CN108603979B - 隐私显示器和双模隐私显示系统 - Google Patents

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Abstract

隐私显示器提供在视框的视锥内唯一地可见的私人图像。隐私显示器包括：光导来引导光，衍射光栅被配置为衍射地耦合出被引导光的一部分作为衍射耦合出光，并将衍射耦合出光导入视框，以及光阀阵列，被配置为调制衍射耦合出光以提供私人图像。视框的范围由被引导光的准直因子确定。双模隐私显示系统还包括广角背光，被配置为提供广角光来分别地提供在视锥的内部和外部都可见的公开图像。在双模隐私显示系统的隐私模式下可提供私人图像，并且在其公开模式下可提供公开图像。

Description

隐私显示器和双模隐私显示系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年1月30日提交的美国临时专利申请号62/289,238、2016年6月30日提交的国际(PCT)申请号PCT/US2016/40582、以及2016年7月2日提交的国际(PCT)申请号PCT/US2016/40904的优先权并通过引用将其全文并入。
关于联邦资助研究或开发的声明
N/A
背景技术
电子显示器是用于向各种各样的设备和产品的用户传达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)以及采用机电的或电流体光调制的各种显示器(例如，数字微镜设备、电润湿显示器等)。通常，电子显示器可被分为有源显示器(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)。有源显示器中最明显的例子是CRT、PDP和OLED/AMOLED。当考虑发射的光时，被典型地归类为无源显示器的是LCD和EP显示器。虽然无源显示器常常展现出引人注目的性能特征，包括但不限于固有的低功耗，考虑到缺乏发光能力，在许多实际应用中可能会发现其在某种程度上使用有限。
附图说明
根据在本文中描述的原理的例子和实施例的各种特征可以通过参考以下结合附图的详细描述而更容易理解，其中同样的附图标记指定同样的结构元素，并且其中：
图1A根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了隐私显示器的侧视图。
图1B根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了图1A的隐私显示器的一部分的横截面视图。
图1C根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了图1A的隐私显示器的另一部分的横截面视图。
图2A根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例，在例子中示出了隐私显示器的透视图。
图2B根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了图2A的隐私显示器的一部分的平面视图。
图3根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了衍射特征间距随距离变化的图。
图4A根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了隐私显示器的一部分的横截面视图。
图4B根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例，在例子中示出了隐私显示器的一部分的横截面视图。
图5A根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例，在例子中示出了隐私显示器的一部分的横截面视图。
图5B根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例，在例子中示出了隐私显示器的一部分的横截面视图。
图6A根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了具有多个子光栅的隐私显示器的侧视图。
图6B根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例，在例子中示出了具有多个子光栅的隐私显示器的一部分的平面视图。
图6C根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例，在例子中示出了具有多个子光栅的隐私显示器的一部分的平面视图。
图6D根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例，在例子中示出了具有多个子光栅的隐私显示器的一部分的平面视图。
图7A根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了双模隐私显示器系统的侧视图。
图7B根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在另一个例子中示出了双模隐私显示器系统的侧视图。
图8根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了广角背光的横截面视图。
图9根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了隐私显示器操作的方法的流程图。
某些例子和实施例可能具有除了上述参考附图中所示的特性之外并且代替上述参考附图中所示的特征中的一个的其它特征。下文结合上述参考附图详述这些和其它特征。
具体实施方式
根据在本文中描述的原理的实施例提供了一种应用于电子显示系统的隐私显示器。根据各种实施例，该隐私显示器采用衍射光栅，被配置为从光导衍射地耦合出光。另外，该衍射光栅被配置为在视锥内引导衍射耦合出光并进入视框。根据各种实施例，隐私显示器可被用在电子显示器系统中以提供隐私观看(例如，在隐私模式下)。此外，根据一些实施例，双模隐私显示系统可提供用于一般观看的公开模式和提供被用户隐私观看的隐私模式。
在本文中，“衍射光栅”通常被定义为多个特征，其被布置来提供入射在衍射光栅上的光的衍射。在一些例子中，可以以周期的或准周期的方式布置多个特征。例如，衍射光栅可包含以一维(1D)阵列布置的多个特征(例如，在材料表面中的多个槽或脊)。在其它例子中，衍射光栅可以是特征的二维(2D)阵列。衍射光栅可以是在材料表面中的凸块或孔的2D阵列。
由此，根据本文中的定义，“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，则可引起所提供的衍射或衍射性散射，并因此被称为“衍射耦合”，其中衍射光栅可通过或根据衍射将光耦合出光导。衍射光栅也通过衍射重新定向或改变光的角度(即，在衍射角上)。具体地，作为衍射的结果，通过衍射耦合离开衍射光栅的光通常具有不同于入射到光栅上的光(即，入射光)的传播方向的传播方向。通过衍射在光传播方向上的改变在本文中被称为“衍射重定向”。因此，可以将衍射光栅理解为包含衍射地重定向入射在衍射光栅上的光的衍射特征的结构，并且如果光是从光导入射的，则衍射光栅也可将光从光导衍射地耦合出来。
