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CN111373198A - 条形准直器、背光件系统和方法 - Google Patents

条形准直器、背光件系统和方法 Download PDF

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CN111373198A
CN111373198A CN201780096954.9A CN201780096954A CN111373198A CN 111373198 A CN111373198 A CN 111373198A CN 201780096954 A CN201780096954 A CN 201780096954A CN 111373198 A CN111373198 A CN 111373198A
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light
backlight
light guide
collimator
guide
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马明
李雪健
D.A.法塔尔
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Leia Inc
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Abstract

条形准直器和背光件系统提供准直的光以照亮背光件。条形准直器包括光导，该光导构造为引导光，以作为被引导光；以及光提取特征，该光提取特征在光导的侧面上并被构造为将被引导光的一部分从光导中散射出，以作为被提取光。条形准直器还包括在光导和背光件之间的准直膜，该准直膜被构造为使得被提取光准直。准直光具有与背光件的输入部长度相对应的范围并且被构造为用作背光件的照明源。背光件系统包括条形准直器和背光件。背光件可以是多视图背光件。

Description

条形准直器、背光件系统和方法
相关申请的交叉引用
无
关于联邦政府资助的研究或开发的声明
无
背景技术
电子显示器是用于将信息传送给各种各样的设备和产品的用户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(CRT)、等离子显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、电致发光显示器(EL)、有机发光二极管(OLED)和有源矩阵OLED(AMOLED)显示器、电泳显示器(EP)和采用机电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，电子显示器可以被分类为有源显示器(即，发光的显示器)或无源显示器(即，调制由另一光源提供的光的显示器)。有源显示器最明显的示例是CRT、PDP和OLED/AMOLED。考虑到发射光时通常被分类为无源的显示器是LCD和EP显示器。无源显示器，虽然经常表现出吸引人的性能特征，包括但不限于固有的低功耗，但由于缺乏发光能力，在许多实际应用中可能会发现使用受到一定限制。
为了克服与发射的光相关联的无源显示器的限制，许多无源显示器耦合到外部光源。耦合光源可以允许这些原本无源的显示器发光并且基本上用作有源显示器。这种耦合光源的示例是背光件。背光件可以用作光源(通常是面板背光件)，该光源被放置在原本无源的显示器后面以照亮该无源显示器。例如，背光件可以耦合到LCD或EP显示器。背光件发出的光穿过LCD或EP显示器。发出的光由LCD或EP显示器调制，然后又从LCD或EP显示器发出调制光。通常，背光件被构造为发射白光。然后使用滤色器将白光转换为显示器中使用的各种颜色。例如，可以将滤色器放置在LCD或EP显示器的输出处(较不常见)，或者可以将其放置在背光件和LCD或EP显示器之间。
附图说明
参考以下结合附图进行的详细描述，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，其中相同的附图标记表示相同的结构元件，在附图中：
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条形准直器的侧视图；
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条形准直器的平面图；
图1C示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的条形准直器的分解透视图；
图1D示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的条形准直器的一部分表面的放大图；
图2A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条形准直器100的侧视图；
图2B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图2A的条形准直器的平面图；
图3A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的在示例中的包括光耦合反射器层的条形准直器的侧视图；
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包括光耦合反射器层的条形准直器的平面图；
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背光件系统的侧视图；
图4B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的背光件系统的平面图；
