CN113574447A - 模式可切换背光、隐私显示器和采用发射器阵列的方法 - Google Patents

Abstract

一种模式可切换背光和隐私显示器在第一模式期间提供窄角发射光和在第二模式中提供广角发射光，所述广角发射光是所述窄角发射光和双向发射光的组合。所述模式可切换背光包含第一定向背光和第二定向背光。第一定向背光包括被配置为在第一模式和第二模式两者期间提供窄角发射光的窄角发射器阵列，而第二定向背光包括被配置为仅在第二模式期间提供双向发射光的双向发射器阵列。该模式可切换式隐私显示器包括光阀阵列，该光阀阵列被配置为在第一模式期间调制窄角发射光，并且在第二模式期间调制广角发射光。

Description

模式可切换背光、隐私显示器和采用发射器阵列的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年3月14日提交的编号为62/818,639的美国临时申请的优先权，其内容通过引用并入本文。

关于联邦赞助研究或开发的声明

不适用

背景技术

电子显示器是用于向各种设备和产品的用户传送信息的几乎无处不在的介质。最常用的电子显示器包括阴极射线管(CRT)、等离子体显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、电致发光显示器(EL)、有机发光二极管(OLED)和有源矩阵OLED(AMOLED)显示器、电泳显示器(EP)和采用机电或电流体光调制的各种显示器(例如，数字微镜器件、电润湿显示器等)。通常，电子显示器可分为有源显示器(即，发光的显示器)或无源显示器(即，调制由另一源提供的光的显示器)。有源显示器的最明显的例子是CRT、PDP和OLED/AMOLED。当考虑发射光时通常被分类为无源的显示器是LCD和电泳显示器。无源显示器虽然通常表现出吸引人的性能特征，包括但不限于固有的低功耗，但是由于缺乏发光能力，在许多实际应用中可能发现有些受限的用途。

为了克服与发射光相关联的无源显示器的限制，许多无源显示器耦合到外部光源。耦合的光源可以允许这些无源显示器发光，并且基本上用作有源显示器。这种耦合光源的示例是背光。背光可以用作光源(通常为面板背光)，其被放置在无源显示器后面以照明无源显示器。例如，背光可以耦合到LCD或电泳显示器。背光发射穿过LCD或电泳显示器的光。所发射的光由LCD或电泳显示器调制，然后调制的光又从LCD或电泳显示器发射。通常，背光被配置成发射白光。然后使用滤色器将白光转换成显示器中使用的各种颜色。例如，滤色器可以放置在LCD或EP显示器的输出处(较不常见)，或者放置在背光与LCD或EP显示器之间。

附图说明

参考结合附图进行的以下详细描述，可以更容易地理解根据本文描述的原理的示例和实施例的各种特征，其中相同的附图标记表示相同的结构元件，并且其中：

图1A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的衍射光栅的截面图。

图1B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的倾斜衍射光栅的截面图。

图2A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的模式可切换背光的截面图。

图2B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的另一示例中的模式可切换背光的截面图。

图3示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的窄角发射光和双向发射光的组合的图形表示，以提供广角发射光。

图4A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的模式可切换背光的第一定向背光的一部分的横截面图。

图4B示出了根据与本文所述原理一致的另一实施例的示例中的模式可切换背光的第一定向背光的一部分的横截面图。

图5示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的第二定向背光的一部分的剖视图。

图6A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的模式可切换背光的截面图。

图6B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的另一示例中的模式可切换背光的截面图。

图7示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的模式可切换隐私显示器的框图。

图8示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的模式可切换背光操作的方法的流程图。

某些示例和实施例具有作为上述附图中所示的特征的补充或替代之一的其它特征。这些和其它特征将在下面参考上述附图进行详细描述。

具体实施方式

根据本文所述原理的示例和实施例提供了应用于模式可切换隐私显示器的模式可切换背光。特别地，符合本文描述的原理的实施例提供了一种模式可切换背光，其被配置为在第一模式中发射窄角发射光和在第二模式期间发射广角发射光。在一些实施例中，窄角发射光被配置成在第一模式期间专门向第一视区提供照明，而广角发射光可以被配置成在第二模式期间向包括第一视区的第二视区提供照明。根据各种实施例，在第一模式和第二模式两者期间，窄角发射光可以由窄角发射器提供。此外，在第二模式中提供的广角发射光表示窄角发射光与具有与窄角发射光的角度范围互补的分叉角度范围的双向发射光的组合。根据各种实施例，双向发射光在第二期间由双向发射器提供。

采用模式可切换背光的模式可切换隐私显示器可被配置为在第一或“隐私”模式期间提供隐私显示图像，该隐私图像在第一“隐私”视区中可见。此外，模式可切换式隐私显示器可被配置为在第二或“公开”模式期间使用广角发射光提供公开显示图像。根据各种实施例，公共显示图像可以在包括隐私视区和公共视区两者的第二视区或“公共”视区中可见。本文描述的模式可切换背光照明和模式可切换隐私显示器的使用包括但不限于移动电话(例如，智能电话)、手表、平板计算机、移动计算机(例如，膝上型计算机)、个人计算机和计算机监视器、汽车显示控制台、相机显示器和各种其他移动以及基本上非移动显示应用和设备。

在此，“光导”被定义为使用全内反射在结构内引导光的结构。特别地，光导可以包括在光导的工作波长下基本上透明的芯。在各种示例中，术语“光导”一般指采用全内反射以在光导的介电材料与围绕该光导的材料或介质之间的界面处引导光的介电光波导。根据定义，全内反射的条件是光导的折射率大于与光导材料的表面相邻的周围介质的折射率。在一些实施例中，除了上述折射率差之外或代替上述折射率差，光导可以包括涂层以进一步促进全内反射。例如，该涂层可以是反射涂层。光导可以是若干光导中的任何一种，包括但不限于板或平板光导和条带光导中的一者或两者。

此外，在本文中，术语“板”当应用于如“板光导”中的光导时，被定义为分段或不同平面的层或片，其有时被称为“平板”光导。特别地，板光导被定义为被配置成在由光导的顶表面和底表面(即，相对表面)界定的两个基本上正交的方向上引导光的光导。此外，根据本文的定义，顶表面和底表面都彼此分离，并且可以至少在差分意义上基本上彼此平行。即，在板光导的任何差别化的小部分内，顶表面和底表面基本上平行或共面。

在一些实施例中，板光导可以是基本上平坦的(即，被限制在平面)，并且因此，板光导是平面光导。在其他实施例中，板光导可以在一个或两个正交维度上弯曲。例如，板光导可以在单个维度上弯曲以形成圆柱形板光导。然而，任何曲率具有足够大的曲率半径以确保全内反射被保持在板光导内以引导光。

在此，“角度保持散射特征”或等效的“角度保持散射体”是被配置为以在散射光中基本上保持入射到特征或散射体上的光的角展度的方式散射光的任何特征或散射体。特别地，根据定义，由角度保持散射特征散射的光的角展度σ_s是入射光的角展度σ的函数(即，σ_s＝f(σ))。在一些实施例中，散射光的角展度σ_s是入射光的角展度或准直因子σ的线性函数(例如，σ_s＝a·σ，其中a是整数)。也就是说，由角度保持散射特征散射的光的角展度σ_s可与入射光的角展度或准直因子σ基本上成比例。例如，散射光的角展度σ_s可以基本上等于入射光角展度σ(例如，σ_s≈σ)。均匀衍射光栅(即，具有基本上均匀或恒定的衍射特征间隔或光栅间距的衍射光栅)是角度保持散射特征的示例。相反，根据这里的定义，朗伯散射器或朗伯反射器以及一般散射器(例如，具有或近似朗伯散射)不是角度保持散射器。

在此，“保偏散射特征”或等同地“保偏散射体”是被配置为以在散射光中基本上保持入射到特征或散射体上的光的偏振或至少一定偏振度的方式散射光的任何特征或散射体。因此，“保偏散射特征”是任何特征或散射体，其中入射到特征或散射体上的光的偏振度基本上等于散射光的偏振度。此外，根据定义，“保偏散射”是保持或基本上保持被散射光的预定偏振的(例如，引导光的)散射。被散射的光可以是例如由偏振光源提供的偏振光。

