TWI638192B - 私密顯示器、雙模式私密顯示系統以及私密顯示方法 - Google Patents

私密顯示器、雙模式私密顯示系統以及私密顯示方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種私密顯示器，其提供了只能在視框的視錐中才看得到的私密影像。私密顯示器包括了用於引導光的一導光體；用於將導光的一部分繞射地耦合出成為繞射耦合出的光，並且將繞射耦合出的定向進入視框的繞射格柵；以及，用於對繞射耦合出的光進行調變以提供私密影像的一光閥陣列。視框的範圍是由導光的準直因子所決定。本發明的雙模式私密顯示系統進一步包括用於提供廣角光的一廣角背光板，藉此分開地提供可以在視錐之外與之內都看得到的公開影像。雙模式私密顯示系統可以在私密模式中提供私密影像，並且可以在公開模式中提供公開影像。

Description

私密顯示器、雙模式私密顯示系統以及私密顯示方法
本發明係關於一種顯示器；特別是屬於一種私密顯示器、雙模式私密顯示系統以及私密顯示方法。
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，用於傳播資訊給使用者。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。在上述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，被動顯示器在許多實際應用中可能有使用上的限制。
下文中的實施例係依據本發明的原理，提供了一種可以應用於電子顯示系統的私密顯示器。根據本發明的各個實施例，私密顯示器採用了用於將光從導光體繞射耦合出的一繞射格柵。此外，繞射格柵係將繞射耦合出的光往一視錐中定向，並且將繞射耦合出的光定向進入一視框中。根據本發明的各個實施例，私密顯示器可以被用在一電子顯示系統中，藉此提供具有私密性的觀看方式(例如，在私密模式中)。此外，根據本發明的某些實施例，雙模式私密顯示系統可以提供進行一般觀看的公開模式以及提供讓使用者可以進行私密觀看的私密模式。
在本說明書中，「繞射格柵」被廣義地定義為複數個結構特徵，用於提供入射於繞射格柵之光的繞射。在某些範例中，該些結構特徵可以以週期性或準週期性的方式設置。舉例來說，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，在材料表面的複數個凹槽或脊部)。在其他的範例中，繞射格柵可以是二維陣列的結構特徵。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。
據此，如本說明書中的定義，「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」，繞射耦合可以藉由繞射的方式將光耦合離開導光體。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。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。
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。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。
在本說明書中，「反射模式」或「反射」繞射格柵是被定義為能夠繞射以及反射入射光的繞射格柵。類似地，「反射模式繞射」是被定義為在與光入射側對應的方向上的繞射(例如，反射模式繞射格柵的繞射)。據此，由反射模式繞射格柵繞射地散射的光，一般會往遠離與光入射在反射模式繞射格柵上的該側(即，光入射側)相同的一側的方向離開，或在該方向上傳導。相對地，「傳輸模式」或「傳輸」繞射格柵在本說明書中的定義，是將通過繞射格柵的光繞射的繞射格柵，且被繞射的光一般會從與入射光側相對的一側離開傳輸模式繞射格柵。在某些範例中，反射模式繞射格柵可以包括可以反射或至少局部反射入射光的反射材料或材料層(例如，反射金屬)。根據本發明的各個實施例，反射模式繞射格柵的繞射結構特徵(例如，脊部或凹槽)可以是形成在反射材料的表面中的結構，以及形成在反射材料表面上或相鄰於反射材料表面的結構的其中一種或同時包括上述兩種。
在本說明書中，「視框」一詞是被定義為顯示器或其他光學系統(例如，透鏡系統)所形成的影像可由肉眼看見並且因此可以被觀看到之空間的區域或容積。換言之，視框定義了為了觀看由顯示器或顯示系統所產生的影像，使用者的眼睛適合位於之空間中的位置或區域。此外，視框的大小一般來說足以容納使用者的兩個眼睛。在某些實施例中，視框可以代表二維的空間區域(例如，具有長度與寬度但沒有實際深度的區域)，而在其他的實施例中，視框可以具有三維的空間區域(例如，具有長度、寬度以及深度的區域)。此外，當提到「框」時，視框的形狀並不受限於多角形或四邊形形狀的框架。舉例來說，在某些實施例中，視框可以包括空間的圓柱形區域。在其他的範例中，空間區域可以具有各種其他的形狀，包括橢圓柱、雙曲柱以及一般的橢球形等形狀，但其並不受限於此。
在本說明書中，由符號s表示的「準直因子」的定義是光被準直的程度。更具體來說，根據本說明書中的定義，準直因子定義了準直光束中的光線的角分散。舉例來說，準直因子s可以指出一束準直光中的大部分光線是位於一主要角分散中(例如，繞著準直光束的中心或主要角度方向的+/-s度)。根據本發明的某些範例，準直光束的光線的角度方面可以具有高斯分佈(Gaussian distribution)，且角分散可以由準直光束的峰值強度為一半時的角度所決定。
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，「一格柵」指的是一個或多個的格柵，更確切來說，「該格柵」於此意指「該（等）格柵」。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。
根據與本說明書中所描述的原理一致的某些實施例，本發明提供了一種私密顯示器。圖1A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一私密顯示器100的範例的側視圖。圖1B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，以一範例顯示了一部分的圖1A的私密顯示器100的剖視圖。圖1C為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，以一範例顯示了另一部分的圖1A的私密顯示器100的剖視圖。如圖1A與圖1C所示，私密顯示器100是用於提供或發射光，且該光在本說明書被稱為「繞射耦合出」光102。此外，私密顯示器100係將繞射耦合出的光102定向進入與私密顯示器100相鄰(例如，上方，如圖中所示)的空間預定區域中。更具體來說，如下文中進一步的詳細說明所述，私密顯示器100可以將繞射耦合出的光102定向進入與私密顯示器100相鄰的視框108中。在某些實施例中，繞射耦合出的光102的主要光線可以被往視框108的中心或中間點定向或「瞄準」。私密顯示器100也可以用於調變繞射耦合出的光束102，藉此「形成」或提供影像。在某些實施例中，影像僅在視框108中提供或者僅被提供至視框108，即，成為一「私密影像」。根據本發明的各個實施例，私密影像被配置成優先在視框108中看得到或是僅能在視框108中才看得到，以及，私密影像也被配置為能在視框108的視錐106中看到，藉此提供觀看時的私密性。
根據本發明的各個實施例，私密顯示器100包括一導光體110。在某些實施例中(例如，如本說明書的圖式所示)，導光體110可以是一平板導光體110。導光體110用於將光引導為導光104。尤其，導光104可以沿著導光體110的長度在縱向方向(例如，如圖中所示的x方向)上傳導。此外，導光104被配置為大致往遠離導光體110的入光邊緣112的方向傳導，例如，如圖1A與圖1C所示。在圖1A中，導光體110中指向遠離入光邊緣112的粗箭頭表示了導光104在縱向方向上的主要傳導方向，例如，沿著導光體長度的傳導方向。
