CN107209406B - 二维/三维(2d/3d)可切换显示器背光和电子显示器 - Google Patents

二维/三维(2d/3d)可切换显示器背光和电子显示器 Download PDF

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Abstract

二维/三维(2D/3D)可切换显示器背光和2D/3D可切换电子显示器采用可切换漫射器来支持2D/3D切换。所述2D/3D可切换显示器背光包括板光导、用于将光耦合出板光导的多波束衍射光栅、以及用于拦截并选择性地通过或散射耦出光的光束的可切换漫射器。所述2D/3D可切换电子显示器包括背光，并且还包括用于调制所述耦出光的光阀阵列。可切换漫射器有利于2D/3D可切换电子显示器的三维像素和二维像素之间的选择。

Description

二维/三维(2D/3D)可切换显示器背光和电子显示器
相关申请的交叉引用
不适用。
关于联邦政府资助研究或开发的声明
不适用。
背景技术
电子显示器是用于向各种各样设备和产品的用户传达信息的几乎无处不在的媒介。最常见的电子显示器包括阴极射线管(CRT)、等离子显示面板 (PDP)、液晶显示器(LCD)、电致发光显示器(EL)、有机发光二极管(OLED) 和有源矩阵OLED(AMOLED)显示器、电泳显示器(EP)和采用机电或电流光调制的各种显示器(例如，数字微镜装置、电润湿显示器等)。通常，电子显示器可以被分类为主动显示器(即，发光的显示器)或被动显示器(即，调制由另一来源提供的光的显示器)。有源显示器最明显的例子有CRTs、PDPs 和OLEDs/AMOLEDs。当考虑发光时通常被分类为被动的显示器例如是LCD 和EP显示器。被动显示器通常具有吸引人的性能特征，包括但不限于固有的低功耗。然而，被动显示器在许多实际应用中可能会发现有些受限的使用，因为它们的特性不能发光。为了克服这种无能特性，背光通常与无源显示器一起使用以提供来自这些显示器的光发射。
附图说明
结合附图参考以下的详细描述，可以更容易地理解根据本文所述的原理的示例和实施例的各种特征，其中相同的附图标记表示相同的结构元件，并且其中：
图1A示出了根据与本文所述的原理一致的示例的二维/三维(2D/3D) 可切换显示器背光的横截面图。
图1B示出了根据与本文所述的原理一致的另一示例的二维/三维(2D/3D)可切换显示器背光的横截面图。
图2示出了根据与本文所述的原理一致的示例的多波束衍射光栅的透视图。
图3示出了根据与本文所述的原理一致的示例的2D/3D可切换电子显示器的框图。
图4A示出了根据与本文所述的原理一致的示例的2D/3D可切换电子显示器的横截面图。
图4B示出了根据与本文所述的原理一致的另一示例的2D/3D可切换电子显示器的横截面视图。
图4C示出了根据与本文所述的原理一致的示例的具有多个不同区域的 2D/3D可切换电子显示器的平面视图。图5示出了根据与本文所述的原理一致的2D/3D可切换电子显示操作的方法的流程图。
某些示例和实施例具有作为上述参考图中所示的特征之外的附加和代替的其它特征。下面参考上述参考图对这些和其它特征详细说明。
具体实施方式
根据本文所述的原理的示例提供了支持在二维(2-D)数据和三维(3-D) 数据的显示之间切换的信息显示。特别地，根据本文所述的原理，信息可以以2-D模式或3-D模式选择性地显示。可以使用3-D模式可以用于呈现与所谓的“无眼镜”或自动立体显示系统结合的图像和类似信息，而2-D模式可以用于呈现缺乏或至少不受益于第三维度(例如，诸如文本、2-D图像等的信息)的信息。此外，根据本文所述的原理的各种示例，可切换的2-D和3-D 模式被提供在相同的显示单元或系统上。能够在同一显示系统上选择性地显示2-D信息和3-D信息的可切换显示系统可以有助于将单个显示系统适用于，比可能单独用2-D显示或单独用3-D显示，更广泛的不同数据的呈现需求。
根据各种示例，可变或可切换漫射器与定向或多视图显示器结合使用以便于在2-D和3-D信息的显示之间进行切换。特别地，当可切换漫射器处于散射或漫射通过漫射器的光的条件或状态时，提供显示操作的2-D模式。或者，当可切换漫射器处于通过(即，不漫射)光的条件或状态时，提供显示操作的3-D操作模式。
在一些示例中，由可切换漫射器的散射或漫射状态产生的2-D模式提供(或者是)具有比由3-D操作模式提供的更高分辨率的高分辨率2-D模式。例如，可以以高分辨率2-D模式支持光阀阵列的原始分辨率，而3-D模式可能由于用于呈现3-D信息的多个视图或光束角度而支持较低的分辨率。使用可切换漫射器还便于根据需要在2-D模式和3-D模式之间切换。此外，根据一些示例，可切换漫射器可以提供显示器的基本上独立的部分、段或区域，其具有可切换漫射，以允许在显示系统的不同区域中同时显示2-D信息和3-D 信息。
本文中，“光导”被定义为使用全内反射来引导光结构内的光的结构。特别地，光导可以包括在光导的工作波长处基本上是透明的芯。在各种示例中，术语“光导”通常是指采用全内反射以在光导的电介质材料与围绕该光导的材料或介质之间的界面处引导光的电介质光波导。根据定义，全内反射的条件是光导的折射率大于邻近光导材料表面的周围介质的折射率。在一些示例中，光导可以包括除了或代替上述折射率差的涂层，以进一步促进全内反射。涂层可以是，例如，反射涂层。根据各种示例，光导可以是几种光导中的任何一种，包括但不限于板或引导板和引导条中的之一或两者。
此外，在应用于光导时，作为“板光导(plate light guide)”中的术语“板(plate)”被定义为分段或差分平面层或片材。特别地，板光导被定义为配置为在由光导的顶表面和底表面(即，相对表面)限定的两个基本正交的方向上引导光的光导。此外，根据本文的定义，顶表面和底表面都彼此分离，并且至少在差异方面可以基本上彼此平行。也就是说，在板光导的任何差异小的区域内，顶表面和底表面基本平行或共面。在一些示例中，板光导可以是基本平坦的(例如，限定位平面)，并且由此板光导是平面光导。在其他示例中，板光导可以在一个或两个正交的维度上弯曲。例如，板光导可以在单个维度上弯曲以形成圆柱形板光导。然而，在各种示例中，任何曲率都具有足够大的曲率半径，以确保在板光导中保持全内反射以引导光。
