JP2018516432A - 二重ライトガイド式格子ベースのバックライトおよび同バックライトを用いる電子ディスプレイ - Google Patents

Abstract

二重ライトガイド式格子ベースの背面照明は、第１のライトガイド内で第１の方向に導波される光を方向変更して、格子ベースのバックライトの第２のライトガイドに第２の方向に入れる。二重ライトガイド式格子ベースのバックライトは、第１のライトガイドと、第２のライトガイドと、第１のライトガイドからの導波光ビームを方向変更して第２のライトガイドに第２の方向に入れるように構成された方向変更カプラーとを含む。二重ライトガイド式格子ベースのバックライトは、第２のライトガイドからの方向変更された光ビームの一部分を回折によりカップリングして、所定の主極大角度方向で第２のライトガイドの表面から離れるように方向付けられたカップリングして外へ出される光ビームとして、外へ出すように構成された回折格子をさらに含む。

Description

関連出願の相互参照
該当なし

連邦政府資金による研究開発の記載
該当なし

電子ディスプレイは、多種多様なデバイスおよび製品のユーザに情報を伝達するためのほぼ至る所にある媒体である。最も一般的に見られる電子ディスプレイには、陰極線管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、電子発光ディスプレイ（ＥＬ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）およびアクティブマトリクスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ（ＥＰ）、ならびに電気機械または電気流体光変調（例えば、デジタルマイクロミラーデバイス、エレクトロウェッティングディスプレイなど）を使用した様々なディスプレイがある。一般に、電子ディスプレイは、アクティブディスプレイ（すなわち、光を放射するディスプレイ）またはパッシブディスプレイ（すなわち、別の発生源により提供された光を変調するディスプレイ）に分類することができる。アクティブディスプレイの最も明らかな例には、ＣＲＴ、ＰＤＰ、およびＯＬＥＤ／ＡＭＯＬＥＤがある。放射される光を考慮したときにパッシブとして通常分類されるディスプレイは、ＬＣＤおよびＥＰディスプレイである。パッシブディスプレイは、多くの場合、本質的に消費電力が低いことを含めて、これだけに限らず魅力的な性能特性を呈するが、光を放射する能力がないことを考えれば、多くの実用的な用途においていくらか使用が制限される場合がある。

放射される光に関連するパッシブディスプレイの制限を克服するために、多くのパッシブディスプレイは外部光源に連結される。連結された光源は、通常ならばパッシブ型のこれらのディスプレイが光を放射し、実質的にアクティブディスプレイとして機能することを可能にし得る。このような連結された光源の例は、バックライトである。バックライトは、通常ならばパッシブ型のディスプレイの裏側に、このパッシブディスプレイを照射するように配置された光源（多くの場合、パネル光源）である。例えば、バックライトはＬＣＤまたはＥＰディスプレイに連結されてもよい。バックライトは光を放射し、この光がＬＣＤまたはＥＰディスプレイを通過する。放射された光は、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイにより変調され、変調された光はその後、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイから放射される。多くの場合、バックライトは白色光を放射するように構成される。その場合、白色光を、ディスプレイで用いられる様々な色に変換するために、カラーフィルタが用いられる。例えばカラーフィルタは、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイの出力部に配置されてもよく（あまり一般的ではない）、またはバックライトと、ＬＣＤもしくはＥＰディスプレイとの間に配置されてもよい。

本明細書で説明する原理による例および実施形態の様々な特徴は、添付の図面と併せて以下の発明を実施するための形態を参照することにより、より容易に理解することができ、図面では同様の参照番号が同様の構造要素を指す。

［図１Ａ］本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における二重ライトガイド式格子ベースのバックライト（dual light guide, grating-based backlight）の断面図である。［図１Ｂ］本明細書で説明する原理と一致した別の実施形態による、一例における二重ライトガイド式格子ベースのバックライトの断面図である。 ［図２Ａ］本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における方向変更カプラー（redirection coupler）の断面図である。［図２Ｂ］本明細書で説明する原理と一致した別の実施形態による、一例における方向変更カプラーの断面図である。 ［図３Ａ］本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例におけるマルチビーム回折格子を含む二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００の一部分の断面図である。［図３Ｂ］本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例におけるマルチビーム回折格子を含む図３Ａの二重ライトガイド式格子ベースのバックライト部分の斜視図である。 本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における３次元（３Ｄ）電子ディスプレイのブロック図である。 本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における格子ベースのバックライトの動作方法を示すフローチャートである。

いくつかの例および実施形態は、上記で参照した図に示される特徴に対する追加および代替のうちの１つである他の特徴を有してもよい。これらおよび他の特徴は、上記で参照した図を参照して以下で詳述される。

本明細書で説明する原理による実施形態は、二重ライトガイドを使用する格子ベースの背面照明を提供する。特に、本明細書で説明する背面照明は、第１の方向に光のビームを伝播するための第１のライトガイド、および方向変更された光ビームを第２の方向に伝播するための第２のライトガイドを使用する。方向変更カプラーは、第１のライトガイドの光ビームを方向変更して方向変更された光ビームを第２のライトガイド内に生成するように構成される。さらに、光を第２のライトガイドから回折により散乱させるまたはカップリングして外へ出し、カップリングして外へ出された光を、回折格子から離れる方向（例えば電子ディスプレイの視認方向）に向けるために、複数の回折格子が使用される。さらに、いくつかの実施形態によれば、第１のライトガイド内を伝播する光ビームは、隣接する光ビーム内に所定の態様で拡散することができる。例えば拡散がない場合に（例えば光ビームのコリメーションにおいて均一性がないことから）生じ得る「ストライピング」を、拡散によって低減することができる、または実質的になくすことができる。様々な実施形態によれば、ストライピングが低減されると、回折格子の照射がより均一に、またはより一定になり得、ひいては回折散乱によって生成されるカップリングして外へ出される光の均等性が改善される。

様々な実施形態によれば、回折格子によって生成されるカップリングして外へ出される光は、電子ディスプレイの視認方向など、事前定義された方向に向けられる複数の光ビームを形成する。本明細書で説明する原理の様々な実施形態によれば、複数の光ビームは、互いに異なる主極大角度方向を有してもよい。特に、複数の光ビームは、視認方向に光照射野を形成または提供してもよい。さらに、いくつかの実施形態では、光ビームは複数の原色を表すことができる。異なる主極大角度方向を有する光ビーム（「異なる方向に向けられた光ビーム」とも呼ばれる）、およびいくつかの実施形態において異なる色を表す光ビームは、３次元（３Ｄ）情報を含む情報を表示するために使用され得る。例えば、異なる方向に向けられた異なる色の光ビームは変調されてもよく、「裸眼」３Ｄカラー電子ディスプレイのカラー画素として機能することができる。

本明細書において「ライトガイド」は、内部全反射を用いて構造体内で光を導波する構造体として定義される。特にライトガイドは、ライトガイドの動作波長において実質的に透明であるコアを含んでもよい。様々な実施形態では、「ライトガイド」という用語は全般的に、ライトガイドの誘電体材料と、そのライトガイドを取り囲む材料または媒体との間の境界面において光を導波するために内部全反射を使用する誘電体光導波路を指す。定義上、内部全反射のための条件は、ライトガイドの屈折率が、ライトガイド材料の表面に隣接する周囲の媒体の屈折率より大きいことである。いくつかの実施形態では、ライトガイドは、内部全反射をさらに容易にするために、上述の屈折率差に加えてまたはその代わりにコーティングを含んでもよい。コーティングは、例えば反射コーティングであってもよい。ライトガイドは、平板またはスラブガイド、およびストリップガイドのうちの一方または両方を含むがこれらに限定されないいくつかのライトガイドのうちの任意のものとすることができる。

さらに本明細書において、「平板」という用語は、「平板ライトガイド」のようにライトガイドに適用される場合は、区分的または個別的に平面状の層またはシートとして定義され、それらはときに「スラブ」ガイドと呼ばれる。特に、平板ライトガイドは、ライトガイドの上面と下面（すなわち、対向する表面）により境界を画された２つの実質的に直交する方向に光を導波するように構成されたライトガイドとして定義される。さらに、いくつかの実施形態によれば、本明細書における定義上、上面および下面はともに互いに隔てられ、少なくとも個別的な意味で互いに実質的に平行であってもよい。すなわち、平板ライトガイドのいずれの個別的に小さな領域内でも、上面および下面は実質的に平行であるかまたは同一平面上にある。

他の実施形態では、平板ライトガイドは、上面と下面の間隔が、平板ライトガイドにわたる距離の関数として変化するくさび形状を有していてもよい。特に、いくつかの実施形態では、くさび形状は、くさび形状の平板ライトガイドの（例えば光源に隣接する）入力端部から出力または終端部までの距離に伴って増加する上面から下面までの間隔を備えてもよい。例えばそのようなくさび形状のライトガイドは、入力端部において導入された光のコリメーション（例えば垂直コリメーション）を提供することができる。

いくつかの実施形態では、平板ライトガイドは、実質的に平坦（例えば平面に制限される）であってよく、したがって平板ライトガイドは平面状ライトガイドである。他の実施形態では、平板ライトガイドは、１つまたは２つの直交する次元において曲線状であってもよい。例えば、平板ライトガイドは、円筒形状の平板ライトガイドを形成するように、単一の次元において曲線状であってもよい。しかし、いずれの曲率も、光を導波するために平板ライトガイド内での内部全反射が維持されることを確実にするように、十分大きな曲率半径を有する。

本明細書で説明する様々な実施形態によれば、光をライトガイド（例えば平板ライトガイド）から光ビームとして散乱させるまたはカップリングして外へ出すために回折格子（例えばマルチビーム回折格子）が使用され得る。本明細書において、「回折格子」は、回折格子に入射する光の回折を実現するように配置された複数の特徴部（すなわち、回折特徴部）として全般的に定義される。いくつかの実施形態では、複数の特徴部は、周期的にまたは準周期的に配置されてもよい。例えば、回折格子は、１次元（１Ｄ）アレイに配置された複数の特徴部（例えば、材料表面における複数の溝）を含んでもよい。他の例では、回折格子は、特徴部の２次元（２Ｄ）アレイであってもよい。例えば、回折格子は、材料表面の突起または穴の２Ｄアレイであってもよい。

このように、また本明細書における定義上、「回折格子」は、回折格子に入射する光の回折を実現する構造体である。光がライトガイドから回折格子に入射すると、そこで実現される回折または回折散乱は回折カップリングを生じ得、したがってそれは「回折カップリング」と呼ばれるが、それは回折格子が回折によりライトガイドから光をカップリングして外へ出すことができるからである。回折格子はまた、回折により光の角度を（すなわち回折角度で）方向変更する、または変化させる。特に、回折の結果として、回折格子を出る光（すなわち、回折された光）は、概して回折格子に入射する光（すなわち、入射光）の伝播方向とは異なる伝播方向を有する。本明細書では、回折による光の伝播方向の変化は、「回折方向変更」と呼ばれる。したがって、回折格子は、回折格子に入射する光を回折により方向変更する回折特徴部を含む構造体であると理解することができ、光がライトガイドから入射する場合には、回折格子はライトガイドからの光を回折によりカップリングして外へ出すこともできる。

