定向显示设备的制作方法

1.本公开大体上涉及来自光调制装置的照明，并且更具体地涉及用于提供用于包含隐私显示器和夜间显示器的显示器中的照明控制的光学堆叠。


背景技术：

2.隐私显示器对通常在同轴位置上的主要用户提供图像可见性，并且对于通常在离轴位置上的窥探者提供图像内容的降低的可见性。隐私功能可以通过微型百叶窗光学膜来提供，微型百叶窗光学膜使来自显示器的一些光在同轴方向上透射，而在离轴位置上亮度低。然而，这样的膜对于正面照明具有高损耗，并且微型百叶窗由于随空间光调制器的像素跳动，可以引起摩尔伪像。微型百叶窗的间距可能需要针对面板分辨率做出选择，增加了库存和成本。
3.可切换隐私显示器可以通过离轴光学输出的控制来提供。
4.控制可以借助于亮度降低、例如借助于用于液晶显示器(lcd)空间光调制器的可切换背光源来提供。显示器背光源一般采用波导和边缘发射源。某些成像定向背光源具有引导照明通过显示器面板进到观看窗口中的附加能力。成像系统可以被形成在多个源和各自的窗口图像之间。成像定向背光源的一个示例是可以采用折叠光学系统的光学阀，并且因此也可以是折叠成像定向背光源的示例。光可以在一个方向上基本上没有损耗地传播通过光学阀，而逆向传播的光可以通过反射出倾斜小平面的反射而被提取，如美国专利no.9,519,153中所描述，该专利整体通过引用并入本文。


技术实现要素：

5.根据本公开的第一方面，提供一种显示装置，显示装置包括：背光源，背光源被布置为输出光；透射空间光调制器，透射空间光调制器被布置为接收来自所述背光源的输出光；显示偏振器，显示偏振器被布置在空间光调制器的一侧上，显示偏振器是线性偏振器；第一附加偏振器，第一附加偏振器被布置在所述空间光调制器的与显示偏振器相同的侧上，第一附加偏振器是线性偏振器；至少一个第一极控制延迟器，至少一个第一极控制延迟器被布置在第一附加偏振器和显示偏振器之间；第二附加偏振器，第二附加偏振器是线性偏振器；以及至少一个第二极控制延迟器，其中或者：第二附加偏振器被布置在空间光调制器的与第一附加偏振器相同的侧上、第一附加偏振器的外侧，并且至少一个第二极控制延迟器被布置在第一附加偏振器和第二附加偏振器之间；或者所述显示偏振器是被布置在空间光调制器的输入侧上的输入显示偏振器，并且显示装置进一步包括被布置在空间光调制器的输出侧上的输出显示偏振器，第二附加偏振器被布置在空间光调制器的输出侧上，并且至少一个第二极控制延迟器被布置在第二附加偏振器和输出显示偏振器之间，其中：至少一个第一极控制延迟器和至少一个第二极控制延迟器中的每个都包括各自的可切换液晶延迟器，可切换液晶延迟器包括液晶材料层和两个表面取向层，两个表面取向层被设置为与液晶材料层相邻并且在液晶材料层的相对侧，关于至少一个第一极控制延迟器和至少
一个第二极控制延迟器中的一个，两个表面取向层都被布置为在相邻的液晶材料中提供均匀(homogenous)取向，并且关于至少一个第一极控制延迟器和至少一个第二极控制延迟器中的另一个，两个表面取向层都被布置为在相邻的液晶材料中提供垂面(homeotropic)取向，并且至少一个第一极控制延迟器和至少一个第二极控制延迟器中的所述一个的可切换液晶延迟器对波长550nm的光具有延迟，延迟具有第一延迟值，并且至少一个第一极控制延迟器和至少一个第二极控制延迟器中的所述另一个的可切换液晶延迟器对波长550nm的光具有延迟，延迟具有第二延迟值，第一延迟值和第二延迟值是不同的，第一延迟值和第二延迟值之间的差值的幅值为第一延迟值和第二延迟值的平均值的至少10％。第一延迟值和第二延迟值之间的差值的幅值为第一延迟值和第二延迟值的平均值的至少25％。
6.可以在大的极区上提供亮度曲线切换的可切换显示装置可以被提供。显示装置可以例如针对在汽车应用中的可切换隐私显示提供乘客的照明以及驾驶者和乘客的照明之间的切换。在其他应用中，隐私显示器用户和窥探者之间的切换可以被提供。
7.第一延迟值可以大于第二延迟值。第一延迟值可以在500nm到2000nm的范围内，优选地在700nm到1500nm的范围内，并且第二延迟值可以在350nm到900nm的范围内，优选地在500nm到850nm的范围内。有利地，随着极角的颜色变化在共享操作模式下对于驾驶者可以被减小。
8.第一延迟值可以小于第二延迟值。第一延迟值可以在350nm到1000nm的范围内，优选地在500nm到900nm的范围内，并且第二延迟值可以在650nm到2800nm的范围内，优选地在1000nm到2000nm的范围内。有利地，随着极角的颜色变化在共享操作模式下对于驾驶者可以被减小。
9.至少一个第一极控制延迟器和至少一个第二极控制延迟器中的所述一个可以进一步包括至少一个无源补偿延迟器。有利地，在其上亮度在隐私模式下被降低的极区的尺寸可以被增大。
10.至少一个第一极控制延迟器和至少一个第二极控制延迟器中的所述一个的至少一个无源补偿延迟器可以包括一对无源单轴延迟器，无源单轴延迟器对具有在延迟器的平面中的相交的光轴。第一延迟值可以大于第二延迟值，并且具有在延迟器的平面中的相交的光轴的无源单轴延迟器对每个都可以对波长550nm的光具有在300nm到1500nm的范围内的、优选地在500nm到1200nm范围内的延迟。第一延迟值可以小于所述第二延迟值，并且具有在延迟器的平面中的相交的光轴的无源单轴延迟器对每个都可以对波长550nm的光具有在300nm到900nm的范围内的、优选地在400nm到800nm范围内的延迟。有利地，提高的安全性因子可以针对靠向显示器的驾驶者被实现。
11.至少一个第一极控制延迟器和至少一个第二极控制延迟器中的所述另一个的至少一个无源补偿延迟器可以包括无源单轴延迟器，无源单轴延迟器具有其垂直于延迟器的平面的光轴。第一延迟值可以大于第二延迟值，并且具有其垂直于延迟器的平面的光轴的无源单轴延迟器对波长550nm的光具有在-300nm到-1700nm的范围内的、优选地在-500nm到-1200nm范围内的延迟。第一延迟值可以小于第二延迟值，并且具有其垂直于延迟器的平面的光轴的无源单轴延迟器对波长550nm的光具有在-250nm到-800nm的范围内的、优选地在-300nm到-700nm范围内的延迟。有利地，减小的颜色变化在共享操作模式下可以被驾驶者看见。
12.至少一个第一极控制延迟器和至少一个第二极控制延迟器中的所述另一个可以进一步包括至少一个无源补偿延迟器。至少一个第一极控制延迟器和至少一个第二极控制延迟器中的所述另一个的至少一个无源补偿延迟器可以包括无源单轴延迟器，无源单轴延迟器具有其垂直于延迟器的平面的光轴。第一延迟值可以大于第二延迟值，并且具有其垂直于延迟器的平面的光轴的无源单轴延迟器对波长550nm的光具有在-250nm到-850nm的范围内的、优选地在-400nm到-800nm范围内的延迟。第一延迟值可以小于第二延迟值，并且具有其垂直于延迟器的平面的光轴的无源单轴延迟器对波长550nm的光具有在-400nm到-2400nm的范围内的、优选地在-700nm到-1700nm范围内的延迟。有利地，对于其的安全性因子的极区的增大的尺寸被实现。
13.显示装置可以进一步包括反射偏振器，反射偏振器是线性偏振器，并且或者：所述显示偏振器可以是被布置在空间光调制器的输出侧上的输出显示偏振器，第二附加偏振器可以被布置在空间光调制器的与第一附加偏振器相同的侧上、第一附加偏振器的外侧，至少一个第二极控制延迟器可以被布置在第一附加偏振器和第二附加偏振器之间，并且反射偏振器可以被布置在第一附加偏振器和至少一个第二极控制延迟器之间；或者显示偏振器可以是被布置在空间光调制器的输入侧上的输入显示偏振器，并且显示装置可以进一步包括被布置在空间光调制器的输出侧上的输出显示偏振器，第二附加偏振器可以被布置在空间光调制器的输出侧上，至少一个第二极控制延迟器可以被布置在第二附加偏振器和输出显示偏振器之间，并且反射偏振器可以被布置在输出显示偏振器和至少一个第二极控制延迟器之间。至少一个第一极控制延迟器和至少一个第二极控制延迟器中的所述一个可以是至少一个第二极控制延迟器，并且至少一个第一极控制延迟器和至少一个第二极控制延迟器中的所述另一个可以是至少一个第一极控制延迟器。有利地，显示装置的反射率在隐私操作模式下可以被提高。安全性因子可以被提高。在汽车应用中，针对高安全性因子的驾驶者地点的自由度可以被增加。
14.至少一个第一极控制延迟器的所述表面取向层具有预倾角，预倾角具有预倾角方向，预倾角方向具有在液晶材料层的平面中的、在第一对反平行方向上的分量。所述第二极控制延迟器的所述表面取向层具有预倾角，预倾角具有预倾角方向，预倾角方向具有在液晶材料层的平面中的、在第二对反平行方向上的分量。有利地，高透射效率被实现。
15.第一对反平行方向可以与第一附加偏振器的电矢量透射方向平行或正交。第二对反平行方向可以与第二附加偏振器的电矢量透射方向平行或正交。有利地，制造的复杂性和成本可以被提高。正面亮度可以被提高。
16.第一对反平行方向以具有至多20
°
的幅值的量与所述第一附加偏振器的电矢量透射方向平行或正交成角度偏移。第二对反平行方向以具有至多20
°
的幅值的量与所述第二附加偏振器的电矢量透射方向平行或正交成角度偏移量。有利地，在汽车应用中，针对高安全性因子的驾驶者地点的自由度可以被增加。
17.背光源至少在第一操作模式下可以具有第一亮度分布，第一亮度分布具有输出亮度曲线，输出亮度曲线具有至多可以为40度、优选地至多30度、更优选地至多20度的全宽半高。有利地，隐私操作模式下的降低的亮度可以被提供来在宽的极区上实现高安全性因子，同时对乘客实现高图像亮度。
18.背光源在第二操作模式下可以具有第二亮度分布，第二亮度分布具有输出亮度曲
线，输出亮度曲线具有亮度的第一最大值和第二最大值，第一最大值和第二最大值在具有它们之间的亮度的最小值的不同的第一极坐标地点和第二极坐标地点处。最小值的亮度至多可以为第一最大值和第二最大值的亮度的25％。有利地，高功率效率和图像亮度可以被实现以用于乘客和驾驶者二者的照明。
19.背光源可以包括：至少一个第一光源，至少一个第一光源被布置为提供输入光；至少一个第二光源，至少一个第二光源被布置为在与至少一个第一光源相反的方向上提供输入光；波导布置，波导布置包括至少一个波导，波导布置被布置为接收来自至少一个第一光源和至少一个第二光源的输入光，并且通过破坏全内反射来使来自至少一个第一光源和至少一个第二光源的光从波导布置离开；以及光学转向膜组件，光学转向膜组件包括：输入表面，输入表面被布置为通过破坏全内反射来接收通过波导布置的至少一个波导的光引导表面从波导布置离开的光，输入表面跨平面延伸；以及输出表面，输出表面面对输入表面；其中输入表面可以包括细长棱镜元件的阵列。棱镜元件每个都包括限定其之间的脊部的一对细长小平面。有利地，能够在驾驶者和乘客之间切换照明的背光源可以被提供。在隐私操作模式下，光基本上被朝向乘客导引，而基本上不被导引到驾驶者。高效率可以被实现。
20.波导布置可以包括：波导，波导跨平面延伸，并且包括：相对的第一光引导表面和第二光引导表面，第一光引导表面和第二光引导表面被布置为沿着波导引导光，第二光引导表面被布置为通过全内反射来引导光；以及第一输入端和第二输入端，第一输入端和第二输入端被布置在第一光引导表面和第二光引导表面之间，并且在第一光引导表面和第二光引导表面之间在侧向方向上延伸；其中至少一个第一光源可以被布置为通过第一输入端将光输入到波导中，并且至少一个第二光源可以被布置为通过第二输入端将光输入到波导中，并且波导可以被布置为通过破坏全内反射来使来自至少一个第一光源和至少一个第二光源的光通过第一光引导表面和第二光引导表面中的一个从波导离开。有利地，高亮度均匀性可以在每个波导上被实现，并且乘客和驾驶者照明之间的切换可以被实现。
21.波导布置可以包括：第一波导，第一波导跨平面延伸，并且包括：相对的第一光引导表面和第二光引导表面，第一光引导表面和第二光引导表面被布置为沿着第一波导引导光，第二光引导表面被布置为通过全内反射来引导光；以及第一输入端，第一输入端被布置在第一波导的第一光引导表面和第二光引导表面之间，并且在第一光引导表面和第二光引导表面之间在侧向方向上延伸；其中至少一个第一光源可以被布置为通过第一输入端将光输入到第一波导中，并且第一波导可以被布置为通过破坏全内反射来使来自至少一个第一光源的光通过第一光引导表面和第二光引导表面中的一个从第一波导离开；第二波导，第二波导跨平面延伸，与第一波导串联布置，并且包括：相对的第一光引导表面和第二光引导表面，第一光引导表面和第二光引导表面被布置为沿着第二波导引导光，第二光引导表面被布置为通过全内反射来引导光；以及第二输入端，第二输入端被布置在第二波导的第一光引导表面和第二光引导表面之间，并且在第一光引导表面和第二光引导表面之间在侧向方向上延伸；其中至少一个第二光源可以被布置为通过第二输入端将光输入到第二波导中，并且第二波导可以被布置为通过破坏全内反射来使来自至少一个第二光源的光通过第一光引导表面和第二光引导表面中的一个从第二波导离开，并且其中第一波导和第二波导被定向为使得至少一个第一光源和至少一个第二光源在相反的方向上将光输入到第一波导和第二波导中。有利地，波导组装件的厚度和成本可以被降低。
22.来自第一光源的光以第一角度分布离开背光源，并且来自第二光源的光以第二角度分布离开背光源，第二角度分布不同于第一角度分布。有利地，驾驶者和乘客或窥探者和用户之间的照明可以被独立控制。效率可以被提高。隐私模式的安全性因子和共享模式下的图像可见性可以被提高。
23.第一角度分布可以绕背光源的对称轴对称，并且第二角度分布可以绕背光源的同一对称轴不对称。有利地，显示器对于乘客的均匀性可以被提高，并且对于驾驶者的亮度可以被提高。
24.不对称分布可以或者在背光源的对称轴的左边或者在背光源的对称轴的右边。有利地，显示器可以被布置为分别与左手驾驶车辆或右手驾驶车辆一起操作。
25.至少一个第一极控制延迟器和至少一个第二极控制延迟器中的所述另一个在背光源和透射空间光调制器之间，或者至少一个第一极控制延迟器和所述至少一个第二极控制延迟器中的所述一个在至少一个第一极控制延迟器和至少一个第二极控制延迟器中的所述另一个的输出侧上。有利地，流动伪影可以通过包括两个垂面层的液晶延迟器301的压缩的机械减小来减少。低极角处的进一步的散射可以被减少，其中具有高延迟的液晶延迟器在具有更低延迟的液晶延迟器的输出侧上。
26.本公开的各方面中的任何一个可以按任何组合被应用。
27.本公开的实施方案可以被用于各种光学系统中。实施方案可以包含各种投影仪、投影系统、光学部件、显示器、微型显示器、计算机系统、处理器、自含投影仪系统、视觉和/或视听系统、以及电气装置和/或光学装置，或者与各种投影仪、投影系统、光学部件、显示器、微型显示器、计算机系统、处理器、自含投影仪系统、视觉和/或视听系统、以及电气装置和/或光学装置一起工作。本公开的各方面可以与光学装置和电气装置、光学系统、演示系统相关的几乎任何设备、或可以包含任何类型的光学系统的任何设备一起使用。因此，本公开的实施方案可以被用于光学系统、视觉呈现和/或光学呈现中使用的装置、视觉外设等中、以及若干计算环境和汽车环境中。
