TW202307525A - 具有多軸照明的多視像背光件、顯示器及方法 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種多視像背光件，其包含導光體以將光引導為引導光，引導光在導光體內具有第一方向和不同的第二方向。多視像背光件包含多光束元件陣列，其具有間隔開的複數個多光束元件，每一個多光束元件皆包含複數個散射子元件，其配置為將引導光的部分散射出以作為方向性光束，其對應於多視像顯示器的不同視像方向。複數個散射子元件中的第一散射子元件配置為選擇性地散射出具有第一方向的引導光的一部分，並且複數個散射子元件中的第二散射子元件配置為選擇性地散射出具有第二方向的引導光的一部分。

Description

具有多軸照明的多視像背光件、顯示器及方法

本發明關於一種多視像背光件、顯示器及方法，特別是具有多軸照明的多視像背光件、顯示器及方法。

電子顯示器是向各種裝置和產品的使用者傳達資訊的幾乎無所不在的媒介。其中最常見的電子顯示器包含陰極射線管（cathode ray tube, CRT）、電漿顯示面板（plasma display 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。一般而言，電子顯示器可以分為主動顯示器（即，會發光的顯示器）或被動顯示器（即，調變由另一個光源提供的光的顯示器）的其中一者。在主動顯示器的分類中，最明顯的示例是CRTs、PDPs及OLEDs/ AMOLEDs。在上述以發射光進行分類的情況下，LCDs顯示器及EP顯示器一般是歸類為被動顯示器。被動顯示器雖然經常表現出包括但不限於固有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。

為了實現這些與其他優點並且根據本發明的目的，如本文所體現和廣泛描述的，提供一種多視像背光件，包括：一導光體，配置為將光引導為在該導光體中具有一第一方向和一第二方向的一引導光，該第一方向和該第二方向彼此不同；以及一多光束元件陣列，包含間隔開的複數個多光束元件，其中，該多光束元件陣列中的一第一多光束元件包括複數個散射子元件，該複數個散射子元件配置為將該引導光的部分散射出以作為方向性光束，該等方向性光束對應於一多視像顯示器的不同視像方向，其中，該複數個散射子元件中的一第一散射子元件配置為選擇性地散射出具有該第一方向的該引導光的至少一部分，並且該複數個散射子元件中的一第二散射子元件配置為選擇性地散射出具有該第二方向的該引導光的至少一部分。

根據本發明一實施例，該多光束元件陣列中的多光束元件的尺寸介於該多視像顯示器的一光閥陣列中的光閥的尺寸的百分之二十五至百分之二百之間。

根據本發明一實施例，具有該第一方向和該第二方向其中之一或之二的該引導光根據一準直因子來準直。

根據本發明一實施例，該複數個散射子元件中的散射子元件包括一個或多個的一繞射子元件、一微反射子元件、一微折射子元件，該繞射子元件配置為使用繞射性散射將該引導光散射出，該微反射子元件配置為使用反射性散射將該引導光散射出，並且該微折射子元件配置為使用折射性散射將該引導光散射出。

根據本發明一實施例，該第一多光束元件包括一反射隔板，該反射隔板包括一反射器，該反射器配置為將該第一多光束元件散射的光反射朝向該導光體的一發射表面。

根據本發明一實施例，該多視像背光件進一步包括一反射器，該反射器配置為將來自該第一多光束元件的光反射朝向該導光體的一發射表面。

根據本發明一實施例，該多光束元件陣列包括複數個反射器，分別對應於該多光束元件陣列中的多光束元件，其中該等反射器配置為將光反射到該導光體的一發射表面。

根據本發明一實施例，該多光束元件陣列中的多光束元件排列為二維 （2D） 陣列。

根據本發明一實施例，該第一散射子元件和該第二散射子元件是共平面的並且彼此相鄰。

根據本發明一實施例，該第一散射子元件和該第二散射子元件在該第一多光束元件內堆疊。

根據本發明一實施例，該第一多光束元件設置在鄰近該導光體的表面。

根據本發明一實施例，該第一多光束元件設置在該導光體的表面之間，並與其間隔開。

根據本發明一實施例，該多視像背光件進一步包括：一第一光源，配置為在該導光體的一第一側提供光，由在該第一側的該第一光源提供的光是具有該第一方向的該引導光；以及一第二光源，配置為在該導光體的一第二側提供光，由在該第二側的該第二光源提供的光是具有該第二方向的該引導光，其中，該導光體的該第一側和該第二側是非平行的。

根據本發明一實施例，該引導光的該第一方向與該引導光的該第二方向正交。

在本發明之另一態樣中，提供一種多視像顯示器，包括如前述之多視像背光件，該多視像顯示器進一步包括一光閥陣列，該光閥陣列配置為調變該等方向性光束以提供具有與該多視像顯示器的不同視像方向相對應的不同視像的一多視像影像。

根據本發明一實施例，該光閥陣列中的光閥包括複數個多視像像素，並且該多光束元件陣列中的每一個多光束元件配置為向該複數個多視像像素中的不同多視像像素提供該等方向性光束。

在本發明之另一態樣中，提供一種多視像顯示器，包括：一導光體，配置為將光引導在一第一傳導方向和一第二傳導方向上以作為該導光體內的一引導光，該第一傳導方向與該第二傳導方向不同；一多光束元件陣列，配置為將該引導光的部分散射出以作為方向性光束，該等方向性光束具有對應於該多視像顯示器的不同視像方向的方向；以及一光閥陣列，配置為調變該等方向性光束以提供在不同視像方向上具有不同視像的一多視像影像，其中，該多光束元件陣列中的一第一多光束元件包括一第一散射子元件和一第二散射子元件，該第一散射子元件配置為選擇性地散射出具有該第一傳導方向的該引導光的一部分，並且該第二散射子元件配置為選擇性地散射出具有該第二傳導方向的該引導光的一部分。

根據本發明一實施例，具有該第一傳導方向的該引導光和具有該第二傳導方向的該引導光其中之一或之二根據一準直因子來準直。

根據本發明一實施例，該第一散射子元件和該第二散射子元件其中至少一個配置為使用方向選擇性繞射性散射來散射出該引導光的一部分、配置為使用方向選擇性反射性散射來散射出該引導光的一部分、以及配置為使用方向選擇性折射性散射來散射出該引導光的一部分其中一個或多個。

根據本發明一實施例，該第一散射子元件和該第二散射子元件在該第一多光束元件內彼此堆疊。

根據本發明一實施例，該第一散射子元件和該第二散射子元件在該第一多光束元件內共平面並且相鄰。

在本發明之另一態樣中，提供一種多視像背光件的操作方法，包括：在一導光體中引導光，以在該導光體內在一第一方向和一第二方向兩者上傳導以作為一引導光，該第一方向和該第二方向彼此不同；以及使用一多光束元件陣列散射出該引導光的部分以提供複數個方向性光束，該複數個方向性光束具有對應於一多視像顯示器的不同視像方向的方向，其中，該多光束元件陣列中的一第一多光束元件包括一第一散射子元件以及一第二散射子元件，該第一散射子元件優先地散射出在該第一方向上傳導的該引導光，該第二散射子元件優先地散射出在該第二方向上傳導的該引導光。

根據本發明一實施例，所述在該導光體中引導光包括引導根據一準直因子被準直的一準直引導光。

根據本發明一實施例，所述散射出該引導光的部分包括以下其中一個或多個：使用該多光束元件陣列中的多光束元件來繞射地散射，該第一散射子元件和該第二散射子元件其中之一或之二是一繞射光柵散射元件；使用該多光束元件陣列中的多光束元件來反射地散射，該第一散射子元件和該第二散射子元件其中之一或之二是一微反射散射元件；以及使用該多光束元件陣列中的多光束元件來折射地散射，該第一散射子元件和該第二散射子元件其中之一或之二是一微折射散射元件。

根據本發明一實施例，該第一散射子元件和該第二散射子元件在該第一多光束元件內彼此堆疊。

根據本發明所述原理的示例和實施例，本發明提供了一種多視像顯示器或三維（3D）顯示器以及應用於多視像顯示器的多視像背光件。具體來說，與本發明所述原理一致的實施例提供了一種多視像背光件，其採用多光束元件陣列，該多光束元件陣列配置以提供具有複數個不同主要角度方向的發射光。根據各個實施例，每個多光束元件包括一個或多個散射子元件，其配置為將光從導光體散射出，以作為對應多視像顯示器的不同視像方向的方向性光束。此外，根據各個實施例，散射子元件配置為選擇性地散射出導光體中至少一部分的光，散射選擇性取決於光在導光體中的傳導方向。根據各個實施例，結合多光束元件的散射子元件的散射選擇性，使用在導光體內在不同方向上傳導的光可以提供多視像背光件的增加亮度，或者採用多視像背光件的多視像顯示器的等效亮度。

