ОПТИЧЕСКАЯ СТОПА ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧАЕМОГО УСТРОЙСТВА НАПРАВЛЕННОГО ОТОБРАЖЕНИЯ
OPTICAL STACK FOR SWITCHABLE DIRECTIONAL DISPLAY DEVICE

Область техники
Настоящее описание по существу относится к освещению с использованием устройств световой модуляции и более конкретно относится к переключаемым оптическим стопам для обеспечения управления освещением при использовании в дисплее, в том числе в конфиденциальном дисплее.
Предпосылки создания изобретения
Конфиденциальные дисплеи обеспечивают возможность просмотра изображения основным пользователем, который, как правило, находится на основной оси, и уменьшенную видимость содержимого изображения для подглядывающего, который, как правило, располагается вне основной оси. Функцию сохранения конфиденциальности можно обеспечить микрожалюзийными оптическими пленками, которые пропускают некоторую часть света по основной оси и дают низкую яркость вне основной оси. Вместе с тем такие пленки отличаются высокими потерями прямой яркости, и микрожалюзи могут создавать интерференционные артефакты из-за биений при взаимодействии с пикселями пространственного модулятора света. Может возникнуть необходимость подбирать расстояние между створками жалюзи с учетом разрешения экрана, что приведет к накоплению нереализованных изделий и росту затрат.
Переключаемые конфиденциальные дисплеи можно обеспечить за счет регулирования выходного оптического излучения вне основной оси.
Подобное регулирование можно обеспечить посредством снижения яркости, например за счет переключаемой подсветки пространственного модулятора света жидкокристаллического дисплея (ЖКД). В устройствах направленной подсветки, как правило, используют волноводы и торцевые источники света. Некоторые создающие изображение устройства направленной подсветки обладают дополнительной способностью направления освещения через панель отображения в окно просмотра. Система создания изображения может быть сформирована между множеством источников и соответствующими изображениями окон. Одним примером создающего изображение устройства направленной подсветки является оптический вентиль, в котором могут использовать оптическую систему с изломанной оптической осью и который поэтому также может быть примером устройства направленной подсветки, создающего изображение, с изломанной оптической осью. Свет может проходить по существу без потерь в одном направлении через оптический вентиль, но при этом свет, проходящий в обратном направлении, может быть выведен путем отражения от наклоненных граней, как описано в патенте США № 9,519,153, который полностью включен в настоящий документ путем ссылки.
Регулирование степени видимости вне основной оси можно дополнительно обеспечивать посредством снижения контрастности, например за счет корректировки смещения наклона жидких кристаллов в ЖКД с планарной коммутацией.
Краткое описание изобретения
В соответствии с первым аспектом настоящего описания предложено устройство отображения, содержащее: пространственный модулятор света; поляризатор дисплея, расположенный на стороне пространственного модулятора света; дополнительный поляризатор, расположенный на той же стороне пространственного модулятора света, что и поляризатор дисплея; и множество замедляющих слоев, расположенных между дополнительным поляризатором и поляризатором дисплея; причем множество замедляющих слоев содержат: переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой, содержащий слой жидкокристаллического материала, расположенный между поляризатором дисплея и дополнительным поляризатором; и по меньшей мере один пассивный компенсирующий замедляющий слой.
Множество замедляющих слоев могут располагаться таким образом, чтобы не оказывать воздействия на интенсивность света, проходящего через поляризатор дисплея, дополнительный поляризатор и множество замедляющих слоев вдоль оси по нормали к плоскости замедляющих слоев, и/или чтобы снижать интенсивность света, проходящего через поляризатор дисплея, дополнительный поляризатор и множество замедляющих слоев вдоль оси, расположенной под углом к нормали к плоскости замедляющих слоев.
По меньшей мере один пассивный компенсирующий замедляющий слой может быть выполнен с возможностью невнесения сдвига фазы в компоненты поляризации света, проходящего через один из поляризатора дисплея и дополнительного поляризатора на входной стороне множества замедляющих слоев вдоль оси по нормали к плоскости по меньшей мере одного пассивного компенсирующего замедляющего слоя, и/или внесения сдвига фазы в компоненты поляризации света, проходящего через один из поляризатора дисплея и дополнительного поляризатора на входной стороне множества замедляющих слоев вдоль оси, расположенной под углом к нормали к плоскости по меньшей мере одного пассивного компенсирующего замедляющего слоя.
Переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой может быть выполнен с возможностью невнесения сдвига фазы в компоненты поляризации света, проходящего через один из поляризатора дисплея и дополнительного поляризатора на входной стороне множества замедляющих слоев вдоль оси по нормали к плоскости переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя, и/или внесения сдвига фазы в компоненты поляризации света, проходящего через один из поляризатора дисплея и дополнительного поляризатора на входной стороне множества замедляющих слоев вдоль оси, расположенной под углом к нормали к плоскости переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя в переключаемом состоянии такого переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя.
Преимуществом является то, что переключаемый конфиденциальный дисплей может быть сконструирован таким образом, чтобы переключаться между широкоугольным режимом работы и конфиденциальным режимом работы. Поле зрения для конфиденциального режима может расширяться по сравнению с известными конфигурациями, и могут быть достигнуты более низкие уровни яркости вне основной оси, что увеличивает степень конфиденциальности, ограничивающей находящегося вне основной оси подглядывающего. Кроме того, для находящихся на основной оси первичных пользователей можно сохранять уровень яркости по основной оси как в широкоугольном режиме работы, так и в конфиденциальном режиме работы.
Возможны параллельные направления пропускания электрического вектора для поляризатора дисплея и дополнительного поляризатора.
В одном альтернативном варианте осуществления переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой может содержать два поверхностных ориентирующих слоя, расположенных смежно со слоем жидкокристаллического материала и на его противоположных сторонах, и каждый из них выполнен с возможностью обеспечения поперечного упорядочения в смежном жидкокристаллическом материале. Слой жидкокристаллического материала переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя может содержать жидкокристаллический материал с отрицательной диэлектрической анизотропией. Слой жидкокристаллического материала может обеспечивать фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от 500 нм до 1000 нм, предпочтительно в диапазоне от 600 нм до 900 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 700 нм до 850 нм.
При использовании двух поверхностных ориентирующих слоев, обеспечивающих поперечное упорядочение, по меньшей мере один пассивный компенсирующий замедляющий слой может содержать замедляющий слой с оптической осью, перпендикулярной плоскости замедляющего слоя, причем по меньшей мере один пассивный замедляющий слой обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от -300 нм до -900 нм, предпочтительно в диапазоне от -450 нм до -800 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от -500 нм до -725 нм.
В альтернативном варианте осуществления при использовании двух поверхностных ориентирующих слоев, обеспечивающих поперечное упорядочение, по меньшей мере один пассивный компенсирующий замедляющий слой может содержать пару замедляющих слоев с пересекающимися оптическими осями в плоскости замедляющих слоев, причем каждый замедляющий слой из пары замедляющих слоев обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от 300 нм до 800 нм, предпочтительно в диапазоне от 500 нм до 700 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 550 нм до 675 нм. В этом случае преимуществом является возможность обеспечить расширенное поле зрения в широкоугольном режиме работы. Более того, для широкоугольного режима работы можно добиться нулевого рабочего напряжения, что позволяет снизить потребление энергии.
В другом альтернативном варианте осуществления переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой может содержать два поверхностных ориентирующих слоя, расположенных смежно со слоем жидкокристаллического материала и на его противоположных сторонах, и каждый из них выполнен с возможностью обеспечения продольного упорядочения в смежном жидкокристаллическом материале. Преимуществом является возможность добиться более высокой устойчивости по отношению к визуализации потока жидкокристаллического материала под действием приложенного давления по сравнению с поперечным упорядочением.
Слой жидкокристаллического материала переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя может содержать жидкокристаллический материал с положительной диэлектрической анизотропией. Слой жидкокристаллического материала может обеспечивать фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от 500 нм до 900 нм, предпочтительно в диапазоне от 600 нм до 850 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 700 нм до 800 нм.
При использовании двух поверхностных ориентирующих слоев, обеспечивающих продольное упорядочение, по меньшей мере один пассивный компенсирующий замедляющий слой может содержать замедляющий слой с оптической осью, перпендикулярной плоскости замедляющего слоя, причем по меньшей мере один пассивный замедляющий слой обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от -300 нм до -700 нм, предпочтительно в диапазоне от -350 нм до -600 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от -400 нм до -500 нм.
В альтернативном варианте осуществления при использовании двух поверхностных ориентирующих слоев, обеспечивающих продольное упорядочение, по меньшей мере один пассивный компенсирующий замедляющий слой может содержать пару замедляющих слоев с пересекающимися оптическими осями в плоскости замедляющих слоев, причем каждый замедляющий слой из пары замедляющих слоев обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от 300 нм до 800 нм, предпочтительно в диапазоне от 350 нм до 650 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 450 нм до 550 нм. Преимуществом в данном случае является возможность добиться более высокой устойчивости по отношению к визуализации потока жидкокристаллического материала под действием приложенного давления.
В другом альтернативном варианте осуществления переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой может содержать два поверхностных ориентирующих слоя, расположенных смежно со слоем жидкокристаллического материала и на его противоположных сторонах, и один из поверхностных ориентирующих слоев выполнен с возможностью обеспечения поперечного упорядочения в смежном жидкокристаллическом материале, а другой из поверхностных жидкокристаллических слоев выполнен с возможностью обеспечения продольного упорядочения в смежном жидкокристаллическом материале.
Если поверхностный ориентирующий слой, выполненный с возможностью обеспечения продольного упорядочения, находится между слоем жидкокристаллического материала и компенсирующим замедляющим слоем, слой жидкокристаллического материала может обеспечивать фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от 700 нм до 2000 нм, предпочтительно в диапазоне от 1000 нм до 1500 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 1200 нм до 1500 нм.
Если поверхностный ориентирующий слой, выполненный с возможностью обеспечения продольного упорядочения, находится между слоем жидкокристаллического материала и компенсирующим замедляющим слоем, по меньшей мере один пассивный компенсирующий замедляющий слой может содержать замедляющий слой с оптической осью, перпендикулярной плоскости замедляющего слоя, причем по меньшей мере один пассивный замедляющий слой обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от -400 нм до -1800 нм, предпочтительно в диапазоне от -700 нм до -1500 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от -900 нм до -1300 нм.
Если поверхностный ориентирующий слой, выполненный с возможностью обеспечения продольного упорядочения, находится между слоем жидкокристаллического материала и компенсирующим замедляющим слоем, по меньшей мере один пассивный компенсирующий замедляющий слой может содержать пару замедляющих слоев с пересекающимися оптическими осями в плоскости замедляющих слоев, причем каждый замедляющий слой из пары замедляющих слоев обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от 400 нм до 1800 нм, предпочтительно в диапазоне от 700 нм до 1500 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 900 нм до 1300 нм.
Если поверхностный ориентирующий слой, выполненный с возможностью обеспечения поперечного упорядочения, находится между слоем жидкокристаллического материала и компенсирующим замедляющим слоем, слой жидкокристаллического материала может обеспечивать фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от 500 нм до 1800 нм, предпочтительно в диапазоне от 700 нм до 1500 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 900 нм до 1350 нм.
Если поверхностный ориентирующий слой, выполненный с возможностью обеспечения поперечного упорядочения, находится между слоем жидкокристаллического материала и компенсирующим замедляющим слоем, по меньшей мере один пассивный компенсирующий замедляющий слой может содержать замедляющий слой с оптической осью, перпендикулярной плоскости замедляющего слоя, по меньшей мере один пассивный замедляющий слой обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от -300 нм до -1600 нм, предпочтительно в диапазоне от -500 нм до -1300 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от -700 нм до -1150 нм.
Если поверхностный ориентирующий слой, выполненный с возможностью обеспечения поперечного упорядочения, находится между слоем жидкокристаллического материала и компенсирующим замедляющим слоем, по меньшей мере один пассивный компенсирующий замедляющий слой может содержать пару замедляющих слоев с пересекающимися оптическими осями в плоскости замедляющих слоев, причем каждый замедляющий слой из пары замедляющих слоев обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от 400 нм до 1600 нм, предпочтительно в диапазоне от 600 нм до 1400 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 800 нм до 1300 нм. Преимуществом в данном случае является возможность добиться более высокой устойчивости по отношению к визуализации потока жидкокристаллического материала под действием приложенного давления.
Каждый ориентирующий слой может иметь преднаклон, и направление такого преднаклона содержит компонент в плоскости жидкокристаллического слоя, который параллелен, или антипараллелен, или ортогонален направлению пропускания электрического вектора поляризатора дисплея. Преимуществом является то, что в дисплее может быть предусмотрен узкий угол обзора в боковом направлении и более широкое пространство для обзора при повороте дисплея вокруг горизонтальной оси. Такой дисплей может быть удобен для обзора пользователем напрямую и затрудняет обзор для пользователя вне основной оси.
По меньшей мере один пассивный замедляющий слой может содержать по меньшей мере два пассивных замедляющих слоя с по меньшей мере двумя различными ориентациями оптических осей, оптические оси которых могут пересекаться в плоскости замедляющих слоев. Поле зрения для жидкокристаллических замедляющих слоев с продольным упорядочением увеличивается, одновременно обеспечивая устойчивость по отношению к визуализации потока жидкокристаллического материала под действием приложенного давления.
Пара пассивных замедляющих слоев может иметь оптические оси, которые проходят под углами 45° и 135° соответственно по отношению к направлению пропускания электрического вектора, которое параллельно направлению пропускания электрического вектора поляризатора дисплея. Преимуществом является то, что пассивные замедляющие слои могут быть произведены с использованием натянутых пленок, чтобы обеспечить низкую стоимость и высокую однородность.
Между парой пассивных замедляющих слоев может располагаться переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой. Преимуществом является возможность снижения толщины и упрощения сложности конструкции множества замедляющих слоев.
Прозрачный электрод и жидкокристаллический ориентирующий слой могут быть сформированы на стороне каждого из пары пассивных замедляющих слоев, смежных с переключаемым жидкокристаллическим замедляющим слоем; и могут дополнительно содержать первую и вторую подложки, между которыми располагается переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой, причем каждая из первой и второй подложек содержит один из пары пассивных замедляющих слоев, причем каждый из пары пассивных замедляющих слоев обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от 150 нм до 800 нм, предпочтительно в диапазоне от 200 нм до 700 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 250 нм до 600 нм.
В одном альтернативном варианте осуществления по меньшей мере один пассивный компенсирующий замедляющий слой может содержать замедляющий слой с оптической осью, перпендикулярной плоскости замедляющего слоя. Преимуществом является возможность снижения толщины и упрощения сложности конструкции стопы пассивных замедляющих слоев.
По меньшей мере один пассивный компенсирующий замедляющий слой может содержать два пассивных замедляющих слоя с оптической осью, перпендикулярной плоскости пассивных замедляющих слоев, и между двумя пассивными замедляющими слоями размещен переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой. Преимуществом является возможность снижения толщины и упрощения сложности конструкции множества замедляющих слоев. Высокая эффективность при прямом обзоре может быть достигнута как в широкоугольном, так и конфиденциальном режиме, при широком поле зрения в широкоугольном режиме, и подглядывающие будут не в состоянии видеть данные изображения в широком диапазоне положений обзора вне основной оси.
Прозрачный электрод и жидкокристаллический ориентирующий слой могут быть сформированы на стороне каждого из двух пассивных замедляющих слоев, смежных с переключаемым жидкокристаллическим замедляющим слоем. Первая и вторая подложки, между которыми может быть размещен переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой, причем каждая из первой и второй подложек содержит один из двух пассивных замедляющих слоев. Два пассивных замедляющих слоя могут обеспечивать общий фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от -300 нм до -700 нм, предпочтительно в диапазоне от -350 нм до -600 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от -400 нм до -500 нм.
В другом альтернативном варианте осуществления по меньшей мере один пассивный компенсирующий замедляющий слой может содержать замедляющий слой с оптической осью с компонентом, перпендикулярным плоскости замедляющего слоя, и с компонентом в плоскости замедляющего слоя. Преимуществом является то, что поля зрения в широкоугольном режиме могут увеличиваться, и подглядывающие могут быть не в состоянии видеть данные изображения в широком диапазоне положений обзора вне основной оси.
Компонент в плоскости пассивного замедляющего слоя может проходить под углом 0° по отношению к направлению пропускания электрического вектора, которое параллельно или перпендикулярно направлению пропускания электрического вектора поляризатора дисплея. По меньшей мере один пассивный замедляющий слой может дополнительно содержать замедляющий слой с оптической осью, перпендикулярной плоскости пассивного замедляющего слоя, или пару пассивных замедляющих слоев с пересекающимися оптическими осями в плоскости пассивных замедляющих слоев.
Фазовый сдвиг по меньшей мере одного пассивного компенсирующего замедляющего слоя может быть равным и противоположным фазовому сдвигу переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя.
Переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой может содержать первый и второй преднаклоны; и по меньшей мере один пассивный компенсирующий замедляющий слой может содержать компенсирующий замедляющий слой с первым и вторым преднаклонами, при этом первый преднаклон компенсирующего замедляющего слоя равен первому преднаклону жидкокристаллического замедляющего слоя, а второй преднаклон компенсирующего замедляющего слоя равен второму преднаклону жидкокристаллического замедляющего слоя.
Переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой может дополнительно содержать электроды, выполненные с возможностью подачи напряжения для управления слоем жидкокристаллического материала. Электроды могут находиться на противоположных сторонах слоя жидкокристаллического материала. Преимуществом является то, что дисплей может быть переключен посредством управления жидкокристаллическим слоем, что позволяет получить переключаемый конфиденциальный дисплей или другой тип дисплея с уменьшенной яркостью рассеянного света вне основной оси. Дисплей может дополнительно содержать систему управления, выполненную с возможностью управления напряжением, приложенным к электродам по меньшей мере одного переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя.
Электроды могут иметь упорядоченную структуру, чтобы обеспечивать по меньшей мере две структурированных области. Преимуществом является то, что повышенный уровень конфиденциальности можно обеспечить за счет ухудшения видимости данных изображения. Дисплей можно переключать между широкоугольным режимом без визуализации маскирующей структуры и конфиденциальным режимом с дополнительной маскировкой, чтобы обеспечить снижение видимости для находящегося вне основной оси подглядывающего без существенной видимости маскирующей структуры при обзоре пользователем напрямую.
Система управления может дополнительно содержать средство определения положения подглядывающего относительно дисплея, и система управления выполнена с возможностью корректировки напряжения, приложенного к электродам по меньшей мере одного переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя, в зависимости от положения подглядывающего. Преимуществом является то, что видимость изображения для обнаруженного подглядывающего может быть сведена к минимуму для целого ряда положений подглядывающего.
Устройство отображения может дополнительно содержать по меньшей мере один дополнительный замедляющий слой и еще один дополнительный поляризатор, причем по меньшей мере один дополнительный замедляющий слой расположен между первым упомянутым дополнительным поляризатором и еще одним дополнительным поляризатором. Преимуществом является то, что можно дополнительно снизить яркость вне основной оси для ограничения видимости изображения для находящегося вне основной оси подглядывающего.
В одном альтернативном варианте осуществления устройства отображения пространственный модулятор света представляет собой трансмиссионный пространственный модулятор света, выполненный с возможностью приема отдаваемого подсветкой света. Преимуществом является то, что подсветка может обеспечивать сниженный уровень яркости вне основной оси по сравнению с эмиссионными дисплеями.
Подсветка может обеспечивать яркость при полярных углах по отношению к нормали к пространственному модулятору света, превышающих 45 градусов, что составляет максимально 33% яркости вдоль нормали к пространственному модулятору света, предпочтительно максимально 20% яркости вдоль нормали к пространственному модулятору света и наиболее предпочтительно максимально 10% яркости вдоль нормали к пространственному модулятору света. Преимуществом является то, что яркость может быть ограничена для подглядывающих вне основной оси.
