图像的不同视图的电子显示器或显示***。图1A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器10的透视图。如图1A所示，多视图显示器10包括屏幕12以显示要观看的多视图图像。例如，屏幕12可以是电话(例如，移动电话、智能电话等)、平板计算机、膝上型计算机、台式计算机的计算机监视器、相机显示器或基本上任何其它设备的电子显示器的显示屏。
多视图显示器10在相对于屏幕12的不同视图方向16上提供多视图图像的不同视图14。视图方向16被示出为从屏幕12以各种不同的主角方向(或简单地不同的方向)延伸的箭头；不同的视图14在箭头(即，描绘视图方向16)的末端被示出为阴影多边形框；并且仅示出了四个视图14和四个视图方向16，所有这些都是示例性的而非限制性的。应当注意，虽然不同的视图14在图1A中被示出为处于屏幕的上方，但是当多视图图像显示在多视图显示器10上时，视图14实际上出现在屏幕12上或屏幕12附近。将视图14描绘在屏幕12的上方仅仅是为了简化说明，并且意在表示从各视图方向16之中对应于特定视图14的相应一个方向来观看多视图显示器10。
根据本文的定义，视图方向或者等同地，具有与<多视图显示器的视图方向对应的方向的光束，通常具有由角分量{θ,φ}给出的主角方向。角分量θ在本文被称为光束的“仰角分量”或“仰角”。角分量φ被称为光束的“方位角分量”或“方位角”。根据定义，仰角θ是垂直平面(例如，垂直于多视图显示屏的平面)中的角度，而方位角φ是水平平面(例如，平行于多视图显示屏的平面)中的角度。
图1B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的光束20的角分量{θ,φ}的图形表示，光束20具有对应于多视图显示器的视图方向(例如，图1A中的视图方向16)的特定主角方向或“方向”。此外，根据本文的定义，光束20从特定点发射或发出。也就是说，根据定义，光束20具有与多视图显示器内的特定原点相关联的中心光线。图1B还示出了光束(或视图方向)原点O。
此外，在本文中，在术语“多视图图像”和“多视图显示器”中使用的术语“多视图(multiview)”被定义为多个视图，该多个视图表示不同视角(perspective)或包括多个视图中的视图之间的角差异(angular disparity)。此外，根据本文的定义，术语“多视图”在本文明确地包括多于两个不同的视图(即，最少三个视图并且通常多于三个视图)。因此，本文采用的“多视图显示器”与仅包括两个不同视图来表示场景或图像的立体显示器有明显的区别。然而，应当注意，虽然多视图图像和多视图显示器包括多于两个视图，但是根据本文的定义，通过一次仅选择多视图的视图中的两个视图来观看(例如，每只眼睛一个视图)，多视图图像可以作为立体图像对而被观看(例如，在多视图显示器上)。
“多视图像素”在本文被定义为一组子像素，该组子像素表示多视图显示器的相似的多个不同视图中的每一个中的“视图”像素。具体地，多视图像素可以具有单独子像素，该单独子像素对应于或表示多视图图像的不同视图中的每一个中的视图像素。此外，根据本文的定义，多视图像素的子像素是所谓的“定向像素”，因为每个子像素与不同视图之中对应一个视图的预定视图方向相关联。此外，根据各种示例和实施例，由多视图像素的子像素表示的不同视图像素在每个不同视图中可以具有等同或至少基本上相似的位置或坐标。例如，第一多视图像素可以具有单独子像素，所述单独子像素对应于在多视图图像的不同视图中的每一个中的位于{x1,y1}处的视图像素，而第二多视图像素可以具有单独子像素，所述单独子像素对应于在不同视图中的每一个中的位于{x2,y2}处的视图像素，以此类推。
在一些实施例中，多视图像素中的子像素数量可以等于多视图显示器的视图数量。例如，多视图像素可以提供与具有64个不同视图的多视图显示器相关联的六十四(64)个子像素。在另一示例中，多视图显示器可以提供八乘四的视图阵列(即，32个视图)，并且多视图像素可以包括三十二(32)个子像素(即，每个视图一个)。此外，每个不同的子像素可以具有与例如对应于64个不同视图的视图方向之中不同的一个视图方向相对应的相关联方向(例如，光束方向)。此外，根据一些实施例，多视图显示器的多视图像素的数量可以基本上等于多视图显示器视图中的“视图”像素(即，构成选定视图的像素)的数量。例如，如果视图包括六百四十乘四百八十个视图像素(即，640×480的视图分辨率)，则多视图显示器可以具有三十万零七千二百(307200)个多视图像素。在另一示例中，当视图包括一百乘一百个像素时，多视图显示器可以包括总共一万(即，100×100＝10000)个多视图像素。
在本文中，“光导”被定义为使用全内反射(total internal reflection)来在结构内引导光的结构。具体地，光导可以包括在光导的工作波长下基本上透明的芯。在各种示例中，术语“光导”通常指采用全内反射来在光导的电介质材料和围绕该光导的材料或介质之间的界面处引导光的电介质光波导。根据定义，全内反射的条件是光导的折射率大于与光导材料表面相邻的周围介质的折射率。在一些实施例中，除了或代替前述的折射率差，光导可以包括涂层，以进一步便于全内反射。例如，涂层可以是反射涂层。光导可以是几种光导中的任何一种，包括但不限于板(plate)或片(slab)光导以及条带(strip)光导中的一个或两者。
此外，在本文中，术语“板”在应用于如在“板光导”中的光导时被定义为分段或不同平面的层或薄片，其有时被称为“片”光导。具体地，板光导被定义为被配置为在由光导的顶表面和底表面(即，相对表面)界定的两个基本上正交的方向上引导光的光导。此外，根据本文的定义，顶表面和底表面二者彼此分离并且可以至少在微分意义上基本上相互平行。也就是说，在板光导的任何可微的小区域内，顶表面和底表面基本上平行或共面。
在一些实施例中，板光导可以是基本上平坦的(即限于平面)，并且因此，板光导是平面光导。在其它实施例中，板光导可以在一个或两者正交维度中弯曲。例如，板光导可以在单个维度中弯曲，以形成圆柱形形状的板光导。然而，任何曲率都具有足够大的曲率半径，以确保在板光导内保持全内反射以引导光。
在本文中，“保角(angle-preserving)散射特征”或等效地“保角散射器”是任何特征或散射器，所述特征或散射器被配置为以在散射光中基本上保持入射到该特征或散射器上的光的角展度的方式来散射光。具体地，根据定义，由保角散射特征散射的光的角展度σs是入射光的角展度σ的函数(即σs＝f(σ))。在一些实施例中，散射光的角展度σs是入射光的角展度或准直因子的线性函数(例如，σs＝a·σ，其中a是整数)。也就是说，由保角散射特征散射的光的角展度可以基本上与入射光的角展度或准直因子成比例。例如，散射光的角展度σs可以基本上等于入射光的角展度σ(例如，σs≈σ)。均匀的衍射光栅(即，具有基本上均匀或恒定的衍射特征间距或光栅节距(pitch)的衍射光栅)是保角散射特征的示例。相反，根据本文的定义，朗伯(Lambertian)散射器或反射器以及一般的漫射器(例如，具有朗伯散射或近似朗伯散射)不是保角散射器。
在本文中，“衍射光栅”通常被定义为被布置成提供对入射到衍射光栅上的光的衍射的多个特征(即，衍射特征)。在一些示例中，可以以周期性或准周期性的方式布置多个特征。例如，衍射光栅可以包括以一维(1D)阵列布置的多个特征(例如，材料表面中的多个凹槽(groove)或脊(ridge))。在其他示例中，衍射光栅可以是特征的二维(2D)阵列。例如，衍射光栅可以是材料表面上的凸起(bump)或材料表面中的孔的二维阵列。
