(57)【要約】【課題】電力消費量を抑えた単一ビューディスプレイを提供する。【解決手段】ディスプレイは、単一ビューを表示する表示装置１６と、単一ビューにより調整された光を縮小された角度範囲に集中させる光学システム１５とを備える。観察者方向判断システムは、ディスプレイに対する観察者の方向を判断し、角度範囲が観察者の方向を含めるように表示装置１６および光学システム１５を制御する。【選択図】図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックライトにより照らされる、単一ビューを表示する透過型表示装置と、
単一ビューにより変調された光を、縮小された角度範囲に集中させる光学システムと、
ディスプレイに対する観察者の方向を判断し、バックライトからの照明の上記角度範囲を屈折させることで上記角度範囲が上記判断された方向を含むように、上記表示装置と上記光学システムとの少なくとも一つを制御する判断システムと
を備えている単一ビューディスプレイ。
【請求項２】
上記判断システムは、上記判断された方向を含めるために、上記角度範囲により示された角度を変化させるよう、上記表示装置および上記光学システムの少なくとも一つを制御するように構成され、
上記角度範囲は、好ましくはディスプレイ軸と略対称的である、請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】
上記角度範囲の上記角度は、上記ディスプレイ軸を含む第一面内において可変であり、好ましくは、上記ディスプレイ軸を含み、上記第一面と垂直な第二面内において可変である、請求項２に記載のディスプレイ。
【請求項４】
上記判断システムは、上記判断された方向を含むために上記角度範囲を変化させるよう、上記表示装置および上記光学システムの少なくとも一つを制御するように構成される、請求項１〜３のいずれか一つに記載のディスプレイ。
【請求項５】
上記角度範囲の上記方向は、上記ディスプレイ軸を含む第三面内において可変であり、好ましくは、上記ディスプレイ軸を含み、上記第三面と垂直な第四面内において可変である、請求項４に記載のディスプレイ。
【請求項６】
上記判断システムは、上記ディスプレイに対する複数の観察者の方向を判断するように構成されている、請求項１〜５のいずれか一つに記載のディスプレイ。
【請求項７】
上記判断システムは、上記角度範囲が全ての上記判断された方向を含めるように、上記表示装置および上記光学システムの少なくとも一つを制御するように構成される、請求項２に直接的もしくは間接的に従属する場合における請求項６に記載のディスプレイ。
【請求項８】
上記判断システムは、全ての上記判断された方向が含まれるように複数の角度範囲を生成するよう、上記表示装置および上記光学システムの少なくとも一つを制御するように構成される、請求項４に直接的もしくは間接的に従属する場合における請求項６もしくは請求項７に記載にディスプレイ。
【請求項９】
上記判断システムが、観察者が上記判断された方向を選択できるようにする手動制御を有する、請求項１〜８のいずれか一つに記載のディスプレイ。
【請求項１０】
上記判断システムが、自動観察者追跡システムを備えている、請求項１〜８のいずれか一つに記載のディスプレイ。
【請求項１１】
上記光学システムが、視準光学システムを備えている、請求項１〜１０のいずれか一つに記載のディスプレイ。
【請求項１２】
上記光学システムが、収束レンズアレイを備えている、請求項１１に記載のディスプレイ。
【請求項１３】
上記判断システムが、上記光学システムの位置と、上記表示装置に表示される画像の位置とをそれぞれ対応させて制御するように構成される、請求項１１または請求項１２に記載のディスプレイ。
【請求項１４】
上記表示装置が液晶装置を備えている、請求項１〜１３のいずれか一つに記載のディスプレイ。
【請求項１５】
上記バックライトが、各レンズの後方に配置されたダイオードの群を持つ発光ダイオード装置もしくは有機発光ダイオード装置を備えている、請求項１２に記載のディスプレイ。
【請求項１６】
上記バックライトは、位置および／または大きさが制御可能であり、上記光学システムの後方に配されている広範な光源および孔を有する反射板を備えている、請求項１〜１４のいずれか一つに記載のディスプレイ。
【請求項１７】
上記反射板は、
少なくとも一つのコレステリック液晶セルと、
制御可能な四分の一波長板および反射コレステリック偏光板と、
第一および第二反射直線偏光板の間に配された制御可能な二分の一波長板と、
エレクトロクロミックミラーとのうちの一つを備えている、請求項１６に記載のディスプレイ。
【請求項１８】
上記バックライトは、上記視準光学システムの後方に配される、別々に制御可能な複数の独立した光源を備えており、
上記視準光学システムは、好ましくはフレネルレンズを少なくとも一つを備えている、請求項１１に記載のディスプレイ。
【請求項１９】
上記バックライトは、上記レンズの後方に配される、制御可能な光抽出機構を有する光導波路を備えている、請求項１２に記載のディスプレイ。
【請求項２０】
上記バックライトは、広範な光源と、固定孔を有する反射板と、上記光学システムに対応して反射板を動かす作動装置とを備えている、請求項１１または１２に記載のディスプレイ。
【請求項２１】
上記バックライトが、広範な光源とレンズアレイとを備え、上記光学システムが光ステアリング構成を備え、
上記光ステアリング構成は、好ましくはエレクトロウェッティングレンズ構成とエレクトロウェッティングプリズム構成とのいずれか一つを備えている、請求項１〜１４のいずれか一つに記載のディスプレイ。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれか一つに記載のディスプレイを電力消費量を削減するために用いる表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一ビューディスプレイ、およびそのようなディスプレイの使用方法に関する。
【０００２】
表示装置の分野において、電力消費量は重要な要素である。携帯用デバイスに関しては、消費量を抑えることにより、独立性を高めたり、バッテリー容量を小さくしたりすることができる。バッテリーは、よく大衆消費電子製品の小型化で限定要因となり、その大きさや重さは、電力消費量と商品の望まれる独立性によって決まる。したがって、エネルギー消費の改善は携帯電話やノートパソコンなどの小型電子商品にとって非常に望ましいことである。
【０００３】
電力消費量は大型電子機器においても考慮すべき重要な点である。エネルギーは財務コストがかかり、またさらに重要なことは、発電することは環境に影響を与える。消費者は今、物を購入する際に電力消費量を重要な指標として捉えている。
【背景技術】
【０００４】
液晶表示装置（LCD）や陰極線管（CRT）、有機発光ダイオード（OLED）、プラズマ表示パネル（PDP）などの発光表示装置は、例えば腕時計や携帯電話、車載用ディスプレイ、モニター、テレビといった電子機器に搭載される。
【０００５】
このような表示装置は、エネルギーの消費が効率的でない。ディスプレイの電力消費量において、光の放射が最も重要な要因である。ユーザーの目に届く光の量が非常に少ないため、あらゆる方向に放射されるこの光のほとんどが無駄となってしまう。
【０００６】
省力目的で、軸上の光の方向を制御する努力は行なわれてきている。一般的に、特に携帯用デバイスの場合、ユーザーはディスプレイの正面にいる。横方向に光が放射されることは必ずしも必要でない場合もある。光学部品は、ディスプレイの軸に近い方向に光源から放射された光を集中させるように設計されている。このような省力部品の例として、軸上の光を視準するLCD用バックライトのプリズム構造（米国特許第6967698号）、輝度上昇フィルムで知られるプリズムフィルム（米国特許第4542449号,米国特許第5175030号）、またはレンズアレイ（米国特許第65070324号  OLEDのレンズアレイ）などが挙げられる。このような方法は、軸上では効率が向上するものの、軸から外れたところでは可視度が低下する。このようなシステムでは、ユーザーが軸から外れたところにいるとき、照明プロファイルは変わらない。ユーザーは、最適条件でディスプレイを見続けたい場合、ディスプレイの正面にいなければならない。ユーザーが軸から外れると、ユーザーは低輝度の画像を見ることになり、軸上の光は無駄となってしまう。
【０００７】
3Dディスプレイやプライバシーディスプレイ（米国特許第20050243265号,米国特許第5132839号）といった方向性ディスプレイでは、光方向が制御される。このようなディスプレイは、光ビームの方向を変えるか、不要な方向へ放射された光を吸収することにより、光方向を制御する。
【０００８】
3Dディスプレイは、２つの隣接する視野に２つの異なる画像が送られ、ユーザーのそれぞれの目に画像が１つずつ送られる。これらのディスプレイのいくつかは、ユーザーの位置を検知する追跡システムを用いることでユーザーの位置に応じて照明する。送出された光は２つの視界窓へ向けられ、それぞれの視界窓に異なる画像を提供する。光の選択は、視差バリアやマイクロレンズアレイといった異なる光学手段により実現される。これらの例として、米国特許第5132839号（Travis）や米国特許出願公開第20050117016号（Surman）が挙げられる。レンチキュラーシステムなどの屈折法は、吸収により光を無駄に消費することなく、光方向を制御する効率的な方法である。しかしながら、これらの表示システムでは、クロストークは避けなければならない重要な指標である。そのため、3Dもしくはマルチビューディスプレイを設計する際、クロストークを減少させることに優先度がおかれ、省力は重要なパラメータではなくなる。
【０００９】
3Dディスプレイは、所望する3D効果を得るために、異なる画像を異なる場所に表示しなければならない。プライバシーディスプレイは、このようなことをしない「単一ビュー」のディスプレイである。しかし、プライバシーディスプレイ（米国特許出願公開第20050243265号, 米国特許第5831698号, 米国特許第6211960号, 米国特許第5825436号, 米国特許第05877829号）は細い視角に画像を表示し、この視野の外にいる人から詮索されることを防止する。この視野は、公共モードにおいては、複数のユーザーが画面を見られるようにより広い視野に切り換えることができる。切り換えは、ユーザーにより制御される。このシステムの欠点は、ユーザーが画面の正面にいなければならないことである。細い視野がメインユーザーの位置を追うことはない。
【００１０】
このような方向性ディスプレイの欠点は、アプリケーションの要求に起因する。３Dディスプレイまたはデュアルビューディスプレイにおいて、視野が重なっていわゆるクロストークを発生させてはならない。プライバシーディスプレイでは、制限された視野は鋭い遮断特性を持つ必要がある。プライベート域よりも外の角度に光が漏れることで、禁止された人物に表示を読ませてしまう可能性がある。このようなディスプレイにおいて光方向の特性が重要であるため、光方向の制御は省力を犠牲にして行なわれる。
【００１１】
他のディスプレイにおいて、ユーザー位置の作用として省力利益を得るものがある（Chih-Nan WuおよびWei-Chung Cheng，“Viewing Direction-Aware Backlight Scaling”，ｐ281-286，Great Lakes Symposium 2007 on VLSI）。この論文では、観察者が中心軸より離れていったときにバックライト電力が上げられる。これは、そうしなければ軸から外れている観察者に対しては見かけ上の表示輝度が低くなることを埋め合わせるためである。しかしながら、これらのディスプレイも全ての方向に光を放射するため、ほとんどの光が無駄となってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第6,967,698号明細書
【特許文献２】米国特許第4,542,449号明細書
【特許文献３】米国特許第5,175,030号明細書
【特許文献４】米国特許第6,570,324号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第2005/0243265A1号明細書
【特許文献６】米国特許第5,132,839号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第2005/0117016A1号明細書
【特許文献８】米国特許第5,831,698号明細書
