TWI612351B - 具有反射隔板的單向格柵式背光板 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種單向格柵式背光板，其係包括一導光體，以及設置於該導光體的一表面的一繞射格柵。所述的導光體係用於引導一光束，所述的繞射格柵係利用繞射耦合的方式將導光束的一部分耦合出來，並且將耦合出的部分往遠離導光表面的主要角度方向定向成為一主光束。單向格柵式背光板進一步包括一反射隔板，所述的反射隔板係位在導光表面以及導光體的一相對表面之間，其係透過反射的方式將繞射產生的第二光束重新定向至主光束的方向並離開導光體。

Description

具有反射隔板的單向格柵式背光板
本發明屬於一種背光板；特別是屬於一種具有反射隔板的單向格柵式背光板。
對於種類廣泛的裝置及產品的使用者而言，電子顯示器是一個幾乎無處不在的媒體，用於傳播資訊給使用者。其中最常見的電子顯示器是陰極射線管(cathode ray tube,CRT)、電漿顯示面板(plasma display panels,PDP)、液晶顯示器(liquid crystal displays,LCD)、電致發光顯示器(electroluminescent displays,EL)、有機發光二極體(organic light emitting diode,OLED)和主動式有機發光二極體(active matrix OLEDs,AMOLED)顯示器、電泳顯示器(electrophoretic displays,EP)，以及各種採用機電或電流體光調變(例如，數位微鏡裝置、電潤濕顯示器等等)的顯示器。在一般情況下，電子顯示器可以分為主動顯示器(即，會發光的顯示器)或被動顯示器(即，調變由另一個光源提供的光的顯示器)的其中一者。在主動顯示器的分類中，最明顯的例子是CRTs、PDPs及OLEDs/AMOLEDs。另一方面，在上述以發射光進行分類的情況下，LCDs及EP顯示器一般是被歸類在被動顯示器的分類中。被動顯示器雖然經常表現出包括但不限於如固有的低功率消耗等具有吸引力的性能特徵，但由於其缺乏發光的能力，在許多實際應用中被動顯示器可能有使用上的限制。
為了克服與發射光相關聯的被動顯示器的使用限 制，許多被動顯示器係與一外部光源耦合。耦合光源可使這些被動顯示器發光，並使這些被動顯示器基本上發揮主動顯示器的功能。背光板即為這種耦合光源的例子之一。背光板是放在被動顯示器後面以照亮被動顯示器的光源(通常是面板光源)。舉例來說，背光板可以與LCD或EP顯示器耦合。背光板會發出可以穿過LCD或EP顯示器的光。發出的光會由LCD或EP顯示器調節，且經調節後的光會隨後依序地由LCD或EP顯示器射出。通常背光板係發出白色光。濾色器接著會將白光轉化成顯示器中使用的各種顏色的光。舉例來說，濾色器可以被設置在LCD或EP顯示器的輸出處(不太常見的配置)，或者可以被設置在背光板和LCD或EP顯示器之間。
下文的實施例係依據本發明的原理提供了一種電子顯示器的背光板，其係利用反射的方式進行第二光束的重新定向。更具體而言，如下文中所述，電子顯示器的單向背光板係利用一繞射格柵透過耦合的方式將光線引出導光體，並且將耦合出成為主光束的光往電子顯示器的一觀看方向定向。此外，導光體中設置有一反射隔板，其係透過反射將藉由繞射產生的第二光束往觀看方向重新定向離開背光板。在某些實施例中，主光束以及經反射而重新定向的第二光束係被結合，成為比主光束或比第二光束更為明亮的光束(即，具有較高強度的光束)。藉由加強所發出之光束的光照強度，本發明的電子顯示器可以具有更高的效率。
根據本發明的某些實施例，耦合出的光線，包括主光束以及經由反射而重新定向的第二光束，係構成定向至觀看方向的多條光束。此外，根據本發明中所描述的原理的各種實施例，主光束以及經由反射而重新定向的第二光束兩者係構成被耦合出的光束的結合，其可以具有與其他對之被耦合出的主光束與第二光束的結合不同的主要角度方向。在某些實施例中，包括各對的主光束以及第二光束之該些光束，係在觀看方向上構成或者提供 一光場。在某些實施例中，具有不同的主要角度方向的各對主要光束以及第二光束(又可以被稱為具有不同定向的光束或光束對)，可以被用來顯示三維資訊。舉例來說，不同定向的主光束以及第二光束對可以被調節並且作為「無玻璃」的三維電子顯示器的像素。
在本文中，「導光體」被定義為一種在其結構中使用全內部反射來引導光的結構。尤其，導光體可包括一核心，在導光體的操作波長中，該核心基本上是透明的。在一些實例中，「導光體」一詞一般指的是一介電質的光波導，其係利用全內部反射在導光體的介電質的物質和圍繞導光體的物質或介質之間的界面引導光。根據定義，全內部反射的條件是，該導光體的折射率大於相鄰於導光體物質表面的周圍介質的折射率。在一些實施例中，導光體可以在利用上述的折射率差之外另外包括一塗層，或者利用塗層取代前述的折射率差，藉此進一步促成全內部反射。舉例來說，該塗層可以是反射塗層。根據不同的實施例，導光體可以是數種導光體中的任一種，其可以包括但不限於，一平板或厚板的導光體及一條狀導光體的其中一者或兩者。
此外，在本文中，當「平板」一詞被應用於導光體中時，如「平板導光體」，其係被定義為一片狀、一差異平面層狀或一薄片。尤其，一平板導光體係被定義為在由導光體的上表面及下表面(換言之，兩個相對的表面)所界定的兩個大致正交的方向上引導光的一導光體。此外，在本說明書的定義中，上表面及下表面兩者間彼此隔開，且在某意義上兩者為大致彼此平行的表面。也就是說，在平板導光體的任何不同的小區域內，上表面和下表面是大致上為平行或共面的表面。在一些實例中，一平板導光體可以具有大致為平坦的結構(例如，限制在一個平面上)，因而使平板導光體成為平面導光體。在其它實施例中，平板導光體可以具有在一個或兩個正交維度中為彎曲的結構。例如，平板導光體可以具有在一單一維度中為彎曲的結構，以形成圓筒形的 平板導光體。然而，在各種實施例，任何曲率都需具有足夠大的曲率半徑，以確保平板導光體中能保持全內部反射來引導光。
根據本發明中的各個實施例，一繞射格柵(例如，一多光束繞射格柵)可以被用於將光打散，或者將光耦合出導光體(例如，平板導光體)而成為一主光束。一般來說，除了主光束以外，繞射格柵亦會產生一第二光束。根據本發明的各個實施例，主光束係被定向或者耦合出導光體，而經由繞射方式產生的第二光束則一般會由位於導光體中的繞射格柵定向回該導光體中。其中，由局部週期性且透射式的繞射格柵所提供之位於導光體表面的繞射角度θ m ，可以透過下列的方程式(1)得出：
Figure TWI612351BD00001
 其中，λ為光的波長，m為繞射階數，d是繞射格柵的複數個特徵之間的距離，θ i 是光入射在繞射格柵上的入射角度，而n是光入射到繞射格柵的一側(即，「光入射」側，或者光導引測)上的材料的折射率。為了精簡的目的，方程式(1)中將相對於光入射側的繞射格柵的一側上的折射率假設為1。一般來說，繞射階數m為正或負的整數。
