(57)【要約】  モード切り替え可能なバックライトおよびモード切り替え可能なディスプレイは、第１の平面バックライトを使用して第１のモード中に広角放射光を放射し、第２の平面バックライトを使用して第２のモード中に指向性放射光を放射する。第２の平面バックライトは、プレート光ガイドと、第２のモード中に光ガイドからの導波光を、マルチビュー画像のビュー方向に対応する主角度方向を有する複数の指向性光ビームを含む指向性放射光として散乱させるように構成されたマルチビーム素子のアレイと、を含む。モード切り替え可能なディスプレイは、第１のモード中に２次元画像を提供するために広角放射光を変調し、第２のモード中にマルチビュー画像を提供するために指向性放射光を変調するように構成されたライトバルブアレイをさらに含む。
2021508165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モード切り替え可能なバックライトであって、
第１のモード中に広角放射光を提供するように構成された発光面を有する第１の平面バックライトと、
光ガイドおよびマルチビーム素子（multibeam elements）のアレイを含む第２の平面バックライトであって、前記マルチビーム素子のアレイのマルチビーム素子（a multibeam element）は、第２のモード中に、前記光ガイドからの導波光を、マルチビュー画像のビュー方向（view directions）に対応する主角度方向（principal angular directions）を有する複数の指向性光ビーム（directional light beams）を含む指向性放射光（directional emitted light）として散乱させるように構成され、前記第１の平面バックライトの前記発光面に隣接する、第２の平面バックライトと、を含み、
前記マルチビーム素子（the multibeam element）は、ライトバルブ（a light valve）のサイズと同等のサイズ、および前記マルチビュー画像を表示するように構成されたマルチビューディスプレイのマルチビューピクセル形状に類似した形状を有する、モード切り替え可能なバックライト。
【請求項２】
前記第１の平面バックライトによって提供される前記広角放射光は、前記第１のモード中に前記第２の平面バックライトを透過するように構成される、請求項１に記載のモード切り替え可能なバックライト。
【請求項３】
前記マルチビーム素子の前記サイズは、前記ライトバルブのサイズの５０％〜２００％である、請求項１に記載のモード切り替え可能なバックライト。
【請求項４】
前記マルチビーム素子（multibeam element）は、前記導波光の一部を前記指向性放射光の前記複数の指向性光ビームとして回折的に散乱させるように構成された回折格子（a diffraction grating）を含む、請求項１に記載のモード切り替え可能なバックライト。
【請求項５】
前記回折格子は複数のサブ格子（sub-gratings）を含む、請求項４に記載のモード切り替え可能なバックライト。
【請求項６】
前記マルチビーム素子は、マイクロ反射素子（a micro-reflective element）およびマイクロ屈折素子（a micro-refractive element）の一方または両方を含み、前記マイクロ反射素子は、前記導波光の一部を前記指向性放射光の前記複数の指向性光ビームとして反射散乱させるように構成され、前記マイクロ屈折素子は、前記導波光の一部を前記指向性放射光の前記複数の指向性光ビーム（directional light beams）として屈折散乱させるように構成される、請求項１に記載のモード切り替え可能なバックライト。
【請求項７】
前記マルチビーム素子は、前記光ガイドの第１の表面および第２の表面の一方に配置され、前記第２の表面は、前記第１の平面バックライトの前記発光面に隣接し、前記マルチビーム素子（multibeam element）は、前記導波光を前記第１の表面を通して前記指向性放射光の前記複数の指向性光ビーム（directional light beams）として散乱させるように構成される、請求項１に記載のモード切り替え可能なバックライト。
【請求項８】
前記光ガイドの入力に光学的に結合された光源をさらに含み、前記光源は、非ゼロ伝搬角度を有するか、および所定のコリメーション係数に従ってコリメートされるか、の一方または両方である導波光を提供するように構成される、請求項１に記載のモード切り替え可能なバックライト。
【請求項９】
前記第１の平面バックライトと前記第２の平面バックライトとの間に遮光層をさらに含み、前記遮光層は、前記第２の平面バックライトによって放射された光が前記第１の平面バックライトに到達するのを選択的に遮断するか、および光が前記第１の平面バックライトから前記第２の平面バックライトに通過するのを選択的に遮断するか、の一方または両方であるように構成される、請求項１に記載のモード切り替え可能なバックライト。
【請求項１０】
請求項１に記載の前記モード切り替え可能なバックライトを含む前記マルチビュー画像を表示するように構成された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、前記ライトバルブ（the light valve）を含むライトバルブ（light valves）のアレイをさらに含み、前記ライトバルブのアレイは、前記第２の平面バックライトに隣接して配置され、前記第１のモード中に前記広角放射光を変調して２次元（２Ｄ）画像を提供し、前記第２のモード中に前記指向性放射光の前記複数の指向性光ビームを変調して前記マルチビュー画像を提供するように構成される、マルチビューディスプレイ。
【請求項１１】
前記ライトバルブのアレイは複数の液晶ライトバルブを含む、請求項１０に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項１２】
モード切り替え可能なディスプレイであって、
第１のモード中に広角放射光を提供するように構成された第１の平面バックライトと、
光ガイドと、第２のモード中に、前記光ガイドからの導波光を指向性放射光として散乱させるように構成された、互いに離間されたマルチビーム素子（multibeam elements）のアレイと、を含む第２の平面バックライトと、
前記第１のモード中に前記広角放射光を変調して２次元画像を提供し、前記第２のモード中に前記指向性放射光を変調してマルチビュー画像を提供するよう構成されたライトバルブアレイと、を含み、
前記マルチビーム素子（multibeam elements）のアレイのマルチビーム素子（multibeam element）のサイズは、前記ライトバルブアレイのライトバルブ（a light valve）のサイズと同等であり、前記マルチビーム素子（multibeam element）に関連するマルチビューピクセル（a multiview pixel）の形状に類似した形状である、モード切り替え可能なディスプレイ。
【請求項１３】
前記第１の平面バックライトは、前記第１の平面バックライトの平面発光面に隣接するディフューザを含み、前記ディフューザは、前記第１の平面バックライトによって放射された光を前記広角放射光として散乱させるように構成される、請求項１２に記載のモード切り替え可能なディスプレイ。
【請求項１４】
前記第１の平面バックライトは、長方形の光ガイドから光を抽出し、前記抽出された光を前記広角放射光として方向転換するように構成された光抽出層を有する前記長方形の光ガイドを含む、請求項１２に記載のモード切り替え可能なディスプレイ。
【請求項１５】
前記マルチビーム素子（multibeam elements）のアレイの個々のマルチビーム素子（multibeam element）によって提供された前記指向性放射光は、前記マルチビュー画像のビュー方向（view directions）に対応する異なる主角度方向（principal angular directions）を有する複数の指向性光ビームを含む、請求項１２に記載のモード切り替え可能なディスプレイ。
【請求項１６】
前記第２の平面バックライトは、前記第１の平面バックライトの平面発光面と前記ライトバルブアレイとの間に配置され、前記第２の平面バックライトは、前記第１のモード中には前記広角放射光に対して透明である、請求項１２に記載のモード切り替え可能なディスプレイ。
【請求項１７】
前記マルチビーム素子（multibeam elements）のアレイの前記マルチビーム素子（multibeam element）は、前記光ガイドに光学的に接続されて前記導波光を前記指向性放射光として散乱させる、回折格子、マイクロ反射素子およびマイクロ屈折素子のうちの１つまたはそれ以上を含む、請求項１２に記載のモード切り替え可能なディスプレイ。
【請求項１８】
前記第２の平面バックライトの前記光ガイドの入力に光学的に結合された光源をさらに含み、前記光源は、非ゼロ伝搬角度を有するか、および所定のコリメーション係数に従ってコリメートされるか、の一方または両方である導波光を提供するように構成される、請求項１２に記載のモード切り替え可能なディスプレイ。
【請求項１９】
前記第１の平面バックライトと前記第２の平面バックライトとの間に切り替え可能な遮光層をさらに含み、前記切り替え可能な遮光層は、前記第１のモードでは前記第１の平面バックライトからの前記広角放射光を通過させ、前記第２のモードでは前記第２の平面バックライトからの光を遮断するように構成される、請求項１２に記載のモード切り替え可能なディスプレイ。
【請求項２０】
モード切り替え可能な表示動作の方法であって、
第１のモード中に、広角放射光として第１の平面バックライトの発光面から光を放射するステップと、
第２のモード中に、指向性放射光として第２の平面バックライトから光を放射するステップであって、前記第２の平面バックライトは、光ガイドと、前記光ガイドからの導波光を前記指向性放射光として散乱させるように構成されたマルチビーム素子のアレイと、を含むステップと、
前記広角放射光を変調して２次元画像を提供し、前記指向性放射光を変調してマルチビュー画像を提供するステップと、を含み、
前記変調はライトバルブアレイを使用し、前記マルチビーム素子（multibeam elements）のアレイのマルチビーム素子（a multibeam element）は、前記ライトバルブアレイのライトバルブ（a light valve）のサイズと同等のサイズ、および関連するマルチビューピクセル（multiview pixel）の形状に類似した形状を有する、モード切り替え可能な表示動作の方法。
【請求項２１】
前記第１のモード中に広角放射光を前記第２の平面バックライトを透過させるステップをさらに含み、前記第２の平面バックライトは前記広角放射光に対して透明である、請求項２０に記載のモード切り替え可能な表示動作の方法。
【請求項２２】
前記マルチビーム素子のアレイは、前記光ガイドに沿って互いに離間された複数の個々のマルチビーム素子を含み、個々のマルチビーム素子はそれぞれ、前記光ガイドに光学的に接続され、前記マルチビュー画像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を含む前記指向性放射光を散乱させるように構成された、回折格子、マイクロ反射素子およびマイクロ屈折素子のうちの１つまたはそれ以上を含む、請求項２０に記載のモード切り替え可能な表示動作の方法。
【請求項２３】
光源を使用して前記光ガイドに光を提供するステップをさらに含み、前記提供された光は、前記光ガイド内で非ゼロ伝搬角度を有するか、および前記導波光の所定の角度広がりを提供するためにコリメーション係数に従ってコリメートされるか、の一方または両方である導波光である、請求項２０に記載のモード切り替え可能な表示動作の方法。
【請求項２４】
能動的な遮光層を使用して、前記第２のモード中に前記第１の平面バックライトの方向に放射される前記第２の平面バックライトからの光を選択的に遮断するステップをさらに含む、請求項２０に記載のモード切り替え可能な表示動作の方法。
【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または開発に関する声明
なし
【背景技術】
【０００３】
電子ディスプレイは、様々なデバイスおよび製品のユーザーに情報を伝達する、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には、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）、および電気機械もしくは電気流体光変調を使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）がある。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）またはパッシブディスプレイ（すなわち、別の光源によって提供される光を変調するディスプレイ）のいずれかに分類され得る。アクティブディスプレイの最も明白な例には、ＣＲＴ、ＰＤＰ、およびＯＬＥＤ／ＡＭＯＬＥＤがある。放射光を考慮すると通常パッシブとして分類されるディスプレイは、ＬＣＤおよびＥＰディスプレイである。パッシブディスプレイは、多くの場合本質的に低消費電力であるが、それに限定されない魅力的な性能上の特性を示すが、光を放射する能力がないため、多くの実際の用途での使用は多少制限される場合がある。
【０００４】
放射光に関連するパッシブディスプレイの制限を解消するために、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。結合された光源により、これらのその他のパッシブディスプレイは、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ができる。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源（多くの場合、パネル光源）である。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ている。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またはＥＰディスプレイの出力に（あまり一般的ではない）、またはバックライトとＬＣＤまたはＥＰディスプレイとの間に配置され得る。
【０００５】
本明細書で説明する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とより容易に理解することができ、同様の符号は同様の構造要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】本明細書に記載の原理に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を示す。
【０００７】
【図１Ｂ】本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけ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現を示す。
【０００８】
【図２】本明細書に記載の原理に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を示す。
【０００９】
【図３Ａ】本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能なバックライトの断面図を示す。
【００１０】
【図３Ｂ】本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、別の例におけるモード切り替え可能なバックライトの断面図を示す。
