(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる色の複数の光源と、
前記光源によって生成された前記異なる色の光を導波する平板ライトガイドであって、前記光源は前記平板ライトガイドの伝播軸に対応する方向において互いに横方向に変位して配置されている、平板ライトガイドと、
前記平板ライトガイドの表面のマルチビーム回折格子であって、前記平板ライトガイド
からの前記導波光の一部分を、前記異なる色を有する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、前記複数の光ビームのうちの１つの光ビームは、前記複数の光ビームのうちの他の光ビームの主極大角度方向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、それぞれの光源に対応する色の光ビームの主極大角度方向は、前記それぞれの光源の前記横方向の変位の関数である、マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト。
【請求項２】
前記マルチビーム回折格子は、チャープ回折格子および互いに離間された曲線状の回折特徴部のうちの１つまたは両方を備える、請求項１に記載のマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト。
【請求項３】
前記複数の光源と、前記平板ライトガイドとの間に傾斜コリメータを更に備え、前記傾斜コリメータは、前記光源からの光をコリメートし傾斜させ、前記傾斜しコリメートされた光を前記導波光として前記平板ライトガイド内に方向付ける、請求項１に記載のマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト。
【請求項４】
前記傾斜コリメータは、前記コリメートされた光を、前記平板ライトガイドの上面および底面に対する傾斜角で反射するコリメート反射器を備え、前記傾斜角は、ゼロよりも大きく、かつ前記平板ライトガイド内の内部全反射の臨界角未満であり、前記複数の光源のうちのそれぞれの光源からの光は、前記コリメート反射器の傾斜と、前記コリメート反射器のフォーカスに対するそれぞれの光源の横方向の配置ずれとの双方によって決定される対応する傾斜角を有する、請求項３に記載のマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト。
【請求項５】
前記コリメート反射器は、前記平板ライトガイドと一体に、前記平板ライトガイドの材料から形成され、前記コリメート反射器は、前記平板ライトガイドの表面に平行な第１の方向において光をコリメートする第１の放物線形状と、第１の方向に直交する第２の方向に光をコリメートする第２の放物線形状とを有する二重湾曲放物面反射器の一部分を備える、請求項４に記載のマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト。
【請求項６】
請求項１に記載のマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライトを備える３次元（３Ｄ）カラー電子ディスプレイであって、前記３Ｄ電子ディスプレイは、前記複数の光ビームのうちの光ビームを変調するライトバルブを更に備え、前記ライトバルブは前記マルチビーム回折格子に隣接しており、前記ライトバルブによって変調される前記光ビームは、電子ディスプレイのピクセルに対応する、３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項７】
３次元（３Ｄ）カラー電子ディスプレイであって、
異なる色の複数の光学エミッタを含む光源と、
導波光として非ゼロ傾斜角で前記光源によって生成された前記異なる色の光を導波するための平板ライトガイドであって、前記異なる色の光学エミッタが、前記平板ライトガイド内の前記導波光の伝播軸に対応する方向に、互いに横方向に変位して配置されている、平板ライトガイドと、
前記導波光の一部分を、前記異なる色を表す複数の光ビームとしてカップリングして外へ出し、前記光ビームを、複数の異なる主極大角度方向において、前記平板ライトガイドから離れる方向に向ける、前記平板ライトガイドの表面におけるマルチビーム回折格子のアレイと、
前記異なる方向に向けられた光ビームを変調するライトバルブアレイであって、前記変調された異なる方向に向けられた光ビームは、前記３Ｄカラー電子ディスプレイの画素を表す、ライトバルブアレイと
を備え、前記複数の光ビームの前記異なる主極大角度方向は、前記異なる色の光学エミッタの前記横方向の変位の関数である、３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項８】
前記複数の光学エミッタは、赤色光を放出するための第１の光学エミッタと、緑色光を放出するための第２の光学エミッタと、青色光を放出するための第３の光学エミッタとを含み、前記第１の光学エミッタ、前記第２の光学エミッタおよび前記第３の光学エミッタの互いに対する前記横方向の変位によって決定された場合に、前記複数の光ビームのうちの赤色光ビームの主極大角度方向は、それぞれ前記複数の光ビームのうちの緑色光ビームおよび青色光ビームの一方または双方の主極大角度方向と実質的に類似している、請求項７に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項９】
前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、請求項７に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１０】
前記マルチビーム回折格子によって生成される前記複数の光ビームは、前記平板ライトガイド表面の上の点において実質的に収束し、前記ライトバルブアレイは、前記光ビームの前記収束点を越えた前記平板ライトガイド表面からの距離に位置する、請求項７に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１１】
前記光源の前記光学エミッタを時間多重化するためのエミッタ時間多重化装置を更に備え、前記時間多重化装置は、前記光源の前記光学エミッタの各々を順次活性化し、複数の異なる時間間隔のうちの対応する時間間隔中に、前記それぞれの活性化された光学エミッタに対応する異なる色の光を生成するためのものである、請求項７に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１２】
前記光源によって生成された光をコリメートし、前記コリメートされた光を前記導波光として、非ゼロ傾斜角で前記平板ライトガイド内に方向付ける傾斜コリメータを更に備える、請求項７に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１３】
互いに横方向に変位して配置された複数の光源を用いて光を生成することであって、前記複数の光源のうちの光源が、前記複数の光源のうちの他の光源によって生成された色と異なる色の光を生成する、ことと、
前記生成された光を平板ライトガイド内で導波することと、
前記平板ライトガイドの表面においてマルチビーム回折格子を用いて前記導波光の一部分を回折によりカップリングして外へ出し、複数の異なる主極大角度方向において、前記平板ライトガイドから離れるように方向付けられた異なる色を有する複数の光ビームを生成することと
を含み、
前記光源は、前記平板ライトガイドの伝播軸に対応する方向において横方向に変位して配置されている、カラー電子ディスプレイの動作の方法。
【請求項１４】
傾斜コリメータを用いて、前記生成された光をコリメートし、前記コリメートされた光を前記平板ライトガイドに方向付けることを更に含み、前記傾斜コリメータは、前記コリメートされた光を、前記平板ライトガイド表面に対する傾斜角で反射するコリメート反射器を備え、前記複数の光源のうちのそれぞれの光源からの前記光は、前記コリメート反射器の傾斜と、前記コリメート反射器のフォーカスに対する前記それぞれの光源の横方向の配置ずれとの双方によって決定される対応する傾斜角を有する、請求項１３に記載のカラー電子ディスプレイの動作の方法。
【請求項１５】
前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、前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、請求項１３に記載のカラー電子ディスプレイの動作の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
該当なし
【０００２】
連邦政府資金による研究開発の記載
該当なし
【背景技術】
【０００３】
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。
【０００４】
光放射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、いわゆる「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。バックライトにより放射された光は、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。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、以下を提供する。
［１］異なる色の複数の光源と、
上記光源によって生成された上記異なる色の光を導波する平板ライトガイドであって、上記光源は上記平板ライトガイドの伝播軸に対応する方向において互いに横方向にずらして配置されている、平板ライトガイドと、
上記平板ライトガイドの表面のマルチビーム回折格子であって、上記平板ライトガイドからの上記導波光の一部分を、上記異なる色を有する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、上記複数の光ビームのうちの１つの光ビームは、上記複数の光ビームのうちの他の光ビームの主極大角度方向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、マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト。
［２］それぞれの光源に対応する色の光ビームの主極大角度方向は、上記それぞれの光源の上記横方向の配置ずれの関数である、上記［１］に記載のマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト。
［３］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カラーバックライト。