此外，根据在本文中的定义，衍射光栅的特征被称为“衍射特征”，并且可以是在材料表面处、材料表面内或材料表面上(即，两种材料之间的边界)的一个或多个。例如，该表面可以是光导的表面。衍射特征可包含衍射光的各种结构中的任何一个，包括但不限于在表面处、表面中或表面上的槽、脊、孔和凸块的一个或多个。例如，衍射光栅可包含多个在材料表面中大致平行的槽。在另一例子中，衍射光栅可包含多个在材料表面升起的平行的脊。衍射特征(例如，槽、脊、孔、凸块等)可具有各种提供衍射的横截面形状或轮廓中的任何一个，包括但不限于正弦曲线轮廓、矩形轮廓(例如，二元衍射光栅)、三角形轮廓以及锯齿形轮廓(例如，闪耀光栅)中的一个或多个。
在本文中，“反射式”或“反射的”衍射光栅被定义为衍射和反射入射光的光栅。同样地，“反射式衍射”被定义为在对应于光入射侧(例如，反射式衍射光栅的)的方向上的衍射。由此，由反射式衍射光栅衍射地散射的光通常从反射式衍射光栅的与光入射到反射式衍射光栅上的一侧(即，入射光侧)相同的一侧出去或传播离开。相反地，“透射式”或“透射的”衍射光栅在本文中被定义为衍射透过衍射光栅的光、使衍射的光通常地从透射式衍射光栅的与光入射侧相反的一侧离开的衍射光栅。在一些例子中，反射式衍射光栅可包含反射或至少部分地反射入射光的反射材料或材料层(例如，反射金属)。根据各种实施例，反射式衍射光栅的衍射特征(例如，脊或槽)可以是在反射材料表面中形成的和在反射材料表面上或相邻于反射材料表面形成的一个或多个。
在本文中，“视框”被定义为一个区域或空间的体积，在其中由显示器或其它光学系统(例如，透镜系统)形成的图像是可见的，并且因此可以被观看。换言之，视框定义了空间中的位置或区域，在其中可以放置用户的眼睛以便观看由显示器或显示系统产生的图像。此外，视框通常足够大以容纳用户的双眼。在一些实施例中，视框可以表示空间的二维区域(例如，具有长度和宽度但没有实质深度的区域)，而在其它实施例中，视框可以包含空间的三维区域(例如，具有长度、宽度和深度的区域)。此外，虽然被称为“框”，但视框可不限于形状为多边形或矩形的框。例如，在一些实施例中，视框可以包含空间的圆柱形区域。在其它例子中，空间区域可以具有各种其它形状，包括但不限于椭圆柱、双曲柱面和普通椭球。
在本文中，表示为σ的“准直因子”被定义为光被准直的度数。具体地，根据本文中的定义，准直因子定义了光线在准直光束内的角展度。例如，准直因子σ可以指定准直光的光束中的大部分光线在特定的角展度内(例如，关于准直光束的中心或主角方向的+/-σ度)。根据一些实施例，准直光束的光线根据角度可以具有高斯分布，并且角展度可以是在准直光束的峰值强度的二分之一上确定的角度。
如在本文使用的，冠词“一”意在具有其在专利领域的一般含义，即“一个或多个”。例如，“光栅”是指一个或多个光栅，因此，本文中“光栅”的意思是“(一个或多个)光栅”。此外，本文中对“顶”、“底”、“上方”、“下方”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”或“右”的任何提及不是为了在本文中限制。本文中，当术语“约”应用于一个值时，通常意思是在用于产生值的设备的公差范围内，或者在一些实施例中，除非另有明确规定，否则可以表示正或负10％，或正或负5％，或正或负1％。此外，本文中所用的术语“基本上”指的是多数、或几乎全部或全部，或在约51％至约100％的范围内的量。此外，本文中的示例仅意在说明，并且是为了讨论目的而提出的，而不是作为限制。
根据在本文中描述的原理的一些实施例，提供了隐私显示器。图1A根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了隐私显示器100的侧视图。图1B根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了图1A的隐私显示器100的一部分的横截面视图。图1C根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了图1A的隐私显示器100的另一部分的横截面视图。如图1A和1C所示，隐私显示器100被配置为提供或发射光，在本文中称为“衍射耦合出”光102。此外，隐私显示器100被配置为将衍射耦合出光102导入临近(例如，上面，如图所示)隐私显示器100的空间预定义区域。具体地，如下面更详细的描述，衍射耦合出光102可以由隐私显示器100导入到与隐私显示器100相邻的视框108。在一些实施例中，衍射耦合出光102的主光线可以被引导或“瞄准”在视框108的中心或中点。隐私显示器100还被配置为调制衍射耦合出光102来“形成”或提供图像。在一些实施例中，图像被唯一地或仅提供给视框108，即，作为“私人图像”。根据各种实施例，私人图像被配置为在视框108内以及在视框108的视锥106内优先地或唯一地可见，以提供观看隐私。
根据各种实施例，隐私显示器100包括光导110。在一些实施例中(例如，如本文中所示)，光导110可以是板光导110。光导110被配置为引导光作为被引导光104。具体地，被引导光104可以沿着光导110的长度在纵向上(例如，x方向，如图所示)传播。此外，被引导光104被配置成通常远离光导110的光入口边缘112传播，例如，如图1A和1C所示。在图1A中，例如，光导110内指向远离光入口边缘112的粗体箭头示出了被引导光104沿光导长度在纵向上的主要传播方向。
根据各种实施例，光导110被配置为使用或根据全内反射来引导被引导光104。具体地，光导110可以是包含光学透明的扩展的、大体平面的片或板的电介质材料的光波导。作为平板光波导，光导110可以包括多种不同的光学透明材料中的任何一种，包括但不限于各种类型的玻璃，例如石英玻璃、碱铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃，以及大体上光学透明的塑料或聚合物，例如但不限于聚酯(甲基丙烯酸甲酯)或丙烯酸玻璃以及聚碳酸酯。在一些实施例中，光导110可以包括在光导110的表面的至少一部分(未示出)上的覆层，以进一步促进全内反射。
在各种实施例中，光可沿其光入口边缘112被耦合到光导110中。具体地，光可以以预定的非零角耦合到光导110中，以作为被引导光104以非零传播角在光波导110内传播。此外，可以根据预定的准直因子α将光耦合到光导110中。也就是说，被引导光104可以是基本准直的光，并且准直因子σ的角范围或由其定义的角范围可以表示最终作为被引导光104在光导110内传播的耦合光中的光线的角分布。根据各种实施例，衍射耦合出光102可包含基本上相似于准直因子σ或至少由准直因子σ确定的角范围，或在其中定义的角范围。例如，图1A中的表示衍射耦合出光102的实线箭头附近的虚线箭头示出衍射耦合出光102内的各种光束或光线的角范围。
