TWI611216B

TWI611216B - 具有雙層背光板的二維／三維模式切換電子顯示器與方法

Info

Publication number: TWI611216B
Application number: TW105123895A
Authority: TW
Inventors: 大衛Ａ費圖
Original assignee: 雷亞有限公司
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2018-01-11
Also published as: TW201804216A

Abstract

本發明係提供一種雙層背光板，其包括了用於發出光的一第一平面背光板，以及用於提供多條耦合出光束的一第二平面背光板。第二平面背光板具有一平板導光體以及一多光束繞射格柵，所述多光束繞射格柵係將平板導光體中的導光束的一部分繞射耦合出成為多條耦合出光束。該些耦合出光束的其中一光束具有與該些耦合出光束中的其他光束不相同的主要角度方向。本發明亦提供了一二維/三維模式切換電子顯示器，其包括了上述的雙層背光板以及一光閥陣列，所述的光閥陣列係選擇性地在電子顯示器的第一模式中將發射光條變為二維像素，並且在電子顯示器的第二模式中將耦合出光束調變為對應於不同三維視角的三維像素。

Description

具有雙層背光板的二維/三維模式切換電子顯示器與方法

本發明屬於一種背光板；特別是一種雙層背光板以及使用該背光板的二維/三維模式切換電子顯示器。

對於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)，以及各種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)的顯示器。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。在主動顯示器的分類中，最明顯的例子是CRTs、PDPs及OLEDs/AMOLEDs。在上述以發射光進行分類的情況下，LCDs及EP顯示器一般是被歸類在被動顯示器的分類中。被動顯示器雖然經常表現出包括但不限於如固有的低功率消耗等具有吸引力的性能特徵，但由於其缺乏發光的能力，被動顯示器在許多實際應用中可能有使用上的限制。

為了克服被動顯示器與發射光相關聯的使用限制，許多被動顯示器係與一外部光源耦合。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發揮主動顯示器的功能。背光板即為這種耦合光源的例子之一。背光板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)。舉例來說，背光板可以與LCD或EP顯示器耦合。背光板會發出可以穿過LCD或EP顯示器的光。發出的發射光會由LCD或EP顯示器調變，且經調變後的光會隨後依序地由LCD或EP顯示器射出。通常背光板係發出白色光。濾色器接著會將白光轉化成顯示器中使用的各種顏色的光。舉例來說，濾色器可以被設置在LCD或EP顯示器的輸出處(不太常見的配置)，或者可以被設置在背光板和LCD或EP顯示器之間。

下文的實施例與範例係依據本發明的原理提供了一種支援在二維資訊與三維資訊的顯示之間切換的資訊顯示器。尤其，根據與本發明一致的原理，可以選擇性地以二維模式或三維模式顯示資訊。三維模式可以配合「裸眼」或裸眼3D立體顯示器來展示影像或其他類似的資訊，而二維模式可以用於展示缺乏第三維度或至少不受益於第三個維度的資訊(例如，文字、二維影像等資訊)。此外，根據與本發明所述原理相同的各個實例，可切換的二維與三維模式是提供於相同的顯示單元或系統上。相較於僅僅利用二維顯示器或三維顯示器的顯示系統而言，可以選擇性的在相同的顯示系統上顯示二維資訊與三維資訊的可切換顯示系統，可以使得一個單一的顯示系統符合更廣且不同的數據展示需求。

根據各個實施例，本發明提供了一種可以在顯示二維資訊與三維資訊的模式之間切換的雙層背光板。更詳而言之，雙層背光板的第一層提供了用於提供或顯示二維資訊的發出光。雙層背光板的第二層則藉由發出對應於各個三維視角的預定主要角度方向的多條光束來支援三維資訊的顯示。根據本發明的各個實施例，雙層背光板的第一層可以包括基本上任何的平面背光板。根據本發明的各個實施例，雙層背光板的第二層包括一導光體以及一多光束繞射格柵，藉以產生該等光束中的耦合出光束。

在本文中，「導光體」被定義為一種在其結構中使用全內部反射來引導光的結構。尤其，導光體可包括一核心，在導光體的操作波長中，該核心基本上是透明的。在各個實施例中，「導光體」一詞一般指的是一介電質的光波導，其係利用全內部反射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引導光。根據定義，全內部反射的條件是，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。在某些實施例中，導光體可以在利用上述的折射率差之外另外包括一塗層，或者利用塗層取代前述的折射率差，藉此進一步促成全內部反射。舉例來說，該塗層可以是反射塗層。根據不同的實施例，導光體可以是數種導光體中的任一種，其可以包括但不限於，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。

此外，在本文中，當「平板」一詞被應用於導光體中時，如「平板導光體」，其係被定義為一片狀、一差異平面層狀或一薄片，並且在某些情況中被稱為「薄片」導光體。尤其，一平板導光體係被定義為在由導光體的上表面及下表面(換言之，兩個相對的表面)所界定的兩個大致正交的方向上引導光的一導光體。此外，在本說明書的定義中，上表面及下表面兩者間彼此隔開，並且根據本發明的某些實施例，至少在區隔的意義上兩者為大致彼此平行的表面。也就是說，在平板導光體的任何不同的小區域內，上表面和下表面是大致上為平行或共面的表面。

在其他的實施例中，平板導光體可以具有楔形的形狀，其中，上表面與下表面之間的空間係以橫跨平板導光體的距離的函數變化。尤其，在某些實施例中，楔形形狀在上表面到下表面之間的空間，可以是隨著楔形平板導光體的輸入端到輸出端或終端之間的距離而增加的空間。舉例來說，此種楔形導光體可以對輸入端引入的光線提供準直(例如，垂直準直)。

在某些實例中，一平板導光體可以具有大致為平坦的結構(即，限制在一個平面上)，因而使平板導光體成為平面導光體。在其它實施例中，平板導光體可以具有在一個或兩個正交維度中為彎曲的結構。例如，平板導光體可以具有在一單一維度中為彎曲的結構，以形成圓柱形的平板導光體。然而，在各種實施例，任何曲率都需具有足夠大的曲率半徑，以確保平板導光體中能保持全內部反射來引導光。

根據本發明中的各個實施例，一繞射格柵(例如，一多光束繞射格柵)可以被用於將光打散，或者將光耦合出導光體(例如，平板導光體)而成為一光束。在此，「繞射格柵」通常被定義為複數個構造特徵(即，繞射結構特徵)，用於提供入射於繞射格柵之光的繞射。在某些實施例中，複數個構造特徵可以以週期性或準週期性的方式設置。舉例來說，繞射格柵可以包括佈置在一個一維陣列中之複數個構造特徵(例如，在一材料表面的複數個凹槽)。在其他實例中，繞射格柵可以是構造特徵的二維陣列。舉例來說，繞射格柵可以是在材料表面上的凸部的二維陣列。

因此，如本說明書中的定義，繞射格柵為一種結構，其可以提供入射於繞射格柵之光的繞射。如果光是由一導光體入射到繞射格柵上，其所提供的繞射或者繞射地散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的方式將光耦合離開導光體。繞射格柵也藉由繞射的方式(即，以一繞射角度)重新定向或改變光的角度。尤其，由於繞射的緣故，離開繞射格柵的光(即，繞射光)通常具有與入射於繞射格柵的光(即，入射光)的傳導方向不同的傳導方向。藉由繞射產生之光的傳導方向上的變化於本文中被稱為「繞射地重新定向」。因此，繞射格柵可被理解為經由繞射方式將入射在繞射格柵上的光重新定向之具有繞射特徵的結構，以及，如果光是由導光體射出，繞射格柵也可將來自導光體的光繞射地耦合出。

此外，如本說明書中的定義，繞射格柵的特徵係被稱為「繞射結構特徵」，並且可以是位在一表面、在一個表面之內或在一個表面之上(換言之，「表面」所指的是兩個材料之間的一邊界)的一個以上的繞射結構特徵。該表面可以是平板導光體的一個表面。繞射結構特徵可包括任何種類的光繞射結構，其可以包含但不限於：在表面、在表面內或在表面上的一個以上的凹槽、脊部、孔洞和凸起。例如，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突出的複數個平行的脊部。繞射結構特徵(不論是凹槽、脊部、孔洞、凸部等)可以具有得以提供繞射功能之各種橫截面形狀或輪廓中的任一者，該些橫截面形狀或輪廓係包括但不限於：一正弦狀輪廓、一矩形輪廓(例如，一二元化繞射格柵)、一三角形輪廓和一鋸齒輪廓(例如，一閃耀光柵)的其中一個或多個。

