JP2019511094A - 反射格子島状構造を使用する格子ベースのバックライト - Google Patents

Abstract

格子ベースの背面照明は、ライトガイドと、互いから離間され、ライトガイドに光学的に結合された複数の反射格子島状構造とを含む。ライトガイドは、光ビームを非ゼロ伝播角度で導波するためのものであり、反射格子島状構造は、導波光ビームの一部分を結合出力された光ビームとして、所定の主要角度方向に回折により結合出力するように構成された反射モード回折格子を含む。

Description

関連出願の相互参照
該当無し

連邦政府資金による研究開発の記載
該当無し

電子ディスプレイは、情報を多様なデバイスおよび製品のユーザに送るためのほとんど至るところに存在する媒体である。最もよく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）、電界発光ディスプレイ（ＥＬ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）およびアクティブマトリックスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ（ＥＰ）および電気機械式または電気流体式光変調を使用するさまざまなディスプレイ（たとえば、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）がある。通常、電子ディスプレイは、能動ディスプレイ（すなわち光を出射するディスプレイ）または受動ディスプレイ（すなわち、別の供給源によってもたらされた光を変調するディスプレイ）として分類され得る。能動ディスプレイの最も明らかな例の中には、ＣＲＴ、ＰＤＰおよびＯＬＥＤ／ＡＭＯＬＥＤがある。出射される光を考えるとき、通常、受動であると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。受動ディスプレイは、それだけに限定されないが、本質的に低い電力消費を含む魅力的な性能特性を有することが多いながらも、光を出射する能力が欠如していることを考えると、多くの実用的用途において幾分使用が限定され得る。

出射される光に関連する受動ディスプレイの限定事項に打ち勝つために、多くの受動ディスプレイは、外部光源に結合される。結合された光源は、他の点では受動であるこれらのディスプレイが光を出射し、能動ディスプレイとして実質的に機能することを可能にすることができる。そのような結合された光源の例は、バックライトである。バックライトは、他の点では受動であるディスプレイの後方に置かれて受動ディスプレイを照明する光源（しばしばパネル光源）である。たとえば、バックライトは、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイに結合され得る。バックライトは、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイを通過する光を出射する。出射された光は、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイによって変調され、変調された光はその後、今度はＬＣＤまたはＥＰディスプレイから出射される。しばしばバックライトは、白色光を出射するように構成される。次いで、色フィルタが使用されて白色光をディスプレイ内に使用されるさまざまな色に変換する。色フィルタは、たとえば、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイの出力部に（あまり一般的ではないが）、またはバックライトと、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイとの間に置かれ得る。

本明細書において説明する原理による例および実施形態のさまざまな特徴を、添付の図を併用して以下の詳細な説明を参照してより容易に理解することができ、図において同じ参照番号は、同じ構造要素を示す。

本明細書において説明する原理と一致する実施形態による、一例とする回折格子の断面図である。 本明細書において説明する原理と一致する実施形態による、一例とする格子ベースのバックライトの断面図である。 本明細書において説明する原理と一致する別の実施形態による、一例とする格子ベースのバックライトの断面図である。 本明細書において説明する原理と一致する実施形態による、一例とする反射格子島状構造の断面図である。 （Ｂ）本明細書において説明する原理と一致する別の実施形態による、一例とする反射格子島状構造の断面図である。（Ｃ）本明細書において説明する原理と一致するさらに別の実施形態による、一例とする反射格子島状構造の断面図である。 （Ａ）本明細書において説明する原理と一致する実施形態による、一例とするマルチビーム回折格子の断面図である。（Ｂ）本明細書において説明する原理と一致する実施形態による、一例とするマルチビーム回折格子の斜視図である。 （Ａ）本明細書において説明する原理と一致する実施形態による、一例とする三次元（３Ｄ）電子ディスプレイのブロック図である。（Ｂ）本明細書において説明する原理と一致する実施形態による、一例とする三次元（３Ｄ）電子ディスプレイの断面図である。 本明細書において説明する原理と一致する実施形態による、一例とする格子ベースのバックライト作動の方法の流れ図である。

特定の例および特徴は、上記で参照した図に示す特徴に加えた、およびこれに代わるものである他の特徴を有することができる。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に詳述される。

本明細書において説明する原理による実施形態は、反射格子島状構造（reflective grating islands）を使用する電子ディスプレイ背面照明をもたらす。特に、反射格子島状構造は、反射モード回折格子を使用して光をバックライトのライトガイドから結合出力する。さらに、光は、電子ディスプレイの視野方向に向けられる光ビーム（すなわち結合出力された光ビーム）としてバックライトから結合出力され得る。特に、一部の実施形態によれば、反射格子島状構造によってもたらされた結合出力された光ビームは、電子ディスプレイ視野方向に対応する、予め定義されたまたは所定の主要角度方向（principal angular direction）に向けられる。さらに、一部の実施形態では、複数の結合出力された光ビームは、反射格子島状構造によってもたらされ得る。結合出力された光ビームは、本明細書において説明する原理の一部の実施形態により、互いに異なる主要角度方向を有することができる。（「異なって向けられた光ビーム」とも称される）異なる主要角度方向を有する結合出力された光ビームは、三次元（３Ｄ）情報を含む情報を表示するために使用され得る。たとえば、異なって向けられた結合出力された光ビームは、変調され、３Ｄまたはマルチビュー電子ディスプレイ（たとえば、「めがね不要（glasses free）」またはオートステレオスコピック（autostereoscopic）電子ディスプレイ）の画素として働くことができる。

本明細書では、「ライトガイド」は、全内部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むことができる。さまざまな例では、「ライトガイド」という用語は、通常、内部全反射を使用して、ライトガイドの誘電体材料と、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誘電光学導波路を指す。定義により、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。一部の実施形態では、ライトガイドは、全内部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むことができる。コーティングは、たとえば反射コーティングであってよい。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であってよい。

さらに本明細書では、用語「平板」は、「平板ライトガイド」としてライトガイドに適用されるとき、時に「スラブ」ガイドと称される、区分ごとのまたは別個の平面層またはシートとして定義される。特に、平板ライトガイドは、ライトガイドの上面および底面（すなわち、対向する表面）によって境界付けられた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、本明細書における定義により、上面および底面は、いずれも互いに分離され、少なくとも個別的な意味で互いから実質的に平行であってよい。すなわち、平板ライトガイドの任意の別個の小さいセクション内では、上面および底面は、実質的に平行であるか、または同一平面上にある。

一部の実施形態では、平板ライトガイドは、実質的に平坦で（すなわち平面に限られて）よく、したがって、平板ライトガイドは、平面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つの直交次元で湾曲され得る。たとえば、平板ライトガイドは、円筒形状平板ライトガイドを形成するように単一次元で湾曲されよい。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に全内部反射が維持されることを確実にするのに十分な大きさの曲率半径を有する。

本明細書では、「回折格子」は、通常、回折格子上に入射する光の回折をもたらすように配置された複数の特徴部（すなわち回折特徴部）として定義される。一部の例では、複数の特徴部は、周期的または準周期的に配置され得る。たとえば、回折格子は、１次元（１Ｄ）配列で配置された複数の特徴部（たとえば、材料表面内の複数の溝または***部）を含むことができる。他の例では、回折格子は、特徴部の２次元（２Ｄ）配列であってよい。回折格子は、たとえば、材料表面上の突起部または材料表面内の穴の２Ｄ配列であってよい。

