(57)【要約】  本明細書に記載の実施形態は、３次元（３Ｄ）ディスプレイ装置に関する。一実施形態では、３Ｄディスプレイ装置は、発光光源を含む多色バックライトユニットと、バックライトユニットに結合され、バックライトユニットと光通信する複数のコリメート特徴を含むコリメータと、コリメータに結合され、コリメータと光通信する複数の格子を含む回折素子とを含む。他の実施形態では、３Ｄディスプレイ装置は、単色バックライトユニット、ＬＣＤモジュール、及び量子ドット含有フィルムを含む。【選択図】図１
2021529342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイ装置であって、
発光光源を含む多色バックライトユニットと、
前記バックライトユニットに結合され、前記バックライトユニットと光通信する複数のコリメート特徴を含むコリメータと、
前記コリメータに結合され、前記コリメータと光通信する複数の格子を含む回折素子と
を備える装置。
【請求項２】
前記発光光源が、ＬＥＤ光源、ＯＬＥＤ光源、マイクロＬＥＤ光源、ＱＤＯＧ光源、レーザ光源、及びダイオード光源の１又は複数を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記コリメータの反対側で前記バックライトユニットに結合された薄膜トランジスタバックプレーンアセンブリを更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記バックライトユニットと前記コリメータとの間に配置された偏光子を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記バックライトユニットが、少なくとも赤色発光ダイオード、青色発光ダイオード、及び緑色発光ダイオードを含む光源を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記複数のコリメート特徴の第１のコリメート特徴が前記赤色発光ダイオードから放出された光をコリメートするように構成され、前記複数のコリメート特徴の第２のコリメート特徴が前記青色発光ダイオードから放出された光をコリメートするように構成され、前記複数のコリメート特徴の第３のコリメート特徴が前記緑色発光ダイオードから放出された光をコリメートするように構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記複数のコリメート特徴が、複数のリッジを含み、該複数のリッジは、前記コリメータに形成され、前記バックライトユニットに隣接して配置された前記コリメータの表面から前記回折素子に隣接して配置された前記コリメータの表面まで延在する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
ディスプレイ装置であって、
発光光源を含む単色バックライトユニットと、
前記バックライトユニットに結合され、前記バックライトユニットと光通信するＬＣＤモジュールと、
前記バックライトユニットと前記ＬＣＤモジュールとの間に配置された薄膜トランジスタバックプレーンアセンブリと、
前記ＬＣＤモジュールに結合され、前記ＬＣＤモジュールと光通信する複数のコリメート特徴を含むコリメータと、
前記コリメータに結合され、前記コリメータと光通信する複数の格子を含む回折素子と
を備える装置。
【請求項９】
前記ＬＣＤモジュールと前記コリメータとの間に配置された量子ドットカラーフィルタ
を更に備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記発光光源が、ＬＥＤ光源、ＯＬＥＤ光源、マイクロＬＥＤ光源、及びレーザダイオード光源からなる群から選択されるダイオード光源とを含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記複数のコリメート特徴の第１のコリメート特徴が、量子ドット増強フィルムから放出された光をコリメートするように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記複数のコリメート特徴は、複数のリッジを含み、該複数のリッジは、前記ＬＣＤモジュール及び前記回折素子に隣接して配置された前記コリメータの表面に形成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
ディスプレイ装置であって、
発光光源を含む単色バックライトユニットと、
前記バックライトユニットに結合された量子ドット含有フィルムと、
前記バックライトユニットと光通信するＬＣＤモジュールと、
前記ＬＣＤモジュールに結合された薄膜トランジスタバックプレーンアセンブリと、
前記ＬＣＤモジュールと光通信する複数のコリメート特徴を含むコリメータと、
前記コリメータに結合され、前記コリメータと光通信する複数の格子を含む回折素子と
を備える装置。
【請求項１４】
前記複数のコリメート特徴の第１のコリメート特徴が赤色カラーフィルタから放出された光をコリメートするように構成され、前記複数のコリメート特徴の第２のコリメート特徴が緑色カラーフィルタから放出された光をコリメートするように構成され、前記複数のコリメート特徴の第３のコリメート特徴が青色カラーフィルタから放出された光をコリメートするように構成される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記複数のコリメート特徴は、複数のリッジを含み、該複数のリッジは、前記コリメータに形成され、前記ＬＣＤモジュール及び前記回折素子に隣接して配置された前記コリメータの表面から延在する、請求項１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］本開示の実施形態は概して、３次元（３Ｄ）ディスプレイに関する。より具体的には、本明細書に記載の実施形態は、裸眼立体視３Ｄディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］３次元（３Ｄ）ディスプレイは、よりリアルで没入型の視聴体験を求めるユーザの要望に応えて、近年人気を博している。３Ｄ画像ディスプレイ装置は、両眼視差の現象を利用して３Ｄ画像を表示する。従来の両眼視差３Ｄ画像ディスプレイ装置は、視聴者の左目と右目に、異なる視点を有する左目と右目の画像を提供することにより３Ｄ画像を表示する。上記ディスプレイは、表示された画像を視聴者が３Ｄで視聴できるようにするメガネを視聴者が着用するため、一般に「メガネタイプ」の３Ｄディスプレイと称される。メガネタイプの３Ｄディスプレイの例には、アナグリフ赤／緑に基づくメガネ、アクティブシャッタ、又はテレビと組み合わせて使用される偏光メガネが含まれる。
【０００３】
［０００３］メガネタイプのディスプレイは商業的にある程度の成功を収めているが、色の純度の欠如、眼鏡をかけているユーザのめまいと頭痛、及び多くの視聴者がディスプレイを見るときにかさばる及び／又は高価なメガネを着用したがらないという事実のために、上記ディスプレイの普及は限られている。
