JP7128354B2 - 格子スプレッダを有するバックライト、マルチビューディスプレイ、および方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年１０月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／７４５，９６５号の優先権を主張し、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。

連邦政府による資金提供を受けた研究または開発に関する記載
該当なし

電子ディスプレイは、様々なデバイスや製品のユーザに情報を伝達するためのほぼどこにでもある媒体である。最も一般的に使用されている電子ディスプレイには、ブラウン管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセントディスプレイ（ＥＬ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、アクティブマトリックスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ（ＥＰ）、および電気機械式または電気流体式の光変調を使用する様々なディスプレイ（デジタルマイクロミラーデバイス、エレクトロウェッティングディスプレイなど）が含まれる。一般に、電子ディスプレイは、アクティブディスプレイ（つまり、光を放射するディスプレイ）またはパッシブディスプレイ（つまり、別の光源から提供される光を変調するディスプレイ）に分類できる。アクティブディスプレイの最も明白な例には、ＣＲＴ、ＰＤＰ、ＯＬＥＤ／ＡＭＯＬＥＤがある。放射光を考慮するときに一般的にパッシブとして分類されるディスプレイは、ＬＣＤとＥＰディスプレイである。パッシブディスプレイは、本質的に低消費電力を含むがこれに限定されない魅力的なパフォーマンス特性を示すことがよくあるが、光を放射する能力がないことを考えると、多くの実際のアプリケーションで使用が多少制限され得る。

放射光に関連するパッシブディスプレイの制限を克服するために、多くのパッシブディスプレイが外部光源に結合されている。結合された光源は、これらの他のパッシブディスプレイが光を放射し、実質的にアクティブディスプレイとして機能することを可能にし得る。そのような結合された光源の例は、バックライトである。バックライトは、パッシブディスプレイを照らすために他のパッシブディスプレイの背後に配置される光の供給源（多くの場合、パネルバックライト）として機能し得る。例えば、バックライトはＬＣＤまたはＥＰディスプレイに結合され得る。バックライトは、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイを通過する光を放射する。放射光は、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイによって変調され、変調された光は次にＬＣＤまたはＥＰディスプレイから放射される。多くの場合、バックライトは白色光を放射するように構成される。次に、カラーフィルタを使用して、白色光をディスプレイで使用される様々な色に変換する。カラーフィルタは、例えば、ＬＣＤもしくはＥＰディスプレイの出力（あまり一般的ではない）、またはバックライトとＬＣＤもしくはＥＰディスプレイとの間に配置され得る。

本明細書に記載の原理による例および実施形態の様々な特徴は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することにより、より容易に理解することができ、同じ参照番号は同じ構造要素を示す。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイの斜視図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイのビュー方向に対応する特定の主角度方向を有する光ビームの角度成分のグラフ表示である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における回折格子の断面図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるバックライトの断面図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるバックライトの平面図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるバックライトの斜視図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるバックライトの平面図である。

本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例におけるバックライトの平面図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビューバックライトの断面図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビューバックライトの平面図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビューバックライトの斜視図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビーム要素を含むマルチビューバックライトの一部の断面図である。

本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム要素を含むマルチビューバックライトの一部の断面図である。

本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム要素を含むマルチビューバックライトの一部の断面図である。

本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム要素を含むマルチビューバックライトの一部の断面図である。

本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム要素を含むマルチビューバックライトの一部の断面図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイのブロック図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるバックライト動作の方法のフローチャートである。

特定の例および実施形態は、上記で参照された図に示された特徴に加えて、およびその代わりに他の特徴を有する。これらの特徴およびその他の特徴については、上記で参照した図を参照して以下で詳しく説明する。
本開示は、以下の［１］から［２１］を含む。
［１］光ガイドの長さに沿って光を導波光としてガイドするように構成された上記光ガイドであって、上記光ガイドは、上記導波光の一部を放射光として上記光ガイドから散乱させるように構成された角度保持散乱特徴部を有する、光ガイドと、
上記光ガイドに光を提供するように構成された光源と上記光ガイドの上記角度保持散乱特徴部との間の格子スプレッダであって、上記格子スプレッダは、上記光ガイド内の上記導波光の伝搬方向に延びる回折特徴部を有する回折格子を含む、格子スプレッダと、
を備え
上記格子スプレッダは、上記光源によって提供される上記光を、上記バックライトの均一な照明を容易にするために、上記光ガイド内で空間角度的に均質な光に変換するように構成される、
バックライト。
［２］上記光ガイドの入力エッジに沿って互いに間隔を置いて配置された複数の光エミッタを有する上記光源をさらに備え、上記格子スプレッダの上記回折格子は、上記光源の上記複数の光エミッタの光エミッタ間に配置された複数の個別の回折格子を含む、上記［１］に記載のバックライト。
［３］上記格子スプレッダの上記回折格子が、上記光源と上記角度保持散乱特徴部との間の上記光ガイドの幅全体に分散されている、上記［１］に記載のバックライト。
［４］上記回折特徴部が、上記光ガイドの表面にリッジおよび溝の一方または両方を含み、上記リッジおよび溝は、光源に隣接する上記光ガイドの入力エッジから離れる方向に、上記光ガイドの上記角度保持散乱特徴部に向かって延びている、上記［１］に記載のバックライト。
［５］上記格子スプレッダの上記回折格子の上記回折特徴部が、上記光ガイドの対向する表面に配置されている、上記［４］に記載のバックライト。
［６］上記格子スプレッダの上記回折格子が反射モード回折格子を含む、上記［１］に記載のバックライト。
［７］上記反射モード回折格子としての回折格子が、上記回折特徴部を有する格子層および反射層を含み、上記格子層は上記光ガイドと上記反射層との間にある、上記［６］に記載のバックライト。
［８］上記導波光の上記伝搬方向における上記回折格子の上記回折特徴部の長さプロファイルが、上記光源に隣接する上記光ガイドの入力エッジに沿った距離の関数として変化する、上記［１］に記載のバックライト。
［９］上記角度保持散乱特徴部が、上記光ガイド長に沿って互いに間隔を置いて配置された複数のマルチビーム要素を備え、上記複数のマルチビーム要素のうちのマルチビーム要素（a multibeam element of the plurality of multibeam elements）は、マルチビューディスプレイのそれぞれの異なるビュー方向に対応する異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビームとしての上記導波光の上記一部を上記光ガイドから散乱させるように構成され、
上記マルチビーム要素のサイズ（a size of the multibeam element）は、マルチビュー画像として上記複数の指向性光ビームを変調するために使用される上記マルチビューディスプレイのライトバルブのサイズ（a size of a light valve of the multiview display）の５０パーセントから２００パーセントの間である、
上記［１］に記載のバックライト。
［１０］上記マルチビーム要素が、上記光ガイドに光学的に接続されて上記導波光の一部を散乱させる回折格子、微小反射要素、および微小屈折要素のうちの１つまたはそれ以上を備える、上記［９］に記載のバックライト。
［１１］上記［１］に記載のバックライトを備えるマルチビューディスプレイであって、上記マルチビューディスプレイは、上記放射光の光ビームを変調するように構成されたライトバルブのアレイをさらに含み、上記アレイのライトバルブのセット（a set of light valves of the array）は、上記マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル（a multivew pixel）に対応する、マルチビューディスプレイ。
［１２］光を導波光としてガイドするように構成された光ガイドと、
マルチビューディスプレイのマルチビュー画像の異なるビューのビュー方向に対応する主角度方向を有する指向性光ビームとして上記導波光の一部を散乱させるように構成されたマルチビーム要素のアレイを含む角度保持散乱特徴部と、
上記導波光の伝搬方向に延在し、上記導波光が上記指向性光ビームとして上記マルチビーム要素アレイによって散乱される前に、光源からの光を、空間角度的に均質な上記導波光に変換するように構成された回折特徴部を有する回折格子を含む格子スプレッダと、
上記マルチビュー画像の上記異なるビューとして上記指向性光ビームを変調するように構成されたライトバルブのアレイと
を備える、マルチビューディスプレイ。
［１３］上記導波光としてガイドされる上記光を提供するように構成された光源をさらに備え、上記光源は、上記光ガイドの入力エッジに沿って互いに間隔を置いて配置された複数の光エミッタを備える、上記［１２］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１４］上記格子スプレッダの上記回折格子が、上記光源の上記複数の光エミッタの光エミッタ間に配置された複数の個別の回折格子を含む、上記［１３］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１５］上記導波光の上記伝搬方向における上記回折格子の上記回折特徴部の長さプロファイルが、上記光ガイドの入力エッジに沿った距離の関数として変化する、上記［１２］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１６］上記マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素のサイズが、上記ライトバルブアレイのライトバルブのサイズの半分より大きく、上記ライトバルブサイズの２倍未満である、上記［１２］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１７］上記マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素が、上記光ガイドに光学的に接続されて上記導波光の一部を散乱させる回折格子、微小反射要素、および微小屈折要素のうちの１つまたはそれ以上を備える、上記［１２］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１８］上記格子スプレッダが、上記光の角度広がりを低減して、コリメーション係数に従って上記導波光をコリメートするようにさらに構成される、上記［１２］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１９］バックライト動作の方法であって、上記方法は、
光ガイドの入力エッジにある光源を使用して上記光ガイドに光を提供するステップと、
上記光ガイド内に導波光を提供するために、上記提供された光を、格子スプレッダを使用して上記光ガイド内で空間角度的に均質な光に変換するステップであって、上記格子スプレッダは、上記光ガイドの上記入力エッジに隣接する回折格子を含み、上記光ガイド内の上記導波光の伝搬方向に対応する方向に延びる回折特徴部を有する、ステップと、
上記光ガイドの角度保持散乱特徴部を使用して、上記導波光の一部を放射光として上記光ガイドから散乱させるステップと
を含む、方法。
［２０］上記光源が、上記光ガイドの上記入力エッジに沿って互いに間隔を置いて配置された複数の光エミッタを備え、上記格子スプレッダの上記回折格子が、上記光源の上記複数の光エミッタの光エミッタ間に互いに間隔を置いて配置された複数の個別の回折格子を含む、上記［１９］に記載のバックライト動作の方法。
［２１］上記角度保持散乱特徴部がマルチビーム要素を備え、上記放射光が、マルチビューディスプレイのそれぞれの異なるビュー方向に対応する互いに異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビームを含む、上記［１９］に記載のバックライト動作の方法。

