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CN111656259B - 采用亚波长光栅的偏振回收背光体、方法和多视图显示器 - Google Patents

采用亚波长光栅的偏振回收背光体、方法和多视图显示器 Download PDF

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CN111656259B CN201880087789.5A CN201880087789A CN111656259B CN 111656259 B CN111656259 B CN 111656259B CN 201880087789 A CN201880087789 A CN 201880087789A CN 111656259 B CN111656259 B CN 111656259B
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Abstract

偏振回收背光体和多视图显示器采用偏振选择性散射特征和偏振转换结构，偏振选择性散射特征被配置为优先散射出被引导光的第一偏振分量，并且偏振转换结构被配置为将被引导光的第二偏振分量的部分转换成第一偏振分量。偏振转换结构包括亚波长光栅。

Description

采用亚波长光栅的偏振回收背光体、方法和多视图显示器
相关申请的交叉引用
不适用
关于联邦赞助研究或开发的声明
不适用
背景技术
对于种类广泛的设备及产品的使用者而言，电子显示器是一个几乎无处不在的媒介，用于传递信息给使用者。其中最常见的电子显示器包含阴极射线管(CRT)、等离子体显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、电致发光显示器EL)、有机发光二极管(OLED)、和有源矩阵OLED(AMOLED)显示器、电泳显示器(EP)，以及各种采用机电或电流体光调制(例如，数字微镜设备、电润湿显示器等等)的显示器。在一般情况下，电子显示器可以分为有源显示器(即，会发光的显示器)或无源显示器(即，调制由另一个光源提供的光的显示器)的其中一个。在有源显示器的分类中，最明显的示例是CRT、PDP、及OLED/AMOLED。在以射出光进行考量的情况下，LCD及EP显示器一般是被归类在无源显示器中。无源显示器虽然经常表现出包含但不限于如固有的低功率消耗等具有吸引力的性能特征，但由于其缺乏发光的能力，在许多实际应用中无源显示器可能有使用上的限制。
为克服与发出的光相关联的无源显示器的限制，许多无源显示器与外部光源耦合。耦合的光源可以允许这些在其他情况下是无源的显示器发光并且实质上充当有源显示器。这样的耦合光源的示例是背光体(backlight)。背光体可以用作光源(通常是平板背光体)，其置于在其他情况下是无源的显示器的后面以照射该无源显示器的光源。例如，背光体可以耦合到LCD或EP显示器。背光体发出穿过LCD或者EP显示器的光。发出的光通过LCD或者EP显示器调制，然后继而从LCD或EP显示器发出经过调制的光。背光体常常被配置为发出白光。然后，利用滤色器将白光转换成显示器中所用的各种色彩。滤色器例如可以置于LCD或EP显示器的输出处(较少见)或置于背光体和LCD或EP显示器之间。可选地，可以通过使用不同颜色(诸如原色)的显示器的场顺序照明来实现各种颜色。
附图说明
参考以下结合附图的详细描述，可以更容易地理解根据本文描述的原理的示例和实施例的各种特征，其中相似的附图标号指定相似的结构元素，并且其中：
图1A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的透视图。、
图1B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的具有与多视图显示器的视图方向相对应的特定主角方向的光束的角分量的图形表示。
图2示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的衍射光栅的横截面图。
图3A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的偏振回收背光体的横截面图。
图3B示出根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的偏振回收背光体的透视图。
图3C示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的包括衍射多光束元件和偏振转换结构的偏振回收背光体的部分的横截面图。
图4A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的包括衍射多光束元件的偏振回收背光体的部分的横截面图。
图4B示出了根据与本文所述原理一致的另一实施例的示例中的包括衍射多光束元件的偏振回收背光体的部分的横截面图。
图5A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的包括衍射多光束元件和偏振转换结构的亚波长光栅的偏振回收背光体的部分表面的平面图。
图5B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的亚波长光栅的平面图。
图6示出了根据与本文所述原理一致的替代实施例的示例中的偏振回收背光体的部分的横截面图。
图7示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的模式可选2D/3D显示器的横截面图。
图8示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的框图。
图9示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的背光体操作的方法的流程图。
某些示例和实施例具有附加到或替代上述参考附图中示出的特征的其他特征。下文结合上述参考附图详述这些和其他特征
具体实施方式
根据本文所述原理的示例和实施例提供了应用于电子显示器的采用偏振选择性散射和偏振转换的背光体。在与本文所述原理一致的各种实施例中，提供了一种采用偏振选择性散射特征的背光体。偏振选择性散射特征选择性地散射出光的偏振部分。还提供了一种包括亚波长光栅的偏振转换结构。偏振转换结构将被引导光的偏振转换成与由偏振选择性散射特征选择性地散射的光的偏振部分相对应的偏振。根据一些实施例，通过将被引导光的偏振转换成选择性地散射的偏振，偏振转换结构可以增加可用于偏振选择性散射体选择性散射的偏振光的量，并且因此可以增加由背光体发射的光的强度。
在本文中，“二维显示器”或“2D显示器”被定义为配置为不管从哪个方向观看图像(即，在2D显示器的预定义视角或范围内)，都提供基本上相同的图像的视图的显示器。智能手机和计算机显示器中的液晶显示器(LCD)就是2D显示器的示例。与此相反，在本文中，“多视图显示器”被定义为被配置为在不同的视图方向上或从不同的视图方向上提供多视图图像的不同视图的电子显示器或显示系统。具体地，不同的视图可以表示多视图图像的场景或对象的不同透视视图。在一些实例中，多视图显示器也可被称为三维(3D)显示器，例如，当同时观看多视图图像的两个不同视图时，提供了观看三维图像的感觉。
在本文中，“光导”被定义为使用全内反射来在结构内引导光的结构。具体地，光导可以包含在光导的工作波长处基本上透明的芯。术语“光导”通常指电介质光导，其采用全内反射来在光导的电介质材料与围绕该光导的材料或介质之间的界面处引导光。根据定义，全内反射的条件是光导的折射率大于与光导材料表面相邻的周围介质的折射率。在一些实施例中，除了上述折射率差或取而代之，光导可以包括涂层，以进一步促成全内反射。例如，涂层可以是反射涂层。光导可以是几种光导中的任一种，包括但不限于板(plate)或片(slab)光导以及条带(strip)光导中的一个或两个。
在本文中，“偏振选择性散射特征”通常被定义为被配置为选择性地散射具有特定偏振的入射光的特征。在一些实施例中，入射光可包括第一偏振分量或简单地“第一偏振”和第二偏振分量或简单地“第二偏振”。例如，第一偏振分量可以是横向电(TE)偏振分量，而第二偏振分量可以是横向磁(TM)偏振分量。在另一示例中，第一偏振分量可以是TM偏振分量，而第二偏振分量可以是TE偏振分量。