根據本說明書中的定義，「多光束繞射格柵」是產生由繞射方式重新定向之光束(例如，繞射地耦合出的光)的繞射格柵。此外，如本說明書中之定義，由多光束繞射格柵所產生的該等光束係具有彼此不同的主要角度方向。更詳而言之，如本發明的定義，由於多光束繞射格柵對入射光進行繞射耦合以及繞射地重新定向的緣故，該等光束中的一光束係具有與該等光束中的另一光束不同的一預定主要角度方向。該等光束可以代表一光場。舉例來說，該等光束可能會包括具有八種不同主要角度方向的八條光束。舉例來說，該八條光束的結合(即，該等光束)可以代表一光場。根據本發明的各個實施例，各條光束的不同的主要角度方向，是由以下兩個因素的結合所決定，該兩個因素分別為格柵柵距或間隔，以及多光束繞射格柵的繞射結構特徵在各個光束的起始點相對於入射在多光束繞射格柵上的光線的傳導方向的方向性或轉動。

根據本發明中所述的各個實施例，繞射格柵(如，多光束繞射格柵)所產生的耦合出的光係代表電子顯示器之像素。更詳而言之，用於產生具有不同主要角度方向之光束的具有多光束繞射格柵之導光體，可以為電子顯示器的背光板的一部分，或者可以為與電子顯示器一起使用的背光板的一部分，其中，該電子顯示器可以為但不限於「裸眼」的三維電子顯示器(例如，也被稱為多視角或全像式顯示器，或者被稱為裸眼3D立體顯示器)。如上所述，利用多光束繞射格柵透過將光耦合出導光體所產生之具有不同定向的光束，可以代表三維電子顯示器的像素。再者，如上文中所述，具有不同定向的光束可以形成一光場。

在本文中，「準直」鏡係被定義為具有曲形並且使準直鏡所反射過的光準直的鏡子。舉例來說，準直鏡的反射表面可以具有拋物線曲線或拋物線形狀的特徵。在另一實例中，準直鏡可以為類拋物線形的鏡子。「類拋物線形」在此係指拋物線形鏡的曲形反射表面與「真正」的拋物線曲線有所偏離，藉以達到預定的反射特質(例如，準直度)。在某些實施例中，準直鏡可以為連續的鏡子(即，具有大致平滑且連續的反射表面)，而在其他的實施例中，鏡子可以包括用於提供光線準直的菲涅耳反射器(Frensnel reflector)或菲涅耳反射鏡(Frensnel mirror)。根據本發明的各個實施例，由準直鏡所提供的準直量可以在預定的準直程度或準直量之間根據不同的實施例而有所不同。此外，準直鏡可以被配置為提供一個或兩個正交方向上的準直(例如，一垂直方向以及一水平方向)。換句話說，根據本發明的各個實施例，準直鏡可以具有在一個或兩個正交方向上的拋物線形或類拋物線形。

在本文中，「光源」一詞係被定義為光的來源(例如，提供並且發出光線的裝置或元件)。舉例來說，光源可以為當啟動時會發出光線的發光二極體(light emitting diode,LED)。在此，光源可以為任何一種來源的光或光發射器，其係包括但不限於，一個以上的LED、一雷射、一有機發光二極體(organic light emitting diode,OLED)、高分子發光二極體、等離子光發射器、日光燈、白熾燈，以及任何其他視覺可見的燈光來源。由光源所產生的光線可以具有顏色(即，可以具有特定的光的波長)，或者可以具有一定範圍的波長(例如，白光)。

此外，在本說明書中所使用的冠詞「一」具有專利領域中的普遍含義，即，意指「一個或多個」。例如，「一格柵」指一個或多個格柵，更確切來說，「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」並非意使其成為任何限制。本文中，當應用到一個值時，除非有另外特別說明，「大約」一詞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%。此外，舉例來說，「大致」一詞在本文中代表了大多數、幾乎全部或全部，或者代表落於大約51%至大約100%之間的範圍中的值。再者，本說明書中的實施例旨在對本發明進行說明，並且是為了討論之目的呈現，而不應用於限制本發明。

100‧‧‧雙層背光板

102‧‧‧光/發射光/光束/耦合出光束

102a‧‧‧第二光束

102b‧‧‧光

104‧‧‧導光/導光束/準直光束

110‧‧‧第一平面背光板

110’‧‧‧平面發光表面

112‧‧‧光源

114‧‧‧導光結構

116‧‧‧擷取結構特徵

116’‧‧‧微稜鏡層

116”‧‧‧反射層

118‧‧‧散射器

120‧‧‧第二平面背光板

122‧‧‧平板導光體

124‧‧‧多光束繞射格柵

124a‧‧‧繞射結構特徵

124’‧‧‧第一端

124”‧‧‧第二端

126‧‧‧光源

126a‧‧‧光發射器

126b‧‧‧類拋物線形反射器

130‧‧‧擋光層

200‧‧‧電子顯示器、二維/三維模式切換電子顯示器

202‧‧‧調變光/調變發射光

202’‧‧‧調變光束

204‧‧‧光/發射光

204’‧‧‧耦合出光束

210‧‧‧平面背光板

220‧‧‧導光體

230‧‧‧多光束繞射格柵

240‧‧‧光閥陣列

250‧‧‧光源

300‧‧‧為二維/三維電子顯示器提供背光的方法

d‧‧‧繞射間隔

θ‧‧‧角度

‧‧‧方位分量

‧‧‧方位角

按照此說明書中所描述的原理之各種示例性特徵，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，且該些附圖包括：第1A圖為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示雙層背光板的範例的剖面圖；第1B圖為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示雙層背光板的另一範例的剖面圖；第2圖為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示第一平面背光板的範例的剖面圖；第3A圖為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示具有多光束繞射格柵的第二平面背光板的一部分的範例的剖面圖；第3B圖為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示具有多光束繞射格柵的第二平面背光板的一部分的另一範例的剖面圖；第3C圖為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示第3A圖或第3B圖中的具有多光束繞射格柵的第二平面背光板的一部分的範例的立體圖；第4A圖為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示雙層背光板的一部分的範例的剖面圖；第4B圖為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示雙層背光板的一部分的另一範例的剖面圖；第5圖為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示二維/三維模式切換電子顯示器的範例的方塊圖；以及第6圖為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示為具有二維/三維切換模式的二維/三維電子顯示器提供背光的方法的範例的流程圖。

某些特定的例子可能會具有其他相較於上述圖式中的特徵而言相同、額外或者可以將之取代的特徵。在下文中將參照圖式針對這些特徵以及其他的特徵進行詳細說明。

根據本發明的某些實施例所述的原理，本發明係提供了一種雙層背光板。第1A圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之雙層背光板100的範例的剖面圖；第1B圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之雙層背光板100的另一範例的剖面圖。根據本發明的各個實施例，雙層背光板100係用於提供或發射光102。更詳而言之，雙層背光板100係將光102往大致遠離雙層背光板100的方向(例如，遠離其表面的方向)射出，如第1A圖以及第1B圖中標示為102的箭頭所示。根據本發明的各個實例與實施例，發出的發射光102可以用於照射採用雙層背光板100的電子顯示器。此外，在某些實例與實施例中，採用雙層背光板100的電子顯示器可以利用發出的發射光102，選擇性地顯示一二維/三維模式切換電子顯示器的二維或三維數據或資訊的其中之一，或者同時顯示兩種數據/資訊。