在例子中，准直因子σ可以表示等于或小于约正或负四十度(即，σ≤±40°)的角展度。在其它例子中，准直因子σ可以表示等于或小于约三十度(即，σ≤±30°)、等于或小于约二十度(即，σ≤±20°)、或等于或小于约10度(即，σ≤±10°)的角展度。而在其它例子中，准直因子σ可以表示小于约五度的角展度(即，σ≤±5°)。如下面就等式(1)所描述的，视框108的尺寸可以是准直因子σ的函数。此外，除了具有预定的准直因子σ之外，考虑到全内反射，被引导光104的非零传播角通常小于光导110的临界角。
如图所示，隐私显示器100还包括衍射光栅120。在各种实施例中，衍射光栅120光学地耦合到光导110。例如，衍射光栅120可以位于光导110的表面上、表面处或邻近光导110的表面。例如，该表面可以是光导110的“顶”表面(例如，发光表面)和“底”表面(例如，相对于发光表面)中的一个或两个。在图1A-1C中，衍射光栅120在光导110的顶表面或发光表面处以示例而非限制的方式被示出。
根据各种实施例，衍射光栅120被配置为从光导110内衍射地耦合出被引导光104的一部分。具体地，被引导光104的部分可以作为衍射耦合出光102被衍射地耦合出去。此外，衍射光栅120被配置为将衍射耦合出光102导入位于与光导表面相邻且与光导表面隔开的视框108(例如，如图所示，在顶表面上)。例如，图1A将衍射地耦合出光102示出为表示从光导表面延伸到视框108的光线或光束(例如，“主光线”或“主光束”)的箭头。此外，通过衍射光栅120的定向效应，衍射耦合出光102可以在介于光导110和视框108之间的的空间区域大体地局限于视锥106(例如，大体圆锥形或角锥状的区域、或“透光”锥)。表示衍射耦合出光102的主光束的实心箭头在图1A中被描绘为指向或瞄准视框108的中心、中点或中间。在其它实施例中(未示出)，衍射光栅120可以被配置为将衍射耦合出光的光束导入视框108的其它部位，例如光束或主光线可以被分布基本遍及视框108。
在图1B的横截面视图中示出的隐私显示器100的一部分将衍射光栅120的衍射特征描绘为从波导表面凸出在z方向上的脊124。此外，如图所示，用槽122将脊124彼此分开。如图1B所示，槽122和相邻的脊124的组合表示“衍射特征”。在其它实例中，脊124和槽122可单独地被称为衍射特征。
如图1B所示，槽122的宽度用wg表示，且脊124的宽度用wr表示。本文中将槽宽度wg和脊宽度wr的和定义为“特征间距”并由Λ表示(即，Λ＝wg+wr)。特征间距的替代定义(例如，当脊124或槽122单独地称为衍射特征时)可以是相邻的一对脊124(由槽122分开)或相邻的一对槽122(由脊124分开)之间的中心到中心的距离。例如，根据一些实施例(例如，如图2A-2B所示，下文所述)槽122和脊124的宽度可以沿着衍射特征的长度基本上恒定(例如，槽122和脊124的长度)。此外，例如，又如图2A-2B所示，在一些实施例中，沿衍射特征的长度的特征间距Λ可以是基本恒定的。此外，在图1B-1C中，特征间距Λ从左到右减小，并且具体地，如图1C所示，特征间距Λ从光导110的光入口边缘112到与光入口边缘112的端部相对的光导110的末端减小。
图1C示出了隐私显示器100的一部分的横截面视图，具体地，靠近光入口边缘112的光导110的一部分。如其中所示，沿光入口边缘112耦合到光导110中的光在光导110内作为被引导光104在由各种扩展箭头指示的方向上传播。如图所示，被引导光104中的一些、104a被配置为由于全内反射而保持在光导110内。被引导光104中的其它部分、104b被衍射光栅120耦合出变成衍射耦合出光102，如图1C进一步所示。此外，被引导光方向是在衍射光栅120的特征间距Λ减小的大方向上，如下文进一步描述的。
具体地，图1C中的延伸箭头表示被引导光104a的光线在光导110内由全内反射引导的光线路径。例如，光线可以在光导110的顶表面和底表面之间“反弹”或交替。也就是说，在沿光导110的相对顶部和底部表面的各个点处，被引导光104a可以以小于光导110的临界角的角度到达相对表面。这样，被引导光104a基本上被光导110内的全内反射捕获。
在图1C中，另一个扩展箭头表示被引导光104的另一条光线的路径，被衍射光栅120耦合出光导110的104b作为衍射耦合出光102，例如，作为衍射耦合出光102的光线。根据各种实施例，与衍射光栅120相互作用的被引导光104b被衍射地耦合出光导110，例如，作为一阶衍射光束。如图所示，衍射耦合出光102可以表示相对于光导110的表面法线在衍射角θ上衍射耦合出光导110的一阶衍射光。在各种实施例中，可以基本抑制与衍射光栅120相关联的光的零阶衍射光束以及光的更高阶衍射光束。
在一些实施例中，衍射光栅120可以包含基本上直的衍射特征(例如，沿着槽122或脊124的长度是直的)。基本上直的衍射特征(例如，直的槽122和直的脊124)可提供基本上是一维的视框108。也就是说，视框108可以具有宽度(例如，在光导110的纵向方向上)，并且还可在具有与宽度方向正交的方向上的另一个尺寸(例如，长度)。例如，其它尺寸或长度可以基本上无限制或受到光导110的类似程度的限制。在其它实施例中，衍射光栅120可以包括弯曲的衍射特征或沿着衍射特征的长度布置成近似曲线的衍射特征。弯曲的衍射特征可以提供二维视框108。
图2A根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了隐私显示器100的透视图。图2B根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了图2A的隐私显示器100的一部分的平面视图。具体地，如图2A-2B所示，衍射光栅120位于隐私显示器100的光导110的表面，并且包括弯曲的衍射特征。如图所示，衍射光栅120的衍射图案被描绘为表示衍射光栅120的弯曲的衍射特征的交替的黑色和白色带，例如在光导110的表面内或表面处的槽122和脊124中的一个或两个。此外，如图2B所示，作为例子而不是限制，同心的黑色和白色曲线表示光导表面上的同心弯曲的衍射特征(例如，同心弯曲的脊和同心弯曲的槽)。同心弯曲的衍射特征具有曲率中心C，位于光导110的边缘之外。在一些实施例中，衍射光栅120的弯曲的衍射特征可以用半圆表示(即，可以是半圆形弯曲的衍射特征)。在其它实施例中，可以采用大致非圆形曲线来实现弯曲的衍射特征。例如，弯曲的衍射特征可以具有双曲线形状的曲线。同样地，在一些实施例中，同心弯曲的衍射特征可以是同心双曲形状的弯曲的衍射特征。根据各种实施例，衍射特征的曲线可以被配置为引导，并且在一些例子中，在视框108的平面中将衍射耦合出光102集中在两个正交方向上。同样地，例如，弯曲的衍射特征可以被配置为提供具有预定长度和预定宽度的二维视框108。在各种实施例中，二维视框108可以位于平行于光导表面的平面(例如，见图2A)。
根据各种实施例，衍射光栅120中衍射特征的特征间距可以随光导长度或光在波导110内的传播方向上随距离变化。例如，如图1C的横截面视图和图2B的平面视图中所示，衍射光栅120的特征间距Λ随着距离光入射边缘112(或等效于从图2B中的曲率中心C)的增加的距离减小。在图2A中，特征间距Λ也被表示为随着距离光导110的光入口边缘112的距离减小。对于弯曲的衍射特征，例如，可以沿半径R测量距离曲率中心或距离光入口边缘112的距离。例如，特征间距Λ随着距离的减小可以称为“啁啾”，并且衍射光栅120可以被称为“啁啾的”衍射光栅。此外，在一些实施例中，特征间距的减小可以表示距离的线性函数。在其它实施例中，特征间距可以根据距离的另一个(即，非线性的)距离的函数而减小，包括但不限于距离的指数函数和距离的双曲函数。
