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TWI627458B - 基於多波束元件的背光板、方法及其顯示器 - Google Patents

基於多波束元件的背光板、方法及其顯示器 Download PDF

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TWI627458B
TWI627458B TW106114658A TW106114658A TWI627458B TW I627458 B TWI627458 B TW I627458B TW 106114658 A TW106114658 A TW 106114658A TW 106114658 A TW106114658 A TW 106114658A TW I627458 B TWI627458 B TW I627458B
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大衛 A. 費圖
馬明
李雪健
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雷亞有限公司
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Abstract

一多視角背光板和多視角顯示器採用多波束元件，其被配置為用以提供具有對應於多視角顯示器的複數不同視角方向的複數不同主要角度方向的複數光束。該顯示器包括包含複數子像素的複數多視角像素。該多波束元件的一尺寸可以與該多視角顯示器的一多視角像素中的一子像素的尺寸相比較。

Description

基於多波束元件的背光板、方法及其顯示器
本發明係關於一種背光板，特別是指一種基於多波束元件的背光板、使用基於該多波束元件的該背光板的方法及使用基於該多波束元件的該背光板的顯示器。
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體，用於傳導資訊給使用者。其中最常見的電子顯示器是陰極射線管(cathode ray tube, CRT)、電漿顯示面板(plasma display panels, PDP)、液晶顯示器(liquid crystal displays, LCD)、電致發光顯示器(electroluminescent displays, 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 OLEDs, AMOLED)顯示器、電泳顯示器(electrophoretic displays, 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，最明顯的例子是CRTs、PDPs及OLEDs/ AMOLEDs。另一方面，在上述以發射光進行分類的情況下，LCDs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，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。
為了克服被動顯示器與發射光相關聯的使用限制，許多被動顯示器係與一外部光源耦合。耦合光源可使這些被動顯示器發光，並使這些被動顯示器基本上發揮主動顯示器的功能。背光板即為這種耦合光源的例子之一。背光板是放在被動顯示器後面以照亮被動顯示器的光源(通常是面板光源)。舉例來說，背光板可以與LCD或EP顯示器耦合。背光板會發出可以穿過LCD或EP顯示器的光。發出的光會由LCD或EP顯示器調節，且經調節後的光會隨後依序地由LCD或EP顯示器射出。通常背光板係配置為用以發出白色光。濾色器接著會將白光轉化成顯示器中使用的各種顏色的光。舉例來說，濾色器可以被設置在LCD或EP顯示器的輸出處(不太常見的配置)，或者可以被設置在背光板和LCD或EP顯示器之間。
根據與本發明所描述的原理一致的多個例子及多個實施例提供了一多視角或三維(three-dimensional, 3D)顯示器及適用於該多視角顯示器的一多視角背光板。特定來說，與本發明所描述的原理一致的多個實施例提供了採用配置為用以提供具有複數不同主要角度方向的複數光束的複數多波束元件的一多視角背光板。進一步地，根據各個實施例，該等多波束元件的尺寸可以比較於一多視角顯示器中的一多視角像素的複數子像素的尺寸，且彼此亦可以對應於該多視角顯示器中的複數多視角像素的一間距的方式而被間隔開來。根據各個實施例，由該多視角背光板的該等多波束元件提供的該等光束的該等不同主要角度方向對應於該多視角顯示器的各個不同視角的複數不同方向。
在本發明中，「多視角顯示器」一詞係定義成配置為用以在複數不同視角方向中提供一多視角圖像的複數不同視角的一電子顯示器或顯示器系統。圖1A為說明根據與本發明所描述的原理一致的一實施例的一多視角顯示器10的一透視圖。如圖1A中所示的，多視角顯示器10包括用以顯示被用於觀看的一多視角圖像的一螢幕12。多視角顯示器10在相對於螢幕12的複數不同視角方向16中提供該多視角圖像的複數視角14。在各個不同的複數主要角度方向上，複數視角方向16係用從螢幕12延伸出去的複數箭頭來表示；複數不同視角14係以在該等箭頭(即，表示該等視角方向16的箭頭)的終止處的複數陰影多邊形框來顯示；且只有四個視角14及四個視角方向16被示出，所有這些方式都是示例性的而非限制。應注意的是，當複數不同視角14係以在螢幕12上方而在圖1A中被示出，當該多視角圖像係顯示在多視角顯示器10上時，複數視角14實際上出現在螢幕12上或附近。將複數視角14描繪在螢幕12上方只是為了簡化示意，且意在表示從對應於特定視角14的複數視角方向16中的相應一個觀看多視角顯示器10。
根據本發明中的定義，一視角方向或同等於具有對應於一多視角顯示器的一視角方向的一光束通常具有以角度分量{q ,f }所表示的一主要角度方向。該角度分量q 在本發明中被稱為該光束的「仰角分量」或「仰角」。該角度分量f 在本發明中被稱為該光束的「方位角分量」或「方位角」。根據本發明中的定義，仰角q 為是在垂直平面(例如，垂直於多視角顯示器的一平面)內的角度，而方位角f 是在水平面(例如，平行於該多視角顯示器平面)內的角度。圖1B 為說明根據與本發明所描述的原理一致的一實施例的具有對應於一多視角顯示器的一視角方向(例如，圖1A中的視角方向16)的一特定主要角度方向的光束20的角度分量{q ,f }的一圖形示意圖。此外，根據本發明的定義，光束20係從一特定點發射出或散發出。因此，根據定義，光束20具有關聯於該多視角顯示器內的原點的一特定點的一中央射線。圖1B亦示出原點O的光束(或視角方向)點。
進一步地，在本發明中，在「多視角圖像」及「多視角顯示器」等術語中所使用的術語「多視角」係定義為表示不同透視或包括複數視角之間的角度差異的複數視角。此外，根據本發明的定義，在本發明中，「多視角」一詞明確地包括二個以上不同的視角(即，至少三個視角及通常多於三個視角)。因此，在本發明中採用的「多視角顯示器」一詞係明確地從僅包括二個不同視角來表示一場景或一圖像的立體顯示器區別出來。但應注意的是，當複數多視角圖像及複數多視角顯示器包括多於二個視角時，根據本發明中的定義，複數多視角圖像可藉由一次只選擇二個多視角觀點來觀看(例如，每隻眼睛一個視角)以作為一對立體的圖像而被觀看到(例如，在一多視角顯示器上)。
根據本發明的定義，「多視角像素」一詞係定義為，在一多視角顯示器的類似的複數不同視角的每一個中表示複數「視角」像素的一組子像素。特定來說，一多視角像素可具有對應於或表示該多視角圖像中的該等不同視角的每一個中的一視角像素的一個別子像素。再者，根據本發明的定義，該多視角像素的該等子像素係所謂的「定向像素」，在定向像素中，該等子像素的每一個係關聯於該等不同視角中相應的一個的一預定視角方向。進一步地，根據各個例子及實施例，由一多視角像素的該等子像素表示的該等不同視角像素在該等不同視角的每一個中可具有同等的或至少基本上類似的複數定位或複數座標。舉例而言，一第一多視角像素可具有對應於在一多視角像素的該等不同視角的每一個中定位在{x 1 ,y 1 }的複數視角像素的複數個別子像素，而一第二多視角像素可具有對應於在一多視角像素的該等不同視角的每一個中定位在{x 2 ,y 2 }的複數視角像素的複數個別子像素，以此類推。