根據本發明的各個實施例，透過繞射格柵產生之主光束的繞射角度θ m 可以由方程式(1)取得，其中，主光束的繞射角度具有正的繞射階數(即，m>0)，而第二光束的繞射角度θ m 可以具有負的繞射階數(即，m<0)。如上文中所提及之本說明書中的定義，「主光束」可以由具有正繞射階數之由繞射產生的光束所定義。此外，「第二光束」可以由具有負繞射階數之山繞射產生的光束所定義。
第1圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之繞射格柵10的剖面圖。作為範例，繞射格柵10可以位於一導光體的一表面。此外，第1圖中亦顯示了以一入射角度θ i 射入繞射格柵10的光束20。該圖中還顯示了由繞射格柵10以繞射方式 產生並且具有一繞射角度θ m (或者，主要角度方向)的一主光束30，以及由繞射格柵10以繞射方式產生並且具有一對應的(雖然為負數的)繞射角度θ- m 的一第二光束40；其中，主光束30以及第二光束40皆可以由方程式(1)得出。如圖所示，主光束30係與繞射階數m相對應，而第二光束40具有對應的負繞射階數-m。
在此，「繞射格柵」通常被定義為複數個結構特徵(即，繞射結構特徵)，用於提供入射於繞射格柵之光的繞射。在一些實例中，複數個結構特徵可以以週期性或準週期性的方式設置。舉例來說，繞射格柵可以包括佈置在一個一維陣列中之複數個結構特徵(例如，在一材料表面的複數個凹槽)。在其他實施例中，繞射格柵可以是結構特徵的二維陣列。例如，繞射格柵可以是在材料表面上的凸部的二維陣列。
因此，如本說明書中的定義，繞射格柵為一種結構，其可以提供入射於繞射格柵之光的繞射。如果光是由一導光體入射到繞射格柵上，其所提供的繞射或者繞射地散射可能導致並且因此可以被稱為「繞射耦合」，繞射耦合可以藉由繞射的方式將光耦合離開導光體。繞射格柵也藉由繞射的方式(即，以一繞射角度)重新定向或改變光的角度。尤其，由於繞射的緣故，離開繞射格柵的光(即，主光束以及第二光束的繞射光)通常具有與入射於繞射格柵的光(即，繞射光)的傳導方向不同的傳導方向。藉由繞射產生之光的傳導方向上的變化於本文中被稱為「繞射地重新定向」。因此，繞射格柵可被理解為經由繞射方式將入射在繞射格柵上的光重新定向之具有繞射特徵的結構，以及，如果光是由導光體射出，繞射格柵也可將來自導光體的光繞射地耦合出(如，在主光束的例子中)，並且可以透過繞射方式產生對應之定向進入導光體的光(例如，在第二光束的例子中)。
此外，如本說明書中的定義，繞射格柵的特徵係被稱為「繞射結構特徵」，並且可以是位在一表面、在一個表面之內、在一個表面之上(換言之，兩個材料之間的一邊界)的一個以上 的繞射結構特徵。舉例來說，該表面可以是一個導光體的一個表面。繞射結構特徵可包括任何種類的光繞射結構，其可以包含，但不限於，在表面、在表面內或在表面上的複數個凹槽、複數個脊部、複數個孔洞和複數個凸起。例如，繞射格柵可以包括在材料表面內的複數個平行的凹槽。在另一實例中，繞射格柵可以包括自材料表面上升突出的複數個平行的脊部。繞射結構特徵(例如，凹槽、脊部、孔洞、凸部等等)可以具有得以提供繞射功能之各種橫截面形狀或輪廓中的任一者，該些橫截面形狀或輸廓係包括但不限於：一矩形輪廓、一三角形輪廓和一鋸齒輪廓的其中一個或多個。
根據本發明中的定義，「多光束繞射格柵」是產生由繞射方式重新定向之光束(例如，繞射地耦合出的光)的繞射格柵，其中，由繞射方式重新定向之光束係包括複數條主光束。此外，如本發明之定義，由多光束繞射格柵所產生的該等主光束係具有彼此不同的主要角度方向。多光束繞射格柵亦可以透過繞射產生複數條第二光束。由多光束繞射格柵所產生的第二光束，一般係對應於該些主光束，並且具有與之對應的不同主要角度方向。更詳而言之，如本發明的定義，由於多光束繞射格柵對入射光進行繞射的緣故，該等主光束(或第二光束)中的一光束係具有與該等主光束(或第二光束)中的另一光束不同的一預定主要角度方向。舉例來說，該等主光束可能會包括具有八種不同主要角度方向的八條主光束。該八條光束的結合可以代表一光場。此外，多光束繞射格柵亦可以產生一組八條的第二光束，且八條第二光束共具有八種不同的主要角度方向。再者，其中一第二光束可以對應於該等主光束的其中一光束(換言之，該第二光束具有與該主光束的其中一光束相關連的主要角度方向)，且該等第二光束(當其被繞射地重新定向時，如下文中所述)可以與對應的該等主光束結合而成為或者增強該光場。根據本發明的各個實施例，各個主光束與第二光束的不同的主要角度方向，是由以下兩 個因素的結合所決定，該兩個因素分別為格柵柵距或間隔，以及多光束繞射格柵的繞射結構特徵在各個光束的起始點相對於入射在多光束繞射格柵上的光線的傳導方向的方向性或轉動。
根據本發明中所述的各個實施例，本發明係利用一繞射格柵(如，多光束繞射格柵)來產生代表電子顯示器之像素的耦合出的光。更詳而言之，繞射格柵藉由繞射方式將導光體的光耦合出而產生的主光束，可以代表或者對應於電子顯示器的一像素。此外，透過繞射產生並且經由反射而被重新定向的第二光束，亦可以對電子顯示器的像素做出貢獻。其中，導光體以及繞射格柵(換言之，多光束繞射格柵)可以為電子顯示器之一背光板的一部分，或者可以被與電子顯示器一起使用，該電子顯示器可以為但不限於「無玻璃」的三維電子顯示器(例如，也被稱為多視角或全像式顯示器，或者被稱為裸眼3D立體顯示器)。如上所述，由導光體利用多光束繞射格柵藉由繞射方式所產生之具有不同定向的光束，可以代表三維電子顯示器的像素。
在本文中，「光源」一詞係被定義為光的來源(例如，提供並且發出光線的裝置或元件)。舉例來說，光源可以為當啟動時會發出光線的發光二極體(light emitting diode,LED)。在此，光源可以為任何一種來源的光或光學發射器，其係包括但不限於，一個以上的LED、一雷射、一有機發光二極體(organic light emitting diode,OLED)、高分子發光二極體、等離子光學發射器、日光燈、白熾燈，以及任何其他視覺可見的燈光來源。由光源所產生的光線可以具有顏色(換言之，可以具有特定波長的光線)，或者可以具有一定範圍的波長(例如，白光)。
此外，在本說明書中所使用的冠詞「一」具有專利領域中的普遍含義，即，意指「一個或多個」。例如，「一格柵」指一個或多個格柵，更確切來說，「該格柵」於此意指「該(等)格柵」。此外，任何本文所指的「頂部」、「底部」、「上部」、「下部」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、或「右」並非意使其成為任何 限制。本文中，當應用到一個值時，除非有另外特別說明，「大約」一詞一般是指用於產生該值的設備的公差範圍內，或在一些實施例中，是指正負10%，或正負5%，或正負1%。再者，本說明書中的實施例旨在對本發明進行說明，並且是為了討論之目的呈現，而不應用於限制本發明。
10‧‧‧繞射格柵
20‧‧‧光束
30‧‧‧主光束
40‧‧‧第二光束
100‧‧‧單向格柵式背光板
102‧‧‧主光束
104‧‧‧導光/導光束/傳導方向
106、106’‧‧‧第二光束
110‧‧‧導光體
110’‧‧‧前表面
120‧‧‧繞射格柵/多光束繞射格柵