【０００４】
［０００４］更に、両眼視差は、人間の脳が奥行きを知覚するために使用する手掛りの１つにすぎない。他の幾つかの両眼及び単眼手掛りとそれらの相互作用は、快適で「自然な」３Ｄ視聴体験に関連する。更なる手掛りの幾つかには、同じ点における２つの眼球の収束（両眼手掛り）、収束点での眼の調節又は焦点、視差と閉塞、網膜のぼけ、陰影、色、テクスチャ、サイズ、照明、グラデーション等が含まれる。手掛りの正しい調整と同期により、適切な３Ｄディスプレイが得られる。従来の３Ｄディスプレイは、両眼視差を解決又は利用して３Ｄ知覚を可能にするのに適しているが、収束と調節の手掛りが矛盾していると、めまいや頭痛が生じる。従来の３Ｄディスプレイは、従来のディスプレイ内の各ピクセルが全方向に同位体的に光を放出するように設計されているため、各眼に対して複数の視点又は視野角を表示するのに本質的に適していない。
【０００５】
［０００５］したがって、当技術分野で必要とされるのは、改良された３Ｄディスプレイ装置である。
【発明の概要】
【０００６】
［０００６］一実施形態では、ディスプレイ装置が提供される。本装置は、発光光源を含む多色バックライトユニットと、バックライトユニットに結合され、バックライトユニットと光通信する複数のコリメート特徴を含むコリメータと、コリメータに結合され、コリメータと光通信する複数の格子を含む回折素子とを含む。
【０００７】
［０００７］別の実施形態では、ディスプレイ装置が提供される。本装置は、発光光源を含む単色バックライトユニットと、バックライトユニットに結合され、バックライトユニットと光通信するＬＣＤモジュールと、バックライトユニットとＬＣＤモジュールとの間に配置された薄膜トランジスタバックプレーンアセンブリとを含む。本装置はまた、ＬＣＤモジュールに結合され、ＬＣＤモジュールと光通信する複数のコリメート特徴を含むコリメータと、コリメータに結合され、コリメータと光通信する複数の格子を含む回折素子とを含む。
【０００８】
［０００８］更に別の実施形態では、ディスプレイ装置が提供される。本装置は、発光光源を含む単色バックライトユニットと、バックライトユニットに結合された量子ドット含有フィルムと、バックライトユニットと光通信するＬＣＤモジュールと、ＬＣＤモジュールに結合された薄膜トランジスタバックプレーンアセンブリとを含む。この装置はまた、ＬＣＤモジュールと光通信する複数のコリメート特徴を含むコリメータと、コリメータに結合され、コリメータと光通信する複数の格子を含む回折素子とを含む。
【０００９】
［０００９］上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付の図面に例示されている実施形態を参照しながら、上記に要約した本開示をより具体的に説明する。しかし、添付の図面は本開示の例示的な実施形態を示すものにすぎず、したがって、実施形態の範囲を限定するものと見なすべきではなく、他の等しく有効な実施形態も許容しうることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の一実施形態に係るディスプレイスタックを示す概略図である。
【図２】本開示の一実施形態に係るディスプレイスタックを示す概略図である。
【図３】本開示の一実施形態に係るディスプレイスタックを示す概略図である。
【図４】本開示の一実施形態に係るディスプレイスタックを示す概略図である。
【図５Ａ】本開示の一実施形態に係るライトガイドを示す概略図である。
【図５Ｂ】本開示の一実施形態に係るライトガイドを示す概略図である。
【図５Ｃ】本開示の一実施形態に係るライトガイドを示す概略図である。
【図６Ａ】本開示の一実施形態に係る回折素子を示す概略図である。
【図６Ｂ】本開示の一実施形態に係る回折素子を示す概略上面図である。
【図６Ｃ】本開示の一実施形態に係る回折素子を示す概略上面図である。
【図６Ｄ】本開示の一実施形態に係る回折素子を示す概略上面図である。
【図７Ａ】本開示の一実施形態に係る回折素子を示す概略図である。
【図７Ｂ】本開示の一実施形態に係る回折素子を示す概略図である。
【図７Ｃ】本開示の一実施形態に係る回折素子を示す概略図である。
【図８Ａ】本書に記載の一実施形態に係るチャープ格子を有する回折素子を示す概略図である。
【図８Ｂ】本書に記載の一実施形態に係るチャープ格子を有する回折素子を示す概略図である。
【図８Ｃ】本書に記載の一実施形態に係るチャープ格子を有する回折素子を示す概略図である。
【図９Ａ】本書に記載の一実施形態に係る回折素子及び３次元で表示された画像の概略斜視図である。
【図９Ｂ】本書に記載の一実施形態に係る回折素子及び３次元で表示された画像の概略斜視図である。
【図９Ｃ】本書に記載の一実施形態に係る回折素子及び３次元で表示された画像の概略斜視図である。
【００１１】
［００３０］理解を容易にするために、可能な場合には、図面に共通の同一要素を示すのに同一の参照番号が使用されている。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる詳述なしに他の実施形態に有益に組み込まれ得ると考えられる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［００３１］本明細書に記載の実施形態は、３次元（３Ｄ）ディスプレイ装置に関する。一実施形態では、３Ｄディスプレイ装置は、発光光源を含む多色バックライトユニットと、バックライトユニットに結合され、バックライトユニットと光通信する複数のコリメート特徴を含むコリメータと、コリメータに結合され、コリメータと光通信する複数の格子を含む回折素子とを含む。他の実施形態では、３Ｄディスプレイ装置は、単色バックライトユニット、ＬＣＤモジュール、及び量子ドット含有フィルムを含む。
【００１３】
［００３２］図１は、本開示の一実施形態に係るディスプレイスタック１００を示す概略図である。一実施形態では、ディスプレイスタック１００は、ディスプレイスタック１００から離間された表示ゾーンに３次元（３Ｄ）画像を生成するように構成される。一実施形態では、ディスプレイスタック１００のすべて又は実質的にすべてのピクセルが、視聴者に可視である。ディスプレイスタック１００は、カプセル化ガラス層、タッチフィルム、反射防止コーティング、及び汚れ防止コーティング等のうちの１又は複数を更に含む３Ｄディスプレイ装置の一部であると考えられる。
【００１４】
［００３３］ディスプレイスタック１００は、光源１０２、コリメータ１１４、回折素子１１６、及び薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）バックプレーンアセンブリ１１２を含む。一実施形態では、コリメータ１１４は、光源１０２に結合され、光源１０２と光通信する。別の実施形態では、コリメータ１１４は、光源１０２上に配置され、光源１０２と接触している。回折素子１１６は、コリメータ１１４に結合され、コリメータ１１４と光通信する。一実施形態では、回折素子１１６は、コリメータ１１４上に配置され、コリメータ１１４と接触している。ＴＴＦバックプレーンアセンブリ１１２は、コリメータ１１４の反対側の光源１０２に結合されている。一実施形態では、ＴＦＴバックプレーンアセンブリ１１２は、光源１０２上に配置され、光源１０２と接触している。
