JP2018503230A - ２次元／３次元（２ｄ／３ｄ）切り替え可能ディスプレイバックライトおよび電子ディスプレイ - Google Patents

Abstract

２次元／３次元（２Ｄ／３Ｄ）切り替え可能ディスプレイバックライト、および２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイは、２Ｄ／３Ｄの切り替えをサポートするための切り替え可能拡散体を使用する。２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライトは、平板ライトガイドと、平板ライトガイドから光をカップリングして外へ出すためのマルチビーム回折格子と、カップリングして外へ出された光の光ビームを遮り、選択可能な態様でその光ビームを通すまたは散乱させるための切り替え可能拡散体とを含む。２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイはバックライトを含み、さらに、カップリングして外へ出された光を変調するためのライトバルブアレイを含む。切り替え可能拡散体は、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの３次元画素と２次元画素の選択可能性を容易にする。

Description

関連出願の相互参照
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連邦政府資金による研究開発の記載
該当なし

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、例えば、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。しかし、パッシブディスプレイは、それらが特性上光を放射するのが不可能であることを考えると、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。この特性上不可能であることを克服するために、多くの場合パッシブディスプレイと併せてバックライトが使用されて、これらのディスプレイからの光の放射を実現する。

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、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る。

図１Ａは、本明細書で説明する原理と一致した一例による２次元／３次元（２Ｄ／３Ｄ）切り替え可能ディスプレイバックライトの断面図である。 図１Ｂは、本明細書で説明する原理と一致した別の例による２次元／３次元（２Ｄ／３Ｄ）切り替え可能ディスプレイバックライトの断面図である。 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の斜視図である。 本明細書で説明する原理と一致した一例による２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイのブロック図である。 図４Ａは、本明細書で説明する原理と一致した一例による２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの断面図である。図４Ｂは、本明細書で説明する原理と一致した別の例による２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの断面図である。 図４Ｃ 本明細書で説明する原理と一致した一例による２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの動作の方法を示すフローチャートである。

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、上記で参照した図を参照して以下で詳述される。

本明細書で説明する原理による例では、２次元（２Ｄ）データと３次元（３Ｄ）データの表示の切り替えをサポートする情報の表示が実現される。特に、本明細書で説明する原理によれば、情報は、２Ｄモードか３Ｄモードのいずれかで選択的に表示され得る。画像および同様の情報を、いわゆる「裸眼の」またはオートステレオスコピックなディスプレイシステムと併せて提示するためには３Ｄモードを使用することができ、一方、第３の次元がない、または少なくとも第３の次元から恩恵を得ることがない情報（例えば、テキスト、２Ｄ画像などの情報）を提示するためには２Ｄモードを用いることができる。さらに、本明細書で説明する原理の様々な例によれば、切り替え可能な２Ｄおよび３Ｄモードは、同じディスプレイユニットまたはシステム上で実現される。同じディスプレイシステム上で２Ｄ情報と３Ｄ情報の両方を選択的に表示することができる切り替え可能ディスプレイシステムによって、２Ｄディスプレイのみ、または３Ｄディスプレイのみのいずれかを用いる場合に可能な範囲よりもはるかに幅広い範囲の異なるデータを提示するための要件に単一のディスプレイシステムを適合させることが容易になり得る。

様々な例によれば、２Ｄ情報と３Ｄ情報の表示の切り替えを容易にするために、指向性のまたはマルチビューのディスプレイと併せて、可変のまたは切り替え可能な拡散体が使用される。特に、切り替え可能拡散体が、拡散体を通過する光を散乱させるまたは拡散させる条件もしくは状態にあるとき、ディスプレイ動作の２Ｄモードが実現される。あるいは、切り替え可能拡散体が光を通す（すなわち、拡散させない）条件または状態にあるとき、ディスプレイ動作の３Ｄ動作モードが実現される。

いくつかの例では、切り替え可能拡散体の散乱または拡散状態により生成される２Ｄモードは、３Ｄ動作モードにより実現される解像度よりも高い解像度を有する高解像度２Ｄモードを実現する（または高解像度２Ｄモードである）。例えば、高解像度２Ｄモードでは、ライトバルブアレイの元の解像度がサポートされてもよく、一方３Ｄモードは、３Ｄ情報を提示するために用いられるマルチビューまたはビーム角度に起因して、より低い解像度をサポートしてもよい。切り替え可能拡散体を用いることによって、２Ｄモードと３Ｄモードを必要に応じて切り替えることも容易になる。さらに、いくつかの例によれば、切り替え可能拡散体は、切り替え可能な拡散を有するディスプレイの実質的に独立した区間、セグメント、または領域を提供して、ディスプレイシステムの異なるエリアで２Ｄ情報と３Ｄ情報の同時表示を可能にすることができる。

本明細書では「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なコアを含んでもよい。様々な例では、「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。いくつかの例では、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。様々な例によれば、ライトガイドは、平板またはスラブガイド、およびストリップ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。

本明細書ではさらに、「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。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、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り得る。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にある。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、単一の寸法において曲線状であってもよい。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。

本明細書で説明する様々な例によれば、光を平板ライトガイドから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。いくつかの例では、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。

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、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、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、概して回折格子への光入射（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。

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（例えば２つの材料間の境界）で、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、表面で、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、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。

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（principal angular direction）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的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。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（light field）を表してもよい。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、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、向き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。

本明細書で説明する様々な例によれば、例えば電子ディスプレイの画素として平板ライトガイドから光をカップリングして外へ出すために、マルチビーム回折格子が使用される。特に、異なる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平板ライトガイドは、「裸眼」３次元（３Ｄ）電子ディスプレイ（例えば、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導波光をライトガイドから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。

本明細書において、「光源」は、光の発生源（例えば、光を生成し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、作動させると光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる。本明細書において、光源は、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、プラズマを用いた光学エミッタ、蛍光ランプ、白熱ランプ、および事実上任意の他の光の発生源のうちの１つまたは複数を含むがこれらに限定されない実質的に任意の光の発生源または光学エミッタとすることができる。光源により生成される光は色を有してもよく（すなわち、特定の光の波長を含んでもよく）、または様々な波長（例えば白色光）であってもよい。

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。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。

