JP6346240B2 - Multi-beam grating-based backlighting - Google Patents
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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（modulation）（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。 Electronic displays are an almost ubiquitous medium for communicating information to users of a wide variety of devices and products. The most commonly seen electronic displays are cathode ray tubes (CRT), plasma display panels (PDP), liquid crystal displays (LCD), electroluminescent displays (EL), organic light emitting diodes (OLED) and active matrix OLEDs (AMOLED). There are various displays using displays, electrophoretic displays (EP), and electromechanical or electrofluidic light modulation (eg, digital micromirror devices, electrowetting displays, etc.). In general, electronic displays can be categorized as active displays (ie, displays that emit light) or passive displays (ie, displays that modulate light generated by another source). The most obvious examples of active displays are CRT, PDP, and OLED / AMOLED. Displays that are usually classified as passive when considering emitted light are LCD and EP displays. Passive displays often exhibit attractive performance characteristics, including but not limited to inherently low power consumption, but many practical applications, given their inability to emit light. Some uses may be limited in some applications.
放射される光に関連するパッシブディスプレイの応用可能性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（couple）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いてもよい。バックライトは光を照射し、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。多くの場合、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。 To overcome the limitations of passive display applicability associated with emitted light, many passive displays are coupled to an external light source. The coupled light source may allow these otherwise passive displays to emit light and substantially function as an active display. An example of such a connected light source is a backlight. The backlight is a light source (in many cases, a panel light source) arranged to irradiate the passive display on the back side of the passive display. For example, the backlight may be coupled to an LCD or EP display. The backlight emits light that passes through the LCD or EP display. The emitted light is modulated by the LCD or EP display, and the modulated light is then emitted from the LCD or EP display. In many cases, the backlight is configured to emit white light. A color filter is then used to convert the white light into the various colors used in the display. For example, a color filter may be placed at the output of the LCD or EP display (less common) or between the backlight and the LCD or EP display.
本発明は以下を提供する。
［１］マルチビーム回折格子ベースのバックライトであって、
光源からの光を導波するライトガイドと、
上記ライトガイドの表面のマルチビーム回折格子であって、回折カップリングを用いて上記導波光の一部分をカップリングして外へ出し、上記導波光の上記カップリングして外へ出された部分は、複数の光ビームとして上記ライトガイド表面から離れるように方向付けられ、上記複数のうちの１つの光ビームは、上記複数のうちの他の光ビームとは異なる主極大角度方向を有する、マルチビーム回折格子と、
を備えるバックライト。
［２］上記マルチビーム回折格子は、チャープ回折格子を備える、上記［１］に記載のマルチビーム回折格子ベースのバックライト。
［３］上記チャープ回折格子は、線形チャープ回折格子である、上記［２］に記載のマルチビーム回折格子ベースのバックライト。
［４］上記マルチビーム回折格子は、互いに離間された曲線状の複数の溝および曲線状の複数の隆線のうちの１つを備える、上記［１］に記載のマルチビーム回折格子ベースのバックライト。
［５］上記ライトガイドの縁部に上記光源を更に備え、上記導波光は、上記ライトガイドの上記縁部内へカップリングされる上記光源からの光である、上記［１］に記載のマルチビーム回折格子ベースのバックライト。
［６］上記ライトガイドおよび上記マルチビーム回折格子は、上記光が上記ライトガイド内で導波される方向と直交する方向に実質的に透明である、上記［１］に記載のマルチビーム回折格子ベースのバックライト。
［７］上記［１］に記載のマルチビーム回折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、上記マルチビーム回折格子によりカップリングして外へ出される上記導波光の上記部分は、上記電子ディスプレイの画素に対応する光である、電子ディスプレイ。
［８］上記複数の光ビームのうちの上記１つの光ビームを変調するライトバルブを更に備え、上記マルチビーム回折格子は、上記ライトバルブと上記ライトガイド表面との間にある、上記［７］に記載の電子ディスプレイ。
［９］３次元（３Ｄ）電子ディスプレイであって、
光源からの光を導波する平板ライトガイドと、
上記導波光の一部分を複数の光ビームとしてカップリングして外へ出し、上記複数の光ビームを、対応する複数の異なる主極大角度方向に向けるマルチビーム回折格子と、
上記異なる方向に向けられた複数の光ビームを変調するライトバルブアレイと、
を備え、
上記変調された、異なる方向に向けられた複数の光ビームは、上記電子ディスプレイの画素であり、上記変調された、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、上記３Ｄ電子ディスプレイの異なる視像に対応する、３次元（３Ｄ）電子ディスプレイ。
［１０］上記マルチビーム回折格子は、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、上記［９］に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
［１１］上記ライトバルブアレイは、複数の液晶ライトバルブを備える、上記［９］に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
［１２］上記ライトバルブアレイは、約１００マイクロメートルより大きい厚さを有する、上記［１１］に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
［１３］上記光源を更に備え、上記導波光は、上記平板ライトガイドの縁部内へカップリングされる上記光源からの光である、上記［９］に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
［１４］電子ディスプレイの動作の方法であって、
ライトガイド内で光を導波することと、
上記ライトガイドの表面のマルチビーム回折格子を用いて上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て、複数の光ビームを生成することと、
上記複数の光ビームを上記ライトガイド表面から離れるように方向付けることと、
を含み、
上記複数のうちの１つの光ビームは、上記複数のうちの他の光ビームとは異なる主極大角度方向を有する、方法。
［１５］上記複数の光ビームを、対応する複数のライトバルブを用いて変調することを更に含み、上記変調された複数の光ビームは、３次元（３Ｄ）電子ディスプレイの複数の画素を形成する、上記［１４］に記載の電子ディスプレイの動作の方法。
本明細書で説明する原理による例の様々な特徴は、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詳細な説明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。
The present invention provides the following.
[1] A multi-beam diffraction grating based backlight,
A light guide for guiding light from a light source;
A multi-beam diffraction grating on the surface of the light guide, wherein a part of the guided light is coupled out using a diffraction coupling, and a part of the guided light exited through the coupling is A multi-beam that is directed away from the light guide surface as a plurality of light beams, wherein one of the plurality of light beams has a main maximal angular direction different from the other light beams of the plurality of light beams. A diffraction grating,
With backlight.
[2] The multi-beam diffraction grating-based backlight according to [1], wherein the multi-beam diffraction grating includes a chirped diffraction grating.
[3] The multi-beam diffraction grating based backlight according to [2], wherein the chirped diffraction grating is a linear chirped diffraction grating.
[4] The multi-beam diffraction grating base back according to [1], wherein the multi-beam diffraction grating includes one of a plurality of curved grooves and a plurality of curved ridges spaced apart from each other. Light.
[5] The multi-beam according to [1], further including the light source at an edge of the light guide, wherein the guided light is light from the light source coupled into the edge of the light guide. Diffraction grating based backlight.
[6] The multi-beam diffraction grating according to [1], wherein the light guide and the multi-beam diffraction grating are substantially transparent in a direction orthogonal to a direction in which the light is guided in the light guide. Base backlight.
[7] An electronic display including the multi-beam diffraction grating-based backlight according to [1], wherein the portion of the guided light that is coupled out by the multi-beam diffraction grating is emitted from the electron display. An electronic display that is light corresponding to the pixels of the display.
[8] The above-mentioned [7], further comprising a light valve that modulates the one light beam among the plurality of light beams, wherein the multi-beam diffraction grating is located between the light valve and the light guide surface. Electronic display according to
[9] A three-dimensional (3D) electronic display,
A flat light guide for guiding light from a light source;
A multi-beam diffraction grating that couples a portion of the guided light out as a plurality of light beams and directs the plurality of light beams in a corresponding plurality of different main maximum angular directions;
A light valve array that modulates a plurality of light beams directed in the different directions;
With
The modulated plurality of light beams directed in different directions are pixels of the electronic display, and the modulated light beams directed in different directions are different in the 3D electronic display. 3D (3D) electronic display corresponding to different visual images.
[10] The 3D electronic display according to [9], wherein the multi-beam diffraction grating includes a chirped diffraction grating having a curved diffraction feature.
[11] The 3D electronic display according to [9], wherein the light valve array includes a plurality of liquid crystal light valves.
[12] The 3D electronic display according to [11], wherein the light valve array has a thickness greater than about 100 micrometers.
[13] The 3D electronic display according to [9], further including the light source, wherein the guided light is light from the light source coupled into an edge portion of the flat light guide.
[14] A method of operating an electronic display,
Guiding light within the light guide;
Coupling a portion of the guided light by diffraction using a multi-beam diffraction grating on the surface of the light guide to produce a plurality of light beams;
Directing the plurality of light beams away from the light guide surface;
Including
The method wherein one light beam of the plurality has a main maximum angular direction that is different from the other light beams of the plurality.
[15] The method further includes modulating the plurality of light beams using a corresponding plurality of light valves, and the plurality of modulated light beams form a plurality of pixels of a three-dimensional (3D) electronic display. The method of operating an electronic display according to [14] above.
Various features of examples in accordance with the principles described herein may be more readily understood by reference to the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, in which like reference numerals represent like structural elements. it can.
いくつかの例は、上記で参照された図に示す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、上記で参照される図を参照して以下で詳述される。 Some examples have other features that are one of the additions or alternatives to the features shown in the figures referenced above. These and other features are described in detail below with reference to the figures referenced above.
