CN110462285A - 模式可切换的背光体、隐私显示器及方法 - Google Patents

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Abstract

一种模式可切换的背光体以及模式可切换的隐私显示器，在第一模式期间提供窄角发射光，并且在第二模式中提供广角发射光，广角发射光是窄角发射光和双向发射光的组合。模式可切换的背光体包括第一定向背光体和第二定向背光体。第一定向背光体被配置为在第一模式和第二模式两者期间提供窄角发射光，而第二定向背光体被配置为仅在第二模式期间提供双向发射光。模式可切换隐私显示器包括光阀阵列，其被配置为在第一或隐私模式期间将窄角发射光调制为隐私显示图像，并且在第二或公开模式期间将广角发射光调制为公开显示图像。

Description

模式可切换的背光体、隐私显示器及方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年3月25日提交的美国临时专利申请号62/476,783的优选权，通过引用将其全部并入本文。
关于联邦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的设备和产品的用户传达信息的几乎无处不在的介质。最常用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)和有源矩阵OLED(AMOLED)显示器、电泳显示器(EP)以及采用机电的或电流体光调制的各种显示器(例如，数字微镜设备、电润湿显示器等)。通常，电子显示器可被分为有源显示器(即，发光的显示器)或无源显示器(即，调制由另一源提供的光的显示器)。有源显示器中最明显的示例是CRT、PDP和OLED/AMOLED。当考虑所发射的光时，被典型地归类为无源的显示器的是LCD和EP显示器。无源显示器虽然常常展现出包括但不限于固有低功耗的引人注目的性能特性，但因为缺少发射光的能力而在许多实际的应用中使用受到一些限制。
为克服与发射光相关联的无源显示器的限制，许多无源显示器与外部光源耦合。耦合的光源可以允许这些否则会是无源的显示器发光并且实质上充当有源显示器。这样的耦合光源的示例是背光体(backlight)。背光体充当置于否则会是无源的显示器的后面以照亮该无源显示器的光源(通常是平板背光体)。例如，背光体可以耦合到LCD或EP显示器。背光体发出穿过LCD或者EP显示器的光。发射的光由LCD或者EP显示器调制，然后继而从LCD或EP显示器发出经过调制的光。背光体常常被配置为发出白光。然后，利用滤色器将白光转换为显示器中所用的各种颜色。例如，滤色器可以置于LCD或EP显示器的输出处(较少)或置于背光体和LCD或EP显示器之间。
附图说明
参考以下结合附图的详细描述，可以更容易地理解根据这里描述的原理的示例和实施例的各种特征，其中相似的附图标号指定相似的结构元素，并且其中：
图1A在示例中示出根据与本文中描述的原理一致的实施例的衍射光栅的横截面图。
图1B在示例中示出根据与本文中描述的原理一致的实施例的倾斜衍射光栅的横截面图。
图2A在示例中示出根据与本文中描述的原理一致的实施例的模式可切换的背光体的横截面图。
图2B在另一示例中示出根据与本文中描述的原理一致的实施例的模式可切换的背光体的横截面图。
图3在示例中示出根据与本文中描述的原理一致的实施例的组合窄角发射光和双向发射光以提供广角发射光的图形表示。
图4A在示例中示出根据与本文中描述的原理一致的实施例的模式可切换的背光体的第一定向背光体的一部分的横截面图。
图4B在示例中示出根据与本文中描述的原理一致的另一实施例的模式可切换的背光体的第一定向背光体的一部分的横截面图。
图5在示例中示出根据与本文中描述的原理一致的实施例的第二定向背光体的一部分的横截面图。
图6在示例中示出根据与本文中描述的原理一致的实施例的模式可切换的隐私显示器的框图。
图7在示例中示出根据与本文中描述的原理一致的实施例的模式可切换的背光体操作的方法的流程图。
某些示例和实施例具有附加到或替代上述图中图示的特征的其他特征。下文结合上述参考附图详述这些和其他特征。
具体实施方式
根据本文所述原理的示例和实施例提供应用于模式可切换的隐私显示器的模式可切换的背光体。具体地，符合本文所述原理的实施例提供一种模式可切换的背光体，其配置为在第一模式中发射窄角发射光，并且在第二模式期间发射广角发射光。在一些实施例中，窄角发射光被配置为在第一模式期间仅向第一视图区域提供照明，而广角发射光可以被配置为在第二模式期间向包括第一视图区域的第二视图区域提供照明。此外，根据各种实施例，在第二模式中提供的广角发射光表示窄角发射光和双向发射光的组合，该双向发射光具有与窄角发射光的角范围互补的分叉角范围。
采用模式可切换的背光体的模式可切换的隐私显示器可以配置为在第一或“隐私”模式期间提供隐私显示图像，隐私图像在第一或“隐私”视图区域中可见。此外，模式可切换的隐私显示器可以配置为在第二或“公开”模式期间使用广角发射光提供公开显示图像。根据各种实施例，公开显示图像可以在包括隐私视图区域和公开视图区域两者的第二或“公开”视图区域中可见。本文所述的模式可切换的背光体和模式可切换的隐私显示器的使用包括但不限于移动电话(例如，智能手机)、手表、平板电脑、移动计算机(例如，笔记本电脑)、个人计算机和计算机显示器、汽车显示控制台、相机显示器和各种其他移动设备，以及实质上非移动的显示应用和设备。
在本文中，“光导”被定义为使用全内反射来在结构内引导光的结构。具体地，光导可以包含在光导的工作波长处基本上透明的芯。在各种示例中，术语“光导”通常指电介质光学波导，其采用全内反射来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。根据定义，全内反射的条件是光导的折射率大于与光导材料表面相邻的周围介质的折射率。在一些实施例中，除了上述折射率差或取而代之，光导可以包括涂层，以进一步促成全内反射。例如，涂层可以是反射涂层。光导可以是几种光导中的任一种，包括但不限于板(plate)或片(slab)光导以及条带(strip)光导中的一个或两者。
此外，在本文中，术语“板”在应用于如在“板光导”中的光导时被定义为分段或不同平面的层或薄片，其有时被称为“片”光导。具体地，板光导被定义为被配置为在由光导的顶表面和底表面(即，相对表面)界定的两个基本正交的方向上引导光的光导。此外，根据这里的定义，顶表面和底表面二者彼此分离并且可以在至少不同的意义上基本上相互平行。也就是说，在板光导的任何不同的小区域内，顶表面和底表面基本上平行或共面。
在某些实施例中，板光导可以是基本上平坦的(即限于平面)，并且因此，板光导是平面光导。在其他实施例中，板光导可以在以一个或两者正交的维度中是弯曲的。例如，板光导可以在单个维度中是弯曲的，以形成圆柱形的板光导。然而，任何曲率都具有足够大的曲率半径，以确保在板光导内保持全内反射以引导光。
