JP6922067B2 - マイクロレンズを備えるマルチビーム要素ベースのバックライトおよびそれを使用したディスプレイ - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
なし
連邦政府による資金提供を受けた研究または開発に関する声明
なし

電子ディスプレイは、様々なデバイスや製品のユーザーに情報を伝達するためのほぼ至る所にある媒体である。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）が含まれる。一般に、電子ディスプレイは、アクティブディスプレイ（つまり、光を発するディスプレイ）またはパッシブディスプレイ（つまり、別の光源から提供される光を変調するディスプレイ）に分類できる。アクティブディスプレイの最も明白な例には、ＣＲＴ、ＰＤＰ、ＯＬＥＤ／ＡＭＯＬＥＤがある。放射された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と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パフォーマンス特性を示すことがよくあるが、光を発する能力がないことを考えると、多くの実際の適用で、使用が幾分制限される。

放出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が外部光源に結合されている。結合された光源は、それらの結合しなければパッシブなディスプレイが光を発し、実質的にアクティブなディスプレイとして機能することを可能にし得る。そのような結合される光源の例は、バックライトである。バックライトは、パッシブディスプレイを照らすために、結合しなければパッシブな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ディスプレイに接続できる。バックライトは、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイを通過する光を発する。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、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発するように構成されている。次に、カラーフィルターを使用して、白色光をディスプレイで使用される様々な色に変換する。カラーフィルターは、例えば、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイの出力（あまり一般的ではない）、またはバックライトとＬＣＤまたはＥＰディスプレイとの間に配置することができる。

本開示は以下の［１］から［２１］を含む。
［１］光を導波光（guided light）として誘導するように構成された光ガイドと、
複数の指向性光ビームとして上記導波光の一部を上記光ガイドから散乱させるように構成されるマルチビーム要素であって、上記複数の指向性光ビームの指向性光ビーム（directional light beams）は、互いに異なる主要角度方向を有する、マルチビーム要素と、
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ように、上記指向性光ビーム（the directional light beams）の上記異なる主要角度方向（the different principal angular directions）を調整するように構成されたマイクロレンズと
を備えるマルチビューバックライト。
［２］上記マルチビーム要素のサイズが、上記マルチビューディスプレイのライトバルブのサイズの５０パーセントから２００パーセントの間である、上記［１］に記載のマルチビューバックライト。
［３］上記マルチビーム要素が、
上記複数の指向性光ビームとして上記導波光の上記一部を回折的に散乱するように構成された回折格子、
上記複数の指向性光ビームとして上記導波光の上記一部を反射的に散乱させるように構成されたマイクロ反射要素、および
上記複数の指向性光ビームとして上記導波光の上記一部を屈折的に散乱させるように構成されたマイクロ屈折要素
のうちの１つまたはそれ以上を備える、上記［１］に記載のマルチビューバックライト。
［４］上記マルチビーム要素の上記回折格子が複数の回折格子を含む、上記［３］に記載のマルチビューバックライト。
［５］上記マルチビーム要素が上記光ガイドの第１の表面および第２の表面のうちの一方に配置され、上記マルチビーム要素が上記第１の表面を通して上記導波光の上記一部を散乱するように構成される、上記［１］に記載のマルチビューバックライト。
［６］上記マイクロレンズが、上記複数の指向性光ビームの角度の広がりを減少させることにより、上記指向性光ビーム（the directional light beams）の上記異なる主要角度方向（the different principal angular directions）を調整するように構成される収束レンズを備える、上記［１］に記載のマルチビューバックライト。
［７］上記マイクロレンズが、上記複数の指向性光ビームの角度の広がりを増大させることにより、上記指向性光ビーム（the directional light beams）の上記異なる主要角度方向を調整するように構成された発散レンズを備える、上記［１］に記載のマルチビューバックライト。
［８］上記光ガイドの入力に光学的に結合された光源をさらに備え、上記光源は、非ゼロ伝播角を有することと、所定のコリメーション係数に従ってコリメートされることの１つまたは双方で上記導波光を提供するように構成される、上記［１］に記載のマルチビューバックライト。
［９］上記複数の指向性光ビームの指向性光ビーム（directional light beams）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、上記アレイのライトバルブのセットは、上記マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルに対応する、上記［１］に記載のマルチビューバックライトを備えるマルチビューディスプレイ。
［１０］上記マルチビューディスプレイの複数の異なるビューを提供するように構成されたマルチビューピクセルのアレイであって、上記アレイのマルチビューピクセルが、複数の指向性光ビームを変調するように構成された複数のライトバルブを備える、マルチビューピクセルのアレイと、
複数のマルチビーム要素であって、上記複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素（a multibeam element）が、上記複数の指向性光ビームを提供するように構成された、複数のマルチビーム要素と、
上記マルチビューピクセルアレイと上記複数のマルチビーム要素との間の複数のマイクロレンズであって、上記複数のマイクロレンズのマイクロレンズ（a microlens）が、上記マルチビューディスプレイの上記複数の異なるビューのそれぞれのビュー方向に対応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の方向（directions of directional light beams）を調整するように構成された、複数のマイクロレンズと
を備えるマルチビューディスプレイ。
［１１］上記マルチビーム要素のサイズは、上記複数のライトバルブのライトバルブのサイズの半分より大きく、上記ライトバルブのサイズの２倍より小さい、上記［１０］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１２］光を導波光として誘導するように構成された光ガイドをさらに備え、上記複数のマルチビーム要素の上記マルチビーム要素（the multibeam element）は、上記複数の指向性光ビームとして上記導波光の一部を光ガイドから散乱させるように構成される、上記［１０］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１３］上記マルチビーム要素は、上記光ガイドに光学的に結合されて上記導波光の一部を散乱する回折格子、マイクロ反射要素、およびマイクロ屈折要素のうちの１つを備える、上記［１２］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１４］上記回折格子が複数の回折格子を備える、上記［１３］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１５］上記マイクロレンズが、上記複数の指向性光ビームの角度の広がりを減少させることにより、上記指向性光ビームの上記方向（the directions of the directional light beams）を調整するように構成された収束レンズを備える、上記［１０］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１６］上記マイクロレンズが、上記複数の指向性光ビームの角度の広がりを増大させることにより、上記指向性光ビームの上記方向（the directions of the directional light beams）を調整するように構成された発散レンズを備える、上記［１０］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１７］マルチビューバックライトを動作させる方法であって、
光を光ガイドの長さに沿って伝播方向に導波光として誘導すること、
複数の指向性光ビームを提供するために、マルチビーム要素を使用して、上記光ガイドから上記導波光の一部を散乱させることであって、上記複数の指向性光ビームの指向性光ビームが互いに異なる方向を有する、散乱させること、および
マイクロレンズを使用して上記指向性光ビームの上記方向（the directions of the directional light beams）を調整することであって、上記調整された方向が、上記マルチビューバックライトを使用する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、調整すること
を含み、
上記マルチビーム要素のサイズが、上記マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルのサブピクセルのサイズに匹敵する
方法。
［１８］上記マルチビーム要素が、上記光ガイドに光学的に結合されて、上記導波光部分を散乱させる、光学ディフューザー、回折格子、マイクロ反射要素、およびマイクロ屈折要素のうちの１つまたはそれ以上を備える、上記［１７］に記載のマルチビューバックライトを動作させる方法。
［１９］上記マイクロレンズが収束レンズであり、上記方向は、上記複数の指向性光ビームの角度の広がりを減少させるように調整される、上記［１７］に記載のマルチビューバックライトを動作させる方法。
［２０］光源を使用して、上記光ガイドに光を提供することをさらに含み、上記提供された光は、上記光ガイド内で非ゼロ伝播角を有すること、および上記導波光の所定の角度の広がりを提供するコリメーション係数に従ってコリメートされることの１つまたは双方を有する導波光として誘導される、上記［１７］に記載のマルチビューバックライトを動作させる方法。
［２１］上記マルチビューピクセルとして構成された複数のライトバルブを使用して上記指向性光ビーム（the directional light beams）を変調することをさらに含む、上記［１７］に記載のマルチビューバックライトを動作させる方法。
本明細書に記載の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、より容易に理解することができ、添付の図面において類似の参照番号は類似の構造要素を示す。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビューディスプレイの斜視図を示す。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、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要角度方向を有する光ビームの角度成分のグラフ表示を示す。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例における回折格子の断面図を示す。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビューバックライトの断面図を示す。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビューバックライトの平面図を示す。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビューバックライトの斜視図を示す。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビューバックライトの一部を示す。 本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、例におけるマルチビューバックライトの一部を示す。 本明細書に記載の原理と一致するさらに別の実施形態による、例におけるマルチビューバックライトの一部を示す。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビーム要素を含むマルチビューバックライトの一部の断面図を示す。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビーム要素を含むマルチビューバックライトの一部の断面図を示す。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビーム要素の複数の回析格子の断面図を示す。 本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、例において図６Ａに示される複数の回折格子の平面図を示す。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビーム要素の平面図を示す。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例における別のマルチビーム要素の平面図を示す。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビーム要素を含むマルチビューバックライトの一部の断面図を示す。 本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、例におけるマルチビーム要素を含むマルチビューバックライトの一部の断面図を示す。 本明細書に記載の原理と一致するさらに別の実施形態による、例におけるマルチビーム要素を含むマルチビューバックライトの一部の断面図を示す。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビューディスプレイのブロック図を示す。 本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビューバックライトを動作させる方法のフローチャートを示す。

特定の例および実施形態は、上記で参照され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。これらの機能およびその他の機能については、上記で参照した図を参照して以下で詳しく説明する。

本明細書に記載の原理による例および実施形態は、マルチビューまたは３次元（３Ｄ）ディスプレイ、およびマルチビューディスプレイに適用されるマルチビューバックライトを提供する。特に、本明細書に記載の原理と一致する実施形態は、複数の異なる主要角度方向を有する指向性光ビームを提供するように構成されたマルチビーム要素と、指向性光ビームの異なる主要角度方向を調整するように構成されたレンズまたは「マイクロレンズ」を使用するマルチビューバックライトを提供する。様々な実施形態によれば、マルチビューバックライトのマルチビーム要素および関連するマイクロレンズによって提供される指向性光ビームの調整された異なる主要角度方向は、マルチビューディスプレイの様々なビューの異なる方向に対応する。本明細書に記載のマルチビューバックライトを採用するマルチビューディスプレイの使用には、携帯電話（スマートフォンなど）、時計、タブレットコンピュータ、モバイルコンピュータ（ラップトップコンピュータなど）、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、カメラのディスプレイ、その他の様々なモバイル、および実質的に非モバイルのディスプレイアプリケーションとデバイスが含まれるが、これらに限定されない。