更詳而言之，雙層背光板100的發射光102可以包括定向的光與散射的光的其中之一，或者同時包括上述兩種光(即，大致定向的光以及大致散射的光的其中之一者或兩者)。「定向」的發射光102或者大致定向的光可以包括多條光束102。相對地，根據本說明書中的定義，大致為「散射」的發射光102則不包括多條光束102，並且取而代之地具有隨機散射的光的特徵。在其他的實例中，從雙層背光板100中發出的「定向」的光102可以包括有多條具有大致相似的主要角度方向的光束102(即，大致單向的光束102)。第1A圖中顯示了散射或單向的發射光102的範例，第1B圖中則顯示了具有不同預定主要角度方向的發射光102的範例。在第1A圖中，發射光102是以虛線箭頭的形式顯示，藉此將大致單向或散射的發射光與包括該等光束102的發射光做區隔，例如，第1B圖中以實線箭頭所標示的包括該等光束102的發射光。如此，第1A圖中以虛線箭頭所示的發射光102是代表概括地往虛線箭頭的方向定向的光，而不是僅代表箭頭本身定向方向的光束。

此外，根據某些實施例，具有不同的預定角度方向的該些光束102可以構成採用雙層背光板100的電子顯示器的觀看方向上的一光場。更詳而言之，由雙層背光板100所提供的或發出的該等光束102中(以及光場中)的一光束102，可以具有與該等光束中的其他光束102不同的主要角度方向。再者，光束102可以具有一預定方向(主要角度方向)以及在光場中相對狹窄的角分散。關於在三維電子顯示器中的用途，光束102的主要角度方向可以是對應於三維電子顯示器的特定視角的角度方向。如此，根據本發明的某些實例，光束102可以代表或者對應於與特定視角相關聯的三維電子顯示器的像素。

相對地，在發射光102為散射的光(即，基本上缺乏多條光束102的光)或者為包括具有大致相似的主要角度方向的多條光束102的光(即，共同定向或單向的發出的光束102)的某些實施例中，發射光102一般不會形成光場。取而代之地，雙層背光板100所提供的散射的發射光102，會提供在相對寬廣的錐角中大致為全向且往遠離雙層背光板100(例如，上方)或遠離其表面定向的照射。類似地，雙層背光板100提供的具有相似定向的光束102的發射光102，可以代表往大致垂直於雙層背光板100或垂直於其表面發出的大致單向的發射光102。根據本發明的各個實施例，散射或者包括相似定向的光束102的發射光102可以作為二維電子顯示器的背光使用。

在某些實施例中，可以對雙層背光板100所產生的發射光102進行調變(例如，透過下文中所述的光閥)。尤其，對於往不同的角度方向並且往遠離雙層背光板100的方向定向的光束102的調變，在動態三維彩色電子顯示器的應用中特別有用。換句話說，各個經調變的往特定視角方向定向的光束102，可以代表對應於特定視角方向的三維電子顯示器的動態像素。另一方面，舉例來說，大致單向或散射的經調變的發射光102可以在二維電子顯示器的應用中代表動態二維像素。

如第1A圖-第1B圖所示，雙層背光板100包括了一第一平面背光板110。第一平面背光板110具有一平面發光表面110’，用於提供發射光102(例如，第1A圖)。根據本發明的各個實施例，第一平面背光板110基本上可以為任何具有大致的平面發光表面110’的背光板。舉例來說，第一平面背光板110可以為直接發射或直接照射的平面背光板。直接發射或直接照射的平面背光板可以包括但不限於，採用冷陰極熒光燈(cold-cathode fluorescent lamps,CCFLs)的平面陣列的背光板、霓虹燈，或直接照射平面發光表面110’並提供發射光102的發光二極體(LEDs)。電激發光面板(electroluminescent panel,ELP)是另一種直接發射的平面背光板的非限制範例。

在其他實例中，第一平面背光板110可以包括採用非直接光源的背光板。這種非直接照射的背光板可以包括但不限於各種形式的邊緣耦接背光板，或者包括稱為「邊緣照光」的背光板。邊緣照光的背光板一般具有耦接於導光體或類似的導光結構(例如，空心的導光腔室)的邊緣或側邊的光源(未顯示於第1A圖與第1B圖中)。邊緣耦接光源係照射導光結構，藉此提供邊緣照光背光板中的光。舉例來說，邊緣耦接光源可以包括但不限於CCFL以及LED。根據本發明的各個實例，導光結構可以透過完全內部反射、鏡面(例如，反射鏡背面)或兩者的結合從邊緣耦接光源引導光。此外，在某些實例中，第一平面背光板110所採用的邊緣照光背光板的導光結構可以具有大致為四方形的剖面形狀，並且可以具有平行的相對表面(例如，頂部表面與底部表面)。在其他的實例中，導光結構可以具有錐形或楔形的剖面形狀(即，導光結構可以為「楔形」)，並且具有第一表面與相對的第二表面大致為非平行的配置。

根據本發明的各個實施例，被作為第一平面背光板110使用的邊緣照光背光板進一步包括一擷取結構特徵(並未顯示於第1A圖與第1B圖)。擷取結構特徵係將光從導光結構中擷取出來，並且將擷取出的光往遠離導光結構的方向重新定向。舉例來說，擷取結構特徵可以將光擷取出來成為發射光102，並且將發射光102往遠離邊緣照光背光板的平面發光表面110’的方向定向。擷取結構特徵可以包括，但不限於，相鄰於導光結構的表面(例如，頂部表面)的各種微稜鏡膜或層，以及位於導光結構中或者相鄰於一對相對表面的其中一表面設置的各種散射器或反射器。

第2圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之第一平面背光板110的範例的剖面圖。如第2圖所示，第一平面背光板110包括耦接於第一平面背光板110的邊緣的一光源112。耦接於邊緣的光源112係用於產生第一平面背光板110中的光。此外，如圖中以範例而非限制的方式所示，第一平面背光板110包括有楔形的導光結構114，且導光結構114具有擷取結構特徵116。圖中所示的擷取結構特徵116包括有相鄰於平面發光表面110’(即，頂部表面)的一微稜鏡層116’，以及位在導光結構114相對於平面發光表面110’的表面(即，後表面)上的一反射層116”。根據本發明的各個實施例，來自邊緣耦接的光源112並且在導光結構114中被引導的光會由擷取結構特徵116重新定向並從導光結構114中散射出或者被擷取出，以提供發射光102。

在某些實施例中，不論是直接照射或者是邊緣照光(例如，如第2圖中所示)，第一平面背光板110可以進一步具有一個以上的額外的層或膜，該些層或膜可以包括但不限於，一增亮膜(brightness enhancement film，BEF)、一散射器或散射層，以及一轉向膜或轉向層。舉例來說，散射器可以將發射光102提供為散射光。第2圖中顯示的第一平面背光板110進一步包括了相鄰於平面發光表面110’的一散射器118，散射器118係用於提供散射的發射光102。根據本發明的各個實施例(未顯示於第2圖中)，第一平面背光板110的其他層或膜(例如，BEF、轉向層等)也可以設置在相鄰於平面發光表面110’的位置。

請再次參照第1A圖以及第1B圖，雙層背光板100進一步包括一第二平面背光板120。根據本發明的各個實施例，第二平面背光板120包括有一平板導光體122以及一多光束繞射格柵124。第1A圖-第1B圖中以範例的方式顯示了多個多光束繞射格柵124(例如，以陣列的形式)。第二平面背光板120的多光束繞射格柵124係將平板導光體122中的導光束104的一部分繞射耦合出(例如，透過或者利用繞射耦合的方式，又被稱為「繞射地散射」)。尤其，上述的導光束的部分係被繞射耦合出而成為多條耦合出光束102，該些耦合出光束102是被往遠離第二平面背光板120的第一表面的方向定向(見第1B圖)。上述的第一表面是相對於第二平面背光板120的第二表面。舉例來說，導光束104的該部分可以由多光束繞射格柵124通過導光表面繞射耦合出(即，如圖中所示，通過平板導光體122的頂部或前表面)。此外，如第1A圖-第1B圖所示，根據本發明的各個實施例，第二平面背光板120的第二表面是相鄰於第一平面背光板的平面發光表面。

