CN109906391B - 具有非对称转向膜的多路复用背光源 - Google Patents

具有非对称转向膜的多路复用背光源 Download PDF

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Abstract

本公开描述了非对称转向膜(ATF)，该非对称转向膜可与液晶显示组件中的多个光源结合使用以提供光的多种不同特征输出分布。在一些示例中，ATF包括限定具有两个或更多个面的多个微结构的结构化表面，其中每个面被配置成在不同方向上反射光。微结构可限定微结构轴线和角度梯度，角度梯度表征微结构轴线横跨ATF的结构化表面的旋转。

Description

具有非对称转向膜的多路复用背光源
技术领域
用于液晶显示器的非对称转向膜。
背景技术
转向膜用于许多显示器和照明应用以改变光的角分布。转向膜一般具有通过折射和/或反射光来操作的特征。转向膜可与光源和液晶显示器结合使用以提供所需的输出光。
在显示器应用中的时态复用通常是指以比人类观察的可感知极限快的速率通过同一背光源架构提供非连续的一系列图像。大脑将单独的图像感知为组合的单幅图像。
发明内容
在一些示例中，本公开描述了一种显示装置，其包括具有不同取向的光分布的第一光源和第二光源；非对称转向膜，所述非对称转向膜包括第一主表面和结构化表面，其中第一主表面限定垂直于第一主表面延伸的显示轴线，并且其中结构化表面包括横跨结构化表面形成的多个微结构对，其中多个微结构对中的每个包括：第一微结构，所述第一微结构具有在第一顶部处交叉的第一面和第二面，其中第一微结构限定从第一顶部延伸并且均等地分开第一面和第二面之间的角度的第一微结构轴线，其中第一微结构轴线和显示轴线限定第一角度(α)，并且其中第一面优先反射来自第一光源的光，并且第二面优先反射来自第二光源的光；以及第二微结构，所述第二微结构具有在第二顶部处交叉的第三面和第四面，其中第二微结构限定从第二顶部延伸并且均等地分开第三面和第四面之间的角度的第二微结构轴线，其中第二微结构轴线和显示轴线限定第二角度(β)，并且其中第三面优先反射来自第一光源的光，并且第四面优先反射来自第二光源的光。在显示装置的一些示例中，第一微结构和第二微结构彼此直接相邻；第一面、第二面和第四面全部被配置成在不同方向上反射光；多个微结构对限定横跨结构化表面移动的约0.01度/毫米(°/mm)至约0.08°/mm的第一角度梯度(Δα)，以及横跨结构化表面移动的约0.01°/mm至约0.08°/mm的第二角度梯度角(Δβ)。
在一些示例中，本公开描述了一种显示装置，其包括具有不同取向的光分布的第一光源和第二光源，以及具有第一主表面和结构化表面的非对称转向膜，其中第一主表面限定垂直于所述第一主表面延伸的显示轴线，并且其中所述结构化表面包括横跨结构化表面形成的多个微结构对。在显示装置的一些示例中，多个微结构对中的每个包括：第一微结构，所述第一微结构包括在第一顶部处交叉的第一面和第二面，其中第一微结构限定与显示轴线垂直测量的第一微结构宽度(W1)，并且其中第一面优先反射来自第一光源的光，并且第二面优先反射来自第二光源的光；以及第二微结构，所述第二微结构包括在第二顶部处交叉的第三面和第四面，其中第二微结构限定与显示轴线垂直测量的第二微结构宽度(W2)，并且其中第三面优先反射来自所述第一光源的光，并且第四面优先反射来自第二光源的光，其中第一微结构和第二微结构彼此直接相邻，其中第一面、第二面和第四面全部被配置成在不同方向上反射光，并且其中微结构对限定等于W1/W2的宽度比(WR)，其中多个微结构对限定横跨结构化表面移动的约0.2/微米(μm)至约1.3/μm的宽度比梯度(ΔWR)。
在一些示例中，本公开描述了一种显示装置，其包括具有不同取向的光分布的第一光源和第二光源，以及包括第一主表面和结构化表面的非对称转向膜，其中第一主表面限定垂直于所述第一主表面延伸的显示轴线，并且其中所述结构化表面包括横跨结构化表面形成的多个微结构对。在显示装置的一些示例中，每个微结构包括：第一侧，其包括第一面，其中第一面优先反射来自第一光源的光；以及第二侧，其包括第二面和第三面，其中第二面和第三面优先反射来自第二光源的光，其中第一面和第二面在顶部处交叉，其中微结构限定从第一顶部延伸并且均等地分开第一面与第二面之间的角度的微结构轴线，其中微结构轴线和显示轴线限定第一角度(α)，并且其中第一面、第二面和第三面全部被配置成在不同方向上反射光。在显示装置的一些示例中，多个微结构限定横跨结构化表面移动的约0.01度/毫米(°/mm)至约0.08°/mm的第一角度梯度(Δα)。
在一些示例中，本公开描述了一种显示装置，所述显示装置包括具有不同取向的光分布的第一光源和第二光源，以及包括第一主表面和结构化表面的非对称转向膜，其中第一主表面限定垂直于第一主表面延伸的显示轴线，其中结构化表面包括横跨结构化表面形成的多个微结构，其中多个微结构中的每个微结构包括具有第一面的第一侧和具有第二面与第三面的第二侧，其中第一面优先反射来自第一光源的光，第二面和第三面优先反射来自第二光源的光。在显示装置的一些示例中，第一面和第二面在顶部处交叉，其中第一面、第二面和第三面全部被配置成在不同方向上反射光，其中微结构限定与显示轴线垂直测量的微结构宽度(W)，其中非对称转向膜限定作为非对称转向膜上的位置的函数的多个微结构的相应微结构宽度的变化(ΔW)。