［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カラーバックライト。
［５］上記複数の光源と、上記平板ライトガイドとの間に傾斜コリメータを更に備え、上記傾斜コリメータは、上記光源からの光をコリメートし傾斜させ、上記傾斜しコリメートされた光を上記導波光として上記平板ライトガイド内に方向付ける、上記［１］に記載のマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト。
［６］上記傾斜コリメータは、上記コリメートされた光を、上記平板ライトガイドの上面および底面に対する傾斜角で方向付けるコリメート反射器を備え、上記傾斜角は、ゼロよりも大きく、かつ上記平板ライトガイド内の内部全反射の臨界角未満であり、上記複数の光源のうちのそれぞれの光源からの光は、上記コリメート反射器の傾斜と、上記コリメート反射器のフォーカスに対するそれぞれの光源の横方向の配置ずれとの双方によって決定される対応する傾斜角を有する、上記［５］に記載のマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト。
［７］上記コリメート反射器は、上記平板ライトガイドと一体に、上記平板ライトガイドの材料から形成され、上記コリメート反射器は、上記平板ライトガイドの表面に平行な第１の方向において光をコリメートする第１の放物線形状と、第１の方向に直交する第２の方向に光をコリメートする第２の放物線形状とを有する二重湾曲放物面反射器の一部分を備える、上記［６］に記載のマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト。
［８］上記コリメート反射器は成形された反射器であり、上記成形された反射器は、上記横方向にずらして配置された光源と併せて、光の上記異なる色のうちの第１の色に対応する第１の光ビームを生成し、上記異なる色のうちの第２の色に対応する第２の光ビームを生成し、上記第１の光ビームの主極大角度方向は、上記第２の光ビームの主極大角度方向に概ね等しい、上記［６］に記載のマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト。
［９］上記［１］に記載のマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライトを備える３次元（３Ｄ）カラー電子ディスプレイであって、上記３Ｄ電子ディスプレイは、上記複数の光ビームのうちの光ビームを変調するライトバルブを更に備え、上記ライトバルブは上記マルチビーム回折格子に隣接しており、上記ライトバルブによって変調される上記光ビームは、電子ディスプレイのピクセルに対応する、３Ｄカラー電子ディスプレイ。
［１０］３次元（３Ｄ）カラー電子ディスプレイであって、
互いに横方向にずらして配置された異なる色の複数の光学エミッタを含む光源と、
上記光源によって生成された光をコリメートし、上記コリメートされた光を、導波光として、非ゼロ傾斜角で平板ライトガイド内に方向付ける傾斜コリメータと、
上記導波光の一部分を、上記異なる色を表す複数の光ビームとしてカップリングして外へ出し、上記光ビームを、複数の異なる主極大角度方向において、上記平板ライトガイドから離れる方向に向ける、上記平板ライトガイドの表面におけるマルチビーム回折格子のアレイと、
上記異なる方向に向けられた光ビームを変調するライトバルブアレイであって、上記変調された異なる方向に向けられた光ビームは、上記３Ｄカラー電子ディスプレイの画素を表す、ライトバルブアレイと
を備える、３Ｄカラー電子ディスプレイ。
［１１］上記複数の光学エミッタは、赤色光を放出するための第１の光学エミッタと、緑色光を放出するための第２の光学エミッタと、青色光を放出するための第３の光学エミッタとを含み、上記第１の光学エミッタ、上記第２の光学エミッタおよび上記第３の光学エミッタの互いに対する上記横方向の配置ずれによって決定された場合に、上記第１の光学エミッタからの赤色光ビームの主極大角度方向は、それぞれ上記第２の光学エミッタおよび上記第３の光学エミッタからの緑色光ビームおよび青色光ビームの一方または双方の主極大角度方向と実質的に類似している、上記［１０］に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
［１２］上記傾斜コリメータは、成形された放物面反射器表面を有するコリメート反射器を備え、上記光学エミッタは、上記コリメート反射器のフォーカスの近傍の上記平板ライトガイドの伝播軸に対応する方向において互いに横方向にずらして配置されている、上記［１０］に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
［１３］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［１０］に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
［１４］上記マルチビーム回折格子によって生成される上記複数の光ビームは、上記平板ライトガイド表面の上の点において実質的に収束し、上記ライトバルブアレイは、上記光ビームの上記収束点を越えた上記平板ライトガイド表面からの距離に位置する、上記［１０］に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
［１５］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［１０］に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
［１６］上記光源の上記光学エミッタを時間多重化するためのエミッタ時間多重化装置を更に備え、上記時間多重化装置は、上記光源の上記光学エミッタの各々を順次活性化し、複数の異なる時間間隔のうちの対応する時間間隔中に、上記それぞれの活性化された光学エミッタに対応する異なる色の光を生成するためのものである、上記［１０］に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
［１７］互いに横方向にずらして配置された複数の光源を用いて光を生成することであって、上記複数の光源のうちの光源が、上記複数の光源のうちの他の光源によって生成された色と異なる色の光を生成する、ことと、
上記生成された光を平板ライトガイド内で導波することと、
上記平板ライトガイドの表面において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、複数の異なる主極大角度方向において、上記平板ライトガイドから離れるように方向付けられた異なる色を有する複数の光ビームを生成することと
を含み、
上記光源は、上記平板ライトガイドの伝播軸に対応する方向において横方向にずらして配置されている、カラー電子ディスプレイの動作の方法。
［１８］上記生成された光をコリメートし、上記コリメートされた光を、傾斜コリメータを用いて上記平板ライトガイドに方向付けることを更に含み、上記傾斜コリメータは、上記コリメートされた光を、上記平板ライトガイド表面に対する傾斜角で方向付けるコリメート反射器を備え、上記複数の光源のうちのそれぞれの光源からの上記光は、上記コリメート反射器の傾斜と、上記コリメート反射器のフォーカスに対する上記それぞれの光源の横方向の配置ずれとの双方によって決定される対応する傾斜角を有する、上記［１７］に記載のカラー電子ディスプレイの動作の方法。
［１９］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［１７］に記載のカラー電子ディスプレイの動作の方法。
［２０］上記複数の光源のうちの上記光源を時間多重化することを更に含み、時間多重化は、上記光源を順次活性化することを含み、活性化された光源は、複数の異なる時間間隔のうちの１つの時間間隔中に、それぞれの色の光を生成するためのものである、上記［１７］に記載のカラー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。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】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（principal angular direction）を有する光ビームの角度成分｛θ，φ｝のグラフ図を示す。
【図２Ａ】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（multibeam diffraction grating-based）カラーバックライトの断面図を示す。
【図２Ｂ】本明細書で説明する原理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カラーバックライトの表面の斜視図を示す。
【図２Ｃ】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カラーバックライトの断面図を示す。
【図３】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の平面図を示す。
【図４Ａ】本明細書で説明する原理と一致した別の例による、傾斜コリメータを含むマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライトの断面図を示す。
【図４Ｂ】本明細書で説明する原理と一致した一例による、コリメート反射器の概略図を示す。
【図５】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カラーバックライトの斜視図を示す。
【図６】本明細書で説明する原理と一致した一例によるカラー電子ディスプレイのブロック図を示す。
【図７】本明細書で説明する原理と一致した一例による、収束点Ｐにおいて収束する複数の異なる方向に向けられた光ビームの断面図を示す。
【図８】本明細書で説明する原理と一致した一例によるカラー電子ディスプレイの動作の方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
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。
【０００８】
