JP6887447B2 - 回折マルチビーム要素型バックライト - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本願は、参照によりその全体を本明細書に組み込む、２０１６年５月２３日出願の米国仮特許出願第６２／３４０，５０５号の優先権を主張するものである。

連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
なし

電子ディスプレイは、幅広い様々なデバイスおよび製品のユーザに情報を通信するためのほぼどこにでもある媒体である。最も一般的に利用される電子ディスプレイは、陰極線管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセンスディスプレイ（ＥＬ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）およびアクティブマトリクスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ（ＥＰ）、ならびに電気機械的または電気流体的光変調を利用する様々なディスプレイ（例えばデジタルマイクロミラーデバイス、エレクトロウェッティングディスプレイなど）を含む。一般に、電子ディスプレイは、アクティブディスプレイ（すなわち光を発出するディスプレイ）またはパッシブディスプレイ（すなわち別の光源から供給される光を変調するディスプレイ）のいずれかに分類することができる。アクティブディスプレイの最も分かりやすい例としては、ＣＲＴ、ＰＤＰ、およびＯＬＥＤ／ＡＭＯＬＥＤがある。発出光を考慮したときに通常パッシブに分類されるディスプレイは、ＬＣＤおよびＥＰディスプレイである。パッシブディスプレイは、限定されるわけではないが本質的に低消費電力であるなどの魅力的な性能特性を示すことが多いが、発光する能力がないために、多くの実用的な応用分野においてある程度使用が制限されることがある。

発光に関連するパッシブディスプレイの制限を克服するために、多くのパッシブディスプレイは、外部光源に結合される（coupled to an external light source）。結合された光源（the coupled light source）によって、本来パッシブであるこれらのディスプレイが光を発出し、実質的にアクティブディスプレイとして機能することができることもある。このような結合される光源の例は、バックライトである。バックライトは、本来パッシブであるディスプレイの背後に配置されてそのパッシブディスプレイを照明する光源（パネルバックライトであることが多い）として機能することができる。例えば、バックライトは、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイに結合することができる。バックライトは、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイを通過する光を発出する。発出された光は、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイによって変調され、この変調された光が、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイから発出される。バックライトは、白色光を発出するように構成されることが多い。この場合には、カラーフィルタを使用して、白色光をディスプレイで使用される様々な色に変換する。カラーフィルタは、例えば、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイの出力に配置してもよいし（それほど一般的ではない）、あるいはバックライトとＬＣＤまたはＥＰディスプレイの間に配置してもよい。

本開示は、以下の［１］から［２０］を含む。
［１］回折マルチビューバックライトであって、
その光導波路の長さに沿った伝搬方向に光を誘導するように構成された光導波路と、
上記光導波路の長さに沿って互いに離間した回折マルチビーム要素のアレイであり、上記アレイの回折マルチビーム要素が、上記誘導された光の一部分を、マルチビューピクセルを含むマルチビューディスプレイのそれぞれのビュー方向に対応する異なる主要角度方向を有する複数の外部結合光線として上記光導波路から外部結合するように構成された複数の回折格子を含む、回折マルチビーム要素のアレイとを含み、
上記回折マルチビーム要素のサイズが、上記マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル内のサブピクセルのサイズと同等である、回折マルチビューバックライト。
［２］上記アレイの上記回折マルチビーム要素と上記マルチビューディスプレイの対応するマルチビューピクセルとの間の関係が、１対１の関係である、上記［１］に記載の回折マルチビューバックライト。
［３］上記アレイの回折マルチビーム要素の対の間の要素間距離が、対応するマルチビューピクセルの対の間のピクセル間距離と等しい、上記［１］に記載の回折マルチビューバックライト。
［４］上記回折マルチビーム要素のサイズが、上記サブピクセルのサイズの５０パーセントから２００パーセントの間である、上記［１］に記載の回折マルチビューバックライト。
［５］上記回折マルチビーム要素の形状が、上記マルチビューピクセルの形状に類似している、上記［１］に記載の回折マルチビューバックライト。
［６］上記回折マルチビーム要素が、上記光導波路の第１の表面および第２の表面の一方に位置し、上記回折マルチビーム要素が、上記第１の表面を通して上記誘導された光の一部分を外部結合するように構成される、上記［１］に記載の回折マルチビューバックライト。
［７］上記回折マルチビーム要素の上記複数の回折格子が、上記複数の外部結合光線のうちの第１の光線を提供するように構成された第１の回折格子と、上記複数の外部結合光線のうちの第２の光線を提供するように構成された第２の回折格子とを含み、上記第１の光線と上記第２の光線とが、互いに異なる主要角度方向を有する、上記［１］に記載の回折マルチビューバックライト。
［８］上記第１の回折格子が、上記第２の回折格子の少なくとも一部分と同一領域にある、上記［７］に記載の回折マルチビューバックライト。
［９］上記第１の回折格子が、上記回折マルチビーム要素内で上記第２の回折格子から独立しており、上記第２の回折格子に隣接している、上記［７］に記載の回折マルチビューバックライト。
［１０］上記複数の回折格子内の回折格子の密度が、上記アレイの異なる回折マルチビーム要素ごとに異なり、上記異なる密度が、上記複数の外部結合光線の相対強度を制御するように設定される、上記［１］に記載の回折マルチビューバックライト。
［１１］上記光導波路の入力に光学的に結合される光源をさらに含み、上記光源が、上記光を上記光導波路に提供するように構成され、上記誘導された光が、非ゼロ伝搬角を有し、かつ／または所定のコリメーション因子に従ってコリメートされる、上記［１］に記載の回折マルチビューバックライト。
［１２］上記光導波路と上記回折マルチビーム要素のアレイの組合せが、上記誘導された光の上記伝搬方向に対して直交する方向に、上記光導波路を通して実質的に光学的に透明になるように構成される、上記［１］に記載の回折マルチビューバックライト。
［１３］上記［１］に記載の回折マルチビューバックライトを含むマルチビューディスプレイであって、上記複数の外部結合光線のうちの光線を変調するように構成された光弁のアレイをさらに含み、上記光弁アレイの光弁が、サブピクセルに対応し、上記光弁アレイの光弁のセットが、上記マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルに対応する、マルチビューディスプレイ。
［１４］マルチビューディスプレイであって、
上記マルチビューディスプレイの複数の異なるビューを提供するように構成されたマルチビューピクセルのアレイであり、マルチビューピクセルが、対応する複数の外部結合光線を変調するように構成された複数のサブピクセルを含む、マルチビューピクセルのアレイと、
光を誘導するように構成された光導波路と、
回折マルチビーム要素のアレイであり、上記要素のアレイの回折マルチビーム要素が、上記複数のサブピクセルに対応する上記複数の外部結合光線として上記誘導された光の一部分を回折的に外部結合するように構成された複数の回折格子を含み、上記外部結合光線が、上記マルチビューディスプレイの上記複数の異なるビューのそれぞれ異なるビューの異なるビュー方向に対応する異なる主要角度方向を有する、回折マルチビーム要素のアレイとを含み、
上記回折マルチビーム要素のサイズが、上記複数のサブピクセルのサブピクセルのサイズと同等である、マルチビューディスプレイ。
［１５］上記回折マルチビーム要素のサイズが、上記サブピクセルのサイズの２分の１より大きく、上記サブピクセルのサイズの２倍より小さい、上記［１４］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１６］上記回折マルチビーム要素の上記複数の回折格子が、上記複数の外部結合光線のうちの第１の光線を提供するように構成された第１の回折格子と、上記複数の外部結合光線のうちの第２の光線を提供するように構成された第２の回折格子とを含み、上記第１の光線と上記第２の光線とが、互いに異なる主要角度方向を有する、上記［１４］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１７］上記第１の回折格子が、上記回折マルチビーム要素内で上記第２の回折格子から独立しており、上記第２の回折格子に隣接している、上記［１６］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１８］上記光を上記光導波路に提供するように構成された光源をさらに含み、上記誘導された光が、非ゼロ伝搬角を有し、コリメーション因子に従ってコリメートされて、上記光導波路内で上記誘導された光の所定の角度広がりを提供する、上記［１４］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１９］上記マルチビューピクセルのアレイの上記マルチビューピクセルが、光弁のセットを含み、上記マルチビューピクセルのサブピクセルが、上記セットの光弁を含む、上記［１４］に記載のマルチビューディスプレイ。
［２０］マルチビューバックライトの動作方法であって、
光導波路の長さに沿った伝搬方向に光を誘導するステップと、
回折マルチビーム要素のアレイを使用して上記誘導された光の一部分を上記光導波路から回折的に外部結合して、マルチビューディスプレイの異なるビュー方向にそれぞれ対応する異なる主要角度方向を有する複数の外部結合光線を提供するステップであり、上記アレイの回折マルチビーム要素が、複数の回折格子を含む、ステップとを含み、
上記回折マルチビーム要素のサイズが、上記マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル内のサブピクセルのサイズと同等である、マルチビューバックライトの動作方法。
［２１］上記回折マルチビーム要素の上記複数の回折格子が、上記複数の外部結合光線のうちの第１の光線を提供するように構成された第１の回折格子と、上記複数の外部結合光線のうちの第２の光線を提供するように構成された第２の回折格子とを含み、上記第１の光線と上記第２の光線とが、互いに異なる主要角度方向を有する、上記［２０］に記載のマルチビューバックライトの動作方法。
［２２］光源を使用して上記光導波路に光を提供するステップをさらに含み、上記提供される光が、上記光導波路内で非ゼロ伝搬角を有する、またはコリメーション因子に従ってコリメートされて上記誘導された光の所定の角度広がりを提供する、あるいはその両方である、上記誘導された光である、上記［２０］に記載のマルチビューバックライトの動作方法。
［２３］上記マルチビューディスプレイの上記マルチビューピクセルとして構成された複数の光弁を使用して、上記複数の外部結合光線を変調するステップをさらに含み、上記複数の光弁のうちの光弁が、上記マルチビューピクセルの上記サブピクセルに対応する、上記［２０］に記載のマルチビューバックライトの動作方法。
本明細書に記載する原理による実施例および実施形態の様々な特徴は、以下の詳細な説明を添付の図面と関連付けて参照すれば、より容易に理解することができる。これらの図面では、同じ参照番号は同じ構造要素を示している。

［図１Ａ］本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるマルチビューディスプレイを示す斜視図である。図１Ｂ］本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるマルチビューディスプレイのビュー方向（view direction）に対応する特定の主要角度方向を有する光線（light beam）の角度成分を表す図である。 本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例における回折格子を示す断面図である。 本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例における回折マルチビューバックライトを示す断面図である。 ［図３Ｂ］本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例における回折マルチビューバックライトを示す平面図である。［図３Ｃ］本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例における回折マルチビューバックライトを示す斜視図である。 ［図４Ａ］本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例における回折マルチビーム要素を含む回折マルチビューバックライトの一部分を示す断面図である。［図４Ｂ］本明細書に記載する原理による別の実施形態による、実施例における回折マルチビーム要素を含む回折マルチビューバックライトの一部分を示す断面図である。 ［図５Ａ］本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例における複数の回折格子の一部分を示す断面図である。［図５Ｂ］本明細書に記載する原理による別の実施形態による、実施例における複数の回折格子の一部分を示す断面図である。［図５Ｃ］本明細書に記載する原理によるまた別の実施形態による、実施例における複数の回折格子の一部分を示す断面図である。 ［図６Ａ］本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例における回折マルチビーム要素の複数の回折格子を示す断面図である［図６Ｂ］本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例における図６Ａに示す複数の回折格子を示す平面図である。 本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例における１対の回折マルチビーム要素を示す平面図である。 本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるマルチビューディスプレイを示すブロック図である。 本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるマルチビューバックライトの動作方法を示す流れ図である。

