JP7308282B2 - モード切り替え可能バックライト、プライバシーディスプレイ、およびｈレイを採用した方法 - Google Patents

モード切り替え可能バックライト、プライバシーディスプレイ、およびｈレイを採用した方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年３月１４日に出願された米国仮出願第６２／８１８，６３９号の優先権を主張し、その内容は参照として本明細書に組み込まれる。
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、幅広い種類のデバイスや製品のユーザーに情報を伝達するための、ほぼどこにでも存在する媒体である。最も一般的に採用される電子ディスプレイとしては、ブラウン管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネッセントディスプレイ（ＥＬ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、およびアクティブマトリックスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ（ＥＰ）、電気機械的または電気流体的な光変調を採用した様々なディスプレイ（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）が挙げられる。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、別の光源によって提供される光を変調するディスプレイ）のいずれか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わかりやすい例は、ＣＲＴ、ＰＤＰ、ＯＬＥＤ／ＡＭＯＬＥＤである。放射光を考慮すると、通常パッシブとして分類されるディスプレイは、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、限定されないが、本来低消費電力などの魅力的な性能特性を示すことが多いが、発光機能がないため多くの実用的な用途にはやや限定的利用であり得る。
放射光に関するパッシブディスプレイの制限を解消するために、多くのパッシブディスプレイが外部光源に結合されている。結合された光源により、これらのパッシブディスプレイは、光を放射し、実質的にアクティブディスプレイとして機能することができる。そのような結合された光源の例は、バックライトである。バックライトは、パッシブディスプレイの背後に配置され、パッシブディスプレイを照明する光の供給源（多くの場合、パネルバックライト）として機能し得る。例えば、バックライトは、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイに結合することができる。バックライトは、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイを通過する光を放射する。放射光は、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイによって変調され、変調された光は次いで、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイから放射される。多くの場合、バックライトは白色光を放射するように構成される。次に、カラーフィルタを使用して、白色光をディスプレイで使用される様々な色に変換する。カラーフィルタは、例えば、ＬＣＤもしくはＥＰディスプレイの出力に（あまり一般的ではない）、またはバックライトとＬＣＤもしくはＥＰディスプレイとの間に配置することができる。
本明細書に記載の原理による例および実施形態の様々な特徴は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照すると、より容易に理解することができ、同様の符号は同様の構造要素を示す。
本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例における回折格子の断面図である。
本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例における傾斜型回折格子の断面図である。
本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能バックライトの断面図である。
本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、別の例におけるモード切り替え可能バックライトの断面図である。
本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例における広角放射光を提供するための、狭角放射光と二方向放射光との組合せの図的表現である。
本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能バックライトの第１の指向性バックライトの一部の断面図である。
本明細書に記載の原理に一致する別の実施形態による、一例におけるモード切り替え可能バックライトの第１の指向性バックライトの一部の断面図である。
本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例における第２の指向性バックライトの一部の断面図である。
本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能バックライトの断面図である。
本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、別の例におけるモード切り替え可能バックライトの断面図である。
本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能プライバシーディスプレイのブロック図である。
本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能バックライト動作の方法のフローチャートである。
特定の例および実施形態は、上記で参照された図に図示されている特徴に加えて、およびその代わりの特徴の１つである他の特徴を有する。これらの特徴および他の特徴は、上記で参照された図を参照して以下に詳述される。
本開示は、以下の［１］から［１５］を含む。
［１］第１のモードおよび第２のモードの両方の間、狭角放射光を提供するように構成された狭角エミッタのアレイを備える第１の指向性バックライトと、
第２の指向性バックライトであって、上記第２のモードの間にのみ、二方向放射光を提供するように構成された二方向エミッタのアレイを備え、上記二方向放射光が、上記狭角放射光の角度範囲と相補的な分岐した角度広がりを有する、第２の指向性バックライトと、を備え、
上記第２のモードの間、上記狭角放射光と上記二方向放射光との組合せが、上記狭角放射光の上記角度範囲と、上記二方向放射光の分岐した上記角度広がりとの和である角度範囲を有する広角放射光を提供するように構成された、
モード切り替え可能バックライト。
［２］上記狭角放射光が、上記第１のモードの間に、第１のビューゾーンのみを照明するように構成され、上記広角放射光が、上記第２のモードの間、上記第１のビューゾーンを含む第２のビューゾーンを照明するように構成された、上記［１］に記載のモード切り替え可能バックライト。
［３］上記二方向エミッタアレイの二方向エミッタが、上記狭角エミッタアレイの対応する狭角エミッタと整列し、上記二方向エミッタおよび上記対応する狭角エミッタが、上記第２のモードの間、協働して上記広角放射光を提供する、上記［１］に記載のモード切り替え可能バックライト。
［４］上記狭角エミッタアレイの狭角エミッタが、上記狭角放射光を提供するように構成されたアクティブ光エミッタを備える、上記［１］に記載のモード切り替え可能バックライト。
［５］上記二方向エミッタアレイの二方向エミッタが、一対のアクティブ光エミッタを備え、上記アクティブ光エミッタ対の第１のアクティブ光エミッタが、上記二方向放射光の第１のセグメントを提供するように構成され、上記アクティブ光エミッタ対の第２のアクティブ光エミッタが、上記二方向放射光の第２のセグメントを提供するように構成される、上記［１］に記載のモード切り替え可能バックライト。
［６］上記第１の指向性バックライトが、第１の表面から上記狭角放射光を提供するように構成され、上記第２の指向性バックライトが、上記第１の表面に対向する上記第１の指向性バックライトの第２の表面に隣接し、上記第１の指向性バックライトが、上記二方向放射光に対して透明である、上記［１］に記載のモード切り替え可能バックライト。
［７］上記［１のモード切り替え可能バックライトを備えるモード切り替え可能プライバシーディスプレイであって、ライトバルブのアレイであって、上記第１のモードの間、上記狭角放射光をプライベート表示画像として変調し、上記第２のモードの間、上記広角放射光をパブリック表示画像として変調するように構成され、上記プライベート表示画像のビュー範囲が、上記狭角放射光の上記角度範囲によって限定された、ライトバルブのアレイをさらに備え、
上記モード切り替え可能プライバシーディスプレイの、上記第１のモードがプライバシーモードであり、上記第２のモードがパブリックモードである、モード切り替え可能プライバシーディスプレイ。
［８］プライバシーモードおよびパブリックモードの両方の間、狭角放射光を提供するように構成された狭角エミッタのアレイを備える第１の指向性バックライトと、
第２の指向性バックライトであって、上記パブリックモードの間にのみ、二方向放射光を提供するように構成された二方向エミッタのアレイを備え、上記二方向放射光が、上記狭角放射光の角度範囲と相補的な分岐した角度広がりを有する、第２の指向性バックライトと、
ライトバルブのアレイであって、上記プライバシーモードの間、上記狭角放射光をプライベート表示画像として変調し、上記パブリックモードの間、広角放射光をパブリック表示画像として変調するように構成され、上記広角放射光が、上記パブリックモードの間、上記狭角放射光と上記二方向放射光との組合せを含む、ライトバルブのアレイと、を備え、
上記プライベート表示画像が、プライベートビューゾーンにおいて見ることができるように構成され、上記パブリック表示画像が、上記プライベートビューゾーンを含むパブリックビューゾーンで見ることができるように構成される、
モード切り替え可能プライバシーディスプレイ。
［９］上記狭角エミッタアレイの狭角エミッタが、上記狭角放射光を提供するように構成されたアクティブ光エミッタを備え、上記二方向エミッタアレイの二方向エミッタが、一対のアクティブ光エミッタを備え、上記アクティブ光エミッタ対の第１のアクティブ光エミッタが、上記二方向放射光の第１のセグメントを提供するように構成され、上記アクティブ光エミッタ対の第２のアクティブ光エミッタが、上記二方向放射光の第２のセグメントを提供するように構成された、上記［８］に記載のモード切り替え可能プライバシーディスプレイ。
［１０］上記狭角エミッタの上記アクティブ光エミッタと、上記二方向エミッタの上記アクティブ光エミッタの対との一方または両方が、発光ダイオードを備える、上記［９］に記載のモード切り替え可能プライバシーディスプレイ。
［１１］上記第１の指向性バックライトが、上記第２の指向性バックライトと上記ライトバルブのアレイとの間にあり、上記第１の指向性バックライトが、上記二方向放射光に対して透明である、上記［８］に記載のモード切り替え可能プライバシーディスプレイ。
［１２］狭角エミッタのアレイを使用して、第１のモードおよび第２のモードの両方の間、第１の指向性バックライトを使用して第１のビューゾーンを照明する狭角放射光を放射するステップと、
第２の指向性バックライトを使用して、上記第２のモードの間にのみ、二方向エミッタのアレイを使用して、二方向放射光を放射するステップであって、上記二方向放射光が、上記狭角放射光の角度範囲と相補的な分岐した角度広がりを有する、二方向放射光を放射するステップと、
上記第２のモードの間、上記狭角放射光と上記二方向放射光とを組み合わせて広角放射光を提供するステップと、を含み、
上記広角放射光が、上記第１のビューゾーンを含む第２のビューゾーンを照明する、
モード切り替え可能バックライト動作の方法。
［１３］上記狭角エミッタのアレイが、狭角アクティブ光エミッタを備え、狭角放射光を放射するステップが、上記狭角エミッタアレイの上記狭角アクティブ光エミッタをアクティブ化するステップを含む、上記［１２］に記載のモード切り替え可能バックライト動作の方法。