根据各种实施例，偏振选择性散射特征可被配置为优先散射与第一偏振相关联的光(例如，具有第一偏振)。此外，根据各种实施例，与第二偏振分量相关联的光(例如，具有第二偏振)可以不被偏振选择性散射特征散射或被最小程度地散射。在一些实施例中，偏振选择性散射特征可以光学地耦合到光导，以从光导内选择性地散射第一偏振的被引导光。具体地，根据一些实施例，偏振选择性散射特征位于光导的表面上。
在本文中，“偏振转换结构”通常被定义为将入射到该结构上的光的偏振分量的部分转换成另一偏振分量的结构。例如，偏振转换结构可以将入射到该结构上的光的第二偏振分量的部分转换成第一偏振分量。因此，偏振转换结构可以接收包含TM偏振分量的光，将TM偏振分量的部分转换成TE偏振分量，然后提供包括所得到的TE偏振分量的输出光。在一些实施例中，偏振转换结构可以在第一和第二偏振分量之间使用相位延迟。具体地说，偏振转换结构可以在第一偏振分量和第二偏振分量之间引入相位延迟，该相位延迟足以将第二偏振分量的部分转换成第一偏振分量。在各种实施例中，偏振转换结构包括衍射光栅，特别是亚波长衍射光栅，如下文将进一步描述的。
根据本文的定义，“多光束元件”是产生包括多个定向光束的光的背光体或显示器的结构或元件。根据本文的定义，由多光束元件产生的多个定向光束(或“复数定向光束”)的定向光束彼此具有不同的主角方向。具体地，根据定义，多个定向光束的定向光束具有与多个定向光束的另一个定向光束不同的预定主角方向。根据一些实施例，多光束元件的尺寸可与与多光束元件相关联的显示器(例如，多视图显示器)中使用的光阀的尺寸相当。具体地，在一些实施例中，多光束元件尺寸可在光阀尺寸的大约一半至大约两倍之间。在一些实施例中，多光束元件可提供偏振选择性散射。
根据各种实施例，多个定向光束可以表示光场。例如，多个定向光束可以限制在基本上呈锥形的空间区域内，或者具有预定的角展度，其包括多个光束中光束的不同主角方向。因此，组合的定向光束(即多个定向光束)的预定角展度可以表示光场。
根据各种实施例，多个定向光束中的各种定向光束的不同主角方向由包括但不限于多光束元件的尺寸(例如，长度、宽度、面积等中的一个或多个)以及其他特性来确定。例如，在衍射多光束元件中，“光栅间距”或衍射特征间距、以及衍射光栅在衍射多光束元件中的定向可以是至少部分地确定各种定向光束的不同主角方向的特性。在一些实施例中，根据本文的定义，多光束元件可被视为“扩展点光源”，即分布在多光束元件范围内的多个点光源。此外，由多光束元件产生的定向光束可以具有由角分量{θ，
Figure GDA0002602853400000051
}给出的主角方向，如下面关于图1B所述。
在本文中，“多视图显示器”被定义为被配置为在不同视图方向上提供多视图图像的不同视图的电子显示器或显示系统。图1A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器10的透视图。如图1A所示，多视图显示器10包括显示要观看的多视图图像的屏幕12。多视图显示器10在相对于屏幕12的不同视图方向16上提供多视图图像的不同视图14。视图方向16被示为从屏幕12以不同的主角方向延伸的箭头；不同的视图14被示为箭头末端(即，示出视图方向16)的阴影多边形框；并且作为示例而非限制，仅示出了四个视图14和四个视图方向16。应当注意的是，虽然图1A中示出不同视图14位于屏幕上方，但当多视图图像显示在多视图显示器10上时，视图14实际上出现在屏幕12上或其附近。在屏幕12上方描绘视图14只是为了说明的简单，并且是为了表示从对应于特定视图14的视图方向16中的对应一个观看多视图显示器10。
根据本文中的定义，视图方向或等效的具有对应于多视图显示器的视图方向的方向的光束通常具有由角分量{θ，
Figure GDA0002602853400000061
}给出的主角方向。角分量θ在本文中被称为光束的“仰角分量”或“仰角”。角分量
Figure GDA0002602853400000062
被称为光束的“方位分量”或“方位角”。根据定义，仰角θ是垂直平面上的角(例如，垂直于多视图显示器屏幕平面)，而方位角
Figure GDA0002602853400000063
是水平平面上的角(例如，平行于多视图显示器屏幕平面)。
图1B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例的具有与多视图显示器的视图方向(例如，图1A中的视图方向16)相对应的特定主角方向的光束20的角分量{θ，
Figure GDA0002602853400000064
}的图形表示。此外，根据本文的定义，光束20从特定点发射或发出。也就是说，根据定义，光束20具有与多视图显示器中的特定原点相关联的中心光线。图1B还示出了光束(或视图方向)的原点O。
此外，在本文中，术语“多视图图像”和“多视图显示器”中使用的术语“多视图”被定义为表示不同视角或包括多个视图的视图之间的角度差的多个视图。此外，根据本文的定义，本文中的术语“多视图”明确地包括两个以上的不同视图(例如，至少三个视图，并且通常超过三个视图)。从而将本文中所使用的“多视图显示器”与仅包括两个不同视图以表示场景或图像的立体显示器明确区分。然而，应当注意的是，虽然多视图图像和多视图显示器包括两个以上的视图，但是根据本文的定义，可以通过一次只选择要观看的多视图的两个视图(例如，每只眼睛一个视图)将多视图图像作为立体图像对来观看(例如，在多视图显示器上)。
在本文中，“衍射光栅”通常被定义为布置或配置以便提供入射到衍射光栅上的光的衍射的多个特征(即，衍射特征)。在某些示例中，可以以周期性或准周期性的方式布置多个特征。例如，衍射光栅可以包括以一维(1D)阵列布置的多个特征(例如，材料表面中的多个凹槽)。在其他示例中，衍射光栅可以是特征的二维(2D)阵列。例如，衍射光栅可以是材料表面上的凸起或材料表面中的孔的2D阵列。
因此，并且根据本文中的定义，衍射光栅是提供入射在衍射光栅上的光的衍射的结构。如果光从光导入射到衍射光栅上，则所提供的衍射或衍射散射可以导致并因此被称为“衍射耦合”，因为衍射光栅可以通过衍射将光耦合输出光导。衍射光栅还通过衍射(即，以衍射角)重定向或改变光的角度。具体地，作为衍射的结果，离开衍射光栅的光通常具有与入射在衍射光栅上的光(即，入射光)的传播方向不同的传播方向。通过衍射的光的传播方向上的变化在这里被称为“衍射重定向”。因此，衍射光栅可以被理解为包括衍射特征的结构，所述衍射特征衍射地重定向入射在衍射光栅上的光，并且如果光从光导入射，则衍射光栅也可以将光从光导中衍射地耦合出。
此外，根据本文中的定义，衍射光栅的特征被称为“衍射特征”，并且可以是在材料表面(即，两种材料之间的边界)处、材料表面中和材料表面上中的一个或多个。例如，表面可以是光导的表面。衍射特征可以包括衍射光的多种结构中的任何一种，包括但不限于凹槽、脊、孔和凸起中的一个或多个，并且这些结构可以是在表面处、表面中和表面上的一个或多个。例如，衍射光栅可以包括在材料表面中的多个基本平行的凹槽。在另一个示例中，衍射光栅可以包括从材料表面上升出的多个平行的脊。衍射特征(凹槽、脊、孔、凸起等)可以具有提供衍射的各种横截面形状或轮廓中的任何一种，包括但不限于正弦曲线轮廓、矩形轮廓(例如二元衍射光栅)、三角形轮廓和锯齿轮廓(例如闪耀光栅)中的一个或多个。
根据本文所述的各种示例，可以使用衍射光栅(例如，下文所述的多光束元件的衍射光栅)来将光衍射地散射或耦合出光导(例如，板光导)作为光束。具体地，局部周期性衍射光栅的衍射角θm或由局部周期性衍射光栅提供的衍射角θm可由等式(1)给出：
Figure GDA0002602853400000071
其中，λ是光的波长，m是衍射级数，n是光导的折射率，d是衍射光栅特征之间的距离或间距，θi是光在衍射光栅上的入射角。为了简单起见，等式(1)假设衍射光栅与光导的表面相邻，并且光导外材料的折射率等于一(即nout＝1)。一般来说，衍射级数m由整数给出。由衍射光栅产生的光束的衍射角θm可由式(1)给出，其中衍射级数为正(例如m>0)。例如，当衍射级数m等于一(即m＝1)时，提供一级衍射。