本明細書で説明する原理による例は、マルチビーム回折カップリング（diffractive coupling）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、本明細書で説明する電子ディスプレイの背面照明は、マルチビーム回折格子を使用する。マルチビーム回折格子は、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）、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）に方向付ける（direct）ために用いられる。本明細書で説明する原理の様々な例によれば、マルチビーム回折格子により視認方向に方向付けられた、カップリングして外へ出された光は複数の光を含んでおり、それらは、互いに異なる主極大角度方向を有している。いくつかの例では、異なる主極大角度方向を有する複数の光ビーム（「異なる方向に向けられた複数の光ビーム」とも呼ばれる）を使用して、３次元（３Ｄ）情報を表示することができる。例えば、マルチビーム回折格子により生成された、異なる方向に向けられた複数の光ビームは、変調され、例えば「裸眼」３Ｄ電子ディスプレイの複数の画素として作用することができる。 An example in accordance with the principles described herein provides electronic display backlighting using multi-beam diffractive coupling. Specifically, the backlighting of the electronic display described herein uses a multi-beam diffraction grating. The multi-beam diffraction grating couples light out of the light guide and couples it out, directing the light that is coupled out into the viewing direction of the electronic display Used for (direct). According to various examples of the principles described herein, the coupled and exited light directed in the viewing direction by the multi-beam diffraction grating includes a plurality of lights, which are The main maximal angle directions are different from each other. In some examples, multiple light beams having different main maximal angular directions (also referred to as “multiple light beams directed in different directions”) can be used to display three-dimensional (3D) information. . For example, multiple light beams directed in different directions generated by a multi-beam diffraction grating can be modulated and act as multiple pixels in, for example, a “naked eye” 3D electronic display.
様々な例によれば、マルチビーム回折格子は、複数の光ビームを生成し、これら複数の光ビームは、対応して空間的に隔てられた複数の異なる角度（すなわち異なる主極大角度方向（different principal angular directions））を有する。具体的には、マルチビーム回折格子により生成された各光ビームは、角度成分｛θ，φ｝で与えられる１つの主極大角度方向を有する。角度成分θは、本明細書では光ビームの「仰角成分」または「仰角」と呼ばれる。角度成分φは、本明細書では光ビームの「方位角成分（azimuth component）」または「方位角（azimuth angle）」と呼ばれる。定義上、仰角θは、垂直面（vertical plane）（例えば、マルチビーム回折格子の平面に垂直）における角度であり、方位角φは、水平面（horizontal plane）（例えば、マルチビーム回折格子平面に平行）における角度である。図１は、本明細書で説明する原理の一例による、特定の主極大角度方向を有する光ビーム１０の角度成分｛θ，φ｝を示す。更に、本明細書における定義上、各光ビームは、特定の点から放射または発散（emanate）される。すなわち、定義上、各光ビームは、マルチビーム回折格子内の特定の原点に関連付けられた中心光線（central ray）を有する。また、図１は、光ビームの原点Ｐを示す。 According to various examples, a multi-beam diffraction grating produces a plurality of light beams that are correspondingly spatially separated at different angles (i.e., different main maximal angular directions). principal angular directions)). Specifically, each light beam generated by the multi-beam diffraction grating has one main maximum angle direction given by an angle component {θ, φ}. The angle component θ is referred to herein as the “elevation angle component” or “elevation angle” of the light beam. The angle component φ is referred to herein as the “azimuth component” or “azimuth angle” of the light beam. By definition, the elevation angle θ is the angle in the vertical plane (eg, perpendicular to the plane of the multi-beam diffraction grating), and the azimuth angle φ is the horizontal plane (eg, parallel to the multi-beam diffraction grating plane). ). FIG. 1 illustrates angular components {θ, φ} of a light beam 10 having a particular main maximum angular direction, according to an example of the principles described herein. Further, by definition herein, each light beam is emitted or emanate from a specific point. That is, by definition, each light beam has a central ray associated with a particular origin in the multi-beam diffraction grating. FIG. 1 also shows the origin P of the light beam.
様々な例によれば、光ビームの仰角成分θは、マルチビーム回折格子の回折角θｍに関係し、いくつかの例では回折角θｍにより決定される。具体的には、いくつかの例によれば、仰角成分θは、光ビームの原点Ｐの近くまたは原点Ｐにおける回折角θｍにより決定され得る。様々な例によれば、光ビームの方位角成分φは、マルチビーム回折格子の複数の特徴部（feature）の向きまたは回転により決定され得る。具体的には、いくつかの例によれば、原点の近傍における、マルチビーム回折格子に入射する光の伝播方向に対するこれらの特徴部の方位配向角（azimuth orientation angle）φｆは、光ビームの方位角成分φを決定し得る（例えばφ＝φｆ）。例示の入射光の伝播方向は、図１に太線の矢印を用いて示される。 According to various examples, the elevation angle component θ of the light beam is related to the diffraction angle θ m of the multi-beam diffraction grating, and in some examples is determined by the diffraction angle θ m . Specifically, according to some examples, the elevation angle component θ can be determined by the diffraction angle θ m near or at the origin P of the light beam. According to various examples, the azimuthal component φ of the light beam can be determined by the orientation or rotation of multiple features of the multi-beam diffraction grating. Specifically, according to some examples, the azimuth orientation angle φ f of these features relative to the propagation direction of light incident on the multi-beam diffraction grating near the origin is The azimuth component φ can be determined (eg φ = φ f ). Illustrative incident light propagation directions are shown in FIG. 1 using thick arrows.
様々な例によれば、マルチビーム回折格子およびその特徴部（すなわち「回折特徴部（diffractive feature）」）の特性は、複数の光ビームの角度指向性（angular directionality）と、これらの光ビームのうちの１つまたは複数に対するマルチビーム回折格子の波長または色選択性（selectivity）の一方または両方を制御するために用いることができる。角度指向性および波長選択性を制御するために用いることができる特性は、格子長さ、格子ピッチ（特徴部間隔）、特徴部の形状、特徴部のサイズ（例えば、溝または隆線（ridge）の幅）、および格子の向きを含むが、これらに限定されない。いくつかの例では、制御のために用いられる様々な特性は、光ビームの原点の近傍の近くの特性としてもよい。 According to various examples, the characteristics of a multi-beam diffraction grating and its features (ie, “diffractive features”) can be attributed to the angular directionality of multiple light beams and the angular directionality of these light beams. It can be used to control one or both of the wavelength or color selectivity of the multi-beam diffraction grating for one or more of them. Properties that can be used to control angle directivity and wavelength selectivity are: grating length, grating pitch (feature spacing), feature shape, feature size (eg, groove or ridge) Width) and the orientation of the grid, but are not limited to these. In some examples, the various characteristics used for control may be characteristics near the origin of the light beam.
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もたらすように配置された複数の特徴部（すなわち、回折特徴部）として一般に定義される。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してもよい。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）を含んでいてもよい。他の例では、回折格子は、複数の特徴部の２次元（２Ｄ）アレイとしてもよい。例えば、回折格子は、材料表面の複数の突起（bump）の２Ｄアレイとしてもよい。 As used herein, a “diffraction grating” is generally defined as a plurality of features (ie, diffraction features) arranged to provide diffraction of light incident on the diffraction grating. In some examples, the plurality of features may be arranged periodically or quasi-periodically. For example, the diffraction grating may include a plurality of features (eg, a plurality of grooves in the material surface) arranged in a one-dimensional (1D) array. In other examples, the diffraction grating may be a two-dimensional (2D) array of features. For example, the diffraction grating may be a 2D array of a plurality of bumps on the material surface.
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もたらす構造体である。光がライトガイドから回折格子に入射すると、そこでもたらされる回折は、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）を方向変更する（redirect）かまたは変化させる。具体的には、回折の結果として、回折格子を出る光（すなわち、回折された光）は一般に、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。したがって、回折格子は、回折格子に入射する光を回折により方向変更する回折特徴部を含む構造体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には、回折格子は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すこともできる。 Thus, and by definition herein, a diffraction grating is a structure that provides diffraction of light incident on the diffraction grating. When light enters the diffraction grating from the light guide, the resulting diffraction can result in diffractive coupling, hence it is referred to as “diffractive coupling”, but the diffraction grating couples light out of the light guide by diffraction. Can be put out. The diffraction grating also redirects or changes the angle of light (ie, the diffraction angle) by diffraction. Specifically, as a result of diffraction, light exiting the diffraction grating (ie, diffracted light) generally has a propagation direction that is different from the propagation direction of the incident light. In this specification, the change in the propagation direction of light due to diffraction is referred to as “diffractive redirection”. Thus, a diffraction grating can be understood as a structure that includes a diffraction feature that redirects light incident on the diffraction grating by diffraction, and when light is incident from a light guide, the diffraction grating is a light guide. The light can also be coupled out by diffraction.