本明細書で説明する原理のいくつかの例によれば、２次元／３次元（２Ｄ／３Ｄ）切り替え可能ディスプレイ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例による２次元／３次元（２Ｄ／３Ｄ）切り替え可能ディスプレイバックライト１００の断面図を示す。図１Ｂは、本明細書で説明する原理と一致した別の例による２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト１００の断面図を示す。様々な例によれば、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト１００は、「指向性」の光、すなわち、異なる主極大角度方向を有する光ビーム１０２を含む光を生成するように構成される。例えば、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト１００は、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト１００から出て行くように方向付けられた複数の光ビーム１０２をもたらす、または発生させるように構成されたマルチビーム格子ベースのバックライトとして機能することができる。さらに、様々な例によれば、複数の光ビーム１０２は、指向性の光として異なる所定の主極大角度方向に出て行くように方向付けられる。

いくつかの例では、以下に示されるように、異なる所定の主極大角度方向を有する複数の光ビーム１０２は、電子ディスプレイの複数の画素を形成する。さらに、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト１００を用いる電子ディスプレイは、２Ｄ電子ディスプレイ（例えば、通常のディスプレイ）と、いわゆる「裸眼」３Ｄ電子ディスプレイ（例えば、マルチビューの「ホログラフィック」またはオートステレオスコピック・ディスプレイ）とを切り替え可能であり得る。特に、様々な例によれば、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト１００は、光ビーム１０２の制御可能なまたは選択可能な散乱を使用して、２Ｄ動作モードと３Ｄ動作モードを切り替える。例えば、光ビーム１０２が選択可能な態様で（selectably）散乱されるとき、２Ｄ動作モードがサポートされる。あるいは、選択的な散乱がないときには、３Ｄ動作モードがサポートされる。様々な例によれば（例えば以下で説明するように）、２Ｄ動作モードか３Ｄ動作モードのいずれかを選択することによって、電子ディスプレイを２Ｄデータと３Ｄデータの表示間で切り替えることが容易になり得る。

図１Ａ〜図１Ｂに示されるように、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト１００はライトガイド１１０を含む。特に、様々な例によれば、ライトガイド１１０は平板ライトガイド１１０であり得る。平板ライトガイド１１０は、（図１Ａから１Ｂに示さない）光源からの光を導波するように構成される。いくつかの例では、光源からの光は、平板ライトガイド１１０の長さに沿って光のビーム１０４として導波される。さらに、平板ライトガイド１１０は、光（すなわち、導波光ビーム１０４）を非ゼロの伝播角度で導波するように構成される。導波光ビーム１０４は、例えば内部全反射を用いて平板ライトガイド１１０内で非ゼロの伝搬角度で導波されてもよい。

本明細書において定義される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、導波光ビームの非ゼロの伝播角度は、約１０度〜約５０度とすることができ、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。

いくつかの例では、光源からの光は、非ゼロの（例えば約３０〜３５度）伝播角度で平板ライトガイド１１０内に導入される、またはカップリングして入れられる。例えば、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（collimating reflector））、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１０４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、入力端部から概して離れる方向に平板ライトガイド１１０に沿って伝播する。（例えば、図１Ａおよび図１Ｂ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（例えば、導波光１０４の光線を表す長い角度のついた矢印によって示される）。

さらに、様々な例によれば、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、コリメートされた導波光ビームとすることができる。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内で互いに実質的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、コリメートされた導波光ビームを生成するための光のコリメーションは、平板ライトガイド１１０に光をカップリングして入れるため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。

いくつかの例では、平板ライトガイド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し、またはこれらのうちの任意のもので形成されてもよい。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てもよい。

図１Ａ〜図１Ｂに示されるように、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト１００は、さらにマルチビーム回折格子１２０を含む。様々な例によれば（例えば図１Ａ〜図１Ｂに示されるように）、マルチビーム回折格子１２０は、平板ライトガイド１１０の表面（例えば、上面または前面）に位置付けられている。他の例では（図示せず）、マルチビーム回折格子１２０は、平板ライトガイド１１０内に位置付けられてもよい。マルチビーム回折格子１２０は、回折カップリングによって、または回折カップリングを用いて、平板ライトガイド１１０から導波光ビーム１０４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。特に、カップリングして外へ出される導波光ビーム１０４の部分は、複数の光ビーム１０２を含むカップリングして外へ出される光として、平板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。上述のように、複数の光ビーム１０２のそれぞれは、異なる所定の主極大角度方向を有する。さらに、光ビーム１０２は、平板ライトガイド１１０から離れるように方向付けられる。例えば、様々な例によれば、光ビーム１０２は、マルチビーム回折格子１２０がそこに、その内に、またはその上に位置付けられる平板ライトガイド表面から離れるように方向付けられてもよい。

概して、様々な例によれば、マルチビーム回折格子１２０により生成される光ビーム１０２は、発散する（例えば、図示するように）か、収束する（図示せず）かのいずれかであり得る。特に、図１Ａ〜図１Ｂは、発散する複数の光ビーム１０２を示す。光ビーム１０２が発散するか収束するかは、マルチビーム回折格子１２０の特性（例えば「チャープ」方向）に対する導波光ビーム１０４の伝播方向により決定される。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１２０のある距離だけ下または裏側に位置付けられた「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、収束する光ビームは、マルチビーム回折格子１２０（例えば平板ライトガイドの前面）の上または前方の仮想点（図示せず）で収束または交差し得る。

図１Ａ〜図１Ｂにさらに示されるように、マルチビーム回折格子１２０は、回折を実現するように構成された複数の回折特徴部１２２を含む。実現される回折により、平板ライトガイド１１０からの導波光ビーム１０４の一部の回折カップリングがもたらされる。例えば、マルチビーム回折格子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（例えば、図１Ｂに示される）溝、および平板ライトガイド表面から突出した（例えば図１Ａに示される）隆線の一方または両方を含んでもよい。これらの溝および隆線は、互いに平行に配置されてもよく、回折特徴部１２２に沿った少なくともある点では、溝および隆線は、マルチビーム回折格子１２０により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の伝播方向に垂直に配置されてもよい。