28.在继续详细地讨论所公开的实施方案之前，应理解本公开在其应用或创建中不限于所示的具体布置的细节，因为本公开能够有其他实施方案。而且，本公开的各方面可以按不同的组合和布置被阐述以限定其本身独特的实施方案。此外，本文中使用的术语是出于描述、而非限制的目的。
29.本公开的这些及其他优点和特征对于本领域的普通技术人员来说，在完整地阅读本公开后，将变得显而易见。
附图说明
30.实施方案在附图中被举例图示，在附图中，相似的标号指示类似的部分，并且在附图中：
31.图1是图示说明用于供汽车中的乘客使用的隐私显示器的顶视图的示意图；
32.图2是图示说明包括透射空间光调制器的可切换隐私显示器的前透视图的示意图；
33.图3a是图示说明针对图2的隐私显示器的组件的取向方位的前透视图的示意图；
34.图3b是图示说明针对图2的隐私显示器的组件的取向方位的前透视图的示意图，
其中偏振器的电矢量透射方向与图3a的方位相比被旋转90度；
35.图3c是图示说明针对图2的隐私显示器的组件的取向方位的前透视图的示意图，其中空间光调制器的偏振器的电矢量透射方向与图3b的方位相比被旋转45度；
36.图3d是图示说明针对图2的隐私显示器的组件的取向方位的前透视图的示意图，其中附加偏振器的电矢量透射方向与各自的取向层的平面中的预倾角的分量的第一对和第二对420a反平行方向正交；
37.图4是图示说明用于图2的可切换隐私显示器的控制系统的前透视图的示意图；
38.图5a是图示说明针对主要操作来将光导引到乘客的图2的可替代背光源的亮度输出的极坐标变化的示意图；
39.图5b是图示说明针对主要操作来将光导引到驾驶者的图2的可替代背光源的亮度输出的极坐标变化的示意图；
40.图5c是图示说明针对操作来将光导引到乘客和驾驶者的图2的可替代背光源的亮度输出的极坐标变化的示意图；
41.图5d是图示说明针对操作来将光导引到乘客和驾驶者的图5c的可替代背光源曲线的零仰角处的相对亮度输出的变化的示意图；
42.图6a是图示说明针对主要操作来将光导引到乘客的图2的可替代背光源的零仰角处的相对亮度输出的变化的示意图；
43.图6b是图示说明针对在隐私模式下操作的图2的极控制延迟器300a的0
°
仰角处的相对透射的变化的示意图；
44.图6c是图示说明针对在隐私模式下操作的图2的极控制延迟器300b的0
°
仰角处的相对透射的变化的示意图；
45.图6d是图示说明针对主要操作来将光导引到乘客并且在隐私模式下操作的图2的可替代背光源的0
°
仰角处的相对亮度输出的以10为底的对数的变化的示意图；
46.图7a是图示说明针对具有未被旋转的取向层的第一极控制延迟器的透射的极坐标变化的示意图；
47.图7b是图示说明针对具有未被旋转的取向层的第二极控制延迟器的透射的极坐标变化的示意图；
48.图7c是图示说明针对具有图5a的亮度曲线和图7a-b的透射曲线的图2的显示装置的针对表1的说明性实施方案的在隐私操作模式下的安全性因子s的极坐标变化的示意图，其中以nit为单位测量的值y
最大
的显示正面亮度为以lux为单位测量的值i的照度的一半；
49.图7d是图示说明针对表2的第一极控制延迟器在隐私操作模式下的透射的极坐标变化的示意图；
50.图7e是图示说明针对图2的显示装置以及图5a、图7b和图7d的曲线的针对表2的说明性实施方案的在隐私操作模式下的安全性因子s的极坐标变化的示意图，其中以nit为单位测量的值y
最大
的显示正面亮度为以lux为单位测量的值i的照度的一半；
51.图8a是图示说明针对具有被旋转的取向层的第一极控制延迟器的透射的极坐标变化的示意图；
52.图8b是图示说明针对具有被旋转的取向层的第二极控制延迟器的透射的极坐标变化的示意图；
53.图8c是图示说明针对具有图5a的背光源亮度曲线和图8a-b的透射曲线的图2的显示装置的在隐私操作模式下的安全性因子s的极坐标变化的示意图，其中以nit为单位测量的值y
最大
的显示正面亮度为以lux为单位测量的值i的照度的一半；
54.图9a是图示说明针对第一极控制延迟器在共享操作模式下的透射的极坐标变化的示意图；
55.图9b是图示说明针对第二极控制延迟器在共享操作模式下的透射的极坐标变化的示意图；
56.图9c是图示说明针对图2的显示装置、图5c的背光源亮度曲线和图9a-b的极控制延迟器透射曲线的在共享操作模式下的安全性因子s的极坐标变化的示意图，其中以nit为单位测量的值y
最大
的显示正面亮度为以lux为单位测量的值i的照度的一半；
57.图10a是图示说明针对表4的第一极控制延迟器在隐私操作模式下的透射的极坐标变化的示意图；
58.图10b是图示说明针对表4的第二极控制延迟器在隐私操作模式下的透射的极坐标变化的示意图；
59.图10c是图示说明针对图2的显示装置以及图5a和图10a-b的曲线的在隐私操作模式下的视觉安全性级别s的极坐标变化的示意图，其中以nit为单位测量的值y
最大
的显示正面亮度为以lux为单位测量的值i的照度的一半；
60.图10d是图示说明针对表4的第一极控制延迟器在共享操作模式下的透射的极坐标变化的示意图；
61.图10e是图示说明针对表4的第二极控制延迟器在共享操作模式下的透射的极坐标变化的示意图；
62.图10f是图示说明针对表5的第一极控制延迟器在隐私操作模式下的透射的极坐标变化的示意图；
63.图10g是图示说明针对表5的第二极控制延迟器在隐私操作模式下的透射的极坐标变化的示意图；并且
64.图10h是图示说明针对图2的显示装置以及图5a、图10f和图10g的曲线的在隐私操作模式下的安全性因子s的极坐标变化的示意图，其中以nit为单位测量的值y
最大
的显示正面亮度为以lux为单位测量的值i的照度的一半；
65.图11a是在侧透视图中图示说明极控制延迟器的结构的示意图，极控制延迟器包括无源c板和包括两个沿面(homogeneous)取向层的有源液晶层；
66.图11b是在侧透视图中图示说明极控制延迟器的结构的示意图，极控制延迟器包括无源相交a板和包括两个沿面取向层的有源液晶层；
67.图11c是在侧透视图中图示说明极控制延迟器的结构的示意图，极控制延迟器包括无源c板和包括两个垂面取向层的有源液晶层；
68.图11d是在侧透视图中图示说明极控制延迟器的结构的示意图，极控制延迟器包括无源相交a板和包括两个垂面取向层的有源液晶层；
69.图12a是图示说明极控制延迟器的前透视图的示意图，极控制延迟器包括具有取向层的液晶延迟器，取向层具有预倾角方向，预倾角方向具有在液晶材料层的平面中的与显示偏振器和附加偏振器的电矢量透射方向成非零锐角的分量；
70.图12b是图示说明具有预倾角方向的取向层的前视图的示意图，预倾角方向具有在液晶材料层的平面中的与显示偏振器和附加偏振器的电矢量透射方向成非零锐角的分量；
71.图12c是图示说明用于左手驾驶车辆的垂直偏振器电矢量透射方向和液晶层的平面中的预倾角分量的取向方向的前视图的示意图；
72.图12d是图示说明用于左手驾驶车辆的水平偏振器电矢量透射方向和液晶层的平面中的预倾角分量的取向方向的前视图的示意图；
73.图12e是图示说明用于右手驾驶车辆的垂直偏振器电矢量透射方向和液晶层的平面中的预倾角分量的取向方向的前视图的示意图；
74.图12f是图示说明用于右手驾驶车辆的水平偏振器电矢量透射方向和液晶层的平面中的预倾角分量的取向方向的前视图的示意图；
75.图13a是图示说明可切换背光源的侧视图的示意图，可切换背光源包括第一波导和第二波导、后反射器和光学转向膜，并且针对乘客和驾驶者标称方向(nominal direction)输出光束；
76.图13b是图示说明用于图13a的背光源的光学转向膜组件的前透视图的示意图；
77.图13c是图示说明光学转向膜组件的侧视图的示意图；
78.图14a、图14b、图14c和图14d是图示说明用于图13a的实施方案的各种可替代波导的透视图的示意图；
79.图15是图示说明可切换背光源的侧视图的示意图，可切换背光源包括波导、后反射器和光学转向膜，并且针对乘客和驾驶者标称方向输出光束；
80.图16a和图16b是图示说明用于图15的实施方案的各种可替代波导的透视图的示意图；
81.图17是在侧透视图中图示说明用于与空间光调制器一起使用的可切换隐私显示组件的示意图，空间光调制器包括第一极控制延迟器和第一附加偏振器、反射偏振器、以及被布置在第一附加偏振器和第二附加偏振器之间的第二极控制延迟器；
82.图18a是图示说明包括透射空间光调制器的可切换隐私显示器的前透视图的示意图，其中第一极控制延迟器被布置在背光源和空间光调制器之间，并且其中空间光调制器被布置在第一极控制延迟器和第二极控制延迟器之间；
83.图18b是图示说明对于图18a的隐私显示器的组件的取向方位的前透视图的示意图；
84.图19a是图示说明包括透射空间光调制器的可切换隐私显示器的前透视图的示意图，其中第一极控制延迟器和第二极控制延迟器被布置为接收来自空间光调制器的光；
85.图19b是图示说明对于图19a的隐私显示器的组件的取向方位的前透视图的示意图；
86.图20是针对图21a-j、图22a-j和图23a-e的可替代堆叠布置的图例；
87.图21a、图21b、图21c、图21d、图21e、图21f、图21g、图21h、图21i和图21j是在侧视图中图示说明对于用于可切换隐私显示器的光学组件堆叠的替代的示意图，其中第一极控制延迟器和第二极控制延迟器被布置为接收来自透射空间光调制器和背光源的光；
88.图22a、图22b、图22c、图22d、图22e、图22f、图22g、图22h、图22i和图22j是在侧视
图中图示说明对于用于可切换隐私显示器的光学组件堆叠的替代的示意图，其中第一极控制延迟器和第二极控制延迟器中的一个被布置为接收来自透射空间光调制器的光，并且空间光调制器被布置为接收来自第一极控制延迟器和第二极控制延迟器中的另一个和背光源的光；
89.图23a、图23b、图23c、图23d和图23e是在侧视图中图示说明对于用于可切换隐私显示器的光学组件堆叠的替代的示意图，其中透射空间光调制器被布置为接收来自第一极控制延迟器和第二极控制延迟器以及背光源的光；
90.图24a是在侧视图中图示说明图2的布置在共享操作模式下对来自空间光调制器的透射光的操作的示意图；
91.图24b是在侧视图中图示说明图2的布置在隐私操作模式下、在环境光的高反射率的情况下、对来自空间光调制器的透射光的操作的示意图；
92.图24c是在侧视图中图示说明图18a的布置在共享操作模式下对环境光的操作的示意图；并且
93.图24d是在侧视图中图示说明图18a的布置在隐私操作模式下、在环境光的高反射率的情况下、对环境光的操作的示意图。
具体实施方式
94.现在将描述与用于本公开的目的的光学延迟器相关的术语。
95.在包括单轴双折射材料的层中，存在控制光学各向异性的方向，而垂直于其(或者与其成给定角度)的所有方向都具有等同的双折射。
96.光学延迟器的光轴是指其中不经历双折射的单轴双折射材料中的光线的传播方向。这不同于光学系统的可以例如与对称线平行或垂直于主光线沿其传播的显示器表面的光轴。
97.对于在与光轴正交的方向上传播的光，当具有平行于慢轴的电矢量方向的线偏振光以最慢的速度传播时，光轴是慢轴。慢轴方向是以设计波长具有最高折射率的方向。类似地，快轴方向是以设计波长具有最低折射率的方向。
98.对于正介电各向异性单轴双折射材料，慢轴方向是双折射材料的非寻常轴。对于负介电各向异性单轴双折射材料，快轴方向是双折射材料的非寻常轴。
99.术语半波长和四分之一波长是指延迟器对于设计波长λ0的操作，设计波长λ0通常可以在500nm和570nm之间。在本说明性实施方案中，除非另有规定，否则示例性延迟值是针对550nm的波长提供的。
100.延迟器提供入射在其上的光波的两个垂直的偏振分量之间的相移，并且相移通过其赋予两个偏振分量的相对相位量г表征；相对相位量г通过以下方程与延迟器的双折射δn和厚度d相关：
101.γ＝2.π.δn.d/λ0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
方程1。
102.在方程1中，δn被定义为非寻常折射率和寻常折射率之间的差值，即，
103.δn＝n
e-noꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
方程2。
104.对于半波延迟器，d、δn和λ0之间的关系被选择为使得偏振分量之间的相移为г＝π。对于四分之一波延迟器，d、δn和λ0之间的关系被选择为使得偏振分量之间的相移为
г＝π/2。
105.本文中的术语半波延迟器通常是指垂直于延迟器并且垂直于空间光调制器传播的光。
106.现在将描述通过一对偏振器之间的透明延迟器的光线传播的一些方面。
107.光线的偏振态(sop)通过任何两个正交偏振分量之间的相对振幅和相移来描述。透明延迟器不改变这些正交偏振分量的相对振幅，而是仅作用于它们的相对相位。提供正交偏振分量之间的净相移改变sop，而保持净相对相位保持sop。在当前的说明书中，sop可以被称为偏振态。
108.线性sop具有非零振幅的偏振分量和具有零振幅的正交偏振分量。
109.线性偏振器使独特的线性sop透射(该独特的线性sop具有平行于线性偏振器的电矢量透射方向的线偏振分量)，并且使具有不同的sop的光衰减。术语“电矢量透射方向”是指偏振器的非定向轴，入射光的电矢量被平行于该轴透射，即使透射的“电矢量”总是具有瞬时方向。术语“方向”通常被用来描述该轴。
110.吸收偏振器是吸收入射光的一个偏振分量并且使第二正交偏振分量透射的偏振器。吸收线性偏振器的示例是二向色偏振器。
111.反射偏振器是使入射光的一个偏振分量反射并且使第二正交偏振分量透射的偏振器。是线性偏振器的反射偏振器的示例是多层聚合物膜堆叠(如来自3m公司的dbef
tm
或apf
tm
)或线栅偏振器(如来自moxtek的proflux
tm
)。反射线性偏振器可以进一步包括串联布置的胆甾型反射材料和四分之一波片。
112.被布置在线性偏振器和不引入相对净相移的平行的线性分析偏振器之间的延迟器提供除了线性偏振器内的残留吸收的光的全透射。
113.提供正交偏振分量之间的相对净相移的延迟器改变sop，并且在分析偏振器处提供衰减。
114.在本公开中，“a板”是指利用双折射材料层的光学延迟器，其中其光轴平行于层的平面。
[0115]“正性a板”是指正双折射a板，即，具有正δn的a板。
[0116]
在本公开中，“c板”是指利用双折射材料层的光学延迟器，其中其光轴垂直于层的平面。“正性c板”是指正双折射c板，即，具有正δn的c板。“负性c板”是指负双折射c板，即，具有负δn的c板。
[0117]“o板”是指利用双折射材料层的光学延迟器，其中其光轴具有平行于层的平面的分量和垂直于层的平面的分量。“正性o板”是指正双折射o板，即，具有正δn的o板。
[0118]
消色差延迟器可以被提供，其中延迟器的材料被提供具有如下随着波长λ而变化的延迟δn.d：
[0119]
δn.d/λ＝κ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
方程3
[0120]
其中κ基本上为常数。
[0121]
合适的材料的示例包含来自teijin films的改性聚碳酸酯。如下面将描述的，消色差延迟器可以在本技术实施方案中被提供来有利地使具有低亮度降低的极角观看方向和具有提高的亮度降低的极角观看方向之间的颜色变化最小化。
