包括光导的一些实施例可以被称为“侧光式PCS”或“侧光式GPH-PCS”。
[0106]图8-11图示了依照本发明的一些实施例的GPH-PCS布置，其包括定位在PR元件之前的附加元件(例如，以接收从GPH元件输出的正交圆偏振)和/或定位在PR元件之后的其他等同元件(诸如棱镜、透镜阵列等)。
[0107]特别地，图8图示了依照本文中描述的一些实施例的类似于图1或7但进一步包括附加偏振光栅(PG)元件870和四分之一波(QW)延迟器元件880的GPH-PCS布置800。在图8中，图7的光导和隔片元件760和750也可以被包括在类似的位置上，但为了清楚起见未示出。如图8中所示，从所述一个或多个光源805输出的光传播通过GPH 810以在焦平面处产生焦斑点817，PR元件820定位在该焦斑点817处或者靠近该焦斑点817。PG元件870被布置成接收从PR元件820输出的光，并且跟随有(例如，被配置成提供QW延迟的)单域延迟器元件880。在该实施例中，PR元件820被配置成在至少一个区825/830中提供半波延迟(而非前面讨论的四分之一波延迟)。PG元件870可以对应于图3B所示的PG 310b，具有在I方向上的其光轴变化。因此，PG元件870接收从PR元件820的(一个或多个)半波延迟区输出的圆偏振光，并且在面外维度上(即，与纸面垂直)衍射该圆偏振光，从而添加彩色角度色散。QW延迟器元件880接收从PG元件输出的色度分离的圆偏振光，并且将其转换成目标或期望偏振状态(示出为线偏振)。
[0108]图9图示了依照本文中描述的一些实施例的类似于图1或7但进一步包括定位在PR元件920之前的PG元件970 (例如，以向PR元件920提供光输出)的GPH-PCS布置900。在图9中，图7的光导760和隔片750元件也可以被包括在类似的位置内，但是为了清楚起见未示出。如图9中所示，GPH元件910被布置成接收来自光源905的光，并且PG元件970被布置或定位成接收从GPH元件910输出的光，使得PR元件920接收从PG元件970输出的偏振光。PG元件970可以对应于图3B所示的PG 310b，具有在y方向上的其光轴变化。特别地，PG元件970接收来自GPH元件910的具有正交圆偏振的聚焦和散焦光，并且在面外维度(即，与图示的平面垂直)上衍射正交圆偏振的光，从而添加角度色散。可以被配置成在一个或多个区925、930中提供四分之一波延迟的PR元件920接收从PG元件970输出的色度分离的圆偏振光，并且将其转换成目标或期望的输出偏振状态，其在图9中通过示例的方式被示出为线偏振。尽管本文中主要参考具有单个域的PG进行说明，但是将理解的是，具有多个域/不同延迟区的PG可以用于本文中描述的实施例中的任一个中。
[0109]图10图示了依照本文中描述的一些实施例的类似于图8、进一步包括附加偏振片1040的GPH-PCS布置1000。在图10中，图7的光导760和隔片750元件也可以被包括在类似的位置上，但是为了清楚起见未示出。如图10中所示，GPH元件1010被布置成接收来自光源1005的光，PR元件1020 (包括不同延迟区1025、1030)被布置成接收从GPH元件1010输出的光，PG元件1070被布置成接收从PR元件1020输出的光，并且单域延迟器元件1080被布置成接收从PG 1070输出的光。偏振片1040被布置在单域延迟器1080 (其可以例如被配置成提供QW延迟)之后(例如，以接收从单域延迟器1080输出的光)。因此，从单域延迟器1080输出的光传播通过附加偏振片1040 (例如，如经常在IXD中使用的线偏振片)，其可以通过移除具有不同于目标或期望偏振状态(示出为线偏振)的偏振状态的残余光来“清理”输出偏振。
