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JP2020516038A - 片側バックライト、マルチビューディスプレイ、および傾斜回折格子を使用する方法 - Google Patents

片側バックライト、マルチビューディスプレイ、および傾斜回折格子を使用する方法 Download PDF

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JP2020516038A JP2019554419A JP2019554419A JP2020516038A JP 2020516038 A JP2020516038 A JP 2020516038A JP 2019554419 A JP2019554419 A JP 2019554419A JP 2019554419 A JP2019554419 A JP 2019554419A JP 2020516038 A JP2020516038 A JP 2020516038A
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Abstract

片側バックライトおよび片側マルチビューディスプレイは、片側方向を有する指向性光ビームを供給するように構成された片側回折素子のアレイを使用する。片側回折素子アレイの片側回折素子は、ライトガイドに導かれた光の回折散乱により指向性光ビームを供給するように構成された傾斜回折格子を備える。片側マルチビューディスプレイは、片側方向を有するマルチビュー画像として複数の指向性光ビームを変調するように構成されたライトバルブをさらに含む。

Description

関連出願の相互参照
この出願は、２０１７年４月４日に出願された米国仮特許出願第６２／４８１，６２５号の優先権を主張し、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。
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、様々な装置や製品のユーザ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。最も一般的に採用されてい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トディスプレイ（ＥＬ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、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）および電気機械式または電気流体式の光変調を使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、発光するディスプレイ）またはパッシブディスプレイ（すなわち、他の光源から供給される光を変調するディスプレイ）のいずれかとして分類されることができる。アクティブディスプレイの最も明白な例には、ＣＲＴ、ＰＤＰおよびＯＬＥＤ／ＡＭＯＬＥＤがある。放射光を考慮するときに一般的にパッシブとして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、これに限定されるものではないが、本質的に低消費電力を含む魅力的な性能特性を呈することがよくあるが、発光する能力がないことを考えると、多くの実際の用途における使用が若干制限されることがある。
放射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ている。結合された光源は、これらの他のパッシブディスプレイが光を放射し、実質的にアクティブディスプレイとして機能することを可能にすることができる。そのような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射するために他の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されることができる。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放射する。放射光は、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイによって変調され、変調された光は、次にＬＣＤまたはＥＰディスプレイから放射される。多くの場合、バックライトは、白色光を放射するように構成されている。そして、カラーフィルタが使用され、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（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ることができる。
本明細書に記載の原理にかかる例および実施形態の様々な特徴は、添付の図面とあわせて以下の詳細な説明を参照することにより、より容易に理解されることができ、同様の参照符号は、同様の構造的要素を示す。
本明細書に記載の原理と一致する実施形態にかかる、例におけるマルチビューディスプレイの斜視図を示している。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態にかかる、例における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図形表現を示している。 本明細書に記載の原理に一致する実施形態にかかる、例における回折格子の断面図を示している。 本明細書に記載の原理と一致する実施の形態にかかる、例における傾斜回折格子の断面図を示している。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態にかかる、例における片側バックライトの断面図を示している。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態にかかる、例における片側マルチビューディスプレイの断面図を示している。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態にかかる、例における片側マルチビューディスプレイの平面図を示している。 本明細書に記載の原理に一致する実施形態にかかる、例における片側マルチビューディスプレイの斜視図を示している。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態にかかる、例におけるデュアルモードディスプレイのブロック図を示している。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態にかかる、例における片側バックライト動作の方法のフローチャートを示している。
特定の例および実施形態は、上記参照した図に示された特徴に加えて、およびその代わりの１つである他の特徴を有する。これらの特徴および他の特徴については、上記参照した図を参照して以下に詳細に説明される。
本明細書に記載の原理にかかる例および実施形態は、片側バックライト、ならびに片側バックライトを使用する片側マルチビューディスプレイおよびデュアルモードディスプレイを提供する。特に、本明細書に記載の原理と一致する実施形態は、傾斜回折格子を含む片側回折素子を使用する片側バックライトを提供する。片側回折素子は、片側方向を有する指向性光ビームとして片側バックライトから光を外へ散乱させる（scatter out）ように構成される。すなわち、様々な実施形態によれば、片側回折素子の傾斜回折格子は、バックライトの片側のみから光を外へ優先的に誘導または散乱させる。いくつかの実施形態では、片側回折素子は、片側または「一方側」方向に異なる主角度方向（principal angular directions）を有する複数の指向性光ビームとして光を外へ散乱させるように構成された片側マルチビーム素子として機能することができる。複数の指向性光ビームは、例えば、多側マルチビューディスプレイの様々なビュー方向に対応する方向を有することができる。
本明細書では、「２次元ディスプレイ」または「２Ｄディスプレイ」は、画像が視認される方向にかかわらず（すなわち、２Ｄディスプレイの所定の視野角または範囲内で）略同じ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。スマートフォンやコンピュータモニタに見られる従来の液晶ディスプレイ（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、異なるビュー方向でまたは異なるビュー方向から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。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透視ビューを表すことができる。本明細書に記載の片側バックライトおよび片側マルチビューディスプレイの使用は、これらに限定されるものではないが、携帯電話（例えば、スマートフォン）、時計、タブレットコンピュータ、モバイルコンピュータ（例えば、ラップトップコンピュータ）、パーソナルコンピュータおよびコンピュータモニタ、自動車ディスプレイコンソール、カメラディスプレイ、および他の様々なモバイル、ならびに実質的に非モバイルのディスプレイアプリケーションおよびデバイスを含む。
図１Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態にかかる、例における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に示すように、マルチビューディスプレイ１０は、視認されるべきマルチビュー画像を表示するスクリーン１２を備える。スクリーン１２は、電話（例えば、携帯電話、スマートフォンなど）、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータのコンピュータモニタ、カメラディスプレイ、または実質的に任意の他のデバイスの電子ディスプレイの表示スクリーンとすることができる。