在此，如在“单侧散射元件”中的术语“单侧”被定义为意味着“单侧”或“优选地在一个方向上”对应于第一侧，与另一方向对应于第二侧相反。特别地，被配置为在“单侧方向”上提供或发射光的背光被定义为从第一侧发射光而不是从与第一侧相对的第二侧发射光的背光。例如，由背光光提供或从背光光散射的发射光的单侧方向可以对应于优先地被引导到第一(例如，正)半空间中但不被引导到对应的第二(例如，负)半空间中的光。第一半空间可以在背光上方，第二半空间可以在背光下方。这样，例如，背光可以将光发射到背光上方的区域中或朝向背光上方的方向，并且很少或不将光发射到另一区域中或朝向背光下方的另一方向。类似地，“单侧”定向散射器，例如但不限于单侧散射元件，被配置为将光朝向第一表面散射和散射到第一表面之外，但不是朝向与第一表面相对的第二表面散射和散射到第一表面之外，根据本文的定义。

在此，“衍射光栅”被广义地定义为被布置成提供入射在衍射光栅上的光的衍射的多个特征(即，衍射特征)。在一些示例中，多个特征可以以周期性方式或准周期性方式布置。在其他示例中，衍射光栅可以是包括多个衍射光栅的混合周期衍射光栅，多个衍射光栅中的每个衍射光栅具有不同的周期性特征布置。此外，衍射光栅可以包括以一维(1D)阵列布置的多个特征(例如，材料表面中的多个凹槽或脊)。或者，衍射光栅可包括二维(2D)特征阵列或以二维界定的特征阵列。衍射光栅可以是例如材料表面上的凸起或孔的2D阵列。在一些示例中，衍射光栅可以在第一方向或维度上是基本上周期性的，并且在跨衍射光栅或沿着衍射光栅的另一方向上是基本上非周期性的(例如，恒定的、随机的等)。

这样，根据这里的定义，“衍射光栅”是提供入射在衍射光栅上的光的衍射的结构。如果光从光导入射到衍射光栅上，则所提供的衍射或衍射散射可以导致并且因此被称为“衍射耦合”或“衍射散射”，因为衍射光栅可以通过衍射将光耦合或散射出光导。衍射光栅还通过衍射(即，以衍射角)重定向或改变光的角度。特别地，作为衍射的结果，离开衍射光栅的光通常具有与入射在衍射光栅上的光(即，入射光)的传播方向不同的传播方向。通过衍射改变光的传播方向在这里被称为“衍射重定向”。因此，衍射光栅可以被理解为包括衍射特征的结构，该衍射特征以衍射方式重定向入射在衍射光栅上的光，并且如果光从光导入射，则衍射光栅还可以以衍射方式从光导耦合出光。

此外，通过本文的定义，衍射光栅的特征被称为“衍射特征”，并且可以是材料表面(即，两种材料之间的边界)处、材料表面中和材料表面上的一个或多个。例如，该表面可以是光导的表面。衍射特征可以包括衍射光的多种结构中的任何一种，包括但不限于在表面上、表面中或表面上的凹槽、脊、孔和凸块中的一个或多个。例如，衍射光栅可以包括在材料表面中的多个基本上平行的凹槽。在另一示例中，衍射光栅可以包括从材料表面突出的多个平行脊。衍射特征(例如，凹槽、脊、孔、凸块等)可以具有提供衍射的多种横截面形状或轮廓中的任何一种，包括但不限于正弦曲线轮廓、矩形轮廓(例如，二元衍射光栅)、三角形轮廓和锯齿轮廓(例如，闪耀光栅)中的一个或多个。

根据本文描述的各种示例，衍射光栅(例如，如下所述的散射元件的衍射光栅)可以用于将光作为光束衍射地散射或耦合出光导(例如，板光导)。特别地，局部周期衍射光栅的衍射角θ_m或由其提供的衍射角可由等式(1)给出为：

其中λ是光的波长，m是衍射级，n是光导的折射率，d是衍射光栅的特征之间的距离或间隔，θ_i是光在衍射光栅上的入射角。为了简单起见，等式(1)假设衍射光栅与光导的表面相邻，并且光导外部的材料的折射率等于一(即，n_out＝1)。通常，衍射级m由整数(即，m＝±1，±2,…)给出。由衍射光栅产生的光束的衍射角θ_m可以由等式(1)给出。当衍射级m等于一时(即m＝1)，提供一级衍射或更具体地提供一级衍射角θ_m。

图1A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的衍射光栅30的截面图。例如，衍射光栅30可以位于光导40的表面上，另外，图1A示出了以入射角θ_i入射到衍射光栅30上的光束50。入射光束50可以是光导40内的一束被引导光束(即，被引导光束)，图1A中还示出了由于入射光束50的衍射而由衍射光栅30衍射地产生并耦合输出的定向光束60。定向光束60具有如等式(1)所给出的衍射角θ_m(或本文中的“主角方向”)。衍射角θ_m可以对应于衍射光栅30的衍射级“m”，例如衍射级m＝1(即，第一衍射级)。

在本文中，通过定义，“倾斜的”衍射光栅是具有衍射特征的衍射光栅，所述衍射特征具有相对于衍射光栅的表面法线的倾斜角。根据各种实施例，倾斜的衍射光栅可以通过入射光的衍射提供单侧散射。

图1B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的倾斜衍射光栅80的截面图。如图所示，倾斜的衍射光栅80是位于光导40的表面处的二元衍射光栅，类似于图1A中所示的衍射光栅30。然而，图1B中所示的倾斜的衍射光栅80包括衍射特征82，其具有相对于表面法线(由虚线示出)的倾斜角γ以及光栅高度、深度或厚度t，如图所示。还示出了入射光束50和表示由倾斜的衍射光栅80对入射光束50的单向衍射散射的定向光束60。注意，根据各种实施例，倾斜的衍射光栅80在次要方向上的光的衍射散射被单侧衍射散射抑制。在图1B中，“交叉”虚线箭头90表示倾斜的衍射光栅80在次要方向上的被抑制的衍射散射。

根据各种实施例，衍射特征82的倾斜角γ可以被选择以控制倾斜的衍射光栅80的单侧衍射特性，包括在次要方向上的衍射散射被抑制的程度。例如，倾斜角度γ可以选择为在约二十度(20度)和约六十度(60度)之间，或在约三十度(30度)和约五十度(50度)之间，或在约四十度(40度)和约五十五度(55度)之间。例如，当与由倾斜的衍射光栅80提供的单侧方向相比时，在大约30°-60°的范围内的倾斜角γ可以提供在辅助方向上的衍射散射的优于大约四十倍(40×)的抑制。根据一些实施例，衍射特征82的厚度t可在约一百纳米(100nm)与约四百纳米(400nm)之间。例如，对于在约300nm和约五百纳米(500nm)范围内的光栅周期p，厚度t可以在约一百五十纳米(150nm)和约三百纳米(300nm)之间。

此外，根据一些实施例，衍射特征可以是弯曲的，并且还可以具有相对于光的传播方向的预定取向(例如，旋转)。衍射特征的曲线和衍射特征的取向中的一者或两者可被配置成控制例如由衍射光栅耦合出的光的方向。例如，耦合输出光的主角度方向可以是衍射特征在光入射在衍射光栅上的点处相对于入射光的传播方向的角度的函数。

在此，“微棱镜结构”通常被定义为包括微棱镜或多个微棱镜的结构，所述微棱镜具有倾斜侧壁并且被配置成折射地散射入射在微棱镜结构上的光。如果光从光导入射到微棱镜结构上，那么微棱镜结构可理解为包含经配置以从光导折射地耦合出或散射出光的一个微棱镜或多个微棱镜的结构。在一些实施例中，微棱镜结构可以包括倒置的微棱镜元件。根据本文的定义，“倒置微棱镜元件”是具有截头圆锥形状的微棱镜，其具有输入孔、倾斜侧壁和大于输入孔的输出孔。特别地，输入孔被配置成接收光，并且倾斜侧壁被配置成反射通过输入孔接收的光，而输出孔被配置成发射反射光。因此，输入孔是反向微棱镜元件的一部分，包括反向微棱镜元件和光导之间的光学连接，并且被配置成从光导接收提取的或耦合输出的光。倾斜侧壁包括被配置成反射光的倒置微棱镜元件的内表面。在一些实施例中，倾斜侧壁可以包括反射层或反射材料(例如，在侧壁的外表面上的反射材料层)。反射层可以被配置成在倒置微棱镜元件的内表面处提供或增强反射。反射光从倒置微棱镜元件的输出孔径发射。