したがって、本明細書における定義により、「回折格子」は、回折格子上に入射する光の回折をもたらす構造体である。光がライトガイドから回折格子上に入射する場合、もたらされた回折または回折散乱の結果、回折格子が光をライトガイドから回折によって結合出力することができる、「回折結合（diffractive coupling）」と称され得るものを生じさせることができる。回折格子はまた、回折によって光の角度を（すなわち回折角度で）向け直す、または変更する。特に、回折の結果、回折格子を離れる光（すなわち、一次および二次光ビームの回折された光）は、通常、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。回折による光の伝播方向の変更は、本明細書では「回折リダイレクション（diffractive redirection）」と称される。故に、回折格子は、回折格子上に入射する光を回折により向け直す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、回折格子は、光をライトガイドから回折により結合出力することもできる。

さらに、本明細書における定義により、回折格子の特徴部は、「回折特徴部」と称され、材料表面（すなわち２つの材料間の境界面）のところに、その中に、およびその上にのうちの１つまたは複数であることができる。表面は、たとえばライトガイドの表面、またはライトガイド上またはライトガイド内の反射層の表面であってよい。回折特徴部は、それだけに限定されないが、溝、***部、穴および突起部の１つまたは複数を、表面に、表面内に、または表面上に含む、光を回折する多様な構造体の任意のものを含むことができる。たとえば、回折格子は、材料表面内に複数の実質的に平行な溝を含むことができる。別の例では、回折格子は、材料表面から***する複数の平行な***部を含むことができる。回折特徴部（たとえば、溝、***部、穴、突起部など）は、それだけに限定されないが、正弦波プロファイル、矩形プロファイル（たとえばバイナリ回折格子）、三角形プロファイル、および鋸歯プロファイル（たとえば、ブレーズド格子）の１つまたは複数を含む、回折をもたらす多様な断面形状またはプロファイルの任意のものを有することができる。

本明細書では、「反射モード」または「反射」回折格子は、入射光の回折および反射の両方を行う回折格子として定義される。同様に、「反射モード回折」は、（たとえば反射モード回折格子の）光入射側に対応する方向の回折として定義される。したがって反射モード回折格子によって回折により散乱された光は、通常、光が反射モード回折格子上に入射する側（すなわち「光入射側」）と同じ側である反射モード回折格子の側から離れるように退出または伝播する。これとは対照的に、透過モードまたは透過型回折格子は、回折された光が、全体的に光入射側とは反対の透過モード回折格子の側から退出するように、透過モード回折格子を通過する光を回折する回折格子である。一部の例では、反射モード回折格子は、入射光を反射するか、または少なくとも部分的に反射する反射材料または材料層（たとえば反射金属）を含むことができる。反射モード回折格子の回折特徴部（たとえば、***部または溝）は、さまざまな実施形態により、反射材料の表面内に形成されたもの、反射材料表面上に、またはこれに隣接して形成されたものの１つまたは複数であってよい。

本明細書における定義により、「マルチビーム回折格子」は、複数の光ビームを含む、回折により向け直された光（たとえば、回折により結合出力された光）を生み出す回折格子である。反射モード回折格子は、マルチビーム回折格子を含むことができ、したがって反射モードマルチビーム回折格子として称され得る。さらに、マルチビーム回折格子によって生み出された複数の光ビームは、本明細書における定義により、互いに異なる主要角度方向を有する。特に、定義により、複数の光ビームは、所定の主要角度方向を有し、この主要角度方向は、マルチビーム回折格子による入射光の回折結合および回折リダイレクションの結果、その複数の光ビームの別の光ビームとは異なる。この複数の光ビームは、ライトフィールドを表すことができる。たとえば、複数の光ビームは、８つの異なる主要角度方向を有する８つの光ビームを含むことができる。８つの光ビームは、組み合わせて（すなわち複数の光ビームとして）、たとえば、ライトフィールドを表すことができる。さまざまな実施形態によれば、さまざまな光ビームの異なる主要角度方向は、格子ピッチまたはスペーシングと、マルチビーム回折格子上に入射する光の伝播方向に対する、それぞれの光ビームの原点におけるマルチビーム回折格子の格子特徴部の配向または回転との組み合わせによって決定される。

本明細書において説明するさまざまな実施形態によれば、反射モード回折格子（たとえば、反射モードマルチビーム回折格子）は、電子ディスプレイの画素を表す、結合出力された光を生み出すために使用される。特に、異なる主要角度方向を有する複数の光ビームを生み出すためのマルチビーム回折格子を有するライトガイドは、それだけに限定されないが「めがね不要」三次元（３Ｄ）電子ディスプレイ（マルチビューまたは「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称される）などの電子ディスプレイのバックライトの一部であってよく、またはこのディスプレイと併用されてよい。したがって、マルチビーム回折格子を使用して導波光をライトガイドから結合出力することによって生み出された、異なって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、またはこれを表すことができる。さらに、上記で説明したように、異なって向けられた光ビームは、３Ｄ電子ディスプレイの視野方向に対応する方向を含むライトフィールドを形成することができる。

本明細書において説明するさまざまな例によれば、反射モード回折格子（たとえば、反射モードマルチビーム回折格子）を使用して、光をライトガイド（たとえば平板ライトガイド）から光ビームとして回折により散乱または結合出力することができる。特に、局所的に周期的な反射モード回折格子の、またはこの回折格子によってもたらされた回折角度θ_ｍは、以下の方程式（１）によって与えられ得る：

式中、λは光の波長であり、ｍは回折次数であり、ｎは反射モード回折格子の「光入射」側の材料の屈折率であり、ｄは、反射モード回折格子の特徴部間の距離であり、θ_ｉは、反射モード回折格子上の光の入射角度である。通常、回折次数ｍは、整数によって与えられる。さまざまな例によれば、反射モード回折格子によって生み出された光ビームの回折角度θ_ｍは、方程式（１）によって与えられてよく、この場合、回折次数は正である（たとえばｍ＞０）。たとえば、１次回折は、回折次数ｍが１と等しい場合（すなわちｍ＝１）に提供される。

図１は、本明細書において説明する原理と一致する実施形態による、一例とする反射モード（または反射）回折格子１０の断面図を示す。たとえば、回折格子１０は、ライトガイドに光学的に結合され得る。加えて、図１は、入射角度θ_ｉにおいて反射モード回折格子１０上に入射する光ビーム２０を示す。反射モード回折格子１０によって回折により生み出され、回折角度θｍ（または主要角度方向）を有する光ビーム３０が、方程式（１）によって与えられるように示される。図示するように、光ビーム３０は、回折次数「ｍ」に対応する。加えて、回折格子１０の光入射側４０が特定される。

本明細書では、「光源」は、光の供給源として定義される（たとえば、光を生み出し、出射するように構成された光学エミッタ）。たとえば、光源は、起動されたときに光を出射する発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光学エミッタであり得る。光源は、実質的には光の任意の供給源またはそれだけに限定されないが、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ポリマー発光ダイオード、プラズマベース光学エミッタ、蛍光灯、白熱灯、および他の光の供給源の１つまたは複数を含む、光学エミッタとすることができる。光源によって生み出された光は、色を有することができ（すなわち、光の特定の波長を含むことができ）、またはある波長範囲（たとえば白色光）であってよい。一部の実施形態では、光源は、複数の光学エミッタを備えることができる。たとえば、光源は、光学エミッタのセットまたはグループを含むことができ、この中で、光学エミッタの少なくとも１つは、そのセットまたはグループの少なくとも１つの他の光学エミッタによって生み出された光の色または波長とは異なる、色、または等価的には波長を有する光を生み出す。異なる色は、たとえば原色（たとえば赤色、緑色、青色）を含むことができる。