さらに、本明細書における定義上、回折格子の特徴部は、「回折特徴部」と呼ばれ、表面、表面内、および表面上のうちの１つまたは複数にあるものとすることができる（すなわち「表面」は、２つの材料間の境界を指す）。表面は、平板ライトガイドの表面とすることができる。回折特徴部は、溝、隆線、穴、および突起のうちの１つまたは複数を含むがこれらに限定されない、光を回折する様々な構造体のうちの任意のものを含むことができ、これらの特徴部は、表面、表面内、または表面上のうちの１つまたは複数にあるものとすることができる。例えば回折格子は、材料表面内の複数の平行な溝を含んでもよい。別の例では、回折格子は、材料表面から立ち上がった複数の平行な隆線を含んでもよい。（溝、隆線、穴、突起などのいずれであろうと）回折特徴部は、正弦波輪郭、長方形輪郭（例えば、バイナリ回折格子）、三角形輪郭、および鋸歯状輪郭（例えば、ブレーズ化格子）のうちの１つまたは複数を含むがこれらに限定されない、回折を実現する様々な断面形状または輪郭のうちの任意のものを有することができる。

本明細書における定義上、「マルチビーム回折格子」は、複数の光ビームを含むカップリングして外へ出される光を生成する回折格子である。さらに、マルチビーム回折格子により生成される複数の光ビームは、本明細書における定義上、互いに異なる主極大角度方向を有する。特に、定義上、マルチビーム回折格子による入射光の回折カップリングおよび回折方向変更の結果として、複数の光ビームのうちの１つの光ビームは、複数の光ビームのうちの別の光ビームとは異なる所定の主極大角度方向を有する。複数の光ビームは、光照射野を表すことができる。例えば、複数の光ビームは、８つの異なる主極大角度方向を有する８つの光ビームを含んでもよい。例えば、組み合わされた８つの光ビーム（すなわち、複数の光ビーム）が、光照射野を表してもよい。様々な実施形態によれば、様々な光ビームの異なる主極大角度方向は、それぞれの光ビームの原点でマルチビーム回折格子の回折特徴部の格子ピッチまたは間隔と、配向または回転とを組み合わせることによって、マルチビーム回折格子に入射する光の伝播方向に対して決定される。

本明細書で説明する様々な実施形態によれば、回折格子（例えばマルチビーム回折格子）によりライトガイドからカップリングして外へ出される光は、電子ディスプレイの画素を表す。特に、異なる主極大角度方向を有する複数の光ビームを生成するためのマルチビーム回折格子を有するライトガイドは、「裸眼」３次元（３Ｄ）電子ディスプレイ（マルチビューもしくは「ホログラフィック」電子ディスプレイ、またはオートステレオスコピックディスプレイとも呼ばれる）などであるがこれらに限定されない電子ディスプレイのバックライト、またはそれらの電子ディスプレイと併せて用いられるバックライトの一部とすることができる。したがって、マルチビーム回折格子を用いてライトガイドから導波光をカップリングして外へ出すことにより生成される異なる方向に向けられた光ビームは、３Ｄ電子ディスプレイの「画素」とすることができる、または「画素」を表すことができる。さらに、上述したように、異なる方向に向けられた光ビームは、光照射野を形成することができる。

本明細書において、「コリメーション」ミラー（collimating mirror）は、コリメーションミラーによって反射される光をコリメートするように構成された曲線形状を有するミラーとして定義される。例えば、コリメーションミラーは、放物曲線または放物形状を特徴とする反射面を有してもよい。別の例では、コリメーションミラーは、形成された放物面ミラーを備えてもよい。「形成された放物面」とは、形成された放物面ミラーの曲線状の反射面が、所定の反射特性（例えばコリメーションの程度）を達成するように決定された態様で、「真の」放物曲線から逸脱していることを意味する。いくつかの実施形態では、コリメーションミラーは連続したミラー（すなわち実質的に滑らかな連続した反射面を有する）とすることができ、他の実施形態では、ミラーは、光のコリメーションを実現するフレネル反射体またはフレネルミラーを備えてもよい。様々な実施形態によれば、コリメーションミラーによって実現されるコリメーションの量は、実施形態に応じて所定のコリメーションの程度または量で変化してもよい。さらに、コリメーションミラーは、２つの直交する方向（例えば垂直方向および水平方向）のうちの一方または両方へのコリメーションを実現するように構成されてもよい。すなわち様々な例によれば、コリメーションミラーは、２つの直交する方向のうちの一方または両方において放物面または形成された放物面形状を含んでもよい。

さらに、本明細書で用いられるとき、冠詞「ａ（１つ）」は、特許技術における通常の意味、すなわち、「１つまたは複数（one or more）」を有することを意図するものである。本明細書では例えば、「（１つの）格子（a grating）」は１つまたは複数の格子を意味し、したがって「その（１つの）格子（the grating）」は「その１つまたは複数の格子（the grating(s)）」を意味する。また、本明細書における「上部（top）」、「下部（bottom）」、「上側（upper）」、「下側（lower）」、「上向き（up）」、「下向き（down）」、「前面（front）」、「背面（back）」、「第１の」、「第２の」、「左」、または「右」に対するいずれの参照も、本明細書では限定を意図するものではない。本明細書では、「約」という用語は、値に適用されたときは全般的にその値を生成するために用いられる機器の許容差範囲内を意味し、または他に明示的に指定されない限り、±１０％、または±５％、または±１％を意味し得る。さらに、本明細書で用いられるとき「実質的に」という用語は、大多数、またはほとんどすべて、またはすべて、または例えば約５１％〜約１００％の範囲内の量を意味する。さらに本明細書における例は、例示的にすぎず、考察の目的で示され、限定のためのものではないことが意図される。

本明細書で説明する原理のいくつかの実施形態によれば、二重ライトガイド式格子ベースのバックライトが提供される。図１Ａは、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００の断面図を示す。図１Ｂは、本明細書で説明する原理と一致した別の実施形態による、一例における二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００の断面図を示す。示されるように、二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００は、複数の光ビーム１０２を生成するように構成される。様々な例および実施形態によれば、複数の光ビーム１０２は、二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００を使用する電子ディスプレイの画素に含まれた情報に対応することができる。

特にいくつかの実施形態によれば、複数の光ビーム１０２は、二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００を使用する電子ディスプレイの視認方向に光照射野を形成することができる。二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００によって提供される複数の光ビーム１０２うちの（光照射野内にある）１つの光ビーム１０２は、複数のうちの他の光ビーム１０２とは異なる主極大角度方向を有するように構成されてもよい。さらに、光ビーム１０２は、光照射野内で所定の方向（主極大角度方向）を有するとともに、比較的狭い角度広がりを有することもできる。３次元（３Ｄ）電子ディスプレイでの使用に関しては、光ビーム１０２の主極大角度方向は、３Ｄ電子ディスプレイの特定の視像の角度方向に対応していてもよい。したがって、いくつかの例によれば、光ビーム１０２は、３Ｄ電子ディスプレイの画素を表す、またはそれに対応することができる。

他の実施形態では、複数の光ビーム１０２は、実質的に同様の所定の主極大角度方向を有してもよい（図１Ａ〜図１Ｂには示さず）。同様の方向に向けられた光ビーム１０２は、全般的には光照射野を形成しないが、代わりに二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００によって放射される実質的に一方向性の（例えば二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００の表面に垂直な）光を表す。同様の方向に向けられた光ビーム１０２は、例えば２次元（２Ｄ）電子ディスプレイ用バックライトとして用いられてもよい。

いくつかの実施形態では、二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００によって生成される複数の光ビーム１０２は、（例えば以下で説明するようなライトバルブによって）変調されてもよい。例えば二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００から離れるように異なる角度方向に向けられた光ビーム１０２の変調は、動的３Ｄカラー電子ディスプレイ用途に対して特に有用である。すなわち、異なる色の、特定の視認方向に方向付けられた個々に変調された光ビーム１０２は、特定の視認方向に対応する３Ｄ電子ディスプレイの動的カラー画素を表すことができる。同様に、動的２Ｄ電子ディスプレイ用途は、光ビーム１０２が実質的に一方向性である場合にサポートされ得る。

図１Ａ〜図１Ｂに示されるように、二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００は、第１の平板ライトガイド１１０を備える。第１の平板ライトガイド１１０は、（例えば以下で説明される光源からの）光を導波光ビーム１０４として導波するように構成される。特に、導波光ビーム１０４は、第１の方向（例えば図１Ａおよび図１Ｂに示されるように右に）導波される。さらに様々な実施形態によれば、第１の平板ライトガイド１１０は、導波光ビーム１０４を非ゼロの伝播角度で導波するように構成される。例えば、第１の平板ライトガイド１１０は、光導波路として構成された誘電体材料を含んでもよい。誘電体材料は、誘電体の光導波路を囲む媒体の第２の屈折率よりも大きい第１の屈折率を有し得る。屈折率の差は、例えばライトガイド１１０の１つまたは複数の導波モードに応じて、導波光ビーム１０４の内部全反射を促進するように構成される。

本明細書において定義されるとき、非ゼロの伝播角度は、平板ライトガイド１１０の表面（例えば、上面または下面）に対する角度である。いくつかの例では、導波光ビーム１０４の非ゼロの伝播角度は、約１０度〜約５０度、またはいくつかの例では約２０度〜約４０度、または約２５度〜約３５度とすることができる。例えば、非ゼロの伝播角度は約３０度とすることができる。他の例では、非ゼロの伝播角度は、約２０度、または約２５度、または約３５度とすることができる。

いくつかの例では、導波光ビーム１０４として導波されることになる光は、非ゼロの（例えば約３０〜３５度の）伝播角度で第１の平板ライトガイド１１０内に導入され得る、またはカップリングして入れられ得る。例えば、レンズ（図示せず）、ミラー、または同様の反射体（例えば、傾斜したコリメート反射体）、およびプリズム（図示せず）のうちの１つまたは複数が、光を、光のビームとして非ゼロの伝播角度で第１の平板ライトガイド１１０の入力端部にカップリングして入れるのを容易にすることができる。第１の平板ライトガイド１１０内にカップリングして入れられると、導波光ビーム１０４は、概して入力端部から離れる第１の方向に第１の平板ライトガイド１１０に沿って伝播する（例えば図１Ａ〜図１Ｂにおいてｘ軸に沿った方向を指す太線の矢印によって示される）。さらに、導波光ビーム１０４は、平板ライトガイド１１０の上面と下面との間で反射する、または「跳ね返る」ことによって非ゼロの伝播角度で伝播する（例えば導波光ビーム１０４の光線を表す長い傾斜した矢印によって示される）。

いくつかの例によれば、光を平板ライトガイド１１０にカップリングして入れることにより生成される導波光ビーム１０４は、コリメートされてもよい（例えばコリメートされた光ビームであってもよい）。さらに、いくつかの例によれば、導波光ビーム１０４は、第１の平板ライトガイド１１０の表面の平面に垂直な平面においてコリメートされてもよい。例えば、第１の平板ライトガイド１１０は、（例えば示されるような）ｘ−ｙ平面に平行な上面および下面を有する水平な平面に配向されてもよい。例えば導波光ビーム１０４は、垂直平面（例えばｘ−ｚ平面）においてコリメートされ得る、または実質的にコリメートされ得る。別の例において、第１の平板ライトガイド１１０は、くさび形状の平板ライトガイド１１０とすることができる。例えば第１の平板ライトガイド１１０がくさび形状である場合、上面または下面の一方がｘ−ｙ平面に平行であり得る。いくつかの実施形態では、導波光ビーム１０４は、水平方向（例えばｘ−ｙ平面）においてもコリメートされ得る、または実質的にコリメートされ得る。