本明細書において、「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た電子ディスプレイまたはディスプレイシステムとして定義される。図１Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビューディスプレイ１０の斜視図を示す。図１Ａに示すように、マルチビューディスプレイ１０は、見られるマルチビュー画像を表示するスクリーン１２を含む。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、カメラのディスプレイ、または実質的に他の任意のデバイスの電子ディスプレイのディスプレイスクリーンなどであってもよい。

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要角度方向（または単に異なる方向）に延びる矢印として示されている。異なるビュー１４は、矢印（すなわち、ビュー方向１６を描いている）の終端に、影付きの多角形のボックスとして示されている。また、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、これらはすべて例示であって限定するものではない。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に表示されるとき、ビュー１４は実際にスクリーン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を描いているのは、説明を簡単にするためだけでのことであり、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。

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｝によって得られる主要角度方向を有する。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は垂直面の角度（例えば、マルチビューディスプレイ画面の平面に垂直）であり、一方で方位角φは水平面の角度（例えば、マルチビューディスプレイ画面の平面に平行）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よる、特定の主要角度方向、すなわち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）に対応する方向を有する光ビーム２０の角度成分｛θ，φ｝のグラフ表示を示す。加えて、光ビーム２０は、本明細書の定義により、特定の点から放出または発散する。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、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、または複数のビューのうちのビュー同士の間の角度の差を含む、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、本明細書の定義により、明示的に３つ以上の異なるビュー（すなわち、最低３つのビューおよび一般に４つ以上のビュー）を含む。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、明確に区別される。ただし、マルチビュー画像およびマルチビューディスプレイには、本明細書での定義により、３つ以上のビューが含まれるが、マルチビュー画像は、マルチビューのビューのうち一度に見る２つ（例えば、片目に１つのビュー）だけを選択することによって、立体画像のペアとして見る（例えば、マルチビューディスプレイで）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同様の複数の異なるビューのそれぞれにおける「ビュー」ピクセルを表すサブピクセルのセットとして定義される。特に、マルチビューピクセルは、マルチビュー画像の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サブピクセルを有することができる。さらに、マルチビューピクセルのサブピクセルは、本明細書の定義により、各サブ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ているという点で、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サブ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実質的に同様の位置または座標を有し得る。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の｛ｘ_１，ｙ_１｝にあるビューピクセルに対応する個別のサブピクセルを有することができ、一方で第２のマルチビューピクセルは、異なるビューのそれぞれの｛ｘ_２，ｙ_２｝にあるビューピクセルに対応する個別のサブピクセルを有することができる、などである。

いくつかの実施形態では、マルチビューピクセル内のサブピクセルの数は、マルチビューディスプレイのビューの数に等しくてもよい。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個のサブピクセルを提供し得る。別の例では、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のビュー）を提供でき、マルチビューピクセルは３２のサブピクセル（すなわち各ビューに１つ）を含むことができる。加えて、それぞれの異なるサブピクセルは、例えば、６４個の異なるビューに対応するビュー方向の異なる１つに対応する関連する方向（例えば、光ビーム方向）を有し得る。さらに、いくつかの実施形態によれば、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルの数は、マルチビューディスプレイのビューの「ビュー」ピクセル（すなわち、選択されたビューを構成するピクセル）の数と実質的に等しくてもよい。例えば、ビューに６４０×４８０のビューピクセル（つまり、６４０×４８０のビューの解像度）が含まれる場合、マルチビューディスプレイには（３０７，２００）のマルチビューピクセルがあり得る。別の例では、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１万（つまり１００×１００＝１０，０００）のマルチビューピクセルを含むことがあり得る。

本明細書では、「光ガイド」は、全内部反射を使用し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で実質的に透明なコアを含んでもよい。様々な例では、「光ガイド」という用語は一般に、全内部反射を使用して、光ガイドの誘電材料と、その光ガイドを囲む材料または媒体との間の界面で、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、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ということである。いくつかの実施形態では、光ガイドは、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んで、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であってもよい。光ガイドは、いくつかの光ガイドのいずれかであり得、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がこれらに限定されない。

さらに本明細書において、「プレート状光ガイド」のように光ガイドに適用される場合の「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、一片または差別的に平面の層またはシートとして定義される。特に、プレート状光ガイドは、光ガイドの上面および底面（すなわち、反対側の面）によって境界を定められた実質的に直交する２つの方向に光を導くように構成された光ガイドとして定義される。さらに、本明細書の定義により、上面および底面は両方とも互いに分離されており、少なくとも差動的な意味で互いに実質的に平行であってもよい。すなわち、プレート状光ガイドの任意の異なる小さなセクション内では、上面と底面は実質的に平行または同一平面上にある。

いくつかの実施形態では、プレート状光ガイドは実質的に平坦（すなわち、平面に限定）であり得、したがって、プレート状光ガイドは平面の光ガイドである。他の実施形態では、プレート状光ガイドは、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、プレート状光ガイドは、円柱状のプレート状光ガイドを形成するために一次元で湾曲していてもよい。しかし、任意の曲率は、光を導くためのプレート状光ガイド内で全内部反射が維持されるのを確実にするのに十分に大きい曲率半径を備える。

本明細書において、「角度維持散乱特徴部」または同等に「角度維持散乱体」は、特徴部または散乱体に入射する光の角度の広がりを散乱光で実質的に維持するように光を散乱するように構成された任意の特徴部または散乱体である。特に、定義により、角度維持散乱特徴部によって散乱される光の角度の広がりσ_ｓは、入射光の角度の広がりσの関数である（つまり、σ_ｓ＝ｆ（σ））。一部の実施形態では、散乱光の角度の広がりσ_ｓは、入射光の角度の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、σ_ｓ＝ａ・σであり、式中ａは整数である）。すなわち、角度維持散乱特徴部によって散乱される光の角度の広がりσ_ｓは、入射光の角度の広がりまたはコリメーション係数σに実質的に比例し得る。例えば、散乱光の角度の広がりσ_ｓは、入射光の角度の広がりσに実質的に等しくてもよい（例えば、σ_ｓ≒σ）。均一な回折格子（すなわち、実質的に均一または一定の回折特徴部の間隔または格子ピッチを有する回折格子）は、角度維持散乱特徴部の例である。対照的に、ランバートの散乱体または反射体および一般的なディフューザー（例えば、ランバートの散乱を有するまたは近似する）は、本明細書の定義により、角度維持散乱体ではない。

本明細書において、「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た複数の特徴部（すなわち、回折特徴部）として定義される。いくつかの例で、複数の特徴部は周期的または準周期的に配置されてもよい。例えば、回折格子は、一次元（１Ｄ）のアレイに配置された複数の特徴部（例えば、材料の表面の複数の溝または隆起）を含み得る。他の例では、回折格子は、特徴部の二次元（２Ｄ）のアレイであってもよい。回折格子は、例えば、材料の表面上のバンプまたは材料の表面にある穴の２Ｄアレイであってもよい。

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。光が光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、回折格子が回折によって光ガイドから光を結合出力できるという点で、「回折結合」に至り、そのため「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）光を方向転換または光の角度を変更する。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方向転換する回折特徴部を含む構造であると理解することができ、光が光ガイドから入射する場合、回折格子はまた、光ガイドからの光を回折的に結合出力し得る。

さらに、本明細書の定義により、回折格子の特徴部は「回折特徴部」と呼ばれ、材料の表面における、表面内、および表面上（すなわち、２つの材料間の境界）のうちの１つまたはそれ以上であり得る。表面は、例えば、光ガイドの表面であり得る。回折特徴部は、表面における、表面内、または表面上の溝、隆起、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んでもよい。例えば、回折格子は、材料の表面に複数の実質的に平行な溝を含んでもよい。別の例では、回折格子は、材料の表面から立ち上がった状態である、複数の平行な隆起を含んでもよい。回折特徴部（例えば、溝、隆起、穴、バンプなど）は、正弦波プロファイル、長方形のプロファイル（例えば、バイナリ回折格子）、三角形のプロファイルおよび鋸歯状のプロファイル（例えば、ブレーズド（blazed）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、以下で説明するマルチビーム要素の回折格子）を使用して、光ガイド（例えば、プレート状光ガイド）からの光を光ビームとして回折的に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θ_ｍまたはそれによって提供される回折角は、次のような式（１）によって得られる。

式中、λは光の波長、ｍは回折次数、ｎは光ガイドの屈折率、ｄは回折格子の特徴部間の距離または間隔、θ_ｉ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（つまり、ｎ_ｏｕｔ＝１）と仮定している。一般に、回折次数ｍは整数で得られる。回折格子によって生成される光ビームの回折角θ_ｍは、回折次数が正である（例えば、ｍ＞０）式（１）によって得ることができる。例えば、回折次数ｍが１に等しい場合（つまり、ｍ＝１）、１次回折が提供される。

図２は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例における回折格子３０の断面図を示す。例えば、回折格子３０は、光ガイド４０の表面に配置されてもよい。加えて、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。入射光ビーム５０は、光ガイド４０内の導波光ビーム（guided light beam）であってもよい。また、図２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結合出力（coupled-out）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）によって得られるような回折角θ_ｍ（または本明細書では「主要角度方向」）を有する。回折角θ_ｍは、例えば、回折格子３０の回折次数「ｍ」に対応し得る。