【００１５】
［００３４］光源１０２は、１又は複数の発光光源１０６、１０８、１１０を含む。一実施形態では、光源１０２は多色光源である。光源１０６、１０８、１１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）光源、マイクロＬＥＤ光源、ガラス上の量子ドット（ＱＤＯＧ）光源、レーザ光源、又はレーザダイオード光源の１又は複数を含む。光源１０６、１０８、１１０は、エレクトロルミネセンス性であると見なされ、例えば、光源１０６、１０８、１１０を駆動するように構成されたＴＦＴバックプレーンアセンブリ１１２によって、光源１０６、１０８、１１０に電流が印加されると発光する。
【００１６】
［００３５］一実施形態では、光源１０６、１０８、１１０はダイオード光源である。この例では、光源１０６は赤色発光ダイオードであり、光源１０８は緑色発光ダイオードであり、光源１１０は青色発光ダイオードである。光源１０６、１０８、１１０の位置は、光源１０６、１０８、１１０の様々な空間配置が本明細書に記載の実施形態に従って用いられ得るように、互いに交換可能であると考えられる。
【００１７】
［００３６］別の実施形態では、光源１０６、１０８、１１０によって放出される光は偏光される。あるいは、光源１０６、１０８、１１０によって放出される光は、部分的に偏光されるか、又は偏光されない。一実施形態では、光源１０６、１０８、１１０はまとめて、ディスプレイスタック１００のピクセル領域１０４に対応する。ピクセル領域１０４は、赤、青、及び緑に限定されず、したがって、光源１０２の色域を改善するために、シアン及び／又はマゼンタ等の追加の色を含み得ると考えられる。
【００１８】
［００３７］図示していないが、ディスプレイスタック１００は、光源１０６、１０８、１１０から放出される光の伝搬方向を方向付けして、及び／又は内部反射周囲光を遮断して光源１０６、１０８、１１０によって放出される光のコントラスト比を改善するための直線偏光子等の１又は複数の偏光子を含むと考えられる。別の実施形態では、偏光子は円偏光子である。別の実施形態では、図示していないが、ディスプレイスタック１００は、発光光源１０２から回折素子１１６の方へ光を再方向づけするためのバックリフレクタを含む。ディスプレイスタック１００はまた、所望の実装態様に応じて、量子ドットカラーフィルタ又は量子ドット増強フィルム等の量子ドット含有フィルムを含み得る。一実施形態では、量子ドット含有フィルムは、光源１０２とコリメータ１１４との間に配置される。
【００１９】
［００３８］動作中、ディスプレイスタック１００は、信号がＴＦＴバックプレーンアセンブリ１１２によって受信されたときに３Ｄディスプレイ用の画像を生成し、これにより、光源１０６、１０８、１１０の１又は複数が発光する。本質的に拡散している光源１０６、１０８、１１０によって放出された光は、光がコリメートされるコリメータ１１４を通って伝播する。コリメータ１１４は、回折素子１１６に入射するほぼゼロの伝搬角度に光をコリメートする。次に、コリメートされた光は、回折素子１１６を通って伝播し、そこで光が所定の角度方向に回折されて、３Ｄでの視聴に適した画像又は画像の一部が作成される。３Ｄでの視聴に適した上記画像は、空間的に多重化された光照射野と見なされる。
【００２０】
［００３９］図２は、本開示の一実施形態に係るディスプレイスタック２００を示す概略図である。一実施形態では、ディスプレイスタック２００は、ディスプレイスタック２００のすべて又は実質的にすべてのピクセルが視聴者に可視である、ディスプレイスタック２００から離間した視聴ゾーンに３次元（３Ｄ）画像を生成するように構成される。ディスプレイスタック２００は、３Ｄディスプレイ装置の一部であり、カプセル化ガラス層、タッチフィルム、反射防止コーティング、及び汚れ防止コーティング等のうちの１又は複数を更に含むと考えられる。
【００２１】
［００４０］ディスプレイスタック２００は、光源２０２、コリメータ１１４、回折素子１１６、ＬＣＤモジュール２０８、及び薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）バックプレーンアセンブリ１１２を含む。一実施形態では、コリメータ１１４は、光源２０２に結合され、光源２０２と光通信する。回折素子１１６は、コリメータ１１４に結合され、コリメータ１１４と光通信する。一実施形態では、回折素子１１６は、コリメータ１１４上に配置され、コリメータ１１４と接触している。
【００２２】
［００４１］光源２０２は、発光光源である。一実施形態では、光源２０２は単色光源である。別の実施形態では、光源２０２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）光源、マイクロＬＥＤ光源、又はレーザダイオード光源のうちの１又は複数を含む。光源はエレクトロルミネセンス性であると見なされ、光源２０２に電流を印加すると発光する。一実施形態では、光源２０２はダイオード光源である。この例では、光源２０２は青色発光ダイオードである。ＴＦＴバックプレーンアセンブリ１１２は、光源２０２に結合され、光源２０２を駆動するように動作可能である。
【００２３】
［００４２］ディスプレイスタック２００のＬＣＤモジュール２０８は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）セル２０６、第１の偏光子２０４、第１の偏光子２０４と交差する第２の偏光子２１８、ＬＣＤセル２０６を駆動するＴＦＴバックプレーンアセンブリ１１２、及びカラーフィルタピクセル２１０を含む。カラーフィルタピクセル２１０は、サブピクセルカラーフィルタ２１４、２１６、２２０を含む。ＬＣＤセル２０６は、電流を印加すると所定の方向に配向して光がＬＣＤセル２０６を通過できるようにする液晶を含むフィルムを含む。電流を印加することによって液晶を配向させて、光がＬＣＤモジュール２０８を通って伝播しないようにもすることができる。
【００２４】
［００４３］一実施形態では、ＬＣＤモジュール２０８は、複数のカラーフィルタ２１４、２１６、２２０を含む。カラーフィルタ２１４、２１６、２２０は、光源２０２から放出される光の波長を変調して、光源２０２から放出される光の色とは異なる所望の色の光を生成するために用いられる。一実施形態では、カラーフィルタ２１４、２１６、２２０は、隣接するカラーフィルタからの色の混合を防止又は実質的に低減するために、ブラックマトリクスによって分離されている。
【００２５】
