CN111527344B - 可选择模式的背光板、隐私显示器及操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种可选择模式的背光板与一种隐私显示器，其采用方向性散射特征部来提供射出光。可选择模式的背光板包含导光体；第一方向性散射特征部，用于在公开模式期间从在导光体内具有第一传播方向的引导光中提供广角射出光；以及第二方向性散射特征部，用于在隐私模式期间从在导光体内具有第二传播方向的引导光中提供方向性射出光。在隐私模式期间提供的方向性射出光被引导进入视框中。可选择模式的隐私显示器进一步包含光源，配置为提供具有第一传播和第二传播方向的引导光；以及光阀阵列，配置为将广角射出光调节为公开图像以及将方向性射出光调节为在视框内可见的隐私图像。

Description

可选择模式的背光板、隐私显示器及操作方法
相关申请的交叉引用
N/A
关于联邦赞助的声明
N/A
技术领域
本公开涉及显示技术领域，并具体涉及可选择模式的背光板、隐私显示器及操作方法。
背景技术
电子显示器是一个几乎无处不在的媒介，用于传递信息给种类广泛的装置及产品的用户。最常见的电子显示器包含阴极射线管(cathode ray tube,CRT)、电浆显示面板(plasma display panel,PDP)、液晶显示器(liquid crystal display,LCD)、电致发光显示器(electroluminescent display,EL)、有机发光二极管(organic light emittingdiode,OLED)和有源矩阵有机发光二极管(active matrix OLED,AMOLED)显示器、电泳显示器(electrophoretic display,EP)，以及各种采用机电或电流体光调节(例如，数字微镜装置、电润湿显示器等等)的显示器。在一般情况下，电子显示器可以分为有源显示器(即，会发光的显示器)或无源显示器(即，调节由另一个光源提供的光的显示器)的其中一者。在有源显示器的分类中，最明显的例子是CRT、PDP及OLED/AMOLED。在以射出光进行考虑的情况下，LCDs及EP显示器一般是被归类在无源显示器中。无源显示器虽然经常表现出包含但不限于如固有的低功率消耗等具有吸引力的性能特征，但由于其缺乏发光的能力，在许多实际应用中无源显示器可能有使用上的限制。
为了克服无源显示器与射出光相关联的使用限制，许多无源显示器与外部光源耦合。耦合光源可使这些无源显示器发光，并使这些无源显示器基本上发挥有源显示器的功能。背光板即为这种耦合光源的例子之一。背光板是放在无源显示器后面以照亮无源显示器的光源(通常是面板背光源)。举例来说，背光板可以与LCD或EP显示器耦合。背光板会发出可以穿过LCD或EP显示器的光。发出的光会由LCD或EP显示器调节，且经调节后的光会随后依序地由LCD显示器或EP显示器射出。通常背光板系配置为用以发出白色光。彩色滤光片接着会将白光转化成显示器中使用的各种颜色的光。举例来说，彩色滤光片可以被设置在LCD或EP显示器的输出处(不太常见的配置)，或者可以被设置在背光板和LCD或EP显示器之间。
发明内容
本公开提供了可选择模式的背光板和可选择模式的隐私显示器。
在一个方面，本公开提供了一种可选择模式的背光板，包括：导光体，配置为将光引导作为引导光；第一方向性散射特征部，配置为在该可选择模式的背光板的公开模式期间，从在该导光体内具有第一传播方向的该引导光中提供广角射出光；以及第二方向性散射特征部，配置为在该可选择模式的背光板的隐私模式期间，从在该导光体内具有第二传播方向的该引导光提供方向性射出光，该方向性射出光被引导进入与该可选择模式的背光板相邻的视框中，其中，该第一传播方向与该第二传播方向不同。
在另一个方面，本公开提供了一种可选择模式的隐私显示器，包括如上所描述的可选择模式的背光板，该可选择模式的隐私显示器进一步包括光阀阵列，配置为调节由该可选择模式的背光板射出的光，其中，在该公开模式期间，该光阀阵列配置为将该广角射出光调节为公开图像，并且在该隐私模式期间，该光阀阵列配置为将该方向性射出光调节为隐私图像，该隐私图像配置为仅在该视框的视锥内可见，以提供观看的隐私性。
在又一个方面，本公开提供了一种可选择模式的隐私显示器，包括：可选择模式的背光板，包括：导光体，配置为引导光；第一方向性散射特征部，配置为从该导光体内散射出该引导光，以在公开模式期间提供广角射出光；以及第二方向性散射特征部，配置为从该导光体内散射出该引导光，以在隐私模式期间提供方向性射出光；以及光阀阵列，配置为在该公开模式期间调节该广角射出光以显示公开图像，并且在该隐私模式期间调节该方向性射出光以显示隐私图像，其中，该隐私图像配置在该可选择模式的隐私显示器的视框内为可见。
根据本公开的上述方面，通过在不同操作模式(例如，公开模式和隐私模式)期间控制引导光的传播方向，使射出光的特性为可选择模式的。此外，当与显示***结合使用时，本公开的可选择模式的背光板可以支持在用于一般观看的公开模式和提供用户私下观看的隐私模式中的一个或两个中显示图像或其他信息。
附图说明
根据在本文所描述的原理的示例和实施例的各种特征可以参考以下结合附图的详细描述而更容易地理解，其中相同的附图标记表示相同的结构元件，并且其中：
图1是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的衍射光栅的剖视图；
图2A是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可选择模式的背光板的剖面示意图；
图2B是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可选择模式的背光板的平面示意图；
图2C是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可选择模式的背光板的透视图；
图3A是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可选择模式的背光板的侧视图；
图3B是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的图3A中的可选择模式的背光板的一部分的剖视图；
图3C是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的图3A中的可选择模式的背光板的另一部分的剖视图；
图4A是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可选择模式的背光板的透视图；
图4B是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的图4A中的可选择模式的背光板的一部分的平面图；
图5是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的衍射特征部间距作为距离函数的图表；
图6是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可选择模式的隐私显示器的方块图；以及
图7是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的操作可选择模式的背光板的方法的流程图。
一些示例和实施例具有除了上述参考附图中所示的特征之外的其他特征，或代替以上参考附图中所示的特征的其他特征。下面将参照上述附图详细描述这些和其他特征。
具体实施方式
根据本文所述的原理的示例和实施例提供可选择模式的背光，其应用于可选择模式的隐私显示。具体来说，符合本文所述的原理的实施例提供了一种可选择模式的背光板，其采用多个方向性散射特征部，所述的多个方向性散射特征部配置通过引导在导光体中传播的引导光的一部分以提供射出光。根据各种实施例，通过在不同操作模式(例如，公开模式和隐私模式)期间控制引导光的传播方向，使射出光的特性为可选择模式的。另外，根据一些实施例，当与显示***结合使用时，可选择模式的背光板可以支持在用于一般观看的公开模式和提供用户私下观看的隐私模式中的一个或两个中显示图像或其他信息。
举例而言，在公开模式期间，多个方向性散射特征部的第一方向性散射特征部可以配置为从在导光体内具有第一传播方向的引导光中提供广角射出光。或者，在隐私模式期间，多个方向性散射特征部的第二方向性散射特征部可以配置为在导光体内从具有第二传播方向的引导光中提供方向性射出光。在一些实施例中，广角射出光可以是，但不限为，漫射或基本上无方向的光。另一方面，根据各种实施例，由第二方向性散射特征部提供的方向性射出光系配置成被引导到与可选择模式的背光板相邻的视框中。