122‧‧‧繞射結構特徵
130‧‧‧反射隔板
200‧‧‧電子顯示器/三維電子顯示器
202‧‧‧調變光束
204‧‧‧主光束
206‧‧‧第二光束
210‧‧‧平板導光體
220‧‧‧多光束繞射格柵
230‧‧‧反射隔板/反射隔板陣列
232‧‧‧間隔
234‧‧‧反射條/金屬條
240‧‧‧光閥陣列
250‧‧‧光源
300‧‧‧電子顯示器的操作方法
310-340‧‧‧步驟
d‧‧‧繞射間隔
h‧‧‧分隔距離
P‧‧‧格柵柵距
W‧‧‧光束寬度
γ‧‧‧非零值傳導角度
□ f ‧‧‧方位角
θ m 、θ- m ‧‧‧繞射角度
θ i ‧‧‧入射角度
按照此說明書中描述的原理的示例的各種特徵，在參考附圖並結合下面的詳細描述下，可以被更容易地理解，其中，相似的標號表示相似的結構元件，且該些附圖包括：第1圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之一繞射格柵的剖面圖；第2A圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之單向格柵式背光板的剖面圖；第2B圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例之單向格柵式背光板的剖面圖；第2C圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之單向格柵式背光板的立體圖；第3圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之單向格柵式背光板的一部分的剖面圖，其中，第3圖中顯示了單向格柵式背光板中與促成導光束之傳播相關聯之部分的幾何形狀；第4圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之一電子顯示器的方塊圖；第5圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之一反射隔板陣列的俯視圖；以及第6圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之一電子顯示器的操作方法的流程圖。
在某些特定的例子可能會具有其他相較於上述圖式中的特徵 而言相同、額外或者可以將之取代的特徵。在下文中將參照圖式針對這些特徵以及其他的特徵進行詳細說明。
根據本發明所限定之原理的各個實施例，本發明係提供一種單向格柵式背光板。第2A圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之單向格柵式背光板100的剖面圖；第2B圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例之單向格柵式背光板100的剖面圖；第2C圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之單向格柵式背光板100的立體圖。根據本發明的各個實施例，透過繞射產生並且經由折射重新定向之第二光束係加強或者添加所發出光束的強度(例如，光場)，藉此增加單向格柵式背光板100的亮度。根據本發明的各個實施例，增加的亮度可以增強單向格柵式背光板100的效率。
舉例來說，如第2A圖-第2C圖所示，經由繞射地向外耦合之從單向格柵式背光板100發出的光，可以被用於形成或者提供複數條主光束102，且該等主光束102係被往遠離單向格柵式背光板100的一表面的方向定向。繞射地耦合出的光，是在單向格柵式背光板100中的導光104的一部分。提供繞射地耦合出的光的繞射，同時也以繞射的方式產生第二光束。根據本發明的各個實施例，第二光束經由反射的重新定向，可以增加或者加強主光束102的光照強度。
其中，主光束102可以被與經反射後重新定向的第二光束106(在圖中是以虛線箭頭顯示)結合，以形成或者提供單向格柵式背光板100的光場。此外，根據本發明中的某些實施例，由單向格柵式背光板100所提供之一主光束102以及與之對應的經由反射而重新導向的一第二光束106，可以分別與其他的主光束102以及其他經反射而重新定向的第二光束106具有不同的主要角度方向。在某些實例中，主光束102以及經反射而重新定向的第二光束106可以具有一預定方向(主要角度方向)，以及在光場中相對 較窄的一角展度。
在某些實施例中，單向格柵式背光板100可以為一電子顯示器的一光源或一背光。尤其，根據本發明的某些實施例，電子顯示器可以為一種俗稱的「無玻璃」的三維電子顯示器(例如，多視角顯示器或者裸眼3D立體顯示器)，其中，各個主光束102以及第二光束106係對應於或者代表三維顯示器的不同「視角」的像素。對於由單向格柵式背光板100所產生之光線的光照強度的增強，可以增加電子顯示器(例如，三維電子顯示器)的亮度。例如，主光束102的主要角度方向可以與經反射而重新導向的第二光束106的主要角度方向大致相似。因此，主光束102以及相對應之經反射而重新定向的第二光束106可以被大致地共同定向，或者可以大致具有相同的主要角度方向，此外，舉例來說，該主要角度方向可以與三維電子顯示器的一特定視角的角度方向相對應。如此一來，主要光束102以及第二光束106的結合便可以代表或者對應於三維電子顯示器的像素(或者等同於一視角)。再者，對應於主光束102以及第二光束106之結合的像素，會比僅僅包含主光束102的像素更亮。
在某些實施例中，可以對主光束102以及第二光束106兩者的結合進行調節(透過一光閥，如下文中所述)。對於不同組的主光束102、第二光束106之結合進行往遠離單向格柵式背光板100的不同角度方向的調節，對於動態三維電子顯示器應用程式而言特別有用。換言之，調變後往特定觀看方向定向之不同組的主光束102及第二光束106，可以代表三維電子顯示器中對應於特定觀看方向的動態像素。
如第2A圖至第2C圖所示，單向格柵式背光板100係包括一導光體110。尤其，根據本發明的某些實施例，導光體110可以為一平板導光體110。導光體110係用於將一光源(未顯示於第2A圖-第2C圖中)所發出的光引導成為導光104。舉例來說，導光體110可以具有作為光波導的一介電材料。該介電材料可以具有 一第一折射係數，該第一折射係數係大於環繞介電光波導的一介質的一第二折射係數。透過兩個材料的折射係數的差異，舉例來說，可以讓導光104根據導光體110之一個以上的引導模式達到完全內部反射。
在某些實施例中，光源的光可以沿著導光體110的一長度被引導成為導光束104。此外，導光體110可以以一非零值傳導角度對光線進行引導(即，導光束104)。舉例來說，導光束104可以藉由完全內部反射在導光體110中被以非零值傳導角度引導。
所述的非零值傳導角度，在此係被定義為相對於導光體110的一表面(例如，一頂部表面或者一底部表面)的角度。在某些實施例中，導光束104的非零值傳導角度可以介於大約10度以及大約50度之間；或者，在某些實例中，可以介於大約20度以及大約40度之間；或者，可以介於大約25度以及大約35度之間。舉例來說，所述的非零值傳導角度可以為大約30度。在其他的實例中，所述的非零值傳導角度可以大約為20度，或者大約為25度，或者大約為35度。