在本文中，“保角(angle-preserving)散射特征”或等效的“保角散射器”是被配置为以在散射光中基本上保持入射到该特征或散射器上的光的角展度的方式来散射光的任何特征或散射器。特别地，根据定义，由保角散射特征散射的光的角展度σs是入射光的角展度σ的函数(即，σs＝f(σ))。在一些实施例中，散射光的角展度σs是入射光的角展度或准直因子σ的线性函数(例如，σs＝a·σ，其中a是整数)。也就是说，由保角散射特征散射的光的角展度σs与入射光的角展度或准直因子σ可以基本成正比。例如，散射光的角展度σs可以基本上等于入射光的角展度σ(例如，σs≈σ)。均匀衍射光栅(即，具有基本均匀或恒定衍射特征间隔或光栅间距的衍射光栅)是保角散射特征的示例。相反地，根据本文的定义，朗伯(Lambertian)散射器或朗伯反射器以及普通的漫射器(例如，具有或近似于朗伯散射)不是保角散射器。
在本文中，“保偏(polarization-preserving)散射特征”或等效的“保偏散射器”是配置为以在散射光中基本上保持入射到该特征或散射器上的光的偏振或至少一偏振度的方式来散射光的任何特征或散射器。因此，“保偏散射特征”是指入射到该特征或散射器上的光的偏振度基本上等于散射光的偏振度的任何特征或散射器。此外，根据定义，“保偏散射”是指保持或基本上保持被散射光的预定偏振的(例如，对引导光的)散射。例如，被散射光可以是由偏振光源提供的偏振光。
在本文中，术语“单侧散射元件”中的“单侧”被定义为“一侧”或“优选在一个方向上”对应于第一侧、与另一方向对应于第二侧相对的含义。特别地，配置为在“单侧方向”上提供或发射光的背光体被定义为从第一侧而不是从与第一侧相对的第二侧发射光的背光体。例如，由背光体提供或从背光体散射的发射光的单侧方向可以对应于优选定向到第一(例如，正)半空间的光，而不是定向到第二(例如，负)半空间的光。第一半空间可以在背光体上方，并且第二半空间可以在背光体下方。因此，例如，背光体可向背光体上方的区域或朝背光体上方的方向发射光，并且向背光体下方的另一区域或朝背光体下方的方向发射很少的光或不发射光。类似地，根据本文中的定义，“单侧”定向散射器(例如但不限于单侧散射元件)被配置为向第一表面而不是与第一表面相对的第二表面散射光，并将光散射出第一表面。
在本文中，“衍射光栅”广义上被定义为被布置以提供对入射到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的方式或准周期性的方式布置。在其他示例中，衍射光栅可以是包含多个衍射光栅的混合周期衍射光栅，多个衍射光栅中的每一个衍射光栅具有特征的不同周期性布置。此外，衍射光栅可以包含布置在一维(1D)阵列中的多个特征(例如，材料表面中的多个凹槽或脊)。或者，衍射光栅可包含二维(2D)特征阵列或定义在二维中的特征阵列。例如，衍射光栅可以是材料表面中的凸起或孔的2D阵列。在一些示例中，衍射光栅可以在第一方向或维度上基本上是周期性的，并且在穿过或沿着衍射光栅的另一方向上基本上是非周期性的(例如，常数、随机等)。
由此，根据本文中的定义，“衍射光栅”是提供对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性散射可引起并因此被称为“衍射耦合”或“衍射散射”，其中衍射光栅可通过衍射将光耦合出或散射出光导。衍射光栅也通过衍射重定向或改变光的角度(即，以衍射角)。具体地，由于衍射，离开衍射光栅的光通常具有不同于入射到光栅上的光(即，入射光)的传播方向的传播方向。通过衍射在光传播方向上的改变在本文中被称为“衍射重定向”。因此，可以将衍射光栅理解为包含衍射地重定向入射在衍射光栅上的光的衍射特征的结构，并且如果光是从光导入射的，则衍射光栅也可将光从光导衍射地耦合出来。
此外，根据在本文中的定义，衍射光栅的特征被称为“衍射特征”，并且可以是在材料表面处、材料表面内或材料表面上(即，两种材料之间的边界)的一个或多个。例如，该表面可以是光导的表面。衍射特征可包含衍射光的各种结构中的任何一个，包括但不限于在表面处、表面中或表面上的凹槽、脊、孔和凸起的一个或多个。例如，衍射光栅可包含多个在材料表面中大致平行的凹槽。在另一例子中，衍射光栅可包含多个在材料表面升起的平行的脊。衍射特征(例如，凹槽、脊、孔、凸起等)可具有提供衍射的各种横截面形状或轮廓中的任何一个，包括但不限于正弦曲线轮廓、矩形轮廓(例如，二元衍射光栅)、三角形轮廓以及锯齿形轮廓(例如，闪耀光栅)中的一个或多个。
根据在本文中描述的各种示例，衍射光栅(例如，散射元件的衍射光栅，如下文所述)可被用于将光从光导(例如，板光导)中衍射地散射或耦合出以作为光束。具体地，局部周期性衍射光栅的或由其提供的衍射角θm可以由等式(1)给出：
其中，λ是光的波长，m是衍射级次，n是光导的折射率，d是衍射光栅的特征之间的距离或间隔，θi是衍射光栅上的光的入射角。简单起见，等式(1)假定衍射光栅与光导的表面相邻，并且光导外的材料的折射率等于一(即，nout＝1)。通常地，衍射级次m由整数(即，m＝±1,±2,…)给出。由衍射光栅产生的光束的衍射角θm可以由等式(1)给出。当衍射级次m等于一(即，m＝1)时，提供第一级衍射或更具体地提供第一级衍射角θm。
图1A在示例中示出根据与本文中描述的原理一致的实施例的衍射光栅30的横截面图。例如，衍射光栅30可以位于光导40的表面上。此外，图1A说明了以入射角θi入射在光栅30上的光束50。入射光束50可以是光导40内的一束引导光(即，引导光束)。图1A中还说明了由于入射光束50的衍射而由衍射光栅30衍射地产生和耦合出的定向光束60。定向光束60具有如等式(1)给出的衍射角θm(或本文中的“主角方向”)。衍射角θm可对应于衍射光栅30的衍射级次“m”，例如衍射级m＝1(即，第一衍射级次)。
在本文中，根据定义，“倾斜”衍射光栅是衍射特征相对于衍射光栅表面的表面法向具有倾斜角的衍射光栅。根据各种实施例，倾斜衍射光栅可通过对入射光的衍射提供单侧散射。
图1B在示例中示出根据与本文描述的原理一致的实施例的倾斜衍射光栅80的横截面图。如图所示，倾斜衍射光栅80是位于光导40的表面处的二元衍射光栅，类似于图1A中所示的衍射光栅30。然而，图1B中所示的倾斜衍射光栅80包含具有相对于表面法向(以虚线表示)的倾斜角γ的衍射特征82，以及光栅高度、深度或厚度t，如图所示。还说明了入射光束50和表示入射光束50被倾斜衍射光栅80的单侧衍射散射的定向光束60。应当注意的是，根据各种实施例，由倾斜衍射光栅80在第二方向上对光的衍射散射被单侧衍射散射抑制。在图1B中，被“划掉”的虚线箭头90表示由倾斜衍射光栅80在第二方向上的被抑制的衍射散射。
根据各种实施例，可选择衍射特征82的倾斜角γ来控制倾斜衍射光栅80的单侧衍射特性，包括第二方向上的衍射散射被抑制的程度。例如，倾斜角γ可选择在处于约20度(20°)至约60度(60°)之间，或在约30度(30°)至约50度(50°)之间，或在约40度(40°)至约55度(55°)之间。例如，当与倾斜衍射光栅80提供的单侧方向相比时，在约30°至60°范围内的倾斜角γ可提供优于在第二方向上的衍射散射的约40倍(40x)的抑制。根据一些实施例，衍射特征82的厚度t可以在约100纳米(100nm)至约400纳米(400nm)之间。例如，对于在约300nm至约500纳米(500nm)的范围内的光栅周期p而言，厚度t可在约150纳米(150nmn)至约300纳米(300nm)之间。
