TWI696006B - 具有微透鏡之基於多光束元件之背光件、多視域顯示器、及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一種多視域背光件以及多視域顯示器，應用微透鏡來調整方向性光束，以使其具有對應於多視域顯示器之個別不同視域方向的方向。該多視域背光件包括：一光導件，配置以將光引導作為被引導的光；一多光束元件，配置以散射來自該光導件之該被引導的光的一部分，以作為複數個方向性光束；以及一微透鏡，配置以調整該等方向性光束的方向。該多視域顯示器進一步包括：一多視域像素，配置以調變該等方向性光束以及提供該多視域顯示器之複數個不同視域，該微透鏡位於該多光束元件以及該多視域像素之間。

Description

具有微透鏡之基於多光束元件之背光件、多視域顯示器、及其操作方法

本發明涉及一種具有微透鏡之基於多光束元件之背光件、多視域顯示器、以及方法，尤其是使用微透鏡以調整方向性光束的方向之多視域背光件、多視域顯示器、以及操作多視域背光件之方法。

電子顯示器是一種幾乎無所不在的媒體，用於向各式各樣之設備和產品的使用者傳達資訊。最常用的電子顯示器包括陰極射線管（CRT）、電漿顯示面板（PDP）、液晶顯示器（LCD）、電致發光顯示器（EL）、有機發光二極體（OLED）與主動式矩陣有機發光二極體（AMOLED）顯示器、電泳顯示器（EP）、以及使用機電或電流體光調變的各種顯示器（例如，數位微鏡裝置、電潤濕顯示器等）。通常，電子顯示器可以被分類為主動顯示器（亦即，發光的顯示器）或被動顯示器（亦即，調變由另一個光源所提供的光的顯示器）。在主動顯示器中最明顯的示例是CRT、PDP、和OLED/AMOLED。在考慮自發光性時，LCD和EP顯示器通常被分類為被動顯示器。雖然被動顯示器通常具有良好的性能特徵，包括但不限於固有的低功耗，但由於缺乏發光能力，可能會在許多實際應用中具有使用的限制。

為了克服與發光相關的被動顯示器的限制，許多被動顯示器被耦合到外部光源。耦合的光源可以使這些被動顯示器發光並且基本上作為主動顯示器來運作。這種耦合光源的示例是背光件。背光件可以用作光源（通常是面板背光件），其放置於在其他情況下為被動顯示器的後面以照射被動顯示器。例如，背光件可以耦合到LCD顯示器或EP顯示器。背光件發射通過LCD顯示器或EP顯示器的光。發射的光由LCD顯示器或EP顯示器調變，然後調變後的光從LCD顯示器或EP顯示器發射。通常背光件被配置以發出白光。然後，使用彩色濾光片將白光轉換成顯示器中使用的各種顏色。例如，彩色濾光片可以放置在LCD顯示器或EP顯示器（較不常用）的輸出處，或者在背光件與LCD顯示器或EP顯示器之間。

依據本發明之一態樣，本發明提供一種多視域背光件，包括：一光導件，配置以引導光，以作為被引導的光； 一多光束元件，配置以從該光導件散射該被引導的光的一部分，以作為複數個方向性光束，該等方向性光束中的方向性光束具有彼此不同之主要角度方向；以及一微透鏡，配置以調整該等方向性光束的該不同之主要角度方向，以對應於一多視域顯示器之個別不同視域方向。

依據本發明另一態樣，本發明提供一種多視域顯示器，包括：上述之多視域背光件；以及一光閥陣列，配置以調變該等方向性光束中之方向性光束，該光閥陣列中的一組光閥對應於該多視域顯示器之一多視域像素。

依據本發明又一態樣，本發明提供一種多視域顯示器，包括：一多視域像素陣列，配置以提供該多視域顯示器之複數個不同視域，該多視域像素陣列的一多視域像素包括複數個光閥，配置以調變複數個方向性光束；複數個多光束元件，該等多光束元件中的一多光束元件係配置以提供該等方向性光束；以及複數個微透鏡，位於該多視域像素陣列以及該等多光束元件之間，該等微透鏡中的一微透鏡係配置以調整該等方向性光束中的方向性光束的方向，以對應於該多視域顯示器之該等不同視域之個別視域方向。

依據本發明再一態樣，本發明提供一種操作多視域背光件之方法，該方法包括：在沿著一光導件的一長度的一傳播方向上引導光，以作為被引導的光；使用一多光束元件將該被引導的光的一部分散射出該光導件，以提供複數個方向性光束，該等方向性光束中的方向性光束具有彼此不同之方向；以及使用一微透鏡調整該等方向性光束的方向，該調整過的方向對應於應用該多視域背光件之一多視域顯示器之個別不同視域方向，其中，該多光束元件的尺寸可相比擬於在該多視域顯示器之一多視域像素中之一子像素的尺寸。

根據在此描 述的原理的示例和實施例提供一種多視域或者三維（3D）顯示器以及應用於多視域顯示器之多視域背光件。尤其，根據在此描述的原理的實施例提供一種多視域背光件，該多視域背光件使用多光束元件，該多光束元件配置以提供複數個方向性光束以及複數個透鏡或「微透鏡」，該等方向性光束具有複數個不同的主要角度方向，該等透鏡或「微透鏡」配置以調整該等方向性光束之不同的主要角度方向。根據各種實施例，由多光束元件所提供之方向性光束之調整後之不同的主要角度方向以及與其相關之多視域背光件之微透鏡係對應於多視域顯示器之各種視域之不同方向。在此所描述的應用多視域背光件之多視域顯示器之使用包括但不限於行動電話（例如，智慧型手機）、手錶、平板電腦、行動電腦（例如，筆記型電腦）、個人電腦和電腦螢幕、車用顯示器中控臺、攝影機顯示器、以及各種其他行動及基本上非行動的顯示應用和裝置。

在此，「多視域顯示器」係定義為電子顯示器或顯示器系統，其配置以在不同的視域方向中提供多視域影像之不同的視域。圖1A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域顯示器10的立體圖。如圖1A所示，多視域顯示器10包括螢幕12，以顯示要觀看的多視域影像。例如，螢幕12可以是電話的螢幕（例如，行動電話、智慧型手機等）、平板型電腦、筆記型電腦、桌上型電腦的電腦螢幕、攝影機顯示器、或基本上任何其他裝置之電子顯示器。

多視域顯示器10在相對於螢幕12的不同視域方向16上提供多視域影像的不同視域14。視域方向16被顯示為從螢幕12在各種不同的主要角度方向（或者，簡單來說，不同方向）上延伸的箭頭；不同的視域14在箭頭終點（亦即，表示視域方向16）處被顯示為陰影多邊形框；以及僅顯示四個視域14和四個視域方向16，以上皆為示例性而不是限制性。要注意的是，儘管在圖1A中將不同的視域14顯示為位於螢幕上方，但是當在多視域顯示器10上顯示多視域影像時，視域14實際上出現在螢幕12上或其附近。將視域14表示在螢幕12之上僅用於說明的簡單性，並且旨在表示從對應於一特定視域14的視域方向16中相對應的一個視域方向觀看多視域顯示器10。

按照在此所定義，視域方向或者等同地具有與多視域顯示器的視域方向相對應的方向的光束通常具有由角分量{q ,f }給定的主要角度方向。角分量q 在這裡被稱為光束的「仰角分量」或「仰角」。角分量f 被稱為光束的「方位角分量」或「方位角」。根據定義，仰角q 是垂直平面中的角度（例如，垂直於多視域顯示器螢幕的平面），而方位角f 是水平面內的角度（例如，平行於多視域顯示器螢幕的平面）。

圖1B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的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或者「方向」的光束20的角分量 {q ,f } 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起始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，在術語「多視域影像」和「多視域顯示器」中使用的術語「多視域（multiview）」被定義為在複數個視域之中的視域之間表示不同視角或包括角度差異的複數個視域。另外，按照本文定義，本文中術語「多視域」明確地包括多於兩個不同視域（亦即，最少三個視域並且通常多於三個視域）。因此，這裡採用的「多視域顯示器」明確地與僅包括表示景象或影像的兩個不同視域的立體顯示器區隔開。然而，要注意的是，雖然多視域影像和多視域顯示器可以包括多於兩個視域，但是根據本文的定義，每次可以透過僅選擇多視域中的兩個視域來（例如，在多視域顯示器上）查看多視域影像作為立體影像對（例如，每隻眼睛一個視域）。

「多視域像素」在本文中被定義為在多視域顯示器的相似的複數個不同視域中的每一個中代表「視域」像素的一組子像素。具體地，多視域像素可以具有對應或表示在多視域影像的每個不同視域中的視域像素的單獨子像素。此外，根據本文的定義，多視域像素的子像素是所謂的「方向性像素（directional pixel）」，因為每個子像素與不同視域中相應的一個的預定視域方向相關聯。此外，根據各種示例和實施例，由多視域像素的子像素所代表的不同視域像素可以在每個不同視域中具有等同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位於多視域影像的每個不同視域中的{x ₁ ,y ₁ }處的單獨子像素，而第二多視域像素可以具有位於每個不同視域中的{x ₂ ,y ₂ }處的單獨子像素等。

