JP7643782B2 - 軸外ディスプレイデバイス - Google Patents

Description

本開示は、概して、光変調デバイスからの照明に関するものであり、より詳細には、プライバシーディスプレイの制御に関する。

プライバシーディスプレイは、典型的には軸上の位置にいる主たるユーザに対して画像可視性を提供し、典型的には軸外の位置にいる窃視者に対する画像コンテンツの可視性を低減させる。プライバシー機能は、ディスプレイから、軸外位置には低輝度でありながら、軸上方向に光を伝導するマイクロルーバ光学フィルムによって提供され得る。しかしながら、このようなフィルムは正面照明についての損失が大きく、マイクロルーバは空間光変調器の画素との衝突によりモアレアーチファクトを引き起こす可能性がある。マイクロルーバのピッチは、パネル解像度の選択を必要とし、在庫およびコストが増加する可能性がある。

切り替え可能なプライバシーディスプレイは、軸外の光出力の制御によって提供することができる。

制御は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）空間光変調器用の切り替え可能なバックライトによる、輝度低減によって提供され得る。ディスプレイバックライトは概して、導波路およびエッジ放射源を使用する。特定の画像化指向性バックライトには、ディスプレイパネルを介して照明を視聴窓に向ける追加機能がある。画像化システムは、複数のソースとそれぞれの窓画像との間に形成され得る。画像化指向性バックライトの一例は、折り返し光学システムを使用することができる光学バルブであり、したがって、折り返し画像化指向性バックライトの例でもあり得る。光は、光学バルブを通って一方向に実質的に損失することなく伝播することができ、逆伝播光は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第９，５１９，１５３号に記載されるように、傾斜ファセットでの反射によって抽出され得る。

既知のプライバシーディスプレイでは、プライバシーモードは、３Ｍ社によって販売されているような取り外し可能なルーバフィルムを追加することによって提供されるが、これは、ユーザが確実に取り付けるかまたは取り外すことができない可能性があるため、実際には、ユーザがオフィスの外にいるたびにユーザが熱心に取り付けるわけではない。別の既知のプライバシーディスプレイでは、プライバシーモードの制御は電子的にアクティブ化されるが、制御は、プライバシーモードに入るためにキーストロークを実行する必要があるユーザに与えられる。

本開示の第１の態様によれば、空間的に変調された光を出力するように配置されている空間光変調器と、空間光変調器の片側に配置されているディスプレイ偏光子であって、リニア偏光子である、ディスプレイ偏光子と、空間光変調器のディスプレイ偏光子と同じ側に配置されている追加の偏光子であって、リニア偏光子である、追加の偏光子と、ディスプレイ偏光子と追加の偏光子との間に配置されている少なくとも１つの極制御遅延器であって、少なくとも１つの極制御遅延器が、液晶材料の層および液晶材料の層に隣接して液晶材料の層の両側に配設されている２つの表面配向層を備える切り替え可能な液晶遅延器であって、表面配向層のうちの少なくとも１つが、ディスプレイデバイスの少なくとも一部において、ディスプレイ偏光子と追加の偏光子とのうちの少なくとも１つの電気ベクトル伝達方向に対して非ゼロの鋭角をなす、液晶材料の層の平面における成分を伴うプレチルト方向を有するプレチルトを有する、液晶遅延器、を備える、極制御遅延器と、を備える、ディスプレイデバイスが提供される。

有利には、最大伝達のための極方向は、ディスプレイデバイスの表面の垂線方向に対して鋭角で傾斜している場合がある。最小伝達の極方向は、別の方向に傾斜している場合がある。

ディスプレイ偏光子および追加の偏光子は、平行であり得る電気ベクトル伝達方向を有し得る。有利には、最大伝達方向の伝達が最大化される。

表面配向層のうちの一方が、隣接の液晶材料において水平配向を提供するように配置され、該表面配向層のうちの一方が、ディスプレイデバイスの少なくとも一部において、ディスプレイ偏光子と追加の偏光子とのうちの少なくとも１つの電気ベクトル伝達方向に対して非ゼロの鋭角をなし得る、液晶材料の層の平面における成分を伴うプレチルト方向を有する該プレチルトを有する。加えられた機械的力に対する弾力性を有利に高めることが実現され得る。

表面配向層のうちの他方が、隣接の液晶材料において、垂直配向を提供するように配置され得る。有利には、低光透過が提供される極領域のサイズを大きくすることができる。

表面配向層のうちの他方が、隣接する液晶材料において、水平配向を提供するように配置され得る。有利には、層または液晶材料の厚さを低減することができる。

この場合、ディスプレイ偏光子および追加の偏光子が平行な電気ベクトル伝達方向を有するとき、表面配向層のうちの他方が、ディスプレイ偏光子および追加の偏光子の電気ベクトル伝達方向に平行または直交する液晶材料の層の平面における成分を伴うプレチルト方向を有する該プレチルトを有し得る。

表面配向層のうちの他方が、ディスプレイデバイスの少なくとも一部において、ディスプレイ偏光子および追加の偏光子のうちの少なくとも１つの電気ベクトル伝達方向に対して非ゼロの鋭角をなし得る、液晶材料の層の平面における成分を伴うプレチルト方向を有する該プレチルトを有し得る。有利には、低光透過が提供される極領域のサイズを大きくし得る。

表面配向層のうちの各々が、隣接の液晶材料において垂直配向を提供するように配置され得、該表面配向層が、ディスプレイデバイスの少なくとも一部において、ディスプレイ偏光子と追加の偏光子とのうちの少なくとも１つの電気ベクトル伝達方向に対して非ゼロの鋭角をなし得る、液晶材料の層の平面における成分を伴うプレチルト方向を有する該プレチルトを有し得る。有利なことに、消費電力の低減を実現するために、印加電圧なしで広角動作モードを実現し得る。

表面配向層の各々が、ディスプレイデバイスの少なくとも一部において、ディスプレイ偏光子と追加の偏光子とのうちの少なくとも１つの電気ベクトル伝達方向に対して非ゼロの鋭角をなし得る、液晶材料の層の平面における成分を伴うプレチルト方向を有するプレチルトを有し得る。有利には、低光透過が提供される極領域のサイズを大きくし得る。

少なくとも１つの極制御遅延器が、少なくとも１つの受動補償遅延器をさらに含み得る。有利には、低光透過が提供される極領域のサイズを大きくし得る。

少なくとも１つの受動補償遅延器が、遅延器の平面に直交する光学軸を有する受動補償遅延器を含み得る。有利には、極制御遅延器の厚さを低減し得る。

少なくとも１つの受動補償遅延器が、交差し得る遅延器の平面における光学軸を有し得る一対の受動補償遅延器を備え得る。有利なことに、遅延の増加が達成され得、コストが削減され得る。

光学軸の間の角度が、ディスプレイ偏光子と追加の偏光子とのうちの少なくとも１つの電気ベクトル伝達方向によって、二分割され得る。有利には、低光透過が提供される極領域のサイズを大きくし得る。

該表面配向層のうちの少なくとも一方が、表面配向層を横切るすべての位置にてディスプレイ偏光子および追加の偏光子の電気ベクトル伝達方向に対して同じ非ゼロの鋭角をなし得、液晶材料の層の平面における成分を伴うプレチルト方向を有するプレチルトを有し得る。有利なことに、表面配向層の製造のコストおよび複雑さを低減し得る。

該表面配向層のうちの少なくとも一方が、ディスプレイデバイスの少なくとも一部において、表面配向層を横切る所定の軸に沿って単調に変化する、ディスプレイ偏光子および追加の偏光子の電気ベクトル伝達方向に対して非ゼロの鋭角をなし得る、液晶材料の層の平面における成分を伴うプレチルト方向を有するプレチルトを有し得る。有利なことに、軸外窃視者について、輝度低減の均一性を高め得る。

非ゼロ角度が単調に変化する場合、非ゼロ鋭角が、非ゼロ鋭角平均値を有し得る。有利には、最大伝達のための極方向は、ディスプレイデバイスの表面の垂線方向に対して鋭角で傾斜させ得る。

該ディスプレイ偏光子は、空間光変調器の出力側に配置された出力ディスプレイ偏光子であり得る。有利には、極制御遅延器は、空間光変調器の製造後に取り付けられ、複雑さを低減し得る。発光ディスプレイは、軸外輝度制御を備えていてもよい。

いくつかの実施形態では、出力ディスプレイ偏光子と少なくとも１つの極制御遅延器との間には、反射偏光子が配置されていなくてもよい。有利なことに、厚さおよびコストを低減させることができる。ディスプレイ前面の周囲光に対する反射率が低減する。

他の実施形態では、反射偏光子は、出力偏光子と少なくとも１つの極制御遅延器との間に配置され得、反射偏光子は、出力偏光子と同じリニアに偏光される偏光成分を通過するように配置されたリニア偏光子である。

空間光変調器が、空間的に変調された光を放出するように配置されている発光型空間光変調器を含み得る。有利なことに、ディスプレイの厚さを低減し得る。

ディスプレイデバイスが、光を出力するように配置されているバックライトであって、空間光変調器が、バックライトからの出力光を受光して空間的に変調するように配置されている透過型空間光変調器を備え得る、バックライト、をさらに備え得る。望ましくない極方向への光の低減を有利に増加させ得る。

ディスプレイデバイスが、光を出力するように配置されているバックライトであって、空間光変調器が、バックライトからの出力光を受光して空間的に変調するように配置されている透過型空間光変調器を備え得、該ディスプレイ偏光子が、空間光変調器の入力側に配置されている入力ディスプレイ偏光子であり得る、バックライト、をさらに備え得る。有利なことに、画面の前面の厚さが低減する。前面反射が低減し得る。

ディスプレイデバイスは、空間光変調器の出力側に配置されている出力ディスプレイ偏光子と、空間光変調器の出力側に配置されているさらに追加の偏光子であって、さらに追加の偏光子が、ディスプレイ偏光子および追加の偏光子の電気ベクトル伝達方向に平行である電気ベクトル伝達方向を有するリニア偏光子である、さらに追加の偏光子と、さらに追加の偏光子と出力ディスプレイ偏光子との間に配置されている少なくとも１つのさらなる極制御遅延器と、をさらに備え得る。有利なことに、軸外輝度の低減を増加させることが達成され得る。強化されたセキュリティ係数が提供される場合がある。

ディスプレイデバイスは、追加の偏光子の外側の追加の偏光子と空間光変調器の同じ側に配置されているさらに追加の偏光子であって、さらに追加の偏光子が、ディスプレイ偏光子および追加の偏光子の電気ベクトル伝達方向に平行である電気ベクトル伝達方向を有するリニア偏光子である、さらに追加の偏光子と、追加の偏光子とさらに追加の偏光子との間に配置されている少なくとも１つのさらなる極制御遅延器と、をさらに備え得る。有利には、低光透過が提供される極領域のサイズを大きくし得る。

バックライトは、入力光を提供するように配置されている少なくとも１つの第１の光源と、少なくとも１つの第１の光源とは反対方向に入力光を提供するように配置されている少なくとも１つの第２の光源と、少なくとも１つの導波路を備える導波路配置であって、導波路配置が、少なくとも１つの第１の光源および少なくとも１つの第２の光源からの入力光を受光し、少なくとも１つの第１の光源および少なくとも１つの第２の光源からの光を、内部全反射を遮断することによって、導波路配置から出射させるように配置される、導波路配置と、光方向転換フィルム部品であって、内部全反射を遮断することによって導波路の光ガイド面を通して導波路から出射する光を受光するように配置されている入力面であって、入力面が平面を横切って延在している、入力面と、入力面に面している出力面と、を備える光方向転換フィルム部品と、を備え得、入力面が、細長いプリズム状の素子のアレイを備え得る。有利には、望ましい極角領域で効率の向上を達成する少なくとも２つの異なる照明特性を提供し得る。

導波路配置は、平面を横切って延在する導波路であって、かつ光導波路に沿って光をガイドするように配置されている対向する第１の光ガイド面および第２の光ガイド面であって、第２の光ガイド面が内部全反射によって光をガイドするように配置されている、対向する第１の光ガイド面および第２の光ガイド面と、第１の光ガイド面と前記第２の光ガイド面との間に配置されている第１の入力端および第２の入力端であって、第１の光ガイド面と第２の光ガイド面との間で横方向に延在している、第１の入力端および第２の入力端と、を備える、導波路を備え得、少なくとも１つの第１の光源が、第１の入力端を介して導波路の中に光を入力するように配置され得、少なくとも１つの第２の光源が、第２の入力端を介して導波路の中に光を入力するように配置されている可能性があり、導波路が、少なくとも１つの第１の光源および前記少なくとも１つの第２の光源からの光を、内部全反射を遮断することによって、第１の光ガイド面と第２の光ガイド面のうちの１つを介して導波路から出射させるように配置得る。有利には、厚さを低減し得る。

導波路配置は、平面を横切って延在する第１の導波路であって、かつ光導波路に沿って光をガイドするように配置されている対向する第１の光ガイド面および第２の光ガイド面であって、第２の光ガイド面が内部全反射によって光をガイドするように配置されている、対向する第１の光ガイド面および第２の光ガイド面と、第１の光ガイド面と第２の光ガイド面との間に配置されている第１の入力端であって、第１の光ガイド面と第２の光ガイド面との間で横方向に延在している、第１の入力端と、を備える、第１の導波路を備え得、少なくとも１つの第１の光源が、光を第１の導波路の中に第１の入力端を介して入力するように配置され得、第１の導波路が、少なくとも１つの第１の光源からの光を、内部全反射を遮断することによって、第１の光ガイド面と第２の光ガイド面のうちの１つを介して第１の導波路から出射させるように配置されている可能性があり、第１の導波路に直列に配置されている平面を横切って延在する第２の導波路であって、かつ光導波路に沿って光をガイドするように配置されている対向する第１の光ガイド面および第２の光ガイド面であって、第２の光ガイド面が内部全反射によって光をガイドするように配置されている、対向する第１の光ガイド面および第２の光ガイド面と、第１の光ガイド面と第２の光ガイド面との間に配置されている第２の入力端であって、第１の光ガイド面と第２の光ガイド面との間で横方向に延在している、第２の入力端と、を備える、第２の導波路を備え得、少なくとも１つの第２の光源が、第２の入力端を介して第２の導波路の中に光を入力するように配置され得、第２の導波路が、少なくとも１つの第２の光源からの光を、内部全反射を遮断することによって第１の光ガイド面と第２の光ガイド面のうちの１つを介して第２の導波路から出射させるように配置されている可能性があり、第１の導波路および第２の導波路が、少なくとも１つの第１の光源および少なくとも１つの第２の光源が、光を、対向する方向において、第１の導波路および第２の導波路の中に入力するように、配向され得る。有利なことに、輝度の均一性を高めて、ディスプレイの領域全体に出力し得る。

プリズム状の素子がそれぞれ、それらの間の隆起を画定する一対の細長いファセットを備え得る。有利には、導波路からの光は、望ましい観察者の位置に向けられ得る。

隆起が、横方向に非ゼロ角度で平面を横切って延在し得る。有利には、軸外照明を提供し得る。

隆起は、横方向に平行に平面を横切って延在し得る。光源は、ディスプレイの最上部および底部に配置することができ、左側および右側のベゼルの幅を有利に低減し得る。

本開示の実施形態は、様々な光学システムにおいて使用することができる。本実施形態は、様々な投影機、投影システム、光学部品、ディスプレイ、マイクロディスプレイ、コンピュータシステム、プロセッサ、自己完結型投影システム、視覚的および／または視聴覚システム、ならびに電気的および／または光学的デバイスを含み得、またはそれらとともに動作し得る。本開示の態様は、光学および電気デバイス、光学システム、プレゼンテーションシステム、または任意のタイプの光学システムを含み得る任意の装置に関連する実質的に任意の装置を伴って使用することができる。よって、本開示の実施形態は、光学システム、視覚的および／または光学的プレゼンテーションにおいて使用されるデバイス、視覚的周辺機器など、ならびに多数のコンピューティング環境において使用することができる。

開示された実施形態の詳細に進む前に、開示は他の実施形態が可能であるため、開示は、その適用または作成において、示された特定の配置の詳細に限定されないことを理解されたい。さらに、本開示の態様は、それ自体で固有の実施形態を定義するために、異なる組み合わせおよび配置で説明され得る。また、本明細書で使用される用語は、説明を目的とするものであり、限定を目的とするものではない。