一部の実施形態では、光源からの光は、実質的に平行化されない光であってよく、他の実施形態では、光は、平行化された光であってよい。特に、コリメータは、光を平行化するために使用され得る。一部の実施形態では、光源は、コリメータを備えることができる。本明細書では、「コリメータ」は、実質的には、光を平行化する（collimate）ように構成された任意の光学デバイスまたは装置として定義される。たとえば、コリメータは、それだけに限定されないが、平行化鏡または反射器、平行化レンズ、およびそれらのさまざまな組み合わせを含むことができる。一部の実施形態では、平行化反射器を備えるコリメータは、放物曲線または形状によって特徴付けられた反射面を有することができる。別の例では、平行化反射器は、成形された放物面反射器を備えることができる。「成形された放物面」とは、成形された放物面反射器の湾曲した反射表面が、所定の反射特性（たとえば平行化の程度）を達成するために決定された方法で、「真」の放物曲線から逸脱することを意味する。同様に、平行化レンズは、球形状に成形された表面（たとえば、両凸球状レンズ）を含むことができる。

一部の実施形態では、コリメータは、連続反射器または連続レンズ（すなわち、実質的に平滑な連続表面を有する反射器またはレンズ）であってよい。他の実施形態では、平行化反射器または平行化レンズは、それだけに限定されないが、光の平行化をもたらすフレネル反射器またはフレネルレンズなどの実質的に不連続の表面を含むことができる。さまざまな実施形態によれば、コリメータによってもたらされる平行化の量は、実施形態ごとに所定の角度または量が変動し得る。さらに、コリメータは、２つの直交方向（たとえば、垂直方向および水平方向）の一方または両方における平行化をもたらすように構成され得る。すなわち、コリメータは、一部の実施形態によれば、光平行化をもたらす２つの直交方向の一方または両方に、ある形状を含むことができる。

本明細書では、「光学的に結合される」は、光場（たとえば光ビーム）によって影響されるか、または別の形でこれとの相互作用を容易にするように配置されるか、または位置決めされるものとして定義される。たとえば、ライトガイドに光学的に結合された格子は、本明細書の定義により、ライトガイド内で導波された光と相互作用する（たとえばこの光の回折をもたらす）ように、ライトガイドに対して配置されるか、または別の形で位置決めされる。光学的に結合された格子は、たとえば、ライトガイド内に配置され得る。別の例では、光学的に結合された格子は、ライトガイドの表面上に配置され得る（たとえば、ライトガイドによって導波される光の一過性の光場と相互作用するように位置決めされる）。

さらに、本明細書では、冠詞「１つ」は、特許技術分野におけるその通常の意味、すなわち「１つまたは複数」を有するよう意図される。たとえば、「格子」は、１つまたは複数の格子を意味し、したがって、「格子」は、本明細書では「格子（複数可）」を意味する。また、本明細書における「上部」、「底部」、「上側」、「下側」、「上」、「下」、「前部」、「後部」、「第１」、「第２」、「左」または「右」へのすべての参照は、本明細書において限定するようには意図されない。本明細書では、用語「約」は、値に適用されたとき、通常、値を生み出すために使用される装置の許容範囲内を意味し、別途明示的に指定されない限り、プラスもしくはマイナス１０％、またはプラスもしくはマイナス５％、またはプラスもしくはマイナス１％を意味することができる。さらに、本明細書において使用する用語「実質的に」は、大部分、またはほとんどすべて、またはすべて、または約５１％から約１００％の範囲内である量を意味する。さらに、本明細書における例は、例示的であることを意図するにすぎず、限定的ではなく論議目的で提示される。

本明細書において説明する原理の一部の実施形態によると、格子ベースのバックライトが、提供される。図２Ａは、本明細書において説明する原理と一致する実施形態による、一例とする格子ベースのバックライト１００の断面図を示す。図２Ｂは、本明細書において説明する原理と一致する別の実施形態による、一例とする格子ベースのバックライト１００の断面図を示す。さまざまな実施形態によれば、格子ベースのバックライト１００は、反射モード回折を使用してバックライト内からの光を、格子ベースのバックライト１００の表面から離れるように向けられた複数の出射されたまたは結合出力された光ビーム１０２として結合出力するように構成される。マルチビーム回折格子に関して以下でより詳細に説明する一部の実施形態では、結合出力された光ビーム１０２は、ライトフィールドを形成するように構成され得る。回折により結合出力された光は、格子ベースのバックライト１００内の導波光１０４の一部である。格子ベースのバックライト１００からの光の回折結合出力をもたらす回折は、さまざまな実施形態により、反射回折である（すなわち反射モード回折格子を使用する）。図２Ａ〜２Ｂでは、導波光は、太線矢印１０４として示され、これは、限定的ではなく例示を簡単にするために、導波光１０４の全体的な伝播方向を示す。

一部の実施形態では、格子ベースのバックライト１００は、電子ディスプレイの光源または「バックライト」であってよい。特に、ライトフィールドが結合出力された光ビーム１０２によって生み出される一部の実施形態によれば、電子ディスプレイは、いわゆる「めがね不要」三次元（３Ｄ）電子ディスプレイ（たとえば、マルチビュー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）とすることができ、この場合、格子ベースのバックライト１００は、３Ｄディスプレイの異なる「視野」に関連する画素に対応するか、またはこれを表すさまざまな結合出力された光ビーム１０２を生み出すように構成される。さらに、一部の実施形態では、電子ディスプレイは、結合出力された光ビーム１０２を（たとえば、以下に説明するような光弁によって）変調することができる。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結合出力された光ビーム１０２の異なるセットの変調は、たとえば、ダイナミック３Ｄ電子ディスプレイ用途に特に有用になり得る。すなわち、特定の視野方向に向けられた変調された、結合出力された光ビーム１０２の異なるセットは、特定の視野方向に対応する３Ｄ電子ディスプレイのダイナミック画素を表すことができる。

図２Ａ〜２Ｂに示すように、格子ベースのバックライト１００は、ライトガイド１１０を備える。一部の実施形態では、ライトガイド１１０は、平板ライトガイド１１０であってよい。ライトガイド１１０は、光（たとえば、光ビーム）を、導波光ビーム１０４として導波するように構成される。たとえば、ライトガイド１１０は、光学導波路として構成された誘電材料を含むことができる。誘電材料は、誘電光学導波路を取り囲む媒体の第２の屈折率より大きい第１の屈折率を有することができる。屈折率の相違は、たとえば、ライトガイド１１０の１つまたは複数の導波モードによる導波光１０４の全内部反射を容易にするように構成される。

さまざまな実施形態によれば、光は、ライトガイド１１０によって、かつその長さに沿って導波される。さらに、ライトガイド１１０は、全内部反射を使用して、導波光ビーム１０４を非ゼロの伝播角度で、ライトガイド１１０の第１の表面１１０’（たとえば「前部」の表面または側面）と、第２の表面１１０”（たとえば、「後部」の表面または側面）との間で導波するように構成される。特に、導波光ビーム１０４は、ライトガイド１１０の第１の表面１１０’と、第２の表面１１０”との間で、非ゼロ伝播角度で反射または「跳ね返る」ことによって伝播する。一部の実施形態では、異なる色の光を含む複数の導波光ビーム１０４は、異なる色特有の非ゼロ伝播角度のそれぞれ１つでライトガイド１１０によって導波され得る。非ゼロ伝播角度は、例示を簡単にするために、図２Ａ〜２Ｂでは示されないことに留意されたい。

本明細書で定義するように、「非ゼロ伝播角度」は、ライトガイド１１０の表面（たとえば、第１の表面１１０’または第２の表面１１０”）に対する角度である。さらに、さまざまな実施形態によれば、非ゼロ伝播角度は、ゼロを上回り、かつライトガイド１１０内の全内部反射の臨界角未満である。たとえば、導波光ビーム１０４の非ゼロ伝播角度は、約１０度から約５０度の間、または一部の例では、約２０度から約４０度の間、または約２５度から約３５度であってよい。たとえば、非ゼロ伝播角度は、約３０度であってよい。他の例では、非ゼロ伝播角度は、約２０度、または約２５度、または約３５度であってよい。さらに、特有の非ゼロ伝播角度は、これが、ライトガイド１１０内の全内部反射の臨界角未満であるように選択される限り、個々の実施に合わせて（たとえば任意で）選択されてよい。