根据本文所述的各种示例，衍射光栅(例如，多波束衍射光栅)用于将光从板光导中散射或耦合出去。本文中，“衍射光栅(diffraction grating)”通常被定义为布置成提供入射在衍射光栅上的光的衍射的多个特征(即，衍射特征)。在一些示例中，多个特征可以以周期性或准周期性方式布置。例如，衍射光栅可以包括以一维(1-D)阵列布置的多个特征(例如，材料表面中的多个凹槽)。在其他示例中，衍射光栅可以是特征的二维(2-D)特征阵列。例如，衍射光栅可以是材料表面上的凸起或洞的2-D阵列。
因此，根据本文的定义，“衍射光栅(diffraction grating)”是提供入射在衍射光栅上的光的衍射的结构。如果光从光导入射到衍射光栅上，则所提供的衍射或衍射散射可以导致并因此被称为“衍射耦合(diffractive coupling)”，因为衍射光栅可以通过衍射将光耦合出光导之外。衍射光栅还通过衍射(即，衍射角)重定向或改变光的角度。特别地，作为衍射的结果，离开衍射光栅的光(即，衍射光)通常具有与入射到衍射光栅上的光(即，入射光)的传播方向不同的传播方向。本文中通过衍射的光的传播方向的变化称为“衍射重定向(diffractive redirection)”。因此，衍射光栅可以被理解为包括衍射特征的结构，其衍射特征使入射在衍射光栅上的光衍射地重定向，并且如果光是从光导入射，则衍射光栅也可以从光导衍射地耦合出光。
此外，根据本文的定义，衍射光栅的特征被称为“衍射特征(diffractivefeatures)”，并且可以是在表面(或两个材料之间的边界)内、表面中或表面上的一个或多个。例如，该表面可以是板光导的表面。衍射特征可以包括衍射光的各种结构中的任何一种，包括但不限于在表面处、表面中或表面上的凹槽、脊、孔和凸起中的一个或多个。例如，衍射光栅可以包括在材料表面中的多个平行的凹槽。在另一示例中，衍射光栅可以包括从材料表面上升出的多个平行脊。衍射特征(例如，凹槽、脊、孔、凸起等)可以具有提供衍射的各种横截面形状或轮廓中的任一种，包括但不限于正弦曲线、矩形轮廓 (例如，二元衍射光栅)，三角形轮廓和锯齿轮廓(例如，闪耀光栅)中的一个或多个。
根据本文的定义，“多波束衍射光栅(multibeam diffraction grating)”是产生包括多个光束的耦出(coupled-out)光的衍射光栅。此外，根据本文的定义，由多波束衍射光栅产生的多个光束具有彼此不同的主角度(principal angular)方向。特别地，根据定义，由于多波束衍射光栅的入射光的衍射耦合和衍射重定向，多个光束中的一个光束具有与多个光束中的另一个光束不同的预定主角度方向。例如，该多个光束可以包括具有八个不同主角度方向的八个光束。例如，组合的八个光束(即，多个光束)可以表示光场。根据各种示例，各种光束的不同主角度方向由相对于入射到多波束衍射光栅上的光的传播方向的各个光束的原点处的多波束衍射光栅的衍射特征的取向或旋转以及光栅栅距或间距的组合来确定。
根据本文所述的各种示例，采用多波束衍射光栅将光从板光导中耦合出来，例如，作为电子显示器的像素。特别地，具有多波束衍射光栅以产生多个具有不同角度方向的光束的板光导可以是电子显示器的背光的一部分或与电子显示器一起使用，例如，但不限于“无眼镜(glasses free)”()三维(3-D) 电子显示器(例如，也称为多视角或“全息(holographic)”电子显示器或自动立体显示器)。这样，通过使用多波束衍射光栅从光导耦合出被引导的光而产生的不同定向的光束，可以是或表示3-D电子显示器的“像素(pixels)”。
本文中，“光源”被定义为光的源头(例如，产生和发射光的装置或设备)。例如，光源可以是在被激活时发光的发光二极管(LED)。本文中，光源可以是基本上任何光源或光发射源，包括但不限于发光二极管(LED)、激光器、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管，基于等离子体的光发射器、荧光灯、白炽灯和几乎任何其他光源。由光源产生的光可以具有颜色(即，可以包括特定波长的光)、或者可以是波长范围(例如，白光)。
此外，如本文所使用的，文章“一”旨在在专利技术中具有其普通含义，即“一个或多个”。例如，“一光栅”是指一个或多个光栅，因此，“光栅”在本文中是指“光栅(多个)”。此外，本文中提及的“顶”、“底”、“上方的”、“下方的”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”不作为本文中的限制。在本文中，除非另有明确说明，术语“约”当应用于值时，通常意味着在用于产生该值的设备的公差范围内，或者在一些示例中，意味着加上或减去10％、或加上或减去5％、或加上或减去1％。此外，本文所用的术语“基本上”意味着，例如，大多数、或几乎全部、或全部、或在约51％至约100％的范围内的量。此外，本文的示例旨在仅是说明性的，并且是出于讨论目的而不是用于限制。
根据本文所述的原理的一些示例，提供二维/三维(2D/3D)可切换显示器背光。图1A示出了根据与本文所述的原理一致的示例的二维/三维(2D/3D) 可切换显示器背光100的横截面图。图1B示出了根据与本文所述的原理一致的另一示例的2D/3D可切换显示器背光100的横截面图。根据各种示例， 2D/3D可切换显示器背光100被配置为产生“定向(directional)”的光，即，包括具有不同主角度方向的光束102的光。例如，2D/3D可切换显示器背光 100可以用作基于多波束光栅的背光，其被配置为提供或产生指向外部和远离2D/3D可切换显示器背光100的多个光束102。此外，根据各种示例，作为定向光，多个光束102以不同的预定义主角度方向被定向出去并远离。