在各個實施例中，多光束元件可以相對於多視像顯示器中多視像像素的子像素而調整尺寸，並且多光束元件還可以以對應於多視像顯示器中多視像像素的間隔的方式彼此間隔開。此外，根據各個實施例，多視像背光件的多光束元件提供的光束的不同主要角度方向對應多視像顯示器的各種不同視像的不同方向。本發明所述的多視像顯示器以及多視像背光件的用途，包含但不限於，行動電話（例如，智慧型手機）、手錶、平板電腦、行動電腦（例如，膝上型電腦）、個人電腦和電腦螢幕、汽車顯示控制台、攝影機顯示器以及其他各種行動顯示器以及基本上非行動顯示器的應用和裝置。

在本發明中，「多視像顯示器」定義為配置以在不同視像方向（view direction）上提供多視像影像（multiview image）的不同視像（different views）的電子顯示器或顯示系統。圖1A是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像顯示器10的立體圖。如圖1A中所示的，多視像顯示器10包括螢幕12，其用於顯示要被觀看的多視像影像。多視像顯示器10在相對於螢幕12的不同的視像方向16上提供多視像影像的不同的視像14。視像方向16如箭頭所示，從螢幕12以各種不同的主要角度方向延伸；不同的視像14在箭頭（亦即，表示視像方向16的箭頭）的終止處顯示為較暗的複數個多邊形框；並且僅示出了四個視像14和四個視像方向16，其皆為示例而非限制。應注意，雖然不同的視像14在圖1A中顯示為在螢幕12上方，但是當多視像影像被顯示在多視像顯示器10上時，視像14實際上出現在螢幕12上或附近。在螢幕12上方描繪視像14僅是為了簡化說明，並且旨在表示從對應於特定視像的相應的一個視像方向16觀看多視像顯示器10。

根據本發明定義，視像方向或具有與多視像顯示器的視像方向對應方向的等效光束，通常具有由角度分量｛θ, ϕ｝給出的主要角度方向。角度分量θ在本發明中稱為光束的「仰角分量」或「仰角」。角度分量ϕ稱為光束的「方位角分量」或「方位角」。根據定義，仰角θ為在垂直面（例如，垂直於多視像顯示器螢幕的平面）內的角度，而方位角ϕ為在水平面（例如，平行於多視像顯示器螢幕的平面）內的角度。圖1B是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中具有與多視像顯示器的視像方向（例如，出自圖1A的示例的其中一個視像方向16）相對應的特定主要角度方向的光束20的角度分量｛θ, ϕ｝的示意圖。此外，根據本發明定義，光束20從特定點發射或射出。亦即，根據定義，光束20具有與多視像顯示器內的特定原點相關聯的中心射線。圖1B進一步顯示了原點O的光束（或視像方向）。

此外，在本發明中，在術語「多視像影像」和「多視像顯示器」中所使用的術語「多視像（multiview）」定義為複數個視像（view），其表示複數個視像之中的視像之間不同的立體圖或包含視像的角度視差。另外，根據本發明定義，本發明中術語「多視像」明確包含兩個以上不同的視像（亦即，最少三個視像並且通常多於三個視像）。如此一來，本發明中所使用的「多視像顯示器」一詞與僅包含表示場景或影像的兩個不同的視像的立體顯示器明確區分。然而應注意的是，雖然多視像影像和多視像顯示器包含兩個以上的視像，但是根據本發明定義，可以藉由同時選擇觀看該些多視像影像中僅兩個影像（例如，每個眼球各一個視像），以將多視像影像觀看為立體影像對（a stereoscopic pair of images）（例如，在多視像顯示器上觀看）。

在本發明中，「多視像像素」定義為子像素的集合，其表示在多視像顯示器的複數個不同視像的每一個視像之中的「視像」像素。具體來說，多視像像素可以具有單獨子像素，其對應或表示多視像影像的每個不同視像中的視像像素。此外，根據本發明定義，多視像像素的子像素是所謂的「方向性（directional）像素」，其中每個子像素與不同視像中相應的一視像的預定視像方向相關聯。此外，根據各個示例與實施例，由多視像像素的子像素表示的不同視像像素在每個不同視像中可以相同的或至少基本上相似的位置或座標。例如，第一多視像像素可以具有單獨子像素，其對應位於多視像影像的每個不同視像中的｛x1, y1｝處的視像像素；而第二多視像像素可以具有單獨子像素，其對應位於每個不同視像中的｛x2, y2｝處的視像像素，依此類推。

在一些實施例中，多視像像素中的子像素的數量可以等於多視像顯示器的不同視像的數量。舉例而言，多視像像素可以提供六十四（64）個子像素，其關聯於具有（64個）不同視像的多視像顯示器。在另一示例中，該多視像顯示器可提供八乘四的視像陣列（亦即，32個視像），並且該多視像像素可包含三十二（32）子像素（亦即，為每一個視像提供一個）。此外，舉例而言，每個不同的子像素可以具有關聯方向（例如，光束的主要角度方向），其對應於與64個不同視像對應的視像方向中不同的一個視像方向。此外，根據一些實施例，多視像顯示器的多視像像素的數量可以基本上等於多視像顯示器中的「視像」像素（亦即組成所選視像的像素）的數量。例如，如果視像包含六百四十乘四百八十的視像像素（亦即，640 x 480的視像解析度），多視像顯示器可具有三十萬七千二百（307,200）個多視像像素。在另一示例中，當視像包含一百乘一百的像素，多視像顯示器可包含總數為一萬（亦即，100 x 100=10,000）的多視像像素。

在本發明中，「導光體」定義為使用全內反射在結構內引導光的結構。具體來說，導光體可以包含在導光體的工作波長下基本上為透明的核心。在各個示例中，術語「導光體」一般指的是介電材料的光波導，其利用全內反射在導光體的介電材料和圍繞導光體的物質或介質之間的界面引導光。根據定義，全內反射的條件是導光體的折射係數大於與導光體材料的表面鄰接的周圍介質的折射係數。在一些實施例中，導光體可以在利用上述的折射係數差異之外額外包含塗層，或者利用塗層取代上述的折射係數差異，藉此進一步促成全內反射。舉例而言，該塗層可以是反射塗層。導光體可以是數種導光體中的任何一種，包含但不限於平板或厚平板導光體和條狀導光體其中之一或之二。

此外，本發明中，當術語「平板（plate）」應用於導光體時（如「平板導光體」），則定義為片段地（piece-wise）或微分地（differentially）平坦的層或片，有時也稱為「厚平板（slab）」導光體。具體來說，平板導光體定義為導光體，導光體配置以在由導光體的頂部表面和底部表面（亦即，相對的表面）界定的兩個基本正交的方向上引導光。此外，根據本發明定義，頂部表面和底部表面都互相分開，並且至少在微分的意義上可以基本互相平行。亦即，在平板導光體的任何微分的小部分內，頂部表面和底部表面大致上為平行或共平面的。

在一些實施例中，平板導光體可以是基本上平坦的（亦即，限制為平面），並且因此平板導光體是平面導光體。在其他實施例中，平板導光體可以在一個或兩個正交維度上彎曲。舉例而言，平板導光體可以由單一維度彎曲以形成圓柱狀的平板導光體。然而，任何曲率都具有足夠大的曲率半徑，以確保在平板導光體內保持全內反射以引導可能使用的光。

在本發明中，「角度保持散射特徵」或等效的「角度保持散射體」配置為使光散射的任何特徵或散射體，其以基本上在散射光中保持入射在特徵或散射體上的光的角展度的方式使光散射。具體來說，根據定義，藉由角度保持散射特徵散射的光的角展度σ _s是入射光的角展度σ的函數（亦即，σ _s= F（σ））。在一些實施例中，散射光的角展度σ _s是入射光的角展度或準直因子σ的線性函數（例如，σ _s=α·σ，其中α是整數）。亦即，藉由角度保持散射特徵散射的光的角展度σ _s可以基本上與入射光的角展度或準直因子σ成比例。例如，散射光的角展度σ _s可以基本上等於入射光角展度σ（例如， σ _s≈ σ）。均勻的繞射光柵（亦即，具有基本均勻或恆定的繞射特徵間隔或光柵間距的繞射光柵）是角度保持散射特徵的示例。

在本發明中，「偏振保持散射特徵」或等效的「偏振保持散射器」配置為使光散射的任何特徵或任何散射體，其以基本上在散射光中保持入射在特徵或散射體上的光的偏振或至少一偏振度的方式使光散射。因此，「偏振保持散射特徵」是入射在該特徵或該散射體上的光的偏振度大致上等於散射光的偏振度的任何特徵或任何散射體。此外，根據定義，「偏振保持散射」是一種保持或基本上保持被散射的光的預定偏振的散射（例如，引導光的散射）。舉例而言，被散射的光可以是由偏振光源提供的偏振光。