本明細書の定義により、「マルチビーム要素」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。いくつかの実施形態において、マルチビーム要素は、バックライトの光ガイドに光学的に結合されて、光ガイド内で誘導される（guided）光の一部を結合出力することにより、複数の光ビームを提供し得る。他の実施形態では、マルチビーム要素は、光ビームとして放射される光を生成してもよい（例えば、光源を備えてもよい）。さらに、マルチビーム要素によって生成される複数の光ビームのうちの光ビームは、本明細書の定義により、互いに異なる主要角度方向を有する。特に、定義により、複数の光ビームの１つの光ビームは、複数の光ビームの他の光ビームとは異なる所定の主要角度方向を有する。さらに、複数の光ビームは光照射野を表してもよい。例えば、複数の光ビームは、実質的に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要角度方向を含む所定の角度の広がりを有し得る。したがって、組み合わされた光ビーム（すなわち、複数の指向性光ビーム）の所定の角度の広がりは、光照射野を表せる。

様々な実施形態によれば、様々な複数の光ビームの異なる主要角度方向は、マルチビーム要素のサイズ（例えば、長さ、幅、面積など）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。いくつかの実施形態では、マルチビーム要素は、本明細書の定義により、「拡張した点光源」、すなわちマルチビーム要素の範囲全体に分布する複数の点光源と見なされ得る。さらに、マルチビーム要素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｝により得られる主要角度方向を有する。

本明細書では、「コリメータ」は、光をコリメートする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。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実施形態ごとに変動してもよい。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コリ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の形状を含むことができる。

本明細書では、「コリメーション係数」は、光がコリメーション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、コリメート光ビーム内にある光線の角度の広がりを規定する。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の広がり内にあることを指定する場合がある（例えば、コリメート光ビームの中心または主要角度方向を中心として＋／−σ度）。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することがあり、角度の広がりはコリメート光ビームのピーク強度の半分によって決定される角度であり得る。

本明細書において、「光源」は、光源（例えば、光を生成および放出するように構成された光エミッタ）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発する発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光エミッタを含んでもよい。特に、本明細書では、光源は、実質的に任意の光源であるか、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、プラズマベースの光エミッタ、蛍光灯、白熱灯、および実質的に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た光は、色を有していても（つまり、特定の波長の光を含んでも）、ある範囲の波長（例えば白色光）であってもよい。いくつかの実施形態では、光源は複数の光エミッタを含んでもよい。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、光エミッタのうちの少なくとも１つが、セットまたはグループのうちの少なくとも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は異なる色または同等に波長を有する光を生成する。異なる色には、例えば原色（例えば、赤、緑、青）が含まれる場合がある。

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つまたはそれ以上の」という意味を有することを意図している。例えば、「ａ ｍｕｌｔｉｂｅａｍ ｅｌｅｍｅｎｔ」とは、１つまたはそれ以上のマルチビーム要素を意味し、そのため、本明細書では「ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｂｅａｍ ｅｌｅｍｅｎｔ」は「ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｂｅａｍ ｅｌｅｍｅｎｔ（ｓ）」を意味している。また、「上（top）」、「下（bottom）」、「上（upper）」、「下（lower）」、「上（up）」、「下（down）」、「前（front）」、「後ろ（back）」、「第１（first）」、「第２（second）」、「左（left）」または「右（right）」に対するいずれの言及は、本明細書では制限を意図するものではない。本明細書において、「約」という用語は、値に適用される場合、他に明示的に記していない限り、通常、値を生じるために使用される機器の許容範囲内であることを意味し、または、プラスまたはマイナス１０％、プラスまたはマイナス５％、またはプラスまたはマイナス１％を意味する場合がある。さらに、本明細書で使用される「実質的に」という用語は、過半数、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、論じる目的で提示されている。

本明細書に記載の原理のいくつかの実施形態によれば、マルチビューバックライトが提供される。図３Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビューバックライト１００の断面図を示す。図３Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビューバックライト１００の平面図を示す。図３Ｃは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビューバックライト１００の斜視図を示す。図３Ｃの斜視図は、本明細書での論述を促すだけのために、部分的に切欠いた状態で示されている。

図３Ａ〜図３Ｃに示すマルチビューバックライト１００は、互いに異なる主要角度方向（または単に「方向」）を有する複数の指向性光ビーム１０２（例えば、光照射野として）を提供するように構成されている。特に、提供される複数の指向性光ビーム１０２は、様々な実施形態によれば、マルチビューディスプレイのそれぞれのビュー方向に対応する異なる主要角度方向にマルチビューバックライト１００から離れるように向けられる。さらに、本明細書でさらに詳細に説明するように、複数の指向性光ビーム１０２の最終方向は、少なくとも部分的に、レンズ、より具体的にはマイクロレンズによって提供される。いくつかの実施形態では、指向性光ビーム１０２を変調して（例えば、以下に説明するようにライトバルブを使用して）、３Ｄコンテンツを有する情報の表示を促進することができる。

図３Ａ〜図３Ｃに示されるように、マルチビューバックライト１００は、光ガイド１１０を含む。いくつかの実施形態によれば、光ガイド１１０はプレート状光ガイド１１０であってもよい。光ガイド１１０は、光を導波光１０４として光ガイド１１０の長さに沿って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た誘電材料を含むことができる。誘電材料は、誘電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の屈折率を有してもよい。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ガイドモードに従って導波光１０４の全内部反射を促進するように構成される。

いくつかの実施形態では、光ガイド１１０は、光学的に透明な誘電材料の延長された実質的に平面のシートを含むスラブまたはプレート光導波路であってもよい。誘電材料の実質的に平面のシートは、全内部反射を使用して導波光１０４を誘導する（guide）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、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）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か、それらから構成されてもよい。いくつかの例では、光ガイド１１０は、光ガイド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、光ガイド１１０は、光ガイド１１０の第１の表面１１０’（例えば、「前側の」表面または面）と第２の表面１１０’’（例えば、「後ろ側の」表面または面）との間の非ゼロ伝播角での全内部反射に従って導波光１０４を誘導するように構成される。特に、導波光１０４は、光ガイド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、異なる色の光を含む複数の導波光１０４は、異なる、色固有の、非ゼロ伝播角のそれぞれで光ガイド１１０によって誘導され得る。わかりやすくするために、図３Ａ〜図３Ｃには非ゼロ伝播角は示されていないことに留意されたい。しかし、伝播方向１０３を示す太い矢印は、図３Ａの光ガイドの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。

本明細書で定義されるように、「非ゼロ伝播角」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、様々な実施形態によれば、非ゼロ伝播角は、ゼロより大きく、かつ光ガイド１１０内の全内部反射の臨界角より小さい。例えば、導波光１０４の非ゼロ伝播角は、約１０度から約５０度の間、またはいくつかの例では、約２０度から約４０度の間、または約２５度から約３５度の間であり得る。例えば、非ゼロ伝播角は約３０度である。他の例では、非ゼロ伝播角は約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が、光ガイド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選択されてもよい（例えば、任意に）。

光ガイド１１０内の導波光１０４は、非ゼロ伝播角（例えば、約３０〜３５度）で光ガイド１１０に導入または結合され得る。レンズ、ミラーまたは同様のリフレクタ（例えば、傾斜コリメートリフレクタ）、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、非ゼロ伝播角での導波光１０４として光ガイド１１０の入口端部への光の結合を促進し得る。光ガイド１１０に結合されると、導波光１０４は、光ガイド１１０に沿って、概して入口端部から離れる方向に伝播する（例えば、図３Ａのｘ軸に沿って指す太い矢印で示される）。

さらに、様々な実施形態によれば、導波光１０４、または同等に光を光ガイド１１０に結合することにより生成される導波光１０４は、コリメート光ビームであってもよい。本明細書において、「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実質的に平行である光ビーム（例えば、導波光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見なされない。いくつかの実施形態では、マルチビューバックライト１００は、例えば光源からの光をコリメートするために、上述のレンズ、リフレクタまたはミラーなどのコリメータ（例えば、傾斜コリメートリフレクタ）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。様々な実施形態において、導波光１０４は、上述のコリメーション係数に従って、またはコリメーション係数を有してコリメーションされてもよい。

いくつかの実施形態では、光ガイド１１０は、導波光１０４を「再利用」するように構成されてもよい。特に、光ガイドの長さに沿ってガイドされた導波光１０４は、伝播方向１０３とは異なる別の伝播方向１０３’でその長さに沿って再び方向転換して戻ることができる。例えば、光ガイド１１０は、光源に隣接する入口端部の反対側の光ガイド１１０の端部に、リフレクタ（図示せず）を含むことができる。リフレクタは、導波光１０４を再利用導波光として入口端部に向かって反射して戻すように構成することができる。このように導波光１０４を再利用すると、導波光を、例えば以下に説明するマルチビーム要素に複数回利用可能にすることにより、マルチビューバックライト１００の輝度（例えば、指向性光ビーム１０２の強度）を増加させることができる。

図３Ａでは、再利用された導波光の伝播方向１０３’を示す太い矢印（例えば、負のｘ方向に向けられている）は、光ガイド１１０内の再利用された導波光の一般的な伝播方向を示している。代替的に（例えば、導波光の再利用とは対照的に）、他の伝播方向１０３’で伝播する導波光１０４を、（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り、提供することができる。

様々な実施形態によれば、マルチビューバックライトは、マルチビーム要素１２０をさらに備える。さらに、図３Ａ〜図３Ｃに示されるように、マルチビューバックライト１００は、光ガイドの長さに沿って互いに間隔を空けて配置された複数のマルチビーム要素１２０を備えてもよい。特に、複数のマルチビーム要素１２０は、有限の空間によって互いに分離されており、光ガイドの長さに沿った個々の別個の要素を表している。すなわち、本明細書の定義により、複数のマルチビーム要素１２０は、有限（すなわち、非ゼロ）の要素間の距離（例えば、有限の中心間距離）に従って互いに間隔を空けられている。さらに、いくつかの実施形態によれば、複数のマルチビーム要素１２０は一般に、互いに交差したり、重なり合ったり、さもなければ互いに接触したりしない。すなわち、複数の各マルチビーム要素１２０は、一般的に別個であり、マルチビーム要素１２０の他の要素から分離されている。

いくつかの実施形態によれば、複数のマルチビーム要素１２０は、一次元（１Ｄ）アレイまたは二次元（２Ｄ）アレイのいずれかに配置されてもよい。例えば、複数のマルチビーム要素１２０は、線形１Ｄアレイとして配置されてもよい。別の例では、複数のマルチビーム要素１２０は、長方形の２Ｄアレイまたは円形の２Ｄアレイとして配置されてもよい。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であり得る。特に、マルチビーム要素１２０間の要素間の距離（例えば、中心間の距離または間隔）は、アレイにわたって実質的に均一または一定であり得る。他の例では、マルチビーム要素１２０間の要素間の距離は、アレイ全体にわたり変えること、および光ガイド１１０の長さに沿って変えることの一方または両方が可能である。