[0110]图11图示了依照本文中描述的一些实施例的类似于图9、进一步包括附加偏振片1140的GPH-PCS布置1100。在图11中，图7的光导760和隔片750元件也可以被包括在类似的位置内，但是为了清楚起见未示出。如图11中所示，GPH元件1110被布置成接收来自光源1105的光，PG元件1170被布置成接收从GPH元件1010输出的光，并且PR元件1120(包括不同延迟区1125、1130)被布置成接收从PG元件1170输出的光。偏振片1140被布置在PR元件1120之后(例如，以接收从PR元件1120输出的光)。偏振片1140 (例如，如IXD中使用的常规线偏振片)的添加将通过移除具有不同于目标输出偏振的偏振的任何残余光来清理输出偏振。因此，从PR元件1120输出的光传播通过附加偏振片1140 (例如，如IXD中经常使用的线偏振片)，以通过移除具有不同于目标或期望偏振状态(示出为线偏振)的偏振状态的残余光来清理输出。
[0111]图12是图示出依照本文中描述的一些实施例的侧光式GPH-PCS 1200的角度和维度参数的俯视图。特别地，图12更详细地图示了图7的GPH-PCS布置的仿真操作和几何结构，为了清楚起见省略了隔片750和光导760的元件。所示的参数是在旁轴近似中估计的，这假定光线用光学系统的轴做出的角度是小的，并且光线接近该轴传播。
[0112]现在参考图12，因为当GPH元件1210被配置为如图2A中图示的偏振敏感的柱面透镜(即，用于一维聚焦)时，在GPH元件的中心部分1209处的光轴变化限定的图案的周期如在边缘部分1208处的周期相比相对较大，所以入射在中心部分1209上的光直接穿过而没有很大的重定向(例如，基本上没有更改传播方向)。这个几何结构限定具有尺寸N =2/ani/nJ^PR元件(LWP 1220)的区1230上的焦斑点1217的长度，其中/为焦距并且a为入射光散度。变量ndP η 2分别指示在PCS的外部(例如，空气)和内部(例如，玻璃)的介质的折射率。焦斑点尺寸N可以被限定为N = 2/(β-β ’)，其中角度β = Μ/2/和角度β’ = -1i1 α /η2 + λ c/ (Amin η2)由光栅等式导出，其中Amin为最小光栅周期并且M为GPH元件1210的中心部分1209限定的透镜的直径。因此，GPH 1210的最小周期可以如下导出:Λ_ = 2/ Ac / (n2M)，其中λ c为输入光的中心波长(例如，550nm)。例如，如果M = 3.2 mm, a = ±15°，H1 = 1，并且n2=l.5，则几何相位透镜1210的焦距和f数(例如，焦距/与直径M之比)可以针对如图13和图14中所示的各种最小周期来估计。可以关于图2B中图示的二维球面几何相位透镜210b应用类似的推理。
[0113]图13是图示出依照本文中描述的一些实施例的几何相位透镜的焦距估计的图表。图14是图示出依照本文中描述的一些实施例的几何相位透镜的f数估计的图表。如图13和14中所示，焦距/和f数/ /M随着GPH元件的变化的局部光轴取向限定的图案的间距或周期Λ增大而线性增大。
[0114]图15是图示出用于本文中描述的GPH元件的变化的光轴取向限定的若干最小周期的偏振转换效率估计的图表。特别地，图15示出三种情况的转换效率:(i)D > 3M，(ii)D=2M，和(iii ) D=M，其中D为光源(例如，LED)的中心之间的距离，并且M=3.2如同前面描述的示例中的那样。结果说明，当D=2M且最小周期Λ_近似为1.5 Pm时，可以实现约86%或更高的转换效率。然而，将理解的是，图15的图表基于具有100%衍射效率的GPH和100%偏振转换效率的图案化延迟器的理论(或“完美”)光学系统。