图3根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了衍射特征间距随距离变化的图200。如图所示，水平轴表示距离(例如，距离光入口边缘112的距离或沿半径R的距曲率中心C的径向距离)。例如，在水平轴上标记为“0”的点可以表示图2B中的半径R和光导110的光入口边缘112的交点。图200中的垂直轴表示衍射光栅120的衍射特征的特征间距Λ。曲线210、220和230代表不同方式的例子，在其中衍射特征的特征间距可以随着增加的距离而减小，或者作为增加的距离的函数。具体地，曲线210代表特征间距随着增加的距离的指数减小，例如，从曲率中心C。曲线220表示特征间距根据增加的距离的线性减小，例如线性啁啾或线性地啁啾的衍射光栅。曲线230表示特征间距随着增加的距离的双曲线减小。
再参照图1A，如上所述且如图所示，衍射光栅120的特征间距被配置为衍射地耦合出光并将光导入位于距离隐私显示器100为f的视框108。例如，距离f可以从光导110的顶表面测量，而且可表示预期的观看距离，如图1A所示。根据各种实施例，视框108的近似宽度w视框可以由距离f和光导110内传播的光的准直因子σ或者等效地，光沿着光入口边缘112进入光导110的准直因子σ的乘积给出。具体地，视框宽度w视框可以由等式(1)给出：
w视框＝f·σ (1)
在一些实施例中，在纵向上的(例如，光传播方向)视框宽度w视框可大于约七十毫米(70mm)。例如，大于约70mm的视框宽度w视框可对应于观看隐私显示器100的用户的眼睛之间的大约平均瞳孔距离。具体地，视框宽度w视框可足够大以容纳用户的双眼，以便于观看由隐私显示器100提供的图像。然而，例如，视框宽度w视框也可以足够小，以大体上限制视框108以外的其他人的观看，并且有效地大体限制位于视锥106外部的其他观看者的观看。
具体地，如上所讨论的，由隐私显示器100提供的衍射耦合出光102可以基本上被导入视框108中，或者等效地基本上限制在图1A中由虚线描绘的视锥106内。由此，当用户的眼睛位于视框108内时，来自隐私显示器100的光，或由其提供的图像可以优先地或唯一地进入用户的眼睛。然而，当另一人的眼睛位于视框108之外或视锥106的外部(例如，在区域106'中)时，来自隐私显示器100的光以及由其提供的图像基本上不会进入其他人的眼睛并因此可见。因此，当从视框108的外部或从视锥106外部观看时，隐私显示器100、以及特别是衍射光栅120可能看上去基本上是黑色(即，未点亮)。
在一些实施例中，视锥106的锥角可以是负锥角。在本文中“负锥角”被定义为将光集中或引导到空间中的点或相对受限的空间区域的发射光的锥角。换言之，负锥角产生包含聚光的视锥106。因此，有负锥角时，视锥106通常在尺寸上随着距离隐私显示器100的距离而减小，至少直到到达光被引导的空间点为止。当作示例而非限制，图1A和2A中的视锥106每个都具有负锥角，如图所示。与此相反，根据本文中的定义，正锥形角通常导致发散的发射光。
在一些实施例中，隐私显示器100还包括光阀阵列130。如图1A和2A所示，光阀阵列130位于光导110和视框108之间。光阀阵列130被配置为调制衍射耦合出光102以在视框108上或视框108内形成或提供图像。具体地，光阀阵列130的单个光阀可被独立地配置以提供在视框108上一起形成图像的像素。根据各种实施例，提供的图像是被视框108内的(并且在一些例子中，在视锥106内的)用户可视的。由此，当用户的眼睛在视框108内时，用户可观看图像。根据各种实施例，形成的图像在视框108或视锥106之外例如在区域106'可不可视。在一些例子中，从区域106'“被不可视”意味着形成的图像可看上去基本是黑的。
根据各种实施例，光阀阵列130可以包含基本各种各样的光阀中的任何一个，包括但不限于液晶光阀、电润湿光阀、电泳光阀或它们的组合。此外，如图1A和2A所示，光阀阵列130可被定向基本平行于光导110，以贯穿衍射耦合出光102被限制于的视锥106。例如，光阀阵列130可以包括液晶光阀阵列，其中每个可以通过调制穿透光阀的一些数量的光作为像素被单独操作。在一些实施例中，光阀可以是彩色光阀(即，光阀可以包括滤色镜)。例如，光阀阵列130可以包含多个红光阀、多个绿光阀和多个蓝光阀。例如，通过调制衍射耦合出光102，光阀阵列130的红、绿和蓝光阀一起可提供基于红绿蓝(RGB)的“全色”形成的图像。具体地，可以选择性地调制透过光阀阵列130的单个光阀的衍射耦合出光102，以在视框108和视锥106中创建全色图像或黑白图像。
在一些实施例中(例如，如图2A中所示)，隐私显示器100还包括光源140。光源140光学地耦合到光导110。例如，光源140可以沿着光入口边缘112光学地耦合到光导110，如图2A所示。根据各种实施例，光源140被配置为生成并将光142注入光导110，作为具有准直因子σ的被引导光104。光源140包括光发射器，例如但不限于发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、聚合物LED、基于等离子体的光发射器、荧光灯、白炽灯。根据各种实施例，由光源140输出的光可以包括单色光或多色光。例如，该光可以包含单一颜色的光(例如，红光、绿光或蓝光)、多个颜色的光或基本上为白光的光。
根据各种实施例，隐私显示器100的衍射光栅120可以根据各种不同的精密加工或纳米制造技术中的任何一种来提供，包括但不限于湿法蚀刻、离子铣削、光刻、压印光刻、各向异性蚀刻、等离子体蚀刻或它们的组合。例如，如图1A-1C所示，隐私显示器100的衍射光栅120可以在光导110的光学透明的电介质材料的平板的表面中使用离子铣削或等离子体蚀刻来提供。在另一实施例中，隐私显示器100的衍射光栅120可以通过在光导110的表面涂覆电介质材料、金属或其它反射材料的层、或两者的组合来提供。例如，涂覆层之后紧接着蚀刻涂覆层以形成衍射光栅120。在又一例子中，衍射光栅120可在随后贴在光导110表明的材料层中形成。
在一些实施例中，衍射光栅120可包含透射式衍射光栅。在其它实施例中，衍射光栅120可包含反射式衍射光栅。然而在其它实施例中，衍射光栅120可包含透射式衍射光栅和反射式衍射光栅。
具体地，衍射光栅120可在光导110的发光表面上包含透射式衍射光栅，例如，如图1A所示。可替代地，衍射光栅120可在光导110的与发光表面相对的另一表面上包含反射式衍射光栅。根据各种实施例，衍射光栅120可包含形成于或以其它方式提供在光导110的表面上或表面内的槽、脊或类似衍射特征。例如，槽或脊可形成于光导110的发光表面内或表面上来作为透射式衍射光栅(例如，如果1B-1C所示)。可替代地，例如，槽或脊可形成于或以其它方式提供在相对的表面内或表面上来作为反射式衍射光栅。