在一些实施例中，广角射出光可以提供背光，其支持或有助于在公开模式期间显示公开图像。在隐私模式中，方向性射出光可以提供背光，其配置为支持隐私图像的显示。此外，将隐私图像配置成在视框或视框的视锥中的一个或两个内可见，并且在一些实施例中是唯一可见的，以提供观看时的隐私性。本文所述的可选择模式的背光和可选择模式的隐私显示器的用途，包含但不限于移动电话(例如智能型手机)、手表、平板计算机、行动计算机(例如笔记本电脑)、个人计算机和计算机监视器、汽车显示控制面板、相机显示器、以及各种其他行动装置、以及基本上不可移动的显示器应用和装置。
本文中，“导光体”被定义为使用全内反射(total internal reflection,TIR)在结构内引导光的结构。具体地，导光体可以包含在导光体的工作波长处基本上透明的核心。在各种示例中，“导光体”一词一般指的是介电质的光波导，其系利用全内反射在导光体的介电材料和围绕导光体的物质或介质之间的界面引导光。根据定义，全内反射的条件是导光体的折射系数大于与导光体材料的表面邻接的周围介质的折射系数。在一些实施例中，导光体可以在利用上述的折射系数差之外另外包含涂层，或者利用涂层取代前述的折射系数差，藉此进一步促成全内反射。例如，涂层可以是反射涂层。导光体可以是数种导光体中的任何一种，包含但不限于板状或厚平板导光体和条状导光体中的一个或两个。
此外，在本发明中，术语“平板”在应用于导光体时如“平板导光体”被定义为片状的或微分地平坦面(differentially planar)的层或片，其有时被称为“厚板”导光体。具体地，平板导光体被定义为导光体，导光体被构造成在由导光体的顶部表面和底部表面(即，相对的表面)界定范围内的两个基本上正交的方向上引导光。此外，根据本发明的定义，顶部表面和底部表面两者间互相隔开，并且可以至少在微分的意义上基本上相互平行。也就是说，在平板导光体的任何微分地小区段内，顶部表面和底部表面基本平行或共平面。
在一些实施例中，平板导光体可以是基本上平坦的(即，局限为平面)，并且因此平板导光体是平面导光体。在其他实施例中，平板导光体可以在一个或两个正交维度上弯曲。例如，平板导光体可以以单个维度弯曲以形成圆柱型的平板导光体。然而，任何曲率都具有足够大的曲率半径以确保在平板导光体内保持全内反射以引导光。
本文中，“方向性散射特征部”定义为散射结构，其选择性地或优先地散射具有特定或预定传播方向的光，同时不散射或基本上不散射具有另一个或不同传播方向的光。举例而言，方向性散射特征部可以配置为选择性地散射具有第一传播方向的光。此外，方向性散射特征部可以不散射具有第二传播方向的光，第二传播方向不同于第一传播方向。因此，根据定义，方向性散射特征部是有方向选择性的，其基于入射在方向性散射特征部上的光的方向。
本文中，“角度保持散射特征部”或等同的“角度保持散射器”是被配置为以一种方式散射光的任一特征部或散射器，所述方式在散射光中基本上保留入射在特征部或散射器上的光的角展度。更具体来说，根据定义，通过角度保持散射特征部散射的光的角展度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，通过角度保持散射特征部散射的光的角展度σs，可以基本上与入射光的角展度或准直因子σ成比例。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，具有大致均匀或恒定的衍射特征部间距或光栅间距的衍射光栅)是角度保持散射特征部的一个示例。相反地，根据本文的定义，朗伯散射器(Lambertianscatterer)或朗伯反射器(Lambertian reflector)以及一般漫射器(例如，具有或接近朗伯散射)不是保持角度的散射器。
本文中，“衍射光栅”通常被定义为设置成提供入射在衍射光栅上的光的衍射的多个特征部(即，衍射特征部)。在一些示例中，多个特征部可以以周期性或准周期性的方式设置。举例而言，衍射光栅可以包含布置在一维(one-dimensional,1D)阵列中之多个特征部(例如，在材料表面中的多个凹槽或脊部)。在其他示例中，衍射光栅可以是二维(2D)阵列的特征部。例如，衍射光栅可以是材料表面上的凸部或材料表面中的孔洞的二维阵列。
如此，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。如果光从导光体入射在衍射光栅上，则所提供的衍射或衍射性散射可以导致并且因此被称为“衍射耦合”，因为衍射光栅可以透过衍射将光耦合出导光体。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，由于衍射，离开衍射光栅的光通常具有与入射在衍射光栅上的光(即，入射光)的传播方向不同的传播方向。通过衍射的光的传播方向的变化在本文中称为“衍射重定向”。因此，衍射光栅可被理解为包含衍射特征部的结构，其经由衍射方式将入射在衍射光栅上的光重定向，以及，如果光是由导光体射出，衍射光栅也可将来自导光体的光衍射耦合出。
此外，根据本文的定义，衍射光栅的特征部被称为“衍射特征部”，并且可以是在材料表面(即，两种材料之间的边界)处、之中、以及之上的状况中的一种或多种。例如，所述表面可以是导光体的表面。衍射特征部可以包含衍射光的各种结构中的任何一种，包含但不限于在表面处、表面中、或表面上的凹槽、脊部、孔洞、以及凸部中的一个或多个。例如，衍射光栅可以在材料表面中包含多个基本上平行的凹槽。在另一个示例中，衍射光栅可以包含从材料表面上升起的多个平行的脊部。衍射特征部(例如：凹槽、脊部、孔洞、凸部等)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，包含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、和锯齿轮廓(例如，闪耀式光栅(blazed grating))。
根据本发明中所描述的各个实施例，衍射光栅可以被用于将光衍射地散射，或者将光耦合出导光体(例如，平板导光体)以成为光束。特别是，局部周期性衍射光栅的衍射角θm或由局部周期性衍射光栅提供的衍射角θm可通过方程式(1)给定如：
Figure GDA0003670929580000071
其中λ是光的波长，m是衍射阶数，n是导光体的折射系数，d是衍射光栅的特征部之间的距离或间距，θi是衍射光栅上的光入射角。为了简单起见，方程式(1)假设衍射光栅与导光体的表面邻接并且导光体外部的材料的折射系数等于1(即，nout＝1)。通常，衍射阶数m给定为整数。衍射角θm由衍射光栅产生的光束可以由其中衍射阶数为正(例如，m>0)的方程式(1)给定。例如，当衍射阶数m等于1(即，m＝1)时提供第一阶衍射。
图1是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的衍射光栅10的剖视图。例如，衍射光栅10可以位于导光体20的表面上。另外，图1示出了以入射角θi入射在衍射光栅10上的入射光束30。入射光束30可以是导光体20内的引导光束。图1中还示出了由于入射光束30的衍射，衍射光栅10衍射地产生并耦合出方向性光束40。方向性光束40具有如方程式(1)所示的衍射角θm(或者，在本文中，“主要角度方向”)。例如，衍射角θm可以对应于衍射光栅10的衍射阶数“m”。
在本发明中，“准直器”一词被定义为基本上系配置为用于准直光的任何光学装置或元件。根据各个实施例，由准直器提供的准直量可以从一个实施例到另一个实施例以预定的角度或数量做变化。“准直因子”在本文中定义为光被准直的程度。更具体来说，在本文中定义为，准直因子描绘准直光束内的光线的角展度。例如，准直因子σ可以指定一束准直光中的大部分光线在特定的角展度内(例如，相对于准直光束的中心或主要角度方向的+/-σ度)。根据一些示例，准直光束的光线可以在角度方面具有高斯分布(Gaussiandistribution)，并且角展度可以是由准直光束的峰值强度的一半所确定的角度。
在本文中，“光源”一般定义为发出光的源头(例如，配置为产生和射出光的光学发射器)。例如，光源可以包括光学发射器，例如，发光二极管(LED)，其在被启动或开启时发光。更具体来说，在本文中光源基本上可为任何一种来源的光或光学发射器，其包含但不限于，一个或多个LED、雷射、有机发光二极管(organic light emitting diode,OLED)、聚合物发光二极管、电浆光学发射器、日光灯、白炽灯，以及任何其他视觉可见的灯光来源。由光源产生的光可以具有颜色(即，可以包含特定波长的光)，或者可以是波长的范围(例如，白光)。在一些实施例中，光源可以包括多个光学发射器。例如，光源可以包含一组或一群光学发射器，其中至少一个光学发射器产生具有颜色或等同波长的光，所述颜色或等同波长不同于由该组或该群的至少一个其它光学发射器产生的光所具有的颜色或波长。不同颜色可以包含例如主要颜色(例如，红色、绿色、蓝色)。