在一些實施例中，一多視角像素中的複數子像素的數量可等於該多視角顯示器的複數視角的數量。舉例而言，該多視角像素可提供64個子像素，64個子像素係關聯於具有64個不同視角的一多視角顯示器。在另一例子中，該多視角顯示器可提供一4乘8的複數視角的陣列(即，32個視角)，且該多視角像素可包括32個子像素(即，為每一個視角提供一個)。此外，舉例而言，不同子像素的每一個可包括一關聯方向，該關聯方向對應相應於該64個不同視角的該等視角方向中不同的一個。進一步地，根據一些實施例，該多視角顯示器的複數多視角像素的數量基本上可同等於該多視角顯示器的該等視角中的複數「視角」像素的數量。例如，如果一視角包括640乘480的視角像素(即，640 x 480的視像解析度)，該多視角顯示器可具有三萬零七千二百(307,200)個多視角像素。在另一例子中，當該等視像包括100乘100的像素，該多視角顯示器可包括總數為一萬(即，100 x 100=10,000)的多視角像素。
在本發明中，「光導」一詞被定義為一種在其結構中使用全內部反射來引導光的結構。特定來說，光導可包括一核心，在光導的操作波長中，該核心基本上是透明的。在各個實例中，「光導」一詞一般指的是一電介質的光波導，其係利用全內部反射在光導的電介質的物質和圍繞光導的物質或介質之間的界面引導光。根據定義，全內部反射的條件是，該光導的折射率大於相鄰於光導物質表面的周圍介質的折射率。在一些實施例中，光導可以在利用上述的折射率差之外另外包括一塗層，或者利用塗層取代前述的折射率差，藉此進一步促成全內部反射。舉例來說，該塗層可以是反射塗層。根據不同的實施例，光導可以是數種光導中的任一種，其可以包括但不限於，一平板或厚板的光導及一條狀光導的其中一者或兩者。
進一步地，在本發明中，當「平板」一詞被應用於光導中時，如「平板光導」，其係被定義為一片狀、一差異平面層狀或一薄片。尤其，一平板光導係被定義為在由光導的上表面及下表面(即，兩個相對的表面)所界定的兩個大致正交的方向上引導光的一光導。此外，在本發明的定義中，上表面及下表面兩者間彼此隔開，且在某意義上兩者為大致彼此平行的表面。換言之，在平板光導的任何不同的小區域內，上表面和下表面是基本上為平行或共面的表面。
在一些實施例中，一平板光導可以具有基本為平坦的結構(即，限制於一平面)，因而使平板光導成為平面光導。在其它實施例中，平板光導可以具有在一個或兩個正交維度中為彎曲的結構。舉例而言，平板光導可以具有在一單一維度中為彎曲的結構，以形成圓筒形的平板光導。然而，任何曲率都需具有足夠大的曲率半徑，以確保平板光導中能保持全內部反射來引導光。
在本發明中，「繞射光柵」一詞通常被定義為複數特徵(即，複數繞射特徵)，用於被安排以提供入射於繞射光柵之光的繞射。在一些實施例中，複數特徵可以以週期性或準週期性的方式設置。舉例而言，繞射光柵可以包括佈置在一個一維(one-dimensional, 1D)陣列中之複數特徵(例如，在一材料表面的複數凹槽)。在其他實施例中，繞射光柵可以是特徵的二維(two-dimensional, 2D)陣列。例如，繞射光柵可以是在材料表面上的凸起或孔洞的二維陣列。
因此，根據本發明中的定義，「繞射光柵」為一種結構，其可以提供入射於繞射光柵之光的繞射。如果光是由一光導入射到繞射光柵上，其所提供的繞射或者繞射地散射，可能導致並且因此可以被稱為「繞射耦合」，繞射耦合可以藉由繞射的方式將光耦合離開光導。繞射光柵也藉由繞射的方式(即，以一繞射角度)重新定向或改變光的角度。尤其，由於繞射的緣故，離開繞射光柵的光(即，繞射光)通常具有與入射於繞射光柵的光(即，入射光)的傳導方向不同的傳導方向。藉由繞射產生之光的傳導方向上的變化於本文中被稱為「繞射重新定向」。因此，繞射光柵可被理解為經由繞射方式將入射在繞射光柵上的光重新定向之具有繞射特徵的結構，以及，如果光是由光導射出，繞射光柵也可將來自光導的光繞射耦合出。
進一步的，如本發明中的定義，繞射光柵的特徵係被稱為「繞射特徵」，並且可以是位在一材料表面處、在一個材料表面之內、在一個材料表面之上(即，其中「表面」指的是兩個材料之間的一邊界)的其中一者或多者的繞射特徵。例如，該表面可以是一平板光導的一表面。繞射特徵可包括任何種類的光繞射結構，其可以包括但不限於，在表面處、在表面內或在表面上的複數凹槽、複數脊部、複數孔洞和複數凸起的其中一者或多者。例如，繞射光柵可以包括在材料表面內的複數平行凹槽。在另一實施例中，繞射光柵可以包括自材料表面上升突出的複數平行脊部。繞射特徵(例如，凹槽、脊部、孔洞、凸起等等)可以具有得以提供繞射功能之各種橫截面形狀或輪廓中的任一者，該些橫截面形狀或輪廓係包括但不限於：一正弦狀輪廓、一矩形輪廓(例如，一二元化繞射光柵)、一三角形輪廓和一鋸齒輪廓(例如，一閃耀光柵)的其中一者或多者。
根據本發明中所描述的各個實施例，一繞射光柵(例如，一多波束元件的一繞射光柵，如下文所述)可以被用於將光繞射地散射，或者將光耦合出光導(例如，一平板光導)以成為一光束。特定來說，由一局部週期性的繞射光柵所提供之繞射角度q m ，可以透過下列的方程式(1)得出：(1) 其中，l 為光的波長，m 為繞射階數，n 是一光導的折射係數，d 是繞射光柵的複數特徵之間的距離或間距，q i 是光入射在繞射光柵上的入射角度。為了精簡的目的，方程式(1)中假設該繞射光柵係相鄰於該光導的一表面，且假設該光導的一材料外側的折射係數為1(即，nout = 1)。一般來說，繞射階數m 為整數。透過該繞射光柵產生之一光束的一繞射角度q m 可以由方程式(1)取得，繞射階數為正值(例如，m ＞0)。例如，當該繞射階數m 等於1時(即，m= 1)，第一階繞射角度被提供。
圖2為說明根據與本發明所描述的原理一致的一實施例的一繞射光柵30的一剖面示意圖。舉例而言，繞射光柵30可被定位於一光導40的一表面上。此外，圖2示出一光束20於一入射角度q i 入射在繞射光柵30上。光束20在光導40中為一被引導的光束。圖2中亦示出作為入射光束20的繞射的後果，且由繞射光柵30所產生及耦合出的一耦合出的光束50。耦合出的光束50具有由方程式(1)取得的一繞射角度q m (或在本說明書中稱為「主要角度方向」)。例如，耦合出的光束50可對應於繞射光柵30的一繞射階數「m 」。
根據本發明的定義，「多波束元件」一詞係為產生包括複數光束的光的一背光板或一顯示器的一結構或元件。在一些實施中，該多波束元件可光學地耦合至一背光的一光導，以耦合出在該光導中被引導的光而提供該等光束。在其他實施例中，該多波束元件可產生被發射為複數光束的光(例如，可包括一光源)。進一步地，根據本發明的定義，由一多波束元件所產生的該等光束中的多個光束具有彼此不同的複數主要角度方向。特定來說，根據定義，該等光束中的一光束具有不同於該等光束中的另一光束的一預定主要角度方向。再者，該等光束可表示一光場。例如，該等光束可被限制在基本上為圓錐形的空間區域中，或者具有包括該等光束中的多個光束的該等不同主要角度方向的一預定角度擴展。因此，該等光束的該預定角度擴展在組合(即，該等光束)上可表示該光場。根據各個實施例，各個光束的該等不同主要角度方向係根據一特性，可包括但不限於，該多波束元件的一尺寸(例如，長度、寬度、面積等)來判定。在一些實施例中，根據本發明的定義，該多波束元件可被視為一「擴展點光源」，即，複數點光源分佈在該多波束元件的一個範圍上。進一步地，根據本發明的定義，由該多波束元件產生的一光束具有由角度分量{q ,f }給出的一主要角度方向，且如上文中相對於圖1B的描述。
