TW201915559A

TW201915559A - 透明顯示器及其操作方法

Info

Publication number: TW201915559A
Application number: TW106141893A
Authority: TW
Inventors: 大衛 A. 費圖
Original assignee: 美商雷亞有限公司
Priority date: 2016-10-05
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2019-04-16
Also published as: TWI656384B; CN109844406B; KR20190051992A; US11314099B2; WO2018067725A1; CN109844406A; JP7066693B2; EP3523575A4; JP2019533196A; CA3035799C; CA3035799A1; EP3523575B1; US20190227335A1; EP3523575A1

Abstract

一種透明顯示器和一透明多視域顯示器顯示影像，同時經由顯示器使得一背景景象為可見的。該透明顯示器包括具有一散射特徵部的一光導和被配置以調變從該光導散射出的一發射的光以提供代表一顯示的影像的一調變的發射的光的一光閥陣列。該光導與該光閥陣列之組合之透明度被配置以經由該透明顯示器使得該背景景象為可見的。該透明多視域顯示器包括一光導和複數個多光束元件，該複數個多光束元件被配置以將來自該光導的一引導的光散射為複數條指向性光束。該透明多視域顯示器進一步包括一光閥陣列以調變該等指向性光束以提供一顯示的影像作為一多視域影像。

Description

透明顯示器及其操作方法

本發明涉及一種顯示器，尤其是一種透明顯示器及其操作方法。

電子顯示器是一種幾乎無所不在的媒介，用於向各種設備和產品的使用者傳達訊息。最常用的電子顯示器包括陰極射線管（CRT）、電漿顯示面板（PDP）、液晶顯示器（LCD）、電致發光顯示器（EL）、有機發光二極體（OLED）和主動式矩陣有機發光二極體（AMOLED）顯示器、電泳顯示器（EP）、和使用機電或電流體光調變的各種顯示器（例如，數位微鏡裝置、電潤濕顯示器等等）。通常，電子顯示器可以被分類為主動顯示器（亦即，發光的顯示器）或被動顯示器（亦即，調變由另一個光源所提供的光的顯示器）。主動顯示器最明顯的示例是CRTs、PDPs、和OLEDs/AMOLEDs。LCDs和EP顯示器在考慮自發光性時通常被分類為被動顯示器。被動顯示器儘管經常表現出引人注目的性能特徵，包括但不限於固有的低功耗，但由於缺乏發光能力，在許多實際應用中可能會被發現存在有限的使用範圍。

為了克服與發光相關的被動顯示器的限制，許多被動顯示器被耦合到外部光源。耦合的光源可以使這些在其他情況下的被動顯示器發光並且基本上作為主動顯示器來運作。這種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），其放置於在其他情況下為被動顯示器的後面以照射被動顯示器。例如，背光可以耦合到LCD或EP顯示器。背光發射通過LCD或EP顯示器的光。出射光由LCD或EP顯示器調變，然後調變後的光從LCD或EP顯示器發射。通常背光被配置以發出白光。然後使用彩色濾光片將白光轉換成顯示器中使用的各種顏色。例如，彩色濾光片可以放置在LCD或EP顯示器（較不常用）的輸出處，或者在背光與LCD或EP顯示器之間。

根據在此描述的原理的示例和實施例提供了一種透明顯示器，可以透過透明顯示器觀看背景景象（background scene）。具體而言，與本文描述的原理一致的一些實施例提供了透明顯示器，其採用具有角度保持散射（angle-preserving scattering）的光導作為背光來照射透明顯示器。在一些實施例中，角度保持散射提供指向性光束（directional light beams）以產生多視域影像（multiview image），並且透明顯示器是透明多視域顯示器。特別地，用於角度保持散射的多光束元件（multibeam elements）被配置以透過散射在背光的光導中所引導的光來提供具有複數個不同的主要角度方向（principal angular directions）的指向性光束。根據各種實施例，由透明多視域顯示器之多光束元件提供的指向性光束之不同的主要角度方向對應於多視域影像之各種不同視域之不同方向。這裡描述的透明顯示器的使用包括各種顯示應用，例如但不限於增強實境顯示器。

在本文中，「二維顯示器」或「2D顯示器」被定義為被配置以提供本質上相同的影像視域的顯示器，不管影像被觀看的方向如何（亦即，在預定義的視角內或在2D顯示的範圍內）。智慧型手機和電腦顯示器中習知的液晶顯示器（LCD）就是2D顯示器的示例。與此相反，「多視域顯示器」被定義為一種電子顯示器或顯示系統，其被配置以在不同的視域方向（view directions）上或者從不同的視域方向提供多視域影像的不同視域。特別地，不同視域可以表示多視域影像的景象或物體的不同的透視圖。

圖1A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域顯示器10的透視圖。如圖1A所示，多視域顯示器10包括螢幕12以顯示要觀看的多視域影像。多視域顯示器10在相對於螢幕12的不同視域方向16上提供多視域影像的不同視域14。視域方向16被顯示為從螢幕12在各種不同的主要角度方向上延伸的箭頭；不同的視域14在箭頭終點（亦即，表示視域方向16）處被顯示為陰影多邊形框框；以及僅顯示了四個視域14和四個視域方向16，作為示例性而不是限制性。要注意的是，儘管在圖1A中將不同的視域14顯示為位於螢幕上方，但是當在多視域顯示器10上顯示多視域影像時，視域14實際上出現在螢幕12上或其附近。將視域14表示在螢幕12之上僅用於說明的簡單性，並且旨在表示從對應特定視域14的視域方向16的其中各自的一個觀看多視域顯示器10。

按照在此所定義的，視域方向或等同地具有與多視域顯示器的視域方向相對應的方向的光束通常具有由角度分量{q, f}給定的主要角度方向。角度分量q在這裡被稱為光束的「仰角分量」或「仰角」。角度分量f被稱為光束的「方位角分量」或「方位角」。根據定義，仰角q是垂直平面中的角度（例如，垂直於多視域顯示器的平面），而方位角f是水平面內的角度（例如，平行於多視域顯示器平面）。

圖1B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的具有與多視域顯示器的視域方向（例如，圖1A中的視域方向16）相對應的特定主要角度方向或者單純的「方向」的光束20的角度分量{q, f}的示意圖。此外，根據本文的定義，光束20從特定點被發射或發出。也就是說，根據定義，光束20具有與多視域顯示器內的特定起始點相關聯的中心射線。圖1B還顯示了原點O的光束（或視域方向）點。

此外，在術語「多視域影像」和「多視域顯示器」中使用的術語「多視域（multiview）」被定義為在複數個視域之中的視域之間表示不同視角或包括角度差異的複數個視域。另外，按照本文定義，本文中「多視域」一詞明確地包括多於兩個不同視域（亦即，最少三個視域並且通常多於三個視域）。這樣，這裡採用的「多視域顯示器」明確地與僅包括表示景象或影像的兩個不同視域的立體顯示器區隔開。然而要注意的是，雖然多視域影像和多視域顯示器可以包括多於兩個視域，但是根據本文的定義，每次可以透過僅選擇多視域中的兩個視域來（例如，在多視域顯示器上）查看多視域影像作為立體影像對（例如，每隻眼睛一個視域）。

「多視域像素」在本文中被定義為多視域顯示器的相似的複數個不同視域中的每一個中的一組子像素或「視域」像素。具體地，多視域像素可以具有對應或表示在多視域影像的每個不同視域中的視域像素的單獨視域像素。此外，根據本文的定義，多視域像素的視域像素是所謂的「指向性（directional）像素」，因為每個視域像素與不同視域中相應的一個的預定視域方向相關聯。此外，根據各種示例和實施例，多視域像素的不同視域像素可以在每個不同視域中具有等同的或至少基本相似的位置或坐標。例如，第一多視域像素可以具有位於多視域影像的每個不同視域中的{x₁ , y₁ }處的單獨視域像素，而第二多視域像素可以具有位於每個不同視域中的{x₂ , y₂ }處的單獨視域像，等等。