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视图背光件的背光件系统的侧视图；
图5B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5A的背光件系统的透视图；
图6示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的使光准直的方法的流程图。
某些示例和实施例具有其他特征，这些特征是上述参考附图中所示的特征的补充和替代的特征之一。这些和其他特征在下面参考以上参考的附图进行详细描述。
具体实施方式
根据本文描述的原理的实施例提供了一种条形准直器和背光件(backlight)系统，其被构造为向背光件提供准直的照明源。特别地，提供了一种条形准直器，该条形准直器包括光导，该光导被构造为在光导的端部接收光并且沿着光导的长度引导所接收的光，以作为被引导光。条形准直器还包括沿光导长度位于光导的一侧上的光提取特征。根据各个实施例，光提取特征被构造为将一部分被引导光从光导中散射出，以作为被提取光，并将被提取光引导到背光件的输入。条形准直器还包括在光导和背光件输入之间的准直膜。根据各个实施例，准直膜被构造为进一步准直被提取光，以作为准直光。准直的光具有与背光件输入的长度相对应的范围。根据一些实施例，准直的光可以提供背光件的照明源。
根据各个实施例，来自光源(例如，多个LED)的光可以耦合到条形准直器中以进行准直。根据一些实施例，来自条形准直器的准直光可以耦合到电子显示器中使用的背光件的光导中。在一些实施例中，电子显示器可以是用于显示3D信息(例如，作为3D或多视图(multiview)图像)的三维(3D)或多视图电子显示器。例如，电子显示器可以是自动立体显示器或“免眼镜式(glasses free)”多视图或3D电子显示器。
特别地，多视图显示器可以采用背光件来提供对由多视图显示器显示的多视图图像的照明。例如，背光件可以包括多个多光束元件，其被构造为提供与多视图显示器(或等效于多视图图像)的像素相对应的定向光束。在各个实施例中，定向光束可以具有彼此不同的主角度方向(也称为“不同定向的光束”)。根据一些实施例，由背光件产生的这些不同定向的光束可以被调制并且用作与多视图显示器的不同视图对应的多视图像素。在这些实施例中，由条形准直器提供的光准直可以用于产生在背光件内基本均匀(即，没有条纹)的准直光。
在此，“二维显示器”或“2D显示器”被定义为一种显示器，其被构造为提供基本上相同的图像视图，而不管观看图像的方向如何(即，在预定义的视角内或2D显示器的范围内)。在智能电话和计算机监视器中的常规液晶显示器(LCD)是2D显示器的示例。与本文相反，“多视图显示器”被定义为一种电子显示器或显示系统，其被构造为沿或从不同视图方向(view direction)提供多视图图像的不同视图。特别地，不同的视图可以代表多视图图像的场景或对象的不同透视图。
这里，“光导”定义为使用全内反射在结构内引导光的结构。特别地，光导可以包括在光导的工作波长处基本透明的芯。在各种示例中，术语“光导”通常是指利用全内反射在光导的介电材料和围绕该光导的材料或介质之间的界面处导引光的电介质光学波导。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，除了上述折射率差之外或代替上述折射率差，光导可以包括涂层，以进一步促进全内反射。该涂层例如可以是反射涂层。
此外，术语“条形”，当应用于光导时，如在“条形光导”中，以及扩展为在“条形准直器”中，被定义为三维直线柱，其有时被称为“条”光导。因此，根据定义，“条形”光导和“条形准直器”通常根据定义具有三维条形形状。特别地，条形光导被定义为这样的光导，其构造为沿着由在两个基本正交的方向(例如，光导的顶表面和底表面以及两个侧表面)对准的两对相对表面所界定的长度来引导光。此外，根据定义，正交于两对相反侧中的任一对的长度的维度(例如，宽度或高度)小于光导的长度。根据各个实施例，条形光导的第一对相对表面(例如，顶表面和底表面)在至少微分的意义上基本上彼此平行。类似地，根据各个实施例，另外两个通常相对的侧面(例如，相对的侧面)在至少微分意义上基本上彼此平行。即，在条形光导的任何不同的小区域或长度内，相对的表面(例如，顶表面和底表面，一对侧面等)基本彼此平行。照此，条形准直器可以被表征为具有一长度的矩形柱，沿着该长度，顶部和底部基本上彼此平行，并且两侧也基本上彼此平行，其中该长度大于顶部和底部的宽度或两侧的高度，如上所讨论的。
根据本文描述的各个实施例，沿着光导长度位于光导的侧面上的光提取特征可以被用来将从光导(例如，准直器)出来的光进行散射或耦合，以作为被提取光或提取光束。在此，光提取特征通常被定义为构造成从光导提取光的多个特征。例如，可以使用在光导的背侧表面上印刷的漫射白点。光提取特征的其他示例包括在前侧表面或后侧表面上的衍射光栅，无论是均匀的还是啁啾的(chirped)。间隔或光栅间距可以是亚波长(即，小于被引导光的波长)。光栅可包括在光导的侧表面(前或后)中的凹槽或在侧表面(前或后)上的脊。进一步地，光提取特征的其他示例包括但不限于在侧表面(一个或欧多个)中或上的微反射元件，例如棱镜形腔，棱镜形散射体和半球形元件。
在此，“光源”被定义为在被激活时发光的光来源(例如，装备或设备)。本文中的光源可以基本上是任何光源或光学发射器，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、基于等离子体的光学发射器、荧光灯、白炽灯以及几乎任何其他光源中的一个或多个。由光源产生的光可以具有颜色或可以包括特定波长的光。这样，“多个不同颜色的光源”在本文中明确地定义为一套光源或一组光源，其中，所述光源中的至少一个产生的光具有与所述光源多个中的至少一个其它光源产生的光的颜色或波长不同的颜色或等效波长。此外，“多个不同颜色的光源”可以包括不止一个相同或基本相似颜色的光源，只要多个光源中的至少两个光源是不同颜色的光源(即产生在至少两个光源之间不同的颜色的光)。因此，根据本文的定义，不同颜色的多个光源可以包括产生第一颜色的光的第一光源和产生第二颜色的光的第二光源，其中第二颜色不同于第一颜色。在一些实施例中，光源包括被构造为提供白光的多色发光二极管。