［１４］上記二方向エミッタのアレイが、指向性アクティブ光エミッタの対を備え、二方向放射光を放射するステップが上記指向性アクティブ光エミッタの対をアクティブ化するステップを含む、上記［１２］に記載のモード切り替え可能バックライト動作の方法。
［１５］画像を表示するために、ライトバルブのアレイを使用して上記狭角放射光および上記広角放射光を変調するステップであって、上記表示画像は、上記第１のモードの間、プライベート表示画像であり、上記第２のモードの間、パブリック表示画像であり、上記プライベート表示画像が、上記狭角放射光の上記角度範囲によって限定されたビュー範囲を有する、変調するステップをさらに含み、
上記プライベート表示画像が、上記第１のビューゾーンで見ることができ、上記パブリック表示画像が、上記第１のビューゾーンを含む上記第２のビューゾーンで見ることができる、上記［１２］に記載のモード切り替え可能バックライト動作の方法。
本明細書に記載の原理による例および実施形態は、モード切り替え可能プライバシーディスプレイに適用されるモード切り替え可能バックライトを提供する。特に、本明細書に記載の原理に一致する実施形態は、第１のモードでは狭角放射光を放射し、第２のモードの間、広角放射光を放射するように構成されたモード切り替え可能バックライトを提供する。いくつかの実施形態において、狭角放射光は、第１のモードの間にのみ、第１のビューゾーンに照明を提供するように構成され、一方、広角放射光は、第２のモードの間、第１のビューゾーンを含む第２のビューゾーンに照明を提供するように構成され得る。様々な実施形態によれば、狭角放射光は、第１のモードおよび第２のモードの両方の間、狭角エミッタによって提供され得る。さらに、第２のモードで提供される広角放射光は、狭角放射光と、狭角放射光の角度範囲に相補的な分岐した角度広がりを有する二方向放射光との組合せとなる。二方向放射光は、様々な実施形態によれば、第２のモードの間、二方向エミッタによって提供される。
モード切り替え可能バックライトを採用したモード切り替え可能プライバシーディスプレイは、第１のモード、つまり「プライバシー」モードの間、プライベート表示画像を提供するように構成することができ、プライベート画像は第１のビューゾーン、つまり「プライベート」ビューゾーンで見ることができる。さらに、モード切り替え可能プライバシーディスプレイは、広角放射光を使用して、第２のモード、つまり「パブリック」モードの間、パブリック表示画像を提供するように構成され得る。様々な実施形態によれば、パブリック表示画像は、プライベートビューゾーンとパブリックビューゾーンとの両方を含む第２のビューゾーン、つまり「パブリック」ビューゾーンで見ることができ得る。本明細書に記載のモード切り替え可能バックライトおよびモード切り替え可能プライバシーディスプレイの使用は、携帯電話（例えば、スマートフォン）、時計、タブレットコンピュータ、モバイルコンピュータ（例えば、ラップトップコンピュータ）、パーソナルコンピュータおよびコンピュータモニタ、自動車のディスプレイコンソール、カメラディスプレイ、およびその他の様々なモバイル、ならびに実質的に非モバイルのディスプレイ用途ならびにデバイスを含むが、これらに限定されない。
本明細書では、「光ガイド」は、全内部反射を使用して構造体内で光をガイドする構造体として定義される。特に、光ガイドは、光ガイドの動作波長で実質的に透明であるコアを含むことができる。様々な例において、「光ガイド」という用語は一般に、全内部反射を採用して、光ガイドの誘電体材料とその光ガイドを囲む材料または媒体との間の界面で、光をガイドする誘電体の光導波路を指す。定義により、全内部反射の条件は、光ガイドの屈折率が、光ガイド材料の表面に隣接する周囲の媒体の屈折率よりも大きいことである。いくつかの実施形態において、光ガイドは、全内部反射をさらに促進するために、前述の屈折率の差に加えて、またはその代わりにコーティングを含み得る。コーティングは、例えば、反射コーティングであり得る。光ガイドは、プレートもしくはスラブガイド、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、いくつかの光ガイドのいずれかであり得る。
さらに、本明細書では、「プレート光ガイド」のように光ガイドに適用されるときの用語「プレート」は、「スラブ」ガイドと呼ばれることもある区分的または差分的に平坦な層またはシートとして定義される。特に、プレート光ガイドは、光ガイドの上面および底面（すなわち、反対面）によって境界付けられた２つの実質的に直交する方向に、光をガイドするように構成された光ガイドとして定義される。さらに、本明細書の定義により、上面および底面は両方とも互いに離隔されており、少なくとも異なる意味で互いに実質的に平行であり得る。すなわち、プレート光ガイドの任意の異なる小さなセクション内では、上面および底面は実質的に平行または同一平面にある。
いくつかの実施形態において、プレート光ガイドは、実質的に平坦（すなわち、平面に限定される）であってよく、したがって、プレート光ガイドは平坦な光ガイドである。他の実施形態において、プレート光ガイドは、１つまたは２つの直交する次元で湾曲していてもよい。例えば、プレート光ガイドは、円筒形のプレート光ガイドを形成するために、１次元で湾曲させることができる。しかし、任意の曲率は、光をガイドするためにプレート光ガイド内での全内部反射を確実に維持するのに十分な大きさの曲率半径を有する。
本明細書では、「角度保持散乱特徴部（angle-preserving scattering feature）」、または同等な「角度保持散乱体」は、特徴部または散乱体に入射する光の角度広がりを散乱光に実質的に保持するよう光を散乱するように構成された任意の特徴部または散乱体である。特に、定義により、角度保持散乱特徴部によって散乱された光の角度広がりσｓは、入射光の角度広がりσの関数である（すなわち、σｓ＝ｆ（σ））。いくつかの実施形態において、散乱光の角度広がりσｓは、入射光の角度広がりまたはコリメーション係数σの１次関数である（例えば、σｓ＝ａσ、ここでａは整数）。すなわち、角度保持散乱特徴部によって散乱された光の角度広がりσｓは、入射光の角度広がりまたはコリメーション係数σに実質的に比例し得る。例えば、散乱光の角度広がりσｓは、入射光の角度広がりσと実質的に等しくてもよい（例えば、σｓ≒σ）。均一な回折格子（すなわち、実質的に均一または一定の回折特徴部の間隔または格子ピッチを有する回折格子）は、角度保持散乱特徴部の例である。対照的に、ランバート散乱体またはランバート反射体、ならびに一般的なディフューザ（例えば、ランバート散乱を有するかまたは近似する）は、本明細書の定義により、角度保持散乱体ではない。
本明細書では、「偏光保持散乱特徴部（polarization-preserving scattering feature）」、または同等な「偏光保持散乱体」は、特徴部または散乱体に入射する光の偏光、または少なくとも偏光の程度を散乱光に実質的に保持するよう、光を散乱するように構成された任意の特徴部または散乱体である。したがって、「偏光保持散乱特徴部」は、特徴部または散乱体に入射する光の偏光の程度が、散乱光の偏光の程度に実質的に等しい任意の特徴部または散乱体である。さらに、定義により、「偏光保持散乱」は、散乱されている光の所定の偏光を保持する、または実質的に保持する（例えば、導波光の）散乱である。散乱された光は、例えば、偏光された光源によって提供される偏光された光であり得る。
本明細書では、「片側散乱要素」における用語「片側」とは、第２の側面に相当する別の方向に対向する、第１の側面に相当する「片方」または「優先的に一方向」を意味すると定義される。特に、「片側方向」に光を提供または放射するように構成されたバックライトは、第１の側面から光を放射するが、第１の側面に対向する第２の側面からは光を放射しないバックライトとして定義される。例えば、バックライト光によって提供される、またはバックライト光から散乱される放射光の片側方向は、第１の（例えば、正の）半空間に優先的に指向されるが、対応する第２の（例えば、負の）半空間には指向されない光に対応し得る。第１の半空間はバックライトの上方であり得、第２の半空間はバックライトの下方であり得る。したがって、バックライトは、例えば、バックライトの上方にある領域または方向に向けて光を放射することができ、バックライトの下方にある別の領域または別の方向に向けては、ほとんどまたは全く光を放射し得ない。同様に、本明細書の定義により、これに限定されない、片側散乱要素などの「片側」方向の散乱体は、第１の表面に向かって、および第１の表面から光を散乱するが、第１の表面に対向する第２の表面に向かって、および第２の表面からは光を散乱しないように構成される。
本明細書では、「回折格子」は、広義には、回折格子に入射する光の回折を提供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）として定義される。いくつかの例では、複数の特徴部は、周期的または準周期的に配置され得る。他の例では、回折格子は、複数の回折格子を含む混合周期の回折格子であってもよく、複数の回折格子の各回折格子は、特徴の異なる周期的配置を有する。さらに、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、材料表面の複数の溝または***）を含み得る。あるいは、回折格子は、特徴部の２次元（２Ｄ）アレイ、または２次元で定義された特徴部のアレイを備え得る。回折格子は、例えば、材料表面のバンプまたは穴の２Ｄアレイであり得る。いくつかの例では、回折格子は、第１の方向または次元において実質的に周期的であり、回折格子全体にわたって、または回折格子に沿った別の方向において、実質的に非周期的（例えば、一定、ランダムなど）であり得る。
したがって、本明細書の定義によれば、「回折格子」は、回折格子に入射する光の回折を提供する構造体である。光が光ガイドから回折格子に入射する場合には、提供される回折または回折散乱は、回折格子が、光ガイドからの光を回折によって結合または散乱することができるという点で、「回折結合」または「回折散乱」となり得、またそのように呼ばれ得る。回折格子はまた、回折によって（すなわち、回折角で）光の角度を方向転換または変更する。特に、回折の結果として、回折格子を出る光は、一般に、回折格子に入射する光（すなわち、入射光）の伝搬方向とは異なる伝搬方向を有する。本明細書では、回折による光の伝搬方向の変化を「回折方向転換」と呼ぶ。したがって、回折格子は、回折格子に入射する光を回折的に方向転換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、光が光ガイドから入射する場合には、回折格子は光ガイドからの光を回折的に結合することもできる。
さらに、本明細書の定義により、回折格子の特徴は「回折特徴部」と呼ばれ、材料表面（すなわち、２つの材料間の境界）、表面内および表面上の１つまたはそれ以上であり得る。表面は、例えば、光ガイドの表面であり得る。回折特徴部は、表面の、表面内の、または表面上の溝、***、穴、およびバンプの１つまたはそれ以上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いずれかを含むことができる。例えば、回折格子は、材料表面に複数の実質的に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る複数の平行な***を含むことができる。回折特徴部（例えば、溝、***、穴、バンプなど）は、正弦波プロファイル、長方形のプロファイル（例えば、バイナリ回折格子）、三角形のプロファイル、および鋸歯状のプロファイル（例えば、ブレーズド回折格子）のうちの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない、回折を提供する様々な断面形状またはプロファイルのいずれかを有することができる。
本明細書に記載の様々な例によれば、回折格子（例えば、以下で説明する散乱要素の回折格子）を採用して、光ガイド（例えば、プレート光ガイド）からの光を、光ビームとして回折散乱または結合することができる。特に、局所的に周期的な回折格子の、またはそれによって提供される回折角θｍは、式（１）によって以下のように与えられ得る。
Figure 0007308282000001