様々な実施形態によれば、複数のマルチビーム要素１２０は、複数の指向性光ビーム１０２として導波光の一部を光ガイドから散乱させるか結合出力するように構成される。様々な実施形態において、複数の指向性光ビームの指向性光ビーム１０２は、互いに異なる主要角度方向を有する。特に、図３Ａおよび図３Ｃは、指向性光ビーム１０２を、光ガイド１１０の第１（または前側）の表面１１０’から離れるように方向付けられているように描かれた複数の分岐する矢印として示している。

図３Ａ〜図３Ｃに示されるマルチビューバックライト１００は、マイクロレンズ１３０をさらに備える。特に、図示のように、マルチビューバックライト１００は、複数のマイクロレンズ１３０を備え、複数のマイクロレンズの各マイクロレンズ１３０は、異なるマルチビーム要素１２０に関連付けられるか、それに対応する。マイクロレンズ１３０は、マルチビューディスプレイ（例えば、マルチビューバックライト１００を使用する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ように、指向性光ビーム１０２の異なる主要角度方向を調整するように構成される。すなわち、マイクロレンズ１３０は、マルチビーム要素１２０から指向性光ビーム１０２を受け取り、次に指向性光ビーム１０２が様々なビュー方向を指し示す主要角度方向を有するように、所定の方法で指向性光ビーム１０２の方向を調整、転換または変更するように構成されるマイクロレンズ１３０は、図３Ｂおよび図３Ｃでは円形を有するように示されているが、様々な実施形態に応じて、様々なレンズ形状のいずれかが採用され得ることに留意されたい（例えば、マイクロレンズ１３０は、長方形、正方形などを有し得る）。

様々な実施形態によれば、主要角度方向の方向調整は、複数の指向性光ビームの角度の広がりの増加または減少のいずれかをもたらし得る。特に、いくつかの実施形態では、マイクロレンズ１３０は、複数の指向性光ビーム１０２の角度の広がりを減少させることにより、指向性光ビーム１０２の異なる主要角度方向を調整するように構成された収束レンズを含み得る。すなわち、マイクロレンズ１３０は、複数の指向性光ビーム１０２のコリメーションを増加させるように作用し得る。他の実施形態では、マイクロレンズ１３０は、複数の指向性光ビーム１０２の角度の広がりを増大させることにより、指向性光ビーム１０２の異なる主要角度方向を調整するように構成された発散レンズを備えてもよい。収束レンズは、例えば、凸レンズであってもよく、発散レンズは、凹レンズであってもよい。さらに他の実施形態では、マイクロレンズ１３０は、収束レンズと発散レンズの両方を備えてもよく、例えば、マイクロレンズ１３０は複合レンズであってもよい。

図４Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビューバックライト１００の一部を示す。特に、図４Ａは、光ガイド１１０、マルチビーム要素１２０、およびマイクロレンズ１３０を含むマルチビューバックライト１００の一部を示している。図示されるように、マルチビーム要素１２０は、光ガイド１１０の第１の表面１１０’（すなわち、指向性光ビーム１０２放出表面）の反対側の第２の表面１１０’’に隣接する。さらに、図４Ａのマイクロレンズ１３０は、光ガイド１１０の第１の表面１１０’から放出される複数の指向性光ビーム１０２の角度の広がりを減少させるように構成される収束レンズ（例えば、単純な両凸レンズ）として示される。図４Ａはまた、指向性光ビーム１０２を提供するためにマルチビーム要素１２０を照射するために使用される導波光１０４も示している。図３Ａはまた、限定ではなく例として、収束レンズとしてマイクロレンズ１３０を示していることに留意されたい。

図４Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する他の実施形態による、例におけるマルチビューバックライト１００の一部を示す。特に、図４Ｂは、光ガイド１１０、マルチビーム要素１２０、およびマイクロレンズ１３０を含むマルチビューバックライト１００の一部を示している。図示されるように、マルチビーム要素１２０は、光ガイドの第１の表面１１０’に隣接している。しかし、図４Ｂに示されるマイクロレンズ１３０は、複数の指向性光ビーム１０２の角度の広がりを増大させるように構成された発散レンズ（例えば、単純な両凹レンズ）である。図４Ｂはまた、指向性光ビーム１０２を提供するためにマルチビーム要素１２０を照射するために使用される導波光１０４も示している。

図４Ａのマイクロレンズ１３０は両凸レンズとして示されており、図４Ｂのマイクロレンズ１３０は両凹レンズとして示されているが、様々な実施形態によれば、単一または平凸レンズ、および単一または平凹レンズもまた、マイクロレンズ１３０として使用できるということに留意されたい。さらに、マイクロレンズ１３０は、フレネルレンズを含むがこれに限定されない様々な他のレンズ構成のいずれかを使用して実装されてもよい。したがって、図４Ａ〜図４Ｂに示されている単純なレンズは、限定ではなく例として提示されている。

いくつかの実施形態では、マイクロレンズ１３０は、光ガイド１１０の表面（例えば、第１の表面１１０’）に隣接して配置された光学層によって支持され、さらに一体化されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、マイクロレンズ１３０の材料は、光学層の材料を含み得る。例えば、光学層は、光学層の表面に形成されたマイクロレンズ１３０を有してもよい。いくつかの実施形態では、光学層は、ギャップによって光ガイド表面から分離されている（例えば、光ガイド１１０内の全内部反射の条件を維持するため）。

図４Ｃは、本明細書に記載の原理と一致するさらに別の実施形態による、例におけるマルチビューバックライト１００の一部を示す。特に、図４Ｃは、光ガイド１１０、マルチビーム要素１２０、およびマイクロレンズ１３０を示している。さらに、図４Ｃは、光学層１３２と一体のマイクロレンズ１３０を示している。すなわち、図示のように、マイクロレンズ１３０は光学層１３２の表面に形成されている。図４Ｃでは、光学層１３２は、ギャップ１３４によって、光ガイド表面から分離されており、光ガイド１１０の全内部反射の条件を維持している。したがって、ギャップは、光ガイド１１０の材料または光学層１３２の材料のいずれかの屈折率よりも低い屈折率を有する材料で満たされてもよい。ギャップ１３４を満たすために使用され得る材料の例には、空気または低屈折率の光学テープが含まれるが、これらに限定されない。マルチビーム要素１２０によって散乱される導波光１０４は、図４Ｃに複数の矢印として表される散乱光１０２’を提供し得る。光ガイド１１０を出て、マイクロレンズ１３０を通り調整される散乱光１０２’の一部は、例えば、指向性光ビーム１０２（図４Ｃには図示せず）になり得る。

再び図３Ａ〜図３Ｃを参照すると、マルチビーム要素１２０のサイズは、様々な実施形態によれば、上で定義されたマルチビューディスプレイのマルチビューピクセル１０６のサブピクセル１０６’（または同等にビューピクセル）のサイズに匹敵し得る。マルチビューピクセル１０６は、議論を容易にする目的でマルチビューバックライト１００とともに図３Ａ〜図３Ｃに示されている。本明細書では、「サイズ」は、長さ、幅、または面積を含むがこれらに限定されない様々な方法のいずれかで定義されてもよい。例えば、サブピクセル１０６’のサイズはその長さであってもよく、マルチビーム要素１２０の匹敵するサイズもマルチビーム要素１２０の長さであってもよい。別の例では、サイズは、マルチビーム要素１２０の面積がサブピクセル１０６’の面積に匹敵するような面積を指し得る。さらに別の例では、マルチビーム要素１２０のサイズは、隣接するサブピクセル１０６’間の間隔（例えば、中心間の距離またはピクセル間の間隔）に匹敵する場合がある。

いくつかの実施形態では、マルチビーム要素１２０のサイズは、サブピクセルのサイズに匹敵しており、その結果マルチビーム要素のサイズがサブピクセルのサイズの約５０パーセント（５０％）から約２００パーセント（２００％）になる。例えば、マルチビームの要素サイズが「ｓ」で示され、サブピクセルのサイズが「Ｓ」で示される場合（例えば、図３Ａに示すように）、マルチビーム要素のサイズｓは式（２）で求められる。

他の例では、マルチビーム要素のサイズは、サブピクセルのサイズの約６０パーセント（６０％）、またはサブピクセルのサイズの約７０パーセント（７０％）より大きい、またはサブピクセルのサイズの約８０パーセント（８０％）より大きい、またはサブピクセルのサイズの約９０パーセント（９０％）より大きい、またマルチビーム要素がサブピクセルのサイズの約１８０パーセント（１８０％）未満である、またはサブピクセルのサイズの約１６０パーセント（１６０％）未満である、またはサブピクセルのサイズの約１４０パーセント（１４０％）未満である、またはサブピクセルのサイズの約１２０パーセント（１２０％）未満である。例えば、「匹敵するサイズ」では、マルチビーム要素のサイズは、サブピクセルのサイズの約７５パーセント（７５％）から約１５０パーセント（１５０％）の間である。別の例では、マルチビーム要素１２０は、マルチビーム要素のサイズがサブピクセルのサイズの約１２５パーセント（１２５％）から約８５パーセント（８５％）の間で、サブピクセル１０６’とサイズが匹敵していてもよい。いくつかの実施形態によれば、マルチビーム要素１２０およびサブピクセル１０６’の匹敵するサイズは、マルチビューディスプレイのビュー間の暗いゾーンを減少させるか、いくつかの例では最小化するよう選択され得るが、同時に、マルチビューディスプレイのビュー間のオーバーラップを減少させるか、いくつかの例では、最小化するよう選択することができる。

図３Ａ〜図３Ｃは、複数の指向性光ビームの指向性光ビーム１０２を変調するように構成されたライトバルブ１０８のアレイをさらに示している。ライトバルブアレイは、例えばマルチビューバックライトを使用するマルチビューディスプレイの一部であってもよく、本明細書での論述を容易にするためにマルチビューバックライト１００とともに図３Ａ〜図３Ｃに示されている。図３Ｃにおいて、ライトバルブ１０８のアレイは、ライトバルブアレイの下にある光ガイド１１０およびマルチビーム要素１２０の視覚化を可能にするために部分的に切り取られている。