在某些實例中，從光源所發出的光束係被以非零值傳導角度(例如，大約30-35度)引入或者被耦合進入導光體110。在本發明中，可以透過一個或一個以上的透鏡、鏡子或類似的反射體(例如，傾斜的準直反射體)，以及一稜鏡(未顯示於圖中),來將光以非零值傳導角度的光束耦合進入導光體110的入射端。當被耦合進入導光體110後，導光束104會沿著導光體110中大致為遠離輸入端的方向傳導(如第2A圖以及第2B圖所示，沿著一X軸傳導)。此外，導光束104係以所述的非零值傳導角度反射或者在平板導光體110的頂部表面以及底部表面「彈跳」的方式傳導(例如，由圖中代表了導光束104的光線之加長且有角度的箭頭所示)。
根據本發明的某些實例，藉由將光耦合進入導光體110所產生的導光束104可以為一準直光束。其中，「準直光束」一詞之意義代表導光束104中的光線大致與導光束104中其他的光線 彼此平行。根據本說明書中的定義，與導光束104的準直光束偏離或者分散的光束，並不屬於該準直光束的一部分。舉例來說，產生準直導光束104的光線準直過程可以藉由將光線耦合進入導光體110的透鏡或者鏡子(例如，傾斜準直反射器等)來進行。
在某些實例中，導光體110可以為片狀或板狀的光波導，且該光波導可以包括一加長且大致為平面薄板狀的光學透明介電材料。所述之大致為平面薄板狀的介電材料，係透過完全內部反射來引導導光束104。根據本發明的各個實施例，導光體的光學透明材料可以包括各種不同的介電材料或者可以由各種不同的介電材料所形成，其中，該等介電材料可以包括但不限於，一種以上之各種種類的玻璃(例如，矽玻璃、鹼性矽酸鋁玻璃、硼矽玻璃等)，以及大致為光學透明的塑膠或高分子材料(例如，聚甲基丙烯酸甲酯或「壓克力玻璃」、聚碳酸等)。在某些實例中，導光體110可以進一步包括設置於導光體110的一表面(例如，頂部表面以及底部表面兩者的其中之一或者同時設置於上述兩者上)的至少一部分上的一披覆層(未顯示於圖中)。根據本發明的某些實例，披覆層可以被用於進一步促成上述的完全內部反射。
根據本發明的各個實施例，單向格柵式背光板100進一步包括一繞射格柵120。在某些實例中，繞射格柵120可以被設置在導光體110的一表面(例如，一前表面或者頂部表面)上，例如，如第2A圖以及第2B圖所示。在其他的實例中(未顯示於圖中)，繞射格柵120可以被設置在導光體110中。繞射格柵120係以繞射方式將導光束104打散或者將導光束104的一部分耦合出來做為一主光束102。繞射格柵102更進一步將主光束102以一預定主要角度方向往遠離導光表面的方向定向。主光束102的主要角度方向係具有一仰角以及一方位角。此外，根據本發明的各個實施例，所述的繞射格柵120係以繞射方式從導光束104中的另一部分產生一第二光束，如下文中所述。透過繞射方式產生的第二光束，係被以對應於主光束102的預定主要角度方向的一負主要角度方向 定向進入導光體110(例如，與被耦合出導光體110相反)。
根據本發明的各個實施例，繞射格柵120包括多個繞射結構特徵122，藉以提供繞射效果。所提供的繞射效果係負責將導光束104的一部分繞射耦合引出導光體110以作為主光束102。舉例來說，繞射格柵120可以採用在導光體110的一表面上設置有凹槽，或者在導光表面上設置有突出的脊部的兩種繞射結構特徵122的其中一者，或可以兩者一起並用。凹槽以及脊部可以是以彼此平行或者彼此大致平行的方式設置，並且，至少在某些位置點與被繞射格柵120耦合出來的導光束104的傳導方向垂直。
在某些實例中，該些凹槽或脊部是透過蝕刻、銑銷或者模製方式形成或者施加在該表面上。如此一來，繞射格柵120的材料可能會包括導光體110的材料。如第2A圖所示，舉例來說，繞射格柵120係包括形成在導光體110表面上大致平行的凹槽。在第2B圖中，繞射格柵120係包括從導光表面突出之彼此大致平行的脊部。在其他的實例中(未顯示於圖中)，繞射格柵120可以包括貼附於導光表面上的薄膜或貼層。
當繞射格柵120為多個繞射格柵120中的一構件時，根據本發明的各個實例，該等繞射格柵120可以被以各種不同的配置設置於導光體110的表面、設置於導光體110的表面上或者設置導光體110的表面中。舉例來說，該等繞射格柵120可以被以行列的形式橫跨該導光表面設置(例如，以一陣列的方式設置)。在另一實例中，該等繞射格柵120可以被以群組的方式設置(例如，三個格柵形成一群組，且該群組中的各個格柵分別與一不同顏色的光相關聯)，且該些群組可以被排列為行與列的形式。在另一實例中，該等繞射格柵120可以在導光體110的該表面上大致隨機的分布。
根據本發明的某些實施例，繞射格柵120本身為或者其係包括一多光束繞射格柵120。根據各個實施例，多光束繞射格柵120係藉由或者利用繞射耦合(例如，亦被稱為「繞射散射」) 的方式將導光束104的一部分從導光體110耦合出。舉例來說，導光束104的該部分可以被多光束繞射格柵120通過導光表面(例如，通過導光體110的頂部表面)繞射耦合出而成為主光束102(例如，如第2A圖以及第2B圖所示)。此外，由多光束繞射格柵120耦合出的該等主光束102係由多光束繞射格柵120定向往遠離導光表面的方向。根據本發明的各個實施例，該等主光束中的一主光束102具有與該等主光束中的其他主光束102不同的主要角度方向。根據本發明的各個實施例，由多光束繞射格柵120所耦合出的該等主光束102會共同構成單向格柵式背光板100的一光場。
進一步而言，多光束繞射格柵120可以藉由導光束104的另一部分的繞射而產生複數條第二光束。一般來說，透過繞射而產生的第二光束最初係被往遠離多光束繞射格柵120的方向定向，並且以與該等第二光束中的其他第二光束彼此不同的主要角度方向進入導光體110。由繞射產生的第二光束的主要角度方向分別具有仰角以及方位角。尤其，特定第二光束的主要角度方向的仰角的大小可以大致等於該等主光束中對應的一個主光束102的主要角度方向的仰角，但兩者具有相反的正負號。此外，特定第二光束的主要角度方向的方位角可以大致等於對應的主光束的主要角度方向的方位角(如，請參見第1圖)。舉例來說，具有60度仰角以及10度方位角的主要光束，其所對應之經由繞射產生的第二光束會具有-60度的仰角以及10度的方位角。
根據本發明的各個實施例，多光束繞射格柵120可以具有一啁啾式繞射格柵120。根據本說明書中的定義，「啁啾式」繞射格柵(“chirped”diffraction grating)120係展現或者具有隨著該啁啾式繞射格柵120的一定幅度或長度而改變之繞射結構特徵的繞射間隔，如第2A圖以及第2B圖所示。在此，隨之改變的繞射間隔係被稱為「啁啾」。如此一來，導光束104被繞射耦合出導光體110的部分係離開或者從啁啾式繞射格柵120被以不同的繞射角度發射出並成為主光束102，其中，該等繞射角度係指對應於橫跨 該啁啾式繞射格柵120上不同起點的繞射角度。相同地，經由繞射所產生的第二光束係以不同的繞射角度離開啁啾式繞射格柵120，且該等繞射角度同樣係對應於不同的起點。由本文中啁啾的定義可知，啁啾式繞射格柵120係對上述之耦合出的主光束102以及經由繞射產生的第二光束的預定且不同的主要角度方向。