本開示のこれらおよび他の利点および特徴は、本開示全体を読むことにより当業者に明らかになるであろう。

実施形態は、添付の図に例として示され、同様の参照番号は、同様の部分を示す。

透過型空間光変調器を備えた切り替え可能なプライバシーディスプレイの正面斜視概観を例示する概略図である。 図１Ａの装置における光学部品のスタックの正面斜視概観を例示する概略グラフである。 切り替え可能なプライバシーディスプレイ用の代替光学スタックの正面斜視概観を例示する概略図である。 図２Ａの装置における光学部品のスタックの正面斜視概観を例示する概略グラフである。 切り替え可能なプライバシーディスプレイ用の光学部品の代替スタックの正面斜視概観を例示する概略図である。 発光型空間光変調器を備えた切り替え可能なプライバシーディスプレイの正面斜視概観を例示する概略図である。 自動車のプライバシーディスプレイの上面概観を例示する概略図である。 第１および第２のローブ方向に異なる立体角を有する切り替え可能な照明装置の側面概観を例示する概略図である。 ディスプレイ偏光子および追加の偏光子の電気ベクトル伝達方向に対して非ゼロの鋭角をなす、液晶材料の層の平面における成分を伴うプレチルト方向を有する配向層を伴う液晶遅延器を備える極制御遅延器の正面斜視概観を例示する概略図である。 ディスプレイ偏光子および追加の偏光子の電気ベクトル伝達方向に対して非ゼロの鋭角をなす、液晶材料の層の平面における成分を伴うプレチルト方向を有する配向層の正面概観を例示する概略図である。 ディスプレイ偏光子および追加の偏光子の電気ベクトル伝達方向に対して非ゼロの鋭角をなす、液晶材料の層の平面における成分を伴うプレチルト方向を有する水平配向層と、ディスプレイ偏光子および追加の偏光子の電気ベクトル伝達方向に対してゼロ角度をなす、液晶材料の層の平面における成分を伴うプレチルト方向を有する垂直配向層とを伴う液晶遅延器を備える極制御遅延器の正面斜視概観を例示する概略図である。 ディスプレイ偏光子および追加の偏光子の電気ベクトル伝達方向に対して非ゼロの鋭角をなす、液晶材料の層の平面における成分を伴うプレチルト方向を有する水平配向層と、ディスプレイ偏光子および追加の偏光子の電気ベクトル伝達方向に対してゼロの鋭角をなす、液晶材料の層の平面における成分を伴うプレチルト方向を有する垂直配向層との正面斜視概観を例示する概略図である。 第１のプレチルト方向が３０°である図５Ｂの極制御遅延器の透過の極変動を例示する概略グラフである。 第２のプレチルト方向が２０°である図５Ｂの極制御遅延器の透過の極変動を例示する概略グラフである。 第２のプレチルト方向が０°である図５Ｂの極制御遅延器の透過の極変動を例示する概略グラフである。 導波路配置、後部反射器および光方向転換フィルムを含み、第１および第２のローブ方向に同じ立体角を有する光ビームを出力する、切り替え可能なバックライトの側面概観を例示する概略図である。 導波路配置の正面概観を例示する概略図である。 光導波路の第１の側部および第２の側部に微細構造を備える図７Ａの導波路配置のための光導波路の正面斜視概観を例示する概略図である。 光導波路の同じ側に微細構造を備える図７Ａの導波路配置のための代替の光導波路の正面斜視概観を例示する概略図である。 図７Ａのバックライト用の光方向転換フィルム部品の正面斜視概観を例示する概略図である。 光方向転換フィルム部品の側面概観を例示する概略図である。 図７Ａのバックライト用の代替の光方向転換フィルム部品表面の正面斜視概観を例示する概略図である。 第１のユーザに光を向け、第２のユーザにプライベート画像を提供するように動作する図７Ａのバックライトの輝度出力の極変動を例示する概略グラフである。 図１Ａのディスプレイ装置の前面反射率の極変動を例示する概略グラフである。 図１Ａのディスプレイデバイス用のプライバシー動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動、およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分であるニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイ正面輝度を伴う図１０のバックライト輝度特性を例示する概略グラフである。 第１および第２のユーザに光を向けるように動作する図７Ａのバックライトの輝度出力の極変動を例示する概略グラフである。 第１および第２のユーザに光を向けるように動作する図７Ａのバックライトの輝度出力の極変動を例示する概略グラフである。 図１Ａのディスプレイデバイス用のデュアルユーザ動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動、およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分であるニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイ正面輝度を伴う図１３Ｂのバックライト輝度特性を例示する概略グラフである。 直列に配置された２つの導波路、後部反射器および光方向転換フィルムを含み、第１および第２のローブ方向に光ビームを出力する導波路配置を含む代替の切り替え可能なバックライトの側面概観を例示する概略図である。 第１のユーザに光を向け、第２のユーザにプライベート画像を提供するように動作している、図１５のバックライトの輝度出力の極変動を例示する概略グラフである。 第１の極制御遅延器の透過の極変動を例示する概略グラフである。 図１Ａのディスプレイデバイス用のプライバシー動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動、およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分であるニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイ正面輝度を伴う図１６Ｂの特性を例示する概略グラフである。 第１および第２のユーザに光を向けるように動作する図１５のバックライトの輝度出力の極変動を例示する概略グラフである。 図１Ａのディスプレイデバイス用のデュアルユーザ動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動、およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分であるニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイ正面輝度を伴う図１６Ｄのバックライト輝度特性を例示する概略グラフである。 自動車の乗客による使用のためのプライバシーディスプレイの上面概観を例示する概略図である。 主に乗客に光を向けるために動作する図１５の代替のバックライトの輝度出力の極変動を例示する概略グラフである。 透過型空間光変調器を備えた切り替え可能なプライバシーディスプレイの正面斜視概観を示す概略図である。 非回転配向層を伴う第１の極制御遅延器の透過の極変動を例示する概略グラフである。 非回転配向層を伴う第２の極制御遅延器の透過の極変動を例示する概略グラフである。 図１Ａのディスプレイデバイス用のプライバシー動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動、およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分であるニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイ正面輝度を伴う図１７Ｄ～Ｅの特性を例示する概略グラフである。 回転配向層を伴う第１の極制御遅延器の透過の極変動を例示する概略グラフである。 回転配向層を伴う第２の極制御遅延器の透過の極変動を例示する概略グラフである。 図１Ａのディスプレイデバイス用のプライバシー動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動、およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分であるニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイ正面輝度を伴う図１７Ｇ～Ｈの特性を例示する概略グラフである。 代替の導波路配置の正面概観を例示する概略図である。 図１８Ａの導波路配置を備えるバックライトでの使用のための光方向転換フィルム部品の背面斜視概観を例示する概略図である。 第１のユーザに光を向け、第２のユーザにプライベート画像を提供するように動作する図１８Ａのバックライトの輝度出力の極変動を例示する概略グラフである。 第１の極制御遅延器の透過の極変動を例示する概略グラフである。 図１８Ａのバックライトを備えるディスプレイデバイス用の前面反射率の極変動を例示する概略グラフである。 第２の極制御遅延器の透過の極変動を例示する概略グラフである。 第３の極制御遅延器の透過の極変動を例示する概略グラフである。 図１Ａのディスプレイデバイス用のプライバシー動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動、およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分であるニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイ正面輝度を伴う図１９Ａ～Ｅの特性を例示する概略グラフである。 第２のユーザに光を向けるように動作する図１５のバックライトの輝度出力の極変動を示す概略グラフである。 図１Ａのディスプレイデバイス用の低迷光動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動、およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分であるニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイ正面輝度を伴う図２０Ａのバックライト輝度特性を例示する概略グラフである。 第１および第２のユーザに光を向けるように動作する図１５のバックライトの輝度出力の極変動を例示する概略グラフである。 図１Ａのディスプレイデバイス用のデュアルユーザ動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動、およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分であるニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイ正面輝度を伴う図２１Ａのバックライト輝度特性を例示する概略グラフである。 非対称光抽出ファセット、後部反射器、および光方向転換フィルムを備える導波路配置を備え、異なる角度分布を伴った第１および第２ローブ方向に光ビームを出力する、代替の切り替え可能なバックライトの側面概観を例示する概略図である。 光導波路の第１および第２の側部に微細構造を備える図２２の導波路配置のための光導波路の正面斜視概観を例示する概略図である。 第１のユーザに光を向け、第２のユーザにプライベート画像を提供するように動作している、図２２のバックライトの輝度出力の極変動を例示する概略グラフである。 第１の極制御遅延器の透過の極変動を示す概略グラフである。 図２２のバックライトを備えるディスプレイデバイスの前面反射率の極変動を例示する概略グラフである。 第２の極制御遅延器の透過の極変動を例示する概略グラフである。 図１Ａのディスプレイデバイス用のプライバシー動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動、およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分であるニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイ正面輝度を伴う図２４Ａ～Ｄの特性を例示する概略グラフである。 第２のユーザに光を向けるように動作する図２２のバックライトの輝度出力の極変動を例示する概略グラフである。 第１および第２のユーザに光を向けるように動作する図２２のバックライトの輝度出力の極変動を例示する概略グラフである。 図１Ａのディスプレイデバイス用のパブリック動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動、およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分であるニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイ正面輝度を伴う図２５Ｂの特性を例示する概略グラフである。 光導波路の同じ側の微細構造を備える図２２の導波路配置のための代替の光導波路の正面斜視概観を例示する概略図である。 光導波路の同じ側の微細構造を備える図２２の導波路配置のための代替の光導波路の正面斜視概観を例示する概略図である。 セグメント化されたバックライトの上面概観を例示する概略図である。 配向層の平面を横切って変化するディスプレイ偏光子および追加の偏光子の電気ベクトル伝達方向に対して非ゼロの角度をなす、液晶材料の層の平面における成分を伴うプレチルト方向を有する配向層の正面斜視概観を例示する概略図である。 極制御遅延器の瞳孔形成を例示する概略図であり、配向層の平面を横切る位置による透過の極変動を示すグラフである。 ファセットチルトが、光方向転換フィルムの平面を横切って横方向に直交する方向において変化する、光方向転換フィルムを備える代替の切り替え可能なバックライトの側面概観を例示する概略図である。 ファセットチルトが、光方向転換フィルムの平面を横切って横方向に直交する方向において変化する、光方向転換フィルムを備える代替の切り替え可能なバックライトの側面概観を例示する概略図である。 可変チルトファセットを備える瞳孔状リニア光方向転換フィルム部品から出力される光の背面斜視概観を例示する概略図である。 第１の光源からの光用の瞳孔状バックライトの湾曲型光方向転換フィルム部品のファセットの動作の正面斜視概観を例示する概略図である。 均一なチルトファセットを備える湾曲型光方向転換フィルム部品から出力される光の背面斜視概観を例示する概略図である。 共通の光学窓距離を伴う可変チルトファセットを備える湾曲型光方向転換フィルム部品から出力される光の背面斜視概観を例示する概略図である。 第１および第２の異なる光学窓距離を伴う可変チルトファセットを備える湾曲型光方向転換フィルム部品から出力される光の背面斜視概観を例示する概略図である。 瞳孔状バックライトの可変チルトファセットを含む方向転換フィルムの動作の側面概観を例示する概略図である。 瞳孔状バックライトの湾曲型光方向転換フィルム部品の動作の上面概観を例示する概略図である。 図３の発光型空間光変調器の動作の側面概観を例示する概略図である。 プライバシー動作モード（狭角）での図１Ａ～Ｂの極制御遅延器を通る光の伝搬の側面概観を例示する概略図である。 広角動作モードでの図１Ａ～Ｂの極制御遅延器を通る光の伝搬の側面概観を例示する概略図である。

ここで、本開示の目的のための光学遅延器に関連する用語について説明する。

一軸複屈折材料を備える層には、光学異方性を支配する方向があるが、それに垂直な（またはそれに対する所与の角度で）すべての方向は同等の複屈折を有する。

光遅延器の光学軸は、複屈折が発生しない一軸複屈折材料内の光線の伝播方向を指す。これは、例えば対称線に平行であるか、または主光線が伝播するディスプレイ面に垂直であり得る光学システムの光学軸とは異なる。

光学軸に直交する方向に伝搬する光の場合、遅軸に平行な電気ベクトル方向の直線偏光が最も遅い速度で進むとき、光学軸は遅軸になる。遅軸方向は、設計波長で屈折率が最も高い方向である。同様に、速軸方向は、設計波長で屈折率が最も低い方向である。

正の誘電異方性の一軸複屈折材料の場合、遅軸方向は複屈折材料の異常軸である。負の誘電異方性の一軸複屈折材料の場合、速軸方向は複屈折材料の異常軸である。

半波長および四分の一波長という用語は、典型的には５００ｎｍ～５７０ｎｍであり得る設計波長λ_０に対する遅延器の動作を指す。本実施形態では、別段の指定がない限り、例示的な遅延値が５５０ｎｍの波長に対して提供される。

遅延器は、それに入射する光波の２つの垂直偏光成分間の位相シフトを提供し、２つの偏光成分に与える相対位相の量Γによって特徴付けられており、これは、複屈折Δｎおよび遅延器の厚さｄに次のように関係している。
Γ＝２．π．Δｎ．ｄ／λ_０ 式１

式１において、Δｎは、異常な屈折率と通常の屈折率との差として定義される。
Δｎ＝ｎ_ｅ－ｎ_ｏ 式２

半波長遅延器の場合、ｄ、Δｎ、およびλ_０の関係は、偏光成分間の位相シフトがΓ＝πであるように選択される。四分の一波長遅延器の場合、ｄ、Δｎ、およびλ_０の関係は、偏光成分間の位相シフトがΓ＝π／２であるように選択される。

本明細書における半波長遅延器という用語は、典型的には、遅延器に垂直に、かつ空間光変調器に垂直に伝搬する光を指す。

ここで、一対の偏光子間の透明な遅延器を通る光線の伝播のいくつかの態様を説明する。

光線の偏光状態（ＳＯＰ）は、任意の２つの直交する偏光成分間の相対的な振幅および位相シフトによって表される。透明な遅延器は、これらの直交偏光成分の相対的な振幅を変化させず、それらの相対的な位相にのみ作用する。直交偏光成分間に正味の位相シフトを提供すると、ＳＯＰが変化するが、正味の相対位相を維持すると、ＳＯＰが保たれる。本記載では、ＳＯＰは偏光状態と称する場合がある。

直線ＳＯＰは、振幅がゼロではない偏光成分と、振幅がゼロの直交偏光成分と、を有する。

直線偏光子は、直線偏光子の電気ベクトル伝達方向に平行な直線偏光成分を有し、異なるＳＯＰで光を減衰させる独自の直線ＳＯＰを透過する。

吸収偏光子は、入射光の１つの偏光成分を吸収し、かつ第２の直交偏光成分を透過する偏光子である。吸収直線偏光子の例として、ダイクロイック偏光子がある。

反射偏光子は、入射光の１つの偏光成分を反射し、かつ第２の直交偏光成分を透過する偏光子である。直線偏光子である反射偏光子の例として、３Ｍ社製のＤＢＥＦ（商標）またはＡＰＦ（商標）のような多層ポリマーフィルムスタック、またはＭｏｘｔｅｋ製のＰｒｏＦｌｕｘ（商標）のようなワイヤグリッド偏光子がある。反射直線偏光子は、コレステリック反射材料と、直列に配置された四分の一波長板と、をさらに備え得る。

リニア偏光子と平行リニア分析偏光子との間に配置され、相対的な正味の位相シフトを導入しない遅延器は、リニア偏光子内の残留吸収以外の光の完全な透過を提供する。

直交偏光成分間の相対的な正味の位相シフトを提供する遅延器は、ＳＯＰを変化させ、分析偏光子で減衰を提供する。

本開示において、「Ａプレート」とは、その光学軸が層の平面に平行である複屈折材料の層を利用する光学遅延器を指す。

「正のＡプレート」とは、正の複屈折Ａプレート、すなわち正のΔｎを伴うＡプレートを指す。

本開示において、「Ｃプレート」とは、その光学軸が層の平面に垂直である複屈折材料の層を利用する光学遅延器を指す。「正のＣプレート」とは、正の複屈折Ｃプレート、すなわち正のΔｎを伴うＣプレートを指す。「負のＣプレート」とは、負の複屈折Ｃプレート、すなわち負のΔｎを伴うＣプレートを指す。

「Ｏプレート」とは、その光学軸が層の平面に平行な成分と層の平面に垂直な成分とを有する複屈折材料の層を利用する光学遅延器を指す。「正のＯプレート」とは、正の複屈折Ｏプレート、すなわち正のΔｎを伴うＯプレートを指す。