本發明中，「單側散射元件（unilateral scattering element）」中的術語「單側（unilateral）」定義為「一側的」，或者定義為對應於第一側的「優先在一方向上」，其相對於對應第二側的另一個方向。具體來說，配置為以「單側方向」提供或發射光的背光件，其定義為從第一側而不是從與第一側相對的第二側發射光的背光件。舉例而言，由背光件提供或從背光件散射的發射光的單側方向可以對應於優先引導進第一半空間（例如正半空間）的光，而非引導進對應的第二半空間（例如，負半空間）的光。第一半空間可以在背光件上方，並且第二半空間可以在背光件下方。因此，舉例而言，背光件可以向背光件之上的區域或方向發射光，並且向另一區域或向背光件之下的方向發射的光很少或不發射光。同樣地，根據本發明定義，「單側」方向性散射體，例如但不限於，配置為將光散射朝向第一表面並自第一表面散射出，而不是與第一表面相對的第二表面。

在本發明中，「繞射光柵」廣義上定義為排列以使入射在繞射光柵上的光繞射的複數個特徵（亦即，繞射特徵）。在一些示例中，複數個特徵可以由週期性的方式或準週期性的方式排列。在其他示例中，繞射光柵可以是包含複數個繞射光柵的混合週期繞射光柵，複數個繞射光柵中的每一個繞射光柵具有不同週期性排列的特徵。此外，繞射光柵可以包含以一維（one-dimensional, 1D）陣列排列的複數個結構（例如，在材料表面中的複數凹槽或凸脊）。或者，繞射光柵可以包括二維（two-dimensional, 2D）結構陣列或以界定在二維中的結構陣列。舉例而言，繞射光柵可以是材料表面之上的凸部或之中的孔洞的2D陣列。在一些示例中，繞射光柵在第一方向或維度上可以基本上是週期性的，並且在穿過或沿著繞射光柵的另一個方向上可以基本上是非週期性的（例如，固定的、隨機的等等）。繞射特徵之間的間距或間隔可以是固定或可變的。例如，朝向導光體邊緣和靠近光源的特徵之間的間隔可以較大，並且朝向導光體中央部分和遠離光源的特徵之間的間隔可以較小。

因此，並且根據本發明定義，「繞射光柵」是使入射在繞射光柵上的光繞射的結構。如果光從導光體入射在繞射光柵上，可以造成繞射或繞射性散射，並且繞射光柵可以藉由繞射將光耦合出導光體，因此所提供的繞射或繞射性散射可以稱為「繞射性耦合」。繞射光柵也藉由繞射（亦即以繞射角）重定向或改變光的角度。具體來說，由於繞射，離開繞射光柵的光的傳導方向通常與入射在繞射光柵上的光（亦即入射光）的傳導方向不同。藉由繞射造成在光的傳導方向上的變化於本發明中稱為「繞射性重定向」。因此，繞射光柵可以理解為包含繞射特徵的結構，其將入射在繞射光柵上的光繞射性重定向，並且如果光由導光體射出，繞射光柵也可以將來自導光體的光繞射性耦合出。

此外，根據本發明定義，繞射光柵的特徵稱為「繞射特徵」，並且其可以位於材料表面（亦即兩種材料之間的邊界）、表面中和表面上的其中一處或多處。舉例而言，該表面可以是導光體的表面。繞射特徵可以包含任何種類的繞射光結構，其包含但不限於凹槽、凸脊、孔洞、和凸部其中一種或多種，並且任何繞射光結構可以位於材料表面、材料表面中或材料表面上。例如，繞射光柵可以包含材料表面內的複數個基本平行的凹槽。在另一個示例中，繞射光柵可以包含從材料表面上突出的複數個平行的凸脊。繞射特徵（例如凹槽、凸脊、孔洞、凸部等等）可以具有任何種類的提供繞射的剖面形狀或輪廓，其包含但不限於正弦曲線輪廓、矩形輪廓（例如二元繞射光柵）、三角形輪廓、和鋸齒輪廓（例如，炫耀光柵（blazed grating））其中一種或多種。在其他示例中，繞射光柵可以設置在包括導光體的材料之內（或材料的表面之間）。

根據本發明所述的各個示例，繞射光柵（例如，如下文所述的繞射多光束元件的繞射光柵）可以用於將光繞射性散射出或者耦合出導光體（例如平板導光體）以作為光束。具體來說，局部週期性繞射光柵的繞射角θ _m或由局部週期性繞射光柵提供的繞射角θ _m可藉由方程式（1）給定如：

（1） 其中λ是光的波長，m是繞射階數，n是導光體的折射係數，d是繞射光柵的特徵之間的間距或間隔，並且θ _i是繞射光柵上的光的入射角。為了簡化，方程式（1）假設繞射光柵與導光體的表面鄰接並且導光體外部的材料的折射係數等於1（亦即，n _out= 1）。通常，繞射階數m給定為整數（亦即， m = ±1、±2、......）。由繞射光柵產生的光束的繞射角θ _m可以由方程式（1）給定。提供第一階繞射或更具體地提供第一階繞射角θ _m時，繞射階數m等於1（亦即，m = 1）。

圖2是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的繞射光柵30的剖面圖。舉例而言，繞射光柵30可以位於導光體40的表面上。另外，圖2顯示以入射角θ _i入射在繞射光柵30上的光束20。光束20是導光體40內的引導光束。圖2中也顯示耦合出光束50，其因為入射的光束20的繞射而由繞射光柵30繞射地產生。耦合出光束50具有如方程式（1）給定的繞射角θ _m（或者本發明中的主要角度方向）。舉例而言，耦合出光束50可以對應繞射光柵30的繞射階數「m」。

此外，根據一些實施例，繞射特徵可以是彎曲的，並且還可以具有相對於光的傳導方向的預定方向（例如，斜向或旋轉）。舉例而言，繞射特徵的曲線和繞射特徵的方向其中之一或之二，可以配置以控制由繞射光柵耦合出的光的方向。例如，耦合出光的主要角度方向可以取決於在光入射到繞射光柵上的點的繞射光柵相對於入射光的傳導方向的角度。

根據本發明的定義，「多光束元件」為產生包含複數條光束的光的背光件或顯示器的結構或元件。根據定義，「繞射」多光束元件是藉由繞射性耦合或使用繞射性耦合以產生複數條光束的多光束元件。根據定義，「反射」多光束元件是藉由反射或使用反射以產生複數條光束的多光束元件。根據定義，「折射」多光束元件是藉由折射或使用折射以產生複數條光束的多光束元件。在示例中，特定多光束元件可以包括反射、折射和折射的特徵或元件其中一個或多個，其配置為將光耦合出或散射出導光體。

在一些實施例中，多光束元件可以光學地耦合到背光件的導光體，以散射出或耦合出在導光體中引導的一部分光以提供複數個光束。此外，根據本發明的定義，多光束元件包括多光束元件的邊界或範圍內的複數個特徵或散射體。散射體可以包含但不限於以下其中一個或多個：配置為使用繞射性散射將引導光散射出的繞射子元件；配置為使用反射性散射將引導光散射出的微反射子元件；以及配置為使用折射性散射將引導光散射出的微折射子元件。根據本發明的定義，由多光束元件產生的複數個光束（或「複數光束」）中的光束具有彼此不同的主要角度方向。具體來說，根據定義，複數條光束中的一光束具有不同於所述複數條光束中的另一光束的預定主要角度方向。根據各個實施例，繞射多光束元件的散射器或特徵的間隔或光柵間距可以是子波長（亦即，小於引導光的波長）。

在特定實施例中，繞射多光束元件可以光學地耦合到背光件的導光體，以繞射性耦合出在導光體中引導的一部分光以提供複數個光束。此外，根據本發明定義，繞射多光束元件包括在多光束元件的邊界或範圍內的複數個繞射光柵。根據各個實施例，繞射多光束元件的繞射光柵中的繞射特徵的間隔或光柵間距可以是子波長（即，小於引導光的波長）。

根據各個實施例，複數條光束可以表示光場。例如，複數條方向性光束可以限制在基本上為圓錐形的空間區域中，或者具有預定角展度（angular spread），其包含複數條光束中的光束的不同主要角度方向。因此，光束的預定角展度的組合（即，複數條光束）可表示光場。

根據各個實施例，複數條光束中的各個光束的不同主要角度方向，包含但不限於多光束元件的尺寸（例如，長度、寬度、面積等等之中的一個或多個）以及多光束元件內的特徵的「間距」或特徵間隔和方向的特性來決定。在一些實施例中，根據本發明的定義，多光束元件可以視為「擴展點光源」，亦即，複數個點光源分佈在整個多光束元件的範圍上。此外，根據本發明定義，並且如上文關於圖1B所述，藉由多光束元件產生的光束具有由角度分量｛θ, ϕ｝給出的主要角度方向。

根據各個實施例，藉由將光耦合至導光體中所生成的引導光或等效的引導「光束」可為準直光束。在本發明中，「準直光」或「準直光束」通常定義為光束中光束的光線在光束內基本上互相平行的光束。此外，根據本發明定義，從準直光束發散或散射的光線不被認為是準直光束的一部分。

在本發明中，「準直因子」定義為光的準直程度。具體來說，根據本發明定義，準直因子定義準直光束中的光線的角展度。例如，準直因子σ可以指定一束準直光中的大部分光線在特定的角展度內（例如，相對於準直光束的中心或主要角度方向的+/- σ度）。根據一些示例，準直光束的光線可以在角度方面具有高斯分布（Gaussian distribution），並且角展度可以是由準直光束的峰值強度的一半所決定的角度。

