JP7047132B2 - サブ波長格子を用いた偏光リサイクルバックライト、方法、およびマルチビューディスプレイ - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
該当なし

連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
該当なし

電子ディスプレイは、多種多様なデバイスおよび製品のユーザーに情報を伝達するためのほぼどこにでもある媒体である。最も一般的に用いられる電子ディスプレイには、ブラウン管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネッセントディスプレイ（ＥＬ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、およびアクティブマトリックスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ（ＥＰ）、および、電気機械もしくは電気流体光変調を用いる種々のディスプレイ（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、その他）がある。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、光を放射するディスプレイ）とパッシブディスプレイ（すなわち、もう１つの光源によって提供される光を変調するディスプレイ）のどちらかに類別され得る。アクティブディスプレイの最も分かりやすい例の中には、ＣＲＴ、ＰＤＰ、およびＯＬＥＤ／ＡＭＯＬＥＤがある。放射光を考慮する場合にパッシブとして普通は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、本質的に低消費電力を含むがこれに限定されない魅力的な性能特性を示すことが多いが、光を放射する能力がないことを考慮すると、多くの実際の適用に際してはいくぶん使用が制限される場合がある。

放射光と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。結合された光源により、これらの本来ならパッシブディスプレイは光を放射し、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場合がある。この種の結合された光源の例は、バックライトである。バックライトは、パッシブディスプレイを照明するように本来ならパッシブディスプレイの背後に配置される光源（多くの場合、パネルバックライト）として役立つことができる。例えば、バックライトは、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイに結合され得る。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放射する。放射された光は、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイによって変調され、次いで、変調された光は、次にはＬＣＤまたはＥＰディスプレイから放射される。バックライトは、白色光を放射するように構成されることが多い。この場合、カラーフィルターが、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ように使用される。カラーフィルターは、例えば、ＬＣＤもしくはＥＰディスプレイの出力に（あまり一般的ではない）、またはバックライトとＬＣＤもしくはＥＰディスプレイとの間に配置され得る。あるいは、様々な色が、原色などの異なる色を用いてディスプレイのフィールドシーケンシャル照明によって実装される場合もある。

本明細書において説明される原理による例および実施形態の様々な特徴は、添付の図面と併せて用いられる次の詳細な説明を参照すればより容易に理解されることができ、ここで、同じ参照数字は同じ構造要素を示している。
本開示は以下の［１］から［２０］を含む。
［１］導波光として光ガイドの長さに沿って光を導くように構成される光ガイドであって、上記導波光が第１の偏光成分および第２の偏光成分を含む光ガイドと、
放射光として上記導波光の上記第１の偏光成分の一部を選択的に外へ散乱させるように構成される偏光選択性散乱機能部と、
サブ波長格子を含む偏光変換構造であって、上記サブ波長格子が非ゼロ伝播角度で上記サブ波長格子に入射する上記導波光の一部を反射して方向変更させ、上記導波光の上記第２の偏光成分の一部を上記第１の偏光成分に変換するように構成される、偏光変換構造と
を含む、偏光リサイクルバックライト。
［２］上記偏光選択性散乱機能部が、上記光ガイド長さに沿って互いに間隔を置いて設けられた複数のマルチビーム要素を含み、上記複数のマルチビーム要素が、マルチビューディスプレイのビュー方向に対応する方向を有する複数の指向性光ビームを含む放射光として上記導波光を外へ散乱させるように構成される、上記［１］に記載の偏光リサイクルバックライト。
［３］上記複数のマルチビーム要素が、上記光ガイドの表面に配置され、上記偏光変換構造が、上記複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素の間に配置される、上記［２］に記載の偏光リサイクルバックライト。
［４］上記マルチビーム要素が回折格子を含む、上記［２］に記載の偏光リサイクルバックライト。
［５］上記偏光リサイクルバックライトが、上記光ガイドの表面に実質的に直交する方向で上記偏光変換構造に入射する光に対して光学的に透明である、上記［１］に記載の偏光リサイクルバックライト。
［６］上記サブ波長格子が、格子周期、格子デューティサイクル、格子の向き、格子ピッチ、および格子深さを有する複数の実質的に平行な回折機能部を含み、上記格子周期、上記格子デューティサイクル、上記格子の向き、上記格子ピッチ、および上記格子深さのうちの１つまたはそれ以上が、上記第１の偏光成分への上記第２の偏光成分の偏光変換の量を制御するように構成される、上記［１］に記載の偏光リサイクルバックライト。
［７］上記偏光変換構造が、上記光ガイドの長さに沿った位置の関数である、上記第１の偏光成分への上記第２の偏光成分の偏光変換の量を提供するように構成される、上記［１］に記載の偏光リサイクルバックライト。
［８］上記偏光変換構造が、反射による方向変更ごとに約１０パーセントに満たない、上記第１の偏光成分への上記第２の偏光成分の偏光変換の量を提供するように構成される、上記［１］に記載の偏光リサイクルバックライト。
［９］上記第１の偏光成分への上記第２の偏光成分の偏光変換の上記量が、約２パーセントと約４パーセントとの間である、上記［８］に記載の偏光リサイクルバックライト。
［１０］上記偏光選択性散乱機能部および上記偏光変換構造が、上記光ガイドの両面に配置される、上記［１］に記載の偏光リサイクルバックライト。
［１１］上記［１］に記載の偏光リサイクルバックライトを含む電子ディスプレイであって、上記放射光を変調してマルチビュー画像を提供するように構成されるライトバルブのアレイをさらに含む、電子ディスプレイ。
［１２］第１の偏光成分および第２の偏光成分を含む導波光として光を導くように構成される光ガイドと、
マルチビーム要素のアレイのマルチビーム要素が、マルチビュー画像のビュー方向に対応する異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビームとして上記導波光の上記第１の偏光成分の一部を選択的に外へ散乱させるように構成される、マルチビーム要素のアレイと、
上記導波光の上記第２の偏光成分の一部を上記第１の偏光成分に変換するように構成されるサブ波長格子のアレイと、
上記マルチビュー画像を提供するように上記複数の指向性光ビームの指向性光ビームを変調するように構成されるライトバルブのアレイと
を含む、マルチビューディスプレイ。
［１３］上記マルチビーム要素が回折格子を含む、上記［１２］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１４］上記マルチビーム要素のアレイのマルチビーム要素が、上記光ガイドの表面に配置され、上記サブ波長格子のアレイのサブ波長格子が、上記マルチビーム要素のアレイの上記マルチビーム要素の間に配置される、上記［１２］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１５］上記サブ波長格子のアレイが、上記光ガイドの表面に実質的に直交する方向で上記サブ波長格子アレイに入射する光に対して光学的に透明である、上記［１２］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１６］上記サブ波長格子のアレイのサブ波長格子が、約１０パーセントに満たない、上記第１の偏光成分への上記第２の偏光成分の偏光変換の量を提供するように構成される、上記［１２］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１７］上記マルチビーム要素のアレイおよび上記サブ波長格子のアレイが、互いに対向する上記光ガイドの表面に配置される、上記［１２］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１８］偏光リサイクルバックライト動作の方法であって、
導波光として光ガイドの長さに沿って光を導くステップであり、上記導波光が第１の偏光成分および第２の偏光成分を含むステップと、
偏光選択性散乱機能部を用いて放射光として上記導波光の上記第１の偏光成分の一部を選択的に外へ散乱させるステップと、
上記導波光の上記第２の偏光成分の一部をサブ波長格子を含む偏光変換構造を用いて上記第１の偏光成分に変換するステップと
を含む、方法。
［１９］上記偏光選択性散乱機能部が、上記光ガイド長さに沿って互いに間隔を置いて設けられた複数のマルチビーム要素を含み、上記第１の偏光成分の上記部分を選択的に外へ散乱させるステップが、上記複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素を用いて上記放射光として上記部分を回折的に外へ散乱させることを含み、上記放射光が、マルチビューディスプレイのビュー方向に対応する方向を有する複数の指向性光ビームを含む、上記［１８］に記載の偏光リサイクルバックライト動作の方法。
［２０］上記偏光変換構造が、上記光ガイドの表面に上記複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素の間に配置される、上記［１９］に記載の偏光リサイクルバックライト動作の方法。

本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例でのマルチビューディスプレイの斜視図を示す。

本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例でのマルチビューディスプレイのビュー方向に対応する特定の主角度方向を有する光ビームの角度成分のグラフィック表現を示す。

本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例での回折格子の横断面図を示す。

本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例での偏光リサイクルバックライトの横断面図を示す。

本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例での偏光リサイクルバックライトの斜視図を示す。

本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例での回折マルチビーム要素および偏光変換構造を含む偏光リサイクルバックライトの一部の横断面図を示す。

本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例での回折マルチビーム要素を含む偏光リサイクルバックライトの一部の横断面図を示す。

本明細書において説明される原理と一致するもう１つの実施形態による、一例での回折マルチビーム要素を含む偏光リサイクルバックライトの一部の横断面図を示す。

本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例での回折マルチビーム要素および偏光変換構造のサブ波長格子を含む偏光リサイクルバックライトの表面の一部の平面図を示す。

本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例でのサブ波長格子の平面図を示す。

本明細書において説明される原理と一致する他の実施形態による、一例での偏光リサイクルバックライトの一部の横断面図を示す。

本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例でのモード選択可能な２Ｄ／３Ｄディスプレイの横断面図を示す。

本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例でのマルチビューディスプレイのブロック図を示す。

本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例でのバックライト動作の方法のフローチャートを示す。

ある一定の例および実施形態は、上記で参照した図に示されている特徴に加えたもの、およびその代わりのものである他の特徴を有する。これらのおよび他の特徴は、上述の図を参照して以下に詳細に述べられる。

本明細書において説明される原理による例および実施形態は、電子ディスプレイへの応用を伴う偏光選択性散乱および偏光変換を用いた背面照明を提供する。本明細書において説明される原理に一致する種々の実施形態においては、偏光選択性散乱機能部を用いたバックライトが提供される。偏光選択性散乱機能部は、光の偏光部を選択的に外へ散乱させる。また、サブ波長格子を含む偏光変換構造（polarization conversion structure）が提供される。偏光変換構造は、導波光の偏光を偏光選択性散乱機能部によって選択的に散乱される光の偏光部に対応する偏光に変換する。導波光の偏光を選択的に散乱される偏光に変換することによって、偏光変換構造は、偏光選択性散乱体による選択的散乱に利用可能な偏光光の量を増加させることができ、したがっていくつかの実施形態によれば、バックライトによって放射される光の強度を増加させることができる。

本明細書において、「二次元ディスプレイ」または「２Ｄディスプレイ」は、画像が見られる方向にかかわらず（すなわち、所定の視野角または２Ｄ表示の範囲内で）実質的に同一のものである画像のビューを提供するように構成されるディスプレイとして定義される。多くのスマートフォンおよびコンピューターモニターに提供される液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、２Ｄディスプレイの例である。本明細書とは対照的に、「マルチビューディスプレイ」は、マルチビュー画像の異なるビューを異なるビュー方向にまたはそれから提供するように構成される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。特に、異なるビューは、マルチビュー画像のシーンまたはオブジェクトの異なる斜視図を表すことができる。いくつかの例においては、マルチビューディスプレイはまた、例えばマルチビュー画像の２つの異なるビューを同時に見ることが３次元画像を見るという知覚を提供する場合に、３次元（３Ｄ）ディスプレイと呼ばれる場合もある。

