基于多束衍射光柵的背光照明的制作方法
【專利摘要】基于多束衍射光柵的背光照明包括光導(dǎo)以及在光導(dǎo)表面的多束衍射光柵。光導(dǎo)用于引導(dǎo)來(lái)自光源的光。多束衍射光柵利用衍射耦合將被引導(dǎo)的光的一部分耦合出，并且將被耦合出的部分作為具有不同主角方向的多個(gè)光束而指引離開(kāi)光導(dǎo)。
【專利說(shuō)明】基于多束衍射光柵的背光照明
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 無(wú)
[0003] 關(guān)于聯(lián)邦贊助研宄或開(kāi)發(fā)的聲明
[0004] 無(wú)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0005] 電子顯示器是用于向多種設(shè)備和產(chǎn)品的用戶傳達(dá)信息的幾乎無(wú)處不在的媒介。 最常見(jiàn)的電子顯示器是陰極射線管（CRT)、等離子體顯示板（PDP)、液晶顯示器（LCD)、電 致發(fā)光顯示器（EL)、有機(jī)發(fā)光二極管（OLED)和有源矩陣OLED(AMOLED)顯示器、電泳顯示 器（EP)以及各種采用機(jī)電或電流體光調(diào)制的顯示器（例如，數(shù)字微鏡設(shè)備、電濕潤(rùn)顯示器 等）。一般來(lái)說(shuō)，電子顯示器可以分類為主動(dòng)顯示器（即，發(fā)光的顯示器）或者被動(dòng)顯示器 (例如，調(diào)制由另一個(gè)源所提供的光的顯示器）。主動(dòng)顯示器的最常見(jiàn)的例子是CRT、PDP和 0LED/AM0LED。當(dāng)考慮發(fā)出的光時(shí)典型地被分類為被動(dòng)的顯示器是IXD和EP顯示器。被動(dòng) 顯示器雖然常常展現(xiàn)出包括但不限于固有低功耗的引人注目的性能特性，但因?yàn)槿鄙侔l(fā)光 的能力而在許多實(shí)際的應(yīng)用中使用受到一些限制。
[0006] 為克服與發(fā)出的光相關(guān)聯(lián)的被動(dòng)顯示器的適用性限制，許多被動(dòng)顯示器與外部光 源耦合。耦合的光源可以允許這些在其他情況下是被動(dòng)的顯示器發(fā)光并且實(shí)質(zhì)上充當(dāng)主動(dòng) 顯示器。這樣的耦合光源的示例是背光體（backlight)。背光體是置于在其他情況下是被 動(dòng)的顯示器的后面以照亮該被動(dòng)顯示器的光源（通常是平板光源）。例如，背光器可以耦 合到IXD或EP顯示器。背光體發(fā)出穿過(guò)IXD或者EP顯示器的光。發(fā)出的光通過(guò)IXD或者 EP顯示器調(diào)制，然后繼而從IXD或EP顯示器發(fā)出經(jīng)過(guò)調(diào)制的光。背光體常常被配置為發(fā) 出白光。然后，利用濾色器將白光轉(zhuǎn)換為顯示器中所用的各種顏色。濾色器例如可以置于 IXD或EP顯示器的輸出處（較少）或置于背光體和IXD或EP顯示器之間。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007] 聯(lián)系下述結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，可以更為全面地理解本申請(qǐng)，在附圖中相似 的參考標(biāo)號(hào)自始至終表示相似的部件，并且在附圖中：
[0008] 圖1圖示根據(jù)在這里描述的原理的示例的具有特定主角方向的光束的角分量 {θ，Φ}的示意圖。
[0009] 圖2A圖示根據(jù)與在這里描述的原理相一致的示例的基于多束衍射光柵的背光體 的透視圖。
[0010] 圖2B圖示根據(jù)與在這里描述的原理相一致的示例的圖2A所示的基于多束衍射光 柵的背光體的橫截面圖。
[0011] 圖2C圖示根據(jù)與在這里描述的原理相一致的另一個(gè)示例的基于多束衍射光柵的 背光體的橫截面圖。
[0012] 圖3圖示根據(jù)與在這里描述的原理相一致的另一個(gè)示例的多束衍射光柵的平面 圖。
