CN106662700A - 基于多束衍射光栅的彩色背光照明 - Google Patents

基于多束衍射光栅的彩色背光照明 Download PDF

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Abstract

基于多束衍射光栅的彩色背光照明包括板光导、在板光导表面处的多束衍射光栅以及在对应于板光导的传播轴的方向上相对于彼此横向移位的光源。光源产生不同颜色的光。板光导引导来自光源的光。多束衍射光栅使用衍射耦合将被引导的光的一部分耦合出，作为多个不同主角方向上的不同颜色的多个光束。

Description

基于多束衍射光栅的彩色背光照明
相关申请的交叉引用
无
关于联邦资助的研究或开发的声明
无
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所不在的媒介。最常见的电子显示器是阴极射线管(CRT)、等离子体显示面板(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(electrofluidic)光调制的各种显示器(例如，数字微镜装置、电润湿显示器等)。通常，电子显示器可以被分类为主动显示器(即，发光的显示器)或被动显示器(即，调制由另一个源提供的光的显示器)。主动显示器的最明显的示例是CRT、PDP和OLED/AMOLED。当考虑发射的光时通常被分类为被动的显示器是LCD和EP显示器。被动显示器虽然经常表现出有吸引力的性能特性，包括但不限于固有地低的功耗，但是考虑到发光能力的缺失，在许多实际应用中，被动显示器的使用可能某种程度上受到限制。
为了克服与发光相关联的被动显示器的适用性限制，许多被动显示器耦合到外部光源。耦合的光源可以允许这些要不然是被动的显示器发光并且基本上起到主动显示器的作用。这种耦合光源的示例是背光体(backlight)。背光体是放置在要不然是被动的显示器的后面以照亮该被动显示器的光源(常常是所谓的‘板’光源)。例如，背光体可以耦合到LCD或EP显示器。背光体发射穿过LCD或EP显示器的光。背光体发射的光由LCD或EP显示器调制，继而调制的光随后被从LCD或EP显示器发射。通常背光体被配置为发射白光。然后使用滤色器将白光转换成显示器中使用的各种颜色。例如，滤色器可以放置在LCD或EP显示器的输出处(较不常见)、或者在背光体和LCD或EP显示器之间。
附图说明
参考结合附图进行的以下详细描述，可以更容易地理解根据这里所描述的原理的示例的各种特征，其中相同的附图标记表示相同的结构元件，并且其中：
图1示出了根据这里描述的原理的示例的具有特定主角(principal angular)方向的光束的角分量{θ，φ}的图形视图。
图2A示出了根据与这里所描述的原理一致的示例的基于多束衍射光栅的彩色背光体的横截面图。
图2B示出了根据与这里所描述的原理一致的示例的图2A所示的基于多束衍射光栅的彩色背光体的表面的透视图。
图2C示出了根据与这里所描述的原理一致的另一示例的基于多束衍射光栅的彩色背光体的横截面图。
图3示出了根据与这里所描述的原理一致的另一示例的多束衍射光栅的平面图。
图4A示出了根据与这里所描述的原理一致的另一示例的包括倾斜准直器的基于多束衍射光栅的彩色背光体的横截面图。
图4B示出了根据与这里所描述的原理一致的示例的准直反射器的示意表示。
图5示出了根据与这里所描述的原理一致的示例的基于多束衍射光栅的彩色背光体的透视图。
图6示出了根据与这里描述的原理一致的示例的电子显示器的框图。
图7示出了根据与这里所描述的原理一致的示例的在会聚点P处会聚的多个被不同地定向的光束的横截面图。
图8示出了根据与这里描述的原理一致的示例的彩色电子显示器操作的方法的流程图。
某些示例具有作为上述附图中示出的特征的补充和替代之一的其它特征。这些和其它特征在下面参考上述附图详细描述。
具体实施方式
根据这里所述原理的示例提供了使用不同颜色的光的多束衍射耦合的电子显示器背光照明。具体地，这里所述的电子显示器的背光照明采用多束衍射光栅和相对于彼此横向移位的多个不同颜色的光源。多束衍射光栅用于将光源产生的不同颜色的光耦合出光导，并且沿电子显示器的观看方向定向(direct)耦合出的不同颜色的光。根据在这里描述的原理的各种示例，由多束衍射光栅沿观看方向定向的耦合出的光包括具有彼此不同主角方向和不同颜色的多个光束。在一些示例中，具有不同主角方向(也称为“被不同地定向的光束”)和不同颜色的光束可以被用于显示三维(3-D)信息。例如，由多束衍射光栅产生的、被不同地定向的不同颜色的光束可以被调制并且充当“无眼镜式(glasses-free)”3-D电子显示器的像素。
根据各种示例，多束衍射光栅产生具有对应的多个不同的、空间上分离的角(即，不同的主角方向)的多个光束。具体地，根据这里的定义，由多束衍射光栅产生的光束具有由角分量{θ，φ}给出的主角方向。角分量θ在这里被称为光束的“仰(elevation)分量”或“仰角”。这里，角分量φ被称为光束的“方位分量”或“方位角”。根据定义，仰角θ是在垂直平面(例如，垂直于多束衍射光栅的平面)内的角，而方位角φ是在水平平面(例如，平行于多束衍射光栅平面)内的角。图1示出了根据这里所述原理的示例的具有特定主角方向的光束10的角分量{θ，φ}。另外，根据这里的定义，光束从特定点发射或发出。也就是说，根据定义，光束具有与多束衍射光栅内的特定原点相关联的中心光线。图1还示出了光束原点O。使用粗箭头12在图1中示出了入射光的示例传播方向。
根据各种示例，多束衍射光栅的特性及其特征(即，“衍射特征”)可以用于控制光束的角方向性以及多束衍射光栅对于一个或多个光束的波长或颜色选择性中的一个或两个。可以用于控制角方向性和波长选择性的特性包括但不限于光栅长度、光栅间距(特征间隔)、特征的形状、特征的大小(例如，沟槽或背脊(ridge)宽度)以及光栅的取向中的一个或多个。在某些示例中，用于控制的各种特性可以是在光束原点附近局部的特性。
这里，‘衍射光栅’(‘diffraction grating’)通常定义为被布置以便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，多个特征可以以周期性或准周期性方式布置。例如，衍射光栅可以包括以一维(1-D)阵列布置的多个特征(例如，材料表面中的多个沟槽)。在其它示例中，衍射光栅可以是特征的二维(2-D)阵列。例如，衍射光栅可以是材料表面上的突起物(bump)的2-D阵列。
因此，并且根据这里的定义，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，则所提供的衍射可以导致、并且因此被称为“衍射耦合”，因为衍射光栅可以通过衍射将光耦合出光导。衍射光栅也通过衍射重新定向或改变光的角度(即，衍射角)。具体地，作为衍射的结果，离开衍射光栅的光(即衍射光)通常具有与入射光的传播方向不同的传播方向。在这里，通过衍射进行的光的传播方向的改变在这里被称为‘衍射重新定向’。因此，衍射光栅可以理解为包括衍射特征的结构，该衍射特征以衍射方式重新定向入射到衍射光栅上的光，并且，如果光从光导入射，衍射光栅还可以以衍射方式将光从光导中耦合出。
