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TWI659250B - 可切換模式的背光板、私密顯示器及方法 - Google Patents

可切換模式的背光板、私密顯示器及方法 Download PDF

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TWI659250B
TWI659250B TW107110084A TW107110084A TWI659250B TW I659250 B TWI659250 B TW I659250B TW 107110084 A TW107110084 A TW 107110084A TW 107110084 A TW107110084 A TW 107110084A TW I659250 B TWI659250 B TW I659250B
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Abstract

一種可選擇模式的背光板以及可選擇模式的私密顯示器，其係在第一模式中提供窄角射出光並且在第二模式中提供廣角射出光，廣角射出光為窄角射出光以及雙向射出光的結合。可切換模式的背光板係包括一第一定向背光板以及一第二定向背光板。第一定向背光板在第一模式以及第二模式中提供窄角射出光，而第二定向背光板僅在第二模式中提供雙向射出光。可切換模式的私密顯示器包括一光閥陣列，其係被配置為在第一或私密模式中將窄角射出光調變成為私密顯示影像，並且在第二或公開模式中將廣角射出光調變成為公開顯示影像。

Description

可切換模式的背光板、私密顯示器及方法
本發明係關於一種背光板，尤其是關於一種採用傾斜繞射格柵的背光板、多視角顯示器及方法。
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體，用於傳導資訊給使用者。其中最常見的電子顯示器是陰極射線管(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。在以發射光進行分類的情況下，LCDs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。
為了克服被動顯示器與發射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顯示器調節，且經調節後的光會隨後依序地由LCD或EP顯示器射出。通常背光板係配置為用以發出白色光。濾色器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，濾色器可以被設置在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。
根據與本說明書中所描述的原理一致的範例與實施例，本發明係提供一種可切換模式的背光，且該背光可以被應用於一可切換模式的私密顯示器。尤其，與本說明書中所描述的原理一致的實施例係提供了一種可切換模式的背光板，其被配置為在一第一模式中射出窄角射出光並且在一第二模式中射出廣角射出光。在某些實施例中，所述的窄角射出光係被配置為在第一模式中僅對一第一觀看區域提供照明，而廣角射出光可以被配置為在第二模式中對包括第一觀看區域的一第二觀看區域提供照明。此外，根據本發明的各個實施例，第二模式中提供的廣角射出光代表了窄角射出光以及雙向射出光的結合，其中雙向射出光具有與窄角射出光之角度範圍互補的分岔角度範圍。
採用可切換模式的背光之可切換模式的私密顯示器係被配置為在第一或「私密」模式中提供私密顯示影像，其中私密影像在第一或「私密」觀看區域中為可見的影像。此外，可切換模式的私密顯示器可以被配置為利用廣角射出光在第二或「公開」模式中提供公開顯示影像。根據本發明的各個實施例，公開顯示影像可以在第二或「公開」觀看區域中為可見的影像，其中，公開觀看區域包括了私密觀看區域以及公開觀看區域。本說明書中的可切換模式的背光以及可切換模式的私密顯示器的用途包括了行動電話(例如，智慧型手機)，手錶、平板電腦、行動電腦(例如，筆記型電腦)、個人電腦以及電腦螢幕、車輛顯示控制器、攝影機顯示器以及各種其他行動以及實質上為非行動的顯示器應用與裝置，但其用途並不受限於此。
在本文中，「導光體」被定義為一種在其結構中利用全內部反射來引導光的結構。尤其，導光體可包括一核心，在導光體的操作波長中，該核心基本上是透明的。在各個範例中，「導光體」一詞一般指的是一介電質的光波導，其係利用全內部反射在導光體的介電質的物質和圍繞導光體的物質或介質之間的界面引導光。根據定義，全內部反射的條件是，該導光體的折射率大於相鄰於導光體物質表面的周圍介質的折射率。在某些實施例中，導光體可以在利用上述的折射率差之外另外包括一塗層，或者利用塗層取代前述的折射率差，藉此進一步促成全內部反射。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一種，其可以包括但不限於，一平板或板片的導光體及一條狀導光體的其中一者或兩者。
此外，在本文中，當「平板」一詞被應用於導光體中時，如「平板導光體」，其係被定義為一片狀、一差異平面層狀或一薄片，並且在某些情況中被稱為「板片」導光體。尤其，平板導光體係被定義為在由導光體的上表面及下表面(換言之，相對的表面)所界定的兩個大致正交的方向上引導光的一導光體。此外，根據本說明書的定義，上表面及下表面兩者間彼此分離，並且至少在區隔的意義上兩者為大致彼此平行的表面。也就是說，在平板導光體的任何不同的小區域內，上表面和下表面是大致上為平行或共面的表面。
在某些實施例中，平板導光體可以具有大致為平坦的結構(即，侷限在一個平面上)，因而使平板導光體成為平面導光體。在其它的實施例中，平板導光體可以具有在一個或兩個正交維度中為彎曲的結構。例如，平板導光體可以具有在一單一維度中為彎曲的結構，以形成圓柱形的平板導光體。然而，任何曲率都需具有足夠大的曲率半徑，以確保平板導光體中能保持全內部反射來引導光。
在本說明書中，「角度保持散射特徵」或等同的「角度保持散射器」是指以在散射光中保持入射於結構特徵或散射器的入射光的角分散的方式對光進行散射的任何特徵或散射器。更具體來說，根據本說明書中的定義，由角度保持散射特徵散射的光的角分散σs可以由入射光的角分散σ的函數所表現(即，σs=f(σ))。在某些實施例中，散射光的角分散σs是入射光的角分散或準直因子(collimation factor)σ的線性函數(例如，σs=a．σ，其中，a為整數)。換言之，由角度保持散射特徵散射的光的角分散σs可以大致與入射光的角分散或準直因子σ成正比。舉例來說，散射光的角分散σs可以大致等同於入射光的角分散σ(例如，σ s σ)。均一繞射格柵(即，具有大致均一或一致的繞射散射特徵間隔或格柵柵距的繞射格柵)是角度保持散射特徵的範例。相對的，根據本說明書中的定義， 朗伯特(Lambertian)散射器或朗伯特反射器以及一般的漫射器(例如，具有或者類似於朗伯特散射的特性)不屬於角度保持散射器。
在本說明書中，「偏振保持散射特徵」或等同的「偏振保持散射器」是被配置為以保持入射於結構特徵或散射器上的散射光的偏振或者保持至少一定程度的偏振的方式散射光的任何結構特徵或散射器。據此，「偏振保持散射特徵」指的是入射在結構特徵或散射器的光的偏振程度大致等同於散射光的偏振程度的任何結構特徵或散射器。此外，根據定義，「偏振保持散射特徵」的散射(例如，對於導光的散射)，會保持或者大致保持被散射的光的預定偏振。舉例來說，被散射的光可以是由偏振光源所提供的偏振光。
在本說明書中，「單側散射元件」中的「單側」一詞，指的是與第一側對應的「一側」或者「較佳的在一個方向上」，且第一側係與第二側對應的另一方向相對。尤其，「單側背光板」是指從第一側射出光，並且不從與第一側相對的第二側射出光的背光板。舉例來說，單側背光板可以將光射入一第一(例如，正)半空間，但不將光射進對應的第二(例如，負)半空間中。第一半空間可以在單側背光板上方，第二半空間可以在單側背光板下方。因此，舉例來說，單側背光板可以將光射進單側背光板上方的區域或者朝該方向射出，並且僅射出少量或者完全不將光射入位於單側背光板下方的另一區域或不將光朝向另一方向射出。類似地，根據本說明書中的定義，如單側繞射散射元件或單側多光束元件的「單側散射器」係用於將光朝向第一表面散射並且使其離開第一表面，而不將光往與第一表面相對的第二表面散射，但單側散射器的種類並不受限於此。