在一些實施例中，多視域像素中的視域像素的數量可以等於多視域顯示器的視域的數量。例如，多視域像素可以提供與具有64個不同視域的多視域顯示器相關聯的六十四（64）個視域像素。在另一個示例中，多視域顯示器可以提供8x4視域陣列（亦即，32個視域），並且多視域像素可以包括三十二（32）個視域像素（亦即，每個視域一個）。另外，例如，每個不同的視域像素可以具有對應於與64個不同視域對應的視域方向中的不同視域方向的關聯方向（例如，光束方向）。此外，根據一些實施例，多視域顯示器中的複數個多視域像素的數量可以基本上等於多視域顯示器視域中的複數個像素（亦即，構成選定視域的像素）的數量。例如，如果視域包括六百四十乘四百八十個視域像素（亦即，640 × 480視域解析度），則多視域顯示器可以具有三十萬七千二百（307,200）個多視域像素。在另一個示例中，當視域包括一百乘一百個像素時，多視域顯示器可以包括總共一萬（亦即100 × 100 = 10,000）個多視域像素。

這裡，「光導」被定義為使用全內反射或「TIR」在結構內引導光的結構。具體地，光導可以包括在光導的工作波長處基本透明的芯。術語「光導」通常是指採用全內反射來在光導的介電材料與圍繞該光導的材料或介質之間的界面處引導光的介電光波導。根據定義，全內反射的條件是光導的折射率大於與光導材料的表面鄰接的周圍介質的折射率。在一些實施例中，光導可以包括除了上述折射率差之外的或替代上述折射率差的塗層，以進一步促進全內反射。例如，塗層可以是反射塗層。光導可以是幾個光導中的任何一個，包括但不限於板或厚板光導和條光導中的一個或兩個。

此外，術語「板」在應用於光導時與「板光導」一樣被定義為分段的或微分地平面的層或片，其有時被稱為「厚板」光導。具體地，板光導被定義為光導，該光導被構造成在由光導的頂表面和底表面（亦即，相對的表面）界定的兩個基本正交的方向上引導光。此外，根據本文的定義，頂部表面和底部表面都是彼此分離的，並且可以至少在微分的意義上基本上相互平行。也就是說，在板光導的任何微分地小的部分內，頂面和底面基本平行或共平面。

在一些實施例中，板光導可以是基本上平坦的（亦即，侷限為平面），並且因此板光導是平面光導。在其他實施例中，板光導可以在一個或兩個正交維度上彎曲。例如，板光導可以以單個維度彎曲以形成圓柱形板光導。然而，任何曲率都具有足夠大的曲率半徑以確保在板光導內保持全內反射以引導光。

在本文中，「偏極保持散射特徵部（polarization-preserving scattering feature）」或等效地為「偏極保持散射體」是任何特徵部或散射體，其被配置以基本上在散射的光中保持入射在特徵部或散射體上的光的角展度（angular spread）的方式來散射光。特別是，根據定義，被角度保持散射特徵部散射的光的角展度s_s 是入射光的角展度s的函數（亦即，s_s = f(s)）。在一些實施例中，散射的光的角展度s_s 是入射光的角展度或準直因子s的線性函數（例如，s_s = a×s，其中a是一個整數）。也就是被角度保持散射特徵部散射的光的角展度s_s 可以是正比於入射光的角展度或準直因子s。例如，散射的光的角展度s_s 可以等於入射光的角展度s（例如，s_s ≈ s）。均勻的繞射光柵（亦即，具有基本上均勻或不變的繞射特徵部間隔或光柵間距的繞射光柵）是角度保持散射特徵部的示例。相比之下，根據本文的定義，朗伯特散射體或朗伯特反射體以及普通散射體（例如，具有或近似朗伯特散射）不是角度保持散射體。

在本文中，「偏極保持散射特徵部」或等同於「偏極保持散射體」是任何特徵部或散射體，其被配置以基本上在散射的光中保持入射在特徵部或散射體上的光的偏極或至少一定程度的偏極的方式來散射光。因此，「偏極保持散射特徵部」是入射在特徵部或散射體上的光的偏極度大致等於散射的光的偏極度的任何特徵部或散射體。此外，根據定義，「偏極保持散射」是（例如，引導的光）的散射，其保留或基本上保持被散射的光的預定偏極。例如，被散射的光可以是由偏極光源提供的偏極光。

在本文中，「繞射光柵」通常被定義為布置成提供入射在繞射光柵上的光的繞射的複數個特徵部（亦即，繞射特徵部）。在一些示例中，可以以週期性或準週期性的方式來布置複數個特徵部。例如，繞射光柵可以包括布置成一維（1D）陣列的複數個特徵部（例如，材料表面中的複數個凹槽或脊部）。在其他示例中，繞射光柵可以是二維（2D）陣列的特徵部。例如，繞射光柵可以是材料表面上的凸塊或孔洞的二維陣列。

如此，根據本文的定義，「繞射光柵」是提供入射在繞射光柵上的光的繞射的結構。如果光從光導入射在繞射光柵上，則所提供的繞射或繞射散射可以導致並且因此被稱為「繞射耦合」，因為繞射光柵可以透過繞射將光耦合出光導。繞射光柵還藉由繞射（亦即，以繞射角）重定向或改變光的角度。特別地，由於繞射，離開繞射光柵的光通常具有與入射在繞射光柵上的光（亦即，入射光）的傳導方向不同的傳導方向。藉由繞射的光的傳導方向的變化在這裡被稱為「繞射重定向」。因此，繞射光柵可以理解為包括繞射特徵部的結構，繞射特徵部繞射地重定向入射在繞射光柵上的光，並且如果光從光導入射，則繞射光柵也可以繞射地耦合出來自光導的光。

此外，根據本文的定義，繞射光柵的特徵部被稱為「繞射特徵部」，並且可以是在材料表面（亦即，兩種材料之間的邊界）處、之中、和之上的狀況中的一種或多種。例如，表面可以是光導的表面。繞射特徵部可以包括繞射光的各種結構中的任何一種，包括但不限於在表面處、表面中、或表面上的凹槽、脊部、孔洞、和凸塊中的一個或複數個。例如，繞射光柵可以在材料表面中包括複數個基本上平行的凹槽。在另一個示例中，繞射光柵可以包括從材料表面上升起的複數個平行的脊部。繞射特徵部（例如，凹槽、脊部、孔洞、凸塊等等）可以具有提供繞射的各種橫截面形狀或輪廓中的任何一種，包括但不限於正弦曲線輪廓、矩形輪廓（例如，二元繞射光柵）、三角形輪廓、和鋸齒輪廓（例如，閃耀光柵）。

根據本文所述的各種示例，可以採用繞射光柵（例如，如下所述的多光束元件的繞射光柵）來將光從光導（例如，板光導）繞射散射出或耦合出作為光束。特別是，局部週期性繞射光柵的繞射角度q_m 或由局部週期性繞射光柵提供的繞射角度q_m 可藉由等式（1）給定如： θ_m = sin^- ¹ (n sinq_i - mλ/d) （1）其中λ是光的波長，m是繞射階數，n是光導的折射率，d是繞射光柵的特徵部之間的距離或間隔，q_i 是繞射光柵上的光入射角。為了簡單起見，等式（1）假設繞射光柵與光導的表面鄰接並且光導外部的材料的折射率等於1（亦即，n_out = 1）。通常，繞射階數m由整數給定。繞射角q_m 由繞射光柵產生的光束可以由其中繞射階數為正（例如，m ＞ 0）的等式（1）給定。例如，當繞射階數m等於1（亦即，m = 1）時提供第一階繞射。

圖2係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的繞射光柵30的橫截面圖。例如，繞射光柵30可以位於光導40的表面上。另外，圖2顯示以入射角q_i 入射在繞射光柵30上的光束50。入射光束50可以是在光導40內的被引導的光的光束（亦即，引導的光束）。在圖2中還顯示了由繞射光柵30繞射產生並耦合出的指向性光束60，作為入射光束50的繞射的結果。指向性光束60具有如等式（1）所示的繞射角度q_m （或者，在此，「主要角度方向」）。繞射角度q_m 可以對應於繞射光柵30的繞射階數「m」，例如，繞射階數m = 1（亦即，第一階繞射）。

根據本文的定義，「多光束元件」是產生包括複數條光束的光的背光或顯示器的結構或元件。在一些實施例中，多光束元件可以光學耦合到背光的光導，以藉由耦合或散射出在光導中的引導的光的一部分來提供複數條光束。此外，根據本文的定義，由多光束元件產生的複數條光束的光束具有彼此不同的主要角度方向。特別地，根據定義，複數條光束中的一條光束具有與複數條光束的另一條光束不同的預定主要角度方向。如此，根據本文的定義，光束被稱為「指向性光束」，並且複數條光束可被定義為「複數條指向性光束」。