在本發明中，「準直器」一詞被定義為基本上係配置為用於準直光的任何光學裝置或元件。舉例而言，一準直器可包括但不限於，一準直鏡或反射器、一準直透鏡及其各種組合。在一些實施例中，該準直器包括一準直反射器，該準直反射器可具有由特徵在於拋物線曲線或形狀的一反射面。在另一實施例中，該準直反射器可具有一拋物線形反射器。「拋物線形」係表示，該拋物線形反射器的一彎曲反射表面，以確定的方式從一「真實」拋物線曲線偏離，以達成一預定反射特徵(例如，一準直的角度)。類似地，一準直透鏡可包括一球形表面(例如，一雙凸透鏡)。
在一些實施例中，該準直器可為一連續反射器或一連續透鏡(即，具有基本上平滑、連續表面的一反射器或一透鏡)。在其他實施例中，該準直反射器或該準直透鏡可包括基本上為不連續的表面，例如，可包括但不限定於，用於提供光的準直的一菲涅耳(Fresnel)反射器或一菲涅耳透鏡。根據各個實施例，由該準直器提供的一準直量可以從一個實施例到另一個實施例以預定的程度或數量做變化。進一步地，該準直器可配置為用以在兩個正交方向(例如，一垂直方向以及一水平方向)中的一個或兩個方向上提供準直。換言之，根據本發明的一些實施例，該準直器可包括用於提供光準直的兩個正交方向中的一個或兩個的形狀。
在本發明中，「準直因素」一詞係定義為光被準直的一程度。特定來說，根據本發明的定義，一準直因素定義光的一準直束中的複數光線的一角度擴展。舉例而言，一準直因素s 可以指定準直的光束中的大部分光線在特定的角度擴展之內(例如，關於該準直的光束的一中心或主要角度方向來 +/- s 程度)。根據一些例子，該準直的光束的該等光線可以在角度方面具有高斯分佈(Gaussian distribution)，且角度擴展的角度是由該準直的光束的峰值強度的二分之一來確定。
在本發明中，「光源」一詞係被定義為光的來源(例如，提供並且發出光線的裝置或元件)。舉例來說，光源可以為當啟動時會發出光線的發光二極體(light emitting diode, LED)。在此，光源可以為任何一種來源的光或光學發射器，其係包括但不限於，一個以上的LED、一雷射、一有機發光二極體(organic light emitting diode, OLED)、高分子發光二極體、等離子光學發射器、日光燈、白熾燈，以及任何其他視覺可見的燈光來源。由光源所產生的光線可以具有一顏色(即，可包括一特定波長的光)，或可為一定範圍的波長(例如，白光)。在一些實施例中，該光源可包括複數光發射器。例如，該光源可包括一組或一群光發射器，其中至少一個光發射器產生具有不同於該組或該群的至少一個其他光發射器所產生的光的顏色或波長的顏色或等效於波長的光。例如，該等不同的顏色可包括主要顏色(例如，紅、綠、藍)。
此外，在本說明書中所使用的冠詞「一」具有專利領域中的普遍含義，即，意指「一個或多個」。例如，「一多波束元件」指一個或多個多波束元件，更確切來說，「該多波束元件」於此意指「該(等) 多波束元件」。此外，任何本文所指的「頂部」、「底部」、「上部」、「下部」、「上」、「下」、「前」、「後」、「第一」「第二」、「左」、或「右」並非意使其成為任何限制。本發明中，當應用到一個值時，除非有另外特別說明，「大約」一詞一般是指用於產生該值的設備的公差範圍內，或在一些實施例中，是指正負10%，或正負5%，或正負1%，除非另有明確說明。此外，舉例來說，「基本上」一詞在本文中代表了大多數、幾乎全部或全部，或者代表落於大約51%至大約100%之間的範圍中的值。再者，本發明中的實施例旨在對本發明進行說明，並且是為了討論之目的呈現，而不應用於限制本發明。
根據與本說明書中所描述的原理一致的一些實施例，本發明係提供一多視角背光板。圖3A為說明根據與本發明所描述的原理一致的一實施例的一多視角背光板100的一剖面示意圖。圖3B 為說明根據與本發明所描述的原理一致的一實施例的一多視角背光板100的一平面示意圖。圖3C 為說明根據與本發明所描述的原理一致的一實施例的一多視角背光板100的一透視圖。圖3C中的透視圖被示出為部分切除，以僅便於在本發明中討論。
圖3A-圖3C示出的多視角背光板100係配置為用以提供具有彼此不同的主要角度方向的複數耦合出的光束102(例如，成為一光場)。特定來說，根據各個實施例，被提供的複數耦合出的光束102係以對應於一多視角顯示器的複數相應視角方向的複數不同主要角度方向被引導遠離多視角背光板100。在一些實施例中，複數耦合出的光束102可被調變(例如，藉由複數光閥，如下文所述)以便於顯示具有3D內容的訊息。
如圖3A-圖3C所示，多視角背光板100包括一光導110。根據一些實施例，光導110可為一平板光導110。光導110係配置為用以沿著光導110的長度引導光以成為複數被引導的光104。例如，光導110可包括配置為一光波導的一介電材料。該介電材料可包括一第一折射係數，該第一折射係數大於圍繞該介電光波導的介質的一第二折射率。例如，根據光導110的一或多個引導模式，折射率的差異被配置為有助於被引導的光104的全內部反射。
在一些實施例中，光導110為一平板或平板光波導，該平板或該平板光波導包括一延伸、基本上為平坦片材的光學透明介電材料。基本上為平坦片材的光學透明介電材料係配置為藉由全內部反射來引導被引導的光104。根據各個例子，光導110中的該光學透明介電材料可包括各種任何的介電材料，例如可包括但不限於，各種形式的玻璃中的一種或多種(例如，石英玻璃(silica glass)，鹼鋁矽酸鹽玻璃(alkali-aluminosilicate glass)，硼矽酸鹽玻璃(borosilicate glass)等)以及基本上光學透明的塑料或聚合物(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)。在一些實施例中，光導110在光導110的一表面的至少一部分(例如，頂面或底面中的其中一者或二者)可進一步包括一包覆層(未於圖中示出)。根據本發明的一些實施例，該包覆層可用以進一步地促進全內部反射。
進一步地，根據一些實施例，光導110係配置成在光導110的一第一表面110'(例如，「前」表面或側)及一第二表面110''(例如，「後」表面或側)之間，依據一非零值傳導角度的全內部反射來引導被引導的光束104。特定來說，被引導的光束104以該非零值傳導角度，在第一表面110'及第二表面110''之間藉由反射或「彈跳」來傳導。在一些實施例中，複數被引導的光束104包括數種不同顏色的光，其可於複數不同的顏色特定的非零值傳導角度中相應的一個被光導110引導。應注意的是，為了簡化說明，該非零值傳導角度並未於圖3A-圖3C中示出。然而，描繪傳導方向103的粗箭頭示出了沿著圖3A中光導110的長度被引導的光104的一通常傳導方向。
如本發明中所定義的，「非零值傳導角度」為相對於光導110的一表面(例如，第一表面110'或第二表面110'')的一角度。進一步地，根據各個實施例，該非零值傳導角度既大於零，亦小於光導110內全內部反射的一臨界角。例如，被引導的光束104的非零值傳導角度大約在10度至50度之間，或在一些實施例中，大約在20度至40度之間，或大約在25度至35度之間。舉例而言，非零值傳導角度可大約為30度。在其他實施例中，非零值傳導角度可大約為20度，或大約為25度，或大約為35度。再者，一特定非零值傳導角度可對於一個特定的實現而被選擇(例如，任意地)，只要該特定非零值傳導角被選擇為小於光導110內的全內部反射的臨界角。
光導110中被引導的光束104可以該非零值傳導角度被引入或耦合到光導110中(例如，大約30-35度)。舉例而言，一或多個透鏡、一鏡子或類似的反射器(例如，一傾斜的準直反射器)、以及一稜鏡(未於圖中示出)可以促進將光以該非零值傳導角度耦合到光導110的一輸入端以成為被引導的光束104。一旦耦合至光導110，被引導的光束104以一般可以遠離該輸入端的方向沿著光導110傳導(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，藉由將光耦合至光導110中所產生的被引導的光104或同等於被引導的光束104可為一準直的光束。在本發明中，「準直的光」或「準直的光束」係定義為光束，其中，光束的光線在光束內基本上彼此平行(例如，被引導的光104中的一光束)。進一步地，根據本發明的定義，從準直的光束中分歧出或散射出的光線不被認為是準直的光束的一部分。在一些實施例中，多視角背光板100可包括一準直器，例如一透鏡、反射器或鏡子，如上文所述(例如，傾斜準直反射器)，以準直該光，例如，從一光源而來。在一些實施例中，該光源包括一準直器。提供至光導110的該準直的光為一準直的被引導的光束104。在各個實施例中，被引導的光束104可依據或具有一準直因素而被準直，如上文所述。
