TWI693456B - 可選擇模式的背光板、隱私顯示器及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種可選擇模式的背光板與一種隱私顯示器，其採用方向性散射特徵部來提供射出光。可選擇模式的背光板包含導光體；第一方向性散射特徵部，用於在公開模式期間從在導光體內具有第一傳播方向的引導光中提供廣角射出光；以及第二方向性散射特徵部，用於在隱私模式期間從在導光體內具有第二傳播方向的引導光中提供方向性射出光。在隱私模式期間提供的方向性射出光導向進入視框中。可選擇模式的隱私顯示器進一步包含光源，配置以提供具有第一傳播和第二傳播方向的引導光；以及光閥陣列，配置以將廣角射出光調變為公開影像以及將方向性射出光調變為在視框內可見的隱私影像。

Description

可選擇模式的背光板、隱私顯示器及方法
本發明關於一種背光板；特別是屬於一種可選擇模式的背光板、隱私顯示器及方法。
電子顯示器是一個幾乎無處不在的媒介，用於傳遞資訊給種類廣泛的裝置及產品的使用者。最常見的電子顯示器包含陰極射線管（cathode ray tube, CRT）、電漿顯示面板（plasma display panels, PDP）、液晶顯示器（liquid crystal displays, LCD）、電致發光顯示器（electroluminescent displays, EL）、有機發光二極體（organic light emitting diode, OLED）和主動式矩陣有機發光二極體（active matrix OLEDs, AMOLED）顯示器、電泳顯示器（electrophoretic displays, EP），以及各種採用機電或電流體光調變（例如，數位微鏡裝置、電潤濕顯示器等等）的顯示器。在一般情況下，電子顯示器可以分為主動顯示器（即，會發光的顯示器）或被動顯示器（即，調變由另一個光源提供的光的顯示器）的其中一者。在主動顯示器的分類中，最明顯的例子是CRTs、PDPs及OLEDs/ AMOLEDs。在以射出光進行考量的情況下，LCDs及EP顯示器一般是被歸類在被動顯示器中。被動顯示器雖然經常表現出包含但不限於如固有的低功率消耗等具有吸引力的性能特徵，但由於其缺乏發光的能力，在許多實際應用中被動顯示器可能有使用上的限制。
為了克服被動顯示器與射出光相關聯的使用限制，許多被動顯示器係與一外部光源耦合。耦合光源可使這些被動顯示器發光，並使這些被動顯示器基本上發揮主動顯示器的功能。背光板即為這種耦合光源的例子之一。背光板是放在被動顯示器後面以照亮被動顯示器的光源（通常是面板背光源）。舉例來說，背光板可以與LCD或EP顯示器耦合。背光板會發出可以穿過LCD或EP顯示器的光。發出的光會由LCD或EP顯示器調變，且經調變後的光會隨後依序地由LCD顯示器或EP顯示器射出。通常背光板係配置為用以發出白色光。彩色濾光片接著會將白光轉化成顯示器中使用的各種顏色的光。舉例來說，彩色濾光片可以被設置在LCD或EP顯示器的輸出處（不太常見的配置），或者可以被設置在背光板和LCD或EP顯示器之間。
根據在此描述的原理的示例和實施例提供一種可選擇模式的背光板，包括：一導光體，配置以將光引導作為引導光；一第一方向性散射特徵部，配置為在該可選擇模式的背光板的一公開模式期間，從在該導光體內具有一第一傳播方向的該引導光中提供廣角射出光；以及一第二方向性散射特徵部，配置為在該可選擇模式的背光板的一隱私模式期間，從在該導光體內具有一第二傳播方向的該引導光提供方向性射出光，該方向性射出光被導向進入與該可選擇模式的背光板相鄰的一視框中，其中，該第一傳播方向與該第二傳播方向不同。
根據本發明一實施例，該第一方向性散射特徵部包括複數個散射元件，沿著且橫跨該導光體互相隔開，該複數個散射元件配置以散射出具有該第一傳播方向的該引導光的一部分，以在該公開模式期間提供該廣角射出光。
根據本發明一實施例，該複數個散射元件中的一散射元件包括一繞射光柵，配置以在該公開模式期間繞射地散射出具有該第一傳播方向的該引導光的該部分。
根據本發明一實施例，該第二方向性散射特徵部包括一繞射光柵，位於該導光體的一表面處，該繞射光柵配置以繞射地散射出具有該第二傳播方向的該引導光的一部分，以在該隱私模式期間提供該方向性射出光。
根據本發明一實施例，該視框是位在與該導光體的該表面平行的一平面中的二維視框，且其中，該繞射光柵包括複數個彎曲繞射特徵部，配置以在兩個正交方向上導向該繞射散射光，以提供該方向性射出光給該二維視框。
根據本發明一實施例，該繞射光柵包括複數個繞射特徵部，其在相鄰的繞射特徵部之間具有一特徵部間距，且該特徵部間距隨著距該導光體的一入光邊緣的距離函數而縮減。
根據本發明一實施例，該繞射光柵包括複數個子光柵，該複數個子光柵在該導光體的該表面互相隔開，並且配置以互相配合地使所提供的該方向性射出光匯聚到該視框中。
根據本發明一實施例，該第一方向性散射特徵部位於該導光體的一第一表面處，並且該第二方向性散射特徵部位於該導光體與該第一表面相對的一第二表面處，該第二方向性散射特徵部配置以將具有該第二傳播方向的該引導光的一部分散射穿過該第一表面，以提供該方向性射出光。
根據本發明一實施例，所述的背光板進一步包括：一第一光源，配置以在該導光體內提供具有該第一傳播方向的該引導光；以及一第二光源，配置以在該導光體內提供具有該第二傳播方向的該引導光，其中，該第一光源位於該導光體的一第一側面，並且該第二光源位於該導光體的與該第一側面正交的一第二側面。
在本發明之另一態樣中，提供一種可選擇模式的隱私顯示器，包括如上所述的可選擇模式的背光板，該可選擇模式的隱私顯示器進一步包括一光閥陣列，配置以調變由該可選擇模式的背光板射出的光，其中，在該公開模式期間，該光閥陣列配置以將該廣角射出光調變為一公開影像，並且在該隱私模式期間，該光閥陣列配置以將該方向性射出光調變為一隱私影像，該隱私影像配置為僅在該視框的一視錐內可見，以提供觀看的隱私性。
在本發明之另一態樣中，提供一種可選擇模式的隱私顯示器，包括：一可選擇模式的背光板，包括一導光體，配置以引導光；一第一方向性散射特徵部，配置以從該導光體內散射出該引導光，以在一公開模式期間提供廣角射出光；以及一第二方向性散射特徵部，配置以從該導光體內散射出該引導光，以在一隱私模式期間提供方向性射出光；以及一光閥陣列，配置以在該公開模式期間調變該廣角射出光以顯示一公開影像，並且在該隱私模式期間調變該方向性射出光以顯示一隱私影像，其中，該隱私影像配置在該可選擇模式的隱私顯示器的一視框內為可見。
根據本發明一實施例，所述的可選擇模式的隱私顯示器進一步包括：一第一光源，配置以在該公開模式期間提供光作為在該導光體內具有一第一傳播方向的引導光；以及一第二光源，配置以在該隱私模式期間提供光作為在該導光體內具有一第二傳播方向的引導光，其中，該第一方向性散射特徵部配置以選擇性地散射出具有該第一傳播方向的該引導光，並且該第二方向性散射特徵部配置以選擇性地散射出具有該第二傳播方向的該引導光。
根據本發明一實施例，該第一方向性散射特徵部包括複數個散射元件，沿著且橫跨該導光體互相隔開，該複數個散射元件配置以散射出在該導光體內具有一第一傳播方向的該引導光的一部分，以在該公開模式期間提供該廣角射出光，該複數個散射元件中的一散射元件的尺寸小於該光閥陣列的一光閥的尺寸。
根據本發明一實施例，該複數個散射元件中的一散射元件包括一繞射光柵，配置以在該公開模式期間繞射地散射出具有該第一傳播方向的該引導光的該部分。
根據本發明一實施例，該第二方向性散射特徵部包括一繞射光柵，位於該導光體的一表面處，該繞射光柵配置以繞射地散射出具有一第二傳播方向的該引導光的一部分，以在該隱私模式期間提供該方向性射出光。
根據本發明一實施例，該第二方向性散射特徵部的該繞射光柵包括複數個繞射特徵部，其在相鄰的繞射特徵部之間具有一特徵部間距，該特徵部間距隨著距該導光體的一入光邊緣的距離函數而縮減。
根據本發明一實施例，該第一方向性散射特徵部位於該導光體的一第一表面處，並且該第二方向性散射特徵部位於該導光體與該第一表面相對的一第二表面處，該第一方向性散射特徵部配置以將該引導光通過該第二表面散射以提供該廣角射出光。
在本發明之另一態樣中，提供一種操作可選擇模式的背光板的方法，該方法包括：在一導光體中將光引導作為引導光；在一公開模式期間，使用一第一方向性散射特徵部將該引導光從該導光體內散射出作為廣角射出光，該引導光在該公開模式期間具有一第一傳播方向；以及在一隱私模式期間，使用一第二方向性散射特徵部將該引導光從該導光體內散射出作為方向性射出光，該引導光在該隱私模式期間具有一第二傳播方向，其中，該方向性射出光優先地被導向進入與該可選擇模式的背光板相鄰的一視框中，並且其中，該第一傳播方向與該第二傳播方向彼此不同。
根據本發明一實施例，所述的操作可選擇模式的背光板的方法進一步包括使用複數個光源向該導光體提供光被引導作為該引導光，該複數個光源包括：一第一光源，配置以在該公開模式期間在該導光體內提供具有該第一傳播方向的該引導光；以及一第二光源，配置以在該隱私模式期間在該導光體內提供具有該第二傳播方向的該引導光，其中，該第一光源位於該導光體的一第一側面，並且該第二光源位於該導光體與該第一側面正交的一第二側面。
根據本發明一實施例，所述的操作可選擇模式的背光板的方法進一步包括使用一光閥陣列調變由該可選擇模式的背光板所射出的光，以顯示一影像，其中，在該公開模式期間，該光閥陣列調變該廣角射出光以將該影像顯示為一公開影像，並且在該隱私模式期間，該光閥陣列調變該方向性射出光以將該視框內的該影像優先地顯示為一隱私影像。
根據本發明所述的原理的示例和實施例提供可選擇模式的背光，其應用於可選擇模式的隱私顯示。具體來說，符合本發明所述的原理的實施例提供了一種可選擇模式的背光板，其採用複數個方向性散射特徵部，所述的複數個方向性散射特徵部配置藉由引導在導光體中傳播的引導光的一部分以提供射出光。根據各種實施例，藉由在不同操作模式（例如，公開模式和隱私模式）期間控制引導光的傳播方向，使射出光的特性為可選擇模式的。另外，根據一些實施例，當與顯示系統結合使用時，可選擇模式的背光板可以支持在用於一般觀看的公開模式和提供使用者私下觀看的隱私模式中的一個或兩個中顯示影像或其他資訊。