根据一些实施例，衍射光栅120可在各个光导表面上或表面内包含光栅材料(例如，一层光栅材料)。由此，光栅材料可基本上类似于光导110的材料。在其它例子中，光栅材料可与光导材料不同(例如，具有不同的折射率)。例如，在光导表面内的衍射光栅槽可被光栅材料填充。具体地，衍射光栅120的透射性的或反射性的槽可被不同于光导110的材料的电介质材料(即，光栅材料)填充。例如，根据一些例子，衍射光栅120的光栅材料可包含氮化硅，而光导110可以是玻璃。其它光栅材料包括但不限于也可能被用到的铟锡氧化物(ITO)。
在其它实施例中，无论是透射性的或反射性的衍射光栅120可包含放置、形成或以其它方式提供在光导110的各个表面上的脊、凸块或类似衍射特征。例如，脊或类似衍射特征可在沉积在光导110的各个表面上的电介质材料层(例如，光栅材料)上形成(例如，通过蚀刻、模塑等)。在一些例子中，衍射光栅120的光栅材料可包含反射金属。例如，反射式衍射光栅可包含反射金属层，例如但不限于金、银、铝、铜或锡，除促进衍射之外还促进反射。
图4A根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了隐私显示器100的一部分的横截面视图。图4B根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例，在例子中示出了隐私显示器100的一部分的横截面视图。具体地，图4A和4B都可示出隐私显示器100包含光导110的一部分和光栅120的一部分的部分。此外，图4A-4B中所示的衍射光栅120是透射式衍射光栅。
如图4A所示，衍射光栅120包括形成于光波导110的发光表面114中的槽122(即，衍射特征)，以形成透射式衍射光栅。图4B示出衍射光栅120，其包括在光导110的发光表面114上的光栅材料126的脊124，以形成透射式衍射光栅。例如，蚀刻或模塑光栅材料126的沉积层可以产生脊124。在一些实施例中，构成脊124的光栅材料126可包括基本上类似于光导110的材料的材料。在其它实施例中，光栅材料126可以不同于光导110的材料，例如，如图4B所示。例如，光导110可以包括玻璃或塑料/聚合物片材或板坯，并且光栅材料126可以是不同的材料，例如但不限于沉积在光导110上氮化硅。
图5A根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例，在例子中示出了隐私显示器100的一部分的横截面视图。图5B根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例，在例子中示出了隐私显示器100的一部分的横截面视图。具体地，图5A和5B都示出了光导110和衍射光栅120的部分。此外，图5A-5B中所示的衍射光栅120是反射式衍射光栅。如图所示，作为反射式衍射光栅的衍射光栅120在与发光表面114相对的光导110的表面116处或表面116上。
在图5A中，作为反射式衍射光栅的衍射光栅120包括提供在光导110的表面116中的槽122和槽122中的光栅材料126'。在这个例子中，槽122被光栅材料126'填充并且进一步支撑。此外，图5A中所示的光栅材料126'可以包括金属或类似的反射材料，以提供额外的反射，并提高衍射光栅120的衍射效率。在其它例子中(未示出)，例如，槽可被光栅材料(例如氮化硅)填充，并且然后被金属层支撑或基本覆盖。
图5B示出了作为反射式衍射光栅的衍射光栅120，包括光导110的表面116上的光栅材料126的脊124。例如，脊124可以在施加到光导110的光栅材料126(例如，氮化硅)的层中被蚀刻。在一些例子中，例如，提供金属层128以基本覆盖反射式衍射光栅的脊124，以提供增强的反射并且提高衍射效率。
在一些实施例中(例如，如图1A和2A-2B所示)，隐私显示器100的衍射光栅120可以是被配置成基本覆盖光导110的发光部分的单个衍射光栅。在其它实施例中，隐私显示器100的衍射光栅120可以包括多个子光栅，其中多个衍射光栅子光栅的每一个位于光导110的不同区域。在一些实施例中，衍射光栅子光栅可以彼此分离(即，被光导110上没有衍射特性的空间或区域)。在各种实施例中，多个衍射光栅子光栅被配置为合作地将衍射耦合出光102集中到视窗108。
图6A根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了具有多个子光栅120'的隐私显示器100的侧视图。具体地，图6A示出了如上所述的包括光导110、衍射光栅120和光阀阵列130的隐私显示器100。此外，如图所示，衍射光栅120包括多个子光栅120'(单独标记的子光栅120'a、120'b、120'c，用于下面讨论的目的)。子光栅120'在光导110的表面彼此间隔开。在图6A的隐私显示100中，光可以沿着光入口边缘112耦合进带有或具有准直因子σ的光导110中。衍射光栅120的多个子光栅120'被配置为衍射地耦合出在光导110中被引导的光的一部分作为衍射耦合出光102。此外，多个子光栅120'被配置为在距离光导110的f处将衍射耦合出光102合作地导入视框108。
图6B根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例，在例子中示出了具有多个子光栅120'的隐私显示器100的一部分的平面视图。图6B的隐私显示器100可以与图6A中所示的隐私显示100基本上类似。具体地，如图6B所示，衍射光栅120的子光栅120'，例如，包括单独标记的子光栅120'a、120'b、120'c，在y方向上横跨光导表面形成条带。每个子光栅120'中衍射特征的宽度和特征间距(例如，槽或脊)在x方向上(光导110的纵向方向)从左到右减小。此外，如图所示，在相邻的形成子光栅120'的条带之间提供空隙。例如，空隙可以表示光导表面的未图案化或未蚀刻的区域。同时，多个子光栅的120'可近似单个或连续衍射光栅120，例如，代表图2B中所示的衍射光栅120的子光栅的实施例。
图6C根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例，在例子中示出了具有多个子光栅120'的隐私显示器100的一部分的平面视图。具体地，如图6C所示，衍射光栅120的子光栅120'包含由x方向和y方向上的空隙隔开的区域(例如，弯曲的槽和弯曲的脊中的一个或两个的矩形区域)。每个子光栅120'内的衍射特征的宽度和特征间距(例如，槽或脊)在x方向(光导110的纵向)上从左到右减小。例如，图6C的隐私显示器100可以与图6A中所示的隐私显示100基本上类似。如图6C所示，多个子光栅120'，例如，包括单独标记的子光栅120'a、120'b、120'c，在x方向和y方向上跨过光导表面形成二维阵列。又如图6B所示，图6C中所示的子光栅120'可以近似单个衍射光栅120，例如，代表图2B中所示的衍射光栅120的另一个子光栅的实施例。