在一些示例中，如下所述，具有不同预定主角度方向的多个光束102形成电子显示器的多个像素。此外，使用2D/3D可切换显示器背光100的电子显示器可以在2-D电子显示器(例如，常规显示器)和所谓的“无眼镜”3-D 电子显示器(例如，多视图，“全息”或自动立体显示器)之间切换。特别地，根据各种示例，2D/3D可切换显示器背光100采用可控或可选择的光束102 的散射来在2-D操作模式和3-D操作模式之间切换。例如，当可选择地散射光束102时，支持2-D操作模式。或者，在没有选择性散射的情况下支持3-D 操作模式。选择2-D操作模式或3-D操作模式可以根据各种示例(例如，如下所述)来促进电子显示器在显示2-D数据和3-D数据之间切换。
如图1A-1B所示，2D/3D可切换显示器背光100包括光导110。特别地，根据各种示例，光导110可以是板光导110。板光导110被配置为引导来自光源(图1A-1B中未示出)的光。在一些示例中，来自光源的光沿着板光导110 的长度被引导为光束104。此外，板光导110被配置为在非零传播角度引导光(即，被引导的光束104)。例如，被引导的光束104可以使用全内反射在板光导110内以非零传播角度被引导。
如本文所定义的，非零传播角度是相对于板光导110的表面(例如，顶表面或底表面)的角度。在一些示例中，被引导的光束的非零传播角度可以在约十(10)度至约五十(50)度之间，或者在一些示例中在约二十(20) 度至约四十(40)度之间，或约二十五(25)度至约三十五(35)度之间。例如，非零传播角度可以是大约三十(30)度。在其他示例中，非零传播角度可以是大约20度、或大约25度、或大约35度。
在一些示例中，来自光源的光以非零传播角度(例如，大约30-35度) 被引入或耦合到板光导110中。透镜、镜子或类似的反射器(例如，倾斜的准直反射器)和棱镜(未示出)中的一个或多个可以有助于将光耦合到输入端，例如，作为在非零传播角度的光束104的板光导110。一旦被耦合到板光导110中，被引导的光束104以通常远离输入端的方向沿着板光导110传播(例如，由图1A和1B中的沿着x轴的粗箭头示出)。此外，被引导光束 104通过以非零传播角度在板光导110的顶表面和底表面之间反射或“弹跳 (bouncing)”地传播(例如，所示出的，由延伸的具有角度的箭头表示引导光104的光线)。
此外，根据各种示例，通过将光耦合到板光导110中而产生的被引导光束104可以是准直光束。特别地，通过“准直光束(collimated light beam)”，其意味着被引导光束104内的光线在被引导的光束104内基本上彼此平行。根据本文的定义，从被引导光束104的准直光束发设或被散射的光线，不被认为是准直光束的一部分。例如，用于产生准直被引导光束的光的准直可以由用于将光耦合到板光导110中的透镜或镜子(例如，倾斜的准直反射器等) 来提供。
在一些示例中，板光导110可以是包括延伸的，基本上平坦的光学透明的介电材料的片或板光波导。基本平坦的介电材料片被配置为使用全内反射来引导被引导的光束104。根据各种示例，板光导110的光学透明材料可以包括或由任何各种介电材料制成，该介电材料包括但不限于一种或多种各种类型的玻璃(例如，石英玻璃、碱铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等)和基本上光学透明的塑料或聚合物(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)或“丙烯酸玻璃(acrylic glass)”、聚碳酸酯等)。在一些示例中，板光导110还可以在板光导 110(未示出)的表面(例如，顶表面和底表面的一个或两个)的至少一部分上包括包覆层。根据一些示例，包覆层可以用于进一步促进全内反射。
如图1A-1B所示，2D/3D可切换显示器背光100还包括多波束衍射光栅 120。根据各种示例(例如，如图1A-1B所示)，多波束衍射光栅120位于板光导110的表面(例如，顶面或前表面)。在其他示例(未示出)中，多波束衍射光栅120可以位于板光导110内。多波束衍射光栅120被配置为通过或使用衍射耦合从板光导110耦合出被引导光束104的一部分。特别地，作为包括多个光束102的耦出(coupled-out)光，被引导光束104的耦出部分被衍射地重导引到板光导表面之外。如上所述，多个光束102的每一个具有不同的预定主角度方向。此外，光束102被定向到板光导110之外。例如，根据各种不同的示例，光束102可以被定向从多波束衍射光栅120所在的、或其中的或其上的板光导表面离开。
通常，根据各种示例，由多波束衍射光栅120产生的光束102可以是发散的(例如，如图所示)或汇聚的(未示出)。特别地，图1A-1B示出了多个发散的光束102。光束102发散或汇聚是通过相对于多波束衍射光栅120 的特性(例如，“啁啾(chirp)”方向)的被引导的光束104的传播方向确定的。在光束102发散的一些示例中，发散光束102可能看起来从位于多波束衍射光栅120之下或之后一定距离处的“虚拟”点(未示出)发散。类似地，根据一些示例，汇聚光束可以在多波束衍射光栅120(例如，板光导前表面) 的上方或前面的虚拟点(未示出)汇聚或交叉。
如图1A-1B中进一步所示，多波束衍射光栅120包括被配置为提供衍射的多个衍射特征122。所提供的衍射负责将被引导光束104的一部分衍射耦合出板光导110。例如，多波束衍射光栅120可以包括板光导110的表面中的一个或两个凹槽(例如，如图1B所示)以及从用作衍射特征122的从板光导表面突出的脊(例如，如图1A所示)。凹槽和脊可以彼此平行地布置，并且至少在沿着衍射特征122的某一点，凹槽和脊垂直于被多波束衍射光栅120 耦合出来的被引导光束104的传播方向。
