TWI653493B - 彩色掃描格柵式背光板以及使用該背光板的電子顯示器 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種具有彩色掃描協定的彩色掃描格柵式背光板，其係被配置為在平板導光體的不同區域中提供不同顏色的光，並且提供一干預暗區域。彩色掃描格柵式背光板係包括平板導光體以及一繞射格柵，其中，繞射格柵係將導光束的一部分繞射耦合出成為以預定的主要角度方向往遠離平板導光體表面定向的耦合出光束。背光板係進一步包括一彩色光源，其係根據彩色掃描協定將不同顏色的光提供到平板導光體中成為導光束。提供到第一區域的第一顏色的光，是由干預暗區域以及平板導光體的光限制牆兩者的其中之一或者同時由兩者與提供到第二區域的第二顏色的光分離。

Description

彩色掃描格柵式背光板以及使用該背光板的電子顯示器
本發明屬於一種背光板；特別是一種彩色掃描格柵式背光板以及使用該背光板的電子顯示器。
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。
為了克服被動顯示器與發射光相關聯的使用限制，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顯示器調變，且經調變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採用彩色掃描的彩色電子顯示器背光板。尤其，本說明書中所描述的電子顯示器的背光板係採用了具有多個繞射格柵的導光體，藉以將光繞射地散射或耦合離開導光體，並且將耦合出的光往電子顯示器的觀看方向定向。此外，背光板係採用彩色光源的彩色掃描，藉此將不同顏色的光引入導光體。與彩色掃描一致，或者更具體來說，根據彩色掃描協定，不同顏色的引入光會於不同的條狀區域、帶或區域中在導光體中傳導，並且會被繞射地散射或耦合出成為各個不同顏色的耦合出光。再者，根據某些實施例，背光板的彩色掃描會在導光體中不同顏色的光傳導之間提供暗區域或暗帶。根據其他的實施例，相鄰的區域間係設置有光限制牆，用以將光侷限在特定的區域中。根據本發明的各個實施例，彩色掃描可以降低光閥在調變由背光板在彩色電子顯示器應用中所產生的光束時需要反應的速度。此外，暗區域以及光限制牆中的其中之一或者兩者都可以降低導光體中所傳導的彩色光洩入不同顏色的光的相鄰區域中，或者，可以在某些實例中完全杜絕這種情形發生。
根據本發明的各個實施例，由繞射格柵所產生的耦 合出光係形成往觀看方向定向的多條光束。根據與本發明的原理一致的各個實施例，該些光束可以具有不同的主要角度方向。更具體來說，該些光束可以形成或者提供在觀看方向上的光場。此外，該等光束中具有與其他光束不同的主要角度方向的一光束，例如，可以根據預定的彩色掃描協定在不同的時間點具有不同的顏色。尤其，在某些實施例中，在各個主要角度方向上的(該等光束的)各條光束，可以根據彩色掃描協定在不同的時間點具有不同的顏色。
根據各個實施例，不同顏色的光束可以代表多個主要顏色。此外，在某些實施例中，具有不同主要角度方向的光束(又被稱為「具有不同定向的光束」)並且在不同時間點具有不同顏色的光束可以被用來表示包括三維資訊等資訊。舉例來說，可以對具有不同定向以及不同顏色的光束進行調變，以使其成為一「裸眼」三維電子顯示器的彩色像素；下文中將會對此特徵進行更詳細的說明。
在本說明書中，「掃描協定」的定義為以時間函數利用光源來掃描導光體的光照的程序。舉例來說，掃描協定可以被定義為或者描述以時間函數將光源的某些部分、元件或者個別的光發射器開啟與關閉的程序。根據上述定義的延伸，在本說明書中，「彩色」掃描協定的定義為如何命令對來自彩色光源的不同顏色的光進行掃描(例如，被開啟與關閉)，藉以透過不同顏色的光來照射導光體的程序。在本說明書中，橫跨導光體的多個相鄰帶、條狀區或區域按照順序對不同顏色的光進行掃描的彩色掃描協定，係被定義為「序列」彩色掃描協定。
舉例來說，在具有一系列相鄰區域的導光體中，該些區域係依序從(1)標號至N，其中，N為大於1的整數。根據預定的序列彩色掃描協定所進行的彩色掃描，會指揮第一顏色(例如，紅色)進入導光體的相鄰區域的序列引入從區域1開始並且往區域N前進。可以藉由開啟發射第一顏色並且與對應區域相關聯(例如，用於照射該區域)的彩色光源的光發射器，來將第一 顏色的光引入對應的區域(例如，區域1)中。在到達區域N之後，彩色掃描協定可以進一步下令，藉由依序將與該顏色以及各個區域相關聯的光發射器關閉，依序從區域1開始往區域N依序將第一顏色移除。根據本明的各個實施例，在受到不同顏色照射的區域之間，係根據序列彩色掃描協定引入一暗區域(例如，在本說明書中的定義為大致未受到照射的區域)。
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。在各個實施例中，「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。在某些實施例中，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，並且根據本發明的某些實施例，至少在區隔的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。在某些實例中，一平板導光體可以具有大致為平坦的結構(即，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，以形成圓柱形的平板導光體。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。在此，「繞射格柵」通常被定義為複數個構造特徵(即，繞射結構特徵)，用於提供入射於繞射格柵之光的繞射。在某些實施例中，複數個構造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構造特徵(例如，在一材料表面的複數個凹槽)。在其他實例中，繞射格柵可以是構造特徵的二維陣列。舉例來說，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，繞射光)通常具有與入射於繞射格柵的光(即，入射光)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。
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、在一個表面之內或在一個表面之上(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。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一個以上的凹槽、脊部、孔洞和凸起。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，該些橫截面形狀或輪廓係包括但不限於：一正弦狀輪廓、一矩形輪廓(例如，一二元化繞射格柵)、一三角形輪廓和一鋸齒輪廓(例如，一閃耀光柵)的其中一個或多個。
