JP7011066B2 - モード選択可能なバックライト、プライバシーディスプレイ、および方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
該当なし

連邦政府による資金提供を受けた研究または開発に関する記載
該当なし

電子ディスプレイは、様々なデバイスや製品のユーザに情報を伝達するためのほぼどこにでもある媒体である。最も一般的に使用されている電子ディスプレイには、ブラウン管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセントディスプレイ（ＥＬ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、アクティブマトリックスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ（ＥＰ）、および電気機械式または電気流体式の光変調を使用する様々なディスプレイ（デジタルマイクロミラーデバイス、エレクトロウェッティングディスプレイなど）が含まれる。一般に、電子ディスプレイは、アクティブディスプレイ（つまり、光を放射するディスプレイ）またはパッシブディスプレイ（つまり、別の光源から提供される光を変調するディスプレイ）に分類できる。アクティブディスプレイの最も明白な例には、ＣＲＴ、ＰＤＰ、およびＯＬＥＤ／ＡＭＯＬＥＤがある。放射光を考慮するときに一般的にパッシブとして分類されるディスプレイは、ＬＣＤとＥＰディスプレイである。パッシブディスプレイは、本質的に低消費電力を含むがこれに限定されない魅力的なパフォーマンス特性を示すことがよくあるが、光を放射する能力がないことを考えると、多くの実際のアプリケーションで使用が多少制限され得る。

放射光に関連するパッシブディスプレイの制限を克服するために、多くのパッシブディスプレイが外部光源に結合されている。結合された光源は、これらの他のパッシブディスプレイが光を放射し、実質的にアクティブディスプレイとして機能することを可能にし得る。そのような結合された光源の例は、バックライトである。バックライトは、パッシブディスプレイを照らすために他のパッシブディスプレイの背後に配置される光の供給源（多くの場合、パネルバックライト）として機能し得る。例えば、バックライトはＬＣＤまたはＥＰディスプレイに結合され得る。バックライトは、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイを通過する光を放射する。放射された光は、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイによって変調され、変調された光は次にＬＣＤまたはＥＰディスプレイから放射される。多くの場合、バックライトは白色光を放射するように構成されている。次に、カラーフィルタを使用して、白色光をディスプレイで使用される様々な色に変換する。カラーフィルタは、例えば、ＬＣＤもしくはＥＰディスプレイの出力（あまり一般的ではない）、またはバックライトとＬＣＤもしくはＥＰディスプレイとの間に配置され得る。

［発明の概要］
本開示は、以下の［１］から［２０］を含む。
［１］モード選択可能なバックライトであって、
光を導波光としてガイドするように構成された光ガイドと、
上記モード選択可能なバックライトのパブリックモード中に、上記光ガイド内で第１の伝搬方向を有する上記導波光から広角放射光を提供するように構成された第１の指向性散乱特徴と、
上記モード選択可能なバックライトのプライバシーモード中に、上記光ガイド内で第２の伝搬方向を有する上記導波光から指向性放射光を提供するように構成された第２の指向性散乱特徴であって、上記指向性放射光は、上記モード選択可能なバックライトに隣接するビューボックス内に向けられる、第２の指向性散乱特徴と、
を備え、
上記第１の伝搬方向は、上記第２の伝搬方向とは異なる、
モード選択可能なバックライト。
［２］上記第１の指向性散乱特徴が、上記光ガイドに沿ってかつ上記光ガイドを横切って互いに離間された複数の散乱要素を備え、上記複数の散乱要素は、上記パブリックモード中に上記広角放射光を提供するための上記第１の伝搬方向を有する上記導波光の一部を散乱させるように構成される、上記［１］に記載のモード選択可能なバックライト。
［３］上記複数の散乱要素の散乱要素が、上記パブリックモード中に上記第１の伝搬方向を有する上記導波光の一部を回折散乱させるように構成された回折格子を備える、上記［２］に記載のモード選択可能なバックライト。
［４］上記第２の指向性散乱特徴が、上記光ガイドの表面に回折格子を備え、上記回折格子は、上記プライバシーモード中に上記指向性放射光を提供するために上記第２の伝搬方向を有する上記導波光の一部を回折散乱させるように構成される、上記［１］に記載のモード選択可能なバックライト。
［５］上記ビューボックスが、上記光ガイドの上記表面に平行な平面に配置された二次元ビューボックスであり、上記回折格子は、上記回折散乱された光を２つの直交方向に向けて上記指向性放射光を二次元ビューボックスに提供するように構成された複数の湾曲した回折特徴を備える、上記［４］に記載のモード選択可能なバックライト。
［６］上記回折格子が、上記光ガイドの入光エッジからの距離の関数として減少する隣接する回折特徴間の特徴間隔を有する回折特徴を備える、上記［４］に記載のモード選択可能なバックライト。
［７］上記回折格子が、複数のサブ格子を備え、上記複数のサブ格子は、上記光ガイドの上記表面上で離間しており、上記提供された指向性放射光を上記ビューボックス内に協調的に集中させるように構成される、上記［４］に記載のモード選択可能なバックライト。
［８］上記第１の指向性散乱特徴が、上記光ガイドの第１の表面に配置され、上記第２の指向性散乱特徴が、上記第１の表面の反対側の上記光ガイドの第２の表面に配置され、上記第２の指向性散乱特徴は、上記第２の伝搬方向を有する上記導波光の一部を上記第２の表面を通して散乱させて、上記指向性放射光を提供するように構成される、上記［１］に記載のモード選択可能なバックライト。
［９］上記光ガイド内で上記第１の伝搬方向を有する上記導波光を提供するように構成された第１の光源と、
上記光ガイド内で上記第２の伝搬方向を有する上記導波光を提供するように構成された第２の光源と、
をさらに備え、
上記第１の光源は、上記光ガイドの第１の側に配置され、上記第２の光源は、上記第１の側に直交する上記光ガイドの第２の側に配置される、
上記［１］に記載のモード選択可能なバックライト。
［１０］上記［１］に記載のモード選択可能なバックライトを備えるモード選択可能なプライバシーディスプレイであって、上記モード選択可能なプライバシーディスプレイは、上記モード選択可能なバックライトによって放射される光を変調するように構成されたライトバルブのアレイをさらに備え、上記パブリックモード中に上記ライトバルブのアレイは上記広角放射光をパブリック画像として変調するように構成され、上記プライバシーモード中に上記ライトバルブのアレイは上記指向性放射光をプライベート画像として変調するように構成され、上記プライベート画像はビューイングプライバシーを提供するために上記ビューボックスのビューイングコーン内でのみ見えるように構成される、モード選択可能なプライバシーディスプレイ。
［１１］モード選択可能なプライバシーディスプレイであって、
モード選択可能なバックライトであって、
光をガイドするように構成された光ガイドと、
パブリックモード中に広角放射光を提供するために上記光ガイド内から導波光を散乱させるように構成された第１の指向性散乱特徴と、
プライバシーモード中に指向性放射光を提供するために上記光ガイド内から導波光を散乱させるように構成された第２の指向性散乱特徴と、
を備える、モード選択可能なバックライトと、
上記広角放射光を変調して上記パブリックモード中にパブリック画像を表示し、上記指向性放射光を変調して上記プライバシーモード中にプライベート画像を表示するように構成されたライトバルブのアレイと、
を備え、
上記プライベート画像は、上記モード選択可能なプライバシーディスプレイのビューボックス内で見えるように構成される、
モード選択可能なプライバシーディスプレイ。
［１２］上記パブリックモード中に上記光ガイド内で第１の伝搬方向を有する導波光として光を提供するように構成された第１の光源と、
上記プライバシーモード中に上記光ガイド内で第２の伝搬方向を有する導波光として光を提供するように構成された第２の光源と、
をさらに備え、
上記第１の指向性散乱特徴は、上記第１の伝搬方向を有する上記導波光を選択的に散乱させるように構成され、上記第２の指向性散乱特徴は、上記第２の伝搬方向を有する上記導波光を選択的に散乱させるように構成される、
上記［１１］に記載のモード選択可能なプライバシーディスプレイ。
［１３］上記第１の指向性散乱特徴が、上記光ガイドに沿ってかつ上記光ガイドを横切って互いに離間された複数の散乱要素を備え、上記複数の散乱要素は、上記パブリックモード中に上記広角放射光を提供するために上記光ガイド内に第１の伝搬方向を有する上記導波光の一部を散乱させるように構成され、上記複数の散乱要素の散乱要素は、上記ライトバルブアレイのライトバルブのサイズよりも小さいサイズを有する、上記［１１］に記載のモード選択可能なプライバシーディスプレイ。
［１４］上記複数の散乱要素の散乱要素が、上記パブリックモード中に上記第１の伝搬方向を有する上記導波光の一部を回折散乱させるように構成された回折格子を備える、上記［１３］に記載のモード選択可能なプライバシーディスプレイ。
［１５］上記第２の指向性散乱特徴が、上記光ガイドの表面に回折格子を備え、上記回折格子は、上記プライバシーモード中に上記指向性放射光を提供するために第２の伝搬方向を有する上記導波光の一部を回折散乱させるように構成される、上記［１１］に記載のモード選択可能なプライバシーディスプレイ。
［１６］上記第２の指向性散乱特徴の上記回折格子が、上記光ガイドの入光エッジからの距離の関数として減少する隣接する回折特徴間の特徴間隔を有する回折特徴を備える、上記［１５］に記載のモード選択可能なプライバシーディスプレイ。
［１７］上記第１の指向性散乱特徴が、上記光ガイドの第１の表面に配置され、上記第２の指向性散乱特徴が、上記第１の表面の反対側の上記光ガイドの第２の表面に配置され、上記第１の指向性散乱特徴は、上記広角放射光を提供するために上記第２の表面を通して導波光を散乱させるように構成される、上記［１１］に記載のモード選択可能なプライバシーディスプレイ。
［１８］モード選択可能なバックライトを動作させる方法であって、
導波光として光ガイド内で光をガイドするステップと、
第１の指向性散乱特徴を使用して、パブリックモード中に広角放射光として上記光ガイド内から外に導波光を散乱させるステップであって、上記導波光は上記パブリックモード中に第１の伝搬方向を有する、ステップと、
第２の指向性散乱特徴を使用して、プライバシーモード中に指向性放射光として上記光ガイド内から外に導波光を散乱させるステップであって、上記導波光は上記プライバシーモード中に第２の伝搬方向を有する、ステップと、
を含み、
上記指向性放射光は、上記モード選択可能なバックライトに隣接するビューボックス内に優先的に向けられ、上記第１および第２の伝搬方向は互いに異なる、
モード選択可能なバックライトを動作させる方法。
［１９］上記方法が、
複数の光源を使用して、上記導波光としてガイドされる光を上記光ガイドに提供するステップをさらに含み、上記複数の光源が、
上記パブリックモード中に上記光ガイド内で上記第１の伝搬方向を有する上記導波光を提供するように構成された第１の光源と、
上記プライバシーモード中に上記光ガイド内で上記第２の伝搬方向を有する導波光を提供するように構成された第２の光源と、
を備え
上記第１の光源は、上記光ガイドの第１の側に配置され、上記第２の光源は、上記第１の側に直交する上記光ガイドの第２の側に配置される、
上記［１８］に記載のモード選択可能なバックライトを動作させる方法。
［２０］ライトバルブのアレイを使用して、上記モード選択可能なバックライトによって放射光を変調して画像を表示するステップをさらに含み、上記パブリックモード中に上記ライトバルブのアレイが上記広角放射光を変調して、上記画像をパブリック画像として表示し、上記プライバシーモード中に上記ライトバルブのアレイが上記指向性放射光を変調して、上記ビューボックス内の画像をプライベート画像として優先的に表示する、上記［１８］に記載のモード選択可能なバックライトを動作させる方法。
本明細書に記載の原理による例および実施形態の様々な特徴は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することにより、より容易に理解することができ、同じ参照番号は同じ構造要素を示す。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における回折格子の断面図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるモード選択可能なバックライトの断面図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるモード選択可能なバックライトの平面図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるモード選択可能なバックライトの斜視図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるモード選択可能なバックライトの側面図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における図３Ａのモード選択可能なバックライトの一部の断面図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における図３Ａのモード選択可能なバックライトの別の部分の断面図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるモード選択可能なバックライトの斜視図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における図４Ａのモード選択可能なバックライトの一部の平面図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における距離の関数としての回折特徴間隔のプロットである。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるモード選択可能なプライバシーディスプレイのブロック図である。