舉例而言，在公開模式期間，複數個方向性散射特徵部的第一方向性散射特徵部可以配置以從在導光體內具有第一傳播方向的引導光中提供廣角射出光。或者，在隱私模式期間，複數個方向性散射特徵部的第二方向性散射特徵部可以配置以在導光體內從具有第二傳播方向的引導光中提供方向性射出光。在一些實施例中，廣角射出光可以是，但不限為，漫射或基本上無方向的光。另一方面，根據各種實施例，由第二方向性散射特徵部提供的方向性射出光係配置成被引導到與可選擇模式的背光板相鄰的視框中。
在一些實施例中，廣角射出光可以提供背光，其支持或有助於在公開模式期間顯示公開影像。在隱私模式中，方向性射出光可以提供背光，其配置以支持隱私影像的顯示。此外，將隱私影像配置成在視框或視框的視錐中的一者或兩者內可見，並且在一些實施例中是唯一可見的，以提供觀看時的隱私性。本文所述的可選擇模式的背光和可選擇模式的隱私顯示器的用途，包含但不限於行動電話（例如智慧型手機）、手錶、平板電腦、行動電腦（例如筆記型電腦）、個人電腦和電腦監視器、汽車顯示控制台、相機顯示器、以及各種其他行動裝置、以及基本上不可移動的顯示器應用和裝置。
本文中，「導光體」被定義為使用全內反射（total internal reflection, TIR）在結構內引導光的結構。具體地，導光體可以包含在導光體的工作波長處基本上透明的核心。在各種示例中，「導光體」一詞一般指的是介電質的光波導，其係利用全內反射在導光體的介電材料和圍繞導光體的物質或介質之間的界面引導光。根據定義，全內反射的條件是導光體的折射係數大於與導光體材料的表面鄰接的周圍介質的折射係數。在一些實施例中，導光體可以在利用上述的折射係數差之外另外包含一塗層，或者利用塗層取代前述的折射係數差，藉此進一步促成全內反射。例如，塗層可以是反射塗層。導光體可以是數種導光體中的任何一種，包含但不限於板狀或厚平板導光體和條狀導光體中的一個或兩個。
此外，在本發明中，術語「平板」在應用於導光體時如「平板導光體」被定義為片狀的或微分地平坦面（differentially planar）的層或片，其有時被稱為「厚板」導光體。具體地，平板導光體被定義為導光體，導光體被構造成在由導光體的頂部表面和底部表面（亦即，相對的表面）界定範圍內的兩個基本上正交的方向上引導光。此外，根據本發明的定義，頂部表面和底部表面兩者間互相隔開，並且可以至少在微分的意義上基本上相互平行。也就是說，在平板導光體的任何微分地小區段內，頂部表面和底部表面基本平行或共平面。
在一些實施例中，平板導光體可以是基本上平坦的（亦即，侷限為平面），並且因此平板導光體是平面導光體。在其他實施例中，平板導光體可以在一個或兩個正交維度上彎曲。例如，平板導光體可以以單個維度彎曲以形成圓柱型的平板導光體。然而，任何曲率都具有足夠大的曲率半徑以確保在平板導光體內保持全內反射以引導光。
本文中，「方向性散射特徵部」定義為散射結構，其選擇性地或優先地散射具有特定或預定傳播方向的光，同時不散射或基本上不散射具有另一個或不同傳播方向的光。舉例而言，方向性散射特徵部可以配置以選擇性地散射具有第一傳播方向的光。此外，方向性散射特徵部可以不散射具有第二傳播方向的光，第二傳播方向不同於第一傳播方向。因此，根據定義，方向性散射特徵部是有方向選擇性的，其基於入射在方向性散射特徵部上的光的方向。
本文中，「角度保持散射特徵部」或等同的「角度保持散射器」係被配置為以一種方式散射光的任一特徵部或散射器，所述方式在散射光中基本上保留入射在特徵部或散射器上的光的角展度。更具體來說，根據定義，藉由角度保持散射特徵部散射的光的角展度σs 是入射光的角展度σ的函數（即σs = f（σ））。在一些實施例中，散射光的角展度σs 是入射光的角展度或準直因子σ的線性函數（例如，σs = a•σ，其中a是整數）。也就是，藉由角度保持散射特徵部散射的光的角展度σs ，可以基本上與入射光的角展度或準直因子σ成比例。例如，散射光的角展度σs 可以基本上等於入射光的角展度σ （例如，σs ≈ σ ）。 均勻繞射光柵（即，具有大致均勻或恆定的繞射特徵部間距或光柵間距的繞射光柵）是角度保持散射特徵部的一個示例。相反地，根據本文的定義，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，「繞射光柵」通常被定義為設置成提供入射在繞射光柵上的光的繞射的複數個特徵部（亦即，繞射特徵部）。在一些示例中，複數個特徵部可以以週期性或準週期性的方式設置。舉例而言，繞射光柵可以包含佈置在一維（one-dimensional, 1D）陣列中之複數特徵部（例如，在材料表面中的複數凹槽或脊部）。在其他示例中，繞射光柵可以是二維（2D）陣列的特徵部。例如，繞射光柵可以是材料表面上的凸部或材料表面中的孔洞的二維陣列。
如此，根據本文的定義，「繞射光柵」是提供入射在繞射光柵上的光的繞射的結構。如果光從導光體入射在繞射光柵上，則所提供的繞射或繞射性散射可以導致並且因此被稱為「繞射耦合」，因為繞射光柵可以透過繞射將光耦合出導光體。繞射光柵還藉由繞射（亦即，以繞射角）重新導向或改變光的角度。特別地，由於繞射，離開繞射光柵的光通常具有與入射在繞射光柵上的光（亦即，入射光）的傳播方向不同的傳播方向。藉由繞射的光的傳播方向的變化在本文中稱為「繞射重新導向」。因此，繞射光柵可被理解為包含繞射特徵部的結構，其經由繞射方式將入射在繞射光柵上的光重新導向，以及，如果光是由導光體射出，繞射光柵也可將來自導光體的光繞射耦合出。
此外，根據本文的定義，繞射光柵的特徵部被稱為「繞射特徵部」，並且可以是在材料表面（亦即，兩種材料之間的邊界）處、之中、以及之上的狀況中的一種或多種。例如，所述表面可以是導光體的表面。繞射特徵部可以包含繞射光的各種結構中的任何一種，包含但不限於在表面處、表面中、或表面上的凹槽、脊部、孔洞、以及凸部中的一個或多個。例如，繞射光柵可以在材料表面中包含複數個基本上平行的凹槽。在另一個示例中，繞射光柵可以包含從材料表面上升起的複數個平行的脊部。繞射特徵部（例如：凹槽、脊部、孔洞、凸部等等）可以具有提供繞射的各種橫截面形狀或輪廓中的任何一種，包含但不限於正弦曲線輪廓、矩形輪廓（例如，二元繞射光柵）、三角形輪廓、和鋸齒輪廓（例如，閃耀式光柵(blazed grating)）。
根據本發明中所描述的各個實施例，繞射光柵可以被用於將光繞射地散射，或者將光耦合出導光體（例如，平板導光體）以成為光束。特別是，局部週期性繞射光柵的繞射角θm 或由局部週期性繞射光柵提供的繞射角θm 可藉由方程式（1）給定如：
Figure 02_image001
（1） 其中λ是光的波長，m是繞射階數，n是導光體的折射係數，d是繞射光柵的特徵部之間的距離或間距，θi 是繞射光柵上的光入射角。為了簡單起見，方程式（1）假設繞射光柵與導光體的表面鄰接並且導光體外部的材料的折射係數等於1（亦即，nout = 1）。通常，繞射階數m給定為整數。繞射角θm由繞射光柵產生的光束可以由其中繞射階數為正（例如，m ＞ 0）的方程式（1）給定。例如，當繞射階數m等於1（亦即，m = 1）時提供第一階繞射。
圖1係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的繞射光柵10的剖視圖。例如，繞射光柵10可以位於導光體20的表面上。另外，圖1示出了以入射角θi入射在繞射光柵10上的入射光束30。入射光束30可以是導光體20內的引導光束。圖1中還示出了由於入射光束30的繞射，繞射光柵10繞射地產生並耦合出方向性光束40。方向性光束40具有如方程式（1）所示的繞射角θm（或者，在本文中，「主要角度方向」）。例如，繞射角θm可以對應於繞射光柵10的繞射階數「m」。
在本發明中，「準直器」一詞被定義為基本上係配置為用於準直光的任何光學裝置或元件。根據各個實施例，由準直器提供的一準直量可以從一個實施例到另一個實施例以預定的角度或數量做變化。「準直因子」在本文中定義為光被準直的程度。更具體來說，在本文中定義為，準直因子描繪準直光束內的光線的角展度。例如，準直因子σ可以指定一束準直光中的大部分光線在特定的角展度內（例如，相對於準直光束的中心或主要角度方向的+/- σ度）。根據一些示例，準直光束的光線可以在角度方面具有高斯分布（Gaussian distribution），並且角展度可以是由準直光束的峰值強度的一半所確定的角度。
在本文中，「光源」一般定義為發出光的源頭（例如，配置以產生和射出光的光學發射器）。例如，光源可以包括光學發射器，例如，發光二極體（LED），其在被啟動或開啟時發光。更具體來說，在本文中光源基本上可為任何一種來源的光或光學發射器，其包含但不限於，一個或多個LED、雷射、有機發光二極體（organic light emitting diode, OLED）、聚合物發光二極體、電漿光學發射器、日光燈、白熾燈，以及任何其他視覺可見的燈光來源。由光源產生的光可以具有顏色（亦即，可以包含特定波長的光），或者可以是波長的範圍（例如，白光）。在一些實施例中，光源可以包括複數個光學發射器。例如，光源可以包含一組或一群光學發射器，其中至少一個光學發射器產生具有一顏色或等同波長的光，所述顏色或等同波長不同於由該組或該群的至少一個其它光學發射器產生的光所具有的一顏色或一波長。不同顏色可以包含例如主要顏色（例如，紅色、綠色、藍色）。
在本發明中，在本說明書中，「視框」一詞是被定義為顯示器或其他光學系統（例如，透鏡系統）所形成的影像可由肉眼看見並且因此可以被觀看到之空間的區域或容積。換言之，視框定義了為了觀看由顯示器或顯示系統所產生的影像，使用者的眼睛適合位於之空間中的位置或區域。此外，視框的大小一般來說足以容納使用者的兩個眼睛。在一些實施例中，視框可以代表二維的空間區域（例如，具有長度與寬度但沒有實際深度的區域），而在其他的實施例中，視框可以包含三維的空間區域（例如，具有長度、寬度以及深度的區域）。此外，當提到「框」時，視框的形狀並不受限於多角形或四邊形形狀的框架。舉例來說，在一些實施例中，視框可以包括空間的圓柱形區域。在其他的示例中，空間區域可以具有各種其他的形狀，包含橢圓柱、雙曲柱以及一般的橢球形等形狀，但其並不受限於此。