此外，在本發明中，「準直器」定義為基本上配置以準直光的任何光學裝置或元件。舉例來說，準直器可以包含但不限於，準直鏡或反射器、準直透鏡、繞射光柵、錐形導光體和上述各種準直器的組合。根據各個實施例，由準直器提供的準直量可以在實施例之間以預定程度或預定幅度改變。進一步地，準直器可以配置為在兩個正交方向（例如垂直方向和水平方向）其中之一或之二上提供準直。亦即，根據一些實施例，準直器可以包含一形狀或類似的一準直特性，其提供兩個正交方向其中之一或之二上的光準直。

在本發明中，「光源」定義為光的來源（例如，配置以產生光和發射光的光學發射器）。舉例而言，光源可以包括光學發射器，諸如發光二極體（light emitting diode, LED），會在啟動時或開啟時發光。具體來說，在本發明中光源基本上可以為任何一種光源或者可以包括基本上任何光學發射器，其包含但不限於，LED、雷射、有機發光二極體（organic light emitting diode, OLED）、聚合物發光二極體、電漿光學發射器、日光燈、白熾燈、以及實質上任何的光源其中一種或多種。由光源所產生的光可以具有一顏色（亦即可以包含特定波長的光），或者可以具有一定範圍的波長（例如白光）。在一些實施例中，光源可以包括複數個光學發射器。舉例而言，光源可以包含光學發射器的集合或群組，其中該光學發射器的集合或群組中至少一個光學發射器產生的光，其顏色或等效波長不同於該光學發射器的集合或群組中至少一個其他光學發射器產生的光的顏色或波長。舉例而言，該些不同的顏色可以包含原色（例如，紅、綠、藍）。

此外，如本發明所使用的，冠詞「一」旨在具有其在專利領域中的通常含義，亦即「一個或多個」。例如，本發明中「一元件」指一個或多個多光束元件，並因此「該元件」的意思為「該（些）元件」。此外，本發明所述的任何「頂部」、「底部」、「上」、「下」、「向上」、「向下」、「前」、「後」、「第一」、「第二」、「左」、或「右」皆並非意使其成為任何限制。本發明中，當「大約（about）」一詞應用在一數值時，除非另有明確說明，其意思大體上為該數值在產生該數值的設備的公差範圍內，或者可以表示正負10％或正負5％或正負1％。此外，本發明所使用「基本上（substantially）」一詞是指大部分、或幾乎全部、或全部、或在大約51％至大約100％的範圍內的數量。再者，本發明的示例僅為說明性示例，並且提出該示例的目的是為了討論而非限制。

根據本發明所述原理的一些實施例，本發明提供一種多視像背光件。圖3A是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像背光件100的剖面圖。圖3B是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像背光件100的平面圖。圖3C是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像背光件100的立體圖。圖3C中的立體圖以部分切除的方式顯示，以僅便於在本發明中討論。

圖3A、圖3B以及圖3C中所示的多視像背光件100被配置以提供具有彼此不同的主要角度方向的複數個耦合出光束102（例如，作為光場）。具體來說，根據各個實施例，所提供的複數個耦合出光束102從多視像背光件100耦合出，並且以與多視像顯示器的各個視像方向對應的不同主要角度方向引導而遠離多視像背光件100。在一些實施例中，可以調變耦合出光束102（例如使用光閥調變，如下文所述），以便於顯示具有三維（three-dimensional，3D）內容的資訊。圖3A、圖3B和圖3C也顯示包括子像素的多視像像素106，例如子像素106’和光閥陣列108，其將在下文進一步詳細描述。

如圖3A、圖3B和圖3C所示，多視像背光件100包括導光體110。導光體110配置以使光沿著導光體110的長度引導以作為引導光（亦即引導光104）。例如，導光體110可以包含配置為光波導的介電材料。介電材料可以具有第一折射係數，環繞介電材料的光波導的介質具有第二折射係數，其中，第一折射係數大於第二折射係數。例如，折射係數差配置以根據導光體110的一個或多個引導模式來增強引導光104的全內反射。

在一些實施例中，導光體110可以是厚平板光波導或平板光波導（亦即，平板導光體），其包括延伸的、基本上平坦的光學透明介電材料片。基本上平坦的介電材料片配置為藉由全內反射以引導該引導光104。根據各個示例，導光體110中的光學透明材料可包含任何種類的介電材料，其可包含但不限於，各種玻璃（例如，石英玻璃（silica glass）、鹼性鋁矽酸鹽玻璃（alkali-aluminosilicate glass）、硼矽酸鹽玻璃（borosilicate glass）等）以及基本上光學透明的塑膠或聚合物（例如，聚（甲基丙烯酸甲酯）（poly（methyl methacrylate））或「丙烯酸玻璃（acrylic glass）」、聚碳酸酯（polycarbonate）等）其中一種或多種。在一些示例中，導光體110可以進一步包含包覆層（圖中未顯示），其位於導光體110的表面的至少一部分上（例如，頂部表面和底部表面其中之一或之二）。根據一些示例，包覆層可以用於進一步增強全內反射。

此外，根據一些實施例，導光體110配置以根據在導光體110的第一表面110’（例如，「前」表面或前側面）和第二表面110”（例如，「後」表面或後側面）之間的非零值傳導角度的全內反射來引導引導光104。具體來說，引導光104在導光體110的第一表面110’和第二表面110”之間以非零值傳導角度藉由反射或「彈跳」而傳導。在一些實施例中，複數條引導光束（例如包括引導光104的多個實例）包括多個不同顏色的光，其可以被導光體110以複數個不同的顏色特定的非零值傳導角度之中相應的角度而引導。應注意的是，為了簡化說明，非零值傳導角度並未於圖中顯示。然而，描繪第一傳導方向103的粗箭頭顯示了引導光104的總傳導方向，其沿著圖3A中的導光體110的長度。

如本發明所定義，引導光104的「非零值傳導角度」是相對於導光體110的表面（例如，第一表面110’或第二表面110”）的角度。此外，根據本發明定義，非零值傳導角度均大於零並且小於導光體110內的全內反射的臨界角度。此外，只要非零值傳導角度選擇為小於導光體110內的全內反射的臨界角，特定實施例可以選擇（例如任意選擇）任何非零值傳導角度。在各個實施例中，光可以由引導光104的非零值傳導角度引入或耦合到導光體110中。

具體來說，導光體110中的引導光104可以以非零值傳導角度引入或耦合到導光體110中（例如，大約30度至35度）。在一些示例中，耦合結構可以促使光以非零值傳導角度耦合進導光體110的輸入端以作為引導光104，所述耦合結構例如但不限於透鏡、反射鏡或類似的反射器（例如傾斜的準直反射器）、繞射光柵與稜鏡（圖中未顯示）以及上述耦合結構的各種組合。在其他示例中，可以在沒有或者基本上不使用上述耦合結構的情況下將光直接引入導光體110的第一端或第一側或第一邊緣（亦即，可以採用直接或「對接（butt）」耦合）。一旦耦合進導光體110，引導光104配置為可以沿著導光體110在大致上遠離第一邊緣的第一傳導方向103上傳導（例如，如圖3A中沿著x軸的粗箭頭所示）。

根據各個實施例，多視像背光件100可以進一步包括一個或多個光源，例如包含第一光源130。根據各個實施例，第一光源130配置以提供在導光體110內被引導的光。具體來說，第一光源130可以位在相鄰於導光體110的入口表面或入口端（第一輸入端）。在各個實施例中，第一光源130可以包括基本上任何光源（例如光學發射器），其包含但不限於發光二極體（light emitting diode，LED）、雷射（例如雷射二極體）或其組合。在一些實施例中，第一光源130可以包括光學發射器，其配置以產生代表特定顏色之具有窄頻光譜的基本上為單色的光。具體來說，該單色光的顏色可為特定顏色空間或特定顏色模型的原色（例如，紅綠藍（red-green-blue, RGB）顏色模型）。在其他示例中，第一光源130可以是基本上寬頻帶的光源，其配置以提供基本上寬頻帶或多色的光。舉例而言，第一光源130可以提供白光。在一些實施例中，第一光源130可以包括複數個不同的光學發射器，其配置以提供不同光色。不同光學發射器可以配置以提供具有不同的、顏色特定的、非零值傳導角度的引導光的光，其對應於每個不同光色。

在一些實施例中，第一光源130可以進一步包括準直器（圖中未顯示）。準直器可以配置以接收來自第一光源130的一個或多個的光學發射器的大致非準直光。準直器進一步配置為將大致非準直光轉換為準直光。具體來說，根據一些實施例，準直器可提供具有非零值傳導角度並且依據預定準直因子以準直的準直光。此外，當採用不同顏色的光學發射器時，準直器可以配置以提供準直光，其具有不同的、顏色特定的非零值傳導角度以及不同顏色特定的準直因子其中之一或之二。如上文所述，準直器進一步配置以將準直光束傳送到導光體110，以將其傳導為引導光104。