在一些示例中，凹槽或脊可以被蚀刻、研磨或模制到板光导表面中或施加在其表面上。因此，多波束衍射光栅120的材料可以包括板光导110的材料。例如，如图1A所示，多波束衍射光栅120包括从板光导的表面突出的基本上平行的脊。在图1B中，多波束衍射光栅120包括穿透板光导110的表面的基本上平行的凹槽122。在其他示例(未示出)中，多波束衍射光栅120 可以是施加或固定到光导表面的膜或层。
根据各种示例，多波束衍射光栅120可以以各种配置布置在板光导110 的表面中、表面上或表面处。例如，多波束衍射光栅120可以是跨光导表面布置成列和行的多个光栅(例如，多波束衍射光栅)中的成员。例如，多波束衍射光栅120的行和列可以表示多波束衍射光栅120的矩形阵列。在另一示例中，多个多波束衍射光栅120可以被布置为包括但不限于圆形阵列的其他阵列。在又一示例中，多个多波束衍射光栅120可以基本上随机地分布在板光导110的表面上。
根据一些示例，多波束衍射光栅120可以是啁啾衍射光栅120。根据定义，“啁啾”衍射光栅120是展示或具有衍射特征122的衍射间隔或间隔d的衍射光栅，其在啁啾衍射光栅120的范围或长度上变化，例如，如图1A-1B 所示。本文中，变化的衍射间隔d被称为“啁啾”。因此，如本文所述，从板光导110衍射耦合出的被引导光束104作为包括多个光束102的耦合出光从啁啾衍射光栅120离开或发射。而且，光束以不同的衍射角耦合出来，对应于穿过啁啾衍射光栅120的相应光束102的不同原点。通过预定义的啁啾，啁啾衍射光栅120负责多个光束102的预定和不同的主角度方向。
在一些示例中，啁啾衍射光栅120可以具有或表现出随距离线性变化的衍射间隔d的啁啾。这样，啁啾衍射光栅120可以被称为“线性啁啾”衍射光栅。例如，图1A-1B示出了作为线性啁啾衍射光栅的多波束衍射光栅120。具体地，如图所示，相较于在第二端120”处，在多波束衍射光栅120的第一端120'处，衍射特征122更靠近在一起。此外，通过示例的方式，所示衍射特征122的衍射间隔d从第一端120'到第二端120”线性变化。
在一些示例中，如上所述，通过使用多波束衍射光栅120将被引导光束 104耦合到板光导110之外而产生的光束102可以发散(即，发散光束102)，例如，当被引导光束104在多波束衍射光栅120的从第一端120'到第二端120”的方向上传播(例如，如图1A-1B所示)。或者，根据其他示例，当被引导光束104从第二端120”传播到多波束衍射光栅120的第一端120'时，可以产生汇聚光束102(未示出)。
在另一示例(未示出)中，啁啾衍射光栅120可以呈现衍射间隔d的非线性啁啾。可用于实现啁啾衍射光栅120的各种非线性啁啾包括但不限于以另一个种基本上不均匀或随机但仍然单调的方式变化的指数啁啾、对数啁啾或啁啾。也可以使用非单调啁啾，例如但不限于正弦啁啾或三角形(或锯齿形)啁啾声。也可以使用任何这些类型的啁啾的组合。
图2示出了根据与本文所述的原理一致的示例的多波束衍射光栅的透视图。如图所示，多波束衍射光栅120包括在板光导110的表面处、表面中或在表面上的弯曲的并且啁啾的衍射特征122(例如，凹槽或脊)(即，多波束衍射光栅120是弯曲的啁啾衍射光栅)。被引导光束104具有相对于多波束衍射光栅120和板光导110的入射方向，如图2中标示为104的粗箭头所示。还示出了多个耦出或发射的光束102指向远离板光导110的表面处的多波束衍射光栅120。如图所示，光束102以多个预定的不同主角度方向发射。特别地，如图所示，发射光束102的预定不同的主角度方向在方位角和高度方面都是不同的。根据各种示例，衍射特征122的预定啁啾和衍射特征122的弯曲都可以对发射光束102的预定的不同的主角度方向负责。
再次参考图1A-1B，2D/3D可切换显示器背光100还包括可切换的漫射器130，其可被定位成拦截多个光束102。根据各种示例，可切换漫射器130 具有或提供可选择的第一条件或状态，其被配置为使多个光束102的光通过。另外，可切换漫射器130具有或提供可选择的第二条件或状态，其被配置为散射光束102的光。图1A示出了配置为以可选择的第一状态通过光的可切换漫射器130，而图1B示出了配置为以可选择的第二状态散射光的可切换漫射器130。根据一些示例，在可选择的第二状态中，也可以控制散射度、散射锥角和散射类型中的一种或多种。
例如，在可选择的第一状态下，可切换漫射器130对于光束102的光(例如，如图1A所示)可以基本上是透明的。这样，根据各种示例，当在可选择的第一状态下离开可切换漫射器130时，光束102仍然可以具有与入射到可切换漫射器130的光束的主角度方向相关或在一些示例中基本上类似的主角度方向。此外，根据一些示例，离开可切换漫射器130的光束102可以基本上类似于以一个或两个强度和方向在可选择的第一状态中进入可切换漫射器130的光束102。为了简化本文的讨论，如图1A所示，当选择第一状态时，在入射到和离开可切换漫射器130的光束102之间没有进行区别。
另一方面，如图1B所示，在可选择的第二状态下，光束102或其光被可切换漫射器130散射或至少基本上散射。因此，当选择第二状态时离开可切换漫射器130的光102'不再具有入射到可切换漫射器130上或进入可切换漫射器130的光束102的主角度方向。代替地，根据各种示例，以第二状态 (散射状态)离开可切换漫射器130的光102'在多个不同方向(例如，在散射锥角或漫射角中)中散射。此外，根据一些示例，由可选择的第二状态产生的散射光102'的多个不同方向可以与入射在可切换漫射器130上的光束102 的主角度方向基本上无关。图1B通过示例而非限制地示出了散射光102'及其散射锥角γ。