根据本文的定义，“多光束元件”是产生包括多个定向光束的光的背光件或显示器的结构或元件。在一些实施例中，可以将多光束元件光学地耦合到背光件的光导，以通过将在光导中被导引的一部分光耦合出来，而来提供光束。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度方向(principal angulardirection)。特别地，根据定义，多个光束具有与多个光束中的另一光束不同的预定主角度方向。此外，多个光束可以代表光场。例如，多个光束可以被限制在空间的基本上圆锥形的区域中，或者具有预定的角扩展，该预定的角扩展包括多个光束中的光束的不同主角度方向。这样，组合光束的预定角扩展(即，多个光束)可以表示光场。根据各个实施例，各种光束的不同主角度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)的特性确定。在一些实施例中，根据本文的定义，可以将多光束元件视为“扩展点光源(extendedpoint source)”，即，分布在多光束元件的范围内的多个点光源。
这里，“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，多光束元件的尺寸可以是多光束元件的长度。在另一示例中，尺寸可以指多光束元件的面积。在一些实施例中，多光束元件的尺寸与用于调制多个定向光束中的定向光束的光阀(light valve)的尺寸相当。因而，当多光束元件尺寸在光阀尺寸的大约百分之五十(50％)到大约百分之二百(200％)时，多光束元件尺寸可以与光阀尺寸相当。例如，如果将多光束元件尺寸表示为“s”并将光阀尺寸表示为“S”，则可通过方程式(1)给出多光束元件尺寸s：
Figure BDA0002496104630000061
在其他示例中，多光束元件尺寸大于光阀尺寸的约百分之六十(60％)，或光阀尺寸的约百分之七十(70％)，或大于光阀尺寸的约百分之八十(80％)，或大于光阀尺寸的约百分之九十(90％)，并且多光束元件小于光阀尺寸的约百分之一百八十(180％)，或小于光阀尺寸的约百分之一百六十(160％)，或小于光阀尺寸的约百分之一百四十(140％)，或小于光阀尺寸的约百分之一百二十(120％)。例如，多光束元件的尺寸可以与光阀尺寸相当(comparable)，其中多光束元件的尺寸在光阀尺寸的约百分之七十五(75％)和约一百五十(150％)之间。在另一个示例中，多光束元件和光阀的尺寸可以相当，其中多光束元件的尺寸在光阀尺寸的约百分之一百二十五(125％)和约百分之八十五(85％)之间。根据一些实施例，可以选择多光束元件420和光阀406'的相当尺寸，以使多视图显示器的视图之间的暗区减小或在一些示例中使其最小化，同时使多视图显示器的视图之间的重叠减小或在一些示例中使其最小化。
此外，如本文所用的，冠词“一”旨在具有专利领域中的普通含义，即“一个或多个”。例如，“光提取特征”是指一个或多个光提取特征，因此，“光提取特征”在本文中是指“光提取特征”。另外，本文中对“顶”、“底”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”的任何引用在本文中不旨在成为限制。本文中，术语“约”在应用于某个值时通常表示在用于产生该值的设备的公差范围内，或者可能表示正负10％、正负5％或正负1％，除非另有明确说明。此外，本文所用的术语“基本上”和“约”是指大多数或几乎全部或全部或在约51％至约100％范围内的量。此外，本文中的示例仅旨在说明性的，并且出于讨论目的而不是限制地给出。
根据本文公开的原理，提供了一种条形准直器。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条形准直器100的侧视图。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条形准直器100的平面图。图1C示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的条形准直器100的分解透视图。图1D示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的条形准直器100的一部分表面的放大图。特别地，图1C表示图1A和1B所描绘的条形准直器100的分解透视图，而图1D表示图1A和1B所描绘的条形准直器100的右侧上的一部分表面的放大图。
根据各个实施例，图1A-1D所示的条形准直器100被构造为用作背光件102的照明源。特别地，条形准直器100被构造为将准直光104提供给背光件102的输入部102a。此外，根据各个实施例，所提供的准直光104具有与背光件输入部102a的长度相对应的范围。例如，条形准直器100(或发射准直光104的至少一部分)的长度L可以基本类似于背光件输入部102a的长度。在一些实施例中，所提供的准直光104被构造为沿着背光件输入部102a的长度在强度上是均匀的或至少基本上均匀的。在其他实施例中，所提供的准直光104可具有沿着背光件输入部102a的长度变化的强度分布(即，不均匀的强度分布)。例如，强度分布可以被构造为补偿背光件102的非理想传播或发射特性。