根據本說明書中的定義，「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。此外，如本說明書中之定義，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。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耦合以及繞射地重新定向的緣故，該等光束中的一光束係具有與該等光束中的另一光束不同的一預定主要角度方向。該等光束可以代表一光場。舉例來說，該等光束可能會包括具有八種不同主要角度方向的八條光束。舉例來說，該八條光束的結合(即，該等光束)可以代表一光場。根據本發明的各個實施例，各條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，繞射格柵(如，多光束繞射格柵)所產生的耦合出的光係代表電子顯示器之像素。更詳而言之，用於產生具有不同主要角度方向之光束的具有多光束繞射格柵之導光體，可以為電子顯示器的背光板的一部分，或者可以為與電子顯示器一起使用的背光板的一部分，其中，該電子顯示器可以為但不限於「裸眼」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，利用多光束繞射格柵透過將倒光耦合出導光體所 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。再者，如上文中所述，具有不同定向的光束可以形成一光場。
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%。此外，舉例來說，「大致」一詞在本文中代表了大多數、幾乎全部或全部，或者代表落於大約51%至大約100%之間的範圍中的值。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。
100‧‧‧彩色掃描格柵式背光板
102‧‧‧光束/耦合出光束
104‧‧‧光束/導光/導光束
110‧‧‧導光體/平板導光體
112‧‧‧區域/第一區域
114‧‧‧區域/第二區域
116、116’‧‧‧區域/暗區域/干預暗區域
118‧‧‧區域/第三區域
120‧‧‧繞射格柵/多光束繞射格柵/啁啾式繞射格柵
120’‧‧‧第一端
120”‧‧‧第二端
122‧‧‧繞射結構特徵
130‧‧‧光源/彩色光源
132‧‧‧光發射器
132’‧‧‧光發射器
140‧‧‧相鄰的帶狀或條狀區域
142‧‧‧光限制牆
200‧‧‧彩色電子顯示器/三維彩色電子顯示器
202‧‧‧光束/調變光束
204‧‧‧耦合出光束
210‧‧‧平板導光體
220‧‧‧多光束繞射格柵
230‧‧‧光閥陣列
240‧‧‧光源掃瞄器
250‧‧‧彩色光源
260‧‧‧訊框緩衝器
300‧‧‧彩色電子顯示器的操作方法
310-360‧‧‧步驟
d‧‧‧繞射間隔
θ‧‧‧角度
‧‧‧方位分量
‧‧‧方位角
按照此說明書中所描述的原理之各種示例性特徵，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1A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彩色掃描格柵式背光板的範例的立體圖；第1B圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之彩色掃描格柵式背光板的範例的剖面圖；第1C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彩色掃描格柵式背光板的範例的剖面圖；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具有一多光束繞射格柵的彩色掃描格柵式背光板的一部分的範例的剖面圖； 第2B圖為顯示第2A圖中根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之具有多光束繞射格柵的彩色掃描格柵式背光板的範例的立體圖；第3A圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之彩色掃描格柵式背光板的範例的平面圖；第3B圖為顯示第3A圖中根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之彩色掃描格柵式背光板的範例的平面圖；第3C圖為顯示第3B圖中根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之彩色掃描格柵式背光板的範例的平面圖；第3D圖為顯示第3C圖中根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之彩色掃描格柵式背光板的範例的平面圖；第4A圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之具有光限制牆的彩色掃描格柵式背光板的範例的立體圖；第4B圖為顯示第4A圖中根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之具有光限制牆的彩色掃描格柵式背光板的範例的平面圖；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的三維彩色電子顯示器的範例的方塊圖；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的彩色電子顯示器的操作方法的流程圖。
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，本發明係提供了一種彩色掃描格柵式背光板。第1A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彩色掃描格柵式背光板100的範例的立體圖。第1B圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之彩色掃描格柵式背光板100的範例的剖面圖。第1C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彩色掃描格柵式背光板100的範例的剖面圖。彩色掃描係用於產生由彩色掃描格柵式背光板100所發出的多種顏色的光。更詳而言之，彩色掃描格柵式背光板100係根據彩色掃描協定的指揮產生多條具有不同顏色的光束102。該等光束中的各個光束102係根據彩色掃描格柵式背光板100所採用的彩色掃描而具有不同的顏色。該些具有不同顏色的光束102可以形成電子顯示器的觀看方向上的光場。此外，根據本發明的各個實施例，具有不同顏色的該些光束102可以對應於採用彩色掃描格柵式背光板100的電子顯示器的彩色資訊。
尤其，如上文中所述，由彩色掃描格柵式背光板100所提供的該等光束102中(以及光場中)的其中一光束102，可以具有與該等光束中的其他光束102不同的主要角度方向。此外，該光束102在該光場中可以同時具有預定的方向(主要角度方向)，並且具有相對狹窄的角分散。相對於在三維彩色電子顯示器中的應用，光束102的主要角度方向可以對應於三維彩色電子顯示器的特定視角的角度方向。透過此種配置，根據本發明的某些實施例，光束102可以代表或對應於三維彩色電子顯示器的一像素。
在其他的實施例中(並未明確地顯示於第1A圖-第1C圖中)，該些不同顏色的光束可以具有大致相似的預定主要角度方向。具有相似定向的不同顏色的光束一般不會形成一光場，取而代之地，會代表由彩色掃描格柵式背光板所發出的大致單向的光。舉例來說，具有相似定向的光束可以被用來作為二維彩色顯示器的背光。