特定の実施例および実施形態は、上述の図面に示す特徴に加えて、またはそれらの代わりに、他の特徴を有する。以下、それらの特徴およびその他の特徴について、上記の図面を参照して説明する。

本明細書に記載する原理による実施例および実施形態は、マルチビューまたは３次元（３Ｄ）ディスプレイと、マルチビューディスプレイに応用される回折マルチビューバックライトとを提供する。特に、本明細書に記載する原理による実施形態は、複数の異なる主要角度方向を有する光線を提供するように構成された回折マルチビーム要素のアレイを利用する回折マルチビューバックライトを提供する。様々な実施形態によれば、回折マルチビーム要素は、それぞれが複数の回折格子を含む。さらに、様々な実施形態によれば、回折マルチビーム要素は、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルのサブピクセルを基準としたサイズとされ、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルの間隔に対応するように互いに離間していることもある。様々な実施形態によれば、回折マルチビューバックライトの回折マルチビーム要素によって提供される光線の異なる主要角度方向は、マルチビューディスプレイの様々な異なるビューの異なる方向に対応している。

本明細書では、「マルチビューディスプレイ」は、マルチビュー画像の様々なビューを様々なビュー方向で提供するように構成された電子ディスプレイまたはディスプレイシステムとして定義される。図１Ａは、本明細書に記載する原理による実施形態による、１実施例のマルチビューディスプレイ１０を示す斜視図である。図１Ａに示すように、マルチビューディスプレイ１０は、見る対象のマルチビュー画像を表示するスクリーン１２を含む。マルチビューディスプレイ１０は、このマルチビュー画像の様々なビュー１４を、スクリーン１２に対する様々なビュー方向１６に提供する。ビュー方向１６は、スクリーン１２から様々な異なる主要角度方向に延びる矢印として示してあり、様々なビュー１４は、それらの矢印（すなわちビュー方向１６を示す矢印）の終端に網掛けした多角形として示してあり、また、４つのビュー１４と４つのビュー方向１６しか示していないが、全て例示を目的としてものであり、限定を目的としたものではない。なお、図１Ａでは様々なビュー１４がスクリーンの上方にあるものとして示してあるが、マルチビュー画像がマルチビューディスプレイ１０に表示されたとき、これらのビュー１４は、実際にはスクリーン１２上、またはスクリーン１２の近傍に見えることに留意されたい。ビュー１４をスクリーン１２の上方に示しているのは、単に説明を簡略にするためであり、これらのビュー方向１６のうち特定のビュー１４に対応する各ビュー方向からマルチビューディスプレイ１０を見ていることを表すためのものである。

マルチビューディスプレイのビュー方向、すなわちビュー方向に対応する方向を有する光線は、一般に、本明細書の定義では角度成分｛θ、φ｝で与えられる主要角度方向を有する。角度成分θは、本明細書では、光線の「高度成分」または「仰角」と呼ぶ。角度成分φは、光線の「方位成分」または「方位角」と呼ぶ。定義では、仰角θは、垂直平面（例えばマルチビューディスプレイスクリーンの平面に対して直交する面）内の角度であり、方位角φは、水平面（例えばマルチビューディスプレイスクリーン平面に対して平行な面）内の角度である。図１Ｂは、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるマルチビューディスプレイのビュー方向（例えば図１Ａのビュー方向１６）に対応する特定の主要角度方向を有する光線２０の角度成分｛θ、φ｝の図示である。さらに、光線２０は、本明細書の定義では、特定の点から発出される、または放射する。すなわち、定義では、光線２０は、マルチビューディスプレイ内の特定の原点に関連付けられた中心放射線を有する。図１Ｂは、光線（またはビュー方向）の原点Ｏも示している。

さらに、本明細書では、「マルチビュー画像」および「マルチビューディスプレイ」という用語で使用する「マルチビュー」という用語は、様々な視点を表す、またはその複数のビューのうちのビュー間で角度のばらつきを含む複数のビューとして定義される。さらに、本明細書では、「マルチビュー」という用語は、本明細書の定義では、２つを超える異なるビュー（すなわち最低で３つのビューであり、一般的には３つを超えるビュー）を明示的に含む。したがって、本明細書で利用する「マルチビューディスプレイ」は、シーンまたは画像を表すために異なるビューを２つしか含まない立体視ディスプレイとは明示的に区別される。ただし、マルチビュー画像およびマルチビューディスプレイは本明細書の定義では２つを超えるビューを含むが、マルチビュー画像は、それらのマルチビュービューのうちの２つのみ（例えば各眼あたり１つのビュー）を一度に見るように選択することにより、画像の立体視対として見る（例えばマルチビューディスプレイ上で）ことができる。

「マルチビューピクセル」は、本明細書では、マルチビューディスプレイの複数の異なるビューのそれぞれのビューの「ビュー」ピクセルを表すサブピクセルのセットとして定義される。特に、マルチビューピクセルは、マルチビュー画像の様々なビューのそれぞれのビューピクセルに対応する、またはマルチビュー画像の様々なビューのそれぞれのビューピクセルを表す、個々のサブピクセルを有することができる。さらに、マルチビューピクセルのサブピクセルは、本明細書の定義では、各サブピクセルが様々なビューのうちの対応するビューの所定のビュー方向と関連付けられるので、いわゆる「方向ピクセル」である。さらに、様々な実施例および実施形態によれば、マルチビューピクセルのサブピクセルによって表される様々なビューピクセルは、様々なビューのそれぞれにおいて、等価な、または少なくとも実質的には同様の位置または座標を有することができる。例えば、第１のマルチビューピクセルは、マルチビュー画像の様々なビューのそれぞれにおいて｛ｘ_１、ｙ_１｝に位置するビューピクセルに対応する個々のサブピクセルを有することがあり、第２のマルチビューピクセルは、様々なビューのそれぞれにおいて｛ｘ_２、ｙ_２｝に位置するビューピクセルに対応する個々のサブピクセルを有することがある、などである。

いくつかの実施形態では、マルチビューピクセル中のサブピクセルの数が、マルチビューディスプレイの異なるビューの数と等しいことがある。例えば、マルチビューピクセルは、６４個の異なるビューを有するマルチビューディスプレイと関連付けられた６４個のサブピクセルを提供することがある。別の例では、マルチビューディスプレイがビューの８×４アレイ（すなわち３２個のビュー）を提供し、マルチビューピクセルが、３２個のサブピクセル（すなわち各ビュー当たり１つ）を含むこともある。さらに、それぞれの異なるサブピクセルは、例えば６４個の異なるビューに対応するビュー方向のうちの異なる１つに対応する関連する方向（例えば光線の主要角度方向）を有することができる。さらに、いくつかの実施形態によれば、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルの数は、マルチビューディスプレイのビュー中の「ビュー」ピクセル（すなわち選択されたビューを構成するピクセル）の数と実質的に等しいことがある。例えば、ビューが６４０×４８０個のビューピクセル（すなわち６４０×４８０ビュー解像度）を含む場合には、マルチビューディスプレイは、３０７２００個のマルチビューピクセルを有することができる。別の例では、ビューが１００×１００個のピクセルを含む場合には、マルチビューディスプレイは、総数で１００００（すなわち１００×１００＝１００００）個のマルチビューピクセルを含むことができる。

本明細書では、「光導波路」は、全反射を用いてその内部で光を誘導する構造として定義される。特に、光導波路は、光導波路の動作波長で実質的に透明なコアを含むことができる。様々な実施例では、「光導波路」という用語は、一般に、全反射を利用して光導波路の誘電体材料とその光導波路を取り囲む材料または媒質との間の界面で光を誘導する、誘電体光学導波路を指す。定義では、全反射のための条件は、光導波路の屈折率が光導波路材料の表面に隣接する周囲の媒質の屈折率より大きいことである。いくつかの実施形態では、全反射をさらに促進するために、光導波路は、上述の屈折率の差に加えて、またはその代わりに、コーティングを含むこともできる。このコーティングは、例えば反射性コーティングとすることができる。光導波路は、これらに限定されるわけではないが、平板導波路またはスラブ導波路、およびストリップ導波路のうちの一方または両方を含むいくつかの光導波路のうちの任意のものにすることができる。

さらに、本明細書では、「平板光導波路」など光導波路に用いられるときの「平板」という用語は、「スラブ」導波路と呼ばれることもある、区分的または微分的に平面状の層またはシートとして定義される。特に、平板光導波路は、その光導波路の頂面および底面（すなわち対向する表面）によって画定される２つの実質的に直交する方向に光を誘導するように構成された光導波路として定義される。さらに、本明細書の定義では、頂面および底面は互いに分離されており、少なくとも微分的な意味では実質的に互いに平行であることがある。すなわち、平板光導波路の任意の微分小区画内では、頂面と底面は実質的に平行である、または同一平面状にある。

いくつかの実施形態では、平板光導波路は、実質的に平坦であり（すなわち平面に制限され）、したがって、平板光導波路は、平面光導波路である。他の実施形態では、平板光導波路は、１つの次元、または２つの直交する次元に湾曲していてもよい。例えば、平板光導波路を１つの次元に湾曲させて、円筒形の平板光導波路を形成することもできる。ただし、いかなる湾曲も、平板光導波路内で全反射が維持されて光を誘導することを保証するのに十分に大きな曲率半径を有する。

本明細書では、「回折格子」は、その回折格子に入射する光の回折をもたらすように配置された複数のフィーチャ（すなわち回折フィーチャ（diffractive features））として広く定義される。いくつかの実施例では、複数のフィーチャは、周期的または準周期的に配置されることがある。他の例では、回折格子は、フィーチャの異なる周期的配列をそれぞれ有する複数の回折格子を含む混合周期回折格子とすることもできる。さらに、回折格子は、１次元（１Ｄ）アレイに配置された複数のフィーチャ（例えば材料表面の複数の溝またはリッジ）を含むことがある。あるいは、回折格子は、フィーチャの２次元（２Ｄ）アレイ、または２次元で規定されたフィーチャのアレイを含むこともできる。回折格子は、例えば材料表面のバンプまたは穴の２Ｄアレイとすることもできる。いくつかの例では、回折格子は、第１の方向または次元には、実質的に周期的にし、回折格子を横切る、または回折格子に沿った別の方向には、実質的に非周期的（例えば一定、無作為など）にすることもできる。

したがって、本明細書の定義では、「回折格子」は、その回折格子に入射する光の回折をもたらす構造である。光が光導波路から回折格子に入射すると、それによりもたらされる回折または回折的散乱は、回折格子が光導波路から出る光を回折によって結合することができるという「回折結合（diffractive coupling）」を生じることがあるので、この回折または回折的散乱は、「回折結合」と呼ばれることもある。回折格子は、また、回折によって（すなわち回折角で）、光を方向変更する、または光の角度を変化させる。特に、回折の結果として、回折格子を出る光は、一般に、回折格子に入射した光（すなわち入射光）の伝搬方向とは異なる伝搬方向を有する。回折による光の伝搬方向の変化を、本明細書では、「回折的方向変更（diffractive redirection）」と呼ぶ。したがって、回折格子は、回折格子に入射した光を回折的に方向変更する回折フィーチャを含む構造であると理解することができ、光が光導波路から入射した場合に、回折格子は、光導波路からの光を回折的に外部結合する（diffractively couple out）こともできる。

