TWI789633B - 防窺模式背光件、防窺顯示器及其方法 - Google Patents

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Abstract

一種防窺模式背光件包含導光體與複數個散射線元件，導光體配置為引導具有與導光體的長度正交的預定的準直因子的光，複數個散射線元件沿著導光體的長度設置。複數個散射線元件中的散射線元件被配置為通過導光體的發射表面散射出引導光的一部分以作為發射光，發射光具有由準直因子確定的在垂直方向上的照明光束寬度。防窺模式背光件進一步包含方向性光學漫射器，其配置為在與導光體長度對應的方向上提供發射光的方向性漫射。方向性漫射可以在導光體的長度方向上提供均勻的照明。防窺顯示器進一步包含光閥陣列，其被配置為調變發射光以提供防窺影像。

Description

防窺模式背光件、防窺顯示器及其方法
本發明係關於一種背光件、顯示器及其方法，特別是防窺模式背光件、防窺顯示器和其方法。
對於種類廣泛的裝置及產品的使用者而言，電子顯示器是一個幾乎無處不在的媒介，用於傳遞資訊給使用者。其中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。一般而言，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，最明顯的示例是CRTs、PDPs及OLEDs/ AMOLEDs。在上述以發射光進行分類的情況下，LCDs顯示器及EP顯示器一般是被歸類在被動顯示器的分類中。被動顯示器雖然經常表現出包括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。
為了實現這些與其他優點並且根據本發明的目的，如本文所體現和廣泛描述的，提供一種防窺模式背光件，包括：一導光體，被配置為沿著該導光體的長度引導光以作為引導光，該引導光在與導光體長度正交的方向上具有一預定的準直因子；複數個散射線元件，沿著該導光體的長度互相平行設置且互相隔開，該複數個散射線元件中的每一個散射線元件被配置為通過該導光體的一發射表面散射出該引導光的一部分，以作為具有由該預定的準直因子確定的在該正交方向上的照明光束寬度的發射光；以及一方向性光學漫射器，被配置為在與該導光體的長度相對應的方向上提供該發射光的方向性漫射。
根據本發明一實施例，由該方向性光學漫射器提供的該發射光的該方向性漫射被配置為在與該導光體的長度對應的方向上提供該發射光的均勻照明圖案。
根據本發明一實施例，該方向性光學漫射器的一漫射角被配置為發散來自每一個該散射線元件的該發射光，以在該防窺模式背光件的一輸出平面處具有一照明範圍，其等於該複數個散射線元件中相鄰的該散射線元件之間的距離。
根據本發明一實施例，該複數個散射線元件中的該散射線元件位於該導光體的與該發射表面相對的表面，該方向性光學漫射器在與該導光體的長度對應的方向上的一漫射角與相鄰的該散射線元件之間的距離乘以該導光體的折射係數並除以該導光體的厚度成正比。
根據本發明一實施例，該複數個散射線元件中的該散射線元件包括單向散射元件，該單向散射元件被配置為較佳地在該發射表面的方向上散射出該引導光。
根據本發明一實施例，該複數個散射線元件中的該散射線元件包括位於該導光體的表面處的一繞射光柵，該繞射光柵具有繞射特徵，該繞射特徵包括位於該導光體的表面上的一凹槽以及在該導光體的表面上的一凸脊其中之一或之二。
根據本發明一實施例，該繞射光柵進一步包括一反射島，該反射島與相鄰於該繞射特徵的該繞射光柵對齊並且與該發射表面相對，該繞射光柵和一反射島的組合表示一反射模式繞射光柵。
根據本發明一實施例，該複數個散射線元件中的該散射線元件包括單獨散射元件陣列，沿著該散射線元件的長度排成一列。
根據本發明一實施例，該單獨散射元件陣列中的相鄰的該單獨散射元件以一間隙互相間隔，並且其中，該方向性光學漫射器進一步被配置為在與該導光體的寬度方向相對應的該正交方向上提供該發射光的該方向性漫射，在該寬度方向上所提供的該方向性漫射被配置為在該寬度方向上提供該發射光的一均勻照明圖案。
根據本發明一實施例，防窺模式背光件進一步包括一光源，光學地耦合至該導光體，並且被配置為將光提供給該導光體，以被引導作為具有該預定的準直因子的引導光。
在本發明之另一態樣中，提供一種可切換模式顯示器，包括如請求項1之防窺模式背光件，該可切換模式顯示器進一步包括一光閥陣列，被配置為在該可切換模式顯示器的一防窺模式期間將由該防窺模式背光件提供的該發射光調變為一防窺影像，在該防窺模式期間，該防窺影像在該防窺模式背光件的該照明光束寬度內可選擇地可見。
根據本發明一實施例，該複數個散射線元件中的該散射線元件的尺寸相當於該光閥陣列中的該光閥的尺寸。
根據本發明一實施例，可切換模式顯示器進一步包括一廣角背光件，與該導光體之與該光閥陣列相鄰的一側面相對的一側面相鄰，該廣角背光件被配置為在該可切換模式顯示器的一共享模式期間提供廣角光，該光閥陣列被配置為在該共享模式期間將該廣角光調變為一共享影像，其中，該導光體和該複數個線元件中的該散射線元件被配置為對於該廣角光係透明的，該可切換模式顯示器被配置為在該防窺模式期間選擇性地顯示該防窺影像並且在該共享模式期間選擇性地顯示該共享影像。
在本發明之另一態樣中，提供一種防窺顯示器，包括：複數個散射線元件，沿著一導光體的長度分布，該複數個散射線元件被配置為在與該導光體的長度正交的方向上將引導光從該導光體散射出以作為具有預定的照明光束寬度的發射光；一光閥陣列，被配置為調變該發射光以提供一防窺影像；以及一方向性光學漫射器，位於該導光體和該光閥陣列之間，該方向性光學漫射器被配置為在與該導光體的長度對應的方向上提供該發射光的方向性漫射，該方向性漫射提供該光閥陣列在該導光體長度方向上的均勻照明。
根據本發明一實施例，該引導光根據一準直因子被準直，該預定照明光束寬度由該引導光的該準直因子確定。
根據本發明一實施例，該複數個散射線元件中的散射線元件包括散射元件，該散射元件被配置為較佳地在與該方向性光學漫射器相鄰的該導光體的一發射表面的方向上散射該引導光。
根據本發明一實施例，該複數個散射線元件中的該散射線元件的尺寸相當於該光閥陣列中的該光閥的尺寸。
根據本發明一實施例，防窺模式背光件進一步包括一廣角背光件，與該導光體之與該光閥陣列相鄰的一側面相對的一側面相鄰，並且被配置為在一共享模式期間提供廣角光，該光閥陣列被配置為在該共享模式期間將該廣角光調變為一共享影像，其中，該導光體和該複數個線元件中的該散射線元件被配置為對於該廣角光係透明的，該防窺顯示器在提供該共享影像的該共享模式和提供該防窺影像的一防窺模式之間係模式可切換的。
在本發明之另一態樣中，提供一種防窺模式背光件的操作方法，包括：在一導光體中引導光，以作為具有一預定的準直因子的一準直引導光；使用沿著該導光體的長度互相隔開的複數個散射線元件，將來自該導光體的該準直引導光的一部分散射出以作為具有照明光束寬度的發射光；以及使用一方向性光學漫射器在與該導光體的長度相對應的方向上漫射該發射光，其中，由該複數個散射線元件散射出的該發射光的該照明光束寬度由該預定的準直因子確定，該照明光束寬度在與該導光體的長度正交的寬度方向上。
根據本發明一實施例，該複數個散射線元件中的該散射線元件包括單向散射元件，該單向散射元件較佳地在朝向該方向性光學漫射器的方向上散射出該準直引導光。
根據本發明一實施例，防窺模式背光件的操作方法包括以下其中之一或之二：其中該方向性光學漫射器的一漫射角發散來自該複數個散射線元件中的該散射線元件的該發射光，以提供與複數個散射線元件中相鄰的該散射線元件之間的距離相等的一照明範圍；以及其中該複數個散射線元件中的該散射線元件的尺寸相當於用於將該發射光調變為由一防窺顯示器顯示的一防窺影像的一光閥陣列中的一光閥的尺寸。
