JP2018509645A - 反射性アイランドを利用した一方向格子ベースの背面照明 - Google Patents

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Abstract

一方向格子ベースの背面照明は、ライトガイドと、ライトガイドの表面における回折格子とを備える。ライトガイドは光ビームを導波するためのものであり、回折格子は、回折カップリングを用いて、導波光ビームの一部分をカップリングして外へ出し、このカップリングして外へ出された部分を、主極大角度方向における一次光ビームとしてライトガイドから離れるように方向付けるように構成される。一方向格子ベースの背面照明は、ライトガイド表面とライトガイドの反対側の表面との間のライトガイド内に反射性アイランドをさらに備え、この反射性アイランドは、回折により生成された二次光ビームを、ライトガイドから外へ、一次光ビームの方向に反射により方向変更する。

Description

関連出願の相互参照
該当なし
連邦政府資金による研究開発の記載
該当なし
電子ディスプレイは、多種多様なデバイスおよび製品のユーザに情報を伝達するための、ほぼ至る所にある媒体である。最も一般的に見られる電子ディスプレイには、陰極線管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、電子発光ディスプレイ（ＥＬ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）およびアクティブマトリクスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ（ＥＰ）、ならびに電気機械または電気流体光変調（例えば、デジタルマイクロミラーデバイス、エレクトロウェッティングディスプレイなど）を使用した様々なディスプレイがある。一般に、電子ディスプレイは、アクティブディスプレイ（すなわち、光を放射するディスプレイ）またはパッシブディスプレイ（すなわち、別の発生源により生成された光を変調するディスプレイ）に分類することができる。アクティブディスプレイの最も明らかな例には、ＣＲＴ、ＰＤＰ、およびＯＬＥＤ／ＡＭＯＬＥＤがある。放射される光を考慮したときにパッシブとして通常分類されるディスプレイは、ＬＣＤおよびＥＰディスプレイである。パッシブディスプレイは、多くの場合、本質的に消費電力が低いことを含めて、これだけに限らず魅力的な性能特性を呈するが、光を放射する能力がないことを考えれば、多くの実用的な用途においていくらか使用が制限される場合がある。
放射される光に関連するパッシブディスプレイの制限を克服するために、多くのパッシブディスプレイは外部光源に連結される。連結された光源は、通常ならばパッシブ型のこれらのディスプレイが光を放射し、実質的にアクティブディスプレイとして機能することを可能にし得る。このような連結された光源の例は、バックライトである。バックライトは、通常ならばパッシブ型のディスプレイの裏側に、このパッシブディスプレイを照射するように配置された光源（多くの場合、パネル光源）である。例えば、バックライトはＬＣＤまたはＥＰディスプレイに連結されてもよい。バックライトは光を放射し、この光がＬＣＤまたはＥＰディスプレイを通過する。放射された光は、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイにより変調され、変調された光はその後、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイから放射される。しばしば、バックライトは、白色光を放射するように構成される。その後、カラーフィルタが、白色光をディスプレイで用いられる様々な色に変換するために用いられる。例えば、カラーフィルタは、ＬＣＤもしくはＥＰディスプレイの出力に（一般性は低い）、またはバックライトとＬＣＤもしくはＥＰディスプレイとの間に配置されてもよい。
本明細書で説明する原理による例および実施形態の様々な特徴は、同様の参照番号が同様の構造要素を表す添付の図面と併せて以下の発明を実施するための形態を参照することにより、より容易に理解することができる。
本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における回折格子の断面図を示す。 ［図２Ａ］本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における一方向格子ベースのバックライトの断面図を示す。 ［図２Ｂ］本明細書で説明する原理に一致する別の例による、一例における一方向格子ベースのバックライトの断面図を示す。［図２Ｃ］本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における一方向格子ベースのバックライトの斜視図を示す。 本明細書で説明する原理に一致する実施形態による、一例における導波光ビームの伝播を容易にすることに関連付けられた形状を示す一方向格子ベースのバックライトの一部分の断面図を示す。 本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による一例の電子ディスプレイのブロック図である。 本明細書で説明する原理に一致する実施形態による、一例における反射性アイランドのアレイの上面図を示す。 本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による一例の電子ディスプレイの動作の方法を示すフローチャートである。
いくつかの例および実施形態は、上記で参照した図に示される特徴の追加または代替の１つである他の特徴を有している。これらおよび他の特徴は、上記で参照した図を参照して以下で詳述される。
本明細書で説明する原理による実施形態は、二次光ビームの反射による方向変更を用いた電子ディスプレイ背面照明（backlighting）を提供する。具体的には、説明するように、電子ディスプレイの一方向背面照明は、回折格子を利用して、ライトガイド（light guide）から光をカップリングして外へ出し（couple out）、このカップリングして外へ出された光を、電子ディスプレイの視認方向（viewing direction）における一次光ビームとして方向付ける（direct）。さらに、ライトガイド内の反射性アイランドを利用して、回折により生成される二次光ビームを、バックライトから外へ、視認方向に反射により方向付ける。いくつかの実施形態では、一次光ビームおよび反射により方向変更された二次光ビームを組み合わせて、一次光ビームまたは二次光ビーム自体よりも明るい（すなわち、より高い輝度を有する）光ビームを生成する。放射される光ビームの光輝度を高めることによって、電子ディスプレイは、例えば、改善された効率を呈することができる。
いくつかの例によれは、一次光ビームおよび反射により方向変更された二次光ビームを含むカップリングして外へ出された光は、視認方向に方向付けられた複数の光ビームを形成する。さらに、本明細書で説明する原理の様々な実施形態によれば、カップリングして外へ出された光の光ビームを形成する、一次光ビームおよび反射により方向変更された二次光ビームの組合せは、一次光ビームおよび二次光ビームの、カップリングして外へ出された他の対と異なる主極大角度方向を有することができる。いくつかの実施形態では、一次光ビームおよび二次光ビームの対を含む複数の光ビームは、視認方向における光照射野（light field）を形成または提供する。いくつかの実施形態では、異なる主極大角度方向を有する一次光ビームおよび二次光ビームの対（「異なる方向に向けられた」光ビームまたは光ビーム対とも呼ばれる）を利用して３次元（３Ｄ）情報を表示してもよい。例えば、異なる方向に向けられた一次光ビームおよび二次光ビームの対は、変調され、「裸眼」３Ｄ電子ディスプレイの画素として作用することができる。
本明細書では「ライトガイド」は、内部全反射を用いて構造体内で光を導波する構造体として定義される。特に、ライトガイドは、ライトガイドの動作波長において実質的に透明なコアを含んでもよい。様々な例では、「ライトガイド」という用語は全般的に、ライトガイドの誘電体材料と、そのライトガイドを取り囲む材料または媒体との間の境界面において光を導波するために内部全反射を使用する誘電体光導波路を指す。定義上、内部全反射のための条件は、ライトガイドの屈折率が、ライトガイド材料の表面に隣接する周囲の媒体の屈折率より大きいことである。いくつかの例では、ライトガイドは、内部全反射をさらに容易にするために、上述の屈折率差に加えてまたはその代わりにコーティングを含んでもよい。コーティングは、例えば反射コーティングであってもよい。様々な例によれば、ライトガイドは、平板またはスラブライトガイドおよびストリップガイドの一方または両方を含むがこれらに限定されない、いくつかのライトガイドのうち任意のものとすることができる。
