ES2877511T3 - Retroiluminación unidireccional basada en rejilla que emplea una capa reflectante angularmente selectiva - Google Patents

Retroiluminación unidireccional basada en rejilla que emplea una capa reflectante angularmente selectiva Download PDF

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Abstract

Una retroiluminación unidireccional basada en rejilla (100) para una pantalla, que comprende: una guía de luz (110) configurada para guiar un haz de luz (104) en un ángulo de propagación distinto de cero; una fuente de luz configurada para acoplar luz colimada en la guía de luz en un ángulo de propagación distinto de cero; una rejilla de difracción (120) en una superficie de la guía de luz, la rejilla de difracción estando configurada para acoplar difractivamente una parte del haz de luz guiado como un haz de luz primario y para dirigir el haz de luz primario (102) lejos de la superficie de la guía de luz en una dirección angular principal predeterminada, la rejilla de difracción estando además configurada para producir difractivamente un haz de luz secundario y para dirigir el haz de luz secundario hacia la guía de luz; y una capa reflectante angularmente selectiva (130) dentro de la guía de luz adyacente a la superficie de la guía de luz, la capa reflectante angularmente selectiva estando configurada para redirigir reflectantemente el haz de luz secundario (106) fuera de la guía de luz en una dirección del haz de luz primario y para pasar el haz de luz guiado en el ángulo de propagación distinto de cero,

Description

DESCRIPCIÓN
Retroiluminación unidireccional basada en rejilla que emplea una capa reflectante angularmente selectiva ANTECEDENTES
Las pantallas electrónicas son un medio casi ubicuo para comunicar información a los usuarios de una amplia variedad de dispositivos y productos. Entre las pantallas electrónicas más comunes encontradas están el tubo de rayos catódicos (CRT), los paneles de pantalla de plasma (PDP), las pantallas de cristal líquido (LCD), las pantallas electroluminiscentes (EL), las pantallas de diodos emisores de luz orgánica (OLED) y de OLED de matriz activa (AMOLED), pantallas electroforéticas (EP) y varias pantallas que emplean modulación de luz electromecánica o electrofluídica (por ejemplo, dispositivos de microespejos digitales, pantallas de electrohumectación, etc.). En general, las pantallas electrónicas pueden clasificarse o como pantallas activas (es decir, pantallas que emiten luz) o pantallas pasivas (es decir, pantallas que modulan la luz proporcionada por otra fuente). Entre los ejemplos más obvios de pantallas activas se encuentran los CRT, PDP y OLED/AMOLED. Las pantallas que típicamente se clasifican como pasivas cuando se considera la luz emitida son las pantallas LCD y EP. Las pantallas pasivas, aunque a menudo muestran características de rendimiento atractivas que incluyen, pero no se limitan a, un consumo de energía inherentemente bajo, pueden encontrar un uso algo limitado en muchas aplicaciones prácticas dada la falta de capacidad para emitir luz.
Para superar las limitaciones de las pantallas pasivas asociadas con la luz emitida, muchas pantallas pasivas se acoplan a una fuente de luz externa. La fuente de luz acoplada puede permitir que estas pantallas por lo demás pasivas emitan luz y funcionen sustancialmente como una pantalla activa. Ejemplos de tales fuentes de luz acopladas son las retroiluminaciones. Las retroiluminaciones son fuentes de luz (a menudo fuentes de luz de panel) que se colocan detrás de una pantalla por lo demás pasiva para iluminar la pantalla pasiva. Por ejemplo, puede acoplarse una retroiluminación a una pantalla LCD o EP. La retroiluminación emite luz que pasa a través de la pantalla LCD o EP. La luz emitida es modulada por la pantalla LCD o la pantalla EP y luego la luz modulada se emite, a su vez, desde la pantalla LCD o la pantalla EP. A menudo, las retroiluminaciones están configuradas para emitir luz blanca. Luego, se usan filtros de color para transformar la luz blanca en varios colores usados en la pantalla. Los filtros de color pueden colocarse en una salida de la pantalla LCD o EP (menos común) o entre la retroiluminación y la pantalla LCD o EP, por ejemplo.
La US 2008/297696 divulga una retroiluminación del estado de la técnica para una pantalla.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La invención se define en el conjunto de reivindicaciones adjuntas. Varias características de los ejemplos y realizaciones de acuerdo con los principios descritos en la presente pueden entenderse más fácilmente con referencia a la siguiente descripción detallada tomada junto con los dibujos acompañantes, donde números de referencia similares designan elementos estructurales similares, y en los que:
La Figura1 ilustra una vista en sección transversal de una rejilla de difracción en un ejemplo, de acuerdo con una realización consistente con los principios descritos en la presente.
La Figura 2A ilustra una vista en sección transversal de una retroiluminación basada en rejilla unidireccional en un ejemplo, de acuerdo con una realización consistente con los principios descritos en la presente.
La Figura 2B ilustra una vista en sección transversal de una retroiluminación basada en rejilla unidireccional en un ejemplo, de acuerdo con otra realización consistente con los principios descritos en la presente.
La Figura 2C ilustra una vista en perspectiva de una parte de una retroiluminación basada en rejilla unidireccional en un ejemplo, de acuerdo con una realización consistente con los principios descritos en la presente.
La Figura 3 ilustra una vista en sección transversal de una parte de una retroiluminación basada en rejilla unidireccional en un ejemplo, de acuerdo con una realización consistente con los principios descritos en la presente.
La Figura 4 ilustra un diagrama de bloques de una pantalla electrónica en un ejemplo, de acuerdo con una realización consistente con los principios descritos en la presente.
La Figura 5 ilustra un diagrama de flujo de un método de funcionamiento de pantalla electrónica en un ejemplo, de acuerdo con una realización consistente con los principios descritos en la presente.
Ciertos ejemplos y realizaciones pueden tener otras características que se añaden y reemplazan a las características ilustradas en las figuras a las que se hace referencia con anterioridad. Estas y otras características se detallan a continuación con referencia a las figuras a las que se ha hecho referencia anteriormente.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Las realizaciones de acuerdo con los principios descritos en la presente proporcionan retroiluminación de pantalla electrónica usando redirección reflectante de haces de luz secundarios. En particular, como se describe en la presente, la retroiluminación unidireccional de una pantalla electrónica emplea una rejilla de difracción para acoplar la luz de una guía de luz y para dirigir la luz acoplada como un haz de luz principal en una dirección de visualización de la pantalla electrónica. Además, se emplea una capa reflectante angularmente selectiva dentro de la guía de luz para redirigir reflectantemente un haz de luz secundario producido difractivamente (producido por la rejilla de difracción) fuera de la guía de luz y en la dirección de visualización de la pantalla electrónica. En algunas realizaciones, el haz de luz primario y el haz de luz secundario redirigido reflectantemente se combinan para producir un haz de luz que es más brillante (es decir, que tiene mayor intensidad) que el haz de luz primario o el haz de luz secundario por sí mismo. Al mejorar la intensidad de la luz del haz de luz emitido, la pantalla electrónica puede mostrar una eficiencia mejorada, por ejemplo.
De acuerdo con algunas realizaciones, la luz emitida que incluye el haz de luz primario acoplado y el haz de luz secundario redirigido reflectantemente forma una pluralidad de haces de luz emitidos dirigidos en la dirección de visualización de la pantalla electrónica. Además, el haz de luz primario en combinación con el haz de luz secundario redirigido reflectantemente que forma un haz de luz emitido puede tener una dirección angular principal (en la dirección de visualización) que es diferente de las direcciones angulares principales de otros haces de luz emitidos que representan otras combinaciones. de haces de luz primarios y secundarios de la pluralidad, de acuerdo con varias realizaciones de los principios descritos en la presente. En algunas realizaciones, la pluralidad de haces de luz emitidos, que incluye parejas emitidas de haces de luz primarios y secundarios que tienen diferentes direcciones angulares principales (también denominados haces de luz ‘dirigidos de manera diferente’ o parejas de haces de luz ‘dirigidos de manera diferente’), forma o proporciona un campo de luz en la dirección de visualización de la pantalla electrónica. En algunas realizaciones, las parejas de haces de luz primario y secundario pueden emplearse para mostrar información tridimensional (3-D). Por ejemplo, las parejas de haces de luz primario y secundario dirigidos de manera diferente pueden modularse y servir como píxeles de una pantalla electrónica 3-D ‘sin gafas’.
En la presente, una 'guía de luz' se define como una estructura que guía la luz dentro de la estructura usando una reflexión interna total. En particular, la guía de luz puede incluir un núcleo que es sustancialmente transparente a una longitud de onda operativa de la guía de luz. En varios ejemplos, el término ‘guía de luz’ se refiere de manera general a una guía de ondas óptica dieléctrica que emplea una reflexión interna total para guiar la luz en una interfaz entre un material dieléctrico de la guía de luz y un material o medio que rodea esa guía de luz. Por definición, una condición para la reflexión interna total es que el índice de refracción de la guía de luz sea mayor que el índice de refracción de un medio circundante adyacente a una superficie del material de guía de luz. En algunos ejemplos, la guía de luz puede incluir un recubrimiento además o en lugar de la diferencia de índice de refracción mencionado anteriormente para facilitar aún más la reflexión interna total. El recubrimiento puede ser un recubrimiento reflectante, por ejemplo. De acuerdo con varios ejemplos, la guía de luz puede ser cualquiera de varias guías de luz que incluyen, pero no se limitan a, una o ambas de una guía de placa o bloque y una guía de tira.
Además, en la presente, el término ‘placa’ cuando se aplica a una guía de luz como en una ‘guía de luz de placa’ se define como una capa o lámina en forma de piezas o diferencialmente planar. En particular, una guía de luz de placa se define como una guía de luz configurada para guiar la luz en dos direcciones sustancialmente ortogonales delimitadas por una superficie superior y una superficie inferior (es decir, superficies opuestas) de la guía de luz. Además, por definición en la presente, las superficies superior e inferior están ambas separadas entre sí y pueden ser sustancialmente paralelas entre sí en por lo menos un sentido diferencial. Es decir, dentro de cualquier región diferencialmente pequeña de la guía de luz de placa, las superficies superior e inferior son sustancialmente paralelas o coplanares. En algunos ejemplos, una guía de luz de placa puede ser sustancialmente plana (por ejemplo, confinada a un plano) y, por tanto, la guía de luz de placa es una guía de luz planar. En otros ejemplos, la guía de luz de la placa puede estar curvada en una o dos dimensiones ortogonales. Por ejemplo, la guía de luz de placa puede curvarse en una única dimensión para formar una guía de luz de placa de forma cilíndrica. Sin embargo, en varios ejemplos, cualquier curvatura tiene un radio de curvatura lo suficientemente grande como para asegurar que la reflexión interna total se mantenga dentro de la guía de luz de la placa para guiar la luz.