在此，“准直器”被定义为基本上任何被配置成对光进行准直的光学设备或装置。例如，准直器可以包括但不限于准直镜或反射器、准直透镜、衍射光栅、锥形光导及其各种组合。根据各种实施例，由准直器提供的准直量可以从一个实施例到另一个实施例以预定程度或量变化。此外，准直器可以被配置为在两个正交方向(例如，垂直方向和水平方向)中的一个或两个上提供准直。也就是说，根据一些实施例，准直器可以包括在两个正交方向中的一个或两个上的提供光准直的形状或类似的准直特性。

在此，将σ表示的“准直因子”定义为光准直的程度。特别地，根据本文的定义，准直因子定义了光线在准直光束中的角展度。例如，准直因子σ可指定准直光束中的大多数光线在特定角展度内(例如，围绕准直光束的中心或主角方向的+/-σ度)。根据一些示例，准直光束的光线可以具有就角度而言的高斯分布，并且角展度可以是在准直光束的峰值强度的一半处确定的角度。

在本文中，“光源”被定义为光的源(例如，被配置为产生和发射光的光学发射器)。例如，光源可以包括光发射器，例如当被激活或开启时发光的发光二极管(LED)。特别地，在此，光源可以是基本上任何光源或包括基本上任何光学发射器，包括但不限于发光二极管(LED)、激光器、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管、基于等离子体的光学发射器、荧光灯、白炽灯和实际上任何其它光源中的一个或多个。由光源产生的光可以具有颜色(即，可以包括特定波长的光)，或者可以是一定范围的波长(例如，白光)。在一些实施例中，光源可以包括多个光发射器。例如，光源可以包括一组或一组光发射器，其中至少一个光发射器产生具有与由该组或该组中的至少一个其他光发射器产生的光的颜色或波长不同的颜色或波长的光。例如，不同颜色可以包括原色(例如，红色、绿色、蓝色)。

在本文中，“有源光发射器”被定义为有源光源(例如，被配置为在被激活时产生并发射光的光发射器)。这样，根据定义，有源光发射器不接收来自另一光源的光。相反，有源光发射器在被激活时直接产生光。根据本文的定义，有源光发射器可以通过施加诸如电压或电流的电源来激活。例如，有源光发射器可以包括诸如发光二极管(LED)的光发射器，其在被激活或开启时发光。例如，向LED的端子施加电压可以激活LED。特别地，这里的光源可以是基本上任何有源光源或包括基本上任何有源光发射器，包括但不限于发光二极管(LED)、激光器、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管、基于等离子体的光发射器和微LED(μLED)中的一个或多个。由有源光发射器产生的光可以具有颜色(即，可以包括特定波长的光)，或者可以是多个波长或波长范围(例如，多色光或白光)。由有源光发射器提供或产生的不同颜色的光可以包括但不限于例如原色(例如，红色、绿色、蓝色)。根据本文的定义，“彩色发射器”是提供具有颜色的光的有源光学发射器。在一些实施例中，有源光发射器可以包括多个有源光发射器。例如，有源光发射器可以包括一组或一组有源光发射器。在一些实施例中，该组或群组的有源光发射器中的至少一个有源光发射器可以生成具有与由该多个光发射器中的至少一个其他光发射器产生的光的颜色或波长不同的颜色或等效波长的光。

在此，“观看区域”被定义为可以观看显示图像的区域或角度范围。特别地，根据本文的定义，所显示的图像在观看区内可以是可见的，但在观看区外是不可见的。在此，“隐私显示图像”或由“隐私显示器”提供的显示图像被定义为具有受限或有限的视区(即，隐私视区)的图像。通常，隐私显示图像可以在显示器前面的有限或隐私观看区域中观看，并且仅用于由位于有限或隐私观看区域内的(多个)人观看。在一些实施例中，隐私显示图像或等效的隐私显示器的有限或隐私观看区域在显示器的法线方向(或垂直于显示器的方向)的任一侧上可以小于大约四十五度(即，观看区域＜±45°)。在其他实施例中，隐私显示图像或隐私显示器的有限或隐私视区可以小于加或减三十度(即，视区＜±30°)或小于加或减二十度(即，视区＜±20°)。

相反，公共显示图像或由公共显示器提供的显示图像具有广角观看区，并且旨在用于基本上不受限制的观看。根据这里的定义，“公共显示图像”或由“公共显示器”提供的显示图像是具有比隐私显示图像的受限或隐私观看区域大的观看区域的图像。特别地，公共显示图像可以具有在显示器的法线方向的任一侧上大于大约四十五度的视区(即，视区＞±45°)。例如，公共显示图像或等效的公共显示器的公共视区可大于正或负六十度(即，视区＞±60°)。在一些实施例中，公共视区可以由LCD计算机监视器、LCD平板、LCD电视或旨在用于广角观看(例如，约±45-65°或更大)的类似数字显示设备的视角来限定。

通过本文的定义，如在“窄角发射光”中使用的术语“窄角”是具有与提供隐私观看区域或隐私图像的照明一致的角度范围或广度(例如，锥角)的光，所述隐私图像在隐私观看区域内显示或以其他方式可用。因此，根据本文的定义，窄角发射光可以具有小于约±45°，或小于约±30°，或小于约±20°的角度范围。此外，根据定义，“广角发射光”或更一般地“广角”用于指代具有通常大于窄角发射光的角度范围或程度的光。或者，“广角”是指与公共显示图像或被配置为显示公共显示图像的显示器的观看区域一致的角度范围或延伸。因此，在一些实施例中，广角发射光可具有相对于显示器的法线方向大于正负四十五度(例如，＞±45°)的角度范围。在其他实施例中，广角发射光角度范围可以大于正负五十度(例如，>±50°)、或大于正负六十度(例如，>±60°)、或大于正负六十五度(例如，>±65°)。例如，广角发射光的角度范围可以在显示器的法线方向的任一侧上大于约七十度(例如，＞±70°)。

此外，如本文所用，冠词“一”旨在具有其在专利领域中的普通含义，即“一个或多个”。例如，“一个元件”表示一个或多个元件，因此，在此，“该元件”表示“该元件(一个或多个)”。而且，本文中对“顶部”、“底部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”的任何参考不意图在本文中是限制。在本文中，术语“约”当应用于某一值时，通常是指在用于产生该值的设备的公差范围内，或者可以是指加或减10％、或加或减5％、或加或减1％，除非另有明确说明。此外，如本文所用，术语“基本上”是指大部分、或几乎全部、或在约51％至约100％范围内的量。此外，本文的示例旨在仅是说明性的，并且出于讨论的目的而呈现，而不是作为限制。

根据本文所述原理的一些实施例，提供了一种模式可切换背光。图2A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的模式可切换背光100的截面图。图2B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的另一示例中的模式可切换背光100的截面图。如所示出的，模式可切换背光100被配置为在第一模式(例如，隐私模式)中或期间提供或发射光作为窄角发射光102，并且在第二模式(例如，公共模式)中提供或发射光作为广角发射光104。具体地，图2A示出了具有窄角发射光102的处于第一模式的模式可切换背光100，而图2B示出了提供广角发射光104的处于第二模式的模式可切换背光100。此外，在图2A-2B中，窄角和广角发射光102、104的方向对应于模式可切换背光100的表面上方的半空间。

图2A和2B所示的模式可切换背光100包括第一定向背光110。第一定向背光110包括窄角发射器阵列114，其被配置为在模式可切换背光100的第一模式和第二模式期间发射或提供窄角发射光102。根据各种实施例，由窄角发射器阵列的窄角发射器114提供的窄角发射光102具有角度范围γ，并且可以在第一模式和第二模式两者期间由第一定向背光110引导到第一视区I中。此外，窄角发射光102的角范围γ被配置为在两种模式期间将窄角发射光102限制或基本上限制到第一视区I。这样，根据各种实施例，窄角发射光102可以在第一视区I内是排他性可见的。在图2A-2B中，由窄角发射器114提供的窄角发射光102被图示为由对应于第一视区I的虚线勾画的角度范围内的多个箭头。