根據本說明書中的原理的各個實施例，彩色掃描係提供該些光束102被配置所呈現的不同顏色。換言之，在不同的時間點，特定的光束102可以代表不同顏色的光。彩色掃描可以改變特定光束102的顏色，使得特定的光束102被配置為提供或展現各種的顏色。此外，根據本發明的各個實施例，彩色掃描可以依序改變該等光束中的各個光束102的顏色，使得彩色掃描格柵式背光板100的各種顏色都得以被展現。如此，透過彩色掃描的功能，由彩色掃描格柵式背光板100所產生的該些光束102係在預定的時段內呈現所有的顏色。
在某些實施例中，可以對由彩色掃描所產生的該等光束102進行調變(例如，透過下文中所述的光閥)。舉例來說，對具有不同角度方向往遠離彩色掃描格柵式背光板100的方向定向的光束102的調變，對於動態三維彩色電子顯示器的應用來說係特別有用的。換言之，具有各種不同顏色並且往特定的觀看方向定向的個別的經調變的光束102，可以代表三維電子顯示器對應於該特定觀看方向的動態彩色像素。此外，在某些實施例中，當光束102大致為單向時，可以支援動態的二維彩色電子顯示器應用。
如第1A圖-第1C圖所示，彩色掃描格柵式背光板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係用於將光(例如從下文中所述的光源130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。在本說明書中，為了在討論時不喪失通用性，導光體110係被稱為平板導光體110。
在某些實施例中，光係被引導成為光束104。舉例來說，可以沿著平板導光體110的一長度引導光束104。此外，平 板導光體110可以以一非零值傳導角度引導光(即，導光束104)。舉例來說，導光束104可以藉由完全內部反射在平板導光體110中被以非零值傳導角度引導(例如，成為光束)。
所述的非零值傳導角度，在此係被定義為相對於平板導光體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。
在某些實施例中，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平板導光體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平板導光體110的入射端。當被耦合進入平板導光體110後，導光束104會沿著平板導光體110中大致遠離輸入端的方向傳導(如第1A圖-第1C圖中沿著一X軸的粗箭頭所示)。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，藉由將光耦合進入平板導光體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平板導光體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(例如，平板導光體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，平板導光體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，彩色掃描格柵式背光板100進一步包括一繞射格柵120。尤其，彩色掃描格柵式背光板100可以包括有多個繞射格柵120。舉例來說，該些繞射格柵120可以被排列為或者可以代表繞射格柵120的陣列。如第1A圖-第1C圖中所示，該些繞射格柵120係位於平板導光體110的一表面上(例如，一前表面或頂部表面上)。在其他的實例中(未顯示於圖中)，該些繞射格柵120可以被設置在平板導光體110中。在更進一步的其他實例中(未顯示於圖中)，一個以上的繞射格柵120可以被設置於平板導光體110的底部表面或後表面上。
根據本發明的各個實施例，繞射格柵120係利用繞射耦合的方式(又被稱為「繞射地散射」)散射或耦合出導光束104的一部分。導光束104的該部分可以由繞射格柵120通過導光體表面(例如，通過平板導光體110的頂部表面)繞射地耦合出。此外，繞射格柵120係將導光束102的部分繞射耦合出而成為耦合出光束(在第1B圖-第1C圖中係顯示為光束102)。根據本發明的各個實施例，耦合出光束102係被以預定主要角度方向往遠 離導光體表面的方向定向。更詳而言之，導光束104的耦合出的部分係由該等繞射格柵120以繞射的方式往遠離導光體表面的方向重新定向成為複數條光束102。如上文中所述，根據本發明的某些實例，該等光束中的各個光束102可以具有不同的主要角度方向，且該等光束可以代表一光場。根據其他的實施例，該等光束中的各個光束102可以具有大致相同的主要角度方向，且相對於具有不同主要角度方向的該等光束所代表的光場，該等光束可以代表大致單向的光。
根據本發明的各個實施例，繞射格柵120包括用於(即，提供繞射效果)的多個繞射結構特徵122。所提供的繞射效果係負責將導光束104的一部分繞射耦合出平板導光體110而成為光束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的材料可能會包括平板導光體110的材料。如第1B圖所示，舉例來說，繞射格柵120係包括形成在平板導光體110表面上大致平行的凹槽。在第1C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。
該等繞射格柵120中的繞射格柵120可以被以各種不同的配置設置於平板導光體110的表面、設置於平板導光體110的表面上或者設置平板導光體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，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可以在平板導光體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。例如，全部或大致全部的該些繞射格柵120都可以為多光束繞射格柵120(即，複數個多光束繞射格柵120)。導光束104的該部分可以被多光束繞射格柵120繞射耦合出而成為複數條光束102(例如，如第1B圖以及第1C圖所示)；其中，該等光束的其中一光束102係具有與該等光束中的其他光束102不相同的主要角度方向。根據本發明的各個實施例，由多光束繞射格柵120所耦合出的該等光束102會共同構成一光場。
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。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被繞射耦合出平板導光體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。由本文中啁啾的定義可知，啁啾式繞射格柵120係對上述之該等光束的耦合出光束102的預定且不同的主要角度方向造成貢獻。
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具有多光束繞射格柵120的彩色掃描格柵式背光板100的一部分的範例的剖面圖。第2B圖為顯示第2A圖中根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之具有多光束繞射格柵120的彩色掃描格柵式背光板100的範例的立體圖。作為本發明的範例而非限制，第2A圖中顯示的多光束繞射格柵120係包括位在平板導光體110的表面中的凹槽。舉例來說，第2A圖中顯示的多光束繞射格柵120可以代表第1B圖中所顯示的凹槽式的繞射格柵 120的其中之一。