如图1A-1D所示的，条形准直器100包括光导110。光导110被构造为沿着光导110的长度引导光，以作为被引导光112。根据各个实施例，光导110被构造为使用全内反射来引导被引导光112。例如，光导110可以包括构造为光学波导的光学透明介电材料，该介电材料的折射率大于围绕光学波导的介质的折射率。介电材料与周围介质的折射率之间的差被配置为根据其一个或多个引导模式(mode)来促进被引导光112在条形准直器110内的全内反射。此外，根据各种示例，被引导光112在光导110内的非零传播角可以对应于比用于全内反射的临界角更小的角度。在图1B中，被引导光112的传播被示为沿y方向指向并表示光导110中的传播光束的箭头。
在各个实施例中，光导110是或包括例如图1A-1C所示的条形、柱形光学波导。特别地，如图1A-1C所示，光导110具有条形，其在y方向上的长度L大于在x方向上的宽度W和在z方向上的高度H(即，L>W和L>H)。根据各个实施例，光导110可以包括多种电介质材料或由其构成，包括但不限于各种类型的玻璃(例如，石英玻璃、碱金属铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等)中的一种或多种，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)。在一些实施例中，光导110可进一步包括在光导110(未示出)的表面(例如，顶表面和/或底表面)的至少一部分上的覆层。例如，覆层可以用于进一步促进全内反射。
图1A-1D所示的条形准直器100还包括光提取特征120。如所示的，光提取特征120沿着光导长度L设置在光导110的一侧上。光提取特征120被构造为将一部分被引导光112散射出光导110，以作为被提取光106。图1D示出了被引导光112与光提取特征120相互作用并且被光提取特征120散射以提供被提取光106。光提取特征120还被构造为将被提取光106引向背光件102的输入部102a。在图1D中，被提取光106以离开光提取特征120的箭头示出，而被引导光112示出为入射在光提取特征120上的箭头。在一些实施例中，准直光104可以包括被提取光106，例如，被提取光106可以是准直的或部分准直的。
根据各个实施例，光提取特征120可以包括在光导110的侧面的表面处光学耦合到光导110的各种不同散射结构中的任何一种。特别地，光提取特征120可以包括但不限于衍射光栅、微棱镜、微透镜和漫射器漫射结构中的一个或多个。例如，光提取特征120可包括在光导110的侧表面上的漫射器(diffuser)。在另一个示例中，光提取特征120可包括在光导110的侧面的表面上的衍射光栅。在另一个示例中，如通过示例而非限制地在图1A-1B和1D中所示的，光提取特征120可包括布置在光导侧表面中的多个微棱镜。
在一些实施例中，光提取特征120可以包括光导110的侧面的表面的材料。例如，图1D所示的多个微棱镜包括光导侧表面的材料。在另一个示例中，可以通过形成在光导侧表面中的多个凹槽来提供用作光提取特征120的衍射光栅。因此，在该示例中，衍射光栅包括光导侧表面的材料。在其他实施例中，光提取特征120可以包括附着或以其他方式施加到光导110的侧面的层或膜。例如，光提取特征120可以包括附着(例如，使用光学粘合剂)到光导侧表面的漫射层或膜。也可以提供包括棱镜层或多个微棱镜的光提取特征120以及包括漫射光栅的光提取特征120，作为附着到光导110的侧面的层或膜。
在一些实施例中，光提取特征120可以位于光导110的背光件102相邻侧上。例如，通过示例而非限制的方式，光提取特征120被示出为位于图1A-1D中的光导110的背光件102相邻侧上。当在背光件相邻侧上时，光导110中的被引导光112可以与光提取特征120相互作用，从而导致被引导光部分通过光提取特征120从光导110中散射出去。在图1D中，箭头示出了由光提取特征120进行的光提取，以提供被提取光106。注意到，如所示的，当光提取特征120位于背光件相邻侧上时，其可以被称为透射散射特征。
在其他实施例中，光提取特征120可以位于光导110的与光导110的背光件相邻侧相反的一侧上。图2A示出了根据与本文描述的原理一致的另一个实施例的示例中的条形准直器100的侧视图。图2B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、图2A的条形准直器100的平面图。如图2A至图2B所示的，条形准直器包括光导110和光提取特征120。然而，图2A至图2B中将光提取特征120示出为位于光导110的与光导110的背光件相邻侧相反的一侧上。当在与光导110的背光件相邻侧相反的一侧上时，光导110中的被引导光112可以与光提取特征120相互作用，从而导致被引导光部分能远离光提取特征120并朝向背光件相邻侧而从光导110散射出去，以提供被提取光106。图2B中的箭头示出了光提取特征120进行的光提取，以提供朝向背光件102的被提取光106。注意到，如图2A-2B所示的位于与背光件相邻侧相反的一侧上的光提取特征120可以称为反射散射功能。
根据各个实施例，条形准直器100还包括位于光导110和背光件输入部102a之间的准直膜130，如图1A-1C和2A-2B所示的。准直膜130被构造为使得被提取光106准直(或进一步准直)，以作为准直光104。由准直膜130从被提取光106提供的准直光104又可以通过条形准直器100提供给背光件102，如所示的。在一些实施例中，准直膜130可以包括构造为增亮膜的棱镜膜。增亮膜(BEF)例如可以从明尼苏达州圣保罗的3M Optical Systems Division以VikuitiTMBEF II获得，并且是利用棱镜结构的微复制增强膜，以提供高达60％的亮度增益。