さらに、本明細書の定義では、回折格子のフィーチャは、「回折フィーチャ」と呼ばれ、材料表面（すなわち２つの材料の間の境界）にある、材料表面内にある、材料表面上にある、のうちの１つまたは複数である可能性がある。この表面は、例えば光導波路の表面であることもある。回折フィーチャは、これらに限定されるわけではないが、表面の、表面中の、または表面上の、溝、リッジ、穴、およびバンプのうちの１つまたは複数など、光を回折させる様々な構造のうちのいずれを含むこともできる。例えば、回折格子は、材料表面中の複数の実質的に平行な溝を含むこともある。別の例では、回折格子は、材料表面から***する複数の平行なリッジを含むこともある。回折フィーチャ（例えば溝、リッジ、穴、バンプなど）は、これらに限定されるわけではないが、正弦波形プロフィル、方形プロフィル（例えばバイナリ型回折格子）、３角形プロフィル、および鋸歯形プロフィル（例えばブレーズド回折格子）のうちの１つまたは複数を含む、回折をもたらす様々な断面形状またはプロフィルのうちのいずれを有することもできる。

本明細書に記載する様々な実施例によれば、回折格子（例えば、以下で述べるように回折マルチビーム要素の回折格子）を利用して、光を光線として光導波路（例えば平板光導波路）から回折的に散乱させる、または結合することができる。特に、局所的に周期的な回折格子の、または局所的に周期的な回折格子によって提供される、回折角θ_ｍは、数式（１）で与えることができる。

ここで、λは、光の波長であり、ｍは、回折次数であり、ｎは、光導波路の屈折率であり、ｄは、回折格子のフィーチャ間の距離または間隔であり、θ_１は、回折格子への光の入射角である。簡潔にするために、数式（１）は、回折格子が光導波路の表面に隣接しており、光導波路の外部の材料の屈折率が１に等しい（すなわちｎ_ｏｕｔ＝１である）ものと仮定している。一般に、回折次数ｍは、整数で与えられる（すなわちｍ＝±１、±２、．．．である）。回折格子によって生成される光線の回折角θ_ｍは、数式（１）で与えることができる。回折次数ｍが１に等しい（すなわちｍ＝１である）ときには、１次の回折、より具体的に言えば、１次の回折角θ_ｍがもたらされる。

図２は、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例における回折格子３０を示す断面図である。例えば、回折格子３０は、光導波路４０の表面上に位置することがある。さらに、図２は、入射角θ_１で回折格子３０に入射する光線２０を示している。光線２０は、光導波路４０内の導波光線（guided light beam）である。また、図２には、入射光線２０の回折の結果として回折格子３０によって回折的に生成されて外部に結合される外部結合光線５０も示されている。外部結合光線５０は、数式（１）で与えられる回折角θｍ（または本明細書では「主要角度方向（principal angular direction）」）を有する。外部結合光線５０は、例えば回折格子３０の回折次数「ｍ」に対応することがある。

さらに、いくつかの実施形態によれば、回折フィーチャは、湾曲していてもよく、また、光の伝搬方向に対して所定の配向（すなわち傾斜または回転）を有していてもよい。回折フィーチャの湾曲および回折フィーチャの配向のうちの一方または両方を、例えば回折格子によって外部結合される光の方向を制御するように構成することもできる。例えば、外部結合光の主要角度方向は、入射光の伝搬方向に対する光が回折格子に入射する点における回折フィーチャの角度によって決まることもある。

本明細書の定義では、「マルチビーム要素」は、複数の光線を含む光を生成するバックライトまたはディスプレイの構造または要素である。「回折」マルチビーム要素は、定義では、回折結合によって、または回折結合を使用して、複数の光線を生成するマルチビーム要素である。特に、いくつかの実施形態では、回折マルチビーム要素は、バックライトの光導波路に光学的に結合されて、光導波路内を誘導される光の一部分を回折的に外部結合することによって複数の光線を提供することができる。さらに、本明細書の定義では、回折マルチビーム要素は、マルチビーム要素の境界または範囲内に複数の回折格子を含む。マルチビーム要素によって生成される複数の光線の光線（または「複数の光線」）は、本明細書の定義では、互いに異なる主要角度方向を有する。特に、定義では、複数の光線のうちの１つは、その複数の光線のうちの別の光線とは異なる所定の主要角度方向を有する。様々な実施形態によれば、回折マルチビーム要素の回折格子の回折フィーチャの間隔または格子ピッチは、波長未満である（すなわち導波光の波長未満である）ことがある。

様々な実施形態によれば、この複数の光線は、ライトフィールドを表すことができる。例えば、複数の光線は、実質的に円錐形の空間領域に制限されることがある、またはその複数の光線の様々な主要角度方向を含む所定の角度幅を有することがある。したがって、これらの光線の合計の所定の角度幅（すなわち複数の光線）が、ライトフィールドを表すことができる。

様々な実施形態によれば、複数の光線に含まれる様々な光線の様々な主要角度方向は、これに限定されるわけではないが、回折マルチビーム要素のサイズ（例えば長さ、幅、面積などのうちの１つまたは複数）、ならびに回折マルチビーム要素内の「格子ピッチ」または回折フィーチャ間隔および回折格子の配向などの特徴によって決定される。いくつかの実施形態では、回折マルチビーム要素は、本明細書の定義では、「拡張された点光源」、すなわち回折マルチビーム要素の範囲にわたって分布した複数の点光源と考えることができる。さらに、回折マルチビーム要素によって生成される光線は、本明細書の定義では、図１Ｂを参照して上述したように、角度成分｛θ、φ｝で与えられる主要角度方向を有する。

本明細書では、「コリメータ」は、光をコリメートする（平行光にする）ように構成された実質的に任意の光学デバイスまたは装置として定義される。例えば、コリメータは、これらに限定されるわけではないが、コリメートミラーもしくは反射器、コリメートレンズ、またはそれらの様々な組合せを含む可能性がある。いくつかの実施形態では、コリメート反射器を含むコリメータは、放物曲線または放物形を特徴とする反射表面を有することがある。別の例では、コリメート反射器は、成形放物線状反射器を含むことがある。「成形放物線状」とは、その成形放物線状反射器の湾曲した反射表面が、所定の反射特性（例えばコリメーションの程度）を実現するように決定されるように「真の」放物曲線から逸脱していることを意味する。同様にコリメートレンズは、球形表面（例えば両凸球面レンズ）を含むことがある。

いくつかの実施形態では、コリメータは、連続反射器または連続レンズ（すなわち実質的に平滑な連続表面を有する反射器またはレンズ）とすることができる。他の実施形態では、コリメート反射器またはコリメートレンズは、限定されるわけではないが、光のコリメーションを提供するフレネル反射器またはフレネルレンズなど、実質的に不連続な表面を含むこともある。様々な実施形態によれば、コリメータによって提供されるコリメーション量は、実施形態によって所定の程度または量において変化することがある。さらに、コリメータは、２つの直交する方向（例えば垂直方向および水平方向）の一方または両方にコリメーションを提供するように構成することができる。すなわち、コリメータは、いくつかの実施形態によれば、光のコリメーションを提供する２つの直交する方向のうちの一方または両方の形状を含むことがある。

本明細書では、σで表される「コリメーション因子」は、光がコリメートされる程度として定義される。特に、コリメーション因子は、本明細書の定義では、コリメートされた光線内の光放射線の角度幅を定義する。例えば、コリメーション因子σは、コリメートされた光線内の光放射線の大部分が特定の角度幅（例えばコリメート光線の中心または主要角度方向の周りの±σ度）内にあるように指定することができる。コリメートされた光線の光放射線は、角度についてガウス分布を有することがあり、角度幅は、いくつかの実施例によれば、コリメートされた光線のピーク強度の２分の１によって決まる角度であることがある。

本明細書では、「光源」は、光の源（例えば光を生成して発出するように構成された発光体）として定義される。例えば、光源は、起動時またはオン時に光を発出する発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光体を含むことがある。特に、本明細書では、光源は、これらに限定されるわけではないが、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ポリマー発光ダイオード、プラズマ型発光体、蛍光灯、白熱灯、および実質的に任意のその他の光源などのうちの１つまたは複数を含む、実質的に任意の発光体である、またはそうした実質的に任意の発光体を含むことができる。光源によって生成される光は、色を有することもある（すなわち特定の波長の光を含むこともある）し、あるいはある範囲の波長（例えば白色光）を含むこともある。いくつかの実施形態では、光源は、複数の発光体を含むことがある。例えば、光源は、そのうちの少なくとも１つの発光体が、そのうちの少なくとも１つの他の発光体が生成する光の色または波長とは異なる色すなわち波長を有する光を生成する、複数の発光体のセットまたはグループを含むことがある。これらの異なる色は、例えば原色（例えば赤、緑、青）を含むことがある。

さらに、本明細書で使用する冠詞「ａ」は、特許技術におけるその通常の意味、すなわち「１つまたは複数」の意味を有するものと意図されている。例えば、「要素」は、１つまたは複数の要素を意味し、したがって「この要素」も、本明細書では「この（１つまたは複数の）要素」を意味している。また、本明細書で「頂」、「底」、「上側」、「下側」、「上」、「下」、「前」、「後」、「第１」、「第２」、「左」、または「右」について言及している場合、それらはいずれも、本明細書では限定を意図しているわけではない。本明細書では、値に対して用いられるときの「約」という用語は、一般に、その値を生じるために使用される機器の許容範囲内を意味するか、あるいは、特に明示的に指定がない限り、プラスマイナス１０％、プラスマイナス５％、またはプラスマイナス１％を意味する可能性がある。さらに、本明細書で使用される「実質的に」という用語は、大部分、ほぼ全て、全て、または約５１％から約１００％の範囲内の量を意味する。さらに、本明細書における実施例は、例示のみを目的としたものであり、限定のためではなく、説明のために示したものである。

本明細書に記載する原理のいくつかの実施形態によれば、回折マルチビューバックライトが提供される。図３Ａは、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例における回折マルチビューバックライト１００を示す断面図である。図３Ｂは、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例における回折マルチビューバックライト１００を示す平面図である。図３Ｃは、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施形態における回折マルチビューバックライト１００を示す斜視図である。図３Ｃの斜視図は、本明細書における説明を容易にするためのみに、部分的に切り欠いて示してある。

図３Ａから図３Ｃに示す回折マルチビューバックライト１００は、互いに異なる主要角度方向を有する複数の外部結合光線１０２を（例えばライトフィールドとして）提供するように構成される。特に、提供される複数の外部結合光線１０２は、様々な実施形態によれば、回折的に外部結合され、回折マルチビューバックライト１００から離れるように、マルチビューディスプレイのそれぞれのビュー方向に対応する様々な主要角度方向に向けられる。いくつかの実施形態では、外部結合光線１０２を（例えば以下で述べるように光弁（light valves）を使用して）変調して、３次元（３Ｄ）コンテンツを有する情報の表示を容易にすることができる。図３Ａから図３Ｃは、以下でさらに詳細に述べるサブピクセル１０６’を含むマルチビューピクセル１０６および光弁１０８のアレイも示している。

図３Ａから図３Ｃに示すように、回折マルチビューバックライト１００は、光導波路１１０を含む。光導波路１１０は、光を、その光導波路１１０の長さに沿って、導波光１０４（すなわち導波光線１０４）として誘導するように構成される。例えば光導波路１１０は、光学導波路として構成される誘電体材料を含むことができる。誘電体材料は、誘電体光学導波路を取り囲む媒質の第２の屈折率より大きい第１の屈折率を有することができる。この屈折率の差は、例えば光導波路１１０の１つまたは複数の導波モードに応じて導波光１０４の全反射を促進するように設定される。