ここで、「光ガイド」とは、内部全反射を用いて構造内で光を導く構造として定義される。特に、光ガイドは、光ガイドの動作波長において実質的に透明であるコアを含むことができる。「光ガイド」という用語は、一般に、光ガイドの誘電材料とその光ガイドを取り囲む材料もしくは媒体との間の界面で光を導くように内部全反射を用いる誘電体光導波路を指す。定義により、内部全反射の条件は、光ガイドの屈折率が、光ガイド材料の表面に隣接する周囲の媒体の屈折率よりも大きいことである。いくつかの実施形態においては、光ガイドは、内部全反射をさらに容易にするように、前述の屈折率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ができる。コーティングは、例えば、反射コーティングであってもよい。光ガイドは、プレートもしくはスラブガイドおよびストリップガイドのうちの１つまたは両方を含むがこれらに限定されないいくつかの光ガイドのいずれであってもよい。

本明細書においては、「偏光選択性散乱機能部（polarization-selective scattering feature）」は、一般に、特定の偏光を有する入射光を選択的に散乱させるように構成される機能部（feature）として定義される。いくつかの実施形態においては、入射光は、第１の偏光成分または単に「第１の偏光」、および第２の偏光成分または単に「第２の偏光」を含むことができる。例えば、第１の偏光成分は、横電気（ＴＥ）偏光成分であることができるが、第２の偏光成分は、横磁気（ＴＭ）偏光成分であり得る。もう１つの例においては、第１の偏光成分は、ＴＭ偏光成分であることができ、第２の偏光成分は、ＴＥ偏光成分であり得る。

種々の実施形態によれば、偏光選択性散乱機能部は、第１の偏光と関連する（例えば、第１の偏光を有する）光を優先的に外へ散乱させるように構成され得る。さらに、第２の偏光成分と関連する（例えば、第２の偏光を有する）光は、種々の実施形態によれば、偏光選択性散乱機能部によって散乱されないか、または最小に散乱され得る。いくつかの実施形態においては、偏光選択性散乱機能部は、光ガイドの中から第１の偏光の導波光を選択的に散乱させるように光ガイドに光学的に結合され得る。特に、偏光選択性散乱機能部は、いくつかの実施形態によれば光ガイドの表面に配置される。

本明細書においては、「偏光変換構造」は、一般に、構造に入射する光の偏光成分の一部をもう１つの偏光成分に変換するように構成される構造として定義される。例えば、偏光変換構造は、構造に入射する光の第２の偏光成分の一部を第１の偏光成分に変換することができる。したがって、偏光変換構造は、ＴＭ偏光成分を含む光を受け取り、ＴＭ偏光成分の一部をＴＥ偏光成分に変換し、次いで、結果として生じるＴＥ偏光成分を含む出力光として提供することができる。いくつかの実施形態においては、偏光変換構造は、第１の偏光成分と第２の偏光成分との間に位相遅延を用いることができる。特に、偏光変換構造は、第２の偏光成分の一部を第１の偏光成分に変換するのに十分な第１の偏光成分と第２の偏光成分との間に位相遅延を導入することができる。種々の実施形態においては、偏光変換構造は、以下でさらに説明されるように、回折格子、および具体的には、サブ波長回折格子を含む。

本明細書においては定義により、「マルチビーム要素」は、複数の指向性光ビーム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。マルチビーム要素によって生成される複数の指向性光ビーム（または「複数の指向性光ビーム」）の指向性光ビームは、本明細書においては定義により、互いに異なる主角度方向を有する。特に、定義により、複数の指向性光ビームの指向性光ビームは、複数の指向性光ビームのもう１つの指向性光ビームと異なる所定の主角度方向を有する。いくつかの実施形態によれば、マルチビーム要素のサイズは、マルチビーム要素と関連するディスプレイ（例えば、マルチビューディスプレイ）に使用されるライトバルブのサイズに匹敵し得る。特に、マルチビーム要素のサイズは、いくつかの実施形態においては、ライトバルブのサイズの約２分の１と約２倍との間であり得る。いくつかの実施形態においては、マルチビーム要素は、偏光選択性散乱を提供することができる。

種々の実施形態によれば、複数の指向性光ビームは、ライトフィールドを表すことができる。例えば、複数の指向性光ビームは、実質的に円錐形の空間領域に閉じ込められることができ、または複数の光ビームについて光ビームの異なる主角度方向を含む所定の角度広がりを有することができる。したがって、組み合わさった指向性光ビームの所定の角度広がり（すなわち、複数の指向性光ビーム）は、ライトフィールドを表すことができる。

種々の実施形態によれば、複数の指向性光ビームの様々な指向性光ビームの異なる主角度方向は、他の特性と共にマルチビーム要素のサイズ（例えば、長さ、幅、面積、およびその他のうちの１つまたはそれ以上）を含むがこれらに限定されない特性によって決定される。例えば、回折マルチビーム要素においては、回折格子マルチビーム要素内の回折格子の「格子ピッチ」もしくは回折機能部間隔および向きは、様々な指向性光ビームの異なる主角度方向を少なくとも一部は決定する特性であり得る。いくつかの実施形態においては、マルチビーム要素は、本明細書においては定義により、「拡張点光源」、すなわちマルチビーム要素の範囲の全域に配置された複数の点光源と考えられ得る。さらに、マルチビーム要素によって生成される指向性光ビームは、図１Ｂに関して以下で説明されるように、角度成分｛θ、φ｝によって与えられる主角度方向を有することができる。

本明細書においては、「マルチビューディスプレイ」は、異なるビュー方向でマルチビュー画像の異なるビューを提供するように構成される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、本明細書において説明される原理に一致する実施形態による、一例でのマルチビューディスプレイ１０の斜視図を示している。図１Ａに示されるように、マルチビューディスプレイ１０は、見られるべき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、スクリーン１２に対して異なるビュー方向１６でマルチビュー画像の異なるビュー１４を提供する。ビュー方向１６は、スクリーン１２から様々な異なる主角度方向に延在する矢印として示されており、異なるビュー１４は、矢印の終点で陰影付きの多角形ボックスとして示されており（すなわち、ビュー方向１６を示しており）、かつ、４つのビュー１４および４つのビュー方向１６のみが、すべて例示としてでありこれに限定されるものではなく示されている。異なるビュー１４がスクリーンの上方にあるように図１Ａで示されているが、ビュー１４は、マルチビュー画像がマルチビューディスプレイ１０に表示される場合は実際にスクリーン１２の上方にまたはその近くに現れることに留意されたい。スクリーン１２の上方にビュー１４を描くことは、説明を簡単にするためだけであり、特定のビュー１４に対応するビュー方向１６のそれぞれのものからマルチビューディスプレイ１０を見ることを表すように意図されている。

ビュー方向、または同等にマルチビューディスプレイのビュー方向に対応する方向を有する光ビームは、一般に、本明細書においては定義により、角度成分（θ、φ）によって与えられる主角度方向を有する。角度成分θは、本明細書においては、光ビームの「仰角成分」または「仰角」と呼ばれる。角度成分φは、光ビームの「方位成分」または「方位角」と呼ばれる。定義により、仰角θは、（例えば、マルチビューディスプレイスクリーンの平面に垂直な）垂直平面における角度であるが、方位角φは、（例えば、マルチビューディスプレイスクリーン平面に平行な）水平面における角度である。

図１Ｂは、本明細書において説明される原理に一致する実施形態による、一例でのマルチビューディスプレイのビュー方向（例えば、図１Ａにおけるビュー方向１６）に対応する特定の主角度方向を有する光ビーム２０の角度成分（θ、φ）のグラフィック表現を示している。さらに、光ビーム２０は、本明細書においては定義により、特定の点から放射されまたは発する。すなわち、定義により、光ビーム２０は、マルチビューディスプレイ内の特定の原点と関連する中心光線を有する。また、図１Ｂは、光ビーム（またはビュー方向）の原点Ｏを示している。

さらに、本明細書においては、「マルチビュー画像」および「マルチビューディスプレイ」という用語で使用される「マルチビュー」という用語は、異なる視点を表し、または複数のビューのビュー間の角度視差を含む複数のビューとして定義される。さらに、本明細書においては「マルチビュー」という用語は、本明細書においては定義により、２つより多い異なるビュー（すなわち、最小限３つのビュー、および通常は３つより多いビュー）を明示的に含む。したがって、本明細書において用いられる「マルチビューディスプレイ」は、シーンまたは画像を表すように２つの異なるビューのみを含む立体ディスプレイと明示的に区別される。しかしながら、マルチビュー画像およびマルチビューディスプレイは、本明細書においては定義により２つより多いビューを含むが、マルチビュー画像は、一度に見るようにマルチビュービューのうちの２つ（例えば、１つの眼につき１つのビュー）のみを選択することによって、画像のステレオペアとして（例えば、マルチビューディスプレイ上に）見られ得ることに留意されたい。

本明細書においては、「回折格子」は、一般に、回折格子に入射する光の回折を提供するように配置されまたは構成される複数の機能部（すなわち、回折機能部（diffractive features））として定義される。いくつかの例においては、複数の機能部は、周期的にまたは準周期的に配置され得る。例えば、回折格子は、１次元（１Ｄ）アレイに配置される複数の機能部（例えば、材料表面の複数の溝または***）を含むことができる。他の例においては、回折格子は、機能部の２次元（２Ｄ）アレイであってもよい。回折格子は、例えば、材料表面のバンプまたは穴の２Ｄアレイであってもよい。

したがって、本明細書においては定義により、回折格子は、回折格子に入射する光の回折を提供する構造である。光が光ガイドから回折格子に入射する場合、提供される回折または回折散乱は、回折格子が回折によって光ガイドから光を結合し得るという点で、「回折結合」をもたらし、したがって「回折結合」と呼ばれ得る。また、回折格子は、回折によって（すなわち、回折角で）光の角度を方向変更しまたは変える。特に、回折の結果として、回折格子を出る光は、一般に、回折格子に入射する光（すなわち、入射光）の伝播方向に比べて異なる伝播方向を有する。回折による光の伝播方向の変化は、本明細書においては「回折的方向変更」と呼ばれる。したがって、回折格子は、回折格子に入射する光を回折的に方向変更する回折機能部を含む構造であると理解されることができ、光が光ガイドから入射する場合に、回折格子はまた、光ガイドから光を回折的に外へ結合することができる。

さらに、本明細書においては定義により、回折格子の機能部は、「回折機能部」と呼ばれ、材料表面（すなわち、２つの材料間の境界）での、その中のおよびその上のうちの１つまたはそれ以上にあり得る。表面は、例えば、光ガイドの表面であってもよい。回折機能部は、表面での、その中の、またはその上の溝、***、穴、およびバンプのうちの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない光を回折する様々な構造のいずれかを含むことができる。例えば、回折格子は、材料表面に複数の実質的に平行な溝を含むことができる。もう１つの例においては、回折格子は、材料表面から***する複数の平行な***を含むことができる。回折機能部（例えば、溝、***、穴、バンプ、その他）は、正弦波プロファイル、長方形プロファイル（例えば、バイナリ回折格子）、三角形プロファイルおよび鋸歯プロファイル（例えば、ブレーズド格子）のうちの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない回折を提供する様々な断面形状またはプロファイルのいずれかを有することができる。