在一些實施例中，光導110可被配置成用以「回收」被引導的光104。特定來說，沿著光導110長度被引導的被引導的光104可沿著與傳導方向103不同的另一傳導方向103'中的長度被重新定向。例如，光導110在光導110的與光源相鄰的一輸入端相對的一端部可包括一反射器(未於圖中示出)。該反射器可被配置成用以將被引導的光104反射回的該輸入端以作為回收的被引導的光。此方式中的回收的被引導的光104可藉由使被引導的光不只一次的提供，例如，至多波束元件，來增加多視角背光板100的亮度(例如，複數耦合出的光束102的強度)，如下文所述。
在圖3A中，指出回收的被引導的光(例如，朝向一負x 方向)的一傳導方向103'的粗箭頭示出了光導110內的回收的被引導的該光的通常傳導方向。可替換地(例如，相對於回收的被引導的光)，可藉由將光以另一傳導方向103'引入到光導110中(例如，除了具有傳導方向103的被引導的光104之外)，來提供在另一傳導方向103'中被引導的光104 。
如圖3A-圖3C所示，多視角背光板100進一步包括沿著光導110長度彼此間隔開來的複數多波束元件120。特定來說，複數多波束元件120通過有限的空間彼此間隔開，且沿著光導110長度表示單獨的、不同的複數元件。因此，根據本發明的定義，複數多波束元件120根據一有限(即，非零值)的元件間距離(例如，一有限的中心至中心距離)彼此件隔開來。此外，根據一些實施例，複數多波束元件120通常不相交、重疊或彼此接觸。因此，複數多波束元件120的每一個多波束元件120通常是不同的且與複數多波束元件120中的其他多波束元件120分離。
根據一些實施例，複數多波束元件120可以排列成一維(one-dimensional, 1D)陣列或二維(two-dimensional, 2D)陣列。例如，複數多波束元件120可以排列為線性1D陣列。在另一例子中，複數多波束元件120可以被排列成矩形2D陣列或圓形2D陣列。進一步地，在一些例子中，該陣列(即，1D或2D陣列) 可以是常規或統一的陣列。特定來說，複數多波束元件120之間的一元件間距離(例如，中心至中心的距離或間距)可以在整個陣列上基本均勻或恆定。在其他例子中，複數多波束元件120之間的元件間距離可以變化為橫跨該陣列及沿著光導110的長度的其中一者或二者。
根據各個實施例，複數多波束元件120中的一多波束元件120係配置成用以耦合出被引導的光104的一部分以成為複數耦合出的光束102。特定來說，圖3A及圖3C以指向遠離光導110的第一(或前)表面110'的多個發散箭頭示出了耦合出的光束102。進一步地，根據各個實施例，多波束元件120的一尺寸係相當於一多視角顯示器的一多視角像素106中的一子像素106'的一尺寸，如上文中所定義。為了便於討論的目的，圖3A-圖3C中的多視角像素106係與多視角背光板100一起示出。在本發明中，該「尺寸」可以以包括但不限於，長度、寬度或面積的各種方式中的任何一種來定義。例如，一子像素106'的一尺寸可為其長度，且多波束元件120的相當尺寸也可以是多波束元件120的長度。在另一實施例中，尺寸可以指一面積，如此一來，多波束元件120的一面積可以相當於子像素106'的一面積。
在一些實施例中，多波束元件120的該尺寸可以與子像素106'尺寸相比較，且多波束元件尺寸係介於子像素尺寸的百分之五十(50%)至百分之兩百(200%)之間。例如，如果多波束元件尺寸係標示為「s 」及子像素尺寸係標示為「S 」(如圖3A中所示)，那麼多波束元件尺寸s 可用方程式(1)來給定，方程式(1)為：(1) 在其他例子中，該多波束元件尺寸係大於該子像素尺寸的約百分之六十(60%)，或約百分之七十(70%)，或大於該子像素尺寸的約百分之八十(80%)，或大於該子像素尺寸的約百分之九十(90%)，且多波束元件係小於該子像素尺寸的約百分之一百八十(180%)，或小於該子像素尺寸的約百分之一百六十(160%)，或小於該子像素尺寸的約百分之一百四十(140%)，或小於該子像素尺寸的約百分之一百二十(120%)。例如，藉由「可比較的尺寸」，該多波束元件尺寸可在該子像素尺寸的約百分之七十五(75%)及約百分之一百五十(150%)之間。在另一例子中，多波束元件120在尺寸上可以與該子像素106'相比較，其中，該多波束元件尺寸係在該子像素尺寸的約百分之一百二十五(125%)至百分之八十五(85%)之間。根據一些實施例，可以將減少或者在某些實施例中將多視角顯示器的視像之間的暗區域最小化為目的，來選擇多波束元件120及子像素106'的可比較尺寸，同時，可以減少多視角顯示器的複數視角之間的重疊，或在一些例子中將其最小化。
圖3A-圖3C進一步示出配置成用以調變複數耦合出的光束的多個耦合出的光束102的複數光閥108的一陣列。例如，該光閥陣列可為採用該多視角背光板的一多視角顯示器的一部分，且為了便於在本發明中說明的目的，在圖3A-圖3C中複數光閥108係與多視角背光板100一起示出。在圖3C中，複數光閥108的該陣列被部分地切除以允許光導110及該光閥陣列下方的多波束元件120的可視化。
如圖3A-圖3C所示的，不同的具有複數不同主要角度方向穿過的複數耦合出的光束102可藉由該光閥陣列中不同的複數光閥108來調變。此外，如圖中所示，該陣列的一光閥108對應於一子像素106'，且一組光閥108對應於一多視角顯示器的一多視角像素106。特定來說，該光閥陣列中不同組的光閥108係配置成用以接收及調變來自不同的多波束元件120的複數耦合出的光束102，即，如圖中所示，每一個多波束元件120具有一組獨特的光閥108。在各個實施例中，不同種類的光閥可被用作該光閥陣列的複數光閥108，該些光閥的種類包括但不限於，複數液晶光閥、複數電泳光閥，及基於電潤濕的複數光閥中的其中一者或多者。
如圖3A中所示，一第一光閥組108a係配置成用以接收及調變從一第一多波束元件120a耦合出的複數光束102，而一第二光閥組108b係配置成用以接收及調變從一第二多波束元件120b耦合出的複數光束102。因此，如圖3A中所示，該光閥陣列中的複數光閥組的每一組(例如，第一光閥組108a及第二光閥組108b)分別對應於一不同的多視角像素106，其中複數光閥組的單獨光閥108對應於相應多視角像素106的子像素106'。
應注意的是，如圖3A中所示，一子像素106'的尺寸可對應於該光閥陣列中的一光閥108的尺寸。在其他例子中，該子像素尺寸可被定義為該光閥陣列中相鄰的複數光閥108之間的一距離(例如，中心至中心距離)。舉例而言，光閥108可小於該光閥陣列中複數光閥108之間的該中心至中心距離。例如，該子像素尺寸可被定義為光閥108的尺寸或對應於複數光閥108之間的中心至中心距離的尺寸。
在一些實施例中，複數多波束元件120與對應的複數多視角像素106(例如，複數組光閥108)之間的關係可為一對一的關係。換言之，可以存在同等數量的多視角像素106及多波束元件120。圖3B以示例的方式明確地說明一對一的關係，其中包括不同的一組光閥108的每一個多視角像素106被示出為被虛線包圍。在其他實施例中(未於圖中示出)，多視角像素106及複數多波束元件120的數量可以彼此不同。
在一些實施例中，複數多波束元件120中相鄰的一對多波束元件120之間的一元件間距離(例如，中心至中心距離)可等於對應之複數多視角像素106中相鄰的一對多視角像素106之間的像素間距離(例如，中心至中心距離)，例如，由複數光閥組表示。舉例而言，如圖3A中所示，第一多波束元件120a及第二多波束元件120b之間的一中心至中心距離d 係基本上等同於第一光閥組108a及第二光閥組108b之間的中心至中心距離D 。 在另一實施例中(未於圖中示出)，該對多波束元件120及對應光閥組的相對中心至中心距離可不同，例如，多波束元件120可具有大於或小於表示多視角像素106的複數光閥組之間的一間距(例如，中心至中心距離D )的一元件間間距(即，中心至中心距離d )。