いくつかの例では、溝または隆線は、平板ライトガイド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、またはその表面上に塗布されてもよい。したがって、マルチビーム回折格子１２０の材料は、平板ライトガイド１１０の材料を含み得る。図１Ａに示すように、例えば、マルチビーム回折格子１２０は、平板ライトガイド１１０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１Ｂでは、マルチビーム回折格子１２０は、平板ライトガイド１１０の表面を貫通する実質的に平行な複数の溝１２２を含む。他の例では（図示せず）、マルチビーム回折格子１２０は、ライトガイド表面に塗布された、または貼り付けられた膜または層とすることができる。

様々な例によれば、マルチビーム回折格子１２０は、平板ライトガイド１１０の表面で、表面上、または表面内に様々な構成で配置され得る。例えば、マルチビーム回折格子１２０は、ライトガイド表面にわたって列と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１２０の行と列は、マルチビーム回折格子１２０の矩形のアレイを表してもよい。別の例では、複数のマルチビーム回折格子１２０は、円形のアレイを含むがこれに限定されない別のアレイとして配置されてもよい。さらに別の例では、複数のマルチビーム回折格子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。

いくつかの例によれば、マルチビーム回折格子１２０は、チャープ回折格子１２０であってもよい。例えば、図１Ａ〜図１Ｂに示すように、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１２２の回折ピッチまたは間隔ｄ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ｄは、「チャープ」と呼ばれる。その結果、本明細書で説明するように、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る導波光ビーム１０４は、複数の光ビーム１０２を含むカップリングして外へ出される光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。さらに、光は、チャープ回折格子１２０にわたるそれぞれの光ビーム１０２の異なる原点に対応する異なる回折角度でカップリングして外へ出される。事前定義されたチャープのおかげで、チャープ回折格子１２０によって、複数の光ビーム１０２の所定の異なる主極大角度方向がもたらされる。

いくつかの例では、チャープ回折格子１２０は、距離ととも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１２０は、「線形チャープ」回折格子と呼ぶことができる。例えば、図１Ａ〜図１Ｂは、マルチビーム回折格子１２０を線形チャープ回折格子として示している。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、例として第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、上述されたように、マルチビーム回折格子１２０を用いて平板ライトガイド１１０から導波光ビーム１０４をカップリングして外へ出すことにより生成される光ビーム１０２は、例えば、導波光ビーム１０４がマルチビーム回折格子１２０の第１の端部１２０’から第２の端部１２０’’の方向に（例えば図１Ａ〜図１Ｂに示すように）伝播するときには、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、導波光ビーム１０４が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’に伝播するときには、収束光ビーム１０２（図示せず）が生成され得る。

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、および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も使用可能である。

図２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１２０の斜視図を示す。示されるように、マルチビーム回折格子１２０は、平板ライトガイド１１０の表面内に、表面に、または表面上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２の太線の矢印が記された１０４に示される、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複数の、カップリングして外へ出されたまたは放射された光ビーム１０２も示される。示されるように、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、放射された光ビーム１０２の所定の異なる主極大角度方向は、示されるように、方位角および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の所定のチャープと回折特徴部１２２の曲線との両方によって、放射される光ビーム１０２の所定の異なる主極大角度方向がもたらされ得る。

図１Ａ〜図１Ｂを再び参照すると、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト１００は、複数の光ビーム１０２を遮るように位置付けられた切り替え可能拡散体１３０をさらに備える。様々な例によれば、切り替え可能拡散体１３０は、複数のうちの１つの光ビーム１０２の光を通すように構成された選択可能な第１の条件もしくは状態を有する、または実現する。加えて、切り替え可能拡散体１３０は、光ビーム１０２の光を散乱させるように構成された選択可能な第２の条件もしくは状態を有する、または実現する。図１Ａは、光を通すための選択可能な第１の状態に構成された切り替え可能拡散体１３０を示し、図１Ｂは、光を散乱させるための選択可能な第２の状態に構成された切り替え可能拡散体１３０を示す。いくつかの例によれば、選択可能な第２の状態では、散乱の程度、散乱円錐角度（scattering cone angle）、および散乱タイプのうちの１つまたは複数も制御可能とすることができる。

例えば、選択可能な第１の状態では、切り替え可能拡散体１３０は、（例えば図１Ａに示されるように）光ビームの光１０２に対して実質的に透明であってもよい。したがって、様々な例によれば、選択可能な第１の状態の切り替え可能拡散体１３０から出射すると、光ビーム１０２は、切り替え可能拡散体１３０に入射する光ビームの主極大角度方向に関する、またはいくつかの例ではその主極大角度方向と実質的に同様の、主極大角度方向をなお有することができる。さらに、いくつかの例では、切り替え可能拡散体１３０から出射する光ビーム１０２は、強度および方向の一方または両方に関して、選択可能な第１の状態の切り替え可能拡散体１３０に入る光ビーム１０２と実質的に同様であり得る。本明細書における考察を簡単にするために、図１Ａに示されるように、第１の状態が選択されているときに切り替え可能拡散体１３０に入射する光ビーム１０２とそこから出射する光ビーム１０２とを区別しない。

一方、図１Ｂに示されるように、光ビーム１０２またはその光は、選択可能な第２の状態の切り替え可能拡散体１３０によって散乱される、または少なくとも実質的に散乱される。したがって、第２の状態が選択されているときに切り替え可能拡散体１３０から出射する光１０２’は、切り替え可能拡散体１３０に入射するまたは入る光ビーム１０２の主極大角度方向をもはや有していない。その代わりに、様々な例によれば、第２の状態（散乱状態）の切り替え可能拡散体１３０から出射する光１０２’は、複数の異なる方向に（例えば、散乱円錐角度または拡散角度に）散乱される。さらに、いくつかの例によれば、選択可能な第２の状態により生成される散乱光１０２’の複数の異なる方向は、切り替え可能拡散体１３０に入射する光ビーム１０２の主極大角度方向とは実質的に無関係であってもよい。図１Ｂは、例としてであって限定としてではなく、散乱光１０２’とともにその散乱円錐角度γを示す。

