基于微缝散射元件的背光、多视图显示器和提供光禁区的方法与流程

基于微缝散射元件的背光、多视图显示器和提供光禁区的方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年1月20日提交的美国临时专利申请序列号62/963,499的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
3.关于联邦政府赞助的研究或开发的声明
4.不适用


背景技术：

5.电子显示器是一种几乎无处不在的媒介，用于向各种设备和产品的用户传达信息。最常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，电子显示器按类别可分为有源显示器(即，发光的显示器)或无源显示器(即，调制由另一个源提供的光的显示器)。有源显示器的示例包括crt、pdp和oled/amoled。无源显示器的示例包括lcd和ep显示器。尽管无源显示器通常表现出吸引人的性能特征，包括但不限于固有的低功耗，但由于缺乏发光能力，在许多实际应用中可能会发现其用途有限。
附图说明
6.参照以下结合附图的详细描述，可以更容易地理解根据本文描述的原理的示例和实施例的各种特征，其中相似的附图标记表示相似的结构元件。
7.图1示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的透视图。
8.图2示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中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度分量的图形表示。
9.图3a示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中基于微缝散射元件的背光的截面图。
10.图3b示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中基于微缝散射元件的背光的平面图。
11.图3c示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中基于微缝散射元件的背光的透视图。
12.图4a示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中基于微缝散射元件的背光的一部分的截面图。
13.图4b示出了根据本文描述的原理的另一实施例的示例中基于微缝散射元件的背光的一部分的截面图。
14.图4c示出了根据本文描述的原理的另一实施例的示例中基于微缝散射元件的背光的一部分的截面图。
15.图5a示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的截面图。
16.图5b示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的平面图。
17.图5c示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的透视图。
18.图6示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的背光操作方法的流程图。
19.某些示例和实施例具有作为对上述附图中示出的特征的补充和替代的其他特征。这些特征和其他特征将在下文参考上述附图进行详细说明。
具体实施方式
20.根据本文描述的原理的示例和实施例提供了背光，该背光提供具有预定光禁区的发射图案的发射光。根据各种实施例，背光可以用作显示器中的照明源，包括多视图显示器。特别地，与本文描述的原理一致的实施例提供了一种基于微缝散射元件的背光，该背光包括多个反射微缝散射元件或反射微缝散射元件阵列，反射微缝散射元件被配置为将光散射出光导作为发射光。发射光优选地在发射区内提供，同时通过散射被排除在预定禁区之外。根据各种实施例，多个反射微缝散射元件中的反射微缝散射元件包括具有倾斜角的倾斜反射侧壁以控制发射图案并且具体地提供发射光的预定禁区。采用本文所述的基于微缝散射元件的背光的显示器的用途包括但不限于移动电话(例如，智能手机)、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显示器、汽车显示控制台、相机显示器和各种其他移动以及基本上非移动显示应用程序和设备。
21.在本文中，“二维显示器”或“2d显示器”被定义为被配置为提供基本上相同的图像视图的显示器，而不管是从哪个方向观看图像(即，在2d显示器的预定义视角或范围内)。存在于许多智能手机和计算机显示器中的传统液晶显示器(lcd)是2d显示器的示例。相比而言，“多视图显示器”被定义为被配置为在不同视图方向上或从不同视图方向提供不同视图的电子显示器或显示系统。特别地，根据一些实施例，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。
22.图1示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器10的透视图。如图1所示，多视图显示器10包括用来显示要观看的多视图图像的屏幕12。例如，屏幕12可以是电话(例如，移动电话、智能手机等)、平板计算机、膝上型计算机的显示屏幕、台式计算机的计算机显示器、相机显示器或基本上任何其他设备的电子显示器。多视图显示器10在相对于屏幕12的不同视图方向16上提供多视图图像的不同视图14。视图方向16被示为从屏幕12沿各种不同的主角方向延伸的箭头；不同视图14在箭头末端(即，描绘视图方向16)被示为阴影多边形框；并且仅示出了四个视图14和四个视图方向16，均作为示例而非限制。需注意，虽然不同视图14在图1中被示为在屏幕上方，但是当多视图图像显示在多视图显示器10上时视图14实际上出现在屏幕12上或屏幕12附近。在屏幕12上方描绘视图14仅是为了简化说明并且意在表示从对应于特定视图14的一个相应视图方向16观看多视图显示器10。2d显示器可以基本上类似于多视图显示器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。
