CN107624163B - 基于颜色扫描光栅的背光体及使用该背光体的电子显示器 - Google Patents

基于颜色扫描光栅的背光体及使用该背光体的电子显示器 Download PDF

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Abstract

基于颜色扫描光栅的背光体包括颜色扫描协议以在具有中间暗区域的板光导的不同区域中提供不同颜色的光。基于颜色扫描光栅的背光体包括板光导和衍射光栅，该衍射光栅被配置为以预定的主角方向衍射地耦合出被引导光束的一部分，作为被定向为离开所述板光导的表面的被耦合出的光束。所述背光体还包括被配置为根据颜色扫描协议向所述板光导提供作为所述被引导光束的不同颜色的光的多色光源。通过中间暗区域和通过所述板光导的光限制壁中的一个或多个，在第一区域中所提供的第一颜色光与在第二区域中所提供的第二颜色光被分开。

Description

基于颜色扫描光栅的背光体及使用该背光体的电子显示器
相关申请的交叉引用
不适用。
关于联邦资助的研究或开发的声明
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)、等离子体显示板(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)以及采用机电或电流体光调制的各种显示器(例如，数字微镜设备、电润湿显示器等)。通常，电子显示器可以被分类为有源显示器(即，发射光的显示器)或无源显示器(即，调制由另一源提供的光的显示器)。有源显示器最明显的例子包括CRT、PDP和OLED/AMOLED。在考虑所发射的光时通常被分类为无源的显示器是LCD和EP显示器。无源显示器虽然经常展现出吸引人的性能特性，包括但不限于固有地低的功耗，但由于缺乏发射光的能力，在许多实际应用中可能会发现有些受限的使用。
为了克服与所发射的光相关联的无源显示器的局限性，许多无源显示器被耦合到外部光源。所耦合的光源可以允许这些要不然是无源的显示器发射光并且实质上作为有源显示器起作用。这种所耦合的光源的例子是背光体。背光体是被放置在要不然是无源的显示器后面以照亮无源显示器的光源(通常是板光源)。例如，背光体可以被耦合到LCD或EP显示器。背光体发射穿过LCD或EP显示器的光。所发射的光由LCD或EP显示器调制，并且，继而随后从LCD或EP显示器发射所调制的光。背光体通常被配置为发射白光。然后使用彩色滤光器将白光转换成显示器中使用的各种颜色。例如，彩色滤光器可以被放置在LCD或EP显示器的输出处(较不常见)或在背光体和LCD或EP显示器之间。
附图说明
参考结合附图进行的以下详细描述，可以更容易地理解根据这里所描述的原理的示例和实施例的各种特征，其中相同的参考标记表示相同的结构元件，并且其中：
图1A示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的、示例中的基于颜色扫描光栅的背光体的透视图。
图1B示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的、示例中的基于颜色扫描光栅的背光体的横截面图。
图1C示出了根据与这里所描述的原理一致的另一实施例的、示例中的基于颜色扫描光栅的背光体的横截面图。
图2A示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的、示例中的包括多束衍射光栅的基于颜色扫描光栅的背光体的一部分的横截面图。
图2B示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的、示例中的包括多束衍射光栅的图2A的基于颜色扫描光栅的背光体的透视图。
图3A示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的、示例中的基于颜色扫描光栅的背光体的平面图。
图3B示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的、示例中的图3A的基于颜色扫描光栅的背光体的平面图。
图3C示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的、示例中的图3B的基于颜色扫描光栅的背光体的平面图。
图3D示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的、示例中的图3C的基于颜色扫描光栅的背光体的平面图。
图4A示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的、示例中的具有光限制壁的基于颜色扫描光栅的背光体的透视图。
图4B示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的、示例中的图4A中所示出的具有光限制壁的基于颜色扫描光栅的背光体的平面图。
图5示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的、示例中的三维(3D)彩色电子显示器的方框图。
图6示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的、示例中的彩色电子显示器操作的方法的流程图。
某些示例和实施例可以具有作为在上面提及的附图中所示出的特征的附加和替代之一的其他特征。以下参考上面提及的附图详细说明了这些和其他特征。
具体实施方式
根据这里所描述的原理的实施例提供了采用颜色扫描的彩色电子显示器背光照明(backlighting)。具体地，这里所描述的电子显示器的背光照明采用了光导，所述光导具有多个衍射光栅，以衍射地将光散射或耦合出光导并在电子显示器的观看方向上定向耦合出的光。进一步地，背光照明采用多色光源的颜色扫描，以将不同颜色的光引入光导。与颜色扫描一致，或者更具体地根据其颜色扫描协议，所引入的不同颜色的光被配置为在不同的条、带或区域内在光导中传播，并且作为相应的不同颜色的耦合出的光而被衍射地散射或耦合出。此外，根据一些实施例，背光颜色扫描被配置为在光导中传播的不同颜色的光之间提供暗区域或带。根据其它实施例，在相邻区域之间提供光限制壁以将光限制在特定区域内。根据各种实施例，当在彩色电子显示器应用中调制由背光照明产生的光束(耦合出的光)时，颜色扫描可以降低光阀需要反应的速度。而且，暗区域和光限制壁中的一个或两个可以减少或在一些示例中可以消除光的颜色向在光导内传播的不同颜色的光的相邻区域中的泄露。
根据各种实施例，由衍射光栅产生的耦合出的光形成在观看方向上被定向的多个光束。根据这里所描述的原理的各种实施例，所述多个光束可以具有彼此不同的主角方向。具体地，所述多个光束可以在观看方向上形成或提供光场。此外，例如，根据预定的颜色扫描协议，具有与所述多个光束中的其他光束不同的主角方向的多个光束中的光束可以在不同时刻是不同的颜色。具体地，在一些实施例中，根据颜色扫描协议，在(多个光束的)每个主角方向上的每个光束可以在不同时刻是不同的颜色。
根据各种实施例，光束的不同颜色可以表示多种原色。此外，在一些实施例中，可以采用具有不同的主角方向(也称为“被不同地定向的光束”)并且在不同时刻具有不同颜色的光束以显示包括三维(3D)信息的信息。例如，被不同地定向的、不同颜色的光束可以被调制并且用作“无眼镜”的3D电子显示器的彩色像素，如下面更详细地描述的。
