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特表2024-501540グローバルモードミキサを有するバックライト、マルチビューバックライト、及び方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-01-12

(54)【発明の名称】グローバルモードミキサを有するバックライト、マルチビューバックライト、及び方法

(51)【国際特許分類】

F21S 2/00 20160101AFI20240104BHJP

G02F 1/13357 20060101ALN20240104BHJP

【ＦＩ】

F21S2/00 433

F21S2/00 431

F21S2/00 435

G02F1/13357

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023539976

(86)(22)【出願日】2020-12-31

(85)【翻訳文提出日】2023-08-17

(86)【国際出願番号】 US2020067749

(87)【国際公開番号】W WO2022146445

(87)【国際公開日】2022-07-07

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】514274546

【氏名又は名称】レイア、インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＬＥＩＡＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100092783

【弁理士】

【氏名又は名称】小林浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120134

【弁理士】

【氏名又は名称】大森規雄

(74)【代理人】

【識別番号】100093676

【弁理士】

【氏名又は名称】小林純子

(74)【代理人】

【識別番号】100126354

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田尚

(72)【発明者】

【氏名】ファタル，デイヴィッドエー．

(72)【発明者】

【氏名】ローニー，ジョセフディ．

【テーマコード（参考）】

2H391

3K244

【Ｆターム（参考）】

2H391AA15

2H391AB04

2H391AB08

2H391AD26

2H391AD27

2H391AD29

3K244AA01

3K244BA08

3K244CA03

3K244DA01

3K244EA02

3K244EC16

3K244ED16

3K244GA02

(57)【要約】

本明細書に開示される実施例は、導光体の長さに沿って光を導くように構成された、導光板を含む。導光体の長さに沿って導かれた光は、少なくとも２つの指向性モード、すなわち第１の指向性モード及び第２の指向性モードで伝搬する。第１の指向性モードで導かれる光は、第２の指向性モードで導かれる光の横方向成分よりも大きい横方向成分、及び第２の指向性モードで導かれる光の縦方向成分よりも小さい縦方向成分の、一方又は両方を有する。また、グローバルモードミキサが含まれる。グローバルモードミキサは、導光体の長さに沿って延在し、第１の指向性モードで導かれた光の一部を、第２の指向性モードに変換するように構成される。散乱要素は、第２の指向性モードの光を、優先的に導光体から散乱出力する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

平面バックライトであって、
導光板の長さに沿って光を導くように構成された、前記導光板と、
前記導光板の長さに沿って延在するグローバルモードミキサであって、第１の指向性モードで導かれた前記光の一部を、第２の指向性モードで導かれる光に変換するように構成された、グローバルモードミキサと、
前記第２の指向性モードで導かれた前記光を、放射光として優先的に前記導光板から散乱出力するように構成された、散乱構造と、を備え、
前記第１の指向性モードで導かれる光が、前記第２の指向性モードで導かれる光の横方向成分よりも大きい横方向成分、並びに、前記第２の指向性モードで導かれる光の縦方向成分よりも小さい縦方向成分の、一方又は両方を有する、平面バックライト。

【請求項2】

前記グローバルモードミキサが、前記第１の指向性モードの導波光部分を、前記導波光部分の横方向成分が減少すること、及び、前記導波光部分の縦方向成分が増加することの、一方又は両方を含む、前記第２の指向性モードの導波光に変換するように構成される、請求項１に記載の平面バックライト。

【請求項3】

前記グローバルモードミキサが、前記導光板の表面に配置される、請求項１に記載の平面バックライト。

【請求項4】

前記散乱構造が、前記グローバルモードミキサが配置される表面とは反対側の、前記導光板の表面に配置される、請求項３に記載の平面バックライト。

【請求項5】

前記グローバルモードミキサが、前記導光板の横幅にわたって、かつ前記導光板の前記長さに沿って延在する、回折格子を備え、前記回折格子の回折特徴部が、前記導光板の長さに沿った前記導波光の伝播方向に平行に整列している、請求項１に記載の平面バックライト。

【請求項6】

前記グローバルモードミキサが、前記導光板の長さに沿った前記導波光の伝播方向に平行に整列した、反射ファセットを有する反射要素を含む、請求項１に記載の平面バックライト。

【請求項7】

前記散乱構造が、前記導光板の長さに沿って互いに離間した、散乱要素のアレイを含み、前記グローバルモードミキサが、前記散乱要素のアレイの離間した各散乱要素間に分散している、請求項１に記載の平面バックライト。

【請求項8】

前記散乱要素のアレイの各散乱要素が、複数の散乱サブ要素を含み、前記グローバルモードミキサが、前記散乱要素内で、前記複数の散乱サブ要素の各散乱サブ要素間に更に分散している、請求項７に記載の平面バックライト。

【請求項9】

前記散乱要素のアレイの各散乱要素が、マルチビーム要素を含み、前記マルチビーム要素のそれぞれが、マルチビュー画像のビューのビュー方向に対応する方向を有する、指向性光ビームを含む放射光として、前記導光体から前記第２の指向性モードで前記導波光を散乱出力するように構成される、請求項７に記載の平面バックライト。

【請求項10】

前記マルチビーム要素のそれぞれが、回折格子、微小反射要素、及び微小屈折要素のうちの、１つ又はそれ以上を含む、請求項９に記載の平面バックライト。

【請求項11】

請求項９に記載の平面バックライトを含むマルチビューディスプレイであって、前記放射光の前記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た、ライトバルブのアレイを更に含み、前記マルチビーム要素が、前記ライトバルブのアレイの、ライトバルブのサイズの２５％から２００％のサイズを有する、マルチビューディスプレイ。

【請求項12】

マルチビューバックライトであって、
光を導くように構成された、導光板と、
前記導光板の長さに沿って配置された、マルチビーム要素のアレイであって、前記マルチビーム要素のそれぞれが、マルチビュー画像の異なるビュー方向に対応する方向を有する指向性光ビームを含む放射光として、前記導光体から散乱出力するように構成された、マルチビーム要素のアレイと、
前記マルチビーム要素のアレイのマルチビーム要素間に分散されたグローバルモードミキサであって、第１の指向性モードに従って導かれた光を、第２の指向性モードに従って導かれる光に変換するように構成された、グローバルモードミキサと、を備え、
各マルチビーム要素が、前記第１の指向性モードに従って導かれた光に対して、前記第２の指向性モードに従って導かれた光を優先的に散乱出力するように構成される、マルチビューバックライト。

【請求項13】

前記第１の指向性モードに従って導かれる光が、
前記第２の指向性モードに従って導かれる光の、横方向成分よりも大きい横方向成分と、
前記第２の指向性モードに従って導かれる光の、縦方向成分よりも小さい縦方向成分を有する光の、一方又は両方を含み、
前記グローバルモードミキサが、前記第１の指向性モードに従って導かれた光を、前記光の横方向成分が減少すること、及び、縦方向成分が増加することの一方又は両方を含む、前記第２の指向性モードに従って導かれる光に変換するように構成される、請求項１２に記載のマルチビューバックライト。

【請求項14】

前記グローバルモードミキサが、前記導光板の表面上に配置され、前記マルチビーム要素のアレイが、前記グローバルモードミキサが配置される前記表面に隣接して配置される、請求項１２に記載のマルチビューバックライト。

【請求項15】

前記グローバルモードミキサが、前記導光板の横幅にわたって、かつ前記導光板の前記長さに沿って、前記マルチビーム要素のアレイの各マルチビーム要素間に延在する回折格子を備え、前記回折格子の回折特徴部が、前記導光板の長さに沿った前記導波光の伝播方向に平行に整列している、請求項１２に記載のマルチビューバックライト。

【請求項16】

前記グローバルモードミキサが、前記導光板の長さに沿って前記導波光の伝播方向に平行に整列した、反射ファセットを有する反射要素及び屈折要素の、一方又は両方を備え、前記グローバルモードミキサが、前記導光板の横幅にわたって、かつ前記導光板の前記長さに沿って、前記マルチビーム要素のアレイの各マルチビーム要素間に延在する、請求項１２に記載のマルチビューバックライト。

【請求項17】

請求項１２に記載のマルチビューバックライトを含むマルチビューディスプレイであって、前記放射光の前記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たライトバルブのアレイを更に含み、前記マルチビーム要素が、前記ライトバルブのアレイの、ライトバルブのサイズの２５％から２００％のサイズを有する、マルチビューディスプレイ。

【請求項18】

平面バックライトの動作方法であって、
導光板の長さに沿って、伝播方向に光を導くステップと、
前記導光板の長さに沿って延在するグローバルモードミキサを使用して、第１の指向性モードで導かれた光の一部を、第２の指向性モードで導かれる光に変換するステップと、
散乱構造を使用して前記導光体から光を散乱出力して、放射光を提供するステップであって、前記散乱構造が、前記第２の指向性モードで導かれた光を優先的に散乱出力するステップと、を含み、
前記第１の指向性モードで導かれる光が、前記第２の指向性モードで導かれる光の横方向成分よりも大きい横方向成分、及び前記第２の指向性モードで導かれる光の縦方向成分のよりも小さい縦方向成分の、一方又は両方を有する、
平面バックライトの動作方法。

【請求項19】

前記グローバルモードミキサが、前記第１の指向性モードの導波光部分を、前記導波光部分の横方向成分が減少すること、及び、前記導波光部分の縦方向成分が増加することの一方又は両方を含む、前記第２の指向性モードの導波光に変換する、請求項１８に記載の平面バックライトの動作方法。

【請求項20】

前記グローバルモードミキサが、
前記導光板の横幅にわたって、かつ前記導光板の前記長さに沿って延在する回折格子であって、前記回折格子の回折特徴部が、前記導光板の長さに沿った前記導波光の伝播方向に平行に整列している、回折格子と、
前記導光板の長さに沿って前記導波光の伝播方向に平行に整列された、反射ファセットを有する反射要素の、一方又は両方を含む、請求項１８に記載の平面バックライトの動作方法。

【請求項21】

前記散乱構造が、前記導光板の長さに沿って互いに離間した、散乱要素のアレイを含み、前記グローバルモードミキサが、前記散乱要素のアレイの離間した散乱要素の間に分散している、請求項１８に記載の平面バックライトの動作方法。

【請求項22】

前記散乱構造が、マルチビーム要素のアレイを含み、前記マルチビーム要素のそれぞれが、マルチビュー画像のビューのビュー方向に対応する方向を有する、指向性光ビームを含む放射光として、前記導光体から前記第２の指向性モードで前記導波光を散乱出力させ、前記平面バックライトの動作方法が、前記放射光の前記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ステップを更に含む、請求項１８に記載の平面バックライトの動作方法。

【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】

光は、導光板などの導光体として構成された導波路内を伝播することができ、それが導波路に沿って伝播するとき、照明源として使用するために、導波路から光を抽出することができる。導光体として構成されたそのような導波路は、例えば、特定のタイプの電子ディスプレイ用に、光源として使用することができる。

【発明の概要】

【0004】

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た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著名な例には、ブラウン管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、及び有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）／アクティブマトリクス式有機ＥＬ（ＡＭＯＬＥＤ）がある。放射光を考慮する場合に、典型的にパッシブに分類されるディスプレイは、液晶（ＬＣＤ）ディスプレイ及び電気泳動（ＥＰ）ディスプレイである。パッシブディスプレイは、本質的に低消費電力であることを含め、それに限らず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、いくぶん使用が限られるように感じられることがある。

【0005】

パッシブディスプレイは、外部光源に結合することができる。結合された光源によって、そうしなければパッシブであるこれらのディスプレイが光を放出し、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。このような結合された光源の例には、バックライトがある。バックライトは、そうしなければパッシブであるディスプレイを照明するために、パッシブディスプレイの背後に配置された、光源（多くの場合、パネルバックライト）として機能することができる。例えば、バックライトは、ＬＣＤ又はＥＰディスプレイに結合することができる。バックライトは、ＬＣＤ又はＥＰディスプレイを通過する光を放射する。バックライトからＬＣＤ又はＥＰディスプレイに結合された光の量によって、ディスプレイの輝度及び効率が決定され得る。

【0006】

本明細書に記載の原理による実施例及び実施形態の様々な特徴は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって、より容易に理解することができる。ここで、同様の参照番号は、同様の構造要素を示す。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】［図１Ａ］本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一実施例における指向性モードを有する光ビームの、角度成分の図形表示を示す。

【0008】

［図１Ｂ］本明細書に記載の、２つの例示的な指向性モードの、横方向成分及び縦方向成分のグラフを示す。

【0009】

【図2A】本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一実施例における散乱構造及びグローバルモードミキサを有する、平面バックライトの断面図を示す。