23.根据本文的定义，视图方向或等效地具有与多视图显示器的视图方向对应的方向的光束通常具有主角方向或简单地由角度分量{θ,φ}给出的“方向”。角度分量θ在本文中被称为光束的“仰角分量”或“仰角”。角度分量φ被称为光束的“方位角分量”或“方位角”。根据定义，仰角θ是垂直平面中的角度(例如，垂直于多视图显示屏幕的平面)，而方位角φ是水平平面中的角度(例如，平行于多视图显示屏幕平面)。
24.图2示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中具有对应于多视图显示器的视图方向(例如，图1中的视图方向16)的特定主角方向的光束20的角度分量{θ,φ}的图形表示。此外，根据本文的定义，光束20从特定点发射或发出。也就是说，根据定义，光束20具有与多视图显示器内的特定原点相关联的中心光线。图2还示出了光束(或观看方向)的原点o。
25.本文中，如在术语“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。此外，本文中的术语“多视图”可以明确地包括多于两个的不同视图(即，最少三个视图并且通常多于三个视图)。因此，本文采用的“多视图显示器”可以明确区别于仅包括两个不同视图来表示场景或图像的立体显示器。然而需注意，虽然多视图图像和多视图显示器包括多于两个视图，但根据本文的定义，可以通过一次仅选择多视图视图中的两个视图进行观看(例如，每只眼睛一个视图)来将多视图图像作为立体图像对进行观看(例如，在多视图显示器上)。
[0026]“多视图像素”在本文中被定义为表示多视图显示器的相似的多个不同视图中的每一个视图中的“视图”像素的像素集合。特别地，多视图像素可以具有对应于或表示多视图图像的不同视图中的每一个视图中的视图像素的单独像素或像素集合。因此，根据本文的定义，“视图像素”是与多视图显示器的多视图像素中的视图相对应的像素或像素集合。在一些实施例中，视图像素可以包括一个或多个颜色子像素。此外，根据本文的定义，多视图像素的视图像素是所谓的“定向像素”，其中每个视图像素与不同视图中的一个对应视图的预定视图方向相关联。此外，根据各种示例和实施例，多视图像素的不同视图像素可以在每个不同视图中具有等效或至少基本相似的位置或坐标。例如，第一多视图像素可以具有位于多视图图像的每个不同视图中的{x1，y1}处的单独视图像素，而第二多视图像素可以具有位于不同视图中的每个视图中的{x2，y2}处的单独视图像素，以此类推。
[0027]
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。特别地，光导可以包括在光导的工作波长上基本上透明的芯。术语“光导”通常是指介电光波导，其采用全内反射在光导的介电材料与围绕该光导的材料或介质之间的界面处引导光。根据定义，全内反射的条件是光导的折射率大于与光导材料表面相邻的周围介质的折射率。在一些实施例中，除了上述折射率差之外或作为上述折射率差的替代，光导可以包括涂层以进一步利于全内反射。例如，涂层可以是反射涂层。光导可以是若干光导中的任何一种，包括但不限于平板或板式光导和条形光导。
[0028]
此外，在本文中，术语“平板”在应用于“平板光导”中的光导时被定义为分段或不同平面层或片材，其有时被称为“板式”光导。特别地，平板光导被定义为被配置为在由光导的顶表面和底表面(即，相对的表面)界定的两个基本正交的方向上引导光的光导。此外，根
据本文的定义，光导的顶表面和底表面或“引导”表面都彼此分开并且可以至少在不同的意义上基本上彼此平行。也就是说，在平板光导的任何差异小的部分内，顶表面和底表面基本上平行或共面。在一些实施例中，平板光导可以是基本上平坦的(即，限制在平面内)，因此，平板光导是平面光导。在其他实施例中，平板光导可以在一或两个正交维度上弯曲。然而，任何曲率都具有足够大的曲率半径以确保在平板光导内保持全内反射以引导光。
[0029]
根据本文的定义，“多光束元件”是产生包括多个定向光束的发射光的背光或显示器的结构或元件。在一些实施例中，多光束元件可以光学耦合到背光的光导，以通过耦合或散射出在光导中引导的一部分光来提供多个光束。在其他实施例中，多光束元件可以生成作为定向光束发射的光(例如，可以包括光源)。此外，根据本文的定义，由多光束元件产生的多个定向光束中的定向光束具有彼此不同的主角方向。特别地，根据定义，多个定向光束中的定向光束具有预定的主角方向，该预定的主角方向不同于多个定向光束中另一个定向光束的主角方向。此外，多个定向光束可以表示光场。例如，多个定向光束可以被限制在空间的基本锥形区域或具有包括多个光束中定向光束的不同主角方向的预定角扩展。因此，定向光束的组合(即，多个光束)的预定角扩展可以表示光场。
[0030]
根据各种实施例，多个定向光束中的各个定向光束的不同主角方向由包括但不限于多光束元件的尺寸(例如，长度、宽度、面积等)和方向或旋转的特性确定。在一些实施例中，根据本文的定义，多光束元件可以被认为是“扩展的点光源”，即，分布在多光束元件的范围内的多个点光源。此外，根据本文的定义，并且如上文关于图2所述，由多光束元件产生的定向光束具有由角度分量{θ,φ}给出的主角方向。
[0031]