図３Ａ〜図３Ｃに示すように、マルチビーム要素１２０によって提供され、マイクロレンズ１３０によって調整された異なる主要角度方向を有する指向性光ビーム１０２の異なるものは通過し、ライトバルブアレイにおけるライトバルブ１０８の異なるものによって変調され得る。さらに、図示のように、アレイのライトバルブ１０８はサブピクセル１０６’に対応し、ライトバルブ１０８のセットはマルチビューディスプレイのマルチビューピクセル１０６に対応する。特に、ライトバルブアレイのライトバルブ１０８の異なるセットは、マルチビーム要素１２０および関連するマイクロレンズ１３０の異なるものからの指向性光ビーム１０２を受け取り、変調するように構成される。例えば、第１のライトバルブセット１０８ａは、第１のマルチビーム要素１２０ａによって提供され、第１のマイクロレンズ１３０ａによって調整される指向性光ビーム１０２を受信および変調するように構成され得る。同様に、第２のマイクロレンズ１３０ｂと組み合わせた第２のマルチビーム要素１２０ｂは、例えば、指向性光ビーム１０２を第２のライトバルブセット１０８ｂに提供することができる。したがって、図３Ａに示されるように、各マルチビーム要素１２０および関連するマイクロレンズ１３０に対して、ライトバルブ１０８の１つの固有のセットがあり得る。様々な実施形態では、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１０８として、異なるタイプのライトバルブを使用することができる。

したがって、ライトバルブアレイ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１０８ａ、１０８ｂ）は、それぞれ異なるマルチビューピクセル１０６に対応し、ライトバルブセットの個々のライトバルブ１０８は、図３Ａに示すように、それぞれのマルチビューピクセル１０６のサブピクセル１０６’に対応する。さらに、図３Ａに示すように、サブピクセル１０６’のサイズは、ライトバルブアレイ内のライトバルブ１０８のサイズに対応し得る。他の例では、サブピクセルのサイズは、ライトバルブアレイの隣接するライトバルブ１０８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１０８は、ライトバルブアレイ内のライトバルブ１０８間の中心間の距離より小さくてもよい。サブピクセルのサイズは、例えば、ライトバルブ１０８のサイズ、またはライトバルブ１０８間の中心間の距離に対応するサイズのいずれかとして定義され得る。

いくつかの実施形態では、複数の隣接するマルチビーム要素１２０のペア間の要素間の距離（例えば、中心間の距離）は、例えば、ライトバルブセットによって表される、対応する隣接するマルチビューピクセル１０６のペア間のピクセル間の距離（例えば、中心間の距離）に等しくてもよい。例えば、図３Ａに示すように、第１のマルチビーム要素１２０ａと第２のマルチビーム要素１２０ｂとの間の中心間距離ｄは、第１のライトバルブセット１０８ａと第２のライトバルブセット１０８ｂとの間の中心間距離Ｄに実質的に等しい。他の実施形態（図示せず）では、マルチビーム要素１２０および対応するライトバルブセットのペアの相対的な中心間距離は異なり得る。例えば、マルチビーム要素１２０は、要素間間隔（すなわち、中心間距離ｄ）を有し得る。中心間距離ｄは、マルチビューピクセル１０６を表すライトバルブセット間の間隔（すなわち、中心から中心までの距離Ｄ）よりも大きいまたは小さいもののうちの１つである。

いくつかの実施形態では、マルチビーム要素１２０の形状は、マルチビューピクセル１０６の形状、または同等に、マルチビューピクセル１０６に対応するライトバルブ１０８のセット（または「サブアレイ」）の形状に類似している。例えば、マルチビーム要素１２０は正方形の形状を有してもよく、マルチビューピクセル１０６（または対応するライトバルブ１０８のセットの配置）は実質的に正方形であってもよい。別の例では、マルチビーム要素１２０は、長方形の形状を有してもよい、すなわち、幅または横方向の寸法よりも長さまたは縦方向の寸法の方が長くてもよい。この例では、マルチビーム要素１２０に対応するマルチビューピクセル１０６（または同等にライトバルブ１０８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３Ｂは、正方形のマルチビーム要素１２０およびライトバルブ１０８の正方形のセットを含む対応する正方形のマルチビューピクセル１０６の上面図または平面図を示す。さらに他の例（図示せず）では、マルチビーム要素１２０および対応するマルチビューピクセル１０６は、三角形、六角形、および円形を含むか、または少なくともこれらに近似しているが、これらに限定されない様々な形状を有する。

様々な実施形態によれば、マルチビーム要素１２０は、導波光１０４の一部を散乱または結合出力するように構成されたいくつかの異なる散乱構造のいずれかを備えてもよい。例えば、異なる散乱構造には、回折格子、マイクロ反射要素、マイクロ屈折要素、またはそれらの様々な組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。これらの散乱構造のそれぞれは、角度維持散乱体であり得る。いくつかの実施形態では、回折格子を備えるマルチビーム要素１２０は、異なる主要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結合出力するように構成される。他の実施形態では、マイクロ反射要素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結合出力するように構成され、またはマイクロ屈折要素を含むマルチビーム要素１２０は、屈折による、または屈折を使用して複数の指向性光ビーム１０２として導波光部分を結合出力する（すなわち、導波光部分を屈折的に結合出力する）ように構成される。

さらに、いくつかの実施形態では、マルチビーム要素１２０の散乱構造は、ランバート散乱体または一般的なディフューザーを備えてもよい。例えば、図４Ｃに示されるマルチビーム要素１２０は、図示されるように、マルチビーム要素１２０の上方の広い角度領域で光を散乱するように構成された一般的なディフューザーを表し得る。典型的には、本明細書の定義により、ランバート散乱体および一般的なディフューザーは、角度維持散乱体ではない。したがって、図４Ｃに示されるように、一般的な散乱体を含むマルチビーム要素１２０によって提供される散乱光の角度の範囲は、例えば、図４Ｃにおいてコリメーション係数σにより示される導波光１０４の角度の範囲より大きく、いくつかの例では遥かに大きい。

図５Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビーム要素１２０を含むマルチビューバックライト１００の一部の断面図を示す。図５Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、例におけるマルチビーム要素１２０を含むマルチビューバックライト１００の一部の断面図を示す。特に、図５Ａおよび図５Ｂは、回折格子１２２を含むマルチビューバックライト１００のマルチビーム要素１２０を示している。回折格子１２２は、複数の指向性光ビーム１０２として導波光１０４の一部を回折的に結合出力するように構成される。回折格子１２２は、導波光部分の回折結合出力を提供するように構成された回折特徴部の間隔または回折特徴部または格子ピッチによって互いに離れた複数の回折特徴部を含む。様々な実施形態によれば、回折格子１２２内の回折特徴部の間隔または格子ピッチは、サブ波長（すなわち、導波光の波長未満）であり得る。

いくつかの実施形態では、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てもよい。例えば、回折格子１２２は、図５Ａに示されるように、光ガイド１１０の第１の表面１１０’にあっても、それに隣接していてもよい。光ガイドの第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結合出力するように構成される透過モード回折格子であってもよい。別の例では、図５Ｂに示されるように、回折格子１２２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’’に位置する場合、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、導波光部分を回折し、回折導波光部分を第１の表面１１０’に向かって反射し、回折的に結合出力した回折光ビーム１０２として第１の表面１１０’から出るように構成される。他の実施形態（図示せず）では、回折格子は、例えば、透過モード回折格子および反射モード回折格子の一方または両方として、光ガイド１１０の表面間に配置されてもよい。

本明細書に記載のいくつかの実施形態では、指向性光ビーム１０２の主要角度方向は、光ガイド表面で光ガイド１１０を出る指向性光ビーム１０２による屈折の効果を含み得ることに留意されたい。例えば、図４Ｂおよび図５Ｂは、指向性光ビーム１０２が第１の表面１１０’を横切るとき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、例として、限定することなく示す。

いくつかの実施形態によれば、回折格子１２２の回折特徴部は、互いに離間した溝および隆起の一方または両方を備えてもよい。溝または隆起は、光ガイド１１０の材料を含んでもよく、例えば、光ガイド１１０の表面に形成されてもよい。別の例では、溝または隆起は、光ガイド材料以外の材料、例えば、光ガイド１１０の表面上の別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、マルチビーム要素１２０の回折格子１２２は、回折特徴部の間隔が回折格子１２２全体にわたって実質的に一定または不変である均一な回折格子である。他の実施形態では、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特徴部の回折間隔（すなわち、格子ピッチ）を示す、または有する回折格子である。いくつかの実施形態では、チャープ回折格子は、距離とともに直線的に変化する回折特徴部間隔のチャープを有するか、示すことがある。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、マルチビーム要素１２０のチャープ回折格子は、回折特徴部間隔の非線形チャープを示し得る。指数チャープ、対数チャープ、または別の、実質的に不均一またはランダムであるが依然として単調な方法で変化するチャープを含むが、これらに限定されない様々な非線形チャープを使用することができる。正弦波チャープまたは三角形または鋸歯状チャープなどの、これらに限定されない、非単調チャープも使用できる。これらのタイプのチャープのいずれかの組み合わせも使用できる。

いくつかの実施形態では、マルチビーム要素１２０または同等に回折格子１２２は、複数の回折格子１２２を備えてもよい。複数の回折格子１２２は、回折格子１２２の複数の「サブ格子」と呼ばれることもある。複数の回折格子（またはサブ格子）を複数の異なる構成で組織して、複数の指向性光ビーム１０２として導波光１０４の一部を散乱または回折的に結合出力させることができる。特に、マルチビーム要素１２０の複数の回折格子１２２は、第１の回折格子および第２の回折格子（または同等に第１のサブ格子および第２のサブ格子）を備えてもよい。第１の回折格子は、複数の指向性光ビーム１０２のうちの第１の光ビームを提供するように構成できるが、第２の回折格子は、複数の指向性光ビーム１０２のうちの第２の光ビームを提供するように構成できる。様々な実施形態によれば、第１および第２の光ビームは、異なる主要角度方向を有し得る。さらに、いくつかの実施形態によれば、複数の回折格子１２２は第３の回折格子、第４の回折格子などを含むことができ、各回折格子は他の指向性光ビーム１０２を提供するように構成される。