这里，“扫描协议”被定义为作为时间的函数，使用光源扫描光导的照亮的过程。例如，扫描协议可以定义或描述作为时间的函数接通和关断光源的部分、元件或各个光发射器的过程。通过扩展，“彩色”扫描协议在这里被定义为指示如何扫描(例如，接通和关断)来自多色光源的不同颜色的光以用不同颜色的光照亮光导的过程。这里，跨越光导的多个相邻的带、条或区域以依序方式提供不同颜色的光的扫描的颜色扫描协议被定义为“依序”颜色扫描协议。
例如，光导可以具有从一(1)到N依序地编号的一系列相邻区域，其中N是大于1的整数。根据预定的依序颜色扫描协议的颜色扫描可以指示从区域1开始且进行到区域N，将第一颜色(例如，红色)依序引入光导的相邻区域。通过接通发射第一颜色并与相应区域相关联的(例如，被配置为照亮相应区域)的多色光源的光发射器，可以将第一颜色引入到相应区域(例如，区域1)。在到达区域N之后，颜色扫描协议还可以通过依序地关断与颜色和各种区域相关联的光发射器，指示从区域1开始且进行到区域N，从所述区域依序地移除第一颜色。依序颜色扫描协议还可以指示在依序移除第一颜色时以依序方式引入第二颜色。根据各种实施例，根据依序颜色扫描协议，在由不同颜色照亮的区域之间引入暗区域(即，这里中定义为基本上未被照亮的区域)。
这里，“光导”被定义为使用全内反射在结构内引导光的所述结构。具体地，光导可以包括在光导的工作波长处基本上透明的芯。在各种实施例中，术语“光导”通常是指采用全内反射以在光导的介电材料与围绕光导的材料或介质之间的界面处引导光的介电光波导。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。在一些实施例中，光导可以包括除了上面所描述的折射率差之外或代替上面所描述的折射率差的涂层，以进一步促进全内反射。例如，涂层可以是反射涂层。光导可以是包括但不限于板(plate)光导和条(strip)光导中的一个或两个的若干光导中的任何一个。
此外，在这里，当像在“板光导”中那样被应用于光导时，术语“板(plate)”被定义为分段地(piece-wise)或存在差别地(differentially)成平面的层或薄片(sheet)，有时“板光导”被称为“片(slab)”光导。具体地，板光导定义为被配置为在由光导的顶面和底面(即，相对的面)划界的两个基本正交的方向上引导光的光导。此外，根据某些实施例，在这里，根据定义，顶面和底面两者相互分离，并且可以在至少存在差别的意义上基本上相互平行。就是说，在板光导的任何存在差别地小的区域内，顶面和底面基本上平行或共面。在某些实施例中，板光导可以是基本上平的(例如，限制为平面)并且因此板光导是平面光导。在其它实施例中，板光导可以在一个或两个正交的维度中是弯曲的。例如，板光导可以在单一维度中弯曲以形成圆柱形的板光导。但是，任何弯曲都具有足够大的曲率半径以保证在板光导中保持全内反射以引导光。
根据这里所描述的各种实施例，可以采用衍射光栅(例如，多束衍射光栅)来将光作为光束从光导(例如，板光导)中散射或耦合出。这里，“衍射光栅”通常被定义为被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)。在一些实施例中，所述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，在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)阵列。例如，衍射光栅可以是在材料表面上的凸起物(bump)或材料表面中的孔的2-D阵列。
因此，并且根据这里的定义，“衍射光栅”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”，因为衍射光栅可以通过衍射将光耦合出光导。衍射光栅还通过衍射(即，以衍射角)重定向或改变光的角度。具体地，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。这里，通过衍射改变光的传播方向称为“衍射重定向”。因此，衍射光栅可以被理解为包括衍射特征的结构，所述衍射特征衍射地重定向入射在衍射光栅上的光，并且如果光从光导入射，则衍射光栅也可以衍射地耦合出来自光导的光。
此外，根据这里的定义，衍射光栅的特征被称为“衍射特征”，并且可以是在表面(即，其中“表面”是指两种材料之间的边界)处、在表面中和在表面上的一种或多种。所述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，所述结构包括但不限于凹槽、背脊、孔和凸起物中的一种或多种，并且这些结构可以是在所述表面处、在所述表面中和在所述表面上的一种或多种。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突出的多个平行的背脊。衍射特征(无论是凹槽、背脊、孔、凸起物等)可以具有提供衍射的多种横截面形状或轮廓中的任何一种，所述横截面形状或轮廓包括但不限于正弦曲线轮廓、矩形轮廓(例如，二进制衍射光栅)、三角形轮廓和锯齿轮廓(例如，闪耀光栅)中的一个或多个。
根据这里的定义，“多束衍射光栅”是产生包括多个光束的耦合出的光的衍射光栅。此外，根据这里的定义，由多束衍射光栅产生的多个光束中的光束彼此具有不同的主角方向。具体地，根据定义，由于多束衍射光栅对入射光的衍射耦合和衍射重定向，所述多个光束中的一光束具有与多个光束中的另一个光束不同的预定主角方向。所述多个光束可以表示光场。例如，所述多个光束可以包括具有八个不同主角方向的八个光束。例如，组合的八个光束(即，所述多个光束)可以表示光场。根据各种实施例，各种光束的不同主角方向由光栅间距或间隔以及在相对于入射到多束衍射光栅上的光的传播方向的各个光束的原点处多束衍射光栅的衍射特征的取向(orientation)或旋转(rotation)的组合确定。
根据这里所描述的各种实施例，通过衍射光栅(例如，多束衍射光栅)耦合出光导的光表示电子显示器的像素。具体地，具有多束衍射光栅以产生具有不同主角方向的多个光束的光导可以是电子显示器的背光体的一部分或结合电子显示器使用的背光体的一部分，所述电子显示器例如为但不限于“无眼镜”的三维(3D)电子显示器(也称为多视图或“全息”电子显示器或自动立体(autostereoscopic)显示器)。这样，通过使用多束衍射光栅从光导耦合出所引导的光而产生的被不同地定向的光束可以是或表示3D电子显示器的“像素”。此外，如上所描述，被不同地定向的光束可以形成光场。
此外，如这里所使用的，词语‘一(a)’旨在在专利技术中具有其普通含义，即一个或多个。例如，“光栅”是指一个或多个光栅，因此，“所述光栅”在这里是指一个或多个光栅。此外，这里对“顶”、“底”、“上面”、“下面”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”的任何提及在这里并不意味着是限制。这里，除非另有明确说明，术语“约”在被应用于值时，通常意味着在用于产生该值的设备的容差范围内，或者可以意味着正负10％、或正负5％、或正负1％。此外，这里使用的术语“基本上”是指大多数、或几乎全部、或全部、或在约51％至约100％的范围内的量。此外，这里的示例旨在仅是说明性的，并且出于讨论目的而不是作为限制被呈现。