在本文中，“保角散射特征”或等效地“保角散射体”被定义为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扩展的方式散射光的任何特征或散射体。特别地，根据定义，由保角散射特征散射的光的角扩展σs是入射光的角扩展σ的函数(即，σs＝f(σ))。在一些实施例中，散射光的角扩展σs是入射光的角扩展或准直因子σ的线性函数(例如，σs＝a
·
σ，其中a是整数)。即，由保角散射特征散射的光的角扩展σs可以基本上与入射光的角扩展或准直因子σ成比例。例如，散射光的角扩展σs可以基本上等于入射光角扩展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)是保角散射特征的示例。相比而言，根据本文的定义，朗伯散射体或反射体以及一般漫射体(例如，具有或近似朗伯散射)不是保角散射体。
[0032]
在本文中，“准直器”被定义为基本上被配置为对光进行准直的任何光学设备或装置。根据各种实施例，准直器提供的准直量可以从一个实施例到另一个实施例以预定的程度或量变化。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)中的一个或两个方向上提供准直。也就是说，根据一些实施例，准直器可以包括在两个正交方向中的一个或两个方向上提供光准直的形状。
[0033]
本文中，“准直因子”被定义为光被准直的程度。特别地，根据本文的定义，准直因子定义了准直光束内的光线的角扩展。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的角度范围内(例如，关于准直光束的中心或主角方向的 /-σ度)。根据一些示例，准直光束的光线在角度方面可以具有高斯分布，并且角扩展可以通过在准直光束的峰值强度的二分之一处确定的角度。
[0034]
本文中，“光源”被定义为光的来源(例如，被配置为产生和发射光的光发射器)。例
如，光源可以包括光发射器，诸如在被激活或导通时发射光的发光二极管(led)。特别地，本文中光源可以是基本上任何光源或包括基本上任何光发射器，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他光源中的一种或多种。由光源产生的光可以具有一定颜色(即，可以包括特定波长的光)，或者可以是波长范围(例如，白色光)。在一些实施例中，光源可以包括多个光发射器。例如，光源可以包括光发射器集合或光发射器组，其中至少一个光发射器产生具有一定颜色或等效地一定波长的光，其不同于由至少一个其他发射器集合或光发射器组产生的光的颜色或波长。例如，不同颜色可以包括原色(例如，红色、绿色、蓝色)。
[0035]
如本文所用，冠词“一个”旨在具有其在专利领域中的普通含义，即“一个或多个”。例如，“一个反射微缝散射元件”是指一个或多个反射微缝散射元件，因此，“该反射微缝散射元件”在本文中是指“该一个或多个反射微缝散射元件”。此外，本文对“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“由”的引用并旨在成为本文的限制。在本文中，除非另外指明，当应用于一个值时，术语“约”一般是指在用于产生该值的设备的容差范围内，或者可以是指正负10％，或正负5％，或正负1％。此外，如本文所用，术语“基本上”是指大部分，或几乎全部，或全部，或在约51％至约100％范围内的量。此外，本文中的示例仅旨在作为说明性的并且出于讨论目的而不是限制性的方式呈现。
[0036]
根据本文描述的原理的一些实施例，提供了一种基于微缝散射元件的背光。图3a示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中基于微缝散射元件的背光100的截面图。图3b示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中基于微缝散射元件的背光100的平面图。图3c示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中基于微缝散射元件的背光100的透视图。
[0037]
图3a至图3c所示的基于微缝散射元件的背光100被配置为向发射光102提供具有预定光禁区的发射图案。特别地，如图3a所示，基于微缝散射元件的背光100优选地在发射区i内提供发射光102，而在预定光禁区ii内不提供发射光102。因此，如果在表示或涵盖发射区i的角度范围内观看基于微缝散射元件的背光100，则发射光102可能是可见的。或者，当在表示或涵盖预定光禁区ii的角度范围内观看基于微缝散射元件的背光100时，发射光102可能不可见。
[0038]
例如，预定光禁区ii可以提供结合了基于微缝散射元件的背光100作为照明源的显示器的隐私观看。特别地，在一些实施例中，发射光102可以被调制以利于在由基于微缝散射元件的背光100或使用基于微缝散射元件的背光照明的显示器上显示信息。例如，发射光102可以被反射性地散射出基于微缝散射元件的背光100的“发射表面”并且朝向光阀阵列(例如，光阀阵列230，如下所述)。然后可以使用光阀阵列调制发射光102以提供由显示器显示或在显示器上显示的图像。然而，由于由基于微缝散射元件的背光100提供的预定光禁区ii，将作为显示的图像显示可能仅在发射区i中可见。因此，基于微缝散射元件的背光100提供防止观看者看到预定光禁区ii中的图像的隐私观看(即，当在预定光禁区ii中观看时，显示器可能显示为黑色或“关闭”)。
[0039]
在一些实施例中(例如，如下文关于多视图显示器所描述的)，发射光102可以包括具有彼此不同的主角方向的定向光束(例如，作为或表示光场)。此外，根据这些实施例，发