在一些實施例中，多波束元件120的一形狀類似於多視角像素106的形狀，或等同於對應多視角像素106的一組光閥108(或「子陣列」)的一形狀。例如，多波束元件120可具有一正方形形狀，以及多視角像素106(或相應的一組光閥108的排列)基本上可為正方形。在另一例子中，多波束元件120可具有一長方形形狀，即，可具有大於一寬度或橫向尺寸的一長度或縱向尺寸。在此例子中，對應多波束元件120的多視角像素106(或等效於該組光閥108的排列)可具有一類似矩形的形狀。圖3B示出正方形多波束元件120的一頂部或平面視圖，以及相應的正方形多視角像素106，其包括複數正方形組的光閥108。在又一例子中(未於圖中示出)，複數多波束元件120及對應的複數多視角像素106具有各種形狀，包括或至少近似但不限於，一三角形形狀、一六邊形形狀及一圓形形狀的。
此外(例如，如圖3A中所示的)，根據一些實施例，每一個多波束元件120係配置成用以將複數耦合出的光束102提供至一個且只有一個的多視角像素106。特定來說，對於給定的一個多波束元件120，具有與該多視角顯示器的複數不同視角對應的複數不同主要角度方向的複數耦合出的光束102基本上限於單個對應的多視角像素106及其子像素106'，即，對應於多波束元件120的一單組光閥108，如圖3A中示出。因此，多視角背光板100的每一個多波束元件120提供具有對應於多視角顯示器的複數不同視角的一組不同主要角度方向的對應的一組耦合出的光束102(即，該組耦合出的光束102包含具有對應於每一個不同視角方向的一方向的一光束)。
根據各個實施例，多波束元件120可包括配置成用以耦合出被引導的光104的一部分的多個不同結構中的任何一種。例如，該等不同結構可包括但不限於，複數繞射光柵、複數微反射元件、複數微折射元件、或其各種組合。在一些實施例中，多波束元件120包括配置成用以繞射耦合出被引導的光的一部分以成為具有複數不同主要角度方向的複數耦合出的光束102的一繞射光柵。在其他實施例中，多波束元件120包括配置成用以反射地耦合出被引導的光的一部分以成為複數耦合出的光束102的一微反射元件，或多波束元件120包括配置成藉由或利用折射以折射地耦合出被引導的光的一部分以成為複數耦合出的光束102的一微折射元件(即，折射地耦合出被引導的光的部分)。
圖4A 為說明根據與本發明所描述的原理一致的一實施例的包括一多波束元件120的一多視角背光板100的一部分的一剖面示意圖。圖4B 為說明根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例的包括一多波束元件120的一多視角背光板100的一部分的一剖面示意圖。特定來說，圖4A-圖4B示出了包括一繞射光柵122的多視角背光板100的多波束元件120。繞射光柵122係配置成用以將被引導的光的一部分繞射地耦合出成為複數耦合出的光束102。繞射光柵122包括藉由配置成用以提供繞射耦合出被引導的光的部分的一繞射特徵間距或一繞射特徵或光柵間距而彼此間隔開來的複數繞射特徵。根據各個實施例，繞射光柵122中的該等繞射特徵的該間距或該光柵間距可為子波長(即，小於被引導的光的一波長)。
在一些實施例中，多波束元件120的繞射光柵122可被定位在或相鄰於光導110的一表面。例如，如圖4A所示的，繞射光柵122可在或相鄰於光導110的第一表面110'。位於光導110的第一表面110'的繞射光柵可為配置成用以繞射地耦合出被引導的光通過第一表面110'以成為複數耦合出的光束102的一傳輸模式繞射光柵。在另一例子中，如圖4B所示的，繞射光柵122可被定位在或相鄰於光導110的第二表面110''。當定位於第二表面110''，繞射光柵122可為一反射模式繞射光柵。作為一反射模式繞射光柵，繞射光柵122係配置成朝著第一表面110'繞射被引導的光的部分及反射繞射的被引導的光的二者，以離開第一表面110'而成為複數繞射地耦合出的光束102。在其他實施例中(未於圖中示出)，繞射光柵可被定位在光導110的複數表面之間，例如，一傳輸模式繞射光柵及一反射模式繞射光柵的其中一者或二者。應注意的是，在本發明所描述的一些實施例中，複數耦合出的光束102的複數主要角度方向可包括由於在光導表面處離開光導110的複數耦合出的光束102而產生的折射效應。舉例而言，作為示例而非限制，圖4B示出了當複數耦合出的光束102穿過第一表面110'時由於折射率的變化而導致複數耦合出的光束102的折射(即，彎曲)。亦參照圖5A及圖5B，如下文所描述的。
根據一些實施例，繞射光柵122的複數繞射特徵可包括彼此間隔開來的複數凹槽及複數脊部的其中一者或二者。該等凹槽或脊部可包括光導110的一材料，例如，可形成於光導110的一表面中。在另一例子中，該等凹槽或脊部可以由光導材料以外的材料形成，例如，在光導110的一表面上的一膜或一其它材料層。
在一些實施例中，多波束元件120的繞射光柵122是均勻的繞射光柵，其中該繞射特徵間距在整個繞射光柵122中基本上恆定或不變。在其他實施例中，繞射光柵122為一啁啾繞射光柵。根據定義，「啁啾」繞射光柵為一繞射光柵展示或具有在啁啾繞射光柵的範圍或長度上變化的繞射特徵的繞射間距(即，該光柵間距)。在一些實施例中，啁啾繞射光柵可具有或表現出隨距離線性變化的啁啾。因此，根據定義，啁啾繞射光柵為一「線性啁啾」繞射光柵。在其他實施例中，多波束元件120的該啁啾繞射光柵可表現出繞射特徵間距的一非線性啁啾。各個非線性啁啾可被用於，包括但不限於，一指數啁啾，一對數啁啾或以另一個基本上不均勻或隨機但仍然單調的方式變化的啁啾。亦可以使用非單調啁啾，例如但不限於，一正弦啁啾或三角形或鋸齒啁啾。這些形式的啁啾的任意組合亦可被採用。
圖5A 為說明根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例的包括一多波束元件120的一多視角背光板100的一部分的一剖面示意圖。圖5B 為說明根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例的包括一多波束元件120的一多視角背光板100的一部分的一剖面示意圖。特定來說，圖5A及圖5B示出包括一微反射元件的多波束元件120的各個實施例。用作或在多波束元件120中的複數微反射元件可包括但不限於，採用一反射材料或其膜的一反射器(例如，一反射金屬)或基於全內部反射(total internal reflection, TIR)的一反射器。根據一些實施例(例如，如圖5A-圖5B所示)，多波束元件120包括可被定位在或相鄰於光導110的一表面(例如，第二表面110'')的一微反射元件。在其他實施例中(未於圖中示出)，微反射元件可被定位在第一表面110'及第二表面110''之間的光導110內。
舉例而言，圖5A示出的多波束元件120包括具有定位在相鄰於光導110的第二表面110''的複數反光面(例如，一「稜鏡」微反射元件)的一微反射元件124。示出的稜鏡微反射元件124的該等面係配置成用以將被引導的光的部分反射(即，反射地耦合)出光導110。例如，該等面可以相對於被引導的光104的傳導方向偏斜或傾斜(即，具有傾斜角度)，以將被引導的光的部分反射出光導110。根據各個實施例，該等面可以利用光導110內的反射材料(例如，如圖5A所示)而形成，或者可以是第二表面110''中的棱柱形空腔的複數表面。在一些實施例中，當採用棱柱形空腔時，空腔表面處的一折射係數變化可以提供反射(例如，TIR反射)，或者形成該等面的空腔表面可以被反射材料塗覆以提供反射。
