TWI598646B - 多光束繞射格柵式彩色背光板、三維彩色電子顯示器及三維彩色電子顯示器運作方法 - Google Patents

多光束繞射格柵式彩色背光板、三維彩色電子顯示器及三維彩色電子顯示器運作方法 Download PDF

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Description

多光束繞射格柵式彩色背光板、三維彩色電子顯示器及三維彩色電子顯示 器運作方法 【相關申請案交叉參考】
本申請案主張於2014年7月30提出申請之第PCT/US2014/48923號在先國際申請案之優先權，該在先國際申請案之全部內容以引用方式併入本文中。
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彩色背光板。
電子顯示器係為一種幾乎無所不在之媒體，其用於向各種各樣的器件及產品之使用者傳達資訊。屬於最常見電子顯示器之列的有陰極射線管(cathode ray tube；CRT)、電漿顯示面板(plasma display panel；PDP)、液晶顯示器(liquid crystal display；LCD)、電致發光顯示器(electroluminescent display；EL)、有機發光二極體(organic light emitting diode；OLED)、及主動矩陣有機發光二極體OLED(active matrix organic light emitting diode；AMOLED)顯示器、電泳顯示器(electrophoretic display；EP)，及各種採用機電或電流體(electrofluidic)光調變之顯示器(例如，數位微鏡裝置(digital micromirror device)、電潤濕顯示器(electrowetting display)等)。一般而言，電子顯示器可被分類為主動顯示器(即，發射光之顯示器)或被動顯示器(即，調變由另一源提供之光之顯示器)。屬於最明顯主動顯示器實例之列的有陰極射線管、電漿顯示面板及有機發光二極體/主動矩陣有機發光二極體顯示器。在考量所發射光時通常被分類為被動式的顯示器係為液晶顯示器及電泳顯示器。被動顯示器，儘管常常展現出 具吸引力之效能特性(包含但不限於固有低功率消耗)，但由於缺乏發射光之能力而在諸多實際應用中之使用可能多少受到限制。
為克服被動顯示器的與光發射相關聯之適用局限性，諸多被動顯示器被耦合至一外部光源。所耦合光源可使此等原本為被動式的顯示器能夠發射光並實質上充當一主動顯示器。此等所耦合光源之實例係為背光板。背光板係為被放置於一原本為被動式的顯示器後方以照射該被動顯示器之光源(常常即所謂的「面板」光源)。舉例而言，一背光板可耦合至一液晶顯示器或一電泳顯示器。該背光板發射通過該液晶顯示器或該電泳顯示器之光。該背光板所發射之光由該液晶顯示器或該電泳顯示器調變，且經調變之光隨後又自該液晶顯示器或該電泳顯示器發射。背光板常常用以發射白色光。隨後，濾色器(color filter)用於將該白色光變換成在顯示器中所使用之各種色彩。舉例而言，該等濾色器可被放置於液晶顯示器或電泳顯示器之一輸出處(較不常見)、或放置於背光板與液晶顯示器或電泳顯示器之間。
一種多光束繞射格柵式彩色背光板，包含：複數個具有不同色彩之光源；一板式光導，用以導引由該等光源產生的具有該等不同色彩之光，該等光源係沿一與該板式光導之一傳播軸線對應之方向相對於彼此橫向位移；以及一多光束繞射格柵，位於該板式光導之一表面處，用以自該板式光導將該被導引光之一部分作為複數個具有該等不同色彩之光束以繞射方式耦出，該等光束其中之一光束所具有之一主角度方向不同於該等光束其中之其他光束之主角度方向。
一種三維(3-D)彩色電子顯示器，包含如前述之多光束繞射格柵式彩色背光板，該三維電子顯示器更包含一光閥，以調變該等光束其中之一光束，該光閥係相鄰於該多光束繞射格柵，其中欲由該光閥調變之該光束對應於一電子顯示器之一畫素。
一種三維(3-D)彩色電子顯示器，包含：一光源，包含複數個相對於彼此橫向位移之具有不同色彩之光學發射器； 一傾斜準直器，用以使由該光源產生之光準直並將該被準直光以一非零傾斜角、作為被導引光而引導至一板式光導中；一由複數個多光束繞射格柵形成之陣列，位於該板式光導之一表面處，用以將該被導引光之一部分作為複數個表示該等不同色彩之光束耦出，並將該等光束遠離該板式光導而沿複數個不同主角度方向引導；以及一光閥陣列，用以調變該等被不同引導之光束，該等經調變的被不同引導之光束表示該三維彩色電子顯示器之畫素。
一種彩色電子顯示器運作方法，該方法包含：使用複數個相對於彼此橫向位移之光源來產生光，該等光源其中之一光源所產生光之一色彩不同於由該等光源其中之其他光源產生之色彩；在一板式光導中導引該所產生光；以及使用一位於該板式光導之一表面處之多光束繞射格柵以繞射方式耦出該被導引光之一部分，以產生複數個具有不同色彩之光束，該等光束被遠離該板式光導沿複數個不同主角度方向引導；其中該等光源係沿一與該板式光導之一傳播軸線對應之方向橫向位移。
10‧‧‧光束
12‧‧‧入射光傳播方向
100‧‧‧多光束繞射格柵式彩色背光板
102‧‧‧光束
104‧‧‧被導引光
110‧‧‧光源
110'‧‧‧第一光源
110"‧‧‧第二光源
110'''‧‧‧第三光源
112'‧‧‧射線
112"‧‧‧射線
114'‧‧‧射線
114"‧‧‧射線
120‧‧‧板式光導
130‧‧‧多光束繞射格柵
130'‧‧‧第一端
130"‧‧‧第二端
132‧‧‧繞射特徵
140‧‧‧傾斜準直器/準直反射器
142‧‧‧準直透鏡
144‧‧‧反射鏡
200‧‧‧彩色電子顯示器
202‧‧‧經調變光束
204‧‧‧光束
210‧‧‧光源
220‧‧‧傾斜準直器
230‧‧‧板式光導
240‧‧‧多光束繞射格柵
250‧‧‧光閥陣列
252‧‧‧光閥
260‧‧‧發射器時間多工器
300‧‧‧彩色電子顯示器運作方法
310~350‧‧‧步驟
d‧‧‧繞射間距或間隔
F‧‧‧焦點
O‧‧‧光束起點
P‧‧‧會聚點
x‧‧‧軸線
y‧‧‧軸線
z‧‧‧軸線
θ‧‧‧仰角/傾斜角
θ'‧‧‧第一光源傾斜角
θ"‧‧‧第二光源傾斜角
Φ‧‧‧方位角/方位分量
參照以下結合附圖進行之詳細說明，可更容易地理解根據本文所述原理之實例之各種特徵，其中相同參考編號標示相同結構元件，且在附圖中：第1圖例示根據本文所述原理之一實例，具有一特定主角度方向之一光束之角度分量{θ,Φ}的一圖形視圖；第2A圖例示根據一與本文所述原理一致之實例，一多光束繞射格柵式彩色背光板之一剖面圖；第2B圖例示根據一與本文所述原理一致之實例，第2A圖所例示多光束繞射格柵式彩色背光板之一表面之一立體圖；第2C圖例示根據另一與本文所述原理一致之實例，一多光束繞射格柵式彩色背光板之一剖面圖；第3圖例示根據另一與本文所述原理一致之實例，一多光束繞射格柵之一平面圖；第4A圖例示根據另一與本文所述原理一致之實例，一包含一傾斜準直 器之多光束繞射格柵式彩色背光板之一剖面圖；第4B圖例示根據一與本文所述原理一致之實例，一準直反射器之一示意性表示；第5圖例示根據一與本文所述原理一致之實例，多光束繞射格柵式彩色背光板之一立體圖；第6圖例示根據一與本文所述原理一致之實例，一電子顯示器之一方塊圖；第7圖例示根據一與本文所述原理一致之實例，複數個會聚於一會聚點P處的被不同引導之光束之一剖面圖；以及第8圖例示根據一與本文所述原理一致之實例，一彩色電子顯示器運作方法之一流程圖。
某些實例具有其他特徵，該等其他特徵係為對上文所提及各圖中所例示之特徵之補充或替代。下文參照上文所提及各圖來詳述此等及其他特徵。
根據本文所述原理之實例提供了使用對不同光色彩之多光束繞射耦合的電子顯示器背光板。具體而言，本文所述之一電子顯示器之背光板採用一多光束繞射格柵及複數個相對於彼此橫向位移的不同色彩之光源。該多光束繞射格柵用於將由該等光源產生的具有不同色彩之光耦出一光導，並沿該電子顯示器之一觀看方向來引導具有不同色彩之被耦出光。根據本文所述原理之各種實例，由該多光束繞射格柵沿觀看方向引導之被耦出光包含複數個彼此具有不同主角度方向及不同色彩之光束。在某些實例中，可採用具有不同主角度方向(亦稱作「被不同引導之光束」)及不同色彩之光束來顯示三維(three-dimensional；3-D)資訊。舉例而言，由多光束繞射格柵產生的被不同引導且不同色彩之光束可被加以調變並用作一「免戴眼鏡式(glasses free)」三維電子顯示器之畫素。