【0010】

【図2B-C】［図２Ｂ］本明細書で定義される原理と一致する、一実施例における散乱構造及びグローバルモードミキサを有する、平面バックライトの斜視図を示す。

【0011】

［図２Ｃ］本明細書に記載の原理と一致する、一実施例における散乱構造及びグローバルモードミキサを有する、平面バックライトの平面図を示す。

【0012】

【図3A】本明細書に記載の原理と一致する、一実施例における散乱構造及びグローバルモードミキサを有する、マルチビューディスプレイの断面図を示す。

【0013】

【図3B-C】［図３Ｂ］本明細書に記載の原理と一致する、一実施例における散乱構造及びグローバルモードミキサを有する、マルチビューディスプレイの平面図を示す。

【0014】

［図３Ｃ］本明細書に記載の原理と一致する、一実施例における散乱構造及びグローバルモードミキサを有する、マルチビューディスプレイの斜視図を示す。

【0015】

【図4】［図４Ａ］本明細書に記載の原理と一致する、回折格子として形作られたマルチビーム要素、並びに、平面導波路内に配置されたグローバルモードミキサを含む、平面バックライトの一部の断面図を示す。

【0016】

［図４Ｂ］本明細書に記載の原理と一致する、平面導波路の両側に配置された、回折格子として形成されたマルチビーム要素、並びに、グローバルモードミキサを含む、平面バックライトの一部の断面図を示す。

【0017】

［図４Ｃ］本明細書に記載の原理と一致する、平面導波路の同じ側に配置された、回折格子として形成されたマルチビーム要素、並びに、グローバルモードミキサを含む、平面バックライトの一部の断面図を示す。

【0018】

【図5】本明細書で説明される原理と一致する一実施例による、複数の散乱サブ要素、並びに、散乱サブ要素間の空き領域に配置されたグローバルモードミキサを有する、散乱要素の平面図を示す。

【0019】

［図４Ｂ］本明細書で説明される原理と一致する実施例における、一対の散乱要素の平面図を示す。

【0020】

［図５］本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、グローバルモードミキサ要素２２２を含む、散乱要素２３１の平面図を示す。

【0021】

【図6】本明細書に開示された原理と一致する、平面バックライトの動作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】

【0022】

特定の実施例及び実施形態は、上記の参照図面に示したある特徴に加えて、またその代わりとなる、他の特徴を有する。上記の参照図面を参照して、これら及び他の特徴を、以下に詳述する。

【0023】

本明細書に記載の原理による、実施例及び実施形態では、複数の指向性モードで光を導くように構成された、平面導波路が提供される。導光板は、導光板の長さに沿って配置された、グローバルモードミキサを含む。グローバルモードミキサは、第１の指向性モードで導かれた光の一部を、第２の指向性モードで導かれる光に変換するように構成される。指向性モードは、縦方向成分及び横方向成分を有することができる。第１の指向性モードで導かれた光の一部を、第２の指向性モードで導かれる光に変換することによって、グローバルモードミキサは、導光体の光抽出効率を改善することができる。そのような導光体を、例えば、より明るい、又はより効率的な、パッシブディスプレイ用バックライトの製造に使用することができる。

【0024】

本明細書では、「導光体」は、全内部反射を用いてその構造内で光を導く、構造体として定義される。特に、導光体は、その動作波長において、実質的に透過性のコアを含み得る。様々な実施例において、「導光体」という用語は、概して、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体との間の界面において、光を導波するために全内部反射を使用する、誘電体光導波路を指す。定義によれば、導光体の屈折率が、導光体材料の表面に隣接する周囲媒体の屈折率よりも大きいことが、全内部反射の条件である。いくつかの実施形態では、全内部反射を更に促進するために、前述した屈折率の差に加えて、又はその代わりに、導光体にコーティングを含めることができる。このコーティングは、例えば、反射性コーティングにすることができる。導光体は、導光板、又はスラブ導光体及びストリップ導光体の一方又は両方を含むが、これらに限定されない、複数の導光体のいずれかにすることができる。

【0025】

更に本明細書では、「導光板」のように、導光体に適用される場合の「板」という用語は、「スラブ」導光体と呼ばれることもある、区分的又は微分的に平坦な、層又は薄板として定義される。特に、導光板は、導光体の頂面及び底面（すなわち、対向面）によって境界を定められた、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、導光体として定義される。更に、本明細書の定義によれば、これらの頂面及び底面は互いに分離されており、少なくとも微分的な意味で、互いに実質的に平行にすることができる。すなわち、導光板の任意の微分的に小さい区画内で、頂面及び底面は、実質的に平行な平面上又は同一平面上にある。

【0026】

いくつかの実施形態では、導光板は、実質的に平坦（すなわち、平面に限定されるもの）であり、導光板は、平面導光体である。他の実施形態では、導光板は、１つの次元、又は２つの直交する次元で湾曲させることができる。例えば、導光板を一次元に湾曲させて、円筒形状の導光板を形成することができる。しかしながら、どんな曲率であれ、光を導くために導光板内で全内部反射が維持されることが確実となるように、十分に大きい曲率半径を有する。

【0027】

本明細書で使用される場合、「指向性モード」という用語は、光ビームの伝播方向、あるいはより一般的には、導光体内を伝播する、又は導かれる、光の伝播方向を指す。一般に、ある指向性モードで導光体内を伝播する光は、長手方向成分、横方向成分、及び縦方向成分を含む、複数の直交成分によって表すことができる。例えば、デカルト座標系を使用する場合、長手方向成分は、導光体内でｘ方向に伝搬する光の成分とすることができる。横方向成分は、導光体内でｙ方向に伝播する光の成分とすることができる。垂直縦方向成分は、導光体のｚ方向に伝搬する光の成分とすることができる。

【0028】

更に、本明細書で使用される場合、冠詞「ａ」は、特許技術分野におけるその通常の意味、すなわち「１つ又はそれ以上」、を意味することが意図される。例えば、「ａｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔ」は、１つ又はそれ以上の散乱要素を意味し、したがって、本明細書では「ｔｈｅｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔ（ｓ）」は、「特定の散乱要素（複数可）」を意味する。また、本明細書における「頂部」、「底部」、「上側」、「下側」、「上向き」、「下向き」、「表側」、「裏側」、「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」という用語が値に適用されるとき、特に明記しない限り、通常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か、若しくは、±１０％、又は±５％、又は±１％を意味する。更に、本明細書で使用される「実質的に」という用語は、大多数、又はほとんどすべて、又はすべて、あるいは、約５１％～約１００％の範囲内の量を意味する。更に、本明細書における実施例は、例示に過ぎず、説明のために提示されたものであり、限定するためのものではないことが意図される。

【0029】

図１Ａは、本明細書に記載の原理による、一実施例における指向性モードを有する光ビームの、角度成分の図形表示を示す。指向性モードを有する光は、伝播方向を描くベクトルによって表される。

【0030】

更に、定義によれば、導光体内をある指向性モードで導かれる光は、式（１）によって与えられる関係に制約される。

【数1】

ここで、ｎは、伝播方向によって与えられる方向、及び導光体の材料の屈折率に等しい大きさを有する、指向性モードを表すベクトルであり、ｎ_ｘ、ｎ_ｙ、及びｎ_ｚは、直交ベクトル成分、ベクトル投影、又は単にベクトルｎの成分である。図１Ａにおいて、ベクトルで表される指向性モードを有する光は、図示するように、長手方向成分（ｎ_ｘ）、横方向成分（ｎ_ｙ）、及び縦方向成分（ｎ_ｚ）を含む。したがって、ベクトル成分ｎ_ｘは、指向性モードの一部、又は同等にｘ方向に伝搬する導波光の一部に対応する。ベクトル成分ｎ_ｙは、指向性モードの一部、又は同等にｙ方向に伝播する導波光に対応する。ベクトル成分ｎ_ｚは、指向性モードの一部、又は同等にはｚ方向に伝搬する導波光に対応する。

【0031】

光が導光体内を伝播するとき、光は多くの異なる指向性モードで伝播し得る。例えば、特定の指向性モードの光は、ｘ方向に導光板の長さに沿って伝播し、ｙ方向の横方向成分及びｚ方向の縦方向成分を含むことができる。

【0032】

図１Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一実施例における導光体内の指向性モードの図形表示を示す。特に、図１Ｂは、ｙ－ｚ平面にプロットされた指向性モードを表し、３つの異なる指向性モード、すなわち第１の指向性モード１０１、第２の指向性モード１０２、及び第３の指向性モード１０３の概念図を示す。第１の指向性モード１０１で伝播する、又は導かれる光は、第１の横方向成分（ｎ_ｙ）及び第１の縦方向成分（ｎ_ｚ）を有する光を含み得る。第２の指向性モード１０２で伝播する、又は導かれる光は、第２の横断方向成分（ｎ_ｙ）及び第２の縦方向成分（ｎ_ｚ）を有する光を含み得る。図１Ｂに示すように、第１の指向性モード１０１の第１の横断方向成分（ｎ_ｙ）は、第２の指向性モード１０２の第２の横方向成分（ｎ_ｙ）よりも大きい。逆に、図示のように、第１の指向性モード１０１の第１の縦方向成分（ｎ_ｚ）は、第２の指向性モード１０２の縦方向成分（ｎ_ｚ）よりも小さい。

【0033】

本明細書で更に詳細に説明されるように、本明細書で説明される原理によるグローバルモードミキサの実施形態は、ある指向性モードの光、又はある指向性モードで伝播する光を、別の指向性モードの光、又は別の指向性モードで伝播する光に変換するように構成される。したがって、グローバルミキサは、第３の指向性モード１０３で伝搬する光と相互作用することによって、第３の指向性モード１０３の光、又は第３の指向性モード１０３を有する光を、第４の指向性モード１０４の光、又は第４の指向性モード１０４を有する光に変換することができる。図１Ｂは、第３の指向性モード１０３を第４の指向性モード１０４に変換することを、曲線矢印を使用して示す。いくつかの実施形態によれば、第４の指向性モード１０４は、第３の指向性モード１０３よりも良好な、又はより望ましい特性を発揮することができる。例えば、光が第４の指向性モード１０４で伝播しているとき、光は、本明細書で更に詳細に説明するように、第３の指向性モードと比べてより優先的な、導光体の散乱構造との相互作用を発揮することができる。したがって、導光体内を伝播する光を、散乱構造によって散乱すること、又はその散乱効率を、第３の指向性モード１０３で伝播する光で達成されるであろうものよりも、第４の指向性モード１０４において改善することに、グローバルモードミキサによってもたらされるモード変換を役立てることができる。

【0034】

図２Ａから図２Ｃには、平面バックライト２００の様々な図が示されている。本明細書に開示された概念の様々な実施例が、バックライトに関連して説明されているが、当業者は、本明細書に開示されたグローバルモードミキサ及び方法は、以下でより詳細に説明するように、バックライト、より具体的にはマルチビューバックライトでの使用に限定されないことを、理解するであろう。平面バックライト２００は、導光板の長さに沿って光を導くように構成された、導光板２１０を含むことができる。グローバルモードミキサ２２０は、平面導波路の長さに沿って延在し得る。図２Ｂ及び図２Ｃでは、グローバルモードミキサは、平面バックライトの幅を横切り、導光板２１０の長さに沿って配置された、一連の線によって示されている。グローバルモードミキサは、図２Ａでは導光板２１０の下面に配置されているが、グローバルモードミキサは、導光板の上面に配置することができ、以下で更に詳細に説明するように、導光板内に配置することもできる。グローバルモードミキサ２２０は、（矢印によって示されるように）導光板２１０内に導かれた光の一部を、第１の指向性モードで導かれた光から第２の指向性モードで導かれる光に変換することができる。第１の指向性モードで導かれる光は、第２のモードで導かれる光の横方向成分よりも大きい横方向成分、及び第２のモードで導かれる光の縦方向成分よりも小さい縦方向成分の、一方又は両方を有する。また、平面バックライト２００は、導光板２１０上、又はその内部に形成された、複数の散乱要素２３１を含む、散乱構造を伴うことができる。散乱構造の散乱要素２３１は、矢印で表されるように、導光体内を伝播する光を、放射光２０２として導光体から散乱出力する、又は結合出力するように構成される。図２Ａでは、散乱出力された光は、放射光２０２、又は同等に、散乱出力又は結合出力された光ビームとして、矢印を使用して示されている。

【0035】

いくつかの実施形態では、図３Ａから図３Ｃに関連して更に詳細に示すように、平面バックライト２００は、互いに異なる主角度方向を有する、複数の散乱出力された光ビーム又は指向性光ビームを、放射光２０２として（例えば、ライトフィールドとして）提供することができる、マルチビューバックライトとして構成される。特に、様々な実施形態によれば、提供された放射光２０２の複数の散乱出力された光ビーム又は指向性光ビームを、マルチビューディスプレイのそれぞれのビュー方向に対応する様々な主角度方向で、マルチビューバックライトから離れる方向に散乱させることができる。いくつかの実施形態では、三次元（３Ｄ）コンテンツ、又はマルチビューコンテンツを有する情報の表示に役立てるために、放射光２０２の指向性光ビームを、（例えば、以下で説明するように、ライトバルブを使用して）変調することができる。また、図３Ａには、以下でより詳細に説明する、マルチビューピクセル２０６、及びライトバルブ２０８のアレイも示されている。

