采用定向散射功能的模式可选背光、方法和显示器与流程

本申请要求于2016年10月5日提交的序列号为62/404,751的美国临时专利申请的优先权，通过引用将其全文并入于此。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

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背景技术：

电子显示器是用于向各种设备和产品的用户传达信息的几乎无处不在的介质。最常采用的电子显示器包括阴极射线管(crt)、等离子显示面板(pdp)、液晶显示器(lcd)、电致发光显示器(el)、有机发光二极管(oled)和有源矩阵oled(amoled)显示器、电泳显示器(ep)和采用机电或电流体光调制的各种显示器(例如，数字微镜设备、电润湿显示器等)。通常，电子显示器可以被分类为有源显示器(即，发光的显示器)或无源显示器(即，调制另一源提供的光的显示器)。有源显示器最明显的示例是crt、pdp和oled/amoled。在考虑所发射光时通常被分类为无源显示器是lcd和ep显示器。无源显示器虽然经常显示出有吸引力的性能特征，包括但不限于固有的低功耗，考虑到缺乏发光能力，在许多实际应用中可能会发现其使用有限。

为了克服无源显示器与发射光相关联的限制，许多无源显示器被耦合到外部光源。耦合光源可以允许这些原本的无源显示器发光并且基本上用作有源显示器。这种耦合光源的示例是背光。背光可以用作光源(通常是面板背光)，其放置在原本的无源显示器的后面以照亮无源显示器。例如，背光可以耦合到lcd或ep显示器。背光发射通过lcd或ep显示器的光。发射光由lcd或ep显示器调制，并且调制的光然后依次从lcd或ep显示器发射。通常背光被配置为发射白光。然后使用彩色滤光片将白光转换成显示器中使用的各种颜色。例如，彩色滤光片可以放置在lcd或ep显示器的输出端(较不常用)或背光与lcd或ep显示器之间。

附图说明

根据在本文中描述的原理的示例和实施例的各种特征可以通过参考以下结合附图的详细描述而更容易理解，其中相同的附图标记表示相同的结构元件，并且其中：

图1a示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的透视图。

图1b示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的具有对应于多视图显示器的视图方向的特定主角方向的光束的角分量的图形表示。

图2示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的衍射光栅的横截面图。

图3a示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的模式可选背光的横截面图。

图3b示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的模式可选背光的平面图。

图3c示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的模式可选背光的透视图。

图4a示出了根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例的示例中的模式可选背光的横截面图。

图4b示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的图4a中示出的模式可选背光的横截面图。

图5示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的模式可选背光的一部分的横截面图。

图6a示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的、包括多波束元件的多个衍射光栅的模式可选背光的一部分的横截面图。

图6b示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的图6a中所示的多个衍射光栅的平面图。

图7a示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的多波束元件的平面图。

图7b示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的另一多波束元件的平面图。

图8示出了根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例的示例中的、包括多波束元件的模式可选背光的一部分的横截面图。

图9示出了根据与在本文中描述的原理一致的又一实施例的示例中的、包括多波束元件的模式可选背光的一部分的横截面图。

图10示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的模式可选显示器的框图。

图11示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的操作模式可选背光的方法的流程图。

某些示例和实施例具有除了以上参考的附图中所示的特征之外并且代替以上参考的附图中所示的特征中的一个的其它特征。下面参照上面参考的附图详细描述这些和其它特征。

具体实施方式

根据在本文中描述的原理的示例和实施例提供了应用于模式可选显示器的模式可选背光。与在本文中描述的原理一致的实施例提供了模式可选背光，其采用被配置为通过从光导中散射出在光导内传播的被引导光的一部分来提供发射光的多个定向散射特征。根据各种实施例，通过在不同操作模式期间控制被引导光的传播方向，可以模式选择发射光的特性。

例如，在第一操作模式期间，多个定向散射特征的第一定向散射特征可以被配置为从在光导内具有第一传播方向的被引导光中提供第一发射光。可替代地，在第二操作模式中，多个定向散射特征的第二定向散射特征可以被配置为从在光导内具有第二传播方向的被引导光中提供第二发射光。在一些实施例中，第一发射光可以是但不限于漫射或单向的光。另一方面，根据各种实施例，由第二定向散射特征提供的第二发射光是定向的，其包括具有彼此不同主角方向的多个定向光束。

在一些实施例中，漫射的或单向的第一发射光可以提供在第一操作模式期间支持或便于显示二维(2d)图像的背光。在第二操作模式中，第二发射光的定向光束可以提供背光，该背光被配置为支持显示多视图图像(例如，通过多视图显示器)、与多视图图像(或等效地多视图显示器)的各种视图的不同视图方向对应的不同主角方向。在本文中描述的模式可选背光和模式可选显示器的使用包括但不限于移动电话(例如，智能电话)、手表、平板计算机、移动计算机(例如，膝上型计算机)、个人计算机和计算机监视器、汽车显示控制台、相机显示器和各种其他移动以及基本上非移动的显示应用和设备。

在本文中，“二维显示器”或“2d显示器”被定义为这样的显示器：其被配置为不管从哪个方向观看图像(即，在预定视角或2d显示器范围内)，都提供基本相同的图像的视图。可以在智能电话和计算机监视器中找到的传统液晶显示器(lcd)是2d显示器的示例。与此相反，“多视图显示器”被定义为被配置为在不同视图方向中或从不同视图方向提供多视图图像的不同视图的电子显示器或显示系统。具体地，不同视图可以表示多视图图像的场景或对象的不同透视图。

图1a示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器10的透视图。如图1a所示，多视图显示器10包括屏幕12以显示要被观看的多视图图像。例如，屏幕12可以是电话(例如，移动电话、智能电话等)、平板计算机、膝上型计算机、台式计算机的计算机显示器、相机显示器或者基本上任何其他设备的电子显示器的显示屏幕。

多视图显示器10在相对于屏幕12的不同视图方向16上提供多视图图像的不同视图14。视图方向16被示出为从屏幕12以各种不同主角方向(或简单地不同的方向)延伸的箭头；不同的视图14在箭头(即，描绘视图方向16)的终点处被示出为阴影的多边形框；并且仅示出了四个视图14和四个视图方向16，全部都是以示例的方式而非限制。注意，尽管在图1a中将不同视图14示出为位于屏幕上方，但是当在多视图显示器10上显示多视图图像时，视图14实际上出现在屏幕12上或屏幕12附近。描绘屏幕12上方的视图14仅用于简单说明并且意在表示从对应于特定视图14的视图方向16中的相应的一个观看多视图显示器10。

根据在本文中的定义，具有对应于多视图显示器的视图方向的方向的视图方向或等效光束通常具有由角分量{θ，φ}给出的主角方向。角分量θ在本文中被称为光束的“仰角分量”或“仰角”。角分量φ被称为光束的“方位角分量”或“方位角”。根据定义，仰角θ是垂直平面中的角度(例如，垂直于多视图显示屏幕的平面)，而方位角φ是水平平面中的角度(例如，平行于多视图显示屏幕的平面)。

图1b示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的具有对应于多视图显示器的视图方向(例如，图1a中的视图方向16)的特定主角方向或简单“方向”的光束20的角分量{θ，φ}的图形表示。此外，根据在本文中的定义，光束20从特定点发射或放射。也就是说，根据定义，光束20具有与多视图显示器内的特定原点相关联的中心光线。图1b还示出了原点o的光束(或视图方向)点。

此外，在本文中，在术语“多视图图像”和“多视图显示器”中使用的术语“多视图”被定义为表示不同视角或包括多个视图的视图之间的角度差异的多个视图。另外，在本文中术语“多视图”明确地包括多于两个不同的视图(即，最少三个视图并且通常多于三个视图)，根据在本文中的定义。这样，在本文中采用的“多视图显示器”明确区别于仅包括两个不同视图以表示场景或图像的立体显示器。然而注意，虽然多视图图像和多视图显示器可以包括多于两个视图，但是根据在本文中的定义，可以通过仅选择多视图视图中的两个来同时观看(例如，每只眼睛一个视图)，多视图图像可以被作为立体图像对观看(例如，在多视图显示器上)。