根據各種實例，該多光束繞射格柵產生具有複數個對應的不同之經空間分離角度(即，不同主角度方向)之該等光束。具體而言，根據本文中之定義，由該多光束繞射格柵產生之一光束具有一由角度分量{θ,Φ}給出之主角度方向。角度分量θ在本文中係稱作光束之「仰角分量 (elevation component)」或「仰角(elevation angle)」。在本文中，角度分量Φ係稱作光束之「方位分量(azimuth component)」或「方位角(azimuth angle)」。根據定義，仰角θ係為一垂直平面(例如，垂直於多光束繞射格柵之一平面)中之一角度，而方位角Φ係為一水平平面(例如，平行於多光束繞射格柵平面)中之一角度。第1圖例示根據本文所述原理之一實例具有一特定主角度方向之一光束10之角度分量{θ,Φ}。另外，根據本文中之定義，該光束係自一特定點發射或散發。即，根據定義，該光束具有一與多光束繞射格柵內之一特定起點相關聯之中心射線。第1圖亦例示光束起點O。在第1圖中使用一粗體箭頭12來例示一實例性入射光傳播方向。
根據各種實例，可使用多光束繞射格柵及其特徵(即，「繞射特徵」)之特性來控制如下各項其中之一或二者：光束之角度方向性、及多光束繞射格柵相對於光束其中之一或多者之一波長或色彩選擇性。可用於控制角度方向性及波長選擇性之特性包含但不限於如下各項其中之一或多者：一格柵長度、一格柵間距(特徵間隔)、特徵之一形狀、特徵之一大小(例如，凹槽或凸脊寬度)、及格柵之一定向。在某些實例中，各種用於控制之特性可係為在一光束之起點附近局部處之特性。
在本文中，一「繞射格柵」通常被定義為複數個被排列成對入射於該繞射格柵上之光提供繞射之特徵(即，繞射特徵)。在某些實例中，該等特徵可以一週期性或準週期性方式而排列。舉例而言，繞射格柵可包含複數個排列成一維(one-dimensional,1-D)陣列之特徵(例如，一材料表面中之複數個凹槽)。在其他實例中，繞射格柵可係為一二維(two-dimensional；2-D)特徵陣列。舉例而言，繞射格柵可係為一材料表面上之一二維凸塊陣列。
因此，根據本文中之定義，繞射格柵係為一種用於對入射於該繞射格柵上之光提供繞射之結構。若光係自一光導入射於該繞射格柵上，則所提供繞射可引起、並因此被稱作「繞射耦合」，如此稱謂係因繞射格柵可藉由繞射將光耦出光導。繞射格柵亦藉由繞射來重引導光或改變光之一角度(即，一繞射角度)。具體而言，由於繞射，離開繞射格柵之光(即，經繞射光)通常具有一與入射光之一傳播方向不同之傳播方向。藉由繞射對光傳播方向之改變在本文中係稱作「繞射重引導(diffractive redirection)」。因此，繞射格柵可被理解為一種用於以繞射方式重引導入射於繞射格柵上之光的包含繞射特徵之結構，且若該光係自一光導入射，則該繞射格柵亦可自光導以繞射方式耦出該光。
在本文中，具體而言，「繞射耦合」被定義為一電磁波(例如，光)由於繞射(例如，藉由一繞射格柵)而跨二種材料間之一邊界的耦合。舉例而言，一繞射格柵可用於藉由跨一光導之一邊界進行繞射耦合而耦出在該光導中傳播之光。類似地，根據定義，「繞射重引導」係為由於繞射而對光傳播方向之重引導或改變。若在二種材料間之邊界處發生繞射(例如，繞射格柵位於該邊界處)，則繞射重引導可在該邊界處發生。
此外，根據本文中之定義，一繞射格柵之特徵係稱作「繞射特徵」且可具有如下位置其中之一或多者：一表面處、該表面中、及該表面上(例如，二種材料間之一邊界)。舉例而言，該表面可係為一光導之一表面。該等繞射特徵可包含多種用於繞射光之結構其中之任一者，包含但不限於如下位於表面處、表面中或表面上之特徵其中之一或多者：凹槽、凸脊、孔、及凸塊。舉例而言，多光束繞射格柵可包含材料表面中之複數個平行凹槽。在另一實例中，繞射格柵可包含複數個自材料表面***之平行凸脊。該等繞射特徵(例如，凹槽、凸脊、孔、凸塊等)可具有多種用於提供繞射之剖面形狀或輪廓其中之任一者，包含但不限於如下各項其中之一或多者：一矩形輪廓、一三角形輪廓、及一鋸齒輪廓。
根據本文中之定義，一「多光束繞射格柵」係為一種用於產生複數個光束之繞射格柵。在某些實例中，多光束繞射格柵可為或可包含一「啁啾(chirped)」繞射格柵。如上所述，由多光束繞射格柵產生之該等光束其中之光束可具有由角度分量{θ,Φ}表示之不同主角度方向。具體而言，根據各種實例，各該光束可由於多光束繞射格柵對入射光之繞射耦合及繞射重引導而具有一預定主角度方向。舉例而言，多光束繞射格柵可沿八個不同主方向產生八個光束。根據各種實例，各種光束之不同主角度方向係由如下二者之一組合決定：一格柵間距或間隔、及多光束繞射格柵的位於光束起點處之特徵相對於入射於該多光束繞射格柵上之光之一傳播方向的一定向或旋轉度。
此外，在本文中，一「光導」被定義為一種使用全內反射來 在結構內導引光之結構。具體而言，該光導可包含一在該光導之一操作波長下係為實質上透明之芯。在某些實例中，術語「光導」通常係指一種提供全內反射以在光導之一介電材料與環繞該光導之一材料或介質間之一界面處導引光的介電光學波導。根據定義，發生全內反射之一條件為，光導之一折射率大於一與光導材料之一表面相鄰之周圍介質之一折射率。在某些實例中，作為對前述折射率差異方式之補充或代替，該光導亦可包含一塗層，以更促進全內反射。舉例而言，該塗層可係為一反射塗層。根據各種實例，該光導可係為數種光導其中之任一者，包含但不限於一板式或條板(slab)光導及一條帶(strap)光導其中之一或二者。
此外，在本文中，術語「板(plate)」在應用於一光導(如在一「板式光導(plate light guide)」中)時被定義為一分段(piece-wise)或有差別性平坦層或薄片。具體而言，一板式光導被定義為一種用以沿二個實質上正交方向導引光之光導，該等實質上正交方向係由該光導之一頂表面及一底表面(即，相對表面)定界。此外，根據本文中之定義，在一差別性意義上，該頂表面與該底表面既彼此分離又彼此實質上平行。即，在板式光導之任何有差別性小區域內，該頂表面與該底表面係為實質上平行或共面的。在某些實例中，一板式光導可為實質上平整的(例如，局限於一平面)，且因此該板式光導係為一平坦光導。在其他實例中，該板式光導可沿一個方向或二個正交方向彎曲。舉例而言，該板式光導可沿單一維度彎曲，以形成一圓柱形板式光導。然而，在各種實例中，任何彎曲部分皆具有一足夠大以確保在板式光導內維持全內反射來導引光之曲率半徑。
在本文中，一「光源」被定義為光之一來源(例如，一用於發射光之裝置或器件)。舉例而言，該光源可係為一在被啟用時發射光之發光二極體(light emitting diode；LED)。在本文中，一光源可為實質上任何光源或光學發射器，包含但不限於如下各項其中之一或多者：一發光二極體(light emitting diode；LED)、一雷射、一有機發光二極體(organic light emitting diode；OLED)、一聚合物發光二極體、一電漿式(plasma-based)光學發射器、一螢光燈、一白熾燈、及幾乎任何其他光源。由一光源產生之光可具有一色彩或可包含一特定光波長。因此，「複數個具有不同色彩之光源」在本文中被明確定義為如下之一組或一群組光源：該等光源其中之 至少一者所產生光之一色彩或等效地一波長不同於由該等光源其中之至少另一光源所產生光之一色彩或波長。此外，「該等具有不同色彩之光源」可包含不止一個具有相同或實質上類似色彩之光源，只要該等光源其中之至少二個光源係為不同色彩之光源(即，產生在該至少二個光源間不同之一光色彩)即可。因此，根據本文中之定義，複數個具有不同色彩之光源可包含一產生一第一光色彩之第一光源及一產生一第二光色彩之第二光源，其中該第二色彩不同於該第一色彩。