附图和以下描述中阐述了本公开的一个或多个示例的细节。根据说明书和附图以及权利要求书，本公开的其它特征、目标和优点将显而易见。
附图说明
图1A为示例显示组件的示意性正视剖视图，该示例显示组件包括分别具有不同取向的光分布的第一光源和第二光源以及定位成接收来自第一光源和第二光源的光的非对称转向膜(ATF)。
图1B为图1A的ATF的一部分的放大示意性剖视图，其示出单个微结构对。
图2A为图1的显示组件的示例图像投影的示意图。
图2B为图1A的显示组件的示例亮度曲线图，如在显示表面的中心位置处测量的那样。
图3A为可由图1A的显示组件示出的示例主显示图像。
图3B和图3C为可由图1A的显示组件示出的示例性次级显示图像。
图4为图1A的ATF的一部分的另一个放大示意性剖视图，其示出单个微结构对。
图5为显示组件的示例图像投影的示意图，该显示组件包括具有微结构对的ATF，微结构对包括横跨ATF的结构化表面的恒定微结构角。
图6为包括多个微结构对的ATF的示意性正视剖视图。
图7为包括图6的ATF的显示组件的示例图像投影的示意图。
图8为包括具有多个类似形状的微结构的ATF的示例性显示组件的示意性正视剖视图。
具体实施方式
本公开描述了可与液晶显示组件中的多个光源结合使用以提供光的多种不同特征输出分布的非对称转向膜(ATF)。在一些示例中，光的不同输出分布可用于创建指向主观察者位置的同轴输出分布和指向更宽的公共/外围观察位置的分裂叶状偏轴输出分布。在一些示例中，同轴输出分布和偏轴输出分布可用于建立私有视图显示(例如，同轴分布)和公共或非私有视图显示(例如，偏轴视图显示)。除此之外或另选地，ATF可与多路复用显示器结合使用以将不同图像递送至不同观察位置，例如，将主图像递送至同轴观察位置和将第二图像递送至离轴观察位置。
本文所述的ATF可以具有多个微结构的(例如，棱镜)，每个微结构具有被配置成优先反射来自不同光源的不同方向的光的至少两个面。在一些示例中，多个微结构可以被认为是多个微结构对，它们共同产生两种不同的光输出分布。例如，图1A为显示组件100的示意性正视剖视图，显示组件100包括分别具有不同取向的光分布122、132的第一光源120和第二光源130以及定位成接收来自第一光源120和第二光源130的光的非对称转向膜(ATF)110。显示组件100还可包括液晶显示单元(LCD 140)和控制器150。如下文进一步所述，控制器150可被配置成与第一光源120和第二光源130结合驱动LCD 140以用作多路复用显示器。例如，控制器150可被配置成在经由第一光源120照射的主显示图像和经由第二光源130照射的次级显示图像之间快速地切换LCD 140。
ATF 110可以包括第一主表面118和与表面118相对的第二主表面，第二主表面由多个微结构对114组成。每个微结构对114可包括彼此相邻的第一微结构112a和第二微结构112b。相应微结构中的每个(例如，第一微结构112a和第二微结构112b)可为在ATF的实质上相同方向上(例如，棱镜)(在图1A的示例性构型中，沿轴线进入/离开页面)延伸的线性微结构。
在一些示例中，第一主表面118可为实质上平滑的(例如，平坦的或接近平坦的)，限定垂直于第一主表面118延伸的显示轴线119。然而，在所有示例中，表面不需要是完全平滑的，并且只要表面不含微结构，就可称为实质上平滑的表面。例如，在主表面118上可包括或掺入防浸润或防炫光珠状涂层，并且出于该应用的目的，此类表面仍然可被认为是实质上平滑的。换句话讲，在不粗糙的意义上不使用平滑的，相反，它是在非结构化的意义上使用的。在一些示例中，第一主表面118可以邻近LCD 140定位，使得显示轴线119和LCD 140的显示轴线实质上对齐。显示轴线119可与显示组件100的显示表面的法线实质上对齐(例如，对齐或几乎对齐)。因此，显示轴线119可被认为与显示组件100的显示轴线相同。
图1B为ATF 110的一部分的放大示意性剖视图，其示出包括第一微结构112a和第二微结构112b的单个微结构对114。如图所示，第一微结构112a可包括交叉以形成第一顶部115a的第一面113a和第二面113b。在一些示例中，第一面113a可定位成使得来自第一光源120的入射在第一微结构112a上的光优先由第一面113a朝向LCD 140反射(例如，来自第一光源120的入射在第一微结构112a上的实质上所有光由第一面113a反射，除了由于散射或与显示组件100的低效现象相关的其它损失而损失的光之外)。例如，第一光源120产生第一光分布122，第一光分布122可以由包括第一示例性光线124的第一准直角(例如，第一光分布122的角范围/扩展)表征。如图1B所示，第一示例性光线124可以通过第二面113b进入第一微结构112a。ATF 110的折射率可以高于与结构化(例如，空气)直接相邻的介质，因此从空气行进到转向膜的光(例如，入射在第二面113b上的示例性光线124)将折射但实质上不会由入射面(第二，第二面)反射，除了在界面处的菲涅耳反射之外。在进入第二面113b之后，光线124传输通过第一微结构112a并通过全内反射从第一面113a反射。在一些此类示例中，由第一面113a反射的光可以在形成第一输出分布116a的一组特征观察角度内朝向同轴(例如，相对于显示轴线119)观察位置被反射。在一些此类示例中，可以通过在ATF 110的结构化表面111上提供抗反射涂层或处理来减少潜在的菲涅耳反射。在一些示例中，抗反射可由抗反射结构化表面111诸如蛾眼结构等提供。