本明細書に記載の原理による例および実施形態は、角度保持散乱を有し、電子ディスプレイ、特にマルチビューディスプレイへの適用とともに格子スプレッダを使用するバックライティングを提供する。本明細書に記載の原理と一致する様々な実施形態では、角度保持散乱特徴部（angle-preserving scattering feature）を含むバックライトが提供される。いくつかの実施形態では、角度保持散乱特徴部は、複数の異なる主角度方向を有する光ビームを有することができる放射光を提供するように構成される。放射光の光ビームの異なる主角度方向は、例えば、マルチビューディスプレイの様々な異なるビューの方向に対応し得る。さらに、様々な実施形態によれば、バックライトは、光源からの光を拡散して、空間角度的に（spatio-angularly）均質な光またはバックライト内に実質的に空間角度的に均質な分布を有する光を提供するように構成された格子スプレッダを含む。様々な実施形態によれば、格子スプレッダによって提供される空間角度的に均質な光は、例えば、ストライピングを回避して、バックライト全体に実質的に均一な照明を促進または提供することができる。

本明細書において、「マルチビューディスプレイ」は、異なるビュー方向にマルチビュー画像の異なるビューを提供するように構成された電子ディスプレイまたはディスプレイシステムとして定義される。図１Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイ１０の斜視図を示している。図１Ａに示すように、マルチビューディスプレイ１０は、見るべきマルチビュー画像を表示するスクリーン１２を備えている。マルチビューディスプレイ１０は、スクリーン１２に対して異なるビュー方向１６でマルチビュー画像の異なるビュー１４を提供する。ビュー方向１６は、様々な異なる主角度方向にスクリーン１２から延びる矢印として示され；異なるビュー１４は、矢印（すなわち、ビュー方向１６を描いている）の終端に影付きの多角形ボックスとして示され；また、４つのビュー１４および４つのビュー方向１６のみが示されており、これらはすべて例示であって限定ではない。図１Ａではスクリーンの上方に異なるビュー１４が示されているが、マルチビュー画像がマルチビューディスプレイ１０に表示されると、ビュー１４は実際にスクリーン１２上またはスクリーン１２の近くに現れることに留意されたい。スクリーン１２の上にビュー１４を描くことは、説明を簡単にするためだけであり、特定のビュー１４に対応するビュー方向１６のそれぞれからマルチビューディスプレイ１０を見ることを表すことを意図している。

マルチビューディスプレイのビュー方向に対応する方向を有するビュー方向または同等に光ビームは、一般に、本明細書の定義により、角度成分｛θ，φ｝によって与えられる主角度方向を有する。本明細書では、角度成分θは、光ビームの「仰角成分」または「仰角」と呼ばれる。角度成分φは、光ビームの「方位角成分」または「方位角」と呼ばれる。定義により、仰角θは垂直面の角度（例えば、マルチビューディスプレイ画面の平面に垂直）であり、方位角φは水平面の角度（例えば、マルチビューディスプレイ画面の平面に平行）である。図１Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイのビュー方向（例えば、図１Ａのビュー方向１６）に対応する特定の主角度方向を有する光ビーム２０の角度成分｛θ，φ｝のグラフ表示を示している。加えて、光ビーム２０は、本明細書の定義により、特定の点から放射または発散される。すなわち、定義により、光ビーム２０は、マルチビューディスプレイ内の特定の原点に関連付けられた中心光線を有する。図１Ｂは、光ビーム（またはビュー方向）の原点Ｏも示している。

本明細書ではさらに、「マルチビュー画像」および「マルチビューディスプレイ」という用語で使用される「マルチビュー」という用語は、異なる視点を表す、または複数のビューのビュー間の角度視差を含む複数のビューとして定義される。加えて、本明細書では、「マルチビュー」という用語は、本明細書の定義により、明示的に３つ以上の異なるビュー（すなわち、最低３つのビューおよび一般に４つ以上のビュー）を含む。したがって、本明細書で使用される「マルチビューディスプレイ」は、シーンまたは画像を表すために２つの異なるビューのみを含む立体ディスプレイと明示的に区別される。ただし、マルチビュー画像とマルチビューディスプレイには３つ以上のビューが含まれるが、本明細書の定義により、マルチビュー画像は、一度に表示するマルチビューを２つだけを選択して（例えば、片目で１つのビュー）立体画像のペアとして（例えば、マルチビューディスプレイで）見ることができる。

「マルチビューピクセル」は、本明細書では、マルチビューディスプレイの同様の複数の異なるビューのそれぞれにおける「ビュー」ピクセルを表すビューピクセルのセットとして定義される。特に、マルチビューピクセルは、マルチビュー画像の異なるビューのそれぞれのビューピクセルに対応する、またはそれを表す個々のビューピクセルを有し得る。さらに、マルチビューピクセルのビューピクセルは、本明細書の定義により、ビューピクセルのそれぞれが、異なるビューの内の１つの対応するビューの所定のビュー方向に関連付けられるという点で、いわゆる「方向ピクセル」である。さらに、様々な例および実施形態によれば、マルチビューピクセルのビューピクセルによって表される異なるビューピクセルは、異なるビューのそれぞれにおいて同等または少なくとも実質的に同様の位置または座標を有し得る。例えば、最初のマルチビューピクセルは、マルチビュー画像の異なるビューのそれぞれで｛ｘ_１，ｙ_１｝に位置するビューピクセルに対応する個別のビューピクセルを有し得、２番目のマルチビューピクセルは異なるビューのそれぞれで｛ｘ_２，ｙ_２｝に位置するビューピクセルに対応する個別のビューピクセルを有し得る、などである。

本明細書では、「光ガイド」は、内部全反射を使用して構造内で光をガイドする構造として定義される。特に、光ガイドは、光ガイドの動作波長において実質的に透明であるコアを含み得る。「光ガイド」という用語は一般に、内部全反射を使用して、光ガイドの誘電材料とその光ガイドを囲む材料または媒体との間の界面で光をガイドする誘電体光導波路を指す。定義により、内部全反射の条件は、光ガイドの屈折率が、光ガイド材料の表面に隣接する周囲の媒体の屈折率よりも大きいことである。いくつかの実施形態では、光ガイドは、内部全反射をさらに促進するために、前述の屈折率差に加えて、またはその代わりにコーティングを含んでもよい。コーティングは、例えば、反射コーティングであってもよい。光ガイドは、プレートまたはスラブガイドおよびストリップガイドの一方または両方を含むがこれらに限定されないいくつかの光ガイドのいずれであってもよい。

さらに、本明細書では、「プレート光ガイド」のように光ガイドに適用されるときの「プレート」という用語は、区分的または微分的に平面の層またはシートとして定義され、「スラブ」ガイドと呼ばれることもある。特に、プレート光ガイドは、光ガイドの上面および底面（つまり、対向面）によって境界付けられた２つの実質的に直交する方向に光をガイドするように構成された光ガイドとして定義される。さらに、本明細書の定義により、上面および底面は両方とも互いに分離されており、少なくとも異なる意味で互いに実質的に平行であってもよい。すなわち、プレート光ガイドの異なる小さなセクション内では、上面および底面は実質的に平行または同一平面にある。

いくつかの実施形態では、プレート光ガイドは、実質的に平坦（つまり、平面に限定される）であってよく、したがって、プレート光ガイドは、平面の光ガイドである。他の実施形態では、プレート光ガイドは、１つまたは２つの直交する次元で湾曲していてもよい。例えば、プレート光ガイドは、円筒形のプレート光ガイドを形成するために、単一次元で湾曲させることができる。しかしながら、いかなる曲率も、内部全反射がプレート光ガイド内で維持されて光をガイドすることを保証するのに十分に大きい曲率半径を有する。

本明細書において、「角度保持散乱特徴部」または同等に「角度保持散乱体」は、特徴部または散乱体に入射する光の角度広がりを散乱光に実質的に保持する方法で光を散乱させるように構成された任意の特徴部または散乱体である。特に、定義により、角度保持散乱特徴部によって散乱された光の角度広がりσ_ｓは、入射光の角度広がりσの関数である（つまり、σ_ｓ＝ｆ（σ））。いくつかの実施形態では、散乱光の角度広がりσ_ｓは、入射光の角度広がりまたはコリメーション係数σの一次関数である（例えば、σ_ｓ＝ａ・σであり、ａは整数である）。すなわち、角度保持散乱特徴部によって散乱された光の角度広がりσ_ｓは、入射光の角度広がりまたはコリメーション係数σに実質的に比例し得る。例えば、散乱光の角度広がりσ_ｓは、入射光の角度の広がりσと実質的に等しくてもよい（例えば、σ_ｓ≒σ）。均一な回折格子（つまり、実質的に均一または一定の回折特徴部間隔または格子ピッチを有する回折格子）は、角度保持散乱特徴部の例である。

本明細書では、「回折格子（diffraction grating）」は、回折格子に入射する光の回折を提供するように構成された複数の特徴部（features）（つまり、回折特徴部（diffractive features））として一般的に定義される。いくつかの例では、複数の特徴部は、周期的または準周期的な方法で配置されてもよい。例えば、回折格子は、一次元（１Ｄ）アレイに配置された複数の特徴部（例えば、材料表面の複数の溝またはリッジ）を含んでもよい。他の例では、回折格子は、特徴部の二次元（２Ｄ）アレイであってもよい。回折格子は、例えば、材料表面のバンプまたは穴の２Ｄアレイであってもよい。

したがって、本明細書の定義により、「回折格子」は、回折格子に入射する光の回折を提供する構造である。光が光ガイドから回折格子に入射する場合、提供される回折または回折散乱は、回折格子が光ガイドからの光を回折によって散乱させるまたは結合することができるという点で、「回折結合」をもたらす可能性があり、したがって「回折結合」と呼ばれる。回折格子はまた、回折によって（つまり、回折角で）光の角度を方向転換または変更する。特に、回折の結果として、回折格子を出る光は、一般に、回折格子に入射する光（つまり、入射光）の伝搬方向とは異なる伝搬方向を有する。本明細書では、回折による光の伝搬方向の変化を「回折方向転換」と呼ぶ。したがって、回折格子は、回折格子に入射する光を回折方向転換する回折特徴部を含む構造であると理解することができ、光が光ガイドから入射する場合、回折格子はまた、光ガイドからの光を回折的に散乱させることができる。

さらに、本明細書の定義により、回折格子の特徴部は「回折特徴部」と呼ばれ、材料の表面（つまり、２つの材料間の境界）、表面内、および表面上の１つまたはそれ以上にあり得る。表面は、例えば、光ガイドの表面であり得る。回折特徴部は、表面にある、表面内にある、または表面上にある溝、リッジ、穴、およびバンプの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない、光を回折する様々な構造のいずれかを含むことができる。例えば、回折格子は、材料表面内に複数の実質的に平行な溝を含み得る。別の例では、回折格子は、材料表面から立ち上がる複数の平行なリッジを含み得る。回折特徴部（例えば、溝、リッジ、穴、バンプなど）は、正弦波プロファイル、長方形プロファイル（例えば、バイナリ回折格子）、三角形プロファイルおよび鋸歯プロファイル（例えば、ブレーズド格子）の１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない回折を提供する様々な断面形状またはプロファイルのいずれかを有することができる。