本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるモード選択可能なバックライトを動作させる方法のフローチャートである。

特定の例および実施形態は、上記で参照された図に示された特徴に加えて、およびその代わりに他の特徴を有する。これらの特徴およびその他の特徴については、上記で参照した図を参照して以下で詳しく説明する。

本明細書に記載の原理による例および実施形態は、モード選択可能なプライバシーディスプレイへの適用を伴うモード選択可能なバックライティングを提供する。特に、本明細書に記載の原理と一致する実施形態は、光ガイド内を伝播する導波光の一部を光ガイドから散乱させることにより放射光を提供するように構成される複数の指向性散乱特徴を使用するモード選択可能なバックライトを提供する。様々な実施形態によれば、放射光の特性は、異なる動作モード（例えば、パブリックモードおよびプライバシーモード）中に導波光の伝搬方向を制御することによってモード選択可能である。さらに、いくつかの実施形態によれば、ディスプレイシステムと組み合わせて使用する場合、モード選択可能なバックライトは、一般的な表示のためのパブリックモードと、ユーザによるプライベートな表示を提供するプライバシーモードの一方または両方での画像またはその他の情報の表示をサポートすることができる。

例えば、パブリックモード中に、複数の指向性散乱特徴の第１の指向性散乱特徴は、光ガイド内で第１の伝搬方向を有する導波光から広角放射光を提供するように構成され得る。
あるいは、複数の指向性散乱特徴の第２の指向性散乱特徴は、プライバシーモード中に、光ガイド内で第２の伝搬方向を有する導波光から指向性放射光を提供するように構成され得る。いくつかの実施形態では、広角放射光は、拡散光または実質的に非指向性の光であり得るが、これらに限定されない。一方、様々な実施形態によれば、第２の指向性散乱特徴によって提供される指向性放射光は、モード選択可能なバックライトに隣接するビューボックス内に向けられるように構成される。

いくつかの実施形態では、広角放射光は、パブリックモード中にパブリック画像の表示をサポートするまたは促進するバックライティングを提供することができる。プライバシーモードでは、指向性放射光は、プライベート画像の表示をサポートするように構成されたバックライティングを提供することができる。さらに、プライベート画像は、表示プライバシーを提供するために、ビューボックスまたはビューボックスのビューイングコーンのいずれかまたは両方の内部で見える、一部の実施形態では排他的に見えるように構成される。本明細書に記載のモード選択可能なバックライティングおよびモード選択可能なプライバシーディスプレイの使用には、携帯電話（例えば、スマートフォン）、時計、タブレットコンピュータ、モバイルコンピュータ（例えば、ラップトップコンピュータ）、パーソナルコンピュータ、およびコンピュータモニタ、自動車のディスプレイコンソール、カメラディスプレイ、およびその他の様々なモバイルおよび実質的に非モバイルのディスプレイアプリケーションおよびデバイスが含まれるが、これらに限定されない。

本明細書では、「光ガイド」は、内部全反射または「ＴＩＲ」を使用して構造内で光をガイドする構造として定義される。特に、光ガイドは、光ガイドの動作波長において実質的に透明であるコアを含み得る。様々な例において、「光ガイド」という用語は一般に、内部全反射を使用して、光ガイドの誘電材料とその光ガイドを囲む材料または媒体との間の界面で光をガイドする誘電体光導波路を指す。定義により、内部全反射の条件は、光ガイドの屈折率が、光ガイド材料の表面に隣接する周囲の媒体の屈折率よりも大きいことである。いくつかの実施形態では、光ガイドは、内部全反射をさらに促進するために、前述の屈折率差に加えて、またはその代わりにコーティングを含んでもよい。コーティングは、例えば、反射コーティングであってもよい。光ガイドは、プレートまたはスラブガイドおよびストリップガイドの一方または両方を含むがこれらに限定されないいくつかの光ガイドのいずれであってもよい。

さらに、本明細書では、「プレート光ガイド」のように光ガイドに適用されるときの「プレート」という用語は、区分的または微分的に平面の層またはシートとして定義され、「スラブ」ガイドと呼ばれることもある。特に、プレート光ガイドは、光ガイドの上面および底面（つまり、対向面）によって境界付けられた２つの実質的に直交する方向に光をガイドするように構成された光ガイドとして定義される。さらに、本明細書の定義により、上面および底面は両方とも互いに分離されており、少なくとも異なる意味で互いに実質的に平行であってもよい。すなわち、プレート光ガイドの異なる小さなセクション内では、上面および底面は実質的に平行または同一平面にある。

いくつかの実施形態では、プレート光ガイドは、実質的に平坦（つまり、平面に限定される）であってよく、したがって、プレート光ガイドは、平面の光ガイドである。他の実施形態では、プレート光ガイドは、１つまたは２つの直交する次元で湾曲していてもよい。例えば、プレート光ガイドは、円筒形のプレート光ガイドを形成するために、単一次元で湾曲させることができる。しかしながら、いかなる曲率も、内部全反射がプレート光ガイド内で維持されて光をガイドすることを保証するのに十分に大きい曲率半径を有する。

本明細書では、「指向性散乱特徴」は、特定のまたは所定の伝搬方向を有する光を選択的または優先的に散乱し、他のまたは異なる伝搬方向を有する光を散乱しないまたは実質的に散乱しない散乱構造と定義される。例えば、指向性散乱特徴は、第１の伝搬方向を有する光を選択的に散乱させるように構成され得る。さらに、指向性散乱特徴は、第１の伝搬方向とは異なる第２の伝搬方向を有する光を散乱させないことがある。このように、指向性散乱特徴は、定義により、指向性散乱特徴に入射する光の方向に対して方向的に選択的である。

本明細書において、「角度保持散乱特徴」または同等に「角度保持散乱体」は、特徴または散乱体に入射する光の角度広がりを散乱光に実質的に保持する方法で光を散乱させるように構成された任意の特徴または散乱体である。特に、定義により、角度保持散乱特徴によって散乱された光の角度広がりσ_ｓは、入射光の角度広がりσの関数である（つまり、σ_ｓ＝ｆ（σ））。いくつかの実施形態では、散乱光としての角度広がりσ_ｓは、入射光の角度広がりまたはコリメーション係数σの一次関数である（例えば、σ_ｓ＝ａ・σであり、ａは整数である）。すなわち、角度保持散乱特徴によって散乱された光の角度広がりσ_ｓは、入射光の角度広がりまたはコリメーション係数σに実質的に比例し得る。例えば、散乱光の角度の広がりσ_ｓは、入射光の角度の広がりσと実質的に等しくてもよい（例えば、σ_ｓ≒σとして）。均一な回折格子（つまり、実質的に均一または一定の回折特徴間隔または格子ピッチを有する回折格子）は、角度保持散乱特徴の例である。対照的に、ランバート散乱体またはランバート反射体ならびに一般的な拡散器（例えば、ランバート散乱を有するかまたは近似する）は、本明細書の定義により、角度保持散乱体ではない。

ここで、「回折格子」は、回折格子に入射する光の回折を提供するように構成された複数の特徴（つまり、回折特徴）として一般的に定義される。いくつかの例では、複数の特徴は、周期的または準周期的な方法で配置されてもよい。例えば、回折格子は、一次元（１Ｄ）アレイに配置された複数の特徴（例えば、材料表面の複数の溝またはリッジ）を含んでもよい。他の例では、回折格子は、特徴の二次元（２Ｄ）アレイであってもよい。回折格子は、例えば、材料表面のバンプまたは穴の２Ｄアレイであってもよい。

したがって、本明細書における定義によれば、「回折格子」は、回折格子に入射する光の回折を提供する構造である。光が光ガイドから回折格子に入射する場合、提供される回折または回折散乱は、回折格子が光ガイドからの光を回折によって結合することができるという点で、「回折結合」をもたらす可能性があり、したがって「回折結合」と呼ばれる。回折格子はまた、回折によって（つまり、回折角で）光の角度を方向転換または変更する。特に、回折の結果として、回折格子を出る光は、一般に、回折格子に入射する光（つまり、入射光）の伝搬方向とは異なる伝搬方向を有する。本明細書では、回折による光の伝搬方向の変化を「回折方向転換」と呼ぶ。
したがって、回折格子は、回折格子に入射する光を回折方向転換する回折特徴を含む構造であると理解することができ、光が光ガイドから入射する場合、回折格子はまた、光ガイドからの光を回折結合することができる。

さらに、本明細書における定義により、回折格子の特徴は「回折特徴」と呼ばれ、材料の表面（つまり、２つの材料間の境界）にあってもよく、表面内にあってもよく、表面上にあってもよい。表面は、例えば、光ガイドの表面であり得る。回折特徴は、表面にある、表面内にある、または表面上にある溝、リッジ、穴、およびバンプの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない、光を回折する様々な構造のいずれかを含むことができる。例えば、回折格子は、材料表面内に複数の実質的に平行な溝を含み得る。別の例では、回折格子は、材料表面から立ち上がる複数の平行なリッジを含み得る。回折特徴（例えば、溝、リッジ、穴、バンプなど）は、正弦波プロファイル、長方形プロファイル（例えば、バイナリ回折格子）、三角形プロファイルおよび鋸歯プロファイル（例えば、ブレーズド格子）の１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない回折を提供する様々な断面形状またはプロファイルのいずれかを有することができる。

本明細書で説明する様々な例によれば、回折格子を使用して、光を光ビームとして光ガイド（例えば、プレート光ガイド）から回折的に散乱または結合することができる。特に、局所的に周期的な回折格子の、またはそれによって提供される回折角θ_ｍは、式（１）によって以下のように与えられ得る：

ここで、λは光の波長、ｍは回折次数、ｎは光ガイドの屈折率、ｄは回折格子の特徴間の距離または間隔、θ_ｉは回折格子への光の入射角である。簡単にするために、式（１）は、回折格子が光ガイドの表面に隣接し、光ガイドの外側の材料の屈折率が１に等しい（つまり、ｎ_ｏｕｔ＝１）と仮定している。一般に、回折次数ｍは整数で与えられる。回折格子によって生成された光ビームの回折角θ_ｍは、回折次数が正（例えば、ｍ＞０）である式（１）によって与えられ得る。例えば、１次回折は、回折次数ｍが１に等しい場合に提供される（つまり、ｍ＝１）。

図１は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における回折格子１０の断面図を示している。
例えば、回折格子１０は、光ガイド２０の表面に配置されてもよい。さらに、図１は、入射角θ_ｉで回折格子１０に入射する光ビーム３０を示している。入射光ビーム３０は、光ガイド２０内の導波光ビームであってもよい。また、図１には、入射光ビーム３０の回折の結果として回折格子１０によって回折的に生成され結合される指向性光ビーム４０が示されている。指向性光ビーム４０は、式（１）によって与えられるような回折角θ_ｍ（または本明細書では「主角度方向」）を有する。回折角θ_ｍは、例えば、回折格子１０の回折次数「ｍ」に対応し得る。

本明細書では、「コリメータ」は、光をコリメートするように構成された実質的に任意の光学デバイスまたは装置として定義される。様々な実施形態によれば、コリメータによって提供されるコリメーションの量は、所定の程度または量で実施形態ごとに変化してもよい。「コリメーション係数」は、本明細書では光がコリメートされる度合いとして定義される。特に、コリメーション係数は、本明細書の定義により、コリメート光のビーム内の光線の角度広がりを記述する。例えば、コリメーション係数σは、コリメート光のビーム内の光線の大部分が特定の角度広がり内にあることを指定してもよい（例えば、コリメート光ビームの中心方向または主角度方向を中心として＋／－σ度）。いくつかの例によれば、コリメート光ビームの光線は角度に関してガウス分布を有してもよく、角度広がりはコリメート光ビームのピーク強度の半分で決定される角度であってもよい。