根據本發明的各個實施例，導光體110係利用或者根據完全內部反射引導導光104。更具體來說，導光體110可以是一光波導，並且可以包括長形、大致為板片或平板狀的光學性透明的介電材料。作為平板的光波導，導光體110可以包括多種不同的光學性透明材料中的任何數量的材料，其中，該些材料包括各種的玻璃，例如，石英玻璃、鹼鋁矽酸鹽玻璃、硼矽酸鹽玻璃，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，但其並不受限於此。在某些實施例中，導光體110在導光體110的一表面上可以具有一披覆層(未顯示於圖中)，藉此進一步促進完全內部反射。
在本發明的各個實施例中，光是沿著導光體110的入光邊緣112被耦合進入導光體110中。尤其，光可以被以預定的非零值角度被耦合進入導光體110，藉以在導光體110中作為導光104以非零值傳導角度傳導。此外，光可以根據預定的準直因子s被耦合進入導光體110。換言之，導光104可以是實質的準直光，且由準直因子s定義的角度範圍或準直因子的角度範圍可以代表耦合進入的光之中的光線的角度分佈，其中，耦合進入的光最終會在導光體110中作為導光104傳導。根據本發明的各個實施例，繞射耦合出的光102可以具有大致相似於準直因子s的角度範圍或至少由準直因子s所決定的角度範圍，或者，可以具有由本說明書所定義的角度範圍。舉例來說，在圖1A中相鄰於代表繞射耦合出的光102之實線箭頭的虛線箭頭，顯示了在繞射耦合出的光102中的各種光束或光線的角度範圍。
在一範例中，準直因子s可以代表等於或小於大約正或負四十度(即，s £ ±40°)的角分散。在其他的範例中，準直因子s可以代表等於或小於大約三十度(即，s £ ±30°)的角分散，等於或小於大約二十度的(即，即，s £ ±20°)角分散，或者，等於或小於大約十度(即，s £ ±10°)的角分散。在進一步的其他實施例中，準直因子可以代表小於大約五度(即，s ＜ ±5°)的角分散。如下文中針對方程式(1)的敘述，視框108的尺寸可以是準直因子s的函數。此外，除了具有預定的準直因子s以外，導光104的非零值傳導角度一般是小於導光體110關於完全內部反射的關鍵角度。
如圖中所示，私密顯示器100進一步包括一繞射格柵120。在本發明的各個實施例中，繞射格柵120係光學性地耦接於導光體110。舉例來說，繞射格柵120可以位在導光體110的表面上、位於導光體110的表面或者相鄰於導光體110的表面。舉例來說，所述的表面可以是導光體110的「頂部」表面(例如，發光表面)以及導光體110的「底部」表面(例如，與發光表面相對的表面)的其中之一或同時為該兩個表面。在圖1A~圖1C中，作為本發明的範例而非限制，繞射格柵120是顯示於導光體110的發光表面或頂部表面。
根據本發明的各個實施例，繞射格柵120係從導光體110中江導光104的一部分繞射耦合出。更具體來說，部分的導光104可以被繞射耦合出成為繞射耦合出的光102。此外，繞射格柵120係用於將繞射耦合出的光102定向進入與導光體表面相鄰並且間隔開來的視框108(例如，如圖中所示，位於頂部表面上方)。舉例來說，圖1A中以從導光體表面延伸至視框108之代表光線或光束(例如，「主要光線」或「主要光束」)的箭頭來表示繞射耦合出的光102。再者，由於繞射格柵120的繞射效果的緣故，繞射耦合出的光102可以大致被侷限在位於導光體110與視框108之間的空間區域的視錐106(例如，一般呈錐形或金字塔形的區域，或者「光傳輸」錐)中。代表繞射耦合出的光102的主要光束的實線箭頭，在圖1A中是以朝向或瞄準視框108的中心、中間點或中央的方式繪製。在其他的實施例中(未顯示於圖中)，繞射格柵120可以被配置為將繞射耦合出的光的光束定向至視框108的其他部分，例如，光束或光線可以大致分布於整個視框108。
圖1B的剖視圖中顯示之一部分的私密顯示器100，示出了作為脊部124的繞射格柵120的繞射結構特徵，其中，脊部124從導光體表面往z方向突出。此外，如圖中所示，各個脊部124之間是由凹槽122分隔開來。如圖1B所示，一凹槽122以及相鄰的一脊部124之結合代表了一「繞射格柵」。在其他的情況中，脊部124以及凹槽122可以各自被稱為繞射結構。
如圖1B所示，凹槽122的寬度被標示為wg ，而脊部124的寬度被標示為wr 。凹槽寬度wg 以及脊部寬度wr 的總合在此被定義為「結構特徵間隔」，並且被標示為L (即，L =wg +wr )。結構特徵間隔的替代定義(例如，當單獨將脊部124或凹槽122稱為繞射結構特徵時)，可以是一對相鄰的脊部124(由凹槽122分隔開來)或一對相鄰的凹槽122(由脊部124分隔開來)之間的中心至中心距離。根據本發明的某些實施例(例如，如圖2A~圖2B所示，如下文中所述)，凹槽122與脊部124的寬度可以沿著繞射結構特徵的長度(例如，凹槽122與脊部124的長度)大致為不變的寬度。此外，在某些實施例中，結構特徵間隔L可以沿著繞射結構特徵的長度為大致不變的間隔，例如，如圖2A~圖2B所示。再者，結構特徵間隔L在圖1B~圖1C中係從左至右縮減，更具體來說，如圖1C所示，結構特徵間隔L是從導光體110的入光邊緣112往導光體110與入光邊緣112的該端相對的一端縮減。
圖1C中顯示了一部分的私密顯示器100的剖視圖，尤其，顯示了導光體110靠近入光邊緣112的部分。如圖中所示，沿著入光邊緣112被耦合進入導光體110的光，在導光體110中係作為導光104在各個延伸箭頭的方向上傳導。如圖中所示，由於完全內部反射的緣故，導光104的某些導光104a係停留在導光體110中。如圖1C中進一步所示，導光104的其他部分的導光104b係由繞射格柵120耦合出而成為繞射耦合出的光102。此外，如下文中進一步的詳細說明所述，導光的方向是在繞射格柵120的結構特徵間隔L的縮減的大方向上。
更具體來說，圖1C中的延伸箭頭代表了由完全內部反射在導光體110中所引導的導光104a的光線路徑。舉例來說，光線可以在導光體110的頂部表面與底部表面之間「彈跳」或交替移動。換言之，在導光體110中沿著相對的頂部表面與底部表面的各個點處，導光104a可能會以小於導光體110的關鍵角度的角度與相對的表面接觸。據此，導光104a實質上由完全內部反射困在導光體110中。
在圖1C中，另一延伸的箭頭代表了導光104的另一光線的導光104b的路徑，其中，導光104b由繞射格柵120耦合出導光體110成為繞射耦合出的光102，例如，成為繞射耦合出的光102的光線。根據本發明的各個實施例，與繞射格柵120互動的導光104b係被繞射耦合離開導光體110，例如，成為第一級繞射光束。如圖中所示，繞射耦合出的光102，可以代表以與導光體垂直的表面之間具有一繞射角度θ 被繞射耦合離開導光體110的第一級繞射光。在本發明的各個實施例中，與繞射格柵120相關聯之零級繞射光束以及更高級的繞射光束基本上會被抑制。
在某些實施例中，繞射格柵120可以包括大致呈直線狀的繞射結構特徵(例如，沿著凹槽122或脊部124的長度呈直線狀)。大致為直現狀的繞射結構特徵(例如，直線的凹槽122與脊部124)可以提供基本上為一維的視框108。換言之，視框108可以具有一寬度(例如，在導光體110的縱向方向上)，並且可以進一步在與該寬度的方向正交的方向上具有另一尺寸。作為範例，其他的尺寸或長度可以在實質上受到導光體110的類似範圍約束或不受其約束。在其他的實施例中，繞射格柵120可以包括彎曲繞射結構特徵，或者包括沿著繞射結構特徵的長度以近似曲線的方式設置的繞射結構特徵。彎曲繞射結構特徵可以提供一二維的視框108。