本明細書では特に、「回折カップリング」は、（例えば回折格子による）回折による、２つの材料の間の境界にわたる電磁波（例えば光）のカップリングとして定義される。例えば、回折格子は、ライトガイド内を伝播する光をライトガイドの境界にわたって回折カップリングすることによって、カップリングして外へ出すために用いられ得る。例えば、回折カップリングは、内部全反射（ライトガイド内で光を導波する）に実質的に打ち勝って（overcome）、光をカップリングして外へ出すことができる。同様に、「回折的方向変更」の定義は、回折の結果としての光の方向変更または光の伝播方向の変更である。回折的方向変更は、２つの材料の間の境界において回折が生じる場合（例えば、回折格子が境界にある場合）に、その境界において生じ得る。 In particular, “diffractive coupling” is defined herein as coupling of electromagnetic waves (eg, light) across a boundary between two materials by diffraction (eg, by a diffraction grating). For example, a diffraction grating can be used to couple out by diffracting light propagating in the light guide across the boundaries of the light guide. For example, diffractive coupling can substantially overcome total internal reflection (which guides light within the light guide) and couples the light out. Similarly, the definition of “diffractive redirection” is a change in the direction of light as a result of diffraction or a change in the direction of propagation of light. A diffractive redirection can occur at the boundary when diffraction occurs at the boundary between the two materials (eg, when the diffraction grating is at the boundary).
更に、本明細書における定義上、回折格子の複数の特徴部は、「回折特徴部」と呼ばれ、表面（例えば２つの材料間の境界）、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、表面内、または表面上の溝、隆線、穴、および突起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。例えばマルチビーム回折格子は、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、長方形輪郭、三角形輪郭、および鋸歯状輪郭のうちの１つまたは複数を含むがこれらに限定されない、回折をもたらす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。 Further, by definition herein, a plurality of features of a diffraction grating are referred to as “diffraction features” and are referred to as surfaces (eg, a boundary between two materials), within a surface, and on a surface (at, in and on )). This surface can be the surface of a light guide, for example. A diffractive feature can include any of a variety of structures that diffract light, including but not limited to grooves, ridges, holes, and protrusions on, in, or on a surface. . For example, a multi-beam diffraction grating can include a plurality of parallel grooves in the material surface. In another example, the diffraction grating can include a plurality of parallel ridges rising from the material surface. The diffractive features (eg, grooves, ridges, holes, protrusions, etc.) can have various cross-sectional shapes that provide diffraction, including but not limited to one or more of a rectangular outline, a triangular outline, and a serrated outline or It can have any of the contours.
本明細書における定義上、「マルチビーム回折格子」は、複数の光ビームを生成する回折格子である。いくつかの例では、マルチビーム回折格子は、「チャープ（chirped）」回折格子とすることができるかまたは「チャープ」回折格子を含むことができる。マルチビーム回折格子により生成される複数の光ビームは、上述のように角度成分｛θ，φ｝により表される異なる主極大角度方向を有することができる。具体的には、様々な例によれば、光ビームの各々は、マルチビーム回折格子による入射光の回折カップリングおよび回折的方向変更の結果として、所定の主極大角度方向を有することができる。例えば、マルチビーム回折格子は、８つの異なる主方向に８つの光ビームを生成することができる。様々な例によれば、上述のように、光ビームの仰角θは、マルチビーム回折格子の回折角θｍにより決定することができ、方位角φは、マルチビーム回折格子に入射する光の伝播方向に対する、光ビームの原点におけるマルチビーム回折格子の複数の特徴部の向きまたは回転に関連付けることができる。 As defined herein, a “multi-beam diffraction grating” is a diffraction grating that generates a plurality of light beams. In some examples, the multi-beam diffraction grating can be a “chirped” diffraction grating or can include a “chirped” diffraction grating. The plurality of light beams generated by the multi-beam diffraction grating can have different main maximum angular directions represented by the angle components {θ, φ} as described above. Specifically, according to various examples, each of the light beams can have a predetermined main maximum angular direction as a result of diffractive coupling and diffractive redirection of incident light by a multi-beam diffraction grating. For example, a multi-beam diffraction grating can generate eight light beams in eight different main directions. According to various examples, as described above, the elevation angle θ of the light beam can be determined by the diffraction angle θ m of the multi-beam diffraction grating, and the azimuth angle φ is the propagation of light incident on the multi-beam diffraction grating. It can be related to the orientation or rotation of the features of the multi-beam diffraction grating at the origin of the light beam relative to the direction.
様々な例によれば、局所的に周期的な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。 According to various examples, the diffraction angle θ m caused by a locally periodic transmissive diffraction grating can be given by equation (1) as follows:
本明細書では更に、「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。具体的には、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いてもよい。いくつかの例では、「ライトガイド」という用語は一般に、ライトガイドの誘電体材料と、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の内部全反射をもたらす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、内部全反射を更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いてもよい。コーティングは、例えば反射コーティングとしてもよい。様々な例によれば、ライトガイドは、平板（plate）またはスラブ（slab）ライトガイドおよびストリップ（strip）ライト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の任意のものとすることができる。 Further herein, a “light guide” is defined as a structure that guides light within the structure using total internal reflection. Specifically, the light guide may include a core that is substantially transparent at the operating wavelength of the light guide. In some examples, the term “light guide” generally refers to a dielectric that provides total internal reflection to guide light at the interface between the light guide dielectric material and the material or medium surrounding the light guide. Refers to a body optical waveguide. By definition, the condition for total internal reflection is that the refractive index of the light guide is greater than the refractive index of the surrounding medium adjacent to the surface of the light guide material. In some examples, the light guide may include a coating in addition to or instead of the refractive index difference described above to further facilitate total internal reflection. The coating may be, for example, a reflective coating. According to various examples, the light guide can be any of a number of light guides including, but not limited to, one or both of a plate or slab light guide and a strip light guide. Can be.
本明細書では更に、「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（piecewise）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。具体的には、平板ライトガイドは、ライトガイドの上面と下面と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。更に、本明細書における定義上、上面および下面は共に互いに隔てられ、個別的な意味で互いに実質的に平行である。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上にある（co-planar）。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（dimension）において曲線状としてもよい。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としてもよい。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。 Further herein, the term “flat plate” is defined as a piecewise or differentially planar layer or sheet when applied to a light guide, such as “flat light guide”. Is done. Specifically, a flat light guide is defined as a light guide configured to guide light in two substantially orthogonal directions bounded by the upper and lower surfaces of the light guide. Furthermore, by definition, the upper and lower surfaces are both separated from each other and are substantially parallel to each other in the individual sense. That is, in any individually small area of the flat light guide, the top and bottom surfaces are substantially parallel or co-planar. In some examples, the flat light guide may be substantially flat (eg, limited to a flat surface), so that the flat light guide is a flat light guide. In other examples, the flat light guide may be curved in one or two orthogonal dimensions. For example, the flat light guide may be curved in a single dimension to form a cylindrical flat light guide. However, in various examples, any curvature has a sufficiently large radius of curvature to ensure that total internal reflection within the flat light guide is maintained to guide light.
また更に、本明細書で用いられるとき、冠詞「ａ（１つ）」は、特許技術（patent art）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）」、「正面（front）」、「背面（back）」、「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一般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（tolerance range）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。更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。 Still further, as used herein, the article “a” is intended to have its ordinary meaning in the patent art, ie, “one or more”. To do. As used herein, for example, “(a) grating” means one or more gratings, and thus “the (one) grating” means “the one or more gratings”. (The grating (s)) ”. Further, in this specification, “top”, “bottom”, “upper”, “lower”, “up”, “down”, “ Any reference to “front”, “back”, “left”, or “right” is not intended to be limiting herein. As used herein, the term “about” when applied to a value generally means within the tolerance range of the instrument used to generate that value, or in some examples Means ± 10%, or ± 5%, or ± 1%, unless expressly specified otherwise. Furthermore, the examples herein are illustrative only and are presented for purposes of discussion and are not intended to be limiting.
図２Ａは、本明細書で説明する原理と一致した一例によるマルチビーム回折格子ベースのバックライト１００の斜視図を示す。図２Ｃは、本明細書で説明する原理と一致した一例による、図２Ａに示すマルチビーム回折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した別の例によるマルチビーム回折格子ベースのバックライト１００の断面図を示す。様々な例によれば、マルチビーム回折格子ベースのバックライト１００は、マルチビーム回折格子ベースのバックライト１００から離れるように方向付けられた複数の光ビーム１０２をもたらすように構成される。いくつかの例では、複数の光ビーム１０２は、電子ディスプレイの複数の画素を形成する。いくつかの例では、電子ディスプレイは、いわゆる「裸眼」３次元（３Ｄ）ディスプレイ（例えば、マルチビュー（multiview）ディスプレイ）である。 FIG. 2A shows a perspective view of a multi-beam diffraction grating based backlight 100 according to an example consistent with the principles described herein. FIG. 2C shows a cross-sectional view of the multi-beam diffraction grating based backlight 100 shown in FIG. 2A, according to an example consistent with the principles described herein. FIG. 2B shows a cross-sectional view of a multi-beam diffraction grating-based backlight 100 according to another example consistent with the principles described herein. According to various examples, the multi-beam diffraction grating-based backlight 100 is configured to provide a plurality of light beams 102 that are directed away from the multi-beam diffraction grating-based backlight 100. In some examples, the multiple light beams 102 form multiple pixels of an electronic display. In some examples, the electronic display is a so-called “naked eye” three-dimensional (3D) display (eg, a multiview display).