本明細書で説明する原理による例は、異なる色の光の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と、互いに横方向にずらして（変位して）配置された複数の異なる色の光源とを使用する。マルチビーム回折格子は、ライトガイド（lightguide）から、光源によって生成された異なる色の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異なる色の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および異なる色を有している。いくつかの例では、異なる主極大角度方向（「異なる方向に向けられた複数の光ビーム」とも呼ばれる）および異なる色を有する複数の光ビームを使用して、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、異なる色の複数の光ビームは、変調され、「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。
【０００９】
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、本明細書における定義上、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Ｏを示す。例示の入射光の伝播方向は、図１に太線の矢印１２を用いて示される。
【００１０】
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。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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。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。
【００１４】
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、および突起のうちの１つまたは複数を含むがこれらに限定されない、光を回折する様々な構造体のうちの任意のものを含むことができる。例えば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。
【００１５】
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、様々な光ビームの異なる主極大角度方向は、格子のピッチまたは間隔と、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との組合せによって決定される。
【００１６】
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。
【００１７】
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（piece-wise）または個別的（differentially）に平面状の層またはシートとして定義される。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（すなわち、反対の面）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。
【００１８】
ここで、「光源」は、光の源（例えば、光を放射する装置またはデバイス）として定義される。例えば、光源は、活性化されたときに光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる。ここで、光源は、限定ではないが、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ポリマー発光ダイオード、プラズマベースの光学エミッタ、蛍光ランプ、白熱灯、および実質上任意の他の光の源のうちの１つまたは複数を含む実質的に任意の光の源または光学エミッタとすることができる。光源によって生成される光は、色を有することができるか、または特定の光波長を含むことができる。したがって、「異なる色の複数の光源」は、本明細書において、光源のうちの少なくとも１つが、複数の光源のうちの少なくとも１つの他の光源によって生成される光の色または波長と異なる色または等価には波長を有する光を生成する、光源の組またはグループとして明示的に定義される。更に、「異なる色の複数の光源」は、複数の光源のうちの少なくとも２つの光源が異なる色の光源である（すなわち、少なくとも２つの光源間で異なる光の色を生成する）限り、色が同じであるかまたは実質的に類似している２つ以上の光源を含むことができる。このため、本明細書における定義により、異なる色の複数の光源が、第１の色の光を生成する第１の光源と、第２の色の光を生成する第２の光源とを含むことができ、ここで、第２の色は第１の色と異なる。
【００１９】
また、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）」、「第１の（first）」、「第２の（second）」、「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、本明細書において用いられるとき、「実質的に」という用語は、大部分、またはほとんど全て、または全て、または、例えば約５１％〜約１００％の範囲内の量を意味する。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。
【００２０】
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カラーバックライト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一例による、図２Ａに示すマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００の表面の斜視図を示す。図２Ｃは、本明細書で説明する原理と一致した別の例によるマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００の断面図を示す。
【００２１】
様々な例によれば、マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００は、マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００から外れて異なる所定の方向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。更に、複数の光ビームの様々な光ビーム１０２が異なる色の光を表すかまたは含む。いくつかの例では、異なる色および異なる方向の複数の光ビーム１０２が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。
【００２２】
具体的には、様々な例によれば、マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト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２Ａ〜図２Ｃを参照）。更に、その１つの光ビーム１０２は、比較的狭い角度拡がり（angular spread）を有することができる。したがって、光ビーム１０２は、光ビーム１０２の主極大角度方向によって確立された方向においてマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００から離れるように方向付けることができる。
【００２３】
更に、マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００によりもたらされる複数の光ビームのうちの光ビーム１０２は、異なる色の光を有するかまたは表す。いくつかの例では、異なる色の光ビーム１０２は、色の組（例えば、カラーパレット）内の色を表すことができる。更に、いくつかの例によれば、色の組内の色の各々を表す光ビーム１０２は、実質的に等しい主極大角度方向を有することができる。具体的には、特定の主極大角度方向について、色の組内の色の各々を表す光ビーム１０２の組が存在し得る。いくつかの例では、複数の光ビーム１０２の各主極大角度方向は、色の組の色の各々が表す光ビーム１０２の組を含むことができる。いくつかの例では、（例えば、色の組の）異なる色および異なる主極大角度方向の光ビーム１０２は、（例えば、以下で説明するようなライトバルブによって）変調されてもよい。マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト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異なる色の光ビーム１０２の変調は、カラー３Ｄ電子ディスプレイ用途における画素として特に有用となり得る。
【００２４】
マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００は、異なる色の複数の光源１１０を含む。具体的には、複数の光源のうちの１つの光源１１０は、本明細書における定義により、複数の光源のうちの他の光源１１０によって生成される光の色と異なる色（すなわち、光波長）の光を生成するように構成される。例えば、複数の光源のうちの第１の光源１１０’は、第１の色（例えば、赤）の光を生成することができ、複数の光源のうちの第２の光源１１０’’は、第２の色（例えば、緑）の光を生成することができ、複数の光源のうちの第３の光源１１０’’’は、第３の色（例えば、青）の光を生成することができ、以下同様である。
【００２５】
様々な例において、異なる色の複数の光源１１０は、限定ではないが、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、実質的に任意の光の源を表す光源１１０を含むことができる。例えば、複数の光源１１０は各々、複数のＬＥＤを含むことができる。いくつかの例では、複数の光源のうちの１つまたは複数の光源１１０は、特定の色によって表される狭帯域スペクトルを有する実質的に単色の光を生成することができる。具体的には、いくつかの例によれば、単色光の色は、所定の色域または色モデル（例えば、赤−緑−青（ＲＧＢ）色モデル）の原色とすることができる。例えば、複数の光源のうちの第１の光源１１０’は、赤色ＬＥＤとすることができ、第１の光源１１０’によって生成される単色光は、実質的に赤色とすることができる。この例では、第２の光源１１０’’は、緑色ＬＥＤとすることができ、第２の光源１１０’’によって生成される単色光は、実質的に緑色とすることができる。更にこの例では、第３の光源１１０’’’は、青色ＬＥＤとすることができ、第３の光源１１０’’’によって生成される単色光は、実質的に青色とすることができる。
【００２６】