如图2A和2B所示，模式可切换背光100还包括第二定向背光120。第二定向背光120包括双向发射器124的阵列，所述双向发射器被配置为在第二模式期间排他性地发射或提供双向发射光106，例如，如图2B所示。根据各种实施例，由双向发射器阵列的双向发射器124提供的双向发射光106具有分叉的角度范围。此外，分叉角度范围与窄角发射光102的角度范围互补。在各种实施例中，窄角发射光102与双向发射光106的组合在第二模式期间经配置以提供具有角度范围

的广角发射光104，所述角度范围是窄角发射光102的角度范围与双向发射光106的分叉角度范围的总和。

特别地，如图2B所示，由双向发光器124提供的双向发射光106具有指向第一方向的第一区段106a和指向第二方向的第二区段106b。双向发射光106的分叉角度范围是第一区段106a的围绕或集中在第一方向上的角度范围φ_a和第二区段106b的围绕或集中在第二方向上的角度范围φ_b的组合。此外，根据各种实施例，由第二定向背光120提供的双向发射光106基本上被排除在窄角发射光102的角度范围γ之外。在第二模式中，窄角发射光102由第一定向背光110提供，并且双向发射光106由第二定向背光120提供。这样，如图2B中所示，通过窄角发射光102与双向发射光106的组合提供广角发射光104。

根据本文的定义，双向发射光106具有与窄角发射光102的角度范围γ互补的分叉角范围(即，φ_a+φ_b)。也就是说，当双向发射光106和窄角发射光102在第二模式期间组合时，所得广角发射光104具有角度范围

其为窄角发射光102的角度范围γ与双向发射光106的角度范围的总和，即

换句话说，双向发射光106提供或基本上“填充”广角发射光104的不由窄角发射光102提供的一部分。因此，双向发射光106的角度范围(φ_a+φ_b)与窄角发射光102的角度范围γ互补，如图2B中所说明。

图3图示了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的窄角发射光102和双向发射光106的组合以提供广角发射光104的图形表示。如所说明，窄角发射光102添加到双向发射光106以产生广角发射光104。在图3中，窄角发射光102与双向发射光106的总和由加号“+”和等号“＝”以图形表示。注意，双向发射光106的第一区段106a和第二区段106b表示其中存在双向发射光106的区域，而在求和之前在第一区段106a和第二区段106b之间不存在光，如所示出的。此外，双向发射光106的分叉角度范围与窄角发射光102的角度范围互补，因为第一和第二区段106a、106b之间的角度范围等于窄角发射光102的角度范围，如图所示。

在一些实施例中，窄角发射光102被配置为在第一模式期间专门提供对第一视区I的照明。此外，在一些实施例中，广角发射光104可以被配置为在第二模式期间向包括第一视区I的第二视区II提供照明。再次参照图2A-2B，在第一模式和第二模式两者期间，模式可切换背光100可以表现为在第一视区I中被照明给观看者。类似地，第一视区I外部的第二视区II中的另一观看者可以将模式可切换背光100感知为在第二模式期间被照明。然而，根据各种实施例，模式可切换背光100在第二视区II中对其他观看者来说可能看起来暗或者在第一模式期间未被照明。因此，第一模式可被称为隐私模式，并且第一视区I可以是隐私视区，因为例如在第一(隐私)模式期间仅向第一(隐私)视区I中的观看者提供照明。另一方面，由于在第二模式期间，两个观看者都可以感知到照明，因此例如第二模式可以被称为公共模式，并且第二视区II(包括第一视区I)可以是公共视区。

在一些实施例中(例如，如图2A-2B所示)，窄角发射器114和双向发射器124中的一个或两个包括无源发射器。特别地，作为无源发射器，窄角发射器114和双向发射器124本身不产生光，而是改为将来自另一个源的光重定向以提供分别表示窄角发射光102和双向发射光106的发射光。在其它实施例中(例如，如下文所描述的图6A到6B中所说明)，窄角发射器阵列的窄角发射器114及双向发射器阵列的双向发射器124中的一者或两者包括有源光学发射器。作为有源光学发射器，窄角发射器114和双向发射器124分别生成表示窄角发射光102和双向发射光106的发射光。

如图2A-2B所示，模式可切换背光100的第一定向背光110包括光导112。类似地，模式可切换背光100的第二定向背光120包括光导122，如图2A-2B所示。根据一些实施例，光导112、122可以是板光导。光导112、122被配置成沿着光导112、122的长度引导光作为被引导光。例如，光导112、122可以包括被配置为光波导的介电材料。所述介电材料可具有大于围绕所述介电光波导的介质的第二折射率的第一折射率。例如，折射率的差异被配置为促进根据光导112、122的一个或多个引导模式的被引导光的全内反射。

特别地，光导112、122可以是平板或板状光波导，其包括光学透明的电介质材料的延伸的、基本上平面的片。基本上平面的电介质材料片被配置为使用全内反射引导被引导光。根据各种示例，光导112、122的光学透明材料可以包括各种介电材料中的任何一种或由其制成，所述介电材料包括但不限于各种类型的玻璃(例如，二氧化硅玻璃、碱金属铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等)和基本光学透明的塑料或聚合物(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)或“丙烯酸玻璃”、聚碳酸酯等)中的一种或多种。在一些示例中，光导112、122还可以包括在光导112、122的表面(例如，顶表面和底表面中的一个或两者)的至少一部分上的包覆层(未示出)。根据一些示例，包覆层可以用于进一步促进全内反射。

此外，根据一些实施例，光导112、122被配置成根据全内反射以光导112、122的第一表面(例如，“前”表面或侧)与第二表面(例如，“后”表面或侧)之间的非零传播角引导被引导光。特别地，被引导光通过在光导112、122的第一表面和第二表面之间以非零传播角反射或“反弹”来传播。在一些实施例中，所述被引导光束包括不同颜色的光的多个被引导光束。多个被引导光束的光束可以由光导112、122以不同的特定颜色的非零传播角度中的相应传播角度引导。注意，为了说明的简单起见，未示出非零传播角。

如本文所定义的，“非零传播角”是相对于光导112、122的表面(例如，第一表面或第二表面)的角度。此外，根据各种实施例，非零传播角大于零且小于光导112、122内的全内反射的临界角。例如，被引导光的非零传播角可以在约十度(10°)与约五十度(50°)之间，或在一些实例中，在约二十度(20°)与约四十度(40°)之间，或在约二十五度(25°)与约三十五度(35°)之间。例如，非零传播角可以是大约三十度(30°)。在其它实施例中，非零传播角可以是约20度，或约25度，或约35度。此外，对于特定实施方式，可以选择(例如，任意地)特定的非零传播角，只要该特定的非零传播角被选择为小于光导112、122内的全内反射的临界角。

光导112、122中的被引导光可以以非零传播角度(例如，大约30度-35度)被引入或耦合到光导112、122中。例如，被引导光可以由模式可切换背光100的光源提供。透镜、反射镜或类似反射器(例如，倾斜准直反射器)、衍射光栅和棱镜(未示出)中的一个或多个可以例如促进将光耦合到光导112、122的输入端中作为非零传播角度的被引导光。一旦耦合到光导112、122中，所引导的光就在可大体上远离输入端的方向上沿着光导112、122传播(例如，由沿着图2A到2B中的x轴指向的粗体箭头说明)。

此外，根据各种实施例，被引导光可以被准直。在本文中，“准直光”或“准直光束”通常被定义为光束的光线在光束(例如，被引导光)内基本上彼此平行的光束。此外，根据本文的定义，从准直光束发散或散射的光线不被认为是准直光束的一部分。在一些实施例中，模式可切换背光100可以包括准直器，诸如但不限于透镜、反射器或反射镜、衍射光栅或锥形光导，其被配置为准直例如来自光源的光。在一些实施例中，光源包括准直器。提供给光导112、122的准直光是准直的引导光。在各种实施例中，可以根据或具有准直因子σ来准直被引导光。

图2A-2B所示的模式可切换背光100的第一定向背光110还包括窄角发射器114的阵列。特别地，所示的窄角发射器114是包括单侧散射元件的无源光发射器。这样，窄角发射器阵列包括沿着光导长度彼此间隔开的单侧散射元件的阵列。根据各种实施例，表示窄角发射器114的阵列的单侧散射元件的阵列被配置为将被引导光的一部分散射出作为具有单侧方向的窄角发射光102。特别地，作为窄角发射器阵列的单侧散射元件的窄角发射器114可以由有限空间彼此分离并且表示沿着光导长度的单独的、不同的元件。也就是说，根据本文的定义，窄角发射器114根据有限(即，非零)元件间距离(例如，有限的中心到中心距离)彼此间隔开。此外，根据一些实施例，窄角发射器阵列的窄角发射器114或等同地单侧散射元件阵列的单侧散射元件通常不彼此相交、重叠或以其他方式接触。因此，单侧散射元件阵列的每个单侧散射元件通常与其他单侧散射元件不同并分离。此外，根据各种实施例，单侧方向远离第二定向背光120。