本明細書ではさらに、「平板」という用語は、「平板ライトガイド」のようにライトガイドに適用された場合は、区分的（piece-wise）または個別的（differentially）に平面状の層またはシートとして定義される。特に、平板ライトガイドは、ライトガイドの上面と下面（すなわち、対向する表面）により境界を画された２つの実質的に直交する方向に光を導波するように構成されたライトガイドとして定義される。さらに、本明細書における定義上、上面および下面はともに互いに隔てられ、少なくとも個別的な意味で互いに実質的に平行であり得る。すなわち、平板ライトガイドのいずれの個別的に小さな領域内でも、上面および下面は実質的に平行であるかまたは同一平面にある。いくつかの例では、平板ライトガイドは、実質的に平坦（例えば平面に制限される）であってよく、したがって平板ライトガイドは平面状ライトガイドとなる。他の例では、平板ライトガイドは、１つまたは２つの直交する寸法において曲線状であってもよい。例えば、平板ライトガイドは、円筒形状の平板ライトガイドを形成するように、単一の寸法において曲線状であってもよい。しかしながら、様々な例では、いずれの曲率も、光を導波するために平板ライトガイド内での内部全反射が維持されることを確実にするように、十分大きな曲率半径を有する。
本明細書で説明する様々な例によれば、回折格子（例えば、マルチビーム回折格子）を使用して、光を散乱またはカップリングして、「一次」光ビームとしてライトガイド（例えば、平板ライトガイド）から外へ出すことができる。通常、回折格子は、一次光ビームに加えて「二次」光ビームも生成する。様々な例によれば、一次光ビームは、ライトガイドから外へ方向付けられるかまたはカップリングして外へ出されるのに対し、回折により生成される二次光ビームは、通常、ライトガイド上またはライトガイド内の回折格子によってライトガイド内に戻るように方向付けられる。具体的には、ライトガイドの表面における局所的に周期的な透過性回折格子の、またはその透過性回折格子によりもたらされる回折角θｍは、式（１）によって以下のように与えられ得る。
ただし、λは光の波長、ｍは回折次数、ｄは回折格子の特徴部間の距離、θｉは回折格子に対する光の入射角、ｎは回折格子における回折格子に光が入射する側（すなわち「光入射」側またはライトガイド側）の材料の屈折率である。簡単にするために、式（１）は、回折格子の光入射側またはライトガイド側とは反対側の屈折率は１の屈折率であると仮定している。通常、回折次数ｍは、正であっても負であってもよい整数によって与えられる。
様々な例によれば、回折格子によって生成される一次光ビームの回折角θｍは、式（１）によって与えることができ、ここで、回折次数は正である（例えば、ｍ＞０）のに対し、二次光ビームの回折角θｍは、負の回折次数（例えば、ｍ＜０）を有することができる。したがって、本明細書における定義上、「一次光ビーム」は、正の回折次数を有する回折により生成された光ビームとして定義することができる。さらに、「二次光ビーム」は、負の回折次数を有する回折により生成された光ビームとして定義することができる。
図１は、本明細書で説明する原理と一致する実施形態による、一例における回折格子１０の断面図を示す。例えば、回折格子１０は、ライトガイドの表面にあることができる。さらに、図１は、入射角θｉにおいて回折格子１０上に入射する光ビーム２０を示す。回折格子１０によって回折により生成され、回折角θｍ（または主極大角度方向）を有する一次光ビーム３０は、回折格子１０によって回折により生成され、対応する（ただし、負である）回折角θｍを有する二次光ビーム４０と共に示され、これらの各々は式（１）によって与えられる。図示のように、一次光ビーム３０は回折次数「ｍ」に対応し、一方二次光ビーム４０は、対応する負の回折次数「−ｍ」を有する。
本明細書において、「回折格子」は、回折格子に入射する光の回折を実現するように配置された複数の特徴部（すなわち、回折特徴部）として全般的に定義される。いくつかの例では、複数の特徴部は、周期的にまたは準周期的に配置されてもよい。例えば、回折格子は、１次元（１Ｄ）アレイに配置された複数の特徴部（例えば、材料表面における複数の溝）を含んでもよい。他の例では、回折格子は、特徴部の２次元（２Ｄ）アレイであってもよい。例えば、回折格子は、材料表面の突起または穴の２Ｄアレイであってもよい。
このように、また本明細書における定義上、「回折格子」は、回折格子に入射する光の回折を実現する構造体である。光がライトガイドから回折格子に入射すると、そこで実現される回折または回折散乱は、回折カップリングを生じ得、したがってそれは「回折カップリング」と呼ばれるが、回折格子が回折によりライトガイドから光をカップリングして外へ出すことができる。回折格子はまた、回折により光の角度（すなわち、回折角度で）を方向変更する、または変化させる。特に、回折の結果として、回折格子を出る光（すなわち、一次光ビームおよび二次光ビームの回折光）は、概して回折格子への光入射（すなわち、入射光）の伝播方向とは異なる伝播方向を有する。本明細書では、回折による光の伝播方向の変化は、「回折的方向変更（diffractive redirection）」と呼ばれる。このため、回折格子は、回折格子上に入射する光を回折により方向変更する回折特徴部を備える構造であると理解することができ、光がライトガイドから入射する場合、回折格子は、（例えば、一次光ビームの場合のように）ライトガイドから光を回折によりカップリングして外へ出し、（例えば、二次光ビームの場合のように）ライトガイド内に方向付けられた対応する光を回折により生成することもできる。
さらに、本明細書における定義上、回折格子の特徴部は、「回折特徴部」と呼ばれ、表面（例えば２つの材料間の境界）で、表面内、および表面上（at, in and on）のうちの１つまたは複数にあるものとすることができる。この表面は、例えば平板ライトガイドの表面とすることができる。回折特徴部は、表面で、表面内、または表面上の溝、隆線、穴、および突起のうちの１つまたは複数を含むがこれらに限定されない、光を回折する様々な構造体のうちの任意のものを含むことができる。例えば回折格子は、材料表面における複数の平行な溝を含むことができる。別の例では、回折格子は、材料表面から立ち上がった複数の平行な隆線を含むことができる。回折特徴部（例えば溝、隆線、穴、突起など）は、正弦波輪郭、長方形輪郭（例えば、バイナリ回折格子）、三角形輪郭、および鋸歯状輪郭（例えば、ブレーズ化格子）のうちの１つまたは複数を含むがこれらに限定されない、回折を実現する様々な断面形状または輪郭のうちの任意のものを有することができる。
本明細書における定義上、「マルチビーム回折格子」は、複数の一次光ビームを含む、回折により方向変更された光（例えば、回折によりカップリングして外へ出された光）を生成する回折格子である。さらに、マルチビーム回折格子により生成される複数の一次光ビームは、本明細書における定義上、互いに異なる主極大角度方向（principal angular direction）を有する。マルチビーム回折格子は、複数の二次光ビームも回折により生成することができる。マルチビーム回折格子によって生成される二次光ビームは、通常、一次光ビームに対応し、対応する異なる主極大角度方向を有する。具体的には、定義上、複数の一次（または二次）光ビームのうちの１つの光ビームは、マルチビーム回折格子による入射光の回折の結果として、複数の一次（または二次）光ビームのうちの別の光ビームと異なる所定の主極大角度方向を有する。例えば、複数の一次光ビームは、８つの異なる主極大角度方向を有する８つの光ビームを含んでもよい。例えば、組み合わされた８つの光ビームが、光照射野（light field）を表してもよい。さらに、マルチビーム回折格子によって生成された１組の８つの二次光ビームが存在することができ、８つの二次光ビームは、８つの異なる主極大角度方向も有する。さらに、二次光ビームは、複数の一次光ビームのうちの１つの光ビームに対応する（すなわち、この光ビームに関連する主極大角度方向を有する）ことができ、二次光ビームは（以下で説明するように反射により方向変更されるとき）、光照射の一部として、または光照射野を拡張するように、対応する一次光ビームと組み合わせることができる。様々な例によれば、様々な一次光ビームおよび二次光ビームの異なる主極大角度方向は、それぞれの光ビームの原点でマルチビーム回折格子の回折特徴部の格子ピッチまたは間隔と、向きまたは回転とを組み合わせることによって、マルチビーム回折格子に入射する光の伝播方向に対して決定される。
本明細書で説明する様々な実施形態によれば、回折格子（例えば、マルチビーム回折格子）を利用して、電子ディスプレイの画素を表す、カップリングして外へ出された光を生成することができる。具体的には、光を回折によりカップリングしてライトガイドから外へ出すことによって回折格子により生成される一次光ビームは、電子ディスプレイの画素を表現するかまたはこの画素に対応することができる。さらに、反射により方向変更される、回折により生成された二次光ビームは、電子ディスプレイ画素にも寄与することができる。具体的には、ライトガイドおよび回折格子（すなわち、マルチビーム回折格子）は、「裸眼」３次元（３Ｄ）ディスプレイ（例えば、マルチビューもしくは「ホログラフィック」電子ディスプレイまたはオートステレオスコピックディスプレイとも呼ばれる）等であるがこれらに限定されない電子ディスプレイのバックライトの一部であってもよく、またはこの電子ディスプレイと併せて用いられてもよい。したがって、マルチビーム回折格子を用いて回折によりライトガイドから生成される異なる方向に向けられた光ビームは、３Ｄ電子ディスプレイの「画素」とすることができる、または「画素」を表すことができる。