いくつかの実施形態では、光導波路１１０は、光学的に透明な誘電体材料の延展された実質的に平面状のシートを含むスラブまたは平板光学導波路（すなわち平板光導波路）とすることができる。誘電体材料の実質的に平面状のシートは、全反射を用いて導波光線１０４を誘導するように構成される。様々な実施例によれば、光導波路１１０の光学的に透明な材料は、これらに限定されるわけではないが、様々な種類のガラス（例えばシリカガラス、アルミノケイ酸アルカリガラス、ホウケイ酸ガラスなど）のうちの１つまたは複数、および実質的に光学的に透明なプラスチックまたはポリマー（例えばポリメタクリル酸メチルまたは「アクリルガラス」、ポリカーボネートなど）など、様々な誘電体材料のうちのいずれかを含む、またはいずれかで構成することができる。いくつかの実施例では、光導波路１１０は、光導波路１１０の表面（例えば頂面および底面の一方または両方）の少なくとも一部分の上にクラッディング層（図示せず）をさらに含むことがある。いくつかの実施例によれば、クラッディング層を使用して、全反射をさらに促進することができる。

さらに、いくつかの実施形態によれば、光導波路１１０は、光導波路１１０の第１の表面１１０’（例えば「前」面または側）と第２の表面１１４’’（例えば「後」面または側）の間で非ゼロ伝搬角で全反射によって導波光線１０４を誘導するように構成される。特に、導波光線１０４は、光導波路１１０の第１の表面１１０’と第２の表面１１０’’の間で非ゼロ伝搬角で反射または「バウンド」することによって伝搬する。いくつかの実施形態では、様々な色の光を含む複数の導波光線１０４を、様々な色に固有の非ゼロ伝搬角のそれぞれ対応する角度で、光導波路１１０によって誘導することができる。なお、図示を簡潔にするために、非ゼロ伝搬角は、図３Ａから図３Ｃには示していないことに留意されたい。ただし、伝搬方向１０３を示す太矢印は、図３Ａの光導波路の全長に沿った導波光１０４の大凡の伝搬方向を示すものである。

本明細書で定義する「非ゼロ伝搬角」は、光導波路１１０の表面（例えば第１の表面１１０’または第２の表面１１０’’）に対する相対的な角度である。さらに、非ゼロ伝搬角は、様々な実施形態によれば、ゼロより大きく、かつ光導波路１１０内の全反射の臨界角未満である。例えば、導波光線１０４の非ゼロ伝搬角は、約１０度から約５０度の間とすることができ、いくつかの例では約２０度から約４０度の間とすることができ、あるいは約２５度から約３５度の間とすることができる。例えば、非ゼロ伝搬角は、約３０度とすることができる。他の例では、非ゼロ伝搬角は、約２０度、または約２５度、または約３５度とすることができる。さらに、特定の実施態様では、その非ゼロ伝搬角が光導波路１１０内の全反射の臨界角未満になるように選択されている限り、特定の非ゼロ伝搬角を（例えば任意に）選択することができる。

光導波路１１０内の導波光線１０４は、非ゼロ伝搬角（例えば約３０〜３５度）で光導波路１１０に導入または結合することができる。いくつかの例では、これに限定されるわけではないが、レンズ、ミラーまたはそれに類する反射器（例えば傾斜コリメート反射器）、回折格子、およびプリズム（図示せず）、ならびにそれらの様々な組合せなどの結合構造によって、非ゼロ伝搬角で光を導波光線１０４として光導波路１１０の入力端部に結合するのを容易にすることができる。他の例では、結合構造を使用せずに、または実質的に使用せずに、光を光導波路１１０の入力端部に直接導入することができる（すなわち直接結合、または「突き合わせ」結合を利用することができる）。導波光線１０４は、光導波路１１０に結合されると、一般に入力端部から離れることができる方向１０３（例えば図３Ａのｘ軸に沿った向きの太字矢印で示す方向）に光導波路１１０に沿って伝搬するように構成されている。

さらに、光を光導波路１１０に結合することによって生成される導波光１０４すなわち導波光線１０４は、様々な実施形態によれば、コリメート光線である。本明細書では、「コリメート光」または「コリメート光線」は、一般に、その放射線がその光線（例えば導波光線１０４）内で互いに実質的に平行である光線として定義される。さらに、コリメート光線から発散または散乱する光放射線は、本明細書の定義では、コリメート光線の一部とはみなされない。いくつかの実施形態では、回折マルチビューバックライト１００は、上述のようにレンズ、反射器またはミラーなどのコリメータ（例えば傾斜コリメート反射器）を含んで、例えば光源からの光をコリメートすることができる。いくつかの実施形態では、光源がコリメータを含む。光導波路１１０に供給されるコリメート光は、コリメートされた導波光線１０４である。導波光線１０４は、様々な実施形態では、コリメーション因子σに従って、またはコリメーション因子を有するようにコリメートすることができる。

いくつかの実施形態では、光導波路１１０は、導波光１０４を「リサイクル」するように構成されることがある。特に、光導波路の全長に沿って誘導された導波光１０４は、その長さに沿って伝搬方向１０３とは異なる別の伝搬方向１０３’に方向変更されることがある。例えば、光導波路１１０は、光源に隣接する入力端部の反対側の光導波路１１０の端部に反射器（図示せず）を含むことがある。反射器は、導波光１０４をリサイクル導波光として入力端部に向かって反射して戻すように構成することができる。いくつかの実施形態では、（例えば反射器を用いた）光リサイクルの代わりに、またはこれに加えて、別の光源が、他の伝搬方向１０３’の導波光１０４を提供することもできる。導波光１０４のリサイクルおよび別の光源の使用のうちの一方または両方によって他の伝搬方向１０３’を有する導波光１０４を提供することによって、導波光を例えば以下で述べるように回折マルチビーム要素が複数回利用できるようにすることにより、回折マルチビューバックライト１００の輝度を高める（例えば外部結合光線１０２の強度を高める）ことができる。

図３Ａでは、リサイクル導波光の伝搬方向１０３’を示す太字矢印（例えば負のｘ方向に向く）は、光導波路１１０内のリサイクル導波光の全体としての伝搬方向を示している。あるいは（例えばリサイクル導波光に対して）、（例えば伝搬方向１０３を有する導波光１０４に加えて）他の伝搬方向１０３’で光導波路１１０に光を導入することによって、他の伝搬方向１０３’に伝搬する導波光１０４を提供することもできる。

図３Ａから図３Ｃに示すように、回折マルチビューバックライト１００は、光導波路の全長に沿って互いに離間した複数の回折マルチビーム要素１２０をさらに含む。特に、この複数の回折マルチビーム要素１２０は、有限の間隔で互いに分離されており、光導波路の全長に沿って個々の別個の要素を表している。すなわち、本明細書の定義では、この複数の回折マルチビーム要素１２０は、有限（すなわち非ゼロ）の要素間距離（例えば有限の中心間距離）に従って互いに離間している。さらに、この複数の回折マルチビーム要素１２０は、いくつかの実施形態によれば、一般に交差したり重なり合ったりするなどして互いに接触しない。すなわち、この複数の各回折マルチビーム要素１２０は、一般に、別個のものであり、他の回折マルチビーム要素１２０から分離している。

いくつかの実施形態によれば、この複数の回折マルチビーム要素１２０は、１次元（１Ｄ）アレイまたは２次元（２Ｄ）アレイのいずれかで配置されることがある。例えば、この複数の回折マルチビーム要素１２０は、線形の１Ｄアレイとして配置することができる。別の例では、この複数の回折マルチビーム要素１２０は、長方形の２Ｄアレイまたは円形の２Ｄアレイとして配置することができる。さらに、このアレイ（すなわち１Ｄまたは２Ｄアレイ）は、いくつかの例では、一定または一様なアレイとすることができる。特に、回折マルチビーム要素１２０間の要素間距離（例えば中心間距離または間隔）は、アレイ全体にわたって実質的に一様または一定にすることができる。他の例では、回折マルチビーム要素１２０間の要素間距離は、アレイを横切る方向および光導波路１１０の全長に沿った方向の一方または両方で変化することもある。

様々な実施形態によれば、複数の回折マルチビーム要素１２０（the plurality）のうちの１つの回折マルチビーム要素１２０（a diffraction multibeam element 120）は、導波光１０４の一部分を複数の外部結合光線１０２として外部結合するように構成された複数の回折格子を含む。特に、様々な実施形態によれば、この導波光の一部分は、回折結合を用いて複数の回折格子によって外部結合される。図３Ａおよび図３Ｃは、外部結合光線１０２を、光導波路１１０の第１の表面（または前面）１１０’から離れる向きに示す複数の発散する矢印として示している。さらに、様々な実施形態によれば、回折マルチビーム要素１２０のサイズは、上記で定義し、以下でさらに述べるように、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル１０６中のサブピクセル１０６’のサイズと同等である。マルチビューピクセル１０６は、図３Ａから図３Ｃでは、説明を容易にするために、回折マルチビューバックライト１００とともに示してある。本明細書では、「サイズ」は、これらに限定されるわけではないが、長さ、幅、または面積などを含む様々なかたちのいずれかで定義することができる。例えば、サブピクセル１０６’のサイズは、その長さであることがあり、回折マルチビーム要素１２０のそれと同等であるサイズも、回折マルチビーム要素１２０の長さであることがある。別の例では、回折マルチビーム要素１２０の面積がサブピクセル１０６’の面積と同等であることができるように、「サイズ」が面積を指すこともある。

いくつかの実施形態では、回折マルチビーム要素１２０のサイズがサブピクセルのサイズの約５０％と約２００％の間になるように、回折マルチビーム要素のサイズがサブピクセルのサイズと同等である。例えば、回折マルチビーム要素のサイズを「ｓ」で表し、サブピクセルのサイズを「Ｓ」で表した場合（例えば図３Ａに示す）に、回折マルチビーム要素のサイズｓは、

で与えることができる。他の例では、回折マルチビーム要素のサイズは、サブピクセルのサイズの約６０％より大きい、サブピクセルのサイズの約７０％より大きい、サブピクセルのサイズの約８０％より大きい、またはサブピクセルのサイズの約９０％より大きく、かつサブピクセルのサイズの約１８０％未満、サブピクセルのサイズの約１６０％未満、サブピクセルのサイズの約１４０％未満、またはサブピクセルのサイズの約１２０％未満の範囲である。例えば、「同等であるサイズ」により、回折マルチビーム要素のサイズは、サブピクセルのサイズの約７５％より大きく、約１５０％未満とすることができる。別の例では、回折マルチビーム要素のサイズがサブピクセルのサイズの約１２５％未満、約８５％より大きい場合に、回折マルチビーム要素１２０のサイズがサブピクセルと同等であるとすることができる。いくつかの実施形態によれば、回折マルチビーム要素１２０およびサブピクセル１０６’の同等であるサイズは、マルチビューディスプレイのビュー間の暗領域を低減する、またはいくつかの例では最小限に抑えるように選択されることがある。さらに、回折マルチビーム要素１２０およびサブピクセル１０６’の同等であるサイズは、マルチビューディスプレイのビュー（またはビューピクセル）間の重複を低減する、またはいくつかの例では最小限に抑えるように選択されることがある。