ライトガイド１１０内の導波光ビーム１０４は、非ゼロ伝播角度（たとえば、約３０〜３５度）でライトガイド１１０内に導入または結合され得る。レンズ、鏡、または類似の反射器（たとえば傾斜した平行化反射器）、およびプリズム（図示せず）の１つまたは複数は、たとえば、光を導波光ビーム１０４として非ゼロ伝播角度でライトガイド１１０の入力端部に結合することを容易にすることができる。ライトガイド１１０内に結合した後、導波光ビーム１０４は、ライトガイド１１０に沿って、入力端部から全体的に離れる方向に伝播する（たとえば、図２Ａ〜２Ｂ内のｘ軸に沿って指す太線矢印１０４によって示す）。

さらに、光をライトガイド１１０に結合することによって生み出された、導波光ビーム１０４は、さまざまな実施形態によれば、平行化された光ビームであってよい。本明細書では、「平行化された光」または「平行化された光ビーム」は、光ビームの光線が、光ビーム（たとえば、導波光ビーム１０４）内で互いに実質的に平行である、光のビームとして定義される。さらに、平行化された光ビームから分岐するか、または散乱する光の光線は、本明細書の定義により、平行化された光ビームの一部であるようには考えられない。平行化された、導波光ビーム１０４を生み出すための光の平行化は、それだけに限定されないが、レンズまたは鏡（たとえば傾斜した平行化反射器など）を含むコリメータによってもたらされ得る。

一部の例では、ライトガイド１１０（たとえば、平板ライトガイド１１０）は、光学的に透明な誘電材料の延長された、実質的に平面のシートを備える、スラブまたは平板光学導波路であってよい。誘電材料の実質的に平面のシートは、導波光ビーム１０４を全内部反射を使用して導波するように構成される。さまざまな例によれば、ライトガイド１１０の光学的に透明な材料は、それだけに限定されないが、さまざまなタイプのガラス（たとえば、シリカガラス、アルミノケイ酸アルカリガラス、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（たとえば、ポリ（メタクリル酸メチル）または「アクリルガラス」、ポリカーボネートなど）の１つまたは複数を含む、多様な誘電材料の任意のものを含むことができ、または任意のものから構成されてよい。一部の例では、ライトガイド１１０は、さらに、ライトガイド１１０の表面の少なくとも一部分（たとえば、上面および底面の一方または両方）上にクラッド層（図示せず）を含むことができる。クラッド層は、一部の実施形態によれば、全内部反射をさらに容易にするために使用され得る。

図２Ａおよび２Ｂに示すように、格子ベースのバックライト１００は、さらに、複数の反射格子島状構造１２０を含む。複数の反射格子島状構造１２０は、互いから離間され、すなわち複数の各反射格子島状構造１２０間に非ゼロ空間が存在する。さらに、反射格子島状構造１２０は、ライトガイド１１０に光学的に結合され、これは以下でさらに説明される。さまざまな実施形態によれば、複数の反射格子島状構造１２０は、反射モード回折格子（すなわち反射回折格子）を含む。反射モード回折格子は、さまざまな実施形態により、導波光ビーム１０４の一部分を、所定の主要角度方向を有する結合出力された光ビーム１０２として回折により結合出力するように構成される。特に、複数の結合出力された光ビーム１０２は、一部の実施形態では、反射格子島状構造１２０の反射モード回折格子によって、回折により結合出力され得る。さらに、複数の結合出力された光ビームの各結合出力された光ビーム１０２は、複数の結合出力された光ビームの他の結合出力された光ビームとは異なる主要角度方向を有することができ、これは、マルチビーム回折格子に関して以下でさらに説明される。

一部の実施形態では、反射格子島状構造１２０の反射モード回折格子は、反射材料層に隣接する回折格子（たとえば誘電回折格子）を含むことができる。たとえば、反射モード回折格子の回折特徴部は、誘電材料から形成されるか、またはこれを別の形で使用してもたらされ得る。誘電材料を含む回折特徴部は、したがって、誘電回折格子をもたらす。さらに、誘電回折格子は、反射材料の層に隣接して（たとえば、これによって支持されて）配置されて反射モード回折格子をもたらすことができる。反射材料層は、それだけに限定されないが、反射金属の層（たとえば金、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル、など）、反射Ｍｙｌａｒ（登録商標）フィルム、または強化型鏡面リフレクタフィルム（ＥＳＲ）を含むことができる。たとえば、Ｖｉｋｕｉｔｉ（登録商標）ＥＳＲが、反射材料層として使用されてよい。Ｖｉｋｕｉｔｉ（商標）ＥＳＲは、ミネソタ州、セントポール所在の３Ｍ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮの登録商標である。Ｍｙｌａｒ（登録商標）は、デラウェア州、ウイルミントン所在のＥ．Ｉ．ＤＵ ＰＯＮＴ ＤＥ ＮＥＭＯＵＲＳ ＡＮＤ ＣＯＭＰＡＮＹ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮの登録商標である。

別の実施形態では、反射モード回折格子は、反射層から形成された、または反射層内に別の形でもたらされた回折特徴部を含む反射層を含むことができる。たとえば、反射モード回折格子の回折特徴部は、反射金属（たとえば金、銀、アルミニウム、クロム、ニッケルなど）または上記で述べたような類似の反射材料を含むことができる。特に、反射格子島状構造１２０の反射モード回折格子は、金属回折格子（たとえば、金属回折特徴部を含む金属層）であってよい。他の例では、反射材料（たとえば金属）を含む回折特徴部は、反射層またはフィルムによって支持されるか、またはこれに隣接して置かれて、反射モード回折格子をもたらすことができる。反射層またはフィルムは、反射回折特徴部の材料と同じ材料または異なる材料であってよい。

図３Ａは、本明細書において説明する原理と一致する実施形態による、一例とする反射格子島状構造１２０の断面図を示す。特に、図３Ａに示すように、反射格子島状構造１２０は、組み合わせて反射モード回折格子をもたらす、反射材料層１２４に隣接する誘電回折格子１２２を含む。誘電回折格子１２２は、誘電材料の複数の回折特徴部１２２ａを含むことができる。さらに、誘電回折特徴部１２２ａは、図示するように、非ゼロ距離によって互いから離間され、入射光ビーム（たとえば、非ゼロ伝播角度における導波光ビーム１０４）の回折をもたらすように構成される。さまざまな実施形態によれば、誘電回折格子１２２は、反射材料層１２４上に（図示するように）設けられるか、または反射材料層１２４に隣接するが、そこから離間されて（図示せず）配置され得る。

図３Ｂは、本明細書において説明する原理と一致する別の実施形態による、一例とする反射格子島状構造１２０の断面図を示す。図３Ｂに示すように、反射格子島状構造１２０は、複数の反射回折特徴部１２４ａを反射材料層１２４の表面に含んで、反射モード回折格子をもたらすことができる。一部の例では、反射回折特徴部１２４ａは、反射材料層１２４自体（たとえば図示するような）から形成され得る。たとえば、回折特徴部１２４ａは、表面をエッチングすることによって、またはナノインプリントリソグラフィを使用して表面にパターン付けすることによって反射材料層１２４の表面内に形成され得る。別の例（図示せず）では、反射回折特徴部１２４ａは、反射材料（たとえば別の反射材料）を反射材料層表面上に堆積し、パターン付けすることによってもたらされ得る。一部の実施形態では、堆積された反射回折特徴部１２４ａは、反射材料層１２４のものとは異なる反射材料を含むことができ、一方で他の一部の実施形態では、堆積された回折特徴部１２４ａは、堆積によって提供されるものであるが、反射材料層１２４の反射材料を含むことができる。

