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CN110462287B - 单侧背光体、多视图显示以及采用倾斜衍射光栅的方法 - Google Patents

单侧背光体、多视图显示以及采用倾斜衍射光栅的方法 Download PDF

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CN110462287B CN201880021492.9A CN201880021492A CN110462287B CN 110462287 B CN110462287 B CN 110462287B CN 201880021492 A CN201880021492 A CN 201880021492A CN 110462287 B CN110462287 B CN 110462287B
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Abstract

单侧背光体和单侧多视图显示器采用单侧衍射元件的阵列，单侧衍射元件被配置为提供具有单侧方向的定向光束。单侧衍射元件阵列的单侧衍射元件包括倾斜衍射光栅，倾斜衍射光栅被配置成通过衍射散射在光导中引导的光来提供定向光束。单侧多视图显示器还包括被配置成将多个定向光束调制为具有单侧方向的多视图图像的光阀。

Description

单侧背光体、多视图显示以及采用倾斜衍射光栅的方法
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年4月4日提交的序列号为62/481,625的美国临时专利申请的优先权，通过引用将其全文并入于此。
关于联邦政府资助的研究或开发的声明
N/A
背景技术
电子显示器是用于向各种设备和产品的用户传达信息的几乎无处不在的介质。最常采用的电子显示器包括阴极射线管(CRT)、等离子显示面板(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)和采用机电或电流体光调制的各种显示器(例如，数字微镜设备、电润湿显示器等)。通常，电子显示器可以被分类为有源显示器(即，发光的显示器)或无源显示器(即，调制另一源提供的光的显示器)。有源显示器最明显的示例是CRT、PDP和OLED/AMOLED。在考虑发射的光时通常被分类为无源的显示器是LCD和EP显示器。无源显示器虽然经常显示出有吸引力的性能特征，包括但不限于固有的低功耗，但是考虑到缺乏发光能力，在许多实际应用中可能会发现其使用有限。
为了克服无源显示器与发射光相关联的限制，许多无源显示器被耦合到外部光源。耦合光源可以允许这些原本的无源显示器发光并且基本上用作有源显示器。这种耦合光源的示例是背光体。背光体可以用作光源(通常是面板背光体)，其被放置在原本的无源显示器的后面以照亮无源显示器。例如，背光体可以耦合到LCD或EP显示器。背光体发射通过LCD或EP显示器的光。发射光由LCD或EP显示器调制，并且调制光然后依次从LCD或EP显示器发射。通常背光体被配置为发射白光。然后使用彩色滤光片将白光转换成显示器中使用的各种颜色。例如，彩色滤光片可以被放置在LCD或EP显示器的输出端(较不常用)或背光体与LCD或EP显示器之间。
附图说明
根据在本文中描述的原理的示例和实施例的各种特征可以通过参考以下结合附图的详细描述而更容易理解，其中相同的附图标记表示相同的结构元件，并且其中：
图1A示出了根据与在本文中描述的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示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的具有对应于多视图显示器的视图方向的特定主角方向的光束的角分量的图形表示。
图2A示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的衍射光栅的横截面图。
图2B示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的倾斜衍射光栅的横截面图。
图3示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的单侧背光体的横截面图。
图4A示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的单侧多视图显示器的横截面图。
图4B示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的单侧多视图显示器的平面图。
图4C示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的单侧多视图显示器的透视图。
图5示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的双模式显示器的框图。
图6示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的单侧背光体操作的方法的流程图。
某些示例和实施例具有除了以上参考的附图中所示的特征之外并且代替以上参考的附图中所示的特征中的一个的其它特征。下面参照上面参考的附图详细描述这些和其它特征。
具体实施方式
根据在本文中描述的原理的示例和实施例提供了单侧背光(unilateralbacklighting)以及采用单侧背光的单侧多视图显示器和双模式显示器。具体地，与在本文中描述的原理一致的实施例提供了采用包括倾斜衍射光栅的单侧衍射元件的单侧背光体(backlight)。单侧衍射元件被配置为将光散射出单侧背光体，作为具有单侧方向的定向光束。也就是说，根据各种实施例，单侧衍射元件的倾斜衍射光栅优选地将光指引或散射出背光体的仅一侧。在一些实施例中，单侧衍射元件可以用作单侧多波束元件，单侧多波束元件被配置成将光散射出为在单侧或“一侧”方向上具有不同主角方向的多个定向光束。例如，多个定向光束可以具有与多侧多视图显示器的各种视图方向对应的方向。
在本文中，“二维显示器”或“2D显示器”被定义为这样的显示器：其被配置为不管从哪个方向观看图像(即，在2D显示器的预定观看角度或范围内)，都提供基本相同的图像的视图。可以在智能电话和计算机监视器中找到的传统液晶显示器(LCD)是2D显示器的示例。与此相反，“多视图显示器”被定义为被配置为在不同视图方向中或从不同视图方向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，不同视图可以表示多视图图像的场景或对象的不同透视图。在本文中描述的单侧背光和单侧多视图显示器的使用包括但不限于移动电话(例如，智能电话)、手表、平板计算机、移动计算机(例如，膝上型计算机)、个人计算机和计算机监视器、汽车显示控制台、相机显示器，以及各种其它移动以及基本上非移动的显示器应用和设备。