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において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びる矢印として示されており、異なるビュー１４は、矢印の終端に陰影付き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を描いている）、４つのビュー１４および４つのビュー方向１６のみが示されており、これらは全て例示であって限定ではない。図１Ａではスクリーンの上方に異なるビュー１４が示されているが、マルチビュー画像がマルチビューディスプレイ１０に表示されると、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のそれぞれからマルチビューディスプレイ１０を見ることを表すことを意図している。２Ｄディスプレイは、２Ｄディスプレイが、マルチビューディスプレイ１０によって提供されるマルチビュー画像の異なるビュー１４とは対照的に、表示画像の単一ビュー（例えば、ビュー１４と同様の１つのビュー）を提供するように一般に構成されることを除いて、マルチビューディスプレイ１０と略同様とすることができる。
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ビュー方向または同等の光ビームは、一般に、本明細書の定義により、角度成分｛θ，φ｝によって与えられる主角度方向を有する。本明細書では、角度成分θ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「方位角成分」または「方位角」と呼ばれる。定義により、仰角θは、垂直面（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垂直）の角度であるとともに、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の平面に平行）の角度である。
図１Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態にかかる、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角度方向を有する光ビーム２０の角度成分｛θ，φ｝の図形表現を示している。さらに、光ビーム２０は、本明細書の定義により、特定の点から放射されるかまたは発散する。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に関連付けられた中心光線を有する。図１Ｂはまた、光ビーム（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」という用語で使用される「マルチビュー」という用語は、異なる視点を表すか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、本明細書では、「マルチビュー」という用語は、ここでの定義により、３つ以上の異なるビュー（すなわち、最低３つのビュー、一般的に４つ以上のビュー）を明示的に含む。したがって、本明細書で使用される「マルチビューディスプレイ」は、シーンまたは画像を表すために２つの異なるビューのみを含む立体ディスプレイとは明確に区別される。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、３つ以上のビューを含むことができるが、本明細書における定義により、マルチビュー画像は、マルチビューのうち２つのみを選択することによって立体画像のペアとして（例えば、マルチビューディスプレイにおいて）一度に（例えば、１つの眼あたり１つのビュー）見ることができることに留意されたい。
「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各ビュー内の「ビュー」ピクセルを表す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異なるビューのそれぞれのビューピクセルに対応するまたはビューピクセルを表す個々の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ピクセルは、本明細書の定義により、各ピクセルが異なるビューの対応するビューの所定のビュー方向に関連付けられるという点で、いわゆる「方向性ピクセル」である。さらに、様々な例および実施形態によれば、マルチビューピクセルのピクセルによって表される異なるビューピクセルは、異なるビューのそれぞれにおいて同等または少なくとも略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異なるビューのそれぞれにおける｛ｘ１，ｙ１｝に位置するビューピクセルに対応する個々のピクセルを有することができるとともに、第２のマルチビューピクセルは、異なるビューのそれぞれにおける｛ｘ２，ｙ２｝に位置するビューピクセルに対応する個々のピクセルを有することができる。
いくつかの実施形態では、マルチビューピクセル内のピクセルの数は、マルチビューディスプレイの異なるビューの数に等しくすることができる。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に関連付けられた６４（６４）個のピクセルを提供することができる。他の例では、マルチビューディスプレイは、８×４のビューのアレイ（すなわち、３２ビュー）を提供することができ、マルチビューピクセルは、３２ピクセル（すなわち、各ビューに１つ）を含むことができる。さらに、それぞれの異なるピクセルは、例えば、６４個の異なるビューに対応するビュー方向の異なる１つに対応する関連する方向（例えば、光ビームの主角度方向）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ビューの「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）の数と略等しくてもよい。例えば、ビューが６４０×４８０ビューピクセル（すなわち、６４０×４８０ビューの解像度）を含む場合、マルチビューディスプレイは、３十万７千２百（３０７，２００）個のマルチビューピクセルを有することができる。他の例では、ビューが１００×１００ピクセルを含む場合、マルチビューディスプレイは、合計で１万（すなわち、１００×１００＝１０，０００）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、「ライトガイド」は、全内部反射を使用して構造内の光を導く構造として定義される。特に、ライトガイドは、ライトガイドの動作波長において略透明なコアを含むことができる。様々な例において、「ライトガイド」という用語は、一般に、全内部反射を使用して、ライトガイドの誘電体材料とそのライトガイドを囲む材料または媒体との間の界面において光を導く誘電体光導波路を指す。定義により、全内部反射の条件は、ライトガイドの屈折率が、ライト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ということである。いくつかの実施形態では、ライトガイドは、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み、全内部反射をさらに促進してもよい。コーティングは、例えば、反射コーティングとすることができる。ライトガイドは、これらに限定されるものではないが、プレートまたはスラブガイドおよびストリップガイドの一方または両方を含むいくつかのライトガイドのいずれかとすることができる。
さらに本明細書では、「プレートライトガイド」のようにライトガイドに適用される場合、「プレート」という用語は、「スラブ」ガイドと呼ばれることもある、区分的または区別可能に平面層またはシートとして定義される。特に、プレートライトガイドは、ライトガイドの上面および下面（すなわち、反対側の面）によって境界を定められた略直交する２つの方向に光を導くように構成されたライトガイドとして定義される。さらに、本明細書の定義により、上面および下面は、両方とも互いに分離され、少なくとも区別可能な意味で互いに略平行であってもよい。すなわち、プレートライトガイドのいかなる異なる小さなセクション内でも、上面および下面は、略平行であるまたは同一平面上にある。
いくつかの実施形態では、プレートライトガイドは、略平坦（すなわち、平面に限定）とすることができ、したがって、プレートライトガイドは、平面ライトガイドである。他の実施形態では、プレートライトガイドは、１つまたは２つの直交する次元で湾曲していてもよい。例えば、プレートライトガイドは、円柱状のプレートライトガイドを形成するために１次元で湾曲していてもよい。しかしながら、いかなる曲率も、十分に大きい曲率半径を有し、光を導くためにプレートライトガイド内で全内部反射が維持されることを保証する。
本明細書では、「角度保存散乱機能部」または同等に「角度保存散乱体」は、機能部または散乱体に入射する光の角度広がりを散乱光において実質的に保存する方法で光を散乱するように構成された任意の機能部または散乱体である。特に、定義により、角度保存散乱機能部によって散乱される光の角度広がりσｓは、入射光の角度広がりσの関数である（すなわち、σｓ＝ｆ（σ））。いくつかの実施形態では、散乱光の角度広がりσｓは、入射光の角度広がりまたはコリメーション係数σの一次関数である（例えば、σｓ＝ａ・σ、ａは整数）。すなわち、角度保存散乱機能部によって散乱される光の角度広がりσｓは、入射光の角度広がりまたはコリメーション係数σに略比例することができる。例えば、散乱光の角度広がりσｓは、入射光の角度広がりσに略等しくてもよい（例えば、σｓ≒σ）。均一な回折格子（すなわち、略均一または一定の回折機能間隔または格子ピッチを有する回折格子）は、角度保存散乱機能部の例である。対照的に、ランバート散乱体またはランバート反射体、ならびに一般的な拡散体（例えば、ランバート散乱を有するかまたは近似する）は、本明細書の定義により、角度保存散乱体ではない。