本明細書において説明される種々の例によれば、回折格子（例えば、以下で説明されるマルチビーム要素の回折格子）は、光ビームとして光ガイド（例えば、導光板）から光を回折的に散乱させまたは結合するように用いられ得る。特に、局所的に周期的な回折格子の、またはそれによって提供される回折角θ_ｍは、

として式（１）によって与えられることができ、
ここで、λは光の波長であり、ｍは回折次数であり、ｎは光ガイドの屈折率であり、ｄは回折格子の機能部の間の距離または間隔であり、θ_ｉは回折格子に対する光の入射角である。簡単にするために、式（１）は、回折格子が光ガイドの表面に隣接し、光ガイドの外側の材料の屈折率が１に等しい（すなわち、ｎ_ｏｕｔ＝１）ということを仮定している。一般に、回折次数ｍは、整数で与えられる。回折格子によって生成される光ビームの回折角θ_ｍは、回折次数が正（例えば、ｍ＞０）である式（１）によって与えられ得る。例えば、１次回折は、回折次数ｍが１に等しい（すなわち、ｍ＝１である）場合に提供される。

図２は、本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例での回折格子３０の横断面図を示している。例えば、回折格子３０は、光ガイド４０の表面に配置され得る。さらに、図２は、入射角θ_ｉで回折格子３０に入射する光ビーム５０を示している。光ビーム５０は、光ガイド４０内の導波光ビームである。また、図２においては、入射光ビーム５０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、外へ結合される指向性光ビーム６０が示されている。指向性光ビーム６０は、式（１）によって与えられる回折角θ_ｍ（または本明細書においては「主角度方向」）を有する。回折角θ_ｍは、例えば、回折格子３０の回折次数「ｍ」に対応することができる。

本明細書においては、「光源」は、光源（例えば、光を生成し放射するように構成される光エミッタ）として定義される。例えば、光源は、作動されまたはオンにされると光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光エミッタを含むことができる。特に、本明細書においては、光源は、実質的に任意の光源であることができ、または発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザー、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ポリマー発光ダイオード、プラズマベース光エミッタ、蛍光灯、白熱灯、および事実上任意の他の光源のうちの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない実質的に任意の光エミッタを含むことができる。光源によって生成される光は、色を有することができ（すなわち、特定の波長の光を含むことができ）、または様々な波長（例えば、白色光）であってもよい。いくつかの実施形態においては、光源は、複数の光エミッタを含むことができる。例えば、光源は、光エミッタのセットまたはグループを含むことができ、その場合、光エミッタのうちの少なくとも１つは、セットまたはグループの少なくとも１つの他の光エミッタによって生成される光の色または波長と異なる、色または同等に波長を有する光を生成する。異なる色は、例えば、原色（例えば、赤、緑、青）を含むことができる。

定義により、「広角の」放射光は、マルチビュー画像またはマルチビューディスプレイのビューの円錐角よりも大きい円錐角を有する光として定義される。特に、いくつかの実施形態においては、広角放射光は、約２０度よりも大きい（例えば、＞±２０°）円錐角を有することができる。他の実施形態においては、広角放射光円錐角は、約３０度より大きい（例えば、＞±３０°）、または約４０度より大きい（例えば、＞±４０°）、または約５０度より大きい（例えば、＞±５０°）場合がある。例えば、広角放射光の円錐角は、約６０度（例えば、＞±６０°）であってもよい。

いくつかの実施形態においては、広角放射光円錐角は、ＬＣＤコンピューターモニター、ＬＣＤタブレット、ＬＣＤテレビジョン、または広角ビューイングのための同様のデジタルディスプレイデバイスの視野角とほぼ同じであると定義され得る（例えば、約±４０－６５°）。他の実施形態においては、広角放射光はまた、拡散光、実質的に拡散光、（すなわち、任意の特定のまたは定義された指向性を欠いている）非指向性光として、あるいは単一または実質的に均一な方向を有する光として特徴付けられまたは説明され得る。

さらに、本明細書において使用される場合、冠詞「ａ」は、特許技術におけるその通常の意味、すなわち「１つまたはそれ以上」を有するよう意図されている。例えば、「サブ波長格子（a subwavelength grating）」は、１つまたはそれ以上のサブ波長格子を意味し、したがって、「サブ波長格子（the subwavelength grating(s)）」は、本明細書においては「サブ波長格子（複数のサブ波長格子）」を意味する。また、「頂部（top）」、「底部（bottom）」、「上方の（upper）」、「下方の（lower）」、「上に（up）」、「下に（down）」、「前部の（front）」、「後部の（back）」、「第１の（first）」、「第２の（second）」、「左の（left）」または「右の（right）」に対する本明細書における任意の参照は、本明細書において限定するよう意図されているものではない。本明細書においては、値に適用される場合の「約（about）」という用語は、一般に、値を生成するのに使用される機器の許容範囲の範囲内を意味し、あるいは特に明記しない限り、プラスまたはマイナス１０％、あるいはプラスまたはマイナス５％、あるいはプラスまたはマイナス１％を意味することができる。さらに、本明細書において使用される「実質的に（substantially）」という用語は、大部分、またはほぼすべて、またはすべて、または約５１％から約１００％の範囲の範囲内の量を意味する。さらに、本明細書における例は、例示するだけであることを目的とするものであり、議論の目的で提示されており、限定するためではない。

本明細書において説明される原理のいくつかの実施形態によれば、バックライトが提供される。図３Ａは、本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例での偏光リサイクルバックライト１００の横断面図を示している。図３Ｂは、本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例での偏光リサイクルバックライト１００の斜視図を示している。図３Ｃは、本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例での偏光リサイクルバックライト１００の一部の横断面図を示している。図示の偏光リサイクルバックライト１００は、例えば、マルチビューディスプレイを含むがこれに限定されない電子ディスプレイの背面照明に使用され得る。

種々の実施形態によれば、偏光リサイクルバックライト１００は、放射光１０２として光を提供しまたは放射するように構成される。いくつかの実施形態においては、放射光１０２は、広角放射光であることができ、またはそれを含むことができる。広角放射光は、例えば、２Ｄディスプレイ用途における照明源としての使用に適している場合がある。他の実施形態においては、放射光１０２は、複数の指向性光ビームを含む指向性放射光であり得る。例えば、複数の指向性光ビームは、マルチビュー画像のビュー方向に対応する方向を有することができ、放射光１０２は、マルチビュー画像を表示するように構成されるマルチビューディスプレイのための照明源として使用され得る。

さらに、偏光リサイクルバックライト１００は、導波光１０４として偏光リサイクルバックライト１００内で導かれる光の特定の偏光成分から、またはそれを用いて放射光１０２を提供するように構成され得る。例えば、放射光１０２は、導波光１０４の第１の偏光成分から提供されることができ、または少なくとも実質的にそれから提供され得る。結果として、第１の偏光の利用可能な量は、放射光１０２を提供する結果として減少する場合がある。偏光リサイクルバックライト１００は、特定の偏光以外の導波光１０４の一部の偏光をその偏光成分を補充するように特定の偏光成分に変換するようにさらに構成される。例えば、偏光リサイクルバックライト１００は、第２の偏光成分を導波光１０４の第１の偏光成分を補充するように第１の偏光成分に変換することができる。したがって、偏光リサイクルバックライト１００は、種々の実施形態によれば、放射光１０２を提供するために使用される特定の偏光成分の追加の導波光を提供するように導波光１０４の偏光成分を再利用するように構成される。

図３Ａ～図３Ｃに示されるように、偏光リサイクルバックライト１００は、光ガイド１１０を含む。光ガイド１１０は、導波光１０４（すなわち、導波光ビーム１０４）として光ガイド１１０の長さに沿って光を導くように構成される。例えば、光ガイド１１０は、光導波路として構成される誘電材料を含むことができる。誘電材料は、誘電体光導波路を取り囲む媒体の第２の屈折率よりも大きい第１の屈折率を有することができる。屈折率の差は、例えば、光ガイド１１０の１つまたはそれ以上の導波モードに従って、導波光１０４の内部全反射を容易にするように構成される。

いくつかの実施形態においては、光ガイド１１０は、光学的に透明な誘電材料の拡張された実質的に平面のシートを含むスラブまたは平板光導波路（すなわち、導光板）であり得る。誘電材料の実質的に平面のシートは、内部全反射を用いて導波光１０４を導くように構成される。様々な例によれば、光ガイド１１０の光学的に透明な材料は、様々なタイプのガラス（例えば、石英ガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、ホウケイ酸ガラス、その他）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、その他）のうちの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない様々な誘電材料のいずれかを含むことができ、またはそれらからできている場合がある。いくつかの例においては、光ガイド１１０は、光ガイド１１０の表面の少なくとも一部（例えば、第１の表面および第２の表面のうちの１つまたは両方）にクラッド層（図示せず）をさらに含むことができる。クラッド層は、いくつかの例によれば内部全反射をさらに容易にするように使用され得る。

さらに、いくつかの実施形態によれば、光ガイド１１０は、光ガイド１１０の第１の表面１１０’（例えば、前面または上面または側面）と第２の表面１１０’’（例えば、背面または底面または側面）との間で非ゼロ伝播角度で内部全反射によって導波光１０４を導くように構成される。特に、導波光１０４は、非ゼロ伝播角度で光ガイド１１０の第１の表面１１０’と第２の表面１１０’’との間で反射しまたは「跳ね返る」ことによって伝播する。いくつかの実施形態においては、光の異なる色を含む複数の導波光ビーム１０４は、異なる色別の非ゼロ伝播角度のそれぞれで光ガイド１１０によって導かれ得る。非ゼロ伝播角度は、説明を簡単にするために図３Ｂには示されていないことに留意されたい。しかしながら、伝播方向１０３を表す太い矢印が、図３Ａの光ガイド長さに沿った導波光１０４の一般的な伝播方向を示している。

本明細書において定義されるように、「非ゼロ伝播角度」は、光ガイド１１０の表面（例えば、第１の表面１１０’または第２の表面１１０’’）に対する角度である。さらに、非ゼロ伝播角度は、種々の実施形態によれば、ゼロより大きくもあり、光ガイド１１０内の内部全反射の臨界角度より小さくもある。例えば、導波光１０４の非ゼロ伝播角度は、約１０度と約５０度との間、またはいくつかの例においては、約２０度と約４０度との間、または約２５度と約３５度との間であり得る。例えば、非ゼロ伝播角度は、約３０度であってもよい。他の例においては、非ゼロ伝播角度は、約２０度、または約２５度、または約３５度であり得る。さらに、特定の非ゼロ伝播角度が光ガイド１１０内の内部全反射の臨界角より小さいように選択される限り、特定の非ゼロ伝播角度は、特定の実装のために（例えば、任意に）選択され得る。