Подсветка может содержать: набор источников света; направленный волновод, содержащий: входной конец, проходящий в боковом направлении вдоль стороны направленного волновода, причем источники света расположены вдоль входного конца и выполнены с возможностью ввода вводимого света в волновод; и противоположные первую и вторую направляющие поверхности, проходящие по направленному волноводу от входного конца для направления вводимого света на входном конце вдоль волновода, при этом такой волновод выполнен с возможностью преломления вводимого света, направляемого через направленный волновод, для выхода через первую направляющую поверхность. Преимуществом является возможность обеспечить высокую эффективность равномерного освещения большой площади поверхности.
Подсветка может дополнительно содержать светоотражающую пленку, а направленный волновод представляет собой коллимирующий волновод. Коллимирующий волновод может содержать (i) множество удлиненных линзовых элементов; и (ii) множество наклонных элементов вывода света, причем множество удлиненных линзовых элементов и множество наклонных элементов вывода света ориентированы таким образом, чтобы преломлять вводимый свет, направляемый через направленный волновод, для выхода через первую направляющую поверхность. Преимуществом является то, что подсветка может обеспечивать узкий угловой выход света.
Направленный волновод может представлять собой создающий изображение волновод, выполненный с возможностью формирования изображения источников света в боковом направлении так, чтобы отдаваемый источниками свет направлялся в соответствующие оптические окна в выходных направлениях, распределенных в зависимости от входных положений источников света. Создающий изображение волновод может содержать отражающий конец для отражения вводимого света вдоль создающего изображение волновода, причем вторая направляющая поверхность выполнена с возможностью преломления отраженного вводимого света через первую направляющую поверхность в качестве отдаваемого света, вторая направляющая поверхность содержит элементы вывода света и промежуточные области между элементами вывода света, при этом элементы вывода света ориентированы таким образом, чтобы преломлять отраженный вводимый свет через первую направляющую поверхность в качестве отдаваемого света, а промежуточные области выполнены с возможностью направления света через волновод без его отведения; и отражающий конец может иметь положительную оптическую силу в боковом направлении, проходящем между сторонами волновода, который проходит между первой и второй направляющими поверхностями. Преимуществом является возможность обеспечить переключаемое направленное освещение, которое можно переключать между узким углом и широким углом освещения.
В одном альтернативном варианте осуществления, в котором пространственный модулятор света представляет собой трансмиссионный пространственный модулятор света, поляризатор дисплея может представлять собой входной поляризатор дисплея, расположенный на входной стороне пространственного модулятора света между подсветкой и пространственным модулятором света, а дополнительный поляризатор при этом размещен между входным поляризатором дисплея и подсветкой. Преимуществом является увеличение эффективности дисплея. Дополнительный поляризатор может представлять собой отражающий поляризатор.
В этом случае устройство отображения может дополнительно содержать выходной поляризатор, расположенный на выходной стороне пространственного модулятора света.
В одном альтернативном варианте осуществления, в котором пространственный модулятор света представляет собой трансмиссионный пространственный модулятор света, поляризатор дисплея может представлять собой выходной поляризатор, расположенный на выходной стороне пространственного модулятора света. Преимуществом является увеличение эффективности дисплея.
Устройство отображения может дополнительно содержать входной поляризатор, расположенный на входной стороне пространственного модулятора света.
Устройство отображения может дополнительно содержать дополнительный поляризатор, расположенный на входной стороне пространственного модулятора света, и по меньшей мере один дополнительный замедляющий слой, расположенный между по меньшей мере одним дополнительным поляризатором и входным поляризатором. Преимуществом является то, что яркость может быть ограничена для подглядывающих вне основной оси.
В одном альтернативном варианте осуществления устройства отображения пространственный модулятор света может содержать эмиссионный пространственный модулятор света, выполненный с возможностью отдачи света. В этом случае поляризатор дисплея может представлять собой выходной поляризатор дисплея, расположенный на выходной стороне эмиссионного пространственного модулятора света. Преимуществом является возможность уменьшить толщину дисплея по сравнению с дисплеями с подсветкой и возможность с легкостью изготовить гибкие и сгибаемые дисплеи.
Устройство отображения может содержать по меньшей мере один дополнительный замедляющий слой и еще один дополнительный поляризатор, причем по меньшей мере один дополнительный замедляющий слой расположен между первым упомянутым дополнительным поляризатором и еще одним дополнительным поляризатором. Преимуществом является то, что яркость может быть ограничена для подглядывающих вне основной оси.
Различные необязательные элементы и альтернативные варианты осуществления, изложенные выше в отношении первого аспекта настоящего изобретения, могут быть применены вместе в любой комбинации.
В соответствии со вторым аспектом настоящего описания предложен оптический элемент управления углом обзора для применения в устройстве отображения, содержащем пространственный модулятор света и поляризатор дисплея, расположенный на стороне пространственного модулятора света, причем оптический элемент управления угломобзора содержит управляющий поляризатор и множество замедляющих слоев для размещения между дополнительным поляризатором и поляризатором дисплея для применения оптического элемента управления углом обзора в устройстве отображения, при этом множество замедляющих слоев содержат: переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой, содержащий слой жидкокристаллического материала; и по меньшей мере один пассивный компенсирующий замедляющий слой.
Преимуществом является то, что оптический элемент управления углом обзора может быть предложен в качестве дополнительного устройства на рынке компонентов и может быть установлен на устройствах отображения пользователями дисплеев. Такой элемент не требует сложной настройки. При этом отсутствуют интерференционные биения между элементом и пикселями дисплея, и нет необходимости выбирать компонент с учетом шага пикселя. Сокращаются затраты на хранение запасов.
В альтернативном варианте осуществления оптический элемент управления углом обзора в целях удобства может быть установлен в устройствах отображения в заводских условиях.
Различные элементы и альтернативные варианты осуществления, изложенные выше в отношении первого аспекта настоящего описания, могут аналогичным образом применяться и ко второму аспекту настоящего описания.
Варианты осуществления настоящего описания можно использовать во множестве оптических систем. Варианты осуществления могут включать в себя множество проекторов, проекционных систем, оптических компонентов, дисплеев, микродисплеев, компьютерных систем, процессоров, автономных проекционных систем, визуальных и/или аудиовизуальных систем и электрических и/или оптических устройств или работать с ними. Аспекты настоящего описания можно использовать практически с любым прибором, относящимся к оптическим и электрическим устройствам, оптическим системам, системам презентации или любому прибору, которые могут содержать любой тип оптической системы. Соответственно, варианты осуществления настоящего описания можно использовать в оптических системах, устройствах, используемых для визуальных и/или оптических презентаций, в периферийных устройствах для визуализации и т. п. в ряде вычислительных сред.
До перехода к подробному изучению описанных вариантов осуществления следует понять, что описание не ограничено в его сферах применения или реализации подробностями конкретных показанных конфигураций, так как описание допускает другие варианты осуществления. Более того, аспекты описания можно представить в разных комбинациях и конфигурациях для определения вариантов осуществления, которые сами по себе уникальны. Кроме того, используемая в настоящем документе терминология применяется для целей описания и не предполагает ограничений.
Данные и другие преимущества и элементы настоящего описания будут очевидны специалистам в данной области после полного изучения данного описания.
Краткое описание графических материалов
Варианты осуществления представлены в качестве примера на сопроводительных фигурах, на которых одинаковыми номерами указаны аналогичные части, причем:
Фиг. 1A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптической стопы устройства направленного отображения, содержащего передний переключаемый замедляющий слой;
Фиг. 1B представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид спереди порядка оптических слоев в оптической стопе, представленной на фиг. 1A;
Фиг. 1C представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптической стопы устройства направленного отображения, содержащего эмиссионный пространственный модулятор света и переключаемый компенсирующий замедляющий слой, расположенные на выходной стороне эмиссионного пространственного модулятора света;
Фиг. 1D представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптического элемента управления углом обзора, содержащего пассивный компенсирующий замедляющий слой, переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой и управляющий поляризатор;
Фиг. 2A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптической стопы устройства направленного отображения, содержащей подсветку, задний переключаемый компенсирующий замедляющий слой и трансмиссионный пространственный модулятор света, причем дополнительный поляризатор содержит отражающий поляризатор;
Фиг. 2B представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид спереди порядка оптических слоев в оптической стопе, представленной на фиг. 2A;
Фиг. 2С представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптической стопы устройства направленного отображения, содержащей подсветку, задний переключаемый компенсирующий замедляющий слой и трансмиссионный пространственный модулятор света, причем дополнительный поляризатор содержит дихроичный поляризатор;
Фиг. 3 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку конструкции компенсирующего переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя;
Фиг. 4A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого компенсирующего замедляющего слоя, содержащего отрицательную С-пластину в широкоугольном режиме работы;
Фиг. 4B представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую график изменения угла директора жидкого кристалла в зависимости от фракции прохождения через ячейку переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя;
Фиг. 4C представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку распространения отдаваемого света из пространственного модулятора света через оптическую стопу, представленную на фиг. 4A, в широкоугольном режиме работы;
Фиг. 4D представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 4С;
Фиг. 5A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого компенсирующего замедляющего слоя, содержащего отрицательную С-пластину в конфиденциальном режиме работы;
Фиг. 5В представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку распространения отдаваемого света из пространственного модулятора света через оптическую стопу, представленную на фиг. 5A, в конфиденциальном режиме работы;
Фиг. 5С представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 5В;
Фиг. 6A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид спереди в перспективе при наблюдении пропускаемого отдаваемого света для дисплея, работающего в конфиденциальном режиме;
Фиг. 6В представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид спереди в перспективе дисплея, представленного на фиг. 1А-1С, при работе в конфиденциальном режиме;
Фиг. 6C представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку автотранспортного средства с переключаемым устройством направленного отображения, размещенным в салоне транспортного средства для развлекательного и совместного режимов работы;
Фиг. 6D представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сверху автотранспортного средства с переключаемым устройством направленного отображения, размещенным в салоне транспортного средства, в развлекательном режиме работы;
Фиг. 6Е представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сверху автотранспортного средства с переключаемым устройством направленного отображения, размещенным в салоне транспортного средства, в совместном режиме работы;
Фиг. 6F представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сверху автотранспортного средства с переключаемым устройством направленного отображения, размещенным в салоне транспортного средства для ночного и дневного режимов работы;
Фиг. 6G представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку автотранспортного средства с переключаемым устройством направленного отображения, размещенным в салоне транспортного средства, в ночном режиме работы;
Фиг. 6Н представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку автотранспортного средства с переключаемым устройством направленного отображения, размещенным в салоне транспортного средства, в дневном режиме работы;
Фиг. 7A, фиг. 7B, фиг. 7C и фиг. 7D представляют собой принципиальные схемы, иллюстрирующие изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления при различных управляющих напряжениях;
Фиг. 8 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую управление конфиденциальным дисплеем;
Фиг. 9A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого компенсирующего замедляющего слоя в широкоугольном режиме работы, содержащего пассивные компенсирующие замедляющие слои с перекрестными А-пластинами и поперечно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой;
Фиг. 9В представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого компенсирующего замедляющего слоя в конфиденциальном режиме работы, содержащего пассивные компенсирующие замедляющие слои с перекрестными А-пластинами и поперечно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой;
Фиг. 9C представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 9А в широкоугольном режиме работы;
Фиг. 9D представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 9В в конфиденциальном режиме работы;
Фиг. 10A и фиг. 10B представляют собой принципиальные схемы, иллюстрирующие вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого компенсирующего замедляющего слоя в широкоугольном и конфиденциальном режимах работы соответственно, содержащего продольно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой и пассивный замедляющий слой с отрицательными С-пластинами;
Фиг. 10С представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую график изменения угла директора жидкого кристалла в зависимости от фракции прохождения через ячейку переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя, представленную на фиг. 10А, для различных приложенных напряжений;
Фиг. 11A, фиг. 11B и фиг. 11C представляют собой схематичные графики, иллюстрирующие изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления пропускаемых лучей света переключаемого компенсирующего замедляющего слоя, содержащего продольно упорядоченную жидкокристаллическую ячейку и отрицательную С-пластину, в конфиденциальном режиме и двух различных широкоугольных режимах с указанием управляющих напряжений соответственно;
Фиг. 12А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого компенсирующего замедляющего слоя в конфиденциальном режиме работы, содержащего пассивные компенсирующие замедляющие слои с перекрестными А-пластинами и продольно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой;
Фиг. 12В, фиг. 12С и фиг. 12D представляют собой схематичные графики, иллюстрирующие изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления пропускаемых лучей света переключаемого компенсирующего замедляющего слоя, содержащего продольно упорядоченную жидкокристаллическую ячейку и перекрестные А-пластины, в конфиденциальном режиме и двух различных широкоугольных режимах для различных управляющих напряжений;
Фиг. 13A и фиг. 13B представляют собой принципиальные схемы, иллюстрирующие вид сбоку части дисплея, содержащего переключаемый компенсирующий замедляющий слой и оптические связующие слои;
Фиг. 14 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого компенсирующего замедляющего слоя в конфиденциальном режиме работы, содержащего пассивные компенсирующие замедляющие слои с перекрестными А-пластинами и продольно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой, дополнительно содержащего пассивный вращающий замедляющий слой;
Фиг. 15А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе переключаемого компенсирующего замедляющего слоя в конфиденциальном режиме работы, содержащего поперечно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой, размещенный между первым и вторым пассивными компенсирующими замедляющими слоями с С-пластинами;
Фиг. 15В и фиг. 15C представляют собой схематичные графики, иллюстрирующие изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в оптической стопе, представленной на фиг. 15А, в широкоугольном и конфиденциальном режиме работы соответственно;
Фиг. 16А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе дисплея, содержащего переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой, размещенный между первой и второй подложками, каждая из которых содержит пассивные компенсирующие замедляющие слои с С-пластинами;
Фиг. 16В представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку части дисплея, содержащего переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой, размещенный между первой и второй подложками, каждая из которых содержит пассивные компенсирующие замедляющие слои с С-пластинами;
Фиг. 17А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого компенсирующего замедляющего слоя в широкоугольном режиме работы, содержащего продольно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой, размещенный между первой и второй пассивными компенсирующими замедляющими слоями с перекрестными А-пластинами;
Фиг. 17В и фиг. 17C представляют собой схематичные графики, иллюстрирующие изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света для конструкции, представленной на фиг. 17А, в широкоугольном и в конфиденциальном режиме работы соответственно;
Фиг. 18А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого компенсирующего замедляющего слоя в конфиденциальном режиме работы, содержащего продольно и поперечно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой и пассивный замедляющий слой с отрицательными С-пластинами;
Фиг. 18B представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 18А в конфиденциальном режиме работы;
Фиг. 18C представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 18А в широкоугольном режиме работы;
Фиг. 19А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции продольно упорядоченного переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя;
Фиг. 19В представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 19А для первого приложенного напряжения;
Фиг. 19С представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 19А для второго приложенного напряжения, которое больше первого приложенного напряжения;
Фиг. 19D представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе С-пластины, расположенной между параллельными поляризаторами;
Фиг. 19E представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 19D;
Фиг. 20А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции продольно упорядоченного переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя, размещенного между параллельными поляризаторами, последовательно с С-пластинами, размещенными между параллельными поляризаторами;
Фиг. 20В представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 20А для первого приложенного напряжения;
Фиг. 20С представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 20А для второго приложенного напряжения, которое больше первого приложенного напряжения;
Фиг. 21A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции продольно упорядоченного переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя, расположенного последовательно с компенсирующим замедляющим слоем с С-пластинами, при этом продольно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой и компенсирующий замедляющий слой с С-пластинами расположены между одной парой параллельных поляризаторов;
Фиг. 21В представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 21А для первого приложенного напряжения;
Фиг. 21С представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 21А для второго приложенного напряжения, которое больше первого приложенного напряжения;
Фиг. 22А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого компенсирующего замедляющего слоя в конфиденциальном режиме работы, содержащего пассивный компенсирующий замедляющий слой с отрицательными С-пластинами и поперечно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой, расположенные между выходным поляризатором и дополнительным поляризатором; а также пассивный компенсирующий замедляющий слой с отрицательными С-пластинами и поперечно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой, расположенные между первым упомянутым дополнительным поляризатором и еще одним дополнительным поляризатором, в конфиденциальном режиме работы;
Фиг. 22B представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции первого переключаемого компенсирующего замедляющего слоя, расположенного на входе жидкокристаллического дисплея, и второго переключаемого компенсирующего замедляющего слоя, расположенного на выходе жидкокристаллического дисплея;
Фиг. 22C представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптического элемента управления углом обзора, содержащего первый пассивный компенсирующий замедляющий слой, первый переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой, первый управляющий поляризатор, второй пассивный компенсирующий замедляющий слой, второй переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой и второй управляющий поляризатор;
Фиг. 22D представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сверху автотранспортного средства с переключаемым устройством направленного отображения, размещенным в салоне транспортного средства для дневного и/или совместного режимов работы;
Фиг. 22Е представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку автотранспортного средства с переключаемым устройством направленного отображения, размещенным в салоне транспортного средства для дневного и/или совместного режимов работы;
Фиг. 22F представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сверху автотранспортного средства с переключаемым устройством направленного отображения, размещенным в салоне транспортного средства для ночного и/или развлекательного режимов работы;
Фиг. 22G представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку автотранспортного средства с переключаемым устройством направленного отображения, размещенным в салоне транспортного средства для ночного и/или развлекательного режимов работы;
Фиг. 23А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции отражающего дополнительного поляризатора и пассивного замедляющего слоя, расположенных на входе жидкокристаллического дисплея, и переключаемого компенсирующего замедляющего слоя и дополнительного поляризатора, расположенных на выходе жидкокристаллического дисплея;
Фиг. 23В представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптического элемента управления углом обзора, содержащего пассивный замедляющий слой, первый управляющий поляризатор, пассивный компенсирующий замедляющий слой, переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой и второй управляющий поляризатор;
Фиг. 24A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптической стопы пассивного замедляющего слоя, содержащего отрицательную О-пластину, наклоненную в плоскости, ортогональной направлению пропускания электрического вектора поляризатора дисплея, и отрицательную С-пластину, и выполненной с возможностью обеспечения изменения поля зрения устройства отображения;
Фиг. 24В представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в пассивном замедляющем слое, представленном на фиг. 24А;
Фиг. 24С представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптической стопы пассивного замедляющего слоя, содержащего перекрестные А-пластины и положительную О-пластину;
Фиг. 24D представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в пассивном замедляющем слое, представленном на фиг. 24С;
Фиг. 24Е представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптической стопы пассивного замедляющего слоя, содержащего две пары перекрестных А-пластин;
Фиг. 24F представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в пассивном замедляющем слое, представленном на фиг. 24Е;
Фиг. 25А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого компенсирующего замедляющего слоя в конфиденциальном режиме работы, содержащего пассивный компенсирующий замедляющий слой с С-пластинами и поперечно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой, дополнительно содержащего структурированный электродный слой;
Фиг. 25B представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид спереди в перспективе) для основного наблюдателя и подглядывающего на конфиденциальном дисплее с маскировкой и контролем яркости;
Фиг. 25C представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид сбоку в перспективе) для подглядывающего на конфиденциальном дисплее с маскировкой и контролем яркости;
Фиг. 26A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид спереди в перспективе направленной подсветки;
Фиг. 26В представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид спереди в перспективе ненаправленной подсветки;
Фиг. 26C представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение яркости в зависимости от бокового угла обзора дисплеев с различными полями зрения;
Фиг. 27А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку переключаемого устройства направленного отображения, содержащего создающий изображение волновод и переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой;
Фиг. 27B представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сзади в перспективе режима работы создающего изображение волновода в узкоугольном режиме работы;
Фиг. 27C представляет собой схематичный график, иллюстрирующий диаграмму яркости поля зрения для выходного сигнала, представленного на фиг. 27В, при использовании в устройстве отображения без переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя;
Фиг. 28А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку переключаемого устройства направленного отображения, содержащего переключаемый коллимирующий волновод и переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой в конфиденциальном режиме работы;
Фиг. 28В представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сверху выхода коллимирующего волновода;
Фиг. 28C представляет собой схематичный график, иллюстрирующий полярную зависимость равной яркости поля зрения для устройства отображения в соответствии с фиг. 28А;
Фиг. 29A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) замедляющего слоя светом вне основной оси;
Фиг. 29В представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) замедляющего слоя светом вне основной оси для первого состояния линейной поляризации под углом 0 градусов;
Фиг. 29С представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) замедляющего слоя светом вне основной оси для первого состояния линейной поляризации под углом 90 градусов;
Фиг. 29D представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) замедляющего слоя светом вне основной оси для первого состояния линейной поляризации под углом 45 градусов;
Фиг. 30A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) замедляющего слоя с С-пластинами поляризованным светом вне основной оси с положительной элевацией;
Фиг. 30B представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) замедляющего слоя с С-пластинами поляризованным светом вне основной оси с отрицательным боковым углом;
Фиг. 30C представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) замедляющего слоя с С-пластинами поляризованным светом вне основной оси с положительной элевацией и отрицательным боковым углом;
Фиг. 30D представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) замедляющего слоя с С-пластинами поляризованным светом вне основной оси с положительной элевацией и положительным боковым углом;
Фиг. 30E представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 30A-D;
Фиг. 31A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) замедляющих слоев с перекрестными А-пластинами поляризованным светом вне основной оси с положительной элевацией;
Фиг. 31B представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) замедляющих слоев с перекрестными А-пластинами 157 поляризованным светом вне основной оси с отрицательным боковым углом;
Фиг. 31C представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) замедляющих слоев с перекрестными А-пластинами поляризованным светом вне основной оси с положительной элевацией и отрицательным боковым углом;
Фиг. 31D представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) замедляющих слоев с перекрестными А-пластинами поляризованным светом вне основной оси с положительной элевацией и положительным боковым углом; и
Фиг. 31Е представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 31A-D.