本明細書では、「偏光保存散乱機能部」または同等に「偏光保存散乱体」は、機能部または散乱体への入射光の偏光または少なくともある程度の偏光を散乱光に実質的に保存するように光を散乱するように構成された任意の機能部または散乱体である。したがって、「偏光保存散乱機能部」は、機能部または散乱体に入射する光の偏光度が散乱光の偏光度と略等しい任意の機能部または散乱体である。さらに、定義により、「偏光保存散乱」は、散乱される光の所定の偏光を保存または実質的に保存する散乱（例えば、ガイド光の）である。散乱される光は、例えば、偏光光源によって提供される偏光とすることができる。
本明細書では、「片側バックライト」、「片側回折散乱素子」、および「片側マルチビーム素子」における「片側」という用語は、「一方側」または「優先的に一方向」が第２の側に対応する他の方向とは反対側の第１の側に対応することを意味すると定義される。特に、「片側バックライト」は、第１の側の反対側の第２の側ではなく、第１の側から光を放射するバックライトとして定義される。例えば、片側バックライトは、第１（例えば、正）の半空間に光を放射することができるが、対応する第２（例えば、負）の半空間には光を放射しない。第１の半空間は、片側バックライトの上方にあってもよく、第２の半空間は、片側バックライトの下方にあってもよい。そのため、例えば、片側バックライトは、片側バックライトよりも上方の領域にまたは方向に光を放射することができ、片側バックライトよりも下方の他の領域または他の方向に光をほとんどまたは全く放射しない。同様に、限定されるものではないないが、片側回折散乱素子または片側マルチビーム素子などの「片側散乱体」は、本明細書の定義により、第１の表面の反対側の第２の表面ではなく第１の表面に向かっておよび第１の表面から光を散乱させるように構成される。
本明細書では、「回折格子」は、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た複数の機能部（すなわち、回折機能部）として広く定義される。いくつかの例では、複数の機能部は、周期的にまたは準周期的に配置されてもよい。他の例では、回折格子は、複数の回折格子を含む混合周期回折格子であってもよく、複数の回折格子のそれぞれは、機能部の異なる周期的配置を有してもよい。さらに、回折格子は、１次元（１Ｄ）アレイに配置された複数の機能部（例えば、材料表面の複数の溝または隆起）を含むことができる。あるいは、回折格子は、機能部の２次元（２Ｄ）アレイ、または２次元で定義される機能部のアレイを備えてもよい。回折格子は、例えば、材料表面上のバンプまたは孔の２Ｄアレイであってもよい。いくつかの例では、回折格子は、第１の方向または寸法で略周期的であり、回折格子を横切るまたは回折格子に沿った他の方向で略非周期的（例えば、一定、ランダムなど）であってもよい。
したがって、本明細書の定義により、「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。光がライトガイドから回折格子に入射する場合、提供された回折または回折散乱は、「回折結合」をもたらすことがあり、したがって、回折格子が回折によってライトガイドから光を外へ結合するという意味で「回折結合」と呼ばれることがある。回折格子はまた、回折により（すなわち、回折角で）光の角度を転換するまたは変更する。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）の伝播方向とは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、本明細書では「回折方向転換」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転換する回折機能を含む構造であり、光がライトガイドから入射する場合、回折格子はまた、ライトガイドからの光を回折的に外へ結合する（diffractively couple out）ことができると理解することができる。
さらに、本明細書の定義により、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）の１つまたはそれ以上とすることができる。表面は、例えば、ライトガイドの表面とすることができる。回折機能部は、これらに限定されるものではないが、表面内または表面上の溝、隆起、孔およびバンプのうちの１つまたはそれ以上を含む、光を回折する様々な構造のいずれかを含んでもよい。例えば、回折格子は、材料表面に複数の略平行な溝を含んでもよい。他の例では、回折格子は、材料表面から立ち上がる複数の平行な隆起を含んでもよい。回折機能部（例えば、溝、隆起、孔、バンプなど）は、これらに限定されるものではないが、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状プロファイル（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してもよい。
本明細書に記載の様々な例によれば、回折格子（例えば、以下で説明する回折素子の回折格子）が使用され、ライトガイド（例えば、プレートライトガイド）からの光を光ビームとして回折的に外へ散乱または結合することができる。特に、局所周期回折格子の回折角θｍまたはそれによって提供される回折角θｍは、以下のように式（１）によって与えられる：
Figure 2020516038
 ここで、λは光の波長であり、ｍは回折次数であり、ｎはライトガイドの屈折率であり、ｄは回折格子の機能部間の距離または間隔であり、θｉは回折格子への光の入射角である。簡単にするために、式（１）は、回折格子がライトガイドの表面に隣接し且つライトガイドの外側の材料の屈折率が１に等しい（すなわち、ｎｏｕｔ＝１）と仮定している。一般に、回折次数ｍは、整数（すなわち、ｍ＝±１、±２、・・・）によって与えられる。回折格子によって生成される光ビームの回折角θｍは、式（１）によって与えられることができる。回折次数ｍが１に等しい（すなわち、ｍ＝１）場合、１次回折、より具体的には１次回折角θｍが提供される。
図２Ａは、本明細書に記載の原理に一致する実施形態にかかる、例における回折格子３０の断面図を示している。例えば、回折格子３０は、ライトガイド４０の表面に配置されてもよい。さらに、図２Ａは、入射角θｉで回折格子３０に入射する光ビーム５０を示している。入射光ビーム５０は、ライトガイド４０内のガイド光のビーム（すなわち、ガイド光ビーム）であってもよい。また、図２Ａには、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て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ような回折角θｍ（または本明細書では「主角度方向」）を有する。回折角θｍは、回折格子３０の回折次数「ｍ」、例えば、回折次数ｍ＝１（すなわち、第１の回折次数）に対応してもよい。
本明細書では、定義により、「傾斜」回折格子は、回折格子の表面の表面法線に対して傾斜角を有する回折機能部を備えた回折格子である。様々な実施形態によれば、傾斜回折格子は、入射光の回折による片側散乱を提供することができる。
図２Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する実施の形態にかかる、例における傾斜回折格子８０の断面図を示している。図示されるように、傾斜回折格子８０は、図２Ａに示される回折格子３０に類似した、ライトガイド４０の表面に配置されたバイナリ回折格子である。しかしながら、図２Ｂに示される傾斜回折格子８０は、図示されるように、格子の高さ、深さまたは厚さｔとともに、表面法線（破線で示される）に対して傾斜角γを有する回折機能部８２を備える。また、入射光ビーム５０と、傾斜回折格子８０による入射光ビーム５０の片側回折散乱を表す指向性光ビーム６０も示されている。様々な実施形態によれば、傾斜回折格子８０による二次方向の光の回折散乱は、片側回折散乱によって抑制されることに留意されたい。図２Ｂにおいて、「消された」破線矢印９０は、傾斜回折格子８０による二次方向の抑制された回折散乱を表す。
様々な実施形態によれば、回折機能部８２の傾斜角γは、二次方向の回折散乱が抑制される程度を含む傾斜回折格子８０の片側回折特性を制御するように選択されることができる。例えば、傾斜角γは、約２０度（２０°）から約６０度（６０°）の間または約３０度（３０°）から約５０度（５０°）の間または約４０度（４０°）から約５５度（５５°）の間であるように選択されることができる。約３０°〜６０°の範囲の傾斜角γは、例えば、傾斜回折格子８０によって提供される片側方向と比較した場合に、二次方向における回折散乱の約４０倍（４０×）よりも良好な抑制を提供することができる。いくつかの実施形態によれば、回折機能部８２の厚さｔは、約１００ナノメートル（１００ｎｍ）から約４００ナノメートル（４００ｎｍ）の間とすることができる。例えば、厚さｔは、約３００ｎｍから約５００ナノメートル（５００ｎｍ）の範囲の格子周期ｐについて、約１５０ナノメートル（１５０ｎｍ）から約３００ナノメートル（３００ｎｍ）の間とすることができる。
さらに、いくつかの実施形態によれば、回折機能部は、湾曲していてもよく、光の伝播方向に対して所定の向き（例えば、回転）を有していてもよい。回折機能部の曲線および回折機能部の向きの一方または両方は、例えば、回折格子によって外へ結合される光の方向を制御するように構成されてもよい。例えば、外へ結合された光の主角度方向は、入射光の伝播方向に対して光が回折格子に入射する点での回折機能部の角度の関数とすることができる。