此外，根据一些实施例，衍射特征可以是弯曲的，并且也可以相对于光的传播方向具有预定的定向(例如，旋转)。例如，衍射特征的弯曲和衍射特征的定向中的一个或两者可被配置为控制衍射光栅耦合出的光的方向。例如，耦合出的光的主角方向可以是衍射特征在光相对于入射光的传播方向入射到衍射光栅上的点处的角度的函数。
在本文中，“微棱镜结构”通常定义为包含具有倾斜侧壁的微棱镜或多个微棱镜的结构，并且被配置为折射地散射入射到微棱镜结构上的光。如果光从光导入射到微棱镜结构上，则微棱镜结构可以理解为包含配置为折射地耦合出或散射出来自光导的光的微棱镜或多个微棱镜的结构。在一些实施例中，微棱镜结构可包含倒置的微棱镜元件。根据本文中的定义，“倒置微棱镜元件”是具有削顶的圆锥形状的微棱镜，其具有输入孔、倾斜侧壁和大于输入孔的输出孔。特别地，输入孔被配置为接收光，并且倾斜侧壁被配置为反射通过输入孔接收的光，而输出孔被配置为发射反射光。因此，输入孔是在倒置微棱镜元件与光导之间包括光学连接的倒置微棱镜元件的一部分，并且被配置为从光导接收引出的或耦合出的光。倾斜侧壁包括被配置为反射光的倒置微棱镜元件的内表面。在一些实施例中，倾斜侧壁可包含反射层或反射材料(例如，侧壁外表面上的反射材料层)。反射层可配置为在倒置微棱镜元件的内表面提供或增强反射。反射光从倒置微棱镜元件的输出孔发出。
在本文中，“准直器”基本上定义为配置为准直光的任何光学设备或装置。例如，准直器可包括但不限于准直镜或反射器、准直透镜、衍射光栅、锥形光导及其各种组合。根据各种实施例，准直器提供的准直量可在不同实施例之间以预定的程度或量变化。此外，准直器可配置为在两个正交方向(例如，垂直方向和水平方向)中的一个或两者上提供准直。也就是说，根据一些实施例，准直器可以在两个正交方向中的一个或两者上包含提供光准直的形状或类似的准直特性。
在本文中，表示为σ的“准直因子”被定义为光被准直的度。具体地，根据本文中的定义，准直因子定义了光线在被准直的光束内的角展度。例如，准直因子σ可以指定准直光的光束中的大部分光线在特定的角展度内(例如，围绕准直光束的中心或主角方向的+/-σ度)。根据一些实施例，准直光束的光线在角度方面可以具有高斯分布，并且角展度可以是在准直光束的峰值强度的二分之一处确定的角度。
在本文中，“光源”被定义为光的来源(例如，被配置为产生和发射光的光发射器)。例如，光源可以包括诸如当激活或打开时发射光的发光二极管(LED)的光发射器。具体地，在本文中，光源可以基本上是任何光的来源或基本上包括任何光发射器，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、白炽灯以及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，可以包括特定波长的光)，或者可以是一定波长范围(例如，白光)。在一些实施例中，光源可以包括多个光发射器。例如，光源可以包括一套或一组光发射器，其中至少一个光发射器产生具有与由该套或该组中的至少一个其他光发射器产生的光的颜色或波长不同的颜色或等效波长的光。例如，不同的颜色可以包括原色(例如，红、绿、蓝)。
在本文中，“视图区域”被定义为在其中可观看显示图像的区域或角范围。特别地，根据本文的定义，显示图像可以在视图区域内可见，但在视图区域外不可见。在本文中，“隐私显示图像”或由“隐私显示器”提供的显示图像被定义为具有受限的或限制的视图区域(即，隐私视图区域)的图像。一般而言，隐私显示图像可以在显示器前面的有限或隐私视图区域中可观看，并且旨在只能由位于有限或隐私视图区域内的人员观看。在一些实施例中，隐私显示图像或等效的隐私显示器的限制的或隐私视图区域在显示器的法向(或垂直于显示器的方向)的任一侧上可能小于约四十五度(即，视图区域<±45°)。在其他实施例中，隐私显示图像或隐私显示器的限制的或隐私视图区域可以小于正负30度(即，视图区域<±30°)或小于正负20度(即，视图区域<±20°)。
相比之下，公开显示图像或公开显示器提供的显示图像具有广角视图区域，并且旨在用于基本上不受限制的观看。根据本文中的定义，“公开显示图像”或“公开显示器”提供的显示图像是具有大于隐私显示图像的限制的或隐私视图区域的视图区域的图像。特别地，公开显示图像可以具有在显示器的法向的任一侧上大于约45度的视图区域(即，公开视图区域)(即，视图区域>±45°)。例如，公开显示图像的或等效的公开显示器的公开视图区域可以大于正或负60度(即，视图区域>±60°)。在一些实施例中，公开视图区域可由LCD计算机显示器、LCD平板电脑、LCD电视或用于广角观看的类似数字显示设备的视角来定义(例如，约±45-65°或更多)。
根据本文中的定义，术语“窄角发射光”中使用的术语“窄角”是具有一角范围或限度(例如，锥角)的光，该角范围或限度与提供隐私视图区域或在隐私视图区域内显示的或以其他方式使其可用的隐私图像的照明相一致。因此，根据本文中的定义，窄角发射光可具有小于约±45°、或小于约±30°、或小于约±20°的角范围。此外，根据本文中的定义，“广角发射光”或更一般的“广角”被用于指具有通常大于窄角发射光的角范围或限度的角范围或限度的光。或者，“广角”是指与公开显示图像或配置为显示公开显示图像的显示器的视图区域一致的角范围或限度。因此，在一些实施例中，广角发射光可以具有相对于显示器的法向大于正负45度(例如，>±45度)的角范围。在其他实施例中，广角发射光的角范围可以大于正负50度(例如，>±50°)或大于正负60度(例如，>±60°)或大于正负65度(例如，>±65°)。例如，广角发射光的角范围可以在显示器的法向的任一侧上大于约70度(例如，>±70°)。
此外，如本文中所用的，冠词“一”意欲具有其在专利文献中的普通的含义，即“一个或多个”。例如，“一个元件”表示一个或多个元件，同样，“所述元件”在本文中表示“元件(或多个元件)”。此外，本文中对“顶”、“底”、“上面”、“下面”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”的任何提及在本文中无意成为限制。这里，术语“大约”在被应用于值时，通常表示在用于产生该值的设备的容差范围之内，或者表示正负10％、或正负5％、或正负1％，除非另有明确规定。此外，如本文中所用的，术语“基本”意味着大部分或几乎全部或全部或在约51％至约100％的范围内的量。此外，这里的示例意图仅是说明性的，并且是为了讨论的目的而呈现的，而不是当作限制。
根据本文中所述原理的一些实施例，提供了一种模式可切换的背光体。图2A在示例中示出根据与本文描述的原理一致的实施例的模式可切换的背光体100的横截面图。图2B在另一示例中示出根据与本文描述的原理一致的实施例的模式可切换的背光体100的横截面图。如图所示，模式可切换的背光体100被配置为在第一模式(例如，隐私模式)中或在第一模式(例如，隐私模式)期间提供或发射光作为窄角发射光102，并且在第二模式(例如，公开模式)中提供或发射光作为广角发射光104。特别地，图2A说明了具有窄角发射光102的第一模式中的模式可切换的背光体100，而图2B说明了提供广角发射光104的第二模式中的模式可切换的背光体100。此外，窄角和广角发射光102、104的方向对应于图2A-2B中模式可切换的背光体100表面上方的一半空间。