 ここで、λは光の波長、ｍは回折次数、ｎは光ガイドの屈折率、ｄは回折格子の特徴部間の距離または間隔、θｉは回折格子上の光の入射角である。簡潔にするために、式（１）は、回折格子が光ガイドの表面に隣接し、光ガイドの外側の材料の屈折率が１に等しい（すなわちｎｏｕｔ＝１）と仮定している。一般に、回折次数ｍは整数で与えられる（すなわち、ｍ＝±１，±２，…）。回折格子によって生成された光ビームの回折角θｍは、式（１）によって与えられ得る。１次回折、より詳細には１次回折角θｍは、回折次数ｍが１に等しい（すなわち、ｍ＝１）場合に提供される。
図１Ａは、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例における回折格子３０の断面図を示す。例えば、回折格子３０は、光ガイド４０の表面上に配置されてもよい。さらに、図１Ａは、入射角θｉで回折格子３０に入射する光ビーム５０を示す。入射光ビーム５０は、光ガイド４０内の導波光のビーム（すなわち、導波光ビーム）であり得る。また、図１Ａには、入射光ビーム５０の回折の結果として回折格子３０によって回折的に生成され、結合された指向性光ビーム６０が図示されている。指向性光ビーム６０は、式（１）によって与えられるような回折角θｍ（または本明細書では「主角度方向（principal angular direction）」）を有する。回折角θｍは、回折格子３０の回折次数「ｍ」、例えば、回折次数ｍ＝１（すなわち、１次の回折次数）に対応し得る。
本明細書では、定義により、「傾斜型」回折格子とは、回折格子の表面法線に対して傾斜した角度を有する回折特徴部を有する回折格子である。様々な実施形態によれば、傾斜型回折格子は、入射光の回折による片側散乱（unilateral scattering）を提供することができる。
図１Ｂは、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例における傾斜型回折格子８０の断面図を示す。図示されるように、傾斜型回折格子８０は、図１Ａに図示されている回折格子３０に類似した、光ガイド４０の表面に配置されたバイナリ回折格子である。しかし、図示されるように、図１Ｂに図示されている傾斜型回折格子８０は、格子の高さ、深さまたは厚さｔとともに、表面法線（破線で示される）に対する傾斜角度γを有する回折特徴部８２を備える。また、入射光ビーム５０と、傾斜型回折格子８０による入射光ビーム５０の片側回折散乱である指向性光ビーム６０とが図示されている。なお、様々な実施形態によれば、傾斜型回折格子８０による２次的方向における光の回折散乱は、片側回折散乱によって抑制されることに留意されたい。図１Ｂで、「バツ印の」破線矢印９０は、傾斜型回折格子８０による２次的方向における回折散乱が抑制されていることを表している。
様々な実施形態によれば、回折特徴部８２の傾斜角度γは、２次的方向における回折散乱が抑制される程度を含む傾斜型回折格子８０の片側回折特性を制御するように選択され得る。例えば、傾斜角度γは、約２０度（２０°）～約６０度（６０°）、または約３０度（３０°）～約５０度（５０°）もしくは約４０度（４０°）～約５５度（５５°）になるように選択され得る。約３０°～約６０°の範囲の傾斜角度γは、例えば、傾斜型回折格子８０によって提供される片側方向と比較したとき、２次的方向における回折散乱の約４０倍（４０ｘ）よりも良好な抑制を提供することができる。いくつかの実施形態によれば、回折特徴部８２の厚さｔは、約１００ナノメートル（１００ｎｍ）～約４００ナノメートル（４００ｎｍ）であり得る。例えば、厚さｔは、約３００ｎｍ～約５００ナノメートル（５００ｎｍ）の範囲の格子周期ｐに対して、約１５０ナノメートル（１５０ｎｍ）～約３００ナノメートル（３００ｎｍ）であり得る。
さらに、いくつかの実施形態によれば、回折特徴部は、湾曲していてもよく、また、光の伝搬方向に対して所定の向き（例えば、回転）を有していてもよい。回折特徴部の湾曲および回折特徴部の向きの一方または両方は、例えば、回折格子によって結合される光の方向を制御するように構成され得る。例えば、結合された光の主角度方向は、入射光の伝搬方向に対する、光が回折格子に入射する点での回折特徴部の角度の関数であり得る。
本明細書では、「マイクロプリズム構造体」とは、一般に、傾いた側壁を有するマイクロプリズムまたは複数のマイクロプリズムを備え、マイクロプリズム構造に入射した光を屈折散乱させるように構成された構造体と定義される。光が光ガイドからマイクロプリズム構造体に入射する場合には、マイクロプリズム構造体は、光ガイドからの光を屈折結合または散乱させるように構成された、マイクロプリズムまたは複数のマイクロプリズムを備える構造体と理解することができる。いくつかの実施形態において、マイクロプリズム構造体は、反転したマイクロプリズム要素を備え得る。本明細書の定義により、「反転マイクロプリズム要素」は、入力開口部、傾いた側壁、および入力開口部よりも大きい出力開口部を有する切頭円錐形状を有するマイクロプリズムである。特に、入力開口部は光を受けるように構成され、傾いた側壁は入力開口部を通して受けた光を反射するように構成され、一方、出力開口部は反射された光を放射するように構成されている。このように、入力開口部は、反転マイクロプリズム要素と光ガイドとの間の光学的結合を含む反転マイクロプリズム要素の一部であり、光ガイドからの抽出光または結合光を受けるように構成されている。傾いた側壁は、光を反射するように構成された反転マイクロプリズム要素の内面を備える。いくつかの実施形態において、傾いた側壁は、反射層または反射材料（例えば、側壁の外面上の反射材料層）を備え得る。反射層は、反転したマイクロプリズム要素の内面での反射を提供または強化するように構成され得る。反射された光は、反転マイクロプリズム要素の出力開口部から放射される。
本明細書では、「コリメータ」は、光をコリメートするように構成された実質的に任意の光学デバイスまたは装置として定義される。例えば、コリメータは、限定されないが、コリメートミラーもしくは反射体、コリメートレンズ、回折格子、テーパ付き光ガイド、およびそれらの様々な組合せを含むことができる。様々な実施形態によれば、コリメータによって提供されるコリメーションの量は、ある実施形態と別の実施形態とでは、所定の程度または量で変化し得る。さらに、コリメータは、２つの直交する方向（例えば、垂直方向および水平方向）の一方または両方にコリメーションを提供するように構成され得る。すなわち、いくつかの実施形態によれば、コリメータは、光コリメーションを提供する２つの直交方向の一方または両方に形状または同様のコリメート特性を含み得る。
本明細書では、σで示される「コリメーション係数」は、光がコリメートされる程度として定義される。特に、コリメーション係数は、本明細書の定義により、コリメートされた光ビーム内の光線の角度広がりを定義する。例えば、コリメーション係数σは、コリメートされた光ビーム内の光線の大部分が特定の角度広がり内（例えば、コリメートされた光ビームの中心または主角度方向について＋／－σ度）にあることを規定することができる。いくつかの例によれば、コリメートされた光ビームの光線は、角度に関してガウス分布を有する可能性があり、角度広がりは、コリメートされた光ビームのピーク強度の半分で判定される角度であり得る。
本明細書では、「光源」は、光の供給源（例えば、光を生成および放射するように構成された光エミッタ）として定義される。例えば、光源は、アクティブ化またはオンにされると光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光エミッタを含み得る。特に、本明細書では、光源は、実質的に任意の光の供給源であるか、または発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザー、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ポリマー発光ダイオード、プラズマベースの光エミッタ、蛍光ランプ、白熱ランプ、および事実上他の任意の光の供給源の１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない、実質的に任意の光エミッタを含み得る。光源によって生成される光は、有色でもよく（すなわち、特定の波長の光を含んでもよい）、またはある範囲の波長（例えば、白色光）であってもよい。いくつかの実施形態において、光源は、複数の光エミッタを備え得る。例えば、光源は、光エミッタの少なくとも１つが、少なくとも１つの他の光エミッタのセットまたはグループによって生成される光の色または波長とは異なる色、または同等な波長の光を生成する、光エミッタのセットまたはグループを含み得る。異なる色は、例えば、原色（例えば、赤、緑、青）を含み得る。
本明細書では、「アクティブ光エミッタ」は、アクティブな光の供給源（例えば、アクティブ化されたとき光を生成および放射するように構成された光エミッタ）として定義される。したがって、アクティブ光エミッタは、定義により、別の光の供給源から光を受けない。その代わりに、アクティブ光エミッタは、アクティブ化されると光を直接発生する。アクティブ光エミッタは、本明細書の定義により、電圧または電流などの電源を適用することによってアクティブ化され得る。例えば、アクティブ光エミッタは、アクティブ化またはオンにされると光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光エミッタを備え得る。例えば、ＬＥＤの端子に電圧を印加することで、ＬＥＤをアクティブ化することができる。特に、本明細書では、光源は、実質的に任意のアクティブな光の供給源であるか、または発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザー、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ポリマー発光ダイオード、プラズマベースの光エミッタ、およびマイクロＬＥＤ（μＬＥＤ）のうちの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない、実質的に任意のアクティブ光エミッタを含むことができる。アクティブ光エミッタによって生成される光は、有色でもよく（すなわち、特定の波長の光を含んでもよい）、または複数の波長もしくはある範囲の波長（例えば、多色光または白色光）であり得る。アクティブ光エミッタによって提供または生成される異なる色の光は、例えば、限定されないが、原色（例えば、赤、緑、青）を含み得る。本明細書の定義により、「カラーエミッタ」とは、色を有する光を提供するアクティブ光エミッタである。いくつかの実施形態において、アクティブ光エミッタは、複数のアクティブ光エミッタを備え得る。例えば、アクティブ光エミッタは、アクティブ光エミッタのセットまたはグループを含み得る。いくつかの実施形態において、アクティブ光エミッタのセットまたはグループのアクティブ光エミッタの少なくとも１つは、複数のうちの少なくとも１つの他の光エミッタによって生成される光の色または同等な波長とは異なる色、つまり波長の光を発生することができる。
本明細書では、「ビューゾーン」は、表示画像を見ることができる領域または角度範囲として定義される。特に、表示画像は、本明細書の定義により、ビューゾーン内では見ることができるが、ビューゾーン外では見ることができない。本明細書では、「プライベート表示画像」または「プライバシーディスプレイ」によって提供される表示画像は、制限または限定されたビューゾーン（すなわち、プライベートビューゾーン）を有する画像として定義される。一般に、プライベート表示画像は、ディスプレイの前の制限されたまたはプライベートのビューゾーンで見ることができ得、限定されたまたはプライベートのビューゾーン内に位置する人のみが見ることを意図している。いくつかの実施形態において、プライベート表示画像または同等なプライバシーディスプレイの限定されたまたはプライベートのビューゾーンは、ディスプレイの法線方向（つまり垂直な方向）の両側で約４５度未満であり得る（すなわち、ビューゾーン＜±４５°）。他の実施形態において、プライベート表示画像またはプライバシーディスプレイの限定されたまたはプライベートのビューゾーンは、プラスマイナス３０度未満（すなわち、ビューゾーン＜±３０°）、またはプラスマイナス２０度未満（すなわち、ビューゾーン＜±２０°）であり得る。
