(57)【要約】  色走査格子ベースの背面照明は、平板ライトガイドの異なる領域に、異なる色の光を介在暗領域とともに提供するための色走査プロトコルを含む。色走査格子ベースのバックライトは、平板ライトガイドと、導波光ビームの一部分を回折によりカップリングして、所定の主極大角度方向で平板ライトガイド表面から離れるように方向付けられたカップリングして外へ出される光ビームとして、外へ出すように構成された回折格子とを含む。バックライトは、色走査プロトコルに応じて、異なる色の光を導波光ビームとして平板ライトガイドに提供するように構成されたマルチカラー光源をさらに含む。第１の領域に提供される第１の色の光は、第２の領域に提供される第２の色の光から、平板ライトガイドの介在暗領域によって、もしくは光閉じ込め壁によって、またはその両方によって分離される。
2018517242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光のビームを導波するように構成された平板ライトガイドと、
前記導波光ビームの一部分を回折によりカップリングして、所定の主極大角度方向で前記平板ライトガイドの表面から離れるように方向付けられたカップリングして外へ出される光ビームとして、外へ出すように構成された回折格子と、
色走査プロトコルに応じて、光を前記平板ライトガイドに前記導波光ビームとして提供するように構成されたマルチカラー光源と
を備え、
前記平板ライトガイドの第１の領域に提供される第１の色の光が、前記平板ライトガイドの第２の領域に提供される第２の色の光から、前記平板ライトガイドの介在暗領域によって、もしくは前記平板ライトガイドの光閉じ込め壁によって、またはその両方によって分離される、色走査格子ベースのバックライト。
【請求項２】
前記回折格子が、前記導波光ビームの一部分をカップリングして、複数のカップリングして外へ出される光ビームとして外へ出すように構成されたマルチビーム回折格子を備え、前記複数のカップリングして外へ出される光ビームのうちの１つの光ビームが、前記複数のカップリングして外へ出される光ビーム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、請求項１に記載の色走査格子ベースのバックライト。
【請求項３】
前記マルチビーム回折格子が、線形チャープ回折格子である、請求項２に記載の色走査格子ベースのバックライト。
【請求項４】
異なる主極大角度方向を有する前記複数のカップリングして外へ出される光ビームが、３次元（３Ｄ）カラー電子ディスプレイの異なる視像に対応する画素を提供するように構成された光照射野を形成する、請求項２に記載の色走査格子ベースのバックライト。
【請求項５】
前記マルチカラー光源が複数の発光ダイオードを備え、前記複数の発光ダイオードが複数の原色の異なる色を表す、請求項１に記載の色走査格子ベースのバックライト。
【請求項６】
前記原色の光が、赤色光、緑色光、および青色光を備える、請求項５に記載の色走査格子ベースのバックライト。
【請求項７】
前記平板ライトガイドの前記第１の領域、前記第２の領域、および前記介在領域が、前記平板ライトガイドの幅にわたる実質的に平行な帯を備え、前記マルチカラー光源が、前記平板ライトガイドの第１の端部の縁部に位置付けられ、それにカップリングされており、前記帯が、前記平板ライトガイドの長さに沿って、隣接する前記第１の端部から前記平板ライトガイドの反対側の第２の端部まで前記導波光ビームの伝播方向に延在している、請求項１に記載の色走査格子ベースのバックライト。
【請求項８】
前記色走査プロトコルが、前記平板ライトガイドの前記第１の領域、前記第２の領域、および前記介在暗領域を提供するように、順次に、前記マルチカラー光源の異なる色を選択的に走査するように構成された、請求項１に記載の色走査格子ベースのバックライト。
【請求項９】
請求項１に記載の色走査格子ベースのバックライトを備える電子ディスプレイであって、前記カップリングして外へ出される光ビームを変調するように構成されたライトバルブをさらに備え、前記回折格子が、前記ライトバルブに隣接した前記ライトガイドの前記表面にあり、前記変調された、カップリングして外へ出される光ビームが、前記電子ディスプレイの画素に対応する、電子ディスプレイ。
【請求項１０】
色走査プロトコルを使用する３次元（３Ｄ）カラー電子ディスプレイであって、
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のアレイであって、前記アレイのマルチビーム回折格子が、前記平板ライトガイド内で導波される光の一部分を回折によりカップリングして、前記３Ｄカラー電子ディスプレイの異なる視像を表す異なる主極大角度方向を有する複数のカップリングして外へ出される光ビームとして、外へ出すように構成された、マルチビーム回折格子のアレイと、
前記カップリングして外へ出される光ビームを変調するように構成されたライトバルブアレイであって、前記変調されたカップリングして外へ出される光ビームが、前記異なる視像に対応する画素を表す、ライトバルブアレイと、
異なる色の光をそれぞれの期間に順次に生成するようにマルチカラー光源を走査するように構成された光源走査器であって、前記異なる色の光が、導波光の異なる色の帯として前記平板ライトガイドに導入されることになる、光源走査器と
を備え、
前記異なる色の帯のそれぞれが、介在暗帯によって分離される、３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１１】
前記平板ライトガイドが、光をコリメートされた光ビームとして、前記平板ライトガイド内で非ゼロの伝播角度で導波するように構成された、請求項１０に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１２】
前記平板ライトガイドが、光閉じ込め壁によって境界を画された前記平板ライトガイドのストリップ内に導波光を閉じ込めるように構成された前記光閉じ込め壁を備える、請求項１０に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１３】
前記マルチビーム回折格子が、互いに離間した曲線状の溝および曲線状の隆線のうちの１つを備えるチャープ回折格子である、請求項１０に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１４】
異なる色の光を生成するための光学エミッタの線形アレイを備えるマルチカラー光源をさらに備え、前記光学エミッタが、前記平板ライトガイドの幅に沿って分配され、前記平板ライトガイドの縁部にカップリングされており、前記光源走査器が、前記導波光の異なる色の帯を生成するために、前記異なる色の順次色走査プロトコルに応じて、前記光学エミッタの異なるセットを順次に走査するように構成された、請求項１０に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１５】
前記光学エミッタの第１のセットが赤色発光ダイオードを備え、前記光学エミッタの第２のセットが緑色発光ダイオードを備え、前記光学エミッタの第３のセットが青色発光ダイオードを備え、前記光源走査器が、前記平板ライトガイドの前記色の帯のうちの選択された１つに対して、赤色光、緑色光、および青色光を前記順次色走査プロトコルに応じて提供するように、前記第１、第２、および第３の光学エミッタのセットを順次に走査するように構成された、請求項１４に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１６】
前記ライトバルブアレイが、複数の液晶ライトバルブを備える、請求項１０に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１７】
前記３Ｄカラー電子ディスプレイによって表示されることになる画像情報を記憶するように構成されたフレームバッファをさらに備え、前記フレームバッファが、前記ライトバルブアレイの複数のサイクル中に前記画像情報を記憶し、前記画像情報が、前記カップリングして外へ出される光ビームの変調を制御するように構成されており、前記複数のサイクルが、前記光源走査器による走査に対応する、請求項１０に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１８】
第１の色の光を、平板ライトガイドの第１の領域にカップリングして入れるステップと、
第２の色の光を、前記平板ライトガイドの第２の領域にカップリングして入れるステップであって、前記第２の領域が、カップリングして入れられる光のない前記平板ライトガイドの暗領域、および前記平板ライトガイドの光閉じ込め壁のうちの一方または両方によって、前記第１の領域から分離されており、前記領域が前記平板ライトガイドの幅にわたるものである、カップリングして入れるステップと、
前記第１および第２の色の前記カップリングして入れられた光を、導波光として前記それぞれの第１および第２の領域内で前記平板ライトガイドに沿って導波するステップと、
所定の主極大角度方向で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それぞれの第１および第２の光ビームを生成するために、前記第１および第２の領域の前記導波光の一部分を、前記平板ライトガイドの表面の回折格子を用いて回折によりカップリングして外へ出すステップと、
を備える、カラー電子ディスプレイの動作方法。
【請求項１９】
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す前記ステップが、３Ｄ電子ディスプレイの異なる視像に対応する複数の異なる主極大角度方向に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前記第１および第２の色の複数のカップリングして外へ出される光ビームを生成するために、マルチビーム回折格子を使用するステップを備える、請求項１８に記載のカラー電子ディスプレイの動作方法。
【請求項２０】
前記マルチビーム回折格子が、互いに離間した曲線状の溝および曲線状の隆線のうちの１つを備える線形チャープ回折格子である、請求項１９に記載のカラー電子ディスプレイの動作方法。
【請求項２１】
前記複数の光ビームを複数のライトバルブを用いて変調するステップをさらに備え、前記変調された光ビームが、前記異なる視像に対応する前記３Ｄカラー電子ディスプレイの画素を形成する、請求項１９に記載のカラー電子ディスプレイの動作方法。
【請求項２２】
前記第１の色の光を生成する光学エミッタ、および前記第２の色の光を生成する光学エミッタを備えるマルチカラー光源を走査するステップをさらに備え、前記マルチカラー光源を走査する前記ステップが、前記第１の領域を照射するように前記第１の色の光学エミッタをアクティブにするステップと、前記第２の領域を照射するように前記第２の色の光学エミッタをアクティブにするステップと、前記アクティブにされた第１と第２の光学エミッタの間に前記暗領域を挿入するステップとを備える、請求項１８に記載のカラー電子ディスプレイの動作方法。
【請求項２３】
前記光閉じ込め壁が、内部全反射（ＴＩＲ）壁を備える、請求項１８に記載のカラー電子ディスプレイの動作方法。
【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（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、別の発生源により提供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】
