三维（3D）电子显示器的制作方法

相关申请的交叉引用

不适用。

关于联邦政府资助研究或开发的声明

不适用。

背景技术：

电子显示器是用于向各种各样设备和产品的用户传达信息的几乎无处不在的媒介。最常见的电子显示器包括阴极射线管(crt)、等离子显示面板(pdp)、液晶显示器(lcd)、电致发光显示器(el)、有机发光二极管(oled)和主动矩阵oled(amoled)显示器、电泳显示器(ep)和采用机电或电流光调制的各种显示器(例如，数字微镜装置、电润湿显示器等)。通常，电子显示器可以被分类为主动显示器(即，发光的显示器)或被动显示器(即，调制由另一来源提供的光的显示器)。主动显示器最明显的例子有crts、pdps和oleds/amoleds。在考虑发射的光时通常被分类为被动显示器的是lcd和ep显示器。被动显示器通常具有吸引人的性能特征，包括但不限于固有的低功耗，但由于缺乏发射光的能力，在许多实际应用中可能会发现一些受限的使用。

为了克服与发射光相关联的被动显示器的局限性，许多被动显示器耦合到外部光源。耦合的光源可以允许这些原本的被动显示器发光并且实际上作为主动显示器起作用。这种耦合的光源的例子是背光。背光是被放置在原本的被动显示器后面以照亮被动显示器的光源(通常是板光源)。例如，背光可以耦合到lcd或ep显示器。背光发射通过lcd或ep显示屏的光。所发射的光被lcd或ep显示器调制，然后再从lcd或ep显示器发射调制的光。背光通常配置为发射白光。然后使用彩色滤色器将白光转换成显示器中使用的各种颜色。例如，滤色器可以放置在lcd或ep显示器的输出(较不常见)或背光和lcd或ep显示器之间。

附图说明

结合附图参考以下的详细描述，可以更容易地理解根据本文所述的原理的示例和实施例的各种特征，其中相同的附图标记表示相同的结构元件，并且其中：

图1a示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的三维(3d)电子显示器的横截面图。

图1b示出了根据与本文所述的原理一致的另一实施例的示例中的三维(3d)电子显示器的横截面图。

图1c示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的三维(3d)电子显示器的平面图。

图2示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的矩形多波束衍射光栅的透视图。

图3a示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的三维(3d)彩色电子显示器的框图。

图3b示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的三维(3d)彩色电子显示器的横截面图。

图4示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的三维(3d)电子显示器操作的方法的流程图。

图5示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的三维(3d)彩色电子显示器操作的方法的流程图。

某些示例和实施例具有作为上述参考图中所示的特征之外的附加和代替的其它特征。下面参考上述参考图对这些和其它特征详细说明。

具体实施方式

根据本文所述的原理的实施例提供三维(3d)数据的显示。根据本文描述的原理的实施例，提供了具有增强的感知分辨率的三维(3d)电子显示器。在其他实施例中，提供了一种3d彩色电子显示器，其采用装有滤色器的光阀来促进3d信息的空间复用色彩再现。由本文所述的各种实施例提供的3d电子显示器(单色和彩色两者)可以用于与所谓的“无眼镜(glasses-free)”或自动立体显示系统结合展示出图像和信息。

本文中，“光导(lightguide)”被定义为使用全内反射来引导结构内的光的结构。特别地，光导可以包括在光导的工作波长处实际上透明的芯。在各种示例中，“光导”通常是指采用全内反射以在光导的电介质材料与围绕该光导的材料或介质之间的界面处引导光的电介质光波导。根据定义，全内反射的条件是光导的折射率大于邻近光导材料表面的周围介质的折射率。在一些示例中，除了上述折射率差异之外或代替上述折射率差异，光导可以包括涂层，以进一步促进全内反射。例如，涂层可以是反射涂层。根据各种示例，光导可以是几种光导中的任何一种，包括但不限于板或引导板和引导条中的之一或两者。

此外，本文中，当应用于光导时，作为“板光导(platelightguide)”中的术语“板(plate)”被定义为分段或差分平面层或片材(即，板)。特别地，板光导被定义为配置为在由光导的顶表面和底表面(即，相对表面)限定的两个实际正交的方向上引导光的光导。此外，根据本文的定义，顶表面和底表面都彼此分离，并且可以至少在差异方面实际上彼此平行。也就是说，在板光导的任何差异小的区域内，顶表面和底表面实际平行或共面。在一些示例中，板光导可以是实际平坦的(例如，限定为平面)，并且由此板光导是平面光导。在其他示例中，板光导可以在一个或两个正交的维度上弯曲。例如，板光导可以在单个维度上弯曲以形成圆柱形板光导。然而，在各种示例中，任何曲率都具有足够大的曲率半径，以确保在板光导中保持全内反射以引导光。

根据本文所述的各种示例，衍射光栅(例如，多波束衍射光栅)可以用于将光散射或耦合出板光导。本文中，“衍射光栅(diffractiongrating)”通常被定义为布置成提供入射在衍射光栅上的光的衍射的多个特征(即，衍射特征)。在一些示例中，多个特征可以以周期性或准周期性方式布置。例如，衍射光栅可以包括以一维(1-d)阵列布置的多个特征(例如，材料表面中的多个凹槽)。在其他示例中，衍射光栅可以是特征的二维(2-d)阵列。例如，衍射光栅可以是材料表面上的凸起或洞的2-d阵列。