在第2A圖-第2B圖中(同時也由第1B圖-第1C圖以範例而非限制的方式所示)，多光束繞射格柵120為一啁啾式繞射格柵。尤其，如圖所示，繞射結構特徵122在多光束繞射格柵120的第一端120’係比在第二端120”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120’到第二端120”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。如此一來，啁啾式繞射格柵可以被稱為「線性啁啾式」繞射格柵。
在某些實例中，利用多光束繞射格柵120將光線從平板導光體110耦合出而產生的光束102，可能會在導光束104在平板導光體110中從多光束繞射格柵120的第一端120’往多光束繞射格柵120的第二端120”的方向(例如，如第2A圖所示)傳導時產生偏離(換言之，偏離的光束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120”往第一端120’傳導時產生。
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、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。
如第2B圖所示，多光束繞射格柵120可以在平板導光體110的啁啾且彎曲的表面(即，多光束繞射格柵120為彎曲的啁啾式繞射格柵)上、中設置有繞射結構特徵122(例如，凹槽或脊部)。如第2B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以及平板導光體110的入射方向。該圖中亦顯示了多個耦合出或者發射出的光束102在平板導 光體110的表面指向遠離多光束繞射格柵120的方向。圖中所示的光束102係往多個不同的預定主角度方向射出。更詳而言之，如圖所示，所發出之光束102的不同的預定主角度方向之仰角以及方位角都不同(換言之，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，皆對所發出之光束102的不同的預定主角度方向做出貢獻。
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，光束102的主角度方向{θ,}的方位分量，可以由繞射結構特徵122在光束102的起點(即，入射的導光104被耦合出的點)的方位角所決定。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的改變方位會產生具有不同主角度方向{θ,}之不同的光束102。
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。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。此外，該特定方位角會造成從該點發出的光束102的主角度方向{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)。然而，在本發明的其他實例中，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)。
請再次參照第1A圖-第1C圖，根據本發明的某些實施例，彩色掃描格柵式背光板100係進一步包括一光源130(即，作為導光束104的來源)。更詳而言之，彩色掃描格柵式背光板100係進一步包括一彩色光源130。彩色光源130係將光提供給平板導光體110作為導光104，即，作為導光束104。換言之，根據本發明的各個實施例，當由彩色光源130所提供的光被耦合進入平板導光體110時，便會成為導光束104。
此外，彩色光源130係根據一彩色掃描協定提供成為導光束104的光。更詳而言之，如本說明書中的定義，根據所述的彩色掃描協定，在平板導光體110的第一區域中所提供的第一顏色的光，係由平板導光體110中的一干預暗區域與在平板導光體110的第二區域中所提供的第二顏色的光分離。此外，如本說明書中的定義，平板導光體110的干預「暗」區域，係被定義為在平板導光體中彩色光源130提供少量光線或者幾乎沒有提供光線的區域。換言之，暗區域是平板導光體110中大致上未受到彩色光源130照射的區域，或者，至少在特定的時間點上刻意不受到彩色光源130照射的區域(即，雖然是由於彩色掃描協定的掃描而造成的緣故，但該暗區域在另一時間點時不一定會維持在暗的狀態中)。舉例來說，彩色光源130對應於特定的平板導光體區域的光發射器可以被關閉，藉以創造所述的暗區域。再者，所述的暗區域在本說明書之所以定義為「干預」暗區域，是因為所 述的暗區域係介於平板導光體中分別由第一顏色以及第二顏色的光所照射的區域之間。
在本發明的各個實施例中，彩色光源130可以包括大致為任何種類的彩色光，其可以包括但不限於，多個發光二極體(light-emitting diode,LED)以及一雷射。在某些實施例中，彩色光源130可以產生由特定的顏色所表示之具有窄帶光譜的大致單色的光。尤其，所述的特定顏色可以為或者可以代表一主要顏色。舉例來說，彩色光源130可以產生複數個代表多種主要顏色的不同顏色的光。舉例來說，該些主要顏色可以包括紅色光、綠色光以及藍色光。此外，主要顏色可以為根據一色彩模型所選定的主要顏色，其中，所述的色彩模型可以包括但不限於，用於支援彩色電子顯示器的色域的紅-綠-藍(Red-Green-Blue,RGB)色彩模型。
因此，根據本發明的某些實施例，彩色光源130可以包括有多種顏色的光發射器132，例如，LEDs。舉例來說，該些彩色光發射器可以代表彩色電子顯示器的主要顏色中的不同顏色。尤其，舉例來說，該些LEDs可以包括有用於產生RGB色彩模型中的紅色光的紅色LED、用於產生綠色光的綠色LED，以及用於產生藍色光的藍色LED。彩色光源130係包括沿著平板導光體110的邊緣設置的光發射器132的線性陣列，如第1A圖中所示。舉例來說，圖中所顯示的每一個光發射器132，可以包括有一紅色LED、一綠色LED以及一藍色LED。作為本發明的範例而非限制，圖中也以虛線在平板導光體110上顯示了複數個與光發射器132的線性陣列對齊的相鄰區域(即，圖中顯示為狹長的長方形帶或條狀區域)。舉例來說，平板導光體110的各個區域係由與該些區域對齊的對應光發射器132所照射，藉以為各個區域提供RGB色彩模型的紅色光、綠色光以及藍色光。
根據本發明的某些實施例，彩色光源130的彩色掃描協定可以包括選擇性地掃描彩色光源130的光發射器132的不同的顏色，藉以從第一區域至最後區域依序照射橫跨平板導光體 上的不同區域，並且在不同顏色的區域之間提供干預暗區域。在另一實例中，彩色掃描協定可以掃描光發射器132的不同顏色，並且以不按照順序的方式(例如，隨機的方式)依時間函數照射不同的區域。此外，如第1A圖中所示，平板導光體110包括第一區域、第二區域以及干預暗區域的該些區域，可以包括橫跨平板導光體並且往遠離彩色光源的方向延伸的一個以上的大致平行帶或者條狀區域。彩色光源130可以被設置於平板導光體110的一邊緣並且與其耦接，其中，舉例來說，平板導光體110的該邊緣係對應於大致平行帶或條狀區域形成各個區域的輸入端。