無彩色遅延器を提供することができ、遅延器の材料は、波長λに伴って変化する遅延Δｎ．ｄが提供されている。
Δｎ．ｄ／λ＝κ 式３

式中、κは実質的に定数である。

適切な材料の例には、帝人フィルム製の変性ポリカーボネートが含まれる。本実施形態では、以下に説明するように、輝度低減が少ない極角度視方向と輝度低減が増加した極角度視方向との間の色の変化を有利に最小化するために、無彩色遅延器を提供することができる。

ここで、遅延器および液晶に関連して本開示で使用される様々な他の用語を説明する。

液晶セルは、Δｎ．ｄによって与えられた遅延を有し、Δｎは、液晶セル内の液晶材料４１４の複屈折であり、ｄは、液晶セルの厚さであり、液晶セル中の液晶材料４１４の配向には依存していない。

水平配向とは、分子が基板に実質的に平行に配向する、切り替え可能な液晶ディスプレイにおける液晶の配向を指す。水平配向は、平面配向と呼ばれることもある。水平配向は、典型的には、２度などの小さなプレチルトを伴って提供され得、その結果、液晶セルの配向層の表面における分子は、以下に説明されるようにわずかに傾斜する。プレチルトは、セルの切り替えにおける縮退を最小限に抑えるように配置されている。

本開示において、垂直配向は、棒状液晶分子が基板に対して実質的に垂直に配向される状態である。ディスコティック液晶では、垂直配向は、ディスク状の液晶分子によって形成される柱構造の軸が表面に垂直に配向される状態として定義される。垂直配向では、プレチルトは配向層に近い分子の傾斜角であり、通常は９０度に近く、例えば８８度になり得る。

ねじれ液晶層では、ネマティック液晶分子のねじれ構成（ヘリカル構造またはヘリックスとしても知られている）が提供される。ねじれは、配向層の非平行配向によって達成することができる。さらに、コレステリックドーパントを液晶材料４１４に添加して、ねじれ方向（時計回りまたは反時計回り）の縮退を解消し、緩和（通常は駆動されていない）状態におけるねじれのピッチをさらに制御することができる。超ねじれ液晶層は、１８０度を超えるねじれを有する。空間光変調器において使用されるねじれネマティック層は、通常、９０度のねじれを有する。

正の誘電異方性を伴う液晶分子は、印加された電界によって、水平配向（Ａプレート遅延器配向など）から垂直配向（ＣプレートまたはＯプレート遅延器配向など）に切り替えられる。

負の誘電異方性を伴う液晶分子は、印加された電界によって、垂直配向（ＣプレートまたはＯプレート遅延器配向など）から水平配向（Ａプレート遅延器配向など）に切り替えられる。

棒状分子は正の複屈折を有するため、式２に記載されているようにｎ_ｅ＞ｎ_ｏとなる。ディスコティック分子は負の複屈折を有するため、ｎ_ｅ＜ｎ_ｏである。

Ａプレート、正のＯプレート、および正のＣプレートなどの正の遅延器は、通常、延伸フィルムまたは棒状液晶分子によって提供され得る。負のＣプレートなどの負の遅延器は、延伸フィルムまたはディスコティック様の液晶分子によって提供され得る。

平行液晶セル配向とは、平行またはより一般的には逆平行である水平配向層の配向方向を指す。事前傾斜させた垂直配向の場合、配向層は、実質的に平行または逆平行である成分を有し得る。ハイブリッド配向液晶セルは、１つの水平配向層および１つの垂直配向層を有し得る。ねじれ液晶セルは、例えば互いに９０度に向けられた、平行な配向を有しない配向層によって提供され得る。

透過型空間光変調器は、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第８，２３７，８７６号に開示されるように、入力ディスプレイ偏光子と出力ディスプレイ偏光子との間に遅延器をさらに備え得る。そのような遅延器（図示せず）は、本実施形態の受動補償遅延器とは異なる場所にある。そのような遅延器は、軸外の観察位置に対するコントラスト低下を補償し、これは、本実施形態の軸外の観察位置に対する輝度低減とは異なる効果である。

ここで、プライバシーディスプレイの外観に関する用語について説明する。

ディスプレイのプライベート動作モードは、画像がはっきりと見えないように、観察者が低いコントラスト感度を見るモードである。コントラスト感度は、静止画像における様々なレベルの輝度を識別する能力の尺度である。逆コントラスト感度は、高い視覚的セキュリティレベル（ＶＳＬ）が低い画像可視性に対応するという点で、視覚的セキュリティの尺度として使用することができる。

観察者に画像を提供するプライバシーディスプレイの場合、視覚的セキュリティは、以下のように得られる。
ＶＳＬ＝（Ｙ＋Ｒ）／（Ｙ－Ｋ） 式４

式中、ＶＳＬは、視覚的セキュリティレベルであり、Ｙは、窃視者の視角におけるディスプレイの白色状態の輝度であり、Ｋは、窃視者の視角におけるディスプレイの黒色状態の輝度であり、Ｒは、ディスプレイからの反射光の輝度である。

パネルのコントラスト比は、以下のように得られる。
Ｃ＝Ｙ／Ｋ 式５

高コントラストの光学ＬＣＤモードの場合、白色状態の透過率は、視角に伴って実質的に一定のままである。本実施形態のコントラスト低減液晶モードでは、白色状態の透過率は、典型的には、黒色状態の透過率が増加するにつれて低減し、以下のようになる。
Ｙ＋Ｋ～Ｐ．Ｌ 式６

次いで、視覚的セキュリティレベルは、さらに以下のように得られ得る。

式中、軸外の相対輝度Ｐは通常、正面の輝度のパーセンテージとして定義され、窃視者角度におけるＬであり、ディスプレイは、画像コントラスト比Ｃと、表面反射率ρと、を有し得る。

軸外の相対輝度Ｐは、プライバシーレベルと称することもある。しかしながら、このようなプライバシーレベルＰは、正面の輝度と比較した所与の極角におけるディスプレイの相対輝度を説明するものであり、プライバシーの外観の尺度ではない。

ディスプレイは、ランバート周囲照度Ｉで照らされ得る。したがって、完全に暗い環境では、高コントラストディスプレイのＶＳＬはほぼ１．０になる。周囲照度が増加すると、知覚される画像のコントラストが劣化し、ＶＳＬが増加し、プライベート画像が知覚される。

一般的な液晶ディスプレイの場合、パネルのコントラストＣは、ほぼすべての視角で１００：１を超えているため、視覚的セキュリティレベルを以下のように概算することができる。
ＶＳＬ＝１＋Ｉ．ρ／（π．Ｐ．Ｌ） 式８

知覚画像のセキュリティは、目の対数応答から判定することができ、それは、以下である。
Ｓ＝ｌｏｇ_１０（Ｖ） 式９

Ｓの望ましい限界は、以下のように判定された。第１のステップでは、プライバシーディスプレイデバイスが提供された。プライバシーレベルの変化、極視角を伴うディスプレイデバイスのＰ（θ）、および極視角を伴うディスプレイデバイスの反射率ρ（θ）の変化の測定が、明所視測定機器を使用して行われた。実質的に均一な輝度のライトボックスなどの光源は、反射のための入射方向に沿って、プライバシーディスプレイデバイスを照らすように配置された照明領域から、ディスプレイデバイスの垂線に対する０°を超える極角における観察者位置への照明を提供するように配置された。極視角を伴う実質的にランバート発光ライトボックスの照度の変化Ｉ（θ）は、反射率ρ（θ）の変化を考慮に入れて、極視角を伴う記録された反射輝度の変化を測定することによって判定された。Ｐ（θ）、ｒ（θ）、およびＩ（θ）の測定値を使用して、ゼロ仰角軸に沿った極視角によるセキュリティ係数Ｓ（θ）の変化を判定した。

第２のステップでは、（ｉ）最大フォント高さ３ｍｍの小さなテキスト画像と、（ｉｉ）最大フォント高さ３０ｍｍの大きなテキスト画像と、（ｉｉｉ）動画と、を含む一連の高コントラスト画像が、プライバシーディスプレイに提供された。

第３のステップでは、各観察者（必要に応じて１０００ｍｍで見るための視力補正を使用）が１０００ｍの距離から画像の各々を見て、ディスプレイの中心線またはその近くのディスプレイ上の位置から片方の目で画像が見えなくなるまで、ゼロ高度における極座標角度を調整した。観察者の目の極位置が記録された。関係Ｓ（θ）から、該極位置におけるセキュリティ係数が判定された。測定は、様々な画像、様々なディスプレイ輝度Ｙ_ｍａｘ、様々なライトボックス照度Ｉ（ｑ＝０）、様々な背景照明条件、および様々な観察者に対して繰り返された。

上記の測定値から、Ｓ＜１．０は、低いか、または、非視覚的セキュリティを提供し、１．０≦Ｓ＜１．５は、画像コンテンツのコントラスト、空間周波数、および時間周波数に依存する視覚的セキュリティを提供し、１．５≦Ｓ＜１．８は、ほとんどの画像およびほとんどの観察者に対して、許容できる画像の不可視性（つまり、画像のコントラストが観察できない）を提供し、Ｓ≧１．８は、すべての観察者に対して、画像コンテンツに関係なく、完全な画像の不可視性を提供する。

プライバシーディスプレイと比較して、望ましい広角ディスプレイは、標準的な周囲照度条件で容易に観察される。画像可視性の１つの尺度は、以下の式で得られるミシェルソンコントラストなどのコントラスト感度によって得られる。
Ｍ＝（Ｉ_ｍａｘ－Ｉ_ｍｉｎ）／（Ｉ_ｍａｘ＋Ｉ_ｍｉｎ） 式１０

そこで、
Ｍ＝（（Ｙ＋Ｒ）－（Ｋ＋Ｒ））／（（Ｙ＋Ｒ）＋（Ｋ＋Ｒ））＝（Ｙ－Ｋ）／（Ｙ＋Ｋ＋２．Ｒ） 式１１

したがって、視覚的セキュリティレベル（ＶＳＬ）は、１／Ｍと同等である（ただし、同一ではない）。本考察では、所与の軸外の相対輝度Ｐに対して、広角画像可視性Ｗは、以下のように概算される。
Ｗ＝１／ＶＳＬ＝１／（１＋Ｉ．ρ／（π．Ｐ．Ｌ）） 式１２

本考察では、望ましい白色点（ｕ_ｗ'、ｖ_ｗ'）からの出力色（ｕ_ｗ'＋Δｕ'、ｖ_ｗ'＋Δｖ'）の色変化Δεは、典型的なディスプレイのスペクトル光源を想定し、ＣＩＥＬＵＶ色差メトリックによって判定することができ、以下の式で得られる。
Δε＝（Δｕ'^２＋Δｖ'^２）^１／２ 式１３

反射屈折素子は、屈折および反射の両方を使用し、これは、内部全反射または金属化表面からの反射である可能性がある。

ここで、様々な指向性ディスプレイデバイスの構造および動作を説明する。本記載では、共通の素子は共通の参照番号を有する。任意の素子に関する開示は、同じまたは対応する素子が提供される各デバイスに適用されることに留意されたい。よって、簡潔にするために、そのような開示は繰り返されない。

次に、切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置について説明する。

図１Ａは、透過型空間光変調器４８を備える切り替え可能なプライバシーディスプレイデバイス１００の正面斜視概観を例示する概略図であり、図１Ｂは、図１Ａの装置における光学部品のスタックの正面斜視概観を示す概略グラフである。

ディスプレイ装置１００は、バックライト装置２０と、バックライト装置２０からの光を受光するように配置されている空間光変調器４８とを備える。空間光変調器４８は、バックライト２０からの出力光を受光し、かつ空間的に変調するように配置された透過型空間光変調器４８を含む。

空間光変調器４８は、ディスプレイ出力偏光子２１８、空間光変調器４８の入力側に配置されたディスプレイ入力偏光子２１０を備え、ディスプレイ偏光子２１０、２１８はリニア偏光子である。空間光変調器４８は、基板２１２、２１６と、赤、緑、および青の画素２２０、２２２、２２４を有する液晶層２１４と、を備える液晶ディスプレイを備え得る。出力ディスプレイ偏光子２１８は、ディスプレイ入力偏光子２１０と交差し、空間光変調器４８の画素２２０、２２２、２２４からの光に対して高い消光比を提供するように配置されている。典型的な偏光子２１０、２１８は、ダイクロイック偏光子などの吸収偏光子であり得る。

追加の偏光子３１８Ａは、空間光変調器４８の入力ディスプレイ偏光子２１０と同じ側に配置されており、追加の偏光子３１８Ａは、リニア偏光子である。極制御遅延器３００は、ディスプレイ入力偏光子２１０と追加の偏光子３１８との間に配置されている。

ディスプレイ入力偏光子２１０、追加の偏光子３１８Ａ、およびさらなる追加の偏光子３１８Ｂは、ｘ軸におよび互いに平行な電気ベクトル伝達方向２１１、３１９Ａ、３１９Ｂを有する。電気ベクトル伝達方向２１９は、空間光変調器４８において高い画像コントラストを提供するために、ｙ軸に平行になるように設定される。

少なくとも１つの極制御遅延器３００Ａは、少なくとも１つの受動補償遅延器３３０Ａをさらに含む。少なくとも１つの受動補償遅延器３３０は、その光学軸３３１Ａが遅延器３３０Ａの平面に直交する受動補償遅延器３３０Ａを含み、すなわち、遅延器３３０Ａは、負のＣプレートである。

ディスプレイデバイス１００は、光４４５、４４７を出力するように配置されたバックライト２０をさらに備え、空間光変調器４８は、バックライト２０からの出力光を受光し、かつ空間的に変調するように配置された透過型空間光変調器４８を含む。

ディスプレイデバイス１００はさらに、空間光変調器４８の追加の偏光子３１８Ａの外側に追加の偏光子３１８Ａと同じ側に配置されたさらなる追加の偏光子３１８Ｂであって、ディスプレイ偏光子２１０および追加の偏光子３１８Ａの電気ベクトル伝達方向２１１、３１９に平行な電気ベクトル伝達方向を有するリニア偏光子である、さらなる追加の偏光子３１８Ｂと、追加の偏光子３１８Ａとさらなる追加の偏光子３１８Ｂとの間に配置された少なくとも１つのさらなる極制御遅延器３００Ｂと、をさらに備える。

極制御遅延器３００Ａ、３００Ｂはそれぞれ、液晶材料４１４Ａ、４１４Ｂの層３１４Ａ、３１４Ｂを備える切り替え可能な液晶遅延器３０１Ａ、３０１Ｂを含む。材料４１４Ａ、４１４Ｂは、以下でさらに説明するように、同じであっても、異なっていてもよい。液晶遅延器３０１は、図５Ｂに関してさらに説明されるように、透明基板３１２、３１６、電極、および配向層をさらに備える。

バックライト２０は、入力光４４５を提供するように配置された少なくとも１つの第１の光源１５（非限定的な例として示されている複数の第１の光源１５）と、少なくとも１つの第１の光源１５とは反対方向に入力光４４７を提供するように配置された少なくとも１つの第２の光源１７（非限定的な例として示されている複数の第２の光源１７）と、を備える。

導波路配置１１は、第１の光源１５および第２の光源１７からの入力光４４５、４４７を受光し、内部全反射を遮断することによって第１の光源１５および第２の光源１７からの光を導波路配置１１から出射するように配置されている。光源１５、１７はそれぞれ、ＬＥＤのアレイなどの光源のアレイを備える。バックライト装置２０は、少なくとも１つの第１の光源１５および少なくとも１つの第２の光源１７を独立して制御するように配置された光源制御システム３５４をさらに備える。

バックライト装置２０は、導波路１の表面６、８から出射する光を受光するように配置された後部反射器３をさらに備え、以下でさらに説明されるように受光した光を導波路１を介して戻す。

バックライト装置２０は、導波路１から抽出された光を受光するように配置された光方向転換フィルム部品５０をさらに備え、その動作は、以下でさらに説明される。

光学スタック５は、拡散器と、反射偏光子と、他の既知の光学バックライト構造と、を備え得る。例えば、非対称表面レリーフの特徴を備え得る非対称拡散器は、横方向と比較して仰角方向への拡散が増加した状態で、光学スタック５に提供され得る。有利なことに、画像の均一性を高めることができる。