[0013] 圖4圖示根據(jù)與在這里描述的原理相一致的示例的電子顯示器的框圖。
[0014] 圖5圖示根據(jù)與在這里描述的原理相一致的示例的電子顯示器操作方法的流程 圖。
[0015] 某些示例具有附加到或替代上述圖中圖示的特征的其他特征。這些和其它特征通 過(guò)參考上述圖而在下文中詳細(xì)描述。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 根據(jù)在這里描述的原理的示例提供采用多束衍射耦合的電子顯示器背光照明。具 體地，在這里描述的電子顯示器的背光照明采用多束衍射光柵。多束衍射光柵用于將光從 光導(dǎo)中耦合出并且沿電子顯示器的觀看方向引導(dǎo)耦合出的光。根據(jù)在這里描述的原理的各 種示例，由多束衍射光柵沿觀看方向引導(dǎo)的耦合出的光包括具有彼此不同的主角方向的多 個(gè)光束。在某些示例中，具有不同主角方向的光束（也稱為'不同地引導(dǎo)的光束'）可以用 來(lái)顯示三維（3-D)信息。例如，由多束衍射光柵產(chǎn)生的不同地引導(dǎo)的光束可以被調(diào)制并且 例如充當(dāng)'無(wú)眼鏡式'的3-D電子顯示器的像素。
[0017] 根據(jù)各種不例，多束衍射光柵產(chǎn)生多個(gè)光束，該多個(gè)光束具有相應(yīng)的多個(gè)不同的、 空間上分離的角（即，不同的主角方向）。具體地，每個(gè)由多束衍射光柵產(chǎn)生的光束具有由 角分量{ θ，Φ}給出的主角方向。角分量Θ在這里被稱為光束的'仰（elevation)分量' 或'仰角'。角分量Φ在這里被稱為光束的'方位分量'或'方位角'。根據(jù)定義，仰角Θ是 在垂直平面（例如，垂直于多束衍射光柵的平面）內(nèi)的角，而方位角Φ是在水平平面（例 如，平行于多束衍射光柵平面）內(nèi)的角。圖1圖示根據(jù)在這里所描述的原理的示例的具有 特定主角方向的光束10的角分量{θ，Φ}。此外，根據(jù)在這里的定義，每個(gè)光束從特定的 點(diǎn)發(fā)出或發(fā)射。就是說(shuō)，根據(jù)定義，每個(gè)光束具有與多束衍射光柵中的特定原點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的中 心光線。圖1還圖示出了光束原點(diǎn)P。
[0018] 根據(jù)各種示例，光束的仰分量Θ與多束衍射光柵的衍射角θπ有關(guān)并且在某些示 例中由該衍射角θ π決定。具體地，根據(jù)某些示例，仰分量Θ可以由光束的原點(diǎn)P局部的 或光束原點(diǎn)P處的衍射角Θπ確定。根據(jù)各種示例，光束的方位分量Φ可以由多束衍射光 柵的特征的取向或旋度（rotation)確定。具體地，根據(jù)某些示例，處于原點(diǎn)附近并且相對(duì) 于入射到多束衍射光柵上的光的傳播方向的特征的方位取向角Φ f可以確定光束的方位分 量Φ (例如，Φ = <i>f)。圖1中用粗箭頭圖示出了入射光的示例傳播方向。
[0019] 根據(jù)各種示例，多束衍射光柵的特性和其特征（即，'衍射特征'）可以用于對(duì)于一 個(gè)或多個(gè)光束，控制光束的角方向性以及多束衍射光柵的波長(zhǎng)或顏色選擇性中的一個(gè)或兩 個(gè)?？梢杂糜诳刂平欠较蛐院筒ㄩL(zhǎng)選擇性的特性包括但不限于光柵長(zhǎng)度、光柵間距（特征 間隔）、特征的形狀、特征的大小（例如，溝槽或背脊（ridge)寬度）以及光柵的取向。在某 些示例中，用于控制的各種特性可以是在光束原點(diǎn)附近局部的特性。
[0020] 這里，'衍射光柵'（'diffraction grating'）通常定義為被排列以便提供入射 在衍射光柵上的光的衍射的多個(gè)特征（例如，衍射特征）。在某些示例中，多個(gè)特征可以以 周期性或準(zhǔn)周期性的方式排列。例如，衍射光柵可以包括以一維（I-D)陣列排列的多個(gè)特 征（例如，材料表面中的多個(gè)溝槽）。在其它示例中，衍射光柵可以是特征的二維（2-D)陣 列。例如，衍射光柵可以是材料表面上的突起物（bump)的2-D陣列。