因此，根据本文的定义，“衍射光栅”是提供入射在衍射光栅上的光的衍射的结构。如果光从光导入射到衍射光栅上，则所提供的衍射或衍射散射可以导致并因此被称为“衍射耦合(diffractivecoupling)”，因为衍射光栅可以通过衍射将光耦合到光导之外。衍射光栅还通过衍射(即，以衍射角)重定向或改变光的角度。特别地，作为衍射的结果，离开衍射光栅的光(即，衍射光)通常具有与入射到衍射光栅上的光(即，入射光)的传播方向不同的传播方向。本文中通过衍射改变光的传播方向称为“衍射重定向(diffractiveredirection)”。因此，衍射光栅可以被理解为包括衍射特征的结构，其衍射特征使入射在衍射光栅上的光衍射地重定向，并且如果光是从光导入射，则衍射光栅也可以从光导衍射地耦合出光。

此外，根据本文的定义，衍射光栅的特征被称为“衍射特征(diffractivefeatures)”，并且可以是在表面(即两材料之间的边界)处、表面中或表面上的一个或多个。例如，该表面可以是板光导的表面。衍射特征可以包括衍射光的各种结构中的任何一种，包括但不限于在表面处、表面中或表面上的凹槽、脊、孔和凸起中的一个或多个。例如，衍射光栅可以包括在材料表面中的多个平行的凹槽。在另一示例中，衍射光栅可以包括从材料表面上升出的多个平行脊。衍射特征(例如，凹槽、脊、孔、凸起等)可以具有提供衍射的各种横截面形状或轮廓中的任何一种，包括但不限于正弦曲线、矩形轮廓(例如，二元衍射光栅)、三角形轮廓和锯齿轮廓(例如，闪耀光栅)中的一个或多个。

根据本文的定义，“多波束衍射光栅(multibeamdiffractiongrating)”是产生包括多个光束的衍射光栅，其产生衍射重定向的或耦出的光。此外，根据本文的定义，由多波束衍射光栅产生的多个光束具有彼此不同的主角度方向。特别地，根据定义，由于多波束衍射光栅对入射光的衍射耦合和衍射重定向，多个光束中光束具有与多个光束中的其他光束不同的预定的主角度方向。例如，多个主光束可以包括具有八个不同主角度方向的八个光束。例如，组合的八个光束(即，多个光束)可以表示光场。根据各种示例，各种光束的不同主角度方向，由相对于入射到多波束衍射光栅上的光的传播方向的来自各多波束衍射光栅的各个光束的原点处的多波束衍射光栅的衍射特征的取向或旋转以及间隔或栅距的组合来确定。

根据本文所述的各种实施例，采用多波束衍射光栅将光耦合出板光导，例如，作为电子显示器的像素。特别地，具有多波束衍射光栅以产生具有不同角度方向的多个光束的板光导可以是电子显示器的背光的一部分或与电子显示器一起使用，例如，但不限于“无眼镜”三维(3d)电子显示器(例如，也称为多视角或“全息(holographic)”电子显示器或自动立体显示器)。这样，通过使用多波束衍射光栅从光导耦合出被引导的光而产生的不同定向的光束，可以是或表示3d电子显示器的“像素(pixels)”。

本文中，“光源(lightsource)”被定义为光的来源(例如，产生和发射光的装置或设备)。例如，光源可以是在被激活时发光的发光二极管(led)。本文中，光源可以是实际上任何光源或光发射源，包括但不限于发光二极管(led)、激光器、有机发光二极管(oled)、聚合物发光二极管，基于等离子体的光发射器、荧光灯、白炽灯和几乎任何其他光源中的一个或多个。由光源产生的光可以具有颜色(即，可以包括光的特定波长)、或者可以是波长范围。特别地，根据本文中的定义，不同颜色的光源或光发射器可以产生彼此不同波长的实际上单色的光。

此外，如本文所使用的，冠词“一”旨在在专利技术中具有其普通含义，即“一个或多个”。例如，“一光栅”是指一个或多个光栅，因此，“光栅”在本文中是指“光栅(多个)”。此外，本文中提及的“顶”、“底”、“上方的”、“下方的”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”不作为本文中的限制。在本文中，除非另有明确说明，术语“约”当应用于值时，通常意味着在用于产生该值的设备的公差范围内，或者在一些示例中，意味着正或负10％、或正或负5％、或正或负1％。此外，本文所用的术语“实际上”意味着，例如，大多数、或几乎全部、或全部、或在约51％至约100％的范围内的量。此外，本文的示例旨在仅是说明性的，并且是出于讨论目的而不是用于限制。

根据本文描述的原理的各种实施例，提供一种三维(3d)电子显示器。图1a示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的三维(3d)电子显示器100的横截面图。图1b示出了根根据与本文所述的原理一致的另一实施例的示例中的三维(3d)电子显示器100的横截面图。图1c示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的三维(3d)电子显示器100的平面图。例如，图1c中所示的3d电子显示器100可以表示图1a或图1b中任一个所示的3d电子显示器100。根据各种实施例，3d电子显示器100可以提供增强的感知分辨率(例如，不是物理或实际分辨率)以表示或显示3d信息。

特别地，3d电子显示器100被配置为产生调制的“定向(directional)”光，即包括具有不同主角方向的光束的光。例如，如图1a和1b中所示，3d电子显示器100可以沿不同的预定主角方向(例如，作为光场)提供或产生被定向出和远离3d电子显示器100的多个光束102。反之，可以调制多个光束102以便于显示具有3d内容的信息。在一些示例中，具有不同预定主角方向的调制光束102形成3d电子显示器100的多个像素。此外，3d电子显示器100可以是所谓的“无眼镜”3d电子显示器(例如，一个多视角、“全息”或自动立体显示器)，其中光束102对应于与3d电子显示器100的不同“视图(views)”相关联的像素。根据各种实施例，所显示的3d信息个分辨率的感知可以相对于3d电子显示器100的多个像素的原始“像素分辨率(pixelresolution)”而增强。