“多视图像素”在本文中被定义为多视图显示器的类似的多个不同视图中的每一个中的“视图”像素或一组子像素。具体地，多视图像素可以具有与多视图图像的每个不同视图中的视图像素对应的或表示多视图图像的每个不同视图中的视图像素的各个视图像素。此外，根据在本文中的定义，多视图像素的视图像素是所谓的“定向像素”，其中每个视图像素与不同视图中的对应的一个的预定视图方向相关联。此外，根据各种示例和实施例，多视图像素的不同视图像素可以在每个不同视图中具有等效的或至少基本类似的位置或坐标。例如，第一多视图像素可具有位于多视图图像的不同视图中的每一个中的{x1，y1}处的各个视图像素，而第二多视图像素可具有位于不同视图中的每一个中的{x2，y2}处的各个视图像素等。

在一些实施例中，多视图像素中的视图像素的数量可以等于多视图显示器的视图的数量。例如，多视图像素可以提供与具有64个不同视图的多视图显示器相关联的六十四(64)个视图像素。在另一示例中，多视图显示器可以提供八乘四视图阵列(即，32个视图)，并且多视图像素可以包括三十二(32)个视图像素(即，对于每个视图一个)。另外，例如，每个不同的视图像素可具有对应于与64个不同视图对应的视图方向中的不同的一个的关联方向(例如，光束方向)。此外，根据一些实施例，多视图显示器中的多视图像素的数量可以基本上等于多视图显示器视图中的“视图”像素(即，组成所选视图的像素)的数量。例如，如果视图包括六百四十乘四百八十个视图像素(即，640×480视图分辨率)，则多视图显示器可以具有三十万零七千二百(307,200)个多视图像素。在另一示例中，当视图包括一百乘一百个像素时，多视图显示器可以包括总共一万(即，100×100＝10,000)个多视图像素。

在本文中，“光导”被定义为使用全内反射或“tir”在结构内引导光的结构。具体地，光导可以包括在光导的工作波长上基本上透明的芯。在各种示例中，术语“光导”通常指采用全内反射来在光导的电介质材料与围绕该光导的材料或介质之间的界面处引导光的电介质光波导。根据定义，全内反射的条件是光导的折射率大于邻近光导材料的表面的周围介质的折射率。在一些实施例中，除了或代替上述折射率差，光导可以包括涂层以进一步促进全内反射。例如，涂层可以是反射涂层。光导可以是几个光导中的任何一个，包括但不限于板或平板光导和条状光导中的一个或两个。

此外，在本文中，当术语“板”应用于如在“板光导”中的光导时被定义为分段或不同平面的层或片，其有时被称为“平板”光导。具体地，板光导被定义为被配置为在由光导的顶表面和底表面(即，相对表面)界定的两个基本正交的方向上引导光的光导。此外，根据在本文中的定义，顶表面和底表面都彼此分离并且可以至少在差异意义上基本彼此平行。也就是说，在板光导的任何不同的小部分内，顶表面和底表面基本平行或共平面。

在一些实施例中，板光导可以是基本平坦的(即，局限于平面)，并且因此板光导是平面光导。在其他实施例中，板光导可以在一个或两个正交维度上弯曲。例如，板光导可以在单个维度弯曲以形成圆柱形板光导。然而，任何弯曲都具有足够大的弯曲半径以确保在板光导内保持全内反射以引导光。

在本文中，“角度保持散射特征”或等效地“角度保持散射体”是被配置为以在散射光中基本上保持入射在特征或散射体上的光的角展度的方式散射光的任何特征或散射体。具体地，根据定义，由角度保持散射特征散射的光的角展度σs是入射光的角展度σ的函数(即，σs＝f(σ))。在一些实施例中，散射光的角展度σs是入射光的角展度或准直因子σ的线性函数(例如，σs＝α·σ，其中α是整数)。也就是说，由角度保持散射特征散射的光的角展度σs可以基本上与入射光的角展度或准直因子σ成比例。例如，散射光的角展度σs可以基本上等于入射光角展度σ(例如，σs≈σ)。均匀衍射光栅(即，具有基本均匀或恒定的衍射特征间隔或光栅间距的衍射光栅)是角度保持散射特征的一个示例。与此相反，根据在本文中的定义，朗伯散射体或朗伯反射器以及普通漫射器(例如，具有朗伯散射或接近朗伯散射)不是角度保持散射体。

在本文中，“衍射光栅”通常被定义为被布置为提供入射在衍射光栅上的光的衍射的多个特征(即，衍射特征)。在一些示例中，可以以周期性或准周期性的方式来布置多个特征。例如，衍射光栅可以包括以一维(1d)阵列布置的多个特征(例如，材料表面上的多个槽或脊)。在其他示例中，衍射光栅可以是特征的二维(2d)阵列。例如，衍射光栅可以是材料表面上的凸块或材料表面中的孔的2d阵列。

这样，并且根据在本文中的定义，“衍射光栅”是提供入射在衍射光栅上的光的衍射的结构。如果光从光导入射到衍射光栅上，则可以导致所提供的衍射或衍射散射，并因此被称为“衍射耦合”，其中衍射光栅可以通过衍射将光耦合出光导。衍射光栅还通过衍射(即，以衍射角)重定向或改变光的角度。具体地，作为衍射的结果，离开衍射光栅的光通常具有与入射在衍射光栅上的光(即，入射光)的传播方向不同的传播方向。通过衍射在光的传播方向上的改变在本文中被称为“衍射重定向”。因此，衍射光栅可被理解为包括衍射特征的结构，该衍射特征衍射地重定向入射在衍射光栅上的光，并且如果光从光导入射，则衍射光栅还可将光从光导衍射地耦合出来。

此外，根据在本文中的定义，衍射光栅的特征被称为“衍射特征”，并且可以是在材料表面处、材料表面中和材料表面上(即，两种材料之间的边界)的一个或多个。例如，该表面可以是光导的表面。衍射特征可以包括衍射光的各种结构中的任何一种，包括但不限于表面处、表面中或表面上的槽、脊、孔和凸块中的一个或多个。例如，衍射光栅可以包括在材料表面中多个基本平行的槽。在另一示例中，衍射光栅可以包括从材料表面上升起的多个平行脊。衍射特征(例如，槽、脊、孔、凸块等)可以具有提供衍射的各种横截面形状或轮廓中的任何一种，包括但不限于正弦曲线轮廓、矩形轮廓(例如，二元衍射光栅)、三角形轮廓和锯齿轮廓(例如闪耀光栅)中的一个或多个。

根据在本文中所述的各种示例，可以采用衍射光栅(例如，如下所述的多波束元件的衍射光栅)来将光衍射地散射或耦合出光导(例如，板光导)作为光束。具体地，局部周期性衍射光栅的衍射角θm或者由局部周期性衍射光栅提供的衍射角θm可以由等式(1)给出：

其中λ是光的波长，m是衍射级数，n是光导的折射率，d是衍射光栅的特征之间的距离或间隔，θi是衍射光栅上的光的入射角。为简单起见，等式(1)假定衍射光栅与光导的表面邻近，并且光导外部的材料的折射率等于1(即，nout＝1)。通常，衍射级数m由整数给出。由衍射光栅产生的光束的衍射角θm可以由衍射级数为正(例如，m>0)的等式(1)给出。例如，当衍射级数m等于1(即，m＝1)时提供一级衍射。

图2示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的衍射光栅30的横截面图。例如，衍射光栅30可以位于光导40的表面上。另外，图2示出以入射角θi入射在衍射光栅30上的光束50。入射光束50是光导40内的被引导光束。图2中还示出了由衍射光栅30衍射地产生并耦合出作为入射光束50的衍射结果的定向光束60。定向光束60具有由等式(1)给出的衍射角θm(或者本文中的“主角方向”)。衍射角θm可以对应于衍射光栅30的衍射级数“m”。

在本文中，“定向散射特征”被定义为散射结构，其选择性地或优先地散射具有特定或预定传播方向的光，同时不散射或基本上不散射具有另一个或不同传播方向的光。例如，定向散射特征可以被配置为选择性地散射具有第一传播方向的光。此外，定向散射特征可以不散射具有不同于第一传播方向的第二传播方向的光。因此，根据定义，定向散射特征相对于入射在定向散射特征上的光的方向是方向选择性的。相比之下，朗伯散射结构(以及类似的散射结构)通常不是定向散射特征，因为这种散射结构固有地对入射光的方向不敏感。