図１Ｂを考慮すると、様々な光学軸の配向および電気ベクトルの伝達方向が開示されている。液晶遅延器３０１Ａ、３０１Ｂは、ディスプレイデバイス偏光子２１０および追加の偏光子３１８Ａ、３１８Ｂの電気ベクトル伝達方向２１１、３１９Ａ、３１９Ｂに対して非ゼロの鋭角６１７Ａ、６１７Ｂをなす、液晶材料４１４Ａ、４１４Ｂの層３１４Ａ、３１４Ｂの平面における成分４１７ＡＡｐ、４１７ＢＡｐを伴うプレチルト方向を有する。より全般的には、配向層４１９Ａ、４１９Ｂの少なくとも１つは、ディスプレイデバイス偏光子２１８および追加の偏光子３１８Ａ、３１８Ｂの電気ベクトル伝達方向２１１、３１９Ａ、３１９Ｂのうちの少なくとも１つに対して非ゼロの鋭角６１７ＡＡ、６１７ＢＡをなす、液晶材料４１４の層３１４の平面内の成分４１７ＡＡｐ、４１７ＢＡｐを伴うプレチルト方向を有し得る。

本明細書において、偏光子の電気ベクトル伝達方向に対して「非ゼロの鋭角」にあるプレチルト方向の成分への言及は、成分が定義される平面に垂直に見られる角度への言及である。これは、例えば図１Ｂおよび対応する図面に示されるように、プレチルト方向の成分と、成分が定義されている平面への電気ベクトル伝達方向の投影との間の角度と等しく見なし得る。

液晶遅延器３０１Ａ、３０１Ｂの構造は、以下の図５Ａ～Ｂに関してさらに考察され得る。

次に、代替の極制御遅延器の構造、および極制御遅延器の制御についてさらに説明する。

図２Ａは、切り替え可能なプライバシーディスプレイデバイス１００の代替の光学スタックの正面斜視概観を例示する概略図であり、図２Ｂは、図２Ａの装置における光学部品のスタックの正面斜視概観を例示する概略グラフである。さらに詳細に論じられていない図２Ａ～Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

説明のために、図２Ａは、空間光変調器４８の出力偏光子２１８を例示している。バックライト２０および透過型空間光変調器４８は、偏光子２１８の入力側に配置され得る。

図２Ａ～Ｂの代替実施形態における図１Ａ～Ｂの配置と比較して、極制御遅延器３００Ａ、３００Ｂは、空間光変調器４８の出力側に配置されている。したがって、ディスプレイデバイス１００は、さらに、空間光変調器４８の出力側に配置された出力ディスプレイ偏光子２１８と、空間光変調器４８の出力側に配置されたさらなる追加の偏光子３１８Ｂであって、ディスプレイ偏光子２１８および追加の偏光子３１８Ａの電気ベクトル伝達方向２１９、３１９に平行な電気ベクトル伝達方向を有するリニア偏光子である、さらなる追加の偏光子３１８Ｂと、さらなる追加の偏光子３１８Ｂと出力ディスプレイ偏光子２１８との間に配置された少なくとも１つのさらなる極制御遅延器３００と、を備える。

有利には、図２Ａの配置は、ディスプレイユーザによって、または製造中に空間光変調器４８の出力側に後付けされ得る。さらに、そのような配置は、以下の図３に例示されるものと同様の方法で、発光型空間光変調器とともに使用するために提供され得る。

図２Ａ～Ｂは、図１Ａ～Ｂの負のＣプレート受動制御遅延器３３０Ａ、３３０Ｂの代替の実施形態をさらに例示し、少なくとも１つの受動補償遅延器３３０は、交差する遅延器３３０Ａ、３３０Ｂの平面における光学軸３３１Ａ、３３１Ｂを有する一対の受動補償遅延器３３０Ａ、３３０Ｂを備える。光学軸３３１Ａ、３３１Ｂ間の角度は、この例では平行であるディスプレイ偏光子２１０、２１８および追加の偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向２１１、２１９、３１９によって二分割されている。より一般的には、光学軸３３１Ａ、３３１Ｂ間の角度は、それぞれ、ディスプレイ偏光子２１０、２１８および追加の偏光子３１８のうちの少なくとも１つの電気ベクトル伝達方向２１１、２１９、３１９によって二分割されている。図２Ｃの受動Ａプレート遅延器３３０ＡＡ、３３０ＡＢ、３３０ＢＡ、３３０ＢＢは、図１Ａ～ＢのＣプレート遅延器よりも低コストで大面積に製造するのが有利に容易である可能性がある。

図２Ａ～Ｂは、偏光子２１９、３１８Ａ、３１８Ｂの電気ベクトル伝達方向２１９、３１９Ａ、３１９Ｂが、図１Ａ～Ｂに例示されているものに対して９０度回転していることをさらに例示している。液晶遅延器３０１Ａ、３０１Ｂは、図１Ａ～Ｂに例示されているのと同じ方向にある液晶材料４１４Ａ、４１４Ｂの層３１４Ａ、３１４Ｂの平面に成分４１７ＡＡｐ、４１７ＢＡｐを伴うプレチルト方向を有し、したがって、図１Ａ～Ｂにおいて対応する角度に相補的である、ディスプレイデバイス偏光子２１８および追加の偏光子３１８Ａ、３１８Ｂの電気ベクトル伝達方向２１９、３１９Ａ、３１９Ｂに対して非ゼロの鋭角６１７ＡＡ、６１７ＢＡをなす。ディスプレイ１００の動作は、偏光子２１９、３１８Ａ、３１８Ｂの電気ベクトル伝達方向２１９、３１９Ａ、３１９Ｂのそのような９０度の回転によって実質的に影響を受けない。

図２Ａ～Ｂは、図１Ａのディスプレイを含むディスプレイ１００が、液晶層３１４Ａ、３１４Ｂそれぞれの動作電圧を変更するために、ドライバ３５０Ａ、３５０Ｂによって極制御遅延器３００Ａ、３００Ｂを制御するように配置された制御システムをさらに備え得ることをさらに例示する。コントローラ３５２は、ドライバ３５０Ａ、３５０Ｂを制御し、さらに図１Ａの光源コントローラ３５４を制御するために提供される。

以下でさらに説明するように、ディスプレイデバイス１００は、画像を表示するように配置され、少なくともパブリックモード（２人以上のユーザ用）、プライバシー単一ユーザモード、および低迷光単一ユーザモードで動作することができる。プライバシーモードでは、プライバシー機能が提供され、軸外の視聴者に対する画像可視性はパブリックモードと比較して低減し、軸外の位置にある主たるユーザに対する画像可視性は、プライバシーおよびパブリックモードの両方で見えたままになる。制御システム３５０、３５２、３５４はそれぞれ、表示された画像の少なくとも１つの領域、典型的には表示された画像全体に対して、パブリックモード、プライバシーモードまたは低迷光モードでディスプレイデバイス１００を選択的に動作する。このようなディスプレイデバイスは、ラップトップ、モニタ、ＴＶ、携帯電話、タブレット、ウェアラブルディスプレイ、ＡＴＭディスプレイ、自動車用ディスプレイなどの切り替え可能なプライバシーディスプレイのようなアプリケーションで使用され得るが、これらに限定されるものではない。

図２Ｃは、切り替え可能なプライバシーディスプレイデバイス１００のための光学部品の代替スタックの正面斜視概観を例示する概略図である。さらに詳細に論じられていない図２Ｃの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

図２Ｃの代替配置は、図１Ａ～Ｂおよび図２Ａの配置とは異なる。第１の点において、第１の極制御遅延器３００Ａは、液晶極制御遅延器３０１ＡおよびＣプレート３３０Ａを備え、第２の極制御遅延器３００Ｂは、液晶極制御遅延器３０１Ｂおよび交差したＡプレート３３０ＢＡ、３３０ＢＢを備える。異なる極制御遅延器３００Ａ、３００Ｂを選択することにより、ディスプレイ出力の軸外制御を有利に高めることが達成され得る。構造上、画像のコントラストを維持し、アセンブリの歩留まりを向上させ、コストを削減しながら、空間光変調器４８の背後に追加のエアギャップを設けることができる。

別の点において、第１の極制御遅延器３００Ａは、出力偏光子２１８の出力側に配置され、第２の極制御遅延器３００Ｂは、入力偏光子２１０の入力側に配置されている。有利には、バックライト２０からの光抽出の効率を高めることができる。

次に、発光型ディスプレイ構造について説明する。

図３は、発光型空間光変調器４８を含む切り替え可能なプライバシーディスプレイデバイス１００の正面斜視概観を例示する概略図である。さらに詳細に論じられていない図３の実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

空間光変調器４８は、空間的に変調された光を放出するように配置された発光型空間光変調器４８を含む。発光型ディスプレイ１００は、四分の一波長板２２８と、発光型ディスプレイ１００の画素平面２１４からの前面反射を低減するように配置されたディスプレイ出力偏光子２１８とをさらに備えることができる。該ディスプレイ偏光子は、空間光変調器４８の出力側に配置された出力ディスプレイ偏光子２２１８である。

図３の実施形態は、単一の極制御遅延器３００を例示している。代替的に、２つの極制御遅延器３００Ａ、３００Ｂ、および図２Ａに例示されるようなさらなる追加の偏光子３１８Ｂが提供され得る。

発光型ディスプレイ１００は、光吸収領域７０４および光透過開口領域７０２を含む視差バリア７００をさらに備える。本実施形態における視差バリア７００の動作については、以下の図３３を参照してさらに説明する。

次に、自動車におけるディスプレイ１００の動作について説明する。

図４Ａは、自動車６５０におけるプライバシーディスプレイデバイス１００の上面概観を示す概略図であり、図４Ｂは、自動車６５０におけるプライバシーディスプレイデバイス１００の側面概観を示す概略図である。

ディスプレイ１００は、中央スタックディスプレイ（ＣＳＤ）の位置、すなわち、それぞれ助手席の乗客および運転者である可能性がある２人の乗員ユーザ４５、４７の間に配置されている。光４４５、４４７は、それぞれ、ユーザ４５およびユーザ４７に出力され得る。ディスプレイ１００は、乗客４５および運転者４７の両方に画像を提供し得る第１の部分１０１Ｌと、本明細書の他の場所で説明されるような切り替え可能な軸外プライバシーディスプレイを含む第２の部分１０１Ｒとを含む代替の実施形態を例示する。

パブリックモードでは、両方のユーザ４５、４７に画像を提供することが望ましい場合がある。

プライバシーモードでは、運転者４７には見えない画像を乗客４５に提供することが望ましい場合がある。有利なことに、乗客は、運転者の気を散らすことなく娯楽情報を見ることができる。

低迷光モードでは、乗客の輝度を低減しながら、望ましい輝度で運転者に画像を提供することが望ましい場合がある。有利なことに、夜間の運転中に車両の内面の明るさが低減し、運転者の注意散漫が低減する可能性がある。さらに、より広い面積のディスプレイは、望ましくは低いキャビン内部照明を備えていてもよい。

さらに、反射画像データの可視性を低減するために、車両の窓６５４に向けられた低レベルの迷光４４２を提供することが望ましい場合がある。

次に、軸外照明制御用の極制御遅延器３００の構造について説明する。

図５Ａは、この例では平行であるディスプレイデバイス偏光子２１８および追加の偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向２１９、３１９に対して非ゼロの鋭角６１７Ａ、６１７Ｂをなす、液晶材料４１４の層３１４の平面における成分４１７Ａｐ、４１７Ｂｐを伴うプレチルト方向４１７を有する配向層４１９Ａ、４１９Ｂを伴う液晶遅延器３０１を含む極制御遅延器３００の正面斜視概観を示す概略図である。より全般的には、配向層４１９Ａ、４１９Ｂの少なくとも１つは、ディスプレイデバイス偏光子２１８および追加の偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向２１９、３１９のうちの少なくとも１つに対して非ゼロの鋭角６１７Ａ、６１７Ｂをなす、液晶材料４１４の層３１４の平面における成分４１７Ａｐ、４１７Ｂｐを伴うプレチルト方向４１７を有し得る。この例では、非ゼロの鋭角６１７Ａ、６１７Ｂが、ディスプレイデバイス１００全体にわたって存在している。これは、特に明記されていない限り、すべての実施形態にも当てはまる。しかしながら、より一般的には、非ゼロの鋭角６１７Ａ、６１７Ｂは、ディスプレイデバイス１００の任意の部分にわたって存在し、その場合、以下に説明する技術的効果がその部分に対して実現される。

図５Ｂは、ディスプレイデバイス偏光子２１８および追加の偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向２１９に対して非ゼロの鋭角６１７Ｂをなす、液晶材料４１４の層３１４の平面における成分４１７Ｂｐを伴うプレチルト方向４１７Ｂを有する１つの配向層４１９Ｂの正面概観を示す概略図である。

さらに詳細に論じられていない図５Ａ～Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

少なくとも１つの極制御遅延器３００は、液晶材料４１４の層３１４を備える切り替え可能な液晶遅延器３０１を備える。電極４１３、４１５は、基板３１２、３１６上に配置され（図１Ａに例示されるように）、ドライバ３５０は、少なくとも１つの動作モードで層３１４の両端に電圧を提供するように配置される。

２つの表面配向層４１９Ａ、４１９Ｂは、液晶材料４１４の層３１４に隣接して、その両側に配置され、表面配向層４１９Ａ、４１９Ｂの各々は、ディスプレイ偏光子２１０、２１８および追加の偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向２１１、２１９、３１９に対して非ゼロの鋭角６１７Ａ、６１７Ｂをなす、液晶材料４１４の層３１４の平面における成分４１７Ａｐ、４１７Ｂｐを伴うプレチルト方向４１７を有するプレチルトを有する。

切り替え可能な液晶遅延器３０１は、液晶材料４１４の層３１４に隣接してその両側に配設された２つの表面配向層４１９Ａ、４１９Ｂをさらに備え、表面配向層４１９Ａ、４１９Ｂはそれぞれ、ディスプレイ偏光子２１０、２１８および追加の偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向２１１、２１９、３１９に対して非ゼロ角度６１７をなす、液晶材料４１４の層３１４の平面における成分４１７Ａｐ、４１７Ｂｐを伴うプレチルト方向４１７を有するプレチルトを有する。

図５Ａは、表面配向層４１９Ｂが、隣接する液晶材料４１４において水平配向を提供するように配置されることを例示し、該表面配向層４１９Ｂは、ディスプレイ偏光子２１８および追加の偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向２１９、３１９に対して非ゼロの鋭角６１７Ｂをなす、液晶材料４１４の層３１４の平面における成分４１７Ｂｐを伴うプレチルト方向４１７を有する該プレチルトを有する。図１Ａなどの他の実施形態では、成分４１７Ｂｐは、ディスプレイ偏光子２１０および追加の偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向２１１、３１９に対して非ゼロの鋭角６１７Ｂをなす。

他方の表面配向層４１９Ａは、隣接する液晶材料４１４において垂直配向を提供するように配置されている。他方の表面配向層４１９Ａは、ディスプレイ偏光子２１８および追加の偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向２１１、３１９に対して非ゼロ角度６１７Ａをなす、液晶材料４１４の層３１４の平面における成分４１７Ａｐを伴うプレチルト方向４１７Ａを有する該プレチルトを有する。したがって、表面配向層４１９Ａ、４１９Ｂの各々は、ディスプレイ偏光子２１０、２１８および追加の偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向２１１、２１９、３１９に対して非ゼロの鋭角６１７Ａ、６１７Ｂをなす、液晶材料４１４の層３１４の平面における成分４１７Ａｐ、４１７Ｂｐを伴うプレチルト方向４１７Ａ、４１７Ｂを有するプレチルトを有する。

図５Ｂは、プレチルト方向が表面配向層４１９Ｂを横切るすべての位置で同じであり得ることを例示し、その結果、表面配向層４１９Ａ、４１９Ｂはそれぞれ、ディスプレイ偏光子２１０、２１８および追加の偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向２１１、２１９、３１９に対して同じ非ゼロの鋭角６１７Ａ、６１７Ｂにある液晶材料４１４の層３１４の平面における成分４１７Ａｐ、４１７Ｂｐを伴うプレチルト方向４１７を有するプレチルトを有する。

液晶遅延器３０１のコストおよび複雑さを低減することが望ましい場合がある。

図５Ｃは、ディスプレイ偏光子２１８および追加の偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向２１９、３１９に対して非ゼロの鋭角６１７Ｂをなす、液晶材料４１４の層の平面における成分４１７Ｂｐを伴うプレチルト方向４１７Ｂを有する水平配向層４１９Ｂと、ディスプレイ偏光子２１８および追加の偏光子２１９の電気ベクトル伝達方向２１９、３１９に平行な（ゼロ角度で）液晶材料４１４の層の平面における成分４１７Ａｐを伴うプレチルト方向４１７Ａを有する垂直配向層４１９Ａと、を伴う液晶遅延器３０１を備えた極制御遅延器３００の正面概観を例示する概略図である。別の方法として、垂直配向層４１９Ａは、ディスプレイ偏光子２１８および追加の偏光子２１９の電気ベクトル伝達方向２１９、３１９に直交する液晶材料４１４の層の平面における成分４１７Ａｐを伴うプレチルト方向４１７Ａであり得、この代替案では、動作は実質的に影響を受けない。