在这里，具体地，‘衍射耦合’被定义为作为衍射(例如，通过衍射光栅)的结果而跨过两种材料之间的边界的电磁波(例如，光)的耦合。例如，衍射光栅可以用于通过跨过光导边界的衍射耦合而将在光导中传播的光耦合出。类似地，根据定义，‘衍射重新定向’是作为衍射的结果的光的传播方向的重新定向或改变。如果衍射发生在两种材料之间的边界(例如，衍射光栅位于该边界处)，则衍射重新定向可以发生在该边界处。
进一步根据这里的定义，衍射光栅的特征被称为“衍射特征”，并且可以是在表面(例如，两种材料之间的边界)处、在表面中和在表面上的一个或多个。所述表面例如可以是光导的表面。衍射特征可以包括衍射光的多种结构中的任一种，所述结构包括但不限于在所述表面处、在所述表面中或在所述表面上的沟槽、背脊、孔和突起物中的一个或多个。例如，多束衍射光栅可以包括在材料表面中的多个平行的沟槽。在另一个示例中，衍射光栅可以包括突出材料表面的多个平行的背脊。衍射特征(例如，沟槽、背脊、孔、突起物等)可以具有多种提供衍射的横截面形状或轮廓中的任一种，所述横截面形状或轮廓包括但不限于矩形轮廓、三角形轮廓和锯齿轮廓中的一个或多个。
根据这里的定义，“多束衍射光栅”是产生多个光束的衍射光栅。在一些示例中，多束衍射光栅可以是或包括“啁啾”衍射光栅。如上所述，由多束衍射光栅产生的多个光束可以具有由角分量{θ，φ}表示的不同主角方向。具体地，根据各种示例，作为通过多束衍射光栅进行的入射光的衍射耦合和衍射重新定向的结果，每个光束可以具有预定的主角方向。例如，多束衍射光栅可以在八个不同的主方向上产生八个光束。根据各种示例，各种光束的不同主角方向通过光栅间距或间隔与在光束原点处的多束衍射光栅的特征相对于入射至多束衍射光栅上的光的传播方向的取向或旋度(rotation)的组合来确定。
此外，在这里，“光导”被定义为以下结构：该结构使用全内反射来在该结构内引导光。具体地，光导可以包括在光导的操作波长上基本透明的芯。在某些示例中，术语‘光导’一般指在光导的电介质材料和包围光导的材料或介质之间的界面上提供全内反射以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比在光导材料表面附近的包围介质的折射率大。在某些示例中，光导可以包括涂层以补充或替代上述折射率不同以进一步促成全内反射。涂层例如可以是反射涂层。根据各种示例，光导可以是几种光导的任一种，这些光导包括但不限于板(plate)或片(slab)光导以及条带(strip)光导中的一个或两个。
另外在这里，术语‘板’(‘plate’)在像板光导(‘plate light guide’)中那样被应用于光导时被定义为分段地(piecewise)或存在差别地(differentially)成平面的层或薄片(sheet)。具体地，板光导定义为被配置为在由光导的顶面和底面(即，相对的面)划界的两个基本正交的方向上引导光的光导。此外，在这里，根据定义，顶面和底面两者相互分离并且在存在差别的意义上基本上相互平行。就是说，在板光导的任何存在差别地小的区域内，顶面和底面基本上平行或共面。在某些示例中，板光导可以是基本上平的(例如，限制为平面)并且因此板光导是平面光导。在其它示例中，板光导可以在一个或两个正交的维度中是弯曲的。例如，板光导可以在单一维度中弯曲以形成圆柱形的板光导。但是在各种示例中，任何弯曲都具有足够大的曲率半径以保证在板光导中保持全内反射以引导光。
这里，“光源”被定义为光的源(例如，发射光的装置或设备)。例如，光源可以是在被激活时发射光的发光二极管(LED)。这里，光源可以基本上是任何光源或光学发射器，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、基于等离子体的光学发射器、荧光灯、白炽灯以及实际上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或者可以包括光的特定波长。如此，“多个不同颜色的光源”在这里被明确地定义为一套或一组光源，其中至少一个光源产生具有与由多个光源中的至少一个其它光源产生的光的颜色或波长不同的颜色或等效地波长的光。此外，“不同颜色的多个光源”可以包括相同或基本相似的颜色的多于一个的光源，只要所述多个光源中的至少两个光源是不同颜色的光源(即，产生在所述至少两个光源之间不同的颜色的光)。因此，根据这里的定义，不同颜色的多个光源可以包括产生第一颜色的光的第一光源和产生第二颜色的光的第二光源，其中第二颜色不同于第一颜色。
此外，如在这里所用的，冠词‘一’(‘a’)意欲具有其在专利文献中的普通的含义，即‘一个或多个’。例如，‘光栅’(‘a grating’)表示一个或多个光栅，同样，‘光栅’在这里表示‘一个或多个光栅’。此外，在这里对‘顶’、‘底’、‘上面’、‘下面’、‘上’、‘下’、‘前’、‘后’、‘第一’、‘第二’、‘左’或‘右’的任何提及在这里无意成为限制。在这里，术语‘大约(about)’在被应用于值时，通常表示在用于产生该值的设备的容差范围内，或在某些示例中，表示正或负10％、或正或负5％、或正或负1％，除非明确表述为其他含义。此外，在这里的示例意图仅是说明性的，并且是为了讨论的目的而呈现的，而不是当作限制。
图2A示出了根据与这里所述原理一致的示例的基于多束衍射光栅的彩色背光体100的横截面图。图2B示出了根据与这里所述原理一致的示例的图2A所示的基于多束衍射光栅的彩色背光体100的表面的透视图。图2C示出了根据与这里所述原理一致的另一示例的基于多束衍射光栅的彩色背光体100的横截面图。
根据各种示例，基于多束衍射光栅的彩色背光体100被配置为提供多个光束102，该多个光束102沿不同的预定方向被定向出并离开基于多束衍射光栅的彩色背光体100。此外，所述多个光束的各种光束102表示或包括不同颜色的光。在一些示例中，不同颜色和不同方向的多个光束102形成电子显示器的多个像素。在一些示例中，电子显示器是所谓的“无眼镜式”三维(3-D)显示器(例如，多视图显示器)。
具体地，根据各种示例，由基于多束衍射光栅的彩色背光体100提供的多个光束的光束102被配置为具有与多个光束中的其它光束102不同的主角方向(例如，见图2A-2C)。此外，光束102可以具有相对窄的角展度。因此，光束102可以在由光束102的主角方向确立的方向上被定向离开基于多束衍射光栅的彩色背光体100。