いくつかの例では、切り替え可能拡散体１３０は、ランバート散乱（Lambertian scattering）を近似する、例えば「ほぼランバート」な、散乱円錐角度γへの入射光ビーム１０２の実質的に等方性の散乱を実現することができる。他の例では、例えば、散乱は実質的にガウス型の散乱分布を有してもよく、または別の散乱分布を有してもよい。いくつかの例では、散乱円錐角度γは、比較的狭い円錐角度（例えば、約１０度未満）から比較的広い円錐角度（例えば、約４０度超）まで制御可能であってもよい。例えば、散乱円錐角度γは、約６０度〜約９０度とすることができる。別の例では、散乱円錐角度γは、約８０度〜約１８０度とすることができる。図１Ｂに示されるように、散乱円錐角度γは約１２０度である。

様々な例によれば、切り替え可能拡散体１３０として、複数の異なる（例えばランダムなまたは任意の）方向への光の散乱を実現する実質的に任意の切り替え可能、または可変の拡散体を使用することができる。例えば、いくつかの例では、切り替え可能拡散体１３０は容積またはバルク拡散体に基づいてもよく、容積またはバルク拡散体では、散乱中心密度、散乱中心サイズ、および散乱中心分布のうちの１つまたは複数などであるが、これらに限定されない可変の特性を有する埋め込まれた散乱中心によって散乱が実現される。他の例では、切り替え可能拡散体１３０は、可変の表面粗さに基づいて散乱または拡散を実現するように構成された表面拡散体であってもよい。いくつかの例では、切り替え可能拡散体１３０は、電子切り替え可能拡散体である。例えば、切り替え可能拡散体１３０は、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）拡散体であってもよい。他の例では、切り替え可能拡散体１３０は、電気泳動またはエレクトロウェッティングを含むがこれらに限定されない別の技術に基づいてもよい。

他の例では、切り替え可能拡散体１３０は、選択可能な第１と第２の状態を切り替えるための電気機械的手段を使用することができる。例えば、切り替え可能拡散体１３０は、複数の孔を有する可動式拡散体スクリーンを含んでもよい。孔が光ビーム１０２と整合するとき、光ビームは散乱することなく切り替え可能拡散体１３０を通過する（すなわち、選択可能な第１の状態）。一方、孔に隣接する可動式拡散体スクリーンの散乱部分を光ビーム１０２が通過するようにスクリーンが移動されると、光ビーム１０２は散乱され、切り替え可能拡散体１３０は選択可能な第２の状態を実現する。切り替え可能拡散体１３０は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）可変拡散体として実装されてもよい。例えば、ＭＥＭＳ可変拡散体は、電気機械的に可変の表面粗さを使用する可動式拡散体スクリーンまたは可変拡散体を実装することができる。

様々な例によれば、選択可能な第１の状態（非散乱状態）と選択可能な第２の状態（散乱状態）の選択、またはそれらの間での選択は、切り替え可能拡散体１３０の制御入力によって実現され得る。例えば、切り替え可能拡散体１３０は、電子切り替え可能または可変拡散体（例えばＰＤＬＣ）とすることができ、この拡散体では電子切り替え可能拡散体への第１の制御入力が、第１の状態を実現し光ビーム１０２を通すように構成されており、第２の制御入力が、第２の状態を実現し光ビームを散乱させるように構成されている。例えば、第１の制御入力は第１の電圧とすることができ、第２の制御入力は第２の電圧とすることができる。

本明細書で説明する原理のいくつかの例によれば、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイが提供される。２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイは、変調された光を画素として放射するように構成される。さらに、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイは、第１の、すなわち３次元（３Ｄ）動作モードと、第２の、すなわち２次元（２Ｄ）動作モードとで切り替えられ得る、またはそれらのモードを実現するように選択可能な態様で構成され得る。特に、３Ｄモードでは、変調された光ビームは、所定の主極大角度方向を有する、異なる３Ｄ視像に対応する複数の異なる方向に向けられた変調された光ビームとして、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの視認方向に向けて優先的に方向付けられてもよい。特に、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイは、３Ｄモードで３Ｄ電子ディスプレイ（例えば裸眼の３Ｄ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モードの２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイに関連する異なる「視像（view）」に対応する。例えば、異なる「視像」は、３Ｄモードの２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイにより表示される３Ｄ情報の「裸眼の」（例えばオートステレオスコピックな、またはホログラフィックな）表現を実現することができる。一方、２Ｄモードでは、例えば変調された光ビームは、複数の任意の異なる方向に散乱され、２Ｄ情報を表示するための２Ｄ画素として機能する拡散光を表す。

図３は、本明細書で説明する原理と一致した一例による２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００のブロック図を示す。図３に示される２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００は、（例えば、光のビームとして）光を導波するための平板ライトガイド２１０を含む。例えば、導波光はコリメートされてもよく、したがってコリメートされた光ビームとして導波されてもよい。平板ライトガイド２１０内の導波光は、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００によって（例えば、それぞれ３Ｄモードで、または２Ｄモードで）放射される変調された光ビーム２０２か、拡散光かのいずれかに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２１０は、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト１００に関して上記で説明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面状のシートであるスラブ光導波路とすることができる。

さらに図３に示されるように、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００は、マルチビーム回折格子２２０のアレイを含む。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の表面にある、またはそれに隣接している。いくつかの例では、アレイのマルチビーム回折格子２２０は、上記で説明した２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト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。特に、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カップリングして複数の光ビーム２０４として外へ出すように構成される。さらに、マルチビーム回折格子２２０は、複数の光ビーム２０４を、対応する複数の所定の異なる主極大角度方向に向けるように構成される。

いくつかの例では、マルチビーム回折格子２２０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２２０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。さらに他の例では、アレイのマルチビーム回折格子２２０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）隆線または溝を含んでもよい。さらに、曲線状の回折特徴部は、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の回折特徴部間の間隔（例えば、「チャープ」間隔）によって互いに離間していてもよい。

図３に示されるように、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００は、ライトバルブアレイ２３０をさらに含む。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２０４に対応する光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。例えば、ライトバルブアレイ２３０のライトバルブの数は、光ビーム２０４の数と実質的に同様であってもよい。特に、ライトバルブアレイ２３０のライトバルブは、光ビーム２０４の、または光ビーム２０４に対応する光２０４’を変調して、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００の画素をもたらす。