[0122]
现在将描述本公开中使用的与延迟器和液晶相关的各种其他的术语。
[0123]
液晶盒具有由δn.d给出的延迟，其中δn是液晶盒中的液晶材料的双折射，并且d是液晶盒的厚度，与液晶盒中的液晶材料的取向无关。
[0124]
沿面取向是指可切换液晶显示器中的液晶的取向，其中分子基本上平行于基板取向。沿面取向有时被称为平面取向。沿面取向通常可以被提供有小的预倾角，诸如2度，以使得如下面将描述的，液晶盒的取向层的表面处的分子略微倾斜。预倾角被布置为使盒的切换中的简并性最小化。
[0125]
在本公开中，垂面取向是棒状液晶分子基本上垂直于基板取向的状态。在盘状液晶中，垂面取向被定义为其中由盘状液晶分子形成的柱状结构的轴线垂直于表面取向的状态。在垂面取向中，预倾角是靠近取向层的分子的倾斜角度，并且通常接近于90度，并且例如可以是88度。
[0126]
在扭曲液晶层中，向列型液晶分子的扭曲构型(也被称为螺旋线结构或螺旋状物)被提供。扭曲可以借助于取向层的非平行取向来实现。此外，胆甾型掺杂剂可以被添加到液晶材料以破坏扭曲方向(顺时针或逆时针)的简并性并且进一步控制松弛(通常为未被驱动)状态下的扭曲的间距(pitch)。超扭曲液晶层具有大于180度的扭曲。空间光调制器中使用的扭曲向列型层通常具有90度的扭曲。
[0127]
具有正介电各向异性的液晶分子借助于施加的电场从沿面取向(如a板延迟器方位)被切换到垂面取向(如c板或o板延迟器方位)。
[0128]
具有负介电各向异性的液晶分子借助于施加的电场从垂面取向(如c板或o板延迟器方位)被切换到沿面取向(如a板延迟器方位)。
[0129]
棒状分子具有正双折射，以使得如方程2中所描述的，ne＞no。盘状分子具有负双折射，以使得ne＜no。
[0130]
正延迟器(如a板、正性o板和正性c板)通常可以通过拉伸膜或棒状液晶分子来提供。负延迟器(如负性c板)可以通过拉伸膜或盘状液晶分子来提供。
[0131]
平行液晶盒取向是指平行的或更通常地反平行的沿面取向层的取向方向。在预倾斜的垂面取向的情况下，取向层可以具有基本上平行的或反平行的分量。混合取向的液晶盒可以具有一个沿面取向层和一个垂面取向层。扭曲液晶盒可以通过不具有平行取向(例如，彼此成90度定向)的取向层来提供。
[0132]
透射空间光调制器可以在输入显示偏振器和输出显示偏振器之间进一步包括延迟器，例如如美国专利no.8,237,876中所公开的(该专利通过引用被整体并入本文)。这样的延迟器(未被示出)在与本技术实施方案的无源延迟器不同的位置。这样的延迟器补偿对于离轴观看地点的对比度递降，这是与对于本技术实施方案的离轴观看位置的亮度降低不同的效果。
[0133]
显示器的隐私操作模式是观察者看见低对比度灵敏性以使得图像不清晰可见的操作模式。对比度灵敏性是分辨静态图像中的不同级别的亮度的能力的测度。反向对比度灵敏性可以被用作视觉安全性的测度，因为高视觉安全性级别(vsl)对应于低图像可见性。
[0134]
对于向观察者提供图像的隐私显示器，视觉安全性可以被给出为：
[0135]
v＝(y+r)/(y
–
k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
方程4
[0136]
其中v是视觉安全性级别(vsl)，y是以窥探者观看角度处的显示器的白色状态的亮度，k是以窥探者观看角度处的显示器的黑色状态的亮度，并且r是来自显示器的反射光
的亮度。
[0137]
面板对比率被给出为：
[0138]
c＝y/k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
方程5
[0139]
所以视觉安全性级别可以被进一步给出为：
[0140]
v＝(p.y
最大
+i.ρ/π)/(p.(y
最大-y
最大
/c))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
方程6
[0141]
其中：y
最大
是显示器的最大亮度；p是离轴相对亮度，其通常被定义为窥探者角度处的亮度与最大亮度y
最大
的比率；c是图像对比率；ρ是表面反射率；并且i是照度。y
最大
的单位是i除以以球面度为单位的立体角的单位。
[0142]
显示器的亮度随着角度而变化，所以显示器的最大亮度y
最大
在取决于显示器的配置的特定角度处发生。
[0143]
在许多显示器中，最大亮度y
最大
在正面发生，即，垂直于显示器。本文中公开的任何显示装置都可以被布置为具有在正面发生的最大亮度y
最大
，在这种情况下，对于显示装置的最大亮度y
最大
的提及可以被替换为对于垂直于显示装置的亮度的提及。
[0144]
可替代地，本文中描述的任何显示器都可以被布置为具有在与显示装置的法线成大于0
°
的极角处发生的最大亮度y
最大
。举例来说，最大亮度y
最大
可以在非零极角处和以下方位角处发生，方位角具有例如零侧向角，以使得最大亮度用于正在俯视显示装置的同轴用户。极角可以例如为10度，并且方位角可以是向北的方向(从向东的方向逆时针转90度)。观看者因此可以在典型的非法线观看角度处合乎期望地看见高亮度。
[0145]
离轴相对亮度p有时被称为隐私水平。然而，这样的隐私水平p描述显示器在给定的极角处的与正面亮度相比的相对亮度，并且事实上不是隐私外观的测度。
[0146]
照度i是入射在显示器上并且从显示器朝向观察者地点反射的、每一单位面积的光通量。对于朗伯照明，并且对于具有朗伯前置漫射器照明的显示器，照度i不随极角和方位角变化。对于具有其中非朗伯前置漫射被布置在具有定向(非朗伯)环境光的环境中的显示器的布置，照度i随着观察的极角和方位角变化。
[0147]
因此在完全黑暗的环境中，高对比度显示器具有大约1.0的vsl。随着环境照度增大，感知到的图像对比度递降，vsl增大，并且隐私图像被感知到。
[0148]
对于典型的液晶显示器，面板对比度c对于几乎所有的观看角度都高于100:1，使得视觉安全性级别被逼近为：
[0149]
v＝1+i.ρ/(π.p.y
最大
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
方程7。
[0150]
在当前的实施方案中，除了方程4的示例性定义之外，视觉安全性级别v的其他测量也可以被提供，例如，以包含对于窥探者地点的窥探者的图像可见性、图像对比度、图像颜色和白点、以及对向图像特征大小上的效果。因此视觉安全性级别可以是显示器的隐私程度的测度，但可以不限于参数v。
[0151]
感知图像安全性可以由眼睛的对数响应确定，以使得
[0152]
s＝log
10
(v)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
方程8。
[0153]
对于s的期望的限值以以下方式被确定。在第一步中，隐私显示装置被提供。显示装置的隐私水平p(θ)随着极观看角的变化和显示装置的反射率ρ(θ)随着极观看角的变化的测量使用明视测量装备来进行。诸如基本均匀亮度的灯箱的光源被布置来从被照明区域提供照明，照明被布置为沿着入射方向对隐私显示装置进行照明以用于反射到与显示装置
的法线成大于0
°
的极角的观看者位置。基本朗伯的发射灯箱的照度随着极观看角的变化i(θ)通过测量记录的反射亮度随着极观看角的变化并且考虑到反射率ρ(θ)的变化来确定。p(θ)、r(θ)和i(θ)被用来确定沿着零仰角轴线安全性因子s(θ)随着极观看角的变化。
[0154]
在第二步中，一系列高对比度图像被提供在隐私显示器上，包含(i)具有最大字体高度3mm的小文本图像、(ii)具有最大字体高度30mm的大文本图像、以及(iii)移动图像。
[0155]
在第三步中，每个观察者(在适当的情况下，对于在1000m处观看，有视力矫正)从1000m的距离观看图像中的每个，并且调整它们在零仰角处的极观看角，直到从近乎显示器上的在显示器的中心线处的或者靠近显示器的中心线的位置、对于一只眼睛实现图像不可见性。观察者的眼睛的极坐标地点被记录。从关系s(θ)，极坐标地点处的安全性因子被确定。对于不同的图像、对于各种显示器亮度y
最大
、不同的灯箱照度i(q＝0)、对于不同的背景照明条件，并且对于不同的观察者，重复测量。
[0156]
从以上测量，s＜1.0提供低视觉安全性或者不提供视觉安全性，1.0≤s＜1.5提供取决于图像内容的对比度、空间频率和时间频率的视觉安全性，1.5≤s＜1.8提供对于大多数图像和大多数观察者可接受的图像不可见性(也就是说，观察不到图像对比度)，并且s≥1.8提供完全的图像不可见性，与对于所有的观察者的图像内容无关。
[0157]
在实际的显示装置中，这意味着期望的是为是窥探者的离轴观看者提供满足关系s≥s
最小
的s的值，其中：s
最小
具有1.0或更大的值以实现离轴观看者不能感知到显示的图像的效果；s
最小
具有1.5或更大的值以实现对于大多数图像和大多数观察者，显示的图像不可见的效果，即，观看者甚至不能感知到图像正被显示；或者s
最小
具有1.8或更大的值以实现显示的图像不可见、与对于所有观察者的图像内容无关的效果。
[0158]
与隐私显示相比，期望的广角显示在标准的环境照度条件下容易被观察。图像可见性的一个测度由对比度灵敏性(诸如迈克尔逊对比度)给出，由以下方程给出迈克尔逊对比度：
[0159]
m＝(i
最大
–i最小
)/(i
最大
+i
最小
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
方程9
[0160]
并且因此：
[0161]
m＝((y+r)
–
(k+r))/((y+r)+(k+r))＝(y-k)/(y+k+2.r)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
方程10。
[0162]
因此，视觉安全性级别(vsl)v等于1/m(但是与1/m不相同)。在本讨论中，对于给定的离轴相对亮度p，广角图像可见性w被逼近为：
[0163]
w＝1/v＝1/(1+i.ρ/(π.p.y
最大
))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
方程11
[0164]
以上讨论集中于降低显示的图像对于离轴观看者(其是窥探者)的可见性，但是类似的考虑适用于显示的图像对于显示装置的预期用户(其通常是同轴的)的可见性。在这种情况下，视觉安全性级别(vsl)v的级别的降低对应于图像对于观看者的可见性的提高。在观看期间，s＜0.1可以提供显示的图像的可接受的可见性。在实际的显示装置中，这意味着期望的是对于同轴观看者(其是显示装置的预期用户)提供满足关系s≤s
最大
的s的值，其中s
最大
具有0.1的值。
[0165]
在本讨论中，来自期望的白点(u
w’,v
w’)的输出颜色(u
w’+δu’,v
w’+δv’)的颜色变化δε可以通过cieluv色差度量来确定(假定典型的显示光谱发光体)，并且通过以下方程给出：
[0166]
δε＝(δu
’2+δv
’2)
1/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
方程12。
[0167]
现在将描述各种定向显示装置的结构和操作。在该描述中，共同的元件具有共同的标号。注意到，与任何元件相关的公开内容适用于其中相同的或对应的元件被提供的每个装置。因此，为了简洁起见，这样的公开内容不被重复。
[0168]
现在将描述诸如用于车辆的可切换隐私显示器。
[0169]
图1是图示说明用于供车辆中的乘客使用的隐私显示装置100的顶视图的示意图。车辆可以包含例如图1的汽车650或火车、轮船和飞机。图1的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0170]
显示装置100被布置在乘客信息显示器(pid)地点上(用于左手驾驶的车辆的右手侧上)，其中光线445、447分别被输出到用户45和用户47。
[0171]
在第一操作模式(即隐私模式)下，显示装置100被布置用于供同轴199地点附近的前面的乘客45观看，并且禁止供驾驶者47观看。
[0172]
期望的是，乘客45可以在没有使驾驶者47分心的图像的情况下观看诸如娱乐的信息，也就是说，隐私模式是指低驾驶者分心模式。该模式与其中当车辆在运动中时、乘客显示器关闭以防止驾驶者分心的模式相比。更具体地，为了使在标称的驾驶者位置处、以及当驾驶者在驾驶时靠向显示器时这两种情况下，令人分心的图像对于驾驶者47的可见性最小化，期望的是使在从光轴199朝向驾驶者47的方向上、与光轴199成大于30
°
、并且优选地大于25
°
的角度α处的安全性因子s最大化。此外，期望的是对于与光轴199至少成角度β的极角，实现高安全性因子s。
[0173]
进一步地，在隐私模式的低杂散光功能中，可能期望的是以期望的亮度向乘客45提供图像，同时对于车辆内的反射表面和散射表面降低亮度。有利地，车辆650的内表面的明亮度在夜间操作期间可以被降低，从而减轻驾驶者分心。此外，增大面积显示器可以被提供，同时在车辆650座舱内保持期望地低的水平的杂散照明。
[0174]
在第二模式(即共享模式)下，显示装置100被布置用于供离轴地点上的驾驶者47观看。这样的用途可以用于当观看显示器内容是安全的时(如当车辆静止或者内容是适当的(如地图或仪表数据)时)的场合。
[0175]
现在将描述可以实现图1的显示装置100的期望的特性的说明性结构。
[0176]
图2是图示说明包括透射空间光调制器48的可切换隐私显示装置100的前透视图的示意图；并且图3a是图示说明针对图2的隐私显示装置100的组件的取向方位的前透视图的示意图。图2和图3a的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0177]
显示装置100包括背光源20、透射空间光调制器48、显示偏振器210，背光源20被布置为输出光444、446，透射空间光调制器48被布置为接收来自背光源20的输出光，显示偏振器210被布置在空间光调制器48的一侧上，显示偏振器210是线性偏振器。
[0178]
第一附加偏振器318a被布置在空间光调制器48的与显示偏振器210相同的侧上，第一附加偏振器318a是线性偏振器；至少一个第一极控制延迟器300a被布置在第一附加偏振器318a和显示偏振器210之间，第二附加偏振器318b，第二附加偏振器318b是线性偏振器；以及至少一个第二极控制延迟器300b。
[0179]
在图2的实施方案中，显示偏振器是被布置在空间光调制器48的输入侧上的输入
显示偏振器210。第一附加偏振器318a被布置在空间光调制器48的与输入显示偏振器210相同的侧上，第一附加偏振器318a是线性偏振器。至少一个第一极控制延迟器300a被布置在第一附加偏振器318a和输入显示偏振器210之间。第二附加偏振器318b被布置在空间光调制器48的与第一附加偏振器318a相同的侧上、第一附加偏振器318a的外侧(在第一附加偏振器318a的输入侧上)。至少一个第二极控制延迟器300b被布置在第一附加偏振器318a和第二附加偏振器318b之间。