圖2A為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了私密顯示器100的範例的立體圖。圖2B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，以一範例顯示了圖2A的私密顯示器100的一部分的平面圖。更具體來說，如圖2A~圖2B所示，繞射格柵120是位於私密顯示器100的導光體110的表面，並且包括彎曲繞射結構特徵。如圖中所示，繞射格柵120的繞射圖案是以代表繞射格柵120的彎曲繞射結構特徵的黑色與白色交替的帶狀圖案所表示，例如，位於導光體110的表面中或位於導光體110的表面的凹槽122與脊部124的其中一者或兩者。此外，如圖2B所示，作為本發明的範例而非限制，同心的黑色與白色曲線代表了導光體表面上的同心彎曲繞射結構特徵(例如，同心彎曲脊部以及同心彎曲凹槽)。同心彎曲繞射結構特徵具有一曲率中心C ，其中，該曲率中心C 是位在導光體110的邊緣外。在某些實施例中，繞射格柵120的彎曲繞射結構特徵可以由半圓形表示(即，可以是半圓形的彎曲繞射結構特徵)。在其他的實施例中，可以採用大致為非圓形的曲線來實現彎曲繞射結構特徵。舉例來說，彎曲繞射結構特徵可以具有雙曲線形曲線。據此，在某些實施例中，同心彎曲繞射結構特徵可以是同心的雙曲線形的彎曲繞射結構特徵。根據本發明的各個實施例，繞射結構特徵的曲線可以用於將繞射耦合的光102往視框108的平面中的兩個正交的方向定向，並且在某些範例中，將繞射耦合的光102往該等方向集中。據此，作為範例，彎曲繞射結構特徵可以提供具有預定長度與預定寬度的二維的視框108。在各個實施例中，二維的視框108可以位在與導光體表面平行的平面中(例如，參見圖2A)。
根據本發明的各個實施例，繞射格柵120中的繞射結構特徵的結構特徵間隔，可以在導光體110中沿著導光體長度或在光的傳導方向上隨著一距離函數變化。舉例來說，如圖1C的剖視圖以及圖2B的平面圖所示，繞射格柵120的結構特徵間隔L係隨著與入光邊緣112之間的距離(或等同的，在圖2B中與曲率中心C 之間的距離)增加而縮減。在圖2A中，結構特徵間隔L是根據與導光體110的入光邊緣112之間的距離的函數縮減。對於彎曲繞射結構特徵來說，作為範例，可以沿著一半徑R 測量與曲率中心之間的距離，或者測量與入光邊緣112之間的距離。作為範例，以距離函數縮減的結構特徵間隔可以被稱為「啁啾」，且繞射格柵120可以被稱為「啁啾式」繞射格柵。此外，在某些實施例中，結構特徵間隔L的縮減可以代表線性的距離函數。在其他的實施例中，結構特徵間隔可以根據另一(即，非線性的)距離函數縮減，該函數可以包括指數距離函數以及雙曲線距離函數，但其並不受限於此。
圖3為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了繞射結構特徵的距離函數的範例的圖表200。如圖中所示，水平軸線代表了距離(例如，與入光邊緣112之間的距離，或者沿著半徑R 與曲率中心C 的徑向距離)。舉例來說，在水平軸線上標示為“0”的點可以代表圖2B中半徑R 與導光體110的入光邊緣112交錯的點。圖表200中的垂直軸線代表了繞射格柵120的繞射結構特徵的結構特徵間隔L。曲線210、220與230代表了繞射結構特徵的結構特徵間隔可以以不同方式根據增加的距離的函數而縮減的範例。更具體來說，曲線210代表了結構特徵間隔隨著距離增加而呈現指數縮減，其中，距離是指例如與曲率中心C 之間的距離。曲線220代表了結構特徵間隔隨著增加的距離的函數而呈現線性縮減，例如，線性啁啾或線性啁啾式繞射格柵。曲線230代表了結構特徵間隔隨著距離增加而呈現雙曲線縮減。
請再次參照圖1A，如上文所述以及如圖中所示，繞射格柵120的結構特徵間隔係將光繞射耦合出並將其定向進入視框108中，其中，視框108是位在與私密顯示器100之間距離一距離f 的位置。舉例來說，可以從導光體110的頂部表面測量距離f ，且距離f 可以代表預期的觀看距離，如圖1A所示。根據本發明的各個實施例，可以由距離f 以及在導光體110中傳導的光的準直因子s之間的乘積取得視框108的大約寬度wviewbox ，或者，等同地，利用沿著入光邊緣112進入導光體110的準直因子s。更具體來說，視框寬度wviewbox 可以由方程式(1)得出：在某些實施例中，縱向方向(例如，光傳導方向)上的視框寬度wviewbox 可以大約大於七十毫米(70 mm)。大約大於七十毫米的視框寬度wviewbox 可以對應於觀看私密顯示器100的使用者的眼睛之間的平均瞳距。更具體來說，視框寬度wviewbox 的尺寸可以大到足夠容納使用者的兩個眼睛，藉此讓使用者得以觀看私密顯示器100所提供的影像。然而，舉例來說，視框寬度wviewbox 的尺寸也可以小到能夠大致限制視框108外的其他使用者進行觀看，並且有效地，大致限制位於視錐106外的其他使用者進行觀看。
尤其，如上文所述，私密顯示器100提供的繞射耦合出的光102可以被大致定向進入視框108，或等同地大致限定在圖1A中由虛線勾繪出的視錐106之中。據此，來自私密顯示器100的光以及由私密顯示器100提供的影像僅會在或較佳地在當使用者的眼睛位於視框108中時進入使用者的眼睛中。然而，當另一人的眼睛位在視框108外或位在視錐106外時(例如，在區域106’中)，來自私密顯示器100的光以及由私密顯示器100提供的影像便不會進入其他人的眼睛並且因此不會被看到。據此，當從視框108或視錐106外進行觀看時，私密顯示器100以及尤其繞射格柵120實質上看起來會是黑色的(即，未點亮)。
在某些實施例中，視錐106的錐角可以是負錐角。在本說明書中，「負錐角」一詞被定義為將光朝向空間中的一點或相對侷限的空間區域中定向或集中的發射光的錐角。換言之，負錐角會產生包括收斂光的視錐106。據此，負錐角的視錐106一般根據與私密顯示器100之間的距離的函數而在尺寸上縮減，至少直到到達空間中光被定向的點為止。作為本發明的範例而非限制，圖1A中與圖2A中的視錐106分別具有負錐角。相對地，根據本說明書中的定義，正錐角一般會產生散發的發射光。
在某些實施例中，私密顯示器100進一步包括一光閥陣列130。如圖1A與圖2A所示，光閥陣列130是位在導光體110以及視框108之間。光閥陣列130係用於調變繞射耦合出的光102，藉此在視框108形成或提供影像。更具體來說，光閥陣列130中的各個的光閥可以分別獨立提供像素，且該些像素結合在一起係形成視框108中的影像。根據本發明的各個實施例，所提供的影像可以由使用者在視框108中觀看 (並且在某些範例中，在視錐106中觀看)。據此，當使用者的眼睛位於視框108中時，使用者可以觀看到影像。根據本發明的各個實施例，所形成的影像在視框108或視錐106之外無法被看到，例如，在區域106’中。在某些範例中，在區域106’中「無法看到」代表所形成的影像實際上看起來會是黑色的。
根據本發明的各個實施例，光閥陣列130可以大致包括多種種類的光閥中的任一種，包括液晶光閥、電濕潤光閥、電泳光閥或該些種類之光閥的結合，但其並不受限於此。此外，如圖1A與圖2A所示，光閥陣列130的方位可以大致與導光體110平行並且與視錐106相交，其中，繞射耦合的光102係被侷限於視錐106之中。舉例來說，光閥陣列130可以包括液晶光閥的陣列，並且可以透過對通過光閥的光的量進行調變而使各個光閥獨立作為像素運作。在某些實施例中，光閥可以是彩色的光閥(即，光閥可以具有色彩濾波器)。舉例來說，光閥陣列130可以包括複數個紅色光閥、複數個綠色光閥以及複數個藍色光閥。作為範例，光閥陣列130的紅色、綠色及藍色光閥結合起來可以透過對繞射耦合出的光102的調變來提供紅色-綠色-藍色(Red-Green-Blue, RGB)式的「全色」形成影像。更具體來說，可以對通過光閥陣列130中個別的光閥的繞射耦合出的光102進行選擇性調變，藉此在視框108以及視錐106中創造全色的影像或黑白色的影像。