值得一提的是，如第1B圖所示並且如上文中所述，該等耦合出光束102本身是或者代表了具有不同主要角度方向的光束102。換言之，根據本發明的各個實施例，一個耦合出光束102具有與該等耦合出光束中的其他光束102不相同的主要角度方向。此外，第二平面背光板120可以是對於從第一平面背光板110發出的光102來說大致透明的背光板(例如，至少在一個操作模式或狀態中)，如第1A圖標示為“102”的箭頭所示，該些箭頭是從第一平面背光板110開始並且接著穿過第二平面背光板120。

根據本發明的各個實施例，雙層背光板100具有可切換的模式。在雙層背光板的第一模式中，第一平面背光板110係提供通過第二平面背光板120傳遞的發射光102。在雙層背光板100的第二模式中，第二平面背光板120係提供該等耦合出光束102。作為範例，第1A圖代表了雙層背光板100的第一模式，其中，由第一平面背光板110提供的發射光102係通過第二平面背光板120；第1B圖代表了雙層背光板100的第二模式，其中，發射光102(例如，光束102)是由第二平面背光板120所提供。在某些實施例中，第一與第二模式可以為在時間上或相對於時間而言互相排斥的模式。換言之，雙層背光板100可以在任何特定的時間點，以第一模式或者以第二模式進行操作。在其他的實施例中，舉例來說，雙層背光板100的一部分可以在第一模式中操作，而雙層背光板的100的另一部分則可以在第二模式中操作。

根據本發明的各個實施例，第二平面背光板120的平板導光體122係將光(例如，來自上文中所述的光源的光)引導為導光束104。尤其，導光束104是被往第一方向(例如，如第1B圖中所示的右方)引導。此外，根據本發明的各個實施例，平板導光體122係以非零值傳導角度引導導光束104。舉例來說，平板導光體122可以具有作為光波導的介電材料。所述的介電材料可以具有一第一折射係數，該第一折射係數係大於環繞介電光波導的一介質的一第二折射係數。透過兩個材料的折射係數的差異，舉例來說，可以讓導光束104根據導光體122的一個以上的引導模式達到完全內部反射。

所述的非零值傳導角度，在此係被定義為相對於平板導光體122的一表面(例如，一第一/頂部表面或者一第二/底部表面)的角度。在某些實例中，導光束104的非零值傳導角度可以介於大約10度以及大約50度之間；或者，在某些實例中，可以介於大約20度以及大約40度之間；或者，可以介於大約25度以及大約35度之間。舉例來說，所述的非零值傳導角度可以為大約30度。在其他的實例中，所述的非零值傳導角度可以大約為20度，或者大約為25度，或者大約為35度。

在某些實例中，作為導光束104被引導的光係被以非零值傳導角度(例如，大約30-35度)引入或者被耦合進入平板導光體122。在本發明中，可以透過一個或一個以上的透鏡(未顯示於圖中)、鏡子或類似的反射體(例如，傾斜的準直反射體)，以及一稜鏡(未顯示於圖中)，來將光以非零值傳導角度的光束耦合進入平板導光體122的入射端。當被耦合進入平板導光體122後，導光束104會沿著平板導光體122中大致遠離輸入端的方向傳導(如第1B圖中沿著一X軸的粗箭頭所示)。此外，導光束104係以所述的非零值傳導角度反射或者在平板導光體122的頂部表面以及底部表面之間以「彈跳」的方式傳導(例如，由圖中代表了導光束104的光線之加長且有角度的箭頭所示)。

根據本發明的某些實例，藉由將光耦合進入平板導光體122所產生的導光束104可以為準直的光束(例如，可以為準直光束)。此外，根據本發明的某些實施例，導光束104可以是在與平板導光體122的表面的平面垂直的平面上準直的光束。舉例來說，平板導光體122的方位可以被設置成位於使得頂部表面及底部表面與X-Y平面平行的水平平面上(例如，如圖中所示)。舉例來說，導光束104可以是在垂直平面(例如，X-Z平面)上準直或大致準直的光束。在某些實施例中，導光束104可以是在水平方向(例如，在X-Y平面上)上準直或大致準直的光束。

在本說明書中，「準直」光束一詞之意義代表導光束104中的光線大致與導光束104中其他的光線彼此平行(例如，導光束104)。此外，根據本說明書中的定義，與導光束104的準直光束偏離或者分散的光束，並不屬於該準直光束的一部分。根據本發明的各個實施例，產生準直導光束104的光線準直過程可以藉由將光線耦合進入平板導光體122的透鏡或者鏡子(例如，傾斜準直反射器等)來進行。

在某些實例中，平板導光體122可以為片狀或板狀的光波導，且該光波導可以包括一加長且大致為平面薄板狀的光學透明介電材料。所述的大致為平面薄板狀的介電材料，係透過完全內部反射來引導導光束104。根據本發明的各個實施例，平板導光體122的光學透明材料可以包括各種不同的介電材料或者可以由各種不同的介電材料所形成，其中，該等介電材料可以包括但不限於，一種以上之各種種類的玻璃(例如，矽玻璃、鹼性矽酸鋁玻璃、硼矽玻璃等)，以及大致為光學透明的塑膠或高分子材料(例如，聚甲基丙烯酸甲酯或「壓克力玻璃」、聚碳酸等)。在某些實例中，平板導光體122可以進一步包括設置於平板導光體122的一表面(例如，頂部表面以及底部表面兩者的其中之一或者同時設置於上述兩者上)的至少一部分上的一披覆層(未顯示於圖中)。根據本發明的某些實例，披覆層可以被用於進一步促成上述的完全內部反射。

根據本發明的各個實施例(例如，如第1A圖-第1B圖所示)，多光束繞射格柵124可以位於平板導光體122的頂部表面上(例如，相鄰於第二平面背光板120的第一表面)。在其他的實例中(未顯示於圖中)，多光束繞射格柵可以位在平板導光體122中。在更進一步的其他實例中(未顯示於圖中)，多光束繞射格柵124可以設置於平板導光體122的底部表面或設置在平板導光體122的底部表面上。在某些實施例中，第二平面背光板120可以包括多個多光束繞射格柵124，如第1A圖-第1B圖所示。舉例來說，該些多光束繞射格柵124可以設置為或者代表多光束繞射格柵陣列的形式。

根據本發明的各個實施例，多光束繞射格柵124包括用於繞射光(即，提供繞射效果)的多個繞射結構特徵124a。所提供的繞射效果係負責將導光束104的一部分繞射耦合出第二平面背光板120的平板導光體122。舉例來說，多光束繞射格柵124可以採用在平板導光體122的一表面上設置有凹槽(請參見如第1A圖、第1B圖以及第3A圖)，或者在導光表面上設置有突出的脊部(請參見如第3B圖)的兩種繞射結構特徵124a的其中一者，或可以兩者一起並用。凹槽以及脊部可以是以彼此平行或者彼此大致平行的方式設置，並且，至少在某些位置點與被多光束繞射格柵124耦合出的導光束104的傳導方向垂直。

在某些實例中，該些繞射結構特徵124a是透過蝕刻、銑銷或者模製方式形成或者施加在平板導光體122的表面上。如此一來，多光束繞射格柵124的材料可能會包括平板導光體122的材料。如第1A圖-第1B圖以及第3A圖所示，舉例來說，多光束繞射格柵124係包括形成在平板導光體122表面中大致平行的凹槽。在第3B圖中，作為範例，多光束繞射格柵124係包括從平板導光體表面突出之彼此大致平行的脊部。在其他的實例中(未顯示於圖中)，多光束繞射格柵124可以包括貼附於平板導光體122的表面上的薄膜或貼層。

當多光束繞射格柵124為多個多光束繞射格柵124中的其中之一時，該等多光束繞射格柵124可以被以各種不同的配置相對平板導光體122設置。舉例來說，該等多光束繞射格柵124可以被以行列的形式橫跨平板導光體的表面設置(例如，以一陣列的方式設置)。在另一實例中，該等多光束繞射格柵124可以被以群組的方式設置，且該些群組可以被排列為行與列的形式。在另一實例中，該等多光束繞射格柵124可以在平板導光體122的該表面上大致隨機的分布。