此外，由基于多束衍射光栅的彩色背光体100提供的多个光束的光束102具有或表示不同颜色的光。在一些示例中，光束102的不同颜色可以表示一组颜色(例如，调色板)中的颜色。此外，根据一些示例，代表该组颜色中的每种颜色的光束102可以具有基本相等的主角方向。具体地，对于特定的主角方向，可以存在代表该组颜色中的每种颜色的一组光束102。在一些示例中，多个光束102的每个主角方向可以包括代表该组颜色的每个颜色的一组光束102。在一些示例中，可以(例如，由如下所述的光阀)调制(例如，该组颜色中的)不同颜色和不同主角方向的光束102。沿不同方向被定向离开基于多束衍射光栅的彩色背光体100的不同颜色光束102的调制作为彩色3-D电子显示器应用中的像素可能特别有用。
基于多束衍射光栅的彩色背光体100包括不同颜色的多个光源110。具体地，根据这里的定义，多个光源中的光源110被配置为产生与多个光源中的其它光源110产生的光的颜色不同的颜色(即，光学波长)的光。例如，多个光源中的第一光源110'可以产生第一颜色(例如，红色)的光，多个光源中的第二光源110"可以产生第二颜色(例如，绿色)的光，多个光源中的第三光源110"'可以产生第三颜色(例如，蓝色)的光，等等。
在各种示例中，不同颜色的多个光源110可以包括代表基本上任何光源的光源110，包括但不限于发光二极管(LED)、荧光灯和激光器中的一个或多个。例如，多个光源110可以各自包括多个LED。在一些示例中，所述多个光源中的光源110中的一个或多个可以产生由特定颜色表示的具有窄带光谱的基本上单色的光。具体地，根据一些示例，该单色光的颜色可以是预定色域或颜色模型(例如，红-绿-蓝(RGB)彩色模型)的原色。例如，所述多个光源的第一光源110'可以是红色LED，并且由第一光源110'产生的单色光颜色可以基本上是红色的。在该示例中，第二光源110"可以是绿色LED，并且由第二光源110”产生的单色光颜色可以基本上是绿色的。此外，在该示例中，第三光源110"'可以是蓝色LED，并且由第三光源110"'产生的单色光颜色可以基本上是蓝色的。
在其它示例中，由所述多个光源中的光源110中的一个或多个提供的光可以具有相对宽带的光谱(即，可以不是单色光)。例如，可以采用产生基本白光的荧光光源或类似的宽带光源作为所述多个光源的一部分。在一些示例中，当使用宽带光源时，由宽带光源产生的白光可以使用滤色器或类似机构(例如，棱镜)“转换”为所述多个光源的不同颜色的相应颜色(例如，红色、绿色、蓝色等)。例如，与滤色器组合的宽带光源有效地产生滤色器的相应颜色的光。具体地，根据各种示例，相应颜色可以是多个光源110的不同颜色中的颜色，并且包括滤色器的“转换的”宽带光源可以是不同颜色的多个光源110中的光源110。注意，在这里作为讨论而非限制地采用红色、绿色和蓝色的颜色。例如，可以使用代替或附加于红色、绿色和蓝色中的任何一个或全部的其它颜色作为光源110的不同颜色。
根据各种示例，多个光源的光源110相对于彼此横向移位，如图2A和2C所示。例如，光源110可以沿特定的轴或方向相对于彼此横向移位。具体地，如图2A和2C所示，第一光源110'相对于第二光源110”沿着x轴横向地向左移位。此外，第三光源110”'相对于第二光源110”沿着x轴横向地向右移位，如图所示。
根据各种示例，基于多束衍射光栅的彩色背光体100还包括板光导120，该板光导120被配置为引导进入板光导120的光104。根据各种示例，板光导120被配置为引导由多个光源的光源110产生的不同颜色的光104。在一些示例中，光导120使用全内反射来引导光104。例如，板光导120可以包括被配置为光波导的电介质材料。电介质材料可以具有第一折射率，该第一折射率大于围绕电介质光波导的介质的第二折射率。例如，折射率的差被配置为根据板光导120的一个或多个引导模式促进被引导的光104的全内反射。
在一些示例中，板光导120可以是片或板光波导，该片或板光波导是光学透明材料的、延伸的、基本上平面的薄片(例如，如图2A和2C中的横截面所示)。电介质材料的基本上平面的薄片被配置为通过全内反射引导光104。在某些示例中，板光导120可以包括在板光导120表面的至少一部分上的覆盖层(未示出)。该覆盖层例如可以用于进一步促进全内反射。根据各种示例，板光导120的光学透明材料可以包括多种电介质材料的任一种或者可以由多种电介质材料的任一种构成，所述电介质材料包括但不限于各种类型的玻璃(例如，石英玻璃、碱-铝硅盐酸玻璃、硼硅盐酸玻璃等)和基本上光学透明的塑料或聚合物(例如，聚乙烯(甲基丙烯酸甲酯)或‘丙烯酸玻璃’、聚碳酸酯等)中的一种或多种。
根据各种示例，由光源110产生的光耦合进板光导120的端部中，以沿着板光导120的长度或传播轴传播和被引导。例如，如图2A和2C所示，被引导的光104可以沿着板光导120的传播轴在大致水平方向上(即，沿着x轴)传播。被引导的光104沿着传播轴在一般传播方向上的传播在图2A中从左到右示为几个粗水平箭头(即，从左指向右)。图2C也是作为几个粗水平箭头从右到左示出了被引导的光104的传播。在图2A和2C中由粗水平箭头沿着x轴示出的被引导的光104的传播表示板光导120内的各种传播光束。具体地，传播光束例如可以代表与板光导120的一个或多个光学模式相关联的传播光的平面波。根据各种示例，被引导的光104的传播光束因为全内反射而可以通过在板光导120的材料(例如，电介质)和周围介质之间的界面处从板光导120的壁‘反弹’或反射离开而沿着传播轴传播。
根据各种示例，多个光源的光源110的横向位移确定被引导的光104的各种传播光束在板光导120内的传播(即，除了沿着传播轴的传播以外)的相对角度。具体地，第一光源110'相对于第二光源110”的横向位移(例如，图2A中向左，图2C中向右)可以导致与第一光源110'相关联的传播光束在板光导120内具有小于或“浅于”与第二光源110”相关联的传播光束的传播角度的传播角度。同样地，第三光源110”'相对于第二光源110”的横向位移(例如，图2A中向右，图2C中向左)可以导致与第三光源110”'相关联的传播光束的传播角度相对于与第二光源110”的传播光束的传播角度更大或者“更陡”。因此，多个光源的光源110的相对横向位移用于控制或确定与每个光源110相关联的传播光束的传播角度。
在图2A和2C中，与第二光源110”相关联的颜色的光用实线示出，而与第一和第三光源110'、110”'相关联的颜色的光分别用不同的虚线示出。如图2A和2C中的各个实线和不同的虚线所示，不同颜色的光由第一、第二和第三光源110'、110”、110”'发射。不同颜色的光耦合到板光导120中，并且作为被引导的光104(例如，如粗水平箭头所示)沿着板光导传播轴传播。另外，耦合到板光导120中的不同颜色的被引导的光104的每一个沿着传播轴以由第一、第二和第三光源110'、110”、110”'的相应光源的横向位移确定的不同传播角度传播。以各种不同传播角度进行的被引导的光104的传播被示出为图2A中的锯齿形、交叉阴影线区域。此外，在图2A和2C中，使用相应的实线和各种虚线描绘与第一、第二和第三光源110'、110”、110”'相关联的不同颜色的光的光束102。
