TWI531823B - 多光束繞射格柵式背光板以及具有多光束繞射格柵的三維電子顯示器及其操作方法 - Google Patents

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Description

多光束繞射格柵式背光板以及具有多光束繞射格柵的三維電 子顯示器及其操作方法
本發明屬於一種背光板；特別是屬於一種多光束繞射格柵式背光板。
對種類廣泛的裝置及產品的使用者而言，電子顯示器是一個幾乎無處不在的媒體，用於傳播資訊給使用者。其中最常見的電子顯示器是陰極射線管(cathode ray tube,CRT)、電漿顯示面板(plasma display panels,PDP)、液晶顯示器(liquid crystal displays,LCD)、電致發光顯示器(electroluminescent displays,EL)、有機發光二極體(organic light emitting diode,OLED)和主動式有機發光二極體(active matrix OLEDs,AMOLED)顯示器、電泳顯示器(electrophoretic displays,EP)和各種顯示器，其採用機電或電流體光調變(例如，數位微鏡裝置、電潤濕顯示器等等)。在一般情況下，電子顯示器可以分為主動顯示器(即，會發光的顯示器)或被動顯示器(即，調變由另一個光源提供的光的顯示器)的其中一者。其中最明顯的主動顯示器的例子是CRTs、PDPs及OLEDs/AMOLEDs。當其發射光是LCDs及EP顯示器時，顯示器通常被歸類為被動顯示器。被動顯示器雖經常表現出有吸引力的性能特徵，包括但不限於，固有的低功率消耗，因缺乏發光的能力而在許多實際應用中可能會發現使用上的限制。
為了克服與發射的光相關聯的被動顯示器的使用限制，許多被動顯示器被耦合到一外部光源。耦合光源可使這些被 動顯示器發光，並使這些被動顯示器基本上作為主動顯示器使用。這種耦合光源的例子是背光源。背光源是放在被動顯示器後面以照亮被動顯示器的光源(通常是面板光源)。例如，背光源可耦合到LCD或EP顯示器。背光源發出光線以穿過液晶或EP顯示器。發出的光由LCD或EP顯示器調變，且該調變光隨後依序地從LCD或EP顯示器被發射出。通常背光源被配置為發出白色光。濾色器然後用於轉化白光成在顯示器中使用的各種顏色。舉例而言，濾色器可以被放置在LCD或EP顯示器的輸出處(不太常見的)，或者在背光源和LCD或EP顯示器之間。
依此中所述諸原理的範例提供了使用多光束繞射耦合的電子顯示器的背光源。特別地，此中所描述的電子顯示器的背光源採用了多光束繞射格柵。多光束繞射格柵是用於將光耦合出導光體並且定向該被耦合出的光在該電子顯示器的一視覺方向。根據此中所述的原理的各種實施例，被多光束繞射格柵所耦合出、並且被定向在一視覺方向的光，包括複數道光束，其具有彼此不同的主要角度方向。在一些實例中，具有不同的主要角度方向的光束(也被稱為不同的定向的光束)可被用於顯示三維資訊。例如，多光束繞射格柵所產生之不同的定向光束可以被調變，並作為一個免眼鏡三維電子顯示器的像素。
根據各種實施例，多光束繞射格柵產生複數道具有相應之複數個不同的空間上分開的角度(即，不同的主要角度方向)的光束。特別地，由多光束繞射格柵產生的每個光束具有由角度分量{θ,}所給的一主要角度方向。角度分量θ在這裡被稱為光束的仰角分量或是仰角角度。於此中，角度分量在這裡被稱為光束的方位角分量或方位座向角度。根據定義，仰角角度θ是在垂直平面(例如，垂直於多光束繞射格柵的平面)內的角度，而方位座向角度是在水平面(例如，平行於多光束繞射格柵的平面)內的角度。根據此中描述的原理的例子，第1圖示出光束10的角度分量 {θ,}具有一特定主要角度方向。此外，根據在此中定義，每個光束被發射或產生於一個特定的點。即，藉由定義，每個光束具有在多光束繞射格柵內之特定原點的相關聯的中心射線。第1圖還示出了光束原點P。
根據各個實施例中，光束的仰角分量θ是有關係於，並且在有些例子中是決定於，多光束繞射格柵的一繞射角度θ m 。特別地，根據某些實施例，仰角分量θ可以由該光束在原點P的該繞射角度θ m 來確定。根據不同的實施，該光束的方位分量可藉該多光束繞射格柵的複數個特徵裝置座向或特徵裝置旋轉而決定。特別是，根據一些實施例，在原點附近的該等特徵裝置的、相關於入射在多光束繞射格柵上的光的一傳導方向的一方位座向角度，其可決定該光束的該方位分量(例如，=)。入射光的傳導方向的一個實例用粗箭頭示於第1圖。