在本文中，在本说明书中，“视框”一词是被定义为显示器或其他光学***(例如，透镜***)所形成的图像可由肉眼看见并且因此可以被观看到之空间的区域或容积。换言之，视框定义了为了观看由显示器或显示***所产生的图像，用户的眼睛适合位于之空间中的位置或区域。此外，视框的大小一般来说足以容纳使用者的两个眼睛。在一些实施例中，视框可以代表二维的空间区域(例如，具有长度与宽度但没有实际深度的区域)，而在其他的实施例中，视框可以包含三维的空间区域(例如，具有长度、宽度以及深度的区域)。此外，当提到“框”时，视框的形状并不受限于多角形或四边形形状的框架。举例来说，在一些实施例中，视框可以包括空间的圆柱形区域。在其他的示例中，空间区域可以具有各种其他的形状，包含椭圆柱、双曲柱以及一般的椭球形等形状，但其并不受限于此。
此外，如本文所使用的，冠词“一”旨在具有其在专利领域中的通常含义，即“一个或多个”。例如，“方向性散射特征部”表示一个或多个方向性散射特征部，因此，“方向性散射特征部”在本文中表示“(一些)方向性散射特征部”。此外，本文中对“顶部”、“底部”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”、或“右”并非意使其作为限制。本文中，当应用到一个值时，除非有另外特别说明，“大约”一词在应用于某个值时通常意味着在用于产生该值的设备的公差范围内，或者可以表示加减10％、或加减5％、或加减1％。此外，本文使用的术语“基本上”是指大部分、或几乎全部、或全部、或在约51％至约100％的范围内的量。而且，本文中的示例仅仅是说明性的，并且是为了讨论的目的而不是为了限制。
根据与本说明书中所描述的原理一致的一些实施例，本发明系提供可选择模式的背光板。图2A是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可选择模式的背光板100的剖面示意图。图2B是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可选择模式的背光板100的平面示意图。图2C是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可选择模式的背光板100的透视图。在图2A和2B中，可选择模式的背光板100的第一操作模式或“公开”模式(模式1)在图的左半部分中描绘，并且第二操作模式或“隐私”模式(模式2)在右半部分中示出，即分别在图2A至图2B中的点虚线的左侧和右侧示出。
图2A至图2C中所示的可选择模式的背光板100配置为提供射出光102。射出光102配置为具有大致上远离可选择模式的背光板100的表面(例如，发射表面)的方向。在一些实施例中，射出光102可以用于各种应用中，例如但不限于，举例而言，在显示器应用中照射光阀阵列(例如，如下文所述的光阀170)。
在可选择模式的背光板100的各种操作模式中，射出光102可具有或表现出不同的特性。举例而言，如下文更详细地所描述的，在公开模式中，可选择模式的背光板100配置提供射出光102以作为广角射出光102′。或者，在隐私模式中，可选择模式的背光板100配置为提供射出光102以作为方向性射出光102"。根据一些实施例，方向性射出光102"被引导到与可选择模式的背光板光100相邻的视框104中。此外，如图所示，方向性射出光102"可以被限制或至少基本上限制在视框104的视锥106中。
根据定义，如下文所述，“广角”的射出光102′被定义为具有比可选择模式的背光板100的视框104的视锥106之锥角更广的锥角的光。具体来说，在一些实施例中，广角射出光102′可以具有大约大于十度(例如，>±10°)的锥角。在其他的实施例中，广角射出光102′的锥角可以大约大于二十度(例如，>±20°)、或大约大于三十度(例如，>±30°)、或大约大于四十度(例如，>±40°)。举例来说，广角射出光102′的锥角可以大约等于六十度(例如，>±60°)。
在一些实施例中，广角射出光102′的锥角可以大约等于LCD计算机屏幕、LCD平板计算机、LCD电视或其他用于广角观看(例如，大约±40°～65°)的相似的数字显示设备的视角。在其他实施例中，由可选择模式的背光板100提供的广角射出光102′也可以表征为或描述为漫射光、大致漫射光、非方向性光(即，缺少任何具体或明确的方向性)，或者具有单一或大致均匀方向的光。为了便于说明，广角射出光102′在图2A中是以宽箭头显示。然而，表示广角射出光102′的宽箭头并非意图暗示射出光102具有特定的方向，反之，其仅代表了光的射出与传输，例如，从可选择模式的背光板100。
另一方面，方向性射出光102"可包括具有彼此不同主要角度方向(或简称“不同方向”)的多个方向性光束。在一些实施例中，根据本文的定义，方向性射出光102"的不同光束优先地被引导到视框104中。因此，根据各种实施例，方向性射出光102"可以通过可选择模式的背光板100汇聚或大致汇聚在视框104中。具体来说，方向性射出光102"的主要光线可以被引导或“瞄准”视框104的中心或中间点。在一些实施例中，可以调节方向性射出光102"(例如，如下文所述，通过显示***的光阀)以“形成”或提供图像。在这些实施例中，可以在视框104内提供图像作为“隐私图像”。
根据本发明的各个实施例，隐私图像被配置成优先在视框104中看得到，或在一些示例中仅能在视框104中才看得到，以及，隐私图像也被配置为能在视框104的视锥106中看到，藉此提供观看时的隐私性。即，隐私图像可以由用户在视框104中观看(并且在一些示例中，在视锥106中观看)。据此，当使用者的眼睛位于视框104中时，用户可以观看到图像。根据本发明的各个实施例，隐私图像在视框104或视锥106之外无法被看见，例如，在区域106′中。在一些示例中，从区域106′中“无法看到”代表所形成的图像基本上看起来会是黑色的。
如图2A至图2C所示，可选择模式的背光板100包括导光体110。根据一些实施例，导光体110可以为平板导光体。导光体110被配置为沿着导光体110的长度将光引导作为引导光112。例如，导光体110可以包含配置为光波导的介电材料。介电材料可以具有比围绕介电质的光波导的介质的第二折射系数大的第一折射系数。例如，根据导光体110的一个或多个引导模式，配置折射系数的差异性以促进引导光112的全内反射。
在一些实施例中，导光体110可以是厚板或平板光波导，其包括延伸的、基本上平坦的光学透明介电材料片。所述之大致为平面薄板状的介电材料，系透过全内反射来引导引导光112。根据各个示例，导光体110中的光学透明材料可包含各种任何的介电材料，其可包含但不限于，各种形式的玻璃中的一种或多种(例如，石英玻璃(silica glass)、碱-铝硅酸盐玻璃(alkali-aluminosilicate glass)、硼硅酸盐玻璃(borosilicate glass)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)(poly(methylmethacrylate))或“丙烯酸玻璃(acrylic glass)”，聚碳酸酯(polycarbonate)等)。在一些示例中，导光体110还可以在导光体110的表面(例如，顶部表面和底部表面中的一个或两个)的至少一部分上包含包覆层(图中未显示)。根据一些示例，包覆层可以用于进一步促进全内反射。
此外，根据一些实施例，导光体110配置为根据在导光体110的引导表面之间的非零值传播角度的全内反射来引导引导光112，例如，在导光体110的第一表面110′(例如，“后”表面或侧面)和第二表面110"(例如，“前”表面或侧面)之间的非零值传播角度的全内反射来引导引导光112。更具体来说，引导光112通过以非零值传播角度在导光体110的第一表面110′和第二表面110"之间反射或“跳动”而传播。在一些实施例中，引导光112包括数种不同颜色的光的多条引导光束，其可由导光体110以不同的颜色特定的非零值传播角度中相应的一个来引导。应注意的是，为了简化说明，非零值传播角度并未示出。然而，在各图中描绘传播方向的粗箭头示出引导光112沿导光体110的长度的一般传播方向。
如本文所定义，“非零值传播角度”是相对于导光体110的表面(例如，第一表面110′或第二表面110")的角度。此外，根据各种实施例，非零值传播角度均大于零且小于导光体110内的全内反射的临界角度。此外，对于特定的实现，可以选择(例如任意)特定的非零值传播角度，只要特定的非零值传播角度为小于导光体110内的全内反射的临界角度即可。在各种实施例中，可以非零值传播角度将引导光112引入或耦合到导光体110中。
根据各个实施例，通过将光耦合至导光体110中所产生的引导光112或等同于被引导的“光束”可为准直光束。在本发明中，“准直光”或“准直光束”通常定义为一束光，其中，数道光束在光束内(例如，引导光112内)基本上互相平行。此外，根据本文的定义，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，可选择模式的背光板100可包含准直器，例如但不限于透镜、反射器或镜子，或衍射光栅，其配置为将被引入导光体110的光准直。在一些实施例中，光的来源(例如，光源)可包括准直器。在各种实施例中，引导光112可以根据准直因子σ以准直，或者引导光112具有准直因子σ。