此外，本文中所使用之冠詞「一」意欲具有其在專利技術中之普通含義，即，「一或多個」。舉例而言，「一格柵」意指一或多個格柵，且因此在本文中，「該格柵」意指「該(等)格柵」。此外，本文所提及之任何「頂部」、「底部」、「上部」、「下部」、「向上」、「向下」、「前面」、「後面」、「第一」、「第二」、「左側」、或「右側」在本文中皆並非意欲加以限制。在本文中，除非另有明確規定，否則用語「約」在應用於一值時通常意指處於用於產生該值之設備之容差範圍以內，或在某些實例中，意指±10%、或±5%、或±1%。此外，舉例而言，本文中所使用之用語「實質上」意指大部分、或幾乎全部、或全部、或一處於約51%至約100%之一範圍以內之量。此外，本文中之實例僅意欲為例示性，且該等實例僅係出於論述目的而非藉此加以限制。
第2A圖例示根據一與本文所述原理一致之實例，一多光束繞射格柵式彩色背光板100之一剖面圖。第2B圖例示根據一與本文所述原理一致之實例，第2A圖所例示多光束繞射格柵式彩色背光板100之一表面之一立體圖。第2C圖例示根據另一與本文所述原理一致之實例，一多光束繞射格柵式彩色背光板100之一剖面圖。
根據各種實例，多光束繞射格柵式彩色背光板100用以提供複數個被引導出並遠離多光束繞射格柵式彩色背光板100沿不同預定方向引導之光束102。此外，該等光束其中之各種光束102呈現或包含不同光色彩。在某些實例中，具有不同色彩及不同方向之該等光束102形成一電子顯示器之複數個畫素。在某些實例中，該電子顯示器係為一種所謂的「免戴眼鏡式」三維(three-dimensional；3-D)顯示器(例如，一多視點(multiview)顯示器)。
具體而言，根據各種實例，由多光束繞射格柵式彩色背光板100提供之該等光束其中之一光束102被組構成具有一與該等光束其中之其他光束102不同之主角度方向(例如，參見第2A圖至第2C圖)。此外，光束102可具有一相對窄之角展度(angular spread)。因此，光束102可被遠離多光束繞射格柵式彩色背光板100沿一由光束102之主角度方向確立之方向而引導。
另外，由多光束繞射格柵式彩色背光板100提供之該等光束其中之光束102具有或呈現不同光色彩。在某些實例中，光束102之不同色彩可呈現一色彩集合(例如，一調色板(color palette))中之色彩。此外，根據某些實例，呈現該色彩集合中各該色彩之光束102可具有實質上相等之主角度方向。具體而言，對於一特定主角度方向，可存在一組呈現該色彩集合中各該色彩之光束102。在某些實例中，該等光束102之每一主角度方向可包含一組呈現該色彩集合中各該色彩之光束102。在某些實例中，可(例如，藉由如下所述之一光閥(light valve))調變具有(例如，色彩集合之)不同色彩及不同主角度方向之光束102。對遠離多光束繞射格柵式彩色背光板100沿不同方向引導的不同色彩之光束102進行調變可使該等光束特別適用作彩色三維電子顯示器應用中之畫素。
多光束繞射格柵式彩色背光板100包含複數個具有不同色彩之光源110。具體而言，根據本文中之定義，該等光源其中之一光源110用以產生具有一色彩(即，一光學波長)之光，該色彩不同於由該等光源其中之其他光源110產生之光之一色彩。舉例而言，該等光源其中之一第一光源110'可產生具有一第一色彩(例如，紅色)之光，該等光源其中之一第二光源110"可產生具有一第二色彩(例如，綠色)之光，該等光源其中之一第三光源110''''可產生具有一第三色彩(例如，藍色)之光，等等。
在各種實例中，具有不同色彩之該等光源110可包含呈現實質上任何光源之光源110，包含但不限於一發光二極體(light emitting diode；LED)、一螢光燈、及一雷射其中之一或多者。舉例而言，該等光源110可各自包含複數個發光二極體。在某些實例中，該等光源其中之一或多個光源110可產生一具有一窄頻光譜(narrowband spectrum)之實質上單色光，該窄頻光譜由一特定色彩呈現。具體而言，根據某些實例，該單色光之色 彩可為一預定色域(color gamut)或色彩模型(例如，一紅綠藍(red-green-blue；RGB)色彩模型)之一原色(primary color)。舉例而言，該等光源其中之第一光源110，可為一紅色發光二極體，且由第一光源110'產生之單色光可為實質上紅色。在此實例中，第二光源110"可為一綠色發光二極體，且由第二光源110"產生之單色光可為實質上綠色。此外，在此實例中，第三光源110'''可為一藍色發光二極體，且由第三光源110'''產生之單色光可為實質上藍色。
在其他實例中，由該等光源其中之一或多個光源110提供之光可具有一相對寬頻光譜(即，可非為單色光)。舉例而言，可採用一產生實質上白色光之螢光光源或類似寬頻光源來作為該等光源之一部分。在某些實例中，當使用一寬頻光源時，可使用一濾色器或一類似裝置(例如，一稜鏡)將由該寬頻光源產生之白色光「轉換」成該等光源之不同色彩其中之一相應色彩(例如，紅色、綠色、藍色等)。舉例而言，寬頻光源與濾色器組合會有效地產生具有該濾色器之一相應色彩之光。具體而言，根據各種實例，該相應色彩可為該等光源110之不同色彩其中之一色彩，且包含濾色器之「轉換式」寬頻光源可為具有不同色彩之該等光源110其中之一光源110。應注意，本文中所採用之色彩(紅色、綠色及藍色)僅係為了論述起見而並非加以限制。舉例而言，作為對紅色、綠色及藍色其中之任一者或全部之代替或補充，可使用其他色彩來作為光源110之不同色彩。
根據各種實例，如第2A圖及第2C圖中所例示，該等光源其中之光源110係相對於彼此橫向位移。舉例而言，光源110可係沿著一特定軸線或方向而相對於彼此橫向位移。具體而言，如第2A圖及第2C圖中所例示，第一光源110'係相對於第二光源110"沿著一x軸線橫向向左位移。此外，如圖所例示，第三光源110"''係相對於第二光源110"沿著x軸線橫向向右位移。
根據各種實例，多光束繞射格柵式彩色背光板100更包含一板式光導120，板式光導120用以導引進入板式光導120之光104。根據各種實例，板式光導120用以導引由該等光源其中之光源110產生的具有不同色彩之光104。在某些實例中，光導120係使用全內反射(total internal reflection)來導引光104。舉例而言，板式光導120可包含一建構為一光學波導之介電材料。該介電材料可具有一第一折射率，該第一折射率大於環繞該介電光 學波導之一介質的一第二折射率。舉例而言，折射率之差用以促進使被導引光104根據板式光導120之一或多個導引模式而發生全內反射。
在某些實例中，板式光導120可為一種板條或板式光學波導，該光學波導係為一延伸之實質上平坦光學透明材料薄片(例如，如第2A圖及第2C圖中以剖面所例示)。該實質上平坦的介電材料薄片用以經由全內反射來導引光104。在某些實例中，板式光導120可在板式光導120之一表面之至少一部分上包含一包覆層(圖中未例示)。舉例而言，該包覆層可用於更促進全內反射。根據各種實例，板式光導120之光學透明材料可包含多種介電材料其中之任一者或由該任一者構成，該等介電材料包含但不限於各種類型玻璃(例如，氧化矽玻璃、含鹼鋁矽酸鹽玻璃(alkali-aluminosilicate glass)、硼矽酸鹽玻璃等)及實質上光學透明的塑膠或聚合物(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)或「丙烯酸玻璃(acrylic glass)」、聚碳酸酯等)其中之一或多者。
根據各種實例，由光源110產生之光被耦入板式光導120之一端中，以沿著板式光導120之一長度或傳播軸線傳播及被導引。舉例而言，如第2A圖及第2C圖中所例示，被導引光104可在一大體水平方向上沿著板式光導120之傳播軸線(即，沿著x軸線)傳播。在第2A圖中，根據數個粗體水平箭頭而自左向右地(即，自左指向右)例示被導引光104在一大體傳播方向上沿著傳播軸線之傳播。第2C圖亦根據數個粗體水平箭頭而自右向左地例示被導引光104之傳播。在第2A圖及第2C圖中由粗體水平箭頭沿著x軸線所例示的被導引光104之傳播呈現板式光導120內之各種傳播光束。具體而言，例如，該等傳播光束可呈現與板式光導120之光學模式其中之一或多者相關聯之平面傳播光波。根據各種實例，被導引光104之傳播光束可藉由如下方式而沿著傳播軸線傳播：在板式光導120之材料(例如，介電性)與周圍介質間之一界面處由於發生全內反射而自板式光導120之壁「彈回」或反射。