本明細書に記載の様々な例によれば、回折格子（例えば、以下に記載されるようなマルチビーム要素の回折格子）を使用して、光ガイド（例えば、プレート光ガイド）からの光を光ビームとして回折散乱または結合することができる。特に、局所的に周期的な回折格子の、またはそれによって提供される回折角θ_ｍは、式（１）によって以下のように与えられ得る：

ここで、λは光の波長、ｍは回折次数、ｎは光ガイドの屈折率、ｄは回折格子の特徴部間の距離または間隔、θ_ｉは回折格子への光の入射角である。簡単にするために、式（１）は、回折格子が光ガイドの表面に隣接し、光ガイドの外側の材料の屈折率が１に等しい（つまり、ｎ_ｏｕｔ＝１）と仮定している。一般に、回折次数ｍは整数で与えられる。回折格子によって生成された光ビームの回折角θ_ｍは、回折次数が正（例えば、ｍ＞０）である式（１）によって与えられ得る。例えば、１次回折は、回折次数ｍが１に等しい場合に提供される（つまり、ｍ＝１）。

図２は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における回折格子３０の断面図を示している。例えば、回折格子３０は、光ガイド４０の表面に配置されてもよい。さらに、図２は、入射角θ_ｉで回折格子３０に入射する光ビーム５０を示している。光ビーム５０は、光ガイド４０内の導波光ビームである。また、図２には、入射光ビーム５０の回折の結果として回折格子３０によって回折的に生成され散乱される指向性光ビーム６０が示されている。指向性光ビーム６０は、式（１）によって与えられるような回折角θ_ｍ（または本明細書では「主角度方向」）を有する。回折角θ_ｍは、例えば、回折格子３０の回折次数「ｍ」に対応し得る。

本明細書の定義により、「マルチビーム要素」は、複数の光ビームを含む光を生成するバックライトまたはディスプレイの構造または要素である。いくつかの実施形態では、マルチビーム要素は、バックライトの光ガイドに光学的に結合されて、光ガイドにガイドされる光の一部を結合することによって複数の光ビームを提供することができる。他の実施形態では、マルチビーム要素は、光ビームとして放射される光を生成することができる（例えば、光源を備えることができる）。さらに、マルチビーム要素によって生成された複数の光ビームの光ビームは、本明細書の定義により、互いに異なる主角度方向を有する。特に、定義により、複数の光ビームは、複数の光ビームの別の光ビームとは異なる所定の主角度方向を有する。さらに、複数の光ビームは、ライトフィールドを表すことができる。例えば、複数の光ビームは、空間の実質的に円錐形の領域に限定され得るか、または複数の光ビームにおける光ビームの異なる主角度方向を含む所定の角度広がりを有し得る。したがって、組み合わせた光ビーム（すなわち、複数の光ビーム）の所定の角度広がりは、ライトフィールドを表すことができる。

様々な実施形態によれば、複数の様々な光ビームの異なる主角度方向は、マルチビーム要素のサイズ（例えば、長さ、幅、面積など）を含むがこれらに限定されない特性によって決定される。いくつかの実施形態では、マルチビーム要素は、本明細書の定義により、「拡張点光源」、すなわち、マルチビーム要素の範囲全体に分散された複数の点光源と見なすことができる。さらに、マルチビーム要素によって生成された光ビームは、本明細書の定義により、および図１Ｂに関して上記で説明したように、角度成分｛θ，φ｝によって与えられる主角度方向を有する。

本明細書では、「コリメータ」は、光をコリメートするように構成された実質的に任意の光学デバイスまたは装置として定義される。様々な実施形態によれば、コリメータによって提供されるコリメーションの量は、所定の程度または量で実施形態ごとに変化してもよい。さらに、コリメータは、２つの直交する方向（例えば、垂直方向および水平方向）の一方または両方でコリメーションを提供するように構成され得る。すなわち、コリメータは、いくつかの実施形態によれば、光コリメーションを提供する２つの直交する方向の一方または両方の形状を含み得る。

本明細書では、「コリメーション係数」は、光がコリメートされる度合いとして定義される。特に、コリメーション係数は、本明細書の定義により、コリメートされた光のビーム内の光線の角度広がりを定義する。例えば、コリメーション係数σは、コリメートされた光のビーム内の光線の大部分が特定の角度広がり内にあることを指定してもよい（例えば、コリメートされた光ビームの中心方向または主角度方向を中心として＋／－σ度）。いくつかの例によれば、コリメート光ビームの光線は角度に関してガウス分布を有してもよく、角度広がりはコリメート光ビームのピーク強度の半分で決定される角度であってもよい。

本明細書では、「光源」は、光の供給源（例えば、光を生成および放射するように構成された光エミッタ）として定義される。例えば、光源は、光エミッタ、例えば、起動またはオンにされたときに光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えてもよい。特に、本明細書では、光源は、実質的に任意の光の供給源であるか、または発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザー、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ポリマー発光ダイオード、プラズマベースの光エミッタ、蛍光灯、白熱灯、および事実上他の光の供給源のうちの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない実質的に任意の光エミッタを備えてもよい。光源によって生成される光は、色を有してもよく（つまり、特定の波長の光を含んでもよい）、またはある範囲の波長（例えば、白色光）であってもよい。いくつかの実施形態では、光源は、複数の光エミッタを含んでもよい。例えば、光源は光エミッタのセットまたはグループを含んでもよく、光エミッタの少なくとも１つは、セットまたはグループの少なくとも１つの他の光エミッタによって生成される光の色または波長とは異なる色、または同等に波長を有する光を生成する。異なる色は、例えば、原色（例えば、赤、緑、青）を含み得る。

本明細書において、「空間角度的に均質な」光は、空間および角度領域にわたって均一または実質的に均一な方法で分散される光として定義される。さらに、空間角度的に均質な光はまた、本明細書の定義により、定義された角度広がりおよび領域を表す定義されたストリップまたは空間内の共通または実質的に共通の伝搬方向を有する複数の光ビームを含み得る。一般に、光ガイド内の空間角度的に均質な光は、光が光ガイド内で均一に分散されることを保証し得る。例えば、空間角度的に均質な光として光ガイドに提供される個別光源からの光は、所定の幅によって定義される光ガイドの領域を実質的に満たすことができ、所定の幅は、光ガイド内の導波光の伝搬方向に直交する。複数の個別光源を使用して光ガイドを照明する場合、所定の幅は、例えば、複数の個別光源の個別光源間の間隔に対応し、いくつかの実施形態ではそれに実質的に等しい場合がある。したがって、空間角度的に均質な光は、光ガイド内および光ガイドに沿った光のストライピング（例えば、暗い領域またはバンドが介在する明るいバンドの光）を軽減または排除することができる。

さらに、本明細書で使用される場合、冠詞「ａ」は、特許技術におけるその通常の意味、すなわち「１つまたはそれ以上」を有することを意図している。例えば、「角度保持散乱特徴部」は、１つまたはそれ以上の角度保持散乱特徴部を意味し、したがって、「角度保持散乱特徴部」は、本明細書では「角度保持散乱特徴部（１つまたはそれ以上）」を意味する。また、本明細書の任意の参照である「頂部」、「底部」、「上」、「下」、「上方」、「下方」、「前」、「後ろ」、「第１」、「第２」、「左」または「右」は、本明細書において制限を意図するものではない。本明細書において、「約」という用語は、値に適用される場合、通常、値を生成するために使用される機器の許容範囲内を意味し、特に明記しない限り、プラスまたはマイナス１０％、プラスまたはマイナス５％、あるいはプラスまたはマイナス１％を意味してもよい。さらに、本明細書で使用される「実質的に」という用語は、大部分、またはほぼすべて、またはすべて、または約５１％から約１００％の範囲内の量を意味する。さらに、本明細書の例は、例示のみを目的とするものであり、限定目的ではなく、議論の目的で提示されている。

本明細書に記載の原理のいくつかの実施形態によれば、バックライトが提供される。図３Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるバックライト１００の断面図を示している。図３Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるバックライト１００の平面図を示している。図３Ｃは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるバックライト１００の斜視図を示している。図示のバックライト１００を使用して、例えば、マルチビューディスプレイを含むがこれに限定されない電子ディスプレイにおいてバックライティングできる。

図３Ａ～図３Ｃに示されるバックライト１００は、散乱光または放射光１０２を提供するように構成される。図３Ａに示されるように、放射光１０２は、バックライト１００の表面から離れる方向に向けられる。放射光１０２は、電子ディスプレイの照明または照明源として機能するために使用され得る。特に、放射光１０２は、例えば、電子ディスプレイによる情報（例えば、画像）の表示を容易にするように変調され得る。いくつかの実施形態では、放射光１０２は、３Ｄコンテンツを有するか、またはマルチビュー画像として表される情報の表示を容易にするために（例えば、以下に説明するように、ライトバルブを使用して）変調され得る。

いくつかの実施形態では（例えば、マルチビューバックライトに関して以下に説明するように）、放射光１０２は、指向性光ビームの異なるものが互いに異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビームを含み得る。例えば、複数の光ビームは、ライトフィールドを表すことができる。さらに、指向性光ビームは、所定の角度広がりを有する。すなわち、放射光１０２の光ビームの主角度方向は、実質的に所定の角度γ内にあるように制約され得る。例えば、所定の角度γ（または同等に角度広がりγ）は、複数の指向性光ビームの中心光ビームに関して定義され得る。さらに、いくつかの実施形態によれば、放射光１０２の提供された複数の指向性光ビームは、マルチビューディスプレイ、例えば、３Ｄまたはマルチビュー画像を表示するために使用され得るマルチビューディスプレイのそれぞれのビュー方向に対応する異なる主角度方向にバックライト１００から離れる方向に向けられ得る。したがって、バックライト１００は、以下でさらに説明するように、マルチビューバックライトであり得る。

図３Ａ～図３Ｃに示されるように、バックライト１００は、光ガイド１１０を備える。いくつかの実施形態によれば、光ガイド１１０は、プレート光ガイドであってもよい。光ガイド１１０は、導波光１０４として光ガイド１１０の長さに沿って光をガイドするように構成される。例えば、光ガイド１１０は、光導波路として構成された誘電材料を含み得る。光導波路の誘電材料は、誘電体光導波路を取り囲む媒体の第２の屈折率より大きい第１の屈折率を有することができる。屈折率の差は、光ガイド１１０の１つまたはそれ以上の導波モードに従って、導波光１０４の内部全反射を促進するように構成される。図３Ａでは、導波光１０４の伝搬方向１０３は太い矢印で示されている。