根據本發明的各個實施例，多光束繞射格柵124可以具有一啁啾式繞射格柵。根據本說明書中的定義，「啁啾式」繞射格柵(“chirped”diffraction grating)係展現或者具有隨著該啁啾式繞射格柵的一定幅度或長度而改變之繞射結構特徵124a的繞射間隔。此外，在此，隨之改變的繞射間隔係被稱為「啁啾」。如此一來，從具有啁啾式繞射格柵的多光束繞射格柵124離開或射出的耦合出光束係被以不同的繞射角度射出並成為光束102，其中，該等繞射角度係指對應於橫跨該啁啾式繞射格柵上不同起點的繞射角度。由本文中啁啾的定義可知，多光束繞射格柵124的啁啾式繞射格柵係對上述之該等光束的耦合出光束102的預定且不同的主要角度方向造成貢獻。

第3A圖是根據與本發明所述的原理一致的實施例，顯示具有多光束繞射格柵124的第二平面背光板120的範例的剖面圖。第3B圖是根據與本發明所述的原理一致的實施例，顯示具有多光束繞射格柵124的第二平面背光板120的一部分的剖面圖。第3C圖是根據與本發明所述的原理一致的實施例，顯示第3A圖或第3B圖中具有多光束繞射格柵124的第二平面背光板的部分的立體圖。作為本發明的範例而非限制，第3A圖中顯示的多光束繞射格柵124包括平板導光體122表面中的凹槽。舉例來說，第3A圖中所示的多光束繞射格柵124可以代表第1A圖-第1B圖中所示的凹槽式多光束繞射格柵124的其中之一。第3B圖中顯示的多光束繞射格柵124可以包括從平板導光體表面突出的脊部。

在第3A圖-第3B圖中(同時也由第1A圖-第1B圖以範例而非限制的方式所示)，多光束繞射格柵124為一啁啾式繞射格柵。尤其，如圖所示，繞射結構特徵124a在多光束繞射格柵124的第一端124’係比在第二端124”而言彼此更為靠近。此外，圖中所示的繞射結構特徵124a之繞射間隔d從第一端124’到第二端124”隨著距離變化。在某些實例中，多光束繞射格柵124的啁啾式繞射格柵可能具有或者可能會展示出隨著距離而線性變化之啁啾的繞射間隔d。如此一來，啁啾式繞射格柵可以被稱為「線性啁啾式」繞射格柵。

在另一實例中(未顯示於圖中)，多光束繞射格柵 124的啁啾式繞射格柵可能會展現出繞射間隔d的非線性啁啾。用於實現啁啾式繞射格柵的各種非線性啁啾可以包括但不限於，指數啁啾、對數啁啾，或者改變的啁啾、大致不平均，或者隨機但單調的方式分布之啁啾。本發明中亦可以使用非單調式的啁啾，其係包括但不限於，正弦啁啾、三角啁啾或鋸齒啁啾。本發明中亦可以在多光束繞射格柵124中使用上述任何種類之啁啾的組合。

如第3C圖所示，多光束繞射格柵124可以在平板導光體122的啁啾且彎曲的表面(即，多光束繞射格柵124為彎曲的啁啾式繞射格柵)上、中設置有繞射結構特徵124a(例如，凹槽或脊部)。如第3A圖-第3B圖中的粗線箭頭所示，導光束104具有相對於多光束繞射格柵124以及平板導光體12的入射方向。該圖中亦顯示了多個耦合出或者發射出的光束102在平板導光體122的表面指向遠離多光束繞射格柵124的方向。圖中所示的光束102係往多個不同的預定主角度方向射出。更詳而言之，如圖所示，所發出之光束102的不同的預定主角度方向之仰角以及方位角都不同(例如，藉此形成一光場)。根據本發明的各個實例，繞射結構特徵124a之預先定義的啁啾以及繞射結構特徵124a的曲度，皆對所發出之光束102的不同的預定主角度方向做出貢獻。

舉例來說，由於彎曲的關係，多光束繞射格柵124中的繞射結構特徵124a可以具有相對於導光束104的入射方向而言不相同的方位。尤其，繞射結構特徵124a位於一第一點的方位或者位於多光束繞射格柵124中的方位，與繞射結構特徵124位於其他點或位置的方位不相同。根據本發明的某些實例，相對於耦合出或者發射出的光束102而言，光束102的主角度方向{θ,

}的方位分量

，可以由繞射結構特徵124a在光束102的起點(即，入射的導光束104被耦合出的點)的方位角

所決定。如此一來，至少以其各自的方位分量

而言，在多光束繞射格柵124中的繞射結構特徵124a的改變方位會產生具有不同主角度方向{θ,

}之不同的光束102。

尤其，在沿著繞射結構特徵124a的曲線上的不同點處，多光束繞射格柵124中與彎曲的繞射結構特徵124a相關聯的底層繞射格柵係具有不同的方位角

。在本說明書中，「底層繞射格柵」意指疊加設置的多個非彎曲繞射格柵中的繞射格柵，產生了多光束繞射格柵124的繞射結構特徵124a。因此，在沿著繞射結構特徵124a之曲線上的一定點處，該曲線會具有與沿著該等繞射結構特徵124a之曲線上的另一點大致不同的特定方位角

。此外，該特定方位角

會造成從該點發出的光束102的主角度方向{θ,

}之對應的方位分量

。在某些實例中，繞射結構特徵124a(例如，凹槽、脊部等)的曲線係代表了一圓形的區段。該圓形可以與導光體表面共面。在其他的實例中，舉例來說，曲線亦可以代表與導光體表面共面的一橢圓形或者其他彎曲形狀的一區段。

在其他的實例中，多光束繞射格柵124可以具有「片段」彎曲的繞射結構特徵124a。尤其，雖然繞射結構特徵124a的本身不一定為大致平順或者延續的曲線，但在多光束繞射格柵124中沿著繞射結構特徵124a的不同點處，繞射結構特徵124a仍然可以具有相對於導光束104的入射方向而言不同的角度的方位。舉例來說，繞射結構特徵124a可以為包含有多段大致為直線區段的凹槽，且其中各個區段具有與相鄰之區段不相同的方位。綜而觀之，根據本發明的各個實例，該些區段的不同的角度會近似於一曲線(例如，圓形的一區段)。然而，在本發明的其他實例中，繞射結構特徵124a可能會僅僅在多光束繞射格柵124中的不同位置處具有相對於導光束的入射方向而言不相同的方位，但其並不會近似於特定的曲線(例如，圓形或者橢圓形)。

請再次參照第1A圖-第1B圖，根據本發明的某些實施例，雙層背光板100的第二平面背光板120進一步包括一光源126。舉例來說，光源126可以被耦接於第二平面背光板120的平板導光體122的輸入端。在各個實施例中，光源126可以包括基本上任何種類的光源，光源的種類可以包括但不限於，發光二極體(LED)以及雷射。在某些實施例中，光源126可以產生具有較窄光譜並且由特定顏色所表示之大致為單色的光。尤其，所述的特定顏色可以為或者可以代表一主要顏色(例如，電子顯示器的主要顏色)。舉例來說，光源126可以產生複數個代表多種主要顏色的不同顏色的光。舉例來說，該些主要顏色可以包括紅色光、綠色光以及藍色光。此外，主要顏色可以為根據一色彩模型所選定的主要顏色，其中，所述的色彩模型可以包括但不限於，用於支援彩色電子顯示器的色域的紅-綠-藍(Red-Green-Blue,RGB)色彩模型。再者，具有光源126的雙層背光板100可以被設置於電子顯示器中以提供光，例如，提供光的主要顏色。

在某些實施例中，光源126可以具有多個光發射器126a。該些光發射器126a(或者在廣義上為光源126)係用於將光提供至平板導光體122作為導光104，即，作為導光束104。根據所提供的光中包括了不同顏色的光(例如，不同的主要顏色)的實施例，當所提供的光被耦合進入平板導光體122時，會被引導成為多條不同顏色的光束104。舉例來說，該些光發射器126a可以被用於產生該些不同主要顏色的光。在某些實施例中，該些光發射器中的不同顏色的光發射器126a，可以以彼此之間橫向偏移的方式(並未單獨示出)設置於平板導光體122的輸入端。