図５Ｄは、ディスプレイ偏光子２１８および追加の偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向２１９、３１９に対して非ゼロの鋭角６１７Ｂをなす、液晶材料４１４の層の平面における成分４１７Ｂｐを伴うプレチルト方向４１７Ｂを有する水平配向層４１９Ｂと、ディスプレイ偏光子２１８および追加の偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向２１９、３１９に配向された（ゼロ角度で）液晶材料４１４の層の平面における成分４１７Ａｐを伴うプレチルト方向４１７Ａを有する垂直配向層４１９Ａと、を備える極制御遅延器３００の正面概観を例示する概略図である。

図５Ａの配置と比較して、図５Ｃの代替の配置は、ディスプレイの縁と配向される一定の配向方向を含む。そのような配置は、より便利に低コストで製造される。図２９Ａに示されるように配向方向が変化する配置では、有利には、垂直配向層４１９Ａの製造の複雑さが低減され、コストが低減される。

次に、図５Ａの構造を通って伝播する光の透過について説明する。

図６Ａは、両方の配向層４１９Ａ、４１９Ｂについて角度６１７が３０°であるときの、表１の第１のプレチルト方向４１７を伴った図５Ｂの極制御遅延器３００の透過の極変動を例示する概略グラフであり、図６Ｂは、両方の配向層４１９Ａ、４１９Ｂについて角度６１７が２０°であるときの、表１の第２のプレチルト方向４１７を伴った図５Ｂの極制御遅延器３００の透過の極変動を例示する概略グラフであり、図６Ｃは、両方の配向層４１９Ａ、４１９Ｂについて角度６１７が０°であるときの、表１の第２のプレチルト方向４１７を伴った図５Ｂの極制御遅延器３００の透過の極変動を例示する概略グラフである。

極特性は、ｚ軸で７００ｍｍの距離から見た、横方向に４００ｍｍオフセットした、１４インチの横向きの１６：９アスペクト比ディスプレイのユーザ４５、４７のそれぞれの視野６５、６７も例示している。プライベート動作モードでは、軸外ユーザ４５に高い画像可視性を提供し、軸外ユーザ４７に高い画像セキュリティレベルを提供することが望ましい。非ゼロの鋭角６１７は、有利には、視野６５を伴ったユーザ４５に高い透過率を提供し、視野６７を伴ったユーザ４７に低い透過率を提供することを実現する。

本実施形態との比較として、図６Ｃは、角度６１７が０度であるときの透過率が軸上方向に関して対称であり、両方のユーザ４５、４７に、輝度の等しい低減、すなわち、軸外非対称性がないことが実現される。望ましくないことに、そのような配置は、２人の軸外ユーザ４５、４７に対して異なるプライバシー特性を実現しない。

本実施形態では、出力ディスプレイ偏光子２１０、２１８と少なくとも１つの極制御遅延器３００との間には反射偏光子が配置されていない。そのような反射偏光子３０２が出力偏光子２１８と図２Ａの偏光子制御遅延器３００Ｂとの間に配置される場合、液晶遅延器３０１の駆動条件に応じて、光はディスプレイから軸外角度で選択的に反射され得る。しかしながら、反射特性は対称的であり、したがって、本実施形態の望ましい軸外反射特性を実現しない。

透過最小値の上昇位置６９は、液晶遅延器３０１の動作の制御電圧によって調整され得る。したがって、そのような位置６９は、非ゼロ上昇位置で最適なユーザ位置４７を提供するように配置され得、例えば、ユーザ４７の位置を感知し、それに応じてドライバ３５０Ａ、３５０Ｂによって駆動電圧を設定することによって、ユーザ４７の位置に対応して調整され得る。最適なプライバシーパフォーマンスのためのユーザ４７の位置の自由度が有利に向上する可能性がある。

次に、図４Ａの軸外ディスプレイ１００についての望ましい照明について説明する。

図７Ａは、導波路配置１１、後部反射器３、および光方向転換フィルム部品５０を備え、第１および第２のローブ方向に同じ角度分布４５５、４５７を伴う光ビーム４４５、４４７を出力する切り替え可能なバックライト２０の側面概観を例示する概略図であり、図７Ｂは、導波路配置１１の正面概観を例示する概略図である。さらに詳細に論じられていない図７Ａ～Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

導波路配置１１は、平面を横切って延在する導波路１であって、光導波路１に沿って光をガイドするように配置された第１および第２の対向する光ガイド面６、８を備え、第２の光ガイド面８が内部全反射によって光をガイドするように配置される、導波路１を備える。

第１および第２の入力端２、４は、第１および第２の光ガイド面６、８の間に配置され、第１および第２の光ガイド面６、８の間で横方向に延びる。

少なくとも１つの第１の光源１５は、第１の入力端２を介して光４４５を導波路１の中に入力するように配置され、少なくとも１つの第２の光源１７は、第２の入力端４を介して光４４７を導波路１の中に入力するように配置される。

導波路１は、少なくとも１つの第１の光源１５および少なくとも１つの第２の光源１７からの光４４５、４４７を、内部全反射を遮断することによって、第１および第２の光ガイド面６、８のうちの１つを介して導波路１から出射させるように配置されている。

光方向転換フィルム部品５０は、内部全反射を遮断することによって、導波路１から出射して導波路１の光ガイド面６、８を介して光を受光するように配置された入力面５６であって、平面を横切って延在する入力面５６と、入力面５６に面する出力面５８であって、入力面が、隆起５４を備える細長いプリズム状の素子５２のアレイを含む、出力面５８と、を備える。

導波路１は、少なくとも１つの第１の光源１５および少なくとも１つの第２の光源１７からの光４４５、４４７が、共通の角度分布４５５、４５７で導波路１から出射するように配置されている。

次に、図７Ａ～Ｂの実施形態で使用するための例示的な導波路の構造について説明する。

図８Ａは、光導波路１の第１の側および第２の側に微細構造を含む図７Ａの導波路配置１１の光導波路１の正面斜視概観を例示する概略図であり、図８Ｂは、光導波路１の同じ側に微細構造を含む図７Ａの導波路配置１１の代替の光導波路１の正面斜視概観を示す概略図である。さらに詳細に論じられていない図８Ａ～Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

導波路１は、横方向（ｘ軸）方向に沿って延びる傾斜されたファセット３２Ａ、３２Ｂのアレイを備える。図８Ａの導波路１は、レンチキュラー微細構造３０を含み、一方、図８Ｂの導波路１は、横方向に直交して延在するプリズム状の素子２９を含む。導波路１のファセット３２および素子２９、３０は、内部反射を遮断することによっていくらかの光が導波路１から漏れるように、導波路１内のガイド光４４５、４４７の伝搬を調整するように配置されている。

図９Ａは、図７Ａのバックライト２０用の光方向転換フィルム部品５０の正面斜視概観を例示する概略図である。

プリズム状の素子５２はそれぞれ、それらの間に隆起５４を画定する一対の細長いファセット５３を備える。隆起５４は、横方向に平行に平面を横切って延び、隆起５４は真っ直ぐである。出力面５８は平面である。

図９Ｂは、光方向転換フィルム部品５０の側面概観を例示する概略図である。本実施形態では、ファセットの垂線と平面の垂線との間で定義されるそれぞれのファセット５３のファセット角度は、４０°～７０°、好ましくは４７．５°～６２．５°である。高輝度および／または高セキュリティ係数Ｓを伴う軸外ユーザ４５、４７にとって有利に望ましい位置は、以下でさらに説明されるように提供され得る。

隆起５４の両側にあるファセット５３は、異なる、ファセットの垂線と平面の垂線との間で定義されるファセット角度を有している。有利には、光４４５、４４７は、それぞれの角度分布４５５、４５７を伴う異なる軸外位置に向けて方向付けられる。

図９Ｃは、図７Ａのバックライト２０に好適な代替の光方向転換フィルム部品５０表面の正面斜視概観を示す概略図である。

隆起５４およびファセット５３Ａ、５３Ｂは、いくらかの光拡散を提供し、角度分布４５５、４５７のサイズを増大させる蛇行を含む。有利なことに、表示の均一性を高めることができる。導波路１の製造上の欠陥から生じるアーチファクトの可視性を低減することができ、有利に歩留まりを向上させ、コストを低減することができる。導波路１の使用における損傷からの欠陥の可視性が低減し得、有利に寿命を延ばすことができる。

図１０は、光を第１のユーザ４５に向け、第２のユーザ４７にプライベート画像を提供するように動作する、図７Ａのバックライト２０の輝度出力の極変動を例示する概略グラフである。そのような配置は、光源１７からの光を伴わない光源１５によって提供される。有利なことに、ユーザ４５は高輝度画像を見、ユーザ４７は低輝度画像を見る。そのような構成は、夜間の動作のために乗客４５に低迷光画像を提供するために使用され得る。

図１１は、空気中の単一の表面のフレネル反射率から生じる、図１Ａのディスプレイデバイス１００装置の前面反射率の極変動を例示する概略グラフである。

図１２は、図１Ａのディスプレイデバイス１００、図１０のバックライト２０輝度特性のプライバシー動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動を示す概略グラフであり、第１の極制御遅延器３００Ａは、図６Ａの透過特性を含み、および第２の極制御遅延器３００Ｂは、遅延器３００Ａの場合と同じ規定を有するが、配向層は、水平軸の周りに反射される。横方向（仰角方向）に直交する方向で対称性の向上が実現されるのが有利である。

セキュリティ係数Ｓは、ルクスで測定された値Ｉの照度の半分であるニットで測定された値Ｙ_ｍａｘのディスプレイデバイス１００の正面輝度に対して提示される。

有利なことに、ユーザ４５は、セキュリティ係数Ｓ＜０．１を有する視野６５を有し、これは、ディスプレイ１００全体にわたって高い画像可視性が実現されることである。有利なことに、ユーザ４７は、すべての画像領域に対してＳ≧１．５、一部のディスプレイ領域に対してＳ≧１．８のセキュリティ係数を有する視野６７を有し、これは、高い画像セキュリティが実現され、少なくとも一部の画像がディスプレイ領域全体にわたってユーザ４７に見えないことである。

有利には、軸外プライバシーディスプレイが車両の乗客４５に提供される。運転者４７は、娯楽コンテンツなど、乗客から見た画像データのコンテンツの可視性を実質的に有し得ない。

運転者が見ることができるように、ディスプレイ１００を切り替えることが望ましい。

図１３Ａ～Ｂは、第１および第２のユーザ４５、４７に光を向けるように動作する図７Ａのバックライト２０の輝度出力の極変動を示す概略グラフである。図１３Ａは、光源１７のみの動作からの出力を例示し、図１３Ｂは、両方の光源１５、１７の動作からの出力を例示している。

図１３Ａの実施形態は、ユーザ４７に望ましい照明を提供しながら、低迷光ディスプレイを実現するために使用され得る。図１３Ｂの実施形態は、両方のユーザにディスプレイの可視性を達成するために使用され得る。そのような実施形態は、広角動作のために駆動される極制御遅延器３００を備えていてもよい。本開示の代替の実施形態では、極制御遅延器３００は省略され得る。

図１４は、図１Ａのディスプレイデバイス１００用のデュアルユーザ動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動、およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分であるニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイデバイス１００の正面輝度を伴う図１３Ｂのバックライト２０輝度特性を示す概略グラフであり、極制御遅延器３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃは、高広角透過用に駆動される。有利なことに、ユーザ４５、４７にとって、広い極範囲にわたって高い画像可視性が実現される。

バックライト２０全体にわたって輝度の均一性を高めることが望ましい場合がある。

図１５は、直列に配置された２つの導波路１Ａ、１Ｂ、後部反射器３および光方向転換フィルム部品５０を含み、第１および第２のローブ方向に光４４５、４４７を出射する導波路配置１１を備える代替の切り替え可能なバックライト２０の側面概観を例示する概略図である。さらに詳細に論じられていない図１５の実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

導波路配置１１は、第１および第２の導波路を含む。

第１の導波路１Ａは、平面を横切って延在し、光導波路１Ａに沿って光をガイドするように配置されている第１の光ガイド面６Ａおよび第２の光ガイド面８Ａであって、第２の光ガイド面８Ａが内部全反射によって光をガイドするように配置されている、対向する第１の光ガイド面６Ａおよび第２の光ガイド面８Ａと、第１の光ガイド面６Ａと第２の光ガイド面８Ａとの間に配置されている第１の入力端２Ａであって、第１の光ガイド面６Ａと第２の光ガイド面８Ａとの間で横方向に延在している、第１の入力端２Ａと、を備え、少なくとも１つの第１の光源１５Ａが、光４４７を第１の導波路１Ａの中に第１の入力端２Ａを介して入力するように配置されており、第１の導波路１Ａが、少なくとも１つの第１の光源１５Ａからの光を、内部全反射を遮断することによって、第１の光ガイド面６Ａと第２の光ガイド面８Ａのうちの１つを介して第１の導波路１Ａから出射させるように配置されている。

第２の導波路１Ｂは、第１の導波路１Ａに直列に配置されている平面を横切って延在し、光導波路１Ｂに沿って光をガイドするように配置されている対向する第１の光ガイド面６Ｂおよび第２の光ガイド面８Ｂであって、第２の光ガイド面が内部全反射によって光をガイドするように配置されている、対向する第１の光ガイド面６Ｂおよび第２の光ガイド面８Ｂと、第１の光ガイド面６Ｂと第２の光ガイド面８Ｂの間に配置され、第１の光ガイド面６Ｂと第２の光ガイド面８Ｂとの間で横方向に延在する第２の入力端２Ｂとを備える。

少なくとも１つの第２の光源１５Ｂは、第２の入力端２Ｂを介して第２の導波路１Ｂの中に光４４５を入力するように配置され、第２の導波路１Ｂは、少なくとも１つの第２の光源１５Ｂからの光を第２の導波路１Ｂから第１の光ガイド面６Ｂと第２の光ガイド面８Ｂとのうちの１つを介して、内部全反射を遮断することによって、出射させるように配置され、第１および第２の導波路１Ａ、１Ｂは、少なくとも１つの第１の光源１５Ａおよび少なくとも１つの第２の光源１５Ｂが光４４５、４４７を第１および第２の導波路１Ａ、１Ｂに反対方向に入力するように配向される。

バックライト装置２０は、平面を横切って延在する第１の導波路１Ａであって、光導波路１Ａに沿って光をガイドするように配置されている対向する第１の光ガイド面６Ａおよび第２の光ガイド面８Ａであって、第２の光ガイド面が内部全反射によって光をガイドするように配置されている、第１の光ガイド面６Ａおよび第２の光ガイド面８Ａと、第１の導波路１Ａと、第１の光ガイド面６Ａと第２の光ガイド面８Ａとの間に配置されて第１の光ガイド面６Ａと第２の光ガイド面８Ａとの間に横方向に延在する第１の入力端２Ａと、を備える第１の導波路１Ａと、第１の入力端２Ａを介して第１の導波路１Ａの中に光４４７を入力するように配置されている少なくとも１つの第１の光源１５Ａであって、第１の導波路１Ａが、少なくとも１つの第１の光源１５Ａからの光を、内部全反射を遮断することによって、第１の光ガイド面６Ａと第２の光ガイド面８Ａとのうちの少なくとも１つを介して、第１の導波路１Ａから出射させるように配置されている、第１の光源１５Ａと、第１の導波路１Ａと直列の平面を横切って延在し、かつ光導波路１Ｂに沿って光をガイドするように配置された対向する第１の光ガイド面６Ｂおよび第２の光ガイド面８Ｂ、内部全反射によって光をガイドするように配置されている第２の光ガイド面、ならびに第１の光ガイド面６Ｂと第２の光ガイド面８Ｂとの間に配置されている第２の入力端２Ｂを備え、かつ第１の光ガイド面６Ｂと第２の光ガイド面８Ｂとの間に横方向に延在する、第２の導波路１Ｂと、第２の入力端２Ｂを介して第２の導波路１Ｂの中に光４４５を入力するように配置されている少なくとも１つの第２の光源１５Ｂであって、第２の導波路１Ｂが、少なくとも１つの第２の光源１５Ｂからの光を、内部全反射を遮断することによって、第１の光ガイド面６Ｂと第２の光ガイド面８Ｂとのうちの少なくとも１つを介して、第２の導波路１Ｂから出射させるように配置されており、第１の導波路１Ａおよび第２の導波路１Ｂは、少なくとも１つの第１の光源１５Ａおよび少なくとも１つの第２の光源１５Ｂが、光４４５，４４７を反対方向で第１の導波路１Ａおよび第２の導波路１Ｂに入力するように配向されている、第２の光源１５Ｂと、光方向転換フィルム部品５０とであって、内部全反射を遮断することによって、第１の導波路１Ａおよび第２の導波路１Ｂの光ガイド面を介して導波路１Ａ、１Ｂからの出射光を受光するように配置されている入力面５６であって、平面を横切って延在する、入力面５６と、入力面５６に面する出力面５８とを備え、入力面５６が、それぞれ、隆起５４をその間に画定する一対の細長いファセット５３を備える細長いプリズム状の素子５２のアレイを備え、隆起５４が非ゼロ角度で平面を横切って横方向に延在する、光方向転換フィルム部品５０と、を備える。