図３Ｃは、本明細書において説明する原理と一致するさらに別の実施形態による、一例とする反射格子島状構造の断面図を示す。図３Ｃに示すように、反射格子島状構造１２０は、反射材料を含む複数の回折特徴部１２６によってもたらされ得る反射モード回折格子を含む。（たとえば図示するような）一部の実施形態では、反射回折特徴部１２６は単独で、入射光ビーム（たとえば導波光ビーム１０４）の回折をもたらすことができる。他の実施形態（図示せず）では、反射回折特徴部１２６は、反射材料層（たとえば反射材料層１２４）によってさらに支持されるか、またはこれに隣接することができる。たとえば、反射回折特徴部１２６は、反射材料層に隣接するが、（非ゼロ距離で）離間されて、反射格子島状構造１２０の回折効率を改善することができる。さらに、上記で明示的にあげていないが、さまざまな他の反射回折格子の任意のものが、本明細書において説明する原理の一部の実施形態により、反射格子島状構造１２０の反射モード回折格子として使用されてよい。また、図３Ａ〜３Ｃの回折特徴部は、均一な回折格子として示しているが、図３Ａ〜３Ｃの回折特徴部は、一部の実施形態により回折格子（たとえば、チャープ型回折格子）内で非均一に離間されるもの、および非均一に成形されるものの１つまたは両方であってよいことにも留意されたい。

さまざまな実施形態によれば、複数の反射格子島状構造１２０は、これがライトガイド１１０に光学的に結合されれば、第１のライトガイド表面１１０’の下方のライトガイド１１０内の実質的にどこに配置されてもよい。特に、一部の実施形態では、反射格子島状構造１２０は、（たとえば図２Ａに示すように）ライトガイド１１０内の、ライトガイド１１０の第１の表面１１０’と第２の表面１１０”との間に配置され得る。反射格子島状構造１２０は、たとえば、ライトガイド１１０の誘電材料に埋め込まれ得る。他の実施形態では、反射格子島状構造１２０は、（たとえば図２Ｂに示すように）ライトガイド１１０の第２の表面１１０”にあってよい。たとえば、反射格子島状構造１２０の反射モード回折格子は、第２の表面にある回折特徴部と、回折特徴部を覆うか、またはその下にあるように構成された反射材料層とを含むことができる。回折特徴部は、たとえば、ライトガイド１１０の第２の表面１１０”内の溝および第２の表面１１０”上の***部の１つまたは両方を含むことができる。図２Ｂは、第２の表面１１０”内の溝を示す。第２の表面１１０”上の***部は示されないが、***部は、たとえば、図３Ａ〜３Ｃに示す例のいずれかによって実現され得る。溝および***部の１つまたは両方は、たとえば、図３Ａから３Ｃに関して上記で説明したようなさまざまな実施形態により、ライトガイド１１０の材料または別の材料（誘電または反射材料）を含むことができる。たとえば、溝は、第２の表面１１０”内にエッチングされても、削られても、もしくは成形されてもよく、または***部は、第２の表面１１０”に付けられても、堆積されても、または別の形で固着されてもよい。

さまざまな実施形態によれば、反射格子島状構造１２０の反射モード回折格子は、マルチビーム回折格子を含むことができる。マルチビーム回折格子は、導波光ビーム１０４の一部分を、複数の結合出力された光ビーム１０２として回折により結合出力するように構成され得る。さらに、マルチビーム回折格子によって、回折により結合出力された、結合出力された光ビーム１０２は、さまざまな実施形態により、互いから異なる主要角度方向を有することができる。さらに、マルチビーム回折格子は、反射モード回折格子（すなわち反射モードマルチビーム回折格子）として作動するように構成される。たとえば、両方の図２Ａおよび図２Ｂは、限定的ではなく例として、複数の反射格子島状構造１２０の反射モード回折格子をマルチビーム回折格子として示す。さらに、図２Ａおよび図２Ｂは、反射格子島状構造１２０の反射モードマルチビーム回折格子からの結合出力された光ビーム１０２が、互いに異なる主要角度方向を有することを示す。

図４Ａは、本明細書に説明する原理と一致する実施形態による、一例とするマルチビーム回折格子２００の断面図を示す。図４Ｂは、本明細書に説明する原理と一致する実施形態による、一例とするマルチビーム回折格子２００の斜視図を示す。図４Ａ〜４Ｂに示すマルチビーム回折格子２００は、たとえば、図２Ａおよび２Ｂの反射格子島状構造１２０の反射モード回折格子を表すことができる。さらに図示されるのは、ライトガイド２１０によって導波される光ビーム２０４であり、マルチビーム回折格子２００は、入射した導波光ビーム２０４を受けるために、ライトガイド２１０に光学的に結合される。ライトガイド２１０および入射した、導波光ビーム２０４は、たとえば、上記で説明したライトガイド１１０および導波光ビーム１０４に実質的に類似し得る。

さらに、図４Ａ〜４Ｂに示すように、反射モード回折格子として作動するマルチビーム回折格子２００は、導波光ビーム２０４の一部分を、複数の結合出力された光ビーム２０２として回折により結合出力するように構成されてよく、結合出力された光ビーム２０２は、反射回折の結果、マルチビーム回折格子２００の光入射側から離れるように向けられる。複数の結合出力された光ビーム２０２は、たとえば上記で説明した、複数の結合出力された光ビーム１０２に実質的に類似し得る。特に、この複数の結合出力された光ビーム２０２は、複数の他の結合出力された光ビーム２０２の主要角度方向とは異なる所定の主要角度方向を有する。

さまざまな実施形態によれば、図４Ａ〜４Ｂに示すマルチビーム回折格子２００は、たとえば、互いから離間された溝および***部の一方または両方を表すことができる複数の回折特徴部２２０を含む。一部の実施形態では、回折特徴部２２０は、たとえば図４Ｂに示すように湾曲され得る。マルチビーム回折格子２００は、それだけに限定されないが、反射層に隣接する誘電回折格子（たとえば、図３Ａの誘電回折格子１２２および反射材料層１２４）および反射材料の、または反射層の表面に配置された反射回折特徴部（たとえば、図３Ｂ〜３Ｃの反射回折特徴部１２４ａおよび反射材料層１２４）を含む（上記で説明したような）さまざま実施形態では反射格子島状構造１２０の反射モード回折格子として実装され得る。

上記で述べたように、マルチビーム回折格子２００は、導波光ビーム２０４の一部分を、上記で述べた異なる所定の主要角度方向を有する複数の結合出力された光ビーム２０２として回折により散乱させるか、または回折により結合出力するように構成される。マルチビーム回折格子２００を含むバックライトが、電子ディスプレイ内に含まれるとき、異なる所定の主要角度方向は、たとえば、３Ｄまたはマルチビュー電子ディスプレイの異なる視野方向に対応することができる。たとえば、さらに、複数の結合出力された光ビーム２０２の各々は、さまざまな実施形態により、マルチビーム回折格子２００の回折特徴部の特徴によって決定された異なる所定の主要角度方向を有することができる。

特に、図４Ａ〜４Ｂに示すマルチビーム回折格子２００の回折特徴部２２０は、ライトガイド２１０からの導波光ビーム２０４の部分の回折的結合に関与する回折（たとえば反射回折）をもたらすように構成される。一部の実施形態によれば、マルチビーム回折格子２００は、チャープ型回折格子であってよく、またはこれを含むことができる。定義により、「チャープ型」回折格子は、たとえば図４Ａ〜４Ｂに（たとえば、図２Ａ〜２Ｂにも）示すように、チャープ型回折格子の横幅または長さにわたって可変となる回折特徴部の、またはその間の回折間隔ｄ（すなわち回折ピッチ）を呈する、または有する回折格子である。本明細書では、可変の回折間隔ｄは、「チャープ」として定義され参照される。チャープの結果として、回折により結合出力された導波光ビームの部分は、チャープ型回折格子から離れるように、マルチビーム回折格子２００のチャープ型回折格子にわたる異なる原点に対応する異なる回折角度で伝播する。所定のチャープにより、チャープ型回折格子は、複数の光ビームの結合出力された光ビームの所定の異なる主要角度方向に関与する。