【００１１】
【図３Ｃ】本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能なバックライトの斜視図を示す。
【００１２】
【図４】本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例における第１の平面バックライトの断面図を示す。
【００１３】
【図５Ａ】本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるマルチビーム素子を含む第２の平面バックライトの一部の断面図を示す。
【００１４】
【図５Ｂ】本明細書に記載の原理に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素子を含む第２の平面バックライトの一部の断面図を示す。
【００１５】
【図６】本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例における複数のサブ格子を含む回折格子の断面図を示す。
【００１６】
段落は意図的に空白にされている。
【００１７】
【図７】本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例における一対のマルチビーム素子の平面図を示す。
【００１８】
【図８Ａ】本明細書に記載の原理に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素子を含む第２の平面バックライトの一部の断面図を示す。
【００１９】
【図８Ｂ】本明細書に記載の原理に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素子を含む第２の平面バックライトの一部の断面図を示す。
【００２０】
【図９】本明細書に記載の原理に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素子を含む第２の平面バックライトの一部の断面図を示す。
【００２１】
【図１０Ａ】本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能なバックライトの一部の断面図を示す。
【００２２】
【図１０Ｂ】本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、別の例におけるモード切り替え可能なバックライトの一部の断面図を示す。
【００２３】
【図１１】本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能なディスプレイのブロック図を示す。
【００２４】
【図１２】本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能な表示動作の方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
特定の例および実施形態は、上記で参照された図面に示されている特徴に加えて、およびその代わりの特徴の１つである他の特徴を有してもよい。これらの特徴および他の特徴は、上記で参照された図面を参照して以下に詳述される。
【００２６】
本明細書で説明する原理による例および実施形態は、モード切り替え可能なディスプレイへの適用を伴うモード切り替え可能なバックライトを提供する。特に、本明細書に記載の原理に従って、第１のモードでは、２次元（２Ｄ）情報（例えば、２Ｄ画像）の表示をサポートするように構成され、第２のモードでは、マルチビューまたは３次元（３Ｄ）情報（例えば、マルチビュー画像）の表示をサポートするように構成されたモード切り替え可能なディスプレイを使用して情報を選択的に表示することができる。様々な実施形態によれば、第２のモードは、いわゆる「眼鏡不要」または自動立体視ディスプレイシステムと組み合わせて現在の画像および類似の情報を表示するために使用することができる一方、第１のモードを使用して、第３の次元に欠けているか、または少なくとも第３の次元から恩恵を受けない情報（例えば、テキスト、２Ｄ画像などの情報）を提示することができる。さらに、切り替え可能なモードは、本明細書に記載の原理の様々な実施形態に従って、同じディスプレイユニットまたはシステム上に提供される。同じディスプレイシステムに２Ｄ情報とマルチビューまたは３Ｄ情報の両方を選択的に表示できる切り替え可能なディスプレイシステムにより、２Ｄディスプレイのみまたはマルチビューディスプレイのみを使用した場合よりもはるかに広い範囲の異なるデータ提示要件に、単一のディスプレイシステムを容易に適合させることできる。
【００２７】
様々な実施形態によれば、モード間の切り替えを容易にするために、モード切り替え可能なバックライトが使用される。特に、モード切り替え可能なバックライトの第１層は、２Ｄ情報を提供または表示するように構成された広角または拡散放射光を提供する。モード切り替え可能なバックライトの第２層は、マルチビュー画像の様々なビュー方向（view directions）に対応する所定の主角度方向（principal angular directions）を有する複数の指向性光ビームを含む指向性放射光を放射することにより、マルチビューまたは３Ｄ情報の表示をサポートするように構成される。様々な実施形態によれば、モード切り替え可能なバックライトの第１層は、実質的に任意の平面バックライトを含むことができる。様々な実施形態によれば、モード切り替え可能なバックライトの第２層は、指向性放射光の散乱された指向性光ビームを生成するための光ガイドおよびマルチビーム素子を含む。本明細書に記載したモード切り替え可能なモード切り替え可能なバックライトおよびモード切り替え可能なディスプレイの使用は、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、ならびに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用途およびデバイスを含むが、これらに限定されない。
【００２８】
本明細書では、「２次元ディスプレイ」または「２Ｄディスプレイ」は、画像を見る方向に関係なく実質的に同じである（すなわち、２Ｄディスプレイの予め定義された視野角または範囲内の）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。スマートフォンおよびコンピュータのモニタに搭載されている液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、２Ｄディスプレイの例である。本明細書では対照的に、「マルチビューディスプレイ」は、マルチビュー画像の異なるビュー（different views）を異なるビュー方向（view directions）にまたはそこから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。特に、異なるビューは、マルチビュー画像のシーンまたはオブジェクトの異なる透視ビューを表すことができる。いくつかの例では、例えば、マルチビュー画像の２つの異なるビューを同時に見ることで３次元画像を見ている知覚を提供する場合に、マルチビューディスプレイを３次元（３Ｄ）ディスプレイと呼ぶこともある。
【００２９】
図１Ａは、本明細書に記載の原理に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の斜視図を示す。図１Ａに示すように、マルチビューディスプレイ１０は、見られるマルチビュー画像を表示するための画面１２を含む。マルチビューディスプレイ１０は、画面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、画面１２から様々な異なる主角度方向に延びる矢印として示されており、異なるビュー１４は、矢印の終点にある陰影付きの多角形ボックスとして示され（すなわち、ビュー方向１６を示す）、４つのビュー１４および４つのビュー方向１６のみが示されているが、これらはすべて例であって限定ではない。図１Ａでは、異なるビュー１４が画面の上にあるように示されているが、マルチビュー画像がマルチビューディスプレイ１０に表示されるとき、ビュー１４は実際には画面１２上またはその近くに現れることに留意されたい。画面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のそれぞれの１つ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味する。
【００３０】
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、つまり光ビームは、一般に、本明細書における定義により、角度成分｛θ、φ｝によって与えられる主角度方向を有する。角度成分θは、本明細書では、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（例えば、マルチビュー表示画面の平面に垂直）における角度であり、方位角φは、水平面（例えば、マルチビュー表示画面平面に平行）における角度である。
【００３１】
図１Ｂは、本明細書に記載の原理に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または単に「方向」を有する光ビーム２０の角度成分｛θ、φ｝のグラフ表現を示す。さらに、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出する。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する中心光線を有する。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。
【００３２】
さらに、本明細書では、「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、複数のビューのビュー間の異なる視点を表す、または角度視差を含む複数のビューとして定義される。さらに、本明細書では、「マルチビュー」という用語は、本明細書での定義により、一般に３つ以上の異なるビュー（すなわち、最低３つのビュー、通常は３つを超えるビュー）を明示的に含む。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は明確に区別される。しかし、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場合があるが、ここでの定義により、マルチビュー画像は、一度に表示するマルチビューを２つだけ選択することで（例えば、１つの眼に対して１つのビュー）、立体視画像ペアとして（例えば、マルチビューディスプレイ上で）表示することができる。
【００３３】
「マルチビューピクセル（multiview pixel）」は、本明細書では、マルチビューディスプレイの類似の複数の異なるビューの各々におけるサブピクセルまたは「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（different views）の各々におけるビューピクセルに対応するか、またはそれを表す個々のビューピクセルを有することができる。さらに、マルチビューピクセル（multiview pixel）のビューピクセル（view pixels）は、いわゆる「指向性ピクセル（directional pixels）」であり、ビューピクセルの各々は、本明細書の定義により、異なるビュー（different views）のうちの対応する１つのビューの所定のビュー方向（predetermined view direction）に関連付けられる。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（multiview pixel）の異なるビューピクセル（different view pixels）は、異なるビューの各々において、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することができる。例えば、第１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（different views）の各々（each）で｛ｘ１，ｙ１｝に位置する個別のビューピクセル（individual view pixels）を有することができる一方、第２のマルチビューピクセルは、異なるビューの各々で｛ｘ２，ｙ２｝に位置する個別のビューピクセルを有することができる。
【００３４】
いくつかの実施形態では、多くのマルチビューピクセルのビューピクセルは、多くのマルチビューディスプレイのビューと等しくてもよい。例えば、マルチビューピクセルは、６４の異なるビューを有するマルチビューディスプレイに関連して６４のビューピクセルを提供することができる。別の例では、マルチビューディスプレイは、８×４のビューのアレイ（すなわち、３２のビュー）を提供することができ、マルチビューピクセルは、３２のビューピクセル（すなわち、各ビューに対して１つ）を含むことができる。さらに、異なるビューピクセルは各々、例えば、６４の異なるビューに対応するビュー方向の異なる１つに対応する関連する方向（例えば、光ビーム方向）を有することができる。さらに、いくつかの実施形態によれば、マルチビューディスプレイの多くのマルチビューピクセルは、マルチビューディスプレイビュー内の多くのピクセル（すなわち、選択されたビューを構成するピクセル）と実質的に等しくてもよい。例えば、ビューに６４０×４８０のビューピクセル（すなわち、６４０×４８０のビュー解像度）が含まれている場合には、マルチビューディスプレイは３０万７２００（３０７，２００）のマルチビューピクセルを有することができる。別の例では、ビューが１００×１００ピクセルを含む場合、マルチビューディスプレイは、合計で１万（すなわち、１００×１００＝１０，０００）のマルチビューピクセルを含むことができる。
【００３５】
本明細書では、「光ガイド」は、内部全反射すなわち「ＴＩＲ」を使用して構造内で光を導く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むことができる。様々な例において、「光ガイド」という用語は一般に、内部全反射を使用して、光ガイドの誘電体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導く誘電体の光導波路を指す。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、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、プレートもしく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。
【００３６】
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、「スラブ」ガイドと呼ばれることもある区分的または差分的に平坦な層またはシートとして定義される。特に、プレート光ガイドは、光ガイドの上面および底面（すなわち、反対面）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導く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。
【００３７】
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（すなわち、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、１次元で湾曲させることができる。しかし、いかなる曲率も光を導くためにプレートの光ガイド内での全反射を確実に維持するのに十分な大きさの曲率半径を有する。