［００４４］一実施形態では、光源２０２は、カラーフィルタ２１４、２１６、２２０による波長変調なしに、ピクセル領域２１０を通って伝播する青色光を放出する。この実施形態では、カラーフィルタ２１４は、赤色量子ドット浸透カラーフィルタであり、カラーフィルタ２１６は、緑色量子ドット浸透カラーフィルタであり、カラーフィルタ２２０は、カラーフィルタ２２０を通る青色光の伝播を可能にする空のフィルタである。別の実施形態では、カラーフィルタ２２０は、青色フィルタ、その中に分散された青色量子ドットを有するポリマー、又は青色光の最小の減衰を示すポリマーである。カラーフィルタ２１４、２１６、２２０の空間的配置及び順序は交換可能である。別の実施形態では、光源２０２は、複数の色を放出し、光源１０６、１０８、１１０を含む。この実施形態では、カラーフィルタ２１４は赤色のカラーフィルタであり、カラーフィルタ２１６は緑色のカラーフィルタであり、カラーフィルタ２２０は青色のカラーフィルタである。カラーフィルタ２１４、２１６、２２０の空間的配置及び順序は交換可能である。
【００２６】
［００４５］カラーフィルタ２１０、１６、２２０が量子ドットカラーフィルタである実施形態では、量子ドットカラーフィルタは、量子ドット粒子を含む。量子ドット粒子はフォトルミネセンス性であり、光源２０２からＬＣＤモジュール２０８を通って伝播する光で粒子が励起されると発光する。量子ドットカラーフィルタは、ディスプレイスタック２００を通って伝播する光の色深度及び／又は彩度特性を強化するのに用いられると考えられる。
【００２７】
［００４６］ディスプレイスタック２００はまた、コリメータ１１４の反対側のＬＣＤセル２０６に結合されたＬＣＤ  ＴＦＴバックプレーンアセンブリ２１２を含む。一実施形態では、ＬＣＤ  ＴＦＴバックプレーンアセンブリ２１２は、ＬＣＤモジュール２０８上に配置され、ＬＣＤモジュール２０８と接触している。動作中、ＬＣＤセル２０６によって放出された光は、光がコリメートされるコリメータ１１４を通って伝播する。信号がＬＣＤ  ＴＦＴバックプレーンアセンブリ２１２によって受信されると、ＬＣＤセル２０６は、それを通って伝播する光を変調して、カラーフィルタ２１４、２１６、２２０を通過する光の流れを制御する。カラーフィルタ２１４、２１６、２２０から発せられる光は、コリメータ１１４に入射し、これにより、回折素子１１６へのほぼ垂直な入射が可能になる。１又は複数の回折素子であり得る回折素子１１６により、光が所定の方向に方向づけされるため、３Ｄディスプレイ用の所望の色特性を有する画像の生成が容易になる。
【００２８】
［００４７］第１の偏光子２０４は、光源２０２とＬＣＤ  ＴＦＴバックプレーンアセンブリ２１２との間に配置される。一実施形態では、第１の偏光子２０４は、光源２０２及びＬＣＤ  ＴＦＴバックプレーンアセンブリ２１２の両方上に配置され、それらの両方と接触する。第２の偏光子２１８は、ＬＣＤセル２０６とコリメータ１１４との間に、例えば、コリメータ１１４の下に、そしてコリメータ１１４と接触して配置される。一実施形態では、ＬＣＤモジュール２０８の一部であると見なされ得る第２の偏光子２１８は、カラーフィルタ２１４、２１６、２２０及びコリメータ１１４の両方上に配置され、それらの両方と接触する。第１の偏光子２０４及び第２の偏光子２１８は、それを通過する光の伝搬方向を偏光するか、さもなければ変更するように構成される。特定の実施形態では、第１の偏光子２０４及び／又は第２の偏光子２１８の一方又は両方はオプションである。したがって、ディスプレイスタック２００は、所望の実装態様に応じて、第１の偏光子２０４及び／又は第２の偏光子２１８の有無にかかわらず機能し得ると考えられる。
【００２９】
［００４８］動作中、本質的に拡散している光源２０２によって放出された光は、ＬＣＤモジュール２０８及び光がコリメートされるコリメータ１１４を通って伝播する。コリメータ１１４は、回折素子１１６に入射するほぼゼロの伝搬角度に光をコリメートする。次に、コリメートされた光は、回折素子１１６を通って伝播し、そこで光が所定の角度方向に回折されて、３Ｄでの視聴に適した画像又は画像の一部が作成される。
【００３０】
［００４９］個々のカラーフィルタ２１４、２１６、２２０から発せられる光は、特定の回折素子、例えば、回折素子１１６の方へ方向づけされる。１つの構成では、複数の回折素子を含み得る回折素子１１６は、カラーフィルタ２１４、２１６、２２０の周りに決定論的な方法で配置される。例えば、赤、青、及び緑のカラーフィルタ（例えば、カラーフィルタ２１４、２１６、２２０）から発せられる光のほぼ１００％が、所定の回折素子ピクセルに衝突する。一実施形態では、回折素子１１６は、カラーフィルタ２１４、２１６、２２０の周りに確率論的に配置される。例えば、カラーフィルタ２１４、カラーフィルタ２１６、及びカラーフィルタ２２０からそれぞれ発せられる赤、緑、及び青の光は、回折素子１１６の所定の回折素子に衝突し、残りの回折光は隣接する回折素子１１６の回折素子に当たる。３Ｄでの視聴に適した上記画像は、空間的に多重化された光照射野と見なされる。
【００３１】
［００５０］図３は、本開示の一実施形態に係るディスプレイスタック３００を示す概略図である。一実施形態では、ディスプレイスタック３００は、ディスプレイスタック３００のすべてのピクセルが視聴者に可視である、ディスプレイスタック３００から離間した視聴ゾーンに、３次元（３Ｄ）画像を生成するように構成される。ディスプレイスタック３００は、カプセル化ガラス層、タッチフィルム、反射防止コーティング、及び汚れ防止コーティング等のうちの１又は複数を更に含む３Ｄディスプレイ装置の一部であると考えられる。
【００３２】
［００５１］ディスプレイスタック３００は、光源２０２、ＬＣＤモジュール２０８、ＬＣＤセル２０６、コリメータ１１４、回折素子１１６、ＬＣＤセル２０６を駆動するように動作可能なＬＣＤ  ＴＦＴバックプレーンアセンブリ２１２、ピクセル２１０、及び量子ドット増強フィルム（ＱＤＥＦ）３０２を含む。一実施形態では、コリメータ１１４は、光源２０２に結合され、光源２０２と光通信する。回折素子１１６は、コリメータ１１４に結合され、コリメータ１１４と光通信する。一実施形態では、回折素子１１６は、コリメータ１１４上に配置され、コリメータ１１４と接触している。ＬＣＤ  ＴＦＴバックプレーンアセンブリ２１２は、回折素子１１６とＬＣＤモジュール２０８との間に配置されている。一実施形態では、ＬＣＤ  ＴＦＴバックプレーンアセンブリ２１２は、回折素子１１６上に配置され、回折素子１１６と接触している。別の実施形態では、ＴＦＴバックプレーンアセンブリ１１２は、ＬＣＤセル２０６上に配置され、物理的に接触し、電気的に通信する。
【００３３】
［００５２］ＱＤＥＦ３０２は、光源２０２とコリメータ１１４との間に配置される。一実施形態では、ＱＤＥＦ３０２は、光源２０２及びＬＣＤモジュール２０８と光通信する。別の実施形態では、ＱＤＥＦ３０２は、光源２０２及びコリメータ１１４の両方上に配置され、それらの両方と接触する。ＱＤＥＦ  ３０２には、フィルム全体に分散した量子ドット粒子が含まれる。ＱＤＥＦ３０２はフォトルミネセンス性であり、光源２０２から伝搬する光で粒子が励起されると発光する。ＱＤＥＦ３０２は、ＬＣＤモジュール２０８を通って伝搬する前に、光源から伝搬する光の色深度及び／又は彩度特性を強化するのに用いられると考えられる。
【００３４】