いくつかの実施形態で、複数の回折格子の回折格子１２２のうちの１つまたはそれ以上は、指向性光ビーム１０２のうちの２つ以上を提供し得る。さらに、回折格子１２２によって提供される異なる指向性光ビーム１０２は、水平軸（例えば、ｘ方向またはθ角度成分）および垂直軸（例えば、ｙ方向またはφ角度成分）に沿って、互いに異なる主要角度方向を有し得る。回折格子１２２によって提供される個々の指向性光ビーム１０２の異なる主要角度方向の制御は、水平のみの視差、完全な二次元視差、および水平のみの視差と完全な視差との間の変化の一方または両方を有するマルチビューディスプレイを容易にし得る。

図６Ａは、本明細書で説明する原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビーム要素１２０の複数の回折格子１２２の断面図を示す。図６Ｂは、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、例において、図６Ａに示される複数の回折格子１２２の平面図を示す。図６Ａの断面図は、例えば、図６Ｂに示される回折格子１２２の最下列を通して左から右に得られる断面を表し得る。図６Ａおよび図６Ｂに示すように、複数の回折格子１２２は、光ガイド１１０の表面（例えば、図示の第２の表面１１０’’）のマルチビーム要素１２０内にある第１の回折格子１２２ａおよび第２の回折格子１２２ｂを含む。マルチビーム要素１２０のサイズｓは、図６Ａおよび図６Ｂの両方に示されるが、マルチビーム要素１２０の境界は、破線を使用して図６Ｂに示される。

いくつかの実施形態によれば、マルチビューバックライト１００の異なるマルチビーム要素１２０間の複数の回折格子内の回折格子１２２の示差的な密度は、それぞれの異なるマルチビーム要素１２０によって回折的に散乱または結合出力される複数の指向性光ビーム１０２の相対的な強度を制御するように構成され得る。言い換えると、マルチビーム要素１２０は、その中に異なる密度の回折格子１２２を有してもよく、異なる密度（すなわち、回折格子１２２の示差的な密度）は、複数の指向性光ビーム１０２の相対的な強度を制御するように構成されてもよい。特に、複数の回折格子内のより少ない回折格子１２２を有するマルチビーム要素１２０は、相対的により多くの回折格子１２２を有する他のマルチビーム要素１２０よりも低い強度（またはビームの密度）を有する複数の指向性光ビーム１０２を生成し得る。回折格子１２２の示差的な密度は、例えば、回折格子を欠く、または持たないマルチビーム要素１２０内にある、図６Ｂに示される位置１２２’などの位置を使用して提示できる。

図７Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビーム要素１２０の平面図を示す。図７Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例における別のマルチビーム要素１２０の平面図を示す。合わせて、図７Ａおよび図７Ｂに示されたマルチビーム要素は、１対のマルチビーム要素１２０を表す。マルチビーム要素のペアの各マルチビーム要素１２０には、異なる複数の回折格子１２２が示されている。特に、図７Ａの第１のペアのマルチビーム要素１２０ａは、第２のペアのマルチビーム要素１２０ｂに存在するよりも高い密度の回折格子１２２で示されている。例えば、第２のマルチビーム要素１２０ｂは、図示のように、第１のマルチビーム要素１２０ａよりも回折格子１２２が少なく、回折格子のない位置１２２’が多い。限定ではなく例として、図７Ａおよび図７Ｂはまた、マルチビーム要素１２０ａ、１２０ｂ内に湾曲した回折特徴部を有する回折格子１２２も示している。

図８Ａは、本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、例におけるマルチビーム要素１２０を含むマルチビューバックライト１００の一部の断面図を示す。図８Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、例におけるマルチビーム要素１２０を含むマルチビューバックライト１００の一部の断面図を示す。特に、図８Ａおよび図８Ｂは、マイクロ反射要素を含むマルチビーム要素１２０の実施形態を示している。マルチビーム要素１２０として、またはマルチビーム要素１２０で使用されるマイクロ反射要素は、反射材料またはその層（例えば、反射金属）を使用するリフレクタ、または全内部反射（ＴＩＲ）に基づくリフレクタを含み得るが、これらに限定されない。いくつかの実施形態によれば（例えば、図８Ａおよび図８Ｂに示すように）、マイクロ反射要素を含むマルチビーム要素１２０は、光ガイド１１０の表面（例えば、第２の表面１１０’’）に、またはそれに隣接して配置されてもよい。他の実施形態（図示せず）では、マイクロ反射要素は、第１の表面１１０’と第２の表面１１０’’との間の光ガイド１１０内に配置されてもよい。

例えば、図８Ａは、光ガイド１１０の第２の表面１１０’’に隣接して配置された反射ファセット（例えば「プリズム」マイクロ反射要素）を有するマイクロ反射要素１２４を含むマルチビーム要素１２０を示す。図示されたプリズム状マイクロ反射要素１２４のファセットは、光ガイド１１０から導波光１０４の一部を反射する（すなわち、反射的に結合出力する）ように構成される。ファセットは、例えば、導波光１０４の伝播方向に対して勾配または傾斜（すなわち、傾斜角を有する）して、導波光部分を光ガイド１１０から反射させることができる。ファセットは、様々な実施形態によれば、光ガイド１１０内の反射材料を使用して形成されてもよく（例えば、図８Ａに示されるように）、または第２の表面１１０’’のプリズムキャビティの表面であってもよい。いくつかの実施形態では、プリズムキャビティが使用される場合、キャビティ表面での屈折率の変化が反射を提供するか（ＴＩＲ反射など）、ファセットを形成するキャビティ表面が反射材料でコーティングされて反射を提供する。

別の例では、図８Ｂは、半球状のマイクロ反射要素１２４を含むがこれに限定されない、実質的に滑らかな曲面を有するマイクロ反射要素１２４を含むマルチビーム要素１２０を示している。マイクロ反射要素１２４の特定の表面の湾曲は、例えば、導波光１０４が接触する曲面の入射点に応じて、異なる方向に導波光部分を反射するように構成されてもよい。図８Ａおよび図８Ｂに示されるように、限定ではなく例として、光ガイド１１０から反射的に結合出力される導波光部分は、第１の表面１１０’から出るか、放射される。図８Ａのプリズムのマイクロ反射要素１２４と同様に、図８Ｂのマイクロ反射要素１２４は、光ガイド１１０内の反射材料、または例として限定するものではない図８Ｂに示される、第２の表面１１０’’に形成された空洞（例えば、半円形の空洞）のいずれかであり得る。また、図８Ａおよび図８Ｂは、限定ではなく例として、２つの伝播方向１０３、１０３’（すなわち、太線の矢印として示されている）を有する導波光１０４も示している。２つの伝播方向１０３、１０３’を使用することにより、例えば、対称的な主要角度方向を有する複数の指向性光ビーム１０２を提供することが容易になる場合がある。

図９は、本明細書に記載の原理と一致するさらに別の実施形態による、例におけるマルチビーム要素１２０を含むマルチビューバックライト１００の一部の断面図を示す。特に、図９は、マイクロ屈折要素１２６を含むマルチビーム要素１２０を示している。様々な実施形態によれば、マイクロ屈折要素１２６は、光ガイド１１０から導波光１０４の一部を屈折的に結合出力するように構成される。すなわち、マイクロ屈折要素１２６は、図９に示すように、屈折（例えば、回折または反射とは対照的に）を利用して、光ガイド１１０から導波光部を、指向性光ビーム１０２として結合出力するように構成される。マイクロ屈折要素１２６は、半球の形状、長方形の形状、またはプリズムの形状（すなわち、傾斜したファセットを有する形状）を含むがこれらに限定されない様々な形状を有してもよい。様々な実施形態によれば、マイクロ屈折要素１２６は、図示されるように、光ガイド１１０の表面（例えば、第１の表面１１０’）から延在または突出してもよく、表面の空洞（図示せず）であってもよい。さらに、いくつかの実施形態では、マイクロ屈折要素１２６は、光ガイド１１０の材料を含んでもよい。他の実施形態では、マイクロ屈折要素１２６は、光ガイドの表面に隣接する別の材料を含むことができ、またいくつかの例では、それと接触する別の材料を含むことができる。

再び図３Ａおよび図３Ｃを参照すると、マルチビューバックライト１００は、光源１４０をさらに備えることができる。様々な実施形態によれば、光源１４０は、光ガイド１１０内で誘導される光を提供するように構成される。特に、光源１４０は、光ガイド１１０の入射面または端部（入力端部）に隣接して配置することができる。様々な実施形態において、光源１４０は、１つまたはそれ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザー（例えば、レーザーダイオード）を含むがこれらに限定されない実質的に任意の光源（例えば、光エミッタ）を備えてもよい。いくつかの実施形態では、光源１４０は、特定の色で示される狭帯域スペクトルを有する実質的に単色の光を生成するように構成された光エミッタを備えてもよい。特に、単色光の色は、特定の色の空間または色のモデル（例えば、赤緑青（ＲＧＢ）の色のモデル）の原色である場合がある。他の例では、光源１４０は、実質的に広帯域または多色の光を提供するように構成された実質的に広帯域の光源であり得る。例えば、光源１４０は白色光を提供してもよい。いくつかの実施形態では、光源１４０は、異なる色の光を提供するように構成された複数の異なる光エミッタを備えてもよい。異なる光エミッタは、光の異なる色のそれぞれに対応する導波光の、異なる、色固有の、非ゼロ伝播角を有する光を提供するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、マイクロレンズ１３０が存在することで、光源１４０に関連付けられたコリメータの必要性がなくなり得る。例えば、マイクロレンズ１３０は、マルチビーム要素１２０によって提供される指向性光ビーム１０２の角度の広がりに関係なく、ビュー方向に対応する主要角度方向を有するように、指向性光ビーム１０２の角度の広がりを調整するように構成され得る。他の実施形態では、光源１４０は、コリメータ（図示せず）をさらに備えてもよい。コリメータは、光源１４０の光エミッタの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け取り、実質的にコリメートされていない光をコリメートされている光に変換するように構成されてもよい。特に、いくつかの実施形態によれば、コリメータは、非ゼロ伝播角を有することと、所定のコリメーション係数に従ってコリメートされることの一方または両者のコリメート光を提供することができる。さらに、異なる色の光エミッタが使用される場合、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、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提供するように構成され得る。コリメータはさらに、コリメート光ビームを光ガイド１１０に伝達して、上述の導波光１０４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、マルチビューバックライト１００は、導波光１０４の伝播方向１０３、１０３’に直交する光ガイド１１０を通る方向の光に対して実質的に透明になるように構成される。特に、いくつかの実施形態では、光ガイド１１０および離間した複数のマルチビーム要素１２０により、光が第１の表面１１０’および第２の表面１１０’’の両方を通って光ガイド１１０を通過することができる。マルチビーム要素１２０のサイズが比較的小さいことと、マルチビーム要素１２０の要素間の間隔が比較的大きいこと（例えば、マルチビューピクセル１０６と１対１の対応）の両方により、少なくとも部分的に透明性が促進され得る。さらにまた、特にマルチビーム要素１２０が回折格子を含む場合、いくつかの実施形態によれば、マルチビーム要素１２０は、光ガイド表面１１０’、１１０’’に直交して伝播する光に対して実質的に透明であってもよい。