【0036】

図２Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一実施例における平面バックライト２００の断面図を示す。図３Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施例における、散乱構造及びグローバルモードミキサを有する、マルチビューディスプレイの断面図を示す。図３Ａから図３Ｃのマルチビューディスプレイは、図２Ａから図２Ｃに示す平面バックライト２００の一実施例を使用するものである。なお、図２Ａ及び図３Ａにおいて、特に示さない限り、共通の参照番号は同一の構造を示す。

【0037】

図２Ａ及び図３Ａに示すように、平面バックライト２００は、導光板２１０を備える。導光板２１０は、導光板２１０の長さに沿って、導波光２０４として光を導くように構成される。様々な実施形態によれば、導波光２０４は、第１の指向性モード及び第２の指向性モードを含む複数の指向性モードで、導光体の長さに沿って伝搬する。導光板２１０は、光導波路として構成された、誘電体材料を含むことができる。この誘電体材料は、誘電体光導波路を取り囲む媒体の第２の屈折率よりも大きい、第１の屈折率を有することができる。この屈折率の差は、例えば、導光板２１０の１つ又はそれ以上の導波モード又は指向モードに従って、導波光２０４の全内部反射を促進するように構成される。

【0038】

いくつかの実施形態では、導光板２１０は、光学的に透過性の誘電体材料が広がった、実質的に平面状の薄板を備える、スラブ光導波路又は平面光導波路（すなわち、導光板）にすることができる。誘電体材料の実質的に平面状のシートは、内部全反射を使用して、導波光２０４（又は導波光ビーム）を導くように構成される。様々な実施例によれば、導光板２１０の光学的に透過性の材料は、これらに限定されないが、様々なタイプのガラス（例えば、シリカガラス、アルカリアルミノ珪酸塩ガラス、ホウケイ酸ガラスなど）のうちの１つ又はそれ以上を含む、様々な誘電体材料のうちのいずれかを含む、又は、それらで構成することができる。いくつかの実施例では、導光板２１０は、導光板２１０の表面（例えば頂面及び底面の一方又は両方）の少なくとも一部に、クラッド層（図示せず）を更に含むことができる。いくつかの実施例によれば、クラッド層を使用して、全内部反射を更に促進することができる。

【0039】

更に、いくつかの実施形態によれば、導光板２１０は、導光板２１０の第１の表面２１０’（例えば、「表側の」表面又は面）と、第２の表面２１０’’（例えば、「裏側の」表面又は面）との間で、非ゼロ伝播角度の全内反射に従って、導波光２０４（例えば、導波光ビーム）を導くように構成される。いくつかの実施形態では、様々な色の光を含む複数の導波光ビームを、様々な色固有のそれぞれの非ゼロ伝搬角度で、導光板２１０によって導くことができる。導光板２１０内を伝播する光は、導光板２１０内の様々な方向に沿って伝播することができ、それらの方向によって、導光板２１０内における光の伝播の指向性モードが定義されることに留意されたい。これらの様々な指向性モードのそれぞれで伝播する光は、前述したように、導光板２１０内の長手方向成分（ｎ_ｘ）、横方向成分（ｎ_ｙ）、及び縦方向成分（ｎ_ｚ）を有することを理解されたい。

【0040】

導光板２１０内の導波光２０４は、（例えば、約３０度から３５度の）非ゼロ伝播角で、導光板２１０に導入する、結合することができる。いくつかの実施例では、結合構造、例えば、限定するものではないが、レンズ、ミラー又は同様の反射器（例えば、傾斜したコリメート反射器）、回折格子及び角柱（図示せず）、並びにそれらの様々な組み合わせによって、非ゼロ伝搬角度での導波光２０４として、導光板２１０の入力端に光を結合することを容易にすることができる。他の実施例では、結合構造を使用せずに、又は実質的に使用せずに、（すなわち、直接又は「突き合わせ」結合を使用して）導光板２１０の入力端に、光を直接導入することができる。導波光２０４は、導光板２１０内に結合されると、導光板２１０に沿って伝播するように構成され、実質的な成分は、概して入力端から離れて（例えば、図３Ａのｘ軸に沿った方向を示す、太線矢印２０３によって示されている）長手方向に向けられる。しかしながら、導光板２１０内の光は、複数の異なる指向性モードで伝播することができ、各指向性モードは、長手方向又はｘ方向の長手方向成分（ｎ_ｘ）、横方向又はｙ方向の横方向成分（ｎ_ｙ）、及び縦方向又はｚ方向の縦方向成分（ｎ_ｚ）によって、定義されることを理解されたい。

【0041】

導光板２１０に結合された光は、本明細書に開示された原理の特定の例示的な実施態様による、コリメート光ビームにすることができる。本明細書では、「コリメート光」又は「コリメート光ビーム」は、概して、光ビームの各光線が、光ビーム（例えば、導波光２０４）内で、実質的に互いに平行であるビームとして定義される。更に、本明細書の定義によれば、コリメート光ビームから発散する、又は散乱される各光線は、コリメート光ビームの一部とは見なされない。いくつかの実施形態では、平面バックライト２００は、例えば光源からの光をコリメートするために、上述したように、例えばレンズ、反射器、又はミラーといった、コリメータ（例えば、傾斜したコリメート反射器）を含むことができる。いくつかの実施形態では、光源はコリメータを含む。この事例では、導光板２１０に供給されるコリメート光は、導波光２０４のコリメート光である。

【0042】

本明細書では、「コリメーション係数」は、光がコリメートされる程度として定義される。具体的には、本明細書の定義によれば、コリメーション係数は、コリメートされた光ビーム内の光線の、角度広がりを画定する。例えば、コリメーション係数σは、コリメートされた光ビーム内の光線の大部分が、特定の角度広がり（例えば、コリメートされた光ビームの中心角又は主角度方向の周りの±σ度）内にあることを、規定することができる。いくつかの実施例によれば、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することができ、その角度広がりは、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とすることができる。

【0043】

図２Ａから図２Ｃ、及び図３Ａから図３Ｃに示されるように、平面バックライト２００は、散乱構造２３０を更に備える。いくつかの実施形態によれば、導光板２１０の第１の表面２１０’上に、散乱構造２３０を配置することができる。例えば、図２Ａ及び図３Ａは、第１の表面２１０’上の、散乱構造２３０を示す。他の実施形態では、導光板２１０の第２の表面２１０’’上に、散乱構造２３０を配置することができる。更に他の実施形態では、導光板２１０内の第１の表面２１０’と、第２の表面２１０’’との間に、散乱構造２３０を設置することができる。様々な実施形態によれば、散乱構造２３０は、第２の指向性モードで導かれた光を、放射光２０２として、導光板２１０から優先的に散乱出力するように構成される。

【0044】

散乱構造２３０は、導光板２１０の長さに沿って、例えば、第１の表面２１０’、若しくは第２の表面２１０’’に沿って、又は導光板２１０内に分散した、散乱要素２３１のアレイを含むことができる。以下で更に詳細に説明するように、散乱構造２３０を構成する散乱要素２３１は、複数の散乱サブ要素（図示せず）を含むことができる。

【0045】

散乱構造２３０の散乱要素２３１は、ある距離だけ互いに分離することができ、導光体の長さに沿って、別個の各要素の境界を定めることができる。すなわち、本明細書の定義によれば、散乱構造２３０の散乱要素２３１は、有限（非ゼロ）の要素間距離（例えば、有限の中心間距離）に従って、互いに離間している。更に、いくつかの例示的な実施態様によれば、複数の散乱要素２３１は、概して、互いに交差したり、重なり合ったり、あるいは接触したりしない。すなわち、複数の散乱要素２３１のそれぞれは、概して別個のものであり、これらの実施例による散乱要素２３１の、他のものから分離されている。別の実施例では、導光板２１０の長さに沿って連続的に配置された散乱要素を、散乱構造に使用することができる（図示せず）。光が導光板２１０内を伝播するとき、導波光は、第１の指向性モード及び第２の指向性モードの両方で伝播する光を含む。第１の指向性モードの導波光２０４は、例えば、第２の指向性モードで導かれる光の横方向成分よりも大きい横方向成分、並びに、第２の指向性モードで導かれる光の縦方向成分より小さい縦方向成分の、一方又は両方を有することができる。様々な実施形態では、上述したように、散乱要素２３１が導光板２１０から第２の指向性モードの光を優先的に散乱出力するように、散乱構造２３０の散乱要素２３１を構成し、かつ配置することができる。

【0046】

図２Ａ及び図３Ａに示すように、平面バックライト２００は、グローバルモードミキサ２２０を更に備える。様々な実施形態によれば、グローバルモードミキサ２２０は、第１の指向性モードで導かれた、又は第１の指向性モードを有する導波光２０４の一部を、第２の指向性モードを有する、又は第２の指向性モードで導かれる導波光２０４に、変換するように構成される。特に、光が導光板２１０内で伝播方向に伝播すると、導波光２０４はグローバルモードミキサ２２０と相互作用し、グローバルモードミキサ２２０は、導波光２０４を第１の指向性モードから第２の指向性モードの光に変換する。いくつかの実施形態では、光が導光板２１０の長さに沿って伝播するときに、第１の指向性モードの導波光２０４の一部が、第２の指向性モードに変換されるように、導光板２１０の長さに沿って、グローバルモードミキサ２２０を配置することができる。いくつかの実施形態によれば、グローバルモードミキサ２２０を使用して、導波光部分の横方向成分を減少させること、及び導波光部分の縦方向成分を増加させることの一方又は両方によって、第１の指向性モードを有する光を、第２の指向性モードを有する光に変換することができる。

【0047】

いくつかの実施形態では、グローバルモードミキサ２２０は、散乱構造２３０が配置されている導光板２１０の側とは反対側の、導光板２１０の表面に配置することができる。例えば、図３Ａでは、グローバルモードミキサ２２０は、導光板２１０の第２の表面２１０’’上に示されているが、散乱構造２３０は、図示のように、第１の表面２１０’上に設置されている。図２Ａから図２Ｃに示すような他の実施形態では、グローバルモードミキサ２２０及び散乱構造２３０を、導光板２１０の同じ表面に配置することができる。更に他の実施形態では、以下でより詳細に説明するように、導光板２１０の表面間の内部に、グローバルモードミキサ２２０を配置する、又は設置することができる。

【0048】

いくつかの実施形態によれば、グローバルモードミキサ２２０は、導光板２１０の長さに沿って離間した、複数のモードミキサ要素２２１を含む。いくつかの実施形態では、散乱要素２３１と同数のモードミキサ要素２２１を存在させることができる。あるいは、図３Ａに示されているように、散乱要素２３１とは異なる数の、モードミキサ要素２２１を存在させることができる。モードミキサ要素２２１は別個の要素として示されているが、グローバルモードミキサ２２０は、図２Ａから図２Ｃに示すように、導光板２１０の長さに沿って、連続した構造として実装できることを理解されたい。図示されていないが、導光板２１０の第１の表面２１０’及び第２の表面２１０’’の両方に、グローバルモードミキサ２２０を配置することができる。上述したような、導光板２１０の第１の表面２１０’及び第２の表面２１０’’の一方又は両方に加えて、又はその代わりに、図４Ａに示すように、導光板２１０の第１の表面２１０’と第２の表面２１０’’との間に、グローバルモードミキサ２２０を配置することもできる。

【0049】

図３Ａは、散乱構造２３０の散乱要素２３１の反対側に配置された、グローバルモードミキサ２２０の一つの例示的な実施態様を示しているが、別の実施態様では、例えば図２Ａから図２Ｃに示すように、散乱構造２３０の散乱要素２３１の間に、グローバルモードミキサ２２０を配置することができる。この実施態様では、導光板２１０の一方の表面上に、複数の散乱要素２３１をアレイ状に配置することができ、導光板２１０の長さに沿って、グローバルモードミキサ２２０を分散させることができる。別の実施態様によれば、グローバルモードミキサ２２０は、散乱構造２３０の個々の散乱要素２３１に属する、散乱サブ要素（図示せず）の範囲内に配置することができる。このタイプの実施態様については、図５に関連して、更に詳細な説明を行う。

【0050】

いくつかの実施形態では、グローバルモードミキサ２２０は、回折格子として実装する、又は回折格子を含むことができる。いくつかの実施形態では、導光板の幅にわたって、かつ長さに沿って、回折格子を延在させることができる。グローバルモードミキサ２２０を１つ又はそれ以上の回折格子として実装する場合、導光板の長さに沿った導波光の伝播方向に平行に、回折格子の回折特徴部を整列させることができる。回折格子の配置は、導光体の長さに沿って、一定間隔をあけて複数の回折格子を配置するようなものにすることができる。

【0051】

他の実施形態では、グローバルモードミキサ２２０は、導光板の長さに沿った導波光の伝播方向に平行に整列した反射ファセットを有する、反射要素として実装することができる。この反射要素には、例えば、微小反射体を含めることができる。あるいは、微小屈折体などの屈折要素として、グローバルモードミキサ２２０を実装することができる。更に他の実施態様では、屈折要素、反射要素、及び回折要素の組み合わせとして、グローバルモードミキサ２２０を実装することができる。