例えば、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００が、３Ｄモードに切り替えられる、または３Ｄモードで動作するとき、画素は、３Ｄ電子ディスプレイの異なる視像に対応する３Ｄ画素とすることができる。あるいは、例えば２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００が２Ｄモードで動作するとき、画素は２Ｄ画素とすることができる。いくつかの例では、ディスプレイの解像度、または同じことであるが画素密度は、２Ｄモードでは、ライトバルブアレイ２３０の元の解像度または密度であってもよく、３Ｄモードのディスプレイ解像度または画素密度は、元の解像度／密度よりも低くてもよい。様々な例では、液晶ライトバルブ、および電気泳動ライトバルブの一方または両方を含むがこれらに限定されない異なるタイプのライトバルブが、ライトバルブアレイ２３０において使用されてもよい。

様々な例によれば、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００は、切り替え可能拡散体２４０をさらに含む。切り替え可能拡散体２４０は、複数のうちの１つの光ビーム２０４を選択可能な態様で通す、または光ビーム２０４を選択可能な態様で散乱させるように構成される。したがって、切り替え可能拡散体２４０は、通されたか（すなわち光ビーム２０４と実質的に同様の）、または（例えば散乱円錐角度に）散乱されたかのいずれかである、光ビーム２０４に対応する光２０４’を出力する。様々な例によれば、切り替え可能拡散体２４０を、光ビーム２０４を通すか散乱させるかで切り替えることは、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイを、３Ｄ動作モードと２Ｄ動作モードとで切り替えることに対応する。

いくつかの例によれば、切り替え可能拡散体２４０は、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト１００に関して上記で説明した切り替え可能拡散体１３０と実質的に同様であってもよい。特に、光ビーム２０４を通すように構成されるときの切り替え可能拡散体２４０は、第１の状態が選択されている切り替え可能拡散体１３０と実質的に同様であってもよく、光ビームの光を散乱させるように構成されるときの切り替え可能拡散体２４０は、第２の状態が選択されている切り替え可能拡散体１３０と実質的に同様であってもよい。さらに、いくつかの例では、切り替え可能拡散体２４０は、ＰＤＬＣ拡散体、電気泳動ベースの可変拡散体、およびエレクトロウェッティングに基づく可変拡散体のうちの１つまたは複数などであるがこれらに限定されない電子切り替え可能または可変拡散体であってもよい。他の例では、切り替え可能拡散体２４０として、機械的または電気機械的可変拡散体（例えば、可動式拡散体スクリーン、ＭＥＭＳ拡散体など）を用いることができる。

いくつかの例では（図３に示されるように）、切り替え可能拡散体２４０は、ライトバルブアレイ２３０と、マルチビーム回折格子２２０のアレイとの間に位置付けられる。ライトバルブアレイ２３０と、マルチビーム回折格子２２０のアレイとの間に位置付けられるとき、切り替え可能拡散体２４０は、ライトバルブアレイ２３０のライトバルブによる変調の前に、光ビーム２０４を遮り、選択可能な態様で通すまたは散乱させる。例えば、切り替え可能拡散体２４０が、マルチビーム回折格子２２０からの光ビーム２０４を通すように構成されるとき、ライトバルブアレイ２３０は、光ビーム２０４に対応する光２０４’を変調し、次いでその光２０４’は、変調された光ビーム２０２としてそのまま続いて３Ｄ画素として視認され得る。あるいは、切り替え可能拡散体２４０が、光ビーム２０４を散乱させるように構成されるとき、光ビーム２０４に対応する散乱光２０４’は、ライトバルブアレイ２３０によって変調されて、２Ｄ画素（図示せず）を生成する。変調された（例えば、変調された光ビーム２０２としての）光は、例として図３にライトバルブアレイ２３０から発する破線の矢印として示される。

他の例では（図３には示されない）、切り替え可能拡散体２４０は、ライトバルブアレイ２３０の出力部に位置付けられて、複数の光ビーム２０４を選択可能な態様で通すまたは散乱させる。例えば、図４Ｂおよび以下の説明を参照されたい。したがって、光ビーム２０４は、切り替え可能拡散体２４０によって選択可能な態様で通される、または散乱される前に、ライトバルブアレイ２３０のライトバルブによって変調される。しかし、様々な例によれば、マルチビーム回折格子２２０とライトバルブアレイ２３０の間に位置付けられても、ライトバルブアレイ２３０の出力部に位置付けられても、切り替え可能拡散体２４０は、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００から選択可能な態様で２Ｄまたは３Ｄ視像を提供する。

さらに他の例では（図示せず）、切り替え可能拡散体は、実質的にライトバルブアレイ内に位置付けられてもよい。例えば、ライトバルブアレイが液晶ライトバルブを用いて実装されるとき、切り替え可能拡散体は、入力偏光子と、液晶材料を含む液晶セルとの間にあってもよい。別の例では、切り替え可能拡散体は、液晶セルと出力偏光子の間に位置付けられてもよい。様々な例によれば、液晶セルと、液晶ライトバルブの偏光子との間に位置付けられるときには、光の偏光に悪影響を及ぼさない切り替え可能拡散体が使用され得ることに留意されたい。

図４Ａは、本明細書で説明する原理と一致した一例による２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００の断面図を示す。図４Ｂは、本明細書で説明する原理に一致した別の例による２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００の断面図を示す。特に、図４Ａは、（例えば図３に示されるように）マルチビーム回折格子２２０のアレイと、ライトバルブアレイ２３０との間に位置付けられた切り替え可能拡散体２４０を示す。図４Ｂは、ライトバルブアレイ２３０の出力部にある（すなわち、出力側に隣接している）切り替え可能拡散体２４０を示す。したがって示されるように、ライトバルブアレイ２３０は、マルチビーム回折格子２２０のアレイと切り替え可能拡散体２４０との間にある。さらに図４Ａおよび図４Ｂでは、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の表面に示される。

図４Ａを参照すると、マルチビーム回折格子２２０によって放射された、光ビーム２０４に対応する光は、図４Ａにおいて様々な矢印を用いて示されるように、切り替え可能拡散体２４０によって遮られ、選択可能な態様で通されるまたは散乱される。特に、切り替え可能拡散体２４０によって選択可能な態様で通される光ビーム２０４は、そのまま続いてライトバルブアレイ２３０に向かい、光ビーム２０２に変調され得る。例えば、変調された光ビーム２０２は、３Ｄモードで動作する２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００の３Ｄ画素２０６を表すことができる。切り替え可能拡散体２４０によって選択可能な態様で散乱される光ビーム２０４は、複数の短い矢印によって示される散乱光または拡散光２０４”になる。様々な例によれば、散乱光２０４”は、そのまま続いてライトバルブアレイ２３０に向かい、変調され、２Ｄモードで動作する２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００の２Ｄ画素２０８を表すことができる。