対照的に、パブリック表示画像またはパブリックディスプレイによって提供される表示画像は、広角ビューゾーンを有し、本質的に制限のないビューを意図している。本明細書の定義により、「パブリック表示画像」または「パブリックディスプレイ」によって提供される表示画像は、プライベート表示画像の限定されたまたはプライベートのビューゾーンよりも大きいビューゾーンを有する画像である。特に、パブリック表示画像は、ディスプレイの法線方向の両側に約４５度よりも大きいビューゾーン（すなわち、パブリックビューゾーン）を有し得る（すなわち、ビューゾーン＞±４５°）。例えば、パブリック表示画像または同等なパブリックディスプレイのパブリックビューゾーンは、プラスマイナス６０度よりも大きくてもよい（すなわち、ビューゾーン＞±６０°）。いくつかの実施形態において、パブリックビューゾーンは、ＬＣＤコンピュータモニタ、ＬＣＤタブレット、ＬＣＤテレビ、または広角ビュー（例えば、約±４５～６５°以上）のための同様のデジタルディスプレイデバイスの視野角によって定義され得る。
本明細書の定義により、「狭角放射光」で使用される用語「狭角」は、プライベートビューゾーンまたはプライベートビューゾーン内で、表示されるかまたはその他の方法で利用可能にされるプライベート画像の照明を提供することと一致する角度範囲または広がり（例えば、円錐角）を有する光である。したがって、狭角放射光は、本明細書の定義により、約±４５°未満、または約±３０°未満、または約±２０°未満の角度範囲を有し得る。さらに、定義により、「広角放射光」またはより一般には「広角」は、狭角放射光の角度範囲または広がりよりも一般的に大きい角度範囲または広がりを有する光を指すために使用される。あるいは、「広角」とは、パブリック表示画像のビューゾーン、またはパブリック表示画像を表示するように構成されたディスプレイと一致する角度範囲または広がりを指す。したがって、いくつかの実施形態において、広角放射光は、ディスプレイの法線方向に対してプラスマイナス４５度（例えば、＞±４５°）を超える角度範囲を有し得る。他の実施形態において、広角放射光の角度範囲は、プラスマイナス５０度（例えば、＞±５０°）よりも大きく、またはプラスマイナス６０度（例えば、＞±６０°）よりも大きく、またはプラスマイナス６５度（例えば、＞±６５°）よりも大きくてもよい。例えば、広角放射光の角度範囲は、ディスプレイの法線方向の両側で約７０°より大きくてもよい（例えば、＞±７０°）。
さらに、本明細書で使用される場合、冠詞「ａ」は、特許技術におけるその通常の意味、すなわち「１つまたはそれ以上」を有することが意図されている。例えば、「要素（an element）」は１つまたはそれ以上の要素を意味し、したがって、「要素（the element）」は、本明細書では「要素（複数の要素）」を意味する。また、本明細書における「上部」、「底部」、「上側」、「下側」、「上へ」、「下へ」、「前」、後」、「第１」、「第２」、「左」または「右」への言及は、本明細書における限定を意図するものではない。本明細書では、値に適用されるときの用語「約」は、特に明記しない限り、一般に値を生成するために使用される機器の許容範囲内を意味するか、またはプラスマイナス１０％、またはプラスマイナス５％、またはプラスマイナス１％を意味し得る。さらに、本明細書で使用される用語「実質的に」は、大部分、またはほぼすべて、またはすべて、または約５１％～約１００％の範囲内の量を意味する。さらに、本明細書の例は、例示のみを目的とするものであり、説明の目的で提示されており、限定するためではない。
本明細書に記載の原理のいくつかの実施形態によれば、モード切り替え可能バックライトが提供される。図２Ａは、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能バックライト１００の断面図を示す。図２Ｂは、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、別の例におけるモード切り替え可能バックライト１００の断面図を示す。図示されるように、モード切り替え可能バックライト１００は、第１のモード（例えば、プライバシーモード）においてまたはその間に狭角放射光１０２として、第２のモード（例えば、パブリックモード）において広角放射光１０４として、光を提供または放射するように構成される。特に、図２Ａは、狭角放射光１０２を用いた第１のモードにおけるモード切り替え可能バックライト１００を示し、一方、図２Ｂは、広角放射光１０４を提供する第２のモードにおけるモード切り替え可能バックライト１００を示す。さらに、狭角および広角放射光１０２、１０４の方向は、図２Ａ～２Ｂにおいて、モード切り替え可能バックライト１００の表面の上半空間に対応する。
図２Ａおよび図２Ｂに図示されるモード切り替え可能バックライト１００は、第１の指向性バックライト１１０を備える。第１の指向性バックライト１１０は、モード切り替え可能バックライト１００の第１のモードおよび第２のモードの両方の間、狭角放射光１０２を放射または提供するように構成された狭角エミッタ１１４のアレイを備える。様々な実施形態によれば、狭角エミッタアレイの狭角エミッタ１１４によって提供される狭角放射光１０２は、角度範囲γを有し、第１のモードおよび第２のモードの両方の間、第１の指向性バックライト１１０によって第１のビューゾーンＩに指向され得る。さらに、狭角放射光１０２の角度範囲γは、両方のモードの間、狭角放射光１０２を、第１のビューゾーンＩに限定、または実質的に限定するように構成される。したがって、狭角放射光１０２は、様々な実施形態によれば、第１のビューゾーンＩ内でのみ見ることができ得る。図２Ａ～２Ｂにおいて、狭角エミッタ１１４によって提供される狭角放射光１０２は、第１のビューゾーンＩに対応する破線で描かれた角度範囲γ内の複数の矢印として図示される。
図２Ａおよび図２Ｂに図示されるように、モード切り替え可能バックライト１００は、第２の指向性バックライト１２０をさらに備える。第２の指向性バックライト１２０は、例えば図２Ｂに図示されるように、第２のモードの間にのみ、二方向放射光１０６を放射または提供するように構成された二方向エミッタ１２４のアレイを備える。様々な実施形態によれば、二方向エミッタアレイの二方向エミッタ１２４によって提供される二方向放射光１０６は、分岐した角度広がりを有する。さらに、分岐した角度広がりは、狭角放射光１０２の角度範囲に相補的である。様々な実施形態において、第２のモードの間、狭角放射光１０２と二方向放射光１０６との組合せは、狭角放射光１０２の角度範囲と二方向放射光１０６の分岐した角度広がりとの和である角度範囲φを有する広角放射光１０４を提供するように構成される。
特に、図２Ｂに図示されるように、二方向エミッタ１２４によって提供される二方向放射光１０６は、第１の方向に指向された第１のセグメント１０６ａと、第２の方向に指向された第２のセグメント１０６ｂとを有する。二方向放射光１０６の分岐した角度広がりは、第１の方向を囲むまたは中心とする第１のセグメント１０６ａの角度範囲φａと、第２の方向を囲むまたは中心とする第２のセグメント１０６ｂの角度範囲φｂとの組合せである。さらに、第２の指向性バックライト１２０によって提供される二方向放射光１０６は、様々な実施形態によれば、狭角放射光１０２の角度範囲γと実質的に重ならない。第２のモードでは、狭角放射光１０２は第１の指向性バックライト１１０によって提供され、二方向放射光１０６は第２の指向性バックライト１２０によって提供される。したがって、広角放射光１０４は、図２Ｂに図示されるように、狭角放射光１０２と二方向放射光１０６との組合せによって提供される。
本明細書の定義により、二方向放射光１０６は、狭角放射光１０２の角度範囲γと「相補的」な分岐した角度広がり（すなわち、φａ＋φｂ）を有する。すなわち、第２のモードの間、二方向放射光１０６と狭角放射光１０２とが組み合わされると、得られる広角放射光１０４は、狭角放射光１０２の角度範囲γと二方向放射光１０６の角度広がりとの和である角度範囲φ、すなわちφ＝γ＋（φａ＋φｂ）を有することになる。言い換えれば、二方向放射光１０６は、広角放射光１０４のうち、狭角放射光１０２によって提供されない一部分を提供、または本質的に「埋める」。このように、二方向放射光１０６の角度広がり（φａ＋φｂ）は、図２Ｂに図示されるように、狭角放射光１０２の角角度範囲γと相補的である。
図３は、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例における広角放射光１０４を提供するための、狭角放射光１０２と二方向放射光１０６との組合せの図的表現を示す。図示されるように、狭角放射光１０２が、二方向放射光１０６に加えられ、広角放射光１０４を生成する。狭角放射光１０２と二方向放射光１０６との和は、図３ではプラス記号「＋」と等号「＝」とでグラフィカルに表されている。なお、二方向放射光１０６の第１のセグメント１０６ａおよび第２のセグメント１０６ｂは、二方向放射光１０６が存在する領域を表しており、図示されるように、合計前の第１および第２のセグメント１０６ａ、１０６ｂの間には光が存在しないことに留意されたい。さらに、二方向放射光１０６の分岐した角度広がりは、図示されるように、第１および第２のセグメント１０６ａ、１０６ｂ間の角度範囲が狭角放射光１０２の角度範囲と等しいので、狭角放射光１０２の角度範囲に相補的である。
いくつかの実施形態において、狭角放射光１０２は、第１のモードの間にのみ、第１のビューゾーンＩに照明を提供するように構成される。さらに、広角放射光１０４は、いくつかの実施形態において、第２のモードの間、第１のビューゾーンＩを含む第２のビューゾーンＩＩに照明を提供するように構成され得る。図２Ａ～２Ｂを再び参照すると、モード切り替え可能バックライト１００は、第１のモードおよび第２のモードの両方の間、第１のビューゾーンＩの視聴者に対して照明するように見え得る。同様に、第１のビューゾーンＩの外側の第２のビューゾーンＩＩの別の視聴者は、第２のモードの間、モード切り替え可能バックライト１００が照明されているように知覚することができる。しかし、モード切り替え可能バックライト１００は、様々な実施形態によれば、第１のモードの間、第２のビューゾーンＩＩにいる他の視聴者には、暗いかまたは照明されていないように見え得る。このように、例えば、第１の（プライバシー）モードの間、第１の（プライバシー）ビューゾーンＩの視聴者にのみ照明が提供されるので、第１のモードを、プライバシーモードと呼ぶことができ、第１のビューゾーンＩは、プライバシービューゾーンとすることができる。一方、第２のモードの間、両方の視聴者が照明を知覚できるので、第２のモードはパブリックモードと呼ぶことができ、第２のビューゾーンＩＩ（第１のビューゾーンＩを含む）は、例えば、パブリックビューゾーンとすることができる。
いくつかの実施形態（例えば、図２Ａ～２Ｂに図示されるように）において、狭角エミッタ１１４および二方向エミッタ１２４の一方または両方は、パッシブエミッタを備える。特に、パッシブエミッタとして、狭角エミッタ１１４および二方向エミッタ１２４は、それ自体は光を発生しないが、その代わりに、別の光源からの光を方向転換して、狭角放射光１０２および二方向放射光１０６である放射光をそれぞれ提供する。他の実施形態において（例えば、以下で説明する図６Ａ～６Ｂに図示されるように）、狭角エミッタアレイの狭角エミッタ１１４および二方向エミッタアレイの二方向エミッタ１２４の一方または両方が、アクティブ光エミッタを備える。アクティブ光エミッタとして、狭角エミッタ１１４および二方向エミッタ１２４は、それぞれ、狭角放射光１０２および二方向放射光１０６である放射光を発生する。
図２Ａ～２Ｂに図示されるように、モード切り替え可能バックライト１００の第１の指向性バックライト１１０は、光ガイド１１２を備える。同様に、図２Ａ～２Ｂに図示されるように、モード切り替え可能バックライト１００の第２の指向性バックライト１２０は、光ガイド１２２を備える。光ガイド１１２、１２２は、いくつかの実施形態によれば、プレート光ガイドであり得る。光ガイド１１２、１２２は、光ガイド１１２、１２２の長さに沿って、光を導波光としてガイドするように構成される。例えば、光ガイド１１２、１２２は、光導波路として構成された誘電体材料を含み得る。誘電体材料は、誘電体光導波路の周囲の媒体の第２の屈折率より大きい第１の屈折率を有し得る。屈折率の差は、例えば、光ガイド１１２、１２２の１つまたはそれ以上のガイドモードによって、導波光の全内部反射を促進するように構成される。
特に、光ガイド１１２、１２２は、光学的に透明な誘電体材料の広がった実質的に平坦なシートを備えるスラブまたはプレート光導波路であり得る。実質的に平坦な誘電体材料シートは、全内部反射を使用して導波光をガイドするように構成される。様々な例によれば、光ガイド１１２、１２２の光学的に透明な材料は、１つまたはそれ以上の様々なタイプのガラス（例えば、シリカガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、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）を含むがこれらに限定されない、様々な誘電体材料のいずれかを含むか、またはそれらから構成され得る。いくつかの例では、光ガイド１１２、１２２は、光ガイド１１２、１２２の表面（例えば、上面および底面の一方または両方）の少なくとも一部にクラッド層（図示せず）をさらに含み得る。いくつかの例によれば、クラッド層を使用して、全内部反射をさらに促進することができる。