在此，「繞射格柵」被廣義地定義為複數個結構特徵(即，繞射結構特徵)，用於提供入射於繞射格柵之光的繞射。在某些範例中，複數個結構特徵可以以週期性或準週期性的方式設置。在其他的範例中，繞射格柵可以是包括了複數個繞射格柵的混合週期繞射格柵，且該些繞射格柵中的每一個繞射格柵具有不同週期配置的結構特徵。此外，繞射格柵可以包括設置在一個一維陣列中之複數個結構特徵(例如，在材料表面中的複數個凹槽或脊部)。或者，繞射格柵可以包括被定義在二維度中的結構特徵的二維(2D)陣列或結構特徵的陣列。舉例來說，繞射格柵可以是在材料表面上的凸部或者在材料表面中的孔洞的二維陣列。在某些範例中，繞射格柵可以在第一方向或第一維度上大致為週期性，並且沿著繞射格柵或在整個繞射格柵的另一方向上為大致為非週期性(例如，不變、隨機等)的配置。
因此，根據本說明書中的定義，「繞射格柵」為一種結構，其可以提供入射於繞射格柵之光的繞射。如果光是由一導光體入射到繞射格柵上，其所提供的繞射或者繞射地散射可能導致並且因此可以被稱為「繞射耦合」或「繞射地散射」，繞射格柵可以藉由繞射的方式將光耦合或散射離開導光體。繞射格柵也藉由繞射的方式(即，以一繞射角度)重新定向或改變光的角度。尤其，由於繞射的緣故，離開繞射格柵的光通常具有與入射於繞射格柵的光(即，入射光)的傳導方向不同的傳導方向。在本說明書中，藉由繞射產生之光的傳導方向上的變化於本文中被稱為「繞射地重新定向」。因此，繞射格柵可被理解為經由繞射方式將入射在繞射格柵上的光重新定向之具有繞射特徵的結構，以及，如果光是由導光體射出，繞射格柵也可將來自導光體的光繞射地耦合出來。
此外，如本說明書中的定義，繞射格柵的結構特徵係被稱為「繞射結構特徵」，並且可以是位在一表面、在一個表面之內或在一個表面之上(換言之，兩個材料之間的邊界)的一個以上的繞射結構特徵。舉例來說，該表面可以是平板導光體的一個表面。繞射結構特徵可包括任何種類的光繞射結構，其可以包含但不限於：在表面、在表面內或在表面上的一個以上的凹槽、脊部、孔洞和凸起。例如，繞射格柵可以包括​​在材料表面內的複數個平行的凹槽。在另一實例中，繞射格柵可以包括自材料表面上升突出的複數個平行的脊部。繞射結構特徵(例如，凹槽、脊部、孔洞、凸部等)可以具有得以提供繞射功能之各種橫截面形狀或輪廓中的任一者，該些橫截面形狀或輪廓係包括但不限於：一正弦狀輪廓、一矩形輪廓(例如，一二元化繞射格柵)、一三角形輪廓和一鋸齒輪廓(例如，一閃耀光柵)的其中一個或多個。
根據本說明書中所描述的各個範例，可以採用繞射格柵(例如，散射元件的繞射格柵，如下文所述)將光從導光體(例如，平板導光體)繞射地散射或耦合出成為一光束。尤其，由局部週期性繞射格柵所提供的繞射角度q m 可以由下列的方程式(1)得出：(1) 其中，λ 是光的波長，m 是繞射級數，n 是導光體的折射係數，d 是繞射格柵的結構特徵之間的距離或間隔，而q i 是入射在繞射格柵上的光的入射角度。為了簡易性，方程式(1)中假設繞射格柵是相鄰於導光體的一表面，且導光體外的材料的折射係數等於一(即，nout =1)。一般來說，繞射級數m 為整數(即，m= ±1, ±2, ...)。由繞射格柵產生之光束的繞射角度q m 可以由方程式(1)給出。舉例來說，當繞射級數等於一時（即，m =1），繞射格柵係提供第一級的繞射。
圖1A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一繞射格柵30的範例的剖視圖。舉例來說，繞射格柵30可以位在導光體40的一表面上。此外，圖1A顯示了光束50以一入射角度q i 入射於繞射格柵30上。入射光束50是導光體40中的導光(即，導光束)。圖1A中還顯示了由繞射格柵30繞射地產生並且耦合出來的定向光束60，其中，定向光束60為繞射格柵30對入射光束50進行繞射後的繞射產物。定向光束60具有由方程式(1)給出的繞射角度q m (或本說明書中所述的「主要角度方向」)。繞射角度q m 可以對應於繞射格柵30的繞射級數「m 」，例如，繞射級數m =1(即，第一繞射級數)。
根據本說明書中的定義，「傾斜」繞射格柵的繞射格柵具有傾斜角度的繞射結構特徵，且傾斜角度是相對於繞射格柵的表面正交的表面傾斜。根據本發明的各個實施例，傾斜繞射格柵可以透過對入射光進行繞射來提供單側的散射。
圖1B為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了傾斜繞射格柵80的範例的剖視圖。如圖中所示，傾斜繞射格柵80是位於導光體40的表面的二元繞射格柵，類似於圖1A中所示的繞射格柵30。然而，圖1B中所示的傾斜繞射格柵80包括了具有傾斜角度γ的繞射結構特徵82，如圖中所示，傾斜角度是相對於正交的表面(由虛線表示)傾斜，且繞射結構特徵82具有格柵高度、深度或厚度t 。圖中也顯示了入射光束50以及定向光束60，其代表了由傾斜繞射格柵80對入射光束50的單側繞射散射。值得注意的是，根據本發明的各個實施例，由傾斜繞射格柵80對光在第二方向上的繞射散射是由單側繞射散射所抑制。在圖1B中，「打叉」的虛線箭頭90代表由傾斜繞射格柵80抑制的於第二方向上的繞射散射。
根據本發明的各個實施例，繞射結構特徵82的傾斜角度γ的選擇可以控制傾斜格柵80的單側繞射特性，其包括了繞射散射在第二方向上抑制的角度。舉例來說，傾斜角度γ的選擇可以介於大約二十度(20°)至大約六十度(60°)之間，或介於大約三十度(30°)至大約五十度(50°)之間，或介於大約四十度(40°)至大約五十五度(55°)之間。作為範例，當與傾斜繞射格柵80提供的單側方向比較時，介於30°~60°的範圍之間的傾斜角度γ可以提供大約更好四十倍(40x)的第二方向上的繞射散射的抑制。根據本發明的某些實施例，繞射結構特徵82的厚度t可以介於大約一百奈米(100nm)至大約四百奈米(400nm)之間。舉例來說，厚度t可以介於大約一百五十奈米(150nm)至大約三百奈米(300nm)之間，以使格柵週期p介於大約300nm至大約五百奈米(500nm)的範圍中。
此外，根據本發明的某些實施例，繞射結構特徵可以是彎曲的結構，並且也可以具有相對於光的傳導方向的預定方位(例如，旋度)。舉例來說，繞射結構特徵的曲度以及繞射結構特徵的方位的其中之一或上述兩種特性可以用於控制繞射格柵耦合出的光的方向。例如，耦合出光的主要角度方向可以由繞射格柵在光入射於繞射格柵的點相對於入射光的傳導方向的角度的函數表現。
在本說明書中，「微稜鏡結構」係被廣義地定義為包括具有傾斜側壁的微稜鏡或複數個微稜鏡，其係被配置為對入射在微稜鏡結構上的光進行折射地散射。如果光是從導光體入射於微稜鏡結構上，微稜鏡結構可以被理解為包括用於將光從導光體中折射地耦合出來或散射出來的微稜鏡或複數個微稜鏡。在某些實施例中，微稜鏡結構可以包括倒置的微稜鏡元件。根據本說明書中的定義，「倒置微稜鏡元件」是指包括具有輸入孔的截圓錐形、傾斜側壁以及大於輸入孔之輸出孔的微稜鏡。更具體來說，輸入孔係用於接收光，傾斜側壁係對通過輸入孔接收的光進行反射，而輸出孔則係用於射出反射光。因此，輸入孔是倒置微稜鏡元件中包括倒置微稜鏡元件以及導光體之間的光學連結的部分，並且係用於接收來自導光體的擷出光或耦合出光。傾斜側壁係包括倒置微稜鏡元件用於反射光的內表面。在某些實施例中，傾斜側壁可以包括反射層或反射材料(例如，位於側壁的外表面上的反射材料層)。反射層可以於倒置微稜鏡元件的內表面上提供或增強反射。反射光係由倒置微稜鏡元件的輸出孔被射出。
根據本說明書中的定義，「準直器(coilimator)」的定義為大致任何種類之用於準直光的光學元件或裝置。舉例來說，準直器可以包括準直鏡或 反射器、準直透鏡、繞射格柵、錐形導光體以及上述各種元件的結合，但其並不受限於此。根據本發明的各個實施例，由準直器提供的準直量在不同的實施例中可以以預定的角度或量有不同的變化。此外，準直器可以被配置為提供在兩個正交方向中的其中之一或在兩個正交方向中的準直(例如，垂直方向以及水平方向)。換言之，根據本發明的某些實施例，準直器可以包括提供兩個正交方向的其中之一或在兩個正交方向上的光的準直的形狀。