图1A示出了根据与在本文中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包括屏幕12以显示要被观看的多视图图像。例如，屏幕12可以是电话(例如，移动电话、智能电话等)、平板计算机、膝上型计算机、台式计算机的计算机显示器、相机显示器或者基本上任何其它设备的电子显示器的显示屏幕。
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被示出为从屏幕12以各种不同主角方向延伸的箭头；不同视图14被示出为在箭头(即，描绘视图方向16)的末端处的阴影多边形框；并且仅示出了四个视图14和四个视图方向16，全部都是以示例的方式而非限制。注意，尽管在图1A中将不同视图14示出为位于屏幕上方，但是当在多视图显示器10上显示多视图图像时，视图14实际上出现在屏幕12上或屏幕12附近。将视图14描绘在屏幕12上方仅用于简单说明并且意在表示从对应于特定视图14的视图方向16中的相应的一个观看多视图显示器10。除了2D显示器通常被配置为提供所显示图像的单个视图(例如，类似于视图14的一个视图)，而不是由多视图显示器10提供的多视图图像的不同视图14之外，2D显示器可以与多视图显示器10基本相似。
根据在本文中的定义，具有对应于多视图显示器的视图方向的方向的视图方向或等效光束通常具有由角分量{θ，φ}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φ被称为光束的“方位角分量”或“方位角”。根据定义，仰角θ是垂直平面(例如，垂直于多视图显示屏幕的平面)中的角度，而方位角φ是水平平面(例如，平行于多视图显示屏幕的平面)中的角度。
图1B示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的具有对应于多视图显示器的视图方向(例如，图1A中的视图方向16)的特定主角方向的光束20的角分量{θ，φ}的图形表示。此外，根据在本文中的定义，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内的特定原点相关联的中心光线。图1B也示出了原点O的光束(或视图方向)点。
此外，在本文中，在术语“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异的多个视图。另外，根据在本文中的定义，在本文中术语“多视图”明确地包括多于两个不同的视图(即，最少三个视图并且通常多于三个视图)。这样，在本文中采用的“多视图显示器”明确区别于仅包括两个不同视图以表示场景或图像的立体显示器。然而注意，虽然多视图图像和多视图显示器可以包括多于两个视图，但是根据在本文中的定义，可以通过仅选择多视图视图中的两个来同时观看(例如，每只眼睛一个视图)，多视图图像可以被作为立体图像对观看(例如，在多视图显示器上)。
“多视图像素”在本文中被定义为表示多视图显示器的多个不同视图中的每一个视图中的“视图”像素的一组像素。具体地，多视图像素可以具有与多视图图像的每个不同视图中的视图像素的各个像素对应或表示多视图图像的每个不同视图中的视图像素的各个像素。此外，根据在本文中的定义，多视图像素的像素是所谓的“定向像素”，这是因为每个像素与不同视图中的对应一个的预定视图方向相关联。此外，根据各种示例和实施例，由多视图像素的像素表示的不同视图像素在每个不同视图中可以具有等效的或至少基本类似的位置或坐标。例如，第一多视图像素在多视图图像的不同视图的每一个中可以具有与位于{x1，y1}处的视图像素对应的各个像素，而第二多视图像素在不同视图的每一个中可以具有与位于{x2，y2}处的视图像素对应的各个像素，等等。
在一些实施例中，多视图像素中的像素的数量可以等于多视图显示器的不同视图的数量。例如，多视图像素可以提供与具有64个不同视图的多视图显示器相关联的六十四(64)个像素。在另一示例中，多视图显示器可以提供八乘四视图阵列(即，32个视图)，并且多视图像素可以包括三十二(32)个像素(即，对于每个视图一个)。另外，例如，每个不同的像素可以具有对应于与64个不同视图对应的视图方向中的不同的一个的关联方向(例如，光束主角方向)。此外，根据一些实施例，多视图显示器的多视图像素的数量可以基本上等于多视图显示器视图中的“视图”像素(即，组成所选视图的像素)的数量。例如，如果视图包括六百四十乘四百八十个视图像素(即，640×480视图分辨率)，则多视图显示器可以具有三十万零七千二百(307,200)个多视图像素。在另一示例中，当视图包括一百乘一百个像素时，多视图显示器可以包括总共一万(即，100×100＝10,000)个多视图像素。
在本文中，“光导”被定义为使用全内反射在结构内引导光的结构。具体地，光导可以包括在光导的工作波长上基本上透明的芯。在各种示例中，术语“光导”通常指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的电介质光波导。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的表面相邻的周围介质的折射率。在一些实施例中，除了或代替上述折射率差，光导可以包括涂层以进一步促进全内反射。例如，涂层可以是反射涂层。光导可以是几个光导中的任何一个，包括但不限于板光导或片光导和条状光导中的一个或两个。
此外，在本文中，当如在“板光导”中，术语“板”应用于光导时被定义为逐段或不同平面的层或片，其有时被称为“片”光导。具体地，板光导被定义为被配置为在由光导的顶表面和底表面(即，相对表面)界定的两个基本正交的方向上引导光的光导。此外，根据在本文中的定义，顶表面和底表面二者彼此分离并且可以至少在差分意义上基本彼此平行。也就是说，在板光导的任何差分小的部分内，顶表面和底表面基本平行或共面。
在一些实施例中，板光导可以是基本平坦的(即，局限于平面)，并且因此板光导是平面光导。在其它实施例中，板光导可以在一个或两个正交维度上弯曲。例如，板光导可以在单个维度弯曲以形成圆柱形板光导。然而，任何弯曲都具有足够大的曲率半径以确保在板光导内维持全内反射以引导光。
在本文中，“角度保持散射特征”或等效地“角度保持散射体”是被配置为以在散射光中基本上保持入射在特征或散射体上的光的角展度的方式散射光的任何特征或散射体。具体地，根据定义，由角度保持散射特征散射的光的角展度σs是入射光的角展度σ的函数(即，σs＝f(σ))。在一些实施例中，散射光的角展度σs是入射光的角展度或准直因子σ的线性函数(例如，σs＝α·σ，其中α是整数)。也就是说，由角度保持散射特征散射的光的角展度σs可以基本上与入射光的角展度或准直因子σ成比例。例如，散射光的角展度σs可以基本上等于入射光角展度σ(例如，σs≈σ)。均匀衍射光栅(即，具有基本均匀或恒定的衍射特征间隔或光栅间距的衍射光栅)是角度保持散射特征的一个示例。与此相反，根据在本文中的定义，朗伯(Lambertian)散射体或朗伯反射器以及普通漫射器(例如，具有朗伯散射或接近朗伯散射)不是角度保持散射体。