在一些实施例中，子光栅120'可以包括布置在光导110上基本上直的衍射特征来近似弯曲的衍射特征。图6D根据与在本文中描述的原理一致的另一实施例，在例子中示出了具有多个子光栅120'的隐私显示器100的一部分的平面视图。如图6D所示，不同的子光栅120'具有不同的特征间距和不同的衍射光栅方向，它们共同地近似衍射光栅120的弯曲的(尽管是分段弯曲)衍射特征。此外，每个子光栅120'中衍射特征的宽度和特征间距(例如，槽或脊)在x方向(光导110的纵向方向)从左到右减小。例如，近似弯曲的衍射特征结合起来可以基本上近似图2B中所示的衍射光栅120的弯曲的衍射特征。此外，例如，图6D的隐私显示器100可以基本上类似于图6A所示的隐私显示器100。具体地，如图6D所示，子光栅120'，例如，包括单独标记的光栅120'a、120'b、120'c，在x方向和y方向上跨过光导表面形成另一个二维阵列，例如表示衍射光栅120的另一个子光栅的实施例。
要注意的是，在本文的各种图示中，衍射特征的横截面图用矩形槽和脊表示，以便于说明而不是限制。具体地，根据各种实施例，衍射光栅的衍射特征可以具有多种其它横截面形状，包括但不限于锯齿形、梯形或半球形。例如，衍射光栅的衍射特征可以具有梯形横截面的脊。
根据与在本文中描述的原理一致的其它实施例，提供了双模隐私显示系统。图7A根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了双模隐私显示器系统300的侧视图。图7B根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在另一个例子中示出了双模隐私显示器系统300的侧视图。双模隐私显示系统包括隐私操作模式和公开操作模式。具体地，图7A示出了在隐私操作模式中或在隐私操作模式期间的双模隐私显示系统300，并且图7B示出了在公开操作模式中或在公开操作模式期间的双模隐私显示系统300。
双模隐私显示系统300被配置为在每个隐私和公开模式中或期间提供通过或使用调制发射光302形成的图像。在隐私模式中，双模隐私显示系统300被配置为提供私人图像。根据各种实施例，私人图像可以被配置为在视框308的视锥306内是唯一地可见。此外，在视锥306之外的区域306'中，私人图像基本上不可见。在一些实施例中，视锥306和视框308可以基本上分别类似于上述关于隐私显示器100的视锥106和视框108。在公开模式下，双模隐私显示系统300被配置为提供公开图像。根据各种实施例，公开图像被配置为在视框308和视锥306的内部和外部都可见。双模隐私显示系统300被配置为在隐私模式和公开模式之间可切换。双模隐私显示系统300可以在隐私模式和公开模式之间可切换，例如，以便当用户想要隐私时提供私人图像，否则提供公开图像。
如图7A和7B所示，双模隐私显示系统300包括广角背光310。广角背光310被配置为在公开模式(的操作)中提供广角发射光302、302'。根据定义，“广角”发射光302'被定义为具有大于视框308的视锥306的锥角的锥角的光。例如，如果视锥306具有负锥角，则广角光可以具有正锥角。在一些例子中，广角光可以具有大于约十度的锥角(例如，>±10°)。在其它例子中，广角光锥角可大于约二十度(例如，>±20°)，或大于约三十度(例如，>±30°)，或大于约四十度(例如，>±40°)。例如，广角光的锥角可以是大约六十度(例如，>±60°)。在一些例子中，广角光锥角可以与LCD计算机显示器、LCD平板、LCD电视或用于广角观看的(例如，大约±40-65°)类似数字显示设备的视角大致相同。在一些例子中，由广角背光310提供的广角发射光302也可以被表征为漫射光。在图7A中，广角发射光302、302'用虚线箭头表示以便于说明。然而，图7A中表示广角发射光302、302'的虚线箭头并不表示发射光302的任何特定的方向性，而是仅代表光的发射和透射，例如，从广角背光310透过基于光栅的背光320和光阀阵列330，如下所述。
根据一些实施例，广角背光310具有被配置成提供广角发射光302、302'(例如，如图7A所示)的发光表面310'。此外，在一些实施例中，发光表面310'可以基本上是平面的。例如，广角背光310可以是具有平面发光表面310'的直接发射或直接被照明的平面背光。直接发射或直接被照明的平面背光包括但不限于采用冷阴极荧光灯(CCFLs)、霓虹灯或发光二极管(LEDs)的平面阵列的背光面板，被配置为直接照亮平面的发光表面310'并且提供广角发射光302、302'。电致发光面板(ELP)是直接发射平面背光的另一个非限制性示例。
在其它例子中，广角背光310可以包括采用间接光源的背光。这种间接照明的背光可以包括但不限于边缘耦合或所谓的“边缘照明”背光的各种形式的任何一种或多种。边缘照明背光通常包括耦合到光导或类似的引导结构(例如，中空引导腔)的边缘或侧面的光源(图7A-7B中未示出)。边缘耦合光源被配置为照亮引导结构以在边缘照明背光内提供光。例如，边缘耦合光源可以包括但不限于CCFL或LED。根据各种实例，引导结构可以被配置为使用全内反射(TIR)、镜像表面(例如，镜像后表面)或其组合来引导来自边缘耦合光源的光。此外，在一些例子中，在广角背光310中采用的边缘照明背光的引导结构可以具有带有平行的相对表面(例如，顶和底表面)的大致矩形的横截面。在其它例子中，引导结构可以具有锥形或楔形横截面(即，引导结构可以是“楔形的”)，其具有基本上不平行于第二相对表面的第一表面。
用作广角背光310的边缘照明背光还可包括提取特征(图7A-7B中未示出)。提取特征被配置为从引导结构中提取光，并在远离引导结构的方向上将所提取的光重定向。例如，提取特征可以提取光并引导所提取的光作为远离边缘照明背光的平面发光表面310'的广角发射光302、302'。提取特征可以包括但不限于，与引导结构的表面(例如，顶表面)相邻的各种微棱柱膜或层，或者位于引导结构本身内或与其一对相反的一个或两个表面相邻的各种散射体或反射器。
图8根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了广角背光310的横截面视图。具体地，图8所示的广角背光310表示间接或边缘照明背光的一个例子。如图8所示，广角背光310包括耦合到广角背光310的边缘的光源312。边缘耦合光源312被配置为在广角背光310内产生光。此外，如示例性而非限制性地说明，图8所示的广角背光310包括具有提取特征316的楔形引导结构314。所示的提取特征316包括与平面发光表面310'(即，顶表面)相邻的微棱镜层316'和在与平面发光表面310'相对的引导结构314的表面(即背面)上的反射层316”。根据各种实施例，来自在引导结构314内引导的边缘耦合光源312的光被重定向、散射出或以其它方式由提取特征从引导结构314中提取出来，以提供广角发射光302、302'。
在一些实施例中，无论是直接发射还是边缘照明(例如，如图8所示)的广角背光310还可以具有一个或多个附加层或膜，包括但不限于亮度增强膜(BEF)、漫射器或漫射层、以及翻转膜或层。例如，漫射器可以被配置成提供广角发射光302、302'作为基本的漫射光。图8示出了广角背光310还包括与平面发光表面310'相邻的漫射器318，并且被配置为提供漫射广角发射光302，302'。根据各种实施例(图8中未示出)，广角背光310的其它层或膜(例如，BEF、转向层等)也可以与平面发光表面310'相邻。