在一些实施例中，条形准直器100还可包括在光导110的与背光件相邻侧相反的一侧110b上或附近的反射层140。根据各个实施例，反射层140被构造为朝向背光件102和背光件输入部102a反射光。反射层140的示例在图1B和2A-2B中示出。如所示的，反射层140可以与位于光导110任一侧上的光提取特征120一起使用。然而，当光提取特征120被构造为反射散射特征时，反射层140可以是特别有用的，因为反射层140可以用来直接增强反射散射。反射层140可以包括例如沉积在光导110的与背光件相邻侧相反的一侧上的、金属膜或类似的反射材料层。在其他示例中，反射层140可以包括反射膜，例如但不限于施加到光导侧的增强镜面反射器(ESR)膜。ESR膜的示例包括但不限于可从明尼苏达州圣保罗的3M OpticalSystems Division获得的VikuitiTM增强镜面反射器膜。
在一些实施例中，条形准直器100还可包括偏振回收层150。偏振回收层150例如可位于光导110和背光件102之间。在图1A-1B中，通过示例而非限制，示出了在背光件输入部102a和准直膜130之间的偏振回收层150。偏振回收层150被构造为回收从背光件输入部102a接收的光，并将回收的光朝向背光件102重新定向。根据各个实施例，回收的光可用于为背光件102提供额外的照明或增加背光件102内的有效照明亮度。偏振回收层150可以包括例如反射偏振膜或双亮度增强膜(DBEF)。DBEF膜的示例包括但不限于可从明尼苏达州圣保罗的3M Optical Systems Division获得的3M VikuitiTM双亮度增强膜。在另一个示例中，高级偏振转换膜(APCF)、或增亮膜与APCF膜的组合可以用作偏振回收层150。
根据一些实施例，条形准直器100可以进一步包括光源160。光源160被构造为提供要由光导110引导为被引导光112的光。图1B示出了光源160在条形准直器100的光导110的端部处。根据各个实施例，光源160包括光学发射器。光学发射器包括但不限于发光二极管(LED)。例如，LED可以是被构造为提供白光的多色LED。在其他实施例中，光源160可以包括单色LED或多个单色LED。在一些实施例中，可以组合不同颜色的单色LED(例如，红色LED、蓝色LED和绿色LED)的组合以提供白光。
在一些实施例中，条形准直器100可以包括单个光源160，例如如图1B所示的。在其他实施例中，条形准直器100可以包括位于条形准直器100的光导110的相对端处的一对光源160。特别地，条形准直器100可以包括第一光源160，第一光源160所在的端部可以是光导110的第一端。条形准直器100还可以包括第二光源160'，其位于光导110的第二端，该第二端与第一端相反。图2B示出了包括第一光源160和第二光源160'两者的条形准直器100。在一些实施例中，第二光源160'可以增强光导110内的被引导光112的均匀性，以及在条形准直器100的输出处提供被提取光106的更均匀分布。此外，例如，当与仅包括第一光源160的实施例相比时，包括第二光源160'可以提供被提取光106的总体增加的强度。
在一些实施例中，条形准直器100可以进一步包括光耦合反射器层，该光耦合反射器层被构造为促进光从条形准直器100到背光件102的耦合。根据各个实施例，光耦合反射器层可以用于防止或至少基本上减少从条形准直器100和相关的背光件102中的一个或多个表面泄漏的光。特别地，光耦合反射器层可以被用在条形准直器100和背光件102中的一个或多个引导表面上。因而，根据一些实施例，光耦合反射器层可以与一引导表面相邻，该引导表面平行于被引导光112、准直光104和被提取光106中的一个或多个的总体传播方向。
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、包括光耦合反射器层170的条形准直器100的侧视图。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、包括光耦合反射器层170的条形准直器100的平面图。如所示的，条形准直器100包括与条形准直器100的光导110的一对相对的引导表面(例如，顶表面和底表面)中的每个相邻的光耦合反射器层170。进一步地，如所示的，光耦合反射器层170从条形准直器100并在背光件102的引导表面之上延伸。
根据各个实施例，光耦合反射器层170可以包括多种反射膜中的任何一种，包括但不限于施加到引导表面(一个或多个)的反射金属膜或增强镜面反射器(ESR)膜。ESR膜的示例包括但不限于可从明尼苏达州圣保罗的3M Optical Systems Division获得的VikuitiTM增强镜面反射器膜。通过示例而不是限制，图3A-3B还示出了条形准直器100的光提取特征120、准直膜130、反射层140和偏振回收层150以及一对光源160、160'。
根据本文描述的原理的其他实施例，提供了背光件系统200。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、背光件系统200的侧视图。图4B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的、背光件系统200的平面图。背光件系统200可以被构造为以发出的光202的形式提供照明，这在各种显示应用中是有用的。例如，背光件系统200可以提供漫射照明，以作为发射光202，其可以与显示具有广视角的图像(例如，2D图像)一致。特别地，所显示的图像可以被构造为基本上在广视角内的任何地方向观看者提供所显示图像的相同视图。在其他示例中，背光件系统200可以被构造为提供定向照明(例如，光场)，作为发射光202。例如，表示定向照明的发射光202可以与显示多视图图像一致。在这些示例中，发射光202可以包括具有不同主角度方向的多个定向光束，该不同主角度方向与所显示的多视图图像相关联的不同视图方向相对应。