因此，并且根据本文的定义，“衍射光栅”是提供对入射到衍射光栅上的光的衍射的结构。如果光从光导入射到衍射光栅上，则提供的衍射或衍射散射可以导致因此被称为的“衍射耦合”，因为衍射光栅可以通过衍射将光耦合出光导。衍射光栅还通过衍射(即，以衍射角)重定向或改变光的角度。具体地，作为衍射的结果，离开衍射光栅的光通常具有与入射在衍射光栅上的光(入射光)的传播方向不同的传播方向。通过衍射在光的传播方向上的变化在本文中被称为“衍射重定向”。因此，衍射光栅可以被理解为包括衍射特征的结构，该衍射特征使入射到衍射光栅上的光衍射地重定向，并且如果光从光导入射，则衍射光栅也可以衍射地耦合出来自光导的光。
此外，根据本文的定义，衍射光栅的特征被称为“衍射特征”，并且可以是以下中的一个或多个：在材料表面(即，两种材料之间的边界)处、表面中或表面上。表面例如可以是光导的表面。衍射特征可以包括使光衍射的各种结构中的任何一种，包括但不限于表面处、表面中或表面上的凹槽、脊、孔和凸起中的一种或多种。例如，衍射光栅可以包括在材料表面中的多个基本上平行的凹槽。在另一示例中，衍射光栅可以包括从材料表面伸出的多个平行的脊。衍射特征(例如，凹槽、脊、孔、凸起等)可以具有提供衍射的各种横截面形状或轮廓中的任何一种，包括但不限于正弦轮廓、矩形轮廓(例如，二元衍射光栅)、三角形轮廓和锯齿形(例如，闪耀光栅)中的一种或多种。
根据本文描述的各种示例，可以采用衍射光栅(例如，如下所述的多光束元件的衍射光栅)来将光作为光束衍射地散射或耦合出光导(例如，板光导)。具体地，局部周期性衍射光栅的衍射角θm或由局部周期性衍射光栅提供的衍射角θm可以由等式(1)给出为：
Figure BDA0002377387820000081
其中λ是光的波长，m是衍射级，n是光导的折射率，d是衍射光栅的特征之间的距离或间距，θi是光在衍射光栅上的入射角。为简单起见，等式(1)假设衍射光栅与光导的表面相邻，并且光导外部的材料的折射率等于1(即，nout＝1)。通常，衍射级m由整数给出。由衍射光栅产生的光束的衍射角θm可以由等式(1)给出，其中衍射级为正数(例如，m>0)。例如，当衍射级m等于1(即，m＝1)时，提供一级衍射。
图2示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的衍射光栅30的截面图。例如，衍射光栅30可以位于光导40的表面上。此外，图2示出了以入射角θi入射到衍射光栅30上的光束50。入射光束50可以是光导40内的引导光束。图2还示出了定向光束60，该定向光束60是由于入射光束50的衍射而由衍射光栅30衍射地产生并耦合出。定向光束60具有由等式(1)给出的衍射角θm(在本文中为“主角方向”)。衍射角θm例如可以对应于衍射光栅30的衍射级“m”。
根据本文的定义，“多光束元件”是背光体或显示器的结构或元件，其产生包括多个光束的光。在一些实施例中，多光束元件可以光学耦合到背光体的光导，以通过耦合出在光导中引导的光的一部分来提供多个光束。在其他实施例中，多光束元件可以产生被发射为光束的光(例如，可以包括光源)。此外，根据本文的定义，由多光束元件产生的多个光束中的光束具有彼此不同的主角方向。具体地，根据定义，多个光束中的一光束具有与多个光束中的另一光束不同的预定主角方向。此外，多个光束可以表示光场。例如，多个光束可以被限制在基本上圆锥形的空间区域，或者具有预定角展度，该角展度包括多个光束中的光束的不同的主角方向。因此，各光束相结合(即，多个光束)的预定角展度可以表示光场。
根据各种实施例，各种多个光束的不同的主角方向由包括但不限于多光束元件的尺寸(例如，长度、宽度、面积等)的特性来确定。在一些实施例中，根据本文的定义，多光束元件可以被认为是“扩展点光源”(即跨多光束元件的范围而分布的多个点光源)。此外，根据本文的定义，由多光束元件产生的光束具有由角分量{θ,φ}给出的主角方向，如以上参考图1B所述。
在本文中，“准直器”被定义为被配置为准直光的基本上任何光学设备或装置。根据各种实施例，由准直器提供的准直量可以从一个实施例到另一个实施例以预定的程度或量发生变化。此外，准直器可以被配置为在两个正交方向(例如，垂直方向和水平方向)中的一个或两个方向上提供准直。也就是说，根据一些实施例，准直器可以在两个正交方向中的一个或两个方向上包括提供光准直的形状。
在本文中，“准直因子”被定义为光被准直的程度。具体地，根据本文的定义，准直因子定义了准直光束内光线的角展度。例如，准直因子σ可以指定准直光束中的大部分光线在特定的角展度内(例如，准直光束的中心或主角方向周围的+/-σ度)。根据一些示例，准直光束的光线可以在角度方面具有高斯分布，并且角展度可以是由准直光束峰值强度的一半所确定的角度。
在本文中，“光源”被定义为光的源(例如，被配置为产生和发射光的光发射器)。例如，光源可以包括诸如当被激活或打开时发射光的发光二极管(LED)的光发射器。具体地，在本文中光源可以基本上是任何光源，或者包括基本上任何光发射器，包括但不限于发光二极管(LED)、激光器、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管、基于等离子体的光发射器、荧光灯、白炽灯以及实际上光的任何其它源中的一个或多个。由光源产生的光可以具有颜色(即，可以包括特定波长的光)，或者可以是一定的波长范围(例如，白光)。在一些实施例中，光源可以包括多个光发射器。例如，光源可以包括一套或一组光发射器，其中至少一个光发射器产生具有与由该套或该组中的至少一个其它光发射器产生的光的颜色或(等同地)波长不同的颜色或者波长的光。例如，不同的颜色可以包括原色(例如，红、绿、蓝)。
此外，如本文中所用的，冠词“一”意图具有其在专利文献中的普通的含义，即“一个或多个”。例如，“一个多光束元件”指一个或多个多光束元件，同样，“所述镜多光束元件”在本文中表示“所述多光束元件(或所述多个多光束元件)”。此外，本文中对“顶”、“底”、“上面”、“下面”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”的任何提及在本文中无意成为限制。在本文中，术语“大约”在被应用于一个值时，通常表示在用于产生该值的装备的容差范围之内，或者可以表示正负10％、或正负5％、或正负1％，除非另有明确规定。此外，如本文中所用的，术语“基本”意味着大部分或几乎全部或全部或在约51％至约100％的范围内的量。此外，本文的示例意图仅是说明性的，并且是为了讨论的目的而呈现的，而不是作为限制。
根据本文描述的原理的一些实施例，提供了多视图背光体。图3A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光体100的截面图。图3B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光体100的平面图。图3C示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光体100的透视图。图3C中的透视图以部分切除示出，仅仅以便于本文的讨论。