在本說明書中，由σ所標示的「準直因子」係被定義為光被準直的程度。更具體來說，根據本說明書中的定義，準直因子定義了光的準直束中的光線的角分散。舉例來說，準直因子σ可以表示準直光束中的大部分光線都在特定的角分散中(例如，圍繞準直光束的主要角度方向或中心的±σ度)。根據本發明的某些範例，準直光束的光線在角度方面可以具有高斯分布，且其角分散可以是由準直光束的峰值強度的二分之一所決定的角度。
在本說明書中，「光源」一詞係被定義為光的來源(例如，提供並且發出光線的裝置或元件)。舉例來說，光源可以為當啟動時會發出光線的發光二極體(light emitting diode,LED)。尤其，在本說明書中，光源可以為任何一種來源的光或光發射器，其係包括但不限於，LED、一雷射、一有機發光二極體(organic light emitting diode,OLED)、高分子發光二極體、電漿光發射器、螢光燈、白熾燈中的一種以上的光源，以及任何其他視覺可見的燈光來源。由光源所產生的光線可以具有顏色(即，可以具有特定波長的光)，或者可以具有一定範圍的波長(例如，白光)。在某些實施例中，光源可以包括複數個光發射器。舉例來說，光源可以包括一組或一群的光發射器，其中，至少一光發射器會產生與該組或該群的光發射器中的至少另一光發射器不同的顏色的光，或者該光發射器會產生與該組或該群的光發射器中的至少另一光發射器不同波長的光。作為範例，不同的顏色可以為主要顏色(例如，紅色、綠色、藍色)。
在本說明書中，「觀看區域」係被定義為可以觀看顯示影像的區域或角度範圍。更具體來說，根據本說明書中的定義，顯示影像在觀看區域中為可見的影像，但在觀看區域外看不到。在本說明書中，「私密顯示影像」或由「私密顯示器」提供的顯示影像係被定義為具有限制或受限的觀看區域的影像(即，私密觀看區域)。一般來說，私密顯示影像在顯示器前方的限制或私密觀看區域中為可觀看的影像，並且僅能由位在限制或私密觀看區域中的人員觀看。在某些實施例中，私密顯示影像或等同的私密顯示器的限制或私密觀看區域可以在顯示器的正交方向的兩側皆大約小於四十五度(即，觀看區域＜ ±45°)。在其他的實施例中，私密顯示影像或私密顯示器的限制或私密觀看區域可以小於正負三十度(即，觀看區域＜ ±30°)，或小於正負二十度(即，觀看區域＜ ±20°)。
相對地，由公開顯示器提供的公開顯示影像或顯示影像具有廣角觀看區域，並且預期讓使用者實質上不受限制地進行觀看。根據本說明書中的定義，「公開顯示影像」或由「公開顯示器」提供的顯示影像是指觀看區域大於私密顯示影像的受限或私密觀看區域的影像。更具體來說，公開顯示影像的觀看區域(即，公開觀看區域)可以在顯示器的正交方向的兩側大於大約四十五度(即，觀看區域＞ ±45°)。舉例來說，公開顯示影像的公開觀看區域或等同的公開顯示器的公開觀看區域可以大於正負六十度(即，觀看區域＞ ±60°)。在某些實施例中，公開觀看區域可以被定義於LCD電腦螢幕、LCD平板、LCD電視的觀看角度，或其他類似的讓人進行廣角觀看(例如，大約為±45~65°以上)的數位顯示裝置的觀看角度。
根據本說明書中的定義，「窄角射出光」中使用的「窄角」一詞是指光的角度範圍(例如，錐角)與提供私密觀看區域之照明，或在私密觀看區域中顯示的私密影像，或在私密觀看區域中才看得到的光一致的角度範圍。因此，根據本說明書中的定義，窄角射出光可以具有大約小於±45°的角度範圍，或大約小於±30°的角度範圍，或大約小於±20°的角度範圍。此外，根據定義，「廣角射出光」或更為廣義的「廣角」在本說明書中是指角度範圍大略大於窄角射出光的角度範圍的光。或者，「廣角」是指角度範圍與公開顯示影像或用於顯示公開顯示影像的顯示器的觀看區域一致的角度範圍。因此，在某些實施例中，廣角射出光可以具有相對於顯示器的正交方向大於正負四十五度(例如，＞ ±45°)的角度範圍。在其他的實施例中，廣角射出光的角度範圍可以大於正負五十度(例如，＞ ±50°)，或者大於正負六十度(例如，＞ ±60°)，或者大於正負六十五度(例如，＞ ±65°)。舉例來說，廣角射出光的角度範圍可以在顯示器的正交方向的兩側大約大於七十度(例如，＞ ±70°)。
此外，在本說明書中所使用的冠詞「一」具有專利領域中的普遍含義，即，意指「一個或多個」。例如，「一元件」係指一個以上的元件，更確切來說，「該元件」於此意指「該(等)元件」。此外，任何本文所指的「頂部」、「底部」、「上部」、「下部」、「上」、「下」、「前」、「後」、「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」一詞一般是指用於產生該值的設備的公差範圍內，或在一些實施例中，是指正負10%，或正負5%，或正負1%。此外，舉例來說，「大致」一詞在本文中代表了大多數、幾乎全部或全部，或者代表落於大約51%至大約100%之間的範圍中的值。再者，本說明書中的實施例旨在對本發明進行說明，並且是為了討論之目的呈現，而不應用於限制本發明。
根據本說明書中所描述的原理的某些實施例，本發明係提供一種可切換模式的背光板。圖2A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一可切換模式的背光板100的範例的剖視圖。圖2B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了可切換模式的背光板100的另一範例的剖視圖。如圖中所示，可切換模式的背光板100係被配置為在一第一模式(例如，私密模式)中或於第一模式期間將光提供或射出成為窄角射出光102，並且在第二模式(例如，公開模式)中將光提供或射出成為廣角射出光104。更具體來說，圖2A顯示了處於第一模式中的可切換模式的背光板100以及窄角射出光102，而圖2B顯示了在第二模式中提供廣角射出光104的可切換模式的背光板100。此外，在圖2A~圖2B中，窄角射出光102與廣角射出光104的方向係對應於可切換模式的背光板100的表面上方的半空間。
圖2A以及圖2B中顯示的可切換模式的背光板100係包括一第一定向背光板110。第一定向背光板110係被配置為在可切換模式的背光板100的第一模式以及第二模式中提供窄角射出光102。根據本發明的各個實施例，窄角射出光具有角度範圍γ ，並且在第一模式以及第二模式中可以由第一定向背光板110定向進入一第一觀看區域I 中。此外，窄角射出光102的角度範圍γ 係被配置為在兩個模式中將窄角射出光102侷限或大致侷限於第一觀看區域I 中。因此，根據本發明的各個實施例，窄角射出光102可以僅在第一觀看區域I 中被看到。在圖2A~圖2B中，窄角射出光102是由與第一觀看區域I 對應之在角度範圍γ 中的虛線所描繪的複數個箭頭所表示。
如圖2A及圖2B所示，可切換模式的背光板100進一步包括一第二定向背光板120。例如如圖2B所示，第二定向背光板120係被配置為僅在第二模式期間提供或射出雙向射出光106。根據本發明的各個實施例，雙向射出光106具有一分岔角度範圍。此外，分岔角度範圍與窄角射出光102的角度範圍互補。在本發明的各個實施例中，窄角射出光102以及雙向射出光106在第二模式期間的結合係被配置為提供具有角度範圍φ 的廣角射出光104，且角度範圍φ 是窄角射出光102的角度範圍以及雙向射出光106的分岔角度範圍的總和。
更具體來說，如圖2B所示，雙向射出光106具有往第一方向定向的第一區段106a以及往第二方向定向的第二區段106b。雙向射出光106的分岔角度範圍是第一區段106a於第一方向的周圍或中心的角度範圍φa 以及第二區段106b於第二方向周圍或中心的角度範圍φb 的總和。此外，根據本發明的各個實施例，由第二定向背光板120提供的雙向射出光106係大致位於窄角射出光102的角度範圍γ 之外。在第二模式中，窄角射出光102是由第一定向背光板110提供，雙向射出光106是由第二定向背光板120提供。因此，如圖2B所示，廣角射出光104是由窄角射出光102以及雙向射出光106的結合所提供。