De acuerdo con varios ejemplos descritos en la presente, puede emplearse una rejilla de difracción (por ejemplo, una rejilla de difracción de múltiples haces) para dispersar o acoplar luz de una guía de luz (por ejemplo, una guía de luz de placa) como un haz de luz ‘primario’. En general, la rejilla de difracción también produce un haz de luz ‘secundario’ además del haz de luz primario. Mientras que el haz de luz primario se dirige o se acopla fuera de la guía de luz, el haz de luz secundario producido difractivamente se dirige generalmente de vuelta a la guía de luz por la rejilla de difracción, de acuerdo con varios ejemplos. En particular, un ángulo de difracción 0m de o proporcionado por una rejilla de difracción transmisiva localmente periódica en una superficie de una guía de luz puede ser dado por la ecuación (1) como:
Qm = sin-
Figure imgf000003_0001
donde A es una longitud de onda de la luz, m es un orden de difracción, d es una distancia entre las características de la rejilla de difracción, 0i es un ángulo de incidencia de la luz sobre la rejilla de difracción y n es un índice de refracción de un material en un lado de la rejilla de difracción desde el cual la luz incide sobre la rejilla de difracción (es decir, ‘incidente de luz’ o lado de la guía de luz). Por simplicidad, la ecuación (1) supone que un índice de refracción en un lado de la rejilla de difracción opuesto al lado incidente de luz o de guía de luz tiene un índice de refracción de uno. En general, el orden de difracción m viene dado por un número entero que puede ser positivo o negativo.
De acuerdo con varios ejemplos, el ángulo de difracción 0m de un haz de luz primario producido por la rejilla de difracción puede estar dado por la ecuación (1) donde el orden de difracción es positivo (por ejemplo, m > 0), mientras que el ángulo de difracción 0m de un haz de luz secundario puede tener un orden de difracción negativo (por ejemplo, m < 0). Como tal y por definición en la presente, un ‘haz de luz primario’ puede definirse como un haz de luz producido difractivamente que tiene un orden de difracción positivo. Además, un ‘haz de luz secundario’ puede definirse como un haz de luz producido difractivamente que tiene un orden de difracción negativo.
La Figura 1 ilustra una vista en sección transversal de una rejilla de difracción 10 en un ejemplo, de acuerdo con una realización consistente con los principios descritos en la presente. Por ejemplo, la rejilla de difracción 10 puede estar en la superficie de una guía de luz. Además, la Figura 1 ilustra un haz de luz 20 que incide sobre la rejilla de difracción 10 con un ángulo de incidencia 0i. Un haz de luz primario 30 producido difractivamente por la rejilla de difracción 10 y que tiene un ángulo de difracción 0m (o dirección angular principal) se ilustra junto con un haz de luz secundario 40 producido difractivamente por la rejilla de difracción 10 y que tiene un ángulo de difracción correspondiente (aunque negativo) 0-m , cada uno como se da por la ecuación (1). Como se ilustra en la Figura 1, el haz de luz primario 30 corresponde a un orden de difracción 'm', mientras que el haz de luz secundario 40 tiene un orden de difracción negativo correspondiente '-m'. Además, el ángulo de difracción negativo 0-m del haz de luz secundario 40 es igual en magnitud al ángulo de difracción positivo del haz de luz primario 30, pero tiene un signo negativo (es decir, 0-m = -0m), de acuerdo con la ecuación (1).
En la presente, una ‘rejilla de difracción’ se define generalmente como una pluralidad de características (es decir, características difractivas) dispuestas para proporcionar difracción de la luz incidente sobre la rejilla de difracción. En algunos ejemplos, la pluralidad de características puede disponerse de manera periódica o cuasiperiódica. Por ejemplo, la rejilla de difracción puede incluir una pluralidad de características (por ejemplo, una pluralidad de ranuras en la superficie de un material) dispuestas en una matriz unidimensional (1-D). En otros ejemplos, la rejilla de difracción puede ser una matriz bidimensional (2-D) de características. La rejilla de difracción puede ser una matriz bidimensional de protuberancias u orificios en la superficie de un material, por ejemplo.
Como tal, y por definición en la presente, la ‘rejilla de difracción’ es una estructura que proporciona la difracción de la luz incidente sobre la rejilla de difracción. Si la luz incide sobre la rejilla de difracción desde una guía de luz, la difracción o la dispersión difractiva proporcionadas pueden dar como resultado, y por tanto, se denominará ‘acoplamiento difractivo’, ya que la rejilla de difracción puede acoplar la luz de la guía de luz por difracción. La rejilla de difracción también redirige o cambia un ángulo de la luz por difracción (es decir, en un ángulo de difracción). En particular, como resultado de la difracción, la luz que sale de la rejilla de difracción (es decir, la luz difractada de los haces de luz primarios y los haces de luz secundarios) tiene generalmente una dirección de propagación diferente a la dirección de propagación de la luz incidente sobre la rejilla de difracción (es decir, luz incidente). Al cambio en la dirección de propagación de la luz por difracción se hace referencia en la presente como ‘redireccionamiento difractivo’. Por lo tanto, puede entenderse que la rejilla de difracción es una estructura que incluye características difractivas que redirigen difractivamente la luz incidente sobre la rejilla de difracción y, si la luz incide desde una guía de luz, la rejilla de difracción también puede acoplar difractivamente una parte de la luz de la guía de luz (por ejemplo, como en el caso de los haces de luz primarios), así como también produce difractivamente la luz correspondiente dirigida hacia la guía de luz (por ejemplo, como en el caso de los haces de luz secundarios).
Además, por definición en la presente, a las características de una rejilla de difracción se hace referencia como ‘características difractivas’ y pueden ser una o más en, dentro y sobre una superficie (es decir, un límite entre dos materiales). La superficie puede ser una superficie de una guía de luz de placa, por ejemplo. Las características difractivas pueden incluir cualquiera de una variedad de estructuras que difractan la luz que incluyen, pero no se limitan a, una o más ranuras, aristas, orificios y protuberancias en, dentro o sobre la superficie. Por ejemplo, la rejilla de difracción puede incluir una pluralidad de ranuras paralelas en la superficie de un material. En otro ejemplo, la rejilla de difracción puede incluir una pluralidad de aristas paralelas que se elevan desde la superficie del material. Las características difractivas (por ejemplo, ranuras, aristas, orificios, protuberancias, etc.) pueden tener cualquiera de una variedad de formas o perfiles en sección transversal que proporcionan difracción que incluyen, pero no se limitan a, uno o más de un perfil sinusoidal, un perfil rectangular (por ejemplo, una rejilla de difracción binaria), un perfil triangular y un perfil de dientes de sierra (por ejemplo una rejilla “llameante”).
Por definición en la presente, una ‘rejilla de difracción de múltiples haces’ es una rejilla de difracción que produce luz redirigida difractivamente (por ejemplo, luz acoplada difractivamente) que incluye una pluralidad de haces de luz primarios. Además, los haces de luz primarios de la pluralidad producidos por la rejilla de difracción de múltiples haces tienen diferentes direcciones angulares principales entre sí, por definición en la presente. La rejilla de difracción de múltiples haces también puede producir difractivamente una pluralidad de haces de luz secundarios. Los haces de luz secundarios producidos por la rejilla de difracción de múltiples haces corresponden generalmente a los haces de luz primarios y tienen diferentes direcciones angulares principales correspondientes. En particular, por definición, un haz de luz de la pluralidad de haces de luz primarios (o secundarios) tiene una dirección angular principal predeterminada que es diferente de la de otro haz de luz de la pluralidad de haces de luz primarios (o secundarios) como resultado de la difracción de la luz incidente por la rejilla de difracción de múltiples haces. Por ejemplo, la pluralidad de haces de luz primarios puede incluir ocho haces de luz que tienen ocho direcciones angulares principales diferentes. Los ocho haces de luz en combinación pueden representar un campo de luz, por ejemplo. Además, puede haber un conjunto de ocho haces de luz secundarios producidos por la rejilla de difracción de múltiples haces, en donde los ocho haces de luz secundarios también tienen ocho direcciones angulares principales diferentes. Además, un haz de luz secundario puede corresponder a (es decir, tienen una dirección angular principal que está relacionada por la ecuación (1) anterior con) un haz de luz de la pluralidad de haces de luz primarios, y los haces de luz secundarios (cuando se redirigen reflectantemente como se describe a continuación) pueden combinarse con los haces de luz primarios correspondientes como parte de, o para aumentar, el campo de luz. De acuerdo con varios ejemplos, las diferentes direcciones angulares principales de las varias denominadas parejas de haces de luz primarios y secundarios se determinan mediante una combinación de un paso o espaciado de rejilla y una orientación o rotación de las características difractivas de la rejilla de difracción de múltiples haces en puntos de origen de los haces de luz respectivos de la rejilla de difracción de múltiples haces con respecto a una dirección de propagación de la luz incidente sobre la rejilla de difracción de múltiples haces.
De acuerdo con varias realizaciones descritas en la presente, se emplea una rejilla de difracción (por ejemplo, una rejilla de difracción de múltiples haces) para producir luz acoplada que representa un píxel de una pantalla electrónica. En particular, un haz de luz primario producido por la rejilla de difracción acoplando difractivamente la luz fuera de la guía de luz puede representar o corresponder a un píxel de la pantalla electrónica. Además, los haces de luz secundarios producidos difractivamente que se redirigen reflectantemente, como se describe adicionalmente a continuación, también pueden contribuir a los píxeles representativos de la pantalla electrónica. En particular, la guía de luz y la rejilla de difracción (es decir, la rejilla de difracción de múltiples haces) pueden ser parte de una retroiluminación de, o usarse junto con, una pantalla electrónica como, pero no limitado a, una pantalla electrónica tridimensional (3-D) ‘sin gafas’ (por ejemplo, también denominada pantalla electrónica de múltiples vistas u ‘holográfica’ o pantalla autoesteroscópica). Como tal, los haces de luz dirigidos de manera diferente desde la guía de luz producida por difracción usando la rejilla difractiva de múltiples haces pueden ser o representar 'píxeles' de la pantalla electrónica 3-D.