根據各種實施例，多光束繞射格柵的特性和功能，它們(即繞射特徵裝置)可以用來控制該等光束的角度方向性以及相對於該等光束中的其中一個或多個的多光束繞射格柵的波長或顏色選擇性兩者之一或兩者。可用於控制角度的方向性和波長選擇性的特徵包括，但不限於格柵長度、格柵間距(特徵裝置間距)、特徵裝置的形狀、特徵裝置的尺寸(例如，凹槽或脊部的寬度)、以及格柵的座向。在一些實例中，用於控制的各種特徵可能是鄰近於一光束的原點附近的特徵。
在此，繞射格柵通常被定義為複數個特徵裝置(即，繞射特徵裝置)，其被設置為提供入射於繞射格柵的光的繞射。在一些實例中，複數個特徵裝置可以被佈置成週期性或準週期性的方式。例如，繞射格柵可以包括佈置在一個一維陣列中之複數個特徵裝置(例如，在一材料表面的複數個凹槽)。在其他實施例中，繞射格柵可以是特徵裝置的二維陣列。例如，繞射格柵可以是在材料表面上的凸起的二維陣列。
因此，藉由此中定義，繞射格柵是一種結構，其提供入射在繞射格柵的光的繞射。如果光是由一導光體入射到繞射 格柵上，所提供的繞射可能導致並且因此可以被稱為「繞射耦合」，繞射耦合可以藉由繞射而耦合出光離開導光體。繞射格柵也藉由繞射重新定向或改變光的角度(即，繞射角度)。特別是，由於繞射的緣故，離開繞射格柵的光(即繞射光)通常具有對比入射光的傳導方向不同的傳導方向。藉由繞射的光的傳導方向上的變化於此中被稱為「繞射重新定向」。因此，繞射格柵可被理解為包括繞射地重新定向入射在繞射格柵上的光的繞射特徵裝置的一結構，以及如果光是由一導光體入射，繞射格柵也可繞射地耦合出來自導光體的光。
尤其於此，繞射耦合被定義為由於繞射(例如，藉 由繞射格柵)而跨越於兩種材料之間的一個邊界的電磁波(例如，光)的耦合。例如，繞射格柵可以被用來將在導光體中傳導的光藉由導光體繞射耦合而耦合出跨越導光體的一個邊界傳導導光體傳導的光。例如，繞射耦合基本上克服內部全反射，其於導光體中引導光，以耦合出光。同樣，依定義，「繞射重新定向」是由於繞射的緣故而重新定向或改變光的傳導方向。如果繞射發生在該邊界的話(例如，繞射格柵位於邊界處)，繞射重新定向可能會發生在兩種材料之間的邊界處。
此外，依此中定義，繞射格柵的特徵被稱為「繞射 特徵裝置」，並且可以是位在一個表面、在一個表面之內、在一個表面之上(表面，例如，兩種材料之間的邊界)的其中一個或多個。例如，該表面可以是一個導光體的一個表面。繞射特徵裝置可包括任何種類的繞射光的結構，包含，但不限於，在表面、在表面內或在表面上的複數個凹槽、複數個脊部、複數個孔洞和複數個凸起。例如，在多光束繞射格柵可以包括在材料表面內的複數個平行的凹槽。在另一實例中，繞射格柵可以包括自材料表面上升出的複數個平行的脊部。繞射特徵裝置(例如，凹槽、脊部、孔洞、凸起等等)可以具有提供繞射之任意的各種橫截面形狀或輸廓，包括但不限於：一矩形輪廓、一三角形輪廓和一鋸齒輪廓的其中一個或多個。
依此中定義，「多光束繞射格柵」是產生複數道光束 的繞射格柵。在一些實例中，多光束繞射格柵可以是或者包括一頻擾繞射格柵。如上所述，由多光束繞射格柵所產生的複數道光束可以具有以角度分量{θ,}所表示的不同主要角度方向。特別是，根據不同的實施例中，因為藉由多光束繞射格柵以繞射耦合以及繞射重新定向入射光的關係，每一道光束可以具有一預定的主要角度方向。例如，該多光束繞射格柵可以在八(8)個不同的主要方向產生八道光束。根據不同的實施例中，如以上所述，光束的仰角分量θ可以由多光束繞射格柵的繞射角度θ m 來確定，然而方位座向角度可以相關聯於該多光束繞射格柵的複數個特徵裝置的定向或旋轉，前述相關聯係在該光束的原點上相對於入射在該多光束繞射格柵上的光的一傳導方向。
根據各種實施例，一繞射角度θ m ，其係藉由一局部 週期性的、能傳導的繞射格柵所提供，可以由下的公式(1)而得： 其中λ是光的波長，m為繞射階數，d是繞射格柵的複數個特徵裝置之間的距離，θ i 是光入射在繞射格柵上入射角度，而n是光入射到繞射格柵的一側(即，「光入射」側)上的材料(例如，液晶)的折射率。公式(1)假設相對於光入射側的繞射格柵的一側上的折射率為1。如果相對於光入射側的一側上的折射率不為1，則公式(1)可以被相應地修改。於此中，根據各種實施例，多光束繞射格柵所產生的複數道光束可以全部具有相同的繞射階數m。
更於此，「導光體」被定義為一種在其內使用全內反射以引導光的結構。特別地，導光體可包括一核心，其在導光體的操作波長時，基本上是透明的。在一些實例中，「導光體」這術語一般指的是一介電質的光學波導引，其提供全內反射以在導光體的介電質的物質和圍繞導光體的物質或介質之間的界面來引導光。根據定義，全內反射的條件是，該導光體的折射率大於相鄰於導光體物質表面的周圍介質的折射率。在一些實施例中，導光 體可包括一塗層，其增加或取代前述折射率差以進一步促進全內反射。例如，該塗層可以是反射塗層。根據不同的實施例，導光體可以是包括，但不限於，一平板或厚板的導光體及一條狀導光體的其中一者或兩者的幾種導光體的任意一種。