[0115]图16Α图示了对应于图7Α的GPH-PCS布置的模型几何结构1600的仿真，其中源在左边并且光导在右边，而图16Β和16C分别图示了在仿真中使用的非偏振输入光源在依照本文中描述的一些实施例的GPH的(例如，输入光入射到其上的)“前表面”处的辐照图和图表。如图16Α中所示，图7Α的GPH-PCS布置被建模在商业光线跟踪仿真工具内。图16Β和16C图示了填充侧光式GPH-PCS在其输入面的区域、具有±15° (面内)Χ±10° (面夕卜)发散角的非偏振光源和模拟该光源(例如，LED)的周期性阵列、具有完美镜面侧边的3.2mm厚且6.4 _宽的光导的特性。光源被定位为紧接在GPH之前。
[0116]在图16A-16C中，GPH元件被建模为偏振敏感的柱面透镜，其最小周期被设定在1.5 _，估计的焦距近似为6.5 mm，并且f数近似为2。该仿真包括跨GPH元件的区域变化的1~4%的零阶泄漏。具有两个不同区的PR元件被定位为离GPH元件近似6 mm，所述两个不同区具有带有正交光轴(例如，±45° )的四分之一波延迟。里面的-45°区近似2.4 mm宽，并且外面的+45°区(总共)近似4 mm宽，一半在里面区的每一侧。GPH和PR元件对齐并且它们之间光学地层压有隔片(并且，在当前的示例中，没有其他光学元件)，如图7A中所图示的。
[0117]该仿真证实了 GPH元件使近似一半的非偏振输入光朝向焦斑点聚焦，其中图案化延迟器的里面的-45°区被定位，并且另一半光朝向图案化延迟器元件的所有区发散。图案化延迟器元件的里面的区将聚焦光的偏振状态转换成线偏振，并且图案化延迟器元件的外面的区将发散光的偏振状态转换成相同的线偏振。然而，穿过图案化延迟器的里面的区的发散光的偏振状态被转换成正交线偏振，这引起减小偏振转换效率的不正确的偏振输出。为了估计转换效率，仿真完美的线偏振片(即，具有无限的消光比且沿着偏振片透射轴没有损耗)并且将其定位在侧光式GPH-PCS之后，并且检查在光导的后表面处发射的通量。利用图17B-17C中示出空间剖面，得到的输出被线偏振化有近似72%的正确偏振。
[0118]图17A图示了对应于图7A的GPH-PCS布置的模型几何结构1700的仿真，其中源在左边并且光导在右边，而图17B和17C分别图示了线偏振输出在偏振片之后近似4 _的光导(即，被标记为“集成块”)的“后表面”处的辐照图和图表。在本文中描述的若干实施例中，从GPH元件输出的光束被正交圆偏振化，并且由(如例如在图4A和4B中所示的)具有带有分开约90°的光轴的四分之一波延迟的图案化延迟器转换成线偏振。然而，将理解的是，这个结果可以替换地通过将单片四分之一波延迟器元件布置在GPH之后以首先将其转换成正交线偏振，以及通过使用一个区具有半波延迟并且另一个具有零有效延迟的替换的图案化延迟器来实现。更具体地，将理解的是，本发明的实施例包括可以被布置成接收来自GPH的两个正交偏振化光束并且输出单个或接近单个偏振状态的单片的和图案化延迟器的任何组合，以实现如前面关于具有单个图案化延迟器的特定实施例讨论的相同或类似结果。
[0119]在一些实施例中，本文中描述的GPH-PCS元件中的一个或多个可以用作用于平板显示器的背光或前光，所述平板显示器包括但不限于液晶显示器(IXD)、基于诸如Mirasol?之类的微机电系统(MEMS)的干涉调制器显示器以及诸如电子墨水(E Ink)之类的电泳显示器。当本发明的实施例用作LCD内的背光时，其可以被称为“背光单元”(BLU)，并且可以通过在将光提供给LC面板之前高效地将非偏振光转换成偏振光而在显示器系统中提供亮度增强。包括如本文中描述的光导的一些实施例可以被称为具有GPH-PCS的侧光式背光单元(BLU)，或者更简单地，GPH-BLU。当本发明的实施例用作用于反射式平面显示器的前光时，该前