放射される光に関連するパッシブディスプレイ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される。連結された光源は、通常ならばパッシブ型のこれらのディスプレイが光を放射し、実質的にアクティブディスプレイとして機能することを可能にし得る。このような連結された光源の例は、バックライトである。バックライトは、通常ならばパッシブ型のディスプレイの裏側に、このパッシブディスプレイを照射するように配置された光源（多くの場合、パネル光源）である。例えば、バックライトはＬＣＤまたはＥＰディスプレイに連結されてもよい。バックライトは光を放射し、この光がＬＣＤまたはＥＰディスプレイを通過する。放射された光は、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイにより変調され、変調された光はその後、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイから放射される。多くの場合、バックライトは白色光を放射するように構成される。その場合、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、カラーフィルタが用いられる。例えばカラーフィルタは、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイの出力部に配置されてもよく（あまり一般的ではない）、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】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書で説明する原理による例および実施形態の様々な特徴は、添付の図面と併せて以下の発明を実施するための形態を参照することにより、より容易に理解することができ、図面では同様の参照番号が同様の構造要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ−１Ｂ】（図１Ａ）本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における色走査（color-scanning）格子ベースのバックライトの斜視図である。（図１Ｂ）本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における色走査格子ベースのバックライトの断面図である。
【図１Ｃ】本明細書で説明する原理と一致した別の実施形態による、一例における色走査格子ベースのバックライトの断面図である。
【図２Ａ】本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例におけるマルチビーム回折格子を含む色走査格子ベースのバックライトの一部分の断面図である。
【図２Ｂ】本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例におけるマルチビーム回折格子を含む図２Ａの色走査格子ベースのバックライトの斜視図である。
【図３Ａ】本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における色走査格子ベースのバックライトの平面図である。
【図３Ｂ−３Ｃ】（図３Ｂ）本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における図３Ａの色走査格子ベースのバックライトの平面図である。（図３Ｃ）本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における図３Ｂの色走査格子ベースのバックライトの平面図である。
【図３Ｄ】本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における図３Ｃの色走査格子ベースのバックライトの平面図である。
【図４Ａ】本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における光閉じ込め壁（light-confining wall）を有する色走査格子ベースのバックライトの斜視図である。
【図４Ｂ】本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における図４Ａに示される光閉じ込め壁を有する色走査格子ベースのバックライトの平面図である。
【図５】本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における３次元（３Ｄ）カラー電子ディスプレイのブロック図である。
【図６】本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例におけるカラー電子ディスプレイの動作方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
いくつかの例および実施形態は、上記で参照した図に示される特徴に対する追加および代替のうちの１つである他の特徴を有してもよい。これらおよび他の特徴は、上記で参照した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実施形態は、色走査を使用するカラー電子ディスプレイの背面照明を提供する。特に、本明細書で説明する電子ディスプレイの背面照明は、光を回折により散乱およびカップリングしてライトガイドから外へ出し、カップリングして外へ出された光を電子ディスプレイの視認方向に向けるための複数の回折格子を有するライトガイドを使用する。さらに背面照明は、異なる色の光をライトガイドに導入するためにマルチカラー光源の色走査を使用する。色走査に従って、またはより詳細にはその色走査プロトコルに応じて、異なる色の導入された光は、異なるストリップ、帯、または領域内でライトガイド内を伝播するように構成され、カップリングして外へ出されるそれぞれの異なる色の光として、回折により散乱されるまたはカップリングして外へ出されることになる。さらに、いくつかの実施形態によれば、バックライトの色走査は、ライトガイド内で伝播する異なる色の光の間に暗領域または暗帯を提供するように構成される。他の実施形態によれば、特定の領域内に光を閉じ込めるために、隣接した領域間に光閉じ込め壁が提供される。様々な実施形態によれば、色走査は、カラー電子ディスプレイ用途において背面照明によって生成される光ビーム（カップリングして外へ出される光）を変調するときに、ライトバルブが反応する必要があるスピードを低減させることができる。さらに、暗領域および光閉じ込め壁の一方または両方は、ライトガイド内を伝播する異なる色の光の隣接した領域への、光の色のにじみを低減することができる、またはいくつかの例ではなくすことができる。
【０００９】
様々な実施形態によれば、回折格子によって生成されるカップリングして外へ出される光は、視認方向に向けられる複数の光ビームを形成する。本明細書で説明する原理の様々な実施形態によれば、複数の光ビームは、互いに異なる主極大角度方向を有してもよい。特に、複数の光ビームは、視認方向に光照射野を形成または提供してもよい。さらに、複数の光ビーム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、複数の光ビームのうちの１つの光ビームは、例えば所定の色走査プロトコルに応じて、異なる時間に異なる色であってもよい。特にいくつかの実施形態では、（複数の光ビームのうちの）各主極大角度方向にある各光ビームは、色走査プロトコルに応じて、異なる時間に異なる色であってもよい。
【００１０】
様々な実施形態によれば、光ビームの異なる色は、複数の原色を表してもよい。さらにいくつかの実施形態では、異なる主極大角度方向を有する光ビーム（「異なる方向に向けられた光ビーム」とも呼ばれる）であって、かつ異なる時間に異なる色を有する光ビームは、３次元（３Ｄ）情報を含む情報を表示するために使用されてもよい。例えば、以下でより詳細に説明するように、異なる方向に向けられた異なる色の光ビームは変調されてもよく、「裸眼」の３Ｄ電子ディスプレイの色画素として機能することができる。
【００１１】
本明細書において「走査プロトコル」は、光源を用いて時間の関数としてライトガイドの照射を走査するための手順として定義される。例えば走査プロトコルは、光源の一部分、要素、または個々の光学エミッタのオンとオフを時間の関数として切り替えるための手順を規定または記述してもよい。さらに踏み込んで「色」走査プロトコルは、本明細書において、マルチカラー光源からの異なる色の光をどのように走査して（例えばオンとオフを切り替えて）、異なる色の光でライトガイドを照射するかを命じる手順として定義される。ライトガイドの複数の隣接する帯、ストリップ、または領域にわたって、異なる色の光の走査を順次に実現する色走査プロトコルは、本明細書において「順次」色走査（sequential color scanning）プロトコルと定義される。
【００１２】
例えばライトガイドは、１からＮまで順次に番号付けされた一連の隣接した領域を有してもよく、ここでＮは１よりも大きい整数である。所定の順次色走査プロトコルによる色走査は、領域１から始まり領域Ｎまで進む、ライトガイドの隣接した領域への第１の色（例えば赤色）の順次導入を命じてもよい。第１の色は、第１の色を放射するマルチカラー光源の光学エミッタであって、それぞれの領域に関連づけられた（例えば照射するように構成された）光学エミッタをオンにすることによって、それぞれの領域（例えば領域１）に導入されてもよい。領域Ｎに到達した後、色走査プロトコルは、色および様々な領域に関連づけられた光学エミッタを順次オフにすることによって、第１の色を、領域１から始まり領域Ｎまで進んで領域から順次除去することをさらに命じてもよい。順次色走査プロトコルは、第１の色が順次除去されたら、第２の色を順次導入することをさらに命じてもよい。様々な実施形態によれば、順次色走査プロトコルに応じて、異なる色によって照射される領域の間に暗領域（すなわち本明細書よる定義上、実質的に照射されない領域）が導入される。
【００１３】
本明細書において「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。特にライトガイドは、ライトガイドの動作波長において実質的に透明であるコアを含んでもよい。様々な実施形態では、「ライトガイド」という用語は全般的に、ライトガイドの誘電体材料と、その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に内部全反射を使用する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。いくつかの実施形態では、ライトガイドは、内部全反射をさら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もよい。コーティングは、例えば反射コーティングであってもよい。ライトガイドは、平板ガイド、およびストリップガイドのうち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。
【００１４】
さらに本明細書において、「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る場合は、区分的または個別的に平面状の層またはシートとして定義され、それらはときに「スラブ」ガイドと呼ばれる。特に、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、対向する表面）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。さらに、いくつかの実施形態によれば、本明細書における定義上、上面および下面はともに互いに隔てられ、少なくとも個別的な意味で互いに実質的に平行であってもよい。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。いくつかの実施形態では、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である。他の実施形態では、平板ライトガイドは、１つまたは２つの直交する次元において曲線状であってもよい。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、単一の次元において曲線状であってもよい。しかし、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。
【００１５】
本明細書で説明する様々な実施形態によれば、光をライトガイド（例えば平板ライトガイド）から光ビームとして散乱させるまたはカップリングして外へ出すために回折格子（例えばマルチビーム回折格子）が使用され得る。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実現するように配置された複数の特徴部（すなわち、回折特徴部）として全般的に定義される。いくつかの実施形態では、複数の特徴部は、周期的にまたは準周期的に配置されてもよい。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）を含んでもよい。他の例では、回折格子は、特徴部の２次元（２Ｄ）アレイであってもよい。例えば、回折格子は、材料表面の突起または穴の２Ｄアレイであってもよい。
【００１６】