一部の例では、マルチビーム回折格子２００のチャープ型回折格子は、距離に伴って線形に変動する回折間隔ｄのチャープを有し、または呈することができる。したがって、チャープ型回折格子は、定義により、「線形チャープ型」回折格子である。図４Ａ〜４Ｂは、限定的ではなく例として、マルチビーム回折格子２００を線形のチャープ型回折格子として示す。特に、示すように、回折特徴部は、マルチビーム回折格子２００の第１の端部のところの方が、第２の端部のところより互いに近づく。さらに、示した回折特徴部２２０の回折間隔ｄは、図示するように、第１の端部から第２の端部に線形に変動する。

別の例（図示せず）では、マルチビーム回折格子２００のチャープ型回折格子は、回折間隔の非線形チャープを呈することができる。マルチビーム回折格子２００を実現するために使用され得るさまざまな非線形チャープは、それだけに限定されないが、指数チャープ、対数チャープ、または別の実質的に非均一、またはランダムではあるが単調な形で変動するチャープを含む。それだけに限定されないが、正弦チャープまたは三角形もしくは鋸歯チャープなどの非単調チャープもまた、使用されてよい。これらのタイプのチャープの任意の組み合わせが使用されてもよい。

一部の実施形態によれば、マルチビーム回折格子２００は、湾曲およびチャープの一方または両方である回折特徴部２２０を含むことができる。たとえば、図４Ｂに示すように、マルチビーム回折格子２００は、湾曲およびチャープ両方の回折特徴部２２０を含む（すなわち、図４Ｂのマルチビーム回折格子２００は、湾曲し、チャープした回折格子である）。図４Ｂにさらに示すように、導波光ビーム２０４は、マルチビーム回折格子２００の第１の端部におけるマルチビーム回折格子２００に対する入射方向を指す太線矢印によって表される。また、マルチビーム回折格子２００の光入射側から外方を指す矢印によって表された複数の結合出力された光ビーム２０２が、示される。結合出力された光ビーム２０２は、マルチビーム回折格子２００から離れるように、複数の異なる所定の主要角度方向に伝播する。特に、結合出力された光ビーム２０２の所定の異なる主要角度方向は、ここに示すように、方位角および仰角の両方において互いに異なる。さまざまな例によれば、回折特徴部２２０の所定のチャープおよび回折特徴部２２０の湾曲の両方が、結合出力された光ビーム２０２の異なる所定の主要角度方向に関与し得る。

本明細書に説明する原理の一部の実施形態によれば、電子ディスプレイが提供される。さまざまな実施形態では、電子ディスプレイは、変調された光ビームを電子ディスプレイの画素として出射するように構成される。さらに、さまざまな例では、出射された、変調された光ビームは、優先的に、複数の異なって向けられた光ビームとして電子ディスプレイの視野方向に向けられ得る。一部の例では、電子ディスプレイは、三次元（３Ｄ）またはマルチビュー電子ディスプレイである。変調された、異なって向けられた光ビームの異なるものは、さまざまな例によれば、３Ｄ電子ディスプレイに関連する異なる「視野」に対応することができる。異なる視野は、たとえば、情報が３Ｄ電子ディスプレイによって表示されている「めがね不要」（たとえば、オートステレオスコピック）の描写提供することができる。

図５Ａは、本明細書に説明する原理と一致する実施形態による、一例とする三次元（３Ｄ）電子ディスプレイ３００のブロック図を示す。図５Ｂは、本明細書において説明する原理と一致する実施形態による、一例とする三次元（３Ｄ）電子ディスプレイ３００の断面図を示す。たとえば、図５Ｂに示す３Ｄ電子ディスプレイは、図５Ａの３Ｄ電子ディスプレイ３００の実施形態を表すことができる。さらに、３Ｄ電子ディスプレイ３００は、たとえばマルチビューディスプレイとも称され得る。図示するように、３Ｄ電子ディスプレイ３００は、３Ｄ電子ディスプレイ３００の異なる視野方向に関連する異なる視野に対応する画素を表す変調された光ビーム３０２を出射するように構成される。

図５Ａおよび５Ｂに示すように、３Ｄ電子ディスプレイ３００は、たとえば図５Ｂでは、導波光ビーム３０６を表す延長矢印によって示す光ビームを導波する平板ライトガイド３１０を備える。平板ライトガイド３１０内の導波光ビーム３０６は、３Ｄ電子ディスプレイ３００によって出射された、変調された光ビーム３０２となる光源である。一部の実施形態によれば、平板ライトガイド３１０は、格子ベースのバックライト１００に関して上記で説明したライトガイド１１０に実質的に類似し得る。たとえば、平板ライトガイド３１０は、全内部反射によって光を導波するように構成された誘電材料の平面シートであるスラブ光学導波路であってよい。導波光ビーム３０６は、光のビームとして、第１または第２のいずれかの非ゼロ伝播角度で導波され得る。したがって、平板ライトガイド３１０によって導波された、導波光ビーム３０６は、格子ベースのバックライト１００の導波光ビーム１０４に実質的に類似し得る。たとえば、導波光ビーム３０６は、一部の実施形態によれば、平行化された光ビームであってよい。

図５Ａ〜５Ｂに示す３Ｄ電子ディスプレイ３００は、さらに、反射格子島状構造３２０の配列を含む。この配列の反射格子島状構造３２０は、（たとえば平板ライトガイド３１０の表面内または表面上において）平板ライトガイド３１０に光学的に結合される。この配列の反射格子島状構造３２０は、格子ベースのバックライト１００の反射格子島状構造１２０に実質的に類似し得る。たとえば、反射格子島状構造３２０は、反射モード回折格子を含む。より詳細には、反射格子島状構造３２０は、さまざまな実施形態により、反射モードマルチビーム回折格子を含む。反射モードマルチビーム回折格子は、導波光ビーム３０６の一部分を、異なる主要角度方向を有する複数の結合出力された光ビーム３０４として回折により結合出力するように構成される。さらに、結合出力された光ビーム３０４の異なる主要角度方向は、さまざまな実施形態により、３Ｄ電子ディスプレイ３００の異なる視野のそれぞれの視野方向に対応する。一部の実施形態では、反射格子島状構造３２０の反射モードマルチビーム回折格子は、上記で説明したマルチビーム回折格子２００に実質的に類似し得る。

さらに、一部の実施形態では、反射格子島状構造３２０のマルチビーム回折格子は、チャープ型回折格子を含むことができる。一部の例は、マルチビーム回折格子の回折特徴部（たとえば、溝、***部など）は、湾曲した回折特徴部である。たとえば、湾曲した回折特徴部は、湾曲された（すなわち連続的に湾曲された、または区分ごとに湾曲された）***部または溝と、マルチビーム回折格子上の距離の関数として変動する湾曲した回折特徴部間の空間とを含むことができる。

図５Ａおよび５Ｂに示すように、３Ｄ電子ディスプレイ３００は、さらに、光弁配列３３０を含む。光弁配列３３０は、さまざまな例により、結合出力された光ビーム３０４を変調するように構成された複数の光弁を備える。特に、光弁配列３３０の光弁は、結合出力された光ビーム３０４を変調して、変調された光ビーム３０２をもたらす。変調された光ビーム３０２は、３Ｄ電子ディスプレイ３００の異なる視野（すなわち、異なる視野方向の）画素を表す。さまざまな例では、それだけに限定されないが、液晶（ＬＣ）光弁、エレクトロウェッティング光弁、および電気泳動光弁の１つまたは複数を含む、光弁配列３３０内の異なるタイプの光弁が、使用されてよい。点線が、図５で使用されて、変調された光ビーム３０２の変調を例として強調する。