在一些實施例中，在多視域像素中的子像素數量可以等於多視域顯示器的視域數量。例如，多視域像素在與其相關聯之具有64個不同視域的多視域顯示器中，可提供64個子像素。在另一示例中，多視域顯示器可以提供8乘4個陣列的視域（即，32個視域）以及多視域像素可以包括32個子像素（即，每個視域有一個）。此外，每個不同的子像素可以具有一相關聯的方向（例，光束方向），例如，該方向對應於對應至64個不同視域的視域方向的其中之一。此外，依據一些實施例，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顯示視域中的「視域」像素的數量（即，組成一選擇視域的像素）。例如，如果一視域包括640乘480個視域像素（即，640 × 480視域解析度），該多視域顯示器可具有307,200個多視域像素。在另一示例中，當視域包括100乘100個像素時，該多視域顯示器可包括總數為一萬（即，100 × 100 = 10000）的多視域像素。

這裡，「光導件」被定義為使用全內反射在結構內引導光的結構。具體地，光導件可以包括在光導件的工作波長處為基本上透明的芯。在各種實施例中，術語「光導件」通常是指採用全內反射來在光導件的介電材料與圍繞該光導件的材料或介質之間的界面處引導光的介電光波導件。根據定義，全內反射的條件是光導件的折射率大於與光導材料的表面鄰接的周圍介質的折射率。在一些實施例中，光導件可以包括除了上述折射率差之外或替代上述折射率差的塗層，以進一步促進全內反射。例如，塗層可以是反射塗層。光導件可以是幾個光導件中的任何一個，包括但不限於板或板片光導件和條狀光導件中的一個或兩個。

此外，在本文中，當術語「板」應用於光導件以作為「板光導件」時，板光導件係定義為分段或差異性平面層或片，其在某些狀況下，也稱為「板片」光導件。尤其，板光導件係定義為配置以在兩個基本上正交方向引導光的光導件，該兩個基本上正交方向係由光導件之頂部表面以及底部表面（即，相對的表面）所限定。此外，由本文所定義，頂部表面以及底部表面彼此區隔開且在至少微分方面上彼此基本上平行。亦即，在板光導件的任何微小區塊中，頂部表面和底部表面為基本上平行或共面。

在一些實施例中，板光導件可為基本上平坦（即，受限於一平面），因此，板光導件為一平面光導件。在其他實施例中，板光導件可以被彎曲成一個或兩個正交維度。例如，板光導件可在單一維度中彎曲，以形成一圓柱形板光導件。然而，任何彎曲皆需具有足夠大的曲率半徑，以保證全內反射被維持在板光導件內來導光。

本文中，「角度保持散射特徵部（angle-preserving scattering feature）」或等同地為「角度保持散射體」是任何特徵部或散射體，其被配置以基本上在散射的光中保持入射在特徵部或散射體上的光的角展度（angular spread）的方式來散射光。特別是，根據定義，被角度保持散射特徵部散射的光的角展度s_s 是入射光的角展度s的函數（亦即，s_s =f (s)）。在一些實施例中，散射的光的角展度s_s 是入射光的角展度或準直因子s的線性函數（例如，s_s =a ×s，其中a 是一個整數）。也就是說，被角度保持散射特徵部散射的光的角展度s_s 可以是正比於入射光的角展度或準直因子s。例如，散射的光的角展度s_s 可以基本上等於入射光的角展度s（例如，s_s ≈ s）。均勻的繞射光柵（亦即，具有基本上均勻或不變的繞射特徵部間隔或光柵間距的繞射光柵）是角度保持散射特徵部的示例。相反地，在本文的定義中，朗伯特（Lambertian）散射體或反射體以及一般漫射體（例如，具有或大致上為朗伯特散射體）皆並非角度保持散射體。

本文中，「繞射光柵」通常被定義為布置成提供入射在繞射光柵上的光的繞射的複數個特徵部（亦即，繞射特徵部）。在一些示例中，可以以週期性或準週期性的方式來布置複數個特徵部。例如，繞射光柵可以包括布置成一維（1D）陣列的複數個特徵部（例如，材料表面中的複數個凹槽或脊部）。在其他示例中，繞射光柵可以是二維（2D）陣列的特徵部。例如，繞射光柵可以是材料表面上的凸塊或孔洞的二維陣列。

如此，根據本文的定義，「繞射光柵」是提供入射在繞射光柵上的光的繞射的結構。如果光從光導件入射在繞射光柵上，則所提供的繞射或繞射散射可以導致並且因此被稱為「繞射耦合」，因為繞射光柵可以透過繞射將光耦合出光導件。繞射光柵還藉由繞射（亦即，以繞射角）重新定向或改變光的角度。尤其，由於繞射，離開繞射光柵的光通常具有與入射在繞射光柵上的光（亦即，入射光）的傳播方向不同的傳播方向。藉由繞射的光的傳播方向的變化在這裡被稱為「繞射重定向」。因此，繞射光柵可以理解為包括繞射特徵部的結構，繞射特徵部繞射地重定向入射在繞射光柵上的光，並且如果光從光導件入射，則繞射光柵也可以繞射地耦合出來自光導件的光。

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，兩種材料之間的分界線）處、之中、和之上的狀況中的一種或多種。例如，表面可以是光導件的表面。繞射特徵部可以包括繞射光的各種結構中的任何一種，包括但不限於在表面處、表面中、或表面上的凹槽、脊部、孔洞、和凸塊中的一個或複數個。例如，繞射光柵可以在材料表面中包括複數個基本上平行的凹槽。在另一個示例中，繞射光柵可以包括從材料表面上升起的複數個平行的脊部。繞射特徵部（例如，凹槽、脊部、孔洞、凸塊等）可以具有提供繞射的各種橫截面形狀或輪廓中的任何一種，包括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，閃耀光柵）。

根據本文所述的各種示例，可以採用繞射光柵（例如，如下所述的多光束元件的繞射光柵）來將光從光導件（例如，板光導件）繞射散射出或耦合出作為光束。特別是，局部週期性繞射光柵的繞射角度q _m 或由局部週期性繞射光柵提供的繞射角度q _m 可藉由式（1）給定如： θ _m = sin^{- 1} (n sinq _i -m λ/d ) （1） 其中，λ 是光的波長，m 是繞射階數，n 是光導件的折射率，d 是繞射光柵的特徵部之間的距離或間隔，q _i 是繞射光柵上的光入射角度。為了簡單起見，式（1）假設繞射光柵與光導件的表面鄰接並且光導件外部的材料的折射率等於1（亦即，n_out = 1）。通常，繞射階數m 由整數給定。由繞射光柵產生的光束的繞射角度q _m 可以由式（1）給定，其中，繞射階數為正（例如，m ＞ 0）。例如，當繞射階數m 等於1（亦即，m = 1）時，提供第一階繞射。

圖2係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的繞射光柵30的橫截面圖。例如，繞射光柵30可以位於光導件40的表面上。另外，圖2係顯示以入射角度q _i 入射在繞射光柵30上的光束50。入射光束50可以是在光導件40內被引導的光束。在圖2中還顯示了由繞射光柵30繞射產生並耦合出的方向性光束60，作為入射光束50的繞射的結果。方向性光束60具有如式（1）所示的繞射角度q _m （或者，在此的「主要角度方向」）。例如，繞射角度q _m 可以對應於繞射光柵30的繞射階數「m 」。

根據本文的定義，「多光束元件」是產生包括複數條光束的光的背光件或顯示器的結構或元件。在一些實施例中，多光束元件可以光學地耦合至一背光件的光導件，以藉由在一光導件中耦合出被引導的光的一部分而提供複數條光束。在其他實施例中，多光束元件可以產生發射作為光束的光（例如，可包括一光源）。此外，根據本文的定義，由多光束元件產生的該等光束的光束具有彼此不同的主要角度方向。尤其，根據定義，該等光束中的一條光束具有與該等光束的另一條光束不同的預定主要角度方向。此外，該等光束可以代表一光場。例如，該等光束可以被限制在基本上圓錐形的空間區域中，或者具有包括在複數條光束中的光束的不同主要角度方向的預定角展度。如此，組合的光束（亦即，該等光束）的預定角展度可以代表該光場。

根據各種實施例，複數條光束中的各種光束的不同主要角度方向由包括但不限於多光束元件的尺寸（例如，長度、寬度、面積等）的特性來確定。在一些實施例中，根據本文的定義，多光束元件可以被認為是「延伸點光源」，即橫跨多光束元件的範圍分布的複數個點光源。此外，由多光束元件產生的光束具有由角分量{q ,f }給定的主要角度方向，如本文所定義，並且如上文關於圖1B所述。