根据各种示例，基于多束衍射光栅的彩色背光体100还包括多束衍射光栅130。多束衍射光栅130位于板光导120的表面处，并且被配置为通过或者使用衍射耦合从板光导120衍射耦合出被引导的光104的一个或多个部分。具体地，被引导的光104的耦合出的部分作为不同颜色(即，表示光源110的不同颜色)的多个光束102被衍射性地重新定向离开光导表面。此外，不同颜色的光束102通过多束衍射光栅130沿不同的主角方向被重新定向离开光导表面。如此，表示来自第二光源110"的被引导的光104(实线箭头)的光束102在如示出地被衍射耦合出的时候具有不同的主角方向。类似地，分别表示来自光源110'和光源110"'中的每一个的被引导的光104(各种虚线箭头)的光束102也具有不同的主角方向。然而，根据各种示例，来自横向移位的光源110'、110"、110"'中的每一个的光束102中的一些可以具有基本相似的主角方向。
一般来说，根据各种示例，由多束衍射光栅130产生的光束102可以是发散或会聚的。具体地，图2A示出了发散的多个光束102，而图2C示出了会聚的多个光束中的光束102。根据各种示例，光束102是发散的(图2A)还是会聚的(图2C)由被引导的光104相对于多束衍射光栅130的特性(例如，啁啾方向)的传播方向确定。在光束102发散的一些示例中，发散的光束102可以看起来是从位于多束衍射光栅130之下或后面某个距离处的‘虚拟’点(未示出)发散的。类似地，根据一些示例，会聚的光束102可以在多束衍射光栅130之上或前面的虚拟点(未示出)处会聚或穿过。
根据各种示例，多束衍射光栅130包括提供衍射的多个衍射特征132。所提供的衍射负责将被引导的光104从板光导120衍射耦合出。例如，多束衍射光栅130可以包括作为衍射特征132的板光导120的表面中的沟槽和从光导表面120凸起的背脊中的一个或两个。沟槽和背脊可以布置为相互平行，并且至少在某个点处，与将要由多束衍射光栅130耦合出的被引导的光104的传播方向垂直。
在某些示例中，可以将沟槽和背脊刻蚀、碾磨或塑模进所述表面中或者施加在所述表面上。如此，多束衍射光栅130的材料可以包括板光导120的材料。如图2A所述，例如，多束衍射光栅130包括从板光导120表面凸起的基本上平行的背脊。在图2C中，多束衍射光栅130包括穿过板光导120表面的基本上平行的沟槽。在其它示例(未示出)中，多束衍射光栅130可以是施加或附加到光导表面的膜或层。衍射光栅130例如可以沉积在光导表面上。
根据各种示例，多束衍射光栅130可以以各种配置布置在板光导120的表面处、表面上或表面中。例如，多束衍射光栅130可以是在光导表面上按列和行布置的多个光栅(例如，多束衍射光栅)的一员。例如，多束衍射光栅130的行和列可以表示多束衍射光栅130的矩形阵列。在另一示例中，多个多束衍射光栅130可以布置为另一阵列，包括但不限于圆形阵列。在又一示例中，多个多束衍射光栅130可以基本上随机地分布在板光导120的表面上。
根据一些示例，多束衍射光栅130可以包括啁啾衍射光栅130。根据定义，如图2A-2C所示，啁啾衍射光栅130是展现出或具有跨过啁啾衍射光栅130的广度(extent)或长度而变化的衍射特征的衍射间距或间隔d的衍射光栅。在这里，变化的衍射间隔d称为‘啁啾’。因此，从板光导120衍射耦合出的被引导的光104以不同的衍射角作为光束102从啁啾衍射光栅130离开或发出，该不同的衍射角对应于啁啾衍射光栅130上的不同的原点，利用啁啾，啁啾衍射光栅130可以产生具有不同主角方向的多个光束102。
此外，确立光束102的主角方向的衍射角也是被引导的光104的波长或颜色和入射角的函数。如此，根据各种示例，对应于相应光源110的颜色的光束102的主角方向是相应光源110的横向位移的函数。具体地，如上所述，多个光源的各种光源110被配置为产生不同颜色的光。此外，光源110相对于彼此横向移位以产生在板光导120内的被引导的光104的不同传播角度。根据各种示例，由于光源110的各个横向位移造成的被引导的光104的不同传播角度(即，入射角)与由光源110产生的被引导的光104的不同颜色的组合导致具有基本上相等的主角方向的多个不同颜色的光束102。例如，在图2A-2C中使用实线和虚线的组合示出了具有基本相等的主角方向的不同颜色的光束102(即，不同颜色的光束的集合)。
在一些示例中，啁啾衍射光栅130可以具有或展现出随距离线性变化的衍射间隔d的啁啾。如此，啁啾衍射光栅130可以被称为“线性啁啾”衍射光栅。例如，图2A和2C示出了作为线性啁啾衍射光栅的多束衍射光栅130。如图所示，相比于在第一端部130'处，衍射特征122在多束衍射光栅130的第二端部130"处更靠近在一起。此外，示出的衍射特征132的衍射间隔d从第一端部130'至第二端部130"线性变化。
在一些示例中，通过使用包括啁啾衍射光栅的多束衍射光栅130将被引导的光104耦合出板光导120而产生的不同颜色的光束102可以在被引导的光104沿从第一端130'到第二端130”的方向传播(例如，如图2A所示)时发散(即，成为发散光束102)。可替换地，根据其它示例，当被引导的光104从第二端130”向第一端130'传播(例如，如图2C所示)时，可产生不同颜色的会聚光束102。
在另一示例(未示出)中，啁啾衍射光栅130可以展现出衍射间隔d的非线性啁啾。可以被用于实现啁啾衍射光栅130的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。
根据一些示例，多束衍射光栅130内的衍射特征132可以相对于被引导的光104的入射方向具有变化的取向。具体地，在多束衍射光栅130中的第一点处的衍射特征132的取向可以与另一点处的衍射特征132的取向不同。如上所述，根据一些示例，光束102的主角方向{θ，φ}的角分量由在光束102的原点处的衍射特征132的局部间距(即，衍射间隔d)和方位取向角的组合确定或对应于在光束102的原点处的衍射特征132的局部间距(即，衍射间隔d)和方位取向角的组合。此外，根据一些示例，光束102的主角方向{θ，φ}的方位分量φ可以基本上与光束102的彩色无关(即，对于所有颜色基本上相等)。具体地，根据一些示例，对于光束120的所有颜色，
方位分量φ和衍射特征132的方位取向角之间的关系可以基本相同。如此，改变多束衍射光栅130内的衍射特征132的取向可以产生具有不同主角方向{θ，φ}的不同光束102，而不管光束102的颜色如何，至少在其各自的方位分量φ方面是这样。
在一些示例中，多束衍射光栅130可以包括弯曲的或者以大致弯曲的配置布置的衍射特征132。例如，衍射特征132可以包括沿曲线半径(radius of the curve)相互隔开的弯曲沟槽和弯曲背脊之一。图2B示出了作为例如弯曲的、隔开的背脊的弯曲的衍射特征132。在沿着衍射特征132的曲线的不同点处，与弯曲衍射特征132相关联的多束衍射光栅130的“基础(underlying)衍射光栅”具有不同的方位取向角。具体地，在沿着弯曲衍射特征132的给定点处，该曲线具有通常与沿着弯曲衍射特征132的另一点不同的特定方位取向角。此外，特定方位取向角导致从给定点发射的光束102的对应主角方向{θ，φ}。在一些示例中，一个或多个衍射特征(例如，沟槽、背脊等)的曲线可以表示圆的一部分。该圆可以与光导表面共面。在其它示例中，所述曲线可以表示例如与光导表面共面的椭圆或另一弯曲形状的一部分。