在第2A圖-第2C圖中，多光束繞射格柵120為一啁啾式繞射格柵120。尤其，如圖所示，繞射結構特徵122在多光束繞射格柵120的第二端(例如，較為遠離光緣的一端)係比在第一端而言彼此更為靠近。此外，圖中所示的繞射結構特徵122之繞射間隔d從第一端到第二端隨之變化。在某些實例中，啁啾式繞射格柵120可能具有或者可能會展示出隨著距離而線性變化之啁啾的繞射間隔d(例如，請參見第2A圖-第2C圖)。如此一來，啁啾式繞射格柵又可以被稱為線性啁啾式繞射格柵，如圖中所示。
在另一實例中(未顯示於圖中)，啁啾式繞射格柵120可能會展現出繞射間隔d的非線性啁啾。用於實現啁啾式繞射格柵120的各種非線性啁啾可以包括但不限於，指數啁啾、對數啁啾，或者隨之改變的啁啾、大致不平均，或者隨機但單調的方式分布之啁啾。本發明中亦可以使用非單調式的啁啾，其係包括但不限於，正弦啁啾或三角啁啾或鋸齒啁啾。本發明中亦可以使用上述任何種類之啁啾的組合。
在某些實例中，透過多光束繞射格柵120將光線從導光體110耦合出而產生的主光束102，可能會在導光束104在導光體110中在多光束繞射格柵120的第一端往多光束繞射格柵120的第二端的方向(例如，在第2A圖中從左到右)傳導時產生偏離(換言之，偏離的主光束102)。根據其他的實例(未顯示於圖中)，作為替代方案，聚合的主光束102會在導光束104於導光體110中往反方向傳導時產生，換言之，從多光束繞射格柵120的第二端往第一端傳導時產生。類似地，經繞射而產生的第二光束(未顯示於第2A圖-第2C圖中)可能係對應地大致偏離或者大致聚合(儘管為大 致往進入導光體110的方向)。
請參照第2C圖，多光束繞射格柵120可以在導光體110的啁啾且彎曲的表面上、中設置有繞射結構特徵122。如第2C圖中標示為104的粗線箭頭所示，導光束104具有相對於多光束繞射格柵120以及導光體110的入射方向。該圖中亦顯示了多個耦合出或者發射出的主光束102在導光體110的表面指向遠離多光束繞射格柵120的方向。圖中所示的主光束102係往多個不同的預定主要角度方向射出。更詳而言之，如圖所示，所發出之主光束102的不同的預定主要角度方向之仰角以及方位角都不同(例如，藉此形成一光場)。根據本發明的各個實例，繞射結構特徵122之預先定義的啁啾以及繞射結構特徵的曲度，皆對所發出之主光束102的不同的預定主要角度方向做出貢獻。
舉例來說，由於彎曲的關係，多光束繞射格柵120中的繞射結構特徵122可以具有相對於導光束104的入射方向而言不相同的方位。尤其，繞射結構特徵122位於一第一點的方位或者位於多光束繞射格柵120中的方位，與繞射結構特徵122位於其他點或位置的方位不相同。根據本發明的某些實例，相對於耦合出或者發射出的光束102而言，主光束102的主要角度方向{θ,□}的方位分量□，可以由繞射結構特徵122在光束102的起點的方位角□ f 所決定。如此一來，至少以其各自的方位分量□而言，在多光束繞射格柵120中的繞射結構特徵122的改變方位會產生不同的主光束102，以及相對應之具有不同主要角度方向{θ,□}的第二光束。
尤其，在沿著繞射結構特徵122的曲線上的不同點處，多光束繞射格柵120中與彎曲的繞射結構特徵122的底層繞射格柵係具有不同的方位角□ f 。因此，在沿著繞射結構特徵122之曲線上的一定點處，該曲線會具有與沿著該等繞射結構特徵122之曲線上的另一點大致不同的特定方位角□ f 。此外，該特定方位角□ f 會造成從該點發出的主光束102的主要角度方向{θ,□}之對應的方位分量□。在某些實例中，繞射結構特徵(例如，凹槽、脊部等) 的曲線係代表了一圓形的區段。該圓形可以與導光表面共面。在其他的實例中，舉例來說，曲線亦可以代表與導光表面共面的一橢圓形或者其他彎曲形狀的一區段。
在其他的實例中，多光束繞射格柵120可以具有片段彎曲的繞射結構特徵。尤其，雖然繞射結構特徵的本身不一定為大致平順或者延續的曲線，但在多光束繞射格柵120中沿著繞射結構特徵的不同點處，繞射結構特徵仍然可以具有相對於導光束104的入射方向而言不同的角度的方位。舉例來說，繞射結構特徵122可以為包含有多段大致為直線區段的凹槽，且其中各個區段具有與相鄰之區段不相同的方位。綜而觀之，根據本發明的各個實例，該些區段的不同的角度會近似於一曲線(例如，圓形的一區段)。在本發明的另一實例中，繞射結構特徵122可能會僅僅在多光束繞射格柵120中的不同位置處具有相對於導光束104的入射方向而言不相同的方位，但其並不會近似於特定的曲線(例如，圓形或者橢圓形)。
如第2A圖以及第2B圖所示，單向格柵式背光板100係進一步包括一反射隔板130。根據本發明的各個實施例，所述反射隔板130是位於導光體110的前表面以及後表面(換言之，相對的表面)之間。在某些實施例中，反射隔板130係同時位於導光體110中(換言之，位於前表面與後表面之間)，並且明確地與前表面以及後表面之間間隔開來。
根據本發明的各個實施例，反射隔板130係透過反式的方式將由繞射格柵120繞射產生的第二光束重新定向。尤其，反射隔板130係透過反射方式將經由繞射產生的第二光束往被耦合出的主光束102的方向或者與之對應的方向重新定向。透過反射隔板130達成之經由反射的重新定向，會造成或者是產生經由反射而重新定向之可以從導光體110離開(例如，透過繞射格柵120)的第二光束106，如第2A圖至第2B圖中所示，其中，第2A圖至第2B圖中係利用虛線將該些第二光束106與主光束102做出區隔。
在某些實施例中，反射隔板130為包括有反射金屬層的金屬隔板130。金屬層可以為具有反射性或者經「拋光」過的金屬，其係包括但不限於，銀、金、鋁、鎳、鉻或者上述不同金屬的結合或合金。在其他的實例中，反射隔板130可以具有其他的反射隔板結構或者反射層，其係包括但不限於，布拉格鏡隔板，或者更準確地來說，分散式布拉格反射鏡(distributed Bragg reflector,DBR)隔板。根據本發明中的某些實施例，金屬層或者其他的反射隔板結構可以透過沉積(例如，利用真空沉積法)或者其他的方式設置於導光體110的一層上。導光體110的額外材料可以被添加至沉積金屬隔板層或者其他反射隔板結構的上方(例如，利用沉積、貼合等方式)，藉此將反射隔板130設置於導光體110中並且使其位於導光體110的前表面以及後表面之間。