【特許文献９】米国特許第6,211,930号明細書
【特許文献１０】米国特許第5,825,436号明細書
【特許文献１１】米国特許第5,877,829号明細書
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Chih-Nan WuおよびWei-Chung Cheng ，“Viewing Direction-Aware Backlight Scaling”，ｐ２８１−２８６， Great Lakes Symposium 2007 on VLSI
【発明の概要】
【００１４】
本発明の第１態様によれば、バックライトにより照らされる、単一ビューを表示する透過型表示装置と、単一ビューにより変調された光を、縮小された角度範囲に集中させる光学システムと、ディスプレイに対する観察者の方向を判断し、バックライトからの照明の上記角度範囲を屈折させることで上記角度範囲が上記判断された方向を含むように、上記表示装置と上記光学システムとの少なくとも一つを制御する判断システムとを備えている単一ビューディスプレイを提供する。
【００１５】
上記判断システムは、上記判断された方向を含めるために、上記角度範囲により示された角度を変化させるよう、上記表示装置および上記光学システムの少なくとも一つを制御するように構成されていてもよい。上記角度範囲はディスプレイ軸と略対称的であってもよい。上記角度範囲の上記角度は、上記ディスプレイ軸を含む第一面内において可変であってもよい。上記角度範囲の上記角度は、上記ディスプレイ軸を含み、上記第一面と垂直な第二面内において可変であってもよい。
【００１６】
上記判断システムは、上記判断された方向を含むために上記角度範囲を変化させるよう、上記表示装置および上記光学システムの少なくとも一つを制御するように構成されていてもよい。上記角度範囲の上記方向は、ディスプレイ軸を含む第三面内において可変であってもよい。上記角度範囲の上記方向は、ディスプレイ軸を含み、第三面と垂直な第四面内において可変であってもよい。
【００１７】
上記判断システムは、上記ディスプレイに対応する複数の観察者の方向を判断するように構成されていてもよい。上記判断システムは、上記角度範囲が全ての上記判断された方向を含めるように、上記表示装置および上記光学システムの少なくとも一つを制御するように構成されていてもよい。上記判断システムは、全ての上記判断された方向が含まれるように複数の角度範囲を生成するよう、上記表示装置および上記光学システムの少なくとも一つを制御するように構成されていてもよい。
【００１８】
上記判断システムは、観察者が上記判断された方向を選択できるようにする手動制御を有していてもよい。
【００１９】
上記判断システムは、自動観察者追跡システムを備えていてもよい。
【００２０】
上記光学システムは、視準光学システムを備えていてもよい。上記光学システムは、収束レンズの列を備えていてもよい。上記判断システムは、上記光学システムの位置と、上記表示装置に表示される画像の位置とをそれぞれ対応させて制御するように構成されていてもよい。
【００２１】
上記表示装置は、液晶装置を備えていてもよい。
【００２２】
上記バックライトは、ダイオードの群が対応するレンズの後方に配された、発光ダイオード装置もしくは有機発光ダイオード装置を備えていてもよい。
【００２３】
上記バックライトは、位置および／または大きさが制御可能であり、上記光学システムの後方に配されている広範な光源および孔を有する反射板を備えていてもよい。上記反射板は、少なくとも一つのコレステリック液晶セルを備えていてもよい。上記反射板は、制御可能な四分の一波長板と反射コレステリック偏光板とを備えていてもよい。上記反射板は、第一および第二反射直線偏光板の間に配された制御可能な二分の一波長板を備えていてもよい。上記反射板は、エレクトロクロミックミラーを備えていてもよい。
【００２４】
上記バックライトは、上記視準光学システムの後方に配される、別々に制御可能な複数の独立した光源を備えていてもよい。上記視準光学システムは、フレネルレンズを少なくとも一つ備えていてもよい。
【００２５】
上記バックライトは、上記レンズの後方に配される、制御可能な光抽出機構を有する光導波路を備えていてもよい。
【００２６】
上記バックライトは、広範な光源と、固定孔を有する反射板と、上記光学システムに対応して反射板を動かす作動装置とを備えていてもよい。
【００２７】
上記バックライトは、広範な光源と、レンズアレイとを備え、上記光学システムは、光ステアリング構成を備えていてもよい。上記光ステアリング構成は、エレクトロウェッティングレンズ構成を備えていてもよい。あるいは、上記光ステアリング構成は、エレクトロウェッティングプリズム構成を備えていてもよい。
【００２８】
本発明の第二態様によれば、第一態様に係るディスプレイを用いるための表示方法であり、電力消費量を削減するための表示方法が提供される。
【００２９】
このように、周知のディスプレイと比べて電力消費量を抑えたディスプレイを提供することができる。このようなディスプレイはより低い動作コストを実現でき、また環境への影響を少なくすることができる。電池式の機器において使用される場合、このようなディスプレイは独立性を向上および／またはバッテリー容量を低下することができる。
【００３０】
このようなディスプレイは、ユーザーに対してのみ光を放射することで、全ての方向に光を放射することにより発生する無駄な光を減らすもしくはなくし、省力してもよい。およそ半角２度の立体角に対して光が放射されると、ランベルト輝度で全方向に放射するディスプレイと比べて８００から１０００のゲインが可能である。およそ半角１０度の立体角に対して光が放射される場合、ランベルト輝度で全方向に放射するディスプレイと比べて３０から４０のゲインが可能である。
【００３１】
発光の方向は調節可能であり、ユーザー位置の作用として変更可能である。方向の制御は、ユーザーが電子装置上の調整ボタンもしくはリモコンを介して行なうことができる。また、ユーザーを追跡し、光をその方向へ向けることで、自動調節してもよい。実施形態によっては、複数のユーザーを考慮し、各ユーザーに光を向けてもよい。3Dや同様のアプリケーションでは漏えい、さらにはクロストークを起こすためにプライバシーや3Dでは光を放射するのに使用されない技術を、ここでは使用することができる。電力消費量を減らすためには、光学部品のいくつかが低い光学機能を有していても許容でき、低クロストークが必要とされる場合では全く機能しない方法も、実行可能である。観察者にディスプレイを広範囲の視角から見ることを可能とすることにより、観察者が自由に位置を決めることが許容できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】有用光は目に届き、無用光は他の方向へ放射されているディスプレイを見ているユーザーの図である。
【図２】ディスプレイの軸と同じ高さから、ユーザーの目に届くように細い光ビームが放射されているディスプレイを見ているユーザーの側面図である。
【図３】立った状態で、ディスプレイの軸よりも高い位置からユーザーの目に届くように細い光ビームが角度をつけてディスプレイから放射されているディスプレイを見ているユーザーの側面図である。
【図４】ディスプレイの軸上から、ユーザーの目に届くように細い光ビームがディスプレイから放射されているディスプレイを見ているユーザーの上面図である。
【図５】ディスプレイの軸から外れた位置から、ユーザーの目に届くように細い光ビームが角度をつけてディスプレイから放射されているディスプレイを見ているユーザーの上面図である。
【図６】立った状態で、ディスプレイの軸よりも高い位置からユーザーの目に届くようにより幅広い光ビームがディスプレイから放射されているディスプレイを見ているユーザーの側面図である。
【図７】ディスプレイの軸から外れた位置から、ユーザーの目に届くようにより幅広い光ビームがディスプレイから放射されているディスプレイを見ているユーザーの上面図である。
【図８】ディスプレイの軸から外れた位置から、二人のユーザーの目にそれぞれ届くように二つの細い光ビームが角度をつけてディスプレイから放射されているディスプレイを見ている、二人のユーザーの上面図である。
【図９】それぞれ別の高さから、二人のユーザーの目にそれぞれ届くように二つの細い光ビームが角度をつけてディスプレイから放射されているディスプレイを見ている、二人のユーザーの側面図である。
【図１０】ディスプレイの軸から外れた位置から、二人のユーザーの目に届くように幅の広い光ビームが角度をつけてディスプレイから放射されているディスプレイを見ている、二人のユーザーの上面図である。
【図１１】ユーザーからのコマンドと相関的に光ビームの方向もしくは幅を制御する流れを示すブロック図である。
【図１２】ユーザー位置と相関的に光方向を自動的に向けさせる流れを示すブロック図である。
【図１３】透明表示装置と、複数の視界窓を設けた直下型バックライトとで構成されるディスプレイを示す図である。
【図１４】図１３と同様のディスプレイであり、直下型バックライトが方向性光学部品と選択可能な光源とからなるディスプレイを示す図である。
【図１５】図１４と同様のディスプレイであり、直下型バックライトがレンズアレイとOLEDディスプレイとを組み合わせてなるディスプレイを示す図である。
【図１６】図１３と同様のディスプレイであり、直下型バックライトがレンズアレイとアドレス指定可能切換可能ミラーとを組み合わせてなるディスプレイを示す図である。
【図１７】図１６と同様のディスプレイであり、切換可能ミラーが、切換可能コレステリック液晶セルに、デュアル輝度上昇フィルム（DBEF）と二つの四分の一波長板とを組み合わせてなるディスプレイを示す図である。
【図１８】図１６と同様のディスプレイであり、切換可能ミラーが、切換可能四分の一波長板液晶セルに、DBEFと固定コレステリック層とを組み合わせてなるディスプレイを示す図である。
【図１９】図１６と同様のディスプレイであり、切換可能ミラーが、切換可能二分の一波長板液晶セルに二つのDBEFを組み合わせてなるディスプレイを示す図である。
【図２０】図１６と同様のディスプレイであり、切換可能ミラーがエレクトロクロミック切換可能ミラーからなるディスプレイを示す図である。
【図２１】図１４と同様のディスプレイであり、ディスプレイと同じ大きさのレンズと複数の光源を有するディスプレイを示す図である。
【図２２】図２１と同様のディスプレイであり、照明システムの奥行きを減らすためにミラーを使用しているディスプレイを示す図である。
【図２３】図１４と同様のディスプレイであり、選択可能な光源が、切換可能な抽出機構を有する光導波路からなるディスプレイを示す図である。
【図２４】図１３と同様のディスプレイであり、直下型バックライトが、レンズアレイと変動可能なミラーにパターニングすることで設けられたスリットアレイとを組み合わせたものと、照明するためのバックライトとからなるディスプレイを示す図である。
【図２５】視界窓を調整するために、機械作動装置がパターニングされたミラーの孔をレンズの軸から外れるように動かしている、図２４のディスプレイを示す図である。
【図２６】視界窓の幅を広げるために、機械作動装置がパターニングされたミラーの孔をレンズの焦点面から外れるように動かしている、図２４のディスプレイを示す図である。
【図２７】機械作動装置が、パターニングされたミラーの代わりにレンズアレイを動かしている、図２４のディスプレイを示す図である。
【図２８】パターニングされたミラーの代わりに第一レンズアレイが配され、バックライトが視準バックライトである、図２４と同様のディスプレイを示す図である。
【図２９】視準バックライトと、第一レンズアレイと、切換可能なエレクトロウェッティングレンズアレイとからなる、図２８と同様のディスプレイを示す図である。
【図３０】エレクトロウェッティングレンズが光を左右に動かすためにずらされている、図２９のディスプレイを示す図である。
【図３１】視準バックライトと光ビームを調整するセルのエレクトロウェッティングプリズムアレイとを備える直下型バックライトの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、何故現在のディスプレイが供給エネルギーのほとんどを無駄にしているかを示している。同図では、ディスプレイ１により放射された光のほとんどがユーザー４に到達しないため、無駄になる様子を示している。この無用光２は多大な電力消費の一因となる。電子ディスプレイ１により放射された有用光３は、ユーザー４に対して放射されたときのみに有用といえる。
【００３４】