根據本說明書中的定義，雙向射出光106具有與窄角射出光102的角度範圍γ 「互補」的分岔角度範圍(即，φa +φb )。換言之，當雙向射出光106以及窄角射出光102在第二模式期間被結合時，產生的廣角射出光104具有角度範圍φ ，且角度範圍φ 是窄角射出光102的角度範圍γ 以及雙向射出光106的角度範圍的總和，即，φ =γ +(φa +φb )。換句話說，雙向射出光106係提供或實質上「填補」了廣角射出光104未由窄角射出光102所提供的部分。因此，如圖2B所示，雙向射出光106的角度範圍(φa +φb )係與窄角射出光102的角度範圍γ 互補。
圖3為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了結合窄角射出光102以及雙向射出光106以提供廣角射出光104的範例的示意圖。如圖中所示，窄角射出光102係被加入至雙向射出光106以創造廣角射出光104。窄角射出光102以及雙向射出光106的總和在圖3中是以加號‘+’以及等號‘=’所表示。值得注意的是，雙向射出光106的第一區段106a以及第二區段106b代表雙向射出光106所表示的區域，且如圖中所示，在進行總和前第一區段106a以及第二區段106之間並沒有任何的光。此外，如圖中所示，因為第一區段106a以及第二區段106b之間的角度範圍等同於窄角射出光102的角度範圍，雙向射出光106的分岔角度範圍與窄角射出光102的角度範圍互補。
在某些實施例中，窄角射出光102係被配置為在第一模式中僅對第一觀看區域I 提供照明。此外，在某些實施例中，廣角射出光104可以被配置為在第二模式期間對包括第一觀看區域I 的第二觀看區域II 提供照明。請再次參照圖2A~圖2B，可切換模式的背光板100在第一模式以及第二模式期間於第一觀看區域I 中對於觀看者而言為發光的。類似地，在第一觀看區域I 之外的第二觀看區域II 中的另一觀看者在第二模式期間會看到發光的可切換模式的背光板100。然而，可切換模式的背光板100在第一模式期間對第二觀看區域II 中的其他觀看者而言為沒有發光或黑暗的。因此，舉例來說，因為在第一(私密)模式中僅對第一(私密)觀看區域I 中的觀看者提供照明，第一模式可以被稱為私密模式且第一觀看區域I 可以是私密觀看區域。另一方面，由於在第二模式期間兩個區域的觀看者都可以接受到照明，舉例來說，第二模式可以被稱為公開模式且第二觀看區域II (包括第一觀看區域I )可以是公開觀看區域。
在某些實施例中(例如，如圖2A~圖2B所示)，可切換模式的背光板100的第一定向背光板110係包括一導光體112。類似地，在某些實施例中(例如，如圖中所示)，可切換模式的背光板100的第二定向背光板120可以包括一導光體122。根據本發明的某些實施例，導光體112、122可以是平板導光體。導光體112、122係被配置為沿著導光體112、122的長度將光引導為導光。舉例來說，導光體112、122可以包括被配置為光波導的介電材料。所述的介電材料具有一第一折射係數，環繞介電光波導的介質係具有一第二折射係數，其中，第一折射係數可以大於第二折射係數。作為範例，折射係數之間的差異係被配置為根據導光體112、122的一個以上的引導模式促成導光的完全內部反射。
更具體來說，導光體112、122可以是板片或平板的光波導，其可以包括實質上為平面板片並且為光學性透明的延伸的介電材料。實質上為平面板片的介電材料係利用完全內部反射引導導光112、122。根據本發明的各個範例，導光體112、122的光學性透明材料，可以包括或者可以由各種介電材料形成，該些材料包括一種以上的各種種類的玻璃(例如，石英玻璃、鹼鋁矽酸鹽玻璃、硼矽酸鹽玻璃等等)，以及實質上為光學透明的塑膠或聚合物(例如，聚甲基丙烯酸甲酯或「丙烯酸玻璃」、聚碳酸脂等等)，但其並不受限於此。在某些範例中，導光體112、122可以進一步具有位在導光體112、122的一表面(例，上表面與下表面的其中之一，或者同時位在兩個表面上)的至少一部分上的一披覆層(未顯示於圖中)。根據本發明的某些範例，可以透過該披覆層進一步促進完全內部反射。
此外，根據本發明的各個實施例，導光體112、122係利用完全內部反射在導光體112、122的一第一表面 (例如，「前」表面或「前」側)以及一第二表面 (例如，「後」表面或「後」側)之間以非零值傳導角度引導導光。更具體來說，導光是藉由在導光體112、122的第一表面與第二表面之間反射或「彈跳」而以非零值傳導角度傳導。在某些實施例中，導光包括不同顏色的光的複數條導光束。該些導光束的光束可以由導光體112、122以各個不同的顏色特定的非零值傳導角度引導。值得一提的是，為了圖式的簡易性，圖中並未顯示非零值傳導角度。
根據本說明書中的定義，「非零值傳導角度」是相對於導光體112、122的表面(例如，第一表面或第二表面)的角度。此外，根據本發明的各個實施例，非零值傳導角度係同時大於零並且小於導光體112、122中的完全內部反射的關鍵角度。舉例來說，導光的非零值傳導角度可以介於大約十度(10°)至大約五十度(50°)之間，或者在某些範例中，介於大約二十度(20°)至大約四十度(40°)之間，或者介於大約二十五度(25°)至大約三十五度(35°)之間。舉例來說，非零值傳導角度可以大約為三十度(30°)。在其他的範例中，非零值傳導角度可以大約為20°，或大約為25°，或大約為35°。再者，只要特定的非零值傳導角度的選擇小於導光體112、122中的完全內部反射的關鍵角度，可以為特定的實施選擇(例如，任意地選擇)特定的非零值傳導角度。
導光體112、122中的導光可以被以非零值傳導角度(例如，大約30~35度)引入或者耦合進入導光體112、122中。作為範例，導光可以由可切換模式的背光板100的光源提供。可以透過透鏡、鏡子或相似的反射器(例如，傾斜準直反射器)、繞射格柵以及稜鏡(未顯示於圖中)等元件中的一個以上的元件，將光以非零值傳導角度耦合進入導光體112、122的輸入端成為導光。一但被耦合進入導光體112、122之後，導光會沿著導光體112、122在大略遠離輸入端的方向上傳導(例如，在圖2A~圖2B中由沿著x軸指向的粗箭頭表示)。
此外，根據本發明的各個實施例，可以對導光進行準直。在本說明書中，「準直光」或「準直光束」通常是被定義為光束的光線大致侷限在光束中的預定或界定的角分散的光束(例如，導光)。此外，根據本說明書中的定義，從準直光束散發或散射出來的光線並不被視為準直光束的一部分。在某些實施例中，可切換模式的背光板100可以具有準直器，例如被配置為對來自光源的光進行準直的透鏡、反射器或鏡子、繞射格柵或錐形導光體，但準直器的種類並不受限於此。在某些實施例中，光源係包括一準直器。提供至導光體112、122的準直光為準直的導光。在各個實施例中，可以根據準直因子σ對導光進行準直，或者導光可以具有準直因子σ。
在某些實施例中，可切換模式的背光板100的第一定向背光板110進一步包括單側散射元件114的一陣列，其中，單側散射元件114係沿著導光體的長度彼此間隔開來。根據本發明的各個實施例，單側散射元件114的陣列係用於將部分的導光散射出來成為具有單側方向的窄角射出光102。更具體來說，單側散射元件114的陣列彼此可以以有限的空間沿著導光體的長度間隔開來，並且代表個別且獨特的元件。換言之，根據本說明書中的定義，單側散射元件114係根據有限(即，非零值)的元件間距離(例如，有限的中心至中心距離)彼此間隔開來。此外，根據本發明的某些實施例，該些單側散射元件114通常不會交錯、重疊或彼此接觸。因此，單側散射元件陣列的每一個單側散射元件114通常與單側散射元件中的其他者為獨特且分離的元件。再者，根據本發明的各個實施例，單側方向是遠離第二定向背光板120的方向。
根據本發明的某些實施例，單側散射元件陣列的單側散射元件114可以被以一維(1D)陣列或二維(2D)陣列的形式設置。舉例來說，單側散射元件114可以被設置為線性的1D陣列。在另一範例中，單側散射元件114可以被設置為四邊形的2D陣列或者圓形的2D陣列。此外，在某些範例中，所述的陣列(即，1D或2D陣列)可以是規則或均一的陣列。更具體來說，單側散射元件114之間的元件間距離(例如，中心至中心距離或間隔)在整個陣列中可以大致為均勻或不變的配置。在其他範例中，單側散射元件114之間的元件間距離可以大致橫跨整個陣列或者沿著第一定向背光板110的導光體112的長度改變，或同時根據上述兩個條件改變。