图3A-图3C所示的多视图背光体100被配置为提供具有彼此不同的主角方向(或简单地“方向”)的多个定向光束102(例如，作为光场)。具体地，根据各种实施例，所提供的多个定向光束102在对应于多视图显示器的各个视图方向的不同的主角方向上被引导远离多视图背光体100。此外，多个定向光束102的最终方向至少部分地由透镜并且更具体地由微透镜提供，如本文进一步详细描述的。在一些实施例中，定向光束102可以被调制(例如，使用光阀，如下所述)，以便于显示具有3D内容的信息。
如图3A-图3C所示，多视图背光体100包括光导110。根据一些实施例，光导110可以是板光导110。光导110被配置为沿着光导110的长度将光引导为引导光104。例如，光导110可以包括被配置为光波导的电介质材料。电介质材料可以具有第一折射率，第一折射率大于电介质光波导周围的介质的第二折射率。例如，折射率的差被配置为根据光导110的一个或多个引导模式，来便于引导光104的全内反射。
在一些实施例中，光导110可以是片或板光波导，其包括光学透明的电介质材料的延伸的基本平坦的薄片。电介质材料的基本平坦的薄片被配置为使用全内反射来引导该引导光104。根据各种示例，光导110的光学透明材料可以包括或由各种电介质材料中的任何一种制成，各种电介质材料包括但不限于各种类型的玻璃(例如，二氧化硅玻璃、碱金属铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等)和基本上光学透明的塑料或聚合物(例如聚(甲基丙烯酸甲酯)或“丙烯酸玻璃”、聚碳酸酯等)中的一种或多种。在一些示例中，光导110可以进一步包括光导110的表面(例如，顶表面和底表面中的一个或两者)的至少一部分上的覆层(未示出)。根据一些示例，覆层可用于进一步便于全内反射。
此外，根据一些实施例，光导110被配置为根据全内反射，以非零传播角在光导110的第一表面110’(例如，“前”表面或侧面)和第二表面110”(例如，“后”表面或侧面)之间引导该引导光104。具体地，引导光104通过以非零传播角在光导110的第一表面110’和第二表面110”之间反射或“反弹”来传播。在一些实施例中，包括不同颜色的光的多个引导光束104可以由光导110以不同的颜色特定的非零传播角中的相应非零传播角来引导。注意，为了简化说明，在图3A-图3C中未示出非零传播角。然而，描绘传播方向103的粗箭头示出了引导光104沿着图3A中的光导长度的一般传播方向。
如本文所定义，“非零传播角”是相对于光导110的表面(例如，第一表面110’或第二表面110”)的角度。此外，根据各种实施例，非零传播角既大于零又小于光导110内的全内反射的临界角。例如，引导光104的非零传播角可以在大约十(10)度与大约五十(50)度之间，或在一些示例中，在大约二十(20)度与大约四十(40)度之间，或在大约二十五(25)度与大约三十五(35)度之间。例如，非零传播角可以是大约三十(30)度。在其他示例中，非零传播角可以是大约20度，或者大约25度，或者大约35度。此外，只要具体的非零传播角被选择为小于光导110内的全内反射的临界角，就可以为特定的实现方式选择(例如，任意选择)具体的非零传播角。
光导110中的引导光104可以以非零传播角(例如，大约30-35度)引入或耦合到光导110中。例如，透镜、镜子或类似的反射器(例如，倾斜的准直反射器)以及棱镜(未示出)中的一个或多个可以便于以非零传播角将光耦合到光导110的输入端作为引导光104。一旦耦合到光导110中，引导光104就沿着光导110在通常可能远离输入端的方向上传播(例如，由沿着图3A中的x轴指向的粗箭头示出)。
此外，根据各种实施例，通过将光耦合到光导110中所产生的引导光104或等效地引导光束104可以是准直光束。在本文中，“准直光”或“准直光束”通常被定义为一束光束，其中光束的光线在光束(例如，引导光104)内基本上彼此平行。此外，根据本文的定义，从准直光束发散或散射的光线不被认为是准直光束的一部分。在一些实施例中，多视图背光体100可以包括准直器，例如如上所述的透镜、反射器或镜子(例如，倾斜的准直反射器)，以准直例如来自光源的光。在一些实施例中，光源包括准直器。提供给光导110的准直光是准直引导光104。在各种实施例中，引导光104可以根据如上所述的准直因子而准直或具有准直因子。
在一些实施例中，光导110可以被配置为“再循环”引导光104。具体地，已经沿着光导长度被引导的引导光104可以在不同于传播方向103的另一传播方向103’上沿着该长度被重定向回来。例如，光导110可以在光导110的、与和光源相邻的输入端相对的一端处包括反射器(未示出)。反射器可以被配置为将引导光104朝向输入端反射回来，作为再循环的引导光。以这种方式再循环引导光104，可以通过使引导光不止一次对于例如多光束元件可用，来增加多视图背光体100的亮度(例如，定向光束102的强度)，如下所述。
在图3A中，指示再循环的引导光的传播方向103’的粗箭头(例如，指向负x方向)示出了再循环的引导光在光导110内的一般传播方向。可替代地(例如，与再循环引导光相反)，(例如，除了具有传播方向103的引导光104之外)还可以通过以另一传播方向103’将光引入光导110，来提供沿另一传播方向103’传播的引导光104。
根据各种实施例，多视图背光体还包括多光束元件120。此外，如图3A-图3C所示，多视图背光体100可以包括沿着光导长度彼此隔开的多个多光束元件120。具体地，多个多光束元件120彼此分开有限的间距，并且表示沿着光导长度的单独的不同元件。也就是说，根据本文的定义，多个多光束元件120根据有限的(即，非零)元件间距离(例如，有限的中心到中心距离)彼此隔开。此外，根据一些实施例，多个多光束元件120通常不相交、重叠或以其它方式彼此接触。也就是说，多个多光束元件120中的每一个通常是与多光束元件120中的其他多光束元件不同的并且彼此分开。
根据一些实施例，多个多光束元件120可以一维(1D)阵列或二维(2D)阵列布置。例如，多个多光束元件120可以布置成线性1D阵列。在另一示例中，多个多光束元件120可以布置成矩形2D阵列或圆形2D阵列。此外，在一些示例中，阵列(即，1D或2D阵列)可以是规则或均匀的阵列。具体地，多光束元件120之间的元件间距离(例如，中心到中心距离或间距)在整个阵列上可以是基本上均匀或恒定的。在其它示例中，多光束元件120之间的元件间距离可以在整个阵列上和沿着光导110的长度上中的一个或两者上变化。
根据各种实施例，多个多光束元件120被配置为将引导光的一部分从光导散射或耦合出，作为多个定向光束102。在各种实施例中，多个定向光束中的定向光束102具有彼此不同的主角方向。具体地，图3A和3C将定向光束102示出为多个发散箭头，其被描绘为被引导远离光导110的第一(或前)表面110’。
图3A-图3C所示的多视图背光体100还包括微透镜130。具体地，如图所示，多视图背光体100包括多个微透镜130，多个微透镜130中的每个微透镜与不同的多光束元件120相关联或对应于不同的多光束元件120。微透镜130被配置为调节定向光束102的不同的主角方向以对应于多视图显示器(例如，采用多视图背光体100的多视图显示器)的相应不同视图方向。也就是说，微透镜130被配置为从多光束元件120接收定向光束102，然后以预定方式调节、重定向或改变定向光束102的方向，使得定向光束102具有指向各个视图方向的主角方向。注意，尽管在图3B和图3C中将微透镜130示出为具有圆形形状，但是取决于各种实施例，可以采用各种透镜形状中的任何一种(例如，微透镜130可以具有矩形形状、正方形形状等)。