電子ディスプレイ１は、光の無駄を制限する。図２に示すように、ディスプレイは細い視野５に向けて光を放射する。視野の位置や大きさは、ユーザー４の顔の位置に合わせて調節可能である。たとえ他の方向にいくらかは光が放射されるとしても、無駄となる光の合計量は、全ての方向に対して発光するディスプレイに比べてかなり少ない。
【００３５】
ユーザーが常にディスプレイの正面にいるわけではないため、軸から外れたユーザー６に対して同様の画質を提供しながらも電力を節約する手段が提供されている。ユーザーがディスプレイの中心軸から外れているとき、視野７はユーザー６の位置に合わされる。例えば、図３に示すように、ユーザーがディスプレイの軸の上か下にいる場合、発光方向は縦に傾く。
【００３６】
他の特徴として、図４および図５に示すように、ユーザーがディスプレイの軸９から左右に外れるように動いたとき、発光の方向８は水平方向に回転することが挙げられる。
【００３７】
ユーザーの頭の位置を合わせるのに別の方法を用いてもよい。この別の方法では、光が放射される角度の範囲を広げることにより、視野の幅を広げる。このような方法は、図６に示すようなユーザーの位置の縦方向での移動に対応することができる。ユーザーが軸上にいる図２に比べ、視野はかなり幅広く、電力消費量は増加する。しかし、視野の幅は、少なくとも視野内にいるユーザーを含むものの、図１のような標準的なディスプレイと同等の幅まで広がらないように制限することができる。また、図７に示すような、ユーザーが軸上にいる図４と比較して、ユーザーの左右の動きにも対応することができる。
【００３８】
ユーザー位置に合わせて視野を広げる方法（図６および図７）は、ユーザーに光を向ける第一の方法（図３および図４）と組み合わせてもよい。この組み合わせは同時に行なわれてもよい。すなわち、視野の幅を広げながら、同時に視野の中心を動かしてもよい。あるいは、これら二つの方法の組み合わせは順番に行なわれてもよい。すなわち、ユーザーが動くと、最初に視野の幅が広がり、次に視野の中心が最適な位置になるように動かされ、さらに、ユーザーに集中し、電力を節約するために視野の幅を狭めてもよい。なお、最適な位置とは、ユーザーが一人だけの場合はそのユーザーの位置、ユーザーが複数いる場合はその複数ユーザーの間の位置を表す。
【００３９】
ディスプレイは、同時に何人ものユーザーにより使用されるように構成されていてもよい。複数ユーザーに対してディスプレイ１を可視表示すると共に省力するために、複数の視野が、複数の離れた方向に光を放射することで発生されてもよい。それぞれの視野は、図８および図９に示すように、対応するユーザーに向けられている。軸から外れた二人のユーザー６は、それぞれ対応する視野５の中でディスプレイからの光を受ける。
【００４０】
ディスプレイは、マルチユーザーに対応するために視野を広げる方法を用いてもよい。図１０に示すように、視野の幅は、全てのユーザーを覆うように広げられる。無用光を最小限に抑えるため、制御システムは視野の大きさを最小に調整する。
【００４１】
光をどこへ送るか、方向８に関する情報が必要となる。この情報は、最も効果的に省力し、ユーザーに対して最適な画像を表示し続ける上で必要である。
【００４２】
最適な方向についての情報は、ユーザーインターフェース１００を介して、ユーザーが制御してもよい。ユーザーは視野の位置や大きさを、図１１に示すように表示モジュールもしくはリモコンにある制御ボタン１０１を用いて合わせる。しかし、この設定は固定されるため、ユーザーにより更新されなければならず、ユーザーの位置や数が頻繁に変わると、時に手間となる場合がある。より省力効果を得るためには、ユーザーの位置に関する情報は自動化されていることが好ましい。ユーザーの位置に関する情報は、米国特許出願公開第2007/0188667号に記載のように、ユーザーを追跡することにより自動的に取得してもよい。図１２に示すように、カメラ１０２などの光学検知器が、ディスプレイの正面の領域を観察する。ユーザーの位置を認識するのに画像分析がコンピュータ１０３により行なわれ、切換可能光学部品１０４などの光ステアリングシステムのコントローラーに発光方向の情報が提供される。
【００４３】
ディスプレイは別の方法で構成されてもよい。一般的に、別の実施の形態において、システムは、１つ以上の細い放射コーンの方向、これら放射コーンの幅、もしくは方向と幅の両方の、いずれかを制御することができる。
【００４４】
図１３に示す実施の形態では、透過型ディスプレイもしくは空間変調器３２に有向光源３３が組み合わされている。透過型ディスプレイ３２は、例えば、透過型LCDパネルである。有向バックライト３３は、一つもしくは複数の視野７に対し、選択的に光を照らす大きな源である。透過型表示装置３２は画像を調節する。
【００４５】
有向バックライトは、OLED１６などの発光型ディスプレイに収束レンズ１５を組み合わせて構成してもよい。この場合、単色OLEDが使用される。バックライトとして使用されるこの発光型ディスプレイは、画像を表示しない。その代わり、レンズアレイにより光を向かせる際に、発光方向を制御できるよう、発光位置を選択することができる。この有向バックライトは、図１４および図１５に示すように、ユーザーに画像情報を提供する、LCD ３２などの空間光変調器の後方に設けられる。画像を提供する必要がないため、OLEDの構成は簡単化される。電子発光材料１７は、ストライプ上にパターニングされた電極２３と平面電極２０の間に、ストライプと平行に設けられている両凸レンズと組み合わされたときに設けられる。画素が円形レンズアレイ間に配置されるようであれば、単純マトリクスが用いられる。
【００４６】
別の実施の形態では、図１６に示すように、放射された光の方向を制御するのにレンズに対応してパターニングされた切換可能ミラー３４が用いられる。切換可能ミラーの電極２３は、透明スリットの幅と位置を電気的に制御できるようにパターニングされている。ミラー３４は、スリットを通らない光を反射させる。その光はバックライトに向かって反射し、さらにバックライトユニット３６の拡散体もしくはバックミラー７１によって再度反射される。幾度か反射された光は、有用となるためにスリットを通りユーザーに向かう機会があることにより、リサイクル利用されるものとして捉えられている。スリットを通る光は点源から放射されているように見える。スリットは、レンズアレイにおけるレンズ１５の焦点面に設けられている。レンズから出る光線は、スリットからレンズの中央まで続く線で表されている方向と平行になるように視準される。スリットの幅を広げることで、放射角度は拡大する。スリットの位置を左右に動かすことで、放射コーンは左右に向くことができる。照明を与えるために、この切換可能LCDの後方で従来のバックライト３６が使用される。このバックライトは、エッジライト型もしくは直下型バックライトであってよい。
【００４７】
切換可能ミラーは幾通りの構成方法がある。第一の方法は液晶のコレステリックモードのアドレス可能なセル３７を用いて構成する。コレステリックモードでは、液晶層は光の円偏光を反射する。セルは透明電極２０とパターニングされた電極２３を有する二つの基板４０で形成されている。電圧を印加すると、液晶分子の配向が変化し、層が透明になる。
【００４８】
図１７はシステムの光学性質を示している。バックライト３６より放射される光は反射偏光板３８により直線偏光される。反射偏光板の種類として、3M製のDBEFフィルムが挙げられるが、他の直線反射偏光板も使用することができる。直線偏光は、四分の一波長板３９により円偏光に変換される。コレステリックモードでは、液晶３７は円偏光された光を反射する。コレステリックセルは、可視スペクトル全体に対して光を反射する、一つもしくは複数の切換可能コレステリック液晶層から構成されていてもよい。透明電極２０とパターニングされた電極２３の間に、電界を印加することができる。電極２３をパターニングすることにより、液晶層のどの領域３５に電界を印加するかが選択できる。電界下の液晶分子は、電界と平行に配向され、コレステリックモードの反射効果を遮断する。この領域は、円偏光された光が通れるように透明であり、反射層にスリットが設けられている。
【００４９】
コレステリック切換可能液晶層が設けられた後に、レンズアレイ１５が配される。レンズは、光ビームが視準されるように、切換可能反射ミラーの近くにレンズの焦点面がくる位置に配置される。透明領域の位置が、レンズから出射される光の方向の角度を決定する。
【００５０】
円偏光された光は、次に、LCDパネルの裏側偏光板４２に到達し、LCDと表側偏光板４３により調整される前に、第二四分の一波長板４１を介して直線偏光された光に変換される。
【００５１】
コレステリック液晶により反射された光は様々な光路に沿って進むことができる。バックライトユニットの数ある光学フィルム（DBEF、拡散体、BEF、バックミラー７１）のうちの一つから光が反射されると、光は切換可能ミラーと衝突し、透明スリット３５と衝突しない限りは反射される。この光は、バックライトに反射し返されたときに間違った方向ではなくユーザーに向かって照射される可能性があるため、リサイクル利用される。
【００５２】
図１８に示す別のシステムは、切換可能な、アドレス指定された四分の一波長板４４、固定反射コレステリック偏光板４５とレンズアレイ１５とを用いている。固定反射コレステリック偏光板は、例えばMerck製のTransmax、販売元ChelixのCircular Polariser、もしくは米国特許第6061108号や米国特許第6339464号に説明されているものであってよい。DBEFなどの第一反射直線偏光板３８は、バックライト３６からくる光を直線偏光するために使用される。直線偏光された光は切換可能液晶セル４４を通る。切換可能液晶セルは、光の偏光状態を切り換えるのに面内切換もしくは面外切換を用いることができる。これにより、直線偏光された光は右手円偏光もしくは左手円偏光に変換される。切換可能液晶セルは、左もしくは右手円偏光を提供する、光軸の面内切換を行なう四分の一波長板であってもよい。また、共に同じ方向に並べられた、切換可能な二分の一波長板と固定四分の一波長板との組み合わせであってもよい。この組み合わせにより、四分の一波長板と四分の三波長板との切り換え、続いて左手円偏光と右手円偏光とで切り換えることが可能となる。最後に、切換可能液晶セルは、０ｖで波長の四分の三の遅延があり、電圧が印加されたときは波長の四分の一の遅延がある、左手円偏光モードと右手円偏光モードの間で切り換える切換可能遅延セルであってもよい。切換可能液晶セル４４は、レンズ１５の焦点面の近くに設けられる。パターニングされた電極２３により、セルのそれぞれ異なった領域に電圧を印加することができる。円偏光板と同じ配向で円偏光される光は、円偏光板から反射される。電界を印加することで、偏光は円偏光と逆の配向で偏光されるように制御される。
【００５３】
コレステリック偏光板の配向と逆方向に円偏光された光は送出される。この光は、切換可能四分の一波長板の面に焦点面が位置するレンズと衝突する。光はレンズにより、視準される。視準された光の方向は、液晶を切り換える電界の位置によって決まる。電界域の幅は、視準効率を決定し、より大きなスリットは、完全に平行なビームというよりもコーン型放射をより発生させる。LCD３２の裏側偏光板４２に入射させるためには、円偏光は四分の一波長板４１を介して直線に変換し返される。
【００５４】
あるいは、システムは、電界の印加時に反射し、電界が無印加時に送出される光を用いてもよい。
【００５５】
切換可能ミラーは、図１９に示すように、二つのDBEFフィルムなどの直線反射偏光板３８，４７の間に設けられた、切換可能二分の一波長板４６を用いて設けてもよい。バックライト３６からの光は、最初に第一直線反射偏光膜３８により直線偏光される。この直線偏光はOff状態（もしくはOn状態）において、切換可能二分の一波長板４６により回転される。回転された偏光は、バックライト３６にてリサイクル利用されるために、第二DBEF４７により反射される。切換可能層のOn状態（対応してOff状態）を通る光は、回転されずに第二DBEFを介してレンズ１５に到達する。切換可能二分の一波長板４６はレンズの焦点面の近くに設けられる。これは、透明電極の間に液晶を封入されてなり、電界制御複屈折（ECB）、ねじれネマティック（TN）、スーパーツイステッドネマティック（STN）、垂直配列ネマティック（VAN）などの様々な液晶モードのいずれか一つを用いることができる。上記の例のように、レンズは光を視準し、光を一つの方向へ導く。
【００５６】