根據本文描述的原理的示例和實施例提供了一種防窺模式背光件。防窺模式背光件包含導光體，其沿著導光體的長度將光引導為引導光，其中，引導光具有預定準直因子。此外，防窺模式背光件包含複數個散射線元件，其沿著導光體長度互相平行排列且互相隔開。每個散射線元件被配置為通過導光體的發射表面將引導光一部分散射為發射光，並且發射光在與由準直因子確定的引導光長度正交的方向上具有照明光束寬度。此外，防窺模式背光件包含方向性光學漫射器，其配置為在與導光體長度對應的方向上提供發射光的方向性漫射。方向性光學漫射器可以被配置為在對應於導光體長度的方向上提供發射光的均勻照明圖案。例如，方向性光學漫射器的漫射角可以被配置為發散來自每個散射線元件的發射光，以在防窺模式背光件的輸出平面處具有照明範圍（illumination extent），其等於複數個散射線元件中相鄰的散射線元件之間的距離（例如，中心至中心的間隔）。因此，成像散射線元件可以共同出現，以使成像散射線元件之間的空間完全充滿導光體的長度。
在一些實施例中，防窺模式背光件包含在顯示器中，例如，配置為向使用者提供防窺影像的防窺顯示器，防窺影像僅在沿著防窺模式背光件的防窺軸（沿著導光體長度）的照明光束寬度內可見。在其他實施例中，防窺模式背光件可以是可切換模式顯示器的一部分，其配置為在可切換模式顯示器的防窺模式期間提供防窺影像並且在可切換模式顯示器的公開模式期間提供共享影像。具體來說，可切換模式顯示器可以包含廣角背光件，其配置為在公開模式期間提供廣角光，其中，廣角光具有廣角照明光束寬度，其讓使用者能在比防窺影像更大的角度範圍內觀看共享影像。因此，可切換模式顯示器可以被配置為在防窺模式期間選擇性地顯示防窺影像，並且在共享模式期間選擇性地顯示共享影像。
在本文中，根據本文的定義，具有方向的光束被稱為「方向性光束」，並且可以具有由角度分量｛θ, ϕ｝給出的主要角度方向。角度分量θ在本文中被稱為方向性光束的「仰角分量」或「仰角」。角度分量ϕ被稱為方向性光束的「方位角分量」或「方位角」。根據本發明中的定義，仰角θ為是在垂直平面（例如，垂直於顯示器螢幕的平面）內的角度，而方位角ϕ是在水平面（例如，平行於顯示器螢幕的平面）內的角度。圖1係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的具有特定主要角度方向的方向性光束20的角度分量｛θ, ϕ｝的示意圖。此外，根據本文的定義，光束20從特定點被發射或發出。亦即，根據定義，如圖所示，方向性光束20具有與特定原點O相關的中心射線。
在本文中，「導光體」被定義為使用全內反射在結構內引導光的結構。具體來說，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。在各個示例中，「導光體」一詞一般指的是介電材料的光波導，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異之外額外包含塗層，或者利用塗層取代前述的折射係數差異，藉此進一步促成全內反射。舉例來說，該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，包含但不限於平板或厚平板導光體和條狀導光體其中之一或之二。
在此進一步，術語「平板（plate）」（如在「平板導光體」中一樣）應用於導光體時，定義為片段地（piece-wise）或微分地（differentially）平坦的層或片，有時也稱為「厚平板（slab）」導光體。具體來說，平板導光體被定義為導光體，導光體被配置以在由導光體的頂部表面和底部表面（亦即，相對的表面）界定的兩個基本正交的方向上引導光。此外，根據本文的定義，頂部表面和底部表面都互相分開，並且至少在微分的意義上可以基本互相平行。亦即，在平板導光體的任何微分地小的部分內，頂部表面和底部表面大致上為平行或共平面的。
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的導光體。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。舉例而言，平板導光體可以在單個維度上彎曲以形成圓柱狀的平板導光體。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，「繞射光柵」廣義上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（feature）（亦即，繞射特徵）。在一些示例中，複數個特徵可以由週期性的方式或準週期性的方式排列。在其他示例中，繞射光柵可以是包括複數個繞射光柵的混合週期繞射光柵，複數個繞射光柵中的每一個繞射光柵具有不同週期性排列的特徵。在一些示例中，繞射光柵在第一方向或尺寸上基本上可以是週期性的，並且在穿過或沿著繞射光柵的另一個方向上基本上是非週期性的（例如，固定的、隨機的等）。
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地散射可以導致並且因此被稱為「繞射地耦合」，因為繞射光柵可以透過繞射將光耦合出導光體。繞射光柵也藉由繞射（亦即，以繞射角）重定向或改變光的角度。具體來說，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。藉由繞射產生之光的傳播方向上的變化於本文中被稱為「繞射地重定向」。因此，繞射光柵可被理解為包含繞射特徵的結構，其將入射在繞射光柵上的光繞射地重定向，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地耦合出。
此外，根據本文的定義，繞射光柵的特徵被稱為「繞射特徵」，並且可以是在材料表面（亦即，兩種材料之間的邊界）處、之中、和之上的其中的一個以上。舉例而言，所述表面可以是位在導光體的頂部表面的下方的表面。繞射特徵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、和凸部其中的一個以上。例如，繞射光柵可以包含在材料表面內的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突出的複數個平行的凸脊。繞射特徵（例如：凹槽、凸脊、孔洞、凸部等等）可以具有提供繞射的各種剖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，炫耀光柵（blazed grating））之中的一個以上。
根據本文所述的各個示例，繞射光柵（例如，複數個繞射光柵中的繞射光柵，如下文所述）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。具體來說，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是繞射光柵的特徵之間的距離或間隔，θi 是繞射光柵上的光的入射角。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係整數給出（亦即， m = ±1、±2、......）。由繞射光柵產生的光束的繞射角θm 可以由方程式（1）給定。提供第一階繞射或更具體地提供第一階繞射角θm 時，繞射階數m等於1（亦即，m = 1）。
圖2係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的繞射光柵30的剖面圖。舉例而言，繞射光柵30可以位於導光體40的表面上。另外，圖2示出了以入射角θi 入射在繞射光柵30上的光束50。光束50是導光體40內的引導光束。在圖2中還示出了由於入射光束50的繞射，而由繞射光柵30繞射地產生並且耦合出或散射出的方向性光束60。方向性光束60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」）。舉例而言，方向性光束60可以對應於繞射光柵30的繞射階數「m」。
此外，根據一些實施例，繞射特徵可以是彎曲的，並且還可以具有相對於光的傳播方向的預定方向（例如，傾斜或旋轉）。舉例而言，繞射特徵的曲線和繞射特徵的方位其中之一或之二，可以被配置以控制由繞射光柵耦合出的光的方向。例如，方向性光的主要角度方向可以取決於在光入射到繞射光柵上的點處的繞射光柵的角度，其相對於入射光的傳播方向。