根据各种实施例，可选择模式的背光板100进一步包括第一方向性散射特征部120。第一方向性散射特征部120配置为从在导光体110内具有第一传播方向的引导光112中提供广角射出光102′。具体来说，配置第一方向性散射特征部120以优先地或选择性地散射出具有第一传播方向的引导光112，而不是具有其他传播方向的引导光112。
举例而言，作为示例而非限制，第一传播方向可以是图2A至图2C中所示的x方向(即，与x轴对齐或沿着x轴)。图2A和图2B的左半部分中的粗箭头113′可表示引导光112的第一传播方向，例如，在公开模式(模式1)期间或在公开模式(模式1)中。因此，如图2A至图2C所示，配置第一方向性散射特征部120以选择性地散射在导光体110内沿x方向传播的引导光112(如粗箭头113′所示)而不是其他方向(例如，y方向)。
根据各种实施例，具有第一传播方向的引导光112可以在可选择模式的背光板100的公开模式期间存在。特别是，在一些实施例中，具有第一传播方向的引导光112可以仅在公开模式期间存在。因此，可以通过具有第一传播方向的引导光112的存在来提供公开模式的选择。例如，将提供具有第一传播方向的引导光112的光源打开，可以选择公开模式。图2A采用宽箭头来描绘广角射出光102′的漫散射图案或大致上单向的光，例如，用于与隐私模式的方向性光射出光102"作出区别。
根据各种实施例，第一方向性散射特征部120可包含配置为提供方向性散射的各种不同散射结构、散射元件或散射器中的任何一种，其包含但不限于衍射光栅、折射式散射结构(例如，各种棱镜结构)、反射式散射结构(例如，平面反射器(faceted reflector))、电浆式或荧光式散射结构(例如，异向性电浆谐振器(anisotropic plasmonic resonator)或荧光谐振器(fluorescent resonator))、以及它们的各种组合。在一些实施例中，第一方向性散射特征部120可包括沿着且横跨导光体互相隔开的多个散射元件。多个散射元件可以配置为散射出具有第一传播方向的引导光112的一部分，以在公开模式期间提供广角射出光102′。
例如，第一方向性散射特征部120可以包括在导光体110的表面上的衍射光栅，其包括大致平行的凹槽或脊部。大致平行的凹槽或脊部可以与引导光112的第一传播方向垂直或大致垂直(例如，包含曲率)的方向为方向。当引导光112遇到第一方向性散射特征部120的衍射光栅时，其一部分可以选择性地散射出以作为广角射出光102′。选择性散射是基本上相对于衍射光栅的方位而大致垂直的引导光112的入射方向的结果；或等效地，相对于衍射光栅的方位而大致垂直的引导光112的入射角的结果。
此外，由于衍射光栅(例如，第一方向性散射特征部120的衍射光栅)可以用作角度保持散射结构，因此当具有第一传播方向的引导光112具有相对大的准直因子σ时(即，宽的角展度)，可以提供具有相对应的宽的光束展开度的广角射出光102′。因此，由第一方向性散射特征部120提供的广角射出光102′可以是漫射的或大致漫射的。相反地，相对较小的准直因子σ可用于提供具有更有限的角展度的广角射出光102′。举例而言，广角射出光102′可包括在垂直于导光体表面的方向上射出的大致平行的光束。在另一示例中，在宽角度范围上展开的广角射出光102′可以由第一方向性散射特征部120提供，所述的第一方向性散射特征部120包括衍射光栅，其具有随机或基本上随机的光栅间距作为穿过导光体110的距离的函数。举例而言，随机的光栅间距可以在有具有大的准直因子σ的引导光112或没有具有大的准直因子σ的引导光112的情况下使用。
在其他示例中，具有平面的折射式或反射式散射结构可以用作第一方向性散射特征部120，所述的平面被对准以提供被配置为选择性地散射具有第一传播方向的引导光112的方向性散射。举例而言，与上面的衍射光栅的示例一样，具有第一传播方向的引导光112的相对大的准直因子σ可用于产生漫射的广角射出光102′，而相对较小的准直因子σ可以产生大致单向的或具有预定方向的广角射出光102′。举例而言，也可以使用折射式或反射式散射结构来提供漫射的广角射出光，所述的散射结构具有随机斜率的平面作为第一方向性散射特征部120。散射元件以及适合用作或作为第一方向性散射特征部120的多个散射元件的各种具体示例可以参考2017年10月27日提交的David A.Fattal(戴维·费图，本案第一发明人)的PCT国际专利申请第PCT/US2017/058854号中找到，其通过引用整体并入本文。
如图2A至图2C所示，可选择模式的背光板100进一步包括第二方向性散射特征部130。第二方向性散射特征部130配置为在导光体110内从具有第二传播方向的引导光112中提供方向性射出光102"。特别是，方向性射出光102"通过从导光体110散射或耦合出具有第二传播方向的引导光112的一部分来提供。如图2A至图2C所示，作为示例而非限制，第二传播方向可以在y方向上(即，与y轴对齐或沿着y轴)。指向图2A的平面的箭头113"和图2B中的粗箭头113"，皆在图的右半部分中，显示引导光112的第二传播方向。因此，如图2A至图2C所示，第二方向性散射特征部130可以配置为选择性地散射如粗箭头113"所示的在y方向上传播的引导光112，而不是在其它方向上(例如，粗箭头113′所示的x方向)。此外，第二方向性散射特征部130配置为不散射或至少大致不散射具有第一传播方向的引导光112。因此，第二方向性散射特征部130在公开模式期间不产生散射光(即，方向性射出光102")，如图2A的右半部分所示。
如上所述，方向性射出光102"可以包括具有彼此不同的主要角度方向的多个方向性光束。此外，方向性射出光102"被引导并被导入视框104。在图2A的右侧(模式2)，方向性射出光102"的多条方向性光束描绘为指向不同方向的不同箭头，以明确地表示方向性光束的不同主要角度方向。如图所示，不同箭头也指向视框104。
根据各种实施例，第二方向性散射特征部130可以包括提供方向性散射的各种不同散射结构中的任何一种，并且可以配置为提供引导和进入视框104的方向性射出光102"。具体来说，第二方向性散射特征部130的散射结构可以包含但不限于在导光体110的表面处的衍射光栅。第二方向性散射特征部130的衍射光栅配置为衍射地散射出具有第二传播方向的引导光的一部分，以在隐私模式期间提供方向性射出光102"。
在一些实施例中，视框104可以是位于与导光体110的表面平行的平面中的二维视框。在这些实施例中，衍射光栅可以包括多个弯曲衍射特征部，其配置为在两个正交方向上引导衍射地散射的光，以将方向性射出光102"提供给二维视框104。在一些实施例中，第二方向性散射特征部130的衍射光栅包括多个衍射特征部，其在相邻的衍射特征部之间具有特征部间距，且其从导光体110的入光边缘开始以距离函数缩减。在一些实施例(未显示于图中)中，第二方向性散射特征部130的衍射光栅可以包括多个子光栅，多个子光栅在导光体110的表面互相隔开，并且配置为互相配合地使所提供的方向性射出光102"汇聚进视框104中。在一些实施例(未显示于图中)中，弯曲衍射特征部可以通过分段线性(piece-wiselinear)衍射特征部或通过配置成近似衍射特征部的曲线的多个子光栅来近似。
图3A是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可选择模式的背光板100的侧视图。图3B是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的图3A中的可选择模式的背光板100的一部分的剖视图。图3C是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的图3A中的可选择模式的背光板100的另一部分的剖视图。具体来说，图3A至图3C示出了在隐私模式下操作的可选择模式的背光板100。如图所示，可选择模式的背光板100包括导光体110、第一方向性散射特征部120与导光体110的第一表面110′相邻、第二方向性散射特征部130与导光体110的第二表面110"相邻，第二表面110"描绘为与图3A中的第一表面110′相对。在图3A至图3C中，第二方向性散射特征部130包括衍射光栅132。还示出了视框104、视锥106、方向性射出光102"，以及具有第二传播方向以及准直因子σ的引导光112。在图3A中，导光体110中指向远离入光边缘114的粗箭头113"表示了引导光112的主要传播方向，例如，沿着导光体长度的传播方向。
在一示例中，准直因子σ可以代表等于或小于大约正四十度或负四十度(即，σ≤±40°)的角展度。在其他的示例中，准直因子σ可以代表等于或小于大约三十度(即，σ≤±30°)的角展度，等于或小于大约二十度的(即，σ≤±20°)角展度，或者，等于或小于大约十度(即，σ≤±10°)的角展度。在进一步的其他实施例中，准直因子σ可以代表等于或小于大约五度(即，σ≤±5°)的角展度。如下文中针对方程式(1)的叙述，视框104的尺寸可以是准直因子σ的函数。此外，除了具有预定的准直因子σ以外，引导光112的非零值传播角度一般是小于导光体110关于全内反射的临界角。