更復於此，「平板」這術語，當被應用於導光體中， 如在「平板導光體」中，是定義為一分段的或差異地平面的層狀物或薄片。特別是，一平板導光體被定義為，在藉由導光體的上表面及下表面界定的一基本上在兩個正交的方向上，引導光的一導光體。此外，由此中定義，上表面及下表面是彼此隔開，且在某意義上而言是一基本上彼此平行的。也就是說，在平板導光體的任何不同小區域內，上表面和下表面是基本地平行的或共面的。在一些實例中，一平板導光體可以是基本平坦的(例如，限制在一個平面上)，所以平板導光體為平面導光體。在其它實施例中，平板導光體可以是在一個或兩個正交維度中是彎曲的。例如，平板導光體可以在一單一維度中是彎曲的，以形成圓筒形的平板導光體。然而，在各種實施例，任何曲率具有足夠大的曲率半徑，以確保全內反射被保持在平板導光體內以引導光。
仍更進一步地，如此中所使用的，冠詞「一」是旨 在於專利領域具有其普通含義，即，「一個或多個」。例如，「一格柵」指一個或多個格柵，並且確切地說「該格柵」於此意指「該(等)格柵」。此外，任何本文所指的「頂部」、「底部」、「上部」、「下部」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、或「右」並非意使成為此處一個限制。本文中，當應用到一個值時，術語‘大約’一般是指用於產生該值的設備的公差範圍內，或在一些實施例中，是指正負10%，或正負5%，或正負1%，除非另有明文規定。此外，此中實施例旨在說明性質而已，是被呈現以為討論的目的，而不是藉由限制的方式。
10‧‧‧光束
100‧‧‧多光束繞射格柵式背光板
102‧‧‧光束
104‧‧‧導光
110‧‧‧導光體
120‧‧‧多光束繞射格柵
130‧‧‧光源
120’‧‧‧第一端
120”‧‧‧第二端
122‧‧‧繞射特徵裝置
200‧‧‧電子顯示器
202‧‧‧調變光束
204‧‧‧光束
210‧‧‧平板導光體
220‧‧‧多光束繞射格柵
230‧‧‧光閥陣列
240‧‧‧光源
300‧‧‧方法
310‧‧‧引導光(步驟)
320‧‧‧繞射地耦合出(步驟)
330‧‧‧繞射地重新定向(步驟)
340‧‧‧調變(步驟)
按照此中描述的原理的示例的各種特徵，在參考附圖並結合下面的詳細描述下，可以被更容易地理解，其中相似的標號表示相似的結構元件，並且其中：第1圖示出依據與此中所描述的原理一致的一實施例之具有特定主要角度方向的光束的角度分量{θ,}的圖形視圖；第2A圖示出依據與此中所描述的原理一致的一實施例之多光束繞射格柵式背光板的立體圖；第2B圖示出依據與此中所描述的原理一致的一實施例之第2A圖中多光束繞射格柵式背光板的剖視圖；第2C圖示出依據與此中所描述的原理一致的另一實例之多光束繞射格柵式背光板的剖視圖；第3圖示出依據與此中描述的原理一致的另一實施例之多光束繞射格柵的平面圖；第4圖示出依據與此中所描述的原理一致的一實施例之電子顯示器的方塊圖；以及第5圖示出依據與此中所描述的原理一致的一實施例之電子顯示器操作的方法的流程圖。
某些例子有其他特徵，這些特徵是上述參考附圖中所示的特徵的增加或取代的一個特徵。這些和其它的特徵參照上述參考圖示而詳述如下。
第2A圖示出多光束繞射格柵式背光板100的立體圖，其係根據具有描述於此的主要原理的一實施例。第2B圖示出第2A圖中的多光束繞射格柵式背光板100的剖視圖，其係根據具有描述於此的主要原理的一實施例。第2C圖示出多光束繞射格柵式背光板100的剖視圖，其係根據具有描述於此的主要原理的另一實施例。根據不同實施例，多光束繞射格柵式背光板100被設置來提供方向指向離開多光束繞射格柵式背光板100的複數道光束102。在一些實施例中，該等光束102形成電子顯示器的複數個像素。在 一些範例中，該電子顯示器是所謂免眼鏡的三維顯示器(例如，多視角顯示器)
根據不同實施例，多光束繞射格柵式背光板100所提供的光束中的光束102，其是被配置以具有與其他光束中的光束102之間不同的主要角度方向(例如，見第2B圖及第2C圖)。再者，光束102可以具有一預定的方向(主要角度方向)及一相對窄角分散。在一些實施例中，光束102可以個別地被調變(例如藉由以下描述的光閥)。在離開多光束繞射格柵式背光板100不同方向的光束102的個別調變，對於例如使用相對厚的光閥的三維電子顯示器應用可能是特別有用的。
如示於第2A圖至第2C圖，多光束繞射格柵式背光板100包括導光體110。導光體110是設置以引導導光104(例如來自光源130)。於一些實施例中，導光體110以全內反射來引導導光104。例如，導光體110可以包括介電材料以為光學波導引。介電材料可以具有第一折射指數，其大於圍繞介電光學波導引的媒介的第二折射指數。折射指數之間的差，舉例而言，根據導光體110的一個或多個模式，是用以促進導光104的全內反射。