根据各种实施例，主角方向的方向调节可以导致多个定向光束的角展度的增加或减小。具体地，在一些实施例中，微透镜130可以会聚透镜，该会聚透镜被配置为通过减小多个定向光束102的角展度来调节定向光束102的不同的主角方向。也就是说，微透镜130可以起到增加多个定向光束102的准直的作用。在其他实施例中，微透镜130可以包括发散透镜，该发散透镜被配置为通过增加多个定向光束102的角展度来调节定向光束102的不同主角方向。例如，会聚透镜可以是凸透镜，而发散透镜可以是凹透镜。在其他实施例中，微透镜130可以包括会聚透镜和发散透镜两者，例如，微透镜130可以是复合透镜。
图4A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光体100的一部分。具体地，图4A示出了包括光导110、多光束元件120和微透镜130的多视图背光体100的一部分。如图所示，多光束元件120与光导的第二表面110”相邻，该第二表面110”与第一表面110’(即，定向光束102发射表面)相对。此外，图4A中的微透镜130被示出为会聚透镜(例如，简单的双凸透镜)，其被配置为减小从光导110的第一表面110’发射的多个定向光束102的角展度。图4A还示出了用于照明多光束元件120以提供定向光束102的引导光104。注意，图3A还将微透镜130示出为会聚透镜，其是示例性的而非限制性的。
图4B示出了根据与本文描述的原理一致的另一实施例的示例中的多视图背光体100的一部分。具体地，图4B示出了包括光导110、多光束元件120和微透镜130的多视图背光体100的一部分。多光束元件120与光导的第一表面110’相邻，如图所示。然而，图4B中所示的微透镜130是发散透镜(例如，简单的双凹透镜)，其被配置为增加多个定向光束102的角展度。图4B还示出了用于照明多光束元件120以提供定向光束102的引导光104。
注意，虽然图4A的微透镜130被示出为双凸透镜，而图4B的微透镜130被示出为双凹透镜，但是根据各种实施例，也可以采用单凸透镜或平凸透镜以及单凹透镜或平凹透镜作为微透镜130。此外，可以使用各种其他透镜配置中的任何一种来实现微透镜130，包括但不限于菲涅耳(Fresnel)透镜。因此，图4A-图4B中示出的简单透镜是作为示例而非限制提供的。
在一些实施例中，微透镜130可以由位于与光导110的表面(例如，第一表面110’)相邻的光学层支撑，并且甚至集成到该光学层。此外，在一些实施例中，微透镜130的材料可以包括该光学层的材料。例如，光学层可以具有形成在光学层的表面中的微透镜130。在一些实施例中，光学层与光导表面隔开一间隙(例如，以保持用于光导110内的全内反射的条件)。
图4C示出了根据与本文所述原理一致的又一实施例的示例中的多视图背光体100的一部分。具体地，图4C示出了光导110、多光束元件120和微透镜130。此外，图4C示出了微透镜130集成到光学层132，即，微透镜130形成在光学层132的表面中，如图所示。在图4C中，光学层132与光导表面隔开一间隙134，以保持光导110的全内反射的条件。因此，可以使用具有比光导110的材料或光学层132的材料的折射率低的折射率的材料，来填充该间隙。可以用于填充间隙134的材料的示例包括但不限于空气或低折射率光学带(tape)。被多光束元件120散射的引导光104可以提供在图4C中表示为多个箭头的散射光102’。例如，射出光导110并穿过微透镜130以被调节的散射光102’的一部分可以变成定向光束102(在图4C中未示出)。
再次参考图3A-图3C，根据各种实施例，多光束元件120的尺寸可与多视图显示器的如上文所定义的多视图像素106中的子像素106'(或等效地视图像素)的尺寸相当。为了便于讨论，在图3A-图3C中用多视图背光体100示出了多视图像素106。在本文中，“尺寸”可以以各种方式中的任何一种来定义，以包括但不限于长度、宽度或面积。例如，子像素106’的尺寸可以是其长度，并且多光束元件120的相当尺寸也可以是多光束元件120的长度。在另一示例中，尺寸可以指这样的面积，使得多光束元件120的面积可以与子像素106’的面积相当。在又一示例中，多光束元件120的尺寸可以与相邻的子像素106’之间的间距(例如，中心到中心的距离或像素间的间距)相当。
在一些实施例中，多光束元件120的尺寸与子像素尺寸相当，使得多光束元件尺寸在子像素尺寸的大约百分之五十(50％)与大约百分之二百(200％)之间。例如，如果多光束元件尺寸表示为“s”，并且子像素尺寸表示为“S”(例如，如图3A所示)，则多光束元件尺寸s可以由等式(2)给出为：
Figure BDA0002377387820000151
在其它示例中，多光束元件尺寸大于子像素尺寸的大约百分之六十(60％)，或者子像素尺寸的大约百分之七十(70％)，或者大于子像素尺寸的大约百分之八十(80％)，或者大于子像素尺寸的大约百分之九十(90％)，并且多光束元件小于子像素尺寸的大约百分之一百八十(180％)，或者小于子像素尺寸的大约百分之一百六十(160％)，或者小于子像素尺寸的大约百分之一百四十(140％)，或者小于子像素尺寸的大约百分之一百二十(120％)。例如，根据“相当尺寸”，多光束元件尺寸可以在子像素尺寸的大约百分之七十五(75％)与大约百分之一百五十(150％)之间。在另一示例中，多光束元件120的尺寸可以与子像素106’相当，其中多光束元件尺寸在子像素尺寸的大约百分之一百二十五(125％)与大约百分之八十五(85％)之间。根据一些实施例，多光束元件120和子像素106’的相当的尺寸可以被选择为：减少或在一些示例中最小化多视图显示器的视图之间的暗区，且同时减少或在一些示例中最小化多视图显示器的视图之间的重叠。
图3A-图3C进一步示出了被配置为调制多个定向光束中的定向光束102的光阀108的阵列。光阀阵列可以是例如采用多视图背光体的多视图显示器的一部分，并且在图3A-图3C中与多视图背光体100一起示出，以便于本文的讨论。在图3C中，光阀108的阵列被部分切除，以允许光阀阵列下面的光导110和多光束元件120可视化。
如图3A-图3C所示，由多光束元件120提供的并具有由微透镜130调节的不同主角方向的不同定向光束102穿过光阀阵列中的不同光阀108并且可以由光阀阵列中的不同光阀108调制。此外，如图所示，阵列中的光阀108对应于子像素106’，并且一组光阀108对应于多视图显示器的多视图像素106。具体地，光阀阵列中的不同组的光阀108被配置为接收和调制来自不同的多光束元件120和相关联的微透镜130的定向光束102。例如，第一组光阀108a可以被配置为接收和调制由第一多光束元件120a提供并由第一微透镜130a调节的定向光束102。类似地，第二多光束元件120b与第二微透镜130b的组合可以例如向第二组光阀108b提供定向光束102。因此，如图3A所示，对于每个多光束元件120和相关联的微透镜130，存在唯一一组光阀108。在各种实施例中，可以采用不同类型的光阀作为光阀阵列中的光阀108，包括但不限于液晶光阀、电泳光阀和基于电润湿的光阀中的一者或多者。