図２０に示す別の実施の形態では、切換可能エレクトロクロミックミラーは、米国特許6,647,116号に記載の遷移金属切換可能ミラーを用いて形成される。切換可能ミラーは、水素ガスや少量の他のガスで充填されたセルのガラス基板４６の内側に、ITOからなるパターニングされた第一透明電極４８と、マグネシウムを含む電解液４９と、同じくマグネシウムを含むミラー電極５０と、ITOからなる他の透明電極５１とがコーティングされて構成されてもよい。パターニングされた透明電極４８は、光を送出、反射するエレクトロクロミックミラーの部分を選択できるようにする。
【００５７】
このエレクトロクロミック切換可能ミラーはレンズアレイ１５の焦点面に配置され、レンズがユーザーに対して光を向け直す領域においては透明モードに切り換えられている。逆に、光を誰もいないところに向け直すレンズの領域においては反射モードに切り換えられている。反射光は、バックライト３６内で反射または拡散させることによりリサイクル利用される。
【００５８】
図２１に例を示す別の実施の形態では、放電灯などの複数の光源５２が大型レンズ５３の焦点面に設けられている。大型レンズとしては、フレネルレンズもしくはホログラフィックレンズなどが用いられる。レンズは、その前方に配置される液晶パネル３２の大きさと同等もしくは液晶パネル３２よりも大きい大きさを有する。各光源は焦点面に配され、光を放射したとき、光は視準されて対応する視野に向かう。観察者のいない視野に光が向かう光源は、電力消費量を抑えるために電源が切られる。
【００５９】
図２１の実施の形態において、ディスプレイの奥行きを減らすために、図２２に示すような光学ビームを反射するための一つ以上のミラー５４を用いてもよい。
【００６０】
別の方向性バックライトは、図２３に示すように、レンズアレイ１５に光導波路５６の切換可能抽出機構素子５５を組み合わせて構成される。切換可能抽出機構素子５５は光導波路と機械的に接触し、全内部反射の条件を遮断する。抽出機構素子は、Takeuchi（米国特許第6724973号）もしくはSelbrede（米国特許第5319491号）に記載のシステムのように、電界を印加することで作動されてもよい。光導波路上にあるパターニングされた透明電極５７と可撓透明電極５８の間の電界は、光導波路に向かって抽出機構を引きつける力を生成する。光導波路と抽出機構が接触する場所で、光は光導波路から抜ける。抽出機構が個別に切換可能であるため、光を抽出する位置を選択することができる。光抽出の位置は、抽出機構が方向性レンズアレイ１５の焦点面内にあるため、照明する方向の条件となる。
【００６１】
液晶表示パネル３２とこの方向性バックライトユニットとを組み合わせることにより、低電力性の方向性ディスプレイを得ることができる。
【００６２】
別の種類の実施の形態では、透明型ディスプレイ３２を、小口孔およびレンズアレイ５９を備える直下型バックライトユニット３３と組み合わせて用いている。例えば、図２４はミラー６１に小口孔６０が設けられたバックライトを示している。光はバックライトに向かって反射されるか、ミラー６１のスリット６０を通って送出される。スリットからの光は点源から放射されているように見える。レンズアレイ５９の焦点面に配されているため、この光は視準される。レンズアレイの位置はスリットと対応しており、この位置によりバックライトシステムの放射方向と、視準の度合いが決まる。スリットがレンズの軸から外れるように動くことで、光が一方向に向けられる。焦点面とレンズ面の間にある距離が変わると、光ビームの視準の度合いが設定される。スリットと対応してレンズアレイの位置を制御するには、レンズを動かすか、スリットを動かすかの二つの解決法が挙げられる。
【００６３】
図２４では、パターニングされたミラーは電気機械作動装置６２に接続されている。追跡システムが作動装置に制御信号を供給することで、光がユーザーに向けられるようにレンズアレイに対してミラーが配置される。
【００６４】
機械作動装置６２は、例えば、ミラーに左右の並進運動を行なわせるステッパー電動機であってもよい。ミラーのスリットが左右に動いたため、レンズを介した後の光の方向が図２５に示すように傾く。このことにより、視野は、作動装置の制御により、左右に動く。
【００６５】
あるいは、機械作動装置は、ミラーからレンズまでの距離が修正されるように、ミラーと接続されていてもよい。スリットが焦点面から遠ざかるにつれ、光ビームは視準されることがなくなり、図２６に示すように視野が拡大する。
【００６６】
あるいは、図２７に示すように、機械作動装置は、ミラースリット６０を動かすのではなく、レンズアレイ５９を移動させるのに用いられる。
【００６７】
図２８に示す別の実施の形態では、視準バックライト６３が第一レンズアレイ６４と組み合わされている。視準バックライトは、ディスプレイの軸と平行に視準された光を放射する。第一レンズアレイ６４は、第二レンズアレイ５９の焦点面に光を集中させる。機械作動装置６２は、発光方向を制御するために第二レンズアレイ５９を移動させる。レンズ５９が左右に移動することにより、細い視野５が左右に移動する。レンズ５９が面外方向に移動することで、視野１０の幅が変化する。
【００６８】
別の実施の形態では、レンズの湾曲や位置が電気的に制御されるレンズアレイを用いて光ステアリング構造を提供する。二つの等濃度非混和性液が透明セルに封入され、その液-液界面はしずくの形を形成する。このしずく型は、エレクトロウェッティングの工程として知られる電気的切換可能レンズとして用いられる。欧州特許第1019758号に記載のように、しずくの位置の心出しを制御するために電界の半径方向の勾配を用いてもよい。図２９および図３０に示す実施の形態では、絶縁液６５のしずくがセルの基板６６上に整列して設けられる。セルは、異なる屈折率を有する導体液６９で充填されている。セルの一つの基板６６の表面には、パターニングされた透明電極６８の上に絶縁層６７が覆われている。電極は、各しずく６５を制御された位置にしずくの中心に向かって電界が放射状に低下するよう、電圧V1よりも高い電圧V2よりもさらに高い電圧を有する。各電極６８に印加される電圧を変えることにより、電界勾配の中心を変えることができる。図３０に示すように、V1が印加された箇所では電極に印加された電圧が変化し、電界勾配の中心の位置に従ってしずくが配置される。
【００６９】
このエレクトロウェッティングレンズアレイは、レンズを左右に動かすことで光を向かせるように用いてもよい。また、電極により印加される電圧と相関的にしずく形状を変形させることで、視準モードと広範囲視角とを切り換えてもよい。
【００７０】
図３１に示す別の実施の形態では、光を変調するための光ステアリング構造を設けるために、エレクトロウェッティング技術を用いている。切換可能マイクロプリズムアレイは、電界が印加される際にプリズムの勾配が切り換えられるところに設けられる。屈折率の異なる二つの液体の間の界面の勾配は、光路がどの方向に屈折するかを決定する。このようなエレクトロウェッティングプリズムアレイは、Neil R. Smith（N.R. Smith et Al., 10 July 2006 / Vol. 14, No. 14，p6557，OPTICS EXPRESS）により説明されている。
【００７１】
このエレクトロウェッティングマイクロプリズムアレイ１２０は、視準バックライト１２１と組み合わされている。プリズムによって、視準ビームは横にそれる。プリズムの角度を制御することにより、照明の方向を制御することができる。このシステムは、LCDパネルなどの透明型ディスプレイの後方に配置される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【外国語明細書】
{Title of Invention}
Single View Display
{Field of the Invention}
The present invention relates to a single view display and to the use of such a display.
In the field of display devices, the power consumption is an important factor.  For handheld devices, a limited consumption allows for more autonomy or reduction of the battery capacity.  The battery is often a limiting factor in the miniaturisation of consumer electronics.  Size and weight of the battery depend on the power consumption and the desired autonomy of the products.  Hence, improvement in energy consumption is very desirable for small electronic products, such as mobile phones or laptops.
The power consumption is also an important consideration for bigger electronic devices.  Energy has a financial cost and more importantly the production of this power has an effect on our environment.  Consumers are now considering the power consumption as an important parameter in the choice of their purchase.
{Background of the Invention} 
Emitting display devices such as liquid crystal displays (LCDs), cathode ray tubes (CRTs), organic light emitting diodes (OLEDs) and plasma display panels (PDPs) are present in a number of electronic devices among which are watches, mobile phones, displays in cars, monitors or TVs for example. 
Those display devices are not energy efficient.  The emission of light is the most important factor of power consumption in a display.  Most of this light, emitted in all directions, is wasted because a very small amount reaches the eyes of a user. 
Efforts have been made to control the direction of light on axis with the aim of saving power.  The user is generally in front of the display, especially with handheld devices.  It is sometimes not necessary to have sideways emission of light.  Optical components have been designed to concentrate the light emitted by the light sources in a direction close to the axis of the display.  Examples of these power saving components are prismatic structures in backlights for LCDs to collimate the light on axis (US6967698) or prismatic films known as brightness enhancement films (US4542449, US5175030) or arrays of lenses (US 6570324 array of lenses on OLED).  Those methods provide an increased efficiency on axis at the expense of a low visibility off axis. In those systems, the illumination profile does not change when the user is off axis.  The user must be in front of the display if he wants to keep watching the display in optimal conditions.  When he is off axis, he sees a low brightness image and the light on axis is wasted.