在本文中，“偏振保持散射特征”或等效地“偏振保持散射体”是被配置为以在散射光中基本上保持入射在特征或散射体上的光的偏振或至少偏振度的方式散射光的任何特征或散射体。因此，“偏振保持散射特征”是入射在特征或散射体上的光的偏振度基本上等于散射光的偏振度的任何特征或散射体。此外，根据定义，“偏振保持散射”是保持或基本上保持被散射的光的预定偏振的散射(例如，被引导光的)。例如，被散射的光可以是由偏振光源提供的偏振光。
在本文中，“单侧背光体”、“单侧衍射散射元件”和“单侧多波束元件”中的术语“单侧”被定义为意指“一侧”或“优先在一个方向上”，该方向对应于与对应于第二侧的另一方向相反的第一侧。具体地，“单侧背光体”被定义为从第一侧而不是从与第一侧相对的第二侧发光的背光体。例如，单侧背光体可以将光发射到第一(例如，正)半空间中，但不发射到相应的第二(例如，负)半空间中。第一半空间可以在单侧背光体之上，并且第二半空间可以在单侧背光体之下。因此，例如，单侧背光体可以将光发射到单侧背光体上方的区域中或朝该方向发射，并且将很少发射或不发射光到单侧背光体下方的另一区域或朝向另一方向。类似地，诸如但不限于单侧衍射散射元件或单侧多波束元件的“单侧散射体”被配置成朝向第一表面而不是与第一表面相对的第二表面散射光并将光散射出，根据在本文中的定义。
在本文中，“衍射光栅”通常被定义为被布置为提供入射在衍射光栅上的光的衍射的多个特征(即，衍射特征)。在一些示例中，可以以周期性的方式或准周期性的方式来布置多个特征。在其它示例中，衍射光栅可以是包括多个衍射光栅的混合周期衍射光栅，多个衍射光栅中的每个衍射光栅具有不同的周期性特征排列。此外，衍射光栅可以包括以一维(1D)阵列布置的多个特征(例如，材料表面上的多个槽或脊)。可替代地，衍射光栅可包括二维(2D)特征阵列或以二维限定的特征阵列。例如，衍射光栅可以是材料表面上的凸块或材料表面中的孔的2D阵列。在一些示例中，衍射光栅可以在第一方向或维度上基本上是周期性的，并且在穿过或沿着衍射光栅的另一个方向上基本上是非周期性的(例如，恒定的、随机的等)。
这样，并且根据在本文中的定义，“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，则可以导致所提供的衍射或衍射散射，并因此被称为“衍射耦合”，这是因为衍射光栅可以通过衍射将光耦合出光导。衍射光栅也通过衍射(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。通过衍射来改变光的传播方向在本文中被称为“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，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，则衍射光栅也可将光从光导衍射地耦合出来。
此外，根据在本文中的定义，衍射光栅的特征被称为“衍射特征”，并且可以在材料表面(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各种结构中的任何一种，包括但不限于表面处、表面中或表面上的槽、脊、孔和凸块中的一个或多个。例如，衍射光栅可以包括在材料表面中多个基本平行的槽。在另一示例中，衍射光栅可以包括从材料表面上升起的多个平行脊。衍射特征(例如，槽、脊、孔、凸块等)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。
根据在本文中所述的各种示例，可以采用衍射光栅(例如，如下所述的衍射元件的衍射光栅)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或者由局部周期性衍射光栅提供的衍射角θm可以由等式(1)给出：
Figure GDA0002216281260000081
其中，λ是光的波长，m是衍射级数，n是光导的折射率，d是衍射光栅的特征之间的距离或间隔，θi是衍射光栅上的光的入射角。为简单起见，等式(1)假定衍射光栅与光导的表面相邻，并且光导外部的材料的折射率等于1(即，nout＝1)。通常，衍射级数m由整数给出(即，m＝±1,±2,…)。由衍射光栅产生的光束的衍射角θm可以由等式(1)给出。例如，当衍射级数m等于一(即，m＝1)时提供一级衍射或更具体地一级衍射角θm。
图2A示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的衍射光栅30的横截面图。例如，衍射光栅30可以位于光导40的表面上。另外，图2A示出以入射角θi入射在衍射光栅30上的光束50。入射光束50可以是光导40内的被引导光的光束(即，被引导光束)。图2A中也示出了由衍射光栅30衍射地产生并耦合出的定向光束60，作为入射光束50的衍射结果。定向光束60具有由等式(1)给出的衍射角θm(或者本文中的“主角方向”)。衍射角θm可以对应于衍射光栅30的衍射级数“m”，例如衍射级数m＝1(即，第一衍射级数)。
在本文中，根据定义，“倾斜(slanted)”衍射光栅是具有衍射特征的衍射光栅，该衍射特征相对于衍射光栅表面的表面法线具有倾斜角。根据各种实施例，倾斜衍射光栅可以通过入射光的衍射提供单侧散射。
图2B示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的倾斜衍射光栅80的横截面图。如图所示，倾斜衍射光栅80是位于光导40表面的二元衍射光栅，类似于图2A中所示的衍射光栅30。然而，图2B中所示的倾斜衍射光栅80包括相对于表面法线(由虚线示出)具有倾斜角γ以及光栅高度、深度或厚度t的衍射特征82，如图所示。也示出了入射光束50和表示由倾斜衍射光栅80对入射光束50的单侧衍射散射的定向光束60。注意，根据各种实施例，通过单侧衍射散射抑制了由倾斜衍射光栅80在次方向(second direction)上的光的衍射散射。在图2B中，“划掉”的虚线箭头90表示由倾斜衍射光栅80在次方向上的被抑制的衍射散射。
根据各种实施例，可以选择衍射特征82的倾斜角γ以控制倾斜衍射光栅80的单侧衍射特性，包括抑制次方向上的衍射散射的程度。例如，倾斜角γ可以被选择在大约二十度(20°)和大约六十度(60°)之间或者大约三十度(30°)和大约五十度(50°)之间或者大约四十度(40°)和大约五十五度(55°)之间。例如，与由倾斜衍射光栅80提供的单侧方向相比，在约30°-60°范围内的倾斜角γ可以提供好约四十倍(40x)的在次方向上的衍射散射的抑制。根据一些实施例，衍射特征82的厚度t可以在大约一百纳米(100nm)和大约四百纳米(400nm)之间。例如，对于从约300nm和约500纳米(500nm)范围内的光栅周期p，厚度t可以在约150纳米(150nm)和约300纳米(300nm)之间。
此外，根据一些实施例，衍射特征可以是弯曲的并且还可以具有相对于光的传播方向的预定取向(例如，旋转)。例如，衍射特征的弯曲和衍射特征的取向中的一个或两个可以被配置为控制由衍射光栅耦合出的光的方向。例如，耦合出的光的主角方向可以是衍射特征在光入射到衍射光栅上的点相对于入射光的传播方向的角度的函数。