根據本發明的某些實施例，不同顏色的導光束104在平板導光體122中會以不同且顏色特定的非零值傳導角度引導。舉例來說，被耦合進入平板導光體122中的紅色的導光束104會在平板導光體122中以第一非零值傳導角度傳導；被耦合進入平板導光體122中的綠色的導光束104會在平板導光體122中以第二非零值傳導角度傳導；以及，被耦合進入平板導光體122中的藍色的導光束104會在平板導光體122中以第三非零值傳導角度傳導。此外，根據本發明的某些實施例，第一、第二以及第三非零值傳導角度分別為不相同的角度。

根據某些實施例，光源126可以是包括多個LED的彩色光源。舉例來說，該等LED可以代表彩色電子顯示器的主要顏色中的不同顏色。尤其，舉例來說，該些LEDs可以包括用於產生RGB色彩模型中的紅色光的紅色LED、用於產生綠色光的綠色 LED，以及用於產生藍色光的藍色LED。在某些實施例中，光源126係包括沿著平板導光體122的邊緣設置的光發射器126a的線性陣列。舉例來說，每一個光發射器126a可以包括有一紅色LED、一綠色LED以及一藍色LED。光源126可以用於產生準直光(例如，利用準直反射器或透鏡)。舉例來說，第1A圖與第1B圖中所顯示的類拋物線形反射器126b可以在耦合光從光發射器126a進入平板導光體122時產生準直光束104。根據本發明的各個實施例，可以在光源126以及平板導光體122之間透過任何的準直器(例如，準直透鏡、準直反射器等)來提供平板導光體122中所引導的準直光束。

根據本發明的某些實施例，雙層背光板100進一步包括設置在第一平面背光板110以及第二平面背光板120之間的一擋光層130。根據本發明的某些實施例，擋光層130係選擇性地阻擋從第二平面背光板120的第二表面(例如，背面)發出的光進入第一平面背光板110。尤其，擋光層130係阻擋從第二平面背光板120大略往第一平面背光板110發出的光，即，往「第一方向」發出的光。另一方面，在雙層背光板100的至少某些操作模式中以及根據雙層背光板100的至少某些實施例，擋光層130進一步將第一平面背光板110發出的光大略往第二平面背光板120的第二表面的方向傳遞，即，往與第一方向相對的「第二方向」傳遞。如此，根據本發明的某些實施例，擋光層130可以代表單向的擋光層130。在其他的實施例中，擋光層130可以選擇性地阻擋光通過擋光層130，並且阻擋如來自第一平面背光板110的光到達第二平面背光板120。在這些實施例中，舉例來說，擋光層130可以僅在雙層背光板100的特定模式中阻擋光。第1B圖中是以斜線的方式顯示用於阻擋光的擋光層130，而在第1A圖中以未標示斜線的方式代表用於傳遞光的擋光層130(例如，從第一平面背光板110發出的光102)。

第4A圖是根據與本發明所述的原理一致的實施例，顯示一範例的雙層背光板100的一部分的剖面圖。第4B圖是根據與本發明所述的原理一致的實施例，顯示另一範例的雙層背光板100的一部分的剖面圖。舉例來說，第4A圖與第4B圖中所顯示的部分，可以是第1B圖中顯示了雙層背光板100的一部分。尤其，第4A圖-第4B圖中所顯示的雙層背光板100包括第一平面背光板110、第二平面背光板120，以及設置於第一平面背光板110與第二平面背光板120之間的擋光層130。如第4A圖-第4B圖所示，擋光層130係用於阻擋光。

在某些實施例中，例如，如第4A圖所示，擋光層130可以阻擋從第二平面背光板120產生並且大略往負Z軸方向傳導的光。舉例來說，由多光束繞射格柵124的繞射結果產生的導光束104，可以同時是耦合出光束102(例如，大略往正Z軸方向定向的光束)以及散射或大致往負Z軸方向定向的第二光束102a。如第4A圖所示，擋光層130可以用於阻擋第二光束102a。

作為替代或額外的方案(例如，如第4B圖所示)，擋光層130可以阻擋從第一平面背光板110往正Z軸方向上朝向第二平面背光板120傳導的光102b。尤其，擋光層130可以在第二平面背光板120啟動的模式中或者在第二平面背光板120提供耦合出光束102的模式中(即，如圖所示)，阻擋往正Z軸方向傳遞的光102。舉例來說，由擋光層130所阻擋的往正Z軸方向定向的光102b，可以代表由第一平面背光板110所產生的光或者代表來自第一平面背光板110的光。在另一實例中，往正Z軸方向定向的光102b可以代表來自第二平面背光板120並且由第一平面背光板110朝向第二平面背光板反向散射或反射的光。

根據本發明的某些實施例，擋光層130可以提供往第一方向傳導的光的被動光阻擋或是主動光阻擋(例如，經由切換)。舉例來說，擋光層130可以是阻擋在第一方向上傳導的光的實質被動層，並且同時傳遞往第二方向傳導的光。如此，擋光層可以在雙層背光板100的第一操作模式以及第二操作模式中大致維持不變。可以被作為擋光層130的被動層範例包括但不限於，單向的完美吸收器、極化器或極化層，以及角度濾波器。舉例來說，被動層的其他範例還包括了多頻帶濾波器(例如，多頻帶色彩濾波器)，其可以選擇性阻擋(例如，反射、吸收等)由第二平面背光板120所產生的特定波長的光，並且同時允許由第一平面背光板110所產生的不同波長的光通過。

在另一實例中，擋光層130可以是一主動層，用於在光阻擋模式或狀態中阻擋光的傳輸，並且在光傳輸模式或狀態中傳輸光。當啟動第二平面背光板120時，主動的擋光層130可以被選擇性地切換至擋光狀態中，藉此防止光從第二平面背光板120被往第一平面背光板110的方向傳遞並防止光進入第一平面背光板110中。第二平面背光板120在雙層背光板100的第二模式中啟動，如上文中所述。此外，當啟動第一平面背光板110時，主動的擋光層130可以被選擇性的切換至光傳輸狀態中，藉此允許光通過第二平面背光板120並且傳導離開第二平面背光板120成為發射光102。第一平面背光板110在雙層背光板100的第一模式中啟動，如上文中所述。主動的擋光層130的範例包括但不限於，光閥(例如液晶光閥)或者類似的可切換吸收層。其他的範例包括了各種基於機電結構(例如，微機電鏡)、電吸收(例如，基於半導體的結構)的「主動」擋板配置，以及各種非線性晶體以及有機聚合物。

根據與本說明書中所述的原理一致的某些實施例，本發明係提供了一種二維/三維模式切換電子顯示器。二維/三維模式切換電子顯示器可以發出對應於或者代表二維/三維電子顯示器在第一模式中的二維像素的調變光。此外，二維/三維模式切換電子顯示器可以發出經調變且具有不同方向的耦合出光束，該些耦合出光束係作為或者代表二維/三維模式切換電子顯示器在第二模式中對應於不同三維視角的三維像素。作為範例，上述的第一模式又可以被稱為二維模式，而第二模式又可以被稱為三維模式。在二維模式中，二維/三維模式切換電子顯示器係用於顯示二維資訊(例如，二維影像、文字等)。另一方面，在三維模式中，二維/三維顯示器係用於顯示三維資訊(例如，三維影像)。尤其，二維 /三維模式切換電子顯示器可以代表處於第二模式或三維模式中的全像式或裸眼三維電子顯示器。換言之，根據本發明的各個實例，經調變且具有不同定向光束中的不同的光束，可以對應於與三維資訊顯示器相關聯的不同「視角」。舉例來說，不同的視角可以透過處於第二模式或三維模式中的二維/三維模式切換電子顯示器來提供「裸眼」(例如，裸眼3D立體顯示、全像式等)的資訊表示。

第5圖為根據與本發明所述的原理一致的實施例，顯示二維/三維模式切換電子顯示器的範例的方塊圖。二維/三維模式切換電子顯示器200可以用於展現二維資訊或三維資訊，該些資訊可以包括但不限於，二維影像、文字以及三維影像。尤其，第5圖中顯示的二維/三維模式切換電子顯示器200係發出代表二維像素的調變光202。作為範例，二維/三維模式切換電子顯示器200可以在二維操作模式中發出代表二維像素的調變光202。此外，第5圖中所顯示的二維/三維模式切換電子顯示器200係發出具有不同主要角度方向的調變光束202’，該些調變光束202’係代表對應於二維/三維模式切換電子顯示器200在三維操作模式中的不同視角的三維像素。