（たとえば、図５Ａ〜５Ｂに示すような）一部の例では、３Ｄ電子ディスプレイ３００は、さらに、平板ライトガイド３１０の入力部に光学的に結合された光源３４０を備える。光源３４０は、光を、一部の実施形態では平行化された光を平板ライトガイド入力部にもたらすように構成される。特に、一部の実施形態によれば、平板ライトガイド３１０は、平行化された光を、平行化された光ビームとして非ゼロ伝播角度で導波するように構成される。

一部の実施形態では、光源３４０は、それだけに限定されないが、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザなどの光学エミッタを含む。たとえば、光源３４０は、単色光をもたらすために特定の色（たとえば、赤色、緑色、および青色）のＬＥＤを含むことができる。一部の実施形態では、光源３４０は、複数の異なる色の光をもたらすように構成された複数の光学エミッタを備える。たとえば、光源３４０は、赤色光をもたらすように構成された第１のＬＥＤと、緑色光をもたらすように構成された第２のＬＥＤと、青色光をもたらすように構成された第３のＬＥＤとを備えることができる。光源３４０によって異なる色の光がもたらされる一部の実施形態によれば、平板ライトガイド３１０は、異なる色の光を表す光ビームを、異なる、色特有の非ゼロ伝播角度で導波するようにさらに構成され得る。たとえば、光源３４０が、赤色光、緑色光、および青色光をもたらすように構成されたとき、赤色光、緑色光、および青色光の各々は、異なる色の、光源３４０により平行化された光ビームとしてもたされてよい。さらに、平板ライトガイド３１０は、異なる色の平行化された光ビームの各々を、それぞれの異なる、色特有の非ゼロ伝播角度で導波するように構成され得る。他の実施形態では、光源３４０は、それだけに限定されないが、蛍光色および白色、またはより全般的に広帯域光（たとえば白色または多色光）をもたらすように構成された多色ＬＥＤなどの広帯域光源であってよい。さらに光源３４０は、それだけに限定されないが、光源からの光を平行化するための、上記で説明したコリメータのいずれかなどのコリメータを含むことができる。

本明細書において説明する原理の一部の実施形態によれば、格子ベースのバックライト作動の方法が提供される。図６は、本明細書において説明する原理と一致する実施形態による、一例とする格子ベースのバックライト作動の方法４００の流れ図を示す。図６に示すように、構成ベースのバックライト作動の方法４００は、光ビームをライトガイド内で導波するステップ４１０を含む。一部の実施形態では、ライトガイドおよび導波光ビームは、格子ベースのバックライト１００に関して上記で説明した、ライトガイド１１０および導波光ビーム１０４に実質的に類似し得る。特に、一部の実施形態では、ライトガイドは、導波光４１０を（たとえば、光の平行化されたビームとして）全内部反射によって導波することができる。さらに、光ビームは、ライトガイドの第１の表面と第２の表面との間で、非ゼロ伝播角度で導波され得る４１０。さらに、ライトガイドは、一部の実施形態では、実質的に平面な誘電光学導波路（たとえば平板ライトガイド）であってよい。

格子ベースのバックライト作動の方法４００は、さらに、複数の反射格子島状構造を使用して、導波光ビームの一部分を結合出力された光ビームとして回折により結合出力するステップ４２０を含む。さまざまな実施形態によれば、結合出力された光ビームは、ライトガイドの第１の表面から出て離れるように、所定の主要角度方向に向けられる。さらに、複数の反射格子島状構造は、互いから離間され、ライトガイドに光学的に結合される。さらに、複数の反射格子島状構造は、さまざまな実施形態により、反射モード回折格子を含む。

一部の実施形態では、導波光ビームの一部分を回折により結合出力するステップ４２０に使用される反射格子島状構造は、格子ベースのバックライト１００に関して上記で説明した反射格子島状構造１２０に実質的に類似する。さらに、結合出力された光ビームは、これもまた上記で説明した結合出力された光ビーム１０２に実質的に類似し得る。たとえば、反射格子島状構造の反射モード回折格子は、反射材料層に隣接する誘電格子を含むことができる。別の例では、反射モード回折格子は、金属回折格子または反射回折特徴部を有する回折格子を含むことができる。

一部の実施形態では、反射格子島状構造の反射モード回折格子は、マルチビーム回折格子を含むことができる。マルチビーム回折格子は、上記で説明したマルチビーム回折格子２００に実質的に類似し得る。特に、マルチビーム回折格子は、導波光ビームの一部分を、複数の結合出力された光ビームとして回折により結合出力するように構成され得る。複数の結合出力された光ビームの結合出力された光ビームは、さまざまな実施形態によれば、互いに異なる主要角度方向を有することができる。さらに、結合出力された光ビームの異なる主要角度方向は、一部の実施形態では、三次元（３Ｄ）またはマルチビュー電子ディスプレイの異なる視野のそれぞれの視野方向に対応することができる。

（たとえば、図６に示すように）一部の実施形態では、格子ベースのバックライト作動の方法４００は、さらに、光弁を使用して結合出力された光ビームを変調するステップ４３０を含む。変調された、結合出力された光ビームは、さまざまな実施形態によれば、電子ディスプレイの画素を形成することができる。（たとえば、マルチビーム回折格子が反射モード回折格子として使用される）一部の実施形態では、結合出力された光ビームを変調するステップ４３０は、複数の光弁を使用して、複数の異なって向けられた、結合出力された光ビームの変調をもたらすことができる。さらに、変調された４３０、異なって向けられた結合出力された光ビームは、たとえば、３Ｄ電子ディスプレイのさまざまな視野方向の異なる１つに向けられてよい。

結合出力された光ビームを変調するステップ４３０に使用される光弁は、一部の実施形態によれば、光弁配列３３０の光弁に実質的に類似し得る。たとえば、光弁は、液晶光弁を含むことができる。別の例では、光弁は、それだけに限定されないが、エレクトロウェッティング光弁および電気泳動光弁の一方もしくは両方、または液晶光弁または他の光弁タイプとの組み合わせを含む、別のタイプの光弁であってよい。

こうして、反射格子島状構造を使用する、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作動の方法の例を説明してきた。上記で説明した例は、本明細書において説明する原理を表す多くの特有の例および実施形態の一部を例示するにすぎないことを理解されたい。明確なことに、当業者は、以下の特許請求の範囲によって定義された範囲から逸脱することなく、数多くの他の配置を容易に企図することができる。

１０ 反射モード回折格子
２０ 入射する光ビーム
３０ 反射モード回折格子によって回折により生み出される光ビーム
４０ 光入射側
１００ 格子ベースのバックライト
１０２ 結合出力された光ビーム
１０３ 水平の太線矢印
１０４ 導波光、導波光ビーム
１１０ ライトガイド
１１０’ 第１の表面
１１０” 第２の表面
１２０ 反射格子島状構造
１２２ 誘電回折格子
１２２ａ 誘電回折特徴部
１２４ 反射材料層
１２４ａ 反射回折特徴部
１２６ 反射回折特徴部
２００ マルチビーム回折格子
２０２ 結合出力された光ビーム
２０４ 入射した導波光ビーム
２１０ ライトガイド
２２０ 回折特徴部
３００ 電子ディスプレイ
３０２ 光ビーム
３０４ 結合出力された光ビーム
３０６ 導波光ビーム
３１０ 平板ライトガイド
３２０ 反射島状構造
３３０ 光弁配列
３４０ 光源
４００ 方法
４１０、４２０、４３０ ステップ
Ｏ 原点
ｄ 反射モード回折格子の特徴部間の距離、回折間隔
ｍ 回折次数
ｎ 反射モード回折格子の光入射側の材料の屈折率
θ_ｍ 回折角度
θ_ｉ 入射角度
λ 光の波長