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実現する構造体である。光がライトガイドから回折格子に入射すると、そこで実現される回折または回折散乱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、それは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からである。回折格子はまた、回折により光の角度を（すなわち回折角度で）方向変更する、または変化させる。特に、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、概して回折格子に入射する光（すなわち、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、「回折方向変更」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の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。
【００１７】
さらに、本明細書における定義上、回折格子の特徴部は、「回折特徴部」と呼ばれ、表面、表面内、および表面上のうちの１つまたは複数にあるものとすることができる（すなわち「表面」は、２つの材料間の境界を指す）。表面は、平板ライトガイドの表面とすることができる。回折特徴部は、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、これらの特徴部は、表面、表面内、または表面上のうちの１つまたは複数にあるものとすることができる。例えば回折格子は、材料表面内の複数の平行な溝を含んでもよい。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んでもよい。（溝、隆線、穴、突起などのいずれであろうと）回折特徴部は、正弦波輪郭、長方形輪郭（例えば、バイナリ回折格子）、三角形輪郭、および鋸歯状輪郭（例えば、ブレーズ化格子）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、回折を実現する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。
【００１８】
本明細書における定義上、「マルチビーム回折格子」は、複数の光ビームを含むカップリングして外へ出される光を生成する回折格子である。さらに、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、本明細書における定義上、互いに異なる主極大角度方向を有する。特に、定義上、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方向変更の結果として、複数の光ビームのうちの１つの光ビームは、複数の光ビームのうちの別の光ビームとは異なる所定の主極大角度方向を有する。複数の光ビームは、光照射野を表すことができる。例えば、複数の光ビームは、８つの異なる主極大角度方向を有する８つの光ビームを含んでもよい。例えば、組み合わされた８つの光ビーム（すなわち、複数の光ビーム）が、光照射野を表してもよい。様々な実施形態によれば、様々な光ビームの異なる主極大角度方向は、それぞれの光ビームの原点でマルチビーム回折格子の回折特徴部の格子ピッチまたは間隔と、配向または回転とを組み合わせることによって、マルチビーム回折格子に入射する光の伝播方向に対して決定される。
【００１９】
本明細書で説明する様々な実施形態によれば、回折格子（例えばマルチビーム回折格子）によりライトガイドからカップリングして外へ出される光は、電子ディスプレイの画素を表す。特に、異なる主極大角度方向を有する複数の光ビームを生成するためのマルチビーム回折格子を有するライトガイドは、「裸眼」３次元（３Ｄ）電子ディスプレイ（マルチビューもしくは「ホログラフィック」電子ディスプレイ、またはオートステレオスコピックディスプレイとも呼ばれる）などであるがこれらに限定されない電子ディスプレイのバックライト、またはそれらの電子ディスプレイと併せて用いられるバックライトの一部とすることができる。したがって、マルチビーム回折格子を用いてライトガイドから導波光をカップリングして外へ出すことにより生成される異なる方向に向けられた光ビームは、３Ｄ電子ディスプレイの「画素」とすることができる、または「画素」を表すことができる。さらに、上述したように、異なる方向に向けられた光ビームは、光照射野を形成することができる。
【００２０】
さらに、本明細書で用いられるとき、冠詞「ａ（１つ）」は、特許技術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）」、「前面（front）」、「背面（back）」、「第１の」、「第２の」、「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全般的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内を意味し、または他に明示的に指定されない限り、±１０％、または±５％、または±１％を意味し得る。さらに、本明細書で用いられるとき「実質的に」という用語は、大多数、またはほとんどすべて、またはすべて、または例えば約５１％〜約１００％の範囲内の量を意味する。さら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。
【００２１】
本明細書で説明する原理のいくつかの実施形態によれば、色走査格子ベースのバックライトが提供される。図１Ａは、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における色走査格子ベースのバックライト１００の斜視図を示す。図１Ｂは、本明細書で説明する原理と一致した実施形態による、一例における色走査格子ベースのバックライト１００の断面図を示す。図１Ｃは、本明細書で説明する原理と一致した別の実施形態による、一例における色走査格子ベースのバックライト１００の断面図を示す。色走査は、色走査格子ベースのバックライト１００によって放射される複数の色の光を生成するために用いられる。特に、色走査格子ベースのバックライト１００は、色走査プロトコルによって命じられた異なる色の複数の光ビーム１０２を生成するように構成される。複数のうちの個々の光ビーム１０２は、色走査格子ベースのバックライト１００によって使用される色走査に応じて、異なる色を帯びる。異なる色の複数の光ビーム１０２は、電子ディスプレイの視認方向に光照射野を形成してもよい。さらに様々な実施形態によれば、複数の光ビーム１０２の異なる色は、色走査格子ベースのバックライト１００を使用する電子ディスプレイの色情報に対応してもよい。
【００２２】
特に、色走査格子ベースのバックライト１００によって提供される複数の光ビーム１０２うちの（光照射野内にある）１つの光ビーム１０２は、上述したように、複数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てもよい。さらに、光ビーム１０２は、光照射野内で所定の方向（主極大角度方向）を有するとともに、比較的狭い角度広がりを有することもできる。３次元（３Ｄ）カラー電子ディスプレイでの使用に関しては、光ビーム１０２の主極大角度方向は、３Ｄカラー電子ディスプレイの特定の視像の角度方向に対応していてもよい。したがって、いくつかの実施形態によれば、光ビーム１０２は、３Ｄカラー電子ディスプレイの画素を表す、またはそれに対応することができる。
【００２３】
他の実施形態（図１Ａ〜図１Ｃには明示していない）では、複数の異なる色の光ビームは、実質的に同様の所定の主極大角度方向を有してもよい。同様の方向に向けられた異なる色の光ビームは、全般的には光照射野を形成しないが、代わりに色走査格子ベースのバックライトによって放射される実質的に一方向性の光を表す。同様の方向に向けられた光ビームは、例えば２次元（２Ｄ）カラーディスプレイを背後から照らすために用いられてもよい。
【００２４】
本明細書における原理の様々な実施形態によれば、色走査は異なる色を提供し、それらの異なる色を帯びるように複数の光ビーム１０２が構成される。すなわち、異なる時間に、特定の光ビーム１０２が異なる色の光を表してもよい。色走査は、特定の光ビーム１０２が様々な色を提供するまたは表示するように構成されるように、特定の光ビーム１０２の色を変えてもよい。さらに様々な実施形態によれば、色走査は、色走査格子ベースのバックライト１００のすべての色が表現されるように、複数の様々な光ビーム１０２の色を順次に変えてもよい。したがって、色走査を通じて、色走査格子ベースのバックライト１００によって生成される複数の光ビーム１０２は、所定の期間にわたってすべての色を帯びるように構成される。
【００２５】
いくつかの実施形態では、色走査によって生成される複数の光ビーム１０２は、（例えば上述したようなライトバルブによって）変調されてもよい。色走査格子ベースのバックライト１００から離れるように異なる角度方向に向けられた光ビーム１０２の変調は、例えば動的３Ｄカラー電子ディスプレイの用途に対して特に有用である。すなわち、特定の視認方向に向けられた様々な異なる色を有する個々の変調された光ビーム１０２は、その特定の視認方向に対応する３Ｄ電子ディスプレイの動的色画素を表すことができる。さらにいくつかの実施形態では、光ビーム１０２が実質的に一方向性である場合には、動的２Ｄカラー電子ディスプレイの用途がサポートされてもよい。
【００２６】
図１Ａ〜図１Ｃに示されるように、色走査格子ベースのバックライト１００はライトガイド１１０を備える。特にいくつかの実施形態によれば、ライトガイド１１０は平板ライトガイド１１０であってもよい。ライトガイド１１０は、（例えば以下で説明する光源１３０からの）光を導波光１０４として導波するように構成される。例えば、ライトガイド１１０は、光導波路として構成された誘電体材料を含んでもよい。誘電体材料は、誘電体の光導波路を囲む媒体の第２の屈折率よりも大きい第１の屈折率を有し得る。屈折率の差は、例えばライトガイド１１０の１つまたは複数の導波モードに応じて、導波光１０４の内部全反射を促進するように構成される。本明細書では、考察を目的として普遍性を失うことなく、ライトガイド１１０は平板ライトガイド１１０と呼ばれる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、光は、光のビーム１０４として導波される。例えば光ビーム１０４は、平板ライトガイド１１０の長さに沿って導波され得る。さらに、平板ライトガイド１１０は、非ゼロの伝播角度で光（すなわち導波光ビーム１０４）を導波するように構成されてもよい。例えば導波光ビーム１０４は、内部全反射を用いて平板ライトガイド１１０内で非ゼロの伝播角度で導波されてもよい。
【００２８】
本明細書において定義されるとき、非ゼロの伝播角度は、平板ライトガイド１１０の表面（例えば、上面または下面）に対する角度である。いくつかの例では、導波光ビーム１０４の非ゼロの伝播角度は、約１０度〜約５０度、またはいくつかの例では約２０度〜約４０度、または約２５度〜約３５度とすることができる。例えば、非ゼロの伝播角度は約３０度とすることができる。他の例では、非ゼロの伝播角度は、約２０度、または約２５度、または約３５度とすることができる。
【００２９】
いくつかの実施形態では、導波されることになる光は、非ゼロの（例えば約３０〜３５度の）伝播角度で平板ライトガイド１１０内に導入され得る、またはカップリングして入れられ得る。レンズ、ミラー、または同様の反射体（例えば、傾斜したコリメート反射体）、およびプリズム（図示せず）のうちの１つまたは複数が、光を、光のビームとして非ゼロの伝播角度で平板ライトガイド１１０の入力端部にカップリングして入れるのを容易にすることができる。平板ライトガイド１１０内にカップリングして入れられると、導波光ビーム１０４は、概して入力端部から離れる方向に平板ライトガイド１１０に沿って伝播する（図１Ａ〜図１Ｃにおいてｘ軸に沿った方向を指す太線の矢印によって示される）。さらに、導波光ビーム１０４は、平板ライトガイド１１０の上面と下面との間で反射する、または「跳ね返る」ことによって非ゼロの伝播角度で伝播する（導波光ビーム１０４の光線を表す長い傾斜した矢印によって示される）。
【００３０】
いくつかの例によれば、光を平板ライトガイド１１０にカップリングして入れることにより生成される導波光ビーム１０４は、コリメートされた光ビームであってもよい。特に、「コリメートされた光ビーム」とは、導波光ビーム１０４内の複数の光線が、導波光ビーム１０４内で実質的に互いに平行であることを意味する。本明細書における定義上、導波光ビーム１０４のコリメートされた光ビームから発散するまたは散乱する光線は、コリメートされた光ビームの一部とはみなされない。例えば光のコリメーションは、コリメートされた導波光ビーム１０４を生成するために平板ライトガイド１１０に光をカップリングして入れるのに用いられるレンズまたはミラー（例えば傾斜したコリメート反射体など）によって実現することができる。