本明細書では、「光源」は、一般的に光の供給源（例えば、光を生成および放出するように構成された光エミッタ）として定義される。例えば、光源は、光エミッタ、例えば、起動またはオンにされたときに光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えてもよい。特に、本明細書では、光源は、実質的に任意の光の供給源であるか、または発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザー、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ポリマー発光ダイオード、プラズマベースの光エミッタ、蛍光灯、白熱灯、および事実上他の光の供給源のうちの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない実質的に任意の光エミッタを備えてもよい。光源によって生成される光は、色を有してもよく（つまり、特定の波長の光を含んでもよい）、またはある範囲の波長（例えば、白色光）であってもよい。いくつかの実施形態では、光源は、複数の光エミッタを含んでもよい。例えば、光源は光エミッタのセットまたはグループを含んでもよく、光エミッタの少なくとも１つは、セットまたはグループの少なくとも１つの他の光エミッタによって生成される光の色または波長とは異なる色、または同等に波長を有する光を生成する。異なる色は、例えば、原色（例えば、赤、緑、青）を含み得る。

本明細書では、「ビューボックス」は、ディスプレイまたは他の光学系（例えば、レンズ系）によって形成された画像が可視であり、したがって表示され得る空間の領域またはボリュームとして定義される。言い換えると、ビューボックスは、ディスプレイまたはディスプレイシステムによって生成された画像を表示するためにユーザの目を配置できる空間内の場所または領域を定義する。さらに、ビューボックスは通常、ユーザの両方の目を収容するのに十分な大きさである。いくつかの実施形態では、ビューボックスは、空間の二次元領域（例えば、長さおよび幅を有するが実質的な深さのない領域）を表すことができ、他の実施形態では、ビューボックスは、空間の三次元領域（例えば、長さ、幅、および深さを有する領域）を含むことができる。さらに、「ボックス」と呼ばれるが、ビューボックスは、多角形または長方形の形状のボックスに限定されない場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、ビューボックスは空間の円筒領域を備えることができる。他の例では、空間の領域は、楕円柱、双曲線円柱、および一般的な楕円体を含むがこれらに限定されない様々な他の形状を有することができる。

さらに、本明細書で使用される場合、冠詞「ａ」は、特許技術におけるその通常の意味、すなわち「１つまたはそれ以上」を有することを意図している。例えば、「指向性散乱特徴」は、１つまたはそれ以上の指向性散乱特徴を意味し、したがって、「指向性散乱特徴」は、本明細書では「指向性散乱特徴（複数可）」を意味する。また、本明細書の任意の参照である「頂部」、「底部」、「上」、「下」、「上方」、「下方」、「前」、「後ろ」、「第１」、「第２」、「左」または「右」は、本明細書において制限を意図するものではない。本明細書において、「約」という用語は、値に適用される場合、通常、値を生成するために使用される機器の許容範囲内を意味し、特に明記しない限り、プラスまたはマイナス１０％、プラスまたはマイナス５％、あるいはプラスまたはマイナス１％を意味してもよい。さらに、本明細書で使用される「実質的に」という用語は、大部分、またはほぼすべて、またはすべて、または約５１％から約１００％の範囲内の量を意味する。さらに、本明細書の例は、例示のみを目的とするものであり、限定目的ではなく、議論の目的で提示されている。

本明細書に記載の原理のいくつかの実施形態によれば、モード選択可能なバックライトが提供される。図２Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるモード選択可能なバックライト１００の断面図を示している。図２Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるモード選択可能なバックライト１００の平面図を示している。図２Ｃは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるモード選択可能なバックライト１００の斜視図を示している。図２Ａおよび図２Ｂでは、モード選択可能なバックライト１００の第１の動作モードまたは「パブリック」モード（モード１）が図の左半分に示され、第２の動作モードまたは「プライバシー」モード（モード２）が右半分に示され、つまり、図２Ａおよび図２Ｂでは、一点鎖線のそれぞれ左側および右側に示されている。

図２Ａ～図２Ｃに示されるモード選択可能なバックライト１００は、放射光１０２を提供するように構成される。放射光１０２は、モード選択可能なバックライト１００の表面（例えば、放射表面）から概して離れる方向を有するように構成される。いくつかの実施形態では、放射光１０２は、限定されないが、例えば、ディスプレイ用途におけるライトバルブ（例えば、以下で説明するライトバルブ１７０）のアレイを照明するために、様々な用途で使用され得る。

モード選択可能なバックライト１００の様々な動作モードでは、放射光１０２は、異なる特性を有するか、または示すことができる。例えば、以下により詳細に説明するように、パブリックモードでは、モード選択可能なバックライト１００は、放射光１０２を広角放射光１０２’として提供するように構成される。あるいは、プライバシーモードでは、モード選択可能なバックライト１００は、放射光１０２を指向性放射光１０２’’として提供するように構成される。様々な実施形態によれば、指向性放射光１０２’’は、モード選択可能なバックライト１００に隣接するビューボックス１０４に向けられる。さらに、指向性放射光１０２’’は、図示されるように、ビューボックス１０４のビューイングコーン１０６に限定され得るか、または少なくとも実質的に限定され得る。

定義により、「広角」放射光１０２’は、以下で説明するモード選択可能なバックライト１００のまたはそれに関連するビューボックス１０４のビューイングコーン１０６のコーン角よりも大きいコーン角を有する光として定義される。特に、いくつかの実施形態では、広角放射光１０２’は、約１０度より大きい（例えば、＞±１０°）コーン角を有してもよい。他の実施形態では、広角放射光１０２’のコーン角は、約２０度より大きくてもよく（例えば、＞±２０°）、約３０度より大きくてもよく（例えば、＞±３０°）、または４０度より大きくてもよい（例えば、＞±４０°）。例えば、広角放射光１０２’のコーン角は、約６０度（例えば、＞±６０°）であり得る。

いくつかの実施形態では、広角放射光１０２’のコーン角は、ＬＣＤコンピュータモニタ、ＬＣＤタブレット、ＬＣＤテレビ、または広角表示（例えば、約±４０°～６５°）を目的とする同様のデジタルディスプレイデバイスの視野角とほぼ同じであってもよい。他の実施形態では、モード選択可能なバックライト１００によって提供される広角放射光１０２’は、拡散光、実質的に拡散した光、無指向性の光（つまり、特定のまたは定義された指向性を欠く）、または単一のもしくは実質的に均一な方向を有する光として特徴付けまたは説明されてもよい。広角放射光１０２’は、説明を容易にするために、広い矢印として図２Ａに示されている。しかしながら、広角放射光１０２’を表す広い矢印は、放射光１０２の特定の指向性を暗示するものではなく、単に、例えば、モード選択可能なバックライト１００からの光の放射および透過を表すだけである。

一方、指向性放射光１０２’’は、互いに異なる主角度方向（または単に「異なる方向」）を有する複数の指向性光ビームを含み得る。いくつかの実施形態では、指向性放射光１０２’’の異なる光ビームは、本明細書の定義により、ビューボックス１０４に優先的に向けられる。したがって、様々な実施形態によれば、指向性放射光１０２’’は、モード選択可能なバックライト１００によってビューボックス１０４内に集中または実質的に集中することができる。特に、指向性放射光１０２’’の１次光線は、ビューボックス１０４の中心または中間点に向けられるか、または「対象とされる」ことができる。いくつかの実施形態では、指向性放射光１０２’’は、（例えば、以下で説明されるように、ディスプレイシステムのライトバルブによって）変調されて、画像を「形成」または提供することができる。これらの実施形態では、画像は、「プライベート画像」としてビューボックス１０４内に提供されてもよい。

様々な実施形態によれば、プライベート画像は、ビューボックス１０４内ならびにビューボックス１０４のビューイングコーン１０６内に優先的にまたは場合によっては排他的に見えるように構成され、ビューイングプライバシーを提供する。すなわち、プライベート画像は、ビューボックス１０４内（およびいくつかの例では、ビューイングコーン１０６内）でユーザが見ることができる。したがって、ユーザは、ユーザの目がビューボックス１０４内にあるときに画像を見ることができる。様々な実施形態によれば、プライベート画像を、ビューボックス１０４またはビューイングコーン１０６の外側で、例えば、領域１０６’において見ることができない場合がある。いくつかの例では、領域１０６’から「見えない」とは、形成された画像が実質的に黒く見える場合があることを意味する。

図２Ａ～図２Ｃに示すように、モード選択可能なバックライト１００は、光ガイド１１０を備える。いくつかの実施形態によれば、光ガイド１１０は、プレート光ガイドであってもよい。光ガイド１１０は、導波光１１２として光ガイド１１０の長さに沿って光をガイドするように構成される。例えば、光ガイド１１０は、光導波路として構成された誘電材料を含み得る。誘電材料は、誘電体光導波路を取り囲む媒体の第２の屈折率より大きい第１の屈折率を有することができる。屈折率の差は、例えば、光ガイド１１０の１つまたはそれ以上の導波モードに従って、導波光１１２の内部全反射を促進するように構成される。

いくつかの実施形態では、光ガイド１１０は、光学的に透明な誘電材料の拡張された実質的に平面のシートを含むスラブまたはプレート光導波路であってもよい。実質的に平面の誘電材料シートは、内部全反射を使用して導波光１１２をガイドするように構成される。様々な例によれば、光ガイド１１０の光学的に透明な材料は、１つまたはそれ以上の様々なタイプのガラス（例えば、シリカガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、ホウケイ酸ガラスなど）および実質的に光学的に透明なプラスチックまたはポリマー（例えば、ポリ（メチルメタクリレート）または「アクリルガラス」、ポリカーボネートなど）を含むがこれらに限定されない様々な誘電材料のいずれかを含むか、またはそれから構成され得る。いくつかの例では、光ガイド１１０は、光ガイド１１０の表面（例えば、上面および底面の一方または両方）の少なくとも一部にクラッド層（図示せず）をさらに含んでもよい。いくつかの例によれば、クラッド層を使用して、内部全反射をさらに促進することができる。

さらに、いくつかの実施形態によれば、光ガイド１１０は、光ガイド１１０のガイド表面間、例えば、光ガイド１１０の第１の表面１１０’（例えば、「背」面または側面）と第２の表面１１０’’（例えば、「前」面または側面）との間でゼロでない伝搬角度での内部全反射に応じて、導波光１１２をガイドするように構成される。特に、導波光１１２は、ゼロでない伝搬角度で光ガイド１１０の第１の表面１１０’と第２の表面１１０’’との間で反射または「バウンス」することによって伝搬する。いくつかの実施形態では、導波光１１２は、異なる色固有のゼロでない伝搬角度のそれぞれ１つで光ガイド１１０によってガイドされる異なる色の光の複数の導波光ビームを備えることができる。説明を簡単にするために、ゼロでない伝搬角度は示されていないことに留意されたい。しかしながら、伝搬方向を示す様々な図における太い矢印は、光ガイド１１０の長さに沿った導波光１１２の一般的な伝搬方向を示している。

本明細書で定義されるように、「ゼロでない伝搬角度」は、光ガイド１１０の表面（例えば、第１の表面１１０’または第２の表面１１０’’）に対する角度である。さらに、様々な実施形態によれば、ゼロでない伝搬角度は、ゼロより大きく、光ガイド１１０内の内部全反射の臨界角度未満である。さらに、特定のゼロでない伝搬角度が、光ガイド１１０内の内部全反射の臨界角度未満である限り、特定のゼロでない伝搬角度は、特定の実装のために（例えば、任意に）選択されてもよい。様々な実施形態において、導波光１１２は、ゼロでない伝搬角度で光ガイド１１０に導入または結合されてもよい。