光ガイド１１０内の導波光１０４は、非ゼロ伝播角度（例えば、約３０～３５度）で光ガイド１１０に導入されまたは結合され得る。いくつかの例においては、これらに限定されないが、レンズ、ミラーまたは同様の反射鏡（例えば、傾斜コリメーティング反射鏡）、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み合わせなどの結合構造は、非ゼロ伝播角度で導波光１０４として光ガイド１１０の入力端で光を結合することを容易にすることができる。他の例においては、光は、結合構造を使用せずに、または実質的に使用せずに、光ガイド１１０の入力端に直接導入され得る（すなわち、直接または「突合わせ」結合が用いられ得る）。いったん光ガイド１１０に結合されれば、導波光１０４は、一般に入力端から遠ざかることがある伝播方向１０３に光ガイド１１０に沿って伝播するように構成される（例えば、図３Ａのｘ軸に沿って示している太い矢印で示されている）。

さらに、光を光ガイド１１０に結合することによって生成される導波光１０４、または同等に導波光ビーム１０４は、種々の実施形態によれば、コリメート光ビームであってもよい。本明細書においては、「コリメート光」または「コリメート光ビーム」は、一般に、光ビームの光線が光ビーム（例えば、導波光ビーム１０４）内で互いに実質的に平行である光のビームとして定義される。さらに、コリメート光ビームから発散しまたは散乱される光線は、本明細書においては定義により、コリメート光ビームの一部と考えられてない。いくつかの実施形態においては、偏光リサイクルバックライト１００は、例えば光源からの光を平行にするように、上述のようにレンズ、反射鏡またはミラーなどのコリメータ（例えば、傾斜コリメーティング反射鏡）を含むことができる。いくつかの実施形態においては、光源はコリメータ（図示せず）を含む。光ガイド１１０に提供されるコリメート光は、コリメート導波光１０４である。導波光１０４は、種々の実施形態においては、コリメーション係数ｓに従って、またはコリメーション係数ｓを有するように平行にされ得る。

いくつかの実施形態においては、光ガイド１１０は、導波光１０４を方向変更し再利用するように構成され得る。特に、光ガイド長さに沿って導かれている導波光１０４は、伝播方向１０３と異なるもう１つの伝播方向１０３’にその長さに沿って後方へ方向変更され得る。例えば、光ガイド１１０は、光源に隣接する入力端と反対側の光ガイド１１０の端部に反射鏡（図示せず）を含むことができる。反射鏡は、導波光１０４を方向変更された導波光として入力端に向かって反射し返すように構成され得る。いくつかの実施形態においては、もう１つの光源が、（例えば、反射鏡を用いて）光の方向変更の代わりに、またはそれに加えて、他の伝播方向１０３’に導波光１０４を提供することができる。導波光１０４を方向変更し再利用すること、および他の伝搬方向１０３’を有する導波光１０４を提供するようにもう１つの光源を用いることの一方または両方は、例えば、以下で説明される偏光選択性散乱機能部および偏光変換構造の一方または両方に導波光１０４を複数回利用できるようにすることによって、偏光リサイクルバックライト１００の輝度を増加させる（例えば、放射光１０２の強度を増加させる）ことができる。加えて、導波光１０４は、例えば、光ガイド１１０の両端で導波光１０４を反射することによって、複数回方向変更され得る。

図３Ａにおいては、（例えば、負のｘ方向に向けられた）再利用される導波光の伝播方向１０３’を示す太い矢印は、光ガイド１１０内の再利用される導波光の一般的な伝播方向を示している。
あるいは（例えば、導波光を再利用することと異なり）、他の伝播方向１０３’に伝播する導波光１０４は、（例えば、伝播方向１０３を有する導波光１０４に加えて）他の伝播方向１０３’で光ガイド１１０に光を導入することによって提供され得る。

いくつかの例においては、導波光１０４は、実質的に非偏光の、または同等に「ランダムに偏光された」光として、光ガイド１１０に最初は結合され得る。導波光１０４は、第１の偏光成分および第２の偏光成分を有することができる。第１および第２の偏光成分は、種々の例によれば、互いに実質的に直交することができる。いくつかの例においては、第１の偏光成分は、横電気（ＴＥ）偏光成分であり、第２の偏光成分は、横磁気（ＴＭ）偏光成分である。導波光１０４は、いくつかの例によれば、２つの直交する偏光成分（すなわち、第１および第２の偏光成分）の重ね合わせによって表され得る。

いくつかの例においては、第１の偏光成分に対応するまたはそれと関連する導波光１０４の第１の部分の特性（例えば、強度、量、レベル、その他）は、特に、光ガイド１１０の入力端の近傍において光ガイド１１０内の第２の偏光成分に対応するまたはそれと関連する導波光１０４の第２の部分の特性（例えば、強度、その他）とほぼ等しくなり得る。言い換えれば、光ガイド１１０の入力端における実質的に非偏光のまたは任意に偏光された導波光１０４の光は、第１および第２の偏光成分（例えば、ＴＥおよびＴＭ偏光成分）の間でほぼ等しく分配され得る。他の例においては、導波光１０４の第１の偏光成分の部分の特性は、第２の偏光成分の部分よりも大きく、または、第２の偏光成分の特性は、第１の偏光成分部分よりも大きい。

図３Ａ～図３Ｃに示される偏光リサイクルバックライト１００は、偏光選択性散乱機能部１２０をさらに含む。偏光選択性散乱機能部１２０は、放射光１０２として偏光選択性散乱機能部１２０に入射する導波光１０４の偏光成分の一部を選択的に外へ散乱させるように構成される。すなわち、偏光選択性散乱機能部１２０は、特定の偏光、例えば第１の偏光成分を有する導波光１０４の一部を光ガイドから散乱させるように構成される。

いくつかの実施形態においては、偏光選択性散乱機能部１２０は、複数の偏光選択性散乱体を含む。特に、偏光選択性散乱機能部１２０の個々の偏光選択性散乱体は、互いに間隔を置いて設けられた別々の構造または機能部であってもよく、各別々の構造は、偏光選択的に導波光１０４の異なる部分を散乱させまたは外へ結合するように構成される。種々の実施形態においては、偏光選択性散乱機能部１２０は、回折格子、反射構造および屈折構造、ならびに偏光選択性散乱特性を有するそれらの様々な組み合わせを含むがこれらに限定されない偏光選択性散乱を提供し、またはそれを生成するように構成される様々な異なる構造または機能部のいずれかを含むことができる。

いくつかの実施形態においては、偏光リサイクルバックライト１００の偏光選択性散乱機能部１２０は、マルチビーム要素１２０’を含むことができる。特に、偏光選択性散乱機能部１２０は、いくつかの実施形態においては、複数のマルチビーム要素１２０’を含むことができる。図３Ａ～図３Ｃは、限定ではなく例示として、複数のマルチビーム要素１２０’を含む偏光選択性散乱機能部１２０を示している。複数のマルチビーム要素１２０’を含む偏光選択性散乱機能部１２０を有する光ガイド１１０を持つ偏光リサイクルバックライト１００は、以下でより詳細にさらに説明されるように、「マルチビュー」バックライトと呼ばれる場合がある。

種々の実施形態によれば、複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素１２０’は、光ガイド１１０の長さに沿って互いに間隔を置いて設けられ得る。特に、マルチビーム要素１２０’は、有限の空間によって互いに分離され、光ガイド長さに沿った個々の別個の要素を表すことができる。すなわち、本明細書においては定義により、複数のマルチビーム要素１２０’は、有限の（すなわち、非ゼロの）要素間距離（例えば、有限の中心間距離）によって互いに間隔を置いて設けられる。さらに、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、互いに交差せず、重なり合わず、または別様に接触しない。すなわち、複数のマルチビーム要素の各マルチビーム要素１２０’は、一般に別個であり、マルチビーム要素１２０’の他のものから分離される。

種々の実施形態においては、複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素１２０’は、光ガイド１１０の表面（例えば、第１の表面１１０’または第２の表面１１０’’）において、その上におよびその中のうちの１つまたはそれ以上の様々な形状に配置されてもよい。例えば、複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素１２０’は、（例えば、アレイとして）光ガイド表面の全域で列および行に配置され得る。もう１つの例においては、複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素１２０’は、グループに配置されてもよく、グループは、行および列に配置され得る。

いくつかの実施形態によれば、偏光選択性散乱機能部１２０の複数のマルチビーム要素１２０’は、１次元（１Ｄ）アレイと２次元（２Ｄ）アレイのどちらかに配置され得る。例えば、複数のマルチビーム要素１２０’は、直線１Ｄアレイとして配置されてもよい。もう１つの例においては、複数のマルチビーム要素１２０’は、長方形の２Ｄアレイとしてまたは円形の２Ｄアレイとして配置されてもよい。さらに、アレイ（すなわち、１Ｄまたは２Ｄアレイ）は、いくつかの例においては、規則的または均一なアレイであり得る。特に、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、アレイの全域で実質的に均一または一定であり得る。他の例においては、マルチビーム要素１２０’間の要素間距離は、アレイ全体の全域でおよび光ガイド１１０の長さに沿ってのうちの一方または両方で変化され得る。

種々の実施形態によれば、複数のマルチビーム要素１２０’のマルチビーム要素１２０’は、放射光１０２として導波光１０４の一部を外へ結合するように構成される。さらに、放射光１０２は、複数の指向性光ビーム１０２’を含み、（したがって、指向性放射光と呼ばれる場合がある）。図３Ａにおいては、指向性光ビーム１０２’は、光ガイド１１０の第１の（または前部）表面１１０’から向けられた方向であるように描かれている複数の分岐矢印として示されている。種々の実施形態によれば、指向性光ビーム１０２’は、互いに異なる主角度方向を有する。さらに、指向性光ビーム１０２’の異なる主角度方向は、種々の実施形態によれば、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異なるビュー方向に対応することができる。

種々の実施形態によれば、マルチビーム要素１２０’は、導波光１０４の一部を外へ結合するように構成されるいくつかの異なる構造のいずれかを含むことができる。例えば、異なる構造は、回折格子、微小反射素子、微小屈折素子、またはそれらの様々な組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態においては、回折格子を含むマルチビーム要素１２０’は、異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビーム１０２’として導波光部分を回折的に外へ結合するように構成される。他の実施形態においては、微小反射素子を含むマルチビーム要素１２０’は、複数の指向性光ビーム１０２’として導波光部分を反射的に外へ結合するように構成され、または、微小屈折素子を含むマルチビーム要素１２０’は、屈折によってまたはそれを用いて、複数の指向性光ビーム１０２’として導波光部分を外へ結合する（すなわち、導波光部分を屈折して外へ結合する）ように構成される。

図４Ａは、本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例でのマルチビーム要素１２０’を含む偏光リサイクルバックライト１００の一部の横断面図を示している。図４Ｂは、本明細書において説明される原理と一致するもう１つの実施形態による、一例でのマルチビーム要素１２０’を含む偏光リサイクルバックライト１００の一部の横断面図を示している。特に、図４Ａ～図４Ｂは、回折格子１２２を含む回折マルチビーム要素として、偏光リサイクルバックライト１００のマルチビーム要素１２０’を示している。回折格子１２２は、放射光１０２の複数の指向性光ビーム１０２’として導波光１０４の一部を回折的に外へ結合するように構成される。回折格子１２２は、導波光部分から回折結合を提供するように構成される回折機能部間隔または回折機能部または格子ピッチによって互いに間隔を置いて設けられた複数の回折機能部を含む。