根据在本文中的定义，“多波束元件”是产生包括多个光束的光的背光或显示器的结构或元件。在一些实施例中，多波束元件可以光学地耦合到背光的光导，以通过耦合出在光导中引导的光的一部分来提供多个光束。此外，根据在本文中的定义，由多波束元件产生的多个光束的光束具有彼此不同主角方向。具体地，根据定义，多个光束中的光束具有与多个光束中的另一光束不同的预定主角方向。因此，根据在本文中的定义，光束被称为“定向光束”并且多个光束可以被称为“多个定向光束”。

此外，多个定向光束可以表示光场。例如，多个定向光束可以被限制在基本上圆锥形的空间区域中或者具有包括多个光束中的光束的不同主角方向的预定角展度。因此，组合定向光束的预定角展度(即，多个光束)可以表示光场。

根据各种实施例，多个各种定向光束的不同主角方向由包括但不限于多波束元件的尺寸(例如，长度、宽度、面积等)的特性确定。在一些实施例中，根据在本文中的定义，多波束元件可以被认为是“扩展的点光源”，即，跨越多波束元件的范围分布的多个点光源。此外，根据在本文中的定义，并且上述相对于图1b，由多波束元件产生的定向光束具有由角分量{θ，φ}给定的主角方向

在本文中，“准直器”被定义为基本上任何被配置为准直光的光学设备或装置。根据各种实施例，由准直器提供的准直量可以从一个实施例到另一实施例以预定度或量变化。此外，准直器可以被配置为在两个正交方向(例如，垂直方向和水平方向)中的一个或两个上提供准直。也就是说，根据一些实施例，准直器可以包括在提供光准直的两个正交方向中的一个或两个上的形状。

在本文中，“准直因子”被定义为光被准直的度。具体地，根据在本文中的定义，准直因子描绘了准直光束内的光线的角展度。例如，准直因子σ可以指定准直光束中的大部分光线在特定角展度内(例如，关于准直光束的中心或特定主角方向的+/-σ度)。根据一些示例，准直光束的光线根据角度可以具有高斯分布，并且角展度是由准直光束的峰值强度的一半确定的角度。

在本文中，“光源”通常被定义为光的源(例如，被配置为产生和发射光的光发射器)。例如，光源可以包括光发射器，诸如当激活或开启时发光的发光二极管(led)。具体地，在本文中光源可以基本上是任何光源，或者基本上包括任何光发射器，包括但不限于发光二极管(led)、激光器、有机发光二极管(oled)、聚合物发光二极管、基于等离子体的光发射器、荧光灯、白炽灯以及几乎任何其它光源中的一个或多个。由光源产生的光可以具有颜色(即，可以包括特定波长的光)，或者可以是一定波长范围(例如，白光)。在一些实施例中，光源可以包括多个光发射器。例如，光源可以包括一套或一组光发射器，其中至少一个光发射器产生具有颜色或等效波长的光，该颜色或波长不同于由一套或一组中的至少一个其它光发射器产生的光的颜色或波长。例如，不同的颜色可以包括原色(例如红、绿、蓝)。

这里，“视框”被定义为空间的区域或体积，其中由显示器或其他光学系统(例如，透镜系统)形成的图像是可见的并且因此可以被观看。换句话说，视框定义了在其中可以放置用户眼睛的空间中的位置或区域，以便观看由显示器或显示系统产生的图像。此外，视框通常足够大以容纳用户的双眼。在一些实施例中，视框可以表示二维空间区域(例如，具有长度和宽度但没有实质深度的区域)，而在其他实施例中，视框可以包括三维空间区域(例如，具有长度、宽度和深度的区域)。此外，虽然被称为“框”，但是视框可以不限于形状为多边形或矩形的盒子。例如，在一些实施例中，视框可包括圆柱形空间区域。在其他示例中，空间区域可以具有各种其他形状，包括但不限于椭圆柱体、双曲柱体和一般椭圆体。

此外，如在本文中所使用的，冠词“一”旨在具有其在专利领域中的普通含义，即“一个或多个”。例如，“定向散射特征”指一个或多个定向散射特征，并且这样“定向散射特征”在本文中是指“(一个或多个)定向散射特征”。此外，在本文中对“顶”、“底”、“上方”、“下方”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”的任何提及并非旨在成为在本文中的限制。在本文中，术语“约”在应用于值时通常指在用于产生该值的设备的公差范围内，或者可以指正或负10％、或正或负5％、或正或负1％，除非另有明确规定。此外，在本文中所用的术语“基本上”指大部分、或几乎全部、或全部、或约51％至约100％范围内的量。此外，在本文中的示例仅旨在说明并且出于讨论的目的而不是作为限制。

根据在本文中描述的原理的一些实施例，提供了模式可选背光。图3a示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的模式可选背光100的横截面图。图3b示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的模式可选背光100的平面图。图3c示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的模式可选背光100的透视图。在图3a和3b中，模式可选背光100的第一操作模式(模式1)在图的左半部分中示出，并且第二操作模式(模式2)在右半部分中示出，即分别示于图3a-3b中的虚线的左侧和右侧。

图3a-3c中所示的模式可选背光100被配置为提供发射光102。发射光102被配置为具有通常远离模式可选背光100的表面(例如，发射表面)的方向。在一些实施例中，例如，发射光102可用于各种应用中，诸如但不限于照亮显示器应用中的光阀(例如，光阀106)的阵列。

在模式可选背光100的各种操作模式中，发射光102可具有或表现出不同的特性。例如，如下面更详细描述的，在第一操作模式中，模式可选背光100可以提供具有单个或基本均匀方向的发射光102。在其他实施例中，在第一操作模式中提供的发射光102'可以是漫射的、基本上漫射的或至少缺少任何特定的或限定的方向性。在本文中，在第一操作模式(模式1)期间的发射光102可以被称为“第一”发射光102'，以将其与在其他操作模式期间发射的光区分开。

在模式可选背光100的第二操作模式(模式2，如图所示)中，发射光102可包括具有彼此不同主角方向(或简单地“不同方向”)的多个定向光束。例如，多个定向光束可以是或表示光场。根据一些实施例，在第二操作模式中或期间，发射光102的定向光束的不同主角方向的光束可对应于多视图图像或多视图显示器的相应视图方向。

在这些实施例的一些中，例如，发射光102的定向光束可以被调制(例如，使用光阀106，如下所述)，以便于显示具有多视图或3d图像内容的信息。在其他实施例中，第二操作模式中的定向光束的不同主角方向可以对应于朝向与模式可选背光100(例如，视框)相邻或在其前面的相对有限的空间区域的方向。在这些实施例中，例如，可以调制发射光102的定向光束(例如，通过光阀)以在视框中提供图像内容。在本文中，在第二操作模式(模式2)期间的发射光102可以被称为“第二”发射光102”，以将其与在其他操作模式(诸如但不限于第一操作模式)期间发射的光区分开。

如图3a-3c所示，模式可选背光100包括光导110。根据一些实施例，光导110可以是板光导。光导110被配置为沿着光导110的长度引导光作为被引导光104。例如，光导110可以包括被配置为光波导的电介质材料。电介质材料可具有大于电介质光波导周围介质的第二折射率的第一折射率。例如，根据光导110的一个或多个被引导模式，折射率的差异被配置为促进被引导光104的全内反射。

在一些实施例中，光导110可以是平板或板光波导，其包括扩展的、基本平面的光学透明片的电介质材料。基本上平面的电介质材料片被配置为使用全内反射来引导被引导光104。根据各种示例，光导110的光学透明材料可以包括任何各种电介质材料或由任何各种电介质材料构成，该电介质材料包括但不限于一种或多种各种类型的玻璃(例如，石英玻璃、碱铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等)和基本上光学透明的塑料或聚合物(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)或“丙烯酸玻璃”、聚碳酸酯等)。在一些示例中，光导110还可以包括在光导110的表面(例如，顶表面和底表面中的一个或两个)的至少一部分上的覆层(未示出)。根据一些示例，覆层可以用于进一步促进全内反射。