根据一些实施例，窄角发射器阵列的窄角发射器114或单侧散射元件阵列的单侧散射元件可以布置成一维(1D)阵列或二维(2D)阵列。例如，窄角发射器114可以被布置为线性1D阵列。在另一示例中，窄角发射器114可以被布置为矩形2D阵列或圆形2D阵列。此外，在一些示例中，阵列(即，1D或2D阵列)可以是规则或均匀阵列。特别地，窄角发射器114之间的元件间距离(例如，中心到中心距离或间隔)可以在整个阵列上基本上是均匀的或恒定的。在其他示例中，窄角发射器114之间的元件间距离可在整个阵列上和沿着第一定向背光110的光导112的长度中的一者或两者变化。

根据一些实施例，单侧散射元件阵列中的单侧散射元件包括倾斜的衍射光栅。在一些实施例中，所有的单侧散射元件可以是或包括倾斜的衍射光栅。根据各种实施例，单侧散射元件的倾斜衍射光栅被配置为在单侧方向上提供衍射散射，并且进一步抑制二次衍射散射。

图4A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的模式可切换背光100的第一定向背光110的一部分的剖视图。具体地，图4A示出了第一定向背光110，其包括光导112以及作为单侧散射元件的窄角发射器114。此外，如图4A所示，单侧散射元件包括倾斜的衍射光栅114'。入射到倾斜的衍射光栅114'上的具有准直因子σ的被引导光116，如多个箭头所示，可以在单侧方向上衍射地散射出光导112，作为窄角发射光102，如图所示。

在一些实施例中，单侧散射元件的倾斜衍射光栅114'可基本上类似于图1B中所示的倾斜衍射光栅80。例如，在一些实施例中，对应于图1B中所示的倾斜角γ的倾斜衍射光栅114'的倾斜角可以相对于光导112的表面法线在大约三十度(30°)和大约五十度(50°)之间。此外，在一些实施例中(未示出)，倾斜的衍射光栅114'可以包括多个子光栅，每个子光栅是倾斜的衍射光栅。如图1B所示，图4A所示的单侧散射元件的倾斜的衍射光栅114'可以抑制与单侧方向相反方向的二次散射，例如，如图4A中的交叉箭头103所示。

在一些实施方式中，单侧散射元件阵列的单侧散射元件可以包括反射模式衍射光栅。根据各种实施例，反射模式衍射光栅被配置成使用衍射散射和反射的组合在单侧方向上选择性地散射出被引导光部分。在一些实施例中，所有的单侧散射元件可以是或包括反射模式衍射光栅。在一些实施例中，反射模式衍射光栅包括衍射光栅和反射材料层(例如，金属层)，衍射光栅被配置为提供衍射散射，并且反射材料层被配置为提供对衍射散射光的反射，以确保衍射散射产生具有单侧方向的散射出的光。

图4B示出了根据与本文所述原理一致的另一实施例的示例中的模式可切换背光100的第一定向背光110的一部分的剖视图。具体地，图4B示出了第一定向背光110，其包括光导112以及作为单侧散射元件的窄角发射器114。此外，如图4B所示，单侧散射元件包括反射模式衍射光栅，该反射模式衍射光栅包括衍射光栅114”和反射材料层114”'。根据各种实施例，入射在衍射光栅114”上的具有准直因子σ的被导引光116可在单侧方向上衍射地散射出光导112作为窄角发射光102，此外，由衍射光栅114”在第二方向上衍射地散射的光可由反射材料层114”'反射地重定向到单侧方向中。

在其他实施例(未示出)中，窄角发射器114的单侧散射元件可以包括另一类型的单侧散射结构，包括但不限于微折射元件和微反射元件。例如，微折射元件可以包括在光导112的表面处的微棱镜，并且被配置为将被引导光部分折射地耦合出光导112作为窄角发射光102。微反射元件的示例包括但不限于具有刻面的刻面反射器，该刻面具有被配置为将被引导光部分反射性地散射出作为窄角发射光102的表面角。在一些实施例中，作为无源光学发射器的窄角发射器114包括角度保留散射器，其被配置为散射出具有与光导112内的引导光的准直因子σ成比例的角度范围的被引导光部分。因此，在一些实施例中，被引导光的准直因子σ可以确定窄角发射光102的角度范围γ。

再次参考图2A和2B，第二定向背光120还包括双向发射器124的阵列。特别地，所示双向发射器124是包括定向散射特征的无源光学发射器，该定向散射特征被配置为将光导122内的引导光的一部分或多个部分散射出作为双向发射光106。特别地，作为定向散射特征的双向发射体124可包括第一定向散射元件124a和第二定向散射元件124b。第一定向散射元件124a可以被配置为将被引导光的一部分散射出作为具有分叉角度范围的第一方向的双向发射光106的第一区段106a。此外，第二定向散射元件124b可以被配置为将被引导光的另一部分散射出，作为具有分叉角度范围的第二方向的双向发射光106的第二区段106b。根据各种实施例，第一和第二方向与第一和第二区段106a、106b的角度范围组合确定双向发射光106的分叉角度范围，如上所述。此外，第一定向散射元件124a和第二定向散射元件124b一起表示双向发射器124的一对无源光学发射器。

根据各种实施例，可以采用各种定向散射体中的任何定向散射体作为定向散射元件124a、124b。特别地，在一些实施例中，第一定向散射元件124a和第二定向散射元件124b中的一个或两者的定向散射元件124a、124b可包括衍射光栅。例如，衍射光栅的光栅间距可以用于确定由衍射光栅衍射地散射出的光的方向。根据一些实施例，衍射光栅可以是反射模式衍射光栅。在其他实施例中，衍射光栅可以是透射模式衍射光栅，并且第二定向背光120还可以包括在光导的与发射表面相对的表面处的反射层，双向发射光106从该发射表面提供或由无源光发射器发射。

在其它实施例(未示出)中，双向发射器124的定向散射元件，或等效地定向散射元件124a、124b，可包括另一类型的散射结构，包括但不限于微折射元件和微反射元件。微折射元件可以包括在光导122的表面处的微棱镜，并且被配置为将被引导光部分折射地耦合出光导122作为双向发射光106，或者等效地例如作为其第一和第二区段106a、106b。微反射元件的示例包括但不限于具有刻面的刻面反射器，该刻面具有被配置为将被引导光部分反射性地散射出作为双向发射光106的表面角。在一些实施例中，作为无源光学发射器的双向发射器124包括角度保持散射器，其被配置为散射出具有与光导122内的引导光的准直因子σ成比例的角度范围的被引导光部分。这样，在一些实施例中，被引导光的准直因子σ可以确定双向发射光106的角度范围(即，第一和第二区段106a、106b的角度范围φ_a、φ_b)。此外，双向发射极阵列的双向发射极124可以被布置成1D阵列或2D阵列，例如，类似于上面关于窄角发射极114描述的1D和2D阵列。

图5示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的第二定向背光120的一部分的剖视图。如所示，第二定向背光120包括光导122以及包括一对定向散射元件124a、124b的双向发射器124。此外，该对定向散射元件124a、124b包括衍射光栅，如图所示。衍射光栅的光栅间距彼此不同，以提供具有分叉角度范围的第一和第二方向的双向发射光106。特别地，由于衍射光栅的不同光栅间距，入射在衍射光栅上的具有准直因子σ的被引导光126可以在与双向发射光106的第一区段106a和第二区段106b对应的第一和第二方向中的每一个上衍射地散射出光导122。例如，相对较小的光栅间距或衍射特征间距可提供具有第一方向的散射出的光，而相对较大的光栅间距或衍射特征间距可提供具有第二方向的散射出的光，如图5中所图示。