さらに、いくつかの実施形態によれば、光ガイド１１２、１２２は、光ガイド１１２、１２２の第１の表面（例えば、「前」表面または側面）と第２の表面（例えば、「背」面または側面）との間の非ゼロ伝搬角度（non-zero propagation angle）での全内部反射により導波光をガイドするように構成される。特に、導波光は、非ゼロ伝搬角度で光ガイド１１２、１２２の第１の表面と第２の表面との間で反射または「バウンス」することによって伝搬する。いくつかの実施形態において、導波光は、異なる色の光の複数の導波光ビームを含む。複数の導波光ビームの光ビームは、異なる色固有の非ゼロ伝搬角度のそれぞれにおいて、光ガイド１１２、１２２によってガイドされ得る。非ゼロ伝搬角度は、図を簡潔にするために図示されていないことに留意されたい。
本明細書で定義されるように、「非ゼロ伝搬角度」は、光ガイド１１２、１２２の表面（例えば、第１の表面または第２の表面）に対する角度である。さらに、様々な実施形態によれば、非ゼロ伝搬角度は、ゼロより大きく、かつ光ガイド１１２、１２２内の全内部反射の臨界角未満である。例えば、導波光の非ゼロ伝搬角度は、約１０度（１０°）～約５０度（５０°）、またはいくつかの例では、約２０度（２０°）～約４０度（４０°）または、約２５度（２５°）～約３５度（３５°）であり得る。例えば、非ゼロ伝搬角度は、約３０度（３０°）であり得る。他の例では、非ゼロ伝搬角度は、約２０°、または約２５°、または約３５°であり得る。さらに、特定の非ゼロ伝搬角度は、光ガイド１１２、１２２内の全内部反射の臨界角未満になるように選択される限り、特定の実施態様について（例えば、任意に）選択され得る。
光ガイド１１２、１２２内の導波光は、非ゼロ伝搬角度（例えば、約３０゜～３５゜）で光ガイド１１２、１２２に導入または結合されてもよい。例えば、導波光は、モード切り替え可能バックライト１００の光源によって提供されてもよい。例えば、レンズ、ミラーまたは同様の反射体（例えば、傾斜形コリメート反射体）、回折格子、およびプリズム（図示せず）のうちの１つまたはそれ以上によって、光を、非ゼロ伝搬角度の導波光として光ガイド１１２、１２２の入力端に結合することを促進することができる。一旦光ガイド１１２、１２２に結合されると、導波光は、光ガイド１１２、１２２に沿って、入力端から一般に離れ得る方向（例えば、図２Ａ～２Ｂでｘ軸に沿って指す太い矢印で図示される）に伝搬する。
さらに、様々な実施形態によれば、導波光はコリメートされ得る。本明細書では、「コリメートされた光」または「コリメートされた光ビーム」は、一般に、光ビームの光線が、光ビーム内で実質的に互いに平行である光ビーム（例えば、導波光）として定義される。さらに、コリメートされた光ビームから発散または散乱する光線は、本明細書の定義により、コリメートされた光ビームの一部とはみなされない。いくつかの実施形態において、モード切り替え可能バックライト１００は、限定されないが、例えば光源からの光をコリメートするように構成された、レンズ、反射体またはミラー、回折格子、またはテーパ付き光ガイドなどのコリメータを含み得る。いくつかの実施形態において、光源はコリメータを備える。光ガイド１１２、１２２に提供されるコリメートされた光は、コリメートされた導波光である。様々な実施形態において、導波光は、コリメーション係数σに従って、またはコリメーション係数σを有するようにコリメートされ得る。
図２Ａ～２Ｂに図示されたモード切り替え可能バックライト１００の第１の指向性バックライト１１０は、狭角エミッタ１１４のアレイをさらに備える。特に、図示された狭角エミッタ１１４は、片側散乱要素を備えるパッシブ光エミッタである。したがって、狭角エミッタアレイは、光ガイド長に沿って互いに離間された片側散乱要素のアレイを備える。様々な実施形態によれば、狭角エミッタ１１４のアレイである片側散乱要素のアレイは、導波光の一部を、片側方向を有する狭角放射光１０２として散乱させるように構成される。特に、狭角エミッタアレイの片側散乱要素としての狭角エミッタ１１４は、有限空間で互いに離隔され、光ガイド長に沿った個々の別個の要素であり得る。すなわち、本明細書の定義により、狭角エミッタ１１４は、有限（すなわち、非ゼロ）の要素間距離（例えば、有限の中心間距離）に従って、互いに離間されている。さらに、狭角エミッタアレイの狭角エミッタ１１４、または同等な片側散乱要素アレイの片側散乱要素は、いくつかの実施形態によれば、一般に、互いに交差したり、重なったり、または接触したりしない。このように、片側散乱要素アレイの各片側散乱要素は、一般に、片側散乱要素の他のものとは別個であり、離隔されている。さらに、片側方向は、様々な実施形態によれば、第２の指向性バックライト１２０から離れている。
いくつかの実施形態によれば、狭角エミッタアレイの狭角エミッタ１１４または片側散乱要素アレイの片側散乱要素は、１次元（１Ｄ）アレイまたは２次元（２Ｄ）アレイのいずれかに配置され得る。例えば、狭角エミッタ１１４は、線形の１Ｄアレイとして配置され得る。別の例では、狭角エミッタ１１４は、長方形の２Ｄアレイとして、または円形の２Ｄアレイとして配置され得る。さらに、アレイ（すなわち、１Ｄアレイまたは２Ｄアレイ）は、いくつかの例では、規則的または均一なアレイであり得る。特に、狭角エミッタ１１４間の要素間距離（例えば、中心間距離または間隔）は、アレイ全体にわたって実質的に均一または一定であり得る。他の例では、狭角エミッタ１１４間の要素間距離は、アレイ全体および第１の指向性バックライト１１０の光ガイド１１２の長さに沿って、一方または両方に変化させることができる。
いくつかの実施形態によれば、片側散乱要素のアレイの片側散乱要素は、傾斜型回折格子を備える。いくつかの実施形態において、片側散乱要素のすべてが、傾斜型回折格子であっても、または傾斜型回折格子を備えてもよい。片側散乱要素の傾斜型回折格子は、様々な実施形態によれば、片側方向の回折散乱を提供し、さらに２次回折散乱を抑制するように構成される。
図４Ａは、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能バックライト１００の第１の指向性バックライト１１０の一部の断面図を示す。特に、図４Ａは、片側散乱要素としての狭角エミッタ１１４とともに光ガイド１１２を備える第１の指向性バックライト１１０を示す。さらに、図４Ａに図示されるように、片側散乱要素は、傾斜型回折格子１１４’を備える。複数の矢印として示される、傾斜型回折格子１１４’に入射するコリメーション係数σを有する導波光１１６は、図示されるように、光ガイド１１２から片側方向に狭角放射光１０２として回折散乱され得る。
いくつかの実施形態において、片側散乱要素の傾斜型回折格子１１４’は、図１Ｂに図示された傾斜型回折格子８０と実質的に同様であり得る。例えば、図１Ｂに図示された傾斜角度γに対応する傾斜型回折格子１１４’の傾斜角度は、いくつかの実施形態において、光ガイド１１２の表面法線に対して約３０度（３０°）～約５０度（５０°）の間であり得る。さらに、傾斜型回折格子１１４’は、いくつかの実施形態において、複数の副格子を含むことができ、各副格子は、傾斜型回折格子である（図示せず）。図１Ｂのように、図４Ａに図示された片側散乱要素の傾斜型回折格子１１４’は、例えば、図４Ａのバツ印の矢印１０３で示されている、片側方向と反対方向の２次散乱を抑制することができる。
いくつかの実施形態において、片側散乱要素のアレイの片側散乱要素は、反射型回折格子を備え得る。反射型回折格子は、様々な実施形態によれば、回折散乱と反射との組合せを使用して、導波光部分を、片側方向に選択的に散乱させるように構成される。いくつかの実施形態において、片側散乱要素のすべてが、反射型回折格子であっても、または反射型回折格子を備えてもよい。いくつかの実施形態において、反射型回折格子は、回折格子と、反射材料層（例えば、金属層）とを備え、回折格子は、回折散乱を提供するように構成され、反射材料層は、回折散乱が片側方向の光を散乱させることを保証するために、回折散乱光の反射を提供するように構成される。
図４Ｂは、本明細書に記載の原理に一致する別の実施形態による、一例におけるモード切り替え可能バックライト１００の第１の指向性バックライト１１０の一部の断面図を示す。特に、図４Ｂは、片側散乱要素としての狭角エミッタ１１４とともに光ガイド１１２を備える第１の指向性バックライト１１０を示す。さらに、図４Ｂに図示されるように、片側散乱要素は、回折格子１１４’’と反射材料層１１４’’’とを備える反射型回折格子を備える。複数の矢印として図示される、回折格子１１４’’に入射するコリメーション係数σを有する導波光１１６は、狭角放射光１０２として光ガイド１１２から片側方向に回折散乱され得る。さらに、回折格子１１４’’によって第２の方向に回折散乱された光は、様々な実施形態によれば、反射材料層１１４’’’によって片側方向に反射的に方向転換され得る。
他の実施形態（図示せず）において、狭角エミッタ１１４の片側散乱要素は、マイクロ屈折要素およびマイクロ反射要素を含むが、これらに限定されない別のタイプの片側散乱構造体を備え得る。マイクロ屈折要素は、例えば、光ガイド１１２の表面にマイクロプリズムを備え、光ガイド１１２から導波光部分を、狭角放射光１０２として屈折結合させるように構成され得る。マイクロ反射要素の例としては、限定されないが、導波光部分を狭角放射光１０２として反射散乱するように構成された、表面角度を有するファセットを有するファセット反射体が挙げられる。いくつかの実施形態において、パッシブ光エミッタとしての狭角エミッタ１１４は、光ガイド１１２内の導波光のコリメーション係数σに比例した角度範囲を有する導波光部分を、散乱させるように構成された角度保持散乱体を備える。したがって、いくつかの実施形態において、導波光のコリメーション係数σが、狭角放射光１０２の角度範囲γを決定し得る。
図２Ａおよび図２Ｂを再び参照すると、第２の指向性バックライト１２０は、二方向エミッタ１２４のアレイをさらに備える。特に、図示された二方向エミッタ１２４は、光ガイド１２２内の導波光の一部または部分を、二方向放射光１０６として散乱するように構成された指向性散乱特徴部を備えるパッシブ光エミッタである。特に、指向性散乱特徴部としての二方向エミッタ１２４は、第１の指向性散乱要素１２４ａと第２の指向性散乱要素１２４ｂとを備え得る。第１の指向性散乱要素１２４ａは、導波光の一部を、分岐した角度広がりの第１の方向を有する、二方向放射光１０６の第１のセグメント１０６ａとして散乱させるように構成され得る。さらに、第２の指向性散乱要素１２４ｂは、導波光の別の部分を、分岐した角度広がりの第２の方向を有する、二方向放射光１０６の第２のセグメント１０６ｂとして散乱させるように構成され得る。様々な実施形態によれば、第１および第２のセグメント１０６ａ、１０６ｂの角度範囲を組み合わせた第１および第２の方向は、上述のように、二方向放射光１０６の分岐した角度広がりを決定する。さらに、第１の指向性散乱要素１２４ａおよび第２の指向性散乱要素１２４ｂは、共に、二方向エミッタ１２４の一対のパッシブ光エミッタである。
様々な実施形態によれば、指向性散乱要素１２４ａ、１２４ｂとして、様々な指向性散乱体のいずれかを採用できる。特に、いくつかの実施形態において、第１の指向性散乱要素１２４ａおよび第２の指向性散乱要素１２４ｂの一方または両方の指向性散乱要素１２４ａ、１２４ｂは、回折格子を備え得る。回折格子の格子ピッチは、例えば、回折格子によって回折散乱される光の方向を決定するために用いることができる。いくつかの実施形態によれば、回折格子は、反射型回折格子であり得る。他の実施形態において、回折格子は、透過型回折格子であってもよく、第２の指向性バックライト１２０は、二方向放射光１０６が提供される、またはパッシブ光エミッタによって放射される放射面に対向する光ガイド表面に反射層をさらに備え得る。