在另一例子中，圖5B示出多波束元件120包括具有基本上平滑、彎曲表面的一微反射元件124，例如一半球形微反射元件124，但其並不受限於此。例如，微反射元件124的特定表面曲線可以配置為基於與被引導的光104所接觸的彎曲表面上的一入射點，以不同方向反射被引導的光的部分。如圖5A及圖5B中所示出的，作為示例而非限制，從光導110反射耦合出來的被引導的光的部分係從第一表面110'射出或離開。如同圖5A中的稜鏡微反射元件124，圖5B中的微反射元件124可以是光導110內的一反射材料或形成在第二表面110''中的空腔(例如，一半圓形空腔)，如同圖5B中作為示例而非限制所示出的。做為示例而非限制的。圖5A及圖5B亦示出具有二個傳導方向103、103'的被引導的光104(即，由粗箭頭示出)。例如，利用二個傳導方向103、103'可助於對複數耦合出的光束102提供對稱的主要角度方向。
圖6為說明根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例的包括一多波束元件120的一多視角背光板100的一部分的一剖面示意圖。特定來說，圖6示出一多波束元件120包括一微折射元件126。根據各個實施例，微折射元件126係配置成用以從光導110折射地耦合出被引導的光104的一部分。換言之，如圖6所示出的，微折射元件126係配置成使用折射(例如，相對於繞射或反射)將被引導的光的部分從光導110耦合出成為複數耦合出的光束102。微折射元件126可具有各種形狀，其形狀包括但不限於，一半圓形形狀、一矩形形狀或一棱柱形狀(即，具有傾斜面的一形狀)。根據各個實施例，微折射元件126可從光導110的一表面(例如，第一表面110')延伸或突出，如圖所示，或可為該表面中的一空腔(未於圖中示出)。進一步地，在一些實施例中，微折射元件126可包括光導110的一材料。在其他實施例中，微折射元件126可包括相鄰於該光導表面的另一材料，以及在一些例子中，微折射元件126可包括與該光導表面接觸的另一材料。
再次參照圖3A，多視角背光板100可進一步包括一光源130。根據各個實施例，光源130係配置成用以在光導110中提供要引導的光。特定來說，光源130可被定位在相鄰於光導110的一入射面或端部(輸入端)。在各個實施例中，光源130基本上可包括任意光源(例如，光學發射器)，光源可以包括但不限於，一或多個發光二極體(light emitting diodes, LEDs)或一雷射(例如，雷射二極體)。在一些實施例中，光源130可包括配置成產生具有由一特定顏色表示的窄帶頻譜的基本單色光的一光發射器。特定來說，該單色光的顏色可為一特定顏色空間或一顏色模型的一主要顏色(例如，一紅-綠-藍(red-green-blue, RGB)顏色模型)。在其他例子中，光源130可以是配置為用以提供基本上寬帶或多色光的基本寬帶光源。例如，光源130可提供白光。在一些實施例中，光源130可包括配置為用以提供複數不同顏色的光的複數不同光發射器。該等不同光發射器可被配置為用以提供具有對應於複數不同顏色的光的每一個的不同且顏色特定的非零值傳導角度的被引導的光的光。
在一些實施例中，光源130可進一步包括一準直器。該準直器可被配置為用以從光源130的一個或多個光發射器接收基本上未被準直的光。特定來說，根據一些實施例，該準直器可提供具有非零值傳導角度且依據一預定準直因素被準直的準直的光。再者，當不同顏色的複數光發射器被採用時，該準直器可被配置為用以提供準直的該光，準直的該光具有不同的、顏色特定的非零值傳導角度以及具有不同的顏色特定的準直因素。準直器進一步配置成用以將準直的光束傳送到光導110，以將其傳導為被引導的光104，如上文所述。
在一些實施例中，多視角背光板100係配置為在通過與被引導的光104的傳導方向103、103'正交的光導110的方向上基本上透明。特定來說，在一些實施例中，光導110及間隔開來的複數多波束元件120允許光藉由通過第一表面110'及第二表面110''的二者而通過光導110。至少可以部分地透過多波束元件120的相對較小的尺寸及多波束元件120的相對較大的元件間間隔(例如，與多視角像素106的一對一對應關係)來促進透明度。此外，根據一些實施例，特別是當多波束元件120包括繞射光柵時，多波束元件120對正交於光導表面110'、110''傳導的光也可以是基本上透明的。
根據與本說明書所描述的原理一致的一些實施例，本發明係提供一多視角顯示器。該多視角顯示器係配置成用以發射作為該多視角顯示器的複數像素的複數調變光束。此外，發射的複數調變光束可以優先地指向多視角顯示器的多個視角方向。在一些例子中，多視角顯示器係配置為用以提供或「顯示」一3D或多視角圖象。根據各個實施例，調變的不同定向光束中的不同的光束可以對應於與多視角圖像相關聯的不同「視角」的各個像素。例如，在由多視角顯示器顯示的多視角圖像中，複數不同視角可提供表示為一「裸眼」(例如，自動立體鏡(autostereoscopic))的資訊。
圖7為說明根據與本發明所描述的原理一致的一實施例的一多視角顯示器200的一方塊示意圖。根據各個實施例，多視角顯示器200係配置成用以根據複數不同視角方向中的複數不同視角來顯示一多視角圖像。特定來說，由多視角顯示器發射的複數調變的光束202被用於顯示該多視角圖像，且可對應於該等不同視角的複數像素(即，複數視角像素)。複數調變的光束202在圖7中以從複數多視角像素210發出的箭頭所示。作為示例而非限制，發射的調變的光束202的箭頭是以虛線表示，以強調其調變。
圖7中示出的多視角顯示器200包括多視角像素210的一陣列。該陣列的複數多視角像素210係配置成用以提供複數多視角顯示器200的複數不同視角。根據各個實施例，該陣列的一多視角像素210包括複數配置為用以調變複數光束204及產生複數發射的調變的光束202的複數子像素。在一些實施例中，多視角像素210基本上類似於上文中相對多視角背光板100所描述的光閥108陣列的一組光閥108。特定來說，多視角像素210的一子像素基本上可類似於上文所描述的光閥108。亦即，多視角顯示器200的一多視角像素210可包括一組光閥(例如，一組光閥108)，且多視角像素210的一子像素可包括該組中的一光閥(例如，一單一光閥108)。
根據各個實施例，圖7中示出的多視角顯示器200進一步包括多波束元件220的一陣列。該陣列中的每一個多波束元件220係配置成用以提供複數光束204至一對應的多視角像素210。複數光束204中的多個光束204具有彼此不同的主要角度方向。特定來說，多個光束204的不同主要角度方向對應於多視角顯示器200的不同視角的不同視角方向。
根據各個實施例，該多波束元件陣列中的多波束元件220的一尺寸可以與複數子像素中的一子像素的一尺寸相比較。例如，在一些實施例中，多波束元件220的該尺寸可大於該子像素尺寸的一半，及小於該子像素尺寸的二倍。此外，根據一些實施例，多波束元件陣列的複數多波束元件220之間的一元件間距離可對應於多視角像素陣列的複數多視角像素210之間的一像素間距離。例如，複數多波束元件220之間的該元件間距離基本上可等於複數多視角像素210之間的該像素間距離。在一些例子中，複數多波束元件220之間的該元件間距離及對應的複數多視角像素210之間的該像素間距離可被定義為一中心至中心距離或間距或距離的一等效測量。
進一步地，在該多視角像素陣列的複數多視角像素210及該多波束元件陣列的複數多波束元件220之間可能存在一對一對應關係。特定來說，在一些實施例中，複數多波束元件220之間的該元件間距離(例如，中心至中心)基本上可等於複數多視角像素210之間的該像素間距離(例如，中心至中心)。因此，多視角像素210中的每一個子像素可被配置為用以調變由一對應多波束元件220提供的複數光束204中的不同的一個。此外，根據各個實施例，每一多視角像素210可被配置為用以從一個且僅一個的多波束元件220接收及調變光束204。
在一些實施例中，該多波束元件陣列的多波束元件220基本上可類似於如上文所述的多視角背光板100的多波束元件120。例如，多波束元件220可包括基本上類似於如上文中相對於多波束元件120所述的繞射光柵122的一繞射光柵，以及例如於圖4A-圖4B中所示出的繞射光柵。在另一例子中，多波束元件220可包括基本上類似於如上文中相對於多波束元件120所述的微反射元件124的一微反射元件，以及例如於圖5A-圖5B中所示出的微反射元件。在又一實施例中，多波束元件220可包括基本上類似於如上文中相對於多波束元件120所述的微折射元件126的一微折射元件，以及例如於圖6中所示出的微折射元件。