此外，如本文所使用的，冠詞「一」旨在具有其在專利領域中的通常含義，亦即「一個或複數個」。例如，「方向性散射特徵部」表示一個或多個方向性散射特徵部，因此，「方向性散射特徵部」在本文中表示「（一些）方向性散射特徵部」。此外，本文中對「頂部」、「底部」、「上」、「下」、「向上」、「向下」、「前」、「後」、「第一」、「第二」、「左」、或「右」並非意使其作為限制。本文中，當應用到一個值時，除非有另外特別說明，「大約」一詞在應用於某個值時通常意味著在用於產生該值的設備的公差範圍內，或者可以表示加減10％、或加減5％、或加減1％。此外，本文使用的術語「基本上」是指大部分、或幾乎全部、或全部、或在約51％至約100％的範圍內的量。而且，本文中的示例僅僅是說明性的，並且是為了討論的目的而不是為了限制。
根據與本說明書中所描述的原理一致的一些實施例，本發明係提供一可選擇模式的背光板。圖2A係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的可選擇模式的背光板100的剖面示意圖。圖2B係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的可選擇模式的背光板100的平面示意圖。圖2C係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的可選擇模式的背光板100的透視圖。在圖2A和2B中，可選擇模式的背光板100的第一操作模式或「公開」模式（模式1）在圖的左半部分中描繪，並且第二操作模式或「隱私」模式（模式2）在右半部分中示出，亦即分別在圖2A至圖2B中的點虛線的左側和右側示出。
圖2A至圖2C中所示的可選擇模式的背光板100配置以提供射出光102。射出光102配置以具有大致上遠離可選擇模式的背光板100的表面（例如，發射表面）的方向。在一些實施例中，射出光102可以用於各種應用中，例如但不限於，舉例而言，在顯示器應用中照射光閥陣列（例如，如下文所述的光閥170）。
在可選擇模式的背光板100的各種操作模式中，射出光102可具有或表現出不同的特性。舉例而言，如下文更詳細地所描述的，在公開模式中，可選擇模式的背光板100配置提供射出光102以作為廣角射出光102'。或者，在隱私模式中，可選擇模式的背光板100配置以提供射出光102以作為方向性射出光102"。根據一些實施例，方向性射出光102"被導向到與可選擇模式的背光板光100相鄰的視框104中。此外，如圖所示，方向性射出光102"可以被限制或至少基本上限制在視框104的視錐106中。
根據定義，如下文所述，「廣角」的射出光102'被定義為具有比可選擇模式的背光板100的視框104的視錐106之錐角更廣的錐角的光。具體來說，在一些實施例中，廣角射出光102'可以具有大約大於十度（例如，＞ ±10°）的錐角。在其他的實施例中，廣角射出光102'的錐角可以大約大於二十度（例如，＞ ±20°），或大約大於三十度（例如，＞ ±30°），或大約大於四十度（例如，＞ ±40°）。舉例來說，廣角射出光102'的錐角可以大約等於六十度（例如，＞ ±60°）。
在一些實施例中，廣角射出光102'的錐角可以大約等於LCD電腦螢幕、LCD平板電腦、LCD電視或其他用於廣角觀看（例如，大約 ±40°~65°）的相似的數位顯示裝置的視角。在其他實施例中，由可選擇模式的背光板100提供的廣角射出光102'也可以表徵為或描述為漫射光、大致漫射光、非方向性光（即，缺少任何具體或明確的方向性），或者具有單一或大致均勻方向的光。為了便於說明，廣角射出光102'在圖2A中是以寬箭頭顯示。然而，表示廣角射出光102'的寬箭頭並非意圖暗示射出光102具有特定的方向，反之，其僅代表了光的射出與傳輸，例如，從可選擇模式的背光板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（或簡稱「不同方向」）的複數個方向性光束。在一些實施例中，根據本文的定義，方向性射出光102"的不同光束優先地被導向到視框104中。因此，根據各種實施例，方向性射出光102"可以通過可選擇模式的背光板100匯聚或大致匯聚在視框104中。具體來說，方向性射出光102"的主要光線可以被導向或「瞄準」視框104的中心或中間點。在一些實施例中，可以調變方向性射出光102"（例如，如下文所述，藉由顯示系統的光閥）以「形成」或提供影像。在這些實施例中，可以在視框104內提供影像作為「隱私影像」。
根據本發明的各個實施例，隱私影像被配置成優先在視框104中看得到，或在一些示例中僅能在視框104中才看得到，以及，隱私影像也被配置為能在視框104 的視錐106中看到，藉此提供觀看時的隱私性。亦即，隱私影像可以由使用者在視框104中觀看 （並且在一些示例中，在視錐106中觀看）。據此，當使用者的眼睛位於視框104中時，使用者可以觀看到影像。根據本發明的各個實施例，隱私影像在視框104或視錐106之外無法被看見，例如，在區域106'中。在一些示例中，從區域106'中「無法看到」代表所形成的影像基本上看起來會是黑色的。
如圖2A至圖2C所示，可選擇模式的背光板100包括導光體110。 根據一些實施例，導光體110可以為平板導光體。導光體110被配置以沿著導光體110的長度將光引導作為引導光112。例如，導光體110可以包含配置為光波導的介電材料。介電材料可以具有比圍繞介電質的光波導的介質的第二折射係數大的第一折射係數。例如，根據導光體110的一個或多個引導模式，配置折射係數的差異性以促進引導光112的全內反射。
在一些實施例中，導光體110可以是厚板或平板光波導，其包括延伸的、基本上平坦的光學透明介電材料片。所述之大致為平面薄板狀的介電材料，係透過全內反射來引導引導光112。根據各個示例，導光體110中的光學透明材料可包含各種任何的介電材料，其可包含但不限於，各種形式的玻璃中的一種或多種（例如，石英玻璃（silica glass），鹼-鋁矽酸鹽玻璃（alkali-aluminosilicate glass），硼矽酸鹽玻璃（borosilicate glass）等）以及基本上光學透明的塑料或聚合物（例如，聚（甲基丙烯酸甲酯）（poly（methyl methacrylate））或「丙烯酸玻璃（acrylic glass）」，聚碳酸酯（polycarbonate）等）。在一些示例中，導光體110還可以在導光體110的表面（例如，頂部表面和底部表面中的一個或兩個）的至少一部分上包含包覆層（圖中未顯示）。根據一些示例，包覆層可以用於進一步促進全內反射。
此外，根據一些實施例，導光體110配置以根據在導光體110的引導表面之間的非零值傳播角度的全內反射來引導引導光112，例如，在導光體110的第一表面110'（例如，「後｣表面或側面）和第二表面110"（例如，「前｣表面或側面）之間的非零值傳播角度的全內反射來引導引導光112。更具體來說，引導光112通過以非零值傳播角度在導光體110的第一表面110'和第二表面110"之間反射或「跳動」而傳播。在一些實施例中，引導光112包括數種不同顏色的光的複數條引導光束，其可由導光體110以不同的顏色特定的非零值傳播角度中相應的一個來引導。應注意的是，為了簡化說明，非零值傳播角度並未示出。然而，在各圖中描繪傳播方向的粗箭頭示出引導光112沿導光體110的長度的一般傳播方向。
如本文所定義，「非零值傳播角度｣是相對於導光體110的表面（例如，第一表面110’或第二表面110”）的角度。此外，根據各種實施例，非零值傳播角度均大於零且小於導光體110內的全內反射的臨界角度。此外，對於特定的實現，可以選擇（例如任意）特定的非零值傳播角度，只要特定的非零值傳播角度為小於導光體110內的全內反射的臨界角度即可。在各種實施例中，可以非零值傳播角度將引導光112引入或耦合到導光體110中。
根據各個實施例，藉由將光耦合至導光體110中所產生的引導光112或等同於被引導的「光束」可為準直光束。在本發明中，「準直光」或「準直光束」通常定義為一束光 ，其中，數道光束在光束內（例如，引導光112內）基本上互相平行。此外，根據本文的定義，從準直光束發散或散射的光線不被認為是準直光束的一部分。在一些實施例中，可選擇模式的背光板100可包含準直器，例如但不限於透鏡、反射器或鏡子，或繞射光柵，其配置以將被引入導光體110的光準直。在一些實施例中，光的來源（例如，光源）可包括準直器。在各種實施例中，引導光112可以根據準直因子σ以準直，或者引導光112具有準直因子σ。
根據各種實施例，可選擇模式的背光板100進一步包括第一方向性散射特徵部120。第一方向性散射特徵部120配置以從在導光體110內具有第一傳播方向的引導光112中提供廣角射出光102'。具體來說，配置第一方向性散射特徵部120以優先地或選擇性地散射出具有第一傳播方向的引導光112，而不是具有其他傳播方向的引導光112。
舉例而言，作為示例而非限制，第一傳播方向可以是圖2A至圖2C中所示的x方向（亦即，與x軸對齊或沿著x軸）。圖2A和圖2B的左半部分中的粗箭頭113'可表示引導光112的第一傳播方向，例如，在公開模式（模式1）期間或在公開模式（模式1）中。因此，如圖2A至圖2C所示，配置第一方向性散射特徵部120以選擇性地散射在導光體110內沿x方向傳播的引導光112（如粗箭頭113'所示）而不是其他方向 （例如， y方向）。
根據各種實施例，具有第一傳播方向的引導光112可以在可選擇模式的背光板100的公開模式期間存在。特別是，在一些實施例中，具有第一傳播方向的引導光112可以僅在公開模式期間存在。因此，可以藉由具有第一傳播方向的引導光112的存在來提供公開模式的選擇。例如，將提供具有第一傳播方向的引導光112的光源打開，可以選擇公開模式。圖2A採用寬箭頭來描繪廣角射出光102'的漫散射圖案或大致上單向的光，例如，用於與隱私模式的方向性光射出光102"作出區別。