在某些實施例中(例如，如圖2A所示)，私密顯示器100進一步包括一光源140。光源140係光學性地耦接於導光體110。舉例來說，光源140可以沿著入光邊緣112與導光體110光學性地耦接，如圖2A所示。根據本發明的各個實施例，光源140係用於產生光142並且將光142入射進導光體110中成為具有準直因子s的導光104。光源140具有一光發射器，如發光二極體(Light Emitting Diode, LED)、有機LED(Organic LED, OLED)、聚合物LED、電漿式光發射器、日光燈以及白熱燈，但其並不受限於此。根據本發明的各個實施例，由光源140輸出的光可以包括單色光或多色光。舉例來說，光可以是單色的光(例如，紅色光、綠色光或藍色光)、多種顏色的光，或者，大致為白色的光。
根據本發明的各個實施例，可以根據任何一種不同的微加工或奈米加工技術來提供私密顯示器100的繞射格柵120，該些技術可以包括濕式蝕刻、離子蝕刻、微影製程、壓印微影製程、各向異性蝕刻、電漿蝕刻或上述技術的結合，但其並不受限於此。舉例來說，如圖1A~圖1C所示，可以利用離子蝕刻或電漿蝕刻將私密顯示器100的繞射格柵120設置在導光體110的光學性透明的介電材料的薄板的表面上。在另一實施例中，可以透過在導光體110的表面上沉積一層介電材料、一層金屬或一層其他的反射材料，或沉積一層上述材料的結合來提供私密顯示器100的繞射格柵120。舉例來說，可以在沉積該層材料後，再對該沉積層進行蝕刻來形成繞射格柵120。在另一實施例中，繞射格柵可以形成在一材料層中，並且接著再將該材料層貼附固定至導光體110的表面上。
在某些實施例中，繞射格柵120可以包括一傳輸模式繞射格柵。在其他的實施例中，繞射格柵120可以包括一反射模式繞射格柵。在進一步的其他實施例中，繞射格柵120可以同時包括傳輸模式繞射格柵以及反射模式繞射格柵。
更具體來說，繞射格柵120可以包括位在導光體110的發光表面的傳輸模式繞射格柵，例如，如圖1A所示。或者，繞射格柵120可以包括位在與發光表面相對的另一表面的反射模式繞射格柵。根據本發明的各個範例，繞射格柵120可以包括形成或設置在導光體110的表面中或表面上的凹槽、脊部，或相似的繞射結構特徵。舉例來說，凹槽或脊部可以形成在導光體110的發光表面中或表面上以作為傳輸模式繞射格柵(例如，如圖1B~圖1C所示)。作為替代的方案，例如，凹槽或脊部可以形成或設置在相對的表面中或表面上以作為反射模式繞射格柵。
根據本發明的某些實施例，繞射格柵120可以包括位在各個導光體表面上或各個導光體表面中的格柵材料(例如，一層格柵材料)。據此，格柵材料可以大致相似於導光體110的材料。在其他的範例中，格柵材料可以與導光體的材料不相同(例如，具有不同的折射係數)。舉例來說，導光體表面中的繞射格柵凹槽可以由格柵材料所填滿。尤其，繞射格柵120的不論是傳輸或反射式的凹槽，可以由與導光體110的材料不相同的介電材料(即，格柵材料)填滿。根據本發明的某些範例，例如，當導光體110為玻璃時，繞射格柵120的格柵材料可以包括氮化矽。其他的格柵材料包括了氧化銦錫，但格柵材料的種類並不受限於此。
在其他的實施例中，不論是傳輸或反射式繞射格柵120都可以包括脊部、凸部，或其他沉積、形成或設置在導光體110的各個表面上的相似的繞射結構特徵。舉例來說，脊部或相似的繞射結構特徵可以形成在(例如，透過蝕刻、模製成型等方式)沉積於導光體110的各個表面上的介電材料層(即，格柵材料)之中。在某些範例中，繞射格柵120的格柵材料可以包括反射金屬。舉例來說，反射模式繞射格柵可以包括一層反射材料，例如，金、鋁、銅、錫，藉以在繞射效果以外進一步促進反射，但該層反射金屬的材料並不受限於此。
圖4A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了私密顯示器100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，顯示了私密顯示器100的一部分的範例的剖視圖。更具體來說，圖4A與圖4B顯示的私密顯示器100的該部分，可以是包括導光體110以及部分的繞射格柵120的部分。此外，圖4A~圖4B中顯示的繞射格柵120是傳輸模式繞射格柵。
如圖4A所示，繞射格柵120包括了形成在導光體110的發光表面114中以形成傳輸模式繞射格柵的凹槽122(即，繞射結構特徵)。圖4B顯示的繞射格柵120包括了導光體110的發光表面114上形成傳輸模式繞射格柵的格柵材料126的脊部124。舉例來說，可以對格柵材料126的沉積層進行蝕刻或模製成型來產生脊部124。在某些實施例中，構成脊部124的格柵材料126可以包括大致相似於導光體110的材料之材料。在其他的實施例中，格柵材料126可以與導光體110的材料不同，例如，如圖4B所示。舉例來說，導光體110可以包括玻璃或塑膠/聚合物薄片或薄板，且格柵材料126可以是沉積在導光體110上的不同的材料，例如氮化矽，但其並不受限於此。
圖5A為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了私密顯示器100的一部分的範例的剖視圖。圖5B為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了私密顯示器100的一部分的範例的剖視圖。更具體來說，圖5A與圖5B顯示了部分的導光體110以及繞射格柵120。此外，圖5A~圖5B中顯示的繞射格柵120是反射模式繞射格柵。如圖中所示，作為反射模式繞射格柵的繞射格柵120是位在導光體110相對於發光表面114的表面，或位於該表面上。
在圖5A中，作為反射模式繞射格柵的繞射格柵120，包括了設置在導光體110的表面116中的凹槽122，以及凹槽122中的格柵材料126’。在此範例中，凹槽122由格柵材料126’填滿並且進一步受到格柵材料126’支持。此外，圖5A中所示的格柵材料126’可以包括金屬或類似的反射材料，藉此提供額外的反射效果並且增進繞射格柵120的繞射效率。在其他的範例中(未顯示於圖中)，舉例來說，凹槽可以由格柵材料(例如，氮化矽)填滿，並且接著由金屬層支持或大致覆蓋。
圖5B顯示之作為反射模式繞射格柵的繞射格柵120，包括了位在導光體110的表面116上的格柵材料126的脊部124。舉例來說，脊部124可以被蝕刻在施加於導光體110上的格柵材料126(例如，氮化矽)的層中。在某些範例中，舉例來說，金屬層128是以大致覆蓋反射模式繞射格柵的脊部124的方式設置，藉此提供增進的反射效果並且改良繞射效率。
在某些實施例中(例如，如圖1A以及圖2A~圖2B所示)，私密顯示器100的繞射格柵120可以是大致覆蓋導光體110的發光部分的單一的繞射格柵。在其他的實施例中，私密顯示器100的繞射格柵可以包括複數個子格柵，其中，該些子格柵中的各個繞射格柵是位在導光體110的不同區域中。在某些實施例中，繞射格柵的子格柵可以彼此分離開來(即，由導光體110上不具有繞射結構特徵的空間或區域分隔開來)。在本發明的各個實施例中，該些繞射格柵的子格柵係共同將繞射耦合出的光102集中進入視框108中。
圖6A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了具有複數個子格柵120’的私密顯示器100的範例的側視圖。更具體來說，圖6A顯示的私密顯示器100包括了導光體110、繞射格柵120以及光閥陣列130，如上文所述。此外，如圖中所示，繞射格柵120包括了複數個子格柵120’(為了方便在下文中進行說明，各個子格柵係分別被標示為子格柵120’a、子格柵120’b、子格柵120’c)。子格柵120’係在導光體110的表面上以彼此間隔開來的方式設置。在圖6A的私密顯示器100中，光可以沿著入光邊緣112以具有準直因子s的方式被耦合進入導光體110。繞射格柵120的該些子格柵120’係將在導光體110中引導的光的一部分繞射耦合出成為繞射耦合出的光102。此外，該些子格柵120’係共同將繞射耦合出的光102定向進入與導光體110具有距離f 的視框108中。