いくつかの実施形態では、光ガイド１１０の誘電体光導波路は、光学的に透明な誘電材料の拡張された実質的に平面のシートを含むスラブまたはプレート光導波路であってもよい。様々な例によれば、光ガイド１１０の光学的に透明な誘電材料は、１つまたはそれ以上の様々なタイプのガラス（例えば、シリカガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、ホウケイ酸ガラスなど）、１つまたはそれ以上の実質的に光学的に透明なプラスチックまたはポリマー（例えば、ポリ（メチルメタクリレート）または「アクリルガラス」、ポリカーボネートなど）、またはその組み合わせを含むがこれらに限定されない様々な誘電材料のいずれかを含むか、またはそれから構成され得る。いくつかの例では、光ガイド１１０は、光ガイド１１０の表面（例えば、上面および底面の一方または両方）の少なくとも一部にクラッド層（図示せず）をさらに含んでもよい。いくつかの例によれば、クラッド層を使用して、内部全反射をさらに促進することができる。

いくつかの実施形態によれば、光ガイド１１０は、光ガイド１１０の第１の表面１１０’（例えば、「前」面または側面）と第２の表面１１０’’（例えば、「背」面または側面）との間でゼロでない伝搬角度での内部全反射に応じて、導波光１０４をガイドするように構成される。特に、導波光１０４は、（太い矢印で示されている伝搬方向１０３ではあるが）ゼロでない伝搬角度で光ガイド１１０の第１の表面１１０’と第２の表面１１０’’との間で反射または「バウンス」することによって伝搬し得る。いくつかの実施形態では、異なる色の光を含む複数の導波光ビームは、異なる色固有のゼロでない伝搬角度のそれぞれ１つで光ガイド１１０によってガイドされ得る。説明を簡単にするために、図３Ａ～図３Ｃにはゼロでない伝搬角度は示されていない。

本明細書で定義されるように、「ゼロでない伝搬角度」は、光ガイド１１０の表面（例えば、第１の表面１１０’または第２の表面１１０’’）に対する角度である。さらに、様々な実施形態によれば、ゼロでない伝搬角度は、ゼロより大きく、光ガイド１１０内の内部全反射の臨界角度未満である。例えば、導波光１０４のゼロでない伝搬角度は、約１０度から約５０度の間、またはいくつかの例では、約２０度から約４０度の間、または約２５度から約３５度の間であり得る。例えば、ゼロでない伝搬角度は、約３０度であり得る。他の例では、ゼロでない伝搬角度は、約２０度、または約２５度、または約３５度であり得る。さらに、特定のゼロでない伝搬角度が、光ガイド１１０内の内部全反射の臨界角度未満に選択される限り、特定のゼロでない伝搬角度は、特定の実装のために（例えば、任意に）選択されてもよい。さらに、様々な実施形態によれば、導波光１０４または同等に導波光「ビーム」１０４は、コリメートされた光ビーム（例えば、以下に説明する格子スプレッダによって提供される）であり得る。本明細書では、「コリメート光」または「コリメート光ビーム」は、一般に、光ビームの光線が光ビーム（例えば、導波光１０４）内の所定のまたは定義された角度広がりに実質的に限定される光のビームとして定義される。さらに、コリメート光ビームから発散または散乱する光線は、本明細書の定義により、コリメート光ビームの一部とは見なされない。さらに、様々な実施形態において、導波光１０４は、コリメーション係数に従って、またはコリメーション係数を有するようにコリメートされてもよい。

いくつかの実施形態では、光ガイド１１０は、導波光１０４を「リサイクル」するように構成され得る。特に、光ガイド長に沿ってガイドされた導波光１０４は、伝搬方向１０３とは異なる（例えば、反対の）別の伝搬方向１０３’にその長さに沿って戻るように方向転換され得る。例えば、光ガイド１１０は、光源に隣接する入力端部または入口エッジの反対側の光ガイド１１０の端部に反射器（図示せず）を含み得る。反射器は、導波光１０４をリサイクルされた導波光として入口エッジに向かって反射して戻すように構成され得る。図３Ａにおいて、リサイクルされた導波光の伝搬方向１０３’を示す太い矢印（例えば、負のｘ方向に向けられている）は、光ガイド１１０内のリサイクルされた導波光の一般的な伝搬方向を示している。あるいは（例えば、導波光をリサイクルするのとは対照的に）、他の伝搬方向１０３’で伝搬する導波光１０４は、他の伝搬方向１０３’で（例えば、伝搬方向１０３を有する導波光１０４に加えて）光ガイド１１０に光を導入することによって提供され得る。導波光１０４をリサイクルするか、あるいは他の伝搬方向１０３’に導波光１０４を提供することは、導波光をバックライト１００から２回以上散乱できるようにすることによって、例えば、以下に説明する角度保持散乱体によって、バックライト１００の輝度（例えば、放射光１０２の指向性光ビームの強度）を増加させることができる。

様々な実施形態によれば、光ガイド１１０は、角度保持散乱特徴部１１２を有する。角度保持散乱特徴部１１２は、導波光１０４の一部を、放射光１０２として光ガイド１１０から散乱させるように構成される。いくつかの実施形態では（例えば、図示のように）、角度保持散乱特徴部１１２は、複数の角度保持散乱体を含む。特に、角度保持散乱特徴部１１２の個々の角度保持散乱体は、互いに間隔を置いて配置された個別構造または特徴部であり得、各個別構造は、角度保持する方法で導波光１０４の異なる部分を散乱または結合するように構成される。様々な実施形態において、角度保持散乱特徴部１１２は、回折格子、反射構造、および屈折構造ならびにそれらの様々な組み合わせを含むがこれらに限定されない、角度保持散乱を提供するか、または生成するように構成される様々な異なる構造または特徴部のいずれかを含み得る。

さらに、様々な実施形態によれば、放射光１０２または同等に放射光１０２の指向性光ビームの角度広がりは、角度保持散乱特徴部１１２の特性によって決定される。特に、角度保持散乱特徴部１１２は、所定の角度γによって特徴付けられる角度広がりを有する放射光１０２として、導波光１０４の一部を光ガイド１１０から散乱させるように構成される。結果として、放射光１０２は、角度保持散乱特徴部１１２による散乱の結果として、所定の角度γ内（または同等に角度広がり内）に実質的に限定され得る。さらに、放射光１０２の角度広がりは、導波光１０４のコリメーション係数の関数であり、いくつかの実施形態ではそれに比例する。例えば、角度広がり（または同等に「角度広がり」）の所定の角度γは、式（２）によって次のように与えられ得る：

ここで、σは導波光１０４のコリメーション係数であり、ｆ（・）は、コリメーション係数σの線形関数などであるがこれに限定されない関数を表す。例えば、関数ｆ（・）はγ＝ａ・σとして与えられ、ここで、ａは整数である。

図３Ａ～図３Ｃに示されるように、バックライト１００は、格子スプレッダ１２０をさらに備える。様々な実施形態によれば（例えば、図示のように）、格子スプレッダ１２０は、光ガイド１１０および光ガイド１１０の角度保持散乱特徴部１１２内の導波光１０４としてガイドされる光を提供するために使用される光源（例えば、以下に説明する光源１３０）の間に配置され得る。格子スプレッダ１２０は、光源によって光ガイド１１０に提供された光を、光ガイド内で空間角度的に均質な光に変換するように構成される。すなわち、格子スプレッダ１２０は、光源から提供された光を受け取り、次に、提供された光を、空間角度的に均質な光として空間角度的に均質な方法で光ガイドの幅全体に拡散するように構成される。次に、空間角度的に均質な光は、導波光１０４として光ガイド１１０内でガイドされる光になる。

図３Ｂは、光ガイド１１０内の光源からの光を、光ガイド１１０に提供される光を描写するために様々な半径方向に延びる矢印として示している。矢印によって示されるように、光の一部は、単に格子スプレッダ１２０を通過することができ、一方、別の部分は、格子スプレッダ１２０によって方向転換（例えば、回折的に方向転換）され得る。単に通過する光と格子スプレッダ１２０によって方向転換される部分が組み合わさって、導波光１０４としてガイドされる空間角度的に均質な光を提供する。様々な実施形態によれば、光ガイド１１０内の空間角度的に均質な光は、バックライト１００の均一な照明を容易にすることができる。

いくつかの実施形態では、格子スプレッダ１２０は、光ガイド１１０内にガイドされる空間角度的に均質な光の角度広がりを低減するようにさらに構成される。特に、空間角度的に均質な光の角度広がりは、コリメーション係数σに従って光を実質的にコリメートするために、格子スプレッダ１２０によって低減され得る。様々な実施形態によれば、コリメーション係数σは、導波光１０４の所定の角度広がりを提供するように構成され得る。いくつかの実施形態では、格子スプレッダ１２０の出力で角度広がりが低減された空間角度的に均質な光は、光ガイド１１０の実質的に均一な照明をさらに促進または提供することができる。

様々な実施形態によれば、図３Ａ～図３Ｃに示される格子スプレッダ１２０は、光ガイド１１０内の導波光１０４の伝搬方向（例えば、伝搬方向１０３）に平行または実質的に平行に延びる回折特徴部を有する回折格子１２２を備える。例えば、回折格子１２２の回折特徴部は、光ガイド１１０の表面にリッジおよび溝の一方または両方を含み得、リッジおよび溝は、（例えば、図３Ａ～図３Ｃの光源１３０に隣接して）光ガイド１１０の入力エッジから離れて、光ガイド１１０の角度保持散乱特徴部１１２に向かう方向に延びる。図３Ｂに示されるように、光源によって提供される光は、例えば、図３Ｂの矢印によって示されるように、提供された光を空間均質光に変換するために、回折格子１２２と相互作用し、回折格子１２２によって回折（すなわち、回折的に方向転換）され得る。

いくつかの実施形態では、回折格子１２２は、光ガイド１１０の材料を含み得、例えば、回折特徴部は、光ガイド表面に形成され得る。他の実施形態では、回折格子１２２は、光ガイド表面上に材料の層を含み得、回折特徴部は、材料層に形成され得る。いくつかの実施形態では、格子スプレッダ１２０の回折格子１２２は、光ガイド１１０の対向する表面上に、その中に、またはそれに隣接して配置された回折特徴部を含み得る。例えば、回折格子１２２の回折特徴部は、光ガイド１１０の第１の表面１１０’および第２の表面１１０’’の一方または両方に配置され得る。

いくつかの実施形態では、格子スプレッダ１２０の回折格子１２２は、反射モード回折格子を含み得る。反射モード回折格子として、回折格子１２２は、本明細書の定義により、光を回折し、光を光ガイド１１０に反射して戻すように構成される。いくつかの実施形態（図示せず）では、反射モード回折格子としての回折格子１２２は、回折特徴部および反射層を有する格子層を含み、格子層は、光ガイド１１０と反射層との間にある。例えば、格子層は、誘電材料、例えば限定されないが、様々なプラスチックまたはポリマー（例えば、ポリ（メチルメタクリレート）または「アクリルガラス」、ポリカーボネートなど）を含み得、一方、反射層は、例えば、反射金属または強化鏡面反射器（ＥＳＲ）フィルムを含むがこれらに限定されない様々な反射材料のいずれかを含み得る。他の非限定的な実施形態では、反射モード回折格子としての回折格子１２２は、金属回折格子１２２であってもよい。