射光102的定向光束在与多视图显示器的各个视图方向对应的不同方向或等效地由多视图显示器显示的多视图图像的不同视图方向上被引导远离基于微缝散射元件的背光100。在一些实施例中，发射光102的定向光束可以用光阀阵列调制以利于显示具有多视图内容的信息，例如多视图图像。例如，多视图图像可以表示或包括三维(3d)内容。
[0040]
如图3a至图3c所示，基于微缝散射元件的背光100包括光导110。光导110被配置为在传播方向103上将光引导为被引导光104。此外，在各种实施例中，被引导光104可以具有或根据预定的准直因子s被引导。例如，光导110可以包括被配置为光波导的介电材料。介电材料可以具有大于介电光波导周围的介质的第二折射率的第一折射率。根据光导110的一个或多个导模，折射率差可以被配置为利于被引导光104的全内反射。
[0041]
在一些实施例中，光导110可以是板式或平板光波导(即，平板光导)，包括延伸的、基本平坦的光学透明介电材料片。基本平坦的介电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多种介电材料中的任何一种或由多种介电材料的任何一种制成，包括但不限于各种类型的玻璃(例如，石英玻璃、碱-铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等)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)中的一种或多种。在一些实施例中，光导110可以还包括在光导110的表面(例如，顶表面和底表面中的一者或两者)的至少一部分上的包覆层(未示出)。根据一些示例，包覆层可用于进一步利于全内反射。特别地，包覆层可以包括折射率大于光导材料的折射率的材料。
[0042]
此外，根据一些实施例，光导110被配置为在光导110的第一表面110'(例如，“前”或“顶”表面或侧面)与第二表面110”(例如，“后”或“底”表面或侧面)之间以非零传播角根据全内反射来引导被引导光104。特别地，被引导光104通过以非零传播角在光导110的第一表面110'与第二表面110”之间反射或“反弹”而作为被引导光束传播。在一些实施例中，被引导光104可以包括表示不同颜色的光的多个引导光束。不同颜色的光可以由光导110以不同颜色特定的非零传播角中的各个传播角引导。需注意，为了说明的简单性，图3a至图3c中没有示出非零传播角。然而，在图3a中表示传播方向103的粗箭头描绘了被引导光104沿着光导长度的一般传播方向。
[0043]
如本文所定义，“非零传播角”是相对于光导110的表面(例如，第一表面110'或第二表面110”)的角度。此外，根据各种实施例，非零传播角既大于零又小于光导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约十度(10
°
)和约五十度(50
°
)之间，或者在约二十度(20
°
)和约四十度(40
°
)之间，或者在约二十五度(25
°
)和约三十五(35
°
)度之间。例如，非零传播角可以是约三十(30
°
)度。在其他示例中，非零传播角可以是约20
°
、或约25
°
、或约35
°
。此外，只要特定非零传播角被选择为小于光导110内的全内反射的临界角，就可以(例如，任意地)针对特定具体实施选择特定的非零传播角。
[0044]
光导110中的被引导光104可以以非零传播角(例如，约30-35度)被引入或引导到光导110中。在一些实施例中，可以采用诸如但不限于透镜、反射镜或类似反射器(例如倾斜准直反射器)、衍射光栅和棱镜(未示出)以及它们的各种组合的结构来将光引入光导110作为被引导光104。在其他示例中，可以在不使用或基本上不使用结构的情况下将光直接引入光导110的输入端(即，可以采用直接或“邻接”耦合)。一旦被引导到光导110中，被引导光104被配置为在通常远离输入端的传播方向103上沿着光导110传播。
[0045]
此外，具有预定准直因子σ的被引导光104可以被称为“准直光束”或“准直引导光”。在本文中，“准直光”或“准直光束”通常被定义为其中光束的光线在光束(例如，引导光束)内基本上彼此平行的光束，除非是准直因子σ允许之外。此外，根据本文的定义，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。
[0046]
如图3a至图3c所示，基于微缝散射元件的背光100还包括分布在光导110上的多个反射微缝散射元件120。例如，反射微缝散射元件120可以以随机或至少基本上随机的图案分布在光导110上，例如，如图3b所示。在一些实施例中，多个反射微缝散射元件中的反射微缝散射元件120可以按一维(1d)布置(未示出)或二维(2d)布置(例如，如图所示)进行布置。例如(未示出)，反射微缝散射元件可以布置为线性1d阵列(例如，包括交错的反射微缝散射元件120的线的多条线)。在另一示例(未示出)中，反射微缝散射元件120可以布置为2d阵列，诸如但不限于矩形2d阵列或圆形2d阵列。在一些实施例中，反射微缝散射元件120以规则或恒定的方式分布在光导110上，而在其他实施例中，分布可以在光导110上变化。例如，反射微缝散射元件120的密度可以作为光导110上的距离的函数而增加。
[0047]
根据各种实施例，多个反射微缝散射元件中的每个反射微缝散射元件120包括倾斜反射侧壁122。倾斜反射侧壁122被配置为反射性地散射出被引导光104的一部分作为发射光102。进一步地，反射微缝散射元件120的倾斜反射侧壁122具有远离被引导光104的传播方向103倾斜的倾斜角。根据各种实施例，倾斜反射侧壁122的倾斜度在发射光102的发射图案中提供预定光禁区ii。特别地，倾斜反射侧壁122具有远离被引导光104的传播方向103倾斜的倾斜角。此外，根据各种实施例，倾斜反射侧壁122的倾斜角确定预定光禁区ii的角度范围。