因此，光阀阵列中的每个光阀组(例如，第一和第二光阀组108a、108b)分别对应于不同的多视图像素106，其中光阀组的单独的光阀108对应于相应多视图像素106的子像素106’，如图3A所示。此外，如图3A所示，子像素106’的尺寸可以对应于光阀阵列中的光阀108的尺寸。在其它示例中，子像素尺寸可以被定义为光阀阵列中的相邻光阀108之间的距离(例如，中心到中心距离)。例如，光阀108可以小于光阀阵列中的光阀108之间的中心到中心距离。例如，子像素尺寸可以被定义为光阀108的尺寸、或者对应于光阀108之间的中心到中心距离的尺寸。
在一些实施例中，多个多光束元件中的一对相邻多光束元件120之间的元件间距离(例如，中心到中心距离)可以等于对应的一对相邻多视图像素106(例如，由光阀组表示的)之间的像素间距离(例如，中心到中心距离)。例如，如图3A所示，第一多光束元件120a和第二多光束元件120b之间的中心到中心距离d基本上等于第一光阀组108a和第二光阀组108b之间的中心到中心距离D。在其它实施例中(未示出)，多光束元件120和对应光阀组的对的相对中心到中心距离可以不同，例如多光束元件120可以具有元件间间距(即，中心到中心距离d)，其是大于或小于表示多视图像素106的光阀组之间的间距(即，中心到中心距离D)中的一种。
在一些实施例中，多光束元件120的形状类似于多视图像素106的形状，或者等效地，类似于对应于多视图像素106的一组光阀108(或“子阵列”)的形状。例如，多光束元件120可以具有正方形形状，并且多视图像素106(或对应的一组光阀108的布置)可以基本上是正方形。在另一示例中，多光束元件120可以具有矩形形状，即，可以具有大于宽度或横向尺寸的长度或纵向尺寸。在该示例中，对应于多光束元件120的多视图像素106(或等效地，一组光阀108的布置)可以具有类似的矩形形状。图3B示出了正方形形状的多光束元件120和对应的正方形形状的多视图像素106的俯视图或平面图，所述多视图像素106包括正方形的一组光阀108。在又一示例(未示出)中，多光束元件120和对应的多视图像素106具有各种形状，包括或至少近似为但不限于三角形形状、六边形形状和圆形形状。
根据各种实施例，多光束元件120可以包括被配置为散射或耦合出引导光104的一部分的多个不同散射结构中的任何一个。例如，不同的散射结构可以包括但不限于衍射光栅、微反射元件、微折射元件或其各种组合。这些散射结构中的每一个可以是保角散射器。在一些实施例中，包括衍射光栅的多光束元件120被配置为衍射地耦合出引导光部分作为具有不同主角方向的多个定向光束102。在其他实施例中，包括微反射元件的多光束元件120被配置为反射地耦合出引导光部分作为多个定向光束102，或者包括微折射元件的多光束元件120被配置为通过折射或使用折射耦合出引导光部分(即，折射地耦合出导光部分)作为多个定向光束102。
此外，在一些实施例中，多光束元件120的散射结构可以包括朗伯散射器或一般漫射器。例如，如图4C所示的多光束元件120可以表示一般漫射器，如图所示，其被配置为在多光束元件120上方的广角区域中散射光。通常，根据本文的定义，朗伯散射器和一般漫射器不是保角散射器。因此，如图4C所示，由包括一般散射器的多光束元件120提供的散射光的角度范围大于并且在一些示例中远大于引导光104的角度范围(例如，在图4C中，由准直因子σ指示)。
图5A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的包括多光束元件120的多视图背光体100的一部分的截面图。图5B示出了根据与本文描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多光束元件120的多视图背光体100的一部分的截面图。具体地，图5A-图5B示出了包括衍射光栅122的多视图背光体100的多光束元件120。衍射光栅122被配置为衍射地耦合出引导光104的一部分作为多个定向光束102。衍射光栅122包括多个衍射特征，该多个衍射特征彼此隔开衍射特征间距或者衍射特征或光栅节距，该衍射特征间距或者衍射特征或光栅节距被配置为提供引导光部分的衍射耦合出。根据各种实施例，衍射光栅122中的衍射特征的间距或光栅节距可以是亚波长(即，小于引导光的波长)。
在一些实施例中，多光束元件120的衍射光栅122可以位于光导110的表面处或附近。例如，如图5A所示，衍射光栅122可以位于光导110的第一表面110’处或附近。在光导第一表面110’处的衍射光栅122可以是透射模式衍射光栅，其被配置为通过第一表面110’衍射地耦合出引导光部分作为定向光束102。在另一示例中，如图5B所示，衍射光栅122可以位于光导110的第二表面110”处或附近。当位于第二表面110”处时，衍射光栅122可以是反射模式衍射光栅。作为反射模式衍射光栅，衍射光栅122被配置为既衍射引导光部分也朝着第一表面110’反射所衍射的引导光部分，以通过第一表面110’射出从而作为衍射地耦合出的衍射光束102。在其他实施例中(未示出)，衍射光栅可以位于光导110的表面之间，例如，作为透射模式衍射光栅和反射模式衍射光栅中的一个或两者。
注意，在本文描述的一些实施例中，定向光束102的主角方向可以包括由于定向光束102在光导表面处射出光导110而导致的折射效应。例如，图4B和5B通过示例而非限制的方式，示出了当定向光束102穿过第一表面110’时由于折射率的变化而导致的定向光束102的折射(即，弯折)。
根据一些实施例，衍射光栅122的衍射特征可以包括彼此隔开的凹槽和脊中的一个或两者。凹槽或脊可以包括光导110的材料，例如可以形成在光导110的表面中。在另一示例中，凹槽或脊可以由光导材料以外的材料形成，例如，在光导110的表面上形成另一种材料的膜或层。在一些实施例中，多光束元件120的衍射光栅122是均匀的衍射光栅，其中在整个衍射光栅122中衍射特征间距基本上恒定或不变。在其他实施例中，衍射光栅122是啁啾衍射光栅。根据定义，“啁啾”衍射光栅是表现出或具有在该啁啾衍射光栅的范围或长度上变化的衍射特征的衍射间距(即，光栅节距)的衍射光栅。在一些实施例中，啁啾衍射光栅可以具有或表现出随距离线性变化的衍射特征间距的啁啾。因此，根据定义，啁啾衍射光栅是“线性啁啾”衍射光栅。在其他实施例中，多光束元件120的啁啾衍射光栅可以表现出衍射特征间距的非线性啁啾。可以使用各种非线性啁啾，包括但不限于指数啁啾、对数啁啾或以另一种基本上不均匀或随机但仍单调的方式变化的啁啾。也可以采用非单调啁啾，诸如但不限于正弦或三角形或锯齿啁啾。还可以采用这些类型的啁啾的任何组合。
在一些实施例中，多光束元件120或等效地衍射光栅122可以包括多个衍射光栅122。所述多个衍射光栅122也可以称为所述衍射光栅的多个“子光栅”122。多个衍射光栅(或子光栅)可以以多种不同的配置布置，以散射或衍射地耦合出引导光104的一部分作为多个定向光束102。具体地，多光束元件120的多个衍射光栅122可以包括第一衍射光栅和第二衍射光栅(或者等效地，第一子光栅和第二子光栅)。第一衍射光栅可以被配置为提供多个定向光束102中的第一光束，而第二衍射光栅可以被配置为提供多个定向光束102中的第二光束。根据各种实施例，第一光束和第二光束可以具有不同的主角方向。此外，根据一些实施例，多个衍射光栅122可以包括第三衍射光栅、第四衍射光栅等，每个衍射光栅被配置为提供其他定向光束102。
在一些实施例中，多个衍射光栅中的一个或多个衍射光栅122可以提供多于一个的定向光束102。此外，由衍射光栅122提供的不同的定向光束102可以具有沿水平轴(例如，x方向或θ角分量)和垂直轴(例如，y方向或φ角分量)的彼此不同的主角方向。由衍射光栅122提供的对单独的定向光束102的不同主角方向的控制可以促成具有仅水平视差、全二维视差中的一个或两者以及仅水平视差和全视差之间的变体的多视图显示器。