根据各种示例，光束102可以在3d电子显示器100的观察方向上形成光场。根据一些实施例，多个光束102(并且在光场内)中的光束102可以被配置为具有与多个光束中的其他光束102不同的主角度方向。此外，根据各种实施例，除了具有预定方向或主角度方向的光束102之外，光束102可以在光场内具有相对较窄的角度展度。这样，光束102的主角度方向可以对应于3d电子显示器100的特定视图的角度方向。此外，根据一些实施例，光束102，更具体地，被调制后的光束102可以表示或对应于的对应于特定视图方向的3d电子显示器100的像素(例如，动态像素)。

如图1a、1b和1c所示，3d电子显示器100包括光导110。特别地，根据一些实施例，光导110可以是板光导110。光导110被配置为引导来自光源(图1a-1c中未示出)的光作为被引导的光104。例如，光导110可以包括被配置为光波导的电介质材料。电介质材料可以具有大于围绕电介质光波导的介质的第二折射率的第一折射率。例如，折射率的差别被配置为便于根据光导110的一个或多个引导模式的被引导的光104的全内反射。

在一些实施例中，来自光源的光作为光束104沿着光导110的长度被引导。此外，光导110可以被配置为以非零传播角度引导光(即，被引导光束104)。例如，被引导光束104可以使用全内反射在光导110内以非零传播角度被引导。

如本文中被定义的，“非零传播角度(non-zeropropagationangle)”为相对于光导110的表面(例如，顶表面或底表面)的角度。在一些示例中，被引导光束104的非零传播角度可以在大约十(10)度以及大约五十(50)度之间，或者在一些示例中，在大约二十(20)度以及大约四十(40)度之间，或者大约二十五(25)度以及约三十五(35)度之间。例如，非零传播角度可以是大约三十(30)度。在其他示例中，非零传播角度可以是大约20度、或大约25度、或大约35度。

在一些示例中，来自光源的光以非零传播角度(例如，约30-35度)被引入或耦合到光导110中。例如，透镜、镜子或类似的反射器(例如，倾斜的准直反射器)和棱镜(未示出)中的一个或多个，可以有助于将光以非零传播角度耦合到板光导110的输入端作为光束。一旦被耦合到光导110中，被引导光束104以通常远离输入端的方向沿着板光导110传播(例如，在图1a-1b中由沿着x轴的粗箭头示出)。此外，被引导光束104通过以非零传播角度在板光导110的顶表面和底表面之间反射或“弹跳(bouncing)”地传播(例如，所示出的，由延伸的具有角度的箭头表示被引导的光104的光线)。

此外，根据各种示例，通过将光耦合到光导110中而产生的被引导光束104可以是准直光束。特别地，通过“准直光束(collimatedlightbeam)”，其意味着被引导光束104内的光线在被引导光束104内实际上彼此平行。根据本文的定义，从被引导的光束104的准直光束发散或被散射的光线，不被认为是准直光束的一部分。例如，用于产生准直被引导光束104的光的准直可以由用于将光耦合到板光导110中的透镜或镜子(例如，倾斜的准直反射器等)来提供。

在一些示例中，板光导110可以是包括延伸的，实际上平坦的光学透明的介电材料的片或板光波导。实际平坦的介电材料片被配置为使用全内反射来引导被引导光束104。根据各种示例，板光导110的光学透明材料可以包括或由任何各种介电材料制成，该介电材料包括但不限于一种或多种各种类型的玻璃(例如，石英玻璃、碱铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等)和实际上光学透明的塑料或聚合物(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)或“丙烯酸玻璃(acrylicglass)”、聚碳酸酯等)。在一些示例中，板光导110还可以包括在板光导110(未示出)的表面(例如，顶表面和底表面的一个或两个)的至少一部分上包括包覆层。根据一些示例，包覆层可以用于进一步促进全内反射。

在图1a、1b和1c中，图示的3d电子显示器100还包括在多个偏移行中安排的多波束衍射光栅120的阵列(例如，见图1c)。在一些示例中，多波束衍射光栅120的阵列位于板光导110的表面。例如，多波束衍射光栅120可以位于板光导110的顶部或前表面，如图1a-1b所示。在其他示例中(未示出)，多波束衍射光栅120可以位于板光导110内。结合地，板光导110和多波束衍射光栅120的阵列提供或用作3d电子显示器100的背光(即，基于衍射光栅的背光)。

根据各种实施例，多波束衍射光栅120的阵列被配置为衍射地耦合出被引导光束104的一部分作为具有对应于3d电子显示器100的不同视图的不同主角度方向的多个光束。特别地，通过或使用衍射耦合(例如，也称为“衍射散射(diffractivescattering)”)将被引导光束104的部分耦合出板光导110。例如，引导光束104的部分可以由多波束衍射光栅120通过光导表面(例如，通过光导110的顶表面)衍射耦合出来。此外，多波束衍射光栅120被配置为衍射地耦合出被引导光束104的部分作为耦出光束(例如，光束102)，并且衍射地重定向耦出的光束102远离板光导表面作为多个光束102。如上所述，多个光束中的每个灌输102具有不同的预定主角方向。例如，根据各种示例，多个光束中的光束102可以被定向在板光导表面处、表面内或表面上(例如，邻近)多波束衍射光栅120所在的位置处离开板光导表面。

通常，根据各种实施例，由多波束衍射光栅120产生的多个光束中的光束102可以是发散的(例如，如图所示)或会聚(未示出)。具体地，图1a和1b示出了发散的多个光束中的光束102。发散或会聚光束102是由相对于多波束衍射光栅120的特性(例如，如下所述的“啁啾(chirp)”方向)的被引导光束104的传播方向所决定。在光束102发散的一些示例中，发散光束102可能展示出从位于多波束衍射光栅120之下或之后一定距离处的“虚拟(virtual)”点(未示出)发散。类似地，根据一些示例，会聚光束可以在多波束衍射光栅120(例如，板光导的顶表面或前表面)的上方或前面的虚拟点(未示出)会聚或交叉。