本明細書の定義により、「マルチビーム素子」は、複数の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。「回折」マルチビーム素子は、定義により、回折結合によってまたは回折結合を使用して複数の光ビームを生成するマルチビーム素子である。特に、いくつかの実施形態では、回折マルチビーム素子は、バックライトのライトガイドに光学的に結合され、ライトガイド内で導かれる光の一部を回折的に外へ結合することにより複数の光ビームを提供することができる。さらに、本明細書の定義により、回折マルチビーム素子は、マルチビーム素子の境界または範囲内に複数の回折格子を備える。本明細書の定義により、マルチビーム素子によって生成される複数の光ビーム（または「複数の光ビーム」）の光ビームは、互いに異なる主角度方向を有する。特に、定義により、複数の光ビームの光ビームは、複数の光ビームの他の光ビームとは異なる所定の主角度方向を有する。様々な実施形態によれば、回折マルチビーム素子の回折格子における回折機能部の間隔または格子ピッチは、サブ波長（すなわち、ガイド光の波長未満）とすることができる。
様々な実施形態によれば、複数の光ビームは、ライトフィールドを表すことができる。例えば、複数の光ビームは、略円錐形の空間領域に限定されるか、複数の光ビーム内の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。そのため、組み合わされた光ビームの所定の角度広がり（すなわち、複数の光ビーム）は、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、複数の光ビームにおける様々な光ビームの異なる主角度方向は、これらに限定されるものではないが、「回折ピッチ」または回折機能部間隔、および回折マルチビーム素子内の回折格子の方向とともに、回折マルチビーム素子のサイズ（例えば、長さ、幅、面積などの１つまたはそれ以上）を含む特性によって決定される。いくつかの実施形態では、回折マルチビーム素子は、本明細書の定義により、「拡張点光源」、すなわち、回折マルチビーム素子の範囲にわたって分布する複数の点光源と見なされてもよい。さらに、回折マルチビーム素子によって生成される光ビームは、本明細書の定義により、図１Ｂに関して上述したように、角度成分｛θ，φ｝によって与えられる主角度方向を有する。
本明細書では、「コリメータ」は、光をコリメート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ものではないが、コリメーティングミラーまたは反射器、コリメーティングレンズ、回折格子、テーパ付きライトガイド、およびそれらの様々な組み合わせを含むことができる。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の量は、所定の程度または量で一実施形態ごとに変化してもよい。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）の一方または両方でこりメーションを提供するように構成されてもよい。すなわち、いくつかの実施形態によれば、コリメータは、光コリメーションを提供する２つの直交方向の一方または両方において形状または同様のコリメーティング特性を含むことができる。
本明細書では、σで示される「コリメーション係数」は、光がコリメートされる度合いとして定義される。特に、コリメーション係数は、本明細書の定義により、コリメートされた光ビーム内の光線の角度広がりを定義する。例えば、コリメーション係数σは、コリメート光のビーム内の光線の大部分が特定の角度広がり（例えば、コリメート光ビームの中心または主角度方向を中心として＋／−σ度）内にあることを指定することができる。いくつかの例によれば、コリメート光ビームの光線は、角度に関してガウス分布を有してもよく、角度広がりは、コリメート光ビームのピーク強度の半分で決定される角度であってもよい。
本明細書では、「光源」は、光源（例えば、光を生成および放射するように構成された光放射器）として定義される。例えば、光源は、活性化またはオンにされると光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光放射器を備えてもよい。特に、本明細書では、光源は、これらに限定されるものではないが、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、プラズマベースの光放射器、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実質的に任意の光源とすることができるかまたは実質的に任意の光放射器を備えることができる。光源によって生成された光は、色を有することができる（すなわち、特定の波長の光を含むことができる）、または波長の範囲（例えば、白色光）とすることができる。いくつかの実施形態では、光源は、複数の光放射器を備えてもよい。例えば、光源は、光放射器のうちの少なくとも１つが少なくとも１つの他の光放射器のセットまたはグループによって生成される光の色または波長とは異なる色または同等の波長を有する光を生成する光放射器のセットまたはグループを含むことができる。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」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では、広角放射光は、約２０度よりも大きい円錐角（例えば、＞±２０°）を有することができる。他の実施形態では、広角放射光円錐角は、約３０度よりも大きくてもよく（例えば、＞±３０°）、または約４０度よりも大きくてもよく（例えば、＞±４０°）、または５０度よりも大きくてもよい（例えば、＞±５０°）。例えば、広角放射光の円錐角は、約６０度（例えば、＞±６０°）とすることができる。
いくつかの実施形態では、広角放射光円錐角は、ＬＣＤコンピュータモニタ、ＬＣＤタブレット、ＬＣＤテレビ、または広角ビューを目的とする同様のデジタルディスプレイ装置の視野角とほぼ同じであるように定義されてもよい（例えば、約±４０〜６５°）。他の実施形態では、例えば、バックライトによって提供される広角放射光はまた、拡散光、略拡散光、無指向性光（すなわち、特定のまたは定義された方向性を欠く）、または単一もしくは略均一な方向を有する光として特徴付けられるか記載されることができる。
さらに、本明細書で使用される場合、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」を有することを意図している。例えば、「要素（an element）」は、１つまたはそれ以上の要素を意味するため、本明細書では、「要素（the element）」は、「要素（the element(s)）」を意味する。また、「上（top）」、「下（bottom）」、「上（upper）」、「下（lower）」、「上（up）」、「下（down）」、「前（front）」、「後（back）」、「第１（first）」、「第２（second）」、「左（left）」または「「右（right）」という本明細書におけるいかなる言及も、本明細書における限定を意図するものではない。本明細書では、「約（about）」という用語は、値に適用される場合、一般的に、値を生成するために使用される機器の許容範囲内を意味し、または特に明記しない限り、プラスもしくはマイナス１０％、プラスもしくはマイナス５％、またはプラスもしくはマイナス１％を意味することができる。さらに、本明細書で使用される場合、「略（substantially）」という用語は、過半数、またはほぼ全て、または全て、または約５１％から約１００％の範囲内の量を意味する。さらに、本明細書の例は、例示のみを目的とするものであり、限定目的ではなく、議論の目的で提示される。
本明細書に記載の原理のいくつかの実施形態によれば、片側バックライトが提供される。図３は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態にかかる、例における片側バックライト１００の断面図を示している。図示されるように、片側バックライトは、片側方向を有する指向性光ビーム１０２として放射光を提供するように構成される。図３では、指向性光ビーム１０２の片側方向は、片側バックライト１００の表面の上の半空間に対応する方向である。
図３に示される片側バックライト１００は、ライトガイド１１０を備える。いくつかの実施形態によれば、ライトガイド１１０は、プレートライトガイドとすることができる。ライトガイド１１０は、光をガイド光１０４としてライトガイド１１０の長さに沿って導くように構成される。例えば、ライトガイド１１０は、光導波路として構成された誘電体材料を含むことができる。誘電体材料は、誘電体光導波路を囲む媒体の第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、ライトガイド１１０の１つまたはそれ以上のガイドモードにしたがってガイド光１０４の全内部反射を促進するように構成される。
特に、ライトガイド１１０は、光学的に透明な誘電体材料の延長された略平面シートを含むスラブまたはプレート光導波路とすることができる。誘電体材料の略平面シートは、全内部反射を使用してガイド光１０４を導くように構成される。様々な例によれば、ライトガイド１１０の光学的に透明な材料は、これらに限定されるものではないが、１つまたはそれ以上の様々な種類のガラス（例えば、シリカガラス、アルカリ−アルミノケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラスなど）および略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（メチルメタクリレート）または「アクリルガラス」、ポリカーボネートなど）を含む様々な誘電体材料のいずれかを含むかまたはそれらから構成されることができる。いくつかの例では、ライトガイド１１０は、ライトガイド１１０の表面（例えば、上面および底面の一方または両方）の少なくとも一部にクラッド層（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、全内部反射をさらに促進するために使用されてもよい。