Directional displays such as 3D displays or privacy displays (US20050243265, US5132839) provide control of the light direction.  These displays control this light direction by either redirecting the light beams or by absorbing the light emitted toward the unwanted direction. 
3D displays send two different images into two adjacent viewing zones, one for each eye of the user.  Some of these displays provide an illumination which is dependent on the user position.  They use a tracking system that detects the position of the user.  The light transmitted is directed to the two viewing windows providing a different image to each of these windows.  The selection is realised by different optical means such as parallax barriers or arrays of microlenses.  Some examples are US patent 5132839 (Travis), US application 20050117016 (Surman).  The refraction method, such as the lenticular system, provides an efficient way to control the light direction, not wasting light by absorption.  However, in those display systems, crosstalk is an important parameter to avoid.  Hence, when designing 3D or multi-view displays, the priority is to reduce the crosstalk but the power saving is not an important parameter.  
3D displays must show different images to different locations in order to achieve the desired 3D effect.  Privacy displays are “single view” displays in that they do not do this.  However, privacy displays (US20050243265, US5831698, US6211930 US5825436 and US05877829) provide an image within a narrow viewing angle in order to prevent snooping from anybody out of this viewing zone.  The viewing zone can be switched to a wider viewing zone in public mode, allowing for multiple users to watch the screen.  The switching is controlled by the user.  The downside of this system is that the user has to be in front of the screen.  The narrow viewing zone does not follow the main user position. 
The downside of these directional displays comes from the requirement of the application.  In a 3D display or a dual view display, the viewing zones must not overlap and create what is commonly called cross-talk.  With privacy displays, the restricted viewing zone should have a sharp cut-off.  Any leakage of light at angles outside the private zone could allow a prohibited person to read the display.  As the quality of the light direction in such displays is important, the control of the light direction is done at the expense of power saving.  
Some other displays provide a power saving benefit as a function of the user position.  (Viewing Direction-Aware Backlight Scaling, Chih-Nan Wu and Wei-Chung Cheng, Great Lakes Symposium 2007 on VLSI,p281 - 286)  In this paper, the backlight power is turned up when a viewer moves away from the central axis.  This compensates for the fact that the display’s apparent brightness would otherwise be lower to an off-axis viewer.  However these displays still send light in all directions and so they waste most of this light.
{Citation List}
{Patent Literature}
{Patent Literature 1} US 6,967,698
{Patent Literature 2} US 4,542,449
{Patent Literature 3} US 5,175,030
{Patent Literature 4} US 6,570,324
{Patent Literature 5} US 2005/0243265A1
{Patent Literature 6} US 5,132,839
{Patent Literature 7} US 2005/0117016A1
{Patent Literature 8} US 5,831,698
{Patent Literature 9} US 6,211,930
{Patent Literature 10} US 5,825,436
{Patent Literature 11} US 5,877,829
{Non Patent Literature} 
{Non Patent Literature 1} Viewing Direction-Aware Backlight Scaling, Chih-Nan Wu and Wei-Chung Cheng, Great Lakes Symposium 2007 on VLSI,p281 - 286
{Summary of the Invention} 
According to a first aspect of the invention, there is provided a single view display comprising a transmissive display device illuminated by a backlight for displaying a single view, an optical system for concentrating light modulated by the single view into a reduced angular range, and a determining system for determining the direction of a viewer relative to the display and for controlling at least one of the display device and the optical system by refracting the angular range of illumination from the backlight so that the angular range includes the determined direction.
The determining system may be arranged to control the at least one of the display device and the optical system so as to vary the angle subtended by the angular range in order to include the determined direction.  The angular range may be substantially symmetrical about the display axis.  The angle of the angular range may be variable in a first plane containing the display axis.  The angle of the angular range may be variable in a second plane containing the display axis and perpendicular to the first plane.  
The determining system may be arranged to control the at least one of the display device and the optical system so as to vary the direction of the angular range in order to include the determined direction.  The direction of the angular range may be variable in a third plane containing the display axis.  The direction of the angular range may be variable in a fourth plane containing the display axis and perpendicular to the third plane.