图6A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多光束元件120的多个衍射光栅122的截面图。图6B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的图6A中所示的多个衍射光栅122的平面图。例如，图6A中的截面图可以表示从左到右穿过图6B所示的衍射光栅122的底行的截面。如图6A和6B所示，多个衍射光栅122包括光导110的表面(例如，第二表面110”，如图所示)上的多光束元件120内的第一衍射光栅122a和第二衍射光栅122b。在图6A和6B中均示出了多光束元件120的尺寸s，而在图6B中使用虚线示出了多光束元件120的边界。
根据一些实施例，多视图背光体100的不同多光束元件120之间的、多个衍射光栅内衍射光栅122的不同的密度可以被配置为，控制由相应的不同多光束元件120衍射地散射或耦合出的多个定向光束102的相对强度。换言之，多光束元件120可以在其中具有不同密度的衍射光栅122，并且不同密度(即，衍射光栅122的不同密度)可以被配置为控制多个定向光束102的相对强度。具体地，在多个衍射光栅内具有较少的衍射光栅122的多光束元件120可以比具有相对较多的衍射光栅122的另一多光束元件122产生具有更低强度(或光束密度)的多个定向光束102。例如，可以使用在多光束元件120内缺少或不具有衍射光栅的位置(诸如图6B中所示的位置122’)，来提供衍射光栅122的不同密度。
图7A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多光束元件120的平面图。图7B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的另一多光束元件120的平面图。图7A和7B所示的多光束元件一起表示一对多光束元件120。在多光束元件对的每个多光束元件120中，示出了不同的多个衍射光栅122。具体地，示出了图7A中的该对中的第一多光束元件120a具有比该对中的第二多光束元件120b中更高的衍射光栅122的密度。例如，如图所示，第二多光束元件120b具有比第一多光束元件120a更少的衍射光栅122和更多的没有衍射光栅的位置122'。通过示例而非限制，图7A-7B还示出了在多光束元件120a、120b内具有弯曲衍射特征的衍射光栅122。
图8A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的包括多光束元件120的多视图背光体100的一部分的截面图。图8B示出了根据与本文描述的原理一致的另一实施例的示例中的包括多光束元件120的多视图背光体100的一部分的截面图。具体地，图8A和8B示出了包括微反射元件的多光束元件120的实施例。用作多光束元件120的微反射元件或多光束元件120中的微反射元件可以包括但不限于采用反射材料或反射材料层(例如，反射金属)的反射器或基于全内反射(TIR)的反射器。根据一些实施例(例如，如图8A-8B所示)，包括微反射元件的多光束元件120可以位于光导110的表面(例如，第二表面110”)处或附近。在其他实施例(未示出)中，微反射元件可以位于第一表面110’和第二表面110”之间的光导110内。
例如，图8A示出了包括微反射元件124(例如，“棱柱形”微反射元件)的多光束元件120，该微反射元件124具有与光导110的第二表面110”相邻的反射小面(facet)。所示的棱柱形微反射元件124的小面被配置为将引导光104的一部分反射(即，反射地耦合)出光导110。例如，小面可以相对于引导光104的传播方向斜倾或倾斜(即，具有倾斜角)，以将引导光部分反射出光导110。根据各种实施例，小面可以使用光导110内的反射材料形成(例如，如图8A所示)，或者可以是第二表面110”中的棱柱形腔的表面。在一些实施例中，当采用棱柱形腔时，腔表面处的折射率变化可以提供反射(例如，TIR反射)，或者形成小面的腔表面可以被反射材料涂覆以提供反射。
在另一示例中，图8B示出了包括微反射元件124的多光束元件120，该微反射元件124具有基本上平滑的弯曲表面，诸如但不限于半球形微反射元件124。例如，微反射元件124的具体表面曲线可以被配置为取决于引导光104与之接触的弯曲表面上的入射点而在不同方向上反射引导光部分。如图8A和8B中所示，通过示例而非限制的方式，从光导110反射地耦合出的引导光部分射出第一表面110’或从第一表面110’发射。如图8B以示例而非限制的方式所示的，与图8A中的棱柱形微反射元件124一样，图8B中的微反射元件124可以是光导110内的反射材料或在第二表面110”中形成的腔(例如，半圆形腔)。图8A和8B还以示例而非限制的方式示出了具有两个传播方向103、103’(即，以粗箭头示出)的引导光104。例如，使用两个传播方向103、103’可以便于向多个定向光束102提供对称的主角方向。
图9示出了根据与本文描述的原理一致的又一实施例的示例中的包括多光束元件120的多视图背光体100的一部分的截面图。具体地，图9示出了包括微折射元件126的多光束元件120。根据各种实施例，微折射元件126被配置为从光导110折射地耦合出引导光104的一部分。也就是说，如图9所示，微折射元件126被配置为采用折射(例如，与衍射或反射相反)以从光导110耦合出引导光部分作为定向光束102。微折射元件126可以具有各种形状，包括但不限于半球形形状、矩形形状或棱柱形形状(即，具有倾斜的小面的形状)。根据各种实施例，微折射元件126可以如图所示延伸或突出光导110的表面(例如，第一表面110’)之外，或者可以是该表面中的腔(未示出)。此外，在一些实施例中，微折射元件126可以包括光导110的材料。在其他实施例中，微折射元件126可以包括与光导表面相邻并在一些示例中与光导表面接触的另一材料。
再次参考图3A和图3C，多视图背光体100可以进一步包括光源140。根据各种实施例，光源140被配置为提供将在光导110内引导的光。具体地，光源140可以位于与光导110的入口表面或入口端(输入端)相邻。在各种实施例中，光源140可以包括基本上任何光源(例如，光发射器)，包括但不限于一个或多个发光二极管(LED)或激光器(例如，激光二极管)。在一些实施例中，光源140可以包括光发射器，该光发射器被配置为产生具有由特定颜色表示的窄带光谱的基本上单色的光。具体地，单色光的颜色可以是特定颜色空间或颜色模型(例如，红绿蓝(RGB)颜色模型)的原色。在其它示例中，光源140可以是被配置为提供基本上宽带或多色光的基本上宽带的光源。例如，光源140可以提供白光。在一些实施例中，光源140可以包括被配置为提供不同颜色的光的多个不同的光发射器。不同的光发射器可以配置为提供具有与光的每种不同颜色相对应的、引导光的不同的颜色特定的非零传播角的光。