在其它示例中，多束衍射光栅130可以包括“分段”弯曲的衍射特征132。具体地，尽管衍射特征不能描述基本上平滑或连续的曲线本身，但是在沿着多束衍射光栅130中的衍射特征的不同点处，衍射特征132仍然可以相对于被引导的光104的入射方向而以不同的角度确定方位，以近似一曲线。例如，衍射特征132可以是包括多个基本上直的区段的沟槽，该沟槽的每个区段具有与相邻区段不同的取向。所述区段的不同角度可以一起近似一曲线(例如，圆的区段)。例如，下面描述的图3示出了分段弯曲衍射特征132的示例。在又一些其它示例中，特征132可以仅在多束衍射光栅130内的不同位置处具有相对于被引导的光的入射方向的不同的取向，而不近似特定曲线(例如，圆或椭圆)。
在一些示例中，多束衍射光栅130可以包括不同取向的衍射特征132和衍射间隔d的啁啾二者。具体地，所述取向和衍射特征132之间的间隔d可以在多束衍射光栅130内的不同点处变化。例如，多束衍射光栅130可以包括弯曲和啁啾的衍射光栅130，其具有均弯曲并且在间隔d上作为曲线半径的函数而变化的沟槽或背脊。
图2B示出了在板光导120的表面中或表面上的多束衍射光栅130，其包括都是弯曲的和啁啾的衍射特征132(例如沟槽或背脊)(即，是弯曲的啁啾衍射光栅)。例如，被引导的光104具有相对于如图2B所示的多束衍射光栅130和板光导120的入射方向。图2B还示出了指向远离板光导120的表面处的多束衍射光栅130的多个发射的光束102。如图所示，光束102沿多个不同的主角方向发射。具体地，如所示，发射的光束102的不同主角方向在方位和仰角(elevation)上不同。如上所述，衍射特征132的啁啾和衍射特征132的曲线两者都可以基本上对发射的光束102的不同的主角方向负责。
图3示出了根据与这里所述原理一致的另一示例的多束衍射光栅130的平面图。如图所示，多束衍射光栅130在也包括多个光源110的基于多束衍射光栅的彩色背光体100的板光导120的表面上。多束衍射光栅130包括是分段弯曲和啁啾的衍射特征132。图3中的粗箭头示出了被引导的光104的示例入射方向。
在一些示例中，基于多束衍射光栅的彩色背光体100还可以包括倾斜准直器。根据各种示例，倾斜准直器可以位于多个光源110和板光导120之间。倾斜准直器被配置为使来自光源110的光倾斜，并将倾斜的和准直的光作为被引导的光104定向到板光导120中。根据各种示例，倾斜准直器可以包括但不限于与镜子、倾斜准直透镜或准直反射器组合的准直透镜。例如，图2A示出了包括准直反射器的倾斜准直器140，该准直反射器被配置为准直和倾斜来自光源110的光。图2C以示例而不是限制的方式示出了包括准直透镜142和镜子144的倾斜准直器140。
图4A示出了根据与这里所述原理一致的另一示例的包括倾斜准直器140的基于多束衍射光栅的彩色背光体100的横截面图。具体地，倾斜准直器140被示出为位于不同颜色的多个光源110和板光导120之间的准直反射器140。在图4A中，光源110在对应于板光导120内的被引导的光104的传播轴(例如，x轴)的方向上相对于彼此横向移位，如图所示。此外，如图所示，基于多束衍射光栅的彩色背光体100包括在板光导120的表面处的多个多束衍射光栅130(即，多束衍射光栅阵列)。每个多束衍射光栅130被配置为产生不同颜色和不同主角方向的多个光束102。
根据各种示例，图4A中示出的准直反射器140被配置为准直由光源110产生的不同颜色的光。准直反射器140还被配置为相对于板光导120的顶面和底面以倾斜角定向准直光。根据一些示例，倾斜角大于零并且小于板光导120内的全内反射的临界角。根据各种示例，来自多个光源的相应光源110的光可以具有由准直反射器的倾斜和相应光源110相对于准直反射器140的聚焦点或焦点F的横向位移两者确定的对应倾斜角。
图4B示出了根据与这里描述的原理一致的示例的准直反射器140的示意性表示。具体地，图4B示出了位于准直反射器140的焦点F处的第一光源110'(例如，绿光源)。还示出了沿x轴，即在对应于传播轴的方向上，相对于第一光源110'横向移位的第二光源110"(例如，红光源)。由第一光源110'产生的光(例如，绿光)发散成由图4B中的光线112'表示的光锥。类似地，由第二光源110"产生的光(例如，红光)发散为由图4B中的光线112"表示的光锥。
如图所示，离开准直反射器140的来自第一光源110'的准直光由平行光线114'表示，而离开准直反射器140的来自第二光源110"的准直光由平行光线114"表示。注意，准直反射器140不仅准直光，还将准直光向下定向或倾斜一非零角度。具体地，来自第一光源110'的准直光以倾斜角θ'向下倾斜，并且来自第二光源110"的准直光以不同的倾斜角θ"向下倾斜，如图所示。根据各种示例，第一光源倾斜角θ'和第二光源倾斜角θ"之间的差由第二光源110"相对于第一光源110'的横向位移提供或确定。注意，不同的倾斜角θ'、θ"对应于对于来自第一光源110'和第二光源110"中的相应光源的光(例如，绿色对红色)，在光导120内的被引导的光104的不同传播角度，如图4A所示。
在一些示例中，倾斜准直器(例如，准直反射器140)被集成到板光导120。具体地，例如，集成的倾斜准直器140不能是与板光导120基本上可分离的。例如，倾斜准直器140可以由板光导120的材料形成，例如，如具有准直反射器140的图4A所示。图4A的集成的准直反射器140和板光导120两者可以通过注塑在准直反射器140和板光导120之间连续的材料而形成。准直反射器140和板光导120两者的材料例如可以是注塑的丙烯酸树脂。在其它示例中，倾斜准直器140可以是基本上分离的元件，其与板光导120对齐并且在一些实例中附着到板光导120，以促进将光耦合到板光导120中。
根据一些示例，当被实现为准直反射器140时，倾斜准直器140还可以包括在用于形成准直反射器140的材料的弯曲表面(例如，抛物线形表面)上的反射涂层。例如，金属涂层(例如，铝膜)或类似的“镜面反射”材料可以施加到形成准直反射器140的材料的弯曲部分的外表面以增强表面的反射率。在包括集成到板光导120的倾斜准直器140的基于多束衍射光栅的彩色背光体100的示例中，基于多束衍射光栅的彩色背光体100在这里可被称为“单片的”。
在一些示例中，倾斜准直器140的准直反射器140包括双弯曲抛物面反射器的一部分。双弯曲抛物面反射器可具有第一抛物线形状，以在平行于板光导120的表面的第一方向上准直光。此外，双弯曲抛物面反射器可具有第二抛物线形状，以在基本上正交于第一方向的第二方向上准直光。