在下文的討論中，將複數個繞射光柵用作說明性示例，在一些實施例中，可以使用其他組件，諸如微反射元件和微折射元件中的至少一個。舉例而言，微反射元件可以包含三角形鏡、梯形鏡、金字塔形鏡、矩形鏡、半球形鏡、凹面鏡和/或凸面鏡。在一些實施例中，微折射元件可以包含三角形的折射元件、梯形的折射元件、金字塔形的折射元件、矩形的折射元件、半球形的折射元件、凹形的折射元件和/或凸形的折射元件。
根據各個實施例，離開繞射光柵30的方向性光束60的主要角度方向和角展度其中之一或之二可以由繞射光柵30的特性以確定，其特性包含但不僅限於，繞射光柵30的尺寸（例如，長度、寬度、面積等中的一個以上）以及「光柵間距」或繞射特徵間隔和繞射光柵的方向。在一些實施例中，根據本文的定義，繞射光柵30或更廣泛的散射元件可被視為「擴展點光源」，亦即，分布在整個繞射光柵30或散射元件範圍內的複數個點光源。此外，由繞射光柵或散射元件產生的方向性光束具有由角度分量｛θ, ϕ｝給出的主要角度方向，根據本文的定義，並且如上文關於圖1所述。
在本文中，「準直器」被定義為基本上被配置以準直光的任何光學裝置或元件。舉例來說，準直器可以包含但不限於，準直鏡或反射器、準直繞射光柵、準直透鏡、或上述各種準直器的組合。根據各個實施例，由準直器提供的準直量可以預定程度或大小在實施例間變化。進一步地，準直器可被配置以在兩個正交方向（例如，垂直方向以及水平方向）其中之一或之二上提供準直。也就是，根據一些實施例，準直器可包含用於提供光準直的兩個正交方向其中之一或之二的形狀或相關特性。
本文中，「準直因子」表示為σ，定義為光被準直的程度。具體來說，根據本文的定義，準直因子定義準直光束中的光線的角展度。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」被定義為發出光的源頭（例如，被配置以產生光和發射光的光學發射器）。舉例而言，光源可以包含光學發射器，例如，發光二極體（light emitting diode, LED），其在被啟動或開啟時發光。具體來說，在本文中光源基本上可為任何一種來源的光或包含基本上任何光學發射器，其包含但不限於，發光二極體（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，以及實質上任何的光源之中的一個以上。由光源所產生的光可以具有一顏色（亦即，可包含特定波長的光），或者可以具有一定範圍的波長（例如，白光）。在一些實施例中，光源可以包含複數個光學發射器。舉例而言，光源可以包含光學發射器的集合或群組，其中至少一個光學發射器產生具有一顏色或等同的一波長的光，所述顏色或等同的波長不同於由所述集合或所述群組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。舉例而言，該等不同的顏色可包含原色（例如，紅、綠、藍）。
在本文中，「角度保持散射特徵」或等效的「角度保持散射元件」是被配置為以基本上在散射光中保持入射在特徵、元件或散射體上的光的角展度的方式以擴散光的任何特徵、元件或散射體。具體來說，根據定義，藉由角度保持散射特徵散射的光的角展度σs 是入射光的角展度σ的函數（亦即，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為正比例因子）。亦即，藉由角度保持散射特徵散射的光的角展度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角展度σ（例如， σs ≈σ）。均勻的繞射光柵（亦即，具有基本均勻或恆定的繞射特徵間隔或光柵間距離的繞射光柵）是角度保持散射特徵的一個示例。
根據定義，「廣角」發射光被定義為具有一錐角，該錐角大於用於提供防窺影像或用於防窺顯示器的發射光的錐角。具體來說，在一些實施例中，廣角發射光可以具有大於大約二十度（例如，＞±20°）的錐角。在其他實施例中，廣角發射光的錐角可以大約大於三十度（例如，＞±30°），或者大約大於四十度（例如，＞±40°），或者大於五十度（例如，＞±50°）。例如，廣角發射光的錐角可以大約為六十度（例如，±60°）。
在一些實施例中，廣角發射光錐角可以定義為與LCD電腦螢幕、LCD平板電腦、LCD電視或類似的用於廣角觀看的數位顯示裝置的視角大約相同（例如，大約±40-65°）。在其他實施例中，廣角發射光還可以被表徵為或描述為漫射光、基本上漫射的光、無方向性的光（亦即，缺乏任何特定的或限定的方向性）或具有單個或基本上均勻的方向的光。
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「一個以上」。舉例而言，本文中「一元件」指一個以上的元件，更確切來說，「多元件」於此意指「該（些）元件」。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」並非意使其成為任何限制。本文中，當應用到一個值時，除非有另外特別說明，「大約（about）」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，本文所使用「基本上（substantially）」一詞是指大部分、或幾乎全部、或全部、或在約51％至約100％的範圍內的量。再者，本發明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。
根據與本發明所描述的原理的一些實施例，本發明提供一種防窺模式背光件。圖3A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的防窺模式背光件100的剖面圖。圖3B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的防窺模式背光件100的另一剖面圖。圖3C係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的防窺模式背光件100的俯視圖。在各個實施例中，防窺模式背光件100被配置為發射光以作為具有預定照明光束寬度的發射光102。
如圖所示，防窺模式背光件100包含導光體110。導光體110被配置以沿著導光體110的長度將光引導為引導光104（亦即，引導光束104）。例如，導光體110可以包含被配置以用作光波導的材料（諸如介電材料）。所述的介電材料具有一第一折射係數，環繞介電材料的光波導的一介質具有一第二折射係數，其中，第一折射係數係大於第二折射係數。例如，根據導光體110的一個以上引導模式，折射係數的差異被配置以促進引導光104的全內反射。
具體來說，導光體110可以是厚平板光波導或平板光波導（亦即，平板導光體），其包含延伸的、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，其被配置以藉由全內反射來引導引導光104。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以上玻璃（例如，石英玻璃（silica glass）、鹼性鋁矽酸鹽玻璃（alkali-aluminosilicate glass）、硼矽酸鹽玻璃（borosilicate glass）等）以及基本上光學透明的塑膠或聚合物（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可以在導光體110的表面（例如，頂部表面和底部表面其中之一或之二）的至少一部分上進一步包含包覆層（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。
