(57)【要約】  グレーティングコリメータ及びバックライトシステムが、バックライトを点灯させるためのコリメート光を供給する。グレーティングコリメータは、光を導波光として導くように構成された導光体と、導光体に光を供給し、導光体から受け取った光をリサイクルするように構成された光リサイクル光源とを備える。グレーティングコリメータは、供給された光を導波光として導光体に回折的に方向転換させるように構成された回折格子カプラをさらに備える。バックライトシステムは、コリメート出力光を供給するように構成されたグレーティングコリメータと、コリメート出力光を受け取るように構成されたバックライトとを備える。バックライトはマルチビューバックライトであってもよい。
2021535544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グレーティングコリメータであって、
導光体の導光面の平面に対して非ゼロ伝播角度で導波光として光を導くように構成された導光体であって、前記導波光が、前記グレーティングコリメータの出力に向かう伝播方向を有する、導光体と、
前記導光体に光を供給し、前記導光体から受け取った光をリサイクルするように構成された光リサイクル光源であって、前記光リサイクル光源によってリサイクルされる前記光が、前記供給される光を増強するように構成される、光リサイクル光源と、
前記導光体の前記導光面にあり、前記光リサイクル光源によって供給される前記光を、前記非ゼロ伝播角度で前記導波光として前記導光体に回折的に方向転換させるように構成された、回折格子カプラと
を備える、グレーティングコリメータ。
【請求項２】
前記光リサイクル光源が、光を放射するように構成された光エミッタと、前記導光体から受け取った光を拡散させるように構成された光ディフューザと、前記光ディフューザによって拡散された光を反射拡散光として前記導光体に向かう方向に反射させるように構成された光反射体であって、前記光エミッタによって放射された前記光と前記反射拡散光とが組み合わされて前記導光体に供給される前記光として供給される、光反射体とを備える、請求項１に記載のグレーティングコリメータ。
【請求項３】
前記光リサイクル光源が、前記導光体に供給される前記光をコリメートするように構成されたコリメーション層をさらに備える、請求項２に記載のグレーティングコリメータ。
【請求項４】
前記コリメーション層が、約３０度未満の所定の円錐角にしたがって、前記導光体に供給される前記光をコリメートするように構成される、請求項３に記載のグレーティングコリメータ。
【請求項５】
前記回折格子カプラが、透過回折を用いて光を回折的に方向転換させるように構成された透過モード回折格子を備える透過型回折格子カプラであり、前記回折格子カプラが配置される前記導光面が、前記光リサイクル光源に隣接する、請求項１に記載のグレーティングコリメータ。
【請求項６】
前記回折格子カプラが、反射回折を用いて光を回折的に方向転換させるように構成された反射モード回折格子を備える反射型回折格子カプラであり、前記回折格子カプラが配置される前記導光面が、前記光リサイクル光源に対向する、請求項１に記載のグレーティングコリメータ。
【請求項７】
前記光リサイクル光源に対向する前記グレーティングコリメータの表面上にあり、前記回折格子カプラによる反射を容易にするように構成された上部反射層と、前記グレーティングコリメータの前記出力に対向する前記導光体の表面上にある側面反射層との少なくとも一方をさらに備える、請求項１に記載のグレーティングコリメータ。
【請求項８】
前記回折格子カプラが、前記導波光の方向とは反対且つ前記側面反射層に向かう方向に光を回折的に方向転換させるようにさらに構成され、前記側面反射層が、前記回折的に方向転換された光を前記導光体の前記出力に向けて反射させて戻すのを助けるように構成される、請求項７に記載のグレーティングコリメータ。
【請求項９】
前記伝播方向における前記導光体の幅が、前記導光体の厚さを前記非ゼロ伝播角度の正接で除した値の２倍より大きく、前記厚さが、前記幅に直交する前記導光体の寸法である、請求項１に記載のグレーティングコリメータ。
【請求項１０】
請求項１に記載のグレーティングコリメータを備えるマルチビューバックライトシステムであって、前記マルチビューバックライトシステムが、
バックライトの入力において前記グレーティングコリメータからのコリメート光を受け取り、前記受け取ったコリメート光を導かれたコリメート光として導くように構成されたバックライト導光体と、
前記バックライト導光体の長さに沿って互いに間隔を空けて配置された複数のマルチビーム要素であって、前記複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素が、前記導かれたコリメート光の一部を、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線として前記バックライト導光体から散乱させるように構成される、複数のマルチビーム要素と
をさらに備える、マルチビューバックライトシステム。
【請求項１１】
グレーティングコリメータであって、
前記グレーティングコリメータの出力に向かう導波光として光を導くように構成された導光体と、
前記導光体に光を供給し、前記導光体から受け取った光をリサイクルするように構成された光リサイクル光源と、
前記導光体の導光面に配置され、前記光リサイクル光源によって供給された前記光を、前記導波光として前記導光体に回折的に方向転換させて、前記グレーティングコリメータの出力においてコリメート出力光を供給するように構成された、回折格子カプラと
を備える、グレーティングコリメータと、
前記グレーティングコリメータに隣接するバックライトの入力において前記コリメート出力光を受け取るように構成され、前記グレーティングコリメータの長さに対応する大きさを有するバックライトと
を備える、バックライトシステム。
【請求項１２】
前記光リサイクル光源が、光を放射するように構成された光エミッタと、前記導光体から受け取った光を拡散させるように構成された光ディフューザと、前記光ディフューザによって拡散された光をリサイクル光として前記導光体に向かう方向に反射させるように構成された反射体と、前記導光体に供給される前記光をコリメートするように構成されたコリメーション層であって、前記供給される光が、前記光エミッタによって放射された光及び前記リサイクル光の両方を含む、コリメーション層とを備える、請求項１１に記載のバックライトシステム。
【請求項１３】
前記回折格子カプラが、透過型回折格子カプラ又は反射型回折格子カプラのいずれかを備え、前記透過型回折格子カプラが、前記光リサイクル光源に隣接する前記導光体の前記導光面に配置され、前記反射型回折格子カプラが、前記光リサイクル光源に隣接する前記導光面に対向する前記導光体の前記導光面に配置される、請求項１１に記載のバックライトシステム。
【請求項１４】
第１の反射層及び第２の反射層の一方又は両方をさらに備え、前記第１の反射層が、前記反射型回折格子カプラを備える前記回折格子カプラによる反射を容易にするために、前記光リサイクル光源に対向する前記導光体の表面に隣接し、前記第２の反射層が、前記グレーティングコリメータの前記出力から離れるように回折的に方向転換される前記回折格子カプラからの光を反射させるのを助けるために、前記グレーティングコリメータの前記出力に対向する前記導光体の表面上にある、請求項１３に記載のバックライトシステム。
【請求項１５】
前記バックライトが、前記グレーティングコリメータから受け取った前記コリメート出力光を導かれたコリメート光として導くように構成されたバックライト導光体を備え、前記導かれたコリメート光が、前記バックライトの照明源として機能するように構成される、請求項１１に記載のバックライトシステム。
【請求項１６】