【0052】

いくつかの実施形態によれば、複数の散乱要素２３１を、一次元（１Ｄ）アレイ又は二次元（２Ｄ）アレイのいずれかに配置することができる。例えば、線形の１Ｄアレイとして、散乱要素を配置することができる。別の実施例では、長方形の２Ｄアレイ、又は環状の２Ｄアレイとして、散乱要素を配置することができる。このようなマルチビューバックライトの例を、図３Ｂ及び図３Ｃに示す。更に、このアレイ（すなわち、１Ｄ又は２Ｄアレイ）は、規則的又は均一なアレイにすることができ、あるいは、不規則なアレイにすることができる。特に、アレイが規則的又は均一なものである場合、散乱要素２３１間の要素間距離（例えば、中心間距離又は間隔）は、そのアレイにわたって実質的に均一、又は一定なものになり得る。そのパターンが不規則なものである場合、散乱要素間の要素間距離は、そのアレイにわたって、又は導光板２１０の長さに沿って、変化し得る。すなわち、導光板２１０の長さにわたって、及びそれに沿って、要素間距離が変化し得る。

【0053】

様々な実施形態によれば、散乱構造２３０の散乱要素２３１には、マルチビーム要素を含めることができる。このマルチビーム要素は、その波長で導かれた光を散乱出力するように、構成することができる。本明細書の定義によれば、「マルチビーム要素」とは、複数の指向性光ビーム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。いくつかの実施形態では、マルチビーム要素は、バックライトの導光体（例えば、平面バックライト２００の導光板２１０）に光学的に結合されて、導光体内で導かれた光の一部を結合出力することによって、複数の指向性光ビームを提供することができる。他の実施形態では、マルチビーム要素は、光ビームとして放射される、光を生成することができる（例えば、光源を備えることができる）。更に、マルチビーム要素によって生成される複数の指向性光ビームの各光ビームは、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、複数の光ビーム内のある指向性光ビームは、複数の光ビーム内の別の光ビームとは異なる、所定の主角度方向を有する。更に、複数の指向性光ビームは、ライトフィールドを表すことができる。例えば、複数の指向性光ビームは、実質的に円錐形の空間領域に限定することができ、あるいは、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することができる。よって、組み合わさった指向性光ビーム（すなわち、複数の光ビーム）の所定の角度広がりは、ライトフィールドを表すことができる。

【0054】

様々な実施形態によれば、様々な複数の指向性光ビームの異なる主角度方向は、限定するものではないが、マルチビーム要素のサイズ（例えば、長さ、幅、面積など）によって決定される。いくつかの実施形態では、マルチビーム要素は、本明細書の定義によれば、「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散された、複数の点光源と考えることができる。様々な実施例によれば、マルチビーム要素は、回折格子、微小反射要素、又は微小屈折要素のうちの、１つ又はそれ以上を含むことができる。いくつかの実施例による回折格子の一実施例を、図４Ａから図４Ｃに示す。

【0055】

本明細書では、「回折格子」は、概して、回折格子に入射する光の回折を提供するように配列された、複数の特徴部（すなわち、回折特徴部）として定義される。いくつかの実施例では、周期的又は準周期的に、複数の特徴部を配列することができる。例えば、回折格子には、一次元（１Ｄ）アレイに配列された、複数の特徴部（例えば、材料表面の複数の溝又は隆起部）を含めることができる。他の実施例では、特徴部の二次元（２Ｄ）アレイを回折格子とすることができる。例えば、材料表面の突起部又は穴の２Ｄアレイを、回折格子とすることができる。

【0056】

このように、また本明細書の定義によれば、「回折格子」とは、回折格子に入射した光の回折をもたらす構造体である。光が導光体から回折格子に入射すると、回折格子は、回折によって導光体から光を結合出力することができるという点で、もたらされた回折又は回折散乱を、「回折結合」と呼ぶことができる。回折格子はまた、回折によって（すなわち、回折角において）、光の角度を方向転換又は変化させる。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する回折特徴部を含む、構造体であると理解することができ、光が導光体から入射すると、回折格子は、導光体からの光を回折的に結合出力することもできる。

【0057】

更に、本明細書の定義によれば、回折格子の機構は、「回折特徴部」と呼ばれ、材料表面内、材料表面上のうちの、１つ又はそれ以上（すなわち、２つの材料間の境界）に存在し得る。その表面は、例えば、導光体の表面とすることができる。回折特徴部には、限定するものではないが、表面内又は表面上の、溝、隆起部、穴、及び突起部のうちの１つ又はそれ以上を含む、光を回折する様々な機構のいずれかを含めることができる。例えば、回折格子には、材料表面に、複数の実質的に平行な溝を含めることができる。別の実施例では、回折格子には、材料表面から立ち上がる、複数の平行な隆起部を含めることができる。回折特徴部（例えば、溝、隆起部、穴、突起部など）には、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つ又はそれ以上が含まれる。しかし、回折特徴部は、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、いずれかを有することができる。

【0058】

本明細書に記載の様々な実施例によれば、導光体（例えば、導光板）からの光を回折して、光ビームとして散乱出力又は結合出力するために、回折格子（例えば、以下で説明するようなマルチビーム要素の回折格子）を利用することができる。特に、回折角θ_ｍ、又は局所的に周期的な回折格子によって提供される回折角θ_ｍは、以下のように、式（２）によって与えられる。

【数2】

ここで、λは光の波長であり、ｍは回折次数であり、ｎは導光体の屈折率であり、ｄは回折格子の特徴部間の距離又は間隔であり、θ_ｉは回折格子への光の入射角である。簡潔にするために、式（１）では、回折格子が導光体の表面に隣接しており、導光体外面の材料の屈折率が１に等しい（すなわち、ｎ_ｏｕｔ＝１）と仮定する。一般に、回折次数ｍは整数で与えられる。回折格子によって生成された光ビームの回折角θ_ｍは、式（１）で与えられ、ここでは回折次数は正（例えば、ｍ＞０）である。例えば、回折次数ｍが１に等しい（すなわち、ｍ＝１である）とき、一次回折がもたらされる。

【0059】

図４Ａから図４Ｃは、回折格子として形成されたマルチビーム要素２３２、並びに、導光板２１０内又は導光板２１０上の様々な位置に配置された、グローバルモードミキサ２２０を含む、平面バックライト２００の一部の断面図を示す。図４Ａから図４Ｃに示すように、放射光２０２の散乱出力された指向性光ビームは、導光板２１０の第１の（又は表側の）表面２１０’から離れるように向けられた、複数の発散矢印として描かれている。更に、様々な実施形態によれば、マルチビーム要素２３２のサイズは、本明細書で説明するように、マルチビューディスプレイのライトバルブ２０８（又は同等に、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル内のサブピクセル）のサイズに相当し得る。マルチビューピクセル２０６は、説明を容易にするために、平面バックライト２００と共に図３Ａから図３Ｃに示されている。この「サイズ」は、限定するものではないが、長さ、幅、又は面積を含む、様々な方法で定義することができる。

【0060】

いくつかの実施形態では、マルチビーム要素のサイズは、回折格子のサイズがライトバルブのサイズの約２５パーセント（２５％）から約２００パーセント（２００％）であるように、ライトバルブのサイズに相当する。他の実施例では、マルチビーム要素のサイズは、ライトバルブのサイズの約５０パーセント（５０％）超、又はライトバルブサイズの約６０パーセント（６０％）超、又はライトバルブサイズの約７０パーセント（７０％）超、又はライトバルブサイズの約８０パーセント（８０％）超である範囲、並びに、ライトバルブのサイズの約１８０パーセント（１８０％）未満、又はライトバルブサイズの約１６０パーセント（１６０％）未満、又はライトバルブサイズの約１４０（１４０％）未満、又はライトバルブサイズの約１２０パーセント（１２０％）未満となる範囲内にある。いくつかの実施形態によれば、マルチビーム要素とライトバルブとの相当するサイズは、マルチビューディスプレイのビュー間の暗いゾーンを低減する、又はいくつかの実施例では最小化するように、選択することができる。更に、マルチビーム要素を含むマルチビーム要素とライトバルブとの相当するサイズは、マルチビューディスプレイ、又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ビュー（又はビューピクセル）間の重なりを低減し、いくつかの実施例では最小化するように、選択することができる。

【0061】

図３Ａから図３Ｃはまた、複数の指向性光ビームからなる放射光２０２の、各指向性光ビームを変調するように構成された、ライトバルブ２０８のアレイを示す。このライトバルブのアレイは、例えば、マルチビューバックライトとして構成された平面バックライト２００を使用する、マルチビューディスプレイの一部とすることができ、本明細書の説明を容易にするために、図３Ａから図３Ｃに示されている。図３Ｃでは、ライトバルブ２０８のアレイは、その下にある、導光板２１０、グローバルモードミキサの散乱要素２３１、及びモードミキサ要素２２１を見えるようにするために、説明の目的のためにのみ、部分的に切り取られている。

【0062】

図３Ａから図３Ｃに示すように、様々な主角度方向を有する、放射光２０２の指向性光ビームの個々のものが、ライトバルブのアレイ内にあるライトバルブ２０８の個々のものを通過することによって、それらを変調することができる。更に、図示されるように、このアレイのライトバルブ２０８は、マルチビューピクセル２０６のサブピクセルに対応し、ライトバルブ２０８のセットは、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル２０６に対応する。特に、ライトバルブのアレイの、ライトバルブ２０８の個別のセットは、マルチビーム要素として構成された散乱要素２３１の対応するものから指向性光ビームを受光し、かつ変調するように構成される。すなわち、図示のように、各散乱要素２３１に対してライトバルブ２０８の固有のセットが存在し得る。様々な実施形態では、液晶ライトバルブ、電気泳動ライトバルブ、及びエレクトロウェッティングに基づくライトバルブのうちの、１つ又はそれ以上を含むが、これらに限定されない様々なタイプのライトバルブを、ライトバルブのアレイの、ライトバルブ２０８として使用することができる。

【0063】

図３Ａに示すように、第１のライトバルブのセット２０８ａは、第１の散乱要素２３１ａからの放射光２０２の指向性光ビームを受光し、かつ変調するように構成される。更に、第２のライトバルブのセット２０８ｂは、第２の散乱要素２３１ｂからの放射光２０２の指向性光ビームを受光し、かつ変調するように構成される。したがって、この実施例では、ライトバルブのアレイにおけるライトバルブのセット（例えば、第１のライトバルブのセット２０８ａ、及び第２のライトバルブのセット２０８ｂ）のそれぞれは、異なる散乱要素２３１（例えば、要素２３１ａ、要素２３１ｂ）、及び異なるマルチビューピクセル２０６の両方にそれぞれ対応し、ライトバルブのセットの個々のライトバルブ２０８は、図３Ａに示すように、それぞれのマルチビューピクセル２０６のサブピクセルに対応する。

【0064】

図３Ａに示すように、マルチビューピクセル２０６のサブピクセルのサイズは、ライトバルブアレイ内のライトバルブ２０８のサイズに相当し得ることに留意されたい。他の実施例では、ライトバルブのサイズ又はサブピクセルのサイズは、ライトバルブのアレイ内の、隣接するライトバルブ間の距離（例えば、中心間距離）として定義することができる。サブピクセルのサイズは、例えば、ライトバルブ２０８のサイズ、又はライトバルブ２０８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することができる。

【0065】

いくつかの例示的な実施態様では、散乱要素２３１と、対応するマルチビューピクセル２０６（すなわち、サブピクセルのセットと、対応するライトバルブ２０８のセット）との間の関係は、一対一の関係とすることができる。すなわち、同数のマルチビューピクセル２０６及び散乱要素２３１が存在し得る。図３Ｂは、ライトバルブ２０８の異なるセットを含む、各マルチビューピクセル２０６（及び対応するサブピクセル）が破線で囲まれている、一対一の関係を例として示す。他の実施形態（図示せず）では、マルチビューピクセル２０６の数と散乱要素２３１の数は、互いに異なっていてもよい。

【0066】

いくつかの実施形態では、複数の散乱要素２３１の、対の間の要素間距離（例えば、中心間距離）は、例えば、ライトバルブのセットによって表される、対応するマルチビューピクセル２０６の、対の間のピクセル間距離（例えば、中心間距離）に等しくすることができる。例えば、図３Ａに示すように、第１の散乱要素２３１ａと第２の散乱要素２３１ｂとの間の中心間距離は、第１のライトバルブのセット２０８ａと第２のライトバルブのセット２０８ｂとの間の中心間距離Ｄに、実質的に等しい。他の実施形態（図示せず）では、散乱要素２３１と対応するライトバルブセットの対の相対的な中心間距離は、異なっていてもよい。例えば、散乱要素２３１は、マルチビューピクセル２０６を表すライトバルブのセット間の間隔（すなわち、中心間距離Ｄ）よりも大きい、又は小さい、要素間間隔（すなわち、中心間距離ｄ）のいずれかを有することができる。