根據各種實施例，第一方向性散射特徵部120可包含配置以提供方向性散射的各種不同散射結構、散射元件或散射器中的任何一種，其包含但不限於繞射光柵、折射式散射結構（例如，各種稜鏡結構）、反射式散射結構（例如，平面反射器（faceted reflectors））、電漿式或螢光式散射結構（例如，異向性電漿諧振器（anisotropic plasmonic resonator）或螢光諧振器（fluorescent resonator））、以及它們的各種組合。在一些實施例中，第一方向性散射特徵部120可包括沿著且橫跨導光體互相隔開的複數個散射元件。複數個散射元件可以配置以散射出具有第一傳播方向的引導光112的一部分，以在公開模式期間提供廣角射出光102'。
例如，第一方向性散射特徵部120可以包括在導光體110的表面上的繞射光柵，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與引導光112的第一傳播方向垂直或大致垂直（例如，包含曲率）的方向為方向。當引導光112遇到第一方向性散射特徵部120的繞射光柵時，其一部分可以選擇性地散射出以作為廣角射出光102'。選擇性散射是基本上相對於繞射光柵的方位而大致垂直的引導光112的入射方向的結果；或等效地，相對於繞射光柵的方位而大致垂直的引導光112的入射角的結果。
此外，由於繞射光柵（例如，第一方向性散射特徵部120的繞射光柵）可以用作角度保持散射結構，因此當具有第一傳播方向的引導光112具有相對大的準直因子σ時（即，寬的角展度），可以提供具有相對應的寬的光束展開度的廣角射出光102'。因此，由第一方向性散射特徵部120提供的廣角射出光102'可以是漫射的或大致漫射的。相反地，相對較小的準直因子σ可用於提供具有更有限的角展度的廣角射出光102'。舉例而言，廣角射出光102'可包括在垂直於導光體表面的方向上射出的大致平行的光束。在另一示例中，在寬角度範圍上展開的廣角射出光102'可以由第一方向性散射特徵部120提供，所述的第一方向性散射特徵部120包括繞射光柵，其具有隨機或基本上隨機的光柵間距作為穿過導光體110的距離的函數。舉例而言，隨機的光柵間距可以在有具有大的準直因子σ的引導光112或沒有具有大的準直因子σ的引導光112的情況下使用 。
在其他示例中，具有平面的折射式或反射式散射結構可以用作第一方向性散射特徵部120，所述的平面被對準以提供被配置為選擇性地散射具有第一傳播方向的引導光112的方向性散射。舉例而言，與上面的繞射光柵的示例一樣，具有第一傳播方向的引導光112的相對大的準直因子σ可用於產生漫射的廣角射出光102'，而相對較小的準直因子σ可以產生大致單向的或具有預定方向的廣角射出光102'。舉例而言，也可以使用折射式或反射式散射結構來提供漫射的廣角射出光，所述的散射結構具有隨機斜率的平面作為第一方向性散射特徵部120。散射元件以及適合用作或作為第一方向性散射特徵部120的複數個散射元件的各種具體示例可以參考2017年10月27日提交的David A. Fattal（大衛•費圖，本案第一發明人）的PCT國際專利申請第PCT / US2017 / 058854號中找到，其通過引用整體併入本文。
如圖2A至圖2C所示，可選擇模式的背光板100進一步包括第二方向性散射特徵部130。第二方向性散射特徵部130配置以在導光體110內從具有第二傳播方向的引導光112中提供方向性射出光102"。特別是，方向性射出光102"通過從導光體110散射或耦合出具有第二傳播方向的引導光112的一部分來提供。如圖2A至圖2C所示，作為示例而非限制，第二傳播方向可以在y方向上（即，與y軸對齊或沿著y軸）。指向圖2A的平面的箭頭113"和圖2B中的粗箭頭113"，皆在圖的右半部分中，顯示引導光112的第二傳播方向。因此，如圖2A至圖2C所示，第二方向性散射特徵部130可以配置以選擇性地散射如粗箭頭113"所示的在y方向上傳播的引導光112，而不是在其它方向上（例如，粗箭頭113'所示的x方向）。此外，第二方向性散射特徵部130配置以不散射或至少大致不散射具有第一傳播方向的引導光112。因此，第二方向性散射特徵部130在公開模式期間不產生散射光（亦即，方向性射出光102"），如圖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複數個方向性光束。此外，方向性射出光102"被導向並被導入視框104。在圖2A的右側（模式2），方向性射出光102"的複數條方向性光束描繪為指向不同方向的不同箭頭，以明確地表示方向性光束的不同主要角度方向。如圖所示，不同箭頭也指向視框104。
根據各種實施例，第二方向性散射特徵部130可以包括提供方向性散射的各種不同散射結構中的任何一種，並且可以配置以提供導向和進入視框104的方向性射出光102"。具體來說，第二方向性散射特徵部130的散射結構可以包含但不限於在導光體110的表面處的繞射光柵。第二方向性散射特徵部130的繞射光柵配置以繞射地散射出具有第二傳播方向的引導光的一部分，以在隱私模式期間提供方向性射出光102"。
在一些實施例中，視框104可以是位於與導光體110的表面平行的平面中的二維視框。在這些實施例中，繞射光柵可以包括複數個彎曲繞射特徵部，其配置以在兩個正交方向上導向繞射地散射的光，以將方向性射出光102"提供給二維視框104。在一些實施例中，第二方向性散射特徵部130的繞射光柵包括複數個繞射特徵部，其在相鄰的繞射特徵部之間具有特徵部間距，且其從導光體110的入光邊緣開始以距離函數縮減。在一些實施例（未顯示於圖中）中，第二方向性散射特徵部130的繞射光柵可以包括複數個子光柵，複數個子光柵在導光體110的表面互相隔開，並且配置以互相配合地使所提供的方向性射出光102"匯聚進視框104中。在一些實施例（未顯示於圖中）中，彎曲繞射特徵部可以藉由分段線性（piece-wise linear）繞射特徵部或藉由配置成近似繞射特徵部的曲線的複數個子光柵來近似。
圖3A係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的可選擇模式的背光板100的側視圖。圖3B係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的圖3A中的可選擇模式的背光板100的一部分的剖視圖。圖3C係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的圖3A中的可選擇模式的背光板100的另一部分的剖視圖。具體來說，圖3A至圖3C示出了在隱私模式下操作的可選擇模式的背光板100。如圖所示，可選擇模式的背光板100包括導光體110、第一方向性散射特徵部120與導光體110的第一表面110'相鄰、第二方向性散射特徵部130與導光體110的第二表面110"相鄰，第二表面110"描繪為與圖3A中的第一表面110'相對。在圖3A至圖3C中，第二方向性散射特徵部130包括繞射光柵132。還示出了視框104、視錐106、方向性射出光102"，以及具有第二傳播方向以及準直因子σ的引導光112。 在圖3A中，導光體110中指向遠離入光邊緣114的粗箭頭113"表示了引導光112的主要傳播方向，例如，沿著導光體長度的傳播方向。
在一範例中，準直因子σ可以代表等於或小於大約正四十度或負四十度（即，σ≤±40°）的角展度。在其他的範例中，準直因子σ可以代表等於或小於大約三十度（即，σ≤ ±30°）的角展度，等於或小於大約二十度的（即，σ≤±20°）角展度，或者，等於或小於大約十度（即，σ≤±10°）的角展度。在進一步的其他實施例中，準直因子σ可以代表等於或小於大約五度（即，σ≤±5°）的角展度。如下文中針對方程式（1）的敘述，視框104的尺寸可以是準直因子σ的函數。此外，除了具有預定的準直因子σ以外，引導光112的非零值傳播角度一般是小於導光體110關於全內反射的臨界角。
根據本發明的各個實施例，第二方向性散射特徵部130的繞射光柵132係從導光體110中將引導光112的一部分繞射耦合出。特別是，引導光112的部分可以繞射耦合出成為方向性射出光102"。此外，配置繞射光柵132以將方向性射出光102"導向至與導光體表面相鄰並且間隔開來的視框104（例如，如圖中所示，位於頂部表面上方）中。舉例來說，圖3A中以從導光體表面延伸至視框104之代表光線或光束（例如，「主要光線」或「主要光束」）的箭頭來表示方向性射出光102"。再者，由於繞射光柵132的繞射效果的緣故，方向性射出光102”可以大致被侷限在位於導光體110與視框104之間的空間區域的視錐106（例如，一般呈錐形或金字塔形的區域，或者「光傳輸」錐）中。代表方向性射出光102"的主要光束的實線箭頭，在圖3A中是以朝向或瞄準視框104的中心、中間點或中央的方式繪製。在其他的實施例中（未顯示於圖中），繞射光柵132可以被配置為將繞射散射光的光束導向至視框104的其他部分，例如，光束或光線可以大致分布於整個視框104。
顯示在圖3B的剖視圖中之一部分的可選擇模式的背光板100，示出了作為脊部132b的繞射光柵132的繞射特徵部，所述的脊部132b從導光體表面往z方向突出。此外，如圖中所示，各個脊部132b之間是由凹槽132a分隔開來。如圖3B所示，一凹槽132a以及相鄰的一脊部132b之結合表示為「繞射特徵部」。在其他的情況中，脊部132b以及凹槽132a可以各自被稱為繞射特徵部。
如圖3B所示，凹槽132a的寬度被標示為wg ，而脊部132b的寬度被標示為wr 。凹槽寬度wg 以及脊部寬度wr 的總合在本文定義為「特徵部間距」，並且被標示為Λ（即，Λ= wg + wr ）。特徵部間距的替代定義（例如，當單獨將脊部132b或凹槽132a稱為繞射特徵部時），可以是一對相鄰的脊部132b（由凹槽132a分隔開來）或一對相鄰的凹槽132a（由脊部132b分隔開來）之間的中心至中心距離。根據本發明的一些實施例（例如，如圖4A至圖4B所示，如下文中所述），凹槽132a與脊部132b的寬度可以沿著繞射特徵部的長度（例如，凹槽132a與脊部132b的長度）大致為不變的寬度。此外，在一些實施例中，特徵部間距Λ可以沿著繞射特徵部的長度為大致不變的間距。此外，特徵部間距Λ可以沿著導光體110的長度變化。舉例而言，特徵部間距Λ在圖3B至圖3C中顯示為沿著從左到右的長度縮減，更具體來說，如圖所示，特徵部間距Λ是從導光體110的入光邊緣114往導光體110與入光邊緣114的該端相對的一端縮減。