いくつかの実施形態においては、マルチビーム要素１２０’の回折格子１２２は、光ガイド１１０の表面にまたはそれに隣接して配置され得る。例えば、回折格子１２２は、例えば、図４Ａに示されるように、光ガイド１１０の第１の表面１１０’にあり、またはそれに隣接することができる。光ガイド１１０の第１の表面１１０’における回折格子１２２は、指向性光ビーム１０２’として第１の表面１１０’を通して導波光部分を回折的に外へ結合するように構成される透過モード回折格子であり得る。他の実施形態においては、例えば、図４Ｂに示されるように、回折格子１１４は、光ガイド１１０の第２の表面１１０’’に、またはそれに隣接して配置され得る。第２の表面１１０’’に配置される場合、回折格子１２２は、反射モード回折格子であり得る。反射モード回折格子として、回折格子１２２は、導波光部分を回折するのみならずまた、指向性光ビーム１０２’として第１の表面１１０’を通して出て行くように第１の表面１１０’に向かって回折された導波光部分を反射するように構成される。さらに他の実施形態（図示せず）においては、回折格子は、例えば、透過モード回折格子および反射モード回折格子のうちの一方または両方として、光ガイド１１０の表面の間に配置され得る。本明細書において説明されるいくつかの実施形態においては、指向性光ビーム１０２’の主角度方向は、光ガイド表面で光ガイド１１０を出て行く指向性光ビーム１０２’による屈折の影響を含み得ることに留意されたい。例えば、図３Ａおよび図４Ｂは、限定ではなく例示として、指向性光ビーム１０２’が第１の表面１１０’を横切る際の屈折率の変化による指向性光ビーム１０２’の屈折（すなわち、曲げ）を示している。

いくつかの実施形態によれば、回折格子１２２の回折機能部は、互いに間隔を置いて設けられた溝および***のうちの一方または両方を含むことができる。溝または***は、光ガイド１１０の材料を含むことができ、例えば、光ガイド１１０の表面に形成されてもよい。もう１つの例においては、溝または***は、光ガイド材料以外の材料、例えば、光ガイド１１０の表面上のもう１つの材料のフィルムまたは層から形成され得る。

いくつかの実施形態においては、マルチビーム要素１２０’の回折格子１２２は、回折機能部間隔が回折格子１２２全体にわたって実質的に一定のまたは変わらない均一な回折格子である。他の実施形態においては、回折格子１２２は、チャープ回折格子であってもよい。定義により、「チャープ」回折格子は、チャープ回折格子の範囲または長さの全域で変化する回折機能部の回折間隔（すなわち、格子ピッチ）を示しまたは有する回折格子である。いくつかの実施形態においては、チャープ回折格子は、距離とともに直線的に変化する回折機能部間隔のチャープを有しまたはそれを示すことができる。したがって、チャープ回折格子は、定義により「線形チャープ」回折格子である。他の実施形態においては、マルチビーム要素１２０’のチャープ回折格子は、回折機能部間隔の非線形チャープを示すことができる。指数チャープ、対数チャープ、またはもう１つの実質的に不均一もしくはランダムであるが依然として単調に変化するチャープを含むがこれらに限定されない種々の非線形チャープが、使用され得る。また、正弦波チャープまたは三角形もしくは鋸歯状チャープなどであるがこれらに限定されない非単調チャープが用いられ得る。
また、これらのタイプのチャープのいずれかの組み合わせが用いられ得る。

再び図３Ａ～３Ｃを参照すると、偏光リサイクルバックライト１００は、偏光変換構造１３０をさらに含む。偏光変換構造１３０は、偏光成分の一部をもう１つの偏光成分に変換するように構成される。具体的には、偏光変換構造１３０は、非ゼロ伝播角度で偏光変換構造１３０に入射する導波光１０４の一部を反射して方向変更するように構成される。そうすることで、偏光変換構造１３０は、第２の偏光成分の一部を第１の偏光成分に変換する。すなわち、偏光変換構造１３０は、偏光変換構造１３０に入射する光の第２の偏光成分の一部を反射光の第１の偏光に変換する。例えば、第１の偏光成分がＴＥ偏光成分であり、第２の成分がＴＭ偏光成分である場合は、偏光変換構造１３０は、入射光のＴＭ偏光成分の一部を反射光のＴＥ偏光成分に変換することができる。それによって、反射光の第１の偏光成分（この例においては、ＴＥ成分）の部分が増加される。

図３Ｃは、本発明の実施形態による偏光変換構造１３０を含む偏光リサイクルバックライト１００の横断面図を示している。偏光変換構造１３０は、非ゼロ伝播角度で偏光変換構造１３０に入射する導波光１０４の一部を反射して方向変更し、導波光１０４の第２の偏光成分の一部を第１の偏光成分に変換するように構成される。この例においては、偏光変換構造１３０は、偏光選択性散乱機能部１２０の複数の偏光選択性散乱体の間の光ガイド１１０の第２の表面１１０’’に配置される。偏光変換構造１３０に入射する導波光１０４が示されている。さらに、第１の偏光成分１０４’を表す第１のベクトル、および第１の偏光成分１０４’に直交する、導波光１０４の第２の偏光成分１０４’’を表す第２のベクトルが示されている。特に、第１の偏光成分１０４’は、偏光変換構造１３０の第１の表面に平行であり、ページの中へ指し示しているベクトルを表すように中央にドットを持つ円として示されている。第１および第２の偏光成分１０４’、１０４’’は、図３Ｃに示されるように、互いに直交するばかりでなく、導波光１０４の進行方向にも直交する。いくつかの実施形態においては、例えば、第１の偏光成分１０４’は、導波光１０４のＴＥ偏光成分に対応することができるが、第２の偏光成分１０４’’は、導波光１０４のＴＭ偏光成分に対応することができる。

図３Ｃに示されるように、導波光１０４は、非ゼロ伝播角度で偏光変換構造１３０に入射する。導波光１０４は、反射光ビームとして偏光変換構造１３０によって反射されまたは反射して方向変更され、この反射光ビームは、入射角に実質的に等しい非ゼロ伝播角度で偏光変換構造から遠ざかるように伝播する。導波光１０４の反射中に、偏光変換構造１３０は、形態複屈折材料として働くことができる。すなわち、偏光変換構造１３０は、いくつかの例においては、第１の偏光成分１０４’および第２の偏光成分１０４’’、または同等に入射導波光１０４のＴＥ偏光成分１０４’およびＴＭ偏光成分１０４’’などの、２つの直交する偏光成分の間に位相遅延を導入することができる。したがって、偏光変換構造１３０は、いくつかの例によれば、入射導波光１０４の第１および第２の偏光成分１０４’、１０４’’の間に約２分の１波長差または９０度の位相遅延を導入することができる。２つの偏光成分１０４’、１０４’’の間の位相遅延により、入射光のＴＭ偏光成分１０４’’の一部の、反射光のＴＥ偏光成分１０４’への変換がもたらされる。結果として、反射光のＴＥ偏光成分部分は、入射光に対して増加される。これは、偏光変換構造１３０から反射された光の第１の偏光成分１０４’を表すより長いベクトルによって図３Ｃに示されている。同様に、反射光のＴＭ偏光成分部分は、図３Ｃの反射光の中央にドットを持つより小さい円で示されるように、入射光に対して減少される。

偏光変換構造１３０との相互作用の後、光ビーム１０４は、非ゼロ伝播角度で光ガイド１１０を通して引き続き伝播し、前述のように、光ガイド１１０の第１および第２の表面１１０’、１１０’’に対して交互に反射する。そうすることで、導波光１０４は、偏光変換構造１３０と複数回相互作用するように構成される。偏光変換構造１３０との各相互作用中に、第２の偏光成分１０４’’（例えば、ＴＭ偏光成分）の一部は、第１の偏光成分１０４’（例えば、ＴＥ偏光成分）にさらに変換される。また、導波光１０４は、光ガイド１１０を通してその伝搬中に偏光選択性散乱機能部１２０と相互作用する。偏光選択性散乱機能部１２０との相互作用中に、第１の偏光またはＴＥ偏光成分の一部は、放射光１０２として光ガイド１１０から選択的に結合されまたは散乱される。第１の偏光成分の一部の偏光選択性散乱は、導波光１０４の第１の偏光成分を減らすかまたは消耗させる。この損失を補償するために、導波光１０４の第１の偏光成分の消耗した部分は、偏光変換構造１３０との反復的な相互作用を通して補充される。結果として、いくつかの実施形態によれば、より多量の第１の偏光成分が偏光選択性散乱機能部１２０に利用可能にされ、それにより、放射光１０２のより大きな強度、およびより明るい偏光リサイクルバックライト１００がもたらされる。

いくつかの実施形態においては、偏光変換構造１３０は、光ガイドの表面に実質的に直交する方向で構造に入射する光に対して実質的に光学的に透明であり、この種の光に対する偏光変換構造１３０の影響は最小限である。その代わりとして、偏光変換構造１３０は、非ゼロ伝播角度で伝播し、傾斜して構造に入射する導波光と相互に作用するように構成される。

種々の実施形態においては、偏光変換構造１３０は、サブ波長格子１３２を含む。サブ波長格子１３２は、非ゼロ伝播角度でサブ波長格子１３２に入射する導波光の一部を反射して方向変更するように構成される。そうすることで、サブ波長格子１３２は、上述のように、導波光１０４の第２の偏光成分１０４’’の一部を第１の偏光成分１０４’に変換する。図５Ａは、本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例でのマルチビーム要素１２０’および偏光変換構造１３０のサブ波長格子１３２を含む偏光リサイクルバックライト１００の表面の一部の平面図を示している。図５Ｂは、本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例でのサブ波長格子１３２の平面図を示している。

いくつかの実施形態においては、サブ波長格子１３２は、複数の実質的に平行な回折機能部を含む。回折機能部は、いくつかの例においては、上述の回折格子の回折機能部と実質的に同様であり得る。特に、サブ波長格子１３２の回折機能部は、互いに間隔を置いて設けられた溝および***のうちの一方または両方を含むことができる。溝および***は、光ガイド１１０の表面に、または光ガイド材料以外の材料から形成されてもよい。しかしながら、サブ波長格子１３２においては、回折機能部間の距離、または同等に回折機能部の格子ピッチは、定義により導波光１０４の波長よりも短い。いくつかの実施形態においては、格子ピッチは、導波光１０４の波長よりも実質的に短くてもよい。例えば、サブ波長格子１３２の格子ピッチは、上述の回折格子１２２の格子ピッチの半分よりも小さくてもよい。サブ波長格子ピッチは、サブ波長格子１３２の偏光変換特性に寄与する回折特性を提供する。特に、サブ波長格子ピッチのために、サブ波長格子１３２は、形態複屈折材料、またはその回折特性が導波光１０４の入射部分の成分の向きの要因である材料として機能する。すなわち、サブ波長格子１３２の偏光変換特性は、入射導波光１０４の成分の向きに依存する。上述のように、サブ波長格子１３２に入射する導波光１０４は、互いに対して直角に向けられる第１の偏光成分および第２の偏光成分（いくつかの例においては、それぞれＴＥ偏光およびＴＭ偏光）を含むことができる。したがって、サブ波長格子１３２は、各偏光成分をその向きに従って異なって反射する。したがって、サブ波長格子１３２の形態複屈折は、第１の偏光成分に対して第２の偏光成分のほぼ半波長の位相遅延を引き起こすことができる。この位相遅延は、サブ波長格子１３２に入射する光の第２の偏光成分の一部を、サブ波長格子１３２によって反射された光の第１の偏光成分に変換する。