様々な例によれば、マルチビーム回折格子ベースのバックライト１００によりもたらされる複数の光ビームのうちの１つの光ビーム１０２は、複数の光ビームのうちの他の光ビーム１０２とは異なる主極大角度方向を有するように構成される（例えば、図２Ｂおよび図２Ｃを参照）。更に、その１つの光ビーム１０２は、所定の方向（主極大角度方向）と、比較的狭い角度拡がり（angular spread）の両方を有することができる。いくつかの例では、これらの光ビーム１０２は、（例えば、以下で説明するように１つのライトバルブ（light valve）により）個々に変調されてもよい。マルチビーム回折格子ベースのバックライト１００から離れるように異なる方向に方向付けられたこれらの光ビーム１０２の個々の変調は、例えば比較的厚い複数のライトバルブを使用した３Ｄ電子ディスプレイ用途に対して特に有用となり得る。 According to various examples, one light beam 102 of the plurality of light beams provided by the multibeam diffraction grating-based backlight 100 is different from the main maximum of the other light beams 102 of the plurality of light beams. Configured to have an angular orientation (see, eg, FIGS. 2B and 2C). Furthermore, the one light beam 102 can have both a predetermined direction (main maximal angle direction) and a relatively narrow angular spread. In some examples, these light beams 102 may be individually modulated (eg, by a single light valve as described below). Individual modulation of these light beams 102 directed in different directions away from the multi-beam grating-based backlight 100 is particularly useful for 3D electronic display applications using, for example, relatively thick multiple light valves. Can be useful.
図２Ａ〜図２Ｃに示すように、回折格子ベースのバックライト１００は、ライトガイド１１０を備えている。ライトガイド１１０は、光１０４を（例えば光源１３０から）導波するように構成されている。いくつかの例では、ライトガイド１１０は、内部全反射を用いて導波光１０４を導波する。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。 As shown in FIGS. 2A to 2C, the diffraction grating-based backlight 100 includes a light guide 110. The light guide 110 is configured to guide the light 104 (eg, from the light source 130). In some examples, the light guide 110 guides the guided light 104 using total internal reflection. For example, the light guide 110 may include a dielectric material configured as an optical waveguide. The dielectric material may have a first refractive index that is greater than the second refractive index of the medium surrounding the dielectric optical waveguide. For example, the refractive index difference is configured to facilitate total internal reflection of the guided light 104 by one or more guided modes of the light guide 110.
例えば、ライトガイド１１０は、（例えば、図２Ｂおよび図２Ｃの断面に示すように、かつ図２Ａの上部から示すように）光学的に透明な材料の、伸ばされて実質的に平面状のシートであるスラブまたは平板の光導波路としてもよい。誘電体材料の実質的に平面状のシートは、内部全反射により光１０４を導波するように構成されている。いくつかの例では、ライトガイド１１０は、ライトガイド１１０の表面の少なくとも一部分上にクラッド層を備えていてもよい（図示せず）。例えば、クラッド層は、内部全反射を更に容易にするために用いてもよい。 For example, the light guide 110 is an elongated, substantially planar sheet of optically transparent material (eg, as shown in the cross section of FIGS. 2B and 2C and from the top of FIG. 2A). It may be a slab or flat optical waveguide. The substantially planar sheet of dielectric material is configured to guide light 104 by total internal reflection. In some examples, the light guide 110 may include a cladding layer on at least a portion of the surface of the light guide 110 (not shown). For example, the cladding layer may be used to further facilitate total internal reflection.
いくつかの例では、光１０４は、ライトガイド１１０の長さに沿って伝播し導波されるように、ライトガイド１１０の端部（end）内へカップリングできる。例えば、レンズ、ミラー、およびプリズム（図示せず）のうちの１つまたは複数は、ライトガイド１１０の端部または縁部（edge）内への光のカップリングを容易にすることができる。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）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いてもよいし、またはこれらのうちの任意のもので形成されていてもよい。 In some examples, the light 104 can be coupled into the end of the light guide 110 so that it propagates and is guided along the length of the light guide 110. For example, one or more of lenses, mirrors, and prisms (not shown) can facilitate coupling of light into the ends or edges of the light guide 110. According to various examples, the optically transparent material of the light guide 110 can be various types of glass (eg, quartz glass, alkali aluminosilicate glass, borosilicate glass, etc.), and substantially optically transparent. May include any of a variety of dielectric materials including, but not limited to, any plastic or polymer (eg, poly (methyl methacrylate) or “acrylic glass”, polycarbonate, etc.), or It may be formed of any of these.
図２Ｂおよび図２Ｃに更に示すように、導波光１０４は、全体的に水平方向にライトガイド１１０に沿って伝播することができる。導波光１０４の伝播は、ライトガイド１１０内の様々な伝播光学ビームを表すいくつかの太線の水平の矢印として、図２Ｂにおいて左から右に示されている。図２Ｃは、やはりいくつかの水平の矢印として、右から左への導波光１０４の伝播を示している。例えば、これらの伝播する光ビームは、ライトガイド１１０の光学モードのうちの１つまたは複数に関連する伝播光の平面波を表すことができる。例えば、導波光１０４の伝播する光ビームは、内部全反射に起因した、ライトガイド１１０の材料（例えば誘電体）と周囲の媒体との間の境界面におけるライトガイド１１０の壁面からの「跳ね返り（bouncing）」または反射により伝播することができる。 As further shown in FIGS. 2B and 2C, the guided light 104 can propagate along the light guide 110 in a generally horizontal direction. The propagation of the guided light 104 is shown from left to right in FIG. 2B as several thick horizontal arrows representing the various propagating optical beams in the light guide 110. FIG. 2C shows the propagation of guided light 104 from right to left, again as several horizontal arrows. For example, these propagating light beams can represent a plane wave of propagating light associated with one or more of the light guide 110 optical modes. For example, the propagating light beam of the guided light 104 “bounces” from the wall surface of the light guide 110 at the interface between the light guide 110 material (eg, dielectric) and the surrounding medium due to total internal reflection. bouncing) "or reflection.
様々な例によれば、マルチビーム回折格子ベースのバックライト１００は、マルチビーム回折格子１２０を更に備える。マルチビーム回折格子１２０は、ライトガイド１１０の表面に配置され、回折カップリングによりまたは回折カップリングを用いて、ライトガイド１１０から導波光１０４の一部分または複数部分をカップリングして外へ出すように構成されている。具体的には、導波光１０４のカップリングして外へ出された部分は、複数の光ビーム１０２としてライトガイド表面から離れるように回折により方向変更される。上述のように、様々な例によれば、複数の光ビーム１０２の各々は、異なる主極大角度方向を有する。 According to various examples, the multi-beam diffraction grating based backlight 100 further comprises a multi-beam diffraction grating 120. The multi-beam diffraction grating 120 is disposed on the surface of the light guide 110 so that a part or parts of the guided light 104 are coupled out of the light guide 110 by or using diffractive coupling. It is configured. Specifically, the portions of the guided light 104 that have been coupled out are redirected by diffraction so as to leave the light guide surface as a plurality of light beams 102. As described above, according to various examples, each of the plurality of light beams 102 has a different main maximal angular direction.
具体的には、図２Ｃは、複数の光ビーム１０２を発散（diverge）するように示し、図２Ｂは、複数の光ビーム１０２を収束（converge）するように示している。例えば、光ビーム１０２が発散する（図２Ｃ）かまたは収束する（図２Ｂ）かは、導波光１０４の方向により決定できる。光ビーム１０２が発散しているいくつかの例では、発散する光ビーム１０２は、マルチビーム回折格子１２０のある距離だけ下または裏側に位置する「仮想」点（図示せず）から発散するように見え得る。同様に、いくつかの例によれば、収束する光ビーム１０２は、マルチビーム回折格子１２０の上または正面のある点（図示せず）に収束することができる。 Specifically, FIG. 2C shows a plurality of light beams 102 to diverge, and FIG. 2B shows a plurality of light beams 102 to converge. For example, whether the light beam 102 diverges ( FIG. 2C ) or converges ( FIG. 2B ) can be determined by the direction of the guided light 104. In some examples where the light beam 102 is diverging, the diverging light beam 102 diverges from a “virtual” point (not shown) that is located some distance below or behind the multi-beam diffraction grating 120. Can be seen. Similarly, according to some examples, the converging light beam 102 can converge to a point (not shown) on or in front of the multi-beam diffraction grating 120.
様々な例によれば、マルチビーム回折格子１２０は、回折をもたらす複数の回折特徴部１２２を備える。もたらされる回折は、ライトガイド１１０からの導波光１０４の回折カップリングを担う。例えば、マルチビーム回折格子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１１０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、互いに平行に配置してもよく、かつ少なくともある点では、マルチビーム回折格子１２０によりカップリングして外へ出される導波光１０４の伝播方向と垂直に配置してもよい。 According to various examples, the multi-beam diffraction grating 120 includes a plurality of diffraction features 122 that provide diffraction. The resulting diffraction is responsible for the diffractive coupling of the guided light 104 from the light guide 110. For example, the multi-beam diffraction grating 120 may include one or both of a plurality of grooves in the surface of the light guide 110 and a plurality of ridges protruding from the light guide surface 110 that serve as the diffraction feature 122. Good. These grooves and ridges may be arranged parallel to each other, and at least at some points, may be arranged perpendicular to the propagation direction of the guided light 104 that is coupled out by the multi-beam diffraction grating 120. Good.