本文中，「準直器」被定義為基本上任何被配置以準直光的光學裝置或設備。根據各種實施例，由準直器提供的準直量可以從一個實施例到另一個實施例以預定程度或量而變化。此外，準直器可以被配置以在兩個正交方向（例如，垂直方向和水平方向）中的一個或兩個方向上提供準直。也就是說，根據一些實施例，準直器可以在提供光準直的兩個正交方向中的一個或兩個方向上包括一形狀。

本文中，「準直因子」被定義為光被準直的程度。尤其，根據本文的定義，準直因子定義準直光束內的光線的角展度。例如，準直因子 s 可以指定準直光束中的大部分光線是在特定的角展度內（例如，關於準直光束的中心或主要角度方向的±s度）。根據一些示例，準直光束的光線可具有用角度表示的高斯分布，並且角展度可以是由準直光束的峰值強度的一半來確定的角度。

本文中，「光源」被定義為發出光的源頭（例如，被配置以產生和發射光的光學發射器）。例如，光源可以包括光學發射器，例如，發光二極體（LED），其在被啟動或開啟時發光。尤其，在此，光源可以基本上是任何光源，或者基本上包括任何光學發射器，包括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、電漿型光學發射器，螢光燈、白熾燈、以及實際上任何其他光源的一種或一種以上。由光源產生的光可以具有顏色（亦即，可以包括特定波長的光），或者可以是波長範圍（例如，白光）。在一些實施例中，光源可以包括複數個光學發射器。例如，光源可以包括一組或一群光學發射器，其中，至少一個光學發射器產生具有一顏色或等同波長的光，該顏色或等同波長不同於由該組或群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。例如，不同的顏色可以包括原色（例如，紅色、綠色、藍色）。

此外，如本文所使用，冠詞「一」旨在具有在專利領域中的通常含義，即「一個或複數個」。例如，「一多光束元件」是指一個或複數個方向性散射元件，因此，「該多光束元件」在本文中是指「該（等）多光束元件」。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」並不意味著在作為限制。本文中，術語「約」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%，除非另有明確說明。此外，本文使用的術語「基本上」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。而且，這裡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。

根據一些在此所描述的原理之實施例，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說明在一示例中的多視域背光件100的橫截面圖。圖3B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一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說明在一示例中的多視域背光件100的立體圖。圖3C之立體圖以部分裁剪之方式繪示，以便於此處討論之用。

圖3A-3C所示的多視域背光件100配置以提供複數個方向性光束102，該等方向性光束102具有彼此不同（例如，作為一光場）之主要角度方向（或，簡稱為「方向」）。尤其，依據各種實施例，所提供的該等方向性光束102以不同的主要角度方向從多視域背光件100被導離，該不同的主要角度方向對應於多視域顯示器的個別視域方向。此外，如以下將詳細說明，至少部分地藉由一透鏡或更特定地微透鏡，提供該等方向性光束102的一最終方向。在一些實施例中，方向性光束102可以被調變（例如，如以下將說明的使用光閥），以促進具有3D內容之資訊的顯示。

如圖3A-3C所示，多視域背光件100包含光導件110。依據一些實施例，光導件110可為平板光導件110。光導件110被配置以沿著光導件110之長度方向導光，以作為被引導的光104。例如，光導件110可包括介電材料，被配置為光波導件。所述介電材料可具有第一折射率，其大於圍繞該介電光波導件的介質之第二折射率。例如，依據一或多個導光模式的光導件110，折射率的差異係被配置以促使被引導的光104之全內反射。

在一些實施例中，光導件110可以是板片或平板光波導件，其包括延伸、基本上平面片材的光學透明介電材料。該基本上平面片材的介電材料被配置以利用全內反射來引導該被引導的光104。根據各種示例，光導件110之光學透明材料可包括或由各種介電材料製成，包括但不限於各種玻璃（例如，矽石酸鹽玻璃、鹼鋁矽酸鹽玻璃、硼矽酸鹽玻璃等）、和基本上光學透明的塑膠或聚合物（例如，聚甲基丙烯酸甲酯、壓克力玻璃、聚碳酸酯等）中的一或多個。在一些實施例中，光導件110可進一步在光導件110之表面（上表面和下表面之其中之一或二者）之至少一部分上包括電鍍層（圖中未示）。根據一些示例，電鍍層可進一步促進全內反射。

另外，根據一些實施例，光導件110被配置以在光導件110之第一表面110’（例如，「前」表面或前側）與第二表面110”（例如，「後」表面或後側）之間的非零傳播角度上根據全內反射原理引導該被引導的光104。尤其，該被引導的光104藉由在非零傳播角度上在光導件110之第一表面110’與第二表面110”之間反射或「反彈」來傳播。在一些實施例中，包含不同色光的複數條被引導的光束104可在各別不同特定顏色和非零傳播角度上藉由光導件110被引導。要知道的是，為了便於說明，非零傳播角度並沒有繪示在圖3A-3C中。然而，表示傳播方向103的粗體箭頭係說明沿著圖3A中的光導件長度的被引導的光104的大致傳播方向。

如本文所定義，「非零傳播角度」為相對於光導件110之一表面（例如，第一表面110’或者第二表面110”）的角度。此外，依據各種實施例，非零傳播角度大於零且小於光導件110中的全內反射的臨界角度。例如，被引導的光104的非零傳播角度可以為大約10度到大約50度之間，或者，在一些示例中，可以為大約20度到大約40度之間，或者可以為大約25度到大約35度之間。例如，非零傳播角度可以為大約30度。在其他示例中，非零傳播角度可以為大約20度，或者大約25度，或者大約35度。此外，一特定非零傳播角度可以被選擇（例如，任意地），以用於一特定的實施，只要所選的特定非零傳播角度小於光導件110中的全內反射的臨界角度。

在光導件110中的被引導的光104可以以非零傳播角度（例如，大約30至35度）被引入或耦合至光導件110中。例如，一個或多個透鏡、一鏡子或類似的反射器（例如，一傾斜準直反射器）、以及稜鏡（圖中未示）可以促進光以非零傳播角度被耦合至光導件110的輸入端以作為被引導的光104。一旦耦合至光導件110中，被引導的光104在基本上遠離輸入端的方向上沿著光導件110被傳播（例如，在圖3A中沿著x軸所指的粗體箭頭所示）。

此外，依據各種實施例，由將光耦合至光導件110所產生之被引導的光104或等同地被引導的光束104可為一準直光束。於此，「準直光」或「準直光束」一般被界定為一種光束，其中所述光束之光線基本上在光束（例如，被引導的光104）中彼此平行。另外，根據本文的定義，從準直光束偏離或散射的光線不被視為所述準直光束之一部分。在一些實施例中，多視域背光件100可包括一準直器，以將例如來自一光源的光準直，該準直器可為如上所述，例如透鏡、反射器或鏡子（例如，傾斜準直反射器）。在一些實施例中，光源包括一準直器。提供至光導件110的準直光為一準直的被引導的光104。在各種實施例中，如上所述，被引導的光104可根據或具有準直因子而被準直。

在一些實施例中，光導件110可以配置以「回收」被引導的光104。尤其，已經沿著光導件長度方向被引導的光104可以以不同於傳播方向103之其他傳播方向103’沿著該長度方向重新定向返回。例如，光導件110可以包括位於光導件110的一端的一反射器（圖中未示），該端相對於與光源相鄰之輸入端。該反射器可以配置以將被引導的光104反射回到輸入端，以作為回收的被引導的光。如下所述，藉由使被引導的光讓例如多光束元件使用一次以上，以此方式回收的被引導的光104可以增加多視域背光件100的亮度（例如，方向性光束102的強度）。

在圖3A中，表示回收的被引導的光的傳播方向103’的粗體箭頭（例如，指向負x軸方向）顯示在光導件110中回收的被引導的光的大致傳播方向。替代地（例如，相對於回收的被引導的光），在其他傳播方向103’傳播的被引導的光104可以藉由將光以其他傳播方向103’被引入至光導件110中（例如，除具有傳播方向103的被引導的光104以外）。

依據各種實施例，多視域背光件進一步包含一多光束元件120。此外，如圖3A-3C所示，多視域背光件100可以包括沿著光導件長度方向彼此隔開之複數個多光束元件120。尤其，複數個多光束元件120沿著光導件長度方向彼此隔開一有限的空間且代表個別獨立之元件。亦即，在本文的定義中，複數個多光束元件120依據一有限（即，非零）的元件間距（例如，有限的中心至中心距離）彼此隔開。此外，依據一些實施例，複數個多光束元件120通常並不交叉、重疊、或彼此碰觸。亦即，複數個多光束元件120的每一個通常與其他多光束元件120分開且獨立。