根据这里所描述的原理的一些实施例，提供了基于颜色扫描光栅的背光体。图1A示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的示例中的基于颜色扫描光栅的背光体100的透视图。图1B示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的示例中的基于颜色扫描光栅的背光体100的横截面图。图1C示出了根据与这里所描述的原理一致的另一实施例的示例中的基于颜色扫描光栅的背光体100的横截面图。颜色扫描被用于产生由基于颜色扫描光栅的背光体100发射的多种颜色的光。具体地，基于颜色扫描光栅的背光体100被配置为产生由颜色扫描协议指定的不同颜色的多个光束102。根据由基于颜色扫描光栅的背光体100采用的颜色扫描，所述多个光束中的各个光束102呈现不同的颜色。不同颜色的多个光束102可以在电子显示器的观看方向上形成光场。此外，根据各种实施例，多个光束102的不同颜色可以对应于采用基于颜色扫描光栅的背光体100的电子显示器的颜色信息。
具体地，由基于颜色扫描光栅的背光体100提供的多个光束102中的(并且在光场内的)的光束102可以被配置为具有与所述多个光束中的其他光束102不同的主角方向，如上所描述的。此外，光束102可以在光场内具有预定的方向(主角方向)和相对窄的角展宽。对于在三维(3D)彩色电子显示器中的使用，光束102的主角方向可以对应于3D彩色电子显示器的特定视图的角方向。因此，根据一些实施例，光束102可以表示或对应于3D彩色电子显示器的像素。
在其他实施例(图1A-1C中未明确示出)中，所述多个的不同颜色的光束可具有基本上类似的预定的主角方向。被类似地定向的不同颜色的光束通常不形成光场，而是表示基本上是单向的由基于颜色扫描光栅的背光体发射的光。例如，被类似地定向的光束可以被用于对二维(2D)彩色显示器进行背光照明。
根据这里的原理的各种实施例，颜色扫描提供了所述多个光束的光束102被配置为呈现的不同颜色。也就是说，在不同的时间，特定光束102可以表现光的不同颜色。颜色扫描可以改变该特定光束102的颜色，使得该特定光束102被配置为提供或显示多种颜色。此外，根据各种实施例，颜色扫描可以依序地改变所述多个光束的各光束102的颜色，使得表示基于颜色扫描光栅的背光体100的所有颜色都被表现。因此，通过颜色扫描，由基于颜色扫描光栅的背光体100产生的多个光束102被配置为在预定的时间段上呈现所有颜色。
在一些实施例中，通过颜色扫描产生的多个光束中的光束102可以被调制(例如通过如下所描述的光阀)。例如，对于动态3D彩色电子显示器应用，在离开基于颜色扫描光栅的背光体100的不同角方向上定向的光束102的调制特别有用。也就是说，在特定观看方向上定向的具有各种不同颜色的单独调制的光束102可以表示对应于该特定观看方向的3D电子显示器的动态彩色像素。此外，在一些实施例中，当光束102基本上是单向的时，可以支持动态2D彩色电子显示器应用。
如图1A-1C所示，基于颜色扫描光栅的背光体100包括光导110。具体地，根据一些实施例，光导110可以是板光导110。光导110被配置为引导光(例如，来自下面所描述的光源130)，作为被引导光104。例如，光导110可以包括被配置为光波导的介电材料。介电材料可以具有大于围绕介电光波导的介质的第二折射率的第一折射率。例如，折射率的差别被配置为根据光导110的一种或多种引导模式而促成被引导光104的全内反射。这里，为了讨论目的而不失一般性，光导110被称为板光导110。
在一些实施例中，光作为光束104被引导。例如，可以沿着板光导110的长度引导光束104。此外，板光导110可以被配置为以非零传播角度引导光(即，被引导光束104)。例如，可以使用全内反射在板光导110内以非零传播角度引导被引导光束104。
如这里所定义的，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，被引导光束104的非零传播角度可以在大约十(10)度和大约五十(50)度之间，或者在一些示例中在大约二十(20)度和大约四十(40)度之间，或在大约二十五(25)度和大约三十五(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。
在一些实施例中，要被引导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、反射镜或类似的反射器(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促成将光作为光束以非零传播角度耦合到板光导110的输入端中。一旦被耦合到板光导110中，被引导光束104沿着板光导110在大致离开输入端的方向(在图1A-1C中，通过沿着x轴指的粗箭头示出)上传播。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”而传播(通过延伸的、有角度的箭头示出，该箭头表示被引导光束104的光线)。
根据一些示例，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。具体地，通过“准直光束”，意思是在被引导光束104内的光线在被引导光束104内基本上是彼此平行的。根据这里的定义，从被引导光束104的准直光束发散或被散射的光线不被认为是准直光束的一部分。例如，可以由用于将光耦合到板光导110中以产生准直的被引导光束104的透镜或反射镜(例如，倾斜的准直反射器等)提供光的准直。
在一些示例中，光导110(例如，作为板光导110)可以是包括延伸的、基本上平面的光学透明的介电材料薄片(sheet)的片(slab)或板光波导。基本上平面的介电材料片被配置为使用全内反射引导被引导光束104。根据各种示例，板光导110的光学透明材料可以包括多种介电材料中的任何一种或由多种介电材料中的任何一种组成，所述介电材料包括但不限于各种类型的玻璃(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，聚乙烯(甲基丙烯酸甲酯)或“丙烯酸玻璃”、聚碳酸酯等)中的一种或多种。在一些示例中，板光导110还可以包括在板光导110的表面(例如，顶表面和底表面的一个或两个)的至少一部分上的覆层(未示出)。根据一些示例，覆层可以被用于进一步促成全内反射。
根据各种实施例，基于颜色扫描光栅的背光体100还包括衍射光栅120。具体地，基于颜色扫描光栅的背光体100可以包括多个衍射光栅120。例如，多个衍射光栅120可以布置为或表示衍射光栅120的阵列。如图1A-1C所示，衍射光栅120位于板光导110的表面(例如，顶表面或前表面)。在其他示例(未示出)中，一个或多个衍射光栅120可以位于板光导110内。在其他实施例(未示出)中，一个或多个衍射光栅120可以位于板光导110的底表面或后表面处或板光导110的底表面或后表面上。
根据各种实施例，衍射光栅120被配置为通过或使用衍射耦合(也称为“衍射散射”)将被引导光束104的一部分从板光导110散射或耦合出。被引导光束104的所述部分可以通过衍射光栅120穿过光导表面(例如，穿过板光导110的顶表面)被衍射地耦合出。此外，衍射光栅120被配置为将被引导光束104的所述部分作为被耦合出的光束(在图1B-1C作为光束102被示出)衍射地耦合出。根据各种示例，被耦合出的光束102以预定的主角方向被定向离开光导表面。具体地，通过多个衍射光栅120，被引导光束104的被耦合部分作为多个光束102而被衍射地重定向离开光导表面。如上面所讨论的，根据一些示例，多个光束的光束102中的每个可以具有不同的主角方向，并且多个光束可以表示光场。根据其他实施例，多个光束的光束102中的每个可以具有基本上相同的主角方向，并且所述多个光束可以表示基本上单向的光，这与由具有有不同主角方向的光束的多个光束表示的光场相反。