根據各個實施例，導光體110被配置以根據在導光體110的第一表面110’（例如，「前」表面或「頂部」表面或側面）和第二表面110”（例如，「後」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104。具體來說，引導光104藉由在導光體110的第一表面110’和第二表面110”之間以非零值傳播角度反射或「跳動」而傳播。在一些實施例中，包括不同顏色的光的複數條引導光束，可以被導光體110依複數個不同的、顏色特定的非零值傳播角度之中相應的一個角度引導為引導光104。
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，根據各個實施例，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。舉例而言，引導光104的非零值傳播角度可以在大約十度（10°）至大約五十度（50°）之間，或者在一些示例中，在大約二十度（20°）至大約四十度（40°）之間，或者在大約二十五度（25°）至大約三十五度（35°）之間。舉例而言，非零值傳播角度可以是大約三十度（30º）。在其他示例中，非零值傳播角度可以是大約20°、或者大約25°、或者大約35°。此外，對於特定的實施，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被選擇為小於導光體110內的全內反射的臨界角即可。
進一步地，根據各個實施例，藉由將光耦合至導光體110中所提供的引導光104，或等效地引導光束104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，引導光束104內）基本上互相平行。同樣地，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的光束的一部分。在一些實施例（圖中未顯示）中，可以包含如上所述的準直器，例如透鏡、繞射光柵、反射器或反射鏡，以準直例如來自光源的光。在其他實施例中，光源本身可以包含準直器。提供給導光體110並由導光體110引導為引導光104的準直光可以是準直引導光束。具體來說，在各個實施例中，引導光104可以根據準直因子σ以準直，或者引導光可以具有準直因子σ。在一些實施例中，引導光104在與導光體長度正交的寬度方向上具有預定的準直因子。如圖所示，防窺模式背光件100的寬度方向對應於y方向，並且導光體長度或長度方向對應於x方向。
圖3A至圖3C所示的防窺模式背光件100進一步包括複數個散射線元件120。根據各個實施例，複數個散射線元件中的單獨散射線元件120沿著導光體110的長度方向（亦即，x方向）互相平行排列且互相隔開。具體來說，根據本文的定義，複數個散射線元件120中的散射線元件120互相隔開有限的（亦即，非零）元件間距離或空間，並沿導光體長度（亦即，x方向）表示單獨不同的元件。此外，根據各個實施例，複數個散射線元件120中的散射線元件120通常不相交、重疊或彼此接觸。因此，複數個散射線元件120中的每一個散射線元件120通常至少在長度或x方向上是不同的並且與其他散射線元件120分開。
根據各個實施例，複數個散射線元件120中的每個散射線元件120被配置為通過導光體110的發射表面（例如，諸如第一表面110’）散射出引導光104的一部分以作為發射光102。此外，根據各個實施例，散射線元件120被配置為提供在垂直方向上的照明光束寬度為γ的發射光102，垂直方向由引導光104的準直因子σ確定。在圖3B中，正交方向（或寬度方向）上的照明光束寬度γ被描述為在平行於y方向的平面中的角度。在一些實施例中，散射線元件120可以是基本上單向散射元件，其配置為較佳地在導光體110的發射表面的方向或朝向導光體110的發射表面的方向上散射出引導光104。例如，在圖3A中，作為示例而非限制的，較佳地藉由指向導光體110的第一表面110’的箭頭顯示朝向發射表面散射。此外，散射線元件120可以是角度保持散射體，其中，在正交方向或寬度方向上的發射光102的照明光束寬度γ是引導光104的準直因子σ的線性函數（例如，γ = k·σ，其中k是恆定比例因子）。
根據各個實施例，防窺模式背光件100進一步包括方向性光學漫射器130。方向性光學漫射器130被配置為在與導光體長度相對應的方向上提供發射光的方向性漫射。具體來說，方向性光學漫射器130可具有沿著導光體110的長度方向的漫射軸，亦即，如圖所示的x方向。如圖所示，具有沿著長度方向定向的漫射軸的方向性光學漫射器130被配置為在與導光體長度對應的方向（亦即，x方向）上提供發射光102的方向性漫射。在各個實施例中，方向性光學漫射器130提供的發射光102的方向性漫射可以被配置為有效地擴展散射線元件120的表觀尺寸(apparent size)，以在對應於導光體長度的方向上提供發射光102的均勻或基本均勻的照明圖案。此外，在一些實施例中，方向性光學漫射器130可以在寬度方向或y方向上提供基本上很少或沒有漫射。例如，方向性光學漫射器130可以是一維（1D）光學漫射器。因此，方向性光學漫射器130被配置為基本上保持發射光102在正交方向（亦即，寬度或y方向）上的照明光束寬度，以確保防窺模式背光件100的觀看的隱私，同時在長度方向上或沿長度方向提供均勻的照明。
例如，發射光102可以在正交或y方向上具有照明光束寬度γ，而發射光102在x方向上的照明包含基本均勻的照明圖案。由於顯示器的每個像素或光閥可以以基本上均勻的方式被照明，均勻的照明圖案可以促進採用防窺模式背光件100的顯示器的高解析度。
在一些實施例中，方向性光學漫射器130的漫射角被配置為有效地散發來自複數個散射線元件120之中每一個的發射光102，以在防窺模式背光件100的輸出平面上具有照明範圍，其等於複數個散射線元件中的相鄰散射線元件120之間的距離。例如，由方向性光學漫射器130的漫射角提供的散射線元件120的影像範圍可以等於或大於相鄰散射線元件120的間距。換句話說，可以選擇方向性光學漫射器的漫射角，使得散射線元件120的影像在輸出平面上具有一範圍，使得複數個散射線元件120在x方向上看起來是均勻、連續的散射元件。如此，由防窺模式背光件100提供的有效光源沿著x方向可以在導光體110的長度上(亦即，沿x方向)看起來是均勻的。在一些實施例中，有效光源可以等於方向性光學漫射器130的漫射角與導光體110的厚度t的乘積除以導光體110的折射係數。
例如，散射線元件120的影像中的有效光源LS的尺寸可以由厚度T透過方程式(2)給定為
Figure 109133820-A0305-02-0017-1
 其中，δnx是方向性光學漫射器130的漫射角，n是導光體110的折射係數。在一些實施例中，有效光源尺寸可以等於或甚至大於散射線元件120之間的間距或間隔，以確保在長度方向上的均勻照明。
圖4係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的方向性光學漫射器130對散射線元件120的影像的影響的側視圖。具體來說，圖4顯示複數個散射線元件120，每個散射線元件具有尺寸△和間隔或間距p。散射線元件120從導光體110散射出的光104穿過防窺模式背光件100的方向性光學漫射器130以作為發射光102。如圖所示，穿過方向性光學漫射器130的發射光102在防窺模式背光件100的輸出平面100’處產生散射線元件120的散射線元件影像120’。此外，如圖所示，方向性光學漫射器130的漫射角有效地擴展了散射線元件影像120’的範圍。在一些實施例中，例如，如圖所示，可以選擇或預定漫射角以充分擴展散射線元件影像120’的範圍，以使散射線元件120在輸出平面100’上看起來在x方向上基本連續。
使用方向性光學漫射器130擴展散射線元件120的影像的範圍或等效地分散來自複數個散射線元件120之中每一個的發射光102可以允許減少散射線元件120的密度，同時仍提供均勻的照明。例如，散射線元件120的密度可以減小到小於(在一些示例中，遠小於)使用防窺模式背光件100的顯示器的每個像素一個散射線元件120(例如，每個像素整數部分)。根據一些實施例，這可以降低防窺模式背光件100的複雜度，其可以提高製造生產率，並因此可以降低防窺模式背光件100或包含防窺模式背光件100的顯示器的成本。根據一些實施例，方向性光學漫射器130可以包含異向性光漫射層或膜，例如但不限於配置為提供異向性光漫射的全像漫射器。