在某些實施例中，調變光202以及調變光束202’可以進一步代表不同的顏色，且二維/三維模式切換電子顯示器可以是彩色顯示器。在此值得注意的是，第5圖中顯示的調變光202以及調變光束202’被往電子顯示器200的不同區域射出，為了易於說明，該些區域分別被標示為「二維模式」以及「三維模式」。這種標示方式是為了說明，電子顯示器200中可以選擇性地啟動二維模式以及三維模式，藉此同時提供二維資訊以及三維資訊。應當理解的是，根據本發明的某些實施例，二維/三維模式切換電子顯示器200可以選擇性地僅在第一模式或第二模式中運作。

二維/三維模式切換電子顯示器200係包括一平面背光板210，所述的平面背光板210具有用於發射光204的平面發光表面。發射光204是二維/三維模式切換電子顯示器200在第一模式中所發出的調變光202的來源。根據本發明的某些實施例，平面背光板210可以大致與上文中針對雙層背光板100所描述的第一平面背光板110相似。尤其，在某些實施例中，由平面背光板210所發出的光204可以是散射或者大致為散射的光。舉例來說，平面背光板210可以包括相鄰於平面發光表面的散射層或散射器，其中，散射器係用於散射所發出的光(即，產生大致為散射的光)。在其他的實施例中，根據某些實施例，發射光204可以大致為單向的光。在某些實施例中，發射光204可以為白光，而在其他的實施例中，發射光204可以是具有特定顏色或特定的多種顏色的光(例如，紅色、綠色及藍色中的其中一種顏色或多種顏色)。根據各個實施例，發射光204可以由平面背光板210的光源所提供。此外，在某些實施例中，平面背光板210可以包括具有光擷取層的楔形導光體，所述的光擷取層係用於將光從楔形導光體中擷取出來，並將擷取出的光重新定向通過散射器而成為發射光204。

第5圖中所示的二維/三維模式切換電子顯示器200進一步包括了用於引導光束的一導光體220。導光體220中的導光束是成為二維/三維模式切換電子顯示器200在第二模式中射出的調變光束202’的來源。根據本發明的某些實施例，導光體220可以是一平板導光體，並且可以大致相似於上文中針對雙層背光板100所描述的平板導光體122。舉例來說，導光體220可以是具有平面薄板介電材料的片狀光波導，並且是以全內部反射的方式引導光。在某些實施例中，作為平板導光體的導光體220可以以大致與平面背光板210共面的方式設置(例如，如第1A圖以及第1B圖中所示)。此外，舉例來說，導光體220的第二表面(例如，後表面)可以相鄰於平面背光板210的平面發光表面。導光體220相對於第二表面的第一表面(頂部表面)是產生調變光束202’的發光表面(例如，如下文中所述的耦合出光束204’)。

根據本發明的各個實施例，導光體220係在導光體220中以非零值傳導角度引導光束。在某些實施例中，導光束可以包括多個不同顏色的導光束。此外，根據本發明的某些實施例，導光體220中的導光束可以為準直的光束(即，光可以被引導為為準直或大致準直的光束)。如此，導光體220可以在導光體220中以非零值傳導角度引導準直光束。

第5圖中所示的二維/三維模式切換電子顯示器200進一步包括多光束繞射格柵230的陣列。根據本發明的各個實施例，多光束繞射格柵230的陣列可以位於導光體220的表面中、位於導光體220的表面上或者位於導光體220的表面。作為範例，多光束繞射格柵230的陣列可以位於導光體220的第一表面或前表面上。根據本發明的各個實施例，多光束繞射格柵230的陣列係將導光束的一部分繞射耦合出，成為多條具有不同主要角度方向的耦合出光束204’，該些耦合出光束204’係代表或者對應於二維/三維模式切換電子顯示器200的不同三維視角。

此外，多光束繞射格柵230的陣列係將耦合出光束204’通過導光體220的第一表面繞射耦合出，並且將耦合出光束204’往遠離第一表面的方向定向，例如往不同的主要角度方向定向。在某些實施例中，多光束繞射格柵230的陣列可以大致相似於上文中所述的雙層背光板100的多光束繞射格柵124。

作為範例，多光束繞射格柵230的陣列可以包括一啁啾式繞射格柵。在某些實施例中，多光束繞射格柵230的繞射結構特徵(例如，凹槽、脊部等)為具有曲度的繞射結構特徵。彎曲的繞射結構特徵可以包括彎曲的脊部或凹槽(換言之，連續彎曲或者分塊彎曲的結構特徵)，以及具有隨著橫跨多光束繞射格柵230之陣列的距離而改變的彎曲繞射結構特徵之間的間隔。

如第5圖所示，二維/三維模式切換電子顯示器200進一步包括一光閥陣列240。根據本發明的各個實例，光閥陣列240係包括複數個光閥，用於調變發出光204以及該等耦合出光束204’的其中之一或者同時對兩者進行調變。更詳而言之，光閥陣列240中的光閥可以對發出光204進行調變，藉以提供成為或者代表二維/三維模式切換電子顯示器200(例如，在第一模式或二維模式中)的二維像素的調變光202。相似地，光閥陣列240中的光閥可以對該些耦合出光束204’進行調變，藉此提供成為或者代表二維/三維模式切換電子顯示器200(例如，在第二模式或三維模式中)的三維像素的調變光束202’。再者，調變光束202’中的不同光束係代表了二維/三維模式切換電子顯示器200的不同三維視角。在各個實例中，光閥陣列240中可以使用不同種類的光閥，其係包括但不限於，一個以上的液晶光閥、電泳光閥以及電潤濕光閥。第5圖中所使用的虛線係以範例的方式強調光202以及光束202’的調變。

根據本發明的某些實施例，導光體220是位於平面背光板210的平面發光表面以及光閥陣列240之間的位置。在某些實施例中，多光束繞射格柵230的陣列是位於導光體220與光閥陣列240之間的位置，並且可以相鄰於導光體220的第一表面。再者，導光體220以及多光束繞射格柵230的陣列係用於傳遞平面背光板210所發出的光204，例如，將光204從導光體220的第二表面往第一表面傳遞。換言之，根據本發明的某些實施例，導光體220以及多光束繞射格柵230的陣列對於平面背光板210的發射光204而言可以是大致透明的結構。

此外，如第5圖所示，根據本發明的某些實施例，二維/三維模式切換電子顯示器200可以包括一光源250。光源250係光學地耦接於導光體220的輸入端。在某些實施例中，光源250係大致相似於上文中針對雙層背光板100所述的光源126。尤其，光源250可以包括多個光發射器(例如，LEDs)。舉例來說，在某些實施例中，光源250可以包括沿著導光體220的輸入端設置的多個光發射器，藉此提供導光體220中對應的多條導光束。該些導光束可以被以個別的非零值傳導角度在大致平行帶中從導光體220的輸入端橫跨導光體220被引導到導光體220相對於輸入端的一端。傳導中的導光束係與相鄰於導光體220的第一表面的多光束繞射格柵230的陣列互動。作為範例，光源250的光發射器是以線性陣列的方式設置，且各個光發射器會在導光體220中產生不同的準直光束。

根據本發明的某些實施例，光源250係產生不同顏色的光(即，彩色光源)。如此，在某些實施例中，二維/三維模式切換電子顯示器可以是彩色電子顯示器。舉例來說，該些光發射器可以包括用於發射第一顏色的光(例如，紅色光)的第一光發射器、用於發射第二顏色的光(例如，綠色光)的第二光發射器，以及用於發射第三顏色的光(例如，藍色光)的第三光發射器。作為範例，第一光發射器可以是紅色的發光二極體(LED)，第二光發射器可以是綠色的LED，而第三光發射器可以是藍色的LED。在其他的實例中，作為範例，光發射器可以包括紅色LED、綠色LED以及藍色LED中的各個LED，並且因而成為一彩色光發射器。