前記バックライトがマルチビューバックライトであり、前記バックライト導光体の長さに沿って互いに間隔を空けて配置された複数のマルチビーム要素であって、前記複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素が、前記導かれたコリメート光の一部を、前記マルチビューバックライトを備える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線として前記バックライト導光体から散乱させるように構成される、複数のマルチビーム要素をさらに備える、請求項１５に記載のバックライトシステム。
【請求項１７】
光をコリメートする方法であって、前記方法が、
光リサイクル光源を用いて導光体に光を供給するステップであって、前記光が、前記光リサイクル光源のリサイクル光及び放射光の両方を含む、ステップと、
前記導光体の導光面において回折格子カプラを用いて、前記導光体に供給される前記光を回折的に方向転換させるステップであって、前記回折的に方向転換された光が、導波光として非ゼロ伝播角度で前記導光体に向けられる、ステップと、
前記導光体を用いて前記導波光を前記導光体の出力に向けて導いて、コリメート出力光を供給するステップであって、
前記リサイクル光が、前記導光体に向かって方向転換されて戻されて前記放射光を増強する、前記光リサイクル光源によって前記導光体から受け取られた光を含む、ステップと
を含む、方法。
【請求項１８】
前記導光体に光を提供する、前記ステップが、
光エミッタを用いて光を放射して、前記放射光を供給するステップと、
光ディフューザ及び反射体を用いて前記導光体から受け取った前記光を拡散及び反射させて、前記受け取った光を前記リサイクル光として前記導光体に方向転換させて戻すステップと
を含む、請求項１７に記載の光をコリメートする方法。
【請求項１９】
コリメーション層を用いて、前記光リサイクル光源によって前記導光体に供給された前記光をコリメートするステップをさらに含む、請求項１７に記載の光をコリメートする方法。
【請求項２０】
前記導光体の前記出力からの前記コリメート出力光をバックライトの入力に向けるステップであって、前記導光体が前記バックライト入力に隣接し、前記バックライトの入力に向けられる前記コリメート出力光が、前記バックライトを点灯させるように機能する、ステップをさらに含む、請求項１７に記載の光をコリメートする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
なし
【０００２】
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
なし
【背景技術】
【０００３】
電子ディスプレイは、多種多様なデバイス及び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。最も一般的に見られる電子ディスプレイとしては、陰極線管（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スディスプレイ（ＥＬ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）及びアクティブマトリクスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ（ＥＰ）、並びに電気機械的又は電気流体的光変調を利用する様々なディスプレイ（例えば、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）が挙げられる。一般に、電子ディスプレイは、アクティブディスプレイ（すなわち、光を放射するディスプレイ）又はパッシブディスプレイ（すなわち、別の光源によって供給される光を変調するディスプレイ）のいずれかに分類することができる。アクティブディスプレイの最も分かりやすい例には、ＣＲＴ、ＰＤＰ、及びＯＬＥＤ／ＡＭＯＬＥＤがある。放射光を考慮したときに通常パッシブとして分類されるディスプレイは、ＬＣＤ及びＥＰディスプレイである。パッシブディスプレイは、限定するものではないが本質的に低消費電力であることを含み、魅力的な性能特性を示すことが多いが、発光する能力がないために、多くの実用的なアプリケーションにおいていくらか使用が限られるように感じられることがある。
【０００４】
発光に関連するパッシブディスプレイの様々な潜在的適用制限に対処するために、多くのパッシブディスプレイは、外部光源に結合されている。結合された光源によって、本来パッシブであるこれらのディスプレイが、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し得る。このような結合される光源の例は、バックライトである。
【０００５】
本明細書で説明される原理による例及び実施形態の様々な特徴は、以下の「発明を実施するための形態」を添付の図面と併せて読めば、より容易に理解することができ、添付の図面では、同様の参照番号は同様の構造要素を示している。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】本明細書で説明される原理による実施形態による、一例におけるグレーティングコリメータの断面図である。
【０００７】
【図１Ｂ】本明細書で説明される原理による実施形態による、一例におけるグレーティングコリメータの平面図である。
【０００８】
【図１Ｃ】本明細書で説明される原理による実施形態による、一例におけるグレーティングコリメータの斜視図である。
【０００９】
【図２】本明細書で説明される原理による実施形態による、一例におけるグレーティングコリメータの光リサイクル光源の拡大側面図である。
【００１０】
【図３Ａ】本明細書で説明される原理による実施形態による、一例におけるグレーティングコリメータの断面図である。
【００１１】
【図３Ｂ】本明細書で説明される原理による別の実施形態による、一例におけるグレーティングコリメータの断面図である。
【００１２】
【図４】本明細書で説明される原理による実施形態による、一例におけるバックライトシステムのブロック図である。
【００１３】
【図５Ａ】本明細書で説明される原理による実施形態による、一例におけるマルチビューバックライトを備えるバックライトシステムの側面図である。
【００１４】
【図５Ｂ】本明細書で説明される原理による実施形態による、一例における図５Ａのバックライトシステムの斜視図である。
【００１５】
【図６】本明細書で説明される原理による実施形態による、一例における光をコリメートする方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
特定の例及び実施形態は、上記の図面に示す特徴のうちの１つである他の特徴を追加的又は代替的に有する。以下、これら及び他の特徴について、上記の図面を参照して詳述する。
【００１７】
本明細書で説明される原理による実施形態は、グレーティングコリメータからのコリメート光を受け取るように構成されたバックライトシステムと共に、コリメート照明源を提供するように構成されたグレーティングコリメータを提供する。特に、導光体と、光リサイクル光源と、回折格子カプラとを備えるグレーティングコリメータが提供される。導光体は、導光体の導光面の平面に対して非ゼロ伝播角度で導波光として光を導くように構成される。導波光は、グレーティングコリメータの出力に向かう伝播方向を有する。光リサイクル光源は、導光体に光を供給し、導光体から受け取った光をリサイクルするように構成される。光リサイクル光源によってリサイクルされた光は、供給される光を増強するように構成される。回折格子は、導光体の導光面にあり、光リサイクル光源によって供給された光を、非ゼロ伝播角度で導波光として導光体に回折的に方向転換させるように構成される。様々な実施形態によれば、回折的に方向転換された光は、コリメート出力光としてグレーティングコリメータを出ることができる。
【００１８】
様々な実施形態によれば、グレーティングコリメータからのコリメート出力光は、電子ディスプレイで使用されるバックライトの導光体に結合され得る。一部の実施形態では、電子ディスプレイは、３Ｄ情報を、例えば３Ｄ又はマルチビュー画像として表示するために使用される３次元（３Ｄ）又はマルチビュー電子ディスプレイであり得る。例えば、電子ディスプレイは、オートステレオスコピック又は「メガネ不要」マルチビュー又は３Ｄ電子ディスプレイであり得る。他の実施形態では、電子ディスプレイは、２次元（２Ｄ）ディスプレイであり得る。