[0048]
图4a示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中基于微缝散射元件的背光100的一部分的截面图。如图4a所示，基于微缝散射元件的背光100包括光导110，其中反射微缝散射元件120设置在光导110的第一表面110'上。反射微缝散射元件120包括具有倾斜角a的倾斜反射侧壁122。此外，倾斜角α远离被引导光110的传播方向103倾斜。在光导110中传播的被引导光104被反射微缝散射元件120的倾斜反射侧壁122反射并作为发射光102离开光导110的发射表面(例如，第一表面110')。
[0049]
图4a中还示出了发射光102的发射图案中的预定光禁区ii。所示出的预定光禁区ii具有与图4a中的倾斜反射侧壁122的倾斜角α相对应(例如，约等于)的角度范围。也就是说，图4a中所示的预定光禁区ii的角度范围由倾斜角α确定并且从平行于光导表面的平面延伸到角度γ。如图所示，预定光禁区ii的角度γ等于九十度(90
°
)减去倾斜反射侧壁122的倾斜角α。
[0050]
在一些实施例中，如图4a所示，多个反射微缝散射元件中的反射微缝散射元件120可以设置在光导110的第一表面110'(即，发射表面)上或设置在该第一表面处在其他实施例中，反射微缝散射元件120可以设置在与光导110的发射表面(例如，第一表面110')相对的第二表面110”上，例如，如图3a所示。在这两个示例中，反射微缝散射元件120延伸到光导110的内部，例如如图4a所示远离发射表面或如图3a所示朝向发射表面。
[0051]
在其他实施例中，反射微缝散射元件120可以位于光导110内。特别地，在这些实施例中，反射微缝散射元件120可以位于光导110的第一表面110'和第二表面110”两者之间并与两者间隔开。例如，反射微缝散射元件120可以设置在光导110的表面上，然后由光导材料
层覆盖，以有效地将反射微缝散射元件120埋设在光导110的内部。
[0052]
图4b示出了根据本文描述的原理的另一实施例的示例中基于微缝散射元件的背光100的一部分的截面图。如图4b所示，基于微缝散射元件的背光100包括光导110和反射微缝散射元件120。图4b所示的反射微缝散射元件120位于光导110内在第一表面110'和第二表面110”之间。如图4a所示，图4b所示的被引导光104被反射微缝散射元件120的倾斜反射侧壁122反射，并作为发射光102离开光导110的发射表面(第一表面110')。
[0053]
在另一个实施例中，反射微缝散射元件120可以设置在光学材料层中，该光学材料层设置在光导110的表面上。在一些这些实施例中，光学材料层的表面可以是发射表面，并且反射微缝散射元件120可以远离发射表面并且朝向光引导表面延伸。在其他实施例(未示出)中，光学材料层可以设置于光导110的与发射表面相对的表面上，并且反射微缝散射元件120可以朝向发射表面且远离光学材料层的表面延伸。
[0054]
位于光导110的表面上的光学材料层可以与光导110的材料的折射率匹配(即，具有等于或约等于该折射率的折射率)的折射率。在一些实施例中，光学材料层的折射率匹配可以减少或基本上最小化光导110和材料层之间的界面处的光反射。在其他实施例中，该材料可以具有大于光导材料的折射率的折射率。例如，这种较高折射率材料层可用于提高发射光102的亮度。
[0055]
图4c示出了根据本文描述的原理的另一实施例的示例中基于微缝散射元件的背光100的一部分的截面图。如图所示，作为示例而非限制，基于微缝散射元件的背光100还包括光导110，光导具有设置在光导110的第一表面110'上的光学材料层112。图4c中所示的反射微缝散射元件120位于光学材料层112中，并且反射微缝散射元件120远离包括光学材料层112的表面的发射表面并朝向光导110的第一表面110'延伸。此外，反射微缝散射元件120的深度可以与光学材料层112的厚度或高度h相当，例如，如图所示。在图4c中，被引导光104被示出经过光导110进入光学材料层112，随后接着被反射微缝散射元件120的倾斜反射侧壁122反射以提供发射光102。
[0056]
需注意，虽然图4a至图4c中所示的每个反射微缝散射元件120具有相似的尺寸和形状，但在一些实施例(未示出)中，反射微缝散射元件120可以在光导表面上彼此不同。例如，反射微缝散射元件120可以在光导110上具有不同尺寸、不同截面轮廓、甚至不同取向(例如，相对于引导光传播方向的旋转)中的一种或多种。特别地，根据一些实施例，至少两个反射微缝散射元件120在发射光102内可以具有彼此不同的反射散射分布。
[0057]
根据一些实施例，反射微缝散射元件120的倾斜反射侧壁122被配置为根据全内反射(即，由于材料在倾斜反射侧壁122的任一侧上的折射率之间的差异)反射性地散射出被引导光104的一部分。也就是说，在倾斜反射侧壁122处具有小于临界角的入射角的被引导光104被倾斜反射侧壁122反射而成为发射光102。
[0058]
在一些实施例中，倾斜反射侧壁122的倾斜角α相对于光导110(或等效的基于微缝散射元件的背光100))的发射表面的表面法线在零度(0
°
)至约四十五度(45
°
)之间。在一些实施例中，倾斜反射侧壁122的倾斜角α在10度(10
°
)至约四十度(40
°
)之间。例如，倾斜反射侧壁122的倾斜角α相对于光导110的发射表面的表面法线可以是约二十度(20
°
)、或约三十度(30
°
)、或约三十五度(35
°
)。
[0059]