図３Ａ～図３Ｃに示されるように、バックライト１００は、光源１３０をさらに備え得る。様々な実施形態によれば、光源１３０は、導波光１０４としてガイドされる光ガイド１１０に光を提供するように構成され、提供された光は、最初に格子スプレッダ１２０を通過して、提供された光を空間角度的に均質な光に変換し、そして、導波光１０４として継続する。特に、光源１３０は、光ガイド１１０の入力エッジに隣接して配置され得、格子スプレッダ１２０は、光源１３０と、光ガイド１１０の角度保持散乱特徴部１１２との間に配置され得る。いくつかの実施形態では（例えば、図示のように）、光源１３０は、光ガイド１１０の入力エッジに沿って互いに間隔を置いて配置された複数の光エミッタ１３２を備え得る。

様々な実施形態において、光源１３０は、１つまたはそれ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザー（例えば、レーザーダイオード）を含むがこれらに限定されない実質的に任意の光の供給源（例えば、光エミッタ）を備え得る。いくつかの実施形態では、光源１３０は、特定の色によって示される狭帯域スペクトルを有する実質的に単色の光を生成するように構成された光エミッタを備え得る。特に、単色光の色は、特定の色空間またはカラーモデル（例えば、赤緑青（ＲＧＢ）カラーモデル）の原色であり得る。他の例では、光源１３０は、実質的に広帯域または多色の光を提供するように構成された実質的に広帯域の光源であり得る。例えば、光源１３０は、白色光を提供し得る。いくつかの実施形態では、光源１３０は、異なる色の光を提供するように構成された複数の異なる光エミッタを備え得る。異なる光エミッタは、異なる色の光のそれぞれに対応する導波光の異なる、色固有の、ゼロでない伝搬角度を有する光を提供するように構成され得る。

いくつかの実施形態では（例えば、図３Ａ～図３Ｃに示されるように）、格子スプレッダ１２０の回折格子１２２は、複数の光源１３０の光エミッタの光エミッタ間に配置された複数の別個のまたは個別の回折格子を含み得る。他の実施形態では、格子スプレッダ１２０の回折格子１２２は、光源１３０と角度保持散乱特徴部１１２との間の光ガイド１１０の幅全体に分散され得る。例えば、回折格子は、実質的に均一な方法で、光ガイド１１０の幅全体に分散され得る。ここで、「幅寸法」または単に「幅」は、光ガイド１１０の幅に対応する方向の寸法として定義される。次に、光ガイドの「幅」は、図３Ａ～図３Ｃに示されるように、導波光１０４の一般的な伝搬方向に実質的に直交する平面内にある、ｙ軸に沿った、またはｙ軸に対応する寸法として定義される。光ガイド１１０の幅はまた、光ガイド１１０の高さまたは厚さ、例えば、図３Ａ～図３Ｃに示されるｚ軸に沿った、またはｚ軸に対応する寸法に実質的に垂直である。いくつかの実施形態では、回折格子１２２の回折特徴部の長さまたは長さプロファイルは、導波光１０４の伝搬方向１０３で変化し得る。特に、長さプロファイルは、光ガイド１１０の入力エッジに沿った距離の関数として変化し得る。いくつかの実施形態では、回折格子１２２の回折特徴部間のピッチまたは間隔は、幅寸法に沿った距離の関数として変化し得る（例えば、回折格子１２２はチャープされ得る）。いくつかの実施形態では、回折格子１２２の別の特性は、回折格子１２２のデューティサイクルおよび回折特徴部の断面プロファイルを含むが、それに限定されずに変化させ得る。いくつかの実施形態によれば、回折格子１２２の様々な特性は、光ガイド１１０内の導波光１０４の強度分布または広がり角を調整するように構成され得る。

図４は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるバックライト１００の平面図を示している。図５は、本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例におけるバックライト１００の平面図を示している。特に、図４および図５の両方は、角度保持散乱特徴部１１２を有する光ガイド１１０、光ガイド１１０の入力エッジにある光源１３０、光源１３０と角度保持散乱特徴部１１２との間の格子スプレッダ１２０を含むバックライト１００を示している。さらに、図４は、連続回折格子として光ガイド１１０の幅全体に分散した格子スプレッダ１２０の回折格子１２２を示している。回折格子１２２は、限定ではなく例として、実質的に等しい長さを有する回折特徴部を含む。図４の矢印は、光源１３０によって提供される光と、提供された光の回折方向転換を示しており、その結果、格子スプレッダ１２０によって提供された光が空間角度的に均質な光に変換される。

図５は、例えば、図３Ｂと同様に、互いに間隔を置いて配置され、光源１３０の光エミッタ１３２の間に配置された複数の個別の回折格子１２２を含む回折格子１２２を示している。さらに、図５は、光ガイド１１０の幅に沿った距離の関数として変化する長さプロファイルを有する回折格子１２２を示している。特に、複数の個別の回折格子１２２のうちの個別の回折格子１２２は、個別の回折格子１２２のエッジよりも中央の方が長い回折特徴部を有する。回折格子１２２の様々な長さのプロファイルを使用して、格子スプレッダ１２０によって提供される光の変換量を制御するか、または同等に、例えば、空間角度的に均質な光によって提供される照明均一性の程度を制御することができる。図示されていないが、いくつかの実施形態では、図４に示されている連続回折格子の長さプロファイル、ピッチ、デューティサイクルなどの特性もまた、幅寸法にわたって変化し得る。

再び図３Ａ～図３Ｃを参照すると、いくつかの実施形態では、バックライト１００内の光ガイド１１０の角度保持散乱特徴部１１２は、マルチビーム要素を含み得る。特に、図３Ａ～図３Ｃに示される角度保持散乱特徴部１１２は、複数のマルチビーム要素を含み得る。マルチビーム要素を備える角度保持散乱特徴部１１２を有する光ガイド１１０を備えたバックライト１００は、以下でさらに詳細に説明されるように、「マルチビーム」バックライトと呼ばれることがある。

図６Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビューバックライト１００’の断面図を示している。図６Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビューバックライト１００’の平面図を示している。図６Ｃは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビューバックライト１００’の斜視図を示している。図示のように、マルチビューバックライト１００’は、角度保持散乱特徴部１１２を有する光ガイド１１０および格子スプレッダ１２０（図６Ｂには図示されていない）を備える。さらに、図６Ａ～図６Ｃに示される角度保持散乱特徴部１１２は、複数のマルチビーム要素１１２’を備える。

様々な実施形態によれば、複数のマルチビーム要素のうちのマルチビーム要素１１２’は、光ガイド１１０の長さに沿って互いに間隔を置いて配置され得る。特に、マルチビーム要素１１２’は、有限空間によって互いに分離され得、光ガイド長に沿った個々の別個の要素を表すことができる。さらに、いくつかの実施形態によれば、マルチビーム要素１１２’は、一般に、互いに交差したり、重なり合ったり、さもなければ互いに触れたりしない。すなわち、複数のマルチビーム要素の各マルチビーム要素１１２’は、一般に、マルチビーム要素１１２’の他のものから別個で分離されている。

いくつかの実施形態によれば、角度保持散乱特徴部１１２の複数のマルチビーム要素１１２’は、一次元（１Ｄ）アレイまたは二次元（２Ｄ）アレイのいずれかで配置され得る。例えば、複数のマルチビーム要素１１２’は、線形の１Ｄアレイとして配置され得る。別の例では、複数のマルチビーム要素１１２’は、長方形の２Ｄアレイまたは円形の２Ｄアレイとして配置され得る。さらに、いくつかの例では、アレイ（すなわち、１Ｄまたは２Ｄアレイ）は、規則的または均一なアレイであり得る。特に、マルチビーム要素１１２’間の要素間距離（例えば、中心間距離または間隔）は、アレイ全体で実質的に均一または一定であり得る。他の例では、マルチビーム要素１１２’間の要素間距離は、アレイ全体および光ガイド１１０の長さに沿っての一方または両方で変化させることができる。

様々な実施形態によれば、複数のマルチビーム要素１１２’は、導波光１０４の一部を放射光１０２として散乱させるように構成される。さらに、放射光１０２は、複数の指向性光ビーム１０２’を含む。図６Ａおよび図６Ｃでは、指向性光ビーム１０２’は、光ガイド１１０の第１の（または前面）表面１１０’から方向付けられたように描かれた複数の発散矢印として示されている。様々な実施形態によれば、指向性光ビーム１０２’は、互いに異なる主角度方向を有する。さらに、指向性光ビーム１０２’の異なる主角度方向は、様々な実施形態による、マルチビューピクセルを含むマルチビューディスプレイのそれぞれの異なるビュー方向に対応する。

さらに、いくつかの実施形態によれば、マルチビーム要素１１２’のサイズは、マルチビューピクセル１０６内のビューピクセルのサイズ、または同等に、マルチビューディスプレイのライトバルブ（例えば、以下に説明するライトバルブ１０８）のサイズに相当し得る。本明細書では、「サイズ」は、長さ、幅、または面積を含むがこれらに限定されない様々な方法のいずれかで定義されてもよい。例えば、ライトバルブのサイズは、その長さであり得るし、マルチビーム要素１１２’の相当するサイズもまた、マルチビーム要素１１２’の長さであり得る。別の例では、サイズは、マルチビーム要素１１２’の面積がライトバルブの領域に相当し得るような面積を指す場合がある。

いくつかの実施形態では、マルチビーム要素１１２’のサイズは、マルチビーム要素のサイズがライトバルブサイズの約５０パーセント（５０％）から約２００パーセント（２００％）の間であるように、ライトバルブサイズに相当する。他の例では、マルチビーム要素のサイズは、ライトバルブサイズの約６０パーセント（６０％）より大きいか、またはライトバルブサイズの約７０パーセント（７０％）より大きいか、またはライトバルブサイズの約８０パーセント（８０％）より大きいか、またはライトバルブサイズの約９０パーセント（９０％）より大きく、マルチビーム要素１１２’は、ライトバルブサイズの約１８０パーセント（１８０％）未満であるか、またはライトバルブサイズの約１６０パーセント（１６０％）未満であるか、またはライトバルブサイズの約１４０％未満であるか、またはライトバルブサイズの約１２０パーセント（１２０％）未満である。例えば、「相当するサイズ」では、マルチビーム要素のサイズは、ライトバルブサイズの約７５パーセント（７５％）から約１５０パーセント（１５０％）になり得る。別の例では、マルチビーム要素１１２’はライトバルブサイズに相当し得、マルチビーム要素のサイズはライトバルブサイズの約１２５パーセント（１２５％）から約８５パーセント（８５％）の間である。いくつかの実施形態によれば、マルチビーム要素１１２’およびライトバルブの相当するサイズは、マルチビューディスプレイのビュー間の暗いゾーンを低減する、またはいくつかの例では最小化すると同時に、マルチビューディスプレイのビュー間のオーバーラップを低減する、またはいくつかの例では最小化するように選択され得る。図６Ａ～図６Ｃはまた、議論を容易にする目的で、マルチビューバックライト１００’とともにマルチビューピクセル１０６を示している。図６Ａ～図６Ｂでは、マルチビーム要素のサイズは「ｓ」で示され、ビューのピクセルサイズまたはライトバルブサイズは「Ｓ」で示されている。