【００１９】
特に、マルチビューディスプレイは、バックライトを使用して、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の照明を提供することができる。例えば、バックライトは、マルチビューディスプレイ（又は等価的にはマルチビュー画像）のピクセルに対応する指向性光線を供給するように構成された複数のマルチビーム要素を備え得る。様々な実施形態において、指向性光線は、互いに異なる主角度方向を有し得る（「異なる方向に向けられた光線」とも呼ばれる）。一部の実施形態によれば、バックライトによって生成されるこれらの異なる方向に向けられた光線は、変調されて、マルチビューディスプレイの異なるビューに対応するマルチビューピクセルとして機能し得る。これらの実施形態では、グレーティングコリメータによってもたらされる光コリメーションを使用して、バックライト内にコリメート光を生成することができる。同様に、２Ｄディスプレイは、バックライトを使用して、表示されている２Ｄ画像の照明を提供することができる。ただし、２Ｄディスプレイのバックライトは、拡散又は実質的に拡散又は無指向性の照明を提供することもできる。
【００２０】
本明細書では、「２次元ディスプレイ」又は「２Ｄディスプレイ」は、画像が見られる方向に関係なく（すなわち、２Ｄディスプレイの所定の視野角又は範囲内で）実質的に同じ画像のビューを提供するように構成されたディスプレイとして定義される。多くのスマートフォン及びコンピュータモニタに見られる従来の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）が、２Ｄディスプレイの例である。ここで対照的に「マルチビューディスプレイ」は、様々なビュー方向で、又は様々なビュー方向からマルチビュー画像の様々なビューを提供するように構成された電子ディスプレイ又は電子ディスプレイシステムとして定義される。特に、様々なビューは、マルチビュー画像のシーン又はオブジェクトの様々なパースペクティブビューを表し得る。
【００２１】
本明細書では、「導光体」は、内部全反射を用いてその構造内において光を導く構造として定義される。特に、導光体は、導光体の動作波長で実質的に透明なコアを備え得る。様々な実施例では、「導光体」という用語は、一般に、内部全反射を利用して導光体の誘電体材料とその導光体を取り囲む材料又は媒質との間の界面で光を導く、誘電体光学導波路を指す。定義によれば、内部全反射のための条件は、導光体の屈折率が導光体材料の表面に隣接する周囲の媒質の屈折率より大きいことである。一部の実施形態では、内部全反射をさらに促進するために、導光体は、上述の屈折率の差に加えて、又はその代わりに、コーティングを備え得る。コーティングは、例えば反射性コーティングとすることができる。導光体は、バー導光体及びストリップ導光体のうちの一方又は両方を含むが、これらに限定されない、いくつかの導光体のうちの任意のものとすることができる。
【００２２】
さらに、本明細書では、「バー型導光体」など導光体に用いられるときの「バー」という用語は、「バー」導光体と呼ばれることもある３次元の角柱として定義される。よって、「バー型」導光体は、定義によれば、３次元の略柱状形状を有する。特に、バー型導光体は、２つの略直交する方向（例えば、導光体の上面及び下面並びに２つの側面）に整列された２対の対向する表面によって囲まれた長さに沿って光を導くように構成された導光体として定義される。さらに、２対の対向する側面のいずれかの長さに直交する寸法（例えば、幅又は高さ）は、定義によれば、導光体の長さよりも短い。様々な実施形態によれば、バー型導光体の対向する表面の第１の対（例えば、上面及び下面）は、少なくとも微分的な意味では互いに略平行である。同様に、様々な実施形態によれば、他の２つの略対向する側面（例えば、両側面）もまた、少なくとも微分的な意味では互いに略平行である。つまり、バー型導光体の任意の微分的に小さな領域又は長さ内で、対向する表面（例えば、上面及び下面、一対の側面など）は、互いに略平行である。
【００２３】
本明細書で説明される様々な実施形態によれば、回折格子を利用して、光を光線として導光体（例えば、グレーティングコリメータ）に散乱させる、又は結合させることができる。本明細書では、「回折格子」は、一般に、その回折格子に入射する光を回折させるように構成された複数の機構（すなわち、回折機構）として定義される。一部の例では、複数の機構は、周期的又は準周期的に構成され得る。例えば、回折格子の複数の機構（例えば、材料表面の複数の溝）は機構の１次元（１Ｄ）アレイに構成され得る。他の例では、回折格子は、機構の２次元（２Ｄ）アレイとすることもできる。回折格子は、例えば材料表面のバンプ又は穴の２Ｄアレイとすることもできる。
【００２４】
したがって、また本明細書の定義によれば、「回折格子」は、その回折格子に入射する光を回折させる構造である。光が光源から回折格子に入射すると、それによりもたらされる回折又は回折的散乱は、回折格子が光を回折によって導光体に結合させることができるという点で「回折結合」を生じ、したがって、この回折又は回折的散乱は、「回折結合」と呼ばれることもある。回折格子はまた、回折によって（すなわち、回折角で）、光を方向転換させる、又は光の角度を変化させる。特に、回折の結果として、回折格子を出る光（すなわち、回折光）は、一般に、回折格子に入射した光（すなわち、入射光）の伝播方向とは異なる伝播方向を有する。回折による光の伝播方向の変化を、本明細書では、「回折的方向転換」と呼ぶ。したがって、回折格子は、回折格子に入射した光を回折的に方向転換させる回折機構を含む構造であると理解することができ、光が光源から入射した場合に、回折格子は、光源からの光を導光体に回折的に結合させることもできる。
【００２５】
さらに、本明細書の定義によれば、回折格子の機構は、「回折機構」と呼ばれ、材料表面（すなわち、「表面」とは２つの材料の間の境界をいう）にある、表面内にある、表面上にある、のうちの１つ又はそれ以上であり得る。この表面は、例えばグレーティングコリメータの表面であり得る。回折機構は、溝、リッジ、穴、及びバンプのうちの１つ又はそれ以上を含むが、これらに限定されない、光を回折させる様々な構造のうちのいずれかを含むこともでき、これらの構造は、表面における、表面内にある、及び表面上にあるもののうちの１つ又はそれ以上であり得る。例えば、回折格子は、材料表面に複数の平行な溝を備え得る。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備え得る。回折格子が側面に平行な溝、平行なリッジなどを備える場合、回折格子は、本明細書での定義によれば、互いに平行な「垂直」回折機構（すなわち、平行な垂直回折機構）を備える。回折機構（溝、リッジ、穴、バンプなどを問わない）は、正弦波形プロファイル、方形プロファイル（例えば、バイナリ型回折格子）、３角形プロファイル、及び鋸歯形プロファイル（例えば、ブレーズド回折格子）のうちの１つ又はそれ以上を含むが、これらに限定されない、回折をもたらす様々な断面形状又はプロファイルのうちのいずれかを有し得る。
【００２６】
本明細書では、「光源」は、作動されると光を放射する光の源（例えば、装置又はデバイス）として定義される。本明細書では、光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ポリマー発光ダイオード、プラズマ型光エミッタ、蛍光灯、白熱灯、及び実質的に任意の他の光源のうちの１つ又はそれ以上を含むが、これらに限定されない、実質的に任意の光源又は光エミッタであり得る。光源によって生成される光は、色を有してもよいし、特定の波長の光を含んでもよい。そのため、「異なる色の複数の光源」は、本明細書では、複数の光源のうちの少なくとも１つが、複数の光源のうちの少なくとも１つの他の光源によって生成される光の色又は等価的には波長とは異なる色又は等価的には波長を有する光を生成する光源のセット又はグループとして明示的に定義される。さらに、「異なる色の複数の光源」は、複数の光源のうちの少なくとも２つの光源が、異なる色の光源である（つまり、少なくとも２つの光源の間で異なる光の色を生成する）限り、同色又は略同色の複数の光源を含み得る。したがって、本明細書の定義によれば、「異なる色の複数の光源」は、第１の色の光を生成する第１の光源と第２の色の光を生成する第２の光源とを含み、第２の色が第１の色とは異なり得る。一部の実施形態では、光源は、白色光を供給するように構成された多色発光ダイオードを含む。