図４Ｂを参照すると、マルチビーム回折格子２２０によって放射された、光ビーム２０４に対応する光は、最初にライトバルブアレイ２３０によって変調され、次いで切り替え可能拡散体２４０によって遮られ、選択可能な態様で通されるまたは散乱される。３Ｄモードの動作では、最初にライトバルブアレイ２３０によって変調され、次いで切り替え可能拡散体２４０によって選択可能な態様で通される光ビーム２０４も、そのまま続いて、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００の３Ｄ画素２０６を表す。２Ｄモードの動作では、切り替え可能拡散体２４０によって選択可能な態様で散乱される変調された光ビーム２０４は、例えば複数の短い矢印として示されるように、切り替え可能拡散体２４０の出力側で散乱光または拡散光２０４”になる。例えば、図４Ａおよび図４Ｂにおいて、散乱光２０４”を示す複数の短い矢印は、切り替え可能拡散体２４０の散乱円錐角度を表すように配置される。図４Ｂでは、散乱光２０４”は、ライトバルブアレイ２３０によって出力される変調された光ビーム２０４から得られ、したがって、様々な例によれば、２Ｄモードで動作する２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００の２Ｄ画素２０８を表す。

図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、様々な例によれば、２Ｄ画素２０８の解像度は、ライトバルブアレイ２３０の元の解像度を有し得る、または実質的にそれと同様であり得るが、３Ｄ画素２０６の解像度は元の解像度よりも低い。例えば、３Ｄ画素の解像度は３Ｄ視像の数によって決定され得るが、２Ｄ解像度は、ライトバルブアレイ２３０内のライトバルブの数（例えば、１インチ当たりのライトバルブ数、または「元の」解像度）によって決定され得る。例えば、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００によってサポートされる３Ｄ視像が６４個ある場合には、２Ｄ解像度は３Ｄ解像度の６４倍であり得る。他の例では、２Ｄ解像度は３Ｄ解像度の２倍、４倍、８倍以上であり得る。

いくつかの例によれば（図４Ａおよび図４Ｂに示されるように）、切り替え可能拡散体２４０は、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００のいくつかの領域では光ビーム２０４を選択可能な態様で通し、他の領域では光ビーム２０４を選択可能な態様で散乱させるように構成されてもよいことに留意されたい。異なる領域で光ビーム２０４を選択可能な態様で通し、散乱させることによって、切り替え可能拡散体２４０は、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００を用いた（例えば異なる領域における）２Ｄ情報と３Ｄ情報の同時表示を容易にすることができる。特に、切り替え可能拡散体２４０は、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００のディスプレイエリアにわたって複数の異なる領域を備えてもよい。切り替え可能拡散体２４０は、複数の異なる領域の第１の領域では光ビーム２０４を選択可能な態様で通しまたは散乱させ、第２の領域では光ビーム２０４を選択可能な態様で通すまたは散乱させるように、別々に構成されてもよい。光ビーム２０４を選択可能な態様で散乱させるように切り替え可能拡散体２４０が構成される領域では、画素は、２Ｄ情報（例えばテキスト）を表示するために用いられる２Ｄ画素２０８とすることができる、または２Ｄ画素２０８を表すことができる。あるいは、選択可能な態様で光ビーム２０４を通すように構成される切り替え可能拡散体の領域に対応する２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００の領域では、画素は、３Ｄ情報を表示するために用いられる３Ｄ画素２０６とすることができる。

図４Ｃは、本明細書で説明する原理と一致した一例による、複数の異なる領域を有する２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００の平面図を示す。特に、様々な例によれば、示される２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００は、切り替え可能拡散体２４０を用いて２Ｄ情報または３Ｄ情報のいずれかを表示するように別々に構成され得る異なる領域を有する。示されるように、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００は、第１の領域２４２および第２の領域２４４を備える切り替え可能拡散体２４０を有する。例えば、第１および第２の領域２４２、２４４は、個々にまたは別々に制御可能な、切り替え可能拡散体２４０の領域とすることができる。

いくつかの例では、第１の領域２４２は、光ビーム２０４を選択可能な態様で第１の領域２４２に通すように構成されてもよく、第２の領域２４４は、光ビーム２０４を選択可能な態様で第２の領域２４４内で散乱させるように構成される。これらの例では、第１の領域２４２は３Ｄ情報を表示するように構成され、第２の領域２４４は２Ｄ情報（例えばテキストなど）を表示するように構成される。例えば、第２の領域２４４はテキストベースのメニューを表示するため用いられてもよく、第１の領域２４２は３Ｄ画像を表示するために用いられてもよい。第２の領域２４４は、次いで、第１および第２の領域２４２、２４４の両方が３Ｄ情報の表示のために用いられ得るように、光ビーム２０４を選択可能な態様で通すように再構成されてもよい。さらに、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００が２Ｄ情報の表示のために使用され得るように、第１および第２の領域２４２、２４４の両方が、光ビーム２０４を選択可能な態様で散乱させるように再構成されてもよい。

他の例では（図示せず）、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイのある領域は、固定式のまたは切り替え不可能な拡散体を備えてもよく、別の領域は、上記で説明した切り替え可能拡散体２４０を備えるか、拡散体を備えないかのいずれかであってもよい。これらの例では、固定式の拡散体を有する領域は２Ｄ情報の表示だけを目的とする。他の領域は、切り替え可能拡散体が存在する場合には、２Ｄ情報の表示および３Ｄ情報の表示のために選択可能な態様で用いられてもよい。あるいは、例えば他の領域は、拡散体が存在しない場合は、３Ｄ情報の表示だけを目的とすることができる。