相似地，第二面113b可定位成使得来自第二光源130的入射在第一微结构112a上(例如，入射在第一面113a上)的光优先由第二面113b朝向LCD 140反射(例如，来自第二光源130的入射在第一微结构112a上的实质上所有光由第二面113b反射，除了由于散射或与显示组件100的低效现象相关的其它损失而损失的光之外)。在一些此类示例中，由第二面113b反射的光可以在形成第二输出分布116b的一组特征偏轴观察角度内朝向朝向偏轴观察位置(例如，相对于显示轴线119)反射。
类似于第一微结构112a，第二微结构112b可包括交叉以形成第二顶部115b的第三面113c和第四面113d。在一些示例中，第三面113c可定位成使得来自第一光源120的入射在第二微结构112b上(例如，入射在第四面113d上)的光优先由第三面113c朝向LCD 140反射(例如，来自第一光源120的入射在第二微结构112b上的实质上所有光由第三面113c反射，除了由于与显示组件100的低效现象相关的损失或散射而损失的光之外)。在一些此类示例中，由第三面113c反射的光可以在形成第三输出分布116c的一组特征观察角度内朝向同轴(例如，相对于显示轴线119)观察位置被反射。相似地，第四面113d可定位成使得来自第二光源130的入射在第二微结构112b上(例如，入射在第三面113c上)的光优先由第四面113d朝向LCD 140反射(例如，来自第二光源130的入射在第二微结构112b上的实质上所有光由第四面113d反射，除了由于与显示组件100的低效现象相关的损失或散射而损失的光之外)。在一些此类示例中，由第四面113d反射的光可以在形成第四输出分布116d的一组特征偏轴观察角度内朝向朝向偏轴观察位置(例如，相对于显示轴线119)反射。
在一些示例中，相应微结构对114的不同面可用于建立不同的同轴和偏轴观察图像。例如，与来自第一光源120的光优先由第一面113a和第三面113c反射相关联的第一输出分布116a和第三输出分布116c可以组合以建立指向同轴观察位置的主光输出分布160。除此之外或另选地，可以组合与来自第二光源130的光优先由第二面113b和第四面113d反射相关联的第二偏轴输出分布116b和第四偏轴输出分布116d，以建立分裂叶状次级光输出分布162，其中第二偏轴输出分布116b和第四偏轴输出分布116d形成分裂叶状次级光输出分布162的两个独立叶片。
在一些示例中，主光输出分布160和分裂叶状次级光输出分布162可用于为相对于显示组件100站在不同位置的观察者建立至少两种不同的视觉体验。例如，图2A和2B示出了ATF 110的光输出分布的示例。图2A为显示组件100的示例图像投影的示意图。如图所示，显示组件100可以限定指向观察者A和B的显示表面202。观察者A可以相对于显示表面202定位在主观察位置210处，观察者B表示在偏轴观察位置212内的位置。在一些示例中，主观察位置210可与显示表面202的中间和显示轴线119对齐。根据显示装置的类型，主观察位置210可在距显示表面202在30厘米(cm)(例如，对于平板显示器)和200cm(例如，对于大型监视器)之间。
如图2A所示，主光输出分布160可以相对于显示表面202指向主观察位置210，而分裂叶状次级光输出分布162可以指向包括位置212的偏轴观察位置。主光输出分布160和分裂叶状次级光输出分布162可各自限定一组特征观察角度。例如，指向主观察位置210的主光输出分布160可以限定如根据显示轴线119测量(例如，0度表示与显示轴线119对齐)的在-20度到+20度分布范围内的观察角度特征集。在一些示例中，主光输出分布160的分布宽度(例如，扩展)可为约10度至约40度。分裂叶状次级光输出分布162可包括从显示轴线119测量的对于一个叶片在-90度至-20度，对于另一个叶片在+20度至+90度分布范围内(例如，在主光输出分布160之外的区域)的观察角度特征集。主光输出分布160和分裂叶状次级光输出分布162的观察角度特征集可以根据期望的应用而广泛地变化。一组特征观察角度的边缘可以被定义为光强度下降到最大值的一半(FWHM)的点，或者可为它与光的可感知性、可读性的阈值或甚至光强度的不同任意值相交的点。
图2B为在显示表面202的中心位置处(例如，相对于图2B的位置204)测量的显示组件100的示例亮度曲线图220。亮度分布被测量为距显示轴线119的观察角度的函数，其中零度表示与显示轴线119平行对齐(例如，正面观察显示表面202)，±90度表示与显示轴线119垂直对齐(例如，从侧面观察显示表面202)。主光输出分布160形成亮度曲线222，其示出主光输出分布160实质上被投射在±20度内，使得主显示器可以仅被在±20度观察角度内的观察者A观察到，而在偏轴观察位置中的观察者B观察不到。同样，分裂叶状次级光输出分布162形成亮度曲线224，其示出分裂叶状次级光输出分布162实质上被投射在-90度到-20度和+20度到+90度的观察角度内，使得次级显示仅可以被±20至±90度观察角度内的观察者B观察到，而观察者A观察不到。