図６Ａ～図６Ｃは、放射光１０２内で複数の指向性光ビームの指向性光ビーム１０２’を変調するように構成されたライトバルブ１０８のアレイをさらに示している。ライトバルブアレイは、例えば、マルチビューバックライト１００’を使用するマルチビューディスプレイの一部であり得、本明細書での議論を容易にする目的で、マルチビューバックライト１００’とともに図６Ａ～図６Ｃに示されている。図６Ｃでは、ライトバルブ１０８のアレイは、光ガイド１１０およびライトバルブアレイの下にあるマルチビーム要素１１２’の視覚化を可能にするために部分的に切り取られている。様々な実施形態では、液晶ライトバルブ、電気泳動ライトバルブ、およびエレクトロウェッティングに基づくライトバルブのうちの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない、ライトバルブアレイのライトバルブ１０８として異なるタイプのライトバルブが使用されてもよい。

図６Ａ～図６Ｃに示されるように、指向性光ビーム１０２’の異なるものが通過し、ライトバルブアレイ内のライトバルブ１０８の異なるものによって変調され得る。さらに、図示のように、アレイのライトバルブ１０８は、ビューピクセルに対応し、ライトバルブ１０８のセットは、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル１０６に対応する。特に、ライトバルブアレイの異なるセットのライトバルブ１０８は、マルチビーム要素１１２’の異なるものからの指向性光ビーム１０２’を受信および変調するように構成される、すなわち、図示のように、各マルチビーム要素１１２’に対して１つの固有のライトバルブ１０８のセットが存在する。

図６Ａに示されるように、第１のライトバルブセット１０８ａは、第１のマルチビーム要素１１２’ａからの指向性光ビーム１０２’を受信および変調するように構成され、第２のライトバルブセット１０８ｂは、第２のマルチビーム要素１１２’ｂから指向性光ビーム１０２’を受信および変調するように構成される。したがって、ライトバルブアレイ内のライトバルブセット（例えば、第１および第２のライトバルブセット１０８ａ，１０８ｂ）のそれぞれは、それぞれ、異なるマルチビューピクセル１０６に対応し、ライトバルブセットの個々のライトバルブ１０８は、図６Ａに示されるように、それぞれのマルチビューピクセル１０６のビューピクセルに対応する。

いくつかの実施形態では、マルチビーム要素１１２’の形状は、マルチビューピクセル１０６の形状、または同等に、マルチビューピクセル１０６に対応するライトバルブ１０８のセット（または「サブアレイ」）の形状に類似している。例えば、マルチビーム要素１１２’は正方形の形状を有してもよく、マルチビューピクセル１０６（または対応するライトバルブ１０８のセットの配置）は実質的に正方形であってもよい。別の例では、マルチビーム要素１１２’は、長方形の形状を有してもよく、すなわち、幅または横寸法よりも大きい長さまたは縦寸法を有してもよい。この例では、マルチビーム要素１１２’に対応するマルチビューピクセル１０６（または同等にライトバルブ１０８のセットの配置）は、類似の長方形形状を有してもよい。図６Ｂは、正方形のマルチビーム要素１１２’と、正方形のライトバルブ１０８のセットを含む対応する正方形のマルチビューピクセル１０６の上面図すなわち平面図を示している。さらに他の例（図示せず）では、マルチビーム要素１１２’および対応するマルチビューピクセル１０６は、三角形、六角形、および円形を含むか少なくとも似ているがこれらに限定されない様々な形状を有する。

様々な実施形態によれば、マルチビーム要素１１２’は、導波光１０４の一部を散乱させるように構成されたいくつかの異なる構造のいずれかを含み得る。例えば、異なる構造は、回折格子、微小反射要素、微小屈折要素、またはそれらの様々な組み合わせを含み得るが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、回折格子を含むマルチビーム要素１１２’は、異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビーム１０２’として、導波光部分を回折的に散乱させるように構成される。他の実施形態では、微小反射要素を備えるマルチビーム要素１１２’は、複数の指向性光ビーム１０２’として導波光部分を反射的に散乱させるように構成されるか、または微小屈折要素を備えるマルチビーム要素１１２’は、屈折によって、または屈折を使用して、複数の指向性光ビーム１０２’として導波光部分を散乱させる（すなわち、導波光部分を屈折的に散乱させる）ように構成される。

図７Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビーム要素１１２’を含むマルチビューバックライト１００’の一部の断面図を示している。図７Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム要素１１２’を含むマルチビューバックライト１００’の一部の断面図を示している。特に、図７Ａ～図７Ｂは、回折格子１１４を含むマルチビューバックライト１００’のマルチビーム要素１１２’を示している。回折格子１１４は、導波光１０４の一部を、放射光１０２の複数の指向性光ビーム１０２’として回折的に散乱させるように構成される。回折格子１１４は、導波光部分から回折結合を提供するように構成された回折特徴部間隔または回折特徴部もしくは格子ピッチによって互いに間隔を置いて配置された複数の回折特徴部を含む。様々な実施形態によれば、回折格子１１４内の回折特徴部の間隔または格子ピッチは、サブ波長（すなわち、導波光の波長未満）であり得る。

いくつかの実施形態では、マルチビーム要素１１２’の回折格子１１４は、光ガイド１１０の表面に、またはそれに隣接して配置され得る。例えば、回折格子１１４は、図７Ａに示されるように、光ガイド１１０の第１の表面１１０’にあるか、またはそれに隣接していてもよい。光ガイド第１の表面１１０’にある回折格子１１４は、導波光部分を指向性光ビーム１０２’として第１の表面１１０’を通して回折的に散乱させるように構成された透過モード回折格子であり得る。別の例では、図７Ｂに示されるように、回折格子１１４は、光ガイド１１０の第２の表面１１０’’に、またはそれに隣接して配置され得る。第２の表面１１０’’に配置される場合、回折格子１１４は、反射モード回折格子であり得る。反射モード回折格子として、回折格子１１４は、導波光部分を回折し、かつ回折された導波光部分を第１の表面１１０’に向かって反射し、回折指向性光ビーム１０２’として第１の表面１１０’を通って出るように構成される。他の実施形態（図示せず）では、回折格子は、例えば、透過モード回折格子および反射モード回折格子の一方または両方として、光ガイド１１０の表面の間に配置され得る。本明細書に記載のいくつかの実施形態では、指向性光ビーム１０２’の主角度方向は、光ガイド表面で光ガイド１１０を出る指向性光ビーム１０２’による屈折の効果を含み得ることに留意されたい。例えば、図７Ｂは、限定ではなく例として、指向性光ビーム１０２’が第１の表面１１０’を横切るときの屈折率の変化による指向性光ビーム１０２’の屈折（すなわち、曲げ）を示している。以下で説明する図８Ａおよび図８Ｂも参照されたい。

いくつかの実施形態によれば、回折格子１１４の回折特徴部は、互いに間隔を置いて配置された溝およびリッジの一方または両方を含み得る。溝またはリッジは、光ガイド１１０の材料を含み得、例えば、光ガイド１１０の表面に形成され得る。別の例では、溝またはリッジは、光ガイド材料以外の材料、例えば、光ガイド１１０の表面上の別の材料のフィルムまたは層から形成され得る。

いくつかの実施形態では、マルチビーム要素１１２’の回折格子１１４は、回折特徴部間隔が実質的に一定であるか、または回折格子１１４全体にわたって実質的に不変である均一な回折格子である。他の実施形態では、回折格子１１４は、チャープ回折格子である。定義により、「チャープ」回折格子は、チャープ回折格子の範囲または長さにわたって変化する回折特徴部の回折間隔（すなわち、格子ピッチ）を示すか、または有する回折格子である。いくつかの実施形態では、チャープ回折格子は、距離とともに線形に変化する回折特徴部間隔のチャープを有するか、または示すことができる。そのため、チャープ回折格子は、定義上、「線形チャープ」回折格子である。他の実施形態では、マルチビーム要素１１２’のチャープ回折格子は、回折特徴部間隔の非線形チャープを示し得る。指数チャープ、対数チャープ、または別の実質的に不均一もしくはランダムであるが単調な方法で変化するチャープを含むがこれらに限定されない、様々な非線形チャープを使用することができる。非単調チャープ、例えば限定されないが、正弦波チャープまたは三角形もしくは鋸歯状チャープが使用されてもよい。これらのタイプのチャープのいずれかの組み合わせも使用することができる。

図８Ａは、本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム要素１１２’を含むマルチビューバックライト１００’の一部の断面図を示している。図８Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム要素１１２’を含むマルチビューバックライト１００’の一部の断面図を示している。特に、図８Ａおよび図８Ｂは、微小反射要素を備えるマルチビーム要素１１２’の様々な実施形態を示している。マルチビーム要素１１２’としてまたはその中で使用される微小反射要素は、反射材料またはその層を使用する反射器（例えば、反射金属）または内部全反射（ＴＩＲ）に基づく反射器を含み得るが、これらに限定されない。いくつかの実施形態によれば（例えば、図８Ａ～図８Ｂに示されるように）、微小反射要素を備えるマルチビーム要素１１２’は、光ガイド１１０の表面（例えば、第２の表面１１０’’）に、またはそれに隣接して配置され得る。他の実施形態（図示せず）では、微小反射要素は、光ガイド１１０内の第１の表面１１０’と第２の表面１１０’’との間に配置され得る。

例えば、図８Ａは、光ガイド１１０の第２の表面１１０’’に隣接して配置された反射ファセット（例えば、「角柱」微小反射要素）を有する微小反射要素１１６を備えるマルチビーム要素１１２’を示している。図示の角柱微小反射要素１１６のファセットは、光ガイド１１０から導波光１０４の一部を反射する（すなわち、反射的に散乱する）ように構成される。ファセットは、例えば、光ガイド１１０から導波光部分を反射するために、導波光１０４の伝搬方向に対して傾斜され得る（すなわち、傾斜角を有する）。ファセットは、様々な実施形態によれば、光ガイド１１０内の反射材料を使用して形成され得るか（例えば、図８Ａに示されるように）、または第２の表面１１０’’内の角柱キャビティの表面であり得る。角柱キャビティが使用される場合、いくつかの実施形態では、キャビティ表面での屈折率変化が反射（例えば、ＴＩＲ反射）を提供するか、またはファセットを形成するキャビティ表面を反射材料でコーティングして反射を提供することができる。