[0180]
在图19a的实施方案中，显示偏振器是被布置在空间光调制器48的输出侧上的输出显示偏振器218。第一附加偏振器318a被布置在空间光调制器48的如显示偏振器218的输出侧上，第一附加偏振器318a是线性偏振器。至少一个第一极控制延迟器300a被布置在第一附加偏振器318a和显示偏振器218之间，并且第二附加偏振器318b被布置在空间光调制器48的与第一附加偏振器318a相同的侧上、第一附加偏振器318a的外侧(在第一附加偏振器318a的输出侧上)。至少一个第二极控制延迟器300b被布置在第一附加偏振器318a和第二附加偏振器318b之间。
[0181]
在本公开中，空间光调制器48可以包括液晶显示器，液晶显示器包括基板212、216和具有红色像素220、绿色像素222和蓝色像素224的液晶层214。空间光调制器48具有在其相对侧的输入显示偏振器210和输出显示偏振器218。输出显示偏振器218被布置为对来自空间光调制器48的像素220、222、224的光提供高消光比。典型的偏振器210、218可以是吸收偏振器，如二向色偏振器，如拉伸pva上的碘偏振器。
[0182]
背光源设备20包括后反射器3和包括第一波导1a和第二波导1b的波导布置、以及光学转向膜组件50，光学转向膜组件50被布置为接收从波导1a、1b离开的光并且将从波导1a、1b离开的光导引通过空间光调制器48。
[0183]
波导1a、1b每个都包括分别被布置在第一光引导表面6a、8a和第二光引导表面6b、8b之间的输入端2a、2b。
[0184]
光源阵列15a、15b被布置为分别将输入光输入到波导1a、1b的输入端2a、2b中。
[0185]
光学堆叠5可以包括漫射器以及其他的已知的光学背光源结构(如再循环偏振器(未被示出))。可以包括例如不对称的表面凹凸特征的不对称漫射器可以被提供在光学堆叠5中，此时与侧向方向相比，仰角方向上的增大的漫射可以被提供。有利地，图像均匀性可以被提高。
[0186]
显示设备100进一步包括被布置在空间光调制器48和输入显示偏振器210之间的附加偏振器318a、318b。偏振器318a、318b、318可以是吸收二向色偏振器，如拉伸pva上的碘偏振器。
[0187]
显示输入偏振器210和附加偏振器318a、318b分别具有与输出偏振器218透射方向219平行并且正交的电矢量透射方向211、319a、319b。
[0188]
极控制延迟器300a被布置在显示偏振器210和第一附加偏振器318a之间，极控制延迟器300a包含可切换液晶延迟器301a，可切换液晶延迟器301a包括液晶材料的层214a。至少一个第一极控制延迟器300a和至少一个第二极控制延迟器300b中的每个都包括各自的可切换液晶延迟器301a、301b，可切换液晶延迟器301a、301b包括液晶材料414a、414b的层314a、314b以及两个表面取向层417aa、417ab和417ba、417bb，两个表面取向层417aa、417ab和417ba、417bb被设置为与液晶材料414a、414b的层314a、314b相邻并且在其相对侧
上。
[0189]
极控制延迟器300b被布置在附加偏振器318a、318b之间，极控制延迟器300b包含可切换液晶延迟器301b，可切换液晶延迟器301b包括液晶材料的层214b。
[0190]
更普遍地，极控制延迟器300a、300b包括：(i)可切换液晶延迟器301a、301b，可切换液晶延迟器301a、301b包括被布置在透明支撑基板312a、312b、316a、316b之间的液晶材料的层314a、314b；以及(ii)至少一个无源补偿延迟器330a、330b。
[0191]
背光源20包括一对波导1a、1b和各自的对准的光源15a、15b，对准的光源15a、15b被布置为分别将输出照明提供到分别朝向乘客45和驾驶者47的标称方向445、447中。下文中将参照图13a来进一步描述背光源20的结构和操作。
[0192]
分别朝向乘客45和驾驶者47的光线445、447的光输出的极坐标分布可以被漫射器进一步修改，漫射器包含被布置在背光源20的转向膜50的后面的漫射器5。
[0193]
图2的显示装置100的结构不在输出显示偏振器218的后面提供进一步的光学控制层。有利地，低反射率可以被实现以用于增强汽车座舱中的美学外观，例如通过在偏振器218的输出表面上使用抗反射涂层，或者通过将显示器粘合到另外的基板(未被示出)，在另外的基板的输出表面上包括抗反射涂层。
[0194]
现在将描述图2和图3a的隐私显示装置100的光学堆叠的取向方位。
[0195]
对于图2的光源输入15a、15b，由于波导1和/或转向膜组件50处的菲涅耳(fresnel)反射，背光源20的输出可以具有部分偏振的输出。更高的透射可以用于来自背光源20的水平的输出光的电矢量方向。背光源20被布置为对具有水平偏振器透射方向319b的附加偏振器318b进行照明。有利地，效率被提高。
[0196]
下文中将针对图11a-d和图12a-b来进一步详细描述液晶延迟器301a、301b的结构。
[0197]
在图3a的说明性实施方案中，液晶延迟器301b包括取向层417ba，取向层417ba在相邻的液晶材料414b中提供垂面取向，垂面取向具有在取向层417ba的平面中的与水平方向成角度θ
ba
倾斜的取向分量419bap。
[0198]
液晶延迟器301b进一步包括取向层417bb，取向层417bb在相邻的液晶材料414b中提供垂面取向，垂面取向具有在取向层417bb的平面中的以角度θ
bb
倾斜的取向分量419bbp，角度θ
bb
提供分量419bbp相对于取向分量419bap的反平行取向。
[0199]
无源c板延迟器330b具有在延迟器330b的平面外的光轴方向331b。
[0200]
附加偏振器318a具有平行于方向318b的水平偏振器透射方向319b。
[0201]
液晶延迟器301a包括取向层417aa和取向层417ab，取向层417aa在相邻的液晶材料414a中提供均匀取向，均匀取向具有在取向层417aa的平面中的与水平方向(x轴)成角度θ
aa
倾斜的取向分量419aap，取向层417ab在相邻的液晶材料414a中提供沿面取向，沿面取向具有在取向层417ab的平面中的与水平方向成角度θ
aa
倾斜的取向分量419abp，以使得分量419abp反平行于分量419aap。
[0202]
无源a板延迟器330ab具有成45
°
(从水平方向逆时针测量)的光轴方向，并且无源a板延迟器330aa具有成45
°
的光轴方向。相交a板延迟器330aa、330ab提供随着侧向角的不对称的透射变化。有利地，相交a板延迟器的序列被提供来使朝向图1的驾驶者47的方向上的离轴亮度降低最大化。相交a板延迟器330aa、330ab的序列可以在意图用于左手驾驶和右手
驾驶者操作的汽车的显示器中被交换以实现期望的降低的安全性级别。
[0203]
在其他实施方案(未被图示说明)中，a板无源延迟器330aa、330ab可以从各自的方位331aa、331ab被顺时针旋转角度90
°‑
θa。
[0204]
显示偏振器包括空间光调制器48的输入偏振器210，输入偏振器210具有平行于附加偏振器318a、318b的电矢量透射方向的电矢量透射方向211。有利地，透射效率被提高。图3a的布置可以被提供来使得能够实现(i)从部分偏振的背光源20输入的光的高效率以及(ii)来自显示器的被提供用于与偏振的太阳镜一起使用的偏振输出方向。
[0205]
空间光调制器48进一步包括显示输出偏振器218。图2和图3a的输出偏振方向219被布置为有利地对显示器用户佩戴的偏振的太阳镜实现高透射。
[0206]
现在将描述偏振器210、218、318a、318b电矢量透射方向211、219、319a、319b的可替代布置。
[0207]
图3b是图示说明针对图2的隐私显示器的组件的取向方位的前透视图的示意图，其中偏振器318b、318b、210、218的电矢量透射方向319b、319a、211、219与图3a的方位相比被旋转90度。图3b的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0208]
在当前的实施方案中，偏振器318a、318b可以具有与y轴平行或正交的电矢量透射轴。描述具有水平电矢量透射方向319a、319b的偏振器的实施方案(如图3a)；和描述具有垂直电矢量透射方向319a、319的偏振器的实施方案(如图3b)，相同的或类似的性能将被实现。偏振器方位的选择将被布置为针对空间光调制器偏振器210、218电矢量透射方向211、219提供期望的偏振器电矢量透射方向319a、319b。
[0209]
图3c是图示说明针对图2的隐私显示器的组件的取向方位的前透视图的示意图，其中空间光调制器48的偏振器210、218的电矢量透射方向与图3b的方位相比被旋转45度。图3c的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0210]
在图3c的说明性实施方案中，图3b的显示偏振器210、218与水平线成45
°
，例如用于与空间光调制器48中的扭曲向列型lcd模式一起使用。半波板208被布置为与显示输入偏振器210串联、与光轴方向209成67.5
°
的角度。半波板208提供以提供相移，以使得从延迟器330aa入射到各自的偏振器210上的偏振态被以最大效率透射。
[0211]
在可替代实施方案中，偏振器210、218、318a、318b中的一个或更多个的电矢量透射方向可以被提供在除了0度或90度的角度处，其中进一步的半波板208被布置为使得半波板和各自的偏振器的组合提供通过显示装置100的光学堆叠的最大透射。
[0212]
图3d是图示说明针对图2的隐私显示装置100的组件的取向方位的前透视图的示意图，其中附加偏振器318a的电矢量透射方向319a与各自的取向层417aa、417ab的平面中的预倾角419a的分量419aap、419abp的第一对420a反平行方向正交；并且附加偏振器318b的电矢量透射方向319b与各自的取向层417ba、417bb的平面中的预倾角419b的分量419bap、419bbp的第二对420b反平行方向正交。图3d的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0213]
图3d的可替代实施方案与图3a的实施方案的不同之处在于，第一极控制延迟器
300a的相交a板补偿延迟器330aa、330ab被省略，并且c板补偿延迟器330a被提供。有利地，厚度被降低。在另一方面，对420a、420b垂直对准。有利地，与图3a的被旋转的对420a、420b相比，制造和组装的复杂性被降低。在可替代实施方案(未被示出)中，对420a、420b中的一个可以被关于与各自的附加偏振器318a、318b的电矢量透射方向319a、319b平行或正交的方向旋转，并且对中的另一个可以不被关于与各自的附加偏振器318a、318b的电矢量透射方向319a、319b平行或正交的方向旋转。有利地，如下文中将进一步描述的，制造和组装的复杂性中的一些被降低，同时安全性因子s被提高。
[0214]
现在将描述用于图2的隐私显示装置100的控制系统。
[0215]
图4是图示说明用于图2的可切换隐私显示器的控制系统的前透视图的示意图。图4的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0216]
图2的显示装置100进一步包括显示控制器356，显示控制器356被布置为独立地控制光源15a、15b控制器354、液晶延迟器314a、314b控制器352、以及可选地空间光调制器48像素层214显示驱动器358。
[0217]
极控制延迟器300a、300b的控制借助于驱动器350a、350b来实现以改变液晶层314a、314b上的操作电压。控制器352被提供来控制驱动器350a、350b和控制器354，控制器354进一步控制光源15、17的驱动。换句话说，控制器352被提供来控制驱动器350a、350b，驱动器350a、350b分别提供延迟器314a、314b电极413a、415a和413b、415b上的被控电场。
[0218]
控制器354如本文中其他地方描述的那样控制光源15a、15b的驱动。
[0219]
进一步的传感器(未被示出)可以被提供，并且下文中的图4的隐私显示控制系统可以被布置为提供由驾驶者的操作条件确定的适当的共享或隐私操作，以实现隐私显示装置100的安全操作。
[0220]
显示装置100被布置为显示图像并且至少在共享模式和隐私模式下能够操作，其中在隐私模式下，隐私功能被提供，并且与共享模式相比，图像对于离轴观看者的可见性被降低，并且在隐私模式和共享模式这两种模式下，图像对于同轴位置上的主要用户的可见性保持可见。控制系统350、352、354在共享模式或隐私模式下对于显示的图像的至少一个区域(通常整个显示的图像)选择性地操作显示装置100。电极413a、415a和413b、415b的至少一部分可以被图案化以使得一些电极图案区域在隐私模式下操作，并且其他部分在共享模式下操作。单独的驱动器350可以被提供用于每个各自的电极图案化区域。
[0221]
现在将参照图2和图13a中示出的类型的背光源20来描述图2的说明性背光源20的输出的说明性极坐标曲线。
[0222]
图5a是图示说明针对主要操作来将光导引到乘客45的图2的说明性背光源20(也就是说，光源15a被照明，并且光源15b不被照明)的亮度输出的模拟极坐标变化的示意图。
[0223]
如下文中的图5a和图6a中所图示说明的，背光源20至少在第一操作模式下具有第一亮度分布，第一亮度分布具有输出亮度曲线，输出亮度曲线具有至多为40度、优选地至多30度并且最优选地至多20度的全宽半高349。
[0224]
有利地，大多数光在方向445上被导引向乘客45，并且亮度的高抑制在方向447上、在驾驶者47中被实现。对于乘客45照明的高功率效率被实现。然而，如下文中将进一步描述的，这样的照明曲线不足以实现期望的安全性因子s。
[0225]
图5b是图示说明针对主要操作来将光导引到驾驶者47的图2的说明性可替代背光源20(也就是说，光源15b被照明，并且光源15a不被照明)的亮度输出的极坐标变化的示意图。有利地，大多数光在方向447上被导引向驾驶者47，并且低亮度在乘客45方向上被实现。对于驾驶者47照明的高功率效率在光源15b被照明的操作模式下被实现。
[0226]
图5c是图示说明针对操作来将光导引到乘客45和将光导引到驾驶者47的图2的说明性背光源20(也就是说，两个光源15a、15b都被照明)的亮度输出的极坐标变化的示意图；并且图5d是图示说明针对在共享模式下操作来将光导引到乘客和驾驶者的图5c的可替代背光源曲线的零仰角处的相对亮度输出的变化的示意图。如例如下文中参照图13a将描述的，这样的曲线可以由背光源20提供。
[0227]