En la presente, una ‘fuente de luz’ se define como una fuente de luz (por ejemplo, un aparato o dispositivo que produce y emite luz). Por ejemplo, la fuente de luz puede ser un diodo emisor de luz (LED) que emite luz cuando se activa. En la presente, una fuente de luz puede ser sustancialmente cualquier fuente de luz o emisor óptico que incluye, pero no se limita a, uno o más de un diodo emisor de luz (LED), un láser, un diodo emisor de luz orgánico (OLED), un diodo emisor de luz de polímero, un emisor óptico a base de plasma, una lámpara fluorescente, una lámpara incandescente y prácticamente cualquier otra fuente de luz. La luz producida por la fuente de luz puede tener un color (es decir, puede incluir una longitud de onda de luz particular) o puede ser un intervalo de longitudes de onda (por ejemplo, luz blanca).
Además, como se usa en la presente, se pretende que el artículo ‘a’ tenga su significado ordinario en las técnicas de patentes, concretamente, ‘uno o más’. Por ejemplo, ‘una rejilla’ significa una o más rejillas y, como tal, ‘la rejilla’ significa ‘la o las rejillas’ en la presente. Además, cualquier referencia en la presente a 'parte superior', 'parte inferior', 'superior', 'inferior', 'arriba', 'abajo', 'frontal', ‘posterior', 'primero', 'segundo', 'izquierda' o 'derecha' no se pretende que sea una limitación en la presente. En la presente, el término 'aproximadamente' cuando se aplica a un valor significa generalmente dentro del intervalo de tolerancia del equipo usado para producir el valor, o en algunos ejemplos, significa más o menos el 10%, o más o menos el 5%, o más o menos el 1%, salvo que se especifique expresamente lo contrario. Además, el término ‘sustancialmente’ como se usa en la presente significa una mayoría, o casi todo, o todo, o una cantidad dentro de un intervalo de aproximadamente el 51% a aproximadamente el 100%, por ejemplo. Además, se pretende que los ejemplos de la presente sean solamente ilustrativos y se presentan con propósitos de análisis y no a modo de limitación.
De acuerdo con algunas realizaciones de los principios descritos en la presente, se proporciona una retroiluminación basada en rejilla unidireccional. La Figura 2A ilustra una vista en sección transversal de una retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100 en un ejemplo, de acuerdo con una realización consistente con los principios descritos en la presente. La Figura 2B ilustra una vista en sección transversal de una retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100 en un ejemplo, de acuerdo con otra realización consistente con los principios descritos en la presente. La Figura 2C ilustra una vista en perspectiva de una parte de una retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100 en un ejemplo, de acuerdo con una realización consistente con los principios descritos en la presente. De acuerdo con varias realizaciones, la redirección reflectante de haces de luz secundarios producidos difractivamente aumenta o se suma a la intensidad de los haces de luz emitidos (por ejemplo, un campo de luz) para aumentar el brillo de la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100. El brillo aumentado puede mejorar la eficacia de la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100, de acuerdo con varias realizaciones.
Por ejemplo, el acoplamiento difractivo de la luz de la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100 puede usarse para formar o proporcionar una pluralidad de haces de luz primarios 102 dirigidos lejos de una superficie de la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100 para formar un campo de luz, como se ilustra en las Figuras 2A-2C. La luz acoplada difractivamente es una parte de la luz guiada 104 dentro de la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100. La difracción que proporciona la luz acoplada difractivamente también produce difractivamente haces de luz secundarios dirigidos a la guía de luz, como se ha descrito anteriormente. La redirección reflectante de los haces de luz secundarios puede añadir o aumentar la intensidad de la luz de los haces de luz primarios 102, de acuerdo con varias realizaciones.
En particular, los haces de luz primarios 102 pueden combinarse con los haces de luz secundarios redirigidos reflectantemente 106 (ilustrados como flechas discontinuas) para formar o proporcionar el campo de luz de la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100. Además, un haz de luz primario 102 y un haz de luz secundario 106 redirigido reflectantemente correspondiente proporcionado por la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100 pueden configurarse para tener una dirección angular principal diferente de otros haces de luz primarios 102 y otros haces de luz secundarios redirigidos reflectantemente 106, respectivamente, de acuerdo con algunas realizaciones. En algunos ejemplos, los haces de luz primarios 102 y los haces de luz secundarios redirigidos reflectantemente 106 pueden tener tanto una dirección predeterminada (dirección angular principal) como una dispersión angular relativamente estrecha dentro del campo de luz.
En algunas realizaciones, la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100 puede ser una fuente de luz o ‘retroiluminación’ de una pantalla electrónica. En particular, de acuerdo con algunas realizaciones, la pantalla electrónica puede ser la denominada pantalla electrónica tridimensional (3-D) ‘sin gafas’ (por ejemplo, una pantalla de múltiples vistas o una pantalla autoesteroscópica) en la que los varios haces de luz 102, 106 corresponden o representan píxeles asociados con diferentes 'vistas' de la pantalla 3D. El aumento de la intensidad luminosa de la luz producida por la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100 puede aumentar el brillo de la pantalla electrónica (por ejemplo, la pantalla electrónica 3-D). Por ejemplo, las direcciones angulares principales de los haces de luz primarios 102 puede ser sustancialmente similares a (es decir, corresponder o relacionarse con) las direcciones angulares principales de los haces de luz secundarios redirigidos reflectantemente 106. Por tanto, los haces de luz primarios 102 y los haces de luz secundarios redirigidos reflectantemente 106 correspondientes pueden estar sustancialmente codirigidos o tener sustancialmente la misma dirección angular principal y, además, la dirección angular principal puede corresponder a una dirección angular de una vista particular de la pantalla electrónica 3-D, por ejemplo. Como resultado, los haces de luz primarios y secundarios 102, 106 en combinación puede representar o corresponder a un píxel (o equivalentemente, una vista) de la pantalla electrónica 3-D, de acuerdo con algunos ejemplos. Además, los píxeles correspondientes a la combinación de los haces de luz primarios y secundarios 102, 106 serán más brillantes que un píxel que incluye sólo los haces de luz primarios 102, por ejemplo.
En algunas realizaciones, los haces de luz primarios y secundarios 102, 106 combinados pueden modularse (por ejemplo, mediante una válvula de luz como se describe a continuación). La modulación de diferentes conjuntos de haces de luz 102, 106 combinados dirigidos en diferentes direcciones angulares alejándose de la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100 puede ser particularmente útil para aplicaciones de pantallas electrónicas 3-D dinámicas, por ejemplo. Es decir, los diferentes conjuntos de haces de luz modulados 102, 106 dirigidos en direcciones de vista particulares pueden representar píxeles dinámicos de la pantalla electrónica 3-D correspondientes a las direcciones de vista particulares.
Como se ilustra en las Figuras 2A-2C, la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100 comprende una guía de luz 110. En particular, la guía de luz 110 puede ser una guía de luz de placa 110, de acuerdo con algunas realizaciones. La guía de luz 110 está configurada para guiar la luz desde una fuente de luz (no ilustrada en las Figuras 2A-2C) como luz guiada 104. Por ejemplo, la guía de luz 110 puede incluir un material dieléctrico configurado como guía de ondas óptica. El material dieléctrico puede tener un primer índice de refracción que es mayor que un segundo índice de refracción de un medio que rodea la guía de ondas óptica dieléctrica. La diferencia en los índices de refracción está configurada para facilitar la reflexión interna total de la luz guiada 104 de acuerdo con uno o más modos guiados de la guía de luz 110, por ejemplo.
En algunas realizaciones, la luz de la fuente de luz se guía como un haz de luz 104 a lo largo de la guía de luz 110. Además, la guía de luz 110 puede configurarse para guiar la luz (es decir, el haz de luz guiado 104) en un ángulo de propagación distinto de cero. El haz de luz guiado 104 puede ser guiado (por ejemplo, como el haz de luz) en el ángulo de propagación distinto de cero dentro de la guía de luz 110 usando reflexión interna total, por ejemplo.
El ángulo de propagación distinto de cero se define en la presente como un ángulo con respecto a una superficie (por ejemplo, una superficie superior o una superficie inferior) de la guía de luz 110. En algunos ejemplos, el ángulo de propagación distinto de cero del haz de luz guiado 104 puede estar entre aproximadamente diez grados (10°) y aproximadamente cincuenta grados (50°) o, en algunos ejemplos, entre aproximadamente veinte (20) grados y aproximadamente cuarenta grados (40°), o entre aproximadamente veinticinco grados (25°) y aproximadamente treinta y cinco grados (35°). Por ejemplo, el ángulo de propagación distinto de cero puede ser de aproximadamente treinta grados (30°). En otros ejemplos, el ángulo de propagación distinto de cero puede ser de aproximadamente 20°, o aproximadamente 25°, o aproximadamente 35°.
De acuerdo con la invención, la luz de la fuente de luz se introduce o se acopla en la guía de luz 110 en un ángulo de propagación distinto de cero (por ejemplo, aproximadamente 30-35 grados). Uno o más de una lente, un espejo o reflector similar (por ejemplo, un reflector de colimación inclinado) y un prisma (no ilustrado) pueden facilitar el acoplamiento de la luz en un extremo de entrada de la guía de luz 110 como el haz de luz en el ángulo de propagación distinto de cero. Una vez acoplado a la guía de luz 110, el haz de luz guiado 104 se propaga a lo largo de la guía de luz 110 en una dirección que generalmente está alejada del extremo de entrada (por ejemplo, a lo largo de un eje x como se ilustra en las Figuras 2A-2B). Además, el haz de luz guiado 104 se propaga reflejándose o 'rebotando' entre la superficie superior y la superficie inferior de la guía de luz de placa 110 en el ángulo de propagación distinto de cero (por ejemplo, ilustrado por una flecha en ángulo extendida que representa un rayo de luz del haz de luz guiado 104).
El haz de luz guiado 104 producido acoplando luz en la guía de luz 110 puede ser un haz de luz colimado, de acuerdo con algunos ejemplos. En particular, por ‘haz de luz colimado’ se entiende que los rayos de luz dentro del haz de luz guiado 104 son sustancialmente paralelos entre sí dentro del haz de luz guiado 104. Los rayos de luz que divergen o se dispersan del haz de luz colimado del haz de luz guiado 104 no se consideran parte del haz de luz colimado, por definición en la presente. La colimación de la luz para producir el haz de luz guiado colimado 104 puede ser proporcionado por la lente o espejo (por ejemplo, reflector colimador inclinado, etc.) usado para acoplar la luz en la guía de luz 110, por ejemplo.