【００３８】
本明細書において、「角度保持散乱特徴部」、つまり「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よう光を散乱す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σｓは、入射光の角度広がりσの関数である（すなわち、σｓ＝ｆ（σ））。いくつかの実施形態では、散乱光の角度広がりσｓ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、σｓ＝α・σ、ここでαは整数）。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σｓは、入射光の角度広がりまたはコリメーション係数σに実質的に比例することができる。例えば、散乱光の角度広がりσｓは、入射光の角度広がりσと実質的に等しくてもよい（例えば、σｓ〜σ）。均一な回折格子（すなわち、実質的に均一または一定の回折特徴の間隔または格子ピッチを有する回折格子）は、角度を維持する散乱特徴部の例である。対照的に、ランバート散乱体またはランバート反射体ならびに一般的なディフューザ（例えば、ランバート散乱を有するかまたは近似する）は、本明細書の定義により、角度を維持する散乱体ではない。
【００３９】
ここで、「偏光保持散乱特徴部」、つまり「偏光保持散乱体」は、特徴部または散乱体に入射する光の偏光、または少なくとも偏光の程度を散乱光に実質的に保持するよう光を散乱するように構成された任意の特徴部または散乱体である。したがって、「偏光保持散乱特徴部」は、特徴部または散乱体に入射する光の偏光度が散乱光の偏光度に実質的に等しい任意の特徴部または散乱体である。さらに、定義により、「偏光保持散乱」は、散乱されている光の所定の偏光を保持する、または実質的に保持する（例えば、導波光の）散乱である。散乱された光は、例えば、偏光された光源によって提供される偏光された光であってもよい。
【００４０】
本明細書では、「回折格子」は、一般に、回折格子に入射する光の回折を提供するように配置された複数の特徴部（すなわち、回折特徴部）として定義される。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、１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隆起）を含んでもよい。他の例では、回折格子は、特徴部の２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。
【００４１】
したがって、本明細書における定義によれば、「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体である。光が光ガイドから回折格子に入射する場合には、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（すなわち、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（すなわち、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的に方向転換する回折特徴を含む構造体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には、光ガイドからの光を回折的に結合することもできる。
【００４２】
さらに、本明細書における定義により、回折格子の特徴は「回折特徴部」と呼ばれ、材料表面（すなわち、２つの材料間の境界）、表面内および表面上の１つまたはそれ以上であってもよい。表面は、例えば、光ガイドの表面であってもよい。回折特徴部は、表面の、表面内の、または表面上の溝、隆起、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体のいずれかを含むことができる。例えば、回折格子は、材料表面に複数の実質的に平行な溝を含むことができる。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隆起を含むことができる。回折特徴部（例えば、溝、隆起、穴、バンプなど）は、正弦波プロファイル、長方形のプロファイル（例えば、バイナリ回折格子）、三角形のプロファイル、および鋸歯状のプロファイル（例えば、ブレーズド回折格子）のうちの１つまたはそれ以上を含むがこれに限定されない、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。
【００４３】
本明細書で説明する様々な例によれば、回折格子（例えば、以下で説明するマルチビーム素子の回折格子）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θｍは、式（１）によって以下のように与えられ得る。
【数１】
2021508165.tif 000003
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、θｉは回折格子上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（すなわちｎｏｕｔ＝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θｍは、回折次数が正である（例えば、ｍ＞０）式（１）によって与えられてもよい。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（すなわち、ｍ＝１）。
【００４４】
図２は、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例における回折格子３０の断面図を示す。
例えば、回折格子３０は、光ガイド４０の表面上に配置されてもよい。さらに、図２は、入射角θｉで回折格子３０に入射する光ビーム５０を示す。入射光ビーム５０は、光ガイド４０内の導波光のビーム（すなわち、導波光ビーム）であってもよい。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、結合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θｍ（または本明細書では「主角度方向」）を有する。
回折角θｍは、回折格子３０の回折次数ｍ、例えば、回折次数ｍ＝１（すなわち、１次の回折次数）に対応することができる。
【００４５】
本明細書での定義により、「マルチビーム素子」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体または素子である。いくつかの実施形態では、マルチビーム素子は、バックライトの光ガイドに光学的に結合されて、光ガイド内で導かれる光の一部を結合または散乱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。さらに、マルチビーム素子によって生成される複数の光ビームの光ビームは、本明細書での定義により、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、複数の光ビームの他の光ビームとは異なる所定の主角度方向を有する。したがって、光ビームは「指向性光ビーム」と呼ばれ、複数の光ビームは、本明細書での定義により、「複数の指向性光ビーム」と呼ばれる場合がある。
【００４６】
さらに、複数の指向性光ビームは、光照射野を表すことができる。例えば、複数の指向性光ビームは、実質的に円錐形の空間領域に閉じ込められてもよく、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てもよい。このように、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、光照射野を表すことができる。
【００４７】
様々な実施形態によれば、複数の様々な指向性光ビームの異なる主角度方向は、マルチビーム素子のサイズ（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決定される。いくつかの実施形態では、マルチビーム素子は、本明細書での定義により、「拡張点光源」、すなわち、マルチビーム素子の範囲にわたって分散された複数の点光源とみなすことができる。さらに、マルチビーム素子によって生成される指向性光ビームは、本明細書の定義により、および図１Ｂに関して上述したように、角度成分｛θ、φ｝によって与えられる主角度方向を有する。
【００４８】
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。例えば、コリメータは、限定はしないが、コリメートミラーもしくはリフレクタ、コリメートレンズ、回折格子、テーパ付き光ガイド、およびそれらの様々な組み合わせを含むことができる。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、ある実施形態と別の実施形態とでは、所定の程度または量変化してもよい。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）の一方または両方にコリメーションを提供するように構成されてもよい。すなわち、いくつかの実施形態によれば、コリメータは、光コリメーションを提供する２つの直交方向の一方または両方に形状または同様のコリメート特性を含むことができる。
【００４９】
ここで、「コリメーション係数」は、光がコリメートされる程度として定義される。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（例えば、コリメートされた光ビームの中心または主角度方向について＋／−σ度）にあることを指定することができる。いくつかの例によれば、コリメートされた光ビームの光線は、角度に関してガウス分布を有してもよく、角度広がりは、コリメートされた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。
【００５０】
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発光体）として定義される。例えば、光源は、アクティブ化またはオンにされると光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光体を含むことができる。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、プラズマベースの発光体、蛍光ランプ、白熱ランプ、および事実上他の任意の光源のうちの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない、実質的に任意の発光体を含むことができる。光源によって生成される光は、有色でもよく（すなわち、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、複数の発光体を含むことができる。例えば、光源は、発光体の少なくとも１つが、少なくとも１つの他の発光体のセットまたはグループによって生成される光の色または波長とは異なる色、つまり波長の光を生成する、発光体のセットまたはグループを含んでもよい。異なる色は、例えば、原色（例えば、赤、緑、青）を含んでもよい。「偏光」光源は、本明細書では、所定の偏光を有する光を生成または提供する実質的に任意の光源として定義される。例えば、偏光光源は、光源の発光体の出力に偏光子を含むことができる。
【００５１】
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」を有することが意図されている。例えば、「マルチビーム素子」は１つまたはそれ以上のマルチビーム素子を意味し、そのため、「マルチビーム素子」は、本明細書では「マルチビーム素子（複数のマルチビーム素子）」を意味する。また、本明細書における「上部」、「底部」、「上側」、「下側」、「上へ」、「下へ」、「前」、後」、「第１」、「第２」、「左」または「右」への言及は、本明細書における限定を意図したものではない。本明細書では、値に適用されるときの「約」という用語は、特に明記しない限り、一般に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するか、またはプラスもしくはマイナス１０％、またはプラスもしくはマイナス５％、またはプラスもしくはマイナス１％を意味することがある。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、説明の目的で提示されており、限定するためではない。
【００５２】
本明細書に記載の原理のいくつかの実施形態によれば、モード切り替え可能な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に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能なバックライト１００の断面図を示す。図３Ｂは、本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、別の例におけるモード切り替え可能なバックライト１００の断面図を示す。特に、図３Ａは、第１のモードで動作するように構成されたモード切り替え可能なバックライト１００を示し、図３Ｂは、第２のモードで動作するように構成されたモード切り替え可能なバックライト１００を示す。図３Ｃは、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能なバックライト１００の斜視図を示す。
図３Ｃに示すモード切り替え可能なバックライト１００は、限定ではなく例として、第２のモードで動作するように構成される。
【００５３】
様々な実施形態によれば、モード切り替え可能なバックライト１００は、放射光１０２として光を提供または放射するように構成される。特に、モード切り替え可能なバックライト１００は、図３Ａ〜図３Ｃの様々な矢印によって示されるように、モード切り替え可能なバックライト１００から概ね離れる（例えば、その表面から離れる）方向に放射光１０２を提供するように構成される。放射光１０２は、様々な例および実施形態に従って、モード切り替え可能なバックライト１００を用いる電子ディスプレイを照明するために使用されてもよい。例えば、放射光１０２は、ディスプレイ用途において、ライトバルブ（例えば、以下に説明されるライトバルブ１０６）のアレイを照明するために使用されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、モード切り替え可能なバックライト１００を用いる電子ディスプレイは、例えば、モード切り替え可能なディスプレイで使用される場合、放射光１０２を使用して２次元（２Ｄ）画像および３次元（３Ｄ）もしくはマルチビュー画像の一方または両方を選択的に表示するように構成され得る。
【００５４】
特に、モード切り替え可能なバックライト１００の様々な動作モードによれば、放射光１０２は、異なる特性を有するか、または示すことができる。特に、放射光１０２としてモード切り替え可能なバックライト１００によって放射される光は、指向性および拡散性または実質的に非指向性のいずれかである光を含んでもよい。さらに、異なる特性は、モード切り替え可能なバックライト１００の動作モード（例えば、第１のモードまたは第２のモード）に従って選択可能である。例えば、以下でより詳細に説明するように、第１のモードでは、モード切り替え可能なバックライト１００は、広角放射光１０２’として放射光１０２を提供することができる。あるいは、第２のモードでは、モード切り替え可能なバックライト１００は、例えば、指向性放射光１０２’’として放射光１０２を提供するように構成される。様々な実施形態によれば、第２のモード中に提供される指向性放射光１０２’’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。