圖3C中顯示了一部分的可選擇模式的背光板100的剖視圖，尤其，顯示了導光體110靠近入光邊緣114的部分。如圖中所示，沿著入光邊緣114被耦合進入導光體110的光，在導光體110中係作為具有第二傳播方向的引導光112在各個延伸箭頭的方向上傳播。如圖中所示，由於全內反射的緣故，引導光112的一些引導光112a係停留在導光體110中。如圖3C中進一步所顯示，引導光112的其他部分的引導光112b係由繞射光柵132散射出而成為方向性射出光102"。另外，如下文中進一步的詳細說明所述，在隱私模式期間引導光112的第二傳播方向，是如圖所示在繞射光柵132的特徵部間距Λ逐漸縮減的一般方向上。
根據各個實施例，與繞射光柵132互相作用的引導光112b可被繞射地散射出導光體110，例如，成為第一級繞射光 。如圖中所示，方向性射出光102"可以代表第一級繞射光，其以相對於與導光體110表面法線的繞射角θ繞射地耦合出導光體110。在本發明的各個實施例中，與繞射光柵132相關聯之零級繞射產物以及更高級的繞射產物基本上會被抑制。
在一些實施例中，繞射光柵132可以包括大致呈直線狀的繞射特徵部（例如，沿著凹槽132a或脊部132b的長度呈直線狀）。大致為直線狀的繞射特徵部（例如，直線的凹槽132a與脊部132b）可以提供基本上為一維的視框104。換言之，視框104可以具有一寬度（例如，在導光體110的縱向方向上），並且可以進一步在與該寬度的方向正交的方向上具有另一尺寸。例如，其他的尺寸或長度可以在實質上受到導光體110的類似範圍約束或不受其約束。在其他的實施例中，繞射光柵132可以包括彎曲繞射特徵部，或者包括沿著繞射特徵部的長度以近似曲線的方式設置的繞射特徵部。彎曲繞射特徵部可以提供二維的視框104。
圖4A係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的可選擇模式的背光板100的透視圖。圖4B係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的圖4A中的可選擇模式的背光板100的一部分的平面圖。更具體來說，如圖4A至圖4B所示，繞射光柵132是位於可選擇模式的背光板100的導光體110的表面，並且包括彎曲繞射特徵部。如圖中所示，繞射光柵132的繞射圖案是以代表繞射光柵132的彎曲繞射特徵部的黑色與白色交替的帶狀圖案所表示，例如，位於導光體110的表面中或位於導光體110的表面的凹槽132a與脊部132b的其中一者或兩者。此外，如圖4B所示，作為本發明的範例而非限制，同心的黑色與白色曲線代表了導光體表面上的同心彎曲繞射特徵部（例如，同心彎曲脊部以及同心彎曲凹槽）。同心彎曲繞射特徵部具有一曲率中心O，其中，所述的曲率中心O是位在導光體110的邊緣外。 在一些實施例中，繞射光柵132的彎曲繞射特徵部可以由半圓形表示（亦即，可以是半圓形的彎曲繞射特徵部）。在其他的實施例中，可以採用大致為非圓形的曲線來實現彎曲繞射特徵部。舉例來說，彎曲繞射特徵部可以具有雙曲線形曲線。因此，在一些實施例中，同心彎曲繞射特徵部可以是同心的雙曲線形的彎曲繞射特徵部。根據的各種實施例，繞射特徵部的曲線可配置以引導，並且在一些示例中，將方向性射出光102”匯聚在視框104的平面中的兩個正交方向上。因此，舉例而言，彎曲繞射特徵部可以提供具有預定長度與預定寬度的二維的視框104。在各種實施例中，二維的視框104可以位在與導光體表面平行的平面中（例如，參見圖4A）。
根據本發明的各種實施例，繞射光柵132中的繞射特徵部的特徵部間距，可以在導光體110內沿著導光體長度或在光的傳播方向上隨著距離函數變化。舉例來說，如圖3C的剖視圖以及圖4B的平面圖所示，繞射光柵132的特徵部間距Λ係隨著與入光邊緣114之間的距離（或等同的，在圖4B中與曲率中心O之間的距離）增加而縮減。在圖4A中，特徵部間距Λ是根據與導光體110的入光邊緣114之間的距離函數而縮減。對於彎曲繞射特徵部來說，作為示例，可以沿著一半徑R測量與曲率中心之間的距離，或者測量與入光邊緣114之間的距離。舉例而言，以距離函數而縮減的特徵部間距Λ可以被稱為「頻擾（chirp）」，且繞射光柵132可以被稱為「頻擾式（chirped）」繞射光柵。此外，在一些實施例中，特徵部間距Λ的縮減可以代表線性的距離函數。在其他的實施例中，特徵部間距可以根據另一（即，非線性的）距離函數而縮減，所述的函數可以包含指數距離函數以及雙曲線距離函數，但其不受限於此。
圖5係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了繞射特徵部間距作為距離函數的示例的圖表。如圖所示，水平軸線代表距離（例如，與入光邊緣114之間的距離，或者沿著半徑R與曲率中心O的徑向距離）。舉例來說，在水平軸線上標示為「0」的點可以代表圖4B中半徑R與導光體110的入光邊緣114交錯的點。圖表中的垂直軸線代表了繞射光柵132的繞射特徵部的特徵部間距Λ。曲線A、曲線B與曲線C代表了繞射特徵部的特徵部間距可以不同方式隨著增加的距離的函數而縮減的示例。具體來說，曲線A代表了特徵部間距隨著距離增加而呈現指數縮減，例如，與曲率中心O之間的距離。曲線B代表了特徵部間距隨著增加的距離的函數而呈現線性縮減，例如，線性頻擾或線性頻擾式繞射光柵。曲線C代表了特徵部間距隨著增加的距離而呈現雙曲線縮減。
請再次參照圖3A，如上文所述以及如圖中所示，第二方向性散射特徵部130的繞射光柵132的特徵部間距係將光繞射地散射出並將其導向至視框104中，所述的視框104是位在與可選擇模式的背光板100相距距離f的位置。舉例而言，如圖3A所示，可以從導光體110的頂部表面測量距離f，且距離f可以代表預期的觀看距離。根據本發明的各種實施例，可以由距離f以及在導光體110中傳播的光的準直因子s 之間的乘積取得視框104的大約寬度wviewbox ，或者，等同地，利用沿著入光邊緣114進入導光體110的準直因子s 。具體來說，視框寬度wviewbox 可以由方程式（2）得出：
Figure 02_image003
（2）
在一些實施例中，縱向方向（例如，光傳播方向）上的視框寬度wviewbox 可以大於大約七十毫米（70 mm）。舉例而言，大於大約70 mm的視框寬度wviewbox 可以對應於觀看可選擇模式的背光板100的使用者的眼睛之間的大約平均瞳距。具體來說，視框寬度wviewbox 的尺寸可以大到足以容納使用者的雙眼，藉此讓使用者得以觀看可選擇模式的背光板100所提供的影像。然而，舉例來說，視框寬度wviewbox 的尺寸也可以小到能夠大致限制視框104外的其他使用者進行觀看，並且有效地，大致限制位於視錐106外的其他使用者進行觀看。
特別是，如上文所述，可選擇模式的背光板100提供的方向性射出光102"可以被大致地導向至視框104中，或等同地大致限定在圖3A中由虛線勾繪出的視錐106之中。因此，來自可選擇模式的背光板100的光以及由可選擇模式的背光板100提供的影像僅會優先地或排他地在當使用者的眼睛位於視框104中時進入使用者的眼睛中。然而，當另一人的眼睛位在視框104外或位在視錐106外時（例如，在區域106'中），來自可選擇模式的背光板100的光以及由可選擇模式的背光板100提供的影像便不會進入其他人的眼睛並且因此不會被看到。因此，當從視框104或視錐106外進行觀看時，可選擇模式的背光板100以及尤其繞射光柵132看起來大致上是黑色的（即，未點亮）。
在一些實施例中，視錐106的錐角可以是負錐角。在本文中，「負錐角」一詞被定義為將光朝向空間中的一點或相對侷限的空間區域中匯聚或導向的射出光的錐角。換言之，負錐角會產生包含匯聚光的視錐106。因此，負錐角的視錐106一般根據與可選擇模式的背光板100之間的距離的函數而在尺寸上縮減，至少直到到達空間中光被導向的點為止。作為本發明的示例而非限制，圖3A中與圖4A中的視錐106分別具有負錐角。相對地，根據本文的定義，正錐角一般會產生發散的射出光。可以用作第二方向性散射特徵部130的隱私顯示器和隱私顯示器的繞射光柵的提供的附加討論可以在David A.Fattal（大衛•費圖，本案第一發明人）於2016年7月25日提交的第PCT/US2016/043939號國際專利申請中找到， 其通過引用整體併入本文。
再次參照圖2A至圖2C並且根據各種實施例，如上所述，可以藉由控制具有第一傳播方向或第二傳播方向的引導光112的存在或不存在來提供公開模式和隱私模式之間的模式選擇。具體來說，具有第一傳播方向的引導光112可以在公開模式（模式1）時存在，而具有第二傳播方向的引導光112可以在可選擇模式的背光板100的隱私模式（模式2）時存在。此外，在一些實施例中，具有第一傳播方向的引導光112可以僅在公開模式期間存在。因此，在一些實施例中，第一方向性散射特徵部120可僅在公開模式期間從引導光112提供廣角射出光102'。類似地，在一些實施例中，具有第二傳播方向的引導光112可以僅在隱私模式期間存在。因此，在一些實施例中，第二方向性散射特徵部130可以僅在隱私模式期間從引導光112提供方向性射出光102"。在其他實施例中，具有第二傳播方向的引導光112可以在公開模式和隱私模式期間存在。在這些實施例中，第一方向性散射特徵部120和第二方向性散射特徵部130皆可提供射出光102，其包含在公開模式期間的廣角射出光102'和方向性射出光102"的組合。