【００３１】
いくつかの例では、（例えば平板ライトガイド１１０のような）ライトガイド１１０は、光学的に透明な誘電体材料の、長い実質的に平面状のシートを備えるスラブまたは平板の光導波路であってもよい。誘電体材料の実質的に平面状のシートは、内部全反射を用いて導波光ビーム１０４を導波するように構成される。様々な例によれば、平板ライトガイド１１０の光学的に透明な材料は、様々なタイプのガラス（例えば石英ガラス、アルカリ・アルミノシリケート・ガラス、ホウケイ酸ガラスなど）、および実質的に光学的に透明なプラスチックまたはポリマー（例えばポリ（メチルメタクリレート）または「アクリルガラス」、ポリカーボネートなど）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もよい、またはそれらから作られてもよい。いくつかの例では、平板ライトガイド１１０は、平板ライトガイド１１０の表面（例えば、上面および下面の一方または両方）の少なくとも一部分上にクラッド層をさらに含んでもよい（図示せず）。いくつかの例によれば、クラッド層は、内部全反射をさらに容易にするために用いられ得る。
【００３２】
様々な実施形態によれば、色走査格子ベースのバックライト１００は、回折格子１２０をさらに含む。特に色走査格子ベースのバックライト１００は、複数の回折格子１２０を含んでもよい。例えば複数の回折格子１２０は、回折格子１２０のアレイとして配置される、またはアレイを表してもよい。図１Ａ〜図１Ｃに示されるように、回折格子１２０は、平板ライトガイド１１０の表面（例えば上面、または前面）に位置付けられる。他の例では（図示せず）、回折格子１２０のうちの１つまたは複数は、平板ライトガイド１１０内に位置付けられてもよい。さらに他の実施形態では（図示せず）、回折格子１２０のうちの１つまたは複数は、平板ライトガイド１１０の下面もしくは背面に、またはその上に位置付けられてもよい。
【００３３】
様々な実施形態によれば、回折格子１２０は、導波光ビーム１０４の一部分を、回折カップリング（例えば「回折散乱」とも呼ばれる）によって、またはそれを用いて散乱させ、またはカップリングして、平板ライトガイド１１０から外へ出すように構成される。導波光ビーム１０４の一部分は、回折格子１２０によって回折によりカップリングされライトガイド表面を通って（例えば、平板ライトガイド１１０の上面を通って）外へ出され得る。さらに、回折格子１２０は、導波光ビーム１０４の一部分を回折によりカップリングして、（図１Ｂ〜図１Ｃに光ビーム１０２として示される）カップリングして外へ出される光ビームとして、外へ出すように構成される。様々な例によれば、回折により外へ出される光ビーム１０２は、所定の主極大角度方向でライトガイド表面から離れるように方向付けられる。特に、導波光ビーム１０４のカップリングして外へ出される部分は、複数の回折格子１２０によって複数の光ビーム１０２として、ライトガイド表面から離れるように回折により方向変更される。上記で検討されたように、いくつかの例によれば、複数の光ビームのうちのそれぞれの光ビーム１０２は異なる主極大角度方向を有することができ、複数の光ビームは光照射野を表すことができる。他の実施形態によれば、複数の光ビームのうちのそれぞれの光ビーム１０２は、実質的に同一の主極大角度方向を有してもよく、それらの複数の光ビームは、異なる主極大角度方向を持つ光ビームを有する複数の光ビームにより表される光照射野ではなく、実質的に一方向性の光を表してもよい。
【００３４】
様々な実施形態によれば、回折格子１２０は、光を回折する（すなわち回折を実現する）複数の回折特徴部１２２を備える。回折は、導波光ビーム１０４の一部分を回折によりカップリングして、平板ライトガイド１１０から外へ出す役割を担う。例えば、回折格子１２０は、回折特徴部１２２として機能する、平板ライトガイド１１０の表面内の溝、およびライトガイド表面１１０から突出する隆線のうちの一方または両方を含んでもよい。溝および隆線は、互いに平行または実質的に平行に配置されてもよく、回折格子１２０によってカップリングして外へ出されることになる導波光ビーム１０４の伝播方向に対して、少なくともいずれかの地点で垂直であり得る。
【００３５】
いくつかの例では、回折特徴部は、表面内へエッチング、ミリング、もしくはモールドされてもよく、または表面上に塗布されてもよい。したがって、回折格子１２０の材料は平板ライトガイド１１０の材料を含み得る。図１Ｂに示されるように、例えば、回折格子１２０は、平板ライトガイド１１０の表面に形成された実質的に平行な溝を備える。例えば図１Ｃでは、回折格子１２０は、ライトガイド表面から突出した実質的に平行な隆線を備える。他の例では（図示せず）、回折格子１２０は、ライトガイド表面に塗布された、または張り付けられたフィルムもしくは層において、またはそのフィルムもしくは層として実装され得る。
【００３６】
複数の回折格子１２０のうちの回折格子１２０は、平板ライトガイド１１０の表面、表面上、および表面内のうちの１つまたは複数である様々な構成に配置されてもよい。例えば、複数の回折格子１２０は、ライトガイド表面にわたって列および行に（例えばアレイとして）配置され得る。別の例では、複数の回折格子１２０はグループで配置され、そのグループが行および列に配置されてもよい。さらに別の例では、複数の回折格子１２０は、平板ライトガイド１１０の表面にわたって実質的にランダムに分配されてもよい。
【００３７】
いくつかの実施形態によれば、複数の回折格子１２０はマルチビーム回折格子１２０を備える。例えば、すべてのまたは実質的にすべての複数の回折格子１２０が、マルチビーム回折格子１２０であってもよい（すなわち、複数のマルチビーム回折格子１２０であってもよい）。マルチビーム回折格子１２０は、導波光ビーム１０４の一部分をカップリングして、（例えば図１Ｂおよび図１Ｃに示されるように）複数の光ビーム１０２として外へ出すように構成された回折格子１２０であり、複数のうちの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。様々な実施形態によれば、マルチビーム回折格子１２０によってカップリングして外へ出された複数の光ビーム１０２は、ともに光照射野を形成する。
【００３８】
様々な例によれば、マルチビーム回折格子１２０はチャープ回折格子１２０を備えることができる（すなわち、チャープマルチビーム回折格子）。定義上、「チャープ」回折格子１２０は、チャープ回折格子１２０の範囲または長さにわたって変化する回折特徴部の回折間隔を呈する、または有する回折格子である。本明細書では、変化する回折間隔は、「チャープ」と定義される。その結果、平板ライトガイド１１０から回折によりカップリングして外へ出される導波光ビーム１０４は、チャープ回折格子１２０にわたる異なる原点に対応する異なる回折角度の光ビーム１０２として、チャープ回折格子１２０から出射する、または放射される。事前定義されたチャープがあることにより、チャープ回折格子１２０は、複数の光ビームのうちのカップリングして外に出される光ビーム１０２の所定の異なる主極大角度方向をもたらす役割を担う。
【００３９】
図２Ａは、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例におけるマルチビーム回折格子１２０を含む色走査格子ベースのバックライト１００の一部分の断面図を示す。図２Ｂは、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例におけるマルチビーム回折格子１２０を含む、図２Ａの色走査格子ベースのバックライト１００の斜視図を示す。図２Ａに示されるマルチビーム回折格子１２０は、例として限定ではなく、平板ライトガイド１１０の表面に溝を備える。例えば、図２Ａに示されるマルチビーム回折格子１２０は、図１Ｂに示される溝ベースの回折格子１２０のうちの１つを表してもよい。
【００４０】
図２Ａ〜図２Ｂに（限定ではなく例として図１Ｂ〜図１Ｃにも）示されるように、マルチビーム回折格子１２０はチャープ回折格子である。特に示されるように、回折特徴部１２２は、マルチビーム回折格子１２０の第２の端部１２０’’においては、第１の端部１２０’においてよりも互いに近くにある。さらに、示される回折特徴部１２２の回折間隔ｄは、第１の端部１２０’から第２の端部１２０’’まで線形に変化する。いくつかの例では、チャープ回折格子１２０は、距離に伴って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。したがって、チャープ回折格子１２０は、「線形チャープ」回折格子と呼ばれ得る。
【００４１】
いくつかの例では、マルチビーム回折格子１２０を用いて光をカップリングして平板ライトガイド１１０から外へ出すことによって生成される光ビーム１０２は、（例えば図２Ａに示されるように）導波光ビーム１０４が平板ライトガイド１１０内でマルチビーム回折格子１２０の第１の端部１２０’からマルチビーム回折格子１２０の第２の端部１２０’’の方向へ伝播するときに、発散する（すなわち発散光ビーム１０２になる）ことができる。あるいは、他の例によれば（図示せず）、導波光ビーム１０４が平板ライトガイド１１０内で反対の方向、すなわちマルチビーム回折格子１２０の第２の端部１２０’’から第１の端部１２０’に伝播するときに、収束光ビーム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１２０は、回折間隔ｄの非線形チャープを呈してもよい。チャープ回折格子１２０を実現するために用いることができる様々な非線形チャープは、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、または三角形もしく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。これらのタイプのチャープの任意の組み合わせを用いることもできる。
【００４３】
図２Ｂに示されるように、マルチビーム回折格子１２０は、１つまたは複数の平板ライトガイド１１０の表面内に、表面に、または表面上にともに曲線状のかつチャープされた回折特徴部１２２（例えば溝または隆線）を含む（すなわち、マルチビーム回折格子１２０は曲線状のチャープ回折格子である）。導波光ビーム１０４は、図２Ｂの「１０４」と符号が付けられた太線の矢印によって示されるように、マルチビーム回折格子１２０および平板ライトガイド１１０に対する入射方向を有する。また図には、平板ライトガイド１１０の表面でマルチビーム回折格子１２０から離れる方向を指すカップリングして外へ出されるまたは放射される複数の光ビーム１０２も示される。示される光ビーム１０２は、複数の所定の異なる主極大角度方向に放射される。特に、放射される光ビーム１０２の所定の異なる主極大角度方向は、示されるように、（すなわち、光照射野を形成するように）方位角と仰角の両方において異なる。様々な例によれば、回折特徴部１２２の事前定義されたチャープと回折特徴部１２２の曲線との両方が、放射される光ビーム１０２の所定の異なる主極大角度方向に寄与し得る。
【００４４】
例えば、曲線状であることによって、マルチビーム回折格子１２０内の回折特徴部１２２は、導波光ビーム１０４の入射方向に対して異なった配向を有することができる。特に、導波光ビームの入射方向に対する、マルチビーム回折格子１２０内の第１の点または位置における回折特徴部１２２の配向は、別の点または位置における回折特徴部１２２の配向とは異なり得る。いくつかの例によれば、カップリングして外へ出されるまたは放射される光ビーム１０２に関して、光ビーム１０２の主極大角度方向｛θ，φ｝の方位角成分φは、光ビーム１０２の原点における（すなわち入射する導波光１０４がカップリングして外へ出される点における）回折特徴部１２２の方位配向角度（azimuthal orientation angle）φｆによって決められ得る、またはそれに対応し得る。したがって、回折特徴部１２２の配向がマルチビーム回折格子１２０内で異なっていることによって、少なくとも光ビーム１０２のそれぞれの方位角成分φに関しては、異なる主極大角度方向（θ，φ）を有する異なる光ビーム１０２が生成される。
【００４５】
