(57)【要約】  プライバシーディスプレイ用の切り替え可能な指向性バックライトは、第１および第２の対向する入射端を備えた導波路と、導波路からの光出射を集光して空間光変調器に入射するように構成された転向フィルムとを備える。導波路は、１つのガイド面および反対側の平面に配置された光偏向特徴部のアレイを有する。光偏向特徴部は、第１の入射端からの光入射が狭角範囲で出射され、第２の入射端からの光入射が広角範囲で出射されるように構成される。【選択図】図１
2021518637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路であって、
全反射によって前記光導波路に沿って光をガイドするための第１および第２の対向する導光面と、
前記第１および第２の導光面の間に配置された少なくとも１つの光入射端であって、横方向に延在する光入射端と、を備え、
前記第２の導光面が、
（ｉ）アレイ状に配置された複数の非傾斜光抽出特徴部であって、各非傾斜光抽出特徴部が、細長く、前記横方向に垂直な長手方向に延在し、前記長手方向に直交する平面内で変化し且つ前記長手方向において傾斜の成分を有しない表面法線方向を有する、複数の非傾斜光抽出特徴部と、
（ｉｉ）アレイ状に配置された複数の傾斜光抽出特徴部であって、各傾斜光抽出特徴部が、前記長手方向に成分を有する傾斜を有する表面法線方向を有する、複数の傾斜光抽出特徴部と、を備え、
前記複数の非傾斜光抽出特徴部および前記複数の傾斜光抽出特徴部が、出射光として前記第１および第２の導光面を通ってガイドされた光を導くように配向されている、光導波路。
【請求項２】
前記少なくとも１つの光入射端が、第１の光入射端と、前記長手方向において前記第１の光入射端に面する第２の光入射端とを備える、請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記複数の傾斜光抽出特徴部が、
第１の複数の傾斜光抽出特徴部であって、前記第１の複数の傾斜光抽出特徴部の各光抽出特徴部が、前記第１の光入射端から離れている前記長手方向の成分を有する傾斜を有する表面法線方向を有する、第１の複数の傾斜光抽出特徴部と、
第２の複数の傾斜光抽出特徴部であって、前記第２の複数の傾斜光抽出特徴部の各光抽出特徴部が、前記第１の光入射端に向かう前記長手方向の成分を有する傾斜を有する表面法線方向を有する、第２の複数の傾斜光抽出特徴部と、を備える、請求項２に記載の光導波路。
【請求項４】
前記第１の複数の傾斜光抽出特徴部の前記表面法線方向の前記傾斜の前記長手方向の前記成分の大きさが、前記第２の複数の傾斜光抽出特徴部の前記表面法線方向の前記傾斜の前記長手方向の前記成分の大きさとは異なる、請求項３に記載の光導波路。
【請求項５】
前記第１の複数の傾斜光抽出特徴部の前記表面法線方向の前記傾斜の前記長手方向の前記成分が、０．２５度と５度の間、好ましくは０．５度と４度の間、最も好ましくは１度と３度の間である、請求項４に記載の光導波路。
【請求項６】
前記第２の複数の傾斜光抽出特徴部の前記表面法線方向の前記傾斜の前記長手方向の前記成分が、８０度と９０度の間、好ましくは８５度と９０度の間である、請求項４または５に記載の光導波路。
【請求項７】
前記第２の複数の傾斜光抽出特徴部の前記長手方向の前記傾斜が、０．２５度と５度の間、好ましくは０．５度と４度の間、最も好ましくは１度と３度の間である、請求項４または５に記載の光導波路。
【請求項８】
前記傾斜光抽出特徴部が、平面傾斜光抽出特徴部を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項９】
前記平面傾斜光抽出特徴部が、前記横方向に成分を有しない表面法線方向を有する、請求項８に記載の光導波路。
【請求項１０】
前記傾斜光抽出特徴部が、前記長手方向に延在するレンチキュラー面を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１１】
前記非傾斜光抽出特徴部が、レンチキュラー面または細長プリズム面を備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１２】
前記複数の非傾斜光抽出特徴部が、前記傾斜光抽出特徴部と交差される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１３】
前記アレイが二次元である、請求項１から１２のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１４】
前記第１の導光面が平面を備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載の光導波路。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の光導波路を備え、前記少なくとも１つの入射端において光を前記光導波路に入射するように構成された少なくとも１つの光源をさらに備えるバックライト装置。
【請求項１６】
請求項２に従属する場合、第１の入射端において前記光導波路に光を入射するように構成された少なくとも１つの光源と、第２の入射端において前記光導波路に光を入射するように構成された少なくとも１つのさらなる光源とを備える、請求項１５に記載のバックライト装置。
【請求項１７】
前記光源からの光束を制御するように構成された制御システムをさらに備える、請求項１５または１６に記載のバックライト装置。
【請求項１８】
前記横方向に細長いプリズム素子のアレイを備える光転向フィルムをさらに備える、請求項１５から１７のいずれか一項に記載のバックライト装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載のバックライト装置であって、
前記光導波路の前記第２の導光面が、前記光導波路の前記第１の導光面と前記光転向フィルムとの間に配置され、
前記光転向フィルムが、前記光導波路の前記第２の導光面を透過した光を受光するように構成される、バックライト装置。
【請求項２０】
前記プリズム素子の前記アレイの前記プリズム素子が、それぞれ、対向する第１および第２のプリズム面を備え、
各第１のプリズム面が、第１の入射端に向かって前記長手方向に傾斜した成分を有する表面法線方向を有し、
各第２のプリズム面が、前記第１の入射端から離れて前記長手方向に傾斜する成分を有する表面法線方向を有する、請求項１８または１９に記載のバックライト装置。
【請求項２１】
各第１のプリズム面が平面を備え、各第２のプリズム面が波状面を備え、
光が前記光導波路の第１の入射端に入射されるとき、前記光導波路からの出射光が、前記第２のプリズム面によって屈折され、前記第１のプリズム面によって反射され、
光が前記光導波路の第２の入射端に入射されるとき、前記光導波路からの出射光が、前記第１のプリズム面によって屈折され、前記第２のプリズム面によって反射される、請求項２０に記載のバックライト装置。
【請求項２２】
前記光導波路の前記第１の導光面を透過した光を反射するように構成された、前記第１の導光面に面する後部反射器をさらに備える、請求項１５から２１のいずれか一項に記載のバックライト装置。
【請求項２３】
請求項１５から２２のいずれか一項に記載のバックライト装置を備え、光転向フィルムから光を受光するように構成された空間光変調器をさらに備えるディスプレイ装置。
【請求項２４】
前記空間光変調器の側に配置された少なくとも１つの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た追加の偏光子と、
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た液晶材料の層を備える切り替え可能な液晶リターダと、
をさらに備える、請求項２３に記載のディスプレイ装置。
【請求項２５】
請求項２に従属する場合、光源が第１の入射端において前記光導波路に光を入射するように構成されているとき、第１の電圧が前記切り替え可能な液晶リターダにわたって印加され、光源が第２の入射端において前記光導波路に光を入射するように構成されているとき、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧が、前記切り替え可能な液晶リターダにわたって印加される、請求項２４に記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、光変調装置からの照明に関し、より具体的には、プライバシーディスプレイ、屋外ディスプレイ、夜間使用のための低迷光ディスプレイ、および省電力ディスプレイを含むディスプレイにおいて使用するための照明の制御を提供する光学スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
プライバシーディスプレイは、通常は軸上位置にある主ユーザに対して画像視認性を提供し、通常は軸外位置にある覗き見者に対して画像内容の低減された視認性を提供する。プライバシー機能は、ディスプレイから軸上方向には高輝度を透過し、軸外位置では低輝度を透過するマイクロルーバー光学フィルムによって提供される場合があるが、そのようなフィルムは、切り替え可能でないため、ディスプレイは、プライバシーのみの機能に制限される。
【０００３】
軸外の光出射を制御することにより、切り替え可能なプライバシーディスプレイが提供される場合がある。
【０００４】
制御は、輝度低減によって、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）空間光変調器のための切り替え可能なバックライトによって提供されることができる。ディスプレイのバックライトは、一般に、導波路およびエッジ放射光源を採用している。特定のイメージング指向性バックライトは、ディスプレイパネルを通して照明を視認ウィンドウに向ける追加機能を有する。イメージングシステムは、複数の光源とそれぞれのウィンドウ画像との間に形成されることができる。イメージング指向性バックライトの一例は、折り畳まれた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、それゆえ、折り畳まれたイメージング指向性バックライトの一例とすることができる。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号に記載されているように、光学バルブを通して一方向に実質的に損失なく伝播することができ、同時に逆伝播光は、チルトしたファセットからの反射によって抽出されることができる。
【０００５】
軸外プライバシーの制御は、コントラスト低減によって、例えば、面内スイッチングＬＣＤの液晶面バイアスチルトを調整することによって、さらに提供されることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示によれば、指向性照明装置は、一方の入射端における光入射に対して狭い光出射円錐を提供するように構成された微細構造導光面および平面導光面を有する光導波路を備えることができる。微細構造導光面は、光導波路の対向する入射端に配置された第１および第２の光源の制御によって光出射が切り替え可能であるように構成される。バックライトは、光導波路、光転向フィルムおよび後部反射器を備えることができる。ディスプレイは、バックライトおよび空間光変調器を備えることができる。ディスプレイは、さらに、切り替え可能な液晶層、補償リターダおよび吸収偏光子を備える切り替え可能な遅延光学スタックを備えることができる。