別の例では、図８Ｂは、実質的に滑らかな曲面を有する微小反射要素１１６、例えば限定されないが、半球形の微小反射要素１１６を備えるマルチビーム要素１１２’を示している。微小反射要素１１６の特定の面積曲線は、例えば、導波光１０４が接触する曲面への入射点に応じて、導波光部分を異なる方向に反射するように構成され得る。図８Ａおよび図８Ｂに示されるように、光ガイド１１０から反射的に散乱される導波光部分は、限定ではなく例として、第１の表面１１０’から出るか、または放射される。図８Ａの角柱微小反射要素１１６と同様に、図８Ｂの微小反射要素１１６は、限定ではなく例として図８Ｂに示されているように、光ガイド１１０内の反射材料、または第２の表面１１０’’に形成されたキャビティ（例えば、半円形キャビティ）のいずれかであり得る。図８Ａおよび図８Ｂはまた、限定ではなく例として、２つの伝搬方向１０３，１０３’（すなわち、太い矢印として示されている）を有する導波光１０４を示している。２つの伝搬方向１０３，１０３’を使用することにより、例えば、放射光１０２の複数の指向性光ビーム１０２’に対称的な主角度方向を提供することが容易になり得る。

図９は、本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム要素１１２’を含むマルチビューバックライト１００’の一部の断面図を示している。特に、図９は、微小屈折要素１１８を備えるマルチビーム要素１１２’を示している。様々な実施形態によれば、微小屈折要素１１８は、光ガイド１１０から導波光１０４の一部を屈折的に散乱させるように構成される。すなわち、微小屈折要素１１８は、図９に示されるように、屈折（例えば、回折または反射とは対照的に）を使用して、光ガイド１１０からの導波光部分を、放射光１０２の指向性光ビーム１０２’として散乱させるように構成される。微小屈折要素１１８は、半球形、長方形、または角柱形（すなわち、傾斜したファセットを有する形状）を含むがこれらに限定されない様々な形状を有することができる。様々な実施形態によれば、微小屈折要素１１８は、図示のように、光ガイド１１０の表面（例えば、第１の表面１１０’）から延在または突出し得るか、または表面（図示されていない）のキャビティであり得る。さらに、いくつかの実施形態では、微小屈折要素１１８は、光ガイド１１０の材料を含み得る。他の実施形態では、微小屈折要素１１８は、光ガイド表面に隣接し、いくつかの例では、光ガイド表面と接触している別の材料を含み得る。

いくつかの実施形態では、バックライト１００は、導波光１０４の伝搬方向１０３，１０３’に直交する光ガイド１１０を通る方向の光に対して実質的に透明であるように構成される。例えば、光は、透明性のために、第２の表面１１０’’から第１の表面１１０’へ、またはその逆に、光ガイド１１０の厚さまたは高さを通過することができる場合がある。角度保持散乱特徴部１１２を構成する比較的小さいサイズの要素（例えば、マルチビーム要素１１２’）と、これらの要素の比較的大きい要素間の間隔（例えば、マルチビューピクセル１０６との１対１の対応）の両方のために、透明性は、少なくとも部分的に促進され得る。

本明細書に記載の原理のいくつかの実施形態によれば、マルチビューディスプレイが提供される。マルチビューディスプレイは、変調された光ビームをマルチビューディスプレイのピクセルとして放射するように構成される。さらに、放射され変調された光ビームは、マルチビューディスプレイの複数のビュー方向に優先的に向けられ得る。いくつかの例では、マルチビューディスプレイは、３Ｄまたはマルチビュー画像を提供または「表示」するように構成される。様々な例によれば、変調され、異なる方向に向けられた光ビームの異なるものは、マルチビュー画像に関連する異なる「ビュー」の個々のピクセルに対応し得る。異なるビューは、例えば、マルチビューディスプレイによって表示されているマルチビュー画像内の情報の「眼鏡なし」（例えば、オートステレオスコピック）表現を提供し得る。マルチビューディスプレイの使用には、携帯電話（例えば、スマートフォン）、時計、タブレットコンピュータ、モバイルコンピュータ（例えば、ラップトップコンピュータ）、パーソナルコンピュータ、およびコンピュータモニタ、自動車のディスプレイコンソール、カメラディスプレイ、およびその他の様々なモバイルおよび実質的に非モバイルのディスプレイアプリケーションおよびデバイスが含まれるが、これらに限定されない。

図１０は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイ２００のブロック図を示している。様々な実施形態によれば、マルチビューディスプレイ２００は、異なるビュー方向の異なるビューに従ってマルチビュー画像を表示するように構成される。特に、マルチビューディスプレイ２００によって放射される変調された光ビーム２０２は、マルチビュー画像を表示するために使用され、異なるビューのピクセル（すなわち、ビューピクセル）に対応し得る。変調された光ビーム２０２は、図１０のライトバルブ２４０から発する矢印として示されている。破線は、限定ではなく例として、その変調を強調するために、放射され変調された光ビーム２０２の矢印に使用される。

図１０に示されるマルチビューディスプレイ２００は、光ガイド２１０を備える。いくつかの実施形態によれば、光ガイド２１０は、バックライト１００に関して上記で説明した光ガイド１１０と実質的に同様であり得る。例えば、光ガイド２１０は、光ガイド２１０の入力エッジからの伝搬方向への導波光として、内部全反射に応じて光をガイドするように構成される。

図１０に示されるように、マルチビューディスプレイ２００は、角度保持散乱特徴部２２０をさらに備える。特に、角度保持散乱特徴部２２０は、いくつかの実施形態によれば、光ガイド２１０に光学的に結合されたマルチビーム要素のアレイを含む。角度保持散乱特徴部２２０のマルチビーム要素アレイは、光ガイド２１０からの導波光の一部を、マルチビューディスプレイ２００のマルチビュー画像の異なるビューのビュー方向に対応する主角度方向を有する指向性光ビーム２０４として散乱させるように構成される。さらに、指向性光ビーム２０４は、互いに異なる主角度方向を有する。

いくつかの実施形態では、角度保持散乱特徴部２２０のマルチビーム要素アレイのマルチビーム要素は、上記の角度保持散乱特徴部１１２のマルチビーム要素１１２’と実質的に同様であり得る。例えば、マルチビーム要素は、例えば、図７Ａ～図７Ｂに示されている上記の回折格子１１４と実質的に同様の回折格子を含み得る。別の例では、マルチビーム要素は、例えば、図８Ａ～図８Ｂに示されている上記の微小反射要素１１６と実質的に同様の微小反射要素を備え得る。さらに別の例では、マルチビーム要素は、微小屈折要素を備え得る。微小屈折要素は、図９に示されている上記の微小屈折要素１１８と実質的に同様であり得る。

図１０に示されるマルチビューディスプレイ２００は、光ガイド２１０内の導波光の伝搬方向に延びる回折特徴部を有する回折格子を備える格子スプレッダ２３０をさらに備える。格子スプレッダ２３０は、光源からの光を、指向性光ビームとしてマルチビーム要素アレイによって散乱される前に、空間角度的に均質な導波光に変換するように構成される。いくつかの実施形態では、格子スプレッダ２３０は、バックライト１００に関して上記で説明した格子スプレッダ１２０と実質的に同様であり得る。例えば、格子スプレッダ２３０の回折格子は、互いに間隔を置いて配置された複数の個別の回折格子を含み得る。他の実施形態では、格子スプレッダ２３０の回折格子は、光ガイド２１０の入力エッジに沿って分散され得る。さらに、いくつかの実施形態では、格子スプレッダ２３０の回折格子は、可変長プロファイルを有する回折特徴部を含み得る。

図１０に示されるように、マルチビューディスプレイ２００は、ライトバルブ２４０のアレイをさらに含む。ライトバルブ２４０のアレイは、マルチビューディスプレイ２００のマルチビュー画像の異なるビューとして指向性光ビームを変調するように構成される。いくつかの実施形態では、ライトバルブ２４０のアレイは、上記のバックライト１００のライトバルブ１０８のアレイと実質的に同様であり得る。いくつかの実施形態によれば、マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素のサイズは、ライトバルブアレイのライトバルブ２４０のサイズの約半分より大きく、ライトバルブサイズの約２倍未満である。

いくつかの実施形態では、マルチビューディスプレイ２００は、光源２５０をさらに備え得る。光源２５０は、ガイドされる光を導波光として提供するように構成される。したがって、光源２５０は、光を格子スプレッダ２３０に提供して、空間角度的に均質な導波光に変換することができる。いくつかの実施形態では、光は、ゼロでない伝搬角度で、またはゼロでない伝搬角度を有する格子スプレッダ２３０に提供され得る。いくつかの実施形態によれば、光源２５０は、上記のバックライト１００およびマルチビューバックライト１００’の光源１３０と実質的に同様であり得る。例えば、光源２５０は、光ガイド２１０の入力エッジに沿って互いに間隔を置いて配置され、光学的に結合された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）、またはより一般的には、複数の光エミッタを備え得る。さらに、光源２５０が複数の光エミッタを備え、格子スプレッダ２３０の回折格子が複数の個別の回折格子を含む場合、複数の個別の回折格子のうちの個別の回折格子を、複数の光源２５０の光エミッタの光エミッタ間に配置することができる。

本明細書に記載の原理の別の実施形態によれば、バックライト動作の方法が提供される。図１１は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるバックライト動作の方法３００のフローチャートを示している。図１１に示されるように、バックライト動作（またはマルチビューバックライト動作）の方法３００は、光ガイドの入力エッジで光源を使用して光ガイドに光を提供するステップ３１０を含む。いくつかの実施形態では、光を提供するステップ３１０によって光ガイドに提供される光は、第１の広がり角を有する。例えば、光源は、入力エッジに突き合わせ結合された光エミッタを備えることができ、光を提供するステップ３１０により、比較的広い第１の広がり角を有する光ガイドに光を導入する。いくつかの実施形態では、光ガイドおよび光源、ならびに提供される光は、バックライト１００に関して上記で説明した、光ガイド１１０、光源１３０、および光源１３０が提供する光とそれぞれ実質的に同様であり得る。例えば、光を提供するステップ３１０に使用される光源は、光ガイドの入力エッジに沿って互いに間隔を置いて配置された複数の光エミッタを備え得る。