特に、回折特徴部１２２の曲線に沿った異なる点においては、曲線状回折特徴部１２２に関連するマルチビーム回折格子１２０の「下にある回折格子」が、異なる方位配向角度φｆを有する。したがって、曲線状回折特徴部１２２に沿った所与の点において、曲線は、曲線状回折特徴部１２２に沿った別の点における方位配向角度φｆとは概して異なる特定の方位配向角度φｆを有する。さらに、特定の方位配向角度φｆは、所与の点から放射される光ビーム１０２の主極大角度方向｛θ，φ｝の対応する方位角成分φをもたらす。いくつかの例では、回折特徴部（例えば溝、隆線など）の曲線は、円の一区分を表してもよい。円は、ライトガイド表面と同一平面上にあってもよい。他の例では、曲線は、例えばライトガイド表面と同一平面上にある楕円または別の曲線形状の一区分を表してもよい。
【００４６】
他の例では、マルチビーム回折格子１２０は、「区分的に」曲線状の回折特徴部１２２を含んでもよい。特に、回折特徴部１２２は、マルチビーム回折格子１２０内の回折特徴部１２２に沿った異なる点において、実質的に滑らかなまたは連続した曲線それ自体を描かないかもしれないが、回折特徴部１２２はそれでもなお、導波光ビーム１０４の入射方向に対して異なる角度で配向され得る。例えば、回折特徴部１２２は、複数の実質的に直線状の区分であって、それぞれの区分が、隣接する区分とは異なる配向を有する直線状の区分を含む溝であってもよい。様々な実施形態によれば、複数の区分の異なる角度を合わせると、曲線（円の一区分）に近似することができる。さらに他の例では、回折特徴部１２２は、特定の曲線（例えば円または楕円）を近似することなく、単に、マルチビーム回折格子１２０内の異なる位置において導波光の入射方向に対して異なる配向を有するだけであってもよい。
【００４７】
再び図１Ａ〜図１Ｃを参照すると、様々な実施形態によれば、色走査格子ベースのバックライト１００は、光源１３０を（すなわち導波光ビーム１０４の発生源として）さらに備える。特に色走査格子ベースのバックライト１００は、マルチカラー光源１３０をさらに備える。マルチカラー光源１３０は、光を導波光１０４、すなわち導波光ビーム１０４として平板ライトガイド１１０に提供するように構成される。すなわち、様々な実施形態によれば、マルチカラー光源１３０によって提供される光は、平板ライトガイド１１０にカップリングして入れられるとき、導波光ビーム１０４である。
【００４８】
さらにマルチカラー光源１３０は、色走査プロトコルに応じて光を導波光ビーム１０４として提供するように構成される。特に色走査プロトコルによれば、本明細書における定義上、平板ライトガイド１１０の第１の領域に提供される第１の色の光は、平板ライトガイド１１０の第２の領域に提供される第２の色の光から、平板ライトガイド１１０の介在暗領域（intervening dark region）によって分離される。さらに定義上、平板ライトガイド１１０の介在「暗」領域は、マルチカラー光源１３０がほとんど光を提供しない、または実質的に全く光を提供しない平板ライトガイドの領域として定義される。すなわち、暗領域は、時間の特定の段階（instance）においてマルチカラー光源１３０によって実質的に照射されない、または少なくとも意図的に照射されない平板ライトガイド１１０の領域である（すなわち、色走査プロトコルの走査によるが、時間の別の段階では、暗領域は暗いままでなくてもよい）。例えば、特定の平板ライトガイド領域に対応するマルチカラー光源１３０の光学エミッタは、暗領域を生成するためにオフに切り替えられ得る。さらに暗領域は、第１と第２の色によってそれぞれ照射される平板ライトガイド領域の間にあるので、暗領域は定義上、「介在」暗領域である。
【００４９】
様々な実施形態では、マルチカラー光源１３０は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザを含むがこれらに限定されない、カラー光の実質的に任意の発生源を備えてもよい。いくつかの実施形態では、マルチカラー光源１３０は、特定の色により表される狭帯域の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。特に特定の色は、原色とすることができる、または原色を表すことができる。例えば、マルチカラー光源１３０は、複数の原色を表す複数の異なる色の光を生成することができる。原色は、例えば赤色光、緑色光、および青色光を備えてもよい。さらに、原色は、カラー電子ディスプレイの色域をサポートするように構成された赤−緑−青（ＲＧＢ）色モデルなどであるが、これらに限定されない色モデルに応じて選択される原色とすることができる。
【００５０】
したがって、いくつかの実施形態によれば、マルチカラー光源１３０は、複数のカラー光学エミッタ１３２、例えばＬＥＤ、を備えてもよい。例えば複数のカラー光学エミッタのＬＥＤは、カラー電子ディスプレイの原色の異なる色を表してもよい。特に、例えばＬＥＤは、ＲＧＢ色モデルの赤色光を生成するための赤色ＬＥＤ、緑色光を生成するための緑色ＬＥＤ、および青色光を生成するための青色ＬＥＤを備えてもよい。平板ライトガイド１１０の縁部に沿って配置された光学エミッタ１３２の線形アレイを備えるマルチカラー光源１３０が、図１Ａに示されている。例えば、示される光学エミッタ１３２のそれぞれは、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤを備えてもよい。また、光学エミッタ１３２の線形アレイと実質的に位置合わせされている複数の隣接した領域（すなわち、長い矩形の帯またはストリップとして示される領域）が、例として限定ではなく平板ライトガイド１１０上に破線で示されている。平板ライトガイド１１０のそれぞれの領域は、それぞれの領域に位置合わせされている対応する光学エミッタ１３２によって照射されるように構成されて、例えばそれぞれの各領域に、ＲＧＢ色モデルの赤色光、緑色光、および青色光のそれぞれを提供する。
【００５１】
いくつかの実施形態によれば、マルチカラー光源１３０の色走査プロトコルは、平板ライトガイドにわたる異なる領域を第１の領域から最後の領域まで、異なる色の間に介在暗領域が提供される状態で順次に照射するために、マルチカラー光源１３０の光学エミッタ１３２の異なる色を選択的に走査することを備えてもよい。別の例では、色走査プロトコルは、時間の関数として光学エミッタ１３２の異なる色を走査し、異なる領域を順次ではなく（例えばランダムに）照射してもよい。さらに図１Ａに示されるように、第１の領域、第２の領域、および介在領域を含む平板ライトガイド１１０の領域は、マルチカラー光源から離れるように延在する、平板ライトガイドにわたる１つまたは複数の実質的に平行な帯またはストリップを備えてもよい。例えばマルチカラー光源１３０は、様々な領域を形成する実質的に平行な帯またはストリップの入力端部に対応する平板ライトガイドの縁部に位置付けられ、カップリングされてもよい。
【００５２】
図３Ａは、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における色走査格子ベースのバックライト１００の平面図を示す。図３Ｂは、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、別の例における図３Ａの色走査格子ベースのバックライト１００の平面図を示す。図３Ｃは、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、別の例における図３Ｂの色走査格子ベースのバックライト１００の平面図を示す。図３Ｄは、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、別の例における図３Ｃの色走査格子ベースのバックライト１００の平面図を示す。特に、図３Ａ〜図３Ｄに示される平面図は、上述したようなマルチカラー光源１３０で使用される色走査プロトコルの例の時系列を表す。
【００５３】
図３Ａ〜図３Ｄに示される色走査格子ベースのバックライト１００は、平板ライトガイド１１０、およびマルチカラー光源１３０を備える。平板ライトガイド１１０は回折格子のアレイを含むが、それは考察を簡単にすることのみを目的として示されていない。マルチカラー光源１３０は、複数の光学エミッタ１３２と、それに対応する、図３Ａ〜図３Ｄで破線によって境界が示される実質的に平行な帯またはストリップとして示される平板ライトガイド１１０の複数の領域とを備える。示されるように、各光学エミッタ１３２は、平板ライトガイドの領域を表す実質的に平行な帯またはストリップのうちの異なる１つを照射する、またはそれに光を提供するように構成される。
【００５４】
図３Ａでは、例として限定ではなく、平板ライトガイド１１０の第１の領域１１２が、マルチカラー光源１３０によって第１の色の光（例えば赤色）で照射され、複数の隣接した帯上に第１の網掛け模様を用いて示されている。破線は、平行な帯の境界を示している。さらに図３Ａでは、例として限定ではなく、平板ライトガイド１１０の第２の領域１１４が、マルチカラー光源１３０によって第２の色の光（例えば緑色）で照射され、別の複数の隣接した帯上に第２の網掛け模様を用いて示されている。図３Ａにおいて光学エミッタ１３２から延びる矢印は、例えば領域１１２、１１４を照射する、導波光として平板ライトガイド１１０にカップリングして入れられるマルチカラー光源１３０からの光を描いている。示されるように、第１の領域１１２および第２の領域１１４は、実質的に平行な帯の異なるサブセットをそれぞれ含む。さらに示されるように、マルチカラー光源の光学エミッタ１３２の対応するサブセットが、第１の領域１１２および第２の領域１１４をそれぞれ照射するために用いられる。
【００５５】
図３Ａはさらに、第１の領域１１２と第２の領域１１４との間の領域１１６を示し、この領域は介在暗領域１１６を表し、網掛けなしで示される。介在暗領域１１６は、第１および第２の領域１１２、１１４のそれぞれの平行な帯間の平行な１つまたは複数の帯に対応するマルチカラー光源１３０の光学エミッタ１３２’をオフにすることによって提供され得る。例えば図３Ａに示される色走査格子ベースのバックライト１００は、色走査プロトコルの第１の期間に対応する。示されるように、色走査プロトコルは、図３Ａの領域１１４から領域１１２への走査方向を指す太線の矢印によって示される走査方向で、マルチカラー光源１３０の異なる光学エミッタの色を順次に走査してもよい。
【００５６】
図３Ｂは、図内の太線の矢印によって示される走査方向に応じた、色走査プロトコルの第２の期間を示す。特に図３Ｂに示されるように、色走査プロトコルに応じた走査が進行しており、第１および第２の領域１１２、１１４とともに介在暗領域１１６が、平板ライトガイド１１０の幅に沿ってさらに移動している（例えば第１と第２の領域１１２、１１４間の太線の矢印によって示されるような）。走査は、光学エミッタ１３２によって放射される色を変えること、前にオフにされた光学エミッタ１３２をオンにすること、および前にオンにされた光学エミッタ１３２のオフにすることのうちの１つまたは複数を備える。走査の進行は、第１および第２の領域１１２、１１４の大きさが変わることに対応しており（それぞれの隣接する平行な帯の数が増えるまたは減る）、同じく介在暗領域１１６が新規の位置になることにも対応している。本明細書における例として、図３Ａおよび図３Ｂは、走査方向に、隣接する７つの平行な帯から隣接する４つの平行な帯に大きさが小さくなった第１の色の領域１１２、および隣接する３つの平行な帯から隣接する６つの平行な帯に大きさが大きくなった第２の色の領域１１４を示す。
【００５７】
図３Ｃでは、色走査プロトコルにおいて第３の色（例えば青色）が導入されており、第２の領域１１４に隣接しているが別の介在暗領域１１６’によって第２の領域１１４から離間している第３の照射領域１１８で示される。例えば図３Ｃは、色走査プロトコルの走査の第３の期間を表してもよい。時間の関数として見ると、図３Ａ〜図３Ｄに示される色走査プロトコルは、介在暗領域１１６、１１６’を平板ライトガイド１１０にわたって「スイープ」しており、同様に第１、第２および第３の領域１１２、１１４、１１６に対応する異なる色が、平板ライトガイド１１０にわたってスイープしているように見えることに留意されたい。本明細書における例として図３Ｃは、第３の色の領域１１８および他の介在暗領域１１６’の導入に伴って、第１の色の領域１１２が、図３Ｂの隣接する４つの平行な帯から１つの平行な帯に大きさが小さくなっており、一方で第２の色の領域１１４が図３Ｂから図３Ｃまで同じ大きさのままであることを示しており、これらすべては走査方向に対するものである。
【００５８】