如同本說明書中的定義，反射隔板130為分離的反射結構或反射層，其長度與寬度係比導光體110的長度與寬度更短。尤其，如同「隔板」一詞之涵義，反射隔板130並非為導光體110中相對於導光束104的傳導方向而言延續的薄膜或貼層。反之，反射隔板130具有限定的長度以及限定的寬度，在某些實例中，其長度與寬度係比導光體110的長度或寬度的其中一者或兩者小很多。在某些實施例中，反射隔板130的幅度或者尺寸大約與繞射格柵120的幅度或尺寸相同。在某些實施例中，反射隔板130可以與繞射格柵120橫向對齊。舉例來說，導光體110可以為平板導光體110，其中，繞射格柵120係位於前表面上，反射隔板130係位於其下方(例如，與前表面間隔開來)並且與繞射隔板120在與前表面平行的平面橫向對齊，如第2A圖以及第2B圖所示。舉例來說，繞射格柵120以及反射隔板130可以在垂直方向上對齊或者以垂直的方式堆疊，如圖所示。此外，作為本發明的實例之一，反射隔板130可以與堆疊在其上的繞射格柵120具有大約相同的尺寸，如第2A圖-第2B圖所示。
根據本發明的某些實施例，繞射格柵120以及反射隔 板130之間的一距離(例如，垂直距離或者分隔距離)，係以促進導光束104在導光體110中的傳導之目的而選定。舉例來說，當反射隔板的尺寸大約與繞射格柵的尺寸相同，且導光束104係以一非零值傳導角度γ傳導，繞射格柵120以及反射隔板130之間的分隔距離h可以被選定為，大致等於格柵柵距P的二分之一乘以非零值傳導角度γ的切線值。更具體來說，分隔距離h可以由下列的方程式(2)所得出：
Figure TWI612351BD00002
 其中，格柵柵距P為繞射格柵120以及相鄰之繞射格柵120之間的橫向間隔。
第3圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之單向格柵式背光板100的一部分的剖面圖，其中，第3圖中顯示了單向格柵式背光板100中與促成導光束104之傳播相關聯之部分的幾何形狀。其中，如第3圖所示，第3圖中顯示了位在導光體110的前表面110’之一對繞射格柵120的一部分，以及在各個繞射格柵120下方的與之對齊的一對反射隔板130的一部分。第3圖中亦顯示了由一對虛線所包夾之加長的箭頭，其代表具有非零值傳導角度γ的導光束104。在加長箭頭兩側任一側的虛線，代表導光束104的幅度或光束寬度W。利用格柵柵距P透過方程式(2)選擇繞射格柵120以及相關之反射隔板130之間的分隔距離h，導光束104的光束寬度W可以具有足夠照射繞射格柵120的寬度，其中，光束寬度W是由兩個反射隔板130之間的空間所示出。如第3圖所示，經反射重新定向的第二光束106係從反射隔板130的表面發出。其中，該些經反射而重新定向的第二光束106，為透過繞射產生的第二光束106’在反射隔板表面反射所產生的結果。為了簡潔以及清晰的目的，主光束102並未在第3圖中示出。
根據本發明的某些實施例，單向格柵式背光板100可以進一步包括一光源(並未顯示於第2A圖-第2C圖以及第3圖 中)。所述的光源可以在耦合進入導光體110時提供做為導光束104的光線。在本發明的各個實施例中，所述的光源基本上可以為各種類型的光源，其係包括但不限於上文中所述的光源種類，如，一個以上的LED，一日光燈以及一雷射。在某些實例中，光源可以產生基本上為單色的光，其可以具有代表特定顏色的窄頻光譜。在其他的實例中，光源所提供的光可以具有基本上為寬頻的光譜。舉例來說，由光源所產生的光可以為白光，且光源可以為日光燈。
根據本說明書中所述之原理的某些實施例，本發明亦提供一電子顯示器。在各個實施例中，電子顯示器係發出調變光束作為電子顯示器的像素。此外，在各個實例中，所發出之調變光束可以被定向至電子顯示器的一觀看方向，而成為多條具有不同定向的光束。在某些實例中，電子顯示器可以為一三維電子顯示器(例如，無玻璃的三維電子顯示器)。根據本發明中的各個實例，該等經調節後具有不同定向的光束中的不同者，可以對應於與三維電子顯示器相關聯的不同視角。舉例來說，不同的視角可以為三維電子顯示器所顯示的資訊提供「無玻璃」展示(如，裸眼3D立體顯示器)。
第4圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之一電子顯示器200的方塊圖。其中，第4圖中所顯示的電子顯示器200為一三維電子顯示器200(例如，「無玻璃」的三維電子顯示器)會發出調變光束202，該些調變光束202代表對應於三維電子顯示器200的不同視角之像素。該些調變光束202在第4圖中係以發散的形式繪製，但調變光束202的發散形式僅為示例，不應對本發明造成限制。
顯示於第4圖中的三維電子顯示器200包括用於引導光線的平板導光體210。在平板導光體210中被引導的光係成為由三維電子顯示器200所發出的調變光束202之光的來源。根據本發明的某些實例，平板導光體210可以大致與上文中所述之單向格柵 式背光板100的導光體110相似。舉例來說，平板導光體210可以為一片狀光波導，其可以為平板的介電材料，透過完全內部反射來引導光線。導光束可以被以非零值傳導角度作為光束傳導。再者，根據本發明的某些實施例，導光束可以為準直光束。
第4圖中所顯示的三維電子顯示器200，進一步包括了多光束繞射格柵220的一陣列。在某些實施例中，多光束繞射格柵220可以大致與上文中所述的單向格柵式背光板100的多光束繞射格柵120相似。更詳而言之，多光束繞射格柵220的陣列係用於將導光的一部份耦合出為複數條主光束204。此外，多光束繞射格柵220係將該等主光束204定向至相對應的複數個不同的主要角度方向，藉此構成一光場。
再者，在某本發明的某些實施例中，多光束繞射格柵220的陣列可以包括一啁啾繞射格柵。在某些實例中，多光束繞射格柵220的繞射結構特徵(例如，凹槽、脊部等)為具有曲度的繞射結構特徵。舉例來說，彎曲的繞射結構特徵可以包括彎曲的脊部或凹槽(換言之，具有連續曲度或者分塊彎曲的結構特徵)，以及具有隨著橫跨多光束繞射格柵220之陣列的距離而改變的彎曲繞射結構特徵之間的間隔。
如第4圖所示，三維電子顯示器200進一步包括了反射隔板陣列230。該些反射隔板230係位在平板導光體210之中。更詳而言之，根據本發明的某些實施例，反射隔板230可以位於平板導光體210的一前表面以及一後表面之間，並且與該前表面以及後表面間隔開來。再者，反射隔板陣列230係與多光束繞射格柵220的陣列共同設置或者與之對齊(例如，垂直堆疊)，以使每一個多光束繞射格柵220具有一個相對應的反射隔板230。每一個反射隔板230係透過反射的方式將經由繞射產生的第二光束從對應的多光束繞射格柵220重新定向。此外，反射隔板230係透過反射方式對繞射產生的第二光束重新定向。如此一來，多光束繞射格柵220便會將經反射而重新定向的第二光束引導出平板導光體210，並且 將其往該等耦合出的主光束的方向定向。透過上述方式，根據本發明的各個實施例，所形成的光場係包括主光束204以及經反射而重新定向的第二光束206。在某些實施例中，一主光束204以及相對應之經反射而重新定向的一第二光束206在光場中會具有大致相同的共同定向(例如，具有類似的主要角度方向)。
在本發明的某些實施例中，陣列中的反射隔板230係大致與上文中所述的單向格柵式背光板100的反射隔板130相似。舉例來說，反射隔板230可以具有一金屬隔板。此外，反射隔板230可以與對應的多光束繞射格柵220橫向(水平)對齊。在某些實施例中，反射隔板230的尺寸或者幅度可以大致與對應的多光束繞射隔板220的尺寸或幅度類似。再者，多光束繞射格柵220以及相對齊的反射隔板230之間的間隔，可以由上文中所提供的方程式(2)得出。