因此，根據各個實施例，藉由將光耦合至導光體110中所產生的引導光104可以是準直光束。在本發明中，「準直光」或「準直光束」通常定義為光束中光束的光線在光束內（例如，引導光104內）基本上互相平行的光束。此外，根據本發明定義，從準直光束發散或散射的光線不被認為是準直光束的一部分。在一些實施例中，多視像背光件100可以包含準直器，諸如，如上文所述的透鏡、反射器、或鏡子（例如，傾斜準直反射器）以準直光，例如，準直來自光源（諸如來自第一光源130）的光。

如圖3A、圖3B和圖3C所示，多視像背光件100進一步包括沿著導光體110的長度彼此間隔開的複數個多光束元件120。具體來說，複數個多光束元件120以有限間隔互相隔開，並且在沿著導光體長度表示單獨的、不同的元件。亦即，根據本發明定義，複數個多光束元件120根據有限（亦即非零值）的元件間距離（例如，有限的中心至中心距離）彼此間隔開。此外，根據一些實施例，複數個多光束元件120通常不相交、重疊或彼此接觸。因此，複數個多光束元件120中的每一個元件通常與多光束元件120的其它元件是不同並且分開的。

根據一些實施例，複數個多光束元件120可以排列為一維（one-dimensional, 1D）陣列或二維（two-dimensional, 2D）陣列。例如，多光束元件120可以排列為線性1D陣列。在另一示例中，多光束元件120可以排列為矩形2D陣列或圓形2D陣列。

此外，在一些示例中，陣列（亦即，1D陣列或2D陣列） 可以是正規或均勻的陣列。具體來說，複數個多光束元件120之間的元件間距離（例如，中心至中心的距離或間隔）可以在整個陣列中基本上均勻或恆定。在其他示例中，複數個多光束元件120 之間的元件間距離可以橫跨導光體110的陣列與沿著導光體110的長度的其中之一或之二而改變。

根據各個實施例，複數個多光束元件120包括複數個散射子元件，其配置為將引導光104的一部分散射出或耦合出以作為複數個耦合出光束102。在特定示例中，引導光部分被複數個特徵散射出或耦合出，例如繞射特徵、反射特徵或折射特徵。圖3A和圖3C將耦合出光束102顯示為複數個發散箭頭，其描繪為遠離導光體110的第一表面110’。

根據各個實施例，散射子元件可以排列在一維或二維陣列中。子元件可以選擇性地響應導光體中的特定光傳導方向。在示例中，特定陣列（例如，一維陣列或二維陣列）的散射子元件可以類似地配置為響應於在特定方向上傳導的光。因此，使用多陣列的顯示器可以配置為全視差顯示模式和純水平視差顯示模式，其取決於使用哪個陣列（或使用兩陣列）。

根據各個實施例，複數個多光束元件120中的每個多光束元件的尺寸與多視像顯示器的多視像像素106中的其中一個子像素（例如子像素106’）的尺寸相當，如上文定義並在下文進一步描述。為了便於討論，圖3A、圖3B和圖3C中顯示多視像像素的各種實例以及多視像背光件100。在本發明中，「尺寸」可以由任何方式定義，其包含但不限於，長度、寬度、或面積。舉例而言，每個子像素的尺寸可以是其長度，並且每個多光束元件120的相當尺寸可以是其長度。在另一示例中，尺寸可以參考面積，如此多光束元件的面積可以與子像素的面積相當。

在一些實施例中，複數個多光束元件120中的特定元件的尺寸可以與子像素尺寸相當，使得多光束元件的尺寸介於子像素的尺寸的百分之二十五（25%）至百分之兩百（200%）之間。舉例而言，如果特定多光束元件尺寸標示為「s」並且子像素尺寸標示為「S」（例如，如圖3A所示），那麼繞射多光束元件尺寸s可以由方程式（2）給定，方程式（2）如下：

（2） 在其他示例中，特定元件尺寸在大於子像素尺寸的約百分之五十（50%）、或大於子像素尺寸的約百分之六十（60%）、或大於子像素尺寸的約百分之七十（70%）、或大於子像素尺寸的約百分之八十（80%）、或大於子像素尺寸的約百分之九十（90%），並且小於子像素尺寸的約百分之一百八十（180%）、或小於子像素尺寸的約百分之一百六十（160%）、或小於子像素尺寸的約百分之一百四十（140%）、或小於子像素尺寸的約百分之一百二十（120%）的範圍中。舉例而言，藉由「相當尺寸」，多光束元件的尺寸可以介於子像素尺寸的大約百分之七十五（75％）到百分之一百五十（150％）之間。在另一示例中，多光束元件可以與子像素106’尺寸相當，其中，繞射多光束元件尺寸介於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，可以選擇多光束元件和子像素106’的相當尺寸以減少多視像顯示器的視像之間的暗區域，或在一些示例中將其最小化。此外，可以選擇多光束元件和子像素106’的相當尺寸以減少（並且在一些示例中最小化）多視像顯示器的視像（或視像像素）之間的重疊。

圖3A、圖3B和圖3C進一步顯示光閥陣列108，其配置為調變複數個耦合出光束102中的耦合出光束。舉例而言，光閥陣列108可以是採用多視像背光件100的多視像顯示器的一部分，並且其與多視像背光件100一起在圖3A至圖3C中顯示以便於討論。在圖3C中，光閥陣列108部分切開，以使光閥陣列108下的導光體110以及複數個多光束元件120中一個特定的多光束元件120可視化，其僅用作討論。

如圖3A至圖3C所示，具有不同主要角度方向的耦合出光束102的不同耦合出光束102會穿過光閥陣列108中一個不同的光閥，並且會被其調變。此外，如圖所示，光閥陣列中的特定光閥對應於多視像像素106的子像素，並且光閥的集合對應於多視像顯示器的多視像像素106。具體來說，光閥陣列108中的光閥的不同集合配置為接收並調變來自多光束元件120之中對應的多光束元件120的耦合出光束102，亦即，如圖所示，多個多光束元件120之中的每一個多光束元件皆具有一個獨特的光閥集合。在各個實施例中，可用不同種類的光閥作為光閥陣列108之中的光閥，其包含但不限於，液晶光閥、電泳光閥，及基於電潤濕的複數光閥之中一個或多個。

如圖3A所示，第一光閥集合108a配置為接收和調變來自第一多光束元件120a的耦合出光束102。此外，第二光閥集合108b配置為從第二多光束元件120b接收並調變耦合出光束102。因此，光閥陣列108中的每個光閥集合（例如，第一光閥集合108a及第二光閥集合108b）分別對應於不同的多光束元件120（例如，第一多光束元件120a、第二多光束元件120b）與不同的多視像像素106兩者，其中，光閥集合中的個別光閥對應於各個多視像像素106的子像素。

應注意，如圖3A所示，多視像像素106的子像素（如子像素106’）的尺寸可以對應於光閥陣列108中特定光閥的尺寸。在其他示例中，子像素可以定義為光閥陣列108中的相鄰光閥之間的距離（例如，中心至中心的距離）。例如，光閥可以小於光閥陣列108中的光閥之間的中心至中心的距離。例如，子像素尺寸可以定義為光閥的尺寸或者對應於光閥之間的中心至中心的距離的尺寸。

在一些實施例中，多光束元件120與對應的多視像像素106（亦即，子像素集合和對應的光閥集合）之間的關係可以是一對一的關係。亦即，可以存在相同數量的多視像像素106和多光束元件120。圖3B藉由示例的方式明確地顯示一對一關係，其中包含光閥108的不同集合（與對應的子像素106’）的每一個多視像像素106顯示為被虛線包圍。在其他實施例中（圖中未顯示），多視像像素106的數量與多光束元件120的數量可以彼此不同。

在一些實施例中，複數個反射式多光束元件120中的一對多光束元件120之間的元件間距離（例如，中心至中心的距離）可以等於對應的一對多視像像素106之間的像素間距離（例如，中心至中心的距離），例如由複數光閥集合表示。例如，如圖3A所示，第一多光束元件120a及第二多光束元件120b之間的中心至中心的距離d基本上等同於第一光閥集合108a及第二光閥集合108b之間的中心至中心的距離D。在另一實施例中（圖中未顯示），該對多光束元件120與對應的光閥集合的中心至中心的相對距離可以為不同的，例如，多光束元件120所具有的元件間間隔（亦即，中心至中心的距離d）可以大於或小於表示多視像像素106的複數光閥集合之間的間隔（亦即，中心至中心的距離D）。