此外，根据一些实施例，光导110被配置为根据全内反射在光导110的第一表面110'(例如，“前”表面或侧面)和第二表面110"(例如，“后”表面或侧面)之间以非零传播角引导被引导光104。具体地，被引导光104通过以非零传播角在光导110的第一表面110'和第二表面110"之间反射或“反弹”来传播。在一些实施例中，被引导光104可以包括不同颜色的光的多个被引导光束，其可以由光导110以不同颜色特定的、非零传播角中的相应的一个来引导。注意，为了简化说明，在图3a-3c中未示出非零传播角。然而，各种图中描绘传播方向的粗体箭头示出了沿着光导长度的被引导光104的一般传播方向。

如在本文中所定义的，“非零传播角”是相对于光导110的表面(例如，第一表面110'或第二表面110")的角。此外，根据各种实施例，非零传播角大于零且小于光导110内的全内反射的临界角。此外，只要特定的非零传播角小于光导110内的全内反射的临界角，那么特定的非零传播角可以被选择(例如，任意地)用于特定实现。在各种实施例中，可以以非零传播角将被引导光104引入或耦合到光导110中。

根据各种实施例，通过将光耦合到光导110中而产生的被引导光104或等效地被引导“光束”可以是准直光束。在本文中，“准直光”或“准直光束”通常被定义为其中光束的光线在光束(例如，被引导光束104)内基本上彼此平行的光束。此外，根据在本文中的定义，从准直光束发散或散射的光线不被认为是准直光束的一部分。在一些实施例中，模式可选背光100可以包括准直器，诸如但不限于透镜、反射器或镜子、或衍射光栅，被配置为准直引入光导110的光。在一些实施例中，光的源(例如，光源)可以包括准直器。在各种实施例中，被引导光104可根据准直因子或具有准直因子σ被准直。

根据各种实施例，模式可选背光100还包括第一定向散射特征120。第一定向散射特征120被配置为从在光导110内具有第一传播方向的被引导光104提供第一发射光102'。具体地，第一定向散射特征120被配置为优先地或选择性地散射具有第一传播方向的被引导光104，而不是具有其他传播方向的被引导光104。例如，作为示例而非限制，第一传播方向可以是图3a-3c中所示的x方向(即，与x轴对齐或沿x轴对齐)。图3a和3b的左半部分中的粗箭头103'可表示被引导光104的第一传播方向，例如，在第一操作模式(模式1)期间或在第一操作模式中。因此，如图3a-3c所示，第一定向散射特征120被配置为选择性地散射出在光导110内沿x方向(如粗箭头103'所示)而不是其他方向(例如，y-方向)传播的被引导光104。

根据各种实施例，具有第一传播方向的被引导光104可以在模式可选背光100的第一操作模式(模式1)期间存在。具体地，在一些实施例中，具有第一传播方向的被引导光104可以仅在第一操作模式期间存在。这样，可以通过具有第一传播方向的被引导光104的存在来提供第一操作模式的选择。例如，接通提供具有第一传播方向的被引导光104的光源可以选择第一操作模式。

在一些实施例中，第一发射光102'可以是漫射的，或者至少基本上是漫射的，由模式可选背光100的第一定向散射特征120根据漫射散射图案发射。在其他实施例中，第一发射光102'可以是基本上单向的光。图3a采用宽箭头来描绘第一发射光102'的漫射散射图案或基本上单向的光，例如，以区分第二操作模式的定向光束，如图所示。在其他实施例(未示出)中，第一发射光102'可包括定向光束。

根据各种实施例，第一定向散射特征120可以包括被配置为提供定向散射的各种不同散射结构或散射体中的任何一种，包括但不限于衍射光栅、折射散射结构(例如，各种棱镜结构)、反射散射结构(例如，刻面反射器)、等离子体或荧光散射结构(例如，各向异性等离子体或荧光谐振器)，及其各种组合。例如，可以采用衍射光栅的取向或旋转以及构成其他散射结构的各种元件的取向来提供定向散射。根据一些实施例，由采用这种散射结构的第一定向散射特征120提供的第一发射光是漫射的、单向的还是包括定向光束取决于第一定向散射特征120的特定特性以及具有第一传播方向的被引导光104的角展度或准直因子σ。

例如，第一定向散射特征120可以包括在光导110的表面上的衍射光栅，衍射光栅包括基本平行的槽或脊。基本平行的槽或脊可以与被引导光104的第一传播方向垂直或基本垂直(例如，包括曲率)定向。当被引导光104遇到第一定向散射特征120的衍射光栅时，其一部分可以被选择性地散射出作为第一发射光102'。选择性散射是等效地被引导光104相对于衍射光栅取向的基本垂直入射角或基本垂直取向的结果。

此外，由于衍射光栅(例如，第一定向散射特征120的衍射光栅)可以用作角度保持散射结构，因此当具有第一传播方向的被引导光104具有相对大的准直因子σ(即，宽角展度)时，则可以提供具有相应宽光展度的第一发射光102'。因此，由第一定向散射特征120提供的第一发射光102'可以是漫射的或基本上漫射的。与此相反，可以使用相对较小的准直因子σ来提供具有更大限制的角展度或基本上是单向的第一发射光102'。例如，第一发射光102'可包括在垂直于光导表面的方向上发射的基本平行的光束。在另一示例中，在宽角度范围上漫射或扩展的第一发射光102'可以由第一定向散射特征120提供，该第一定向散射特征120包括衍射光栅，该衍射光栅具有作为跨越光导110的距离的函数的随机或基本上随机的光栅间隔。例如，随机光栅间隔可以与或不与具有大准直因子σ的被引导光104一起被采用。

在其他示例中，具有刻面的折射或反射散射结构可以用作第一定向散射特征120，所述刻面被对准以提供被配置为选择性地散射具有第一传播方向的被引导光104的定向散射。例如，与上面的衍射光栅示例一样，可以采用具有第一传播方向的被引导光104的相对大的准直因子σ来产生漫射的第一发射光102'，而相对较小的准直因子σ可以产生基本上是单向的或具有预定方向的第一发射光102'。例如，也可以使用具有随机斜率的刻面的折射或反射散射结构作为第一定向散射特征120来提供漫射的第一发射光。

如图3a-3c所示，模式可选背光100还包括第二定向散射特征130。第二定向散射特征130被配置为从在光导110内具有第二传播方向的被引导光104中提供第二发射光102”。具体地，通过从光导110散射或耦合出具有第二传播方向的被引导光104的一部分来提供第二发射光102”。如图3a-3c所示，作为示例而非限制，第二传播方向可以在y方向上(即，与y轴对齐或沿y轴对齐)。在各个图的右半部分中的、指向图3a的平面的箭头103”和图3b中的粗箭头103”示出了被引导光104的第二传播方向。因此，如图3a-3c所示，第二定向散射特征130可以被配置为选择性地散射出在y方向而不是其他方向(例如，如粗箭头103'所示x方向)上传播的被引导光104，如由粗箭头103”所示。此外，第二定向散射特征130被配置为不散射或至少基本上不散射具有第一传播方向的被引导光104。这样，第二定向散射特征130在第一操作模式期间不产生散射光(即，第二发射光102”)，如图3a的右半部分所示。

如上所述，第二发射光102”包括具有彼此不同主角方向的多个定向光束。这样并且根据定义，第二定向散射特征130被配置为提供具有不同主角方向的多个定向光束。在图3a的右侧(模式2)，第二发射光102”的多个定向光束被描绘为指向不同方向的单独箭头，以明确地表示定向光束的不同主角方向。

根据各种实施例，第二定向散射特征130可包括提供定向散射的各种不同散射结构中的任何一种，并且可配置为提供包括多个定向光束的第二发射光102”。具体地，第二定向散射特征130的散射结构可以包括但不限于衍射光栅、折射散射结构(例如，各种棱镜结构)、反射散射结构(例如，刻面反射器)、等离子体或荧光散射结构(例如，各向异性等离子体或荧光谐振器)，以及配置为提供具有彼此不同主角方向的定向光束的其各种组合。

例如，第二定向散射特征130可以包括多波束衍射光栅或多个多波束衍射光栅，如fattal等人的美国专利(专利号为us9,128,226b2)中所定义的。在另一示例中，第二定向散射特征130可包括多波束元件或多个多波束元件。根据各种实施例，多波束元件可包括衍射光栅、微反射元件和微折射元件中的一个或多个，如下面更详细描述的。与第一定向散射特征120一样，可以采用各种散射结构的取向或旋转来提供第二定向散射特征130的定向散射。同样，具有第二传播方向的被引导光104的准直因子σ可用于控制由第二定向散射特征130产生的定向光束的不同主角方向的角展度。