【０００７】
広角動作モードでは、切り替え可能な液晶層が切り替えられ、広範囲の極出射角度で周囲照明に高い透過率を提供し、バックライトは、第２の端部における光入射からの広い視野の光を提供するように構成される。プライバシー動作モードでは、切り替え可能な液晶層が切り替えられ、主ユーザによって観察される方向の周囲照明に高い透過率を提供し、覗き見者によって観察される方向に低い透過率を提供し、バックライトは、第１の端部における光入射からの狭い視野を提供するように構成される。
【０００８】
本開示の第１の態様によれば、全反射によって光導波路に沿って光をガイドするための第１および第２の対向する導光面と、第１および第２の導光面の間に配置された少なくとも１つの光入射端と、を備え、光入射端が横方向に延在し、第２の導光面が、（ｉ）アレイ状に配置された複数の非傾斜光抽出特徴部であって、各非傾斜光抽出特徴部が、細長く、横方向に垂直な長手方向に延在し、長手方向に直交する平面内で変化し且つ長手方向に傾斜の成分がない表面法線方向を有する、複数の非傾斜光抽出特徴部と、（ｉｉ）アレイ状に配置された複数の傾斜光抽出特徴部であって、各傾斜光抽出特徴部が、長手方向に成分を有する傾斜を有する表面法線方向を有し、複数の非傾斜光抽出特徴部および複数の傾斜光抽出特徴部が、出射光として第１および第２の導光面を通ってガイドされた光を導くように配向されている、複数の傾斜光抽出特徴部と、を備える、光導波路が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
有利には、単一の成形面は、光導波路の光学構造を提供することができる。光抽出は、光導波路からディスプレイに向けられ、抽出効率を高めることができる。光導波路は、光学コーティングがなくてもよく、効率を高め、コストおよび複雑さを低減する。非常に薄い導波路が配置され、可撓性基板上または可撓性基板内に形成され、可撓性ディスプレイを提供することができる。
【００１０】
少なくとも１つの光入射端は、第１の光入射端と、長手方向において第１の光入射端に面する第２の光入射端とを備えることができる。導波路からの光出射には、それぞれ第１および第２の端部からの光入射のための第１および第２の角度照明プロファイルが提供されることができる。光導波路の光出射は、第１の光入射端および第２の入射端における光入射に対して異なることができる。有利には、ディスプレイ装置のプライバシーモードと広角モードとの間の切り替えを達成するために切り替え可能なバックライトが設けられることができる。
【００１１】
複数の非傾斜光抽出特徴部は、レンチキュラー面または細長プリズム面を備えることができる。有利には、特徴部は、既知の加工方法によって加工されてもよく、低コストおよび高い均一性で光導波路の基材上または基材内に形成されてもよい。
【００１２】
複数の傾斜光抽出特徴部は、第１の複数の傾斜光抽出特徴部であって、第１の複数の傾斜光抽出特徴部の各光抽出特徴部が、第１の光入射端から離れた長手方向の成分を有する傾斜を有する表面法線方向を有する、第１の複数の傾斜光抽出特徴部と、第２の複数の傾斜光抽出特徴部であって、第２の複数の傾斜光抽出特徴部の各光抽出特徴部が、第１の光入射端に向かう長手方向の成分を有する傾斜を有する表面法線方向を有する、第２の複数の傾斜光抽出特徴部とを備えることができる。第１の複数の傾斜光抽出特徴部の表面法線方向の傾斜の長手方向の成分の大きさは、第２の複数の傾斜光抽出特徴部の表面法線方向の傾斜の長手方向の成分の大きさと異なることができる。
【００１３】
第１の複数の傾斜光抽出特徴部の表面法線方向の傾斜の長手方向の成分は、０．２５度と５度の間、好ましくは０．５度と４度の間、最も好ましくは１度と３度の間とすることができる。有利には、狭い円錐角で均一な光出射を達成することができる。
【００１４】
第２の複数の傾斜光抽出特徴部の表面法線方向の傾斜の長手方向の成分は、８０度と９０度の間、好ましくは８５度と９０度の間とすることができる。有利には、広い円錐角で均一な光出射を達成することができる。
【００１５】
傾斜光抽出特徴部は、平面傾斜光抽出特徴部を備えることができる。平面傾斜光抽出特徴部は、横方向に成分がない表面法線方向を有することができる。傾斜光抽出特徴部は、長手方向に延在するレンチキュラー面を備えることができる。有利には、特徴部は、既知の加工方法によって加工されてもよく、低コストおよび高い均一性で光導波路の基材上または基材内に形成されてもよい。さらに、光出射円錐は、出射平行光を提供するように構成されることができる。
【００１６】
複数の非傾斜光抽出特徴部のうちの少なくともいくつかは、少なくとも１つの傾斜光抽出特徴部と交差することができる。少なくとも１つの第１の傾斜光抽出特徴部によって交差される複数の非傾斜光抽出特徴部は、交差領域において少なくとも１つの第１の傾斜光抽出特徴部によって交差されることができ、交差領域内の非傾斜光抽出特徴部の幅は、長手方向に変化することができる。有利には、非傾斜および傾斜光抽出特徴部は、同じツール上で都合よく加工され、低コストおよび高い忠実度で複製されることができる。
【００１７】
アレイは、二次元とすることができる。有利には、指向性バックライトを実現するために、空間光変調器の均一な照明を提供することができる。
【００１８】
第１の導光面は、平面を含んでもよい。
【００１９】
本開示の第２の態様によれば、第１の態様の光導波路と、少なくとも１つの入射端において光を光導波路に入射するように構成された少なくとも１つの光源とを備えるバックライト装置が提供される。有利には、狭い出射円錐角を有するバックライトを提供することができる。
【００２０】
少なくとも１つの光源は、第１の入射端において光導波路に光を入射するように構成されることができ、少なくとも１つのさらなる光源は、第２の入射端において光導波路に光を入射するように構成されることができる。有利には、少なくとも１つの光入射端が、第１の光入射端と、長手方向において第１の光入射端に面する第２の光入射端とを備えるとき、第１および第２の角度出射プロファイルを有するバックライトが提供されることができる。
【００２１】
バックライト装置は、第１および第２の光源からの光束を制御するように構成された制御システムをさらに備えることができる。有利には、バックライトの出射視野を制御することができる。バックライトは、狭角プロファイル、広角プロファイル、および狭角プロファイルと広角プロファイルとの組み合わせである中間プロファイルの間で切り替えることができる。
【００２２】
バックライト装置は、横方向に細長いプリズム素子のアレイを備える光転向フィルムをさらに備えることができる。有利には、ディスプレイの出射の少なくとも一部は、ディスプレイの法線方向に向けられることができる。光の少なくとも一部は、軸上観察者に向けられてもよい。
【００２３】
光導波路の第２の面は、光導波路の第１の面と光転向フィルムとの間に配置されることができ、光転向フィルムは、光導波路の第２の面を透過した光を受光するように構成されることができる。有利には、光出射の効率は、後部反射器が光導波路の第２の面を透過した光を受光する構成と比較して増加されることができる。
【００２４】
プリズム素子のアレイのプリズム素子は、それぞれ、対向する第１および第２のプリズム面を含むことができ、各第１のプリズム面は、第１の入射端に向かって長手方向に傾斜した成分を有する表面法線方向を有し、各第２のプリズム面は、第１の入射端から離れて長手方向に傾斜した成分を有する表面法線方向を有する。有利には、出射円錐角のサイズを増加させることができる。
【００２５】
各第１のプリズム面は、平面を含み、各第２のプリズム面は、波状面を含み、光が光導波路の第１の入射端に入射されると、光導波路からの出射光は、第２のプリズム面によって屈折され、第１のプリズム面によって反射され、光が光導波路の第２の入射端に入射されると、光導波路からの出射光は、第１のプリズム面によって屈折され、第２のプリズム面によって反射される。
【００２６】
有利には、第１の光源からの光のための光円錐は、小さな拡散を有することができ、第２の光源からの光のための光円錐は、より大きな拡散を有することができる。広角モードの光円錐のサイズは、増加させることができるが、狭い円錐角プロファイルは、同様のサイズを有することができる。有利には、広角の視認性が向上し、プライバシーの視認性が大幅に低下しない。
【００２７】
バックライト装置は、光導波路の第１の面を透過した光を反射するように構成された、第１の導光面に面する後部反射器をさらに備えてもよい。有利には、光出射効率を高めることができる。
【００２８】
本開示の第３の態様によれば、第２の態様のバックライト装置を備え且つ光転向フィルムから光を受光するように構成された空間光変調器をさらに備えるディスプレイ装置が設けられる。有利には、ディスプレイは、軸上観察者のための高効率の光出射を備えることができる。
【００２９】
ディスプレイ装置は、空間光変調器の側に配置された少なくとも１つの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た追加の偏光子と、ディスプレイ偏光子と追加の偏光子との間に配置された液晶材料の層を備える切り替え可能な液晶リターダと、を備えることができる。光源が第１の入射端において光導波路に光を入射するように構成されている場合、第１の電圧が切り替え可能な液晶リターダに印加されることができ、光源が第２の入射端において光導波路に光を入射するように構成されている場合、第１の電圧とは異なる第２の電圧が、切り替え可能な液晶リターダに印加されることができる。
【００３０】
有利には、覗き見者の軸外輝度が低減されることができ、プライバシーモードの性能が向上する。軸上効率は、実質的に変化しなくてもよい。さらに、広角モードの性能が向上する。
【００３１】
本開示の態様のいずれかは、任意の組み合わせで適用されることができる。
【００３２】
本開示の実施形態は、様々な光学システムにおいて使用されることができる。実施形態は、様々なプロジェクタ、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、内蔵型投影システム、ビジュアルおよび／またはオーディオビジュアルシステム、ならびに電気および／または光学装置を含むことができるか、またはこれらとともに作動することができる。本開示の態様は、光学装置および電気装置、光学システム、プレゼンテーションシステム、または任意の種類の光学システムを包含してもよい任意の装置に関連する、実質的にいかなる装置に使用されてもよい。したがって、本開示の実施形態は、視覚的なおよび／または光学的なプレゼンテーション、視覚的な周辺機器などにおいて、ならびに多数のコンピュータ環境において使用される、光学システム、光学装置で用いられてもよい。
【００３３】
詳細に開示する複数の実施形態に進む前に、本開示は、他の実施形態例が可能であるので、用途または作製において示す特定の配置の詳細に限定されないことを理解するべきである。さらに、本開示の態様は、独自の固有の実施形態を規定するために様々な組み合わせおよび配置で述べられてもよい。また、本明細書で使用する用語は、説明の目的のためのものであって、限定するためのものではない。
【００３４】
本開示の前述および他の利点ならびに特徴は、本開示をその全体にわたって読むことで、当業者に明白となるであろう。
【００３５】