［００５３］動作中、本質的に拡散している光源２０２によって放出された光は、ＱＤＥＦ３０２及び光がコリメートされるコリメータ１１４を通って伝播する。コリメータ１１４は、回折素子１１６に入射するほぼゼロの伝搬角度に光をコリメートする。次に、コリメートされた光は、回折素子１１６を通って伝播し、そこで光が所定の角度方向にＬＣＤモジュール２０８に回折され、角度方向を維持しながら光の色が変調されて、３Ｄでの視聴に適した画像又は画像の一部が作成される。
【００３５】
［００５４］回折素子１１６から発せられる光は、カラーフィルタ２１４、２１６、２２０の方へ方向づけされる。一実施形態では、カラーフィルタ２１４、２１６、２２０は、回折素子１１６の周りに決定論的な方法で配置される。例えば、回折素子１１６によって回折された赤、緑、及び青の光は、それぞれ、カラーフィルタ２１４、２１６、２２０に衝突する。別の実施形態では、カラーフィルタ２１４、２１６、２２０は、回折素子１１６の周りに確率論的に配置される。例えば、回折素子１１６によって回折された赤、緑、及び青の光は、それぞれ、カラーフィルタ２１４、２１６、２２０に衝突する。３Ｄでの視聴に適した上記画像は、空間的に多重化された光照射野と見なされる。
【００３６】
［００５５］図４は、本開示の一実施形態に係るディスプレイスタック４００を示す概略図である。一実施形態では、ディスプレイスタック４００は、ディスプレイスタック４００のすべてのピクセルが視聴者に可視である、ディスプレイスタック４００から離間した視聴ゾーンに３次元（３Ｄ）画像を生成するように構成される。ディスプレイスタック４００は、カプセル化ガラス層、タッチフィルム、反射防止コーティング、及び汚れ防止コーティング等のうちの１又は複数を更に含む３Ｄディスプレイ装置の一部であると考えられる。
【００３７】
［００５６］ディスプレイスタック４００は、光源２０２、ＬＣＤモジュール２０８、コリメータ１１４、回折素子１１６、ＬＣＤモジュール２０８、及びＱＤＥＦ３０２を含む。ＬＣＤモジュール２０８は、第１の偏光子２０４、ＬＣＤ  ＴＦＴバックプレーンアセンブリ２１２、ＬＣＤセル２０６、ピクセル２１０、及び第２の偏光子２１８を含む。一実施形態では、第２の偏光子は、第１の偏光子２０４と交差している。ピクセル２１０は、カラーフィルタ２１４、２１６、２２０を含む。この実施形態では、カラーフィルタ２１４は赤色のカラーフィルタであり、カラーフィルタ２１６は緑色のカラーフィルタであり、カラーフィルタ２２０は青色のカラーフィルタである。別の実施形態では、カラーフィルタ２２０は、その中に配置された青色量子ドットを有するポリマー材料、又は青色光に対する最小の減衰を有するポリマー材料である。
【００３８】
［００５７］カラーフィルタ２１４、２１６、２２０（すなわちサブピクセル）の順序は交換可能である。一実施形態では、コリメータ１１４は、光源２０２に結合され、光源２０２と光通信する。回折素子１１６は、コリメータ１１４に結合され、コリメータ１１４と光通信する。一実施形態では、回折素子１１６は、コリメータ１１４上に配置され、コリメータ１１４と接触している。
【００３９】
［００５８］ＬＣＤ  ＴＦＴバックプレーンアセンブリ２１２は、ＬＣＤセル２０６と光源２０２との間でＬＣＤセル２０６に結合されている。別の実施形態では、ＬＣＤ  ＴＦＴバックプレーンアセンブリ２１２は、ＬＣＤモジュール２０８上に配置され、物理的に接触し、電気的に通信する。ＬＣＤモジュール２０８と光源２０２との間には、ＱＤＥＦ３０２及び第１の偏光子２０４も配置されている。この実施形態では、ＱＤＥＦは、光源２０２上に配置され、光源２０２と接触しており、第１の偏光子２０４は、ＱＤＥＦ３０２上に配置され、ＱＤＥＦ３０２と接触しており、ＬＣＤ  ＴＦＴバックプレーンアセンブリ２１２は、第１の偏光子２０４上に配置され、第１の偏光子２０４と接触している。この実施形態では、ＬＣＤモジュール２０８は、ＱＤＥＦ３０２上に配置され、ＱＤＥＦ３０２と接触している。
【００４０】
［００５９］量子ドットフィルム２２０は、コリメータ１１４とＬＣＤモジュール２０８との間に配置されている。一実施形態では、量子ドットフィルム２２０は、ＬＣＤモジュール２０８とコリメータ１１４の両方上に配置され、それら両方と接触している。ディスプレイスタック４００がＱＤＥＦ３０２及び量子ドットフィルム２２０の両方を用いる実施形態では、ディスプレイスタック４００を通って伝搬する光の色深度及び彩度特性が更に改善され得る。しかしながら、特定の実施形態では、ＱＤＥＦ３０２及び量子ドットフィルム２２０の一方又は両方は、所望の実装態様に応じてオプションであると考えられる。
【００４１】
［００６０］動作中、本質的に拡散している、光源２０２によって放出された光は、ＱＤＥＦ３０２を通ってＬＣＤモジュール２０８に伝播し、そこで光の色が変調される。光は更に、量子ドットフィルム２２０を通ってコリメータ１１４に伝播し、そこで光がコリメートされる。コリメータ１１４は、回折素子１１６に入射するほぼゼロの伝搬角度に光をコリメートする。次に、コリメートされた光は、回折素子１１６を通って伝播し、そこで光が所定の角度方向に回折されて、３Ｄでの視聴に適した画像又は画像の一部が作成される。
【００４２】
［００６１］個々のカラーフィルタ２１４、２１６、２２０から発せられる光は、回折素子１１６の特定の回折素子の方へ方向づけされる。一実施形態では、回折素子１１６は、カラーフィルタ２１４、２１６、２２０の周りに決定論的な方法で配置される。例えば、カラーフィルタ２１４、２１６、２２０から発せられる光のほぼ１００％が、所定の回折素子ピクセルに衝突する。別の実施形態では、回折要素１１６は、カラーフィルタ２１４、２１６、２２０の周りに確率論的に配置される。例えば、カラーフィルタ２１４、カラーフィルタ２１６、及びカラーフィルタ２２０からそれぞれ発せられる赤、緑、及び青の光は、回折素子１１６の所定の回折素子に衝突し、残りの回折光は、回折素子１１６の隣接する回折素子に当たる。３Ｄでの視聴に適した上記画像は、空間的に多重化された光照射野と見なされる。
【００４３】
［００６２］図５Ａは、本開示の一実施形態に係るライトガイド５００を示す概略図である。一実施形態では、ライトガイド５００は、図１、図２、図３、及び図４のいずれかに関して説明したコリメータ１１４及び回折素子１１６として用いられ得る。ライトガイド５００は、コリメータ１１４及び回折素子１１６を含む。一実施形態では、光源５０２、５０４、５０６は、図１に関して説明した光源１０６、１０８、１１０等の光源を描写したものである。この実施形態では、光源５０２は赤色光源であり、光源５０４は緑色光源であり、光源５０６は青色光源である。別の実施形態では、光源５０２、５０４、５０６は、図２、図３及び図４に関して説明したＬＣＤモジュール２０８のカラーフィルタ２１４、２１６等の、光源から伝搬する光を変調するカラーフィルタを描写したものである。この実施形態では、光源５０２は赤色カラーフィルタであり、光源５０４は緑色カラーフィルタであり、光源５０６は、青色光の波長を実質的に変調しないカラーフィルタである。
【００４４】