The determining system may be arranged to determine the directions of a plurality of viewers relative to the display.   The determining system may be arranged to control the at least one of the display device and the optical system so that the angular range includes all of the determined directions.  The determining system may be arranged to control the at least one of the display device and the optical system to produce a plurality of angular ranges whose directions include all of the determined directions.
The determining system may include a manually operable control to allow the viewer to select the determined direction.
The determining system may comprise an automatic viewer-tracking system.
The optical system may comprise a collimating optical system.  The optical system may comprise an array of converging lenses.  The determining system may be arranged to control the relative positions of the optical system and an image displayed by the display device.
The display device may comprise a liquid crystal device.
The backlight may comprise a light emitting diode device or an organic light emitting diode device having groups of diodes disposed behind respective lenses.
The backlight may comprise an extensive light source and a reflector with apertures whose positions and/or sizes are controllable and which are disposed behind the optical system.  The reflector may comprise at least one cholesteric liquid crystal cell.  The reflector may comprise a controllable quarter wave plate and a reflective cholesteric polariser.  The reflector may comprise a controllable half wave plate disposed between first and second reflective linear polarisers.  The reflector may comprise an electrochromic mirror.  
The backlight may comprise a plurality of independently controllable discrete light sources disposed behind the collimating optical system.  The collimating optical system may comprise at least one Fresnel lens.  
The backlight may comprise a light guide with controllable light-extraction features disposed behind the lenses.
The backlight may comprise an extensive light source, a reflector with fixed apertures, and an actuator for moving the reflector relative to the optical system.
The backlight may comprise an extensive light source and a lens array and the optical system may comprise a light steering arrangement.  The steering arrangement may comprise an electrowetting lens arrangement.  The steering arrangement may comprise an electrowetting prism arrangement.
According to a second aspect of the invention, there is provided a display method for using a display according to the first aspect of the invention to obtain reduced power consumption. 
It is thus possible to provide a display of reduced power consumption as compared with known displays.  Such a display may have reduced operating cost and reduced environmental impact.  When used in battery-powered equipment, such a display permits increased autonomy and/or reduced battery capacity.
Such a display may save power by emitting the light only toward the users so that less or no waste light is generated by sending light in all directions. A gain of about 800 to 1000 is possible if the light is emitted in a solid angle having a half angle of about 2 degrees, compared to a display emitting in all directions with a lambertian luminance. A gain of about 30 to 40 is possible if the light is emitted in a solid angle having a half angle of about 10 degrees, compared to a display emitting in all direction with a lambertian luminance.
The direction of emission may be tuneable and may be modified as a function of the user position.  The control of the direction may be done by the user by means of tuning buttons on the electronic device or via a remote control.  It may also be automatically adjusted by tracking the user and directing the light in its direction.  Some embodiments may take into account several users and direct the light to each of these users.  It is possible to use technologies that are not used to direct light for privacy or 3D because they induce leakages and hence crosstalk in 3D or similar applications.  For reducing power consumption, lower optical performance of some optical components may be acceptable and some methods which would not work at all if low crosstalk is necessary become feasible.  Acceptable viewer position freedom may be provided by allowing the viewer to view the display throughout a wide range of viewing angles.
{Brief Description of the Drawings}
Figure 1 shows a user watching the display with useful light reaching the eyes and wasted light emitted in other directions;
Figure 2 shows a side view of the user watching the display at the same level as the axis of the display with a narrow beam of light, emitted from the display, reaching the eyes;
Figure 3 shows a side view of the user watching the display with the user, standing, at a higher level than the axis of the display and with a narrow beam of light, emitted at an angle from the display, reaching the eyes;
Figure 4 shows a top view of the user watching a display on the axis of the display with a narrow beam of light, emitted from the display, reaching the eyes;
Figure 5 shows a top view of the user watching a display with the user off the axis of the display and with a narrow beam of light, emitted from the display at an angle, reaching the eyes;
Figure 6 shows a side view of the user watching the display with the user, standing, at a higher level than the axis of the display and with a wider beam of light, emitted from the display, reaching the eyes;
Figure 7 shows a top view of the user watching a display with the user off the axis of the display and with a wider beam of light, emitted from the display, reaching the eyes;
Figure 8 shows a top view of two users watching a display with the users off the axis of the display and with two narrow beams of light, emitted from the display at angles, reaching each users’ eyes;
Figure 9 shows a side view of two users watching a display with both users at different heights and with two narrow beams of light, emitted from the display at angles, reaching each user’s eyes;
Figure 10 shows a top view of two users watching a display with both users off the axis of the display and with a wider beam of light, emitted from the display, reaching both users’ eyes;
Figure 11 is a diagram illustrating the process to control direction or width of the light beam as a function of a command from the user;
Figure 12 is a diagram illustrating the process to automatically steer the direction of the light as a function of the user position;
Figure 13 shows a display composed of a transmissive display device and a directed backlight that provides several viewing windows; 
Figure 14 shows a display similar to Figure 13, wherein the directed backlight is composed of directional optics and selectable light sources;
Figure 15 shows a display similar to Figure 14, wherein the directed backlight is composed of an array of lenses combined with an OLED display;
Figure 16 shows a display similar to Figure 13, wherein the directed backlight is composed of an array of lenses combined with an addressable switchable mirror;
Figure 17 shows a display similar to Figure 16, wherein the switchable mirror is made from a switchable cholesteric liquid crystal cell combined with a dual brightness enhancing film (DBEF) and two quarter waveplates;
Figure 18 shows a display similar to Figure 16, wherein the switchable mirror is made from a switchable quarter waveplate liquid crystal cell combined with a DBEF and a fixed cholesteric layer;
Figure 19 shows a display similar to Figure 16, wherein the switchable mirror is made from a switchable half waveplate liquid crystal cell combined with two DBEFs;
Figure 20 shows a display similar to Figure 16, wherein the switchable mirror is made from an electrochromic switchable mirror;
Figure 21 shows a display similar to Figure 14 wherein there is a lens the size of the display and several light sources;
Figure 22 shows a display similar to Figure 21, wherein a mirror is used to reduce the depth of the illumination system;
Figure 23 shows a display similar to Figure 14 wherein the selectable light sources are made from a lightguide with switchable extraction features;
Figure 24 shows a display similar to Figure 13, wherein the directed backlight is composed of an array of lenses combined with an array of slits patterned in a mirror which can move, and a backlight to provide illumination; 
Figure 25 shows the display of Figure 24, wherein a mechanical actuator moves the apertures of the patterned mirror off the axis of the lenses in order to steer the viewing window; 
Figure 26 shows the display of Figure 24, wherein a mechanical actuator moves the apertures of the patterned mirror away from the focal plane of the lenses in order to widen the viewing window;
Figure 27 shows the display of Figure 24, wherein the mechanical actuator displaces the array of lenses instead of the patterned mirror;
Figure 28 shows a display similar to Figure 24, wherein the patterned mirror is replaced by a first array of lenses and the backlight is a collimated backlight;
Figure 29 shows a display similar to Figure 28, which is composed of a collimated backlight, a first array of lenses and a switchable array of electrowetting lenses;
Figure 30 shows the display of Figure 29, wherein the electrowetting lenses are displaced laterally to steer the light; and
Figure 31 is a cross-sectional view of a directed backlight comprising a collimated backlight combined with an array of electrowetting prisms in cells which steer the light beam.
{Description of the Embodiments} 
Figure 1 demonstrates why current displays waste most of the energy supplied to them. It shows that most of the light emitted by a display 1 is wasted because it does not reach the user 4. This wasted light 2 contributes to a high power consumption. The useful light 3 emitted by an electronic display 1 is only useful when emitted toward the user 4.
An electronic display 1 is provided that limits the waste of light. As shown in Figure 2, the display emits light towards a narrow viewing zone 5. The position and size of this viewing zone are tuneable to adapt to the position of the user’s face 4. While some light may be emitted in other directions, the total amount of light wasted is much smaller than in a display which emits light in all directions.  
As the user is not always in front of the display, means are provided to save power while providing the same image quality to a user which is off axis 6.  When the user is away from the central axis of the display, the viewing zone 7 is adapted to the position of the user 6.  For example, the direction of light emission is tilted vertically if the user is above or below the axis of the display, as shown in Figure 3. 
Another feature, as shown in Figure 4 and Figure 5, is to turn the direction 8 of emission horizontally when the user moves laterally off the axis 9 of the display.
A different method may be used to adapt to the user’s head position. This alternative method is to increase the width of the viewing zone by increasing the range of angles toward which the light is emitted. Such a method may adapt to vertical change of user’s position as shown in Figure 6. The viewing zone is much wider than that in Figure 2 where the user is on axis, and the power consumption will increase.  However, the width of the viewing zone may be restricted so that it includes at least the user in the viewing zone but it does not become as wide as for a standard display as in Figure 1. It may also adapt to horizontal movement of the user as shown in Figure 7, and has to be compared with Figure 4 where the user is on axis.
This method of widening the viewing zone to adapt to the user position (Figure 6 and Figure 7) may also be combined with the first method which steers the light toward the user (Figure 3 and Figure 4). The combination may be simultaneous, i.e. the width of the viewing zone increases and the centre of the viewing zone is steered simultaneously. Alternatively, the combination of these two methods may be sequential, i.e. when the user moves, the width of the viewing zone is firstly increased, then the centre of the viewing zone is steered to be centred on an optimal position, then the width of the viewing zone is decreased to focus on the user and save more power. The optimal position is on the user if there is only one user, or a position between the users if there are several users.
The display may be intended to be used by any number of users simultaneously. In order to provide visibility of the display 1 to several users and still save power, several viewing zones may be generated by emitting light in several discrete directions. Each viewing zone is targeted to its respective user as shown in Figure 8 and Figure 9, where there are two off axis users 6 that receive light from the display in their respective viewing zones 5.