根據各種實例，該等光源其中之光源110之橫向位移決定被導引光104之各種傳播光束在板式光導120內之一相對傳播角度(即，除沿著傳播軸線之傳播以外)。具體而言，第一光源110'相對於第二光源110"之橫向位移(例如，在第2A圖中係向左，且在第2C圖中係向右)可使得與第一 光源110'相關聯之一傳播光束在板式光導120內所具有之一傳播角度小於或「淺」於與第二光源110"相關聯之一傳播光束之一傳播角度。同樣，第三光源110'''相對於第二光源110"之橫向位移(例如，在第2A圖中係向右，且在第2C圖中係向左)可使得與第三光源110'''相關聯之傳播光束之一傳播角度相對於第二光源110"之傳播光束之傳播角度為大或「陡」。因此，該等光源其中之光源110之一相對橫向位移用於控制或決定與各該光源110相關聯之傳播光束之傳播角度。
在第2A圖及第2C圖中，以一實線來例示具有一與第二光源110"相關聯之色彩之光，同時分別以不同虛線來例示具有與第一光源110'及第三光源110'''相關聯之色彩之光。如第2A圖及第2C圖中由相應實線及不同虛線所例示，第一光源110'、第二光源110"及第三光源110'''發射具有不同色彩之光。具有該等不同色彩之光被耦入板式光導120中且作為被導引光104而沿著板式光導傳播軸線傳播(例如，如由粗體水平箭頭所例示)。另外，耦入板式光導120中之被導引光104之各該不同色彩係以一不同傳播角度沿著傳播軸線傳播，該不同傳播角度係由第一光源110'、第二光源110"及第三光源110'''其中之相應者之橫向位移決定。在第2A圖中，根據一曲折形交叉陰影線區域來例示被導引光104以各種不同傳播角度之傳播。此外，在第2A圖及第2C圖中，使用對應實線及不同虛線來繪示具有與第一光源110'、第二光源110"及第三光源110'''相關聯之不同光色彩之光束102。
根據各種實例，多光束繞射格柵式彩色背光板100更包含一多光束繞射格柵130。多光束繞射格柵130係位於板式光導120之一表面處，且用以藉由或使用繞射耦合而自板式光導120以繞射方式耦出被導引光104之一或複數個部分。具體而言，被導引光104之被耦出部分係作為該等具有不同色彩之光束102(即，表示光源110之不同色彩)被遠離光導表面以繞射方式重引導。此外，具有不同色彩之光束102由多光束繞射格柵130遠離光導表面沿不同主角度方向重引導。因此，如圖所例示，來自第二光源110"之被導引光104呈現之光束102(實線箭頭)在被以繞射方式耦出時具有不同主角度方向。類似地，來自光源110'及光源110'''其中之每一者之被導引光104呈現的光束102(各種虛線箭頭)亦分別具有不同主角度方向。然而，根據各種實例，來自各該橫向位移之光源110'、110"、110'''之光束102其中 之某些光束可具有一實質上類似主角度方向。
一般而言，根據各種實例，由多光束繞射格柵130產生之光束102可為發散性或會聚性。具體而言，第2A圖例示該等光束102係為發散性，而第2C圖例示該等光束102係為會聚性。根據各種實例，光束102是發散性(第2A圖)還是會聚性(第2C圖)係由被導引光104之一傳播方向與多光束繞射格柵130之一特性(例如，一啁啾方向)之相對關係所決定。在其中光束102係為發散性之某些實例中，發散性光束102可看似為係自一位於多光束繞射格柵130下方或後方某一距離處之「虛擬」點(圖中未例示)發散。類似地，根據某些實例，會聚性光束102可會聚或交叉於多光束繞射格柵130上方或前方之一虛擬點(圖中未例示)處。
根據各種實例，多光束繞射格柵130包含複數個用於提供繞射之繞射特徵132。所提供繞射使得被導引光104以繞射方式耦出板式光導120。舉例而言，多光束繞射格柵130可包含用作繞射特徵132之如下特徵其中之一或二者：板式光導120之一表面中之凹槽、及自光導表面120突出之凸脊。該等凹槽及凸脊可被排列為彼此平行且至少在某一點處與將由多光束繞射格柵130耦出之被導引光104之一傳播方向垂直。
在某些實例中，該等凹槽及凸脊可被蝕刻、銑削或模製入表面、或施加於表面上。因此，多光束繞射格柵130之一材料可包含板式光導120之一材料。如第2A圖中所例示，舉例而言，多光束繞射格柵130包含自板式光導120之表面突出之實質上平行的凸脊。在第2C圖中，多光束繞射格柵130包含穿透板式光導120之表面之實質上平行的凹槽。在其他實例(圖中未例示)中，多光束繞射格柵130可為一施加或附貼至光導表面之膜或層。舉例而言，繞射格柵130可係沉積於光導表面上。
根據各種實例，多光束繞射格柵130可以多種構形排列於板式光導120之表面處、表面上或表面中。舉例而言，多光束繞射格柵130可為複數個跨光導表面排列成行及成列之格柵(例如，多光束繞射格柵)其中之一成員。舉例而言，多光束繞射格柵130之該等列及行可呈現一由複數個多光束繞射格柵130形成之矩形陣列。在另一實例中，該等多光束繞射格柵130可被排列為另一種陣列，包含但不限於一圓形陣列。在又一實例中，該等多光束繞射格柵130可係跨板式光導120之表面實質上隨機地分佈。
根據某些實例，多光束繞射格柵130可包含一啁啾繞射格柵130。根據定義，如第2A圖至第2C圖中所例示，啁啾繞射格柵130係為一種繞射特徵的展現或具有跨啁啾繞射格柵130之一程度或長度變化之一繞射間距或間隔d的繞射格柵。在本文中，該變化之繞射間隔d稱作一「啁啾」。因此，以繞射方式耦出板式光導120之被導引光104係作為光束102，以與跨啁啾繞射格柵130之不同起點對應之不同繞射角度自啁啾繞射格柵130射出或發射。由於該啁啾，啁啾繞射格柵130可產生具有不同主角度方向之該等光束102。
此外，確立光束102之主角度方向之繞射角度亦隨被導引光104之一波長或色彩及一入射角度而變化。因此，根據各種實例，色彩與一相應光源110對應之一光束102之一主角度方向係隨相應光源110之橫向位移而變化。具體而言，如上所述，該等光源其中之各種光源110用以產生具有不同色彩之光。此外，光源110係相對於彼此橫向位移，以產生被導引光104在板式光導120內之不同傳播角度。根據各種實例，由於光源110之相應橫向位移而使被導引光104具有之不同傳播角度(即，入射角度)與由光源110產生之被導引光104之不同色彩的一組合產生複數個具有實質上相等主角度方向的不同色彩之光束102。舉例而言，在第2A圖至第2C圖中使用實線與虛線之一組合來例示具有實質上相等主角度方向的具有不同色彩之光束102(即，不同色彩之光束之集合)。
在某些實例中，啁啾繞射格柵130可具有或展現隨距離線性變化之繞射間隔d之一啁啾。因此，啁啾繞射格柵130可稱作一「線性啁啾」繞射格柵。舉例而言，第2A圖及第2C圖將多光束繞射格柵130例示為一線性啁啾繞射格柵。如圖所例示，繞射特徵132在多光束繞射格柵130之一第二端130"處較在一第一端130'處更靠近在一起。此外，所例示繞射特徵132之繞射間隔d係自第一端130'至第二端130"線性地變化。
在某些實例中，當被導引光104係沿自第一端130'至第二端130"之一方向傳播時，藉由使用包含啁啾繞射格柵之多光束繞射格柵130將被導引光104耦出板式光導120而產生的具有不同色彩之光束102可發散(即，係為發散性光束102)(例如，如第2A圖中所例示)。根據其他實例，另一選擇為當被導引光104係自第二端130"至第一端130'傳播時，可產生具 有不同色彩之會聚性光束102(例如，如第2C圖中所例示)。
在另一實例(圖中未例示)中，啁啾繞射格柵130可展現一為繞射間隔d之非線性啁啾。各種可用於實現啁啾繞射格柵130之非線性啁啾包含但不限於：一指數啁啾(exponential chirp)、一對數啁啾(logarithmic chirp)、或一以另一實質上非均勻或隨機但仍單調方式變化之啁啾。亦可採用非單調啁啾，諸如但不限於一正弦形啁啾或一三角形(或鋸齒形)啁啾。
根據某些實例，多光束繞射格柵130內之繞射特徵132可具有相對於被導引光104之一入射方向而變化之定向。具體而言，多光束繞射格柵130內之一第一點處繞射特徵132之一定向可不同於另一點處繞射特徵132之一定向。如上所述，根據某些實例，光束102之主角度方向{θ,Φ}之角度分量係由如下二者之一組合決定或對應於該組合：光束102之一起點處繞射特徵132之一局部間距(即，繞射間隔d)與一方位定向角度。此外，根據某些實例，光束102之主角度方向{θ,Φ}之方位分量Φ可實質上獨立於光束102之一色彩(即，對於所有色彩皆實質上相等)。具體而言，根據某些實例，對於光束120之全部色彩，方位分量Φ與繞射特徵132之方位定向角度間之一關係皆可實質上相同。因此，使多光束繞射格柵130內之繞射特徵132之一定向變化即可產生具有不同主角度方向{θ,Φ}之不同光束102，而至少在光束102之相應方位分量Φ方面與光束102之一色彩無關。