［００６３］本質的に拡散し得る光５０８は、光源５０２、５０４、５０６から放出される。光５０８は、コリメータ１１４の第１の表面５１０に入射する。複数のコリメート構造５１４がコリメータ１１４内に配置されている。一実施形態では、コリメート構造５１４は、コリメータ５１４の第１の表面５１０から第２の表面５１２まで延在する。コリメート構造５１４は、第１の表面５１０と第２の表面５１２との間で実質的に線形方向に配置されている。
【００４５】
［００６４］複数のコリメート構造５１４の各コリメート構造は、光源５０２、５０４、５０６の互いに隣接する２つの間に配置される。したがって、光源の１つ、例えば、光源５０２から放出される光５０８は、光源５０４等の隣接する光源から放出される光５０８から分離される。同様に、コリメート構造５１４は、光源５０４から放出される光５０８を、光源５０６から放出される光５０８から分離する。コリメート構造５１４は、最大約２０°の受容角で光５０８をコリメートすると考えられる。
【００４６】
［００６５］一実施形態では、コリメート構造５１４は、コリメータ１１４上に形成されたリッジを含む。別の実施形態では、コリメート構造５１４は、コリメータ１１４に形成された溝を含む。一実施形態では、コリメート構造の断面構成は、長方形又は正方形である。別の実施形態では、コリメート構造５１４の断面構成は、多角形、例えば、ピラミッド形である。一実施形態では、コリメート構造５１４の表面は吸収性である。別の実施形態では、コリメート構造の表面は反射性である。
【００４７】
［００６６］一実施形態では、第１の材料を用いてコリメータ１１４を製造し、第２の材料を用いてコリメート構造５１４を製造する。例えば、第１の材料は金属材料であり得、第２の材料は誘電体材料であり得る、又はその逆であり得る。別の実施形態では、２つの異なる誘電体材料を用いて、コリメータ１１４及びコリメート構造５１４を製造する。この実施形態では、第１及び第２の材料は、第１及び第２の材料間の屈折率の差から生じるコリメーション特性が改善されるように選択され得る。
【００４８】
［００６７］動作中、コリメート構造５１４は、光５０８がコリメータ１１４の第２の表面５１２に入射したときに光５０８が第２の表面５１２に実質的に直交するように、光源５０２、５０４、５０６から伝搬する光５０８の空間プロファイルをコリメートする。次に、コリメートされた光５０８は、回折素子１１６を通って伝播し、そこで光５０８は、所定の角度方向に回折される。
【００４９】
［００６８］図５Ｂは、本開示の一実施形態に係るライトガイド５２０を示す概略図である。一実施形態では、ライトガイド５２０は、図１、図２、図３、及び図４のいずれかに関して説明したコリメータ１１４及び回折素子１１６として用いられ得る。ライトガイド５２０は、光源５０２、５０４、５０６からコリメータ１１４を通って回折素子１１６に伝搬する光５０８の空間プロファイルをコリメートすることによって、光ガイド５００と同様に機能する。コリメータ１１４は、コリメータ１１４の第１の表面５１０に形成されるコリメート構造５１６を含む。コリメート構造５１４のそれぞれは、光源５０２、５０４、５０６のそれぞれから放出された光５０８の伝搬経路に整列している。コリメート構造５１４と同様に、コリメート構造５１６は、最大約２０°の受容角で光５０８をコリメートするように構成される。
【００５０】
［００６９］コリメート構造５１６は、第１の表面５１０のテクスチャのある特徴である。図示した実施形態では、コリメート構造５１６は、円弧又は円弧のセグメントを含む断面形態で製造される。この実施形態では、コリメート構造５１６は、半径又は半径の一部を有し得る。他の実施形態では、コリメータ１１４の第１の表面５１０に形成されるコリメート構造５１６の形態は、非球面形態、楕円形形態、ピラミッド形態等を含むが、これらに限定されない。幾つかの実施形態では、コリメート構造５１４は、図５Ａのコリメータ１１４上に形成されたリッジを含み、図５Ｂに示すように、コリメーションのためのテクスチャのある特徴と組み合わせて使用され得る。
【００５１】
［００７０］動作中、光源５０２、５０４、５０６から伝搬する光５０８は、コリメータ１１４の第１の表面５１０に形成されたコリメート構造５１６に入射する。コリメート構造５１６は、光５０８が第２の表面５１２に実質的に直交するように、光５０８をコリメートする。一実施形態では、光伝搬方向は、コリメータ１１４を製造するために用いられる材料の臨界角よりも小さい。次に、コリメートされた光５０８は、回折素子１１６を通って伝播し、そこで光５０８は、所定の角度方向に回折される。
【００５２】
［００７１］図５Ｃは、本開示の一実施形態に係るライトガイド５３０を示す概略図である。一実施形態では、ライトガイド５３０は、図１、図２、図３、及び図４のいずれかに関して説明したコリメータ１１４及び回折素子１１６として用いられ得る。ライトガイド５３０は、光源５０２、５０４、５０６からコリメータ１１４を通って回折素子１１６に伝搬する光５０８の空間プロファイルをコリメートすることによって、ライトガイド５００、５２０と同様に機能する。
【００５３】
［００７２］一実施形態では、ライトガイド５３０は、コリメータ１１４に結合されたコリメート構造５１８を含む。一実施形態では、コリメート構造５１８は、コリメータ１１４に形成され、その結果、コリメータ１１４の第１の表面５１０のためのコリメート構造５１８が形成される。別の実施形態では、コリメート構造５１８は、コリメータ１１４の第１の表面５１０上に形成され、コリメータ１１４の第１の表面５１０と接触している。幾つかの実施形態では、コリメート構造５１４は、図５Ａに示すようにコリータ１１４上に形成されたリッジを含み、図５Ｃに示すように、コリメーションのためにメタマテリアル又はフォトニック結晶と組み合わせて用いられ得る。
【００５４】
［００７３］コリメート構造５１８は、コリメータ１１４上にフィルムとして形成される。一実施形態では、コリメート構造５１８は、回折を利用して、光５０８の空間プロファイルをコリメートする。この実施形態では、コリメート構造５１８は、メタマテリアル、格子、又はフォトニック結晶等の回折素子を含む。コリメート構造５１８がメタマテリアルである実施形態では、メタマテリアルは、ゼロ又はほぼゼロの実効屈折率を示すように選択される。コリメート構造５１８がフォトニック結晶である実施形態では、フォトニック結晶は、フラットバンド分散を示すように選択される。コリメート構造５１４、５１６と同様に、コリメート構造５１８は、光５０８が第２の表面５１２に実質的に直交するように、光５０８をコリメートする。次に、コリメートされた光５０８は、回折素子１１６を通って伝播し、そこで光５０８は、所定の角度方向に回折される。
【００５５】