图2A和2B中所示的模式可切换的背光体100包括第一定向背光体110。第一定向背光体110被配置为在模式可切换的背光体100的第一模式和第二模式两者期间发射或提供窄角发射光102。根据各种实施例，窄角发射光102具有角范围γ，并且可以在第一和第二模式两者期间由第一定向背光体110定向到第一视图区域I。此外，窄角发射光102的角范围γ被配置为在两种模式期间将窄角发射光102限制或基本上限制到第一视图区域I。因此，根据各种实施例，窄角发射光102可仅在第一视图区域I内可见。在图2A-2B中，窄角发射光102表示为由对应于第一视图区域I的虚线所划定的角范围γ内的多个箭头。
如图2A和2B所示，模式可切换的背光体100还包括第二定向背光体120。第二定向背光体120被配置为仅在第二模式期间发射或提供双向发射光106，例如，如图2B所示。根据各种实施例，双向发射光106具有分叉角范围。此外，分叉角范围与窄角发射光102的角范围互补。在各种实施例中，在第二模式期间窄角发射光102和双向发射光106的组合被配置为提供具有角范围的广角发射光104，角范围是窄角发射光102的角范围和双向发射光106的分叉角范围的总和。
特别地，如图2B所示，双向发射光106具有朝向第一方向的第一段106a和朝向第二方向的第二段106b。双向发射光106的分叉角范围是围绕或以第一方向为中心的第一段106a的角范围φa和围绕或以第二方向为中心的第二段106b的角范围φb的组合。此外，根据各种实施例，由第二定向背光体120提供的双向发射光106基本上被排除在窄角发射光102的角范围γ之外。在第二模式中，窄角发射光102由第一定向背光体110提供，并且双向发射光106由第二定向背光体120b提供。因此，广角发射光104由窄角发射光102和双向发射光106的组合提供，如图2B所示。
根据本文中的定义，双向发射光106具有与窄角发射光102的角范围“互补”的分叉角范围(即，φa+φb)。也就是说，当在第二模式期间组合双向发射光106和窄角发射光102时，产生的广角发射光104具有角范围角范围是窄角发射光102的角范围和双向发射光106的角范围之和，即 换言之，双向发射光106提供或基本上“填充”了广角发射光104中不是由窄角发射光102提供的一部分。因此，双向发射光106的角范围(φa+φb)与窄角发射光102的角范围γ互补，如图2B所示。
图3在示例中示出根据与本文中描述的原理一致的实施例，组合窄角发射光102和双向发射光106以提供广角发射光104的图形表示。如图所示，将窄角发射光102添加到双向发射光106中以创建广角发射光104。在图3中，窄角发射光102和双向发射光106的总和以图形方式由加号“+”和等号“＝”表示。应当注意的是，双向发射光106的第一段106a和第二段106b表示存在双向发射光106的区域，而在求和之前，如图所示，第一段106a和第二段106b之间不存在光。此外，双向发射光106的分叉角范围与窄角发射光102的角范围互补，因为第一段106a和第二段106b之间的角范围等于窄角发射光102的角范围，如图所示。
在一些实施例中，窄角发射光102被配置为在第一模式期间仅向第一视图区域I提供照明。此外，在一些实施例中，广角发射光104可被配置为在第二模式期间向包括第一视图区域I的第二视图区域II提供照明。再次参考图2A至2B，在第一和第二模式两者期间，模式可切换的背光体100对第一视图区域I中的观看者表现为被照亮。同样地，在第二模式期间，第一视图区域I外的第二视图区域II中的另一个观看者可感知该模式可切换背光100被照亮。然而，根据各种实施例，在第一模式期间，模式可切换的背光体100对第二视图区域II中的另一个观看者表现为暗的或未被照亮的。因此，第一模式可以被称为隐私模式，并且第一视图区域I可以是隐私视图区域，因为例如在第一(隐私)模式期间仅为第一(隐私)视图区域I中的观看者提供照明。另一方面，由于在第二模式期间，两种观看者都可以感知照明，因此第二模式可以称为公开模式，例如，第二观看区域II(包括第一观看区域I)可以是公开观看区域。
在一些实施例中(例如，如图2A至2B所示)，模式可切换的背光体100的第一定向背光体110包括光导112。类似地，在一些实施例中(例如，如图所示)，模式可切换的背光体100的第二定向背光体120b可包含光导122。根据一些实施例，光导112、122可以是板光导。光导112、122被配置成沿着光导112、122的长度引导光，作为引导光。例如，光导112、122可包括配置为光学波导的介电材料。介电材料可以具有大于围绕介电光学波导的介质的第二折射率的第一折射率。例如，折射率的差异被配置为根据光导112、122的一个或多个引导模式来促进引导光的全内反射。
特别地，光导112、122可以是片或板光学波导，包括延伸的、基本上平坦的光学透明电介质材料片。基本平坦的电介质材料片被配置为使用全内反射来引导该引导光。根据各种示例，光导112、122的光学透明材料可以包括各种电介质材料中的任何一种，或者由各种电介质材料中的任何一种构成，电介质材料包括但不限于各种类型的玻璃(例如，石英玻璃、碱铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等)，以及基本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”、聚碳酸酯等)。在一些示例中，光导112、122还可以在光导112、122的表面的至少一部分处(例如，顶面和底面中的一个或两者)包括涂覆层(未示出)。根据一些实施例，涂覆层可用于进一步促进全内反射。
此外，根据一些实施例，光导112、122被配置为根据全内反射在光导112、122的第一表面(例如，“前”表面或前侧)和第二表面(例如，“后”表面或后侧)之间以非零传播角引导该引导光。具体地，引导光通过以非零传播角在光导112、122的第一表面和第二表面之间反射或“反弹”来传播。在一些实施例中，引导光包括不同颜色的光的多个引导光束。多个引导光束中的光束可以由光导112、122以不同的颜色特定非零传播角中的相应一个引导。应当注意的，为了简化说明，未示出非零传播角。
如本文中所定义的，“非零传播角”是相对于光导112、122的表面(例如，第一表面或第二表面)的角度。此外，根据各种实施例，非零传播角大于零且小于光导112、122内的全内反射的临界角。例如，引导光的非零传播角可以在大约十度(10°)到大约五十度(50°)之间，或者在一些示例中，在大约二十度(20°)到大约四十度(40°)之间，或者在大约二十五度(25°)到大约三十五度(35°)之间。例如，非零传播角可以是大约三十度(30°)。在其他例子中，非零传播角可以是大约20°，或大约25°，或大约35°。此外，可以为特定的实现方式选择(例如，任意地)特定的非零传播角，只要选择特定的非零传播角小于光导112、122内的全内反射的临界角即可。
