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TWI725595B - 具有光罩元件的多視域背光件、顯示器和方法 - Google Patents

具有光罩元件的多視域背光件、顯示器和方法 Download PDF

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TWI725595B
TWI725595B TW108139310A TW108139310A TWI725595B TW I725595 B TWI725595 B TW I725595B TW 108139310 A TW108139310 A TW 108139310A TW 108139310 A TW108139310 A TW 108139310A TW I725595 B TWI725595 B TW I725595B
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大衛 A 費圖
約瑟夫 Ｄ 洛尼
湯瑪斯 霍克曼
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美商雷亞有限公司
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Abstract

本發明關於一種多視域背光件與一種多視域顯示器，其採用具有第一部分和橫向偏移的第二部分的光罩元件以減輕與光罩元件相關聯的摩爾紋。多視域背光件包含分布在導光件上的多光束單位晶格陣列。每個多光束單位晶格皆具有多光束元件，多光束元件被配置以將引導光之一部分散射出以作為具有與多視域顯示器的不同視域相對應的不同方向的複數條方向性光束。每一個多光束單位晶格皆進一步包含一個光罩元件，光罩元件具有與多光束元件對齊並共同延伸的第一部分以及在多光束單位晶格內從第一部分橫向偏移的第二部分。光罩元件的橫向偏移和整體尺寸之其中之一或二者被配置以減輕與光罩元件相關聯的摩爾紋。

Description

具有光罩元件的多視域背光件、顯示器和方法
本發明係關於一種多視域背光件、顯示器和方法，特別是具有光罩元件的多視域背光件、顯示器和方法。
對於種類廣泛的裝置及產品的使用者而言，電子顯示器是一個幾乎無處不在的媒介，用於傳遞資訊給使用者。其中最常見的電子顯示器包含陰極射線管（cathode ray tube, CRT）、電漿顯示面板（plasma display panel, PDP）、液晶顯示器（liquid crystal display, LCD）、電致發光顯示器（electroluminescent display, EL）、有機發光二極體（organic light emitting diode, OLED）和主動式矩陣有機發光二極體（active matrix OLED, AMOLED）顯示器、電泳顯示器（electrophoretic display, EP）、以及各種採用機電或電流體光調變（例如，數位微鏡裝置、電潤濕顯示器等等）的顯示器。在一般情況下，電子顯示器可以分為主動顯示器（即，會發光的顯示器）或被動顯示器（即，調變由另一個光源提供的光的顯示器）的其中一者。在主動顯示器的分類中，最明顯的示例是CRT、PDP及OLED/AMOLED。在上述以發射光進行分類的情況下，LCD顯示器及EP顯示器一般是被歸類在被動顯示器的分類中。被動顯示器雖然經常表現出包括但不限於如固有的低功率消耗等具有吸引力的性能特徵部，但由於其缺乏發光的能力，在許多實際應用中被動顯示器可能有使用上的限制。
為了實現這些與其他優點並且根據本發明的目的，如本文所體現和廣泛描述的，提供一種多視域背光件，包括：一導光件，配置以將光引導為引導光；以及一多光束單位晶格陣列，分布在該導光件上，每一個多光束單位晶格皆具有：一多光束元件，配置以將該引導光的一部分散射出以作為複數條方向性光束，該複數條方向性光束具有與一多視域顯示器的不同視域相對應的不同方向；以及一光罩元件，具有一第一部分以及一第二部分，該第一部分與該多光束元件對齊並且共同延伸，該第二部分在該多光束單位晶格中從該第一部分橫向偏移，其中，該光罩元件的一整體尺寸被配置以減輕與該光罩元件相關聯的摩爾紋。
根據本發明一實施例，該多光束元件包括：一繞射光柵，配置以將該引導光的該部分繞射地散射出，以作為該複數條方向性光束。
根據本發明一實施例，該多光束元件包括以下之其中之一或二者：一微反射元件，配置以反射地散射出該引導光的該部分，以作為該複數條方向性光束；以及一微折射元件，配置以折射地散射出該引導光的該部分，以作為該複數條方向性光束。
根據本發明一實施例，該第二部分以對應於該多視域顯示器的一像素節距的一整數倍的距離相對於該第一部分橫向偏移，以及包括該第一部分和該第二部分的一結合面積的該光罩元件的該整體尺寸是該像素節距的一平方的一整數倍之其中之一或二者。
根據本發明一實施例，該光罩元件的該第一部分位於該多光束元件以及與該導光件的一第一表面相對的該導光件的一第二表面之間，該第一表面對應於一發射表面，該複數條方向性光束被配置以由該多視域背光件通過該發射表面而發射。
根據本發明一實施例，該光罩元件的該第一部分包含一反射材料，該反射材料被配置以將來自該多光束元件的散射光朝向與散射出的該引導光的該部分相對應的一方向反射。
根據本發明一實施例，該光罩元件的該第二部分包含一不透明材料，該光罩元件為一不透明遮罩元件。
根據本發明一實施例，該光罩元件的該第一部分和該第二部分彼此共面。
根據本發明一實施例，該多視域背光件進一步包括：一光源，光學地耦合至該導光件的一輸入處，該光源被配置以提供該引導光，其中，該引導光具有一非零值傳導角度以及根據一預定準直因子以準直的其中之一或二者。
在本發明之另一態樣中，提供一種多視域顯示器，包括如前述之多視域背光件，該多視域顯示器進一步包括：一光閥陣列，該光閥陣列具有與該導光件的一表面相鄰設置的一像素節距，該光閥陣列被配置以調變該複數條方向性光束中的方向性光束，以提供一多視域影像。
根據本發明一實施例，該多視域顯示器進一步包括：一廣角背光件，相鄰於該導光件的一表面，該表面相對於該導光件之相鄰於該光閥陣列的該表面，該廣角背光件被配置以在該多視域顯示器的一二維（2D）模式期間提供廣角發射光，該光閥陣列被配置以將該廣角發射光調變為一2D影像，其中，該導光件和該多光束單位晶格陣列被配置為對於該廣角發射光透明，該多視域顯示器被配置以在該多視域顯示器的一多視域模式期間顯示一多視域影像並且在該多視域顯示器的該2D模式期間顯示該2D影像。
在本發明之再一態樣中，提供一種多視域顯示器，包括：一多光束元件陣列，分布在一導光件上，該多光束元件陣列之中的每一個多光束元件被配置以將來自該導光件的引導光散射出以作為複數條方向性光束，該複數條方向性光束具有與該多視域顯示器的不同視域方向相對應的不同方向；一光罩元件，對應於該多光束元件的每一個，該光罩元件具有：一第一部分，與一多光束元件對齊並且共同延伸；以及一第二部分，從該第一部分橫向偏移；以及一光閥陣列，配置以調變被該多光束元件陣列散射出的該複數條方向性光束，以提供一多視域影像。
根據本發明一實施例，該光罩元件的該第一部分和該第二部分的一結合尺寸為該多視域顯示器的一像素節距的一平方的一整數倍。
根據本發明一實施例，該光罩元件的該第二部分從該第一部分橫向偏移，該橫向偏移的距離等於該多視域顯示器的一像素節距的一整數倍。
根據本發明一實施例，該第一部分包括一反射材料，該反射材料被配置以將從該多光束元件散射出的光 朝向對應於包含該複數條方向性光束的該引導光的該散射出的一部分的一方向反射，其中，該第二部分包括一不透明材料和一反射材料之其中之一或之二。
根據本發明一實施例，該多光束元件包括被配置以繞射地散射該引導光的一繞射光柵、被配置以反射地散射該引導光的一微反射元件、以及被配置以折射地散射該引導光的一微折射元件之中的一個以上。
根據本發明一實施例，該多視域顯示器進一步包括：一光源，光學地耦合至該導光件的一輸入處，該光源被配置以提供該引導光，其中，該引導光具有一非零值傳導角度以及根據一預定準直因子以準直的其中之一或二者。
根據本發明一實施例，該多視域顯示器進一步包括：一廣角背光件，相鄰於該導光件的一表面，該表面相對於該導光件之相鄰於該光閥陣列的該表面，該廣角背光件被配置以在該多視域顯示器的一二維（2D）模式期間提供廣角發射光，該光閥陣列被配置以將該廣角發射光調變為一2D影像，其中，該導光件和該多光束陣列被配置為對於該廣角發射光透明，該多視域顯示器被配置以在該多視域顯示器的一多視域模式期間顯示該多視域影像並且在該多視域顯示器的該2D模式期間顯示該2D影像。
在本發明之又一態樣中，提供一種多視域背光件的操作方法，包括：使用一多光束單位晶格陣列將引導光散射出一導光件以提供複數條方向性光束，該複數條方向性光束具有與一多視域顯示器的複數個視域相對應的複數個方向，每一個多光束單位晶格包括一多光束元件和一光罩元件，該光罩元件具有一第一部分和一第二部分，該第一部分與該多光束元件對齊並共同延伸；以及藉由使該光罩元件的一整體尺寸為該多視域顯示器的一像素節距的一平方的一整數倍以及使該第二部分從該第一部分橫向偏移，以減輕與該多光束單位晶格陣列相關聯的摩爾紋。