図３Ａから図３Ｃは、複数の外部結合光線のうちの外部結合光線１０２を変調するように構成された光弁１０８のアレイもさらに示している。光弁アレイは、例えば回折マルチビューバックライト１００を利用するマルチビューディスプレイの一部とすることができ、図３Ａから図３Ｃでは、本明細書の説明を容易にするために回折マルチビューバックライト１００とともに示してある。図３Ｃでは、光弁１０８のアレイは、光弁アレイの下にある光導波路１１０および回折マルチビーム要素１２０が見えるように、部分的に切り欠いてあるが、これは単に説明のためのものである。

図３Ａから図３Ｃに示すように、様々な主要角度方向を有する外部結合光線１０２の異なるそれぞれは、光弁アレイ中の異なる光弁１０８を通過し、それによって変調することができる。さらに、図示のようにアレイの光弁１０８は、マルチビューピクセル１０６のサブピクセル１０６’に対応し、これらの光弁１０８のセットが、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル１０６に対応する。特に、光弁アレイの光弁１０８の異なるセットは、回折マルチビーム要素１２０のうちの対応するものから外部結合光線１０２を受光してそれを変調するように構成されている、すなわち、図示のように、各回折マルチビーム要素１２０ごとに、１つの一意的な光弁１０８のセットがある。様々な実施形態では、これらに限定されるわけではないが、液晶光弁、電気泳動光弁、およびエレクトロウェッティングに基づく光弁のうち１つまたは複数を含む、様々な異なるタイプの光弁を、光弁アレイの光弁１０８として利用することができる。

図３Ａに示すように、第１の光弁セット１０８ａは、第１の回折マルチビーム要素１２０ａから外部結合光線１０２を受光して変調するように構成される。さらに、第２の光弁セット１０８ｂは、第２の回折マルチビーム要素１２０ｂから外部結合光線１０２を受光して変調するように構成される。したがって、光弁アレイ中の各光弁セット（例えば第１の光弁セット１０８ａおよび第２の光弁セット１０８ｂ）は、それぞれ異なる回折マルチビーム要素１２０（例えば要素１２０ａおよび１２０ｂ）ならびに異なるマルチビューピクセル１０６に対応し、光弁セットの個々の光弁１０８は、図３Ａに示すようにそれぞれのマルチビューピクセル１０６のサブピクセル１０６’に対応している。

なお、図３Ａに示すように、マルチビューピクセル１０６のサブピクセル１０６’のサイズは、光弁アレイ中の光弁１０８のサイズに対応することがある。他の実施例では、サブピクセルのサイズは、光弁アレイの隣接する光弁１０８間の距離（例えば中心間距離）として定義されることもある。例えば、光弁１０８は、光弁アレイ中の光弁１０８間の中心間距離より小さいこともある。サブピクセルのサイズは、例えば、光弁１０８のサイズ、または光弁１０８間の中心間距離に対応するサイズのいずれとして定義することもできる。

いくつかの実施形態では、回折マルチビーム要素１２０と対応するマルチビューピクセル１０６（すなわちサブピクセル１０６’のセットと光弁１０８の対応するセット）の間の関係は、１対１の関係であることがある。すなわち、マルチビューピクセル１０６と回折マルチビーム要素１２０とが同数ずつ存在することがある。図３Ｂは、例示を目的として１対１の関係を明示的に示すが、ここでは、異なる光弁１０８（および対応するサブピクセル１０６’）のセットを含む各マルチビューピクセル１０６を破線で囲んで示してある。他の実施形態（図示せず）では、マルチビューピクセル１０６の数と回折マルチビーム要素１２０の数とが、互いに異なることもある。

いくつかの実施形態では、一対の複数の回折マルチビーム要素１２０間の要素間距離（例えば中心間距離）は、例えば光弁セットで表される、対応する一対のマルチビューピクセル１０６間のピクセル間距離（例えば中心間距離）に等しいことがある。例えば、図３Ａに示すように、第１の回折マルチビーム要素１２０ａと第２の回折マルチビーム要素１２０ｂの間の中心間距離ｄは、第１の光弁セット１０８ａと第２の光弁セット１０８ｂの間の中心間距離Ｄと実質的に等しい。他の実施形態（図示せず）では、回折マルチビーム要素１２０と対応する光弁セットの複数の対の相対中心間距離が異なることがあり、例えば、回折マルチビーム要素１２０が、マルチビューピクセル１０６を表す光弁セット間の間隔（すなわち中心間距離Ｄ）より大きい、または小さい要素間間隔（すなわち中心間距離ｄ）を有することがある。

いくつかの実施形態では、回折マルチビーム要素１２０の形状は、マルチビューピクセル１０６の形状に類似している、すなわちマルチビューピクセル１０６に対応する光弁１０８のセット（または「サブアレイ」）の形状に類似している。例えば、回折マルチビーム要素１２０は、正方形の形状を有することがあり、マルチビューピクセル１０６（または対応する光弁１０８のセットの配列）は、実質的に正方形であることがある。別の例では、回折マルチビーム要素１２０は、長方形の形状を有することがある、すなわち、幅または横方向寸法より大きな長さまたは長手方向寸法を有することがある。この実施例では、回折マルチビーム要素１２０に対応するマルチビューピクセル１０６（すなわち光弁１０８のセットの配列）は、類似した長方形の形状を有することがある。図３Ｂは、正方形の回折マルチビーム要素１２０と、光弁１０８の正方形のセットを含むそれに対応する正方形のマルチビューピクセル１０６とを示す上面図または平面図である。さらに他の例（図示せず）では、回折マルチビーム要素１２０および対応するマルチビューピクセル１０６は、これらに限定されるわけではないが、三角形、六角形、および円形を含む、または少なくともこれらによって近似される、様々な形状を有する。

さらに（例えば図３Ａに示すように）、各回折マルチビーム要素１２０は、いくつかの実施形態によれば、外部結合光線１０２をただ１つのマルチビューピクセル１０６のみに提供するように構成される。特に、回折マルチビーム要素１２０のうちの所与の１つについて、マルチビューディスプレイの異なるビューに対応する異なる主要角度方向を有する外部結合光線１０２は、図３Ａに示すように、実質的に、単一の対応するマルチビューピクセル１０６およびそのサブピクセル１０６’に、すなわちその回折マルチビーム要素１２０に対応する単一の光弁１０８のセットに制限される。したがって、回折マルチビューバックライト１００の各回折マルチビーム要素１２０は、マルチビューディスプレイの異なるビューに対応する異なる主要角度方向のセットを有する対応する外部結合光線１０２のセットを提供する（すなわち、この外部結合光線１０２のセットは、異なるビュー方向のそれぞれに対応する方向を有する光線を含む）。

様々な実施形態によれば、各回折マルチビーム要素１２０は、複数の回折格子１２２を含む。回折マルチビーム要素１２０、またはより詳細には、回折マルチビーム要素１２０の複数の回折格子は、光導波路１１０の表面上に、光導波路１１０の表面に、または光導波路１１０の表面に隣接して、あるいは光導波路の表面と表面の間に、位置することができる。図４Ａは、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例における回折マルチビーム要素１２０を含む回折マルチビューバックライト１００の一部分を示す断面図である。図４Ａに示すように、複数の回折格子１２２を含む回折マルチビーム要素１２０は、光導波路１１０の第１の表面１１０’にある。光導波路１１０の第１の表面１１０’に位置するときには、複数の回折格子の回折格子１２２は、例えば導波光の一部分を第１の表面１１０’を通して外部結合光線１０２として回折的に外部結合するように構成された伝送モード回折格子とすることができる。

図４Ｂは、本明細書に記載する原理による別の実施形態による、実施例における回折マルチビーム要素１２０を含む回折マルチビューバックライト１００の一部分を示す断面図である。図４Ｂに示すように、複数の回折格子１２２を含む回折マルチビーム要素１２０は、光導波路１１０の第２の表面１１０’’に隣接して位置している。第２の表面１１０’’に位置するときには、複数の回折格子の回折格子１２２は、例えば反射モード回折格子とすることができる。反射モード回折格子として、回折格子１２２は、導波光の一部分を回折し、かつ回折した導波光の一部分を第１の表面１１０’に向かって反射して、回折的に外部結合された光線１０２として第１の表面１１０’を通して発出するように構成される。他の実施形態（図示せず）では、回折格子は、例えば伝送モード回折格子および反射モード回折格子の一方または両方として、光導波路１１０の表面の間に位置することがある。なお、本明細書に記載するいくつかの実施形態では、外部結合光線１０２の主要角度方向は、光導波路の表面で光導波路１１０から出る外部結合光線１０２による屈折の影響を含むことがあることに留意されたい。例えば、図４Ｂは、限定ではなく例示を目的として、外部結合光線１０２が第１の表面１１０’を交差するときの屈折率の変化による外部結合光線１０２の屈折（すなわち屈曲）を示している。

いくつかの実施形態によれば、複数の回折格子の回折格子１２２の回折フィーチャは、互いに離間した溝およびリッジの一方または両方を含むことがある。溝またはリッジは、光導波路１１０の材料を含み、例えば、光導波路１１０の表面に形成されることがある。別の例では、溝またはリッジは、例えば光導波路１１０の表面上の別の材料の膜または層など、光導波路の材料以外の材料で構成されることもある。

いくつかの実施形態では、複数の回折格子の回折格子１２２は、回折フィーチャの間隔が回折格子１２２全体にわたって実質的に一定または不変である、一様な回折格子である。他の実施形態では、複数の回折格子の回折格子１２２は、チャープ回折格子である。定義では、「チャープ」回折格子は、チャープ回折格子の幅または長さにわたって変化する回折フィーチャの回折間隔（すなわち格子ピッチ）を示す、または有する、回折格子である。いくつかの実施形態では、チャープ回折格子は、距離と共に線形に変化する回折フィーチャの間隔のチャープを有する、または示すことがある。したがって、チャープ回折格子は、定義では、「線形チャープ」回折格子である。他の実施形態では、チャープ回折格子は、回折フィーチャ間隔の非線形チャープを示すことがある。これらに限定されるわけではないが、指数チャープ、対数チャープ、または別の実質的に不均一または無作為ではあるが単調に変化するチャープなど、様々な非線形チャープを使用することができる。これらに限定されるわけではないが、正弦波形チャープあるいは三角形または鋸歯形チャープなどの非単調チャープを利用することもできる。これらのタイプのチャープのいずれかの組合せを利用することもできる。

様々な実施形態によれば、複数の回折格子の回折格子１２２は、いくつかの異なる構成で配列して、導波光１０４の一部分を複数の外部結合光線１０２として外部結合することができる。特に、回折マルチビーム要素１２０の複数の回折格子１２２は、第１の回折格子および第２の回折格子を含むことができる。第１の回折格子は、複数の外部結合光線１０２のうちの第１の光線を提供するように構成し、第２の回折格子は、複数の外部結合光線１０２のうちの第２の光線を提供するように構成することができる。様々な実施形態によれば、第１の光線と第２の光線は、異なる主要角度方向を有することがある。さらに、いくつかの実施形態によれば、複数の回折格子１２２は、それぞれ異なる外部結合光線１０２を提供するように構成された、第３の回折格子、第４の回折格子などを含むこともできる。いくつかの実施形態では、複数の回折格子の回折格子１２２のうちの１つまたは複数は、外部結合光線１０２のうちの複数の光線を提供することもできる。