例示のために、実施形態が添付の図面に示され、添付の図面において、同様の参照符号は、類似の部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、空間光変調器を照明するように構成された切り替え可能なバックライトを備える切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置の光学スタックを側面斜視図で示す概略図である。
【００３７】
【図２】図２は、非傾斜レンチキュラー面および傾斜平面を備える光導波路を側面斜視図で示す概略図である。
【００３８】
【図３Ａ】図３Ａは、非傾斜レンチキュラー面および傾斜平面を含む光導波路を斜視図で示す概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、非傾斜レンチキュラー面および傾斜平面を含む光導波路を斜視図で示す概略図である。
【００３９】
【図４Ａ】図４Ａは、交差領域にない光導波路の非傾斜レンチキュラー面を側面斜視図で示す概略図である。
【００４０】
【図４Ｂ】図４Ｂは、交差領域における光導波路の非傾斜レンチキュラー面を側面斜視図で示す概略図である。
【００４１】
【図４Ｃ】図４Ｃは、交差領域における光導波路の第１の傾斜平面領域を側面斜視図で示す概略図である。
【００４２】
【図４Ｄ】図４Ｄは、交差領域における光導波路の第１の傾斜平面領域の傾斜した断面形状を側面斜視図で示す概略図である。
【００４３】
【図４Ｅ】図４Ｅは、交差領域における光導波路の第２の傾斜平面領域を側面斜視図で示す概略図である。
【００４４】
【図４Ｆ】図４Ｆは、光導波路の非傾斜レンチキュラー面を側面図で示す概略図である。
【００４５】
【図４Ｇ】図４Ｇは、交差領域における光導波路の非傾斜レンチキュラー面および光導波路の第１の傾斜平面領域を平面図で示す概略図である。
【００４６】
【図５Ａ】図５Ａは、軸上照明のための平面非傾斜領域を含む光導波路の第１の傾斜平面領域の動作を側面図で示す概略図である。
【００４７】
【図５Ｂ】図５Ｂは、軸上照明のための非傾斜レンチキュラー構造の動作を側面図で示す概略図である。
【００４８】
【図６Ａ】図６Ａは、軸外照明のための非傾斜レンチキュラー構造の動作を平面図で示す概略図である。
【００４９】
【図６Ｂ】図６Ｂは、軸外照明のための非傾斜レンチキュラー構造の動作を端面図で示す概略図である。
【００５０】
【図６Ｃ】図６Ｃは、軸外照明のための非傾斜レンチキュラー構造の動作を側面図で示す概略図である。
【００５１】
【図６Ｄ】図６Ｄは、軸外照明のための傾斜平面特徴部の動作を平面図で示す概略図である。
【００５２】
【図６Ｅ】図６Ｅは、軸外照明のための傾斜平面特徴部の動作を端面図で示す概略図である。
【００５３】
【図６Ｆ】図６Ｆは、軸外照明のための傾斜平面特徴部の動作を側面図で示す概略図である。
【００５４】
【図６Ｇ】図６Ｇは、傾斜平面特徴部による入射後の軸外照明のための非傾斜レンチキュラー構造の動作を平面図で示す概略図である。
【００５５】
【図６Ｈ】図６Ｈは、傾斜平面特徴部による入射後の軸外照明のための非傾斜レンチキュラー構造の動作を端面図で示す概略図である。
【００５６】
【図６Ｉ】図６Ｉは、傾斜平面特徴部による入射後の軸外照明のための非傾斜レンチキュラー構造の動作を側面図で示す概略図である。
【００５７】
【図７】図７は、光導波路の出射を平面図で示す概略図である。
【００５８】
【図８Ａ】図８Ａは、光転向フィルムに入射した後の図７の構成の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフである。
【００５９】
【図８Ｂ】図８Ｂは、平面対向面を含む光転向フィルムを斜視図で示す概略図である。
【００６０】
【図９Ａ】図９Ａは、第２の入射端からの光についての傾斜平面特徴部の動作を平面図で示す概略図である。
【００６１】
【図９Ｂ】図９Ｂは、第２の入射端からの光についての傾斜平面特徴部の動作を端面図で示す概略図である。
【００６２】
【図９Ｃ】図９Ｃは、第２の入射端からの光についての傾斜平面特徴部の動作を側面図で示す概略図である。
【００６３】
【図１０】図１０は、非傾斜レンチキュラー面、傾斜平面、後部反射器および光転向フィルムを備える光導波路を備えるバックライトを側面図で示す概略図である。
【００６４】
【図１１Ａ】図１１Ａは、光転向フィルムを斜視図で示す概略図であり、各第１のプリズム面が平面を含み、各第２のプリズム面が波状面を含む。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、光転向フィルムを斜視図で示す概略図であり、各第１のプリズム面が平面を含み、各第２のプリズム面が波状面を含む。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、光転向フィルムを斜視図で示す概略図であり、各第１のプリズム面が平面を含み、各第２のプリズム面が波状面を含む。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、光転向フィルムを斜視図で示す概略図であり、各第１のプリズム面が平面を含み、各第２のプリズム面が波状面を含む。
【００６５】
【図１２Ａ】図１２Ａは、光が光導波路の第１の端部に入射されるときの図２の光導波路および図８Ｂの光転向フィルムを備えるバックライトにわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフである。
【００６６】
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、光が光導波路の第１の端部に入射されるときの図２の光導波路および図１１Ａ〜図１１Ｄの光転向フィルムを備えるバックライトにわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフである。
【００６７】
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、光が光導波路の第２の端部に入射されるときの図２の光導波路および図８Ｂの光転向フィルムを備えるバックライトにわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフである。
【００６８】
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、光が光導波路の第２の端部に入射されるときの図２の光導波路および図１１Ａ〜図１１Ｄの光転向フィルムを備えるバックライトにわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフである。
【００６９】
【図１３Ａ】図１３Ａは、光導波路の第１および第２の入射端からの光入射に対する角度輝度プロファイルを示す概略グラフである。
【００７０】
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、光導波路の第１および第２の入射端からの光入射に対する正規化された角度輝度プロファイルを示す概略グラフである。
【００７１】
【図１４Ａ】図１４Ａは、非傾斜レンチキュラー面および傾斜平面を含む光導波路の面の製造のためのツールを形成する方法を斜視図で示す概略図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、非傾斜レンチキュラー面および傾斜平面を含む光導波路の面の製造のためのツールを形成する方法を斜視図で示す概略図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、非傾斜レンチキュラー面および傾斜平面を含む光導波路の面の製造のためのツールを形成する方法を斜視図で示す概略図である。
【図１４Ｄ】図１４Ｄは、非傾斜レンチキュラー面および傾斜平面を含む光導波路の面の製造のためのツールを形成する方法を斜視図で示す概略図である。
【図１４Ｅ】図１４Ｅは、非傾斜レンチキュラー面および傾斜平面を含む光導波路の面の製造のためのツールを形成する方法を斜視図で示す概略図である。
【００７２】
【図１４Ｆ】図１４Ｆは、非傾斜レンチキュラー面および傾斜平面を含む光導波路の面の製造のためのツールを斜視図で示す概略図である。
【図１４Ｇ】図１４Ｇは、非傾斜レンチキュラー面および傾斜平面を含む光導波路の面の製造のためのツールを斜視図で示す概略図である。
【００７３】
【図１５】図１５は、本開示にかかる、湾曲入射形状の光導波路を平面図で示す概略図である。
【００７４】
【図１６】図１６は、平面対向面およびねじれ対向面を含む光転向フィルムを第１の斜視図で示す概略図である。
【００７５】
【図１７】図１７は、平面対向面およびねじれ対向面ならびに平面出射面を含む光転向フィルムを第２の斜視図で示す概略図である。
【００７６】
【図１８Ａ】図１８Ａは、光が光導波路の第１の端部に入射されるときの図２の光導波路および図１７Ａ〜Ｂの光転向フィルムを備えるバックライトにわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフである。
【００７７】
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、光が光導波路の第２の端部に入射されるときの図２の光導波路および図１７Ａ〜Ｂの光転向フィルムを備えるバックライトにわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフである。
【００７８】
【図１９Ａ】図１９Ａは、プライバシーモード照明および切り替え可能な液晶リターダを提供するように構成された光導波路を備えるプライバシーディスプレイの光学スタックを平面図で示す概略図である。
【００７９】
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、プライバシー動作モードにおける切り替え可能なリターダの等透過性視野極座標プロットを示す概略グラフである。
【００８０】
【図２０Ａ】図２０Ａは、広角照明および切り替え可能な液晶リターダを提供するように構成された光導波路を備えるプライバシーディスプレイの光学スタックを平面図で示す概略図である。
【００８１】
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、広角動作モードにおける切り替え可能なリターダの等透過性視野極座標プロットを示す概略グラフである。
【００８２】
【図２１Ａ】図２１Ａは、プライバシーモードで動作しているディスプレイの透過出射光の観察を正面斜視図で示す概略図である。
【００８３】
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、プライバシーモードで動作している図１Ａ〜図１Ｃのディスプレイの外観を正面斜視図で示す概略図である。
【００８４】
【図２２】図２２は、非傾斜レンチキュラー面および非傾斜レンチキュラー面と交差しない傾斜平面を備える光導波路を側面斜視図で示す概略図である。
【図２３】図２３は、非傾斜レンチキュラー面および非傾斜レンチキュラー面と交差しない傾斜平面を備える光導波路を側面斜視図で示す概略図である。
【００８５】
【図２４Ａ】図２４Ａは、光導波路の非傾斜レンチキュラー面を側面斜視図で示す概略図である。
【００８６】
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、光導波路の第１の傾斜平面領域を側面斜視図で示す概略図である。
【００８７】