根据各种实施例，具有第二传播方向的被引导光104可以在模式可选背光100的第二操作模式(模式2)期间存在。在一些实施例中，具有第二传播方向的被引导光104可以仅在第二操作模式期间存在。因此，在一些实施例中(例如，模式2，如图所示)，第二定向散射特征130可仅在第二操作模式期间从被引导光104提供第二发射光102”。在其他实施例中，具有第二传播方向的被引导光104可以在第一和第二操作模式期间存在。在这些实施例中，第一和第二定向散射特征120、130都可以在第一操作模式期间提供包括第一和第二发射光102'、102”的组合的发射光102，而仅第二定向散射特征130仅在第二操作模式期间提供发射光102、102”。与第一操作模式一样，可以通过控制具有第一和第二传播方向中的一个或两个的被引导光104的存在或不存在来提供用于第二操作模式的模式选择。

此外，作为示例而非限制，图3a示出了光导110的第一表面110'上的第一定向散射特征120和第二表面110”上的第二定向散射特征130。如图所示，第二定向散射特征130被配置为散射出具有第二传播方向的被引导光104的一部分，该部分被散射出通过第一表面110'以提供第二发射光102”。这里，光导110的第一表面110'可以被称为“发射”表面。此外，根据各种实施例，第一定向散射特征120可被配置为对于由第二定向散射特征130散射出的定向光束(作为第二发射光102”)透明或至少基本上透明。在其他实施例(未示出)中，第一定向散射特征120可以在光导110的第二表面110”上，并且第二定向散射特征130可以在第一表面110'上。

图4a示出了根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例的示例中的模式可选背光100的横截面图。图4b示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的图4a中示出的模式可选背光100的横截面图。具体地，图4a示出了处于第一操作模式(模式1)的模式可选背光100，而图4b示出了处于第二操作模式(模式2)的模式可选背光100。此外，图4a示出了x-z平面中的横截面图，并且图4b的横截面图示出了y-z平面中的横截面图。

图4a和4b示出了模式可选背光100，其包括被配置为引导光(即，被引导光104)的光导110、第一定向散射特征120和第二定向散射特征130。然而，如图4a-4b所示，第一定向散射特征120和第二定向散射特征130位于光导110的公共表面上，而不是如之前在图3a中所示的相对表面上。具体地，图4a-4b示出了光导110的第二表面110”上的第一和第二定向散射特征120、130。例如，第一定向散射特征120可以占据第二表面110”上的第二定向散射特征130的部分之间(例如，周围的)的空间。在其他实施例(未示出)中，第一和第二定向散射特征120、130可以一起在光导110的第一表面110'上。

如图4a所示，第一定向散射特征120选择性地散射出具有第一传播方向的被引导光104。被引导光104被散射出光导110作为第一发射光102'。在图4a中，第一传播方向由与x轴平行的粗箭头103'示出，并且第一发射光102'可由第一定向散射特征120从被引导光104提供，作为具有相对宽的角度范围(例如，大于60度)的漫射光。此外，例如，图4a可以表示第一操作模式。

参照图4b，第二定向散射特征130选择性地散射具有第二传播方向的被引导光104，以从被引导光104提供第二发射光102”，如图所示。具体地，在图4b中，第二传播方向由与y轴平行的粗箭头103”描绘。此外，如各个箭头所示，第二发射光102”包括具有彼此不同主角方向的多个定向光束。注意，图4b中的第一定向散射特征120不散射具有第二传播方向的任何被引导光104。如图所示，仅第二定向散射特征130散射或耦合出任何被引导光104。例如，图4b可以表示第一操作模式。

如上所述，在第一操作模式期间可以存在具有第一传播方向和第二传播方向两者的被引导光104。这样，在一些实施例中，第一和第二定向散射特征120、130都可以在第一操作模式期间散射来自被引导光104的一部分光。例如，当第一定向散射特征120与第二定向散射特征130在光导110的同一表面上时(例如，如图4a-4b中所示)，第二定向散射特征130可用于提供第二发射光102”，以有效地“填充”在包括第一发射光102'的发射光102的区域之间。例如，通过以这种方式填充来提供发射光102可以在第一操作模式期间从模式可选背光100产生更均匀的发射光102。然而，在第二操作模式中，根据这些实施例，第二定向散射特征130可以单独采用或专门用于提供第二发射光102”的多个定向光束。

根据一些实施例，模式可选背光100还可包括多个光源，其被配置为在光导110内提供具有不同传播方向的被引导光104。如图3a-3c所示，模式可选背光100还可包括第一光源140和第二光源150。第一光源140可以被配置为提供在光导110内具有第一传播方向的被引导光104。同样地，第二光源150可以被配置为提供在光导110内具有第二传播方向的被引导光104。

在图3a-3c中，第一光源140位于光导110的第一侧，并且第二光源150位于光导110的、与第一侧正交的第二侧。如图所示，第一光源140被配置为提供具有与第二光源150被配置为提供的被引导光104的传播方向(例如，第二传播方向)正交的传播方向(例如，第一传播方向)的被引导光104。图4a还示出了第一光源140，而图4b示出了模式可选背光100的第二光源150。

在各种实施例中，第一和第二光源140、150可包括基本上任何光的源(例如，光发射器)，包括但不限于一个或多个发光二极管(led)或激光器(例如，激光二极管)。例如，第一和第二光源140、150可各自包括沿光导110的对应侧面的长度分布的一个或多个led阵列。在一些实施例中，第一和第二光源140、150中的一个或两个可以包括光发射器，该光发射器被配置为产生具有由特定颜色表示的窄带光谱的基本上单色的光。具体地，单色的光的颜色可以是特定颜色空间或颜色模型(例如，红-绿-蓝(rgb)颜色模型)的原色。在其他示例中，第一和第二光源140、150中的一个或两个可以包括被配置为提供基本上宽带或多色的光的基本上宽带的光源。例如，宽带或多色的光可以是白光，并且第一和第二光源140、150可以是白光源。在一些实施例中，第一和第二光源140、150中的一个或两个可包括多个不同的光发射器，其被配置为提供不同颜色的光或组合以提供白光。

在一些实施例中，第一和第二光源中的一个或两个140、150可进一步包括准直器(未示出)。准直器可以被配置为从相应的第一和第二光源140、150的一个或多个光发射器中接收基本上未经准直的光，并将基本上未经准直的光转换为准直光。具体地，根据一些实施例，准直器可以提供准直光，其具有非零传播角并且根据预定准直因子σ进行准直中的一个或多个。此外，当采用不同颜色的光发射器时，准直器可以被配置为提供具有不同的、颜色特定的、非零传播角中的一个或两者，并且具有不同颜色特定的准直因子的准直光。准直器还被配置为将准直光传送到光导110以作为被引导光104传播，如上所述。

在各种示例中，准直器可包括被配置为准直光的各种光学元件中的任何一种，包括但不限于透镜、反射器和衍射光栅。可以采用的另一种类型的准直器是所谓的锥形准直器，其包括锥形光导的一部分。还可以使用包括准直结构的各种组合的准直器，例如，包括锥形光导的一部分以及准直透镜或反射器的准直器。

在一些实施例中，第一光源140和第二光源150中的一个或两个被配置为提供偏振光作为光导内的被引导光。例如，第一和第二光源140、150可以包括偏振光发射器。在另一示例中，第一和第二光源140、150可以包括在光源140、150的输出处或者在光源140、150和光导110之间的偏振器。根据各种实施例，第一定向散射特征120中的一个或两个被配置为提供偏振的第一发射光102'，并且第二定向散射特征130被配置为提供偏振的第二发射光102”。反过来，根据这些实施例，第一和第二定向散射特征120、130中的每一个被配置为从分别由第一和第二光源140、150提供的偏振光中提供偏振的第一和第二发射光102'、102”。例如，第一和第二定向散射特征120、130中的一个或两个可以是偏振保持散射特征。