此外，根據各種實施例，第一方向性散射特徵部120和第二方向性散射特徵部130可以位於導光體110的任一引導表面上或者與其相鄰（或者甚至在引導表面之間）。舉例而言，作為示例而非限制的，圖3A示出了第一表面110'上的第一方向性散射特徵部120和導光體110的第二表面110"上的第二方向性散射特徵部130。如圖所示，第二方向性散射特徵部130配置以散射出具有第二傳播方向的引導光112的一部分，所述的部分在隱私模式期間通過第二表面110"散射出來以提供方向性射出光102"。此外，第一方向性散射特徵部120配置以散射出具有第二傳播方向的引導光112的一部分以提供廣角射出光102'，所述的散射出的部分也會通過第二表面110"而散射出。因此，導光體110的第二表面110"可以被稱為「發射」表面。此外，根據各種實施例，對於由第一方向性散射特徵部120產生的廣角射出光102'，第二方向性散射特徵部130可以配置為透明的或至少基本上透明的。在其他實施例（未顯示於圖中）中，第一方向性散射特徵部120可以位於導光體110的第二表面110"上，並且第二方向性散射特徵部130可以位於第一表面110'上。
根據一些實施例，可選擇模式的背光板100還可包括複數個光源，其配置在導光體110內以提供具有不同傳播方向的引導光112。具體來說，圖2A至圖2C中所示的可選擇模式的背光板100還包括第一光源140和第二光源150。第一光源140配置在導光體110內以提供具有第一傳播方向的引導光112。同樣地，第二光源150可以配置在導光體110內提供具有第二傳播方向的引導光112。在圖2A至圖2C中，第一光源140位於導光體110的一第一側面，並且第二光源150位於導光體110的與第一側面垂直的一第二側面。應注意，圖4A僅示出了第二光源150，以便於說明而不是藉此限制。
在各種實施例中，第一光源140與第二光源150可以包含基本上任何光源（例如，光學發射器），包含但不限於一個或多個發光二極體（LED）或雷射（例如雷射二極體）。舉例而言，第一光源140與第二光源150可各自包括沿導光體110的對應側的長度分布的複數個LED或LED陣列。在一些實施例中，第一光源140與第二光源150中的一者或兩者可包括配置成產生具有由一特定顏色表示的窄帶頻譜的基本單色光的一光學發射器。具體來說，該單色光的顏色可為一特定顏色空間或一顏色模型的一主要顏色（例如，紅-綠-藍（red-green-blue, RGB）顏色模型）。在其他示例中，第一光源140與第二光源150中的一者或兩者可以是配置以提供基本上寬帶或多色光的基本寬帶光源。舉例而言，寬帶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。在一些實施例中，第一光源140和第二光源150中的一者或兩者可包括複數個不同的光學發射器，其配置以提供不同顏色的光或組合以提供白光。
在一些實施例中，第一光源140和第二光源150中的一者或兩者可以進一步包括準直器（未顯示於圖中）。準直器可以配置以從相應的第一光源140和第二光源150的一個或多個光學發射器接收大致未準直的光，並將大致未準直的光轉換為準直光。特別是，準直器可以提供準直光，其中一個或兩個具有非零傳播角度並且根據預定準直因子σ來準直。而且，當採用不同顏色的光學發射器時，準直器可以配置以提供具有不同的、顏色特定的、非零傳播角以及具有不同顏色特定的準直因子中的一個或兩個的準直光。如上文所述，準直器進一步配置以將準直光傳送到導光體110，以將其傳播為引導光112。
在各種示例中，準直器可包含配置成將光準直的各種光學元件中的任何一種，包含但不限於透鏡、反射器、和繞射光柵。另一種可以採用的準直器類型是所謂的錐形準直器，其包括一段錐形導光體。也可以使用包括準直結構的各種組合的準直器，例如，包括錐形導光體的一部分以及準直透鏡或反射器的準直器。
在一些實施例中，可選擇模式的背光板100可以與光閥陣列結合使用（例如，照明）。舉例而言，光閥陣列可以是可選擇模式的隱私顯示器的一部分，並且光閥可以用於調變射出光102以形成或顯示影像。具體來說，可以藉由調變廣角射出光102'以在公開模式中顯示公開影像，並且可以藉由使用光閥陣列調變方向性射出光102"以在隱私模式中顯示隱私影像。
作為示例而非限制，圖2A、圖3A、與圖4A示出了光閥陣列170，其與導光體110相鄰並且位於導光體110和視框104之間。此外，如圖所示，光閥陣列170可以大致朝向平行於導光體110的方向，並且位於與視錐106相交的位置，而方向性射出光102"在隱私模式期間被限制在視錐106上。具體來說，光閥陣列的各個光閥170可以分別配置以提供像素，其可以在公開模式期間結合在一起以形成公開影像，並且可以在隱私模式期間單獨地在視框104處形成隱私影像。
根據本發明的各個實施例，所提供的隱私影像可以由使用者在視框104中觀看 （並且在一些範例中，在視錐106中觀看）。據此，當使用者的眼睛位於視框104中時，使用者可以觀看到影像。根據本發明的各個實施例，隱私影像在視框104或視錐106之外無法被看見，例如，在區域106'中。在一些示例中，在隱私模式期間，在區域106'中「無法看見」代表隱私影像實際上看起來會是黑色的。然而，在公開模式期間（圖3A和圖4A中未示出），通過調變廣角射出光102'提供的公開影像可以在視框104外部為可見的。
根據一些實施例，光閥陣列170可以大致包括多種種類的光閥中的任一種，包含液晶光閥、電濕潤光閥、電泳光閥或該些種類之光閥的結合，但其並不受限於此。舉例來說，光閥陣列170可以包括液晶光閥的陣列，並且可以藉由對通過光閥的光量進行調變而使各個光閥獨立作為像素運作。在一些實施例中，光閥170可以是彩色的光閥（即，光閥可以包含色彩濾波器）。舉例而言，光閥陣列可以包括複數個紅色光閥、複數個綠色光閥以及複數個藍色光閥。舉例而言，光閥陣列170的紅色光閥、綠色光閥及藍色光閥可以藉由調變射出光102以提供基於RGB的「全色」形成影像（公開或隱私）。具體來說，可以對通過光閥陣列中的各個光閥170的方向性射出光102"進行選擇性調變，藉此在隱私模式期間在視框104和視錐106中創造全色的隱私影像或黑白色的隱私影像。同樣地，廣角射出光102'可以被調變成創造可以在寬視角上觀看的全色的公開影像或黑白色的公開影像（即，公開影像不侷限於視框104）。
根據本文所描述的原理的一些實施例，提供了一種可選擇模式的隱私顯示器。可選擇模式的隱私顯示器配置以發射調變光作為可選擇模式的隱私顯示器的像素。在公開模式中，調變射出光可以是漫射的或非方向性的，以顯示公開影像。具體來說，調變射出光是在公開模式下發射的廣角射出光。在隱私模式中，調變射出光包括方向性射出光，其優先地導向可選擇模式的隱私顯示器的視框以顯示隱私影像。根據各種實施例，隱私影像配置以在視框中可見，或者等效地在可選擇模式的隱私顯示器的視框的視錐中可見。
圖6係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的可選擇模式的隱私顯示器200的方塊圖。根據各種實施例，可選擇模式的隱私顯示器200配置為在第一操作模式時或在公開模式期間顯示公開影像，以及在第二操作模式時或在隱私模式期間顯示隱私影像。特別是，在公開模式中，由可選擇模式的隱私顯示器200發射的調變廣角射出光202'可以表示或用於顯示私人影像。在隱私模式中，由可選擇模式的隱私顯示器200發射的調變方向性發射光202"可以表示或用於顯示私人影像。圖6的左半部分示出了在公開模式（模式1）下操作以顯示公開影像的可選擇模式的隱私顯示器200，而圖6的右半部分示出了在隱私模式（模式2）下操作以顯示隱私影像的可選擇模式的隱私顯示器200。 此外，圖6示出了與可選擇模式的隱私顯示器200相關聯的視框204和視框204的視錐206。
圖6中所示的可選擇模式的隱私顯示器200包括可選擇模式的背光板210。可選擇模式的背光板210包括導光體212，其配置以將光引導作為引導光。可選擇模式的背光板210還包括第一方向性散射特徵部214和第二方向性散射特徵部216。第一方向性散射特徵部214配置以從導光體內散射出引導光，以在公開模式期間提供廣角射出光208'。第二方向性散射特徵部216配置以從導光體212內散射出引導光，以在隱私模式期間提供方向性射出光208"。此外，根據各種實施例，方向性射出光208"配置以朝向視框204並且被侷限在視框204的視錐206，或至少大致地被侷限在視框204的視錐206。
在一些實施例中，可選擇模式的背光板210可大致與上文所述的可選擇模式的背光板100相似。具體來說，在一些實施例中，導光體212可以大致與導光體110類似，第一方向性散射特徵部214可以大致與第一方向性散射特徵部120類似，並且第二方向性散射特徵部216可以大致與上文所述的可選擇模式的背光板100的第二方向性散射特徵部130類似。舉例而言，導光體212可以配置為在公開模式期間將光引導以作為具有第一傳播方向的引導光，並且在隱私模式期間將光引導以作為具有第二傳播方向的引導光。舉例而言，同樣地，第一方向性散射特徵部214可以配置以選擇性地散射出具有第一傳播方向的引導光，並且該第二方向性散射特徵部216可以配置以選擇性地散射出具有第二傳播方向的引導光。
如圖6所示，可選擇模式的隱私顯示器200進一步包括光閥陣列220。光閥陣列220配置以在公開模式（模式1）時調變廣角射出光208'以顯示公開影像，並且在隱私模式（模式2）時調變方向性射出光208"以顯示一隱私影像。具體來說，光閥陣列220配置以調變廣角射出光208'並在公開模式期間提供調變廣角射出光202'。隨後，調變廣角射出光202'提供或表示公開影像。類似地，光閥陣列220在隱私模式期間配置以調變方向性射出光208"並提供調變方向性射出光202"，隱私影像由調變方向性射出光202"以提供或表示。此外，根據各種實施例，由調變的方向性射出光202"提供或表示的隱私影像配置以在視框204內可見或等效地在視框204的視錐206內。在一些實施例中，光閥陣列220可以大致與上文中所述的可選擇模式的背光板100的光閥陣列170相似。舉例來說，光閥陣列220可以包括液晶光閥。