根據本發明的各個實施例，單側散射元件114之陣列中的一個單側散射元件114係包括一傾斜繞射格柵。在某些實施例中，所有的單側散射元件114可以是或可以包括傾斜繞射格柵。根據本發明的各個實施例，單側散射元件114的傾斜繞射格柵係被配置為在單側方向上提供繞射地散射並且進一步抑制二次繞射散射。
圖4A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了可切換模式的背光板100的第一定向背光板110的一部分的範例的剖視圖。更具體來說，圖4A顯示了包括導光體112的第一定向背光板110以及一單側散射元件114。此外，如圖4A所示，單側散射元件114包括一傾斜繞射格柵114’。具有一準直因子σ並且入射在傾斜繞射格柵114’上的導光116，如圖中的複數個箭頭所示，可以被往單側方向繞射地散射出導光體112成為窄角射出光102，如圖中所示。
在某些實施例中，單側散射元件114的傾斜繞射格柵114’可以大致相似於圖1B所示的傾斜繞射格柵80。舉例來說，在某些實施例中，與圖1B中所示的傾斜角度γ 相對應之傾斜繞射格柵114’的傾斜角度，可以相對於與導光體112正交的表面介於三十度(30°)至五十度(50°)之間。此外，在某些實施例中(未顯示於圖中)，傾斜繞射格柵114’可以包括複數個子格柵，每一個子格柵為一傾斜繞射格柵。如圖1B所示，圖4A中的單側散射元件114的傾斜繞射格柵可以抑制與單側方向相對的方向上的二次散射，例如，如圖4A中打叉的箭頭的二次散射。
在某些實施例中，單側散射元件114的陣列中的單側散射元件114係包括一反射模式繞射格柵。根據本發明的各個實施例，反射模式繞射格柵係被配置為利用繞射散射以及反射的結合選擇性地將部分的導光往單側方向散射。在某些實施例中，所有的單側散射元件114可以是或可以包括反射模式繞射格柵。在某些實施例中，反射模式繞射格柵係包括一繞射格柵以及一反射材料層(例如，金屬層)，繞射格柵係用於提供繞射地散射，而反射材料層係用於提供繞射散射光的反射，藉此確保繞射地散射產生出具有單側方向的散射出光。
圖4B為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了可切換模式的背光板100的第一定向背光板110的一部分的範例的剖視圖。更具體來說，圖4B顯示了包括導光體112的第一定向背光板110以及單側散射元件114。此外，如圖4B所示，單側散射元件 114包括具有繞射格柵114”以及反射材料層114”’的反射模式繞射格柵。具有準直因子σ並且入射於繞射格柵114”上的導光116，如圖中的複數條箭頭所示，可以被往單側方向上繞射地散射出導光體112成為窄角射出光102。此外，根據本發明的各個實施例，由繞射格柵114”被往第二方向繞射地散射的光可以由反射材料層114”’以反射方式往單側方向重新定向。
在其他實施例中(未顯示於圖中)，單側散射元件114可以包括另一種類的單側散射結構，包括微折射元件以及微反射元件，但其並不受限於此。舉例來說，微折射元件可以包括位於導光體112的表面的微稜鏡，其係用於將部分的導光折射的耦合出導光體112成為窄角射出光102。微反射元件的範例包括但不限於具有小平面的平面反射器，其中，小平面的表面角度係被配置為將部分的導光反射地散射出導光體成為窄角射出光102。在某些實施例中，單側散射元件114係包括角度保持散射器，用於將角度範圍與導光體112中的導光的準直因子σ成正比的部分的導光散射出來。因此，在某些實施例中，導光的準直因子σ可以決定窄角射出光102的角度範圍。
請再次參照圖2A與圖2B，在某些實施例中，第二定向背光板120進一步包括一定向散射特徵124，用於將導光體122中部分或數個部分的導光散射出來成為雙向射出光106。更具體來說，第二定向背光板120的定向散射特徵124可以包括複數個第一定向散射元件124a以及複數個第二定向散射元件124b。該些第一定向散射元件124a可以用於將部分的導光散射出來成為具有分岔角度範圍的第一方向之雙向射出光106的第一區段106a。此外，該些第二定向散射元件124b可以用於將另一部分的導光散射出來成為具有分岔角度範圍的第二方向之雙向射出光106的第二區段106b。根據本發明的各個實施例，第一方向與第二方向及第一區段106a、第二區段106b的角度範圍的結合係決定了雙向射出光106的分叉角度範圍，如上文所述。
根據本發明的各個實施例，可以採用各種定向散射器中的任一種作為定向散射元件124a、124b。尤其，在某些實施例中，該些第一定向散射元件124a以及該些第二定向散射元件124b的其中一者或兩者的一定向散射元件124a、124b可以包括一繞射格柵。舉例來說，繞射格柵的格柵柵距可以被用於決定由繞射格柵繞射地散射出來的光的方向。根據本發明的某些實施例，繞射格柵可以是反射模式繞射格柵。在其他的實施例中，繞射格柵可以是傳輸模式繞射格柵，且第二定向背光板120可以進一步包括位於導光體的表面的反射層，且反射層所位於的表面係相對於提供或射出雙向射出光106的射出表面。
在其他的實施例中(未顯示於圖中)，定向散射元件124或等同的定向散射元件124a、124b可以包括另一種類的散射結構，包括微折射元件以及微反射元件，但其並不受限於此。舉例來說，微折射元件可以包括位於導光體122的表面的微稜鏡，其係用於將部分的導光從導光體122中折射耦合出來成為雙向射出光106或等同的雙向射出光106的第一區段106a與第二區段106b。微反射元件的範例包括但不限於具有小平面的平面反射器，其中，小平面的表面角度係被配置為將部分的導光反射地散射出來成為雙向射出光106。在某些實施例中，定向散射特徵124包括角度保持散射器，用於將角度範圍與導光體122中的導光的準直因子σ成正比的部分的導光散射出來。因此，在某些實施例中，導光的準直因子σ可以決定雙向射出光106的角度範圍(即，第一區段106a、第二區段106b的角度範圍φa 、φb )。
圖5為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一第二定向背光板120的一部分的範例的剖視圖。如圖中所示，第二定向背光板120係包括導光體122以及定向散射特徵124的一對定向散射元件124a、124b。此外，如圖中所示，該對定向散射元件124a、124b包括繞射格柵。繞射格柵的格柵柵距彼此不同，藉此提供具有分叉角度範圍的第一方向與第二方向的雙向射出光106。更具體來說，由於繞射格柵的格柵柵距的緣故，具有準直因子並且入射在繞射格柵上的導光，如圖中的複數條箭頭所示，可以分別被往第一方向以及第二方向繞射地散射出導光體122，其中，第一與第二方向係對應於雙向射出光106的第一區段106a以及第二區段106b。舉例來說，相對小的格柵柵距或繞射結構特徵間隔可以提供具有第一方向的散射出光，而相對較大的格柵柵距或繞射結構特徵間隔可以提供具有第二方向的散射出光，如圖5所示。
請再次參照圖2A以及圖2B，可切換模式的背光板100可以進一步包括一光源130。更具體來說，光源130可以包括光學性地耦接於第一定向背光板110的導光體112的輸入部的一第一光源132，第一光源132係用於將光提供至導光體112。光源130可以進一步包括光學性地耦接於第二定向背光板120的導光體122的輸入部的一第二光源134，第二光源134係用於將光提供至導光體122。根據本發明的各個實施例，分別由第一光源132以及第二光源134所提供之導光體112、122中的導光可以根據一預定準直因子被準直。在本發明的各個實施例中，光源130可以被配置為在第一模式期間利用第一光源132將光提供至第一定向背光板110的導光體112。此外，在本發明的各個實施例中，光源130可以被配置為在第二模式期間將光提供至第一定向背光板110的導光體112以及第二定向背光板120的導光體122。在圖2A~圖2B中，陰影斜線代表了第一光源132以及第二光源134的啟動與否以及其是否提供光的狀態，例如，分別在第一模式(圖2A)以及第二模式(圖2B)中。