例如，導光體110可以是一厚板或平板的光學波導引，其為光學透明材料所延伸形成基本上是平面的薄板(例如，如第2B圖及第2C圖之剖視圖與第2A圖之俯視圖)。此介電質材料的、基本上是平面的薄板是設置以藉由全內反射來引導導光104。在有些實施例中，導光體110可以包括在導光體110至少一部份表面上的包覆層(未示出)。例如，此包覆層可以被用來更促進全內反射。
在有些例子中，導光104可以耦合進入導光體110的一端而傳導，並且沿著導光體110的一段被導引。例如，一或多個透鏡、鏡子及稜鏡(未示出)可以促進光的耦合進入導光體110的一端或一邊緣。根據不同實施例，導光體110的光學透明材質可以包括或者以任何各種介電材料組成，包括，但不限制於，不同型態的玻璃(例如，矽玻璃，鋁矽酸鹽玻璃，硼矽玻璃等)及基本上是光學透明的塑膠或是聚合物(例如，聚酸甲酯(或稱為壓克力玻 璃)、聚碳酸酯等)。
更示於第2B圖及第2C圖，導光104可以以一般水平 方向沿著導光體110傳導。導光104的傳導於第2B圖被示出由左至右如數個顯著的水平箭頭，其代表於導光體110中不同的傳導的光學光束。第2C圖顯示出導光104的傳導由右至左，如數個水平箭頭。例如，傳導的光學光束可以代表與其中一種或多種導光體110的光學模式相關的傳導光的平面波。舉例而言，導光104的傳導光學光束可以藉由在導光體110的物質(例如介電的)及環繞的媒介之間的介面，因為全內反射的關係，而“彈跳”或反射出導光體110的壁面而傳導。
根據其他實施例，多光束繞射格柵式背光板100更包 括多光束繞射格柵120。多光束繞射格柵120位於導光體110的表面，並且是被設置來藉由或利用繞射耦合來耦合掉來自導光體110的其中一部分或是複數個部分的導光104。特別是，導光104的被耦合出的部分是被繞射地重定導向遠離導光體表面而成為複數道光束102。正如上面所討論的，每一道光束102都具有根據各種實施例而不同的主要角度方向。
特別地，第2B圖示出了發散的複數道光束102，而第 2C圖示出了聚合的複數道光束102。例如，無論光束102是發散(第2B圖)或是聚合(第2C圖)，皆可藉由導光104的方向而確定。在一些其中光束102發散的實施例中，發散的光束102可能看似被從位於多光束繞射格柵120下方或後方一段距離的虛擬點(未示出)發散。相似地，根據一些實施例，聚合的光束102可能聚合到位於多光束繞射格柵120上方或前方一段距離的點(未示出)。
根據各種實施例，多光束繞射格柵120包括複數個繞 射特徵裝置122，其提供繞射。所提供的繞射是負責將導光104繞射耦合離開導光體110。例如，多光束繞射格柵120可包括在導光體110表面的複數個凹槽及由導光體110表面凸出的複數個脊部的其中之一或兩者，以作為繞射特徵裝置122。凹槽及脊部可被佈置為彼此平行，並且至少在某些點上，垂直於導光104的傳導方向， 導光104是被多光束繞射格柵120耦合出的。
在一些實施例中，凹槽和脊部可以被蝕刻、研磨或 模製到表面內或實施到該表面上。這樣，多光束繞射格柵120的材料可以包括導光體110的材料。如示於第2A圖，多光束繞射格柵120包括穿透導光體110的表面的大致平行的凹槽。在其它實施例中(未示出)，多光束繞射格柵120可以是塗敷或黏貼在導光體表面的一薄膜或一層狀物。例如，多光束繞射格柵120可被沉積在導光體的表面上。
多光束繞射格柵120根據不同的實施例可被佈置在 導光體110的表面、表面的上面、表面的裡面。例如，多光束繞射格柵120可以是設置在遍滿整個導光體表面成行成列的複數個格柵中的一個(例如，多光束繞射格柵)。在另一個例子中，多光束繞射格柵120可被佈置在複數個群組中(例如，三個格柵的一群組，群組中的每個格柵與光的一個不同顏色相關聯)，以及該等群組可以被佈置成成行成列。在又一實例中，多光束繞射格柵120可以大致地隨機地分佈遍滿在導光體110的表面上。
根據一些實例，多光束繞射格柵120可包括一頻擾繞 射格柵。根據定義，頻擾繞射格柵是一個繞射格柵呈現或具有一繞射特徵裝置的繞射間距d，其隨跨越頻擾繞射格柵的延伸或長度而變化，如示於第2A圖至第2C圖。在這裡，變化不同的繞射間距d被稱為頻擾。其結果是，被繞射耦合出導光體110的導光104，存在或被射出自頻擾繞射格柵成為光束102；導光104是以對應於經過頻擾繞射格柵的不同的原點而不同的繞射角θ m 存在或被射出，例如。參見上述方程式(1)。憑藉頻擾的屬性，頻擾繞射格柵可以產生複數道光束102，光束102具不同的主要角度方向就光束102的仰角分量θ而言。