根据各种实施例，衍射光栅120包括衍射光(即，提供衍射)的多个衍射特征122。衍射负责将被引导光束104的所述部分衍射地耦合出板光导110。例如，衍射光栅120可以包括充当衍射特征122的在板光导110的表面中的凹槽以及从光导表面110突出的背脊中的一者或两者。凹槽和背脊可以彼此平行或基本上平行地布置，并且至少在某一点垂直于将由衍射光栅120耦合出的被引导光束104的传播方向。
在一些示例中，衍射特征可以被蚀刻、研磨或模制到所述表面中或被施加在所述表面上。这样，衍射光栅120的材料可以包括板光导110的材料。如图1B所示，例如，衍射光栅120包括形成在板光导110的表面中的基本上平行的凹槽。在图1C中，例如，衍射光栅120包括从光导表面突出的基本上平行的背脊。在其他示例(未示出)中，衍射光栅120可以被实现在光导表面中，或作为膜或层被施加到或被附加到光导表面。
可以以多种配置布置所述多个衍射光栅120中的衍射光栅120，所述多种配置是在板光导110的表面处、表面上和表面中的一个或多个。例如，多个衍射光栅120可以跨光导表面以列和行(例如，作为阵列)布置。在另一示例中，多个衍射光栅120可以按照组来布置，并且组可以以行和列布置。在另一个示例中，多个衍射光栅120可以跨板光导110的表面基本上随机地分布。
根据一些实施例，多个衍射光栅120包括多束衍射光栅120。例如，多个衍射光栅120的全部或基本上全部可以是多束衍射光栅120(即，多个多束衍射光栅120)。多束衍射光栅120是被配置为将被引导光束104的所述部分作为多个光束102(例如，如图1B和1C所示)耦合出的衍射光栅120，其中，多个光束中的一个光束102具有与多个光束中的其他光束102不同的主角方向。根据各种实施例，由多束衍射光栅120耦合出的多个光束102一起形成光场。
根据各种示例，多束衍射光栅120可以包括啁啾衍射光栅120(即，啁啾多束衍射光栅)。根据定义，“啁啾”衍射光栅120是展现出或具有跨啁啾衍射光栅120的宽度或长度而变化的衍射特征的衍射间隔的衍射光栅。这里，变化的衍射间隔被定义为“啁啾”。结果，从板光导110被衍射地耦合出的被引导光束104以不同的衍射角作为光束102从啁啾衍射光栅120离开或发射，该不同的衍射角对应于啁啾衍射光栅120上的不同的原点。通过预定义的啁啾，啁啾衍射光栅120负责多个光束的被耦合出的光束102的预定的和不同的主角方向。
图2A示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的、示例中的包括多束衍射光栅120的基于颜色扫描光栅的背光体100的一部分的横截面图。图2B示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的、示例中的包括多束衍射光栅120的图2A中的基于颜色扫描光栅的背光体100的透视图。作为示例而非限制，图2A中所示的多束衍射光栅120包括在板光导110的表面中的凹槽。例如，图2A所示的多束衍射光栅120可以表示图1B所示的基于凹槽的衍射光栅120中的一个。
如图2A-2B(以及作为示例而非限制的图1B-1C)所示，多束衍射光栅120是啁啾衍射光栅。具体地，如图所示，衍射特征122在多束衍射光栅120的第二端120”处比在第一端120'处更靠近在一起。此外，所示的衍射特征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，啁啾衍射光栅120可以具有或呈现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。
在一些示例中，当被引导光束104在板光导110中在从多束衍射光栅120的第一端120'到多束衍射光栅120的第二端120”的方向上(例如，如图2A所示)传播时，通过使用多束衍射光栅120将光耦合出板光导110而产生的光束102可以发散(即，成为发散光束102)。可替换地，根据其他示例(未示出)，当被引导光束104在板光导110中在相反方向上传播，即从多束衍射光栅120的第二端120”到第一端120'传播时，可以产生会聚光束102。
在另一示例中(未示出)，啁啾衍射光栅120可以呈现衍射间隔d的非线性啁啾。可被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指数啁啾、对数啁啾、或以另一种基本上不均匀或随机但仍然单调的方式变化的啁啾。也可以采用诸如但不限于正弦啁啾或者三角或锯齿啁啾的非单调的啁啾。也可以使用任何这些类型的啁啾的组合。
如图2B所示，多束衍射光栅120包括啁啾且弯曲的衍射特征122(例如，凹槽或背脊)(即，多束衍射光栅120是弯曲的啁啾衍射光栅)，所述衍射特征122是在板光导110的表面中、表面处和表面上的一个或多个。被引导光束104具有相对于多束衍射光栅120和板光导110的入射方向，如图2B中标示为104的粗箭头所示。还示出了在板光导110的表面处离开多束衍射光栅120而指向的多个被耦合出或发射的光束102。所示出的光束102在多个预定的不同的主角方向上发射。具体地，如图所示，所发射的光束102的预定的不同的主角方向在方位角和仰角方面都不同(即，以形成光场)。根据各种示例，衍射特征122的预定义的啁啾和衍射特征122的曲线可以对所发射的光束102的预定的不同的主角方向负责。
例如，由于弯曲，在多束衍射光栅120内的衍射特征122可以相对于被引导光束104的入射方向具有变化的取向。具体地，相对于被引导光束的入射方向，衍射特征122在多束衍射光栅120内的第一点或位置处的取向可以不同于衍射特征122在的另一个点或位置处的取向。根据一些示例，对于被耦合出或发射的光束102，光束102的主角方向{θ，Φ}的方位角分量Φ可以由在光束102的原点处(即，在入射的被引导光104被耦合出的点处)的衍射特征122的方位取向角Φf确定或与该方位取向角Φf对应。因此，在多束衍射光栅120内的衍射特征122的变化的取向产生不同光束102，所述不同光束102具有不同的主角方向{θ，Φ}，至少在其各自的方位角分量Φ方面。
具体地，在沿着衍射特征122的曲线的不同点处,与弯曲衍射特征122相关联的多束衍射光栅120的“底层(underlying)衍射光栅”具有不同的方位取向角Φf。因此，在沿着弯曲衍射特征122的给定点处，该曲线具有通常与在沿着弯曲衍射特征122的另一点处的方位取向角Φf不同的特定方位取向角Φf。此外，该特定方位取向角Φf导致从给定点发射的光束102的主角方向{θ，Φ}的对应方位角分量Φ。在一些示例中，衍射特征(例如，凹槽、背脊等)的曲线可以表示圆的一部分。圆可以与光导表面共面。在其他示例中，曲线可以表示例如与光导表面共面的椭圆形或另一个弯曲形状的一部分。
在其他示例中，多束衍射光栅120可以包括“分段”弯曲的衍射特征122。具体地，虽然衍射特征122可能没有描述基本上平滑或连续的曲线本身，但是在沿着多束衍射光栅120内的衍射特征122的不同点处，衍射特征122仍然可以以相对于被引导光束104的入射方向的不同角度确定取向。例如，衍射特征122可以是包括多个基本上直的区段的凹槽，每个区段具有与相邻区段不同的取向。根据各种实施例，所述区段的不同角度一起可以近似一曲线(例如，圆的区段)。在其他示例中，衍射特征122可以只在多束衍射光栅120中的不同位置处相对于被引导光的入射方向具有不同的取向，而不近似特定的曲线(例如，圆或椭圆)。
再次参考图1A-1C，根据各种实施例，基于颜色扫描光栅的背光体100还包括光源130(即，作为被引导光束104的源)。具体地，基于颜色扫描光栅的背光体100还包括多色光源130。多色光源130被配置为向板光导110提供作为被引导光104即作为被引导光束104的光。也就是说，根据各种实施例，由多色光源130提供的光当被耦合到板光导110中时是被引导光束104。