さらに、いくつかの実施形態によれば、ライトガイド１１０は、ライトガイド１１０の第１の表面１１０’（例えば、「前」面または側面）と第２の表面１１０’’（例えば、「背」面または側面）との間の非ゼロ伝播角での全内部反射にしたがってガイド光１０４を導くように構成される。特に、ガイド光１０４は、ライトガイド１１０の第１の表面１１０’と第２の表面１１０’’との間を非ゼロ伝播角で反射または「跳ね返る」ことにより伝播する。いくつかの実施形態では、ガイド光１０４は、異なる色の光の複数のガイド光ビームを含む。複数のガイド光ビームの光ビームは、異なる色固有の非ゼロ伝播角のそれぞれのものにおいてライトガイド１１０によって導かれてもよい。説明を簡単にするために、非ゼロ伝播角は、図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を示す太矢印は、図３のライトガイド長に沿ったガイド光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」は、ライトガイド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、様々な実施形態によれば、非ゼロ伝播角は、ゼロよりも大きく且つライトガイド１１０内の全内部反射の臨界角よりも小さい。例えば、ガイド光１０４の非ゼロ伝播角は、約１０度（１０°）から約５０度（５０°）の間、またはいくつかの例では、約２０度（２０°）から約４０度（４０°）の間、または約２５度（２５°）から約３５度（３５°）の間とすることができる。例えば、非ゼロ伝播角は、約３０度（３０°）とすることができる。他の例では、非ゼロ伝播角は、約２０°、または約２５°、または約３５°であってもよい。さらに、特定の非ゼロ伝播角がライトガイド１１０内の全内部反射の臨界角よりも小さくなるように選択される限り、特定の実装に対して特定の非ゼロ伝播角が（例えば、任意に）選択されてもよい。
ライトガイド１１０におけるガイド光１０４は、非ゼロ伝播角（例えば、約３０〜３５度）でライトガイド１１０に導入または結合されることができる。レンズ、ミラーまたは同様の反射器（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）のうちの１つまたはそれ以上は、例えば、非ゼロ伝播角でガイド光１０４としてライトガイド１１０の入射端への光の結合を促進することができる。ライトガイド１１０に結合されると、ガイド光１０４は、ライトガイド１１０に沿って、一般的に入射端から離れる方向に伝播する（例えば、図３のｘ軸に沿った太矢印で示される）。
さらに、様々な実施形態によれば、ガイド光１０４は、コリメートされてもよい。本明細書では、「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内で互いに略平行である光ビーム（例えば、ガイド光１０４）として定義される。さらに、コリメート光ビームから発散または散乱される光線は、本明細書の定義により、コリメート光ビームの一部とはみなされない。いくつかの実施形態では、片側バックライト１００は、これらに限定されるものではないが、例えば光源からの光をコリメートするように構成された、レンズ、反射器もしくはミラー、回折格子、またはテーパ付きライトガイドなどのコリメータを含むことができる。いくつかの実施形態では、光源は、コリメータを備える。ライトガイド１１０に供給されるコリメート光は、コリメートされたガイド光１０４である。ガイド光１０４は、様々な実施形態において、コリメーション係数σにしたがってコリメートされることができるかまたはコリメーション係数を有することができる。
図３に示すように、片側バックライト１００は、ライトガイド長に沿って互いに間隔をあけて配置された片側回折素子１２０のアレイをさらに備える。特に、アレイの片側回折素子１２０は、有限の空間によって互いに分離されており、ライトガイド長に沿った個々の別個の素子を表す。すなわち、本明細書の定義により、片側回折素子１２０は、有限（すなわち、非ゼロ）素子間距離（例えば、有限の中心間距離）にしたがって互いに間隔をあけられている。さらに、いくつかの実施形態によれば、複数の片側回折素子１２０は、一般に、互いに交差したり、重なり合ったり、さもなければ接触したりしない。したがって、片側回折素子アレイの各片側回折素子１２０は、一般に、他の片側回折素子１２０から区別されて分離されている。
いくつかの実施形態によれば、片側回折素子アレイの片側回折素子１２０は、１次元（１Ｄ）アレイまたは２次元（２Ｄ）アレイのいずれかに配置されてもよい。例えば、片側回折素子１２０は、線形１Ｄアレイとして配置されてもよい。他の例では、片側回折素子１２０は、矩形２Ｄアレイとして、または円形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、いくつかの例では、規則的なアレイまたは均一なアレイとすることができる。特に、片側回折素子１２０の間の素子間距離（例えば、中心間距離または間隔）は、アレイにわたって略均一または一定とすることができる。他の例では、片側回折素子１２０の間の素子間距離は、アレイ全体およびライトガイド１１０の長さに沿って、一方または両方を変化させることができる。
様々な実施形態によれば、片側回折素子１２０のアレイの片側回折素子１２０は、傾斜回折格子１２２を備える。いくつかの実施形態によれば、片側回折素子１２０の全ては、傾斜回折格子１２２であってもよく、またはそれを備えてもよい（例えば、図示のように）。傾斜回折格子１２２を備える片側回折素子１２０は、片側方向を有する指向性光ビーム１０２として、ガイド光１０４の一部をライトガイド１１０から外へ散乱させるように構成される。特に、様々な実施形態によれば、ガイド光１０４の一部は、回折散乱により複数の片側回折素子１２０によって外へ散乱される。図３は、例えば、第１の表面１１０’の上方の半空間に対応する片側方向において、ライトガイド１１０の第１の表面１１０’から放射される指向性光ビーム１０２を示している。
いくつかの実施形態では、片側回折素子１２０の傾斜回折格子１２２は、図２Ｂに示される傾斜回折格子８０と略同様であってもよい。例えば、図２Ｂに示される傾斜角γに対応する傾斜回折格子１２２の傾斜角は、いくつかの実施形態では、ライトガイド１１０の表面法線に対して約３０度（３０°）から約５０度（５０°）の間とすることができる。さらに、いくつかの実施形態（図示せず）では、傾斜回折格子１２２は、複数のサブ格子を備えることができ、各サブ格子は、傾斜回折格子である。
いくつかの実施形態では、片側回折素子は、片側方向に異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビーム１０２としてガイド光１０４の一部を外へ散乱させるように構成されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、複数の指向性光ビームの異なる主角度方向は、片側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してもよい。特に、傾斜回折格子を備える片側回折素子１２０は、マルチビーム素子とすることができ、したがって、片側マルチビーム素子と呼ばれることがある。いくつかの実施形態では、片側回折素子のサイズは、片側マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルのピクセルのサイズ（または同等にライトバルブのサイズ）に匹敵する。
図４Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態にかかる、例における片側マルチビューディスプレイ２００の断面図を示している。図４Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態にかかる、例における片側マルチビューディスプレイ２００の平面図を示している。図４Ｃは、本明細書に記載の原理に一致する実施形態にかかる、例における片側マルチビューディスプレイ２００の斜視図を示している。図４Ｃの斜視図は、本明細書での議論のみを容易にするために部分的に切り取って示されている。図４Ａ〜図４Ｃに示される片側マルチビューディスプレイ２００は、互いに異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビーム２０２を提供するように構成される（例えば、ライトフィールドとして）。いくつかの実施形態では、複数の指向性光ビームの指向性光ビーム２０２は、３次元（３Ｄ）コンテンツを有する情報の表示を容易にするために（例えば、以下に説明するライトバルブを使用して）変調されることができる。
図４Ａ〜図４Ｃに示すように、片側マルチビューディスプレイ２００は、ライトガイド２１０と、ライトガイド２１０の長さに沿って互いに間隔をあけて配置された片側回折素子２２０のアレイとを備える。様々な実施形態によれば、ライトガイド２１０は、光をライトガイド長に沿ってガイド光２０４として導くように構成される。片側回折素子アレイの片側回折素子２２０（または同等に片側マルチビーム素子）は、様々な実施形態にしたがって、片側マルチビューディスプレイ２００のそれぞれの異なる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２０２を供給するように構成される。いくつかの実施形態では、片側回折素子２２０のアレイは、片側バックライト１００に関して上述した片側回折素子１２０のアレイと略同様であってもよい。特に、片側回折素子アレイの片側回折素子２２０は、上述した傾斜回折格子１２２と略同様とすることができる傾斜回折格子２２２を備える。さらに、いくつかの実施形態では、片側マルチビューディスプレイ２００のライトガイド２１０および片側回折素子２２０のアレイは、組み合わされると、上述した片側バックライト１００と略同様であってもよい。
図４Ａおよび図４Ｃは、ライトガイド２１０の第１の（または前）面２１０’からの方向に向けられるように描かれた複数の発散矢印として指向性光ビーム２０２を示している。さらに、様々な実施形態によれば、片側回折素子２２０のサイズは、上記定義され且つさらに以下に説明するように、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル２０６内のピクセルのサイズに匹敵する。本明細書では、「サイズ」は、これらに限定されるものではないが、長さ、幅または面積を含むように様々な方法のいずれかで定義されることができる。例えば、ピクセルのサイズは、その長さとすることができ、片側回折素子２２０の匹敵するサイズはまた、片側回折素子２２０の長さとすることもできる。他の例では、サイズは、片側回折素子２２０の面積がピクセルの面積に匹敵することができるような面積を指すことができる。