图2示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中衍射光栅30的横截面图。例如，衍射光栅30可以位于光导40的表面上。此外，图2示出了以入射角θi入射到衍射光栅30上的光束50。光束50是光导40内的被引导光束。图2中还示出了由于入射光束50的衍射而由衍射光栅30衍射产生并耦合出的定向光束60。定向光束60具有由等式(1)给出的衍射角θm(或本文中的“主角方向”)。例如，衍射角θm可以对应于衍射光栅30的衍射级数“m”。
在本文中，“光源”被定义为光的来源(例如，被配置为产生和发射光的光学发射器)。例如，光源可以包括光学发射器，诸如当激活或打开时发射光的发光二极管(LED)。具体地，在本文中，光源可以是基本上任何光源或包括基本上任何光学发射器，包括但不限于发光二极管(LED)、激光器、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管、基于等离子体的光学发射器、荧光灯、白炽灯以及几乎任何其他光源中的一个或多个。由光源产生的光可以具有色彩(即，可以包括特定波长的光)，或者可以是一定波长范围(例如，白光)。在一些实施例中，光源可以包括多个光学发射器。例如，光源可以包括一套或一组光学发射器，其中至少一个光学发射器产生具有与由该套或该组中的至少一个其他光学发射器产生的光的色彩或波长不同的色彩或等效波长的光。例如，不同的色彩可以包括原色(例如，红、绿、蓝)。
根据定义，“广角”发射光被定义为具有大于多视图图像或多视图显示器的视图的锥角的锥角的光。具体地，在一些实施例中，广角发射光可以具有大于约二十度(例如，>±20°)的锥角。在其它实施例中，广角发射光锥角可大于约三十度(例如，>±30°)，或大于约四十度(例如，>±40°)，或大于约五十度(例如，>±50°)。例如，广角发射光的锥角可以是大约六十度(例如，±60°)。
在一些实施例中，广角发射光锥角可以被定义为与用于广角观看的LCD计算机显示器、LCD平板、LCD电视或类似数字显示设备的观看角大致相同(例如，约为±40-65°)。在其他实施例中，广角发射光也可以被表征或描述为漫射光、基本漫射光、非定向光(即，缺乏任何特定或定义的方向性)或具有单一或基本均匀方向的光。
此外，如本文所用的，冠词“一”意欲具有其在专利文献中的普通的含义，即“一个或多个”。例如，“一个亚波长光栅”表示一个或多个亚波长光栅，同样，“所述亚波长光栅”在本文中表示“亚波长光栅(或多个)”。此外，本文中对“顶”、“底”、“上面”、“下面”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”的任何提及在本文中无意成为限制。在本文中，术语“大约”在被应用于值时，通常表示在用于产生该值的设备的容差范围之内，或者表示正负10％、或正负5％、或正负1％，除非另有明确规定。此外，如本文所用的，术语“基本”意味着大部分或几乎全部或全部或在约51％至约100％的范围内的量。此外，本文中的示例意图仅是说明性的，并且是为了讨论的目的而呈现的，而不是当作限制。
根据本文描述的原理的一些实施例，提供了一种背光体。图3A示出根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的偏振回收背光体100的横截面图。图3B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的偏振回收背光体100的透视图。图3C示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中偏振回收背光体100的部分的横截面图。所示出的偏振回收背光体100可用于例如包括但不限于多视图显示器的电子显示器中的背光体。
根据各种实施例，偏振回收背光体100被配置为提供或发射光作为发射光102。在一些实施例中，发射光102可以是或包括广角发射光。广角发射光可以例如适合用作2D显示应用中的照明源。在其他实施例中，发射光102可以是包含多个定向光束的定向发射光。例如，多个定向光束可以具有与多视图图像的视图方向相对应的方向，并且发射光102可以用作配置为显示多视图图像的多视图显示器的照明源。
此外，偏振回收背光体100可被配置为从偏振回收背光体100内引导的光的特定偏振分量提供发射光102、或者使用偏振回收背光体100内引导的光的特定偏振分量作为被引导光104来提供发射光102。例如，可以从被引导光104的第一偏振分量提供发射光102，或者至少大体上从被引导光104的第一偏振分量提供发射光102。结果，由于提供发射光102，第一偏振的可用量可能减小。偏振回收背光体100还被配置为将被引导光104中除特定偏振以外的偏振部分转换成特定偏振分量，以补充该偏振分量。例如，偏振回收背光体100可以将第二偏振分量转换成第一偏振分量，以补充被引导光104的第一偏振分量。因此，根据各种实施例，偏振回收背光体100被配置为回收被引导光104的偏振分量以提供用于提供发射光102的特定偏振分量的附加被引导光。
如图3A-3C所示，偏振回收背光体100包括光导110。光导110被配置为沿着光导110的长度引导光，作为被引导光104(即，被引导光束104)。例如，光导110可以包括被配置为光波导的介电材料。介电材料可以具有大于围绕介电光波导的介质的第二折射率的第一折射率。折射率的差被配置为例如根据光导110的一个或多个引导模式来促进被引导光104的全内反射。
在一些实施例中，光导110可以是包括延伸的、基本上是平坦的光学透明电介质材料的片或板光波导(即板光导)。基本上平坦的电介质材料片被配置为使用全内放射来引导被引导光104。根据各种示例，光导110的光学透明的电介质材料可以包括各种电介质材料中的任何一种，或者由各种电介质材料中的任何一种构成，电介质材料包括但不限于各种类型的玻璃(例如，石英玻璃、碱铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等)，以及基本上光学透明的塑料或聚合物(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)或“丙烯酸玻璃”、聚碳酸酯等)中的一种或多种。在一些示例中，光导110还可以在光导110的表面的至少部分处(例如，第一表面和第二表面中的一个或两个)包括涂覆层(未示出)。根据一些实施例，涂覆层可用于进一步促进全内反射。
此外，根据一些实施例，光导110被配置为根据全内反射在光导110的第一表面110’(例如，前或上表面或侧)和第二表面110”(例如，后或下表面或侧)之间以非零传播角引导被引导光104。具体地，被引导光104通过以非零传播角在光导110的第一表面110’和第二表面110”之间反射或“反弹”来传播。在一些实施例中，包括不同色彩的光的多个被引导光束104可以由光导110以不同的色彩特定的、非零传播角中的相应的非零传播角来引导。为了简化说明，图3B中未示出非零传播角。然而，在图3A中，描绘传播方向103的粗体箭头示出了沿着光导长度的被引导光104的一般传播方向。
如本文所定义的，“非零传播角”是相对于光导110的表面(例如，第一表面110’或第二表面110”)的角度。此外，根据各种实施例，非零传播角大于零且小于光导110内的全内反射的临界角。例如，被引导光104的非零传播角可以在大约十(10)度到大约五十(50)度之间，或者在一些示例中，在大约二十(20)度到大约四十(40)度之间，或者在大约二十五(25)度到大约三十五(35)度之间。例如，非零传播角可以是大约三十(30)度。在其他示例中，非零传播角可以是大约20度，或大约25度，或大约35度。此外，只要选择特定的非零传播角小于光导110内的全内反射的临界角，则可以为特定的实现选择(例如，任意地)特定的非零传播角。
光导110中的被引导光104可以以非零传播角(例如，约30-35度)引入或耦合到光导110中。在一些示例中，耦合结构(例如但不限于透镜、镜子或类似反射器(例如，倾斜的准直反射器)、衍射光栅和棱镜(未示出))以及它们的各种组合可以促进以非零传播角将光耦合到的光导110的输入端作为被引导光104。在其它示例中，可以将光直接引入光导110的输入端，而不使用或基本上不使用耦合结构(即，可以使用直接耦合或“对接”耦合)。一旦耦合到光导110中，被引导光104被配置为在通常远离输入端的传播方向103中沿着光导110传播(例如，在图3A中用沿着x轴的粗体箭头示出)。