在一些實施例中，散射線元件120可以是沿著散射線元件120的長度的連續或基本連續的散射結構（亦即，在寬度或y方向上連續，如圖3B至圖3C所示）。在其他實施例中，複數個散射線元件120中的散射線元件120可以包含沿著散射線元件120的長度排成一列的單獨散射元件陣列（亦即，如圖所示，沿寬度或y方向延伸的線性陣列）。具體來說，在一些實施例中，單獨散射元件陣列中的相鄰的單獨散射元件可以藉由間隙互相分開。
圖5A係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的防窺模式背光件100的剖面圖。圖5B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的防窺模式背光件100的俯視圖。如圖5A至5B所示，防窺模式背光件100與圖3A至3C所示的防窺模式背光件100基本相似。具體來說，圖5A至圖5B顯示防窺模式背光件100，其包含導光體110、散射線元件120和方向性光學漫射器130。然而，在圖5A至圖5B所示的實施例中，複數個散射線元件中的每個散射線元件120包含單獨散射元件122的陣列。此外，單獨散射元件122的陣列在導光體110內沿著散射線元件120的長度排列成線性陣列，其中，每個單獨散射元件122與相鄰的單獨散射元件122通過間隙分開。在這些實施例中，單獨散射元件122互相隔開一間隙，方向性光學漫射器130可以進一步被配置為在與導光體110的寬度方向相對應的正交方向上提供發射光202的方向性漫射。
因此，在各個實施例中，在寬度方向上提供的方向性漫射可以被配置為在長度方向外的寬度方向上提供發射光202的均勻照明圖案。應注意，方向性光學漫射器130在寬度方向上的漫射角可以與長度方向上的漫射角不同。然而，根據各個實施例，仍可以選擇寬度方向上的漫射角以及散射線元件120的單獨散射元件122的長度和之間的間隙，以確保觀看的隱私。
如前所述，複數個散射線元件120中的散射線元件120可以包含單向散射元件，其被配置為較佳地沿著導光體110的發射表面的方向散射出引導光104。例如，複數個散射線元件120中的散射線元件120可以包含繞射光柵。繞射光柵可以被配置為藉由繞射地散射從導光體110中散射出引導光104的一部分以作為發射光102。值得注意的是，繞射光柵120可以包含繞射特徵，其包含第二表面110”中的凹槽以及第二表面110”中的凸脊的其中之一或之二。此外，舉例而言，凹槽或凸脊可以傾斜以提供單向散射。
在其他實施例中，散射線元件120可以包含與繞射光柵對齊的反射島（局部反射器），其與散射線元件120相鄰，該散射線元件120與發射表面（亦即，第一表面110’）相對。例如，反射島的範圍或尺寸可以與散射線元件120的繞射光柵的範圍或尺寸對齊。更一般地，反射島可以由對應散射線元件120的方式被圖案化。反射島可以包含反射材料，其被配置為將散射線元件120在錯誤方向（亦即，遠離發射表面）散射的光反射地重定向到與發射光102的方向相對應的方向。在這些實施例中，包含繞射光柵和反射島的散射線元件120可以表示反射模式繞射光柵。在其他實施例中，例如當不使用反射島時，散射線元件120可以包含在表面上或在導光體110內界定或實施的透射模式繞射光柵。
在一些實施例中，散射線元件120的反射島可以包含金屬（例如，金、鋁、銀等）或者聚合物與金屬的結合物（例如，鋁聚合物膜），甚至配置為反射器的介電層（例如，氮化矽或氧化鈦）。此外，在一些實施例中，反射島可以例如通過氣隙或藉由填充介電材料的間隙與散射線元件120分開。
在散射線元件120包含繞射光柵的一些實施例中，繞射光柵可以包含複數個繞射特徵，其藉由繞射特徵間隔（有時稱為「光柵間隔」）或繞射特徵或光柵間距互相隔開，該繞射特徵被配置以提供繞射地耦合出的部分引導光。根據各個實施例，繞射光柵中的繞射特徵的間隔或光柵間距離可為子波長 （亦即，小於引導光的波長）。應注意，繞射光柵可以包含複數個不同的光柵間隔（例如，兩個以上光柵間隔）或可變的光柵間隔或間距，以繞射地散射出引導光的一部分。
根據一些實施例，繞射光柵的繞射特徵可以包含互相隔開的凹槽和凸脊其中之一或之二。凹槽或凸脊可以包含導光體110的材料，例如，可以形成在導光體110的表面中。在另一個示例中，凹槽或凸脊可以由除了導光材料以外的材料形成，例如在導光體110的表面上的另一種材料的膜或層。根據一些實施例，應注意，沿著x方向的光柵特性（例如，光柵間距、凹槽深度、凸脊高度等）和/或繞射光柵的密度可以用於補償導光體110內的引導光104的光強度的變化，作為傳播距離的函數。
在一些實施例中，散射線元件120的繞射光柵可以是均勻的繞射光柵，其中整個繞射光柵的繞射特徵間隔基本上是恆定的或不變的。在其他實施例中，繞射光柵可以包含可變的或啁啾式（chirped）繞射光柵。根據定義，「啁啾式」繞射光柵是一種繞射光柵，其表現或具有在啁啾式繞射光柵的範圍或長度上變化的繞射特徵的繞射間隔（亦即，光柵間距離）。在一些實施例中，啁啾式繞射光柵可以具有或表現出隨距離線性變化的繞射特徵間隔的啁啾。因此，根據定義，啁啾式繞射光柵為「線性啁啾式」繞射光柵。在其他實施例中，啁啾式繞射光柵可表現出繞射特徵間隔的非線性啁啾。可以使用各種非線性啁啾，包含但不限於指數啁啾、對數啁啾、或基本上不均勻或隨機但仍然單調的方式變化的啁啾。本發明的非單調式的啁啾可以使用諸如正弦啁啾、三角啁啾或鋸齒啁啾，但其並不受限於此。本發明中亦可以使用上述任何這些種類之啁啾的組合。應注意，在本文所述的一些實施例中，由於引導光104的一部分在第一表面110’處離開導光體110，所以發射光102可以包含折射效應。
儘管前面的討論將複數個散射線元件120描述為繞射光柵120或包含繞射光柵120，但在其他實施例中，可以用各種各樣的光學組件作為散射線元件120以散射出發射光102。例如，散射線元件120可以包含微反射元件，其被配置為反射地散射出引導光104的一部分。在另一個示例中，散射線元件120可以包含微折射元件，其被配置為折射地散射出引導光104的一部分以作為發射光102。舉例而言，微反射元件可以包含三角形鏡、梯形鏡、金字塔形鏡、矩形鏡、半球形鏡、凹面鏡和/或凸面鏡。根據各個實施例，應注意這些微反射和微折射元件可以位於導光體110的第二表面110”上、第一表面110’上或第一表面110’和第二表面110”之間。此外，散射線元件120的光學特徵可以是從表面突出的「正特徵」，或者可以是凹入表面的「負特徵」。
根據一些實施例，防窺模式背光件100可以用作可切換模式顯示器100a中的背光件。圖6A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的包含防窺模式背光件100的可切換模式顯示器100a的剖面圖。圖6B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示另一示例中的包含防窺模式背光件100的可切換模式顯示器100a的剖面圖。具體來說，圖6A顯示或在防窺模式中或期間的可切換模式顯示器100a，而圖6B顯示在廣角或共享模式中或期間的可切換模式顯示器100a。根據各個實施例，可切換模式顯示器100a被配置為在防窺模式期間選擇性地顯示防窺影像，並且在共享模式期間選擇性地顯示共享影像。
如圖所示，可切換模式顯示器100a包含防窺模式背光件100配置為提供發射光102，其隨後可以被調變以在可切換模式顯示器100a的防窺模式中或期間提供具有窄照明光束寬度或等效的窄視角的影像。具體來說，在防窺模式下，可以通過散射線元件120散射出防窺模式背光件100的導光體110中所提供的引導光並將其引導遠離可切換模式顯示器100a。然後可以使用可切換模式顯示器100a的光閥140的陣列（如下所述）以調變來自散射線元件120的發射光102，以助於顯示具有窄照明光束寬度或窄視角（例如γ）的防窺影像。根據各個實施例，防窺影像可以僅在較窄的照明光束寬度或窄視角內可見，並且因此可以允許可切換模式顯示器100a的使用者更安全地觀看防窺影像。