【図２４Ｃ】図２４Ｃは、光導波路の第２の傾斜平面領域を側面斜視図で示す概略図である。
【００８８】
【図２５】図２５は、非傾斜細長プリズム面と、第１および第２の傾斜交差平面とを備える光導波路を側面斜視図で示す概略図である。
【００８９】
【図２６Ａ】図２６Ａは、光が光導波路の第１の端部に入射されるときの図２５の光導波路および図１１Ａ〜図１１Ｄの光転向フィルムを備えるバックライトにわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフである。
【００９０】
【図２６Ｂ】図２６Ｂは、光が光導波路の第２の端部に入射されるときの図２５の光導波路および図１１Ａ〜図１１Ｄの光転向フィルムを備えるバックライトにわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフである。
【００９１】
【図２７Ａ】図２７Ａは、非傾斜レンチキュラー面、傾斜レンチキュラー面および傾斜平面を備える光導波路を斜視図で示す概略図である。
【図２７Ｂ】図２７Ｂは、非傾斜レンチキュラー面、傾斜レンチキュラー面および傾斜平面を備える光導波路を斜視図で示す概略図である。
【図２７Ｃ】図２７Ｃは、非傾斜レンチキュラー面、傾斜レンチキュラー面および傾斜平面を備える光導波路を斜視図で示す概略図である。
【００９２】
【図２８】図２８は、非傾斜レンチキュラー面と、非傾斜レンチキュラー面上に配置された第１および第２の傾斜平面とを備える光導波路を斜視図で示す概略図である。
【００９３】
【図２９Ａ】図２９Ａは、非傾斜レンチキュラー面と、第１および第２の対向する傾斜平面とを備える光導波路を斜視図で示す概略図である。
【図２９Ｂ】図２９Ｂは、非傾斜レンチキュラー面と、第１および第２の対向する傾斜平面とを備える光導波路を斜視図で示す概略図である。
【００９４】
【図２９Ｃ】図２９Ｃは、非傾斜レンチキュラー面と、第１および第２の対向する傾斜平面とを備える光導波路を側面図で示す概略図である。
【００９５】
【図３０Ａ】図３０Ａは、光が光導波路の第１の端部に入射されるときの図２９Ｃの光導波路および図１１Ａ〜図１１Ｄの光転向フィルムを備えるバックライトにわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフである。
【００９６】
【図３０Ｂ】図３０Ｂは、光が光導波路の第２の端部に入射されるときの図２９Ｃの光導波路および図１１Ａ〜図１１Ｄの光転向フィルムを備えるバックライトにわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフである。
【００９７】
【図３１】図３１は、図２９Ｃの光導波路１を備えるバックライトを備えるディスプレイを備える自動車キャビンを平面図で示す概略図である。
【００９８】
【図３２】図３２は、空間光変調器を照明するように構成された切り替え可能な指向性導波路を備える切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置の光学スタックを側面斜視図で示す概略図である。
【００９９】
【図３３】図３３は、空間光変調器を照明するように構成された切り替え可能な指向性導波路を備えるコリメートされたディスプレイ装置の光学スタックを側面斜視図で示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０１００】
ディスプレイ装置に比較的狭い出射円錐角を提供するコリメートされたバックライトを提供することが望ましいであろう。本開示では、コリメートは、ディスプレイおよび／またはバックライトからの狭角照明、例えば、４０度未満、典型的には３０度未満の半値全幅（ＦＷＨＭ）輝度円錐角の許容される用語として使用される。
【０１０１】
従来の広角バックライトと比較して、コリメートされたバックライトは、正面観察者に高効率の光出射を提供し、所定の消費電力での輝度の増加または所定の輝度での消費電力の削減を実現することができる。コリメートされたバックライトはまた、プライバシーディスプレイのために低い軸外画像視認性を提供することもできる。第１の動作モードで狭角出射を提供し、第２の動作モードで広角出射を提供するように切り替え可能なコリメートされたバックライトを提供することがさらに望ましいであろう。動作中、狭角出射は、単一の正面ユーザに提供されることができ、広角出射は、複数のディスプレイユーザに提供されることができる。
【０１０２】
ここで、様々な切り替え可能なディスプレイ装置の構造および動作について記載する。この説明では、共通の要素は共通の参照符号を有する。任意の要素に関する開示は、同じまたは対応する要素が提供される各装置に適用されることに留意されたい。したがって、簡潔にするために、このような開示を繰り返さない。
【０１０３】
図１は、切り替え可能な液晶リターダ３００および空間光変調器４８を照明するように構成された切り替え可能なバックライト２０を備える切り替え可能なプライバシーディスプレイ１００の光学スタックを側面斜視図で示す概略図である。
【０１０４】
光導波路１は、全反射によって光導波路１に沿って光をガイドするための第１および第２の対向する導光面６、８を備える。少なくとも１つの光入射端２は、第１および第２の導光面６、８の間に配置され、光入射端２は、横方向（ｙ軸方向）に延在する。
【０１０５】
バックライト２０は、光導波路１、後部反射器３および光転向フィルム５を備える。光導波路１の第２の面８は、光導波路の第１の面６と光転向フィルム５との間に配置され、光転向フィルム５は、光導波路１の第２の面８を透過した光を受光するように配置される。
【０１０６】
バックライト２０は、第１の入射端２において光導波路１に光を入射するように構成された光源１５をさらに備える。光源１５は、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源のアレイを備えることができ、ＬＥＤのアレイは横方向に延在する。ＬＥＤのさらなるアレイとすることができる少なくとも１つのさらなる光源１７は、第２の入射端４において光導波路１に光を入射するように構成される。
【０１０７】
ディスプレイコントローラ３１０、バックライトコントローラ３１４、第１の光源１５のドライバ３１５および第２の光源１７のドライバ３１７を備える制御システムは、第１および第２の光源１５、１７からの光束を制御するように構成されることができる。
【０１０８】
ディスプレイ装置１００は、バックライト２０、切り替え可能な液晶リターダスタック３００、および光４００を出射するための空間光変調器４８を備える。
【０１０９】
空間光変調器は、入射偏光子２１０と、ＴＦＴ基材２１２と、通常は赤色ピクセル２２０、緑色ピクセル２２２および青色ピクセル２２４によってピクセル化される液晶層２１４と、カラーフィルター基材２１６と、出射偏光子２１８とを備える。
【０１１０】
切り替え可能な液晶リターダスタック３００は、バックライト２０および空間光変調器４８と直列に配置される。スタック３００は、液晶層３１４の制御可能な整列を提供するために透明電極および整列層を備えた基材３１２、３１６を備える切り替え可能な液晶リターダ３０１を備える。スタック３００は、追加の偏光子３３２および補償リターダ３３０をさらに備え、様々な実施形態は、双方ともその全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第１０，１２６，５７５号明細書および米国特許出願公開第２０１９−００８６７０６号明細書に記載されている。
【０１１１】
切り替え可能な液晶リターダスタック３００および空間光変調器４８は、光転向フィルム５によって透過された光を受光するように構成される。拡散器３３４は、出射円錐角の変更を提供し、さらにモアレおよびムラアーチファクトを最小化するように構成されることができる。
【０１１２】
制御システムは、液晶リターダ３０１の両端の電圧を制御するために、切り替え可能な液晶リターダスタック３００のコントローラ３１２および液晶セルドライバ３１５をさらに備えることができる。コントローラ３１２は、切り替え可能な液晶リターダ３０１が、ディスプレイが広角モードで動作するときに第１の整列状態で駆動され、ディスプレイが狭角プライバシーモードで動作するときに第２の整列状態で駆動されるように、電圧ドライバ３５０をアドレス指定するように構成される。
【０１１３】
ここで、光導波路１の構造についてさらに説明する。
【０１１４】
図２は、非傾斜レンチキュラー面３０および傾斜平面３２、３６を備える光導波路１を側面斜視図で示す概略図であり、図３Ａ〜図３Ｂは、非傾斜レンチキュラー面３０および傾斜平面３２、３６を備える光導波路１を斜視図で示す概略図である。
【０１１５】
光導波路１の少なくとも１つの光入射端は、第１の光入射端２と、第１の光入射端２に面する第２の光入射端４とを備える。
【０１１６】
光導波路１の第１の導光面６は、平面を含む。
【０１１７】
第２の導光面８は、（ｉ）レンチキュラー面３０を備える複数の非傾斜光抽出特徴部と、（ｉｉ）アレイ状に配置された傾斜平面表面３２、３６を備える複数の傾斜光抽出特徴部とを備える。本実施形態では、複数の非傾斜光抽出特徴部は、レンチキュラー面３０を備え、それぞれが長手（ｘ軸に平行）方向に延在する曲面を備える。
【０１１８】
ここで、第２の導光面８の構造についてさらに詳細に説明する。
【０１１９】
図４Ａは、交差領域３４にない光導波路の非傾斜レンチキュラー面３０を側面斜視図で示す概略図である。
【０１２０】
第２の導光面８は、アレイ状に配置されたレンチキュラー面３０によって形成された複数の非傾斜光抽出特徴部を備え、各非傾斜光抽出特徴部３０は、細長く、長手方向（ｘ軸方向に平行）に延在している。各非傾斜光抽出特徴部３０は、長手方向に直交する平面１２９において変化し且つ長手方向に傾斜の成分を有しない表面法線方向１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃを備える。
【０１２１】
図４Ｂは、交差領域３４における光導波路の非傾斜レンチキュラー面３０を側面斜視図で示す概略図である。
【０１２２】
複数の非傾斜レンチキュラー面３０は、交差領域３４における傾斜平面３２、３６によって交差され、交差領域３４における非傾斜光抽出特徴部３１の幅は、長手方向に変化する。換言すれば、本実施形態では、各レンチキュラー面３０は、その幅が平面３２、３６の間の尖点３７に向かって減少するように、それに隣接する傾斜平面３２、３６の平面によって二等分される。
【０１２３】
図４Ｃは、交差領域３４における光導波路１の第１の傾斜平面領域３２を側面斜視図で示す概略図である。
【０１２４】
第２の導光面８は、アレイ状に配置された複数の傾斜平面３２をさらに備え、各傾斜平面３２は、長手方向の成分を有するディスプレイ法線方向１３０に対して傾斜角１３３の傾斜を有する少なくとも１つの表面法線方向１３２を備える。
【０１２５】
複数の傾斜光抽出特徴部は、図４Ｃにおいて陰影を付けて示されている第１の複数の傾斜平面３２を備える。第１の複数の傾斜平面３２の各平面３２は、傾斜角１３３を有する表面法線１３２を有し、表面法線１３２の傾斜は、第１の光入射端２から離れた長手方向（ｘ軸に平行）の成分を有する。
【０１２６】
複数の傾斜光抽出特徴部はまた、以下にさらに説明する図４Ｅにおいて陰影を付けて示されている第２の複数の傾斜光抽出平面３６も備える。各平面３６は、傾斜角１３７を有する表面法線方向１３６を有し、表面法線１３７の傾斜は、第１の光入射端２に向かう長手方向の成分を有する。