図３を再び参照すると、いくつかの例では、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００は光源２５０をさらに含むことができる。光源２５０は、平板ライトガイド２１０内を導波光として伝播する光をもたらすように構成される。特に、いくつかの例によれば、導波光は、平板ライトガイド２１０の縁部（または入力端部）にカップリングして入れられる光源２５０からの光である。例えば、レンズ、コリメート反射体、または同様のデバイス（図示せず）が、光をカップリングして平板ライトガイド１１０内へ、その入力端部または縁部において入れることを容易にすることができる。様々な例では、光源２５０は、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がこれらに限定されない実質的に任意の光の発生源とすることができる。いくつかの例では、光源２５０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、この単色光の色は、特定の色域またはカラーモデル（例えば、赤−緑−青（ＲＧＢ）カラーモデル）の原色とすることができる。いくつかの例では、光源２５０は、複数の異なる色の光源を含むことができる。

いくつかの例では、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００は、いわゆる画素の「ウォークオフ」を経験することがある。特に、切り替え可能拡散体２４０がマルチビーム回折格子２２０のアレイから充分に離れている場合に、ウォークオフが生じ得る。「ウォークオフ」という用語は、本明細書において画素に適用される場合、ディスプレイの他の画素に対して順番が狂っている、または位置がずれている場所にある画素として定義される。特に、マルチビーム回折格子２２０のアレイによって生成される複数の光ビーム２０４が互いに交差するとき、画素は順番が狂うことがあり、したがってウォークオフがもたらされる。例えばライトバルブアレイ２３０の厚さ、切り替え可能拡散体２４０の厚さなど、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの様々な要素のそれぞれの厚さがあることから、切り替え可能拡散体２４０は、ウォークオフがもたらされる程度までマルチビーム回折格子２２０のアレイから離間していることがある。

様々な例によれば、ウォークオフは、光ビーム２０４の交差点に対応するマルチビーム回折格子２２０のアレイからの距離に、切り替え可能拡散体２４０を位置付けることによって緩和することができる。例えば、切り替え可能拡散体２４０は、複数のうちの第１の光ビーム２０４が、第２の光ビーム２０４と交わるまたは交差するおよその距離だけ、マルチビーム回折格子２２０のアレイから離間されて、ウォークオフを緩和することができる。交差点は、第１の交差点、または別の交差点（例えば、第２、第３などの、マルチビーム回折格子２２０からさらに離れて位置付けられる交差点）とすることができる。

本明細書で説明する原理のいくつかの例によれば、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの動作の方法が提供される。図５は、本明細書で説明する原理と一致した一例による、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能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５に示されるように、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの動作の方法３００は、光を非ゼロの伝播角度で光のビームとして平板ライトガイド内で導波するステップ３１０を含む。いくつかの例では、平板ライトガイドおよび導波光は、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト１００に関して上記で説明した平板ライトガイド１１０および導波光１０４と実質的に同様であってもよい。特に、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ビームを導波し３１０、導波光ビームはコリメートされてもよい。さらに、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、またはスラブ導波路（例えば、平面状の誘電体シート）であってもよい。

図５に示されるように、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの動作の方法３００は、導波光の一部分をカップリングして外へ出すステップ３２０をさらに含む。特に、平板ライトガイドからカップリングして外へ出される３２０導波光の部分は、複数の光ビームを含んでもよい。複数の光ビームのうちの光ビームは、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る。さらに、平板ライトガイド表面から離れるように方向付けられる複数の光ビームのうちの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、複数のうちの各光ビームは、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。

いくつかの例では、導波光の一部分をカップリングして外へ出すステップ３２０は、マルチビーム回折格子を用いて導波光部分を回折によりカップリングして外へ出すステップを備える。いくつかの例によれば、マルチビーム回折格子は、平板ライトガイドの表面に位置付けられ得るか、またはそれに隣接し得る。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（例えば上面）内にまたは表面上に、溝、隆線などとして形成されてもよく、平板ライトガイドの材料から形成されてもよい。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もよい。いくつかの例では、マルチビーム回折格子は、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト１００に関して上記で説明したマルチビーム回折格子１２０と実質的に同様である。

図５に示される２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの方法３００は、切り替え可能拡散体を用いて、複数の光ビームを選択可能な態様で通すまたは散乱させるステップ３３０をさらに含む。複数の光ビームは、切り替え可能拡散体によって選択可能な態様で通される３３０とき、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの３次元（３Ｄ）画素を表すことができ、切り替え可能拡散体によって選択可能な態様で散乱される３３０とき、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの２次元（２Ｄ）画素を表すことができる。いくつかの例によれば、光ビームを選択可能な態様で通すまたは散乱させるステップ３３０に用いられる切り替え可能拡散体は、上記で説明した２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト１００の切り替え可能拡散体１３０と実質的に同様であってもよい。特に、切り替え可能拡散体は、電子可変拡散体、および機械的／電気機械的可変拡散体のうちの一方または両方を含むことができる。電子可変拡散体は、高分子分散型液晶拡散体、電気泳動ベースの拡散体、またはエレクトロウェッティングに基づく可変拡散体を含んでもよいが、これらには限定されず、機械的／電気機械的可変拡散体は、可動式拡散体スクリーン、および電気機械的に可変の表面粗さを使用する可変拡散体（例えばＭＥＭＳ可変拡散体）のうちの一方または両方を含んでもよいが、これらには限定されない。

いくつかの例によれば（図５に示さず）、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの方法３００は、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含む。いくつかの例によれば、複数のライトバルブは、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ２００に関して上記で説明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、複数のライトバルブは、複数の液晶ライトバルブを含んでもよい。いくつかの例では、複数の光ビームを選択可能な態様で通すまたは散乱させるステップ３３０は、（例えば図４Ｂで示されるように）複数の光ビームを変調するステップの後に、切り替え可能拡散体を用いて実行されてもよい。他の例では、複数の光ビームを切り替え可能拡散体で選択可能な態様で通すまたは散乱させるステップ３３０は、（例えば図４Ａで示されるように）光ビームを変調するステップの前に実行される。

このように、切り替え可能拡散体を使用する２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ、および２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの動作の方法の例が説明された。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。

１００ 切り替え可能ディスプレイバックライト
１０２ 光ビーム
１０４ 導波光ビーム
１１０ 平板ライトガイド
１２０ マルチビーム回折格子／チャープ回折格子
１２０’ 第１の端部
１２０” 第２の端部
１２２ 回折特徴部
１３０ 切り替え可能拡散体
１３２ 回折特徴部
２００ ２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ
２０２ 光ビーム
２０４ 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 切り替え可能拡散体