本明細書において、「光源」は、光の発生源（例えば、光を生成し放射する装置またはデバイス）として定義される。例えば、光源は、作動させると光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる。本明細書において、光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ポリマー発光ダイオード、プラズマを用いた光学エミッタ、蛍光ランプ、白熱ランプ、および事実上任意の他の光の発生源のうちの１つまたは複数を含むがこれらに限定されない実質的に任意の光の発生源または光学エミッタとすることができる。光源によって生成される光は、色を有することができ（すなわち、光の特定の波長を含むことができ）、またはある波長範囲（例えば、白色光）であることができる。
さらに、本明細書で用いられるとき、冠詞「ａ（１つ）」は、特許技術における通常の意味、すなわち、「１つまたは複数（one or more）」を有することを意図するものである。本明細書では例えば、「（１つの）格子（a grating）」は１つまたは複数の格子を意味し、したがって「その（１つの）格子（the grating）」は「その１つまたは複数の格子（the grating(s)）」を意味する。また、本明細書における「上部（top）」、「下部（bottom）」、「上側（upper）」、「下側（lower）」、「上向き（up）」、「下向き（down）」、「前面（front）」、「背面（back）」、「第１の」、「第２の」、「左」、または「右」に対するいずれの参照も、本明細書では限定を意図するものではない。本明細書では、「約」という用語は、値に適用されたときは全般的にその値を生成するために用いられる機器の許容差範囲内を意味し、またはいくつかの例では他に明示的に指定されない限り、±１０％、または±５％、または±１％を意味する。さらに、本明細書で用いられるとき「実質的に」という用語は、大多数、またはほとんどすべて、またはすべて、または例えば約５１％〜約１００％の範囲内の量を意味する。さらに本明細書における例は、例示的にすぎず、考察の目的で示され、限定のためのものではないことが意図される。
本明細書で説明する原理のいくつかの実施形態によれば、一方向格子ベースのバックライトが提供される。図２Ａは、本明細書で説明する原理と一致する一実施形態による、一例における一方向格子ベースのバックライト１００の断面図を示す。図２Ｂは、本明細書で説明する原理と一致する別の実施形態による、一例における一方向格子ベースのバックライト１００の断面図を示す。図２Ｃは、本明細書で記載する原理に一致する実施形態による、一例における一方向格子ベースのバックライト１００の斜視図を示す。様々な実施形態によれば、回折により生成された二次光ビームの屈折による方向変更によって、放射される光ビーム（例えば、光照射野）の輝度が拡張するかまたは加わり、一方向格子ベースのバックライト２００の明るさが増大する。様々な実施形態によれば、明るさが増大することにより、一方向格子ベースのバックライト１００の効率を改善することができる。
例えば、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、一方向格子ベースのバックライト１００から回折により光をカップリングして外へ出すことを用いて、一方向格子ベースのバックライト１００の表面から離れるように方向付けられた複数の一次光ビーム１０２を形成または提供して、光照射野を形成することができる。回折によりカップリングして外へ出された光は、一方向格子ベースのバックライト１００内の導波光１０４の一部分である。光を回折によりカップリングして外へ出すことを提供する回折は、二次光ビームも回折により生成する。様々な実施形態によれば、二次光ビームの反射による方向変更により、一次光ビーム１０２の光輝度が加わるかまたは拡張することもできる。
具体的には、一次光ビーム１０２を、反射により方向変更された二次光ビーム１０６（破線の矢印として示される）と組み合わせて、一方向格子ベースのバックライト１００の光照射野を形成または提供することができる。さらに、いくつかの実施形態によれば、一方向格子ベースのバックライト１００によって提供される光ビーム１０２および対応する反射により方向変更された二次光ビーム１０６は、それぞれ、他の一次光ビーム１０２および他の反射により方向変更された二次光ビーム１０６と異なる主極大角度方向を有するように構成することができる。いくつかの例では、一次光ビーム１０２および反射により方向変更された二次光ビーム１０６は、所定の方向（主極大角度方向）および光照射野内の比較的狭い角度拡がりの双方を有することができる。
いくつかの実施形態では、一方向格子ベースのバックライト１００は、電子ディスプレイの光源または「バックライト」であることができる。具体的には、いくつかの実施形態によれば、電子ディスプレイは、様々な光ビーム１０２、１０６が３Ｄディスプレイの異なる「視像」と関連付けられた画素に対応する、または画素を表す、いわゆる「裸眼の」３次元（３Ｄ）電子ディスプレイ（例えば、マルチビューディスプレイもしくはオートステレオスコピックディスプレイ）であることができる。一方向格子ベースバックライト１００によって生成される光の光輝度の拡張により、電子ディスプレイ（例えば、３Ｄ電子ディスプレイ）の明るさを増大させることができる。例えば、一次光ビーム１０２の主極大角度方向は、反射により方向変更された二次光ビーム１０６の主極大角度方向に対し実質的に同様としてもよい。このため、一次光ビーム１０２および対応する反射により方向変更された二次光ビーム１０６は、実質的に同じ方向に向けられるか、または実質的に同じ主極大角度方向を有することができ、さらに、主極大角度方向は、例えば、３Ｄ電子ディスプレイの特定の視像の角度方向に対応することができる。結果として、いくつかの例によれば、一次光ビーム１０２および二次光ビーム１０６は、組み合わせると、３Ｄ電子ディスプレイの画素（または、等価には、視像）を表すかまたはこれに対応することができる。さらに、一次光ビーム１０２および二次光ビーム１０６の組合せに対応する画素は、例えば、一次光ビーム１０２のみを含む画素よりも明るい。
いくつかの実施形態では、組み合わされた一次光ビーム１０２および二次光ビーム１０６は、（例えば、以下で説明するライトバルブによって）変調されてもよい、一方向格子ベースのバックライト１００から離れる主極大角度方向に方向付けられた組み合わされた光ビーム１０２、１０６の異なる組の変調は、例えば、ダイナミック３Ｄ電子ディスプレイの用途に特に有用である場合がある。すなわち、特定の視野方向に方向付けられた変調された光ビーム１０２、１０６の異なる組は、特定の視野方向に対応する３Ｄ電子ディスプレイの動的画素を表すことができる。
図２Ａ〜２Ｃに示すように、一方向格子ベースのバックライト１００はライトガイド１１０を備える。具体的には、いくつかの実施形態によれば、ライトガイド１１０は平板ライトガイド１１０であることができる。ライトガイド１１０は、光源（図２Ａ〜２Ｃには図示せず）からの光を導波光１０４として導波するように構成されている。例えば、ライトガイド１１０は、光導波路として構成された誘電体材料を含んでいてもよい。誘電体材料は、誘電体光導波路を取り囲む媒体の第２の屈折率より大きい、第１の屈折率を有していてもよい。例えば、屈折率の差は、ライトガイド１１０の１つまたは複数の導波モードによる導波光１０４の内部全反射を容易にするように構成されている。
いくつかの実施形態では、光源からの光は、ライトガイド１１０の長さに沿って光のビーム１０４として導波される。さらに、ライトガイド１１０は、ゼロ以外の伝播角度で光（すなわち、導波光ビーム１０４）を導波するように構成することができる。例えば、導波光ビーム１０４は、内部全反射を使用して、ライトガイド１１０内でゼロ以外の伝播角度で（例えば、光ビームとして）導波することができる。
非ゼロの伝播角度は、ライトガイド１１０の表面（例えば、上面または下面）に対する角度として本明細書において定義される。いくつかの例では、導波光ビーム１０４の非ゼロの伝播角度は、約１０度〜約５０度とすることができ、またはいくつかの例では、約２０度〜約４０度、または約２５度〜約３５度とすることができる。例えば、非ゼロの伝播角度は約３０度とすることができる。他の例では、非ゼロの伝播角度は、約２０度、または約２５度、または約３５度とすることができる。