【００５５】
定義により、「広角」放射光１０２’は、モード切り替え可能なバックライト１００に関連するマルチビュー画像またはマルチビューディスプレイのビューの円錐角より大きい円錐角を有する光として定義される。特に、いくつかの実施形態では、広角放射光１０２’は、約２０度よりも大きい（例えば、＞±２０°）円錐角を有してもよい。他の実施形態では、広角放射光１０２’の円錐角は、約３０度よりも大きい（例えば、＞±３０°）、または約４０度よりも大きい（例えば、＞±４０°）、または５０度よりも大きくてもよい（例えば、＞±５０°）。例えば、広角放射光１０２’の円錐角は、約６０度（例えば、＞±６０°）であってもよい。
【００５６】
いくつかの実施形態では、広角放射光１０２’の円錐角は、ＬＣＤコンピュータモニタ、ＬＣＤタブレット、ＬＣＤテレビ、または広角視野（例えば、約±４０〜６５°）を意図した同様のデジタルディスプレイデバイスの視野角とほぼ同じであると定義され得る。他の実施形態では、モード切り替え可能なバックライト１００によって提供される広角放射光１０２’は、拡散光、実質的に拡散光、非指向性光（すなわち、特定のまたは定義された方向性がない）、あるいは単一または実質的に均一な方向を有する光としても特徴付けられ、または記述され得る。広角放射光１０２’は、図を簡単にするために破線矢印として図３Ａに示されている。しかしながら、広角放射光１０２’を表す破線の矢印は、放射光１０２の特定の方向性を暗示することを意味するのではなく、単に、例えば、モード切り替え可能なバックライト１００からの光の放射および透過を表す。
【００５７】
上述のように、第２のモード中にモード切り替え可能なバックライト１００によって提供される指向性放射光１０２’’は、互いに異なる主角度方向（または単に「異なる方向」）を有する複数の指向性光ビームを含む。例えば、複数の指向性光ビームは、光照射野であるか、光照射野を表すことができる。図３Ｂおよび図３Ｃは、指向性放射光１０２’’の複数の指向性光ビームを複数の発散矢印として示している。いくつかの実施形態によれば、指向性放射光１０２’’の指向性光ビームの異なる主角度方向の光ビーム（light beams）は、第２のモードで、または第２のモード中に、マルチビュー画像またはマルチビューディスプレイのそれぞれのビュー方向（view directions）に対応することができる。
【００５８】
これらの実施形態のいくつかでは、放射光１０２の指向性光ビームは、（例えば、以下で説明するように、ライトバルブ１０６を使用して）変調されて、例えば、マルチビューまたは３Ｄ画像コンテンツを有する情報の表示を容易にすることができる。他の実施形態では、第２のモードにおける指向性光ビームの異なる主角度方向は、モード切り替え可能なバックライト１００、例えばビューボックス（図示せず）に隣接するまたはその前の空間の比較的限定された領域に向かう方向に対応することができる。これらの実施形態では、指向性放射光１０２’’の指向性光ビームは、（例えば、ライトバルブによって）変調されて、例えばビューボックス内に画像コンテンツを提供することができる。
【００５９】
図示するように、モード切り替え可能なバックライト１００は、第１の平面バックライト１１０を含む。第１の平面バックライト１１０は、第１のモード中に広角放射光１０２’を提供するように構成された平面発光面１１０’を有する（例えば、図３Ａを参照）。様々な実施形態によれば、第１の平面バックライト１１０は、実質的に平面発光面１１０’を有する実質的に任意のバックライトであってもよい。例えば、第１の平面バックライト１１０は、直接放射または直接照明される平面バックライトであってもよい。直接発光または直接照明される平面バックライトには、平面発光面１１０’を直接照明して広角放射光１０２’を提供するように構成された、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）、ネオンランプ、または発光ダイオード（ＬＥＤ）の平面アレイを用いたバックライトパネルが含まれるが、これらに限定されない。エレクトロルミネセントパネル（ＥＬＰ）は、直接放射する平面バックライトの別の非限定的な例である。
【００６０】
他の例では、第１の平面バックライト１１０は、間接光源を使用するバックライトを含むことができる。そのような間接的に照明されるバックライトは、限定されないが、様々な形態のエッジ結合型またはいわゆる「エッジライト」バックライトを含んでもよい。
エッジライトバックライトは、通常、光ガイドまたは同様のガイド構造体（例えば、中空ガイドキャビティまたは光ガイド）のエッジまたは側面に結合された光源（図３Ａ〜図３Ｃには図示せず）を含む。エッジ結合光源は、ガイド構造体を照明して、エッジライトバックライト内に光を提供するように構成されている。エッジ結合光源は、例えば、ＣＣＦＬおよびＬＥＤを含み得るが、これらに限定されない。様々な例によれば、ガイド構造体は、内部全反射（ＴＩＲ）、鏡面（例えば、鏡背面）、またはそれらの組み合わせを使用して、エッジ結合光源からの光をガイドするように構成され得る。さらに、いくつかの例では、第１の平面バックライト１１０で使用されるエッジライトバックライトのガイド構造体は、平行な対向する表面（例えば、上面および底面）を備えた略長方形の断面を有することができる。したがって、第１の平面バックライト１１０は、「長方形の」ガイド構造体を含むことができる。他の例では、ガイド構造体は、第２の対向する表面と実質的に非平行である第１の表面を備えた、先細りまたはくさび形の断面（すなわち、ガイド構造は「くさび形」であってもよい）を有してもよい。
【００６１】
様々な実施形態によれば、第１の平面バックライト１１０として使用されるエッジライトバックライトは、抽出特徴部（図３Ａ〜図３Ｃには図示せず）をさらに含む。抽出特徴部は、ガイド構造体から光を抽出し、抽出された光をガイド構造から離れる方向に方向転換させるように構成される。例えば、エッジライトバックライトの抽出特徴部は、広角放射光１０２’として光を抽出し、広角放射光１０２’を平面発光面１１０’から離れるように向けることができる。抽出特徴部は、ガイド構造体の表面（例えば、上面）に隣接する様々な球状散乱構造体（球状散乱体）、マイクロプリズムのフィルムまたは層、ならびに、ガイド構造体自体の内部にあるか、またはガイド構造体の一対の対向する表面の一方または両方に隣接して配置された様々な散乱体またはリフレクタを含むことができるが、これらに限定されない。
【００６２】
図４は、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例における第１の平面バックライト１１０の断面図を示す。図４に示すように、第１の平面バックライト１１０は、第１の平面バックライト１１０のエッジに結合された光源１１２を含む。エッジ結合光源１１２は、第１の平面バックライト１１０内で光を生成するように構成される。さらに、限定ではなく例として示されるように、第１の平面バックライト１１０は、複数の抽出特徴部１１４ａと共に、平行な対向する表面を有する略長方形の断面を有するガイド構造体１１４（または光ガイド）（すなわち、長方形のガイド構造体）を含む。図示するように、散乱特徴部１１４ａは、第１の平面バックライト１１０の平面発光面１１０’（すなわち、上面）に隣接するガイド構造体１１４の表面に配置された球状散乱体を含む。エッジ結合光源１１２からの光および長方形のガイド構造体１１４内でガイドされた光は、様々な実施形態により、広角放射光１０２’を提供するために、抽出特徴部１１４ａによってガイド構造体１１４から方向転換、散乱または抽出され得る。
【００６３】
いくつかの実施形態では、第１の平面バックライト１１０は、（例えば、図４に示すように）直接発光またはエッジライトのいずれであっても、ディフューザもしくは拡散層、輝度向上フィルム（ＢＥＦ）、および偏光リサイクルフィルムもしくは層を含むがこれらに限定されない１つまたはそれ以上の追加の層またはフィルムをさらに含んでもよい。例えば、ディフューザは、抽出特徴部１１４ａのみによって提供されるものと比較した場合に、広角放射光１０２’の放射角度を大きくするように構成され得る。いくつかの例では、輝度向上フィルムを使用して、広角放射光１０２’の全体的な輝度を増加させることができる。輝度向上フィルム（ＢＥＦ）は、例えばミネソタ州セントポールの３Ｍ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ＤｉｖｉｓｉｏｎからＶｉｋｕｉｔｉ（商標）ＢＥＦ  ＩＩとして入手可能で、これはプリズム構造を利用して最大６０％の輝度向上を実現するマイクロ複製された強化フィルムである。偏光リサイクル層は、第１の偏光を選択的に通過させる一方で、第２の偏光を反射して長方形のガイド構造体１１４に向けて戻すように構成され得る。偏光リサイクル層は、例えば、反射偏光子フィルムまたはデュアル輝度向上フィルム（ＤＢＥＦ）を含んでもよい。ＤＢＥＦフィルムの例には、ミネソタ州セントポールの３Ｍ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎから入手可能な３Ｍ  Ｖｉｋｕｉｔｉ（商標）Ｄｕａｌ  Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｆｉｌｍが含まれるが、これに限定されない。別の例では、高度な偏光変換フィルム（ＡＰＣＦ）または輝度向上フィルムとＡＰＣＦフィルムの組み合わせを偏光リサイクル層として使用することができる。
【００６４】
図４は、ガイド構造体１１４に隣接するディフューザ１１６と、第１の平面バックライト１１０の平面発光面１１０’と、をさらに含む第１の平面バックライト１１０を示す。さらに、図４に示すのは、輝度向上フィルム１１７および偏光リサイクル層１１８であり、これらは両方とも、平面発光面１１０’にも隣接している。いくつかの実施形態では、第１の平面バックライト１１０は、例えば、図４に示すように、平面発光面１１０’とは反対の（すなわち背面上の）ガイド構造体１１４の表面に隣接する反射層１１９をさらに含む。反射層１１９は、限定はしないが、反射金属の層または強化鏡面反射（ＥＳＲ）フィルムを含む様々な反射フィルムのいずれかを含むことができる。ＥＳＲフィルムの例には、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フィルムが含まれるが、これに限定されない。
【００６５】
再び図３Ａ〜図３Ｃを参照すると、モード切り替え可能なバックライト１００は、第２の平面バックライト１２０をさらに含む。様々な実施形態によれば、第２の平面バックライト１２０は、光ガイド１２２およびマルチビーム素子１２４のアレイを含む。マルチビーム素子アレイのマルチビーム素子１２４は、光ガイド１２２を横切って互いに離間している。様々な実施形態によれば、マルチビーム素子１２４のアレイは、第２のモード中に、主角度方向を有する複数の指向性光ビームを含む指向性放射光１０２’’として、光ガイド１２２から導波光１０４を散乱させるように構成される。さらに、様々な実施形態によれば、複数の指向性光ビームの指向性光ビームは、互いに異なる主角度方向を有し、異なる主角度方向は、マルチビュー画像のビュー方向に対応する。
【００６６】
特に、マルチビーム素子アレイのマルチビーム素子１２４は、図３Ｂに示されるように、光ガイド１２２内からの導波光１０４の一部を散乱させ、散乱された部分を光ガイド１２２の第１の表面１２２’から離れるように、または第２の平面バックライト１２０の第１の表面から均等に向けるように構成され得る。例えば、導波光部分は、第１の表面１２２’を介してマルチビーム素子１２４によって散乱され得る。さらに、図３Ａ〜図３Ｃに示すように、様々な実施形態によれば、第１の表面と反対の第２の平面バックライト１２０の第２の表面は、第１の平面バックライト１１０の平面発光面１１０’に隣接する。
【００６７】
図３Ｂに示すように、指向性放射光１０２’’の複数の指向性光ビームは、上述の異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビームであるか、またはそれらを表すことに留意されたい。すなわち、様々な実施形態によれば、指向性光ビームは、指向性放射光１０２’’の他の指向性光ビームとは異なる主角度方向を有する。さらに、第２の平面バックライト１２０は、図３Ａに、第１の平面バックライト１１０から出て、続いて第２の平面バックライト１２０を通過する破線の矢印によって示されるように、第１の平面バックライト１１０からの広角放射光１０２’が第２の平面バックライト１２０の厚さを通過または透過できるように、実質的に透明（例えば、少なくとも第１のモードで）であってもよい。言い換えると、第１の平面バックライト１１０によって提供される広角放射光１０２’は、例えば、第２の平面バックライト透過性により、第１のモード中に第２の平面バックライト１２０を透過するように構成される。
【００６８】
特に、光ガイド１２２および間隔を空けた複数のマルチビーム素子１２４は、光が第１の表面１２２’および第２の表面１２２’’の両方を通って光ガイド１２２を通過できるようにする。マルチビーム素子１２４が比較的小さなサイズであるとともにマルチビーム素子１２４の要素間の間隔が比較的大きいことにより、少なくとも部分的に透過性が促進され得る。さらに、いくつかの実施形態では、特にマルチビーム素子１２４が以下に説明するような回折格子を含む場合、マルチビーム素子１２４は、光ガイド面１２２’、１２２’’に直交して伝搬する光に対して実質的に透過性であってもよい。したがって、例えば、様々な実施形態によれば、第１の平面バックライト１１０からの光は、第２の平面バックライト１２０のマルチビーム素子アレイと共に光ガイド１２２を直交方向に通過することができる。
【００６９】
上述したように、モード切り替え可能なバックライト１００は、一対の切り替え可能なモード、すなわち第１および第２のモードを有する。第１のモードでは、第１の平面バックライト１１０は、広角放射光１０２’を提供するように構成され、それは、次に、第２の平面バックライト１２０を透過する。第２のモードでは、第２の平面バックライト１２０は、指向性放射光１０２’’の複数の指向性光ビームを提供するように構成される。図３Ａは、第１の平面バックライト１１０によって提供される広角放射光１０２’を伴うモード切り替え可能なバックライト１００の第１のモードを表し、図３Ｂは、指向性放射光１０２’’（例えば、指向性光ビームとして）が第２の平面バックライト１２０によって提供されるモード切り替え可能なバックライト１００の第２のモードを表す。いくつかの実施形態では、第１および第２のモードは、時間的にまたは時間に関して相互に排他的であってもよい。すなわち、モード切り替え可能なバックライト１００は、任意の特定の時点で第１のモードまたは第２のモードのいずれかで動作することができる。他の実施形態では、モード切り替え可能なバックライト１００の一部は第１のモードで動作することができ、モード切り替え可能なバックライト１００の別の部分は第２のモードで動作することができる。
【００７０】