圖6B為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，以一範例顯示了具有複數個子格柵120’的私密顯示器100的一部分的平面圖。作為範例，圖6B的私密顯示器100可以大致相似於圖6A所示的私密顯示器100。更具體來說，如圖6B所示，繞射格柵120的子格柵120’，例如包括個別標示為子格柵120’a、120’b、120’c的子格柵，在y方向上橫跨導光體表面形成條狀帶。各個子格柵120’中的繞射結構特徵與結構特徵間隔(例如，凹槽或脊部)的寬度在x方向(導光體110的縱向方向)上從左至右縮減。此外，如圖所示，形成子格柵120’的相鄰的條狀帶之間具有空間。舉例來說，這些空間代表了導光體表面上尚未圖案化或尚未蝕刻的區域。結合起來，該些子格柵120’可以近似於單一一個或連續的繞射格柵120，例如，代表圖2B中所示的繞射格柵的子格柵實施例。
圖6C為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，以一範例顯示了具有複數個子格柵120’的私密顯示器100的一部分的平面圖。更具體來說，如圖6C所示，繞射格柵120的子格柵120’包括由在x方向以及y方向上的空間所分離開的區域(例如，彎曲凹槽及彎曲脊部的其中一者或兩者所形成的四邊形區域)。各個子格柵120’中的繞射結構特徵與結構特徵間隔(例如，凹槽或脊部)的寬度在x方向(導光體110的縱向方向)上從左至右縮減。作為範例，圖6C的私密顯示器100可以大致相似於圖6A中所示的私密顯示器100。如圖6C所示，該些子格柵120’，例如包括個別標示為子格柵120’a、120’b、120’c的子格柵，在x方向與y方向上橫跨導光體表面形成一二維陣列。如圖6B所示，圖6C中顯示的子格柵120’可以近似於單一一個繞射格柵120，例如，代表圖2B中顯示的繞射格柵120的另一子格柵實施例。
在某些實施例中，子格柵120’可以包括設置在導光體110上大致呈直線狀的繞射結構特徵，並將該些直線的繞射結構特徵以近似彎曲繞射結構特徵的方式設置。圖6D為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，以一範例顯示了具有複數個子格柵120’的私密顯示器100的一部分的平面圖。如圖6D所示，不同的子格柵120’具有不同的結構特徵間隔以及不同的繞射格柵方位，且該些不同的間隔與方位共同地以近似於繞射格柵120的彎曲(儘管是片段的彎曲)繞射結構特徵的方式設置。此外，各個子格柵120’中的繞射結構特徵與結構特徵間隔(例如，凹槽或脊部)的寬度在x方向(導光體110的縱向方向)上從左至右縮減。舉例來說，仿似的彎曲繞射結構特徵結合起來可以大致相似於圖2B中所示的繞射格柵120的彎曲繞射結構特徵。再者，作為範例，圖6D的私密顯示器100可以大致相似於圖6A所示的私密顯示器100。尤其，如圖6D所示，該些子格柵120’，例如包括個別標示為子格柵120’a、120’b、120’c的子格柵，在x方向與y方向上橫跨導光體表面形成另一二維陣列，例如，代表繞射格柵120的另一子格柵實施例。
值得一提的是，在本說明書的各個圖式中，為了方便進行繪製而非作為限制，圖式中是以四邊形的凹槽與脊部代表繞射結構特徵的剖面圖。更具體來說，根據本發明的各個實施例，繞射格柵的繞射結構特徵可以具有多種其他剖面形狀中的任一種形狀，包括鋸齒狀、梯形或半球形，但其形狀並不受限於此。舉例來說，繞射格柵的繞射結構特徵可以包括具有梯形剖面形狀的脊部。
根據與本說明書中所描述的原理一致的其他實施例，本發明係提供一種雙模式私密顯示系統。圖7A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一雙模式私密顯示系統300的範例的側視圖。圖7B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了雙模式私密顯示系統300的另一範例的側視圖。雙模式私密顯示系統包括了一私密運作模式以及一公開運作模式。更具體來說，圖7A顯示了在私密模式中運作的雙模式私密顯示系統300，而圖7B顯示了在公開模式中運作的雙模式私密顯示系統300。
雙模式私密顯示系統300係分別在私密模式與公開模式中透過或者利用發射光302的調變提供發射光302形成的影像。在私密模式中，雙模式私密顯示系統300係提供一私密影像。根據本發明的各個實施例，私密影像被配置為僅能在視框308的視錐306中才看得到。此外，私密影像在視錐306外的區域306’中基本上是看不到的。在某些實施例中，視錐306以及視框308可以大致分別相似於上文中針對私密顯示器100所描述的視錐106以及視框108。在公開模式中，雙模式私密顯示系統300係提供一公開影像。根據本發明的各個實施例，公開影像被配置為在視框308與視錐306之內與之外都看得到。雙模式私密顯示系統300可以在私密模式以及公開模式之間切換。舉例來說，當使用者想要私密影像或是公開影像時，可以將雙模式私密顯示系統300在私密模式與公開模式之間切換。
如圖7A與圖7B所是，雙模式私密顯示系統300包括一廣角背光板310。廣角背光板310被配置為在公開(運作)模式中提供廣角發射光302、302’。根據定義，「廣角」的發射光302'被定義為具有比視框308的視錐306之錐角更廣的錐角的光。舉例來說，如果視錐306具有負錐角，則廣角的光可以具有正錐角。在某些範例中，廣角的光可以具有大約大於十度(例如，＞ ±10°)的錐角。在其他的範例中，廣角的光的錐角可以大約大於二十度(例如，＞ ±20°)，或大約大於三十度(例如，＞ ±30°)，或大約大於四十度(例如，＞ ±40°)。舉例來說，廣角的光的錐角可以大約等於六十度(例如，＞ ±60°)。在某些範例中，廣角的光的錐角可以大約等於LCD電腦螢幕、LCD平板電腦、LCD電視或其他用於廣角觀看(例如，大約 ±40°~65°)的相似的數位顯示裝置的視角。在某些範例中，由廣角背光板310提供的廣角發射光302也可以具有漫射光的特徵。為了方便示意，廣角發射光302、302’在圖7A中是以虛線箭頭顯示。然而，在圖7A中代表廣角發射光302、302’的虛線箭頭並不是要暗示發射光302具有特定的方向，反之，其僅代表了光的射出與傳輸，例如，如下文中所述，從廣角背光板310通過繞射格柵式背光板320以及光閥陣列330的射出與傳輸。
根據本發明的某些實施例，廣角背光板310具有用於提供廣角發射光302、302’的一發光表面310’(例如，如圖7A所示)。此外，在某些實施例中，發光表面310’可以大致為平面。舉例來說，廣角背光板310可以是具有平面發光表面310’之直接發光或直接照明的平面背光板。直接發光或直接照明的平面背光板包括了採用直接照明的平面發光表面310’並且提供廣角發射光302、302’之平面陣列的冷陰極螢光燈(Cold-Cathode Fluorescent Lamps, CCFLs) 、氖燈或LED的背光板，但平面背光板的種類並不受限於此。電致發光面板(Electroluminescent Panel, ELP)是直接發光的平面背光板的另一種非限制的範例。
在其他的範例中，廣角背光板310可以包括採用非直接光源的背光板。此種非直接照明的背光板可以包括一個以上的邊緣耦接或又稱為「側光式」種類的背光板，但其並不受限於此。邊緣發光的背光板一般包括了耦接於導光體或類似的導光結構(例如，中空的導引腔室)之邊緣或側邊的光源(未顯示於圖7A~圖7B中)。邊緣耦接的光源係用於照明導引結構，藉此在側光式背光板中提供光。舉例來說，邊緣耦接的光源可以包括CCFL或LED，但其並不受限於此。根據本發明的各個實施例，導引結構可以利用完全內部反射(Total Internal Reflection, TIR)、鏡面(例如，鏡像的後表面)或其結合從邊緣耦接光源引導光。此外，在某些範例中，在廣角背光板310中採用的側光式背光板的導引結構可以具有大致為四邊形的剖面形狀，且其具有相對的平行表面(例如，頂部表面與底部表面)。在其他的範例中，導引結構可以具有錐形或楔形的剖面形狀(即，導引結構可以為楔形)，且該導引結構的第一表面與相對的第二表面大致不平行。