转向膜110可为任何合适的厚度并且可由任何合适的材料制成。在一些示例中，ATF 110可由聚合物材料形成，诸如聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)以及它们的共聚物和共混物。在一些示例中，ATF 110可为光学透明的或具有低雾度和高清晰度以避免不期望地散射的入射光。在一些示例中，ATF 110可具有足够高的折射率，诸如1.5或更大，以确保在足够广的角度范围下发生全内反射。在一些示例中，ATF 110可由其它合适的材料形成，包括例如丙烯酸、聚苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯酸酯、聚丙烯、聚氯乙烯等。在一些示例中，可选择ATF 110的材料、尺寸或两者以便制备柔性膜。
多个微结构对114，更一般地，ATF 110的结构化表面可通过任何合适的工艺诸如微复制工艺形成。例如，由多个微结构对114构成的结构化表面可通过切割(飞切、螺纹切割、金刚石车削等)具有所需结构的负结构的合适工具，并且抵靠工具表面按压适形但可固化或可硬化的材料来形成，其中在切割过程中周期性地旋转/倾斜工具以建立上述角度梯度。随后使该材料硬化或固化(例如，通过暴露于光诸如紫外光)，使结构化表面具有期望的微结构对114。其它工艺可为可能的，包括使用光刻法诸如结合浇铸和固化工艺的工具的双光子原模制作或甚至直接机加工或附加三维打印工艺，用经过电镀的、激光切削或蚀刻的工具进行浇铸和固化。
每个相应的微结构面可限定表面形状。例如，第一面113a、第二面113b、第三面113c和第四面113d各自分别限定第一表面形状、第二表面形状、第三表面形状和第四表面形状。在一些示例中，相应的表面形状可为实质上平面的(例如，如图1B所示的平滑或平坦)。除此之外或另选地，相应面中的一个或多个可具有非平面表面形状，包括例如抛物线形、双曲线形、椭圆形、弯曲形、波浪形，或它们的组合。在微结构的面中的任一个上都可以设计工程表面形状，包括例如锯齿形、交替抛物线形、正弦形或微细特征化(包括例如微透镜)形状。
在一些示例中，相应面的相对形状可用于定制或修改同轴或偏轴光输出分布116a、116b、116c、116d中的一个或多个的分布角度。在一些示例中，与利用平面形状获得的光输出分布相比，相应面的相对形状可经修改以产生更准直或扩散的光输出分布。例如，分别产生偏轴输出分布116b和116d的第二面113b和第四面113d可以限定波浪形的第二和第四表面形状(例如，正弦形、抛物线形、弓形、锯齿形、结构形或任何连续曲线化形状(例如Bezier曲线))。根据相应面的波浪形状的大小，光输出分布将变得更加扩展，使得相应的偏轴输出分布限定更大范围的特征观察角度(例如，对于第四输出分布116d，从显示轴线119测量的约-90°和约-20°之间)。除此之外或另选地，为使散射最小化，可以将抗反射涂层放置在微结构对114的相应面、ATF 110的背面或甚至显示组件100的其它部件中的一个或多个上。
每个微结构(例如，第一微结构112a)可以限定任何合适的尺寸(例如，宽度(W))，并且在许多情况下可为毫米或微米尺度。在一些示例中，每个微结构可以限定在约10微米(μm)和300μm之间的宽度(例如，图1B的分别针对第一微结构112a和第二微结构112b的W1或W2)，使得每个相应的微结构对114限定在约20μm和600μm之间的对宽度(即，W12＝W1+W2)。在一些示例中，每个相应微结构(例如，W1或W2)的宽度可以在约10μm和100μm之间，从而建立约20μm和200μm之间的对宽度(W12)。
在一些示例中，相应的微结构宽度(例如，W1或W2)和对宽度(W12)可以横跨ATF 110的结构化表面保持实质上恒定(例如，恒定或几乎恒定)，使得相应微结构的宽度横跨ATF110的结构化表面不会有意地变化或改变。
在其它示例中，第一微结构112a和第二微结构112b的相应微结构宽度(例如，W1或W2)可以根据沿结构化表面111的位置而改变(例如，在图1A的x轴方向上垂直地移动穿过多个微结构对114)，同时保持微结构的相应面的基本形状和它们之间的角度实质上恒定(例如，恒定或接近恒定)。在一些此类示例中，相应微结构宽度(例如，W1或W2)根据ATF 110上的位置而改变可以用于抵消潜在的遮蔽效应，在遮蔽效应中，相邻的微结构可以遮蔽来自第一光源120或第二光源130的光到达相应微结构的能力。例如，参考图1A，由于倾斜角度和由相邻微结构造成的遮蔽效应，来自第一光源120的较少光可以指向ATF 110的相对端上的微结构(例如，页面的左侧)。因此，与邻近第一光源120的一侧相比，显示表面202的与第一光源120相对的一侧可具有降低的亮度。通过根据ATF 110上的位置改变相应微结构宽度例如，W1或W2)，相对高度以及相应面(例如，第二面113b和第四面113d)的面积增加，以允许来自第一光源120的更多光被相应的微结构接收。在一些示例中，可以通过根据ATF 110上的位置改变宽度比(WR＝W1/W2)同时保持对宽度(W12)实质上恒定来解决遮蔽效应。宽度比(ΔWR)的合适变化/梯度可为横跨结构化表面移动的约0.2/微米(μm)至约1.3/μm。在一些示例中，在远离第一光源120移动的方向上测量的宽度比(ΔWR)的变化可为约0.5/μm至约0.6/μm。在一些示例中，根据ATF 110上的位置改变宽度比(ΔWR)可与根据ATF 110上的位置旋转微结构一起使用，将关于图6在以下对后者进行描述