本明細書において「コリメートされた」光ビームは、光ビームの複数の光線が、光ビーム（例えば導波光ビーム１０４）内で実質的に互いに平行である光のビームとして定義される。さらに、本明細書における定義上、コリメートされた光ビームから発散するまたは散乱する光線は、コリメートされた光ビームの一部とはみなされない。様々な実施形態によれば、コリメートされた導波光ビーム１０４を生成するための光のコリメーションは、第１の平板ライトガイド１１０に光をカップリングして入れるために用いられるレンズまたはミラー（例えば傾斜したコリメート反射体など）によって実現することができる。

いくつかの実施形態では、第１の平板ライトガイド１１０は、光学的に透明な誘電体材料の、長い実質的に平面状のシートを備えるスラブまたは平板の光導波路である。誘電体材料の実質的に平面状のシートは、内部全反射を用いて導波光ビーム１０４を導波するように構成される。様々な例によれば、第１の平板ライトガイド１１０の光学的に透明な材料は、様々なタイプのガラス（例えば石英ガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、ホウケイ酸ガラスなど）、および実質的に光学的に透明なプラスチックまたはポリマー（例えばポリ（メチルメタクリレート）または「アクリルガラス」、ポリカーボネートなど）のうちの１つまたは複数を含むがこれらに限定されない様々な誘電体材料のうちの任意のものを含んでもよい。いくつかの例では、第１の平板ライトガイド１１０は、第１の平板ライトガイド１１０の表面（例えば、上面および下面の一方または両方）の少なくとも一部分上にクラッド層をさらに含んでもよい（図示せず）。いくつかの例によれば、クラッド層は、内部全反射をさらに容易にするために用いられ得る。

様々な実施形態によれば、図１Ａ〜図１Ｂに示される二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００は、第２の平板ライトガイド１２０をさらに備える。第２のライトガイド１２０は、方向変更された光ビーム１０６を受け、第２の方向に（例えば示されるように左へ）導波するように構成される。いくつかの実施形態では、第２の方向は、実質的に第１の方向とは反対であってもよい。

例えば、図１Ａ〜図１Ｂに示されるように、第１の平板ライトガイド１１０と第２の平板ライトガイド１２０は、実質的に互いに平行であり得る、または同一平面上にあり得る（例えば、示されるように一方の上に他方が積まれている）。例として限定ではなく、図１Ａ〜図１Ｂに示されるように、第１の方向は正のｘ方向とすることができ、第２の方向は負のｘ方向とすることができる。他の例では（図示せず）、第２の方向は、第１の方向に対して実質的に垂直であってもよく、または別の角度であってもよい。例えば、第１と第２の平板ライトガイド１１０、１２０が実質的に同一平面上にある場合、第１の方向はｘ方向とすることができ、第２の方向はｙ方向（図示せず）とすることができる。さらに他の例では、第１の方向はｚ方向とすることができ、第２の方向はｘ−ｙ平面内にあってもよい。言い換えれば、様々な実施形態によれば、第２の方向は実質的に第１の方向以外の任意の方向とすることができる。

様々な実施形態によれば、第２の平板ライトガイド１２０は、第１の平板ライトガイド１１０と実質的に同様とすることができる。特に、第１の平板ライトガイド１１０に関して上述したように、第２の平板ライトガイド１２０は、方向変更された光ビーム１０６を内部全反射を用いて導波するように構成された光学的に透明な誘電体材料の、長い実質的に平面状のシートを備えるスラブまたは平板の光導波路とすることができる。さらに、同じく上述したように、いくつかの例によれば、第２の平板ライトガイド１２０は、内部全反射をさらに容易にするために、第２の平板ライトガイド１２０の表面（例えば、上面および下面の一方または両方）の少なくとも一部分上にクラッド層をさらに含んでもよい（図示せず）。

図１Ａおよび図１Ｂにおいて示されるように、様々な実施形態によれば、二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００は方向変更カプラー１３０をさらに含む。方向変更カプラー１３０は、第１の平板ライトガイド１１０の導波光ビーム１０４を、方向変更された光ビーム１０６として第２の方向に方向変更するように構成される。様々な実施形態によれば、方向変更された光ビーム１０６は、次いで第２の平板ライトガイド１２０によって受けられ導波される。言い換えれば、方向変更カプラー１３０は、方向変更された光ビーム１０６の新しいまたは異なる方向に導波光ビーム１０４を実質的に「曲げる」。上述したように、方向変更された光ビーム１０６の第２の方向は第１の方向とは異なっており、例として図１Ａ〜図１Ｂで示されるように、導波光ビーム１０４の第１の方向とは実質的に反対であり得る。いくつかの実施形態によれば、方向変更カプラー１３０は、導波光ビーム１０４のコリメーションを、方向変更された光ビーム１０６内で維持する、または実質的に維持することができる。

図２Ａは、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における方向変更カプラー１３０の断面図を示す。特に、図２Ａに示される方向変更カプラー１３０は、第１の平板ライトガイド１１０の出力端部および第２の平板ライトガイド１２０の入力端部に位置付けられたコーナ反射体である。方向変更カプラー１３０のコーナ反射体は、互いに角度を付けて配置された１対のミラー１３２またはそれに等しい反射体（例えば内部全反射すなわち「ＴＩＲ」ミラー、ブラッグミラーなど）を含むことができる。コーナ反射体のミラー対１３２のうちの第１のミラー１３２’は、第１の平板ライトガイド１１０からの導波光ビーム１０４を、コーナ反射体のミラー対１３２のうちの第２のミラー１３２”に向かって反射するように位置決めされる。第２のミラー１３２”は、反射された光ビームを第２の平板ライトガイド１２０内にさらに反射するように位置決めされる。特に、第１のミラー１３２’に対する第２のミラー１３２”の位置は、第１のミラー１３２’による反射角度とは異なる角度で光を反射するように構成される。したがって、この場合第２のミラー１３２”における反射は、方向変更された光ビーム１０６を提供し（すなわち、反射された光ビームを方向変更し）、方向変更された光ビーム１０６は第２の平板ライトガイド１２０に入り、そのライトガイドによって第２の方向に導波される。さらに、第１および第２のミラー１３２’、１３２”において組み合わされる反射は、所定の非ゼロの伝播角度を有する方向変更された光ビーム１０６を第２の平板ライトガイド１２０内に提供するように構成される。様々な実施形態によれば、第１の平板ライトガイド１１０内の導波光ビーム１０４の非ゼロの伝播角度と、第２の平板ライトガイド１２０内で導波される方向変更された光ビーム１０６の所定の非ゼロの伝播角度との関係は、第１と第２のミラー１３２’、１３２”の互いに対する相対的な配向と、第１および第２の平板ライトガイド１１０、１２０に対するコーナ反射体の配向との両方によって決定される。

例えば、図２Ａに示されるように、コーナ反射体の１対のミラー１３２は、互いに対して９０度の角度で配向されてもよい。したがって、コーナ反射体は、再帰反射体（retroreflector）（すなわち９０度のコーナ反射体）である。加えて、方向変更カプラー１３０のコーナ反射体は、第１の平板ライトガイド１１０および第２の平板ライトガイド１２０のうちの一方または両方の平板に対して傾斜していてもよい。コーナ反射体（または方向変更カプラー１３０）の傾斜は、方向変更された光ビーム１０６の所定の非ゼロの伝播角度をもたらすように構成される。例えば、再帰反射体または９０度のコーナ反射体を備える方向変更カプラー１３０に関しては、０度の傾斜は、例えば図２Ａに示されるように、導波光ビーム１０４の非ゼロの伝播角度に等しい所定の非ゼロの伝播角度を有する方向変更された光ビーム１０６を生成する。

方向変更カプラー１３０のコーナ反射体の１対のミラー１３２間には、９０度以外の使用可能な他の角度関係がある。これらの他の角度関係では、例えば方向変更された光ビーム１０６の所定の非ゼロの伝播角度は、コーナ反射体ミラー対１３２と第１および第２の平板ライトガイド１１０、１２０との角度関係を適切に調整することによって、依然としてもたらされ得る。特に、方向変更された光ビーム１０６の所定の非ゼロの伝播角度は、導波光ビーム１０４の所与の非ゼロの伝播角度に対するミラー１３２’、１３２”自体間の、および１対のミラー１３２と平板ライトガイド１１０、１２０との間の様々な角度関係に対して幾何光学を用いて容易に決定され得る。

図２Ｂは、本明細書で説明する原理と一致した別の実施形態による、一例における方向変更カプラー１３０の断面図を示す。図２Ｂに示されるように、方向変更カプラー１３０は、傾斜ミラー１３４、および格子カプラー１３６を備える。「傾斜」とは、様々な実施形態によれば、第１の平板ライトガイド１１０の平面またはその表面に対してミラー１３４が傾斜した角度を有していることを意味する。傾斜ミラー１３４は、第１の平板ライトガイド１１０からの導波光ビーム１０４を、反射された光ビーム１０４’として格子カプラー１３６に向けて反射するように構成される。傾斜ミラー１３４の傾斜角度は、反射された光ビーム１０４’を格子カプラー１３６に方向付けるだけでなく、反射された光ビーム１０４’の格子カプラー１３６における入射角度を決定することにも留意されたい。

格子カプラー１３６は、傾斜ミラー１３４から受けた反射された光ビーム１０４’を回折するように構成された回折格子を備える。特に、様々な実施形態によれば、格子カプラー１３６は、反射された光ビーム１０４’を、第２の平板ライトガイド１２０内で導波されることになる方向変更された光ビーム１０６として第２の方向に回折する。さらに、傾斜ミラー１３４による反射と、格子カプラー１３６の回折とを組み合わせることによって、方向変更された光ビーム１０６の所定の非ゼロの伝播角度を第２の平板ライトガイド１２０内でもたらすことができる。

例えば、格子カプラー１３６に対する反射された光ビーム１０４’の入射角度が、傾斜ミラー１３４の傾斜角度によってもたらされるような約９０度（すなわち直角の入射角度）である場合、格子カプラー１３６による回折は、方向変更された光ビーム１０６の所定の非ゼロの伝播角度を決定するように構成される。いくつかの実施形態では、格子カプラー１３６における反射された光ビーム１０４’の直角な入射をもたらすように構成された傾斜ミラー１３４の傾斜角度αは、

という式（１）によって決定され得、ここでγは、導波光ビーム１０４の非ゼロの伝播角度であり、非ゼロの伝播角度γと、傾斜角度αの両方は、第１の平板ライトガイド１１０の平面からの角度である。

いくつかの実施形態では（例えば図２Ｂに示されるように）、方向変更カプラー１３０は、第２のミラー１３８をさらに備える。第２のミラー１３８は、格子カプラー１３６の副回折生成物（secondary diffraction product）である光を反射および方向変更するように構成される。特に、第２のミラー１３８は、副回折生成物の光を第２の方向に反射および方向変更して、第２の平板ライトガイド１２０内の方向変更された光ビーム１０６を増大させるように配向される。例えば、方向変更された光ビーム１０６は、主回折生成物（primary diffraction product）（例えば正の一次回折生成物）である光に相当し得る。示されるように、主回折生成物の光（すなわち光ビーム１０６）は実線を用いて示されており、副回折生成物の光は、格子カプラー１３６と第２のミラー１３８との間の破線で示されている。