いくつかの例では、光源からの光は、非ゼロの（例えば、約３０〜３５度）伝播角度でライトガイド１１０内に導入される、またはカップリングして入れられる。レンズ、ミラー、または同様の反射体（例えば、傾斜したコリメート反射体（collimating reflector）、およびプリズム（図示せず））のうちの１つまたは複数が、光を、光のビームとして非ゼロの伝播角度でライトガイド１１０の入力端部にカップリングして入れるのを容易にすることができる。ライトガイド１１０内にカップリングして入れられると、導波光ビーム１０４は、入力端部から概して離れる方向にライトガイド１１０に沿って（例えば、図２Ａ〜２Ｂに示されるｘ軸に沿って）伝播する。さらに、導波光ビーム１０４は、ゼロ以外の伝播角度度で平板ライトガイド１１０の上面および下面の間での反射または「跳ね返り」によって伝播する（例えば、導波光ビーム１０４の光線を表す延長された角度付きの矢印によって示される）。
いくつかの例によれば、光をライトガイド１１０にカップリングして入れることにより生成される導波光ビーム１０４は、コリメートされた光ビームとすることができる。特に、「コリメートされた光ビーム」とは、導波光ビーム１０４内の複数の光線が、導波光ビーム１０４内で互いに実質的に平行であることを意味する。導波光ビーム１０４のコリメートされた光ビームから発散するかまたは散乱された光線は、本明細書の定義によって、コリメートされた光ビームの一部とは見なされない。例えば、コリメートされた導波光ビーム１０４を生成するための光のコリメーションは、ライトガイド１１０に光をカップリングして入れるために用いられるレンズまたはミラー（例えば、傾斜したコリメート反射体など）によって実現することができる。
いくつかの例では、ライトガイド１１０（例えば、平板ライトガイド１１０など）は、光学的に透明な誘電体材料の、長い実質的に平面状のシートを備えるスラブまたは平板の光導波路であってもよい。誘電体材料の実質的に平面状のシートは、内部全反射を用いて導波光ビーム１０４を導波するように構成される。様々な例によれば、ライトガイド１１０の光学的に透明な材料は、様々なタイプのガラス（例えば石英ガラス、アルカリ・アルミノシリケート・ガラス、ホウケイ酸ガラスなど）、および実質的に光学的に透明なプラスチックまたはポリマー（例えばポリ（メチルメタクリレート）または「アクリルガラス」、ポリカーボネートなど）のうちの１つまたは複数を含むがこれらに限定されない様々な誘電体材料のうちの任意のものを含んでもよいし、またはこれらのうちの任意のもので形成されてもよい。いくつかの例では、ライトガイド１１０は、ライトガイド１１０の表面（例えば、上面および下面の一方または両方）の少なくとも一部分上にクラッド層（図示せず）をさらに含んでもよい。いくつかの例によれば、クラッド層は、内部全反射をさらに容易にするために用いられてもよい。
様々な実施形態によれば、一方向格子ベースのバックライト１００は回折格子１２０をさらに備える。いくつかの例では、回折格子１２０は、例えば、図２Ａ〜図２Ｂに示すように、ライトガイド１１０の表面（例えば、前面または上面）に位置してもよい。他の例（図示せず）では、回折格子１２０をライトガイド１１０内に配置することができる。回折格子１２０は、導波光ビーム１０４の一部分を回折により散乱させるかまたはカップリングして一次光ビーム１０２として外へ出すように構成される。回折格子１２０は、一次光ビーム１０２を、所定の主極大角度方向でライトガイド表面から離れるように方向付けるようにさらに構成される。一次光ビーム１０２の主極大角度方向は、仰角および方位角を有する。さらに、様々な例によれば、回折格子１２０は、以下でさらに説明するように、導波光ビーム１０４の別の部分から二次光ビームを回折により生成するように構成される。回折により生成される二次光ビームは、一次光ビーム１０２の所定の主極大角度方向に対応する負の主極大角度方向において（例えば、カップリングされてライトガイド１１０から外へ出されるのと対照的に）ライトガイド１１０内に方向付けられてもよい。
様々な実施形態によれば、回折格子１２０は、回折をもたらすように構成された複数の回折特徴部１２２を備える。提供される回折は、導波光ビーム１０４の一部分を回折によりカップリングして、一次光ビーム１０２としてライトガイド１１０から外へ出す役割を果たす。例えば、回折格子１２０は、回折特徴部１２２としての役割を果たす、ライトガイド１１０の表面内の複数の溝およびライトガイド表面から突出した複数の隆線の一方または両方を含んでいてもよい。これらの溝および隆線は、互いに平行または実質的に平行に配置してもよく、かつ少なくともある点では、回折格子１２０によりカップリングして外へ出される導波光ビーム１０４の伝播方向と垂直に配置してもよい。
いくつかの例では、これらの溝または隆線は、表面内へエッチング、ミリング、またはモールドしてもよく、または表面上に貼り付けてもよい。したがって、回折格子１２０の材料は、ライトガイド１１０の材料を含んでいてもよい。図２Ａに示すように、例えば、回折格子１２０は、ライトガイド１１０の表面に形成された実質的に平行な溝を含む。図２Ｂでは、回折格子１２０は、ライトガイド表面から突出する実質的に平行な隆線を含む。他の例（図示せず）では、回折格子１２０は、ライトガイド表面に貼り付けられたまたは固定された膜または層を含んでもよい。
様々な例によれば、回折格子１２０が複数の回折格子１２０のうちの１つの要素（member）であるとき、複数の回折格子１２０は、ライトガイド１１０の表面に、この表面上に、またはこの表面内に様々な構成で配置することができる。例えば、複数の回折格子１２０は、ライトガイド表面にわたって（例えば、アレイとして）複数列および複数行に配置することができる。別の例では、複数の回折格子１２０は、複数のグループ（例えば、３格子の１グループであり、このグループ内の各格子は異なる光の色に関連する）で配置でき、これらのグループは複数行および複数列に配置できる。また別の例では、複数の回折格子１２０は、ライトガイド１１０の表面にわたって実質的にランダムに分配することができる。
いくつかの実施形態によれば、回折格子１２０は、マルチビーム回折格子１２０であるかまたはマルチビーム回折格子１２０を含む。様々な実施形態によれば、マルチビーム回折格子１２０は、回折カップリング（例えば、「回折散乱」とも呼ばれる）によってまたは回折カップリングを用いて、導波光ビーム１０４の一部分をカップリングしてライトガイド１１０から外へ出すように構成される。例えば、導波光ビーム１０４の一部分は、（例えば、図２Ａおよび図２Ｂに示されるように）複数の一次光ビーム１０２としてライトガイド表面を通じて（例えば、ライトガイド１１０の上面を通じて）マルチビーム回折格子によって回折によりカップリングして外へ出されてもよい。さらに、マルチビーム回折格子１２０によってカップリングして外へ出される複数の一次光ビーム１０２は、マルチビーム回折格子１２０によってライトガイド表面から離れるように方向付けられる。様々な実施形態によれば、複数の一次光ビームのうちの１つの一次光ビーム１０２は、複数の一次光ビームのうちの他の一次光ビーム１０２と異なる主極大角度方向を有する。様々な実施形態によれば、マルチビーム回折格子１２０によってカップリングして外へ出された複数の一次光ビーム１０２は併せて、一方向格子ベースのバックライト１００の光照射野を形成する。
さらに、マルチビーム回折格子１２０は、導波光ビーム１０４の別の部分の回折に起因して複数の二次光ビームを生成することができる。通常、回折により生成された二次光ビームは、最初に、マルチビーム回折格子１２０から離れるように、かつライトガイド１１０内へ、複数の二次光ビームのうちで互いに異なる主極大角度方向に方向付けられる。回折により生成された二次光ビームの主極大角度方向は、それぞれの仰角および方位角を有する。具体的には、特定の二次光ビームの主極大角度方向の仰角は、複数の一次光ビームの対応する一次光ビーム１０２の主極大角度の仰角と実質的に等しい大きさとしてもよいが、符号が逆である。さらに、特定の二次光ビームの主極大角度方向の方位角は、対応する一次光ビームの主極大角度方向の方位角と実質的に等しくてもよい（例えば、図１を参照されたい）。例えば、６０°の仰角および１０°の方位角を有する一次光ビーム１０２は、−６０°の仰角および１０°の方位角を有する、対応する回折により生成された二次光ビームを有してもよい。
様々な例によれば、マルチビーム回折格子１２０はチャープ回折格子１２０を含んでいてもよい。例えば図２Ａおよび２Ｂに示すように、定義上、「チャープ」回折格子１２０は、チャープ回折格子１２０の範囲または長さにわたって変化する回折特徴部の回折間隔を呈するかまたは有する回折格子である。本明細書では、変化する回折間隔は「チャープ」と呼ばれる。その結果、ライトガイド１１０から回折によりカップリングして外へ出された導波光ビーム１０４の一部は、チャープ回折格子１２０にわたる異なる原点に対応する異なる回折角において、一次光ビーム１０２としてチャープ回折格子１２０から出射するかまたは放射される。同様に、回折により生成された二次光ビームは、異なる原点にも対応する異なる回折角でチャープ回折格子１２０から出射する。予め定義されたチャープにより、チャープ回折格子１２０は、カップリングして外へ出された一次光ビーム１０２および回折により生成された二次光ビームの所定のかつ異なる主極大角度方向を担当する。