Подробное описание
Для целей настоящего описания ниже приведены определения терминов, относящихся к оптическим замедляющим слоям.
В слое, содержащем одноосный материал с двойным преломлением, существует направление, определяющее оптическую анизотропию, при которой все направления, перпендикулярные ему (или под заданным углом к такому направлению) будут демонстрировать одинаковое двойное преломление.
Оптическая ось относится к направлению распространения луча света в одноосном материале с двойным преломлением, в котором не наблюдается двойного преломления. Для света, проходящего в направлении, ортогональном оптической оси, такая оптическая ось представляет собой ось наименьшей скорости распространения света, если линейно поляризованный свет с направлением электрического вектора, параллельным оси наименьшей скорости распространения света, распространяется с наименьшей скоростью. Направление оси наименьшей скорости распространения света является направлением с наибольшим показателем преломления при заданной длине волны. Аналогичным образом направление оси наибольшей скорости распространения света является направлением с наименьшим показателем преломления при заданной длине волны.
В случае положительной диэлектрической анизотропии в одноосных материалах с двойным преломлением направление оси с наименьшей скоростью распространения света представляет собой необыкновенную ось материала с двойным преломлением. В случае отрицательной диэлектрической анизотропии в одноосных материалах с двойным преломлением направление оси с наибольшей скоростью распространения света представляет собой необыкновенную ось материала с двойным преломлением.
0
Термины «половина длины волны» и «четверть длины волны» относятся к функции замедляющего слоя для заданной длины волны λ, которая обычно может составлять от 500 нм до 570 нм. В настоящих иллюстративных вариантах осуществления, если не указано иное, значения фазового сдвига приведены для длины волны 550 нм.
Замедляющий слой обеспечивает сдвиг фазы между двумя перпендикулярными компонентами поляризации падающей на него световой волны и отличается величиной относительной фазы, Γ, которую он придает двум компонентам поляризации и которая связана с двойным преломлением Δn и толщиной d замедляющего слоя следующим соотношением:
0
Γ = 2 . π . Δn. d / λ урав. 1
В урав. 1 Δn определяют как разность между необыкновенным и обыкновенным показателем преломления, т. е.
e
o
Δn = n - n урав. 2
0
0
Для полуволнового замедляющего слоя соотношение между d, Δn и λ выбирают таким образом, чтобы сдвиг фазы между компонентами поляризации составлял Γ = π. Для четвертьволнового замедляющего слоя соотношение между d, Δn и λ выбирают таким образом, чтобы сдвиг фазы между компонентами поляризации составлял Γ = π / 2.
В настоящем документе термин «полуволновой замедляющий слой», как правило, относится к свету, распространяющемуся по нормали к замедляющему слою и по нормали к пространственному модулятору света.
В настоящем описании термин «А-пластина» относится к оптическому замедляющему слою, в котором использован слой материала с двойным преломлением с оптической осью, параллельной (x-y) плоскости слоя.
Термин «положительная А-пластина» относится к А-пластинам с положительным двойным преломлением, то есть к А-пластинам с положительным Δn.
В настоящем описании термин «С-пластина» относится к оптическому замедляющему слою, в котором использован слой материала с двойным преломлением с оптической осью, перпендикулярной плоскости слоя. Термин «положительная С-пластина» относится к С-пластине с положительным двойным преломлением, т. е. к С-пластине с положительным Δn. Термин «отрицательная С-пластина» относится к С-пластине с отрицательным двойным преломлением, т. е. к С-пластине с отрицательным Δn.
Термин «О-пластина» относится к оптическому замедляющему слою, в котором использован слой материала с двойным преломлением с оптической осью, которая включает компонент, параллельный плоскости слоя, и компонент, перпендикулярный плоскости слоя. Термин «положительная О-пластина» относится к О-пластинам с положительным двойным преломлением, то есть к О-пластинам с положительным Δn.
Могут быть обеспечены ахроматические замедляющие слои, в которых использован материал замедляющего слоя с фазовым сдвигом Δn. d, который изменяется в зависимости от длины волны λ следующим образом:
Δn. d / λ = κ урав. 3,
где κ по существу является константой.
К примерам подходящих материалов относятся модифицированные поликарбонаты, поставляемые компанией Teijin Films. В представленных вариантах осуществления могут быть обеспечены ахроматические замедляющие слои, преимущество которых заключается в том, чтобы свести к минимуму изменения цвета между полярными угловыми направлениями обзора, где отмечается небольшое уменьшение яркости, и полярными угловыми направлениями обзора, где отмечается повышенное уменьшение яркости, как будет описано ниже.
Ниже приведены различные другие термины, используемые в настоящем описании и относящиеся к замедляющим слоям и жидким кристаллам.
Жидкокристаллическая ячейка обладает фазовым сдвигом, который определяют как Δn. d, где Δn представляет собой двойное преломление жидкокристаллического материала в жидкокристаллической ячейке, и d обозначает толщину жидкокристаллической ячейки независимо от упорядочения жидкокристаллического материала в жидкокристаллической ячейке.
Продольное упорядочение относится к упорядочению жидких кристаллов в переключаемых жидкокристаллических дисплеях, при котором молекулы ориентируются по существу параллельно подложке. Продольное упорядочение иногда называют планарным упорядочением. Продольное упорядочение может, как правило, быть обеспечено с небольшим преднаклоном, например 2 градуса, так что молекулы на поверхностях ориентирующих слоев жидкокристаллической ячейки будут незначительно наклонены, как это будет описано ниже. Преднаклон формируют с тем, чтобы свести к минимуму дефекты при переключении ячеек.
В настоящем описании под поперечным упорядочением понимается состояние, при котором стержневидные жидкокристаллические молекулы ориентированы по существу перпендикулярно подложке. В дискотических жидких кристаллах поперечное упорядочение определяют как состояние, при котором ось столбчатой структуры, которая образована дисковидными молекулами жидких кристаллов, ориентирована перпендикулярно подложке. При поперечном упорядочении преднаклон определяют как угол наклона молекул, находящихся вблизи от ориентирующего слоя, и он, как правило, приближается к 90 градусам и, например, может составлять 88 градусов.
Молекулы жидких кристаллов с положительной диэлектрической анизотропией переключают из продольного упорядочения (например, ориентация замедляющего слоя с А-пластинами) в поперечное упорядочение (например, ориентация замедляющего слоя с С-пластинами или О-пластинами) посредством приложенного электрического поля.
Молекулы жидких кристаллов с отрицательной диэлектрической анизотропией переключают из поперечного упорядочения (например, ориентация замедляющего слоя с С-пластинами или О-пластинами) в продольное упорядочение (например, ориентация замедляющего слоя с А-пластинами) посредством приложенного электрического поля.
e
o
e
o
Стержневидные молекулы обладают положительным двойным преломлением, так что n > n, как это описано в уравнении 2. Дискотические молекулы обладают отрицательным двойным преломлением, так что n < n.
Положительные замедляющие слои, например А-пластины, положительные О-пластины и положительные С-пластины, как правило, могут быть произведены из натянутых пленок или стержневидных молекул жидких кристаллов. Отрицательные замедляющие слои, например отрицательные С-пластины, могут быть произведены из натянутых пленок или дискотических молекул жидких кристаллов.
Параллельным упорядочением жидкокристаллической ячейки называют параллельное или, чаще всего, антипараллельное направление упорядочения продольных ориентирующих слоев. В случае поперечного упорядочения с преднаклоном ориентирующие слои могут включать в себя компоненты, которые по существу параллельны или антипараллельны. Жидкокристаллические ячейки с гибридным упорядочением могут включать в себя один продольный ориентирующий слой и один поперечный ориентирующий слой. Ячейки со скрученными жидкими кристаллами могут быть образованы ориентирующими слоями, которые не имеют параллельного упорядочения, например ориентированы под углом 90 градусов друг к другу.
Трансмиссионный пространственный модулятор света может дополнительно содержать замедляющие слои между входным поляризатором дисплея и выходным поляризатором дисплея, например, как описано в патенте США № 8,237,876, который полностью включен в настоящий документ путем ссылки. Такие замедляющие слои (не показаны) отличаются от пассивных замедляющих слоев настоящих вариантов осуществления. Такие замедляющие слои компенсируют ухудшение контрастности для положений обзора вне основной оси, и такой эффект отличается от уменьшения яркости для положений обзора вне основной оси настоящих вариантов осуществления.
Замедляющие слои оптической развязки, которые располагаются между поляризатором дисплея и эмиссионным слоем ОСИД-дисплея, дополнительно описаны в патенте США № 7,067,985. Замедляющие слои оптической развязки отличаются от пассивных замедляющих слоев настоящих вариантов осуществления. Замедляющие слои развязки снижают прямое отражение от эмиссионного слоя ОСИД-дисплея, и такой эффект отличается от уменьшения яркости для положений обзора вне основной оси настоящих вариантов осуществления.
Ниже будут описаны структура и функции различных переключаемых устройств отображения. В этом описании одинаковые элементы имеют одинаковые номера позиций. Следует отметить, что описание, относящееся к любому элементу, применимо и к каждому устройству, в котором установлен один и тот же или соответствующий элемент. Соответственно, для краткости такое описание не повторяется.
Фиг. 1A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптической стопы устройства отображения.
Устройство 100 отображения содержит пространственный модулятор 48 света, содержащий по меньшей мере один поляризатор дисплея, который представляет собой выходной поляризатор 218. Подсветка 20 выполнена с возможностью отдачи света, а пространственный модулятор 48 света содержит трансмиссионный пространственный модулятор 48 света, выполненный с возможностью приема отдаваемого подсветкой 20 света. Как будет описано ниже, устройство 100 отображения выполнено с возможностью отдачи света 400 с характеристиками угловой яркости.
В настоящем описании пространственный модулятор 48 света может содержать жидкокристаллический дисплей, содержащий подложки 212, 216, и жидкокристаллический слой 214 с красными, зелеными и синими пикселями 220, 222, 224. Пространственный модулятор 48 света имеет входной поляризатор 210 дисплея и выходной поляризатор 218 дисплея на его противоположных сторонах. Выходной поляризатор 218 дисплея выполнен с возможностью обеспечения высокого коэффициента экстинкции для света от пикселей 220, 222, 224 пространственного модулятора 48 света. Стандартные поляризаторы 210, 218 могут представлять собой поглощающие поляризаторы, такие как, например, дихроичные поляризаторы.
Отражающий поляризатор 208 необязательно может быть установлен между дихроичным входным поляризатором 210 дисплея и подсветкой 210, чтобы обеспечивать подачу рециркулирующего света и увеличивать эффективность дисплея. Преимуществом является возможность повышения эффективности.
Подсветка 20 может содержать источники 15 вводимого света, волновод 1, задний отражатель 3 и оптическую стопу 5, содержащую рассеиватели, светоотражающие пленки и другие известные структуры оптической подсветки. Асимметричные рассеиватели, которые могут содержать асимметричные элементы рельефа поверхности, например, могут входить в состав оптической стопы 5 с повышенными рассеиванием в вертикальном направлении по сравнению с боковым направлением. Преимуществом является возможность улучшить однородность изображения.
В настоящих вариантах осуществления подсветка 20 может быть выполнена с возможностью обеспечения такого углового распределения света, которое отличается уменьшенной яркостью для положений обзора вне основной оси по сравнению с прямой яркостью, как будет описано ниже на фиг. 26А-28С. Подсветка 20 может дополнительно содержать переключаемую подсветку, выполненную с возможностью изменения характеристик выходной угловой яркости, чтобы обеспечить уменьшенную яркость вне основной оси в конфиденциальном режиме работы и более высокую яркость вне основной оси в широкоугольном режиме работы. Такая переключаемая подсветка 20 может взаимодействовать с переключаемым компенсирующим замедляющим слоем 300 настоящих вариантов осуществления.
Дополнительный поляризатор 318 размещен на той же выходной стороне пространственного модулятора 48 света, что и выходной поляризатор 218 дисплея, который может представлять собой поглощающий дихроичный поляризатор.
Поляризатор 218 дисплея и дополнительный поляризатор 318 характеризуются параллельными направлениями пропускания электрического вектора 219, 319. Как будет описано ниже, такое параллельное упорядочение обеспечивает высокое пропускание для центральных положений обзора.
Множество замедляющих слоев, которые в настоящем документе в совокупности называются переключаемым компенсирующим замедляющим слоем 300, располагается между дополнительным поляризатором 318 и поляризатором 218 дисплея и содержит: (i) переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301, содержащий слой 314 жидкокристаллического материала, расположенный между поляризатором 218 дисплея и дополнительным поляризатором 318; и (ii) пассивный компенсирующий замедляющий слой 330.
Фиг. 1B представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид спереди порядка оптических слоев в оптической стопе, представленной на фиг. 1A. Направление пропускания входного электрического вектора 211 на входном поляризаторе 210 дисплея пространственного модулятора 48 света обеспечивает входной компонент поляризации, который может быть преобразован жидкокристаллическим слоем 214, чтобы получить выходной компонент поляризации, определяемый направлением пропускания электрического вектора 219 выходного поляризатора 218 дисплея. Пассивный компенсирующий замедляющий слой 330 может содержать слой фазового сдвига с дискотическим материалом 430 с двойным преломлением, тогда как переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301 может содержать жидкокристаллический материал.
Таким образом, переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 300 содержит переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301, содержащий переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301, подложки 312, 316 и пассивный компенсирующий замедляющий слой 330, расположенный между дополнительным поляризатором 318 и поляризатором 218 дисплея.
Подложки 312, 316 могут представлять собой стеклянные подложки или полимерные подложки, такие как полиимидные подложки. Могут быть обеспечены гибкие подложки, в которых можно легко устанавливать прозрачные электроды. Преимуществом является возможность получать искривленные, изогнутые и складываемые дисплеи.
Устройство 100 отображения дополнительно содержит систему 352 управления, выполненную с возможностью управления напряжением, приложенным источником 350 напряжения к электродам переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 301.
Возможно, будет желательно обеспечивать снижение рассеянного света или управление режимом конфиденциальности эмиссионного дисплея.
Фиг. 1C представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптической стопы устройства направленного отображения, содержащего эмиссионный пространственный модулятор 48 света и переключаемый компенсирующий замедляющий слой 300, расположенные на выходной стороне эмиссионного пространственного модулятора 48 света.
Пространственный модулятор 48 света в альтернативном варианте осуществления может быть предусмотрен в других типах дисплеев, которые обеспечивают отдаваемый свет 400 за счет эмиссии, например органические СИД-дисплеи (ОСИД) с выходным поляризатором 218 дисплея, подложками 512, 516 и световым эмиссионным слоем 514. Выходной поляризатор 218 может обеспечивать уменьшение яркости для света, отражаемого от плоскости пикселей ОСИД, с помощью одного или более замедляющих слоев 518, установленных между выходным поляризатором 218 дисплея и плоскостью пикселей ОСИД. Один или более замедляющих слоев 518 может представлять собой четвертьволновую пластину и отличается от компенсирующего замедляющего слоя 330 настоящего описания.
Таким образом, в варианте осуществления, представленном на фиг. 1С, пространственный модулятор 48 света содержит эмиссионный пространственный модулятор света, и поляризатором дисплея является выходной поляризатор 218 дисплея.
В других случаях устройство направленного отображения, представленное на фиг. 1С, идентично таковому на фиг. 1А, как описано выше.
Ниже будет описан оптический элемент 260 управления углом обзора для применения в устройстве отображения. К пространственным модуляторам света, содержащим поляризатор 210, 218 дисплея, можно добавлять оптические элементы 260 управления углом обзора, чтобы обеспечивать возможность переключения характеристик поля зрения.
Фиг. 1D представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптического элемента 260 управления углом обзора для применения в устройстве отображения, содержащего пассивный компенсирующий замедляющий слой 330, переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301 и управляющий поляризатор 250.
В процессе эксплуатации оптический элемент 260 управления углом обзора может быть установлен пользователем или встроен в пространственный модулятор 48 света с поляризованным отдаваемым светом в заводских условиях. Оптический элемент 260 управления углом обзора может быть выполнен в виде гибкой пленки для искривленных и изогнутых дисплеев. В альтернативном варианте осуществления оптический элемент 260 управления углом обзора может быть изготовлен на жесткой подложке, такой как стеклянная подложка.
Преимуществом является то, что может быть обеспечен предлагаемый на рынке компонентов элемент управления режимом конфиденциальности и/или элемент управления рассеянным светом, который не требует настройки в зависимости от разрешения плоскости пикселей, чтобы избежать интерференционных артефактов. Оптический элемент 260 управления углом обзора может быть дополнительно встроен в пространственный модулятор 48 света в заводских условиях.
При установке оптического элемента 260 управления углом обзора, представленного на фиг. 1D, на существующее устройство отображения появляется возможность получить устройство отображения, представленное на любой из фиг. 1A-C.
Варианты осуществления, представленные на фиг. 1A-D, обеспечивают управление полярной яркостью для света 400, который выходит из пространственного модулятора 48 света. Таким образом, переключаемый компенсирующий замедляющий слой 300 (содержащий переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301 и пассивный компенсирующий замедляющий слой 330) не влияет на яркость света, проходящего через входной поляризатор 210 дисплея, переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 300 и дополнительный поляризатор 318 вдоль оси по нормали к плоскости переключаемого компенсирующего замедляющего слоя 300, но переключаемый компенсирующий замедляющий слой 300 действительно снижает яркость света, проходящего через него вдоль оси, наклоненной к нормали к плоскости переключаемого компенсирующего замедляющего слоя 300, по меньшей мере в одном из переключаемых состояний переключаемого компенсирующего замедляющего слоя 300. Принципы, лежащие в основе такого эффекта, более подробно описаны ниже применительно к фиг. 29A-31E и обусловлены наличием или отсутствием сдвига фазы, вносимого переключаемым жидкокристаллическим замедляющим слоем 301 и пассивным компенсирующим замедляющим слоем 330, для света, проходящего вдоль осей, которые наклонены под разными углами по отношению к жидкокристаллическому материалу переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 301 и пассивного компенсирующего замедляющего слоя 330. Аналогичный эффект достигнут во всех устройствах, описанных ниже.