根据各种实施例，阵列的多波束衍射光栅120包括提供衍射的多个衍射特征122(例如，图1a和1b所示)。所提供的衍射负责将被引导光束104的部分衍射耦合出板光导110。例如，多波束衍射光栅120可以包括在板光导110的表面中的凹槽以及从板光导表面突出的脊中的一个或两者，用作衍射特征122。凹槽和脊可以彼此平行地布置，并且至少在沿衍射特征122的某个点处，凹槽和脊垂直于被引导光束104的传播方向，该被引导光束是由多波束衍射光栅120耦合出的。

在一些示例中，凹槽或脊可以被蚀刻、研磨或模制到板光导表面中。因此，多波束衍射光栅120的材料可以包括板光导110的材料。例如，如图1b所示，多波束衍射光栅120包括从板光导110的表面突出的实际平行的脊。在图1a中，多波束衍射光栅120包括穿透板光导110的表面的实际上平行的凹槽122。在其他示例(未示出)中，多波束衍射光栅120可以是施加或固定到光导表面。

根据一些实施例，多波束衍射光栅120可以是或包括啁啾衍射光栅。根据定义，“啁啾(chirped)”衍射光栅是展示或具有衍射特征122的衍射间隔的衍射光栅，衍射特征的衍射间隔在啁啾衍射光栅的范围或长度上变化，例如，如图1a-1b所示。本文中，变化的衍射间隔被称为“啁啾”。作为啁啾的结果，衍射地耦合出板光导110的被引导光束104的部分从啁啾衍射光栅120离开或被发射，作为耦出光束102在对应于不同原点的不同衍射角度穿过多波束衍射光栅120的啁啾衍射光栅。通过预定义的啁啾，啁啾衍射光栅负责多个光束中的耦出光束102的预定的并且不同的主角度方向。

在一些示例中，多波束衍射光栅120的啁啾衍射光栅可以具有或展示出随距离线性变化的衍射间隔的啁啾。因此，啁啾衍射光栅可以被称为“线性啁啾(linearlychirped)”衍射光栅。例如，图1a-1b示出作为线性啁啾衍射光栅的多波束衍射光栅120。特别地，如图所示，衍射特征122在多波束衍射光栅120的第二端处比在第一端处更靠近在一起。此外，所示的衍射特征122的衍射间隔从第一端到第二端线性地变化。

在另一示例(未示出)中，多波束衍射光栅120的啁啾衍射光栅120可以展示出衍射间隔d的非线性啁啾。可用于实现多波束衍射光栅120的各种非线性啁啾包括但不限于以另一个种实际上不均匀或随机但仍然单调的方式变化的指数啁啾、对数啁啾或啁啾。也可以使用非单调啁啾，例如但不限于正弦啁啾或三角形或锯齿形啁啾。也可以采用任何这些类型的啁啾的组合。

在一些示例中，如上所述，通过使用多波束衍射光栅120将被引导光束104从板光导110中耦合出来而产生的光束102可以发散(即，发散光束102)，例如，当被引导光束104在从多波束衍射光栅120的第一端到第二端的方向上传播时(例如，如图1a-1b所示)。或者，根据其他示例，当引导光束104从多波束衍射光栅120的第二端传播到第一端时，可以产生会聚的光束102(未示出)。特别地，根据各种实施例，光束102是否发散或会聚可以通过相对于被引导光束方向的啁啾方向来确定。

根据一些实施例，多波束衍射光栅120可以包括衍射特征122，其为弯曲的和啁啾的中的一个或两者。此外，根据一些实施例，多波束衍射光栅120可以具有实际上矩形的形状。图2示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的矩形多波束衍射光栅120的透视图。图2所示的多波束衍射光栅120包括在板光导110的表面处、表面中或在表面上的弯曲的并且啁啾的衍射特征122(例如，凹槽或脊)(即，多波束衍射光栅120是弯曲的啁啾衍射光栅)。在图2中，被引导光束104具有相对于多波束衍射光栅120的入射方向，如粗箭头104所示。还示出了多个耦出或发射的光束102指向远离板光导110的表面处的多波束衍射光栅120。如所示出的，光束102以多个预定的不同主角度方向发射。特别地，如所示出的，发射光束102的预定不同主角方向在方位角和仰角两者上不同。根据各种示例，衍射特征122的预定啁啾和衍射特征122的弯曲都可以对发射光束102的预定的不同的主角度方向负责。

再次参考图1c，根据各种实施例，多波束衍射光栅120的阵列可以以各种配置布置在板光导110的表面处、表面上或表面中。特别地，如图1c所示，该阵列的多波束衍射光栅120是穿过导光表面以行和列排列的多个光栅的部件。例如，多波束衍射光栅阵列的行和列可以表示矩形阵列。此外，如上所述，多波束衍射光栅120的阵列包括彼此偏移的行(即，偏移行)。偏移行之间的偏移通常作为沿着行的方向(例如，沿x轴定向的“x方向(x-direction)”)在本文中被定义为“行方向(rowdirection)”。根据各种示例，该偏移以及多波束衍射光栅阵列的相邻行之间的间隔可以有助于产生具有增强的感知分辨率的3d电子显示器。

例如，阵列中的多波束衍射光栅120的第一行(即，第一偏移行)可以以行方向或偏移行的x方向相对于临近于该第一行的阵列中的多波束衍射光栅120的第二行(即，第二偏移行)偏移。在一些实施例中，第一行和第二行(例如，相邻行)之间的偏移可以是阵列中的各行(即，1/2栅距)中的波束衍射光栅120之间的间隔的大约一半(1/2)。