如图4A和4B所示，背光件系统200包括条形准直器210。条形准直器210包括构造为提供光的光源212。条形准直器210还包括光导214，该光导被构造为引导从光源212接收的光，以作为被引导光。根据各个实施例，光导214例如是如所示的条形光导。条形准直器210还包括多个光提取特征216。多个光提取特征216被构造为将一部分被引导光从光导214中散射出来作为被提取光。箭头示出了图4A-4B中的被提取光。根据各个实施例，被提取光借助于例如从条形准直器210提取而被准直或至少部分地准直，例如被提取光可以是准直光。
图4A-4B所示的背光件系统200还包括背光件220。背光件220构造为接收来自条形准直器210的被提取光。特别地，被提取光作为准直光206而被接收。在各个实施例中，所接收的准直光206具有由条形准直器210预定的准直因子σ。此外，由背光件220从条形准直器210接收的准直光206被构造为对背光件220进行照明。反过来，被照明的背光件220被构造为使用接收到的准直光206了提供发射光202。根据各个实施例，条形准直器210与背光件220的输入端220a相邻。
在一些实施例中，条形准直器210可以基本上类似于上述条形准直器100。特别地，条形准直器210的光源212可以与上述条形准直器100的光源160基本相似。在一些实施例中，光导214可以与光导110基本相似。相似地，在一些实施例中，多个光提取特征中的光提取特征216可与条形准直器100的光提取特征120基本相似，如上所述。
例如，如所示的，光源212可以位于条形光导214的一端(例如，第一端)处。在一些实施例中，条形准直器210可以进一步包括另一个光源212'。例如，另一个光源212'可以位于光导214的与光源212所在的端部相反的另一端(例如，第二端)。根据一些实施例，另一个光源212'可以被构造为提供额外的光，以增加条形准直器210的光导214内的被引导光的强度和照明均匀性。图4B示出了条形准直器210，其包括位于光导214的相反端的一对光源212，212'。
此外，例如，多个光提取特征216可包括以上关于光提取特征120所述的各种光提取特征中的一个或多个，包括但不限于衍射光栅和微棱镜或棱镜层(例如，如所示的)。在一些实施例中，多个光提取特征216可以位于条形准直器210的光导214的背光件相邻侧上。例如，还通过示例而非限制，示出了在图4A-4B中的背光件220的左侧上的条形准直器210在背光件相邻侧上具有多个光提取特征216。在其他实施例中，多个光提取特征216也可以位于光导214的与背光件相邻侧相反的一侧上，例如，如所示的在图4A-4B中的背光件220的右侧上所示。特别地，根据各个实施例，多个光提取特征216可以位于背光件相邻侧上或位于与背光件相邻侧相反的一侧上，或者甚至在两侧上。
在一些实施例中，背光件系统200可以包括一对条形准直器210。特别地，背光件系统200可以包括与背光件220的输入端220b相邻的另一个条形准直器210，输入端220b与背光件220的输入端220a相反或与之远离。在远端输入端220b的另一条形准直器210被构造为用被提取光进一步照射背光件220。通过示例而非限制，图4A-4B示出了条形准直器对中的另一个条形准直器210。
在一些实施例中，背光件系统200的条形准直器210还包括在光导214的一侧上的反射层218，该光导214的一侧与条形准直器210的与背光件220相邻的一侧相反。根据各个实施例，反射层218被构造为朝向背光件220的输入端220a、220b反射光。例如，反射光可以增强被提取光的强度。在一些实施例中，反射层218可以与上述条形准直器100的反射层140基本相似。例如，反射层140可以包括施加到光导侧的反射金属层或ESR膜。
在一些实施例中，背光件系统200或替代地条形准直器210本身，进一步包括位于条形准直器210的光导214和背光件220的输入端220a、220b之间的偏振回收层240和准直膜230中之一或两者。在一些实施例中，准直膜230可以与上面关于条形准直器100所描述的准直膜130基本相似。特别地，准直膜230被构造为在被提取光(或准直光206，如下所述)被背光件220接收之前准直或进一步准直被提取光。类似地，在一些实施例中，偏振回收层240在实施和操作上可以与上述条形准直器100的偏振回收层150基本相似。
在一些实施例(未示出)中，背光件220包括散射特征(未示出)，该散射特征被构造为提供漫射或基本上无定向的发射光202。特别地，散射特征可以包括跨过背光件220的表面彼此间隔开的多个散射元件。例如，散射元件可以与背光件220的光导光学地耦合，以从光导散射出光，作为漫射或基本上无定向的光202。在一些实施例中，多个散射元件中的散射元件的尺寸可以小于或等于一显示器的光阀阵列中的光阀的尺寸，该显示器采用背光件220作为照明源。例如，漫射或基本上无定向的发射光202可具有与显示具有广视角的图像(例如，2D图像)一致的角扩展或束宽。
在其他实施例中，背光件系统200的背光件220可以是或包括多视图背光件220'。多视图背光件220'被构造为提供定向发射光202。特别地，定向发射光202包括具有彼此不同的主角度方向的定向光束。此外，定向光束的不同主角度方向对应于多视图显示器的相应不同视图方向，或者对应于等效地由多视图显示器显示的多视图图像的相应不同视图方向。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、包括多视图背光件220'的背光件系统200的侧视图。图5B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5A的背光件系统200的透视图。