被採用作為廣角背光板310的側光式背光板可以進一步包括一擷取結構特徵(未顯示於圖7A~圖7B中)。擷取結構特徵係用於從導引結構擷取光，並且將擷取的光往遠離導引結構的方向重新定向。舉例來說，擷取結構特徵可以擷取光並且將擷取的光往遠離側光式背光板的平面發光表面310’的方向定向為廣角發射光302、302’。擷取結構特徵可以包括各種相鄰於導引結構的表面(例如，上表面)的微稜鏡膜或層，或者，位在導引結構中或相鄰於其相對表面的其中之一的各種散射器或反射器。
圖8為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一廣角背光板310的範例的剖視圖。更具體來說，圖8中顯示的廣角背光板310代表了非直接或側光式的背光板的範例。如圖8所示，廣角背光板310包括了耦接於廣角背光板310的邊緣的一光源312。邊緣耦接光源312係用於產生光角背光板310中的光。此外，如圖中以範例而非限制的方式所示，圖8中顯示的廣角背光板310包括了具有擷取結構特徵316的楔形的導引結構314。圖中所示的擷取結構特徵316包括了相鄰於平面發光表面310’(即，頂部表面)的微稜鏡層316’，以及位在導引結構314與平面發光表面310’相對的表面(即，後表面)上的反射層316”。根據本發明的各個實施例，來自邊緣耦接光源312並且在導引結構314中引導的光係被擷取結構特徵316重新定向、散射離開或從導引結構314擷取出來，藉此提供所述的廣角發射光302、302’。
在某些實施例中，不論是直接發光或側光式的廣角背光板310都可以進一步具有一種以上的層或膜結構，包括亮度增強膜(Brightness Enhancement Film, BEF)、散射器或散射膜，以及轉向膜或轉向層，但其並不受限於此。圖8顯示的廣角背光板310進一步相鄰於平面發光表面310’的一散射器318，散射器318是用於提供散射的廣角發射光302、302’。根據本發明的各個實施例(未顯示於圖8中)，廣角背光板310的其他層或膜結構(例如，BEF、轉向層等)也可以相鄰於平面發光表面310’。
請再次參照圖7A~圖7B，雙模式私密顯示系統300進一步包括一繞射格柵式背光板320。繞射格柵式背光板320係用於在雙模式私密顯示系統300的私密運作模式中將繞射耦合出的光提供或定向進入視框308中。更具體來說，繞射格柵視背光板302係用於在私密模式(例如，用於提供私密影像的模式)期間將繞射耦合出的光提供為定向發射光302、302”。此外，當在私密模式中提供時，定向發射光302、302”係被朝向與雙模式私密顯示系統300間隔開來的視框308定向。再者，如圖7B所示，定向發射光302、302”大致被侷限於雙模式私密顯示系統300與視框308之間的視錐306之中。
根據本發明的各個實施例，繞射格柵式背光板302對於廣角發射光302、302’來說為大致透明的。更具體來說，根據本發明的各個實施例，廣角發射光302、302’可以輕易地在雙模式私密顯示系統300的公開運作模式中或期間通過繞射格柵式背光板320，例如，如圖7A所示。
在某些實施例中，繞射格柵式背光板320可以大致相似於上文中所述的私密顯示器100的繞射格柵與導光體的結合。更具體來說，如圖7A~圖7B所示，繞射格柵式背光板320可以包括用於引導光的導光體322。導光體322可以大致相似於私密顯示器100的導光體110。舉例來說，導光體322可以包括光學性透明材料的薄板，用於透過完全內部反射引導光。此外，可以以非零值傳導角度並且根據準直因子s將光引入導光體322並且在導光體322中引導光。在本發明的各個實施例中，導光體322中引導的光可以由光源(未顯示)提供，並且於導光體322的入光邊緣被引入或耦合進入導光體322。
如圖7A~圖7B所示，繞射格柵式背光板320可以進一步包括一繞射格柵324。如圖7A~圖7B所示，繞射格柵324可以位於導光體322的表面。繞射格柵324係用於將導光的一部分從導光體322繞射耦合出成為繞射耦合出的光。此外，繞射格柵324係將繞射耦合出的光定向進入視框308，即，定向的繞射耦合出的光式繞射格柵式背光板320的定向發射光302、302”。在某些實施例中，繞射格柵324可以大致相似於上文中針對私密顯示器100所描述的繞射格柵120。
作為範例，根據本發明的某些實施例，繞射格柵324可以包括繞射結構特徵，且該等繞射結構特徵具有在相鄰的繞射結構特徵之間隨著與入光邊緣之間的距離增加而縮減的結構特徵間隔。此外，作為範例，視框308的範圍可以由導光體322中的導光的準直因子s所決定。再者，根據本發明的某些實施例，可以透過選擇或調整準直因子s，使得視框的範圍成為可選擇或可調整的範圍。在某些實施例中，繞射格柵324可以包括複數個彎曲繞射結構特徵(例如，雙曲線或半圓形的繞射結構特徵)，用於將繞射耦合出的光往兩個正交的方向定向，藉此提供具有二維視錐306的二維視框308之視框308。在某些實施例中，繞射格柵324可以包括彼此由間隔分隔開來的複數個子格柵(未顯示於圖中)。作為範例，該些子格柵可以共同地將繞射耦合出的光定向進入視框308中。在某些實施例中，視框的錐角可以是負錐角。
根據本發明的各個實施例(例如，如圖7A~圖7B所示)，雙模式私密顯示系統300進一步包括一光閥陣列330。光閥陣列330係用於調變廣角發射光302、302’，藉此在公開模式中提供公開影像。此外，光閥陣列330係用於調變繞射耦合出的光(即，定向發射光302、302”)，藉此在私密模式中提供私密影像。如上文中提及的內容所述，所提供的私密影像僅能在視框308的視錐306中才看得到。此外，同樣如上文中提及的內容所述，公開影像在視框308的視錐306之內與之外都看得到。根據本發明的某些實施例，光閥陣列330可以大致相似於上文中針對私密顯示器100所描述的光閥陣列130。舉例來說，在某些實施例中，雙模式私密顯示系統300可以代表或大致相似於私密顯示器100以及廣角背光板310的結合。
根據本發明的某些實施例，雙模式私密顯示系統300可以進一步包括介於廣角背光板310以及繞射格柵式背光板320之間的遮光層340。根據本發明的某些實施例，遮光層340係選擇性地遮擋繞射格柵式背光板320發出的光並防止其進入廣角背光板310。更具體來說，遮光層340被配置為遮擋繞射格柵式背光板320大致朝向廣角背光板310發出的光。另一方面，遮光層340被配置為將廣角背光板3310發出的光大致朝向繞射格柵式背光板320輸送。據此，根據本發明的某些實施例，遮光層340可以代表單向的遮光層340。在其他的實施例中，遮光層可以選擇性地阻擋光通過遮光層340並抵達繞射格柵式背光板320，例如，阻擋光從廣角背光板310抵達繞射格柵式背光板320。在這些實施例中，遮光層340可以僅在雙模式私密顯示系統300的特定模式中阻擋光。用於阻擋光的遮光層340在圖7B中是由陰影斜線所表示，而圖7A中缺少的陰影斜線代表遮光層340係用於傳輸光(例如，來自廣角背光板310的廣角發射光302、302’)。
根據本發明的某些實施例，遮光層340可以用於提供被動阻光或主動(例如，切換)阻光。舉例來說，遮光層340可以是提供方向選擇性的阻光的大致被動層。可以被用為遮光層340的被動層的範例包括，單向完美吸收體、偏振層或角度濾波器，但被動層的範例並不受限於此。舉例來說，被動層的其他範例包括了多頻帶濾波器(例如，多頻帶色彩濾波器)，其可以選擇性地阻擋(例如，反射、吸收等等)繞射格柵式背光板320產生的特定波長的光，並且同時允許廣角背光板310產生的不同波長的光通過。
在其他的範例中，遮光層340可以為主動層，用於在遮光模式或狀態中阻擋光的傳輸，並且在光傳輸模式或狀態中傳輸光。主動遮光層340可以選擇性地切換至當繞射格柵式背光板320啟動時防止光朝向與進入廣角背光板310傳輸的遮光狀態。舉例來說，如圖7B所示，繞射格柵式背光板320在雙模式私密顯示系統300的私密模式中為啟動的狀態，藉此提供所述的定向發射光302、302”。此外，主動遮光層340可以選擇性地切換進入光傳輸狀態，當廣角背光板310啟動時，允許光傳導離開啟動的廣角背光板310並且通過繞射格柵式背光板320成為廣角發射光302、302’，例如，如圖7A所示。舉例來說，當雙模式私密顯示系統300處於公開模式時，廣角背光板310為啟動的狀態。主動遮光層340的範例包括了光閥(例如，液晶光閥)或類似的可切換吸收層，但其並不受限於此。其他的範例包括了各種其他基於電動機械結構(例如，微機電或微機電鏡等)、電吸收(例如，半導體式)或各種非線性晶體或有機聚合物之被稱為「主動」的光閘結構。