图1c示出了与第二行126相邻并偏移的多波束衍射光栅120的第一行124(例如，第一行124的任一侧上的相邻行)。此外，如图所示，第一行124在行方向(即，x方向)上以与多波束衍射光栅120阵列的栅距p的一半(1/2)(即，p/2)从第二行126偏离。图1c中的偏移或偏移量或距离标记为“o”。图1c还示出了具有与x方向对准的行方向和对应于x方向的偏移方向的行。如其中所示，偏移o是栅距p的一半(1/2)。

在其他示例(未示出)中，偏移可以包括但不限于多波束衍射光栅间隔或栅距的三分之一(1/3)以及栅距的四分之一(1/4)。在一些示例(未示出)中，偏移行可以不直接相邻。例如，第一对直接相邻的行(例如，第一行和第二行)可以实际上彼此对准，而第二对直接相邻的行(例如，第三行和第四行)也可以是实际上彼此对准。例如，第一对对准的直接相邻的行可以偏离第二对对准的直接相邻的行，以产生以偏移行布置的多波束衍射光栅阵列120。

根据一些实施例，多波束衍射光栅120的相邻行(例如，偏移行)之间的间隔小于多波束衍射光栅阵列的栅距(即，子栅距间隔)。例如，相邻行之间的间隔可以是阵列的行中的多波束衍射光栅120的栅距或之间的间隔的一半(1/2)。具体地，图1c示出了与第二行126间隔开(例如，y方向上的间隔)距离p的大约一半(1/2)的第一行124(即，p/2)。在图1c中，行之间的间隔被标记为“s”(即，s＝p/2)。在其他示例(未示出)中，多波束衍射光栅阵列的相邻行之间的间隔可以是例如栅距的三分之一(1/3)、四分之一(1/4)。根据本文的定义，相邻偏移行之间的间隔被定义为第一偏移行中的多波束衍射光栅以及第二偏移行中的多波束衍射光栅之间的中心到中心间隔，其中所述中心到中心间隔分别从所述第一和第二偏移行中的每一个的中心线确定。

根据各种示例，多波束衍射光栅阵列的行偏移和相邻行之间的子栅距间隔的组合可以有助于产生具有增强的感知分辨率的3d电子显示器。特别地，当与3d电子显示器的本机3d像素分辨率相比时，空间子像素渲染可以与组合的偏移行和子栅距间隔结合使用，以提供增强的感知分辨率。

参考图1a-1c，3d电子显示器100还包括光阀阵列130。根据各种实施例，光阀阵列130被配置为调制不同定向的光束102(即，多个具有不同预定角度方向的光束102)对应于3d电子显示器的不同视图。特别地，多个光束中的光束102通过并被光阀阵列130的各个光阀132调制。根据各种实施例，被调制的不同定向的光束102可以表示3d电子显示器的像素。在各种示例中，在光阀阵列130中可以采用不同类型的光阀132，包括但不限于基于液晶光阀、电泳光阀和电润湿光阀中的一个或多个。

在一些实施例中，光阀阵列130的光阀132的子集被配置为调制来自多波束衍射光栅阵列中选定的多波束衍射光栅120中的不同定向的光束102。该子集在本文中被定义为3d电子显示器100的“超像素(super-pixel)”。在这些实施例中，超像素(或子集)的每个光阀132可被配置为调制由选定的多波束衍射光栅耦合出的多个不同定向的光束102中的不同的光束。例如，在图1a和1b中，表示单个光束102的单个箭头被示出为穿过光阀阵列130的单个光阀132。另外，虚线框描绘了图1c中的示例超像素。

在一些实施例中(例如，如图1c所示)，超像素包括光阀132的矩形布置。此外，相比于与第二方向实际上正交的第一方向上，超像素的矩形光阀布置。例如，在图1c中，相比于在行方向(例如，第一个或x方向)，在正交于多波束衍射光栅阵列的偏移行的行方向(例如，第二或j方向)上有大约一半的光阀132。如图1c所示，通过示例而非限制，在j方向上有四(4)个光阀132，在x方向上有八(8)个光阀。注意，当与第二方向相比时，尽管在第二方向上具有较少的光阀132可以减少在该方向上的3d视图的数量，但是在3d电子显示器100的许多应用中，这种减小可以是可接受的。

例如，许多显示应用可能受益于在水平方向(例如，x方向)上的大量3d视图。另一方面，在许多应用中，在垂直方向(例如，y方向)上较少数量的3d视图可能不会显着降级，甚至影响3d电子显示器100展示出3d信息的逼真再现的能力。特别地，观看3d电子显示器的用户的眼睛在水平面(例如，与垂直平面相反)中彼此位移。因此，用户对水平面中的3d信息更加敏感。与垂直方向相比，在水平方向上具有较大数量的3d视图的3d电子显示器100(例如，可由上述矩形超像素提供的)的实施例仍然能够向用户展示出高质量的3d信息。

根据本文所述的原理的一些示例，提供三维(3d)彩色电子显示器。图3a示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的三维(3d)彩色电子显示器200的框图。图3b示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的三维(3d)彩色电子显示器200的横截面图。例如，图3b可以示出图3a所示的3d彩色电子显示器200的一部分。

3d彩色电子显示器200被配置为产生包括具有不同主角方向的光束并且为多种不同颜色的调制的定向光。例如，3d彩色电子显示器200可以以不同的预定主角方向提供或产生指向和远离3d彩色电子显示器200之外的多个不同的彩色光束202(例如，作为彩色光场)。反过来，可以调制多个彩色光束中的彩色光束202以便于显示包括颜色的信息。