図７Ａの実施形態と比較して、図１５のスタックされた導波路１Ａ、１Ｂはそれぞれ、横方向に直交する方向において増加した均一性を実現し得る。有利なことに、表示の均一性は、両方のユーザ４５、４７に対して向上させ得る。

図１６Ａは、光を第１のユーザ４５に向け、第２のユーザ４７にプライベート画像を提供するように動作する、図１５のバックライト２０の輝度出力の極変動を示す概略グラフである。有利には、分配４５５のサイズが低減され、より高い効率が実現され得る。

次に、図１Ａの液晶遅延器３０１Ａ、３０１Ｂ用の２つの水平配向層４１９Ａ、４１９Ｂを含むディスプレイについて説明する。

図１６Ｂは、表２に示されるように、第１の極制御遅延器３００Ａの透過の極変動を示す概略グラフであり、角度６１７Ａ、６１７Ｂは２０°であり、表面配向層４１９Ａ、４１９Ｂの両方が、隣接する液晶材料４１４において、水平配向を提供するように配置されている。有利なことに、水平配向は、垂直配向よりも速い液晶４１４緩和時間で、加えられた機械的応力に対する回復力の増加を実現し得る。さらに、より薄い層３１４が提供され得、製造のコストおよび複雑さを低減し得る。

図１６Ｃは、図１Ａのディスプレイデバイス１００用のプライバシー動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動を示す概略グラフであり、図１１の反射特性、図１６Ｂの第１の極制御遅延器３００Ａ透過特性、図１６Ｂの第２の極制御遅延器３００Ｂ透過特性が横方向における軸周りで反射される。有利なことに、仰角方向の対称性の向上が実現される。

ルクスで測定された値Ｉの照度の半分であるニットで測定された値Ｙ_ｍａｘのディスプレイデバイス１００の正面輝度である。

図１６Ｃの実施形態では、ユーザ４５、４７の位置は、例えば、ディスプレイがユーザ４７に向かってわずかに傾斜し、横方向に異なる軸外角度にあるものとして示されており、このため視野６５、６７は同じ極角ではない。有利に望ましいディスプレイの公称位置および傾斜角は、ユーザ４７についての最適なプライバシーを実現するために補償され得る。

代替の実施形態（例示的な実施形態は提供されない）では、表面配向層４１９Ａ、４１９Ｂの各々は、隣接する液晶材料４１４において垂直配向を提供するように配置され、該表面配向層４１９Ａ、４１９Ｂは、ディスプレイ偏光子２１０、２１８および追加の偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向２１１、２１９、３１９に対して非ゼロの鋭角６１７Ａ、６１７Ｂをなす、液晶材料４１４の層３１４の平面における成分４１７Ａｐ、４１７Ｂｐを伴うプレチルト方向４１７を有する該プレチルトを有する。有利なことに、そのような極遅延器は、駆動電圧がゼロの広角モードを有し、したがって、ディスプレイからの画像データが両方のユーザ４５、４７によって見られるモードでの電力消費が低減される。

図１６Ｄは、光を第１および第２のユーザ４５、４７に向けるように動作する図１５のバックライト２０の輝度出力の極変動を例示する概略グラフであり、図１６Ｅは、図１Ａのディスプレイデバイス１００についてのデュアルユーザ動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動、およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分である、ニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイデバイス１００の正面輝度を伴う図１６Ｄのバックライト２０輝度特性を例示する概略グラフであり、極制御遅延器３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃは、高広角透過用に駆動される。

有利なことに、図１Ａの光学スタック５の中に拡散器を追加することによってさらに拡張し得る領域を伴って、両方のユーザ４５、４７に高い画像可視性が提供される。

次に、プライバシーディスプレイの代替配置について説明する。

図１７Ａは、自動車６５０の乗客が使用するためのプライバシーディスプレイ１００の上面概観を例示する概略図である。さらに詳細に論じられていない図１７Ａの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

図４Ａの配置と比較して、図１７Ａの代替の実施形態は、乗客４５に高い画像可視性を提供し、運転者４７に高い画像不可視性を提供するように配置されたディスプレイ１００を含む。規制遵守に関して特に懸念されるのは、運転者４７が車両６５０の中心に移動して、ディスプレイ１００上の画像データを見ようと試みることである。したがって、ディスプレイ１００の光学軸１９９に比較的近い極位置で高い画像セキュリティを提供することが望ましい。

図１７Ｂは、主に乗客に光を向けるために動作する図１５の代替バックライト用の輝度出力の極変動を例示する概略グラフである。図１７Ｂは、出力がプライバシー動作モードで実質的に軸上にあるという点で図１６Ａとは異なる。図１５を参照すると、方向転換フィルム部品５０のプリズムは、光源１５Ｂからの光に対してそのような照明を実現するように調整され得る。図１５のバックライト２０は、ここで図示されるように、部品の他の配置でさらに配置され得る。

図１７Ｃは、透過型空間光変調器４８を備える切り替え可能なプライバシーディスプレイ１００の正面斜視概観を示す概略図である。さらに詳細に論じられていない図１７Ｃの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

図１Ａの配置と比較して、図１７Ｃの代替の配置は、いくつかの点で異なる。

第１の点において、追加の偏光子３１８Ａは、ディスプレイ偏光子２１８の出力側に配置され、極制御遅延器３００Ａは、出力ディスプレイ偏光子２１８と追加の偏光子３１８Ａとの間に配置される。

第２の態様では、反射偏光子３０２は、ディスプレイ偏光子２１８と極制御遅延器３００Ａとの間に配置されている。ディスプレイ偏光子２１８、反射偏光子３０２、および追加の偏光子３１８Ａの電気ベクトル伝達方向は平行である。パブリック動作モードの動作では、反射偏光子３０２は、軸上および軸外の外部照明のために光を実質的に反射しないように配置されている。有利なことに、反射率の増加は提供されない。プライバシー動作モードでは、追加の偏光子３１８を通過し、反射偏光子３０２に入射する光線は、光学軸１９９（ｚ方向）に実質的に平行であるが、光学軸１９９に対して傾斜している方向について高反射率で反射される。有利には、軸外の視線方向に対してセキュリティ係数を高めることができ、光学軸１９９に近い主たるユーザに対しては低い反射率を実現し得る。

第３の態様では、一対の導波路１Ａ、１Ｂおよびそれぞれの配向された光源１５Ａ、１５Ｂが、それぞれ方向４４５、４４７に出力照明を提供するように配置されている。図１Ａの配置と比較して、有利なことに、増加した輝度および均一性が提供され得る。

図１７Ｄは、回転していない配向層を伴った第１の極制御遅延器の透過の極変動を例示する概略グラフであり、すなわち、角度６１７は、ディスプレイ１００の極制御遅延器の配向層４１７Ａ、４１７Ｂ全体でゼロであり、図１７Ｅは、回転していない配向層を伴った第２の極制御遅延器の透過の極変動を例示する概略グラフであり、すなわち、角度６１７は、ディスプレイ１００の極制御遅延器の配向層４１７Ａ、４１７Ｂ全体でゼロである。

図１７Ｆは、図１７Ｃのディスプレイデバイスのプライバシー動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動、およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分であるニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイ正面輝度を伴う図１７Ｄ～Ｅの特性を例示する概略グラフである。

図１７Ｇは、回転された配向層を伴った第１の極制御遅延器の透過の極変動を例示する概略グラフであり、図１７Ｈは、回転された配向層を伴った第２の極制御遅延器の透過の極変動を例示する概略グラフであり、すなわち、角度６１７は、非ゼロの鋭角である。

角度６１７は、ディスプレイ１００の極制御遅延器の少なくとも１つの配向層４１７Ａ、４１７Ｂを横切る追加の偏光子３１８の透過方向３１９から１０度～－１０度の間であり得る。図１７Ｇ～Ｉの例示的な例では、ディスプレイ１００の極制御遅延器の少なくとも１つの配向層４１７Ａ、４１７Ｂを横切る追加の偏光子３１８の透過方向３１９から＋５度である。

図１７Ｉは、図１７Ｃのディスプレイデバイスのプライバシー動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動、およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分であるニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイ正面輝度を伴う図１７Ｇ～Ｈの特性を例示する概略グラフである。

図１７Ｆと図１７Ｉを比較すると、図１７Ａに例示されているような光線４４７の極位置４４８が例示されている。図１７Ｆの回転されていない配向の場合、セキュリティ係数は、位置４４８で１．５未満である。図１７Ｉの回転された配向の場合、セキュリティ係数は１．８より大きくなる。有利なことに、セキュリティ係数は、ディスプレイを見ようと試みたときに画像が運転者に見えないレベルまで増加する。そのような配置は、公称の着座位置からの運転者４７の位置の変化に対する安全性の望ましい増加を実現する。

ディスプレイ１００の左右のベゼルではなく、最上部および底部のベゼルに光源１５、１７を提供することが望ましい場合がある。

図１８Ａは、代替の導波路配置１１の正面概観を例示する概略図であり、図１８Ｂは、図１８Ａの導波路配置１１を含むバックライト２０で使用するための光方向転換フィルム部品５０の背面斜視概観を例示する概略図である。さらに詳細に論じられていない図１８Ａ～Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

したがって、バックライト装置２０は、平面を横切って延在する光導波路１であって、光導波路１に沿って光をガイドするように配置されている対向する第１の光ガイド面６および第２の光ガイド面８であって、第２の光ガイド面が内部全反射によって光をガイドするように配置されている、第１の光ガイド面６および第２の光ガイド面８と、第１の光ガイド面６と第２の光ガイド面８との間に配置されて第１の光ガイド面６と第２の光ガイド面８との間に横方向に延在する第１の入力端および第２の入力端と、を備える、導波路１と、第１の入力端２を介して導波路１の中に光４４５を入力するように配置されている少なくとも１つの光源１５および第２の入力端４を介して導波路１の中に光４４５を入力するように配置されている少なくとも１つの第２の光源１７であって、導波路１が、少なくとも１つの光源１５および少なくとも１つの光源１７からの光を、内部全反射を遮断することによって第１の光ガイド面６と第２の光ガイド面８のうちの１つを介して導波路１から出射する、第１の光源１５および第２の光源１７と、光方向転換フィルム部品５０であって、内部全反射を遮断することによって導波路１の光ガイド面を介して導波路１から出射する光４４５、４４７を受光するように配置されている入力面５６であって、入力面が平面を横切って延在する、入力面５６と、入力面５６に面する出力面５８と、を備える、光方向転換フィルム部品５０とを備え、入力面５６が、隆起５４をその間に画定する一対の細長いファセット５３Ａ、５３Ｂを備える細長いプリズム状の素子５２のアレイを備え、隆起５４が非ゼロ角度γで平面を横切って横方向に延在する。

図７Ａ～Ｂおよび図１５の配置と比較して、隆起５４は、横方向に対して非ゼロ角度γで平面を横切って延びる。隆起５４は、横方向から５５°以下の角度γで平面内に延びる。このような配置は、図７Ａの単一の導波路１、あるいは図１５の２つのスタックされた導波路１Ａ、１Ｂで使用することができる。

有利なことに、ディスプレイのサイドベゼル幅が低減される。

使用者４７に輝度の低減を増加させることが望ましい場合がある。次に、偏光子２１０と追加の偏光子３１８Ａ、３１８Ｂおよび３１８Ｃとの間に配置された第１、第２および第３の極制御遅延器３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃを伴った配置について説明する。

図１９Ａは、光を第１のユーザ４５に向け、第２のユーザ４７にプライベート画像を提供するように動作する、図１８Ａのバックライト２０の輝度出力の極変動を例示する概略グラフであり、図１９Ｂは、第１の極制御遅延器３００Ａの透過の極変動を例示する概略グラフであり、図１９Ｃは、図１８Ａのバックライト２０を備えるディスプレイデバイス１００の前面反射率の極変動を例示する概略グラフであり、図１９Ｄは、第２の極制御遅延器３００Ｂの透過の極変動を例示する概略グラフであり、図１９Ｅは、第３の極制御遅延器３００Ｃの透過の極変動を例示する概略グラフであり、図１９Ｆは、図１Ａのディスプレイデバイス１００のプライバシー動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分であるニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイデバイス１００の正面輝度を伴った、図１９Ａ～Ｅの特性を例示する概略グラフである。

極制御遅延器３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃは、それぞれ角度６１７ＡＡ、６１７ＡＢが３０°、６１７ＢＡ、６１７ＢＢが２０°、および６１７ＣＡ、６１７ＣＢが４０°である表１の例示的な実施形態を含む。有利なことに、すべての画像データ（Ｓ≧１．８）について画像が見えない領域のサイズが大きくなり、ユーザ４５は、画像可視性が高い画像を見る。

図２０Ａは、光を第２のユーザ４７に向けるように動作する図１５のバックライト２０の輝度出力の極変動を例示する概略グラフであり、図２０Ｂは、図１Ａのディスプレイデバイス１００についての低迷光動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動、およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分である、ニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイデバイス１００の正面輝度を伴った図２０Ａのバックライト２０の輝度特性を例示する概略グラフであり、極制御遅延器３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃは、高広角透過用に駆動される。有利なことに、ユーザ４７は、広い極域にわたって高い画像可視性を提供され得る。

図２１Ａは、光を第１および第２のユーザ４５、４７に向けるように動作する図１５のバックライト２０の輝度出力の極変動を例示する概略グラフであり、図２１Ｂは、図１Ａのディスプレイデバイス１００についてのデュアルユーザ動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動、およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分である、ニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイデバイス１００の正面輝度を伴う図２１Ａのバックライト２０輝度特性を例示する概略グラフであり、極制御遅延器３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃは、高広角透過用に駆動される。有利なことに、ユーザ４５、４７は、広い極域にわたって高い画像可視性を提供され得る。

ユーザ４７の視聴の自由度を高めることが望ましい場合がある。

図２２は、非対称ファセット３２、３６を備えた導波路１、後部反射器３、および光方向転換フィルム部品５０を備え、異なる角度分布４５５、４５７を伴う第１および第２の方向において光ビーム４４５、４４７を出力する導波路配置１１を備える代替の切り替え可能なバックライト２０の側面図を示す概略図であり、図２３は、光導波路１の第１および第２の側に微細構造を備える図２２の導波路配置１１の光導波路１の正面斜視概観を例示する概略図である。

さらに詳細に論じられていない図２２の実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

導波路１は、少なくとも１つの第１の光源１５および少なくとも１つの第２の光源１７からの光４４５、４４７が、異なる角度分布４５５、４５７で導波路１から出射するように配置されている。図７Ａの配置と比較して、導波路１は、緩やかに傾斜したファセット３２Ｂではなく、垂直ファセット３６を備えている。光源１７が第２の端に設けられ、光は、角度分布４４５と比較して増加した角度分布４４７を伴ってファセット３６を通って逃げる。

図２４Ａは、光を第１のユーザ４５に向け、第２のユーザ４７にプライベート画像を提供するように動作する、図２２のバックライト２０の輝度出力の極変動を例示する概略グラフであり、図２４Ｂは、角度６１７ＡＡ、６１７ＡＢが３０°である第１の極制御遅延器３００Ａの透過の極変動を例示する概略グラフであり、図２４Ｃは、図２２のバックライト２０を備えるディスプレイデバイス１００の前面反射率の極変動を例示する概略グラフであり、図２４Ｄは、角度６１７ＢＡ、６１７ＢＢが３０°であり、横方向に延びる軸を中心に反転された第２の極制御遅延器３００Ｂの透過の極変動を例示する概略グラフである。