根据在本文中的定义，“多波束元件”是产生包括多个光束的光的背光体或显示器的结构或元件。根据定义，“衍射”多波束元件是通过或使用衍射耦合产生多个光束的多波束元件。具体地，在一些实施例中，衍射多波束元件可以光学耦合到背光体的光导，以通过衍射耦合出在光导中引导的光的一部分来提供多个光束。此外，根据在本文中的定义，衍射多波束元件包括在多波束元件的边界或范围内的多个衍射光栅。根据在本文中的定义，由多波束元件产生的多个光束(或“光束多个”)的光束具有彼此不同的主角方向。具体地，根据定义，多个光束中的一个光束具有不同于多个光束中的另一个光束的预定主角方向。根据各种实施例，衍射多波束元件的衍射光栅中的衍射特征的间隔或光栅间距可以是亚波长(即，小于被引导光的波长)。
根据各种实施例，多个光束可以表示光场。例如，多个光束可以被限制在基本上圆锥形的空间区域中或者具有包括多个光束中的光束的不同主角方向的预定角展度。这样，组合光束的预定角展度(即，多个光束)可以表示光场。
根据各种实施例，多个光束中的各种光束的不同主角方向由包括但不限于衍射多波束元件的尺寸(例如，长度、宽度、面积等中的一个或多个)以及衍射多波束元件内的衍射光栅的“光栅间距”或衍射特征间隔以及取向的特性确定。在一些实施例中，根据在本文中的定义，衍射多波束元件可以被认为是“扩展的点光源”，即，跨越衍射多波束元件的范围分布的多个点光源。此外，根据在本文中的定义，以及上面关于图1B所描述的，由衍射多波束元件产生的光束具有由角分量{θ，φ}给定的主角方向。
在本文中，“准直器”被定义为被配置为准直光的基本上任何光学设备或装置。例如，准直器可以包括但不限于准直镜或反射器、准直透镜、衍射光栅、锥形光导及其各种组合。根据各种实施例，由准直器提供的准直量可以从一个实施例到另一实施例以预定度或量变化。此外，准直器可以被配置为在两个正交方向(例如，垂直方向和水平方向)中的一个或两个上提供准直。也就是说，根据一些实施例，准直器可以包括在提供光准直的两个正交方向中的一个或两个上的形状或类似的准直特性。
在本文中，“准直因子”，表示为σ，被定义为光被准直的程度。具体地，根据在本文中的定义，准直因子定义了准直光束内的光线的角展度。例如，准直因子σ可以指定准直光束中的大部分光线在特定角展度内(例如，关于准直光束的中心或特定主角方向的+/-σ度)。根据一些示例，准直光束的光线就角度而言可以具有高斯分布，并且角展度可以是由准直光束的峰值强度的一半处确定的角度。
在本文中，“光源”被定义为光的源(例如，被配置为产生和发射光的光发射器)。例如，光源可以包括光发射器，诸如当激活或导通时发光的发光二极管(LED)。具体地，在本文中光源可以基本上是任何光源，或者基本上包括任何光发射器，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、基于等离子体的光发射器、荧光灯、白炽灯以及几乎任何其它光源中的一个或多个。由光源产生的光可以具有颜色(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发射器。例如，光源可以包括一套或一组光发射器，其中至少一个光发射器产生具有与由该套或该组中的至少一个其它光发射器产生的光的颜色或波长不同的颜色或等效波长的光。例如，不同的颜色可以包括原色(例如红、绿、蓝)。
根据定义，“广角”发射光被定义为具有其锥角大于多视图图像或多视图显示器的视角的锥角的光。具体地，在一些实施例中，广角发射光可以具有大于约20度(例如，>±20°)的锥角。在其它实施例中，广角发射光锥角可以大于约30度(例如，>±30°)、或者大于约40度(例如，>±40°)、或者大于50度(例如，>±50°)。例如，广角发射光的锥角可以是大约60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(例如，约±40-65°)观看的LCD计算机监视器、LCD平板电脑、LCD电视或类似数字显示设备的视角大致相同。在其它实施例中，例如，由背光体提供的广角发射光也可以被表征或描述为漫射光、基本上漫射光、非定向光(即，缺少任何特定或定义的方向性)，或者具有单一或基本均匀的方向的光。
此外，如在本文中所使用的，冠词“一”旨在具有其在专利领域中的普通含义，即“一个或多个”。例如，“元件”指一个或多个元件，并且这样“元件”在本文中是指“(一个或多个)元件”。此外，在本文中对“顶”、“底”、“上方”、“下方”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”的任何提及并非旨在成为在本文中的限制。在本文中，术语“约”在应用于值时通常指在用于产生该值的设备的公差范围内，或者可以指正或负10％、或正或负5％、或正或负1％，除非另有明确规定。此外，在本文中所用的术语“基本上”指大部分、或几乎全部、或全部、或约51％至约100％范围内的量。此外，在本文中的示例仅旨在说明并且出于讨论的目的而不是作为限制。
根据在本文中描述的原理的一些实施例，提供了单侧背光体。图3示出了根据与在本文中描述的原理一致的一些实施例的示例中的单侧背光体100的横截面图。如图所示，单侧背光体被配置为提供发射光作为具有单侧方向的定向光束102。在图3中，定向光束102的单侧方向是与单侧背光体100的表面上方的半空间对应的方向。
图3中所示的单侧背光体100包括光导110。根据一些实施例，光导110可以是板光导。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。例如，光导110可以包括被配置为光波导的电介质材料。电介质材料可具有大于电介质光波导周围介质的第二折射率的第一折射率。例如，根据光导110的一个或多个被引导模式，折射率的差异被配置为促进被引导光104的全内反射。
具体地，光导110可以是片或板光波导，其包括延伸的、基本平坦的、光学透明的电介质材料片。基本上平坦的电介质材料片被配置为使用全内反射来引导被引导光104。根据各种示例，光导110的光学透明材料可以包括任何各种电介质材料或由任何各种电介质材料构成，该电介质材料包括但不限于一种或多种各种类型的玻璃(例如，石英玻璃、碱铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等)和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)。在一些示例中，光导110还可以包括在光导110的表面(例如，顶表面和底表面中的一个或两个)的至少一部分上的覆层(未示出)。根据一些示例，覆层可以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”表面或侧)和第二表面110"(例如，“后”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，被引导光104包括不同颜色的光的多个被引导光束。多个被引导光束的光束可以由光导110以不同的颜色特定的非零传播角中的相应的一个来引导。注意，为了简化说明，未示出非零传播角。然而，图3中描绘传播方向103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。