在一些實施例中，頻擾繞射格柵可以具有或表現出 繞射間距為d的頻擾，繞射間距d線性地隨距離而變化。因此，頻擾繞射格柵可以被稱為一個線性頻擾繞射格柵。第2B圖和第2C圖舉例示出了作為線性頻擾繞射格柵的多光束繞射格柵120。如圖所 示，繞射特徵裝置122在多光束繞射格柵120的第二端120”比在第一端120’更靠近在一起。進一步，所示的繞射特徵裝置122的繞射間距d從第一端到第二端作線性地變化。
在一些實例中，當導光104以由第一端120’向第二 端120”的方向傳導時(例如，如示於第2B圖)，光束102，其藉由使用多光束繞射格柵120(包括頻擾繞射格柵)將光耦合出導光體110而產生，可能發散(即，為發散光束102)。或者，根據其它實施例，當導光104以由第二端120”向第一端120’的方向傳導時(例如，如第2C圖)，可以產生聚合光束102。
在另一個實例中(未示出)，頻擾繞射格柵可以呈現 繞射間距為d的非線性頻擾。各種可以被用來實現頻擾繞射格柵的非線性頻擾包括，但不限於，一指數頻擾、一對數頻擾以及一頻擾以另一基本上是非均勻的或隨機的、但仍然單調的方式而不同的頻擾。非單調頻擾，例如，但不限於，一個正弦曲線頻擾和一三角形或鋸齒頻擾，也可以被援用。
根據一些實施例中，多光束繞射格柵120中的繞射特 徵裝置122相對於導光104的入射方向可具有不同的座向。特別是，繞射特徵裝置122在多光束繞射格柵120中的第一個點的座向，與其在多光束繞射格柵120中的另一個點的座向可能不同。如上所述，根據一些實例，光束102的主要角度方向{θ,}的方位分量可以藉由以下方式確定，或者對應於繞射特徵裝置122在光束102的一個原點的方位分量。因此，繞射特徵裝置122在多光束繞射格柵120內的不同座向，產生具有不同主要角度方向{θ,}、或是至少方位分量的光束102。
在一些實例中，多光束繞射格柵120可以包括彎曲的 繞射特徵裝置122、或被安置在一個大致彎曲構造的繞射特徵裝置122其中之一。例如，繞射特徵裝置122可以包括複數個彎曲的凹槽和複數個彎曲的脊部的其中一者，複數個彎曲的凹槽和複數個彎曲的脊部的其中一者是沿著曲率半徑而彼此隔開設置。第2A圖舉例示出彎曲的繞射特徵裝置122為彎曲的、隔開的凹槽。在沿繞 射特徵裝置122的曲線的不同點上，關聯於彎曲的繞射特徵裝置122的多光束繞射格柵120的一個底層繞射格柵具有一不同的方位座向角度。特別是，在沿彎曲繞射特徵裝置122的一指定點上，曲線具有特定方位座向角度，其通常不同於沿著彎曲的繞射特徵裝置122的另一點。而且，特定的方位座向角度產生從指定點發射的光束102的主要角度方向{θ,}的一相應的方位分量。在一些實例中，(複數個)繞射特徵裝置122(例如，凹槽、脊部等等)的曲線可表示一個圓的部份。該圓可以共面於導光體表面。在其他例子中，曲線可以表示橢圓或其它彎曲形狀的部分，例如，這是共面於導光體表面。
在其它實施例中，多光束繞射格柵120可以包括分段 彎曲的繞射特徵裝置122。特別是，當繞射特徵裝置在沿多光束繞射格柵120中的繞射特徵裝置的不同點而可能描述本身不是基本上平滑或連續的曲線時，繞射特徵裝置仍然可以以不同於導光104的入射方向的角度為座向。例如，繞射特徵裝置122可以是一個凹槽，該凹槽包括複數個基本上直的片段，每一片段具有與相鄰的片段不同的座向。根據不同的實施例，複數個片段的不同角度可近似於曲線(例如，一個圓的一部分)。參見第3圖，這將在下面描述。在另外的其它實施例中，繞射特徵裝置可僅具有相對於在多光束繞射格柵120沒有接近一個特定的曲線(例如，圓形或橢圓形)內的不同位置的導光入射方向不同的方向。
在一些實施例中，多光束繞射格柵120可同時包括不 同座向的繞射特徵裝置122和繞射間距為d的頻擾二者。尤其是，複數個繞射特徵裝置122之間的座向和間距d可以在多光束繞射格柵120內的不同點而變化。例如，多光束繞射格柵120可以包括彎曲和頻擾繞射格柵，其具有凹槽或脊部，而此兩者都是彎曲的，且以該曲線半徑的間距d做為函數而變化。
第2A圖示出了多光束繞射格柵120，其包括繞射特徵 裝置122(例如，凹槽或脊部)，其皆為彎曲和頻擾(即，是一個彎曲頻擾繞射格柵)。導光104的示例入射方向是由第2A圖中粗箭 頭所示。第2A圖還示出了複數道被發射的光束102，其由繞射耦合所提供而如箭頭指向遠離導光體110的表面。如圖所示，光束102被由複數個不同的主要角度方向射出。特別是，被發射的光束102的不同主要角度方向在方位座向角及仰角皆不同，如圖所示。六個分開的光束102為如第2A圖所示，藉由示例的方式而不是限制。 如上所討論的，根據一些實施例，繞射特徵裝置122的頻擾可以是基本上負責不同主要角度方向的仰角分量，而繞射特徵裝置122的繞射曲線可以是基本上負責方位座向分量。