在一些實施例中，多光束元件的形狀類似多視像像素的形狀，或者等效地類似於與多視像像素106對應的光閥陣列108中的光閥集合或光閥「子陣列」的形狀。舉例而言，第一多光束元件120a可以具有正方形的形狀，並且多個多視像像素106中對應的多視像像素106（或對應光閥陣列108的光閥集合的排列）可以基本上是正方形的。在另一示例中，第一多光束元件120a可以具有長方形的形狀，亦即可以具有大於寬度尺寸或橫向尺寸的長度尺寸或縱向尺寸。在此示例中，對應第一多光束元件120a的多個多視像像素106中對應的多視像像素106（或等效的光閥陣列108的光閥集合的排列）可以具有類似矩形的形狀。圖3B顯示正方形多光束元件120和對應的正方形多視像像素106的俯視圖或平面圖，該正方形多視像像素106包括光閥陣列108的光閥的正方形集合。在其他示例中（圖中未顯示），多光束元件120和對應的多視像像素106具有各種形狀，其包含或者至少近似（但不限於）三角形、六角形、和圓形。

此外（例如，如圖3A所示），根據一些實施例，每一個多光束元件120可以配置以將耦合出光束102提供到多個多視像像素106其中一個（並且只有一個）多視像像素106。具體來說，對於給定的一個多光束元件120而言，具有與多視像顯示器的不同視像對應的不同主要角度方向的耦合出光束102，基本上限制在多個多視像像素106中對應的單一多視像像素106及其子像素中，亦即，對應於第一多光束元件120a的光閥陣列108的單一光閥集合，如圖3A中所示。因此，多視像背光件100的多個多光束元件120中的每一個多光束元件120提供耦合出光束102的對應集合，其具有與多視像顯示器的不同視像相對應的不同的主要角度方向的集合（亦即，耦合出光束102的集合包含具有與每一個不同視像方向相對應的方向的光束）。

根據本發明所述原理的一些實施例，本發明提供一種多視像背光件。圖4是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的背光件400的剖面圖。具體來說，如圖所示的背光件400包含如上文所述的多視像背光件100。在圖4中，具有相似元件編號的組件或特徵可以與圖3A的示例中的組件或特徵相似，但不一定相同。

如圖4所示，準直光402可以從第一光源130接收，例如經由準直器接收。準直光402可以在導光體110內主要以x方向行進。在一些實施例中，準直光402可以例如使用位於導光體110上相對於第一光源130的反射器或反射鏡來重定向或反射。

在圖4中，包含第一多光束元件404、第二多光束元件406和第三多光束元件408。可以選擇使用較少或額外的多光束元件，但是圖中顯示三個多光束元件僅用於顯示。在示例中，如本發明其他部分類似的描述和顯示的，可以在導光體110附近設置多光束元件陣列（例如二維陣列）。

根據本發明描述的原理的各個實施例，多光束元件120可以包含一個或多個散射子元件，其配置為將來自導光體110的引導光的一部分選擇性地散射出。散射出部分可以對應於具有在導光體110內的特定方向或方位的光。亦即，散射子元件可以配置為優先耦合出或散射在導光體110內部以特定方向行進的光，並且同時，相同的散射子元件可以配置為不耦合出或不散射在一個或多個其他方向上行進的光。散射子元件可以包含一個或多個繞射特徵（例如繞射光柵）、反射特徵（例如鏡子）、或折射特徵（例如稜鏡或材料變化）。在示例中，散射子元件可以配置為使用位於導光體110的表面之上、之處或者相鄰於導光體110的表面或者導光體110表面之間的特徵散射出導光體110中的光的部分。

根據實施例，第一多光束元件404和第三多光束元件408可以每一個皆包含一個或多個散射子元件，其配置以散射出在導光體110中在x方向上行進的準直光402。因此，第一多光束元件404和第三多光束元件408可以使用來自導光體110的光的一部分產生或提供各個光束102。光束102可以藉由光閥陣列108調變以產生多視像顯示器的一部分，如上文在圖3A的討論中所描述。

圖4中顯示的第二多光束元件406可以包含一個或多個散射子元件，其配置為將在導光體110中以x方向以外的方向（例如y方向）行進的光散射出。如圖所示，第三多光束元件408可以包含一個或多個散射子元件，其配置為將在x方向或者其他方向（例如y方向）上行進的光散射出。應注意，由於圖4中顯示在x方向上行進的光，因此沒有顯示被第二多光束元件406散射的光。根據一些實施例（圖4中未顯示），來自多個不同光源的光可以在導光體110中以多個方向同時行進，因此，從第二多光束元件406發射的光束可以與從第一多光束元件404和第三多光束元件408發射的光束102同時。例如，來自導光體110正交側的不同光源的光可以在x方向和y方向中的每一個方向上同時行進或傳導，以使光束102從第一多光束元件404、第二多光束元件406和第三多光束元件408中的每一個元件同時發射出或散射出。

圖5是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像背光件500 的俯視圖。如圖所示，多視像背光件500包含導光體502，其配置為將光引導以作為引導光，其在導光體內或內側具有一個或多個方向的引導光。應注意，雖然多視像背光件500如圖5所示具有矩形形狀，但也可以類似地使用其他形狀。

根據實施例，圖5的多視像背光件500包含第一光源516a，其配置為在導光體502的第一側506 提供光。來自第一光源516a的光可以被導光體502接收並作為引導光的一部分傳輸。根據實施例，多視像背光件500包含第二光源518a，其配置為在導光體502的第二側508提供光。來自第二光源518a的光可以被導光體502接收並作為引導光的不同部分傳輸。如圖5所示，來自第一光源516a的光主要沿著導光體502的第一方向522或第一軸行進（或著引導），並且來自第二光源518a的光主要沿著導光體502的第二方向524行進（或著引導）。另外，如圖5所示，第一方向522和第二方向524是正交的。可以類似地使用光方向之間的其它非平行和非正交關係，例如當導光體502具有矩形以外的形狀時。儘管圖5中沒有顯示，但可以選擇性地設置準直器，例如在各個光源和導光體502之間設置。引導光可以因此在導光體502中根據準直因子而準直，因此增強引導光的方向性。

在一些實施例中，多視像背光件500可以包含附加光源以進一步增強亮度。例如，如圖5所示的多視像背光件500進一步包含第三光源516b和第四光源518b。第三光源516b設置在導光體502的與第一側506相對的第三側510處，並且第四光源518b設置在導光體502的與第二側508相對的第四側512處。來自第三光源516b的光可以在導光體502中提供並且以平行於第一方向522的方向提供，並且來自第四光源518b的光可以在導光體502中提供並且以平行於第二方向524的方向提供。使用來自相對方向的光源對的光可以增加導光體502中可以使用於散射或耦合出光的量或密度，例如使用位於導光體502之中或之上的一個或多個多光束元件。

圖5是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的二維（2D）多光束元件陣列504。多光束元件陣列504包含第一多光束元件514a、第二多光束元件520和其它多光束元件，其設置在導光體502之中或之上。在示例中，多光束元件陣列504可以包含至少兩個多光束元件。然而，大體上多光束元件陣列504中的多光束元件的數量可以基於像素尺寸和導光體502的尺寸來決定。多光束元件陣列504的多光束元件可以圍繞導光體502分佈，例如均勻地或以固定間距或間隔分佈，或者陣列中不同元件之間的距離可以改變。圖5的多視像背光件500顯示多光束元件陣列504中的九個多光束元件，但是可以使用較少或額外的元件。

圖5是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示多光束元件陣列504的第一多光束元件514a。第一多光束元件514a可以包含複數個散射子元件，其包含第一散射子元件514b和第二散射子元件514c。第一散射子元件514b和第二散射子元件514c可以配置為集體散射出導光體502中的引導光的部分，以作為對應多視像顯示器（諸如多視像顯示器10）的不同視像方向的方向性光束。

根據實施例，第一多光束元件514a的第一散射子元件514b可以配置為選擇性地散射出來自導光體502的引導光的至少第一部分。在示例中，引導光的第一部分可以包含在第一方向522上行進的光或者平行於第一方向522的光。也就是說，第一散射子元件514b可以配置為選擇性地散射出來自導光體502的光，該光從第一光源516a和第三光源516b中的至少一個接收。在示例中，第一散射子元件514b優先散射出在第一方向522上行進的光，並且第一散射子元件514b基本上是透明的或對導光體502中以其它方向行進的光沒有響應。同樣地，第二散射子元件514c可以配置為選擇性地散射出來自導光體502的引導光的至少第二部分。引導光的第二部分可以包含在第二方向524上行進的光或者平行於第二方向524的光。第二散射子元件514c可以基本上是透明的或對以第二方向524以外的方向行進的光沒有響應。具體來說，第二散射子元件514c可以對在第一方向522上行進或者平行於第一方向行進的光沒有響應。

根據一些實施例，多光束元件的散射子元件可以是方向性響應的或者是方向性選擇的，並且也可以是顏色性響應的。例如，第一散射子元件514b可以配置為優先響應於在第一方向522上傳導的特定第一顏色的第一光，並且可以配置為對於具有第一顏色以外的其他光基本上是透明的，其包含在其它光也在第一方向522上傳導的時候。在其他具體實施例中，散射是方向性響應的或方向性選擇的，然而不是顏色性響應的。