いくつかの例では、これらの溝および隆線は、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、マルチビーム回折格子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、マルチビーム回折格子１２０は、ライトガイド１１０の表面を貫通する実質的に平行な複数の溝を含む。他の例では（図示せず）、マルチビーム回折格子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でもよい。例えば、回折格子１２０は、ライトガイド表面上に堆積されていてもよい。 In some examples, these grooves and ridges may be etched, milled, or molded into the surface, or pasted onto the surface. Therefore, the material of the multi-beam diffraction grating 120 may include the material of the light guide 110. As shown in FIG. 2A, the multi-beam diffraction grating 120 includes a plurality of substantially parallel grooves that penetrate the surface of the light guide 110. In other examples (not shown), the multi-beam diffraction grating 120 may be a film or layer affixed or fixed to the light guide surface. For example, the diffraction grating 120 may be deposited on the light guide surface.
様々な例によれば、マルチビーム回折格子１２０は、ライトガイド１１０の表面、表面上、または表面内に様々な構成で配置できる。例えば、マルチビーム回折格子１２０は、ライトガイド表面にわたって複数列および複数行に配置された複数の格子（例えば、マルチビーム回折格子）の１つの要素（member）とすることができる。別の例では、複数のマルチビーム回折格子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）に配置でき、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、複数のマルチビーム回折格子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散することができる。 According to various examples, the multi-beam diffraction grating 120 can be arranged in various configurations on the surface of the light guide 110, on the surface, or in the surface. For example, the multi-beam diffraction grating 120 can be a member of a plurality of gratings (eg, a multi-beam diffraction grating) arranged in multiple columns and multiple rows across the light guide surface. In another example, a plurality of multi-beam diffraction gratings 120 can be arranged in a plurality of groups (eg, one group of three gratings, each grating in this group associated with a different light color), and these groups are Can be arranged in multiple rows and multiple columns. In another example, the plurality of multi-beam diffraction gratings 120 can be distributed substantially randomly across the surface of the light guide 110.
いくつかの例によれば、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。図２Ａ〜図２Ｃ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複数の回折特徴部の回折間隔ｄを呈する（exhibit）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ｄ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１０４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θｍにおいて、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（例えば、上記の式（１）を参照されたい）。チャープのおかげで、チャープ回折格子１２０は、光ビーム１０２の仰角成分θの観点から、異なる主極大角度方向を有する複数の光ビーム１０２を生成することができる。 According to some examples, the multi-beam diffraction grating 120 may include a chirped diffraction grating 120. As shown in FIGS. 2A-2C, by definition, the chirped diffraction grating 120 exhibits or has a diffraction spacing d of a plurality of diffraction features that varies over the range or length of the chirped diffraction grating 120. It is. In the present specification, the changing diffraction interval d is called “chirp”. As a result, the guided light 104 coupled out of the light guide 110 by diffraction is emitted from the chirped diffraction grating 120 as a light beam 102 at different diffraction angles θ m corresponding to different origins across the chirped diffraction grating 120. Or radiated (see, for example, equation (1) above). Thanks to chirp, the chirped diffraction grating 120 can generate a plurality of light beams 102 having different main maximal angle directions from the viewpoint of the elevation angle component θ of the light beam 102.
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または呈することができる。したがって、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。例えば、図２Ｂおよび図２Ｃは、マルチビーム回折格子１２０を線形チャープ回折格子として示している。図示のように、複数の回折特徴部１２２は、マルチビーム回折格子１２０の第２の端部１２０’’では、第１の端部１２０’でよりも互いに近くにある。更に、図示の回折特徴部１２２の回折間隔ｄは、第１の端部１２０’から第２の端部１２０’’まで線形に変化する。 In some examples, the chirped diffraction grating 120 may have or exhibit a chirp with a diffraction spacing d that varies linearly with distance. Accordingly, the chirped diffraction grating 120 can be referred to as a “linear chirped” diffraction grating. For example, FIGS. 2B and 2C show the multi-beam diffraction grating 120 as a linear chirped diffraction grating. As shown, the plurality of diffraction features 122 are closer to each other at the second end 120 ″ of the multi-beam diffraction grating 120 than at the first end 120 ′. Furthermore, the diffraction spacing d of the illustrated diffraction feature 122 varies linearly from the first end 120 ′ to the second end 120 ″.
いくつかの例では、チャープ回折格子を含む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複数の光ビーム１０２は、導波光１０４が第１の端部１２０’から第２の端部１２０’’の方向に（例えば図２Ｂに示すように）伝播するときには、収束する（すなわち複数の収束光ビーム１０２となる）ことができる。代替的には、他の例によれば、導波光１０４が第２の端部１２０’’から第１の端部１２０’に（例えば図２Ｃに示すように）伝播するときには、複数の発散光ビーム１０２が生成され得る。 In some examples, the plurality of light beams 102 generated by coupling light out of the light guide 110 using a multi-beam diffraction grating 120 including a chirped diffraction grating, the guided light 104 is the first. when 'from the second end 120' of the end portion 120 in the direction of '(for example, as shown in FIG. 2B) propagation can be converged (that is, a plurality of focused light beam 102). Alternatively, according to another example, when the guided light 104 propagates from the second end 120 ″ to the first end 120 ′ (eg, as shown in FIG. 2C), a plurality of diverging lights. A beam 102 may be generated.
別の例では（図示せず）、チャープ回折格子１２０は、回折間隔ｄの非線形なチャープを呈していてもよい。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なチャープは、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、三角形また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。 In another example (not shown), the chirped diffraction grating 120 may exhibit a non-linear chirp with a diffraction spacing d. Various non-linear chirps that can be used to implement the chirped diffraction grating 120 include exponential chirps, logarithmic chirps, and other substantially non-uniform or random but still monotonically varying chirps, It is not limited to these. Non-monotonic chirps can be used, including but not limited to sinusoidal chirps, triangular or serrated chirps, and the like.
いくつかの例によれば、マルチビーム回折格子１２０内の複数の回折特徴部１２２は、導波光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１３０内の第１の点におけるこれらの回折特徴部１２２の向きは、別の点におけるこれらの回折特徴部１２２の向きとは異なっていてもよい。上述のように、いくつかの例によれば、光ビーム１０２の主極大角度方向｛θ，φ｝の方位角成分φは、光ビーム１０２の原点におけるこれらの回折特徴部１２２の方位配向角φｆにより決定されてもよいし、この方位配向角φｆ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内の複数の回折特徴部１２２の変化する向きは、少なくともそれらのそれぞれ方位角成分φの観点から、異なる主極大角度方向｛θ，φ｝を有する異なる光ビーム１０２を生成する。 According to some examples, the plurality of diffraction features 122 in the multi-beam diffraction grating 120 may have various orientations relative to the incident direction of the guided light 104. Specifically, the orientation of these diffraction features 122 at a first point in multi-beam diffraction grating 130 may be different from the orientation of these diffraction features 122 at another point. As described above, according to some examples, the azimuthal component φ in the main maximal angular direction {θ, φ} of the light beam 102 is the azimuthal orientation angle φ of these diffraction features 122 at the origin of the light beam 102. It may be determined by f or may correspond to this azimuth orientation angle φ f . Therefore, the changing directions of the plurality of diffraction features 122 in the multi-beam diffraction grating 120 are different light beams 102 having different main maximal angle directions {θ, φ} from the viewpoint of at least their respective azimuth angle components φ. Generate.
いくつかの例では、マルチビーム回折格子１２０は、曲線状のまたは全体的に曲線状の構成で配置された複数の回折特徴部１２２を含んでいてもよい。例えば、これらの回折特徴部１２２は、曲線の半径に沿って互いに離間された曲線状の複数の溝および曲線状の複数の隆線のうちの１つを含んでいてもよい。例えば図２Ａは、曲線状の離間された複数の溝として、曲線状の複数の回折特徴部１２２を示している。回折特徴部１２２の曲線に沿った異なる点において、曲線状の複数の回折特徴部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。具体的には、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。更に、特定の方位配向角φｆは、所定の点から放射された１つの光ビーム１０２の主極大角度方向｛θ，φ｝の対応する方位角成分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。この円は、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。 In some examples, the multi-beam diffraction grating 120 may include a plurality of diffraction features 122 arranged in a curvilinear or generally curvilinear configuration. For example, these diffractive features 122 may include one of a plurality of curved grooves and a plurality of curved ridges spaced from each other along a radius of the curve. For example, FIG. 2A shows a plurality of curved diffraction features 122 as a plurality of curved spaced apart grooves. At different points along the curve of the diffraction feature 122, the “under diffraction grating” of the multi-beam diffraction grating 120 associated with the plurality of curved diffraction features 122 has different azimuthal orientation angles φ f. Yes. Specifically, at a given point along the curved diffractive feature 122, the curve has a specific azimuthal orientation angle φ f that generally differs from another point along the curved diffractive feature 122. ing. Furthermore, the specific azimuth orientation angle φ f results in a corresponding azimuth component φ in the main maximum angular direction {θ, φ} of one light beam 102 emitted from a given point. In some examples, the curve of a diffractive feature (eg, groove, ridge, etc.) may represent a section of a circle. This circle may be flush with the light guide surface. In other examples, the curve may represent a section of an ellipse or another curvilinear shape that is coplanar with the light guide surface, for example.