在一些示例中，具有不同预定主角方向和不同颜色的调制光束202形成3d彩色电子显示器200的多个彩色像素。在一些示例中，3d彩色电子显示器200可以是所谓的“无眼镜”3d彩色电子显示器(例如，彩色多视角，“全息(holographic)”或自动立体显示器)，其中彩色光束202对应于与3d电子显示器200的不同“视图(views)”相关联的彩色像素。例如，如图3b所示，第一组彩色光束202'可以以第一方向定向以表示或对应于3d彩色电子显示器200的第一视图，而第二组彩色光束202”可以以第二方向以表示或对应于3d彩色电子显示器200的第二视图。第一组和第二组彩色光束202'，202”可以各自表示红色，绿色和蓝色的rgb颜色模型或颜色空间，如图3b所示，通过示例而非限制。因此，3d彩色电子显示器200可以与上述的3d电子显示器100大致相似，同时增加了表示颜色信息的能力。此外，彩色光束202可以实际上类似于上面关于3d电子显示器100描述的光束102，另外，各种彩色光束202可以具有或表示彼此不同的颜色(例如，红色，绿色或蓝色)，并且不同颜色的组合在与3d彩色电子显示器200的不同视图相对应的方向上。

如图3a-3b所示，3d彩色电子显示器200包括板光导210。板光导210被配置为引导不同颜色的光束204。例如，被引导光束204的不同颜色可以包括红-绿-蓝(rgb)颜色模型的红、绿和蓝的颜色。此外，板光导210被配置为在板光导内以不同的颜色依赖传播角度引导不同颜色的光束204。如图3b所示，可以以第一颜色依赖传播角度γ'引导的第一被引导彩色光束204'(例如，红色光束)，可以以颜色依赖第二传播角度γ”引导的第二被引导彩色光束204”(例如，绿色光束)，可以以第三颜色依赖传播角度γ”'引导的第三被引导彩色光束204”'(例如，蓝色光束)。

除了被配置为引导不同的彩色光束204之外，板光导210可以实际上类似于上面关于3d电子显示器100描述的板光导110。例如，板光导210可以是平板光波导，其是被配置为通过全内反射引导光的电介质材料的平面片。此外，根据一些示例，板光导210中的被引导彩色光束204可以是准直光束(即，准直的彩色光束)，如上对应于3d电子显示器100所述。

图3a和3b中所示的3d彩色电子显示器200还包括多波束衍射光栅220.根据一些实施例，多波束衍射光栅220可处于或邻近板光导210的表面(例如，前表面或顶表面)。多波束衍射光栅220被配置耦合出不同颜色被引导光束204中的每一个的一部分作为各个不同颜色的分离的多个耦出的光束(即，不同的彩色光束202)。例如，可以为被引导的彩色光束204的不同颜色中的每一种可以有单独的多个耦出彩色光束202。根据各种实施例，分离的多个的相应耦合出的光束202具有表示3d彩色电子显示器的不同视图的不同的主体角度方向。例如，3d彩色电子显示器视图可以由指向或具有实际上相同的主角度方向的一组耦出光束202(例如，一组光束202'或202”)来表示，其中该组的不同的耦出光束202对应于被引导的彩色光束204的每种不同颜色。组合时，板光导210和多波束衍射光栅220提供或用作3d彩色电子显示器200的背光(即，基于衍射光栅的背光)。

根据一些实施例，多波束衍射光栅220可以实际上类似于上面关于3d电子显示器100所述的多波束衍射光栅120。例如，多波束衍射光栅220可以具有实际上矩形的形状，其衍射特征包括板光导表面中的弯曲的凹槽和板导光表面上的弯曲的脊(即，连续弯曲或分段弯曲)中的一个或两者。此外，衍射特征(无论是否弯曲)可以通过作为跨越多波束衍射光栅220的距离的函数而变化的衍射特征之间的间隔彼此间隔开(例如，“啁啾(chirped)”间隔)。也就是说，多波束衍射光栅220可以包括啁啾衍射光栅，例如线性啁啾的衍射光栅、非线性啁啾的衍射光栅等中的一个或多个，如上面对于多波束衍射光栅120所述。

此外，在一些实施方案中，多波束衍射光栅220可以是实际上类似于如上所述3d电子显示器100的多波束衍射光栅阵列120的多波束衍射光栅阵列的成员，。特别地，3d彩色电子显示器200的多波束衍射光栅阵列220可以排列成多个偏移行。在一些实施例中，阵列中的多波束衍射光栅220的相邻行可以以行方向在偏移行中的多波束衍射光栅之间(即，栅距)彼此偏移大约一半(1/2)的距离。在其他示例中，可以使用另一个偏移，包括但不限于栅距的三分之一(1/3)、四分之一(1/4)等。此外，在一些示例中，阵列中的多波束衍射光栅220的偏移行之间的间隔是偏移行中的多波束衍射光栅220的栅距或其之间的间隔。在其他示例中，间隔可以包括但不限于栅距的三分之一(1/2)、四分之一(1/4)等。

如图3a-3b所示，3d彩色电子显示器200还包括多个光阀230。根据各种实施例，多个光阀230被配置为以多个分离的耦出光束调制不同颜色的耦合光束202。此外，根据各种实施例，多个光阀中的光阀230包括对应于耦合光束202的不同颜色的滤色器。特别地，多个光阀中的第一光阀230可以具有对应于不同颜色中的第一颜色的滤色器；多个光阀中的第二光阀230可以具有对应于第二颜色的滤色器；以及用于耦合光束202的不同颜色(例如，或等效于不同颜色被引导光束204)。例如，多个光阀230的滤色器可以包括对应于rgb颜色模型的红色滤色器、绿色滤色器和蓝色滤色器。例如，使用滤色器(例如，红、绿、蓝)可以有助于显示彩色图像和其他信息，而不需要顺序地调制不同颜色被引导光束204的光。