或者，在共享模式下，可切換模式顯示器100a可以動態切換（例如，可以依需求切換）以提供具有寬或廣角照明光束寬度或等效的具有廣角視角（例如，φ）的共享影像。具體來說，在共享模式期間，廣角照明光束寬度大於並且在一些實施例中基本上大於防窺模式的窄照明光束寬度。舉例而言，共享模式的廣角照明光束寬度可以大於約二十度（例如，＞±20°），而防窺模式的窄照明光束寬度例如可以小於約二十度（例如，＜±20°）。在另一個示例中，共享模式的廣角照明光束寬度可以大於約六十度（例如＞±60°）、或大於約四十度（例如＞±40°）、或大於約30度（例如＞±30°）、而防窺模式的狹窄照明光束寬度可能小於約三十度（例如，＜±30°）、或小於約二十度（例如＜±20°）、或分別小於或小於約十度（例如，＜±10°）。在一些實施例中，狹窄的照明光束寬度或視角可以小於廣角照明光束寬度的一半（1/2），或者小於廣角照明光束寬度的大約四分之一（1/4），或者甚至更少。
如圖6A至圖6B所示，為了提供廣角照明光束寬度或視角，可切換模式顯示器100a進一步包含廣角背光件150。根據各個實施例，廣角背光件150被配置為在共享模式期間提供廣角光152，亦即共享模式期間，發射光的照明光束寬度相對應於的可切換模式顯示器100a的廣角照明光束寬度或視角。如圖所示，廣角背光件150可以與防窺模式背光件100的與光閥陣列相鄰的側面相對的側面（亦即，第二表面110”）相鄰。根據各個實施例，導光體110和散射線元件120可以被配置為在共享模式期間對於由廣角背光件150提供的廣角光152是透明的。根據各個實施例，廣角背光件150可以包含配置為提供廣角照明的基本上任何平面光源，包含具有導光體和廣角散射元件的背光件。此外，在一些實施例中，共享影像可以具有與防窺影像基本相同的亮度和解析度。
如圖6A至圖6B所示，可切換模式顯示器100a進一步包含光閥140的陣列。光閥140的陣列被配置為調變光以提供由可切換模式顯示器100a顯示的影像。具體來說，如圖所示，光閥陣列被配置為調變廣角光152以在可切換模式顯示器100a的共享模式期間提供共享影像。此外，如上所述，光閥140的陣列被配置為在可切換模式顯示器100a的防窺模式期間將由防窺模式背光件100提供的發射光102調變為防窺影像。在各個實施例中，可以使用不同種類的光閥中的任何一種以作為光閥140的陣列之中的光閥140，光閥的種類包含但不限於，液晶光閥、電泳光閥、以及基於電潤濕的複數光閥其中的一種以上。
根據一些實施例，散射線元件120在導光體110的長度或x方向上的尺寸與光閥140的尺寸相當。在本文中，「尺寸」可以以包含但不限於，長度、寬度、或面積的各種方式中的任何一種來定義。舉例而言，光閥140的尺寸可以是其長度，並且散射線元件120的相當尺寸也可以是散射線元件120的長度。在另一示例中，尺寸可被稱為區域，使得散射線元件120的面積可以與光閥140的面積相當。
在一些實施例中，散射線元件120的尺寸可以與光閥的尺寸相當，使得繞射光柵的尺寸係介於光閥的尺寸的百分之五十（50%）至百分之兩百（200%）之間。在其他示例中，散射線元件尺寸在大於光閥尺寸的約百分之六十（60%）、或光閥尺寸的約百分之七十（70%）、或大於光閥尺寸的約百分之八十（80%）、或大於光閥尺寸的約百分之九十（90%），以及其係小於光閥尺寸的約百分之一百八十（180%）、或小於光閥尺寸的約百分之一百六十（160%）、或小於光閥尺寸的約百分之一百四十（140%）、或小於光閥尺寸的約百分之一百二十（120%）的範圍中。舉例而言，藉由「相當尺寸」，散射線元件尺寸可以介於光閥尺寸的大約百分之七十五（75％）到百分之一百五十（150％）之間。在另一示例中，散射線元件在尺寸上可以與光閥尺寸相當，其中，散射線元件尺寸係在光閥尺寸的約百分之一百二十五（125%）至百分之八十五（85%）之間。根據一些實施例，可以選擇散射線元件120和光閥140的相當尺寸，以減少可切換模式顯示器100a的散射線元件120之間的暗區域，或在一些示例中將其最小化。此外，可以選擇散射線元件120和光閥140的相當尺寸以減小並且在一些示例中最小化與可切換模式顯示器100a相關聯的摩爾紋（Moire），例如，散射線元件的尺寸可以大約等於光閥的尺寸。
再次參照圖3A與3C，防窺模式背光件100可以進一步包含光源160。根據各個實施例，光源160被配置以提供在導光體110內被引導的光。具體來說，光源160可以位在相鄰於導光體110的入口表面或入口端（輸入端）。在各個實施例中，光源160可包含基本上任何光源（例如，光學發射器），其包含但不限於LED、雷射（例如，雷射二極體）或其組合。在一些實施例中，光源160可以包含光學發射器，其被配置以產生代表特定顏色之具有窄頻光譜的基本上為單色的光。具體來說，該單色光的顏色可為特定顏色空間或特定顏色模型的原色（例如，紅-綠-藍（red-green-blue, RGB）顏色模型）。在其他示例中，光源160可以是被配置以提供基本上寬帶或多色光的基本寬頻帶光源。例如，光源160可提供白光。在一些實施例中，光源160可以包含複數個不同的光學發射器，被配置以提供光的不同顏色。不同的光學發射器可以被配置以提供具有與光的不同顏色中的每一個顏色相對應的引導光的不同的、顏色特定的、非零值傳播角度的光。
在一些實施例中，光源160可進一步包含準直器。準直器可以被配置以接收來自光源160的一個以上的光學發射器的大致非準直光。準直器係進一步被配置以將大致非準直光轉換為準直光。具體來說，根據一些實施例，準直器可以提供依據預定準直因子以準直的準直光。而且，當採用不同顏色的光學發射器時，準直器可被配置以提供具有不同的、顏色特定的非零值傳播角度以及不同顏色特定的準直因子其中之一或之二的準直光。準直器進一步被配置以將準直光束傳送到導光體110，以將其傳播為引導光104，如上文所述。
根據本文所描述的原理的一些實施例，提供一種防窺顯示器。圖7係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的防窺顯示器200的方塊圖。根據各個實施例，防窺顯示器200被配置為顯示具有狹窄的視像角度的防窺影像。具體來說，來自防窺顯示器200的調變發射光202在使用者200a可以看到但在其他使用者不可見的受限角度範圍（即狹窄的視像角度）內提供防窺影像，例如，超出限制的角度範圍或防窺視像區域的其他使用者。從圖7中的防窺顯示器200發射調變發射光202顯示為虛線箭頭，以藉由示例而非限制的方式強調其調變。
如圖所示，防窺顯示器200包含沿著導光體210的長度分布的複數個散射線元件220。複數個散射線元件被配置為在與導光體長度正交的方向上將具有預定照明光束寬度的發射光從導光體210散射出。在一些實施例中，導光體210可以基本上類似於上文關於防窺模式背光件100所述的導光體110。例如，在各個實施例中，導光體可以被配置為根據全內反射將光引導為引導光束。此外，導光體210可以是平板導光體，其被配置以引導來自其光輸入邊緣的光。此外，複數個散射線元件220可以基本上類似於上述防窺模式背光件100的散射線元件120。
具體來說，可以根據準直因子以準直引導光。此外，在一些實施例中，預定的照明光束寬度可以由引導光的準直因子確定。更具體地說，可以具體選擇引導光的準直因子以實現預定照明光束寬度。在一些實施例中，複數個散射線元件220中的散射線元件220可以包含散射元件，其被配置為較佳地沿著導光體210的發射表面的方向散射出引導光。因此，散射線元件可以是單向散射線元件。例如，如上所述，散射線元件可以包含反射器或反射島。
在各個實施例中，散射線元件220可以包含被配置為提供發射光202的繞射光柵或複數個繞射光柵。具體來說，繞射光柵可以被配置為將來自導光體210的引導光的一部分繞射地散射為發射光202。在一些實施例中，如上所述，繞射光柵可以基本上類似於散射線元件120的繞射光柵。在其他實施例中，如上文關於防窺模式背光件100的散射線元件120所述，散射線元件220可以包含其他散射元件，包含但不限於微反射元件和微折射元件。