【００２７】
本明細書では、定義によれば、光リサイクル光源は、光を供給し、且つ反射などによって戻された光をリサイクルするように構成された光源である。様々な実施形態によれば、次に、光リサイクル光源に戻された光は、リサイクルされて、光リサイクル光源によって既に供給されている光に追加され得る。
【００２８】
本明細書の定義によれば、「マルチビーム要素」は、複数の指向性光線を含む光を生成するバックライト又はディスプレイの構造又は要素である。一部の実施形態では、マルチビーム要素は、バックライトの導光体に光学的に結合されて、導光体内を導波光の一部分を取り出すことによって光線を供給することができる。さらに、マルチビーム要素によって生成される複数の光線の光線は、本明細書の定義によれば、互いに異なる主角度方向を有する。特に、定義によれば、複数の光線のうちのある光線は、複数の光線のうちの別の光線とは異なる所定の主角度方向を有する。さらに、複数の光線は、ライトフィールドを表すことができる。例えば、複数の光線は、実質的に円錐形の空間領域に制限され得る、又は複数の光線における光線の異なる主角度方向を含む所定の角度拡がりを有し得る。そのため、合計の光線（すなわち、複数の光線）の所定の角度拡がりが、ライトフィールドを表し得る。様々な実施形態によれば、様々な光線の様々な主角度方向は、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、これに限定されない特性によって測定される。一部の実施形態では、マルチビーム要素は、本明細書の定義によれば、「拡張された点光源」、すなわちマルチビーム要素の範囲にわたって分布した複数の点光源と考えることができる。
【００２９】
本明細書では、「サイズ」は、長さ、幅、又は面積を含むがこれらに限定されない様々な仕方のいずれかで定義され得る。例えば、マルチビーム要素のサイズはマルチビーム要素の長さであり得る。別の例では、サイズは、マルチビーム要素の面積を指し得る。一部の実施形態では、マルチビーム要素のサイズは、複数の指向性光線の指向性光線（directional light beams of the plurality of directional light beams）を変調するために使用されるライトバルブのサイズに相当する。そのため、マルチビーム要素サイズがライトバルブサイズの約５０パーセント（５０％）〜約２００パーセント（２００％）である場合、マルチビーム要素サイズは、ライトバルブサイズに相当し得る。例えば、マルチビーム要素サイズを「ｓ」とし、ライトバルブサイズを「Ｓ」とすると、マルチビーム要素サイズｓは次式（１）で与えられ得る。
【数１】
2021535544.tif 000003
【００３０】
他の例では、マルチビーム要素サイズは、ライトバルブサイズの約６０パーセント（６０％）より大きい、又はライトバルブサイズの約７０パーセント（７０％）より大きい、又はライトバルブサイズの約８０パーセント（８０％）より大きい、又はライトバルブサイズの約９０パーセント（９０％）より大きく、且つマルチビーム要素は、ライトバルブの約１８０パーセント（１８０％）より小さい、又はライトバルブサイズの約１６０パーセント（１６０％）より小さい、又はライトバルブサイズの約１４０（１４０％）より小さい、又はライトバルブサイズの約１２０パーセント（１２０％）より小さい。例えば、マルチビーム要素サイズは、ライトバルブサイズの約７５パーセント（７５％）〜約１５０パーセント（１５０％）である場合、マルチビーム要素はライトバルブとサイズが相当し得る。別の例では、マルチビーム要素サイズは、ライトバルブサイズの約１２５パーセント（１２５％）〜約８５パーセント（８５％）である場合、マルチビーム要素とライトバルブとはサイズが相当し得る。一部の実施形態によれば、マルチビーム要素及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減らす、又は一部の例では最小にするように、同時に、マルチビューディスプレイのビュー間の重複を減らす、又は一部の例では最小にするように、選択され得る。
【００３１】
さらに、本明細書で使用される場合、冠詞「a（１つ）」は、特許技術（patent art）における通常の意味、すなわち、「１つ又はそれ以上（one or more）」の意味を有することが意図されている。例えば、「光線」は１本又はそれ以上の光線を意味し、したがって「光線」は本明細書では「光線（複数可）」を意味する。また、本明細書における「上部（top）」、「下部（bottom）」、「上側（upper）」、「下側（lower）」、「上向き（up）」、「下向き（down）」、「正面（front）」、「背面（back）」、「第１の」、「第２の」、「左」、又は「右」に対するいかなる言及も、本明細書では限定を意図するものではない。本明細書では、「約」という用語は、値に適用されたときは一般にその値を生成するために用いられる機器の許容範囲内を意味する、又は別段明示的に指定されない限り、±１０％、若しくは±５％、若しくは±１％を意味し得る。さらに、本明細書で使用される場合、「実質的に」及び「約」という用語は、大多数、又はほとんどすべて、又はすべて、又は約５１％〜約１００％の範囲内の量を意味する。さらに、本明細書における例は、例示に過ぎず、検討の目的で提示されたものであり、限定のためのものではないことが意図される。
【００３２】
本明細書に開示される原理にしたがって、グレーティングコリメータが提供される。図１Ａは、本明細書で説明される原理による実施形態による、一例におけるグレーティングコリメータ１００の断面図である。図１Ｂは、本明細書で説明される原理による実施形態による、一例におけるグレーティングコリメータ１００の平面図である。図１Ｃは、本明細書で説明される原理による実施形態による、一例におけるグレーティングコリメータ１００の斜視図である。
【００３３】
一部の実施形態によれば、図１Ａ〜図１Ｃに示されるグレーティングコリメータ１００は、バックライト１０２の照明源として機能するように構成される。特に、グレーティングコリメータ１００は、コリメート光１０４をバックライト１０２の入力１０２ａに供給するように構成される。さらに、様々な実施形態によれば、供給されるコリメート光１０４は、バックライト入力１０２ａの長さに対応する大きさを有する。例えば、グレーティングコリメータ１００（又は少なくともコリメート光１０４を放射する部分）の長さＬは、バックライト入力１０２ａの長さと実質的に同様であり得る。一部の実施形態では、供給されるコリメート光１０４は、バックライト入力１０２ａの長さに沿って強度が均一又は少なくとも実質的に均一になるように構成される。他の実施形態では、供給されるコリメート光１０４は、バックライト入力１０２ａの長さに沿って変化する強度プロファイル（すなわち、不均一な強度プロファイル）を有し得る。例えば、強度プロファイルは、バックライト１０２の非理想的な伝播又は放射特性を補償するように構成され得る。
【００３４】