【０１２７】
傾斜平面３２、３６は、平面傾斜光抽出特徴部である。平面３２、３６はまた、横方向に成分を有しない表面法線方向を有することができ、すなわち、表面法線１３２、１３６は、ｘ−ｚ平面に配置されることができる。
【０１２８】
図４Ｄは、交差領域における光導波路の第１の傾斜平面領域の傾斜断面プロファイル３３を側面斜視図で示す概略図である。断面プロファイル３３は、例えば三角形の領域を備えることができる。有利には、そのような構造は、以下に説明されるように、都合よく加工されることができる。
【０１２９】
図４Ｅは、交差領域３４における光導波路１の第２の傾斜平面３６を側面斜視図で示す概略図であり、図４Ｆは、光導波路１の非傾斜レンチキュラー面３０を側面図で示す概略図であり、図４Ｇは、光導波路の非傾斜レンチキュラー面３０と、交差領域における光導波路の第１の傾斜平面領域とを平面図で示す概略図である。さらに詳細には記載されていない図２〜図４Ｇの構成の特徴は、特徴のあらゆる潜在的な変形を含む、上述したような等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【０１３０】
例示的な実施形態では、傾斜角１３３は、２度とすることができ、傾斜角１３７は、８８度とすることができる。より一般的には、図２に示される種類の光導波路１では、第１の複数の傾斜平面３２の長手方向の傾斜角１３３は、０．２５度と５度の間、好ましくは０．５度と４度の間、最も好ましくは１度と３度の間とすることができ、第２の複数の傾斜平面３６の長手方向の傾斜角１３７は、８０度と９０度の間、好ましくは８５度と９０度の間とすることができる。
【０１３１】
複数の非傾斜レンチキュラー面３０の少なくともいくつかは、少なくとも１つの傾斜平面３２、３６によって交差領域３４において交差される。以下の図１４Ａ〜Ｇは、光導波路１の面８を提供するためのツールの切断方法を示している。そのような加工プロセスの間、平面３２、３６は、レンチキュラー面３０を介して切断されてもよく、または平面３２、３６は、レンチキュラー面によって切断されてもよい。交差領域３４は、それぞれの切断された交差によって提供される。
【０１３２】
本実施形態では、アレイは二次元である。ＬＣＤバックライト用の広い面積にわたって照明を提供することができ、有利には、高い均一性を達成する。
【０１３３】
ここで、第１の入射端２からの光入射について、光抽出特徴部の動作をさらに説明する。
【０１３４】
図５Ａは、軸上照明のための光導波路１の第１の傾斜平面３２の動作を側面図で示す概略図である。光線１８０は、面６と８の間をガイドすることによって伝播する。光線１８０は、傾斜角１３３によって与えられる平面３２の先細りによって徐々に減少する面６、８における入射角を有する。光導波路１の材料の臨界角よりも小さい入射角である光線は、第１または第２のガイド面６、８をかすめることに近い角度で抽出される。動作中、平面３２の傾斜角１３３は、光導波路１からの十分な光漏れだけを提供しないように構成され、すなわち、非傾斜レンチキュラー面３０が存在しなかった場合、それは不十分な漏れが存在することになる。
【０１３５】
図５Ｂは、軸上照明のための非傾斜レンチキュラー構造の動作を側面図で示す概略図である。非傾斜レンチキュラー面３０における各反射において、図５Ｂの紙面外にある光線１８２の偏向が提供される。したがって、結果として生じる光線は、レンチキュラー面３０の傾斜面に起因する先細効果を見る。一部の反射は入射角を増加させる一方で、他の反射は入射角を減少させる。動作中、正味の光線入射角の変化は小さく、光導波路１からの十分な光漏れを提供せず、すなわち、平面３２が存在しなかった場合、不十分な漏れが存在することになる。
【０１３６】
レンチキュラー面３０からの光抽出の指向性は、ここで、平面３２において反射を受けなかった光について、レンチキュラー面３０にわたって異なる位置に入射する光線についてさらに説明される。
【０１３７】
図６Ａは、軸外照明のための非傾斜レンチキュラー構造の動作を平面図で示す概略図であり、図６Ｂは、軸外照明のための非傾斜レンチキュラー構造の動作を端面図で示す概略図であり、図６Ｃは、軸外照明のための非傾斜レンチキュラー構造の動作を側面図で示す概略図である。
【０１３８】
光線１８４ａ、１８４ｂ、１８４ｃは、レンチキュラー面３０においてそれぞれ入射位置１８５ａ、１８５ｂ、１８５ｃを有する。平面図では、光線１８４ａ、１８４ｃは、傾斜レンチキュラー面３０によって偏向される。端面図では、反射角度は、面３０にわたって変化するが、側面図では、反射角度は、変更されない。反射ごとに、光線角度は、臨界角を十分に超えており、光は抽出されない。
【０１３９】
図６Ｄは、軸外照明のための傾斜平面特徴部の動作を平面図で示す概略図であり、図６Ｅは、軸外照明のための傾斜平面特徴部の動作を端面図で示す概略図であり、図６Ｆは、軸外照明のための傾斜平面特徴部の動作を側面図で示す概略図である。
【０１４０】
光線１８４ａ、１８４ｂ、１８４ｃは、平面３２においてそれぞれ入射位置１８５ａ、１８５ｂ、１８５ｃを有する。平面図および端面図では、光線１８４ａ、１８４ｂ、１８４ｃは、傾斜平面３２によって僅かに偏向される。側面図では、平面３２の主要な効果を視覚化することができ、角度１８７ｂは、角度１８７ａよりも小さい。したがって、平面３２の傾斜角１３３は、光線１８４ｂを臨界角のより近くに導く。
【０１４１】
平面３２と非傾斜レンチキュラー面３０との組み合わされた効果がここで説明される。
【０１４２】
図６Ｇは、傾斜平面３２による入射後の軸外照明のための非傾斜レンチキュラー構造の動作を平面図で示す概略図であり、図６Ｈは、傾斜平面３２による入射後の軸外照明のための非傾斜レンチキュラー構造の動作を端面図で示す概略図であり、図６Ｉは、傾斜平面３２による入射後の軸外照明のための非傾斜レンチキュラー構造の動作を側面図で示す概略図である。
【０１４３】
図６Ａ〜図６Ｃの構成と比較して、光線１８４ａ〜ｃは、平面３２における反射後に減少した入射角を有する。光線１８４ａ、１８４ｂは、レンチキュラー面３０に入射するとき、依然として臨界入射角を超えたままである。しかしながら、光線１８４ｃは、臨界角未満の角度で入射して抽出される。図６Ｇに示されるように、抽出の方向は、入射光線角度と比較して長手方向に向かって傾斜している。このようにして、平面３２およびレンチキュラー面３０は、協働して長手方向に近い方向に光を抽出する。
【０１４４】
図７は、光導波路の出射を平面図で示す概略図である。したがって、光線１８８ａ、１８８ｂ、１８８ｃを含む光円錐は、優先的にレンチキュラー面３０から出射され、傾斜面に向かって進む光に対して生じる。したがって、反射光線束１８９ａ〜ｃはまた、反対に傾斜したレンチキュラー面からも提供される。
【０１４５】
さらに詳細には記載されていない図５Ａ〜図７の構成の特徴は、特徴のあらゆる潜在的な変形を含む、上述したような等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【０１４６】
図８Ａは、細長プリズム素子５０の平面対向面５２、５４を備える光転向フィルムを斜視図で示す概略図である図８Ｂに示されるように転向フィルム５上に入射した後の図７の構成についてのシミュレーションされた等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフである。プロファイルは、ｘ軸に平行な方向が仰角を表し且つ直交方向が観察者の横方向を表すように、導波路１の下側に沿って配置された入射ＬＥＤ１５を備えて構成された装置について示されている。
【０１４７】
本開示の視野プロットは、横方向の視野角に対する長手方向の視野角についての出射輝度の変動を示している。この例示的な実施形態では、光源１５は、ディスプレイ１００の下縁に配置されることができ、光源１７は、ディスプレイ１００の上縁に配置される。この構成では、水平視野角方向は、横方向（ｘ軸に平行）であり、垂直視野角方向は、長手方向（ｙ軸に平行）である。
【０１４８】
長手方向において、光線分布は、導光面８上へのかすめ入射角に近い光によって提供され、したがって、制限された円錐角を有する。横方向視野角方向において、出射輝度プロファイルは、図７に示されるように、レンチキュラー面３０からの光線の分布によって決定される。
【０１４９】
有利には、非常に狭い円錐角を提供することができる。そのような照明プロファイルは、高効率出射のために使用され、消費電力を低減するかまたは所定の入射消費電力に対する出射輝度を増加させることができる。さらに、以下にさらに説明するように、そのような輝度プロファイルをプライバシーディスプレイに使用することができる。
【０１５０】
図８Ａにおいて提供されるものよりも広い出射の角度プロファイルを提供することが望ましいであろう。
【０１５１】
図９Ａは、第２の入射端からの光に対する傾斜平面３６の動作を平面図で示す概略図であり、図９Ｂは、第２の入射端からの光に対する傾斜平面特徴部の動作を端面図で示す概略図であり、図９Ｃは、第２の入射端からの光に対する傾斜平面特徴部の動作を側面図で示す概略図である。
【０１５２】
図７と比較して、平面３６に入射する光線１９０ａ、１９０ｂは、境界面での屈折により広い角度広がりで導かれる。さらに示されるように、そのような出射は、広範な光出射を提供する。有利には、切り替え可能な広い角度範囲を有する光導波路１を提供することができる。
【０１５３】
平面３６からの抽出は、光転向フィルム５に近接しており、後部反射器３上にはない。抽出が第１のガイド面８から行われた場合に存在するはずのフレネル反射が増加するため、抽出の効率が向上する。有利には、広角出射の効率が高められる。
【０１５４】
ここで、光導波路１を備える図１のバックライト２０の動作についてさらに説明する。
【０１５５】
図１０は、非傾斜レンチキュラー面３０および傾斜平面３２、３６を備える光導波路を備えるバックライト２０、後部反射器３および光転向フィルム５を側面図で示す概略図である。図１１Ａ〜図１１Ｄは、光転向フィルム５を斜視図で示す概略図であり、各第１のプリズム面４０は、平面を備え、各第２のプリズム面４２は、波状面を備える。さらに詳細には記載されていない図１０〜図１１Ｄの構成の特徴は、特徴のあらゆる潜在的な変形を含む、上述したような等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【０１５６】
光転向フィルム５は、典型的には平面である第１の面５５と、横方向（ｙ軸に平行）に細長いプリズム素子５０のアレイを備える第１の面５５に面する第２の面とを備える。プリズム素子のアレイのプリズム素子５０は、それぞれ、対向する第１および第２のプリズム面５２、５４を備える。各第１のプリズム面５２は、ディスプレイ法線方向（ｚ軸方向）から傾斜角１５１だけ傾斜した表面法線１５２の方向を有し、第１の入射端２に向かって長手方向（ｘ軸に平行）に傾斜した成分を有する。各第２のプリズム面５４は、ディスプレイ法線方向（ｚ軸方向）から傾斜角１５３だけ傾斜した表面法線方向１５４を有し、第１の入射端２から離れて長手方向に傾斜した成分を有する。
【０１５７】
光源１５が作動すると、光線１７２、１７４は、光導波路１の第１の入射端２に入射され、導波路１内の全反射によってガイドされる。以下にさらに説明するように、複数の非傾斜レンチキュラー面３０および傾斜平面３２は、出射光線１７２、１７４として第１および第２の導光面６、８を通ってガイドされた光線１７０を導くように配向されている。平面３６は、第１の入射端２から伝播する光に対して隠されており、したがって、出射光に実質的に寄与しない。