他の例では、マルチビーム回折格子１２０は、「区分ごとに」曲線状である複数の回折特徴部１２２を含んでいてもよい。具体的には、１つの回折特徴部は、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内のその回折特徴部に沿った異なる点において、その回折特徴部は、依然として導波光１０４の入射方向に対して異なる角度に向けられてもよい。例えばこの回折特徴部１２２は、複数の実質的に直線の区画（segment）を含む１つの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、これらの区画の異なる角度は、併せて１つの曲線（例えば円の一区画）を近似していてもよい。以下で説明する図３を参照されたい。更に他の例では、これらの特徴部は、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、導波光の入射方向に対して異なる向きを有していてもよい。 In another example, the multi-beam diffraction grating 120 may include a plurality of diffraction features 122 that are curved “per section”. Specifically, a diffractive feature may not represent a substantially smooth or continuous curve by itself, but at different points along its diffractive feature within the multi-beam diffraction grating 120. The diffractive features may still be oriented at different angles with respect to the direction of incidence of the guided light 104. For example, the diffractive feature 122 may be a groove that includes a plurality of substantially straight segments, each segment having a different orientation than an adjacent segment. According to various examples, the different angles of these sections may together approximate one curve (eg, a section of a circle). Please refer to FIG. 3 described below. In yet another example, these features do not approximate a specific curve (eg, a circle or ellipse), but simply have different orientations relative to the direction of incidence of the guided light at different locations within the multi-beam diffraction grating 120. You may have.
いくつかの例では、マルチビーム回折格子１２０は、向きの異なる複数の回折特徴部１２２と、回折間隔ｄのチャープの両方を含んでいてもよい。具体的には、向きとこれらの回折特徴部１２２間の間隔ｄの両方が、マルチビーム回折格子１２０内の異なる点において変化していてもよい。例えば、マルチビーム回折格子１２０は、共に曲線状でありかつ曲線の半径の関数として間隔ｄが変化する複数の溝または複数の隆線を有する曲線状のチャープ回折格子１２０を含んでいてもよい。 In some examples, the multi-beam diffraction grating 120 may include both a plurality of diffractive features 122 with different orientations and a chirp with a diffraction spacing d. Specifically, both the orientation and the spacing d between these diffraction features 122 may change at different points in the multi-beam diffraction grating 120. For example, the multi-beam diffraction grating 120 may include a curved chirped diffraction grating 120 having a plurality of grooves or ridges that are both curved and vary in spacing d as a function of the radius of the curve.
図２Ａは、曲線状でかつチャープされた複数の回折特徴部１２２（例えば複数の溝または複数の隆線）を含むマルチビーム回折格子１２０（すなわち、曲線状のチャープ回折格子である）を示す。導波光１０４の例示の入射方向が、図２Ａでは１本の太線の矢印により示されている。図２Ａはまた、ライトガイド１１０の表面から離れるように向いた複数の矢印として、回折カップリングによりもたらされた複数の放射された光ビーム１０２を示している。図示のように、これらの光ビーム１０２は、複数の異なる主極大角度方向に放射される。具体的には、これらの放射された光ビーム１０２の異なる主極大角度方向は、図示のように、方位角および仰角の両方において異なる。図２Ａには、限定ではなく例として、６つの別々の光ビーム１０２が示されている。上述のように、いくつかの例によれば、回折特徴部１２２のチャープは、異なる主極大角度方向の仰角成分に対して大きく関与し得、これらの回折特徴部１２２の曲線は、方位角成分に対して大きく関与し得る。 FIG. 2A illustrates a multi-beam diffraction grating 120 (ie, a curved chirped diffraction grating) that includes a plurality of curved and chirped diffraction features 122 (eg, a plurality of grooves or a plurality of ridges). An exemplary direction of incidence of the guided light 104 is indicated by a single thick arrow in FIG. 2A. FIG. 2A also shows the emitted light beams 102 produced by the diffractive coupling as arrows pointing away from the surface of the light guide 110. As shown, these light beams 102 are emitted in a plurality of different main maximum angular directions. Specifically, the different principal maximum angular directions of these emitted light beams 102 are different in both azimuth and elevation as shown. FIG. 2A shows six separate light beams 102 by way of example and not limitation. As mentioned above, according to some examples, the chirp of the diffractive features 122 can be heavily involved in the elevation component of different main maximal angular directions, and the curves of these diffractive features 122 can be Can be greatly involved.
図３は、本明細書で説明する原理と一致した別の例によるマルチビーム回折格子１２０の平面図を示す。図示のように、マルチビーム回折格子１２０は、ライトガイド１１０の表面上にあり、区分ごとに曲線状でありかつチャープされた複数の回折特徴部１２２を含んでいる。図３では、導波光１０４の例示の入射方向は、太線の矢印により示されている。 FIG. 3 shows a plan view of a multi-beam diffraction grating 120 according to another example consistent with the principles described herein. As shown, the multi-beam diffraction grating 120 is on the surface of the light guide 110 and includes a plurality of diffraction features 122 that are curved and chirped for each section. In FIG. 3, an exemplary incident direction of the guided light 104 is indicated by a thick arrow.
図２Ｂおよび図２Ｃを再び参照すると、いくつかの例によれば、マルチビーム回折格子ベースのバックライト１００は、光源１３０を更に含んでいてもよい。光源１３０は、カップリングされてライトガイド１１０内へ入った（coupled into）ときに導波光１０４となる光を供給するように構成してもよい。様々な例では、光源１３０は、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１３０は、特定の色により表される狭帯域（narrowband）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。具体的には、この単色光の色は、特定の色域またはカラーモデル（例えば、赤−緑−青（ＲＧＢ）カラーモデル）の原色としてもよい。光源１３０は赤色ＬＥＤとしてもよく、単色光１０２は実質的に赤色となる。光源３０は緑色ＬＥＤとしてもよく、単色光１３０は実質的に緑色となる。光源１３０は青色ＬＥＤとしてもよく、単色光１３０は実質的に青色となる。他の例では、光源１３０により供給される光は、実質的に広帯域（broadband）のスペクトルを有する。例えば、光源１３０により生成される光は、白色光としてもよい。光源１３０は、白色光を生成する蛍光灯としてもよい。いくつかの例では、導波光１０４は、光源１３０からの光であって、カップリングされてライトガイド１１０の端部または縁部内へ入ったものであってもよい。例えば、レンズ（図示せず）は、光をカップリングしてライトガイド１１０の端部または縁部で、ライトガイド１１０内へ入れることを容易にすることができる。 Referring back to FIGS. 2B and 2C, according to some examples, the multi-beam diffraction grating-based backlight 100 may further include a light source 130. The light source 130 may be configured to supply light that becomes the guided light 104 when coupled into the light guide 110. In various examples, the light source 130 may be substantially any light source including, but not limited to, one or more of a light emitting diode (LED), a fluorescent lamp, and a laser. In some examples, the light source 130 may generate substantially monochromatic light having a narrowband spectrum represented by a particular color. Specifically, the color of the monochromatic light may be a primary color of a specific color gamut or color model (for example, a red-green-blue (RGB) color model). The light source 130 may be a red LED, and the monochromatic light 102 is substantially red. The light source 30 may be a green LED, and the monochromatic light 130 is substantially green. The light source 130 may be a blue LED, and the monochromatic light 130 is substantially blue. In other examples, the light provided by light source 130 has a substantially broadband spectrum. For example, the light generated by the light source 130 may be white light. The light source 130 may be a fluorescent lamp that generates white light. In some examples, the guided light 104 may be light from a light source 130 that is coupled into the end or edge of the light guide 110. For example, a lens (not shown) can facilitate coupling light into the light guide 110 at the end or edge of the light guide 110.
いくつかの例では、マルチビーム回折格子ベースのバックライト１００は、実質的に透明である。いくつかの例によれば、具体的には、ライトガイド１１０およびマルチビーム回折格子１２０の両方は、ライトガイド１１０内の導波光伝播の方向と直交する方向に光学的に透明としてもよい。例えば、光学的透明性は、回折格子ベースのバックライト１００の一方の側の物体を反対側から見ることを可能にし得る。 In some examples, the multi-beam diffraction grating based backlight 100 is substantially transparent. Specifically, according to some examples, both the light guide 110 and the multi-beam diffraction grating 120 may be optically transparent in a direction orthogonal to the direction of guided light propagation in the light guide 110. For example, optical transparency may allow an object on one side of the grating-based backlight 100 to be viewed from the opposite side.
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。様々な例によれば、電子ディスプレイは、変調された複数の光ビームを電子ディスプレイの複数の画素として放射するように構成される。更に、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付けられた、異なる「視像（view）」に対応することができる。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）表現をもたらすことができる。 In accordance with some examples of the principles described herein, an electronic display is provided. According to various examples, the electronic display is configured to emit a plurality of modulated light beams as a plurality of pixels of the electronic display. Further, in various examples, the emitted, modulated light beam may be preferentially directed toward the viewing direction of the electronic display as a light beam directed in a plurality of different directions. In some examples, the electronic display is a three-dimensional (3D) electronic display (eg, a naked eye 3D electronic display). According to various examples, different light beams that are modulated and directed in different directions can correspond to different “views” associated with a 3D electronic display. For example, different “views” can provide a “naked” (eg, autostereoscopic) representation of information displayed by a 3D electronic display.
図４は、本明細書で説明する原理と一致した一例による電子ディスプレイ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、変調された複数の光ビーム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、変調された光ビーム２０２は、図４では例としてかつ限定ではなく、発散するものとして（例えば収束するのと対照的に）示されている。 FIG. 4 shows a block diagram of an electronic display 200 according to an example consistent with the principles described herein. Specifically, the electronic display 200 shown in FIG. 4 is a 3D electronic display 200 (eg, a “naked eye” 3D electronic display) configured to emit a plurality of modulated light beams 202. The emitted, modulated light beam 202 is shown in FIG. 4 as an example and not as a limitation, but as diverging (eg, as opposed to converging).