図１Ａ〜図１Ｃに示されるように、グレーティングコリメータ１００は導光体１１０を備える。導光体１１０は、その導光体１１０の長さに沿って、導波光１１２として光を導くように構成される。さらに、導光体１１０は、導光体１１０の導光面の平面に対して非ゼロ伝播角度で導波光１１２を導くように構成される。特に、非ゼロ伝播角度は、導光体１１０の第１の表面１１０ａ及び第２の表面１１０ｂの一方又は両方に対するものであり得る。特に、導光体１１０は、内部全反射を用いて導波光１１２を導くように構成される。例えば、導光体１１０は、光導波路として構成された光学的に透明な誘電体材料を含むことができ、誘電体材料は、光導波路を取り囲む媒体の屈折率よりも大きい屈折率を有する。誘電体材料と周囲の媒体との間の屈折率の差は、その１つ又はそれ以上の導波モードに応じて、グレーティングコリメータ１００内の導波光１１２の内部全反射を容易にするように構成される。さらに、様々な実施形態によれば、導光体１１０内の導波光１１２の非ゼロ伝播角度は、内部全反射の臨界角よりも小さい角度に対応し得る。図１Ａでは、導波光１１２の伝播は、ｘ方向に沿って指し、導光体１１０の出力又は出力面１１０ｃに向かって導かれる導光体１１０内の伝播する光線を表す矢印として示される。よって、一部の実施形態によれば、導光体１１０は、内部全反射によって、第１の表面１１０ａと第２の表面１１０ｂとの間に、導光体１１０の出力面１１０ｃに概して向かって導波光１１２を導くように構成される。
【００３５】
様々な実施形態において、導光体１１０は、例えば図１Ａ〜図１Ｃに示されるように、バー型柱状光導波路である、又はバー型柱状光導波路を備え得る。特に、図１Ａ〜図１Ｃに示されるように、導光体１１０は、ｘ方向の幅Ｗ及びｚ方向の厚さＨの双方よりも大きいｙ方向の長さＬを有するバー型形状を有する（すなわち、Ｌ＞Ｗ及びＬ＞Ｈ）。一部の実施形態では、伝播方向における導光体１１０の幅Ｗは、導光体１１０の厚さＨを非ゼロ伝播角度の正接で除した値の２倍より大きく、厚さＨは、幅Ｗに直交する導光体１１０の寸法である。
【００３６】
様々な実施形態例によれば、導光体１１０は、様々な種類のガラス（例えば、シリカガラス、アルミノケイ酸アルカリガラス、ホウケイ酸ガラスなど）のうちの１種又はそれ以上、及び実質的に光学的に透明なプラスチック又はポリマー（例えば、ポリメタクリル酸メチル又は「アクリルガラス」、ポリカーボネートなど）を含むが、これらに限定されない、様々な誘電体材料のうちのいずれかを含む、又はいずれかで構成することができる。一部の実施形態では、導光体１１０は、導光体１１０の表面（例えば、上面及び／又は下面）の少なくとも一部分の上にクラッディング層をさらに備え得る（図示せず）。例えば、クラッディング層を使用して、内部全反射をさらに促進することができる。
【００３７】
図１Ａ〜図１Ｃに示される回折グレーティングコリメータ１００は、光リサイクル光源１２０をさらに備える。図示のように、光リサイクル光源１２０は、導光体１１０の側面（例えば、図示のように第２の表面１１０ｂ）に、導光体の長さＬに沿って配置される。一部の実施形態によれば、光リサイクル光源１２０は、導光体１１０の長さＬと同等又はそれに見合った長さ又は大きさを有し得る。
【００３８】
様々な実施形態によれば、光リサイクル光源１２０は、導光体１１０に光を放射光１２０ａとして放射又は供給するように構成される。図示のように、光リサイクル光源１２０は、導光体１１０の第２の表面１１０ｂに放射光１２０ａを供給する。さらに、光リサイクル光源１２０は、導光体１１０から受け取った光１２０ｂをリサイクルするように構成される。例えば、光リサイクル光源１２０によってリサイクルされた光は、例えば、光リサイクル光源１２０に反射及び回折の一方又は両方で戻される放射光１２０ａを含み得る。様々な実施形態によれば、光リサイクル光源１２０によって供給されるリサイクル光は、光リサイクル光源１２０によって供給される放射光１２０ａを増強する又は放射光１２０ａに加わるように構成される。つまり、リサイクル光は、放射光１２０ａの一部として、光リサイクル光源１２０によって再放射され得る。
【００３９】
図２は、本明細書で説明される原理による実施形態による、一例におけるグレーティングコリメータ１００の光リサイクル光源１２０の拡大側面図である。特に、図２は、図１Ａ及び１Ｃに示されるグレーティングコリメータ１００の光リサイクル光源１２０の拡大側面図を表し得る。図２に示されるように、光リサイクル光源１２０は、光エミッタ１２２をさらに備える。光エミッタ１２２は、放射光１２０ａとして光を放射するように構成される。様々な実施形態によれば、光エミッタ１２２は、レーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ポリマー発光ダイオード、プラズマ型光エミッタ、蛍光灯、白熱灯、及び実質的に任意の他の光源を含むがこれらに限定されない、任意のいくつかの異なる光エミッタを含み得る。一部の実施形態では、光エミッタ１２２は、多色光（例えば、白色光）を放射するように構成され得る。例えば、光エミッタ１２２は、白色光を放射するように構成された白色ＬＥＤを含み得る。別の例では、多色光、例えば白色光を放射するように構成された光エミッタ１２２は、組み合わされたときに白色光を放射光として供給する複数の異なる色のＬＥＤ（例えば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤ）を含み得る。一部の実施形態によれば、光エミッタ１２２は、光リサイクル光源１２０の長さに沿って、又は等価的には導光体１１０の長さＬに沿って配置されたＬＥＤ又は同様の光エミッタのアレイを含み得る。
【００４０】
図２に示される光リサイクル光源１２０は、光ディフューザ１２４をさらに備える。光ディフューザ１２４（例えば、拡散フィルム又は層）は、光を拡散させるように、具体的には、光リサイクル光源１２０によって受け取られた光１２０ｂを拡散させるように構成される。一部の実施形態では、光ディフューザ１２４はまた、光エミッタ１２２によって放射された放射光１２０ａを拡散させ得る。光ディフューザ１２４は、光を拡散させるように構成された実質的に任意の層又は材料、例えば、これらに限定されないが、埋め込まれた微粒子及びランダムに散乱させる表面処理の一方又は両方を有する透明ポリマーフィルムを含み得る。図示のように、光エミッタ１２２は、光ディフューザ１２４と、導光体１１０の第２の表面１１０ｂに隣接する光リサイクル光源１２０の出力との間に配置される。さらに、光ディフューザ１２４は、光エミッタ１２２のそばを通る、又は光エミッタ１２２を通過する光１２０ｂを拡散させるように構成される。他の実施形態（図示せず）では、光ディフューザ１２４は、光エミッタ１２２と光リサイクル光源１２０の出力との間に配置され得る。
【００４１】
図２に示されるように、光リサイクル光源１２０は、反射体１２６をさらに備える。反射体１２６は、光ディフューザ１２４によって拡散された光をリサイクルとして導光体１１０に向けて、又は等価的には光リサイクル光源１２０の出力に向けて反射させるように構成される。特に、反射体１２６によって反射された拡散光は、上記のように、放射光１２０ａをリサイクル光として増強するために使用され得る。つまり、光リサイクル光源１２０の出力において導光体１１０に供給される放射光１２０ａは、光エミッタ１２２によって放射された光と、反射された拡散光（又はリサイクル光）との組み合わせを含み得る。
【００４２】
一部の実施形態では、反射体１２６は、強化された鏡面反射体（ＥＳＲ）層を含み得る。ＥＳＲフィルムの例としては、ミネソタ州セントポールの３Ｍ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎから入手可能なＶｉｋｕｉｔｉ（商標）Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｓｐｅｃｕｌａｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  Ｆｉｌｍが挙げられるがこれに限定されない。他の実施形態では、反射体１２６は、メタライズドフィルム、例えば金属化マイラー、層若しくは反射金属（例えば、光ディフューザ１２４の表面上に）、又は実質的に任意の他の光学反射体が挙げられるがこれらに限定されない。
【００４３】