根據本發明一實施例，該光罩元件的該第一部分包括一反射材料，該反射材料將來自該多光束元件的散射光反射到與該複數條方向性光束的該複數個方向相對應的一方向 ，以及其中，該光罩元件的該第二部分包括一不透明材料和一反射材料之其中之一或二者。
根據本發明一實施例，該方法進一步包括：使用具有該像素節距的一光閥陣列以調變該複數條方向性光束，以提供被該多視域顯示器所顯示的一多視域影像，其中，該光罩元件的該第二部分以該像素節距的一整數倍而從該第一部分橫向偏移。
根據本文描述的原理的示例和實施例，本發明提供了一種具有在多視域或三維（3D）顯示器之中的應用的多視域背光件。值得注意的是，多視域背光件包含分布在導光件上的多光束單位晶格（unit cell）陣列。每個多光束單位晶格皆具有多光束元件，多光束元件（multibeam element）被配置以將引導光（guided light）之一部分散射為具有與多視域顯示器的不同的視域相對應的不同的方向的複數條方向性光束。此外，每一個多光束單位晶格皆包含一個光罩元件，光罩元件具有與多光束元件對齊並共同延伸（co-extensive）的第一部分以及在多光束單位晶格內從光罩元件的第一部分橫向偏移的第二部分。根據各個實施例，光罩元件的整體尺寸被配置以減輕與光罩元件相關聯的摩爾紋。舉例而言，包含第一部分和第二部分的總面積之光罩元件的整體尺寸是多視域顯示器的像素節距（pitch）的平方的非零整數倍。
根據各個實施例，多視域顯示器可以包含具有像素節距的光閥陣列。光閥陣列被配置以將方向性光束調變為要由多視域顯示器顯示的多視域影像，其中，多視域顯示器的多視域像素包含光閥陣列的光閥組，其對應於多光束單位晶格的多光束元件並且被配置以調變由多光束元件散射出的方向性光束。
在一些實施例中，包含多視域背光件的多視域顯示器是可切換模式的顯示器。在可切換模式的顯示器的多視域操作模式期間，多視域背光件用於照亮光閥陣列並提供多視域影像。或者，在可切換模式的顯示器的二維（2D）操作模式期間，廣角背光件用於照亮光閥陣列並提供2D影像。應注意，根據各個實施例，在每一個多光束單位晶格中光罩元件的第一部分和第二部分的大小和空間排列可能會減少或消除光罩元件的可見度（visibility），尤其是在可切換模式的顯示器的2D操作模式下。
在本發明中，「二維顯示器」或「2D顯示器」被定義為被配置以提供影像的顯示器，而不論該影像是從甚麼方向觀看的（亦即，在預定視角內或在2D顯示器的預定範圍內），該影像的視域基本上是相同的。在智慧型手機和電腦螢幕中可以找到的傳統液晶顯示器（LCD）是2D顯示器的示例。與此相反，「多視域顯示器」定義為被配置以在不同的視域方向（view direction）上或從不同的視域方向提供多視域影像（multiview image）的不同的視域（views）的電子顯示器或顯示系統。具體來說，不同的視域可以表示多視域影像的場景或物體的不同立體圖。適用於本文所述的顯示多視域影像的多視域背光件和多視域顯示器的用途，包含但不限於，行動電話（例如，智慧型手機）、手錶、平板電腦，行動電腦（例如，膝上型電腦）、個人電腦和電腦螢幕、汽車顯示控制台、相機顯示器、以及其他各種可攜或非可攜之顯示器的應用和裝置。
圖1A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視域顯示器10的立體圖。如圖1A中所示的，多視域顯示器10包含螢幕12，其用於顯示要被觀看的多視域影像。多視域顯示器10在相對於螢幕12的不同的視域方向16上提供多視域影像的不同的視域14。視域方向16如箭頭所示，從螢幕12以各種不同的主要角度方向延伸，不同的視域14在箭頭（亦即，表示視域方向16的箭頭）的終止處顯示為複數個多邊形框，並且僅示出四個視域14和四個視域方向16，這全都是作為示例而非限制。應注意，雖然不同的視域14在圖1A中被顯示為在螢幕上方，但是當多視域影像被顯示在多視域顯示器10上時，視域14實際上出現在螢幕12上或附近。在螢幕12上方描繪視域14僅是為簡化說明，並且意圖表示從對應於特定視域14的相應的一個視域方向16觀看多視域顯示器10。
根據本文的定義，視域方向或等效地具有與多視域顯示器的視域方向對應方向（亦即，方向性光束）的光束，通常具有由角度分量｛θ,ϕ｝給出的主要角度方向。角度分量θ在本文中被稱為光束的「仰角分量」或「仰角」。角度分量ϕ被稱為光束的「方位角分量」或「方位角」。根據本發明中的定義，仰角θ為是在垂直平面（例如，垂直於多視域顯示器螢幕的平面）內的角度，而方位角ϕ是在水平面（例如，平行於多視域顯示器螢幕的平面）內的角度。圖1B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中具有與多視域顯示器的視域方向（例如，圖1A中的視域方向16）相對應的特定主要角度方向的光束20的角度分量｛θ,ϕ｝的示意圖。此外，根據本文的定義，光束20從特定點被發射或發出。也就是說，根據定義，光束20具有與多視域顯示器內的特定原點相關聯的中心射線。圖1B還顯示了原點O的光束（或視域方向）。
此外在本文中，在術語「多視域影像」和「多視域顯示器」中使用的「多視域（multiview）」一詞定義為在複數個視域（view）之中的視域之間表示不同的視域或包含視域的角度差異的複數個視域。另外，根據本文的定義，本發明中術語「多視域」明確地包含多於兩個不同的視域（亦即，最少三個視域並且通常多於三個視域）。如此一來，本文中所使用的「多視域顯示器」一詞明確地與僅包含表示場景或影像的兩個不同的視域的立體顯示器區分開。然而應注意的是，雖然多視域影像和多視域顯示器包含兩個以上的視域，但是根據本文的定義，可以一次透過僅選擇該些多視域影像中的兩個影像來觀看（例如，在多視域顯示器上觀看），以將多視域影像觀看為立體影像對（stereoscopic pair of images）（例如，每隻眼睛一個視域）。
「多視域像素」在本文中被定義為光閥陣列的光閥組（set）或光閥群組（group），其代表多視域顯示器的複數個不同的視域的每一個視域之中的視域像素。具體來說，多視域像素可以具有光閥陣列的單獨光閥，其對應或表示多視域影像的每一個不同的視域之中的視域像素。此外，根據本文的定義，多視域像素的光閥所提供的視域像素是所謂的「方向性（directional）像素」，因為每個視域像素與不同的視域中相應的一個的預定觀看方向相關聯。進一步地，根據各個示例及實施例，由多視域像素的光閥表示的不同的視域像素在每一個不同的視域中可具有同等的或至少基本上相似的位置或座標。例如，第一多視域像素可以具有單獨光閥，其對應位於多視域影像的每一個不同的視域中的｛x1 ,y1 ｝處的視域像素；而第二多視域像素可以具有單獨光閥，其對應位於每一個不同的視域中的｛x2 ,y2 ｝處的視域像素，依此類推。
在一些實施例中，多視域像素中的光閥數量可以等於多視域顯示器的不同的視域的數量。舉例而言，多視域像素可以提供與具有六十四（64）個不同視域的多視域顯示器相關聯的64個光閥。在另一示例中，該多視域顯示器可提供八乘四的視域陣列（即，32個視域），且該多視域像素可包含32個光閥（即，每一個視域對應一個）。此外，舉例而言，每一個不同的光閥可提供具有相關聯的方向（例如，光束主要角度方向）的視域像素，其對應於不同的視域的視域方向中的一個。此外，根據一些實施例，多視域顯示器的多視域像素的數量可以基本上等於多視域影像中的視域像素的數量（亦即，組成所選視域的像素）。
在本文中，「導光件」被定義為使用全內反射在結構內引導光的結構。具體來說，導光件可以包含在導光件的工作波長處基本上透明的核心。在各個示例中，「導光件」一詞一般指的是介電質的光波導，其係利用全內反射在導光件的介電材料和圍繞導光件的物質或介質之間的界面引導光。根據定義，全內反射的條件是導光件的折射係數大於與導光件材料的表面鄰接的周圍介質的折射係數。在一些實施例中，導光件可以在利用上述的折射係數差異之外額外包含塗層，或者利用塗層取代前述的折射係數差異，藉此進一步促成全內反射。舉例來說，該塗層可以是反射塗層。導光件可以是數種導光件中的任何一種，包含但不限於平板（plate）或厚平板（slab）導光件和帶狀（strip）導光件其中之一或之二。
進一步地，術語「平板」（如同在「平板導光件」中一般）應用於導光件時，定義為片段地（piece-wise）或微分地（differentially）平坦的層或片，有時也稱為「厚平板」導光件。具體來說，平板導光件被定義為導光件，導光件被配置以在由導光件的頂部表面和底部表面（亦即，相對的表面）界定的兩個基本正交的方向上引導光。此外，根據本文的定義，頂部表面和底部表面都互相分開，並且至少在微分的意義上可以基本互相平行。也就是說，在平板導光件的任何微分地小的部分內，頂部表面和底部表面大致上為平行或共平面的。