背光源20在第二操作模式下具有第二亮度分布，第二亮度分布具有输出亮度曲线，输出亮度曲线具有亮度的第一最大值320和第二最大值322，第一最大值320和第二最大值322在具有它们之间的亮度的最小值324的不同的第一极坐标地点445和第二极坐标地点447处。最小值324的亮度期望地至多为第一最大值和第二最大值的亮度的25％。
[0228]
图5d的曲线具有朝向极坐标地点445附近的乘客45的第一峰320。曲线进一步具有朝向极坐标地点447附近的驾驶者47的第二峰322。在峰320、322之间，亮度最大值324被提供在极角α附近。在隐私模式下的操作中，峰322不被照明。期望的是使角度α的区域中的亮度最大化。被布置为提供峰322的光学结构将对来自提供峰320的光学结构的光提供期望的散射。
[0229]
有利地，可以被驾驶者47和乘客45这二者观察的显示装置100可以被提供。
[0230]
图5d和图13a的实施方案有利地在隐私操作模式下实现低散射，并且在最小值324附近实现降低的亮度。有利地，隐私模式下的安全性因子被提高。
[0231]
现在将沿着零仰角的侧向轴来描述表1的说明性显示装置100的输出的极坐标曲线和在隐私模式下操作的图5a的背光源20曲线。
[0232][0233]
表1
[0234]
针对第二极控制延迟器300b考虑表1，表面取向层417ba、417bb中的每个都被布置为在相邻的液晶材料414b中提供垂面取向。针对第一极控制延迟器300a，两个表面取向层417aa、417ab都被布置为在相邻的液晶材料414a中提供均匀取向。
[0235]
在如下文中将针对第一极控制延迟器300a进一步描述的可替代实施方案中，两个表面取向层417aa、417ab都被布置为在相邻的液晶材料414a中提供垂面取向；并且针对第二极控制延迟器300b，表面取向层417ba、417bb中的每个都被布置为在相邻的液晶材料414b中提供沿面取向。
[0236]
换句话说，针对至少一个第一极控制延迟器300a和至少一个第二极控制延迟器300b中的一个，两个表面取向层417aa、417ab或417ba、417bb分别被布置为在相邻的液晶材料中提供均匀取向。针对至少一个第一极控制延迟器300a和至少一个第二极控制延迟器300b中的另一个，两个表面取向层417aa、417ab或417ba、417bb分别被布置为在相邻的液晶材料中提供垂面取向。
[0237]
至少一个第一极控制延迟器300a和至少一个第二极控制延迟器300b中的所述一个的可切换液晶延迟器301a、301b对波长550nm的光具有延迟，延迟具有第一延迟值，并且至少一个第一极控制延迟器300a和至少一个第二极控制延迟器300b中的所述另一个的可切换液晶延迟器301a、301b对波长550nm的光具有延迟，延迟具有第二延迟值，第一延迟值和第二延迟值是不同的，第一延迟值和第二延迟值之间的差值的幅值为第一延迟值和第二延迟值的平均值的至少10％。
[0238]
在可替代实施方案中，第一延迟值和第二延迟值之间的差值的幅值为第一延迟值和第二延迟值的平均值的至少25％。至少一个第一极控制延迟器300a和至少一个第二极控制延迟器300b中的所述另一个在背光源20和透射空间光调制器48之间。至少一个第一极控制延迟器300a和至少一个第二极控制延迟器300b中的所述一个在至少一个第一极控制延迟器300a和至少一个第二极控制延迟器300b中的所述另一个的输出侧上。
[0239]
现在将进一步描述表1的第一极控制延迟器300a和第二极控制延迟器300b的性质。针对液晶材料414a的层314a的第一延迟值大于针对液晶材料414b的层314b的第二延迟值，其中第一延迟值在500nm到2000nm的范围内，优选地在700nm到1500nm的范围内，并且第二延迟值在350nm到900nm的范围内，优选地在500nm到850nm的范围内。
[0240]
第一极控制延迟器300a进一步包括一对无源单轴延迟器330a、330b，无源单轴延迟器对330a、330b分别具有在延迟器330a、330b的平面中的相交的光轴331a、331b，其中每个无源延迟器330aa、330ab对波长550nm的光具有在300nm到1500nm的范围内的、优选地在500nm到1200nm范围内的延迟。
[0241]
第二极控制延迟器300b包括无源单轴延迟器330b，无源单轴延迟器330b具有其垂直于延迟器330b的平面的光轴331b，并且对波长550nm的光具有在-250nm到-850nm的范围内、优选地在-400nm到-800nm范围内的延迟。
[0242]
现在将考虑平面内取向方向。至少一个第一极控制延迟器300a的所述表面取向层417aa、417ab具有预倾角419aa、419ab，预倾角419aa、419ab具有预倾角方向，预倾角方向具有在液晶材料414a的层314a的平面中的、在如本文中其他地方描述的第一对420a反平行方向上的分量419aap、419abp，第一对420a反平行方向对于270
°
的419aap，由角度θ
aa
提供，对于90
°
的419abp，由角度θ
ab
提供。
[0243]
考虑图3a，偏振器318a具有水平电矢量透射方向319a，水平电矢量透射方向319a具有沿着0
°
和180
°
处的轴线的方位。第一对420a反平行方向与第一附加偏振器318a的电矢量透射方向319a正交。
[0244]
考虑图3b，偏振器318a具有垂直电矢量透射方向319a，垂直电矢量透射方向319a具有沿着90
°
和270
°
处的轴线的方位。第一对420a反平行方向与第一附加偏振器318a的电矢量透射方向319a平行。
[0245]
至少一个第二极控制延迟器300b的所述表面取向层417ba、417bb具有预倾角419ba、419bb，预倾角419ba、419bb具有预倾角方向，预倾角方向具有在液晶材料414b的层314b的平面中的、在如本文中其他地方描述的第二对420b反平行方向上的分量419bap、419bbp，第二对420b反平行方向对于419bap，由角度θ
ba
提供，并且对于419bbp，由角度θ
bb
提供。第二对420b反平行方向与第二附加偏振器318b的电矢量透射方向319b平行或正交。
[0246]
图6a是图示说明针对主要操作来将光导引到乘客45的图2的说明性背光源20的零仰角处的相对亮度输出的变化的示意图。对于驾驶者47地点的期望的区域347被图示说明，在区域347范围内，图像安全性因子s可以被提供来实现可接受地低的驾驶者47分心。
[0247]
图6b是图示说明针对表1的说明性实施方案的、在隐私模式下操作的图2的被布置在平行的偏振器318a、210之间的极控制延迟器300a的零仰角处的相对透射的变化的示意图。这样的曲线在透射最大值348a处、-40
°
周围具有消光，然而，极控制延迟器300a在更高和更低角度处的消光小于如下面将进一步描述的对于在区域347上实现高图像安全性因子
s将期望的消光。
[0248]
图6c是图示说明针对表1的说明性实施方案的、在隐私模式下操作的图2的被布置在平行的偏振器318b、3318a之间的极控制延迟器300b的零仰角处的相对透射的变化的示意图。曲线在透射最小值348处、-50
°
周围实现高亮度消光，然而较靠近光轴199实现高透射。
[0249]
极控制延迟器300a的lc层314a的延迟高于极控制延迟器300b的lc层314b的延迟，以实现透射最小值的不同的极坐标地点。曲线在较高的观看角度处实现高亮度消光，然而较靠近光轴实现高透射。
[0250]
因此，来自图6a-c中描述的组件中的每个的贡献的倍增效应实现了必要的抑制水平来防止驾驶者47分心。
[0251]
图6d是图示说明针对表1的说明性实施方案的、针对图2的显示装置100的零仰角处的相对亮度输出的以10为底的对数的变化的示意图。显示装置100被布置为将光导引到乘客并且在隐私模式下操作，其中图6a的背光源20曲线具有分别由延迟器300a、300b和偏振器318a、318b提供的图2b-15c的附加的透射曲线。这样的曲线图示说明亮度与小于1％的峰值亮度之比可以在整个驾驶者区域347上被实现。因此，用于第一极延迟器300a和第二极延迟器300b的透射最小值的不同的极坐标地点实现了区域347的显著增大的尺寸，对于区域347，当被与可实现的背光源20亮度曲线组合使用时，期望地高的安全性因子被实现。
[0252]
现在将描述针对表1的极控制延迟器300a、300b的极坐标曲线。
[0253]
图7a是图示说明针对具有(参照图2)取向层417aa、417ab的第一极控制延迟器300a的透射的极坐标变化的示意图，取向层417aa、417ab被布置为提供与水平方向(x轴)分别成90
°
或270
°
的角度θa的取向方向419aap、419abp；并且图7b是图示说明针对具有(参照图2)取向层417ba、417bb的第二极控制延迟器300b的透射的极坐标变化的示意图，取向层417ba、417bb被布置为提供与水平方向(x轴)分别成90
°
或270
°
的角度θb的取向方向419bap、419bbp。
[0254]
图7c是图示说明针对具有图5a的背光源20亮度和图7a-b的极控制延迟器300a、300b透射曲线的图2的显示装置的在隐私操作模式下的安全性因子s的极坐标变化的示意图，其中以nit为单位测量的值y
最大
的显示正面亮度为以lux为单位测量的值i的照度的一半。说明性驾驶者头框(headbox)区域347被示出。
[0255]
在头框(驾驶者观看)区域347的大部分中，期望地高的安全性因子s被提供，并且低驾驶者分心有利地被实现。然而，在头框区域347的一部分中，特别是在驾驶者47靠向显示装置100并且靠近图1的角度α的地方，安全性因子降至1.0以下，并且显示数据可能开始可见或令人分心。
[0256]
在可替代的说明性实施方案中，第一极控制延迟器300a和第二极控制延迟器300b被如表2中描述的那样提供。与表1相比，具有沿面取向层417aa、417ab的极控制延迟器300a包括c板330a，而不是相交a板330aa、330ab。
[0257][0258]
表2
[0259]
现在将进一步描述表2的第一极控制延迟器300a和第二极控制延迟器300b的性质。表2的第二无源延迟器330b的第一液晶延迟器301a和第二液晶延迟器301b的延迟性质与表1是相同的。无源延迟器330a包括无源单轴延迟器，无源单轴延迟器具有其垂直于延迟器330a的平面的光轴并且对波长550nm的光具有在-300nm到-1700nm的范围内、优选地在-500nm到-1200nm范围内的延迟。
[0260]
图7d是图示说明针对表2的第一极控制延迟器300a在隐私操作模式下的透射的极坐标变化的示意图；并且图7e是图示说明针对图2的显示装置100(具有代替相交a板330aa、330ab的c板330a)以及图5a、图7b和图7d的曲线的在隐私操作模式下的安全性因子s的极坐标变化的示意图，其中以nit为单位测量的值y
最大
的显示正面亮度为以lux为单位测量的值i的照度的一半。
[0261]
光学堆叠的厚度有利地被降低。如下文中将进一步描述的，与表1的说明性实施方案相比，在共享模式下被提供给驾驶者的图像的颜色可以有利地在极区上具有比通过表3的a板延迟器330aa、330ab所实现的色差小的色差。
[0262]
可能期望的是进一步提高靠近角度α的区域347中的安全性因子s。在可替代实施方案中，第一极控制延迟器300a和第二极控制延迟器300b被如表3中所描述的那样提供。
[0263][0264]
表3
[0265]
极控制延迟器300a、300b中的每个的延迟与表1中提供的延迟相同。现在将考虑表3的平面内取向方向。
[0266]
至少一个第一极控制延迟器300a的所述表面取向层417aa、417ab具有预倾角419aa、419ab，预倾角419aa、419ab具有预倾角方向，预倾角方向具有在液晶材料414a的层314a的平面中的、在如本文中其他地方描述的第一对420a反平行方向上的分量419aap、419abp，第一对420a反平行方向对于419aap，由角度θ
aa
提供，并且对于419abp，由角度θ
ab
提供。第一对420a反平行方向以具有至多20
°
的幅值的量与所述第一附加偏振器318a的电矢量透射方向319a平行或正交成角度φa的角度偏移。
[0267]
至少一个第二极控制延迟器300b的所述表面取向层417ba、417bb具有预倾角419ba、419bb，预倾角419ba、419bb具有预倾角方向，预倾角方向具有在液晶材料414b的层314b的平面中的、在如本文中其他地方描述的第二对420b反平行方向上的分量419bap、419bbp，第二对420b反平行方向对于419bap，由角度θ
ba
提供，并且对于419bbp，由角度θ
bb
提供。第二对420b反平行方向以具有至多20
°
的幅值的量与所述第二附加偏振器318b的电矢量透射方向319b平行或正交成角度φb的角度偏移。
[0268]
图8a是图示说明针对具有被旋转的取向层417aa、417ab的第一极控制延迟器300a
的透射的极坐标变化的示意图；并且图8b是图示说明针对具有被旋转的取向层417ba、417bb的第二极控制延迟器300b的透射的极坐标变化的示意图。
[0269]
与表1、表3相比，取向层417aa、417ab、417ba、417bb被布置为提供与水平线分别成85
°
或265
°
的角度θa、θb(并且因此，在各自的取向层417的平面中被旋转)的取向方向419aap、419abp。
[0270]
图8c是图示说明针对图2的显示装置、图5a的背光源20亮度曲线和图8a-b的极控制延迟器300a、300b透射曲线的在隐私操作模式下的安全性因子s的极坐标变化的示意图，其中以nit为单位测量的值y
最大
的显示正面亮度为以lux为单位测量的值i的照度的一半。
[0271]
图8c图示说明在区域347的极坐标地点内，比图7c中的安全性因子s更高的安全性因子s被实现，特别是在角度α附近的区域中。有利地，安全性因子s被提高到当驾驶者尝试看向显示器时、图像对于驾驶者不可见的水平。这样的布置实现对于从标称的坐落位置的驾驶者47位置变化期望的安全性提高。
[0272]
现在将描述在共享模式下的说明性性能。
[0273]
图9a是图示说明针对表1的第一极控制延迟器300a在共享操作模式下的透射的极坐标变化的示意图；图9b是图示说明针对表1的第二极控制延迟器300b在共享操作模式下的透射的极坐标变化的示意图。与图7a、图7b、图8a和图8b的曲线相比，针对高透射的极区的尺寸被大幅度增大。
[0274]
图9c是图示说明针对图2的显示装置和图5c、图9a-b的曲线的在共享操作模式下的安全性因子s的极坐标变化的示意图，其中以nit为单位测量的值y
最大
的显示正面亮度为以lux为单位测量的值i的照度的一半。有利地，高图像可见性(低安全性因子s)的区域被提供在区域347中、标称的驾驶者47地点和光轴199附近的标称的乘客45地点周围。
[0275]
将期望的是提供具有减小的颜色变化和降低的功耗的共享操作模式。在可替代的说明性实施方案中，第一极控制延迟器300a和第二极控制延迟器300b被如表4中所描述的那样提供。与表3相比，a板延迟器330aa、330ab被替换为c板延迟器330a。