Claims (21)

1. 光源からの光を導波光ビームとして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カップリングして外へ出し、前記カップリングして外へ出される部分を前記平板ライトガイドから離れるように方向付けるように構成されたマルチビーム回折格子であって、前記カップリングして外へ出される部分が、異なる主極大角度方向を有する複数の光ビームを備える、マルチビーム回折格子と、
   前記複数の光ビームを遮るように位置付けられた切り替え可能拡散体であって、前記複数のうちの１つの光ビームの光を選択可能な態様で通すまたは前記光ビームを散乱させるように構成された切り替え可能拡散体と
   を備える、２次元／３次元（２Ｄ／３Ｄ）切り替え可能ディスプレイバックライト。
2. 前記マルチビーム回折格子がチャープ回折格子を備える、請求項１に記載の２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト。
3. 前記チャープ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２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト。
4. 前記マルチビーム回折格子が前記平板ライトガイドの表面にあり、
   前記マルチビーム回折格子が、前記平板ライトガイド表面の曲線状の溝および前記平板ライトガイド表面の曲線状の隆線のうちの一方または両方を備える回折特徴部を有し、前記回折特徴部が互いに離間している、請求項１に記載の２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト。
5. 前記切り替え可能拡散体が、前記光ビームを通すための第１の状態と、前記光ビームを散乱させるための第２の状態とを備える電子的に制御される選択可能な状態を有する、請求項１に記載の２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト。
6. 前記切り替え可能拡散体が高分子分散型液晶電子拡散体を備える、請求項１に記載の２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライト。
7. 請求項１に記載の２Ｄ／３Ｄ切り替え可能ディスプレイバックライトを備える電子ディスプレイであって、前記導波光ビームの前記カップリングして外へ出される部分が、前記電子ディスプレイの画素に対応する光であり、前記画素は、前記切り替え可能拡散体を用いて、前記電子ディスプレイの３次元（３Ｄ）画素または２次元（２Ｄ）の電子ディスプレイ画素のいずれかに切り替え可能である、電子ディスプレイ。
8. 前記複数の光ビームのうちの１つの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、前記マルチビーム回折格子が、前記ライトバルブと前記平板ライトガイドの間にある、請求項７に記載の電子ディスプレイ。
9. 前記切り替え可能拡散体が、前記マルチビーム回折格子と前記ライトバルブの間にある、請求項８に記載の電子ディスプレイ。
10. ２次元／３次元（２Ｄ／３Ｄ）切り替え可能電子ディスプレイであって、
    光源からの光を導波光ビームとして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、対応する複数の異なる主極大角度方向を有する複数の光ビームとしてカップリングして外へ出すように構成された、前記平板ライトガイドの表面にあるマルチビーム回折格子のアレイと、
    前記複数の光ビームのうちの光ビームに対応する光を変調するように構成されたライトバルブアレイと、
    選択可能な態様で、前記複数の光ビームのうちの１つの光ビームを通して前記２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの３次元（３Ｄ）画素を提供する、または前記光ビームを散乱させて前記２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの２次元（２Ｄ）画素を提供するように構成された切り替え可能拡散体と
    を備える、２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ。
11. 前記マルチビーム回折格子アレイのマルチビーム回折格子が、曲線状の回折特徴部を有するチャープ回折格子である、請求項１０に記載の２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ。
12. 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２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ。
13. 前記切り替え可能拡散体が前記ライトバルブアレイと前記マルチビーム回折格子のアレイとの間に位置付けられる、請求項１０に記載の２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ。
14. 前記切り替え可能拡散体が、前記ライトバルブアレイの出力部に隣接して位置付けられて、変調された光を選択可能な態様で通すまたは散乱させる、請求項１０に記載の２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ。
15. 前記切り替え可能拡散体が、前記複数の光ビームのうちの１つの光ビームが前記複数の光ビームのうちの別の光ビームと交わる点までの距離だけ、前記マルチビーム回折格子のアレイから離間して、ウォークオフを緩和する、請求項１０に記載の２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ。
16. 前記切り替え可能拡散体が、前記２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイのディスプレイエリアにわたって複数の異なる領域を備え、前記切り替え可能拡散体が、前記複数の領域うちの第１の領域において前記光ビームを選択可能な態様で通すまたは散乱させ、前記複数の領域のうちの第２の領域において前記光ビームを選択可能な態様で通すまたは散乱させるように、別々に構成された、請求項１０に記載の２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイ。
17. ２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの動作の方法であって、
    光を非ゼロの伝搬角度で光のビームとして平板ライトガイド内で導波するステップと、
    前記平板ライトガイドから離れるように、対応する複数の異なる主極大角度方向に向けられた複数の光ビームを生成するために、前記導波光ビームの一部分を、カップリングして外へ出すステップと、
    前記複数の光ビームのうちの光ビームを、切り替え可能拡散体を用いて選択可能な態様で通すまたは散乱させるステップと
    を備え、
    前記複数の光ビームのうちの選択可能な態様で通された光ビームが、前記２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの３次元（３Ｄ）画素を表し、前記複数の光ビームのうちの選択可能な態様で散乱された光ビームが、前記２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの２次元（２Ｄ）画素を表す、方法。
18. 前記複数の光ビームの光を、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る、請求項１７に記載の２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの動作の方法。
19. 前記複数のうちの光ビームを選択可能な態様で通すまたは散乱させる前記ステップが、前記複数の光ビームの光を変調する前記ステップの後で実行される、請求項１８に記載の２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの動作の方法。
20. 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、前記導波光ビームの一部分をカップリングして外へ出す前記ステップが、マルチビーム回折格子を用いて前記一部分を回折によりカップリングして外へ出すステップを備え、前記マルチビーム回折格子が、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１８に記載の２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの動作の方法。
21. 前記切り替え可能拡散体が、高分子分散型液晶拡散体、電気泳動ベースの拡散体、またはエレクトロウェッティングに基づく可変拡散体から選択される電子可変拡散体である、請求項１７に記載の２Ｄ／３Ｄ切り替え可能電子ディスプレイの動作の方法。