在一些實施例中，平板導光件可以是基本上平坦的（亦即，侷限為平面），並且因此平板導光件是平面的導光件。在其他實施例中，平板導光件可以在一個或兩個正交維度上彎曲。舉例而言，平板導光件可以在單個維度上彎曲以形成圓柱形的平板導光件。然而，任何曲率都具有足夠大的曲率半徑，以確保在平板導光件內保持全內反射以引導光。
本文中，「繞射光柵」廣義上被定義為設置成提供入射在繞射光柵上的光的繞射的複數個特徵部（feature）（亦即，繞射特徵部）。在一些示例中，複數個特徵部可以由週期性的方式或準週期性的方式排列。在其他示例中，繞射光柵可以是包括複數個繞射光柵的混合週期繞射光柵，複數個繞射光柵中的每一個繞射光柵具有不同週期性排列的特徵部。此外，繞射光柵可以包含排列在一維（one-dimensional,1D）陣列中之複數個結構（例如，在材料表面中的複數凹槽或脊部）。或者，繞射光柵可包含2D結構陣列或限定在二維中的結構陣列。舉例而言，繞射光柵可以是材料表面上的凸部或材料表面中的孔洞的2D陣列。在一些示例中，繞射光柵在第一方向或維度上基本上可以是週期性的，並且在穿過或沿著繞射光柵的另一個方向上基本上是非週期性的（例如，固定的、隨機的等）。
此外，根據本文的定義，繞射光柵的特徵部被稱為「繞射特徵部」，並且可以是在材料表面（亦即，兩種材料之間的邊界）處、之中、和之上的其中的一個以上。舉例而言，所述表面可以是位在導光件的頂部表面的下方的表面。繞射特徵部可以包含繞射光的各種結構中的任何一種，包含但不限於在表面處、表面中、或表面上的凹槽、凸脊、孔洞、和凸部其中的一個以上。例如，繞射光柵可以包含在材料表面內的複數個基本上平行的凹槽。在另一個示例中，繞射光柵可以包含從材料表面上突出的複數個平行的凸脊。繞射特徵部（例如：凹槽、凸脊、孔洞、凸部等等）可以具有提供繞射的各種剖面形狀或輪廓中的任何一種，包含但不限於正弦曲線輪廓、矩形輪廓（例如，二元繞射光柵）、三角形輪廓、和鋸齒輪廓（例如，炫耀光柵（blazed grating））之中的一個以上。
根據本發明中所描述的各個實施例，繞射光柵（例如，繞射多光束元件的繞射光柵，如下文所述）可以被用於將光繞射地散射，或者將光耦合出導光件（例如，平板導光件）以成為光束。具體來說，局部週期性繞射光柵的繞射角θm 或由局部週期性繞射光柵提供的繞射角θm 可藉由方程式（1）給定如：
Figure 02_image001
（1） 其中λ是光的波長，m是繞射階數，n是導光件的折射係數，d是繞射光柵的特徵部之間的距離或間距，θi 是繞射光柵上的光的入射角。為了簡單起見，方程式（1）假設繞射光柵與導光件的表面鄰接並且導光件外部的材料的折射係數等於1（亦即，nout =1）。通常，繞射階數m由整數給出（亦即，m = ±1, ±2,...）。由繞射光柵產生的光束的繞射角θm 可以由方程式（1）給定。提供第一階繞射或更具體地提供第一階繞射角θm 時，繞射階數m等於1（亦即，m=1）。
圖2係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的繞射光柵30的剖面圖。舉例而言，繞射光柵30可以位於導光件40的表面上。另外，圖2示出了以入射角θi 入射在繞射光柵30上的光束50。光束50是導光件40內的引導光束。在圖2中還示出了由於入射光束50的繞射，而由繞射光柵30繞射地產生並且繞射出或散射出的方向性光束60。方向性光束60具有如方程式（1）所示的繞射角θm （或者，在本文中，「主要角度方向」）。舉例而言，方向性光束60可以對應於繞射光柵30的繞射階數「m」。
此外，根據一些實施例，繞射特徵部可以是彎曲的，並且還可以具有相對於光的傳導方向的預定定向（例如，傾斜或旋轉）。舉例而言，繞射特徵部的曲線和繞射特徵部的方位其中之一或之二，可以被配置以控制由繞射光柵耦合出的光的方向。例如，方向性的光的主要角度方向可以是在光入射到繞射光柵上的點相對於入射光的傳導方向的繞射光柵的繞射特徵部的角度的函數。
根據本文的定義，「多光束元件」為產生包含複數條方向性光束的發射光的背光件或顯示器的結構或元件。根據各個實施例，多光束元件被配置以藉由或使用散射（例如，繞射散射、反射散射、折射散射之中的一種以上）以提供複數條方向性光束。具體來說，多光束元件可以光學地耦合到背光件的導光件，並且可以採用散射以克服或消除全內反射，從而提供複數條方向性光束。此外，根據本文的定義，多光束元件可以在多光束元件的邊界或範圍內包括複數個子元件。根據本文的定義，由多光束元件所提供的複數條方向性光束（或「複數條方向性光束」）中的光束具有彼此不同的主要角度方向。具體來說，根據定義，複數條方向性光束之中的一條方向性光束具有預定的主要角度方向，其與該複數條方向性光束之中的另一條方向性光束的主要角度方向不同。
在一些實施例中，多光束元件可以包含繞射光柵或者甚至複數個繞射光柵，其被配置以繞射地散射來自導光件的光。在其他實施例中，代替繞射光柵或除繞射光柵之外，多光束元件可包含微反射元件和微折射元件其中之一或之二。多光束元件的微反射元件被配置以提供反射地散射，並且可以包含但不限於，三角形鏡、梯形鏡、金字塔形鏡、矩形鏡、半球形鏡、凹面鏡和/或凸面鏡。多光束元件的微折射元件被配置以提供折射地散射，並且可以包含但不限於，三角形的折射元件、梯形的折射元件、金字塔形的折射元件、矩形的折射元件、半球形的折射元件、凹形的折射元件和/或凸形的折射元件。
根據各個實施例，複數條方向性光束可以代表光場（light field）。例如，複數條方向性光束可被限制在基本上為圓錐形的空間區域中，或者具有預定角展度（angular spread），其包含所述複數條方向性光束之中的方向性光束的不同主要角度方向。因此，方向性光束的預定角展度在組合（亦即，複數條光束）上可以表示光場。
根據各個實施例，方向性光束中的各條方向性光束的不同主要角度方向由多光束元件的維度特性確定，其包含但不僅限於，多光束元件的尺寸（例如，長度、寬度、面積等之中的一個以上）和定向以及多光束元件的各種散射特性（例如，繞射光柵間距離、折射係數、反射表面的斜率等）。在一些實施例中，根據本文的定義，多光束元件可被視為「延伸的點光源」，亦即，複數個點光源分布在多光束元件的一個範圍上。此外，由多光束元件產生的光束具有由角度分量｛θ,ϕ｝給出的主要角度方向，根據本文的定義，並且如上文關於圖1B所述。
根據定義，「廣角」發射光被定義為具有一錐角，該錐角大於多視域影像或多視域顯示器的視域的錐角。具體來說，在一些實施例中，廣角發射光可以具有大於大約二十度（例如，>±20°）的錐角。在其他實施例中，廣角發射光的錐角可以大約大於三十度（例如，>±30°），或者大約大於四十度（例如，>±40°），或者大約大於五十度（例如，>±50°）。例如，廣角發射光的錐角可以大約為六十度（例如，>±60°）。
在一些實施例中，廣角發射光錐角可以定義為與LCD電腦螢幕、LCD平板電腦、LCD電視或類似的用於廣角觀看的數位顯示裝置的視角大約相同（例如，大約±40-65°）。在其他實施例中，廣角發射光還可以被表徵為或描述為漫射光、基本上漫射的光、無方向性的光（亦即，缺乏任何特定的或限定的方向性）或具有單個或基本上均勻的方向的光。
在本文中，「準直器」被定義為基本上被配置以準直光的任何光學裝置或元件。舉例來說，準直器可以包括但不限於，繞射光柵、準直鏡或反射器、準直透鏡、或上述各種準直器的組合。根據各個實施例，由準直器提供的準直量可以預定程度或大小在實施例間變化。進一步地，準直器可被配置以在兩個正交方向（例如，垂直方向及水平方向）其中之一或之二上提供準直。
本文中，「準直因子」表示為σ，定義為光被準直的程度。具體來說，根據本文的定義，準直因子定義準直光束中的光線的角展度。例如，準直因子σ可以指定一束準直光中的大部分光線在特定的角展度內（例如，相對於準直光束的中心或主要角度方向的+/-σ度）。根據一些示例，準直光束的光線可以在角度方面具有高斯分布（Gaussian distribution），並且角展度可以是由準直光束的峰值強度的一半所確定的角度。
在本文中，「光源」被定義為發出光的源頭（例如，被配置以產生光和發射光的光學發射器）。舉例而言，光源可以包含光學發射器，例如，發光二極體，其在被啟動或開啟時發光。具體來說，在本文中光源基本上可為任何一種光的來源或包含基本上任何光學發射器，包含但不限於，發光二極體（LED）、雷射、有機發光二極體（OLED）、聚合物發光二極體、電漿光學發射器、日光燈、白熾燈、以及實質上任何的光源之中的一個以上。由光源所產生的光可以具有一顏色（亦即，可包含特定波長的光），或者可以具有一定範圍的波長（例如，白光）。在一些實施例中，光源可以包含複數個光學發射器。舉例而言，光源可以包含光學發射器的組或群組，其中至少一個光學發射器產生具有一顏色或等同的一波長的光，所述顏色或等同的波長不同於由所述組或所述群組的至少一個其它光學發射器產生的光所具有的一顏色或一波長。舉例而言，該等不同的顏色可包含原色（例如，紅、綠、藍）。