【0067】

いくつかの実施形態では、散乱要素２３１の形状は、マルチビューピクセル２０６の形状に類似している、又は同等に、マルチビューピクセル２０６に対応する、ライトバルブ２０８のセット（又は「サブアレイ」）の形状に類似している。例えば、散乱要素２３１は正方形の形状を有することができ、マルチビューピクセル２０６（又は対応するライトバルブ２０８のセットの配列）は、実質的に正方形にすることができる。別の実施例では、散乱要素２３１は、長方形の形状を有することができる。すなわち、幅又は横方向寸法よりも、長さ又は長手方向寸法を大きくすることができる。この実施例では、散乱要素２３１に対応するマルチビューピクセル２０６（又は同等にライトバルブ２０８のセットの配列）は、類似した長方形の形状を有することができる。図３Ｂは、正方形の散乱要素２３１、及びライトバルブ２０８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２０６の、上面図、すなわち平面図を示す。更に別の実施例（図示せず）では、散乱要素２３１及び対応するマルチビューピクセル２０６は、三角形、六角形、及び円形を含む、又は少なくともこれらに近似するがこれらに限定されない、様々な形状を有する。

【0068】

更に、（例えば、図３Ａに示すように）いくつかの実施形態によれば、各散乱要素２３１は、放射光２０２の指向性光ビームを、唯一のマルチビューピクセル２０６に提供するように構成される。特に、散乱要素２３１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放射光２０２の指向性光ビームは、図３Ａに示すように、単一の対応するマルチビューピクセル２０６及びそのサブピクセル、すなわち散乱要素２３１に対応するライトバルブ２０８の単一のセットに、実質的に限定される。したがって、平面バックライト２００の各散乱要素２３１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ビームのセットを提供する（すなわち、放射光２０２の指向性光ビームのセットは、異なるビュー方向のそれぞれに対応する方向を有する、光ビームを含む）。

【0069】

図４Ａから図４Ｃに示すように、かつ様々な実施形態によれば、散乱構造の散乱要素には、マルチビーム要素２３２を含めることができる。いくつかの実施形態では、マルチビーム要素２３２は、（例えば、図４Ａから図４Ｃに示すように）回折格子を備えることができる。いくつかの実施形態では、１つ又はそれ以上の（例えば、それぞれの）マルチビーム要素２３２は、複数の回折格子を備えることができる。マルチビーム要素２３２、又はより具体的には、回折マルチビーム要素２３２の複数の回折格子は、導光板２１０の表面、若しくは表面に隣接して、又は導光体の各表面の間に設置することができる。他の実施形態では、マルチビーム要素２３２は、導光板２１０の第１の表面２１０’と第２の表面２１０’’との間に設置することができる。

【0070】

図４Ａは、回折格子として形成されたマルチビーム要素２３２、並びに、導光板２１０内に配置された、グローバルモードミキサ２２０のモードミキサ要素２２１を含む、平面バックライト２００の一部の断面図を示す。ここでは、グローバルモードミキサが導光板の第１の表面２１０’と導光板の第２の表面２１０’’との間に配置されるように、導光板２１０を製造することができる。モードミキサ要素２２１は、第１の指向性モードの光を第２の指向性モードの光に変換するように構成され、マルチビーム要素２３２又は散乱要素の別のマルチビーム要素（図示せず）で散乱させることによって、導光板２１０から第２の指向性モードの光が優先的に散乱出力される。図４Ａにおいて、導光板２１０から散乱出力された放射光２０２は、方向矢印によって示されている。

【0071】

図４Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一実施例におけるマルチビーム要素２３２及びグローバルモードミキサ２２０の一部を含む、平面バックライト２００の一部の断面図を示す。図４Ｂに示すように、マルチビーム要素２３２は、導光板２１０の第１の表面２１０’にある。更に、図４Ｂに示すマルチビーム要素２３２は、限定するものではなく例として、複数の回折格子を含む。導光板２１０の第１の表面２１０’に設置される場合、複数の格子の回折格子は、例えば、第１の表面２１０’を介して、導波光部分を放射光２０２又は指向性光ビームとして、回折的に結合出力するように構成された、透過モード回折格子にすることができる。マルチビーム要素２３２は、以下で更に詳細に説明するように、第２の指向性モード（例えば、上述したように第２の指向性モード１０２）で導かれた光を、マルチビュー画像のビューのビュー方向に対応する方向を有する指向性光ビームを含む、指向性光ビーム又は放射光２０２として、導光板２１０から優先的に散乱出力するように構成することができる。図４Ｂに示すグローバルモードミキサ２２０の一部は、導光板２１０のセグメント全体の下面に沿って、延在するように示されている。この実施例によるグローバルモードミキサ２２０は、実質的に導光板２１０の下面の全長に沿って、延在し得ることが理解されよう。

【0072】

図４Ｃは、回折格子として形成されたマルチビーム要素２３２、並びに、導光板２１０のマルチビーム要素２３２と同じ側に配置された、モードミキサ要素２２１を伴うグローバルモードミキサ２２０の一部を含む、平面バックライト２００の一部の断面図を示す。この実施例では、グローバルモードミキサ２２０は、マルチビーム要素３２２などの、離間した散乱要素間の領域に分散するように配置された、モードミキサ要素２２１を含む。グローバルモードミキサ及び散乱構造に属する要素の、その他の構成及び配置については、図５に示され、以下に説明する実施例に関連してなど、他の箇所で論じることとする。

【0073】

第２の表面２１０’’に設置する場合、マルチビーム要素２３２を構成する回折格子は、例えば反射モード回折格子にすることができる。反射モード回折格子として、導波光部分を回折し、かつ回折された導波光部分を第１の表面２１０’に向かって反射して、回折的に結合出力した回折光ビームとして、導波光部分が第１の表面２１０’から出るように、回折格子は構成される。他の実施形態（図示せず）では、例えば、透過モード回折格子及び反射モード回折格子の一方又は両方として、導光板２１０の表面間に回折格子を設置することができる。本明細書に記載のいくつかの実施形態では、結合出力された光ビームの主角度方向は、導光面で導光板２１０を出る、結合出力された光ビームによる屈折の影響を、必然的に伴うことに留意されたい。例えば、図４Ｃは、限定するものではなく例として、結合出力された光ビームが第１の表面２１０’を横切るときの屈折率の変化に起因する、放射光２０２の結合出力された光ビームの屈折（すなわち、屈曲）を示す。

【0074】

いくつかの実施形態によれば、回折格子の回折特徴部は、互いに離間した溝及び隆起部の、一方又は両方を備えることができる。この溝又は隆起部は、導光板２１０の材料で構成することができ、例えば、導光板２１０の表面に形成することができる。別の実施例では、この溝又は隆起部は、導光体材料以外の材料、例えば、他の材料からなる膜又は層で、導光板２１０の表面上に形成することができる。

【0075】

いくつかの実施形態では、回折格子は、回折格子全体にわたって、回折特徴部の間隔が実質的に一定又は不変である、均一回折格子である。他の実施形態では、回折格子は、チャープ回折格子である。定義によれば、「チャープ」回折格子は、その範囲又は長さにわたって変化する、回折特徴部の回折間隔（すなわち、格子ピッチ）を示す、又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、距離と共に線形的に変動する、回折特徴部の間隔のチャープ性を有する、又は示すことができる。定義によれば、そのようなチャープ回折格子は、「線形チャープ」回折格子である。他の実施形態では、チャープ回折格子は、回折特徴部の間隔の、非線形のチャープ性を示し得る。限定するものではないが、指数チャープ、対数チャープ、又は別の、実質的に不均一又は不規則ながら単調に変化するチャープを含む、様々な非線形チャープを使用することができる。また、限定するものではないが、正弦波チャープ、三角形又は鋸歯状チャープといった、非単調チャープも使用することができる。こうしたタイプのチャープの、任意の組み合わせも使用することができる。

【0076】

様々な実施形態によれば、回折格子は、複数の結合出力された光ビーム３０２として、導波光３０４の一部を結合して出射するために、いくつかの異なる構成で配置することができる。特に、マルチビーム要素２３２の複数の回折格子は、図５に関連してより詳細に示すように、第１の回折格子及び第２の回折格子を含むことができる。

【0077】

第１の回折格子は、複数の散乱出力又は結合出力された光ビームの第１の光ビームを、放射光２０２として提供するように構成することができ、一方、第２の回折格子は、複数の散乱出力又は結合出力された光ビームの第２の光ビームを、放射光２０２として提供するように構成することができる。様々な実施形態によれば、第１及び第２の光ビームは、異なる主角度方向を有することができる。更に、いくつかの実施形態によれば、複数の回折格子には、第３の回折格子、第４の回折格子などを含めることができ、それぞれの回折格子は、異なる結合出力された光ビームを提供するように構成される。いくつかの実施形態では、複数の回折格子の、１つ又はそれ以上の回折格子は、２つ以上の結合出力された光ビームを提供することができる。

【0078】

図５は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、グローバルモードミキサ要素２２２を含む、散乱要素２３１の平面図を示す。散乱要素２３１は、例えば、第１の散乱サブ要素２３３ａ及び第２の散乱サブ要素２３３ｂを含む、複数の散乱サブ要素２３３を含むことができる。複数の散乱サブ要素２３３は、導光板２１０の表面（例えば、表面２１０’、２１０’’）に形成することができ、あるいは、導光板２１０の内部に配置することができる。特定の実施例によれば、散乱要素２３１はマルチビーム要素にすることができ、このマルチビーム要素には、複数の回折格子を含めることができる。２３３ａ及び２３３ｂなどの、散乱サブ要素２３３は、互いに独立し、かつ異なる格子特性を示すものにすることができる。図５には、散乱要素２３１のサイズｓが示されており、かつ、散乱要素２３１の境界が破線で示されている。散乱要素２３１が複数の回折格子を含むマルチビーム要素である場合、それぞれの回折格子は、上述した特性のうちの、１つ又はそれ以上を有することができる。例えば、複数の回折格子の１つ又はそれ以上の回折格子をチャープさせ、一方で、他の回折格子はチャープさせないことができる。

【0079】

散乱要素２３１は、複数の散乱サブ要素２３３を有することができ、かつ、散乱サブ要素のない空き領域を含むこともできる。グローバルモードミキサが、少なくとも部分的に平面バックライトの散乱要素２３１内に配置されるように、こうした散乱サブ要素のない空き領域内に、グローバルモードミキサ要素２２２を配置することもできる。散乱サブ要素２３３の一部又は全部は、湾曲した回折特徴部を有することができる。当業者は、例えば、溝、隆起部、穴、及び突起部を含む散乱サブ要素を、表面内、又は表面上に画定するために、様々な構造を使用できることを認識するであろう。

【0080】

いくつかの実施形態によれば、それぞれの異なる散乱要素２３１によって結合出力された、放射光２０２の複数の指向性光ビームの相対強度を制御するように、散乱要素内にあり得る散乱サブ要素２３３の密集度の差分を構成することができる。言い換えれば、散乱要素２３１は、その中に様々な密集度で散乱サブ要素２３３を有することができ、複数の結合出力された光ビーム（例えば、２０２）の相対強度を制御するように、様々な密集度（すなわち、散乱サブ要素の密集度の差分）を構成することができる。特に、複数の散乱サブ要素内に、より少ない散乱サブ要素２３３を有する散乱要素２３１は、比較的多くの散乱サブ要素２３３を有する別の散乱要素２３１よりも、強度（又はビーム密度）の低い複数の結合出力光ビームを生成し得る。回折マルチビーム要素内の、図５に示すグローバルモードミキサ要素２２２に対応する位置などを使用して、散乱サブ要素２３３の密集度の差分をもたらすことができる。散乱要素２３１の全領域が、散乱サブ要素２３３又はグローバルモードミキサ要素２２２のいずれかによって占有されるものとして示されているが、散乱要素内のいくつかの領域には、いずれの構造も含めなくてもよいことを理解されたい。

【0081】

散乱要素内の散乱サブ要素２３３の密集度の差分により、散乱要素２３１内には、一定の空き領域が残る。散乱要素内で別個に離間された散乱サブ要素２３３のうち、空き領域の一部又はすべてが開放されたままであるように、間隔に差分をもたせる手法によって、残された空き領域内にグローバルモードミキサを配置することができる。図５は、散乱要素２３１の散乱サブ要素２３３間の領域に、グローバルモードミキサを配置した例を示す。