在一些实施例中，模式可选背光100还包括反射器层160。如图3a所示，反射器层160位于与光导110的第一表面110'(即，发射表面)相对的第二表面110”附近。反射器层160被配置为在将光朝向光导110的第一表面110'返回的方向上反射光。例如，反射器层160可以被配置为反射由第一定向散射特征120和第二定向散射特征130中的一个或两个的次级散射产生的光。在本文中，次级散射被定义为在远离光导110的第一表面110'的次级方向上的散射。在一些实施例中，使用反射器层160反射次级散射可以通过增加发射光102的亮度来增强模式可选背光100的发射效率。

反射器层160可包括各种反射材料和层中的任何一种。例如，反射器层160可包括反射金属。反射金属包括但不限于银、铝、铬、镍、铜和金以及各种合金及其组合。在另一示例中，反射器层160可以包括增强镜面反射器(esr)，诸如但不限于可从明尼苏达州圣保罗的3m光学系统公司(3mopticalsystems，st.paul，mn)获得的vikuiti^tm增强型镜面反射器膜。在一些实施例中(例如，如图3a所示)，反射器层160可以与光导110的第二表面110”由间隙隔开，以避免光导110内的被引导光104的全内反射的干扰。例如，间隙可以填充有空气或其他低折射率光学材料(例如，光学粘合剂)。

如上所述，在一些实施例中，第二定向散射特征130可包括多波束元件132。具体地，第二定向散射特征130可包括多个多波束元件132。多个多波束元件中的每个多波束元件132可以被配置为提供具有不同主角方向的多个定向光束。在一些实施例中，多个多波束元件中的多波束元件132的尺寸与采用模式可选背光100的显示器的光阀的尺寸相当。具体地，多波束元件132的尺寸可以在光阀尺寸的大约百分之五十和大约百分之二百之间。作为示例而非限制，在图3a中示出了可用于调制模式可选背光100的发射光102的光阀阵列106。

例如，采用模式可选背光100的显示器可以是模式可选多视图显示器。光阀阵列106可以是模式可选多视图显示器的一部分。模式可选多视图显示器可以在模式可选背光100的第一操作模式中提供单维或二维(2d)图像，并且在第二操作模式下提供多视图图像。此外，在一些实施例中，多个定向光束中的定向光束的主角方向对应于多视图图像的不同视图的视图方向。

这里，“尺寸”可以以各种方式中的任何一种来定义，包括但不限于长度、宽度或面积。例如，光阀106的尺寸可以是其长度，并且多波束元件132的相当尺寸也可以是长度，即多波束元件132的长度。在另一个示例中，尺寸可以指的区域使得多波束元件132的区域与光阀的区域相当。在又一示例中，多波束元件132的尺寸可以与相邻光阀之间的间隔(例如，中心到中心的距离或光阀间间隔)相当。根据一些实施例，例如，可选择多波束元件132和光阀106的相当尺寸以减少、或在一些示例中最小化由模式可选多视图显示器提供的多视图图像的视图之间的暗区，而同时减少、或在一些示例中最小化视图之间的重叠。

在一些实施例中(例如，如图3a-3c所示)，模式可选背光100可包括沿光导长度彼此间隔开的多个多波束元件132。具体地，多个多波束元件132通过有限空间彼此分开并且表示沿着光导长度的各个的、不同的元件。也就是说，根据在本文中的定义，多个多波束元件132根据有限(即，非零)元件间距离(例如，有限的中心到中心的距离)彼此间隔开。此外，根据一些实施例，多个多波束元件132通常不相交、重叠或以其它方式彼此接触。换句话说，多个多波束元件132中的每个通常是不同的并且与其它多波束元件132分开。

根据一些实施例，第二定向散射特征130的或在第二定向散射特征130内的多个多波束元件132可以以一维(id)阵列或二维(2d)阵列布置。例如，多个多波束元件132可以被布置为线性1d阵列。在另一示例中，多个多波束元件132可以被布置为矩形2d阵列或圆形2d阵列。此外，在一些示例中，阵列(即，1d或2d阵列)可以是规则的或均匀的阵列。具体地，多波束元件132之间的元件间距离(例如，中心到中心的距离或间隔)可以在跨越阵列上基本均匀或恒定。在其他示例中，多波束元件132之间的元件间距离可以在跨越阵列并且沿着光导110的长度中的一个或两个变化。

根据各种实施例，多波束元件132可包括多种不同类型的散射结构或“散射体”中的任何一种，其被配置为从光导110内散射或耦合出被引导光104的一部分。此外，这些不同类型的散射结构提供或可以配置(例如，使用取向)成提供定向散射，以选择性地散射出具有第二传播方向的被引导光104。例如，不同的散射结构可以包括但不限于衍射光栅、微反射元件、微折射元件或其各种组合，每个可以配置为提供定向散射。

具体地，在一些实施例中，多波束元件132可以包括衍射光栅，其被配置为衍射地从光导110散射出具有第二传播方向的被引导光104的一部分作为第二发射光102"的多个定向光束。多波束元件132的衍射光栅可包括多个衍射光栅或“子光栅”。在其他实施例中，多个多波束元件的多波束元件132可以包括微反射元件，其被配置为反射地从光导110散射出具有第二传播方向的被引导光104的一部分作为第二发射光102"的多个定向光束。此外，在其他实施例中，多个多波束元件的多波束元件132可以包括微折射元件，其被配置为折射地从光导110散射出具有第二传播方向的被引导光104的一部分作为第二发射光102"的多个定向光束。

图5示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的模式可选背光100的一部分的横截面图。如图5所示，模式可选背光100的一部分包括光导110的一部分、光导110的第一表面110'上的第一定向散射特征120的一部分，以及第二表面110"上的第二定向散射特征130的一部分。此外，如图5所示，第二定向散射特征130包括使用衍射光栅实现的多波束元件132。

多波束元件132的衍射光栅被配置为衍射地耦合出具有第二传播方向的被引导光104的一部分作为第二发射光102"的多个定向光束。根据各种实施例，衍射光栅中的衍射特征的间隔或光栅间距可以是亚波长(即，小于被引导光104的波长)。此外，多波束元件132，或等效地衍射光栅，具有尺寸s，如图5所示，以及衍射特征的取向，其提供具有第二传播方向(即，与具有第一传播方向的被引导光104相反)的被引导光104的选择性散射。图5还示出了与多波束元件132相邻但间隔开的反射器层160的一部分。粗箭头103"指示图5中的第二传播方向。

在一些实施例中，多波束元件的衍射光栅132可以是均匀衍射光栅，其具有在整个衍射光栅中基本恒定或不变的衍射特征间隔。在其他实施例中，衍射光栅是啁啾衍射光栅。根据定义，“啁啾”衍射光栅是表现出或具有在啁啾衍射光栅的范围或长度上变化的衍射特征(即，光栅间距)的衍射间隔的衍射光栅。在一些实施例中，啁啾衍射光栅可以具有或显示随距离线性变化的衍射特征间隔的“啁啾”或变化。这样，根据定义，啁啾衍射光栅是“线性啁啾”衍射光栅。在其他实施例中，啁啾衍射光栅可以显示衍射特征间隔的非线性啁啾。可以使用各种非线性啁啾，包括但不限于指数啁啾、对数啁啾或以另一种、基本上不均匀或随机但仍然单调的方式变化的啁啾。也可以采用非单调啁啾，诸如但不限于正弦啁啾或三角或锯齿啁啾。也可以采用任何这些类型的啁啾的组合。

在一些实施例中，多波束元件132或等效地其衍射光栅可包括多个衍射光栅。多个衍射光栅也可以称为衍射光栅的多个“子光栅”。多波束元件132的多个衍射光栅(或子光栅)可以以多种不同的配置来布置，以选择性地散射或衍射地耦合出被引导光104的一部分作为多个定向光束。具体地，多波束元件132的多个衍射光栅122可包括第一衍射光栅和第二衍射光栅(或等效地，第一子光栅和第二子光栅)。第一衍射光栅可以被配置为提供多个定向光束的第一光束，而第二衍射光栅可以被配置为提供多个定向光束的第二光束。根据各种实施例，第一和第二光束可以具有彼此不同主角方向。此外，根据一些实施例，多个衍射光栅可以包括第三衍射光栅、第四衍射光栅等，每个衍射光栅被配置为提供其他定向光束。