根據與本說明書所描述的原理一致的其他實施例，本發明係提供一種私密顯示器的操作方法。圖9為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了私密顯示器的操作方法400的範例的流程圖。如圖9所示，私密顯示器的操作方法400包括了步驟410，在導光體中將光引導為導光。在某些實施例中，在步驟410中可以沿著導光體的長度引導導光。舉例來說，可以在縱向方向上引導光。此外，步驟410中可以根據一準直因子引導光。根據本發明的某些實施例，導光體可以大致相似於上文中針對私密顯示器100所描述的導光體110。舉例來說，導光體可以是包括光學性透明材料的薄板之平板導光體，並且用於在步驟410中利用完全內部反射引導光。此外，導光可以具有大致與上文中針對導光體110所描述的準直因子s相似的準直因子。此外，導光可以被以非零值傳導角度引導。
如圖9所示，私密顯示器的操作方法900進一步包括一步驟420，將導光的一部分繞射耦合出來，並且將繞射耦合出的光定向進入一視框。根據本發明的各個實施例，步驟420係使用光學地耦接於導光體的一繞射格柵將導光的該部分繞射耦合出來。在某些實施例中，步驟420中使用來將導光的該部分繞射耦合出的繞射格柵可以位於導光體的一表面。此外，步驟420透過繞射地耦合離開將光定向進入的視框，可以位在與導光體表面間隔開來並且與導光體表面相鄰的位置。步驟420中用來將導光的該部分繞射耦合出來的繞射格柵，可以大致相似於上文中所述的私密顯示器的繞射格柵120。更具體來說，繞射格柵可以是啁啾式繞射格柵，繞射格柵的繞射結構特徵具有隨著與導光體的入光邊緣之間的距離增加而縮減的結構特徵間隔。此外，繞射格柵可以包括彎曲繞射結構特徵。彎曲繞射結構特徵可以用於將繞射耦合出的光往兩個正交的方向上定向，藉此提供二維的視框，舉例來說，該視框可以具有由導光的準直因子所決定的範圍。再者，在某些實施例中，視框可以大致相似於上文中所描述的具有視錐106的視框108。
圖9中顯示的私密顯示器的操作方法400進一步包括了步驟430，對繞射耦合出的光進行調變，以在視框中形成私密影像。此外，根據本發明的各個實施例，私密影像僅能在視框的視錐中才能看得到，藉此提供隱私性。根據本發明的各個實施例，步驟430中是利用位在導光體與視框之間的光閥陣列進行對繞射耦合出的光的調變。根據本發明的某些實施例，光閥陣列可以大致相似於上文中針對私密顯示器100所描述的光閥陣列130。舉例來說，光閥陣列可以包括複數個液晶光閥。
在某些實施例中(未顯示於圖9中)，私密顯示器的操作方法可以進一步包括於入光邊緣光學性地將光耦合進入導光體成為導光的步驟，舉例來說，可以利用光源進行該步驟。在某些實施例中，光源可以大致相似於上文中所述的私密顯示器100的光源140。更具體來說，根據某些實施例，光學性地將光耦合進入導光體的步驟，可以包括以一預定準直因子提供導光，如上文中所述。
在某些實施例中(未顯示於圖中)，私密顯示器的操作方法可以進一步包括利用廣角背光板提供廣角光，並且對所提供的廣角光進行調變以形成公開影像的步驟。根據本發明的各個實施例，公開影像在視框的視錐之內與之外都可以看得到。此外，公開影像可以在公開模式中形成，而私密影像可以在私密模式中形成。據此，包括形成公開影像以及形成私密影像之步驟的私密顯示器的操作方法，在某些實施例中可以是雙模式私密顯示系統的操作方法。更具體來說，在某些實施例中，用來提供廣角光的廣角背光板可以大致相似於上文中針對雙模式私密顯示系統所描述的廣角背光板310，且可以進一步包括一遮光層，該遮光層可以大致相似於同樣於上文中所描述的介於廣角背光板310以及繞射格柵式背光板320之間的遮光層340。
因此，本發明中提供了私密顯示器、雙模式私密顯示系統以及私密顯示器的操作方法的實例與實施例，以在視框的視錐中提供私密影像。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。
100‧‧‧私密顯示器
102‧‧‧繞射耦合出的光
104‧‧‧導光
104a‧‧‧導光
104b‧‧‧導光
106‧‧‧視錐
106’‧‧‧區域
108‧‧‧視框
110‧‧‧導光體/平板導光體
112‧‧‧入光邊緣
114‧‧‧發光表面
116‧‧‧表面
120‧‧‧繞射格柵
120’‧‧‧子格柵
120’a‧‧‧子格柵
120’b‧‧‧子格柵
120’c‧‧‧子格柵
122‧‧‧凹槽
124‧‧‧脊部
126‧‧‧格柵材料
126’‧‧‧格柵材料
128‧‧‧金屬層
130‧‧‧光閥陣列
140‧‧‧光源
142‧‧‧光
200‧‧‧圖表
210‧‧‧曲線
220‧‧‧曲線
230‧‧‧曲線
300‧‧‧雙模式私密顯示系統
302‧‧‧發射光/廣角發射光/定向發射光
302’‧‧‧發射光/廣角發射光
302”‧‧‧定向發射光
306‧‧‧視錐
306’‧‧‧區域
308‧‧‧視框
310‧‧‧廣角背光板
310’‧‧‧發光表面/平面發光表面
312‧‧‧光源/邊緣耦接光源
314‧‧‧導引結構
316‧‧‧擷取結構特徵
316’‧‧‧微稜鏡層
316”‧‧‧反射層
318‧‧‧散射器
320‧‧‧繞射格柵式背光板
322‧‧‧導光體
324‧‧‧繞射格柵
330‧‧‧光閥陣列
340‧‧‧遮光層/主動遮光層
400‧‧‧私密顯示器的操作方法
410‧‧‧步驟
420‧‧‧步驟
430‧‧‧步驟
wr ‧‧‧脊部寬度
wg ‧‧‧凹槽寬度
wviewbox ‧‧‧視框寬度
C‧‧‧曲率中心
R‧‧‧半徑
f‧‧‧距離
L‧‧‧結構特徵間隔
s‧‧‧準直因子
θ‧‧‧繞射角度
按照此說明書中所描述的原理之各種示例性特徵，在參考附圖並結合下面的詳細描述下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，顯示了一私密顯示器的範例的側視圖； 圖1B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，以一範例顯示了一部分的圖1A的私密顯示器的剖視圖； 圖1C為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，以一範例顯示了另一部分的圖1A的私密顯示器的剖視圖； 圖2A為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了一私密顯示器的範例的立體圖； 圖2B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，以一範例顯示了圖2A的私密顯示器的一部分的平面圖； 圖3為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了繞射結構特徵的距離函數的範例的圖表； 圖4A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了私密顯示器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，顯示了私密顯示器的一部分的範例的剖視圖； 圖5A為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了私密顯示器的一部分的範例的剖視圖； 圖5B為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了私密顯示器的一部分的範例的剖視圖； 