［００７４］コリメート構造５１８がメタマテリアルから製造される実施形態では、メタマテリアルは、それを通って伝搬する光５０８をコリメートするように適合された形態を有する複合材料である。コリメート構造５１８が格子である実施形態では、格子は、それを通って伝搬する光５０８をコリメートするように選択されたフィルファクタ、厚さ、周期、及びそれらの組み合わせを備えた様々な形態を有し得る。コリメート構造５１８がフォトニック結晶である実施形態では、フォトニック結晶は、それを通って伝搬する光５０８をコリメートするように選択された光学ナノ構造を含む１次元、２次元、又は３次元フォトニック結晶であり得る。図５Ｃの実施形態では、コリメート構造５１８は、コリメータ１１４の屈折率とは異なる屈折率を有する材料も含む。コリメート構造５１８の形態学的特性と組み合わせて屈折率を変化させることにより、光源５０２、５０４、５０６から回折素子１１６に伝搬する光５０８の空間プロファイルのコリメーションが改善されると考えられている。
【００５６】
［００７５］図６は、本開示の一実施形態に係る回折素子１１６を示す概略図である。所望の実装態様に応じて、回折素子１１６は、１次元格子、２次元格子、又は３次元格子である。回折素子１１６は、既定の角度方向に回折光線を集束させることによって、コリメータ１１４から受け取った光を変調する。この光変調は、回折素子１１６から離間した視聴ゾーンで画像を生成するために用いられる（図（９Ａ〜９Ｂ）に関してより詳細に説明する）。
【００５７】
［００７６］一実施形態では、回折素子１１６は、回折素子１１６の表面６０２上に配置された複数の格子６０４を含む。回折素子１１６がコリメータ１１４に結合されるとき、表面６０２は、光が上面６０２を通過する前に回折素子１１６を通って伝播するように、コリメータ１１４の反対側に配置される。回折素子１１６は、実質的に光学的に透明な材料から製造される。一実施形態では、回折素子１１６は、コリメータ１１４又はコリメート構造５１４、５１６、５１８のいずれかの屈折率と同様の屈折率を有する材料から製造される。別の実施形態では、回折素子１１６は、コリメータ１１４又はコリメート構造５１４、５１６、５１８のいずれかの屈折率とは異なる屈折率を有する材料から製造される。
【００５８】
［００７７］一実施形態では、複数の格子６０４は、回折素子１１６の表面６０２上に角度方向に配置されている。例えば、格子６０４は、図６Ａに示すように、表面６０２に垂直な軸から角度θに配置される。図６Ａでは、格子６０４は、実質的に平行四辺形の断面を有するが、ブレーズド、正弦波等の他の形態を用いることができる。例えば、格子６０４は、表面６０２から直線的に延在する。別の実施形態では、格子６０４は、表面６０２に沿って延在する線形セグメントを使用して湾曲している、又は曲線に近似している。更に別の実施形態では、格子６０４の形態は、格子６０４がサブ波長格子と見なされ得るようなものである。
【００５９】
［００７８］図６Ｂ〜図６Ｄは、幾つかの実施形態に係る回折素子１１６を示す概略上面図である。図６Ｂ〜図６Ｄでは、複数の格子６０４は、回折素子１１６の外側エッジ６１０から角度Φに配置されている。例えば、図６Ｂでは、角度Φは０に等しく、したがって、複数の格子６０４は、外側エッジ６１０に実質的に平行な表面６０２上に配置されている。図６Ｃ及び図６Ｄでは、角度Φ１及びΦ２は０より更に大きくなっており、したがって、複数の格子６０４は、回折素子１１６の表面６０２を横切って対角線上に配置される。角度Φ２は角度Φ１よりも大きく、したがって、格子６０４の配置は、図６Ｄの外側エッジ６１０からの発散角が図６Ｃよりも大きくなっている。格子６０４は、図６Ｂ〜図６Ｄの回折素子１１６の表面６０２を横切って直線的に延在するが、湾曲、ギザギザ等の他の形態を用いることが可能である。
【００６０】
［００７９］上面６０２から延在する格子６０４は、隣接する格子６０４から離間されている。溝６０６は、隣接する各格子６０４の間に配置されている。一実施形態では、溝６０６は実質的に材料に欠けている。別の実施形態では、溝６０６は、格子６０４を形成するために用いられる材料の屈折率とは異なる屈折率を有する材料で満たされている。電子ビーム又はイオンエッチングプロセス等の角度付きエッチングプロセス、ナノインプリントリソグラフィ、又は他の適切なプロセス等の様々な製造技術を利用して、格子６０４を製造することができると考えられる。
【００６１】
［００８０］図７Ａは、本開示の一実施形態に係る回折素子１１６を示す概略図である。回折素子１１６は、既定の角度方向に回折光線を集束させることによって、コリメータ１１４から受け取った光を変調する。この光変調は、回折素子１１６から離間した視聴ゾーンで画像を生成するのに用いられる（図（９Ａ〜９Ｂ）に関してより詳細に説明する）。
【００６２】
［００８１］一実施形態では、回折素子１１６は、回折素子１１６の表面７０２上に配置された複数の格子７０４及び溝７０６を含む。回折素子１１６がコリメータ１１４に結合されるとき、表面７０２は、光が上面７０２を通過する前に回折素子１１６を通って伝播するように、コリメータ１１４の反対側に配置される。一実施形態では、格子７０４は、表面７０２上に配置され、表面７０２から延在する。この実施形態では、格子７０４は、回折素子１１６を製造するのに用いられる材料の屈折率とは異なる屈折率を有する材料から製造される。例えば、格子７０４を製造するのに用いられる材料は、溝７０６の屈折率よりも大きい屈折率を有する。別の実施形態では、格子７０４は、回折素子１１６を製造するのに用いられる材料の屈折率と実質的に同様又は等しい屈折率を有する材料から製造される。
【００６３】
［００８２］溝７０６及び格子７０４は、上面７０２上に交互に配置されている。一実施形態では、溝７０６は、実質的にいかなる材料にも欠けている。別の実施形態では、溝７０６は、格子７０４を製造するのに用いられる材料の屈折率とは異なる屈折率を有する材料から製造される。格子６０４及び溝６０６と同様に、格子７０４及び溝７０６の形態は、所望の光回折特性に応じて選択され得る。
【００６４】
［００８３］格子７０４及び溝７０６は、表面７０２の上に延在する高さである高さ７０８を有する。格子７０４及び溝７０６はまた、断面幅に対応するフィルファクタ７１２を有する。格子７０４及び溝７０６は更に、単一の格子７０４及び単一の溝７０６の断面幅の合計に対応する周期７１０を有する。高さ７０８、周期７１０、及びフィルファクタ７１２は、所望の回折特性に応じて、格子７０４及び溝７０６の形態を達成するために、個別に変更可能であると考えられる。
【００６５】
［００８４］図７Ｂは、本開示の一実施形態に係る回折素子１１６を示す概略図である。図示した実施形態では、表面７１４は、回折素子１１６の表面７０２の下に凹んでいる。格子７０４及び溝７０６は、表面７１４上に配置され、格子７０４及び溝７０６の上面７１６が表面７０２と実質的に同一平面上にあるように、高さ７０８だけ延在している。
【００６６】
［００８５］図７Ｃは、本開示の一実施形態に係る回折素子１１６を示す概略図である。回折素子１１６は、図７Ｂに示す回折素子と同様である。図示した実施形態では、カプセル化層７１８は、回折素子１１６の上に配置されている。例えば、カプセル化層７１８は、表面７０２及び表面７１６上に配置され、表面７０２、７１６を横切って横方向に延在する。一実施形態では、カプセル化層７１８の材料は、部分的又は全体的に溝７０６内に延在する。あるいは、溝７０６は、カプセル化層７１８の材料を含まない、又は実質的に含まないままである。一実施形態では、カプセル化層７１８は反射防止コーティングである。この実施形態では、反射防止コーティングは、ディスプレイスタック又は外部環境光源の回折素子１１６又は他の素子内に反射光が存在する可能性に起因する回折歪みを防止するように機能すると考えられる。