再次参考图7A-7B，双模隐私显示系统300还包括基于衍射光栅的背光320。基于衍射光栅的背光320被配置为在双模隐私显示系统300的隐私模式操作中或隐私模式操作期间提供并引导衍射耦合出光进入视框308。具体地，基于衍射光栅的背光320被配置为在隐私模式期间(例如，用于提供私人图像)提供衍射耦合出光作为方向性的发射光302，302”。此外，当在隐私模式中提供时，方向性的发射光302、302”被引导向与双模隐私显示系统300隔开的视框308。此外，方向性的发射光302、302”基本上限制在双模隐私显示系统300和视框308之间的视锥306中，例如，如图7B所示。
根据各种实施例，基于衍射光栅的背光320对广角发射光302、302'是基本上透明的。具体地，根据各种实施例，例如，如图7A所示，广角发射光302，302'可在双模隐私显示系统300的公开模式操作中或操作期间轻易地穿透基于衍射光栅的背光320。
在一些实施例中，基于衍射光栅的背光320可以基本上类似于上述的隐私显示器100的光导和衍射光栅的组合。具体地，如图7A-7B所示，基于衍射光栅的背光320可以包括被配置为引导光的光导322。光导322可以基本上类似于隐私显示器100的光导110。例如，光导322可包含被配置为通过全内反射来引导光的光学透明材料的板。此外，光可以以非零传播角并根据准直因子σ引入并在在光导322内被引导。在各种实施例中，在光导322内引导的光可以由光源(未示出)提供，并且在光导322的光入口边缘引入或耦合到光导322中。
如图7A-7B所示，基于衍射光栅的背光320还可包括衍射光栅324。衍射光栅324可以位于光导322的表面处，如图7A-7B所示。衍射光栅324被配置为将被引导光的一部分从光导322中衍射地耦合出来，作为衍射耦合出光。此外，衍射光栅324被配置为将衍射耦合出光导入视框308中，即，经引导的、衍射耦合出光是基于衍射光栅的背光320的方向性的发射光302，302”。在一些实施例中，衍射光栅324可基本上类似于上述关于隐私显示器100的衍射光栅120。
例如，根据一些实施例，衍射光栅324可以包括衍射特征，其在相邻衍射特征之间具有随着距离光入射边缘的增加的距离减小的特征间距。此外，例如，视框308的范围可以由光导322内的被引导光的准直因子σ确定。此外，根据一些实施例，通过选择或调整准直因子σ，视框范围可以是可选择的或可调整的。在一些实施例中，衍射光栅324可以包括多个弯曲的衍射特征(例如，双曲或半圆弯曲的衍射特征)，其被配置为在两个正交方向上引导衍射耦合出光，以将视框308提供为具有二维视锥306的二维视框308。在一些实施例中，衍射光栅324可以包括由空隙将彼此分隔的多个子光栅(未示出)。例如，多个子光栅可以被配置为合作地将衍射耦合出光导入视框308。在一些实施例中，视框锥角可以是负锥角。
根据各种实施例(例如，如图7A-7B所示)，双模隐私显示系统300还包括光阀阵列330。光阀阵列330被配置为调制广角发射光302、302'以在公开模式下提供公开图像。此外，光阀阵列330被配置为调制衍射耦合出光(即，方向性的发射光302、302”)，以在隐私模式下提供私人图像。如上所记，所提供的私人图像被配置为在视框308的视锥306内唯一地可见。此外，如上所记，公开图像被配置为在视框308的视锥306内部和外部都可见。根据一些实施例，光阀阵列330可以基本上类似于上面关于隐私显示器100描述的光阀阵列130。例如，在一些实施例中，双模隐私显示系统300可以表示或基本上类似于隐私显示器100和广角背光310的组合。
根据一些实施例，双模隐私显示系统300还可以包括在广角背光310和基于衍射光栅的背光320之间的遮光层340。根据一些实施例，遮光层340被配置为选择性地阻挡从基于衍射光栅的背光320发射的光进入广角背光310。具体地，遮光层340被配置为阻挡从基于衍射光栅的背光320发射的基本朝向广角背光310的光。另一方面，遮光层340被配置为透射从广角背光310发射的基本朝向基于衍射光栅的背光320的光。因此，根据一些实施例，遮光层340可以表示单向遮光层340。在其它实施例中，遮光层340可以被配置为选择性地阻挡光，例如从广角背光310穿透遮光层340并到达基于衍射光栅的背光320。在这些实施例中，遮光层340可以仅在双模隐私显示系统300的特定模式期间阻挡光。用图7B中的网状剖面线来表示被配置为阻挡光的遮光层340，而图7A中没有网状剖面线，说明遮光层340被配置为透光(例如，来自广角背光310的广角发射光302、302')。
根据一些实施例，遮光层340可以被配置为提供无源光阻挡或有源(例如，切换的)光阻挡。例如，遮光层340可以是提供方向选择性遮光的基本的无源层。可以用作遮光层340的无源层的例子包括但不限于所谓的单向理想吸收体、偏振器或偏振层、或角滤波器。无源层的其它例子可以包括多波段滤波器(例如，多波段彩色滤色镜)，例如，其被配置为选择性地阻挡(例如反射、吸收等)由基于衍射光栅的背光320产生的特定波长的光，同时允许由广角背光310产生的不同波长的光通过。
在另一个例子中，遮光层340可以是有源层，被配置为在光阻挡模式或条件下阻挡光穿透，并且在透光模式或条件下传输光。有源遮光层340可以选择性地切换到遮光条件，以防止当基于衍射光栅的背光320激活时，光被透射向或进入广角背光310中。基于衍射光栅的背光320在双模隐私显示系统300的隐私模式中激活，以提供方向性的发射光302、302”，例如，如图7B所示。此外，当广角背光310激活时，有源遮光层340可以选择性地切换到透光条件，以允许光从激活的广角背光310传播出，并通过基于衍射光栅的背光320作为广角发射光302、302'，例如，如图7A所示。例如，当双模隐私显示系统300处于公开模式时，广角背光310是激活的。有源遮光层340的例子包括但不限于光阀(例如，液晶光阀)或类似的可切换吸收层。其它例子包括各种其它基于机电结构(例如，微机电或MEMS反射镜等)、电吸收(例如，基于半导体的)、或各种非线性晶体或有机聚合物的所谓“有源”快门配置。
根据在本文中描述的原理的其它实施例，提供了一种隐私显示器操作的方法。图9根据与在本文中描述的原理一致的实施例，在例子中示出了隐私显示器操作方法400的流程图。如图9所示，隐私显示器操作的方法400包括引导410光导中的光作为被引导光。在一些实施例中，被引导光可以沿着光导的长度被引导410。例如，该光可以在纵向方向被引导。此外，该光根据准直因子被引导410。根据一些实施例，光导可以基本上类似于上述关于隐私显示器100的光导110。例如，光导可以是包括光透明材料板的板光导，被配置为使用全内反射来引导410光。此外，被引导光可以具有基本上类似于上述关于光导110的准直因子σ的预定准直因子。此外，被引导光可在非零传播角上被引导。
如图9所示，隐私显示器操作的方法400进一步包括衍射耦合出420一部分被引导光并将衍射耦合出光导入视框。根据各种实施例，利用光学地耦合到光导的衍射光栅衍射耦合出420被引导光部分。在一些实施例中，用于衍射耦合出420被引导光部分的衍射光栅可以位于光导的表面。此外，衍射耦合输出420光被引导入的视框可以位于与光导表面隔开且相邻的位置。用于衍射耦合出420被引导光部分的衍射光栅可以基本上类似于上述隐私显示器100的衍射光栅120。具体地，衍射光栅可以是包含衍射特征的啁啾衍射光栅，该衍射特征具有随着距光导的光入口边缘增加的距离减小的特征间距。此外，衍射光栅可以包括弯曲的衍射特征。弯曲的衍射特征可以被配置为在两个正交方向上引导衍射耦合出光以提供二维(2D)视框，例如，其具有由被引导光的准直因子确定的范围。此外，在一些实施例中，视框可以基本上类似于上述具有视锥106的视框108。