此外，多色光源130被配置为根据颜色扫描协议提供作为被引导光束104的光。具体地，根据颜色扫描协议，根据这里的定义，在板光导110的第一区域中提供的第一颜色的光与在板光导110的第二区域中提供的第二颜色的光被板光导110的中间暗区域分隔开。此外，根据定义，板光导110的中间“暗”区域被定义为多色光源130很少或基本上不提供光的板光导区域。也就是说，暗区域是基本上未被照亮或者至少在特定时刻不被多色光源130有意地照亮(即，尽管由于颜色扫描协议的扫描，所述暗区域在另一个时刻可能不保持黑暗)的板光导110的区域。例如，可以关断多色光源130的对应于特定的板光导区域的光发射器，以产生暗区域。此外，所述暗区域是“中间”暗区域，因为根据定义，所述暗区域是在分别由第一颜色和第二颜色照亮的板光导区域之间。
在各种实施例中，多色光源130可以包括基本上任何颜色的光源，包括但不限于多个发光二极管(LED)和激光器。在一些实施例中，多色光源130可以产生具有由特定颜色表示的窄带光谱的基本上单色的光。具体地，所述特定颜色可以是或表示原色。例如，多色光源130可以产生表示多个原色的多种不同颜色的光。例如，原色可以包括例如红光、绿光和蓝光。此外，原色可以是根据诸如但不限于被配置为支持彩色电子显示器的色域的红-绿-蓝(RGB)颜色模型的颜色模型所选择的原色。
因此，根据一些实施例，多色光源130可以包括多个彩色光发射器132，例如LED。例如，多个彩色光发射器的LED可以表示彩色电子显示器的原色的不同颜色。具体地，例如，LED可以包括红色LED以产生红光、绿色LED以产生绿光以及蓝色LED以产生RGB颜色模型的蓝光。在图1A中示出了包括沿着板光导110的边缘布置的光发射器132的线性阵列的多色光源130。例如，所示的每个光发射器132可以包括红色LED、绿色LED和蓝色LED。还通过示例而非限制的方式用板光导110上的虚线示出了与光发射器132的线性阵列基本对准的多个相邻区域(即，被示出为细长的矩形带或条)。板光导110的各个区域被配置为由与各个区域对准的对应的光发射器132照亮，例如从而为每个相应的区域提供RGB颜色模型的红光、绿光和蓝光中的每一个。
根据一些实施例，多色光源130的颜色扫描协议可以包括选择性地扫描多色光源130的光发射器132的不同颜色，以将跨板光导的不同区域从第一区域到最后区域以依序的方式照亮，其中在不同颜色之间提供中间暗区域。在另一示例中，颜色扫描协议可以作为时间的函数以不连续(例如，随机)的方式扫描光发射器132的不同颜色并照亮不同的区域。此外，如图1A所示，包括第一区域、第二区域和中间区域的板光导110的区域可以包括跨板光导而延伸离开多色光源的一个或多个基本上平行的带或条。例如，多色光源130可以位于并耦合到板光导110的边缘，该边缘对应于形成各种区域的基本上平行的带或条的输入端。
图3A示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的示例中的基于颜色扫描光栅的背光体100的平面图。图3B示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的另一示例中的图3A的基于颜色扫描光栅的背光体100的平面图。图3C示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的另一示例中的图3B的基于颜色扫描光栅的背光体100的平面图。图3D示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的另一示例中的图3C的基于颜色扫描光栅的背光体100的平面图。具体地，图3A-3D中所示的平面图表示与多色光源130一起采用的颜色扫描协议示例的时间顺序，如下面所描述的。
图3A-3D中所示的基于颜色扫描光栅的背光体100包括板光导110和多色光源130。板光导110包括衍射光栅的阵列，为了简化讨论未示出。多色光源130包括多个光发射器132和板光导110的对应的多个区域，该多个区域在图3A-3D中被示为用虚线描绘的基本上平行的带或条。如图所示，每个光发射器132被配置为照亮或提供光至表示板光导区域的基本上平行的带或条中的不同的一个带或条。
在图3A中，作为示例而不是限制，板光导110的第一区域112被多色光源130用第一颜色的光(例如，红色)照亮，并且在多个相邻带上使用第一交叉阴影图案被示出。虚线表示平行的带。此外，在图3A中，作为示例而不是限制，板光导110的第二区域114被多色光源130用第二颜色的光(例如，绿色)照亮，并且在另外多个相邻带上使用第二交叉阴影图案被示出。例如，从在图3A中的光发射器132延伸的箭头示出了来自多色光源130的光作为照亮区域112、114的被引导光而被耦合到板光导110中。如图所示，第一区域112和第二区域114每一个包括基本上平行的带的不同子集。此外，如图所示，多色光源光发射器132的对应的子集分别用于照亮第一区域112和第二区域114。
图3A还示出了在第一区域112和第二区域114之间的区域116，其表示没有交叉阴影而示出的中间暗区域116。可以通过关断多色光源130的对应于第一区域和第二区域112、114的各个平行带之间的一个或多个平行带的光发射器132'来提供中间暗区域116。例如，图3A所示的基于颜色扫描光栅的背光体100对应于颜色扫描协议的第一时间段。如图所示，颜色扫描协议可以在由沿着图3A中从区域114到区域112的扫描方向而指的粗箭头所示的扫描方向上依序扫描多色光源130的不同光发射器的颜色。
图3B示出了根据由这里的粗箭头示出的扫描方向的颜色扫描协议的第二时间段。具体地，如图3B所示，根据所述颜色扫描协议的扫描已经进行，并且第一区域和第二区域112、114以及中间暗区域116已经沿着板光导110的宽度进一步移动(例如，如在第一区域和第二区域112、114之间的粗箭头所指示)。该扫描包括改变由光发射器132发射的颜色、接通先前关断的光发射器132和关断先前接通的光发射器132中的一种或多种。扫描进行对应于第一区域和第二区域112、114在尺寸上变化(增加或减少每个的相邻平行带的数量)，其也对应于中间暗区域116的新位置。在这里，作为示例，图3A和3B示出了在扫描方向上，第一颜色区域112在尺寸上从七个相邻的平行带减小到四个相邻的平行带，并且第二颜色区域114在尺寸上从三个相邻的平行带增加到六个相邻的平行带。
在图3C中，在颜色扫描协议中引入了第三颜色(例如，蓝色)，如利用第三照明区域118所示的，第三照明区域118与第二区域114相邻但通过另一个中间暗区域116'与第二区域114间隔开。例如，图3C可以表示在颜色扫描协议的扫描中的第三时间段。注意，当作为时间的函数观看时，图3A-3D所示的颜色扫描协议似乎用对应于跨板光导110而扫过的第一区域、第二区域和第三区域112、114、116的不同颜色也“扫过”跨板光导110的中间暗区域116、116'。这里作为示例，图3C示出了全部相对于扫描方向，随着第三颜色区域118和另一个中间暗区域116'的引入，第一颜色区域112在尺寸上从图3B中的四个相邻平行带减小到一个平行带，而第二颜色区域114从图3B至3C保持相同的尺寸。