根据各种实施例，结合被引导光104的非零传播角选择倾斜角α，以提供发射光102
的目标角度和预定光禁区ii的角度范围中的一者或两者。此外，所选择的倾斜角α可以被配置为优选地在光导110的发射表面(例如，第一表面110')的方向上并且远离光导110的与发射表面相对的表面(例如，第二表面110”)散射光。也就是说，在一些实施例中，倾斜反射侧壁122可以在远离发射表面的方向上提供很少或基本上不提供对被引导光104的散射。
[0060]
在一些实施例中，反射微缝散射元件120的倾斜反射侧壁122包括反射材料，该反射材料被配置为反射性地散射出被引导光104的一部分。例如，反射材料可以是涂覆在倾斜反射侧壁122上的反射金属层(例如铝、镍、金、银、铬、铜等)或反射金属聚合物(例如聚合物铝)。在另一示例中，反射微缝散射元件120的内部可以填充或基本上填充有反射材料。在一些实施例中，填充反射微缝散射元件120的反射材料可以在倾斜反射侧壁122处提供对引导光部分的反射散射。
[0061]
在一些实施例中(例如，如图4a至图4c所示)，反射微缝散射元件120的第二侧壁具有与反射微缝散射元件120的第一侧壁的倾斜角(例如，反射侧壁122的倾斜角a)基本相似的倾斜角。也就是说，反射微缝散射元件120的相对侧壁可以基本上彼此平行。在其他实施例(未示出)中，反射微缝散射元件120的第二侧壁可以具有不同于第一侧壁的倾斜角的倾斜角，第一侧壁是倾斜反射侧壁122。
[0062]
在一些实施例(未示出)中，多个反射微缝散射元件中的反射微缝散射元件120可以在与引导光传播方向103正交的方向上具有弯曲形状。特别地，弯曲形状可以在与传播方向103正交的方向上，也可以在与光导110的表面平行的平面中。根据一些实施例，弯曲形状可以被配置为控制散射光在与引导光传播方向正交的平面中的发射图案。
[0063]
再次参考图3a至图3c，基于微缝散射元件的背光100可以还包括光源130。根据各种实施例，光源130被配置为将光提供给光导110以被引导为被引导光104。特别地，光源130可以与光导110的输入边缘相邻定位，如图所示。在一些实施例中，光源130可以包括沿光导110的输入边缘彼此间隔开的多个光发射器。
[0064]
在各种实施例中，光源130可以包括基本上任何光源(例如，光发射器)，包括但不限于，一个或多个发光二极管(led)或激光器(例如，激光二极管)。在一些实施例中，光源130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上单色光的光发射器。特别地，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。在其他示例中，光源130可以是被配置为提供基本上宽带或多色光的基本上宽带光源。例如，光源130可以提供白色光。在一些实施例中，光源130可以包括被配置为提供不同颜色的光的多个不同的光发射器。不同的光发射器可以被配置为提供具有与不同颜色的光中的每一个相对应的被引导光的不同的、颜色特定的、非零传播角的光。根据本文描述的原理的一些实施例，提供了一种电子显示器。特别地，电子显示器可以包括基于微缝散射元件的背光100和光阀阵列。根据这些实施例(未示出)，光阀阵列被配置为调制具有由基于微缝散射元件的背光100提供的预定光禁区ii的发射光102。使用光阀阵列调制发射光102可以在预定光禁区ii之外的发射区i中提供图像。也就是说，发射光102照亮光阀阵列，从而使得能够在发射区i内显示和查看图像。或者，在预定光禁区ii内可以基本上不显示任何内容。因此，当从预定光禁区ii内查看时，电子显示器可能看起来是“关闭”的。在一些实施例中，鉴于具有能够仅在发射区i内查看显示图像而同时排除在预定光禁区ii内查看图像的能力，包括基于微缝散射元件的背光100的电子显示器可以表示“隐私显示器”。
[0065]
在一些实施例中，微缝散射元件背光的反射微散射元件可以布置为微缝多光束元件阵列。当如此布置时，电子显示器可以是多视图显示器。特别地，微缝多光束元件阵列中的每个微缝多光束元件可以包括多个反射微缝散射元件中的反射微缝散射元件子集。根据各种实施例，包括反射微缝散射元件子集的微缝多光束元件被配置为反射性地散射出被引导光的一部分作为发射光，该发射光包括具有与多视图显示器的各个观看方向相对应的方向的定向光束。此外，根据各种实施例，定向光束被限制在发射区并且被排除在发射光的发射图案内的预定禁区之外。
[0066]
图5a示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器200的截面图。图5b示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器200的平面图。图5c示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器200的透视图。图5c中的透视图被描绘成部分剖开，仅便于本文讨论。
[0067]
如图所示，多视图显示器200包括光导210。在一些实施例中，光导210可以基本上类似于上述基于微缝散射元件的背光100的光导110。特别地，光导210被配置为在传播方向203上将光引导为被引导光204。如图所示，引导光204由光导210的第一表面210'和第二表面210”(即，引导表面)引导并且在它们之间引导。
[0068]