此外，根据各种实施例，通过将光耦合到光导110中而生成的被引导光104(或等效的被引导光束104)可以是准直光束。在本文中，“准直光”或“准直光束”通常被定义为其中光束的光线在光束(例如，被引导光束104)内基本上相互平行的光束。此外，根据本文中的定义，从准直光束发散或散射的光线不被认为是准直光束的部分。在一些实施例中，偏振回收背光体100可包括准直器，例如如上所述的透镜、反射器或镜子(例如，倾斜的准直反射器)，以准直例如来自光源的光。在一些实施例中，光源包括准直器(未示出)。提供给光导110的准直光是准直的被引导光104。在各种实施例中，可以根据准直因子σ对被引导光104进行准直，或者被引导光104可以具有准直因子σ。
在一些实施例中，光导110可以被配置为重定向和重用被引导光104。具体地，沿着光导长度被引导的被引导光104可以沿着该长度在与传播方向103不同的另一传播方向103’上重新定向。例如，光导110可以在与光源相邻的输入端相对的光导110的一端包括反射器(未示出)。反射器可以被配置为将被引导光104作为重定向被引导光反射回输入端。在一些实施例中，替代光重定向(例如，使用反射器)或者除了光重定向之外，另一光源可在另一传播方向103’上提供被引导光104。重定向和重用被引导光104、以及使用另一光源来提供具有另一传播方向103’的被引导光104中的一个或两个都可以通过使被引导光104例如对偏振选择性散射特征和偏振转换结构中的一个或两个可用多次来增加偏振回收背光体100的亮度(例如，增加发射光102的强度)，如下所述。另外，例如，通过在光导110的两端反射被引导光104，被引导光104可以被多次重定向。
在图3A中，指示回收的被引导光的传播方向103’的粗体箭头(例如，以负x方向定向)示出了在光导110内回收的被引导光的一般传播方向。可替代地(例如，与回收的被引导光相反)，可通过将具有另一传播方向103’的光引入光导110中来提供沿另一传播方向103’传播的被引导光104(例如，除了具有传播方向103的被引导光104之外)。
在一些示例中，被引导光104最初可作为基本上未偏振的或等效的“随机偏振的”光耦合到光导110中。被引导光104可以具有第一偏振分量和第二偏振分量。根据各种示例，第一和第二偏振分量基本上可以彼此正交。在一些示例中，第一偏振分量是横向电(TE)偏振分量，并且第二偏振分量是横向磁(TM)偏振分量。根据一些示例，被引导光104可以由两个正交偏振分量(即，第一偏振分量和第二偏振分量)的叠加来表示。
在一些示例中，与第一偏振分量相对应或与第一偏振分量相关联的被引导光104的第一部分的特性(例如，强度、数量、电平等)可以大约等于与光导110内的第二偏振分量相对应或与第二偏振分量相关联的被引导光104的第二部分的特性(例如，强度等)，特别是在光导110的输入端附近。换言之，位于光导110的输入端的基本上未偏振或任意偏振的被引导光104的光可以在第一和第二偏振分量(例如TE和TM偏振分量)之间大致均匀分布。在其它示例中，被引导光104的第一偏振分量部分的特性大于第二偏振分量部分，或者第二偏振分量的特性大于第一偏振分量部分。
图3A-3C所示的偏振回收背光体100还包括偏振选择性散射特征120。偏振选择性散射特征120被配置为选择性地散射出入射到偏振选择性散射特征120上的被引导光104的偏振分量的部分，作为发射光102。也就是说，偏振选择性散射特征120被配置为将具有特定偏振的被引导光104的部分(例如，第一偏振分量)散射出光导。
在一些实施例中，偏振选择性散射特征120包括多个偏振选择性散射体。具体地，偏振选择性散射特征120的各个偏振选择性散射体可以是彼此间隔的离散结构或特征，每个离散结构被配置为以偏振选择性的方式散射或耦合出被引导光104的不同部分。在各种实施例中，偏振选择性散射特征120可以包括各种不同的结构或特征中的任何一种，这些结构或特征提供或被配置为产生偏振选择性散射，这些结构或特征包括但不限于衍射光栅、反射结构和折射结构、以及具有偏振选择性散射特征的其各种组合。
在一些实施例中，偏振回收背光体100的偏振选择性散射特征120可以包括多光束元件120’。具体地，在一些实施例中，偏振选择性散射特征120可包括多个多光束元件120’。图3A-3C以示例而非限制的方式示出了包括多个多光束元件120’的偏振选择性散射特征120。具有包括多个多光束元件120’的偏振选择性散射特征120的光导110的偏振回收背光体100可被称为“多视图”背光体，如下将进一步详细描述。
根据各种实施例，多个多光束元件的多光束元件120’可以沿着光导110的长度彼此间隔。具体地，多光束元件120’可以通过有限空间彼此分离，并且表示沿着光导长度的单独的、不同的元件。也就是说，根据本文的定义，多个多光束元件120’根据有限(即非零)的元件间距离(例如，有限的中心到中心距离)彼此间隔。此外，根据一些实施例，多光束元件120’通常不相交、重叠或以其他方式彼此接触。也就是说，多个多光束元件的每个多光束元件120’通常是不同的，并且与多光束元件120’中的其他元件分开。
在各种实施例中，可以以各种配置布置多个多光束元件的多光束元件120’，所述各种配置是以下中的一种或多种：光导110的表面(例如，第一表面110’或第二表面110”)处、光导110的表面上、光导110的表面中。例如，多个多光束元件的多光束元件120’可以在光导表面上布置成列和行(例如，作为阵列)。在另一示例中，多个多光束元件的多光束元件120’可以布置成组，并且这些组可以布置成行和列。
根据一些实施例，偏振选择性散射特征120的多个多光束元件120’可以布置为一维(1D)阵列或二维(2D)阵列。例如，多个多光束元件120’可以布置为线性1D阵列。在另一示例中，多个多光束元件120’可以布置为矩形2D阵列或圆形2D阵列。此外，在一些示例中，阵列(即1D或2D阵列)可以是规则或均匀阵列。具体地，多光束元件120’之间的元件间距离(例如，中心到中心的距离或间距)可以在整个阵列中基本上均匀或恒定。在其他示例中，多光束元件120’之间的元件间距离可以在穿过阵列和沿着光导110的长度的一个或两个中变化。
根据各种实施例，多个多光束元件120’的多光束元件120’被配置为耦合出被引导光104的部分，作为发射光102。此外，发射光102包括多个定向光束102’(因此可称为定向发射光)。在图3A中，定向光束102’被示为多个发散箭头，被描绘为从光导110的第一(或前)表面110’定向离开。根据各种实施例，定向光束102’彼此具有不同的主角方向。此外，根据各种实施例，定向光束102’的不同主角方向可对应于包括多视图像素的多视图显示器的各个不同视图方向。
根据各种实施例，多光束元件120’可包括配置成耦合出被引导光104的部分的许多不同结构中的任何一个。例如，不同结构可包括但不限于衍射光栅、微反射元件、微折射元件或其各种组合。在一些实施例中，包括衍射光栅的多光束元件120’被配置为衍射耦合出被引导光部分，作为具有不同主角方向的多个定向光束102’。在其它实施例中，包括微反射元件的多光束元件120’被配置为以反射方式耦合出被引导光部分，作为多个定向光束102’，或者，包括微折射元件的多光束元件120’被配置为通过或使用折射(即，折射地耦合出被引导光部分)将被引导光部分耦合出，作为多个定向光束102’。
图4A示出根据与本文所述原理一致的实施例的示例中包括多光束元件120’的偏振回收背光体100的部分的横截面图。图4B示出了根据与本文所述原理一致的另一实施例的示例中包括多光束元件120’的偏振回收背光体100的部分的横截面图。具体地，图4A-4B将偏振回收背光体100的多光束元件120’示出为包含衍射光栅122的衍射多光束元件。衍射光栅122被配置为衍射地耦合出被引导光104的部分，作为发射光102的多个定向光束102’。衍射光栅122包括通过衍射特征间距或衍射特征或光栅间距彼此间隔的多个衍射特征，所述衍射特征被配置提供衍射耦合出被引导光部分。