图9中所示的隐私显示器操作的方法400进一步包括调制430衍射耦合出光，以在视框内形成私人图像。此外，根据各种实施例，私人图像可以在视框的视锥内唯一地可见以提供观看隐私。根据各种实施例，使用位于光导和视框之间的光阀阵列调制430衍射耦合出光。根据一些实施例，光阀阵列可以基本上类似于上述的关于隐私显示器100的光阀阵列130。例如，光阀阵列可包含多个液晶光阀。
在一些实施例中(图9中未示出)，隐私显示器操作的方法还可包括在光入口边缘光学地耦合光进入光导作为被引导光，例如，使用光源。在一些实施例中，光源可以基本上类似于上述隐私显示器100的光源140。具体地，根据一些实施例，光学地耦合光进入光导可以包括提供具有预定准直因子的被引导光，如上所述。
在一些实施例(未示出)中，隐私显示器操作的方法还可包括使用广角背光提供广角光，以及调制所提供的广角光以形成公开图像。根据各种实施例，公开图像可以在视框的视锥的内部和外部都可见。此外，公开图像可以在公开模式期间形成，并且私人图像可以在隐私模式期间形成。由此，在一些实施例中，包括形成公开图像和私人图像的隐私显示器操作的方法可以是双模隐私显示系统操作的方法。具体地，在一些实施例中，用于提供广角光的广角背光可以基本上类似于上述关于双模隐私显示系统300的广角背光310，并且还可包括基本上也类似于上述广角背光310和基于衍射光栅的背光320之间的遮光层340的遮光层。
因此，已经描述了隐私显示器、双模隐私显示系统的例子和实施例，以及在视框中和视锥内提供私人图像的隐私显示器操作的方法。应该理解的是，上述例子仅仅是说明了代表本文所述原理的许多具体实例中的一些。显然，本领域技术人员可以在不脱离下述权利要求所定义的范围的情况下，轻易地设计出许多其它布置。

Claims (21)

1.一种隐私显示器，包括：
光导，被配置为根据准直因子引导光；
在所述光导表面的衍射光栅，所述衍射光栅被配置为从所述光导衍射地耦合出被引导光的一部分作为衍射耦合出光，并将所述衍射耦合出光导入视框；以及
光阀阵列，被配置为调制所述衍射耦合出光以提供私人图像，
其中，所述视框的范围由所述准直因子确定，所述私人图像被配置为在所述视框的视锥内唯一地可见以提供观看隐私。
2.权利要求1所述的隐私显示器，其中，所述衍射耦合出光的主光束被导向所述视框的中间。
3.权利要求1所述的隐私显示器，其中，所述视框是位于平行于所述光导表面的平面的二维视框，并且其中所述衍射光栅包括多个弯曲的衍射特征，被配置为在两个正交方向上将所述衍射耦合出光导入所述视框的平行平面。
4.权利要求3所述的隐私显示器，其中，所述多个弯曲的衍射特征包括具有曲率中心的同心曲线脊和同心曲线槽中的一个或两个。
5.权利要求3所述的隐私显示器，其中，所述多个弯曲的衍射特征具有双曲线形状的曲线。
6.权利要求1所述的隐私显示器，其中，所述衍射光栅包括在相邻的衍射特征之间具有特征间距的衍射特征，所述特征间距随着距离所述光导的光入口边缘的距离减小。
7.权利要求1所述的隐私显示器，其中，所述视锥具有负锥角。
8.权利要求1所述的隐私显示器，其中，所述衍射光栅包括多个子光栅，所述多个子光栅在光导表面相间隔，并且被配置为合作地将所述衍射耦合出光集中到视框里。
9.权利要求1所述的隐私显示器，其中，所述隐私显示器在正交于所述光导表面的方向上光学地透明。
10.一种双模隐私显示系统，包含权利要求1所述的隐私显示器，所述双模隐私显示系统还包括广角背光，被配置为提供广角光，所述光导在所述广角背光和所述光阀阵列之间，所述光阀阵列进一步被配置为调制所述广角光，其中，所述双模隐私显示系统具有隐私模式，被配置为利用由所述光阀阵列调制的衍射耦合出光来提供私人图像，并且还具有公开模式，被配置为利用由所述光阀阵列调制的广角光来提供公开图像，所述公开图像被配置为在视锥的内部和外部都可见。
11.一种双模隐私显示系统，包括：
广角背光，被配置为在所述双模隐私显示系统的公开模式下提供广角发射光；
基于衍射光栅的背光，被配置为在所述双模隐私显示系统的隐私模式下提供衍射耦合出光作为进入视框的方向性的发射光；以及
光阀阵列，被配置为在所述公开模式下调制所述广角发射光来提供公开图像，并且在所述隐私模式下调制所述方向性的发射光来提供私人图像，
其中，所述私人图像被配置为在所述视框的视锥内唯一地可见，所述公开图像被配置为在所述视锥的内部和外部都可见。
12.权利要求11所述的双模隐私显示系统，其中，所述基于衍射光栅的背光包括：
光导，被配置为根据准直因子引导光；以及
在所述光导表面的衍射光栅，所述衍射光栅被配置为从所述光导衍射地耦合出被引导光的一部分作为衍射耦合出光，并将所述衍射耦合出光作为方向性的发射光导入视框，
其中，所述视框的范围由所述准直因子确定。
13.权利要求12所述的双模隐私显示系统，其中，所述衍射光栅包括：在相邻的衍射特征之间具有特征间距的衍射特征，所述特征间距随着距离所述光导的光入口边缘增加的距离减小。
14.权利要求12所述的双模隐私显示系统，其中，所述衍射光栅包括多个弯曲的衍射特征，被配置为在两个正交方向上引导所述衍射耦合出光作为方向性的发射光，以提供作为具有二维视锥的二维视框的视框。
15.权利要求12所述的双模隐私显示系统，还包括光学地耦合到所述光导的光入口边缘的光源，所述光源被配置为将光注入到具有所述准直因子的所述光导中作为被引导光。
16.权利要求12所述的双模隐私显示系统，其中，所述衍射光栅包括在所述光导表面彼此间隔的多个子光栅，所述多个子光栅被配置为合作地将所述衍射耦合出光导入所述视框。
17.权利要求11所述的双模隐私显示系统，其中，所述视锥的锥角是负锥角。
18.一种隐私显示器操作的方法，所述方法包括：
根据准直因子在光导中引导光作为被引导光；
衍射地耦合出所述被引导光的一部分作为衍射耦合出光，并且使用光学地耦合到所述光导的衍射光栅将所述衍射耦合出光导入视框；以及
使用光阀阵列调制所述衍射耦合出光以在所述视框内形成私人图像，
其中，所述视框的范围由所述准直因子确定，所述私人图像在所述视框的视锥内唯一地可见以提供观看隐私。
19.权利要求18所述的隐私显示器操作的方法，其中，所述衍射光栅包括具有特征间距的多个弯曲的衍射特征，所述特征间距随着距离所述光导的光入口边缘增加的距离减小。
20.权利要求18所述的隐私显示器操作的方法，还包括将由光源提供的光在光入口边缘光学地耦合进入所述光导作为所述被引导光，其中，光学地耦合光提供带有所述准直因子的所述被引导光。
21.权利要求18所述的隐私显示器操作的方法，还包括使用广角背光提供广角光，并且调制所提供的所述广角光以形成公开图像，所述公开图像在所述视框的视锥的内部和外部都可见，其中，所述公开图像在公开模式期间形成，且所述私人图像在隐私模式期间形成。
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