在一些示例中，可以设置ATF 110的结构化表面上的多个微结构对114的整体布置，使得微结构对114连续地横跨ATF 110的结构化表面(例如，与显示轴线119实质上平行)延伸，使得微结构对114彼此直接相邻而在多个微结构对114之间不存在平台或间隙。在其它示例中，每个微结构对114可以通过分开相邻对的一小块平台(例如，平点)与相邻对分开，或者单独的微结构112a、112b可以各自由一小块平台分开(例如，在单个微结构的宽度的量级上)。
微结构对114可以以任何合适的对图案/布置来生产。例如，微结构对114在图1A中被示出为具有重复的-(AB)–(AB)–微结构图案，然而，也可设想其它合适的图案。例如，微结构对114内的第一微结构112a和第二微结构112b的相对位置可以周期性地反转，从而产生-(AB)-(BA)-(AB)-微结构图案或其组合。
第一光源120和第二光源130可为任何合适的光源或光源的组合。在一些示例中，第一光源120和第二光源130的光源可为发光二极管(LED)、冷阴极荧光灯(CCFL)、白炽光源等。在一些示例中，第一光源120和第二光源130可各自为一系列光源。例如，第一光源120和第二光源130可以包括进出图1A的页面的轴线延伸的一系列LED。在一些示例中，第一光源120和第二光源130可发出实质上白色的光。除此之外或另选地，相应光源(例如，第一光源120或第二光源130)的某些组件可发出可一起产生白色的光的不同波长的光。“白色的”光可指能够被观察者感知为白色的光的任何合适的所需颜色点，并且可取决于应用来调节或校准。在一些示例中，第一光源120和/或第二光源130可发出在电磁光谱的紫外范围、可见范围或近红外范围中的一种或多种的光。可选择光源和任何对应的注入、准直或其它光学器件以提供任何合适的波长或波长、偏振、点扩散分布和准直度的组合。
如上所述，第一光源120和第二光源130各自产生不同取向的光分布122、132。相应分布122、132的准直程度可取决于光源120、130的类型和可以使用的任何伴随准直或射入光学器件(例如，光导)(未示出)。在一些示例中，特别是当第一光源120或第二光源130包括一组平行光源时，光分布锥或每个独立光源可以有效地合并以产生形成光分布122、132的扩展光楔(例如，好像光分布122、132的横截面被投射到图1A中的页面中或从该页面中投射出来)。除此之外或另选地，光分布122、132可以在示例中限定延伸的楔形，其中相应的第一光源120或第二光源130包括线性光源，诸如CCFL管或LED阵列。
在一些示例中，因为来自第二光源130的光负责产生分裂叶状次级光输出分布162，所以独立的叶片可以具有小于主光输出分布160的感知亮度。例如，来自第一光源120的理论光的100％将被投射在主光输出分布160内，而叶状次级光输出分布162的每个叶片将独立地仅包括来自次级光源130的理论光的50％。为补偿分裂叶状次级光输出分布162中的亮度降低，在一些示例中，第二光源130可以被驱动或配置成根据私有或共享模式性能产生比第一光源120高或少的光输出。
LCD 140可为任何合适的液晶面板，包括例如易于可商购获得的那些。LCD 140可包括任意数量的像素或子像素，包括用于显示颜色的滤波器。LCD 140和ATF 110彼此光学连通，然而，这两者不一定直接光学耦合到彼此。例如，LCD 140和ATF 110之间可存在一个或多个居间膜或气隙。在一些示例中，LCD 140可包括一个或多个反射偏振器、吸收偏振器或光重定向膜。除此之外或另选地，LCD 140可包括适当的电子驱动部件。在一些示例中，LCD 140可以具有足够数量的像素以支持高清(HD)或超高清分辨率(UHD/4K/8K)显示器。LCD 140可为高透射面板。
在一些示例中，LCD 140可能够经由控制器150非常快速地切换，以在主图像和次级图像之间快速地切换，从而向观察者A和B提供不同的显示图像。图3A、图3B和图3C示出可以由LCD 140示出并且作为控制器150的多路复用功能的结果而分别由观察者A和B观察到的示例性主显示图像300(图3A)和次级显示图像310a、310b(图3B和图3C)。在一些示例中，LCD 140可能够具有小于10毫秒(ms)、小于8ms、小于4ms或甚至小于1ms的帧持续时间。相似地，第一光源120和第二光源130可能够具有相似的照明持续时间，其中相应的光源在照明和非照明状态之间切换。控制器150可以与LCD 140、第一光源120和第二光源130进行电通信(无论是否无线)。控制器150可包括或可为微控制器或微处理器。控制器150可包括逻辑和适当的输入部件。一般来讲，控制器150可以被配置成通过第一光源120(主图像)和第二光源130(次级图像)的选择性照明来协调LCD 140的主显示图像300和次级显示图像310a、310b之间的切换。例如，来自第一光源120的由ATF 110反射以形成主光输出分布160的光在初级状态期间通过LCD 140，以在主观察位置210处投射主显示图像300。相反，当LCD 140处于次级状态时，来自第二光源130的由ATF110反射以形成分裂叶状次级光输出分布162的光在次级状态期间通过LCD 140，以将次级显示图像310a、310b投射到次级观察位置212。在一些示例中，控制器150可被配置成非常快速地执行此操作，从而每10ms、8ms、5ms、4ms、1ms或甚至更快地在主显示图像300和次级显示图像310a、310b之间切换。在每隔一帧显示主图像的情况下，主显示状态和次级显示状态之间的切换速度应足够快，以便观察者A不会感知到明显不连贯或脱节。