一部の実施形態によれば（例えば、図２に示されるように）、光リサイクル光源１２０は、コリメーション層１２８をさらに備え得る。コリメーション層１２８は、導光体１１０に供給される光（例えば、放射光１２０ａ）をコリメートするように構成される。コリメーション層１２８は、輝度上昇フィルム（ＢＥＦ）を含み得る。輝度上昇フィルムは、例えば、ミネソタ州セントポールの３Ｍ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎからプリズム構造を利用して最大６０％の輝度ゲインをもたらすマイクロ複製エンハンスメントフィルムであるＶｉｋｕｉｔｉ（商標）ＢＥＦ  ＩＩとして入手できる。一部の実施形態では、コリメーション層１２８は、約３０度未満の所定の円錐角にしたがって、導光体１１０に供給される光をコリメートするように構成され得る。
【００４４】
再び図１Ａ〜図１Ｃを参照すると、グレーティングコリメータ１００は、回折格子カプラ１３０をさらに備える。一部の実施形態によれば、回折格子カプラ１３０は、導光体１１０の導光面、つまり、第１及び第２の表面１１０ａ、１１０ｂの一方又は両方に配置される。つまり、一部の実施形態では、回折格子カプラ１３０は、図示のように、光リサイクル光源１２０に隣接する第２の表面１１０ｂに対向する導光体１１０の第１の表面１１０ａ上に配置され得る。他の実施形態では、回折格子カプラ１３０は、導光体１１０の第２の表面１１０ｂ上に配置され得る。さらに他の実施形態では、回折格子カプラ１３０は、導光面の間且つ導光体１１０内に配置され得る。
【００４５】
回折格子カプラ１３０は、光リサイクル光源１２０によって供給される光（例えば、放射光１２０ａ）を、導波光１１２として出力面１１０ｃに向かって導光体１１０に回折的に方向転換させるように構成される。さらに、一部の実施形態によれば、回折格子カプラ１３０は、非ゼロ伝播角度で光を方向転換させるように構成される。
【００４６】
一部の実施形態では、回折格子カプラ１３０は、透過モード回折格子を備える透過型回折格子カプラである。透過モード回折格子は、透過回折を用いて光を回折的に方向転換させるように構成される。透過型回折格子カプラとしての回折格子カプラ１３０は、光リサイクル光源１２０に隣接する導光面、例えば第２の表面１１０ｂに配置され得る。他の実施形態では、回折格子カプラ１３０は、反射モード回折格子を備える反射型回折格子カプラである。反射モード回折格子は、反射回折を用いて光を回折的に方向転換させるように構成される。反射型回折格子カプラとしての回折格子カプラ１３０は、光リサイクル光源１２０に隣接する導光面に対向する導光面、例えば第１の表面１１０ａに配置され得る。
【００４７】
図３Ａは、本明細書で説明される原理による実施形態による、一例におけるグレーティングコリメータ１００の断面図である。特に、図３Ａのグレーティングコリメータ１００は、光リサイクル光源１２０に対向する導光体１１０の第１の表面１１０ａに配置された反射型回折格子カプラである回折格子カプラ１３０を有する。図示のように、光リサイクル光源１２０からの放射光１２０ａは、回折格子カプラに入射し、反射回折によって、非ゼロ伝播角度θで、導光体１１０の出力面１１０ｃに向かって導波光１１２として導光体１１０に回折的に方向転換され得る。導波光１１２は、例えば、正の一次回折（＋１Ｒ）の結果であり得る。
【００４８】
図３Ｂは、本明細書で説明される原理による別の実施形態による、一例におけるグレーティングコリメータ１００の断面図である。特に、図３Ａのグレーティングコリメータ１００は、光リサイクル光源１２０に隣接する導光体１１０の第２の表面１１０ｂに配置された透過型回折格子カプラである回折格子カプラ１３０を有する。図示のように、光リサイクル光源１２０からの放射光１２０ａは、回折格子カプラに入射し、透過回折によって、非ゼロ伝播角度θで、導光体１１０の出力面１１０ｃに向かって導波光１０４として導光体１１０に回折的に方向転換され得る。導波光１０４は、例えば、正の一次回折（＋１Ｒ）の結果であり得る。
【００４９】
一部の例（例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示される例）では、回折格子カプラ１３０による負の一次回折（−１Ｒ）は、出力面１１０ｃから離れるように負の方向に伝播する回折的に方向転換された光１１２’をもたらし得る。回折的に方向転換された光１１２’は、例えば、負の非ゼロ伝播角度−θを有し得る。出力面１１０ｃから離れるように負の方向に伝播する回折的に方向転換された光１１２’は、出力面１１０ｃに対向する導光体１１０の面に当たることにより反射され得る。反射された後、回折的に方向転換された光１１２’は、図３Ａ及び図３Ｂの延長された矢印によって示されるように、導波光１１２の一部として出力面１１０ｃに向けて方向転換され得る。さらに、ゼロ次回折成分（図３Ｂでは「０Ｒ」として示されているが、図示を簡単にするために図３Ａには示されていない）は、リサイクルのために、例えば反射によって光リサイクル光源１２０に方向転換され得る。さらに、一部の例では、導光体１１０の臨界角よりも鋭角である角度で回折的に方向転換された光もまた、光リサイクル光源１２０に再度入射してリサイクルされ得る。図３Ａ及び図３Ｂはまた、光リサイクル光源１２０からの放射光１２０ａと、光リサイクル光源１２０が導光体１１０から受け取った光１２０ｂ（例えば、０Ｒ回折などによる）との両方を示している。
【００５０】
再び図１Ａを図３Ａ及び図３Ｂと共に参照すると、グレーティングコリメータ１００は、光リサイクル光源１２０に対向するグレーティングコリメータ１００の表面（例えば、第１の表面１１０ａ）上に上部反射層１４０をさらに備え得る。上部反射層１４０は、回折格子カプラ１３０による反射を容易にするように構成される。特に、回折格子カプラ１３０が図１Ａ及び図３Ｂに示されるような反射型回折格子カプラである場合、上部反射層１４０は、反射型回折格子カプラによる反射回折を助け得る。さらに、グレーティングコリメータ１００は、グレーティングコリメータ１００の出力面１１０ｃに対向する導光体１１０の表面上に側面反射層１５０を備え得る。側面反射層１５０は、例えば図示のように、導光体１１０の出力面１１０ｃに向かって光を戻すように構成される。例えば、側面反射層１５０は、負の方向に伝播する回折的に方向転換された光１１２’を出力面１１０ｃに向けて反射させて戻すように構成され得る。
【００５１】
一部の実施形態によれば、上部反射層１４０及び側面反射層１５０の一方又は両方は、強化鏡面反射（ＥＳＲ）層、例えば、限定されないが、Ｖｉｋｕｉｔｉ（商標）Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｓｐｅｃｕｌａｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  Ｆｉｌｍを含み得る。他の実施形態では、上部反射層１４０及び側面反射層１５０の一方又は両方は、反射金属層又はフィルム、例えば、導光体１１０のそれぞれの表面（複数可）に堆積された反射金属フィルムを含み得る。
【００５２】
本明細書で説明される原理の他の実施形態によれば、バックライトシステム２００が提供される。図４は、本明細書で説明される原理による実施形態による、一例におけるバックライトシステム２００のブロック図である。バックライトシステム２００は、様々なディスプレイ用途で有用な放射光２０２の形態で照明を提供するように構成され得る。例えば、バックライトシステム２００は、広い視野角で画像（例えば、２Ｄ画像）を表示することと一致し得る放射光２０２として拡散照明を提供することができる。特に、表示された画像は、広い視野角内の実質的にどこでも、表示された画像の同じビューを視聴者に提供するように構成され得る。他の例では、バックライトシステム２００は、放射光２０２として指向性照明（例えば、ライトフィールド）を提供するように構成され得る。指向性照明を表す放射光２０２は、例えば、マルチビュー画像を表示することと一致し得る。これらの例では、放射光２０２は、表示されたマルチビュー画像に関連する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線を含み得る。