第3圖示出根據與此中描述的原理相一致的另一實 施的多光束繞射格柵120的平面圖。如圖所示，多光束繞射格柵120是在導光體110的表面上，並包括繞射特徵裝置122，其既是分段彎曲且頻擾的。導光104入射方向的示例是由第3圖中粗箭頭所示。
再次參考第2B圖和第2C圖所示，根據一些實施例， 多光束繞射格柵式背光板100還可以進一步包括光源130。光源130可以被配置為提供光，在當被耦合到導光體110時，此光就是導光104。在各種實施例中，光源130基本上可以是任何光的來源，包括但不限於：發光二極體(LED)、一螢光燈及一雷射光的其中一個或多個。在一些實施例中，光源130可以產生具有標示為一特定顏色的窄帶光譜的單色光。特別是，單色光的顏色可以是特定的色域或顏色模型的一個原色(例如，一個紅-綠-藍(RGB)顏色模型)。光源130可以是紅色LED，而且單色光束102基本上是紅色。光源130可以是綠色LED，而且單色光束102基本上是綠色。 光源130可以是藍色LED，而且單色光束102基本上是藍色。在其他實例中，由光源130提供的光具有基本上寬帶光譜。例如，由光源130產生的光可以是白光。光源130可以是產生白色光的螢光燈。在一些實例中，導光104可以是來自光源130且被耦合到導光體110的一端或邊緣的光。一透鏡(未示出)舉例而言可有利於耦合光到導光體110的一端或邊緣。
在一些實施例中，多光束繞射格柵式背光板100基本 上是透明的。尤其是，根據一些例子，在正交於在導光體110中被 引導的光的傳導方向上，導光體110和多光束繞射格柵120二者可能是光學透明的。舉例來說，光學透明性可以允許在多光束繞射格柵式背光板100的一側的物體，從相對的一側被看到的。
根據此中描述的原理的一些例子，本發明提供一種 電子顯示器。根據不同的實施例，所述電子顯示器被配置為發射調變光束作為電子顯示器的像素。此外，在各個實施例中，所發射的調變光的光束可以優先向電子顯示器的觀看方向定向以作為複數道不同的定向光束。在一些實例中，所述電子顯示器是一個三維電子顯示器(例如，免眼鏡式的3-D電子顯示器)。根據各種實施例，被調變出的不同定向的複數道光束中的多個不同光束可以對應於與三維電子顯示器相關聯的不同視角。此不同的視角可提供三維電子顯示器所顯示的「免眼鏡」(例如，自動立體)訊息呈現。
第4圖示出根據與此中所述原理一致之實施例的電 子顯示器200的方塊圖。特別地，在第4圖所示的電子顯示器200是一個三維電子顯示器200(例如，一個免眼鏡的3D電子顯示器)，其被配置為發射調變光束202。所發射的、調變的光束202在第4圖中示為發散(例如，相對於聚合)，此以例舉之而非限制之。
第4圖所示的三維電子顯示器200包括平板導光體 210以引導光。在平板導光體210引導的光，是三維電子顯示器發射的調變的光束202的光源。根據一些實施例，相對於多光束繞射格柵式背光板100，平板導光體210可以是基本上相似於上述的導光體110。例如，在平板導光體210可以是一厚板光學波導引，其是藉由全內反射引導光所配置之介電材料製成的平板薄片。
三維電子顯示器200還包括一個多光束繞射格柵 220。在一些實例中，多光束繞射格柵220可以是基本上類似於多光束繞射格柵式背光板100的多光束繞射格柵120，如上所述。特別地，多光束繞射格柵220被配置為耦合出導光的一部分作為複數道光束204。另外，多光束繞射格柵220被配置成引導光束204在對應的複數個不同主要角度方向。在一些實例中，多光束繞射格柵 220包括一頻擾繞射格柵。在一些實例中，多光束繞射格柵220的繞射特徵裝置(例如，凹槽、脊部等等)是彎曲的繞射特徵裝置。 在另外的其它實施例中，多光束繞射格柵220包括頻擾繞射格柵，其具有彎曲的繞射特徵裝置。例如，彎曲的繞射特徵裝置可以包括彎曲的脊部或彎曲的凹槽(即，連續彎曲的或分段彎曲的)和彎曲繞射特徵裝置之間的間隔，該間隔可能會跨多光束繞射格柵220而成為距離函數而變化。
如所示在第4圖中，三維電子顯示器200還包括一個 光閥陣列230。光閥陣列230包括被配置來調變不同定向的複數道光束204，根據各種實例。特別是，光閥陣列230的光閥所調變的不同定向的光束204，以提供經調變的光束202，其是三維電子顯示器200的像素。而且，不同的經調變的光束所產生的不同指向光束202，可對應於三D電子顯示器的不同視角。在各種實施例中，光閥陣列230中不同類型的光閥可以採用，包括但不限於液晶光閥和電泳光閥。第4圖中的虛線是用來強調光束202的調變。