再次参考图2A和2B，具有无源光发射器的模式可切换背光100还可包括光源130。具体地讲，光源130可包括光学耦合到第一定向背光110的光导112的输入端的第一光源132，第一光源132被构造成将光提供到光导112。光源130还可包括光学耦合到第二定向背光120的光导122的输入端的第二光源134，第二光源134被构造为将光提供到光导122。根据各种实施例，分别由第一和第二光源132、134提供的光导112、122中的被引导光可以根据预定准直因子被准直。在各种实施例中，光源130可被构造成在第一模式期间使用第一光源132将光提供给第一定向背光110的光导112。此外，根据各种实施例，光源130可被配置为在第二模式期间向第一定向背光110的光导112和第二定向背光120的光导122两者提供光。在图2A-2B中，交叉影线用于指示第一和第二光源132、134是否是活动的，并且例如分别在第一模式(图2A)和第二模式(图2B)中提供光。

包括第一和第二光源132、134的光源130可以包括基本上任何光源(例如，光发射器)，包括但不限于发光二极管(LED)、激光器(例如，激光二极管)或其组合。在一些实施例中，光源130可以包括光学发射器，该光学发射器被配置为产生具有由特定颜色表示的窄带光谱的基本上单色的光。特别地，单色光的颜色可以是特定颜色空间或颜色模型(例如，红-绿-蓝(RGB)颜色模型)的原色。在其他示例中，光源130可以是被配置为提供基本上宽带或多色光的基本上宽带光源。例如，光源130可以提供白光。在一些实施例中，光源130可以包括被配置为提供不同颜色的光的多个不同的光学发射器。不同的光学发射器可以被配置为提供具有与光的不同颜色中的每个相对应的被引导光的不同的颜色特定的非零传播角度的光。

在一些实施例中，光源130的第一光源132和第二光源134中的一个或两个可以进一步包括准直器。准直器可以被配置为从光源130的一个或多个光学发射器接收基本上未准直的光。准直器还被配置为将基本上未准直的光转换为准直光。特别地，根据一些实施例，准直器可以提供具有非零传播角度和根据预定准直因子被准直中的一者或两者的准直光。此外，当采用不同颜色的光发射器时，准直器可以被配置为提供具有不同的颜色特定的非零传播角度中的一个或两个并且具有不同的颜色特定的准直因子的准直光。准直器还被配置为将准直光束传送到光导112、122以作为被引导光传播。

在一些实施例中，模式可切换背光100的第一定向背光110可被配置为对在与光导112内的被引导光的传播方向正交(或基本上正交)的穿过光导112的方向上的光基本上透明。特别地，在一些实施例中，光导112和窄角发射器阵列的间隔开的单侧散射元件可以允许光从光导112的第一(例如，底部)表面到其第二(例如，顶部)表面穿过光导。在一些实施例中，由于单侧散射元件的相对小的尺寸和单侧散射元件的相对较大的元件间间距，至少部分地可以促进透明性。此外，根据一些实施例，当倾斜的衍射光栅114'被用作窄角发射器阵列的单侧散射元件时，倾斜的衍射光栅114'对于正交于光导112的表面传播的光也可以是基本上透明的。

在一些实施方案中(例如，如图2A-2B所示)，第一定向背光110被配置为从第一(例如，顶部)表面提供窄角发射光102。此外，第二定向背光120可与第一定向背光110的与第一表面相对的第二表面相邻。第二定向背光120可被构造为向第一定向背光110的第二表面提供双向发射光106。根据这些实施例，第一定向背光110可对双向发射光106透明。

在一些实施例中，本文描述的衍射光栅(例如，倾斜的衍射光栅或另一衍射光栅)可以是均匀的衍射光栅，其中衍射特征间隔在整个衍射光栅中是基本上恒定的或不变的。在其它实施例中，衍射光栅是啁啾衍射光栅。根据定义，“啁啾”衍射光栅是展现或具有跨啁啾衍射光栅的范围或长度变化的衍射特征的衍射间隔(即，光栅间距)的衍射光栅。在一些实施例中，啁啾衍射光栅可以具有或表现出随距离线性变化的衍射特征间隔的啁啾。这样，根据定义，啁啾衍射光栅是“线性啁啾”衍射光栅。在其它实施例中，啁啾衍射光栅可以呈现衍射特征间隔的非线性啁啾。可以使用各种非线性啁啾，包括但不限于指数啁啾、对数啁啾或者以另一种基本上非均匀或随机但仍单调的方式变化的啁啾。也可采用非单调啁啾，例如但不限于正弦啁啾或三角或锯齿啁啾。也可以采用这些类型的啁啾的任意组合。此外，单侧散射元件的倾斜的衍射光栅114'的倾斜角可以在倾斜的衍射光栅114'的长度、宽度或范围上变化。此外，在一些实施例中，本文的衍射光栅的衍射特征可以是弯曲的，例如，光导的表面中的弯曲凹槽或脊。

如上所述，在一些实施例中，窄角发射器阵列的窄角发射器114和双向发射器阵列的双向发射器124中的一个或两者包括有源光发射器。图6A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的模式可切换背光100的截面图。图6B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的另一示例中的模式可切换背光100的截面图。具体地，图6A和6B示出了窄角发射器114和双向发射器124都包括有源光发射器的模式可切换背光100。此外，图6A-6B示出了具有基本上类似于上文参照图2A-2B和图3描述的那些特性的窄角发射光102、广角发射光104和双向发射光106。此外，如图6A和图6B所示，模式可切换背光100包括包含窄角发射器114阵列的第一定向背光110和包含双向发射器124阵列的第二定向背光120。

在图6A-6B中(以及在图2A-2B中)，双向发射极阵列的双向发射极124被图示为与窄角发射极阵列的对应窄角发射极114对准。此外，双向发射极124和对应的窄角发射极114在图6B中被图示为在第二模式期间协作地提供广角发射光104，而图6A图示了在第一模式期间提供窄角发射光102。还示出了第一视区I和第二视区II。

如图6A-6B中所示，窄角发射器阵列的窄角发射器114包括被配置为提供提供窄角发射光102的有源光学发射器。此外，双向发射器阵列的双向发射器124包括一对有源光发射器，如图6A-6B所示。在各种实施例中，有源光学发射器对的第一光学有源发射器被配置成提供双向发射光106的第一区段106a，并且有源光学发射器对的第二有源光学发射器被配置成提供双向发射光106的第二区段106b，例如，如所图示。

根据一些实施例，窄角发射器114和双向发射器124中的一个或两个的有源光发射器可以包括微发光二极管(微LED或μLED)。在此，μLED定义为微观发光二极管(LED)，即具有微观尺寸的LED。在一些实施例中，μLED可以包括多个μLED。根据一些实施例，有源发射器可以包括有机发光二极管(OLED)。如本文所定义的，OLED是具有发射性电致发光膜或层的发射器，该发射性电致发光膜或层包括被配置为响应于电流或类似的电刺激而发光的有机化合物。在其它实施例中，可以使用另一类型的光发射器作为有源光发射器，例如但不限于LED、高强度LED和量子点LED。

在一些实施例中，窄角发射器114和双向发射器124中的一者或两者的有源光学发射器可被配置成提供具有特定颜色的基本上单色的光(即，光可包括特定波长的光)。在其他实施例中，有源光发射器可以被配置为提供多色光，例如但不限于包括多个波长或波长范围的白光。例如，有源光发射器可以被配置为提供红光、绿光、蓝光或其组合中的一种或多种。在另一个示例中，有源光发射器可以被配置为提供基本上是白光的光(即，有源光发射器可以是白色μLED或白色OLED)。在一些实施例中，有源光学发射器可以包括微透镜、衍射光栅或被配置为提供准直(例如，根据准直因子)、偏振控制和由有源光学发射器发射的光的方向中的一个或多个的另一光学膜或部件。根据一些实施例，窄角发射器114和双向发射器124中的一者或两者的有源光发射器可以被独立地控制、激活或供电以提供局部调光和模式之间的切换中的一者或两者。

在一些实施例中，有源光发射器可由基板支撑，例如，第一定向背光110和第二定向背光120的基板。在一些实施例中(如图6A-6B所示)，第一定向背光110被配置为从第一表面提供窄角发射光102，并且第二定向背光120邻近第一定向背光110的与第一表面相对的第二表面，第一定向背光110对双向发射光106透明。可以通过基本上透明的衬底与窄角发射器阵列的窄角发射器114之间的相对间隔和尺寸的组合来提供透明度。此外，与上述无源光发射器一样，窄角发射器阵列和双向发射器阵列中的一个或两个的有源光发射器可以被布置为1D或2D阵列。