いくつかの実施形態では、異なる色のそれぞれが、少なくとも時間のある一瞬（例えば選択された期間）に、個別に平板ライトガイド１１０のすべてを実質的に満たす色走査プロトコルが提供されてもよい。そのような色走査プロトコルに応じた期間の例が図３Ｄに示されており、図３Ｄでは個別の色の光が、走査中に平板ライトガイド１１０の領域を満たすまたは実質的に満たしている。特に図３Ｄにおいて、例として限定ではなく示されるように、走査は、平板ライトガイド１１０にわたって太線の矢印で示される方向に進行して、平板ライトガイド１１０の実質的に全体が第３の領域１１８として（例えば青色光で）照射される時点に至る（ただし、第３の領域１１８の境界を画する暗領域１１６、１１６’を有している）。例えば図３Ｄに示されるように、色走査プロトコルの任意の色が、平板ライトガイド１１０を満たすまたは実質的に満たすことができる。
【００５９】
いくつかの実施形態では、平板ライトガイド１１０は、光源１３０からの光を平板ライトガイド１１０の特定のストリップまたは領域内に閉じ込めるまたは実質的に閉じ込めるように構成された構造体を備えてもよい。構造体は、平板ライトガイド１１０の隣接する帯、ストリップ、または少なくとも領域間に、それぞれの隣接する帯、ストリップ、または領域間での透過光を遮断するまたは実質的に遮断する「壁」を備えてもよい。言い換えれば、これらの実施形態によれば、壁は、光が１つのストリップまたは領域から別のストリップまたは領域に通過することを（例えば反射、吸収などによって）防止することができる。したがって壁は、本明細書における定義上「光閉じ込め」壁である。様々な実施形態によれば、平板ライトガイド１１０の介在暗領域１１６および光閉じ込め壁の一方または両方が、第１の領域に提供された第１の色の光を第２の領域に提供された第２の色の光から互いに分離するように構成されてもよい。
【００６０】
図４Ａは、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における光閉じ込め壁を有する色走査格子ベースのバックライト１００の斜視図を示す。図４Ｂは、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における図４Ａに示される光閉じ込め壁を有する色走査格子ベースのバックライト１００の平面図を示す。特に、図４Ａおよび図４Ｂに示される色走査格子ベースのバックライト１００は、複数の隣接する帯またはストリップ１４０を含む。さらに示されるように、隣接する帯またはストリップ１４０は、光閉じ込め壁１４２によって分離される。例として限定ではなく、図４Ａおよび図４Ｂに示される光閉じ込め壁１４２は、反射によって光を閉じ込めるように構成される、すなわち、示されるように、光閉じ込め壁１４２は「反射」壁である。図４Ａに描かれる導波光ビーム１０４は、導波光ビーム１０４が光源１３０（例えばマルチカラー光源１３０）から離れるように伝播するとき、光閉じ込め壁１４２から「跳ね返り」または反射し、それぞれの隣接する帯またはストリップ１４０内に残る、または閉じ込められる。
【００６１】
いくつかの例では、光閉じ込め壁１４２は、内部全反射（ＴＩＲ）壁であってもよい。例えば平板ライトガイド１１０に含まれ、平板ライトガイド１１０の屈折率よりも低い屈折率を有する間隙（例えば空気充填された間隙）または材料の層が、ＴＩＲ壁を形成するために用いられてもよい。別の例では、平板ライトガイド１１０の隣接する帯またはストリップ１４０間に反射材料を含めることによって、反射壁（例えば、ミラーまたはミラー層）が提供されてもよい。反射材料は、反射金属層（例えば銀、アルミニウム、金など）およびブラッグ反射体を含んでもよいが、これらに限定されない。さらに別の例では、平板ライトガイド１１０の隣接する帯またはストリップ１４０間に吸収材料が提供されてもよく、光閉じ込め壁１４２は吸収壁であってもよい。吸収材料は、吸収によって光の透過を遮断するまたは実質的に遮断する任意の材料（例えば黒色塗料）の層を含んでもよい。
【００６２】
いくつかの実施形態では、平板ライトガイド１１０は、ストリップライトガイドを備えてもよい。特に平板ライトガイド１１０は、平板ライトガイドを近似し、したがって本明細書における定義上の「平板」ライトガイドの形態とみなされるように互いに隣接して配置された複数の実質的に平行なストリップライトガイドを備えてもよい。様々な実施形態によれば、この形態の平板ライトガイドの隣接するストリップライトガイドは、それぞれのストリップライトガイド内に光を実質的に閉じ込め得る。例えば、隣接するストリップライトガイドは、それらの間にＴＩＲ壁を形成するための間隙によって互いに分離されてもよい。別の例では、１つのストリップライトガイドから別のストリップライトガイドへの光の透過を遮断するまたは実質的に遮断するための材料によって、ストリップライトガイドの縁部がコーティングされてもよい。材料は、反射材料または反射層（例えば、ブラッグ反射体）、光吸収材料（例えば黒色塗料）、または（例えば、ＴＩＲ壁を形成するためのクラッドとしての）平板ライトガイド１１０それ自体の材料の屈折率よりも低い屈折率を有する材料を含んでもよいが、これらに限定されない。例えば上記の図４Ａおよび図４Ｂに示される隣接するストリップまたは帯１４２は、ストリップライトガイドであってもよい。
【００６３】
本明細書で説明する原理のいくつかの実施形態によれば、３次元（３Ｄ）カラー電子ディスプレイが提供される。様々な実施形態では、３Ｄカラー電子ディスプレイは、異なる方向を有する変調された異なる色の光ビームを、３Ｄ情報（例えば３Ｄ画像）を表示するのに用いられる３Ｄカラー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。いくつかの例では、３Ｄカラー電子ディスプレイは、オートステレオスコピックなまたは裸眼の３Ｄ電子ディスプレイである。特に、様々な例によれば、変調され異なる色の光ビームのそれぞれは、３Ｄカラー電子ディスプレイに関連する異なる「視像」に対応してもよい。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またはホログラフィックなどの）表現を提供することができる。
【００６４】
図５は、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における３次元（３Ｄ）カラー電子ディスプレイ２００のブロック図を示す。３Ｄカラー電子ディスプレイ２００は例えば、３Ｄ画像などであるがこれには限定されない３Ｄ情報を提示するために使用され得る。特に、図５に示される３Ｄカラー電子ディスプレイ２００は、変調された異なる色の光ビーム２０２を、３Ｄカラー電子ディスプレイ２００の異なる視像に対応する色画素を表す異なる主極大角度方向で放射するように構成される。変調された異なる色の光ビーム２０２は、例として限定ではなく、図５では（例えば収束ではなく）発散するものとして示される。
【００６５】
図５に示される３Ｄカラー電子ディスプレイ２００は、光を導波する平板ライトガイド２１０を備える。平板ライトガイド２１０の導波光は、３Ｄカラー電子ディスプレイ２００によって放射される変調された異なる色の光ビーム２０２になる光の発生源である。いくつかの実施形態によれば、平板ライトガイド２１０は色走査格子ベースのバックライト１００に関して上述した平板ライトガイド１１０と実質的に同様であってもよい。例えば、平板ライトガイド２１０は、内部全反射により光を導波するように構成された誘電体材料の平坦なシートであるスラブ光導波路とすることができる。導波光は、光のビームとして非ゼロの伝播角度で導波されてもよい。特に、導波光は複数の異なる色の導波光ビームを含んでもよい。さらにいくつかの実施形態によれば、導波光ビームは、コリメートされてもよい（すなわち、光はコリメートされたまたは実質的にコリメートされた光のビームとして導波されてもよい）。
【００６６】
いくつかの実施形態では、平板ライトガイド２１０は、光閉じ込め壁によって境界を画された平板ライトガイド２１０のストリップ内に導波光を閉じ込めるように構成された光閉じ込め壁を備えてもよい。いくつかの実施形態では、光閉じ込め壁は、上述した色走査格子ベースのバックライト１００の光閉じ込め壁１４２と実質的に同様であってもよい。特に光閉じ込め壁は、異なる色の導波光ビームの分離を実現することができる。さらにいくつかの実施形態によれば、光閉じ込め壁は、異なる色の導波光ビームを平板ライトガイド２１０の平面でコリメートしてもよい、またはさらにコリメートしてもよい。
【００６７】
図５に示される３Ｄカラー電子ディスプレイ２００は、マルチビーム回折格子２２０のアレイをさらに備える。例えばマルチビーム回折格子２２０のアレイは、平板ライトガイド２１０の表面に隣接して（例えば表面上、表面内、表面のうちの１つまたは複数に）配置されてもよい。様々な実施形態によれば、アレイのマルチビーム回折格子２２０は、平板ライトガイド２１０内の導波光の一部分を回折によりカップリングして、３Ｄカラー電子ディスプレイ２００の異なる視像を表すまたはそれに対応する異なる主極大角度方向を有するカップリングして外へ出される複数の光ビーム２０４として、外へ出すように構成される。いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子２２０は、上述した色走査格子ベースのバックライト１００のマルチビーム回折格子１２０と実質的に同様であってもよい。
【００６８】
例えば、マルチビーム回折格子２２０のアレイは、チャープ回折格子を含んでもよい。いくつかの例では、マルチビーム回折格子２２０の回折特徴部（例えば溝、隆線など）は、曲線状回折特徴部である。例えば、曲線状回折特徴部は、曲線状（すなわち連続的に曲線状、または区分的に曲線状）である隆線または溝、およびアレイのマルチビーム回折格子２２０にわたって距離の関数として変化する曲線状回折特徴部間の間隔を含んでもよい。いくつかの例では、マルチビーム回折格子２２０は、曲線状回折特徴部を有するチャープ回折格子であってもよい。
【００６９】
図５に示されるように、３Ｄカラー電子ディスプレイ２００は、ライトバルブアレイ２３０をさらに備える。様々な例によれば、ライトバルブアレイ２３０は、複数の光ビームのうちのカップリングして外へ出される光ビーム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。特にライトバルブアレイ２３０のライトバルブは、カップリングして外へ出される光ビーム２０４を変調して、３Ｄカラー電子ディスプレイ２００の画素であるまたは画素を表す変調された異なる色の光ビーム２０２を提供する。さらに、変調された異なる色の光ビーム２０２のそれぞれは、３Ｄカラー電子ディスプレイ２００の異なる視像に対応してもよい。様々な例では、ライトバルブアレイ２３０のライトバルブは、液晶（ＬＣ）ライトバルブ、エレクトロウェッティング・ライトバルブ、および電気泳動ライトバルブのうちの１つまたは複数を含んでもよいが、これらに限定されない。図５では、例として光ビーム２０２の変調を強調するために破線が用いられている。
【００７０】
３Ｄカラー電子ディスプレイ２００は、光源走査器２４０をさらに備える。光源走査器２４０は、マルチカラー光源を走査して、導波光の異なる色の帯として平板ライトガイド２１０に導入される（例えばカップリングして入れられる）ことになる異なる色の光を生成するように構成される。さらに様々な実施形態によれば、異なる色の帯のそれぞれは、介在暗帯によって分離される。いくつかの実施形態では、光源走査器２４０は、マルチカラー光源を走査して、平板ライトガイド２１０に導入される異なる色の光を順次に生成するように構成される。いくつかの実施形態では、光源走査器２４０は、光源走査器２４０に対して走査方法または手順を提供するための色走査プロトコルを備える。いくつかの実施形態によれば、異なる色の帯は、色走査格子ベースのバックライト１００に関して上述した実質的に平行な帯、ストリップ、または領域に対応してもよい。例えば、異なる色の帯および介在暗帯は、それぞれ上述したように領域１１２、１１４、１１８および介在暗領域１１６、１１６’と実質的に同様であってもよい。
【００７１】
いくつかの実施形態によれば（例えば図５に示されるように）、３Ｄカラー電子ディスプレイ２００は、マルチカラー光源２５０をさらに備える。マルチカラー光源２５０は、異なる色の光を生成するように構成された光エミッタまたは光学エミッタのアレイ（例えば線形アレイ）を備えてもよい。様々な実施形態によれば、光学エミッタは平板ライトガイド２１０の縁部に沿って分配され、その縁部にカップリングされてもよい。したがって、マルチカラー光源２５０は、導波光として平板ライトガイド２１０内を伝播することになる異なる色の光を提供するように構成される。様々な実施形態によれば、光源走査器２４０は、平板ライトガイド２１０内に導波光の異なる色の帯を生成するための順次色走査プロトコルに応じて、光学エミッタの異なる色のセット（例えば赤色のセット、緑色のセット、および青色のセット）を順次に走査するように構成されてもよい。
【００７２】