光导112、122中的引导光可以以非零传播角(例如，大约30°-35°)被引导或耦合到光导112、122中。例如，引导光可以由模式可切换的背光体100的光源提供。例如，透镜、反射镜或类似反射器(例如，倾斜准直反射器)、衍射光栅、和棱镜(未示出)中的一个或多个可以促进以非零传播角将光作为引导光耦合到光导112、122的输入端。一旦耦合到光导112、122中，则引导光沿着光导112、122以通常远离输入端的方向传播(例如，由图2A-2B中指向沿着x轴的粗体箭头示出)。
此外，根据各种实施例，引导光可以是准直的。在本文中，“准直光”或“准直光束”通常被定义为其中光束的光线在该光束(例如，引导光)内基本上相互平行的光束。此外，根据本文中的定义，从准直光束发散或散射的光线不被认为是准直光束的一部分。在一些实施例中，模式可切换的背光体100可包括准直器，例如(但不限于)透镜、反射器或反射镜、衍射光栅或锥形光导，其被配置为对例如来自光源的光进行准直。在一些实施例中，光源包括准直器。提供给光导112、122的准直光是准直的引导光。在各种实施例中，可根据准直因子σ来准直引导光，或者引导光可具有准直因子σ。
在一些实施例中，模式可切换的背光体100的第一定向背光体110还包括沿着光导长度彼此间隔开的单侧散射元件114的阵列。根据各种实施例，单侧散射元件114的阵列被配置为散射出引导光的一部分作为具有单侧方向的窄角发射光102。特别地，该阵列的单侧散射元件114可彼此隔开有限的间距，并表示沿光导长度的单独的、不同的元件。也就是说，根据本文中的定义，单侧散射元件114根据有限的(即，非零的)元件间距离(例如，有限的中心到中心的距离)彼此间隔开。此外，根据一些实施例，多个单侧散射元件中的单侧散射元件114通常不相交、重叠或以其他方式彼此接触。因此，单侧散射元件阵列的每个单侧散射元件114通常是不同的，并且与单侧散射元件114的其他元件分开。此外，根据各种实施例，单侧方向远离第二定向背光体120。
根据一些实施例，单侧散射元件阵列的单侧散射元件114可以布置在一维(1D)阵列或二维(2D)阵列中。例如，单侧散射元件114可布置成线性1D阵列。在另一个示例中，单侧散射元件114可布置为矩形2D阵列或圆形2D阵列。此外，在一些示例中，阵列(即，1D或2D阵列)可以是规则或均匀阵列。特别地，单侧散射元件114之间的元件间距离(例如，中心到中心的距离或间距)在整个阵列上可以基本上是一致的或恒定的。在其他示例中，单侧散射元件114之间的元件间距离可以在整个阵列上和沿着第一定向背光体110的光导112的长度上的一个或两者上变化。
根据一些实施例，单侧散射元件114阵列的单侧散射元件114包括倾斜衍射光栅。在一些实施例中，所有单侧散射元件114都可以是倾斜衍射光栅或包含倾斜衍射光栅。根据各种实施例，单侧散射元件114的倾斜衍射光栅被配置为在单侧方向上提供衍射散射，并进一步抑制二次衍射散射。
图4A在示例中示出根据与本文中描述的原理一致的实施例的模式可切换的背光体100的第一定向背光体110的一部分的横截面图。特别地，图4A示出第一定向背光体110，其包括光导112以及单侧散射元件114。此外，如图4A所示，单侧散射元件114包括倾斜衍射光栅114’。入射到倾斜衍射光栅114'上的具有准直因子σ的引导光116(如多个箭头所示)可以在单侧方向上从光导112中衍射地散射出，作为所示的窄角发射光102。
在一些实施例中，单侧散射元件114的倾斜衍射光栅114'基本上类似于图1B中所示的倾斜衍射光栅80。例如，在一些实施例中，与图1B中所示的倾斜角γ相对应的，倾斜衍射光栅114的倾斜角可以在相对于光导112的表面法向的大约三十度(30°)到大于五十度(50°)之间。此外，在一些实施例(未示出)中，倾斜衍射光栅114'可包含多个子光栅，每个子光栅为倾斜衍射光栅。与图1B所示的一样，图4A中所示的单侧散射元件114的倾斜衍射光栅114'可抑制与单侧方向相对的方向上的二次散射，例如，如图4A中的划掉的箭头103所示。
在一些实施例中，单侧散射元件114阵列的单侧散射元件114可包含反射模式衍射光栅。根据各种实施例，反射模式衍射光栅被配置为使用衍射散射和反射的组合，在单侧方向选择性地散射出引导光部分。在一些实施例中，所有单侧散射元件114都可以是反射模式衍射光栅或包含反射模式衍射光栅。在一些实施例中，反射模式衍射光栅包括衍射光栅和反射材料层(例如，金属层)，该衍射光栅被配置为提供衍射散射，并且该反射材料层被配置为提供衍射散射光的反射，以确保衍射散射产生具有单侧方向的散射光。
图4B在示例中示出根据与本文中描述的原理一致的另一实施例的模式可切换的背光体100的第一定向背光体110的一部分的横截面图。具体地，图4B示出第一定向背光体110，其包括光导112以及单侧散射元件114。此外，如图4B中所示，单侧散射元件114包括反射模式衍射光栅，其包括衍射光栅114”和反射材料层114”’。入射到倾斜衍射光栅114”上的具有准直因子σ的引导光116(如多个箭头所示)可以在单侧方向上从光导112中衍射地散射出，作为窄角发射光102。此外，根据各种实施例，在第二方向上被衍射光栅114”衍射地散射的光可由反射材料层114”’反射地重定向到该单侧方向。
在其他实施例(未示出)中，单侧散射元件114可包含另一种类型的单侧散射结构，包括但不限于微折射元件和微反射元件。例如，所述微折射元件可包括位于光导112的表面处的微棱镜，并且配置为将引导光部分折射地耦合出光导112，以作为窄角发射光102。微反射元件的示例包括但不限于具有带有表面角的面(facet)的面反射器，该面反射器被配置为将引导光部分反射地散射出，以作为窄角发射光102。在一些实施例中，单侧散射元件114包括保角散射器，其被配置为散射出具有与光导112内的引导光的准直因子σ成比例的角范围的引导光部分。因此，在一些实施例中，引导光的准直因子σ可确定窄角发射光102的角范围γ。
再次参考图2A和2B，在一些实施例中，第二定向背光体120还包括定向散射特征124，其被配置为散射出光导122内的引导光的一部分或多部分，作为双向发射光106。具体地，第二定向背光体120的定向散射特征124可包括第一多个定向散射元件124a和第二多个定向散射元件124b。第一多个定向散射元件124a可配置为散射出引导光的一部分，作为双向发射光106的、具有分叉角范围的第一方向的第一段106a。此外，第二多个定向散射元件124b可配置为散射出引导光的另一部分，作为双向发射光106的、具有分叉角范围的第二方向的第二段106b。根据各种实施例，第一方向和第二方向结合第一段和第二段106a、106b的角范围确定双向发射光106的分叉角范围，如上文所述。
根据各种实施例，各种定向散射器中的任何一种都可用作定向散射元件124a、124b。特别地，在一些实施例中，第一多个定向散射元件124a和第二多个定向散射元件124a中的一个或两者的定向散射元件124a、124b可包括衍射光栅。例如，衍射光栅的光栅间距可用于确定衍射光栅衍射地散射出的光的方向。根据一些实施例，衍射光栅可以是反射模式衍射光栅。在其他实施例中，衍射光栅可以是透射模式衍射光栅，并且第二定向背光体120还可以在光导的、与提供了或发射了双向发射光106的发射表面相对的表面处包括反射层。