圖7所示的防窺顯示器200進一步包含光閥230的陣列。光閥230的陣列被配置為調變發射光202以提供防窺影像。在一些實施例中，光閥230的陣列可以基本上類似於上文關於防窺模式背光件100所描述的光閥140的陣列。
根據一些實施例，在沿著導光體210的長度方向上的複數個散射線元件220中的散射線元件220的尺寸與光閥230的陣列中的光閥230的尺寸相當。例如，在一些實施例中，散射線元件的尺寸可能大於光閥尺寸的一半，並且小於光閥尺寸的兩倍。
根據各個實施例，如圖7所示，防窺顯示器200進一步包含方向性光學漫射器240。如圖7所示，方向性光學漫射器位於導光體210和光閥230的陣列之間。在各個實施例中，方向性光學漫射器被配置為在與導光體長度相對應的方向上提供發射光202的方向性漫射。在一些實施例中，方向性光學漫射器240可以與上述防窺模式背光件100的方向性光學漫射器130基本相似。具體來說，根據各個實施例，方向性光學漫射器240的方向性漫射可以在導光體長度方向上提供光閥陣列的均勻照明。
在這些實施例中的一些中（圖7中未顯示），防窺顯示器200可以進一步包含光源。舉例而言，光源可以被配置根據準直因子進行準直向導光體210提供光，以在導光體210內提供引導光的預定角展度。根據一些實施例，光源可以基本上類似於上文所述的光源160。
在一些實施例（如圖7所示）中，防窺顯示器200可以進一步包含廣角背光件250，其位於與導光體210的側面相鄰，該側面相對於與光閥陣列相鄰的側面。在一些實施例中，廣角背光件250可以基本上類似於上述可選擇模式的顯示器100a的廣角背光件150，並且防窺顯示器200可以為或可以操作為可選擇模式的顯示器。具體來說，廣角背光件250可以被配置為在防窺顯示器200的共享模式期間提供廣角光252。此外，光閥陣列可以被配置為在共享模式期間調變廣角光252以提供共享影像。根據各個實施例，如圖7以示例而非限制的方式顯示，共享影像可以由複數個使用者200b在具有廣角或相對不受限制的角度範圍的共享視像區域內的各個不同位置中查看。當作為模式可選擇的顯示器進行操作時，防窺顯示器200的導光體210和散射線元件220可以被配置為對於廣角光252係透明的。另外，根據一些實施例，防窺顯示器200可以在提供共享影像的共享模式和提供防窺影像的防窺模式之間進行模式切換。
根據本發明所述原理的其他實施例，本發明提供了一種防窺模式背光件的操作方法。圖8係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的防窺模式背光件的操作方法300的流程圖。如圖8所示，防窺模式背光件的操作方法300包含在導光體中將光引導為具有預定準直因子的準直引導光的步驟310。根據一些實施例，導光體可以基本上類似於上文關於防窺模式背光件100所述的導光體110。具體來說，根據各個實施例，可以根據導光體內的全內反射以引導光。
根據各個實施例，防窺模式背光件的操作方法300進一步包含將來自導光體的準直引導光的一部分散射出的步驟320，以作為具有照明光束寬度的發射光。在各個實施例中，使用沿著導光體的長度互相隔開的複數個散射線元件將準直引導光的一部分散射出。在一些實施例中，引導光元件和散射線元件可以基本上分別類似於上文關於防窺模式背光件100所述的導光體110和散射線元件120。在一些實施例中，複數個散射線元件中的散射線元件可以包含單向散射元件，較佳是將準直引導光沿著發射光的方向從導光體散射出。此外，根據各個實施例，由複數個散射線元件散射出的發射光的照明光束寬度由準直因子確定，該照明光束寬度在與導光體長度正交的方向上。
圖8顯示的防窺模式背光件的操作方法300進一步包含使用方向性光學漫射器在對應於導光體長度的方向上散射發射光的步驟330。在一些實施例中，如上文所述，方向性光學漫射器可以與防窺模式背光件100的方向性光學漫射器130基本相似。在一些實施例中，方向性光學漫射器的漫射角使來自複數個散射線元件中的散射線元件的發射光漫射，以提供等於複數個散射線元件的相鄰散射線元件之間的距離的照明範圍。在一些實施例中，複數個散射線元件中的散射線元件的尺寸可以相當於用於將發射光調變為由防窺顯示器顯示的防窺影像的光閥陣列的光閥的尺寸。
在一些實施例（圖中未顯示）中，防窺模式背光件的操作方法300進一步包含使用光閥陣列以調變發射光以顯示防窺影像的步驟。複數個光閥可以基本上類似於上文關於防窺模式背光件100所述的光閥140的陣列。
在一些實施例（圖中未顯示）中，防窺模式背光件的操作方法300可以進一步包含使用光源向導光體提供光的步驟。可以根據預定的準直因子以準直提供光。根據一些實施例，光源可以基本上類似於上文所述的光源160。
因此，本發明已經描述了採用散射線元件和方向性漫射器的防窺模式背光件、防窺顯示器以及防窺模式背光件的操作方法的示例和實施例。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，所屬技術領域中具有通常知識者可以輕易設計出許多其他排列，而不脫離所附申請專利範圍所界定的範疇。
本申請案主張於2019年10月15日提交的第 PCT/US2019/056402號國際專利申請的優先權，其內容通過引用併入本文。
20:光束、方向性光束 30:繞射光柵 40,110,210:導光體 50:光束、入射光束 60:方向性光束 100:防窺模式背光件 100’:輸出平面 100a:可切換模式顯示器 102,202:發射光 104:引導光、引導光束 106:光 110’:第一表面 110”:第二表面 120:散射線元件、繞射光柵 120’:散射線元件影像 122:單獨散射元件 130,240:方向性光學漫射器 140,230:光閥 150,250:廣角背光件 152,252:廣角光 160:光源 200:防窺顯示器 200a、200b:使用者 220:散射線元件 300:防窺模式背光件的操作方法 O:特定原點 p:間距 γ:照明光束寬度 Δ:尺寸 θ:分量、仰角 θi :入射角 θm :繞射角 λ:其中 σ:準直因子 σs :角展度 φ:廣角視角 ϕ:分量、方位角 t:厚度
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，其中相同的元件符號表示相同的結構元件，並且其中：
圖1係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的具有特定主要角度方向的方向性光束的角度分量的示意圖。
圖2係根據與在此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面圖。
圖3A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的防窺模式背光件的剖面圖。
圖3B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的防窺模式背光件的另一剖面圖。
圖3C係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的防窺模式背光件的俯視圖。
圖4係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的方向性光學漫射器對散射線元件的影像的影響的側視圖。
圖5A係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的防窺模式背光件 的剖面圖。
圖5B係根據與在此所描述的原理一致的另一實施例，顯示示例中的防窺模式背光件的俯視圖。
圖6A係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的包含防窺模式背光件的可切換模式顯示器的剖面圖。