在某些實例中，多光束繞射格柵130可包含係為彎曲的或被排列成一大體彎曲構形之繞射特徵132。舉例而言，繞射特徵132可包含沿著曲線之半徑彼此間隔開之彎曲凹槽及彎曲凸脊其中之一。舉例而言，第2B圖將彎曲繞射特徵132例示為彎曲的間隔開之凸脊。在沿著繞射特徵132之曲線之不同點處，多光束繞射格柵130的與彎曲繞射特徵132相關聯之一「基礎(underlying)繞射格柵」具有一不同方位定向角度。具體而言，在沿著彎曲繞射特徵132之一既定點處，該曲線具有一通常與沿著彎曲繞射特徵132之另一點不同之特定方位定向角度。此外，該特定方位定向角度使得自該既定點發射之一光束102具有一對應主角度方向{θ,Φ}。在某些實例中，該(等)繞射特徵(例如，凹槽、凸脊等)之曲線可表示一圓之一區段。該圓可與光導表面共面。在其他實例中，該曲線可表示一橢圓或另一例如與光導表面共面之彎曲形狀之一區段。
在其他實例中，多光束繞射格柵130可包含係為「分段」彎曲之繞射特徵132。具體而言，儘管繞射特徵可能本身並未描繪一實質上平滑或連續曲線，但在多光束繞射格柵130內沿著該繞射特徵之不同點處，繞射特徵132仍可被定向為相對於被導引光104之入射方向成不同角度，以近似一曲線。舉例而言，繞射特徵132可為一包含複數個實質上筆直段之凹槽，該凹槽之每一段具有一與一相鄰段不同之定向。共同來看，該等段之不同角度可近似一曲線(例如，一圓之一段)。舉例而言，下文所述之第3圖例示分段彎曲繞射特徵132之一實例。在又一些實例中，特徵132可僅在多光束繞射格柵130內之不同位置處相對於被導引光之入射方向具有不同之定向，而並非近似一特定曲線(例如，一圓或一橢圓)。
在某些實例中，多光束繞射格柵130可包含不同定向之繞射特徵132、及一為繞射間隔d之啁啾二者。具體而言，繞射特徵132之定向、及繞射特徵132間之間隔d二者可在多光束繞射格柵130內之不同點處變化。舉例而言，多光束繞射格柵130可包含一具有凹槽或凸脊之彎曲及啁啾繞射格柵130，該等凹槽或凸脊既係彎曲的又隨著曲線之一半徑在間隔d上變化。
第2B圖即例示包含在板式光導120之一表面中或表面上既係彎曲又係啁啾之繞射特徵132(例如，凹槽或凸脊)之多光束繞射格柵130(即，為一彎曲的啁啾繞射格柵)。舉例而言，被導引光104相對於多光束繞射格柵130及板式光導120具有如第2B圖中所例示之一入射方向。第2B圖亦例示複數個在板式光導120之表面處遠離多光束繞射格柵130指向之所發射光束102。如圖所例示，光束102係沿複數個不同主角度方向發射。具體而言，如圖所例示，所發射光束102之不同主角度方向在方位角及仰角二者上皆不同。如上文所述，繞射特徵132之啁啾、及繞射特徵132之曲線二者可實質上引起所發射光束102之不同主角度方向。
第3圖例示根據另一與本文所述原理一致之實例，一多光束繞射格柵130之一平面圖。如圖所例示，多光束繞射格柵130係位於一多光束繞射格柵式彩色背光板100之一板式光導120之一表面上，多光束繞射格柵式彩色背光板100亦包含複數個光源110。多光束繞射格柵130包含既係分段彎曲又係啁啾之繞射特徵132。第3圖中之一粗體箭頭例示被導引光104之 一實例性入射方向。
在某些實例中，多光束繞射格柵式彩色背光板100可更包含一傾斜準直器。根據各種實例，該傾斜準直器可係位於該等光源110與板式光導120之間。該傾斜準直器用以使來自光源110之光傾斜並將被傾斜及被準直光作為被導引光104而引導至板式光導120中。根據各種實例，該傾斜準直器可包含但不限於一準直透鏡與一反射鏡(mirror)之組合、一傾斜準直透鏡或準直反射器。舉例而言，第2A圖例示一傾斜準直器140，其包含用以使來自光源110之光準直及傾斜之準直反射器。第2C圖以舉例而非限制之方式例示一包含一準直透鏡142及一反射鏡144之傾斜準直器140。
第4A圖例示根據另一與本文所述原理一致之實例，一包含一傾斜準直器140之多光束繞射格柵式彩色背光板100之一剖面圖。具體而言，傾斜準直器140被例示為一位於具有不同色彩之該等光源110與板式光導120間之準直反射器140。在第4A圖中，如圖所例示，光源110係沿一與被導引光104在板式光導120內之一傳播軸線(例如，x軸線)對應之方向相對於彼此橫向位移。此外，如圖所例示，多光束繞射格柵式彩色背光板100在板式光導120之一表面處包含複數個多光束繞射格柵130(即，一多光束繞射格柵陣列)。每一多光束繞射格柵130用以產生複數個具有不同色彩及不同主角度方向之光束102。
根據各種實例，第4A圖中所例示之準直反射器140用以使由光源110產生的具有不同色彩之光準直。準直反射器140更用以將被準直光引導為相對於板式光導120之一頂表面及一底表面成一傾斜角。根據某些實例，該傾斜角既大於零又小於板式光導120內之一全內反射臨界角。根據各種實例，來自該等光源其中之一相應光源110之光可具有一對應傾斜角，該對應傾斜角係由準直反射器之一傾斜度、及相應光源110相對於準直反射器140之一焦點(focus或focal point)F之一橫向位移二者決定。
第4B圖例示根據一與本文所述原理一致之實例，一準直反射器140之一示意性表示。具體而言，第4B圖例示一位於準直反射器140之焦點F處之第一光源110'(例如，一綠色光源)。亦例示一沿著x軸線(即，沿一與傳播軸線對應之方向)相對於第一光源110'橫向位移之第二光源110"(例如，一紅色光源)。由第一光源110'產生之光(例如，綠色光)作為一 由第4B圖中之射線112'表示之光錐(cone of light)而發散。類似地，由第二光源110"產生之光(例如，紅色光)作為一由第4B圖中之射線112"表示之光錐而發散。
如圖所例示，來自第一光源110'且射出準直反射器140之被準直光係由平行射線114'表示，而來自第二光源110"且射出準直反射器140之經準直光係由平行射線114"表示。應注意，準直反射器140不僅使光準直，而且將被準直光向下引導或傾斜達一非零角度。具體而言，如圖所例示，來自第一光源110'之被準直光係以一傾斜角θ'向下傾斜，且來自第二光源110"之被準直光係以一不同傾斜角θ"向下傾斜。根據各種實例，第一光源傾斜角θ'與第二光源傾斜角θ"之差係由第二光源110"相對於第一光源110'之橫向位移提供或決定。應注意，如第4A圖中所例示，對於來自第一光源110'及第二光源110"其中之相應者之光(例如，綠色對紅色)，不同傾斜角θ'、θ"對應於被導引光104在光導120內之不同傳播角度。
在某些實例中，傾斜準直器(例如，準直反射器140)係與板式光導120成一體。具體而言，例如，一體式傾斜準直器140可能實質上無法與板式光導120分離。舉例而言，傾斜準直器140可係由板式光導120之一材料形成，例如，如圖第4A圖中以準直反射器140所例示。第4A圖之一體式準直反射器140及板式光導120二者可藉由在準直反射器140與板式光導120間射出成型連續之材料而形成。舉例而言，準直反射器140及板式光導120二者之材料皆可為經射出成型丙烯酸。在其他實例中，傾斜準直器140可為一實質上單獨元件，該單獨元件與板式光導120對準且在某些例子中附加安裝至板式光導120，以促進將光耦入板式光導120中。
根據某些實例，傾斜準直器140在被實施為準直反射器140時可在一用於形成準直反射器140之材料之一彎曲表面(例如，一拋物線形表面)上更包含一反射塗層。舉例而言，可將一金屬塗層(例如，一鋁膜)或一類似「鏡面反射」材料施加至用於形成準直反射器140之材料之一彎曲部分之一外側表面，以增強該表面之反射性。在包含與板式光導120成一體之傾斜準直器140之多光束繞射格柵式彩色背光板100之實例中，多光束繞射格柵式彩色背光板100在本文中可係稱作「單體式」。