图5a至图5c所示的多视图显示器200还包括在光导210上彼此间隔开的微缝多光束元件220阵列。根据各种实施例，微缝多光束元件阵列的微缝多光束元件220包括多个反射微缝散射元件222中的反射微缝散射元件222子集。此外，每个反射微缝散射元件222包括倾斜反射侧壁。共同地，微缝多光束元件220内的反射微缝散射元件222的倾斜反射侧壁被配置为将引导光204(或其至少一部分)反射性地散射出作为发射光202，该发射光包括具有由多视图显示器200显示的多视图图像的各个视图方向相对应的方向的定向光束。此外，根据各种实施例，发射光202具有预定光禁区ii，该光禁区ii是倾斜反射侧壁的倾斜角的函数。特别地，反射散射被配置为在微缝多光束元件220的微缝散射元件222的倾斜反射侧壁处发生或由其提供。然而，根据各种实施例，发射光202优选地被限制在发射区i并且被排除在发射光202的预定光禁区ii之外。图5a和图5c将发射光202的定向光束示为在发射区i内远离光导210的第一表面210'(即发射表面)定向的多个发散箭头。根据一些实施例，图5a中所示的发射区i和预定光禁区ii可以基本上类似于图3a中所示的相应的发射区i和预定光禁区ii。
[0069]
在一些实施例中，微缝多光束元件220的反射微缝散射元件222可以基本上类似于上述微缝散射元件背光100的反射微缝散射元件120。因此，在一些实施例中，光导210和微缝多光束元件220阵列可以基本上类似于具有布置成微缝多光束元件阵列的多个反射微缝散射元件120的基于微缝散射元件的背光100。在一些实施例中，微缝多光束元件220的反射微缝散射元件222的深度可以约等于微缝多光束元件220内相邻反射微缝散射元件222的平均间距(或之间的间隔)。
[0070]
如图所示，多视图显示器还包括光阀阵列230。光阀阵列230被配置为调制定向光束以提供多视图图像。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种或多种。
[0071]
根据各种实施例，包括在反射微缝散射元件222子集的尺寸内的每个微缝多光束元件220的尺寸(例如，如图5a中的小写“s”所示)与多视图显示器200中的光阀230的尺寸
(例如，如图5a中的大写“s”所示)相当。本文中，“尺寸”可以以多种方式中的任一种来定义，包括但不限于长度、宽度或面积。例如，光阀230的尺寸可以是其长度，微缝多光束元件220的相当尺寸也可以是微缝多光束元件220的长度。在另一示例中，尺寸可以指使得微缝多光束元件220的面积可以与光阀230的面积相当的面积。
[0072]
在一些实施例中，每个微缝多光束元件220的尺寸在多视图显示器200的光阀阵列中的光阀230的尺寸的约百分之二十五(25％)至约百分之二百(200％)之间。在其他示例中，微缝多光束元件尺寸大于光阀尺寸的约百分之五十(50％)，或大于光阀尺寸的约百分之六十(60％)，或大于光阀尺寸的约百分之七十(70％)，或大于光阀尺寸的约百分之七十五(75％)，或大于光阀尺寸的约百分之八十(80％)，或大于光阀尺寸的约百分之八十五(85％)，或大于光阀尺寸的约百分之九十(90％)。在其他示例中，微缝多光束元件尺寸小于光阀尺寸的约百分之一百八十(180％)，或小于光阀尺寸的约百分之一百六十(160％)，或小于光阀尺寸的约百分之一百四十(140％)，或小于光阀尺寸的约百分之一百二十(120％)。根据一些实施例，可以选择微缝多光束元件220和光阀230的相当尺寸以减少或在一些实施例中最小化多视图显示器的视图之间的暗区。此外，可以选择微缝多光束元件220和光阀230的相当尺寸以减少并且在一些实施例中最小化多视图显示器的视图(或视图像素)之间的重叠。
[0073]
如图5a和图5c所示，具有不同主角方向的发射光202的发射区内的不同定向光束穿过光阀阵列中的不同光阀230并且可以由其进行调制。此外，如图所示，光阀230集合可以对应于多视图像素206，并且阵列的光阀230可以对应于多视图像素206和多视图显示器200的子像素。特别是，在一些实施例中，光阀阵列中的不同的光阀230的集合被配置为接收和调制发射光202的定向光束，这些定向光束位于由相应的微缝多光束元件220提供的或来自相应的微缝多光束元件的发射区i内，即，对于每个微缝多光束元件220存在一个唯一的光阀230集合，如图所示。
[0074]
在一些实施例中，微缝多光束元件220和对应的多视图像素206(即，子像素集合和对应的光阀230集合)之间的关系可以是一对一关系。也就是说，可以有相同数量的多视图像素206和微缝多光束元件220。图5b通过示例明确示出了一对一关系，其中包括不同光阀230集合的每个多视图像素206被示出为由虚线包围。在其他实施例(未示出)中，多视图像素206的数量和微缝多光束元件220的数量可以彼此不同。
[0075]
在一些实施例中，多个微缝多光束元件220对中的一对微缝多光束元件之间的元件间距离(例如，中心到中心的距离)可以等于对应的多视图像素206对(例如，由光阀集合表示)之间的像素间距离(例如，中心到中心的距离)。例如，如图5a所示，第一微缝多光束元件220a和第二微缝多光束元件220b之间的中心到中心距离基本上等于第一光阀集合230a和第二光阀集合230b之间的中心到中心距离。在其他实施例(未示出)中，成对的微缝多光束元件220和对应的光阀集合的相对中心到中心距离可以不同，例如，微缝多光束元件220可以具有大于或小于表示多视图像素206的光阀集合之间的间隔的元件间间隔。
[0076]
此外(例如，如图5a和图5c所示)，根据一些实施例，每个微缝多光束元件220可以被配置为向一个且仅一个多视图像素206提供发射光202的定向光束。特别地，对于给定的一个微缝多光束元件220，具有与多视图显示器的不同视图相对应的不同主角方向的定向光束可以基本上限于单个对应的多视图像素206和其子像素，即单个光阀230集合，对应于
微缝多光束元件220。因此，每个微缝多光束元件220在具有与多视图显示器的不同视图相对应的不同主角方向集合的发射区内提供发射光202的对应定向光束集合(即，该定向光束集合包含具有对应于不同观看方向中每个观看方向的方向的光束)。