在具有多波束元件220的多個實施例中，包括複數繞射光柵、複數微反射元件及複數微折射元件的一或多個，多視角顯示器200可進一步包括配置為用以引導光的一光導。根據這些實施例，該多波束元件陣列的多波束元件220可被配置為將被引導的光的一部分從該光導耦合出，以成為被提供至該像素陣列中對應的多視角像素210的複數耦合出的光束204。特定來說，多波束元件220可光學地連接至該光導以耦合出被引導的光的該部分。在一些實施例中，多視角顯示器200的該光導基本上可類似於上文所描述相對於多視角背光板100的光導110。應注意的是，一光導並未明確地於圖7中示出。
此外，在這些實施例的一些中(未於圖7中示出)，多視角顯示器200可進一步包括一光源。該光源可被配置為以一非零值傳導角度提供光至該光導，以及，在一些實施例中，例如，係根據一準直因素進行準直，以在該光導內提供被引導的光的預定角度擴展。根據一些實施例，該光源基本上可類似於如上文所述的多視角背光板100的光源130。
在其他實施例中，該陣列的複數多波束元件220可為複數光發射元件。換言之，例如，複數多波束元件220可產生及發射各自的光，而不是將來自一光導的被引導的光的一部分耦合出去。特定來說，複數多波束元件220可包括一光源，例如但不限於，一發光二極體(LED)或一有機發光二極體(organic light emitting diode, OLED)。根據一些實施例，用作多波束元件220的該LED、該OLED或類似的裝置可以被配置為直接將複數光束204提供至多視角像素210以進行調變而成為複數光束202。此外，該LED、該OLED或的裝置可具有如上文對於多波束元件220所描述的尺寸和元件間間距。
根據與本發明所描述的原理一致的其他實施例，提供了一種多視角背光板的操作方法。圖8為說明根據與本發明所描述的原理一致的一實施例的一多視角背光板的操作方法300的流程圖。如圖8中所示的，多視角背光板的操作方法300包括步驟310，沿著一光導的長度引導光。在一些實施例中，在步驟310中，該光可以以一非零值傳導角度被傳導。此外，被引導的該光可依據一預定準直因素被準直。根據一些實施例，該光導基本上可類似於上文所述的相對於多視角背光板100的光導110。
如圖8中所示的，多視角背光板的操作方法300進一步包括步驟320，利用一多波束元件將被引導的光的一部分耦合出該光導，以提供具有彼此不同的複數主要角度方向的複數耦合出的光束。在各個實施例中，耦合出的該等光束的該等主要角度方向對應於一多視角顯示器的複數相對視角方向。根據各個實施例，該多波束元件的一尺寸係可以與該多視角顯示器的一多視角像素中的一子像素的一尺寸相比較。例如，該多波束元件可大於該子像素尺寸的一半及小於該子像素尺寸的二倍。
在一些實施例中，該多波束元件基本上類似於如上文所述的多視角背光板100的多波束元件120。例如，該多波束元件可為複數多波束元件或複數多波束元件的一陣列的一成員。此外，在一些實施例中，該多波束元件可包括一繞射光柵、微反射元件及一微折射元件的一或多個。特定來說，根據一些實施例，在步驟320中，用於耦合出被引導的光的該多波束元件可包括光學耦合至該光導以繞射耦合出被引導的該光的部分的一繞射光柵。例如，該繞射光柵基本上可類似於多波束元件120的繞射光柵122。在另一實施例中，該多波束元件可包括光學耦合至該光導以反射耦合出被引導的該光的部分的一微反射元件。例如，該微反射元件基本上可類似於上文所述的相對於多波束元件120的微反射元件124。在又另一實施例中，該多波束元件可包括光學耦合至該光導以折射耦合出被引導的該光的部分的一微折射元件。例如，該微折射元件基本上可類似於如上文相對於多波束元件120所述的微折射元件126。
在一些實施例中(未於圖中示出)，多視角背光板的操作方法300進一步包括利用一光源提供光至該光導。被提供的該光可為被引導的光，其中一者或二者在光導內具有非零值傳播角度，且根據準直因素在光導內被準直，以提供該光導內的被引導的該光一預定角度擴展。在一些實施例中，該光源基本上可類似於如上文所述的多視角背光板100的光源130。
在一些實施例中，多視角背光板的操作方法300進一步包括步驟330，利用配置為一多視角顯示器的一多視角像素的複數光閥來調變複數耦合出的光束。根據一些實施例，複數光閥或光閥陣列中的一個光閥對應於該等多視角像素的該子像素。換言之，舉例而言，該多波束元件可具有一尺寸，該多波束元件的該尺寸可以與該光閥的一尺寸或複數光閥中的多個光閥之間的一中心至中心間距相比較。根據一些實施例，複數光閥基本上可類似於上文所述的相對於圖3A-圖3C及多視角背光板100的光閥108的陣列。特定來說，不同組的複數光閥可以以類似於如上文所述的第一和第二光閥組108a、108b對不同的多視角像素106的對應方式對應於不同的多視角像素。此外，光閥陣列的單一光閥可以對應於多視角像素的子像素，如同在圖3A-圖3C的上述討論中一光閥108對應於一子像素106'。
因此，本發明已經描述了多視角背光板的多個例子及實施例、多視角背光板的操作方法、以及具有包括複數子像素的複數多視角像素的多視角顯示器。該多視角背光板、該方法及該多視角顯示器採用一多波束元件以提供對應於一多視角圖像的複數不同視角的複數光束。該多波束元件的尺寸可以與該顯示器的一多視角像素的一子像素的尺寸相比較。熟知該領域的技術人士應當瞭解，上文中所敘述的實例僅為代表本發明之原理的眾多實例與實施例中的說明性範例。顯然地，熟知該領域的技術人士可以在不脫離本發明的申請專利範圍所限定之範疇的條件下做出多種其他的配置。
10‧‧‧多視角顯示器
12‧‧‧螢幕
14‧‧‧視角
16‧‧‧視角方向
20‧‧‧光束/入射光束
30‧‧‧繞射光柵
40‧‧‧光導
50‧‧‧光束
100‧‧‧多視角背光板
102‧‧‧光束
103‧‧‧傳導方向
103'‧‧‧另一傳導方向/傳導方向
104‧‧‧被引導的光/被引導的光束
106‧‧‧多視角像素
106'‧‧‧子像素
108‧‧‧光閥
108a‧‧‧第一光閥組
108b‧‧‧第二光閥組
110‧‧‧光導/平板光導
110'‧‧‧第一表面
110''‧‧‧第二表面
120‧‧‧多波束元件
120a‧‧‧第一多波束元件
120b‧‧‧第二多波束元件
122‧‧‧繞射光柵
124‧‧‧微反射元件/稜鏡微反射元件/半球形微反射元件
126‧‧‧微折射元件
130‧‧‧光源
200‧‧‧多視角顯示器
202‧‧‧調變的光束
204‧‧‧光束
210‧‧‧複數多視角像素/多視角像素
220‧‧‧多波束元件
300‧‧‧操作方法
310-330‧‧‧步驟
O‧‧‧原點
f‧‧‧角度分量/方位角
q‧‧‧角度分量/仰角
q m ‧‧‧繞射角度
l‧‧‧光的波長
m‧‧‧繞射階數
n‧‧‧光導的折射係數
D‧‧‧中心至中心距離
d‧‧‧繞射光柵的複數特徵之間的距離或間距/中心至中心距離
q i ‧‧‧光入射在繞射光柵上的入射角度/入射角度
s‧‧‧準直因素
s‧‧‧多波束元件尺寸
S‧‧‧子像素尺寸