在一些实施例中，多光束元件120’的衍射光栅122可位于或邻近于光导110的表面。例如，如图4A所示，衍射光栅122可以位于或邻近于光导110’的第一表面110’。位于光导110’的第一表面110’处的衍射光栅122可以是透射式衍射光栅，其被配置为衍射地耦合出被引导光部分通过第一表面110’，作为定向光束102’。在其它实施例中，例如，如图4B所示，衍射光栅114可位于或邻近于光导110的第二表面110”。当位于第二表面110”处时，衍射光栅122可以是反射式衍射光栅。作为反射式衍射光栅，衍射光栅122被配置为既衍射被引导光部分，又将衍射的被引导光部分反射到第一表面110’，以通过第一表面110’离开，作为定向光束102’。在其它实施例(未示出)中，衍射光栅可位于光导110的表面之间，例如，作为透射式衍射光栅和反射式衍射光栅中的一个或两个。注意，在本文所述的一些实施例中，定向光束102’的主角方向可包括由于定向光束102’在光导表面处离开光导110而产生的折射效应。例如，图3A和4B以示例而非限制的方式示出了当定向光束穿过第一表面110’时由于折射率的变化引起的定向光束102’的折射。
根据一些实施例，衍射光栅122的衍射特征可以包括彼此间隔的凹槽和脊中的一个或两个。凹槽或脊可以包括光导110的材料，例如，可以形成在光导110的表面中。在另一示例中，凹槽或脊可以由导光材料以外的材料形成，例如，光导110的表面上的另一材料的薄膜或层。
在一些实施例中，多光束元件120’的衍射光栅122是均匀衍射光栅，其中衍射特征间距在整个衍射光栅122中基本上恒定或不变。在其它实施例中，衍射光栅122可以是啁啾衍射光栅。根据定义，“啁啾”衍射光栅是一种衍射光栅，其呈现或具有在啁啾衍射光栅的范围或长度上变化的衍射特征的衍射间距(即光栅间距)。在一些实施例中，啁啾衍射光栅可以具有或呈现出随距离线性变化的衍射特征间距的啁啾。因此，根据定义，啁啾衍射光栅是“线性啁啾”衍射光栅。在其它实施例中，多光束元件120’的啁啾衍射光栅可呈现衍射特征间距的非线性啁啾。可以使用各种非线性啁啾，包括但不限于指数啁啾、对数啁啾或以另一种基本上不均匀或随机但仍然单调的方式变化的啁啾。也可以采用非单调啁啾，例如但不限于正弦啁啾、三角形啁啾或锯齿啁啾。也可以采用任何这些类型的啁啾的组合。
再次参考图3A-3C，偏振回收背光体100还包括偏振转换结构130。偏振转换结构130被配置为将偏振分量的部分转换成另一偏振分量。具体地，偏振转换结构130被配置为反射地重定向以非零传播角入射到偏振转换结构130上的被引导光104的部分。这样，偏振转换结构130将第二偏振分量的部分转换成第一偏振分量。也就是说，偏振转换结构130将入射到偏振转换结构130上的光的第二偏振分量的部分转换成反射光中的第一偏振。例如，如果第一偏振分量是TE偏振分量而第二分量是TM偏振分量，则偏振转换结构130可以将入射光中的TM偏振分量的部分转换成反射光中的TE偏振分量。因此，反射光中第一偏振分量(在本例中，TE分量)的部分增加。
图3C示出了根据本发明实施例的包括偏振转换结构130的偏振回收背光体100的横截面图。偏振转换结构130被配置为反射地重定向以非零传播角入射到偏振转换结构130上的被引导光104的部分，并将被引导光104的第二偏振分量的部分转换成第一偏振分量。在该示例中，偏振转换结构130位于光导110的第二表面110”上，其位于偏振选择性散射特征120的多个偏振选择性散射体之间。示出了入射到偏振转换结构130上的被引导光104。还示出了表示被引导光104’的第一偏振分量104’的第一矢量和表示与第一偏振分量104’正交的第二偏振分量104”的第二矢量。具体地，第一偏振分量104’示为中间有点的圆，以表示与偏振转换结构130的第一表面平行并指向页面内的矢量。如图3C所示，第一和第二偏振分量104’，104”彼此正交并且与被引导光104的行进方向正交。在一些实施例中，第一偏振分量104’可以对应于被引导光104的TE偏振分量，而第二偏振分量104”可对应于被引导光104的TM偏振分量。
如图3C所示，被引导光104以非零传播角入射到偏振转换结构130上。被引导光104被偏振转换结构130反射或反射重定向为反射光束，其以基本上等于入射角的非零传播角从偏振转换结构传播离开。在被引导光104的反射期间，偏振转换结构130可以充当形式双折射材料。也就是说，偏振转换结构130可以在两个正交偏振分量之间引入相位延迟，在一些示例中，例如入射被引导光104的第一偏振分量104’和第二偏振分量104”，或者等效的TE偏振分量104’和TM偏振分量104”。因此，根据一些示例，偏振转换结构130可以在入射被引导光104中的第一和第二偏振分量104’、104”之间引入大约一半波长差分或90度相位延迟。两个偏振分量104’、104”之间的相位延迟导致入射光的TM偏振分量104”的部分转换成反射光中的TE偏振分量104’。结果，反射光的TE偏振分量部分相对于入射光得到增强。这在图3C中通过表示从偏振转换结构130反射的光的第一偏振分量104’的较长矢量来示出。类似地，反射光的TM偏振分量部分相对于入射光减小，如图3C中反射光中间有点的小圆圈所示。
在与偏振转换结构130相互作用后，光束104继续以非零的传播角通过光导110传播，如前所述，交替反射到光导110的第一和第二表面110’、110”。这样，被引导光104被配置为与偏振转换结构130多次相互作用。在与偏振转换结构130的每次相互作用期间，第二偏振分量104”(例如TM偏振分量)的部分被进一步转换成第一偏振分量104’(例如TE偏振分量)。被引导光104在其通过光导110的传播期间也与偏振选择性散射特征120相互作用。在与偏振选择性散射特征120相互作用期间，第一偏振或TE偏振分量的部分被选择性地耦合或散射出光导110，作为发射光102。第一偏振分量的部分的偏振选择性散射减少或耗尽被引导光104中的第一偏振分量。为了补偿该损失，通过与偏振转换结构130的迭代相互作用来补充被引导光104中第一偏振分量的耗尽部分。结果，根据一些实施例，向偏振选择性散射特征120提供更大量的第一偏振分量，从而在发射光102中产生更大的强度，以及更亮的偏振回收背光体100。
在一些实施例中，偏振转换结构130对沿基本正交于光导表面的方向入射到结构上的光基本上是光学透明的，并且偏振转换结构130对这种光的影响最小。相反，偏振转换结构130被配置为与以非零传播角传播并以一定角度入射到结构上的被引导光相互作用。
在各种实施例中，偏振转换结构130包括亚波长光栅132。亚波长光栅132被配置为反射地重定向以非零传播角入射到亚波长光栅132上的被引导光的部分。这样，如上文所述，亚波长光栅132将被引导光104的第二偏振分量104”的部分转换成第一偏振分量104’。图5A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中包括多光束元件120’和偏振转换结构130的亚波长光栅132的偏振回收背光体100的表面部分的平面图。图5B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的亚波长光栅132的平面图。
在一些实施例中，亚波长光栅132包括多个基本上平行的衍射特征。在一些示例中，衍射特征可以基本上类似于上述衍射光栅的衍射特征。具体地，亚波长光栅132的衍射特征可以包括彼此间隔的凹槽和脊中的一个或两个。凹槽和脊可以形成在光导110的表面中，或者由光导材料以外的材料形成。然而，在亚波长光栅132中，衍射特征之间的距离或等效的，衍射特征的光栅间距根据定义小于被引导光104的波长。在一些实施例中，光栅间距可以基本上小于被引导光104的波长。例如，如上文所述，亚波长光栅132的光栅间距可以小于衍射光栅122的光栅间距的一半。亚波长光栅间距提供有助于亚波长光栅132的偏振转换特性的衍射特性。具体地，由于亚波长光栅间距，亚波长光栅132表现为形式双折射材料，或者是其衍射特性是被引导光104的入射部分的分量定向的因子的材料。也就是说，亚波长光栅132的偏振转换特性取决于入射被引导光104的分量的定向。如上所述，入射到亚波长光栅132上的被引导光104可以包括彼此正交定向的第一偏振分量和第二偏振分量(在一些示例中分别为TE偏振和TM偏振)。因此，亚波长光栅132根据其定向不同地反射每个偏振分量。因此，亚波长光栅132的形式双折射可导致第二偏振分量中相对于第一偏振分量约半波长的相位延迟。该相位延迟将入射到亚波长光栅132上的光的第二偏振分量的部分转换成由亚波长光栅132反射的光中的第一偏振分量。