根据本文描述的原理的一些实施例，提供了一种模式可切换隐私显示器。根据各种实施例，模式可切换隐私显示器被配置为在第一或隐私模式期间提供隐私显示图像，并且在第二或公共模式期间提供公共显示图像。图7示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的模式可切换隐私显示器200的框图。图7的左半部分示出了模式可切换式隐私显示器200在隐私模式(模式1)下的操作，而右半部分示出了在公共模式(模式2)下的操作。

根据一些实施例，隐私显示图像被配置为在隐私观看区域I中可见，并且公共显示图像被配置为在包括隐私观看区域I的公共观看区域II中可见，特别地，位于隐私观看区域I中的观看者200a能够在隐私模式中看到隐私显示图像并且在公共模式中看到公共显示图像。类似地，位于公共视区II中但是在隐私视区I之外的另一观看者200b可以能够在公共模式期间看到公共显示图像，如所示出的。然而，根据各种实施例，模式可切换式隐私显示器200可呈现暗色，并且隐私显示图像在隐私模式期间对于另一观看者200b可能不可见。这样，根据所显示的图像是要由隐私观看区域I中的观看者200a隐私观看还是要例如由基本上位于包括隐私观看区域I的公共观看区域II中的任何地方的观看者200a、200b公共观看，模式可切换式隐私显示器200可在隐私模式与公共模式之间选择性地切换。

如所示，模式可切换式隐私显示器200包括第一定向背光210。第一定向背光210包括窄角发射器阵列，所述窄角发射器阵列被配置为在隐私模式(模式1)和公共模式(模式2)两者期间提供窄角发射光202。模式可切换式隐私显示器200还包括第二定向背光220。第二定向背光220包括双向发射器阵列，所述双向发射器阵列被配置为在公共模式(模式2)期间专门提供双向发射光204。在各种实施例中，双向发射光204具有与窄角发射光202互补的分叉角度范围。在公共模式期间，根据各种实施例，模式可选择的隐私显示器被配置成提供广角发射光，该广角发射光包括由第一定向背光210提供的窄角发射光202和由第二定向背光220提供的双向发射光204的组合。

图7所示的模式可切换式隐私显示器200还包括光阀阵列230。光阀阵列230被配置成在隐私模式期间将窄角发射光202调制为隐私显示图像。此外，光阀阵列230被配置成在公共模式期间将广角发射光206调制为公共显示图像。在一些实施例(如所示出的)中，第一定向背光210在第二定向背光220和光阀阵列230之间，第一定向背光210对于双向发射光204是透明的。在各种实施例中，不同类型的光阀可以用作光阀阵列的光阀230，包括但不限于液晶光阀、电泳光阀和基于电润湿的光阀中的一个或多个。使用虚线箭头示出了调制的窄角发射光202和广角发射光206以强调调制。

根据一些实施例，模式可切换隐私显示器200的第一定向背光210可基本上类似于上文所述的模式可切换背光100的第一定向背光110。具体地，在窄角发射器阵列的窄角发射器是如关于图2A-2B所描述的无源光学发射器的一些实施例中，第一定向背光210可以包括光导，该光导被配置为将来自光源的光沿着光导的长度作为被引导光进行引导。此外，第一定向背光210的窄角发射器阵列可包括单侧散射元件阵列，所述单侧散射元件阵列被配置为将被引导光的一部分散射出作为具有单侧方向的窄角发射光202。根据各种实施例，所述单侧方向可朝向光阀阵列230并远离第二定向背光220。在一些实施方式中，单侧散射元件阵列的单侧散射元件可以包括倾斜衍射光栅和反射模式衍射光栅中的一者或两者，以提供单侧散射。在其它实施例中，可以采用其它单向散射元件。根据一些实施例，第一定向背光210还可包括光源，并且更具体地，准直光源被配置为提供光以作为光导内的被引导光进行引导。

在其他实施例中，窄角发射器阵列可以包括被配置为提供窄角发射光202的有源光发射器。在一些实施例中，窄角发射器阵列的窄角发射器可包括与上文关于图6A到6B所描述的窄角发射器114的有源光学发射器实质上类似的有源光学发射器。例如，窄角发射器的有源光发射器可以包括LED，例如但不限于μLED、OLED和高强度LED，也如上所述。

在一些实施例中，模式可切换式隐私显示器200的第二定向背光220可基本上类似于上述模式可切换式背光100的第二定向背光120。具体地，在双向发射器阵列的双向发射器是如关于图2A-2B所描述的无源光学发射器的情况下，第二定向背光220可包括光导，该光导被配置为将来自光源的光作为引导光沿着光导的长度引导。此外，第二定向背光220的双向发射器阵列的双向发射器可包括第一定向散射元件，所述第一定向散射元件被配置成将被引导光的一部分散射出作为双向发射光204的具有分叉角度范围的第一方向的第一区段。此外，双向发射器可以包括第二定向散射元件，其被配置为将被引导光的另一部分散射出，作为具有分叉角度范围的第二方向的双向发射光的第二区段。根据各种实施例，第一和第二方向与第一和第二区段的角度范围组合确定双向发射光204的分叉角度范围。

在其他实施例中，双向发射器阵列可以包括被配置为提供双向发射光204的有源光发射器。特别地，根据一些实施例，双向发射器阵列的双向发射器可以基本上类似于包括有源光发射器的双向发射器124，也如上文关于图6A-6B所述。例如，双向发射器阵列的双向发射器可以包括一对有源光发射器，有源光发射器对中的第一有源光发射器被配置为提供双向发射光204的第一区段，并且有源光发射器对中的第二有源光发射器被配置为提供双向发射光204的第二区段。双向发光器的有源光发射器可包括LED，例如但不限于mLED、OLED和高强度LED，也如上所述。

根据本文所述原理的其他实施例，提供了一种模式可切换背光操作的方法。图7示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的模式可切换背光操作的方法300的流程图。如图7中所示，模式可切换背光操作的方法300包括在第一模式和第二模式两者期间使用窄角发射器阵列发射310窄角发射光，其中使用第一定向背光来照射第一视区。根据一些实施例，第一定向背光可基本上类似于上文关于模式可切换背光100所述的第一定向背光110。此外，窄角发射光可基本上类似于由第一定向背光110提供的窄角发射光102。

在一些实施例中，诸如当窄角发射器阵列的窄角发射器包括无源光学发射器时，发射310窄角发射光可包含沿着光导的长度引导光作为被引导光。发射310窄角发射光可进一步包括使用窄角发射器散射出被引导光的一部分，所述窄角发射器包括沿着光导长度彼此间隔开的单侧散射元件的阵列。根据一些实施例，单侧散射元件的阵列可以被配置为将被引导光的一部分散射出作为具有单侧方向的窄角发射光。在一些实施例中，光导和单侧散射元件阵列可基本上类似于上文关于图2A-2B描述的上述光导112和单侧散射元件阵列。

在其他实施例中，诸如当窄角发射器阵列的窄角发射器包括窄角有源光学发射器时，发射310窄角发射光可以包括激活窄角发射器阵列的窄角有源光学发射器。例如，窄角有源光发射器可以在第一和第二模式期间被激活。在一些实施例中，窄角有源光学发射器可以基本上类似于上面参照图6A-6B描述的窄角发射器114的有源光学发射器。

如图8所示，模式可切换背光操作的方法300还包括在使用第二定向背光的第二模式期间排他地使用双向发射器阵列发射320双向发射光。根据各种实施例，双向发射光具有与窄角发射光互补的分叉角度范围。在一些实施例中，第二定向背光和双向发射光可分别与上文关于模式可切换背光100所述的第二定向背光120和双向发射光106基本上类似。