此外，如本文所使用的，冠詞「一」旨在具有其在專利領域中的通常含義，亦即「一個以上」。舉例而言，本文中「一元件」指一個以上的元件，更確切來說，「多元件」於此意指「該（些）元件」。此外，本文中對「頂部」、「底部」、「上」、「下」、「向上」、「向下」、「前」、「後」、「第一」、「第二」、「左」、或「右」並非意使其成為任何限制。本文中，當應用到一個值時，除非有另外特別說明，「大約（about）」一詞在應用於某個值時通常意味著在用於產生該值的設備的公差範圍內，或者可以表示正負10%、或正負5%、或正負1%。此外，本文所使用「基本上（substantially）」一詞是指大部分、或幾乎全部、或全部、或在約51%至約100%的範圍內的量。再者，本發明中的示例僅僅是說明性的，並且是為了討論的目的而不是為了限制。
根據與本發明所描述的原理的一些實施例，本發明提供一種多視域背光件。圖3A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視域背光件100的剖面圖。圖3B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視域背光件100的平面圖。圖3C係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視域背光件100的立體圖。圖3C中的立體圖被繪示為部分切除，以僅便於在本文中討論。
圖3A至3C中所示的多視域背光件100被配置以提供具有彼此不同的主要角度方向的方向性光束102（例如，作為光場）。具體來說，根據各個實施例，所提供的複數條方向性光束102可以被散射，並且以與包含多視域背光件100的多視域顯示器的各個視域方向對應的不同主要角度方向往遠離多視域背光件100的方向定向。在一些實施例中，可以調變方向性光束102（例如，在多視域顯示器中使用光閥，如下所述）以便於顯示具有多視域內容的資訊，例如：多視域影像。圖3A和3C進一步顯示了包括光閥130的陣列的多視域像素106，其在下文進一步描述。方向性光束102通過多視域背光件100的表面散射出，所述表面朝向光閥130並且可以稱為多視域背光件100的「發射表面」。
如圖3A至3C所示，多視域背光件100包含導光件110。導光件110被配置以沿著導光件110的長度方向將光引導為引導光104（亦即，引導光束104）。例如，導光件110可以包含被配置為光波導的介電材料。所述的介電材料具有一第一折射係數，環繞介電質的光波導的一介質具有一第二折射係數，其中，第一折射係數係大於第二折射係數。例如，根據導光件110的一個以上引導模式，折射係數的差異被配置以促進引導光104的全內反射。
在一些實施例中，導光件110可以是厚平板光波導或平板光波導（亦即，平板導光件），其包含延伸的、基本上平坦的光學透明介電材料片。所述之大致為平面薄板狀的介電材料，其被配置以藉由或根據全內反射來引導引導光104。根據各個示例，導光件110中的光學透明材料可包含各種任何的介電材料，其可包含但不限於，各種形式的玻璃中的一種以上玻璃（例如，石英玻璃（silica glass）、鹼性鋁矽酸鹽玻璃（alkali-aluminosilicate glass）、硼矽酸鹽玻璃（borosilicate glass）等）以及基本上光學透明的塑膠或聚合物（例如，聚（甲基丙烯酸甲酯）（poly（methyl methacrylate））或「丙烯酸玻璃（acrylic glass）」，聚碳酸酯（polycarbonate）等）。在一些示例中，導光件110可以在導光件110的表面（例如，頂部表面和底部表面其中之一或之二）的至少一部分上進一步包含包覆層（圖中未顯示）。根據一些示例，包覆層可以用於進一步促進全內反射。
此外，根據一些實施例，導光件110被配置以根據在導光件110的第一表面110’（例如，「前」表面或「頂部」表面或側面）和第二表面110”（例如，「後」表面或側面）之間的非零值傳導角度的全內反射來引導引導光104。具體來說，引導光104藉由在導光件110的第一表面110’和第二表面110”之間以非零值傳導角度反射或「跳動」而傳導。在一些實施例中，包括不同顏色的光的複數條引導光束，可以被導光件110依複數個不同的、顏色特定的非零值傳導角度之中相應的一個角度引導為引導光104。應注意的是，為了簡化說明，非零值傳導角度並未於圖3A至3C中示出。然而，描繪傳導方向103的粗箭頭沿著圖3A中的導光件的長度方向示出了引導光104的總體傳導方向。
如本文所定義，「非零值傳導角度」是相對於導光件110的表面（例如，第一表面110’或第二表面110”）的角度。此外，根據各個實施例，非零值傳導角度均大於零且小於導光件110內的全內反射的臨界角度。舉例而言，引導光104的非零值傳導角度可以在大約十度（10°）至大約五十度（50°）之間，或者在一些示例中，在大約二十度（20°）至大約四十度（40°）之間，或者在大約二十五度（25°）至大約三十五度（35°）之間。此外，對於特定應用，可以選擇（例如，任意地選擇）特定的非零值傳導角度，只要特定的非零值傳導角度被選擇為小於導光件110內的全內反射的臨界角即可。
可以使用耦合結構以非零值傳導角度將導光件110中的引導光104引入或耦合到導光件110中，例如但不限於，透鏡、鏡子或類似的反射鏡（例如，傾斜的準直反射鏡）、繞射光柵和棱鏡以及其各種組合。在其他示例中，可以在沒有或基本上不使用耦合結構的情況下將光直接引入導光件110的輸入端（亦即，可以採用直接或「對接（butt）」耦合）。一旦耦合進導光件110，引導光104被配置以沿著傳導方向103沿著導光件110傳導，所述傳導方向103通常是遠離輸入端（例如，圖3A中以指向x軸的粗箭頭示出）。
進一步地，根據各個實施例，藉由將光耦合至導光件110中所產生的引導光104，或等效地引導光束104可為準直光束。在本發明中，「準直光」或「準直光束」通常定義為一束光，其中，數道光束在光束內（例如，引導光104內）基本上互相平行。同樣地，根據本文的定義，從準直光束發散或散射的光線不被認為是準直的光束的一部分。在一些實施例中（圖中未顯示），多視域背光件100可以包含準直器以準直例如來自光源的光，例如但不限於，透鏡、繞射光柵、反射鏡或鏡子。在一些實施例中，光源本身包含準直器。提供給導光件110並由導光件110引導為引導光104的準直光可以是準直引導光束。具體來說，在各個實施例中，引導光104可以根據準直因子σ準直，或者引導光可以具有準直因子σ。或者，在其他實施例中，引導光104可以是未準直的。
如圖3A至3C所示，多視域背光件100進一步包含分布在導光件110的多光束單位晶格120的陣列。在圖3B和3C中，多光束單位晶格120的陣列之中的多光束單位晶格120由虛線描繪。一般而言，多光束單位晶格120的陣列之中的多光束單位晶格120具有或包含可平舖的形狀。舉例而言，圖3B至3C所示的多光束單位晶格120具有正方形可平舖的形狀。然而，根據各個實施例，可以採用基本上任何可平舖的形狀。此外，根據一些實施例，多光束單位晶格120的陣列可以分布在二維（2D）陣列中以作為具有在2D陣列上重複的多光束單位晶格120的規則陣列。
根據各個實施例，多光束單位晶格120的陣列之中的每一個多光束單位晶格120包含多光束元件122。多光束元件122被配置為將引導光104的一部分散射出導光件110，以作為具有與多視域顯示器的不同視域相對應的具有不同方向的複數條方向性光束102。具體來說，多光束元件122可以將方向性光束102散射出導光件110的表面，該表面對應於多視域背光件100的發射表面。如圖所示，圖3A和3C將方向性光束102顯示為複數條發散箭頭，其描繪為被定向到遠離導光件110的第一（或前）表面110’，亦即，導光件110的發射表面。因此，多視域背光件100的發射表面可以等同於導光件110的發射表面，方向性光束102通過所述發射表面被多光束元件122散射。此外，根據各個實施例，可以使用繞射散射、反射散射、和折射散射或耦合中的一種以上來耦合出或散射出部分引導光。
具體來說，在一些實施例中，多光束元件122可以包含繞射光柵，其被配置以將引導光的一部分作為複數條方向性光束102繞射地散射出去。舉例而言，多光束元件122可以包含複數個繞射光柵。在另一實施例中，多光束元件122可以包含被配置以將複數條方向性光束102反射地散射出引導光104的一部分的微反射元件以及被配置以將引導光104的一部分折射為複數條方向性光束102的微折射元件的其中之一或之二。在其他實施例中，多光束元件122可以包括繞射光柵、微反射元件和微折射元件之中的一個以上。
根據各個實施例，多光束單位晶格120的陣列的每一個多光束單位晶格120進一步包含光罩元件124。舉例而言，光罩元件124可以用於反射或至少阻擋被多光束元件122在除了方向性光束102的方向以外的方向上散射的光。具體來說，如下文更詳細描述的，光罩元件124可以被配置為有助於將散射光選擇性地朝向導光件110的發射表面引導，例如，而不是朝遠離發射表面的方向引導。此外，根據一些實施例，當光罩元件124被配置以反射散射光時，反射的散射光可以增強方向性光束102，以增強多光束元件122的散射效率。