依據一些實施例，複數個多光束元件120可以布置成一維（1D）陣列或者二維（2D）陣列。例如，複數個多光束元件120可以布置成線性一維陣列。在另一示例中，複數個多光束元件120可以布置成矩形二維陣列或者圓形二維陣列。此外，在一些示例中，該陣列（即，一維或者二維陣列）可為規則或規律的陣列。尤其，多光束元件120之間的元件間距（例如，中心至中心距離或者間距）可以在陣列中為基本上相同或者固定。在其他示例中，多光束元件120之間的元件間距可以在陣列中及在沿著光導件110的長度方向上的一者或兩者中改變。

依據各種實施例，複數個多光束元件120配置以從光導件中將被引導的光的一部分散射或耦合出去，以作為複數個方向性光束102。在各種實施例中，複數個方向性光束中的方向性光束102具有彼此不同的主要角度方向。尤其，圖3A及圖3C說明作為從光導件110的第一（或者，前）表面110’發射出的複數個發散箭頭所示之方向性光束102。

圖3A-3C所示之多視域背光件100進一步包括一微透鏡130。尤其，如圖所示，多視域背光件100包括複數個微透鏡130，複數個微透鏡的每一個微透鏡130與不同的多光束元件120相關或者對應於不同的多光束元件120。微透鏡130配置以調整方向性光束102的不同主要角度方向，以對應於多視域顯示器（例如，應用多視域背光件100的多視域顯示器）的個別不同視域方向。亦即，微透鏡130係配置以接收來自多光束元件120的方向性光束102，且接著以一預定方式調整、重定向、或改變方向性光束102的方向，以使方向性光束102具有指向各種視域方向的主要角度方向。要注意的是，雖然圖3B及圖3C所示之微透鏡130具有圓形形狀，但依據各種實施例，可以使用各種形狀之透鏡形狀（例如，微透鏡130可具有矩形形狀、正方形形狀等）。

依據各種實施例，主要角度方向的方向性調整可能會造成該等方向性光束的角展度的增加或者減少。尤其，在一些實施例中，微透鏡130可包括一聚光透鏡，配置以藉由減少該等方向性光束102的角展度來調整方向性光束102的不同主要角度方向。亦即，微透鏡130可以用於增加該等方向性光束102的準直性。在其他實施例中，微透鏡130可包括一散光透鏡，配置以藉由增加該等方向性光束102的角展度來調整方向性光束102的不同主要角度方向。例如，聚光透鏡可為一凸透鏡，以及該散光透鏡可為一凹透鏡。在再一其他實施例中，微透鏡130可同時包括凸透鏡以及凹透鏡，例如，微透鏡130可為一複合透鏡。

圖4A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域背光件100之一部分的示意圖。尤其，圖4A說明多視域背光件100的一部分包括光導件110、多光束元件120以及微透鏡130。如圖所示，多光束元件120係相鄰於相對於光導件110之第一表面110’ （例如，方向性光束102發射表面）的第二表面110”。此外，圖4A中的微透鏡130係為聚光透鏡（例如，簡單的雙凸透鏡），配置以減少從光導件110之第一表面110’發射出來之該等方向性光束102的角展度。圖4A也繪示被引導的光104用於照射多光束元件120，以提供方向性光束102。要注意的是，圖3A也將微透鏡130繪示為聚光透鏡，但其僅作為示例而非作為限制。

圖4B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例說明在一示例中的多視域背光件100之一部分的示意圖。尤其，圖4B說明多視域背光件100的一部分包括光導件110、多光束元件120以及微透鏡130。如圖所示，多光束元件120係相鄰於光導件之第一表面110’。然而，圖4B中的微透鏡130係繪示為散光透鏡（例如，簡單的雙凹透鏡），配置以增加該等方向性光束102的角展度。圖4B也繪示被引導的光104用於照射多光束元件120，以提供方向性光束102。

要注意的是，雖然圖4A所示之微透鏡130為雙凸透鏡以及圖4B所示之微透鏡130為雙凹透鏡，依據各種實施例，可以使用單或者平面凸透鏡以及單或者平面凹透鏡以作為微透鏡130。此外，微透鏡130可使用任意的其他各種透鏡結構來實施，包括但不限於菲涅耳（Fresnel）透鏡。因此，圖4A-4B所示的簡單透鏡僅供作為示例而非作為限制。

在一些實施例中，微透鏡130可由一光學層所支撐甚至是整合在光學層中，光學層相鄰於光導件110之一表面（例如，第一表面110’）。此外，在一些實施例中，微透鏡130的材料可包括光學層的材料。例如，光學層可具有形成在該光學層的一表面中的微透鏡130。在一些實施例中，光學層與光導件表面隔開一間距（例如，以維持在光導件110中的全內反射的條件）。

圖4C係根據與在此所描述的原理一致的再一實施例說明在一示例中的多視域背光件100之一部分的示意圖。尤其，圖4C說明光導件110、多光束元件120、以及微透鏡130。此外，圖4C說明將微透鏡130繪示為整合至光學層132中，例如，如圖所示，微透鏡130形成在光學層132的一表面中。在圖4C中，光學層132與光導件表面隔開一間距134，以維持在光導件110中的全內反射的條件。因此，該間距可以填充由具有比光導件110的材料或者光學層132的材料的折射率低的材料。可用於填充間距134的材料包括但不限於空氣或者低折射率光學膠帶。由多光束元件120所散射的被引導的光104可提供散射的光102’，散射的光102’係由圖4C中的複數個箭頭所表示。例如，要被調整的離開光導件110及穿過微透鏡130的散射的光102’的一部分可變為方向性光束102（圖4C中未示）。

再次參考圖3A-3C，依據各種實施例，多光束元件120的尺寸可相比擬如上所定義在多視域顯示器之多視域像素106中之子像素106’ （或者，等同地，一視域像素）的尺寸。為助於說明，多視域像素106係以多視域背光件100繪示於圖3A-3C中。在此，該「尺寸」可以以各種方式定義，包括但不限於長度、寬度、或面積。例如，子像素106’的尺寸可以為其長度，且多光束元件120的可相比擬尺寸也可為多光束元件120的長度。在另一示例中，尺寸可以是指面積，以使多光束元件120的面積可相比擬於子像素106’的面積。在再一示例中，多光束元件120的尺寸可相比擬於相鄰子像素106’彼此之間的間距（例如，中心至中心距離或者像素間距）。

在一些實施例中，多光束元件120的尺寸可相比擬於子像素的尺寸，以使多光束元件尺寸介於子像素尺寸的約50%至約200%之間。例如，如果多光束元件尺寸係由「s」表示且子像素尺寸係由「S」表示（例如，如圖3A所示），則多光束元件尺寸s可由式（2）表示為：

（2）

在其他示例中，多光束元件尺寸大於子像素尺寸的約60%、或者大於子像素尺寸的約70%、或者大於子像素尺寸的約80%、或者大於子像素尺寸的約90%，且多光束元件尺寸小於子像素尺寸的約180%、或者小於子像素尺寸的約160%、或者小於子像素尺寸的約140%、或者小於子像素尺寸的約120%。例如，根據「可相比擬尺寸」，多光束元件尺寸可介於子像素尺寸的約75%至約150%之間。在另一示例中，多光束元件120的尺寸可相比擬於子像素106’的尺寸，其中，多光束元件尺寸介於子像素尺寸的約125%至約85%之間。依據一些實施例，多光束元件120及子像素106’的可相比擬尺寸可以被選擇為用於降低（或者，在一些示例中，最小化）多視域顯示器之視域之間的暗區（dark zone），且在此同時用於降低（或者，在一些示例中，最小化）多視域顯示器之視域之間的重疊。

圖3A-3C進一步繪示光閥108的一陣列，配置以調變該等方向性光束中的方向性光束102。例如，光閥陣列可以為應用多視域背光件的多視域顯示器的一部分，而為方便說明，在圖3A-3C中連同多視域背光件100一起繪示。在圖3C中，光閥108的陣列的一部分切除，以允許光閥陣列下方的光導件110及多光束元件120可被看見。

如圖3A-3C所示，由多光束元件120提供且具有由微透鏡130調整之不同的主要角度方向之不同的方向性光束102穿過且可由光閥陣列中的不同光閥108來調變。此外，如圖所示，陣列中的光閥108對應於子像素106’，且一組光閥108對應於多視域顯示器的多視域像素106。尤其，光閥陣列中的不同組光閥108係配置以接收且調變來自不同多光束元件120及相關聯的微透鏡130之方向性光束102。例如，第一組光閥108a可配置以接收且調變由第一多光束元件120a提供且由第一微透鏡130a調整之方向性光束102。類似地，例如，第二多光束元件120b以及第二微透鏡130b之組合可提供方向性光束102至第二組光閥108b。因此，如圖3A所示，對於各個多光束元件120及其相關聯的微透鏡130，可以有一特定組的光閥108。在各種實施例中，不同類型的光閥可以應用至光閥陣列中的光閥108，包括但不限於一個或多個液晶光閥、電泳光閥、以及基於電濕潤的光閥。