在一些示例中，倾斜准直器140包括作为“有形(shaped)”反射器的准直反射器140。结合横向移位的光源110的有形反射器被配置为产生对应于光的不同颜色的第一颜色的第一光束102，并产生对应于所述不同颜色的第二颜色的第二光束102，像从多束衍射光栅130发射的那样。根据各种示例，第一光束102的主角方向大约等于第二光束的主角方向。具体地，为了对于第一和第二光束102实现大约相等的主角方向，可以采用诸如但不限于光线跟踪优化的方法。例如，光线跟踪优化可以用于调整初始为抛物线的反射器的形状以产生有形反射器。光线跟踪优化可以提供反射器形状调整，该调整满足例如当第一和第二光束102离开多束衍射光栅130时，第一颜色的第一光束102和第二颜色的第二光束102两者具有相等的主角方向的约束。
图5示出了根据与这里所描述的原理一致的示例的基于多束衍射光栅的彩色背光体100的透视图。具体地，如图5所示，基于多束衍射光栅的彩色背光体100是单片的，其在板光导120的边缘处具有多个集成准直反射器140。此外，如图所示，每个准直反射器140具有双弯曲抛物线形状以在水平方向(即，y轴)和垂直方向(即，z轴)两者上准直光。此外，作为示例，多束衍射光栅130在图5中示出为板光导表面上的圆形特征。如图5中进一步示出的，在准直反射器140中的第一个下面示出了不同颜色的多个横向移位的光源110。根据各种示例，虽然没有明确示出，但是不同颜色的分离的多个横向移位的光源在其它准直反射器140中的每一个下面，使得每个准直反射器140具有其自己的一组光源110。
在一些示例中，基于多束衍射光栅的彩色背光体100基本上是光学透明的。具体地，根据一些示例，板光导120和多束衍射光栅130两者在与板光导120中的被引导的光传播的方向正交的方向上可以是光学透明的。光学透明可以允许基于多束衍射光栅的彩色背光体100的一侧上的物体例如从相对侧被看到(即，穿过板光导120的厚度而被看到)。在其它示例中，当从观看方向(例如，顶面上方)观看时，基于多束衍射光栅的彩色背光体100是基本上不透明的。
根据这里描述的原理的一些示例，提供彩色电子显示器。彩色电子显示器被配置为发射不同颜色的调制的光束作为电子显示器的像素。此外，在各种示例中，调制的、不同颜色的光束可以优选地被定向为朝向彩色电子显示器的观看方向，作为具有不同颜色的多个不同地定向的、调制的光束。在一些示例中，彩色电子显示器是三维(3-D)彩色电子显示器(例如，无眼镜式的3-D彩色电子显示器)。根据各种示例，调制的、不同地定向的光束中的不同光束可以对应于与3-D彩色电子显示器相关联的不同的“视图”。不同的“视图”可以提供例如由3D彩色电子显示器显示的信息的“无眼镜式”(例如，自动立体)表示。
图6示出了根据与这里所描述的原理一致的示例的彩色电子显示器200的框图。具体地，图6中所示的电子显示器200是被配置为发射调制的光束202的3-D彩色电子显示器200(例如，“无眼镜式”3-D彩色电子显示器)。根据各种示例，调制的光束202包括具有多种不同颜色的光束202。
如图6所示，3-D彩色电子显示器200包括光源210。光源210包括相对于彼此横向移位的不同颜色的多个光学发射器。在一些示例中，光源210基本上类似于上面关于基于多束衍射光栅的彩色背光体100描述的多个光源110。具体地，光源210的光学发射器被配置为发射或产生具有与光源210的另一光学发射器的颜色或波长不同的彩色或等效地波长的光。此外，光源210的光学发射器相对于光源210的其它光学发射器横向移位。例如，光源210可以包括发射红光的第一光学发射器(即，红光学发射器)、发射绿光的第二光学发射器(即，绿光学发射器)和发射蓝光的第三光学发射器(即，蓝光学发射器)。例如，第一光学发射器可以相对于第二光学发射器横向移位，并且进而，第二光学发射器可以相对于第三光学发射器横向移位。
3-D电子显示器200还包括倾斜准直器220。倾斜准直器220被配置为准直由光源210产生的光。倾斜准直器220进一步被配置为将经准直的光作为被引导的光以非零倾斜角定向到板光导230中。在一些示例中，倾斜准直器220基本上类似于上述的基于多束衍射光栅的彩色背光体100的倾斜准直器140。具体地，在一些示例中，倾斜准直器220可以包括基本上类似于基于多束衍射光栅的彩色背光体100的准直反射器140的准直反射器。在一些示例中，准直反射器可以具有定形的抛物线反射器表面(例如，准直反射器可以是定形反射器)。
如图6所示，3-D彩色电子显示器200还包括板光导230，以引导在倾斜准直器220的输出处产生的倾斜准直光。板光导230中的被引导的光是最终成为由3-D彩色电子显示器200发射的调制的光束202的光的源。根据一些示例，板光导230可以基本上类似于上面关于基于多束衍射光栅的彩色背光体100所描述的板光导120。例如，板光导230可以是片光波导，其是被配置为通过全内反射引导光的电介质材料的平面薄片。根据各种示例，光源210的光学发射器在对应于板光导230内的被引导光的传播轴的方向上相对于彼此横向移位。例如，光学发射器可以在准直反射器的聚焦点或焦点附近沿传播轴(例如，x轴)方向横向移位。
图6中所示的3-D彩色电子显示器200还包括在板光导的表面处的多束衍射光栅240的阵列。在一些示例中，该阵列的多束衍射光栅240可以基本上类似于上述的基于多束衍射光栅的彩色背光体100的多束衍射光栅130。具体地，多束衍射光栅240被配置为将来自板光导230的被引导的光的一部分耦合出，作为表示不同颜色(例如，一组颜色或调色板的不同颜色)的多个光束204。此外，多束衍射光栅240被配置为在多个不同的主角方向上定向不同颜色的光束204。在一些示例中，具有多个不同主角方向的不同颜色的多个光束204是多组光束204，其中一组包括具有相同主角方向的多个颜色的光束。此外，根据一些示例，一组中的光束204的主角方向不同于所述多组中的其它组中的光束204的主角方向。
根据各种示例，与由光源210的光学发射器产生的光相对应的调制的光束202的主角方向可以基本上类似于与由光源210的另一光学发射器产生的光对应的另一调制的光束202的主角方向。例如，对应于第一或红光学发射器的红光束202的主角方向可以基本上分别类似于第二或绿光学发射器和第三或蓝光学发射器的绿光束202和蓝光束202中的一者或两者的主角方向。例如，主角方向的基本相似性可以通过在光源210中第一(红色)光学发射器、第二(绿色)光学发射器和第三(蓝色)光学发射器相对于彼此的横向位移来提供。此外，根据各种示例，该基本相似性可以提供3-D彩色电子显示器200的像素或者等效地提供具有每种光源颜色的、具有共同主角方向的一组光束202。
在一些示例中，多束衍射光栅240包括啁啾衍射光栅。在一些示例中，多束衍射光栅240的衍射特征(例如，沟槽、背脊等)是弯曲衍射特征。在其它示例中，多束衍射光栅240包括具有弯曲衍射特征的啁啾衍射光栅。例如，弯曲衍射特征可以包括弯曲(即，连续弯曲或分段弯曲)的被脊或沟槽以及弯曲衍射特征之间的间隔，该间隔可以作为多束衍射光栅240上的距离的函数而变化。