En algunos ejemplos, la guía de luz 110 (por ejemplo, como una guía de luz de placa 110) puede ser un guía de ondas óptica de placa o de bloque que comprende una lámina extendida sustancialmente planar de material dieléctrico ópticamente transparente. La hoja sustancialmente planar de material dieléctrico está configurada para guiar el haz de luz guiado 104 usando una reflexión interna total. De acuerdo con varios ejemplos, el material ópticamente transparente de la guía de luz 110 puede incluir o estar compuesto por cualquiera de una variedad de materiales dieléctricos que incluyen, pero no se limitan a, uno o más de varios tipos de vidrio (por ejemplo, vidrio de sílice, vidrio de aluminosilicato alcalino, vidrio de borosilicato, etc.) y plásticos o polímeros sustancialmente ópticamente transparente (por ejemplo, poli(metacrilato de metilo) o 'vidrio acrílico', policarbonato, etc.). En algunos ejemplos, la guía de luz 110 puede incluir además una capa de revestimiento (no ilustrada) sobre por lo menos una parte de una superficie (por ejemplo, una o ambas de la superficie superior e inferior) de la guía de luz 110. La capa de revestimiento puede usarse para facilitar aún más la reflexión interna total, de acuerdo con algunos ejemplos.
De acuerdo con varias realizaciones, la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100 incluye además una rejilla de difracción 120. En algunos ejemplos, la rejilla de difracción 120 puede estar localizada en una superficie (por ejemplo, una superficie frontal o la superficie superior) de la guía de luz 110, por ejemplo, como se ilustra en las Figuras 2A-2B. En otros ejemplos (no ilustrados), la rejilla de difracción 120 puede estar localizada dentro de la guía de luz 110. La rejilla de difracción 120 está configurada para dispersar difractivamente o acoplar una parte del haz de luz guiado 104 como un haz de luz primario 102. La rejilla de difracción 120 está configurada además para dirigir el haz de luz primario 102 lejos de la superficie de guía de luz en una dirección angular principal predeterminada. La dirección angular principal del haz de luz primario 102 tiene un ángulo de elevación y un ángulo de azimut. Además, de acuerdo con varios ejemplos, la rejilla de difracción 120 está configurada para producir difractivamente un haz de luz secundario, como se describe adicionalmente a continuación, desde otra parte del haz de luz guiado 104. El haz de luz secundario producido difractivamente puede dirigirse hacia la guía de luz 110 (por ejemplo, en oposición a estar acoplado fuera de la guía de luz 110) en una dirección angular principal negativa correspondiente a la dirección angular principal predeterminada del haz de luz principal 102.
De acuerdo con varias realizaciones, la rejilla de difracción 120 comprende una pluralidad de características difractivas 122 que están configuradas para proporcionar difracción. La difracción proporcionada es responsable del acoplamiento difractivo de la parte del haz de luz guiado 104 fuera de la guía de luz 110 como el haz de luz primario 102. Por ejemplo, la rejilla de difracción 120 puede incluir una o ambas ranuras en una superficie de la guía de luz 110 y aristas que sobresalen de la superficie de la guía de luz que sirven como características difractivas 122. Las ranuras y aristas pueden disponerse paralelas o sustancialmente paralelas entre sí y, por lo menos en algún punto, perpendiculares a una dirección de propagación del haz de luz guiado 104 que va a ser acoplado por la rejilla de difracción 120.
En algunos ejemplos, las ranuras o aristas pueden grabarse, fresarse o moldearse en la superficie o aplicarse sobre la superficie. Como tal, un material de la rejilla de difracción 120 puede incluir un material de la guía de luz 110. Como se ilustra en la Figura 2A, por ejemplo, la rejilla de difracción 120 comprende ranuras sustancialmente paralelas formadas en la superficie de la guía de luz 110. En la Figura 2B, la rejilla de difracción 120 comprende aristas sustancialmente paralelas que sobresalen de la superficie de guía de luz. En otros ejemplos (no ilustrados), la rejilla de difracción 120 puede comprender una película o capa aplicada o fijada a la superficie de la guía de luz.
Cuando la rejilla de difracción 120 es un miembro de una pluralidad de rejillas de difracción 120, la pluralidad de rejillas de difracción 120 puede disponerse en una variedad de configuraciones en, sobre o dentro la superficie de la guía de luz 110, de acuerdo con varios ejemplos. Por ejemplo, la pluralidad de rejillas de difracción 120 pueden disponerse en columnas y filas a lo largo de la superficie de la guía de luz (por ejemplo, como una matriz). En otro ejemplo, la pluralidad de rejillas de difracción 120 pueden disponerse en grupos (por ejemplo, un grupo de tres rejillas, cada rejilla del grupo estando asociada con un color de luz diferente) y los grupos pueden disponerse en filas y columnas. En otro ejemplo más, la pluralidad de rejillas de difracción 120 puede distribuirse de manera sustancialmente aleatoria a través de la superficie de la guía de luz 110.
De acuerdo con algunas realizaciones, la rejilla de difracción 120 es o comprende una rejilla de difracción de múltiples haces 120. La rejilla de difracción de múltiples haces 120 está configurada para acoplar una parte del haz de luz guiado 104 de la guía de luz 110 mediante o usando acoplamiento difractivo (por ejemplo, también referido como ‘dispersión difractiva’), de acuerdo con varias realizaciones. Por ejemplo, la parte del haz de luz guiado 104 puede acoplarse difractivamente mediante la rejilla de difracción de múltiples haces 120 a través de la superficie de la guía de luz (por ejemplo, a través de la superficie superior de la guía de luz 110) como una pluralidad de los haces de luz primarios 102. (por ejemplo, como se ilustra en las Figuras 2A y 2B). Además, la pluralidad de haces de luz primarios 102 acoplados por la rejilla de difracción de múltiples haces 120 se dirige lejos de la superficie de guía de luz por la rejilla de difracción de múltiples haces 120. De acuerdo con varias realizaciones, un haz de luz primario 102 de la pluralidad de haces de luz primarios tiene una dirección angular principal diferente de otros haces de luz primarios 102 de la pluralidad de haces de luz primarios. Juntos, la pluralidad de haces de luz primarios 102 acoplados por la rejilla de difracción de múltiples haces 120 forman un campo de luz de la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100, de acuerdo con varias realizaciones.
Además, la rejilla de difracción de múltiples haces 120 puede producir una pluralidad de haces de luz secundarios debido a la difracción de otra parte del haz de luz guiado 104. En general, los haces de luz secundarios producidos difractivamente se dirigen inicialmente lejos de la rejilla de difracción de múltiples haces 120 y hacia la guía de luz 110 en diferentes direcciones angulares principales entre sí de la pluralidad de haces de luz secundarios. Las direcciones angulares principales de los haces de luz secundarios producidos difractivamente tienen ángulos de elevación y ángulos azimutales respectivos. En particular, un ángulo de elevación de una dirección angular principal de un haz de luz secundario particular puede ser sustancialmente igual en magnitud, pero de signo opuesto, a un ángulo de elevación de la dirección angular principal de un haz de luz primario 102 correspondiente de la pluralidad de haces de luz primarios. Además, un ángulo azimutal de la dirección angular principal del haz de luz secundario particular puede ser sustancialmente igual a un ángulo azimutal de la dirección angular principal del haz de luz primario correspondiente (por ejemplo, ver la Figura 1). Por ejemplo, un haz de luz primario 102 con un ángulo de elevación de sesenta grados (60°) y un ángulo de azimut de diez grados (10°) puede tener un haz de luz secundario producido difractivamente correspondiente con un ángulo de elevación de menos sesenta grados (-60°) y un azimut de diez grados (10°).
De acuerdo con varios ejemplos, la rejilla de difracción de múltiples haces 120 puede comprender una rejilla de difracción con gorjeo 120. Por definición, la rejilla de difracción ‘con gorjeo’ 120 es una rejilla de difracción que muestra o tiene un espaciado de difracción de las características difractivas que varía a través de una extensión o longitud de la rejilla de difracción con gorjeo 120, por ejemplo, como se ilustra en las Figuras 2A y 2B. En la presente, al espaciado de difracción variable se hace referencia como un ‘gorjeo’. Como resultado, la parte del haz de luz guiado 104 que está acoplado difractivamente fuera de la guía de luz 110 sale o se emite desde la rejilla de difracción con gorjeo 120 como el haz de luz primario 102 en diferentes ángulos de difracción correspondientes a diferentes puntos de origen a través de la rejilla de difracción con gorjeo 120. De manera similar, los haces de luz secundarios producidos difractivamente salen de la rejilla de difracción con gorjeo 120 en diferentes ángulos de difracción que también corresponden a los diferentes puntos de origen. En virtud de un gorjeo predefinido, la rejilla de difracción con gorjeo 120 es responsable de las direcciones angulares principales predeterminadas y diferentes de los haces de luz primarios 102 acoplados, así como de los haces de luz secundarios producidos difractivamente.
En las Figuras 2A-2C, la rejilla de difracción de múltiples haces 120 es una rejilla de difracción con gorjeo 120. En particular, como se ilustra, las características difractivas 122 están más juntas en un primer extremo (por ejemplo, más cercanas a una fuente de luz) de la rejilla de difracción de múltiples haces 120 que en un segundo extremo. Además, el espaciado de difracción d de las características difractivas 122 ilustradas varía desde el primer extremo al segundo extremo. En algunos ejemplos, la rejilla de difracción con gorjeo 120 puede tener o mostrar un gorjeo del espaciado de difracción d que varía linealmente con la distancia (por ejemplo, ver las Figuras 2A-2C). Como tal, a la rejilla de difracción con gorjeo 120 puede hacerse referencia como rejilla de difracción con gorjeo lineal.
En otro ejemplo (no ilustrado), la rejilla de difracción con gorjeo 120 puede mostrar un gorjeo no lineal del espaciado de difracción d. Varios gorjeos no lineales que pueden usarse para realizar la rejilla de difracción con gorjeo 120 incluyen, pero no se limitan a, un gorjeo exponencial, un gorjeo logarítmico o un gorjeo que varía de otra manera sustancialmente no uniforme o aleatoria pero aún monotónica. También pueden emplearse gorjeos no monotónicos como, pero no limitados a, un gorjeo sinusoidal o un gorjeo triangular o de diente de sierra. También pueden emplearse combinaciones de cualquiera de estos tipos de gorjeos.
En algunos ejemplos, los haces de luz primarios 102 producidos al acoplar la luz de la guía de luz 110 usando la rejilla de difracción de múltiples haces 120 pueden divergir (es decir, ser haces de luz divergentes 102) cuando el haz de luz guiado 104 se propaga en la guía de luz 110 en un dirección desde el primer extremo de la rejilla de difracción de múltiples haces 120 hasta el segundo extremo de la rejilla de difracción de múltiples haces 120 (por ejemplo, de izquierda a derecha, como se ilustra en la Figura 2A). Alternativamente, pueden producirse haces de luz primarios 102 convergentes cuando el haz de luz guiado 104 se propaga en la dirección inversa en la guía de luz 110, es decir, desde el segundo extremo al primer extremo de la rejilla de difracción de múltiples haces 120, de acuerdo con otros ejemplos (no ilustrados). De manera similar, los haces de luz secundarios producidos difractivamente (no ilustrados en las Figuras 2A-2C) pueden ser correspondientemente generalmente divergentes o generalmente convergentes (aunque en una dirección que es generalmente hacia la guía de luz 110). generalmente divergentes o generalmente convergentes (aunque en una dirección que es generalmente hacia la guía de luz 110).