因此，如圖3A所示，在光閥陣列中的每一組光閥（例如，第一組光閥108a及第二組光閥108b）分別對應於不同的多視域像素106，且一組光閥中的個別光閥108對應於個別多視域像素106之子像素106’。此外，如圖3A所示，子像素106’的尺寸可以對應於光閥陣列中的光閥108的尺寸。在其他示例中，子像素尺寸可以被定義為光閥陣列中的相鄰光閥108之間的距離（例如，中心至中心距離）。例如，光閥108可以小於光閥陣列中的光閥108之間的中心至中心距離。例如，子像素尺寸可以被定義為光閥108的尺寸或者光閥108之間的中心至中心距離的尺寸。

在其他實施例中，複數個多光束元件120中相鄰的一對元件間距（例如，中心至中心距離）可等於相對應之例如由組光閥所表示之多視域像素106中相鄰的一對像素間距。例如，如圖3A所示，第一多光束元件120a和第二多光束元件120b之間的中心至中心距離d基本上等於第一組光閥108a和第二組光閥108b之間的中心至中心距離D。在其他實施例中（圖中未示），每對多光束元件120以及對應之組光閥之相對中心至中心距離可以改變，例如，多光束元件120可以具有一元件間距（即，中心至中心距離d），其大於或者小於表示多視域像素106的組光閥之間的間隔（即，中心至中心距離D）。

在一些實施例中，多光束元件120的形狀類似於多視域像素106的形狀，或者，等同地，對應於多視域像素106的一組（或者「子陣列」）光閥108的形狀。例如，多光束元件120可具有一正方形形狀以及多視域像素106（或者，一組對應光閥108的配置）可具有基本上正方形形狀。在另一示例中，多光束元件120可具有一矩形形狀，即，可具有大於寬度或橫向尺寸之長度或者縱向尺寸。在此示例中，對應於多光束元件120之多視域像素106（或者，等同地，一組光閥108的配置）可具有類似的矩形形狀。圖3B繪示一正方形形狀之多光束元件120及其對應之包括正方形光閥108組之正方形形狀多視域像素106。在再一實施例中（圖中未示），多光束元件120以及對應之多視域像素106可具有各種形狀，包括但不限於三角形形狀、六邊形形狀以及圓形形狀。

依據各種實施例，多光束元件120可以包括任意數量的不同散射結構，配置以將被引導的光104的一部分散射或者耦合出去。例如，該不同散射結構可以包括但不限於繞射光柵、微反射元件、微折射元件及其各種組合。該些散射結構的每一個可為角度保持散射器。在一些實施例中，多光束元件120可包括一繞射光柵，配置以繞射性地耦合出被引導的光的一部分，以作為具有不同主要角度方向的複數個方向性光束102。在其他實施例中，多光束元件120包括一微反射元件，配置以反射性地耦合出被引導的光的一部分，以作為複數個方向性光束102，或者多光束元件120包括一微折射元件，配置以藉由或使用折射耦合出被引導的光的一部分（即，折射性地耦合出被引導的光的一部分），以作為複數個方向性光束102。

此外，在一些實施例中，多光束元件120的散射結構可包括朗伯特散射體或一般漫射體。例如，在圖4C中所示之多光束元件120可表示一個一般漫射體，配置以如圖所示在多光束元件120上方之廣角區域中散射光。通常，如本文所定義，朗伯特散射體或一般漫射體並非一角度保持散射體。因此，如圖4C所示，由包括一般漫射體之多光束元件120所提供之散射光之角度程度（angular extent）大於（且在一些示例中，遠大於）例如由圖4C中的準直因子 s 所表示的被引導的光104的角度範圍（angular range）。

圖5A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中包括多光束元件120的多視域背光件100之一部分的橫截面圖。圖5B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例說明在一示例中包括多光束元件120的多視域背光件100之一部分的橫截面圖。尤其是，圖5A-5B描繪出多視域背光件100的多光束元件120包括繞射光柵122。繞射光柵122配置以繞射性地耦合出被引導的光104的一部分，以作為複數個方向性光束102。繞射光柵122包括複數個繞射特徵部，藉由一繞射特徵部間隔或者繞射特徵部光柵間距（grating pitch）隔開，以提供被引導的光的一部分的繞射耦合。依據各種實施例，在繞射光柵122中的繞射特徵部之間隔或光柵間距可為次波長（即，小於被引導的光的波長）。

在一些實施例中，多光束元件120的繞射光柵122可位於或者相鄰於光導件110的表面。例如，如圖5A所示，繞射光柵122可位於或者相鄰於光導件110的第一表面110’。位於光導件第一表面110’的繞射光柵122可為一傳送模式繞射光柵，配置以藉由第一表面110’繞射性地耦合出被引導的光的一部分，以作為方向性光束102。在其他示例中，如圖5B所示，繞射光柵122可位於或者相鄰於光導件110的第二表面110”。當位於第二表面110”時，繞射光柵122可為一反射模式繞射光柵。作為反射模式繞射光柵時，繞射光柵122配置以同時繞射被引導的光的一部分以及將繞射後被引導的光的一部分朝向第一表面110’反射，以從第一表面110’離開，作為繞射性地耦合出之繞射光束102。在其他實施例中（圖中未示），繞射光柵可位於光導件110的表面之間，例如，作為傳送模式繞射光柵及反射模式繞射光柵之一者或兩者。

要注意的是，在本文所描述之一些實施例中，方向性光束102之主要角度方向可包括由於方向性光束102在光導件表面離開光導件110所造成的折射效應。例如，作為示例而非限制，圖4B、5B描繪由於方向性光束102經過第一表面110’時折射率改變所導致的方向性光束102的折射（即，彎曲）。

依據一些實施例，繞射光柵122的繞射特徵部可包括彼此隔開的凹槽和脊部的其中之一或兩者。凹槽或脊部可包括光導件110的材料，例如，可形成在光導件110的表面中。在另一示例中，凹槽或脊部可由不同於光導件材料之材料形成，例如，在光導件110的表面上之一薄膜或一層另外材料。在一些實施例中，多光束元件120的繞射光柵122為一均勻繞射光柵，其中在繞射光柵122中之繞射特徵間隔為基本上固定或不變的。在其他實施例中，繞射光柵122為一啁啾（chirped）繞射光柵。根據定義，「啁啾」繞射光柵為一繞射光柵，其展示或具有在啁啾繞射光柵之範圍或長度變化之繞射特徵部之繞射間隔（即，繞射間距）。在一些實施例中，啁啾繞射光柵可具有或展示繞射特徵間隔之啁啾，其隨著距離線性地變化。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，多光束元件120的啁啾繞射光柵可展示繞射特徵間隔之非線性啁啾。所使用之各種非線性啁啾可包括但不限於指數啁啾、對數啁啾、或者基本上非線性或者隨機但以單調的方式分布之啁啾。可採用的非單調式的啁啾包括正弦啁啾、三角啁啾或鋸齒啁啾，但其並不受限於此。本發明中亦可以採用任何非線性啁啾的組合。

在一些實施例中，多光束元件120或者等同地繞射光柵122可包括複數個繞射光柵122。該等繞射光柵122也可被稱為複數個繞射光柵122之「子光柵」。該複數個繞射光柵（或子光柵）可以設置為複數個不同配置，以散射或繞射性地耦合出被引導的光104的一部分，以作為複數個方向性光束102。尤其，多光束元件120的複數個繞射光柵122可包括一第一繞射光柵以及一第二繞射光柵（或，等同地，第一子光柵以及第二子光柵）。第一繞射光柵可配置以提供該等方向性光束102之第一光束，且在此同時，第二繞射光柵可配置以提供該等方向性光束102之第二光束。依據各種實施例，第一光束以及第二光束可具有不同之主要角度方向。此外，依據一些實施例，複數個繞射光柵122可包括一第三繞射光柵、一第四繞射光柵等，各繞射光柵配置以提供其他方向性光束102。

在其他實施例中，複數個繞射光柵之一個或多個繞射光柵122可提供一個以上方向性光束102。此外，由繞射光柵122所提供之不同方向性光束102可沿著一橫軸（例如，x方向或者q 角分量）以及一縱軸（例如，y方向或者f 角分量）具有彼此不同之主要角度方向。由繞射光柵122所提供之不同方向性光束之主要角度方向的控制可以幫助具有僅水平（horizontal-only）視差、完整二維（full two-dimensional）視差、以及僅水平與完整視差之間的變化之多視域顯示器。

圖6A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多光束元件120之複數個繞射光柵122的橫截面圖。圖6B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的圖6A所示之該等繞射光柵122的平面圖。例如，圖6A之橫截面圖可代表由圖6B所示之繞射光柵122之底排由左至右所截取之橫截面。如圖6A及圖6B所示，複數個繞射光柵122包括位於光導件110之一表面（例如，如圖所示的第二表面110”）上之多光束元件120中之一第一繞射光柵122a以及一第二繞射光柵122b。多光束元件120的尺寸s係描繪在圖6A及圖6B中，且在圖6B中使用虛線表示多光束元件120的邊界。