The display may also use the method of widening the viewing zone to adapt to multi-users. The width of the viewing zone is increased so that it covers all the users as shown in Figure 10.  The control system would minimize the size of the viewing zone as much as possible to minimize the wasted light. 
Information is required on the direction 8 where to send the light.  This information is necessary to optimise the power saving and keep displaying the best image to the user.
The information on the optimised direction may be controlled by the user through a user interface 100.  The user adapts the position and size of the viewing zone by means of a control button 101 on the display module or on a remote control as shown in Figure 11.  However, this setting is fixed and needs to be updated by the user which might be a constraint if the position or the number of users changes frequently.  In order to increase the gain in power saving, the information on user’s positions should preferably be automated.  The information on the position of the users may be obtained automatically by tracking the users as in US2007/0188667.  As shown in Figure 12, an optical detector such as a camera 102 observes the area in front of the display.  An image analysis is performed by a computer 103 to identify the positions of the users and feed the controller of a light steering system such as switchable optics 104 with information on the directions of light emissions. 
The display may be made in different ways.  Commonly, in the different embodiments, the system is able to control either the direction of emission of one or more narrow emission cones or to control the width of these emission cones or to control both width and direction.
In the embodiment shown in Figure 13, a transmissive display or spatial modulator 32 is combined with a directed light source 33.  The transmissive display 32 is, for example, a transmissive LCD panel.  The directed backlight 33 is a large source that illuminates selectively toward one or several of the viewing zones 7. The transmissive display 32 modulates the image.
The directed backlight may be composed of an emissive display such as an OLED 16 combined with converging lenses 15.  A monochrome OLED is used.  This emissive display, used as a backlight, does not show an image.  Instead, the position of the light emission is selectable in order to control the direction of the light emission when the light is redirected by the array of lenses.  This directed backlight is placed behind a spatial light modulator such as the LCD 32 which provides the image information to the user, as shown in Figures 14 and 15.  The addressing of the OLED is simplified because it does not need to provide an image.  The electroluminescent material 17 is addressed between stripes of patterned electrodes 23 and a plain electrode 20, when combined with lenticular lenses parallel to the stripes. A passive matrix is used if the pixels are placed between an array of circular lenses. 
In another embodiment, a patterned switchable mirror 34 associated with lenses is used to control the direction of the light emitted, as shown in Figure 16.  The electrodes of the switchable mirror are patterned 23 so the width and the position of transparent slits can be controlled electronically.  The mirror 34 reflects the light that does not go through the slit.  This light is reflected toward the backlight and is reflected again by a diffuser or the back-mirror 71 of the backlight unit 36.  This light reflected several times is considered recycled because it has another chance to go through the slit and thus to go toward the user, so to be useful.  The light going through the slit appears to come from a point source.  The slit is placed at the focal plane of the lens 15 of the lens array. The rays exiting the lens are collimated parallel to the direction described by the line going from the slit to the centre of the lens.  By increasing the width of the slit, the angle of emission is increased.  By moving laterally the position of the slit, the emission cone may be steered laterally.  A conventional backlight 36 is used behind this switchable LCD to provide the illumination.  This backlight may be the edge-lit or direct lit type of backlight. 
There are different ways to make a switchable mirror.  A first method consists in using an addressable cell of liquid crystal in cholesteric mode 37.  In the cholesteric mode, the liquid crystal layer reflects a circular polarisation of the light.  The cell is made of two substrates 40 with transparent electrode 20 and patterned electrode 23.  When a voltage is applied, the orientation of the liquid crystal molecule is changed and the layer becomes transparent.
The optical principle of the system is shown in Figure 17.  The light coming from the backlight 36 is linearly polarised by the reflective polariser 38.  One kind of reflective polariser is the DBEF film from 3M, but other linear reflective polarisers may also be used.  The linear polarisation is transformed into circular polarisation through the quarter waveplate 39.  In cholesteric mode, the liquid crystal 37 reflects the circularly polarised light.  The cholesteric cell may be composed of one or multiple switchable cholesteric liquid crystal layers that reflect light over the full visible spectrum. An electric field can be applied between the transparent electrode 20 and patterned electrode 23.  The patterning of the electrode 23 allows selection of which area 35 of the liquid crystal layer undergoes the electric field.  The liquid crystal molecules under electric field align parallel to the electric field, breaking the reflective effect of the cholesteric mode. The area is transparent for the circularly polarised light which goes through, providing a slit in the reflective layer.
An array of lenses 15 is disposed after the cholesteric switchable liquid crystal layer. The lenses are disposed so that the focal plane is near the switchable reflective mirror, so the light beam is collimated. The position of the transparent area determines the angle of the light direction exiting the lens.
The circularly polarised light is then transformed into linearly polarised light through a second quarter wave plate 41, before reaching the back polariser 42 of the LCD panel and being modulated by the LCD and the front polariser 43.
The light reflected back by the cholesteric liquid crystal can follow various optical paths. After reflection on one of the numerous optical films of the backlight unit (DBEF, diffuser, BEFs, back-mirror 71) the light will meet the switchable mirror and be reflected unless it meets the transparent slit 35. This light is recycled because when reflected back in the backlight it has a chance to be emitted in the direction of the user instead of being emitted in a wrong direction.
Another system shown in Figure 18 uses a switchable addressed quarter wave plate 44, a fixed reflective cholesteric polarizer 45 and an array of lenses 15. The fixed reflective cholesteric polarizer may be for example the Transmax made by Merck or the Circular Polariser commercialized by Chelix or the ones described in US6061108 and US6339464. A first reflective linear polarizer 38 such as a DBEF is used to provide a linear polarization of the light coming from the backlight 36. The linear polarized light goes through the switchable liquid crystal cell 44. The switchable liquid crystal cell may use in plane switching or out of plane switching to switch the polarization state of the light. It transforms linearly polarised light into either a right handed circular polarisation or a left handed circular polarisation. The switchable liquid crystal cell may be a quarter wave plate which undergoes an in plane switching of the optical axis so that it provides either left or right hand circular polarisation. It may also be the combination of a switchable half waveplate with a fixed quarter wave plate, both aligned in the same direction. This combination allows switching between a quarter wave plate and three-quarters of a wave plate, then switching between left-hand and right hand circular polarisation. Finally the switchable liquid crystal cell may be a switchable retardation cell that has a retardation of three-quarters of the wavelength at 0v and a retardation of a quarter of the wavelength when a voltage is applied, providing a switch between the left-hand and right-hand circular polarisation modes. The switchable liquid crystal cell 44 is placed near the focal plane of the lenses 15. Patterned electrodes 23 allow addressing voltage in different areas of the cell. The light which is polarized circularly in the same orientation as the circular polariser is reflected by the circular polarizer. By applying an electric field, the polarisation is controlled to be polarised in the opposite orientation of the circular polariser.
The light which is polarised circularly in the opposite orientation to the cholesteric polarizer is transmitted. This light meets the lens where the focal plane is situated in the plane of the switchable quarter waveplate. The light is collimated by the lens. The direction of the collimated light depends on the position of the electric field that switches the liquid crystals. The width of the zone of the electric field determines the efficiency of the collimation, a large slit providing more of a cone of emission than a perfectly parallel beam. In order to enter in the back polariser 42 of the LCD 32, the circular polarisation is converted back to linear by a quarter waveplate 41.
Alternatively, the system may be made with the light reflected when an electric field is applied and transmitted in the absence of an electric field.
A switchable mirror may also be provided using a switchable half wave plate 46 placed between two linear reflective polarizers 38 and 47 such as DBEF films, as shown in Figure 19. The light from the backlight 36 is firstly linearly polarized by a first linear reflective polarizing film 38. This linear polarization is rotated by the switchable half wave plate 46 in Off state (or in On state). The rotated polarization is reflected by the second DBEF 47 to be recycled in the backlight 36. Light going through the on state part (respectively the Off state part) of the switchable layer is not rotated and then goes through the second DBEF to the lenses 15. The switchable half waveplate 46 is placed near the focal plane of the lenses. It is made from liquid crystal between transparent electrodes, and may use any one of different liquid crystal modes such as electrically controlled birefringence (ECB), twisted nematic (TN), super-twisted nematic (STN), vertically aligned nematic (VAN), etc.  Lenses, as in the previous examples, collimate and direct the light toward one direction.
In another embodiment, for which Figure 20 shows an example, the switchable electrochromic mirror is made using a transition metal switchable mirror as described in the patent US6,647,166. The switchable mirror may be composed of a first patterned transparent electrode 48 made from indium-tin-oxide, then an electrolyte 49 containing magnesium, a mirror electrode 50 also containing magnesium and another transparent electrode 51 made from indium-tin-oxide, all coated on the internal side of the glass substrate 46 of a cell filled with hydrogen gas and minor quantities of other gases. The patterned transparent electrode 48 allows selection of  parts of the electrochromic mirror that transmit light and parts that reflect light.
This electrochromic switchable mirror is placed at the focal plane of the array of lenses 15 and is switched to a transmissive mode in areas where the lens will redirect the light toward the user.  Conversely, it is switched to a reflective mode in areas where the lens will redirect the light toward nobody. This reflected light is recycled within the backlight 36 by reflection or scattering.
In another embodiment, of which an example is shown in Figure 21, several light sources 52, such as discharge lamps, are placed at the focal plane of a large lens 53. This large lens may be a Fresnel lens or a holographic lens.  The lens is as large as or bigger than the liquid crystal panel 32 in front of which it is placed.  Each light source is positioned in the focal plane of the lens so that, when it shines, the light is collimated and directed toward a related viewing zone.  Light sources whose light is directed toward a viewing area where there is no viewer are turned off to reduce power consumption.