En referencia a la Figura 2C, la rejilla de difracción de múltiples haces 120 puede incluir características difractivas 122 (por ejemplo, ranuras o aristas) dentro, en o sobre la superficie de la guía de luz 110 que son tanto con gorjeos como curvadas. El haz de luz guiado 104 tiene una dirección de incidencia con respecto a la rejilla de difracción de múltiples haces 120 y la guía de luz 110, como se ilustra mediante una flecha en negrita etiquetada como 104 en la Figura 2C. También se ilustra la pluralidad de haces de luz primarios 102 acoplados o emitidos que apuntan alejándose de la rejilla de difracción de múltiples haces 120 en la superficie de la guía de luz 110. Los haces de luz primarios 102 ilustrados se emiten en una pluralidad de direcciones angulares principales diferentes predeterminadas. En particular, las diferentes direcciones angulares principales predeterminadas de los haces de luz primarios 102 emitidos son diferentes tanto en azimut como en elevación (por ejemplo, para formar un campo de luz), como se ilustra. De acuerdo con varios ejemplos, tanto el gorjeo predefinido de las características difractivas 122 como la curva de las características difractivas 122 puede ser responsable de las diferentes direcciones angulares principales predeterminadas de los haces de luz primarios 102 emitidos.
Por ejemplo, debido a la curva, las características difractivas 122 dentro de la rejilla de difracción de múltiples haces 120 pueden tener orientaciones variables con respecto a una dirección de incidencia del haz de luz guiado 104. En particular, una orientación de las características difractivas 122 en un primer punto o localización dentro de la rejilla de difracción de múltiples haces 120 puede diferir de una orientación de las características difractivas 122 en otro punto o localización. Con respecto al haz de luz 102 acoplado o emitido, un componente azimutal $ de la dirección angular principal {0, $} del haz de luz 102 primario (así como el del haz de luz secundario) puede ser determinado por o corresponder al ángulo de orientación azimutal $f de las características difractivas 122 en un punto de origen del haz de luz 102 (es decir, en un punto donde la luz guiada incidente 104 está acoplada), de acuerdo con algunos ejemplos. Como tal, las orientaciones variables de las características difractivas 122 dentro de la rejilla de difracción de múltiples haces 120 producen diferentes haces de luz primarios 102 y haces de luz secundarios correspondientes que tienen diferentes direcciones angulares principales {0, $}, por lo menos en términos de sus respectivos componentes azimutales $.
En particular, en diferentes puntos a lo largo de la curva de las características difractivas 122, una ‘rejilla de difracción subyacente’ de la rejilla de difracción de múltiples haces 120 asociada con las características difractivas curvadas 122 tiene diferentes ángulos de orientación azimutal $f. Por tanto, en un punto dado a lo largo de las características difractivas curvadas 122, la curva tiene un ángulo de orientación azimutal particular $f que generalmente difiere de otro punto a lo largo de las características difractivas curvadas 122. Además, el ángulo de orientación azimutal particular $f da como resultado un componente azimutal 9 correspondiente de una dirección angular principal {0, $} de un haz de luz primario 102 emitido desde el punto dado. En algunos ejemplos, la curva de las características difractivas (por ejemplo, ranura, arista, etc.) puede representar una sección de un círculo. El círculo puede ser coplanar con la superficie de la guía de luz. En otros ejemplos, la curva puede representar una sección de una elipse u otra forma curvada, por ejemplo, que es coplanar con la superficie de la guía de luz.
En otros ejemplos, la rejilla de difracción de múltiples haces 120 puede incluir características difractivas 122 que están curvadas ‘por partes’. En particular, mientras que la característica difractiva puede no describir una curva sustancialmente suave o continua per se, en diferentes puntos a lo largo de la característica difractiva dentro de la rejilla de difracción de múltiples haces 120, la característica difractiva 122 aún puede orientarse en diferentes ángulos con respecto a la dirección de incidencia del haz de luz guiado 104. Por ejemplo, la característica difractiva 122 puede ser una ranura que incluye una pluralidad de segmentos sustancialmente rectos, cada segmento teniendo una orientación diferente a la de un segmento adyacente. Juntos, los diferentes ángulos de orientación de los segmentos pueden aproximarse a una curva (por ejemplo, un segmento de un círculo), de acuerdo con varios ejemplos. En otros ejemplos más, las características difractivas 122 pueden tener simplemente diferentes orientaciones con respecto a la dirección de incidencia del haz de luz guiado 104 en diferentes localizaciones dentro de la rejilla de difracción de múltiples haces 120 sin aproximarse a una curva particular (por ejemplo, un círculo o una elipse).
Como se ilustra en las Figuras 2A y 2B, la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100 comprende además una capa reflectante angularmente selectiva 130. La capa reflectante angularmente selectiva 130 está localizada en la guía de luz 110 entre la superficie frontal y la superficie posterior (es decir, superficies opuestas) de la guía de luz 110, de acuerdo con varias realizaciones. En varias realizaciones, la capa reflectante angularmente selectiva 130 está localizada dentro de la guía de luz 110 adyacente a la superficie de guía de luz en la que está localizada la rejilla de difracción 120, por ejemplo, la superficie frontal a modo de ejemplo y no de limitación. En algunas realizaciones, la capa reflectante angularmente selectiva 130 está localizada tanto dentro de la guía de luz 110 (es decir, entre las superficies frontal y posterior) como inmediatamente adyacente a la superficie frontal (por ejemplo, tocando sustancialmente la superficie frontal). En otras realizaciones, la capa reflectante angularmente selectiva 130 está dentro de la guía de luz 110 y separada de la superficie frontal. Por ejemplo, la capa reflectante angularmente selectiva 130 puede estar localizada a menos de aproximadamente una micra (1 gm) de la superficie frontal de la guía de luz 110. En otros ejemplos, la capa reflectante angularmente selectiva 130 está separada de la superficie de guía de luz (por ejemplo, la superficie frontal) en más de aproximadamente 1 gm.
Una capa reflectante ‘angularmente selectiva’ se define en la presente como una capa que tiene una reflectividad selectiva en función del ángulo de incidencia. En particular, por definición en la presente, una capa reflectante angularmente selectiva está configurada para reflejar selectivamente la luz incidente sobre la capa en un ángulo en un primer intervalo de ángulos y para pasar o no reflejar selectivamente la luz con un ángulo incidente en un segundo intervalo de ángulos. El primer intervalo de ángulos y el segundo intervalo de ángulos no se superponen en extensión (es decir, el primer y el segundo intervalo son intervalos mutuamente excluyentes), por definición en la presente. Por ejemplo, el primer intervalo de ángulos puede incluir ángulos incidentes mayores o iguales a cuarenta y cinco grados (45°), mientras que el segundo intervalo de ángulos incluye ángulos incidentes estrictamente menores de 45°. En otro ejemplo, el primer intervalo puede incluir ángulos incidentes de aproximadamente cincuenta grados a aproximadamente noventa grados (50° - 90°) y el segundo intervalo puede incluir ángulos incidentes que son menores de aproximadamente 45°, pero mayores de aproximadamente cinco grados (5°). El primer intervalo de ángulos puede incluir ángulos de haces de luz secundarios, por ejemplo, mientras que el segundo intervalo de ángulos puede incluir ángulos de propagación distintos de cero del haz de luz guiado 104 guiado en la guía de luz de placa 110, por ejemplo.
En particular, de acuerdo con varias realizaciones, la capa reflectante angularmente selectiva 130 está configurada para redirigir reflectantemente un haz de luz secundario que se produce difractivamente por la rejilla de difracción 120 y para pasar el haz de luz incidente guiado 104 con sustancialmente poca o ninguna reflexión. Además, la capa reflectante angularmente selectiva 130 está configurada para redirigir reflectantemente el haz de luz secundario producido difractivamente en una dirección de o correspondiente al haz de luz primario 102 acoplado. La redirección reflectante por la capa reflectante angularmente selectiva 130 da como resultado o produce un haz de luz secundario 106 redirigido reflectantemente que puede salir de la guía de luz de placa 110 (por ejemplo, a través de la rejilla de difracción 120), como se ilustra en las Figuras 2A-2B usando líneas discontinuas para distinguirlo de los haces de luz primarios 102. Además, la capa reflectante angularmente selectiva 130 está configurada para pasar selectivamente (por ejemplo, con poca o ninguna reflexión) el haz de luz guiado 104 que tiene un ángulo de propagación distinto de cero dentro de la guía de luz de placa 110.
Por ejemplo, la capa reflectante angularmente selectiva 130 puede ser reflectante selectivamente para un primer intervalo de ángulos de luz que incluye ángulos incidentes del haz o haces de luz secundarios producidos difractivamente sobre la capa reflectante angularmente selectiva 130. Además, la capa reflectante angularmente selectiva 130 puede pasar selectivamente un segundo intervalo de ángulos de luz que incluye el ángulo de propagación distinto de cero del haz de luz guiado 104 incidente sobre la capa reflectante angularmente selectiva 130, por ejemplo. Como tal, la capa reflectante angularmente selectiva 130 redirige selectivamente el haz de luz secundario producido difractivamente mientras permite que el haz de luz guiado 104 para a través de ella con poca o ninguna reflexión, de acuerdo con varias realizaciones.
De acuerdo con algunas realizaciones, la capa reflectante angularmente selectiva 130 puede proporcionar o mostrar una reflectividad predeterminada o una relación de transmisión/reflexión (T/R) que da como resultado una reflexión menor que la total del haz o haces de luz secundarios producidos difractivamente. En otras palabras, la capa reflectante angularmente selectiva 130 puede ser un reflector parcial o mostrar reflectividad parcial con respecto al haz de luz secundario producido difractivamente que tiene un ángulo de incidencia en el primer intervalo de ángulos. Por ejemplo, la capa reflectante angularmente selectiva puede configurarse para tener una relación T/R dentro del primer intervalo de ángulos que es de aproximadamente el cincuenta por ciento (50%), es decir, 50% de transmisión y 50% de reflexión o una relación T/R de 50-50. En otros ejemplos, la relación T/R puede ser de aproximadamente un veinte por ciento (20%) de transmisión y aproximadamente un ochenta por ciento (80%) de reflexión (es decir, una relación T/R de 20-80) o aproximadamente un diez por ciento (10%) de transmisión y aproximadamente un noventa por ciento (90%) de reflexión (es decir, una relación T/R de 10-90). En otros ejemplos más, la reflexión o la reflectividad pueden variar entre aproximadamente el 10% y aproximadamente el cien por cien (100%). Por ejemplo, la reflectividad puede ser mayor que aproximadamente el 10%, o más de aproximadamente el veinte por cien (20%), o más de aproximadamente el treinta por cien (30%), o más de aproximadamente el cuarenta por cien (40%), o más de aproximadamente el 50%, y así sucesivamente. La reflectividad predeterminada o la relación T/R puede usarse para controlar una cantidad de reflexión del haz o haces de luz secundarios producidos difractivamente en función de la distancia dentro de la guía de luz de placa, de acuerdo con algunas realizaciones.