根據各種實施例中，在三維顯示器中使用的光閥陣 列230可以是相對厚的，或相等地與多光束繞射格柵220以一個相對較大的距離隔開。在一些實施例中，光閥陣列230(例如，使用液晶光閥)可與多光束繞射格柵220隔開或相等地具有大於約50微米的厚度。在一些實施例中，光閥陣列230可與多光束繞射格柵220隔開或包括大於約100微米的厚度。在另外的其它實施例中，厚度或間距可以大於約200微米。根據在此所述的不同實施例的原理，相對厚的光閥陣列230或被與多光束繞射格柵220間隔開的光閥陣列230可以被使用，因為多光束繞射格柵220提供的光束204其定向在複數個不同的主要角度方向。在一些實例中，相對厚的光閥陣列230可以是市售可取得的(例如，使用市售可取得的液晶光閥陣列)。
在一些實例中(例如，如示於第4圖)，三維電子顯 示器200還包括光源240。光源240被配置成提供傳導在平板導光體210以作為導光的光。特別是，根據一些實施例，被引導的光是從 光源240來的光，光源240被耦合到平板導光體210的邊緣。在一些實施例中，光源240相對於多光束繞射格柵式背光板100是大致類似於上文中描述的光源130。例如，光源240可以包括特定的顏色(例如，紅色，綠色，藍色)的LED，以提供單色光或寬帶光源，例如但不限於，螢光燈以提供寬帶光(例如白色光)。
根據此處所描述的原理的一些示例中，提供了一種 電子顯示器操作的方法。第5圖示出依據與此中所描述的原理相一致的實施例之電子顯示器操作的方法300的流程圖。如圖所示，電子顯示器操作的方法300包括：引導光於導光體中(步驟310)。在一些實施例中，導光體和被引導的光可以基本上類似於導光體110和導光104，如上文關於多光束繞射格柵式背光板100中的描述。尤其是在一些實施例中，導光體可根據全內反射引導被引導的光(步驟310)。進一步地，在一些實施例中，導光體可以是一個基本上為平面的介質光學波導引(例如，一個平板導光體)。
所述的電子顯示器操作的方法300還包括使用多光 束繞射格柵繞射地耦合出導光的一部分(步驟320)。根據不同的實施例，多光束繞射格柵位於導光體的表面上。例如，多光束繞射格柵可以被形成在導光體表面，例如被形成在導光體表面的凹槽、脊部等等結構。在其它實施例中，多光束繞射格柵可以包括在導光體表面上的薄膜。在一些實例中，多光束繞射格柵相對於多光束繞射格柵式背光板100是基本上類似於多光束繞射格柵120，其描述如上。特別地，多光束繞射格柵以從繞射地耦合出部分導光而產生複數道光束(步驟320)。
電子顯示器操作的方法300還包括繞射地重新定向 複數道光束中的光束遠離導光體表面(步驟330)。特別是，複數道光束中的一個光束，其繞射地重新定向遠離表面者(步驟330)，具有與複數道光束中的其它光束不同的主要角度方向。在一些實例中，繞射地重新定向的複數道光束中的每個光束具有相對於複數道光束中的其他光束不同的主要角度方向。繞射地重新定向以遠離表面的光束(步驟330)還採用了多光束繞射格柵。根據不同的實 施例，藉由使用多光束繞射格柵在不同的主要角度方向遠離表面的繞射地重新定向複數道光束中的光束(步驟330)，可基本上類似於多光束繞射格柵120的操作，如上所述相對於多光束繞射格柵式背光板100。特別是，多光束繞射格柵可同時或基本上同時地，繞射地耦合出(步驟320)和繞射地重新定向(步驟330)被引導的光而成為如按照方法300的複數道光束。
在一些實例中，電子顯示器操作的方法300還包括使 用相應的複數個光閥調變複數道光束中的光束(步驟340)。特別是，繞射地重新定向(步驟330)的複數道光束是藉由穿過或其他方式與對應的複數個光閥交互作用而調變(步驟340)。經調變的光束會形成一個三維(3-D)的電子顯示器的像素，根據一些實施例。 例如，被調變的光束可以提供三維電子顯示器(例如，免眼鏡三維電子顯示器)的複數個視角。
在一些實例中，多個用於調變(步驟340)中之複數道光束的光閥，是大致類似於上文相對於三維電子顯示器200所描述的光閥陣列230。例如，光閥可包括液晶光閥。在另一例子中，光閥可以是另一種類型的光閥，包括但不限於，電潤濕光閥和電泳光閥。
因此，此已描述了多光束繞射格柵式背光板、三維電子顯示器、及電子顯示操作的方法的範例，此三者採用多光束繞射格柵以提供複數道不同的定向光束。應當理解的是，上述實施例僅僅是代表描述於此的原理的許多特定實施例中的一些示範的。顯然，本領域技術人員可以容易地設計許多其他配置而不脫離下列申請專利範圍所限定的範圍。
100‧‧‧多光束繞射格柵式背光板
102‧‧‧光束
104‧‧‧導光
110‧‧‧導光體
120‧‧‧多光束繞射格柵
120’‧‧‧第一端
120”‧‧‧第二端
122‧‧‧繞射特徵
130‧‧‧光源

Claims (16)