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を備えている。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された複数の光ビーム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、マルチビーム回折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。 The 3D electronic display 200 shown in FIG. 4 includes a flat light guide 210 that guides light. The guided light in the flat light guide 210 is a light source that becomes a plurality of modulated light beams 202 emitted by the 3D electronic display 200. According to some examples, the flat light guide 210 can be substantially similar to the light guide 110 described above with respect to the multi-beam diffraction grating based backlight 100. For example, the flat light guide 210 may be a slab optical waveguide that is a planar sheet of dielectric material configured to guide light by total internal reflection.
図４に示す３Ｄ電子ディスプレイ２００は、マルチビーム回折格子２２０を更に備える。いくつかの例では、マルチビーム回折格子２２０は、上述のマルチビーム回折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と実質的に同様としてもよい。具体的には、マルチビーム回折格子２２０は、導波光の一部分を複数の光ビーム２０４としてカップリングして外へ出すように構成されている。更に、マルチビーム回折格子２２０は、これらの光ビーム２０４を対応する複数の異なる主極大角度方向に向けるように構成されている。いくつかの例では、マルチビーム回折格子２２０は、チャープ回折格子を含む。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。更に他の例では、マルチビーム回折格子２２０は、曲線状の回折特徴部を有するチャープ回折格子を含む。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、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し得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。 The 3D electronic display 200 shown in FIG. 4 further includes a multi-beam diffraction grating 220. In some examples, the multi-beam diffraction grating 220 may be substantially similar to the multi-beam diffraction grating 120 of the multi-beam diffraction grating-based backlight 100 described above. Specifically, the multi-beam diffraction grating 220 is configured to couple a part of the guided light as a plurality of light beams 204 and to exit. Furthermore, the multi-beam diffraction grating 220 is configured to direct these light beams 204 in a corresponding plurality of different main maximum angular directions. In some examples, multi-beam diffraction grating 220 includes a chirped diffraction grating. In some examples, the diffractive features (eg, grooves, ridges, etc.) of multi-beam diffraction grating 220 are curved diffractive features. In yet another example, the multi-beam diffraction grating 220 includes a chirped diffraction grating having a curved diffraction feature. For example, a curved diffractive feature may be a curved (ie, continuously curved or piecewise curved) ridge or groove and a curved shape that may vary as a function of distance across the multi-beam diffraction grating 220. Between the plurality of diffraction features.
図４に示すように、３Ｄ電子ディスプレイ２００は、ライトバルブアレイ２３０を更に備える。様々な例によれば、ライトバルブアレイ２３０は、複数の異なる方向に向けられた光ビーム２０４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２３０の複数のライトバルブは、異なる方向に向けられた複数の光ビーム２０４を変調して、３Ｄ電子ディスプレイ２００の画素である変調された複数の光ビーム２０２を供給する。更に、変調された、異なる方向に向けられた光ビーム２０２のうちの異なる光ビームが、３Ｄ電子ディスプレイの異なる視像に対応することができる。様々な例では、複数の液晶ライトバルブおよび複数の電気泳動ライトバルブを含むがこれらに限定されない、ライトバルブアレイ２３０の異なるタイプの複数のライトバルブを使用してもよい。図４では、光ビーム２０２の変調を強調するために破線が用いられている。 As shown in FIG. 4, the 3D electronic display 200 further includes a light valve array 230. According to various examples, the light valve array 230 includes a plurality of light valves configured to modulate a light beam 204 directed in a plurality of different directions. Specifically, the plurality of light valves of the light valve array 230 modulates a plurality of light beams 204 directed in different directions to provide a plurality of modulated light beams 202 that are pixels of the 3D electronic display 200. To do. Further, different light beams 202 that are modulated and directed in different directions can correspond to different views of the 3D electronic display. In various examples, different types of light valves of the light valve array 230 may be used, including but not limited to multiple liquid crystal light valves and multiple electrophoretic light valves. In FIG. 4, a dashed line is used to emphasize the modulation of the light beam 202.
様々な例によれば、３Ｄディスプレイ内で使用されるライトバルブアレイ２３０は、比較的厚くしてもよいし、または等価的にマルチビーム回折格子２２０から比較的大きな距離だけ離間されてもよい。いくつかの例では、ライトバルブアレイ２３０（例えば複数の液晶ライトバルブを用いたもの）は、マルチビーム回折格子２２０から離間されてもよいし、または等価的に約５０マイクロメートルより大きい厚さを有していてもよい。いくつかの例では、ライトバルブアレイ２３０は、マルチビーム回折格子２２０から離間されてもよいし、または約１００マイクロメートルより大きい厚さを有していてもよい。更に他の例では、その厚さまたは間隔は、約２００マイクロメートルより大きくしてもよい。本明細書で説明する原理の様々な例によれば、マルチビーム回折格子２２０は複数の異なる主極大角度方向に方向付けられた複数の光ビーム２０４を供給するので、比較的厚いライトバルブアレイ２３０またはマルチビーム回折格子２２０から離間されたライトバルブアレイ２３０を使用してもよい。いくつかの例では、比較的厚いライトバルブアレイ２３０は、市販されているものとしてもよい（例えば市販の液晶ライトバルブアレイ）。 According to various examples, the light valve array 230 used in the 3D display may be relatively thick, or equivalently, may be separated from the multi-beam diffraction grating 220 by a relatively large distance. In some examples, the light valve array 230 (eg, using multiple liquid crystal light valves) may be spaced from the multi-beam diffraction grating 220 or equivalently have a thickness greater than about 50 micrometers. You may have. In some examples, the light valve array 230 may be spaced from the multi-beam diffraction grating 220 or may have a thickness greater than about 100 micrometers. In yet other examples, the thickness or spacing may be greater than about 200 micrometers. In accordance with various examples of the principles described herein, the multi-beam diffraction grating 220 provides a plurality of light beams 204 directed in a plurality of different main maximal angular directions, so that the relatively thick light valve array 230. Alternatively, a light valve array 230 spaced from the multi-beam diffraction grating 220 may be used. In some examples, the relatively thick light valve array 230 may be commercially available (eg, a commercially available liquid crystal light valve array).
（例えば図４に示されるような）いくつかの例では、３Ｄ電子ディスプレイ２００は、光源２４０を更に備える。光源２４０は、平板ライトガイド２１０内を伝播する光を導波光として供給するように構成される。いくつかの例によれば、具体的には、導波光は、平板ライトガイド２１０の縁部内へカップリングされる光源２４０からの光である。いくつかの例では、光源２４０は、マルチビーム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１３０と実質的に同様である。例えば、光源２４０は、単色光を供給する特定の色（例えば赤、緑、青）のＬＥＤ、または、広帯域光（例えば白色光）を供給する蛍光灯などであるがこれらに限定されない広帯域光源を含んでいてもよい。 In some examples (eg, as shown in FIG. 4), the 3D electronic display 200 further comprises a light source 240. The light source 240 is configured to supply light propagating in the flat light guide 210 as guided light. Specifically, according to some examples, the guided light is light from a light source 240 that is coupled into the edge of the flat light guide 210. In some examples, the light source 240 is substantially similar to the light source 130 described above with respect to the multi-beam diffraction grating based backlight 100. For example, the light source 240 may be a specific color (eg, red, green, blue) LED that supplies monochromatic light, or a fluorescent light source that supplies broadband light (eg, white light), but is not limited thereto. May be included.
本明細書で説明する原理のいくつかの例によれば、電子ディスプレイの動作の方法が提供される。図５は、本明細書で説明する原理と一致した一例によ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。図示のように、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。いくつかの例では、ライトガイドおよび導波光は、マルチビーム回折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１０４と実質的に同様としてもよい。具体的には、いくつかの例では、ライトガイドは、内部全反射により導波光を導波してもよい（３１０）。更に、いくつかの例では、ライトガイドは、実質的に平面状の誘電体光導波路（例えば平板ライトガイド）としてもよい。 In accordance with some examples of the principles described herein, a method of operation of an electronic display is provided. FIG. 5 shows a flowchart of a method 300 of operation of an electronic display according to an example consistent with the principles described herein. As shown, the method 300 of operating an electronic display includes guiding 310 light within a light guide. In some examples, the light guide and guided light may be substantially similar to the light guide 110 and guided light 104 described above with respect to the multi-beam diffraction grating based backlight 100. Specifically, in some examples, the light guide may guide the guided light by total internal reflection (310). Further, in some examples, the light guide may be a substantially planar dielectric optical waveguide (eg, a flat light guide).
電子ディスプレイの動作の方法３００は、マルチビーム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を更に含む。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複数の溝、複数の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、マルチビーム回折格子は、マルチビーム回折格子ベースのバックライト１００に関して上述したマルチビーム回折格子１２０と実質的に同様である。具体的には、マルチビーム回折格子は、導波光の回折によりカップリングして外へ出された（３２０）部分から、複数の光ビームを生成する。 The method 300 of operating an electronic display further includes diffracting and coupling 320 a portion of the guided light using a multi-beam diffraction grating. According to various examples, the multi-beam diffraction grating is disposed on the surface of the light guide. For example, the multi-beam diffraction grating may be formed as a plurality of grooves, a plurality of ridges, etc. on the surface of the light guide. In other examples, the multi-beam diffraction grating may include a film on the light guide surface. In some examples, the multi-beam diffraction grating is substantially similar to the multi-beam diffraction grating 120 described above with respect to the multi-beam diffraction grating based backlight 100. Specifically, the multi-beam diffraction grating generates a plurality of light beams from the (320) portion that is coupled out by diffraction of guided light and exits.