亚波长光栅132的衍射特征的光栅间距还影响亚波长光栅132的衍射级数。具体地，当光栅间距基本上为亚波长或等效地，衍射特征之间的间距基本上小于入射到亚波长光栅132上的光束104的波长时，仅由亚波长光栅132提供零衍射级数或等效的反射。因此，入射到亚波长光栅132上的被引导光104被亚波长光栅132以基本上等于入射被引导光104的非零传播角的非零传播角进行反射重定向(即镜面反射)。如上所述，由于通过亚波长光栅132将入射光的第二偏振分量转换成反射光的第一偏振分量，反射光包括比入射被引导光104更大的第一偏振分量(例如TE偏振)。
在一些示例中，亚波长光栅132的衍射特征可以具有光栅周期、光栅占空比、光栅定向、光栅间距和光栅深度。光栅周期、光栅占空比、光栅定向、光栅间距(如上所述)和光栅深度中的一个或多个被配置为控制第二偏振分量到第一偏振分量的偏振转换量。也就是说，这些特性中的一个或多个可以被设计成影响入射光的第二偏振分量中有多少被转换成反射光的第一偏振分量。在一些示例中，衍射特征相对于入射到亚波长光栅132上的光束的方向的方向可以影响偏振转换的量。
参考图5B，亚波长光栅132的衍射特征相对于亚波长光栅132的表面上的y轴以一定角度定向。在所示的示例中，该表面是光导110的第二表面110”。因此，亚波长光栅132相对于入射到光导110表面(或等效地，在亚波长光栅132的平面上)的被引导光104的方向的投影成角α。光导110表面上的亚波长光栅132的定向控制被引导光104在该表面平面上的亚波长光栅132上的入射角α，该入射角α控制由亚波长光栅132转换的被引导光104中的偏振量。
根据本发明的各种实施例，偏振转换结构130可以位于光导110的表面上。回到图5A，偏振转换结构130可以放置在光导110的表面上的多个散射体的相邻散射体(例如，多光束元件120’)之间。例如，在包含多光束元件120’的偏振选择性散射特征120位于光导的第一表面110’上的实施例中(例如，如图4A所示)，偏振转换结构130可位于第一(或上)表面110’上的多光束元件120’之间。可选地，如图3A-3C和图4B所示，在包含多光束元件120’的偏振选择性散射特征120位于光导110的第二(或下)表面110”上的实施例中，偏振转换结构130可以位于第二表面110”上的多个多光束元件120’之间。
在一些实施例(未示出)中，可以在偏振选择性散射特征120的部分附近提供反射岛。例如，反射岛可设置在包含反射式衍射光栅的偏振选择性散射特征120的多光束元件120’附近。例如，可以提供反射岛以促进入射被引导光104的反射并增加由偏振选择性散射特征120产生的发射光102的强度。
图6示出了根据与本文所述原理一致的另一实施例的示例中偏振回收背光体100的部分的横截面图。在本实施例中，偏振选择散射特征120和偏振转换结构130位于光导的相对表面上。如图所示，偏振选择性散射特征120包括布置在光导110的第一表面110’上的多光束元件120’，其被配置为以传输模式工作。偏振转换结构130位于光导110的相对表面(即，第二表面110”)上。在另一实施例(未示出)中，偏振选择散射特征120可包括位于第二表面110”上的多光束元件120’，其被配置为以反射模式工作，并且偏振转换结构130可布置在第一表面110’上。在所有实施例中，以非零传播角传播的被引导光104交替地反射到光导110的表面110’、110”，并且由光导110的表面110’、110”中的一个上的偏振转换结构130进行反射重定向和转换。
偏振选择性散射特征120和偏振转换结构130位于光导110的相对表面上的实施例可以分别有效地使用于偏振选择性散射特征120和偏振转换结构130的可用表面加倍。另外，这种实施例可以允许对偏振转换结构130和偏振选择性散射特征120二者进行更多种布置。例如，与图3A-3C所示的布置相反(其中偏振转换结构130位于偏振选择性散射特征120的多光束元件120’之间)，位于与偏振选择性散射特征120相对的表面上的偏振转换结构130可以基本上占据整个表面并提供更有效的偏振转换。类似地，例如，为偏振选择性散射特征120提供更大的空间，因此提供发射光102的更大的强度。
根据一些实施例，偏振转换结构130被配置为提供第二偏振分量到第一偏振分量的偏振转换量，偏振转换量是沿着光导110的长度的位置的函数。例如，当被引导光104在光导110中传播时，被引导光104的偏振可随被引导光104沿导光110的位置而变化。也就是说，被引导光104在特定位置处的偏振可以不同于被引导光104在光导110的不同位置处的偏振。被引导光104的偏振的这种变化可以以可预测地取决于光导110的长度上的被引导光位置的方式发生。为了说明光导110中的这种偏振变化，并产生在光导110的表面上具有基本均匀偏振的发射光102，在一些实施例中，偏振转换结构130可以被配置为提供第二偏振分量到第一偏振分量的偏振转换量，该偏振转换量是沿着光导110的长度的位置的函数。例如，在光导110中被引导光104包括第一偏振分量的较大部分的区域中，偏振转换结构130可以被配置为将较小量的第二偏振分量转换成第一偏振分量。类似地，在被引导光104包括第一偏振分量的较小部分的区域中，偏振转换结构130可以被配置为将较大量的第二分量转换成第一偏振分量。因此，由偏振选择散射特征120散射出的发射光102在强度上可以穿过光导110基本上均匀。
根据一些实施例，偏振转换结构130可以被配置为在每次反射重定向期间提供第二偏振分量到第一偏振分量的小于约百分之十(10％)的偏振转换量。如前所述，偏振转换结构130被配置为当被引导光104被反射为反射光时，将入射到偏振转换结构130上的被引导光104的第二偏振分量的部分转换成第一偏振分量。偏振转换量是第二偏振分量转换成第一偏振分量的比例。根据各种实施例，偏振转换量可以由偏振转换结构130的亚波长光栅132的衍射特征的特性来控制。这些特性包括光栅周期、光栅占空比、光栅定向、光栅间距和光栅深度。因此，亚波长光栅132的光栅周期、光栅占空比、光栅定向、光栅间距和光栅深度中的一个或多个可被配置为转换入射到亚波长光栅132上的被引导光104的第二偏振分量的约百分之十(10％)。在一些实施例中，偏振转换量可以小于约百分之四(4％)。例如，偏振转换量可以在大约百分之二(2％)到大约百分之四(4％)之间。
根据一些实施例，大约百分之十(10％)或更小的偏振转换可以允许偏振回收背光体100被用于模式可选的2D/3D显示器中。例如，在包括两个相邻背光体的模式可选的2D/3D显示器中，偏振回收背光体100可以被用作第二背光体。在模式可选的2D/3D显示中，背光体可以被配置为发射漫射或基本上广角的(例如，“2D”)光，并且第二背光体(或本文所述的偏振回收背光体100)可以被配置为发射光作为定向发射光。定向发射光可以包括具有与多视图显示器的视图方向相对应的不同主角方向的多个定向光束。因此，定向发射光也可被称为多视图或3D发射光。可以通过激活第一背光体在第一模式下由模式可选的2D/3D显示器提供2D图像，而当在第二模式期间激活第二或偏振回收背光体100时，可以提供多视图或“3D”图像。
图7示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的模式可选的2D/3D显示器200的横截面图。如图所示，模式可选的2D/3D显示器包括与偏振回收背光体100相邻的第一背光体210。如图所示，第一背光体210被配置为在第一模式(模式1)期间提供广角发射光202，而偏振回收背光体100被配置为在第二模式(模式2)期间提供定向的发射光102(即定向发射光)。此外，如图所示，定向发射光102由包括多个多光束元件120’的偏振选择性散射特征120提供。在各种实施例中，广角发射光202沿朝向偏振回收背光体100的方向发射。此外，在第一模式(模式1)期间，广角发射光202被配置为通过偏振回收背光体100的厚度，例如，通过偏振回收背光体100的光导110和偏振选择性散射特征120。