[0276][0277]
表4
[0278]
现在将进一步描述表4的第一极控制延迟器300a和第二极控制延迟器300b的性质。针对液晶材料414a的层314a的第一延迟值小于针对液晶材料414b的层314b的第二延迟值，其中第一延迟值在350nm到1000nm的范围内，优选地在500nm到900nm的范围内，并且第二延迟值在650nm到2800nm的范围内，优选地在1000nm到2000nm的范围内。无源延迟器330a具有其垂直于延迟器330a的平面的光轴，并且对波长550nm的光具有在-250nm到-800nm的范围内、优选地在-300nm到-700nm范围内的延迟。第二极控制延迟器300b包括无源单轴延迟器330b，无源单轴延迟器330b具有其垂直于延迟器的平面的光轴，并且对波长550nm的光具有在-400nm到-2400nm的范围内、优选地在-700nm到-1700nm范围内的延迟。
[0279]
图10a是图示说明针对表4的第一极控制延迟器300a在隐私操作模式下的透射的极坐标变化的示意图；图10b是图示说明针对表4的第二极控制延迟器300b在隐私操作模式下的透射的极坐标变化的示意图。与表3相比，对于表4的实施方案，第一极控制延迟器300a包括与相交a板330aa、330ab相比的c板330a。进一步地，极控制延迟器300a的lc层314a的延迟低于极控制延迟器300b的lc层314b的延迟。通过比较，对于表3，极控制延迟器300a的lc层314a的延迟高于极控制延迟器300b的lc层314b的延迟。
[0280]
图10c是图示说明针对图2的显示装置以及图5a和图10a-b的曲线的在隐私操作模式下的安全性因子s的极坐标变化的示意图，其中以nit为单位测量的值y
最大
的显示正面亮
度为以lux为单位测量的值i的照度的一半。透射最小值的地点对于两个极控制延迟器300a、300b是不同的，以有利地在小的极角α和大的极角β处实现亮度降低。
[0281]
图10d是图示说明针对表4的第一极控制延迟器在共享操作模式下的透射的极坐标变化的示意图；并且图10e是图示说明针对表4的第二极控制延迟器在共享操作模式下的透射的极坐标变化的示意图。与图9a-b比较来考虑图10d-e，针对高透射的极区在共享模式下被增大。有利地，极区上的颜色的变化被减小。输出颜色随着极角的变化被减小，并且在共享模式下的视觉外观有利地针对汽车650座舱中的各种观看位置被改进。进一步地，对于共享模式的用于第一极控制延迟器300a的驱动电压为零伏，并且在共享模式下的功耗被提高。增大的透射可以在更高的极角处被实现。
[0282]
在可替代的说明性实施方案中，第一极控制延迟器300a和第二极控制延迟器300b被如表5中所描述的那样提供。与表1相比，具有沿面取向层417aa、417ab的极控制延迟器300a具有比具有垂面取向层417ba、417bb的极控制延迟器300b低的延迟。
[0283][0284]
表5
[0285]
现在将进一步描述表5的第一极控制延迟器300a和第二极控制延迟器300b的性质。针对液晶材料414a的层314a的第一延迟值小于针对液晶材料414b的层314b的第二延迟
值，其中第一延迟值在350nm到1000nm的范围内，优选地在500nm到900nm的范围内，并且第二延迟值在650nm到2800nm的范围内，优选地在1000nm到2000nm的范围内。
[0286]
第二极控制延迟器300b包括无源单轴延迟器330b，无源单轴延迟器330b具有其垂直于延迟器的平面的光轴，并且对波长550nm的光具有在-400nm到-2400nm的范围内、优选地在-700nm到-1700nm范围内的延迟。
[0287]
第一极控制延迟器300a的至少一个无源补偿延迟器包括一对无源延迟器330a、330b，无源延迟器对330a、330b具有在延迟器330a、330b的平面中的相交的光轴331a、331b，并且每个都对波长550nm的光具有在300nm到900nm的范围内、优选地在400nm到800nm范围内的延迟。
[0288]
图10f是图示说明针对表5的第一极控制延迟器300a在隐私操作模式下的透射的极坐标变化的示意图；图10g是图示说明针对表5的第二极控制延迟器300b在隐私操作模式下的透射的极坐标变化的示意图；并且图10h是图示说明针对图2的显示装置以及图5a、图10f和图10g的曲线的在隐私操作模式下的安全性因子s的极坐标变化的示意图，其中以nit为单位测量的值y
最大
的显示正面亮度为以lux为单位测量的值i的照度的一半。与图7c的布置相比，角度α附近的安全性因子的一些提高有利地被提供。
[0289]
现在将进一步详细描述用于在本文中其他地方描述的实施方案的延迟器300a、300b中使用的液晶取向的布置。
[0290]
图11a是在侧透视图中图示说明极控制延迟器300的结构的示意图，其中极控制延迟器300包括无源c板延迟器330和包括两个沿面取向层417a、417b的有源液晶层314，其中取向层的预倾角方向具有在取向层的平面中的反平行的分量419ap、419bp。图11a的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0291]
电极413、415被布置为从驱动器350在层314中的整个液晶材料414上施加电压。在第一被驱动状态下，液晶分子被布置为不对极控制延迟器的法线方向上的输入偏振态提供相位修改，并且对与极控制延迟器300的法线方向成一角度的方向上的输入偏振态提供修改的相位。这样的被驱动状态可以被提供用于隐私模式操作。
[0292]
在第二被驱动状态下，液晶分子被布置为不对极控制延迟器的法线方向上的输入偏振态提供相位修改，并且对与极控制延迟器300的法线方向成一角度的方向上的输入偏振态提供修改的相位。这样的被驱动状态可以被提供用于公共(或共享)模式操作。
[0293]
取向层的预倾角方向419a、419b具有在取向层417a、417b的平面中的反平行的分量。预倾角方向419a、419b是指与所述层相邻的液晶分子421的取向。分量419ap和419bp是平面内分量，并且彼此反平行。预倾角角度分别是方向419a和419ap之间以及方向419b和419bp之间的角度。
[0294]
分量419ap、419bp被定向在取向层的平面中的平行于y轴的第一方向上。
[0295]
图11b是在侧透视图中图示说明极控制延迟器300和包括两个沿面取向层417a、417b的有源液晶层314的结构的示意图，其中极控制延迟器300包括相交a板330a、330b。在可替代实施方案中，无源延迟器330可以包括“相交”a板。图11b的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0296]
在本公开内容中，相交a板是指具有在延迟器的平面中的相交的光轴的一对无源单轴延迟器，如图2中的延迟器330a、330b所图示说明的。
[0297]
图11c是在侧透视图中图示说明极控制延迟器300的结构的示意图，其中极控制延迟器300包括无源c板330和包括两个垂面取向层417a、417b的有源液晶层314，其中取向层417a、417b的预倾角方向419a、419b具有在取向层417a、417b的平面中的反平行的分量419ap、419bp。极控制延迟器300包括相交a板330a、330b。图11c的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0298]
图11d是在侧透视图中图示说明极控制延迟器和包括两个垂面取向层417a、417b的有源液晶层的结构的示意图，其中极控制延迟器300包括c板330。图11d的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。有利地，与图11c的c板330实施方案相比，无源延迟器330a、330b的更高的延迟可以以低成本被提供。
[0299]
在当前的实施方案中，极控制延迟器300a、300b中的一个可以包括图11a的极控制延迟器300，并且极控制延迟器300a、300b中的另一个可以包括图11a-d的极控制延迟器300中的一个。至少一个第一极控制延迟器300a和至少一个第二极控制延迟器300b中的所述另一个的至少一个无源补偿延迟器330或者包括：无源单轴延迟器，无源单轴延迟器具有其垂直于延迟器的平面的光轴；或者包括一对无源单轴延迟器，无源单轴延迟器对具有在延迟器的平面中的相交的光轴。
[0300]
关于至少一个第一极控制延迟器和至少一个第二极控制延迟器中的所述另一个(具有相同类型的取向层)，两个表面取向层都可以被布置为在相邻的液晶材料中提供垂面取向。有利地，与其中两个取向层都具有沿面取向的布置相比，降低的电压和功耗可以在共享模式下被提供。
[0301]
关于至少一个第一极控制延迟器和至少一个第二极控制延迟器中的所述另一个(具有相同类型的取向层)，两个表面取向层都可以被布置为在相邻的液晶材料中提供沿面取向。有利地，与其中两个取向层都具有垂面取向的布置相比，对于施加的压力的缺陷的可见性可以被降低。
[0302]
平行的偏振器之间的极控制延迟器的操作在美国专利号10,126,575和美国专利公开号2019-0086706(案号412101)中被进一步描述，这两篇专利整体通过引用被并入本文中。现在将描述当前的实施方案的复数个极控制延迟器在共享操作模式下的操作。
[0303]
现在将描述极控制延迟器300的结构，极控制延迟器300具有被旋转的取向层以用于针对靠向如关于图8a-c图示说明的隐私显示装置100的驾驶者47的提高的安全性因子。
[0304]
图12a是图示说明极控制延迟器300b的前透视图的示意图，极控制延迟器300b包括具有取向层417ba、417bb的液晶延迟器301b，取向层417ba、417bb具有预倾角方向419ba，预倾角方向419ba具有在液晶材料414b的层314b的平面中的与平行的附加偏振器318a、318b的电矢量透射或吸收方向319a、319b成非零锐角θ
ba
的分量419bap、419bbp。图12a的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0305]
图12a图示说明表面取向层417ba被布置为在相邻的液晶材料414b中提供沿面取
向，所述表面取向层417ba具有所述预倾角，所述预倾角具有预倾角方向419ba，预倾角方向419ba具有在液晶材料414b的层314b的平面中的与附加偏振器318a、318b的电矢量透射方向319a、319b成非零锐角θ
bb
的分量419bap。
[0306]
表面取向层417bb中的另一个被布置为在相邻的液晶材料414b中提供沿面取向。表面取向层417bb中的另一个具有所述预倾角，所述预倾角具有预倾角方向419bb，预倾角方向419bb具有在液晶材料414b的层314b的平面中的与附加偏振器318a、318b的电矢量透射或吸收方向319a、319b成非零角θ
bb
的分量419bbp。因此，表面取向层417ba、417bb中的每个都具有预倾角，预倾角具有预倾角方向419ba、419bb，预倾角方向419ba、419bb具有在液晶材料414b的层314的平面中的与平行的附加偏振器318a、318b的电矢量透射或吸收方向319a、319b成非零锐角θ
ba
、θ
bb
的分量419bap、419bbp。
[0307]
非零角度θb是从垂直方向(y轴)起算的，并且等同于从水平方向(x轴)测量并且在本文中其他地方被提到的角度90-θa、90-θb。
[0308]
更一般地，取向层417ba、417bb中的至少一个可以具有预倾角方向419ba、419bb，预倾角方向419ba、419bb具有在液晶材料414b的层314b的平面中的与附加偏振器318a、318b的电矢量透射或吸收方向319a、319b成非零锐角θ
ba
、θ
bb
的分量419bap、419bbp。
[0309]
图12b是图示说明包括图12a的极控制延迟器的显示器的前视图的示意图。图12b的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0310]
在该示例中，非零锐角θb存在于整个显示装置100上。在没有被另行规定的所有的实施方案中，情况也是如此。然而，更一般地，非零锐角θb存在显示装置100的任何部分上，在这种情况下，上文中描述的技术效果针对该部分被实现。
[0311]
图12b图示说明预倾角方向在表面取向层417bb上的所有位置处都可以是相同的，以使得如将关于图12c-f进一步描述的，表面取向层417ba、417bb每个都具有预倾角，预倾角具有预倾角方向419b，预倾角方向419b具有在液晶材料414b的层314b的平面中的与附加偏振器318a、318b的电矢量透射或吸收方向319a、319b成相同的非零锐角θb的分量419bap、419bbp。
[0312]
在当前的实施方案中，偏振器318a、318b、210具有与y轴平行或正交的透射或吸收轴319a、319b、211。在描述具有水平电矢量透射方向319a、319b、211的偏振器的实施方案中，垂直透射方向319a、319b、211可以被假定为具有相同的或类似的性能，选择取决于对于空间光调制器偏振器210、218电矢量透射方向211、219期望的偏振器方向。
[0313]
图12a-b是指第二极控制延迟器300b。第一极控制延迟器300a可以被以相同的方式认为具有旋转θ
aa
、θ
ab
，旋转θ
aa
、θ
ab
可以与旋转θ
ba
、θ
bb
相同或不同。有利地，提高的图像安全性可以被如本文中其他地方所描述的那样实现。
[0314]
现在将图示说明对于偏振器的取向方向和液晶取向方向的各种替代。
[0315]
图12c是图示说明用于如图1所图示说明的左手驾驶车辆650的垂直偏振器318b电矢量透射方向319b和液晶层314b的平面中的预倾角分量的取向方向419bap、419bbp的前视图的示意图；并且图12d是图示说明用于如图1所图示说明的左手驾驶车辆650的水平偏振器电矢量透射方向和液晶层的平面中的预倾角分量的取向方向的前视图的示意图。图12c-d的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同
的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0316]
在图12c-f的实施方案中，第二极控制延迟器300b的一些元件被描述，并且第二附加偏振器318b被描述。图示说明还可以适用于第一极控制延迟器300a。偏振器318a、318b和各自的显示偏振器210或显示偏振器218可以具有平行的透射方向，或者如图3c所图示说明的，可以与进一步的半波延迟器208配合以在至少一个极角中提供高透射。
[0317]
考虑图12c，偏振器318b具有垂直的(平行于y轴的)电矢量e透射方向319b和水平的(平行于x轴的)电矢量吸收方向b。
[0318]
取向层417ba具有预倾角方向419ba，预倾角方向419ba具有在取向层417ba的平面中的分量方向419bap，分量方向419bap是与向东的方向(正x方向)逆时针成角度θ