  1. 一種多光束繞射格柵式背光板，包括：一導光體，用以從一光源引導光；以及一多光束繞射格柵，位於該導光體的一表面，該多光束繞射格柵使用繞射耦合以耦合出該導光的一部分，該導光之被耦合出的部分被定向離開該導光體的表面而成為複數道光束，該等光束中的一光束具有與該等光束中的其餘光束不同的主要角度方向，其中該等光束的不同主要角度方向相應於一三維電子顯示器的不同視角之角度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的多光束繞射格柵式背光板，其中該多光束繞射格柵包括一頻擾繞射格柵。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的多光束繞射格柵式背光板，其中該頻擾繞射格柵是一線性頻擾繞射格柵。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的多光束繞射格柵式背光板，其中該多光束繞射格柵包括彼此隔開的複數個彎曲凹槽和複數個彎曲脊部的其中之一。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的多光束繞射格柵式背光板，還包括在該導光體的一邊緣的該光源，該導光是從該光源中被耦合進入該導光體的該邊緣的光。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的多光束繞射格柵式背光板，其中在正交於該導光體中被引導的光傳導方向上，該導光體和該多光束繞射格柵本質上是透明的。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的多光束繞射格柵式背光板，其中該多光束繞射格柵包括一具有彎曲的繞射特徵的頻擾繞射格柵，該彎曲的繞射特徵的曲線部分地界定該等光束的該等不同主要角度方向，以及配置以提供具有該等不同主要角度方向的該等光束，該等不同主要角度方向至少在方位座向角度上彼此不同。
  8. 一種電子顯示器，包括如申請專利範圍第1項所述的多光束繞射格柵式背光板，其中，該電子顯示器是一三維電子顯示器，以及其中該導光被該多光束繞射格柵耦合出的部分是對應於該三維電子顯示器的一像素的光。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的電子顯示器，還包括一光閥，該光閥調變該等光束中的光束，該多光束繞射格柵是位在該光閥和該導光表面之間。
  10. 一種三維電子顯示器，包括：一平板導光體，用以從一光源引導光；複數個多光束繞射格柵，該等多光束繞射格柵的一多光束繞射格柵，用以耦合出該導光的一部分作為複數道光束和定向該等光束在相應的複數個不同的主要角度方向，該等不同的主要角度方向係與該三維電子顯示器的不同視角相關聯；以及一光閥陣列，用以調變該等光束中的該等不同定向光束，其中，該等被調變的、不同定向的光束是該電子顯示器的一像素，該等被調變之不同定向的光束的不同像素相對於該三維電子顯示器的該等不同視角。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的三維電子顯示器，其中該多光束繞射格柵包括一具有彎曲的繞射特徵的頻擾繞射格柵，該等繞射特徵配置以提供具有該等主要角度方向的該等光束，該等主要角度方向在仰角角度和方位座向角度上皆彼此不同。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的三維電子顯示器，其中該光閥陣列包括複數個液晶光閥。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的三維電子顯示器，其中該光閥陣列的厚度大於約100微米。
  14. 如申請專利範圍第10項所述的三維電子顯示器，還包括：該光源，該導光是從該光源中被耦合進入該平板導光體的邊緣的光。
  15. 一種電子顯示器操作的方法，包括：引導光在一導光體； 使用在該導光體表面的一多光束繞射格柵繞射地耦合出該導光的一部分以產生複數道光束，該等光束中的一光束具有與該等光束中的其它光束不同的一主要角度方向；以及定向該等光束遠離該導光體表面，其中，經定向遠離該導光體表面的該等光束集體地具有相應於一三維電子顯示器的不同視角的角度之主要角度方向。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之電子顯示器操作的方法，還包括使用相應的複數個光閥調變該等光束，經調變的該等光束會形成關聯於該三維電子顯示器之該等不同視角的複數個像素。
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