En algunas realizaciones, la capa reflectante angularmente selectiva 130 comprende una capa de espejo de Bragg o más específicamente, una capa de reflector de Bragg distribuida (DBR). Una capa DBR muestra una reflectividad angularmente selectiva que puede ser controlada, en parte, por una serie de subcapas en la capa DBR, por ejemplo. De acuerdo con algunas realizaciones, la capa DBR puede proporcionarse usando un método de depósito (por ejemplo, usando depósito al vacío) u otro método de aplicación sobre una capa o superficie de la guía de luz 110. Luego, puede añadirse material adicional de la guía de luz 110 (por ejemplo, depositarse, laminarse, aplicarse, etc.) encima de la capa DBR proporcionada para colocar la capa reflectante angularmente selectiva 130 dentro de la guía de luz 110 entre las superficies delantera y posterior de la misma. De acuerdo con varias realizaciones, la capa DBR puede comprender una pluralidad de capas de índices de refracción alternos. Las capas alternas pueden tener aproximadamente un cuarto de una longitud de onda A (por ejemplo, A/4). Por ejemplo, la capa DBR puede incluir capas de nitruro y capas de óxido alternas y la longitud de onda A puede ser de aproximadamente 470 nanómetros (nm). Las capas de nitruro pueden tener un espesor de aproximadamente 60 nm, mientras que las capas de óxido pueden tener un espesor de aproximadamente 80 nm, por ejemplo. De acuerdo con algunas realizaciones, la pluralidad de capas alternas puede comprender entre aproximadamente 4 y aproximadamente 10 capas alternas, o más capas alternas.
En algunas realizaciones, la capa reflectante angularmente selectiva 130 está configurada además para proporcionar reflectividad selectiva de color. En particular, la capa reflectante angularmente selectiva 130 que tiene o proporciona reflectividad selectiva de color puede mostrar una reflectividad o una relación T/R que es una función de la longitud de onda del haz de luz guiado 104 (por ejemplo, además de una relación T/R que es una función del ángulo de incidencia). Por ejemplo, la reflectividad de la capa reflectante angularmente selectiva 130 puede ser más reflectante para la luz azul que para la luz verde y más reflectante para la luz verde que para la luz roja. Como tal, a la capa reflectante angularmente selectiva 130 también puede hacerse referencia como capa reflectante selectiva de color, de acuerdo con algunas realizaciones.
En algunas realizaciones, la capa reflectante angularmente selectiva 130 que tiene reflectividad selectiva de color puede comprender un metamaterial (por ejemplo, ser una capa de metamaterial) configurado para proporcionar una o ambas de reflectividad angularmente selectiva y reflectividad selectiva de color. Por ejemplo, el metamaterial puede comprender una mezcla de una o ambas capas dieléctricas y capas metálicas que tienen patrones o rejillas o periódicos o aperiódicos que son suficientemente densos para minimizar o por lo menos limitar la creación de órdenes de difracción espurias. Los patrones o rejillas pueden representar una rejilla de orden cero, por ejemplo. Por ejemplo, la capa reflectante angularmente selectiva 130 que comprende un metamaterial puede incluir una capa dieléctrica con un patrón periódico (es decir, rejilla) que tiene un paso de rejilla que es más pequeño que una longitud de onda del haz de luz guiado 104, por ejemplo, un paso de rejilla de metamaterial Pmetamaternal < A/n donde A es la longitud de onda del haz de luz guiado y n es un número entero mayor que uno (es decir, n > 1). De acuerdo con varias realizaciones, la capa reflectante angularmente selectiva 130 que tiene o proporciona reflectividad selectiva de color puede comprender una pluralidad de capas, cada capa comprendiendo metal o dieléctrico, y cada capa teniendo un patrón o rejilla de sub-longitud de onda específica de la capa que evita o sustancialmente no permite difracción de primer orden. En algunas realizaciones, la capa reflectante angularmente selectiva 130 que tiene o proporciona reflectividad selectiva de color puede comprender tanto una capa DBR como un metamaterial o capas de un metamaterial.
Por definición en la presente, la capa reflectante angularmente selectiva 130 es una capa reflectante sustancialmente continua que tiene una longitud que es aproximadamente igual a la longitud de la guía de luz 110 o que tiene una longitud que es por lo menos una longitud de la guía de luz 110 que también incluye una o más de las rejillas de difracción 120. Como tal, en algunos ejemplos, la capa reflectante angularmente selectiva 130 puede ser continua en toda la longitud de la guía de luz. En particular, la capa reflectante angularmente selectiva 130 es una película o capa continua dentro de la guía de luz 110, por ejemplo, con respecto a la dirección de propagación del haz de luz guiado 104, como lo indica el uso del término ‘capa’. Además, la capa reflectante angularmente selectiva 130 puede ser continua en una longitud a lo largo de la dirección de propagación que coincide con la rejilla o rejillas de difracción 120 de la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100, de acuerdo con varias realizaciones.
La Figura 3 ilustra una vista en sección transversal de una parte de una retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100 en un ejemplo, de acuerdo con una realización consistente con los principios descritos en la presente. En particular, la Figura 3 ilustra una parte de la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100 que incluye las rejillas de difracción 120 en una superficie frontal de la guía de luz 110 junto con una parte de la capa reflectante angularmente selectiva 130 que subyace a las rejillas de difracción 120. Como se ilustra, la capa reflectante angularmente selectiva 130 está separada de las rejillas de difracción 120 por una distancia de separación h. En algunos ejemplos, la distancia de separación h puede ser menor de aproximadamente 1 micra (pm). Además, como se ilustra en la Figura 3, las capas alternadas sombreadas y no sombreadas representan varias capas que componen la capa reflectante angularmente selectiva 130 (por ejemplo, subcapas en o de una capa DBR), a modo de ejemplo y no de limitación.
También se ilustra en la Figura 3 un haz de luz guiado 104 que tiene un ángulo de propagación y distinto de cero y tanto un haz de luz primario 102 como un haz de luz secundario reflectantemente redirigido 106 que son producidos difractivamente por la rejilla de difracción 120 desde una parte del haz de luz guiado 104. Tener en cuenta que el ángulo de propagación y distinto de cero corresponde a un ángulo de incidencia del haz de luz guiado 104 sobre la capa reflectante angularmente selectiva 130. Como se ilustra, el haz de luz guiado 104 pasa a través de la capa reflectante angularmente selectiva 130 sustancialmente sin reflejo. Además, el haz de luz secundario producido difractivamente tiene un ángulo de incidencia y' sobre la capa reflectante angularmente selectiva 130 que da como resultado una redirección reflectante selectiva para producir el haz de luz secundario reorientado reflectantemente 106, como se ilustra.
La retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100 incluye además la fuente de luz (no ilustrada en las Figuras 2A-2C y 3), de acuerdo con la invención. La fuente de luz está configurada para proporcionar luz que, cuando se acopla a la guía de luz 110, es el haz de luz guiado 104. En varias realizaciones, la fuente de luz puede ser sustancialmente cualquier fuente de luz incluyendo, pero no limitado a, las fuentes de luz enumeradas anteriormente, por ejemplo, una o más de un diodo emisor de luz (LED), una luz fluorescente y un láser. En algunos ejemplos, la fuente de luz puede producir una luz sustancialmente monocromática que tiene un espectro de banda estrecha denotado por un color particular. En particular, la fuente de luz puede incluir una pluralidad de fuentes de luz de diferentes colores, cada fuente de luz de color diferente estando configurada para producir un color diferente de luz sustancialmente monocromática (por ejemplo, rojo, verde y azul). En otros ejemplos, la luz proporcionada por la fuente de luz tiene un espectro de banda sustancialmente amplio. Por ejemplo, la luz producida por la fuente de luz puede ser luz blanca y la fuente de luz puede ser una luz fluorescente.
De acuerdo con algunas realizaciones de los principios descritos en la presente, se proporciona una pantalla electrónica. En varias realizaciones, la pantalla electrónica está configurada para emitir haces de luz modulados como píxeles de la pantalla electrónica. Además, en varios ejemplos, los haces de luz modulados emitidos pueden dirigirse preferentemente hacia una dirección de visualización de la pantalla electrónica como una pluralidad de haces de luz dirigidos de manera diferente. En algunos ejemplos, la pantalla electrónica es una pantalla electrónica tridimensional (3-D) (por ejemplo, una pantalla electrónica 3-D sin gafas). Diferentes de los haces de luz modulados y dirigidos de manera diferente pueden corresponder a diferentes ‘vistas’ asociadas con la pantalla electrónica 3-D, de acuerdo con varios ejemplos. Las diferentes vistas pueden proporcionar una representación 'sin gafas' (por ejemplo, autoesteroscópica, holográfica o de múltiples vistas) de la información que se está mostrando por la pantalla electrónica 3-D, por ejemplo.
La Figura 4 ilustra un diagrama de bloques de una pantalla electrónica 200 en un ejemplo, de acuerdo con una realización consistente con los principios descritos en la presente. En particular, la pantalla electrónica 200 ilustrada en la Figura 4 es una pantalla electrónica 3-D 200 (por ejemplo, una pantalla electrónica 3-D 'sin gafas') configurada para emitir haces de luz modulada 202 que representan píxeles correspondientes a diferentes vistas de la pantalla electrónica 3-D 200. Los haces de luz modulados emitidos 202 se ilustran como divergentes (por ejemplo, en oposición a convergentes) en la Figura 4, a modo de ejemplo y no de limitación.