第２のミラー１３８は、副回折生成物（例えば負の一次回折生成物）を第２の方向に、第２の平板ライトガイド１２０内の方向変更された光ビーム１０６の所定の非ゼロの伝播角度とほぼ等しい非ゼロの伝播角度で、反射および方向変更するように配向されてもよい。したがって、いくつかの実施形態によれば、反射および方向変更された副回折生成物に相当する光のビーム１０６’（図２Ｂの破線１０６’）は、方向変更された光ビーム１０６に効果的に付加され、またはそれを増大させ、その結果、第２のミラー１３８がない実施形態に比べて方向変更カプラー１３０の効率が改善されることになる。

特に、また上で述べたように、いくつかの実施形態では（例えば示されるように）、傾斜ミラー１３４は、第１の平板ライトガイド１１０の導波光ビーム１０４を格子カプラー１３６に向かって反射して、格子カプラー１３６における反射された光ビーム１０４’の実質的に直角の入射角度をもたらすように構成される。格子カプラー１３６の回折格子の主回折生成物は、正の一次回折生成物とすることができ、その回折角度は、方向変更された光ビーム１０６の所定の非ゼロの伝播角度に対応する。さらに、図２Ｂに示されるように、第２のミラー１３８は、格子カプラー１３６に対して９０度の角度で配向されてもよい。副回折生成物は、主回折生成物（すなわち正の一次回折生成物）に対して９０度の関係を有する負の一次回折生成物とすることができる。９０度で配向された第２のミラー１３８は、副回折生成物を、方向変更された光ビーム１０６の非ゼロの伝播角度と実質的に同じ伝播角度で第２の平板ライトガイド１２０内で光ビーム１０６’として反射および方向変更するように構成される。したがって、方向変更された光ビーム１０６は、第２の平板ライトガイド１２０内で光ビーム１０６’によって実質的に増大される。

様々な実施形態によれば、傾斜ミラー１３４は、導波光ビーム１０４を反射しまたは実質的に反射し、さらに導波光ビーム１０４の方向を変えるように構成された角度で傾斜している事実上任意のミラーまたはそれに等しい反射体とすることができる。例えば、傾斜ミラー１３４は、金属または金属化表面（例えば銀鏡）を備えてもよい。別の例では、傾斜ミラー１３４は、ブラッグミラーとすることができる。さらに他の実施形態では、傾斜ミラー１３４は、内部全反射（ＴＩＲ）によって実現されてもよく、ＴＩＲミラーであってもよい。例えば、傾斜ミラー１３４は、第１の平板ライトガイド１１０の斜面によって提供されてもよく、斜面に隣接する第１の平板ライトガイド１１０内のＴＩＲが、傾斜ミラー１３４として機能してもよい。さらに、第２のミラー１３８は、金属または金属化表面、ブラッグミラー、およびＴＩＲミラーを含むがこれらに限定されない実質的に任意のミラーまたはそれに等しい反射体とすることができる。例えば、第２のミラー１３８は、第２の平板ライトガイド１２０の端部を金属化することによって提供されてもよい。別の例では、第２の平板ライトガイド１２０の端部は、第２のミラー１３８としての第２の平板ライトガイド端部に入射する副回折生成物のＴＩＲを実現するように構成される。

いくつかの実施形態では、上述したミラーのうちの１つまたは複数は、コリメーションミラーとすることができる。例えば、コーナ反射体ミラー１３２’、１３２”の一方または両方が、方向変更された光ビーム１０６の（例えば水平方向、垂直方向、または両方向への）コリメーションを実現する放物曲線状の表面を有してもよい。同様に、傾斜ミラー１３４および第２のミラー１３８の一方または両方が、反射された光ビーム１０４’をコリメートするための放物曲線状の表面を有するコリメーションミラーであってもよく、その結果、（例えば格子カプラー１３６によって回折された後の）方向変更された光ビーム１０６のコリメーション（例えば垂直および水平コリメーションの一方または両方）が行われる。

様々な実施形態によれば、格子カプラー１３６は、回折格子を形成するように互いに離間された回折特徴部（例えば溝または隆線）を備える。いくつかの実施形態では、回折特徴部は、第２の平板ライトガイド１２０の表面にあるか、表面内にあるか、または表面に隣接しているかのいずれかであってもよい。例えば、格子カプラー１３６は、方向変更カプラー１３０内の第２の平板ライトガイド１２０の上面に形成された複数の溝を備えてもよい。様々な実施形態によれば、回折格子は、回折特徴部間の均一な、または実質的に均一な間隔を備える。さらに、様々な実施形態によれば、回折格子のゼロ次回折生成物を抑制することができる。例えば、回折格子は、ゼロ次回折生成物を抑制するように選択的に選ばれた回折特徴部の高さまたは深さ（例えば隆線高さまたは溝深さ）、およびデューティサイクルを有することができる。いくつかの実施形態では、デューティサイクルは、約３０パーセント（％）〜約７０パーセント（％）とすることができる。さらにいくつかの実施形態では、高さまたは深さは、ゼロ超〜約５００ナノメートルまでの範囲とすることができる。例えば、デューティサイクルは、約５０パーセントとすることができ、回折特徴部の高さまたは深さは、約１４０ナノメートルとすることができる。

いくつかの実施形態では、格子カプラー１３６は、反射金属または金属化回折格子などであるがこれらに限定されない反射回折格子を備える。図２Ｂは、第２の平板ライトガイド１２０の上面の隆線（または上面からの突出部）としての回折特徴部１３６ａを備える格子カプラー１３６を示す。さらに、回折特徴部１３６ａ間、およびその上の空間は、反射金属などの反射材料の層１３６ｂによって充填されている。反射金属は、アルミニウム、ニッケル、銀、または金を含んでもよいが、これらに限定されない。反射回折格子を用いると、誘電体回折格子（すなわち、例えば第２の平板ライトガイド１２０の誘電体材料内の溝または隆線）に比べてより高い回折効率を実現することができる。

再び図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００は、回折格子１４０をさらに備える。特に、いくつかの実施形態によれば、二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００は、複数の回折格子１４０を含んでもよい。例えば複数の回折格子１４０は、回折格子１４０のアレイとして配置される、またはアレイを表してもよい。図１Ａ〜図１Ｂに示されるように、回折格子１４０は、第２の平板ライトガイド１２０の表面（例えば上面、または前面）に位置付けられる。他の例では（図示せず）、回折格子１４０のうちの１つまたは複数は、第２の平板ライトガイド１２０内に位置付けられてもよい。さらに他の実施形態では（図示せず）、回折格子１４０のうちの１つまたは複数は、第２の平板ライトガイド１２０の下面もしくは背面に、またはその上に位置付けられてもよい。

様々な実施形態によれば、回折格子１４０は、方向変更された光ビーム１０６の一部分を、回折カップリング（例えば「回折散乱」とも呼ばれる）によって、またはそれを用いて散乱させ、またはカップリングして、第２の平板ライトガイド１２０から外へ出すように構成される。方向変更された光ビーム１０６の一部分は、回折格子１４０によって回折によりカップリングされライトガイド表面を通って（例えば、第２の平板ライトガイド１２０の上面または前面を通って）外へ出され得る。さらに、回折格子１４０は、方向変更された光ビーム１０６の一部分を、カップリングして外へ出される光ビーム（例えば光ビーム１０２）として、回折によりカップリングして外へ出すように構成される。

様々な例によれば、回折により外へ出される光ビーム１０２は、所定の主極大角度方向でライトガイド表面から離れるように方向付けられる。特に、方向変更された光ビーム１０６のカップリングして外へ出される部分は、複数の回折格子１４０によって複数の光ビーム１０２として、ライトガイド表面から離れるように回折により方向変更される。上記で検討されたように、いくつかの例によれば、複数の光ビームのうちのそれぞれの光ビーム１０２は異なる主極大角度方向を有することができ、複数の光ビームは光照射野を表すことができる。他の例によれば、複数の光ビームのうちのそれぞれの光ビーム１０２は、実質的に同一の主極大角度方向を有してもよく、それらの複数の光ビームは、異なる主極大角度方向を持つ光ビームを有する複数の光ビームにより表される光照射野ではなく、実質的に一方向性の光を表してもよい。

様々な実施形態によれば、回折格子１４０は、光を回折する（すなわち回折を実現する）複数の回折特徴部１４２を備える。回折は、方向変更された光ビーム１０６の一部分を回折によりカップリングして、第２の平板ライトガイド１２０から外へ出す役割を担う。例えば、回折格子１４０は、回折特徴部１４２として機能する、第２の平板ライトガイド１２０の表面内の溝、および第２の平板ライトガイド表面から突出する隆線のうちの一方または両方を含んでもよい。溝および隆線は、互いに平行または実質的に平行に配置されてもよく、回折格子１４０によってカップリングして外へ出されることになる方向変更された光ビーム１０６の伝播方向に対して、少なくともいずれかの地点で垂直であり得る。

いくつかの例では、回折特徴部は、表面内へエッチング、ミリング、もしくはモールドされてもよく、または表面上に塗布されてもよい。したがって、回折格子１４０の材料は第２の平板ライトガイド１２０の材料を含み得る。図１Ａに示されるように、例えば、回折格子１４０は、第２の平板ライトガイド１２０の表面に形成された実質的に平行な溝を備える。例えば図１Ｂでは、回折格子１４０は、第２のライトガイド表面から突出した実質的に平行な隆線を備える。他の例では（図示せず）、回折格子１４０は、第２のライトガイド１２０の表面に塗布された、または張り付けられたフィルムもしくは層において、またはそのフィルムもしくは層として実装され得る。

複数の回折格子１４０は、第２の平板ライトガイド１２０に対して様々な構成で配置され得る。例えば、複数の回折格子１４０は、ライトガイド表面にわたって列および行に（例えばアレイとして）配置され得る。別の例では、複数の回折格子１４０はグループで配置され、そのグループが行および列に配置されてもよい。さらに別の例では、複数の回折格子１４０は、第２の平板ライトガイド１２０の表面にわたって実質的にランダムに分配されてもよい。

いくつかの実施形態によれば、複数の回折格子１４０はマルチビーム回折格子１４０を備える。例えば、すべてのまたは実質的にすべての複数の回折格子１４０が、マルチビーム回折格子１４０であってもよい（すなわち、複数のマルチビーム回折格子１４０であってもよい）。様々な実施形態によれば、マルチビーム回折格子１４０は、方向変更された光ビーム１０６の一部分を、（例えば図１Ａおよび図１Ｂに示されるように）光照射野を形成する異なる主極大角度方向を有する複数の光ビーム１０２として、カップリングして外へ出すように構成された回折格子１４０である。