図１１に示されるバックライト動作の方法３００は、光ガイドの入力エッジに隣接する回折格子を含む格子スプレッダを使用して、提供された光を光ガイド内で空間角度的に均質な光に変換するステップ３２０をさらに含む。様々な実施形態によれば、提供された光を空間角度的に均質な光に変換するステップ３２０により、格子スプレッダの出力で光が生じ、光ガイド、ひいてはバックライトの均一または実質的に均一な照明が容易になる。いくつかの実施形態では、光を空間角度的に均質な光に変換するステップにより、空間角度的に均質な光が、提供された光の第１の広がり角よりも小さい第２の広がり角を有することができるように、角度広がりをさらに低減することができる。いくつかの実施形態では、提供された光を空間角度的に均質な光に変換するステップ３２０に使用される格子スプレッダは、バックライト１００に関して上記で説明した格子スプレッダ１２０と実質的に同様であり得る。特に、格子スプレッダの回折格子は、様々な実施形態による、光ガイド内の導波光の伝搬方向に対応する方向に延びる回折特徴部を含む。

光源が互いに間隔を置いて配置された複数の光エミッタを備えるいくつかの実施形態では、格子スプレッダの回折格子は、互いに間隔を置いて配置され、光源の複数の光エミッタの光エミッタ間に配置された複数の個別の回折格子を含み得る。他の実施形態では、回折格子は、光ガイドの入力エッジに隣接する光ガイドの幅全体に、または実質的に全体に分散され得る。

図１１に示されるように、バックライト動作の方法３００は、光ガイドの角度保持散乱特徴部を使用して、光ガイドから導波光の一部を散乱させるステップ３３０をさらに含む。特に、導波光の散乱部分は、放射光としてバックライトによって放射される。いくつかの実施形態では、角度保持散乱特徴部は、上記の光ガイド１１０の角度保持散乱特徴部１１２と実質的に同様であり得る。

特に、いくつかの実施形態では、角度保持散乱特徴部は、マルチビーム要素を備える。これらの実施形態では、放射光は、互いに異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビームを含む。様々な実施形態では、指向性光ビームの異なる主角度方向は、マルチビューディスプレイのそれぞれの異なるビュー方向に対応する。さらに、いくつかの実施形態によれば、マルチビーム要素のサイズは、マルチビューディスプレイのライトバルブのサイズに相当し得る。例えば、マルチビーム要素は、ビューピクセルサイズの半分より大きく、ライトバルブサイズの２倍未満であり得る。

いくつかの実施形態では、角度保持散乱特徴部のマルチビーム要素は、上記のマルチビューバックライト１００’のマルチビーム要素１１２’と実質的に同様であり得る。例えば、マルチビーム要素は、マルチビーム要素の複数またはアレイのメンバであり得る。さらに、いくつかの実施形態では、マルチビーム要素は、回折格子、微小反射要素、および微小屈折要素のうちの１つまたはそれ以上を含み得る。

いくつかの実施形態では、マルチビューバックライト動作の方法３００は、複数のライトバルブを使用して放射光を変調するステップ３４０をさらに含む。いくつかの実施形態では、放射光は、指向性光ビームを含み得、ライトバルブは、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルとして構成され得る。いくつかの実施形態によれば、複数のライトバルブは、図６Ａ～図６Ｃおよびマルチビューバックライト１００’に関して上記で説明されたライトバルブ１０８のアレイと実質的に同様であり得る。特に、ライトバルブの異なるセットは、上記のように、第１および第２のライトバルブセット１０８ａ，１０８ｂの異なるマルチビューピクセル１０６への対応と同様の方法で、異なるマルチビューピクセルに対応し得る。

このように、バックライト、バックライト動作の方法、および光ガイド内で空間角度的に均質な光を提供するように構成された格子スプレッダを含むマルチビューディスプレイの例および実施形態が説明されてきた。上記の例は、本明細書に記載の原理を表す多くの特定の例の一部を単に例示するものであることを理解されたい。明らかに、当業者は、添付の特許請求の範囲によって定義される範囲から逸脱することなく、多数の他の構成を容易に考案することができる。

Claims (21)

1. 光ガイドの長さに沿って光を導波光としてガイドするように構成された前記光ガイドであって、前記光ガイドは、前記導波光の一部を放射光として前記光ガイドから散乱させるように構成された角度保持散乱特徴部を有する、光ガイドと、
   前記光ガイドに光を提供するように構成された光源と前記光ガイドの前記角度保持散乱特徴部との間の格子スプレッダであって、前記格子スプレッダは、前記光ガイド内の前記導波光の伝搬方向に延びる複数の回折特徴部からなる回折格子を含む、格子スプレッダと、
   を備え
   前記格子スプレッダは、前記光源によって提供される前記光を、前記バックライトの均一な照明を容易にするために、前記光ガイド内で空間角度的に均質な光に変換するように構成される、
   バックライト。
2. 前記光ガイドの入力エッジに沿って互いに間隔を置いて配置された複数の光エミッタを有する前記光源をさらに備え、前記格子スプレッダの前記回折格子は、前記光源の前記複数の光エミッタの光エミッタ間に配置された複数の個別の回折格子を含む、請求項１に記載のバックライト。
3. 前記格子スプレッダの前記回折格子が、前記光源と前記角度保持散乱特徴部との間の前記光ガイドの幅全体に分散されている、請求項１に記載のバックライト。
4. 前記回折特徴部が、前記光ガイドの表面にリッジおよび溝の一方または両方を含み、前記リッジおよび溝は、光源に隣接する前記光ガイドの入力エッジから離れる方向に、前記光ガイドの前記角度保持散乱特徴部に向かって延びている、請求項１に記載のバックライト。
5. 前記格子スプレッダの前記回折格子の前記回折特徴部が、前記光ガイドの対向する表面に配置されている、請求項４に記載のバックライト。
6. 前記格子スプレッダの前記回折格子が反射モード回折格子を含む、請求項１に記載のバックライト。
7. 前記反射モード回折格子としての回折格子が、前記回折特徴部を有する格子層および反射層を含み、前記格子層は前記光ガイドと前記反射層との間にある、請求項６に記載のバックライト。
8. 前記導波光の前記伝搬方向における前記回折格子の前記回折特徴部の長さプロファイルが、前記光源に隣接する前記光ガイドの入力エッジに沿った距離の関数として変化する、請求項１に記載のバックライト。
9. 前記角度保持散乱特徴部が、前記光ガイド長に沿って互いに間隔を置いて配置された複数のマルチビーム要素を備え、前記複数のマルチビーム要素のうちのマルチビーム要素（a multibeam element of the plurality of multibeam elements）は、マルチビューディスプレイのそれぞれの異なるビュー方向に対応する異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビームとしての前記導波光の前記一部を前記光ガイドから散乱させるように構成され、
   前記マルチビーム要素のサイズ（a size of the multibeam element）は、マルチビュー画像として前記複数の指向性光ビームを変調するために使用される前記マルチビューディスプレイのライトバルブのサイズ（a size of a light valve of the multiview display）の５０パーセントから２００パーセントの間である、
   請求項１に記載のバックライト。
10. 前記マルチビーム要素が、前記光ガイドに光学的に接続されて前記導波光の一部を散乱させる回折格子、微小反射要素、および微小屈折要素のうちの１つまたはそれ以上を備える、請求項９に記載のバックライト。
11. 請求項１に記載のバックライトを備えるマルチビューディスプレイであって、前記マルチビューディスプレイは、前記放射光の光ビームを変調するように構成されたライトバルブのアレイをさらに含み、前記アレイのライトバルブのセット（a set of light valves of the array）は、前記マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル（a multivew pixel）に対応する、マルチビューディスプレイ。
12. 光を導波光としてガイドするように構成された光ガイドと、
    マルチビューディスプレイのマルチビュー画像の異なるビューのビュー方向に対応する主角度方向を有する指向性光ビームとして前記導波光の一部を散乱させるように構成されたマルチビーム要素のアレイを含む角度保持散乱特徴部と、
    前記導波光の伝搬方向に延在し、前記導波光が前記指向性光ビームとして前記マルチビーム要素アレイによって散乱される前に、光源からの光を、空間角度的に均質な前記導波光に変換するように構成された複数の回折特徴部からなる回折格子を含む格子スプレッダと、
    前記マルチビュー画像の前記異なるビューとして前記指向性光ビームを変調するように構成されたライトバルブのアレイと
    を備える、マルチビューディスプレイ。
13. 前記導波光としてガイドされる前記光を提供するように構成された光源をさらに備え、前記光源は、前記光ガイドの入力エッジに沿って互いに間隔を置いて配置された複数の光エミッタを備える、請求項１２に記載のマルチビューディスプレイ。
14. 前記格子スプレッダの前記回折格子が、前記光源の前記複数の光エミッタの光エミッタ間に配置された複数の個別の回折格子を含む、請求項１３に記載のマルチビューディスプレイ。
15. 前記導波光の前記伝搬方向における前記回折格子の前記回折特徴部の長さプロファイルが、前記光ガイドの入力エッジに沿った距離の関数として変化する、請求項１２に記載のマルチビューディスプレイ。
16. 前記マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素のサイズが、前記ライトバルブアレイのライトバルブのサイズの半分より大きく、前記ライトバルブサイズの２倍未満である、請求項１２に記載のマルチビューディスプレイ。
17. 前記マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素が、前記光ガイドに光学的に接続されて前記導波光の一部を散乱させる回折格子、微小反射要素、および微小屈折要素のうちの１つまたはそれ以上を備える、請求項１２に記載のマルチビューディスプレイ。
18. 前記格子スプレッダが、前記光の角度広がりを低減して、コリメーション係数に従って前記導波光をコリメートするようにさらに構成される、請求項１２に記載のマルチビューディスプレイ。
19. バックライト動作の方法であって、前記方法は、
    光ガイドの入力エッジにある光源を使用して前記光ガイドに光を提供するステップと、
    前記光ガイド内に導波光を提供するために、前記提供された光を、格子スプレッダを使用して前記光ガイド内で空間角度的に均質な光に変換するステップであって、前記格子スプレッダは、前記光ガイドの前記入力エッジに隣接する回折格子を含み、前記回折格子は、前記光ガイド内の前記導波光の伝搬方向に対応する方向に延びる複数の回折特徴部からなる、ステップと、
    前記光ガイドの角度保持散乱特徴部を使用して、前記導波光の一部を放射光として前記光ガイドから散乱させるステップと
    を含む、方法。
20. 前記光源が、前記光ガイドの前記入力エッジに沿って互いに間隔を置いて配置された複数の光エミッタを備え、前記格子スプレッダの前記回折格子が、前記光源の前記複数の光エミッタの光エミッタ間に互いに間隔を置いて配置された複数の個別の回折格子を含む、請求項１９に記載のバックライト動作の方法。
21. 前記角度保持散乱特徴部がマルチビーム要素を備え、前記放射光が、マルチビューディスプレイのそれぞれの異なるビュー方向に対応する互いに異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビームを含む、請求項１９に記載のバックライト動作の方法。
    

Images