サブ波長格子１３２の回折機能部の格子ピッチは、サブ波長格子１３２の回折次数にさらに影響を及ぼす。特に、格子ピッチが実質的にサブ波長であるか、または同等に、回折機能部間の間隔がサブ波長格子１３２に入射する光ビーム１０４の波長より実質的に短い場合は、ゼロ回折次数または同等に反射のみが、サブ波長格子１３２によって提供される。したがって、サブ波長格子１３２に入射する導波光１０４は、入射導波光１０４のそれと実質的に等しい非ゼロ伝播角度（すなわち、鏡面反射）でサブ波長格子１３２によって反射して方向変更される。上述のように、反射光は、サブ波長格子１３２による反射光の第１の偏光成分への入射光の第２の偏光成分の変換に起因して、入射導波光１０４よりも第１の偏光成分（例えば、ＴＥ偏光）のより大きな部分を含む。

サブ波長格子１３２の回折機能部は、いくつかの例においては、格子周期、格子デューティサイクル、格子の向き、格子ピッチ、および格子深さを有することができる。格子周期、格子デューティサイクル、格子の向き、格子ピッチ（上述のとおり）、および格子深さのうちの１つまたはそれ以上は、第１の偏光成分への第２の偏光成分の偏光変換の量を制御するように構成される。すなわち、これらの特性のうちの１つまたはそれ以上は、どのくらいの入射光の第２の偏光成分が反射光の第１の偏光成分に変換されるかに影響を及ぼすように設計され得る。いくつかの例においては、サブ波長格子１３２に入射する光ビームの方向に対する回折機能部の向きは、偏光変換の量に影響を及ぼす場合がある。

図５Ｂを参照すると、サブ波長格子１３２の回折機能部は、サブ波長格子１３２の表面のｙ軸に対して傾斜して向けられる。図示の例においては、表面は、光ガイド１１０の第２の表面１１０’’である。したがって、サブ波長格子１３２は、光ガイド１１０の表面に（または同等に、サブ波長格子１３２の平面に）入射する導波光１０４の方向の投影に対して角度αにある。光ガイド１１０の表面のサブ波長格子１３２の向きは、その表面の平面内のサブ波長格子１３２に対する導波光１０４の入射角αを制御し、それは、サブ波長格子１３２によって変換される導波光１０４の偏光の量を制御する。

本発明の種々の実施形態によれば、偏光変換構造１３０は、光ガイド１１０の表面に配置されてもよい。図５Ａに戻って参照すると、偏光変換構造１３０は、光ガイド１１０の表面の複数の散乱体の隣接する散乱体（例えば、マルチビーム要素１２０’）の間に配置され得る。例えば、マルチビーム要素１２０’を含む偏光選択性散乱機能部１２０が（例えば、図４Ａに示されるように）光ガイドの第１の表面１１０’に配置される実施形態においては、偏光変換構造１３０は、マルチビーム要素１２０’間の第１の（または上部）表面１１０’に配置され得る。あるいは、マルチビーム要素１２０’を含む偏光選択性散乱機能部１２０が図３Ａ～図３Ｃおよび図４Ｂに示されるように、光ガイド１１０の第２の（または底部）表面１１０’’に配置される実施形態においては、偏光変換構造１３０は、複数のマルチビーム要素１２０’間の第２の表面１１０’’に配置され得る。

いくつかの実施形態（図示せず）においては、反射アイランドが、偏光選択性散乱機能部１２０の部分に隣接して設けられ得る。例えば、反射アイランドは、反射モード回折格子を含む偏光選択性散乱機能部１２０のマルチビーム要素１２０’に隣接して設けられ得る。反射アイランドは、入射導波光１０４の反射を容易にし、例えば、偏光選択性散乱機能部１２０によって生成される放射光１０２の強度を増加させるように設けられ得る。

図６は、本明細書において説明される原理と一致するもう１つの実施形態による、一例での偏光リサイクルバックライト１００の一部の横断面図を示している。この実施形態においては、偏光選択性散乱機能部１２０および偏光変換構造１３０は、光ガイドの両面に配置される。図示のように、偏光選択性散乱機能部１２０は、光ガイド１１０の第１の表面１１０’上に配置される透過モードで動作するように構成されるマルチビーム要素１２０’を含む。偏光変換構造１３０は、光ガイド１１０の対向する表面（すなわち、第２の表面１１０’’）に配置される。もう１つの実施形態（図示せず）においては、偏光選択性散乱機能部１２０は、反射モードで動作するように構成される第２の表面１１０’’に配置されたマルチビーム要素１２０’を含むことができ、偏光変換構造１３０は、第１の表面１１０’に配置され得る。すべての実施形態において、非ゼロ伝播角度で伝播する導波光１０４は、光ガイド１１０の表面１１０’、１１０’’に対して交互に反射し、光ガイド１１０の表面１１０’、１１０’’のうちの１つの上の偏光変換構造１３０によって反射して方向変更され、変換される。

偏光選択性散乱機能部１２０および偏光変換構造１３０が光ガイド１１０の両面に配置される実施形態は、それぞれ、偏光選択性散乱機能部１２０および偏光変換構造１３０に利用できる利用可能な表面を効果的に２倍にすることができる。さらに、この種の実施形態は、偏光変換構造１３０と偏光選択性散乱機能部１２０とのどちらについてもより多くの種類の構成を可能にすることができる。例えば、偏光変換構造１３０が偏光選択性散乱機能部１２０のマルチビーム要素１２０’の間に配置される図３Ａ～図３Ｃに示される構成とは対照的に、偏光選択性散乱機能部１２０と反対側の表面に配置される偏光変換構造１３０は、実質的に表面全体を占めることができ、より効果的な偏光変換を行うことができる。同様に、偏光選択性散乱機能部１２０には、より多くの空間、したがって例えば放射光１０２の強度が与えられる。

いくつかの実施形態によれば、偏光変換構造１３０は、第１の偏光成分への第２の偏光成分の偏光変換の量（これは光ガイド１１０の長さに沿った位置の関数である）を提供するように構成される。例えば、導波光１０４が光ガイド１１０内を伝播する際に、導波光１０４の偏光は、光ガイド１１０に沿った導波光１０４の位置と共に変化することができる。すなわち、特定の位置における導波光１０４の偏光は、光ガイド１１０の異なる位置における導波光１０４の偏光と異なり得る。導波光１０４の偏光のこの種の変化は、光ガイド１１０の長さに沿った導波光の位置に予測どおりに依存する方法で起こり得る。光ガイド１１０におけるこの偏光変化を説明し、光ガイド１１０の表面の全域で実質的に均一な偏光を有する放射光１０２を発生させるために、偏光変換構造１３０は、いくつかの実施形態においては、光ガイド１１０の長さに沿った位置の関数である、第１の偏光成分への第２の偏光成分の偏光変換の量を提供するように構成され得る。例えば、導波光１０４が第１の偏光成分のより大きな部分を含む光ガイド１１０の領域においては、偏光変換構造１３０は、より少量の第２の偏光成分を第１の偏光成分に変換するように構成され得る。同様に、導波光１０４が第１の偏光成分のより少ない部分を含む領域においては、偏光変換構造１３０は、より多量の第２の成分を第１の成分に変換するように構成され得る。したがって、偏光選択性散乱機能部１２０によって外へ散乱された放射光１０２は、光ガイド１１０の全域で強度が実質的に均一であり得る。

いくつかの実施形態によれば、偏光変換構造１３０は、各反射による方向変更中に約１０パーセント（１０％）に満たない、第１の偏光成分への第２の偏光成分の偏光変換の量を提供するように構成され得る。前述のように、偏光変換構造１３０は、導波光１０４が反射光として反射される場合に偏光変換構造１３０に入射する導波光１０４の第２の偏光成分の一部を第１の偏光成分に変換するように構成される。偏光変換の量は、第１の偏光成分に変換される第２の偏光成分の割合である。偏光変換の量は、種々の実施形態によれば、偏光変換構造１３０のサブ波長格子１３２の回折機能部の特性によって制御され得る。これらの特性には、格子周期、格子デューティサイクル、格子の向き、格子ピッチ、および格子深さがある。したがって、サブ波長格子１３２の格子周期、格子デューティサイクル、格子の向き、格子ピッチ、および格子深さのうちの１つまたはそれ以上は、サブ波長格子１３２に入射する導波光１０４の第２の偏光成分の約１０パーセント（１０％）を変換するように構成され得る。いくつかの実施形態においては、偏光変換の量は、約４パーセント（４％）未満であり得る。例えば、偏光変換の量は、約２パーセント（２％）と約４パーセント（４％）との間であり得る。

いくつかの実施形態によれば、約１０パーセント（１０％）以下の偏光変換により、偏光リサイクルバックライト１００がモード選択可能な２Ｄ／３Ｄディスプレイに使用されるようになっている。例えば、偏光リサイクルバックライト１００は、２つの隣接するバックライトを含むモード選択可能な２Ｄ／３Ｄディスプレイに第２のバックライトとして使用され得る。モード選択可能な２Ｄ／３Ｄディスプレイにおいては、バックライトは、拡散光または実質的に広角（例えば、「２Ｄ」）光を放射するように構成されることができ、第２のバックライト（または本明細書において説明される偏光リサイクルバックライト１００）は、指向性放射光として光を放射するように構成され得る。指向性放射光は、マルチビューディスプレイのビュー方向に対応する異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビームを含むことができる。したがって、指向性放射光はまた、マルチビューまたは３Ｄ放射光と呼ばれることもある。２Ｄ画像は、第１のバックライトを作動させることによって第１のモードでモード選択可能な２Ｄ／３Ｄディスプレイによって提供され得るが、マルチビューまたは「３Ｄ」画像は、第２のまたは偏光リサイクルバックライト１００が第２のモード中に作動される場合に提供され得る。

図７は、本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例でのモード選択可能な２Ｄ／３Ｄディスプレイ２００の横断面図を示している。図示されるように、モード選択可能な２Ｄ／３Ｄディスプレイは、偏光リサイクルバックライト１００に隣接する第１のバックライト２１０を含む。第１のバックライト２１０は、第１のモード（モード１）中に広角放射光２０２を提供するように構成されるが、偏光リサイクルバックライト１００は、図示されるように第２のモード（モード２）中に指向性のある放射光１０２（すなわち、指向性放射光）を提供するように構成される。さらに、図示されるように、指向性のある放射光１０２は、複数のマルチビーム要素１２０’を含む偏光選択性散乱機能部１２０によって提供される。種々の実施形態においては、広角放射光２０２は、偏光リサイクルバックライト１００に向かう方向に放射される。さらに、第１のモード（モード１）中に、広角放射光２０２は、偏光リサイクルバックライト１００の厚さを通して、例えば光ガイド１１０および偏光リサイクルバックライト１００の偏光選択性散乱機能部１２０を通して通過するように構成される。