[0021] 如此，并且根據(jù)在這里的定義，衍射光柵是提供入射到衍射光柵上的光的衍射的 結(jié)構(gòu)。如果光從光導(dǎo)入射至衍射光柵上，所提供的衍射可以導(dǎo)致從而被稱為'衍射耦合'，因 為衍射光柵可以通過(guò)衍射將光從光導(dǎo)中耦合出。衍射光柵還通過(guò)衍射重新定向光或改變光 的角度（即，衍射角）。具體地，作為衍射的結(jié)果，離開(kāi)衍射光柵的光（即，衍射光）通常具 有與入射光的傳播方向不同的傳播方向。這里，通過(guò)衍射進(jìn)行的光的傳播方向的改變?cè)谶@ 里被稱為'衍射重新定向'。因此，衍射光柵可以理解為包括衍射特征的結(jié)構(gòu)，該衍射特征以 衍射方式重新定向入射到衍射光柵上的光，并且，如果光從光導(dǎo)入射，衍射光柵還可以以衍 射方式將光從光導(dǎo)中耦合出。
[0022] 在這里，具體地，'衍射耦合'被定義為作為衍射的結(jié)果（例如，通過(guò)衍射光柵）而 跨過(guò)兩種材料之間的邊界的電磁波（例如，光）的耦合。例如，衍射光柵可以用于通過(guò)跨過(guò) 光導(dǎo)邊界的衍射耦合而將在光導(dǎo)中傳播的光耦合出。衍射耦合基本上克服了例如引導(dǎo)光導(dǎo) 內(nèi)的光以耦合出光的全內(nèi)反射。相似地，根據(jù)定義，'衍射重新定向'是作為衍射的結(jié)果的光 的傳播方向的重新定向或改變。如果衍射發(fā)生在兩種材料之間的邊界（例如，衍射光柵位 于該邊界處），則衍射重新定向可以發(fā)生在該邊界處。
[0023] 此外，在這里，根據(jù)定義，衍射光柵的特征被稱為'衍射特征'（'diffractive features'），并且可以是在表面（例如，兩種材料之間的邊界）處、在表面中和在表面上的 一個(gè)或多個(gè)。所述表面例如可以是光導(dǎo)的表面。衍射特征可以包括衍射光的多種結(jié)構(gòu)中 的任一種，所述結(jié)構(gòu)包括但不限于在所述表面處、在所述表面中或在所述表面上的溝槽、背 脊、孔和突起物。例如，多束衍射光柵可以包括在材料表面中的多個(gè)平行的溝槽。在另一個(gè) 示例中，衍射光柵可以包括突出材料表面的多個(gè)平行的背脊。衍射特征（例如，溝槽、背脊、 孔、突起物等）可以具有多種提供衍射的橫截面形狀或輪廓中的任一種，所述橫截面形狀 或輪廓包括但不限于矩形輪廓、三角形輪廓和鋸齒輪廓中的一個(gè)或多個(gè)。
[0024] 在這里，根據(jù)定義，'多束衍射光柵'是產(chǎn)生多個(gè)光束的衍射光柵。在某些示例中， 多束衍射光柵可以是或者包括'啁啾'（'chirped'）衍射光柵。如上所述，多束衍射光柵 產(chǎn)生的多個(gè)光束可以具有由角分量{θ，Φ}表示的不同的主角方向。具體地，根據(jù)各種示 例，作為通過(guò)多束衍射光柵進(jìn)行的入射光的衍射耦合和衍射重新定向的結(jié)果，每個(gè)光束可 以具有預(yù)定的主角方向。例如，多束衍射光柵可以在八個(gè)不同的主方向上產(chǎn)生八個(gè)（8)光 束。根據(jù)各種示例，如上所述，光束的仰角Θ可以由多束衍射光柵的衍射角θ π確定，而方 位角Φ可以與在光束原點(diǎn)處的多束衍射光柵的特征相對(duì)于入射至多束衍射光柵上的光的 傳播方向的取向和旋度相關(guān)聯(lián)。
[0025] 根據(jù)各種示例，由局部周期性的透射式衍射光柵提供的衍射角Θ m可以由如下的 等式⑴給出：
[0026]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于多束衍射光柵的背光體，包括： 光導(dǎo)，引導(dǎo)來(lái)自光源的光； 多束衍射光柵，位于光導(dǎo)的表面，該多束衍射光柵利用衍射親合將被引導(dǎo)的光的一部 分耦合出，該被引導(dǎo)的光的被耦合出的部分作為多個(gè)光束而被指引離開(kāi)該光導(dǎo)的表面，該 多個(gè)光束中的一光束具有與該多個(gè)光束中的其它光束不同的主角方向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多束衍射光柵的背光體，其中該多束衍射光柵包括啁啾 衍射光柵。