Более того, использование пассивного компенсирующего замедляющего слоя 330 в дополнение к переключаемому жидкокристаллическому замедляющему слою 301 улучшает характеристики, как будет более подробно описано ниже на примере ряда конкретных устройств отображения и в сопоставлении с рядом сравнительных примеров, описанных применительно к фиг. 19A-E.
Возможно, будет желательно уменьшить число оптических слоев между пространственным модулятором 48 света и наблюдателем. Ниже будет описана конструкция, в которой множество замедляющих слоев 300 установлено на входной стороне пространственного модулятора 48 света.
Фиг. 2A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптической стопы устройства направленного отображения, содержащей подсветку 20, задний переключаемый замедляющий слой 300, трансмиссионный пространственный модулятор 48 света, причем дополнительный поляризатор 318 содержит отражающий поляризатор; и фиг. 2B представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид спереди порядка оптических слоев в оптической стопе, представленной на фиг. 2A.
Устройство 100 отображения содержит пространственный модулятор 48 света; поляризатор 210 дисплея, расположенный на входной стороне пространственного модулятора 48 света. Дополнительный поляризатор 318 расположен на той же стороне пространственного модулятора 48 света, что и поляризатор 210 дисплея. Дополнительный поляризатор 318 представляет собой отражающий поляризатор, который функционирует во взаимодействии с подсветкой 20 для достижения повышенной эффективности.
Множество замедляющих слоев 300 размещены между дополнительным отражающим поляризатором 318 и поляризатором 210 дисплея. В соответствии с фиг. 1A множество замедляющих слоев 300 содержат: переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301, содержащий слой 314 жидкокристаллического материала, расположенный между поляризатором 210 дисплея и отражающим дополнительным поляризатором 318; и пассивный компенсирующий замедляющий слой 330. Таким образом, отражающий дополнительный поляризатор 318 расположен на входной стороне входного поляризатора 210 дисплея между входным поляризатором 210 дисплея и подсветкой 20, и множество замедляющих слоев 300 установлено между отражающим дополнительным поляризатором 318 и входным поляризатором 210 дисплея.
Как будет описано ниже в настоящем документе, направление пропускания электрического вектора 319 отражающего дополнительного поляризатора 318 параллельно направлению пропускания электрического вектора 211 входного поляризатора 210, чтобы обеспечить возможность переключения параметров направления.
В альтернативных вариантах осуществления дополнительный поляризатор 318 может содержать как отражающий поляризатор, так и поглощающий дихроичный поляризатор, или может содержать только дихроичный поляризатор.
Отражающий дополнительный поляризатор 318 может, например, представлять собой многослойную пленку, например DBEF™, выпускаемую 3M Corporation, или может представлять собой сетчатый поляризатор. Преимуществом является возможность повышения эффективности дисплея за счет рециркуляции света от поляризованного отражения от поляризатора 372. Более того, можно сократить затраты и уменьшить толщину по сравнению с использованием поглощающего дихроичного поляризатора вместе с отражающим поляризатором в качестве дополнительного поляризатора 318.
По сравнению с конструкцией, представленной на фиг. 1A, вариант на фиг. 2A может обеспечивать улучшенную контрастность фронтального изображения на экране за счет уменьшения числа слоев между пикселями 220, 222, 224 и наблюдателем.
Фиг. 2С представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптической стопы устройства направленного отображения, содержащей подсветку 20, задний переключаемый компенсирующий замедляющий слой 300 и трансмиссионный пространственный модулятор 48 света, причем дополнительный поляризатор 318 содержит дихроичный поляризатор. По сравнению с отражающим дополнительным поляризатором 318, представленным на фиг. 2A, дихроичный дополнительный поляризатор 318 не возвращает свет под большими углами обратно в подсветку, а потому может снижать яркость вне основной оси по сравнению с конструкцией, представленной на фиг. 2A. Преимуществом является возможность улучшить характеристики конфиденциальности.
Ниже будут описаны конструкция и функции переключаемых компенсирующих замедляющих слоев 300 и дополнительного поляризатора 318, представленных на фиг. 1A-1C и фиг. 2A-2B.
Фиг. 3 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку примерной конструкции переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 301, содержащего слой 314 жидкокристаллического материала 414 с отрицательной диэлектрической анизотропией. Подложки 312, 316 могут содержать расположенные на них прозрачные электроды 413, 415 и поперечные поверхностные ориентирующие слои 409, 411, расположенные на противоположных сторонах переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 301. Поперечные ориентирующие слои 409, 411 могут обеспечивать поперечное упорядочение в смежном жидкокристаллическом материале 414 с углом 407 преднаклона.
Ориентация жидкокристаллического материала 414 в плоскости x-y определяется направлением преднаклона ориентирующих слоев, так что в каждом ориентирующем слое существует преднаклон, причем для преднаклона каждого ориентирующего слоя существует направление преднаклона с компонентом 417a, 417b в плоскости переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 301, которое параллельно, или антипараллельно, или ортогонально направлению пропускания электрического вектора 303 выходного поляризатора 218 дисплея.
Преднаклон 407a, 407b может, например, составлять 88 градусов, так что компонент 417 будет небольшого размера, что позволит добиться сокращения дисклинаций в разряженном (нулевое напряжение) состоянии упорядочения слоя 314 жидкокристаллического материала 414. Таким образом, слой 314 сформирован по существу посредством положительной С-пластины в варианте конструкции с нулевым напряжением. На практике жидкокристаллический слой дополнительно обладает незначительными характеристиками О-пластины, обеспеченными преднаклоном поперечного ориентирующего слоя под углом 407a и остаточного компонента 417.
Переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301 содержит электроды 413, 415, расположенные вблизи от замедляющего слоя, переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 301 и на противоположных сторонах переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 301. Слой 314 жидкокристаллического материала 414 можно переключать с помощью напряжения, приложенного к электродам 413, 415.
В отключенном состоянии жидкокристаллический материал 414 упорядочен так, что компонент 418 оказывается перпендикулярным плоскости замедляющего слоя 301, а компонент 417 оказывается в плоскости замедляющего слоя.
Замедляющий слой 330 на рисунке представляет собой отрицательную пассивную О-пластину, содержащую дискотический материал 430 с двойным преломлением. Фазовый сдвиг пассивного компенсирующего замедляющего слоя 330 может быть равным и противоположным фазовому сдвигу переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 301. Переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301 может содержать первый и второй преднаклоны 407a, 407b; а пассивный компенсирующий замедляющий слой 330 содержит компенсирующий замедляющий слой с первым и вторым преднаклонами 405a, 405b, причем первый преднаклон 405а компенсирующего замедляющего слоя 330 равен первому преднаклону 407а жидкокристаллического замедляющего слоя 301, а второй преднаклон 405b компенсирующего замедляющего слоя 330 равен второму преднаклону 307b жидкокристаллического замедляющего слоя 301.
Пассивные О-пластины могут содержать, например, отвержденные слои реакционноспособного мезогена, которые могут представлять собой дискотические реакционноспособные мезогены. Преднаклон компенсирующего замедляющего слоя можно обеспечить посредством отверждения реакционноспособных мезогенных материалов после упорядочения с помощью подходящего ориентирующего слоя. О-пластины могут также содержать двойные натянутые полимерные пленки, например из поликарбоната.
В процессе эксплуатации переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301 выполнен с возможностью переключения между двумя состояниями ориентации. Первое состояние может обеспечивать обзор дисплея для нескольких наблюдателей. Второе состояние может обеспечивать узкоугольный режим для конфиденциальной работы или уменьшение рассеянного света, например, для работы в ночное время. Как будет описано ниже, такие элементы могут обеспечивать высокое пропускание для широкого диапазона полярных углов в широкоугольном режиме работы и ограниченную яркость у границ поля зрения в конфиденциальном режиме работы.
Ниже будет описана работа дисплея, представленного на фиг. 1A, в широкоугольном режиме, представляющим первое состояние.
Фиг. 4A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого компенсирующего замедляющего слоя 300 в широкоугольном режиме работы. На переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301 не подают напряжение. На фиг. 4А и других приведенных ниже принципиальных схемах некоторые слои оптической стопы опущены для ясности. Например, переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301 показан без подложек 312, 316.
Переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301 содержит два поверхностных ориентирующих слоя, расположенных смежно с жидкокристаллическим материалом 414 на его противоположных сторонах и выполненных с возможностью обеспечения поперечного упорядочения в смежном жидкокристаллическом материале 414. Как описано выше, жидкокристаллический материал 414 может быть обеспечен преднаклоном, например, на 88 градусов от горизонтали, чтобы устранить дефекты упорядочения жидкокристаллического материала 414.
Пассивный компенсирующий замедляющий слой 330 содержит замедляющий слой с отрицательными С-пластинами с оптической осью, которая представляет собой ось с наибольшей скоростью распространения света, перпендикулярную плоскости замедляющего слоя. Таким образом, материал 430 замедляющего слоя с С-пластинами может иметь отрицательную диэлектрическую анизотропию. C-пластины могут содержать прозрачные материалы с двойным преломлением, такие как: поликарбонаты или реакционноспособные мезогены, которые нанесены на подложку, обеспечивающую поперечное упорядочение, например: циклоолефиновый полимер Zeonex™ (COP); дискотические полимеры; и двойные натянутые поликарбонаты Nitto Denko™.
Фиг. 4B представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую график зависимости угла 407 директора жидкого кристалла от фракции 440 прохождения через ячейку переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя, где фракция 440 прохождения меняется от 0 для положения на поверхности слоя 409 до 1 для положения на поверхностном ориентирующем слое 411.
Для вертикально упорядоченного режима без приложенного напряжения, как показано на фиг. 4A, директоры жидкого кристалла находятся под наклоном 407, равным 88 градусов, через толщину ячейки, как показывает профиль 442 наклона. Профиль наклона для слоя 314 может быть таким же, как профиль 442. Компенсирующий замедляющий слой 330 может обеспечивать коррекцию направления преднаклона переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 301. В альтернативном варианте осуществления компенсирующий замедляющий слой 330 может иметь общий угол наклона 90 градусов, причем такое различие по сравнению с преднаклоном жидкокристаллического слоя обеспечивает лишь малое различие характеристик обзора вне основной оси.
Таким образом, фазовый сдвиг вне основной оси для компенсирующего замедляющего слоя 330 по существу равен и противоположен фазовому сдвигу вне основной оси для переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 301 при отсутствии приложенного напряжения.
Фиг. 4C представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку распространения отдаваемого света из пространственного модулятора 48 света через оптическую стопу, представленную на фиг. 1A, в широкоугольном режиме работы; и фиг. 4D представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 4С в широкоугольном режиме работы.
Идеальный компенсирующий переключаемый замедляющий слой 300 содержит компенсирующий замедляющий слой 330 в комбинации с изменяемым переключаемым жидкокристаллическим замедляющим слоем 301, причем диэлектрические постоянные, анизотропия и дисперсия анизотропии компенсирующего замедляющего слоя 330 характеризуются равными и противоположными диэлектрическими постоянными по сравнению с параметрами анизотропии и дисперсии анизотропии слоя 314. Фазовый сдвиг пассивного компенсирующего замедляющего слоя 330 равен и противоположен фазовому сдвигу переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 301.
Такой идеальный компенсирующий переключаемый замедляющий слой обеспечивает компенсацию для пропускаемого света в первом широкоугольном режиме слоя 314 жидкокристаллического материала 414 для всех полярных углов; и узкое поле обзора в боковом направлении во втором режиме конфиденциальности переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 301.
Кроме того, направление оптической оси компенсирующего замедляющего слоя 330 совпадает направлением оптической оси жидкокристаллического замедляющего слоя 301 в его широкоугольном состоянии. Такой компенсирующий замедляющий слой 330 компенсирует фазовый сдвиг жидкокристаллического замедляющего слоя для всех углов обзора и обеспечивает идеальный обзор в широкоугольном состоянии без потери яркости для всех направлений обзора.
Ниже будет описан полярный профиль широкоугольного пропускания для неидеальных выборов материала.
В иллюстративных вариантах осуществления настоящего описания рассмотрены компенсирующие замедляющие слои 330, которые могут не полностью компенсировать фазовый сдвиг переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 301 из-за небольших различий в свойствах материала, которые характерны для замедляющих слоев 330, 301. Вместе с тем такие отклонения преимущественно невелики, и при таких отклонениях можно обеспечивать высокие показатели для широкоугольного и узкоугольного состояний, которые могут быть близки к идеальным характеристикам.
Таким образом, если переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301 находится в первом состоянии из указанных двух состояний, переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 300 обеспечивает полное отсутствие преобразования компонента 360, 361 поляризации, чтобы выводить световые лучи 400, проходящие через нее перпендикулярно плоскости переключаемого замедляющего слоя или под острым углом к перпендикуляру к плоскости переключаемого замедляющего слоя, например световые лучи 402.
Компонент 362 поляризации по существу совпадает с компонентом 360 поляризации, а компонент 364 поляризации по существу совпадает с компонентом 361 поляризации. Поэтому угловой профиль пропускания на фиг. 4D является по существу равномерно пропускающим по всей широкой полярной области.
Иными словами, если слой жидкокристаллического материала 414 находится в первом состоянии ориентации из упомянутых двух состояний ориентации, множество замедляющих слоев 330, 301 обеспечивают полное отсутствие фазового сдвига для света, проходящего через них перпендикулярно плоскости замедляющих слоев или под острым углом к перпендикуляру к плоскости замедляющих слоев 330, 301.
Преимуществом является то, что различные уровни яркости дисплея с углом обзора в первом состоянии остаются по существу без изменений. Множество пользователей могут без труда видеть дисплей в широком диапазоне углов обзора.
Ниже будут описаны функции компенсирующего замедляющего слоя 300 и дополнительного поляризатора 318 в узкоугольном режиме, например, для использования в конфиденциальном режиме работы.
Фиг. 5А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого компенсирующего замедляющего слоя 300 в конфиденциальном режиме работы, содержащего пассивный компенсирующий замедляющий слой 330 с отрицательными С-пластинами и поперечно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301 в конфиденциальном режиме работы.
Жидкокристаллический замедляющий слой 301 дополнительно содержит прозрачные электроды 413, 415, например ITO электроды, проходящие через переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301. Электроды 413, 415 управляют переключаемым жидкокристаллическим замедляющим слоем 301 путем корректировки напряжения, приложенного к электродам 413, 415.
Система 352 управления выполнена с возможностью управления напряжением, приложенным источником 350 напряжения к электродам 413, 415 переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 301.
Как показано на фиг. 4B, если прикладывают напряжение, у переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 301 наблюдается такой скошенный профиль наклона 444, при котором происходит изменение фазового сдвига для слоя 314 жидкокристаллического материала 414.
Путем управления управляющим напряжением можно корректировать направление, чтобы получить оптимальные характеристики конфиденциальности в зависимости от положения наблюдателя. В другом варианте применения или для обеспечения контролируемой яркости для наблюдателей вне основной оси, например, в поездке на автомобиле, если пассажир или водитель могут пожелать задать определенную видимость выводимого изображения без полного затемнения, этого можно добиться посредством промежуточных уровней напряжения.
Фиг. 5В представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку распространения отдаваемого света из пространственного модулятора 48 света через оптическую стопу, представленную на фиг. 1A, в конфиденциальном режиме работы, причем переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301 ориентируется посредством приложенного напряжения.
В настоящих вариантах осуществления компенсирующий переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 330 может быть выполнен в комбинации с поляризатором 210, 218, 316 дисплея и дополнительным поляризатором 318, чтобы добиться эффекта, при котором яркость отдаваемого света от устройства отображения под острым углом к оптической оси (вне основной оси) снижается, а именно по сравнению с ситуацией отсутствия замедляющего слоя. Компенсирующий переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 330 может также быть выполнен в комбинации с поляризатором 210, 218, 316 дисплея и дополнительным поляризатором 318, чтобы добиться эффекта, при котором яркость отдаваемого света от устройства отображения вдоль оптической оси (по основной оси) не снижается, а именно по сравнению с ситуацией отсутствия замедляющего слоя.
Компонент 360 поляризации от выходного поляризатора 218 дисплея передается выходным поляризатором 218 дисплея и попадает на переключаемый компенсирующий замедляющий слой 300. Свет по основной оси содержит компонент 362 поляризации, который не отличается от компонента 360, тогда как свет вне основной оси содержит компонент 364 поляризации, который преобразуется замедляющими слоями переключаемого компенсирующего замедляющего слоя 300. Компонент 361 поляризации по меньшей мере преобразуется в компонент 364 линейной поляризации и поглощается дополнительным поляризатором 318. В более общем случае компонент 361 поляризации преобразуется в компонент круговой поляризации, который частично поглощается дополнительным поляризатором 318.
Таким образом, если замедляющий слой переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 301 находится во втором состоянии ориентации из указанных двух состояний ориентации, множество замедляющих слоев 301, 330 обеспечивают полное отсутствие фазового сдвига для проходящего через них света вдоль оси, перпендикулярной плоскости замедляющих слоев, и обеспечивают ненулевой полный фазовый сдвиг для света, проходящего через них под определенными полярными углами 363, которые оказываются под острым углом к перпендикуляру к плоскости замедляющих слоев 301, 330.
Иными словами, если переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301 находится во втором состоянии из указанных двух состояний, переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 330 не обеспечивает полного преобразования компонента 360 поляризации в проходящих через него лучах 400 света вдоль оси, перпендикулярной плоскости переключаемого замедляющего слоя 301, но обеспечивает полное преобразование компонента 361 поляризации в проходящих через нее лучах 402 света под определенными полярными углами, которые оказываются под острым углом к перпендикуляру к плоскости замедляющих слоев 301, 330.
Для узкоугольного режима работы ниже приведен пример системы материалов.
Фиг. 5С представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 5В при параметрах, описанных в таблице 1.
Таблица 1
ФИГУРА
Режим
Пассивный (-ые) компенсирующий(-ие) замедляющий(-ие) слой (-и)
Активный ЖК замедляющий слой
Тип
Δn. d/нм
Ориенти-рующие слои
Преднаклон/град.
Δn. d/нм
Δε
Напряже-ние/В
4A и 4D
Широко-угольный
Отрица-тельная С-пластина
-700
ПоперечныеПоперечные
8888
810
-4,3
0
5A и 5C
Конфиден-циальный
2,2
В настоящих вариантах осуществления желательные диапазоны для фазовых сдвигов и напряжений определяли посредством моделирования стоп замедляющих слоев и эксперимента с оптическими стопами дисплея.
Переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 300 содержит первый поверхностный ориентирующий слой 409, расположенный на первой стороне слоя жидкокристаллического материала 414, и второй поверхностный ориентирующий слой 411, расположенный на второй стороне слоя жидкокристаллического материала 414, которая противоположна первой стороне; причем первый поверхностный ориентирующий слой 409 представляет собой поперечный ориентирующий слой, и второй поверхностный ориентирующий слой 411 представляет собой поперечный ориентирующий слой, при этом слой жидкокристаллического материала обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм от 500 нм до 1000 нм, предпочтительно от 600 нм до 900 нм и наиболее предпочтительно от 700 нм до 850 нм.
Если пассивный компенсирующий замедляющий слой 330 содержит замедляющий слой с оптической осью перпендикулярной плоскости замедляющего слоя, то пассивный замедляющий слой обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм от -300 нм до -900 нм, предпочтительно от -450 нм до -800 нм и наиболее предпочтительно от -500 нм до -725 нм.
Полярное распределение пропускания света, представленное на фиг. 5C приводит к изменению полярного распределения яркости для света, выходящего из подложки пространственного модулятора 48 света и в соответствующих случаях из подсветки 20.