在各种示例中，在多个光阀230中可以采用不同类型的光阀，包括但不限于液晶光阀、电润湿光阀和电泳光阀中的一个或多个。例如，多个光阀可以是液晶光阀阵列(例如，商用液晶光阀阵列)，其中液晶光阀阵列的“像素(pixels)”包括对应于每个不同颜色的子单元或“子像素”(例如，rgb子像素)。根据一些实施例，多个光阀230可以实际上类似于上面关于3d电子显示器100所述的光阀阵列130中的光阀。

根据各种实施例，不同颜色引导光束204的颜色依赖传播角度导致对应于各个不同颜色的耦出光束202的不同主角方向。特别地，由于不同的颜色依赖的传播角度，对应于特定颜色(例如，红、绿或蓝)的耦出光束202可能呈现为是从颜色依赖的虚拟点源发出的。在图3b中，颜色依赖的虚拟点源被示为星形，为了简单的说明，例如，标记为“r”，“g”和“b”以对应于颜色“红”，“绿”和“蓝”。从相应的颜色依赖的虚拟点源发出的虚线示出了每种颜色的虚拟光束的跨度(即，光束的虚拟跨度)。特别地，例如，每个虚拟点源具有延伸到多波束衍射光栅220的相对端的跨度。此外，由于被引导光束204的不同颜色依赖传播角度，不同的颜色依赖虚拟点源彼此横向位移。

由于被引导光束204的不同的颜色依赖传播角度，对应于第一颜色的耦出光束202可以以主角度方向离开多波束衍射光栅220，使得第一颜色耦出光束202优先地被定向通过具有对应于第一颜色滤色器的光阀230并且由此被对应于第一颜色的滤色器的光阀230调制。类似地，对应于第二颜色的耦出光束202可以以主角度方向离开多波束衍射光栅220，使得第二颜色耦合光束202被另一个具有第二颜色滤色器的光阀230调制。结果，具有第一颜色的滤色器的光阀230可以被配置为优先地接收和调制第一颜色的耦出光束202。类似地，具有第二颜色滤色器的光阀230可以被配置为优先地接收和调制第二颜色的耦合光束202，等等。

根据一些实施例(例如，如图3a所示)，3d彩色电子显示器200还可以包括光源240。光源240被配置为提供作为不同颜色被引导光束204在板光导210中传输。特别地，根据一些实施例，被引导的光是来自光源240的光，其耦合到板光导210的边缘(或输入端)。例如，透镜、准直反射器或类似装置(未示出)可以有助于将光在其输入端或边缘处耦合到板光导110中。在各种示例中，光源240可以包括实际上任何光源，包括但不限于发光二极管(led)和本文所述的任何光源中的一个或多个。在一些示例中，光源240可以包括配置的光发射器，产生具有由特定颜色表示的窄带光谱的实际单色光。特别地，单色光的颜色可以是特定颜色空间或颜色模型(例如，红-绿-蓝(rgb)颜色模型)的原色。

在各种实施例中，光源240具有耦合到板光导210的多个光发射器，以提供不同颜色的被导光束204。特别地，不同的光发射器可以被配置为提供对应于被引导光束204的不同颜色的不同颜色的光。此外，光发射器可以被横向偏移或位移(例如，在对应于发射光的总传播方向的方向上)。根据各种实施例，光发射器的横向位移可以被配置为对应于由光源240的光发射器产生的不同颜色的光确定光束204的颜色依赖传播角度。

根据本文描述的原理的一些示例，提供了3d电子显示操作的方法。特别地，可以使用3d电子显示操作的方法来显示3d信息。此外，根据3d电子显示操作的方法的各种实施例，3d信息可以以增强的感知分辨率显示。

图4示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的三维(3d)电子显示器操作的方法300的流程图。如图4所示，3d电子显示操作的方法300包括在板光导中以非零传播角度引导310光作为的光束。在一些示例中，板光导和被引导的光可以实际上类似于上面关于3d电子显示器100所述的板光导110和引导光束104。特别地，板光导根据全内发射引导310被引导光束，并且在一些示例中，被引导光束可以被准直。此外，根据一些实施例，板光导可以是实际上平面的电介质光波导或平板波导(例如，平面电介质片)。

如图4所示，3d电子显示操作的方法300进一步包括使用布置在偏移行中的多波束衍射光栅的阵列，衍射地耦合320被引导光束的一部分。根据各种实施例，被引导光束的被衍射耦合出320板光导的320的部分包括多个光束，其以多个不同的主角度方向指向远离板光导的表面(本文中还被称为“不同定向的光束”和“耦出光束”)。特别地，在各种实施例中，指向远离板光导表面的多个光束中的光束具有与多个光束中的其他光束不同的主角度方向。此外，根据各种实施例，多个光束的多个不同主角方向对应于3d电子显示器的不同视图。

在一些实施例中，衍射地耦合出320的一部分被引导光使用或采用位于板光导的表面或邻近板光导的表面的多波束衍射光栅阵列。例如，阵列的多波束衍射光栅可以形成在板光导的表面(例如，顶表面)之上或之内作为凹槽、脊等，并且可以由板光导的材料形成。在其他示例中，阵列的多波束衍射光栅可以包括在板光导表面上的膜。

在一些示例中，多波束衍射光栅的阵列实际上类似于上面关于3d电子显示器100描述的多波束衍射光栅阵列120。例如，阵列的多波束衍射光栅的第一行可以在行方向相对于与第一行相邻的多波束衍射光栅阵列的第二行偏移。此外，例如，偏移可以是阵列的偏移行中的多波束衍射光栅的栅距或其之间的间隔的大约一半(1/2)。在一些示例中，多波束衍射光栅阵列的相邻偏移行之间的间隔是偏移行中的多波束衍射光栅间隔或栅距的大约一半(1/2)。根据一些实施例，例如，相邻偏移行的间隔偏移的一半(1/2)和多波束衍射光栅阵列的相邻偏移行之间的间隔的一半的组合可以有助于提供大约两(2)倍的3d电子显示器的物理或实际像素分辨率。