在某些實例中，傾斜準直器140之準直反射器140包含一雙曲 率抛物面反射器(doubly curved paraboloid reflector)之一部分。該雙曲率抛物面反射器可具有一第一拋物線形狀，以沿一與板式光導120之一表面平行之第一方向來使光準直。另外，該雙曲率抛物面反射器可具有一第二拋物線形狀，以沿一與第一方向實質上正交之第二方向來使光準直。
在某些實例中，傾斜準直器140包含一種係為一「被整形」反射器之準直反射器140。該被整形反射器結合橫向位移之光源110而用以產生一第一光束102，且產生一第二光束102，第一光束102與光之不同色彩其中之一第一色彩對應，第二光束102與不同色彩其中之一第二色彩對應，該等光束係自多光束繞射格柵130發射。根據各種實例，第一光束102之一主角度方向約等於第二光束之一主角度方向。具體而言，為使第一光束102與第二光束102達成一約相等主角度方向，可採用一種諸如但不限於射線追蹤最佳化(ray-tracing optimization)之方法。舉例而言，射線追蹤最佳化可用於調整一最初係拋物線形的反射器之一形狀，以得到被整形反射器。射線追蹤最佳化可提供一種用於滿足如下之一約束條件之反射器形狀調整：具有一第一色彩之第一光束102與具有一第二色彩之一第二光束102二者例如在第一光束102及第二光束102射出多光束繞射格柵130時具有相等主角度方向。
第5圖例示根據一與本文所述原理一致之實例，多光束繞射格柵式彩色背光板100之一立體圖。具體而言，如第5圖中所例示，多光束繞射格柵式彩色背光板100係為單體式的，在板式光導120之一邊緣處具有複數個一體式準直反射器140。此外，如圖所例示，各該準直反射器140皆具有一雙曲率拋物線形狀，以沿一水平方向(即，一y軸線)及一垂直方向(即，一z軸線)二者來使光準直。此外，在第5圖中以舉例方式將多光束繞射格柵130例示為位於板式光導表面上之圓形特徵。如第5圖中所進一步例示，在準直反射器140其中之一第一者下方繪示了複數個橫向位移的具有不同色彩之光源110。雖然未明確地例示，但根據各種實例，在其他準直反射器140其中之每一者下方亦具有複數個分離、橫向位移的不同色彩之光源，俾使每一準直反射器140皆具有其自身之一組光源110。
在某些實例中，多光束繞射格柵式彩色背光板100係為實質上光學透明的。具體而言，根據某些實例，板式光導120及多光束繞射格柵 130二者在一與板式光導120中之一被導引光傳播方向正交之方向上可為光學透明的。舉例而言，光學透明性可使位於多光束繞射格柵式彩色背光板100之一側上之物件能夠自一相對側看到(即，透過板式光導120之一厚度而看到)。在其他實例中，當自一觀看方向(例如，在一頂表面上方)觀看時，多光束繞射格柵式彩色背光板100係為實質上不透明的。
根據本文所述原理之某些實例，提供一種彩色電子顯示器。該彩色電子顯示器用以發射具有不同色彩之被調變光束來作為該電子顯示器之畫素。此外，在各種實例中，被調變之不同色彩之光束可優先被朝向彩色電子顯示器之一觀看方向、作為複數個被不同引導的具有不同色彩之被調變光束而引導。在某些實例中，該彩色電子顯示器係為一三維(three-dimensional；3-D)彩色電子顯示器(例如，一免戴眼鏡式三維彩色電子顯示器)。根據各種實例，該等經調變的被不同引導之光束其中之不同者可對應於與三維彩色電子顯示器相關聯之不同「視點」。舉例而言，該等不同「視點」可提供對正由該三維彩色電子顯示器顯示之資訊的一「免戴眼鏡式」(例如，裸眼立體式(autostereoscopic))呈現。
第6圖例示根據一與本文所述原理一致之實例，一彩色電子顯示器200之一方塊圖。具體而言，第6圖中所例示之電子顯示器200係為一用以發射經調變光束202之三維彩色電子顯示器200(例如，一「免戴眼鏡式」三維彩色電子顯示器)。根據各種實例，經調變光束202包含具有複數個不同色彩之光束202。
如第6圖中所例示，三維彩色電子顯示器200包含一光源210。光源210包含複數個相對於彼此橫向位移的具有不同色彩之光學發射器。在某些實例中，光源210實質上類似於上文關於多光束繞射格柵式彩色背光板100所述之該等光源110。具體而言，光源210之一光學發射器用以發射或產生具有一色彩或等效地波長之光，該色彩或波長不同於光源210之另一光學發射器之一色彩或波長。此外，光源210之光學發射器相對於光源210之其他光學發射器橫向位移。舉例而言，光源210可包含一用以發射紅色光之第一光學發射器(即，一紅色光學發射器)、一用以發射綠色光之第二光學發射器(即，一綠色光學發射器)、及一用以發射藍色光之第三光學發射器(即，一藍色光學發射器)。舉例而言，第一光學發射器可相對於第二光 學發射器橫向位移，而第二光學發射器又可相對於第三光學發射器橫向位移。
三維電子顯示器200更包含一傾斜準直器220。傾斜準直器220用以使由光源210產生之光準直。傾斜準直器220更用以將被準直光以一非零傾斜角、作為被導引光而引導至一板式光導230中。在某些實例中，傾斜準直器220與上文所述多光束繞射格柵式彩色背光板100之傾斜準直器140實質上類似。具體而言，在某些實例中，傾斜準直器220可包含一與多光束繞射格柵式彩色背光板100之準直反射器140實質上類似之準直反射器。在某些實例中，該準直反射器可具有一經整形拋物線反射器表面(例如，該準直反射器可係為一經整形反射器)。
如第6圖中所例示，三維彩色電子顯示器200更包含板式光導230，以導引在傾斜準直器220之一輸出處產生之被傾斜的被準直光。板式光導230中之被導引光係為最終變為由三維彩色電子顯示器200發射之被調變光束202之光的一源。根據某些實例，板式光導230可與上文關於多光束繞射格柵式彩色背光板100所述之板式光導120實質上類似。舉例而言，板式光導230可為一板條光學波導，該板條光學波導係為一用以藉由全內反射來導引光之一平坦介電材料薄片。根據各種實例，光源210之光學發射器沿一與被導引光在板式光導230內之一傳播軸線對應之方向相對於彼此橫向位移。舉例而言，該等光學發射器可係在準直反射器之一焦點(focus或focal point)附近沿傳播軸線(例如，x軸線)方向橫向位移。
第6圖中所例示之三維彩色電子顯示器200在板式光導之一表面處更包含一由複數個多光束繞射格柵240形成之陣列。在某些實例中，該陣列之多光束繞射格柵240可與上文所述多光束繞射格柵式彩色背光板100之多光束繞射格柵130實質上類似。具體而言，多光束繞射格柵240用以自板式光導230將被導引光之一部分作為複數個表示不同色彩(例如，一色彩集合或調色板之不同色彩)之光束204耦出。此外，多光束繞射格柵240用以沿複數個不同主角度方向引導具有不同色彩之光束204。在某些實例中，具有複數個不同主角度方向的具有不同色彩之該等光束204係為複數組光束204，其中一組包含具有相同主角度方向的具有多種色彩之光束。此外，根據某些實例，一組中光束204之主角度方向不同於該等組中之其他組 中光束204之主角度方向。
根據各種實例，一與由光源210之一光學發射器產生之光對應之被調變光束202之一主角度方向可實質上類似於與由光源210之另一光學發射器產生之光對應之另一被調變光束202之一主角度方向。舉例而言，與一第一或紅色光學發射器對應之一紅色光束202之一主角度方向可分別與一第二或綠色光學發射器及一第三或藍色光學發射器之一綠色光束202及一藍色光束202其中之一或二者之一主角度方向實質上類似。舉例而言，該等主角度方向之實質類似性可係由光源210中第一(紅色)光學發射器、第二(綠色)光學發射器及第三(藍色)光學發射器相對於彼此之橫向位移而提供。此外，根據各種實例，該實質類似性可提供三維彩色電子顯示器200之一畫素、或等效地一組具有一共同主角度方向且具有各該光源色彩之光束202。
在某些實例中，多光束繞射格柵240包含一啁啾繞射格柵。在某些實例中，多光束繞射格柵240之繞射特徵(例如，凹槽、凸脊等)係為彎曲繞射特徵。在又一些實例中，多光束繞射格柵240包含一具有彎曲繞射特徵之啁啾繞射格柵。舉例而言，該等彎曲繞射特徵可包含係為彎曲(即，連續彎曲或分段彎曲)的一凸脊或一凹槽、及一介於該等彎曲繞射特徵間之間隔，該間隔可跨多光束繞射格柵240而隨距離變化。