按照此說明書中描述的原理的示例的各種特徵，在參考附圖並結合下面的詳細描述下可以被更容易地理解，其中，相似的標號表示相似的結構元件，且該些附圖包括： 圖1A為說明根據與本發明所描述的原理一致的一實施例的一多視角顯示器的一透視圖； 圖1B 為說明根據與本發明所描述的原理一致的一實施例的具有對應於一多視角顯示器的一視角方向的一特定主要角度方向的光束的角度分量的一圖形示意圖； 圖2為說明根據與本發明所描述的原理一致的一實施例的一繞射光柵的一剖面示意圖； 圖3A為說明根據與本發明所描述的原理一致的一實施例的一多視角背光板的一剖面示意圖； 圖3B 為說明根據與本發明所描述的原理一致的一實施例的一多視角背光板的一平面示意圖； 圖3C 為說明根據與本發明所描述的原理一致的一實施例的一多視角背光板的一透視圖； 圖4A 為說明根據與本發明所描述的原理一致的一實施例的包括一多波束元件的一多視角背光板的一部分的一剖面示意圖； 圖4B 為說明根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例的包括一多波束元件的一多視角背光板的一部分的一剖面示意圖； 圖5A 為說明根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例的包括一多波束元件的一多視角背光板的一部分的一剖面示意圖； 圖5B 為說明根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例的包括一多波束元件的一多視角背光板的一部分的一剖面示意圖； 圖6 為說明根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例的包括一多波束元件的一多視角背光板的一部分的一剖面示意圖； 圖7 為說明根據與本發明所描述的原理一致的一實施例的一多視角顯示器的一方塊示意圖；以及 圖8為說明根據與本發明所描述的原理一致的一實施例的一多視角背光板的操作方法流程圖。
某些特定的例子可能會具有其他相較於上述圖式中的特徵而言相同、額外或者可以將之取代的特徵。在下文中將參照圖式針對這些特徵以及其他的特徵進行詳細說明。

Claims (21)

  1. 一種多視角背光板，包括：一光導，配置為用以沿著該光導的長度在傳導方向上引導光；以及複數多波束元件，該等多波束元件沿著該光導的長度彼此間隔開，該等多波束元件的其中之一被配置為用以從該光導中將被引導的光的一部分耦合出成為複數被耦合出的光束，該等被耦合出的光束具有對應於一多視角顯示器的各個不同視角方向的複數不同主要角度方向，該多視角顯示器包括複數多視角像素；其中，在該多視角顯示器的一多視角像素中，該多波束元件的尺寸可以與一子像素的尺寸相當，其中，該等多波束元件中的多波束元件與該多視角顯示器中對應的該等多視角像素之間的一關係為一對一關係，其中，該等多波束元件中的多波束元件被排列為二維(2D)陣列。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之多視角背光板，其中，該等多波束元件中一對多波束元件之間的元件間距離等於該等多視角像素中對應的一對多視角像素之間的像素間距離。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之多視角背光板，其中，該多波束元件的尺寸係在該子像素的尺寸的百分之五十至百分之二百之間。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之多視角背光板，其中，該多波束元件的一形狀係類似於該多視角像素的一形狀。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之多視角背光板，其中，該多波束元件包括一繞射光柵，該繞射光柵配置為用以繞射耦合出部分的被引導的該光以成為該等被耦合出的光束。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之多視角背光板，其中，該多波束元件包括一微反射元件及一微折射元件的其中一者或二者，該微反射元件被配置為用以反射地耦合出被引導的該光的一部分，該微折射元件被配置為用以折射地耦合出被引導的該光的一部分。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述之多視角背光板，其中，該多波束元件係定位在該光導的一第一表面及一第二表面的其中之一者，該多波束元件被配置為通過該第一表面耦合出被引導的該光的部分。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述之多視角背光板，進一步包括光學地耦合至該光導的一輸入端的一光源，該光源被配置為用以提供具有一非零值傳導角度的被引導的該光，及依據一預定準直因素被準直的被引導的該光的其中一者或二者。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述之多視角背光板，其中，該光導及該等多波束元件的一組合在與被引導的該光的該傳導方向正交的一方向上係配置為通過該光導而光學透明。
  10. 一種包括如申請專利範圍第1項所述之多視角背光板的多視角顯示器，該多視角顯示器進一步包括一光閥陣列，該光閥陣列係配置為用以調變該等耦合出的光束中的多個光束，該光閥陣列中的一光閥對應於該子像素，光閥陣列中的一組光閥對應於該多視角顯示器中的該多視角像素。
  11. 一多視角顯示器，包括：一多視角像素陣列，配置為用以提供該多視角顯示器的複數不同視角，一多視角像素包括配置為用以調變複數光束的複數子像素；以及一多波束元件陣列，每一個多波束元件被配置為用以提供該等光束至一對應的多視角像素，該等光束中的多個光束具有彼此對應於該等不同視角的複數不同視角方向的複數不同主要角度方向；其中，該多波束元件陣列的一多波束元件的尺寸可以與該等子像素的一子像素的一尺寸相當，該多波束元件陣列中相鄰的二個多波束元件之間的元件間距離對應於該多視角像素陣列中相鄰的二個多視角像素之間的像素間距離，其中，該等多波束元件中的多波束元件與該多視角顯示器中對應的該等多視角像素之間的一關係為一對一關係，其中，該等多波束元件中的多波束元件被排列為二維(2D)陣列。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述之多視角顯示器，其中，該等多波束元件之間的該元件間距離等於該等多視角像素之間的該像素間距離。
  13. 根據申請專利範圍第11項所述之多視角顯示器，其中，該多波束元件的該尺寸大於該子像素的尺寸的一半，且小於該子像素的尺寸的二倍。
  14. 根據申請專利範圍第11項所述之多視角顯示器，進一步包括配置為用以引導光的一光導，其中，該多波束元件陣列的該多波束元件係配置為用以將被引導的該光的一部分從該光導中耦合出成為被提供至對應該多視角像素的該等光束。
  15. 根據申請專利範圍第14項所述之多視角顯示器，其中，該多波束元件包括光學地連接至該光導以耦合出被引導的該光的該部分的一繞射光柵、一微反射元件及一微折射元件的其中一者。
  16. 根據申請專利範圍第14項所述之多視角顯示器，進一步包括配置為用以提供光至該光導的一光源，被引導的該光具有一非零值傳導角度，且依據一準直因素被準直，以在該光導中提供被引導的該光的一預定角度擴散。
  17. 根據申請專利範圍第11項所述之多視角顯示器，其中，該多視角像素陣列的該多視角像素包括一組光閥，該多視角像素的一子像素包括該組光閥中的一光閥。
  18. 一種多視角背光板的操作方法，包括：沿著一光導的一長度在一傳導方向上引導光；以及藉由一多波束元件將被引導的該光的一部分耦合出該光導以提供複數耦合出的光束，該等耦合出的光束具有對應於一多視角顯示器的各個不同視角方向的複數不同主要角度方向；其中，該多波束元件的一尺寸可以與該多視角顯示器中的一多視角像素的一子像素的尺寸相當，其中，該等多波束元件中的多波束元件與該多視角顯示器中對應的該等多視角像素之間的一關係為一對一關係，其中，該等多波束元件中的多波束元件被排列為二維(2D)陣列。
  19. 根據申請專利範圍第18項所述之多視角背光板的操作方法，其中，該多波束元件包括一繞射光柵，該繞射光柵光學地耦合至該光導，以繞射耦合出被引導的該光的部分。
  20. 根據申請專利範圍第18項所述之多視角背光板的操作方法，進一步包括藉由一光源以提供光至該光導，被提供的該光成為被引導的該光，被引導的該光具有下述特性之一或同時具有下述特性：在該光導中具有一非零值傳導角度，以及依據一準直因素被準直，藉此提供被引導的該光的一預定角度擴散。
  21. 根據申請專利範圍第18項所述之多視角背光板的操作方法，進一步包括藉由配置為該多視角像素的複數光閥調變該等耦合出的光束，該等光閥中的一光閥對應於該多視角像素中的該子像素。
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