第3A圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之彩色掃描格柵式背光板100的範例的平面圖。第3B圖為顯示第3A圖中根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之彩色掃描格柵式背光板100的範例的平面圖。第3C圖為顯示第3B圖中根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之彩色掃描格柵式背光板100的範例的平面圖。第3D圖為顯示第3C圖中根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之彩色掃描格柵式背光板100的範例的平面圖。更具體來說，第3A圖-第3D圖中所顯示的平面圖，係依照時間順序表示彩色光源130所採用的彩色掃描協定的範例，如下文中所述。
第3A圖-第3D圖中所顯示的彩色掃描格柵式背光板100係包括了平板導光體110以及彩色光源130。平板導光體110係包括繞射格柵的陣列；為了圖式的清晰性，繞射格柵的陣列並未在圖中示出，僅在說明書中進行討論。彩色光源130係包括多個光發射器132，以及在第3A圖-第3D圖中以虛線顯示為大致平行帶或條狀區域的平板導光體110的對應的多個區域。如圖中所示，各個光發射器132係用以照射或者將光線提供至代表平板導光體區域的該些大致平行帶或條狀區域中的不同者。
在第3A圖中，平板導光體110的一第一區域112是由彩色光源130以第一顏色(例如，紅色)的光照射，並且作為本發明的範例而非限制，是以第一網狀圖案標示於該些相鄰的 帶狀區域上。虛線係勾勒出該些平行帶。此外，在第3A圖中，平板導光體110的一第二區域114係由彩色光源130以第二顏色(例如，綠色)的光照射，並且作為本發明的範例而非限制，是以第二網狀圖案標示於該些相鄰的帶狀區域上。作為範例，在第3A圖中，從光發射器132延伸出去的箭頭係代表從彩色光源130被耦合進入平板導光體110而成為導光束並照射區域112、114的光。作為範例，第一區域112以及第二區域114個別包括了大致平行帶的不同子集合。此外，彩色光源的光發射器132的對應的子集合，係分別用於照射第一區域112以及第二區域114，如圖中所示。
第3A圖中進一步顯示了位於第一區域112以及第二區域114之間的一區域116，其中，區域116中沒有標示任何的網狀圖案，藉以代表干預暗區域116。可以藉由關閉與第一區域112以及第二區域114的分別的平行帶之間的平行帶對應的彩色光源130的光發射器132’，來提供所述的干預暗區域116。舉例來說，第3A圖中所顯示的彩色掃描格柵式背光板100，係對應於彩色掃描協定中的第一時段。如圖中所示，彩色掃描協定可以按照第3A圖中從區域114往區域112以粗箭頭所指示的掃描方向，依序地掃描彩色光源130的不同顏色的光發射器。
第3B圖中係根據圖中的粗箭頭所示的掃描方向，顯示了彩色掃描協定的第二時段。尤其，如第3B圖所示，根據彩色掃描協定進行的掃描過程係向前推進，而第一區域112、第二區域114以及干預暗區域116係同時沿著平板導光體110的寬度方向移動(例如，如第一區域112以及第二區域114之間的粗箭頭所示)。所述的掃描係包括以下步驟的至少其中之一：改變由光發射器132所發出的光的顏色；以及，將之前被關閉的光發射器132開啟，並且將之前開啟的光發射器132關閉。掃描過程的推進係對應於第一區域112以及第二區域114的尺寸的改變(增加或減少各個區域中相鄰平行帶的數量)，並且同時對應於干預暗區域116的新位置。作為本說明書中的範例，第3A圖以及第3B圖中顯示了第一顏色的區域112在尺寸上從七個相鄰平行帶於掃描方向上縮減 到了四個相鄰平行帶，而第二顏色的區域114在尺寸上係從三個相鄰平行帶於掃描方向上增加到了六個相鄰平行帶。
在第3C圖中，彩色掃描協定係引入了一第三顏色(例如，藍色)，在圖中係顯示為照射的第三區域118，其係相鄰於第二區域114，但是由另一干預暗區域116’與之間隔開來。作為範例，第3C圖係代表彩色掃描協定中的第三時段。需注意的是，當以時間函數來看時，第3A圖-第3D圖中所顯示的彩色掃描協定係將干預暗區域116、116’橫「掃」過平板導光體110，且對應於第一區域112、第二區域114以及第三區域118的不同顏色也同時橫掃過平板導光體110。作為本發明的範例，第3C圖中顯示了隨著第三顏色的區域118以及干預暗區域116’的引入，第一顏色的區域112在尺寸上從第3B圖中的四個相鄰平行帶縮減到了一個平行帶，而第二顏色的區域114在第3B圖到第3C圖中都維持了相同的尺寸。上述尺寸的改變皆係相對應於所述的掃描方向。
在某些實施例中，可以下列的方式提供彩色掃描協定：每一個不同的顏色至少在一時間點(例如，選定的時段)獨自地大致充滿整個平板導光體110。第3D圖中所顯示的為上述的彩色掃描協定的時段的範例，其中，單一個顏色的光在掃描過程中充滿或者大致充滿平板導光體110的區域。尤其，在第3D圖中，掃描過程係在粗箭頭所標示的方向上橫跨平板導光體110進行到一時間點，在該時間點上，整個平板導光體110都大致被照射為第三區域118(例如，以藍色的光)，而干預暗區域116、116’係夾繞第三區域118，如圖中以範例而非限制的形式所示。舉例來說，彩色掃描協定中的任何顏色都可以充滿或者大致充滿平板導光體110，如第3D圖所示。
在某些實施例中，平板導光體110可以具有將來自光源130的光侷限或大致侷限在平板導光體110的特定條狀區域或特定區域中的結構。所述的結構可以包括位在平板導光體110的相鄰帶狀區域、條狀區域或區域之間的「牆」，用於阻擋或者大致阻擋各個相鄰的帶狀區域、條狀區域或區域的光傳輸。換言之， 根據本發明的這些實施例，牆面可以用來防止光(例如，透過反射、吸收等方式)從一條狀區域或區域通過到另一條狀區域或區域中。如此，根據本說明書中的定義，所述的牆係為「光限制」牆。根據本發明的各個實施例，平板導光體的干預暗區域116以及光限制牆的其中之一或兩者可以將提供在第一區域中的第一顏色的光，與提供在第二區域中的第二顏色的光分離。
第4A圖為顯示根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之具有光限制牆的彩色掃描格柵式背光板100的範例的立體圖。第4B圖為顯示第4A圖中根據與本發明所描述的原理一致的一實施例之具有光限制牆的彩色掃描格柵式背光板100的範例的平面圖。更詳而言之，第4A圖與第4B圖中所顯示的彩色掃描格柵式背光板100係包括複數個相鄰的帶狀或條狀區域140。此外，如圖中所示，相鄰的帶狀或條狀區域140是由光限制牆142所分離。作為本發明的範例而非限制，第4A圖與第4B圖中所顯示的光限制牆142是透過反射的方式來侷限光，即，如圖中所示，光限制牆142為「反射」牆。第4A圖中所示的導光束104係從光限制牆142「彈」開或反射離開，並且停留或者被侷限在各個相鄰的帶狀或條狀區域140中，成為往遠離光源130(例如，彩色光源130)的方向傳導的導光束104。