様々な実施形態によれば、光を光ガイド１１０に結合することによって生成される導波光１１２または同等の導波「光ビーム」は、コリメート光ビームであってもよい。本明細書では、「コリメート光」または「コリメート光ビーム」は、一般に、光ビームの光線が光ビーム内で互いに実質的に平行である光のビーム（例えば、導波光１１２）として定義される。さらに、コリメート光ビームから発散または散乱する光線は、本明細書での定義により、コリメート光ビームの一部とは見なされない。いくつかの実施形態では、モード選択可能なバックライト１００は、限定されないが、レンズ、リフレクタもしくはミラー、または光ガイド１１０に導入される光をコリメートするように構成された回折格子などのコリメータを含み得る。いくつかの実施形態では、光の供給源（例えば、光源）は、コリメータを含み得る。様々な実施形態において、導波光１１２は、コリメーション係数σに従って、またはコリメーション係数σを有するようにコリメートされてもよい。

様々な実施形態によれば、モード選択可能なバックライト１００は、第１の指向性散乱特徴１２０をさらに備える。第１の指向性散乱特徴１２０は、光ガイド１１０内で第１の伝搬方向を有する導波光１１２から広角放射光１０２’を提供するように構成される。特に、第１の指向性散乱特徴１２０は、他の伝搬方向を有する導波光１１２とは対照的に、第１の伝搬方向を有する導波光１１２を優先的または選択的に散乱させるように構成される。

例えば、第１の伝搬方向は、限定ではなく例として、図２Ａ～図２Ｃに示されるｘ方向であり得る（つまり、ｘ軸と整列するか、またはｘ軸に沿って）。図２Ａおよび図２Ｂの左半分の太い矢印１１３’は、例えば、パブリックモード（モード１）中の導波光１１２の第１の伝搬方向を表すことができる。したがって、図２Ａ～図２Ｃに示されるように、第１の指向性散乱特徴１２０は、他の方向（例えば、ｙ方向）ではなく、光ガイド１１０内でｘ方向（太い矢印１１３’によって示される）に伝搬する導波光１１２を選択的に散乱させるように構成される。

様々な実施形態によれば、第１の伝搬方向を有する導波光１１２は、モード選択可能なバックライト１００のパブリックモード中に存在し得る。特に、第１の伝搬方向を有する導波光１１２は、いくつかの実施形態では、パブリックモード中にのみ存在し得る。したがって、パブリックモードの選択は、第１の伝搬方向を有する導波光１１２の存在によって提供され得る。例えば、第１の伝搬方向を有する導波光１１２を提供する光源をオンにすることは、パブリックモードを選択し得る。図２Ａは、例えば、プライバシーモードの指向性光放射光１０２’’と区別するために、広角放射光１０２’の拡散散乱パターンまたは実質的に一指向性の光のいずれかを示すために、広い矢印を使用する。

様々な実施形態によれば、第１の指向性散乱特徴１２０は、回折格子、屈折散乱構造（例えば、様々なプリズム構造）、反射散乱構造（例えば、ファセットリフレクタ）、プラズモニックまたは蛍光散乱構造（例えば、異方性プラズモニックまたは蛍光共振器）、およびそれらの様々な組み合わせを含むがこれらに限定されない、指向性散乱を提供するように構成された様々な異なる散乱、構造、要素、または散乱体のいずれかを備えることができる。いくつかの実施形態では、第１の指向性散乱特徴１２０は、光ガイドに沿ってかつそれを横切って互いに離間された複数の散乱要素を備えることができる。複数の散乱要素は、第１の伝搬方向を有する導波光１１２の一部を散乱させて、パブリックモード中に広角放射光１０２’を提供するように構成され得る。

例えば、第１の指向性散乱特徴１２０は、光ガイド１１０の表面上の回折格子を備えることができ、回折格子は、実質的に平行な溝またはリッジを備える。実質的に平行な溝またはリッジは、導波光１１２の第１の伝搬方向に対して垂直または実質的に垂直（例えば、曲率を含む）に向けられ得る。導波光１１２が第１の指向性散乱特徴１２０の回折格子に遭遇すると、その一部は、広角放射光１０２’として選択的に散乱され得る。選択的散乱は、実質的に垂直な向き、または同等に、回折格子の向きに対して導波光１１２の実質的に垂直な入射角の結果である。

さらに、（例えば、第１の指向性散乱特徴１２０の）回折格子は、角度保持散乱構造として機能することができるので、第１の伝搬方向を有する導波光１１２が比較的大きなコリメーション係数σ（つまり、広角広がり）を有し、対応する広いビーム広がりを有する広角放射光１０２’が提供され得る。したがって、第１の指向性散乱特徴１２０によって提供される広角放射光１０２’は、拡散性または実質的に拡散性であり得る。
逆に、比較的小さいコリメーション係数σを使用して、より限定された角度の広がりを有する広角放射光１０２’を提供し得る。例えば、広角放射光１０２’は、光ガイド面に垂直な方向に放射される実質的に平行な光ビームを含み得る。別の例では、広い角度範囲にわたって広がる広角放射光１０２’は、光ガイド１１０にわたる距離の関数としてランダムまたは実質的にランダムな格子間隔を有する回折格子を備える第１の指向性散乱特徴１２０によって提供され得る。ランダム化された格子間隔は、例えば、大きなコリメーション係数σを有する導波光１１２の有無にかかわらず使用されてもよい。

他の例では、第１の伝搬方向を有する導波光１１２を選択的に散乱させるように構成された指向性散乱を提供するように配置されたファセットを有する屈折または反射散乱構造が、第１の指向性散乱特徴１２０として使用され得る。上記の回折格子の例と同様に、第１の伝搬方向を有する導波光１１２の比較的大きなコリメーション係数σを使用して、拡散する広角放射光１０２’を生成することができ、比較的小さいコリメーション係数σは、例えば、実質的に一指向性であるか、または所定の方向を有する広角放射光１０２’を生成し得る。拡散する広角放射光は、例えば、第１の指向性散乱特徴１２０としてランダム化された傾斜を有するファセットを有する屈折または反射散乱構造を使用して提供することもできる。散乱要素の様々な特定の例、ならびに第１の指向性散乱特徴１２０における、またはそれとしての使用に適した複数の散乱要素は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる２０１７年１０月２７日に提出されたＤａｖｉｄ Ａ．Ｆａｔｔａｌの国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１７／０５８８５４号を参照して見出すことができる。

図２Ａ～図２Ｃに示されるように、モード選択可能なバックライト１００は、第２の指向性散乱特徴１３０をさらに備える。第２の指向性散乱特徴１３０は、光ガイド１１０内で第２の伝搬方向を有する導波光１１２から指向性放射光１０２’’を提供するように構成される。特に、指向性放射光１０２’’は、第２の伝搬方向を有する導波光１１２の一部を光ガイド１１０から散乱または結合させることによって提供される。図２Ａ～図２Ｃに示されるように、第２の伝搬方向は、限定ではなく例として、ｙ方向にあり得る（つまり、ｙ軸と整列するか、またはｙ軸に沿って）。図２Ａの平面を指す矢印１１３’’および図２Ｂの太い矢印１１３’’は、どちらもそれぞれの図の右半分にあり、導波光１１２の第２の伝搬方向を示している。したがって、図２Ａ～図２Ｃに示されるように、第２の指向性散乱特徴１３０は、太い矢印１１３’’によって示されるように他の方向（例えば、太い矢印１１３’で示される方向に）ではなく、ｙ方向に伝播する導波光１１２を選択的に散乱させるように構成され得る。さらに、第２の指向性散乱特徴１３０は、第１の伝搬方向を有する導波光１１２を散乱させないか、または少なくとも実質的に散乱させないように構成される。したがって、図２Ａの右半分に示すように、第２の指向性散乱特徴１３０は、パブリックモード中に散乱光（つまり、指向性放射光１０２’’）を生成しない。

上述のように、指向性放射光１０２’’は、互いに異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビームを含み得る。さらに、指向性放射光１０２’’は、ビューボックス１０４に向けて、およびその中に向けられる。図２Ａの右側（モード２）では、指向性放射光１０２’’の複数の指向性光ビームは、指向性光ビームの異なる主角度方向を明示的に表すために異なる方向を指す別個の矢印として描かれている。図示のように、別々の矢印もビューボックス１０４を指し示している。

様々な実施形態によれば、第２の指向性散乱特徴１３０は、指向性散乱を提供し、ビューボックス１０４に向かってビューボックス１０４内に向けられる指向性放射光１０２’’を提供するように構成され得る様々な異なる散乱構造のいずれかを含み得る。特に、第２の指向性散乱特徴１３０の散乱構造は、光ガイド１１０の表面に回折格子を含み得るが、これに限定されない。第２の指向性散乱特徴１３０の回折格子は、プライバシーモード中に指向性放射光１０２’’を提供するために、第２の伝搬方向を有する導波光の一部を回折的に散乱させるように構成される。

いくつかの実施形態では、ビューボックス１０４は、光ガイド１１０の表面に平行な平面に配置された二次元ビューボックスであってもよい。これらの実施形態では、回折格子は、回折散乱された光を２つの直交方向に向けて指向性放射光１０２’’を二次元ビューボックス１０４に提供するように構成された複数の湾曲した回折特徴を備えることができる。いくつかの実施形態では、第２の指向性散乱特徴１３０の回折格子は、光ガイド１１０の入光エッジからの距離の関数として減少する隣接する回折特徴間の特徴間隔を有する回折特徴を備える。いくつかの実施形態（図示せず）では、第２の指向性散乱特徴１３０の回折格子は、複数のサブ格子を備えることができ、複数のサブ格子は、光ガイド１１０の表面上で離間され、提供された指向性放射光１０２’’をビューボックス１０４に協調的に集中させるように構成される。いくつかの実施形態（図示せず）では、湾曲した回折特徴は、区分的線形回折特徴によって、または回折特徴の曲線を近似するように配置された複数のサブ格子によって近似することができる。

図３Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるモード選択可能なバックライト１００の側面図を示している。図３Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における図３Ａのモード選択可能なバックライト１００の一部の断面図を示している。図３Ｃは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における図３Ａのモード選択可能なバックライト１００の別の部分の断面図を示している。特に、図３Ａ～図３Ｃは、プライバシーモードで動作するモード選択可能なバックライト１００を示している。図示のように、モード選択可能なバックライト１００は、光ガイド１１０、光ガイド１１０の第１の表面１１０’に隣接する第１の指向性散乱特徴１２０、および光ガイド１１０の第２の表面１１０’’に隣接する第２の指向性散乱特徴１３０を備え、第２の表面１１０’’は、図３Ａの第１の表面１１０’の反対側に描かれている。図３Ａ～図３Ｃでは、第２の指向性散乱特徴１３０は、回折格子１３２を備える。また、ビューボックス１０４、ビューコーン１０６、指向性放射光１０２’’、および伝搬係数σと共に第２の伝搬方向を有する導波光１１２も示されている。図３Ａでは、入光エッジ１１４から離れて指している光ガイド１１０内の太い矢印１１３’’は、例えば、光ガイド長さに沿った、導波光１１２の第２の伝搬方向を示す。

一例では、コリメーション係数σは、約プラスまたはマイナス４０度以下（つまり、σ＜±４０°）の角度広がりを表すことができる。他の例では、コリメーション係数σは、約３０度以下（つまり、σ＜±３０°）、約２０度以下（つまり、σ＜±２０°）、または約１０度以下（つまり、σ＜±１０°）の角度広がりを表すことができる。さらに他の例では、コリメーション係数σは、約５度以下の角度広がり（つまり、σ＜±５°）を表すことができる。式（１）に関して以下で説明するように、ビューボックス１０４のサイズは、コリメーション係数σの関数であり得る。さらに、所定のコリメーション係数σを有することに加えて、導波光１１２のゼロでない伝搬角度は、一般に内部全反射に対する光ガイド１１０の臨界角度未満である。