上記のように、そして様々な実施形態によれば、第２の平面バックライト１２０は、光ガイド１２２を含む。光ガイド１２２は、いくつかの実施形態では、プレート光ガイドであってもよい。光ガイド１２２は、（例えば、以下に説明される光源からの）光を導波光１０４としてガイドするように構成される。特に、導波光１０４は、第１の伝搬方向１０３、例えば、図３Ｂに太い矢印で示されるように右にガイドされる。光ガイド１２２は、導波光１０４として光ガイド１２２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１２２は、光ガイドとして構成された誘電材料を含んでもよい。誘電体材料は、誘電体光ガイド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、例えば、光ガイド１２２の１つまたはそれ以上の導波モードに従って、導波光１０４の内部全反射を容易にするように構成される。
【００７１】
いくつかの実施形態では、光ガイド１２２は、光学的に透明な誘電体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ガイドであってもよい。実質的に平面の誘電材料シートは、全反射を利用して導波光１０４を導くように構成される。様々な例によれば、光ガイド１２２の光学的に透明な材料は、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、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸ガラスなど）および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）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、またはそれらから構成され得る。いくつかの例では、光ガイド１２２は、光ガイド１２２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、全反射をさらに促進することができる。
【００７２】
さらに、いくつかの実施形態によれば、光ガイド１２２は、光ガイド１２２の第１の表面１２２’（例えば、「前」表面または側面）と第２の表面１２２’’（例えば、「背」面または側面）との間の非ゼロ伝搬角度での全反射により導波光１０４をガイドするように構成される。特に、導波光１０４は、非ゼロ伝搬角度で光ガイド１２２の第１の表面１２２’と第２の表面１２２’’との間で反射または「バウンス」することによって伝搬する。いくつかの実施形態では、導波光１０４は、異なる色固有の、非ゼロ伝搬角度のそれぞれにおける、光ガイド１２２によって誘導される異なる色の光の複数の導波光ビームを含むことができる。非ゼロ伝搬角度は、図を簡潔にするために図３Ａ〜図３Ｃには示されていないことに留意されたい。しかしながら、伝搬方向１０３を示す様々な図における太い矢印は、光ガイド長に沿った導波光１０４の一般的な伝搬方向を示している。
【００７３】
本明細書で定義されるように、「非ゼロ伝搬角度」は、光ガイド１２２の表面（例えば、第１の表面１２２’または第２の表面１２２’’）に対する角度である。さらに、様々な実施形態によれば、非ゼロ伝搬角度は、ゼロより大きく、光ガイド１２２内の内部全反射の臨界角度未満である。さらに、特定の非ゼロ伝搬角度は、光ガイド１２２内の内部全反射の臨界角未満であれば、特定の実施態様について（例えば、任意に）選択され得る。
様々な実施形態では、導波光１０４は、非ゼロ伝搬角度で光ガイド１２２に導入または結合されてもよい。
【００７４】
様々な実施形態によれば、光を光ガイド１２２に結合することによって生成される導波光１０４または同等のガイドされた「光ビーム」は、コリメートされた光ビームであり得る。本明細書では、「コリメートされた光」または「コリメートされた光ビーム」は、一般に、光ビームの光線が光ビーム内で互いに実質的に平行である光ビーム（例えば、導波光１０４）として定義される。さらに、コリメートされた光ビームから発散または散乱する光線は、本明細書での定義により、コリメートされた光ビームの一部とはみなされない。いくつかの実施形態では、モード切り替え可能なバックライト１００の第２の平面バックライト１２０は、限定されないが、レンズ、リフレクタまたはミラー、または光ガイド１２２に導入される光をコリメートにするように構成された回折格子などのコリメータを含んでもよい。いくつかの実施形態では、光の供給源（例えば、光源）は、コリメータを含んでもよい。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σに従って、またはコリメーション係数σを有するようにコリメートされ得る。
【００７５】
上述のように、また様々な実施形態によれば、第２の平面バックライト１２０は、マルチビーム素子１２４のアレイを含む。様々な実施形態によれば（例えば、図３Ａ〜図３Ｃに示すように）、マルチビーム素子アレイのマルチビーム素子１２４は、光ガイド１２２の第１の表面１２２’に（例えば、第２の平面バックライト１２０の第１の表面に隣接して）配置されてもよい。他の例（図示せず）では、マルチビーム素子１２４は、光ガイド１２２内に配置されてもよい。
さらに他の実施形態（図示せず）では、マルチビーム素子１２４は、（例えば、第２の平面バックライト１２０の第２の表面に隣接する）光ガイド１２２の第２の表面１２２’’またはその上に配置されてもよい。さらに、マルチビーム素子１２４のサイズは、マルチビュー画像を表示するように構成されたマルチビューディスプレイのライトバルブのサイズと同等である。すなわち、マルチビーム素子のサイズは、例えば、モード切り替え可能なバックライト１００およびその第２の平面バックライト１２０を含むマルチビューディスプレイにおけるライトバルブアレイのライトバルブサイズと同等である。
【００７６】
図３Ａ〜図３Ｃはまた、限定ではなく例として、（例えば、マルチビューディスプレイの）ライトバルブ１０６のアレイを示す。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いた、もしくはエレクトロウェッティングを用いた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１０６として、様々な異なるタイプのライトバルブのいずれかを使用することができる。さらに、図示するように、マルチビーム素子のアレイの各マルチビーム素子１２４ごとに１つの固有の組のライトバルブ１０６があってもよい。ライトバルブ１０６の固有の組は、例えば、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル１０６’に対応することができる。
【００７７】
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することができる。例えば、ライトバルブのサイズはバルブの長さであってもよく、マルチビーム素子１２４の同等のサイズは、マルチビーム素子１２４の長さであってもよい。別の例では、サイズは、マルチビーム素子１２４の面積がライトバルブの面積と同等であり得るような面積を指してもよい。
【００７８】
いくつかの実施形態では、マルチビーム素子１２４のサイズは、マルチビーム素子サイズがライトバルブサイズの約５０％から約２００％の間にあるように、ライトバルブサイズと同等である。例えば、マルチビーム素子のサイズが「ｓ」で示され、ライトバルブサイズが「Ｓ」で示されている場合（例えば、図３Ａに示すように）には、マルチビーム素子のサイズｓは、式（２）により次のように与えられる。
【数２】
2021508165.tif 000004
他の例では、マルチビーム素子のサイズは、ライトバルブのサイズの約６０％より大きいか、またはライトバルブサイズの約７０％か、またはライトバルブサイズの約８０％より大きいか、またはライトバルブサイズの約９０％より大きく、かつ、マルチビーム素子はライトバルブサイズの約１８０％未満か、またはライトバルブサイズの約１６０％未満か、またはライトバルブサイズの約１４０％未満か、またはライトバルブサイズの約１２０％未満である。例えば、「同等のサイズ」により、マルチビーム素子のサイズは、ライトバルブのサイズの約７５％〜約１５０％であってもよい。別の例では、マルチビーム素子１２４は、マルチビーム素子のサイズがライトバルブサイズの約１２５％〜約８５％であるライトバルブとサイズが同等であってもよい。いくつかの実施形態によれば、マルチビーム素子１２４およびライトバルブの同等のサイズは、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か、またはいくつかの例では最小化し、同時に、マルチビューディスプレイのビューまたはマルチビュー画像と同等のビュー間のオーバーラップを減らす、またはいくつかの例では最小化するように選択されてもよい。
【００７９】
図３Ｂに示すように、マルチビーム素子１２４のサイズ（例えば、幅）は、ライトバルブアレイにおけるライトバルブ１０６のサイズ（例えば、幅）に対応することができることに留意されたい。他の例では、マルチビーム素子のサイズは、ライトバルブアレイの隣接するライトバルブ１０６間の距離（例えば、中心間距離）として定義されてもよい。
例えば、ライトバルブ１０６は、ライトバルブアレイ内のライトバルブ１０６間の中心間距離よりも小さくてもよい。したがって、マルチビーム素子のサイズは、例えば、ライトバルブ１０６自体のサイズ、またはライトバルブ１０６間の中心間距離に対応するサイズのいずれかとして定義され得る。
【００８０】
いくつかの実施形態では、複数の対応するマルチビューピクセル１０６’のマルチビーム素子１２４（例えば、ライトバルブ１０６のセット）間の関係は、１対１の関係であってもよい。すなわち、同数のマルチビューピクセル１０６’およびマルチビーム素子１２４があってもよい。図３Ｃは、例として、１対１の関係を明示的に示しており、ライトバルブ１０６の異なるセットを含む各マルチビューピクセル１０６’は、破線で囲まれて示されている。他の実施形態（図示せず）では、マルチビューピクセル１０６’およびマルチビーム素子１２４の数は、互いに異なってもよい。
【００８１】
いくつかの実施形態では、一対の複数の隣接するマルチビーム素子１２４間の素子間距離（例えば、中心間距離）は、例えば、ライトバルブセットによって表される、対応する隣接する一対のマルチビューピクセル１０６’間のピクセル間距離（例えば、中心間距離）に等しくてもよい。他の実施形態（図示せず）では、対のマルチビーム素子１２４および対応するライトバルブセットの相対的な中心間距離は異なってもよい。例えば、マルチビーム素子１２４は、マルチビューピクセル１０６’を表すライトバルブセット間の間隔（すなわち、中心間距離）よりも大きいまたは小さい素子間間隔（すなわち、中心間距離）を有してもよい。
【００８２】
いくつかの実施形態では、マルチビーム素子１２４の形状は、マルチビューピクセル１０６’の形状に類似しているか、つまり、マルチビューピクセル１０６’に対応するライトバルブ１０６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、マルチビーム素子１２４は、正方形で、マルチビューピクセル１０６’（または対応する一組のライトバルブ１０６の配置）が略正方形であってもよい。別の例では、マルチビーム素子１２４は、長方形、すなわち、幅または横寸法よりも長さまたは縦寸法が大きくてもよい。この例では、マルチビーム素子１２４に対応するマルチビューピクセル１０６’（、つまりライトバルブ１０６のセットの配置）は、類似の長方形でもよい。図３Ｃは、正方形のマルチビーム素子１２４およびライトバルブ１０６の正方形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’の斜視図を示す。さらに他の例（図示せず）では、マルチビーム素子１２４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、またはこれらに少なくとも近似されるが、これらに限定されない様々な形状を有する。
【００８３】
さらに（例えば、図３Ｂに示すように）、いくつかの実施形態によれば、各マルチビーム素子１２４は、指向性放射光１０２’’をただ１つのマルチビューピクセル１０６’に提供するように構成され得る。特に、マルチビーム素子１２４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放射光１０２’’は、単一の対応するマルチビューピクセル１０６’およびそのライトバルブ１０６、すなわち、図３Ｂに示すように、マルチビーム素子１２４に対応する単一セットのライトバルブ１０６に実質的に制限されている。したがって、第１の平面バックライト１１０の各マルチビーム素子１２４は、マルチビュー画像の異なるビューに対応する異なる一組の主角度方向を有する指向性放射光１０２’’の対応する複数の指向性光ビームを提供する（すなわち、一組の指向性光ビームは、異なるビュー方向の各々に対応する方向を有する光ビームを含む）。
【００８４】
様々な実施形態によれば、第２の平面バックライト１２０のマルチビーム素子１２４は、導波光１０４の一部を散乱させるように構成された多くの異なる構造のいずれかを含んでもよい。例えば、異なる構造は、回折格子、マイクロ反射素子、マイクロ屈折素子、またはそれらの様々な組み合わせを含むことができるが、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素子１２４は、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指向性放射光１０２’’として導波光部分を回折的に結合または散乱するように構成される。他の実施形態では、マイクロ反射素子を含むマルチビーム素子１２４は、複数の指向性光ビームとして導波光部分を反射結合または散乱させるように構成されるか、あるいは、マイクロ屈折素子を含むマルチビーム素子１２４は、屈折によって、または屈折を利用して複数の指向性光ビームとして導波光部分を結合または散乱させる（すなわち、導波光部分を屈折散乱させる）ように構成される。
【００８５】
図５Ａは、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるマルチビーム素子１２４を含む第２の平面バックライト１２０の一部の断面図を示す。図５Ｂは、本明細書に記載の原理に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素子１２４を含む第２の平面バックライト１２０の一部の断面図を示す。特に、図５Ａ〜図５Ｂは、回折格子１２４ａを含む第２の平面バックライト１２０のマルチビーム素子１２４を示す。回折格子１２４ａは、指向性放射光１０２’’の複数の指向性光ビームとして、導波光１０４の一部を回折的に結合または散乱するように構成される。回折格子１２４ａは、導波光部分からの回折散乱を提供するように構成された回折特徴部間隔（または回折特徴部ピッチまたは格子ピッチ）分互いに離間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１２４ａ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１０４の波長よりも短い）であってもよい。
【００８６】
いくつかの実施形態では、マルチビーム素子１２４の回折格子１２４ａは、光ガイド１２２の表面、または表面に隣接して配置されてもよい。例えば、図５Ａに示すように、回折格子１２４ａは、光ガイド１２２の第１の表面１２２’にあるか、または第１の表面１２２’に隣接することができる。光ガイド１２２の第１の表面１２２’における回折格子１２４ａは、指向性放射光１０２’’の指向性光ビームとして第１の表面１２２’を通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透過モード回折格子であってもよい。別の例では、図５Ｂに示すように、回折格子１２４ａは、光ガイド１２２の第２の表面１２２’’に、または第２の表面１２２’’に隣接して配置されてもよい。回折格子１２４ａが第２の表面１２２’’に配置される場合、回折格子１２４ａは反射モード回折格子であってもよい。