他の実施形態（図示せず）では、二方向エミッタ１２４の指向性散乱要素、または同等な指向性散乱要素１２４ａ、１２４ｂは、マイクロ屈折要素およびマイクロ反射要素を含むがこれらに限定されない別のタイプの散乱構造体を備え得る。マイクロ屈折要素は、光ガイド１２２の表面に設けられたマイクロプリズムを備え、光ガイド１２２からの導波光部分を、例えば、二方向放射光１０６、または同等な、その第１および第２のセグメント１０６ａ、１０６ｂとして屈折結合するように構成され得る。マイクロ反射要素の例としては、限定されないが、導波光部分を、二方向放射光１０６として反射散乱するように構成された表面角度を有するファセットを有するファセット反射体が挙げられる。いくつかの実施形態において、パッシブ光エミッタとしての二方向エミッタ１２４は、光ガイド１２２内の導波光のコリメーション係数σに比例した角度範囲を有する導波光部分を散乱させるように構成された角度保持散乱体を備える。したがって、導波光のコリメーション係数σは、いくつかの実施形態において、二方向放射光１０６の角度広がり（すなわち、第１および第２のセグメント１０６ａ、１０６ｂの角度範囲φａ、φｂ）を決定し得る。さらに、二方向エミッタアレイの二方向エミッタ１２４は、例えば、狭角エミッタ１１４に関して上述した１Ｄおよび２Ｄアレイと同様に、１Ｄアレイまたは２Ｄアレイのいずれかに配置され得る。
図５は、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例における第２の指向性バックライト１２０の一部の断面図を示す。図示されるように、第２の指向性バックライト１２０は、指向性散乱要素１２４ａ、１２４ｂの対を備える二方向エミッタ１２４とともに、光ガイド１２２を備える。さらに、指向性散乱要素１２４ａ、１２４ｂの対は、図示されるように、回折格子を備える。回折格子の格子ピッチが互いに異なることで、分岐した角度広がりの第１の方向および第２の方向を有する二方向放射光１０６が得られる。特に、回折格子に入射する複数の矢印で図示されるコリメーション係数σを有する導波光１２６は、回折格子の格子ピッチが異なる結果として、二方向放射光１０６の第１のセグメント１０６ａおよび第２のセグメント１０６ｂに対応する第１の方向および第２の方向のそれぞれで、光ガイド１２２から回折散乱され得る。例えば、図５に図示されるように、比較的小さい格子ピッチまたは回折特徴部の間隔は、第１の方向を有する散乱光を提供することができ、比較的大きい格子ピッチまたは回折特徴部の間隔は、第２の方向を有する散乱光を提供することができる。
図２Ａおよび図２Ｂを再び参照すると、パッシブ光エミッタを有するモード切り替え可能バックライト１００は、光源１３０をさらに備え得る。特に、光源１３０は、第１の指向性バックライト１１０の光ガイド１１２の入力に光学的に結合された第１の光源１３２を備えてよく、第１の光源１３２は、光ガイド１１２に光を提供するように構成される。光源１３０は、第２の指向性バックライト１２０の光ガイド１２２の入力に光学的に結合された第２の光源１３４をさらに備えてよく、第２の光源１３４は、光ガイド１２２に光を提供するように構成される。様々な実施形態によれば、第１および第２の光源１３２、１３４によってそれぞれ提供される光ガイド１１２、１２２内の導波光は、所定のコリメーション係数によってコリメートされ得る。様々な実施形態において、光源１３０は、第１のモードの間、第１の光源１３２を使用して第１の指向性バックライト１１０の光ガイド１１２に光を提供するように構成され得る。さらに、光源１３０は、様々な実施形態によれば、第２のモードの間、第１の指向性バックライト１１０の光ガイド１１２と第２の指向性バックライト１２０の光ガイド１２２との両方に光を提供するように構成され得る。図２Ａ～２Ｂにおいて、クロスハッチングは、第１および第２の光源１３２、１３４が、例えば、第１のモード（図２Ａ）および第２のモード（図２Ｂ）において、アクティブであり、それぞれ光を提供しているか否かを示すために使用される。
第１および第２の光源１３２、１３４を含む光源１３０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザー（例えば、レーザーダイオード）、またはそれらの組合せを含むが、これらに限定されない実質的に任意の光の供給源（例えば、光エミッタ）を備え得る。いくつかの実施形態において、光源１３０は、特定の色によって示される狭帯域スペクトルを有する、実質的に単色の光を生成するように構成された光エミッタを備え得る。特に、単色光の色は、特定の色空間またはカラーモデル（例えば、赤緑青（ＲＧＢ）カラーモデル）の原色であってもよい。他の例では、光源１３０は、実質的に広帯域の光または多色光を提供するように構成された実質的に広帯域の光源であってもよい。例えば、光源１３０は、白色光を提供し得る。いくつかの実施形態において、光源１３０は、異なる色の光を提供するように構成された複数の異なる光エミッタを備え得る。異なる光エミッタは、異なる色の光の各々に対応する導波光の、異なる色固有の非ゼロ伝搬角度を有する光を提供するように構成され得る。
いくつかの実施形態において、光源１３０の第１の光源１３２および第２の光源１３４の一方または両方は、コリメータをさらに備え得る。コリメータは、光源１３０の１つまたはそれ以上の光エミッタから、実質的にコリメートされていない光を受け取るように構成され得る。コリメータは、実質的にコリメートされていない光を、コリメートされた光に変換するようにさらに構成される。特に、いくつかの実施形態によれば、コリメータは、非ゼロ伝搬角度を有するコリメートされた光、および所定のコリメーション係数によりコリメートされるコリメートされた光の一方または両方を提供することができる。さらに、異なる色の光エミッタが採用される場合、コリメータは、異なる色固有の非ゼロ伝搬角度の一方または両方を有し、異なる色固有のコリメーション係数を有するコリメートされた光を提供するように構成され得る。コリメータは、コリメートされた光ビームを光ガイド１１２、１２２に伝達して、導波光として伝搬するようにさらに構成される。
いくつかの実施形態において、モード切り替え可能バックライト１００の第１の指向性バックライト１１０は、光ガイド１１２内の導波光の伝搬方向に対して直交する（または実質的に直交する）、光ガイド１１２を通る方向の光に対して、実質的に透明であるように構成され得る。特に、光ガイド１１２と狭角エミッタアレイの離間された片側散乱要素とは、いくつかの実施形態において、光が光ガイド１１２をその第１の（例えば、底部）表面から第２の（例えば、上部）表面へと通過することを可能にし得る。透明性は、いくつかの実施形態において、片側散乱要素が比較的小さいサイズであることと、片側散乱要素が比較的大きい要素間間隔であることの両方に起因して、少なくとも部分的に促進され得る。さらに、傾斜型回折格子１１４’が狭角エミッタアレイの片側散乱要素として使用される場合、傾斜型回折格子１１４’は、いくつかの実施形態によれば、光ガイド１１２の表面に対して直交伝搬する光に対しても実質的に透明であり得る。
いくつかの実施形態において（例えば、図２Ａ～２Ｂに図示されるように）、第１の指向性バックライト１１０は、第１の（例えば、上）表面から狭角放射光１０２を提供するように構成される。さらに、第２の指向性バックライト１２０は、第１の表面に対向する、第１の指向性バックライト１１０の第２の表面に隣接し得る。第２の指向性バックライト１２０は、二方向放射光１０６を、第１の指向性バックライト１１０の第２の表面に提供するように構成され得る。これらの実施形態によれば、第１の指向性バックライト１１０は、二方向放射光１０６に対して透明であり得る。
いくつかの実施形態において、本明細書に記載の回折格子（例えば、傾斜型回折格子または別の回折格子）は、回折特徴部の間隔が回折格子全体にわたって実質的に一定または不変である均一な回折格子であり得る。他の実施形態において、回折格子は、チャープ回折格子である。定義により、「チャープ」回折格子は、チャープ回折格子の範囲または長さにわたって変化する回折特徴部（すなわち、格子ピッチ）の回折間隔を示すまたは有する回折格子である。いくつかの実施形態において、チャープ回折格子は、距離とともに直線的に変化する回折特徴部の間隔のチャープを有する、または示すことができる。したがって、チャープ回折格子は、定義により「線形チャープ」回折格子である。他の実施形態において、チャープ回折格子は、回折特徴部の間隔の非線形チャープを示し得る。指数チャープ、対数チャープ、または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様々な非線形チャープが使用され得る。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、非単調チャープも採用することができるが、これらに限定されない。これらのタイプのチャープのいずれかを組み合わせたものも採用できる。さらに、片側散乱要素の傾斜型回折格子１１４’の傾斜角度は、傾斜型回折格子１１４’の長さ、幅、または範囲にわたって変化し得る。さらに、いくつかの実施形態において、本明細書の回折格子の回折特徴部は、湾曲していてもよく、例えば、光ガイド表面に湾曲した溝や***があってもよい。
上述のように、いくつかの実施形態において、狭角エミッタアレイの狭角エミッタ１１４、および二方向エミッタアレイの二方向エミッタ１２４の一方または両方は、アクティブ光エミッタを備える。図６Ａは、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能バックライト１００の断面図を示す。図６Ｂは、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、別の例におけるモード切り替え可能バックライト１００の断面図を示す。特に、図６Ａおよび図６Ｂは、アクティブ光エミッタを備える、狭角エミッタ１１４および二方向エミッタ１２４の両方を有するモード切り替え可能バックライト１００を示す。さらに、図６Ａ～６Ｂは、図２Ａ～２Ｂおよび図３を参照して上述したものと実質的に同様の特性を有する、狭角放射光１０２、広角放射光１０４、および二方向放射光１０６を示す。さらに、図６Ａおよび図６Ｂに図示されるように、モード切り替え可能バックライト１００は、狭角エミッタ１１４のアレイを備える第１の指向性バックライト１１０と、二方向エミッタ１２４のアレイを備える第２の指向性バックライト１２０とを備える。
図６Ａ～６Ｂ（および図２Ａ～２Ｂ）において、二方向エミッタアレイの二方向エミッタ１２４が、狭角エミッタアレイの対応する狭角エミッタ１１４と整列するように図示されている。さらに、二方向エミッタ１２４、および対応する狭角エミッタ１１４は、図６Ｂの第２のモードの間、協働して広角放射光１０４を提供するように図示されており、一方、図６Ａは、第１のモードの間、提供される狭角放射光１０２を示す。また、第１のビューゾーンＩおよび第２のビューゾーンＩＩも図示されている。
図６Ａ～６Ｂに図示されるように、狭角エミッタアレイの狭角エミッタ１１４は、狭角放射光１０２を提供するように構成されたアクティブ光エミッタを備える。さらに、図６Ａ～６Ｂに図示されるように、二方向エミッタアレイの二方向エミッタ１２４は、一対のアクティブ光エミッタを備える。様々な実施形態において、例えば図示されるように、アクティブ光エミッタ対の第１の光アクティブエミッタは、二方向放射光１０６の第１のセグメント１０６ａを提供するように構成され、アクティブ光エミッタ対の第２のアクティブ光エミッタは、二方向放射光１０６の第２のセグメント１０６ｂを提供するように構成される。
いくつかの実施形態によれば、狭角エミッタ１１４および二方向エミッタ１２４の一方または両方のアクティブ光エミッタは、マイクロ発光ダイオード（ｍｉｃｒｏＬＥＤまたはμＬＥＤ）を備え得る。本明細書では、μＬＥＤは、顕微鏡的発光ダイオード（ＬＥＤ）、すなわち、顕微鏡的次元を有するＬＥＤとして定義される。いくつかの実施形態において、μＬＥＤは、複数のμＬＥＤを備え得る。いくつかの実施形態によれば、アクティブエミッタは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を備え得る。本明細書で定義されるように、ＯＬＥＤは、電流または同様の電気的刺激に応答して発光するように構成された、有機化合物を含む発光性エレクトロルミネッセントフィルムまたは層を有するエミッタである。他の実施形態において、限定されない、ＬＥＤ、高輝度ＬＥＤ、および量子ドットＬＥＤなど、別のタイプの光エミッタをアクティブ光エミッタとして使用することができる。