Преимуществом является возможность обеспечить конфиденциальный дисплей с низкой яркостью для подглядывающего вне основной оси при сохранении высокой яркости для наблюдателя на основной оси. Обеспечена большая полярная область, в пределах которой уменьшена яркость дисплея для подглядывающего вне основной оси. Более того, в конфиденциальном режиме работы яркость по основной оси остается по существу неизменной для основного пользователя дисплея.
Напряжение, приложенное к электродам, равно нулю для первого состояния ориентации и является ненулевым для второго состояния ориентации. Преимуществом является то, что в широкоугольном режиме работы можно обойтись без дополнительного энергопотребления, и в широкоугольном режиме работы для управления переключаемым жидкокристаллическим замедляющим слоем 301 использован режим отказа.
Ниже приведено описание работы конфиденциального режима дисплея, представленного на фиг. 1А.
Фиг. 6A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид спереди в перспективе при наблюдении пропускаемого отдаваемого света для дисплея, работающего в конфиденциальном режиме. Устройство 100 отображения может содержать белые области 603 и черные области 601. Подглядывающий может видеть изображение на дисплее, если можно ощутить разницу в яркости между видимыми областями 601, 603. В процессе работы основной пользователь 45 видит полностью освещенные изображения, сформированные лучами 400 в положениях 26 обзора, которые могут представлять собой оптические окна направленного отображения. Подглядывающий 47 видит лучи 402 с уменьшенной яркостью в положениях 27 обзора, которые могут представлять собой оптические окна направленного отображения. Области 26, 27 также соответствуют областям на основной оси и вне основной оси, представленным на фиг. 5C.
Фиг. 6В представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид спереди в перспективе дисплея, представленного на фиг. 1А, при работе в конфиденциальном режиме 1 с изменениями яркости, как показано на фиг. 5С. Таким образом, верхние квадранты 530, 532 обзора, нижние квадранты 534, 536 обзора и боковые положения 526, 528 обзора обеспечивают уменьшенную яркость, тогда как центральные верхние/нижние области 522, 520 обзора и прямой обзор обеспечивают гораздо более высокую яркость.
Возможно, будет желательно обеспечивать регулируемую яркость дисплея в автотранспортном средстве.
Фиг. 6C представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку автотранспортного средства с переключаемым устройством 100 направленного отображения, размещенным в салоне 602 транспортного средства 600 для развлекательного и совместного режимов работы. Световой конус 610 (например, представляющий собой конус света, внутри которого яркость больше 50% пиковой яркости) может быть сформирован за счет распределения яркости в дисплее 100 в вертикальном направлении, и он не является переключаемым.
Фиг. 6D представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сверху автотранспортного средства с переключаемым устройством 100 направленного отображения, размещенным в салоне 602 транспортного средства и функционирующим подобно конфиденциальному дисплею, в развлекательном режиме работы. Световой конус 612 сформирован с узким угловым диапазоном, так что пассажир 606 может видеть дисплей 100, тогда как водитель 604 не может видеть изображение на дисплее 100. Преимуществом является то, что развлекательные изображения могут отображаться для пассажира 606, не отвлекая водителя 604.
Фиг. 6Е представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сверху автотранспортного средства с переключаемым устройством 100 направленного отображения, размещенным в салоне 602 транспортного средства, в совместном режиме работы. Световой конус 614 сформирован с широким угловым диапазоном, так что все находящиеся в салоне могут видеть изображение на дисплее 100, например, если дисплей не работает или если на дисплей выводятся не отвлекающие внимание изображения.
Фиг. 6F представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сверху автотранспортного средства с переключаемым устройством 100 направленного отображения, размещенным в салоне 602 транспортного средства для ночного и дневного режимов работы. По сравнению с конструкциями, представленными на фиг. 6C-E, оптический выход поворачивается, так что вертикальное направление дисплея проходит вдоль оси между положениями водителя 604 и пассажира 606. Световой конус 620 обеспечивает яркость как для водителя 604, так и для пассажира 606.
Фиг. 6G представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку автотранспортного средства с переключаемым устройством 100 направленного отображения, размещенным в салоне 602 транспортного средства в ночном режиме работы. В этом случае дисплей может формировать световой конус 622 с узкоугольным выходом. Преимуществом является возможность существенно уменьшить яркость рассеянного света, который освещает внутренние поверхности и находящихся в салоне 602 транспортного средства и отвлекает водителя 604. Преимуществом является то, что и водитель 604, и пассажир 606 могут наблюдать отображаемые изображения.
Фиг. 6H представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку автотранспортного средства с переключаемым устройством 100 направленного отображения, размещенным в салоне 602 транспортного средства, в дневном режиме работы. В этом случае дисплей может формировать световой конус 624 с узкоугольным выходом. Преимуществом является то, что все находящиеся в салоне 602 могут без труда видеть дисплей.
Дисплеи 100, представленные на фиг. 6C-H, можно устанавливать в других положениях в салоне транспортного средства, например в качестве дисплеев приборов для водителя, дисплеев центральной консоли и дисплеев на спинках сидений.
Фиг. 7A-D представляют собой принципиальные схемы, иллюстрирующие изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для четырех различных управляющих напряжений от 2,05 В до 2,35 В с шагом 0,1 В. Таким образом, приложенное напряжение может обеспечивать управление положениями минимумов яркости поля зрения в конфиденциальном режиме работы. Более того, минимумами яркости можно управлять, начиная с элевации, равной нулю или менее, до элеваций, которые оказываются в верхних квадрантах полярного профиля.
Фиг. 8 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую управление конфиденциальным дисплеем, которое осуществляют с помощью системы управления. Управлять можно каждым из устройств, описанных в настоящем документе.
На первом шаге 870 пользователь может активировать конфиденциальный режим работы.
Если предусмотрены первая и дополнительные компенсирующие переключаемые жидкокристаллические замедляющие слои 300B (как, например, в устройстве, представленном на фиг. 22А, которое описано ниже), система управления находится во втором состоянии ориентации, чтобы управлять напряжением, приложенным к электродам 413, 415 первого упомянутого переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 314A, и чтобы управлять напряжением, приложенным к электродам дополнительного переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 314B; причем полный фазовый сдвиг для света, проходящего через первым упомянутый переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 314A и первый упомянутый пассивный компенсирующий замедляющий слой 330А при определенных полярных углах под острым углом к перпендикуляру к плоскости замедляющих слоев 31A, 330A, отличается от полного фазового сдвига для света, проходящего через дополнительный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 314B и дополнительный пассивный компенсирующий замедляющий слой 330B при тех же полярных углах.
Такие параметры конфиденциального режима можно вводить при настройке вручную (например, с помощью клавиатуры) или посредством автоматического определения с использованием датчика для определения наличия подглядывающего, как описано, например, в патентной публикации США № 2017-0236494, которая полностью включена в настоящий документ путем ссылки. Необязательно ориентация дисплея относительно подглядывающего может быть дополнительно определена с помощью детектора 873.
На втором шаге 872 может быть определено положение подглядывающего, например, с помощью камеры, или установкой параметров с клавиатуры, или другим способом. В иллюстративном примере может быть предусмотрена установка «ОФИС», при которой может быть желательно оптимизировать уровень конфиденциальности для подглядывающих, которые перемещаются вокруг общего пространства офиса, и, таким образом, оптимизировать характеристики для квадрантов обзора, видимых при взгляде сверху. Для сравнения при установке «ПОЛЕТ» может быть желательно обеспечить оптимизацию уровня конфиденциальности для сидящих подглядывающих с повышением уровня конфиденциальности для более низких элеваций, чем это было желательно для установки «ОФИС».
На третьем шаге 876 можно корректировать напряжение, приложенное к переключаемому жидкокристаллическому замедляющему слою 301 и на четвертом шаге 878 с помощью системы управления можно настраивать профиль СИД.
Таким образом, система управления может дополнительно содержать средство 872 определения положения подглядывающего 47 относительно устройства 100 отображения, и система управления выполнена с возможностью корректировки напряжения, приложенного источником 350 к электродам 413, 415 переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 314, в зависимости от установленного положения подглядывающего 47.
Преимуществом является то, что конфиденциальным режимом работы дисплея можно управлять для оптимизации с учетом геометрии обзора подглядывающего.
Возвращаясь к обсуждению настоящих вариантов осуществления, ниже будут описаны дополнительные конструкции компенсирующих переключаемых замедляющих слоев 300.
Фиг. 9А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого замедляющего слоя в конфиденциальном режиме работы, содержащего пассивные компенсирующие замедляющие слои 308А, 308В с перекрестными А-пластинами и поперечно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301; а фиг. 9В представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого компенсирующего замедляющего слоя в конфиденциальном режиме работы, содержащего пассивные компенсирующие замедляющие слои с перекрестными А-пластинами и поперечно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой.
По сравнению с конструкциями, представленными на фиг. 4А и фиг. 5А, компенсирующий замедляющий слой 330 в альтернативном варианте осуществления может содержать пару замедляющих слоев 308A, 308B с оптическими осями в плоскости замедляющих слоев, которые пересекаются. Таким образом, компенсирующий замедляющий слой 330 содержит пару замедляющих слоев 308A, 308B, каждый из которых содержит одну А-пластину.
Каждый из пары замедляющих слоев 308A, 308B содержит множество A-пластин с соответствующими оптическими осями 309A, 309B, проходящими под различными углами относительно друг друга. Каждая из оптических осей 309A, 309B пары замедляющих слоев проходят под 45° по отношению к направлению пропускания электрического вектора, которое параллельно направлению 211 пропускания электрического вектора входного поляризатора 210 дисплея в случае, если дополнительный поляризатор 318 размещен на входной стороне входного поляризатора дисплея, или параллельно направлению 219 пропускания электрического вектора выходного поляризатора 218 дисплея в случае, если дополнительный поляризатор 318 размещен на выходной стороне входного поляризатора 218 дисплея.
Фиг. 9C представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 9А в широкоугольном режиме работы; а фиг. 9D представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 9В в конфиденциальном режиме работы, который продемонстрирован в иллюстративном варианте осуществления таблицы 2.
Таблица 2
ФИГУРА
Режим
Пассивный (-ые) компенсирующий(-ие) замедляющий(-ие) слой (-и)
Активный ЖК замедляющий слой
Тип
Δn. d/нм
Ориенти-рующие слои
Преднак-лон/град.
Δn. d/нм
Δε
Напря-жение/В
9A и 9C
Широко-угольный
Перекрест-ные A-пластины
+650 при 45° +650 при 135°
ПоперечныеПоперечные
8888
810
-4,3
0
9B и 9D
Конфиден-циальный
2,3
Если пассивный компенсирующий замедляющий слой 330 содержит пару замедляющих слоев с пересекающимися оптическими осями в плоскости замедляющего слоя, то каждая замедляющий слой из пары замедляющих слоев обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм от 300 нм до 800 нм, предпочтительно от 500 нм до 700 нм и наиболее предпочтительно от 550 нм до 675 нм.
Преимуществом является то, что можно упростить производство А-пластин и снизить затраты по сравнению с замедляющим слоем с С-пластинами, представленным на фиг. 4А и фиг. 5А. Более того, для широкоугольного режима работы может быть обеспечено состояние с нулевым напряжением, что сводит к минимуму энергопотребление в широкоугольном режиме работы.
В настоящих вариантах осуществления термин «перекрестный» относится к углу, по существу составляющему 90° между оптическими осями двух замедляющих слоев в плоскости замедляющих слоев. В целях снижения стоимости материалов замедляющих слоев желательно обеспечивать материалы с определенной степенью отклонений ориентации замедляющего слоя из-за ошибок растяжения, например, в процессе производства пленки. Отклонения от предпочтительных направлений в ориентации замедляющего слоя могут снижать прямую яркость и увеличивать минимальное пропускание. Угол 310A предпочтительно составляет по меньшей мере 35° и максимально 55°, более предпочтительно 40° и максимально 50° и наиболее предпочтительно по меньшей мере 42,5° и максимально 47,5°. Угол 310B предпочтительно составляет по меньшей мере 125° и максимально 145°, более предпочтительно 130° и максимально 135° и наиболее предпочтительно по меньшей мере 132,5° и максимально 137,5°.
В момент механической деформации, например при прикосновении к дисплею, поперечно упорядоченные жидкокристаллические замедляющие слои 301, представленные на фиг. 9A-9B, могут отличаться нежелательно длинными периодами восстановления, создавая видимые артефакты несовпадения. Было бы желательно обеспечить быстрое восстановление после механической деформации.
Фиг. 10A-10B представляют собой принципиальные схемы, иллюстрирующие вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого замедляющего слоя в широкоугольном и конфиденциальном режимах работы соответственно, содержащей продольно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой, содержащий жидкокристаллический материал 414 с положительной диэлектрической анизотропией и пассивный замедляющий слой 330 с отрицательными С-пластинами для первого и второго управляющего напряжений соответственно.
Переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой дополнительно содержит поверхностные ориентирующие слои 431, 433, расположенные смежно со слоем жидкокристаллического материала 414, и каждый из них выполнен с возможностью обеспечения продольного упорядочения в смежном жидкокристаллическом материале. Иными словами, переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой содержит два поверхностных ориентирующих слоя 431, 433, расположенных смежно со слоем жидкокристаллического материала 414 и на его противоположных сторонах, и каждый из них выполнен с возможностью обеспечения продольного упорядочения в смежном жидкокристаллическом материале 414.
Фиг. 10С представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую график изменения угла 407 директора жидкого кристалла в зависимости от фракции прохождения 440 через переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301, представленный на фиг. 10А, для ряда различных приложенных напряжений. Фиг. 10C отличается от фиг. 4B меньшим углом преднаклона и его ростом в зависимости от приложенного напряжения. Профиль 441 иллюстрирует угол наклона для жидкокристаллического материала 414 при приложенном напряжении, равном 0 В, а профиль 443 наклона иллюстрирует ориентации директора для 2,5 В, и профиль 445 наклона иллюстрирует ориентации директора для 5 В. Таким образом, жидкокристаллические слои в желательных состояниях переключения обычно скошены, и компенсацию обеспечивают компенсирующие замедляющие слои 330. Повышение напряжения с 2,5 В до 10 В постепенно уменьшает толщину замедляющего слоя 301, в котором отмечается скошенность, и преимущественно увеличивает полярное поле зрения, в пределах которого пропускание максимально увеличено.
Результирующий компонент 419a, 419b жидкокристаллического наклона существенно больше компонентов 417a, 417b, представленных на фиг. 5A, по сравнению с направлением, перпендикулярным плоскости замедляющего слоя.
Возросшая амплитуда результирующего компонента 419a, 419b может обеспечивать повышенную силу восстановления после механической деформации по сравнению, например, с фиг. 9A. Преимуществом является возможность уменьшить чувствительность к механическим деформациям, например при прикосновении к дисплею.
Рабочее напряжение может быть снижено ниже 10 В для приемлемого широкоугольного поля зрения, что приводит к уменьшению энергопотребления; сокращает затраты и упрощает электрическое управление.
Фиг. 11A-11C представляют собой схематичные графики, иллюстрирующие изменение выходного пропускания для полярного направления проходящих лучей света в переключаемом компенсирующем замедляющем слое, содержащем продольно упорядоченный жидкокристаллический замедляющий слой 301 и пассивный компенсирующий замедляющий слой 330 с отрицательными С-пластинами, подобно устройству отображения, представленному на фиг. 10A и 10B, в конфиденциальном режиме и двух широкоугольных режимах для различных управляющих напряжений, включая варианты осуществления, показанные в таблице 3.
Таблица 3
ФИГУ-РА
Режим
Пассивный (-ые) компенсирующий(-ие) замедляющий (-ие)слой (-и)
Активный ЖК замедляющий слой
Тип
Δn. d/нм
Ориенти-рующие слои
Преднак-лон/град.
Δn. d/нм
Δε
Напряже-ние/В
11A
Конфиден-циальный
Отрица-тельная С-пластина
-500
Продоль-ные Продоль-ные
22
750
+13,2
2,3
11B
Широко-уголь-ный
5,0
Широко-уголь-ный
10,0
Желательные диапазоны оптического фазового сдвига для активного ЖК замедляющего слоя 301, содержащего продольные ориентирующие слои 431, 433 на обеих подложках и пассивном компенсирующем замедляющем слое 330 с отрицательными С-пластинами, описаны ниже в таблице 4.
Таблица 4
Активный ЖК слойфазовый сдвиг /нм
Минимальный фазовый сдвиг отрицательнойС-пластины /нм
Стандартный фазовый сдвиг отрицательной С-пластины /нм
Максимальный фазовый сдвиг отрицательнойС-пластины /нм
600
-300
-400
-500
750
-350
-450
-600
900
-400
-500
-700
Переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 300, таким образом, содержит первый поверхностный ориентирующий слой 431, расположенный на первой стороне слоя жидкокристаллического материала 414, и второй поверхностный ориентирующий слой 433, расположенный на второй стороне слоя жидкокристаллического материала 414, которая противоположна первой стороне; причем первый поверхностный ориентирующий слой 409 представляет собой продольный ориентирующий слой, и второй поверхностный ориентирующий слой представляет собой продольный ориентирующий слой; при этом слой жидкокристаллического материала обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от 500 нм до 1000 нм, предпочтительно в диапазоне от 600 нм до 850 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 700 нм до 800 нм. Таким образом, если первый и второй ориентирующие слои в каждом случае представляют собой продольные ориентирующие слои, и если пассивный компенсирующий замедляющий слой 330 содержит замедляющий слой с оптической осью, перпендикулярной плоскости замедляющего слоя, то пассивный замедляющий слой обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от -300 нм до -700 нм, предпочтительно в диапазоне от -350 нм до -600 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от -400 нм до -500 нм.
Преимуществом является возможность обеспечить конфиденциальность вне основной оси за счет уменьшения яркости и повышения уровня конфиденциальности в широких полярных областях. Кроме того, по сравнению с поперечным упорядочением может быть повышена устойчивость к визуальным артефактам, обусловленным потоком жидкокристаллического материала в слое 314.
Ниже будет описан ряд других конфигураций оптической структуры и управления, представленный на фиг. 10A.
Режим работы при 5 В обеспечивает более низкое энергопотребление и позволяет использовать более дешевую электронику, одновременно добиваясь приемлемой развертки яркости в широкоугольном режиме. Поле зрения в широкоугольном режиме может быть еще дополнительно расширено в режиме работы при 10 В.
Фиг. 12А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого компенсирующего замедляющего слоя в конфиденциальном режиме работы, причем конструкция содержит пассивные компенсирующие замедляющие слои 308А, 308В с перекрестными А-пластинами и продольно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301; и фиг. 12B-D представляют собой схематичные графики, иллюстрирующие изменение выходного пропускания в полярном направлении для проходящих лучей света в переключаемом компенсирующем замедляющем слое 301, содержащем продольно упорядоченный жидкокристаллический материал 414 и пассивные замедляющие слои 308A, 308B с перекрестными А-пластинами, в конфиденциальном режиме и широкоугольном режиме для различных управляющих напряжений, включая соответствующие варианты осуществления, показанные в таблице 5.
Таблица 5
ФИГУ-РА
Режим
Пассивный (-ые) компенсирующий (-ие) замедляющий (-ие)слой (-и)
Активный ЖК замедляющий слой
Тип
Δn. d/нм
Ориенти-рующие слои
Предна-клон/град.
Δn. d/нм
Δε
Напряжение/В
12B
Конфи-ден-циальный
Перкрест-ные A-пластины
+500 при 45° +500 при 135°
ПродольныеПродольные
22
750
+13,2
2,3
Широко-угольный
5
12D
Широко-угольный
10
Желательные диапазоны оптического фазового сдвига для активного ЖК замедляющего слоя 301, содержащего продольные ориентирующие слои 409, 411 на обеих подложках и замедляющих слоях 308А, 308В с перекрестными положительными А-пластинами, описаны ниже в таблице 6.