反射モード回折格子として、回折格子１２４ａは、導波光部分を回折するとともに、回折された導波光部分を第１の表面１２２’に向けて反射させて、第１の表面１２２’を通って指向性放射光１０２’’の指向性光ビームとし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１２２の表面の間に配置されてもよい。本明細書で説明するいくつかの実施形態では、指向性放射光１０２’’の指向性光ビームの主角度方向は、光ガイド表面で光ガイド１２２を出る指向性光ビームによる屈折の影響を含んでもよいことに留意されたい。例えば、図５Ｂは、指向性放射光１０２’’が第１の表面１２２’を横切るときの屈折率の変化による指向性光ビームの屈折（すなわち、曲げ）を示している。下記の図８Ａおよび図８Ｂも参照されたい。
【００８７】
いくつかの実施形態によれば、回折格子１２４ａの回折特徴部は、互いに離間した溝および隆起の一方または両方を含むことができる。溝または隆起は、光ガイド１２２の材料を含んでもよく、例えば、光ガイド１２２の表面に形成されてもよい。別の例では、溝または隆起は、光ガイド材料以外の材料、例えば、光ガイド１２２の表面上の別の材料のフィルムまたは層から形成されてもよい。
【００８８】
いくつかの実施形態では、マルチビーム素子１２４の回折格子１２４ａは、回折特徴部間隔が回折格子１２４ａ全体にわたって実質的に一定または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１２４ａは、チャープ回折格子であってもよい。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（すなわち、格子ピッチ）の回折間隔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、距離と共に直線的に変化する回折特徴部間隔の「チャープ」または変化を有する、または示すことができる。そのため、チャープ回折格子は、定義により「線形チャープ」回折格子である。他の実施形態では、マルチビーム素子１２４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てもよい。指数チャープ、対数チャープ、または別の実質的に不均一またはランダムであるが依然として単調に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が使用されてもよい。正弦波チャープまたは三角形もしくは鋸歯状チャープなどであるがこれらに限定されない非単調チャープも使用することができる。これらのタイプのチャープを任意に組み合わせたものも使用できる。
【００８９】
いくつかの実施形態では、回折格子１２４ａは、複数の回折格子、つまり複数のサブ格子を含むことができる。図６は、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例における複数のサブ格子を含む回折格子１２４ａの断面図を示す。図６に示すように、複数のサブ格子は、光ガイド１２２の表面（例えば、図示するように、第２の表面１２２’’）上のマルチビーム素子１２４の回折格子ｌ２４ａ内に、第１のサブ格子ｌ２４ａ’および第２のサブ格子ｌ２４ａ’’を含む。マルチビーム素子１２４のサイズＳが図６に示されている。
【００９０】
いくつかの実施形態によれば、複数のマルチビーム素子の異なるマルチビーム素子１２４間の回折格子１２４ａ内のサブ格子の異なる密度は、それぞれの異なるマルチビーム素子１２４によって回折的に散乱された指向性放射光１０２’’の複数の指向性光ビームの相対強度を制御するように構成されてもよい。換言すれば、マルチビーム素子（multibeam elements）１２４は、回折格子（diffraction gratings）１２４ａ内でそれぞれ異なる密度のサブ格子を有することができ、異なるサブ格子密度は、複数の指向性光ビームの相対強度を制御するように構成することができる。特に、回折格子１２４ａ内のサブ格子が少ないマルチビーム素子１２４は、比較的多くのサブ格子を有する別のマルチビーム素子１２４よりも強度（またはビーム密度）が低い指向性放射光１０２’’の複数の指向性光ビームを生成することができる。
【００９１】
図７は、本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例における一対のマルチビーム素子１２４の平面図を示す。図示するように、一対の第１のマルチビーム素子１２４−１は、一対の第２のマルチビーム素子１２４−２に存在するよりも、回折格子１２４ａ内のサブ格子の密度が高い。特に、第２のマルチビーム素子１２４−２は、第１のマルチビーム素子１２４−１よりもサブ格子が少なく、サブ格子のない位置１２３が多い回折格子１２４ａを有する。いくつかの実施形態では、第１のマルチビーム素子１２４−１における高密度のサブ格子は、第２のマルチビーム素子１２４−２によって提供される複数の指向性光ビームの強度よりも高い強度を有する複数の指向性光ビームを提供することができる。図７に示されている差分サブ格子密度によって提供される複数の指向性光ビームそれぞれの強度の高低は、いくつかの実施形態によれば、伝搬距離の関数として光ガイド内の導波光の光強度の変化を補償するために使用できる。限定ではなく例として、図７は、湾曲した回折特徴部を有するサブ格子を有する回折格子１２４ａも示している。
【００９２】
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素子１２４を含む第２の平面バックライト１２０の一部の断面図を示す。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素子１２４を含む第２の平面バックライト１２０の一部の断面図を示す。特に、図８Ａおよび図８Ｂは、マイクロ反射素子を含むマルチビーム素子１２４の様々な実施形態を示している。
マルチビーム素子１２４として、またはマルチビーム素子１２４において使用されるマイクロ反射素子は、反射材料またはその層（例えば、反射金属）を使用するリフレクタ、または全反射（ＴＩＲ）に基づくリフレクタを含むことができるが、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に示すように）、マイクロ反射素子を含むマルチビーム素子１２４は、光ガイド１２２の表面（例えば、第２の表面１２２’’）、または表面に隣接して配置されてもよい。他の実施形態（図示せず）では、マイクロ反射素子は、第１の表面１２２’と第２の表面１２２’’との間の光ガイド１２２内に配置されてもよい。
【００９３】
例えば、図８Ａは、光ガイド１２２の第２の表面１２２’’に隣接して配置された反射ファセット（例えば、「プリズム」マイクロ反射素子）を有するマイクロ反射素子１２４ｂを含むマルチビーム素子１２４を示す。
図示されたプリズムマイクロ反射素子１２４ｂのファセットは、導波光１０４の一部を指向性放射光１０２’’の指向性光ビームとして光ガイド１２２から反射（すなわち、反射散乱）するように構成される。ファセットは、例えば、導波光１０４の伝搬方向に対して傾き、または傾斜（すなわち、傾斜角を有する）して、導波光部分を指向性放射光１０２’’として光ガイド１２２から反射させることができる。様々な実施形態によれば、ファセットは、（例えば、図８Ａに示すように）光ガイド１２２内の反射材料を使用して形成されてもよく、または第２の表面１２２’’におけるプリズムキャビティの表面であってもよい。いくつかの実施形態では、プリズムキャビティが使用される場合、キャビティ表面での屈折率変化が反射（例えば、ＴＩＲ反射）を提供してもよく、またはファセットを形成するキャビティ表面が反射材料でコーティングされて反射を提供してもよい。
【００９４】
別の実施形態では、図８Ｂは、半球形マイクロ反射素子１２４ｂなどであるがこれに限定されない、実質的に滑らかな曲面を有するマイクロ反射素子１２４ｂを含むマルチビーム素子１２４を示す。マイクロ反射素子１２４ｂの特定の表面湾曲は、例えば、導波光１０４が接触する曲面上の入射点に応じて、導波光部分を異なる方向に反射するように構成されてもよい。図８Ａおよび図８Ｂに示すように、限定ではなく例として、光ガイド１２２から反射散乱される導波光部分は、第１の表面１２２’から出るか、または第１の表面１２２’から放射される。図８Ａのプリズムマイクロ反射素子１２４ｂと同様に、図８Ｂのマイクロ反射素子１２４ｂは、限定ではなく例として図８Ｂに示すように、光ガイド１２２内の反射材料、または第２の表面１２２’’に形成されたキャビティ（例えば、半円形キャビティ）のいずれかであってもよい。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る）を有する導波光１０４を示す。２つの伝搬方向１０３、１０３’を使用することにより、例えば、対称的な主角度方向を有する指向性放射光１０２’’の複数の指向性光ビームを提供することが容易になる。
【００９５】
図９は、本明細書で説明される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素子１２４を含む第２の平面バックライト１２０の一部の断面図を示す。特に、図９は、マイクロ屈折素子１２４ｃを含むマルチビーム素子１２４を示す。
様々な実施形態によれば、マイクロ屈折素子１２４ｃは、光ガイド１２２からの導波光１０４の一部を屈折結合または散乱させるように構成される。すなわち、マイクロ屈折素子１２４ｃは、（例えば、回折または反射とは対照的に）屈折を利用して、図９に示すように、指向性光ビームを含む指向性放射光１０２’’として、光ガイド１２２からの導波光部分を結合または散乱するように構成される。マイクロ屈折素子１２４ｃは、半球形状、長方形形状、またはプリズムまたは逆プリズム形状（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、マイクロ屈折素子１２４ｃは、図示するように、光ガイド１２２の表面（例えば、第１の表面１２２’）から延在または突出してもよく、または表面（図示せず）のキャビティであってもよい。さらに、いくつかの実施形態では、マイクロ屈折素子１２４ｃは、光ガイド１２２の材料を含むことができる。他の実施形態では、マイクロ屈折素子１２４ｃは、光ガイド表面に隣接する別の材料を含み、いくつかの例では光ガイド表面と接触する別の材料を含むことができる。
【００９６】
再び図３Ａ〜図３Ｃを参照すると、第２の平面バックライト１２０は、光源１２６をさらに含むことができる。様々な実施形態によれば、光源１２６は、光ガイド１２２内にガイドされる光を提供するように構成される。特に、光源１２６は、光ガイド１２２の入口表面または端部（入力端）に隣接して配置されてもよい。様々な実施形態では、光源１２６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、発光体）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、光源１２６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発光体を含んでもよい。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）の原色であってもよい。他の例では、光源１２６は、実質的に広帯域の光または多色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ってもよい。例えば、光源１２６は、白色光を提供してもよい。いくつかの実施形態では、光源１２６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発光体を含んでもよい。異なる発光体（different optical emitters）は、光の異なる色（different colors）の各々に対応する導波光の、異なる色固有の、非ゼロ伝搬角度（non-zero propagation angles）を有する光を提供するように構成されてもよい。
【００９７】
いくつかの実施形態では、光源１２６は、コリメータ（図示せず）をさらに含んでもよい。コリメータは、光源１２６の１つまたはそれ以上の発光体から実質的にコリメートされていない光を受け取るように構成することができる。コリメータはまた、実質的にコリメートされていない光をコリメートされた光に変換するように構成される。特に、いくつかの実施形態によれば、コリメータは、非ゼロ伝搬角度を有し、所定のコリメーション係数σによりコリメートされるコリメート光を提供することができる。さらに、異なる色の発光体が使用される場合、コリメータは、異なる色固有の非ゼロ伝搬角度を有するコリメート光、および異なる色固有のコリメーション係数を有するコリメート光、の一方または両方であるコリメートされた光を提供するように構成され得る。さらに、コリメータはまた、コリメートされた光を光ガイド１２２に伝達して、上述の導波光１０４として伝搬するように構成される。
【００９８】
いくつかの実施形態によれば、モード切り替え可能なバックライト１００は、第１の平面バックライト１１０と第２の平面バックライト１２０との間に遮光層１３０をさらに含む。いくつかの実施形態によれば、遮光層１３０は、第２の平面バックライト１２０の第２の表面（例えば背面）から放射された光が第１の平面バックライト１１０に入ることを選択的に遮断するように構成される。特に、遮光層１３０は、第２の平面バックライト１２０から第１の平面バックライト１１０にほぼ向かって、すなわち「第１の方向」に放射される光を遮断するように構成される。一方、少なくともいくつかの動作モードにおいて、およびモード切り替え可能なバックライト１００の少なくともいくつかの実施形態によれば、遮光層１３０はまた、第１の平面バックライト１１０から放射された光を、概ね第２の平面バックライト１２０の第２の表面に向かって、すなわち第１の方向とは反対の「第２の方向」に透過するように構成される。したがって、いくつかの実施形態によれば、遮光層１３０は、一方向性遮光層１３０を表してもよい。他の実施形態では、遮光層１３０は、光が例えば第１の平面バックライト１１０から遮光層１３０を通過して第２の平面バックライト１２０に到達するのを選択的に遮断するように構成されてもよい。これらの実施形態では、遮光層１３０は、例えば、モード切り替え可能なバックライト１００の特定のモードの間だけ光を遮断することができる。光を遮断するように構成されている遮光層１３０は、図３Ｂにクロスハッチングで示され、図３Ａにクロスハッチングがないことは、遮光層１３０が、光（例えば、第１の平面バックライト１１０からの放射光１０２）を透過させるように構成されていることを示している。
【００９９】
図１０Ａは、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能なバックライト１００の一部の断面図を示す。図１０Ｂは、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、別の例におけるモード切り替え可能なバックライト１００の一部の断面図を示す。図１０Ａおよび図１０Ｂに示す部分は、例えば、図３Ｂに示すような第２のモードで動作するモード切り替え可能なバックライト１００の一部であってもよい。特に、図１０Ａ〜図１０Ｂに示すモード切り替え可能なバックライト１００は、第１の平面バックライト１１０、第２の平面バックライト１２０、および第１と第２の平面バックライト１１０、１２０の間の遮光層１３０を含む。図１０Ａ〜図１０Ｂに示すように、遮光層１３０は、光を遮断するように構成される。