図２Ａ〜２Ｃにおいて、マルチビーム回折格子１２０はチャープ回折格子１２０である。具体的には、図示のように、回折特徴部１２２は、マルチビーム回折格子１２０の第２の端部（例えば、光源からさらに離れている）では、第１の端部でよりも互いに近くにある。さらに、図示の回折特徴部１２２の回折間隔ｄは、第１の端部から第２の端部まで変化する。いくつかの例では、チャープ回折格子１２０は、距離と共に線形に変化する回折間隔ｄのチャープを有するかまたは呈することができる（例えば、図２Ａ〜２Ｃを参照）。したがって、図示のように、チャープ回折格子１２０は、「線形チャープ」回折格子と呼ぶことができる。
別の例では（図示せず）、チャープ回折格子１２０は、回折間隔ｄの非線形チャープを呈してもよい。チャープ回折格子１２０を実現するために用いることができる様々な非線形チャープは、指数関数チャープ、対数チャープ、および別の実質的に不均一またはランダムであるが依然として単調に変化するチャープを含むが、これらに限定されない。正弦波チャープまたは三角形もしくは鋸歯状チャープなどであるが、これらに限定されない、非単調なチャープも使用可能である。これらのタイプのチャープのうちいずれかの組合せも使用可能である。
いくつかの例では、マルチビーム回折格子１２０を用いてライトガイド１１０から光をカップリングして外へ出すことにより生成された一次光ビーム１０２は、導波光ビーム１０４がマルチビーム回折格子１２０の第１の端部からマルチビーム回折格子１２０の第２の端部の方向で（例えば、図２Ａに示すように、左から右へ）ライトガイド１１０内を伝播するときには、発散する（すなわち、発散光ビーム１０２である）ことができる。代替的には、他の例（図示せず）に従って、導波光ビーム１０４がライトガイド１１０内を逆方向で、すなわちマルチビーム回折格子１２０の第２の端部から第１の端部に伝播するときには、収束一次光ビーム１０２が生成され得る。同様に、回折により生成された二次光ビーム（図２Ａ〜図２Ｃには図示せず）は、それに応じて、（概ねライトガイド１１０内への方向ではあるが）概ね発散するかまたは概ね収束することができる。
図２Ｃを参照すると、マルチビーム回折格子１２０は、チャープされた曲線状の、ライトガイド１１０の表面内、表面、または表面上の、回折特徴部１２２（例えば、溝または隆線）を含むことができる。導波光ビーム１０４は、図２Ｃで１０４と名付けた太線の矢印によって示されるような、マルチビーム回折格子１２０およびライトガイド１１０に対する入射方向を有する。また、ライトガイド１１０の表面でマルチビーム回折格子１２０から離れるように向いた、複数の、カップリングして外へ出されるかまたは放射された一次光ビーム１０２が示される。示された一次光ビーム１０２は、複数の所定の異なる主極大角度方向に放射される。特に、放射された一次光ビーム１０２の所定の異なる主極大角度方向は、示されるように、（例えば、光照射野を形成するために）方位角および仰角の両方において異なる。様々な例によれば、回折特徴部１２２の所定のチャープと回折特徴部１２２の曲線との両方によって、放射される一次光ビーム１０２の所定の異なる主極大角度方向がもたらされ得る。
例えば、曲線により、マルチビーム回折格子１２０内の回折特徴部１２２は、導波光ビーム１０４の入射方向に対して様々な向きを有していてもよい。具体的には、マルチビーム回折格子１２０内の第１の点または位置における回折特徴部１２２の向きは、別の点または位置における別の特徴部１２２の向きとは異なっていてもよい。いくつかの例によれば、カップリングして外へ出されるかまたは放射された光ビーム１０２に対して、一次光ビーム１０２の主極大角度方向｛θ，φ｝の方位角成分φ（および二次光ビームの主極大角度方向｛θ，φ｝の方位成分φ）は、光ビーム１０２の原点（すなわち、入射導波光１０４がカップリングして外へ出される点）における回折特徴部１２２の方位配向角φｆによって決定されるか、またはそれに対応していてもよい。したがって、マルチビーム回折格子１２０内の回折特徴部１２２の変化する配向により、少なくともそれぞれの方位成分φの観点において異なる主極大角度方向｛θ，φ｝を有する異なる一次光ビーム１０２および対応する二次光ビームが生成される。
具体的には、回折特徴部１２２の曲線に沿った異なる点において、曲線状の回折特徴部１２２に関連するマルチビーム回折格子１２０の「下にある回折格子」は、異なる方位配向角φｆを有している。したがって、曲線状の回折特徴部１２２に沿った所定の点において、曲線は、曲線状の回折特徴部１２２に沿った別の点とは一般に異なる、特定の方位配向角φｆを有している。さらに、特定の方位配向角φｆは、所定の点から放射された一次光ビーム１０２の主極大角度方向｛θ，φ｝の対応する方位配向角成分φをもたらす。いくつかの例では、回折特徴部（例えば、溝、隆線など）の曲線は、円の一区間を表していてもよい。円は、ライトガイド表面と同一平面としてもよい。他の例では、曲線は、例えばライトガイド表面と同一平面である、楕円または別の曲線状形状の一区間を表していてもよい。
他の例では、マルチビーム回折格子１２０は、「区分的に」曲線状である回折特徴部１２２を含んでいてもよい。具体的には、回折特徴部は、それ自体で実質的に滑らかなまたは連続した曲線を表さなくてもよいが、マルチビーム回折格子１２０内の回折特徴部に沿った異なる点において、回折特徴部は、以前として導波光ビーム１０４の入射方向に対して異なる角度に向けられてもよい。例えば、回折特徴部１２２は、複数の実質的に直線の区画を含む溝とすることができ、各区画は隣接する区画とは異なる向きを有している。様々な例によれば、併せて、区画の異なる角度は、曲線（例えば、円の一区画）を近似していてもよい。さらに他の例では、回折特徴部１２２は、特定の曲線（例えば、円または楕円）を近似せずに、単にマルチビーム回折格子１２０内の異なる場所において、導波光ビーム１０４の入射方向に対して異なる向きを有していてもよい。
図２Ａおよび図２Ｂに示されるように、一方向格子ベースのバックライト１００は、反射性アイランド１３０をさらに含む。様々な実施形態によれば、反射性アイランドは、ライトガイド１１０前面と後面（すなわち、反対側の表面）との間に配置される。いくつかの実施形態では、反射性アイランド１３０は、ライトガイド１１０内（すなわち、前面と後面との間）に配置され、かつ、前面と後面から明示的に離間される。
様々な実施形態によれば、反射性アイランド１３０は、回折格子１２０によって回折により生成される二次光ビームを反射により方向変更するように構成される。具体的には、反射性アイランド１３０は、回折により生成された二次光ビームを、カップリングして外へ出された一次光ビーム１０２の方向またはこの一次光ビーム１０２に対応する方向に反射により方向変更するように構成される。一次光ビーム１０２から区別するために破線を用いて図２Ａ〜図２Ｂに示すように、反射アイランド１３０による反射による方向変更の結果として、ライトガイド１１０から（例えば、回折格子１２０を通じて）出射することができる反射により方向変更された二次光ビーム１０６が生じるかまたは生成される。
いくつかの実施形態では、反射性アイランド１３０は、反射性金属層を含む金属アイランド１３０である。金属層は、銀、金、アルミニウム、ニッケル、クロム、またはそれらの様々な組合せもしくは合金等であるがこれらに限定されない、反射性のまたは「研磨された」金属を含むことができる。他の例では、反射性アイランド１３０は、ブラッグミラーアイランド、またはより詳細には、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）アイランドを含むがこれらに限定されない別の反射性アイランド構造または層を含んでいてもよい。いくつかの例によれば、金属層または他の反射性アイランド構造は、（例えば、真空蒸着を用いて）堆積されてもよく、またはライトガイド１１０の層の上に他の形で設けられてもよい。次に、ライトガイド１１０の更なる材料が、堆積された金属アイランド層または他の反射性アイランド構造の上部に加えられ（例えば、堆積される、積層される等）、反射性アイランド１３０をライトガイド１１０内でライトガイドの前面と後面との間に位置決めすることができる。
本明細書における定義上、反射性アイランド１３０は、ライトガイド１１０の長さおよび幅未満の長さおよび幅を有する別個の反射性構造または層である。具体的には、反射性アイランド１３０は、「アイランド」という用語の使用によって示されるように、例えば、導波光ビーム１０４の伝播方向に関して、ライトガイド１１０内の連続した膜または層ではない。代わりに、反射性アイランド１３０は、ライトガイド１１０の長さおよび幅の一方または双方よりも短い、いくつかの例でははるかに短い有限の長さおよび有限の幅を有する。いくつかの実施形態では、反射性アイランド１３０の範囲またはサイズは、回折格子１２０の範囲またはサイズに概ね等しい。いくつかの実施形態では、反射性アイランド１３０は、回折格子１２０と横方向に位置合わせされてもよい。例えば、図２Ａおよび図２Ｂに示されるように、ライトガイド１１０は、回折格子１２０が前面にあり、反射性アイランド１３０が、前面に対し平行な面において回折格子１２０の下方に（例えば、離間して）位置し、回折格子１２０と横方向に位置合わせされている、平板ライトガイド１１０としてもよい。例えば、図示のように、回折格子１２０および反射性アイランド１３０は、垂直方向に位置合わせされるかまたは「垂直方向に積層」されてもよい。さらに、例として、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、反射性アイランド１３０は、上に重なる回折格子１２０と概ね同じ大きさであってもよい。