さらに、回折格子１２２によって提供される異なる外部結合光線１０２は、水平軸（例えばｘ方向またはθ角度成分）および垂直軸（例えばｙ方向またはφ角度成分）に沿って互いに異なる主要角度方向を有することがある。回折格子１２２によって提供される個々の外部結合光線１０２の異なる主要角度方向を制御することによって、マルチビューディスプレイが水平方向のみの視差、完全な２次元の視差の一方または両方、および水平方向のみの視差と完全な視差の間の様々なバリエーションを有するのを容易にすることができる。

図５Ａは、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例における複数の回折格子１２２の一部分を示す断面図である。図５Ｂは、本明細書に記載する原理による別の実施形態による、実施例における複数の回折格子１２２の一部分を示す断面図である。図５Ｃは、本明細書に記載する原理によるまた別の実施形態による、実施例における複数の回折格子１２２の一部分を示す断面図である。図５Ａから図５Ｃにそれぞれ示す複数の回折格子の一部分は、図４Ａに示す回折マルチビーム要素１２０の複数の回折格子１２２の一部分を表すことがある。

特に、図５Ａから図５Ｃのそれぞれに示す複数の回折格子１２２は、交互または混合周期回折格子１２２として結合された第１の回折格子１２２ａおよび第２の回折格子１２２ｂを含む。さらに、第１の回折格子１２２ａは、示されるように、第２の回折格子１２２ｂの少なくとも一部分と同一領域にある。また、例示を目的として、図５Ａから図５Ｃは、第１の回折格子１２２ａおよび第２の回折格子１２２ｂを別々にも示している。図５Ａから図５Ｃの矢印は、図５Ａから図５Ｃの複数の回折格子の回折格子１２２の様々な回折格子を実現するための別個の第１の回折格子１２２ａおよび第２の回折格子１２２ｂの様々な組合せ、または別個の第１の回折格子１２２ａおよび第２の回折格子１２２ｂを様々に組み合わせた結果を示したものを指している。図５Ａから図５Ｃに示す矢印は、複数の回折格子の回折格子１２２が、第１の回折格子１２２ａおよび第２の回折格子１２２ｂの両方を明示的に含むことを強調している。図５Ａは、「ＯＲ」論理演算による第１の回折格子１２２ａおよび第２の回折格子１２２ｂの結合を示している。図５Ｂは、「ＡＮＤ」論理演算による第１の回折格子１２２ａおよび第２の回折格子１２２ｂの結合を示している。図５Ｃは、排他的「ＯＲ」（ＸＯＲ）論理演算による第１の回折格子１２２ａおよび第２の回折格子１２２ｂの結合を示している。

図６Ａは、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例における回折マルチビーム要素１２０の複数の回折格子１２２を示す断面図である。図６Ｂは、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例における図６Ａに示す複数の回折格子１２２を示す平面図である。図６Ａの断面図は、例えば図６Ｂに示す回折格子１２２の最下列を左から右に取った断面を表していることがある。図６Ａおよび図６Ｂに示すように、複数の回折格子の回折格子１２２は、光導波路１１０の表面（例えば図示のように第２の表面１１０’’）上の回折マルチビーム要素１２０内の第１の回折格子１２２ａおよび第２の回折格子１２２ｂを含む。例えば、図６Ａから図６Ｂの複数の回折格子は、図４Ｂに示す複数の回折格子１２２を表すこともある。さらに、図示のように、第１の回折格子１２２ａは、回折マルチビーム要素１２０内で第２の回折格子１２２ｂから独立し、これと隣接している。回折マルチビーム要素１２０のサイズｓは、図６Ａおよび図６Ｂの両方に示してあるが、回折マルチビーム要素１２０の境界は、図６Ｂに破線で示してある。

いくつかの実施形態によれば、アレイの異なる回折マルチビーム要素１２０の間での複数の回折格子内の回折格子１２２の密度差は、それぞれの異なる回折マルチビーム要素１２０によって回折的に外部結合される複数の外部結合光線１０２の相対強度を制御するように設定することができる。換言すれば、回折マルチビーム要素１２０は、異なる回折格子１２２の密度を有することができ、これらの異なる密度（すなわち回折格子１２２の密度差）は、複数の外部結合光線１０２の相対強度を制御するように設定することができる。特に、複数の回折格子内の回折格子１２２の数が少ない回折マルチビーム要素１２０の方が、比較的多数の回折格子１２２を有する別の回折マルチビーム要素１２０より、低い強度（またはビーム密度）を有する複数の外部結合光線１０２を生成することができる。回折格子１２２の密度差は、例えば回折マルチビーム要素１２０内の図６Ｂに示す位置１２２’など、回折格子が欠けた、または回折格子がない位置を用いて提供することができる。

図７は、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例における１対の回折マルチビーム要素１２０を示す平面図である。この対の各回折マルチビーム要素１２０には、異なる複数の回折格子１２２が示してある。特に、図７の対の第１の回折マルチビーム要素１２０ａは、この対の第２の回折マルチビーム要素１２０ｂに存在するより高い密度の回折格子１２２を備えているものとして示してある。例えば、第２の回折マルチビーム要素１２０ｂは、図示のように、第１の回折マルチビーム要素１２０ａよりも回折格子１２２が少なく、回折格子のない位置１２２’が多い。いくつかの実施形態では、第１の回折マルチビーム要素１２０ａ内の回折格子１２２の密度が高いことにより、第２の回折マルチビーム要素１２０ｂによって提供される複数の外部結合光線の強度よりも高い強度を有する複数の外部結合光線を提供することができる。いくつかの実施形態によれば、図７に示す格子密度差によって提供される複数の外部結合光線のそれぞれの高い強度および低い強度を使用して、伝搬距離によって決まる光誘導路内の導波光の光強度の変化を補償することができる。限定ではなく例示を目的として、図７は、回折マルチビーム要素１２０ａ、１２０ｂ内に湾曲回折フィーチャを有する回折格子１２２も示している。

図３Ａを再度参照すると、回折マルチビューバックライト１００は、光源１３０をさらに含むことがある。様々な実施形態によれば、光源１３０は、光導波路１１０内を誘導される光を提供するように構成される。特に、光源１３０は、光導波路１１０の入口表面または端部（入力端部）に隣接して位置することがある。様々な実施形態では、光源１３０は、これらに限定されるわけではないが、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ（例えばレーザダイオード）、またはそれらの組合せなど、実質的に任意の光の源（例えば、発光体）を含むことができる。いくつかの実施形態では、光源１３０は、特定の色で表される狭帯域スペクトルを有する実質的に単色の光を生成するように構成された発光体を含むことができる。特に、単色光の色は、特定の色空間または色モデル（例えば赤／緑／青（ＲＧＢ）色モデル）の原色とすることができる。他の例では、光源１３０は、実質的に広帯域または多色の光を提供するように構成された実質的に広帯域の光源であることもある。例えば、光源１３０は、白色光を提供することができる。いくつかの実施形態では、光源１３０は、異なる色の光を提供するように構成された複数の異なる発光体を含むことがある。これらの異なる発光体は、その異なる色の光のそれぞれに対応する、導波光の異なる色固有の非ゼロ伝搬角を有する光を提供するように構成することができる。様々な実施形態によれば、回折フィーチャの間隔およびその他の回折格子の特徴（例えば回折周期）、ならびに導波光の伝搬方向に対する格子の配向は、光の異なる色に対応することがある。換言すれば、回折マルチビーム要素１２０は、例えば導波光の様々な色に合わせて調整することができる複数の回折格子の様々な回折格子１２２を含むことができる。

いくつかの実施形態では、光源１３０は、コリメータをさらに含むことがある。コリメータは、光源１３０の発光体のうちの１つまたは複数から実質的にコリメートされていない光を受光するように構成されることがある。コリメータは、この実質的にコリメートされていない光をコリメート光に変換するようにさらに構成される。特に、いくつかの実施形態では、コリメータは、非ゼロ伝搬角を有し、所定のコリメーション因子に従ってコリメートされたコリメート光を提供することができる。さらに、様々な色の発光体を利用するときには、コリメータは、様々な色固有の非ゼロ伝搬角のうちの１つまたは両方を有し、かつ様々な色固有のコリメーション因子を有するコリメート光を提供するように構成することができる。コリメータは、上述のように、コリメート光線を光導波路１１０に伝達して導波光１０４として伝搬するようにさらに構成される。

いくつかの実施形態では、回折マルチビューバックライト１００は、導波光１０４の伝搬方向１０３、１０３’に対して直交する（または実質的に直交する）光導波路１１０を通る方向の光に対して実質的に透明になるように構成される。特に、いくつかの実施形態では、光導波路１１０および離間した複数の回折マルチビーム要素１２０が、光が光導波路１１０を、第１の表面１１０’および第２の表面１１０’’の両方を通過することを可能にする。透明度は、少なくとも部分的には、回折マルチビーム要素１２０の比較的小さなサイズ、および回折マルチビーム要素１２０の比較的大きな要素間間隔（例えばマルチビューピクセル１０６と１対１の対応）の両方によって高めることができる。さらに、回折マルチビーム要素１２０の回折格子１２２は、いくつかの実施形態によれば、光導波路の表面１１０’、１１０’’に対して直交して伝搬する光に対して実質的に透明であることもある。

例示的な実施態様では、回折マルチビューバックライト１００は、マルチビューディスプレイの４×８個のビューを提供するように光導波路１１０の表面上にダイヤモンド構成で配列された回折マルチビーム要素１２０のアレイを含む。回折マルチビーム要素１２０は、（例えば図４Ｂに示すように）光導波路１１０の裏面または第２の表面１１０’’上に位置し、反射モード回折格子として構成された複数の回折格子１２２を含む。複数の回折格子の個々の回折格子１２２は、エッチングによって第２の表面１１０’’内に形成され、回折格子１２２を覆い、その回折フィーチャ（例えば溝）を実質的に満たすように光導波路１１０の第２の表面１１０’’に塗布された銀を含む反射層を用いて反射を向上させている。この例示的な実施態様では、各回折マルチビーム要素１２０は、各辺が約６０マイクロメートル（６０μｍ）の正方形領域を含み、それぞれ約５×５マイクロメートル（５μｍ×５μｍ）のいわゆる「単位セル」の１２×１２アレイでタイル状に構成されている。角単位セルは、回折格子１２２、または回折格子１２２のない位置１２２’を表すことができる。この例では、複数の回折格子の回折格子１２２によって実際に占められる単位セルの数は、回折マルチビューバックライト１００を横切る様々な複数の外部結合光線１０２の輝度の一様性を調節するように選択される。なお、決定された単位セル占有度によって回折格子１２２を含まない単位セルは、上述の位置１２２’に対応することに留意されたい。この例示的な実施態様では、図７に示す回折マルチビーム要素１２０は、アレイの１対の回折マルチビーム要素１２０を表すことができる。

さらに、この例では、各回折マルチビーム要素１２０は、２次元（２Ｄ）位相関数を実施するように構成される。特に、この２Ｄ位相関数は、所定の光の波長に合わせて最適化された方法で光導波路から導波光の位置部分を抽出することを可能にするｘ方向に沿った線形運動量変化または「キック」を提供するように設定される。さらに、この２Ｄ位相関数は、回折マルチビーム要素１２０からの外部結合光線１０２とｘ方向に位置合わせされた角度広がり（angular spread）を提供する。このｘ方向の角度広がりは、正符号または負符号のいずれを有する（例えば正のレンズまたは負のレンズと同様の効果をもたらす）こともできる。特に、この例では、正符号を有する角度広がりは、外部結合光線または抽出光線を回折マルチビーム要素１２０の上方に合焦させる傾向がある。あるいは、角度広がりの負符号は、発散する抽出光線を提供するので、回折マルチビーム要素１２０の下方の点から放射するように見える。この２Ｄ位相関数は、ｙ方向の線形運動量「キック」および角度広がりも、回折マルチビーム要素１２０からの外部結合光線１０２に提供する。この例におけるｙ方向線形運動量「キック」も、符号は正または負のいずれであることもある。さらに、この例示的な実施態様では、線形キックおよび角度広がりは、光導波路１１０を横切る距離に応じて増加する。