他の例では、複数の光源のうちの１つまたは複数の光源１１０によってもたらされる光は、比較的広帯域のスペクトルを有することができる（すなわち、単色光でない場合がある）。例えば、実質的に白色光を生成する蛍光光源または同様の広帯域光源を、複数の光源の一部として用いることができる。広帯域光源が用いられるときのいくつかの例では、広帯域光源によって生成される白色光は、カラーフィルタまたは同様のメカニズム（例えば、プリズム）を用いて複数の光源の異なる色のそれぞれの色（例えば、赤、緑、青等）に「変換される」ことが可能である。カラーフィルタと組み合わされた広帯域光源は、例えば、カラーフィルタのそれぞれの色の光を効果的に生成する。具体的には、様々な例によれば、それぞれの色は、複数の色の光源１１０の異なる色のうちの１つの色とすることができ、カラーフィルタを含む「変換された」広帯域光源は、異なる色の複数の光源１１０のうちの１つの光源１１０とすることができる。本明細書において用いられる色、赤、緑および青は、限定ではなく論考を目的としていることに留意されたい。例えば、赤、緑および青のうちの任意のものまたは全ての代わりに、またはこれらに加えて、他の色が異なる色の光源１１０として用いられてもよい。
【００２７】
様々な例によれば、図２Ａおよび図２Ｃに示されているように、複数の光源のうちの光源１１０は、互いに横方向にずらして配置されている。例えば、光源１１０は、特定の軸または方向に沿って互いに横方向にずらして配置されてもよい。具体的には、図２Ａおよび図２Ｃに示すように、第１の光源１１０’は、第２の光源１１０’’に対しｘ軸に沿って左に横方向にずらして配置される。更に、図示のように、第３の光源１１０’’’は、第２の光源１１０’’に対しｘ軸に沿って右に横方向にずらして配置される。
【００２８】
様々な例によれば、マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００は、平板ライトガイド１２０に入る光１０４を導波するように構成された平板ライトガイド１２０を更に備える。様々な例によれば、平板ライトガイド１２０は、複数の光源のうちの光源１１０によって生成された異なる色の光１０４を導波するように構成される。いくつかの例では、ライトガイド１２０は、内部全反射を用いて光１０４を導波する。例えば、平板ライトガイド１２０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、平板ライトガイド１２０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。
【００２９】
いくつかの例では、平板ライトガイド１２０は、（例えば、図２Ａおよび図２Ｃの断面に示すように）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、平板ライトガイド１２０は、平板ライトガイド１２０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。様々な例によれば、平板ライトガイド１２０の光学的に透明な材料は、様々なタイプのガラス（例えば石英ガラス、アルカリ・アルミノシリケート・ガラス、ホウケイ酸ガラスなど）、および実質的に光学的に透明なプラスチックまたはポリマー（例えばポリ（メチルメタクリレート）または「アクリルガラス」、ポリカーボネートなど）のうちの１つまたは複数を含むがこれらに限定されない、様々な誘電体材料のうちの任意のものを含んでいてもよいし、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。
【００３０】
様々な例によれば、光源１１０によって生成された光は、平板ライトガイド１２０の長さまたは伝播軸に沿って伝播し導波されるように、平板ライトガイド１２０の端部内にカップリングされる。例えば、図２Ａおよび図２Ｃに示すように、導波光１０４は、全体的に水平方向に（すなわち、ｘ軸に沿って）平板ライトガイド１２０の伝播軸に沿って伝播することができる。伝播軸に沿った全体的伝播方向における導波光１０４の伝播は、いくつかの太線の水平の矢印（すなわち、左から右を指す）として、図２Ａ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。図２Ａおよび図２Ｃにおけるｘ軸に沿った太線の水平の矢印によって示される導波光１０４の伝播は、平板ライトガイド１２０内の様々な伝播する光学ビームを表す。具体的には、これらの伝播する光学ビームは、例えば、平板ライトガイド１２０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。様々な例によれば、導波光１０４の伝播する光学ビームは、内部全反射に起因した、平板ライトガイド１２０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平板ライトガイド１２０の壁面からの「跳ね返り（bouncing）」または反射により、伝播軸に沿って伝播することができる。
【００３１】
様々な例によれば、複数の光源のうちの光源１１０の横方向の配置ずれ（横方向の変位）（lateral displacement）によって、平板ライトガイド１２０内の導波光１０４の様々な伝播する光学ビームの相対的な伝播角度（すなわち、伝播軸に沿った伝播に加わる）が決定される。具体的には、第２の光源１１０’’に対する第１の光源１１０’の横方向の配置ずれ（例えば、図２Ａにおいて左および図２Ｃにおいて右）の結果として、第１の光源１１０’に関連付けられた伝播する光学ビームが、平板ライトガイド１２０内で、第２の光源１１０’’に関連付けられた伝播する光学ビームの伝播角度よりも小さいまたは「狭い」伝播角度を有することになる場合がある。同様に、第２の光源１１０’’に対する第３の光源１１０’’’の横方向の配置ずれ（例えば、図２Ａにおいて右および図２Ｃにおいて左）の結果として、第２の光源１１０’’の伝播する光学ビームの伝播角度に対し、第３の光源１１０’’’に関連付けられた伝播する光学ビームの伝播角度がより大きくまたは「鋭く」なる場合がある。このため、複数の光源のうちの光源１１０の相対的な横方向の配置ずれは、光源１１０の各々に関連付けられた伝播する光学ビームの伝播角度を制御または決定するのに用いられる。
【００３２】
図２Ａおよび図２Ｃにおいて、第２の光源１１０’’に関連付けられた色の光は、実線で示され、第１の光源１１０’および第３の光源１１０’’’に関連付けられた色の光は、それぞれ異なる破線を用いて示される。図２Ａおよび図２Ｃにおいてそれぞれの実線および異なる破線によって示されるように、異なる色の光は、第１の光源１１０’、第２の光源１１０’’および第３の光源１１０’’’によって放射される。異なる色の光が平板ライトガイド１２０内にカップリングされ、平板ライトガイド伝播軸に沿って導波光１０４として（例えば、太線の水平の矢印によって示されるように）伝播する。更に、平板ライトガイド１２０内にカップリングされた導波光１０４の異なる色の各々が、第１の光源１１０’、第２の光源１１０’’および第３の光源１１０’’’のうちのそれぞれの光源の横方向の配置ずれによって決定される異なる伝播角度で伝播軸に沿って伝播する。様々な異なる伝播角度での導波光１０４の伝播は、図２Ａにおいて、ジグザグの網掛け領域として示されている。更に、図２Ａおよび図２Ｃにおいて、第１の光源１１０’、第２の光源１１０’’および第３の光源１１０’’’に関連付けられた異なる色の光の光ビーム１０２が、対応する実線および様々な破線を用いて示される。
【００３３】
様々な例によれば、マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００は、マルチビーム回折格子１３０を更に備える。マルチビーム回折格子１３０は、平板ライトガイド１２０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、平板ライトガイド１２０から導波光１０４の一部分または複数部分を回折的に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、異なる色の（すなわち、光源１１０の異なる色を表す）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。更に、様々な色の光ビーム１０２は、マルチビーム回折格子１３０によって、異なる主極大角度方向において、ライトガイド表面から離れるように方向変更される。したがって、図示のように、第２の光源１１０’’からの導波光１０４を表す光ビーム１０２（実線の矢印）が、回折によりカップリングして外に出されたときに、異なる主極大角度方向を有する。同様に、光源１１０’および光源１１０’’’の各々からの導波光１０４を表す光ビーム１０２（様々な破線の矢印）も、それぞれ異なる主極大角度方向を有する。一方、様々な例によれば、横方向にずらして配置された光源１１０’、１１０’’、１１０’’’の各々からの光ビーム１０２のうちのいくつかは、実質的に同様の主極大角度方向を有することができる。
【００３４】
通常、様々な例によれば、マルチビーム回折格子１３０によって生成される光ビーム１０２は、発散または収束することができる。具体的には、図２Ａは、収束（converge）する複数の光ビーム１０２を示し、図２Ｃは、発散（diverge）する複数の光ビーム１０２を示している。様々な例によれば、光ビーム１０２が収束する（図２Ａ）かまたは発散する（図２Ｃ）かは、マルチビーム回折格子１３０の特性に対する導波光１０４の伝播方向（例えば、チャープ方向）によって決定される。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１３０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１３０の上または正面の仮想の点（図示せず）に収束または交差することができる。
【００３５】
様々な例によれば、マルチビーム回折格子１３０は、回折をもたらす複数の回折特徴部１３２を備える。もたらされる回折は、平板ライトガイド１２０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１３０は、回折特徴部１３２としての役割を果たす、平板ライトガイド１２０の表面内の複数の溝およびライトガイド１２０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１３０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。
【００３６】