图4所示的3d电子显示操作的方法300还包括使用多个光阀调制330多个耦出光束。例如，通过多波束衍射光栅耦合出320的经调制的不同定向的光束可以表示3d电子显示器的像素。根据一些示例，多个光阀可以实际上类似于上面关于3d电子显示器100描述的光阀阵列130。例如，多个光阀可以包括多个液晶光阀、或者多个电润湿光阀、或多个电泳光阀等、或其任何组合。

在一些实施例中，调制330光束包括使用光阀的子集调制来自阵列的选定的多波束衍射光栅的不同定向的光束。在这些实施例中，由光阀子集调制的不同定向光束表示3d电子显示器的超像素。此外，子集中的每个光阀调制选定的多波束衍射光栅的多个不同定向的光束中的不同的一个。在一些实施例中，超像素可以包括光阀的矩形布置。在一些实施例中，相较于在行方向上，超像素的光阀的矩形布置在正交于多波束衍射光栅的偏移行的行方向的方向上可以具有大约一半的光阀，即，行方向上的光阀的数量可以是与行方向正交的方向上的光阀的数量的两倍。

根据本文描述的原理的一些示例，提供了3d彩色电子显示操作的方法。特别地，3d彩色电子显示操作的方法可以用于显示包括颜色内容的3d信息。例如，3d信息可以包括由颜色空间或色域表示的颜色内容。根据各种实施例，3d彩色电子显示操作的方法有助于使用采用具有滤色器的光阀的空间复用的颜色、空间、方案或色域。

图5示出了根据与本文所述的原理一致的实施例的示例中的三维(3d)彩色电子显示器操作的方法400的流程图。如图5所示，3d电子显示操作的方法400包括在板光导中引导410光，其中该光包括多个不同颜色的光束。此外，根据各种实施例，引导410光包括以各自不同的颜色依赖传播角度(即，非零颜色依赖传播角度)引导不同颜色的光束。在一些示例中，板光导和不同颜色的被引导光束可以实际上类似于上面关于3d彩色电子显示器200所述的板光导210和不同的彩色的被引导光束204。特别地，板光导根据全内反射引导410被引导光束，并且在一些示例中可以准直被引导光束。此外，在一些实施例中，板光导可以是实际上平面的电介质光波导或平板波导(例如，平面电介质片)。

如图5所示，3d彩色电子显示操作的方法300还包括使用多波束衍射光栅将每个不同颜色的被引导光束的一部分衍射地耦合出来420。根据各种实施例，各个不同颜色被引导光束的部分被衍射耦合出来420，作为远离板光导的表面定向的分离的多个耦出光束。此外，分离的多个的耦出的光束具有表示3d彩色电子显示器的不同视图的不同的主角度方向。本文中，耦出的光束也被称为“不同定向的光束”。在一些示例中，用于衍射耦合出420的多波束衍射光栅实际上类似于上面关于3d彩色电子显示器200描述的多波束衍射光栅220。

特别地，例如，多波束衍射光栅220可以位于或邻近板光导的表面。在一些示例中，多波束衍射光栅可以形成在板光导的表面(例如，顶表面)之上或之内作为凹槽、脊等，并且可以由板光导的材料形成。在其他示例中，多波束衍射光栅可以包括在板光导表面上的膜。

在一些实施例中，用于衍射耦合出420个不同颜色引导光束的一部分的多波束衍射光栅是多波束衍射光栅阵列的成员。在一些实施例中，多波束衍射光栅阵列的第一行可以在阵列的行方向相对于与多波束衍射光栅阵列的第一行相邻的第二行偏移。此外，例如，偏移可以是偏移行中的多波束衍射光栅的栅距或其之间的间隔的大约一半(1/2)。在一些示例中，多波束衍射光栅阵列的相邻偏移行之间的间隔是偏移行中的多波束衍射光栅间隔或栅距的大约一半(1/2)。根据一些实施例，例如，相邻偏移行的间隔偏移的一半(1/2)和相邻偏移行之间的间隔的一半的组合可以有助于提供大约两(2)倍的3d电子显示器的物理或实际像素分辨率。

根据一些示例，3d彩色电子显示操作的方法400还包括使用光阀阵列调制430分离的多个不同颜色的耦出光束。根据各种实施例，阵列的光阀包括对应于各个分离的多个耦出光束的不同颜色的滤色器。此外，光阀阵列中的光阀被布置成对应于各个分离的多个耦出光束的不同的预定主角方向。使用配备有光阀阵列的光阀的滤光器的调制430的不同定向的光束可以表示3d电子显示器的彩色像素。

根据一些示例，光阀阵列可以实际上类似于上面关于3d彩色电子显示器200所述的多个光阀230。例如，多个光阀可以包括多个液晶光阀或多个电润湿光阀、或多个电泳光阀等、或其任何组合。此外，例如，多个光阀中不同的光阀可以包括与在板光导中被引导的410不同颜色的光束的每个不同颜色对应的滤色器。特别地，在一些实施例中，被引导的410个光束的不同颜色包括红-绿-蓝(rgb)颜色模型的红、绿和蓝。在这些实施例中，滤色器可以包括对应于rgb颜色模型的红色滤色器、绿色滤色器和蓝色滤色器。

因此，已经描述了3d电子显示器、3d彩色电子显示器、3d电子显示操作的方法和3d彩色电子显示操作的方法的示例，其采用其采用布置在偏移行中的多波束衍射光栅的阵列和具有滤色器的光阀中的一个或两者。应当理解，上述示例仅仅是表示本文所述的原理的许多具体示例中的一些的示例。显然，本领域技术人员可以容易地设计出许多其它的布置，而不脱离由所附权利要求限定的范围。