図２４Ｅは、図１Ａのディスプレイデバイス１００のプライバシー動作モードにおける視覚的セキュリティレベルＳの極変動、およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分であるニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイデバイス１００の正面輝度を伴う図２４Ａ～Ｄの特性を例示する概略グラフである。有利なことに、高い画像可視性がユーザ４５に提供され、広い極域にわたって高い画像セキュリティがユーザ４７に提供される。

次に、他の動作モードについて説明する。

図２５Ａは、光をユーザ４７に向けるように動作する図２２のバックライト２０の輝度出力の極変動を例示する概略グラフであり、図２５Ｂは、光をユーザ４５、４７に向けるように動作する図２２のバックライト２０の輝度出力の極変動を例示する概略グラフであり、極制御遅延器３００は、広角透過を提供するように配置されている。図２５Ａは、ユーザ４７の低迷光動作モードの輝度分布を例示し、図２５Ｂは、デュアルユーザ４５、４７の輝度分布を示している。

図２６は、図１Ａのディスプレイデバイス１００用のパブリックモードでの視覚的セキュリティレベルＳの極変動、およびルクスで測定された値Ｉの照度の半分であるニットで測定された値Ｙ_ｍａｘの、ディスプレイデバイス１００の正面輝度を伴う図２５Ｂの特性を例示する概略グラフであり、極制御遅延器３００が、高広角透過用に駆動されるように配置されている。有利には、ユーザ４７の移動の自由は、図１３Ａ、１７Ａ、２０Ａ、および２１Ａと比較して増加している。

次に、図２２のバックライト２０で使用するための代替の導波路構造について説明する。

図２７Ａ～Ｂは、光導波路１の同じ側に微細構造を備える図２２の導波路配置１１のための代替の光導波路１の正面斜視概観を示す概略図である。さらに詳細に論じられていない図２７Ａ～Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。図２３の導波路と比較して、図２７Ａ～Ｂの導波路１は、導波路の単一の表面上に微細構造を設けている。他の点では、動作原理は似ている。表面は、導波路１の単一の表面上に提供され得、有利に、コストおよび複雑さの低減を実現する。

ディスプレイの異なる領域に異なる出力を提供することが望ましい場合がある。

図２８は、セグメント化されたバックライト２０のいくつかの素子の上面概観を示す概略図である。さらに詳細に論じられていない図２８の実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

第１の光源１５は、第１および第２の部分１５Ａ、１５Ｂを備え、第２の光源１７は、第１および第２の部分１７Ａ、１７Ｂを備える。導波路１は、本明細書の他の場所に例示されるタイプのものであり得るか、または例えば図１６Ｂに例示されるように第１および第２の導波路１Ａ、１Ｂであり得、この場合、光源１５ＡＡ、１５ＡＢおよび光源１５ＢＡ、１５ＢＢは、導波路のそれぞれの端に設けられる。

導波路１内を伝搬する光線４１５Ａは、横方向に拡大する円錐を伴って入力される。導波路１の表面６、８上の微細構造は、光線４１５Ａの伝搬方向を調整して、横方向にいくらかのコリメーションを実現し、したがって、照明領域４７５Ａは、横方向に限定された範囲で提供される。そのようなコリメーションは、第１の入力端２に沿った光源の位置によって判定される領域４７５Ａでバックライトの部分的な照明を実現することができる。

同様に、導波路１内を伝搬する光線４１７Ｂは、横方向に拡大する円錐を伴って入力される。ある程度のコリメーションが横方向に提供され、したがって、照明領域４７７Ｂは、横方向に限定された範囲で提供される。そのようなコリメーションは、入力端４に沿った光源の位置によって判定される領域４７７Ｂにおいてバックライトの部分的な照明を実現することができる。

光源１５Ａ、１５Ｂおよび１７Ａ、１７Ｂを制御することにより、出力の方向性は、バックライト２０の異なる領域に対して異なる可能性がある。例示的な例では、１つの動作モードにおいて、ディスプレイの左側は、運転者４７および乗客４５に対する高い画像可視性のために配置され得、ディスプレイの右側は、乗客４５への高い画像可視性を伴って運転者４７に対する高い画像セキュリティ係数のために提供され得る。他の例示的な動作モードでは、ディスプレイ全体が両方の乗員に見えるように配置され得るか、またはディスプレイ全体が運転者に専用であるように配置され得る。

光源１５Ａ～Ｎの数は、ディスプレイ制御のアドレス可能な領域の数を増やすために調整され得る。

次に、視野６５、６７全体にわたって、知覚される輝度およびセキュリティ係数の均一性を高めるための実施形態について説明する。

図２９Ａは、配向層４１９の平面全体で変化する、ディスプレイデバイス１００の偏光子および追加の偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向に対して非ゼロの鋭角６１７Ｂをなす、液晶材料４１４の層３１４の平面内に成分４１７Ｂｐを伴うプレチルト方向４１７を有する１つの配向層４１９Ｂの正面概観を例示する概略図である。さらに詳細に論じられていない図２９Ａの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

図５Ｂの配置と比較して、角度６１７Ｂは、左手側の角度６１７ＢＬが、右手側の角度６１７ＢＲよりも大きい中央の角度６１７ＢＣよりも大きくなるように変化する。したがって、非ゼロの鋭角６１７Ｂは、中心の角度６１７ＢＣに等しい平均値を有し、したがって、それ自体が非ゼロの鋭角である。

概して、表面配向層４１９Ａ、ｈ４１９Ｂのうちの少なくとも１つは、表面配向層４１９を横切って所定の軸に沿って単調に変化する、ディスプレイ偏光子２１０、２１８および追加の偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向２１１、２１９、３１９に対して非ゼロの鋭角６１７をなす、液晶材料４１４の層３１４の平面における成分４１７Ａｐ、４１７Ｂｐを伴うプレチルト方向４１７を有するプレチルトを有する。

図２９Ｂは、極制御遅延器の瞳孔形成を例示する概略図であり、配向層４１９の平面を横切る位置を伴う透過の極変動を例示するグラフである。さらに詳細に論じられていない図２９Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

光学窓２６Ａにおいてユーザ４５によって見られるようなディスプレイ視野を横切る点の極角６９３Ｌ、６３Ｃ、６３Ｒが例示されている。角度６１７Ｂｐは、ユーザ４５への輝度が各視角に対して最適化されるように提供され得る。有利には、ディスプレイ１００全体の輝度均一性が増加する。

代替的に、表示窓２６Ｂの公称表示位置でユーザ４７に提供される照度を最小化して、窓２６Ｂ全体のセキュリティ係数の均一性を最適化することができる。

本開示において、光学窓２６Ａは、ディスプレイ１００による、窓平面１９７内の、すなわち、照明装置からの窓距離Ｚ_ｗにある定義された空間領域への光の方向付けを指す。光学窓２６Ａはまた、光学瞳孔と呼ばれ得る。光学窓内の位置からの観察は、ディスプレイ装置１００全体からの共通のまたは実質的に共通の光学特性を有する光線を提供する。

本実施形態における光学窓２６という用語の使用は、家の窓、車の窓およびフロントガラス、および他のタイプの保護窓で使用するためのガラスまたはプラスチックなどの他の透明な材料のシートまたはペインを指すために使用される場合の窓という用語の使用とは区別され、異なる。そのようなシートまたはペインは、本明細書で説明されるように、改善された均一性を備えた望ましい観察領域の作成に寄与しない。

次に、ディスプレイ装置１００の瞳孔状照明について説明する。

図３０Ａは、第１の光源１５の瞳孔状バックライト２０の側面概観を例示する概略図であり、図３０Ｂは、第１の光源１５のための瞳孔状バックライト２０の光方向転換フィルム部品５０の可変チルトファセット５３の動作の側面概観を例示する概略図である。さらに詳細に論じられていない図３０Ａ～Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

光源１５からのかすめ出力光線４４５Ｇは、円錐角４４５および導波路１の平面を横切って実質的に均一な出力角度で導波路１から出力される。

光方向転換フィルム部品５０のプリズム状の素子５２は、導波路１を出射する光４４５Ｇを偏向させるように配置され、偏向は、平面を横切って少なくとも一方向に変化する。

ディスプレイの上縁近くで、光線４４５Ｇは、ファセット角度β_Ｕのファセット５３ＢＵによって反射され、ファセット角度α_Ｕの表面垂線方向ｎ_ＡＵのファセット５３ＡＵでの内部全反射によって反射され、これによって、出力光線４４５Ｕがバックライト装置２０からの窓距離Ｚ_ｗＡにある窓２６Ａに向かって方向付けられる。少なくとも１つの断面において、窓平面１９７Ａ内の窓２６のサイズは、光円錐４５５の角度幅によって判定され、これは、例えば、角度分布４５５の全幅の半分の最大輝度による。

同様に、ディスプレイの中央付近で、光線４４５Ｇは、ファセット角度β_Ｃのファセット５３ＢＣによって屈折され、ファセット角度α_Ｃの表面垂線方向ｎ_ＡＣのファセット５３ＡＣでの内部全反射によって反射され、これによって出力光線４４５Ｃは、バックライト装置２０から窓距離Ｚ_ｗＡにある窓平面１９７Ａにおける窓２６Ａに向かって方向付けられる。

同様に、ディスプレイの下縁近くで、光線４４５Ｇは、ファセット角度β_Ｄのファセット５３ＢＤによって屈折され、ファセット角度α_Ｄの表面垂線方向ｎ_ＡＤのファセット５３ＡＤでの全反射によって反射され、これによって、出力光線４４５Ｄは、バックライト装置２０から窓距離Ｚ_ｗＡで窓平面１９７Ａ内の窓２６Ａに向かって方向付けられる。

ファセット角度α、βは、光方向転換フィルム部品５０の長さを横切る位置によって連続的に変化する。偏向された光線４４５Ｕ、４４５Ｃ、４４５Ｄは、バックライト装置２０の前にある共通の光学窓２６Ａに向けて方向付けられる。

次に、直線として配置された隆起５４を備えた光方向転換フィルム部品の動作についてさらに説明する。

図３０Ｃは、図３０Ａ～Ｂの可変チルトファセット５３を含む瞳孔状リニア光方向転換フィルム部品５０から出力される光の背面斜視概観を示す概略図である。さらに詳細に論じられていない図３０Ｃの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

図３０Ｃは、隆起５４が、入力面５６が延びる平面を横切る線のアレイに沿って延びることを例示している。光方向転換フィルム部品５０は、平面を横切る長方形の形状を有し、横方向は、長方形の長軸または短軸に沿っている。

ファセット５３の垂線と平面の垂線との間で定義されるそれぞれのファセット５３のファセット５３の角度は、偏向が平面の垂線である光学軸１９９に直交する方向において変化するように、横方向に直交する方向に対応する。

線は直線であり、ファセット５３の垂線と平面の垂線との間に画定されるそれぞれのファセット５３のファセット５３の角度は、偏向が横方向に直交する方向に対応する光学軸１９９に直交する方向に変化するようにアレイ全体で変化する。

アレイの線は、横方向から０°の平面に投影された算術平均接角を有し、すなわち、線は、本実施形態では横方向であるｘ軸方向に平行である。

したがって、光線４４５Ｇは、光方向転換フィルム部品５０によって共通窓２６Ａに向けて方向付けられる。光方向転換フィルムの左縁領域の上部、中央および下部からの光線４４５ＵＬ、４４５ＣＬ、４４５ＤＬは、横方向の左縁領域の横方向位置に対応する位置で窓２６Ａに位置付けされる。光方向転換フィルムの中央領域の上部、中央および下部からの光線４４５ＵＣ、４４５ＣＣ、４４５ＤＣは、横方向の中央領域の横方向位置に対応する横方向の位置で窓２６Ａに位置付けされる。光方向転換フィルムの右縁領域の上部、中央および下部からの光線４４５ＵＲ、４４５ＣＲ、４４５ＤＲは、横方向の右縁領域の横方向位置に対応する横方向の位置で窓２６Ａに位置付けされる。

図３０Ｃの実施形態では、横方向に偏向はなく、したがって、光学窓２６Ａは、光方向転換フィルム部品５０の幅および角度分布４５５の立体角のサイズによって判定される横方向における範囲を有し、幅は角度分布４５５の立体角のサイズによって判定される。窓平面１９７Ａにおける光学窓２６Ａのサイズはまた、図１Ａに例示されるように、ディスプレイの光学スタック５内の拡散器などの拡散手段によっても制御され得る。

図３０Ｃの実施形態は、共通の光学窓２６Ａが、平面に垂直な光方向転換フィルム部品５０の中心から延びる光学軸１９９からオフセットされていることをさらに例示している。したがって、光学軸１９９が窓平面１９７Ａと交差する点１９８は、光線４４５ＣＣが窓平面１９７Ａと交差する点１９６から距離Ｚ_ＯＡだけオフセットされている。以下に説明するように、軸外照明位置は、バックライト装置２０全体の均一性を高めて実現することができる。

横方向に直交する方向における低減された範囲を伴う光学窓２６を提供することが望ましい場合がある。

図３１Ａは、第１の光源１５からの光のための瞳孔状バックライト２０の湾曲した光方向転換フィルム部品５０のファセット５３の動作の正面斜視概観を例示する概略図であり、図３１Ｂは、均一なチルトファセット５３を含む湾曲した光方向転換フィルム部品５０から出力される光の背面斜視概観を例示する概略図である。さらに詳細に論じられていない図３１Ａ～Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

図３１Ａ～Ｂは、図３０Ａ～Ｃの配置の代替の実施形態を例示している。図３０Ｃの配置と比較して、隆起５４の線は、平面を横切って湾曲しているので、偏向は、平面に垂直な光学軸１９９に直交する方向で変動し、その方向は横方向に対応する。

湾曲したファセットは、光方向転換フィルム５０の幅を横切って変化する表面垂線方向ｎ_ＡＲ、ｎ_ＡＣ、ｎ_ＡＬを有し、すなわち、表面垂線方向は、隆起に沿って横方向に変動し、これによって、導波路１からの光線４４５Ｇがバックライト装置２０の光方向転換フィルム部品５０から距離Ｚ_ＷＢで、窓平面１９７Ｂ内の共通窓２６Ｂに向けて方向付けられる。

光学窓２６Ｂは、横方向に直交する方向に円錐４５７によって規定される円錐幅を有し、円錐４５７の幅および光方向転換フィルム部品５０の高さによって判定される範囲を有し、したがって、図３０Ｃに例示される光学窓２６Ａに直交する。

図３１Ｂの実施形態では、光学窓２６Ｂの中心は、バックライト装置２０の中心と位置合わせされるように示されており、すなわち、共通の光学窓２６は、光方向転換フィルムの中心から延在する光学軸１９９を平面に位置合わせする。光学窓２６ＢのオフセットＺ_ＯＢはゼロであり、アレイの線は、横方向から０°で傾斜している平面に投影された算術平均接角を有する。

アレイの線の方向は、ファセットピーク５４回転γによって記述され、γ_Ｒはディスプレイの右側の回転であり、γ_Ｃは中央の回転、γ_Ｌは左縁の回転である。平面に投影される算術平均接角は、横方向を横切る平均回転γである。

代替的に、アレイの線は、横方向から０°を超えて傾斜している算術平均接角を有し得る。このような配置は、非ゼロのオフセットＺ_ＯＢを実現する。有利には、公称窓２６Ｂの位置は、以下でさらに説明するように、望ましい特性を伴って軸外照明用に設定し得る。

バックライト装置２０を横切るすべての点に共通の光学窓を提供することが望ましい場合がある。

図３１Ｃは、照明装置を横切る共通の光学窓を伴った可変チルトファセット５３を備える湾曲した光方向転換フィルム部品５０から出力される光の背面斜視概観を示す概略図である。さらに詳細に論じられていない図３１Ｃの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

ファセット面５３は、図３０Ｂおよび図３１Ａの両方に例示されるように、光線４４５Ｇの動作を実現するために提供される。ファセット５３の垂線と平面の垂線との間に定義されるそれぞれのファセット５３のファセット５３の角度は、アレイを横切って変化するので、偏向は、横方向に直交する方向に対応して、光学軸１９９に直交する方向にさらに変化し、それによって、偏向された光が、バックライト装置２０の前にあるさらなる共通の光学窓２６ＡＢに向けて方向付けられる。

最初に述べた共通の光学窓２６Ａおよびさらなる共通の光学窓２６Ｂは、バックライト装置２０の前で同じ距離に画定され、共通の光学窓２６ＡＢを実現する。有利なことに、出力の向上された均一性は、光学窓２６ＡＢ内の観察位置からバックライト装置２０全体にわたって実現される。