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１３０の材料は、平板ライトガイド１２０の材料を含んでいてもよい。図２Ａに示すように、例えば、マルチビーム回折格子１３０は、平板ライトガイド１２０の表面から突出する実質的に平行な複数の隆線を含む。図２Ｃにおいて、マルチビーム回折格子１３０は、平板ライトガイド１２０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１３０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１３０は、ライトガイド表面上に堆積されていてもよい。
【００３７】
様々な例によれば、マルチビーム回折格子１３０は、平板ライトガイド１２０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１３０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。例えば、マルチビーム回折格子１３０の行および列は、マルチビーム回折格子１３０の長方形のアレイを表すことができる。別の例では、複数のマルチビーム回折格子１３０は、限定ではないが、円形アレイを含む別のアレイとして配置することができる。また別の例では、複数のマルチビーム回折格子１３０は、平板ライトガイド１２０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。
【００３８】
いくつかの例によれば、マルチビーム回折格子１３０は、チャープ回折格子１３０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１３０は、チャープ回折格子１３０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ピッチまたは間隔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、平板ライトガイド１２０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１３０にわたる異なる原点に対応する異なる回折角において、光ビーム１０２としてチャープ回折格子１３０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１３０は、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。
【００３９】
更に、光ビーム１０２の主極大角度方向を確立する回折角度も、波長または色と、導波光１０４の入射角との関数である。したがって、様々な例によれば、それぞれの光源１１０に対応する色の光ビーム１０２の主極大角度方向は、それぞれの光源１１０の横方向の配置ずれの関数である。具体的には、上記で論考したように、複数の光源のうちの様々な光源１１０が、異なる色の光を生成するように構成される。更に、光源１１０は、互いに横方向にずらして配置され、平板ライトガイド１２０内で導波光１０４の異なる伝播角度を生成する。様々な例によれば、光源１１０のそれぞれの横方向の配置ずれ、および光源１１０によって生成される異なる色の導波光１０４に起因した、導波光１０４の異なる伝播角度（すなわち、入射角）の組合せの結果として、実質的に等しい主極大角度方向を有する複数の異なる色の光ビーム１０２が得られる。例えば、実質的に等しい主極大角度方向を有する異なる色の光ビーム１０２（すなわち、異なる色の光ビームの組）が、実線および破線の組合せを用いて図２Ａ〜図２Ｃに示される。
【００４０】
いくつかの例では、チャープ回折格子１３０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１３０は、「線形チャープ」回折格子と呼ぶことができる。例えば、図２Ａおよび図２Ｃは、マルチビーム回折格子１３０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１３２は、マルチビーム回折格子１３０の第２の端部１３０’’では、第１の端部１３０’でよりも互いに近くにある。更に、図示の回折特徴部１３２の回折間隔ｄは、第１の端部１３０’から第２の端部１３０’’まで線形に変化する。
【００４１】
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１３０を用いて平板ライトガイド１２０から導波光１０４をカップリングして外へ出すことにより生成された異なる色の複数の光ビーム１０２は、導波光１０４が第１の端部１３０’から第２の端部１３０’’の方向に（例えば図２Ａ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１３０’’から第１の端部１３０’に（例えば図２Ｃに示すように）伝播するときには、異なる色の複数の発散光ビーム１０２が生成され得る。
【００４２】
別の例では（図示せず）、チャープ回折格子１３０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１３０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、または別の実質的に不均一またはランダムであるが依然として単調に変化するチャープを含むが、これらに限定されない。正弦波チャープまたは三角形（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。
【００４３】
いくつかの例によれば、マルチビーム回折格子１３０内の複数の回折特徴部１３２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１３２の向きは、別の点におけるこれらの回折特徴部１３２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｝の角度成分は、光ビーム１０２の原点におけるこれらの回折特徴部１３２のローカルピッチ（すなわち、回折間隔ｄ）および方位配向角の組合せにより決定されるか、またはこの組合せに対応する。更に、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の色と実質的に独立している（すなわち、全ての色について実質的に等しくする）ことができる。具体的には、いくつかの例によれば、回折特徴部１３２の方位角成分φと方位配向角との間の関係は、光ビーム１２０の全ての色について実質的に同じとすることができる。したがって、マルチビーム回折格子１３０内の回折特徴部１３２の配向を変動させることによって、少なくともそれぞれの方位角成分φの観点において、光ビーム１０２の色にかかわらず、異なる主極大角度方向｛θ，φ｝を有する異なる光ビーム１０２を生成することができる。
【００４４】
いくつかの例では、マルチビーム回折格子１３０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１３２を含んでいてもよい。例えば、これらの回折特徴部１３２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２Ｂ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１３２を示している。回折特徴部１３２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１３２に関連するマルチビーム回折格子１３０の「下にある回折格子」は、異なる方位配向角を有している。具体的には、曲線状の回折特徴部１３２に沿った所定の点において、曲線は、曲線状の回折特徴部１３２に沿った別の点とは一般に異なる特定の方位配向角を有している。更に、特定の方位配向角は、所定の点から放射された１つの光ビーム１０２の対応する主極大角度方向｛θ，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。
【００４５】
他の例では、マルチビーム回折格子１３０は、「区分ごとに」曲線状である複数の回折特徴部１３２を含んでいてもよい。具体的には、回折特徴部は、それ自体で実質的に滑らかなまたは連続した曲線を表さなくてもよいが、マルチビーム回折格子１３０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１３２は依然として、曲線を近似するように、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１３２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、溝の各区画は隣接する区画とは異なる向きを有している。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。例えば、以下に説明される図３は、区分ごとに曲線状である回折特徴部１３２の例を示す。更に他の例では、これらの特徴部１３２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１３０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。
【００４６】
いくつかの例では、マルチビーム回折格子１３０は、向きの異なる複数の回折特徴部１３２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１３２間の間隔ｄの両方が、マルチビーム回折格子１３０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１３０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１３０を含んでいてもよい。
【００４７】
図２Ｂは、平板ライトガイド１２０の表面内または表面上の、曲線状でかつチャープされた複数の回折特徴部１３２（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１３０（すなわち、曲線状のチャープ回折格子である）を示す。例として、図２Ｂに示すように、導波光１０４は、マルチビーム回折格子１３０および平板ライトガイド１２０に対する入射方向を有する。図２Ｂは、平板ライトガイド１２０の表面におけるマルチビーム回折格子１３０から離れるように向いた複数の放射された光ビーム１０２も示す。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。上記で論考したように、回折特徴部１３２のチャープおよび回折特徴部１３２の曲線の双方が、放射された光ビーム１０２の異なる主極大角度方向に対して大きく関与し得る。
【００４８】