如在本文中所定义的，“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。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度(10°)和大约五十度(50°)之间，或者在一些示例中，在大约二十度(20°)和大约四十度(40°)之间，或大约二十五度(25°)和大约三十五度(35°)之间。例如，非零传播角可以是大约三十度(30°)。在其它示例中，非零传播角可以是大约20°、或大约25°、或大约35°。此外，只要特定的非零传播角小于光导110内的全内反射的临界角，那么特定的非零传播角就可以被选择(例如，任意地)用于特定实现。
光导110中的被引导光104可以以非零传播角(例如，约30-35度)被引入或耦合到光导110中。例如，透镜、镜子或类似反射器(例如，倾斜准直反射器)、衍射光栅和棱镜(未示出)中的一个或多个可以有助于将光耦合到光导110的输入端，作为以非零传播角的被引导光104。一旦被耦合到光导110中，则被引导光104沿着可以通常远离输入端的方向沿光导110传播(例如，通过沿图3中的x轴指向的粗箭头所示)。
此外，根据各种实施例，被引导光104可以是准直的。这里，“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104)内基本上彼此平行的光束。此外，根据在本文中的定义，从准直光束发散或散射的光线不被认为是准直光束的一部分。在一些实施例中，单侧背光体100可以包括准直器，诸如但不限于透镜、反射器或镜子、衍射光栅或锥形光导，被配置为例如从光源准直光。在一些实施例中，光源包括准直器。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，被引导光104可根据准直因子或具有准直因子σ被准直。
如图3所示，单侧背光体100还包括沿光导长度彼此间隔开的单侧衍射元件120的阵列。具体地，阵列的单侧衍射元件120沿着光导长度通过有限间隔彼此分开，并且表示单独的不同元件。也就是说，根据在本文中的定义，单侧衍射元件120根据有限(即，非零)元件间距离(例如，有限的中心到中心距离)彼此间隔开。此外，根据一些实施例，多个单侧衍射元件120通常不相交、重叠或以其它方式彼此接触。因此，单侧衍射元件阵列的每个单侧衍射元件120通常是不同的并且与单侧衍射元件120中的其它单侧衍射元件120分开。
根据一些实施例，单侧衍射元件阵列的单侧衍射元件120可以以一维(ID)阵列或二维(2D)阵列布置。例如，单侧衍射元件120可以被布置为线性ID阵列。在另一示例中，单侧衍射元件120可以被布置为矩形2D阵列或圆形2D阵列。此外，在一些示例中，阵列(即，ID或2D阵列)可以是规则或均匀阵列。具体地，单侧衍射元件120之间的元件间距离(例如，中心到中心距离或间隔)可以跨越阵列基本均匀或恒定。在其它示例中，单侧衍射元件120之间的元件间距离可以在跨越阵列和沿着光导110的长度中的一个或两个变化。
根据各种实施例，单侧衍射元件120的阵列中的单侧衍射元件120包括倾斜衍射光栅122。根据一些实施例(例如，如所示的)，所有单侧衍射元件120可以是或包括倾斜衍射光栅122。包括倾斜衍射光栅122的单侧衍射元件120被配置为从光导110散射出被引导光104的一部分作为具有单侧方向的定向光束102。具体地，根据各种实施例，被引导光104的一部分通过衍射散射被多个单侧衍射元件120散射出去。例如，图3示出了沿与第一表面110'上方的半空间对应的单侧方向，从光导110的第一表面110'发射定向光束102。
在一些实施例中，单侧衍射元件120的倾斜衍射光栅122可以基本上类似于图2B中所示的倾斜衍射光栅80。例如，在一些实施例中，对应于图2B中所示的倾斜角γ的倾斜衍射光栅122的倾斜角相对于光导110的表面法线可以在约三十度(30°)和约五十度(50°)之间。此外，在一些实施例中(未示出)，倾斜衍射光栅122可包括多个子光栅，每个子光栅是倾斜衍射光栅。
在一些实施例中，单侧衍射元件可以被配置为将被引导光104的一部分散射出，作为在单侧方向上具有不同主角方向的多个定向光束102。此外，在一些实施例中，多个定向光束的不同主角方向可以对应于单侧多视图显示器的相应视图方向。具体地，包括倾斜衍射光栅的单侧衍射元件120可以是多波束元件，因此可以被称为单侧多波束元件。在一些实施例中，单侧衍射元件的尺寸与单侧多视图显示器的多视图像素中的像素的尺寸(或等效地，光阀的尺寸)相当(comparable)。
图4A示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的单侧多视图显示器200的横截面图。图4B示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的单侧多视图显示器200的平面图。图4C示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的单侧多视图显示器200的透视图。图4C中的透视图以局部横截面图示出，以便于仅在本文中进行讨论。图4A-4C中所示的单侧多视图显示器200被配置为提供具有彼此不同的主角方向的多个定向光束202(例如，作为光场)。在一些实施例中，多个定向光束的定向光束202可以被调制(例如，使用下面描述的光阀)以便于显示具有三维(3D)内容的信息。
如图4A-4C所示，单侧多视图显示器200包括光导210和沿着光导210的长度彼此间隔开的单侧衍射元件220的阵列。根据各种实施例，光导210被配置为沿着光导长度引导光作为被引导光204。根据各种实施例，单侧衍射元件阵列的单侧衍射元件220(或等效的单侧多波束元件)被配置为提供具有与单侧多视图显示器200的各个不同视图方向对应的不同主角方向的多个定向光束202。在一些实施例中，单侧衍射元件220的阵列可以基本上类似于单侧衍射元件120的阵列，如上面关于单侧背光体100所描述的。具体地，单侧衍射元件阵列的单侧衍射元件220包括可以与上面描述的倾斜衍射光栅122基本类似的倾斜衍射光栅222。此外，在一些实施例中，单侧多视图显示器200的光导210和单侧衍射元件220的阵列在组合时可以与上述单侧背光体100基本类似。
图4A和图4C将定向光束202示出为被描绘为被指引远离光导210的第一(或前)表面210'的多个发散箭头。此外，根据各种实施例，单侧衍射元件220的尺寸与多视图显示器100的多视图像素206中的像素的尺寸相当(comparable)，如下所述并在下面进一步描述。在本文中，“尺寸”可以以各种方式中的任何一种来定义，以包括但不限于长度、宽度或面积。例如，像素的尺寸可以是其长度，并且单侧衍射元件220的相当尺寸也可以是单侧衍射元件220的长度。在另一示例中，尺寸可以指面积，使得单侧衍射元件220的面积与像素的面积可以是相当的。
在一些实施例中，单侧衍射元件220的尺寸与像素尺寸是相当的，使得单侧衍射元件尺寸在像素尺寸的大约百分之五十(50％)和大约百分之二百(200％)之间。例如，如果单侧衍射元件尺寸被表示为“s”并且像素尺寸被表示为“S”(例如，如图4A所示)，则单侧衍射元件尺寸s可以给出为：