此外，複數條指向性光束可以表示為光場。例如，複數條指向性光束可以被限制在基本上圓錐形的空間區域中，或者具有包括複數條光束中的光束的不同主要角度方向的預定角展度。如此，組合的光束（亦即，複數條光束）的預定角展度可以表示光場。

根據各種實施例，複數條不同指向性光束的不同主要角度方向由包括但不限於多光束元件的尺寸（例如，長度、寬度、面積等等）的特性確定。在一些實施例中，根據本文的定義，多光束元件可以被認為是「延伸點光源」，即橫跨多光束元件的範圍分布的複數個點光源。此外，由多光束元件產生的指向性光束具有由角分量給定的主要角度方向{q, f}，如本文所定義，並且如上文關於圖1B所述。

在本文中，「準直器」被定義為基本上任何被配置以準直光的光學裝置或設備。例如，準直器可以包括但不限於準直鏡或反射器、準直透鏡、繞射光柵、錐形光導、以及其各種組合。根據各種實施例，由準直器提供的準直量可以從一個實施例到另一個實施例以預定程度或量變化。此外，準直器可以被配置以在兩個正交方向（例如，垂直方向和水平方向）中的一個或兩個方向上提供準直。也就是說，根據一些實施例，準直器可以在提供光準直的兩個正交方向中的一個或兩個方向上包括形狀或類似的準直特性。

在本文中，「準直因子」被定義為光被準直的程度。特別地，準直因子定義準直光束內的光線的角展度。例如，準直因子s可以指定準直光束中的大部分光線在特定的角展度內（例如，關於準直光束的中心或主要角度方向的+/- s度）。根據一些示例，準直光束的光線可以具有角度方面的高斯分布，並且角展度可以是由準直光束的峰值強度的一半所確定的角度。

在本文中，「光源」被定義為發出光的源頭（例如，被配置以產生和發射光的光學發射器）。例如，光源可以包括光學發射器，例如，發光二極體（LED），其在被啟動或開啟時發光。特別地，在此，光源可以基本上是任何光源，或者基本上包括任何光學發射器，包括但不限於發光二極體（LED）、雷射、有機發光二極體（OLED）、聚合物發光二極體，電漿型的光學發射器，螢光燈、白熾燈、以及實際上任何其他光源。由光源產生的光可以具有顏色（亦即，可以包括特定波長的光），或者可以是波長範圍（例如，白光）。在一些實施例中，光源可以包括複數個光學發射器。例如，光源可以包括一組或一群光學發射器，其中至少一個光學發射器產生具有一顏色或等同波長的光，該顏色或等同波長不同於由該組或群的至少一個其它光學發射器產生的光所具有的一顏色或一波長。不同的顏色可以包括例如原色（例如，紅色、綠色、藍色）。「偏極」光源在本文中被定義為基本上產生或提供具有預定偏極的光的任何光源。例如，偏極光源可以包括在光源的光學發射器的輸出處的偏光板。

此外，如本文所使用的，冠詞「一」旨在具有其在專利領域中的通常含義，即「一個或複數個」。例如，「一多光束元件」是指一個或複數個多光束元件，因此，「該多光束元件」在本文中是指「該（等）多光束元件」。此外，本文中對「頂部」、「底部」、「上」、「下」、「向上」、「向下」、「前」、「後」、「第一」、「第二」、「左」、或「右」並不意味著在作為限制。在此，術語「約」在應用於某個值時通常意味著在用於產生該值的設備的公差範圍內，或者可以表示加減10％、或加減5％、或加減1％，除非另有明確說明。此外，本文使用的術語「基本上」是指大部分、或幾乎全部、或全部、或在約51％至約100％的範圍內的量。而且，這裡的示例僅僅是說明性的，並且是為了討論的目的而不是為了限制。

根據本文中描述的原理的一些實施例，提供了一種透明多視域顯示器。圖3A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的透明多視域顯示器100的橫截面圖。圖3B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的透明多視域顯示器100的平面圖。圖3C係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的透明多視域顯示器100的透視圖。圖3D係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的透明多視域顯示器100的另一透視圖。圖3C中的透視圖以部分切除的方式顯示，僅用於方便本文的討論。

圖3A~3D中所示的透明多視域顯示器100被配置以提供具有彼此不同的主要角度方向（例如，作為光場）的複數個耦合出或散射出的指向性光束102。具體地，根據各種實施例，所提供的複數條指向性光束102在與多視域影像的各個視域方向對應的不同的主要角度方向上遠離透明多視域顯示器100。此外，指向性光束102被調變（例如，使用光閥，如下所述），以在透明多視域顯示器100上或由透明多視域顯示器100提供或顯示多視域影像。在一些實施例中，多視域影像可以包括三維（3D）內容（例如，以不同的透視圖表示的虛擬物體，當使用者查看時，其以3D物體的形式出現）。

此外，如圖3D所示，透明多視域顯示器100被配置以使得背景景象101可透過透明多視域顯示器100看見。也就是說，透明多視域顯示器100可以使使用者能夠同時查看所顯示的多視域影像和背景景象101，此外，當透過透明多視域顯示器100觀看背景景象101時，對於使用者顯示的多視域影像可以被提供為疊加或出現在背景景象101上或「中」。因此，根據一些實施例，透明多視域顯示器100可向其中3D虛擬物體看起來在背景景象101中的使用者提供增強實境（AR）體驗。如圖3D所示，使用者可以從位置或區域A觀看透明多視域顯示器100，並且背景景象101可以位於透明多視域顯示器100的與位置A相反的一側（例如，區域B）。例如，使用者可以在由粗體箭頭和虛線指示的方向上從區域A觀看透明多視域顯示100的正面，而背景景象位於區域B的透明多視域顯示100的後面。

如圖3A~3D所示，透明多視域顯示器100包括光導110。根據一些實施例，光導110可以是板光導。光導110被配置以沿著光導110的長度方向被引導作為引導的光104。例如，光導110可以包括被配置為光波導的介電材料。介電材料可以具有比圍繞介電光波導的介質的第二折射率大的第一折射率。例如，根據光導110的一個或複數個引導模式，折射率的差異被配置以促進引導的光104的全內反射。

具體地，光導110可以是包括延伸的、基本上平坦的光學透明介電材料片的板或厚板光波導。基本平坦的介電材料片被配置以使用全內反射來引導該引導的光104。根據各種示例，光導110的光學透明材料可以包括或者由多種介電材料中的任何一種製成，所述介電材料包括但不限於一種或多種各種類型的玻璃（例如，石英玻璃、鹼鋁矽酸鹽玻璃、硼矽酸鹽玻璃等等）和基本上光學透明的塑膠或聚合物（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，光導110還可以在光導110的表面（例如，頂表面和底表面中的一個或兩個）的至少一部分上包括包覆層（圖中未示）。根據一些示例，包覆層可以用來進一步促進全內反射。

此外，根據一些實施例，光導110被配置以根據在第一表面110’（例如，「前」表面或側面）與第二表面110”（例如，「後」表面或側面）之間的在非零傳導角度的全內反射引導該引導的光104。特別地，引導的光104透過在光導110的第一表面110’和第二表面110”之間反射或「跳動」而傳導在非零傳導角度。在一些實施例中，引導的光104包括不同顏色的光的複數條引導的光束。複數條引導的光束可以由光導110以不同的顏色特定的非零傳導角度中的相應的一個來引導。注意，為了簡化說明，未顯示非零傳導角度。然而，描繪傳導方向103的粗體箭頭顯示了沿著圖3A中的光導長度的被引導的光104的一般傳導方向。

如本文所定義，「非零傳導角度」是相對於光導110的表面（例如，第一表面110’或第二表面110”）的角度。此外，非零傳導角度大於零且小於光導110內的全內反射的臨界角。例如，引導的光104的非零傳導角度可以在大約十（10）度和大約五十（50）度、或在一些實例中在約二十（20）度至約四十（40）度之間、或在約二十五（25）度至約三十五（35）度之間。非零傳導角度可以是大約三十（30）度。在其他示例中，非零傳導角度可以是大約20度、或者大約25度、或者大約35度。只要特定的非零傳導角度被選擇為小於光導110內的全內反射的臨界角，則特定的非零傳導角度就可以被（例如，任意）選擇用於特定的執行。