【０１５８】
面８からの出射の方向は、光導波路１内の臨界角に近く、したがって典型的には空気中において面８からのかすめ入射に近い光線１７２、１７４に対するものである。
【０１５９】
バックライト２０は、さらに、光導波路１の第１の面６を透過する光線１７４を反射するように構成された第１の導光面６に面する後部反射器３を備える。面６を通過する光線は、後部反射器３に入射し、光導波路１を通って反射されて戻される。
【０１６０】
光導波路から出射された後、光導波路１からの出射光線１７２、１７４は、転向フィルム５に入射され、そこで第２のプリズム面５４によって屈折され、全反射によって第１のプリズム面５２によって反射される。
【０１６１】
光線は、ディスプレイ面の法線方向（ｚ軸に平行）に向かって反射され、有利には高い正面輝度を実現する。
【０１６２】
第２のプリズム面５４の起伏は、光線１７２、１７４についての光線方向のいくらかの偏向を提供することができる。例示の目的で、面５４は、横方向に直交するｘ−ｚ平面内で波状部として示されている。しかしながら、波状部は、主にｘ−ｙ平面にある。したがって、光線は、長手方向に拡散するものとして示されているが、図１１Ａ〜図１１Ｄに示されるそのような波状ファセットは、主に横方向に拡散を提供するように配置される。
【０１６３】
そのような偏向は、波状面５４での屈折によって提供され、したがって比較的小さい。少量の光円錐拡散は、波状プリズム面５４によって光線１７２、１７４に提供されることができる。
【０１６４】
本実施形態は、第１の端部２に単一の光源１５を設けることができる。有利には、以下にさらに説明されるように、狭い出射円錐角が提供され、プライバシー動作のための低い軸外輝度および高い正面効率を達成することができる。さらに、狭いベゼル幅を実現することができる。
【０１６５】
第１の動作モードと比較してより広い視野角を提供する第２の動作モードを提供することが望ましい場合がある。
【０１６６】
第２の光源１７は、光導波路１の第２の入射端４に入射光を入射するように構成されることができる。複数の非傾斜光抽出特徴部３０および傾斜平面３２は、ガイドされた光線１７６ｃをガイド光線として光導波路１内に導くように配向されている。平面３６は、入射光線１７６ａ、１７６ｂが平面３６によって出射光として屈折されるように、第２の入射端４に面する。以下に説明されるように、透過光線１７６ａ、１７６ｂについての平面３６から出射される光の円錐角は、光線１７２、１７４の場合よりも実質的に大きくてもよい。
【０１６７】
平面３６は、光導波路１の、光転向フィルム５のプリズム素子５０と同じ側に配置される。出射光は、後部反射器３によって反射されず、または第１の平面６を通して出射されない。反射器３の近くに配置された平面３６を有する構成と比較して、本実施形態では、有利には第２の動作モードでの抽出効率が改善されるように、フレネル反射損失が低減される。
【０１６８】
光導波路１からの出射光線１７６ａ、１７６ｂは、第１のプリズム面５２によって屈折され、全反射によって第２のプリズム面５４によって反射される。光線１７２、１７４と比較して、光線は、屈折ではなく、波状ファセット５４において反射を受ける。反射面の有効屈折力は、屈折した光に対する同じ面の屈折力の約３倍であり、したがって、波状部は、光線１７２、１７４の場合と比較して、大幅な拡散効果を提供することができる。
【０１６９】
平面３６および波状プリズム面５４は、光源１５による入射端２からの光入射に対して達成される出射円錐角よりも実質的に大きい、光源１７による第２の端部からの光入射に対する出射円錐角を達成することができる。有利には、広角モードにおける出射円錐角は、大幅に増加されることができる。そのようなバックライト２０は、広範囲の視野角から都合よく見ることができるディスプレイ１００を提供することができる。
【０１７０】
ここで、図２〜図６Ｄの例示的な実施形態のシミュレートされた輝度分布を、光源１５および光源１７による照明について説明する。
【０１７１】
図１２Ａは、光が光導波路の第１の端部に入射されるときの図２の光導波路および図８Ｂの光転向フィルムを備えるバックライトにわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフであり、図１２Ｂは、光が光導波路の第１の端部に入射されるときの図２の光導波路１および図１１Ａ〜図１１Ｄの光転向フィルム５を備えるバックライトにわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフである。
【０１７２】
したがって、図１２Ａ〜図１２Ｂは、各輪郭が２０％輝度輪郭間隔を表す、光源１５による本例示的な実施形態の光導波路１および転向フィルム５の照明のシミュレートされた外観を示している。パラメータＸは、第１の入射端２からの相対距離を表し、式１によって与えられ、ここで、ｘは入射端２からの距離であり、Ｌは図１０に示される光導波路１の長さである。
Ｘ＝ｘ／Ｌ  式１
【０１７３】
輝度出射プロファイルは、ディスプレイ法線方向１３０を中心として約＋／−２０度の横方向視野角および＋／−１０度の長手方向視野角内に提供される。
【０１７４】
有利には、そのような照明プロファイルは、正面ユーザへの高効率の照明を達成することができる。さらに、そのようなプロファイルは、光導波路１の長さに沿って実質的に均一であり、高い輝度均一性を達成する。そのようなプロファイルはまた、以下にさらに説明されるように、プライバシーディスプレイのプライバシーモード動作を提供するために使用されることもできる。
【０１７５】
図１２Ｂは、平面と比較して転向フィルム５の面４５上の波状部によって横方向拡散が実質的に増加しないという点で図１２Ａとは異なる。有利には、横方向視野の小さな変化のみが波状部によって提供され、プライバシー性能は同様である。
【０１７６】
図１２Ｃは、光が光導波路の第２の端部に入射されるときの図２の光導波路および図８Ｂの光転向フィルムを備えるバックライトにわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフであり、図１２Ｄは、光が光源１７によって光導波路１の第２の入射端２に入射されるときの図２の光導波路および図１１Ａ〜図１１Ｄの光転向フィルムを備えるバックライトにわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフである。図１２Ｂの出射と比較して、視野は、横方向に約＋／−４０度に増加している。有利には、ディスプレイは、広角動作モードについて、横方向の広い範囲の視野方向から見ることができる。
【０１７７】
図１２Ｄは、平面と比較して転向フィルム５の面４５上の波状部によって横方向拡散が増加するという点で図１２Ｃとは異なる。有利には、横方向視野が拡大され、広角性能が改善される。
【０１７８】
図１２Ａ〜図１２Ｄの視野プロファイルは、拡散器３３４と、出射偏光子２１８などの他のディスプレイ面上に配置された拡散器とによってさらに拡大されてもよい。拡散器は、対称または非対称拡散器とすることができる。例えば、非対称表面レリーフ微細構造を含む非対称拡散器は、例えば、横方向角度プロファイルに実質的に変化を提供することなく、長手方向に増加した円錐角を提供することができる。有利には、長手方向（典型的には垂直方向とすることができる）での観察の自由は拡大されることができ、横方向でのプライバシー視野角は、実質的に変更されない。それぞれ長手方向に主要な構成要素を有する、光導波路１の繰り返し尖点３７と、光転向フィルム５と、空間光変調器４８のピクセルとの間のさらなるモアレビーティングは、最小化されることができる。
【０１７９】
ここで、単一の長手視野角の視野角プロファイルについて説明する。
【０１８０】
図１３Ａは、光導波路１の第１および第２の入射端２、４からの光入射についての横方向視野角７２のプロファイル７６、７８に対する角輝度７０を示す概略グラフであり、図１３Ｂは、光導波路１の第１および第２の入射端２、４からの光入射についての正規化された角輝度プロファイルを示す概略グラフである。プライバシー動作モードでは、プロファイル７６が光源１５による照明のために提供されることができるとともに、広角モードでは、プロファイル７８が光源１７による照明のために提供されることができる。プロファイル７８の半値全幅は、プロファイル７６の方がかなり大きい。さらに、軸外観察位置では、輝度が大幅に低下する。
【０１８１】
有利には、切り替え可能なプライバシーディスプレイが提供されることができる。
【０１８２】
ここで、光導波路１の面８を形成するために使用されるツールを提供する方法について説明する。
【０１８３】
図１４Ａ〜図１４Ｅは、非傾斜レンチキュラー面および傾斜平面を含む光導波路の面の製造のためのツールを形成する方法を斜視図で示す概略図である。
【０１８４】
図１４Ａに示す第１のステップでは、平面ツール６０のブランクが提供される。ツールブランクは、例えば、銅またはニッケルとすることができる。図１４Ｂに示す第２のステップでは、湾曲切断面６３を有するダイヤモンド６２を使用して、ツール６０の表面に長手方向に平行に整列した円筒状溝６４を刻み、図１４Ｃに示すように均一なレンチキュラー面が提供される。
【０１８５】
第３のステップでは、ツール６０の表面に対して角度６７で傾斜した平面切断面６５を有する異なるダイヤモンド６６があり、角度６７は、通常、平面表面法線の角度１３３と同じである。ツールは、ツールが交差領域３４においてレンチキュラー溝６４を通って切断するように長手方向に直交する横方向に平面溝を刻むために使用される。
【０１８６】
図１４Ｅは、代替の切断シーケンスを示している。第２のステップ（図示せず）では、線形ファセット６８が横方向に切断され、第３のステップでは、レンチキュラー溝が、湾曲切断面６３を有するダイヤモンド６２によって線形ファセット６８を通って切断される。
【０１８７】
図１４Ｆ〜図１４Ｇは、図１４Ａ〜１４Ｅに示されるように切断され且つ溝６４および平面領域６１、６９を備える非傾斜レンチキュラー面および傾斜平面を含む光導波路の面の製造のためのツールを斜視図で示す概略図である。さらに詳細には記載されていない図１４Ａ〜Ｇの構成の特徴は、特徴のあらゆる潜在的な変形を含む、上述したような等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【０１８８】
そのようなツールは、例えば、光導波路１の射出成形、熱エンボス加工またはＵＶ鋳造に使用されてもよい。
【０１８９】
有利には、光学面６は平面であり、支持基材または平面射出成形金型によって都合よく提供されることができる。さらに、高い忠実度の特徴部が提供され、高効率の抽出を達成することができる。面８は、導光板（ＬＧＰ）を提供するために、０．４ｍｍ以上の厚さのＰＭＭＡまたはＰＥＴ基材などの堅い基材上に設けられてもよい。あるいは、０．４ｍｍ未満の厚さの薄い可撓性基材を使用して、可撓性ディスプレイにおいて使用するための導光フィルム（ＬＧＦ）を提供することができる。
【０１９０】
ディスプレイ１００に自由形状を提供すること、例えば、ディスプレイ領域に湾曲したコーナーまたはノッチを提供することが望ましいであろう。
【０１９１】