Figure GDA0002216281260000151
在其它示例中，单侧衍射元件尺寸在大于像素尺寸的大约百分之六十(60％)，或大于像素尺寸的大约百分之七十(70％)，或大于像素尺寸的大约百分之八十(80％)，或大于像素尺寸的大约百分之九十(90％)，并且小于像素尺寸的大约百分之一百八十(180％)，或小于像素尺寸的大约百分之一百六十(160％)，或小于像素尺寸的大约百分之一百四十(140％)，或小于像素尺寸的大约百分之一百二十(120％)的范围内。例如，通过“相当尺寸”，单侧衍射元件尺寸可以在像素尺寸的大约百分之七十五(75％)和大约百分之一百五十(150％)之间。在另一示例中，单侧衍射元件220在尺寸上与像素可以是相当的，其中单侧衍射元件尺寸在像素尺寸的大约百分之一百二十五(125％)和大约百分之八十五(85％)之间。根据一些实施例，可以选择单侧衍射元件220和像素的相当尺寸以减少或者在一些示例中最小化单侧多视图显示器200的视图之间的暗区。此外，可以选择单侧衍射元件220和像素的相当尺寸以减少或者在一些示例中最小化单侧多视图显示器200的视图(或者视图像素)之间的重叠。
如图4A-4C所示，单侧多视图显示器200还包括光阀230的阵列。光阀230的阵列被配置为调制多个定向光束中的定向光束202。如图4A-4C所示，具有不同主角方向的不同定向光束202穿过并且可以由光阀阵列中的不同光阀230调制。此外，如图所示，阵列的光阀230对应于多视图像素206的像素，并且一组光阀230对应于单侧多视图显示器200的多视图像素206。具体地，光阀阵列的不同组光阀230被配置为接收并调制来自单侧衍射元件220的相应的不同的一个单侧衍射元件的定向光束202，即，对于每个单侧衍射元件220有一组唯一的光阀230，如图所示。在各种实施例中，可以采用不同类型的光阀作为光阀阵列的光阀230，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。
如图4A所示，第一光阀组230a被配置为从第一单侧衍射元件220a接收和调制定向光束202。此外，第二光阀组230b被配置为从第二单侧衍射元件220b接收和调制定向光束202。因此，如图4A所示，光阀阵列中的每个光阀组(例如，第一和第二光阀组230a，230b)分别对应于不同的单侧衍射元件220(例如，元件220a，220b)并且也对应于不同的多视图像素206，其中光阀组的各个光阀230对应于相应的多视图像素206的像素。
注意，如图4A所示，多视图像素206的像素的尺寸可以对应于光阀阵列中的光阀230的尺寸。在其它示例中，像素尺寸可以被定义为光阀阵列的相邻光阀230之间的距离(例如，中心到中心距离)。例如，光阀230可以小于光阀阵列中的光阀230之间的中心到中心距离。例如，像素尺寸可以被定义为光阀230的尺寸或者与光阀230之间的中心到中心距离相对应的尺寸。
在一些实施例中，单侧衍射元件220与对应的多视图像素206(即，像素组和相应的光阀230的组)之间的关系可以是一对一的关系。也就是说，可以有相等数量的多视图像素206和单侧衍射元件220。图4B通过示例的方式明确地示出了其中包括不同组光阀230(和对应的像素)的每个多视图像素206被示为用虚线包围的一对一关系。在其它实施例中(未示出)，多视图像素206的数量和单侧衍射元件120的数量可以彼此不同。
在一些实施例中，一对单侧衍射元件220之间的元件间距离(例如，中心到中心距离)可以等于例如由光阀组表示的对应的一对多视图像素206之间的像素间距离(例如，中心到中心距离)。例如，如图4A所示，第一单侧衍射元件220a和第二单侧衍射元件220b之间的中心到中心距离d基本上等于第一光阀组230a和第二光阀组230b之间的中心到中心距离D。在其它实施例中(未示出)，单侧衍射元件220的对和对应的光阀组的相对中心到中心距离可以不同，例如，单侧衍射元件220可以具有大于或小于表示多视图像素206的光阀组之间的间隔(即，中心到中心距离D)中的一个的元件间间隔(即，中心到中心距离d)。
在一些实施例中，单侧衍射元件120的形状类似于多视图像素206的形状或等效于与多视图像素206对应的光阀230的组(或“子阵列”)的形状。例如，单侧衍射元件220可以具有正方形形状，并且多视图像素206(或对应的光阀230的组的布置)可以基本上是正方形的。在另一示例中，单侧衍射元件220可以具有矩形形状，即，可以具有大于宽度或横向维度的长度或纵向维度。在该示例中，与单侧衍射元件220对应的多视图像素206(或等效地，光阀230的组的布置)可以具有类似矩形的形状。图4B示出了正方形形状的单侧衍射元件220和包括光阀230的正方形组的对应正方形形状的多视图像素206的俯视图或平面图。在又一示例中(未示出)，单侧衍射元件220和对应的多视图像素206具有各种形状，包括或至少近似于但不限于三角形、六边形和圆形。
此外(例如，如图4A所示)，根据一些实施例，每个单侧衍射元件220被配置为向一个且仅一个多视图像素206提供定向光束202。具体地，对于单侧衍射元件220中给定的一个，具有与单侧多视图显示器200的不同视图对应的不同主角方向的定向光束202基本上被限制到单个对应的多视图像素206及其像素，即对应于单侧衍射元件220的光阀230的单个组，如图4A所示。这样，单侧多视图显示器200的每个单侧衍射元件220提供对应的一组定向光束202，该组定向光束202具有与单侧多视图显示器200的不同视图对应的一组不同的主角方向(即，一组定向光束202包含具有与不同视图方向中的每一个对应的方向的光束)。
根据一些实施例，单侧背光体100或单侧多视图显示器200中的单侧衍射元件阵列的倾斜衍射光栅122、222的衍射特征可以包括彼此间隔开的倾斜槽和倾斜脊中的一个或两个。倾斜槽或倾斜脊可以包括例如可以形成在光导110的表面中的光导110的材料。在另一示例中，倾斜槽或倾斜脊可以由除光导材料之外的材料形成，例如，在光导110的表面上的另一种材料的层或膜。
在一些实施例中，倾斜衍射光栅122、222是均匀衍射光栅，其中衍射特征间隔在整个倾斜衍射光栅122中基本恒定或不变。在其它实施例中，倾斜衍射光栅122是啁啾衍射光栅。根据定义，“啁啾”衍射光栅是展现或具有跨越啁啾衍射光栅的范围或长度而变化的衍射特征(即，光栅间距)的衍射间隔的衍射光栅。在一些实施例中，啁啾衍射光栅可以具有或展现随距离线性变化的衍射特征间隔的啁啾。这样，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，啁啾衍射光栅可以展现衍射特征间隔的非线性啁啾。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，诸如但不限于正弦啁啾或三角形或锯齿啁啾。也可以采用任何这些类型的啁啾的组合。此外，倾斜衍射光栅122的倾斜角可以在倾斜衍射光栅122的长度、宽度或范围内变化。在一些实施例中，倾斜衍射光栅122、222可以包括多个子光栅，每个子光栅是倾斜衍射光栅。