図示のモード選択可能な２Ｄ／３Ｄディスプレイ２００は、第１のモード（モード１）で２Ｄ画像を提供するように広角放射光２０２を変調するように、かつ、第２のモード（モード２）中にマルチビュー画像を提供するように放射光１０２（または指向性放射光）を変調するように構成されるライトバルブアレイ２０８をさらに含む。種々の実施形態によれば、広角放射光２０２は、一般に、偏光リサイクルバックライト１００の偏光変換構造１３０と１回だけ相互に作用する。偏光変換構造１３０の偏光変換が約１０パーセント（１０％）以下である場合、広角放射光２０２は、種々の実施形態によれば、広角放射光２０２がその偏光に実質的な影響なしに偏光リサイクルバックライト１００を通過できるようになっている偏光変換をほとんどあるいは全く経験しない。

本明細書において説明され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。図８は、本明細書において説明される原理と一致する実施形態による、一例でのマルチビューディスプレイ３００のブロック図を示している。種々の実施形態によれば、マルチビューディスプレイ３００は、放射光を提供するように偏光選択散乱を用いる。特に、マルチビューディスプレイは、第１の偏光成分と関連する導波光の一部を選択的に外へ散乱させる。さらに、マルチビューディスプレイ３００は、複数の指向性光ビーム３０２を含む放射光として選択的に外へ散乱されるように導波光を偏光光に変換するように偏光変換を用いる。具体的には、マルチビューディスプレイ３００は、選択的に外へ散乱されるように導波光の第２の偏光成分の一部を第１の偏光成分に変換する。

図８に示されるように、マルチビューディスプレイ３００は、導波光として光を導くように構成される光ガイド３１０を含む。種々の実施形態によれば、光ガイド３１０は、内部全反射を用いて導波光を導くように構成され得る。さらに、導波光は、光ガイド３１０によってまたは光ガイド３１０内で非ゼロ伝播角度で導かれ得る。いくつかの実施形態においては、光ガイド３１０は、上述の偏光リサイクルバックライト１００の光ガイド１１０と実質的に同様であり得る。特に、光ガイド３１０は、誘電材料のスラブを含むことができる。したがって、光ガイド３１０は、プレート光ガイドであり得る。導波光は、種々の実施形態によれば、第１の偏光成分および第２の偏光成分をさらに含むことができる。第１の偏光成分は、横電気（ＴＥ）偏光成分であることができ、第２の偏光成分は、例えば、横磁気（ＴＭ）成分であり得る。

図８に示されるように、マルチビューディスプレイ３００は、マルチビーム要素のアレイ３２０をさらに含む。マルチビーム要素のアレイ３２０のマルチビーム要素３２０は、異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビーム３０２として導波光の第１の偏光の一部を選択的に外へ散乱させるように構成される。いくつかの実施形態においては、マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素３２０は、導波光のＴＥ偏光成分を指向性光ビームとして光ガイドから選択的に散乱させるように構成される。さらに、指向性光ビーム３０２の異なる主角度方向は、例えばマルチビューディスプレイ３００によって表示される、マルチビュー画像のビュー方向に対応する。

いくつかの実施形態においては、光ガイド３１０のマルチビーム要素のアレイ３２０は、上記の偏光リサイクルバックライト１００の偏光選択性散乱機能部１２０と実質的に同様であり得る。特に、マルチビーム要素のアレイ３２０のマルチビーム要素３２０は、マルチビーム要素１２０’と実質的に同様であり得る。例えば、マルチビーム要素３２０は、回折格子を含むことができる。回折格子は、説明された偏光リサイクルバックライト１００の回折格子１２２と実質的に同様であり得る。したがって、マルチビーム要素３２０は、光ガイド３１０の表面に、またはそれに隣接して配置され得る。
例えば、マルチビーム要素３２０は、光ガイド３１０の第１の表面に配置されることができ、これは、透過モード回折格子として第１の表面を通して第１の偏光を有する導波光部分を選択的に外へ散乱させるように構成される。もう１つの例においては、マルチビーム要素３２０は、光ガイド３１０の第２の表面に配置されることができ、これは、導波光部分を選択的に散乱させ、第１の表面に向かって散乱された導波光部分を反射するように構成される反射モードマルチビーム要素である。

図８に示されるように、マルチビューディスプレイ３００は、サブ波長格子のアレイ３３０をさらに含む。サブ波長格子のアレイ３３０は、導波光の第２の偏光成分の一部を第１の偏光成分に変換するように構成される。具体的には、サブ波長格子のアレイ３３０は、非ゼロ伝播角度で格子に入射する導波光の一部を反射して方向変更するように構成される。そうすることで、サブ波長格子のアレイ３３０は、サブ波長格子３３０に入射する導波光の第２の偏光成分の一部を反射された導波光の第１の偏光に変換する。例えば、第１の偏光成分がＴＥ偏光成分であり、第２の成分がＴＭ偏光成分である場合は、サブ波長格子のアレイ３３０は、入射光のＴＭ偏光成分の一部を反射光のＴＥ偏光成分に変換することができる。それによって、反射光の第１の偏光成分（この例においては、ＴＥ成分）の部分が増加される。いくつかの実施形態によれば、サブ波長格子のアレイ３３０は、偏光リサイクルバックライト１００に関して上述の偏光変換構造１３０と実質的に同様であり得る。特に、サブ波長格子アレイのサブ波長格子３３０は、上記のサブ波長格子１３２と実質的に同様であり得る。

例えば、サブ波長格子アレイのサブ波長格子３３０は、複数の実質的に平行な回折機能部を含むことができる。特に、サブ波長格子アレイのサブ波長格子３３０の回折機能部は、互いに間隔を置いて設けられ、光ガイド３１０の表面に形成される溝および***の一方または両方を含むことができる。さらに、定義により、サブ波長格子アレイのサブ波長格子３３０においては、回折機能部間の距離、または同等に、回折機能部の格子ピッチは、導波光の波長よりも小さい。いくつかの実施形態においては、サブ波長格子アレイのサブ波長格子３３０の格子ピッチは、上述のマルチビーム要素１２０’の回折格子の格子ピッチの半分未満であってもよい。

サブ波長格子ピッチは、サブ波長格子アレイのサブ波長格子３３０の偏光変換特性に寄与する回折特性を提供する。特に、サブ波長格子アレイのサブ波長格子３３０は、サブ波長格子ピッチの結果として、形態複屈折材料、またはその回折特性が入射光の成分の向きの要因である材料として機能することができる。サブ波長格子３３０の形態複屈折は、第１の偏光成分（またはＴＥ偏光）に対して第２の偏光成分（またはＴＭ偏光）の約半波長の位相遅延を引き起こすように構成される。この位相遅延は、種々の実施形態によれば、サブ波長格子３３０に入射する光の第２の偏光成分の一部をサブ波長格子アレイのサブ波長格子３３０で反射される光の第１の偏光成分に変換する。

図８に示されるように、マルチビューディスプレイ３００は、ライトバルブ３０８のアレイをさらに含む。ライトバルブ３０８のアレイは、マルチビュー画像を提供するように複数の指向性光ビーム３０２の指向性光ビーム３０２を変調するように構成される。種々の実施形態においては、異なるタイプのライトバルブが、液晶ライトバルブ、電気泳動ライトバルブ、およびエレクトロウェッティングに基づくライトバルブのうちの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されないライトバルブアレイのライトバルブ３０８の形で使用され得る。特に、光ガイド３１０のマルチビーム要素のアレイ３２０からの指向性光ビーム３０２は、変調された指向性光ビーム３０２’を提供するようにライトバルブアレイの個々のライトバルブ３０８通過し、それによって変調され得る。さらに、異なる主角度方向を有する指向性光ビーム３０２の異なるものは、ライトバルブアレイ内のライトバルブ３０８の異なるものを通過し、それによって変調されるように構成される。図８の破線の矢印は、その変調を強調するように変調された指向性光ビーム３０２’を示すように使用されている。

いくつかの実施形態においては、マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素３２０は、光ガイドの表面に配置される。マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素３２０は、光ガイド３１０の長さに沿って互いに間隔を置いて設けられ得る。さらに、サブ波長格子のアレイ３３０のサブ波長格子３３０は、マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素３２０の間に配置され得る。いくつかの実施形態においては、マルチビーム要素のアレイ３２０およびサブ波長格子のアレイ３３０は、互いに対向する光ガイド３１０の表面に配置される（すなわち、両面または対向する表面に配置される）。例えば、反射モード回折格子がマルチビーム要素３２０に用いられる上述の実施形態においては、マルチビーム要素アレイは、光ガイド３１０の第２の表面に配置されることができ、サブ波長格子のアレイ３３０は、第２の表面と反対側の第１の表面に配置され得る。マルチビーム要素アレイおよびサブ波長格子アレイが光ガイドの両側に配置される実施形態は、利用可能な表面を効果的に２倍にし、アレイの両方ともより多くの種類の構成が可能である。

サブ波長格子のアレイ３３０は、各反射による方向変更中に約１０パーセント（１０％）に満たない、第１の偏光成分への第２の偏光成分の偏光変換の量を提供するように構成され得る。偏光変換の量は、第１の偏光成分に変換される第２の偏光成分の割合である。偏光変換の量は、サブ波長格子のアレイ３３０の回折機能部の特性によって制御され得る。これらの特性には、格子周期、格子デューティサイクル、格子の向き、格子ピッチ、および格子深さがある。したがって、サブ波長格子３３０の格子周期、格子デューティサイクル、格子の向き、格子ピッチ、および格子深さのうちの１つまたはそれ以上は、サブ波長格子３３０に入射する光の第２の偏光の約１０パーセントを変換するように構成される。いくつかの実施形態においては、偏光変換の量は、約４パーセント（４％）未満、例えば約２％と約４％との間であり得る。

いくつかの実施形態においては、サブ波長格子のアレイ３３０は、光ガイド３１０の表面に実質的に直交する方向でサブ波長格子アレイに入射する光に対して実質的に光学的に透明である。したがって、この種の入射光に対するサブ波長格子３３０の影響は最小限であり得る。その代わりとして、サブ波長格子のアレイ３３０は、種々の実施形態によれば、非ゼロ伝播角度で伝播し、傾斜して格子に入射する導波光と相互に作用するように構成される。

本明細書において説明される原理のいくつかの実施形態に従って、バックライト動作の方法が開示される。図９は、本明細書の原理と一致する実施形態による、一例での偏光リサイクルバックライト動作の方法４００のフローチャートを示している。図９に示されるように、偏光リサイクルバックライト動作の方法４００は、導波光として、光ガイドの長さに沿って光を導くステップ４１０を含む。種々の実施形態によれば、導波光は、第１の偏光成分および第２の偏光成分を含む。さらに、導波光は、光ガイド内で非ゼロ伝播角度で導かれ得る。いくつかの実施形態においては、光ガイドは、偏光リサイクルバックライト１００に関して上述の光ガイド１１０と実質的に同様であり得る。例えば、導波光は、光ガイド内で内部全反射を用いて光ガイドに沿って導かれ伝播する。第１の偏光成分は、例えば、横電気（ＴＥ）偏光成分であることができ、第２の偏光成分は、横磁気（ＴＭ）成分であり得る。