在其他实施例(未示出)中，定向散射元件124或等效的定向散射元件124a、124b可包含另一种类型的散射结构，包括但不限于微折射元件和微反射元件。所述微折射元件可包括位于光导122的表面处的微棱镜，并且配置为例如将引导光部分折射地耦合出光导122，以作为双向发射光106或等效地作为双向发射光106的第一段和第二段106a、106b。微反射元件的示例包括但不限于具有带有表面角的面的面反射器，该面反射器被配置为反射地散射出引导光部分，作为双向发射光106。在一些实施例中，定向散射特征124包括保角散射器，其被配置为散射出具有与光导122内的引导光的准直因子σ成比例的角范围的引导光部分。因此，在一些实施例中，引导光的准直因子σ可确定双向发射光106的角范围(即，第一段和第二段106a，106b的角范围φa，φb)。
图5在示例中示出根据与本文中描述的原理一致的实施例的第二定向背光体120的一部分的横截面图。如图所示，第二定向背光体120包括光导122和定向散射特征124的一对定向散射元件124a、124b。此外，如图所示，该对的定向散射元件124a、124b包含衍射光栅。衍射光栅的光栅间距彼此不同，以提供具有分叉角范围的第一方向和第二方向的双向发射光106。具体地，入射到衍射光栅上的具有准直因子σ的引导光126(如多个箭头所示)可在与双向发射光106的第一段106a和第二段106b相对应的第一方向和第二方向的每一个中从光导122衍射地散射出，作为衍射光栅的不同光栅间距的结果。例如，相对较小的光栅间距或衍射特征间隔可提供具有第一方向的散射出光，而相对较大的光栅间距或衍射特征间隔可提供具有第二方向的散射出光，如图5所示。
再次参考图2A和2B，模式可切换的背光体100还可包括光源130。具体地，光源130可包括光学耦合到第一定向背光体110的光导112的输入的第一光源132，第一光源132被配置为向光导112提供光。光源130还可包括光学耦合到第二定向背光体120的光导122的输入的第二光源134，第二光源134被配置为向光导122提供光。根据各种实施例，可根据预定的准直因子对光导112、122中分别由第一和第二光源132、134提供的引导光进行准直。在各种实施例中，光源130可配置为在第一模式期间使用第一光源132向第一定向背光体110的光导112提供光。此外，根据各种实施例，光源130可配置为在第二模式期间向第一定向背光体110的光导112和第二定向背光体120的光导122提供光。在图2A至2B中，例如，分别在第一模式中(图2A)和第二模式(图2B)使用交叉影线来指示第一和第二光源132、134是否处于活动状态并提供光。
包含第一和第二光源132、134的光源130基本上可包括任何光源(例如，光发射器)，光源包括但不限于发光二极管(LED)、激光器(例如，激光二极管)或其组合。在一些实施例中，光源130可包括配置为产生具有由特定颜色表示的窄带光谱的基本上为单色的光的光发射器。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。在其他示例中，光源130可以是基本上宽带的光源，其被配置为提供基本上宽带的或多色的光。例如，光源130可以提供白光。在一些实施例中，光源130可以包括配置为提供不同颜色的光的多个不同的光发射器。不同的光发射器可以配置为提供具有与光的每种不同颜色相对应的、引导光的不同的颜色特定的非零传播角的光。
在一些实施例中，光源130的第一光源132和第二光源134中的一个或两者还可包含准直器。准直器可配置为从光源130的一个或多个光发射器接收基本上未经准直的光。准直器还被配置为将基本上未准直的光转换为准直光。具体地，根据一些实施例，准直器可提供具有非零传播角的和根据预定准直因子被准直中的一个或两者的准直光。此外，当采用不同颜色的光发射器时，准直器可配置为提供具有不同的颜色特定的非零传播角的和具有不同的颜色特定准直因子中的一个或两者的准直光。准直器还被配置为将准直光束传输到光导112、122以作为引导光进行传播。
在一些实施例中，模式可切换的背光体100的第一定向背光体110可配置为在穿过光导112与光导112内的引导光的传播方向正交(或基本正交)的方向上对光基本透明。具体地，在一些实施例中，光导112和间隔开的单侧散射元件114可允许光从光导112的第一(例如，底部)表面到其第二(例如，顶部)表面穿过光导112。在一些实施例中，由于单侧散射元件114的相对较小尺寸和单侧散射元件114的相对较大元件间间距，可以至少部分地增强透明度。此外，根据一些实施例，当倾斜衍射光栅114'被用作单侧散射元件114时，倾斜衍射光栅114'也可以对正交于光导112的表面而传播的光基本透明。
在一些实施例中(例如，如图2A至2B所示)，第一定向背光体110被配置成从第一(例如，顶部)表面提供窄角发射光102。此外，第二定向背光体120可以与第一定向背光体110的与第一表面相对的第二表面相邻。第二定向背光体120可配置为向第一定向背光体110的第二表面提供双向发射光106。根据这些实施例，第一定向背光体110可以对双向发射光106透明。
在一些实施例中，本文所述的衍射光栅(例如，倾斜衍射光栅或另一衍射光栅)可以是均匀衍射光栅，其中衍射特征间隔在整个衍射光栅中基本恒定或不变。在其他实施例中，衍射光栅是啁啾衍射光栅。根据定义，“啁啾”衍射光栅是展现或具有在啁啾衍射光栅的范围或长度上发生变化的衍射特征的衍射间隔(即，光栅间距)的衍射光栅。在一些实施例中，啁啾衍射光栅可以具有或展现随距离线性变化的衍射特征间隔的啁啾。因此，根据定义，啁啾衍射光栅是“线性啁啾”衍射光栅。在其他实施例中，啁啾衍射光栅可以展现衍射特征间隔的非线性啁啾。可以使用各种非线性啁啾，包括但不限于指数啁啾、对数啁啾或以另一种基本上不均匀或随机但仍然单调的方式变化的啁啾。也可使用非单调啁啾，例如但不限于正弦啁啾或三角形或锯齿形啁啾。也可以使用这些类型的啁啾任何的组合。此外，单侧散射元件114的倾斜衍射光栅114'的倾斜角可在倾斜衍射光栅114的长度、宽度或范围内发生变化。此外，在一些实施例中，本文中的衍射光栅的衍射特征可以是弯曲的，例如，光导表面上的弯曲的凹槽或脊。
根据本文所述原理的一些实施例，提供了一种模式可切换的隐私显示器。根据各种实施例，模式可切换隐私显示器被配置为在第一或隐私模式期间提供隐私显示图像，并且在第二或公开模式期间提供公开显示图像。图6在示例中示出根据与本文中描述的原理一致的实施例的模式可切换的隐私显示器200的框图。模式可切换隐私显示器200在隐私模式(模式1)下的操作如图6的左半部分所示，而右半部分则说明在公开模式(模式2)下的操作。
根据一些实施例，隐私显示图像被配置为在隐私视图区域I中可见，并且公开显示图像被配置为在包含隐私视图区域I的公开视图区域II中可见。特别地，位于隐私视图区域I中的观看者200a能够看到隐私模式下的隐私显示图像和公开模式下的公开显示图像。同样地，位于公开视图区域II中但在隐私视图区域I之外的另一个观看者200b能够在公开模式期间看到公开显示图像，如图所示。但是，根据各种实施例，在隐私模式期间，模式可切换的隐私显示器200可看起来是暗的，并且隐私显示图像可对另一个观看者200b不可见。因此，模式可切换的隐私显示器200可在隐私模式和公开模式之间进行选择性切换，这取决于所显示的图像旨在由在隐私视图区域I中的观看者200a私下观看、还是意欲被公开观看，例如，由位于包括隐私视图区域I的公开视图区域II中基本上任何位置处的观看者200a和200b观看。