通过在主显示状态和次级显示状态之间快速地切换，在主光输出分布160的范围内的观察者A将在次级显示状态期间观察到主图像300，但不感知次级图像310a、310b，也不感知非常简短的有效空白帧。如果根本不存在，则次级显示图像310a、310b对于在主光输出分布160的范围内的观察者A来说看起来非常暗淡。同样，在主显示状态期间，在分裂叶状光输出分布162的范围内的观察者B将观察到次级图像310a、310b而非主图像300，也不是在非常简短的有效空白帧。对于观察者在分裂叶状次级光输出分布162的范围内但也接近主光输出分布160的范围的情况，该观察者还可能够感知暗淡的主显示图像300以及次级显示图像310a、310b。因此，在一些示例中，可以选择或设计次级显示图像310a、310b以分散注意力或使内容难以阅读。例如，次级显示图像可为专用图像(例如，图像310b)或伪随机噪声功能次级显示图像(例如，图像310a)。在一些示例中，次级显示图像310a、310b可以包括变换或活动显示图像以进一步分散观察者B的注意力。控制器150可以包括适当的电子驱动和定时电路以获得所描述的主显示状态和次级显示状态，包括例如来自可以提供主显示图像300和次级显示图像310a，310b中的一个或多个的内容的其它电子部件诸如视频卡的视频输入。
在一些示例中，显示组件100可被配置成还提供非私有或常规观察模式。例如，在第一光源120和第二光源130被同时点亮或如上所述快速地切换时，LCD 140可显示单幅显示图像。在此类示例中，LCD 140的显示图像可投射到主观察位置210和偏轴观察位置212两者。以这种方式，观察者A和B可观察到相同的图像。
除此之外或另选地，显示组件100可被配置成还提供伪私有观察模式。例如，LCD140可显示单幅显示图像，但可仅在第一光源120的照明期间选择性地显示所述显示图像的某些部分或窗口。在一些此类示例中，显示图像的相应部分或窗口仅可被在主光输出分布160内的观察者A感知。
在一些示例中，每个相应的微结构对114可表现出沿结构化表面111的实质上相同的对齐。例如，每个相应的微结构可以由微结构轴线表征，该微结构轴线从微结构的顶部延伸，从而将微结构的各个面平分。图4为ATF 110的一部分的另一代表性放大示意性剖视图，其示出包括第一微结构112a和第二微结构112b的单个微结构对114。第一微结构112a限定第一微结构轴线117a，第一微结构轴线117a从第一顶部115a延伸并将第一面113a和第二面113b平分。用于限定第一微结构的取向的有用度量为第一微结构轴线117a和显示轴线119之间的角度(α)。相似地，第二微结构112b限定第二微结构轴线117b和第二微结构角度(β)。在一些示例中，第一微结构角度(α)和第二微结构角度(β)可以对于ATF 110的横跨结构化表面111的所有微结构对114保持实质上恒定。在一些此类示例中，特别是对于更大的显示组件或窄的准直角，在主观察位置210处的主显示图像300可沿显示表面202的最边缘变得明显更暗。
在显示表面202的边缘处的这种减弱的照明可为主观察位置210相对于显示表面202的最边缘稍微偏离轴线的结果。例如，图5示出显示组件500的示例图像投影的示意图，显示组件500包括具有微结构对的ATF，微结构对包括横跨ATF的结构化表面的恒定微结构角。光输出分布510a和510b表示在显示表面502的最边缘530a、530b处的主光输出分布。如图所示，因为主观察位置512相对于显示轴线520在最边缘530a、530b处略微偏离轴线，所以仅光输出分布510a和510b的条纹处的光到达观察者C，而光输出分布510a和510b内的大部分光指向非最佳观察位置。
在一些示例中，通过根据沿ATF的位置调节微结构轴线来逐渐地使相应的微结构横跨ATF的结构化表面移动，可以减少这种减弱的照明效果。例如，图6为ATF 600的示意性正视剖视图，ATF 600包括多个微结构对614，每个微结构对614包括与关于ATF 110描述的那些实质上相同的第一微结构610和第二微结构612。每个微结构610、612可以通过相应的微结构轴线来表征(为简单起见，仅示出图6中的第一微结构610的第一微结构轴线617)。垂直地移动穿过多个微结构对614(例如，在x轴方向上)，微结构的相应微结构轴线可以旋转以产生表示ATF 600的相应第一或第二微结构轴线与显示轴线619之间的作为横跨ATF的位置的函数的角度变化的角度梯度。例如，关于第一微结构610，每个微结构限定相应的第一微结构轴线617，其分别形成相对于显示轴线619测量的第一角度(α)。垂直地移动穿过多个微结构对614，由第一微结构610限定的相应的第一角度(α)发生变化，从而产生在x轴方向上移动的第一角度梯度(Δα＝度/毫米)。