在某些實例中，光限制牆142可以是一完全內部反射(Total Internal Reflection,TIR)牆。舉例來說，包含在平板導光體110中，並且具有比平板導光體110的折射係數更低的反射係數的一間隙(例如，充滿空氣的間隙)或一材料層，可以被用來形成所述的完全內部反射牆。在另一實例中，可以藉由在平板導光體110的相鄰的帶狀或條狀區域140之間設置反射材料來提供反射牆(例如，鏡子或鏡面層)。所述的反射材料可以包括但不限於，一反射金屬層(例如，銀、鋁、金等)以及一布拉格反射器。在其他進一步的實例中，可以在平板導光體110的相鄰的帶狀或條狀區域140之間設置一吸收材料，且光限制牆142可以為吸收牆。所述的吸收材料可以包括能夠透過吸收的方式阻擋或大 致阻擋光的傳輸的材料層(例如，黑色塗料)。
在某些實施例中，平板導光體110可以包括一條狀導光體。更詳而言之，根據本說明書中的定義，平板導光體110可以包括彼此相鄰設置而近似於一平板導光體的複數個大致為平行條狀的導光體，因此，可以被理解為「平板」導光體的一種形式。根據本發明的各個實施例，這種形式的平板導光體中的相鄰的條狀導光體，可以大致地將光侷限在各個條狀導光體中。舉例來說，相鄰的條狀導光體可以由一間隙彼此分離，藉以在導光體之間形成一完全內部反射牆。在其他的實例中，條狀導光體的邊緣可以塗佈有能夠阻擋或大致阻擋條狀導光體之間的光的傳輸的材料。該些材料可以包括但不限於，反射性材料或反射層(例如，布拉格反射層)、光吸收材料(例如，黑色塗料)，或者具有比平板導光體110自身的折射係數更低的折射係數的材料(例如，作為披覆層來創造完全內部反射層)。舉例來說，上文中所述的第4A圖與第4B圖中所顯示的相鄰的條狀或帶狀區域140可以為條狀導光體。
根據與本發明所述的原理一致的某些實施例係提供了一種三維彩色電子顯示器。在本發明的各個實施例中，三維彩色電子顯示器係發出經調變的不同顏色且具有不同方向的光束，以作為用於顯示三維資訊(例如，三維影像)的三維彩色電子顯示器的像素。在某些實例中，三維彩色電子顯示器是一裸眼三維立體顯示器或者裸眼的三維電子顯示器。尤其，根據本發明的各個實例，不同的經調變的不同顏色的光束，可以對應於與三維彩色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彩色電子顯示器所顯示的資訊提供「裸眼」(例如，裸眼3D立體顯示或「全像」)的展示。
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一三維彩色電子顯示器200的方塊圖。三維彩色電子顯示器200可以被用來展現三維資訊，舉例來說，所述的三維資訊可以包括但不限於三維影像。尤其，第5圖中所顯示的三維彩色 電子顯示器200會往不同的主要角度方向發出不同顏色的調變光束202，該些調變光束202代表對應於三維彩色電子顯示器200的不同視角之像素。該些經調變且具有不同顏色的光束202在第5圖中係以發散的形式繪製(例如，與聚合的形式相反)，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5圖中的三維彩色電子顯示器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彩色電子顯示器200所發出的經調變且具有不同顏色的光束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彩色掃描格柵式背光板100的平板導光體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。尤其，導光束可以包括複數條不同顏色的導光束。再者，根據本發明的某些實施例，導光束可以為準直光束(即，光線可以被引導成為準直或大致準直的光束)。
在某些實施例中，平板導光體210可以包括光限制牆，該些光限制牆係用於將導光侷限在由光限制牆所區分出來的平板導光體210的條狀區域中。在某些實施例中，光限制牆可以大致與上文中所述的彩色掃描格柵式背光板100的光限制牆相似。尤其，光限制牆可以將不同顏色的導光束分離。此外，根據本發明的某些實施例，光限制牆可以對平板導光體210的平面中的不同顏色的導光束進行準直或進行進一步的準直。
第5圖中所顯示的三維彩色電子顯示器200，進一步包括了多光束繞射格柵220的一陣列。作為範例，多光束繞射格柵220的陣列可以位在相鄰於平板導光體210的一表面(例如，位在相鄰於該表面上、中或相鄰於該表面等位置的一個以上的位置處)。根據本發明的各個實施例，多光束繞射格柵220的陣列係將平板導光體210中所引導的光的一部分繞射地耦合出，成為具有不同主要角度方向的耦合出光束204，藉以代表或對應於三維彩 色電子顯示器200的不同視角。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彩色掃描格柵式背光板100的多光束繞射格柵120相似。
再者，在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式繞射格柵。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，連續彎曲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。在某些實例中，多光束繞射格柵220可以為具有彎曲的繞射結構特徵的啁啾式繞射格柵。
如第5圖所示，三維彩色電子顯示器200進一步包括一光閥陣列230。根據本發明的各個實例，光閥陣列230係包括複數個光閥，用於調變該等光束中的耦合出光束204。更詳而言之，光閥陣列230中的光閥會對耦合出光束204進行調變，藉此提供經調變且具有不同顏色的光束202。調變光束202代表了三維彩色電子顯示器200的像素。再者，調變光束202中的不同者係代表了三維彩色電子顯示器200的不同視角。在各個實例中，光閥陣列230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、電泳光閥以及電潤濕光閥。第5圖中所使用的虛線係以範例的方式強調光束202的調變。
三維彩色電子顯示器200係進一步包括一光源掃瞄器240。光源掃瞄器240係用於掃描一彩色光源藉以提供不同顏色的光，該些不同顏色的光會被引入平板導光體210而成為導光的不同色帶。此外，根據本發明的各個實施例，各個不同的色帶是由一干預區域所分離。在某些實施例中，光源掃瞄器240係對彩色光源進行掃描，藉以依序產生被引入平板導光體210的不同顏色的光。在某些實施例中，光源掃瞄器240係包括一彩色掃描協定，藉以提供光源掃瞄器240的掃描方法或程序。根據本發明的某些實施例，不同的色帶可以對應於上文中針對彩色掃描格柵式 背光板所敘述的大致平行帶、條狀區域或區域。舉例來說，不同的色帶以及干預區域可以分別大致與上文中所述的區域112、114、118以及干預暗區域116、116’相似。
根據某些實施例(例如，如第5圖所示)，三維彩色電子顯示器200係進一步包括彩色光源250。彩色光源250可以包括光發射器或光學發射器的陣列(例如，線性陣列)，用於產生不同顏色的光。根據本發明的各個實施例，光發射器可以沿著平板導光體210的一邊緣分佈並且與該邊緣耦接。如此一來，彩色光源便可以提供在平板導光體210中做為導光傳導的不同顏色的光。根據本發明的各個實施例，光源掃瞄器240可以根據序列彩色掃描協定依序掃描不同顏色組的光發射器(例如，紅色組、綠色組以及藍色組)，藉以產生平板導光體210中導光的不同色帶。