【0082】

再び図３Ａを参照すると、平面バックライト２００は、光源２５０を更に備えることができる。様々な実施形態によれば、光源２５０は、導光板２１０内で導かれる光を提供するように構成される。具体的には、導光板２１０の入射面又は端部（入力端）に隣接して、光源２５０を設置することができる。様々な実施形態では、光源２５０は、限定するものではないが、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ（例えば、レーザダイオード）、又はそれらの組み合わせを含む、実質的に任意の光源（例えば、光エミッタ）を備えることができる。いくつかの実施形態では、光源２５０は、特定の色で示される狭帯域スペクトルを有する、実質的に単色の光を生成するように構成された、光エミッタを備えることができる。特に、この単色光の色は、特定の色空間又は色モデル（例えば、赤－緑－青（ＲＧＢ）色モデル）の、原色にすることができる。他の実施例では、光源２５０は、実質的に広帯域又は多色の光を提供するように構成された、実質的に広帯域の光源にすることができる。例えば、光源２５０は、白色光を提供することができる。いくつかの実施形態では、光源２５０は、異なる色の光を提供するように構成された、複数の異なる光エミッタを備えることができる。これらの異なる光エミッタは、異なる色の光のそれぞれに対応する、異なる色固有の、導波光の非ゼロ伝播角度を有する光を提供するように構成することができる。様々な実施形態によれば、散乱特徴部の間隔、及び他の散乱特性（例えば、突起部、穴、格子といった散乱特徴部の周期性）、並びに、導波光の伝播方向に対する、そのような特徴部の配向は、様々な光の色に対応することができる。言い換えれば、散乱要素２３１は、例えば、導波光の様々な色に合わせて調整することができる、複数の散乱要素の、様々な散乱要素で構成することができる。

【0083】

いくつかの実施形態では、光源２５０は、コリメータを更に備えることができる。このコリメータは、光源２５０の光エミッタのうち１つ又はそれ以上から、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。更に、実質的にコリメートされていない光をコリメート光に変換するように、コリメータを構成することができる。特に、いくつかの実施形態によれば、コリメータは、非ゼロ伝播角度を有し、所定のコリメーション係数に従ってコリメートされた、コリメート光を提供することができる。更に、様々な色の光エミッタが使用される場合、コリメータは、様々な色固有の非ゼロ伝播角度を有する、及び／又は、様々な色固有のコリメーション係数を有する、コリメート光を提供するように構成することができる。コリメータは更に、コリメートされた光ビームを導光板２１０に伝達して、上述した導波光２０４として伝播するように構成される。

【0084】

いくつかの実施形態では、平面バックライト２００は、導波光２０４の伝搬方向に直交する（又は実質的に直交する）方向の、導光板２１０を通る光に対して、実質的に透過性であるように構成される。特に、いくつかの実施形態では、導光板２１０、及び、散乱構造２３０の離間した散乱要素２３１（例えば、回折マルチビーム要素）により、第１の表面２１０’及び第２の表面２１０’’の両方を介して、光が導光板２１０を通過することが可能となる。散乱要素２３１のサイズが比較的小さいこと、並びに、散乱構造２３０の要素間間隔（例えば、マルチビューピクセル２０６との一対一の対応関係）が比較的大きいことの両方によって、少なくとも部分的に、透過率を促進することができる。更に、いくつかの実施形態によれば、散乱構造２３０の散乱要素２３１は、導光体の表面２１０’、２１０’’に直交して伝播する光に対して、実質的に透過性にすることができる。

【0085】

本明細書に記載の原理のいくつかの実施形態によれば、マルチビューディスプレイが提供される。このマルチビューディスプレイは、変調された光ビームを、マルチビューディスプレイのピクセルとして放射するように構成される。放射された変調光ビームは、互いに異なる主角度方向を有する（本明細書では「異なる方向に向けられた光ビーム」とも呼ぶ）。更に、放射され、変調された光ビームは、マルチビューディスプレイの複数のビュー方向に、優先的に方向付けることができる。非限定的な実施例では、マルチビューディスプレイは、フォーバイエイト（４×８）、又はエイトバイエイト（８×８）に対応する数のビュー方向を有する、ビューを含むことができる。いくつかの実施例では、マルチビューディスプレイは、３Ｄ画像又はマルチビュー画像を提供する、又は「表示」するように構成される。様々な実施例によれば、変調され、様々な方向に向けられた光ビームの個々のものは、マルチビュー画像に関連する、様々な「ビュー」の個々のピクセルに対応することができる。これらの様々なビューによって、例えば、マルチビューディスプレイによって表示される、マルチビュー画像内の情報の、「眼鏡なし」（例えば、自動立体視）表現を実現することができる。

【0086】

図６は、本明細書に開示される原理と一致する、平面バックライトの動作方法のフローチャートを示す。平面バックライトの動作方法には、導光体の長さに広く沿って、導波光として光を導くステップ６１０を含めることができる。この導波光には、少なくとも第１の指向性モード及び第２の指向性モードを含めることができる。光が導光体の長さに沿って導かれると、第１の指向性モードで導かれた光の一部は、導光板の長さに沿って延在するグローバルモードミキサを使用して、ステップ６２０で第２の指向性モードの光に変換される。平面バックライトの動作方法には、散乱構造を使用して、導光体から光を優先的に散乱出力させて放射光を提供する、ステップ６３０を更に含むことができる。この散乱構造は、第２の指向性モードで伝播する光を、優先的に導光体から散乱出力するように構成される。第１の指向性モードで導かれる光は、第２の指向性モードで導かれる光の横方向成分よりも大きい横方向成分、並びに、第２の指向性モードで導かれる光の縦方向成分よりも小さい縦方向成分の、一方又は両方を有することができる。様々な実施形態によれば、グローバルモードミキサは、第１の指向性モードの導波光部分を、導波光部分の横方向成分が減少すること、及び、導波光部分の縦方向成分が増加することの、一方又は両方を含む、第２の指向性モードの導波光に変換する。

【0087】

この平面バックライトの動作方法で使用される場合、回折格子としてグローバルモードミキサを実装することができる。そのような実施形態では、導光板などの導光体の長さに沿って、かつ横幅にわたって、この回折格子を延在させることができる。そのような場合、回折格子の回折特徴部は、導光板の長さに沿って、導波光の伝播方向に平行に整列される。回折特徴部の代わりに、又は回折特徴部と組み合わせて、グローバルモードミキサは、導光板の長さに沿って導波光の伝播方向に平行に整列した、反射ファセットを有する反射要素を使用して、モードミキシングを実行することができる。本方法には、導光体の長さに沿って離間した散乱要素のアレイを含む、散乱構造を使用することを、更に含めることができる。このような方法では、散乱要素の離間した各散乱要素の間に配置されたグローバルモードミキサを使用して、第１の指向性モードから第２の指向性モードへの光の変換を実行することができる。

【0088】

例示的な方法の他の態様には、マルチビーム要素のアレイを含む、散乱構造の使用を含めることができる。マルチビーム要素のそれぞれは、マルチビュー画像のビューのビュー方向に対応する方向を有する、指向性光ビームを含む放射光として、導光体から第２の指向性モードで導波光を散乱出力することができ、平面バックライトの動作方法には、放射光の指向性光ビームを変調して、マルチビュー画像を提供することが、更に含まれる。

【符号の説明】

【0089】

１０１第１の指向性モード
１０２第２の指向性モード
１０３第３の指向性モード
１０４第４の指向性モード
２００平面バックライト
２０２放射光
２０４導波光
２０６マルチビューピクセル
２０８ライトバルブ
２０８ａ第１のライトバルブのセット
２０８ｂ第２のライトバルブのセット
２１０導光板
２１０’ 第１の表面
２１０’’ 第２の表面
２２０グローバルモードミキサ
２２１モードミキサ要素
２２２グローバルモードミキサ要素
２３０散乱構造
２３１散乱要素
２３１ａ第１の散乱要素
２３１ｂ第２の散乱要素
２３２マルチビーム要素
２３３散乱サブ要素
２３３ａ第１の散乱サブ要素
２３３ｂ第２の散乱サブ要素
２５０光源
３０２光ビーム
３０４導波光
３２２マルチビーム要素
６１０導光体に沿って光を導くステップ
６２０第１の指向性モードから第２の指向性モードに光を変換するステップ
６３０第２のモードの光を優先的に散乱するステップ
ｘｘ方向
ｙｙ方向
ｚｚ方向
ｎｘベクトル成分
ｎｙベクトル成分
ｎｚベクトル成分
Ｄ中心間距離
ｄ中心間距離
ｓサイズ

【図1】

【図2A】

【図2B-C】

【図3A】

【図3B-C】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2023-08-18

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

平面バックライトであって、
導光板の長さに沿って光を導波光として導くように構成された、前記導光板と、
前記導光板の長さに沿って延在するグローバルモードミキサであって、第１の指向性モードで導かれた前記光の一部を、第２の指向性モードで導かれる光に変換するように構成された、グローバルモードミキサと、
前記第２の指向性モードで導かれた前記光を、放射光として優先的に前記導光板から散乱出力するように構成された、散乱構造と、を備え、
前記第１の指向性モードで導かれる前記光が、前記第２の指向性モードで導かれる前記光の横方向成分よりも大きい横方向成分、並びに、前記第２の指向性モードで導かれる前記光の縦方向成分よりも小さい縦方向成分の、一方又は両方を有する、平面バックライト。

【請求項2】

【請求項3】

前記グローバルモードミキサが、前記導光板の表面に配置される、請求項１に記載の平面バックライト。

【請求項4】

【請求項5】

【請求項6】

【請求項7】

【請求項8】

【請求項9】

前記散乱要素のアレイの各散乱要素が、マルチビーム要素を含み、前記マルチビーム要素のそれぞれが、マルチビュー画像のビューのビュー方向に対応する方向を有する、指向性光ビームを含む放射光として、前記導光板から前記第２の指向性モードで前記導波光を散乱出力するように構成される、請求項７に記載の平面バックライト。

【請求項10】

【請求項11】

【請求項12】

マルチビューバックライトであって、
光を導波光として導くように構成された、導光板と、
前記導光板の長さに沿って配置された、マルチビーム要素のアレイであって、前記マルチビーム要素のそれぞれが、マルチビュー画像の異なるビュー方向に対応する方向を有する指向性光ビームを含む放射光として、前記導波光を前記導光板から散乱出力するように構成された、マルチビーム要素のアレイと、
前記マルチビーム要素のアレイのマルチビーム要素間に分散されたグローバルモードミキサであって、第１の指向性モードに従って導かれた光を、第２の指向性モードに従って導かれる光に変換するように構成された、グローバルモードミキサと、を備え、
各マルチビーム要素が、前記第１の指向性モードに従って導かれた光に対して、前記第２の指向性モードに従って導かれた光を優先的に散乱出力するように構成される、マルチビューバックライト。

【請求項13】

前記第１の指向性モードに従って導かれる光が、
前記第２の指向性モードに従って導かれる光の、横方向成分よりも大きい横方向成分と、
前記第２の指向性モードに従って導かれる光の、縦方向成分よりも小さい縦方向成分を有する光の、一方又は両方を含み、
前記グローバルモードミキサが、前記第１の指向性モードに従って導かれた光を、前記導波光の横方向成分が減少すること、及び、縦方向成分が増加することの一方又は両方を含む、前記第２の指向性モードに従って導かれる光に変換するように構成される、請求項１２に記載のマルチビューバックライト。

【請求項14】

【請求項15】

【請求項16】

前記グローバルモードミキサが、反射要素及び屈折要素の、一方又は両方を備え、前記反射要素が、前記導光板の長さに沿って前記導波光の伝播方向に平行に整列した、反射ファセットを有し、前記グローバルモードミキサが、前記導光板の横幅にわたって、かつ前記導光板の前記長さに沿って、前記マルチビーム要素のアレイの各マルチビーム要素間に延在する、請求項１２に記載のマルチビューバックライト。

【請求項17】

【請求項18】

平面バックライトの動作方法であって、
導光板の長さに沿って、伝播方向に導波光として光を導くステップと、
前記導光板の長さに沿って延在するグローバルモードミキサを使用して、第１の指向性モードで導かれた光の一部を、第２の指向性モードで導かれる光に変換するステップと、
散乱構造を使用して前記導光板から前記導波光を散乱出力して、放射光を提供するステップであって、前記散乱構造が、前記第２の指向性モードで導かれた光を優先的に散乱出力するステップと、を含み、
前記第１の指向性モードで導かれる前記光が、前記第２の指向性モードで導かれる前記光の横方向成分よりも大きい横方向成分、及び前記第２の指向性モードで導かれる前記光の縦方向成分のよりも小さい縦方向成分の、一方又は両方を有する、
平面バックライトの動作方法。

【請求項19】

【請求項20】

前記グローバルモードミキサが、
前記導光板の横幅にわたって、かつ前記導光板の前記長さに沿って延在する回折格子であって、前記回折格子の回折特徴部が、前記導光板の長さに沿った前記導波光の前記伝播方向に平行に整列している、回折格子と、
前記導光板の長さに沿って前記導波光の前記伝播方向に平行に整列された、反射ファセットを有する反射要素の、一方又は両方を含む、請求項１８に記載の平面バックライトの動作方法。

【請求項21】

【請求項22】

前記散乱構造が、マルチビーム要素のアレイを含み、前記マルチビーム要素のそれぞれが、マルチビュー画像のビューのビュー方向に対応する方向を有する、指向性光ビームを含む放射光として、前記導光板から前記第２の指向性モードで前記導波光を散乱出力させ、前記平面バックライトの動作方法が、前記放射光の前記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ステップを更に含む、請求項１８に記載の平面バックライトの動作方法。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【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】