在一些实施例中，可以提供颜色扫描协议，其中所述不同的颜色中的每一个在至少一个时刻(例如，在所选的时间段内)单独地基本上填充板光导110的全部。在图3D中示出了根据这种颜色扫描协议的时间段的示例，其中单个颜色的光在扫描期间填充或基本上填充板光导110的多个区域。具体地，在图3D中，扫描已经在由跨板光导110的粗箭头所指示的方向上进行到虽然具有限定第三区域118的暗区域116,116'，但基本上整个板光导110作为第三区域118被照亮(例如，用蓝色光)的时间点，如作为示例而非限制所示。例如，颜色扫描协议的任何一种颜色可以填充或基本上填充板光导110，如图3D所示。
在一些实施例中，板光导110可以包括被配置为将来自光源130的光限制或基本上限制在板光导110的特定条或区域内的结构。该结构可以包括在板光导110的相邻带、条或区域之间的“壁”，其阻挡或至少基本上阻挡在相邻的带、条或区域中的各个带、条或区域之间的透射光。换句话说，根据这些实施例，壁可以防止光(例如，通过反射、吸收等)从一个条或区域传递到另一条或区域。因此，根据这里的定义，壁是“光限制”壁。根据各种实施例，板光导110的中间暗区域116和光限制壁中的一个或两个可以被配置为将在第一区域中所提供的第一颜色的光与在第二区域中所提供的第二颜色的光彼此分开。
图4A示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的示例中的具有光限制壁的基于颜色扫描光栅的背光体100的透视图。图4B示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的示例中的图4A所示的具有光限制壁的颜色扫描光栅的背光体100的平面图。具体地，图4A和4B中所示的基于颜色扫描光栅的背光体100包括多个相邻的带或条140。此外，如图所示，相邻的带或条140由光限制壁142分开。作为示例而非限制，图4A和4B中所示的限光限制壁142被配置为限制光反射，即，光限制壁142是“反射”壁，如图所示。图4A中所示的被引导光束104从光限制壁142“反弹开”或反射开，并且随着被引导光束104离开光源130(例如，多色光源130)传播而保持在或被限制在相邻的带或条140中的相应带或条中。
在一些示例中，光限制壁142可以是全内反射(TIR)壁。例如，可以使用包括在板光导110中并具有比板光导110的折射率低的反射率的间隙(例如，填充了空气的间隙)或材料层以形成TIR壁。在另一示例中，可以通过在板光导110的相邻带或条140之间包含反射材料提供反射壁(例如，镜或镜层)。反射材料可以包括但不限于反射金属层(例如，银、铝、金等)和布拉格反射器。在另外的示例中，吸收材料可以被提供在板光导110的相邻带或条140之间，并且光限制壁142可以是吸收壁。吸收材料可以包括通过吸收阻挡或基本上阻挡光透射的任何材料(例如，黑色涂料)的层。
在一些实施例中，板光导110可以包括条光导。具体地，根据这里的定义，板光导110可以包括彼此相邻布置的多个基本上平行的条光导，从而近似板光导，并且因此被视为“板”光导的一种形式。根据各种实施例，这种形式的板光导的相邻条光导可以基本上将光限制在对应条光导内。例如，相邻的条光导可以通过间隙彼此分开，以在它们之间形成TIR壁。在另一个例子中，条光导的边缘可以被材料涂覆以阻挡或基本上阻挡从一个条光导到另一个条光导的光透射。所述材料可以包括但不限于反射材料或反射层(例如，布拉格反射器)、光吸收材料(例如，黑色涂料)或具有比板光导110的材料本身的折射率更低的折射率的材料(例如，作为覆层以形成TIR壁)。例如，上面所描述的图4A和4B中所示的相邻条或带142可以是条光导。
根据这里所描述的原理的一些实施例，提供了三维(3D)彩色电子显示器。在各种实施例中，3D彩色电子显示器被配置为发射具有不同方向的、已调制的不同颜色的光束作为用于显示3D信息(例如3D图像)的3D彩色电子显示器的像素。在一些示例中，3D彩色电子显示器是自动立体或无眼镜的3D电子显示器。具体地，根据各种示例，已调制的不同颜色的光束中的不同光束可以对应于与3D彩色电子显示器相关联的不同“视图(view)”。例如，不同的视图可以提供由3D彩色电子显示器显示的信息的“无眼镜”(例如，自动立体或“全息”)表示。
图5示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的示例中的三维(3D)彩色电子显示器200的方框图。例如，3D彩色电子显示器200可以被用于呈现比如但不限于3D图像的3D信息。具体地，图5所示的3D彩色电子显示器200被配置为发射表示与3D彩色电子显示器200的不同视图相对应的彩色像素的、在不同主角方向上的不同颜色的已调制光束202。作为示例而非限制，已调制的、不同颜色的光束202在图5中被示出为发散(例如，与会聚相反)。
图5所示的3D彩色电子显示器200包括用于引导光的板光导210。板光导210中的被引导光是成为由3D彩色电子显示器200发射的已调制的不同颜色的光束202的光的源。根据一些实施例，板光导210可以基本上类似于上面关于基于颜色扫描光栅的背光体100所描述的板光导110。例如，板光导210可以是片光波导，其是被配置为通过全内反射引导光的介电材料的平面薄片。被引导光可以作为光束以非零传播角度被引导。具体地，被引导光可以包括多个不同颜色的被引导光束。此外，根据一些实施例，一个或多个被引导光束可被准直(即，光可以被引导为准直的或基本上准直的光束)。
在一些实施例中，板光导210可以包括光限制壁，其配置为将被引导光限制在由光限制壁限定的板光导210的条内。在一些实施例中，光限制壁可以基本上类似于上面所描述的基于颜色扫描光栅的背光体100的光限制壁142。具体地，光限制壁可以提供不同颜色的被引导光束的分离。此外，根据一些实施例，光限制壁可以准直或进一步准直在板光导210的平面中的不同颜色的被引导光束。
图5所示的3D彩色电子显示器200还包括多束衍射光栅220的阵列。例如，多束衍射光栅220的阵列可以位于板光导210的表面附近(例如，表面上、表面中和表面处中的一个或多个)。根据各种实施例，阵列的多束衍射光栅220被配置为将在板光导210内的被引导的光的一部分衍射地耦合出，作为具有表示或对应于3D彩色电子显示器200的不同视图的不同的主角方向的多个被耦合出的光束204。在一些实施例中，多束衍射光栅220可以基本上类似于上面所描述的基于颜色扫描光栅的背光体100的多束衍射光栅120。
例如，多束衍射光栅220的阵列可以包括啁啾衍射光栅。在一些示例中，多束衍射光栅220的衍射特征(例如，凹槽、背脊等)是弯曲的衍射特征例如，弯曲的衍射特征可以包括弯曲(即，连续弯曲或分段弯曲)的背脊或凹槽、以及在弯曲的衍射特征之间的间隔，该间隔作为所述阵列的多束衍射光栅220上的距离的函数而变化。在一些示例中，多束衍射光栅220可以是具有弯曲的衍射特征的啁啾衍射光栅。
如图5所示，3D彩色电子显示器200还包括光阀阵列230。根据各种示例，光阀阵列230包括多个被配置为调制多个光束的被耦合出的光束204的光阀。具体地，光阀阵列230的光阀调制被耦合出的光束204以提供作为或表示3D彩色电子显示器200的像素的、已调制的不同颜色的光束202。此外，已调制的不同颜色的光束202中的不同光束可以对应于3D彩色电子显示器200的不同视图。在各种示例中，光阀阵列230的光阀可以包括但不限于液晶(LC)光阀、电润湿光阀和电泳光阀中的一个或多个。作为示例，在图5中使用虚线来强调光束202的调制。