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多束衍射光柵的背光體，其中該啁啾衍射光柵是線性啁 啾衍射光柵。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多束衍射光柵的背光體，其中該多束衍射光柵包括相互 隔開(kāi)的彎曲溝槽和彎曲背脊中的一個(gè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多束衍射光柵的背光體，還包括位于該光導(dǎo)邊緣的所述 光源，該被引導(dǎo)的光是被耦合至該光導(dǎo)邊緣中的來(lái)自所述光源的光。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多束衍射光柵的背光體，其中該光導(dǎo)和該多束衍射光柵 在與該光要在該光導(dǎo)中被引導(dǎo)的方向正交的方向上為基本上透明的。
7. -種電子顯示器，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多束衍射光柵的背光體，其中要 通過(guò)該多束衍射光柵耦合出的被引導(dǎo)的光的部分是對(duì)應(yīng)于該電子顯示器的像素的光。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子顯示器，還包括光閥以調(diào)制該多個(gè)光束中的光束，該多 束衍射光柵位于該光閥和該光導(dǎo)表面之間。 9?一種三維（3-D)電子顯示器，包括： 板光導(dǎo)，引導(dǎo)來(lái)自光源的光； 多束衍射光柵，將被引導(dǎo)的光的一部分作為多個(gè)光束耦合出，并且沿對(duì)應(yīng)的多個(gè)不同 的主角方向指引所述光束；以及 光閥陣列，調(diào)制所述多個(gè)光束中被不同地指引的光束， 其中該多個(gè)經(jīng)過(guò)調(diào)制的、被不同地指引的光束是該電子顯示器的像素，所述經(jīng)過(guò)調(diào)制 的、被不同地指引的光束中的不同光束對(duì)應(yīng)于該3-D電子顯示器的不同視圖。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的3-D電子顯示器，其中該多束衍射光柵包括具有彎曲衍射特 征的啁啾衍射光柵。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的3-D電子顯示器，其中該光閥陣列包括多個(gè)液晶光閥。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的3-D電子顯示器，其中該光閥陣列具有大于約100微米的 厚度。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的3-D電子顯示器，還包括所述光源，該被引導(dǎo)的光是被耦合 至該板光導(dǎo)邊緣中的來(lái)自所述光源的光。
14. 一種電子顯示器操作的方法，所述方法包括： 在光導(dǎo)中引導(dǎo)光； 利用在該光導(dǎo)表面的多束衍射光柵以衍射的方式親合出被引導(dǎo)的光的一部分以產(chǎn)生 多個(gè)光束；以及 指引該多個(gè)光束離開(kāi)該光導(dǎo)表面， 其中所述多個(gè)光束中的一光束具有與所述多個(gè)光束中的其它光束不同的主角方向。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電子顯示器操作的方法，還包括利用相應(yīng)的多個(gè)光閥調(diào)制 所述多個(gè)光束，經(jīng)過(guò)調(diào)制的光束形成三維（3-D)電子顯示器的像素。
【文檔編號(hào)】F21V8/00GK104508353SQ201380022163
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月30日
【發(fā)明者】D.A.法塔爾, 彭臻, C.M.桑托瑞 申請(qǐng)人:鐳亞股份有限公司