根据本发明的各个实施例，第二方向性散射特征部130的衍射光栅132系从导光体110中将引导光112的一部分衍射耦合出。特别是，引导光112的部分可以衍射耦合出成为方向性射出光102"。此外，配置衍射光栅132以将方向性射出光102"引导至与导光体表面相邻并且间隔开来的视框104(例如，如图中所示，位于顶部表面上方)中。举例来说，图3A中以从导光体表面延伸至视框104之代表光线或光束(例如，“主要光线”或“主要光束”)的箭头来表示方向性射出光102"。再者，由于衍射光栅132的衍射效果的缘故，方向性射出光102"可以大致被局限在位于导光体110与视框104之间的空间区域的视锥106(例如，一般呈锥形或金字塔形的区域，或者“光传输”锥)中。代表方向性射出光102"的主要光束的实线箭头，在图3A中是以朝向或瞄准视框104的中心、中间点或中央的方式绘制。在其他的实施例中(未显示于图中)，衍射光栅132可以被配置为将衍射散射光的光束引导至视框104的其他部分，例如，光束或光线可以大致分布于整个视框104。
显示在图3B的剖视图中之一部分的可选择模式的背光板100，示出了作为脊部132b的衍射光栅132的衍射特征部，所述的脊部132b从导光体表面往z方向突出。此外，如图中所示，各个脊部132b之间是由凹槽132a分隔开来。如图3B所示，凹槽132a以及相邻的一脊部132b之结合表示为“衍射特征部”。在其他的情况中，脊部132b以及凹槽132a可以各自被称为衍射特征部。
如图3B所示，凹槽132a的宽度被标示为wg，而脊部132b的宽度被标示为wr。凹槽宽度wg以及脊部宽度wr的总合在本文定义为“特征部间距”，并且被标示为Λ(即，Λ＝wg+wr)。特征部间距的替代定义(例如，当单独将脊部132b或凹槽132a称为衍射特征部时)，可以是一对相邻的脊部132b(由凹槽132a分隔开来)或一对相邻的凹槽132a(由脊部132b分隔开来)之间的中心至中心距离。根据本发明的一些实施例(例如，如图4A至图4B所示，如下文中所述)，凹槽132a与脊部132b的宽度可以沿着衍射特征部的长度(例如，凹槽132a与脊部132b的长度)大致为不变的宽度。此外，在一些实施例中，特征部间距Λ可以沿着衍射特征部的长度为大致不变的间距。此外，特征部间距Λ可以沿着导光体110的长度变化。举例而言，特征部间距Λ在图3B至图3C中显示为沿着从左到右的长度缩减，更具体来说，如图所示，特征部间距Λ是从导光体110的入光边缘114往导光体110与入光边缘114的该端相对的一端缩减。
图3C中显示了一部分的可选择模式的背光板100的剖视图，尤其，显示了导光体110靠近入光边缘114的部分。如图中所示，沿着入光边缘114被耦合进入导光体110的光，在导光体110中系作为具有第二传播方向的引导光112在各个延伸箭头的方向上传播。如图中所示，由于全内反射的缘故，引导光112的一些引导光112a系停留在导光体110中。如图3C中进一步所显示，引导光112的其他部分的引导光112b系由衍射光栅132散射出而成为方向性射出光102"。另外，如下文中进一步的详细说明所述，在隐私模式期间引导光112的第二传播方向，是如图所示在衍射光栅132的特征部间距Λ逐渐缩减的一般方向上。
根据各个实施例，与衍射光栅132互相作用的引导光112b可被衍射地散射出导光体110，例如，成为第一级衍射光。如图中所示，方向性射出光102"可以代表第一级衍射光，其以相对于与导光体110表面法线的衍射角θ衍射地耦合出导光体110。在本发明的各个实施例中，与衍射光栅132相关联之零级衍射产物以及更高级的衍射产物基本上会被抑制。
在一些实施例中，衍射光栅132可以包括大致呈直线状的衍射特征部(例如，沿着凹槽132a或脊部132b的长度呈直线状)。大致为直线状的衍射特征部(例如，直线的凹槽132a与脊部132b)可以提供基本上为一维的视框104。换言之，视框104可以具有宽度(例如，在导光体110的纵向方向上)，并且可以进一步在与该宽度的方向正交的方向上具有另一尺寸。例如，其他的尺寸或长度可以在实质上受到导光体110的类似范围约束或不受其约束。在其他的实施例中，衍射光栅132可以包括弯曲衍射特征部，或者包括沿着衍射特征部的长度以近似曲线的方式设置的衍射特征部。弯曲衍射特征部可以提供二维的视框104。
图4A是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可选择模式的背光板100的透视图。图4B是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的图4A中的可选择模式的背光板100的一部分的平面图。更具体来说，如图4A至图4B所示，衍射光栅132是位于可选择模式的背光板100的导光体110的表面，并且包括弯曲衍射特征部。如图中所示，衍射光栅132的衍射图案是以代表衍射光栅132的弯曲衍射特征部的黑色与白色交替的带状图案所表示，例如，位于导光体110的表面中或位于导光体110的表面的凹槽132a与脊部132b的其中一个或两个。此外，如图4B所示，作为本发明的示例而非限制，同心的黑色与白色曲线代表了导光体表面上的同心弯曲衍射特征部(例如，同心弯曲脊部以及同心弯曲凹槽)。同心弯曲衍射特征部具有一曲率中心O，其中，所述的曲率中心O是位于导光体110的边缘外。在一些实施例中，衍射光栅132的弯曲衍射特征部可以由半圆形表示(即，可以是半圆形的弯曲衍射特征部)。在其他的实施例中，可以采用大致为非圆形的曲线来实现弯曲衍射特征部。举例来说，弯曲衍射特征部可以具有双曲线形曲线。因此，在一些实施例中，同心弯曲衍射特征部可以是同心的双曲线形的弯曲衍射特征部。根据的各种实施例，衍射特征部的曲线可配置为引导，并且在一些示例中，将方向性射出光102"汇聚在视框104的平面中的两个正交方向上。因此，举例而言，弯曲衍射特征部可以提供具有预定长度与预定宽度的二维的视框104。在各种实施例中，二维的视框104可以位于与导光体表面平行的平面中(例如，参见图4A)。
根据本发明的各种实施例，衍射光栅132中的衍射特征部的特征部间距，可以在导光体110内沿着导光体长度或在光的传播方向上随着距离函数变化。举例来说，如图3C的剖视图以及图4B的平面图所示，衍射光栅132的特征部间距Λ随着与入光边缘114之间的距离(或等同的，在图4B中与曲率中心O之间的距离)增加而缩减。在图4A中，特征部间距Λ是根据与导光体110的入光边缘114之间的距离函数而缩减。对于弯曲衍射特征部来说，作为示例，可以沿着一半径R测量与曲率中心之间的距离，或者测量与入光边缘114之间的距离。举例而言，以距离函数而缩减的特征部间距Λ可以被称为“频扰(chirp)”，且衍射光栅132可以被称为“频扰式(chirped)”衍射光栅。此外，在一些实施例中，特征部间距Λ的缩减可以代表线性的距离函数。在其他的实施例中，特征部间距可以根据另一(即，非线性的)距离函数而缩减，所述的函数可以包含指数距离函数以及双曲线距离函数，但其不受限于此。
图5是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示了衍射特征部间距作为距离函数的示例的图表。如图所示，水平轴线代表距离(例如，与入光边缘114之间的距离，或者沿着半径R与曲率中心O的径向距离)。举例来说，在水平轴在线标示为“0”的点可以代表图4B中半径R与导光体110的入光边缘114交错的点。图表中的垂直轴线代表了衍射光栅132的衍射特征部的特征部间距Λ。曲线A、曲线B与曲线C代表了衍射特征部的特征部间距可以不同方式随着增加的距离的函数而缩减的示例。具体来说，曲线A代表了特征部间距随着距离增加而呈现指数缩减，例如，与曲率中心O之间的距离。曲线B代表了特征部间距随着增加的距离的函数而呈现线性缩减，例如，线性频扰或线性频扰式衍射光栅。曲线C代表了特征部间距随着增加的距离而呈现双曲线缩减。
请再次参照图3A，如上文所述以及如图中所示，第二方向性散射特征部130的衍射光栅132的特征部间距系将光衍射地散射出并将其引导至视框104中，所述的视框104是位于与可选择模式的背光板100相距距离f的位置。举例而言，如图3A所示，可以从导光体110的顶部表面测量距离f，且距离f可以代表预期的观看距离。根据本发明的各种实施例，可以由距离f以及在导光体110中传播的光的准直因子之间的乘积取得视框104的大约宽度wviewbox，或者，等同地，利用沿着入光边缘114进入导光体110的准直因子。具体来说，视框宽度wviewbox可以由方程式(2)得出：
wviewbox＝f·σ (2)