本明細書に記載する原理のいくつかの実施形態によれば、マルチビューディスプレイが提供される。このマルチビューディスプレイは、変調光線をマルチビューディスプレイのピクセルとして発出するように構成される。発出される変調光線は、互いに異なる主要角度方向を有する（本明細書では「異なる方向の光線」とも呼ぶ）。さらに、発出される変調光線は、マルチビューディスプレイの複数のビュー方向に優先的に向けることができる。非限定的な例では、マルチビューディスプレイは、対応する数のビュー方向を有する４×８または８×８個のビューを含むことがある。いくつかの実施例では、マルチビューディスプレイは、３Ｄまたはマルチビュー画像を提供する、または「表示する」ように構成される。様々な実施例によれば、変調された異なる向きの光線の異なるそれぞれは、マルチビュー画像に関連する異なる「ビュー」の個々のピクセルに対応することがある。この異なるビューが、例えば、マルチビューディスプレイにより表示されているマルチビュー画像中に情報の「裸眼」（例えば自動立体視）表現を提供することができる。

図８は、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるマルチビューディスプレイ２００を示すブロック図である。様々な実施形態によれば、マルチビューディスプレイ２００は、異なるビュー方向の異なるビューに従ってマルチビュー画像を表示するように構成される。特に、マルチビューディスプレイ２００から発出される変調光線２０２を使用して、マルチビュー画像を表示し、この光線は、異なるビューのピクセル（すなわち異なるビューピクセル）に対応することができる。変調光線２０２は、図８では、マルチビューピクセル２１０から出る矢印として示してある。限定ではなく例示を目的として、それが変調されていることを強調するために、発出される変調光線２０２の矢印には破線を使用している。

図８に示すマルチビューディスプレイ２００は、マルチビューピクセル２１０のアレイを含む。このアレイのマルチビューピクセル２１０は、マルチビューディスプレイ２００の複数の異なるビューを提供するように構成される。様々な実施形態によれば、このアレイのマルチビューピクセル２１０は、複数の光線２０４を変調して、発出される変調光線２０２を生成するように構成された複数のサブピクセルを含む。いくつかの実施形態では、アレイのマルチビューピクセル２１０は、回折マルチビューバックライト１００に関連して上述したサブピクセル１０６’のセットを含むマルチビューピクセル１０６と実質的に同様である。さらに、いくつかの実施形態では、マルチビューピクセル２１０は、回折マルチビューバックライト１００に関連して上述した光弁１０８のアレイのうちの光弁１０８のセットと実質的に同様である。特に、マルチビューピクセル２１０のサブピクセルは、上述した光弁１０８と実質的に同様であることがある。すなわち、マルチビューディスプレイ２００のマルチビューピクセル２１０は、光弁のセット（例えば光弁１０８のセット）を含むことがあり、マルチビューピクセル２１０のサブピクセルは、そのセットの光弁（例えば単一の光弁１０８）を含むことがある。

図８に示すように、マルチビューディスプレイ２００は、光導波路２２０をさらに含む。光導波路２２０は、光を誘導するように構成される。様々な実施形態では、光は、全反射によって、例えば導波光線として誘導することができる。例えば、光導波路２２０は、その光入射端部からの光を導波光線として誘導するように構成された平板光導波路とすることができる。いくつかの実施形態では、マルチビューディスプレイ２００の光導波路２２０は、回折マルチビューバックライト１００に関連して上述した光導波路１１０と実質的に同様であることがある。

様々な実施形態によれば、図８に示すマルチビューディスプレイ２００は、回折マルチビーム要素２３０のアレイをさらに含む。このアレイの各回折マルチビーム要素２３０は、複数の光線２０４を、対応するマルチビューピクセル２１０に提供するように構成された複数の回折格子を含む。特に、この複数の回折格子は、導波光の一部分を複数の光線２０４として光導波路から回折的に外部結合するように構成される。この複数の光線のうちの光線２０４は、互いに異なる主要角度方向を有する。特に、様々な実施形態によれば、光線２０４の異なる主要角度方向は、マルチビューディスプレイ２００の異なるビューのそれぞれの異なるビュー方向に対応する。

さらに、様々な実施形態によれば、回折マルチビーム要素アレイの回折マルチビーム要素２３０のサイズは、マルチビューピクセル２１０の複数のサブピクセルのうちのサブピクセルのサイズと同等である。例えば、回折マルチビーム要素２３０のサイズは、いくつかの実施形態では、サブピクセルのサイズの２分の１より大きく、サブピクセルのサイズの２倍より小さいことがある。さらに、回折マルチビーム要素アレイの回折マルチビーム要素２３０間の要素間距離は、いくつかの実施形態によれば、マルチビューピクセルアレイのマルチビューピクセル２１０間のピクセル間距離に対応することがある。例えば、回折マルチビーム要素２３０間の要素間距離は、マルチビューピクセル２１０間のピクセル間距離に実質的に等しいことがある。いくつかの実施例では、回折マルチビーム要素２３０間の要素間距離、およびこれに対応するマルチビューピクセル２１０間のピクセル間距離は、中心間距離、あるいはそれと等価な間隔または距離の測度として定義されることもある。

さらに、マルチビューピクセルアレイのマルチビューピクセル２１０と、回折マルチビーム要素アレイの回折マルチビーム要素２３０との間に、１対１の対応があることがある。特に、いくつかの実施形態では、回折マルチビーム要素２３０間の要素間距離（例えば中心間）は、マルチビューピクセル２１０間のピクセル間距離（例えば中心間）と実質的に等しいことがある。したがって、マルチビューピクセル２１０中の各サブピクセルは、対応する回折マルチビーム要素２３０によって提供される複数の光線２０４の光線２０４のうちの異なる１つを変調するように構成されることがある。さらに、各マルチビューピクセル２１０は、様々な実施形態によれば、ただ１つの回折マルチビーム要素２３０だけから光線２０４を受光して、これを変調するように構成されることがある。

いくつかの実施形態では、回折マルチビーム要素アレイの回折マルチビーム要素２３０は、上述した回折マルチビューバックライト１００の回折マルチビーム要素１２０と実質的に同様であることがある。例えば、回折マルチビーム要素２３０は、上述した複数の回折格子１２２と実質的に同様の複数の回折格子を含むことがある。特に、様々な実施形態によれば、回折マルチビーム要素２３０は、光導波路２２０に光学結合し、導波光の一部分を、マルチビューピクセルアレイの対応するマルチビューピクセル２１０に提供される複数の光線２０４として光導波路から外部結合するように構成することができる。

さらに、いくつかの実施形態では、回折マルチビーム要素２３０の複数の回折格子は、複数の外部結合光線２０４のうちの第１の光線を提供するように構成された第１の回折格子と、複数の外部結合光線２０４のうちの第２の光線を提供するように構成された第２の回折格子とを含むことができる。第１の光線および第２の光線は、これらの実施形態によれば、互いに異なる主要角度方向を有することがある。いくつかの実施形態では、第１の回折格子は、例えば図６Ａから図６Ｂに関連して上述したように、回折マルチビーム要素２３０内で第２の回折格子から分離しており、これと隣接している。他の実施形態では、図５Ａから図５Ｃに関連して上述したように、第１の回折格子と第２の回折格子とが、実質的に同一領域にある（例えば互いに重ね合わされている、または交互配置されている）こともある。

これらの実施形態のうちのいくつか（図８には図示せず）では、マルチビューディスプレイ２００は、光源をさらに含むことがある。この光源は、非ゼロ伝搬角を有する光導波路２２０に光を提供するように構成されることがあり、いくつかの実施形態では、コリメーション因子に従ってコリメートされて、例えば光導波路２２０内で導波光の所定の角度広がりをもたらす。いくつかの実施形態によれば、光源は、回折マルチビューバックライト１００に関連して上述した光源１３０と実質的に同様であることもある。いくつかの実施形態では、複数の光源を利用することもできる。例えば、１対の光源を、光導波路２２０の２つの異なる縁部または端部（例えば対向する端部）で使用して、光を光導波路２２０に提供することもできる。いくつかの実施形態では、マルチビューディスプレイ２００は、回折マルチビューバックライト１００を含む。

本明細書に記載する原理の他の実施形態によれば、マルチビューバックライトの動作方法が提供される。図９は、本明細書に記載する原理による実施形態による実施例におけるマルチビューバックライトの動作方法３００を示す流れ図である。図９に示すように、マルチビューバックライトの動作方法３００は、光導波路の長さに沿って光を誘導するステップ（３１０）を含む。いくつかの実施形態では、光は、非ゼロ伝搬角で誘導される（３１０）ことがある。さらに、導波光は、コリメートされる、例えば、所定のコリメーション因子に従ってコリメートされることがある。いくつかの実施形態によれば、光導波路は、回折マルチビューバックライト１００に関連して上述した光導波路１１０と実質的に同様であることがある。特に、様々な実施形態によれば、全反射によって光導波路内で光を誘導することができる。

図９に示すように、マルチビューバックライトの動作方法３００は、回折マルチビーム要素のアレイを使用して導波光の一部分を光導波路から回折的に外部結合して（３２０）、互いに異なる主要角度方向を有する複数の外部結合光線を提供するステップをさらに含む。様々な実施形態では、外部結合光線の主要角度方向は、マルチビューディスプレイのそれぞれのビュー方向に対応する。様々な実施形態によれば、回折マルチビーム要素のサイズは、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル中のサブピクセルのサイズと同等である。例えば、回折マルチビーム要素は、サブピクセルのサイズの２分の１より大きく、サブピクセルのサイズの２倍より小さいことがある。さらに、様々な実施形態によれば、アレイの回折マルチビーム要素は、複数の回折格子を含む。

いくつかの実施形態では、回折マルチビーム要素は、上述した回折マルチビューバックライト１００の回折マルチビーム要素１２０と実質的に同様である。特に、回折マルチビーム要素の複数の回折格子は、上述した複数の回折格子１２２と実質的に同様であることがある。さらに、回折マルチビーム要素の複数の回折格子は、外部結合（３２０）された複数の光線のうちの第１の光線を提供するように構成された第１の回折格子と、外部結合（３２０）された複数の光線のうちの第２の光線を提供するように構成された第２の回折格子とを含むことができる。様々な実施形態によれば、第１の光線と第２の光線は、互いに異なる主要角度方向を有することがある。回折マルチビーム要素の複数の回折格子は、第３の回折格子、第４の回折格子などをさらに含むこともある。

いくつかの実施形態（図示せず）では、マルチビューバックライトの動作方法は、光源を使用して光導波路に光を提供するステップをさらに含む。提供される光は、光導波路内で非ゼロ伝搬角を有することがある、またはコリメーション因子に従って光導波路内でコリメートされて光導波路内で導波光の所定の角度広がりを提供することがある、あるいはその両方であることがある。いくつかの実施形態では、光源は、上述した回折マルチビューバックライト１００の光源１３０と実質的に同様であることがある。