様々な例によれば、マルチビーム回折格子１４０はチャープ回折格子１４０を備えることができる（すなわち、チャープマルチビーム回折格子）。定義上、「チャープ」回折格子１４０は、チャープ回折格子１４０の範囲または長さにわたって変化する回折特徴部の回折間隔を呈する、または有する回折格子である。さらに、本明細書では、変化する回折間隔は、「チャープ」と定義される。その結果、第２の平板ライトガイド１２０から回折によりカップリングして外へ出される方向変更された光ビーム１０６は、チャープ回折格子１４０にわたる異なる原点に対応する異なる回折角度の光ビーム１０２として、チャープ回折格子１４０から出射する、または放射される。事前定義されたチャープがあることにより、チャープ回折格子１４０は、複数の光ビームのうちのカップリングして外に出される光ビーム１０２のそれぞれの所定の異なる主極大角度方向をもたらす役割を担う。

図３Ａは、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例におけるマルチビーム回折格子１４０を含む二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００の一部分の断面図を示す。図３Ｂは、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例におけるマルチビーム回折格子１４０を含む、図３Ａの二重ライトガイド式格子ベースのバックライト部分の斜視図を示す。図３Ａに示されるマルチビーム回折格子１４０は、例として限定ではなく、第２の平板ライトガイド１２０の表面に溝を備える。例えば、図３Ａに示されるマルチビーム回折格子１４０は、図１Ａに示される溝ベースの回折格子１４０のうちの１つを表してもよい。

図３Ａ〜図３Ｂに（例として限定ではなく図１Ａ〜図１Ｂにも）示されるように、マルチビーム回折格子１４０はチャープ回折格子である。特に示されるように、回折特徴部１４２は、マルチビーム回折格子１４０の第２の端部１４０’’においては、第１の端部１４０’においてよりも互いに近くにある。さらに、示される回折特徴部１４２の回折間隔ｄは、第１の端部１４０’から第２の端部１４０’’まで線形に変化する。いくつかの例では、チャープ回折格子１４０は、距離に伴って線形に変化する回折間隔ｄのチャープを有するまたは呈する。したがって、チャープ回折格子１４０は、「線形チャープ」回折格子と呼ばれ得る。

いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子１４０を用いて光をカップリングして第２の平板ライトガイド１２０から外へ出すことによって生成される光ビーム１０２は、（例えば図３Ａに示されるように）方向変更された光ビーム１０６が第２の平板ライトガイド１２０内でマルチビーム回折格子１４０の第１の端部１４０’からマルチビーム回折格子１４０の第２の端部１４０”の方向へ伝播するときに、発散する（すなわち発散光ビーム１０２になる）ことができる。あるいは、他の例によれば（図示せず）、方向変更された光ビーム１０６が第２の平板ライトガイド１２０内で反対の方向、すなわちマルチビーム回折格子１４０の第２の端部１４０”から第１の端部１４０’に伝播するときに、収束光ビーム１０２が生成され得る。

別の例では（図示せず）、チャープ回折格子１４０は、回折間隔ｄの非線形チャープを呈してもよい。チャープ回折格子１４０を実現するために用いることができる様々な非線形チャープは、指数関数チャープ、対数チャープ、または別の実質的に不均一またはランダムであるが依然として単調に変化するチャープを含むが、これらに限定されない。正弦波チャープ、または三角形もしくは鋸歯状チャープなどであるが、これらに限定されない非単調なチャープも使用可能である。これらのタイプのチャープの任意の組み合わせを用いることもできる。

図３Ｂに示されるように、マルチビーム回折格子１４０は、第２の平板ライトガイド１２０の表面内に、表面に、または表面上にともに曲線状のかつチャープされた回折特徴部１４２（例えば溝または隆線）を含む（すなわち、マルチビーム回折格子１４０は曲線状のチャープ回折格子である）。方向変更された光ビーム１０６は、図３Ａ〜図３Ｂの「１０６」と符号が付けられた太線の矢印によって示されるように、マルチビーム回折格子１４０および第２の平板ライトガイド１２０に対する入射方向を有する。また図には、第２の平板ライトガイド１２０の表面でマルチビーム回折格子１４０から離れる方向を指すカップリングして外へ出されるまたは放射される複数の光ビーム１０２も示される。示される光ビーム１０２は、複数の所定の異なる主極大角度方向に放射される。特に、放射される光ビーム１０２の所定の異なる主極大角度方向は、示されるように、（例えば光照射野を形成するように）方位角と仰角の両方において異なる。様々な例によれば、回折特徴部１４２の事前定義されたチャープと回折特徴部１４２の曲線との両方が、放射される光ビーム１０２のそれぞれの複数の所定の異なる主極大角度方向がに寄与し得る。

例えば、曲線状であることによって、マルチビーム回折格子１４０内の回折特徴部１４２は、第２の平板ライトガイド１２０内で導波される方向変更された光ビーム１０６の入射方向に対して異なった配向を有することができる。特に、導波光ビームの入射方向に対する、マルチビーム回折格子１４０内の第１の点または位置における回折特徴部１４２の配向は、別の点または位置における回折特徴部１４２の配向とは異なり得る。いくつかの例によれば、カップリングして外へ出されるまたは放射される光ビーム１０２に関して、光ビーム１０２の主極大角度方向｛θ，φ｝の方位角成分φは、光ビーム１０２の原点における（すなわち入射する方向変更された光１０６がカップリングして外へ出される点における）回折特徴部１４２の方位配向角度（azimuthal orientation angle）φ_ｆによって決められ得る、またはそれに対応し得る。したがって、回折特徴部１４２の配向がマルチビーム回折格子１４０内で異なっていることによって、少なくとも光ビーム１０２のそれぞれの方位角成分φに関しては、異なる主極大角度方向（θ，φ）を有する異なる光ビーム１０２が生成される。

特に、回折特徴部１４２の曲線に沿った異なる点においては、曲線状回折特徴部１４２に関連するマルチビーム回折格子１４０の「下にある回折格子」が、異なる方位配向角度φ_ｆを有する。「下にある回折格子」とは、重なっている複数の非曲線状回折格子のうちの１つの回折格子が、マルチビーム回折格子１４０の曲線状回折特徴部を生成することを意味する。したがって、曲線状回折特徴部１４２に沿った所与の点において、曲線は、曲線状回折特徴部１４２に沿った別の点における方位配向角度φ_ｆとは概して異なる特定の方位配向角度φ_ｆを有する。さらに、特定の方位配向角度φ_ｆは、所与の点から放射される光ビーム１０２の主極大角度方向｛θ，φ｝の対応する方位角成分φをもたらす。いくつかの例では、回折特徴部１４２（例えば溝、隆線など）の曲線は、円の一区分を表してもよい。円は、ライトガイド表面と同一平面上にあってもよい。他の例では、曲線は、例えばライトガイド表面と同一平面上にある楕円または別の曲線形状の一区分を表してもよい。

他の例では、マルチビーム回折格子１４０は、「区分的に」曲線状の回折特徴部１４２を含んでもよい。特に、回折特徴部１４２は、マルチビーム回折格子１４０内の回折特徴部１４２に沿った異なる点において、実質的に滑らかなまたは連続した曲線それ自体を描かないかもしれないが、回折特徴部１４２はそれでもなお、方向変更された光ビーム１０６の入射方向に対して異なる角度で配向され得る。例えば、回折特徴部１４２は、複数の実質的に直線状の区分であって、それぞれの区分が、隣接する区分とは異なる配向を有する直線状の区分を含む溝であってもよい。様々な実施形態によれば、複数の区分の異なる角度を合わせると、曲線（円の一区分）に近似することができる。さらに他の例では、回折特徴部１４２は、特定の曲線（例えば円または楕円）を近似することなく、単に、マルチビーム回折格子１４０内の異なる位置において導波光の入射方向に対して異なる配向を有するだけであってもよい。

再び図１Ａ〜図１Ｂを参照すると、いくつかの実施形態によれば、二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００は、光源１５０をさらに備える。例えば光源１５０は、方向変更カプラー１３０に隣接した出力端部とは反対の、第１の平板ライトガイド１１０の入力端部にカップリングされていてもよい。いくつかの実施形態では、光源１５０は、複数の光学エミッタ１５２を含む。光学エミッタ１５２（またはより全体的には光源１５０）は、光を導波光１０４として、すなわち導波光ビーム１０４として、第１の平板ライトガイド１１０に提供するように構成される。いくつかの実施形態によれば、提供される光は複数の異なる色の光を備え、様々な実施形態によれば、その複数の異なる色の光は、平板ライトガイド１１０内にカップリングして入れられたとき、複数の異なる色の光ビーム１０４として導波されるように構成される。例えば、複数の光学エミッタ１５２は、複数の異なる色の光を生成するように構成される。

いくつかの実施形態によれば、異なる色の導波光ビーム１０４は、第１の平板ライトガイド１１０内で異なる色固有の非ゼロの伝播角度で導波されるように構成される。例えば、赤色導波光ビーム１０４は、第１の非ゼロの伝播角度で第１の平板ライトガイド１１０内にカップリングして入れられ伝播することができる。緑色導波光ビーム１０４は、第２の非ゼロの伝播角度で第１の平板ライトガイド１１０内にカップリングして入れられ伝播することができる。青色導波光ビーム１０４は、第３の非ゼロの伝播角度で第１の平板ライトガイド１１０内にカップリングして入れられ伝播することができる。さらに、それぞれの第１、第２、および第３の非ゼロの伝播角度は、互いに異なる。

例として限定としてではなく図１Ａに示されるように、光源１５０は、傾斜し、形成された放物面反射体１５４をさらに備えてもよい。例えば、異なる色固有の非ゼロの伝播角度は、第１の平板ライトガイド１１０の入力端部の傾斜し、形成された放物面反射体１５４内に供給するまたは放射する横方向に互いにずれた複数の光学エミッタのうちの赤色、緑色、および青色の光学エミッタ１５２（図１Ａでは別々に示されていない）によってそれぞれ提供されもよい。特に、様々な実施形態によれば、傾斜し、形成された放物面反射体１５４と組み合わされた異なる色のエミッタ１５２の横方向のずれは、異なる光色（例えば赤色光、緑色光、および青色光）をカップリングして、対応する異なる色固有の非ゼロの伝播角度で第１の平板ライトガイド１１０に入れるように構成される。

これらの実施形態のいくつかでは、方向変更カプラー１３０は、異なる色の導波光ビーム１０４を方向変更して、異なる色に対応した方向変更された光ビーム１０６として第２の平板ライトガイド１２０に入れるとき、色固有の非ゼロの伝播角度を維持するまたは実質的に維持することができる。特に、異なる色の導波光ビーム１０４間の色固有の角度差は、方向変更の際に実質的に維持され得る。例えば、再帰反射体として実装された方向変更カプラー１３０は、異なる色の導波光ビーム１０４の色固有の非ゼロの伝播角度を、対応する異なる色の方向変更された光ビーム１０６内で維持することができる。あるいは、他の実施形態によれば、方向変更カプラー１３０は、色固有の伝播角度のうちの１つまたは複数を調整する、増大させる、または他の態様で変更し、それでもなお第２の平板ライトガイド１２０内への方向変更の際にそれらの角度間の差を保持することができる。