如图5A-5B所示，背光件系统200包括条形准直器210、准直膜230和多视图背光件220'。上面描述了棒准直器210和准直膜230。条形准直器210与准直膜230一起被构造为将准直光206提供给多视图背光件220'的输入端220a。注意，尽管仅示出了单个条形准直器210，但是在一些实施例中，例如，如上所述，可以采用在多视图背光件220'的相反端处的一对条形准直器210。
图5A-5B所示的多视图背光件220'包括背光件光导222。背光件光导222被构造为接收被提取光作为准直光206并引导接收的准直光206作为引导的准直光208。图5A使用粗体箭头示出了引导的准直光208的总体传播方向209。另外，如所示的，被引导的准直光208具有准直因子σ。
如图5A-5B所示，多视图背光件220'还包括沿着背光件光导222的长度彼此间隔开的多个多光束元件224。多个多光束元件224中的多光束元件224被构造为从背光件光导222散射出一部分被引导的准直光208，作为包括多个定向光束的发射光202。由图5A-5B中的发散箭头表示的发射光202的定向光束具有彼此不同的主角度方向。此外，根据各个实施例，多个定向光束的不同主角度方向对应于多视图显示器的各个不同视图方向。
在一些实施例中，多光束元件224的尺寸s在多视图显示器(采用多视图背光件220'作为照明源的)的光阀226的尺寸S的大约百分之五十和大约百分之二百之间。图5A-5B示出了光阀226的示例阵列。如所示的，每个多光束元件224被构造为将发射光202的定向光束提供给光阀226的一组且仅一组226'，每组226'对应多视图像素。特别地，对于多光束元件224中的给定一个，具有与多视图显示器的不同视图相对应的不同主角度方向的定向光束基本上被局限到单个对应的多视图像素，或者等效地被局限到对应于多光束元件224的单组光阀226中，例如如图4所示的。因而，多视图背光件220'中的每个多光束元件224提供了发射光202的对应一组定向光束，其具有对应于多视图显示器的不同视图的一组不同主角度方向(即，该组定向光束包含具有与每个不同视图方向相对应的方向的光束)。
根据各个实施例，多个多光束元件224中的多光束元件224可以包括一定数量的不同结构中的任一个，该一定数量的不同结构被构造为耦合出被引导准直光208的一部分。例如，不同结构可以包括但不限于不限于衍射光栅、微反射元件、微折射元件或其各种组合。在一些实施例中，包括衍射光栅的多光束元件224被构造为将衍射地耦合出被引导光部分，以作为具有不同主角度方向的多个定向光束。在其他实施例中，包括微反射元件的多光束元件224被构造为反射地耦合出被引导光部分，作为多个定向光束，或者包括微折射元件的多光束元件224被构造成通过或使用折射来耦合出被引导光部分(即折射地耦合出被引导光部分)，以作为发射光202的多个定向光束。
根据本文所述原理的其他实施例，提供了一种使光准直的方法。图6示出了根据与本文所描述的原理一致的实施例的示例中的、使光准直的方法300的流程图。如所示的，使光准直的方法300包括在光导中引导310光，以作为被引导光。根据各个实施例，在光导的端部处从光源接收要被引导光310。根据一些实施例，在引导中310使用的光导可以基本上类似于如上所述的条形准直器100的光导110。例如，光导可以是条形光导。类似地，提供接收到的光的光源可以基本上类似于上述的光源160。例如，光源可以提供单色光和多色光(例如白光)中的一种或两种。此外，根据各个实施例，可以从端部处的单个光源或在光导的相反端部处的一对光源接收光。
根据各个实施例，使光准直的方法300进一步包括使用光导的一侧上的光提取特征来散射(320)来自光导的一部分被引导光，以提供被提取光。此外，通过该一部分被引导光的部分的散射(320)将被提取光引向背光件的输入部。在一些实施例中，在散射(320)中使用的光提取特征可以与上述条形准直器100的光提取特征120基本相似。例如，光提取特征可以位于与背光件相邻的一侧和与光导的背光件相邻侧相反的一侧中的一个或两者上。此外，在一些实施例中，被提取光可以是准直光或至少部分准直的光。
图6所示的使光准直的方法300进一步包括使用准直膜来使被提取光准直(330)，以提供准直光，来提供准直光。在准直(330)过程中中使用的准直膜位于光导和背光件之间。准直光被背光件接收并照亮背光件。此外，准直光具有与背光件输入部的长度相对应的范围。在一些实施例中，准直膜可以与上面关于条形准直器100描述的准直膜130基本相似。例如，准直膜可以包括被构造为增亮膜的棱镜膜。在一些实施例中，使被提取光准直(330)进一步使被提取光准直。
在一些实施例(未示出)中，使光准直的方法300进一步包括使用在光导的与该光导的背光件相邻侧相反的一侧上的反射层来反射在远离背光件的方向上散射的光，反射层将光朝向背光件输入反射光。在一些实施例中，反射层可以与上述条形准直器100的反射层140基本相似。
在一些实施例中，背光件是多视图背光件。在这些实施例(未示出)中，使光准直的方法300还包括在背光件的光导中引导准直光，准直光在背光件输入处由背光件光导接收。此外，在这些实施例(未示出)中，使光准直的方法300还包括通过使用多视图背光件的多光束元件散射出一部分被引导的准直光，来提供包括多个定向光束的发射光。根据各个实施例，多个定向光束具有与多视图显示器的各个不同视图方向相对应的不同主角度方向。
因此，已经描述了条形准直器、包括条形准直器的背光件系统以及使光准直的方法的示例和实施例，所述使光准直的方法包括在光导的侧面上的光提取特征，以将准直光提供到背光件输入部。应当理解，上述示例仅是说明表示此处描述的原理的许多特定示例中的一些。显然，本领域技术人员可以容易地设计出许多其他布置，而不背离由所附权利要求所限定的范围。

Claims (25)

1.一种条形准直器，包括：
光导，该光导构造为沿着光导的长度引导光，以作为被引导光。
光提取特征，该光提取特征沿光导长度位于光导的一侧上，该光提取特征被构造为将一部分被引导光从光导中散射出，以作为被提取光，并将该被提取光朝向背光件的输入部引导；和