在一些实施例中，例如当窄角发射器阵列的双向发射器包括无源光学发射器时，发射320双向发射光包括沿着光导的长度引导光作为引导光。在一些实施例中，光导可基本上类似于图2A-2B所示的第二定向背光120的光导122。在这些实施例中，发射320双向发射光还包括使用双向发射器阵列的无源光学发射器散射出引导光的一部分。特别地，发射320可以包括使用第一多个定向散射元件将被引导光的一部分散射出，所述第一多个定向散射元件被配置为将被引导光的一部分散射出作为具有分叉角度范围的第一方向的双向发射光的第一区段。在这些实施例中发射320双向发射光还包括使用第二多个定向散射元件将被引导光的另一部分散射出，所述第二多个定向散射元件被配置为将被引导光的该部分散射出作为双向发射光的第二区段，所述第二区段具有分叉角度范围的第二方向。在一些实施例中，第一多个定向散射元件和第二多个定向散射元件可基本上类似于图2A-2B所示的上述第二定向背光120的多个第一定向散射元件124A和第二定向散射元件124B。同样，双向发射光的第一和第二区段可以基本上类似于双向发射光106的上述第一和第二区段106a、106b。特别地，第一和第二方向与第一和第二区段的角度范围相结合确定双向发射光的分叉角度范围。

在其他实施例中，例如当双向发射器阵列的双向发射器包括成对的定向有源光发射器时，发射双向发射光包括激活激活成对的定向有源光发射器。例如，可以仅在第二模式期间激活定向有源光发射器，以提供双向发射光。在一些实施例中，定向有源光发射器可以基本上类似于上面参照图6A-6B描述的双向发射器124的有源光发射器。

图8中所示的模式可切换背光操作的方法300还包括在第二模式期间组合330窄角发射光和双向发射光以提供广角发射光。在各种实施例中，广角发射光照明包括第一视区的第二视区。此外，窄角发射光排他地照射第一视区。这样，根据各种实施例，在第一模式中，仅第一视区被照射。

在一些实施例中(例如，如图8中所示)，模式可切换背光操作的方法300还包括使用光阀阵列调制340窄角发射光和广角发射光以显示图像。所显示的图像在第一模式或隐私模式期间是隐私显示的图像，而在第二模式或公共模式期间是公共显示的图像。此外，该隐私图像具有由窄角发射光的角度范围限制的观看范围。也就是说，隐私显示图像可以仅在第一视区内可见。另一方面，根据各种实施例，公共显示图像在具有包括第一视区的广角范围的第二视区中可见。在一些实施例中，光阀阵列可基本上类似于上文关于模式可切换式隐私显示器200所述的光阀阵列230。此外，隐私显示图像和公共显示图像可基本上类似于上文关于模式可切换隐私显示器200描述的隐私和公共显示图像。

因此，已经描述了模式可切换背光、模式可切换隐私显示器和模式可切换背光操作的方法的示例和实施例，其采用第一模式中的窄角发射光和第二模式中的包括窄角发射光和双向发射光的广角发射光的可切换组合。应当理解，上述示例仅仅是表示本文所述原理的许多具体示例中的一些示例的说明。显然，本领域技术人员可以容易地设计出许多其它布置，而不偏离由所附权利要求限定的范围。

Claims (15)

1.一种模式可切换背光，包括：

第一定向背光，所述第一定向背光包括窄角发射器阵列，所述窄角发射器阵列被配置为在第一模式和第二模式两者期间提供窄角发射光；以及

第二定向背光，所述第二定向背光包括双向发射器阵列，所述双向发射器阵列被配置为仅在所述第二模式期间提供双向发射光，所述双向发射光具有与所述窄角发射光的角度范围互补的分叉角度范围，

其中，在所述第二模式期间的所述窄角发射光和所述双向发射光的组合被配置为提供广角发射光，所述广角发射光具有作为所述窄角发射光的所述角度范围和所述双向发射光的所述分叉角度范围的总和的角度范围。

2.如权利要求1所述的模式可切换背光，其中，所述窄角发射光被配置为在所述第一模式期间排他地向第一视区提供照明，所述广角发射光被配置为在所述第二模式期间向包括所述第一视区的第二视区提供照明。

3.如权利要求1所述的模式可切换背光，其中，所述双向发射器阵列的双向发射器与所述窄角发射器阵列的对应窄角发射器对准，所述双向发射器和对应窄角发射器在所述第二模式期间协作地提供所述广角发射光。

4.如权利要求1所述的模式可切换背光，其中，所述窄角发射器阵列的窄角发射器包括被配置为提供所述窄角发射光的有源光学发射器。

5.如权利要求1所述的模式可切换背光，其中，所述双向发射器阵列的双向发射器包括一对有源光发射器，所述一对有源光发射器中的第一光有源发射器被配置为提供所述双向发射光的第一区段，并且所述一对有源光发射器中的第二有源光发射器被配置为提供所述双向发射光的第二区段。

6.如权利要求1所述的模式可切换背光，其中，所述第一定向背光被配置为从第一表面提供所述窄角发射光，并且所述第二定向背光邻近所述第一定向背光的与所述第一表面相对的第二表面，所述第一定向背光对所述双向发射光透明。

7.一种包括如权利要求1所述的模式可切换背光的模式可切换隐私显示器，所述显示器还包括光阀阵列，所述光阀阵列被配置为在所述第一模式期间将所述窄角发射光调制为隐私显示图像，并且在所述第二模式期间将所述广角发射光调制为公共显示图像，所述隐私显示图像的观看范围受到所述窄角发射光的角度范围的限制，

其中，所述第一模式是所述模式可切换隐私显示器的隐私模式，并且所述第二模式是所述模式可切换隐私显示器的公共模式。

8.一种模式可切换式隐私显示器，包括：

第一定向背光，所述第一定向背光包括窄角发射器阵列，所述窄角发射器阵列被配置为在隐私模式和公共模式两者期间提供窄角发射光；

第二定向背光，所述第二定向背光包括双向发射器阵列，所述双向发射器阵列被配置为仅在所述公共模式期间提供双向发射光，所述双向发射光具有与所述窄角发射光的角度范围互补的分叉角度范围；以及

光阀阵列，所述光阀阵列被配置为在所述隐私模式期间将所述窄角发射光调制为隐私显示图像，并且在所述公共模式期间将广角发射光调制为公共显示图像，所述广角发射光包括所述窄角发射光和所述公共模式期间的所述双向发射光的组合，

其中，所述隐私显示图像被配置为在隐私观看区域中可见，并且所述公共显示图像被配置为在包括所述隐私观看区域的公共观看区域中可见。

9.如权利要求8所述的模式可切换隐私显示器，其中，所述窄角发射器阵列的窄角发射器包括被配置为提供所述窄角发射光的有源光学发射器，并且其中，所述双向发射器阵列的双向发射器包括一对有源光学发射器，所述一对有源光学发射器的第一有源光学发射器被配置为提供所述双向发射光的第一区段，并且所述一对有源光学发射器的第二有源光学发射器被配置为提供所述双向发射光的第二区段。

10.如权利要求9所述的模式可切换隐私显示器，其中，所述窄角发射器的所述有源光发射器和所述双向发射器的所述一对有源光发射器中的一者或两者包括发光二极管。

11.如权利要求8所述的模式可切换式隐私显示器，其中，所述第一定向背光介于所述第二定向背光与所述光阀阵列之间，所述第一定向背光对于所述双向发射光是透明的。

12.一种模式可切换背光操作的方法，所述方法包括：

在第一模式和第二模式两者期间使用窄角发射器阵列发射窄角发射光，所述窄角发射光使用第一定向背光来照明第一视区；

在所述第二模式期间使用第二定向背光排他地使用双向发射器阵列发射双向发射光，所述双向发射光具有与所述窄角发射光的角度范围互补的分叉角度范围；以及

在所述第二模式期间组合所述窄角发射光和所述双向发射光以提供广角发射光，

其中，所述广角发射光照明包括所述第一视区的第二视区。

13.如权利要求12所述的模式可切换背光操作的方法，其中，所述窄角发射器阵列包括窄角有源光发射器，并且发射窄角发射光包括激活所述窄角发射器阵列的所述窄角有源光发射器。

14.如权利要求12所述的模式可切换背光操作的方法，其中，所述双向发射器的阵列包括定向有源光发射器对，并且发射双向发射光包括激活激活所述定向有源光发射器对。

15.如权利要求12所述的模式可切换背光操作的方法，还包括使用光阀阵列调制所述窄角发射光和所述广角发射光以显示图像，其中，所述显示图像在所述第一模式期间是隐私显示图像，并且在所述第二模式期间是公共显示图像，所述隐私图像具有由所述窄角发射光的所述角度范围限制的观看范围，

其中，所述隐私图像在所述第一观看区中可见，并且所述公共图像在包括所述第一观看区的所述第二观看区中可见。

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