様々な実施形態によれば、第２の指向性散乱特徴１３０の回折格子１３２は、導波光１１２の一部を光ガイド１１０内から回折結合するように構成される。特に、導波光１１２の一部は、指向性放射光１０２’’として回折結合され得る。さらに、回折格子１３２は、指向性放射光１０２’’を、光ガイド面に隣接して、かつそこから離間して（例えば、図示のように上面の上に）ビューボックス１０４内に向けるように構成される。例えば、図３Ａは、指向性放射光１０２’’を、光ガイド面からビューボックス１０４に延びる光線または光ビーム（例えば、「１次光線」または「主光ビーム」）を表す矢印として示す。さらに、指向性放射光１０２’’は、回折格子１３２の方向付け効果によって、光ガイド１１０とビューボックス１０４との間の空間の領域において、ビューイングコーン１０６（例えば、略円錐またはピラミッド領域または「光透過」コーン）に実質的に限定され得る。指向性放射光１０２’’の主光ビームを表す実線矢印は、図３Ａのビューボックス１０４の中心、中点、または中央に向けられるか、または対象とされるように描かれている。他の実施形態（図示せず）では、回折格子１３２は、回折散乱された光の光ビームをビューボックス１０４の他の部分に向けるように構成されてもよく、例えば、光ビームまたは１次光線は、実質的にビューボックス１０４全体に分配されてもよい。

図３Ｂの断面図に示されるモード選択可能なバックライト１００の一部は、回折格子１３２の回折特徴を、光ガイド面からｚ方向に突出するリッジ１３２ｂとして示す。さらに、リッジ１３２ｂは、図示のように、溝１３２ａによって互いに分離されている。図３Ｂに示されるように、溝１３２ａと隣接するリッジ１３２ｂとの組み合わせは、「回折特徴」を表す。他の例では、リッジ１３２ｂおよび溝１３２ａは、個別に、回折特徴と呼ばれ得る。

図３Ｂに示されるように、溝１３２ａの幅はｗ_ｇで示され、リッジ１３２ｂの幅はｗ_ｒで示される。溝幅ｗ_ｇおよびリッジ幅ｗ_ｒの合計は、本明細書において「特徴間隔」として定義され、Λで示される（つまり、Λ＝ｗ_ｇ＋ｗ_ｒ）。
特徴間隔の代替定義（例えば、リッジ１３２ｂまたは溝１３２ａが個別に回折特徴と呼ばれる場合）は、例えば、隣接するリッジ１３２ｂのペア（溝１３２ａで区切られている）または、隣接する溝１３２ａのペア（リッジ１３２ｂで区切られている）間の中心間距離であってもよい。いくつかの実施形態によれば（例えば、以下で説明される図４Ａ～図４Ｂに示されるように）、溝１３２ａおよびリッジ１３２ｂの幅は、回折特徴の長さ（例えば、溝１３２ａおよびリッジ１３２ｂの長さ）に沿って実質的に一定であり得る。さらに、いくつかの実施形態では、回折特徴の長さに沿った特徴間隔Λは、実質的に一定であり得る。さらに、特徴間隔Λは、光ガイド１１０の長さに沿って変化し得る。例えば、特徴間隔Λは、図３Ｂ～図３Ｃにおいて左から右へと長さに沿って減少するように示され、特に、図示のように、特徴間隔Λは、光ガイド１１０の入光エッジ１１４から入光エッジ１１４の端部と反対側の光ガイド１１０の端部まで減少する。

図３Ｃは、モード選択可能なバックライト１００の一部、特に、入光エッジ１１４の近くの光ガイド１１０の一部の断面図を示している。そこに示されるように、入光エッジ１１４に沿って光ガイド１１０に結合される光は、様々な延長矢印で示されるように、第２の伝搬方向を有する導波光１１２として光ガイド１１０内を伝搬する。図示されているように、導波光１１２，１１２ａの一部は、内部全反射により光ガイド１１０内に留まるように構成されている。図３Ｃにさらに示されるように、導波光１１２，１１２ｂの他の部分は、回折格子１３２によって散乱され、指向性放射光１０２’’になる。さらに、プライバシーモード中の導波光１１２の第２の伝搬方向は、以下でさらに説明するように、図示のように、回折格子１３２の特徴間隔Λが減少する一般的な方向である。

様々な実施形態によれば、回折格子１３２と相互作用する導波光１１２ｂは、例えば、一次回折ビームとして、光ガイド１１０から回折的に散乱され得る。図示のように、指向性放射光１０２’’は、光ガイド１１０の表面法線に対して回折角θで光ガイド１１０から回折結合される一次回折光を表すことができる。様々な実施形態では、回折格子１３２に関連するゼロ次回折のプロダクトおよびより高次の回折のプロダクトを実質的に抑制することができる。

いくつかの実施形態では、回折格子１３２は、実質的に真っ直ぐな（例えば、溝１３２ａまたはリッジ１３２ｂの長さに沿って真っ直ぐである）回折特徴を備えることができる。実質的に真っ直ぐな回折特徴（例えば、真っ直ぐな溝１３２ａおよびリッジ１３２ｂの両方）は、実質的に一次元であるビューボックス１０４を提供し得る。すなわち、ビューボックス１０４は、（例えば、光ガイド１１０の長手方向に）幅を有することができ、さらに、幅の方向に直交する方向にある別の寸法（例えば、長さ）を有することができる。他の寸法または長さは、例えば、実質的に拘束されないか、または同様の程度の光ガイド１１０によって拘束されてもよい。他の実施形態では、回折格子１３２は、湾曲した回折特徴または回折特徴の長さに沿って曲線を近似するように構成された回折特徴のいずれかを備えることができる。湾曲した回折特徴は、二次元ビューボックス１０４を提供することができる。

図４Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるモード選択可能なバックライト１００の斜視図を示している。図４Ｂは、本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例における図４Ａのモード選択可能なバックライト１００の一部の平面図を示している。特に、図４Ａ～図４Ｂに示されるように、回折格子１３２は、モード選択可能なバックライト１００の光ガイド１１０の表面に配置され、湾曲した回折特徴を備える。図示のように、回折格子１３２の回折パターンは、回折格子１３２の湾曲した回折特徴、例えば、光ガイド１１０の表面内または表面の溝１３２ａおよびリッジ１３２ｂの一方または両方を表す交互の黒および白のバンドとして示されている。さらに、図４Ｂに示されるように、限定ではなく例として、同心の黒と白の曲線は、光ガイド面上の同心の湾曲した回折特徴（例えば、同心の湾曲したリッジと同心の湾曲した溝の両方）を表す。同心の湾曲した回折特徴は、光ガイド１１０のエッジを越えて位置する曲率中心Ｏを有する。いくつかの実施形態では、回折格子１３２の湾曲した回折特徴は、半円によって表すことができる（つまり、半円の湾曲した回折特徴とすることができる）。他の実施形態では、実質的に非円形の曲線を使用して、湾曲した回折特徴を実現することができる。例えば、湾曲した回折特徴は、双曲線形状の曲線を有し得る。したがって、いくつかの実施形態では、同心の湾曲した回折特徴は、同心の双曲線形状の湾曲した回折特徴とすることができる。様々な実施形態によれば、回折特徴の曲線は、指向性放射光１０２’’を、ビューボックス１０４の平面内の２つの直交する方向に向ける、いくつかの例では、集中させるように、構成され得る。したがって、湾曲した回折特徴は、例えば、所定の長さおよび所定の幅を有する二次元ビューボックス１０４を提供するように構成され得る。様々な実施形態では、二次元ビューボックス１０４は、光ガイド面に平行な平面に配置されてもよい（例えば、図４Ａを参照）。

様々な実施形態によれば、回折格子１３２内の回折特徴の特徴間隔は、光ガイド長さに沿った距離の関数として、または光ガイド１１０内の光の伝搬方向で変化し得る。例えば、図３Ｃの断面図ならびに図４Ｂの平面図に示されるように、回折格子１３２の特徴間隔Λは、入光エッジ１１４から（または同等に図４Ｂの曲率中心Ｏから）の距離が増加するにつれて減少する。特徴間隔Λはまた、図４Ａの光ガイド１１０の入光エッジ１１４からの距離の関数として減少するように示されている。湾曲した回折特徴の場合、例えば、曲率中心からの、または入光エッジ１１４からの距離は、半径Ｒに沿って測定され得る。例えば、距離の関数としての特徴間隔Λの減少は、「チャープ」と呼ばれる場合があり、回折格子１３２は、例えば、「チャープ」回折格子と呼ばれる場合がある。
さらに、いくつかの実施形態では、特徴間隔Λの減少は、距離の線形関数を表す場合がある。他の実施形態では、特徴間隔は、距離の指数関数および距離の双曲線関数を含むがこれらに限定されない、距離の別の（つまり、非線形）関数に従って減少し得る。

図５は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における距離の関数としての回折特徴間隔のプロットを示している。図示されるように、横軸は距離（例えば、入光エッジ１１４からの距離、または半径Ｒに沿った曲率中心Ｏからの半径距離）を表す。例えば、水平軸上で「０」とラベル付けされた点は、図４Ｂの半径Ｒと光ガイド１１０の入光エッジ１１４との交点を表すことができる。プロットの縦軸は、回折格子１３２の回折特徴の特徴間隔Λを表す。曲線Ａ、Ｂ、およびＣは、回折特徴の特徴間隔が、距離の増加と共に、または距離の増加の関数として減少し得る様々な方法の例を表す。特に、曲線Ａは、例えば曲率中心Ｏからの距離の増加に伴う特徴間隔の指数関数的減少を表す。曲線Ｂは、距離の増加の関数としての特徴間隔の線形減少、例えば線形チャープまたは線形チャープ回折格子を表す。曲線Ｃは、距離の増加に伴う特徴間隔の双曲線の減少を表す。

再び図３Ａを参照すると、上で説明し、図示したように、第２の指向性散乱特徴１３０の回折格子１３２の特徴間隔は、モード選択可能なバックライト１００から距離ｆの位置にあるビューボックス１０４に光を回折散乱し、向けるように構成される。例えば、距離ｆは、図３Ａに示されるように、光ガイド１１０の上面から測定され得、意図されたビューイング距離を表すことができる。様々な実施形態によれば、ビューボックス１０４のおおよその幅ｗ_{ビューボックス}は、距離ｆと、光ガイド１１０内を伝搬する光のコリメーション係数σ、または同等に、光が入光エッジ１１４に沿って光ガイド１１０に入るコリメーション係数σとの積で与えられ得る。特に、ビューボックスの幅ｗ_{ビューボックス}は、式（２）によって次のように与えられ得る：
ｗ_{ビューボックス}＝ｆ・σ （２）

いくつかの実施形態では、長手方向（例えば、光伝搬方向）におけるビューボックス幅ｗ_{ビューボックス}は、約７０ミリメートル（７０ｍｍ）より大きくてもよい。約７０ｍｍより大きいビューボックス幅ｗ_{ビューボックス}は、例えば、モード選択可能なバックライト１００を見るユーザの両目間の平均瞳孔間距離に対応し得る。特に、ビューボックス幅ｗ_{ビューボックス}は、モード選択可能なバックライト１００によって提供される画像の表示を容易にするために、ユーザの両目を収容するのに十分な大きさであり得る。しかしながら、ビューボックス幅ｗ_{ビューボックス}はまた、ビューボックス１０４の外部の他の人による観察を実質的に制限するのに十分に小さく、例えば、効果的に、ビューイングコーン１０６の外部に位置する他の人による観察を実質的に制限し得る。

特に、上述のように、モード選択可能なバックライト１００によって提供される指向性放射光１０２’’は、実質的にビューボックス１０４に向けられ、または同等に実質的に図３Ａの破線によって輪郭が描かれたビューイングコーン１０６内に限定され得る。したがって、ユーザの目がビューボックス１０４内にある場合、モード選択可能なバックライト１００からの光およびそれによって提供される画像は、優先的または独占的にユーザの目に入ることができる。しかしながら、他の人の目がビューボックス１０４の外側またはビューイングコーン１０６の外側（例えば、領域１０６’）のいずれかに位置する場合、モード選択可能なバックライト１００からの光およびそれによって提供される画像は、他の人の目に実質的に入らず、したがって見えない。このように、モード選択可能なバックライト１００、特に回折格子１３２は、ビューボックス１０４の外側から、またはビューイングコーン１０６の外側から見たときに、実質的に黒色（つまり、消灯）に見える可能性がある。