La pantalla electrónica 3-D 200 ilustrada en la Figura 4 incluye una guía de luz de placa 210 para guiar la luz. La luz guiada en la guía de luz de placa 210 es una fuente de luz que se convierte en los haces de luz modulados 202 emitidos por la pantalla electrónica 3-D 200. De acuerdo con algunos ejemplos, la guía de luz de placa 210 puede ser sustancialmente similar a la guía de luz 110 descrita anteriormente con respecto a la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100. Por ejemplo, la guía de luz de placa 210 puede ser una guía de ondas óptica de bloque que es una lámina planar de material dieléctrico configurada para guiar la luz por reflexión interna total. La luz guiada puede guiarse en un ángulo de propagación distinto de cero como un haz de luz. Además, el haz de luz guiado puede ser un haz de luz colimado, de acuerdo con algunas realizaciones. luz como una pluralidad de haces de luz primarios 204. Además, la rejilla de difracción de múltiples haces 220 está configurada para dirigir los haces de luz primarios acoplados 204 en una pluralidad correspondiente de direcciones angulares principales diferentes para formar un campo de luz.
Además, en algunas realizaciones, la matriz de rejillas de difracción de múltiples haces 220 puede incluir una rejilla de difracción con gorjeo. En algunos ejemplos, las características difractivas (por ejemplo, ranuras, aristas, etc.) de las rejillas de difracción de múltiples haces 220 son características difractivas curvadas. Por ejemplo, las características difractivas curvadas pueden incluir aristas o ranuras que están curvadas (es decir, curvadas continuamente o curvadas por partes) y separaciones entre las características difractivas curvadas que varían en función de la distancia a través de las rejillas de difracción de múltiples haces 220 de la matriz.
Como se ilustra en la Figura 4, la pantalla electrónica 3-D 200 incluye además una capa reflectante angularmente selectiva 230 (es decir, una capa reflectante que tiene o muestra una reflectividad angularmente selectiva). La capa reflectante angularmente selectiva 230 está localizada dentro de la guía de luz de placa 210. Por ejemplo, la capa reflectante angularmente selectiva 230 puede estar localizada adyacente a una superficie frontal de la guía de luz de placa 210, de acuerdo con algunas realizaciones. Además, la capa reflectante angularmente selectiva 230 es adyacente a la matriz de rejillas de difracción de múltiples haces 220 de manera que cada rejilla de difracción de múltiples haces 220 tiene una parte de la capa reflectante angularmente selectiva 230 subyacente a la rejilla de difracción de múltiples haces 220. La capa reflectante angularmente selectiva 230 está configurada para redirigir reflectantemente haces de luz secundarios producidos difractivamente desde las rejillas de difracción de múltiples haces 220 de la matriz. Además, la capa reflectante angularmente selectiva 230 redirige reflectantemente los haces de luz secundarios producidos difractivamente fuera de la guía de luz de placa 210 en las diferentes direcciones de los haces de luz primarios acoplados 204. Como resultado, el campo de luz formado incluye tanto haces de luz primarios 204 como haces de luz secundarios 206 redirigidos de reflectantemente, de acuerdo con varias realizaciones. En algunas realizaciones, un haz de luz primario 204 y un haz de luz secundario 206 redirigido reflectantemente correspondiente están sustancialmente codirigidos (por ejemplo, tienen direcciones angulares principales similares) dentro del campo de luz.
En algunas realizaciones, la capa reflectante angularmente selectiva 230 es sustancialmente similar a la capa reflectante angularmente selectiva 130 descrita anteriormente con respecto a la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100. Por ejemplo, la capa reflectante angularmente selectiva 230 puede comprender una capa reflectora de Bragg distribuida (DBR) en o adyacente a la superficie frontal de la guía de luz de placa 210. Además, la capa reflectante angularmente selectiva 230 no refleja sustancialmente la luz que se propaga en un ángulo de propagación distinto de cero como un haz de luz guiado dentro de la guía de luz de placa 210.
En algunas realizaciones, la reflectividad de la capa reflectante angularmente selectiva 230 puede modularse en función de la distancia a lo largo de la matriz de rejillas de difracción de múltiples haces 220 o de manera equivalente en función de la distancia desde el extremo de entrada de la guía de luz de placa 210. Por ejemplo, la reflectividad de la capa reflectante angularmente selectiva 230 puede modularse para aumentar gradualmente a lo largo de una longitud de la matriz de rejillas de difracción de múltiples haces. En algunos ejemplos, la reflectividad de la capa reflectante angularmente selectiva puede modularse además para proporcionar reflectividad selectiva de color (es decir, ser más reflectante en un primer color que en un segundo color). Cuando la capa reflectante angularmente selectiva 230 comprende una capa DBR, la reflectividad puede modularse cambiando una serie de capas dentro de la capa DBR en función de la distancia, por ejemplo, desde un extremo de entrada de la guía de luz de placa 210 en la dirección de propagación o a lo largo de la matriz de rejillas de difracción de múltiples haces. Puede emplearse el aumento de la reflectividad de la capa reflectante angularmente selectiva 230 para compensar la pérdida de intensidad del haz de luz guiado en función de la distancia de propagación en la guía de luz de placa 210, por ejemplo. La compensación de la pérdida también puede ser una función del color de la luz guiada dentro de la guía de luz de placa 210, de acuerdo con algunos ejemplos.
En referencia de nuevo a la Figura 4, la pantalla electrónica 3-D 200 incluye además una matriz de válvulas de luz 240. La matriz de válvulas de luz 240 incluye una pluralidad de válvulas de luz configuradas para modular los haces de luz primarios 204 y los haces de luz secundarios redirigidos reflectantemente 206 acoplados a la guía de luz de placa 210, de acuerdo con varios ejemplos. En particular, las válvulas de luz de la matriz de válvulas de luz 240 modulan los haces de luz primarios combinados o codirigidos 204 y los haces de luz secundarios redirigidos reflectantemente 206 del campo de luz para proporcionar los haces de luz modulados 202. Los haces de luz modulados 202 representan píxeles de la pantalla electrónica 3-D 200. Además, diferentes de los haces de luz modulados 202 pueden corresponder a diferentes vistas de la pantalla electrónica 3-D. En varios ejemplos, pueden emplearse diferentes tipos de válvulas de luz en la matriz de válvulas de luz 240 que incluyen, pero no se limitan a, una o más válvulas de luz de cristal líquido (LC), válvulas de luz electroforéticas, válvulas de luz de electrohumectación, combinaciones de las mismas, y combinaciones de las mismas con otros tipos de válvulas de luz. Las líneas discontinuas se usan en la Figura 4 para destacar la modulación de los haces de luz modulados 202, a modo de ejemplo.
En algunos ejemplos (por ejemplo, como se ilustra en la Figura 4), la pantalla electrónica 3-D 200 incluye además una fuente de luz 250. La fuente de luz 250 está configurada para proporcionar luz que se propaga en la guía de luz de placa 210 como luz guiada. En particular, la luz guiada es luz de la fuente de luz 250 que se acopla en un borde de la guía de luz de placa 210, de acuerdo con algunos ejemplos. En algunos ejemplos, la fuente de luz 250 es sustancialmente similar a la fuente de luz descrita anteriormente con respecto a la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100. Por ejemplo, la fuente de luz 250 puede incluir un LED de un color particular (por ejemplo, rojo, verde, azul) para proporcionar luz monocromática o una fuente de luz de banda ancha como, pero no limitada a, una luz fluorescente, para proporcionar luz de banda ancha (por ejemplo, luz blanca). En otro ejemplo, la fuente de luz 250 puede incluir una pluralidad de diferentes fuentes de luz de color, cada fuente de luz de diferente color de la pluralidad estando configurada para proporcionar un color diferente de luz monocromática. Por ejemplo, la fuente de luz 250 puede incluir un LED rojo, un LED verde y un LED azul. Además, la luz que representa cada uno de los diferentes colores de luz monocromática puede guiarse dentro de la guía de luz 210 como un haz de luz de color en un ángulo de propagación distinto de cero, dependiente del color, diferente.
De acuerdo con algunas realizaciones de los principios descritos en la presente, se proporciona un método de funcionamiento de pantalla electrónica. La Figura 5 ilustra un diagrama de flujo de un método 300 de funcionamiento de pantalla electrónica en un ejemplo, de acuerdo con una realización consistente con los principios descritos en la presente. Como se ilustra en la Figura 5, el método 300 de funcionamiento de la pantalla electrónica comprende guiar 310 la luz en una guía de luz. En algunas realizaciones, la guía de luz y la luz guiada pueden ser sustancialmente similares a la guía de luz 110 y al haz de luz guiado 104, descritos anteriormente con respecto a la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100. En particular, en algunas realizaciones, la guía de luz puede guiar 310 la luz guiada de acuerdo con la reflexión interna total como un haz (por ejemplo, un haz colimado) de luz. El haz de luz puede guiarse 310 en un ángulo de propagación distinto de cero, por ejemplo. Además, la guía de luz puede ser una guía de ondas óptica dieléctrica sustancialmente planar (por ejemplo, una guía de luz de placa), en algunas realizaciones.
El método 300 de funcionamiento de la pantalla electrónica incluye además acoplar difractivamente 320 una parte de la luz guiada usando una pluralidad de rejillas de difracción. En algunas realizaciones, las rejillas de difracción son rejillas de difracción de múltiples haces y el acoplamiento difractivo 320 de la parte de luz guiada usando las rejillas de difracción de múltiples haces produce una pluralidad de haces de luz primaria dirigidos hacia fuera y lejos de la superficie de la guía de luz. En particular, los haces de luz primarios acoplados pueden dirigirse lejos de la superficie de la guía de luz en diferentes direcciones angulares principales para formar un campo de luz, de acuerdo con algunas realizaciones. En algunos ejemplos, la pluralidad de haces de luz primarios es sustancialmente similar a la pluralidad de haces de luz primarios 102, 204 descritos anteriormente con respecto a la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100 y la pantalla electrónica 3-D 200.
De acuerdo con varios ejemplos, la rejilla de difracción de múltiples haces está localizada en una superficie de la guía de luz. Por ejemplo, la rejilla de difracción de múltiples haces puede formarse en la superficie de la guía de luz como ranuras, aristas, etc. En otros ejemplos, la rejilla de difracción de múltiples haces puede incluir una película sobre la superficie de la guía de luz. En algunos ejemplos, la rejilla de difracción y más particularmente la rejilla de difracción de múltiples haces es sustancialmente similar a la rejilla de difracción de múltiples haces 120 descrita anteriormente con respecto a la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100. En otros ejemplos, las rejillas de difracción están localizadas en otros sitios, incluyendo, pero no limitado a, dentro de la guía de luz. De acuerdo con algunas realizaciones, los haces de luz primarios que forman el campo de luz pueden corresponder a píxeles de la pantalla electrónica. En particular, la pluralidad de haces de luz primarios puede corresponder a píxeles de diferentes vistas de una pantalla electrónica tridimensional (3-D).