圖6B係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示另一示例中的包含防窺模式背光件的可切換模式顯示器的剖面圖。
圖7係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的防窺顯示器的方塊圖。
圖8係根據與在此所描述的原理一致的一實施例，顯示示例中的防窺模式背光件的操作方法的流程圖。
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。下文將參照上文所述附圖，詳細描述這些和其他特徵。。
100:防窺模式背光件
102:發射光
104:引導光
110:導光體
110’:第一表面
110”:第二表面
120:散射線元件、繞射光柵
130:方向性光學漫射器
160:光源

Claims (20)

  1. 一種防窺模式背光件，包括：一導光體，被配置為沿著該導光體的長度引導光以作為引導光，該引導光在與該導光體的長度正交的方向上具有一預定的準直因子；複數個散射線元件，沿著該導光體的長度互相平行設置且互相隔開，該複數個散射線元件中的每一個散射線元件被配置為通過該導光體的一發射表面散射出該引導光的一部分，以作為具有由該預定的準直因子確定的在該正交方向上的照明光束寬度的發射光；以及一方向性光學漫射器，位於該導光體的該發射表面，且被配置為在與該導光體的長度相對應的方向上提供該發射光的方向性漫射，其中，該複數個散射線元件中的該散射線元件位於該導光體的與該發射表面相對的表面，該方向性光學漫射器在與該導光體的長度對應的方向上的一漫射角與相鄰的該散射線元件之間的距離乘以該導光體的折射係數並除以該導光體的厚度成正比。
  2. 如請求項1之防窺模式背光件，其中，由該方向性光學漫射器提供的該發射光的該方向性漫射被配置為在與該導光體的長度對應的方向上提供該發射光的均勻照明圖案。
  3. 如請求項2之防窺模式背光件，其中，該方向性光學漫射器的該漫射角被配置為發散來自每一個該散射線元件的該發射光，以在該防窺模式背光件的一輸出平面處具有一照明範圍，其等於該複數個散射線元件中相鄰的該散射線元件之間的距離。
  4. 如請求項1之防窺模式背光件，其中，該複數個散射線元件中的該散射線元件包括單向散射元件，該單向散射元件被配置為在該發射表面的方向上散射出該引導光。
  5. 如請求項1之防窺模式背光件，其中，該複數個散射線元件中的該散射線元件包括位於該導光體的表面處的一繞射光柵，該繞射光柵具有繞射特徵，該繞射特徵包括位於該導光體的表面上的一凹槽以及在該導光體的表面上的一凸脊其中之一或之二。
  6. 如請求項5之防窺模式背光件，其中，該繞射光柵進一步包括一反射島，該反射島與相鄰於該繞射特徵的該繞射光柵對齊並且與該發射表面相對，該繞射光柵和該反射島的組合表示一反射模式繞射光柵。
  7. 如請求項1之防窺模式背光件，其中，該複數個散射線元件中的散射線元件包括單獨散射元件陣列，沿著該散射線元件的長度排成一列。
  8. 如請求項7之防窺模式背光件，其中，該單獨散射元件陣列中的相鄰的該單獨散射元件以一間隙互相間隔，並且其中，該方向性光學漫射器進一步被配置為在與該導光體的寬度方向相對應的該正交方向上提供該發射光的該方向性漫射，在該寬度方向上所提供的該方向性漫射被配置為在該寬度方向上提供該發射光的一均勻照明圖案。
  9. 如請求項1之防窺模式背光件，進一步包括一光源，光學地耦合至該導光體，並且被配置為將光提供給該導光體，以被引導作為具有該預定的準直因子的引導光。
  10. 一種可切換模式顯示器，包括如請求項1之防窺模式背光件，該可切換模式顯示器進一步包括一光閥陣列，被配置為在該可切換模式顯示器的一防窺模式期間將由該防窺模式背光件提供的該發射光調變為一防窺影像，在該防窺模式期間，該防窺影像在該防窺模式背光件的該照明光束寬度內可選擇地可見。
  11. 如請求項10之可切換模式顯示器，其中，該複數個散射線元件中的該散射線元件的尺寸相當於該光閥陣列中的該光閥的尺寸。
  12. 如請求項10之可切換模式顯示器，進一步包括一廣角背光件，與該導光體之與該光閥陣列相鄰的一側面相對的一側面相鄰，該廣角背光件被配置為在該可切換模式顯示器的一共享模式期間提供廣角光，該光閥陣列被配置為在該共享模式期間將該廣角光調變為一共享影像，其中，該導光體和該複數個散射線元件中的該散射線元件被配置為對於該廣角光係透明的，該可切換模式顯示器被配置為在該防窺模式期間選擇性地顯示該防窺影像並且在該共享模式期間選擇性地顯示該共享影像。
  13. 一種防窺顯示器，包括：複數個散射線元件，沿著一導光體的長度分布，該複數個散射線元件被配置為在與該導光體的長度正交的方向上通過該導光體的一發射表面散射出該引導光的一部分，以作為具有預定的照明光束寬度的發射光；一光閥陣列，被配置為調變該發射光以提供一防窺影像；以及一方向性光學漫射器，位於該導光體和該光閥陣列之間，該方向性光學漫射器被配置為在與該導光體的長度對應的方向上提供該發射光的方向性漫射，該方向性漫射提供該光閥陣列在該導光體長度方向上的均勻照明，其中，該複數個散射線元件中的該散射線元件位於該導光體的與該發射表面相對的表面，以及一方向性光學漫射器，位於該導光體的該發射表面，該方向性光學漫射器在與該導光體的長度對應的方向上的一漫射角與相鄰的該散射線元件之間的距離乘以該導光體的折射係數並除以該導光體的厚度成正比。
  14. 如請求項13之多視像顯示器，其中，該引導光根據一準直因子被準直，該預定照明光束寬度由該引導光的該準直因子確定。
  15. 如請求項13之防窺模式背光件，其中，該複數個散射線元件中的散射線元件包括散射元件，該散射元件被配置為在與該方向性光學漫射器相鄰的該導光體的一發射表面的方向上散射該引導光。
  16. 如請求項13之防窺模式背光件，其中，該複數個散射線元件中的該散射線元件的尺寸相當於該光閥陣列中的該光閥的尺寸。
  17. 如請求項13之防窺模式背光件，進一步包括一廣角背光件，與該導光體之與該光閥陣列相鄰的一側面相對的一側面相鄰，並且被配置為在一共享模式期間提供廣角光，該光閥陣列被配置為在該共享模式期間將該廣角光調變為一共享影像，其中，該導光體和該複數個線元件中的該散射線元件被配置為對於該廣角光係透明的，該防窺顯示器在提供該共享影像的該共享模式和提供該防窺影像的一防窺模式之間係模式可切換的。
  18. 一種防窺模式背光件的操作方法，包括：在一導光體中引導光，以作為具有一預定的準直因子的一準直引導光； 使用沿著該導光體的長度互相隔開的複數個散射線元件，將來自該導光體的該準直引導光的一部分通過該導光體的一發射表面散射出，以作為具有照明光束寬度的發射光；以及使用一方向性光學漫射器在與該導光體的長度相對應的方向上漫射該發射光，其中，由該複數個散射線元件散射出的該發射光的該照明光束寬度由該預定的準直因子確定，該照明光束寬度在與該導光體的長度正交的寬度方向上，以及其中，該複數個散射線元件中的該散射線元件位於該導光體的與該發射表面相對的表面，以及一方向性光學漫射器，位於該導光體的該發射表面，該方向性光學漫射器在與該導光體的長度對應的方向上的一漫射角與相鄰的該散射線元件之間的距離乘以該導光體的折射係數並除以該導光體的厚度成正比。
  19. 如請求項18之防窺模式背光件的操作方法，其中，該複數個散射線元件中的該散射線元件包括單向散射元件，該單向散射元件在朝向該方向性光學漫射器的方向上散射出該準直引導光。
  20. 如請求項18之防窺模式背光件的操作方法，包括以下其中之一或之二：其中該方向性光學漫射器的該漫射角發散來自該複數個散射線元件中的該散射線元件的該發射光，以提供與複數個散射線元件中相鄰的該散射線元件之間的距離相等的一照明範圍；以及其中該複數個散射線元件中的該散射線元件的尺寸相當於用於將該發射光調變為由一防窺顯示器顯示的一防窺影像的一光閥陣列中的一光閥的尺寸。
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