依據一些實施例，多視域背光件100之不同多光束元件120之間的複數個繞射光柵中之繞射光柵122的差別密度（differential density）可配置以控制由個別不同多光束元件120繞射性地散射或耦合出之複數個方向性光束102之相對強度。換言之，多光束元件120可以在其中具有不同密度的繞射光柵122，且該不同密度（即，繞射光柵122的差別密度）可以被配置以控制複數個方向性光束102之相對強度。尤其，在複數個繞射光柵中具有較少之繞射光柵122之多光束元件120相較於具有相對較多之繞射光柵122之另一多光束元件120可產生具有較低強度（或光束密度）之複數個方向性光束102。繞射光柵122之差別密度可使用缺乏或不具有一繞射光柵的位置來提供，例如，如圖6B所示之多光束元件120中之位置122’。

圖7A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多光束元件120的平面圖。圖7B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的另一多光束元件120的平面圖。同時，圖7A與圖7B所示之多光束元件表示一對多光束元件120。在多光束元件對中的各個多光束元件120中，說明不同的複數個繞射光柵122。尤其，圖7A中的該對的第一多光束元件120a具有比該對的第二多光束元件120b較高密度的繞射光柵122。例如，如圖所示，相較於第一多光束元件120a，第二多光束元件120b具有較少繞射光柵122且具有較多沒有繞射光柵的位置122’。作為示例而非限制地，圖7A-7B也描繪在多光束元件120a、120b中具有彎曲之繞射特徵部的繞射光柵122。

圖8A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的包括多光束元件120的多視域背光件100之一部分的橫截面圖。圖8B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例說明在一示例中的包括多光束元件120的多視域背光件100之一部分的橫截面圖。尤其，圖8A及圖8B描繪包括微反射元件之多光束元件120之實施例。使用作為或在多光束元件120中之微反射元件包括但不限於使用一反射材料或者反射層（例如，一反射金屬）的反射器或者基於全內反射的反射器。依據一些實施例（例如，如圖8A及圖8B所示），包括微反射元件之多光束元件120可位於或者相鄰於光導件110的一表面（例如，第二表面110”）。在其他實施例中（圖中未示），微反射元件可以位於光導件110內之第一表面110’以及第二表面110”之間。

例如，圖8A描繪包括微反射元件124之多光束元件120，該微反射元件124具有反射小面（facet）（例如，「稜柱形」微反射元件），位於相鄰於光導件110之第二表面110”。所繪示之稜柱形微反射元件124的小面係配置以將被引導的光104的一部分反射（即，反射性地耦合）出光導件110。例如，小面可相對於被引導的光104的傳播方向為斜面或者傾斜（即，具有一傾斜角度），以將被引導的光的一部分反射出光導件110。依據一些實施例，小面在光導件110中使用反射材料形成（例如，如圖8A所示）或者可為在第二表面110”中的稜柱形空腔（cavity）的表面。當使用稜柱形空腔時，在一些實施例中，位於空腔表面的折射率改變可提供反射（例如，全內反射）或者形成小面的空腔表面可以塗佈反射材料，以提供反射。

在另一示例中，圖8B描繪包括微反射元件124之多光束元件120，該微反射元件124具有基本上平滑彎曲之表面，包括但不限於半球面（semi-spherical）微反射元件124。例如，微反射元件124的特定表面彎曲可配置以根據被引導的光與接觸的彎曲表面上的入射點，以將被引導的光的一部分反射至不同方向。如圖8A及圖8B所示，作為示例而非限制地，反射性地耦合出光導件110的被引導的光的一部分從第一表面110’離開或發射。如同圖8A中的稜柱形微反射元件124，如圖8B所示，作為示例而非限制地，圖8B中之微反射元件124可為光導件110中的反射材料或者形成在第二表面110”中的空腔（例如，半圓（semi-circular）空腔）。作為示例而非限制地，圖8A及圖8B亦描繪具有兩個傳播方向103、103’（即，如粗體箭頭所示）的被引導的光104。例如，使用兩個傳播方向103、103’可促進以對稱主要角度方向提供複數個方向性光束102。

圖9係根據與在此所描述的原理一致的再一實施例說明在一示例中的包括多光束元件120的多視域背光件100之一部分的橫截面圖。尤其，圖9描繪包括一微折射元件126之多光束元件120。依據各種實施例，微折射元件126係配置以折射性地從光導件110耦合出被引導的光104的一部分。即，如圖9所示，微折射元件126係配置以實施折射（如，相對於繞射或反射），以從光導件110耦合出被引導的光的一部分，以作為方向性光束102。微折射元件126可具有各種形狀，包括但不限於半球形形狀、矩形形狀、以及稜柱形形狀（即，具有傾斜小面之形狀）。依據各種實施例，微折射元件126可如圖所示從光導件110的表面（例如，第一表面110’）延伸出或突出，或者，可為在表面上的空腔（圖中未示）。此外，在一些實施例中，微折射元件126可包括光導件110的材料。在其他實施例中，微折射元件126可包括相鄰於光導件表面（以及在一些示例中，與光導件表面接觸）之其他材料。

再次參考圖3A及圖3C，多視域背光件100可進一步包括一光源140。依據各種實施例，光源140係配置以提供在光導件110中被引導的光。尤其，光源140可設置以相鄰於光導件110之入口表面或端（輸入端）。在各種實施例中，光源140可包括基本上任意光源（例如，光學發射器），包括但不限於一個或多個發光二極體（LED）或者雷射（例如，雷射二極體）。在一些實施例中，光源140可包括一光學發射器，配置以產生基本上單色的光，該單色的光具有由一特定顏色所表示之窄頻帶光譜。尤其，單色的光的顏色可為一特定色彩空間或色彩模型（例如，紅-綠-藍色彩模型）之原色。在其他示例中，光源140可為基本上寬頻帶之光源，配置以提供基本上寬頻帶或者多色的光。例如，光源140可提供白光。在一些實施例中，光源140可包括複數個不同的光學發射器，配置以提供不同顏色的光。不同的光學發射器可配置以提供具有不同、特定顏色、非零傳播角度的被引導的光的光，該被引導的光對應於各個不同顏色的光。

在一些實施例中，微透鏡130的存在可以免除與光源140相關聯的準直器的需求。例如，無論由多光束元件120提供之方向性光束102的角展度為何，微透鏡130可配置以調整方向性光束102的角展度，以使其具有對應於視域方向的主要角度方向。在其他實施例中，光源140可進一步包括一準直器（圖中未示）。準直器可配置以從光源140的一個或多個光學發射器接收基本上未準直的光，且用於將基本上未準直的光轉換成準直的光。尤其，依據一些實施例，準直器可提供具有一非零傳播角度以及依據一預定準直因子所準直之一者或兩者的準直的光。此外，當實施不同顏色的光學發射器時，準直器可配置以提供具有不同、特定顏色、非零傳播角度以及具有不同之特定顏色準直因子之一者或兩者的準直的光。如上所述，準直器進一步配置以將準直光束與光導件110連通，以傳播作為被引導的光104。

在一些實施例中，多視域背光件100係配置以在穿過光導件110的一方向上透光，該方向為正交於被引導的光104的傳播方向103、103’。尤其，在一些實施例中，光導件110以及隔開之複數個多光束元件120允許光經由第一表面110’以及第二表面110”之兩者穿過光導件110。至少部分地，透明度可由多光束元件120的相對小尺寸以及多光束元件120的相對大的元件間隔（例如，一對一地與多視域像素106對應）所促進。此外，依據一些實施例，尤其當多光束元件120包括繞射光柵時，多光束元件120可以對於在正交於光導件表面110’、110”傳播的光為基本上透明的。

根據在此所描述的原理之一些實施例，提供有一種多視域顯示器。多視域顯示器配置以發射調變過的光束，以作為多視域顯示器之像素。此外，該發射之調變過的光束可較佳地朝向多視域顯示器之不同視域之複數個視域方向。在一些示例中，多視域顯示器係配置以提供或「顯示」三維或多視域影像。依據各種示例，不同之調變過不同定向的光束可對應於與多視域影像相關聯之不同視域的個別像素（即，視域像素）。例如，不同的視域可提供由多視域顯示器所顯示之多視域影像中之「裸眼」（例如，裸視）呈現資訊。

圖10係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域顯示器200的方塊圖。依據各種實施例，多視域顯示器200係配置以依據在不同視域方向中的不同視域顯示一多視域影像。尤其，由多視域顯示器200所發射之調變過之光束202係用於顯示多視域影像且可對應於不同視域的像素（即，視域像素）。調變過之光束202如從圖10中之多視域像素210所發散之箭頭所示。作為示例而非限制地，調變過之光束202之箭頭係使用虛線表示，以強調其調變性。