Таблица 6
Активный ЖК слойфазовый сдвиг /нм
Минимальный положительныйфазовый сдвигA-пластины /нм
Стандартный положительныйфазовый сдвигA-пластины /нм
Максимальный положительныйфазовый сдвигA-пластины /нм
600
+300
+400
+600
750
+350
+500
+700
900
+400
+600
+800
Таким образом, если каждый из первого и второго ориентирующих слоев представляет собой продольный ориентирующий слой; слой жидкокристаллического материала обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от 500 нм до 1000 нм, предпочтительно в диапазоне от 600 нм до 850 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 700 нм до 800 нм; и пассивный компенсирующий замедляющий слой 330 содержит пару замедляющих слоев с пересекающимися оптическими осями в плоскости замедляющего слоя, то каждый замедляющий слой из пары замедляющих слоев обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм от 300 нм до 800 нм, предпочтительно от 350 нм до 650 нм и наиболее предпочтительно от 450 нм до 550 нм.
Более того, перекрестные А-пластины можно без труда изготавливать из дешевых материалов.
В качестве примера ниже будет описан ряд других конфигураций оптической структуры и управления, представленный на фиг. 12A. фиг. 12C и фиг. 12D дополнительно показывают, что за счет корректировки приложенного напряжения и фазовых сдвигов можно обеспечивать различные широкоугольные поля зрения, что является преимуществом.
Ниже будут дополнительно описаны конструкции структур оптической стопы.
Фиг. 13A и фиг. 13B представляют собой принципиальные схемы, иллюстрирующие виды сбоку части дисплея, содержащего переключаемый компенсирующий замедляющий слой и оптические связующие слои 380. Оптические связующие слои 380 могут быть обеспечены для ламинирования пленок и подложек, достижения повышенной эффективности и уменьшенной яркости при больших углах обзора в конфиденциальном режиме. Более того, может быть обеспечен воздушный зазор 384 между пространственным модулятором 48 света и переключаемым компенсирующим замедляющим слоем 300. Для снижения смачивания двух поверхностей в воздушном зазоре 384 может быть обеспечена по меньшей мере одна предотвращающая смачивание поверхность 382 на переключаемом компенсирующем замедляющем слое 300 или на пространственном модуляторе 48 света.
Пассивный компенсирующий замедляющий слой 330 может быть обеспечен между переключаемым жидкокристаллическим замедляющим слоем 301 и пространственным модулятором 48 света, как показано на фиг. 13А, или может быть обеспечен между дополнительным поляризатором 318 и переключаемым жидкокристаллическим замедляющим слоем 301, как показано на фиг. 13B. В обеих системах обеспечены по существу одинаковые оптические характеристики.
На фиг. 13A показано, что оптические слои связаны с внешними сторонами подложек 312, 316. Преимуществом является возможность снизить изгиб подложек 312, 316 под воздействием связанных с ними слоев из-за накопленных напряжений в процессе ламинирования, а также сохранить плоскопараллельность дисплея.
Аналогичным образом может быть сформирована конструкция переключаемого компенсирующего замедляющего слоя 300, в котором выходным поляризатором 218 является поляризатор дисплея. Рассеивание, которое может обеспечивать пространственный модулятор 48 света, например от фазовых структур у пикселей 220, 222, 224, не ухудшает профиль выходной яркости по сравнению с конструкциями, в которых переключаемый компенсирующий замедляющий слой 301 находится позади пространственного модулятора 48 света.
Может быть желательно установить дополнительный поляризатор с направлением пропускания электрического вектора, которое отличается от направления пропускания электрического вектора поляризатора дисплея.
Фиг. 14А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого компенсирующего замедляющего слоя в конфиденциальном режиме работы, содержащего пассивные компенсирующие замедляющие слои 308А, 308В с перекрестными А-пластинами и продольно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301, как описано выше, но дополнительно содержащего пассивный вращающий замедляющий слой 460.
Поляризатор 218 дисплея может предусматривать направление 219 пропускания электрического вектора, которое может проходить, например, под углом 317, равным 45 градусов в случае ЖКД дисплея со скрученными нематическими жидкими кристаллами. Дополнительный поляризатор 318 может быть выполнен с возможностью обеспечения вертикально поляризованного света для пользователя, который может носить поляризованные солнечные очки, которые, как правило, пропускают свет с вертикальной поляризацией.
Пассивный вращающий замедляющий слой 460 отличается от компенсирующего замедляющего слоя 330 настоящих вариантов осуществления, и ниже приводится принцип его работы.
Пассивный вращающий замедляющий слой 460 может содержать материал 462 с двойным преломлением и представлять собой полуволновую пластину с фазовым сдвигом при длине волны 550 нм, например 275 нм.
Пассивный вращающий замедляющий слой 460 отличается такой ориентацией 464 оси с наибольшей скоростью распространения света, наклоненной под углом 466, который может составлять 22,5 градуса к направлению 319 пропускания электрического вектора дополнительного поляризатора 318. Таким образом, пассивный вращающий замедляющий слой 460 поворачивает поляризацию после выходного поляризатора 218 так, что направление поляризации света, падающего на компенсирующий замедляющий слой 308B, параллельно направлению 319.
Пассивный вращающий замедляющий слой 460 изменяет состояние поляризации по основной оси, обеспечивая угловое вращение компонента поляризации после поляризатора 218 дисплея. В отличие от него компенсирующие замедляющие слои 308A, 308B вместе не изменяют состояние поляризации по основной оси.
Более того, пассивный вращающий замедляющий слой 460 вызывает вращение поляризации, которое может по существу не зависеть от угла обзора. В отличие от него компенсирующие замедляющие слои 308A, 308B приводят к существенным изменениям выходной яркости в зависимости от угла обзора.
Преимуществом является то, что может быть обеспечен дисплей с направлением 319 выходной поляризации, которое отличается от направления 219 поляризации поляризатора дисплея, например, чтобы обеспечить обзор в поляризующих солнечных очках.
В альтернативном варианте осуществления можно исключить независимый замедляющий слой 460, и фазовый сдвиг замедляющего слоя 308В, представленного на фиг. 11А, возрастет, чтобы обеспечить дополнительное полуволновое вращение по сравнению с фазовым сдвигом замедляющего слоя 308A. В продолжение иллюстративного варианта осуществления, фазовый сдвиг замедляющего слоя 308B при длине волны 550 нм может быть на 275 нм больше, чем фазовый сдвиг замедляющего слоя 308A. Преимуществом является возможность уменьшить число слоев, снизить сложность и затраты.
Было бы желательно обеспечить снижение толщины и уменьшение общего числа оптических компонентов.
Фиг. 15А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого компенсирующего замедляющего слоя в конфиденциальном режиме работы, содержащего продольно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301, размещенный между первым и вторым пассивными компенсирующими замедляющими слоями 330А, 330В с С-пластинами, представленный ниже в таблице 7.
Таблица 7
ФИГУРА
Режим
Пассивный (-ые) компенсирующий (-ие) замедляющий (-ие) слой (-и)
Активный ЖК замедляющий слой
Тип
Δn. d/нм
Ориенти-рующие слои
Пред-наклон/град.
Δn. d/нм
Δε
Напря-жение/В
15B
Широко-угольный
ОтрицательнаяC-пластина, 330AОтрицательнаяC-пластина, 330B
-275-275
Продоль-ныеПродоль-ные
22
750
13,2
5,0
15A и 15C
Конфиден-циальный
2,6
17A и 17B
Широко-угольный
A-пластина, 330AA-пластина, 330B
575575
Продоль-ныеПродоль-ные
22
750
13,2
5,0
Конфиден-циальный
2,6
Фиг. 15В и фиг. 15C представляют собой схематичные графики, иллюстрирующие изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в оптической стопе, представленной на фиг. 15А, в широкоугольном и в конфиденциальном режиме работы соответственно.
Пассивный компенсирующий замедляющий слой 330 содержит первую и вторую С-пластины 330A, 330B; и переключаемый жидкокристаллический слой 301 находится между первой и второй C-пластинами 330A, 330B.
Пассивный компенсирующий замедляющий слой 330A, 330B содержит два пассивных замедляющих слоя с оптической осью, перпендикулярной плоскости пассивных замедляющих слоев, и между такими двумя пассивными замедляющими слоями размещен переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301. Таким образом, каждая из первой и второй подложек 312, 316 на фиг. 1A содержит один из двух пассивных замедляющих слоев 330A, 330B.
Комбинация двух пассивных замедляющих слоев 330A, 330B обеспечивает общий фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от -300 нм до -800 нм, предпочтительно в диапазоне от -350 нм до -700 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от -400 нм до -600 нм.
Фиг. 16А содержит принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе дисплея, содержащего переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301, размещенный между первой и второй подложками, каждая из которых содержит пассивные компенсирующие замедляющие слои 330A, 330B с С-пластинами; и фиг. 16В представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку части дисплея, содержащего переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301, размещенный между первой и второй подложками, каждая из которых содержит пассивные компенсирующие замедляющие слои 330A, 330B с С-пластинами.
Первая С-пластина 330A содержит слой 415 прозрачного электрода и жидкокристаллический ориентирующий слой 411, образованный на одной стороне, и вторая С-пластина 330B содержит слой 413 прозрачного электрода и жидкокристаллический ориентирующий слой 409, образованный на одной стороне.
Слой 314 жидкокристаллического материала расположен между первой и второй подложками 312, 316, и каждая из первой и второй подложки 312, 316 содержит одну из первой и второй С-пластин 330A, 330B. C-пластины могут быть изготовлены из двойных натянутых пленок COP, которые покрыты ITO, чтобы сформировать электроды 413, 415, и содержат нанесенные на них жидкокристаллические ориентирующие слои 409, 411.
Преимуществом является возможность сокращения числа слоев по сравнению с конструкцией, представленной на фиг. 1, что приводит к снижению толщины, стоимости и сложности изготовления. Более того, С-пластины 330A, 330B могут представлять собой гибкие подложки и могут обеспечивать гибкий конфиденциальный дисплей.
Слой 314 жидкокристаллического материала желательно размещать между первой и второй подложками А-пластин.
Фиг. 17А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого компенсирующего замедляющего слоя 300 в широкоугольном режиме работы, содержащего продольно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301, размещенный между первым и вторым пассивными компенсирующими замедляющими слоями 330А, 330В с перекрестными А-пластинами, как описано выше; и фиг. 17В и фиг. 17C представляют собой схематичные графики, иллюстрирующие изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света для структуры, представленной на фиг. 17А, при переводе в широкоугольный и в конфиденциальный режим работы соответственно, содержащие дополнительные иллюстративные варианты осуществления, приведенные в таблице 7.
В отличие от конструкции, представленной на фиг. 15A, преимуществом является возможность изготовления А-пластин с более низкими затратами по сравнению с С-пластинами.
Ниже будут описаны гибридные упорядоченные структуры, содержащие продольные и поперечные ориентирующие слои.
Фиг. 18А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого замедляющего слоя в конфиденциальном режиме работы, содержащего продольно и поперечно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301, содержащий жидкокристаллический материал 423 и пассивный замедляющий слой 330 с отрицательными С-пластинами.
Фиг. 18B-18C представляют собой схематичные графики, иллюстрирующие изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 18А в широкоугольном и конфиденциальном режиме работы соответственно, которые предусмотрены конструкцией, показанной в таблице 8.
Таблица 8
ФИГУ-РА
Режим
Пассивный (-ые) компенсирующий (-ие) замедляющий (-ие) слой (-и)
Активный ЖК замедляющий слой
Тип
Δn. d/нм
Ориен-тирующие слои
Пред-нак-лон/град.
Δn. d/нм
Δε
Напря-жение/В
Широко-угольный
ОтрицательнаяС-пластина
-1100
Продольные Поперечные
288
1300
+4,3
15,0
18A
Конфи-денци-альный
2,8
Не пока-зано
Широко-угольный
ПерекрестныеA-пластины
+1100при 45° +1100при 135°
ПоперечныеПродольные
288
1300
+4,3
15,0
Не пока-зано
Конфи-денци- альный
2,8
Гибридный упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301 имеет переменный наклон, так что для заданного материала и выбранной толщины ячейки обеспечено снижение эффективного двойного преломления. Поэтому структура замедляющего слоя должна быть скорректирована, с тем, чтобы обеспечивать компенсацию по сравнению с конструкциями с одинаковыми ориентирующими слоями. Переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 330 содержит первый поверхностный ориентирующий слой 441, расположенный на первой стороне слоя жидкокристаллического материала 423, и второй поверхностный ориентирующий слой 443, расположенный на второй стороне слоя жидкокристаллического материала 423, которая противоположна первой стороне. Первый поверхностный ориентирующий слой 441 представляет собой поперечный ориентирующий слой, выполненный с возможностью обеспечения поперечного упорядочения в смежном жидкокристаллическом материале 423, и второй поверхностный ориентирующий слой 443 представляет собой продольный ориентирующий слой, выполненный с возможностью обеспечения продольного упорядочения в смежном жидкокристаллическом материале 423.
Более того, оптимальные конструкции замедляющих слоев связаны с относительным положением пассивного компенсирующего замедляющего слоя 330 по отношению к поперечному и продольному ориентирующим слоям.
Если поверхностный ориентирующий слой 443, выполненный с возможностью обеспечения продольного упорядочения, находится между слоем жидкокристаллического материала 423 и компенсирующим замедляющим слоем 330, то слой жидкокристаллического материала 423 обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от 500 нм до 1800 нм, предпочтительно в диапазоне от 700 нм до 1500 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 900 нм до 1350 нм. Если поверхностный ориентирующий слой 443, выполненный с возможностью обеспечения продольного упорядочения, находится между слоем жидкокристаллического материала 423 и компенсирующим замедляющим слоем 330, пассивный компенсирующий замедляющий слой может содержать замедляющий слой 330 с оптической осью, перпендикулярной плоскости замедляющего слоя, как показано на фиг. 18А, причем пассивный замедляющий слой 330 обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от -300 нм до -1600 нм, предпочтительно в диапазоне от -500 нм до -1300 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от -700 нм до -1150 нм; или в альтернативном варианте осуществления пассивный компенсирующий замедляющий слой может содержать пару замедляющих слоев (не показаны) с пересекающимися оптическими осями в плоскости замедляющих слоев, при этом каждый замедляющий слой из пары замедляющих слоев обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от 400 нм до 1600 нм, предпочтительно в диапазоне от 600 нм до 1400 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 800 нм до 1300 нм.
Если поверхностный ориентирующий слой 441, выполненный с возможностью обеспечения поперечного упорядочения, находится между слоем жидкокристаллического материала 423 и компенсирующим замедляющим слоем 330, то слой жидкокристаллического материала 423 обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от 700 нм до 2000 нм, предпочтительно в диапазоне от 1000 нм до 1700 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 1200 нм до 1500 нм. Если поверхностный ориентирующий слой 441, выполненный с возможностью обеспечения поперечного упорядочения, находится между слоем жидкокристаллического материала 423 и компенсирующим замедляющим слоем 330, пассивный компенсирующий замедляющий слой может содержать замедляющий слой 330 с оптической осью, перпендикулярной плоскости фазовой пластины, как показано на фиг. 18А, причем пассивный замедляющий слой обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от -400 нм до -1800 нм, предпочтительно в диапазоне от -700 нм до -1500 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от -900 нм до -1300 нм; или в альтернативном варианте осуществления пассивный компенсирующий замедляющий слой может содержать пару замедляющих слоев (не показаны) с пересекающимися оптическими осями в плоскости замедляющих слоев, при этом каждый замедляющий слой из пары замедляющих слоев обеспечивает фазовый сдвиг для света с длиной волны 550 нм в диапазоне от 400 нм до 1800 нм, предпочтительно в диапазоне от 700 нм до 1500 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 900 нм до 1300 нм.
По сравнению с конструкцией, представленной на фиг. 5А, конфиденциальный режим работы может преимущественно обеспечивать повышенную устойчивость к визуализации потока материала при нажатии на жидкокристаллический замедляющий слой.
Для сравнения с настоящими вариантами осуществления ниже будет описаны характеристики замедляющих слоев, размещенных между параллельными поляризаторами при последовательном размещении. Прежде всего, ниже будет описано поле зрения продольно упорядоченного жидкокристаллического замедляющего слоя 301 для двух различных управляющих напряжений.
Фиг. 19А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции продольно упорядоченного переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 390; фиг. 19В представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 19А для первого приложенного напряжения; и фиг. 19С представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 19А для второго приложенного напряжения, которое больше первого приложенного напряжения, содержащий структуру, представленную в таблице 9. Продольно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 390 соответствует переключаемому жидкокристаллическому замедляющему слою 330, описанному выше, и может быть применен в качестве переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя в любом из устройств, описанных в настоящем документе.
Фиг. 19D представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе пассивного замедляющего слоя 392 с С-пластинами, расположенного между параллельными поляризаторами; и фиг. 19Е представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 19D, содержащий структуру, представленную в таблице 9. Пассивный замедляющий слой 392 с С-пластинами соответствует пассивному компенсирующему замедляющему слою 330 и может быть применен в качестве по меньшей мере одного пассивного компенсирующего замедляющего слоя в любом из устройств, описанных в настоящем документе.
Таблица 9
ФИГУРА
Пассивный (-ые) компенсирующий (-ие) замедляющий (-ие) слой (-и)
Централь-ный поляриза-тор
Активный ЖК замедляющий слой
Тип
Δn. d/нм
Ориентирую-щие слои
Пред-наклон/град.
Δn. d/нм
Δε
Напря-жение/В
19A и 19B
-
-
-
ПродольныеПродольные
1
900
+15
2,4
20,0
19D и 19E
Отрицатель-наяС-пластина
-700
-
-
-
-
-
-
20A и 20B
Отрицатель-наяС-пластина
-700
Да
ПродольныеПродольные
1
900
+15
2,4
20,0
21A и 21B
Отрицатель-наяС-пластина
-700
Нет
ПродольныеПродольные
1
900
+15
2,4
20,0
Фиг. 20А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции продольно упорядоченного переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 390, размещенного между параллельными поляризаторами 394, 396, последовательно с управляющим полем зрения пассивным замедляющим слоем, содержащим замедляющий слой 392 с С-пластинами, размещенный между параллельными поляризаторами 396, 398; фиг. 20В представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 20А для первого приложенного напряжения; фиг. 20С представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 20А для второго приложенного напряжения, которое больше первого приложенного напряжения, содержащий структуру, представленную в таблице 9.
Фиг. 21A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции продольно упорядоченного переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 301 последовательно с компенсирующим замедляющим слоем 330 с С-пластинами, при этом продольно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический материал 712 и компенсирующий замедляющий слой 330 с С-пластинами располагаются между одной парой параллельных поляризаторов; фиг. 21В представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 21А для первого приложенного напряжения; и фиг. 21С представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 21А для второго приложенного напряжения, которое больше первого приложенного напряжения, содержащий структуру, представленную в таблице 9.
Неожиданно оказалось, что оптимальные условия для работы при максимальном поле зрения обеспечивают равные и противоположные результирующие фазовые сдвиги компенсирующего замедляющего слоя 330 по сравнению с переключаемым жидкокристаллическим замедляющим слоем 301 в его отключенном состоянии. Идеальный компенсирующий замедляющий слой 330 и переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301 могут обеспечивать (i) отсутствие изменений в характеристиках вводимого света в широкоугольном режиме работы и (ii) оптимальное снижение бокового угла обзора для положений вне основной оси для всех элеваций, если они выполнены с возможностью обеспечения узкоугольного состояния. Такую концепцию можно применять ко всем устройствам отображения, описанным в настоящем документе.
Возможно, будет желательно усиливать уменьшение яркости для положений обзора вне основной оси. В частности, было бы желательно обеспечить более значительное снижение конфиденциальности жидкокристаллического дисплея с широкоугольной подсветкой.