いくつかの実施形態によれば、回折格子１２０と反射性アイランド１３０（例えば、垂直距離または分離距離）との距離は、ライトガイド１１０内の導波光ビーム１０４の伝播を容易にするように選択される。例えば、反射性アイランドの大きさが、回折格子の大きさに概ね等しく、導波光ビーム１０４が非ゼロの伝播角度γで伝播するように構成される場合、回折格子１２０と反射性アイランド１３０との間の分離距離ｈは、格子ピッチｐの２分の１に非ゼロの伝播角度γの正接を乗算したものに概ね等しくなるように選択することができる。詳細には、分離距離ｈは、式（２）によって以下のように与えられ得る。
ここで、格子ピッチＰは、回折格子１２０と隣接する（例えば、先行する）回折格子１２０との間の横方向の（例えば、水平方向の）間隔である。
図３は、本明細書で説明する原理に一致する実施形態による、一例における導波光ビーム１０４の伝播を容易にすることに関連付けられた形状を示す一方向格子ベースのバックライト１００の一部分の断面図を示す。具体的には、図示のように、図３は、ライトガイド１０の前面１１０’における一対の回折格子１２０の一部分と、回折格子１２０の各々の下方に位置合わせされた一対の反射性アイランド１３０の一部分とを示す。また、図３には、一対の破線によって境界を示された細長い矢印によって、非ゼロの伝播角度γを有する導波光ビーム１０４も示されている。細長い矢印の片側の破線は、導波光ビーム１０４の範囲またはビーム幅Ｗを示す。図示のように、格子ピッチＰを用いて式（２）に従って、回折格子１２０と関連付けられた反射アイランド１３０との間の分離距離ｈを選択することによって、２つの反射性アイランド１３０間の間隔によって線引きされるような導波光ビーム１０４のビーム幅Ｗは、回折格子１２０を完全に照明するのに十分広くすることができる。また、図３には、反射性アイランド１３０の表面を起点とする反射により方向変更された二次光ビーム１０６も示されている。具体的には、反射により方向変更された二次光ビーム１０６は、反射性アイランド表面における回折により生成された二次光ビーム１０６’の反射の結果である。一次光ビーム１０２は、図３に示されていないが、これは単に説明を容易にし、明確にするためである。
いくつかの実施形態によれば、一方向格子ベースのバックライト１００は、光源（図２Ａ〜２Ｃおよび３には図示せず）をさらに含んでいてもよい。光源は、カップリングされてライトガイド１１０内へ入ったときに導波光ビーム１０４となる光を供給するように構成してもよい。様々な実施形態において、光源は、上記で列挙した光源、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、蛍光灯、およびレーザのうちの１つまたは複数を含むがこれらに限定されない、実質的に任意の光源としてもよい。いくつかの例では、光源は、特定の色により表される狭帯域のスペクトルを有する実質的に単色の光を生成してもよい。他の例では、光源によって提供される光は実質的に広帯域のスペクトルを有する。例えば、光源によって生成される光は白色光であってもよく、光源は蛍光であってもよい。
本明細書で説明する原理のいくつかの例によれば、電子ディスプレイが提供される。様々な実施形態によれば、電子ディスプレイは、変調された光ビームを電子ディスプレイの画素として放射するように構成される。さらに、様々な例では、放射された、変調された光ビームは、複数の異なる方向に向けられた光ビームとして、電子ディスプレイの視認方向に向かって優先的に方向付けられてもよい。いくつかの例では、電子ディスプレイは、３次元（３Ｄ）電子ディスプレイ（例えば裸眼の３Ｄ電子ディスプレイ）である。様々な例によれば、変調され、異なる方向に向けられた光ビームのうちの異なる光ビームは、３Ｄ電子ディスプレイに関連する異なる「視像（view）」に対応し得る。例えば、異なる視像は、３Ｄ電子ディスプレイにより表示される情報の「裸眼の」（例えばオートステレオスコピックな）表現を実現することができる。
図４は、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例の、電子ディスプレイ２００のブロック図を示す。具体的には、図４に示す電子ディスプレイ２００は、３Ｄ電子ディスプレイ２００の異なる視像に対応する画素を表す、変調された光ビーム２０２を放射するように構成された３Ｄ電子ディスプレイ２００（例えば、「裸眼」３Ｄ電子ディスプレイ）である。放射された変調光ビーム２０２は、図４では、例として非限定的に、発散するものとして（例えば、収束するものとは対照的に）示されている。
図４に示す３Ｄ電子ディスプレイ２００は、光を導波する平板ライトガイド２１０を含んでいる。平板ライトガイド２１０内の導波光は、３Ｄ電子ディスプレイ２００により放射される変調光ビーム２０２となる光の発生源である。いくつかの例によれば、平板ライトガイド２１０は、一方向格子ベースのバックライト１００に関して上述したライトガイド１１０と実質的に同様とすることができる。例えば、平板ライトガイド２１０は、内部全反射により光を導波するように構成された誘電体材料の平面状のシートであるスラブ光導波路としてもよい。導波光は、光のビームとしてゼロ以外の伝播角度で導波することができる。いくつかの実施形態によれば、さらに、導波光ビームはコリメートされた光ビームであり得る。
図４に示される３Ｄ電子ディスプレイ２００は、さらにマルチビーム回折格子２２０のアレイを含む。いくつかの例では、マルチビーム回折格子２２０は、上記で説明した一方向格子ベースのバックライト１００のマルチビーム回折格子１２０と実質的に同様であってもよい。特に、アレイのマルチビーム回折格子２２０は、導波光の部分を、複数の一次光ビーム２０４としてカップリングして外へ出すように構成される。さらに、マルチビーム回折格子２２０は、複数の一次光ビーム２０４を、対応する複数の異なる主極大角度方向に向けて、光照射野を形成するように構成される。
さらに、いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子２２０のアレイはチャープ回折格子を含んでいてもよい。いくつかの例では、マルチビーム回折格子２２０の回折特徴部（例えば、溝、隆線など）は、曲線状の回折特徴部である。例えば、曲線状の回折特徴部は、曲線状の（すなわち、連続的に曲線状または区分的に曲線状の）隆線または溝と、アレイのマルチビーム回折格子２２０にわたって距離の関数として変化する曲線状の複数の回折特徴部間の間隔とを含んでいてもよい。
図４に示すように、３Ｄ電子ディスプレイ２００は、反射性アイランド２３０のアレイをさらに備える。反射性アイランド２３０は、平板ライトガイド２１０内に位置する。具体的には、いくつかの実施形態によれば、反射性アイランド２３０は、平板ライトガイド２１０の前面と後面との間に配置され、かつこの前面と後面から離間されることができる。さらに、反射性アイランド２３０のアレイは、マルチビーム回折格子２２０のアレイと同じ場所に位置するか、または位置合わせされ（例えば、垂直方向に積層され）、それによって、各マルチビーム回折格子２２０は、対応する反射性アイランド２３０を有する。各反射性アイランド２３０は、対応するマルチビーム回折格子２２０から、回折により生成された二次光ビームを反射により方向変更するように構成される。さらに、反射性アイランド２３０は、回折により生成された二次光ビームを反射により方向変更する。そして、マルチビーム回折格子２３０はまた、反射により方向変更された二次光ビームを、平板ライトガイド２１０から外へ、カップリングにより外へ出された複数の一次光ビームの方向に向けるように構成される。結果として、様々な実施形態によれば、形成された光照射野は、一次光ビーム２０４および反射により方向変更された二次光ビーム２０６の双方を含む。いくつかの実施形態では、一次光ビーム２０４および対応する反射により方向変更された二次光ビーム２０６は、実質的に、光照射野内で同じ方向に向けられる（例えば、同様の主極大角度方向を有する）。
いくつかの実施形態において、アレイの反射性アイランド２３０は、一方向格子ベースのバックライト１００に関して上記で説明した反射性アイランド１３０と実質的に同様である。例えば、反射性アイランド２３０は、金属アイランドを含んでいてもよい。さらに、反射性アイランドは、対応するマルチビーム回折格子２２０と横方向に（例えば、水平方向に）位置合わせされてもよい。いくつかの実施形態では、反射性アイランド２３０の大きさまたは範囲は、対応する回折格子２２０の大きさまたは範囲と実質的に同様としてもよい。さらに、マルチビーム回折格子２２０と、位置合わせされた反射性アイランド２３０との間の間隔は、上記の式（２）によって与えられ得る。