根據各個實施例，光罩元件124包含與多光束單位晶格120的多光束元件122對齊並共同延伸的第一部分124a以及在多光束單位晶格120內從第一部分橫向隔開的第二部分124b。根據一些實施例，光罩元件124的第二部分124b可以在多光束單位晶格120內依多視域顯示器的像素節距的整數倍橫向隔開。亦即，在一些實施例中，第二部分以橫向距離與第一部分124a分開並且橫向隔開，所述橫向距離對應於像素節距的整數倍。一般，第二部分124b的橫向偏移可以沿x方向、y方向或x方向和y方向兩者的組合。在其他實施例中，第二部分124b相對於第一部分124a的橫向偏移可以是像素節距的非整數倍。
此外，根據各個實施例，光罩元件124的整體尺寸被配置為減輕與光罩元件124相關聯的摩爾紋。在一些實施例中，包括第一部分124a和第二部分124b的組合面積的光罩元件124的整體尺寸是像素節距的平方的整數倍。在一些實施例中，光罩元件124的第一部分124a和第二部分124b彼此共面。在其他實施例中，第一部分124a和第二部分124b不共面。
一般來說，光罩元件124或至少其第一部分124a，位於多光束元件122的側面，所述側面與面向複數條方向性光束102的方向（亦即，發射方向）的側面相對。因此，在一些實施例中，光罩元件124的第一部分124a可以位於多光束元件122與導光件110的第二表面110”之間，所述導光件110的第二表面110”與導光件110的第一表面110’相對。舉例而言，如圖3A和3C所示，第一表面110’可以對應於發射表面，複數條方向性光束102被配置為由多視域背光件通過所述發射表面發射。
舉例而言，在一些實施例中，多光束單位晶格120的多光束元件122可以設置在導光件110的第一表面110’上，例如，如圖所示的頂部表面上。隨後，多光束單位晶格120的光罩元件124可以位於多光束元件122和導光件110的第二表面之間。亦即，光罩元件124的至少第一部分124a可以相鄰於多光束元件122的一側面，該側面相對於面向導光件110的第一表面110’的側面。在其他實施例中，多光束元件122可以設置在第二表面110”上，或者甚至設置在第一表面110’和第二表面110”之間。在這些示例中，光罩元件124可以位於多光束元件122與導光件110的第二表面110”之間，或者甚至位於導光件110之外。
圖4A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多光束單位晶格120的剖面圖。如圖4A所示，多光束單位晶格120的多光束元件122位於與導光件110的第二表面110”相鄰的位置。此外，如圖所示，多光束單位晶格120的光罩元件124鄰近於多光束元件122的側面，該側面與面對導光件110的第一表面110’或發射表面的側面相對。所示的光罩元件124具有與多光束元件122對齊並共同延伸的第一部分124a以及包括兩個子部分的第二部分124b，每個子部分皆從第一部分124a橫向隔開，但方向不同。並且，如圖所示，第一部分124a和第二部分124b互相共面。
圖4B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的多光束單位晶格120的剖面圖。如圖4B所示，多光束單位晶格120的多光束元件122與導光件110的第二表面110”相鄰。此外，光罩元件124相鄰於多光束元件122的側面，該側面相對於面向導光件的第一表面的側面，亦即，方向性光束102被多光束元件122散射的方向。根據一些實施例，在圖4B中，光罩元件124可以設置到或固定到導光件110的第二表面110”，並且因此有效地位於導光件110之外。再次，如圖4A中所示，第一部分124a和第二部分124b是共面的，並且第一部分124a與所示的多光束單位晶格120的多光束元件122對齊並且共同延伸。此外，在圖4B中，作為示例而非限制，多光束元件122也被顯示為繞射光柵。
圖4C係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的多光束單位晶格120的剖面圖。在圖4C中，多光束元件122位於導光件110的第一表面110’附近，光罩元件124位於第一表面110’與第二表面110”之間。再次，如圖4A中所示，第一部分124a和第二部分124b是共面的，並且第一部分124a與所示的多光束單位晶格120的多光束元件122對齊並且共同延伸。在圖4C中，作為示例而非限制，多光束元件122進一步顯示為繞射光柵，其被配置以將引導光104從導光件110繞射地散射出，以作為方向性光束102。
圖4D係根據與在此所描述的原理一致的再另一實施例，顯示示例中的多光束單位晶格120的剖面圖。如圖4D所示，多光束單位晶格120的多光束元件122與導光件110的第二表面110”相鄰。此外，光罩元件124相鄰於多光束元件122的側面，該側面相對於面向導光件的第一表面的側面，亦即，方向性光束102被多光束元件122散射的方向。然而，如圖4D所示，光罩元件124位於與導光件110相鄰的另一結構126的表面上。舉例而言，另一結構126可以包含另一個背光件，諸如下文所述的廣角背光件。此外，光罩元件與多光束元件122之間由間隙（例如，氣隙）隔開，在圖4D中通過示例而非限制的方式示出。
應注意，作為示例而非限制，在圖4A至4D的每一個圖中皆將多光束元件122顯示為繞射光柵。舉例而言，圖4A至4D中的多光束元件122同樣可以顯示為微折射元件或微反射元件。同樣地，圖4A至4D將光罩元件124的第一部分124a和第二部分124b顯示為共面的，以便於說明而不是限制。此外，被多光束元件122的繞射光柵從引導光104繞射地散射的方向性光束102，其在圖4A至4D中顯示為在導光件110的第一表面110’處發射。
根據各個實施例，光罩元件124是不透明的，並且包含被配置以阻擋或至少大致上阻擋光的透射的不透明材料（例如，材料層或材料膜）。因此，光罩元件124可以稱為不透明遮罩元件。在一些實施例中，光罩元件的至少第二部分124b包含不透明材料。在其他實施例中，光罩元件124的第一部分124a和第二部分124b皆包含不透明材料。因此，不透明材料可以被配置以阻擋被多光束元件122在大致上遠離導光件的發射表面的方向上散射的光。在一些實施例中，不透明材料可以被配置為僅阻擋光的透射，而在其他實施例中，不透明材料可以包含吸收入射光的層或膜，例如黑色的塗料或膜。
在一些實施例中，光罩元件124包含反射材料，並且光罩元件124可以被稱為反射遮罩元件。具體來說，光罩元件124的至少第一部分124a可以包含反射材料，其被配置以將來自多光束元件122的散射光朝向與引導光的被散射的一部分相對應的方向反射，或等效地朝著導光件110的發射表面反射。在一些實施例中，第一部分124a和第二部分124b皆可以包含反射材料。在其他實施例中，舉例而言，光罩元件124的第一部分124a可包含反射材料，因此是反射性的，而第二部分124b可包含吸收性材料，因此僅是不透明的。根據各個實施例，反射材料可以包含，但不限於，金屬（例如，反射金屬層或膜）、各種聚合物-金屬複合材料（例，如鋁聚合物層或膜）、布拉格反射器（Bragg reflector）、增強鏡面反射膜（ESR）、或提供光學反射的各種其他合適材料和材料層或材料膜之中的任何一種。
再次參考圖3A至3C，完全位於多光束單位晶格120內的多光束元件122沿著導光件的長度方向互相隔開，並且在一些實施例中，在整個導光件110的寬度方向上。具體來說，多光束單位晶格陣列之中的多光束元件122全部皆藉由有限空間互相隔開，並且沿著導光件長度方向代表單獨的、不同的元件。因此，並且根據本文的定義，多光束單位晶格120的陣列之中的多光束元件122根據有限（亦即，非零值）的元件之間的距離（例如，有限的中心至中心的距離）以互相隔開。此外，根據一些實施例，複數個多光束元件122通常不相交、重疊或彼此接觸。此外，由於每個多光束元件122位於不同的多光束單位晶格120中，因此每一個多光束元件122通常皆是不同的並且與其他多光束元件122隔開。
根據一些實施例，多光束元件122的尺寸可以相當於光閥的大小或等效的多視域顯示器的像素，所述多視域顯示器中採用了多視域背光件100。在本文中，該「尺寸」可以以包含但不限於，長度、寬度、或面積的各種方式來定義。舉例而言，光閥的尺寸可以是其長度，並且多光束元件122的相對尺寸也可以是多光束元件122的長度。在另一示例中，尺寸可代表面積，使得多光束元件122的面積可以與光閥的面積相當。
在一些實施例中，多光束單位晶格120之中的多光束元件122的尺寸可以與光閥的尺寸相當，且多光束元件的尺寸係介於光閥的尺寸的百分之五十（50%）至百分之兩百（200%）之間。舉例而言，如果多光束元件尺寸係標示為「s」及光閥尺寸係標示為「S」(如圖3A中所示)，那麼多光束元件尺寸s可用方程式(2)來給定，方程式(2)為：
Figure 108139310-A0305-02-0023-1
 根據一些實施例，可以選擇多光束元件122和光閥130的尺寸相當，以減少多視域顯示器的視域之間的暗區域，或在一些示例中將其最小化。此外，可以選擇多光束元件122和光閥130的尺寸相當，以減少多視域顯示器的多視域影像的視域(或視域像素)之間的重疊或由多視域顯示器顯示的多視域影像的重疊，並且在一些示例中將其最小化。