Фиг. 22А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе (и отметим, перевернутый вид, где ось z, вдоль которой направлен отдаваемый свет, направлена вниз) конструкции переключаемого компенсирующего замедляющего слоя в конфиденциальном режиме работы, содержащего: первый переключаемый компенсирующий замедляющий слой 300А (в данном случае пассивный компенсирующий замедляющий слой 330А с отрицательными С-пластинами и поперечно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301А, но это только пример, их можно заменить любыми конструкциями множества замедляющих слоев, описанных в настоящем документе), расположенный между выходным поляризатором 218 дисплея и дополнительным поляризатором 318А; и дополнительный переключаемый компенсирующий замедляющий слой 300B (в данном случае пассивный компенсирующий замедляющий слой 330B с отрицательными С-пластинами и поперечно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301В, но это только пример, их можно заменить любыми конструкциями множества замедляющих слоев, описанных в настоящем документе), расположенный между первым упомянутым дополнительным поляризатором 318А и еще одним дополнительным поляризатором 318B с направлением 319B пропускания электрического вектора.
В альтернативном варианте осуществления первым упомянутый дополнительный поляризатор 318А может располагаться на входной стороне входного поляризатора 210 дисплея, в это случае еще один дополнительный поляризатор 318B может располагаться на входной стороне входного поляризатора 210 дисплея между первым упомянутым дополнительным поляризатором дисплея 318A и подсветкой 20, а дополнительный переключаемый компенсирующий замедляющий слой 300B может располагаться между еще одним дополнительным поляризатором 318B и первым упомянутым дополнительным поляризатором 318A.
В этих двух альтернативных вариантах осуществления каждый из первого множества замедляющих слоев 300A и дополнительного множества замедляющих слоев 300B располагается между соответствующей парой поляризаторов, а потому действует подобно соответствующей структуре в описанных выше устройствах.
Направления 307A, 309AA преднаклона ориентирующих слоев дополнительного переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 301A могут включать в себя компонент в плоскости жидкокристаллического слоя, который упорядочен параллельно, или антипараллельно, или ортогонально направлениям преднаклона ориентирующих слоев 307B, 309AB первого переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 301B. В широкоугольном режиме работы активированы оба переключаемых жидкокристаллических замедляющих слоя 301A, 301B, чтобы обеспечить широкий угол обзора. В конфиденциальном режиме работы переключаемые жидкокристаллические замедляющие слои 301B, 301A могут взаимодействовать друг с другом, чтобы добиваться более значительного уменьшения яркости и тем самым повышать уровень конфиденциальности на единственной оси, что является преимуществом.
Фазовые сдвиги, которые обеспечивает первый переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301B и дополнительные жидкокристаллические замедляющие слои 301А, могут отличаться друг от друга. Переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301В и дополнительный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301А могут активироваться общим напряжением, и жидкокристаллический материал 408B в первом переключаемом жидкокристаллическом замедляющем слое 301B может отличаться от жидкокристаллического материала 408A в дополнительном переключаемом жидкокристаллическом замедляющем слое 301A. Таким образом, могут быть уменьшены хроматические изменения полярных профилей яркости, как показано в других разделах настоящего документа, с тем чтобы преимущественно улучшить цветовую визуализацию вне основной оси.
В альтернативном варианте осуществления переключаемые жидкокристаллические замедляющие слои 301B, 301A могут иметь ортогональное упорядочение, так что и в горизонтальном, и в вертикальном направлениях достигнуто уменьшение яркости, чтобы преимущественно обеспечить конфиденциальный режим работы в альбомной и книжной ориентациях.
В альтернативном варианте осуществления слои 301A, 301B могут предусматривать различные управляющие напряжения. Преимуществом является возможность более эффективного управления разверткой профиля яркости или переключением между альбомной ориентацией и конфиденциальным режимом.
Слой 330B регулирования фазового сдвига может содержать пассивный компенсирующий замедляющий слой 330A, расположенный между первым дополнительным поляризатором 318A и еще одним дополнительным поляризатором 318B. В более общем случае можно исключить переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301A и обеспечить фиксированное уменьшение яркости за счет пассивных компенсирующих замедляющих слоев 330A. Например, уменьшение яркости в квадрантах обзора можно получить за счет одного только слоя 330А. Преимуществом является возможность обеспечить расширение площади полярной области для уменьшения яркости. Кроме того, можно использовать подсветку с более широким углом выходной яркости по сравнению с коллимирующей подсветкой, увеличивая видимость дисплея в широкоугольном режиме работы.
Фиг. 22B представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции первого переключаемого компенсирующего замедляющего слоя, расположенного на входе жидкокристаллического дисплея, и второго переключаемого компенсирующего замедляющего слоя, расположенного на выходе жидкокристаллического дисплея.
Первым упомянутый дополнительный поляризатор 318А расположен на входной стороне входного поляризатора 210 дисплея между входным поляризатором 210 дисплея и подсветкой 20, и устройство отображения дополнительно содержит: еще один дополнительный поляризатор 318B, расположенный на выходной стороне выходного поляризатора 218 дисплея; и дополнительные замедляющие слои 301В, 330В, расположенные между еще одним дополнительным поляризатором 318В и выходным поляризатором 218 дисплея. Дополнительные замедляющие слои содержат дополнительный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301B со слоем жидкокристаллического материала 414B и электродами 413B, 415B на противоположных сторонах слоя жидкокристаллического материала 414В, при этом слой жидкокристаллического материала 414B может переключаться между двумя состояниями ориентации под действием напряжения, приложенного к электродам 413B, 415B.
Фиг. 22C представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптического элемента управления углом обзора, содержащего первый пассивный компенсирующий замедляющий слой, первый переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой, первый управляющий поляризатор 250, второй пассивный компенсирующий замедляющий слой, второй переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой и второй управляющий поляризатор 250. Такой элемент может обеспечивать характеристики, аналогичные конструкции, представленной на фиг. 22B, при использовании с устройством 100 отображения, содержащим пространственный модулятор 48 света.
Может быть желательно обеспечить развлекательный и ночной режимы работы в автотранспортном средстве.
Фиг. 22D представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сверху автотранспортного средства с переключаемым устройством направленного отображения, таким как представленное на фиг. 22В, размещенным в салоне 602 транспортного средства для дневного и/или совместного режимов работы; и фиг. 22Е представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку автотранспортного средства с переключаемым устройством направленного отображения, размещенным в салоне 602 транспортного средства для дневного и/или совместного режимов работы. Световой конус 630, 632 сформирован с широкоугольным полем зрения, и поэтому дисплей преимущественно виден многим находящимся в салоне.
Фиг. 22F представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сверху автотранспортного средства с переключаемым устройством направленного отображения, таким как представленное на фиг. 22В, размещенным в салоне 602 транспортного средства для ночного и/или развлекательного режимов работы; и фиг. 22G представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку автотранспортного средства с переключаемым устройством направленного отображения, размещенным в салоне 602 транспортного средства для ночного и/или развлекательного режимов работы. Световой конус 634, 636 сформирован с узкоугольным полем зрения, и поэтому дисплей преимущественно виден только одному из находящихся в салоне. Преимуществом является возможность ограничить интенсивность рассеянного света в ночном режиме работы, что повышает безопасность водителя. Более того, уменьшается отражение дисплея на лобовом стекле 601, что минимизирует вероятность отвлечения водителя 604.
Было бы желательно обеспечить ограниченное поле зрения для световых конусов, которые формирует подсветка широкоугольного освещения и эмиссионные пространственные модуляторы света, и при этом с низкими затратами.
Фиг. 23A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции отражающего дополнительного поляризатора 318A и пассивного замедляющего слоя 270, расположенных на входе пространственного модулятора 48 света. На выходе пространственного модулятора 48 света располагается множество замедляющих слоев 300, подобных использованным в устройстве, представленном на фиг. 22В. По сравнению с конструкцией, представленной на фиг. 22В пассивный замедляющий слой 270 предусмотрен вместо заднего компенсирующего переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя 300A. Преимуществом является снижение затрат и уменьшение толщины при одновременном обеспечении низкой яркости вне основной оси в конфиденциальном режиме работы и приемлемого значения угла обзора в широкоугольном режиме работы.
Фиг. 23В представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптического элемента управления углом обзора, содержащего пассивный замедляющий слой 270, первый управляющий поляризатор 250А, пассивный компенсирующий замедляющий слой 330, переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301 и второй управляющий поляризатор 250В. Оптический элемент расположен перед пространственным модулятором 48 света, чтобы обеспечить устройство отображения.
Ниже приведено описание различных пассивных замедляющих слоев 270, любой из которых может быть применен в любом из описанных выше устройств.
Фиг. 24A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптической стопы пассивного замедляющего слоя 270, содержащего замедляющий слой 272А с отрицательными О-пластинами, наклоненными в плоскости, ортогональной направлению пропускания электрического вектора поляризатора дисплея, и замедляющий слой 272В с отрицательными С-пластинами, и выполненной с возможностью обеспечения изменения поля зрения устройства отображения; и фиг. 24В представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в пассивном замедляющем слое в соответствии с фиг. 24А, содержащий структуру, приведенную в таблице 10.
Таблица 10
ФИГУРЫ
Пассивный замедляющий слой
Слой
Тип
Угол вне плоскости /°
Угол в плоскости /°
Δn. d/нм
24A и 24B
272A
Отрицательная О-пластина
65
90
-550
272B
Положительная C-пластина
90
0
+500
Таким образом, пассивный замедляющий слой 270 содержит пассивный замедляющий слой 272A, который представляет собой отрицательную О-пластину с оптической осью с компонентом в плоскости пассивного замедляющего слоя 272А и компонентом, перпендикулярным плоскости пассивного замедляющего слоя 272А. Более того, компонент в плоскости пассивного замедляющего слоя проходит под углом 90° по отношению к направлению пропускания электрического вектора, которое параллельно направлению пропускания 219 электрического вектора поляризатора 218 дисплея. Пассивный замедляющий слой 272B содержит пассивный замедляющий слой с оптической осью, перпендикулярной плоскости пассивного замедляющего слоя.
Преимуществом является возможность снизить яркость для боковых направлений обзора. Мобильный дисплей можно без труда поворачивать вокруг горизонтальной оси, обеспечивая при этом конфиденциальность в случае присутствия подглядывающих вне основной оси в боковом направлении.
Фиг. 24С представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптической стопы пассивного замедляющего слоя 270, содержащего перекрестные А-пластины и положительную О-пластину; и фиг. 24D представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в пассивном замедляющем слое в соответствии с фиг. 24C, содержащий структуру, представленную в таблице 11.
Таблица 11
ФИГУРЫ
Пассивный замедляющий слой
Слой
Тип
Угол вне плоскости /°
Угол в плоскости /°
Δn. d/нм
24C и 24D
272A
Положительная А-пластина
0
45
+500
272B
Положительная А-пластина
0
135
+500
Положительная О-пластина
65
90
+550
Таким образом, пассивный замедляющий слой 270 содержит пассивные замедляющие слои 272A, 272В, которые представляют собой перекрестные А-пластины, и замедляющий слой 272С с оптической осью с компонентом в плоскости пассивного замедляющего слоя 272С и компонентом, перпендикулярным плоскости пассивного замедляющего слоя 272С. Компонент в плоскости пассивного замедляющего слоя проходит под углом 90° по отношению к направлению пропускания электрического вектора, которое параллельно направлению пропускания 219 электрического вектора поляризатора 218 дисплея. Преимуществом является возможность снизить яркость для боковых направлений обзора. Мобильный дисплей можно без труда поворачивать вокруг горизонтальной оси, обеспечивая при этом конфиденциальность в случае присутствия подглядывающих вне основной оси в боковом направлении.
Может быть желательно обеспечить снижение яркости и в боковом, и в вертикальном направлениях.
Фиг. 24Е представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе оптической стопы пассивных замедляющих слоев 272A-D, содержащих две пары перекрестных А-пластин; и фиг. 24F представляет собой график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в пассивном замедляющем слое в соответствии с фиг. 24Е, содержащий структуру, представленную в таблице 12.
Таблица 12
ФИГУРЫ
Пассивный управляющий замедляющий слой
Слой
Тип
Угол вне плоскости /°
Угол вплоскости /°
Δn. d/нм
24E, 24F
272A
Положительная А-пластина
0
45
700
272B
90
0
272D
135
Таким образом, замедляющий слой 270 содержит пару пассивных замедляющих слоев 272A, 272D с пересекающимися оптическими осями в плоскости замедляющих слоев. Каждый из пары замедляющих слоев содержит множество A-пластин с соответствующими оптическими осями, проходящими под различными углами относительно друг друга. Пара пассивных замедляющих слоев 272B, 272C имеет оптические оси, которые проходят под углами 90° и 0° соответственно по отношению к направлению пропускания электрического вектора, которое параллельно направлению пропускания 211 электрического вектора поляризатора 210 дисплея.
Пара пассивных замедляющих слоев 272A, 272D имеет оптические оси, которые проходят под углами 45° и 135° соответственно по отношению к направлению 211 пропускания электрического вектора, которое параллельно направлению пропускания электрического вектора поляризатора 218 дисплея.
Дисплей дополнительно содержит еще одну пару пассивных замедляющих слоев 272B, 272C, расположенных между первой упомянутой парой пассивных замедляющих слоев 272A, 272D с пересекающимися оптическими осями в плоскости замедляющих слоев. Дополнительная пара пассивных замедляющих слоев 272B, 272C имеет оптические оси, которые проходят под углами 0° и 90° соответственно по отношению к направлению 211, 317 пропускания электрического вектора, которое параллельно направлению пропускания электрического вектора поляризатора 210, 316 дисплея.
Фазовый сдвиг каждой А-пластины для света с длиной волны 550 нм может находиться в диапазоне от 600 нм до 850 нм, предпочтительно в диапазоне от 650 нм до 730 нм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 670 нм до 710 нм. Преимуществом является возможность снизить изменение цвета поглощаемого света от центрального положения обзора до положения обзора вне основной оси.
В дополнительных иллюстративных вариантах осуществления угол 273А предпочтительно составляет по меньшей мере 40° и максимально 50°, более предпочтительно по меньшей мере 42,5° и максимально 47,5° и наиболее предпочтительно по меньшей мере 44° и максимально 46°. Угол 273D предпочтительно составляет по меньшей мере 130° и максимально 140°, более предпочтительно по меньшей мере 132,5° и максимально 137,5° и наиболее предпочтительно по меньшей мере 134° и максимально 136°.
В дополнительных иллюстративных вариантах осуществления внутренняя пара замедляющих слоев 272B, 272C может быть изготовлена с менее строгими допусками, чем внешняя пара замедляющих слоев 272A, 272D. Угол 273B предпочтительно составляет по меньшей мере -10° и максимально 10°, более предпочтительно -5° и максимально 5° и наиболее предпочтительно по меньшей мере -2° и максимально 2°. Угол 273С предпочтительно составляет по меньшей мере 80° и максимально 100°, более предпочтительно по меньшей мере 85° и максимально 95° и наиболее предпочтительно по меньшей мере 88° и максимально 92°.
В настоящем варианте осуществления предложен профиль пропускания, который обладает определенной вращательной симметрией. Преимуществом является возможность обеспечить конфиденциальный дисплей со сниженной видимостью изображения при широком поле зрения для боковых или вертикальных положений обзора подглядывающего. Кроме того, такую конструкцию можно использовать для обеспечения улучшенного конфиденциального режима работы для альбомной и книжной ориентации мобильного дисплея. Такую конструкцию можно устанавливать в транспортном средстве, чтобы снизить интенсивность рассеянного света для пассажиров вне основной оси, а также уменьшить интенсивность света, падающего на лобовое стекло и другие стеклянные поверхности транспортного средства.
Было бы желательно обеспечить улучшенную визуализацию изображения за счет добавления маскировки к конфиденциальному изображению, которое видит подглядывающий 47 в конфиденциальном режиме работы.
Фиг. 25А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку в перспективе конструкции переключаемого замедляющего слоя в конфиденциальном режиме работы, содержащего пассивный компенсирующий замедляющий слой с отрицательными С-пластинами и поперечно упорядоченный переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой, дополнительно содержащего структурированный электродный слой 415. Таким образом, электроды 415a, 415b, 415c являются структурированными с возможностью обеспечения по меньшей мере двух структурированных областей.
По меньшей мере один из электродов 413, 415 может быть структурированным, в данном примере структурированным является электрод 415 с областями 415a, 415b, 415c, которыми управляют соответствующие источники напряжения 350a, 350b, 350c со значениями напряжений Va, Vb, Vc. Между областями 415a, 415b, 415с электродов могут быть предусмотрены зазоры 417. Таким образом, наклон материала 414a, 414b, 414c можно регулировать независимо для визуализации маскирующей структуры с различными уровнями яркости при обзоре вне основной оси.
Таким образом, переключаемым жидкокристаллическим замедляющим слоем, расположенным между поляризатором 218 дисплея и дополнительным поглощающим поляризатором 318, управляют адресные электроды 415a, 415b, 415c и общий электрод 413. Адресные электроды могут быть структурированы с возможностью обеспечения по меньшей мере двух структурированных областей, содержащих электрод 415a и зазор 417.
Фиг. 25B представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид спереди в перспективе) для основного наблюдателя и подглядывающего на конфиденциальном дисплее с маскировкой и контролем яркости. Устройство 100 отображения может включать данные 601 темного изображения и данные 603 белого фона, видимые основному наблюдателю 45 в окне просмотра 26p. Для сравнения: подглядывающий 47 может видеть замаскированное изображение, как показано на фиг. 25C, которая представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид сбоку в перспективе) для подглядывающего на конфиденциальном дисплее с маскировкой и контролем яркости. Таким образом, в областях 603 белого фона может быть предусмотрена маскирующая структура, которая создает смешанную яркость в белой области 603. Таким образом, структурированные области электродов 415a, 415b, 415c представляют собой маскирующие структуры. По меньшей мере одна из структурированных областей имеет независимую адресацию и выполнена с возможностью работы в конфиденциальном режиме.
Структурированные области могут быть выполнены с возможностью обеспечения маскировки для множества пространственных частот посредством управления структурами, которые активируются в конфиденциальном режиме работы. В иллюстративном примере может быть представлена презентация с текстом высотой 20 мм. Маскирующая структура с аналогичным размером структуры может отображаться с помощью первого управления структурой электродов. Во втором примере может быть представлена фотография с большой площадью, которая лучше всего видна подглядывающему 47. Пространственная частота маскирующей структуры может быть снижена, чтобы скрыть структуры большей площади за счет комбинирования областей первого и второго электродов, с тем чтобы подавать напряжение и добиваться итоговой структуры с более низкой пространственной частотой.
Преимуществом является то, что за счет корректировки напряжений Va, Vb, Vc в слое 892 может быть обеспечена управляемая маскирующая структура. При работе в режиме прямого просмотра маскирующая структура может оставаться по существу невидимой. Более того, маскирующее изображение можно удалить, если подать одинаковые Va, Vb и Vc.
Было бы желательно обеспечить такую яркость вне основной оси для подглядывающего, которая составляет, например, менее 1%. Ниже будут описаны устройства направленной подсветки с низкой яркостью вне основной оси, которые можно использовать с вместе с компенсирующими переключаемыми жидкокристаллическими замедляющими слоями настоящих вариантов осуществления. Ниже будут дополнительно описаны устройства направленной подсветки.
Аналогичное структурирование можно применять в любых устройствах, описанных в настоящем документе.
Было бы желательно обеспечить дополнительное уменьшение яркости вне основной оси за счет направленного освещения от пространственного модулятора 48 света. Ниже будет описано направленное освещение от пространственного модулятора 48 света за счет использования устройств направленной подсветки 20.
Фиг. 26A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид спереди в перспективе направленной подсветки 20, а фиг. 26B представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид спереди в перспективе ненаправленной подсветки 20, причем любую из них можно применять в любом из устройств, описанных в настоящем документе. Таким образом, направленная подсветка 20, как показано на фиг. 26A, формирует узкий конус 450, тогда как ненаправленная подсветка 20, как показано на фиг. 26B, формирует конус 452 с широкоугольным распределением выходящих лучей света.
Фиг. 26C представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую изменение яркости в зависимости от бокового угла обзора для ряда различных конструкций подсветки. График, представленный на фиг. 26С, может представлять собой поперечное сечение полярных профилей поля зрения, описанных в настоящем документе.