再次参考图3，单侧背光体100还可包括光源130。类似地，图4A-4C中所示的单侧多视图显示器200还可包括光源240。如图所示，光源130、240被配置为提供要在光导110、210内被引导的光。具体地，光源130、240可以位于邻近光导110、210的入口表面或端部(输入端)。
在各种实施例中，光源130、240可以包括基本上任何光的来源(例如，光学发射器)，包括但不限于发光二极管(LED)、激光器(例如，激光二极管)或其组合。在一些实施例中，光源130、240可以包括被配置为产生具有由特定颜色表示的窄带光谱的基本单色光的光学发射器。具体地，单色光的颜色可以是特定颜色空间或颜色模型(例如，红-绿-蓝(RGB)颜色模型)的原色。在其它示例中，光源130、240可以是被配置为提供基本上宽带或多色光的基本上宽带的光源。例如，光源130、240可以提供白光。在一些实施例中，光源130、240可以包括被配置为提供不同颜色的光的多个不同的光学发射器。不同的光学发射器可以被配置为提供具有与不同颜色的光中的每一种对应的被引导光的不同的、颜色特定的、非零传播角的光。根据各种实施例，衍射特征间隔和其它衍射光栅特性(例如，衍射周期)以及相对于被引导光104、204的传播方向的光栅取向可以对应于光的不同颜色。换句话说，例如，单侧衍射元件120可以包括可以适合于被引导光104的不同颜色的不同的倾斜衍射光栅122。同样地，单侧多视图显示器200的单侧衍射元件220可以包括分别适合于被引导光204的不同颜色的多个倾斜光栅。
在一些实施例中，光源130、240还可包括准直器。准直器可以被配置为从光源130、240的一个或多个光学发射器接收基本未准直的光。准直器还被配置为将基本未准直的光转换为准直光。具体地，根据一些实施例，准直器可以提供具有非零传播角或根据预定准直因子被准直的准直光，或者提供具有非零传播角且根据预定准直因子被准直的准直光。此外，当采用不同颜色的光学发射器时，准直器可以被配置为提供具有不同的颜色特定的非零传播角或具有不同的颜色特定的准直因子的准直光，或者提供具有不同的颜色特定的非零传播角且具有不同的颜色特定的准直因子的准直光。如上所述，准直器还被配置为将准直光束传输到光导110、210以作为被引导光104、204传播。
在一些实施例中，单侧背光体100可以被配置为对于在通过光导110、与被引导光104的传播方向103正交(或基本上正交)的方向上对光基本上透明。具体地，在一些实施例中，光导110和间隔开的单侧衍射元件120允许光通过第一表面110'和第二表面110″穿过光导110。在一些实施例中，由于单侧衍射元件120的相对小的尺寸和单侧衍射元件120的相对大的元件间间隔，可以至少部分地促进透明度。此外，根据一些实施例，单侧衍射元件120的倾斜衍射光栅122对于与光导表面110'、110″正交传播的光也可以是基本上是透明的。例如，单侧多视图显示器200的光导210和单侧衍射元件220的阵列的组合可以类似地被配置成在与被引导光204的传播方向正交(或基本上正交)的方向上对光透明。
根据在本文中描述的原理的一些实施例，提供了双模式显示器。根据各种实施例，双模式显示器被配置为在第一模式期间提供多视图图像并且在第二模式期间提供包括单个视图(例如，2D图像)的显示图像。图5示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的双模式显示器300的框图。在图5的左半部分中示出了第一模式(模式1)下的双模式显示器300的操作，而右半部分示出了在第二模式(模式2)下的操作。
图5中所示的双模式显示器300包括单侧多视图显示器310，其被配置为在第一模式(模式1)期间提供多视图图像。如图所示，单侧多视图显示器310包括光导312和单侧衍射元件314的阵列。单侧衍射元件阵列的单侧衍射元件314每个包括一个或多个倾斜衍射光栅。在第一模式期间，单侧衍射元件314的阵列被配置为通过衍射地散射出在光导312中引导的光来提供具有与多视图图像的视图方向对应的方向的多个定向光束。在一些实施例中，单侧多视图显示310可以基本上类似于上述单侧多视图显示器200。具体地，光导312可以基本上类似于光导210，并且单侧衍射元件的阵列可以基本上类似于单侧衍射元件220的阵列，如上面关于单侧多视图显示器200所描述的。
此外，单侧多视图显示器310包括被配置为将多个定向光束的定向光束调制为多视图图像的光阀316的阵列。根据一些实施例，光阀316的阵列可以基本上类似于上述单侧多视图显示器200的光阀230的阵列。具体地，由单侧多视图显示器310发射的调制定向光束302用于显示多视图图像，并且可以对应于不同视图的像素(即，视图像素)。在图5中调制光束302被示为从单侧多视图显示器310发出的定向箭头。
如图5所示，双模式显示器300还包括广角背光体320，其被配置成在第二模式(模式2)期间提供广角光304。在图5中，广角背光体320被示出为与单侧多视图显示器310的表面(例如，后表面)相邻，使得光导312和单侧衍射元件314的阵列位于广角背光体320和光阀316的阵列之间。根据各种实施例，光阀316的阵列被配置为在第二模式期间调制广角光304以提供具有单视图的显示图像。具体地，光阀316的阵列被配置成在广角光304已经穿过光导312和单侧衍射元件314的阵列之后调制广角光304(例如，如图5的右半部分所示)。这样，根据各种实施例，光导312和单侧衍射元件314的阵列对于广角光304是透明的。此外，根据各种实施例，单侧多视图显示器310的光阀阵列的光阀316被配置为提供导致在第一模式期间的多视图图像和在第二模式期间的显示图像两者的调制。
根据在本文中描述的原理的其它实施例，提供了单侧背光体操作的方法。图6示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的单侧背光体操作的方法400的流程图。如图6所示，单侧背光体操作的方法400包括沿着光导的长度引导410光。在一些实施例中，可以以非零传播角引导410光。在一些实施例中，可以对被引导光进行准直，例如，根据预定的准直因子进行准直。根据一些实施例，光导可以基本上类似于上面关于单侧背光体100描述的光导110。具体地，根据各种实施例，可以根据全内反射在光导内引导光。
如图6所示，单侧背光体操作的方法400还包括使用单侧衍射元件的阵列从光导衍射地散射420出被引导光的一部分，以提供具有单侧方向的多个定向光束。根据各种实施例，多个单侧衍射元件中的单侧衍射元件包括倾斜衍射光栅。在一些实施例中，单侧衍射元件阵列可以基本上类似于上述单侧背光体100的单侧衍射元件120的阵列。具体地，倾斜衍射光栅可以基本上类似于上述倾斜衍射光栅122。
在一些实施例中，单侧衍射元件的阵列中的单侧衍射元件提供在单侧方向上具有不同主角方向的多个定向光束。此外，在一些实施例中，不同主角方向可以对应于多视图显示器的各个视图方向。此外，单侧衍射元件的尺寸可以与多视图显示器的多视图像素中的像素的尺寸相当。例如，单侧衍射元件尺寸可以大于像素尺寸的一半并且小于像素尺寸的两倍。此外，根据各种实施例，阵列的单侧衍射元件可以包括多个倾斜衍射光栅。因此，在一些实施例中，单侧衍射元件可以是单侧多波束元件。