在本發明的某些實施例中，反射隔板230的反射率係沿著陣列的距離改變的方程式調節。舉例來說，反射隔板的反射率可以被調節為，各個反射隔板230的反射率會隨著反射隔板陣列230的長度而逐漸增加。舉例來說，增加的折射率可以作為平板導光體210的距離方程式來補償導光束的亮度流失。
第5圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之一反射隔板陣列230的俯視圖。如第5圖所示，反射隔板230的反射率係由一距離方程式(例如，第5圖中從左到右)透過間隔232來調節。更詳而言之，反射隔板陣列中的反射隔板230係包括反射條234(例如，反射材料或者金屬條)，該些反射條234之間係由間隔232(即，沒有設置反射材料或者金屬的地方)所隔開。選定的反射隔板230的反射率，是由間隔232的寬度相對於在對應的反射隔板230中於導光的傳導方向上(粗箭頭104)的反射條234的寬度所決定與調節。舉例來說，金屬條234的反射表面比間隔232更多的反射隔板230，相較於陣列中其他(金屬條234的)反射表面比間隔232少的反射隔板230而言，會具有更大的反射率。第5圖 中顯示了隨著傳導方向104上的距離，增加反射條234相對於間隔232的寬度後之增加的反射率。在另一實例中(未顯示於圖中)，反射率可以藉由改變對應的間隔與條體的數量來調變。在另外的一個實例中，可以利用隨著陣列之距離變化的方程式來改變反射隔板230的反射材料層的厚度或密度，藉此對反射率進行調變(例如，類似於半鍍銀鏡的形成方式)。除此之外，亦可以使用任何其他各種調變反射率的手段，其係包括但不限於，舉例來說，改變分散式布拉格反射鏡隔板層的數量。
請再次參見第4圖，三維電子顯示器200進一步包括一光閥陣列240。根據本發明的各個實例，光閥陣列240係包括複數個光閥，用於調變從平板導光體210耦合出之主光束204以及經反射而重新定向的第二光束206。更詳而言之，光閥陣列240中的光閥會對主光束204以及經反射而重新定向的第二光束206的結合進行調節，藉此提供調變光束202。調變光束202代表了三維電子顯示器200的像素。再者，調變光束202中的不同者係代表了三維電子顯示器的不同視角。在各個實例中，光閥陣列240中可以使用不同種類的光閥，其係包括但不限於，一個以上的液晶光閥以及電泳光閥。第4圖中所使用的虛線係以範例的方式強調調變光束202的調變。
在某些實例中(例如，如第4圖所示)，三維電子顯示器進一步包括一光源250。光源250係提供在平板導光體210中作為導光傳導的光。更詳而言之，根據本發明的某些實例，導光是從光源250被耦合進入平板導光體210的一邊緣的光。在某些實例中，光源250係大致與上文中所述的單向格柵式背光板100的光源相似。舉例來說，光源250可以具有可以提供單色光之特定顏色的LED，或者為可以提供寬頻光線(例如，白光)的寬頻光源，其係包括但不限於日光燈。
根據與本說明中所述的原理一致的某些實施例，本發明中亦提供了一種電子顯示器的操作方法。第6圖為顯示根據與 本發明所描述的原理一致的一實施例之一電子顯示器的操作方法300的流程圖。如第6圖所示，電子顯示器的操作方法300，係包括在導光體中引導光的步驟310。在某些實施例中，導光體以及導光可以大致與上文中所述的單向格柵式背光板100的導光體110與導光束104類似。更詳而言之，在某些實施例中，在步驟310中，導光體可以根據完全內部反射將導光引導為光束(例如，準直光束)。舉例來說，步驟310中可以以一非零值傳導角度引導光束。此外，在某些實施例中，導光體可以為大致平面的介電光波導(例如，平板導光體)。
電子顯示器的操作方法300進一步包括步驟320，其係利用繞射格柵透過繞射耦合的方式耦合出導光的一部分。在本發明的某些實施例中，繞射格柵為多光束繞射格柵，且利用繞射格柵透過繞射耦合的方式耦合出導光的一部分的步驟320係產生複數條被往遠離導光表面的方向定向的主光束。更詳而言之，根據本發明中的某些實施例，主光束可以被往遠離導光表面的方向以不同的主要角度方向定向，藉此形成一光場。在某些實例中，該等主光束係大致與上文中所述之單向格柵式背光板100以及三維電子顯示器200的主光束102、204相似。
根據本發明中的各個實例，多光束繞射格柵係設置於導光體的一表面。舉例來說，多光束繞射格柵可以被形成為導光體表面上的凹槽、脊部等。在其他的實例中，多光束繞射格柵可以為導光體表面上的薄膜。在某些實例中，繞射格柵，準確地來說，多光束繞射格柵係與上文中所述的單向格柵式背光板100的多光束繞射格柵120大致相似。在其他的實例中，繞射格柵可以被設置於其他的地方，設置的位置包括但不限於導光體中。根據本發明的某些實施例，構成光場的主光束可以對應於電子顯示器的像素。更詳而言之，該等主光束可以係對應於三維電子顯示器的不同視角的像素。
如第6圖所示，電子顯示器的操作方法300進一步包 括步驟330，透過反射的方式將第二光束重新定向至耦合出或者射出的主光束的方向。步驟330係透過反射方式將第二光束定向離開導光體(即，從導光體發射出)，並且，舉例來說，將其與主光束結合以增強所形成的光場(如，增強光場的亮度)。根據本發明的各個實施例，步驟330中係利用一反射隔板透過反射方式進行第二光束的重新定向。根據本發明中的各個實施例，第二光束係從導光中的另一部分繞射地產生，並且被多光束繞射格柵定向至該反射隔板。
在某些實施例中，反射隔板可以大致與上文中所述的單向格柵式背光板100的反射隔板130相似。更詳而言之，根據本發明的某些實施例，反射隔板係位在導光體中的一前表面以及一後表面之間，並且與該前表面與後表面間隔開來。此外，舉例來說，反射隔板可以為具有反射金屬層的金屬隔板。再者，反射隔板可以為反射隔板陣列中的其中一構件，該反射隔板陣列為與多繞射格柵陣列件隔開來並且橫向對齊(例如，垂直堆疊)的反射隔板陣列。在某些實例中，如上文中所述，反射隔板陣列中的反射隔板具有藉由依導光體中的導光的傳導方向上的距離變化之方程式調變的反射率。此外，步驟330中經反射而重新定向的第二光束可以大致與上文中所述的單向格柵式背光板100以及三維電子顯示器200之經反射而重新導向的第二光束106、206相似。
在某些實例中，本發明的電子顯示器的操作方法300係進一步包括步驟340，利用複數個光閥調變發出的主光束以及步驟330中的經反射而重新定向的第二光束。更詳而言之，包括發射出的該等主光束大致與相對應之發射出的該等第二光束的結合之所形成的光場，係藉由通過或者與對應的複數個光閥相互動而在步驟340中被調節。根據本發明的某些實施例，在步驟340中，被調變之所形成光場的主光束與第二光束可以形成電子顯示器(例如，三維電子顯示器)的像素。舉例來說，在步驟340中，被調變之所形成光場的主光束與第二光束可以為三維電子顯示器提供多 個不同的視角(例如，無玻璃的三維電子顯示器)。