在一些实施例中，多个衍射光栅的一个或多个衍射光栅可以提供多于一个的定向光束。此外，由衍射光栅提供的不同定向光束可以沿水平轴(例如，x方向或θ角分量)和垂直轴(例如，y方向或φ角分量)具有彼此不同主角方向。控制由衍射光栅提供的各个定向光束的不同主角方向可以促进具有仅水平视差、全二维视差中的一个或两个和仅水平视差和全视差之间的变化的多视图显示。

图6a示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的、包括多波束元件132的多个衍射光栅的模式可选背光100的一部分的横截面图。图6b示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的图6a中所示的多个衍射光栅的平面图。例如，图6a中的横截面图可以表示从左到右穿过图6b中所示的衍射光栅的底行横截面。如图6a和6b所示，不同衍射光栅具有与多个衍射光栅的其他衍射光栅不同的衍射光栅间隔或衍射特征间距。此外，如图所示，一些衍射光栅具有不同的光栅取向(即，不同的旋转)。包括多个衍射光栅的多波束元件132的尺寸s在图6a和6b两者中示出，而多波束元件132的边界在图6b中使用虚线示出。在图6a-6b中，所示的多波束元件132可以表示模式可选背光100的第二定向散射特征130的一部分。作为示例而非限制，图6a还示出了光导110的一部分以及第一定向散射特征120。

根据一些实施例，在模式可选背光100的不同多波束元件132之间的多个衍射光栅内的衍射光栅(或子光栅)的差分密度可以被配置为控制由相应的不同多波束元件132衍射地散射或耦合出的多个定向光束的相对强度。换句话说，多波束元件132可以在其中具有不同的衍射光栅(或子光栅)密度，并且不同的密度(即，衍射光栅的差分密度)可以被配置为控制多个定向光束的相对强度。例如，在多个衍射光栅内具有较少衍射光栅(或子光栅)的多波束元件132可以产生具有比具有相对较多衍射光栅的另一多波束元件132更低强度(或波束密度)的多个定向光束(或子光栅)。例如，可以使用多波束元件132内缺少或没有衍射光栅(或子光栅)的位置来提供衍射光栅(或子光栅)的差分密度。

图7a示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的多波束元件132a的平面图。图7b示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的另一多波束元件132b的平面图。图7a和7b所示的多波束元件132a、132b一起表示一对多波束元件132。在多波束元件对的每个多波束元件132a、132b中，示出了不同的多个衍射光栅(或子光栅)。具体地，图7a中的该对的第一多波束元件132a被示出为具有比该对的第二多波束元件132b中存在的更高密度的衍射光栅(或子光栅)。例如，如图所示，第二多波束元件132b具有比第一多波束元件132a更少的衍射光栅(或子光栅)和更多的没有衍射光栅的位置。作为示例而非限制，图7a-7b还示出了在多波束元件132a、132b内具有弯曲衍射特征的衍射光栅。

图8示出了根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例的示例中的、包括多波束元件132的模式可选背光100的一部分的横截面图。具体地，图8示出了包括微反射元件的多波束元件132的实施例。用作多波束元件132或在多波束元件132中使用的微反射元件可包括但不限于在其中采用反射材料或层(例如，反射金属)的反射器或基于全内反射(tir)的反射器。根据一些实施例，包括微反射元件的多波束元件132可以位于光导110的表面(例如，如图所示的第二表面110")或与光导110的表面相邻。在其他实施例(未示出)中，微反射元件可以位于光导110内，在第一和第二表面110'、110"之间。

例如，图8示出了包括微反射元件的多波束元件132，该微反射元件具有位于光导110的第二表面110"相邻处的反射刻面(例如，“棱镜”微反射元件)。所示棱镜微反射元件的刻面被配置为选择性地反射(即，反射地耦合)出自光导110的具有第二传播方向的被引导光104的一部分。例如，刻面可以斜置或倾斜(即，具有倾斜角)并且相对于被引导光104的第二传播方向对齐(即，旋转地定向)，以选择性地将被引导光部分反射出光导110。根据各种实施例，刻面可以在光导110内使用反射材料形成，或者可以是第二表面110"中的棱镜腔的表面。当采用棱镜腔时，在一些实施例中，腔表面处的折射率变化可以提供反射(例如，tir反射)，或者形成刻面的腔表面可以由反射材料涂覆以提供反射。图8还示出了第二发射光102"的定向光束和指示被引导光104的第二传播方向的粗箭头103"。

图9示出了根据与在本文中描述的原理一致的又一实施例的示例中的、包括多波束元件132的模式可选背光100的一部分的横截面图。具体地，图9示出了包括微折射元件的多波束元件132。根据各种实施例，微折射元件被配置为从光导110折射地散射或耦合出具有第二传播方向的被引导光104的一部分。也就是说，如图9所示，微折射元件被配置为采用折射(例如，与衍射或反射相反)以从光导110中耦合出被引导光部分作为第二发射光102"的定向光束。微折射元件可以具有各种形状，包括但不限于半球形、矩形或棱柱形(即，具有倾斜刻面的形状)，其具有与被引导光104的第二传播方向对齐的旋转取向。根据各种实施例，微折射元件可以延伸或突出于光导110的表面(例如，第一表面110')外，如图所示，或者可以是表面中的腔(未示出)。此外，在一些实施例中，微折射元件可包括光导110的材料。在其他实施例中，微折射元件可以包括与光导表面相邻并且在一些示例中与光导表面接触的另一材料。

在一些实施例中，模式可选背光100被配置为对于在通过光导110与被引导光104正交的传播方向的方向上对光基本透明。具体地，在一些实施例中，光导110、第一定向散射特征120和第二定向散射特征130的间隔开的多个多波束元件132可以被配置为允许光穿过光导110(即，通过第一表面110'和第二表面110"两者)。例如，通过在第一和第二定向散射特征120、130中使用衍射光栅，可以至少部分地促进透明度，因为衍射光栅对于正交于光导表面110'、110"传播的光基本上是透明的。

根据在本文中描述的原理的一些实施例，提供了模式可选的显示器。模式可选显示器被配置为发射调制光作为模式可选显示器的像素。在第一操作模式中，所发射的调制光可以是漫射的或单向的，以显示二维(2d)图像。在第二操作模式中，所发射的调制光包括具有彼此不同的方向的多个发射的调制定向光束。在一些实施例中，所发射的调制定向光束可以优先地指向不同视图的多个不同视图方向以显示多视图图像。具体地，根据各种示例，不同的调制的、指向各异的定向光束可以对应于与多视图图像相关联的不同视图(即，视图像素)的各个像素。不同视图可以提供由模式可选显示器例如以第二操作模式显示的多视图图像中的信息的“无眼镜”(例如，自动立体)表示。模式可选显示器在此也可以称为模式可选多视图显示器。

图10示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的模式可选显示器200的框图。根据各种实施例，模式可选显示器200被配置为以第一操作模式(模式1)显示2d图像，并且以第二操作模式(模式2)显示根据不同视图方向上的不同视图的多视图图像。具体地，在第一操作模式中，由模式可选显示器200发射的调制光202作为第一调制发射光202'可以是漫射或单向的。第一调制发射光202'可以表示或用于显示2d图像。在第二操作模式中，由模式可选显示器200发射的调制光202作为第二调制发射光202"包括调制定向光束。第二调制发射光202"的调制光定向光束可以表示或用于显示多视图图像。具体地，调制定向光束可以对应于多视图图像的不同视图的视图像素。在图10中使用具有不同方向的箭头示出调制发射光202”的光束。

图10中所示的模式可选显示器200包括光导210。光导210被配置为引导光作为被引导光。在一些实施例中，光导210可以基本上类似于上述模式可选背光100的光导110。例如，光导210可以是板光导。

模式可选显示器200还包括多个光源220。多个光源220被配置为在光导内提供具有不同传播方向的被引导光。具体地，在模式可选显示器200的不同操作模式中或期间，在不同的传播方向上提供被引导光。在一些实施例中，多个光源220可以基本上类似于上面关于模式可选背光100描述的第一和第二光源140、150。