【０１００】
いくつかの実施形態では、例えば、図１０Ａに示すように、遮光層１３０は、第２の平面バックライト１２０で発生し、一般に負のｚ方向に伝搬する光を遮断するように構成されてもよい。例えば、マルチビーム素子１２４による導波光１０４の回折の結果は、指向性放射光１０２’’（例えば、概ね正のｚ方向に向けられる）としての散乱光と、散乱されるか、概ね負のｚ方向に向けられる二次光ビーム１０２ａと、の両方であってもよい。図１０Ａに示すように、遮光層１３０は、二次光ビーム１０２ａを遮断するように構成され得る。
【０１０１】
代替的または追加的に（例えば、図１０Ｂに示すように）、遮光層１３０は、第２のモード中に第１の平面バックライト１１０から第２の平面バックライト１２０に向かって正のｚ方向に伝搬する光１０２ｂを遮断するように構成されてもよい。特に、遮光層１３０は、第２の平面バックライト１２０がアクティブであるか、あるいは指向性放射光１０２’’を提供するように構成される（すなわち、図示されるように）第２のモードで、正のｚ方向に伝搬する光１０２ｂを遮断するように構成されてもよい。例えば、遮光層１３０によって遮断された正のｚ方向光１０２ｂは、第１の平面バックライト１１０から生じる、またはそれによって生成される光を表すことができる。別の例では、正のｚ方向光１０２ｂは、第１の平面バックライト１１０によって第２の平面バックライト１２０に向かって後方散乱または反射される第２の平面バックライト１２０からの光を表すことができる。
【０１０２】
いくつかの実施形態によれば、遮光層１３０は、第１の方向に伝搬する光の受動的遮光または能動的（例えば、切り替え）遮光のいずれかを提供することができる。例えば、遮光層１３０は、第１の方向に伝搬する光を遮断すると同時に第２の方向に伝搬する光を透過する実質的に受動的な層であってもよい。したがって、遮光層１３０は、モード切り替え可能なバックライト１００の第１の動作モードおよび第２の動作モードの両方において実質的に変化しないままであってもよい。遮光層１３０として用いられる受動的な層の例は、いわゆる一方向完全吸収体、偏光子または偏光層、および角度フィルタを含むが、これらに限定されない。受動的な層の他の例は、例えば、第１の平面バックライト１１０によって生成された異なる波長の光を通過させる一方、第２の平面バックライト１２０によって生成された光の特定の波長を選択的に遮断（例えば、反射、吸収など）するように構成されたマルチバンドフィルタ（例えば、マルチバンドカラーフィルタ）を含むことができる。
【０１０３】
別の例では、遮光層１３０は、遮光モードまたは遮光状態で光の透過を遮断し、光透過モードまたは光透過状態で光を透過させるように構成された能動的な層であってもよい。能動的な遮光層１３０は、第２の平面バックライト１２０がアクティブ（例えば、第２のモード）のときに、光が第２の平面バックライト１２０から第１の平面バックライト１１０に向かい透過しないように、選択的に遮光状態に切り替えることができる。さらに、能動的な遮光層１３０は、第１の平面バックライト１１０がアクティブ（例えば、第１のモード）であるときに、光が第２の平面バックライト１２０の外を通って、放射光１０２として伝搬するように、選択的に光透過状態に切り替えることができる。能動的な遮光層１３０の例は、ライトバルブ（例えば、液晶ライトバルブ）または同様の切り替え可能な吸収層を含むが、これらに限定されない。他の例としては、電気機械構造体（例えば微小電気機械ミラーすなわちＭＥＭミラーなど）、電子吸収（例えば、半導体ベースの）、ならびに様々な非線形結晶および有機ポリマーなどに基づく他の様々ないわゆる「アクティブ」シャッター構成が含まれる。いくつかの実施形態では、マルチビーム素子１２４は、一方向性散乱構造を含んでもよい。したがって、例えば、図３Ｃに限定ではなく例として示されるように、遮光層１３０は省略されてもよい。
【０１０４】
本明細書で説明する原理のいくつかの実施形態によれば、モード切り替え可能なディスプレイが提供される。モード切り替え可能なディスプレイは、モード切り替え可能なディスプレイの第１のモードにおいて２次元（２Ｄ）画像のピクセルに対応するかまたはそれを表す変調光を放射するように構成される。第２のモードでは、モード切り替え可能なディスプレイは、マルチビュー画像の異なるビューのピクセル（ビューピクセル）に対応するかまたはそれを表す変調された指向性放射光を放射するように構成される。いくつかの実施形態では、例えば、第１のモードは２Ｄモードと呼ばれることもあり、一方、第２のモードは、マルチビューモードと呼ばれることもある。第１のモードまたは２Ｄモードでは、モード切り替え可能なディスプレイは、２Ｄ情報（例えば、２Ｄ画像、テキストなど）を表示するように構成され得る。一方、第２のモードまたはマルチビューモードでは、モード切り替え可能なディスプレイは、マルチビュー情報（例えば、マルチビュー画像）を表示するように構成される。特に、モード切り替え可能なディスプレイは、第２のモードにおける自動立体視または眼鏡不要の３Ｄ電子ディスプレイを表すことができる。すなわち、様々な例によれば、指向性放射光の変調された、異なる方向に向けられた光ビームの異なるものは、マルチビュー情報またはマルチビュー画像に関連する異なる「ビュー」に対応することができる。異なるビューは、例えば、第２のモードでモード切り替え可能なディスプレイによって表示されている情報の「眼鏡不要の」（例えば、自動立体視、ホログラフィックなど）表現を提供することができる。
【０１０５】
図１１は、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能なディスプレイ２００のブロック図を示す。モード切り替え可能なディスプレイ２００を使用して、２Ｄ情報または２Ｄ画像、テキスト、およびマルチビュー画像などであるがこれらに限定されないマルチビュー情報を提示することができる。特に、図１１に示すモード切り替え可能なディスプレイ２００は、第１のモード中に広角放射光２０２’を含む変調光２０２を放射するように構成される。変調された広角放射光２０２’は、例えば、２Ｄ表示画像の２Ｄピクセルを表すことができる。さらに、第２のモード（モード２）の間、図１１に示すモード切り替え可能なディスプレイ２００は、マルチビュー画像のピクセルを表す異なる主角度方向を有する指向性光ビームを含む変調された指向性放射光２０２’’を含む変調光２０２を放射するように構成される。特に、異なる主角度方向は、第２のモードでモード切り替え可能なディスプレイ２００によって表示されるマルチビュー画像の異なるビューの異なるビュー方向に対応することができる。図１１では、広角放射光２０２’および指向性放射光２０２’’の変調を強調するために破線が使用されている。
【０１０６】
図１１に示すように、モード切り替え可能なディスプレイ２００は、第１の平面バックライト２１０を含む。第１の平面バックライト２１０は、第１のモード（モード１）中に広角放射光２０４’を提供するように構成される。いくつかの実施形態では、第１の平面バックライト２１０は、上述のモード切り替え可能なバックライト１００の第１の平面バックライト１１０と実質的に同様であってよい。例えば、第１の平面バックライトは、長方形の光ガイドから光を抽出し、抽出された光を広角放射光２０４’としてディフューザを通して方向転換するように構成される光抽出層を有する長方形の光ガイドを含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１の平面バックライト２１０は、第１の平面バックライト２１０の平面発光面に隣接するディフューザを含んでもよい。ディフューザは、第１の平面バックライトによって放射光を広角放射光２０４’として散乱させるように構成され得る。
【０１０７】
図１１に示すモード切り替え可能なディスプレイ２００は、第２の平面バックライト２２０をさらに含む。第２の平面バックライト２２０は、互いに離間された光ガイド２２２およびマルチビーム素子２２４のアレイを含む。マルチビーム素子２２４のアレイは、第２のモード中に、指向性放射光２０４’’として光ガイド２２２からの導波光を散乱させるように構成される。様々な実施形態によれば、マルチビーム素子２２４のアレイの個々のマルチビーム素子２２４によって提供される指向性放射光２０４’’は、第２のモードでまたは第２のモード中にモード切り替え可能なディスプレイ２００によって表示されるマルチビュー画像の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を含む。
【０１０８】
いくつかの実施形態では、第２の平面バックライト２２０は、上記のモード切り替え可能なバックライト１００の第２の平面バックライト１２０と実質的に同様であってもよい。特に、光ガイド２２２およびマルチビーム素子２２４は、それぞれ、光ガイド１２２およびマルチビーム素子１２４と実質的に同様であってもよい。例えば、光ガイド２２２はプレート光ガイドであってもよい。さらに、マルチビーム素子２２４のアレイのマルチビーム素子２２４は、光ガイド２２２に光学的に接続されて導波光を指向性放射光２０４’’として散乱させる、回折格子、マイクロ反射素子およびマイクロ屈折素子のうちの１つまたはそれ以上を含んでもよい。
【０１０９】
いくつかの実施形態では、マルチビーム素子２２４、つまりマルチビーム素子２２４のアレイは、光ガイド２２２の第１の表面および第２の表面のうちの１つに配置されてもよい。さらに、第２の表面は、第１の平面バックライト２１０の発光面に隣接してもよく、マルチビーム素子２２４は、いくつかの実施形態では、第１の表面を通って指向性放射光２０４’’の複数の指向性光ビームとして導波光を散乱させるように構成される。
【０１１０】
図示するように、モード切り替え可能なディスプレイ２００は、ライトバルブアレイ２３０をさらに含む。ライトバルブアレイ２３０は、広角放射光２０４’を変調して第１のモード中に２次元（２Ｄ）画像を提供し、指向性放射光２０４’’を変調して第２のモード中にマルチビュー画像を提供するように構成される。特に、ライトバルブアレイ２３０は、広角放射光２０４’を受け取って変調し、第１のモード中に広角放射光２０２’を提供するように構成される。同様に、ライトバルブアレイ２３０は、第２のモード中に指向性放射光２０４’’を受け取って変調し、変調された指向性放射光２０２’’を提供するように構成される。いくつかの実施形態では、ライトバルブアレイ２３０は、モード切り替え可能なバックライト１００に関して上述したライトバルブ１０６のアレイと実質的に同様であってもよい。例えば、ライトバルブアレイのライトバルブは、液晶ライトバルブを含んでもよい。さらに、いくつかの実施形態では、マルチビーム素子２２４のアレイのマルチビーム素子２２４のサイズは、ライトバルブアレイ２３０のライトバルブのサイズと同等であってもよい。
【０１１１】
様々な実施形態では、第２の平面バックライト２２０は、第１の平面バックライト２１０の平面発光面とライトバルブアレイ２３０との間に配置されてもよい。さらに、第２の平面バックライト２２０は、第１のモード中には広角放射光２０４’に対して透明であってもよい。
【０１１２】
いくつかの実施形態（図示せず）では、モード切り替え可能なディスプレイ２００は、第１の平面バックライト２１０と第２の平面バックライトとの間に遮光層をさらに含む。遮光層は、上述のモード切り替え可能なバックライト１００の遮光層１３０と実質的に同様であってもよい。いくつかの実施形態（図示せず）では、モード切り替え可能なディスプレイ２００は、第１の平面バックライト２１０と第２の平面バックライト２２０との間に切り替え可能な遮光層を含む。様々な実施形態によれば、切り替え可能な遮光層は、第１のモードでは第１の平面バックライトからの広角放射光２０４’を通過させ、第２のモードでは第２の平面バックライト２２０からの光を遮断するように構成される。
【０１１３】
いくつかの実施形態では、モード切り替え可能なディスプレイ２００は、第２の平面バックライトの光ガイドの入力に光学的に結合された光源２４０をさらに含む。光源２４０は、非ゼロ伝搬角度を有するか、所定のコリメーション係数に従ってコリメートされるか、の一方またはその両方である導波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、光源は、モード切り替え可能なバックライト１００に関して上述した光源１２６と実質的に同様であってもよい。いくつかの実施形態によれば、光源２４０は、異なる色の光を生成するように構成されてもよい（すなわち、カラー光源である）。同様に、ライトバルブアレイ２３０は、カラーサブピクセル（例えば、赤、緑および青を表すカラーフィルタ）を含むライトバルブを含んでもよい。したがって、いくつかの実施形態では、モード切り替え可能なディスプレイ２００は、カラー画像を提供するように構成されたカラーディスプレイであってよい。
【０１１４】
本明細書に記載の原理の他の実施形態によれば、モード切り替え可能な表示動作の方法が提供される。特に、モード切り替え可能な表示動作の方法は、少なくとも２つのモード、すなわち第１のモードおよび第２のモードを有することができる。様々な実施形態によれば、第１のモードは２次元（２Ｄ）画像を表示することができ、第２のモードは３次元（３Ｄ）またはマルチビュー画像を表示することができる。図１２は、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能な表示動作の方法３００のフローチャートを示す。
【０１１５】
図１２に示すように、モード切り替え可能な表示動作の方法３００は、第１のモード中に、第１の平面バックライトの発光面から広角放射光として光を放射するステップ３１０を含む。いくつかの実施形態では、第１の平面バックライトは、モード切り替え可能なバックライト１００に関して上述した第１の平面バックライト１１０と実質的に同様である。さらに、第１のモードおよび放射された３１０光は、いくつかの実施形態によれば、モード切り替え可能なバックライト１００に関して上述した第１のモード（例えば、モード１）および広角放射光１０２’のそれぞれのものと実質的に同様であってもよい。
【０１１６】
図１２に示すモード切り替え可能な表示動作の方法３００は、第２のモード中に指向性放射光として第２の平面バックライトから光を放射するステップ３２０をさらに含む。様々な実施形態によれば、第２の平面バックライトは、光ガイドと、指向性放射光として光ガイドからの導波光を散乱させるように構成されたマルチビーム素子のアレイと、を含む。いくつかの実施形態では、第２の平面バックライトは、上記のモード切り替え可能なバックライト１００の第２の平面バックライト１２０と実質的に同様であってもよい。特に、光ガイドは光ガイド１２２と実質的に同様であってもよく、マルチビーム素子のアレイはマルチビーム素子１２４のアレイと実質的に同様であってもよく、指向性放射光は指向性放射光１０２’’と実質的に同様であってもよい。同様に、第２のモードは、モード切り替え可能なバックライト１００の第２のモードと実質的に同様であってもよい。
【０１１７】
例えば、マルチビーム素子のアレイは、光ガイドに沿って互いに離間された複数の個々のマルチビーム素子を含んでもよい。さらに、個々のマルチビーム素子のそれぞれは、光ガイドに光学的に接続され、指向性放射光を散乱させるように構成された回折格子、マイクロ反射素子およびマイクロ屈折素子のうちの１つまたはそれ以上を含んでもよい。指向性放射光は、マルチビュー画像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を含むことができる。