在光源250為彩色光源的某些實施例中，不同顏色的光束可以在導光體220中以不同且顏色特定的非零值傳導角度被引導。此外，顏色特定的傳導角度可以從多光束繞射格柵230產生彩色的耦合出光束204’，其中，多光束繞射格柵230係構成顏色特定的光場，且顏色特定的光場係提供對應於二維/三維模式切換電子顯示器200的不同三維視角的彩色像素。根據本發明的各個實施例，顏色特定的光場可以具有彼此大致相似的錐角，並且因此產生除了顏色以外彼此大致相似的三維視角的顏色特定像素。

根據本發明的某些實施例(未顯示於第5圖中)，二維/三維模式切換電子顯示器200進一步包括設置於平面背光板210以及導光體220之間的擋光層。在某些實施例中，擋光層可以大致相似於上文中針對雙層背光板100所述的擋光層130。換言之，擋光層可以讓從平面背光板210所發出的光通過，並且阻擋(例如，透過吸收或反射)任何導光體220往平面背光板210的方向所發出的光。此外，擋光層可以為主動或被動的導光層，如同上文中針對導光層130所述的說明。尤其，根據本發明的某些實施例，擋光層可以在平面背光板210以及導光體220之間包括選擇性的切換吸收層。

切換吸收層可以在二維/三維模式切換電子顯示器200的第一模式或二維模式中讓平面背光板210發射的光204通過，藉此允許發射光204在通過導光體220以及多光束繞射格柵230後到達光閥陣列240，並且經由光閥陣列240調變後成為調變發射光202。此外，切換吸收層可以用於在二維/三維模式切換電子顯示器200的第二模式或三維模式中吸收任何從導光體220的第二表面所發出的光。根據本發明的某些實施例，在第二模式中對於第二表面所發出的光的吸收，可以防止來自導光體220的漏光干擾導光體220第一表面產生的耦合出光束204’。

根據與本說明書所述的原理一致的某些實例，本發明係提供一種為具有二維/三維切換模式的二維/三維電子顯示器提供背光的方法。第6圖是根據與本發明所述的原理一致的實施例，顯示為具有二維/三維切換模式的二維/三維電子顯示器提供背光的方法的流程圖。

如第6圖所示，為二維/三維電子顯示器提供背光的方法300，包括有步驟310：在第一切換模式中，從第一平面背光板的發光表面發射光。在某些實施例中，第一平面背光板與上文中針對雙層背光板100所述的第一平面背光板110相似。此外，根據本發明的某些實施例，第一切換模式與步驟310中發射的光係大致相似於上文中針對雙層背光板100所述的第一模式(例如，二維模式)與發射光102。

為二維/三維電子顯示器提供背光的方法300，進一步包括一步驟320：在第二切換模式中，利用多光束繞射格柵繞射耦合出第二平面背光板的平板導光體中引導的光束的一部分。根據本發明的各個實施例，繞射耦合出的步驟320係提供往遠離第二平面背光板的多個主要角度方向定向的多條耦合出光束，其中，該些主要角度方向係對應於二維/三維電子顯示器的不同三維視角。在某些實施例中，第二平面背光板係大致與上文中所述的雙層背光板100的第二平面背光板120相似。尤其，平板導光體、導光束與多光束繞射格柵可以分別大致相似於上文中針對雙層背光板100所述的平板導光體122、導光束與多光束繞射格柵124。同樣地，根據本發明的某些實施例，第二切換模式可以大致相似於雙層背光板100的第二模式(例如，三維模式)。

作為範例，為二維/三維電子顯示器提供背光的方法300，可以進一步包括在第二平面背光板的平板導光體中引導導光束的步驟。此外，舉例來說，光束可以被以非零值傳導角度引導為準直光束。在某些實施例中，導光束可以包括多條不同顏色的光束，其中，不同顏色的光束在平板導光體中係以對應的不同且顏色特定的非零值傳導角度引導。再者，根據本發明的各個實施例，第二平面背光板係將來自第一平面背光板的發射光傳遞通過第二平面背光板，並且將發射光以第一切換模式重新射出。

根據本發明的各個實施例，多光束繞射格柵係位於平板導光體的表面、位於平板導光體的表面中或者位於平板導光體的表面上。作為範例，多光束繞射格柵可以以凹槽、脊部等形式形成在平板導光體中。在其他的實例中，多光束繞射格柵可以包括有導光體表面上的薄膜。在其他實例中，多光束繞射格柵可以設置在其他的位置處，該些位置可以包括但不限於，平板導光體中。根據本發明的某些實施例，多光束繞射格柵係包括具有彼此間隔開來的彎曲凹槽與彎曲脊部的其中之一的啁啾式繞射格柵。在某些實施例中，多光束繞射格柵可以為線性的啁啾式繞射格柵。

根據本發明的各個實施例，將導光束的部分繞射耦合出的步驟320會產生往遠離平板導光體的表面(例如，具有多光束繞射格柵的表面)定向的多條發射光束(或耦合出光束)。該些光束中的各個發射光束係以不同的預定主要角度方向往遠離該表面的方向定向。尤其，作為多光束繞射格柵在步驟320進行的繞射耦合的結果，該等光束中的其中一條發射光束會與該等光束中的其他發射光束具有不同的主要角度方向。該些發射光束的不同主要角度方向係對應於三維電子顯示器的不同三維視角。如此，二維/三維電子顯示器可以選擇性地在第二切換模式中提供一三維電子顯示器。另一方面，舉例來說，當步驟310中來自第一平面背光板的發射光在二維/三維電子顯示器的第一切換模式中傳遞通過第二平面背光板時，二維/三維電子顯示器可以選擇性的提供二維電子顯示器。

在某些實施例中，為二維/三維電子顯示器提供背光的方法300係進一步包括步驟330：利用多個光閥對第一切換模式中的發射光以及第二切換模式中的耦合出光束進行調變。尤其，從第一平面背光板選擇性產生的發射光，以及從第二平面背光板選擇性產生的多條耦合出光束，在步驟330中會分別經由在第一切換模式或第二切換模式中通過光閥或者與光閥互動被調變。在步驟330中經調變的光，在第一切換模式中會形成二維/三維電子顯示器的二維像素，並且在第二切換模式中會形成二維/三維電子顯示器的三維像素。舉例來說，在步驟330中經調變的耦合出光束，可以提供二維/三維電子顯示器(例如，裸眼的三維電子顯示器)的多個三維視角。

在某些實例中，於步驟320中用來調變的該些光閥，是大致相似於上文中針對二維/三維模式切換電子顯示器200所述的光閥陣列240中的光閥。舉例來說，光閥可以包括液晶光閥。在其他的實例中，光閥可以為另一種類的光閥，其可以包括但不限於，電潤濕光閥以及電泳光閥。根據本發明的某些實施例(例如，在採用彩色光發射器、利用彩色濾波器等等的情況中)，在步驟330中對光的調變，可以被應用於顏色特定的狀況中。

根據本發明的某些實施例，為二維/三維電子顯示器提供背光的方法進一步包括選擇性地阻擋在第二切換模式中從第二平面背光板往第一平面背光板的方向發射的光的步驟。根據本發明的某些實施例，選擇性對光阻擋的步驟中所採用的擋光層可以大致相似於上文中針對雙層背光板100所述的擋光層130。作為範例，在某些實施例中選擇性的阻擋光的步驟，可以包括利用可切換或主動地光吸收層選擇性地吸收光。在某些實施例中，為二維/三維電子顯示器提供背光的方法300，可以進一步包括以第一切換模式操作二維/三維電子顯示器的第一部分，並且以第二切換模式操作二維/三維電子顯示器的另一部分。

因此，本發明中提供了雙層背光板、二維/三維模式切換電子顯示器以及為具有二維/三維切換模式的二維/三維電子顯示器提供背光的實例。熟知該領域的技術人士應當瞭解，上文中所敘述的實例僅為代表本發明之原理的眾多實例與實施例中的說明性範例。顯然地，熟知該領域的技術人士可以在不脫離本發明的申請專利範圍所限定之範疇的條件下做出多種其他的配置。