在某些實施例中，在步驟340中調變主光束以及第二光束所使用的該等光閥，與上文中所述的三維電子顯示器200的光閥陣列240大致相似。舉例來說，該些光閥可以包括液晶光閥。在另一實例中，光閥可以為其他種類的光閥，其係包括但不限於，電潤濕光閥以及電泳光閥中的兩者或其中一者，或者該些光閥與液晶光閥或其他種類的光閥的組合。
因此，本發明中提供了單向格柵式背光板、三維電子顯示器以及電子顯示器操作方法的實例，該些裝置與方法中係透過反射將繞射產生的第二光束進行重新定向。熟知該領域的技術人士應當瞭解，上文中所敘述的實例僅為代表本發明之原理的眾多實例與實施例中的說明性範例。顯然地，熟知該領域的技術人士可以在不脫離本發明的申請專利範圍所限定之範疇的條件下做出多種其他的配置。
100‧‧‧單向格柵式背光板
102‧‧‧主光束
104‧‧‧導光/導光束/傳導方向
106‧‧‧第二光束
110‧‧‧導光體
120‧‧‧繞射格柵/多光束繞射格柵
122‧‧‧繞射結構特徵
130‧‧‧反射隔板
d‧‧‧繞射間隔

Claims (17)

  1. 一種單向格柵式背光板，包括：一導光體，以一非零值傳導角度引導一光束；一繞射格柵，位於該導光體的一導光表面，該繞射格柵係以繞射耦合的方式將所引導的該光束的一部分引出作為一主光束，並且將該主光束往遠離該導光體的該導光表面的一預定主要角度方向定向，其中，該繞射格柵係進一步以繞射方式產生一第二光束，並且將該第二光束定向進入該導光體中；以及一反射隔板，設置於該導光體中並且位於該導光體的該導光表面以及該導光體的一相對表面之間，該反射隔板係透過反射的方式將該第二光束重新定向至該主光束的方向並離開該導光體；其中，該反射隔板為一金屬隔板，且該金屬隔板具有一反射金屬層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的單向格柵式背光板，其中，該繞射格柵具有一多光束繞射格柵，其係以繞射耦合的方式將定向的該光束的該部分引出為複數條該主光束，該等主光束中的各個該主光束具有彼此不同的主要角度方向。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的單向格柵式背光板，其中，該多光束繞射格柵具有一啁啾式繞射格柵。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的單向格柵式背光板，其中，該多光束繞射格柵包括彼此隔開的複數個彎曲凹槽和複數個彎曲脊部的其中之一。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的單向格柵式背光板，其中，該等主光束的不同的主要角度方向係構成一光場，該光場係提供對應於一三維電子顯示器的不同視角之像素。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的單向格柵式背光板，其中，該導光體為一平板導光體，且該反射隔板係與該繞射格柵對齊。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的單向格柵式背光板，其中，該反射隔板的一幅度大致與該繞射格柵的一幅度相同，且該繞射格柵與該反射隔板之間的一距離係大致等於一光柵柵距的二分之一乘以所引導之該光束的該非零值傳導角度的切線值，其中，該光柵柵距為該導光表面上該繞射格柵以及一相鄰繞射格柵之間的一橫向距離。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的單向格柵式背光板，其中，一電子顯示器的一像素係包括該主光束以及經反射而重新定向的該第二光束之結合。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的單向格柵式背光板，進一步包括一光閥，用於調節該主光束以及經反射而重新定向的該第二光束的結合，該光閥係相鄰於設置有該繞射格柵的該導光表面。
  10. 一種三維電子顯示器，包括：一平板導光體，用於引導光；一多光束繞射格柵陣列，該多光束繞射格柵陣列中的一多光束繞射格柵係以繞射耦合的方式將該平板導光體所引導的光的一部分引出成為複數條主光束，且該等主光束係被定向至複數個不同的主要角度方向中對應的其中之一，藉此形成一光 場，其中，該多光束繞射格柵進一步以繞射的方式產生複數條第二光束，並且將該等第二光束引導進入該平板導光體；一反射隔板陣列，設置於該平板導光體中並且與該多光束繞射格柵陣列對齊，該反射隔板陣列中的一反射隔板係透過反射的方式將該等第二光束從該多光束繞射格柵陣列中相對齊的一個該多光束繞射格柵往該等主光束的方向重新定向；以及一光閥陣列，用於調節該等主光束以及經反射後重新定向的該等第二光束，其中，經調節的光束代表對應於該三維電子顯示器的不同視角的像素；其中，該反射隔板包括一金屬隔板。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的三維電子顯示器，其中，該多光束繞射格柵陣列中的該多光束繞射格柵包括具有彎曲繞射特徵的一啁啾式繞射格柵。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的三維電子顯示器，其中，該平板導光體係將光往一非零值傳導角度引導成為一準直光束。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的三維電子顯示器，其中，該等反射隔板的一反射率係被調節為沿著該反射隔板的距離變化之方程式。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的三維電子顯示器，其中，該反射隔板陣列的該等反射隔板係包括由複數個間隙所隔開的複數個反射條，該等反射隔板的該反射率係由該等間隙的一寬度相對於該等反射條的一寬度來調節。
  15. 如申請專利範圍第10項所述的三維電子顯示器，其中，該光閥陣列係包括複數個液晶光閥。
  16. 一種電子顯示器的操作方法，包括：在一導光體中以一非零值傳導角度引導一光束；利用一多光束繞射格柵將所引導的該光束的一部分以繞射耦合的方式引出並產生複數條主光束，且該等主光束以不同的主要角度方向被往遠離導光表面的方向定向，藉此形成一光場；以及利用位於該導光體的一前表面以及一後表面之間並且與該前表面與該後表面相隔開的一反射隔板，透過反射的方式將複數條第二光束往該等主光束的方向重新引導離開該導光體，該等第二光束係透過繞射的方式產生，並且由該多光束繞射格柵往該反射隔板的方向引導；其中，該反射隔板為一金屬隔板，且該金屬隔板具有一反射金屬層。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的電子顯示器的操作方法，進一步包括利用複數個光閥調節該等主光束以及經反射後重新定向的該等第二光束，經調節的該等主光束以及該等第二光束係構成對應於一三維電子顯示器的不同視角的像素。
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