いくつかの実施形態において、狭角エミッタ１１４および二方向エミッタ１２４の一方または両方のアクティブ光エミッタは、特定の色を有する実質的に単色の光（すなわち、光が特定の波長の光を含み得る）を提供するように構成され得る。他の実施形態において、アクティブ光エミッタは、限定されないが、複数の波長または範囲の波長を含む、白色光などの多色光を提供するように構成され得る。例えば、アクティブ光エミッタは、赤色光、緑色光、青色光、またはそれらの組合せのうちの１つまたはそれ以上を提供するように構成され得る。別の例では、アクティブ光エミッタは、実質的に白色光である光を提供するように構成され得る（すなわち、アクティブ光エミッタは、白色μＬＥＤまたは白色ＯＬＥＤであり得る）。いくつかの実施形態において、アクティブ光エミッタは、マイクロレンズ、回折格子、またはコリメーション（例えば、コリメーション係数に従って）、偏光制御、およびアクティブ光エミッタによる放射光の方向、のうちの１つまたはそれ以上を提供するように構成された、別の光学フィルムまたは光学構成要素を含み得る。狭角エミッタ１１４および二方向エミッタ１２４の一方または両方のアクティブ光エミッタは、いくつかの実施形態によれば、独立して制御、アクティブ化、または電力供給され、局所的な調光およびモード間の切り替えの一方または両方を提供することができる。
いくつかの実施形態において、アクティブ光エミッタは、基板、例えば、第１および第２の指向性バックライト１１０、１２０の基板によって支持され得る。いくつかの実施形態において（図６Ａ～６Ｂに図示されるように）、第１の指向性バックライト１１０は、第１の表面から狭角放射光１０２を提供するように構成され、第２の指向性バックライト１２０は、第１の指向性バックライト１１０の第１の表面に対向する第２の表面に隣接し、第１の指向性バックライト１１０は、二方向放射光１０６に対して透明である。透明性は、実質的に透明な基板と、狭角エミッタアレイの狭角エミッタ１１４の相対的な間隔およびサイズとの組合せによって提供され得る。さらに、上述のパッシブ光エミッタと同様に、狭角エミッタアレイおよび二方向エミッタアレイの一方または両方のアクティブ光エミッタは、１Ｄアレイまたは２Ｄアレイのいずれかとして配置することができる。
本明細書に記載の原理のいくつかの実施形態によれば、モード切り替え可能プライバシーディスプレイが提供される。様々な実施形態によれば、モード切り替え可能プライバシーディスプレイは、第１のモード、つまりプライバシーモードの間、プライベート表示画像を提供し、第２のモード、つまりパブリックモードの間、パブリック表示画像を提供するように構成される。図７は、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能プライバシーディスプレイ２００のブロック図を示す。プライバシーモード（モード１）におけるモード切り替え可能プライバシーディスプレイ２００の動作は、図７の左半分に図示されており、右半分はパブリックモード（モード２）における動作を示す。
いくつかの実施形態によれば、プライベート表示画像は、プライベートビューゾーンＩにおいて見ることができるように構成され、パブリック表示画像は、プライベートビューゾーンＩを含むパブリックビューゾーンＩＩで見ることができるように構成される。特に、プライベートビューゾーンＩに位置する視聴者２００ａは、プライバシーモードにおけるプライベート表示画像と、パブリックモードにおけるパブリック表示画像との両方を見ることができる。同様に、パブリックビューゾーンＩＩに位置するが、プライベートビューゾーンＩの外側に位置する別の視聴者２００ｂは、図示されるように、パブリックモードの間、パブリック表示画像を見ることができる。しかし、モード切り替え可能プライバシーディスプレイ２００は、様々な実施形態によれば、プライバシーモードの間、暗く見える可能性があり、プライベート表示画像は他の視聴者２００ｂに見ることができない可能性がある。したがって、モード切り替え可能プライバシーディスプレイ２００は、表示画像が、プライベートビューゾーンＩの視聴者２００ａによってプライベートに見られることを意図しているか、または例えば、プライベートビューゾーンＩを含むパブリックビューゾーンＩＩの実質的に任意の場所に位置する視聴者２００ａ、２００ｂの両方によってパブリックに見られることを意図しているかに応じて、プライバシーモードとパブリックモードとの間で選択的に切り替えることができる。
図示されるように、モード切り替え可能プライバシーディスプレイ２００は、第１の指向性バックライト２１０を備える。第１の指向性バックライト２１０は、プライバシーモード（モード１）およびパブリックモード（モード２）の両方の間で、狭角放射光２０２を提供するように構成された狭角エミッタアレイを備える。モード切り替え可能プライバシーディスプレイ２００は、第２の指向性バックライト２２０をさらに備える。第２の指向性バックライト２２０は、パブリックモード（モード２）の間にのみ、二方向放射光２０４を提供するように構成された二方向エミッタアレイを備える。様々な実施形態において、二方向放射光２０４は、狭角放射光２０２と相補的な分岐した角度広がりを有する。様々な実施形態によれば、パブリックモードの間、モード選択可能プライバシーディスプレイは、第１の指向性バックライト２１０によって提供される狭角放射光２０２と、第２の指向性バックライト２２０によって提供される二方向放射光２０４との組合せを備える広角放射光を提供するように構成される。
図７に図示されたモード切り替え可能プライバシーディスプレイ２００は、ライトバルブ２３０のアレイをさらに備える。ライトバルブ２３０のアレイは、プライバシーモードの間、狭角放射光２０２をプライベート表示画像として変調するように構成される。さらに、ライトバルブ２３０のアレイは、パブリックモードの間、広角放射光２０６をパブリック表示画像として変調するように構成される。いくつかの実施形態において（図示されるように）、第１の指向性バックライト２１０は、第２の指向性バックライト２２０とライトバルブ２３０のアレイとの間にあり、第１の指向性バックライト２１０は、二方向放射光２０４に対して透明である。様々な実施形態において、液晶ライトバルブ、電気泳動ライトバルブ、およびエレクトロウェッティングに基づくライトバルブのうちの１つまたはそれ以上を含むが、これらに限定されないライトバルブアレイのライトバルブ２３０として、異なるタイプのライトバルブが採用され得る。変調された狭角放射光２０２および広角放射光２０６は、変調を強調するために破線の矢印を使用して図示されている。
いくつかの実施形態によれば、モード切り替え可能プライバシーディスプレイ２００の第１の指向性バックライト２１０は、上述したモード切り替え可能バックライト１００の第１の指向性バックライト１１０と実質的に同様であり得る。特に、狭角エミッタアレイの狭角エミッタが、図２Ａ～２Ｂに関して説明したようなパッシブ光エミッタであるいくつかの実施形態において、第１の指向性バックライト２１０は、光源からの光を導波光として光ガイドの長さに沿って導くように構成された光ガイドを備え得る。さらに、第１の指向性バックライト２１０の狭角エミッタアレイは、導波光の一部を、片側方向を有する狭角放射光２０２として散乱させるように構成された片側散乱要素のアレイを備え得る。片側方向とは、様々な実施形態によれば、ライトバルブ２３０のアレイに向かい、かつ第２の指向性バックライト２２０から離れる方向であり得る。いくつかの実施形態において、片側散乱要素のアレイの片側散乱要素は、傾斜型回折格子および反射型回折格子の一方または両方を備え、片側散乱を提供することができる。他の実施形態において、他の片側散乱要素が採用され得る。第１の指向性バックライト２１０は、いくつかの実施形態によれば、光源、より詳細には、光ガイド内で導波光としてガイドされる光を提供するように構成されたコリメートされた光源をさらに備え得る。
他の実施形態において、狭角エミッタアレイは、狭角放射光２０２を提供するように構成されたアクティブ光エミッタを備え得る。いくつかの実施形態において、狭角エミッタアレイの狭角エミッタは、図６Ａ～６Ｂに関して上述した狭角エミッタ１１４のアクティブ光エミッタと実質的に同様のアクティブ光エミッタを備え得る。例えば、狭角エミッタのアクティブ光エミッタは、同じく上述のように、μＬＥＤ、ＯＬＥＤ、および高輝度ＬＥＤなどのＬＥＤを備え得るが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態において、モード切り替え可能プライバシーディスプレイ２００の第２の指向性バックライト２２０は、上述のモード切り替え可能バックライト１００の第２の指向性バックライト１２０と実質的に同様であり得る。特に、二方向エミッタアレイの二方向エミッタが、図２Ａ～２Ｂに関して説明したようなパッシブ光エミッタである場合、第２の指向性バックライト２２０は、光源からの光を導波光として光ガイドの長さに沿ってガイドするように構成された光ガイドを備え得る。さらに、第２の指向性バックライト２２０の二方向エミッタアレイの二方向エミッタは、導波光の一部を、分岐した角度広がりの第１の方向を有する二方向放射光２０４の第１のセグメントとして、散乱させるように構成された第１の指向性散乱要素を備え得る。さらに、二方向エミッタは、導波光の別の部分を、分岐した角度広がりの第２の方向を有する二方向放射光２０４の第２のセグメントとして、散乱させるように構成された第２の指向性散乱要素を備え得る。様々な実施形態によれば、第１および第２のセグメントの角度範囲を組み合わせた第１および第２の方向は、二方向放射光２０４の分岐した角度広がりを決定する。
他の実施形態において、二方向エミッタアレイは、二方向放射光２０４を提供するように構成されたアクティブ光エミッタを備え得る。特に、二方向エミッタアレイの二方向エミッタは、いくつかの実施形態によれば、図６Ａ～６Ｂに関して同じく上述した、アクティブ光エミッタを備える二方向エミッタ１２４と実質的に同様であり得る。例えば、二方向エミッタアレイの二方向エミッタは、一対のアクティブ光エミッタを備えることができ、アクティブ光エミッタ対の第１のアクティブ光エミッタは、二方向放射光２０４の第１のセグメントを提供するように構成され、アクティブ光エミッタ対の第２のアクティブ光エミッタは、二方向放射光２０４の第２のセグメントを提供するように構成される。二方向エミッタのアクティブ光エミッタは、同じく上述のように、μＬＥＤ、ＯＬＥＤ、高輝度ＬＥＤなどのＬＥＤを備え得るが、これらに限定されない。
本明細書に記載の原理の他の実施形態によれば、モード切り替え可能バックライト動作の方法が提供される。図８は、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、一例におけるモード切り替え可能バックライト動作の方法３００のフローチャートを示す。図８に図示されるように、モード切り替え可能バックライト動作の方法３００は、狭角エミッタのアレイを使用して、第１のモードおよび第２のモードの両方の間、第１の指向性バックライトを使用して第１のビューゾーンを照明する狭角放射光を放射するステップ３１０を含む。いくつかの実施形態によれば、第１の指向性バックライトは、モード切り替え可能バックライト１００に関して上述した第１の指向性バックライト１１０と実質的に同様であり得る。さらに、狭角放射光は、第１の指向性バックライト１１０によって提供される狭角放射光１０２と実質的に同様であり得る。
狭角エミッタアレイの狭角エミッタが、パッシブ光エミッタを備える場合などのいくつかの実施形態において、狭角放射光を放射するステップ３１０は、導波光として光ガイドの長さに沿って光をガイドするステップを含み得る。狭角放射光を放射するステップ３１０は、光ガイドの長さに沿って互いに離間する片側散乱要素のアレイを備える狭角エミッタ使用して、導波光の一部を散乱させるステップをさらに含み得る。いくつかの実施形態によれば、片側散乱要素のアレイは導波光部分を、片側方向を有する狭角放射光として散乱させるように構成され得る。光ガイドおよび片側散乱要素のアレイは、いくつかの実施形態において、図２Ａ～２Ｂに関して上述した上記光ガイド１１２および片側散乱要素のアレイと実質的に同様であり得る。
狭角エミッタアレイの狭角エミッタが、狭角アクティブ光エミッタを備える場合などの他の実施形態において、狭角放射光を放出するステップ３１０は、狭角エミッタアレイの狭角アクティブ光エミッタをアクティブ化するステップを含み得る。狭角アクティブ光エミッタは、例えば、第１のモードおよび第２のモードの両方の間、アクティブ化され得る。いくつかの実施形態において、狭角アクティブ光エミッタは、図６Ａ～６Ｂを参照して上述した狭角エミッタ１１４のアクティブ光エミッタと実質的に同様であり得る。