いくつかの実施形態では、ビューイングコーン１０６のコーン角は、負のコーン角であり得る。本明細書では、「負のコーン角」は、空間内の点または空間の比較的限定された領域のいずれかに光を集中させる、または向ける放射光のコーン角として定義される。言い換えれば、負のコーン角は、収束光を含むビューイングコーン１０６を生成する。したがって、ビューイングコーン１０６は、少なくとも、光が向けられる空間の点に到達するまで、負のコーン角を有するモード選択可能なバックライト１００からの距離の関数として、一般にサイズが減少する。限定ではなく例として、図３Ａおよび図４Ａのビューイングコーン１０６はそれぞれ、図示のように、負のコーン角を有する。対照的に、正のコーン角は、本明細書における定義により、一般に放射光の発散をもたらす。第２の指向性散乱特徴１３０として有用であり得るプライバシーディスプレイおよびプライバシーディスプレイの回折格子の提供のさらなる議論は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる２０１６年７月２５日に提出されたＤａｖｉｄ Ａ．Ｆａｔｔａｌの国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１６／０４３９３９号に見出すことができる。

再び図２Ａ～図２Ｃを参照し、様々な実施形態によれば、パブリックモードとプライバシーモードとの間のモード選択は、上記のように、第１の伝搬方向または第２の伝搬方向のいずれかを有する導波光１１２の存在または不在を制御することによって提供され得る。特に、第１の伝搬方向を有する導波光１１２は、パブリックモード（モード１）中に存在し得、第２の伝搬方向を有する導波光１１２は、モード選択可能なバックライト１００のプライバシーモード（モード２）中に存在し得る。さらに、いくつかの実施形態では、第１の伝搬方向を有する導波光１１２は、パブリックモード中にのみ存在し得る。したがって、いくつかの実施形態では、第１の指向性散乱特徴１２０は、パブリックモード中にのみ、導波光１１２から広角放射光１０２’を提供することができる。同様に、いくつかの実施形態では、第２の伝搬方向を有する導波光１１２は、プライバシーモード中にのみ存在し得る。したがって、第２の指向性散乱特徴１３０は、いくつかの実施形態では、プライバシーモード中にのみ、導波光１１２から指向性放射光１０２’’を提供することができる。他の実施形態では、第２の伝搬方向を有する導波光１１２は、パブリックモードとプライバシーモードの両方の間に存在し得る。これらの実施形態では、第１および第２の指向性散乱特徴１２０，１３０の両方が、パブリックモード中に広角および指向性放射光１０２’，１０２’’の組み合わせを含む放射光１０２を提供することができる。

さらに、様々な実施形態によれば、第１および第２の指向性散乱特徴１２０，１３０は、光ガイド１１０のいずれかのガイド面上に、またはそれに隣接して（またはガイド面の間でさえ）配置され得る。例えば、図３Ａは、限定ではなく例として、光ガイド１１０の第１の表面１１０’上の第１の指向性散乱特徴１２０および第２の表面１１０’’上の第２の指向性散乱特徴１３０を示している。図示のように、第２の指向性散乱特徴１３０は、第２の伝搬方向を有する導波光１１２の一部を散乱させるように構成され、その部分はプライバシーモード中に指向性放射光１０２’’を提供するために第２の表面１１０’’を通して散乱される。
さらに、第１の指向性散乱特徴１２０は、第２の伝搬方向を有する導波光１１２の一部を散乱させて広角放射光１０２’を提供するように構成され、散乱した部分も第２の表面１１０’’を通して散乱される。したがって、光ガイド１１０の第２の表面１１０’’は、「放射」表面と呼ばれることがある。さらに、様々な実施形態によれば、第２の指向性散乱特徴１３０は、第１の指向性散乱特徴１２０によって生成される広角放射光１０２’に対して透明または少なくとも実質的に透明であるように構成され得る。他の実施形態（図示せず）では、第１の指向性散乱特徴１２０は、光ガイド１１０の第２の表面１１０’’上にあってもよく、第２の指向性散乱特徴１３０は、第１の表面１１０’上にあってもよい。

いくつかの実施形態によれば、モード選択可能なバックライト１００は、光ガイド１１０内の異なる伝搬方向を有する導波光１１２を提供するように構成された複数の光源をさらに含み得る。特に、図２Ａ～図２Ｃに示されるモード選択可能なバックライト１００は、第１の光源１４０および第２の光源１５０をさらに備える。第１の光源１４０は、光ガイド１１０内で第１の伝搬方向を有する導波光１１２を提供するように構成され得る。同様に、第２の光源１５０は、光ガイド１１０内で第２の伝搬方向を有する導波光１１２を提供するように構成され得る。図２Ａ～図２Ｃでは、第１の光源１４０は、光ガイド１１０の第１の側に配置され、第２の光源１５０は、第１の側に直交する光ガイド１１０の第２の側に配置される。図４Ａは、例示を容易にするために第２の光源１５０のみを示しており、限定のためではないことに留意されたい。

様々な実施形態において、第１および第２の光源１４０，１５０は、１つまたはそれ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザー（例えば、レーザーダイオード）を含むがこれらに限定されない実質的に任意の光の供給源（例えば、光エミッタ）を含み得る。例えば、第１および第２の光源１４０，１５０はそれぞれ、光ガイド１１０の対応する側の長さに沿って分布された複数のまたはアレイのＬＥＤを備えることができる。いくつかの実施形態では、第１および第２の光源１４０，１５０の一方または両方は、特定の色によって示される狭帯域スペクトルを有する実質的に単色の光を生成するように構成された光エミッタを備えることができる。特に、単色光の色は、特定の色空間またはカラーモデル（例えば、赤緑青（ＲＧＢ）カラーモデル）の原色であり得る。他の例では、第１および第２の光源１４０，１５０の一方または両方は、実質的に広帯域のまたは多色の光を提供するように構成された実質的に広帯域の光源を備えてもよい。例えば、広帯域光または多色光は白色光であり得、第１および第２の光源１４０，１５０は白色光源であり得る。いくつかの実施形態では、第１および第２の光源１４０，１５０の一方または両方は、異なる色の光を提供するように、または組み合わせて白色光を提供するように構成される複数の異なる光エミッタを備え得る。

いくつかの実施形態では、第１および第２の光源１４０，１５０の一方または両方は、コリメータ（図示せず）をさらに備えることができる。コリメータは、第１および第２の光源１４０，１５０のそれぞれの１つまたはそれ以上の光エミッタから実質的にコリメートされていない光を受け取り、実質的にコリメートされていない光をコリメート光に変換するように構成され得る。特に、コリメータは、ゼロでない伝搬角度を有すること、および所定のコリメーション係数σに従ってコリメートされることの一方または両方を伴うコリメート光を提供することができる。さらに、異なる色の光エミッタが使用される場合、コリメータは、異なる色固有のゼロでない伝搬角度を有すること、および異なる色固有のコリメーション係数を有することの一方または両方を伴うコリメート光を提供するように構成され得る。コリメータは、コリメート光を光ガイド１１０に伝達して、上述の導波光１１２として伝播するようにさらに構成される。

様々な例では、コリメータは、レンズ、リフレクタ、および回折格子を含むがこれらに限定されない、光をコリメートするように構成された様々な光学要素のいずれかを備えることができる。使用することができる別のタイプのコリメータは、テーパ付き光ガイドのセクションを含む、いわゆるテーパ付きコリメータである。コリメート構造の様々な組み合わせを含むコリメータ、例えば、コリメートレンズまたはリフレクタと組み合わせたテーパ付き光ガイドのセクションを含むコリメータも使用され得る。

いくつかの実施形態では、モード選択可能なバックライト１００は、ライトバルブのアレイと組み合わせて（例えば、照明するために）使用されてもよい。例えば、ライトバルブのアレイは、モード選択可能なプライバシーディスプレイの一部であってもよく、ライトバルブは、放射光１０２を変調して画像を形成または表示するために使用されてもよい。特に、広角放射光１０２’を変調することによりパブリックモードでパブリック画像を表示でき、ライトバルブアレイを使用して指向性放射光１０２’’を変調することによりプライバシーモードでプライバシー画像を表示できる。

図２Ａ、図３Ａおよび図４Ａは、限定ではなく例として、光ガイド１１０に隣接し、かつ光ガイド１１０とビューボックス１０４との間に位置するライトバルブ１７０のアレイを示している。さらに、図示されるように、ライトバルブ１７０のアレイは、光ガイド１１０に実質的に平行に向けられ、指向性放射光１０２’’がプライバシーモード中に限定されるビューイングコーン１０６と交差するように配置され得る。特に、ライトバルブアレイの個々のライトバルブ１７０は、一緒にパブリックモードでパブリック画像を形成し得、プライバシーモード中にビューボックス１０４でプライベート画像を別個に形成し得るピクセルを提供するように独立して構成され得る。

様々な実施形態によれば、提供されたプライベート画像は、ビューボックス１０４内（およびいくつかの例では、ビューイングコーン１０６内）でユーザが見ることができる。したがって、ユーザは、ユーザの目がビューボックス１０４内にあるときに画像を見ることができる。様々な実施形態によれば、プライベート画像を、ビューボックス１０４またはビューイングコーン１０６の外側で、例えば、領域１０６’において見ることができない場合がある。いくつかの例では、領域１０６’から「見えない」ということは、プライバシーモード中にプライベート画像が実質的に黒く見える場合があることを意味する。しかしながら、パブリックモード（図３Ａおよび図４Ａには示されていない）の間、広角放射光１０２’を変調することによって提供されるパブリック画像は、ビューボックス１０４の外側で見ることができる場合がある。

いくつかの実施形態によれば、ライトバルブ１７０のアレイは、液晶ライトバルブ、エレクトロウェッティングライトバルブ、電気泳動ライトバルブ、またはこれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない実質的に任意の様々なライトバルブを含み得る。例えば、ライトバルブ１７０のアレイは、液晶ライトバルブのアレイを備えることができ、そのそれぞれは、ライトバルブを通過する光の量を変調することにより、ピクセルとして個別に動作され得る。いくつかの実施形態では、ライトバルブ１７０は、着色されたライトバルブであり得る（つまり、ライトバルブは、カラーフィルタを含み得る）。例えば、ライトバルブアレイは、複数の赤色ライトバルブ、複数の緑色ライトバルブ、および複数の青色ライトバルブを含み得る。ライトバルブ１７０のアレイの赤、緑、青のライトバルブを一緒にすると、例えば、放射光１０２を変調することにより、赤緑青（ＲＧＢ）ベースの「フルカラー」形成画像（パブリックまたはプライベート）を提供することができる。特に、ライトバルブアレイの個々のライトバルブ１７０を通過する指向性放射光１０２’’は、プライバシーモード中にビューボックス１０４およびビューイングコーン１０６にフルカラープライベート画像または白黒プライベート画像を作成するように選択的に変調され得る。同様に、広角放射光１０２’は、広い視野角にわたって見ることができるフルカラーパブリック画像または白黒パブリック画像を作成するように変調され得る（つまり、パブリック画像はビューボックス１０４に限定されない）。

本明細書に記載の原理のいくつかの実施形態によれば、モード選択可能なプライバシーディスプレイが提供される。モード選択可能なプライバシーディスプレイは、モード選択可能なプライバシーディスプレイのピクセルとして変調光を放出するように構成される。パブリックモードでは、放射された変調光は、パブリック画像を表示するために拡散性または無指向性であり得る。特に、放射される変調光は、パブリックモードでは広角放射光である。プライバシーモードでは、放射された変調光は、プライベート画像を表示するためにモード選択可能なプライバシーディスプレイのビューボックスに優先的に向けられる指向性放射光を備える。様々な実施形態によれば、プライベート画像は、モード選択可能なプライバシーディスプレイのビューボックス、または同等にビューボックスのビューイングコーン内で見えるように構成される。