いくつかの実施形態では、反射性アイランド２３０の反射性は、アレイに沿った距離の関数として変調される。例えば、反射性アイランドの反射率は、反射性アイランド２３０のアレイの長さに沿って複数の反射性アイランド２３０のうちの個々の反射性アイランドの反射率を徐々に増大させるように変調されてもよい。反射性を増大させることを利用して、例えば、平板ライトガイド２１０における距離の関数として導波光ビームの輝度の損失を補償してもよい。
図５は、本明細書で説明する原理に一致する実施形態による、一例における反射アイランド２３０のアレイの上面図を示す。図５に示すように、反射性アイランド２３０の反射性は、ギャップ２３２によって（例えば、図５の左から右へ）距離の関数として変調される。具体的には、反射性アイランドアレイの反射性アイランド２３０は、ギャップ２３２（すなわち、反射性材料または金属がない）により分離される反射性ストリップ２３４（例えば、反射性材料または金属ストリップ）を含むことができる。選択された反射性アイランド２３０の反射率が特定され、このため、導波光の電波方向（太線の矢印１０４）のそれぞれの反射性アイランド２３０における反射性ストリップ２３４の幅に対するギャップ２３２の幅によって変調される。例えば、ギャップ２３２よりも高い反射性の金属ストリップ２３４の表面を含む反射性アイランド２３０は、ギャップ２３２よりも低い（金属ストリップ２３４の）反射性の表面を含むアレイ内で、他の反射性アイランド２３０よりも高い反射率を有する。図５は、ギャップ２３２に対し反射性ストリップ２３４の幅が増大していく、伝播方向１０４の距離と共に増大する反射率を示す。別の例（図示せず）では、反射率は、ギャップおよびストリップのそれぞれの数を変更することによって変調されてもよい。さらに別の例では、反射率変調は、（例えば、半透鏡が形成される方法と同様に）アレイに沿った距離の関数として反射性アイランド２３０の反射性材料の層の厚さまたは密度を変更することによって提供されてもよい。例えば、ＤＢＲベースのミラーアイランドの層の数を変更することを含むがこれに限定されない、反射率を変調する多岐にわたる他の手段のうちの任意のものを利用してもよい。
図４を再び参照すると、３Ｄ電子ディスプレイ２００は、ライトバルブアレイ２４０をさらに含む。様々な例によれば、ライトバルブアレイ２４０は、平板ライトガイド２１０からカップリングして外へ出された、一次光ビーム２０４および反射により方向変更された二次光ビーム２０６を変調するように構成された複数のライトバルブを含む。具体的には、ライトバルブアレイ２４０のライトバルブは、組み合わされた一次光ビーム２０４および反射により方向変更された二次光ビーム２０６を変調して、変調された光ビーム２０２を提供する。変調された光ビーム２０２は、３Ｄ電子ディスプレイ２００の画素を表す。さらに、変調された光ビーム２０２のうちの異なる光ビームは、３Ｄ電子ディスプレイの異なる視像に対応し得る。様々な例では、液晶（ＬＣ）ライトバルブ、および電気泳動ライトバルブのうちの１つまたは複数を含むがこれらに限定されないライトバルブアレイ２４０の異なるタイプのライトバルブが用いられてもよい。図４では、例として変調された光ビーム２０２の変調を表すために破線が用いられている。
いくつかの例では（例えば図４に示されるように）、３Ｄ電子ディスプレイ２００はさらに光源２５０を含む。光源２５０は、平板ライトガイド２１０内を導波光として伝播する光をもたらすように構成される。特に、いくつかの例によれば、導波光は、平板ライトガイド２１０の縁部にカップリングして入れられる光源２５０からの光である。いくつかの例では、光源２５０は、一方向回折格子ベースのバックライト１００に関して上述した光源と実質的に同様である。例えば、光源２５０は、単色光を供給する特定の色（例えば、赤、緑、青）のＬＥＤ、または、限定はしないが、広帯域光（例えば、白色光）を供給する蛍光灯などの広帯域光源を含んでいてもよい。
本明細書で説明する原理のいくつかの実施形態に従って、電子ディスプレイの動作の方法が提供される。図６は、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における電子ディスプレイの動作の方法３００のフローチャートを示す。図６に示すように、電子ディスプレイの動作の方法３００は、ライトガイド内で光を導波すること３１０を含む。いくつかの実施形態では、ライトガイドおよび導波光は、一方向格子ベースのバックライト１００に関して上述したライトガイド１１０および導波光ビーム１０４と実質的に同様としてもよい。具体的には、いくつかの実施形態では、ライトガイドは、光のビーム（例えば、コリメートされたビーム）として、内部全反射による導波光を導波してもよい（３１０）。光ビームは、例えば、ゼロ以外の伝播角度で導波（３１０）されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、ライトガイドは、実質的に平面上の誘電体光導波路（例えば、平板ライトガイド）としてもよい。
電子ディスプレイの動作の方法３００は、複数の回折格子を用いて、導波光の一部分を回折によりカップリングして外へ出すこと３２０をさらに含む。いくつかの実施形態では、回折格子は、マルチビーム回折格子であり、マルチビーム回折格子を用いて導波光部分を回折によりカップリングして外へ出すこと（３２０）により、ライトガイド表面から外へ、離れるように方向付けられた複数の一次光ビームが生成される。具体的には、いくつかの実施形態によれば、一次光ビームを、異なる主極大角度方向においてライトガイド表面から離れるように方向付け、光照射野を形成することができる。いくるかの例では、複数の一次光ビームは、一方向格子ベースのバックライト１００および３Ｄ電子ディスプレイ２００に関して上記で説明した複数の一次光ビーム１０２、２０４と実質的に同様である。
様々な例によれば、マルチビーム回折格子はライトガイドの表面に配置される。例えば、マルチビーム回折格子は、ライトガイドの表面に、溝、隆線などとして形成してもよい。他の例では、マルチビーム回折格子は、ライトガイド表面上の膜を含んでいてもよい。いくつかの例では、回折格子、およびより具体的にはマルチビーム回折格子は、一方向格子ベースのバックライト１００に関して上記で説明したマルチビーム回折格子１２０と実質に同様である。他の例では、回折格子は、ライトガイド内を含むがそれに限定されないいずれかの場所に配置される。いくつかの実施形態によれば、光照射野を形成する一次光ビームは、電子ディスプレイの画素に対応することができる。具体的には、複数の一次光ビームは、３次元（３Ｄ）電子ディスプレイの異なる視像の画素に対応することができる。
図６に示すように、電子ディスプレイ動作方法３００は、カップリングして外へ出されるかまたは放射された複数の一次光ビームの方向に二次光ビームを反射により方向変更すること（３３０）をさらに含む。反射により方向変更された（３３０）二次光ビームは、ライトガイドから外へ方向付けられ（すなわち、ライトガイドから放射され）、例えば、一次光ビームと組み合わされて、（例えば、光照射野の輝度を増大させるために）形成された光照射野に追加されてもよい。様々な実施形態によれば、二次光ビームを反射により方向変更すること（３３０）は、反射性アイランドを用いて行われる。様々な実施形態によれば、二次光ビームは、導波光の別の部分から回折により生成され、マルチビーム回折格子によって反射性アイランドに向かって方向付けられる。
いくつかの実施形態では、反射性アイランドは、一方向格子ベースのバックライト１００に関して上記で説明した反射性アイランド１３０と実質的に同様としてもよい。具体的には、いくつかの実施形態によれば、反射性アイランドは、ライトガイド内で、ライトガイドの前面と後面との間に配置され、かつこの前面と後面から離間される。さらに、反射性アイランドは、例えば、反射性金属層を含む金属アイランドであってもよい。さらに、反射性アイランドは、マルチビーム回折格子のアレイから離間され、このアレイと横方向に位置合わせされた（例えば、垂直方向に積層された）反射性アイランドのアレイの１つの要素であってもよい。いくつかの例では、上記で説明したように、反射性アイランドのアレイは、ライトガイド内の導波光の伝播方向における距離の関数として、反射性アイランドの変調された反射率を有してもよい。さらに、反射により方向変更された（３３０）二次光ビームは、一方向格子ベースのバックライト１００および３Ｄ電子ディスプレイ２００に関して上記で説明した、反射により方向変更された二次光ビーム１０６、２０６と実質的に同様であってもよい。