図３１Ｄは、第１および第２の異なる光学窓距離１９７Ａ、１９７Ｂを伴う可変チルトファセット５３を備える湾曲した光方向転換フィルム部品５０から出力される光の背面斜視概観を例示する概略図である。

最初に述べた共通の光学窓２６Ａおよびさらなる共通の光学窓２６Ｂは、バックライト装置２０の前の異なる距離Ｚ_ＷＡ、Ｚ_ＷＢで定義される。さらに上記のように、オフセットＺＯＡは、ファセット５３の角度選択によって提供され得、オフセットＺＯＢは、アレイの隆起５４によって形成される線の傾斜面に投影される算術平均接角の選択によって実現され得る。有利なことに、２つの異なる公称観測距離と角度位置で均一性を高めることが実現し得る。

次に、ディスプレイ装置１００のバックライト２０におけるバックライト装置２０の動作について説明する。本説明の目的のために、バックライト２０は、瞳孔状バックライト、すなわち、光学窓２６を提供するバックライトとさらに呼ばれる。

図３２Ａは、瞳孔状バックライト２０の可変チルトファセット５３を備える光方向転換フィルム部品５０の動作の側面概観を例示する概略図である。

光源アレイ１５は、バックライトの下縁に配置され、光線４４５Ｌ、４４５Ｒは、上述のように横方向に範囲を有する光学窓２６Ａに向けられる。典型的な動作では、バックライト２０と窓平面１９７との間の窓距離は、通常の観察者の位置よりも大きくなるように配置される。

例示的な例では、対角サイズ１４インチのラップトップディスプレイは、７００ｍｍの窓距離Ｚ_ＷＡで配置され、一方、公称の観察者の位置は、５００ｍｍの距離Ｚ_Ｖで平面１４５内にある。窓距離Ｚ_ＷＡは、導波路１およびファセット５３の設計によって、例えば、７００ｍｍであり得る公称の窃視者距離にあるように配置され得る。

図３２Ｂは、瞳孔状バックライト２０の湾曲した光方向転換フィルム部品５０の動作の上面概観を示す概略図であり、ユーザ４５は、横方向にオフセットされている。

以下の例示的な例でさらに説明するように、図３２Ａ～Ｂの配置は、ユーザ４５、４７のうちの少なくとも１人について、バックライト２０全体で輝度均一性の向上を有利に実現する。

動作中、ユーザ４５は、非瞳孔状バックライト（すなわち、共通の光学窓２６を提供しない、言い換えれば、光学的無限遠で共通の光学窓を提供するバックライト）と比較して均一性が向上した画像を見る。したがって、光線４４５Ｌ、４４５Ｒは、実質的に同じ輝度で光学窓２６に向けられる。観察者４５の位置の範囲を拡大することにより、ディスプレイ領域全体の均一性を有利に向上させることができる。プライバシー動作モードにおけるセキュリティ係数のさらなる向上は、ユーザ４７の位置の範囲を拡大することで実現され得る。

さらに詳細に論じられていない図３２Ａ～Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。

図３３は、図３の発光型空間光変調器の動作の側面概観を示す概略図である。開口４１９は、それぞれの位置合わせされた発光画素２２０、２２２、２２４から距離ｅだけオフセットされている。画素２２２を考慮すると、光４４５は、開口４１９Ａを通って光学窓２６Ａに向けられ、光４４７は、開口４１９Ｂを通って光学窓２６Ｂに向けられる。そのような配置は、公称のユーザ４５、４７の位置に光学窓２６Ａ、２６Ｂを提供することができる。図３を考慮すると、極制御遅延器３００は、本明細書の他の場所で説明されるように、ユーザ４５に対する高い画像可視性およびユーザ４７に対する高い画像セキュリティレベルＳを有利に実現するために１つの動作モードに配置される。有利には、ＣＳＤなどの発光型ディスプレイを提供し得る。

次に、図１Ａおよび図１Ｂの極制御遅延器の動作について説明する。

図３４は、プライバシー（狭角）動作モードでの図１Ｂの極制御遅延器３００を通る光の伝搬を側面概観で例示する概略図であり、図３５は、プライバシー（狭角）動作モードでの図１Ｂの極制御遅延器３００を通る光の伝搬を側面概観で示す概略図である。

液晶材料４１４の層３１４がプライバシー動作モードで駆動されるとき、遅延器３００は、極制御遅延器３００の平面の垂線１９９に対して傾斜している軸４００に沿った偏光成分３６０の全体的な変換を提供しない。本議論において、偏光成分は、２つの直交する成分の位相および振幅から生じる偏光状態を指す。

偏光子２１９は、極制御遅延器３００に入射するリニア偏光成分３６０を提供する。図５Ａに示されるように、液晶遅延器３０１は、ディスプレイ偏光子２１８および追加の偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向に対して非ゼロの鋭角６１７Ｂをなす、液晶材料４１４の層の平面における成分４１７Ｂｐを伴うプレチルト方向４１７Ｂを有するプレチルトを伴う表面配向層４１９Ｂを有する。

そのような非ゼロの鋭角６１７は、極制御遅延器３００の垂線１９９に対して鋭角で軸方向４００を提供し、それに沿って、入射偏光成分３６０には実質的に位相差が提供されず、透過偏光成分３６２は、偏光成分３６０と同じである。追加の偏光子３１８は、偏光成分３６０を透過し、高輝度透過は、軸４００に沿って実現される。

遅延器の平面に対する直交に鋭角でユーザ４７に向かって傾斜している軸４０２を考慮すると、極制御遅延器３００はさらに、軸４０２に沿って通過する光線４４７への偏光成分３６０の全体的な変換を提供する。少なくとも、偏光成分３６１はリニア偏光成分３６４に変換され、追加の偏光子３１８によって吸収される。より一般的には、偏光成分３６１は、追加の偏光子３１８によって部分的に吸収される楕円偏光成分に変換される。したがって、透過率は、例えば図６Ａで説明されている方法で極角を伴って変化する。

ここで、パブリック動作モードについて説明する。

液晶材料４１４の分子が実質的に光学軸と位置合わせするように液晶遅延器３０１が駆動される場合、液晶層３１４の遅延は、受動遅延器３３０の遅延によって補償され、その結果、極制御遅延器へのすべての極入射角に対して、ゼロまたは低い正味遅延が提供される。

遅延器３００は、極遅延器３０１の平面に直交して、または極遅延器３０１の平面への直交に対して鋭角で光を通して出力するように偏光成分３６０の全体的な変換を提供しない。すなわち、偏光成分３６２は、偏光成分３６０と実質的に同じであり、偏光成分３６４は、偏光成分３６０と実質的に同じである。よって、角透過特性は、広い極域にわたって実質的に均一に透過している。有利なことに、ディスプレイを広い視野に切り替えることができる。

ここで、他のタイプの切り替え可能なプライバシーディスプレイについて説明する。

プライバシー動作モードとパブリック動作モードとの間で切り替えることができるディスプレイデバイス１００は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第９，５１９，１５３号に記載されているように、画像化導波路と光源のアレイとを備える。画像化導波路は、プライバシーモードにおいて高輝度の軸上と低輝度の軸外を提供するように制御され得る光学窓に光源のアレイを画像化し、パブリック動作のために大きな立体角の円錐を伴って高輝度を提供する。

本明細書で使用され得るように、「実質的に」および「ほぼ」という用語は、対応する用語および／またはアイテム間の相対性に対して業界で認められた公差を提供する。このような業界で認められた公差は、０パーセント～１０パーセントの範囲であり、部品の値、角度などに対応するが、これらに限定されない。アイテム間のそのような相対性は、ほぼ０パーセント～１０パーセントの範囲である。

本明細書に開示された原理による様々な実施形態が上記で説明されたが、それらは単なる例として提示されたものであり、限定ではないことを理解されたい。よって、本開示の幅および範囲は、上記の例示的な実施形態のいずれによっても制限されるべきではなく、本開示から発行される請求項およびそれらの同等物に従ってのみ定義されるべきである。さらに、上記の利点および特徴は、記載された実施形態において提供されるが、上記の利点のいずれかまたはすべてを達成するプロセスおよび構造へのそのような発行された請求項の適用は制限されるべきではない。

加えて、本書のセクションの見出しは、３７ＣＦＲ １．７７に基づく提案との一貫性を保つため、または組織的な手がかりを提供するために提供されている。これらの見出しは、本開示から発行され得る請求項に記載されている実施形態を制限または特徴付けるべきではない。具体的には、例として、見出しは「技術分野」に言及しているが、請求項は、いわゆる分野を説明するために、この見出しの下で、選択された言語によって制限されるべきではない。さらに、「背景」における技術の説明は、特定の技術が本開示における任意の実施形態の先行技術であることを認めるものとして解釈されるべきではない。また、「要約」は、発行された請求項において記載された実施形態の特徴と見なされるべきではない。さらに、本開示における単数形の「発明」への言及は、本開示における新規性の単一の点のみがあると主張するために使用されるべきではない。本開示から発行される複数の請求項の制限に従って複数の実施形態を説明することができ、よって、そのような請求項は、それによって保護される実施形態およびそれらの同等物を定義する。すべての場合において、そのような請求項の範囲は、この開示に照らしてそれ自体のメリットで考慮されるべきであるが、本書に記載された見出しによって制約されるべきではない。

Claims (22)

1. ディスプレイデバイスであって、
   空間的に変調された光を出力するように配置されている空間光変調器と、
   前記空間光変調器の片側に配置されているディスプレイ偏光子であって、リニア偏光子である、ディスプレイ偏光子と、
   前記空間光変調器の前記ディスプレイ偏光子と同じ側に配置されている追加の偏光子であって、リニア偏光子であり、前記ディスプレイ偏光子および追加の偏光子が、平行な電気ベクトル伝達方向を有する、追加の偏光子と、
   前記ディスプレイ偏光子と前記追加の偏光子との間に配置されている少なくとも１つの極制御遅延器と
   を備え、
   前記少なくとも１つの極制御遅延器が、
   液晶材料の層および前記液晶材料の層に隣接して前記液晶材料の層の両側に配設されている２つの表面配向層を備える切り替え可能な液晶遅延器であって、最大伝達のための極方向が、前記ディスプレイデバイスの表面の垂直方向に対して非ゼロの鋭角で傾斜するように、前記表面配向層のうちの少なくとも１つが、前記ディスプレイデバイスの少なくとも一部において、前記ディスプレイ偏光子と前記追加の偏光子とのうちの少なくとも１つの電気ベクトル伝達方向に対して１０度未満の非ゼロの鋭角をなす、前記液晶材料の層の平面における成分を伴うプレチルト方向を有するプレチルトを有する、液晶遅延器、を備える、ディスプレイデバイス。
2. 前記表面配向層のうちの一方が、前記隣接の液晶材料において水平配向を提供するように配置され、前記表面配向層のうちの前記一方が、前記ディスプレイデバイスの少なくとも一部において、前記ディスプレイ偏光子と前記追加の偏光子とのうちの少なくとも１つの前記電気ベクトル伝達方向に対して非ゼロの鋭角をなす、前記液晶材料の層の前記平面における成分を伴うプレチルト方向を有する前記プレチルトを有する、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
3. 前記表面配向層のうちの他方が、前記隣接の液晶材料において、垂直配向を提供するように配置されている、請求項２に記載のディスプレイデバイス。
4. 前記表面配向層のうちの前記他方が、前記ディスプレイ偏光子および前記追加の偏光子の前記電気ベクトル伝達方向に平行または直交する前記液晶材料の層の前記平面における成分を伴うプレチルト方向を有する前記プレチルトを有する、請求項３に記載のディスプレイデバイス。
5. 前記表面配向層のうちの他方が、前記隣接の液晶材料において水平配向を提供するように配置されている、請求項２に記載のディスプレイデバイス。
6. 前記表面配向層のうちの前記他方が、前記ディスプレイデバイスの少なくとも一部において、前記ディスプレイ偏光子と前記追加の偏光子とのうちの少なくとも１つの前記電気ベクトル伝達方向に対して非ゼロの鋭角をなす、前記液晶材料の層の前記平面における成分を伴うプレチルト方向を有する前記プレチルトを有する、請求項３または５に記載のディスプレイデバイス。
7. 前記表面配向層のうちの各々が、前記隣接の液晶材料において垂直配向を提供するように配置される、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
8. 前記表面配向層の各々が、前記ディスプレイデバイスの少なくとも一部において、前記ディスプレイ偏光子と前記追加の偏光子とのうちの少なくとも１つの前記電気ベクトル伝達方向に対して非ゼロの鋭角をなす、前記液晶材料の層の前記平面における成分を伴うプレチルト方向を有するプレチルトを有する、請求項１～７のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
9. 前記少なくとも１つの極制御遅延器が、少なくとも１つの受動補償遅延器をさらに含む、請求項１～８のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
10. 前記少なくとも１つの受動補償遅延器が、受動補償遅延器であって、前記受動補償遅延器の前記平面に直交する光学軸を有する受動補償遅延器を含む、請求項９に記載のディスプレイデバイス。
11. 前記少なくとも１つの受動補償遅延器が、一対の受動補償遅延器であって、交差する前記一対の受動補償遅延器の前記平面における光学軸を有する一対の受動補償遅延器を含む、請求項９に記載のディスプレイデバイス。
12. 前記光学軸の間の角度が、前記ディスプレイ偏光子と前記追加の偏光子とのうちの少なくとも１つの前記電気ベクトル伝達方向によって、二分割されている、請求項１１に記載のディスプレイデバイス。
13. 前記表面配向層のうちの前記少なくとも１つが、前記表面配向層を横切るすべての位置にて前記ディスプレイ偏光子および前記追加の偏光子の前記電気ベクトル伝達方向に対して前記同じ非ゼロの鋭角をなす、前記液晶材料の層の前記平面における成分を伴うプレチルト方向を有するプレチルトを有する、請求項１～１２のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
14. 前記表面配向層のうちの前記少なくとも１つが、前記ディスプレイデバイスの少なくとも一部において、前記表面配向層を横切る所定の軸に沿って単調に変化する、前記ディスプレイ偏光子および前記追加の偏光子の前記電気ベクトル伝達方向に対して非ゼロの鋭角をなす、前記液晶材料の層の前記平面における成分を伴うプレチルト方向を有するプレチルトを有する、請求項１～１２のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
15. 前記非ゼロの鋭角が、非ゼロ鋭角平均値を有する、請求項１４に記載のディスプレイデバイス。
16. 前記ディスプレイ偏光子が、前記空間光変調器の出力側に配置された出力ディスプレイ偏光子である、請求項１～１５のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
17. 前記出力ディスプレイ偏光子と前記少なくとも１つの極制御遅延器との間には、反射偏光子が配置されていない、請求項１６に記載のディスプレイデバイス。
18. 前記空間光変調器が、前記空間的に変調された光を放出するように配置されている発光型空間光変調器を含む、請求項１６～１７のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
19. 前記ディスプレイデバイスが、光を出力するように配置されているバックライトであって、前記空間光変調器が、前記バックライトからの前記出力された光を受光して空間的に変調するように配置されている透過型空間光変調器を備える、バックライト、をさらに備える、請求項１６～１７のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
20. 前記ディスプレイデバイスが、光を出力するように配置されているバックライトであって、前記空間光変調器が、前記バックライトからの前記出力された光を受光して空間的に変調するように配置されている透過型空間光変調器を備え、前記ディスプレイ偏光子が、前記空間光変調器の入力側に配置されている入力ディスプレイ偏光子である、バックライト、をさらに備える、請求項１～１５のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
21. 前記空間光変調器の前記出力側に配置されている出力ディスプレイ偏光子と、
    前記空間光変調器の前記出力側に配置されているさらに追加の偏光子であって、前記さらに追加の偏光子が、前記ディスプレイ偏光子および前記追加の偏光子の前記電気ベクトル伝達方向に平行である電気ベクトル伝達方向を有するリニア偏光子である、さらに追加の偏光子と、
    前記さらに追加の偏光子と前記出力ディスプレイ偏光子との間に配置されている少なくとも１つのさらなる極制御遅延器と、をさらに備える、請求項２０に記載のディスプレイデバイス。
22. 前記追加の偏光子の外側の前記追加の偏光子と前記空間光変調器の同じ側に配置されているさらに追加の偏光子であって、前記さらに追加の偏光子が、前記ディスプレイ偏光子および前記追加の偏光子の前記電気ベクトル伝達方向に平行である電気ベクトル伝達方向を有するリニア偏光子である、さらに追加の偏光子と、
    前記追加の偏光子と前記さらに追加の偏光子との間に配置されている少なくとも１つのさらなる極制御遅延器と、をさらに備える、請求項１に記載のディスプレイデバイス。

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