図６は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるモード選択可能なプライバシーディスプレイ２００のブロック図を示している。様々な実施形態によれば、モード選択可能なプライバシーディスプレイ２００は、第１の動作モードまたはパブリックモードでパブリック画像を表示し、第２の動作モードまたはプライバシーモードでプライベート画像を表示するように構成される。特に、パブリックモードでは、モード選択可能なプライバシーディスプレイ２００によって放射される変調された広角放射光２０２’は、プライベート画像を表すか、またはそれを表示するために使用され得る。プライバシーモードでは、モード選択可能なプライバシーディスプレイ２００によって放射される変調された指向性放射光２０２’’は、プライベート画像を表すか、またはそれを表示するために使用され得る。図６の左半分は、パブリックモード（モード１）で動作してパブリック画像を表示するモード選択可能なプライバシーディスプレイ２００を示し、図６の右半分は、プライバシーモード（モード２）で動作してプライベート画像を表示するモード選択可能なプライバシーディスプレイ２００を示している。さらに、図６は、モード選択可能なプライバシーディスプレイ２００に関連するビューボックス２０４およびビューボックス２０４のビューイングコーン２０６を示している。

図６に示すモード選択可能なプライバシーディスプレイ２００は、モード選択可能なバックライト２１０を備える。モード選択可能なバックライト２１０は、光を導波光としてガイドするように構成された光ガイド２１２を備える。モード選択可能なバックライト２１０は、第１の指向性散乱特徴２１４および第２の指向性散乱特徴２１６をさらに備える。第１の指向性散乱特徴２１４は、パブリックモード中に広角放射光２０８’を提供するために、光ガイド内から導波光を散乱させるように構成される。第２の指向性散乱特徴２１６は、プライバシーモード中に指向性放射光２０８’’を提供するために、光ガイド２１２内から導波光を散乱させるように構成される。さらに、様々な実施形態によれば、指向性放射光２０８’’は、ビューボックス２０４の方向に向けられ、ビューボックス２０４のビューイングコーン２０６に限定される、または少なくとも実質的に限定されるように構成される。

いくつかの実施形態では、モード選択可能なバックライト２１０は、上述のモード選択可能なバックライト１００と実質的に同様であり得る。特に、いくつかの実施形態では、光ガイド２１２は光ガイド１１０と実質的に同様であり得、第１の指向性散乱特徴２１４は第１の指向性散乱特徴１２０と実質的に同様であり得、第２の指向性散乱特徴２１６は上記のモード選択可能なバックライト１００の第２の指向性散乱特徴１３０と実質的に同様であり得る。例えば、光ガイド２１２は、パブリックモード中に、第１の伝搬方向を有する導波光として光をガイドし、プライバシーモード中に第２の伝搬方向を有する導波光として光をガイドするように構成され得る。同様に、例えば、第１の指向性散乱特徴２１４は、第１の伝搬方向を有する導波光を選択的に散乱させるように構成され得、第２の指向性光散乱特徴２１６は、第２の伝搬方向を有する導波光を選択的に散乱させるように構成され得る。

図６に示すように、モード選択可能なプライバシーディスプレイ２００は、ライトバルブ２２０のアレイをさらに備える。ライトバルブ２２０のアレイは、広角放射光２０８’を変調してパブリックモード（モード１）中にパブリック画像を表示し、指向性放射光２０８’’を変調してプライバシーモード（モード２）中にプライベート画像を表示するように構成される。特に、ライトバルブ２２０のアレイは、広角放射光２０８’を変調し、パブリックモード中に変調された広角放射光２０２’を提供するように構成される。次に、変調された広角放射光２０２’は、パブリック画像を提供するまたは表す。同様に、ライトバルブ２２０のアレイは、プライバシーモード中に指向性放射光２０８’’を変調し、変調された指向性放射光２０２’’を提供するように構成され、プライベート画像は、変調された指向性放射光２０２’’によって提供され、または表される。さらに、様々な実施形態によれば、変調された指向性放射光２０２’’によって提供され、または表されるプライベート画像は、ビューボックス２０４内で、またはビューボックス２０４のビューイングコーン２０６内で同等に見えるように構成される。いくつかの実施形態では、ライトバルブ２２０のアレイは、モード選択可能なバックライト１００に関して上述したライトバルブ１７０のアレイと実質的に同様であってよい。例えば、ライトバルブ２２０のアレイは、液晶ライトバルブを含み得る。

いくつかの実施形態によれば、モード選択可能なプライバシーディスプレイ２００は、複数の光源をさらに含み得る。特に、図６に示されるように、モード選択可能なプライバシーディスプレイ２００は、第１の光源２３０および第２の光源２４０を含み得る。第１の光源２３０は、パブリックモード（モード１）中に光ガイド２１２内で第１の伝搬方向を有する導波光を提供するように構成される。第２の光源２４０は、プライバシーモード（モード２）中に光ガイド２１２内で第２の伝搬方向を有する導波光を提供するように構成される。いくつかの実施形態では、モード選択可能なプライバシーディスプレイ２００の第１および第２の光源２３０，２４０は、上記のモード選択可能なバックライト１００の第１および第２の光源１４０，１５０とそれぞれ実質的に同様であり得る。例えば、第１の光源２３０は、光ガイド２１２の第１の側に接続され得、第２の光源２４０は、光ガイド２１２の第２の側に接続され得、第２の側は、第１の側に直交する。したがって、いくつかの実施形態では、導波光の第１の伝搬方向は、第２の伝搬方向に対して直交または実質的に直交し得る。

いくつかの実施形態では、第１の指向性散乱特徴２１４は、光ガイド２１２に沿ってかつそれを横切って互いに離間された複数の散乱要素を含み得る。複数の散乱要素は、光ガイド内で第１の伝搬方向を有する導波光の一部を散乱させて、パブリックモード中に広角放射光２０８’を提供するように構成され得る。いくつかの実施形態では、複数の散乱要素のうちの散乱要素は、ライトバルブアレイのライトバルブのサイズよりも小さいサイズを有することができる。いくつかの実施形態では、複数の散乱要素の散乱要素は、パブリックモード中に第１の伝搬方向を有する導波光の一部を回折散乱させるように構成された回折格子を含み得る。

いくつかの実施形態では、第２の指向性散乱特徴２１６は、光ガイド２１２の表面に回折格子を備える。回折格子は、プライバシーモード中に指向性放射光２０８’’を提供するために、第２の伝搬方向を有する導波光の一部を回折的に散乱させるように構成され得る。いくつかの実施形態では、第２の指向性散乱特徴２１６の回折格子は、光ガイド２１２の入光エッジからの距離の関数として減少する隣接する回折特徴間の特徴間隔を有する回折特徴を備え得る。入光エッジは、例えば、第２の光源２４０に隣接するエッジであってよい。いくつかの実施形態では、第１の指向性散乱特徴２１４は、光ガイド２１２の第１の表面に配置され得、第２の指向性散乱特徴２１６は、光ガイド２１２の第２の表面に配置され得る。第２の表面は、例えば、第１の表面の反対側であり得る。さらに、第１の指向性散乱特徴２１４は、広角放射光２０８’を提供するために、第２の表面を通して導波光を散乱させるように構成され得る。様々な実施形態によれば、指向性放射光２０８’’も第２の表面から放射され得るので、第２の表面は、光ガイド２１２の放射表面であり得る。

本明細書に記載の原理の他の実施形態によれば、モード選択可能なバックライトを動作させる方法が提供される。図７は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例におけるモード選択可能なバックライトを動作させる方法３００のフローチャートを示している。図７に示されているように、モード選択可能なバックライトを動作させる方法３００は、導波光として光ガイド内で光をガイドするステップ３１０を備える。いくつかの実施形態では、光は、ゼロでない伝搬角度でガイドされ得る（３１０）。さらに、導波光は、所定のコリメーション係数に従ってコリメートされ得る。さらに、いくつかの実施形態では、導波光は偏光されてもよい。いくつかの実施形態によれば、光ガイドは、モード選択可能なバックライト１００に関して上述した光ガイド１１０と実質的に同様であり得る。同様に、導波光は、やはり上記で説明した導波光１１２と実質的に同様であり得る。

図７に示すように、モード選択可能なバックライトを動作させる方法３００は、第１の指向性散乱特徴を使用して、パブリックモード中に広角放射光として光ガイドから導波光を散乱させるステップ３２０をさらに備える。
様々な実施形態によれば、導波光は、パブリックモード中に第１の伝搬方向を有する。さらに、第１の指向性散乱特徴は、例えば別の伝搬方向とは反対の第１の伝搬方向を有する導波光を選択的に散乱させる（３２０）ように構成される。いくつかの実施形態では、第１の指向性散乱特徴は、上述のモード選択可能なバックライト１００の第１の指向性散乱特徴１２０と実質的に同様であり得る。例えば、第１の指向性散乱特徴は、様々な異なる散乱構造または要素のいずれかを含み得る。特に、第１の指向性散乱特徴は、複数の散乱要素、例えば限定されないが、光ガイドに沿ってかつ光ガイドを横切って互いに離間された回折格子を含み、複数の散乱要素は、パブリックモード中に広角放射光を提供するための第１の伝搬方向を有する導波光の一部を散乱させるように構成される。

図７に示されるモード選択可能なバックライトを動作させる方法３００は、第２の指向性散乱特徴を使用してプライバシーモード中に指向性放射光として光ガイドからの導波光を散乱させるステップ３３０をさらに備える。プライバシーモード中に、導波光は第２の伝搬方向を有する。さらに、様々な実施形態によれば、第１および第２の伝搬方向は異なる。例えば、第１および第２の伝搬方向は、互いに直交または実質的に直交し得る。さらに、様々な実施形態によれば、３３０で散乱された指向性放射光は、モード選択可能なバックライトに隣接するビューボックス内に優先的に向けられる。いくつかの実施形態では、指向性放射光は、ビューボックスのビューイングコーンに限定されてもよい。

様々な実施形態によれば、第２の指向性散乱特徴は、例えば、第１の伝搬方向などの別の伝搬方向とは反対の第２の伝搬方向を有する導波光を選択的に散乱させる（３３０）ように構成される。さらに、いくつかの実施形態では、第２の指向性散乱特徴は、モード選択可能なバックライト１００に関して上記で説明された第２の指向性散乱特徴１３０と実質的に同様であり得る。例えば、いくつかの実施形態では、第２の指向性散乱特徴は、光ガイドの表面に回折格子を備えることができ、回折格子は、プライバシーモード中に指向性放射光を提供するために第２の伝搬方向を有する導波光の一部を回折散乱させるように構成される。いくつかの実施形態では、第２の指向性散乱特徴の回折格子は、光ガイドの入光エッジからの距離の関数として減少する隣接する回折特徴間の特徴間隔を有する回折特徴を備え得る。いくつかの実施形態では、第２の指向性散乱特徴の回折格子は、複数のサブ格子を備え得る。いくつかの実施形態では、第２の指向性散乱特徴の回折格子は、回折散乱光を２つの直交方向に向けて指向性放射光を二次元ビューボックスに提供するように構成された複数の湾曲した回折特徴を備え得る。

いくつかの実施形態（例えば、図示されるように）では、モード選択可能なバックライトを動作させる方法３００は、複数の光源を使用して光ガイドに光を提供するステップ３４０をさらに含み、提供された光は、導波光としてガイドされる（３１０）。様々な実施形態では、複数の光源は、光ガイド内で第１の伝搬方向を有する導波光を提供するように構成された第１の光源を備えることができる。第１の光源は、パブリックモード中に導波光を提供するように構成され得る。複数の光源は、光ガイド内で第２の伝搬方向を有する導波光を提供するように構成された第２の光源をさらに備える。いくつかの実施形態では、第１の光源は、光ガイドの第１の側に配置され得、第２の光源は、第１の側に直交する光ガイドの第２の側に配置され得る。互いに直交する第１および第２の光源の側方位置は、第１の伝搬方向が第２の伝搬方向に直交するように、導波光を提供することを容易にすることができる。いくつかの実施形態によれば、第１および第２の光源は、上述のモード選択可能なバックライト１００の第１および第２の光源１４０，１５０とそれぞれ実質的に同様であり得る。