【００５３】
図４に示されるように、バックライトシステム２００は、グレーティングコリメータ２１０とバックライト２２０とを備える。グレーティングコリメータ２１０は、コリメート光２０４を出力として（すなわち、出力光として）供給するように構成される。バックライト２２０は、グレーティングコリメータ２１０に隣接するバックライトの入力においてコリメート光２０４を受け取るように構成される。さらに、バックライト２２０は、コリメート光２０４から、又はコリメート光２０４を用いて放射光２０２を供給するように構成される。様々な実施形態によれば、バックライト２２０、より具体的には、バックライト２２０の入力は、グレーティングコリメータ２１０の長さに対応する大きさを有する。
【００５４】
図４に示されるグレーティングコリメータ２１０は、導光体２１２を備える。導光体２１２は、グレーティングコリメータ２１０の出力に向けて、例えばバックライト２２０に隣接して導波光として光を導くように構成される。グレーティングコリメータ２１０は、導光体２１２に光を供給するように構成された光リサイクル光源２１４をさらに備える。光リサイクル光源２１４は、導光体２１２から受け取った光をリサイクルするようにさらに構成され、リサイクル光は、導光体２１２に供給された光を増強する。グレーティングコリメータ２１０は、導光体２１２の導光面に配置された回折格子カプラ２１６をさらに備える。回折格子カプラ２１６は、光リサイクル光源２１４によって供給された光を、導波光として導光体２１２に回折的に方向転換させて、グレーティングコリメータ出力にコリメート光２０４を供給するように構成される。
【００５５】
一部の実施形態では、グレーティングコリメータ２１０は、上記のグレーティングコリメータ１００と実質的に同様であり得る。特に、導光体２１２は、一部の実施形態では、上記のグレーティングコリメータ１００の導光体１１０と実質的に同様であり得る。例えば、導光体２１２は、導光体２１２の導光面の平面に対して非ゼロ伝播角度で導波光を導くように構成され得る。さらに、導光体２１２は、グレーティングコリメータ出力に対応する導光体２１２の長さに沿った側面を有するバー型柱状光導波路を含み得る。
【００５６】
さらに、一部の実施形態では、光リサイクル光源２１４は、グレーティングコリメータ１００に関して上記した光リサイクル光源１２０と実質的に同様であり得る。特に、光リサイクル光源２１４は、光を放射するように構成された光エミッタと、導光体から受け取った光を拡散させるように構成された光ディフューザと、光ディフューザによって拡散された光をリサイクル光として導光体２１２に向かう方向に反射させるように構成された反射体とを備え得る。光エミッタ、光ディフューザ、及び反射体のそれぞれは、光リサイクル光源１２０に関して上記した光エミッタ１２２、光ディフューザ１２４、及び反射体１２６とそれぞれ実質的に同様であり得る。一部の実施形態では、光リサイクル光源２１４は、導光体２１２に供給される光をコリメートするように構成されたコリメーション層をさらに備え得る。一部の実施形態では、コリメーション層は、上記の光リサイクル光源１２０のコリメーション層１２８と実質的に同様であり得る。様々な実施形態によれば、導光体２１２に供給された光は、光エミッタによって放射された光とリサイクル光との両方を含む。
【００５７】
一部の実施形態では、回折格子カプラ２１６は、上記のグレーティングコリメータ１００の回折格子カプラ１３０と実質的に同様であり得る。特に、回折格子カプラ２１６は、透過型回折格子カプラ又は反射型回折格子カプラのいずれかを備え得る。様々な実施形態によれば、透過型回折格子カプラは、光リサイクル光源２１４に隣接する導光体２１２の導光面に配置され得、反射型回折格子カプラは、光リサイクル光源２１４に隣接する導光面に対向する導光体２１２の導光面に配置され得る。
【００５８】
さらに、一部の実施形態（図示せず）では、グレーティングコリメータ２１０は、第１の反射層及び第２の反射層の一方又は両方をさらに備える。一部の実施形態では、第１の反射層及び第２の反射層はそれぞれ、グレーティングコリメータ１００の上部反射層１４０及び側面反射層１５０と実質的に同様であり得る。特に、第１の反射層は、反射型回折格子カプラを備える回折格子カプラ２１６による反射を容易にするために、光リサイクル光源２１４に対向する導光体２１２の表面に隣接して配置され得る。同様に、第２の反射層は、グレーティングコリメータ２１０の出力から離れるように回折的に方向転換される回折格子カプラ２１６からの光を反射させるのを助けるために、グレーティングコリメータ２１０の出力に対向する導光体２１２の表面上に配置され得、回折格子カプラは、透過型回折格子カプラ及び反射型回折格子カプラの一方又は両方を備える。
【００５９】
一部の実施形態によれば、バックライトシステム２００のバックライト２２０は、グレーティングコリメータ２１０から受け取ったコリメート光２０４を導くように構成されたバックライト導光体を備え得る。次に、点灯されたバックライト２２０は、受け取ったコリメート光２０４を用いて放射光２０２を供給するように構成される。様々な実施形態によれば、グレーティングコリメータ２１０は、バックライト２２０の入力端に隣接する。
【００６０】
一部の実施形態（図示せず）では、バックライト２２０は、拡散又は実質的に無指向性の放射光２０２を供給するように構成された散乱機構（図示せず）を備える。特に、散乱機構は、バックライト２２０の表面にわたって互いに間隔を空けて配置された複数の散乱要素を備え得る。散乱要素は、バックライト２２０の導光体に光学的に結合されて、例えば、拡散光又は実質的に無指向性の放射光２０２として光を導光体から散乱させることができる。一部の実施形態では、複数の散乱要素の散乱要素のサイズは、照明源としてバックライト２２０を使用するディスプレイのライトバルブアレイのライトバルブのサイズ以下であり得る。拡散又は実質的に無指向性の放射光２０２は、例えば、広い視野角を有する画像（例えば、２Ｄ画像）を表示することと一致する角度拡がり又はビーム幅を有し得る。
【００６１】
他の実施形態では、バックライトシステム２００のバックライト２２０は、マルチビューバックライト２２０’である。マルチビューバックライト２２０’は、指向性である放射光２０２を供給するように構成される。特に、指向性放射光２０２は、互いに異なる主角度方向を有する指向性光線を含む。さらに、指向性光線の異なる主角度方向は、マルチビューディスプレイ又は等価的にはマルチビューディスプレイによって表示されるマルチビュー画像のそれぞれの異なるビュー方向に対応する。図５Ａは、本明細書で説明される原理による実施形態による、一例におけるマルチビューバックライト２２０’を備えるバックライトシステム２００の側面図である。図５Ｂは、本明細書で説明される原理による実施形態による、一例における図５Ａのバックライトシステム２００の斜視図である。
【００６２】
図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、バックライトシステム２００は、グレーティングコリメータ２１０と、マルチビューバックライト２２０’として実施されるバックライト２２０とを備える。グレーティングコリメータ２１０は上で説明している。グレーティングコリメータ２１０は、マルチビューバックライト２２０’の入力端２２０ａにコリメート光２０４を供給するように構成される。単一のグレーティングコリメータ２１０のみが示されているが、一部の実施形態では、マルチビューバックライト２２０’の両端にある一対のグレーティングコリメータ２１０が使用され得ることに留意されたい。
【００６３】
図５Ａ及び図５Ｂに示されるマルチビューバックライト２２０’は、バックライト導光体２２２を備える。バックライト導光体２２２は、取り出された光をコリメート光２０４として受け取り、受け取ったコリメート光２０４を導かれたコリメート光２０６として導くように構成される。図５Ａは、太い矢印を用いて、導かれたコリメート光２０６の一般的な伝播方向２０８を示している。さらに、導かれたコリメート光２０６は、図示のように、コリメーション係数σを有する。