図１５は、湾曲した入射形状の光導波路１を平面図で示す概略図である。入射側２には、成形部品の成形または切断により、直線領域２１ａおよび曲線領域２１ｃ、２１ｂを設けることができる。有利には、自由形状のディスプレイが提供されることができる。さらに詳細には考察されていない図１５の構成の特徴は、特徴のあらゆる潜在的な変形を含む、上述したような等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【０１９２】
典型的なプライバシーモード動作では、横方向に比較的狭い視野角、および長手方向に広い視認自由度を備えたディスプレイが提供されることができる。典型的には水平方向とすることができる横方向の軸を中心としたディスプレイの回転を可能にするために、長手方向の視認自由度を最大にすることが望ましいであろう。
【０１９３】
図１６は、平面対向面５２と、互いに角度５７で傾斜したファセット５６ａ、５６ｂを含むねじれ対向面５４とを含む光転向フィルム５を第１の斜視図で示す概略図である。図１７は、平面対向面５２およびねじれ対向面５４および平面出射面を含む光転向フィルム５を第２の斜視図で示す概略図である。さらに詳細には記載されていない図１６〜図１７の構成の特徴は、特徴のあらゆる潜在的な変形を含む、上述したような等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【０１９４】
面５４は、３つ以上の面を含んでもよく、または曲面であってもよい。図１１Ａ〜図１１Ｄの波状面と比較して、ファセットは、主に長手方向に拡散を提供するように構成される。
【０１９５】
動作中、第２の端部４に配置された光源１７からの光線は、転向フィルム５の面５４における全反射によって偏向され、図１１Ａ〜図１１Ｄの波状面による横方向の広がりと比較して、長手方向に広がる。
【０１９６】
図１８Ａは、光が光導波路１の第１の端部２に入射されるときの図２の光導波路１および図１６〜図１７の光転向フィルムを備えるバックライト２０にわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフであり、図１８Ｂは、光が光導波路１の第２の端部４に入射されるときの図２の光導波路１および図１６〜図１７の光転向フィルム５を備えるバックライト２０にわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフである。
【０１９７】
プライバシー動作モードでは、高効率と低プライバシークロストークレベルを有利に達成するために、狭い視野が提供される。広角モードでは、例えば図１２Ｄと比較して、長手方向の視野が大幅に増加する。有利には、ディスプレイは、より広い視野角から見ることができる。さらに、ディスプレイは、横向きおよび縦向きの双方の表示に対して実質的に均一な照明プロファイルを有することができる。
【０１９８】
本実施形態では、広角モードの全出射は、双方の光源１５および１７からの照明によって提供されることができ、したがって、合成された出射は、駆動される光源１５、１７の相対的な光束によって決定される比率での図１８Ａおよび図１８Ｂの組み合わせとすることができる。有利には、出射指向性は、光源１５、１７の制御によって調整されることができる。
【０１９９】
プライバシー動作モードでは、本実施形態のバックライト２０は、例えばバックライト２０における散乱および拡散から生じるディスプレイ上の画像データを覗き見者が知覚することを可能にすることができる観察領域に迷光を提供することができる。例えば、覗き見者は、周囲の照明条件に応じて、ピーク正面輝度の０．５％を超える輝度で画像データを観察することができる。典型的な狭角バックライトは、軸外観察位置（例えば、±４５度の横方向観察位置）で２％以上の軸外輝度を実現することができる。覗き見者への軸外画像の視認性を最小限に抑えることが望ましい。
【０２００】
図１９Ａは、プライバシーモード照明を提供するように配置された第１の端部２において光源１５によって照明される光導波路１を備えるバックライト２０と、液晶配向の第１の状態で駆動される切り替え可能な液晶リターダ３００とを備えるプライバシーディスプレイの光学スタックを平面図で示す概略図である。
【０２０１】
プライバシーディスプレイを強化するための切り替え可能な液晶リターダ３００は、双方ともその全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第１０，１２６，５７５号明細書および米国特許出願公開第２０１９−００８６７０６号明細書に記載されている。
【０２０２】
図１と比較して、空間光変調器４８は、バックライト２０と切り替え可能な液晶リターダ３００との間に配置されるが、性能は、２つの配置について実質的に同じであると予想される。したがって、ディスプレイ装置１００は、さらに、空間光変調器４８の側に配置された少なくとも１つのディスプレイ偏光子２１８または２１０と、空間変調器４８のディスプレイ偏光子２１８と同じ側に配置された追加の偏光子３１８と、ディスプレイ偏光子２１８と追加の偏光子３１８との間に配置された液晶材料３１４の層を備える切り替え可能な液晶リターダ３３０、３１４と、を備える。
【０２０３】
図１に戻ると、プライバシー動作の第２の状態における動作において、光源ドライバ３１５は、第１の光源１５を駆動するように起動される。さらに、液晶リターダ３００のコントローラ３１２は、狭い視野角を提供するように動作する。換言すれば、光源１５が第１の入射端２において光導波路１に光を入射するように構成されている場合、第１の電圧Ｖ１は、液晶層３１４の分子が第１の配向構成を有するように、電極３１１ａ、３１１ｂによって切り替え可能な液晶リターダ３００に印加される。
【０２０４】
動作中、バックライト２０からの非偏光光線４００、４０２は、電気ベクトル透過方向２１１を有する空間光変調器４８の入射偏光子２１０によって偏光される。ピクセル層２１４による変調後、電気ベクトル透過方向２１９を有する出射偏光子２１８は、光線４００、４０２に偏光状態３６０、３６１を提供する。補償リターダ３００および切り替え可能な液晶層３１４は、光線４００の偏光状態３６２に実質的に変化をもたらさないが、軸外光線４０２の変更された偏光状態３６４を提供するように構成される。方向２１９に平行な電気ベクトル透過方向３１９を有する追加の偏光子３１８は、光線４００を透過するが、光線４０２の光を吸収し、軸外方向の透過を実質的に低減する。
【０２０５】
図１９Ｂは、プライバシー動作モードにおける補償された切り替え可能なリターダの等透過視野極座標プロットを示す概略グラフである。
【０２０６】
視野プロファイルの向きは、プライバシーモードにおいて迷光輝度の低減を提供するように構成されることができる。例えば、軸外輝度は、図１８Ａの出射光円錐と図１９Ｂの透過視野プロファイルとの組み合わせにより、広い視野のピーク正面輝度の１％未満に低減されることができる。
【０２０７】
有利には、覗き見者から見た出射は、切り替え可能な液晶リターダを備えていないディスプレイと比較して大幅に低減され、強化されたプライバシー性能が達成される。さらに、正面輝度は、実質的に影響を受けず、主ユーザにとって高い効率を実現する。
【０２０８】
さらに、切り替え可能なプライバシーディスプレイに切り替え可能な広い視野を提供することが望ましい。
【０２０９】
図２０Ａは、広角照明を提供するように構成された第２の端部４における光源１７によって照明される光導波路１を備えるバックライト２０と、液晶配向の第２の状態で駆動される切り替え可能な液晶リターダ３００とを備えるプライバシーディスプレイの光学スタックを平面図で示す概略図である。
【０２１０】
図１に戻ると、広角動作のための第２の状態での動作において、光源ドライバ３１７は、第２の光源１７を駆動するために起動される。さらに、液晶リターダ３００のコントローラ３１２は、広角視野を提供するように動作する。換言すれば、光源１７が第２の入射端４において光導波路１に光を入射するように構成されている場合、第１の電圧とは異なる第２の電圧Ｖ２は、液晶層３１４の分子が第２の配向構成を有するように、電極３１１ａ、３１１ｂによって切り替え可能な液晶リターダ３００にドライバ３５０によって印加される。
【０２１１】
動作中、補償リターダ３００および切り替え可能な液晶層３１４は、光線４００および軸外光線４０２の偏光状態３６２に実質的に変化をもたらさないように構成される。方向２１９に平行な電気ベクトル透過方向３１９を有する追加の偏光子３１８は、光線４００、４０２を透過し、軸外方向の輝度を実質的に維持する。
【０２１２】
図２０Ｂは、広角動作モードにおける切り替え可能なリターダの等透過視野極座標プロットを示す概略グラフである。有利には、軸外観察者によって見られる出射は、高輝度を有し、高効率動作が維持される。さらに、正面輝度は、実質的に影響を受けず、主ユーザにとって高い効率を実現する。
【０２１３】
さらに詳細には記載されていない図１９Ａ〜図２０Ｂの構成の特徴は、特徴のあらゆる潜在的な変形を含む、上述したような等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【０２１４】
ここで、プライバシーディスプレイの表示についてさらに説明する。
【０２１５】
図２１Ａは、プライバシーモードで動作しているディスプレイの透過出射光の観察を正面斜視図で示す概略図である。ディスプレイ１００は、白領域６０３および黒領域６０１を備えることができる。覗き見者４７は、観察領域６０１、６０３間の輝度差が知覚され得る場合、ディスプレイ上の画像を観察することができる。動作中、主ユーザ４５は、指向性ディスプレイの光学窓とすることができる視認場所２６までの光線４００によって全輝度画像を観察する。覗き見者４７は、光導波路およびオプションの切り替え可能な液晶リターダ３００からの軸外位置の輝度の低下に起因して、観察場所２７における輝度光線４０２の低下を観察する。
【０２１６】
図２１Ｂは、軸外輝度低減を伴うプライバシーモード１で動作している図１のディスプレイの外観を正面斜視図で示す概略図である。したがって、上方視象限５３０、５３２、下方視象限５３４、５３６、および側方視位置５２６、５２８は、低減された輝度を提供する一方で、上／下中央視領域５２２、５２０および正面視は、はるかに高い輝度を提供する。
【０２１７】
有利には、横軸を中心とした回転のための快適な視界を有するプライバシーディスプレイが提供されることができる。
【０２１８】
ここで、光導波路１の他の構造について説明する。
【０２１９】
図２２〜図２３は、非傾斜レンチキュラー面３０と、非傾斜レンチキュラー面３０と交差しない傾斜平面表面３２、３６とを備える光導波路１を側面斜視図で示す概略図であり、図２４Ａは、光導波路１の非傾斜レンチキュラー面３０を側面斜視図で示す概略図であり、図２４Ｂは、光導波路１の第１の傾斜平面３２を側面斜視図で示す概略図であり、図２４Ｃは、光導波路１の第２の傾斜平面３６を側面斜視図で示す概略図である。
【０２２０】
シミュレーションでは、そのような構造は、図２で上に示したものと同様の視野輝度特性を提供する。図２の実施形態と比較して、そのような構造は、クロスカットされていない均一な細長レンチキュラー面を提供することができる。クロスカット面の交点での散乱を低減することができる。有利には、プライバシー性能を改善することができる。
【０２２１】
ここで、光導波路１の他の構造について説明する。
【０２２２】
図２５は、光導波路１を側面透視図で示す概略図であり、第２の導光面は、表面法線が横方向において細長プリズム特徴部の幅にわたって変化するように、それぞれが反対角度に傾斜した横方向に垂直な平面に表面法線を有する２つの面８０、８２を備えるプリズム特徴部である非傾斜細長特徴部を備える。第２の導光面はまた、傾斜光抽出特徴部を形成する第１および第２の傾斜交差平面３２、３６を備える。