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１３０の平面図を示す。図示のように、マルチビーム回折格子１３０は、同様に複数の光源１１０を含むマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００の平板ライトガイド１２０の表面上にある。マルチビーム回折格子１３０は、区分ごとに曲線状でありかつチャープされた回折特徴部１３２を含んでいる。図３における太線の矢印は、導波光１０４の例示の入射方向を示す。
【００４９】
いくつかの例では、マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００は、傾斜コリメータを更に含むことができる。様々な例によれば、傾斜コリメータは、複数の光源１１０と平板ライトガイド１２０との間に位置することができる。傾斜コリメータは、光源１１０からの光を傾斜させ、傾斜されコリメートされた光を導波光１０４として平板ライトガイド１２０に向けるように構成される。様々な例によれば、傾斜コリメータは、限定ではないが、ミラー、傾斜コリメートレンズまたはコリメート反射器と組み合わされたコリメートレンズを含むことができる。例えば、図２Ａは、光源１１０からの光をコリメートし、傾斜させるように構成されたコリメート反射器を含む傾斜コリメータ１４０を示す。図２Ｃは、限定ではないが例として、コリメートレンズ１４２およびミラー１４４を含む傾斜コリメータ１４０を示す。
【００５０】
図４Ａは、本明細書に記載された原理と一致した別の例による、傾斜コリメータ１４０を含むマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００の断面図を示す。具体的には、傾斜コリメータ１４０は、異なる色の複数の光源１１０と平板ライトガイド１２０との間に位置するコリメート反射器１４０として示される。図４Ａにおいて、光源１１０は、図示のように、平板ライトガイド１２０内の導波光１０４の伝播軸（例えば、ｘ軸）に対応する方向において互いに横方向にずらして配置される。更に、図示のように、マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００は、平板ライトガイド１２０の表面に複数のマルチビーム回折格子１３０（すなわち、マルチビーム回折格子アレイ）を含む。各マルチビーム回折格子１３０は、異なる色および異なる主極大角度方向の複数の光ビーム１０２を生成するように構成される。
【００５１】
様々な例によれば、図４Ａに示されるコリメート反射器１４０は、光源１１０によって生成された異なる色の光をコリメートするように構成される。コリメート反射器１４０は、平板ライトガイド１２０の上面および底面に対して傾斜角でコリメートされた光を方向付けるように更に構成される。いくつかの例によれば、傾斜角は、ゼロよりも大きく、かつ平板ライトガイド１２０内の内部全反射の臨界角未満である。様々な例によれば、複数の光源のそれぞれの光源１１０からの光は、コリメート反射器の傾斜と、コリメート反射器１４０のフォーカスまたは焦点Ｆに対するそれぞれの光源１１０の横方向の配置ずれとの双方によって決定される対応する傾斜角を有することができる。
【００５２】
図４Ｂは、本明細書において説明される原理と一致した一例による、コリメート反射器１４０の概略表現を示す。具体的には、図４Ｂは、コリメート反射器１４０の焦点Ｆに位置する第１の光源１１０’（例えば、緑色光源）を示す。ｘ軸に沿って、すなわち、伝播軸に対応する方向において、第１の光源１１０’から横方向にずらして配置された第２の光源１１０’’（例えば、赤色光源）も示されている。第１の光源１１０’によって生成された光（例えば、緑色光）は、図４Ｂにおいて光線１１２’によって示される光錐として発散する。同様に、第２の光源１１０’’によって生成される光（例えば、赤色光）は、図４Ｂにおける光線１１２’’によって示される光錐として発散する。
【００５３】
図示のように、コリメート反射器１４０を出る第１の光源１１０’からのコリメートされた光は、平行な光線１１４’によって表され、一方、コリメート反射器１４０を出る第２の光源１１０’’からのコリメートされた光は、平行光線１１４’’によって表される。コリメート反射器１４０は、光をコリメートするのみでなく、コリメートされた光を非ゼロ角度下方に方向付けるかまたは傾斜させることに留意されたい。具体的には、図示のように、第１の光源１１０’からのコリメートされた光は、傾斜角θ’で下方に傾斜され、第２の光源１１０’’からのコリメートされた光は、異なる傾斜角θ’’で下方に傾斜される。様々な例によれば、第１の光源傾斜角θ’および第２の光源傾斜角θ’’間の差は、第１の光源１１０’に対する第２の光源１１０’’の横方向の配置ずれによって提供または決定される。図４Ａに示すように、異なる傾斜角θ’、θ’’が、第１の光源１１０’および第２の光源１１０’’のそれぞれの光源からの光（例えば、緑色対赤色）に対するライトガイド１２０内の導波光１０４の異なる伝播角に対応することに留意されたい。
【００５４】
いくつかの例では、傾斜コリメータ（例えば、コリメート反射器１４０）は、平板ライトガイド１２０と一体である。具体的には、一体の傾斜コリメータ１４０は、例えば、平板ライトガイド１２０から実質的に分離可能でない場合がある。例えば、傾斜コリメータ１４０は、例えばコリメート反射器１４０について図４Ａに示すように、平板ライトガイド１２０の材料から形成することができる。図４Ａの一体のコリメート反射器１４０および平板ライトガイド１２０の双方は、コリメート反射器１４０と平板ライトガイド１２０との間で連続した材料を射出成形することによって形成することができる。コリメート反射器１４０および平板ライトガイド１２０の双方の材料は、例えば、射出成形されたアクリルとすることができる。他の例では、傾斜コリメータ１４０は、平板ライトガイド１２０内への光のカップリングを容易にするように、平板ライトガイド１２０と位置合わせされ、いくつかの例では平板ライトガイド１２０に取り付けられた、実質的に別個の要素とすることができる。
【００５５】
いくつかの例によれば、コリメート反射器１４０として実施されるときの傾斜コリメータ１４０は、コリメート反射器１４０を形成するのに用いられる材料の湾曲した表面（例えば、放物形の表面）上の反射コーティングを更に備えることができる。金属コーティング（例えば、アルミニウムフィルム）または同様の「ミラーリング」材料を、例えば、表面の反射率を高めるようにコリメート反射器１４０を形成する材料の湾曲部分の外面に施すことができる。平板ライトガイド１２０に一体の傾斜コリメータ１４０を含むマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００の例において、マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００は本明細書において「モノリシック」と呼ぶことができる。
【００５６】
いくつかの例では、傾斜コリメータ１４０のコリメート反射器１４０は、二重湾曲放物面反射器の一部を含む。二重湾曲放物面反射器は、平板ライトガイド１２０の表面に平行な第１の方向において光をコリメートするための第１の放物形状を有することができる。更に、二重湾曲放物面反射器は、第１の方向に実質的に直交する第２の方向に光をコリメートするための第２の湾曲形状を有することができる。
【００５７】
いくつかの例では、傾斜コリメータ１４０は、「成形された」反射器であるコリメート反射器１４０を含む。成形された反射器は、横方向にずらして配置された光源１１０と併せて、マルチビーム回折格子１３０から放出される、異なる色の光の第１の色に対応する第１の光ビーム１０２を生成し、異なる色の第２の色に対応する第２の光ビーム１０２を生成するように構成される。様々な例によれば、第１の光ビーム１０２の主極大角度方向は、第２の光ビームの主極大角度方向に概ね等しい。具体的には、第１および第２の光ビーム１０２の概ね等しい主極大角度方向を達成するために、限定ではないが、レイトレーシング最適化等の方法を用いることができる。レイトレーシング最適化を用いて、最初は放物線状の反射器の形状を調整し、例えば、成形された反射器を得ることができる。レイトレーシング最適化は、第１の色の第１の光ビーム１０２および第２の色の第２の光ビーム１０２の双方が、例えば、第１および第２の光ビーム１０２がマルチビーム回折格子１３０を出るときに等しい主極大角度方向を有するという制約を満たす反射器形状調整を提供することができる。
【００５８】
図５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カラーバックライト１００の斜視図を示す。具体的には、図５に示すように、マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００はモノリシックであり、平板ライトガイド１２０の縁部において複数の一体コリメート反射器１４０を有する。更に、示すように、コリメート反射器１４０の各々は、水平方向（すなわち、ｙ軸）および垂直方向（すなわち、ｚ軸）の双方において光をコリメートするための二重湾曲放物線形状を有する。更に、マルチビーム回折格子１３０は、例として、図５の平板ライトガイド表面上の円形特徴部として示される。図５に更に示されるように、異なる色の複数の横方向にずらして配置された光源１１０が、コリメート反射器１４０のうちの第１のコリメート反射器の下に示される。明示的に示していないが、分離された複数の横方向にずらして配置された異なる色の光源が、他のコリメート反射器１４０の各々の下にあり、様々な例によれば、それによって、各コリメート反射器１４０は独自の光源１１０の組を有する。
【００５９】
いくつかの例では、マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００は、実質的に光学的に透明である。いくつかの例によれば、具体的には、平板ライトガイド１２０およびマルチビーム回折格子１３０の両方は、平板ライトガイド１２０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。光学的透明性は、例えば、マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００の一方の側の物体を反対側から見る（すなわち、平板ライトガイド１２０の厚みを通して見る）ことを可能にし得る。他の例では、マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００は、（例えば上面上の）視認方向から見たとき、実質的に不透明である。
【００６０】