所示出的模式可选的2D/3D显示器200还包括光阀阵列208，其被配置为调制广角发射光202以在第一模式(模式1)中提供2D图像，并且调制发射光102(或定向发射光)以在第二模式(模式2)期间提供多视图图像。根据各种实施例，广角发射光202通常仅与偏振回收背光体100的偏振转换结构130相互作用一次。根据各种实施例，当偏振转换结构130的偏振转换约为百分之十(10％)或更小时，广角发射光202经历很小的偏振转换或不经历偏振转换，允许广角发射光202通过偏振回收背光体100而不会对其偏振产生实质性影响。
根据本文所述原理的一些实施例，提供了一种多视图显示器。图8示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的多视图显示器300的框图。根据各种实施例，多视图显示器300采用偏振选择性散射来提供发射光。具体地，多视图显示器选择性地散射出与第一偏振分量相关联的引导光的部分。此外，多视图显示器300利用偏振转换将被引导光转换成偏振光，以作为发射光选择性地散射出去，所述发射光包括多个定向光束302。具体地，多视图显示器300将被引导光的第二偏振分量的部分转换成第一偏振分量以选择性地散射出去。
如图8所示，多视图显示器300包括被配置为引导光作为被引导光的光导310。根据各种实施例，光导310可以被配置为使用全内反射来引导被引导光。此外，可以由光导310或在光导310内以非零传播角引导被引导光。在一些实施例中，光导310可以基本上类似于如上所述的偏振回收背光体100的光导110。具体地，光导310可包括介电材料片。因此，光导310可以是板光导。根据各种实施例，被引导光还可以包括第一偏振分量和第二偏振分量。例如，第一偏振分量可以是横向电(TE)偏振分量，并且第二偏振分量可以是横向磁(TM)分量。
如图8所示，多视图显示器300还包括多光束元件阵列320。多光束元件阵列320的多光束元件320被配置为选择性地散射出被引导光的第一偏振的部分，作为具有不同主角方向的多个定向光束302。在一些实施例中，多光束元阵列的多光束元件320被配置为选择性地将被引导光的TE偏振分量作为定向光束从光导中散射出去。此外，定向光束302的不同主角方向对应于例如由多视图显示器300显示的多视图图像的视图方向。
在一些实施例中，光导310的多光束元件阵列320可以基本上类似于上述偏振回收背光体100的偏振选择性散射特征120。具体地，多光束元件阵列320的多光束元件320可以基本上类似于多光束元件120’。例如，多光束元件320可以包括衍射光栅。衍射光栅可以基本上类似于上述偏振回收背光体100的衍射光栅122。因此，多光束元件320可以位于或靠近光导310的表面。例如，多光束元件320可位于光导310的第一表面处，其中其被配置为作为透射式衍射光栅选择性地散射具有第一偏振的被引导光部分通过第一表面。在另一示例中，多光束元件320可位于光导310的第二表面处，其中它是反射式多光束元件，被配置为选择性地散射被引导光部分并将散射的被引导光部分反射到第一表面。
如图8所示，多视图显示器300还包括亚波长光栅阵列330。亚波长光栅阵列330被配置为将被引导光的第二偏振分量的部分转换成第一偏振分量。具体地，亚波长光栅阵列330被配置为反射地重定向以非零传播角入射到光栅上的被引导光的部分。这样，亚波长光栅阵列330将入射到亚波长光栅330上的被引导光的第二偏振分量的部分转换成反射的被引导光中的第一偏振。例如，如果第一偏振分量是TE偏振分量而第二分量是TM偏振分量，则亚波长光栅阵列330可以将入射光中的TM偏振分量的部分转换成反射光中的TE偏振分量。因此，反射光中第一偏振分量(在本例中，TE分量)的部分得到增加。根据一些实施例，亚波长光栅阵列330可以基本上类似于上述关于偏振回收背光体100描述的偏振转换结构130。具体地，亚波长光栅阵列的亚波长光栅330可基本上类似于上述亚波长光栅132。
例如，亚波长光栅阵列的亚波长光栅330可以包括多个基本上平行的衍射特征。具体地，亚波长光栅阵列的亚波长光栅330的衍射特征可以包括彼此间隔并形成在光导310的表面中的凹槽和脊中的一个或两个。此外，根据定义，在亚波长光栅阵列的亚波长光栅330中，衍射特征之间的距离或等效地，衍射特征的光栅间距小于被引导光的波长。在一些实施例中，亚波长光栅阵列的亚波长光栅330的光栅间距可以小于上述多光束元件120’的衍射光栅的光栅间距的一半。
亚波长光栅间距提供有助于亚波长光栅阵列的亚波长光栅330的偏振转换特性的衍射特性。具体地，由于亚波长光栅间距，亚波长光栅阵列的亚波长光栅330可以表现为形式双折射材料，或者是其衍射特性是入射光的分量定向的因子的材料。亚波长光栅330的形式双折射被配置为在第二偏振分量(或TM偏振)中引起相对于第一偏振分量(或TE偏振)的大约半波长的相位延迟。根据各种实施例，该相位延迟将入射到亚波长光栅330上的光的第二偏振分量的部分转换成反射在亚波长光栅阵列的亚波长光栅330上的光中的第一偏振分量。
如图8所示，多视图显示器300还包括光阀308的阵列。光阀308的阵列被配置为调制多个定向光束302中的定向光束302以提供多视图图像。在各种实施例中，可使用不同类型的光阀作为光阀阵列的光阀308，所述光阀包括但不限于液晶光阀、电泳光阀和基于电润湿的光阀中的一个或多个。具体地，来自光导310上的多光束元件阵列320的定向光束302可以通过光阀阵列的各个光阀308并被其调制，以提供调制的定向光束302’。此外，具有不同主角方向的定向光束302中的不同光束被配置为通过光阀阵列中的光阀308中的不同光阀并被其调制。图8中的虚线箭头用于说明调制的定向光束302’，以强调其调制。
在一些实施例中，多光束元件阵列的多光束元件320位于光导的表面上。多光束元件阵列的多光束元件320可以沿着光导310的长度彼此间隔。此外，亚波长光栅阵列330的亚波长光栅330可以位于多光束元件阵列的多光束元件320之间。在一些实施例中，多光束元件阵列320和亚波长光栅阵列330位于光导310的彼此相对的表面上(即，位于相反或相对的表面上)。例如，在如上所述的在多光束元件320中使用反射式衍射光栅的实施例中，多光束元件阵列可以位于光导310的第二表面处，并且亚波长光栅阵列330可以位于与第二表面相对的第一表面上。多光束元件阵列和亚波长光栅阵列位于光导的相对侧上的实施例有效地使可用表面加倍，并允许两个阵列具有更多种布置。
亚波长光栅阵列330可被配置为在每次反射重定向期间提供第二偏振分量到第一偏振分量的小于约百分之十(10％)的偏振转换量。偏振转换量是第二偏振分量转换成第一偏振分量的比例。偏振转换量可以由亚波长光栅阵列330的衍射特征的特性来控制。这些特性包括光栅周期、光栅占空比、光栅定向、光栅间距和光栅深度。因此，亚波长光栅330的光栅周期、光栅占空比、光栅定向、光栅间距和光栅深度中的一个或多个被配置为转换入射到亚波长光栅330上的光的第二偏振的大约百分之十。在一些实施例中，偏振转换的量可以小于大约百分之四(4％)，例如，在大约2％和大约4％之间。
在一些实施例中，亚波长光栅阵列330对于以基本正交于光导310的表面的方向入射到亚波长光栅阵列上的光基本上是光学透明的。因此，亚波长光栅330对这种入射光的影响可以是最小的。相反，根据各种实施例，亚波长光栅阵列330被配置为与以非零传播角传播并以一定角度入射到光栅上的被引导光相互作用。
根据本文所述原理的一些实施例，公开了一种背光体操作的方法。图9示出了根据与本文原理一致的实施例的示例中偏振回收背光体操作的方法400的流程图。如图9所示，偏振回收背光体操作的方法400包括：沿光导的长度引导410光作为被引导光。根据各种实施例，被引导光包括第一偏振分量和第二偏振分量。此外，可在光导内以非零传播角引导被引导光。在一些实施例中，光导可以基本上类似于上述关于偏振回收背光体100描述的光导110。例如，被引导光被引导并利用光导内的全内反射沿光导传播。例如，第一偏振分量可以是横向电(TE)偏振分量，并且第二偏振分量可以是横向磁(TM)分量。
图9所示的偏振回收背光体操作的方法400还包括：使用偏振选择性散射特征选择性地散射出420被引导光的第一偏振分量的部分作为发射光。在一些实施例中，偏振选择性散射特征可以基本上类似于如上所述的偏振回收背光体100的偏振选择性散射特征120。具体地，在散射出420中使用的偏振选择性散射特征可包括各种不同的结构或特征中的任何一种，所述结构或特征提供或配置成产生偏振选择性散射，包括但不限于衍射光栅、反射结构和折射结构、以及它们的被配置成提供偏振选择性散射的各种组合。