他の実施形態によれば、異なる色の導波光ビーム１０４は、第１の平板ライトガイド１１０内で、同様のまたはほぼ同一でさえある非ゼロの伝播角度で伝播するように構成される。これらの実施形態によれば、方向変更カプラー１３０は、異なる色の方向変更された光ビーム１０６に、異なる色固有の非ゼロの伝播角度を与えるように構成されてもよい。例えば、光源１５０は、赤色光、緑色光、および青色光のそれぞれを、（例えば、異なる色固有の非ゼロの伝播角度ではなく）実質的に同一の非ゼロの伝播角度で生成し、第１の平板ライトガイド１１０内に導入するように構成されてもよい。この例では、方向変更カプラー１３０は、赤色、緑色、および青色の導波光ビームを、それぞれの異なる色固有の非ゼロの伝播角度で第２の平板ライトガイド１２０内に第２の方向に方向変更するように構成された格子カプラーを備えてもよい。格子カプラーは、例えば上述した格子カプラー１３６と実質的に同様であってもよい。例えば上述したように、方向変更カプラー１３０は、赤色、緑色、および青色の導波光ビームを、傾斜ミラー内に反射するための傾斜ミラーをさらに備えてもよい。

様々な実施形態では、光源１５０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザを含むがこれらに限定されない実質的に任意の光の発生源を備えてもよい。いくつかの実施形態では、光源１５０は、特定の色により表される狭帯域のスペクトルを有する実質的に単色の光を生成することができる。特に色は、（例えば電子ディスプレイの）原色とすることができる、または原色を表すことができる。例えば、光源１５０は、複数の異なる原色を表す複数の異なる色の光を生成することができる。原色は、例えば赤色光、緑色光、および青色光を備えてもよい。さらに、原色は、カラー電子ディスプレイの原色とすることができ、原色は、カラー電子ディスプレイの色域をサポートするように構成された赤−緑−青（ＲＧＢ）色モデルなどであるが、これらに限定されない色モデルに応じて選択される。

いくつかの実施形態によれば、光源１５０は、複数のＬＥＤを備えるマルチカラー光源であってもよい。例えば複数のＬＥＤは、カラー電子ディスプレイの原色の異なる色を表すことができる。特に、例えばＬＥＤは、ＲＧＢ色モデルの赤色光を生成するための赤色ＬＥＤ、緑色光を生成するための緑色ＬＥＤ、および青色光を生成するための青色ＬＥＤを備えてもよい。いくつかの実施形態では、光源１５０は、第１の平板ライトガイド１１０の入力端部に沿って配置された光学エミッタ１５２の線形アレイを備えてもよい。例えば光学エミッタのそれぞれは、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤを備えてもよい。光源１５０は、（例えばコリメート反射体またはレンズを用いて）コリメートされた光を生成するように構成されてもよい。例えば図１Ａに示される傾斜し形成された放物面反射体１５４は、光学エミッタ１５２からの光をカップリングして第１の平板ライトガイド１１０に入れるときにコリメートされた光ビーム１０４を生成するように構成されてもよい。様々な実施形態によれば、実質的に任意のコリメータ（例えば、コリメーションレンズ、コリメート反射体など）が、図１Ａの光源１５０と第１の平板ライトガイド１１０との間に挿入されてコリメートされた光ビーム１０４を提供してもよい。

本明細書で説明する原理のいくつかの実施形態によれば、３次元（３Ｄ）電子ディスプレイが提供される。３Ｄ電子ディスプレイは、異なる方向を有する変調された光ビームを、３Ｄ電子ディスプレイの画素として放射するように構成される。３Ｄ電子ディスプレイは、３Ｄ情報（例えば３Ｄ画像）を表示するように構成される。いくつかの例では、３Ｄ電子ディスプレイは、オートステレオスコピックなまたは裸眼の３Ｄ電子ディスプレイである。特に、様々な例によれば、変調され異なる方向に向けられた光ビームのそれぞれは、３Ｄ電子ディスプレイに関連する異なる「視像」に対応してもよい。例えば異なる視像は、３Ｄ電子ディスプレイにより表示される情報の「裸眼の」（例えばオートステレオスコピック、ホログラフィックなどの）表現を提供することができる。

図４は、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における３Ｄ電子ディスプレイ２００のブロック図を示す。３Ｄ電子ディスプレイ２００は、３Ｄ画像などであるがこれには限定されない３Ｄ情報を提示するために使用され得る。特に、図４に示される３Ｄ電子ディスプレイ２００は、変調された光ビーム２０２を、３Ｄ電子ディスプレイ２００の異なる視像に対応する画素を表す異なる主極大角度方向で放射するように構成される。変調された光ビーム２０２は、例として限定ではなく、図４では（例えば収束ではなく）発散するものとして示される。いくつかの実施形態では、光ビーム２０２は異なる色をさらに表してもよく、３Ｄ電子ディスプレイ２００は３Ｄカラー電子ディスプレイであってもよい。

図４に示される３Ｄ電子ディスプレイ２００は、光を導波するように構成された第１のライトガイド２１０および第２のライトガイド２２０を備える。第２のライトガイド２２０の導波光は、３Ｄ電子ディスプレイ２００によって放射される変調された光ビーム２０２になる光の発生源である。いくつかの実施形態によれば、第１のライトガイド２１０は平板ライトガイドであってもよく、二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００に関して上述した第１の平板ライトガイド１１０と実質的に同様であってもよい。さらに、いくつかの実施形態によれば、第２のライトガイド２２０は平板ライトガイドであってもよく、同じく上述したように、二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００の第２の平板ライトガイド１２０と実質的に同様であってもよい。例えば、第１および第２のライトガイド２１０、２２０は、それぞれ内部全反射によって光を導波するように構成された誘電体材料の平面状のシートを備えるスラブ導波路であってもよい。いくつかの実施形態では、平板ライトガイドとしての第１のライトガイド２１０および第２のライトガイド２２０は、（例えば図１Ａ〜図１Ｂにおいて上に示されたように）実質的に互いに同一平面上に配置されてもよい。

他の実施形態では、第１のライトガイド２１０および第２のライトガイド２２０の一方または両方は、ストリップライトガイドを備えてもよい。例えば、第１のライトガイド２１０および第２のライトガイド２２０の一方または両方は、互いに隣り合って配置されて平板ライトガイドを近似し、したがって本明細書による定義上の「平板」ライトガイドの形態とみなされる複数の実質的に平行なストリップライトガイドを備えてもよい。しかし、例えばこの形態の平板ライトガイドである隣接するストリップライトガイドは、それぞれのストリップライトガイド内に光を閉じ込めることがあり、隣接するストリップライトガイド内への漏れを実質的に防止し得る（すなわち、「真の」平板ライトガイドの材料である実質的に連続したスラブとは異なる）。

様々な実施形態によれば、第１および第２のライトガイド２１０、２２０内のそれぞれの導波光は、光のビームとして非ゼロの伝播角度で伝播するように構成される。いくつかの実施形態では、導波光は複数の異なる色の導波光ビームを含み得る。さらにいくつかの実施形態によれば、第１のライトガイド２１０および第２のライトガイド２２０の一方または両方内の導波光ビームはコリメートされてもよい（すなわち光は、コリメートされたまたは実質的にコリメートされた光のビームとして導波されてもよい）。例えば、第１および第２のライトガイド２１０、２２０は、光をコリメートされた光ビームとして非ゼロの伝播角度でそれぞれのライトガイド２１０、２２０内で導波するように構成されてもよい。

図４に示されるように、３Ｄ電子ディスプレイ２００は、方向変更カプラー２３０をさらに備える。方向変更カプラー２３０は、第１のライトガイド２１０からの導波光ビームをカップリングおよび方向変更して第２のライトガイド２２０へ入れるように構成される。いくつかの実施形態によれば、方向変更カプラー２３０は、二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００に関して上述した方向変更カプラー１３０と実質的に同様であってもよい。例えばいくつかの実施形態では、方向変更カプラー２３０は（例えば図２Ａに示される）コーナ反射体を備えてもよい。

別の実施形態では、方向変更カプラー２３０は（例えば図２Ｂに示されるような）傾斜したミラーおよび反射格子カプラーを備えてもよい。傾斜ミラーおよび反射格子カプラーは、上述した方向変更カプラー１３０の傾斜ミラー１３４および格子カプラー１３６と実質的に同様であってもよい。特に傾斜ミラーは、第１のライトガイド２１０からの導波光ビームを反射格子カプラーに向けて反射するように構成され得る。また反射格子カプラーは、傾斜ミラーから受けた反射された導波光ビームを回折および方向変更して、第２のライトガイド２２０内で導波されることになる方向変更された光ビームとして第２のライトガイド２２０に入れるように構成され得る。

図４に示される３Ｄ電子ディスプレイ２００は、マルチビーム回折格子２４０のアレイをさらに備えてもよい。例えばマルチビーム回折格子２４０のアレイは、第２のライトガイド２２０の表面内、表面上、または表面に位置付けられてもよい。様々な実施形態によれば、アレイのマルチビーム回折格子２４０は、第２のライトガイド２１０内で導波される方向変更された光ビームの一部分を回折してカップリングして、３Ｄ電子ディスプレイ２００の異なる視像を表すまたはそれに対応する異なる主極大角度方向を有する複数のカップリングして外へ出される光ビーム２０４として外へ出すように構成される。いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子２４０は、上述した二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００のマルチビーム回折格子１４０と実質的に同様であってもよい。

例えば、マルチビーム回折格子２４０のアレイは、チャープ回折格子を含んでもよい。いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子２４０の回折特徴部（例えば溝、隆線など）は、曲線状回折特徴部である。例えば、曲線状回折特徴部は、曲線状（すなわち連続的に曲線状、または区分的に曲線状）である隆線および溝、ならびにアレイのマルチビーム回折格子２４０にわたって距離の関数として変化する曲線状回折特徴部間の間隔を含んでもよい。いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子２４０は、曲線状回折特徴部を有するチャープ回折格子であってもよい。

図４に示されるように、３Ｄ電子ディスプレイ２００はライトバルブアレイ２５０をさらに含む。ライトバルブアレイ２５０は、複数の光ビームのうちのカップリングして外へ出される光ビーム２０４を変調するように構成された複数のライトバルブを備える。特に、ライトバルブアレイ２５０のライトバルブは、カップリングして外へ出される光ビーム２０４を変調して、３Ｄ電子ディスプレイ２００の画素であるまたは画素を表す変調された光ビーム２０２を提供する。さららに、変調された光ビーム２０２のそれぞれは、３Ｄ電子ディスプレイ２００の異なる視像に対応してもよい。様々な例では、液晶（ＬＣ）ライトバルブ、エレクトロウェッティングライトバルブ、および電気泳動ライトバルブのうちの１つまたは複数を含むがこれらに限定されない異なるタイプのライトバルブがライトバルブアレイ２５０内で使用されてもよい。図４では、例として光ビーム２０２の変調を強調するために破線が用いられている。

さらにいくつかの実施形態によれば、図４に示されるように、３Ｄ電子ディスプレイ２００は光源２６０をさらに備えてもよい。光源２６０は、方向変更カプラー２３０に隣接する出力端部とは反対の第１のライトガイド２１０の入力端部に光学的にカップリングされている。いくつかの実施形態では、光源２６０は、二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００に関して上述した光源１５０と実質的に同様である。特に、光源２６０は複数の光学エミッタ（例えばＬＥＤ）を備えてもよい。