【００６７】
［００８６］図８Ａは、本明細書に記載の一実施形態に係るチャープ格子８０１を有する回折素子１１６を示す概略図である。回折素子１１６は、表面８０２と、表面８０２から延在する複数の格子８０４とを含む。各格子８０４は、均一な高さ８１０及び均一なフィルファクタ８１２を有する。一実施形態では、フィルファクタは、所与の周期における高屈折率材料の幅である。図示した実施形態では、格子８０４の周期性（すなわち、高屈折率リッジ及び低屈折率溝の幅の合計）が変調される。例えば、格子８０４は、第１の周期８０６と、第１の周期８０６よりも大きい第２の周期８０８とを有する。あるいは、格子８０４は、第１の周期８０６と、第１の周期８０６よりも小さい第２の周期８０８とを有する。変化する周期性は、線形、二次、ガウス、指数関数、又は逆指数関数であり得、回折素子１１６上に形成された全ての格子８０４を含み得る。
【００６８】
［００８７］図８Ｂは、本明細書に記載の一実施形態に係るチャープ格子８１１を有する回折素子１１６を示す概略図である。各格子８０４は、均一な周期性及び均一なフィルファクタ８１２を有する。図示した実施形態では、格子８０４の高さは変調されている。例えば、格子８０４は、第１の高さ８１４と、第１の高さ８１４よりも大きい第２の高さ８１６とを有する。あるいは、格子８０４は、第１の高さ８１４と、第１の高さ８１４よりも小さい第２の高さ８１６とを有する。変化する高さは、線形、二次、ガウス、指数関数、又は逆指数関数であり得、回折素子１１６上に形成された全ての格子８０４を含み得る。
【００６９】
［００８８］図８Ｃは、本明細書に記載の一実施形態に係るチャープ格子８２１を有する回折素子１１６を示す概略図である。各格子８０４は、均一な高さ８１０及び均一な周期性を有する。図示した実施形態では、格子８０４のフィルファクタが変調されている。例えば、格子８０４は、第１のフィルファクタ８１８と、第１のフィルファクタ８１８よりも大きい第２のフィルファクタ８２０とを有する。あるいは、格子８０４は、第１のフィルファクタ８１８と、第１のフィルファクタ８１８よりも小さい第２のフィルファクタ８２０とを有する。変化するフィルファクタは、線形、二次、ガウス、指数関数、又は逆指数関数であり得、回折素子１１６上に形成された全ての格子８０４を含み得る。
【００７０】
［００８９］格子８０１、８１１、８２１等のチャープ格子を用いることにより、所望の実装態様及び画像表示特性に応じて、同じ視聴ゾーン又は異なる視聴ゾーンに異なる回折色を集束させることができる。チャープ格子を用いることで、異なる色の回折光を分離又は組み合わせることができる。したがって、潜在的に無限の色の組み合わせが、回折光の組み合わせを介して生成され得る。同様に、単一の色は、回折光分離を介して生成され得る。図８Ａ〜図８Ｃには単一のチャープ係数の変調を示したが、単一の回折素子の周期性、高さ、及びフィルファクタのそれぞれを変化させることを利用して、回折素子の光回折特性を更に変調することができると考えられる。
【００７１】
［００９０］図９Ａは、本明細書に記載の一実施形態による３次元で表示された回折素子１１６及び画像９０６の概略斜視図である。回折素子１１６は、回折素子１１６の表面９０２上に形成された、本明細書に記載の様々な格子の実施形態を描写したものである第１の形態を有する格子９０１を含む。一実施形態では、回折素子１１６は、回折素子１１６の表面９０２上に形成された、２次元及び３次元周期性に拡張され得る１次元周期性を有する格子９０１を含む。コリメートされた光９０４が回折素子１１６を通って伝搬しているところが図示されている。コリメートされた光９０４が格子９０１を通って伝播すると、コリメートされた光９０４は、第１の既定の角度方向に回折されて、表面９０２から離間した所望の視聴ゾーンに画像９０６を形成する。
【００７２】
［００９１］図９Ｂは、本明細書に記載の一実施形態に係る３次元で表示された回折素子１１６及び画像９０８の概略斜視図である。回折素子１１６は、本明細書に記載の様々な格子の実施形態を描写したものである、第１の形態とは異なる第２の形態を有する格子９０１を含む。格子９０１は、回折素子１１６の表面９０２上に形成されている。一例では、第２の形態を有する格子９０１は、図９Ａに記載の格子９０１とは異なる角度をなしている（又はチャープされている）。
【００７３】
［００９２］コリメートされた光９０４が回折素子１１６を通って伝搬しているところが図示されている。コリメートされた光９０４が格子９０１を通って伝播すると、コリメートされた光９０４は、第２の既定の角度方向に回折されて、表面９０２から離間した所望の視聴ゾーンに画像９０８を形成する。第２の形態を有する格子９０１の形態学的特性のために、画像９０６と同じ光入力からなる画像９０８は、第１の画像９０６とは異なる空間配向を有する。
【００７４】
［００９３］図９Ｃは、本明細書に記載の一実施形態に係る３次元で表示された回折素子１１６及び画像９１０の概略斜視図である。回折素子１１６は、本明細書に記載の様々な格子の実施形態を描写したものである、第１又は第２の形態とは異なる第３の形態を有する格子９０１を含む。格子９０１は、回折素子１１６の表面９０２上に形成されている。一例では、第３の形態を有する格子９０１は、図９Ａ及び図９Ｂに記載の格子９０１とは異なる角度をなしている（又はチャープされている）。
【００７５】
［００９４］コリメートされた光９０４が回折素子１１６を通って伝搬しているところが図示されている。コリメートされた光９０４が格子９０１を通って伝播すると、コリメートされた光９０４は、第３の既定の角度方向に回折されて、表面９０２から離間した所望の視聴ゾーンに画像９１０を形成する。第３の形態を有する格子９０１の形態学的特性のために、画像９０６、９０８と同じ光入力からなる画像９１０は、第１の画像９０６又は第２の画像９０８のいずれかとは異なる空間配向を有する。
【００７６】
［００９５］図９Ａ〜図９Ｃでは３つの異なる既定の角度方向の光の回折を図示したが、複数の回折素子を用いて、実質的に無限の配向及びその変化を伴う実質的に任意の所望の視聴ゾーンに画像９１０を形成することが可能である。したがって、本明細書に記載のコリメータ及び回折素子を様々なディスプレイスタックに用いて、３Ｄ画像の生成に適したディスプレイを製造することができると考えられる。
【００７７】
［００９６］前述の内容は本開示の実施形態を対象としているが、以下の特許請求の範囲によって決定されるその基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他のさらなる実施形態を考案することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【国際調査報告】
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