本明細書に記載の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。マルチビューディスプレイは、変調された光ビームをマルチビューディスプレイのピクセルとして放射するように構成されている。さらに、放射された変調光ビームは、マルチビューディスプレイの異なるビューの複数のビュー方向に優先的に向けられてもよい。いくつかの例では、マルチビューディスプレイは、３Ｄまたはマルチビュー画像を提供または「表示」するように構成されている。様々な例によれば、変調された異なる方向の光ビームの異なるものは、マルチビュー画像に関連付けられた異なるビューの個々のピクセル（すなわち、ビューピクセル）に対応してもよい。異なるビューは、例えば、マルチビューディスプレイによって表示されているマルチビュー画像内の情報の「眼鏡不要」（例えば、自動立体視）表現を提供し得る。

図１０は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビューディスプレイ２００のブロック図を示す。様々な実施形態によれば、マルチビューディスプレイ２００は、異なるビュー方向の異なるビューに従ってマルチビュー画像を表示するように構成される。特に、マルチビューディスプレイ２００によって発せられた変調された光ビーム２０２は、マルチビュー画像を表示するために使用でき、異なるビューのピクセル（すなわちビューピクセル）に対応し得る。変調された光ビーム２０２は、図１０のマルチビューピクセル２１０から発する矢印として示されている。破線は、限定ではなく例としてその変調を強調するために、放出された変調された光ビーム２０２の矢印に使用される。

図１０に示されるマルチビューディスプレイ２００は、マルチビューピクセル２１０のアレイを含む。アレイのマルチビューピクセル２１０は、マルチビューディスプレイ２００の複数の異なるビューを提供するように構成される。様々な実施形態によれば、アレイのマルチビューピクセル２１０は、複数の指向性光ビーム２０４を変調し、出された変調された光ビーム２０２を生成するように構成された複数のサブピクセルを含む。いくつかの実施形態では、マルチビューピクセル２１０は、マルチビューバックライト１００に関して上述したライトバルブ１０８のアレイのライトバルブ１０８のセットと実質的に同様である。特に、マルチビューピクセル２１０のサブピクセルは、上述のライトバルブ１０８と実質的に同様であってもよい。すなわち、マルチビューディスプレイ２００のマルチビューピクセル２１０は、ライトバルブのセット（例えば、ライトバルブ１０８のセット）を備えてもよく、マルチビューピクセル２１０のサブピクセルは、ライトバルブのセット（例えば、単一のライトバルブ１０８）を含み得る。

様々な実施形態によれば、図１０に示すマルチビューディスプレイ２００は、複数のマルチビーム要素２２０をさらに含む。複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素２２０は、複数の指向性光ビーム２０４を対応するマルチビューピクセル２１０に提供するように構成される。様々な実施形態によれば、複数の指向性光ビームの指向性光ビーム２０４は、互いに異なる主要角度方向を有する。

特に、いくつかの実施形態では、複数のマルチビーム要素のうちのマルチビーム要素２２０のサイズは、複数のサブピクセルのうちのサブピクセルのサイズに匹敵する場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、マルチビーム要素２２０のサイズは、サブピクセルのサイズの半分より大きく、サブピクセルのサイズの２倍より小さくてもよい。さらに、いくつかの実施形態によれば、マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素２２０間の要素間の距離は、マルチビューピクセルアレイのマルチビューピクセル２１０間のピクセル間の距離に対応し得る。例えば、マルチビーム要素２２０間の要素間の距離は、マルチビューピクセル２１０間のピクセル間の距離に実質的に等しくてもよい。いくつかの例では、マルチビーム要素２２０間の要素間の距離、およびマルチビューピクセル２１０間の対応するピクセル間の距離は、中心間の距離または間隔または距離の同等な尺度として定義され得る。さらに、マルチビューピクセルアレイのマルチビューピクセル２１０と、複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素２２０との間に１対１の対応があってもよい。特に、いくつかの実施形態では、マルチビーム要素２２０間の要素間の距離（例えば、中心間）は、マルチビューピクセル２１０間のピクセル間の距離（例えば、中心間）に実質的に等しくてもよい。したがって、マルチビューピクセル２１０の各サブピクセルは、対応するマルチビーム要素２２０によって提供される複数の指向性光ビーム２０４の異なる１つを変調するように構成されてもよい。さらに、様々な実施形態によれば、各マルチビューピクセル２１０は、１つだけのマルチビーム要素２２０から指向性光ビーム２０４を受けて変調するように構成され得る。

いくつかの実施形態では、複数のマルチビーム要素アレイのマルチビーム要素２２０は、上述のマルチビューバックライト１００のマルチビーム要素１２０と実質的に同様であってもよい。例えば、マルチビーム要素２２０は、マルチビーム要素１２０に関して上述され、例えば図５Ａ〜図７Ｂに示された回折格子１２２と実質的に同様の回折格子を含むことができる。別の例では、マルチビーム要素２２０は、マルチビーム要素１２０に関して、例えば図８Ａおよび図８Ｂに示され、上述されたマイクロ反射要素１２４と実質的に同様のマイクロ反射要素を含むことができる。さらに別の例では、マルチビーム要素２２０は、マイクロ屈折要素を備えてもよい。マイクロ屈折要素は、上述のマイクロ屈折要素１２６と実質的に同様であってもよい。

図１０に示すように、マルチビューディスプレイ２００は、複数のマイクロレンズ２３０をさらに含む。複数のマイクロレンズは、マルチビューピクセルアレイと複数のマルチビーム要素の間に配置されている。いくつかの実施形態によれば、複数のマイクロレンズのマイクロレンズ２３０と、複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素２２０と、マルチビューピクセルアレイのマルチビューピクセル２１０との間に１対１の対応があり得る。特に、マイクロレンズ２３０の数はマルチビーム要素２２０の数に等しくてもよく、各マイクロレンズ２３０は、複数のマルチビーム要素の異なるマルチビーム要素２２０およびマルチビューピクセルアレイのマルチビューピクセル２１０に一意に関連付けられる。

様々な実施形態によれば、複数のマイクロレンズのマイクロレンズ２３０は、マルチビューディスプレイの複数の異なるビューのそれぞれのビュー方向に対応するように、複数の指向性光ビームの指向性光ビーム２０４の異なる主要角度方向を調整するように構成される。いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２３０は、上述のマルチビューバックライト１００のマイクロレンズ１３０と実質的に同様であってもよい。例えば、マイクロレンズ２３０は、複数の指向性光ビーム２０４の角度の広がりを減少させることにより、指向性光ビーム２０４の異なる主要角度方向を調整するように構成された収束レンズを備えてもよい。別の例では、マイクロレンズ２３０は、複数の指向性光ビームの角度の広がりを増大させることにより、指向性光ビームの異なる主要角度方向を調整するように構成された発散レンズを備えてもよい。

回折格子、マイクロ反射要素およびマイクロ屈折要素、一般的なディフューザーまたは他の散乱要素のうちの１つまたはそれ以上を含むマルチビーム要素２２０を有する実施形態では、マルチビューディスプレイ２００は、光を導くように構成される光ガイド（図示せず）をさらに含み得る。複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素２２０は、これらの実施形態によれば、マイクロレンズ２３０によって複数の指向性光ビーム２０４が調整された後、ピクセルアレイの対応するマルチビューピクセル２１０に提供される、複数の指向性光ビーム２０４として光ガイドから導波光の一部を散乱または結合出力するように構成されてもよい。特に、マルチビーム要素２２０は、導波光の一部を散乱するよう光ガイドに光学的に接続され得る。いくつかの実施形態では、マルチビューディスプレイ２００の光ガイドは、マルチビューバックライト１００に関して上述した光ガイド１１０と実質的に同様であってもよい。

さらに、これらの実施形態のいくつか（図１０には図示せず）では、マルチビューディスプレイ２００は光源をさらに備えてもよい。光源は、光を光ガイドに提供するように構成されてもよい。提供される光は、非ゼロ伝播角を有してもよく、いくつかの実施形態では、例えば、光ガイド内で導波光の所定の角度の広がりを提供するためにコリメーション係数に従ってコリメーションされてもよい。いくつかの実施形態によれば、光源は、上述のマルチビューバックライト１００の光源１４０と実質的に同様であってもよい。

本明細書に記載の原理の他の実施形態によれば、マルチビューバックライトを動作させる方法が提供される。図１１は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビューバックライトを動作させる方法３００のフローチャートを示す。図１１に示すように、マルチビューバックライトを動作させる方法３００は、光ガイドの長さに沿って伝播方向に光を誘導すること３１０を含む。いくつかの実施形態では、光は、非ゼロ伝播角で誘導３１０されてもよい。さらに、導波光は、所定のコリメーション係数に従ってコリメーションされてもよい。いくつかの実施形態によれば、光ガイドは、マルチビューバックライト１００に関して上述した光ガイド１１０と実質的に同様であってもよい。