電子ディスプレイの動作の方法３００は、ライトガイド表面から離れるように複数の光ビームを回折により方向変更すること３３０を更に含む。具体的には、表面から離れるように回折により方向変更された（３３０）複数のうちの１つの光ビームは、複数のうちの他の光ビームとは異なる主極大角度方向を有する。いくつかの例では、回折により方向変更された複数のうちの各々の光ビームは、複数のうちの他の光ビームに対して異なる主極大角度方向を有する。表面から離れるように光ビームを回折により方向変更すること３３０は、マルチビーム回折格子を更に使用する。様々な例によれば、マルチビーム回折格子を用いて異なる主極大角度方向において表面から離れるように複数の光ビームを回折により方向変更すること３３０は、マルチビーム回折格子ベースのバックライト１００に関して上述したマルチビーム回折格子１２０の動作と実質的に同様としてもよい。具体的には、この方法３００によれば、マルチビーム回折格子は、同時にまたは実質的に同時に、導波光を複数の光ビームとして回折によりカップリングして外へ出し（３２０）、回折により方向変更（３３０）してもよい。 The method 300 of operating the electronic display further includes redirecting 330 the plurality of light beams away from the light guide surface. Specifically, one of the plurality of light beams redirected (330) by diffraction away from the surface has a main maximal angular direction that is different from the other light beams of the plurality. In some examples, each light beam of the plurality redirected by diffraction has a different main maximum angular direction relative to the other light beams of the plurality. Redirecting the light beam away from the surface 330 by diffraction further uses a multi-beam diffraction grating. According to various examples, diffracting 330 a plurality of light beams away from the surface at different main maximal angle directions using a multi-beam diffraction grating 330 is described above with respect to the multi-beam diffraction grating-based backlight 100. The operation of the multi-beam diffraction grating 120 may be substantially the same. Specifically, according to this method 300, the multi-beam diffraction grating is coupled to the outside as a plurality of light beams by diffraction at the same time or substantially simultaneously (320), and the direction is changed by diffraction. (330).
いくつかの例では、電子ディスプレイの動作の方法３００は、複数の光ビームのうちの複数の光ビームを、対応する複数のライトバルブを用いて変調すること３４０を更に含む。具体的には、回折により方向変更された（３３０）複数の光ビームは、対応する複数のライトバルブを通過することにより、または対応する複数のライトバルブと別の方法で相互作用することにより変調される（３４０）。いくつかの例によれば、変調された光ビームは、３次元（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、変調された光ビームは、３Ｄ電子ディスプレイ（例えば裸眼３Ｄ電子ディスプレイ）の複数の視像をもたらすことができる。 In some examples, the method 300 of operating an electronic display further includes modulating 340 the plurality of light beams using the corresponding plurality of light valves. Specifically, diffraction-redirected (330) light beams are modulated by passing through corresponding light valves or otherwise interacting with the corresponding light valves. (340). According to some examples, the modulated light beam can form a pixel of a three-dimensional (3D) electronic display. For example, the modulated light beam can provide multiple views of a 3D electronic display (eg, a naked eye 3D electronic display).
いくつかの例では、複数の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、これらのライトバルブは、複数の液晶ライトバルブを含んでいてもよい。別の例では、これらのライトバルブは、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としてもよい。 In some examples, the plurality of light valves used to modulate 340 the plurality of light beams is substantially similar to the light valve array 230 described above with respect to the 3D electronic display 200. For example, these light valves may include a plurality of liquid crystal light valves. In another example, these light valves may be other types of light valves, including but not limited to electrowetting light valves and electrophoretic light valves.
このように、マルチビーム回折格子を使用して複数の異なる方向に向けられた光ビームを供給するマルチビーム回折格子ベースのバックライト、３Ｄ電子ディスプレイ、および電子ディスプレイの動作の方法の複数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。 Thus, for multiple examples of methods of operation of a multi-beam diffraction grating based backlight, 3D electronic display, and electronic display that uses a multi-beam diffraction grating to provide a plurality of differently directed light beams explained. It should be understood that the above-described examples are merely illustrative of some of the many specific examples that illustrate the principles described herein. Obviously, those skilled in the art can readily devise numerous other arrangements without departing from the scope defined by the appended claims.
１０ 光ビーム
１００ マルチビーム回折格子ベースのバックライト
１０２ 光ビーム
１０４ 導波光
１１０ ライトガイド
１２０ マルチビーム回折格子
１２０’ 第１の端部
１２０’’ 第２の端部
１２２ 回折特徴部
１３０ 光源
２００ 電子ディスプレイ
２０２ 変調された光ビーム
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 光源
ｄ 回折間隔
Ｐ 原点
θ 仰角成分
θｍ 回折角
φ 方位角成分
φｆ 方位配向角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light beam 100 Multi-beam diffraction grating based backlight 102 Light beam 104 Waveguide light 110 Light guide 120 Multi-beam diffraction grating 120 'First end 120''Second end 122 Diffraction feature 130 Light source 200 Electronic display 202 modulated light beam 204 light beam 210 flat light guide 220 multi-beam diffraction grating 230 light valve array 240 light source d diffraction interval P origin θ elevation angle component θ m diffraction angle φ azimuth angle component φ f azimuth orientation angle
Claims (15)
光源からの光を導波するライトガイドと、
前記ライトガイドの表面のマルチビーム回折格子であって、回折により前記導波光の一部分を回折して外へ出し、前記導波光の前記回折して外へ出された部分は、複数の光ビームとして前記ライトガイド表面から離れるように伝播し、前記複数の光ビームの１つの光ビームは、前記複数の光ビームの他の光ビームとは異なる主極大角度方向を有するように構成されている、マルチビーム回折格子と、
を備え、
前記複数の光ビームの異なる主極大角度方向が、マルチビューディスプレイの異なる視像の角度に対応している、バックライト。 A multi-beam diffraction grating based backlight,
A light guide for guiding light from a light source;
A multi-beam diffraction grating of said light guide surface, out to the outside by diffracting a portion of the guided light by diffraction, the diffracted issued to the outside portion of the guided light, the light beams the propagate away from the light guide surface as one of the light beams of the plurality of light beams are configured to have different main peak angular direction to the other light beam of the plurality of light beams, A multi-beam diffraction grating,
Equipped with a,
It said plurality of main peak angular direction different light beams, that correspond to different angles of viewing images of a multi-view display, the backlight.
光源からの光を導波する平板ライトガイドと、
複数のマルチビーム回折格子であって、前記複数のマルチビーム回折格子の１つの回折格子が、前記導波光の一部分を、前記マルチビューディスプレイの異なる視像（view（ビュー））に関連する、対応する複数の異なる主極大角度方向を有する複数の光ビームとして回折して外へ出すように構成されている、複数のマルチビーム回折格子と、
前記複数の光ビームの前記異なる方向に向けられた複数の光ビームを変調するライトバルブアレイと、
を備え、
前記変調された、異なる方向に向けられた複数の光ビームは、前記マルチビューディスプレイの前記異なる視像の画素を形成し、前記変調された、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、前記マルチビューディスプレイの異なる視像の異なる方向に対応する方向を有する、マルチビューディスプレイ。 A multi-view electronic display,
A flat light guide for guiding light from a light source;
A plurality of multi-beam diffraction gratings, wherein one of the plurality of multi-beam diffraction gratings relates a portion of the guided light to a different view of the multi-view display; a plurality of different diffraction to a plurality of light beams having a main maximum angular direction is configured Suyo go out to a plurality of multi-beam diffraction grating,
A light valve array for modulating a plurality of light beams directed to the different directions of the plurality of light beams,
With
The modulated plurality of light beams directed in different directions form pixels of the different views of the multi-view display, and different light of the modulated light beams directed in different directions. beam has a direction corresponding to the different directions of different viewing images of the multi-view display, the multi-view display.
ライトガイド内で光を導波することと、
前記ライトガイドの表面の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して外へ出して、複数の光ビームを生成することであって、前記複数の光ビームの各々の光ビームが、前記複数の光ビームの他の光ビームとは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伝播する、ことと、
を含み、
前記複数の光ビームのうちの複数の光ビームの前記異なる主極大角度方向は、全体として（collectively）、マルチビューディスプレイの異なる視像の角度に対応する異なる主極大角度方向を有する、方法。 A method of operation of an electronic display,
Guiding light within the light guide;
Out outside a portion of the guided light diffraction by folding using a multi-beam diffraction grating of said light guide surface, and generating a plurality of light beams, each light beam of the plurality of light beams Propagating away from the light guide surface in a main maximal angular direction different from other light beams of the plurality of light beams ;
It includes,
The different main maxima angular direction of the plurality of light beams of the plurality of light beams as a whole (collectively), with a different main peak angular direction corresponding to the different angles of view image of multi-view display method.
The method further comprises modulating the plurality of light beams using a corresponding plurality of light valves, the modulated plurality of light beams forming a plurality of pixels associated with the different views of the multi-view display. The method of operation of an electronic display according to claim 14.
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