【０２２３】
さらに詳細には記載されていない図２２〜図２５の構成の特徴は、特徴のあらゆる潜在的な変形を含む、上述したような等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【０２２４】
図２６Ａは、光が光導波路の第１の端部に入射されるときの図２５の光導波路および図１１Ａ〜図１１Ｄの光転向フィルムを備えるバックライトにわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフであり、図２６Ｂは、光が光導波路の第２の端部に入射されるときの図２５の光導波路および図１１Ａ〜図１１Ｄの光転向フィルム５を備えるバックライトにわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフである。有利には、プリズム面は、平面ダイヤモンドを用いて都合よく製造されることができる。さらに、プライバシーモードでの出射のプロファイルを拡大して、軸上表示の向上した均一性を実現することができる。
【０２２５】
ここで、光導波路１の他の構造について説明する。
【０２２６】
図２７Ａ〜図２７Ｃは、光導波路を斜視図で示す概略図であり、第２のガイド面は、非傾斜光抽出特徴部である非傾斜レンチキュラー面３０、ならびに傾斜光抽出特徴部である傾斜レンチキュラー面４３２および傾斜平面４３６も備える。すなわち、傾斜光抽出特徴部は、長手方向に延在するレンチキュラー面４３２および平面４３６を備える。有利には、非傾斜レンチキュラー面３０を切断するために使用される同じダイヤモンドを使用して、傾斜レンチキュラー面４３２を切断し、コストおよび複雑さを低減することができる。
【０２２７】
ここで、光導波路１の他の構造について説明する。
【０２２８】
図２８は、光導波路を斜視図で示す概略図であり、第２のガイド面は、非傾斜光抽出特徴部である非傾斜レンチキュラー面３０と、非傾斜レンチキュラー面３０上に配置された傾斜光抽出特徴部である第１および第２の傾斜平面６３２、６３６とを備える。図２と比較して、平面６３２、６３６は、導光面８を横切ってランダムに配置されることができ、モアレの外観を有利に低減する。
【０２２９】
２つの異なる狭角照明方向を提供することが望ましい場合がある。
【０２３０】
図２９Ａ〜図２９Ｂは、光導波路を斜視図で示す概略図であり、第２ガイド面は、非傾斜光抽出特徴部である非傾斜レンチキュラー面７３０と、傾斜光抽出特徴部である第１および第２の対向傾斜平面７３２、７３６とを備え、図２９Ｃは、同じ光導波路を側面図で示す概略図である。
【０２３１】
ｘ−ｚ平面における非傾斜レンチキュラー面７３０に対する法線７３１の傾斜はゼロであり、すなわち、長手方向に傾斜がない。
【０２３２】
第１の傾斜平面７３２は、第２の入射端４に向かって長手方向に傾斜した表面法線７３５を有し、第２の傾斜平面７３６は、第１の入射端２に向かって傾斜した表面法線７３７を有する。第１および第２の複数の傾斜平面７３２、７３６のそれぞれの長手方向における法線方向７３５、７３７の傾斜角７３３、７３９は、０．２５度と５度の間、好ましくは０．５度と４度の間、最も好ましくは１度と３度の間である。
【０２３３】
さらに詳細には記載されていない図２７Ａ〜図２９Ｃの構成の特徴は、特徴のあらゆる潜在的な変形を含む、上述したような等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【０２３４】
図３０Ａは、光が光源１５によって光導波路１の第１の端部２に入射されるときの図２９Ｃの光導波路１および図１１Ａ〜図１１Ｄの光転向フィルム５を備えるバックライトにわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフであり、図３０Ｂは、光が光導波路１の第２の端部２に入射されるときの図２９Ｃの光導波路および図１１Ａ〜図１１Ｄの光転向フィルム５を備えるバックライトにわたる異なる位置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフである。
【０２３５】
したがって、照明光源１５によって提供される第１の動作モードでは、軸外照明プロファイルが、長手方向の法線方向から３０度オフセットで提供される。第２の動作モードでは、軸上照明プロファイルは、光源１７の照明によって提供されることができる。
【０２３６】
２つの照明プロファイルの相対的オフセットは、光転向フィルム５のプリズム面５２、５４の表面法線方向の角度を調整することによって制御されることができる。
【０２３７】
有利には、そのようなディスプレイは、２人の別々のユーザに制御可能な照明を提供することができる。ここで、そのようなディスプレイの自動車キャビン環境への適用について説明する。
【０２３８】
図３１は、図２９Ｃの光導波路１を備えるバックライト２０を備えるディスプレイ１００を備える車両５５０の自動車キャビン５５２を平面図で示す概略図である。第１の動作モードでは、光源１５が照明されて、光円錐５５４で乗客に照明を提供する。そのようなディスプレイは、運転手に低輝度を提供することができ、したがって、例えば運転手の注意をそらすことなく、娯楽機能を提供することができる。軸外輝度は、図１の切り替え可能な液晶リターダ３００によってさらに低減することができる。
【０２３９】
夜間動作の場合、迷光を低減して、望ましくない内部キャビン照明からの向上した安全性を有利に提供することができる。ディスプレイのサイズは、自動車キャビンの周囲光が低い場合、大きくすることができる。
【０２４０】
第２の動作モードでは、運転手がディスプレイからの画像を知覚できるように、第２の光源１７によってバックライト２０を代替的または追加的に照明することができる。
【０２４１】
空間光変調器に表示される画像は、時間多重化されることができる。第１のフェーズでは、光源１５が照明され、第１の画像が、例えば１００Ｈｚ以上のフレームレートが可能な高速応答液晶ディスプレイとすることができる空間光変調器４８上に表示されることができる。第２のフェーズでは、光源１７が照明され、空間光変調器４８の第２の画像を表示することができる。第１の画像が運転手に供給され、第２の画像が乗客に供給されてもよい。有利には、ディスプレイ１００は、低コストおよび複雑さで、各ユーザのための完全な空間解像度で乗客および運転手に異なる画像を提供することができる。
【０２４２】
ここで、様々なディスプレイ構成について説明する。
【０２４３】
図３２は、空間光変調器を照明するように構成された切り替え可能な指向性導波路を備える切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置の光学スタックを側面斜視図で示す概略図である。したがって、図１の切り替え可能な液晶リターダ３００は省略されてもよい。有利には、厚さおよびコストが削減される。そのようなディスプレイは、高輝度または低減された電力消費、ならびに夜間の動作を都合よく提供して、非ユーザへの迷光を低減することができる。
【０２４４】
図３３は、空間光変調器を照明するように構成された切り替え不能な指向性導波路を備えるコリメートされたディスプレイ装置の光学スタックを側面斜視図で示す概略図である。そのようなディスプレイは、光源１７および関連する接続を省略しているため、図１と比較して狭いベゼル幅を有し、したがって、より小さなフォームファクタで構成されることができる。平面３２、３６および光転向フィルム５の形状は、例えば、切り替え可能な液晶リターダ３００によって提供されるプライバシー切り替えによって望ましい広角プロファイルを達成するために、図１２Ａに示されるよりも大きな円錐角を提供するように調整されることができる。
【０２４５】
さらに詳細には記載されていない図３３の構成の特徴は、特徴のあらゆる潜在的な変形を含む、上述したような等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【０２４６】
本明細書で使用され得るとき、用語「実質的に」および「およそ（ほぼ）」は、それに対応する用語および／または項目間の相対性に対して、業界で受け入れられる許容範囲を付与するものである。かかる業界で受け入れられる許容範囲は、０パーセント〜１０パーセントの範囲であり、成分値、角度などが該当するが、これらに限定されない。かかる項目間の相対性は、約０パーセント未満〜１０パーセントの範囲である。
【０２４７】
本明細書に開示される原理による様々な実施形態を上述してきたが、それらは限定としてではなく単なる一例として提示されていることを理解されたい。したがって、この開示の広さおよび範囲は、上述した例示的な実施形態のいずれによっても制限されてはならず、特許請求の範囲のいずれか、および本開示に由来するそれらの均等物に従ってのみ規定されるべきである。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ているが、上記の利点のいずれかまたは全てを達成するプロセスおよび構造に対して、かかる由来の特許請求の範囲の適用を限定しない。
【０２４８】
さらに、本明細書における節の見出しは、米国特許法施行規則１．７７に基づく示唆との一貫性を持たせるために、またはそれ以外では構成上の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、本開示から生じ得る特許請求の範囲に定める（単数または複数の）実施形態を限定しない、または特徴付けないものとする。具体的には、単に例示ではあるが、「技術分野」という見出しがあるが、いわゆる分野を説明するためにこの見出しの下に選択された表現によって、特許請求の範囲が限定されることはない。さらに、「背景技術」に記載された技術に関する記述は、特定の技術が、本開示における任意の（単数または複数の）実施形態に対する先行技術であることの承認として、解釈されるべきではない。「発明の概要」についても、公開される特許請求の範囲で述べられる（単数または複数の）実施形態を特徴付けるものとして考慮されるべきでない。さらに、本開示内での単数形の「発明」の言及は、本開示において単一の新規性のみ存在すると主張するために使用されるべきではない。複数の実施形態は、本開示により、公開される複数の特許請求の範囲の限定に従って、述べられる場合がある。したがって、かかる特許請求の範囲は、この（単数または複数の）実施形態およびそれらの均等物を定義することによって、それらを保護している。全ての例では、かかる請求項の範囲は、本開示に照らしてそれら自体のメリットを考慮されるであろうが、本明細書内で記載された見出しによって制約されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図６Ｉ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１４Ｆ】
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【図１４Ｇ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２５】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【国際調査報告】
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