在一些实施例中，纵向方向(例如，光传播方向)上的视框宽度wviewbox可以大于大约七十毫米(70mm)。举例而言，大于大约70mm的视框宽度wviewbox可以对应于观看可选择模式的背光板100的使用者的眼睛之间的大约平均瞳距。具体来说，视框宽度wviewbox的尺寸可以大到足以容纳使用者的双眼，藉此让使用者得以观看可选择模式的背光板100所提供的图像。然而，举例来说，视框宽度wviewbox的尺寸也可以小到能够大致限制视框104外的其他使用者进行观看，并且有效地，大致限制位于视锥106外的其他使用者进行观看。
特别是，如上文所述，可选择模式的背光板100提供的方向性射出光102"可以被大致地引导至视框104中，或等同地大致限定在图3A中由虚线勾绘出的视锥106之中。因此，来自可选择模式的背光板100的光以及由可选择模式的背光板100提供的图像仅会优先地或排他地在当使用者的眼睛位于视框104中时进入使用者的眼睛中。然而，当另一人的眼睛位于视框104外或位于视锥106外时(例如，在区域106′中)，来自可选择模式的背光板100的光以及由可选择模式的背光板100提供的图像便不会进入其他人的眼睛并且因此不会被看到。因此，当从视框104或视锥106外进行观看时，可选择模式的背光板100以及尤其衍射光栅132看起来大致上是黑色的(即，未点亮)。
在一些实施例中，视锥106的锥角可以是负锥角。在本文中，“负锥角”一词被定义为将光朝向空间中的一点或相对局限的空间区域中汇聚或引导的射出光的锥角。换言之，负锥角会产生包含汇聚光的视锥106。因此，负锥角的视锥106一般根据与可选择模式的背光板100之间的距离的函数而在尺寸上缩减，至少直到到达空间中光被引导的点为止。作为本发明的示例而非限制，图3A中与图4A中的视锥106分别具有负锥角。相对地，根据本文的定义，正锥角一般会产生发散的射出光。可以用作第二方向性散射特征部130的隐私显示器和隐私显示器的衍射光栅的提供的附加讨论可以在David A.Fattal(戴维·费图，本案第一发明人)于2016年7月25日提交的第PCT/US2016/043939号国际专利申请中找到，其通过引用整体并入本文。
再次参照图2A至图2C并且根据各种实施例，如上所述，可以通过控制具有第一传播方向或第二传播方向的引导光112的存在或不存在来提供公开模式和隐私模式之间的模式选择。具体来说，具有第一传播方向的引导光112可以在公开模式(模式1)时存在，而具有第二传播方向的引导光112可以在可选择模式的背光板100的隐私模式(模式2)时存在。此外，在一些实施例中，具有第一传播方向的引导光112可以仅在公开模式期间存在。因此，在一些实施例中，第一方向性散射特征部120可仅在公开模式期间从引导光112提供广角射出光102′。类似地，在一些实施例中，具有第二传播方向的引导光112可以仅在隐私模式期间存在。因此，在一些实施例中，第二方向性散射特征部130可以仅在隐私模式期间从引导光112提供方向性射出光102"。在其他实施例中，具有第二传播方向的引导光112可以在公开模式和隐私模式期间存在。在这些实施例中，第一方向性散射特征部120和第二方向性散射特征部130皆可提供射出光102，其包含在公开模式期间的广角射出光102′和方向性射出光102"的组合。
此外，根据各种实施例，第一方向性散射特征部120和第二方向性散射特征部130可以位于导光体110的任一引导表面上或者与其相邻(或者甚至在引导表面之间)。举例而言，作为示例而非限制的，图3A示出了第一表面110′上的第一方向性散射特征部120和导光体110的第二表面110"上的第二方向性散射特征部130。如图所示，第二方向性散射特征部130配置为散射出具有第二传播方向的引导光112的一部分，所述的部分在隐私模式期间通过第二表面110"散射出来以提供方向性射出光102"。此外，第一方向性散射特征部120配置为散射出具有第二传播方向的引导光112的一部分以提供广角射出光102′，所述的散射出的部分也会通过第二表面110"而散射出。因此，导光体110的第二表面110"可以被称为“发射”表面。此外，根据各种实施例，对于由第一方向性散射特征部120产生的广角射出光102′，第二方向性散射特征部130可以配置为透明的或至少基本上透明的。在其他实施例(未显示于图中)中，第一方向性散射特征部120可以位于导光体110的第二表面110"上，并且第二方向性散射特征部130可以位于第一表面110′上。
根据一些实施例，可选择模式的背光板100还可包括多个光源，其配置在导光体110内以提供具有不同传播方向的引导光112。具体来说，图2A至图2C中所示的可选择模式的背光板100还包括第一光源140和第二光源150。第一光源140配置在导光体110内以提供具有第一传播方向的引导光112。同样地，第二光源150可以配置在导光体110内提供具有第二传播方向的引导光112。在图2A至图2C中，第一光源140位于导光体110的第一侧面，并且第二光源150位于导光体110的与第一侧面垂直的第二侧面。应注意，图4A仅示出了第二光源150，以便于说明而不是藉此限制。
在各种实施例中，第一光源140与第二光源150可以包含基本上任何光源(例如，光学发射器)，包含但不限于一个或多个发光二极管(LED)或雷射(例如雷射二极管)。举例而言，第一光源140与第二光源150可各自包括沿导光体110的对应侧的长度分布的多个LED或LED阵列。在一些实施例中，第一光源140与第二光源150中的一个或两个可包括配置成产生具有由特定颜色表示的窄带频谱的基本单色光的光学发射器。具体来说，该单色光的颜色可为特定颜色空间或颜色模型的主要颜色(例如，红-绿-蓝(red-green-blue,RGB)颜色模型)。在其他示例中，第一光源140与第二光源150中的一个或两个可以是配置为提供基本上宽带或多色光的基本宽带光源。举例而言，宽带或多色光可以是白光，第一光源140和第二光源150可以是白光源。在一些实施例中，第一光源140和第二光源150中的一个或两个可包括多个不同的光学发射器，其配置为提供不同颜色的光或组合以提供白光。
在一些实施例中，第一光源140和第二光源150中的一个或两个可以进一步包括准直器(未显示于图中)。准直器可以配置为从相应的第一光源140和第二光源150的一个或多个光学发射器接收大致未准直的光，并将大致未准直的光转换为准直光。特别是，准直器可以提供准直光，其中一个或两个具有非零传播角度并且根据预定准直因子σ来准直。而且，当采用不同颜色的光学发射器时，准直器可以配置为提供具有不同的、颜色特定的、非零传播角以及具有不同颜色特定的准直因子中的一个或两个的准直光。如上文所述，准直器进一步配置为将准直光传送到导光体110，以将其传播为引导光112。
在各种示例中，准直器可包含配置成将光准直的各种光学元件中的任何一种，包含但不限于透镜、反射器、和衍射光栅。另一种可以采用的准直器类型是所谓的锥形准直器，其包括一段锥形导光体。也可以使用包括准直结构的各种组合的准直器，例如，包括锥形导光体的一部分以及准直透镜或反射器的准直器。
在一些实施例中，可选择模式的背光板100可以与光阀阵列结合使用(例如，照明)。举例而言，光阀阵列可以是可选择模式的隐私显示器的一部分，并且光阀可以用于调节射出光102以形成或显示图像。具体来说，可以通过调节广角射出光102′以在公开模式中显示公开图像，并且可以通过使用光阀阵列调节方向性射出光102"以在隐私模式中显示隐私图像。
作为示例而非限制，图2A、图3A、与图4A示出了光阀阵列170，其与导光体110相邻并且位于导光体110和视框104之间。此外，如图所示，光阀阵列170可以大致朝向平行于导光体110的方向，并且位于与视锥106相交的位置，而方向性射出光102"在隐私模式期间被限制在视锥106上。具体来说，光阀阵列的各个光阀170可以分别配置为提供像素，其可以在公开模式期间结合在一起以形成公开图像，并且可以在隐私模式期间单独地在视框104处形成隐私图像。
根据本发明的各个实施例，所提供的隐私图像可以由用户在视框104中观看(并且在一些示例中，在视锥106中观看)。据此，当使用者的眼睛位于视框104中时，用户可以观看到图像。根据本发明的各个实施例，隐私图像在视框104或视锥106之外无法被看见，例如，在区域106′中。在一些示例中，在隐私模式期间，在区域106′中“无法看见”代表隐私图像实际上看起来会是黑色的。然而，在公开模式期间(图3A和图4A中未示出)，通过调节广角射出光102′提供的公开图像可以在视框104外部为可见的。
根据一些实施例，光阀阵列170可以大致包括多种种类的光阀中的任一种，包含液晶光阀、电湿润光阀、电泳光阀或该些种类之光阀的结合，但其并不受限于此。举例来说，光阀阵列170可以包括液晶光阀的阵列，并且可以通过对通过光阀的光量进行调节而使各个光阀独立作为像素运作。在一些实施例中，光阀170可以是彩色的光阀(即，光阀可以包含色彩滤波器)。举例而言，光阀阵列可以包括多个红色光阀、多个绿色光阀以及多个蓝色光阀。举例而言，光阀阵列170的红色光阀、绿色光阀及蓝色光阀可以通过调节射出光102以提供基于RGB的“全色”形成图像(公开或隐私)。具体来说，可以对通过光阀阵列中的各个光阀170的方向性射出光102"进行选择性调节，藉此在隐私模式期间在视框104和视锥106中创造全色的隐私图像或黑白色的隐私图像。同样地，广角射出光102′可以被调节成创造可以在宽视角上观看的全色的公开图像或黑白色的公开图像(即，公开图像不局限于视框104)。