在某些實例中，彩色光源250係大致與上文中所述之彩色掃描格柵式背光板100的彩色光源130相似。舉例來說，彩色光源250的該等光發射器中的各個光發射器，可以包括三維彩色電子顯示器200的不同主要顏色或者對應於各個不同主要顏色(例如，紅色、綠色、藍色)的LED。此外，光源掃瞄器240可以依序掃描光發射器的LEDs，以根據序列彩色掃描協定將紅色光、綠色光以及藍色光提供給平板導光體210的該些色帶中的選定色帶。
根據本發明的某些實施例，彩色電子顯示器係進一步包括一訊框緩衝器260。所述的訊框緩衝器260係包括一記憶塊或者類似分配的記憶裝置，用於保留或儲存影像資訊(例如，三維彩色影像資訊)。此外，訊框緩衝器260係在光閥陣列230的多個週期中儲存影像資訊。所述的影像資訊係透過光閥陣列230控制耦合出光束204的調變。再者，光閥陣列230的週期係對應於光源掃瞄器240的掃描。
在本說明書中，光閥陣列230的「週期」係被定義為將光閥陣列230設定成對應於所顯示的給定彩色影像與彩色模型的顏色之一的特定配置所需的時間(例如，光閥的設定時間、 保留時間等)。將光閥陣列230設定為特定配置所需要的時間，根據所採用的光閥的具體種類會有所不同。根據本發明的各個實施例，該等週期中一定數量的週期，係與色彩模型中所使用的主要顏色的數量相關。舉例來說，在紅-綠-藍的色彩模型中，一般需要光閥陣列230的三個週期才能顯示完整顏色的影像(即，RGB色彩模型的紅色、綠色以及藍色中個別的一個週期)。
根據本發明的各個實施例，訊框緩衝器260可以包括但不限於，隨機存取記憶體(Random Access Memory,RAM)、唯讀記憶體(Read Only Memory,ROM)以及快閃記憶體。在某些實施例中，訊框緩衝器260可以被以硬體模組的方式實施，且該硬底模組係被設置在與光閥陣列230相鄰的位置並且直接與光閥陣列230互聯。根據本發明的某些實施例，訊框緩衝器260可以由光源掃瞄器240所控制。舉例來說，光源掃瞄器240可以控制訊框緩衝器260提供數據以啟動光閥陣列230中的光閥的時間點與方法。
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彩色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彩色電子顯示器的操作方法300的流程圖。如圖所示，彩色電子顯示器的操作方法300，係包括將第一顏色的光耦合進入平板導光體的第一區域的步驟310。彩色電子顯示器的操作方法300進一步包括一步驟320，將第二顏色的光耦合進入平板導光體的第二區域。所述的第二區域是由平板導光體的一干預暗區域以及平板導光體的一光限制牆兩者的其中之一，或者同時由兩者與所述的第一區域分離開來；其中，干預暗區域為沒有任何耦合進入的光的區域。根據本發明的某些實施例，所述的區域可以為橫跨平板導光體的寬度方向的大致平行的條狀區域或帶狀區域。作為範例，所述的第一區域、第二區域以及暗區域可以大致與上文中第3A圖-第3D圖所顯示的彩色掃描格柵式背光板100的第一區域112、第二區域114以及暗區域116相似。
第6圖中所顯示的彩色電子顯示器的操作方法300係進一步包括一步驟330，將第一顏色以及第二顏色的耦合入光分別沿著平板導光體的第一區域以及第二區域引導為導光。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彩色掃描格柵式背光板100的平板導光體110以及導光束104相似。尤其，在某些實施例中，導光體可以在步驟330中根據完全內部反射將第一顏色以及第二顏色的導光引導為光束。作為範例，光束在步驟330中可以被以非零值傳導角度引導，並且同時可以為準直的光束。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)。
彩色電子顯示器的操作方法300係進一步包括步驟340，利用平板導光體的表面的繞射格柵繞射耦合出第一區域與第二區域中的導光的一部分。繞射耦合出的步驟340係分別產生從平板導光體發出，並且以各種有時不同的主要角度方向往遠離平板導光體的方向定向的第一顏色光束以及第二顏色光束。更詳而言之，在使用多光束繞射格柵的實施例中，該等光束中各個顏色光束的耦合出光束可以與該等光束中各個顏色光束的其他耦合出光束具有不相同的主要角度方向。
根據本發明的各個實施例，位於導光體表面上的繞射格柵可以凹槽、脊部等形式形成在導光體的表面中。在其他的實例中，繞射格柵可以包括導光體表面上的薄膜。在某些實例中，繞射格柵係與上文中所述的彩色掃描格柵式背光板100的繞射格柵120大致相似。尤其，繞射格柵可以為多光束繞射格柵120，用於產生在步驟340中從導光的部分被繞射耦合出的多條導光束。多光束繞射格柵可以大致地與上文中所述的多光束繞射格柵120相似，其可以包括但不限於，具有彼此間隔開來的彎曲凹槽以及彎曲脊部的啁啾式繞射格柵。在其他的實例中，繞射格柵可以被設置在其他的位置，且設置的位置可以包括但不限於導光體中。
根據本發明的某些實施例，該等光束中的光束可以對應於彩色電子顯示器的像素。更具體來說，當步驟340中利用 多光束繞射格柵來進行繞射耦合出的步驟時，第一顏色的耦合出光束係被往遠離平板導光體的方向以對應於三維電子顯示器的不同視角的不同的主要角度方向定向。此外，第二顏色的耦合出光束係被往遠離平板導光體的方向以對應於三維電子顯示器的不同視角的不同的主要角度方向定向。更詳而言之，第二顏色的該些耦合出光束的不同的主要角度方向與第一顏色的該些耦合出光束的不同的主要角度方向係互相對應。如此一來，彩色電子顯示器便會成為三維彩色電子顯示器。
在某些實施例中，彩色電子顯示器的操作方法300係進一步包括一步驟350，對包含產生第一顏色的光發射器以及產生第二顏色的光發射器的彩色光源進行掃描。作為範例，第一顏色以及第二顏色可以為彩色電子顯示器的一組主要顏色(例如，紅色、綠色以及藍色)中的顏色。舉例來說，光發射器可以為不同顏色的發光二極體(例如，紅色LED、綠色LED以及藍色LED)。根據本發明的各個實施例，掃描彩色光源的步驟350，可以包括啟動第一顏色的光發射器(例如，啟動第一LED)、啟動第二顏色的光發射器(例如，啟動第二LED)，並且將暗區域散布在啟動的第一光發射器以及第二光發射器之間。作為範例，散佈暗區域的步驟可以包括將對應於暗區域的已啟動的光發射器關閉(例如，關閉LED)。
在某些實施例中，彩色電子顯示器的操作方法300係進一步包括一步驟360，利用多個光閥對各個該等耦合出光束中的光束進行調變。更詳而言之，在步驟360中，是藉由通過對應的光閥或者與對應的光閥互動而達成對該等耦合出光束的調變。根據某些實施例，經調變的光束會形成彩色電子顯示器(例如，三維電子顯示器)的像素。舉例來說，在步驟360中經調變的光束，係提供三維彩色電子顯示器(例如，裸眼的三維電子顯示器)的多個視角。
在某些實例中，在步驟360中用於調變該等光束的該些光閥，係與上文中所述的三維彩色電子顯示器200的光閥陣 列230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。
因此，本發明中提供了彩色掃描格柵式背光板、三維彩色電子顯示器，以及使用彩色掃描的彩色電子顯示器操作方法的實例。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。

Claims (20)