如第6圖中所例示，三維彩色電子顯示器200更包含一光閥陣列250。根據各種實例，光閥陣列250包含複數個用以調變該等光束其中之被不同引導之光束204的光閥。具體而言，光閥陣列250之光閥用以調變被不同引導之光束204，以提供係為三維彩色電子顯示器200之畫素的被調變光束202。此外，經調變的被不同引導之光束202其中之不同者可對應於該三維電子顯示器之不同視點。在各種實例中，可在光閥陣列250中採用不同類型之光閥，包含但不限於液晶光閥或電泳光閥。在第6圖中使用虛線來強調對光束202之調變。根據各種實例，一被調變光束202之一色彩係部分或完全地歸因於由多光束繞射格柵240產生的被不同引導之光束204之一色彩。舉例而言，光閥陣列250之一光閥可並不包含一濾色器，以產生具有不同色彩之被調變光束202。
根據各種實例，在三維彩色電子顯示器200中所採用之光閥 陣列250可為相對厚的、或等效地可與多光束繞射格柵240間隔開一相對大之距離。根據本文所述原理之各種實例，可採用一相對厚之光閥陣列250或一與多光束繞射格柵240間隔開之光閥陣列250係因多光束繞射格柵240提供沿複數個不同主角度方向引導之光束204。在某些實例中，光閥陣列250(例如，使用液晶光閥)可與多光束繞射格柵240間隔開、或等效地可具有一大於約50微米之厚度。在某些實例中，光閥陣列250可與多光束繞射格柵240間隔開或包含一大於約100微米之厚度。在又一些實例中，該厚度或間隔可大於約200微米。在某些實例中，相對厚之光閥陣列250可商業購得(例如，一可商業購得之液晶光閥陣列)。
在某些實例中，該等由多光束繞射格柵240產生的被不同引導之光束204用以會聚或實質上會聚(例如，彼此交叉)於板式光導230上方之一點處或附近。「實質上會聚(substantially converge)」意指被不同引導之光束204係在該「點」或其附近下方或者在到達該「點」或其附近之前會聚，且在該點或該點附近上方或者超出該點或該點附近發散。舉例而言，被不同引導之光束204之會聚可促進使用相對厚之光閥陣列250。
第7圖例示根據一與本文所述原理一致之實例，複數個會聚於一會聚點P處的被不同引導之光束204之一剖面圖。如第7圖中所例示，會聚點P係位於板式光導230之表面上之多光束繞射格柵240與光閥陣列250之間。具體而言，光閥陣列250位於距板式光導表面超出被不同引導之光束204之會聚點P之一距離處。此外，如圖所例示，各該被不同引導之光束204皆通過光閥陣列250之一不同單元或光閥252。根據各種實例，被不同引導之光束204可由光閥陣列250之光閥252調變，以產生被調變光束202。在第7圖中使用虛線來強調對被調變光束202之調變。在第7圖中處於板式光導230中之一水平粗線箭頭表示板式光導230內具有不同色彩之被導引光，該被導引光由多光束繞射格柵240作為具有不同色彩的被不同引導之光束204而耦出，該等不同色彩與來自光源210中具有不同色彩之光學發射器之被導引光對應。
再次參照第6圖，根據某些實例，三維彩色電子顯示器200可更包含一發射器時間多工器(time multiplexer)260，以對光源210之光學發射器進行時間多工。具體而言，發射器時間多工器260用以在一時間間隔期 間依序啟用光源210之各該光學發射器。對該等光學發射器之依序啟用將依序在複數個不同時間間隔其中之一對應時間間隔期間產生色彩與一相應經啟用光學發射器對應之光。舉例而言，發射器時間多工器260可用以在一第一時間間隔期間啟用一第一光學發射器(例如，一紅色發射器)，以自該第一光學發射器產生光(例如，紅色光)。發射器時間多工器260可用以在一處於第一時間間隔之後的第二時間間隔期間啟用一第二光學發射器(例如，一綠色發射器)，以自該第二光學發射器產生光(例如，綠色光)。根據各種實例，對具有不同色彩之光學發射器進行時間多工可使一正在觀看三維彩色電子顯示器200之入能夠感知到該等不同色彩之組合。具體而言，例如，當由發射器時間多工器260進行時間多工時，該等光學發射器可產生不同光色彩之一組合，該等不同光色彩最終產生一光束202，光束202具有一主角度方向及一表示該等經時間多工不同色彩之一組合之色彩(例如，一所感知色彩)。根據各種實例，可將發射器時間多工器260實施為一狀態機(state machine)(例如，使用一儲存於記憶體中並由一電腦執行之電腦程式)。
根據本文所述原理之某些實例，提供一種彩色電子顯示器運作方法。第8圖例示根據一與本文所述原理一致之實例，一彩色電子顯示器運作方法300之一流程圖。如第8圖中所例示，彩色電子顯示器運作方法300包含：使用複數個相對於彼此橫向位移之光源來產生310光。在某些實例中，在產生310中所使用之該等光源與上文關於多光束繞射格柵式彩色背光板100所述的橫向位移之該等光源110實質上類似。具體而言，該等光源其中之一光源所產生310之光之一色彩不同於該等光源其中之其他光源所產生之色彩。
第8圖中所例示之彩色電子顯示器運作方法300更包含：在一板式光導中導引320光。在某些實例中，該板式光導及該被導引光可與上文關於多光束繞射格柵式彩色背光板100所述之板式光導120及被導引光104實質上類似。具體而言，在某些實例中，該板式光導可係根據全內反射來導引320被導引光。此外，在某些實例中，該板式光導可係為一實質上平坦介電光學波導(例如，一平坦介電薄片)。此外，該等光源之橫向位移係沿一與板式光導中之一傳播軸線(例如，如第2A圖及第2C圖中所例示之x軸線) 對應之方向進行。
如第8圖中所例示，彩色電子顯示器運作方法300更包含：使用一多光束繞射格柵以繞射方式耦出330經導引光之一部分。根據各種實例，該多光束繞射格柵係位於板式光導之一表面處。舉例而言，該多光束繞射格柵可係作為凹槽、凸脊等形成於板式光導之表面中。在其他實例中，該多光束繞射格柵可包含一位於板式光導表面上之膜。在某些實例中，該多光束繞射格柵與上文關於多光束繞射格柵式彩色背光板100所述之多光束繞射格柵130實質上類似。具體而言，由該多光束繞射格柵以繞射方式耦出330板式光導之被導引光部分會產生複數個光束。該等光束其中之光束被遠離板式光導表面重引導。具體而言，被遠離該表面重引導之該等光束其中之一光束具有一與該等光束其中之其他光束不同之主角度方向。在某些實例中，該等光束其中之每一經重引導光束皆相對於該等光束其中之其他光束具有一不同主角度方向。此外，根據各種實例，經由多光束繞射格柵進行繞射耦出330而產生之該等光束具有色彩彼此不同之光束。
根據某些實例(例如，如第8圖中所例示)，彩色電子顯示器運作方法300更包含：使來自該等光源之所產生310光準直340，並使用一傾斜準直器將被準直光引導至板式光導中。在某些實例中，該傾斜準直器與上文關於多光束繞射格柵式彩色背光板100所述之傾斜準直器140實質上類似。具體而言，在某些實例中，使所產生光準直340可包含：用一準直反射器將被準直光引導為相對於板式光導表面以及板式光導之傳播軸線成一傾斜角θ。在某些實例中，來自該等光源其中之一相應光源之光具有一對應傾斜角θ，對應傾斜角θ係由準直反射器之一傾斜度、及該相應光源相對於該準直反射器之一焦點(focus或focal point)之一橫向位移二者決定。
根據某些實例，如第8圖中所例示，彩色電子顯示器運作方法300更包含：使用複數個對應光閥來調變350該等光束。舉例而言，該等光束其中之光束可藉由通過該等對應光閥或以其他方式與該等對應光閥交互作用而被調變350。經調變350光束可形成一三維(three-dimensional，3-D)彩色電子顯示器之畫素。舉例而言，經調變350光束可提供三維彩色電子顯示器(例如，一免戴眼鏡式三維彩色電子顯示器)之複數個視點。在某些實例中，該三維彩色電子顯示器可與上文所述之三維彩色電子顯示器200實 質上類似。
根據各種實例，在調變350中所採用之光閥可與上文所述三維彩色電子顯示器200之光閥陣列250之光閥實質上類似。舉例而言，該等光閥可包含液晶光閥。在另一實例中，該等光閥可為另一種類型之光閥，包含但不限於一電潤濕光閥或一電泳光閥。
根據某些實例(第8圖中未例示)，彩色電子顯示器運作方法300更包含：對該等光源其中之光源進行時間多工。具體而言，時間多工步驟包含依序啟用該等光源，以在複數個不同時間間隔其中之一對應時間間隔期間產生與相應經啟用光源之色彩對應之光。舉例而言，可藉由一與上文關於三維彩色電子顯示器200所述之發射器時間多工器260實質上類似之光源時間多工器來提供時間多工步驟。