図８に図示されるように、モード切り替え可能バックライト動作の方法３００は、第２の指向性バックライトを使用して、第２のモードの間にのみ、二方向エミッタのアレイを使用して、二方向放射光を放射するステップ３２０をさらに含む。様々な実施形態によれば、二方向放射光は、狭角放射光と相補的な分岐した角度広がりを有する。いくつかの実施形態において、第２の指向性バックライトおよび二方向放射光は、モード切り替え可能バックライト１００に関して上述した、第２の指向性バックライト１２０および二方向放射光１０６にそれぞれ実質的に同様であり得る。
狭角エミッタアレイの二方向エミッタがパッシブ光エミッタを備える場合などのいくつかの実施形態において、二方向放射光を放射するステップ３２０は、導波光として、光を光ガイドの長さに沿ってガイドするステップを含み得る。光ガイドは、いくつかの実施形態において、図２Ａ～２Ｂに図示された第２の指向性バックライト１２０の光ガイド１２２と実質的に同様であり得る。これらの実施形態において、二方向放射光を放射するステップ３２０は、二方向エミッタアレイのパッシブ光エミッタを使用して、導波光の一部を散乱させるステップをさらに含む。特に、放射するステップ３２０は、分岐した角度広がりの第１の方向を有する二方向放射光の第１のセグメントとして、導波光の一部を散乱させるように構成された第１の複数の指向性散乱要素を使用して、導波光の一部を散乱させるステップを含み得る。これらの実施形態において二方向放射光を放射するステップ３２０は、分岐した角度広がりの第２の方向を有する二方向放射光の第２のセグメントとして、導波光の一部を散乱させるように構成された第２の複数の指向性散乱要素を使用して、導波光の別の部分を散乱させるステップをさらに含む。いくつかの実施形態において、第１および第２の複数の指向性散乱要素は、図２Ａ～２Ｂに図示された上述の第２の指向性バックライト１２０の第１および第２の指向性散乱要素１２４ａ、１２４ｂの複数と実質的に同様であり得る。同様に、二方向放射光の第１および第２のセグメントは、二方向放射光１０６の上述の第１および第２のセグメント１０６ａ、１０６ｂと実質的に同様であり得る。特に、第１および第２のセグメントの角度範囲を組み合わせた第１および第２の方向は、二方向放射光の分岐した角度広がりを決定する。
二方向エミッタアレイの二方向エミッタが、指向性アクティブ光エミッタの対を備える場合などの他の実施形態において、二方向放射光を放射するステップは、指向性アクティブ光エミッタの対をアクティブ化するステップを含む。指向性アクティブ光エミッタは、例えば、二方向放射光を提供するために、第２のモードの間のみ、アクティブ化され得る。いくつかの実施形態において、指向性アクティブ光エミッタは、図６Ａ～６Ｂを参照して上述した二方向エミッタ１２４のアクティブ光エミッタと実質的に同様であり得る。
図８に図示されたモード切り替え可能バックライト動作の方法３００は、第２のモードの間、狭角放射光と二方向放射光とを組み合わせて広角放射光を提供するステップ３３０をさらに含む。様々な実施形態において、広角放射光は、第１のビューゾーンを含む第２のビューゾーンを照明する。さらに、狭角放射光は、第１のビューゾーンのみを照明する。したがって、様々な実施形態によれば、第１のモードでは、第１のビューゾーンのみが照明される。
いくつかの実施形態において（例えば、図８に図示されるように）、モード切り替え可能バックライト動作の方法３００は、画像を表示するために、ライトバルブのアレイを使用して狭角放射光および広角放射光を変調するステップ３４０をさらに含む。表示画像は、第１のモード、つまりプライバシーモードの間、プライベート表示画像であり、第２のモード、つまりパブリックモードの間、パブリック表示画像である。さらに、プライベート画像は、狭角放射光の角度範囲によって限定されたビュー範囲を有する。すなわち、プライベート表示画像は、第１のビューゾーン内でのみ見ることができ得る。一方、パブリック表示画像は、様々な実施形態によれば、第１のビューゾーンを含む広い角度範囲を有する第２のビューゾーンで見ることができる。いくつかの実施形態において、ライトバルブのアレイは、モード切り替え可能プライバシーディスプレイ２００に関して上述したライトバルブ２３０のアレイと実質的に同様であり得る。さらに、プライベート表示画像およびパブリック表示画像は、モード切り替え可能プライバシーディスプレイ２００に関しても上述したプライベート表示画像およびパブリック表示画像と実質的に同様であり得る。
このように、第１のモードの狭角放射光と、第２のモードの狭角放射光および二方向放射光を備える広角放射光との切り替え可能な組合せを採用した、モード切り替え可能バックライト、モード切り替え可能プライバシーディスプレイ、およびモード切り替え可能バックライト動作の方法の例および実施形態について説明してきた。上述の例は、本明細書に記載の原理を表す多くの特定の例のいくつかを、単に例示するものであることを理解されたい。当業者が、以下の特許請求の範囲によって定義される範囲から逸脱することなく、多数の他の構成を容易に考案することができることは、明らかである。

Claims (12)

  1. 第１の指向性バックライトの表面に配置された狭角エミッタのアレイを備える前記第１の指向性バックライトであって、前記狭角エミッタのアレイの狭角エミッタが、第１のモードおよび第２のモードの両方の間、狭角放射光を提供するように構成されたアクティブ光エミッタを備える第１の指向性バックライトと、
    第２の指向性バックライトの表面に配置された二方向エミッタのアレイを備える前記第２の指向性バックライトであって、前記二方向エミッタのアレイの二方向エミッタが、一対のアクティブ光エミッタを備え、前記第２のモードの間にのみ、二方向放射光を提供するように構成され、前記二方向放射光が、前記狭角放射光の角度範囲と相補的な分岐した角度広がりを有する、第２の指向性バックライトと、を備え、
    前記第２のモードの間、前記狭角放射光と前記二方向放射光との組合せが、前記狭角放射光の前記角度範囲と、前記二方向放射光の分岐した前記角度広がりとの和である角度範囲を有する広角放射光を提供するように構成された、
    モード切り替え可能バックライト。
  2. 前記狭角放射光が、前記第１のモードの間に、第１のビューゾーンのみを照明するように構成され、前記広角放射光が、前記第２のモードの間、前記第１のビューゾーンを含む第２のビューゾーンを照明するように構成された、請求項１に記載のモード切り替え可能バックライト。
  3. 前記二方向エミッタアレイの二方向エミッタが、前記狭角エミッタアレイの対応する狭角エミッタと整列し、前記二方向エミッタおよび前記対応する狭角エミッタが、前記第２のモードの間、協働して前記広角放射光を提供する、請求項１に記載のモード切り替え可能バックライト。
  4. 前記アクティブ光エミッタ対の第１のアクティブ光エミッタが、前記二方向放射光の第１のセグメントを提供するように構成され、前記アクティブ光エミッタ対の第２のアクティブ光エミッタが、前記二方向放射光の第２のセグメントを提供するように構成される、請求項１に記載のモード切り替え可能バックライト。
  5. 前記第１の指向性バックライトが、第１の表面から前記狭角放射光を提供するように構成され、前記第２の指向性バックライトが、前記第１の表面に対向する前記第１の指向性バックライトの第２の表面に隣接し、前記第１の指向性バックライトが、前記二方向放射光に対して透明である、請求項１に記載のモード切り替え可能バックライト。
  6. 請求項１のモード切り替え可能バックライトを備えるモード切り替え可能プライバシーディスプレイであって、
    前記第１のモードの間、前記狭角放射光をプライベート表示画像として変調し、前記第２のモードの間、前記広角放射光をパブリック表示画像として変調するように構成されたライトバルブのアレイであって、前記プライベート表示画像のビュー範囲が、前記狭角放射光の前記角度範囲によって限定された、ライトバルブのアレイをさらに備え、
    前記第１のモードが、前記モード切り替え可能プライバシーディスプレイのプライバシーモードであり、前記第２のモードが、前記モード切り替え可能プライバシーディスプレイのパブリックモードである、モード切り替え可能プライバシーディスプレイ。
  7. 第１の指向性バックライトの表面に配置された狭角エミッタのアレイを備える前記第１の指向性バックライトであって、前記狭角エミッタのアレイの狭角エミッタが、プライバシーモードおよびパブリックモードの両方の間、狭角放射光を提供するように構成されたアクティブエミッタを備える第１の指向性バックライトと、
    第２の指向性バックライトの表面に配置された二方向エミッタのアレイを備える前記第２の指向性バックライトであって、前記二方向エミッタのアレイの二方向エミッタが、一対のアクティブ光エミッタを備え、前記パブリックモードの間にのみ、二方向放射光を提供するように構成され、前記二方向放射光が、前記狭角放射光の角度範囲と相補的な分岐した角度広がりを有する、第２の指向性バックライトと、
    前記プライバシーモードの間、前記狭角放射光をプライベート表示画像として変調し、前記パブリックモードの間、広角放射光をパブリック表示画像として変調するように構成されたライトバルブのアレイであって、前記広角放射光が、前記パブリックモードの間、前記狭角放射光と前記二方向放射光との組合せを含む、ライトバルブのアレイと、を備え、
    前記プライベート表示画像が、プライベートビューゾーンにおいて見ることができるように構成され、前記パブリック表示画像が、前記プライベートビューゾーンを含むパブリックビューゾーンで見ることができるように構成される、
    モード切り替え可能プライバシーディスプレイ。
  8. 前記アクティブ光エミッタ対の第１のアクティブ光エミッタが、前記二方向放射光の第１のセグメントを提供するように構成され、前記アクティブ光エミッタ対の第２のアクティブ光エミッタが、前記二方向放射光の第２のセグメントを提供するように構成された、請求項７に記載のモード切り替え可能プライバシーディスプレイ。
  9. 前記狭角エミッタの前記アクティブ光エミッタと、前記二方向エミッタの前記アクティブ光エミッタの対との一方または両方が、発光ダイオードを備える、請求項８に記載のモード切り替え可能プライバシーディスプレイ。
  10. 前記第１の指向性バックライトが、前記第２の指向性バックライトと前記ライトバルブのアレイとの間にあり、前記第１の指向性バックライトが、前記二方向放射光に対して透明である、請求項７に記載のモード切り替え可能プライバシーディスプレイ。
  11. 第１の指向性バックライトを使用し、狭角エミッタのアレイを使用して、第１のモードおよび第２のモードの両方の間、第１のビューゾーンを照明する狭角放射光を放射するステップであって、前記狭角エミッタのアレイは、前記第１の指向性バックライトの表面に配置され、狭角アクティブ光エミッタを備え、前記狭角放射光を放射するステップが、前記狭角エミッタアレイの前記狭角アクティブ光エミッタをアクティブ化することを含む、ステップと、
    第２の指向性バックライトを使用し、二方向エミッタのアレイを使用して、前記第２のモードの間にのみ、二方向放射光を放射するステップであって、前記二方向エミッタのアレイが前記第２の指向性バックライトの表面に配置され、前記二方向放射光が、前記狭角放射光の角度範囲と相補的な分岐した角度広がりを有し、前記二方向エミッタのアレイが、指向性アクティブ光エミッタの対を備え、前記二方向放射光を放射するステップが、前記指向性アクティブ光エミッタの対をアクティブ化することを含む、二方向放射光を放射するステップと、
    前記第２のモードの間、前記狭角放射光と前記二方向放射光とを組み合わせて広角放射光を提供するステップと、を含み、
    前記広角放射光が、前記第１のビューゾーンを含む第２のビューゾーンを照明する、
    モード切り替え可能バックライト動作の方法。
  12. 画像を表示するために、ライトバルブのアレイを使用して前記狭角放射光および前記広角放射光を変調するステップであって、前記表示画像は、前記第１のモードの間、プライベート表示画像であり、前記第２のモードの間、パブリック表示画像であり、前記プライベート表示画像が、前記狭角放射光の前記角度範囲によって限定されたビュー範囲を有する、変調するステップをさらに含み、
    前記プライベート表示画像が、前記第１のビューゾーンで見ることができ、前記パブリック表示画像が、前記第１のビューゾーンを含む前記第２のビューゾーンで見ることができる、請求項１１に記載のモード切り替え可能バックライト動作の方法。
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