在一些示例中，可切换漫射器130可以将接近朗伯散射(例如“近朗伯 (near-Lambertian)”)的入射光束102的基本上各向同性的散射提供到散射锥角γ中。在其他示例中，例如，散射可以具有基本上高斯散射分布，或者可以具有另外的散射分布。在一些示例中，散射锥角可以从相对较窄的锥角(例如，小于约十度)到相对较宽的锥角(例如，大于约四十度)可控。例如，散射锥角γ可以在大约六十(60)度到九十(90)度之间。在另一示例中，散射锥角γ可以在大约八十(80)度到大约一百八十(180)度之间。如图 1B所示，散射锥角γ是大约一百二十(120)度。
根据各种示例，基本上可以使用向多个不同(例如，随机或任意)方向提供光的散射的任何可切换或可变漫射器作为可切换漫射器130。例如，在一些示例中，可切换漫射器130可以基于体积或体漫射器，其中通过具有可变特性(例如但不限于散射中心密度、散射中心尺寸和散射中心分布中的一个或多个)的嵌入式散射中心提供散射。在其他示例中，可切换漫射器130 可以是配置为基于可变表面粗糙度提供散射或漫射的表面漫射器。在一些示例中，可切换漫射器130是电子可切换漫射器。例如，可切换漫射器130可以是聚合物分散液晶(PDLC)漫射器。在其他示例中，可切换漫射器130可以基于包括但不限于电泳或电润湿的另一技术。
在其他示例中，可切换漫射器130可以采用机电装置在可选择的第一和第二状态之间切换。例如，可切换漫射器130可以包括具有多个孔的可移动漫射器屏幕。当孔与光束102对准时，光束通过可切换漫射器130而没有散射(即，可选择的第一状态)。另一方面，当屏幕移动使得光束102通过与孔相邻的可移动漫射器屏幕的散射部分时，光束102被散射并且可切换漫射器 130提供可选择的第二状态。可切换漫射器130可以被实现为微机电系统(MEMS)可变漫射器。MEMS可变漫射器可以实现例如采用机电可变表面粗糙度的可移动漫射器屏幕或可变漫射器。
根据各种示例，可选择的第一状态(非散射状态)和可选择的第二状态 (散射状态)之间或其选择可以由可切换漫射器130的控制输入提供。例如，可切换漫射器130可以是电子可切换或可变漫射器(例如，PDLC)，其中对电子可切换漫射器的第一控制输入被配置为提供第一状态并通过光束102，并且第二控制输入被配置为提供第二状态并散射光束。例如，第一控制输入可以是第一电压，并且第二控制输入可以是第二电压。
根据本文所述的原理的一些示例，提供了2D/3D可切换电子显示器。 2D/3D可切换电子显示器被配置为发射作为像素的调制光。此外，2D/3D可切换电子显示器可以可选择地配置为提供第一或三维(3-D)模式和第二或二维(2-D)操作模式或者在其间切换。特别地，在3-D模式中，调制光束可以优选地以多个不同的定向被引向2D/3D可切换电子显示器的视图方向，调制光束具有预定的主角度方向并且对应于不同的3-D视图。特别地，3-D模式中的2D/3D可切换电子显示器是3-D电子显示器(例如，无眼镜的3-D电子显示器)。根据各种示例，调制的不同定向光束中的不同的光束对应于与3D 模式中的2D/3D可切换电子显示器相关联的不同“视图”()。例如，不同的“视图”可以提供由3D/3D可切换电子显示器在3-D模式中显示的3-D信息的“无眼镜”(例如，自动立体或全息)表示。另一方面，在2-D模式中，例如，调制光束在表示漫射光的多个任意不同方向上散射以用作2-D像素显示2-D信息。
图3示出了根据与本文所述的原理一致的示例的2D/3D可切换电子显示器200的框图。图3所示的2D/3D可切换电子显示器200包括用于引导光(例如，如光束)的板光导210。被引导的光可以被准直，并且因此被引导为例如准直光束。板光导210中被引导的光是光源，其成为调制光束202或由 2D/3D可切换电子显示器200发射的漫射光(例如，分别以3-D模式或2-D 模式)。根据一些示例，板光导210可以基本上类似于上面关于2D/3D可切换显示器背光100所描述的板光导110。例如，板光导210可以是平板光波导，其为配置成通过全内反射引导光的平面介电材料片。
进一步如图3所示，2D/3D可切换电子显示器200包括多波束衍射光栅阵列220。多波束衍射光栅阵列220位于或邻近板光导210的表面。在一些示例中，阵列的多波束衍射光栅220可以基本上类似于上述2D/3D可切换显示器背光100的多波束衍射光栅120。特别地，多波束衍射光栅220被配置为将作为多个光束204的板光导210中的一部分被引导的光耦合出来。此外，多波束衍射光栅220被配置为将光束204引导到相应的多个预定的不同主角度方向。
在一些示例中，多波束衍射光栅220包括啁啾衍射光栅。在一些示例中，多波束衍射光栅220的衍射特征(例如，凹槽，脊等)是弯曲的衍射特征。在其它示例中，阵列的多波束衍射光栅220包括具有弯曲的衍射特征的啁啾衍射光栅。例如，弯曲的衍射特征可以包括弯曲(即，连续弯曲或分段弯曲) 的脊或凹槽。此外，弯曲的衍射特征可以通过作为跨越多波束衍射光栅220 的距离的函数而变化的弯曲衍射特征之间的间隔彼此间隔开(例如，“啁啾”间隔)。
如图3所示，2D/3D可切换电子显示器200还包括光阀阵列230。根据各种示例，光阀阵列230包括多个光阀，其配置成调制对应于多个光束204 的光204'。例如，光阀阵列230的多个光阀可以基本上类似于多个光束204。特别地，光阀阵列230的光阀调制光束204的、或对应于光束204的光204'，以提供2D/3D可切换电子显示器200的像素。
例如，当2D/3D可切换电子显示器200切换到或以3-D模式操作时，像素可以是对应于3-D电子显示器的不同视图的3-D像素。或者，当2D/3D可切换电子显示器200以例如2-D模式操作时，像素可以是2-D像素。在一些示例中，显示分辨率或等效地，像素密度可以是2-D模式中的光阀阵列230 的原始分辨率或密度，而3D模式中的显示分辨率或像素密度可低于原始分辨率/密度。在各种示例中，可以在光阀阵列230中采用不同类型的光阀，包括但不限于液晶光阀和电泳光阀之一或两者。