偏振回收背光体操作的方法400还包括：使用包括亚波长光栅的偏振转换结构将被引导光的第二偏振分量的部分转换430为第一偏振分量。具体地，以非零传播角入射到偏振转换结构上的被引导光的部分被偏振转换结构反射重定向。在反射重定向期间，入射的被引导光中的第二偏振分量的部分被转换成反射光中的第一偏振分量。例如，当第一偏振分量是TE偏振分量并且第二偏振分量是TM偏振分量时，入射光中TM偏振分量的部分可以被转换成被偏振转换结构反射重定向的光中的TE偏振分量。因此，反射光中的第一偏振分量(在本例中，TE分量)的部分可以得到增加或补充，例如，以补偿由于偏振选择性散射特征选择性散射出420而造成的第一偏振分量的损失。
在一些实施例中，亚波长光栅可以基本上类似于先前描述的偏振回收背光体100的亚波长光栅132。因此，亚波长光栅的衍射特征可以包括彼此间隔并形成在光导表面中的凹槽和脊中的一个或两个。此外，衍射特征之间的距离或等效的衍射特征的光栅间距小于被引导光的波长。亚波长光栅间距提供有助于亚波长光栅的偏振转换特性的衍射特性。具体地，由于亚波长光栅间距，亚波长光栅可以表现为形式双折射材料，或者是其衍射特征是入射光的分量的定向的因子的材料。在一些实施例中，亚波长光栅的形式双折射可导致第二偏振分量(或TM偏振)中相对于第一偏振分量(或TE偏振)的大约半波长的相位延迟。因此，入射到亚波长光栅上的被引导光的第二偏振分量的部分被转换成由亚波长光栅反射的光中的第一偏振分量。
在一些实施例中，偏振选择性散射特征包括沿着光导长度彼此间隔的多个多光束元件。在一些实施例中，选择性地散射出420第一偏振分量的部分包括：使用多个多光束元件中的多光束元件将该部分作为发射光散射出去。在一些实施例中，多个多光束元件的多光束元件可以基本上类似于上述偏振回收背光体100的多光束元件120’。因此，例如，多光束元件可以包括与偏振回收背光体100的衍射光栅122基本相似的衍射光栅。此外，根据各种实施例，由包括多个多光束元件的偏振选择性散射特征提供的发射光可以包括具有与多视图显示器的视图方向相对应的方向的多个定向光束。
在一些实施例中，偏振转换结构位于光导表面上的多个多光束元件的多光束元件之间。具体地，多个多光束元件可位于光导的第一表面上，其中亚波长光栅布置在所述表面上的各个多光束元件之间。或者，多光束元件和亚波长光栅可位于底面上，亚波长光栅布置在多个多光束元件之间。在其它实施例中，多光束元件和亚波长光栅或等效的偏振转换结构可以位于光导的相反表面上。
因此，已经描述了偏振回收背光体、偏振回收背光体操作的方法和多视图显示器的示例和实施例，其采用偏振选择性散射特征将被引导光耦合出作为发射光，并采用偏振转换结构来将被引导光的第二偏振分量的部分转换成第一偏振分量。应当理解的是，上述示例仅仅说明了表示本文所述原理的许多具体示例中的一些。显然，本领域技术人员可以在不偏离以下权利要求所限定的范围的情况下容易地设计出许多其它布置。

Claims (19)

1.一种偏振回收背光体，包括：
光导，配置为沿着所述光导的长度引导光作为被引导光，所述被引导光包括第一偏振分量和第二偏振分量；
偏振选择性散射特征，配置为选择性地散射出所述被引导光的所述第一偏振分量的部分作为发射光；以及
偏振转换结构，其包括亚波长光栅，所述亚波长光栅配置为反射地重定向以非零传播角入射到所述亚波长光栅上的所述被引导光的部分，并将所述被引导光的所述第二偏振分量的部分转换成所述第一偏振分量，
其中所述亚波长光栅包括多个实质上平行的衍射特征，所述衍射特征具有光栅周期、光栅占空比、光栅定向、光栅间距和光栅深度，所述光栅周期、所述光栅占空比、所述光栅定向、所述光栅间距和所述光栅深度中的一个或多个配置为控制所述第二偏振分量到所述第一偏振分量的偏振转换量。
2.根据权利要求1所述的偏振回收背光体，其中所述偏振选择性散射特征包括沿着所述光导长度彼此间隔的多个多光束元件，所述多个多光束元件的多光束元件配置为散射出所述被引导光作为发射光，所述发射光包括具有与多视图显示器的视图方向相对应的方向的多个定向光束。
3.根据权利要求2所述的偏振回收背光体，其中所述多个多光束元件位于所述光导的表面上，所述偏振转换结构位于所述多个多光束元件的多光束元件之间。
4.根据权利要求2所述的偏振回收背光体，其中所述多光束元件包括衍射光栅。
5.根据权利要求1所述的偏振回收背光体，其中所述偏振回收背光体对于在与所述光导的表面实质正交的方向上入射到所述偏振转换结构上的光是光学透明的。
6.根据权利要求1所述的偏振回收背光体，其中所述偏振转换结构配置为提供所述第二偏振分量到所述第一偏振分量的偏振转换量，所述偏振转换量是沿着所述光导的所述长度的位置的函数。
7.根据权利要求1所述的偏振回收背光体，其中所述偏振转换结构配置为提供所述第二偏振分量到所述第一偏振分量的偏振转换量，每次反射重定向的所述偏振转换量小于大约百分之十。
8.根据权利要求7所述的偏振回收背光体，其中所述第二偏振分量到所述第一偏振分量的所述偏振转换量在大约百分之二到大约百分之四之间。
9.根据权利要求1所述的偏振回收背光体，其中所述偏振选择性散射特征和所述偏振转换结构位于所述光导的相对表面上。
10.一种电子显示器，其包括权利要求1所述的偏振回收背光体，所述电子显示器还包括光阀阵列，所述光阀阵列配置为调制所述发射光以提供多视图图像。
11.一种多视图显示器，包括：
光导，配置为引导光作为被引导光，所述被引导光包括第一偏振分量和第二偏振分量；
多光束元件阵列，所述多光束元件阵列的多光束元件配置为选择性地散射出所述被引导光的所述第一偏振分量的部分，作为具有与多视图图像的视图方向相对应的不同主角方向的多个定向光束；
亚波长光栅阵列，配置为将所述被引导光的所述第二偏振分量的部分转换成所述第一偏振分量；以及
光阀阵列，配置为调制所述多个定向光束的定向光束，以提供所述多视图图像，
其中所述亚波长光栅包括多个实质上平行的衍射特征，所述衍射特征具有光栅周期、光栅占空比、光栅定向、光栅间距和光栅深度，所述光栅周期、所述光栅占空比、所述光栅定向、所述光栅间距和所述光栅深度中的一个或多个配置为控制所述第二偏振分量到所述第一偏振分量的偏振转换量。
12.根据权利要求11所述的多视图显示器，其中所述多光束元件包括衍射光栅。
13.根据权利要求11所述的多视图显示器，其中所述多光束元件阵列的多光束元件位于所述光导的表面上，并且所述亚波长光栅阵列的亚波长光栅位于所述多光束元件阵列的所述多光束元件之间。
14.根据权利要求11所述的多视图显示器，其中所述亚波长光栅阵列对于在与所述光导的表面实质正交的方向上入射到所述亚波长光栅阵列上的光是光学透明的。
15.根据权利要求11所述的多视图显示器，其中所述亚波长光栅阵列的亚波长光栅配置为提供所述第二偏振分量到所述第一偏振分量的小于大约百分之十的偏振转换量。
16.根据权利要求11所述的多视图显示器，其中所述多光束元件阵列和所述亚波长光栅阵列位于所述光导的彼此相对的表面上。
17.一种偏振回收背光体操作的方法，所述方法包括：
沿着光导的长度引导光作为被引导光，所述被引导光包括第一偏振分量和第二偏振分量；
使用偏振选择性散射特征选择性地散射出所述被引导光的所述第一偏振分量的部分作为发射光；以及
使用包括亚波长光栅的偏振转换结构将所述被引导光的所述第二偏振分量的部分转换成所述第一偏振分量，
其中所述亚波长光栅包括多个实质上平行的衍射特征，所述衍射特征具有光栅周期、光栅占空比、光栅定向、光栅间距和光栅深度，所述光栅周期、所述光栅占空比、所述光栅定向、所述光栅间距和所述光栅深度中的一个或多个配置为控制所述第二偏振分量到所述第一偏振分量的偏振转换量。
18.根据权利要求17所述的偏振回收背光体操作的方法，其中所述偏振选择性散射特征包括沿着所述光导长度彼此间隔的多个多光束元件，并且其中，选择性地散射所述第一偏振分量的所述部分包括：使用所述多个多光束元件的多光束元件衍射地散射出所述部分作为所述发射光，所述发射光包括具有与多视图显示器的视图方向相对应的方向的多个定向光束。
19.根据权利要求18所述的偏振回收背光体操作的方法，其中所述偏振转换结构位于所述光导的表面上的所述多个多光束元件的多光束元件之间。
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