如圖10所示之多視域顯示器200包括多視域像素210之陣列。多視域像素210之陣列係配置以提供多視域顯示器200之複數個不同之視域。依據各種實施例，多視域像素210之陣列包括複數個子像素，該等子像素配置以調變複數個方向性光束204以及產生發射之調變過之光束202。在一些實施例中，如上述對於多視域背光件100所描述，多視域像素210基本上類似於光閥108陣列的一組光閥108。尤其，多視域像素210之子像素基本上類似於上述之光閥108。亦即，多視域顯示器200之多視域像素210可包括一組光閥（例如，一組光閥108），且多視域像素210之子像素可包括該組中的一光閥（例如，單一光閥108）。

依據各種實施例，如圖10所示之多視域顯示器200進一步包括複數個多光束元件220。該複數個多光束元件中的多光束元件220係配置以將複數個方向性光束204提供至一對應之多視域像素210。依據各種實施例，該複數個方向性光束中的方向性光束204具有彼此不同之主要角度方向。

尤其，在一些實施例中，該複數個多光束元件中的多光束元件220的尺寸可相比擬於該複數個子像素中的子像素的尺寸。例如，在一些實施例中，多光束元件220的尺寸可大於子像素尺寸的一半且小於子像素尺寸的兩倍。此外，依據一些實施例，多光束元件陣列之多光束元件220之間的元件間距可對應於多視域像素陣列之多視域像素210之間的元件間距。例如，多光束元件220之間的元件間距可以基本上等於多視域像素210之間的元件間距。在一些示例中，多光束元件220之間的元件間距以及對應之多視域像素210之間的元件間距可被定義為一中心至中心距離或者一等同量之間隔或距離。此外，在多視域像素陣列之多視域像素210以及複數個多光束元件之多光束元件220之間可以有一對一的對應關係。尤其，在一些實施例中，多光束元件220之間的元件間距（例如，中心至中心）可基本上等於多視域像素210之間的元件間距（例如，中心至中心）。因此，多視域像素210中的各個子像素可以配置以調變由一對應多光束元件220所提供之不同的方向性光束204。此外，依據各種實施例，各個多視域像素210可以配置以從一個且僅有一個多光束元件220接收且調變方向性光束204。

在一些實施例中，如上所述，複數個多光束元件中的多光束元件220可基本上類似於多視域背光件100之多光束元件120。例如，多光束元件220可包括一繞射光柵，基本上類似於如上所述（例如，圖5A-7B所示）之關於多光束元件120之繞射光柵122。在其他示例中，多光束元件220可包括一微反射元件，其基本上類似於如上所述（例如，圖8A-8B所示）之關於多光束元件120之微反射元件124。在再一實施例中，多光束元件220可包括一微折射元件。該微折射元件可基本上類似於如上所述之微折射元件126。

如圖10所示，多視域顯示器200進一步包括複數個微透鏡230。該複數個微透鏡位於多視域像素陣列以及該複數個多光束元件之間。依據一些實施例，在複數個微透鏡中的微透鏡230、複數個多光束元件中的多光束元件220、以及多視域像素陣列中的多視域像素210之間可以存在一對一的對應關係。尤其，微透鏡230之數量可以等於多光束元件220之數量，各個微透鏡230係唯一地與該複數個多光束元件之不同的多光束元件220以及該多視域像素陣列之一多視域像素210相關聯。

依據各種實施例，該複數個微透鏡之微透鏡230係配置以調整複數個方向性光束之方向性光束204之不同主要角度方向，以對應於多視域顯示器之該複數個不同視域之個別視域方向。在一些實施例中，微透鏡230可基本上類似於如上所述之多視域背光件100之微透鏡130。例如，微透鏡230可包括一聚光透鏡，配置以藉由減少該等方向性光束204的角展度來調整方向性光束204的不同主要角度方向。在其他示例中，微透鏡230可包括一散光透鏡，配置以藉由增加該等方向性光束的角展度來調整方向性光束的不同主要角度方向。

在多光束元件220包括一個或多個繞射光柵、微反射元件及微折射元件、一般漫射體或者其他散射元件之實施例中，多視域顯示器200可以進一步包括一光導件，配置以導光（圖中未示）。依據一些實施例，該複數個多光束元件之多光束元件220可配置以散射或耦合出來自光導件之被引導的光的一部分，以作為方向性光束204，該方向性光束204係在被微透鏡230調整後被提供至像素陣列之對應的多視域像素210。尤其，多光束元件220可以光學性地被連接至光導件，以散射出被引導的光的一部分。在一些實施例中，多視域顯示器200的光導件可基本上類似於如上所述之關於多視域背光件100的光導件110。

此外，在一些實施例中（圖10中未示），多視域顯示器200可進一步包括一光源。光源可配置以將光提供至光導件。例如，所提供的光可以具有一非零傳播角度以及在一些實施例中可以依據一準直因子被準直，以在光導件內提供被引導的光的一預定角展度。依據一些實施例，光源可基本上類似於如上所述之多視域背光件100之光源140。

根據在此所描述的原理之其他實施例，提供一種操作多視域背光件的方法。圖11係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的操作多視域背光件的方法300的流程圖。如圖11所示，操作多視域背光件的方法300包括：步驟310，沿著光導件的長度在一傳播方向中引導光。在一些實施例中，光可以以非零傳播角度被引導（步驟310）。此外，被引導的光可以依據一預定準直因子被準直。依據一些實施例，光導件可基本上類似於如上所述之關於多視域背光件100之光導件110。

如圖11所示，方法300包括：步驟320，使用多光束元件將被引導的光的一部分散射出光導件，以提供複數個方向性光束，該複數個方向性光束中的方向性光束具有彼此不同之方向（或主要角度方向）。依據一些實施例，多光束元件之尺寸可相比擬於多視域顯示器之多視域像素中的子像素的尺寸（或，等同地，光閥的尺寸）。例如，多光束元件的尺寸可大於子像素尺寸的一半且小於子像素尺寸的兩倍。

在一些實施例中，多光束元件基本上類似於如上所述之多視域背光件100之多光束元件120。例如，多光束元件可以為複數個多光束元件或者多光束元件陣列。在一些實施例中，多光束元件可基本上類似於如上所述之關於多視域背光件100之多光束元件120。例如，多光束元件可包括光學性地耦合至光導件之一個或多個光學漫射體、繞射光柵、微反射元件及微折射元件，以散射被引導的光的一部分。

如 圖11所示之操作多視域背光件的方法300進一步包括：步驟330，使用微透鏡調整方向性光束之方向（或主要角度方向）。該調整後之方向對應於應用多視域背光件之多視域顯示器之個別不同視域方向。依據一些實施例，調整使用之微透鏡可基本上類似於如上所述之多視域背光件100之微透鏡130（步驟330）。例如，微透鏡可為一聚光透鏡且使用該微透鏡可導致方向被調整，以減少該等方向性光束的角展度（步驟330）。在其他示例中，微透鏡可為一散光透鏡且該調整可導致該等方向性光束的角展度的增加。

在一些實施例中（圖中未示），操作多視域背光件的方法300進一步包括使用光源將光提供至光導件。所提供的光可以在光導件內具有一非零傳播角度及/或可以在光導件內依據一準直因子被準直，以在光導件內提供被引導的光的一預定角展度。在一些實施例中，光源可基本上類似於如上所述之多視域背光件100之光源140。

在一些實施例中（圖中未示），操作多視域背光件的方法300進一步包括使用配置為多視域像素之複數個光閥調變該複數個方向性光束。在一些實施例中，多視域像素可以基本上類似於如上所述之關於多視域背光件100之多視域像素106。類似地，在一些實施例中，該複數個光閥之一光閥可以基本上類似於如上所述之光閥108的陣列。

因此，本發明已描述了包括微透鏡以調整方向性光束的方向之多視域背光件、多視域顯示器、以及操作多視域背光件之方法之示例和實施例。應理解的是，上述示例僅用於說明表示在此描述的原理的許多特定示例中的一些部分。顯然地，所屬技術領域中具有通常知識者能輕易設計許多其他布置而不偏離由以下申請專利範圍所界定的範疇。