いくつかの実施形態では、マルチビューバックライトの動作方法３００は、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルとして構成された光弁を使用して、回折マルチビーム要素からの外部結合光線を変調するステップ（３３０）をさらに含む。いくつかの実施形態によれば、複数の光弁または光弁のアレイの光弁は、マルチビューピクセルのサブピクセルに対応する。すなわち、光弁は、例えば、サブピクセルのサイズと同等のサイズ、またはマルチビューピクセルのサブピクセルの間の中心間間隔と同等のサイズを有することがある。いくつかの実施形態によれば、複数の光弁は、回折マルチビューバックライト１００について図３Ａから図３Ｃを参照して上述した光弁１０８のアレイと実質的に同様であることがある。特に、上述のように第１および第２の光弁セット１０８ａ、１０８ｂが異なるマルチビューピクセル１０６に対応するのと同様にして、光弁の異なるセットが異なるマルチビューピクセルに対応することがある。さらに、図３Ａから図３Ｃの上述の説明において上述の光弁１０８がサブピクセル１０６’に対応するのと同様に、光弁アレイの個々の光弁が、マルチビューピクセルのサブピクセルに対応することがある。

以上、回折マルチビーム要素を利用して、マルチビュー画像の複数の異なるビューに対応する光線を提供する、回折マルチビューバックライト、マルチビューバックライトの動作方法、およびマルチビューディスプレイの実施例および実施形態について説明した。回折マルチビーム要素は、複数の回折格子を含み、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルのサブピクセルと同等のサイズである。上述の実施例は、単に本明細書に記載する原理を表現する多数の具体的な実施例のうちの一部の例示に過ぎないことを理解されたい。当業者なら、以下の特許請求の範囲によって定義される範囲を逸脱することなく、多数のその他の構成を容易に考案することができることは明らかである。

１０ マルチビューディスプレイ
１２ スクリーン
１４ ビュー
１６ ビュー方向
２０ 光線
３０ 回折格子
４０ 光導波路
５０ 外部結合光線
１００ 回折マルチビューバックライト
１０２ 外部結合光線
１０３ 伝搬方向
１０３’ 伝搬方向
１０４ 導波光線
１０６ マルチビューピクセル
１０６’ サブピクセル
１０８ 光弁
１０８ａ 第１の光弁セット
１０８ｂ 第２の光弁セット
１１０ 光導波路
１１０’ 光導波路１１０の第１の表面
１１０’’ 光導波路１１０の第２の表面
１２０ マルチビーム要素
１２０ａ 第１のマルチビーム要素
１２０ｂ 第２のマルチビーム要素
１２２ 回折格子
１２４ マイクロ反射要素
１２６ マイクロ屈折要素
１３０ 光源
２００ マルチビューディスプレイ
２０２ 変調光線
２０４ 光線
２１０ マルチビューピクセル
２３０ 回折マルチビーム要素
３００ 動作方法

Claims (21)

1. 回折マルチビューバックライトであって、
   その光導波路の長さに沿った伝搬方向に光を誘導するように構成された光導波路と、
   前記光導波路の長さに沿って互いに離間した回折マルチビーム要素のアレイ（an array of diffractive multibeam elements）であり、前記アレイの回折マルチビーム要素（a diffractive multibeam element of the array）が、前記誘導された光の一部分を、マルチビューピクセルを含むマルチビューディスプレイのそれぞれのビュー方向に対応する異なる主要角度方向を有する複数の外部結合光線として前記光導波路から外部結合するように構成された複数の回折格子を含む、回折マルチビーム要素のアレイとを含み、
   前記回折マルチビーム要素のサイズ（a size of the diffractive multibeam element）が、前記マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル内のサブピクセルのサイズ（a size of a sub-pixel in a multiview pixel of the multiview display）の５０パーセントから２００パーセントの間である、回折マルチビューバックライト。
2. 前記アレイの前記回折マルチビーム要素（the diffractive multibeam elements of the array）と前記マルチビューディスプレイの対応するマルチビューピクセル（corresponding multiview pixels of the multiview display）との間の関係が、１対１の関係である、請求項１に記載の回折マルチビューバックライト。
3. 前記アレイの回折マルチビーム要素の対の間の要素間距離が、対応するマルチビューピクセルの対の間のピクセル間距離と等しい、請求項１または２に記載の回折マルチビューバックライト。
4. 前記回折マルチビーム要素の形状（a shape of the diffractive multibeam element）が、前記マルチビューピクセルの形状（a shape of the multiview pixel）に類似している、請求項１から３のいずれか一項に記載の回折マルチビューバックライト。
5. 前記回折マルチビーム要素が、前記光導波路の第１の表面および第２の表面の一方に位置し、前記回折マルチビーム要素が、前記第１の表面を通して前記誘導された光の一部分を外部結合するように構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載の回折マルチビューバックライト。
6. 前記回折マルチビーム要素の前記複数の回折格子（the plurality of diffractive gratings of the diffractive multibeam element）が、前記複数の外部結合光線のうちの第１の光線を提供するように構成された第１の回折格子と、前記複数の外部結合光線のうちの第２の光線を提供するように構成された第２の回折格子とを含み、前記第１の光線と前記第２の光線とが、互いに異なる主要角度方向を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の回折マルチビューバックライト。
7. 前記第１の回折格子が、前記第２の回折格子の少なくとも一部分と同一領域にある、請求項６に記載の回折マルチビューバックライト。
8. 前記第１の回折格子が、前記回折マルチビーム要素内で前記第２の回折格子から独立しており、前記第２の回折格子に隣接している、請求項６に記載の回折マルチビューバックライト。
9. 前記複数の回折格子内の回折格子の密度（a density of diffraction gratings within the diffraction grating plurality）が、前記アレイの異なる回折マルチビーム要素ごとに異なり、前記異なる密度が、前記複数の外部結合光線の相対強度を制御するように設定される、請求項１から８のいずれか一項に記載の回折マルチビューバックライト。
10. 前記光導波路の入力に光学的に結合される光源をさらに含み、前記光源が、前記光を前記光導波路に提供するように構成され、前記誘導された光が、非ゼロ伝搬角を有し、かつ／または所定のコリメーション因子に従ってコリメートされる、請求項１から９のいずれか一項に記載の回折マルチビューバックライト。
11. 前記光導波路と前記回折マルチビーム要素のアレイの組合せが、前記誘導された光の前記伝搬方向に対して直交する方向に、前記光導波路を通して実質的に光学的に透明になるように構成される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の回折マルチビューバックライト。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の回折マルチビューバックライトを含むマルチビューディスプレイであって、前記複数の外部結合光線のうちの光線を変調するように構成された光弁のアレイをさらに含み、前記光弁アレイの光弁（a light valve of the light valve array）が、サブピクセルに対応し、前記光弁アレイの光弁のセット（a set of light valves of the light valve array）が、前記マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル（the multiview pixel of the multiview display）に対応する、マルチビューディスプレイ。
13. マルチビューディスプレイであって、
    前記マルチビューディスプレイの複数の異なるビューを提供するように構成されたマルチビューピクセルのアレイ（an array of multiview pixels）であり、マルチビューピクセル（a multiview pixel）が、対応する複数の外部結合光線を変調するように構成された複数のサブピクセルを含む、マルチビューピクセルのアレイと、
    光を誘導するように構成された光導波路と、
    回折マルチビーム要素のアレイ（an array of diffractive multibeam elements）であり、前記要素のアレイの回折マルチビーム要素（a diffractive multibeam element of the element array）が、前記複数のサブピクセルに対応する前記複数の外部結合光線として前記誘導された光の一部分を回折的に外部結合するように構成された複数の回折格子を含み、前記外部結合光線が、前記マルチビューディスプレイの前記複数の異なるビューのそれぞれ異なるビューの異なるビュー方向に対応する異なる主要角度方向を有する、回折マルチビーム要素のアレイとを含み、
    前記回折マルチビーム要素のサイズ（a size of the diffractive multibeam element）が、前記複数のサブピクセルのサブピクセルのサイズ（a size of a sub-pixel of the sub-pixel plurality）の２分の１より大きく、前記サブピクセルのサイズ（the size of the sub-pixel）の２倍より小さい、マルチビューディスプレイ。
14. 前記回折マルチビーム要素の前記複数の回折格子（the plurality of diffractive gratings of the diffractive multibeam element）が、前記複数の外部結合光線のうちの第１の光線を提供するように構成された第１の回折格子と、前記複数の外部結合光線のうちの第２の光線を提供するように構成された第２の回折格子とを含み、前記第１の光線と前記第２の光線とが、互いに異なる主要角度方向を有する、請求項１３に記載のマルチビューディスプレイ。
15. 前記第１の回折格子が、前記回折マルチビーム要素内で前記第２の回折格子から独立しており、前記第２の回折格子に隣接している、請求項１４に記載のマルチビューディスプレイ。
16. 前記光を前記光導波路に提供するように構成された光源をさらに含み、前記誘導された光が、非ゼロ伝搬角を有し、コリメーション因子に従ってコリメートされて、前記光導波路内で前記誘導された光の所定の角度広がりを提供する、請求項１３から１５のいずれか一項に記載のマルチビューディスプレイ。
17. 前記マルチビューピクセルのアレイの前記マルチビューピクセル（the multiview pixel of the multiview pixel array）が、光弁のセットを含み、前記マルチビューピクセルのサブピクセル（a sub-pixel of the multiview pixel）が、前記セットの光弁（a light valve of the set）を含む、請求項１３から１６のいずれか一項に記載のマルチビューディスプレイ。
18. マルチビューバックライトの動作方法であって、
    光導波路の長さに沿った伝搬方向に光を誘導するステップと、
    回折マルチビーム要素のアレイ（an array of diffractive multibeam elements）を使用して前記誘導された光の一部分を前記光導波路から回折的に外部結合して、マルチビューディスプレイの異なるビュー方向にそれぞれ対応する異なる主要角度方向を有する複数の外部結合光線を提供するステップであり、前記アレイの回折マルチビーム要素（a diffractive multibeam element of the array）が、複数の回折格子を含む、ステップとを含み、
    前記回折マルチビーム要素のサイズ（a size of the diffractive multibeam element）が、前記マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル内のサブピクセルのサイズ（a size of a sub-pixel in a multiview pixel of the multiview display）の２分の１より大きく、前記サブピクセルのサイズ（the size of the sub-pixel）の２倍より小さい、マルチビューバックライトの動作方法。
19. 前記回折マルチビーム要素の前記複数の回折格子（the plurality of diffractive gratings of the diffractive multibeam element）が、前記複数の外部結合光線のうちの第１の光線を提供するように構成された第１の回折格子と、前記複数の外部結合光線のうちの第２の光線を提供するように構成された第２の回折格子とを含み、前記第１の光線と前記第２の光線とが、互いに異なる主要角度方向を有する、請求項１８に記載のマルチビューバックライトの動作方法。
20. 光源を使用して前記光導波路に光を提供するステップをさらに含み、前記提供される光が、前記光導波路内で非ゼロ伝搬角を有する、またはコリメーション因子に従ってコリメートされて前記誘導された光の所定の角度広がりを提供する、あるいはその両方である、前記誘導された光である、請求項１８または１９に記載のマルチビューバックライトの動作方法。
21. 前記マルチビューディスプレイの前記マルチビューピクセルとして構成された複数の光弁を使用して、前記複数の外部結合光線を変調するステップをさらに含み、前記複数の光弁のうちの光弁（a light valve of the light valve plurality）が、前記マルチビューピクセルの前記サブピクセル（the sub-pixel of the multiview pixel）に対応する、請求項１８から２０のいずれか一項に記載のマルチビューバックライトの動作方法。
    
    

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