図９に示される偏光リサイクルバックライト動作の方法４００は、偏光選択性散乱機能部を用いて、放射光として導波光の第１の偏光成分の一部を選択的に外へ散乱させるステップ４２０をさらに含む。いくつかの実施形態においては、偏光選択性散乱機能部は、上述の偏光リサイクルバックライト１００の偏光選択性散乱機能部１２０と実質的に同様であり得る。特に、外へ散乱させるステップ４２０で使用される偏光選択性散乱機能部は、回折格子、反射構造および屈折構造、ならびに偏光選択性散乱を提供するように構成されるそれらの様々な組み合わせを含むがこれらに限定されない偏光選択性散乱を提供しまたは生成するように構成される様々な異なる構造または機能部のいずれかを含むことができる。

偏光リサイクルバックライト動作の方法４００は、サブ波長格子を含む偏光変換構造を用いて、導波光の第２の偏光成分の一部を第１の偏光成分に変換するステップ４３０をさらに含む。特に、非ゼロ伝播角度で偏光変換構造に入射する導波光の一部は、偏光変換構造によって反射して方向変更される。反射による方向変更中に、入射導波光の第２の偏光成分の一部は、反射光の第１の偏光成分に変換される。例えば、第１の偏光成分がＴＥ偏光成分であり、第２の偏光成分がＴＭ偏光成分である場合、入射光のＴＭ偏光成分の一部は、偏光変換構造によって反射して方向変更される光のＴＥ偏光成分に変換され得る。したがって、反射光の第１の偏光成分（この例においては、ＴＥ成分）の部分は、例えば偏光選択性散乱機能部によって選択的に外へ散乱させるステップ４２０による第１の偏光成分の損失を補償するよう増加され、または補充され得る。

いくつかの実施形態においては、サブ波長格子は、偏光リサイクルバックライト１００の前述のサブ波長格子１３２と実質的に同様であり得る。したがって、サブ波長格子の回折機能部は、互いに間隔を置いて設けられ、光ガイドの表面に形成される溝および***の一方または両方を含むことができる。さらに、回折機能部間の距離、または同等に、回折機能部の格子ピッチは、導波光の波長より小さい。サブ波長格子ピッチは、サブ波長格子の偏光変換特性に寄与する回折特性を提供する。特に、サブ波長格子は、サブ波長格子ピッチの結果として、形態複屈折材料、またはその回折特性が入射光の成分の向きの要因である材料として機能することができる。サブ波長格子の形態複屈折は、いくつかの実施形態においては、第１の偏光成分（またはＴＥ偏光）に対して第２の偏光成分（またはＴＭ偏光）の約半波長の位相遅延を引き起こすことができる。したがって、サブ波長格子に入射する導波光の第２の偏光成分の一部は、サブ波長格子によって反射された光の第１の偏光成分に変換される。

いくつかの実施形態においては、偏光選択性散乱機能部は、光ガイド長さに沿って互いに間隔を置いて設けられた複数のマルチビーム要素を含む。いくつかの実施形態においては、第１の偏光成分の一部を選択的に外へ散乱させるステップ４２０は、複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素を用いて放射光としてその一部を外へ散乱させるステップを含む。いくつかの実施形態においては、複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素は、上記の偏光リサイクルバックライト１００のマルチビーム要素１２０’と実質的に同様であり得る。したがって、マルチビーム要素は、例えば、偏光リサイクルバックライト１００の回折格子１２２と実質的に類似している回折格子を含むことができる。さらに、複数のマルチビーム要素を含む偏光選択性散乱機能部によって提供される放射光は、種々の実施形態によれば、マルチビューディスプレイのビュー方向に対応する方向を有する複数の指向性光ビームを含むことができる。

いくつかの実施形態においては、偏光変換構造は、光ガイドの表面の複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素の間に配置される。特に、複数のマルチビーム要素は、サブ波長格子を表面の個々のマルチビーム要素の間に配置した状態で、光ガイドの第１の表面に配置され得る。あるいは、マルチビーム要素およびサブ波長格子は、サブ波長格子を複数のマルチビーム要素の間に配置した状態で、底面に配置され得る。さらに他の実施形態においては、マルチビーム要素およびサブ波長格子、または同等に偏光変換構造は、光ガイドの両面に配置され得る。

このように、偏光リサイクルバックライト、偏光リサイクルバックライト動作の方法、および放射光として導波光を外へ結合するように偏光選択性散乱機能部を用いるマルチビューディスプレイ、および導波光の第２の偏光成分の一部を第１の偏光成分に変換する偏光変換構造についての例および実施形態が説明されている。上記の例は、本明細書において説明される原理を表す多くの特定の例のいくつかを単に例示するだけものであることを理解されたい。明らかに、当業者は、次に述べる特許請求の範囲によって定義される範囲から逸脱することなく、非常に多くの他の構成を容易に考案することができる。

Claims (20)

1. 導波光として光ガイドの長さに沿って光を導くように構成される光ガイドであって、前記導波光が第１の偏光成分および第２の偏光成分を含む光ガイドと、
   放射光として前記導波光の前記第１の偏光成分の一部を選択的に外へ散乱させるように構成される偏光選択性散乱機能部と、
   サブ波長格子を含む偏光変換構造であって、前記サブ波長格子が非ゼロ伝播角度で前記サブ波長格子に入射する前記導波光の一部を反射して方向変更させ、前記導波光の前記第２の偏光成分の一部を前記第１の偏光成分に変換するように構成される、偏光変換構造と
   を含む、偏光リサイクルバックライトであって、
   前記偏光選択性散乱機能部の１つの要素のサイズが、前記偏光選択性散乱機能部と関連するディスプレイに使用されるライトバルブのサイズの２分の１と２倍との間である、偏光リサイクルバックライト。
2. 前記偏光選択性散乱機能部が、前記光ガイド長さに沿って互いに間隔を置いて設けられた複数のマルチビーム要素を含み、前記複数のマルチビーム要素が、マルチビューディスプレイのビュー方向に対応する方向を有する複数の指向性光ビームを含む放射光として前記導波光を外へ散乱させるように構成される、請求項１に記載の偏光リサイクルバックライト。
3. 前記複数のマルチビーム要素が、前記光ガイドの表面に配置され、前記偏光変換構造が、前記複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素の間に配置される、請求項２に記載の偏光リサイクルバックライト。
4. 前記マルチビーム要素が回折格子を含む、請求項２または３に記載の偏光リサイクルバックライト。
5. 前記偏光リサイクルバックライトが、前記光ガイドの表面に実質的に直交する方向で前記偏光変換構造に入射する光に対して光学的に透明である、請求項１から４のいずれか一項に記載の偏光リサイクルバックライト。
6. 前記サブ波長格子が、格子周期、格子デューティサイクル、格子の向き、格子ピッチ、および格子深さを有する複数の実質的に平行な回折機能部を含み、前記格子周期、前記格子デューティサイクル、前記格子の向き、前記格子ピッチ、および前記格子深さのうちの１つまたはそれ以上が、前記第１の偏光成分への前記第２の偏光成分の偏光変換の量を制御するように構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の偏光リサイクルバックライト。
7. 前記偏光変換構造が、前記光ガイドの長さに沿った位置の関数である、前記第１の偏光成分への前記第２の偏光成分の偏光変換の量を提供するように構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の偏光リサイクルバックライト。
8. 前記偏光変換構造が、反射による方向変更ごとに約１０パーセントに満たない、前記第１の偏光成分への前記第２の偏光成分の偏光変換の量を提供するように構成される、請求項１から７のいずれか一項に記載の偏光リサイクルバックライト。
9. 前記第１の偏光成分への前記第２の偏光成分の偏光変換の前記量が、約２パーセントと約４パーセントとの間である、請求項８に記載の偏光リサイクルバックライト。
10. 前記偏光選択性散乱機能部および前記偏光変換構造が、前記光ガイドの両面に配置される、請求項１から９のいずれか一項に記載の偏光リサイクルバックライト。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の偏光リサイクルバックライトを含む電子ディスプレイであって、前記放射光を変調してマルチビュー画像を提供するように構成されるライトバルブのアレイをさらに含む、電子ディスプレイ。
12. 第１の偏光成分および第２の偏光成分を含む導波光として光を導くように構成される光ガイドと、
    マルチビーム要素のアレイのマルチビーム要素が、マルチビュー画像のビュー方向に対応する異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビームとして前記導波光の前記第１の偏光成分の一部を選択的に外へ散乱させるように構成される、マルチビーム要素のアレイと、
    前記導波光の前記第２の偏光成分の一部を前記第１の偏光成分に変換するように構成されるサブ波長格子のアレイと、
    前記マルチビュー画像を提供するように前記複数の指向性光ビームの指向性光ビームを変調するように構成されるライトバルブのアレイと
    を含む、マルチビューディスプレイであって、
    前記マルチビーム要素のアレイの前記マルチビーム要素のサイズが、前記ライトバルブのアレイの前記ライトバルブのサイズの２分の１と２倍との間である、マルチビューディスプレイ。
13. 前記マルチビーム要素が回折格子を含む、請求項１２に記載のマルチビューディスプレイ。
14. 前記マルチビーム要素のアレイのマルチビーム要素が、前記光ガイドの表面に配置され、前記サブ波長格子のアレイのサブ波長格子が、前記マルチビーム要素のアレイの前記マルチビーム要素の間に配置される、請求項１２または１３に記載のマルチビューディスプレイ。
15. 前記サブ波長格子のアレイが、前記光ガイドの表面に実質的に直交する方向で前記サブ波長格子アレイに入射する光に対して光学的に透明である、請求項１２から１４のいずれか一項に記載のマルチビューディスプレイ。
16. 前記サブ波長格子のアレイのサブ波長格子が、約１０パーセントに満たない、前記第１の偏光成分への前記第２の偏光成分の偏光変換の量を提供するように構成される、請求項１２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. 前記マルチビーム要素のアレイおよび前記サブ波長格子のアレイが、互いに対向する前記光ガイドの表面に配置される、請求項１２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. 偏光リサイクルバックライト動作の方法であって、
    導波光として光ガイドの長さに沿って光を導くステップであり、前記導波光が第１の偏光成分および第２の偏光成分を含むステップと、
    偏光選択性散乱機能部を用いて放射光として前記導波光の前記第１の偏光成分の一部を選択的に外へ散乱させるステップと、
    前記導波光の前記第２の偏光成分の一部をサブ波長格子を含む偏光変換構造を用いて前記第１の偏光成分に変換するステップと
    を含む、方法であって、
    前記偏光選択性散乱機能部の１つの要素のサイズが、前記偏光選択性散乱機能部と関連するディスプレイに使用されるライトバルブのサイズの２分の１と２倍との間である、方法。
19. 前記偏光選択性散乱機能部が、前記光ガイド長さに沿って互いに間隔を置いて設けられた複数のマルチビーム要素を含み、前記第１の偏光成分の前記部分を選択的に外へ散乱させるステップが、前記複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素を用いて前記放射光として前記部分を回折的に外へ散乱させることを含み、前記放射光が、マルチビューディスプレイのビュー方向に対応する方向を有する複数の指向性光ビームを含む、請求項１８に記載の偏光リサイクルバックライト動作の方法。
20. 前記偏光変換構造が、前記光ガイドの表面に前記複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素の間に配置される、請求項１９に記載の偏光リサイクルバックライト動作の方法。

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