在光导和背光件输入部之间的准直膜，该准直膜被构造为使所述被提取光准直，以作为准直光，
其中，准直光具有与背光件输入部的长度相对应的范围，并且被构造为用作背光件的照明源。
2.根据权利要求1所述的条形准直器，其中，所述光提取特征所在的光导的一侧是与所述背光件相邻的一侧。
3.根据权利要求1所述的条形准直器，其中，所述光提取特征位于所述光导的与该光导的背光件相邻侧相反的一侧上。
4.根据权利要求1所述的条形准直器，其中，所述光提取特征包括光导的所述一侧的表面的材料。
5.根据权利要求1所述的条形准直器，其中，所述光提取特征包括附着到光导的所述一侧的表面的漫射层。
6.根据权利要求1所述的条形准直器，其中，所述准直膜包括构造为增亮膜的棱镜膜。
7.根据权利要求1所述的条形准直器，还包括在所述光导的与该光导的背光件相邻侧相反的一侧上的反射层，该反射层被构造为将光朝向背光件输入部反射。
8.根据权利要求1所述的条形准直器，还包括在光导和背光件输入部之间的偏振回收膜，该偏振回收膜被构造为回收从所述背光件输入部接收的光，并且将回收的光朝向背光件输入部重新定向。
9.根据权利要求1所述的条形准直器，还包括位于光导的端部处的光源，该光源被构造为提供要被该光导引导的光，以作为被引导光。
10.根据权利要求9所述的条形准直器，其中，光源包括被构造为提供白光的多色发光二极管。
11.根据权利要求9所述的条形准直器，其中，光源是第一光源，并且该第一光源所在的端部是光导的第一端，所述条形准直器还包括位于光导的第二端处的第二光源，第二端与第一端相反。
12.根据权利要求1所述的条形准直器，还包括与所述条形准直器的光导的引导表面相邻的光耦合反射器层。
13.根据权利要求1所述的条形准直器，其中，准直光被构造为沿着背光件的输入部的长度是均匀的。
14.一种多视图背光件，包括根据权利要求1所述的条形准直器，所述多视图背光件还包括：
背光件光导，该背光件光导被构造为在背光件的输入部处接收来自条形准直器的准直光，并且引导所接收的准直光，以作为被引导的准直光；和
多个多光束元件，该多个多光束元件沿着所述背光件光导的长度彼此间隔开，所述多个多光束元件中的多光束元件被构造为从所述背光件光导中散射出被引导的准直光的一部分，以作为发射光，该发射光包括具有彼此不同的主角度方向的多个定向光束，
其中，发射光的多个定向光束的不同主角度方向对应于多视图显示器的各个不同视图方向。
15.一种背光件系统，包括：
条形准直器，包括：
光源，构造为提供光；
光导，该光导构造为引导从光源接收的光，以作为被引导光，该光源位于光导的端部处；和
多个光提取特征，该多个光提取特征被构造为将被引导光的一部分从光导中散射出，以作为被提取光，多个光提取特征沿着光导的一侧定位；和
背光件，该背光件被构造为接收所述被提取光，以作为具有准直因子的准直光，条形准直器与背光件的输入端相邻，
其中，所接收的准直光被构造为照亮所述背光件。
16.根据权利要求15所述的背光件系统，其中，所述条形准直器的多个光提取特征位于所述条形准直器的光导的背光件相邻侧上。
17.根据权利要求15所述的背光件系统，其中，所述条形准直器还包括在所述条形准直器的光导的另一端处的另一光源，其中，该另一光源被构造为提供额外的光，以增加所述条形准直器的光导内的被引导光的强度和照明均匀性。
18.根据权利要求15所述的背光件系统，其中，所述条形准直器还包括在所述条形准直器的光导的一侧上的反射层，该条形准直器的光导的一侧与条形准直器光导的与背光件相邻的一侧相反，所述反射层构造为将光朝向背光件输入端反射。
19.根据权利要求15所述的背光件系统，还包括与所述背光件的远端输入端相邻的另一条形准直器，该背光件的远端输入端与背光件输入端相反，在所述远端输入端处的另一条形准直器被构造为进一步用准直光照射所述背光件。
20.根据权利要求15所述的背光件系统，还包括在所述条形准直器的光导和所述背光件的输入端之间的准直膜和偏振回收层中的一个或两个，所述准直膜被构造为使得被提取光准直。
21.根据权利要求15所述的背光件系统，其中，所述背光件是多视图背光件，包括：
背光件光导，该背光件光导被构造为将从条形准直器接收的准直光引导为被引导的准直光；和
多个多光束元件，该多个多光束元件沿着光导的长度彼此间隔开，多个多光束元件中的多光束元件被构造为从光导中散射出被引导准直光的一部分，以作为包括多个定向光束的发射光，所述多个定向光束具有对应于多视图显示器的各个不同视图方向的不同主角度方向。
22.一种使光准直的方法，该方法包括：
在光导中引导光，以作为被引导光，该光是从光导的端部处的光源被接收的；
使用光导的一侧上的光提取特征来散射从光导而来的被引导光的一部分，以提供被提取光，该被提取光朝向背光件的输入部被引导；和
使用准直膜对被提取光进行准直，以提供准直光，该准直膜位于光导和背光件之间，
其中，准直光被背光件接收并照亮该背光件，并且其中，准直光具有与背光件的输入部长度相对应的范围。
23.根据权利要求22所述的使光准直的方法，其中，所述光提取特征所在的光导的一侧是与所述背光件相邻的一侧。
24.根据权利要求22所述的使光准直的方法，还包括反射光，使用反射层将该反射光在远离背光件的方向上散射，该反射层是在光导的与光导的背光件相邻侧相反的一侧上的，该反射层将所述光朝向背光件输入部反射。
25.根据权利要求22所述的使光准直的方法，还包括
在背光件的光导中引导准直光，该准直光由背光件输入部处的背光件光导接收；和
通过使用背光件的多光束元件将一部分被引导的准直光散射出来，以提供包括多个定向光束的发射光，该多个定向光束具有与多视图显示器的各个不同视图方向相对应的不同主角度方向，
其中，背光件是多视图背光件。
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