根据各种示例，2D/3D可切换电子显示器200还包括可切换漫射器240。可切换漫射器240被配置为可选地通过多个光束204或可选地散射光束204。因此，可切换漫射器240输出对应于光束204的光204'，其为通过(即，基本上类似于光束204)或散射(例如，进入散射锥角)。根据各种示例，在通过和散射光束204之间切换可切换漫射器240对应于在3-D操作模式和2-D 操作模式之间切换2D/3D可切换电子显示器。
根据一些示例，可切换漫射器240可以基本上类似于上面关于2D/3D可切换显示器背光100描述的可切换漫射器130。特别地，当被配置为通过光束204时，可切换漫射器240可以基本上类似于已经选择了第一状态的可切换漫射器130，而可切换漫射器240被配置为散射光束时，可以基本上类似于具有第二状态的可切换漫射器130。此外，在一些示例中，可切换漫射器 240可以是电子可切换或可变漫射器，例如但不限于PDLC漫射器、基于电泳的可变漫射器和基于电润湿的可变漫射器中的一个或多个。在其他示例中，可以使用机械或机电可变漫射器(例如，可移动漫射器屏幕、MEMS漫射器等)作为可切换漫射器240。
根据一些示例(例如，如图3所示)，可切换漫射器240位于光阀阵列 230和多波束衍射光栅阵列220之间。当位于光阀阵列230和多波束衍射光栅阵列220之间，可切换漫射器240在由光阀阵列230的光阀调制之前拦截并选择性地通过或散射光束204。例如，当可切换漫射器240被配置为使光束204从多波束衍射光栅220通过，光阀阵列230调制对应于光束204的光204'，然后光束204可以继续被视为作为调制光束202的3-D像素。或者，当可切换漫射器240被配置时为散射光束204，对应于光束204的散射光204' 被光阀阵列230调制以产生2-D像素(未示出)。作为示例，在图3中调制光 (例如，作为调制光束202)被示为从光阀阵列230发出的虚线箭头。
在其他示例(图3中未示出)中，可切换漫射器240位于光阀阵列230 的输出处，以可选择地通过或散射多个光束204。例如，参见图4B和下面的描述。因此，在由可切换漫射器240可选择地通过或散射之前，光束204被光阀阵列230的光阀调制。然而，根据各种示例，无论是位于多波束衍射光栅220和光阀阵列230之间还是位于光阀阵列230的输出处，光阀阵列230 的输出，可切换漫射器240从2D/3D可切换电子显示器200提供可选择的2-D 或3-D视图。
在其他示例(未示出)中，可切换漫射器可以基本上位于光阀阵列内。例如，当使用液晶光阀实现光阀阵列时，可切换漫射器可以在输入偏振器和含有液晶材料的液晶单元之间。在另一示例中，可切换漫射器可以位于液晶单元和输出偏振器之间。根据各种示例，需注意的是，当位于液晶单元和液晶光阀的偏振器之间时，可以采用不影响光偏振的可切换漫射器。
图4A示出了根据与本文所述的原理一致的示例的2D/3D可切换电子显示器200的横截面图。图4B示出了根据与本文所述的原理一致的另一示例的 2D/3D可切换电子显示器200的横截面视图。特别地，图4A示出位于多波束衍射光栅阵列220和光阀阵列230之间的可切换漫射器240(例如，如图3 所示)。图4B示出了在光阀阵列230的输出(即，邻近输出侧)处的可切换漫射器240。因此，如图所示，光阀阵列230位于多波束衍射光栅阵列220 和可切换漫射器240之间。此外，图4A和4B中的板光导210的表面示出了多波束衍射光栅阵列220。
参考图4A，如图4A中的各种箭头所示的光由多波束衍射光栅220发射并对应于光束204，其被可切换漫射器240截取并可选地通过或散射。特别地，可选择地通过可切换漫射器240通过的光束204可以继续到光阀阵列230，以被调制成光束202。例如，调制光束202可以表示以3-D模式操作2D/3D 可切换电子显示器200的3-D像素206。由可切换漫射器240可选择地散射的光束204变成如多个短箭头所示的散射或漫射光204”。根据各种示例，散射光204”可以继续到光阀阵列230进行调制并表示以2-D模式操作2D/3D可切换电子显示器200的2-D像素208。
参考图4B，由多波束衍射光栅220发射并对应于光束204的光首先由光阀阵列230调制，然后被可切换漫射器240截取并可选择地通过或散射。在 3-D操作模式，光束204首先由光阀阵列230调制然后可选地通过可切换漫射器240仍继续并且表示2D/3D可切换电子显示器200的3-D像素206。在2-D操作模式，调制光束204，其被可切换漫射器240可选择地散射的成为在可切换漫射器240的输出侧散射或漫射的光204”，例如，被示为多个短箭头。例如，在图4A和4B，示出散射光204”的多个短箭头被布置成表示可切换漫射器240的散射锥角。在图4B中，根据各种方式，散射光204”源自由光阀阵列230输出的调制光束204，并且因此，表示在2-D模式下操作的2D/3D 可切换电子显示器200的2-D像素208。
如图4A和4B所示，根据各种示例，2-D像素208的分辨率可以具有或基本上类似于光阀阵列230的原始分辨率，而3-D像素206的分辨率低于原始分辨率。例如，3-D像素分辨率可以由3-D视图的数量确定，而2-D分辨率可以由光阀阵列230中的多个光阀确定(例如，每英寸的光阀或“原始 (native)”分辨率)。例如，当2D/3D可切换电子显示器200支持的六十四(64) 3-D视图时，2-D分辨率可以是3-D分辨率的64倍。在其他示例中，2-D分辨率可以是3-D分辨率的两倍、四倍、八倍或更大。
注意，根据一些示例，可切换漫射器240可以被配置为在2D/3D可切换电子显示器200的某些区域可选择地通过光束204，同时在其他区域可选择地散射光束204(例如，如图4A和4B所示)。通过在不同区域中可选择地通过并散射光束204，可切换漫射器240可以有助于使用2D/3D可切换电子显示器200同时显示2-D信息和3-D信息(例如，在不同的区域)。特别地，可切换漫射器240可以包括横跨2D/3D可切换电子显示器200的显示区域的多个不同区域。可切换漫射器240可以被单独地配置成可选择地在多个不同区域中的第一区域中通过或散射光束204，并且可选择地在第二区域中通过或散射光束204。在区域中，可切换漫射器240被配置为可选择地散射光束204，像素可以是或表示用于显示2-D信息(例如，文本)的2-D像素208。或者，像素可以是用于在对应于被配置为可选择地通过光束204的可切换漫射器区域的2D/3D可切换电子显示器200的区域中显示3-D信息的3-D像素206。