包括第一光源132以及第二光源134的光源130可以包括大致任何種類的光源(例如，光發射器)，包括發光二極體(LED)、雷射(例如，雷射二極體)或上述光源的結合，但其並不受限於此。在某些實施例中，光源130可以包括用於產生大致單色的光的光發射器，且大致單色的光具有由特定顏色表示的窄頻光譜。更具體來說，單色光的顏色可以是特定的色彩空間或色彩模型(例如，紅-綠-藍(RGB)色彩模型)的一個主要顏色。在其他的範例中，光源130可以是用於提供大致寬頻或多色光的大致寬頻的光源。舉例來說，光源130可以提供白色光。在某些實施例中，光源130可以包括用於提供不同顏色的光的複數個不同的光發射器。不同的光發射器可以被配置以提供與各個不同顏色的光對應之具有導光的不同、顏色特定的非零值傳導角度的光。
在某些實施例中，光源130的第一光源132以及第二光源134的其中一者或兩者可以進一步包括一準直器。準直器可以被配置為從光源130的一個以上的光發射器接收大致非準直的光。準直器係進一步被配置為將大致非準直的光轉換為準直光。更具體來說，根據本發明的某些實施例，準直器可以提供具有非零值傳導角度的準直光，或提供根據預定準直因子被準直的準直光，或提供同時具有上述兩種特性的準直光。此外，當採用不同顏色的光發射器時，準直器可以提供具有不同、顏色特定之非零值傳導角度的準直光以及具有不同顏色特定的準直因子的準直光的其中之一，或提供同時具有上述兩種特性的準直光。準直器係進一步被配置為將準直光束傳輸至導光體112、122以做為導光傳導。
在某些實施例中，可切換模式的背光板100的第一定向背光板110可以被配置為對於在導光體112中與導光體112中的導光的傳導方向正交(或大致正交)的方向上的光為大致透明的結構。更具體來說，在某些實施例中，導光體112以及間隔開來的單側散射元件114可以允許光從導光體112的第一(例如，下)表面通過至第二(例如，上)表面。在某些實施例中，可以至少部分透過單側散射元件114相對較小的尺寸以及單側散射元件114相對較大的元件間間隔來實現所述的透明性。此外，根據本發明的某些實施例，當使用傾斜繞射格柵114’作為單側散射元件114時，傾斜繞射格柵114’對於在與導光體112的表面正交的方向上傳導的光而言也可以是大致透明的結構。
在某些實施例中(例如，如圖2A~圖2B所示)，第一定向背光板110係被配置為從第一(例如，上)表面提供窄角射出光102。此外，第二定向背光板120可以被設置在相鄰於第一定向背光板110與第一表面相對的第二表面的位置。第二定向背光板120可以用於將雙向射出光106提供至第一定向背光板110的第二表面。根據本發明的這些實施例，第一定向背光板110對於雙向射出光106而言為透明的結構。
在某些實施例中，本說明書中所描述的繞射格柵(例如，傾斜繞射格柵或另一繞射格柵)可以是繞射結構特徵間隔在整個繞射格柵中維持為常數或不變的均一繞射格柵。在其他的實施例中，繞射格柵可以是啁啾繞射格柵。根據本說明書中的定義，「啁啾」繞射格柵是展現或具有隨著啁啾繞射格柵的範圍或長度變化的繞射結構特徵的繞射間隔(即，格柵柵距)的繞射格柵。在某些實施例中，啁啾繞射格柵可以具有或展現隨著距離線性變化的繞射結構特徵間隔的啁啾。據此，根據本說明書中的定義，啁啾繞射格柵是「線性啁啾」繞射格柵。在其他的實施例中，啁啾繞射格柵可以展現繞射結構特徵間隔的非線性啁啾。各種非線性的啁啾可以包括指數啁啾、對數啁啾，或者隨之改變的啁啾、大致不平均或者隨機但以單調的方式分佈之啁啾，但啁啾的種類並不受限於此。可採用的非單調式的啁啾包括正弦啁啾、三角啁啾或鋸齒啁啾，但其並不受限於此。本發明中亦可以採用任何種類之啁啾的組合。此外，單側散射元件114的傾斜繞射格柵114’的傾斜角度可以在傾斜繞射格柵114’的整個長度、寬度或範圍中變化。再者，在某些實施例中，繞射格柵的繞射結構特徵可以為彎曲的特徵，例如， 位於導光體的表面中的彎曲凹槽或脊部。
根據與本說明書中所描述的原理一致的某些實施例，本發明係提供一種可切換模式的私密顯示器。根據本發明的各個實施例，可切換模式的私密顯示器係被配置為在第一模式或私密模式期間提供私密顯示影像，並且在第二模式或公開模式期間提供公開顯示影像。圖6為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一可切換模式的私密顯示器200的範例的方塊圖。圖6的左半側顯示了可切換模式的私密顯示器200在私密模式(模式一)中的操作，右半側則顯示了公開模式(模式二)中的操作。
根據本發明的某些實施例，私密顯示影像被配置為在私密觀看區域I 中為可見的影像，而公開顯示影像被配置為在包括私密觀看區域I 的公開觀看區域II 中為可見的影像。更具體來說，位於私密觀看區域I的觀看者200a可以在私密模式中看到私密顯示影像並且在公開模式中看到公開顯示影像。類似地，位於公開觀看區域II 中但位於私密觀看區域I 之外的另一觀看者200b在公開模式期間可以看到公開顯示影像。然而，根據本發明的各個實施例，可切換模式的私密顯示器200在私密模式期間對於另一觀看者200b來說是暗的且另一觀看者200b看不到私密顯示影像。因此，可切換模式的私密顯示器200可以根據要讓顯示影像在私密觀看區域I 中讓觀看者200a私密地觀看或者讓顯示影像公開地觀看而選擇性地在私密模式以及公開模式之間切換，其中，舉例來說，公開的觀看是指讓大致位在包括私密觀看區域I 的公開觀看區域II 中任何位置的觀看者200a、200b進行觀看。
如圖中所示，可切換模式的私密顯示器200包括一第一定向背光板210。第一定向背光板210係被配置為在私密模式(模式一)以及公開模式(模式二)期間提供窄角射出光202。可切換模式的私密顯示器200進一步包括一第二定向背光板220。第二定向背光板220係被配置為僅在公開模式(模式二)期間提供雙向射出光204。在本發明的各個實施例中，雙向射出光204具有補償窄角射出光202的分叉角度範圍。根據本發明的各個實施例，在公開模式期間，可選擇模式的私密顯示器係被配置為提供廣角射出光，其中，廣角射出光包括由第一定向背光板210提供的窄角射出光202以及由第二定向背光板220提供的雙向射出光204的結合。
如圖6所示的可選擇模式的私密顯示器200進一步包括光閥230的陣列。光閥230的陣列係被配置為在私密模式期間將窄角射出光202調變成為私密顯示影像。此外，光閥230的陣列係被配置為在公開模式期間將廣角射出光206調變成為公開顯示影像。在某些實施例中(如圖中所示)，第一定向背光板210係位於第二定向背光板220以及光閥230的陣列之間，且第一定向背光板210對於雙向射出光204來說為透明的結構。在本發明的各個實施例中，可以採用不同種類的光閥作為光閥陣列中的光閥230，光閥的種類包括液晶光閥、電泳光閥以及電濕潤式光閥中的一種以上的光閥，但其並不受限於此。經調變的窄角射出光202以及廣角射出光206在圖中是由虛線箭頭所表示以強調調變。
根據本發明的某些實施例，可切換模式的私密顯示器200的第一定向背光板210可以大致相似於上文中所述的可切換模式的私密顯示器100的第一定向背光板110。更具體來說，在某些實施例中，第一定向背光板210可以包括被配置為將來自光源的光沿著導光體的長度引導為導光的導光體。此外，第一定向背光板210可以包括單側散射元件的陣列，其係被配置為將導光的一部分散射出來成為具有單側方向的窄角射出光202。根據本發明的各個實施例，單側方向可以是朝向光閥230的陣列並且遠離第二定向背光板220的方向。在某些實施例中，單側散射元件陣列中的一個單側散射元件可以包括傾斜繞射格柵以及反射模式繞射格柵的其中一者或同時包括兩者，藉以提供單側的散射。在其他的實施例中，亦可以採用其他的單側散射元件。第一定向背光板210可以進一步包括光源，更具體來說，根據本發明的某些實施例，可以進一步包括用於提供在導光體中被引導為導光的光的一準直光源。在某些實施例中，可選擇模式的私密顯示器200的第二定向背光板220可以大致相似於上述的可選擇模式的背光板100的第二定向背光板120。更具體來說，第二定向背光板220可以包括一導光體，其係用於將來自光源的光沿著導光體的長度引導為導光。此外，第二定向背光板220可以包括複數個第一定向散射元件，其係被配置為將一部分的導光散射出來成為具有分叉角度範圍的第一方向之雙向射出光204的第一區段。此外，第二定向背光板220可以包括複數個第二定向散射元件，其係被配置為將另一部分的導光散射出來成為具有分叉角度範圍的第二方向之雙向射出光的第二區段。根據本發明的各個實施例，第一方向與第二方向以及第一區段與第二區段的角度範圍的結合係決定了雙向射出光204的分叉角度範圍。