如图所示，模式可切换的隐私显示器200包括第一定向背光体210。第一定向背光体210被配置为在隐私模式(模式1)和公开模式(模式2)期间提供窄角发射光202。模式可切换的隐私显示器200还包括第二定向背光体220。第二定向背光体220被配置为仅在公开模式(模式2)期间提供双向发射光204。在各种实施例中，双向发射光204具有与窄角发射光202互补的分叉角范围。在公开模式期间，根据各种实施例，模式可选的隐私显示器被配置为提供广角发射光，包括由第一定向背光体210提供的窄角发射光202和由第二定向背光体220提供的双向发射光204的组合。
图6所示的模式可切换的隐私显示器200还包括光阀230的阵列。光阀230的阵列被配置为在隐私模式期间将窄角发射光202调制为隐私显示图像。此外，光阀230的阵列被配置为在公开模式期间将广角发射光206调制为公开显示图像。在一些实施例中(如图所示)，第一定向背光体210位于第二定向背光体220和光阀230的阵列之间，第一定向背光体210对双向发射光204透明。在各种实施例中，不同类型的光阀可用作光阀阵列的光阀230，包括但不限于液晶光阀、电泳光阀和基于电润湿的光阀中的一个或多个。用虚线箭头示出调制的窄角发射光202和广角发射光206以强调该调制。
根据一些实施例，模式可切换的隐私显示器200的第一定向背光体210可以基本上类似于上述模式可切换的背光体100的第一定向背光体110。特别地，在一些实施例中，第一定向背光体210可以包括光导，其被配置为沿着光导的长度引导来自光源的光作为引导光。此外，第一定向背光体210可以包括单侧散射元件阵列，其被配置成将部分引导光散射出，作为具有单侧方向的窄角发射光202。根据各种实施例，单侧方向可以朝向光阀230的阵列并且远离第二定向背光体220。在一些实施例中，单侧散射元件阵列的单侧散射元件可以包括倾斜衍射光栅和反射模式衍射光栅中的一个或两者，以提供单侧散射。在其它实施例中，可采用其它单侧散射元件。根据一些实施例，第一定向背光体210还可以包括光源，并且更具体地，被配置为提供在光导内作为引导光而被引导的光的准直光源。在一些实施例中，模式可切换的隐私显示器200的第二定向背光体220可以基本上类似于上述模式可切换的背光体100的第二定向背光体120。特别地，第二定向背光体220可以包括光导，其被配置为沿着光导的长度引导来自光源的光作为引导光。此外，第二定向背光体220可以包括第一多个定向散射元件，其被配置为散射出引导光的一部分，作为双向发射光204的、具有分叉角范围的第一方向的第一段。此外，第二定向背光体220可包括第二多个定向散射元件，其被配置为散射出引导光的另一部分，作为双向发射光的、具有分叉角范围的第二方向的第二段。根据各种实施例，第一方向和第二方向结合第一段和第二段的角范围确定双向发射光204的分叉角范围。
根据本文描述的原理的其他实施例，提供了一种模式可切换的背光体操作的方法。图7在示例中示出根据与本文中描述的原理一致的实施例的模式可切换的背光体操作的方法300的流程图。如图7所示，模式可切换的背光体操作的方法300包括：在第一模式和第二模式两者期间使用第一定向背光体发射310窄角发射光以照亮第一视图区域。根据一些实施例，第一定向背光体可以基本上类似于以上关于模式可切换的背光体100所描述的第一定向背光体110。此外，窄角发射光可以基本上类似于由第一定向背光体110提供的窄角发射光102。
在一些实施例中，发射310窄角发射光包括：沿光导的长度引导光作为引导光。发射310窄角发射光还可包括：使用沿光导长度彼此间隔开的单侧散射元件阵列散射出引导光的一部分。根据一些实施例，单侧散射元件阵列被配置为散射出引导光的一部分作为具有单侧方向的窄角发射光。在一些实施例中，光导和单侧散射元件阵列可以基本上类似于上述光导112和单侧散射元件114的阵列。
如图7所示，模式可切换的背光体操作的方法300还包括：仅在第二模式期间使用第二定向背光体发射320双向发射光。根据各种实施例，双向发射光具有与窄角发射光的角范围互补的分叉角范围。在一些实施例中，第二定向背光体和双向发射光可以分别类似于以上关于模式可切换的背光体100所描述的第二定向背光体120和双向发射光106。
在一些实施例中，发射320双向发射光包括：沿着光导的长度引导光作为引导光。在一些实施例中，光导可以基本上类似于第二定向背光体120的光导122。在一些实施例中，发射320双向发射光还包括：使用第一多个定向散射元件散射出引导光的一部分，第一多个定向散射元件被配置为散射出引导光的一部分作为双向发射光的、具有分叉角范围的第一方向的第一段。发射320双向发射光还包括：使用第二多个定向散射元件散射出引导光的另一部分，第二多个定向散射元件被配置为散射出引导光的一部分作为双向发射光的、具有分叉角范围的第二方向的第二段。在一些实施例中，第一和第二多个定向散射元件可基本上类似于上述第二定向背光体120的第一和第二多个定向散射元件124a、124b。同样地，双向发射光的第一段和第二段可基本上类似于上述双向发射光106的第一段和第二段106a、106b。特别地，第一方向和第二方向结合第一段和第二段的角范围确定双向发射光的分叉角范围。
图7所示的模式可切换的背光体操作的方法300还包括：在第二模式期间组合330窄角发射光和双向发射光以提供广角发射光。在各种实施例中，广角发射光照亮包括第一视图区域的第二视图区域。此外，窄角发射光仅照亮第一视图区域。因此，根据各种实施例，在第一模式中，仅照亮第一视图区域。
在一些实施例中(例如，如图7所示)，模式可切换的背光体操作的方法300还包括：使用光阀阵列调制340窄角发射光和广角发射光以显示图像。显示图像在第一模式或隐私模式期间是隐私显示图像，并且在第二模式或公开模式期间是公开显示图像。此外，隐私显示图像具有受窄角发射光的角范围限制的观看范围。也就是说，隐私显示图像仅在第一视图区域内可见。另一方面，根据各种实施例，公开显示图像在包括第一视图区域的、具有广角范围的第二视图区域中可见。在一些实施例中，光阀阵列可以基本上类似于以上关于模式可切换的隐私显示器200所描述的光阀阵列230。此外，隐私显示图像和公开显示图像可基本上类似于以上关于模式可切换的隐私显示器200所描述的隐私和公开显示图像。
因此，已经描述了模式可切换的背光体、模式可切换的隐私显示器和模式可切换的背光体操作的方法的示例和实施例，其采用第一模式中的窄角发射光和第二模式中的包括窄角发射光和双向发射光的广角发射光的可切换的组合。应当理解的是，上述示例仅说明了代表本文所述原理的许多具体示例中的一些。显然，本领域技术人员可以在不背离以下权利要求所定义的范围的情况下容易地设计许多其他布置。

Claims (20)

1.一种模式可切换的背光体，包括：