いくつかの例では、マルチカラー光源２５０は、色走査格子ベースのバックライト１００に関して上述したマルチカラー光源１３０と実質的に同様である。例えば、マルチカラー光源２５０の複数の光学エミッタのそれぞれが、３Ｄカラー電子ディスプレイ２００の異なる原色（例えば赤色、緑色、青色）のそれぞれのＬＥＤまたはそれぞれに対応するＬＥＤを含んでもよい。特に、マルチカラー光源２５０の各光学エミッタが、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤを備えてもよい。さらに、例えば光源走査器２４０は、順次色走査プロトコルに応じて、平板ライトガイド２１０の色帯のうちの選択された帯に、赤色光、緑色光、および青色光を提供するように、光学エミッタのＬＥＤを順次に走査するように構成されてもよい。
【００７３】
いくつかの実施形態によれば、カラー電子ディスプレイ２００は、フレームバッファ２６０をさらに含む。フレームバッファ２６０は、画像情報（例えば３Ｄカラー画像情報）を保持または記憶するように構成されたメモリのブロックまたは同様のアロケーションを備える。さらに、フレームバッファ２６０は、ライトバルブアレイ２３０の複数のサイクル中に画像情報を記憶するように構成される。画像情報は、カップリングして外へ出される光ビーム２０４のライトバルブアレイ２３０による変調を制御するように構成される。加えて、ライトバルブアレイ２３０のサイクルは、光源走査器２４０による走査に対応する。
【００７４】
本明細書において、ライトバルブアレイ２３０の「サイクル」は、所与のカラー画像および色モデルのために表示されている色のうちの１つに対応する特定の構成（例えば、ライトバルブのセットアップ時間、保持時間など）に、アレイ２３０のライトバルブを合わせるのに要する時間として定義される。特定の構成にライトバルブアレイ２３０を合わせるのに必要な時間は、使用されるライトバルブの特定の種類によって決まる。様々な実施形態によれば、複数のサイクルにおけるサイクル数は、用いられる色モデルの原色の数に関係し得る。例えば、赤−緑−青（ＲＧＢ）の色モデルの場合、フルカラー画像を表示するためには、概してライトバルブアレイ２３０の３サイクルを要する（すなわち、ＲＧＢ色モデルの赤色、緑色、および青色のそれぞれに対して１サイクル）。
【００７５】
様々な実施形態によれば、フレームバッファ２６０のメモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、およびフラッシュメモリを含んでもよいが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、フレームバッファ２６０は、ライトバルブアレイ２３０に隣接して、直接的に相互接続されて位置付けられるハードウエアモジュールとして実装されてもよい。いくつかの実施形態によれば、フレームバッファ２６０は光源走査器２４０によって制御されてもよい。例えば、光源走査器２４０は、ライトバルブアレイ２３０のライトバルブをアクティブにするためのデータをフレームバッファ２６０がどのようにいつ提供するかを制御してもよい。
【００７６】
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方法が提供される。図６は、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例におけるカラー電子ディスプレイの動作方法３００のフローチャートを示す。示されるように、カラー電子ディスプレイの動作方法３００は、第１の色の光を平板ライトガイドの第１の領域にカップリングして入れるステップ３１０を備える。カラー電子ディスプレイの動作方法３００は、さらに、第２の色の光を平板ライトガイドの第２の領域にカップリングして入れるステップ３２０を備える。カップリングして入れられる光のない平板ライトガイドの暗領域、および平板ライトガイドの光閉じ込め壁のうちの一方または両方によって、第２の領域は第１の領域から分離される。いくつかの実施形態によれば、領域は、平板ライトガイドの幅にわたる実質的に平行なストリップまたは帯であってもよい。例えば、第１の領域、第２の領域、および暗領域は、上述した色走査格子ベースのバックライト１００の図３Ａ〜図３Ｄに示された第１の領域１１２、第２の領域１１４、および暗領域１１６と実質的に同様であってもよい。
【００７７】
図６に示されるカラー電子ディスプレイの動作方法３００は、カップリングして入れられた第１および第２の色の光を、それぞれ第１および第２の領域内で導波光として平板ライトガイドに沿って導波するステップ３３０をさらに備える。いくつかの実施形態では、ライトガイドおよび導波光は、色走査格子ベースのバックライト１００に関して上述した平板ライトガイド１１０および導波光ビーム１０４と実質的に同様であってもよい。特にいくつかの実施形態では、ライトガイドは、第１および第２の色の導波光を内部全反射により光のビームとして導波してもよい３３０。例えば光ビームは、非ゼロの伝播角度で導波されてもよく３３０、またコリメートされてもよい。さらにいくつかの実施形態では、ライトガイドは、実質的に平坦な誘電体光導波路（例えば平板ライトガイド）であってもよい。
【００７８】
カラー電子ディスプレイの動作方法３００は、第１および第２の領域の導波光の一部分を、回折格子を用いて平板ライトガイドの表面で回折によりカップリングして外へ出すステップ３４０をさらに含む。回折によりカップリングして外へ出すステップ３４０は、平板ライトガイドから放射され、様々な、ときには異なる主極大角度方向に平板ライトガイドから離れるように方向付けられるそれぞれの第１の色の光ビームおよび第２の色の光ビームを生成するように構成される。特に、マルチビーム回折格子を使用する実施形態では、それぞれの色の複数の光ビームのうちの１つのカップリングして外へ出される光ビームは、それぞれの色の複数の光ビームのうちの他のカップリングして外へ出される光ビームとは異なる主極大角度方向を有してもよい。
【００７９】
様々な例によれば、ライトガイドの表面に位置付けられた回折格子は、ライトガイドの表面内に溝、隆線などとして形成されてもよい。他の例では、回折格子は、ライトガイド表面上のフィルムを含んでもよい。いくつかの例では、回折格子は、色走査格子ベースのバックライト１００に関して上述した回折格子１２０と実質的に同様であってもよい。特に回折格子は、回折によりカップリングして外へ出される３４０導波光の一部分から複数の光ビームを生成するように構成されたマルチビーム回折格子１２０であってもよい。マルチビーム回折格子は、互いに離間した曲線状の溝および曲線状の隆線のうちの１つを備えるチャープ回折格子であることを含むがこれに限定されない上述したマルチビーム回折格子１２０と実質的に同様であってもよい。他の例では、回折格子は、ライトガイド内を含むがこれには限定されない他の場所に位置付けられる。
【００８０】
いくつかの実施形態によれば、複数の光ビームのうちの光ビームは、カラー電子ディスプレイの画素に対応してもよい。特に、回折によりカップリングして外へ出すステップ３４０においてマルチビーム回折格子が使用される場合には、第１の色のカップリングして外へ出される複数の光ビームは、３次元（３Ｄ）電子ディスプレイの異なる視像に対応する複数の異なる主極大角度方向に平板ライトガイドから離れるように方向付けられてもよい。さらに、第２の色のカップリングして外へ出される複数の光ビームは、３次元（３Ｄ）電子ディスプレイの異なる視像に対応する複数の異なる主極大角度方向に平板ライトガイドから離れるように方向付けられてもよい。特に、第２の色のカップリングして外へ出される複数の光ビームは、第１の色のカップリングして外へ出される光ビームの異なる主極大角度方向に対応した複数の異なる主極大角度方向を有してもよい。したがって、カラー電子ディスプレイは、３Ｄカラー電子ディスプレイであってもよい。
【００８１】
いくつかの実施形態では、カラー電子ディスプレイの動作方法３００は、第１の色を生成する光学エミッタおよび第２の色を生成する光学エミッタを備えるマルチカラー光源を走査するステップ３５０をさらに備える。例えば第１の色および第２の色は、カラー電子ディスプレイの原色のセット（例えば、赤色、緑色、および青色）の要素（member）であってもよい。例えば光学エミッタは、異なる色の発光ダイオード（ＬＥＤ）（例えば赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤ）であってもよい。様々な実施形態によれば、マルチカラー光源を走査するステップ３５０は、第１の色の光学エミッタをアクティブにする（例えば第１のＬＥＤをオンにする）ステップ、第２の色の光学エミッタをアクティブにする（例えば第２のＬＥＤをオンにする）ステップ、およびアクティブにされた第１と第２の光エミッタ間に暗領域を挿入するステップを備えてもよい。例えば暗領域を挿入するステップは、暗領域に対応するアクティブにされた光学エミッタを非アクティブにする（例えばＬＥＤをオフにする）ステップを備えてもよい。
【００８２】
いくつかの実施形態では、カラー電子ディスプレイの動作方法３００は、それぞれの複数のカップリングして外へ出される光ビームのうちの光ビームを、複数のライトバルブを用いて変調するステップ３６０をさらに含む。特に、複数のカップリングして外へ出される光ビームは、対応する複数のライトバルブを通過する、またはそれと他の態様で相互作用することによって変調される３６０。いくつかの実施形態によれば、変調された光ビームは、カラー電子ディスプレイ（例えば３Ｄ電子ディスプレイ）の画素を形成してもよい。例えば、変調された３６０光ビームは、３Ｄカラー電子ディスプレイ（例えば裸眼の３Ｄ電子ディスプレイ）の複数の視像を提供してもよい。
【００８３】
いくつかの例では、複数の光ビームを変調するステップ３６０で用いられる複数のライトバルブは、３Ｄカラー電子ディスプレイ２００に関して上述したライトバルブアレイ２３０と実質的に同様であってもよい。例えば、ライトバルブは液晶ライトバルブを含んでもよい。別の例では、ライトバルブは、エレクトロウェッティング・ライトバルブ、および電気泳動ライトバルブを含むがこれらに限定されない別のタイプのライトバルブであってもよい。
【００８４】
このように、色走査を使用する色走査格子ベースのバックライト、３Ｄ電子カラーディスプレイ、およびカラー電子ディスプレイの動作方法の例が説明された。上述した例は、本明細書で説明する原理を表す多くの特定の例および実施形態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、以下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】
【００８５】
１００  色走査格子ベースのバックライト
１０２  光ビーム
１０４  導波光ビーム
１１０  平板ライトガイド
１１２  第１の領域
１１４  第２の領域
１１６  介在暗領域
１１６’  介在暗領域
１１８  照射領域
１２０  回折格子
１２２  回折特徴部
１２０’  第１の端部
１２０’’  第２の端部
１３０  光源
１３２  光学エミッタ
１４０  隣接する帯またはストリップ
１４２  光閉じ込め壁
２００  ３Ｄカラー電子ディスプレイ
２０２  変調された異なる色の光ビーム
２０４  カップリングして外へ出される光ビーム
２１０  平板ライトガイド
２２０  マルチビーム回折格子
２３０  ライトバルブアレイ
２４０  光源走査器
２５０  マルチカラー光源
２６０  フレームバッファ
３００  カラー電子ディスプレイの動作方法
３１０  第１の色の光を平板ライトガイドの第１の領域にカップリングして入れるステップ
３２０  第２の色の光を平板ライトガイドの第２の領域にカップリングして入れるステップ
３３０  カップリングして入れられた第１および第２の色の光を、それぞれ第１および第２の領域内で導波光として平板ライトガイドに沿って導波するステップ
３４０  第１および第２の領域の導波光の一部分を、回折格子を用いて平板ライトガイドの表面で回折によりカップリングして外へ出すステップ
３５０  第１の色を生成する光学エミッタおよび第２の色を生成する光学エミッタを備えるマルチカラー光源を走査するステップ
３６０  それぞれの複数のカップリングして外へ出される光ビームのうちの光ビームを、複数のライトバルブを用いて変調するステップ
【図１Ａ−１Ｂ】
2018517242.tif 000003
【図１Ｃ】
2018517242.tif 000004
【図２Ａ】
2018517242.tif 000005
【図２Ｂ】
2018517242.tif 000006
【図３Ａ】
2018517242.tif 000007
【図３Ｂ−３Ｃ】