在一些示例中，ATF 600可以限定相对于相应第一微结构610的旋转的第一角度梯度(Δα)和相对于第二微结构612的第二角度梯度第二角度梯度角(Δβ)。在一些示例中，可以设置第一角度梯度(Δα)，使得相应的第一输出分布620a、620b、620c各自指向主要观察位置630，使得每个第一输出分布620a、620b、620c在主要观察位置630处居中。同样，可以设置第二角度梯度(Δβ)，使得来自相应的第二微结构612的相应的第三输出分布(例如，由第三面113c反射以形成图1B的主光输出分布160的一部分)各自同样指向主观察位置630。在一些示例中，第一角度梯度(Δα)和第二角度梯度(Δβ)可以在相对于x轴线测量的约0.01度/毫米(°/mm)和约0.08°/mm之间，以说明关于图5描述的减弱的照明影响。在一些示例中，第一角度梯度(Δα)和第二角度梯度(Δβ)可以在约0.03度/毫米(°/mm)和约0.05°/mm之间，在约0.035度/毫米之间(°/mm)和约0.045°/mm，并且在一些示例中，在约0.035度/毫米(°/mm)和约0.037°/mm之间。在一些示例中，第一角度梯度(Δα)和第二角度梯度(Δβ)可以实质上相同(例如，相同或几乎相同)。
在一些示例中，可以关于相应的第一微结构轴线和第二微结构轴线相对于显示表面的中间的旋转来描述角度梯度。图7示出显示组件700的示例图像投影的示意图，显示组件700包括ATF 600并且显示用于显示表面702上的三个特征位置的主光输出分布710a、710b和710b。主光输出分布710b对应于显示表面702的中间位置706，而主光输出分布710a、710c分别对应于显示表面702的最边缘位置704、708。中间位置706处的主光输出分布710b可以被表征为相对于显示轴线719在微结构轴线中具有0度偏移。在最边缘704处的主光输出分布710a可以被表征为相对于显示轴线719在微结构轴线中具有约+7度的偏移。相似地，在最边缘708处的主光输出分布710c可以被表征为相对于显示轴线719在微结构轴线中具有约-7度的偏移。总的来说，第一角度梯度(Δα)和第二角度梯度(Δβ)可以被表征为横跨显示表面702的宽度具有大约14度的偏移。
在一些示例中，第一角度梯度(Δα)和第二角度梯度(Δβ)横跨多个微结构对614可为逐渐且实质上连续的。在其它示例中，第一角度梯度(Δα)和第二角度梯度(Δβ)可以通过阶跃变化建立，其中第一角度梯度(Δα)和第二角度梯度(Δβ)限定横跨整个ATF膜的第一角度和第二角度的平均变化(例如，在整个宽度上约14度)。这两个示例均通过使用术语角梯度来设想。
在一些示例中，关于微结构对描述的上述特征可以组合成限定至少三个面的单个微结构。例如，图8为显示组件800的示意性正视剖视图，显示组件800包括定位成接收来自第一光源120和第二光源130的光的ATF810。除ATF 800之外，显示组件810的相应部件可实质上与关于图1A的显示组件100所述的那些组件相同。
ATF 810可包括第一主表面818和与表面818相对的第二主表面，第二主表面由多个微结构812构成，每个微结构812具有第一面813a、第二面813b和第三面813c，第一面813a被配置成优先将来自第一光源120的光朝向在第一输出分布816a内的主观察位置反射，第二面813b被配置成优先将来自第二光源130的光朝向第二输出分布816b内的偏轴观察位置反射，并且第三面813c被配置成优先将来自第二光源130的光朝向第三输出分布816c内的偏轴观察位置反射。第一面813a的功能与ATF 110的组合的第一面113a和第三面113c实质上相同，使得第一输出分布形成指向主观察位置的主光输出分布860。同样，第二面813b的功能与ATF 110的第二面113b实质上相同，并且第三面813c的功能与第四面113d的功能实质上相同，使得组合的第二输出分布816b和第三输出分布816c形成指向偏轴观察位置的分裂叶片次级光输出分布862。
与ATF 600一样，ATF 810的每个相应微结构812的特征在于从微结构812的顶部815延伸的微结构轴线817，从而将微结构的相应第一面813a和第二面813b平分，其中相应的微结构轴线817限定相对于显示轴线819的角度(α)。在一些示例中，ATF 810限定角度梯度(Δα)，角度梯度表示ATF 810的相应微结构轴线817和显示轴线819之间的作为横跨ATF的位置的函数的角度变化。在一些示例中，角度梯度(Δα)可在ATF810的总宽度上为约14度，例如，在相对于图8中的x轴测量的约0.01度/毫米(°/mm)和约0.08°/mm之间。