3D彩色电子显示器200还包括光源扫描器240。光源扫描器240被配置为扫描多色光源以产生不同颜色的光，该不同颜色的光将作为被引导光的不同的色带被引入到(例如，被耦合到)板光导210中。此外，根据各种实施例，通过中间暗带将不同的色带中的每一个分开。在一些实施例中，光源扫描器240被配置为扫描多色光源以依序地产生被引入到板光导210中的不同颜色的光。在一些实施例中，光源扫描器240包括颜色扫描协议，以提供用于光源扫描器240的扫描方法或过程。根据一些实施例，不同的色带可以对应于上面关于基于颜色扫描光栅的背光体100所描述的基本上平行的带、条或区域。例如，如上面所描述的，不同的色带和中间的暗带可以分别基本上类似于区域112、114、118和中间的暗区域116、116'。
根据一些实施例(例如，如图5所示)，3D彩色电子显示器200还包括多色光源250。多色光源250可以包括被配置为产生不同颜色的光的光发射器或光学发射器的阵列(例如，线性阵列)。根据各种实施例，光学发射器可以沿板光导210的边缘分布并被耦合到板光导210的边缘。这样，多色光源250被配置为提供作为被引导光在板光导210中传播的不同颜色的光。根据各种实施例，光源扫描器240可以被配置为根据依序颜色扫描协议依序地扫描光学发射器的不同颜色组(例如，红色组、绿色组和蓝色组)，以产生在板光导210内的被引导光的不同的色带。
在一些示例中，多色光源250基本上类似于上面关于基于颜色扫描光栅的背光体100所描述的多色光源130。例如，多色光源250的多个光学发射器中的每一个可以包括3D彩色电子显示器200的不同的原色(例如，红、绿、蓝)中的每一个的LED或对应于3D彩色电子显示器200的不同的原色(例如，红、绿、蓝)中的每一个的LED。具体地，多色光源250的每个光学发射器可以包括红色LED、绿色LED和蓝色LED。此外，例如，光源扫描器240可以被配置为依序地扫过光学发射器的LED，以根据依序颜色扫描协议向在板光导210中的色带中的所选择的色带提供红光、绿光和蓝光。
根据一些实施例，彩色电子显示器200还包括帧缓冲器260。帧缓冲器260包括被配置为保存或存储图像信息(例如，3D彩色图像信息)的存储器的块或类似的分配。此外，帧缓冲器260被配置为在光阀阵列230的多个周期期间存储图像信息。图像信息被配置为通过光阀阵列230控制被耦合出的光束204的调制。此外，光阀阵列230的周期对应于光源扫描器240进行的扫描。
这里，光阀阵列230的“周期”被定义为将阵列230的光阀设置为对应于针对给定的彩色图像和颜色模型被显示的一种颜色的特定配置(例如，光阀的设置时间、保持时间等)所需的时间。将光阀阵列230设置为该特定配置所需的时间取决于所采用的特定类型的光阀。根据各种实施例，多个周期中的周期的数量可与在所使用的颜色模型中的原色数量相关。例如，使用红-绿-蓝(RGB)颜色模型，通常需要光阀阵列230的三个周期以显示全色图像(即，用于RGB颜色模型中的红色、绿色和蓝色中的每种颜色的一个周期)。
根据各种实施例，帧缓冲器260的存储器可以包括但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和闪速存储器。在一些实施例中，帧缓冲器260可以被实现为与光阀阵列230相邻并且直接与光阀阵列230互连的硬件模块。根据一些实施例，帧缓冲器260可以由光源扫描器240控制。例如，光源扫描器240可以控制帧缓冲器260如何以及何时提供数据以激活光阀阵列230的光阀。
根据这里所描述的原理的一些示例，提供了彩色电子显示器操作的方法。图6示出了根据与这里所描述的原理一致的实施例的示例中的彩色电子显示器操作的方法300的流程图。如图所示，彩色电子显示器操作的方法300包括将第一颜色的光耦合310到板光导的第一区域中。彩色电子显示器操作的方法300还包括将第二颜色的光耦合320到板光导的第二区域中。通过不具有耦合入的光的板光导的暗区域和板光导的光限制壁中的一个或两个，第二区域与第一区域分开。根据一些实施例，这些区域可以是跨板光导的宽度的基本上平行的条或带。例如，第一区域、第二区域和暗区域可以是基本上类似于上面所描述的基于颜色扫描光栅的背光体100的在图3A-3D所示的第一区域112、第二区域114和暗区域116。
图6所示的彩色电子显示器操作的方法300进一步包括沿着板光导在相应的第一区域和第二区域中作为被引导光引导330第一颜色和第二颜色的被耦合入的光。在一些实施例中，光导和被引导光可以基本上类似于上面关于基于颜色扫描光栅的背光体100所描述的板光导110和被引导光束104。具体地，在一些实施例中，光导可以根据全内反射作为光束引导330第一颜色和第二颜色的被引导光。例如，可以以非零传播角度引导330所述光束，并且也可以准直所述光束。此外，在一些实施例中，光导可以是基本上平面的介电光波导(例如，板光导)。
彩色电子显示器操作的方法300还包括在板光导的表面处使用衍射光栅衍射地耦合出340第一区域和第二区域的被引导光的一部分。衍射地耦合出340被配置为产生从板光导发射并且在各种且有时不同的主角方向上离开板光导而定向的相应的第一颜色光束和第二颜色光束。具体地，在使用多束衍射光栅的实施例中，各个颜色的多个光束的被耦合出的光束可以具有与各个颜色的多个光束的其它被耦合出的光束不同的主角方向。
根据各种示例，位于光导表面处的衍射光栅可以作为凹槽、背脊等形成在光导的表面中。在其他示例中，衍射光栅可以包括在光导表面上的膜。在一些示例中，衍射光栅基本上类似于上面关于基于颜色扫描光栅的背光体100所描述的衍射光栅120。具体地，衍射光栅可以是多束衍射光栅120，其被配置为从被引导光的被衍射地耦合出340的部分产生多个光束。多束衍射光栅可以基本上类似于上面所描述的多束衍射光栅120，包括但不限于是包括彼此间隔开的弯曲凹槽和弯曲背脊中的一种的啁啾衍射光栅。在其他示例中，衍射光栅位于其他地方，包括但不限于在光导内。
根据一些实施例，多个光束中的光束可以对应于彩色电子显示器的像素。具体地，当将多束衍射光栅用于衍射地耦合出340中时，第一颜色的多个被耦合出的光束可以在对应于三维(3D)电子显示器的不同视图的多个不同的主角方向上被定向为离开板光导。此外，第二颜色的多个被耦合出的光束可以在对应于三维(3D)电子显示器的不同视图的多个不同的主角方向上被定向为离开板光导。具体地，多个第二颜色的、被耦合出的光束可以具有对应于第一颜色的、被耦合出的光束的不同的主角方向的多个不同的主角方向。这样，彩色电子显示器可以是3D彩色电子显示器。
在一些实施例中，彩色电子显示器操作的方法300还包括扫描350多色光源，该多色光源包括产生第一颜色的光学发射器和产生第二颜色的光学发射器。例如，第一颜色和第二颜色可以是彩色电子显示器的一组原色(例如，红色、绿色和蓝色)的成员。例如，光学发射器可以是不同颜色的发光二极管(LED)(例如，红色LED、绿色LED和蓝色LED)。根据各种实施例，扫描350多色光源可以包括激活第一颜色的光学发射器(例如，接通第一LED)、激活第二颜色的光学发射器(例如，接通第二LED)并且将暗区域散布在已激活的第一光发射器和第二光发射器之间。例如，散布暗区域可以包括去激活已激活的光学发射器(例如，关断LED)以对应于暗区域。
在一些实施例中，彩色电子显示器操作的方法300还包括使用多个光阀调制360相应的多个被耦合出的光束中的光束。具体地，通过穿过对应的多个光阀或以其他方式与多个光阀相互作用调制360多个被耦合出的光束。根据一些实施例，已调制的光束可以形成彩色电子显示器(例如，3D电子显示器)的像素。例如，已调制360的光束可以提供3D彩色电子显示器(例如，无眼镜的3D电子显示器)的多个视图。
在一些示例中，在调制360多个光束时所使用的多个光阀基本上类似于上面关于3D彩色电子显示器200所描述的光阀阵列230。例如，光阀可以包括液晶光阀。在另一示例中，光阀可以是另一种类型的光阀，包括但不限于电润湿光阀和电泳光阀。