图4C示出了根据与本文所述的原理一致的示例的具有多个不同区域的 2D/3D可切换电子显示器200的平面视图。具体地，根据各种示例，所示的 2D/3D可切换电子显示器200具有不同的区域，其可以被单独配置以使用可切换漫射器240显示3D信息或2-D信息。如图所示，2D/3D可切换电子显示器200具有可切换漫射器240，其包括第一区域242和第二区域244。例如，第一和第二区域242、244可以是单独地或分别地可控制的可切换漫射器240的区域。
在一些示例中，第一区域242可以被配置为可选地使光束204通过第一区域242，而第二区域244被配置为可选择地散射第二区域244内的光束204。在这些示例中，第一区域242被配置为显示3-D信息，并且第二区域244被配置为显示2-D信息(例如，文本等)。例如，第二区域244可以用于显示基于文本的菜单，并且第一区域242可以用于显示3-D图像。然后可以将第二区域244重新配置为可选择地通过光束204，使得第一和第二区域242、244 可以用于3-D信息显示。此外，第一和第二区域242、244都可以被重新配置为可选择地散射光束204，使得2D/3D可切换电子显示器200可用于2-D信息显示。
在其他示例(未示出)中，2D/3D可切换电子显示器的区域可以包括固定或不可切换漫射器，并且另一区域可以包括如上所述的可切换漫射器240，或者不包括漫射器。在这些示例中，具有固定漫射器的区域专用于2-D信息显示。当可切换漫射器存在时，另外的区域可以被用于可选择地用于2-D信息显示和3-D信息显示。或者，例如，当不存在漫射器时，其它区域可以专用于3-D信息显示。
再次参考图3，在一些示例中，2D/3D可切换电子显示器200还可以包括光源250。光源250被配置为提供作为引导光在板光导210中传播的光。具体地，根据一些示例，被引导的光是来自光源250的光，其耦合到板光导 210的边缘(或输入端)。例如，透镜、准直反射器或类似装置(未示出)可以有助于将光在其输入端或边缘处耦合到板光导110中。在各种示例中，光源250可以是基本上任何光源，包括但不限于发光二极管(LED)、荧光灯和激光器中的一个或多个。在一些示例中，光源250可以产生具有由特定颜色表示的窄带频谱的基本单色光。特别地，单色光的颜色可以是特定色域或颜色模型(例如，红-绿-蓝(RGB)颜色模型)的原色。在一些示例中，光源 250可以包括多个不同的颜色光源。
在一些示例中，2D/3D可切换电子显示器200可以经历所谓的像素的“走离(walk-off)”。特别地，如果可切换漫射器240足够远离多波束衍射光栅阵列220，则可能发生脱落。本文中用于像素的术语“走离”被定义为在相对于显示器的其他像素位于序列之外或位置之外的像素。特别地，像素可能序列之外，并且因此当由多波束衍射光栅阵列220产生的光束204彼此交叉时导致走离。可切换漫射器240可以与多波束衍射光栅阵列220间隔开一定程度，致使由于2D/3D可切换电子显示器的各种元件的相应厚度导致走离，例如，光阀阵列230的厚度、可切换漫射器240的厚度等。
根据各种示例，通过将可切换漫射器240定位在与光束204的交叉点对应的多波束衍射光栅阵列220的一定距离处，可以减轻走离。例如，可切换漫射器240可以与多波束衍射光栅阵列220隔开一距离，在该距离处第一光束204相交或越过多个光束中的第二光束204以减轻走离。该交叉点可以是第一交叉点或另一个交叉点(例如，距离多波束衍射光栅220更远的第二、第三等交叉点)。
根据本文所述的原理的一些示例，提供了一种2D/3D可切换电子显示操作的方法。图5示出了根据与本文所述的原理一致的2D/3D可切换电子显示操作的方法300的流程图。如图5所示，2D/3D可切换电子显示操作的方法 300包括将板光导中的光引导为非零传播角的光束310。在一些示例中，板光导和被引导的光可以基本上类似于上面关于2D/3D可切换显示器背光100所述的板光导110和被引导光束104。特别地，板光导根据全内反射引导被引导的光束，并且在一些示例中，被引导的光束可以被准直310。此外，在一些示例中，板光导可以是基本上平面的电介质光波导或平板波导(例如，平面电介质片)。
如图5所示，2D/3D可切换电子显示操作的方法300进一步包括耦合出一部分被引导光320。特别地，耦合出板光导的被引导光的部分可以包括多个光束320。多个光束中的光束被定向远离板光导的表面。此外，多个光束中被定向远离板光导的表面的光束具有与多个光束中的其它光束不同的主角度方向。在一些示例中，多个光束中的每个光束相对于多个其他光束具有不同的主角度方向。
在一些示例中，耦合出一部分被引导光320包括使用多波束衍射光栅衍射地耦合出被引导光部分。根据一些示例，多波束衍射光栅可以位于或邻近板光导的表面。例如，多波束衍射光栅可以作为槽，脊等形成在板光导的表面(例如，顶表面)上或表面处，并且可以由板光导的材料形成。在其他示例中，多波束衍射光栅可以包括在板光导表面上的膜。在一些示例中，多波束衍射光栅基本上类似于上面关于2D/3D可切换显示器背光100所述的多波束衍射光栅120。