根據與本發明所述原理一致的一實施例，散射子元件的實例可以組合在一起以形成多光束元件陣列504中的特定多光束元件。散射子元件的實例可以類似地或不同地配置。例如，第一多光束元件可以包含散射子元件的單一實例，其優先響應於在特定方向上行進的光，並且第二多光束元件可以包含散射子元件的多個實例，其優先響應以相同特定方向行進的光。在另一示例中，第三多光束元件可以包含至少兩個不同配置的散射子元件的實例，使得不同實例配置為響應以各個不同方向行進的光。

在圖5中，第一多光束元件514a包括一對不同配置的散射子元件。也就是說，一對散射子元件配置為選擇性地散射或響應以各個不同方向行進的光。圖5的多視像背光件500包含第二多光束元件520，其包含散射子元件的四個實例，其中三個實例類似地配置為響應以第一方向行進的光，而第四實例配置為響應以第二方向行進的光。不同類型的散射子元件的群組可以選擇以改變或變更關於導光體502的不同類型的子元件的密度。例如，可能需要在遠離第一光的光源的位置處提供響應於第一光的特定散射子元件的更多實例。在此方式中，背光件提供的光的行為或均勻性皆可以由設計者指定。

包括特定多光束元件的散射子元件可以具有相似或不同的特徵，其配置為從導光體502散射光。例如，散射子元件可以包含以下一個或多個：配置為使用繞射性散射將引導光散射出的繞射子元件；配置為使用反射性散射將引導光散射出的微反射子元件；以及配置為使用折射性散射將引導光散射出的微折射子元件。各種散射子元件可以設置在導光體502之中、之上或以其他方式耦合到導光體502。根據各個實施例，散射子元件可以設置在導光體502的表面（例如，側面、邊緣、發光表面或發射表面、光接收表面等等）之間並且與其間隔開。在示例中，散射子元件可以共同平面和/或相鄰的而共同定位，例如其具有或不具有元件間干涉空間或其它干涉特徵。在示例中，兩個或多個散射子元件可以堆疊（例如，在與第一方向522和第二方向524正交的方向上）或疊加。

根據本發明所述原理的一些實施例，本發明提供一種具有堆疊散射子元件的多視像背光件，該堆疊散射子元件包括多光束元件。圖6A是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的背光件600的一部分的剖面圖。圖6B是根據與本發明所述原理一致的另一實施例，顯示示例中的背光件600的一部分的剖面圖。圖6A至圖6B所示的背光件600可以包含在導光體602內的複數個多光束元件，諸如可以設置在多光束元件陣列中。導光體602配置為將光以多個傳導方向引導。此外，多光束元件陣列的多光束元件可以包含如圖6A所示的第一堆疊多光束元件604以及如圖6B所示的第二堆疊多光束元件606其中之一或之二。應注意，第一堆疊多光束元件604和第二堆疊多光束元件606分別在圖6A和圖6B中示出，是為了便於說明，而不是為了限制。

根據示例性實施例，第一堆疊多光束元件604和第二堆疊多光束元件606可以各自包含散射子元件的各個不同實例，並且每個散射子元件可以配置為選擇性地散射出來自導光體602的引導光的一部分。如上文所述，不同的散射子元件可以配置成主要或專門響應於在導光體602中以特定方向行進的光。

如圖6A所示，第一堆疊多光束元件604可以包含第一散射子元件616、第二散射子元件618和第三散射子元件620。不同的散射子元件可以同樣地或不同地配置，使其響應於在導光體602中以相同或不同方向傳導的光。例如，第一散射子元件616可以配置為響應於在導光體602中基本上以第一方向傳導的光，而第二散射子元件618和第三散射子元件620可以配置為響應於在導光體602中基本上以不同的第二方向傳導的光。行進光的第一方向和第二方向可以是正交的，或者可能具有另一種非平行關係。

如圖6B所示，第二堆疊多光束元件606可以包含第一散射子元件622和第二散射子元件624。第一散射子元件622和第二散射子元件624可以配置為將在導光體602中以各個不同方向傳導的光散射。

在示例中，可以提供一個或多個反射器以幫助進一步引導並增強來自散射子元件輸出的光。例如，反射器608可以設置在基本上相鄰或靠近第一堆疊多光束元件604。反射器608可以配置為將光引導向導光體602的發射表面626，例如經過或通過第一堆疊多光束元件604。類似地，反射器610可以設置在基本上相鄰或靠近第二堆疊多光束元件606，並且可以配置為將光經過或通過第二堆疊多光束元件606引導向發射表面626。反射器608和反射器610可以是反射隔板，其配置為反射由各個的多光束元件散射向發射表面626的光。亦即，由第一堆疊多光束元件604、第二堆疊多光束元件606以遠離發射表面626的方向散射的光的部分可以分別被反射器608、反射器610接收，然後反射到發射表面626。

根據一些實施例（圖中未顯示），多光束元件的一個或多個散射子元件可以包括諸如金屬光柵的反射材料。例如，堆疊多光束元件中最底部的散射子元件可以包括反射金屬材料，並且可以配置為用作散射子元件和作為其他光的反射器，例如，可以從相同堆疊多光束元件中的其它散射子元件接收的其它光。

根據本文所描述的原理的其他實施例，本發明提供了一種多視像背光件的操作方法。圖7是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像背光件的操作方法700的流程圖。如圖7所示，多視像背光件的操作方法700包括在導光體中引導準直光702。在一些實施例中，光可以以非零值傳導角度引導。此外，可以準直引導光，例如，可以根據預定的準直因子以準直。根據一些實施例，如上文所述，導光體可以基本上類似導光體110、導光體502或導光體602其中一個或多個。引導準直光702可以包含光在導光體中以多個不同方向引導，例如至少以不平行並且彼此不同的第一方向和第二方向引導。

如圖7所示，多視像背光件的操作方法700進一步包括使用多光束元件陣列中的多光束元件接收引導光704。例如，接收引導光704可以包含使用多光束元件陣列504中的特定多光束元件。特定的多光束元件可以包含一個或多個散射子元件，其配置為從導光體中散射出引導光的一部分，以提供具有多個不同主要角度方向的複數個散射或耦合出光束。在各個實施例中，耦合出光束的主要角度方向對應於多視像顯示器的各個視像方向。根據各個實施例，特定多光束元件的尺寸可以與多視像顯示器的多視像像素中的子像素的尺寸相當。舉例而言，特定多光束元件可以大於視像像素的尺寸的四分之一，並且小於子像素的尺寸的兩倍。

在一些實施例中，方法700進一步包括使用 多光束元件的第一散射子元件將引導光的第一部分從導光體散射出706。散射出第一部分706可以包含散射出在導光體中在第一方向上傳導的引導光的一部分。此外，根據各個實施例，散射出第一部分706 可以設置為基本上不散射出在導光體中在第一方向以外的方向上傳導的光。散射出第一部分706可以包含使用接收引導光704的第一散射子元件的特定多光束元件。

方法700進一步包括將引導光的第二部分從導光體散射出708。散射出第二部分708可以包含散射出在導光體中在第二方向上傳導的引導光的一部分。此外，根據各個實施例，散射出第二部分708可以設置為基本上不散射出在導光體中在其他方向上傳導的光。散射出第二部分708可以包含使用接收引導光704的相同特定多光束元件的第二散射子元件。亦即，散射出第一部分706和散射出第二部分708可以包含使用相同多光束元件的不同散射子元件，並且不同散射子元件可以以不同方式配置，使其響應（或散射）在導光體中在不同方向（例如第一方向和第二方向）上傳導的光。

在一些實施例中，方法700進一步包括使用來自導光體的散射出光（scattered-out light）以提供複數個方向性光束710，其方向與多視像顯示器的不同視像方向相對應。使用散射出光提供複數個方向性光束710可以包含使用配置為多視像顯示器的多視像像素的光閥對來自特定多光束元件的光束調變。根據一些實施例，光閥可以基本上類似本發明的光閥陣列108。具體來說，光閥的不同集合可以對應於不同的多視像像素，其對應關係類似於第一光閥集合108a和第二光閥集合108b與不同多視像像素106的對應關係。此外，各個光閥可以對應於多視像像素的子像素，如光閥陣列108對應於子像素106’。

因此，本發明已描述了以下操作的示例和實施例：多視像背光件、分別包括散射子元件的多光束元件、多視像背光件的操作方法、以及多視像顯示器，其採用多光束元件來提供對應多視像影像的複數個不同視像的光束。多光束元件包括複數個散射子元件，並且多光束元件的尺寸與多視像顯示器的多視像像素的子像素相當。應該理解的是，上述示例僅是說明本發明所述的原理的多個具體示例的其中一些示例。很明顯的，所屬技術領域中具有通常知識者可以輕易設計出多種其他配置，但這些配置不會超出本發明申請專利範圍所界定的範疇。