ba
倾斜的矢量。分量方向419bap与方向319b成旋转角φ倾斜。
[0319]
取向层417bb具有预倾角方向419bb，预倾角方向419bb具有在取向层417bb的平面中的分量方向419bbp，分量方向419bbp是与向东的方向逆时针成角度θ
bb
倾斜的、反平行于分量419bap的矢量。分量方向419bbp也与方向319成与分量419bbp相同的旋转角φ倾斜。
[0320]
考虑图12d，偏振器318b具有水平的(平行于x轴的)电矢量e透射方向319b和垂直的(平行于y轴的)电矢量吸收方向b。在当前的实施方案中，图12c-12d的布置基本上实现了与上文中针对图3a-c讨论的相同的极透射性能。
[0321]
取向层417ba具有预倾角方向419ba，预倾角方向419ba具有在取向层417ba的平面中的分量方向419bap，分量方向419bap是与向东的方向逆时针成角度θ
ba
倾斜的矢量。分量方向419bap与方向317b成旋转角φ并且与方向319b成旋转角90-φ度倾斜。
[0322]
取向层417bb具有预倾角方向419bb，预倾角方向419bb具有在取向层417bb的平面中的分量方向419bbp，分量方向419bbp是与向东的方向逆时针成角度θ
bb
倾斜的、反平行于分量419bap的矢量。分量方向419bbp也与方向317b成与分量419bbp相同的旋转角φ倾斜。
[0323]
更一般地，第一极控制延迟器300a的所述表面取向层417aa、417ab具有预倾角419aa、419ab，预倾角419aa、419ab分别具有预倾角方向，预倾角方向具有在液晶材料层314a的平面中的、在第一对420a反平行方向上的分量419aap、419abp。第二极控制延迟器300b的所述表面取向层417ba、417bb具有预倾角419ba、419bb，预倾角419ba、419bb分别具有预倾角方向，预倾角方向具有在液晶材料层314b的平面中的、在第二对420b反平行方向上的分量419bap、419bbp。
[0324]
参照图3d和图12d的说明性实施方案，第一对420a平行方向与附加偏振器318a的电矢量透射方向319a正交，并且第二对420b平行方向与附加偏振器318b的电矢量透射方向319b正交。
[0325]
现在将进一步详细描述被旋转的取向方位。
[0326]
参照图3a的实施方案并且对应图12d，第一对420a平行方向以具有至多20
°
的幅值的量与第一附加偏振器318a的电矢量透射方向319a正交成角度偏移，并且第二对420b平行方向以具有至多20
°
的幅值的量φ与第二附加偏振器318b的电矢量透射方向319b正交成角度偏移。
[0327]
参照图3b的实施方案并且对应图12c，第一对420a平行方向以具有至多20
°
的幅值的量与第一附加偏振器318a的电矢量透射方向319a平行成角度偏移，并且第二对420b平行方向以具有至多20
°
的幅值的量φ与第二附加偏振器318b的电矢量透射方向319b平行成角
度偏移。
[0328]
图12e是图示说明用于右手驾驶车辆的垂直偏振器电矢量透射方向和液晶层的平面中的预倾角分量的取向方向的前视图的示意图；并且图12f是图示说明用于右手驾驶车辆的水平偏振器电矢量透射方向和液晶层的平面中的预倾角分量的取向方向的前视图的示意图。图12e-f的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0329]
与图12c-d的实施方案相比，角度α附近的离轴亮度降低被增大，并且有利地，在乘客隐私显示装置100被布置在车辆650的左手侧的情况下，安全性因子s被提高。
[0330]
现在将进一步描述提供针对当前的实施方案的可切换隐私显示装置100的期望的照明特性的各种可替代背光源20的结构和操作。
[0331]
图13a是图示说明图2的可切换背光源20的侧视图的示意图，可切换背光源20包括波导1a、1b、后反射器3和光学转向膜组件50，并且输出具有如图5a-c所图示说明的角度分布的光束445、447；图13b是图示说明用于图13a的背光源20的光学转向膜组件50的前透视图的示意图；并且图13c是图示说明光学转向膜组件50的侧视图的示意图。图13a-c的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0332]
背光源20包括至少一个第一光源15a和至少一个第二光源15b，至少一个第一光源15a被布置为提供输入光444a，至少一个第二光源15b被布置为在与至少一个第一光源15a相反的方向上提供输入光444b。波导布置11包括波导1a、1b，波导布置11被布置为接收来自至少一个第一光源15a和至少一个第二光源b的输入光444a、444b，并且通过破坏全内反射来使来自至少一个第一光源15a和至少一个第二光源15b的光444a、444b从波导布置11离开。
[0333]
波导布置11包括：第一波导1a，第一波导1a跨平面延伸，并且包括：相对的第一光引导表面6a和第二光引导表面8a，第一光引导表面6a和第二光引导表面8a被布置为沿着第一波导1a引导光，第二光引导表面8a被布置为通过全内反射来引导光；以及第一输入端2a，第一输入端2a被布置在第一波导1a的第一光引导表面6a和第二光引导表面8a之间，并且在第一光引导表面6a和第二光引导表面8a之间在侧向方向上延伸。至少一个第一光源15a被布置为通过第一输入端2a将光444a输入到第一波导1a中，并且第一波导1a被布置为通过破坏全内反射来使来自至少一个第一光源15a的光通过第一光引导表面6a和第二光引导表面8a中的一个从第一波导1a离开。跨平面延伸的第二波导1b与第一波导1a串联布置，并且包括：相对的第一光引导表面6b和第二光引导表面8b，第一光引导表面6b和第二光引导表面8b被布置为沿着第二波导1b引导光，第二光引导表面8b被布置为通过全内反射来引导光；以及第二输入端2b，第二输入端2b被布置在第二波导1b的第一光引导表面6b和第二光引导表面8b之间，并且在第一光引导表面6b和第二光引导表面8b之间在侧向方向上延伸。至少一个第二光源15b被布置为通过第二输入端2b将光输入到第二波导1b中，并且第二波导1b被布置为通过破坏全内反射来使来自至少一个第二光源15b的光444b通过第一光引导表面6b和第二光引导表面8b中的一个从第二波导1b离开，并且其中第一波导1a和第二波导1b被定向为使得至少一个第一光源15a和至少一个第二光源15b在相反的方向上将光444a、444b输入到第一波导1a和第二波导1b中。
[0334]
光学转向膜组件50包括：输入表面56，输入表面56被布置为通过破坏全内反射来接收通过波导布置的至少一个波导1a、1b的光引导表面从波导布置11离开的光444a、444b，输入表面56跨平面延伸；以及输出表面58，输出表面58面对输入表面，其中输入表面56包括细长棱镜元件52的阵列。棱镜元件每个都包括在它们之间限定脊部54的一对细长小平面52。
[0335]
图13a的背光源20可以提供上文中的图5a-d的示例性亮度曲线。在操作中，来自第一光源15a的光444a以第一角度分布445离开背光源20，并且如图5a所图示说明的，并且来自第二光源15b的光以第二角度分布457离开背光源20，并且如图5b所图示说明的，不同于第一角度分布455。第一角度分布455绕背光源20的对称轴199对称，并且第二角度分布457绕背光源20的同一对称轴199不对称。在左手驾驶车辆中，不对称分布457可以在背光源20的对称轴199的左边，并且在右手驾驶车辆中，不对称分布457可以在背光源20的对称轴199的右边。
[0336]
现在将进一步详细描述图13a的背光源20的操作。
[0337]
每个波导1a、1b跨平面延伸，并且包括：被布置为沿着各自的光学波导1a、1b引导光的相对的第一光引导表面6a、8a和第二光引导表面6b、8b，被布置为通过全内反射来引导光。
[0338]
第一输入端2a、4a和第二输入端2b、4b被布置在第一光引导表面6和第二光引导表面8之间，并且在第一光引导表面6和第二光引导表面8之间在侧向方向上延伸。
[0339]
光源15a、15b被布置为通过第一输入端2a、2b来将光445、447输入到波导1中。
[0340]
波导1a、1b包括表面凹凸特征，表面凹凸特征被布置为使引导光中的一些或者朝向后反射器3泄漏，或者朝向光转向膜50泄漏，光转向膜50包括面对波导1a、1b的输出的棱镜52的阵列。每个波导1a、1b包括被布置在第一侧6a、6b的表面凹凸30，表面凹凸30可以包括棱镜表面32、33。进一步地，第二侧8a、8b可以进一步包括表面凹凸31，表面凹凸31可以包括如图14a-c所图示说明的细长特征、或如下文中在图14d中所图示说明的棱镜特征。在操作中，针对沿着波导1a、1b引导光，表面凹凸30、31提供光445、447从波导1a、1b的泄漏。
[0341]
波导1a、1b被布置为分别通过破坏全内反射来使来自光源15a、15b的光通过第一光引导表面6a、8a和第二光引导表面6b、8b中的一个从波导1a、1b离开。
[0342]
还参照图2，光源15a(如led阵列)被布置为通过输入端2a将光线444a输入到波导1a中。这样的光线444a在波导1a内被引导，并且通过波导1a的表面上的光提取特征而被提取到波导1a的外侧。光线444a或者通过波导1b，被后反射器3反射，再次通过波导1b、1a，进入到光转向膜50的棱镜52上，或者被直接传到光转向膜50的棱镜52上。
[0343]
光线444a在第一棱镜表面53a处被折射，并且在转向膜组件50的各自的棱镜52的第二棱镜表面53b处被反射。借助于波导1a的光提取特征的表面轮廓以及第一棱镜表面53a和第二棱镜表面53b的表面的设计，输出光445的标称方向可以被导引到如下文中将描述的具有极坐标亮度曲线的显示装置100的法线199附近的方向上。
[0344]
光源15a的光通量确定输出光445的极坐标光输出分布的亮度。光源15a提供用于乘客45照明的亮度的控制。
[0345]
光源15b(如led阵列)被布置为将光线444b从输入侧2b输入到波导1b中，输入侧2b面对第一波导1a的输入端2a。这样的光线444b在波导1b内被引导，并且通过波导1b的表面
上的光提取特征而被提取到波导1b的外侧。光线444b或者通过后反射器3处的反射来传递，从而通过波导1b、1a，进入到光转向膜50的棱镜52上，或者通过波导1a，进入到光转向膜50的棱镜52上。
[0346]
光线444b在第二棱镜表面53b处被折射，并且在各自的棱镜52的第一棱镜表面53a处被反射。借助于波导1b的光提取特征的表面轮廓以及第一棱镜表面53a和第二棱镜表面53b的表面轮廓的设计，输出光447的标称方向可以被导引到远离显示装置100的法线199、朝向如下文中将描述的具有极坐标亮度曲线的标称驾驶者地点的方向上。光源15b的光通量确定输出光447的极坐标光输出分布的亮度。
[0347]
现在将进一步详细描述光学转向膜组件50。
[0348]
光学转向膜组件50包括：输入表面56，输入表面56被布置为通过破坏全内反射来接收通过波导1的光引导表面6、8从波导1离开的光，输入表面56跨平面延伸；以及输出表面58，输出表面58面对输入表面56，其中输入表面包括细长棱镜元件52的阵列，细长棱镜元件52的阵列包括脊部54。
[0349]
棱镜表面53a、53b的角度φa、φb被提供来通过表面53a、53b处的折射和反射来将从波导1a、1b输出的标称光导引到方向445、447。有利地，如图5a-f所图示说明的期望的照明方向可以通过角度φa、φb的选择来实现。
[0350]
现在将进一步详细描述用于在波导1a、1b中使用的波导结构的示例。
[0351]
图14a-d是图示说明用于图13a的实施方案的各种可替代波导的透视图的示意图。图14a-d的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0352]
表面凹凸特征30被图示在如14a中所图示说明的波导1的两侧6、8上，或者表面凹凸特征30可以被提供在波导1的一侧上，而侧8可以是平面的，如图14b-d中所图示说明的。例如，透镜结构可以被提供为表面8上的表面凹凸轮廓31，并且棱镜结构可以被提供为表面6上的表面凹凸轮廓30。
[0353]
与图14a的波导1相比，图14b-d的波导1在波导的单个表面上被提供有微结构。操作原理是类似的。表面可以被提供在波导1的单个表面上，从而有利地实现降低的成本和复杂性。
[0354]
现在将描述针对图2和图13a的布置的替代背光源20。
[0355]
图15是图示说明可切换背光源20的侧视图的示意图，可切换背光源20包括单个波导1、后反射器3和光学转向膜组件50，并且对乘客和驾驶者标称方向输出光束；并且图16a-b是图示说明用于图15的实施方案的可替代波导1的透视图的示意图。图15和图16a-b的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0356]
背光源20包括：至少一个第一光源15a和至少一个第二光源15b，第一光源15a被布置为提供输入光444a，第二光源15b被布置为在与至少一个第一光源15a相反的方向上提供输入光444b。波导布置11包括波导1，波导布置11被布置为接收来自至少一个第一光源15a和至少一个第二光源b的输入光444a、444b，并且通过破坏全内反射来使来自至少一个第一光源15a和至少一个第二光源15b的光444a、444b从波导布置11离开。与图13a的波导布置11相比，图15的波导布置11包括：波导1，波导1跨平面延伸，并且包括：被布置为沿着波导1引
导光的相对的第一光引导表面6和第二光引导表面8，第二光引导表面8被布置为通过全内反射来引导光；以及第一输入端2和第二输入端4，第一输入端2和第二输入端4被布置在第一光引导表面6和第二光引导表面8之间，并且在第一光引导表面6和第二光引导表面8之间在侧向方向上延伸。至少一个第一光源15a被布置为通过第一输入端2将光444a输入到波导1中，并且至少一个第二光源15b被布置为通过第二输入端4将光444b输入到波导1中，并且波导1被布置为通过破坏全内反射来使来自至少一个第一光源15a和至少一个第二光源15b的光444a通过第一光引导表面6和第二光引导表面8中的一个从波导1离开。
[0357]
现在将进一步详细描述图15的背光源20的操作。
[0358]
波导1跨平面延伸，并且包括：被布置为沿着光学波导1引导光的相对的第一光引导表面6和第二光引导表面8，第二光引导表面8被布置为通过全内反射来引导光。
[0359]
第一输入端2和第二输入端4被布置在第一光引导表面6和第二光引导表面8之间，并且在第一光引导表面6和第二光引导表面8之间在侧向方向上延伸。
[0360]
至少一个第一光源15a被布置为通过第一输入端2将光445输入到波导1中，并且至少一个第二光源15b被布置为通过第二输入端4将光447输入到波导1中。
[0361]
波导1被布置为通过破坏全内反射来使来自至少一个第一光源15a和至少一个第二光源15b的光445、447通过第一光引导表面6和第二光引导表面8中的一个从波导1离开。