本申請主張於2017年7月21日提交的專利申請第PCT/US2017/043220號之優先權，其全部內容藉由引用合併於此。

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‧‧‧光導件50‧‧‧光束/入射光束60‧‧‧方向性光束100‧‧‧多視域背光件102‧‧‧方向性光束102’‧‧‧散射的光103、103’‧‧‧傳播方向104‧‧‧被引導的光106‧‧‧多視域像素106’‧‧‧子像素108‧‧‧光閥108a‧‧‧第一組光閥108b‧‧‧第二組光閥110‧‧‧光導件/板光導件110’‧‧‧第一表面110”‧‧‧第二表面120‧‧‧多光束元件120a‧‧‧第一多光束元件120b‧‧‧第二多光束元件122‧‧‧繞射光柵122’‧‧‧位置122a‧‧‧第一繞射光柵122b‧‧‧第二繞射光柵124‧‧‧微反射元件126‧‧‧微折射元件130‧‧‧微透鏡130a‧‧‧第一微透鏡130b‧‧‧第二微透鏡132‧‧‧光學層134‧‧‧間距140‧‧‧光源200‧‧‧多視域顯示器202‧‧‧調變過之光束204‧‧‧方向性光束210‧‧‧多視域像素220‧‧‧多光束元件230‧‧‧微透鏡300‧‧‧方法310、320、330‧‧‧步驟D、d‧‧‧中心至中心距離S‧‧‧子像素尺寸s‧‧‧多光束元件尺寸O‧‧‧原點f‧‧‧角分量、方位角分量、方位角q‧‧‧角分量、仰角分量、仰角q _i ‧‧‧入射角度q _m ‧‧‧繞射角度s‧‧‧角展度、準直因子

根據在此描述的原理的示例和實施例的各種特徵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說明在一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說明在一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說明在一示例中的繞射光柵的橫截面圖； 圖3A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域背光件的橫截面圖； 圖3B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一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說明在一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說明在一示例中的多視域背光件之一部分的示意圖； 圖4B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例說明在一示例中的多視域背光件之一部分的示意圖； 圖4C係根據與在此所描述的原理一致的再一實施例說明在一示例中的多視域背光件之一部分的示意圖； 圖5A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的包括多光束元件的多視域背光件之一部分的橫截面圖； 圖5B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例說明在一示例中的包括多光束元件的多視域背光件之一部分的橫截面圖； 圖6A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多光束元件之複數個繞射光柵的橫截面圖； 圖6B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的圖6A所示之該等繞射光柵的平面圖； 圖7A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多光束元件的平面圖； 圖7B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的另一多光束元件的平面圖； 圖8A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的包括多光束元件的多視域背光件之一部分的橫截面圖； 圖8B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例說明在一示例中的包括多光束元件的多視域背光件之一部分的橫截面圖； 圖9係根據與在此所描述的原理一致的再一實施例說明在一示例中的包括多光束元件的多視域背光件之一部分的橫截面圖； 圖10係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域顯示器的方塊圖；以及 圖11係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的操作多視域背光件的方法的流程圖。

某些示例和實施例具有除了上述參考附圖中所示的特徵之外的其他特徵或代替以上參考附圖中所示的特徵的其他特徵。下面將參照上述附圖詳細描述這些和其他特徵。

100‧‧‧多視域背光件

102‧‧‧方向性光束

103、103’‧‧‧傳播方向

104‧‧‧被引導的光

106‧‧‧多視域像素

106’‧‧‧子像素

108‧‧‧光閥

108a‧‧‧第一組光閥

108b‧‧‧第二組光閥

110‧‧‧光導件/板光導件

110’‧‧‧第一表面

110”‧‧‧第二表面

120‧‧‧多光束元件

120a‧‧‧第一多光束元件

120b‧‧‧第二多光束元件

130‧‧‧微透鏡

130a‧‧‧第一微透鏡

130b‧‧‧第二微透鏡

140‧‧‧光源

D、d‧‧‧中心至中心距離

S‧‧‧子像素尺寸

s‧‧‧多光束元件尺寸

σ‧‧‧角展度、準直因子

Claims (21)

1. 一種多視域背光件，包括： 一光導件，配置以引導光，以作為被引導的光； 一多光束元件，配置以從該光導件散射該被引導的光的一部分，以作為複數個方向性光束，該等方向性光束中的方向性光束具有彼此不同之主要角度方向；以及 一微透鏡，配置以調整該等方向性光束的該不同之主要角度方向，以對應於一多視域顯示器之個別不同視域方向。
2. 依據申請專利範圍第1項所述的多視域背光件，其中，該多光束元件的尺寸介於該多視域顯示器的一光閥的尺寸的百分之五十至百分之兩百之間。
3. 依據申請專利範圍第1項所述的多視域背光件，其中，該多光束元件包括以下之一個或多個： 一繞射光柵，配置以繞射性地散射該被引導的光的該部分，以作為該等方向性光束； 一微反射元件，配置以反射性地散射該被引導的光的該部分，以作為該等方向性光束；以及 一微折射元件，配置以折射性地散射該被引導的光的該部分，以作為該等方向性光束。
4. 依據申請專利範圍第3項所述的多視域背光件，其中，該多光束元件之該繞射光柵包括複數個繞射光柵。
5. 依據申請專利範圍第1項所述的多視域背光件，其中，該多光束元件係位於該光導件之一第一表面以及一第二表面的其中之一，該多光束元件配置以經由該第一表面散射該被引導的光的該部分。
6. 依據申請專利範圍第1項所述的多視域背光件，其中，該微透鏡包括一聚光透鏡，配置以藉由減少該等方向性光束的一角展度來調整該等方向性光束之該不同之主要角度方向。
7. 依據申請專利範圍第1項所述的多視域背光件，其中，該微透鏡包括一散光透鏡，配置以藉由增加該等方向性光束的一角展度來調整該等方向性光束之該不同之主要角度方向。
8. 依據申請專利範圍第1項所述的多視域背光件，進一步包括： 一光源，光學性地耦合至該光導件之一輸入端，該光源配置以提供具有以下之一者或兩者之該被引導的光： 具有一非零傳播角度；以及 依據一預定準直因子被準直。
9. 一種多視域顯示器，包括申請專利範圍第1項所述的多視域背光件，該多視域顯示器進一步包括一光閥陣列，配置以調變該等方向性光束中之方向性光束，該光閥陣列中的一組光閥對應於該多視域顯示器之一多視域像素。
10. 一種多視域顯示器，包括： 一多視域像素陣列，配置以提供該多視域顯示器之複數個不同視域，該多視域像素陣列的一多視域像素包括複數個光閥，配置以調變複數個方向性光束； 複數個多光束元件，該等多光束元件中的一多光束元件係配置以提供該等方向性光束；以及 複數個微透鏡，位於該多視域像素陣列以及該等多光束元件之間，該等微透鏡中的一微透鏡係配置以調整該等方向性光束中的方向性光束的方向，以對應於該多視域顯示器之該等不同視域之個別視域方向。
11. 依據申請專利範圍第10項所述的多視域顯示器，其中，該多光束元件的尺寸大於該等光閥中的一光閥的尺寸的一半且小於該光閥的尺寸的兩倍。
12. 依據申請專利範圍第10項所述的多視域顯示器，進一步包括： 一光導件，配置以引導光，以作為被引導的光，該等多光束元件中的該多光束元件係配置以將該被引導的光的一部分散射出該光導件，以作為該等方向性光束。
13. 依據申請專利範圍第12項所述的多視域顯示器，其中，該多光束元件包括一繞射光柵、一微反射元件、以及一微折射元件的其中之一，其被光學性地耦合至該光導件，以散射該被引導的光的該部分。
14. 依據申請專利範圍第13項所述的多視域顯示器，其中，該繞射光柵包括複數個繞射光柵。
15. 依據申請專利範圍第10項所述的多視域顯示器，其中，該微透鏡包括一聚光透鏡，配置以藉由減少該等方向性光束的一角展度來調整該方向性光束之方向。
16. 依據申請專利範圍第10項所述的多視域顯示器，其中，該微透鏡包括一散光透鏡，配置以藉由增加該等方向性光束的一角展度來調整該方向性光束之方向。
17. 一種操作多視域背光件之方法，該方法包括： 在沿著一光導件的一長度的一傳播方向上引導光，以作為被引導的光； 使用一多光束元件將該被引導的光的一部分散射出該光導件，以提供複數個方向性光束，該等方向性光束中的方向性光束具有彼此不同之方向；以及 使用一微透鏡調整該等方向性光束的方向，該調整過的方向對應於應用該多視域背光件之一多視域顯示器之個別不同視域方向， 其中，該多光束元件的尺寸可相比擬於在該多視域顯示器之一多視域像素中之一子像素的尺寸。
18. 依據申請專利範圍第17項所述的方法，其中，該多光束元件包括一光學漫射器、一繞射光柵、一微反射元件、以及一微折射元件中的一個或多個，其被光學性地耦合至該光導件，以散射該被引導的光的該部分。
19. 依據申請專利範圍第17項所述的方法，其中，該微透鏡為一聚光透鏡，該方向被調整以減少該等方向性光束的一角展度。
20. 依據申請專利範圍第17項所述的方法，進一步包括： 使用一光源，將光提供至該光導件，該提供的光被引導，以作為以下之一者或兩者之該被引導的光： 在該光導件中，具有一非零傳播角度；以及 依據一預定準直因子被準直，以提供該被引導的光之一預定角展度。
21. 依據申請專利範圍第17項所述的方法，進一步包括： 使用配置為該多視域像素之複數個光閥來調變該等方向性光束。

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