本申請案主張於2021年5月7日提交的第 PCT/US2021/031433號國際專利申請的優先權，其全部內容通過引用併入本發明。

10:多視像顯示器 12:螢幕 14:視像 16:視像方向 20:光束 30:繞射光柵 40,110,502,602:導光體 50:耦合出光束 100,500:多視像背光件 102:耦合出光束、光束 103:第一傳導方向 104:引導光 106:多視像像素 106’:子像素 108:光閥陣列、光閥 108a:第一光閥集合 108b:第二光閥集合 110’:第一表面 110”:第二表面 120:多光束元件 120a,404,514a:第一多光束元件 120b,406,520:第二多光束元件 130,516a:第一光源 400,600:背光件 402:準直光 408:第三多光束元件 504:多光束元件陣列 506:第一側 508:第二側 510:第三側 512:第四側 514b,616,622:第一散射子元件 514c,618,624:第二散射子元件 516b:第三光源 518a:第二光源 518b:第四光源 522:第一方向 524:第二方向 604:第一堆疊多光束元件 606:第二堆疊多光束元件 620:第三散射子元件 626:發射表面 608,610:反射器 700:操作方法 702,704,706,708,710:步驟 D,d:中心至中心的距離 O:原點 S:子像素尺寸 s:特定多光束元件尺寸 θ:角度分量、仰角 θ _i:入射角 θ _m:繞射角 σ:角展度、準直因子 ϕ:角度分量、方位角

根據在本發明所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是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像顯示器的立體圖。

圖1B是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的具有與多視像顯示器的視像方向相對應的特定主要角度方向的光束的角度分量的示意圖。

圖2是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的繞射光柵的剖面圖。

圖3A是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像背光件的剖面圖。

圖3B是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像背光件的平面圖。

圖3C是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像背光件的立體圖。

圖4是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的背光件的剖面圖。

圖5是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的背光件的俯視圖。

圖6A是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的背光件的一部分的剖面圖。

圖6B是根據與本發明所述原理一致的另一實施例，顯示示例中的背光件的一部分的剖面圖。

圖7是根據與本發明所述原理一致的一實施例，顯示示例中的多視像背光件的操作方法。

特定示例和實施例具有上述參考附圖所示的特徵之外的其他特徵，或者具有代替上述參考附圖中所示的特徵的其他特徵。下文將參照上述參考附圖，詳細描述這些特徵和其他特徵。

502:導光體

504:多光束元件陣列

506:第一側

508:第二側

510:第三側

512:第四側

514a:第一多光束元件

514b:第一散射子元件

514c:第二散射子元件

516a:第一光源

516b:第三光源

518a:第二光源

518b:第四光源

520:第二多光束元件

522:第一方向

524:第二方向

Claims (25)

1. 一種多視像背光件，包括：  一導光體，配置為將光引導為在該導光體中具有一第一方向和一第二方向的一引導光，該第一方向和該第二方向彼此不同；以及 一多光束元件陣列，包含間隔開的複數個多光束元件，其中，該多光束元件陣列中的一第一多光束元件包括複數個散射子元件，該複數個散射子元件配置為將該引導光的部分散射出以作為方向性光束，該等方向性光束對應於一多視像顯示器的不同視像方向， 其中，該複數個散射子元件中的一第一散射子元件配置為選擇性地散射出具有該第一方向的該引導光的至少一部分，並且該複數個散射子元件中的一第二散射子元件配置為選擇性地散射出具有該第二方向的該引導光的至少一部分。
2. 如請求項1之多視像背光件，其中，該多光束元件陣列中的多光束元件的尺寸介於該多視像顯示器的一光閥陣列中的光閥的尺寸的百分之二十五至百分之二百之間。
3. 如請求項1之多視像背光件，其中，具有該第一方向和該第二方向其中之一或之二的該引導光根據一準直因子來準直。
4. 如請求項1之多視像背光件，其中，該複數個散射子元件中的散射子元件包括一個或多個的一繞射子元件、一微反射子元件、一微折射子元件，該繞射子元件配置為使用繞射性散射將該引導光散射出，該微反射子元件配置為使用反射性散射將該引導光散射出，並且該微折射子元件配置為使用折射性散射將該引導光散射出。
5. 如請求項1之多視像背光件，其中，該第一多光束元件包括一反射隔板，該反射隔板包括一反射器，該反射器配置為將該第一多光束元件散射的光反射朝向該導光體的一發射表面。
6. 如請求項1之多視像背光件，進一步包括一反射器，該反射器配置為將來自該第一多光束元件的光反射朝向該導光體的一發射表面。
7. 如請求項1之多視像背光件，其中，該多光束元件陣列包括複數個反射器，分別對應於該多光束元件陣列中的多光束元件，其中該等反射器配置為將光反射到該導光體的一發射表面。
8. 如請求項1之多視像背光件，其中，該多光束元件陣列中的多光束元件排列為二維 （2D） 陣列。
9. 如請求項1之多視像背光件，其中，該第一散射子元件和該第二散射子元件是共平面的並且彼此相鄰。
10. 如請求項1之多視像背光件，其中，該第一散射子元件和該第二散射子元件在該第一多光束元件內堆疊。
11. 如請求項1之多視像背光件，其中，該第一多光束元件設置在鄰近該導光體的表面。
12. 如請求項1之多視像背光件，其中，該第一多光束元件設置在該導光體的表面之間，並與其間隔開。
13. 如請求項1之多視像背光件，進一步包括： 一第一光源，配置為在該導光體的一第一側提供光，由在該第一側的該第一光源提供的光是具有該第一方向的該引導光；以及 一第二光源，配置為在該導光體的一第二側提供光，由在該第二側的該第二光源提供的光是具有該第二方向的該引導光，其中，該導光體的該第一側和該第二側是非平行的。
14. 如請求項1之多視像背光件，其中，該引導光的該第一方向與該引導光的該第二方向正交。
15. 一種多視像顯示器，包括如請求項1之多視像背光件，該多視像顯示器進一步包括一光閥陣列，該光閥陣列配置為調變該等方向性光束以提供具有與該多視像顯示器的不同視像方向相對應的不同視像的一多視像影像。
16. 如請求項15之多視像顯示器，其中，該光閥陣列中的光閥包括複數個多視像像素，並且該多光束元件陣列中的每一個多光束元件配置為向該複數個多視像像素中的不同多視像像素提供該等方向性光束。
17. 一種多視像顯示器，包括： 一導光體，配置為將光引導在一第一傳導方向和一第二傳導方向上以作為該導光體內的一引導光，該第一傳導方向與該第二傳導方向不同； 一多光束元件陣列，配置為將該引導光的部分散射出以作為方向性光束，該等方向性光束具有對應於該多視像顯示器的不同視像方向的方向；以及 一光閥陣列，配置為調變該等方向性光束以提供在不同視像方向上具有不同視像的一多視像影像， 其中，該多光束元件陣列中的一第一多光束元件包括一第一散射子元件和一第二散射子元件，該第一散射子元件配置為選擇性地散射出具有該第一傳導方向的該引導光的一部分，並且該第二散射子元件配置為選擇性地散射出具有該第二傳導方向的該引導光的一部分。
18. 如請求項17之多視像顯示器，其中，具有該第一傳導方向的該引導光和具有該第二傳導方向的該引導光其中之一或之二根據一準直因子來準直。
19. 如請求項17之多視像顯示器，其中，該第一散射子元件和該第二散射子元件其中至少一個配置為使用方向選擇性繞射性散射來散射出該引導光的一部分、配置為使用方向選擇性反射性散射來散射出該引導光的一部分、以及配置為使用方向選擇性折射性散射來散射出該引導光的一部分其中一個或多個。
20. 如請求項17之多視像顯示器，其中，該第一散射子元件和該第二散射子元件在該第一多光束元件內彼此堆疊。
21. 如請求項17之多視像顯示器，其中，該第一散射子元件和該第二散射子元件在該第一多光束元件內共平面並且相鄰。
22. 一種多視像背光件的操作方法，包括： 在一導光體中引導光，以在該導光體內在一第一方向和一第二方向兩者上傳導以作為一引導光，該第一方向和該第二方向彼此不同；以及 使用一多光束元件陣列散射出該引導光的部分，以提供複數個方向性光束，該複數個方向性光束具有對應於一多視像顯示器的不同視像方向的方向， 其中，該多光束元件陣列中的一第一多光束元件包括一第一散射子元件以及一第二散射子元件，該第一散射子元件優先地散射出在該第一方向上傳導的該引導光，該第二散射子元件優先地散射出在該第二方向上傳導的該引導光。
23. 如請求項22之多視像背光件的操作方法，其中，所述在該導光體中引導光包括引導根據一準直因子被準直的一準直引導光。
24. 如請求項22之多視像背光件的操作方法，其中，所述散射出該引導光的部分包括以下其中一個或多個： 使用該多光束元件陣列中的多光束元件來繞射地散射，該第一散射子元件和該第二散射子元件其中之一或之二是一繞射光柵散射元件； 使用該多光束元件陣列中的多光束元件來反射地散射，該第一散射子元件和該第二散射子元件其中之一或之二是一微反射散射元件；以及 使用該多光束元件陣列中的多光束元件來折射地散射，該第一散射子元件和該第二散射子元件其中之一或之二是一微折射散射元件。
25. 如請求項22之多視像背光件的操作方法，其中，該第一散射子元件和該第二散射子元件在該第一多光束元件內彼此堆疊。

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