2018517242.tif 000008
【図３Ｄ】
2018517242.tif 000009
【図４Ａ】
2018517242.tif 000010
【図４Ｂ】
2018517242.tif 000011
【図５】
2018517242.tif 000012
【図６】
2018517242.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月8日(2018.5.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１Ａ−１Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ−１Ｂ】
2018517242.tif 000014
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１Ｃ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ｃ】
2018517242.tif 000015
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２Ａ】
2018517242.tif 000016
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２Ｂ】
2018517242.tif 000017
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
図２Ａ〜図２Ｂに（限定ではなく例として図１Ｂ〜図１Ｃにも）示されるように、マルチビーム回折格子１２０はチャープ回折格子である。特に示されるように、回折特徴部１２２は、マルチビーム回折格子１２０の第１の端部１２０’においては、第２の端部１２０’’においてよりも互いに近くにある。さらに、示される回折特徴部１２２の回折間隔ｄは、第１の端部１２０’から第２の端部１２０’’まで変化する。いくつかの例では、チャープ回折格子１２０は、距離に伴って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。したがって、チャープ回折格子１２０は、「線形チャープ」回折格子と呼ばれ得る。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光のビームを導波するように構成された平板ライトガイドと、
前記導波光ビームの一部分を回折によりカップリングして、所定の主極大角度方向で前記平板ライトガイドの表面から離れるように方向付けられたカップリングして外へ出される光ビームとして、外へ出すように構成された回折格子と、
色走査プロトコルに応じて、光を前記平板ライトガイドに前記導波光ビームとして提供するように構成されたマルチカラー光源と
を備え、
前記平板ライトガイドの第１の領域に提供される第１の色の光が、前記平板ライトガイドの第２の領域に提供される第２の色の光から、前記平板ライトガイドの介在暗領域によって、もしくは前記平板ライトガイドの光閉じ込め壁によって、またはその両方によって分離される、色走査格子ベースのバックライト。
【請求項２】
前記回折格子が、前記導波光ビームの一部分をカップリングして、複数のカップリングして外へ出される光ビームとして外へ出すように構成されたマルチビーム回折格子を備え、前記複数のカップリングして外へ出される光ビームのうちの１つの光ビームが、前記複数のカップリングして外へ出される光ビーム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、請求項１に記載の色走査格子ベースのバックライト。
【請求項３】
前記マルチビーム回折格子が、線形チャープ回折格子である、請求項２に記載の色走査格子ベースのバックライト。
【請求項４】
異なる主極大角度方向を有する前記複数のカップリングして外へ出される光ビームが、３次元（３Ｄ）カラー電子ディスプレイの異なる視像に対応する画素を提供するように構成された光照射野を形成する、請求項２に記載の色走査格子ベースのバックライト。
【請求項５】
前記マルチカラー光源が複数の発光ダイオードを備え、前記複数の発光ダイオードが複数の原色の異なる色を表す、請求項１に記載の色走査格子ベースのバックライト。
【請求項６】
前記原色の光が、赤色光、緑色光、および青色光を備える、請求項５に記載の色走査格子ベースのバックライト。
【請求項７】
前記平板ライトガイドの前記第１の領域、前記第２の領域、および前記介在領域が、前記平板ライトガイドの幅にわたる実質的に平行な帯を備え、前記マルチカラー光源が、前記平板ライトガイドの第１の端部の縁部に位置付けられ、それにカップリングされており、前記帯が、前記平板ライトガイドの長さに沿って、隣接する前記第１の端部から前記平板ライトガイドの反対側の第２の端部まで前記導波光ビームの伝播方向に延在している、請求項１に記載の色走査格子ベースのバックライト。
【請求項８】
前記色走査プロトコルが、前記平板ライトガイドの前記第１の領域、前記第２の領域、および前記介在暗領域を提供するように、順次に、前記マルチカラー光源の異なる色を選択的に走査するように構成された、請求項１に記載の色走査格子ベースのバックライト。
【請求項９】
請求項１に記載の色走査格子ベースのバックライトを備える電子ディスプレイであって、前記カップリングして外へ出される光ビームを変調するように構成されたライトバルブをさらに備え、前記回折格子が、前記ライトバルブに隣接した前記ライトガイドの前記表面にあり、前記変調された、カップリングして外へ出される光ビームが、前記電子ディスプレイの画素に対応する、電子ディスプレイ。
【請求項１０】
色走査プロトコルを使用する３次元（３Ｄ）カラー電子ディスプレイであって、
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のアレイであって、前記アレイのマルチビーム回折格子が、前記平板ライトガイド内で導波される光の一部分を回折によりカップリングして、前記３Ｄカラー電子ディスプレイの異なる視像を表す異なる主極大角度方向を有する複数のカップリングして外へ出される光ビームとして、外へ出すように構成された、マルチビーム回折格子のアレイと、
前記カップリングして外へ出される光ビームを変調するように構成されたライトバルブアレイであって、前記変調されたカップリングして外へ出される光ビームが、前記異なる視像に対応する画素を表す、ライトバルブアレイと、
異なる色の光をそれぞれの期間に順次に生成するようにマルチカラー光源を走査するように構成された光源走査器であって、前記異なる色の光が、導波光の異なる色の帯として前記平板ライトガイドに導入されることになる、光源走査器と
を備え、
前記異なる色の帯のそれぞれが、介在暗帯によって分離される、３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１１】
前記平板ライトガイドが、光をコリメートされた光ビームとして、前記平板ライトガイド内で非ゼロの伝播角度で導波するように構成された、請求項１０に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１２】
前記平板ライトガイドが、光閉じ込め壁によって境界を画された前記平板ライトガイドのストリップ内に導波光を閉じ込めるように構成された前記光閉じ込め壁を備える、請求項１０に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１３】
前記マルチビーム回折格子が、互いに離間した曲線状の溝および曲線状の隆線のうちの
１つを備えるチャープ回折格子である、請求項１０に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１４】
異なる色の光を生成するための光学エミッタの線形アレイを備えるマルチカラー光源をさらに備え、前記光学エミッタが、前記平板ライトガイドの幅に沿って分配され、前記平板ライトガイドの縁部にカップリングされており、前記光源走査器が、前記導波光の異なる色の帯を生成するために、前記異なる色の順次色走査プロトコルに応じて、前記光学エミッタの異なるセットを順次に走査するように構成された、請求項１０に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１５】
前記光学エミッタの第１のセットが赤色発光ダイオードを備え、前記光学エミッタの第２のセットが緑色発光ダイオードを備え、前記光学エミッタの第３のセットが青色発光ダイオードを備え、前記光源走査器が、前記平板ライトガイドの前記色の帯のうちの選択された１つに対して、赤色光、緑色光、および青色光を前記順次色走査プロトコルに応じて提供するように、前記第１、第２、および第３の光学エミッタのセットを順次に走査するように構成された、請求項１４に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１６】
前記ライトバルブアレイが、複数の液晶ライトバルブを備える、請求項１０に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１７】
前記３Ｄカラー電子ディスプレイによって表示されることになる画像情報を記憶するように構成されたフレームバッファをさらに備え、前記フレームバッファが、前記ライトバルブアレイの複数のサイクル中に前記画像情報を記憶し、前記画像情報が、前記カップリングして外へ出される光ビームの変調を制御するように構成されており、前記複数のサイクルが、前記光源走査器による走査に対応する、請求項１０に記載の３Ｄカラー電子ディスプレイ。
【請求項１８】
第１の色の光を、平板ライトガイドの第１の領域にカップリングして入れるステップと、
第２の色の光を、前記平板ライトガイドの第２の領域にカップリングして入れるステップであって、前記第２の領域が、カップリングして入れられる光のない前記平板ライトガイドの暗領域、および前記平板ライトガイドの光閉じ込め壁のうちの一方または両方によって、前記第１の領域から分離されており、前記領域が前記平板ライトガイドの幅にわたるものである、カップリングして入れるステップと、
前記第１および第２の色の前記カップリングして入れられた光を、導波光として前記それぞれの第１および第２の領域内で前記平板ライトガイドに沿って導波するステップと、
所定の主極大角度方向で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それぞれの第１および第２の光ビームを生成するために、前記第１および第２の領域の前記導波光の一部分を、前記平板ライトガイドの表面の回折格子を用いて回折によりカップリングして外へ出すステップと、
を備える、カラー電子ディスプレイの動作方法。
【請求項１９】
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す前記ステップが、３Ｄ電子ディスプレイの異なる視像に対応する複数の異なる主極大角度方向に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前記第１および第２の色の複数のカップリングして外へ出される光ビームを生成するために、マルチビーム回折格子を使用するステップを備える、請求項１８に記載のカラー電子ディスプレイの動作方法。
【請求項２０】
前記マルチビーム回折格子が、互いに離間した曲線状の溝および曲線状の隆線のうちの
１つを備える線形チャープ回折格子である、請求項１９に記載のカラー電子ディスプレイの動作方法。
【請求項２１】
前記複数の光ビームを複数のライトバルブを用いて変調するステップをさらに備え、前記変調された光ビームが、前記異なる視像に対応する前記３Ｄ電子ディスプレイの画素を形成する、請求項１９に記載のカラー電子ディスプレイの動作方法。
【請求項２２】
前記第１の色の光を生成する光学エミッタ、および前記第２の色の光を生成する光学エミッタを備えるマルチカラー光源を走査するステップをさらに備え、前記マルチカラー光源を走査する前記ステップが、前記第１の領域を照射するように前記第１の色の光学エミッタをアクティブにするステップと、前記第２の領域を照射するように前記第２の色の光学エミッタをアクティブにするステップと、前記アクティブにされた第１と第２の光学エミッタの間に前記暗領域を挿入するステップとを備える、請求項１８に記載のカラー電子ディスプレイの動作方法。
【請求項２３】
前記光閉じ込め壁が、内部全反射（ＴＩＲ）壁を備える、請求項１８に記載のカラー電子ディスプレイの動作方法。
【国際調査報告】
2018517242.tif 000018
2018517242.tif 000019