【発明の概要】

【0004】

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た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著名な例には、ブラウン管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、及び有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）／アクティブマトリクス式有機ＥＬ（ＡＭＯＬＥＤ）がある。放射光を考慮する場合に、典型的にパッシブに分類されるディスプレイは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤｓ）ディスプレイ及び電気泳動（ＥＰ）ディスプレイである。パッシブディスプレイは、本質的に低消費電力であることを含め、それに限らず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、いくぶん使用が限られるように感じられることがある。

【0005】

【0006】

本開示は、以下の［１］から［２２］を含む。
［１］平面バックライトであって、
導光板の長さに沿って光を導波光として導くように構成された、上記導光板と、
上記導光板の長さに沿って延在するグローバルモードミキサであって、第１の指向性モードで導かれた上記光の一部を、第２の指向性モードで導かれる光に変換するように構成された、グローバルモードミキサと、
上記第２の指向性モードで導かれた上記光を、放射光として優先的に上記導光板から散乱出力するように構成された、散乱構造と、を備え、
上記第１の指向性モードで導かれる上記光が、上記第２の指向性モードで導かれる上記光の横方向成分よりも大きい横方向成分、並びに、上記第２の指向性モードで導かれる上記光の縦方向成分よりも小さい縦方向成分の、一方又は両方を有する、平面バックライト。
［２］上記グローバルモードミキサが、上記第１の指向性モードの導波光部分を、上記導波光部分の横方向成分が減少すること、及び、上記導波光部分の縦方向成分が増加することの、一方又は両方を含む、上記第２の指向性モードの導波光に変換するように構成される、上記［１］に記載の平面バックライト。
［３］上記グローバルモードミキサが、上記導光板の表面に配置される、上記［１］に記載の平面バックライト。
［４］上記散乱構造が、上記グローバルモードミキサが配置される表面とは反対側の、上記導光板の表面に配置される、上記［３］に記載の平面バックライト。
［５］上記グローバルモードミキサが、上記導光板の横幅にわたって、かつ上記導光板の上記長さに沿って延在する、回折格子を備え、上記回折格子の回折特徴部が、上記導光板の長さに沿った上記導波光の伝播方向に平行に整列している、上記［１］に記載の平面バックライト。
［６］上記グローバルモードミキサが、上記導光板の長さに沿った上記導波光の伝播方向に平行に整列した、反射ファセットを有する反射要素を含む、上記［１］に記載の平面バックライト。
［７］上記散乱構造が、上記導光板の長さに沿って互いに離間した、散乱要素のアレイを含み、上記グローバルモードミキサが、上記散乱要素のアレイの離間した各散乱要素間に分散している、上記［１］に記載の平面バックライト。
［８］上記散乱要素のアレイの各散乱要素が、複数の散乱サブ要素を含み、上記グローバルモードミキサが、上記散乱要素内で、上記複数の散乱サブ要素の各散乱サブ要素間に更に分散している、上記［７］に記載の平面バックライト。
［９］上記散乱要素のアレイの各散乱要素が、マルチビーム要素を含み、上記マルチビーム要素のそれぞれが、マルチビュー画像のビューのビュー方向に対応する方向を有する、指向性光ビームを含む放射光として、上記導光板から上記第２の指向性モードで上記導波光を散乱出力するように構成される、上記［７］に記載の平面バックライト。
［１０］上記マルチビーム要素のそれぞれが、回折格子、微小反射要素、及び微小屈折要素のうちの、１つ又はそれ以上を含む、上記［９］に記載の平面バックライト。
［１１］上記［９］に記載の平面バックライトを含むマルチビューディスプレイであって、上記放射光の上記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た、ライトバルブのアレイを更に含み、上記マルチビーム要素が、上記ライトバルブのアレイの、ライトバルブのサイズの２５％から２００％のサイズを有する、マルチビューディスプレイ。
［１２］マルチビューバックライトであって、
光を導波光として導くように構成された、導光板と、
上記導光板の長さに沿って配置された、マルチビーム要素のアレイであって、上記マルチビーム要素のそれぞれが、マルチビュー画像の異なるビュー方向に対応する方向を有する指向性光ビームを含む放射光として、上記導波光を上記導光板から散乱出力するように構成された、マルチビーム要素のアレイと、
上記マルチビーム要素のアレイのマルチビーム要素間に分散されたグローバルモードミキサであって、第１の指向性モードに従って導かれた光を、第２の指向性モードに従って導かれる光に変換するように構成された、グローバルモードミキサと、を備え、
各マルチビーム要素が、上記第１の指向性モードに従って導かれた光に対して、上記第２の指向性モードに従って導かれた光を優先的に散乱出力するように構成される、マルチビューバックライト。
［１３］上記第１の指向性モードに従って導かれる光が、
上記第２の指向性モードに従って導かれる光の、横方向成分よりも大きい横方向成分と、
上記第２の指向性モードに従って導かれる光の、縦方向成分よりも小さい縦方向成分を有する光の、一方又は両方を含み、
上記グローバルモードミキサが、上記第１の指向性モードに従って導かれた光を、上記導波光の横方向成分が減少すること、及び、縦方向成分が増加することの一方又は両方を含む、上記第２の指向性モードに従って導かれる光に変換するように構成される、上記［１２］に記載のマルチビューバックライト。
［１４］上記グローバルモードミキサが、上記導光板の表面上に配置され、上記マルチビーム要素のアレイが、上記グローバルモードミキサが配置される上記表面に隣接して配置される、上記［１２］に記載のマルチビューバックライト。
［１５］上記グローバルモードミキサが、上記導光板の横幅にわたって、かつ上記導光板の上記長さに沿って、上記マルチビーム要素のアレイの各マルチビーム要素間に延在する回折格子を備え、上記回折格子の回折特徴部が、上記導光板の長さに沿った上記導波光の伝播方向に平行に整列している、上記［１２］に記載のマルチビューバックライト。
［１６］上記グローバルモードミキサが、上記上記反射要素及び屈折要素の、一方又は両方を備え、上記反射要素が、上記導光板の長さに沿って上記導波光の伝播方向に平行に整列した、反射ファセットを有し、上記グローバルモードミキサが、上記導光板の横幅にわたって、かつ上記導光板の上記長さに沿って、上記マルチビーム要素のアレイの各マルチビーム要素間に延在する、上記［１２］に記載のマルチビューバックライト。
［１７］上記［１２］に記載のマルチビューバックライトを含むマルチビューディスプレイであって、上記放射光の上記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たライトバルブのアレイを更に含み、上記マルチビーム要素が、上記ライトバルブのアレイの、ライトバルブのサイズの２５％から２００％のサイズを有する、マルチビューディスプレイ。
［１８］平面バックライトの動作方法であって、
導光板の長さに沿って、伝播方向に導波光として光を導くステップと、
上記導光板の長さに沿って延在するグローバルモードミキサを使用して、第１の指向性モードで導かれた光の一部を、第２の指向性モードで導かれる光に変換するステップと、
散乱構造を使用して上記導光板から上記導波光を散乱出力して、放射光を提供するステップであって、上記散乱構造が、上記第２の指向性モードで導かれた光を優先的に散乱出力するステップと、を含み、
上記第１の指向性モードで導かれる上記光が、上記第２の指向性モードで導かれる上記光の横方向成分よりも大きい横方向成分、及び上記第２の指向性モードで導かれる上記光の縦方向成分のよりも小さい縦方向成分の、一方又は両方を有する、
平面バックライトの動作方法。
［１９］上記グローバルモードミキサが、上記第１の指向性モードの導波光部分を、上記導波光部分の横方向成分が減少すること、及び、上記導波光部分の縦方向成分が増加することの一方又は両方を含む、上記第２の指向性モードの導波光に変換する、上記［１８］に記載の平面バックライトの動作方法。
［２０］上記グローバルモードミキサが、
上記導光板の横幅にわたって、かつ上記導光板の上記長さに沿って延在する回折格子であって、上記回折格子の回折特徴部が、上記導光板の長さに沿った上記導波光の上記伝播方向に平行に整列している、回折格子と、
上記導光板の長さに沿って上記導波光の上記伝播方向に平行に整列された、反射ファセットを有する反射要素の、一方又は両方を含む、上記［１８］に記載の平面バックライトの動作方法。
［２１］上記散乱構造が、上記導光板の長さに沿って互いに離間した、散乱要素のアレイを含み、上記グローバルモードミキサが、上記散乱要素のアレイの離間した散乱要素の間に分散している、上記［１８］に記載の平面バックライトの動作方法。
［２２］上記散乱構造が、マルチビーム要素のアレイを含み、上記マルチビーム要素のそれぞれが、マルチビュー画像のビューのビュー方向に対応する方向を有する、指向性光ビームを含む放射光として、上記導光板から上記第２の指向性モードで上記導波光を散乱出力させ、上記平面バックライトの動作方法が、上記放射光の上記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ステップを更に含む、上記［１８］に記載の平面バックライトの動作方法。
本明細書に記載の原理による実施例及び実施形態の様々な特徴は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって、より容易に理解することができる。ここで、同様の参照番号は、同様の構造要素を示す。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【0008】

［図１Ｂ］本明細書に記載の、２つの例示的な指向性モードの、横方向成分及び縦方向成分のグラフを示す。

【0009】

【0010】

【0011】

【0012】

【0013】

【0014】

【0015】

【0016】

【0017】

【0018】

【0019】

【図6】本明細書に開示された原理と一致する、平面バックライトの動作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】

【0020】

【0021】

【0022】

【0023】

【0024】

【0025】

【0026】

【0027】

【0028】

更に、定義によれば、導光体内をある指向性モードで導かれる光は、式（１）によって与えられる関係に制約される。

【数1】

【0029】

【0030】

【0031】

本明細書で更に詳細に説明されるように、本明細書で説明される原理によるグローバルモードミキサの実施形態は、ある指向性モードの光、又はある指向性モードで伝播する光を、別の指向性モードの光、又は別の指向性モードで伝播する光に変換するように構成される。したがって、グローバルモードミキサは、第３の指向性モード１０３で伝搬する光と相互作用することによって、第３の指向性モード１０３の光、又は第３の指向性モード１０３を有する光を、第４の指向性モード１０４の光、又は第４の指向性モード１０４を有する光に変換することができる。図１Ｂは、第３の指向性モード１０３を第４の指向性モード１０４に変換することを、曲線矢印を使用して示す。いくつかの実施形態によれば、第４の指向性モード１０４は、第３の指向性モード１０３よりも良好な、又はより望ましい特性を発揮することができる。例えば、光が第４の指向性モード１０４で伝播しているとき、光は、本明細書で更に詳細に説明するように、第３の指向性モードと比べてより優先的な、導光体の散乱構造との相互作用を発揮することができる。したがって、導光体内を伝播する光を、散乱構造によって散乱すること、又はその散乱効率を、第３の指向性モード１０３で伝播する光で達成されるであろうものよりも、第４の指向性モード１０４において改善することに、グローバルモードミキサによってもたらされるモード変換を役立てることができる。

【0032】

図２Ａから図２Ｃには、平面バックライト２００の様々な図が示されている。本明細書に開示された概念の様々な実施例が、バックライトに関連して説明されているが、当業者は、本明細書に開示されたグローバルモードミキサ及び方法は、以下でより詳細に説明するように、バックライト、より具体的にはマルチビューバックライトでの使用に限定されないことを、理解するであろう。平面バックライト２００は、導光板の長さに沿って光を導くように構成された、導光板２１０を含むことができる。グローバルモードミキサ２２０は、平面導波路の長さに沿って延在し得る。図２Ｂ及び図２Ｃでは、グローバルモードミキサ２２０は、平面バックライトの幅を横切り、導光板２１０の長さに沿って配置された、一連の線によって示されている。グローバルモードミキサ２２０は、図２Ａでは導光板２１０の下面に配置されているが、グローバルモードミキサは、導光板の上面に配置することができ、以下で更に詳細に説明するように、導光板内に配置することもできる。グローバルモードミキサ２２０は、（矢印によって示されるように）導光板２１０内に導かれた光の一部を、第１の指向性モードで導かれた光から第２の指向性モードで導かれる光に変換することができる。第１の指向性モードで導かれる光は、第２の指向性モードで導かれる光の横方向成分よりも大きい横方向成分、及び第２のモードで導かれる光の縦方向成分よりも小さい縦方向成分の、一方又は両方を有する。また、平面バックライト２００は、導光板２１０上、又はその内部に形成された、複数の散乱要素２３１を含む、散乱構造を伴うことができる。散乱構造の散乱要素２３１は、矢印で表されるように、導光体内を伝播する光を、放射光２０２として導光体から散乱出力する、又は結合出力するように構成される。図２Ａでは、散乱出力された光は、放射光２０２、又は同等に、散乱出力又は結合出力された光ビームとして、矢印を使用して示されている。