【０１１８】
モード切り替え可能な表示動作の方法３００は、２次元画像を提供するために広角放射光を変調し、マルチビュー画像を提供するために指向性放射光を変調するステップ３３０をさらに含む。特に、変調するステップ３３０は、ライトバルブアレイを使用し、マルチビーム素子のアレイのマルチビーム素子は、様々な実施形態によれば、ライトバルブアレイのライトバルブのサイズと同等のサイズを有する。いくつかの実施形態によれば、ライトバルブは、モード切り替え可能なバックライト１００またはモード切り替え可能なディスプレイ２００のいずれかに関して上述したように、ライトバルブ１０６のアレイのライトバルブ１０６、つまりライトバルブアレイ２３０と実質的に同様であってもよい。
【０１１９】
いくつかの実施形態（図示せず）では、モード切り替え可能な表示動作の方法３００は、第１のモード中に広角放射光を第２の平面バックライトを透過させるステップをさらに含み、第２の平面バックライトは広角放射光に対して透明である。いくつかの実施形態（図示せず）では、モード切り替え可能な表示動作の方法３００は、光源を使用して光ガイドに光を提供するステップをさらに含み、提供された光は、光ガイド内で非ゼロ伝搬角度を有するか、導波光の所定の角度広がりを提供するためにコリメーション係数に従ってコリメートされるか、の一方またはその両方である導波光である。いくつかの実施形態では、光源は、モード切り替え可能なバックライト１００の光源１２６と実質的に同様であってもよい。さらに、いくつかの実施形態（図示せず）では、モード切り替え可能な表示動作の方法３００は、能動的な遮光層を使用して、第２のモード中に第１の平面バックライトの方向に放射される第２の平面バックライトからの光を選択的に遮断するステップをさらに含む。能動的な遮光層は、上述した遮光層１３０と実質的に同様であってよい。
【０１２０】
このように、モード切り替え可能なバックライト、モード切り替え可能なディスプレイ、および一対のモードを提供するモード切り替え可能な表示動作の方法の例および実施形態について説明した。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および実施形態のいくつかを単に例示するものであることを理解されたい。当業者は、以下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ことは、明らかである。
【図１Ａ】
2021508165.tif 000005
【図１Ｂ】
2021508165.tif 000006
【図２】
2021508165.tif 000007
【図３Ａ】
2021508165.tif 000008
【図３Ｂ】
2021508165.tif 000009
【図３Ｃ】
2021508165.tif 000010
【図４】
2021508165.tif 000011
【図５Ａ】
2021508165.tif 000012
【図５Ｂ】
2021508165.tif 000013
【図６】
2021508165.tif 000014
【図７】
2021508165.tif 000015
【図８Ａ】
2021508165.tif 000016
【図８Ｂ】
2021508165.tif 000017
【図９】
2021508165.tif 000018
【図１０Ａ】
2021508165.tif 000019
【図１０Ｂ】
2021508165.tif 000020
【図１１】
2021508165.tif 000021
【図１２】
2021508165.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】令和2年9月23日(2020.9.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2021508165.tif 000023
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2021508165.tif 000024
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本開示は、以下の［１］から［２４］を含む。
［１］モード切り替え可能なバックライトであって、
第１のモード中に広角放射光を提供するように構成された発光面を有する第１の平面バックライトと、
光ガイドおよびマルチビーム素子（multibeam elements）のアレイを含む第２の平面バックライトであって、上記マルチビーム素子のアレイのマルチビーム素子（a multibeam element）は、第２のモード中に、上記光ガイドからの導波光を、マルチビュー画像のビュー方向（view directions）に対応する主角度方向（principal angular directions）を有する複数の指向性光ビーム（directional light beams）を含む指向性放射光（directional emitted light）として散乱させるように構成され、上記第１の平面バックライトの上記発光面に隣接する、第２の平面バックライトと、を含み、
上記マルチビーム素子（the multibeam element）は、ライトバルブ（a light valve）のサイズと同等のサイズ、および上記マルチビュー画像を表示するように構成されたマルチビューディスプレイのマルチビューピクセル形状に類似した形状を有する、モード切り替え可能なバックライト。
［２］上記第１の平面バックライトによって提供される上記広角放射光は、上記第１のモード中に上記第２の平面バックライトを透過するように構成される、上記［１］に記載のモード切り替え可能なバックライト。
［３］上記マルチビーム素子の上記サイズは、上記ライトバルブのサイズの５０％〜２００％である、上記［１］に記載のモード切り替え可能なバックライト。
［４］上記マルチビーム素子（multibeam element）は、上記導波光の一部を上記指向性放射光の上記複数の指向性光ビームとして回折的に散乱させるように構成された回折格子（a diffraction grating）を含む、上記［１］に記載のモード切り替え可能なバックライト。
［５］上記回折格子は複数のサブ格子（sub-gratings）を含む、上記［４］に記載のモード切り替え可能なバックライト。
［６］上記マルチビーム素子は、マイクロ反射素子（a micro-reflective element）およびマイクロ屈折素子（a micro-refractive element）の一方または両方を含み、上記マイクロ反射素子は、上記導波光の一部を上記指向性放射光の上記複数の指向性光ビームとして反射散乱させるように構成され、上記マイクロ屈折素子は、上記導波光の一部を上記指向性放射光の上記複数の指向性光ビーム（directional light beams）として屈折散乱させるように構成される、上記［１］に記載のモード切り替え可能なバックライト。
［７］上記マルチビーム素子は、上記光ガイドの第１の表面および第２の表面の一方に配置され、上記第２の表面は、上記第１の平面バックライトの上記発光面に隣接し、上記マルチビーム素子（multibeam element）は、上記導波光を上記第１の表面を通して上記指向性放射光の上記複数の指向性光ビーム（directional light beams）として散乱させるように構成される、上記［１］に記載のモード切り替え可能なバックライト。
［８］上記光ガイドの入力に光学的に結合された光源をさらに含み、上記光源は、非ゼロ伝搬角度を有するか、および所定のコリメーション係数に従ってコリメートされるか、の一方または両方である導波光を提供するように構成される、上記［１］に記載のモード切り替え可能なバックライト。
［９］上記第１の平面バックライトと上記第２の平面バックライトとの間に遮光層をさらに含み、上記遮光層は、上記第２の平面バックライトによって放射された光が上記第１の平面バックライトに到達するのを選択的に遮断するか、および光が上記第１の平面バックライトから上記第２の平面バックライトに通過するのを選択的に遮断するか、の一方または両方であるように構成される、上記［１］に記載のモード切り替え可能なバックライト。［１０］上記［１］に記載の上記モード切り替え可能なバックライトを含む上記マルチビュー画像を表示するように構成された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、上記ライトバルブ（the light valve）を含むライトバルブ（light valves）のアレイをさらに含み、上記ライトバルブのアレイは、上記第２の平面バックライトに隣接して配置され、上記第１のモード中に上記広角放射光を変調して２次元（２Ｄ）画像を提供し、上記第２のモード中に上記指向性放射光の上記複数の指向性光ビームを変調して上記マルチビュー画像を提供するように構成される、マルチビューディスプレイ。
［１１］上記ライトバルブのアレイは複数の液晶ライトバルブを含む、上記［１０］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１２］モード切り替え可能なディスプレイであって、
第１のモード中に広角放射光を提供するように構成された第１の平面バックライトと、
光ガイドと、第２のモード中に、上記光ガイドからの導波光を指向性放射光として散乱させるように構成された、互いに離間されたマルチビーム素子（multibeam elements）のアレイと、を含む第２の平面バックライトと、
上記第１のモード中に上記広角放射光を変調して２次元画像を提供し、上記第２のモード中に上記指向性放射光を変調してマルチビュー画像を提供するよう構成されたライトバルブアレイと、を含み、
上記マルチビーム素子（multibeam elements）のアレイのマルチビーム素子（multibeam element）のサイズは、上記ライトバルブアレイのライトバルブ（a light valve）のサイズと同等であり、上記マルチビーム素子（multibeam element）に関連するマルチビューピクセル（a multiview pixel）の形状に類似した形状である、モード切り替え可能なディスプレイ。
［１３］上記第１の平面バックライトは、上記第１の平面バックライトの平面発光面に隣接するディフューザを含み、上記ディフューザは、上記第１の平面バックライトによって放射された光を上記広角放射光として散乱させるように構成される、上記［１２］に記載のモード切り替え可能なディスプレイ。
［１４］上記第１の平面バックライトは、長方形の光ガイドから光を抽出し、上記抽出された光を上記広角放射光として方向転換するように構成された光抽出層を有する上記長方形の光ガイドを含む、上記［１２］に記載のモード切り替え可能なディスプレイ。
［１５］上記マルチビーム素子（multibeam elements）のアレイの個々のマルチビーム素子（multibeam element）によって提供された上記指向性放射光は、上記マルチビュー画像のビュー方向（view directions）に対応する異なる主角度方向（principal angular directions）を有する複数の指向性光ビームを含む、上記［１２］に記載のモード切り替え可能なディスプレイ。
［１６］上記第２の平面バックライトは、上記第１の平面バックライトの平面発光面と上記ライトバルブアレイとの間に配置され、上記第２の平面バックライトは、上記第１のモード中には上記広角放射光に対して透明である、上記［１２］に記載のモード切り替え可能なディスプレイ。
［１７］上記マルチビーム素子（multibeam elements）のアレイの上記マルチビーム素子（multibeam element）は、上記光ガイドに光学的に接続されて上記導波光を上記指向性放射光として散乱させる、回折格子、マイクロ反射素子およびマイクロ屈折素子のうちの１つまたはそれ以上を含む、上記［１２］に記載のモード切り替え可能なディスプレイ。
［１８］上記第２の平面バックライトの上記光ガイドの入力に光学的に結合された光源をさらに含み、上記光源は、非ゼロ伝搬角度を有するか、および所定のコリメーション係数に従ってコリメートされるか、の一方または両方である導波光を提供するように構成される、上記［１２］に記載のモード切り替え可能なディスプレイ。
［１９］上記第１の平面バックライトと上記第２の平面バックライトとの間に切り替え可能な遮光層をさらに含み、上記切り替え可能な遮光層は、上記第１のモードでは上記第１の平面バックライトからの上記広角放射光を通過させ、上記第２のモードでは上記第２の平面バックライトからの光を遮断するように構成される、上記［１２］に記載のモード切り替え可能なディスプレイ。
［２０］モード切り替え可能な表示動作の方法であって、
第１のモード中に、広角放射光として第１の平面バックライトの発光面から光を放射するステップと、
第２のモード中に、指向性放射光として第２の平面バックライトから光を放射するステップであって、上記第２の平面バックライトは、光ガイドと、上記光ガイドからの導波光を上記指向性放射光として散乱させるように構成されたマルチビーム素子のアレイと、を含むステップと、
上記広角放射光を変調して２次元画像を提供し、上記指向性放射光を変調してマルチビュー画像を提供するステップと、を含み、
上記変調はライトバルブアレイを使用し、上記マルチビーム素子（multibeam elements）のアレイのマルチビーム素子（a multibeam element）は、上記ライトバルブアレイのライトバルブ（a light valve）のサイズと同等のサイズ、および関連するマルチビューピクセル（multiview pixel）の形状に類似した形状を有する、モード切り替え可能な表示動作の方法。
［２１］上記第１のモード中に広角放射光を上記第２の平面バックライトを透過させるステップをさらに含み、上記第２の平面バックライトは上記広角放射光に対して透明である、上記［２０］に記載のモード切り替え可能な表示動作の方法。
［２２］上記マルチビーム素子のアレイは、上記光ガイドに沿って互いに離間された複数の個々のマルチビーム素子を含み、個々のマルチビーム素子はそれぞれ、上記光ガイドに光学的に接続され、上記マルチビュー画像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を含む上記指向性放射光を散乱させるように構成された、回折格子、マイクロ反射素子およびマイクロ屈折素子のうちの１つまたはそれ以上を含む、上記［２０］に記載のモード切り替え可能な表示動作の方法。
［２３］光源を使用して上記光ガイドに光を提供するステップをさらに含み、上記提供された光は、上記光ガイド内で非ゼロ伝搬角度を有するか、および上記導波光の所定の角度広がりを提供するためにコリメーション係数に従ってコリメートされるか、の一方または両方である導波光である、上記［２０］に記載のモード切り替え可能な表示動作の方法。
［２４］能動的な遮光層を使用して、上記第２のモード中に上記第１の平面バックライトの方向に放射される上記第２の平面バックライトからの光を選択的に遮断するステップをさらに含む、上記［２０］に記載のモード切り替え可能な表示動作の方法。
本明細書で説明する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とより容易に理解することができ、同様の符号は同様の構造要素を示す。
【国際調査報告】
2021508165.tif 000025
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