図１１に示されるように、マルチビューバックライトを動作させる方法３００は、互いに異なる方向（または主要角度方向）を有する複数の指向性光ビーム、複数の指向性光ビームの指向性光ビームを提供するために、マルチビーム要素を使用して、導波光の一部を光ガイドから散乱させること３２０をさらに含む。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、サブピクセルのサイズに匹敵するか、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルのライトバルブのサイズに等しい。例えば、マルチビーム要素は、サブピクセルのサイズの半分より大きく、サブピクセルのサイズの２倍より小さい場合がある。

いくつかの実施形態では、マルチビーム要素は、上述のマルチビューバックライト１００のマルチビーム要素１２０と実質的に同様である。例えば、マルチビーム要素は、マルチビーム要素の複数またはアレイのメンバーであってもよい。いくつかの実施形態では、マルチビーム要素は、マルチビューバックライト１００に関して上述したマルチビーム要素１２０と実質的に同様であってもよい。例えば、マルチビーム要素は、光ディフューザー、回折格子、マイクロ反射要素、および導波光部分を散乱させるために光ガイドに光学的に結合されたマイクロ屈折要素のうちの１つまたはそれ以上を備え得る。

図１１に示すマルチビューバックライトを動作させる方法３００は、マイクロレンズを使用して指向性光ビームの方向（または主要角度方向）の方向を調整すること３３０をさらに含む。調整された方向は、マルチビューバックライトを使用する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。いくつかの実施形態によれば、調整３３０に使用されるマイクロレンズは、上述のマルチビューバックライト１００のマイクロレンズ１３０と実質的に同様であってもよい。例えば、マイクロレンズは収束レンズであってよく、３３０を使用して、マイクロレンズは、複数の指向性光ビームの角度の広がりを減少させるように方向が調整され得る。別の例では、マイクロレンズは発散レンズであってもよく、調整により、複数の指向性光ビームの角度の広がりを増大することができる。

いくつかの実施形態（図示せず）では、マルチビューバックライトを動作させる方法３００は、光源を使用して光ガイドに光を提供することをさらに含む。提供される光は、光ガイド内で非ゼロ伝播角を持つこと、および光ガイド内で導波光の所定の角度の広がりを提供するようにコリメーション係数に従って光ガイド内でコリメートされ得ること、の一方または両方である導波光であり得る。いくつかの実施形態では、光源は、上述のマルチビューバックライト１００の光源１４０と実質的に同様であってもよい。

いくつかの実施形態（図示せず）では、マルチビューバックライトを動作させる方法３００は、マルチビューピクセルとして構成された複数のライトバルブを使用して指向性光ビームを変調することをさらに含む。いくつかの実施形態では、マルチビューピクセルは、マルチビューバックライト１００に関して上述したマルチビューピクセル１０６と実質的に同様であってもよい。同様に、いくつかの実施形態では、複数のライトバルブのうちのライトバルブは、上述のライトバルブ１０８のアレイと実質的に同様であってもよい。

かくして、指向性光ビームの方向を調整するためのマイクロレンズを含む、マルチビューバックライト、マルチビューディスプレイ、およびマルチビューバックライトを動作させる方法の例および実施形態を説明してきた。上記の例は、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ものであることを理解されたい。明らかに、当業者は、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 (21)

1. 光を導波光（guided light）として誘導するように構成された光ガイドと、
   複数の指向性光ビームとして前記導波光の一部を前記光ガイドから散乱させるように構成されるマルチビーム要素であって、前記複数の指向性光ビームの指向性光ビーム（directional light beams）は、互いに異なる主要角度方向を有する、マルチビーム要素と、
   前記マルチビーム要素と１対１で対応し、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ように、前記指向性光ビーム（the directional light beams）の前記異なる主要角度方向（the different principal angular directions）の角度の広がりを調整するように構成されたマイクロレンズと
   を備えるマルチビューバックライト。
2. 前記マルチビーム要素のサイズが、前記マルチビューディスプレイのライトバルブのサイズの５０パーセントから２００パーセントの間である、請求項１に記載のマルチビューバックライト。
3. 前記マルチビーム要素が、
   前記複数の指向性光ビームとして前記導波光の前記一部を回折的に散乱するように構成された回折格子、
   前記複数の指向性光ビームとして前記導波光の前記一部を反射的に散乱させるように構成されたマイクロ反射要素、および
   前記複数の指向性光ビームとして前記導波光の前記一部を屈折的に散乱させるように構成されたマイクロ屈折要素
   のうちの１つまたはそれ以上を備える、請求項１または２に記載のマルチビューバックライト。
4. 前記マルチビーム要素の前記回折格子が複数の回折格子を含む、請求項３に記載のマルチビューバックライト。
5. 前記マルチビーム要素が前記光ガイドの第１の表面および第２の表面のうちの一方に配置され、前記マルチビーム要素が前記第１の表面を通して前記導波光の前記一部を散乱するように構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のマルチビューバックライト。
6. 前記マイクロレンズが、前記複数の指向性光ビームの角度の広がりを減少させることにより、前記指向性光ビーム（the directional light beams）の前記異なる主要角度方向（the different principal angular directions）を調整するように構成される収束レンズを備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のマルチビューバックライト。
7. 前記マイクロレンズが、前記複数の指向性光ビームの角度の広がりを増大させることにより、前記指向性光ビーム（the directional light beams）の前記異なる主要角度方向を調整するように構成された発散レンズを備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のマルチビューバックライト。
8. 前記光ガイドの入力に光学的に結合された光源をさらに備え、前記光源は、非ゼロ伝播角を有することと、所定のコリメーション係数に従ってコリメートされることの１つまたは双方で前記導波光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マルチビューバックライト。
9. 前記複数の指向性光ビームの指向性光ビーム（directional light beams）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、前記アレイのライトバルブのセットは、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に対応する、請求項１から８のいずれか一項に記載のマルチビューバックライトを備えるマルチビューディスプレイ。
10. 前記マルチビューディスプレイの複数の異なるビューを提供するように構成されたマルチビューピクセルのアレイであって、前記アレイのマルチビューピクセルが、複数の指向性光ビームを変調するように構成された複数のライトバルブを備える、マルチビューピクセルのアレイと、
    複数のマルチビーム要素であって、前記複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素（a multibeam element）が、前記複数の指向性光ビームを提供するように構成された、複数のマルチビーム要素と、
    前記マルチビューピクセルアレイと前記複数のマルチビーム要素との間の複数のマイクロレンズであって、前記マルチビーム要素に対応し、前記複数のマイクロレンズのマイクロレンズ（a microlens）が、前記マルチビューディスプレイの前記複数の異なるビューのそれぞれのビュー方向に対応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の方向（directions of directional light beams）の角度の広がりを調整するように構成された、複数のマイクロレンズと
    を備え、
    前記複数のマイクロレンズの各マイクロレンズが、前記複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素（multibeam elements）の異なる１つと１対１の対応関係を有し、前記マルチビーム要素（the multibeam elements）によって提供される前記指向性光ビームの方向（directions of the directional light beams）を調整するマルチビューディスプレイ。
11. 前記マルチビーム要素のサイズは、前記複数のライトバルブのライトバルブのサイズの半分より大きく、前記ライトバルブのサイズの２倍より小さい、請求項１０に記載のマルチビューディスプレイ。
12. 光を導波光として誘導するように構成された光ガイドをさらに備え、前記複数のマルチビーム要素の前記マルチビーム要素（the multibeam element）は、前記複数の指向性光ビームとして前記導波光の一部を光ガイドから散乱させるように構成される、請求項１０または１１に記載のマルチビューディスプレイ。
13. 前記マルチビーム要素は、前記光ガイドに光学的に結合されて前記導波光の一部を散乱する回折格子、マイクロ反射要素、およびマイクロ屈折要素のうちの１つを備える、請求項１２に記載のマルチビューディスプレイ。
14. 前記回折格子が複数の回折格子を備える、請求項１３に記載のマルチビューディスプレイ。
15. 前記マイクロレンズが、前記複数の指向性光ビームの角度の広がりを減少させることにより、前記指向性光ビームの前記方向（the directions of the directional light beams）を調整するように構成された収束レンズを備える、請求項１０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. 前記マイクロレンズが、前記複数の指向性光ビームの角度の広がりを増大させることにより、前記指向性光ビームの前記方向（the directions of the directional light beams）を調整するように構成された発散レンズを備える、請求項１０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。
17. マルチビューバックライトを動作させる方法であって、
    光を光ガイドの長さに沿って伝播方向に導波光として誘導すること、
    複数の指向性光ビームを提供するために、マルチビーム要素を使用して、前記光ガイドから前記導波光の一部を散乱させることであって、前記複数の指向性光ビームの指向性光ビームが互いに異なる方向を有する、散乱させること、および
    前記マルチビーム要素に１対１で対応するマイクロレンズを使用して前記指向性光ビームの前記方向（the directions of the directional light beams）の角度の広がりを調整することであって、前記調整された方向が、前記マルチビューバックライトを使用する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、調整すること
    を含み、
    前記マルチビーム要素のサイズが、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サブピクセルのサイズに匹敵する
    方法。
18. 前記マルチビーム要素が、前記光ガイドに光学的に結合されて、前記導波光部分を散乱させる、光学ディフューザー、回折格子、マイクロ反射要素、およびマイクロ屈折要素のうちの１つまたはそれ以上を備える、請求項１７に記載のマルチビューバックライトを動作させる方法。
19. 前記マイクロレンズが収束レンズであり、前記方向は、前記複数の指向性光ビームの角度の広がりを減少させるように調整される、請求項１７または１８に記載のマルチビューバックライトを動作させる方法。
20. 光源を使用して、前記光ガイドに光を提供することをさらに含み、前記提供された光は、前記光ガイド内で非ゼロ伝播角を有すること、および前記導波光の所定の角度の広がりを提供するコリメーション係数に従ってコリメートされることの１つまたは双方を有する導波光として誘導される、請求項１７から１９のいずれか一項に記載のマルチビューバックライトを動作させる方法。
21. 前記マルチビューピクセルとして構成された複数のライトバルブを使用して前記指向性光ビーム（the directional light beams）を変調することをさらに含む、請求項１７から２０のいずれか一項に記載のマルチビューバックライトを動作させる方法。
    

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