例えばいくつかの実施形態では、光源２６０は、第１のライトガイド２１０の入力端部に沿って配置されて、対応する複数の導波光ビームを第１のライトガイド２１０内に提供する複数の光学エミッタ（例えばＬＥＤ）を備えてもよい。複数の導波光ビームは、第１のライトガイド２１０にわたってその入力端部から出力端部まで実質的に平行な帯域で導波されてもよい。例えば光源２６０の光学エミッタは、線形アレイとして配置されてもよく、それぞれの光学エミッタが、コリメートされた異なる導波光ビームを第１のライトガイド２１０内に生成する。いくつかの実施形態では、導波光ビームの伝播方向における第１のライトガイド２１０の光路長は、複数の異なる導波光ビームが実質的に平行な帯域のそれぞれの帯域間の間隔の約半分だけ拡散する第１のライトガイド２１０に沿った距離よりも大きい。言い換えれば、第１のライトガイドの光路長は、隣接するコリメートされた導波光ビーム同士が互いに拡散して入るほど充分に長い。

いくつかの実施形態によれば、光源２６０は、異なる色の光を生成するように構成されてもよい（すなわち、カラー光源）。したがっていくつかの実施形態では、３Ｄ電子ディスプレイ２００は３Ｄカラー電子ディスプレイ２００であってもよい。例えば、複数の光学エミッタは、第１の色の光（例えば赤色光）を放射するように構成された第１の光学エミッタ、第２の色の光（例えば緑色光）を放射するように構成された第２の光学エミッタ、および第３の色の光（例えば青色光）を放射するように構成された第３の光学エミッタを備えてもよい。例えば第１の光学エミッタが赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよく、第２の光学エミッタが緑色ＬＥＤであってもよく、および第３の光学エミッタが青色ＬＥＤであってもよい。例えば他の例では、光学エミッタは、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤのそれぞれを含んでもよく、したがってマルチカラー光学エミッタであってもよい。

光源２６０がカラー光源であるいくつかの実施形態では、方向変更カプラー２３０は、異なる色の光ビームを反射および方向変更して、異なる色固有の非ゼロの伝播角度で第２のライトガイド２２０に入れるように構成された格子カプラーを備えてもよい。さらに色固有の伝播角度は、３Ｄ電子ディスプレイ２００の異なる視像に対応する色画素を提供するように構成された色固有の光照射野を形成する、マルチビーム回折格子２４０からカップリングして外に出されるカラー光ビーム２０４を生成するように構成されてもよい。様々な実施形態によれば、色固有の光照射野は、実質的に互いに同様の円錐角度を有し、したがって異なる色ではあるが実質的に互いに同様の３Ｄ電子ディスプレイ視像を表す色固有の画素を生成してもよい。

本明細書で説明する原理のいくつかの例によれば、格子ベースのバックライトの動作方法が提供される。図５は、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における格子ベースのバックライトの動作方法３００のフローチャートを示す。図５に示されるように、格子ベースのバックライトの動作方法３００は、光を第１の平板ライトガイド内で非ゼロの伝播角度で導波光ビームとして導波するステップ３１０を備える。いくつかの実施形態によれば、導波光ビームはコリメートされる。いくつかの実施形態では、第１の平板ライトガイドは、二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００に関して上述した第１の平板ライトガイド１１０と実質的に同様である。

格子ベースのバックライトの動作方法３００は、方向変更カプラーを用いて導波光ビームを、方向変更された導波光ビームとして第２の平板ライトガイド内に方向変更するステップ３２０をさらに備える。いくつかの実施形態によれば、第２の平板ライトガイドは、二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００に関して上述した第２の平板ライトガイド１２０と実質的に同様である。さらにいくつかの実施形態によれば、導波光ビームを方向変更するステップ３２０は、上述した二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００の方向変更カプラー１３０と実質的に同様である方向変更カプラーを使用する。例えば方向変更カプラーは、導波光ビームを第１の平板ライトガイド内の第１の伝播方向から第２の平板ライトガイドの第２の伝播方向に方向変更する３２０ためのコーナ反射体または別の手段を備えてもよい。

いくつかの実施形態では、導波光ビームを方向変更するステップ３２０は、第１の平板ライトガイドからの導波光ビームを格子カプラーに向けて反射するステップを備える。導波光ビームを反射するステップは、上述した方向変更カプラー１３０の傾斜ミラー１３４と実質的に同様である傾斜ミラーを使用してもよい。導波光ビームを方向変更するステップ３２０は、反射された光ビームを格子カプラーを用いて、方向変更された導波光ビームとして第２の平板ライトガイド内に回折により方向変更するステップをさらに備える。いくつかの実施形態によれば、格子カプラーは、二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００に関して上述した格子カプラー１３６と実質的に同様であってもよい。格子カプラーを使用するいくつかの実施形態では、導波光ビームを方向変更するステップ３２０は、格子カプラーによって生成された副回折生成物を、第２のミラーまたは同様の反射体（例えば上述した第２のミラー１３８などであるが、これには限定されない第２のミラー）を用いて方向変更するステップをさらに含んでもよい。

いくつかの実施形態によれば、導波光ビームは、第１の平板ライトガイド内で導波される複数の異なる色の光ビームのうちの１つの光ビームであってもよい。いくつかの実施形態では、異なる色の光ビームの光を導波するステップ３１０は、それぞれの異なる色の光ビームを、異なる色固有の非ゼロの伝播角度で導波するステップを備える。さらに、光ビームが複数の異なる色の光ビームである場合に導波光ビームを方向変更するステップ３２０は、それぞれの異なる色の光ビームを、格子カプラーを使用して、異なる色固有の非ゼロの伝播角度で回折により方向変更して第２の平板ライトガイドに入れるステップを備える。

図５に示されるように、格子ベースのバックライトの動作方法３００は、方向変更された導波光の一部分を、第２の平板ライトガイドの表面にある回折格子を用いて回折によりカップリングして外へ出すステップ３３０をさらに含む。方向変更された導波光の一部分を回折によりカップリングして外へ出すステップ３３０は、所定の主極大角度方向で第２の平板ライトガイドから離れるように方向付けられたカップリングして外へ出される光ビームを生成するように構成される。

様々な例によれば、回折格子は第２の平板ライトガイドの表面に、表面内に、または表面上に位置付けられる。回折格子は、溝、隆線などとして、その表面に形成されてもよい。他の例では、回折格子は、第２の平板ライトガイド表面上のフィルムを含んでもよい。いくつかの例では、回折格子は、二重ライトガイド式格子ベースのバックライト１００に関して上述した回折格子１４０と実質的に同様である。特に、回折格子は、方向変更された導波光ビームの複数部分を、回折によりカップリングして外へ出される３３０から、複数の光ビームを生成するように構成されたマルチビーム回折格子であってもよい。マルチビーム回折格子は、互いに離間された曲線状の溝および曲線状の隆線のうちの１つを備えるチャープ回折格子を含むがこれに限定されない上述したマルチビーム回折格子１４０と実質的に同様であってもよい。他の例では、回折格子は、第２の平板ライトガイド内を含むがこれには限定されない他の場所に位置付けられる。

様々な実施形態によれば、格子ベースのバックライトの動作方法３００の、方向変更された導波光の一部分を回折によりカップリングして外へ出すステップ３３０は、第２のライトガイドの表面から離れるように方向付けられた複数の放射される（またはカップリングして外へ出される）光ビームを生成してもよい。複数の光ビームのうちの放射される光ビームのそれぞれは、所定の主極大角度方向で表面から離れるように方向付けられる。特に、回折格子がマルチビーム回折格子である場合には、複数の光ビームのうちの放射される光ビームは、複数の光ビームのうちの他の放射される光ビームとは異なる主極大角度方向を有してもよい。

いくつかの実施形態によれば、複数の光ビームのうちの放射される光ビームは、格子ベースのバックライトを使用する電子ディスプレイの画素に対応してもよい。特に、方向変更された導波光の一部分を回折によりカップリングして外へ出すステップ３３０においてマルチビーム回折格子が使用される場合には、複数のカップリングして外へ出される（または放射される）光ビームは、第２の平板ライトガイドから離れるように、３次元（３Ｄ）電子ディスプレイの異なる視像に対応する複数の異なる主極大角度方向に向けられてもよい。したがって、電子ディスプレイは３Ｄ電子ディスプレイであってもよい。他の実施形態では、電子ディスプレイは、２Ｄ電子ディスプレイであってもよい。

いくつかの実施形態では、格子ベースのバックライトの動作方法３００は、複数の光ビームのうちの放射される光ビームを、複数のライトバルブを使用して変調するステップ３４０をさらに備える。特に、回折によりカップリングして外へ出される３３０複数の放射される光ビームは、対応する複数のライトバルブを通過する、または他の態様でそれらと相互作用することによって変調される３４０。いくつかの実施形態によれば、複数のライトバルブから放射される変調された光ビームは、格子ベースのバックライトを使用する電子ディスプレイ（３Ｄ電子ディスプレイを含む）の画素を形成してもよい。例えば、変調された３４０光ビームは、３Ｄ電子ディスプレイ（例えば裸眼の３Ｄ電子ディスプレイ）の複数の視像を提供してもよい。

いくつかの例では、複数の放射される光ビームを変調するステップ３４０に用いられる複数のライトバルブは、３Ｄ電子ディスプレイ２００に関して上述したライトバルブアレイ２５０と実質的に同様である。例えばライトバルブは、液晶ライトバルブを含んでもよい。他の例では、ライトバルブは、エレクトロウェッティングライトバルブ、および電気泳動ライトバルブを含むがこれらに限定されない別のタイプのライトバルブであってもよい。いくつかの実施形態（例えばカラーの光学エミッタが使用される場合）によれば、変調するステップ３４０は、色固有ベースで適用されてもよい。

このように、二重ライトガイドを使用する格子ベースのバックライト、３Ｄ電子ディスプレイ、および格子ベースのバックライトの動作方法の例が説明された。上述した例は、本明細書で説明する原理を表す多数の特定の例および実施形態のいくつかを単に例示するものであることが理解されるべきである。明らかに当業者は、以下の特許請求の範囲により定義されるような範囲から逸脱せずに数多くの他の構成を容易に考案することができる。

１００ 二重ライトガイド式格子ベースのバックライト
１０２ 光ビーム
１０４ 導波光ビーム
１０６ 方向変更された光ビーム
１０６’ 光ビーム
１１０ 第１の平板ライトガイド
１２０ 第２の平板ライトガイド
１３０ 方向変更カプラー
１３２ ミラー対
１３２’ 第１のミラー
１３２” 第２のミラー
１３４ 傾斜ミラー
１３６ 格子カプラー
１３６ａ 回折特徴部
１３６ｂ 反射材料の層
１３８ 第２のミラー
１４０ 回折格子
１４０’ 第１の端部
１４０” 第２の端部
１４２ 回折特徴部
１５０ 光源
１５２ 光学エミッタ
１５４ 放射面反射体
２００ ３Ｄ電子ディスプレイ
２０２ 変調された光ビーム
２０４ カップリングして外へ出される光ビーム
２１０ 第１のライトガイド
２２０ 第２のライトガイド
２３０ 方向変更カプラー
２４０ マルチビーム回折格子
２５０ ライトバルブアレイ
２６０ 光源

Claims (31)