いくつかの実施形態では、片側回折素子２２０のサイズは、片側回折素子サイズがピクセルサイズの約５０パーセント（５０％）から約２００パーセント（２００％）であるようなピクセルサイズに匹敵する。例えば、片側回折素子のサイズが「ｓ」で示され、ピクセルのサイズが「Ｓ」で示される場合（例えば、図４Ａに示すように）、片側回折素子のサイズｓは、以下によって与えられることができる。
Figure 2020516038
 他の例では、片側回折素子のサイズは、ピクセルサイズの約６０パーセント（６０％）を超える範囲、またはピクセルサイズの約７０パーセント（７０％）を超える範囲、またはピクセルサイズの約８０パーセント（８０％）を超える範囲、またはピクセルサイズの約９０パーセント（９０％）を超える範囲、ピクセルサイズの約１８０パーセント（１８０％）未満の範囲、またはピクセルサイズの約１６０パーセント（１６０％）未満の範囲、またはピクセルサイズの約１４０パーセント（１４０％）未満の範囲、またはピクセルサイズの約１２０パーセント（１２０％）未満の範囲内である。例えば、「匹敵するサイズ」により、片側回折素子のサイズは、ピクセルサイズの約７５パーセント（７５％）から約１５０パーセント（１５０％）の間とすることができる。他の例では、片側回折素子２２０は、片側回折素子サイズがピクセルサイズの約１２５パーセント（１２５％）から約８５パーセント（８５％）の間であるピクセルと同等のサイズとすることができる。いくつかの実施形態によれば、片側回折素子２２０およびピクセルの匹敵するサイズは、片側マルチビューディスプレイ２００のビュー間の暗いゾーンを低減する、またはいくつかの例では最小化するように選択されることができる。さらに、片側回折素子２２０およびピクセルの匹敵するサイズは、片側マルチビューディスプレイ２００のビュー（またはビューピクセル）間のオーバーラップを低減し、いくつかの例では最小化するように選択されることができる。
図４Ａ〜図４Ｃに示されるように、片側マルチビューディスプレイ２００は、ライトバルブ２３０のアレイをさらに備える。ライトバルブ２３０のアレイは、複数の指向性光ビームの指向性光ビーム２０２を変調するように構成される。図４Ａ〜図４Ｃに示されるように、異なる主角度方向を有する指向性光ビーム２０２の異なるものは通過し、ライトバルブアレイ内のライトバルブ２３０の異なるものによって変調されることができる。さらに、図示のように、アレイのライトバルブ２３０は、マルチビューピクセル２０６のピクセルに対応し、ライトバルブ２３０のセットは、片側マルチビューディスプレイ２００のマルチビューピクセル２０６に対応する。特に、ライトバルブアレイのライトバルブ２３０の異なるセットは、片側回折素子２２０のうちの対応する異なる１つからの指向性光ビーム２０２を受光して変調するように構成される。すなわち、図示のように、各片側回折素子２２０についてライトバルブ２３０の１つの固有のセットがある。様々な実施形態では、これらに限定されるものではないが、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ベースのライトバルブのうちの１つまたはそれ以上を含むライトバルブアレイのライトバルブ２３０として異なる種類のライトバルブが使用されることができる。
図４Ａに示すように、第１のライトバルブセット２３０ａは、第１の片側回折素子２２０ａからの指向性光ビーム２０２を受光して変調するように構成される。さらに、第２のライトバルブセット２３０ｂは、第２の片側回折素子２２０ｂからの指向性光ビーム２０２を受光して変調するように構成される。したがって、ライトバルブアレイ内の各ライトバルブセット（例えば、第１および第２のライトバルブセット２３０ａ、２３０ｂ）は、それぞれ、異なる片側回折素子２２０（例えば、素子２２０ａ、２２０ｂ）に対応し、また、図４Ａに示すように、それぞれのマルチビューピクセル２０６のピクセルに対応するライトバルブセットの個々のライトバルブ２３０を備えた異なるマルチビューピクセル２０６に対応する。
図４Ａに示すように、マルチビューピクセル２０６のピクセルのサイズは、ライトバルブアレイ内のライトバルブ２３０のサイズに対応することができることに留意されたい。他の例では、ピクセルサイズは、ライトバルブアレイの隣接するライトバルブ２３０の間の距離（例えば、中心間距離）として定義されてもよい。例えば、ライトバルブ２３０は、ライトバルブアレイにおけるライトバルブ２３０の間の中心間距離よりも小さくてもよい。ピクセルサイズは、例えば、ライトバルブ２３０のサイズまたはライトバルブ２３０の間の中心間距離に対応するサイズのいずれかとして定義されることができる。
いくつかの実施形態では、片側回折素子２２０と対応するマルチビューピクセル２０６（すなわち、ピクセルのセットおよびライトバルブ２３０の対応するセット）との間の関係は、１対１の関係とすることができる。すなわち、同数のマルチビューピクセル２０６および片側回折素子２２０が存在することができる。図４Ｂは、例として、ライトバルブ２３０（および対応するピクセル）の異なるセットを備える各マルチビューピクセル２０６が破線によって囲まれているように示される１対１の関係を明示的に示している。他の実施形態（図示せず）では、マルチビューピクセル２０６の数と片側回折素子１２０の数は、互いに異なっていてもよい。
いくつかの実施形態では、一対の片側回折素子２２０間の素子間距離（例えば、中心間距離）は、例えば、ライトバルブセットによって表される、対応する一対のマルチビューピクセル２０６の間のピクセル間距離（例えば、中心間距離）に等しくすることができる。例えば、図４Ａに示されるように、第１の片側回折素子２２０ａと第２の片側回折素子２２０ｂとの間の中心間距離ｄは、第１のライトバルブセット２３０ａと第２のライトバルブセット２３０ｂとの間の中心間距離Ｄに略等しい。他の実施形態（図示せず）では、一対の片側回折素子２２０と対応するライトバルブセットとの相対的な中心間距離は、異なっていてもよく、例えば、片側回折素子２２０は、マルチビューピクセル２０６を表すライトバルブセット間の間隔（すなわち、中心間距離Ｄ）よりも大きいかまたは小さい素子間間隔（すなわち、中心間距離ｄ）を有してもよい。
いくつかの実施形態では、片側回折素子１２０の形状は、マルチビューピクセル２０６の形状に類似しているか、またはマルチビューピクセル２０６に対応するライトバルブ２３０のセット（または「サブアレイ」）の形状と同等である。例えば、片側回折素子２２０は、正方形の形状を有してもよく、マルチビューピクセル２０６（または対応するライトバルブ２３０のセットの配置）は、略正方形であってもよい。他の例では、片側回折素子２２０は、矩形形状を有してもよく、すなわち、幅または横方向寸法よりも大きい長さまたは縦方向寸法を有してもよい。この例では、片側回折素子２２０に対応するマルチビューピクセル２０６（または同等にライトバルブ２３０のセットの配置）は、類似の矩形形状を有することができる。図４Ｂは、正方形のライトバルブ２３０のセットを備える正方形の片側回折素子２２０および対応する正方形のマルチビューピクセル２０６の上面図または平面図を示している。さらに他の例（図示せず）では、片側回折素子２２０および対応するマルチビューピクセル２０６は、これらに限定されるものではないが、三角形、六角形、および円形を含むか、あるいは少なくともこれらに近似した、様々な形状を有する。
さらに（例えば、図４Ａに示すように）、いくつかの実施形態によれば、各片側回折素子２２０は、ただ１つのマルチビューピクセル２０６に指向性光ビーム２０２を供給するように構成される。特に、片側回折素子２２０の所与の１つについて、片側マルチビューディスプレイ２００の異なるビューに対応する異なる主角度方向を有する指向性光ビーム２０２は、単一の対応するマルチビューピクセル２０６およびそのピクセルに実質的に限定される。すなわち、図４Ａに示すように、単一セットのライトバルブ２３０は、片側回折素子２２０に対応する。そのため、片側マルチビューディスプレイ２００の各片側回折素子２２０は、片側マルチビューディスプレイ２００の異なるビューに対応する異なる主角度方向のセットを有する指向性光ビーム２０２の対応するセットを提供する（すなわち、指向性光ビーム２０２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ビームを含む）。
いくつかの実施形態によれば、片側バックライト１００または片側マルチビューディスプレイ２００のいずれかの片側回折素子アレイの傾斜回折格子１２２、２２２の回折機能部は、互いから離間した傾斜溝および傾斜リッジの一方または両方を備えることができる。傾斜溝または傾斜リッジは、ライトガイド１１０の材料を含んでもよく、例えば、ライトガイド１１０の表面に形成されてもよい。他の例では、傾斜溝または傾斜リッジは、ライトガイド材料以外の材料、例えば、ライトガイド１１０の表面上の他の材料のフィルムまたは層から形成されてもよい。