The embodiment of Figure 21 may also use one or more mirror 54 to reflect the optical beam in order to reduce the depth of the display as shown in Figure 22.
Another directional backlight combines an array of lenses 15 combined with a switchable extraction feature element 55 of a lightguide 56 as shown in Figure 23.  The switchable extraction feature element 55 is an element that mechanically comes in contact with the lightguide and breaks the condition of total internal reflection.  The extraction feature element may be activated by applying an electric field as in the system described by Takeuchi in US6724973, or by Selbrede in US5319491. The electric field between the patterned transparent electrode 57 on the lightguide and the flexible transparent electrode 58 creates a force that attracts the extraction feature toward the lightguide.  The light escapes from the lightguide where an extraction feature is in contact with the lightguide.  It is possible to select the position where the light is extracted because the extraction features are independently switchable. The position of the light extraction is the condition for the direction of illumination of the display because the extraction features are in the focal plane of the directional array of lenses 15. 
By combining a liquid crystal display  panel 32 with this directional backlight unit, we obtain a directional display with low power properties. 
Another type of embodiment uses a transmissive display 32 combined with a directed backlight unit 33 which is made from small apertures and an array of lenses 59.  As an example, Figure 24 shows a backlight where small apertures 60 are made in a mirror 61.  The light is either reflected back into the backlight or transmitted through a slit 60 of the mirror 61.  The light from the slit appears to come from a point source.  As it is placed at the focal plane of the array of lenses 59, this light is collimated.  The position of the lens array relative to the slits determines the direction of emission of this backlight system and also the degree of collimation.  A shift of the slit away from the axis of the lens steers the light in one direction.  When the distance between the focal plane and the plane of the lens changes, it sets the degree of collimation of the light beam.  In order to control the position of the lens array relative to the slits, two solutions are offered, shifting the lenses or shifting the slits.
In Figure 24, the patterned mirror is connected to an electro-mechanical actuator 62. A tracking system supplies control signals to the actuator so as to position the mirror with respect to the lens array so that the light is directed toward the user. 
The mechanical actuator 62 may for example be a stepper motor that provides a lateral translation movement to the mirror.  Because the slits in the mirror have moved laterally, the light direction after the lenses is tilted, as shown in Figure 25.  The viewing zone is shifted laterally by control of the actuator.
Alternatively, the mechanical actuator may be connected to the mirror so that the distance from the mirror to the lenses is modified.  Then as the slits come out of the focal plane, there is no longer collimation of the light beam and the viewing zone is widened as shown in Figure 26.
Alternatively, instead of moving the mirror slits 60, a mechanical actuator is used to displace the array of lenses 59 as shown in Figure 27.
In another embodiment, as shown in Figure 28, a collimated backlight 63 is combined with a first array of lenses 64.  The collimated backlight provides light collimated parallel to the axis of the display. The first array of lenses 64 focuses the light in the focal plane of the second array of lenses 59.  A mechanical actuator 62 displaces the second array of lenses 59 in order to control the direction of the light emission.  A lateral displacement of the lenses 59 causes a lateral shift of the narrow viewing zone 5.  A displacement of the lenses 59 in the out of plane direction causes a change in the width of the viewing zone 10.
Another embodiment uses an array of lenses where the lenses are electrically controlled in curvature or position to provide a light steering arrangement.  The liquid-liquid interface of two iso-density non-miscible liquids trapped in a transparent cell forms a drop shape.  This drop shape is used as an electrically switchable lens, known as the process of electrowetting.  As described in the European patent EP1019758, a radial gradient of an electric field may be used to control the position centring of the drop.  In the embodiment shown in Figure 29 and Figure 30, an array of drops of an insulating liquid 65 is made on a substrate 66 of a cell.  The cell is filled with a conductor liquid 69 of different refractive index.  The surface of one substrate 66 of the cell is coated with an insulating layer 67 over transparent patterned electrodes 68.  The electrodes provide different voltages in order to provide gradients of electric fields to centre each of the drops 65 in a controlled position.  The voltage V3 is higher than the voltageV2 which is higher than the voltage V1 in order to create a radially decreasing electric field toward the centre of the drop.  The centre of the electric field gradient may be translated by changing the voltage applied to each electrode 68. As shown in Figure 30 the voltage applied to the electrodes has changed and the drops followed the position of the centre of the electric field gradient, where V1 is applied. 
This array of electrowetting lenses may be used to steer the light by moving the lens sideways. It may also be used to switch between a collimated mode and a wide viewing angle by modifying the drop shape as a function of the voltage applied by the electrodes.
Another embodiment shown in Figure 31 uses electrowetting technology to provide a light steering arrangement to steer the light. A switchable micro-prism array is made where the inclination of the prism can be switched as an electric field is applied. The inclination of the interface between the two liquids of different refractive index determines in which direction the light path is refracted. Such electrowetting prism array is described by Neil R. Smith (N.R. Smith et Al., 10 July 2006 / Vol. 14, No. 14 p6557/ OPTICS EXPRESS).
This electrowetting microprism array 120 is combined with a collimated backlight 121. The collimated beam is deviated by the prism. Controlling the angle of the prisms allows controlling the direction of the illumination. This system is placed behind a transmissive display such as an LCD panel.
{Claim 1}
A single view display comprising a transmissive display device illuminated by a backlight for displaying a single view, an optical system for concentrating light modulated by the single view into a reduced angular range, and a determining system for determining the direction of a viewer relative to the display and for controlling at least one of the display device and the optical system by refracting the angular range of illumination from the backlight so that the angular range includes the determined direction.
{Claim 2}
A display as claimed in claim 1, in which the determining system is arranged to control the at least one of the display device and the optical system so as to vary the angle subtended by the angular range in order to include the determined direction, the angular range preferably being substantially symmetrical about the display axis.
{Claim 3}
A display as claimed in claim 2, in which the angle of the angular range is variable in a first plane containing the display axis, the angle of the angular range preferably being variable in a second plane containing the display axis and perpendicular to the first plane.
{Claim 4}
A display as claimed in any one of the preceding claims, in which the determining system is arranged to control the at least one of the display device and the optical system so as to vary the direction of the angular range in order to include the determined direction.
{Claim 5}
A display as claimed in claim 4, in which the direction of the angular range is variable in a third plane containing the display axis, the direction of the angular range preferably being variable in a fourth plane containing the display axis and perpendicular to the third plane.
{Claim 6}
A display as claimed in any one of the preceding claims, in which the determining system is arranged to determine the directions of a plurality of viewers relative to the display.
{Claim 7}
A display as claimed in claim 6 when dependent directly or indirectly on claim 2, in which the determining system is arranged to control the at least one of the display device and the optical system so that the angular range includes all of the determined directions.
{Claim 8}
A display as claimed in claim 6 or 7 when dependent directly or indirectly on claim 4, in which the determining system is arranged to control the at least one of the display device and the optical system to produce a plurality of angular ranges whose directions include all of the determined directions.
{Claim 9}
A display as claimed in any one of the preceding claims, in which the determining system includes a manually operable control to allow the viewer to select the determined direction.
{Claim 10}
A display as claimed in any one of claims 1 to 8, in which the determining system comprises an automatic viewer-tracking system.
{Claim 11}
A display as claimed in any one of the preceding claims, in which the optical system comprises a collimating optical system.
{Claim 12}
A display as claimed in claim 11, in which the optical system comprises an array of converging lenses.
{Claim 13}
A display as claimed in claim 11 or 12, in which the determining system is arranged to control the relative positions of the optical system and an image displayed by the display device.
{Claim 14}
A display as claimed in any one of the preceding claims, in which the display device comprises a liquid crystal device.
{Claim 15}
A display device as claimed in claim 12, in which the backlight comprises a light emitting diode device or an organic light emitting diode device having groups of diodes disposed behind respective lenses.
{Claim 16}
A display device as claimed in any one of claims 1 to 14, in which the backlight comprises an extensive light source and a reflector with apertures whose positions and/or sizes are controllable and which are disposed behind the optical system.
{Claim 17}
A display as claimed claim 16, in which the reflector comprises one of: at least one cholesteric liquid crystal cell; a controllable quarter wave plate and a reflective cholesteric polariser; a controllable half wave plate disposed between first and second reflective linear polarisers; and an electrochromic mirror.
{Claim 18}
A display as claimed in claim 11, in which the backlight comprises a plurality of independently controllable discrete light sources disposed behind the collimating optical system, the collimating optical system preferably comprising at least one Fresnel lens.
{Claim 19}
A display as claimed in claim 12, in which the backlight comprises a light guide with controllable light-extraction features disposed behind the lenses.
{Claim 20}
A display as claimed in claim 11 or 12, in which the backlight comprises an extensive light source, a reflector with fixed apertures, and an actuator for moving the reflector relative to the optical system.
{Claim 21}
A display as claimed in any one of claims 1 to 14, in which the backlight comprises an extensive light source and a lens array and the optical system comprises a light steering arrangement, the steering arrangement preferably comprising one of an electrowetting lens arrangement and an electrowetting prism arrangement.
{Claim 22}
A display method for using a display as claimed in any one of claims 1 to 21, to obtain reduced power consumption. 
{ABSTRACT}
{PROBLEM TO BE SOLVED} A single view display of reduced power consumption is provided.  
{SOLUTION} The display comprises a display device (16) for displaying the single view and an optical system (15) for concentrating light modulated by the single view into a reduced angular range.  A viewer direction determining system (100-104) determines the direction of a viewer relative to the display and controls the display device (16) and the optical system (15) so that the angular range includes the direction of the viewer.
{REPRESENTATIVE DRAWING} Figure 15
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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