光導110中的引導的光104可以以非零傳導角度（例如，大約30~35度）引入或耦合到光導110中。例如，透鏡、鏡子、或類似的反射器（例如，傾斜的準直反射器）、繞射光柵、和稜鏡（圖中未示）中的一個或複數個可以促進在非零傳導角度將光耦合到光導110的輸入端中作為引導的光104。一旦被耦合到光導110中，引導的光104沿著可以大致遠離輸入端（例如，由沿著圖3A中的x軸指向的粗體箭頭所示）的方向沿著光導110傳導。

此外，根據各種實施例，引導的光104、或等同地透過將光耦合到光導110中而產生的引導的光104可以是準直光束。在此，「準直光」或「準直光束」通常被定義為其中光束的光線在光束（例如，引導的光104）內係基本上彼此平行的光束。此外，根據本文的定義，從準直光束發散或散射的光線不被認為是準直光束的一部分。在一些實施例中，透明多視域顯示器100可以包括例如但不限於透鏡、反射器、或反射鏡、繞射光柵、或錐形光導的準直器，其被配置以從例如光源準直光。在一些實施例中，光源包括準直器。提供給光導110的準直光是準直的引導的光104。在各種實施例中，引導的光104可以根據或具有準直因子而被準直。

在一些實施例中，光導110可以被配置以「回收再利用」引導的光104。具體地說，沿著光導長度被引導的該引導的光104可以在不同於傳導方向103的另一個傳導方向103’上被重定向回到沿著該長度方向。例如，光導110可以在與鄰接光源的輸入端相對的光導110的端部處包括反射器（圖中未示）。反射器可以被配置以將引導的光104反射回輸入端作為回收再利用的引導的光。以這種方式回收再利用的引導的光104可以透過使得導光可不止一次被用於例如下面描述的多光束元件，來增加透明多視域顯示器100的亮度（例如，指向性光束102的強度）。

在圖3A中，指示回收再利用的引導的光的傳導方向103’（例如，指向負x方向）的粗體箭頭顯示了回收再利用的引導的光在光導110內的大致傳導方向。可選地（例如，相反於回收再利用引導的光），可以透過將光以另一個傳導方向103’（例如，除了具有傳導方向103的引導的光104外）引入到光導110中來提供在另一個傳導方向103’上傳導的引導的光104。

如圖3A~3C所示，透明多視域顯示器100還包括沿著光導長度彼此間隔開的複數個多光束元件120。特別地，複數個多光束元件120透過有限空間彼此分開，並且沿著光導長度代表各個不同的元件。也就是說，根據本文的定義，複數個多光束元件120根據有限（亦即，非零）元件間距離（例如，有限的中心到中心的距離）而彼此間隔開。此外，根據一些實施例，複數個多光束元件120通常不相交、重疊、或以其他方式彼此接觸。也就是說，複數個多光束元件120中的每個多光束元件120通常是不同的並且與多光束元件120中的其他複數個元件分開。

根據一些實施例，複數個多光束元件120可以以一維（1D）陣列或二維（2D）陣列排列。例如，複數個多光束元件120可以被布置為線性1D陣列。在另一個示例中，複數個多光束元件120可以被布置為矩形2D陣列或圓形2D陣列。此外，在一些示例中，陣列（亦即，1D或2D陣列）可以是規則的或均勻的陣列。具體而言，多光束元件120之間的元件間距離（例如，中心到中心的距離或間隔）可以在整個陣列上基本一致或恆定。在其他示例中，多光束元件120之間的元件間距離可以在陣列上以及沿著光導110的長度中的一個或兩個改變。

根據各種實施例，複數個多光束元件120被配置以耦合或散射出引導的光104的一部分作為複數條指向性光束102。具體地，圖3A和3C將指向性光束102顯示為複數個發散的箭頭，被描繪為從光導110的第一（或前部）表面110’被引導。此外，根據各種實施例，多光束元件120的尺寸與在透明多視域顯示器100的多視域像素106中的視域像素106’的尺寸（或者如在下文描述的，與光閥130等同的尺寸）相當。

在此，「尺寸」可以以各種方式中的任何一種來定義，包括但不限於長度、寬度、或面積。例如，視域像素106’的尺寸可以是其長度，並且多光束元件120的相等尺寸也可以是多光束元件120的長度。在另一個示例中，尺寸可以指面積，使得多光束元件120的面積可以與視域像素106’的面積相當。

在一些實施例中，多光束元件120的尺寸與視域像素尺寸相當，使得多光束元件尺寸在視域像素尺寸的大約百分之五十（50％）和大約百分之二百（200％）之間。例如，如果多光束元件尺寸被表示為「s」並且視域像素尺寸被表示為「S」（例如，如圖3A所示），則多光束元件尺寸s可以由等式（2）表示如下：（2）

在其它示例中，多光束元件尺寸大於視域像素尺寸的大約百分之六十（60％），或視域像素尺寸的大約百分之七十（70％），或大於視域像素尺寸的大約百分之八十（80％），或大於視域像素尺寸的大約百分之九十（90％）；並且多光束元件小於視域像素尺寸的大約百分之一百八十（180％），或小於視域像素尺寸的大約百分之一百六十（160％），或小於視域像素尺寸的大約百分之一百四十（140％），或小於視域像素尺寸的大約百分之一百二十（120％）。例如，藉由「相當尺寸」，多光束元件尺寸可以在視域像素尺寸的大約百分之七十五（75％）與大約一百五十（150％）之間。在另一個示例中，多光束元件120的尺寸可以與視域像素106’的尺寸相當，其中多光束元件尺寸係在視域像素尺寸的大約百分之一百二十五（125％）與大約百分之八十五（85％）之間。根據一些實施例，可以選擇多光束元件120和視域像素106’的相當尺寸以減小多視域顯示器的視域之間的暗區，或者在一些示例中使多視域顯示器的視域之間的暗區減小，同時減小，或者在一些示例中最小化多視域顯示器的視域之間的重疊。

如圖3A~3D所示，透明多視域顯示器100還包括光閥130陣列。光閥130陣列被配置以調變複數條指向性光束的指向性光束102。特別地，光閥130陣列可以被配置以調變指向性光束102，以作為或提供透明多視域顯示器100所顯示的影像，例如，多視域影像。在圖3C中，光閥130的陣列被部分切除以允許光導110和光閥陣列下面的多光束元件120的可視化。

此外，具有不同主要角度方向的不同指向性光束102的其中不同的一條被配置以穿過光閥陣列中的不同光閥130並由此被光閥陣列中的不同光閥130調變。此外，如圖所示，陣列的光閥130對應於視域像素106’，而光閥陣列的一組光閥130對應於透明多視域顯示器100的多視域像素106。具體地，光閥陣列的不同組光閥130被配置以接收和調變來自不同的多光束元件120的指向性光束102。因此，如圖所示，對於每個多光束元件120存在一組專有的光閥130。在各種實施例中，可以採用多種不同類型的光閥中的任何一種作為光閥陣列的光閥130，包括但不限於液晶光閥、電泳光閥、和基於或採用電潤濕的光閥中的一個或多個。

圖3A顯示了第一光閥組130a，該第一光閥組130a被配置以接收和調變來自第一多光束元件120a的指向性光束102，而第二光閥組130b被配置以接收並調變來自第二多光束元件120b的指向性光束102，如圖所示。因此，光閥陣列中的每個光閥組（例如，第一和第二光閥組130a、130b）分別對應於不同的多視域像素106，其中光閥組中的單個光閥130對應於相應的多視域像素106的視域像素106’，如圖3A所示。

注意，在圖3A中，視域像素106’的尺寸可以對應於光閥陣列中的光閥130的實際尺寸。在其他示例中，視域像素尺寸或等同地光閥尺寸可以被定義為光閥陣列的鄰接光閥130之間的距離（例如，中心到中心的距離）。例如，光閥130可以小於光閥陣列中的光閥130之間的中心到中心的距離。例如，視域像素或光閥的尺寸可以被定義為光閥130的尺寸或者與光閥130之間的中心到中心的距離相對應的尺寸。

在一些實施例中，複數個多光束元件120與對應的多視域像素106（例如，光閥組130）之間的關係可以是一對一的關係。也就是說，可以有相同數量的多視域像素106和多光束元件120。圖3B透過示例明確地顯示了一對一關係，其中包括不同組的光閥130的每個多視域像素106被顯示為由一條虛線包圍。在其他實施例中（圖中未示），多視域像素106和多光束元件120的數量可以彼此不同。