Claims (23)

1. 格子ベースのバックライトであって、
   ライトガイドであって、光ビームを非ゼロ伝播角度で前記ライトガイドの第１の表面と第２の表面との間で導波するように構成される、ライトガイドと、
   互いから離間され、前記ライトガイドに光学的に結合された複数の反射格子島状構造であって、前記導波光ビームの一部分を、結合出力された光ビームとして回折により結合出力するように構成された反射モード回折格子を含む、複数の反射格子島状構造とを備え、
   前記結合出力された光ビームは、前記ライトガイドの前記第１の表面から離れるように所定の主要角度方向に向けられる、格子ベースのバックライト。
2. 前記反射モード回折格子が、反射材料層に隣接する誘電回折格子を含む、請求項１に記載の格子ベースのバックライト。
3. 前記反射モード回折格子が、反射金属回折格子を含む、請求項１に記載の格子ベースのバックライト。
4. 前記反射格子島状構造が、前記ライトガイドの前記第１の表面と前記第２の表面との間にある、請求項１に記載の格子ベースのバックライト。
5. 前記反射格子島状構造が、前記ライトガイドの前記第２の表面にある、請求項１に記載の格子ベースのバックライト。
6. 前記反射格子島状構造の前記反射モード回折格子が、前記ライトガイドの第２の表面にある回折特徴部と、反射材料層とを含み、前記回折特徴部は、前記第２の表面内の溝、および前記ライトガイドの前記第２の表面上の***部の１つまたは両方を含み、前記反射材料層は、前記第２表面上にあって前記回折特徴部を覆う、請求項５に記載の格子ベースのバックライト。
7. 前記反射格子島状構造の前記反射モード回折格子が、前記導波光ビームの前記部分を、複数の結合出力された光ビームとして回折により結合出力するように構成されたマルチビーム回折格子を含み、前記複数の結合出力された光ビームの結合出力された光ビームは、互いに異なる主要角度方向を有する、請求項１に記載の格子ベースのバックライト。
8. 前記マルチビーム回折格子が、チャープ型回折格子を含む、請求項７に記載の格子ベースのバックライト。
9. 前記マルチビーム回折格子が、互いから離間された湾曲した回折特徴部を含む、請求項７に記載の回折ベースのバックライト。
10. 前記結合出力された光ビームの前記異なる主要角度方向が、三次元（３Ｄ）電子ディスプレイの異なる視野のそれぞれの視野方向に対応する、請求項７に記載の格子ベースのバックライト。
11. 請求項７の格子ベースのバックライトを備える三次元（３Ｄ）電子ディスプレイであって、さらに、
    前記ライトガイドの入力部に光学的に結合された光源であって、前記光ビームとして導波される、平行化された光をもたらすように構成される、光源と、
    前記複数の結合出力された光ビームの結合出力された光ビームを変調するように構成された光弁であって、前記ライトガイドの前記第１の表面に隣接する、光弁とを備え、
    前記結合出力された光ビームの前記主要角度方向は、前記３Ｄ電子ディスプレイの視野方向に対応し、前記変調された光ビームは、前記視野方向の前記３Ｄ電子ディスプレイの画素を表す、三次元（３Ｄ）電子ディスプレイ。
12. 三次元（３Ｄ）電子ディスプレイであって、
    平板ライトガイドであって、光ビームを非ゼロ伝播角度で前記平板ライトガイド内で導波するように構成される、平板ライトガイドと、
    前記平板ライトガイドに光学的に結合された反射格子島状構造の配列であって、前記配列の反射格子島状構造は、前記導波光ビームの一部分を、前記３Ｄ電子ディスプレイの異なる視野のそれぞれの視野方向に対応する、互いに異なる主要角度方向を有する、複数の結合出力された光ビームとして回折により結合出力するように構成された反射モードマルチビーム回折格子を含む、反射格子島状構造の配列と、
    前記複数の結合出力された光ビームの前記結合出力された光ビームを変調するように構成された光弁配列であって、前記変調された、結合出力された光ビームは、前記３Ｄ電子ディスプレイの前記異なる視野の画素を表す、光弁配列とを備える、三次元（３Ｄ）電子ディスプレイ。
13. さらに、前記平板ライトガイドの入力部に光学的に結合された光源であって、平行化された光を前記平板ライトガイド入力部にもたらすように構成され、前記平板ライトガイドは、前記平行化された光を平行化された光ビームとして前記非ゼロ伝播角度で導波するように構成される光源を備える、請求項１２に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
14. 前記光源が、赤色光をもたらすように構成された第１の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、緑色光をもたらすように構成された第２のＬＥＤと、青色光をもたらすように構成された第３のＬＥＤとを備え、前記赤色光、前記緑色光、および前記青色光の各々は、前記光源によって異なる色の平行化された光ビームとしてもたらされ、前記平板ライトガイドは、前記異なる色の、平行化された光ビームの各々をそれぞれの異なる色特有の、非ゼロ伝播角度で導波するように構成される、請求項１３に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
15. 前記反射格子島状構造の前記反射モードマルチビーム回折格子が、湾曲した回折特徴部を有するチャープ型回折格子を含む、請求項１２に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
16. 前記反射格子島状構造が、前記平板ライトガイドの第１の表面と、前記平板ライトガイドの第２の表面との間にあり、前記光弁配列は、前記第１の表面に隣接する、請求項１２に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
17. 前記反射格子島状構造が、前記光弁配列に隣接する第１の表面とは反対側の、前記平板ライトガイドの第２の表面にあり、前記反射格子島状構造は、さらに、前記反射モードマルチビーム回折格子の回折特徴部を覆うように構成された反射材料層を含み、前記回折特徴部は、前記第２の表面内の溝および前記第２の表面上の***部の１つまたは両方を含む、請求項１２に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
18. 前記光弁配列が、複数の液晶光弁を含む、請求項１２に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
19. 格子ベースのバックライト作動の方法であって、
    光ビームをライトガイド内で非ゼロ伝播角度で前記ライトガイドの第１の表面と第２の表面との間で導波するステップと、
    複数の反射格子島状構造を使用して、前記導波光ビームの一部分を結合出力された光ビームとして回折により結合出力するステップであって、前記結合出力された光ビームは、前記ライトガイドの前記第１の表面から出て離れるように所定の主要角度方向に向けられる、結合出力するステップとを含み、
    前記複数の前記反射島状構造は、互いから離間され、前記ライトガイドに光学的に結合され、前記複数の反射格子島状構造は、反射モード回折格子を含む、格子ベースのバックライト作動の方法。
20. 前記反射格子島状構造の前記反射モード回折格子が、反射材料層に隣接する誘電回折格子および反射金属回折格子の１つを含む、請求項１９に記載の格子ベースのバックライト作動の方法。
21. 前記反射格子島状構造の前記反射モード回折格子が、前記導波光ビームの前記部分を、複数の結合出力された光ビームとして回折により結合出力するように構成されたマルチビーム回折格子を含み、前記複数の結合出力された光ビームの結合出力された光ビームは、互いに異なる主要角度方向を有する、請求項１９に記載の格子ベースのバックライト作動の方法。
22. 前記結合出力された光ビームの前記異なる主要角度方向が、三次元（３Ｄ）電子ディスプレイの異なる視野のそれぞれの視野方向に対応する、請求項２１に記載の格子ベースのバックライト作動の方法。
23. さらに、光弁を使用して前記結合出力された光ビームを変調するステップを含み、前記変調された、結合出力された光ビームは、電子ディスプレイの画素を形成する、請求項１９に記載の格子ベースのバックライト作動の方法。