因此，已闡述了一種多光束繞射格柵式彩色背光板、一種三維彩色電子顯示器、及一種彩色電子顯示器運作方法之實例，該等實例皆採用一多光束繞射格柵及複數個橫向位移之光源來提供複數個被不同引導的不同色彩之光束。應理解，上述實例僅例示表示本文所述原理之諸多特定實例其中之某些實例。明顯地，熟習此項技術者可容易設想出眾多其他構造，此並不背離由以下申請專利範圍所界定之範圍。
100‧‧‧多光束繞射格柵式彩色背光板
110‧‧‧光源
120‧‧‧板式光導
130‧‧‧多光束繞射格柵
140‧‧‧傾斜準直器/準直反射器
x‧‧‧軸線
y‧‧‧軸線
z‧‧‧軸線

Claims (19)

  1. 一種多光束繞射格柵式彩色背光板，包含：複數個具有不同色彩之光源；一板式光導，用以導引由該等光源產生的具有該等不同色彩之光，該等光源係沿一與該板式光導之一傳播軸線對應之方向相對於彼此橫向位移；以及一多光束繞射格柵，位於該板式光導之一表面處，用以自該板式光導將該被導引光之一部分作為複數個具有該等不同色彩之光束以繞射方式耦出，該等光束其中之一光束所具有之一主角度方向不同於該等光束其中之其他光束之主角度方向；其中，一色彩與一相應光源對應之一光束之一主角度方向係隨該相應光源之該橫向位移而變化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多光束繞射格柵式彩色背光板，其中該多光束繞射格柵包含一啁啾繞射格柵。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之多光束繞射格柵式彩色背光板，其中該多光束繞射格柵包含彼此間隔開之彎曲凹槽及彎曲凸脊其中之一。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之多光束繞射格柵式彩色背光板，更包含一位於該等光源與該板式光導間之傾斜準直器，該傾斜準直器用以使來自該等光源之光準直及傾斜並將該被傾斜及被準直之光作為該被導引光而引導至該板式光導中。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之多光束繞射格柵式彩色背光板，其中該傾斜準直器包含一準直反射器，以將該被準直光引導為相對於該板式光導之一頂表面及一底表面成一傾斜角，該傾斜角既大於零又小於該板式光導內之一全內反射臨界角，且其中來自該等光源其中之一相應光源之光具有一對應傾斜角，該對應傾斜角係由該準直反射器之一傾斜度、及該相應光源相對於該準直反射器之一焦點之一橫向位移二者決定。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之多光束繞射格柵式彩色背光板，其中該準直反射器係與該板式光導成一體且由該板式光導之一材料形成，該準直反射器包含一雙曲率抛物面反射器之一部分，該雙曲率抛物面反射器具有一第一拋物線形狀及一第二拋物線形狀，該第一拋物線形狀用以沿一與 該板式光導之一表面平行之第一方向來使光準直，該第二拋物線形狀用以沿一與該第一方向正交之第二方向來使光準直。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之多光束繞射格柵式彩色背光板，其中該準直反射器係為一經整形反射器，該經整形反射器結合該等橫向位移之光源而產生一第一光束且產生一第二光束，該第一光束與光之該等不同色彩其中之一第一色彩對應，該第二光束與該等不同色彩其中之一第二色彩對應，該第一光束之一主角度方向約等於該第二光束之一主角度方向。
  8. 一種三維彩色電子顯示器，包含如申請專利範圍第1項所述之多光束繞射格柵式彩色背光板，該三維彩色電子顯示器更包含一光閥，以調變該等光束其中之一光束，該光閥係相鄰於該多光束繞射格柵，其中欲由該光閥調變之該光束對應於一電子顯示器之一畫素。
  9. 一種三維彩色電子顯示器，包含：一光源，包含複數個相對於彼此橫向位移之具有不同色彩之光學發射器；一傾斜準直器，用以使由該光源產生之光準直並將該被準直光以一非零傾斜角、作為被導引光而引導至一板式光導中；一由複數個多光束繞射格柵形成之陣列，位於該板式光導之一表面處，用以將該被導引光之一部分作為複數個表示該等不同色彩之光束耦出，並將該等光束遠離該板式光導而沿複數個不同主角度方向引導；以及一光閥陣列，用以調變該等被不同引導之光束，該等經調變的被不同引導之光束表示該三維彩色電子顯示器之畫素。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之三維彩色電子顯示器，其中該等光學發射器包含一用以發射紅色光之第一光學發射器、一用以發射綠色光之第二光學發射器、及一用以發射藍色光之第三光學發射器，且其中來自該第一光學發射器之一紅色光束之一主角度方向與分別來自該第二光學發射器及該第三光學發射器之一綠色光束及一藍色光束其中之一或二者之一主角度方向實質上類似，此係由該第一光學發射器、該第二光學發射器及該第三光學發射器相對於彼此之該等橫向位移所決定。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之三維彩色電子顯示器，其中該傾斜準直器包含一具有一經整形拋物線反射器表面之準直反射器，該等光學發射器係在該準直反射器之一焦點附近沿一與該板式光導之一傳播軸線對應之方 向相對於彼此橫向位移。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之三維彩色電子顯示器，其中該多光束繞射格柵包含一具有彎曲繞射特徵之啁啾繞射格柵。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之三維彩色電子顯示器，其中由該多光束繞射格柵產生之該等光束將實質上會聚於該板式光導表面上方之一點處，且其中該光閥陣列係位於距該板式光導表面超出該等光束之該會聚點的一距離處。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之三維彩色電子顯示器，其中該光閥陣列包含複數個液晶光閥。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之三維彩色電子顯示器，更包含一發射器時間多工器，以對該光源之該等光學發射器進行時間多工，其中該時間多工器將依序啟用該光源之各該光學發射器，以在複數個不同時間間隔其中之一對應時間間隔期間產生具有一與該相應經啟用光學發射器對應之不同色彩的光。
  16. 一種三維彩色電子顯示器運作方法，該方法包含：使用複數個相對於彼此橫向位移之光源來產生光，該等光源其中之一光源所產生光之一色彩不同於由該等光源其中之其他光源產生之色彩；在一板式光導中導引該所產生光；以及使用一位於該板式光導之一表面處之多光束繞射格柵以繞射方式耦出該被導引光之一部分，以產生複數個具有不同色彩之光束，該等光束被遠離該板式光導沿複數個不同主角度方向引導；其中該等光源係沿一與該板式光導之一傳播軸線對應之方向橫向位移。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之三維彩色電子顯示器運作方法，更包含：使用一傾斜準直器來使該所產生光準直並將該被準直光引導至該板式光導中，其中該傾斜準直器包含一準直反射器，以將該準被直光引導為相對於該板式光導表面成一傾斜角，且其中來自該等光源其中之一相應光源之該光具有一對應傾斜角，該對應傾斜角係由該準直反射器之一傾斜度、及該相應光源相對於該準直反射器之一焦點之一橫向位移二者決定。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之三維彩色電子顯示器運作方法，更包含：使用複數個對應光閥來調變該等光束，該等經調變光束形成一三維電子 顯示器之畫素。
  19. 如申請利範圍第16項所述之三維彩色電子顯示器運作方法，更包含：對該等光源其中之該等光源進行時間多工，其中時間多工步驟包含依序啟用該等光源，一經啟用光源將在複數個時間間隔其中之一時間間隔期間產生具有一相應色彩之光。
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