本明細書で説明する原理のいくつかの例によれば、カラー電子ディスプレイが提供される。カラー電子ディスプレイは、変調された異なる色の光ビームを電子ディスプレイの画素として放射するように構成される。更に、様々な例では、変調された異なる色の光ビームは、複数の異なる方向に向けられた、変調された異なる色を有する光ビームとして、カラー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、カラー電子ディスプレイは、３次元（３Ｄ）カラー電子ディスプレイ（例えば裸眼３Ｄカラー電子ディスプレイ）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カラー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カラー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。
【００６１】
図６は、本明細書で説明する原理と一致した一例によるカラー電子ディスプレイ２００のブロック図を示す。具体的には、図６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カラー電子ディスプレイ２００（例えば「裸眼」３Ｄカラー電子ディスプレイ）である。様々な例によれば、変調された光ビーム２０２は、複数の異なる色を有する光ビーム２０２を含む。
【００６２】
図６に示すように３Ｄカラー電子ディスプレイ２００は光源２１０を含む。光源２１０は、互いに横方向にずらして配置された異なる色の複数の光学エミッタを含む。いくつかの例では、光源２１０は、マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００に関して上述した複数の光源１１０に実質的に類似している。具体的には、光源２１０の光学エミッタは、光源２１０の別の光学エミッタの色または波長と異なる色または等価には波長を有する光を放射または生成するように構成される。更に、光源２１０の光学エミッタは、光源２１０の他の光学エミッタから横方向にずらして配置される。例えば、光源２１０は、赤色光を放射するための第１の光学エミッタ（すなわち、赤色光学エミッタ）、緑色光を放射するための第２の光学エミッタ（すなわち、緑色光学エミッタ）および青色光を放射するための第３の光学エミッタ（すなわち、青色光学エミッタ）を備えることができる。第１の光学エミッタは、第２の光学エミッタから横方向にずらして配置することができ、そして、第２の光学エミッタは、例えば、第３の光学エミッタから横方向にずらして配置することができる。
【００６３】
３Ｄ電子ディスプレイ２００は、傾斜コリメータ２２０を更に含む。傾斜コリメータ２２０は、光源２１０によって生成された光をコリメートするように構成される。傾斜コリメータ２２０は、導波光として非ゼロの傾斜角で平板ライトガイド２３０内にコリメートされた光を方向付けるように更に構成される。いくつかの例では、傾斜コリメータ２２０は、上述したマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００の傾斜コリメータ１４０に実質的に類似している。具体的には、いくつかの例では、傾斜コリメータ２２０は、マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００のコリメート反射器１４０に実質的に類似したコリメート反射器を含むことができる。いくつかの例では、コリメート反射器は、成形された放物面反射器表面（例えば、コリメート反射器は成形された反射器とすることができる）を有することができる。
【００６４】
図６に示すように、３Ｄカラー電子ディスプレイ２００は、傾斜コリメータ２２０の出力において生成された傾斜したコリメートされた光を導波するための平板ライトガイド２３０を更に備える。平板ライトガイド２３０内の導波光は、最終的に、３Ｄ電子カラーディスプレイ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２３０は、マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００に関して上述した平板ライトガイド１２０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２３０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。様々な例によれば、光源２１０の光学エミッタは、平板ライトガイド２３０内の導波光の伝播軸に対応する方向において互いに横方向にずらして配置される。例えば、光学エミッタは、コリメート反射器のフォーカスまたは焦点の近傍で、伝播軸（例えば、ｘ軸）方向において横方向にずらして配置され得る。
【００６５】
図６に示す３Ｄカラー電子ディスプレイ２００は、平板ライトガイドの表面において、マルチビーム回折格子２４０のアレイを更に含む。いくつかの例では、アレイのマルチビーム回折格子２４０は、上述のマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００のマルチビーム回折格子１３０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２４０は、異なる色（例えば、色の組またはカラーパレットの異なる色）を表す複数の光ビーム２０４として、平板ライトガイド２３０から導波光の一部分をカップリングして外へ出すように構成される。更に、マルチビーム回折格子２４０は、異なる色の光ビーム２０４を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、複数の異なる主極大角度方向を有する異なる色の複数の光ビーム２０４は、光ビーム２０４の複数の組であり、１つの組は、同じ主極大角度方向を有する複数の色の光ビームを含む。更に、いくつかの例によれば、組内の光ビーム２０４の主極大角度方向は、複数の他の組における光ビーム２０４の主極大角度方向と異なる。
【００６６】
様々な例によれば、光源２１０の光学エミッタによって生成された光に対応する変調された光ビーム２０２の主極大角度方向は、光源２１０の別の光学エミッタによって生成された光に対応する別の変調された光ビーム２０２の主極大角度方向と実質的に類似することができる。例えば、第１のまたは赤色光学エミッタに対応する赤色光ビーム２０２の主極大角度方向は、それぞれ第２のまたは緑色光学エミッタおよび第３のまたは青色光学エミッタの緑色光ビーム２０２および青色光ビーム２０２の一方または双方の主極大角度方向に実質的に類似することができる。主極大角度方向の実質的な類似性は、例えば、第１の（赤色）光学エミッタ、第２の（緑色）光学エミッタおよび第３の（青色）光学エミッタの、光源２１０における互いに対する横方向の配置ずれによって提供することができる。更に、様々な例によれば、実質的な類似性により、３Ｄカラー電子ディスプレイ２００の画素または等価には１組の光ビーム２０２に、光源の色の各々を有する共通の主極大角度方向を与えることができる。
【００６７】
いくつかの例では、マルチビーム回折格子２４０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２４０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２４０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２４０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。
【００６８】
図６に示すように、３Ｄカラー電子ディスプレイ２００は、ライトバルブアレイ２５０を更に備える。様々な例によれば、ライトバルブアレイ２５０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２５０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を変調するように構成され、３Ｄカラー電子ディスプレイ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または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２５０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６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。様々な例によれば、変調された光ビーム２０２の色は、部分的にまたは全体として、マルチビーム回折格子２４０によって生成された異なる方向に向けられた光ビーム２０４の色に起因する。例えば、ライトバルブアレイ２５０のライトバルブは、異なる色を有する変調された光ビーム２０２を生成するカラーフィルタを含まない場合がある。
【００６９】
様々な例によれば、３Ｄカラー電子ディスプレイ２００内で使用されるライトバルブアレイ２５０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２４０から比較的大きな距離だけ離間されてもよい。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２４０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２５０またはマルチビーム回折格子２４０から離間されたライトバルブアレイ２５０を使用してもよい。いくつかの例では、ライトバルブアレイ２５０（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２４０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２５０は、マルチビーム回折格子２４０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。いくつかの例では、比較的厚いライトバルブアレイ２５０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）。
【００７０】
いくつかの例では、マルチビーム回折格子２４０によって生成された複数の異なる方向に向けられた光ビーム２０４は、平板ライトガイド２３０の上の点において、またはその近傍において、収束するかまたは実質的に収束する（例えば、互いに交差する）ように構成される。「実質的に収束する」とは、異なる方向に向けられた光ビーム２０４が、「点」またはその近傍の下で、またはそこに達する前に収束し、その点または点近傍の上で、またはそこを越えて発散していることを意味する。異なる方向に向けられた光ビーム２０４の収束は、例えば、相対的に厚いライトバルブアレイ２５０を用いて容易にすることができる。