在一些实施例中(未示出)，单侧背光体操作的方法400还包括使用光源向光导提供光。所提供的光可以在光导内具有非零传播角或可以根据准直因子在光导内被准直，或者可以在光导内具有非零传播角且可以根据准直因子在光导内被准直，以在光导内提供被引导光的预定角展度。在一些实施例中，光源可以基本上类似于上述单侧背光体100的光源130。
在一些实施例中，单侧背光体操作的方法400还包括使用多个光阀调制430多个定向光束以在单侧方向上显示图像。在一些实施例中，多个光阀可以基本上类似于上面关于单侧多视图显示器200描述的光阀230的阵列。具体地，根据一些实施例，多个光阀中的光阀可以对应于多视图像素的像素。也就是说，例如，光阀可以具有与像素的尺寸相当的尺寸或者与多视图像素的像素之间的中心到中心间隔相当的尺寸。此外，不同光阀组可以以类似于第一和第二光阀组230a、230b与不同多视图像素206的对应关系的方式对应于不同的多视图像素，如上所述。
因此，已经描述了单侧背光体、单侧背光体操作的方法以及使用采用倾斜衍射光栅的单侧衍射元件的单侧多视图显示器的示例和实施例。应该理解的是，上述示例仅仅是说明表示在本文中描述的原理的许多具体示例中的一些示例。显然，本领域的技术人员可以容易地设计出许多其它布置而不偏离由以下权利要求限定的范围。

Claims (17)

1.一种单侧背光体，包括：
光导，被配置为在沿着所述光导的长度的传播方向上引导光；以及
单侧衍射元件的阵列，沿着所述光导长度彼此间隔开，所述单侧衍射元件的阵列中的单侧衍射元件包括倾斜衍射光栅，所述倾斜衍射光栅的衍射特征具有相对于所述光导的表面法线的倾斜角，所述单侧衍射元件被配置成从所述光导散射出被引导光的一部分作为具有单侧方向的定向光束，并且所述倾斜衍射光栅的倾斜角被配置为提供所述单侧方向，
其中，所述倾斜衍射光栅包括多个子光栅，每个子光栅是倾斜衍射光栅，
其中，所述多个子光栅的不同子光栅的所述倾斜衍射光栅适合于所述光导内的被引导光的不同颜色，并且
其中，所述倾斜衍射光栅的衍射特征相对于所述光导的表面法线的所述倾斜角在三十度和六十度之间。
2.根据权利要求1所述的单侧背光体，其中，所述单侧衍射元件被配置为将所述被引导光的一部分散射出，作为在单侧方向上具有与单侧多视图显示器的相应不同视图方向对应的不同主角方向的多个定向光束，所述单侧衍射元件的尺寸与所述单侧多视图显示器的多视图像素中的像素尺寸相当。
3.根据权利要求2所述的单侧背光体，其中，所述单侧衍射元件的所述尺寸在所述像素尺寸的百分之五十和百分之二百之间。
4.根据权利要求2所述的单侧背光体，其中，所述单侧衍射元件的形状类似于所述多视图像素的形状。
5.根据权利要求1所述的单侧背光体，其中，所述单侧衍射元件位于所述光导的第一表面处和第二表面处中的一个，所述单侧衍射元件被配置为在所述单侧方向上散射出所述被引导光的一部分通过所述第一表面。
6.根据权利要求1所述的单侧背光体，还包括光学地耦合到所述光导的输入的光源，所述光源被配置为将光提供给所述光导，所述被引导光根据预定的准直因子被准直。
7.根据权利要求1所述的单侧背光体，其中，所述光导和所述单侧衍射元件阵列的组合被配置为在与所述被引导光的传播方向正交的方向上是光学透明的。
8.一种包括根据权利要求1所述的单侧背光体的显示器，所述显示器还包括光阀的阵列，所述光阀的阵列被配置为将由所述单侧衍射元件的阵列散射出的多个定向光束调制为显示图像。
9.根据权利要求8所述的显示器，其中，所述单侧衍射元件阵列的单侧衍射元件被配置为单侧多波束元件，以将所述被引导光的一部分散射出，作为在所述单侧方向上具有与多视图显示器的各个视图方向对应的不同主角方向的多个定向光束，所述显示图像是多视图图像。
10.一种单侧多视图显示器，包括：
光导，被配置为沿着所述光导的长度引导光，作为被引导光；
单侧多波束元件的阵列，沿着所述光导长度彼此间隔开，所述多波束元件的阵列中的单侧多波束元件包括倾斜衍射光栅，所述倾斜衍射光栅的衍射特征具有相对于所述光导的表面法线的倾斜角，所述单侧多波束元件被配置成在单侧方向上散射出被引导光的一部分作为具有与多视图图像的各个视图方向对应的主角方向的多个定向光束，并且所述倾斜衍射光栅的倾斜角被配置为提供所述单侧方向；以及
光阀的阵列，被配置为将所述多个定向光束调制为所述多视图图像，
其中，所述倾斜衍射光栅包括多个子光栅，每个子光栅是倾斜衍射光栅，
其中，所述多个子光栅的不同子光栅的所述倾斜衍射光栅适合于所述光导内的被引导光的不同颜色，并且
其中，所述倾斜衍射光栅的衍射特征相对于所述光导的表面法线的所述倾斜角在三十度和六十度之间。
11.根据权利要求10所述的单侧多视图显示器，其中，所述单侧多波束元件的尺寸大于所述光阀的阵列中的光阀尺寸的一半并且小于所述光阀尺寸的两倍。
12.根据权利要求10所述的单侧多视图显示器，其中，所述单侧多波束元件的形状类似于表示所述多视图显示器的多视图像素的一组光阀的形状。
13.根据权利要求10所述的单侧多视图显示器，还包括光源，所述光源被配置为将光提供给所述光导，所述被引导光根据准直因子被准直，以在所述光导内提供所述被引导光的预定角展度。
14.一种包括根据权利要求10所述的单侧多视图显示器的双模式显示器，所述双模式显示器还包括广角背光体，所述广角背光体被配置为在第二模式期间提供广角光，所述光导和单侧多波束元件的阵列在所述广角背光体和光阀的阵列之间，其中，所述光阀的阵列被配置为在第一模式期间将所述多个定向光束调制为所述多视图图像，并且所述光阀的阵列被配置为在所述第二模式期间调制所述广角光以提供具有单个视图的显示图像。
15.一种单侧背光体操作的方法，所述方法包括：
在沿着光导的长度的传播方向上引导光；以及
使用沿着所述光导长度彼此间隔开的单侧衍射元件的阵列，将被引导光的一部分衍射地散射出所述光导，以提供具有单侧方向的多个定向光束，
其中，所述单侧衍射元件的阵列中的单侧衍射元件包括倾斜衍射光栅，所述倾斜衍射光栅的衍射特征具有相对于所述光导的表面法线的倾斜角，并且所述倾斜衍射光栅的倾斜角被配置为提供所述单侧方向，
其中，所述倾斜衍射光栅包括多个子光栅，每个子光栅是倾斜衍射光栅，
其中，所述多个子光栅的不同子光栅的所述倾斜衍射光栅适合于所述光导内的被引导光的不同颜色，并且
其中，所述倾斜衍射光栅的衍射特征相对于所述光导的表面法线的所述倾斜角在三十度和六十度之间。
16.根据权利要求15所述的单侧背光体操作的方法，其中，所述单侧衍射元件的阵列中的所述单侧衍射元件提供在所述单侧方向上具有不同主角方向的多个定向光束，所述不同的主角方向对应于多视图显示器的各个视图方向，所述单侧衍射元件的尺寸大于所述多视图显示器的多视图像素中的像素的尺寸的一半、并且小于所述多视图显示器的多视图像素中的像素的尺寸的两倍。
17.根据权利要求15所述的单侧背光体操作的方法，还包括使用多个光阀来调制所述多个定向光束，以在所述单侧方向上显示图像。
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