如图6所示，3-D彩色电子显示器200还包括光阀阵列250。根据各种示例，光阀阵列250包括被配置为调制所述多个的被不同地定向的光束204的多个光阀。具体地，光阀阵列250的光阀被配置为调制被不同地定向的光束204，以提供作为3-D彩色电子显示器200的像素的调制的光束202。此外，调制的、被不同地定向的光束202中的不同光束可以对应于3-D电子显示器的不同视图。在各种示例中，可以采用光阀阵列250中的不同类型的光阀，包括但不限于液晶光阀或电泳光阀。在图6中使用虚线来强调光束202的调制。根据各种示例，调制的光束202的颜色部分地或全部地归因于由多束衍射光栅240产生的被不同地定向的光束204的颜色。例如，光阀阵列250的光阀可以不包括滤色器以产生具有不同颜色的调制的光束202。
根据各种示例，3-D彩色电子显示器200中采用的光阀阵列250可以相对厚，或者等效地，可以与多束衍射光栅240隔开相对大的距离。根据这里所描述的原理的各种示例，由于多束衍射光栅240提供在多个不同的主角方向上被定向的光束204，因此可以采用相对厚的光阀阵列250或者与多束衍射光栅240隔开的光阀阵列250。在一些示例中，光阀阵列250(例如，使用液晶光阀)可以与多束衍射光栅240隔开，或者等效地可以具有大于约50微米的厚度。在一些示例中，光阀阵列250可与多束衍射光栅240隔开或包括大于约100微米的厚度。在其它示例中，厚度或间隔可以大于约200微米。在一些示例中，相对厚的光阀阵列250可以是商业上可获得的(例如，商业上可获得的液晶光阀阵列)。
在一些示例中，由多束衍射光栅240产生的多个被不同地定向的光束204被配置为在板光导230上方的点处或附近会聚或基本上会聚(例如，彼此相交)。通过“基本上会聚”，是指被不同地定向的光束204在到达所述“点”或其附近之下或之前会聚，并且在所述点或所述点的附近之上或越过所述点或所述点的附近发散。被不同地定向的光束204的会聚可以有助于例如使用相对厚的光阀阵列250。
图7示出根据与这里所述原理一致的示例的、在会聚点P处会聚的多个被不同地定向的光束204的横截面图。如图7所示，会聚点P位于板光导230的表面上的多束衍射光栅240和光阀阵列250之间。具体地，光阀阵列250位于距越过被不同地定向的光束204的会聚点P的板光导表面一定距离处。此外，如图所示，每个被不同地定向的光束204通过光阀阵列250的不同单元或光阀252。根据各种示例，被不同地定向的光束204可以由光阀阵列250的光阀252调制以产生调制的光束202。图7中使用虚线来强调调制的光束202的调制。图7中的板光导230中的水平粗箭头将由多束衍射光栅240耦合出的、板光导230内的不同颜色的被引导的光表示为具有与来自光源210中不同颜色的光学发射器的被引导的光对应的不同颜色的被不同地定向的光束204。
再次参考图6，根据一些示例，3-D彩色电子显示器200还可以包括发射器时间复用器260，以对光源210的光学发射器进行时间复用。具体地，发射器时间复用器260被配置为在一时间间隔期间依序地激活光源210的光学发射器中的每一个。光学发射器的依序激活是在多个不同时间间隔的相应时间间隔期间依序地产生对应于相应的激活的光学发射器的颜色的光。例如，发射器时间复用器260可以被配置为在第一时间间隔期间激活第一光学发射器(例如，红色发射器)以产生来自第一光学发射器的光(例如，红光)。发射器时间复用器250可以被配置为在第一时间间隔之后的第二时间间隔期间激活第二光学发射器(例如，绿色发射器)以产生来自第二光学发射器的光(例如，绿光)，以此类推。根据各种示例，对不同颜色的光学发射器进行时间复用可以允许正在观看3-D彩色电子显示器200的人感知不同颜色的组合。具体地，例如，当由发射器时间复用器260进行时间复用时，光学发射器可以产生不同颜色的光的组合，其最终导致具有主角方向和表示时间复用的不同颜色的组合的颜色(例如，感知的颜色)的光束202。根据各种示例，发射器时间复用器260可以被实现为状态机(例如，使用存储在存储器中并由计算机执行的计算机程序)。
根据这里描述的原理的一些示例，提供了一种彩色电子显示器操作的方法。图8示出了根据与这里描述的原理一致的示例的彩色电子显示器操作的方法300的流程图。如图8所示，彩色电子显示器操作的方法300包括使用相对于彼此横向移位的多个光源产生310光。在一些示例中，用于产生310光的多个光源基本上类似于被横向移位的、上面关于基于多束衍射光栅的彩色背光体100描述的多个光源110。具体地，多个光源中的光源产生310与由多个光源中的其它光源产生的颜色不同的颜色的光。
图8所示的彩色电子显示器操作的方法300还包括在板光导中引导320光。在一些示例中，板光导和被引导的光可以基本上类似于上面关于基于多束衍射光栅的彩色背光体100描述的板光导120和被引导的光104。具体地，在一些示例中，板光导可以根据全内反射来引导320被引导的光。此外，在一些示例中，板光导可以是基本上平面的电介质光波导(例如，平面电介质薄片)。此外，光源的横向位移在对应于板光导中的传播轴(例如，如图2A和2C所示的x轴)的方向上。
如图8所示，彩色电子显示器操作的方法300还包括使用多束衍射光栅衍射耦合出330被引导的光的一部分。根据各种示例，多束衍射光栅位于板光导的表面处。例如，多束衍射光栅可以在板光导的表面中形成为沟槽、背脊等。在其它示例中，多束衍射光栅可以包括在板光导表面上的膜。在一些示例中，多束衍射光栅基本上类似于上面关于基于多束衍射光栅的彩色背光体100描述的多束衍射光栅130。具体地，由多束衍射光栅衍射耦合出330板光导的被引导的光的部分产生多个光束。所述多个光束中的光束被重新定向离开板光导表面。具体地，被重新定向离开表面的多个光束中的光束具有与多个光束中的其它光束不同的主角方向。在一些示例中，所述多个中的每个被重新定向的光束相对于所述多个中的其它光束具有不同的主角方向。此外，根据各种示例，通过由多束衍射光栅衍射耦合出330而产生的多个光束具有彼此不同的颜色的光束。
根据一些示例(例如，如图8所示)，彩色电子显示器操作的方法300还包括准直340从多个光源产生310的光，并且使用倾斜准直器将准直光定向到板光导中。在一些示例中，倾斜准直器基本上类似于上面关于基于多束衍射光栅的彩色背光体100描述的倾斜准直器140。具体地，在一些示例中，准直340产生的光可以包括准直反射器，以相对于板光导表面以及板光导的传播轴以倾斜角θ来定向准直光。在一些示例中，来自多个光源的相应光源的光具有由准直反射器的倾斜和相应光源相对于准直反射器的聚焦点或焦点的横向位移两者确定的对应倾斜角θ。
根据一些示例，彩色电子显示器操作的方法300还包括使用相应的多个光阀来调制350多个光束，如图8所示。例如，多个光束中的光束可以通过穿过相应的多个光阀或者以其他方式与相应的多个光阀相互作用而被调制350。经调制350的光束可形成三维(3-D)彩色电子显示器的像素。例如，调制350的光束可以提供3-D彩色电子显示器(例如，无眼镜式3-D彩色电子显示器)的多个视图。在一些示例中，3-D彩色电子显示器可以基本上类似于上述3-D彩色电子显示器200。