De acuerdo con varias realizaciones, la rejilla de difracción también produce difractivamente haces de luz secundaria a partir de la luz guiada. Los haces de luz secundarios se dirigen hacia la guía de luz en o con direcciones angulares principales opuestas correspondientes a los haces de luz primarios acoplados. Como se ilustra en la Figura 5, el método 300 de funcionamiento de la pantalla electrónica incluye además redireccionar reflectantemente 330 haces de luz secundarios en una dirección de la pluralidad de haces de luz primarios acoplados o emitidos. Los haces de luz secundarios redirigidos reflectantemente 330 se dirigen fuera de (es decir, se emiten desde) la guía de luz y pueden combinarse con los haces de luz primarios para añadir o mejorar el campo de luz formado (por ejemplo, para aumentar la intensidad del campo de luz), por ejemplo. De acuerdo con varias realizaciones, la redirección reflectante 330 de los haces de luz secundarios se realiza usando una capa reflectante que muestra una reflectividad angularmente selectiva (es decir, una capa reflectante angularmente selectiva).
En algunas realizaciones, la capa reflectante angularmente selectiva puede ser sustancialmente similar a la capa reflectante angularmente selectiva 130 descrita anteriormente con respecto a la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100. En particular, la capa reflectante angularmente selectiva está localizada en la guía de luz adyacente a una superficie frontal de la guía de luz que incluye la rejilla de difracción de múltiples haces, de acuerdo con algunas realizaciones. Además, la capa reflectante angularmente selectiva puede ser una capa reflectora de Bragg distribuida (DBR) que comprende una pluralidad de capas de materiales de diferentes índices de refracción, por ejemplo. En algunos ejemplos, como se ha analizado anteriormente, la capa reflectante selectiva angularmente puede tener una reflectividad modulada en función de la distancia en la dirección de propagación de la luz guiada en la guía de luz. Además, los haces de luz secundaria redirigidos reflectantemente 330 pueden ser sustancialmente similares a los haces de luz secundarios redirigidos reflectantemente 106, 206, descritos anteriormente con respecto a la retroiluminación basada en rejilla unidireccional 100 y la pantalla electrónica 3-D 200.
En algunos ejemplos, el método 300 de funcionamiento de la pantalla electrónica incluye además modular 340 los haces de luz primarios emitidos y redirigir reflectantemente 330 haces de luz secundarios usando una pluralidad de válvulas de luz. En particular, el campo de luz formado que comprende la pluralidad de haces de luz primarios emitidos sustancialmente combinada con la pluralidad correspondiente de haces de luz secundarios emitidos se modula 340 pasando a través o interactuando de otro modo con una pluralidad correspondiente de válvulas de luz. El modulado 340 de los haces de luz primarios y secundarios del campo de luz formado pueden formar los píxeles de la pantalla electrónica (por ejemplo, la pantalla electrónica 3-D), de acuerdo con algunas
En algunos ejemplos, la pluralidad de válvulas de luz usadas para modular 340 los haces de luz primarios y secundarios es sustancialmente similar a la matriz de válvulas de luz 240 descrita anteriormente con respecto a la pantalla electrónica 3-D 200. Por ejemplo, las válvulas de luz pueden incluir válvulas de luz de cristal líquido. En otro ejemplo, las válvulas de luz pueden ser otro tipo de válvula de luz que incluye, pero no se limita a, una o ambas de una válvula de luz de electrohumectación y una válvula de luz electroforética, o combinaciones de las mismas con válvulas de luz de cristal líquido u otros tipos de válvulas de luz.
Por tanto, se han descrito ejemplos de una retroiluminación basada en rejilla unidireccional, una pantalla electrónica 3-D y un método de funcionamiento de pantalla electrónica que emplea redirección reflectante de haces de luz secundarios producidos difractivamente usando una capa reflectante angularmente selectiva. Debe entenderse que los ejemplos descritos anteriormente son simplemente ilustrativos de algunos de los muchos ejemplos y realizaciones específicos que representan los principios descritos en la presente. Claramente, los expertos en la técnica pueden idear fácilmente numerosas otras disposiciones sin apartarse del alcance definido por las reivindicaciones siguientes.

Claims (15)

  1. REIVINDICACIONES
    I. Una retroiluminación unidireccional basada en rejilla (100) para una pantalla, que comprende:
    una guía de luz (110) configurada para guiar un haz de luz (104) en un ángulo de propagación distinto de cero; una fuente de luz configurada para acoplar luz colimada en la guía de luz en un ángulo de propagación distinto de cero;
    una rejilla de difracción (120) en una superficie de la guía de luz, la rejilla de difracción estando configurada para acoplar difractivamente una parte del haz de luz guiado como un haz de luz primario y para dirigir el haz de luz primario (102) lejos de la superficie de la guía de luz en una dirección angular principal predeterminada, la rejilla de difracción estando además configurada para producir difractivamente un haz de luz secundario y para dirigir el haz de luz secundario hacia la guía de luz; y
    una capa reflectante angularmente selectiva (130) dentro de la guía de luz adyacente a la superficie de la guía de luz, la capa reflectante angularmente selectiva estando configurada para redirigir reflectantemente el haz de luz secundario (106) fuera de la guía de luz en una dirección del haz de luz primario y para pasar el haz de luz guiado en el ángulo de propagación distinto de cero,
  2. 2.. La retroiluminación unidireccional basada en rejilla de la reivindicación 1, en donde la rejilla de difracción comprende una rejilla de difracción de múltiples haces configurada para acoplar la parte del haz de luz guiado como una pluralidad de haces de luz primarios, los haces de luz primarios de la pluralidad de haces de luz primarios teniendo diferentes direcciones angulares principales entre sí.
  3. 3. La retroiluminación unidireccional basada en rejilla de la reivindicación 2, en donde la rejilla de difracción de múltiples haces comprende una rejilla de difracción con gorjeo.
  4. 4. La retroiluminación unidireccional basada en rejilla de la reivindicación 2, en donde la rejilla de difracción de múltiples haces comprende una de ranuras curvadas y aristas curvadas que están espaciadas entre sí.
  5. 5. La retroiluminación unidireccional basada en rejilla de la reivindicación 2, en donde los haces de luz primarios que tienen las diferentes direcciones angulares principales están configurados para formar un campo de luz configurado para proporcionar píxeles correspondientes a diferentes vistas de una pantalla electrónica tridimensional (3-D).
  6. 6. La retroiluminación unidireccional basada en rejilla de la reivindicación 1, en donde la capa reflectante angularmente selectiva comprende una o ambas de una capa reflectora de Bragg distribuida y una capa de metamaterial.
  7. 7. La retroiluminación unidireccional basada en rejilla de la reivindicación 1, en donde la capa reflectante angularmente selectiva está configurada además para proporcionar reflectividad selectiva de color, la reflectividad selectiva de color siendo una función de la longitud de onda del haz de luz guiado.
  8. 8. Una pantalla electrónica (200) que comprende la retroiluminación unidireccional basada en rejilla de la reivindicación 1, que comprende además una válvula de luz para modular el haz de luz primario en combinación con el haz de luz secundario redirigido reflectantemente como un píxel de la pantalla electrónica, la válvula de luz estando adyacente a la superficie de la guía de luz que incluye la rejilla de difracción.
  9. 9. Una pantalla electrónica tridimensional (3-D) (200) que comprende:
    la retroiluminación unidireccional basada en rejilla de la reivindicación 1,
    en donde la guía de luz es una guía de luz de placa (210), y
    la rejilla de difracción es una de una matriz de rejillas de difracción de múltiples haces (220), cada rejilla de difracción de múltiples haces de la matriz de rejillas estando configurada para acoplar difractivamente una parte de la luz guiada en la guía de luz de placa como una pluralidad de haces de luz primarios (204), incluyendo el haz de luz primario, dirigidos en una pluralidad correspondiente de diferentes direcciones angulares principales para formar un campo de luz, la rejilla de difracción de múltiples haces estando configurada además para producir difractivamente una pluralidad de rayos de luz secundarios, incluyendo el haz de luz secundario, y para dirigir la pluralidad de haces de luz secundarios hacia la guía de luz de placa, la pantalla comprendiendo además:
    una matriz de válvulas de luz (240) configurada para modular los haces de luz primarios y los haces de luz secundarios redirigidos reflectantemente, los haces de luz modulados que representan píxeles correspondientes a diferentes vistas de la pantalla electrónica 3-D,
  10. 10. La pantalla electrónica 3-D de la reivindicación 9, en donde la rejilla de difracción de múltiples haces de la matriz de rejillas comprende una rejilla de difracción con gorjeo que tiene características difractivas curvadas.
  11. I I . La pantalla electrónica 3-D de la reivindicación 9, en donde la guía de luz de la placa está configurada para guiar la luz como un haz de luz colimado.
  12. 12. La pantalla electrónica 3-D de la reivindicación 9, en donde la capa reflectante angularmente selectiva comprende una o ambas de una capa reflectante de Bragg distribuida (DBR) y una capa de metamaterial.
  13. 13. La pantalla electrónica 3-D de la reivindicación 9, en donde una reflectividad de la capa reflectante angularmente selectiva se modula en función de la distancia a lo largo de una dirección de propagación de la luz guiada dentro de la guía de luz de placa.
  14. 14. La pantalla electrónica 3-D de la reivindicación 9, en donde la luz guiada en la guía de luz de la placa comprende una pluralidad de haces de luz guiados, cada haz de luz teniendo un color diferente y un ángulo de propagación distinto de cero, y en donde la capa reflectante angularmente selectiva está configurada además para proporcionar reflectividad selectiva de color que tienen una reflectividad diferente para cada uno de los diferentes colores del haz de luz guiado.
  15. 15. Un método (300) de funcionamiento de la pantalla electrónica, el método comprendiendo:
    acoplar luz colimada en una guía de luz en un ángulo de propagación distinto de cero;
    guiar un haz de luz en una guía de luz con un ángulo de propagación distinto de cero (310);
    acoplar difractivamente una parte de la luz guiada fuera de la guía de luz usando una rejilla de difracción de múltiples haces (320) para producir una pluralidad de haces de luz primarios dirigidos lejos de la guía de luz en diferentes direcciones angulares principales para formar un campo de luz, la rejilla de difracción de múltiples haces produciendo además difractivamente haces de luz secundarios de la luz guiada que se dirigen hacia la guía de luz en direcciones opuestas de las diferentes direcciones angulares principales; y
    redirigir reflectantemente los haces de luz secundarios fuera de la guía de luz (330) en una dirección de la pluralidad de haces de luz primarios usando una capa reflectante angularmente selectiva dentro de la guía de luz,
    en donde la capa reflectante angularmente selectiva está configurada para pasar selectivamente el haz de luz guiado en un ángulo de propagación distinto de cero.
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