在一些實施例中，複數條多光束元件的鄰接的一對多光束元件120之間的元件間距離（例如，中心到中心距離）可以等於在相應的鄰接的一對多視域像素106之間（例如，由光閥組表示）的像素間距離（例如，中心到中心距離）。例如，在圖3A中，第一多光束元件120a和第二多光束元件120b之間的中心到中心距離d基本上等於第一光閥組130a和第二光閥組130b之間的中心到中心距離D，如圖所示。在其它實施例中（圖中未示），多對多光束元件120和對應的光閥組的相對中心到中心距離可以不同，例如，多光束元件120可以具有元件間間隔（亦即，中心到中心距離d），其大於或小於表示多視域像素106的光閥組之間的間隔（亦即，中心到中心距離D）。

在一些實施例中，多光束元件120的形狀可以類似於多視域像素106的形狀，或等同地類似對應於多視域像素106的光閥130的組（或「次陣列」）的形狀。例如，多光束元件120可以具有正方形形狀，並且多視域像素106（或者對應的一組光閥130的布置）可以是大致上正方形的。在另一個示例中，多光束元件120可以具有矩形形狀，亦即，可以具有大於寬度或橫向尺寸的長度或縱向尺寸。在該示例中，與多光束元件120相對應的多視域像素106（或者等同地，光閥130組的布置）可以具有類似的矩形形狀。圖3B顯示了正方形多光束元件120和包括正方形光閥130組的對應正方形多視域像素106的俯視域或平面圖。在另外的示例中（圖中未示），多光束元件120和對應的多視域像素106具有包括或者至少近似於三角形、六邊形、和圓形的各種形狀。

此外（例如，如圖3A所示），根據一些實施例，每個多光束元件120被配置以向一個且僅一個多視域像素106提供指向性光束102。具體地，對於多光束元件120中給定的一個，具有與多視域顯示器的不同視角對應的不同主要角度方向的指向性光束102基本上被限制在單個對應的多視域像素106及其視域像素106’，亦即對應於多光束元件120的單一組光閥130（例如，如圖3A所示）。如此，透明多視域顯示器100的每個多光束元件120提供相應的一組指向性光束102，其具有對應於多視域顯示器的不同視域的一組不同主要視角方向（亦即，該組指向性光束102包含具有對應於每個不同視域方向的光束）。

根據各種實施例，多光束元件120可以包括被配置以耦合出引導的光104的一部分的任何數量的不同結構。例如，不同的結構可以包括但不限於繞射光柵、反射元件、微折射元件、或其各種組合。在一些實施例中，包括繞射光柵的多光束元件120被配置以繞射耦合出引導的光的一部分作為具有不同主要角度方向的複數條指向性光束102。在其他實施例中，包括微反射元件的多光束元件120被配置以反射耦合出引導的光的一部分作為複數條指向性光束102；或者包括微折射元件的多光束元件120被配置以透過或使用折射（亦即，折射地耦合出導光部分）耦合出所述引導的光的一部分作為複數條指向性光束102。

圖4A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的包括多光束元件120的透明多視域顯示器100的橫截面圖。圖4B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例說明在一示例中的包括多光束元件120的透明多視域顯示器100的橫截面圖。具體地，圖4A~4B顯示了包括繞射光柵122的透明多視域顯示器100的多光束元件120。繞射光柵122被配置以繞射耦合出引導的光104的一部分作為複數條指向性光束102。繞射光柵122包括複數個繞射特徵部，該等繞射特徵部透過繞射特徵部間隔或繞射特徵部或光柵間距彼此間隔開，所述繞射特徵部被配置以提供繞射耦合出被引導的光部分。根據各種實施例，繞射光柵122中的繞射特徵部的間隔或光柵間距可以是次波長（sub-wavelength）（亦即，小於引導的光的波長）。

在一些實施例中，多光束元件120的繞射光柵122可以位於光導110的表面處或附近。例如，繞射光柵122可以位於或鄰接光導110的第一表面110’，如圖4A所示。在光導第一表面110’處的繞射光柵122可以是透射模式繞射光柵，其被配置以繞射耦合出引導的光的一部分通過第一表面110’作為指向性光束102。在另一個示例中，如圖4B所示，繞射光柵122可以位於光導110的第二表面110”處或附近。當位於第二表面110”處時，繞射光柵122可以是反射模式繞射光柵。作為反射模式繞射光柵，繞射光柵122被配置以繞射引導的光的一部分，並且將被繞射的引導的光的一部分朝向第一表面110’反射，以通過離開第一表面110’作為繞射指向性光束102。在其他實施例（圖中未示）中，繞射光柵可以位於光導110的表面之間，例如，作為透射模式繞射光柵和反射模式繞射光柵中的一個或兩個。注意，在本文描述的一些實施例中，指向性光束102的主要角度方向可以包括由於指向性光束102在光導表面處離開光導110而產生的折射效果。例如，作為示例而非限制，圖4B顯示了指向性光束102在指向性光束102穿過第一表面110’時由於折射率的變化而折射（亦即，彎曲）。也參見下面描述的圖7A和7B。

根據一些實施例，繞射光柵122的繞射特徵部可以包括彼此間隔開的凹槽和脊部中的一者或二者。凹槽或脊部可以包括光導110的材料，例如，可以形成在光導110的表面中。在另一個示例中，凹槽或脊部可以由不同於光導材料的材料形成，例如，在光導110的表面上的另一種材料的膜或層。

在一些實施例中，多光束元件120的繞射光柵122是均勻繞射光柵，其中繞射特徵部間隔在整個繞射光柵122中基本恆定或不變。在其它實施例中，繞射光柵122可以是週期漸變型（chirped）繞射光柵。根據定義，「週期漸變型」繞射光柵是一種繞射光柵，其展示或具有在週期漸變型繞射光柵的範圍或長度上變化的繞射特徵部的繞射間隔（亦即，光柵間距）。在一些實施例中，週期漸變型繞射光柵可以具有或呈現隨距離線性變化的繞射特徵部間隔的「週期漸變」或變化。因此，週期漸變型繞射光柵根據定義是「線性週期漸變型」繞射光柵。在其他實施例中，多光束元件120的週期漸變型繞射光柵可以呈現繞射特徵部間隔的非線性週期漸變。可以使用各種週期漸變，包括但不限於指數週期漸變、對數週期漸變、或以基本上不均勻或隨機但仍然以單調的方式變化的週期漸變。也可以使用非單調的週期漸變，例如，但不限於正弦週期漸變、或三角形或鋸齒狀週期漸變。任何這些類型的週期漸變的組合也可以被使用。

在一些實施例中，繞射光柵122可以包括複數個繞射光柵或等同地複數個子光柵。圖5A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的包括複數個子光柵的繞射光柵122的橫截面圖。圖5B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的在圖5A中所示的繞射光柵122的平面圖。例如，圖5A中的橫截面視圖可以表示從左至右穿過圖5B中所示的繞射光柵122的底部行的子光柵的橫截面。如圖5A和圖5B所示，複數個子光柵在表面（例如，如圖所示，第二表面110”）上包括多光束元件120的繞射光柵122內的第一子光柵122a和第二子光柵122b。圖5A和5B中顯示了多光束元件120的尺寸s，而圖5B中使用虛線顯示了多光束元件120的邊界。

根據一些實施例，複數條多光束元件的不同多光束元件120之間的繞射光柵122內的子光柵的差異密度可以被配置以控制由分別不同的多光束元件120繞射散射出的複數條指向性光束102的相對強度。換句話說，多光束元件120可以具有不同的繞射光柵122的密度，並且可以配置不同的密度（亦即，子光柵的差異密度）以控制複數個指向性光的相對強度。特別地，在繞射光柵122內具有較少子光柵的多光束元件120可產生具有比具有相對較多子光柵的另一多光束元件120更低強度（或光束密度）的複數條指向性光束102。例如，子光柵的差異密度可以使用諸如圖5B中所示的多光束元件120內缺少或不具有子光柵的位置122’的位置來提供。

圖6係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的一對多光束元件120的平面圖。如圖所示，該對中的第一多光束元件120a在繞射光柵122內具有比存在於該對中的第二多光束元件120b中更高密度的子光柵。特別地，第二多光束元件120b具有繞射光柵122，其具有比第一多光束元件120a更少的子光柵和更多的沒有子光柵的位置122’。在一些實施例中，第一多光束元件120a中的較高密度的子光柵可以提供具有比由第二多光束元件120b提供的複數條指向性光束的強度更高強度的複數條指向性光束。根據一些實施例，由圖6中所示的差異子光柵密度提供的各個指向性光束的較高和較低強度可以用於補償作為傳導距離的函數的光導內的指向性光束的光強度的變化。作為示例而非限制，圖6還顯示了具有彎曲繞射特徵部的子光柵的繞射光柵122。