根据各种示例，调制350中采用的光阀可以基本上类似于上述3-D彩色电子显示器200的光阀阵列250的光阀。例如，光阀可以包括液晶光阀。在另一示例中，光阀可以是另一类型的光阀，包括但不限于电润湿光阀或电泳光阀。
根据一些示例(图8中未示出)，彩色电子显示器操作的方法300还包括时间复用多个光源中的光源。具体地，时间复用包括在多个不同时间间隔的相应时间间隔期间依序地激活所述光源以产生对应于相应的被激活的光源的颜色的光。时间复用可以由例如基本上类似于上面关于3-D彩色电子显示器200描述的发射器时间复用器260的光源时间复用器提供。
因此，已经描述了基于多束衍射光栅的彩色背光体、3-D彩色电子显示器和彩色电子显示器操作方法的示例，其采用多束衍射光栅和多个横向移位的光源以提供多个被不同地定向的不同颜色的光束。应当理解，上述示例仅仅是表示这里所描述的原理的许多具体示例中的一些示例的说明。显然，本领域技术人员在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下可以容易地设计出许多其它布置。

Claims (20)

1.一种基于多束衍射光栅的彩色背光体，包括：
多个不同颜色的光源；
板光导，引导由所述光源产生的不同颜色的光，所述光源在对应于所述板光导的传播轴的方向上相对于彼此横向移位；和
多束衍射光栅，在所述板光导的表面处，用于将来自所述板光导的被引导的光的一部分衍射耦合出，作为具有不同颜色的多个光束，所述多个光束中的光束具有与所述多个光束中的其它光束的主角方向不同的主角方向。
2.根据权利要求1所述的基于多束衍射光栅的彩色背光体，其中与相应光源相对应的颜色的光束的主角方向是相应光源的横向位移的函数。
3.根据权利要求1所述的基于多束衍射光栅的彩色背光体，其中所述多束衍射光栅包括啁啾衍射光栅。
4.根据权利要求1所述的基于多束衍射光栅的彩色背光体，其中所述多束衍射光栅包括彼此隔开的弯曲沟槽和弯曲背脊中的一个。
5.根据权利要求1所述的基于多束衍射光栅的彩色背光体，还包括在所述多个光源和所述板光导之间的倾斜准直器，所述倾斜准直器用于准直和倾斜来自所述光源的光并且将倾斜准直光作为被引导的光定向到板光导中。
6.根据权利要求5所述的基于多束衍射光栅的彩色背光体，其中所述倾斜准直器包括准直反射器，用于以相对于所述板光导的顶面和底面的倾斜角定向所述准直光，所述倾斜角大于零并且小于板光导内的全内反射的临界角，并且其中来自所述多个光源中的相应光源的光具有由所述准直反射器的倾斜以及所述相应光源相对于所述准直反射器的焦点的横向位移二者确定的对应倾斜角。
7.根据权利要求6所述的基于多束衍射光栅的彩色背光体，其中所述准直反射器集成到所述板光导并由所述板光导的材料形成，所述准直反射器包括双弯曲抛物面反射器的一部分，该双弯曲抛物面反射器具有第一抛物线形状和第二抛物线形状，所述第一抛物线形状用于在平行于板光导的表面的第一方向上准直光，所述第二抛物线形状用于在与第一方向正交的第二方向上准直光。
8.根据权利要求6所述的基于多束衍射光栅的彩色背光体，其中所述准直反射器是有形反射器，所述有形反射器与横向移位的光源结合以产生对应于光的不同颜色中的第一颜色的第一光束，并产生对应于所述不同颜色中的第二颜色的第二光束，第一光束的主角方向约等于第二光束的主角方向。
9.一种包括权利要求1所述的基于多束衍射光栅的彩色背光体的三维(3-D)彩色电子显示器，所述3-D电子显示器还包括光阀，用于调制多个光束中的光束，所述光阀与多束衍射光栅相邻，其中要由所述光阀调制的所述光束对应于电子显示器的像素。
10.一种三维(3-D)彩色电子显示器，包括：
光源，包括相对于彼此横向移位的不同颜色的多个光学发射器；
倾斜准直器，用于准直由所述光源产生的光，并将准直光作为被引导的光以非零倾斜角定向到板光导中；
多束衍射光栅的阵列，在板光导的表面处，用于将被引导的光的一部分作为表示不同颜色的多个光束耦合出，并将所述光束在多个不同的主角方向上定向离开所述板光导；和
光阀阵列，调制被不同地定向的光束，所述调制的、被不同地定向的光束表示3-D彩色电子显示器的像素。
11.根据权利要求10所述的3-D彩色电子显示器，其中所述多个光学发射器包括发射红光的第一光学发射器、发射绿光的第二光学发射器和发射蓝光的第三光学发射器，并且其中如由所述第一光学发射器、所述第二光学发射器和所述第三光学发射器相对于彼此的横向位移确定的，来自第一光学发射器的红光束的主角方向基本上类似于分别来自第二和第三光学发射器的绿光束和蓝光束中的一者或两者的主角方向。
12.根据权利要求10所述的3-D彩色电子显示器，其中所述倾斜准直器包括具有成形抛物线反射器表面的准直反射器，所述光学发射器在准直反射器的焦点附近、在对应于所述板光导的传播轴的方向上相对于彼此横向移位。
13.根据权利要求10所述的3-D彩色电子显示器，其中所述多束衍射光栅包括具有弯曲衍射特征的啁啾衍射光栅。
14.根据权利要求10所述的3-D彩色电子显示器，其中由所述多束衍射光栅产生的所述多个光束基本上要会聚在所述板光导表面上方的点处，并且其中所述光阀阵列位于离越过光束的会聚点的板光导表面的一距离处。
15.根据权利要求10所述的3-D彩色电子显示器，其中所述光阀阵列包括多个液晶光阀。
16.根据权利要求10所述的3-D彩色电子显示器，还包括发射器时间复用器，用于对所述光源的光学发射器进行时间复用，其中所述时间复用器依序地激活所述光源的每个光学发射器，以在多个不同时间间隔的相应时间间隔期间产生对应于相应的被激活的光学发射器的不同颜色的光。
17.一种彩色电子显示器操作的方法，所述方法包括：
使用相对于彼此横向移位的多个光源产生光，所述多个光源中的光源产生与所述多个光源中的其它光源产生的颜色不同的颜色的光；
在板光导中引导产生的光；和
使用在所述板光导的表面处的多束衍射光栅将所述被引导的光的一部分衍射耦合出，以产生在多个不同的主角方向上被定向离开所述板光导的具有不同颜色的多个光束，
其中所述光源在对应于所述板光导的传播轴的方向上被横向移位。
18.根据权利要求17所述的彩色电子显示器操作的方法，还包括准直所产生的光并使用倾斜准直器将准直光定向到所述板光导中，其中所述倾斜准直器包括准直反射器，用于以相对于所述板光导表面的倾斜角定向所述准直光，并且其中来自所述多个光源中的相应光源的光具有对应的倾斜角，该倾斜角由所述准直反射器的倾斜和相应光源相对于所述准直反射器的焦点的横向位移两者确定。
19.根据权利要求17所述的彩色电子显示器操作的方法，还包括使用对应的多个光阀调制所述多个光束，调制的光束形成三维(3-D)电子显示器的像素。
20.根据权利要求17所述的彩色电子显示器操作的方法，还包括对所述多个光源中的光源进行时间复用，其中时间复用包括依序地激活所述光源，激活的光源在多个时间间隔的时间间隔期间产生相应颜色的光。
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