いくつかの例では、電子ディスプレイ動作の方法３００は、複数のライトバルブを用いて、放射された一次光ビームおよび反射により方向変更された（３３０）二次光ビームを変調すること（３４０）をさらに含む。具体的には、対応する放射された複数の二次光ビームと実質的に組み合わされた、放射された複数の一次光ビームを含む形成された光照射野は、対応する複数のライトバルブを通過するかまたは他の形でこれらのライトバルブと相互作用することによって変調される（３４０）。いくつかの実施形態によれば、形成された光照射野の変調された（３４０）一次光ビームおよび二次光ビームは、電子ディスプレイ（例えば、３Ｄ電子ディスプレイ）の画素を形成することができる。例えば、形成された光照射野の変調された（３４０）一次光ビームおよび二次光ビームは、３Ｄ電子ディスプレイ（例えば、裸眼３Ｄ電子ディスプレイ）の複数の異なる視像を提供することができる。
いくつかの例では、一次光ビームおよび二次光ビームを変調する（３４０）のに用いられる複数のライトバルブは、３Ｄ電子ディスプレイ２００に関して上述したライトバルブアレイ２３０と実質的に同様である。例えば、ライトバルブは、液晶ライトバルブを含んでもよい。別の例では、ライトバルブは、エレクトロウェッティングライトバルブおよび電気泳動ライトバルブのうちの一方もしくは双方、またはそれらと液晶ライトバルブもしくは他のライトバルブタイプとの組合せを含むがこれらに限定されない別のタイプのライトバルブであってもよい。
このように、一方向格子ベースのバックライト、３Ｄ電子ディスプレイ、および回折により生成された二次光ビームの反射による方向変更を利用する電子ディスプレイ動作方法の例について説明した。上述の例は、本明細書で説明する原理を表す多数の特定の例および実施形態のいくつかを単に例示するものであることが理解されるべきである。明らかに当業者は、添付の特許請求の範囲により定義される範囲から逸脱せずに数多くの他の構成を容易に考案することができる。
１００ 一方向回折格子ベースのバックライト
１０２ 光ビーム
１０４ 導波光ビーム
１１０ ライトガイド
１２０ 回折格子
１２２ 回折特徴部
２００ 電子ディスプレイ
２０２ 光ビーム
２０４ 光ビーム
２１０ 平板ライトガイド
２２０ マルチビーム回折格子
２３０ ライトバルブアレイ
２４０ ライトバルブアレイ

Claims (19)

  1. 一方向格子ベースのバックライトであって、
    非ゼロの伝播角度で光ビームを導波するように構成されたライトガイドと、
    前記ライトガイドの表面における回折格子であって、前記導波された光ビームの一部分を回折によりカップリングして一次光ビームとして外へ出し、前記一次光ビームを、所定の主極大角度方向で前記ライトガイド表面から離れるように方向付けるように構成され、二次光ビームを回折により生成し、前記二次光ビームを前記ライトガイド内に方向付けるようにさらに構成される、回折格子と、
    前記ライトガイド内の、前記ライトガイド表面と前記ライトガイドの反対側の表面との間の反射性アイランドであって、前記二次光ビームを、前記ライトガイドの外へ前記一次光ビームの方向に反射により方向変更するように構成される、反射性アイランドと、
    を備える、一方向格子ベースのバックライト。
  2. 前記回折格子は、前記導波光ビームの一部分を複数の一次光ビームとしてカップリングして外へ出すように構成されたマルチビーム回折格子を備え、前記複数の一次光ビームのうちの前記一次光ビーム光ビームは、互いに異なる主極大角度方向を有する、請求項１に記載の一方向格子ベースのバックライト。
  3. 前記マルチビーム回折格子はチャープ回折格子を含む、請求項２に記載の一方向格子ベースのバックライト。
  4. 前記マルチビーム回折格子は、互いに離間された曲線状の溝および曲線状の隆線のうちの１つを含む、請求項２に記載の一方向格子ベースのバックライト。
  5. 前記一次光ビームの前記異なる主極大角度方向は、３次元（３Ｄ）電子ディスプレイの異なる視像に対応する画素を提供するように構成された光照射野を形成するように構成される、請求項２に記載の一方向格子ベースのバックライト。
  6. 前記反射性アイランドは、反射性金属層を含む金属アイランドである、請求項１に記載の一方向格子ベースのバックライト。
  7. 前記ライトガイドは平板ライトガイドであり、前記反射性アイランドは前記回折格子と位置合わせされる、請求項１に記載の一方向格子ベースのバックライト。
  8. 前記反射性アイランドの範囲は、前記回折格子の範囲に概ね等しく、前記回折格子と前記反射性アイランドとの間の距離は、格子ピッチの２分の１に前記導波光ビームの非ゼロの伝播角度の正接を乗算したものに概ね等しく、前記格子ピッチは、前記ライトガイド表面における前記回折格子と隣接する回折格子との間の横方向の間隔である、請求項１に記載の一方向格子ベースのバックライト。
  9. 請求項１に記載の一方向格子ベースのバックライトを備える電子ディスプレイであって、前記電子ディスプレイの画素は、前記一次光ビームと前記反射により方向変更された二次光ビームとの組合せを含む、電子ディスプレイ。
  10. 前記組み合わされた一次光ビームおよび反射により方向変更された二次光ビームを変調するライトバルブをさらに備え、前記ライトバルブは、前記回折格子を含む前記ライトガイド表面に隣接している、請求項９に記載の電子ディスプレイ。
  11. ３次元（３Ｄ）電子ディスプレイであって、
    光を導波する平板ライトガイドと、
    マルチビーム回折格子のアレイであって、前記格子アレイのマルチビーム回折格子は、前記平板ライトガイド内に導波された光ビームの一部分を回折によりカップリングして、対応する複数の異なる主極大角度方向に向けられた複数の一次光ビームとして外へ出して、光照射野を形成するように構成され、前記マルチビーム回折格子は、複数の二次光ビームを回折により生成し、前記複数の二次光ビームを前記平板ライトガイド内に方向付けるようにさらに構成される、マルチビーム回折格子のアレイと、
    前記マルチビーム回折格子のアレイと位置合わせされた前記平板ライトガイド内の反射性アイランドのアレイであって、前記アイランドアレイの反射性アイランドは、前記格子アレイの位置合わせされたマルチビーム回折格子からの前記複数の二次光ビームを、前記複数の光ビームの方向に反射により方向変更するように構成される、反射性アイランドのアレイと、
    前記一次光ビームおよび前記反射により方向変更された二次光ビームを変調するように構成されたライトバルブアレイであって、前記変調された光ビームは、前記３Ｄ電子ディスプレイの異なる視像に対応する画素を表す、ライトバルブアレイと、
    を備える、３Ｄ電子ディスプレイ。
  12. 前記格子アレイの前記マルチビーム回折格子が、曲線状の回折特徴部を有するチャープ回折格子を備える、請求項１１に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
  13. 前記平板ライトガイドは、非ゼロの伝播角度でコリメートされた光ビームとして光を導波するように構成される、請求項１１に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
  14. 前記反射性アイランドは、金属アイランドを含む、請求項１１に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
  15. 前記反射性アイランドの反射率は、前記アイランドアレイに沿った距離の関数として変調される、請求項１１に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
  16. 前記アイランドアレイの前記反射性アイランドは、ギャップによって分離された反射性ストリップを含み、前記反射性アイランドの前記反射率は、前記反射性ストリップの幅に対する前記ギャップの幅によって変調される、請求項１５に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
  17. 前記ライトバルブアレイが、複数の液晶ライトバルブを備える、請求項１１に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
  18. 電子ディスプレイ動作方法であって、
    光ビームをライトガイド内に非ゼロの伝播角度で導波することと、
    マルチビーム回折格子を用いて、前記導波光の一部分を回折によりカップリングして外へ出し、異なる主極大角度方向で前記ライトガイド表面から離れるように方向付けられた複数の一次光ビームを生成して、光照射野を形成することと、
    前記ライトガイドの前面と後面の間に配置され、かつ前記前面と前記後面から離間された反射アイランドを用いて、二次光ビームを前記ライトガイドから外へ、前記複数の一次光ビームの方向に反射により方向変更することと、を含み、前記二次光ビームは、回折により生成され、前記マルチビーム回折格子によって前記反射性アイランドに向かって方向付けられている、電子ディスプレイ動作方法。
  19. 複数のライトバルブを用いて前記一次光ビームおよび前記反射により方向変更された二次光ビームを変調することをさらに含み、前記変調された一次光ビームおよび二次光ビームは、３次元（３Ｄ）電子ディスプレイの異なる視像に対応する画素を形成する、請求項１８に記載の電子ディスプレイ動作方法。
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