圖7A係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例說明在一示例中的包括多光束元件120的透明多視域顯示器100的橫截面圖。圖7B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例說明在一示例中的包括多光束元件120的透明多視域顯示器100的橫截面圖。具體地，圖7A和圖7B顯示了包括微反射元件的多光束元件120的各種實施例。用作多光束元件120或在多光束元件120中的微反射元件可以包括但不限於採用反射材料或其層（例如，反射金屬）的反射器，或基於全內反射（TIR）的反射器。根據一些實施例（例如，如圖7A~7B所示），包括微反射元件的多光束元件120可位於光導110的表面（例如，第二表面110”）處或附近。在其他實施例中（圖中未示），微反射元件可以位於第一和第二表面110’、110”之間的光導110內。

例如，圖7A顯示了包括具有位於光導110的第二表面110”附近的反射小面（例如，「稜鏡」微反射元件）的微反射元件124的多光束元件120。圖示的稜鏡微反射元件124被配置以將引導的光104的一部分反射（亦即，反射散射）到光導110外作為指向性光束102。例如，小面相對於被引導的光104的傳導方向可以歪斜或傾斜（亦即，具有傾斜角），以將引導的光的一部分反射出光導110。根據各種實施例，可以使用光導110內的反射材料形成小面（例如，如圖7A所示），或者小面可以是第二表面110”中的稜鏡空腔的表面。當採用稜鏡空腔時，在一些實施例中，空腔表面處的折射率變化可以提供反射（例如，TIR反射），或者形成小面的空腔表面可以被反射材料塗覆以提供反射。

在另一個示例中，圖7B顯示了包括具有基本光滑的彎曲表面的微反射元件124的多光束元件120，例如但不限於半球形微反射元件124。例如，微反射元件124的特定表面彎曲可以被配置以根據引導的光104所接觸的彎曲表面上的入射點在不同的方向上反射引導的光的一部分。如圖7A和圖7B所示，作為示例而非限制，從光導110反射地散射的引導的光的一部分離開或從第一表面110’發出。如圖7A中的稜鏡微反射元件124一樣，圖7B中的微反射元件124可以是光導110內的反射材料，或者是形成在第二表面110”中的空腔（例如，半圓形空腔），如圖7B中以舉例而非限制的方式所示。圖7A和7B還顯示了具有兩個傳導方向103、103’（亦即，如粗體箭頭所示）的引導的光104，作為示例而非限制。例如，使用兩個傳導方向103、103’可以有助於提供具有對稱的主要角度方向的複數條指向性光束102。

圖8係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例說明在一示例中的包括多光束元件120的透明多視域顯示器100的橫截面圖。具體地，圖8顯示了包括微折射元件126的多光束元件120。根據各種實施例，微折射元件126被配置以從光導110折射地耦合或散射出引導的光104的一部分。也就是說，微折射元件126被配置以利用折射（例如，與繞射或反射相反）來將來自光導110的引導的光的一部分耦合或散射出去作為指向性光束102，如圖8中所示。微折射元件126可具有各種形狀，包括但不限於半球形、矩形、或稜柱形（亦即，具有傾斜面的形狀）。根據各種實施例，如圖所示，微折射元件126可以延伸或突出到光導110的表面（例如，第一表面110’），或者可以是表面中的空腔（圖中未示）。此外，在一些實施例中，微折射元件126可以包括光導110的材料。在其它實施例中，微折射元件126可以包括與光導表面鄰接並且在一些示例中與光導表面接觸的另一種材料。

再次參考圖3A，透明多視域顯示器100可以進一步包括光源140。根據各種實施例，光源140被配置以提供要在光導110內被引導的光。具體地，光源140可以位於光導110的入口表面或端部（輸入端）附近。在各種實施例中，光源140可以包括基本上任何光源（例如，光學發射器），包括但不限於一個或複數個發光二極體（LED）或雷射（例如，雷射二極體）。在一些實施例中，光源140可以包括被配置以產生具有由特定顏色表示的窄頻帶光譜的基本上單色的光的光學發射器。特別地，單色光的顏色可以是特定顏色空間或顏色模型（例如，紅-綠-藍（RGB）顏色模型）的原色。在其他示例中，光源140可以是被配置以提供基本上寬頻帶或多色光的基本上寬頻帶的光源。例如，光源140可以提供白光。在一些實施例中，光源140可以包括被配置以提供不同顏色的光的複數個不同的光學發射器。不同的光學發射器可以被配置以提供具有與不同顏色的光中的每一個相對應的引導的光的不同的、顏色特定的、非零傳導角度的光。

在一些實施例中，光源140可以進一步包括準直器（圖中未示）。準直器可以被配置以從光源140的一個或複數個光學發射器接收基本上未經準直的光。準直器還被配置以將基本未經準直的光轉換為準直的光。具體而言，根據一些實施例，準直器可以提供具有非零傳導角並且根據預定的準直因子被準直的準直光。而且，當採用不同顏色的光學發射器時，準直器可以被配置以提供具有不同的、顏色特定的、非零傳導角度以及具有不同顏色特定準直因子的其中之一或二者的準直光。如上所述，準直器進一步被配置以將準直的光束傳送到光導110以作為引導的光104。

在各種實施例中，透明多視域顯示器100被配置以在通過光導110與引導的光104的傳導方向103、103’正交的方向上對光基本上透明。具體地，光導110和間隔分開的複數個多光束元件120允許光經由第一表面110’和第二表面110”穿過光導110。至少部分地由於多光束元件120的相對較小的尺寸和多光束元件120的相對大的元件間間隔（例如，與多視域像素106的一對一對應關係）而可以促進透明性。此外，在一些實施例中，尤其是當多光束元件120包括繞射光柵時，多光束元件120對於與光導表面110’、110”正交傳導的光也可以基本上是透明的。此外，至少在一些情況下（例如，當光閥被設置為清晰或「白光」狀態時），光閥130的陣列被配置以對於正交傳導的光也是透明的。因此，例如，根據各種實施例，來自背景景象101的光可以在正交方向上通過具有多光束元件複數個的光導110，並且還穿過光閥陣列的至少一些光閥130，以便於經由透明多視域顯示器100觀看背景景象101。

根據這裡描述的原理的一些實施例，提供了一種透明顯示器。透明顯示器被配置以發射調變的光作為在透明顯示器上顯示的影像的像素。此外，根據各種實施例，透明顯示器被配置使得背景景象經由透明顯示器為可見的。

在一些實施例中，透明顯示器可以是二維（2D）透明顯示器，其被配置以發射具有相對寬廣但基本上非指向性的視角的調變的光。也就是說，2D透明顯示器可以發射調變的光作為顯示影像的像素，例如，作為「2D」影像。此外，作為2D影像，所顯示的影像被配置以基本上將所顯示的影像的視域提供給廣視角內的基本上任何位置的觀察者。根據各種實施例，由透明顯示器提供的顯示影像可以顯現為疊加在背景景象上或背景景象中。

在其他實施例中，透明顯示器可以是透明多視域顯示器，其中發射的調變的光包括優先指向透明多視域顯示器的複數個視域方向的發射的調變的指向性光束。關於透明多視域顯示器實施例，所顯示的影像可以是包括具有與調變的指向性光束的方向相對應的方向的指向性像素的三維（3D）或多視域影像。具體而言，發射的調變的指向性光束中的不同者可對應於與多視域影像相關聯的不同「視域」的單獨的指向性像素。例如，不同的視域可以提供透明多視域顯示器正在顯示的多視域影像中的訊息表示的「裸眼」（例如，自動立體）觀看體驗。此外，根據各種實施例，由透明多視域顯示器提供的多視域影像可以顯現為疊加在背景景象上或在背景景象中。

圖9係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的透明顯示器200的方塊圖。根據各種實施例，透明顯示器200被配置以將顯現至觀看者的影像顯示為疊加在背景景象201（亦即，在透明顯示器200後面或經由透明顯示器200觀看的景象）上。在一些實施例中，所顯示的影像可以是在不同視域方向上具有不同視域的多視域影像。具體地說，透明顯示器200提供的調變的發射的光202對應於顯示影像的像素。在一些實施例中，來自透明顯示器200的調變的發射的光202可以是調變的指向性光束，並且可對應於所顯示的多視域影像的不同視域的指向性像素。調變的發射的光202被圖示為從圖9中的透明顯示器200所發出的箭頭。虛線用於調變的發射的光202的箭頭以強調其調變，作為示例而非限制。