図７に示されるように、モード選択可能なバックライトを動作させる方法３００は、ライトバルブのアレイを使用してモード選択可能なバックライトによって放射された光を変調するステップ３５０をさらに含み得る。放射光は、例えば、画像を表示するために変調され得る（３５０）。特に、パブリックモード中にライトバルブのアレイは広角放射光を変調して画像をパブリック画像として表示し（３５０）、プライバシーモード中にライトバルブのアレイは指向性放射光を変調してビューボックス内の画像をプライベート画像として優先的に表示する（３５０）。いくつかの実施形態では、プライベート画像は、プライバシーモード中にビューボックス内またはビューボックスのビューコーン内でのみ見ることができるが、パブリック画像は、一般に、広い視野角にわたって見ることができる。いくつかの実施形態によれば、ライトバルブのアレイは、モード選択可能なバックライト１００に関して上記で説明されたライトバルブ１７０のアレイと実質的に同様であり得る。

このように、モード選択可能なバックライト、モード選択可能なプライバシーディスプレイ、ならびに第１の指向性散乱特徴および第２の指向性散乱特徴を含むモード選択可能なバックライトを動作させる方法の例および実施形態が説明された。上記の例は、本明細書に記載の原理を表す多くの特定の例の一部を単に例示するものであることを理解されたい。明らかに、当業者は、添付の特許請求の範囲によって定義される範囲から逸脱することなく、多数の他の構成を容易に考案することができる。

１０ 回折格子
２０ 光ガイド
３０ 光ビーム
４０ 指向性光ビーム
１００ モード選択可能なバックライト
１０１ ビューボックス
１０２ 放射光
１０２’ 広角放射光
１０２’’ 指向性放射光
１０４ ビューボックス
１０６ ビューイングコーン
１０６’ 領域
１１０ 光ガイド
１１０’ 第１の表面
１１０’’ 第２の表面
１１２ 導波光
１１３’’ 太い矢印
１１４ 入光エッジ
１２０ 第１の指向性散乱特徴
１３０ 第２の指向性散乱特徴
１３２ 回折格子
１３２ａ 溝
１３２ｂ リッジ
１４０ 第１の光源
１５０ 第２の光源
１７０ ライトバルブ
２００ モード選択可能なプライバシーディスプレイ
２０２’ 広角放射光
２０２’’ 指向性放射光
２０４ ビューボックス
２０６ ビューイングコーン
２０８’ 広角放射光
２０８’’ 指向性放射光
２１０ モード選択可能なバックライト
２１２ 光ガイド
２１４ 第１の指向性散乱特徴
２１６ 第２の指向性散乱特徴
２２０ ライトバルブ
２３０ 第１の光源
２４０ 第２の光源
３００ モード選択可能なバックライトを動作させる方法
３１０ 導波光として光ガイド内で光をガイドするステップ
３２０ パブリックモード中に広角放射光として光ガイドから導波光を散乱させるステップ
３３０ プライバシーモード中に指向性放射光として光ガイドからの導波光を散乱させるステップ
３５０ モード選択可能なバックライトによって放射された光を変調するステップ

Claims (20)

1. モード選択可能なバックライトであって、
   光を導波光としてガイドするように構成された光ガイドと、
   前記モード選択可能なバックライトのパブリックモード中に、前記光ガイド内で第１の伝搬方向を有する前記導波光から広角放射光を提供するように構成された第１の指向性散乱特徴と、
   前記モード選択可能なバックライトのプライバシーモード中に、前記光ガイド内で第２の伝搬方向を有する前記導波光から指向性放射光を提供するように構成された第２の指向性散乱特徴であって、前記指向性放射光は、前記モード選択可能なバックライトに隣接するビューボックス内に向けられる、第２の指向性散乱特徴と、
   を備え、
   前記第１の伝搬方向は、前記第２の伝搬方向とは異なる、
   モード選択可能なバックライト。
2. 前記第１の指向性散乱特徴が、前記光ガイドに沿ってかつ前記光ガイドを横切って互いに離間された複数の散乱要素を備え、前記複数の散乱要素は、前記パブリックモード中に前記広角放射光を提供するための前記第１の伝搬方向を有する前記導波光の一部を散乱させるように構成される、請求項１に記載のモード選択可能なバックライト。
3. 前記複数の散乱要素の散乱要素が、前記パブリックモード中に前記第１の伝搬方向を有する前記導波光の一部を回折散乱させるように構成された回折格子を備える、請求項２に記載のモード選択可能なバックライト。
4. 前記第２の指向性散乱特徴が、前記光ガイドの表面に回折格子を備え、前記回折格子は、前記プライバシーモード中に前記指向性放射光を提供するために前記第２の伝搬方向を有する前記導波光の一部を回折散乱させるように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のモード選択可能なバックライト。
5. 前記ビューボックスが、前記光ガイドの前記表面に平行な平面に配置された二次元ビューボックスであり、前記回折格子は、前記回折散乱された光を２つの直交方向に向けて前記指向性放射光を二次元ビューボックスに提供するように構成された複数の湾曲した回折特徴を備える、請求項４に記載のモード選択可能なバックライト。
6. 前記回折格子が、前記光ガイドの入光エッジからの距離の関数として減少する隣接する回折特徴間の特徴間隔を有する回折特徴を備える、請求項４または５に記載のモード選択可能なバックライト。
7. 前記回折格子が、複数のサブ格子を備え、前記複数のサブ格子は、前記光ガイドの前記表面上で離間しており、前記提供された指向性放射光を前記ビューボックス内に協調的に集中させるように構成される、請求項４から６のいずれか一項に記載のモード選択可能なバックライト。
8. 前記第１の指向性散乱特徴が、前記光ガイドの第１の表面に配置され、前記第２の指向性散乱特徴が、前記第１の表面の反対側の前記光ガイドの第２の表面に配置され、前記第２の指向性散乱特徴は、前記第２の伝搬方向を有する前記導波光の一部を前記第２の表面を通して散乱させて、前記指向性放射光を提供するように構成される、請求項１から７のいずれか一項に記載のモード選択可能なバックライト。
9. 前記光ガイド内で前記第１の伝搬方向を有する前記導波光を提供するように構成された第１の光源と、
   前記光ガイド内で前記第２の伝搬方向を有する前記導波光を提供するように構成された第２の光源と、
   をさらに備え、
   前記第１の光源は、前記光ガイドの第１の側に配置され、前記第２の光源は、前記第１の側に直交する前記光ガイドの第２の側に配置される、
   請求項１から８のいずれか一項に記載のモード選択可能なバックライト。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のモード選択可能なバックライトを備えるモード選択可能なプライバシーディスプレイであって、前記モード選択可能なプライバシーディスプレイは、前記モード選択可能なバックライトによって放射される光を変調するように構成されたライトバルブのアレイをさらに備え、前記パブリックモード中に前記ライトバルブのアレイは前記広角放射光をパブリック画像として変調するように構成され、前記プライバシーモード中に前記ライトバルブのアレイは前記指向性放射光をプライベート画像として変調するように構成され、前記プライベート画像はビューイングプライバシーを提供するために前記ビューボックスのビューイングコーン内でのみ見えるように構成される、モード選択可能なプライバシーディスプレイ。
11. モード選択可能なプライバシーディスプレイであって、
    モード選択可能なバックライトであって、
    光をガイドするように構成された光ガイドと、
    パブリックモード中に広角放射光を提供するために前記光ガイド内から導波光を散乱させるように構成された第１の指向性散乱特徴と、
    プライバシーモード中に指向性放射光を提供するために前記光ガイド内から導波光を散乱させるように構成された第２の指向性散乱特徴と、
    を備える、モード選択可能なバックライトと、
    前記広角放射光を変調して前記パブリックモード中にパブリック画像を表示し、前記指向性放射光を変調して前記プライバシーモード中にプライベート画像を表示するように構成されたライトバルブのアレイと、
    を備え、
    前記プライベート画像は、前記モード選択可能なプライバシーディスプレイのビューボックス内で見えるように構成される、
    モード選択可能なプライバシーディスプレイ。
12. 前記パブリックモード中に前記光ガイド内で第１の伝搬方向を有する導波光として光を提供するように構成された第１の光源と、
    前記プライバシーモード中に前記光ガイド内で第２の伝搬方向を有する導波光として光を提供するように構成された第２の光源と、
    をさらに備え、
    前記第１の指向性散乱特徴は、前記第１の伝搬方向を有する前記導波光を選択的に散乱させるように構成され、前記第２の指向性散乱特徴は、前記第２の伝搬方向を有する前記導波光を選択的に散乱させるように構成される、
    請求項１１に記載のモード選択可能なプライバシーディスプレイ。
13. 前記第１の指向性散乱特徴が、前記光ガイドに沿ってかつ前記光ガイドを横切って互いに離間された複数の散乱要素を備え、前記複数の散乱要素は、前記パブリックモード中に前記広角放射光を提供するために前記光ガイド内に第１の伝搬方向を有する前記導波光の一部を散乱させるように構成され、前記複数の散乱要素の散乱要素は、前記ライトバルブアレイのライトバルブのサイズよりも小さいサイズを有する、請求項１１または１２に記載のモード選択可能なプライバシーディスプレイ。
14. 前記複数の散乱要素の散乱要素が、前記パブリックモード中に前記第１の伝搬方向を有する前記導波光の一部を回折散乱させるように構成された回折格子を備える、請求項１３に記載のモード選択可能なプライバシーディスプレイ。
15. 前記第２の指向性散乱特徴が、前記光ガイドの表面に回折格子を備え、前記回折格子は、前記プライバシーモード中に前記指向性放射光を提供するために第２の伝搬方向を有する前記導波光の一部を回折散乱させるように構成される、請求項１１から１４のいずれか一項に記載のモード選択可能なプライバシーディスプレイ。
16. 前記第２の指向性散乱特徴の前記回折格子が、前記光ガイドの入光エッジからの距離の関数として減少する隣接する回折特徴間の特徴間隔を有する回折特徴を備える、請求項１５に記載のモード選択可能なプライバシーディスプレイ。
17. 前記第１の指向性散乱特徴が、前記光ガイドの第１の表面に配置され、前記第２の指向性散乱特徴が、前記第１の表面の反対側の前記光ガイドの第２の表面に配置され、前記第１の指向性散乱特徴は、前記広角放射光を提供するために前記第２の表面を通して導波光を散乱させるように構成される、請求項１１から１６のいずれか一項に記載のモード選択可能なプライバシーディスプレイ。
18. モード選択可能なバックライトを動作させる方法であって、
    導波光として光ガイド内で光をガイドするステップと、
    第１の指向性散乱特徴を使用して、パブリックモード中に広角放射光として前記光ガイド内から外に導波光を散乱させるステップであって、前記導波光は前記パブリックモード中に第１の伝搬方向を有する、ステップと、
    第２の指向性散乱特徴を使用して、プライバシーモード中に指向性放射光として前記光ガイド内から外に導波光を散乱させるステップであって、前記導波光は前記プライバシーモード中に第２の伝搬方向を有する、ステップと、
    を含み、
    前記指向性放射光は、前記モード選択可能なバックライトに隣接するビューボックス内に優先的に向けられ、前記第１および第２の伝搬方向は互いに異なる、
    モード選択可能なバックライトを動作させる方法。
19. 前記方法が、
    複数の光源を使用して、前記導波光としてガイドされる光を前記光ガイドに提供するステップをさらに含み、前記複数の光源が、
    前記パブリックモード中に前記光ガイド内で前記第１の伝搬方向を有する前記導波光を提供するように構成された第１の光源と、
    前記プライバシーモード中に前記光ガイド内で前記第２の伝搬方向を有する導波光を提供するように構成された第２の光源と、
    を備え
    前記第１の光源は、前記光ガイドの第１の側に配置され、前記第２の光源は、前記第１の側に直交する前記光ガイドの第２の側に配置される、
    請求項１８に記載のモード選択可能なバックライトを動作させる方法。
20. ライトバルブのアレイを使用して、前記モード選択可能なバックライトによって放射光を変調して画像を表示するステップをさらに含み、前記パブリックモード中に前記ライトバルブのアレイが前記広角放射光を変調して、前記画像をパブリック画像として表示し、前記プライバシーモード中に前記ライトバルブのアレイが前記指向性放射光を変調して、前記ビューボックス内の画像をプライベート画像として優先的に表示する、請求項１８または１９に記載のモード選択可能なバックライトを動作させる方法。

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