根據一些實施例，可選擇模式的隱私顯示器200還可包括複數個光源。具體來說，如圖6所示，可選擇模式的隱私顯示器200可包括第一光源230和第二光源240。第一光源230配置以在公開模式（模式1）時在導光體212內提供具有第一傳播方向的引導光。第二光源240配置以在公開模式（模式2）時在導光體212內提供具有第二傳播方向的引導光。在一些實施例中，可選擇模式的隱私顯示器200的第一光源230和第二光源240可以分別與上述可選擇模式的背光板100的第一光源140和第二光源150大致地相似。舉例而言，第一光源230可以連接到導光體212的第一側，並且第二光源240可以連接到導光體212的第二側，所述的第二側與所述的第一側正交。因此，在一些實施例中，引導光的第一傳播方向可以與第二傳播方向正交或大致地正交。
在一些實施例中，第一方向性散射特徵部214可包括複數個散射元件，其沿著且橫跨導光體212互相隔開。複數個散射元件可以配置在導光體內散射出具有第一傳播方向的引導光的一部分，以在公開模式期間提供廣角射出光208'。在一些實施例中，複數個散射元件中的散射元件的尺寸可以小於光閥陣列的光閥的尺寸。在一些實施例中，複數個散射元件中的散射元件可以包括繞射光柵，其配置以在公開模式期間繞射地散射出具有第一傳播方向的引導光一部分。
在一些實施例中，第二方向性散射特徵部216包括位在導光體212的表面的繞射光柵。繞射光柵可以配置以繞射地散射出具有第二傳播方向的引導光的一部分，以在隱私模式期間提供方向性射出光208"。在一些實施例中，第二方向性散射特徵部216的繞射光柵可以包括複數個繞射特徵部，其在相鄰的繞射特徵部之間具有特徵部間距，且其從導光體212的入光邊緣開始以距離函數縮減。舉例而言，入光邊緣可以是與第二光源240相鄰的邊緣。在一些實施例中，第一方向性散射特徵部214可以位於導光體212的第一表面上，並且第二方向性散射特徵部216可以位於導光體212的第二表面上。舉例而言，第二表面可以相對於第一表面。此外，第一方向性散射特徵部214可以配置以將引導光散射通過第二表面以提供廣角射出光208'。根據各種實施例，第二表面可以是導光體212的發射表面，因為方向性射出光208"也可以從第二表面發射。
根據本文所述的原理的其他實施例，提供了一種操作可選擇模式的背光板的方法。圖7係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的操作可選擇模式的背光板的方法300的流程圖。如圖7所示，操作可選擇模式的背光板的方法300包括了步驟310，其為在導光體中將光引導作為引導光的步驟。在一些實施例中，在步驟310中，光可以非零值傳播角度被引導。此外，引導光可依據一預定準直因子被準直。此外，在一些實施例中，引導光可以被偏振。根據一些實施例，該導光體基本上可類似於上文所述的相對於可選擇模式的背光板100的導光體110。同樣地，引導光可以基本上類似於也在上文中提及的引導光112。
如圖7所示，操作可選擇模式的背光板的方法300還包括步驟320，其為使用第一方向性散射特徵部在公開模式期間將來自導光體的引導光散射為廣角射出光的步驟。根據各種實施例，引導光在公開模式期間具有第一傳播方向。此外，在步驟320中，第一方向性散射特徵部配置以選擇性地散射具有第一傳播方向的引導光，例如，與另一傳播方向相反。在一些實施例中，第一方向性散射特徵部可以基本上類似於上述可選擇模式的背光板100的第一方向性散射特徵部120。例如，第一方向性散射特徵部可包括各種不同的散射結構或散射元件中的任何一種。具體來說，第一方向性散射特徵部包括複數個散射元件，例如但不限於繞射光柵，其沿著且橫跨導光體互相隔開，複數個散射元件配置以散射出具有第一傳播方向的引導光的一部分，以在公開模式期間提供廣角射出光。
圖7中所示的可選擇模式的背光板的方法300還包括步驟330，其為使用第二方向性散射特徵部在隱私模式期間將來自導光體的引導光散射為方向性射出光的步驟。在隱私模式期間，引導光具有第二傳播方向。此外，根據各種實施例，第一傳播方向與第二傳播方向是不相同的。例如，第一傳播方向與第二傳播方向可以互相正交或互相大致地正交。此外，根據各種實施例，在步驟330中，散射出的方向性射出光優先地引導到視框中，其與可選擇模式的背光板相鄰。在一些實施例中，方向性射出光可以被侷限在視框的視錐中。
根據各種實施例，在步驟330中，第二方向性散射特徵部配置以選擇性地散射具有第二傳播方向的引導光，例如，與諸如第一傳播方向的另一傳播方向相反。此外，在一些實施例中，第二方向性散射特徵部可以大致上類似於上文所述關於可選擇模式的背光板100的第二方向性散射特徵部130。舉例而言，在一些實施例中，第二方向性散射特徵部包括繞射光柵，其位於導光體的表面處，繞射光柵配置以繞射地散射出具有第二傳播方向的引導光的一部分，以在隱私模式期間提供方向性射出光。在一些實施例中，第二方向性散射特徵部的繞射光柵可以包括複數個繞射特徵部，其在相鄰的繞射特徵部之間具有特徵部間距，且其從導光體的入光邊緣開始以距離函數縮減。在一些實施例中，第二方向性散射特徵部的繞射光柵可包括複數個子光柵。在一些實施例中，第二方向性散射特徵部的繞射光柵可以包括複數個彎曲繞射特徵部，其配置以在兩個正交方向上導向繞射散射光，以將方向性射出光提供給二維視框。
在一些實施例中（例如，如圖所示），操作可選擇模式的背光板的方法300進一步包括步驟340，其為使用複數個光源向導光體提供光，所提供的光在步驟310中被引導作為引導光。在各種實施例中，複數個光源可包括第一光源，其配置以在導光體內提供具有第一傳播方向的引導光。第一光源可以配置以在公開模式期間提供引導光。複數個光源進一步包括第二光源，其配置在導光體內以提供具有第二傳播方向的引導光。在一些實施例中，第一光源可以位於導光體的第一側面，並且第二光源可以位於導光體的與第一側面垂直的第二側面。第一光源和第二光源的所在的側面互相正交，這可便於提供引導光，使得第一傳播方向與第二傳播方向正交。根據一些實施例，第一光源和第二光源可以分別與上文所述的可選擇模式的背光板100的第一光源140和第二光源150大致地相似。
如圖7所示，操作可選擇模式的背光板的方法300可以進一步包括步驟350，其為使用光閥陣列調變由可選擇模式的背光板射出的光的步驟。舉例而言，在步驟350中，可以調變射出光以顯示影像。具體來說，步驟350在公開模式期間，光閥陣列可以調變廣角射出光以將影像顯示為公開影像，並且步驟350在隱私模式期間，光閥陣列可以調變方向性射出光以在視框中將影像優先地顯示為隱私影像。在一些實施例中，隱私影像僅在隱私模式期間在視框內或視框的視錐內為可見，而公開影像通常可在寬範圍視角內為可見。根據一些實施例中，光閥陣列可以大致與上文中所述的可選擇模式的背光板100的光閥陣列170相似。
因此，已經描述了可選擇模式的背光板、可選擇模式的隱私顯示器、與操作可選擇模式的背光板的方法的示例和實施例，其包含第一方向性散射特徵部和第二方向性散射特徵部。應該理解的是，上述示例僅僅是說明代表本文所描述的原理的許多具體示例中的一些示例。顯然，本技術領域的通常知識者可以很容易地設計出許多其他的配置，而不偏離由所附申請專利範圍界定的範疇。
本申請案主張於2017年12月21日提交的第 PCT/US2017/068037號國際專利申請的優先權，其全部內容通過引用併入本文。
10‧‧‧繞射光柵 20‧‧‧導光體 30‧‧‧入射光束 40‧‧‧方向性光束 100‧‧‧可選擇模式的背光板 102‧‧‧射出光 102'‧‧‧射出光/廣角射出光 102"‧‧‧方向性射出光 104‧‧‧視框 106‧‧‧視錐 106'‧‧‧區域 110‧‧‧導光體 110'‧‧‧第一表面 110"‧‧‧第二表面 112‧‧‧引導光 112a‧‧‧引導光 112b‧‧‧引導光 113'‧‧‧粗箭頭/第一傳播方向 113"‧‧‧箭頭/粗箭頭/第二傳播方向 114‧‧‧入光邊緣 120‧‧‧第一方向性散射特徵部 130‧‧‧第二方向性散射特徵部 132‧‧‧繞射光柵 132a‧‧‧凹槽 132b‧‧‧脊部 140‧‧‧第一光源 150‧‧‧第二光源 170‧‧‧光閥/光閥陣列 200‧‧‧可選擇模式的隱私顯示器 202'‧‧‧調變廣角射出光 202"‧‧‧調變方向性發射光 204‧‧‧視框 206‧‧‧視錐 208'‧‧‧廣角射出光 208"‧‧‧方向性射出光 210‧‧‧可選擇模式的背光板 212‧‧‧導光體 214‧‧‧第一方向性散射特徵部 216‧‧‧第二方向性光散射特徵部 220‧‧‧光閥陣列 230‧‧‧第一光源 240‧‧‧第二光源 300‧‧‧操作可選擇模式的背光板的方法 310~350‧‧‧步驟 A‧‧‧曲線 B‧‧‧曲線 C‧‧‧曲線 O‧‧‧曲率中心 f‧‧‧ 距離 R‧‧‧半徑 σ‧‧‧準直因子 Λ‧‧‧特徵部間距 θ‧‧‧繞射角 θi‧‧‧入射角 θm‧‧‧繞射角 wg‧‧‧凹槽寬度 wr‧‧‧脊部寬度 wviewbox‧‧‧視框寬度
根據在本文所描述的原理的示例和實施例的各種特徵可以參考以下結合附圖的詳細描述而更容易地理解，其中相同的附圖標記表示相同的結構元件，並且其中： 圖1係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的繞射光柵的剖視圖； 圖2A係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的可選擇模式的背光板的剖面示意圖； 圖2B係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的可選擇模式的背光板的平面示意圖； 圖2C係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的可選擇模式的背光板的透視圖； 圖3A係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的可選擇模式的背光板的側視圖； 圖3B係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的圖3A中的可選擇模式的背光板的一部分的剖視圖； 圖3C係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的圖3A中的可選擇模式的背光板的另一部分的剖視圖； 圖4A係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的可選擇模式的背光板的透視圖； 圖4B係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的圖4A中的可選擇模式的背光板的一部分的平面圖； 圖5係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了繞射特徵部間距作為距離函數的示例的圖表； 圖6係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的可選擇模式的隱私顯示器的方塊圖；以及 圖7係根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的操作可選擇模式的背光板的方法的流程圖。 一些示例和實施例具有除了上述參考附圖中所示的特徵之外的其他特徵，或代替以上參考附圖中所示的特徵的其他特徵。下面將參照上述附圖詳細描述這些和其他特徵。