圖9中所示的透明顯示器200包括具有散射特徵部220的光導210。在一些實施例中，散射特徵部220是角度保持散射特徵部或者包括角度保持散射體。光導被配置以沿著光導210的長度引導光作為引導的光，並且該散射特徵部被配置以將引導的光的一部分散射出光導作為發射的光204。例如，散射特徵部220可以包括角度保持散射體，該散射體被配置以根據引導的光的準直因子來提供角度保持散射。在一些實施例中，光導210可以與以上關於透明多視域顯示器100描述的光導110基本上類似。

圖9中所示的透明顯示器200還包括光閥陣列230。光閥陣列230被配置以調變發射的光204以提供表示顯示影像的調變的發射的光202（亦即，所顯示的影像的像素）。在一些實施例中，光閥陣列230可以基本上類似於上述透明多視域顯示器100的光閥130陣列。具體地，根據各種實施例，具有散射特徵部220的光導210與光閥陣列230的組合的透明度被配置使得背景景象能夠經由透明顯示器為可見的。

如圖所示，透明顯示器200進一步包括光源240。光源240被耦合到光導210的邊緣。光源240被配置以提供光被引導作為光導210內的引導的光。在一些實施例中，光源240可以基本上類似於上述透明多視域顯示器100的光源140。例如，光源240可以被配置以提供具有非零傳導角度以及根據預定的準直因子被準直的其中一者或兩者的引導的光。例如，光源240可以包括準直器，該準直器被配置以將引導的光提供為具有預定的準直因子的準直的引導的光。

在一些實施例中，光閥230的陣列可以與光導210的與鄰接背景景象201的第二表面相對的第一表面鄰接。散射特徵部220可以進一步被配置以散射引導的光的另一部分通過第二表面離開光導。例如，由散射特徵部220散射出的引導的光的另一部分可以用於照明（或用作為背景景象201的照明源）。圖9顯示了散射特徵部220從引導的光的另一部分提供的散射出的光206，其作為指向背景景象201的箭頭。

在一些實施例中，光源240可以被配置以提供具有預定偏極的光。例如，光源240可以包括偏光板或偏極光學發射器。在這些實施例中，例如，散射特徵部220可以被配置以提供偏極保持散射，並且發射的光204可以具有偏極，被配置以匹配光閥陣列230的輸入偏極。在一些實施例中，散射特徵部220可以既是角度保持散射特徵部又是偏極保持散射特徵部。

在一些實施例中，散射特徵部220可以包括沿著光導210的長度彼此間隔開的複數個多光束元件。複數個多光束元件中的多光束元件可以被配置以從光導散射出引導的光的一部分作為具有彼此不同的主要角度方向的複數條指向性光束。此外，指向性光束的不同主要角度方向可對應於多視域影像的不同視角的分別不同的視域方向。因此，根據一些實施例，所顯示的影像可以是多視域影像，並且透明顯示器200可以是透明多視域顯示器。

在一些實施例中，散射特徵部220的複數個多光束元件可以基本上類似於上面關於透明多視域顯示器100所描述的複數個多光束元件120。例如，散射特徵部220的複數個多光束元件中的多光束元件的尺寸可以在光閥陣列230的光閥230的尺寸的百分之五十和百分之二百之間。此外，在一些實施例中，多光束元件可以包括繞射光柵、微反射元件、和微折射元件的至少其中之一，光學地連接到光導以散射出引導的光的一部分。

例如，多光束元件可以包括繞射光柵，所述繞射光柵基本上類似於如上所述關於多光束元件120並且例如在圖4A~4B中顯示的繞射光柵122。在另一個示例中，多光束元件可以包括微反射元件，其基本上類似於上文關於多光束元件120所描述的且例如於圖7A~7B中顯示的微反射元件124。在又一實例中，多光束元件可包含微折射元件。相對於，微折射元件可以基本上類似於如上關於多光束元件120所描述的且例如在圖8中顯示的微折射元件126。

根據這裡描述的原理的其他實施例，提供了一種透明顯示器的操作方法。圖10係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域顯示器的操作方法300的流程圖。如圖10所示，透明顯示器的操作方法300包括沿著光導的長度引導光作為引導的光（310）。在一些實施例中，光可以以非零傳導角度被引導（310）。此外，可以根據預定的準直因子來使引導的光準直。根據一些實施例，光導可以基本上類似於上面關於透明多視域顯示器100所描述的光導110。

如圖10所示，透明顯示器的操作方法300進一步包括使用光導的散射特徵部將引導的光的一部分散射出光導作為發射的光（320）。在一些實施例中，散射特徵部基本上類似於上面關於透明顯示器200所述的散射特徵部220。例如，散射特徵部可以提供根據引導的光的準直因子的角度保持散射以及偏極保持散射中的一個或兩個。

圖10中所示的透明顯示器的操作方法300還包括使用透明的光閥陣列來調變發射的光（330）。透明的光閥陣列被配置以將發射的光調變為顯示的影像。根據各種實施例，透明顯示器的具有散射特徵部的光導與透明的光閥陣列的組合使背景景象經由透明顯示器為可見的。在一些實施例中，透明的光閥陣列可以基本上類似於上述透明多視域顯示器100的光閥130陣列。

在一些實施例中，散射步驟中（320）使用的散射特徵部包括複數個多光束元件。此外，發射的光包括具有與多視域影像的各個不同視域方向相對應的具有不同主要角度方向的複數條指向性光束。在一些實施例中，如上所述，複數個多光束元件可以基本上類似於透明多視域顯示器100的複數個多光束元件120。例如，複數個多光束元件可以包括光學連接到光導的繞射光柵、微反射元件、和微折射元件中的一個或多個。此外，所顯示的影像可以是多視域影像，並且指向性光束可以具有與多視域影像的視域方向對應的方向，亦即，一旦被調變（330），指向性光束可以表示多視域影像的視域像素。在一些實施例中，多光束元件的尺寸可以與透明的光閥陣列的視域像素的尺寸或者等同於光閥的尺寸相當。例如，多光束元件可以大於光閥尺寸的一半並且小於光閥尺寸的兩倍。

在一些實施例（圖中未示）中，透明顯示器的操作方法300還包括使用光源向光導提供光。所提供的光可以是引導的光，該引導的光具有下列特徵的其中之一者或二者：在光導內具有非零傳導角度；以及根據準直因子在光導內被準直，以在光導內提供引導的光的預定角展度。在一些實施例中，光源可以基本上類似於上述的透明多視域顯示器100的光源140。

在一些實施例（圖中未示）中，透明顯示器的操作方法300可以進一步包括在為背景景象提供照明的方向上散射引導的光的另一部分。具體地，在一些實施例中，如上所述，散射特徵部可以被配置以朝向透明的光閥陣列和朝向背景景象來散射光。

因此，本說明書中描述了透明多視域顯示器、透明多視域顯示器的操作方法、以及經由透明顯示器使背景景象為可見的透明顯示器的示例和實施例。應當理解的是，上述示例僅僅是說明代表這裡所描述的原理的許多具體示例中的一些示例。顯然，本領域的技術人員可以很容易地設計出許多其他的配置，而不偏離由所附的發明申請專利範圍界定的範圍。