根據與本說明書中所描述的原理一致的其他實施例，本發明係提供一種可切換模式的背光板的操作方法。圖7為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一可切換模式的背光板的操作方法300的流程圖。如圖7所示，可切換模式的背光板的操作方法300係包括步驟310，利用第一定向背光板在第一模式以及第二模式期間射出窄角射出光以照射第一觀看區域。根據本發名的某些實施例，第一定向背光板可以大致相似於上文中針對可切換模式的背光板100所述的第一定向背光板110。此外，窄角射出光可以大致相似於第一定向背光板110所提供的窄角射出光102。
在某些實施例中，射出窄角射出光的步驟310中係包括沿著導光體的長度將光引導為導光的步驟。步驟310中射出窄角射出光的步驟可以進一步包括利用沿著導光體的長度彼此間隔開來的單側散射元件的陣列將部分的導光散射出來。根據本發明的某些實施例，單側散射元件的陣列可以被配置為將部分的導光散射出來成為具有單側方向的窄角射出光。在某些實施例中，導光體以及單側散射元件的陣列可以大致相似於上文所述的導光體112以及單側散射元件114的陣列。
如圖7所示，可切換模式的背光板的操作方法300進一步包括步驟320，利用第二定向背光板僅在第二模式中射出雙向射出光。根據本發明的各個實施例，雙向射出光具有補償窄角射出光的分叉角度範圍。在某些實施例中，第二定向背光板以及雙向射出光可以分別大致相似於上文中針對可切換模式的背光板100所述的第二定向背光板120以及雙向射出光106。
在某些實施例中，射出雙向射出光的步驟320可以包括沿著導光體的長度將光引導為導光的步驟。在某些實施例中，導光體可以大致相似於第二定向背光板120的導光體122。在某些實施例中，射出雙向射出光的步驟320係進一步包括利用複數個第一定向散射元件將部分的導光散射出來，其中，該等第一定向散射元件係被配置為將部分的導光散射出來成為具有分叉角度範圍的第一方向之雙向射出光的第一區段。射出雙向射出光的步驟320進一步包括利用複數個第二定向散射元件將另一部分的導光散射出來，其中，該等第二定向散射元件係被配置為將部分的導光散射出來成為具有分叉角度範圍的第二方向之雙向射出光的第二區段。在某些實施例中，該些第一定向散射元件以及第二定向散射元件可以大致相似於上文中針對第二定向背光板120所述的第一定向散射元件124a以及第二定向散射元件124b。類似地，雙向射出光的第一區段以及第二區段可以大致相似於上文中所述的雙向射出光106的第一區段106a以及第二區段106b。更具體來說，第一方向與第二方向以及第一區段以及第二區段的角度範圍的結合係決定了雙向射出光的分叉角度範圍。
圖7中所示的可選擇模式的背光板的操作方法300係進一步包括了一步驟330，在第二模式期間結合窄角射出光以及雙向射出光以提供廣角射出光。在本發明的各個實施例中，廣角射出光對包括第一觀看區域的一第二觀看區域進行照明。此外，窄角射出光僅照明第一觀看區域。因此，根據本發明的各個實施例，在第一模式中僅有第一觀看區域受到照明。
在某些實施例中(例如，如圖7所示)，可切換模式的背光板的操作方法300進一步包括步驟340，利用光閥陣列對窄角射出光以及廣角射出光進行調變以顯示影像。在第一模式或私密模式中所顯示的影像為私密顯示影像，而在第二模式或公開模式中所顯示的影像為公開顯示影像。此外，私密影像的觀看範圍是由窄角射出光的角度範圍所限制。換言之，僅能在第一觀看區域中才看的到私密顯示影像。另一方面，在本發明的各個實施例中，僅在具有較寬的角度範圍並且包括第一觀看區域的第二觀看區域中才看的到公開顯示影像。在某些實施例中，光閥的陣列可以大致相似於上文中針對可切換模式的私密顯示器200所述的光閥230的陣列。此外，私密顯示影像以及公開顯示影像可以大致相似於上文中所述的可切換模式的私密顯示器200的公開顯示影像與私密顯示影像。
因此，本發明中提供了一種可切換模式的背光板、可切換模式的私密顯示器以及可切換模式的背光板的操作方法，其採用了在第一模式中的窄角射出光以及在第二模式中包括窄角射出光與雙向射出光的廣角射出光的可切換的結合。熟知該領域的技術人士應當瞭解，上文中所敘述的實例僅為代表本發明之原理的眾多實例與實施例中的說明性範例。顯然地，熟知該領域的技術人士可以在不脫離本發明的申請專利範圍所限定之範疇的條件下做出多種其他的配置。
30‧‧‧繞射格柵
40‧‧‧導光體
50‧‧‧光束/入射光束
60‧‧‧定向光束
80‧‧‧傾斜繞射格柵
82‧‧‧繞射結構特徵
90‧‧‧虛線箭頭
100‧‧‧可切換模式的背光板
102‧‧‧窄角射出光
104‧‧‧廣角射出光
106‧‧‧雙向射出光
106a‧‧‧第一區段
106b‧‧‧第二區段
110‧‧‧第一定向背光板
112‧‧‧導光體
114‧‧‧單側散射元件
114’‧‧‧傾斜繞射格柵
114”‧‧‧繞射格柵
114”’‧‧‧反射材料層
116‧‧‧導光
120‧‧‧第二定向背光板
122‧‧‧導光體
124‧‧‧定向散射特徵/定向散射元件
124a‧‧‧第一定向散射元件/定向散射元件
124b‧‧‧第二定向散射元件/定向散射元件
130‧‧‧光源
132‧‧‧第一光源
134‧‧‧第二光源
200‧‧‧可切換模式的私密顯示器
200a‧‧‧觀看者
200b‧‧‧觀看者/另一觀看者
202‧‧‧窄角射出光
204‧‧‧雙向射出光
206‧‧‧廣角射出光
210‧‧‧第一定向背光板
220‧‧‧第二定向背光板
230‧‧‧光閥
300‧‧‧可切換模式的背光板的操作方法
310‧‧‧步驟
320‧‧‧步驟
330‧‧‧步驟
340‧‧‧步驟
I‧‧‧第一觀看區域/私密觀看區域
II‧‧‧第二觀看區域/公開觀看區域
t‧‧‧厚度
q m ‧‧‧繞射角度
q i ‧‧‧入射角度
γ‧‧‧傾斜角度/角度範圍
φ‧‧‧角度範圍
φa ‧‧‧角度範圍
φb ‧‧‧角度範圍
σ‧‧‧準直因子/角分散
σs‧‧‧角分散
p‧‧‧格柵週期
按照此說明書中所描述的原理之各種範例與實施例的特徵，在參考附圖並結合下面的詳細說明可以被更容易地理解，其中，相似的標號表示相似的結構元件，且該些附圖包括： 圖1A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一繞射格柵的範例的剖視圖； 圖1B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一傾斜繞射格柵的範例的剖視圖； 圖2A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一可切換模式的背光板的範例的剖視圖； 圖2B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了可切換模式的背光板的另一範例的剖視圖； 圖3為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了結合窄角射出光以及雙向射出光以提供廣角射出光的範例的示意圖； 圖4A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了可切換模式的背光板的一第一定向背光板的一部分的範例的剖視圖； 圖4B為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了可切換模式的背光板的第一定向背光板的一部分的範例的剖視圖； 圖5為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一第二定向背光板的一部分的範例的剖視圖； 圖6為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一可切換模式的私密顯示器的範例的方塊圖；以及 圖7為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一可切換模式的背光板的操作方法的流程圖。