[0362]
光学转向膜组件50具有与参照图13a-c描述的结构和操作类似的结构和操作。
[0363]
波导1被布置为使来自至少一个第一光源15和至少一个第二光源15b的光445、447以角度分布455、457从波导1离开。
[0364]
波导1包括沿着侧向(x轴)方向延伸的倾斜小平面32a、32b的阵列。图16a的波导1包括透镜微结构30，而图16b的波导1包括与侧向方向正交延伸的棱镜元件29。波导1的小平面32和元件29、30被布置为调整引导光445、447在波导1内的传播以使得通过破坏内反射，一些光从波导1泄漏。
[0365]
现在将描述可切换隐私显示组件。
[0366]
图17是在侧透视图中图示说明用于与空间光调制器48一起使用的可切换隐私显示组件102的示意图，空间光调制器48包括第一极控制延迟器300a和第一附加偏振器318a、反射偏振器302；以及被布置在第一附加偏振器318a和第二附加偏振器318b之间的第二极控制延迟器300b。有利地，空间光调制器48可以在工厂里或者在实地被重新配置以用作可切换隐私显示器。图17的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0367]
下文中的图21a-f和图23a-f提供可替代的可切换隐私显示器100。可以包括作为单个组合组件102的极控制延迟器300a、300b和偏振器318a、318b两者的可切换隐私显示组件102可以被提供。可替代地，考虑图21a-f、图22a-j和图23a-e中的每个，极控制延迟器300a、300b可以被提供为单独的组件，或者可以被提供为具有延迟器300a和延迟器300b的组件，延迟器300a具有附连偏振器318a，延迟器300b具有附连偏振器318b。
[0368]
将期望的是提高至少用于图1的汽车应用的隐私显示器的安全性因子。
[0369]
图18a是图示说明包括透射空间光调制器48的可切换隐私显示装置100的前透视图的示意图，其中第一极控制延迟器300a被布置在背光源20和空间光调制器48之间，并且其中空间光调制器48被布置在第一极控制延迟器300a和第二极控制延迟器300b之间；并且
图18b是图示说明对于图18a的隐私显示器的组件的取向方位的前透视图的示意图。
[0370]
在图18a的实施方案中，所述显示偏振器是被布置在空间光调制器48的输入侧上的输入显示偏振器210。第一附加偏振器318a被布置在空间光调制器48的输入侧上，第一附加偏振器318a是线性偏振器。至少一个第一极控制延迟器300a被布置在第一附加偏振器318a和显示偏振器210之间。显示装置100进一步包括被布置在空间光调制器48的输出侧上的输出显示偏振器218。第二附加偏振器318b被布置在空间光调制器48的输出侧上。至少一个第二极控制延迟器300b被布置在第二附加偏振器318b和输出显示偏振器218之间。
[0371]
图18a图示说明上文中在图15中描述的类型的背光源20。
[0372]
图18a-b图示说明c板延迟器330a、300b可以被提供用于两个极控制延迟器300a、300b，从而有利地降低成本和随着极角的颜色变化，如本文中其他地方所描述的那样。
[0373]
显示装置100进一步包括反射偏振器302，反射偏振器302是线性偏振器，并且所述显示偏振器是被布置在空间光调制器48的输入侧上的输入显示偏振器210，并且显示装置100进一步包括被布置在空间光调制器48的输出侧上的输出显示偏振器218，第二附加偏振器318b被布置在空间光调制器48的输出侧上，至少一个第二极控制延迟器300b被布置在第二附加偏振器318b和输出显示偏振器218之间，并且反射偏振器302被布置在输出显示偏振器218和至少一个第二极控制延迟器300b之间。在可替代实施方案中，至少一个第一极控制延迟器300a和至少一个第二极控制延迟器300b中的所述一个是至少一个第二极控制延迟器300b，并且至少一个第一极控制延迟器300a和至少一个第二极控制延迟器300b中的所述另一个是至少一个第一极控制延迟器300a。
[0374]
提高的反射率提供提高的安全性因子，并且有利地在隐私操作模式下被提供，而低反射率在共享操作模式下被提供，如下文中在图24c-d中所描述的那样。
[0375]
图19a是图示说明包括透射空间光调制器48的可切换隐私显示装置100的前透视图的示意图，其中第一极控制延迟器300a和第二极控制延迟器300b被布置为接收来自空间光调制器48的光，并且进一步包括反射偏振器302；并且图19b是图示说明对于图19a的隐私显示器的组件的取向方位的前透视图的示意图。图19a-b的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0376]
在图19a-b的实施方案中，显示偏振器是被布置在空间光调制器48的输出侧上的输出显示偏振器218。第一附加偏振器318a作为显示偏振器218被布置在空间光调制器48的输出侧上，第一附加偏振器318a是线性偏振器。至少一个第一极控制延迟器300a被布置在第一附加偏振器318a和显示偏振器218之间，并且第二附加偏振器318b被布置在空间光调制器48的与第一附加偏振器318a相同的侧上、第一附加偏振器318a的外侧(在第一附加偏振器318a的输出侧上)。至少一个第二极控制延迟器300b被布置在第一附加偏振器318a和第二附加偏振器318b之间。
[0377]
显示装置100进一步包括反射偏振器302，反射偏振器302是线性偏振器，并且所述显示偏振器是被布置在空间光调制器48的输出侧上的输出显示偏振器210，第二附加偏振器318b被布置在空间光调制器48的与第一附加偏振器318a相同的侧上、第一附加偏振器318a的外侧，至少一个第二极控制延迟器300b被布置在第一附加偏振器318a和第二附加偏振器318b之间，并且反射偏振器302被布置在第一附加偏振器318a和至少一个第二极控制
延迟器300b之间。在可替代实施方案中，至少一个第一极控制延迟器300a和至少一个第二极控制延迟器300b中的所述一个是至少一个第二极控制延迟器300b，并且至少一个第一极控制延迟器300a和至少一个第二极控制延迟器300b中的所述另一个是至少一个第一极控制延迟器300a。
[0378]
提高的反射率和提高的安全性因子有利地在隐私操作模式下被提供，而低反射率在共享操作模式下被提供。
[0379]
现在将描述隐私显示装置100的各种可替代实施方案。
[0380]
图20是针对图21a-j、图22a-j和图23a-e的可替代堆叠布置的图例。各种进一步的替代通过当前的实施方案来提供，包含其中无源延迟器330和液晶延迟器层314的顺序不同于图21a-j、图22a-j和图23a-e中所图示说明的那些顺序的那些实施方案。
[0381]
图21a-j是在侧视图中图示说明对于用于可切换隐私显示装置100的光学组件堆叠的替代的示意图，其中第一极控制延迟器300a和第二极控制延迟器300b被布置为接收来自透射空间光调制器48和背光源20的光；图22a-j是在侧视图中图示说明对于用于可切换隐私显示装置100的光学组件堆叠的替代的示意图，其中第一极控制延迟器300a和第二极控制延迟器300b中的一个被布置为接收来自透射空间光调制器48的光，并且空间光调制器48被布置为接收来自第一极控制延迟器300a和第二极控制延迟器30b以及背光源20中的另一个的光；并且图23a-e是在侧视图中图示说明对于用于可切换隐私显示器的光学组件堆叠的替代的示意图，其中透射空间光调制器48被布置为接收来自第一极控制延迟器300a和第二极控制延迟器300b以及背光源20的光。图21a-j、图22a-j和图23a-e的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0382]
在图21a-j、图22a-j和图23a-e的替代中，各种替代被图示说明，并且可以更一般地被如下描述。
[0383]
对于包括具有两个沿面取向层417a、417b或两个垂面取向层417a、417b的液晶延迟器314a、314b的每个极控制延迟器300a、300b，各自的无源延迟器330a、330b或一对相交的无源延迟器330aa、330ab或330ba、330bb可以被布置为或者接收来自各自的液晶延迟器314a、314b的光；或者液晶延迟器314a、314b可以被布置为接收来自各自的无源延迟器330a、330b或一对相交的无源延迟器330aa、330ab或330ba、330bb的光。有利地，偏振器和无源延迟器与基板312a、316a、312b、316b的层叠可以被布置为优化各自的极控制延迟器300a、300b的坚固性和平坦性。
[0384]
对于包括具有一个沿面取向层或一个垂面取向层417a、417b的液晶延迟器314a、314b的每个极控制延迟器300a、300b，优选地，垂面取向层被布置在各自的液晶材料414a、414b层和各自的无源延迟器330a、330b之间。有利地，针对隐私模式下的降低亮度的极区的尺寸被增大。
[0385]
对于图21a、图21c、图21e、图21g、图21i、图22a、图22c、图22e、图22g和图22i的替代，进一步的反射偏振器302被提供。极控制延迟器300b被布置在反射偏振器302和第二附加偏振器318b之间。有利地，显示装置100在隐私操作模式下的反射率可以被提高，并且安全性因子可以被提高，如下文中将参照图24c-d中所描述的那样。
[0386]
对于其在隐私模式下实现高反射率的极区的尺寸可以通过极控制延迟器300b的
选择来调整。包括垂面取向层417ba和沿面取向层417bb的极控制延迟器300b有利地增大了具有高反射率的极区的尺寸。包括两个沿面层或两个垂面取向层417ba、417bb的极控制延迟器300b提高了靠近图1的角度α的安全性因子。显示器对于靠向隐私显示装置100的驾驶者47的可见性有利地被降低。
[0387]
现在将描述极控制延迟器对于同轴和离轴光的操作。
[0388]
图24a是在侧视图中图示说明图2的布置在共享操作模式下对来自空间光调制器的透射光的操作的示意图。在下面将描述的实施方案中，垂直于显示器(或者在正面方向上)的光线445被显示偏振器219以偏振态360透射，偏振态360未被极控制延迟器300a、300b和偏振器318a、302和318b修改。这样的光被以高亮度透射。
[0389]
在共享模式下，与法线方向具有非零极角的光线447也被以相同的偏振态360透射，偏振态360基本上没有被极控制延迟器300a、300b和偏振器318a、302和318b修改。来自空间光调制器的亮度的极坐标曲线可能基本上没有被修改。有利地，显示器从宽范围的极坐标观看位置可见，并且多个显示器用户可观看。
[0390]
图24b是在侧视图中图示说明图2的布置在隐私操作模式下、在环境光的高反射率的情况下、对来自空间光调制器的透射光的操作的示意图。正面光线445具有偏振态360，偏振态360基本上没有被极控制延迟器300a、300b修改。通过比较，离轴光线447具有来自第一极控制延迟器的输出，输出具有被赋予的相位差以一般来说提供椭圆态362a。在向第一附加偏振器318a入射时，光线447的亮度被以输出态360降低。所述光线447以小损耗透射通过反射偏振器302，并且入射在第二极控制延迟器300b上，在第二极控制延迟器300b处，进一步的相位修改被提供，并且输出偏振态362b被实现。这样的状态362b至少部分被第二附加偏振器318b吸收。光线447因此在离轴极坐标地点处被以与图24a中的光线447相比降低的亮度透射。
[0391]
现在将描述反射偏振器302的操作。
[0392]
图24c是在侧视图中图示说明图18a的布置在共享操作模式下对入射的环境光604的操作的示意图。光线404、406以基本上非偏振态370入射在显示装置100上。偏振器318b提供偏振态360，偏振态360入射在第一极控制延迟器上，并且对于正面光线404和离轴光线406，基本上没有被修改。因此，基本上不被显示器反射的光线被吸收在空间光调制器48和背光源20(如果存在)中。显示器反射率对于宽范围的观看方向，保持在低水平，并且有利地，高对比度图像被多个显示器用户观看。
[0393]
图24d是在侧视图中图示说明图18a的布置在隐私操作模式下、在环境光的高反射率的情况下、对环境光的操作的示意图。正面入射环境光线404被透射，此时基本上从反射偏振器302反射。图24a-d的实施方案的没有被进一步详细讨论的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0394]
通过比较，光线406在极控制延迟器300b处经历相位修改，以使得状态364对反射偏振器进行照明。与反射偏振器302的电矢量透射方向303正交的解析的偏振态366被反射，并且通过极延迟器，以使得偏振态368入射到第二附加偏振器。状态368的平行于偏振器318b的电矢量透射方向的分量因此被透射。对于离轴观察者，显示器看起来具有提高的反射率。如上所述，所述提高的反射率有利地实现提高的安全性因子s。
[0395]
本文中的被图示说明包括反射偏振器302的实施方案可以进一步不被提供有反射
偏振器302。有利地，显示器在隐私操作模式下可以被提供有低反射率。例如，用于明亮的周围环境中的(如用于汽车中的白天操作的)显示器在隐私模式下可以不提供反射率增强。
[0396]
如在本文中可以使用的，术语“基本上”和“大约”为其对应的术语和/或术语之间的相关性提供行业接受的公差。这样的行业接受的公差在从百分之零到百分之十的范围内，并且对应于(但不限于)分量值、角度等。术语之间的这样的相关性在大约百分之零到百分之十的之间的范围内。
[0397]
虽然根据本文中公开的原理的各种实施方案已经在上面被描述，但是应理解它们仅仅是作为示例而呈现的，而不是限制。因此，本公开的广度和范围不应受上述示例性实施方案中的任何一个限制，而是应仅根据从本公开公布的任何权利要求和它们的等同形式限定。此外，以上优点和特征是在所描述的实施方案中提供的，但是不应使这样的公布的权利要求的应用限于实现以上优点中的任何一个或所有优点的过程和结构。
[0398]
此外，本文的段落标题是被提供用于37cfr 1.77下的建议一致性，或者用于提供组织线索。这些标题不应限制或表征可以从该公开公布的任何权利要求中所阐述的一个或多个实施方案。具体地并且作为示例，尽管标题指“技术领域”，但是权利要求书不应被该标题下所选择的语言限制为描述所谓的技术领域。进一步，“背景技术”部分中的技术的描述不是要被解读为承认某个技术是该公开中的任意一个或多个实施方案的现有技术。“发明内容”也不是要被认为是在公布的权利要求书中所阐述的一个或多个实施方案的特征描述。另外，该公开中对单数的“发明”的任何引用不应被用于证明在该公开中仅有一个新颖点。根据从该公开公布的多个权利要求的限定，可以阐述多个实施方案，并且这些权利要求相应地定义了由其保护的一个或多个实施方案，以及它们的等同形式。在所有情况下，这些权利要求的范围应根据该公开按照这些权利要求本身的实质来理解，而不应被本文中所列的标题限制。