在一些实施例中，微透镜402的存在可以消除对与光源140相关联的准直器的需求。例如，微透镜402可以被配置为调节定向光束102的角展度以具有与视图方向相对应的主角方向，而不管多光束元件120提供的定向光束102的角展度如何。在其他实施例中，光源140可以进一步包括准直器(未示出)。准直器可以被配置为从光源140的一个或多个光发射器接收基本上未准直的光并将该基本上未准直的光转换成准直的光。具体地，根据一些实施例，准直器可以提供准直光，所述准直光具有以下特性中的一个或两者：具有非零传播角、和根据预定准直因子被准直。此外，当采用不同颜色的光发射器时，准直器可以被配置为提供准直光，所述准直光具有以下中的一个或两者：不同的颜色特定的非零传播角、和不同的颜色特定的准直因子。如上所述，准直器进一步被配置为将准直光束传送到光导110，以作为引导光104传播。
在一些实施例中，多视图背光体100被配置为在与引导光104的传播方向103、103’正交的、通过光导110的方向上对光基本上透明。具体地，在一些实施例中，光导110和隔开的多个多光束元件120允许光通过第一表面110’和第二表面110”两者穿过光导110。至少部分地由于多光束元件120的相对较小的尺寸和多光束元件120的相对较大的元件间间距(例如，与多视图像素106一一对应)两者，所以可以促进透明度。此外，根据一些实施例，尤其是当多光束元件120包括衍射光栅时，多光束元件120对与光导表面110’、110”正交地传播的光也可以是基本上透明的。
根据本文描述的原理的一些实施例，提供了多视图显示器。多视图显示器被配置为发射经调制光束作为多视图显示器的像素。此外，所发射的经调制光束可以优先被定向朝向多视图显示器的不同视图的多个视图方向。在一些示例中，多视图显示器被配置为提供或“显示”3D或多视图图像。根据各种示例，经调制的、被不同地定向的光束中的不同光束可以对应于与多视图图像相关联的不同视图的各个像素(即，视图像素)。例如，不同的视图可以提供由多视图显示器显示的多视图图像中的信息的“免眼镜(glasses free)”(例如自动立体)表示。
图10示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器200的框图。根据各种实施例，多视图显示器200被配置为根据不同视图方向上的不同视图显示多视图图像。具体地，由多视图显示器200发射的经调制光束202用于显示多视图图像，并且可以对应于不同视图的像素(即，视图像素)。经调制光束202在图10中被示为从多视图像素210发出的箭头。虚线用于所发射的经调制光束202的箭头，以举例而非限制的方式强调其调制。
图7所示的多视图显示器200包括多视图像素210的阵列。阵列中的多视图像素210被配置为提供多视图显示器200的多个不同视图。根据各种实施例，阵列中的多视图像素210包括被配置为调制多个定向光束204并产生发射的经调制光束202的多个子像素。在一些实施例中，多视图像素210基本上类似于光阀108的阵列中的一组光阀108，如以上关于多视图背光体100所述。具体地，多视图像素210的子像素可以基本上类似于上述光阀108。也就是说，多视图显示器200的多视图像素210可以包括一组光阀(例如，一组光阀108)，并且多视图像素210的子像素可以包括该组中的光阀(例如，单个光阀108)。
根据各种实施例，图10所示的多视图显示器200进一步包括多个多光束元件220。多个多光束元件中的多光束元件220被配置为向对应的多视图像素210提供多个定向光束204。根据各种实施例，多个定向光束中的定向光束204具有彼此不同的主角方向。
具体地，在一些实施例中，多个多光束元件中的多光束元件220的尺寸与多个子像素中的子像素的尺寸相当。例如，在一些实施例中，多光束元件220的尺寸可以大于子像素尺寸的一半并且小于子像素尺寸的两倍。此外，根据一些实施例，多光束元件阵列中的多光束元件220之间的元件间距离可以对应于多视图像素阵列中的多视图像素210之间的像素间距离。例如，多光束元件220之间的元件间距离可以基本上等于多视图像素210之间的像素间距离。在一些示例中，多光束元件220之间的元件间距离和对应的多视图像素210之间的像素间距离可以被定义为中心到中心距离或间距或距离的等效度量。此外，多视图像素阵列中的多视图像素210和多个多光束元件中的多光束元件220之间可以有一对一的对应关系。具体地，在一些实施例中，多光束元件220之间的元件间距离(例如，中心到中心)可以基本上等于多视图像素210之间的像素间距离(例如，中心到中心)。因此，多视图像素210中的每个子像素可以被配置为调制由对应的多光束元件220提供的多个定向光束204中的不同的一个光束。此外，根据各种实施例，每个多视图像素210可以被配置为接收和调制来自一个且仅一个多光束元件220的定向光束204。
在一些实施例中，多个多光束元件中的多光束元件220可以基本上类似于上述多视图背光体100的多光束元件120。例如，多光束元件220可以包括基本上类似于以上关于多光束元件120所描述的衍射光栅122的衍射光栅，衍射光栅122例如图5A-7A中所示。在另一示例中，多光束元件220可以包括基本上类似于以上关于多光束元件120所描述的微反射元件124的微反射元件，微反射元件124例如图8A-8B中所示。在又一示例中，多光束元件220可以包括微折射元件。该微折射元件可以基本上类似于上述微折射元件126。
如图10所示，多视图显示器200进一步包括多个微透镜230。多个微透镜位于多视图像素阵列和多个多光束元件之间。根据一些实施例，多个微透镜中的微透镜230、多个多光束元件中的多光束元件220和多视图像素阵列中的多视图像素210之间可以有一对一的对应关系。具体地，微透镜230的数量可以等于多光束元件220的数量，每个微透镜230唯一地与多个多光束元件中的不同的多光束元件220和多视图像素阵列中的多视图像素210相关联。
根据各种实施例，多个微透镜中的微透镜230被配置为调节多个定向光束中的定向光束204的不同主角方向，以对应于多视图显示器的多个不同视图的相应视图方向。在一些实施例中，微透镜230可基本上类似于上述多视图背光体100的微透镜130。例如，微透镜230可以包括会聚透镜，该会聚透镜被配置为通过减小多个定向光束204的角展度来调节定向光束204的不同的主角方向。在另一示例中，微透镜230可以包括发散透镜，该发散透镜被配置为通过增加多个定向光束的角展度来调节定向光束的不同的主角方向。
在具有包括衍射光栅、微反射元件和微折射元件、一般漫射器或其他散射元件中的一者或多者的多光束元件220的实施例中，多视图显示器200可以进一步包括配置为引导光的光导(未示出)。根据这些实施例，多个多光束元件中的多光束元件220可以被配置为从光导散射或耦合出引导光的一部分作为多个定向光束204，该多个定向光束204在由微透镜230调节后被提供给像素阵列中的对应的多视图像素210。具体地，多光束元件220可以光学地连接到光导以散射出引导光的一部分。在一些实施例中，多视图显示器200的光导可以基本上类似于以上关于多视图背光体100所描述的光导110。
此外，在这些实施例中的一些实施例中(图10中未示出)，多视图显示器200可以进一步包括光源。光源可以被配置为向光导提供光。所提供的光可以具有非零传播角，并且在一些实施例中，可以根据准直因子进行准直以例如在光导内提供预定角展度的引导光。根据一些实施例，光源可以基本上类似于上述多视图背光体100的光源140。
根据本文描述的原理的其它实施例，提供了一种操作多视图背光体的方法。图11示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的操作多视图背光体的方法300的流程图。如图11所示，操作多视图背光体的方法300包括在沿着光导的长度的传播方向上引导310光。在一些实施例中，可以以非零传播角引导310光。此外，引导光可以根据预定准直因子被准直。根据一些实施例，光导可以基本上类似于以上关于多视图背光体100所描述的光导110。