いくつかの実施形態では、傾斜回折格子１２２、２２２は、回折機能部間隔が傾斜回折格子１２２の全体にわたって略一定であるかまたは不変である均一な回折格子である。他の実施形態では、傾斜回折格子１２２は、チャープ回折格子である。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にわたって変化する回折機能部の回折間隔（すなわち、格子ピッチ）を呈するか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するかまたは呈することができる。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。他の実施形態では、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呈してもよい。これらに限定されるものではないが、指数チャープ、対数チャープ、または他の略不均一もしくはランダムであるがさらに単調な方法で変化するチャープを含む様々な非線形チャープが使用されることができる。これらに限定されるものではないが、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の非単調チャープも使用されることができる。これらの種類のチャープのいずれかの組み合わせも使用されることができる。さらに、傾斜回折格子１２２の傾斜角は、傾斜回折格子１２２の長さ、幅、または範囲にわたって変化してもよい。いくつかの実施形態では、傾斜回折格子１２２、２２２は、複数のサブ格子を備えることができ、各サブ格子は、傾斜回折格子である。
再度図３を参照すると、片側バックライト１００は、光源１３０をさらに備えることができる。同様に、図４Ａ〜図４Ｃに示される片側マルチビューディスプレイ２００は、光源２４０をさらに備えてもよい。図示されるように、光源１３０、２４０は、ライトガイド１１０、２１０内に導かれる光を供給するように構成される。特に、光源１３０、２４０は、ライトガイド１１０、２１０の入射面または端部（入射端）に隣接して配置されることができる。
様々な実施形態では、光源１３０、２４０は、これらに限定されるものではないが、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ（例えば、レーザダイオード）またはそれらの組み合わせを含む実質的に任意の光源（例えば、光放射器）を備えることができる。いくつかの実施形態では、光源１３０、２４０は、特定の色で示される狭帯域スペクトルを有する略単色光を生成するように構成された光放射器を備えてもよい。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、２４０は、実質的に広帯域または多色の光を供給するように構成された実質的に広帯域の光源であってもよい。例えば、光源１３０、２４０は、白色光を供給することができる。いくつかの実施形態では、光源１３０、２４０は、異なる色の光を供給するように構成された複数の異なる光放射器を備えてもよい。異なる光放射器は、異なる色の光のそれぞれに対応するガイド光の異なる色固有の非ゼロ伝播角を有する光を供給するように構成されてもよい。様々な実施形態によれば、回折機能部間隔および他の回折格子特性（例えば、回折周期）、ならびにガイド光１０４、２０４の伝播方向に対する格子配向は、異なる色の光に対応することができる。換言すれば、片側回折素子１２０は、例えば、ガイド光１０４の異なる色に合わせて調整されることができる異なる傾斜回折格子１２２を備えることができる。同様に、片側マルチビューディスプレイ２００の片側回折素子２２０は、ガイド光２０４の異なる色に個別に調整された複数の傾斜格子を備えてもよい。
いくつかの実施形態では、光源１３０、２４０は、コリメータをさらに備えてもよい。コリメータは、光源１３０、２４０の光放射器のうちの１つまたはそれ以上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できる。コリメータは、さらに、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構成される。特に、いくつかの実施形態によれば、コリメータは、非ゼロ伝播角を有し且つ所定のコリメーション係数にしたがってコリメートされる一方または両方のコリメート光を供給することができる。さらに、異なる色の光放射器が使用される場合、コリメータは、異なる色固有の非ゼロ伝播角の一方または両方を有し且つ異なる色固有のコリメーション係数を有するコリメート光を供給するように構成されることができる。コリメータは、さらに、コリメート光ビームをライトガイド１１０、２１０に伝達し、上述したガイド光１０４、２０４として伝播するように構成される。
いくつかの実施形態では、片側バックライト１００は、ガイド光１０４の伝播方向１０３に対して直交する（または略直交する）ライトガイド１１０を通る方向の光を略透過するように構成されてもよい。特に、いくつかの実施形態では、ライトガイド１１０および離間した片側回折素子１２０は、光が第１の表面１１０’および第２の表面１１０’’の両方を介してライトガイド１１０を通過することを可能にする。いくつかの実施形態では、片側回折素子１２０のサイズが比較的小さいこと、および片側回折素子１２０の素子間間隔が比較的大きいことの両方により、少なくとも部分的に透明性が促進されることができる。さらに、いくつかの実施形態によれば、片側回折素子１２０の傾斜回折格子１２２はまた、ライトガイド面１１０’、１１０’’に対して直交して伝播する光に対して略透明であってもよい。片側マルチビューディスプレイ２００のライトガイド２１０および片側回折素子２２０のアレイの組み合わせは、例えば、ガイド光２０４の伝播方向に対して直交する（または略直交する）方向に光を透過するように同様に構成されることができる。
本明細書に記載の原理のいくつかの実施形態によれば、デュアルモードディスプレイが提供される。様々な実施形態によれば、デュアルモードディスプレイは、第１のモード中にマルチビュー画像を提供し、第２のモード中にシングルビューを含む表示画像（例えば、２Ｄ画像）を提供するように構成される。図５は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態にかかる、例におけるデュアルモードディスプレイ３００のブロック図を示している。第１のモード（モード１）におけるデュアルモードディスプレイ３００の動作は、図５の左半分に示され、右半分は、第２のモード（モード２）における動作を示している。
図５に示すデュアルモードディスプレイ３００は、第１のモード（モード１）中にマルチビュー画像を提供するように構成された片側マルチビューディスプレイ３１０を備える。図示されるように、片側マルチビューディスプレイ３１０は、ライトガイド３１２および片側回折素子３１４のアレイを備える。片側回折素子アレイの片側回折素子３１４は、それぞれ、１つまたはそれ以上の傾斜回折格子を備える。第１のモード中、片側回折素子３１４のアレイは、ライトガイド３１２に導かれた光を回折的に外へ散乱させることにより、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複数の指向性光ビームを供給するように構成される。いくつかの実施形態では、片側マルチビューディスプレイ３１０は、上述した片側マルチビューディスプレイ２００と略同様であってもよい。特に、ライトガイド３１２は、ライトガイド２１０と略同様であってもよく、片側回折素子のアレイは、片側マルチビューディスプレイ２００に関して上述した片側回折素子２２０のアレイと略同様であってもよい。
さらに、片側マルチビューディスプレイ３１０は、マルチビュー画像として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たライトバルブ３１６のアレイを備える。いくつかの実施形態によれば、ライトバルブ３１６のアレイは、上述した片側マルチビューディスプレイ２００のライトバルブ２３０のアレイと略同様であってもよい。特に、片側マルチビューディスプレイ３１０によって放射される変調指向性光ビーム３０２は、マルチビュー画像を表示するために使用され、異なるビューのピクセル（すなわち、ビューピクセル）に対応することができる。変調光ビーム３０２は、図５の片側マルチビューディスプレイ３１０から出る方向矢印として示されている。
図５に示すように、デュアルモードディスプレイ３００は、第２のモード（モード２）中に広角光３０４を供給するように構成された広角バックライト３２０をさらに備える。図５において、広角バックライト３２０は、ライトガイド３１２および片側回折素子３１４のアレイが広角バックライト３２０とライトバルブ３１６のアレイとの間に位置するように、片側マルチビューディスプレイ３１０の表面（例えば、背面）に隣接して示されている。様々な実施形態によれば、ライトバルブ３１６のアレイは、第２のモード中に広角光３０４を変調して単一ビューを有する表示画像を提供するように構成される。特に、ライトバルブ３１６のアレイは、広角光３０４がライトガイド３１２および片側回折素子３１４のアレイを通過した後に広角光３０４を変調するように構成される（例えば、図５の右半分に示すように）。したがって、様々な実施形態によれば、ライトガイド３１２および片側回折素子３１４のアレイは、広角光３０４に対して透明である。さらに、様々な実施形態によれば、片側マルチビューディスプレイ３１０のライトバルブアレイのライトバルブ３１６は、第１のモード中のマルチビュー画像と第２のモード中の表示画像との両方をもたらす変調を提供するように構成される。
本明細書に記載の原理の他の実施形態によれば、片側バックライト動作の方法が提供される。図６は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態にかかる、例における片側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６に示すように、片側バックライト動作の方法４００は、ライトガイドの長さに沿って光を導くこと４１０を備える。いくつかの実施形態では、光は、非ゼロ伝播角で導かれることができる４１０。いくつかの実施形態では、ガイド光は、コリメートされてもよく、例えば、所定のコリメーション係数にしたがってコリメートされてもよい。いくつかの実施形態によれば、ライトガイドは、片側バックライト１００に関して上述したライトガイド１１０と略同様であってもよい。特に、様々な実施形態によれば、光は、ライトガイド内の全内部反射にしたがって導かれることができる。