如上所述，圖3A至3C所顯示的多視域背光件100可用於多視域顯示器中，所述多視域顯示器進一步包含光閥陣列，其被配置以將方向性光束102調變為多視域影像。圖3A和3C顯示了光閥130的陣列，其位於多視域背光件100的導光件110的第一表面110’附近。如圖所示，具有不同主要角度方向的方向性光束102中的不同方向性光束102會穿過光閥130的陣列中的不同光閥130，並且可以被其調變。此外，如圖所示，一組光閥130對應於多視域顯示器的多視域像素106，並且在該組中的一所選擇的光閥130對應於多視域顯示器的像素。具體來說，光閥130的陣列之中的光閥130的不同組被配置以接收及調變來自多光束元件122之中的每一個多光束元件122的方向性光束102，亦即，如圖所示，每一個多光束單位晶格120皆具有獨特的一組光閥130。在各個實施例中，不同種類的光閥可被用作光閥130的陣列之中的光閥130，光閥的種類包含但不限於，液晶光閥、電泳光閥、及基於電潤濕的光閥其中的一種以上。
應注意，如圖3A所示，光閥130的尺寸以及像素的尺寸可以對應於光閥陣列中的光閥130的物理尺寸。在其他示例中，光閥尺寸可以被定義為光閥陣列的相鄰光閥130之間的距離(例如，中心至中心的距離)。例如，光閥130的孔徑可以小於光閥陣列中的光閥130之間的中心至中心的距離。因此，根據各個實施例，光閥尺寸可以被定義為光閥130的尺寸或對應於光閥130之間的中心至中心的距離的尺寸。在一些實施例中，可以將光閥130之間的中心至中心的距離定義為「像素節距」，並且可以將基於中心至中心的距離的光閥130的面積定義為「像素節距的平方」。在光閥130包含子像素(例如，色彩子像素)的一些實施例中，「像素節距」可以根據子像素大小或間距來定義，亦即，光閥130的子像素之間的中心到中心的距離。舉例而言，光閥130可以包含三個色彩子像素的群組，三種不同顏色（例如，紅色，綠色，藍色）中的每一種皆由三種色彩子像素中的一種顏色表示。在此示例中，像素節距可以根據色彩子像素之間的像素之間的距離（inter-pixel distance）以定義。在其他實施例中，光閥130可以代表子像素，並且光閥130的陣列可以對應於子像素陣列。
根據一些實施例，多視域背光件100進一步包含光源140，該光源140被配置以提供要在導光件110內被引導的光。具體來說，如圖3A和3C所示，光源140可以位在相鄰於導光件110的入口表面或入口端（輸入端）。在各個實施例中，光源140可包含基本上任何光源（例如，光學發射器），其包含但不限於LED、雷射（例如，雷射二極體）或其組合。在一些實施例中，光源140可以包含光學發射器，其被配置以產生代表特定顏色之具有窄頻光譜的基本上為單色的光。具體來說，該單色光的顏色可為特定顏色空間或特定顏色模型的原色（例如，紅-綠-藍（red-green-blue, RGB）顏色模型）。在其他示例中，光源140可以是被配置以提供基本上寬頻或多色光的基本寬頻光源。例如，光源140可提供白光。在一些實施例中，光源140可以包含複數個不同的光學發射器，被配置以提供光的不同顏色。
在各個實施例中，光源140被配置以提供引導光104，其中，引導光104具有非零值傳導角度其中之一或之二，並且根據預定的準直因子而被準直。在一些實施例中，光源140可以被配置以提供具有與光的不同顏色中的每一個顏色相對應的引導光的不同的、顏色特定的、非零值傳導角度的光。在一些實施例中，光源140可以進一步包含準直器，該準直器被配置以根據預定的準直因子提供將被導光件110引導的光。
根據一些實施例，多視域背光件100可以被用在多視域顯示器中，其進一步操作為、功能為或用作可切換模式的顯示器。在這些實施例中，多視域背光件100可以與廣角背光件一起使用以向光閥陣列提供發射光。
圖5係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視域背光件100與相鄰的廣角背光件150的剖面圖。具體來說，如圖所示，廣角背光件150與多視域背光件100的導光件110的表面（亦即，第二表面或底部表面110”）相鄰。根據各個實施例，廣角背光件150被配置為向光閥130的陣列提供廣角發射光152。具體來說，廣角背光件150被配置以在多視域顯示器的二維（2D）模式期間提供廣角發射光152，光閥陣列被配置以將廣角發射光調變為2D影像。因此，導光件110和多光束單位晶格120的陣列被配置為對於廣角發射光152是透明的。在各個實施例中，多視域顯示器被配置為在多視域顯示器的多視域模式期間顯示多視域影像並且在2D模式期間顯示2D影像。在圖5中，如圖所示，多視域背光件100進一步包括具有多光束元件122和光罩元件124兩者的多光束單位晶格120。
根據各個實施例，上述的光罩元件124的第二部分124b相對於第一部分124a的橫向偏移可以減小或最小化光罩元件124的可見度，特別是當採用諸如廣角背光件150之類的第二背光件時。具體來說，在一些實施例中，藉由橫向偏移，可以達成最小化光罩元件124的可見度以及減輕與光罩元件124相關聯的摩爾紋之其中之一或之二。此外，根據一些實施例，當來自另一光源（例如，另一共面背光件）的光被配置為通過多視域背光件100時，可見度的最小化和摩爾紋的降低可能會特別重要。根據各個實施例，光罩元件124的第二部分124b可以具有多種形狀中的任何一種。此外，在多光束單位晶格120的陣列中的多光束單位晶格120的分布，可能會導致相鄰多光束單位晶格120的第二部分124b與其他第二部分合併以形成各種形狀。
圖6A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多光束單位晶格120的平面圖。具體來說，圖6A示出了在多光束單位晶格120的陣列中的多光束單位晶格120，其包含多光束元件122和光罩元件124，光罩元件124包含第一部分124a和從第一部分124a橫向偏移的複數個第二部分124b。如圖所示，相鄰的多光束單位晶格120中的光罩元件124的橫向偏移的第二部分124b在其角落處合併以形成十字形。此外，如圖所示，組合的第一部分124a和第二部分124b的整體尺寸等於多視域顯示器的像素節距的平方的整數倍。
圖6B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的多光束單位晶格120的平面圖。圖6B中所示的多光束單位晶格120在多光束單位晶格120的陣列中包含多光束元件122和光罩元件124。此外，如圖所示，光罩元件124的第二部分124b相對於第一部分124a橫向偏移並且具有三角形形狀。因此，相鄰的多光束單位晶格120中的光罩元件124的第二部分124b在其角落處合併以形成菱形。
圖6C係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的多光束單位晶格120的平面圖。在圖6C中，如圖6A-6B所示，所顯示的多光束單位晶格120在多光束單位晶格120的陣列中包含多光束元件122和光罩元件124。然而，在圖6C中，從第一部分124a橫向偏移的光罩元件124的第二部分124b在圖6C中具有半圓形形狀。因此，相鄰的多光束單位晶格120的橫向偏移的第二部分124b在其角落處合併以形成圓形。
圖6D係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的多光束單位晶格120的平面圖。與圖6A至6C一樣，圖6D中所顯示的多光束單位晶格120在多光束單位晶格120的陣列中包含多光束元件122和光罩元件124。然而，在圖6D中，光罩元件124的橫向偏移的第二部分124b具有基本上任意或隨機的形狀。舉例而言，圖6D所示的第二部分124b可以包含圖6A所示的第二部分124b，但是隨機地去除其區域。應注意，圖6D中所示的第二部分124b的整體大小仍被配置以減輕與光罩元件相關聯的摩爾紋，例如，當與第一部分124a結合時，第二部分124b的整體尺寸仍然是像素節距的平方的整數倍。
根據本文所描述的原理的一些實施例，提供了一種多視域顯示器。多視域顯示器被配置以發射和調變方向性光束，以作為多視域顯示器的像素或等效地由多視域顯示器顯示的多視域影像的像素。所發射和所調變的方向性光束具有彼此不同的主要角度方向（在本文中也稱為「具有不同方向性之光束」）。此外，所發射的調變光束可以較佳地指向多視域顯示器或等效的多視域影像的複數個觀看方向。
圖7係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視域顯示器200的方塊圖。根據各個實施例，多視域顯示器200被配置為在不同視域方向上顯示具有不同視域的多視域影像。具體來說，被多視域顯示器200發射的調變光束202用於顯示具有對應於每一個不同視域的複數個像素（例如，視域像素）的多視域影像。調變光束202顯示為從圖7中的多視域顯示器200發出的箭頭。通過示例而非限制的方式，將虛線用於所發射的調變光束202的箭頭，以強調所發射的調變光束202的調變。
如圖所示，多視域顯示器200包含導光件210，其被配置為引導光。在各個實施例中，光可以由光源（圖中未顯示）提供，然後在導光件210內根據全內反射被引導以作為引導光。在一些實施例中，多視域顯示器200的導光件210可以基本上類似於上文關於多視域背光件100所述的導光件110。