第一定向背光体，被配置为在第一模式和第二模式两者期间提供窄角发射光；以及
第二定向背光体，被配置为仅在第二模式期间提供双向发射光，所述双向发射光具有与所述窄角发射光的角范围互补的分叉角范围，
其中，第二模式期间的所述窄角发射光和所述双向发射光的组合被配置为提供广角发射光，所述广角发射光具有一角范围，该角范围是所述窄角发射光的角范围和所述双向发射光的分叉角范围的总和。
2.根据权利要求1所述的模式可切换的背光体，其中所述窄角发射光被配置为在第一模式期间仅向第一视图区域提供照明，所述广角发射光被配置为在第二模式期间向包括所述第一视图区域的第二视图区域提供照明。
3.根据权利要求1所述的模式可切换的背光体，其中所述第一定向背光体包括：
光导，被配置为沿着所述光导的长度引导光作为引导光；以及
单侧散射元件阵列，单侧散射元件沿光导长度彼此间隔开，所述单侧散射元件阵列被配置为散射出所述引导光的一部分作为具有单侧方向的所述窄角发射光。
4.根据权利要求3所述的模式可切换的背光体，其中所述单侧散射元件阵列中的单侧散射元件包括倾斜衍射光栅，所述倾斜衍射光栅被配置为从所述光导中散射出所述引导光的该部分作为所述窄角发射光。
5.根据权利要求3所述的模式可切换的背光体，其中所述单侧散射元件阵列中的单侧散射元件包括反射模式衍射光栅，所述反射模式衍射光栅被配置为从所述光导中散射出所述引导光的该部分作为具有所述单侧方向的所述窄角发射光。
6.根据权利要求3所述的模式可切换的背光体，还包括光学耦合到所述光导的输入的光源，所述光源被配置为向所述光导提供光，所述引导光根据预定的准直因子被准直。
7.根据权利要求1所述的模式可切换的背光体，其中所述第二定向背光体包括：
光导，被配置为沿着所述光导的长度引导光作为引导光；
第一多个定向散射元件，被配置为散射出所述引导光的一部分作为所述双向发射光的第一段，所述双向发射光的的第一段具有所述分叉角范围的第一方向；以及
第二多个定向散射元件，被配置为散射出所述引导光的另一部分作为所述双向发射光的第二段，所述双向发射光的第二段具有所述分叉角范围的第二方向，
其中，所述第一方向和第二方向结合所述第一段和第二段的角范围确定所述双向发射光的分叉角范围。
8.根据权利要求7所述的模式可切换的背光体，其中，所述第一多个定向散射元件和所述第二多个定向散射元件中的一个或两者的定向散射元件包括衍射光栅。
9.根据权利要求1所述的模式可切换的背光体，其中所述第一定向背光体被配置为从第一表面提供所述窄角发射光，并且所述第二定向背光体与所述第一定向背光体的、和所述第一表面相对的第二表面相邻，所述第一定向背光体对所述双向发射光透明。
10.一种模式可切换的隐私显示器，包括根据权利要求1所述的模式可切换的背光体，所述显示器还包括光阀阵列，所述光阀阵列被配置为在第一模式期间将所述窄角发射光调制为隐私显示图像，并且在第二模式期间将所述广角发射光调制为公开显示图像，所述隐私显示图像的观看范围受所述窄角发射光的角范围的限制，
其中，所述第一模式是所述模式可切换的隐私显示器的隐私模式，并且所述第二模式是所述模式可切换的隐私显示器的公开模式。
11.一种模式可切换的隐私显示器，包括：
第一定向背光体，被配置为在隐私模式和公开模式两者期间提供窄角发射光；
第二定向背光体，被配置为仅在公开模式期间提供双向发射光，所述双向发射光具有与所述窄角发射光的角范围互补的分叉角范围；以及
光阀阵列，被配置为在隐私模式期间将所述窄角发射光调制为隐私显示图像，并且在公开模式期间将广角发射光调制为公开显示图像，
其中，所述广角发射光包括所述公开模式期间的所述窄角发射光和所述双向发射光的组合。
12.根据权利要求11所述的模式可切换的隐私显示器，其中所述隐私显示图像被配置为在隐私视图区域中可见，并且所述公开显示图像被配置为在包括所述隐私视图区域的公开视图区域中可见。
13.根据权利要求11所述的模式可切换的隐私显示器，其中所述第一定向背光***于所述第二定向背光体和所述光阀阵列之间，所述第一定向背光体对所述双向发射光透明。
14.根据权利要求11所述的模式可切换的隐私显示器，其中所述第一定向背光体包括：
光导，被配置为沿着所述光导的长度引导来自光源的光作为引导光；以及
单侧散射元件阵列，被配置为散射出所述引导光的一部分作为具有单侧方向的所述窄角发射光，所述单侧方向朝向所述光阀阵列并且远离所述第二定向背光体。
15.根据权利要求14所述的模式可切换的隐私显示器，其中所述单侧散射元件阵列中的单侧散射元件包括倾斜衍射光栅和反射模式衍射光栅中的一个或两者。
16.根据权利要求11所述的模式可切换的隐私显示器，其中所述第二定向背光体包括：
光导，被配置为沿着所述光导的长度引导来自光源的光作为引导光；
第一多个定向散射元件，被配置为散射出所述引导光的一部分作为所述双向发射光的第一段，所述双向发射光的第一段具有所述分叉角范围的第一方向；以及
第二多个定向散射元件，被配置为散射出所述引导光的另一部分作为所述双向发射光的第二段，所述双向发射光的第二段具有所述分叉角范围的第二方向，
其中，所述第一方向和第二方向结合所述第一段和第二段的角范围确定所述双向发射光的分叉角范围。
17.一种模式可切换的背光体操作的方法，所述方法包括：
在第一模式和第二模式两者期间，使用第一定向背光体发射窄角发射光以照亮第一视图区域；
仅在第二模式期间，使用第二定向背光体发射双向发射光，所述双向发射光具有与所述窄角发射光的角范围互补的分叉角范围；以及
在第二模式期间，组合所述窄角发射光和所述双向发射光以提供广角发射光，
其中所述广角发射光照亮包括所述第一视图区域的第二视图区域。
18.根据权利要求17所述的模式可切换的背光体操作的方法，其中发射窄角发射光包括：
沿着光导的长度引导光作为引导光；以及
使用沿着光导长度彼此间隔开的单侧散射元件的阵列散射出所述引导光的一部分，所述单侧散射元件的阵列被配置为散射出所述引导光的该部分作为具有单侧方向的所述窄角发射光。
19.根据权利要求17所述的模式可切换的背光体操作的方法，其中发射双向发射光包括：
沿着光导的长度引导光作为引导光；
使用第一多个定向散射元件散射出所述引导光的一部分，所述第一多个定向散射元件被配置为散射出所述引导光的一部分作为所述双向发射光的第一段，所述双向发射光的第一段具有所述分叉角范围的第一方向；以及
使用第二多个定向散射元件散射出所述引导光的一部分，所述第二多个定向散射元件被配置为散射出所述引导光的另一部分作为所述双向发射光的第二段，所述双向发射光的第二段具有所述分叉角范围的第二方向，
其中，所述第一方向和第二方向结合所述第一段和第二段的角范围确定所述双向发射光的分叉角范围。
20.根据权利要求17所述的模式可切换的背光体操作的方法，还包括使用光阀阵列调制所述窄角发射光和所述广角发射光以显示图像，其中所显示的图像在第一模式期间是隐私显示图像并且在第二模式期间是公开显示图像，所述隐私显示图像具有受所述窄角发射光的角范围限制的观看范围，
其中所述隐私显示图像在所述第一视图区域中可见，并且所述公开显示图像在包括所述第一视图区域的所述第二视图区域中可见。
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