【0033】

【0034】

【0035】

【0036】

【0037】

【0038】

導光板２１０内の導波光２０４は、（例えば、約３０度から３５度の）非ゼロ伝播角で、導光板２１０に導入する、結合することができる。いくつかの実施例では、結合構造、例えば、限定するものではないが、レンズ、ミラー又は同様の反射器（例えば、傾斜したコリメート反射器）、回折格子及び角柱（図示せず）、並びにそれらの様々な組み合わせによって、非ゼロ伝搬角度での導波光２０４として、導光板２１０の入力端に光を結合することを容易にすることができる。他の実施例では、結合構造を使用せずに、又は実質的に使用せずに、（すなわち、直接又は「突き合わせ」結合を使用して）導光板２１０の入力端に、光を直接導入することができる。導波光２０４は、導光板２１０内に結合されると、導光板２１０に沿って伝播するように構成され、実質的な成分は、概して入力端から離れて（例えば、図３Ａのｘ軸に沿った方向を示す、太線矢印によって示されている）長手方向に向けられる。しかしながら、導光板２１０内の光は、複数の異なる指向性モードで伝播することができ、各指向性モードは、長手方向又はｘ方向の長手方向成分（ｎ_ｘ）、横方向又はｙ方向の横方向成分（ｎ_ｙ）、及び縦方向又はｚ方向の縦方向成分（ｎ_ｚ）によって、定義されることを理解されたい。

【0039】

【0040】

【0041】

【0042】

【0043】

【0044】

【0045】

【0046】

いくつかの実施形態によれば、グローバルモードミキサ２２０は、導光板２１０の長さに沿って離間した、複数のモードミキサ要素２２１を含む。いくつかの実施形態では、散乱要素２３１と同数のモードミキサ要素２２１を存在させることができる。あるいは、図３Ａに示されているように、散乱要素２３１とは異なる数の、モードミキサ要素２２１を存在させることができる。モードミキサ要素２２１は別個の要素として示されているが、グローバルモードミキサ２２０は、図２Ａから図２Ｃに示すように、導光板２１０の長さに沿って、連続した構造として実装できることを理解されたい。図示されていないが、導光板２１０の第１の表面２１０’及び第２の表面２１０’’の両方に、グローバルモードミキサ２２０を配置することができる。上述したように、導光板２１０の第１の表面２１０’及び第２の表面２１０’’の一方又は両方に加えて、又はその代わりに、図４Ａに示すように、導光板２１０の第１の表面２１０’と第２の表面２１０’’との間に、グローバルモードミキサ２２０を配置することもできる。

【0047】

【0048】

【0049】

【0050】

いくつかの実施形態によれば、複数の散乱要素２３１を、一次元（１Ｄ）アレイ又は二次元（２Ｄ）アレイのいずれかに配置することができる。例えば、線形の１Ｄアレイとして、散乱要素を配置することができる。別の実施例では、長方形の２Ｄアレイ、又は環状の２Ｄアレイとして、散乱要素を配置することができる。このようなマルチビューバックライトの例を、図３Ｂ及び図３Ｃに示す。更に、このアレイ（すなわち、１Ｄ又は２Ｄアレイ）は、規則的又は均一なアレイにすることができ、あるいは、不規則なアレイにすることができる。特に、アレイが規則的又は均一なものである場合、散乱要素２３１間の要素間距離（例えば、中心間距離又は間隔）は、そのアレイにわたって実質的に均一、又は一定なものになり得る。そのアレイが不規則なものである場合、散乱要素間の要素間距離は、そのアレイにわたって、又は導光板２１０の長さに沿って、変化し得る。すなわち、導光板２１０の長さにわたって、及びそれに沿って、要素間距離が変化し得る。

【0051】

様々な実施形態によれば、散乱構造２３０の散乱要素２３１には、マルチビーム要素を含めることができる。このマルチビーム要素は、その波長で導かれた光を散乱出力するように、構成することができる。本明細書の定義によれば、「マルチビーム要素」とは、複数の指向性光ビーム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。いくつかの実施形態では、マルチビーム要素は、バックライトの導光体（例えば、平面バックライト２００の導光板２１０）に光学的に結合されて、導光体内で導かれた光の一部を結合出力することによって、複数の指向性光ビームを提供することができる。他の実施形態では、マルチビーム要素は、光ビームとして放射される、光を生成することができる（例えば、光源を備えることができる）。更に、マルチビーム要素によって生成される複数の指向性光ビームの各光ビームは、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、複数の光ビーム内のある指向性光ビームは、複数の指向性光ビーム内の別の指向性光ビームとは異なる、所定の主角度方向を有する。更に、複数の指向性光ビームは、ライトフィールドを表すことができる。例えば、複数の指向性光ビームは、実質的に円錐形の空間領域に限定することができ、あるいは、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することができる。よって、組み合わさった指向性光ビーム（すなわち、複数の光ビーム）の所定の角度広がりは、ライトフィールドを表すことができる。

【0052】

【0053】

【0054】

【0055】

【0056】

【数2】

ここで、λは光の波長であり、ｍは回折次数であり、ｎは導光体の屈折率であり、ｄは回折格子の特徴部間の距離又は間隔であり、θ_ｉは回折格子への光の入射角である。簡潔にするために、式（２）では、回折格子が導光体の表面に隣接しており、導光体外面の材料の屈折率が１に等しい（すなわち、ｎ_ｏｕｔ＝１）と仮定する。一般に、回折次数ｍは整数で与えられる。回折格子によって生成された光ビームの回折角θ_ｍは、式（２）で与えられ、ここでは回折次数は正（例えば、ｍ＞０）である。例えば、回折次数ｍが１に等しい（すなわち、ｍ＝１である）とき、一次回折がもたらされる。

【0057】

【0058】

いくつかの実施形態では、マルチビーム要素のサイズは、回折格子のサイズがライトバルブのサイズの約２５パーセント（２５％）から約２００パーセント（２００％）であるように、ライトバルブのサイズに相当する。他の実施例では、マルチビーム要素のサイズは、ライトバルブのサイズの約５０パーセント（５０％）超、又はライトバルブサイズの約６０パーセント（６０％）超、又はライトバルブサイズの約７０パーセント（７０％）超、又はライトバルブサイズの約８０パーセント（８０％）超である範囲、並びに、ライトバルブのサイズの約１８０パーセント（１８０％）未満、又はライトバルブサイズの約１６０パーセント（１６０％）未満、又はライトバルブサイズの約１４０（１４０％）未満、又はライトバルブサイズの約１２０パーセント（１２０％）未満となる範囲内にある。いくつかの実施形態によれば、マルチビーム要素とライトバルブとの相当するサイズは、マルチビューディスプレイのビュー間の暗いゾーンを低減する、又はいくつかの実施例では最小化するように、選択することができる。更に、マルチビーム要素とライトバルブとの相当するサイズは、マルチビューディスプレイ、又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ビュー（又はビューピクセル）間の重なりを低減し、いくつかの実施例では最小化するように、選択することができる。

【0059】

図３Ａから図３Ｃはまた、放射光２０２の複数の指向性光ビームを変調するように構成された、ライトバルブ２０８のアレイを示す。このライトバルブのアレイは、例えば、マルチビューバックライトとして構成された平面バックライト２００を使用する、マルチビューディスプレイの一部とすることができ、本明細書の説明を容易にするために、図３Ａから図３Ｃに示されている。図３Ｃでは、ライトバルブ２０８のアレイは、その下にある、導光板２１０、グローバルモードミキサの散乱要素２３１、及びモードミキサ要素２２１を見えるようにするために、説明の目的のためにのみ、部分的に切り取られている。

【0060】

【0061】

図３Ａに示すように、第１のライトバルブのセット２０８ａは、第１の散乱要素２３１ａからの放射光２０２の指向性光ビームを受光し、かつ変調するように構成される。更に、第２のライトバルブのセット２０８ｂは、第２の散乱要素２３１ｂからの放射光２０２の指向性光ビームを受光し、かつ変調するように構成される。したがって、この実施例では、ライトバルブのアレイにおけるライトバルブのセット（例えば、第１のライトバルブのセット２０８ａ、及び第２のライトバルブのセット２０８ｂ）のそれぞれは、異なる散乱要素２３１（例えば、第１および第２の要素２３１ａ、要素２３１ｂ）、及び異なるマルチビューピクセル２０６の両方にそれぞれ対応し、ライトバルブのセットの個々のライトバルブ２０８は、図３Ａに示すように、それぞれのマルチビューピクセル２０６のサブピクセルに対応する。

【0062】

【0063】

【0064】

【0065】

【0066】

【0067】

【0068】

【0069】

【0070】

図４Ｃは、回折格子として形成されたマルチビーム要素２３２、並びに、導光板２１０のマルチビーム要素２３２と同じ側に配置された、モードミキサ要素２２１を伴うグローバルモードミキサ２２０の一部を含む、平面バックライト２００の一部の断面図を示す。この実施例では、グローバルモードミキサ２２０は、マルチビーム要素２３２などの、離間した散乱要素間の領域に分散するように配置された、モードミキサ要素２２１を含む。グローバルモードミキサ及び散乱構造に属する要素の、その他の構成及び配置については、図５に示され、以下に説明する実施例に関連してなど、他の箇所で論じることとする。

【0071】

【0072】

【0073】

【0074】

様々な実施形態によれば、回折格子は、複数の結合出力された光ビームとして、導波光２０４の一部を結合して出射するために、いくつかの異なる構成で配置することができる。特に、マルチビーム要素２３２の複数の回折格子は、図５に関連してより詳細に示すように、第１の回折格子及び第２の回折格子を含むことができる。

【0075】

【0076】

図５は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、グローバルモードミキサ要素２２２を含む、散乱要素２３１の平面図を示す。散乱要素２３１は、例えば、第１の散乱サブ要素２３３ａ及び第２の散乱サブ要素２３３ｂを含む、複数の散乱サブ要素２３３を含むことができる。複数の散乱サブ要素２３３は、導光板２１０の表面（例えば、第１および第２の表面２１０’、２１０’’）に形成することができ、あるいは、導光板２１０の内部に配置することができる。特定の実施例によれば、散乱要素２３１はマルチビーム要素にすることができ、このマルチビーム要素には、複数の回折格子を含めることができる。２３３ａ及び２３３ｂなどの、散乱サブ要素２３３は、互いに独立し、かつ異なる格子特性を示すものにすることができる。図５には、散乱要素２３１のサイズｓが示されており、かつ、散乱要素２３１の境界が破線で示されている。散乱要素２３１が複数の回折格子を含むマルチビーム要素である場合、それぞれの回折格子は、上述した特性のうちの、１つ又はそれ以上を有することができる。例えば、複数の回折格子の１つ又はそれ以上の回折格子をチャープさせ、一方で、他の回折格子はチャープさせないことができる。

【0077】

【0078】

いくつかの実施形態によれば、それぞれの異なる散乱要素２３１によって結合出力された、放射光２０２の複数の指向性光ビームの相対強度を制御するように、散乱要素２３１内の散乱サブ要素２３３の密集度の差分を構成することができる。言い換えれば、散乱要素２３１は、その中に様々な密集度で散乱サブ要素２３３を有することができ、複数の結合出力された光ビーム（例えば、２０２）の相対強度を制御するように、様々な密集度（すなわち、散乱サブ要素の密集度の差分）を構成することができる。特に、複数の散乱サブ要素内に、より少ない散乱サブ要素２３３を有する散乱要素２３１は、比較的多くの散乱サブ要素２３３を有する別の散乱要素２３１よりも、強度（又はビーム密度）の低い複数の結合出力光ビームを生成し得る。回折マルチビーム要素内の、図５に示すグローバルモードミキサ要素２２２に対応する位置などを使用して、散乱サブ要素２３３の密集度の差分をもたらすことができる。散乱要素２３１の全領域が、散乱サブ要素２３３又はグローバルモードミキサ要素２２２のいずれかによって占有されるものとして示されているが、散乱要素内のいくつかの領域には、いずれの構造も含めなくてもよいことを理解されたい。

【0079】

【0080】

【0081】

【0082】

いくつかの実施形態では、平面バックライト２００は、導波光２０４の伝搬方向に直交する（又は実質的に直交する）方向の、導光板２１０を通る光に対して、実質的に透過性であるように構成される。特に、いくつかの実施形態では、導光板２１０、及び、散乱構造２３０の離間した散乱要素２３１（例えば、回折マルチビーム要素）により、第１の表面２１０’及び第２の表面２１０’’の両方を介して、光が導光板２１０を通過することが可能となる。散乱要素２３１のサイズが比較的小さいこと、並びに、散乱構造２３０の要素間間隔（例えば、マルチビューピクセル２０６との一対一の対応関係）が比較的大きいことの両方によって、少なくとも部分的に、透過率を促進することができる。更に、いくつかの実施形態によれば、散乱構造２３０の散乱要素２３１は、導光体の第１および第２の表面２１０’、２１０’’に直交して伝播する光に対して、実質的に透過性にすることができる。

【0083】

【0084】

【0085】

【0086】

【符号の説明】

【0087】