如图11所示，操作多视图背光体的方法300还包括使用多光束元件将引导光的一部分散射320出光导，以提供多个定向光束，多个定向光束的定向光束具有彼此不同的方向(或主角方向)。根据一些实施例，多光束元件的尺寸与子像素的尺寸相当，或与多视图显示器的多视图像素中的光阀的尺寸相等。例如，多光束元件可以大于子像素尺寸的一半并且小于子像素尺寸的两倍。
在一些实施例中，多光束元件基本上类似于上述多视图背光体100的多光束元件120。例如，多光束元件可以是多个多光束元件或多光束元件的阵列的成员。在一些实施例中，多光束元件可以基本上类似于以上关于多视图背光体100所描述的多光束元件120。例如，多光束元件可以包括以下中的一者或多者：光学耦合到光导以散射引导光部分的光学漫射器、衍射光栅、微反射元件以及微折射元件。
图11所示的操作多视图背光体的方法300进一步包括使用微透镜调节330定向光束的方向(或主角方向)的方向。经调节的方向对应于采用多视图背光体的多视图显示器的相应不同视图方向。根据一些实施例，用于调节330的微透镜可以基本上类似于上述多视图背光体100的微透镜130。例如，微透镜可以是会聚透镜，并且使用330微透镜可以导致方向被调节以减小多个定向光束的角展度。在另一示例中，微透镜可以是发散透镜，并且调节可以导致多个定向光束的角展度的增加。
在一些实施例中(未示出)，操作多视图背光体的方法300进一步包括使用光源向光导提供光。所提供的光可以是具有以下一个或两者特性的引导光：在光导内具有非零传播角、或可以根据准直因子在光导内进行准直以在光导内提供预定角展度的引导光。在一些实施例中，光源可以基本上类似于上述多视图背光体100的光源140。
在一些实施例(未示出)中，操作多视图背光体的方法300进一步包括使用配置为多视图像素的多个光阀来调制定向光束。在一些实施例中，所述视图像素可以基本上类似于以上关于多视图背光体100所描述的多视图像素106。类似地，在一些实施例中，多个光阀中的光阀可以基本上类似于上述光阀108的阵列。
因此，已经描述了以下内容的示例和实施例：包括微透镜以调节定向光束的方向的多视图背光体、多视图显示器以及操作多视图背光体的方法。应当理解，上述示例仅仅是表示本文描述的原理的许多具体示例中的一些示例。显然，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，本领域的技术人员可以容易地设计出许多其它布置。

Claims (21)

1.一种多视图背光体，包括：
光导，被配置为将光引导为引导光；
多光束元件，被配置为从所述光导散射所述引导光的一部分作为多个定向光束，所述多个定向光束中的定向光束具有彼此不同的主角方向；以及
微透镜，被配置为调节所述定向光束的不同的主角方向以对应于多视图显示器的相应不同的视图方向。
2.根据权利要求1所述的多视图背光体，其中所述多光束元件的尺寸在所述多视图显示器的光阀的尺寸的百分之五十与百分之两百之间。
3.根据权利要求1所述的多视图背光体，其中，所述多光束元件包括以下中的一个或多个：
衍射光栅，被配置为衍射地散射所述引导光的一部分作为所述多个定向光束；
微反射元件，被配置为反射地散射所述引导光的一部分作为所述多个定向光束；以及
微折射元件，被配置为折射地散射所述引导光的一部分作为所述多个定向光束。
4.根据权利要求3所述的多视图背光体，其中，所述多光束元件的衍射光栅包括多个衍射光栅。
5.根据权利要求1所述的多视图背光体，其中，所述多光束元件位于所述光导的第一表面和第二表面中的一者处，所述多光束元件被配置为散射所述引导光的一部分通过所述第一表面。
6.根据权利要求1所述的多视图背光体，其中，所述微透镜包括会聚透镜，所述会聚透镜被配置为通过减小所述多个定向光束的角展度来调节所述定向光束的不同的主角方向。
7.根据权利要求1所述的多视图背光体，其中，所述微透镜包括发散透镜，所述发散透镜被配置为通过增加所述多个定向光束的角展度来调节所述定向光束的不同的主角方向。
8.根据权利要求1所述的多视图背光体，进一步包括光学耦合到所述光导的输入的光源，所述光源被配置为提供具有以下特性中的一个或两者的引导光：具有非零传播角、以及根据预定准直因子被准直。
9.一种多视图显示器，包括根据权利要求1所述的多视图背光体，所述多视图显示器进一步包括被配置为调制所述多个定向光束中的定向光束的光阀阵列，所述阵列中的一组光阀对应于所述多视图显示器的多视图像素。
10.一种多视图显示器，包括：
多视图像素阵列，被配置为提供所述多视图显示器的多个不同视图，所述阵列的多视图像素包括多个光阀，所述多个光阀被配置为调制多个定向光束；
多个多光束元件，所述多个多光束元件中的多光束元件被配置为提供所述多个定向光束；以及
所述多视图像素阵列与所述多个多光束元件之间的多个微透镜，所述多个微透镜中的微透镜被配置为调节所述多个定向光束中的定向光束的方向以对应于所述多视图显示器的多个不同视图的相应视图方向。
11.根据权利要求10所述的多视图显示器，其中，所述多光束元件的尺寸大于所述多个光阀中的光阀的尺寸的一半并且小于光阀尺寸的两倍。
12.根据权利要求10所述的多视图显示器，进一步包括被配置为将光引导为引导光的光导，所述多个多光束元件中的多光束元件被配置为将所述引导光的一部分散射出光导作为所述多个定向光束。
13.根据权利要求12所述的多视图显示器，其中，所述多光束元件包括光学耦合到所述光导以散射所述引导光的一部分的衍射光栅、微反射元件以及微折射元件中的一个。
14.根据权利要求13所述的多视图显示器，其中，所述衍射光栅包括多个衍射光栅。
15.根据权利要求10所述的多视图显示器，其中，所述微透镜包括会聚透镜，所述会聚透镜被配置为通过减小所述多个定向光束的角展度来调节所述定向光束的方向。
16.根据权利要求10所述的多视图显示器，其中，所述微透镜包括发散透镜，所述发散透镜被配置为通过增加所述多个定向光束的角展度来调节所述定向光束的方向。
17.一种操作多视图背光体的方法，所述方法包括：
在沿着光导的长度的传播方向上将光引导为引导光；
使用多光束元件将所述引导光的一部分散射出所述光导以提供多个定向光束，所述多个定向光束中的定向光束具有彼此不同的方向；以及
使用微透镜调节所述定向光束的方向，经调节的方向对应于采用所述多视图背光体的多视图显示器的相应不同的视图方向，
其中，多光束元件的尺寸与所述多视图显示器的多视图像素中的子像素的尺寸相当。
18.根据权利要求17所述的操作多视图背光体的方法，其中，所述多光束元件包括光学耦合到所述光导以散射引导光部分的光学漫射器、衍射光栅、微反射元件以及微折射元件中的一个或多个。
19.根据权利要求17所述的操作多视图背光体的方法，其中，所述微透镜是会聚透镜，所述方向被调节以减小所述多个定向光束的角展度。
20.根据权利要求17所述的操作多视图背光体的方法，进一步包括使用光源向所述光导提供光，所提供的光被引导为具有以下特性中的一个或两者的引导光：在光导内具有非零传播角、以及根据准直因子被准直以提供预定角展度的引导光。
21.根据权利要求17所述的操作多视图背光体的方法，进一步包括使用配置为所述多视图像素的多个光阀来调制所述定向光束。
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