因此，已经描述了采用颜色扫描的基于颜色扫描光栅的背光体、3D彩色电子显示器和彩色电子显示器操作的方法的示例。应当理解，上面所描述的示例仅仅说明表示这里所描述原理的许多特定示例和实施例中的一些。显然，本领域技术人员可以不脱离由下列权利要求所定义的范围，容易地设计出许多其他设置。

Claims (21)

1.一种基于颜色扫描光栅的背光体，包括：
板光导，被配置为引导光束；
多色光源，被配置为根据颜色扫描协议向所述板光导提供不同颜色的作为被引导光束的光；
多束衍射光栅，被配置为衍射地耦合出所述被引导光束的一部分，作为在对应于三维彩色显示器的不同视图的多个不同主角方向上被定向为离开所述板光导的表面的、具有由所述颜色扫描协议指定的不同颜色的多个被耦合出的光束，具有所述不同颜色的多个被耦合出的光束在三维彩色电子显示器的观看方向上形成光场，并且所述多个被耦合出的光束的不同颜色对应于三维彩色电子显示器的颜色信息，
其中，通过所述板光导的中间暗区域和通过所述板光导的光限制壁中的一个或两个，在所述板光导的第一区域中的所提供的第一颜色光与在所述板光导的第二区域中的所提供的第二颜色光被分开，并且
其中，所述颜色扫描协议被定义为作为时间的函数来指示如何扫描来自所述多色光源的不同颜色的光以用所述不同颜色的光照亮所述板光导的过程。
2.根据权利要求1所述的基于颜色扫描光栅的背光体，其中，所述多束衍射光栅是线性啁啾衍射光栅。
3.根据权利要求1所述的基于颜色扫描光栅的背光体，其中所述光场被配置为提供对应于所述三维彩色电子显示器的不同视图的像素。
4.根据权利要求1所述的基于颜色扫描光栅的背光体，其中，所述多色光源包括多个发光二极管，所述多个发光二极管表示多个原色中的不同颜色。
5.根据权利要求4所述的基于颜色扫描光栅的背光体，其中，光的所述原色包括红光、绿光和蓝光。
6.根据权利要求1所述的基于颜色扫描光栅的背光体，其中，所述板光导的所述第一区域、所述第二区域和所述中间区域包括跨所述板光导的宽度的基本上平行的带，所述多色光源位于所述板光导的第一端的边缘处并被耦合到所述板光导的第一端的边缘，所述带沿着所述板光导的长度从邻近所述板光导的所述第一端到所述板光导的相对的第二端在所述被引导光束的传播方向上延伸。
7.根据权利要求1所述的基于颜色扫描光栅的背光体，其中，所述颜色扫描协议被配置为以依序方式选择性地扫描过所述多色光源的不同颜色，以提供所述板光导的所述第一区域、所述第二区域和所述中间暗区域。
8.一种电子显示器，包括权利要求1所述的基于颜色扫描光栅的背光体，所述电子显示器还包括被配置为调制所述被耦合出的光束的光阀，所述衍射光栅位于邻近所述光阀的所述光导的表面处，其中，已调制的被耦合出的光束对应于电子显示器的像素。
9.一种采用颜色扫描协议的三维彩色电子显示器，包括：
板光导；
光源扫描器，被配置为扫描多色光源以在相应的时间段内依序地产生不同颜色的光，所述不同颜色的光要作为被引导光的不同色带被引入到所述板光导中，其中，所述不同色带中的每一个由中间暗带分开；
在所述板光导的表面处的多束衍射光栅的阵列，所述阵列的多束衍射光栅被配置为将在所述板光导内被引导的光的一部分衍射地耦合出，作为具有表示所述三维彩色电子显示器的不同视图的不同的主角方向的、具有由颜色扫描协议指定的所述不同颜色的多个被耦合出的光束，具有所述不同颜色的多个被耦合出的光束在三维彩色电子显示器的观看方向上形成光场，并且所述多个被耦合出的光束的不同颜色对应于所述三维彩色电子显示器的颜色信息；以及
光阀阵列，被配置为调制所述被耦合出的光束，已调制的被耦合出的光束表示对应于所述不同视图的像素，
其中，所述颜色扫描协议被定义为作为时间的函数来指示如何扫描来自所述多色光源的不同颜色的光以用所述不同颜色的光照亮所述板光导的过程。
10.根据权利要求9所述的三维彩色电子显示器，其中，所述板光导被配置为在所述板光导内以非零传播角度引导光，作为准直光束。
11.根据权利要求9所述的三维彩色电子显示器，其中，所述板光导包括光限制壁，所述光限制壁被配置为将被引导光限制在由所述光限制壁限定的所述板光导的条内。
12.根据权利要求9所述的三维彩色电子显示器，其中，所述多束衍射光栅是包括彼此间隔开的弯曲凹槽和弯曲背脊中的一种的啁啾衍射光栅。
13.根据权利要求9所述的三维彩色电子显示器，还包括所述多色光源，所述多色光源包括光学发射器的线性阵列以产生所述不同颜色的光，所述光学发射器沿着所述板光导的宽度分布并且被耦合到所述板光导的边缘，其中，所述光源扫描器被配置为根据所述不同颜色的依序颜色扫描协议依序地扫描所述光发射器的不同组，以产生所述被引导光的所述不同色带。
14.根据权利要求13所述的三维彩色电子显示器，其中，所述光学发射器的第一组包括红色发光二极管，所述光发射器的第二组包括绿色发光二极管，所述光发射器的第三组包括蓝色发光二极管，所述光源扫描器被配置为根据所述依序颜色扫描协议依序地扫描过所述光学发射器的第一组、第二组和第三组，以将红光、绿光和蓝光提供给在所述板光导中的所选择的色带。
15.根据权利要求9所述的三维彩色电子显示器，其中，所述光阀阵列包括多个液晶光阀。
16.根据权利要求9所述的三维彩色电子显示器，还包括帧缓冲器，该帧缓冲器被配置为存储要由所述三维彩色电子显示器显示的图像信息，所述帧缓冲器用于在所述光阀阵列的多个周期期间存储所述图像信息，其中，所述图像信息被配置为控制所述被耦合出的光束的调制，所述多个周期对应于所述光源扫描器进行的扫描。
17.一种彩色电子显示器操作的方法，所述方法包括：
将第一颜色的光耦合到板光导的第一区域中；
将第二颜色的光耦合到板光导的第二区域中，通过不具有耦合入的光的所述板光导的暗区域和所述板光导的光限制壁中的一个或两个，所述第二区域与所述第一区域分开，所述区域跨所述板光导的宽度；
沿着所述板光导在相应的第一区域和第二区域中引导所述第一颜色和所述第二颜色的所述被耦合入的光作为被引导光；以及
在板光导的表面处使用多束衍射光栅衍射地耦合出所述第一区域和所述第二区域的所述被引导光的一部分，以产生在对应于三维彩色电子显示器的不同视图的多个不同的主角方向上被定向为离开所述板光导的所述第一颜色和所述第二颜色的多个被耦合出的光束，所述第一颜色和所述第二颜色的多个被耦合出的光束在三维彩色电子显示器的观看方向上形成光场，并且所述多个被耦合出的光束的不同颜色对应于所述三维彩色电子显示器的颜色信息，
其中，所述方法还包括扫描多色光源，所述多色光源被配置为根据颜色扫描协议向所述板光导提供不同颜色的光作为被引导光束，并且所述颜色扫描协议被定义为作为时间的函数指示如何扫描来自所述多色光源的不同颜色的光以用所述不同颜色的光照亮所述板光导的过程。
18.根据权利要求17所述的彩色电子显示器操作的方法，其中，所述多束衍射光栅是包括彼此间隔开的弯曲凹槽和弯曲背脊中的一种的线性啁啾衍射光栅。
19.根据权利要求17所述的彩色电子显示器操作的方法，还包括使用多个光阀调制所述多个光束，已调制的光束形成对应于所述不同视图的所述三维电子显示器的像素。
20.根据权利要求17所述的彩色电子显示器操作的方法，还包括扫描包括产生所述第一颜色的光的光学发射器和产生所述第二颜色的光的光学发射器的多色光源，其中，扫描所述多色光源包括激活所述第一颜色的光学发射器以照亮所述第一区域、激活所述第二颜色的光学发射器以照亮所述第二区域、以及在激活的第一光学发射器和第二光学发射器之间散布所述暗区域。
21.根据权利要求17所述的彩色电子显示器操作的方法，其中，所述光限制壁包括全内反射(TIR)壁。
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