  1. 一種彩色掃描格柵式背光板，包括：一平板導光體，用以引導一光束；一繞射格柵，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耦合出光束，並且將該耦合出光束往遠離該導光體的一表面的一預定主角度方向定向；以及一彩色光源，用以根據一彩色掃描協定將光提供至該平板導光體成為所引導的該光束；其中，提供至該平板導光體的一第一區域中的一第一顏色的光係與提供至該平板導光體的一第二區域的一第二顏色的光分離，且該第一顏色的光以及該第二顏色的光的分離是由該平板導光體的一干預暗區域以及該平板導光體的一光限制牆兩者的其中之一或同時由兩者所提供；其中，該繞射格柵具有一多光束繞射格柵，其係將該第一顏色以及該第二顏色中每一個的被引導的該光束的該部分耦合出為複數條該耦合出光束，該等耦合出光束中的其中之一係具有與該等耦合出光束中的其他光束不同的主要角度方向；其中，具有不同主要角度方向的該等耦合出光束係構成一光場，且該光場係提供對應於一三維彩色電子顯示器的不同視角的像素。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之彩色掃描格柵式背光板，其中，該多光束繞射格柵為一線性啁啾式繞射格柵。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之彩色掃描格柵式背光板，其中，該彩色光源係包括複數個發光二極體，該等發光二極體係代表複數個主要顏色中的不同顏色。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述之彩色掃描格柵式背光板，其中，該等主要顏色的光係包括紅色光、綠色光以及藍色光。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之彩色掃描格柵式背光板，其中，該平板導光體的該第一區域、該第二區域以及該干預暗區域係包括橫跨該平板導光體的一寬度的大致平行帶，該彩色光源係設置於並且與該平板導光體的一第一端的一邊緣耦接，且該等大致平行帶係沿著該平板導光體從相鄰該第一端的位置到該平板導光體的相對的一第二端的一長度往所引導的該光束的一傳導方向延伸。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之彩色掃描格柵式背光板，其中，該彩色掃描協定係選擇性地依順序掃描該彩色光源的不同顏色，藉以提供該平板導光體的該第一區域、該第二區域以及該干預暗區域。
  7. 一種包含申請專利範圍第1項所述之彩色掃描格柵式背光板的電子顯示器，其中，該電子顯示器進一步包括用以調變該耦合出光束的一光閥，該繞射格柵係位於該導光體相鄰於該光閥的表面，其中，經調變的該耦合出光束係對應於該電子顯示器的一像素。
  8. 一三維彩色電子顯示器，其係採用了一彩色掃描協定，該三維彩色電子顯示器係包括：一平板導光體；一多光束繞射格柵陣列，設置於該平板導光體的一表面上，該多光束繞射格柵陣列中的其中一多光束繞射格柵係以繞射耦合的方式將該平板導光體中所引導的光的一部分引出成為複數條耦合出光束，該等耦合出光束係具有不同的主要角度方向，並且係代表該三維彩色電子顯示器的不同視角；一光閥陣列，用以調變該等耦合出光束，經調變的該等耦合出光束係代表對應於不同視角的像素；以及一光源掃瞄器，用以掃描一彩色光源以依序產生用於不同時段的不同顏色的光，不同顏色的光係被引入該平板導光體作為所引導的光的不同色帶；其中，不同色帶中的每一者係由一干預暗區域所分離。
  9. 根據申請專利範圍第8項所述之三維彩色電子顯示器，其中，該平板導光體係以一非零值傳導角度將光在該平板導光體中引導為一準直光束。
  10. 根據申請專利範圍第8項所述之三維彩色電子顯示器，其中，該平板導光體係包括複數個光限制牆，用以將所引導的光限制在由該等光限制牆所劃分出來的該平板導光體的一條狀區域中。
  11. 根據申請專利範圍第8項所述之三維彩色電子顯示器，其中，該多光束繞射格柵為一啁啾式繞射格柵，且該啁啾式繞射格柵係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。
  12. 根據申請專利範圍第8項所述之三維彩色電子顯示器，進一步包括具有用於產生不同顏色的光的一光發射器線性陣列的該彩色光源，該光發射器線性陣列中的複數個光發射器係沿著該平板導光體的一寬度分佈並且與該平板導光體的一邊緣耦接，其中，該光源掃描器係根據不同顏色的一序列彩色掃描協定依序掃描不同組的該等光發射器，藉以產生所引導光的不同色帶。
  13. 根據申請專利範圍第12項所述之三維彩色電子顯示器，其中，一第一組的該等光發射器係包括一紅色發光二極體，一第二組的該等光發射器係包括一綠色發光二極體，且一第三組的該等光發射器係包括一藍色發光二極體，該光源掃描器係依序掃描該第一組、該第二組以及該第三組的該等光發射器，藉以將紅色光、綠色光以及藍色光根據該序列彩色掃描協定提供至該平板導光體中的選定色帶。
  14. 根據申請專利範圍第8項所述之三維彩色電子顯示器，其中，該光閥陣列係包括複數個液晶光閥。
  15. 根據申請專利範圍第8項所述之三維彩色電子顯示器，進一步包括一訊框緩衝器，用以儲存將由該三維彩色電子顯示器所顯示的影像資訊，該訊框緩衝器係在該等光閥陣列的複數個週期中儲存該影像資訊，其中，該影像資訊係用以控制耦合出光束調變，且該等週期係對應於該光源掃描器的掃描。
  16. 一種彩色電子顯示器的操作方法，該方法係包括：將一第一顏色的光耦合進入一平板導光體的一第一區域中；將一第二顏色的光耦合進入該平板導光體的一第二區域中，該第二區域與該第一區域係由該平板導光體中不具有耦合進入的光的一暗區域以及該平板導光體的一光限制牆兩者中的其中一者或同時由兩者所分離，且該第一區域與該第二區域係橫跨該平板導光體的一寬度；將該第一顏色以及該第二顏色的耦合進入的光分別在該第一區域以及該第二區域中沿著該平板導光體引導為導光；利用該平板導光體的一表面上的一繞射格柵將該第一區域以及該第二區域中的導光的一部分以繞射耦合的方式引出，藉此以預定主要角度方向分別產生往遠離該平板導光體的方向定向的第一光束以及第二光束；其中，將導光的一部分以繞射耦合的方式引出的步驟，係包括使用一多光束繞射格柵來產生該第一顏色與該第二顏色的複數條耦合出光束，該等耦合出光束係被往遠離該平板導光體的方向以對應於一三維彩色電子顯示器的不同視角的複數個不同主要角度方向定向。
  17. 根據申請專利範圍的16項所述之彩色電子顯示器的操作方法，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。
  18. 根據申請專利範圍的16項所述之彩色電子顯示器的操作方法，進一步包括利用複數個光閥調變該等耦合出光束中的光束，經調變的光束係構成該三維彩色電子顯示器對應於不同視角的像素。
  19. 根據申請專利範圍的16項所述之彩色電子顯示器的操作方法，進一步包括掃描一彩色光源，該彩色光源係包括產生該第一顏色的光的一第一光發射器以及產生該第二顏色的光的一第二光發射器，其中，掃描該彩色光源的步驟係包括啟動該第一顏色的光的光發射器以照射該第一區域，啟動該第二顏色的光的光發射器以照射該第二區域，並且將該暗區域散布在啟動的該第一光發射器以及該第二光發射器之間。
  20. 根據申請專利範圍的16項所述之彩色電子顯示器的操作方法，其中，該光限制牆係包括一完全內部反射(Total Internal Reflection,TIR)牆。
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