某些特定的例子可能會具有其他相較於上述圖式中的特徵而言相同、額外或者可以將之取代的特徵。在下文中將參照圖式針對這些特徵以及其他的特徵進行詳細說明。

Claims (17)

  1. 一種可切換模式的背光板，包括：一第一定向背光板，被配置為在一第一模式以及一第二模式中提供窄角射出光；以及一第二定向背光板，被配置為僅在該第二模式中提供雙向射出光，該雙向射出光具有與該窄角射出光的角度範圍互補的一分岔角度範圍；其中，該窄角射出光以及該雙向射出光在該第二模式中的結合，係被配置為提供廣角射出光，且該廣角射出光具有該窄角射出光的該角度範圍以及該雙向射出光的該分岔角度範圍之總和的角度範圍，以及其中，該第一定向背光板包括：一導光體，被配置為沿著該導光體的長度將光引導為導光；以及一單側散射元件陣列，具有沿著該導光體的長度彼此間隔開來設置的複數個單側散射元件，該單側散射元件陣列係被配置為將該導光的一部分散射出來成為具有一單側方向的該窄角射出光。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的可切換模式的背光板，其中，該窄角射出光係被配置在該第一模式中僅對一第一觀看區域提供照明，該廣角射出光係被配置為在該第二模式中對包括該第一觀看區域的一第二觀看區域提供照明。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的可切換模式的背光板，其中，該單側散射元件陣列中的一單側散射元件係包括一傾斜繞射格柵，該傾斜繞射格柵係被配置為將部分的該導光從該導光體中散射出來成為該窄角射出光。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的可切換模式的背光板，其中，該單側散射元件陣列中的一單側散射元件係包括一反射模式繞射格柵，該反射模式繞射格柵係被配置為將部分的該導光從該導光體中散射出來成為具有該單側方向的該窄角射出光。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的可切換模式的背光板，進一步包括光學性地耦接於該導光體的一輸入部的一光源，該光源係用於將光提供至該導光體，該導光係根據一預定準直因子(collimation factor)被準直。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的可切換模式的背光板，其中，該第二定向背光板包括：一導光體，被配置為沿著該導光體的長度將光引導為導光；複數個第一定向散射元件，被配置為將部分的該導光散射出來成為具有該分岔角度範圍的一第一方向之該雙向射出光的一第一區段；以及複數個第二定向散射元件，被配置為將另一部分的該導光散射出來成為具有該分岔角度範圍的一第二方向之該雙向射出光的一第二區段；其中，該第一方向與該第二方向及該第一區段與該第二區段的角度範圍的結合係決定該雙向射出光的該分岔角度範圍。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述的可切換模式的背光板，其中，該等第一定向散射元件以及該等第二定向散射元件的其中一者或兩者中的一定向散射元件係包括一繞射格柵。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述的可切換模式的背光板，其中，該第一定向背光板係被配置為從一第一表面提供該窄角射出光，且該第二定向背光板係相鄰於該第一定向背光板與該第一表面相對的一第二表面，該第一定向背光板對於該雙向射出光而言為透明的結構。
  9. 一種可切換模式的私密顯示器，包括根據申請專利範圍第1項所述的可切換模式的背光板，該私密顯示器進一步包括一光閥陣列，該光閥陣列被配置為在該第一模式中將該窄角射出光調變為一私密顯示影像，並且在該第二模式中將該廣角射出光調變為一公開顯示影像，該私密顯示影像的一觀看角度係由該窄角射出光的該角度範圍所限制；其中，該第一模式為該可切換模式的私密顯示器的一私密模式，且該第二模式為該可切換模式的私密顯示器的一公開模式。
  10. 一種可切換模式的私密顯示器，包括：一第一定向背光板，被配置為在一私密模式以及一公開模式中提供窄角射出光；一第二定向背光板，被配置為僅在該公開模式中提供雙向射出光，該雙向射出光具有與該窄角射出光的角度範圍互補的一分岔角度範圍；以及一光閥陣列，被配置為在該私密模式中將該窄角射出光調變為一私密顯示影像，並且在該公開模式中將廣角射出光調變為一公開顯示影像；其中，該廣角射出光係包括該窄角射出光以及該公開模式中的該雙向射出光的結合，以及其中，該第一定向背光板係包括：一導光體，被配置為沿著該導光體的一長度將來自一光源的光引導為導光；一單側散射元件陣列，用於將該導光的一部分散射出來成為具有一單側方向的該窄角射出光，該單側方向係朝向該光閥陣列並且遠離該第二定向背光板。
  11. 根據申請專利範圍第10項所述的可切換模式的私密顯示器，其中，該私密顯示影像係被配置為在一私密觀看區域中為可見的影像，該公開顯示影像係被配置為在包括該私密觀看區域的一公開觀看區域中為可見的影像。
  12. 根據申請專利範圍第10項所述的可切換模式的私密顯示器，其中，該第一定向背光板係介於該第二定向背光板以及該光閥陣列之間，該第一定向背光板對於該雙向射出光而言為透明的結構。
  13. 根據申請專利範圍第10項所述的可切換模式的私密顯示器，其中，該單側散射元件陣列中的一單側散射元件係包括一傾斜繞射格柵以及一反射模式繞射格柵的其中之一，或同時包括兩種繞射格柵。
  14. 根據申請專利範圍第10項所述的可切換模式的私密顯示器，其中，該第二定向背光板係包括：一導光體，被配置為沿著該導光體的長度將來自一光源的光引導為導光；複數個第一定向散射元件，被配置為將部分的該導光散射出來成為具有該分岔角度範圍的一第一方向之該雙向射出光的一第一區段；以及複數個第二定向散射元件，被配置為將另一部分的該導光散射出來成為具有該分岔角度範圍的一第二方向之該雙向射出光的一第二區段；其中，該第一方向與該第二方向及該第一區段與該第二區段的角度範圍的結合係決定該雙向射出光的該分岔角度範圍。
  15. 一種可切換模式的背光板的操作方法，該方法包括：利用一第一定向背光板在一第一模式以及一第二模式中射出窄角射出光以照明一第一觀看區域；利用一第二定向背光板僅在該第二模式中射出雙向射出光，該雙向射出光具有與該窄角射出光的角度範圍互補的一分岔角度範圍；以及在該第二模式中結合該窄角射出光以及該雙向射出光以提供廣角射出光；其中，該廣角射出光係照明包括該第一觀看區域的一第二觀看區域，以及其中，射出窄角射出光的步驟係包括：沿著一導光體的長度將光引導為導光；以及利用沿著該導光體的長度彼此間隔開來的一單側散射元件陣列將部分的該導光散射出來，該單側散射元件陣列係被配置為將部分的該導光散射出來成為具有一單側方向的該窄角射出光。
  16. 根據申請專利範圍第15項所述的可切換模式的背光板的操作方法，其中，射出該雙向射出光的步驟係包括：沿著一導光體的長度將光引導為導光；利用複數個第一定向散射元件將部分的該導光散射出來，該等第一定向散射元件係被配置為將部分的該導光散射出來成為具有該分岔角度範圍的一第一方向之該雙向射出光的一第一區段；以及利用複數個第二定向散射元件將部分的該導光散射出來，該等第二定向散射元件係被配置為將另一部分的該導光散射出來成為具有該分岔角度範圍的一第二方向之該雙向射出光的一第二區段；其中，該第一方向與該第二方向以及該第一區段與該第二區段之角度範圍的結合係決定該雙向射出光的該分岔角度範圍。
  17. 根據申請專利範圍第15項所述的可切換模式的背光板的操作方法，進一步包括利用一光閥陣列對該窄角射出光以及該廣角射出光進行調變以顯示一影像，其中，顯示的該影像在該第一模式中為一私密顯示影像並且在該第二模式中為一公開顯示影像，該私密顯示影像具有由該窄角射出光的角度範圍所限制的一觀看範圍；其中，該私密顯示影像在該第一觀看區域中為可見的影像，且該公開顯示影像在包括該第一觀看區域的該第二觀看區域中為可見的影像。
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