1. 光ビームを、第１の方向に非ゼロの伝播角度で導波するように構成された第１の平板ライトガイドと、
   方向変更された光ビームを受け、第２の方向に導波するように構成された第２の平板ライトガイドと、
   前記第１の平板ライトガイドの前記導波光ビームを方向変更して、前記方向変更された光ビームとして前記第２の平板ライトガイド内に前記第２の方向に入れるように構成された方向変更カプラーと、
   前記方向変更された光ビームの一部分を回折によりカップリングして、所定の主極大角度方向で前記第２の平板ライトガイドの表面から離れるように方向付けられたカップリングして外へ出される光ビームとして、前記第２の平板ライトガイドから外へ出すように構成された回折格子と
   を備える、二重ライトガイド式格子ベースのバックライト。
2. 前記導波光ビームが、前記第１の平板ライトガイドの平面に垂直な平面においてコリメートされる、請求項１に記載の二重ライトガイド式格子ベースのバックライト。
3. 前記第１の平板ライトガイドと前記第２の平板ライトガイドが実質的に互いに平行であり、前記導波光ビームの前記第１の方向が、前記方向変更された光ビームの前記第２の方向とは実質的に反対である、請求項１に記載の二重ライトガイド式格子ベースのバックライト。
4. 前記方向変更カプラーが、前記第１の平板ライトガイドの出力端部、および前記第２の平板ライトガイドの入力端部にあるコーナ反射体を備える、請求項１に記載の二重ライトガイド式格子ベースのバックライト。
5. 前記方向変更カプラーが傾斜ミラーおよび格子カプラーを備え、前記傾斜ミラーが、前記第１の平板ライトガイドから受けた前記導波光ビームを前記格子カプラーに向けて反射するように構成されており、前記格子カプラーが、前記傾斜ミラーからの前記反射された光ビームを回折して、前記第２の平板ライトガイドで導波されることになる前記方向変更された光ビームとして前記第２の方向に入れるように構成されている、請求項１に記載の二重ライトガイド式格子ベースのバックライト。
6. 前記方向変更カプラーが、前記第２の平板ライトガイド内の前記方向変更された光ビームを増大させるために、前記格子カプラーからの副回折生成物の光を前記第２の方向に反射および方向変更するように構成された第２のミラーをさらに備える、請求項５に記載の二重ライトガイド式格子ベースのバックライト。
7. 前記傾斜ミラーが、前記反射された光ビームの前記格子カプラーにおける実質的に垂直な入射角度をもたらすように、前記第１の平板ライトガイドからの前記導波光ビームを前記格子カプラーに向けて反射するように構成された、請求項５に記載の二重ライトガイド式格子ベースのバックライト。
8. 前記格子カプラーが反射回折格子を備える、請求項５に記載の二重ライトガイド式格子ベースのバックライト。
9. 前記方向変更カプラーがコリメーションミラーを備える、請求項１に記載の二重ライトガイド式格子ベースのバックライト。
10. 前記回折格子が、前記方向変更された光ビームの一部分をカップリングして、カップリングして外へ出される複数の光ビームとして外へ出すように構成されたマルチビーム回折格子を備え、前記カップリングして外へ出される複数の光ビームのうちの１つの光ビームが、前記カップリングして外へ出される複数の光ビームのうちの他の光ビームとは異なる主極大角度方向を有する、請求項１に記載の二重ライトガイド式格子ベースのバックライト。
11. 前記マルチビーム回折格子が線形チャープ回折格子である、請求項１０に記載の二重ライトガイド式格子ベースのバックライト。
12. 異なる主極大角度方向を有する前記カップリングして外へ出される複数の光ビームが、３次元（３Ｄ）電子ディスプレイの異なる視像に対応した画素を提供するように構成された光照射野を形成する、請求項１０に記載の二重ライトガイド式格子ベースのバックライト。
13. 前記方向変更カプラーに隣接する出力端部とは反対の前記第１の平板ライトガイドの入力端部にカップリングされた光源をさらに備え、前記光源が、複数の異なる色の光ビームとして導波されることになる複数の異なる色の光を提供するためのものである、請求項１に記載の二重ライトガイド式格子ベースのバックライト。
14. 前記異なる色の光ビームが、前記第１の平板ライトガイド内で、異なる色固有の非ゼロの伝播角度で導波される、請求項１３に記載の二重ライトガイド式格子ベースのバックライト。
15. 前記方向変更カプラーが、前記異なる色の光ビームを前記第２の方向に方向変更するように構成された格子カプラーを備え、前記異なる色の光ビームのそれぞれが、前記格子カプラーによって前記第２の平板ライトガイド内に、異なる色固有の非ゼロの伝播角度で方向変更される、請求項１３に記載の二重ライトガイド式格子ベースのバックライト。
16. 請求項１に記載の二重ライトガイド式格子ベースのバックライトを備える電子ディスプレイであって、前記カップリングして外へ出される光ビームを変調するように構成されたライトバルブをさらに備え、前記回折格子が、前記ライトバルブに隣接した前記第２の平板ライトガイドの前記表面にあり、前記変調された、カップリングして外へ出される光ビームが、前記電子ディスプレイの画素に対応する、電子ディスプレイ。
17. ３次元（３Ｄ）電子ディスプレイであって、
    第１のライトガイドおよび第２のライトガイドと、
    前記第１のライトガイドからの導波光ビームをカップリングおよび方向変更して前記第２のライトガイドに入れるように構成された方向変更カプラーと、
    前記第２のライトガイドの表面にあるマルチビーム回折格子のアレイであって、前記アレイのマルチビーム回折格子が、前記第２のライトガイド内で導波される前記方向変更された光ビームの一部分を回折によりカップリングして、前記３Ｄ電子ディスプレイの異なる視像を表す異なる主極大角度方向を有する複数のカップリングして外へ出される光ビームとして外へ出すように構成された、マルチビーム回折格子のアレイと、
    前記カップリングして外へ出される光ビームを変調するように構成されたライトバルブアレイであって、前記変調された、カップリングして外へ出される光ビームが、異なる視像に対応する画素を表す、ライトバルブアレイと、を備える３次元（３Ｄ）電子ディスプレイ。
18. 前記第１のライトガイドおよび前記第２のライトガイドの一方または両方が、平板ライトガイドを備え、前記第１および第２のライトガイドが、互いに実質的に同一平面上に配置され、前記第１および第２のライトガイドが、光をコリメートされた光ビームとして非ゼロの伝播角度で導波するように構成された、請求項１７に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
19. 前記方向変更カプラーが、傾斜ミラーおよび反射格子カプラーを備え、前記傾斜ミラーが、前記第１のライトガイドからの前記導波光ビームを前記反射格子カプラーに向けて反射するように構成され、前記反射格子カプラーが、前記傾斜ミラーからの前記反射された導波光ビームを回折して、前記第２のライトガイド内の方向変更された導波光ビームとして前記第２のライトガイドに入れるように構成された、請求項１７に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
20. 前記マルチビーム回折格子が、互いに離間された曲線状の溝および曲線状の隆線のうちの１つを備えるチャープ回折格子である、請求項１７に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
21. 前記方向変更カプラーに隣接する第１のライトガイドの出力端部とは反対の前記第１のライトガイドの入力端部に光学的にカップリングされた光源をさらに備え、前記光源が、実質的に平行な帯域内を前記第１のライトガイドによって導波される対応する複数の光ビームを提供するように前記第１のライトガイドの前記入力端部に沿って配置された複数の光学エミッタを備える、請求項１７に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
22. 前記導波光ビームの伝播方向における前記第１のライトガイドの光路長が、前記複数の異なる導波光ビームが前記実質的に平行な帯域のそれぞれの帯域間の間隔の約半分だけ拡散する前記第１のライトガイドに沿った距離よりも大きい、請求項２１に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
23. 前記実質的に平行な帯域のそれぞれに対応する前記複数の光学エミッタが、赤色光を放射するように構成された第１の光学エミッタと、緑色光を放射するように構成された第２の光学エミッタと、青色光を放射するように構成された第３の光学エミッタとを備え、前記３Ｄ電子ディスプレイが３Ｄカラー電子ディスプレイである、請求項２１に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
24. 前記第１の光学エミッタが赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、前記第２の光学エミッタが緑色ＬＥＤであり、前記第３の光学エミッタが青色ＬＥＤである、請求項２３に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
25. 前記方向変更カプラーが、異なる色の導波光ビームをカップリングおよび方向変更して、対応する異なる色固有の非ゼロの伝播角度で前記第２のライトガイドに入れるように構成された格子カプラーを備え、前記異なる色固有の前記マルチビーム回折格子が、前記方向変更された異なる色の導波光ビームの複数部分を回折によりカップリングして、前記対応する異なる色固有の伝播角度で、対応する異なる色固有の光照射野として外へ出すように構成されており、前記異なる色固有の光照射野が、前記３Ｄ電子ディスプレイの異なる視像に対応するカラー画素を提供するように構成され、前記色固有の光照射野が、互いに実質的に同様の円錐角度を有し、互いに実質的に同様の３Ｄ電子ディスプレイ視像を表す色固有の画素を異なる色で生成する、請求項２３に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
26. 二重ライトガイドを使用する格子ベースのバックライトの動作方法であって、
    光を、第１の平板ライトガイド内で非ゼロの伝播角度で導波光ビームとして導波するステップであって、前記導波光ビームがコリメートされている、導波するステップと、
    前記導波光ビームを、方向変更された導波光ビームとして第２の平板ライトガイド内に方向変更カプラーを用いて方向変更するステップと、
    所定の主極大角度方向で前記第２の平板ライトガイドから離れるように方向付けられたカップリングして外へ出される光ビームを生成するように、前記方向変更された導波光ビームの一部分を、前記第２の平板ライトガイドの表面にある回折格子を用いて回折によりカップリングして外へ出すステップと
    を備える、方法。
27. 前記導波光ビームを方向変更するステップが、
    前記第１の平板ライトガイドからの前記導波光ビームを、格子カプラーに向けて反射するステップと、
    前記反射された光ビームを、前記格子カプラーを用いて、前記方向変更された導波光ビームとして前記第２の平板ライトガイドに回折により方向変更して入れるステップと
    を備える、請求項２６に記載の格子ベースのバックライトの動作方法。
28. 前記導波光ビームが複数の異なる色の光ビームであり、前記異なる色の光ビームが、対応する異なる色固有の非ゼロの伝播角度で前記第１の平板ライトガイド内を導波され、前記導波光ビームを方向変更するステップが、前記異なる色の光ビームを回折により方向変更して前記対応する異なる色固有の非ゼロの伝播角度で前記第２の平板ライトガイドに入れるために格子カプラーを使用するステップを備える、請求項２６に記載の格子ベースのバックライトの動作方法。
29. 前記方向変更された導波光ビームの一部分を回折によりカップリングして外へ出すステップが、３Ｄ電子ディスプレイの異なる視像に対応する複数の異なる主極大角度方向に、前記第２の平板ライトガイドから離れるように方向付けられる複数のカップリングして外へ出される光ビームを生成するために、マルチビーム回折格子を使用するステップを備える、請求項２６に記載の格子ベースのバックライトの動作方法。
30. 前記マルチビーム回折格子が、互いに離間された曲線状の溝および曲線状の隆線のうちの１つを備える線形チャープ回折格子である、請求項２９に記載の格子ベースのバックライトの動作方法。
31. 前記複数のカップリングして外へ出される光ビームを、複数のライトバルブを用いて変調するステップをさらに備え、前記複数のカップリングして外へ出される光ビームからの前記変調された光ビームが、前記異なる視像に対応する前記３Ｄ電子ディスプレイの画素を形成する、請求項２９に記載の格子ベースのバックライトの動作方法。