100‧‧‧可選擇模式的背光板
102‧‧‧射出光
102'‧‧‧射出光/廣角射出光
102"‧‧‧方向性射出光
104‧‧‧視框
106‧‧‧視錐
110‧‧‧導光體
110'‧‧‧第一表面
110"‧‧‧第二表面
112‧‧‧引導光
113'‧‧‧粗箭頭/第一傳播方向
113"‧‧‧箭頭/粗箭頭/第二傳播方向
120‧‧‧第一方向性散射特徵部
130‧‧‧第二方向性散射特徵部
140‧‧‧第一光源
170‧‧‧光閥/光閥陣列
σ‧‧‧準直因子

Claims (20)

  1. 一種可選擇模式的背光板，包括：一導光體，配置以將光引導作為引導光；一第一方向性散射特徵部，配置為在該可選擇模式的背光板的一公開模式期間，從在該導光體內具有一第一傳播方向的該引導光中提供廣角射出光；以及一第二方向性散射特徵部，配置為在該可選擇模式的背光板的一隱私模式期間，從在該導光體內具有一第二傳播方向的該引導光提供方向性射出光，該方向性射出光被導向進入與該可選擇模式的背光板相鄰的一視框中，其中，該第一傳播方向與該第二傳播方向在該導光體內正交。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的可選擇模式的背光板，其中，該第一方向性散射特徵部包括複數個散射元件，沿著且橫跨該導光體互相隔開，該複數個散射元件配置以散射出具有該第一傳播方向的該引導光的一部分，以在該公開模式期間提供該廣角射出光。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的可選擇模式的背光板，其中，該複數個散射元件中的一散射元件包括一繞射光柵，配置以在該公開模式期間繞射地散射出具有該第一傳播方向的該引導光的該部分。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的可選擇模式的背光板，其中，該第二方向性散射特徵部包括一繞射光柵，位於該導光體的一表面處，該繞射光柵配置以繞射地散射出具有該第二傳播方向的該引導光的一部分，以在該隱私模式期間提供該方向性射出光。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的可選擇模式的背光板，其中，該視框是位在與該導光體的該表面平行的一平面中的二維視框，且其中，該繞射光柵包括複數個彎曲繞射特徵部，配置以在兩個正交方向上導向該繞射散射光，以提供該方向性射出光給該二維視框。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的可選擇模式的背光板，其中，該繞射光柵包括複數個繞射特徵部，其在相鄰的繞射特徵部之間具有一特徵部間距，且該特徵部間距隨著距該導光體的一入光邊緣的距離函數而縮減。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的可選擇模式的背光板，其中，該繞射光柵包括複數個子光柵，該複數個子光柵在該導光體的該表面互相隔開，並且配置以互相配合地使所提供的該方向性射出光匯聚到該視框中。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的可選擇模式的背光板，其中，該第一方向性散射特徵部位於該導光體的一第一表面處，並且該第二方向性散射特徵部位於該導光體與該第一表面相對的一第二表面處，該第二方向性散射特徵部配置以將具有該第二傳播方向的該引導光的一部分散射穿過該第一表面，以提供該方向性射出光。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的可選擇模式的背光板，進一步包括：一第一光源，配置以在該導光體內提供具有該第一傳播方向的該引導光；以及一第二光源，配置以在該導光體內提供具有該第二傳播方向的該引導光，其中，該第一光源位於該導光體的一第一側面，並且該第二光源位於該導光體的與該第一側面正交的一第二側面。
  10. 一種可選擇模式的隱私顯示器，包括如申請專利範圍第1項所述的可選擇模式的背光板，該可選擇模式的隱私顯示器進一步包括一光閥陣列，配置以調變由該可選擇模式的背光板射出的光，其中，在該公開模式期間，該光閥陣列配置以將該廣角射出光調變為一公開影像，並且在該隱私模式期間，該光閥陣列配置以將該方向性射出光調變為一隱私影像，該隱私影像配置為僅在該視框的一視錐內可見，以提供觀看的隱私性。
  11. 一種可選擇模式的隱私顯示器，包括：一可選擇模式的背光板，包括：一導光體，配置以引導光；一第一方向性散射特徵部，配置以從該導光體內散射出具有一第一傳播方向的該引導光，以在一公開模式期間提供廣角射出光；以及 一第二方向性散射特徵部，配置以從該導光體內散射出具有一第二傳播方向的該引導光，以在一隱私模式期間提供方向性射出光；以及一光閥陣列，配置以在該公開模式期間調變該廣角射出光以顯示一公開影像，並且在該隱私模式期間調變該方向性射出光以顯示一隱私影像，其中，該隱私影像配置在該可選擇模式的隱私顯示器的一視框內為可見，以及其中，該第一傳播方向與該第二傳播方向在該導光體內正交。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的可選擇模式的隱私顯示器，進一步包括：一第一光源，配置以在該公開模式期間提供光作為在該導光體內具有一第一傳播方向的引導光；以及一第二光源，配置以在該隱私模式期間提供光作為在該導光體內具有一第二傳播方向的引導光，其中，該第一方向性散射特徵部配置以選擇性地散射出具有該第一傳播方向的該引導光，並且該第二方向性散射特徵部配置以選擇性地散射出具有該第二傳播方向的該引導光。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的可選擇模式的隱私顯示器，其中，該第一方向性散射特徵部包括複數個散射元件，沿著且橫跨該導光體互相隔開，該複數個散射元件配置以散射出在該導光體內具有一第一傳播方向的該引導光的一部分，以在該公開模式期間提供該廣角射出光，該複數個散射元件中的一散射元件的尺寸小於該光閥陣列的一光閥的尺寸。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的可選擇模式的隱私顯示器，其中，該複數個散射元件中的一散射元件包括一繞射光柵，配置以在該公開模式期間繞射地散射出具有該第一傳播方向的該引導光的該部分。
  15. 如申請專利範圍第11項所述的可選擇模式的隱私顯示器，其中，該第二方向性散射特徵部包括一繞射光柵，位於該導光體的一表面處，該繞射光柵配置以繞射地散射出具有一第二傳播方向的該引導光的一部分，以在該隱私模式期間提供該方向性射出光。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的可選擇模式的隱私顯示器，其中，該第二方向性散射特徵部的該繞射光柵包括複數個繞射特徵部，其在相鄰的繞射特徵部之間具有一特徵部間距，該特徵部間距隨著距該導光體的一入光邊緣的距離函數而縮減。
  17. 如申請專利範圍第11項所述的可選擇模式的隱私顯示器，其中，該第一方向性散射特徵部位於該導光體的一第一表面處，並且該第二方向性散射特徵部位於該導光體與該第一表面相對的一第二表面處，該第一方向性散射特徵部配置以將該引導光通過該第二表面散射以提供該廣角射出光。
  18. 一種操作可選擇模式的背光板的方法，該方法包括：在一導光體中將光引導作為引導光；在一公開模式期間，使用一第一方向性散射特徵部將該引導光從該導光體內散射出作為廣角射出光，該引導光在該公開模式期間具有一第一傳播方向；以及在一隱私模式期間，使用一第二方向性散射特徵部將該引導光從該導光體內散射出作為方向性射出光，該引導光在該隱私模式期間具有一第二傳播方向，其中，該方向性射出光優先地被導向進入與該可選擇模式的背光板相鄰的一視框中，並且其中，該第一傳播方向與該第二傳播方向彼此不同，以及其中，該第一傳播方向與該第二傳播方向在該導光體內正交。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的操作可選擇模式的背光板的方法，進一步包括使用複數個光源向該導光體提供光被引導作為該引導光，該複數個光源包括：一第一光源，配置以在該公開模式期間在該導光體內提供具有該第一傳播方向的該引導光；以及一第二光源，配置以在該隱私模式期間在該導光體內提供具有該第二傳播方向的該引導光，其中，該第一光源位於該導光體的一第一側面，並且該第二光源位於該導光體與該第一側面正交的一第二側面。
  20. 如申請專利範圍第18項所述的操作可選擇模式的背光板的方法，進一步包括使用一光閥陣列調變由該可選擇模式的背光板所射出的光，以顯示一影像，其中，在該公開模式期間，該光閥陣列調變該廣角射出光以將該影像顯示為一公開影像，並且在該隱私模式期間，該光閥陣列調變該方向性射出光以將該視框內的該影像優先地顯示為一隱私影像。
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