圖7所示的多視域顯示器200進一步包含分布在導光件210上的多光束元件220的陣列。例如，在各個實施例中，多光束元件220可以設置在導光件210的表面上或在導光件210的相對表面之間。多光束元件220的陣列之中的每個多光束元件220被配置以將來自導光件210的引導光的一部分散射為具有與多視域顯示器200的不同視域方向相對應的不同方向的方向性光束。在一些實施例中，多光束元件220的陣列之中的多光束元件可以大致與上文所述之多視域背光件100的多光束元件122相似。此外，如上文所述，多光束元件220可以在多光束單位晶格陣列中排列為多光束元件陣列，所述的多光束單位晶格陣列基本上類似於多光束單位晶格120的陣列。例如，根據各個實施例，多光束元件220可包含被配置以繞射地散射引導光的繞射光柵、被配置以反射地散射引導光的微反射元件以及被配置以折射地散射引導光的微折射元件之中的一個以上。
所顯示的多視域顯示器200進一步包含與每一個多光束元件220相對應的光罩元件230。根據各個實施例，光罩元件230具有與相應的多光束元件220對齊並共同延伸的第一部分和從第一部分橫向偏移的第二部分。在一些實施例中，橫向偏移是對應於或等於多視域顯示器200的像素節距的整數倍的距離。在其他實施例中，橫向偏移是像素節距的非整數倍。光罩元件230可以被配置以減少或減輕與光罩元件230相關聯的摩爾紋。舉例而言，減少或減輕的摩爾紋可以有效地減小光罩元件230的可見度。
在一些實施例中，光罩元件230可以基本上類似於上文關於多視域背光件100所述的多光束單位晶格120的光罩元件124。具體來說，在一些實施例中，光罩元件230的第一部分和第二部分的結合尺寸可以是像素節距的平方的整數倍。在一些實施例中，第一部分可包含反射材料（例如，反射層），其被配置以將從多光束元件220散射出的光朝向與包括方向性光束的引導光的被散射的一部分相對應的方向反射。此外，根據一些實施例，第二部分可以包含不透明材料和反射材料其中之一或之二。
根據各個實施例，如圖7所示，多視域顯示器200進一步包括光閥240的陣列。光閥240的陣列被配置以調變由多光束元件陣列散射出的方向性光束以提供多視域影像。在一些實施例中，光閥240的陣列可以基本上類似於上文所述的多視域背光件100的光閥130的陣列。根據各個實施例，舉例而言，不同種類的光閥可被用作光閥240的陣列之中的光閥240，光閥的種類包含但不限於，液晶光閥、電泳光閥以及基於電潤濕的光閥之其中的一種以上。
根據一些實施例（圖中未顯示），多視域顯示器200可以進一步包含光學耦合到導光件的輸入處的光源，該光源被配置為提供引導光。由光源提供的引導光可以具有非零值傳導角度以及可以根據預定的準直因子以準直的其中之一或之二。在一些實施例中，多視域顯示器200的光源可以基本上類似於上文所述的多視域背光件100的光源140。
根據一些實施例（如圖7所示），多視域顯示器200可以進一步包含廣角背光件250，其相鄰於導光件210的表面，所述表面相對於導光件210的相鄰於光閥陣列的表面。在一些實施例中，如上文關於多視域背光件100所述，廣角背光件250可以與如上文所述的廣角背光件150基本相似。具體來說，廣角背光件250可以被配置以在多視域顯示器200的二維（2D）模式期間提供廣角發射光252。此外，當存在廣角背光件時，光閥陣列可以被配置為將廣角發射光252調變為2D影像。此外，導光件210和多光束元件陣列可以被配置為對於廣角發射光252是透明的。此外，在一些實施例中，多視域顯示器200可以被配置為在多視域顯示器200的多視域模式期間顯示多視域影像並且在2D模式期間顯示2D影像。
根據本發明所述原理的其他實施例，本發明提供了一種多視域背光件的操作方法。圖8係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視域背光件的操作方法300的流程圖。如圖8所示，多視域背光件的操作方法300包含使用多光束單位晶格陣列將引導光從導光件中散射的步驟310，以提供方向與多視域顯示器的視域相對應的方向性光束。根據各個實施例，每一個多光束單位晶格包含一個多光束元件和一個光罩元件。此外，光罩元件具有與多光束元件對齊並共同延伸的第一部分和從第一部分橫向偏移的第二部分。
在一些實施例中，多光束單位晶格、多光束元件和光罩元件可以大致上皆分別為如上文關於多視域背光件100所述的類似的多光束單位晶格120、多光束元件122和光罩元件124。舉例而言，光罩元件的第一部分可以包含反射材料，其被配置以將從多光束元件散射出的光反射在與包含方向性光束的一部分的散射出的引導光相對應的方向上。此外，光罩元件的第二部分可以包含不透明材料和反射材料其中之一或之二。在一些實施例中，多光束元件可以包含繞射地散射引導光的繞射光柵、反射地散射引導光的微反射元件、折射地散射引導光的微折射元件其中的一個以上。此外，導光件可以基本上類似於上文所述多視域背光件100的導光件110。舉例而言，引導光可以由非零值傳導角度以及具有預定的準直因子其中之一或之二而根據全內反射以引導。
圖8所示的多視域背光件的操作方法300進一步包含減輕的與多光束單位晶格陣列相關聯的摩爾紋的步驟320。具體來說，在一些實施例中，摩爾紋以步驟320藉由提供光罩元件的整體尺寸而減輕，所述整體尺寸為多視域顯示器的像素節距的平方的整數倍。此外，在一些實施例中，可以藉由將光罩元件的第二部分從第一部分橫向偏移像素節距的整數倍以減輕摩爾紋。根據各個實施例，多視域顯示器的像素節距可以是多視域顯示器的像素節距（或子像素節距），所述多視域顯示器使用多視域背光件的操作方法300（亦即，採用多視域背光件以照亮）。
在一些實施例中，多視域背光件的操作方法300進一步包含調變方向性光束的步驟330以提供由多視域顯示器顯示的多視域影像。具體來說，使用具有像素節距的光閥陣列以調變方向性光束的步驟330。在一些實施例中，光閥陣列可以基本上類似於上文關於多視域背光件100所描述的光閥130的陣列。
在一些實施例（圖中未顯示）中，多視域背光件的操作方法300進一步包含使用光源向導光件提供光的步驟。所提供的光可以提供為在導光件內具有非零值傳導角度以及根據預定的準直因子進行準直的其中之一或之二。根據一些實施例，光源可以基本上類似於以上關於多視域背光件100所描述的光源140。
因此，本發明已經描述了使用光罩元件與多光束元件以提供方向性光束的多視域背光件、多視域顯示器以及多視域背光件的操作方法的示例和實施例，其中，所述光罩元件具有第一部分和橫向偏移的第二部分。光罩元件的第一部分和橫向偏移的第二部分被配置以減少或消除與光罩元件相關聯的摩爾紋。應該理解的是，上述示例僅僅是說明代表本文所描述的原理的許多具體示例中的一些示例。顯然，所屬技術領域中具有通常知識者可以很容易地設計出許多其他的配置，而不偏離本發明的申請專利範圍所界定的範疇。
本申請案主張於2018年10月31日提交的序列號62/753,876的美國專利臨時申請案以及2019年10月25日提交的第PCT/US2019/058100號國際專利申請的優先權，兩者的全部內容藉由引用併入本文。
10:多視域顯示器 12:螢幕 14:視域 16:視域方向 20:光束 30:繞射光柵 40:導光件 50:光束 60:方向性光束 100:多視域背光件 102:方向性光束 103:傳導方向 104:引導光、引導光束 110:導光件 110’:第一表面 110”:第二表面、底部表面 120:多光束單位晶格 122:多光束元件 124:光罩元件 124a:第一部分 124b:第二部分 126:另一結構 130:光閥 140:光源 150:廣角背光件 152:廣角發射光 200:多視域顯示器 202:調變光束 210:導光件 220:多光束元件 230:光罩元件 240:光閥 250:廣角背光件 252:廣角發射光 300:操作方法 310:步驟 320:步驟 330:步驟 O:原點 θ:角度分量、仰角分量、仰角 θi:入射角、光入射角 θm:繞射角 σ:準直因子 ϕ:角度分量、方位角分量、方位角