【００７１】
図７は、本明細書において説明した原理と一致した一例による、収束点Ｐにおいて収束する複数の異なる方向に向けられた光ビーム２０４の断面図を示す。図７に示すように、収束点Ｐは、平板ライトガイド２３０の表面上のマルチビーム回折格子２４０と、ライトバルブアレイ２５０との間に位置する。具体的には、ライトバルブアレイ２５０は、異なる方向に向けられた光ビーム２０４の収束点Ｐを越えた平板ライトガイド表面からの距離に位置する。更に、示すように、異なる方向に向けられた光ビーム２０４の各々が、ライトバルブアレイ２５０の異なるセルまたはライトバルブ２５２を通過する。様々な例によれば、異なる方向に向けられた光ビーム２０４は、ライトバルブアレイ２５０のライトバルブ２５２によって変調され、変調された光ビーム２０２を生成することができる。変調された光ビーム２０２のその変調を強調するために、図７において破線が用いられる。図７の平板ライトガイド２３０における水平方向の太線の矢印は、光源２１０における異なる色の光学エミッタからの導波光に対応する異なる色を有する異なる方向に向けられた光ビーム２０４として、マルチビーム回折格子２４０によってカップリングして外へ出された平板ライトガイド２３０内の異なる色の導波光を表す。
【００７２】
再び図６を参照すると、いくつかの例によれば、３Ｄカラー電子ディスプレイ２００は、光源２１０の光学エミッタを時間多重化するエミッタ時間多重化装置２６０を更に備えることができる。具体的には、エミッタ時間多重化装置２６０は、時間間隔中に光源２１０の光学エミッタの各々を順次に活性化するように構成される。光学エミッタの順次の活性化は、複数の異なる時間間隔のうちの対応する時間間隔中に、それぞれの活性化された光学エミッタに対応する色の光を順次に生成するためである。例えば、エミッタ時間多重化装置２６０は、第１の時間間隔中に、第１の光学エミッタ（例えば、赤色エミッタ）を活性化し、第１の光学エミッタからの光（例えば、赤色光）を生成するように構成することができる。エミッタ時間多重化装置２６０は、第１の時間間隔の後の第２の時間間隔中に、第２の光学エミッタ（例えば、緑色エミッタ）を活性化し、第２の光学エミッタからの光（例えば、緑色光）を生成するように構成することができ、以下同様である。様々な例によれば、異なる色の光学エミッタを時間多重化することによって、３Ｄカラー電子ディスプレイ２００を見ている人物が、異なる色の組合せを知覚できるようにすることができる。具体的には、エミッタ時間多重化装置２６０によって時間多重化されたとき、光学エミッタは、最終的に、例えば、時間多重化された異なる色の組合せを表す主極大角度方向および色（例えば、知覚される色）を有する光ビーム２０２を結果としてもたらす、異なる色の光の組合せを生成することができる。様々な例によれば、エミッタ時間多重化装置２６０は、（例えば、メモリに記憶され、コンピュータによって実行されるコンピュータプログラムを用いて）状態マシンとして実施することができる。
【００７３】
本明細書で説明する原理のいくつかの例によれば、カラー電子ディスプレイの動作の方法が提供される。図８は、本明細書で説明する原理と一致した一例によるカラー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８に示すように、カラー電子ディスプレイ動作の方法３００は、互いから横方向にずらして配置された複数の光源を用いて光を生成すること３１０を含む。いくつかの例では、光を生成する（３１０）際に用いられる複数の光源は、横方向にずらして配置されたマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００に関して上述した複数の光源１１０に実質的に類似している。具体的には、複数の光源のうちの１つの光源は、複数の光源のうちの他の光源によって生成される色と異なる色の光を生成する（３１０）。
【００７４】
図８に示すカラー電子ディスプレイ動作の方法３００は、平板ライトガイド内で光を導波すること（３２０）を更に含む。いくつかの例では、平板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カラーバックライト１００に関して上述した平板ライトガイド１２０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、平板ライトガイドは、内部全反射により導波光を導波してもよい（３２０）。更に、いくつかの例では、平板ライトガイドは、実質的に平面状の誘電体光導波路（例えば平板誘電体シート）としてもよい。更に、光源の横方向の配置ずれは、平板ライトガイドにおける伝播軸（例えば、図２Ａおよび図２Ｃに示すようなｘ軸）に対応する方向において行われる。
【００７５】
図８に示すように、カラー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３３０を更に含む。様々な例によれば、マルチビーム回折格子は、平板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、平板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、平板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カラーバックライト１００に関して上述したマルチビーム回折格子１３０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によって平板ライトガイドから回折によりカップリングして外へ出された（３３０）導波光の一部分は、複数の光ビームを生成する。複数の光ビームのうちの光ビームは、平板ライトガイド表面から離れるように方向変更される。具体的には、表面から離れるように方向変更された光ビーム複数のうちの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、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。更に、様々な例によれば、マルチビーム回折格子によって回折によりカップリングして外へ出される（３３０）ことにより生成された複数の光ビームは、互いに異なる色の光ビームを有する。
【００７６】
（例えば、図８に示すような）いくつかの例によれば、カラー電子ディスプレイの動作の方法３００は、複数の光源から生成された（３１０）光をコリメートし（３４０）、コリメートされた光を、傾斜コリメータを用いて平板ライトガイド内に向けることを更に含む。いくつかの例では、傾斜コリメータは、マルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト１００に関して上述した傾斜コリメータ１４０に実質的に類似している。具体的には、いくつかの例では、生成された光をコリメートすること（３４０）は、コリメート反射器が、コリメートされた光を、平板ライトガイド表面および平板ライトガイドの伝播軸に対する傾斜角θに方向付けることを含むことができる。いくつかの例では、複数の光源のそれぞれの光源からの光は、コリメート反射器の傾斜、およびコリメート反射器のフォーカスまたは焦点に対するそれぞれの光源の横方向の配置ずれの双方によって決定される対応する傾斜角θを有する。
【００７７】
いくつかの例によれば、図８に示すように、カラー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３５０を更に含む。例えば、複数の光ビームの光ビームは、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てもよい（３５０）。変調された光ビームは、３次元（３Ｄ）カラー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カラー電子ディスプレイ（例えば裸眼３Ｄカラー電子ディスプレイ）の複数の視像をもたらすことができる。いくつかの例では、３Ｄカラー電子ディスプレイは、上述の３Ｄカラー電子ディスプレイ２００と実質的に類似することができる。
【００７８】
様々な例によれば、変調３５０において用いられるライトバルブは、上述の３Ｄカラー電子ディスプレイ２００のライトバルブアレイ２５０のライトバルブに実質的に類似することができる。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または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。
【００７９】
いくつかの例（図８に示されない）によれば、カラー電子ディスプレイ動作の方法３００は、複数の光源のうちの光源を時間多重化することを更に含む。具体的には、時間多重化は、光源を順次に活性化して、複数の異なる時間間隔のうちの対応する時間間隔中に、それぞれの活性化された光源の色に対応する光を生成することを含む。時間多重化は、例えば、３Ｄカラー電子ディスプレイ２００に関して上述したエミッタ時間多重化装置２６０に実質的に類似した光源時間多重化装置によって提供することができる。
【００８０】
このように、マルチビーム回折格子および複数の横方向にずらして配置された光源を使用して複数の異なる方向に向けられた異なる色の光ビームを供給するマルチビーム回折格子ベースのカラーバックライト、３Ｄカラー電子ディスプレイ、およびカラー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。
【符号の説明】
【００８１】
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’  第１の光源
１１０’’  第２の光源
１１０’’’  第３の光源
１１４’’  平行光線
１２０  平板ライトガイド
１３０  マルチビーム回折格子
１３０’  第１の端部
１３０’’  第２の端部
１３２  回折特徴部
１４０  傾斜コリメータ、コリメート反射器
１４２  コリメートレンズ
１４４  ミラー
２００  ３Ｄカラー電子ディスプレイ
２０２  変調された光ビーム
２０４  光ビーム
２１０  光源
２２０  傾斜コリメータ
２３０  平板ライトガイド
２４０  マルチビーム回折格子
２５０  ライトバルブアレイ
２４０  光源
２５２  ライトバルブ
２６０  エミッタ時間多重化装置
ｄ  回折間隔
Ｏ  原点
θ  仰角成分
θ’  第１の光源傾斜角
θ’’  第２の光源傾斜角
φ  方位角成分
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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