圖6A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了具有複數個子格柵的私密顯示器的範例的側視圖； 圖6B為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，以一範例顯示了具有複數個子格柵的私密顯示器的一部分的平面圖； 圖6C為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，以一範例顯示了具有複數個子格柵的私密顯示器的一部分的平面圖； 圖6D為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，以一範例顯示了具有複數個子格柵的私密顯示器的一部分的平面圖； 圖7A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一雙模式私密顯示系統的範例的側視圖； 圖7B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一雙模式私密顯示系統的另一範例的側視圖； 圖8為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一廣角背光板的範例的剖視圖；以及 圖9為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了私密顯示器的操作方法的範例的流程圖。
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 (21)

  1. 一種私密顯示器，包括： 一導光體，用於根據一準直因子引導光； 一繞射格柵，設置於該導光體的一表面，該繞射格柵係將導光的一部分從該導光體中繞射耦合出成為繞射耦合出的光，並且將該繞射耦合出的光定向進入一視框；以及 一光閥陣列，用於調變該繞射耦合出的光以提供一私密影像； 其中，該視框的一範圍是由該準直因子所決定，該私密影像被配置為只能在該視框的一視錐中看到，藉此提供觀看的私密性。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的私密顯示器，其中，該繞射耦合出的光的主要光束係被往該視框的中間定向。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的私密顯示器，其中，該視框是位在與該導光體的該表面平行的一平面中的一二維視框，且其中，該繞射格柵包括複數個彎曲繞射結構特徵，該等彎曲繞射結構特徵係將該繞射耦合出的光往兩個正向的方向定向進入該視框的平行平面中。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述的私密顯示器，其中，該等彎曲繞射結構特徵包括具有一曲率中心的同心彎曲脊部以及同心彎曲凹部的其中一者或兩者。
  5. 根據申請專利範圍第3項所述的私密顯示器，其中，該等彎曲繞射結構特徵具有一雙曲線形曲線。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的私密顯示器，其中，該繞射格柵包括複數個繞射結構特徵，該等繞射結構特徵在每個相鄰的繞射結構特徵之間具有一結構特徵間隔，且該等結構特徵間隔係從該導光體的一入光邊緣開始以一距離函數縮減。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的私密顯示器，其中，該視錐具有一負錐角。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述的私密顯示器，其中，該繞射格柵包括複數個子格柵，該等子格柵在該導光體的該表面彼此間隔開來，並且被配置為彼此配合地使該繞射耦合出的光集中進入該視框中。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述的私密顯示器，其中，該私密顯示器在與該導光體的該表面正交的一方向上為光學性透明。
  10. 一種包含申請專利範圍第1項所述的私密顯示器的雙模式私密顯示系統，該雙模式私密顯示系統進一步包括用於提供廣角光的一廣角背光板，該導光體係位於該廣角背光板以及該光閥陣列之間，該光閥陣列進一步被配置為調變該廣角光，其中，該雙模式私密顯示器具有一私密模式以及一公開模式，該私密模式係利用由該光閥陣列調變的該繞射耦合出的光提供該私密影像，該公開模式係利用由該光閥陣列調變的該廣角光提供一公開影像，該公開影像被配置為在該視錐中與該視錐外都看得到。
  11. 一種雙模式私密顯示系統，包括： 一廣角背光板，用於在該雙模式私密顯示系統的一公開模式中提供廣角發射光； 一繞射格柵式背光板，用於在該雙模式私密顯示系統的一私密模式中提供作為進入一視框的定向發射光的繞射耦合出的光；以及 一光閥陣列，被配置為在該公開模式中調變該廣角發射光以提供一公開影像，並且在該私密模式中調變該定向發射光以提供一私密影像， 其中，該私密影像被配置為僅能在該視框的一視錐中看到，該公開影像被配置為在該視錐中與該視錐外都看得到。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述的雙模式私密顯示系統，其中，該繞射格柵式背光板包括： 一導光體，用於根據一準直因子引導光；以及 一繞射格柵，設置於該導光體的一表面，該繞射格柵係將導光的一部分從該導光體中繞射耦合出成為該繞射耦合出的光，並且將該繞射耦合出的光作為該定向發射光定向進入一視框； 其中，該視框的一範圍是由該準直因子所決定。
  13. 根據申請專利範圍第12項所述的雙模式私密顯示系統，其中，該繞射格柵包括複數個繞射結構特徵，該等繞射結構特徵在每個相鄰的繞射結構特徵之間具有一結構特徵間隔，且該等結構特徵間隔係隨著與該導光體的一入光邊緣的距離增加而縮減。
  14. 根據申請專利範圍第12項所述的雙模式私密顯示系統，其中，該繞射格柵包括複數個彎曲繞射結構特徵，該等彎曲繞射結構特徵係將該繞射耦合出的光作為該定向發射光往兩個正向的方向定向，藉此提供作為一二維視框並且具有一二維視錐的該視框。
  15. 根據申請專利範圍第12項所述的雙模式私密顯示系統，其中，進一步包括光學性地耦接於該導光體的一入光邊緣的一光源，該光源係根據該準直因子將光射入該導光體成為導光。
  16. 根據申請專利範圍第12項所述的雙模式私密顯示系統，其中，該繞射格柵包括複數個子格柵，該等子格柵在該導光體的該表面彼此間隔開來，並且被配置為彼此配合地使該繞射耦合出的光集中進入該視框中。
  17. 根據申請專利範圍第11項所述的雙模式私密顯示系統，其中，該視錐的一錐角為一負錐角。
  18. 一種私密顯示器的操作方法，該方法包括以下步驟： 根據一準直因子將光在一導光體中引導為導光； 將導光的一部分繞射耦合出成為繞射耦合出的光，並且利用光學性地耦接於該導光體的一繞射格柵將該繞射耦合出的光定向進入一視框；以及 利用一光閥陣列調變該繞射耦合出的光，藉此在該視框中形成一私密影像； 其中，該視框的一範圍是由該準直因子所決定，該私密影像被配置為只能在該視框的一視錐中看到，藉此提供觀看的私密性。
  19. 根據申請專利範圍第18項所述的私密顯示器的操作方法，其中，該繞射格柵包括複數個彎曲繞射結構特徵，該等彎曲繞射結構特徵具有一結構特徵間隔，該結構特徵間隔係隨著與該導光體的一入光邊緣的距離增加而縮減。
  20. 根據申請專利範圍第18項所述的私密顯示器的操作方法，進一步包括將由一光源提供的光於一入光邊緣光學性地耦合進入該導光體成為導光，其中，光學性地耦合光提供了導光的該準直因子。
  21. 根據申請專利範圍第18項所述的私密顯示器的操作方法，進一步包括利用一廣角背光板提供廣角光，並且調變所提供的廣角光以形成一公開影像，該公開影像被配置為在該視框的該視錐中與該視錐外都看得到，其中，該公開影像是在一公開模式中形成，且該私密影像是在一私密模式中形成。
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