[0077]
在一些实施例中，由发射区内的多视图显示器200提供的发射的、调制的光束可以优选地朝向多视图显示器或等效地多视图图像的多个观看方向或视图。在非限制性示例中，多视图图像可以包括具有对应数量的视图方向的一乘四(1
×
4)、一乘八(1
×
8)、二乘二(2
×
2)、四乘八(4
×
8)或八乘八(8
×
8)视图。在一个方向上包括多个视图但在另一个方向上不包括多个视图(例如，1
×
4和1
×
8视图)的多视图显示器200可以被称为“仅水平视差”多视图显示器，因为这些配置可以提供表示在一个方向上的不同视图或场景视差的视图(例如，水平方向作为水平视差)，但在正交方向没有视差(例如，垂直方向没有视差)。在两个正交方向上包括多于一个场景的多视图显示器200可以被称全视差多视图显示器，因为视图或者场景视差可以在两个正交方向(例如，既有水平视差又有垂直视差)上变化。在一些实施例中，多视图显示器200被配置为提供具有三维(3d)内容或信息的多视图显示器。多视图显示器或多视图图像的不同视图可以提供对由多视图显示器显示的多视图图像中的信息的“无眼镜”(例如，自动立体)表示。
[0078]
在一些实施例中，多视图显示器200的光导210内的被引导光204可以根据预定的准直因子被准直。在一些实施例中，发射区内的发射光202的发射图案是引导光的预定准直因子的函数。例如，预定准直因子可以基本上类似于上文关于基于微缝散射元件的背光100描述的预定准直因子σ。
[0079]
在这些实施例中的一些实施例中(例如，如图5a至图5c所示)，多视图显示器200可以还包括光源240。光源240可以被配置为以非零传播角向光导210提供光，并且在一些实施例中，根据预定的准直因子进行准直以提供引导光204在光导210内的预定角扩展。根据一些实施例，光源240可以基本上类似于上文关于基于微缝散射元件的背光100所描述的光源130。
[0080]
根据本文描述的原理的一些实施例，提供了一种背光操作方法。图6示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的背光操作方法300的流程图。如图6所示，背光操作方法300包括沿光导的长度在传播方向上将光引导(310)为被引导光。在一些实施例中，可以以非零传播角引导(310)光。此外，可以对引导光进行准直。特别地，可以根据预定的准直因子对引导光进行准直。根据一些实施例，光导可以基本上类似于上文关于基于微缝散射元件的背光100所描述的光导110。特别地，根据各种实施例，可以根据光导内的全内反射来引导光。类似地，预定准直因子和非零传播角可以基本上类似于上文关于基于微缝散射元件的背光100的光导110所描述的预定准直因子σ和非零传播角。
[0081]
如图6所示，背光操作方法300还包括使用多个反射微缝散射元件将被引导光的一部分反射(320)出光导以提供具有预定光禁区的发射光。在各种实施例中，多个反射微缝散射元件中的反射微缝散射元件的倾斜反射侧壁具有远离引导光的传播方向倾斜的倾斜角，发射光的预定光禁区由倾斜反射侧壁的倾斜角确定。
[0082]
在一些实施例中，反射微缝散射元件可以基本上类似于上述基于微缝散射元件的背光100的反射微缝散射元件120。特别地，倾斜反射侧壁可以根据全内反射反射性地散射光以将被引导的一部分反射出光导并提供发射光。在一些实施例中，多个反射微缝散射元
件中的反射微缝散射元件可以设置在光导的表面上，例如，发射表面或与光导的发射表面相对的表面。在其他实施例中，反射微缝散射元件可以位于相对的光导表面之间并与其间隔开。根据各种实施例，发射光的发射图案可以至少部分地是引导光的预定准直因子的函数。
[0083]
在一些实施例中，倾斜反射侧壁的倾斜角相对于光导的发射表面的表面法线在零度(0
°
)至约四十五度(45
°
)之间，并且预定禁区为在九十度(90
°
)与倾斜角之间。根据各种实施例，结合引导光的非零传播角来选择倾斜角，以优选地在光导的发射表面的方向上并且远离光导的与发射表面相对的表面散射光。此外，选择倾斜角以确定预定光禁区的角度范围。
[0084]
在一些实施例(未示出)中，背光操作方法还包括使用光源向光导提供光。所提供的光一者或两者在光导内可以具有非零传播角并且可以根据准直因子在光导内被准直以在光导内提供引导光的预定角扩展。在一些实施例中，光源可以基本上类似于上述基于微缝散射元件的背光100的光源130。
[0085]
在一些实施例中(例如，如图6所示)，背光操作方法300还包括调制(330)由反射微缝散射元件使用光阀反射性地散射出的发射光以提供图像。根据各种实施例，图像仅在发射区内可见，而在预定禁区内不可见。
[0086]
在一些实施例中，多个反射微缝散射元件被布置为微缝多光束元件阵列，微缝多光束元件阵列中的每个微缝多光束元件包括多个反射微缝散射元件中的反射微缝散射元件子集。此外，微缝多光束元件阵列中的微缝多光束元件可以在光导上彼此间隔开，以将所引导光反射性地散射出作为发射光，该发射光包括具有与多视图图像的各个视图方向相对应的方向的定向光束。当显示时多光束图像仅在发射区内可见，而不在预定光禁区内可见。在一些实施例中，微缝多光束元件的尺寸可以在光阀阵列的光阀尺寸的百分之二十五(25％)至百分之二百(200％)之间。
[0087]
因此，已经描述了基于微缝散射元件的背光、背光操作方法和采用反射微缝散射元件以提供具有预定光禁区的发射光的多视图显示器的示例和实施例。应当理解，上述示例仅是对代表本文描述的原理的许多具体示例中的一些示例的说明。显然，本领域的技术人员可以在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下容易地设计出许多其他布置。