根据本文所描述的原理的一些实施例，提供了一种可选择模式的隐私显示器。可选择模式的隐私显示器配置为发射调节光作为可选择模式的隐私显示器的像素。在公开模式中，调节射出光可以是漫射的或非方向性的，以显示公开图像。具体来说，调节射出光是在公开模式下发射的广角射出光。在隐私模式中，调节射出光包括方向性射出光，其优先地引导可选择模式的隐私显示器的视框以显示隐私图像。根据各种实施例，隐私图像配置为在视框中可见，或者等效地在可选择模式的隐私显示器的视框的视锥中可见。
图6是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可选择模式的隐私显示器200的方块图。根据各种实施例，可选择模式的隐私显示器200配置为在第一操作模式时或在公开模式期间显示公开图像，以及在第二操作模式时或在隐私模式期间显示隐私图像。特别是，在公开模式中，由可选择模式的隐私显示器200发射的调节广角射出光202′可以表示或用于显示私人图像。在隐私模式中，由可选择模式的隐私显示器200发射的调节方向性发射光202"可以表示或用于显示私人图像。图6的左半部分示出了在公开模式(模式1)下操作以显示公开图像的可选择模式的隐私显示器200，而图6的右半部分示出了在隐私模式(模式2)下操作以显示隐私图像的可选择模式的隐私显示器200。此外，图6示出了与可选择模式的隐私显示器200相关联的视框204和视框204的视锥206。
图6中所示的可选择模式的隐私显示器200包括可选择模式的背光板210。可选择模式的背光板210包括导光体212，其配置为将光引导作为引导光。可选择模式的背光板210还包括第一方向性散射特征部214和第二方向性散射特征部216。第一方向性散射特征部214配置为从导光体内散射出引导光，以在公开模式期间提供广角射出光208′。第二方向性散射特征部216配置为从导光体212内散射出引导光，以在隐私模式期间提供方向性射出光208"。此外，根据各种实施例，方向性射出光208"配置为朝向视框204并且被局限在视框204的视锥206，或至少大致地被局限在视框204的视锥206。
在一些实施例中，可选择模式的背光板210可大致与上文所述的可选择模式的背光板100相似。具体来说，在一些实施例中，导光体212可以大致与导光体110类似，第一方向性散射特征部214可以大致与第一方向性散射特征部120类似，并且第二方向性散射特征部216可以大致与上文所述的可选择模式的背光板100的第二方向性散射特征部130类似。举例而言，导光体212可以配置为在公开模式期间将光引导以作为具有第一传播方向的引导光，并且在隐私模式期间将光引导以作为具有第二传播方向的引导光。举例而言，同样地，第一方向性散射特征部214可以配置为选择性地散射出具有第一传播方向的引导光，并且该第二方向性散射特征部216可以配置为选择性地散射出具有第二传播方向的引导光。
如图6所示，可选择模式的隐私显示器200进一步包括光阀阵列220。光阀阵列220配置为在公开模式(模式1)时调节广角射出光208′以显示公开图像，并且在隐私模式(模式2)时调节方向性射出光208"以显示隐私图像。具体来说，光阀阵列220配置为调节广角射出光208′并在公开模式期间提供调节广角射出光202′。随后，调节广角射出光202′提供或表示公开图像。类似地，光阀阵列220在隐私模式期间配置为调节方向性射出光208"并提供调节方向性射出光202"，隐私图像由调节方向性射出光202"以提供或表示。此外，根据各种实施例，由调节的方向性射出光202"提供或表示的隐私图像配置为在视框204内可见或等效地在视框204的视锥206内。在一些实施例中，光阀阵列220可以大致与上文中所述的可选择模式的背光板100的光阀阵列170相似。举例来说，光阀阵列220可以包括液晶光阀。
根据一些实施例，可选择模式的隐私显示器200还可包括多个光源。具体来说，如图6所示，可选择模式的隐私显示器200可包括第一光源230和第二光源240。第一光源230配置为在公开模式(模式1)时在导光体212内提供具有第一传播方向的引导光。第二光源240配置为在公开模式(模式2)时在导光体212内提供具有第二传播方向的引导光。在一些实施例中，可选择模式的隐私显示器200的第一光源230和第二光源240可以分别与上述可选择模式的背光板100的第一光源140和第二光源150大致地相似。举例而言，第一光源230可以连接到导光体212的第一侧，并且第二光源240可以连接到导光体212的第二侧，所述的第二侧与所述的第一侧正交。因此，在一些实施例中，引导光的第一传播方向可以与第二传播方向正交或大致地正交。
在一些实施例中，第一方向性散射特征部214可包括多个散射元件，其沿着且横跨导光体212互相隔开。多个散射元件可以配置在导光体内散射出具有第一传播方向的引导光的一部分，以在公开模式期间提供广角射出光208′。在一些实施例中，多个散射元件中的散射元件的尺寸可以小于光阀阵列的光阀的尺寸。在一些实施例中，多个散射元件中的散射元件可以包括衍射光栅，其配置为在公开模式期间衍射地散射出具有第一传播方向的引导光一部分。
在一些实施例中，第二方向性散射特征部216包括位于导光体212的表面的衍射光栅。衍射光栅可以配置为衍射地散射出具有第二传播方向的引导光的一部分，以在隐私模式期间提供方向性射出光208"。在一些实施例中，第二方向性散射特征部216的衍射光栅可以包括多个衍射特征部，其在相邻的衍射特征部之间具有特征部间距，且其从导光体212的入光边缘开始以距离函数缩减。举例而言，入光边缘可以是与第二光源240相邻的边缘。在一些实施例中，第一方向性散射特征部214可以位于导光体212的第一表面上，并且第二方向性散射特征部216可以位于导光体212的第二表面上。举例而言，第二表面可以相对于第一表面。此外，第一方向性散射特征部214可以配置为将引导光散射通过第二表面以提供广角射出光208′。根据各种实施例，第二表面可以是导光体212的发射表面，因为方向性射出光208"也可以从第二表面发射。
根据本文所述的原理的其他实施例，提供了一种操作可选择模式的背光板的方法。图7是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的操作可选择模式的背光板的方法300的流程图。如图7所示，操作可选择模式的背光板的方法300包括了步骤310，其为在导光体中将光引导作为引导光的步骤。在一些实施例中，在步骤310中，光可以非零值传播角度被引导。此外，引导光可依据预定准直因子被准直。此外，在一些实施例中，引导光可以被偏振。根据一些实施例，该导光体基本上可类似于上文所述的相对于可选择模式的背光板100的导光体110。同样地，引导光可以基本上类似于也在上文中提及的引导光112。
如图7所示，操作可选择模式的背光板的方法300还包括步骤320，其为使用第一方向性散射特征部在公开模式期间将来自导光体的引导光散射为广角射出光的步骤。根据各种实施例，引导光在公开模式期间具有第一传播方向。此外，在步骤320中，第一方向性散射特征部配置为选择性地散射具有第一传播方向的引导光，例如，与另一传播方向相反。在一些实施例中，第一方向性散射特征部可以基本上类似于上述可选择模式的背光板100的第一方向性散射特征部120。例如，第一方向性散射特征部可包括各种不同的散射结构或散射元件中的任何一种。具体来说，第一方向性散射特征部包括多个散射元件，例如但不限于衍射光栅，其沿着且横跨导光体互相隔开，多个散射元件配置为散射出具有第一传播方向的引导光的一部分，以在公开模式期间提供广角射出光。
图7中所示的可选择模式的背光板的方法300还包括步骤330，其为使用第二方向性散射特征部在隐私模式期间将来自导光体的引导光散射为方向性射出光的步骤。在隐私模式期间，引导光具有第二传播方向。此外，根据各种实施例，第一传播方向与第二传播方向是不相同的。例如，第一传播方向与第二传播方向可以互相正交或互相大致地正交。此外，根据各种实施例，在步骤330中，散射出的方向性射出光优先地引导到视框中，其与可选择模式的背光板相邻。在一些实施例中，方向性射出光可以被局限在视框的视锥中。
根据各种实施例，在步骤330中，第二方向性散射特征部配置为选择性地散射具有第二传播方向的引导光，例如，与诸如第一传播方向的另一传播方向相反。此外，在一些实施例中，第二方向性散射特征部可以大致上类似于上文所述关于可选择模式的背光板100的第二方向性散射特征部130。举例而言，在一些实施例中，第二方向性散射特征部包括衍射光栅，其位于导光体的表面处，衍射光栅配置为衍射地散射出具有第二传播方向的引导光的一部分，以在隐私模式期间提供方向性射出光。在一些实施例中，第二方向性散射特征部的衍射光栅可以包括多个衍射特征部，其在相邻的衍射特征部之间具有特征部间距，且其从导光体的入光边缘开始以距离函数缩减。在一些实施例中，第二方向性散射特征部的衍射光栅可包括多个子光栅。在一些实施例中，第二方向性散射特征部的衍射光栅可以包括多个弯曲衍射特征部，其配置为在两个正交方向上引导衍射散射光，以将方向性射出光提供给二维视框。