除此之外或另选地，微结构812的相对宽度(W)可根据沿ATF 810的结构化表面的位置而变化(例如，在图8的x轴方向上垂直地移动穿过多个微结构812，同时保持微结构812的基本形状实质上恒定(例如，恒定或接近恒定)。在一些此类示例中，作为ATF 810上的位置的函数的相应微结构宽度(ΔW)的变化可用于抵消潜在的遮蔽效应，帮助调节由于角度梯度(Δα)导致的可用面表面积的减小，或两者的结合。在一些示例中，相对宽度(W)的变化可以表征为ATF 810的最边缘处的微结构宽度之间的百分比差异，例如，最小微结构的宽度与最大微结构之间的百分比差异。在一些此类示例中，根据主观察位置的相对距离，ATF810可以限定横跨ATF 810的整个宽度的约22％的宽度增加至约252％的宽度增加。在主观察位置相对靠近显示表面(例如，30cm)的示例中，宽度增加可以接近约25％，而在主观察位置相对远离显示表面(例如，200cm)的示例中，宽度增加可接近约2％。在一些示例中，约32.5cm宽的显示表面的宽度增加可以表征为约0.007％/mm(例如，对于200cm主观察位置视图)，至约0.07％/mm(例如，对于30cm主观察位置)的变化。除此之外或另选地，更高的宽度增加可以用于具有更大折射率的微结构812的ATF。例如，在具有约325mm宽度并且设定用于约63cm的主观察位置的ATF 810上，对于具有约1.56的折射率的微结构812可以具有约8％的宽度增加，而具有约1.64的折射率的微结构812可以具有约11％的宽度增加。
已描述了各种示例。这些示例以及其它示例均在如下权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种显示装置，所述显示装置包括：
第一光源和第二光源，所述第一光源和所述第二光源具有不同取向的光分布；以及
非对称转向膜，所述非对称转向膜包括第一主表面和结构化表面，其中所述第一主表面限定垂直于所述第一主表面延伸的显示轴线，并且其中所述结构化表面包括横跨所述结构化表面形成的多个微结构对，其中所述多个微结构对中的每个包括：
第一微结构，所述第一微结构包括在第一顶部处交叉的第一面和第二面，其中所述第一微结构限定从所述第一顶部延伸并且均等地分开所述第一面和所述第二面之间的角度的第一微结构轴线，其中所述第一微结构轴线和所述显示轴线限定第一角度α，并且其中所述第一面优先反射来自所述第一光源的光，并且所述第二面优先反射来自所述第二光源的光，以及
第二微结构，所述第二微结构包括在第二顶部处交叉的第三面和第四面，其中所述第二微结构限定从所述第二顶部延伸并且均等地分开所述第三面和所述第四面之间的角度的第二微结构轴线，其中所述第二微结构轴线和所述显示轴线限定第二角度β，并且其中所述第三面优先反射来自所述第一光源的光，并且所述第四面优先反射来自所述第二光源的光，
其中具有不同形状的所述第一微结构和所述第二微结构彼此直接相邻，并且其中所述第一面、所述第二面和所述第四面全部被配置成在不同方向上反射光，
其中所述多个微结构对限定横跨所述结构化表面移动的0.01度/毫米(°/mm)至0.08°/mm的所述第一角度的第一角度梯度Δα，以及横跨所述结构化表面移动的0.01°/mm至0.08°/mm的所述第二角度的第二角度梯度Δβ，
其中所述显示装置限定显示表面，所述显示表面具有与所述非对称转向膜的所述显示轴线实质上平行的法线，并且其中对于所述多个微结构对中的每个，由所述第一微结构的所述第一面和所述第二微结构的所述第三面反射的来自所述第一光源的光产生指向所述显示表面的主观察位置的主输出分布，并且
其中对于所述多个微结构对中的每个，所述主输出分布限定在10度和40度之间的分布宽度。
2.根据权利要求1所述的显示装置，所述显示装置还包括：
液晶面板，所述液晶面板包括多个像素；以及
控制器，所述控制器被配置成独立地驱动所述第一光源、所述第二光源和所述液晶面板；
其中所述控制器被配置成在初级状态和次级状态之间快速地切换所述液晶面板；并且
其中所述控制器被配置成还快速地切换所述第一光源和所述第二光源的所述驱动，使得在所述第一光源而非所述第二光源被点亮的情况下，所述液晶面板处于所述初级状态，并且在所述第二光源而非所述第一光源被点亮的情况下，所述液晶面板处于所述次级状态。
3.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述主观察位置设定在距所述显示表面30厘米(cm)和200cm之间。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其中设定所述第一角度梯度，使得所述多个微结构对的相应主输出分布指向所述主观察位置。
5.根据权利要求1所述的显示装置，其中对于所述多个微结构对中的每个，由所述第二面反射的来自所述第二光源的光产生第一偏轴输出分布，所述第一偏轴输出分布包括从所述显示轴线测量的在-90度和-20度之间的观察角度的第一特征集，并且
由所述第四面反射的来自所述第二光源的光产生第二偏轴输出分布，所述第二偏轴输出分布包括从所述显示轴线测量的在+20度和+90度之间的观察角度的第二特征集。
6.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述多个微结构对中的每个限定与所述显示轴线垂直测量的对宽度，所述对宽度测量横跨所述第一微结构和所述第二微结构的跨度，其中所述多个微结构对的所述对宽度横跨所述结构化表面是实质上恒定的。
7.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述第二面和所述第四面是实质上非平面的。
8.根据权利要求7所述的显示装置，其中所述第二面和所述第四面限定锯齿形、交替抛物线形、正弦形、微细特征化结构化表面、弓形、抛物线形或连续曲线中的至少一种。
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