本申請要求於2017年10月4日提交的在先國際專利申請第PCT/US2017/055178號的優先權，其全部內容透過引用結合於此。

10‧‧‧多視域顯示器

12‧‧‧螢幕

14‧‧‧視域

16‧‧‧視域方向

20‧‧‧光束

30‧‧‧繞射光柵

40‧‧‧光導

50‧‧‧光束/入射光束

60‧‧‧指向性光束

100‧‧‧透明多視域顯示器

101‧‧‧背景景象

102‧‧‧指向性光束

103‧‧‧傳導方向

103’‧‧‧傳導方向

104‧‧‧引導的光

106‧‧‧多視域像素

106’‧‧‧視域像素

110‧‧‧光導

110’‧‧‧第一表面

110”‧‧‧第二表面

120‧‧‧多光束元件

120a‧‧‧第一多光束元件

120b‧‧‧第二多光束元件

122‧‧‧繞射光柵

122’‧‧‧位置

122a‧‧‧第一子光柵

122b‧‧‧第二子光柵

124‧‧‧微反射元件

126‧‧‧微折射元件

130‧‧‧光閥

130a‧‧‧第一光閥組

130b‧‧‧第二光閥組

140‧‧‧光源

200‧‧‧透明顯示器

201‧‧‧背景景象

202‧‧‧調變的發射的光

204‧‧‧發射的光

206‧‧‧散射出的光

210‧‧‧光導

220‧‧‧散射特徵部

230‧‧‧光閥/光閥陣列

240‧‧‧光源

300‧‧‧方法

310‧‧‧步驟

320‧‧‧步驟

330‧‧‧步驟

A‧‧‧位置或區域

B‧‧‧位置或區域

D‧‧‧距離

d‧‧‧距離

O‧‧‧原點

S‧‧‧尺寸

s‧‧‧尺寸

q‧‧‧角度分量、仰角分量、仰角

qi‧‧‧入射角

qm‧‧‧繞射角度

f‧‧‧角度分量、方位角分量、方位角

s‧‧‧角展度

根據在此描述的原理的示例和實施例的各種特徵可以參考以下結合附圖的詳細描述而更容易地理解，其中相同的附圖標記表示相同的結構元件，並且其中：圖1A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域顯示器的透視圖；圖1B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的具有與多視域顯示器的視域方向相對應的特定主要角度方向的光束的角分量的示意圖；圖2係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的繞射光柵的橫截面圖；圖3A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的透明多視域顯示器的橫截面圖。圖3B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的透明多視域顯示器的平面圖。圖3C係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的透明多視域顯示器的透視圖。圖3D係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的透明多視域顯示器的另一透視圖。圖4A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的包括多光束元件的透明多視域顯示器的一部分的橫截面圖。圖4B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例說明在一示例中的包括多光束元件的透明多視域顯示器的一部分的橫截面圖。圖5A係根據與在此所描述的原理一致的實施例說明在一示例中的包括子光柵的繞射光柵的橫截面圖。圖5B係根據與在此所描述的原理一致的實施例說明在一示例中圖5A所示的繞射光柵的平面圖。圖6係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的一對多光束元件的平面圖。圖7A係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例說明在一示例中的包括多光束元件的透明多視域顯示器的一部分的橫截面圖。圖7B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例說明在一示例中的包括多光束元件的透明多視域顯示器的一部分的橫截面圖。圖8係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例說明在一示例中的包括多光束元件的透明多視域顯示器的一部分的橫截面圖。圖9係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域顯示器的方塊圖。圖10係根據與在此所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域顯示器的操作方法的流程圖。某些示例和實施例具有除了上述參考附圖中所示的特徵之外的其他特徵或代替以上參考附圖中所示的特徵的其他特徵。下面將參照上述附圖詳細描述這些和其他特徵。

Claims

一種透明多視域顯示器，包括：一光導，被配置以沿該光導之一長度引導光作為一引導的光；複數個多光束元件，沿該光導之該長度彼此隔開，該複數個多光束元件之中的一多光束元件被配置以散射出該引導的光之一部分作為複數條指向性光束，該複數條指向性光束具有不同的主要角度方向，對應一多視域影像之分別不同的視域方向；以及一光閥陣列，被配置以將該複數條指向性光束調變為該多視域影像，其中，該透明多視域顯示器被配置以經由該透明多視域顯示器使得一背景景象為可見的。
如申請專利範圍第1項所述的透明多視域顯示器，其中，該複數個多光束元件之中的該多光束元件之一尺寸介於該光閥陣列之一光閥之一尺寸之50%~200%之間。
如申請專利範圍第1項所述的透明多視域顯示器，其中，該多光束元件包括一繞射光柵，被配置以繞射地散射出該引導的光之該部分作為該複數條指向性光束。
如申請專利範圍第3項所述的透明多視域顯示器，其中，該繞射光柵包括複數個子光柵。
如申請專利範圍第1項所述的透明多視域顯示器，其中，該多光束元件包括一微反射元件和一微折射元件的其中之一者或二者，該微反射元件被配置以反射地散射出該引導的光之該部分，該微折射元件被配置以折射地散射出該引導的光之該部分。
如申請專利範圍第1項所述的透明多視域顯示器，其中，該多光束元件位於該光導之一第一表面和一第二表面的其中之一，該多光束元件被配置以散射出該引導的光之該部分通過該第一表面。
如申請專利範圍第1項所述的透明多視域顯示器，進一步包括一光源，光學耦合至該光導之一輸入處，該光源被配置以提供該引導的光，該引導的光具有下列特徵的其中之一者或二者：具有非零傳導角度，以及根據一預定的準直因子被準直。
如申請專利範圍第1項所述的透明多視域顯示器，其中，該複數個多光束元件進一步被配置以沿該背景景象之方向發射光，該發射的光被配置以照射該背景景象。
如申請專利範圍第1項所述的透明多視域顯示器，其中，該光閥陣列包括一液晶光閥。
一種透明顯示器，包括：一光導，具有一散射特徵部，該光導被配置以沿該光導引導光作為一引導的光，以及該散射特徵部被配置以散射該引導的光之一部分離開該光導作為一發射的光；一光閥陣列，被配置以調變該發射的光，以提供一調變的發射的光，表示一顯示的影像；以及一光源，光學耦合至該光導之一邊緣，並且被配置以提供要被引導的光作為該引導的光，其中，該光導與該光閥陣列之組合之一透明度被配置，使得一背景景象經由該透明顯示器為可見的。
如申請專利範圍第10項所述的透明顯示器，其中，該光閥陣列鄰接該光導之一第一表面，該第一表面面對鄰接該背景景象的一第二表面，該散射特徵部被配置以散射該引導的光之另一部分通過該第二表面離開該光導，以照射該背景景象。
如申請專利範圍第10項所述的透明顯示器，其中，該光源被配置以提供具有一預定偏極的光，該散射特徵部被配置以提供一偏極保持的散射，以及該發射的光具有一偏極，被配置以匹配該光閥陣列之一輸入偏極。
如申請專利範圍第10項所述的透明顯示器，其中，該光源進一步包括一準直器，該準直器被配置以提供該引導的光做為一準直的引導的光，該準直的引導的光具有一預定的準直因子，該散射特徵部包括一角度保持散射體，被配置以根據該準直因子提供一角度保持的散射。
如申請專利範圍第10項所述的透明顯示器，其中，該散射特徵部進一步包括複數個多光束元件，沿該光導之一長度彼此隔開，該複數個多光束元件之中的一多光束元件被配置以從該光導散射出該引導的光之一部分作為複數條指向性光束，該複數條指向性光束具有彼此不同的主要角度方向，並且對應一多視域影像之不同的視域之分別不同的視域方向，該顯示的影像係該多視域影像，以及該透明顯示器係一透明多視域顯示器。
如申請專利範圍第14項所述的透明顯示器，其中，該多光束元件之一尺寸介於該光閥陣列之一光閥之一尺寸的50%~200%之間。
如申請專利範圍第14項所述的多視域顯示器，其中，該多光束元件包括一繞射光柵、一微反射元件、及一微折射元件的其中之一者或多者，光學連接到該光導以散射出該引導的光之該部分。
一種透明顯示器的操作方法，所述方法包括：沿一光導之一長度引導光作為一引導的光；使用該光導之一散射特徵部散射該引導的光之一部分離開該光導作為一發射的光；以及使用被配置以調變該發射的光作為一顯示的影像的一透明的光閥陣列調變該發射的光，其中，該透明顯示器之具有該散射特徵部的該光導與該透明光閥陣列之組合使得一背景景象經由該透明顯示器為可見的。
如申請專利範圍第17項所述的透明顯示器的操作方法，其中，該散射特徵部包括複數個多光束元件，該顯示的影像係一多視域影像，以及該發射的光包括複數條指向性光束，具有不同的主要角度方向，對應該多視域影像之分別不同的視域方向。
如申請專利範圍第18項所述的透明顯示器的操作方法，其中，該複數個多光束元件包括一繞射光柵、一微反射元件、及一微折射元件的其中之一者或多者，光學連接到該光導。
如申請專利範圍第19項所述的透明顯示器的操作方法，還包括使用一光源提供光至該光導，該提供的光係該引導的光，該引導的光具有下列特徵的其中之一者或二者：在該光導內具有一非零傳導角度，以及根據一準直因子被準直以提供該引導的光之一預定的角展度。
如申請專利範圍第19項所述的透明顯示器的操作方法，還包括在提供該背景景象照明的方向上散射該引導的光之另一部分。