图5所示的2D/3D可切换电子显示的方法300还包括可选地通过或散射多个使用可切换漫射器的光束330。当由可切换漫射器可选择地通过330时，多个光束可以表示2D/3D可切换电子显示器的三维(3-D)像素，并且当由可切换漫射器可选择地散射330时，多个光束可以表示2D/3D可切换电子显示器的二维(2-D)像素。根据一些示例，用于可选地通过或散射光束的可切换漫射器330可以是基本上类似于上述2D/3D可切换显示器背光100的可切换漫射器130。特别地，可切换漫射器可以包括电可变漫射器和机械/机电可变漫射器中的一个或两个。电可变漫射器可以包括但不限于聚合物分散液晶漫射器、基于电泳的漫射器或基于电润湿的可变漫射器，而机械/机电可变漫射器可以包括但不限于一个或可移动漫射器屏幕和采用机电可变表面粗糙度的可变漫射器(例如，MEMS可变漫射器)之一或两者。
根据一些示例(图5中未示出)，2D/3D可切换电子显示的方法300还包括使用多个光阀来调制多个光束。根据一些示例，多个光阀可以基本上类似于上面关于2D/3D可切换电子显示器200描述的光阀阵列230。例如，多个光阀可以包括多个液晶灯阀门。在一些示例中，在调制多个光束(例如，如图4B所示)之后，使用可切换漫射器可选择地通过或散射多个光束330。在其他示例中，在调制光束(例如，如图4A所示)之前，使用可切换漫射器可选择地通过或散射多个光束330。
因此，已经描述了2D/3D可切换显示器背光，2D/3D可切换电子显示器和采用可切换漫射器的2D/3D可切换电子显示操作的方法的示例。应当理解，上述示例仅仅是表示本文所述的原理的许多具体示例中的一些的示例。显然，本领域技术人员可以容易地设计出许多其它的布置，而不脱离由所附权利要求限定的范围。

Claims (19)

1.一种2D/3D可切换显示器背光，包括：
板光导，其被配置为引导来自光源的光作为被引导光束；
多波束衍射光栅，其被配置为耦合出被引导光束的一部分，并将耦出的部分导引离开所述板光导，所述耦出的部分包括具有不同主角度的多个光束，其中所述多波束衍射光栅包括具有弯曲的衍射特征的啁啾衍射光栅；以及
可切换漫射器，其被定位于拦截所述多个光束，所述可切换漫射器被配置为可选择地通过所述多个光束中的光束的光以提供三维3D像素、或散射所述光束以提供二维2D像素。
2.如权利要求1所述的2D/3D可切换显示器背光，其中所述啁啾衍射光栅是线性啁啾衍射光栅。
3.如权利要求1所述的2D/3D可切换显示器背光，其中所述多波束衍射光栅在所述板光导的表面处，所述多波束衍射光栅具有衍射特征，所述衍射特征包括所述板光导表面内弯曲的槽和所述板光导表面上的弯曲的脊中的一个或两个，所述衍射特征彼此间隔开。
4.如权利要求1所述的2D/3D可切换显示器背光，其中所述可切换漫射器具有电子控制的、包括通过所述光束的第一状态和散射所述光束的第二状态的可选状态。
5.如权利要求1所述的2D/3D可切换显示器背光，其中所述可切换漫射器包括聚合物分散液晶电子漫射器。
6.一种电子显示器，其包括如权利要求1所述的2D/3D可切换显示器背光，其中所述被引导光束的所述耦出的部分是对应于所述电子显示器的像素的光，使用所述可切换漫射器，所述像素可切换到所述电子显示器的三维3D像素或二维2D电子显示像素。
7.如权利要求6所述的电子显示器，还包括光阀，其被配置为调制所述多个光束中的光束，所述多波束衍射光栅位于所述光阀和所述板光导之间。
8.如权利要求7所述的电子显示器，其中所述可切换漫射器在所述多波束衍射光栅和所述光阀之间。
9.一种2D/3D可切换电子显示器，包括：
板光导，其被配置为引导来自光源的光作为被引导光束；
在板光导的表面处的多波束衍射光栅阵列，其被配置为耦合出被引导光束的一部分作为具有对应的多个不同主角度方向的多个光束，其中所述多波束衍射光栅阵列的多波束衍射光栅是具有弯曲的衍射特征的啁啾衍射光栅；
光阀阵列，其被配置为对应于所述多个光束中的光束调制光；以及
可切换漫射器，其被配置为可选择地通过所述多个光束中的光束以提供三维3D像素或散射所述光束以提供2D/3D可切换电子显示器的二维2D像素。
10.如权利要求9所述的2D/3D可切换电子显示器，其中所述光阀阵列包括多个液晶光阀。
11.如权利要求9所述的2D/3D可切换电子显示器，其中所述可切换漫射器位于所述光阀阵列和所述多波束衍射光栅阵列之间。
12.如权利要求9所述的2D/3D可切换电子显示器，其中所述可切换漫射器位于所述光阀阵列的输出附近，以可选地通过或散射调制光。
13.如权利要求9所述的2D/3D可切换电子显示器，其中所述可切换漫射器与所述多波束衍射光栅阵列间隔开距离，在所述距离处所述多个光束中的光束与所述多个光束的另一光束相交以减轻走离。
14.如权利要求9所述的2D/3D可切换电子显示器，其中所述可切换漫射器包括横跨所述2D/3D可切换电子显示器的显示区域的多个不同区域，所述可切换漫射器被单独地配置成可选地在多个区域的第一区域中通过或散射所述光束，并且可选择地在多个区域中的第二区域中通过或散射所述光束。
15.一种2D/3D可切换电子显示器操作方法，所述方法包括：
将板光导中的光引导作为非零传播角度的光束；
通过使用多波束衍射光栅耦合出所述被引导光束的一部分以产生在相应的多个不同主角度方向被导引远离所述板光导的多个光束，其中所述多波束衍射光栅包括具有弯曲的衍射特征的啁啾衍射光栅；并且
使用可切换漫射器可选择地通过或散射所述多个光束中的光束，
其中所述多个光束中的可选择地通过的光束代表所述2D/3D可切换电子显示器的三维3D像素，并且所述多个光束中的可选择地散射的光束代表所述2D/3D可切换电子显示器的二维2D像素。
16.如权利要求15所述的2D/3D可切换电子显示器操作方法，还包括使用多个光阀调制所述多个光束中的光。
17.如权利要求16所述的2D/3D可切换电子显示器操作方法，其中在调制所述多个光束中的光之后，可选择地执行通过或散射所述多个光束。
18.如权利要求16所述的2D/3D可切换电子显示器操作方法，其中所述多个光阀包括多个液晶光阀。
19.如权利要求15所述的2D/3D可切换电子显示器操作方法，其中所述可切换漫射器是选自聚合物分散液晶漫射器、基于电泳的漫射器或基于电润湿的可变漫射器的电子可变漫射器。
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