在一些实施例中(例如，如图所示)，操作可选择模式的背光板的方法300进一步包括步骤340，其为使用多个光源向导光体提供光，所提供的光在步骤310中被引导作为引导光。在各种实施例中，多个光源可包括第一光源，其配置为在导光体内提供具有第一传播方向的引导光。第一光源可以配置为在公开模式期间提供引导光。多个光源进一步包括第二光源，其配置在导光体内以提供具有第二传播方向的引导光。在一些实施例中，第一光源可以位于导光体的第一侧面，并且第二光源可以位于导光体的与第一侧面垂直的第二侧面。第一光源和第二光源的所在的侧面互相正交，这可便于提供引导光，使得第一传播方向与第二传播方向正交。根据一些实施例，第一光源和第二光源可以分别与上文所述的可选择模式的背光板100的第一光源140和第二光源150大致地相似。
如图7所示，操作可选择模式的背光板的方法300可以进一步包括步骤350，其为使用光阀阵列调节由可选择模式的背光板射出的光的步骤。举例而言，在步骤350中，可以调节射出光以显示图像。具体来说，步骤350在公开模式期间，光阀阵列可以调节广角射出光以将图像显示为公开图像，并且步骤350在隐私模式期间，光阀阵列可以调节方向性射出光以在视框中将图像优先地显示为隐私图像。在一些实施例中，隐私图像仅在隐私模式期间在视框内或视框的视锥内为可见，而公开图像通常可在宽范围视角内为可见。根据一些实施例中，光阀阵列可以大致与上文中所述的可选择模式的背光板100的光阀阵列170相似。
因此，已经描述了可选择模式的背光板、可选择模式的隐私显示器、与操作可选择模式的背光板的方法的示例和实施例，其包含第一方向性散射特征部和第二方向性散射特征部。应该理解的是，上述示例仅仅是说明代表本文所描述的原理的许多具体示例中的一些示例。显然，本技术领域的通常知识者可以很容易地设计出许多其他的配置，而不偏离由所附申请专利范围界定的范畴。

Claims (20)

1.一种可选择模式的背光板，包括：
导光体，配置为将光引导作为引导光；
第一方向性散射特征部，配置为在该可选择模式的背光板的公开模式期间，从在该导光体内具有第一传播方向的该引导光中提供广角射出光；以及
第二方向性散射特征部，配置为在该可选择模式的背光板的隐私模式期间，从在该导光体内具有第二传播方向的该引导光提供方向性射出光，该方向性射出光被引导进入与该可选择模式的背光板相邻的视框中，
其中，该第一传播方向与该第二传播方向不同。
2.如权利要求1所述的可选择模式的背光板，其中，该第一方向性散射特征部包括多个散射元件，沿着且横跨该导光体互相隔开，该多个散射元件配置为散射出具有该第一传播方向的该引导光的一部分，以在该公开模式期间提供该广角射出光。
3.如权利要求2所述的可选择模式的背光板，其中，该多个散射元件中的散射元件包括衍射光栅，配置为在该公开模式期间衍射地散射出具有该第一传播方向的该引导光的该部分。
4.如权利要求1所述的可选择模式的背光板，其中，该第二方向性散射特征部包括衍射光栅，位于该导光体的表面处，该衍射光栅配置为衍射地散射出具有该第二传播方向的该引导光的一部分，以在该隐私模式期间提供该方向性射出光。
5.如权利要求4所述的可选择模式的背光板，其中，该视框是位于与该导光体的该表面平行的平面中的二维视框，且其中，该衍射光栅包括多个弯曲衍射特征部，配置为在两个正交方向上引导衍射地散射出的光，以提供该方向性射出光给该二维视框。
6.如权利要求4所述的可选择模式的背光板，其中，该衍射光栅包括多个衍射特征部，其在相邻的衍射特征部之间具有特征部间距，且该特征部间距作为距该导光体的入光边缘的距离的函数而缩减。
7.如权利要求4所述的可选择模式的背光板，其中，该衍射光栅包括多个子光栅，该多个子光栅在该导光体的该表面互相隔开，并且配置为互相配合地使所提供的该方向性射出光汇聚到该视框中。
8.如权利要求1所述的可选择模式的背光板，其中，该第一方向性散射特征部位于该导光体的第一表面处，并且该第二方向性散射特征部位于该导光体与该第一表面相对的第二表面处，该第二方向性散射特征部配置为将具有该第二传播方向的该引导光的一部分散射穿过该第一表面，以提供该方向性射出光。
9.如权利要求1所述的可选择模式的背光板，进一步包括：
第一光源，配置为在该导光体内提供具有该第一传播方向的该引导光；以及
第二光源，配置为在该导光体内提供具有该第二传播方向的该引导光，
其中，该第一光源位于该导光体的第一侧面，并且该第二光源位于该导光体的与该第一侧面正交的第二侧面。
10.一种可选择模式的隐私显示器，包括如权利要求1所述的可选择模式的背光板，该可选择模式的隐私显示器进一步包括光阀阵列，配置为调节由该可选择模式的背光板射出的光，其中，在该公开模式期间，该光阀阵列配置为将该广角射出光调节为公开图像，并且在该隐私模式期间，该光阀阵列配置为将该方向性射出光调节为隐私图像，该隐私图像配置为仅在该视框的视锥内可见，以提供观看的隐私性。
11.一种可选择模式的隐私显示器，包括：
可选择模式的背光板，包括：
导光体，配置为引导光；
第一方向性散射特征部，配置为从该导光体内散射出该引导光，以在公开模式期间提供广角射出光；以及
第二方向性散射特征部，配置为从该导光体内散射出该引导光，以在隐私模式期间提供方向性射出光；以及
光阀阵列，配置为在该公开模式期间调节该广角射出光以显示公开图像，并且在该隐私模式期间调节该方向性射出光以显示隐私图像，
其中，该隐私图像配置在该可选择模式的隐私显示器的视框内为可见。
12.如权利要求11所述的可选择模式的隐私显示器，进一步包括：
第一光源，配置为在该公开模式期间提供光作为在该导光体内具有第一传播方向的引导光；以及
第二光源，配置为在该隐私模式期间提供光作为在该导光体内具有第二传播方向的引导光，
其中，该第一方向性散射特征部配置为选择性地散射出具有该第一传播方向的该引导光，并且该第二方向性散射特征部配置为选择性地散射出具有该第二传播方向的该引导光。
13.如权利要求11所述的可选择模式的隐私显示器，其中，该第一方向性散射特征部包括多个散射元件，沿着且横跨该导光体互相隔开，该多个散射元件配置为散射出在该导光体内具有第一传播方向的该引导光的一部分，以在该公开模式期间提供该广角射出光，该多个散射元件中的散射元件的尺寸小于该光阀阵列的光阀的尺寸。
14.如权利要求13所述的可选择模式的隐私显示器，其中，该多个散射元件中的散射元件包括衍射光栅，配置为在该公开模式期间衍射地散射出具有该第一传播方向的该引导光的该部分。
15.如权利要求11所述的可选择模式的隐私显示器，其中，该第二方向性散射特征部包括衍射光栅，位于该导光体的表面处，该衍射光栅配置为衍射地散射出具有第二传播方向的该引导光的一部分，以在该隐私模式期间提供该方向性射出光。
16.如权利要求15所述的可选择模式的隐私显示器，其中，该第二方向性散射特征部的该衍射光栅包括多个衍射特征部，其在相邻的衍射特征部之间具有特征部间距，该特征部间距作为距该导光体的入光边缘的距离的函数而缩减。
17.如权利要求11所述的可选择模式的隐私显示器，其中，该第一方向性散射特征部位于该导光体的第一表面处，并且该第二方向性散射特征部位于该导光体与该第一表面相对的第二表面处，该第一方向性散射特征部配置为将该引导光通过该第二表面散射以提供该广角射出光。
18.一种操作可选择模式的背光板的方法，该方法包括：
在导光体中将光引导作为引导光；
在公开模式期间，使用第一方向性散射特征部将该引导光从该导光体内散射出作为广角射出光，该引导光在该公开模式期间具有第一传播方向；以及
在隐私模式期间，使用第二方向性散射特征部将该引导光从该导光体内散射出作为方向性射出光，该引导光在该隐私模式期间具有第二传播方向，
其中，该方向性射出光优先地被引导进入与该可选择模式的背光板相邻的视框中，并且其中，该第一传播方向与该第二传播方向彼此不同。
19.如权利要求18所述的操作可选择模式的背光板的方法，进一步包括使用多个光源向该导光体提供光被引导作为该引导光，该多个光源包括：
第一光源，配置为在该公开模式期间在该导光体内提供具有该第一传播方向的该引导光；以及
第二光源，配置为在该隐私模式期间在该导光体内提供具有该第二传播方向的该引导光，
其中，该第一光源位于该导光体的第一侧面，并且该第二光源位于该导光体与该第一侧面正交的第二侧面。
20.如权利要求18所述的操作可选择模式的背光板的方法，进一步包括使用光阀阵列调节由该可选择模式的背光板所射出的光，以显示图像，其中，在该公开模式期间，该光阀阵列调节该广角射出光以将该图像显示为公开图像，并且在该隐私模式期间，该光阀阵列调节该方向性射出光以将该视框内的该图像优先地显示为隐私图像。
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