具体地，多个光源220的第一光源可以基本上类似于第一光源140，而多个光源220的第二光源可以基本上类似于第二光源150。在一些实施例中，多个光源的第一光源220可以位于光导210的第一侧上，并且多个光源的第二光源220可以位于光导210的与第一侧正交的第二侧上。此外，第一光源220可以被配置为提供具有正交于或至少基本上正交于由第二光源220提供的被引导光的传播方向的传播方向的被引导光。在一些实施例中，多个光源的光源220被配置为在光导210内提供被引导光作为偏振的被引导光。例如，多个光源220可以包括偏振光发射器，或者可以包含偏振器，以偏振由光源220的光发射器发射的光。

如图10中所示，模式可选显示器200还包括多个定向散射特征230，其被配置为从光导散射出被引导光作为发射光204。根据各种实施例，多个定向散射特征的每个定向散射特征230被配置为选择性地散射出具有不同传播方向的被引导光。在一些实施例中，多个定向散射特征的第一定向散射特征230可以基本上类似于上面关于模式可选背光100描述的第一定向散射特征120。在一些实施例中，多个定向散射特征的第二定向散射特征230可以基本上类似于上述模式可选背光100的第二定向散射特征130。具体地，在所选择的一个操作模式期间的发射光204包括具有彼此不同主角方向的多个定向光束。例如，多个定向散射特征的第二定向散射特征230可以被配置为提供多个定向光束，例如，类似于由第二定向散射特征130提供的定向光束。

图10中所示的模式可选显示器还包括光阀阵列240。光阀阵列240被配置为调制发射光作为显示图像。具体地，光阀阵列240被配置为从多个定向散射特征230接收发射光204并产生调制光202。此外，在第一操作模式(模式1)中，光阀阵列240提供第一调制发射光202'，而在第二操作模式(模式2)中，光阀阵列240提供第二调制发射光202”，如图所示。在各种实施例中，可以采用不同类型的光阀作为光阀阵列的光阀240，包括但不限于液晶光阀、电泳光阀和基于电润湿的光阀中的一个或多个。在一些实施例中，光阀240可以基本上类似于上面关于模式可选背光100描述的光阀106。

在一些实施例中，被配置为在所选择的一个操作模式期间散射出被引导光的多个定向散射特征的定向散射特征230包括多个多波束元件。在一些实施例中，多波束元件可以基本上类似于上面关于模式可选背光100描述的第二定向散射特征130的多波束元件132。例如，多个多波束元件的多波束元件可以被配置为提供具有不同主角方向的多个定向光束。此外，例如，多波束元件可以具有大于光阀阵列的光阀240的尺寸的一半并且小于光阀尺寸的两倍的尺寸。在各种实施例中，多波束元件可包括光学地耦合到光导的微折射元件、衍射光栅和微反射元件中的一个或多个。

在一些实施例中，多个定向散射特征被配置为从光导散射出偏振的被引导光作为发射光204，其具有对应于光阀阵列的光阀的输入偏振的偏振。输入偏振可以是例如用作光阀阵列的光阀240的液晶单元的输入偏振。在一些实施例中，偏振的被引导光可以由多个光源的偏振光源220提供，并且多个定向散射特征的定向散射特征可以被配置为保持偏振的散射特征。

在一些实施例中，在所选择的一个操作模式期间的发射光204的多个定向光束的不同主角方向可以对应于多视图显示器的视图的视图方向，并且所显示的图像可以是多视图图像。此外，在除了所选择的一个操作模式之外的另一操作模式期间，发射光可以具有漫射图案，并且所显示的图像可以对应于二维(2d)图像。因此，模式可选显示器200在显示2d图像和显示多视图图像之间可以是模式可选的。在其他实施例中，在所选择的一个操作模式期间的发射光的多个定向光束的不同主角方向指向模式可选显示器200的视框。在这些实施例中，模式可选显示器200可以被配置为模式可选的，以便以隐私模式提供所显示的图像，在隐私模式中所显示的图像仅在视框内可见。

根据本文所述原理的其他实施例，提供了操作模式可选背光的方法。图11示出了根据与在本文中描述的原理一致的实施例的示例中的操作模式可选背光的方法300的流程图。如图11所示，操作模式可选背光的方法300包括在光导中引导310光作为被引导光。在一些实施例中，可以以非零传播角引导310光。此外，可以根据预定的准直因子对被引导光进行准直。此外，在一些实施例中，可以偏振的被引导光。根据一些实施例，光导可以基本上类似于上面关于模式可选背光100描述的光导110。类似地，被引导光可以基本上类似于也在上面描述的被引导光104。

如图11所示，操作多视图背光的方法300还包括在第一操作模式期间使用第一定向散射特征将从光导散射出320被引导光作为第一发射光。根据各种实施例，被引导光在第一操作模式期间具有第一传播方向。此外，第一定向散射特征被配置为选择性地散射出320具有第一传播方向(例如，与另一传播方向相反)的被引导光。在一些实施例中，第一定向散射特征可以基本上类似于上述模式可选背光100的第一定向散射特征120。

图11中所示的操作多视图背光的方法300还包括在第二操作模式期间使用第二定向散射特征从光导散射出330被引导光作为第二发射光。在第二操作模式期间，被引导光具有第二传播方向。根据各种实施例，第一和第二传播方向不同。此外，第二发射光包括具有彼此不同主角方向的多个定向光束。此外，第二定向散射特征被配置为选择性地散射出330具有第二传播方向(例如，与诸如第一传播方向的另一传播方向相反)的被引导光。在一些实施例中，被引导光的第二传播方向可以正交于或至少基本上正交于被引导光的第一传播方向。此外，在一些实施例中，第二定向散射特征可以基本上类似于上面关于模式可选背光100描述的第二定向散射特征130。

具体地，在一些实施例中，第二定向散射特征可包括多个多波束元件。多个多波束元件的每个多波束元件可以是或包括光学地耦合到光导的微折射元件、衍射光栅和微反射元件中的一个或多个，以提供具有不同主角方向的多个定向光束。在一些实施例中，多个多波束元件可包括多波束元件，其基本上类似于上述第二定向散射特征130的多波束元件132。

在一些实施例中(例如，如图所示)，操作模式可选背光的方法300还包括使用多个光源向光导提供340光，引导310所提供的光作为被引导光。在各种实施例中，多个光源可包括第一光源，其被配置为在光导内提供具有第一传播方向的被引导光。第一光源可以被配置为在第一操作模式期间提供被引导光。多个光源还可以包括第二光源，其被配置为在光导内提供具有第二传播方向的被引导光。第二光源可以被配置为在第二操作模式期间提供被引导光。在一些实施例中，第一光源可以位于光导的第一侧上，并且第二光源可以位于光导的与第一侧正交的第二侧上。第一和第二光源的相互正交的侧位置可以有助于提供被引导光，使得第一传播方向正交于第二传播方向。根据一些实施例，多个光源可以基本上类似于模式可选显示器200的多个光源220，而第一和第二光源可以基本上分别类似于上述模式可选背光100的第一和第二光源140、150。

如图11所示，操作模式可选背光的方法300还可以包括使用光阀阵列的光阀调制350发射光。例如，可以调制350发射光以显示图像。具体地，在第一操作模式期间，光阀阵列可以调制350第一发射光，并且在第二操作模式期间，光阀阵列可以调制350第二发射光。此外，在第二操作模式期间，第二发射光包括多个定向光束的定向光束。在一些实施例中，多个定向光束的不同主角方向对应于多视图显示器的视图或等效地多视图图像的视图方向。因此，在第二操作模式期间，所显示的图像可以是多视图图像。在其他实施例中，在第二操作模式期间第二发射光的多个定向光束的不同主角方向指向显示图像的视框。在这些实施例中，所显示的图像以隐私模式显示，在隐私模式中所显示的图像仅在视框内可见。

在一些实施例中，光阀阵列的光阀可以基本上类似于上面关于模式可选显示器200描述的光阀阵列的光阀240。根据一些实施例，多波束元件的尺寸与用于调制350发射光的光阀阵列中的光阀的尺寸相当。例如，多波束元件可以大于视图像素尺寸的一半并且小于视图像素尺寸的两倍。

因此，已经描述了模式可选背光、模式可选显示器和操作包含第一定向散射特征和第二定向散射特征的模式可选背光的方法的示例和实施例。应该理解的是，上述示例仅仅是说明表示在本文中描述的原理的许多具体示例中的一些示例。显然，本领域的技术人员可以容易地设计出许多其它布置而不偏离由以下权利要求限定的范围。