図６に示すように、片側バックライト動作の方法４００は、片側回折素子のアレイを使用してライトガイドからのガイド光の一部を回折的に外へ散乱させ、片側方向を有する複数の指向性光ビームを提供すること４２０をさらに備える。様々な実施形態によれば、複数の片側回折素子のうちの片側回折素子は、傾斜回折格子を備える。いくつかの実施形態では、片側回折素子アレイは、上述した片側バックライト１００の片側回折素子１２０のアレイと略同様であってもよい。特に、傾斜回折格子は、上述した傾斜回折格子１２２と略同様であってもよい。
いくつかの実施形態では、片側回折素子のアレイの片側回折素子は、片側方向に異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビームを提供する。さらに、いくつかの実施形態では、異なる主角度方向は、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してもよい。さらに、片側回折素子のサイズは、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル内のピクセルのサイズに匹敵してもよい。例えば、片側の回折素子のサイズは、ピクセルサイズの半分よりも大きく、ピクセルサイズの２倍よりも小さくてもよい。さらに、様々な実施形態によれば、アレイの片側回折素子は、複数の傾斜回折格子を備えてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、片側回折素子は、片側マルチビーム素子であってもよい。
いくつかの実施形態（図示せず）では、片側バックライト動作の方法４００は、光源を使用してライトガイドに光を供給することをさらに備える。供給された光の一方または両方は、ライトガイド内で非ゼロ伝播角を有することができ、ライトガイド内でガイド光の所定の角度広がりを提供するためにコリメーション係数にしたがってライトガイド内でコリメートされることができる。いくつかの実施形態では、光源は、上述した片側バックライト１００の光源１３０と略同様であってもよい。
いくつかの実施形態では、片側バックライト動作の方法４００は、複数のライトバルブを使用して複数の指向性光ビームを変調して片側方向に画像を表示すること４３０をさらに備える。いくつかの実施形態では、複数のライトバルブは、片側マルチビューディスプレイ２００に関して上述したライトバルブ２３０のアレイと略同様であってもよい。特に、いくつかの実施形態によれば、複数のライトバルブのライトバルブは、マルチビューピクセルのピクセルに対応してもよい。すなわち、ライトバルブは、例えば、ピクセルのサイズに匹敵するサイズ、またはマルチビューピクセルのピクセル間の中心間間隔に匹敵するサイズを有することができる。さらに、上述したように、第１および第２のライトバルブセット２３０ａ、２３０ｂの異なるマルチビューピクセル２０６への対応と同様に、ライトバルブの異なるセットは、異なるマルチビューピクセルに対応することができる。
したがって、片側バックライト、片側バックライト動作の方法、および傾斜回折格子を使用する片側回折素子を使用する片側マルチビューディスプレイの例および実施形態を説明した。上述した例は、本明細書に記載の原理を表す多くの特定の例の一部を単に例示するにすぎないことを理解すべきである。明らかに、当業者者は、添付の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、多数の他の構成を容易に考案することができる。

Claims (20)

  1. 片側バックライトであって、
    ライトガイドの長さに沿って伝播方向に光を導くように構成されたライトガイドと、
    前記ライトガイドの長さに沿って互いに間隔をあけて配置された片側回折素子のアレイであって、前記片側回折素子のアレイの片側回折素子が片側方向を有する指向性光ビームとしてガイド光の一部を前記ライトガイドから外へ散乱させるように構成された傾斜回折格子を備える、片側回折素子のアレイとを備える、片側バックライト。
  2. 前記傾斜回折格子の傾斜角が、前記ライトガイドの表面法線に対して３０度から６０度の間である、請求項１に記載の片側バックライト。
  3. 前記傾斜回折格子が複数のサブ格子を備え、各サブ格子が傾斜回折格子である、請求項１に記載の片側バックライト。
  4. 前記片側回折素子が、前記ガイド光の前記一部を、片側マルチビューディスプレイのそれぞれ異なるビュー方向に対応する前記片側方向に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外へ散乱させるように構成され、前記片側回折素子のサイズが、前記片側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ピクセルのサイズに匹敵する、請求項１に記載の片側バックライト。
  5. 前記片側回折素子の前記サイズが、前記ピクセルサイズの５０パーセントから２００パーセントの間である、請求項４に記載の片側バックライト。
  6. 前記片側回折素子の形状が、前記マルチビューピクセルの形状に類似している、請求項４に記載の片側バックライト。
  7. 前記片側回折素子が、前記ライトガイドの第１の表面および第２の表面のうちの１つに配置され、前記片側回折素子が、前記片側方向に前記第１の表面を介して前記ガイド光の前記一部を外へ散乱させるように構成される、請求項１に記載の片側バックライト。
  8. 前記ライトガイドの入力に光学的に結合された光源をさらに備え、前記光源が、前記ライトガイドに前記光を供給するように構成され、前記ガイド光が、所定のコリメーション係数にしたがってコリメートされる、請求項１に記載の片側バックライト。
  9. 前記ライトガイドと前記片側回折素子アレイとの組み合わせが、前記ガイド光の前記伝播方向に対して直交する方向に光学的に透明であるように構成される、請求項１に記載の片側バックライト。
  10. 請求項１に記載の片側バックライトを備えるディスプレイにおいて、表示画像として前記片側回折素子のアレイによって外へ散乱される複数の指向性光ビームを変調するように構成されたライトバルブのアレイをさらに備えるディスプレイ。
  11. 前記片側回折素子アレイの片側回折素子が、マルチビューディスプレイの各ビュー方向に対応する前記片側方向に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ガイド光の前記一部を外へ散乱させる片側マルチビーム素子として構成され、前記表示画像がマルチビュー画像である、請求項１０に記載のディスプレイ。
  12. 片側マルチビューディスプレイであって、
    前記ライトガイドの長さに沿って光をガイド光として導くように構成されたライトガイドと、
    前記ライトガイドの長さに沿って互いに間隔をあけて配置された片側マルチビーム素子のアレイであって、マルチビーム素子の前記アレイの片側マルチビーム素子が、マルチビュー画像の各ビュー方向に対応する主角度方向を有する複数の指向性光ビームとして片側方向に前記ガイド光の一部を外へ散乱させるように構成された傾斜回折格子を備える片側マルチビーム素子のアレイと、
    前記マルチビュー画像として前記複数の指向性光ビームを変調するように構成されたライトバルブのアレイとを備える、片側マルチビューディスプレイ。
  13. 前記片側マルチビーム素子のサイズが、前記ライトバルブのアレイにおけるライトバルブのサイズの半分よりも大きく、前記ライトバルブサイズの２倍未満である、請求項１２に記載の片側マルチビューディスプレイ。
  14. 前記片側マルチビーム素子の形状が、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を表すライトバルブのセットの形状に類似している、請求項１２に記載の片側マルチビューディスプレイ。
  15. 前記傾斜回折格子が、前記ライトガイドの表面法線に対して３０度から６０度の間の傾斜角を有する、請求項１２に記載の片側マルチビューディスプレイ。
  16. 前記ライトガイドに前記光を供給するように構成された光源をさらに備え、前記ガイド光が、前記ライトガイド内の前記ガイド光の所定の角度広がりを提供するコリメーション係数にしたがってコリメートされる、請求項１２に記載の片側マルチビューディスプレイ。
  17. 請求項１２に記載の片側マルチビューディスプレイを備えるデュアルモードディスプレイにおいて、第２のモード中に広角光を供給するように構成された広角バックライトをさらに備え、前記ライトガイドおよび片側マルチビーム素子のアレイが、前記広角バックライトと前記ライトバルブのアレイとの間にあり、前記ライトバルブのアレイが、第１のモード中に前記複数の指向性光ビームを前記マルチビュー画像として変調するように構成され、前記ライトバルブのアレイが、前記第２のモード中に前記広角光を変調して単一のビューを有する表示画像を提供するように構成される、デュアルモードディスプレイ。
  18. 片側バックライト動作の方法であって、
    ライトガイドの長さに沿って伝播方向に光を導くことと、
    片側方向を有する複数の指向性光ビームを供給するために、前記ライトガイドの長さに沿って互いに間隔をあけて配置された片側回折素子のアレイを使用して、前記ライトガイドから前記ガイド光の一部を回折的に外へ散乱させることとを備え、
    前記片側回折素子のアレイの片側回折素子が、傾斜回折格子を備える、片側バックライト動作の方法。
  19. 前記片側回折素子のアレイの前記片側回折素子が、前記片側方向に異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビームを供給し、前記異なる主角度方向が、マルチビューディスプレイの各ビュー方向に対応し、前記片側回折素子のサイズが、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のピクセルのサイズに匹敵する、請求項１８に記載の片側バックライト動作の方法。
  20. 複数のライトバルブを使用して前記複数の指向性光ビームを変調して前記片側方向に画像を表示することをさらに備える、請求項１８に記載の片側バックライト動作の方法。
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