【００６４】
図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、マルチビューバックライト２２０’は、バックライト導光体２２２の長さに沿って互いに間隔を空けて配置された複数のマルチビーム要素２２４をさらに備える。複数のマルチビーム要素２２４のマルチビーム要素２２４は、導かれたコリメート光２０６の一部を、複数の指向性光線を含む放射光２０２としてバックライト導光体２２２から散乱させるように構成される。図５Ａ及び図５Ｂの発散する矢印によって表される、放射光２０２の指向性光線は、互いに異なる主角度方向を有する。さらに、複数の指向性光線の異なる主角度方向は、様々な実施形態によれば、マルチビューバックライト２２０’を備える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。
【００６５】
一部の実施形態では、マルチビーム要素２２４のサイズｓは、照明源としてマルチビューバックライト２２０’を用いるマルチビューディスプレイのライトバルブ２２６のサイズＳの約５０パーセント〜約２００パーセントである。図５Ａ及び図５Ｂは、例示的なライトバルブ２２６のアレイを示している。図示のように、各マルチビーム要素２２４は、放射光２０２の指向性光線を、ライトバルブ２２６の唯一のセット２２６’に供給するように構成され、各セット２２６’はマルチビューピクセルに対応する。そのため、マルチビーム要素２２４の所与の１つについて、マルチビューディスプレイの異なるビューに対応する異なる主角度方向を有する指向性光線は、例えば図５Ａに示されるように、単一の対応するマルチビューピクセル、又は等価的にはマルチビーム要素２２４に対応する単一セットのライトバルブ２２６に実質的に限定される。そのため、マルチビューバックライト２２０’の各マルチビーム要素２２４は、マルチビューディスプレイの異なるビューに対応する異なる主角度方向のセットを有する放射光２０２の対応する指向性光線のセットを供給する（すなわち、指向性光線のセットは、異なるビュー方向のそれぞれに対応する方向を有する光線を含む）。
【００６６】
様々な実施形態によれば、複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素２２４は、導かれたコリメート光２０６の一部を取り出す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、マイクロ反射要素、マイクロ屈折要素、又はそれらの様々な組み合わせを含むことができるが、それらに限定されない。一部の実施形態では、回折格子を備えるマルチビーム要素２２４は、異なる主角度方向を有する放射光２０２の複数の指向性光線として、導波光部分を回折的に取り出すように構成される。他の実施形態では、マイクロ反射要素を備えるマルチビーム要素２２４が、複数の指向性光線として導波光部分を反射により取り出すように構成される、又はマイクロ屈折要素を備えるマルチビーム要素２２４が、屈折により又は屈折を用いて放射光２０２の複数の指向性光線として導波光部分を取り出す（すなわち、導波光部分を屈折により取り出す）ように構成される。
【００６７】
本明細書で説明される原理の他の実施形態によれば、光をコリメートする方法が提供される。光をコリメートする方法は、例えば、バックライトを点灯させるために用いられるコリメート出力光を供給するために使用され得る。図６は、本明細書で説明される原理による実施形態による、一例における光をコリメートする方法３００の流れ図である。
【００６８】
図示のように、光をコリメートする方法３００は、光リサイクル光源を用いて導光体に光を供給するステップ３１０を含む。様々な実施形態において、３１０の供給される光は、様々な実施形態によれば、光リサイクル光源のリサイクル光及び放射光の両方を含む。リサイクル光は、様々な実施形態によれば、導光体に向けて方向転換されて放射光を増強する、光リサイクル光源によって導光体から受け取られた光を含む。
【００６９】
一部の実施形態では、光リサイクル光源は、上記のように、グレーティングカプラ１００の光リサイクル光源１２０とそれぞれ実質的に同様であり得る。特に、一部の実施形態では、導光体に光を提供するステップ３１０は、放射光を供給するために光エミッタを用いて光を放射するステップを含み得る。さらに、一部の実施形態によれば、供給するステップ３１０は、光ディフューザ及び反射体を用いて導光体から受け取った光を拡散及び反射させて、受け取った光をリサイクル光として導光体に方向転換させて戻すステップを含み得る。
【００７０】
図６に示される光をコリメートする方法３００は、導光体の導光面で回折格子カプラを用いて、導光体に供給された光を回折的に方向転換させるステップ３２０をさらに含む。様々な実施形態によれば、回折的に方向転換された光は、導波光として非ゼロ伝播角度で導光体に向けられる。一部の実施形態では、回折格子カプラは、グレーティングコリメータ１００に関して上記した回折格子カプラ１３０と実質的に同様であり得る。
【００７１】
図６の光をコリメートする図示の方法３００は、導光体を用いて導波光をグレーティングコリメータの出力に向けて導いて、コリメート出力光を供給するステップ３３０をさらに含む。一部の実施形態では、導光体は、上記のように、グレーティングコリメータ１００の導光体１１０と実質的に同様である。例えば、導光体は、内部全反射を用いて、導光体の一対の導光面の間で導波光を導くことができる３３０。さらに、導光体はバー型の形状であり得る。さらに、バー型導光体は、導波光の伝播方向に、導光体１１０の厚さを非ゼロ伝播角度の正接で除した値の２倍より大きい幅を有し得、厚さは、幅に直交する導光体の寸法である。
【００７２】
一部の実施形態（図示せず）では、光をコリメートする方法３００は、コリメーション層を用いて、光リサイクル光源によって導光体に供給された光をコリメートするステップをさらに含む。コリメーション層は、グレーティングコリメータ１００に関して説明した光リサイクル光源１２０のコリメーション層１２８と実質的に同様であり得る。一部の実施形態（図示せず）では、光をコリメートする方法３００は、グレーティングコリメータの出力からのコリメート出力光をバックライトの入力に向けるステップをさらに含み、グレーティングコリメータはバックライト入力に隣接する。様々な実施形態によれば、バックライト入力に向けられるコリメート出力光は、バックライトを点灯させるように機能し得る。
【００７３】
一部の実施形態では、バックライトはマルチビューバックライトである。これらの実施形態（図示せず）では、光をコリメートする方法３００は、バックライトの導光体においてコリメート光を導くステップをさらに含み、コリメート光は、バックライト入力においてバックライト導光体によって受け取られる。さらに、これらの実施形態（図示せず）では、光をコリメートする方法３００は、マルチビューバックライトのマルチビーム要素を用いて、導かれたコリメート光の一部を散乱させることによって、複数の指向性光線を含む放射光を供給するステップをさらに含む。様々な実施形態によれば、複数の指向性光線は、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。
【００７４】
以上、光リサイクル光源を備える、グレーティングコリメータ、グレーティングコリメータを備えるバックライトシステム、及び光をコリメートする方法の例及び実施形態を説明した。上記の例は、本明細書で説明される原理を表現する多くの具体的な例のうちの一部を単に例示しているに過ぎないことを理解されたい。当然のことながら、当業者であれば、以下の特許請求の範囲によって定義される範囲を逸脱することなく、無数の他の構成を容易に考案することができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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