根據在本文所描述的原理的示例和實施例的各種特徵部可以參考以下結合附圖的詳細描述而更容易地理解，其中相同的元件符號表示相同的結構元件，並且其中： 圖1A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視域顯示器的立體圖。 圖1B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的具有與多視域顯示器的視域方向相對應的特定主要角度方向的光束的角度分量的示意圖。 圖2係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的繞射光柵的剖面圖。 圖3A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視域背光件的剖面圖。 圖3B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視域背光件的平面圖。 圖3C係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視域背光件的立體圖。 圖4A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多光束單位晶格的剖面圖。 圖4B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的多光束單位晶格的剖面圖。 圖4C係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的多光束單位晶格的剖面圖。 圖4D係根據與在此所描述的原理一致的再另一實施例，顯示示例中的多光束單位晶格的剖面圖。 圖5係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視域背光件與相鄰的廣角背光件的剖面圖。 圖6A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多光束單位晶格的平面圖。 圖6B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的多光束單位晶格的平面圖。 圖6C係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的多光束單位晶格的平面圖。 圖6D係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的多光束單位晶格的平面圖。 圖7係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視域顯示器的方塊圖。 圖8係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的多視域背光件的操作方法的流程圖。
一些示例和實施例具有除了上述參考附圖中所示的特徵部之外的其他特徵部，或代替以上參考附圖中所示的特徵部的其他特徵部。下文將參照上文所述附圖，詳細描述這些和其他特徵部。
100:多視域背光件
102:方向性光束
103:傳導方向
104:引導光
110:導光件
110’:第一表面
110”:第二表面
120:多光束單位晶格
122:多光束元件
124:光罩元件
124a:第一部分
124b:第二部分
130:光閥
140:光源
σ:準直因子

Claims (19)

  1. 一種多視域背光件，包括：一導光件，配置以將光引導為引導光；一多光束單位晶格陣列，分布在該導光件上，每一個多光束單位晶格皆具有：一多光束元件，配置以將該引導光的一部分散射出以作為複數條方向性光束，該複數條方向性光束具有與一多視域顯示器的不同視域相對應的不同方向；以及一光罩元件，具有一第一部分以及一第二部分，該第一部分與該多光束元件對齊並且共同延伸，該第二部分在該多光束單位晶格中從該第一部分橫向偏移；以及一光源，光學地耦合至該導光件的一輸入處，該光源被配置以提供該引導光，其中，該引導光具有一非零值傳導角度以及根據一預定準直因子以準直的其中之一或二者，以及其中，該光罩元件的一整體尺寸被配置以減輕與該光罩元件相關聯的摩爾紋。
  2. 如請求項1之多視域背光件，其中，該多光束元件包括：一繞射光柵，配置以將該引導光的該部分繞射地散射出，以作為該複數條方向性光束。
  3. 如請求項1之多視域背光件，其中，該多光束元件包括以下之其中之一或二者：一微反射元件，配置以反射地散射出該引導光的該部分，以作為該複數條方向性光束；以及一微折射元件，配置以折射地散射出該引導光的該部分，以作為該複數條方向性光束。
  4. 如請求項1之多視域背光件，其中，該第二部分以對應於該多視域顯示器的一像素節距的一整數倍的距離相對於該第一部分橫向偏移，以及 包括該第一部分和該第二部分的一結合面積的該光罩元件的該整體尺寸是該像素節距的一平方的一整數倍之其中之一或二者。
  5. 如請求項1之多視域背光件，其中，該光罩元件的該第一部分位於該多光束元件以及與該導光件的一第一表面相對的該導光件的一第二表面之間，該第一表面對應於一發射表面，該複數條方向性光束被配置以由該多視域背光件通過該發射表面而發射。
  6. 如請求項1之多視域背光件，其中，該光罩元件的該第一部分包含一反射材料，該反射材料被配置以將來自該多光束元件的散射光朝向與散射出的該引導光的該部分相對應的一方向反射。
  7. 如請求項1之多視域背光件，其中，該光罩元件的該第二部分包含一不透明材料，該光罩元件為一不透明遮罩元件。
  8. 如請求項1之多視域背光件，其中，該光罩元件的該第一部分和該第二部分彼此共面。
  9. 一種多視域顯示器，包括請求項1之多視域背光件，該多視域顯示器進一步包括：一光閥陣列，該光閥陣列具有與該導光件的一表面相鄰設置的一像素節距，該光閥陣列被配置以調變該複數條方向性光束中的方向性光束，以提供一多視域影像。
  10. 如請求像9之多視域顯示器，進一步包括：一廣角背光件，相鄰於該導光件的一表面，該表面相對於該導光件之相鄰於該光閥陣列的該表面，該廣角背光件被配置以在該多視域顯示器的一二維(2D)模式期間提供廣角發射光，該光閥陣列被配置以將該廣角發射光調變為一2D影像，其中，該導光件和該多光束單位晶格陣列被配置為對於該廣角發射光透明，該多視域顯示器被配置以在該多視域顯示器的一多視域模式期間顯示一多視域影像並且在該多視域顯示器的該2D模式期間顯示該2D影像。
  11. 一種多視域顯示器，包括： 一多光束元件陣列，分布在一導光件上，該多光束元件陣列之中的每一個多光束元件被配置以將來自該導光件的引導光散射出以作為複數條方向性光束，該複數條方向性光束具有與該多視域顯示器的不同視域方向相對應的不同方向；一光罩元件，對應於該多光束元件的每一個，該光罩元件具有：一第一部分，與一多光束元件對齊並且共同延伸；以及一第二部分，從該第一部分橫向偏移；一光閥陣列，配置以調變被該多光束元件陣列散射出的該複數條方向性光束，以提供一多視域影像；以及一光源，光學地耦合至該導光件的一輸入處，該光源被配置以提供該引導光，其中，該引導光具有一非零值傳導角度以及根據一預定準直因子以準直的其中之一或二者。
  12. 如請求像11之多視域顯示器，其中，該光罩元件的該第一部分和該第二部分的一結合尺寸為該多視域顯示器的一像素節距的一平方的一整數倍。
  13. 如請求像11之多視域顯示器，其中，該光罩元件的該第二部分從該第一部分橫向偏移，該橫向偏移的距離等於該多視域顯示器的一像素節距的一整數倍。
  14. 如請求像11之多視域顯示器，其中，該第一部分包括一反射材料，該反射材料被配置以將來自該多光束元件的散射光朝向對應於包含該複數條方向性光束的該引導光的該散射出的一部分的一方向反射，以及其中，該第二部分包括一不透明材料和一反射材料的其中之一或二者。
  15. 如請求像11之多視域顯示器，其中，該多光束元件包括被配置以繞射地散射出該引導光的一繞射光柵、被配置以反射地散射出該引導光的一微反射元件、以及被配置以折射地散射出該引導光的一微折射元件之中的一個以上。
  16. 如請求像11之多視域顯示器，進一步包括：一廣角背光件，相鄰於該導光件的一表面，該表面相對於該導光件之相鄰於該光閥陣列的該表面，該廣角背光件被配置以在該多視域顯示器的一二維(2D)模式期間提供廣角發射光，該光閥陣列被配置以將該廣角發射光調變為一2D影像，其中，該導光件和該多光束陣列被配置為對於該廣角發射光透明，該多視域顯示器被配置以在該多視域顯示器的一多視域模式期間顯示該多視域影像並且在該多視域顯示器的該2D模式期間顯示該2D影像。
  17. 一種多視域背光件的操作方法，包括：使用一多光束單位晶格陣列將引導光散射出一導光件以提供複數條方向性光束，該複數條方向性光束具有與一多視域顯示器的複數個視域相對應的複數個方向，每一個多光束單位晶格包括一多光束元件和一光罩元件，該光罩元件具有一第一部分和一第二部分，該第一部分與該多光束元件對齊並共同延伸；以及藉由使該光罩元件的一整體尺寸為該多視域顯示器的一像素節距的一平方的一整數倍以及使該第二部分從該第一部分橫向偏移，以減輕與該多光束單位晶格陣列相關聯的摩爾紋，其中，該多視域背光件進一步包括一光源，光學地耦合至該導光件的一輸入處，該光源被配置以提供該引導光，以及其中，該引導光具有一非零值傳導角度以及根據一預定準直因子以準直的其中之一或二者。
  18. 如請求像17之方法，其中，該光罩元件的該第一部分包括一反射材料，該反射材料將來自該多光束元件的散射光反射到與該複數條方向性光束的該複數個方向相對應的一方向，以及其中，該光罩元件的該第二部分包括一不透明材料和一反射材料的其中之一或二者。
  19. 如請求像17之方法，進一步包括： 使用具有該像素節距的一光閥陣列以調變該複數條方向性光束，以提供被該多視域顯示器所顯示的一多視域影像，其中，該光罩元件的該第二部分以該像素節距的一整數倍而從該第一部分橫向偏移。
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