Подсветка с излучателем Ламберта отличается профилем 846 яркости, который не зависит от угла обзора.
Стандартная широкоугольная подсветка характеризуется разверткой при больших углах, так что полная ширина на половине максимума 866 относительной яркости может быть больше 40°, предпочтительно больше 60° и наиболее предпочтительно больше 80°. Кроме того, относительная яркость 864 при +/-45° предпочтительно больше 7,5%, более предпочтительно больше 10% и наиболее предпочтительно больше 20%.
Для сравнения: направленная подсветка 20 характеризуется разверткой при больших углах, так что полная ширина на половине максимума 862 относительной яркости может быть меньше 60°, предпочтительно меньше 40° и наиболее предпочтительно меньше 20°. Более того, подсветка 20 может обеспечивать яркость при полярных углах по отношению к нормали к пространственному модулятору 48 света, превышающих 45 градусов, которая составляет максимально 33% яркости вдоль нормали к пространственному модулятору 48 света, предпочтительно максимально 20% яркости вдоль нормали к пространственному модулятору 48 света и наиболее предпочтительно максимально 10% яркости вдоль нормали к пространственному модулятору 48 света.
Рассеяние и дифракция пространственного модулятора 48 света могут снижать эффективность конфиденциального режима работы, если переключаемый замедляющий слой 300 располагается между входным поляризатором 210 дисплея и дополнительным поляризатором 318. Яркость при полярных углах относительно нормали к пространственному модулятору света, превышающая 45 градусов, может увеличиваться в тех конструкциях, в которых переключаемый замедляющий слой 300 располагается между выходным поляризатором 218 дисплея и дополнительным поляризатором 318, по сравнению с конструкциями, в которых переключаемый замедляющий слой 300 располагается между входным поляризатором 210 дисплея и дополнительным поляризатором 318.
Преимуществом является возможность обеспечить уменьшенную яркость вне основной оси для конструкции, представленной на фиг. 1А, по сравнению с фиг. 2А с той же подсветкой 20.
В иллюстративном варианте осуществления, представленном на фиг. 1А, яркость при полярных углах относительно нормали к пространственному модулятору 48 света, превышающих 45 градусов, может составлять максимально 18%, тогда как в иллюстративном варианте осуществления, представленном на фиг. 2А, яркость при полярных углах относительно нормали к пространственному модулятору 48 света, превышающих 45 градусов, может составлять максимально 10%. Преимуществом является то, что вариант осуществления, представленный на фиг. 1А, может обеспечивать более широкое пространство обзора в широкоугольном режиме работы, одновременно обеспечивая пространство обзора в конфиденциальном режиме работы, аналогичное варианту осуществления, представленному на фиг. 2А.
Такие профили яркости могут быть обеспечены направленными подсветками 20, описанными ниже, или также могут быть обеспечены широкоугольными подсветками в комбинации с еще одним дополнительным поляризатором 318B и пассивными замедляющими слоями 270 или дополнительным компенсирующим переключаемым жидкокристаллическим замедляющим слоем 300B.
Фиг. 27А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку переключаемого устройства 100 направленного отображения, содержащего переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 300 и подсветку 20. Подсветку 20, представленную на фиг. 27А можно применять в любом из устройств, описанных в настоящем документе и содержащих создающий изображение волновод 1, освещаемый набором источников света 15 через входной конец 2. Фиг. 27B представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сзади в перспективе режима работы создающего изображение волновода 1, представленного на фиг. 27А, в узкоугольном режиме работы.
Создающие изображение волноводы 1 относятся к тому же типу волноводов, что и описанные в патенте США № 9,519,153, который полностью включен в настоящий документ путем ссылки. Волновод 1 имеет входной конец 2, проходящий в боковом направлении вдоль волновода 1. Набор источников 15 света расположен вдоль входного конца 2 и подает свет в волновод 1.
[409] Волновод 1 также имеет противолежащие первую и вторую направляющие поверхности 6, 8, проходящие через волновод 1 от входного конца 2 до отражающего конца 4 для направления вводимого света на входном конце 2 вперед и назад вдоль волновода 1. Вторая направляющая поверхность 8 имеет множество элементов 12 вывода света, обращенных к отражающему концу 4 и выполненных с возможностью отражения по меньшей мере части света, направленного обратно через волновод 1 от отражающего конца 4 из различных входных положений вдоль входного конца 2 в различных направлениях, которые зависят от положения ввода, через первую направляющую поверхность 6.
В рабочем режиме лучи света проходят от набора 15 источников света через входной конец и направляются на отражающий конец 4 между первой и второй направляющими поверхностями 6, 8 без потерь. Отраженные лучи падают на грани 12 и выходят при отражении в виде лучей 230 света или при пропускании в виде лучей 232 света. Пропущенные лучи 232 света направляются обратно через волновод 1 гранями 803, 805 заднего отражателя 800. Принцип работы задних отражателей дополнительно описан в патенте США № 10,054,732, который полностью включен в настоящий документ путем ссылки.
Как показано на фиг. 27B, оптическая сила изогнутого отражающего конца 4 и граней 12 формирует оптическое окно 26, которое пропускают через пространственный модулятор 48 света, и оно содержит ось 197, которая, как правило, проходит вдоль оптической оси 199 волновода 1. Аналогичное оптическое окно 26 формируют пропускаемые лучи 232 света, которые отражает задний отражатель 800.
Фиг. 27C представляет собой схематичный график, иллюстрирующий диаграмму яркости поля зрения для выходного сигнала, представленного на фиг. 27В при использовании в устройстве отображения без переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя.
Таким образом, для положения обзора вне основной оси, наблюдаемые подглядывающими 47, могут иметь уменьшенную яркость, например от 1% до 3% от центральной пиковой яркости при элевации 0 градусов и значении бокового угла +/-45 градусов. Дополнительного уменьшения яркости вне основной оси достигают за счет множества замедляющих слоев 301, 330 настоящих вариантов осуществления.
Ниже будет описан другой тип направленной подсветки с низкой яркостью вне основной оси.
Фиг. 28А представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сбоку переключаемого устройства направленного отображения, содержащего подсветку 20, в том числе переключаемый коллимирующий волновод 901 и переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 300 и дополнительный поляризатор 318. Подсветку 20, представленную на фиг. 28А, можно использовать в любых устройствах, описанных в настоящем документе, и она имеет следующую конструкцию.
Волновод 901 имеет входной конец 902, проходящий в боковом направлении вдоль волновода 901. Набор источников 915 света расположен вдоль входного конца 902 и подает свет в волновод 1. Волновод 901 также имеет противолежащие первую и вторую направляющие поверхности 906, 908, проходящие через волновод 1 от входного конца 2 до отражающего конца 4 для направления вводимого света на входном конце 2 вперед и назад вдоль волновода 1. В рабочем режиме свет направляется между первой и второй направляющими поверхностями 906, 908.
На первой направляющей поверхности 906 может быть предусмотрена линзовая структура 904, содержащая множество удлиненных линзовых элементов 905, а на второй направляющей поверхности 908 могут быть предусмотрены призматические структуры 912, которые наклонены и выполняют функции элементов вывода света. Множество удлиненных линзовых элементов 905 линзовой структуры 904 и множество наклоненных элементов вывода света отражают вводимый свет, направляемый через волновод 901, чтобы он выходил через первую направляющую поверхность 906.
Задний отражатель 903, который может представлять собой плоский отражатель, обеспечен, для того чтобы направлять свет, который пропускают через поверхность 908, обратно через волновод 901.
Выходные лучи света, которые падают как на призматические структуры 912, так и линзовые элементы 905 линзовой структуры 904, выходят под углами, близкими к падению под малым углом к поверхности 906. Призматическая отражающая пленка 926, содержащая грани 927, выполнена с возможностью перенаправления выводимых лучей 234 света за счет полного внутреннего отражения через пространственный модулятор 48 света и компенсирующий переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 300.
Фиг. 28В представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вид сверху выхода коллимирующего волновода 901. Призматические структуры 912 выполнены с возможностью направления света под углами падения на линзовую структуру 904, и такие лучи проходят под углом ниже критического, а потому могут отклоняться. При падении на края линзовой поверхности наклон поверхности обеспечивает отражение света для отклоняющихся лучей и создает коллимирующий эффект. Луч 234 света может быть образован лучами 188a-c света и лучами 189a-c света с падением на положения 185 в линзовой структуре 904 коллимирующего волновода 901.
Фиг. 28C представляет собой схематичный график, иллюстрирующий полярную зависимость равной яркости поля зрения для устройства отображения в соответствии с фиг. 28А. Таким образом, может быть обеспечен узкий выходной световой конус, размер которого определяют структуры 904, 912 и отражающая пленка 926.
Преимуществом является то, что в областях с боковыми углами, например, 45 градусов или более, где могут находиться подглядывающие, яркость выхода на дисплей будет незначительной, как правило, менее 2%. Было бы желательно добиться дополнительного уменьшения выходной яркости. Такое дополнительное уменьшение обеспечивают компенсирующий переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 300 и дополнительный поляризатор 318, как показано на фиг. 28А. Преимуществом является то, что может быть обеспечен высокоэффективный конфиденциальный дисплей с низкой яркостью вне основной оси в пределах широкого поля зрения.
Направленные подсветки, такие как типы подсветок, приведенные на фиг. 27А и фиг. 28А, вместе с множествами замедляющих слоев 301, 330 настоящих вариантов осуществления, могут обеспечивать яркость вне основной оси менее 1,5%, предпочтительно менее 0,75% и наиболее предпочтительно менее 0,5% для характерных положений подглядывающего 47. Кроме того, для основного наблюдателя 45 может быть обеспечена высокая яркость и однородность света по основной оси. Преимуществом является то, что может быть обеспечен высокоэффективный конфиденциальный дисплей с низкой яркостью вне основной оси в пределах широкого поля зрения, который можно переключать в широкоугольный режим посредством управления переключаемым замедляющим слоем 301 с помощью системы 352 управления, представленной на фиг. 1А.
Ниже приведено дополнительное описание функции замедляющих слоев, расположенных между параллельными поляризаторами, для яркости вне основной оси. В различных описанных выше устройствах замедляющие слои располагаются между парой поляризаторов (как правило, дополнительным поляризатором 318 и либо входным поляризатором 210 и выходным поляризатором 218) в ряде различных конфигураций. В каждом случае замедляющие слои выполнены с возможностью исключения воздействия на яркость для света, проходящего через пару поляризаторов и множество замедляющих слоев вдоль оси по нормали к плоскости замедляющих слоев, но они не снижают яркость для света, проходящего через пару поляризаторов и множество замедляющих слоев, наклоненных к нормали к плоскости замедляющих слоев, по меньшей мере в одном из переключаемых состояний компенсирующего переключаемого замедляющего слоя 300. Ниже приведено более подробное описание этого эффекта, принципы которого можно применять в целом ко всем устройствам, описанным выше.
Фиг. 29A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) замедляющего слоя светом вне основной оси. Корректирующий замедляющий слой 630 может содержать материал с двойным преломлением, представленный эллипсоидом 632 показателя преломления с направлением 634 оптической оси при 0 градусов к оси х, имеющий толщину 631. Обычные лучи 636 света распространяются таким образом, что длина пути в материале совпадает с толщиной 631. Лучи 637 света находятся в плоскости y-z с увеличенной длиной пути; вместе с тем двойное преломление материала является по существу таким же, как для лучей 636. Для сравнения: лучи 638 света, которые находятся в плоскости x-z, отличаются увеличенной длиной пути в материале с двойным преломлением, и, кроме того, двойное преломление отличается от обычных лучей 636.
Таким образом, фазовый сдвиг замедляющего слоя 630 зависит от угла падения соответствующего луча, а также плоскость падения, то есть лучи 638 в плоскости x-z, будет иметь фазовый сдвиг, отличающийся от обычных лучей 636 и лучей 637 в плоскости y-z.
Ниже будет описано взаимодействие поляризованного света с замедляющим слоем 630. Чтобы выделить отличия первого и второго компонентов поляризации во время функционирования в направленной подсветке 101, в приведенном ниже пояснении будут рассмотрены третий и четвертый компоненты поляризации.
Фиг. 29B представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) замедляющего слоя светом вне основной оси для третьего состояния линейной поляризации под углом 90 градусов к оси х, и фиг. 29C представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) замедляющего слоя светом вне основной оси для четвертого состояния линейной поляризации под углом 0 градусов к оси х. В таких конструкциях состояния линейной поляризации падающего света совпадают с оптическими осями материала с двойным преломлением, представленного эллипсом 632. В результате не возникает никаких разностей фаз между третьим и четвертым компонентами ортогональной поляризации, и отсутствует какое-либо результирующее изменение состояния поляризации линейно поляризованного вводимого света для каждого луча 636, 637, 638. Таким образом, замедляющий слой 630 не вносит сдвига фазы в компоненты поляризации света, проходящего через поляризатор на входной стороне замедляющего слоя 630 вдоль оси по нормали к плоскости замедляющего слоя 630. Соответственно, замедляющий слой 630 не влияет на яркость света, проходящего через замедляющий слой 630 и поляризаторы (не показаны) на каждой стороне замедляющего слоя 630. Несмотря на то, что фиг. 29A-C относятся исключительно к замедляющему слою 630, который является пассивным, аналогичного эффекта достигают при применении в описанных выше устройствах переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя и множества замедляющих слоев.
Фиг. 29D представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) замедляющего слоя 630 светом вне основной оси для состояния линейной поляризации под углом 45 градусов. Состояние линейной поляризации может быть разложено на третий и четвертый компоненты поляризации, которые ортогональны и параллельны направлению оптической оси 634 соответственно. Толщина замедляющего слоя 631 и фазовый сдвиг материала, представленные эллипсоидом 632 показателя преломления, могут обеспечивать результирующий эффект относительного сдвига фазы падающих на слой третьего и четвертого компонентов поляризации на половину волны для заданной длины волны в направлении по нормали, представленным лучом 636. Заданная длина волны может находиться в диапазоне, например, от 500 до 550 нм.
При заданной длине волны и для света, распространяющегося по нормали вдоль луча 636, выходная поляризация может поворачиваться на 90 градусов по отношению линейному состоянию 640 поляризации при -45 градусов. У света, распространяющегося вдоль луча 637, можно наблюдать разность фаз, которая близка, но не совпадает с разностью фаз вдоль луча 637 из-за изменений в толщине, а потому на выходе может отмечаться состояние 639 эллиптической поляризации с главной осью, подобной оси линейной поляризации отдаваемого света для луча 636.
Напротив, разность фаз для состояния линейной поляризации вдоль луча 638 может существенно отличаться, в частности, может быть достигнуто меньшее значение разности фаз. Такая разность фаз может обеспечивать состояние 644 выходной поляризации, которое при заданной величине угла 642 наклона по существу круговое. Таким образом, замедляющий слой 630 вносит сдвиг фазы в компоненты поляризации света, проходящего через поляризатор на входной стороне замедляющего слоя 630 вдоль оси, соответствующей лучу 638, который наклонен относительно нормали к плоскости замедляющего слоя 630. Несмотря на то, что фиг. 29D относится к замедляющему слою 630, который является пассивным, аналогичного эффекта достигают при применении переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя и множества замедляющих слоев, описанных выше, в переключаемом состоянии переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя, соответствующем конфиденциальному режиму.
Чтобы проиллюстрировать пример характеристик стоп замедляющих слоев вне основной оси, ниже будет описано управление угловой яркостью для C-пластин 308A, 308B, расположенных между дополнительным поляризатором 318 и выходным поляризатором 218 дисплея, для различных вариантов освещения вне основной оси с учетом функций C-пластины 560, расположенной между параллельными поляризаторами 500, 210.
Фиг. 30A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) слоя С-пластины поляризованным светом вне основной оси с положительной элевацией. Падающий компонент 704 линейной поляризации попадает на материал 632 с двойным преломлением замедляющего слоя 560, который представляет собой С-пластину с направлением 507 оптической оси, которое перпендикулярно плоскости замедляющего слоя 560. У компонента 704 поляризации не наблюдают результирующей разности фаз при прохождении через молекулу жидкого кристалла, а потому выходной компонент поляризации идентичен компоненту 704. Таким образом, при прохождении через поляризатор 210 отмечают максимальное пропускание. Таким образом, замедляющий слой содержит замедляющий слой 560 с оптической осью 561, перпендикулярной плоскости замедляющего слоя 560, которая представляет собой плоскость x-y. Замедляющий слой 560 с оптической осью, перпендикулярной плоскости замедляющего слоя, содержит С-пластину.
Фиг. 30B представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) слоя С-пластины поляризованным светом вне основной оси с отрицательным боковым углом. Как и в конструкции, представленной на фиг. 30A, у состояния 704 поляризации не наблюдают результирующей разности фаз, и пропускание происходит с максимальной яркостью. Таким образом, замедляющий слой 560 не вносит сдвига фазы в компоненты поляризации света, проходящего через поляризатор на входной стороне замедляющего слоя 560 вдоль оси по нормали к плоскости замедляющего слоя 560. Соответственно, замедляющий слой 560 не влияет на яркость света, проходящего через замедляющий слой 560 и поляризаторы (не показаны) на каждой стороне замедляющего слоя 560. Несмотря на то, что фиг. 29A-C относятся исключительно к замедляющему слою 560, который является пассивным, аналогичного эффекта достигают при применении в описанных выше устройствах переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя и множества замедляющих слоев.
Фиг. 30C представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) слоя С-пластины поляризованным светом вне основной оси с положительной элевацией и отрицательным боковым углом. По сравнению с конструкцией, представленной на фиг. 30A-B, состояние 704 поляризации разделяется на собственные состояния 703, 705 по отношению к материалу 632 с двойным преломлением, что обеспечивает результирующую разность фаз при пропускании через замедляющий слой 560. Результирующий компонент 656 эллиптической поляризации пропускают через поляризатор 210 с уменьшенной яркостью по сравнению с лучами, представленными на фиг. 30A-B.
Фиг. 30D представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) слоя С-пластины поляризованным светом вне основной оси с положительной элевацией и положительным боковым углом. Аналогичным образом, как показано на фиг. 30C, компонент 704 поляризации разделяется на собственные состояния 703, 705, которые подвергаются результирующей разности фаз, и обеспечивается компонент 660 эллиптической поляризации, у которого после пропускания через поляризатор отмечают уменьшение яркости соответствующего луча вне основной оси. Таким образом, замедляющий слой 560 вносит сдвиг фазы в компоненты поляризации света, проходящего через поляризатор на входной стороне замедляющего слоя 560 вдоль оси, которая наклонена относительно нормали к плоскости замедляющего слоя 560. Несмотря на то, что фиг. 29D относится к замедляющему слою 560, который является пассивным, аналогичного эффекта достигают при применении переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя и множества замедляющих слоев, описанных выше, в переключаемом состоянии переключаемого жидкокристаллического замедляющего слоя, соответствующем конфиденциальному режиму.
Фиг. 30E представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 30A-D. Таким образом, С-пластина может обеспечивать уменьшение яркости в полярных квадрантах. В комбинации с переключаемым жидкокристаллическим замедляющим слоем 301, описанным в других разделах настоящего документа, (i) в первом состоянии широкоугольного режима работы можно исключить уменьшение яркости С-пластиной, и (ii) во втором состоянии узкоугольного режима работы может быть достигнуто уменьшение яркости в расширенной полярной области.
Чтобы проиллюстрировать пример характеристик стоп замедляющих слоев вне основной оси, ниже будет описано управление угловой яркостью для перекрестных А-пластин 308A, 308B, расположенных между дополнительным поляризатором 318 и выходным поляризатором 218 дисплея, для различных вариантов освещения вне основной оси.
1
1
Фиг. 31A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) замедляющих слоев с перекрестными А-пластинами поляризованным светом вне основной оси с положительной элевацией. Линейный поляризатор 218 с направлением 219 пропускания электрического вектора используют, чтобы обеспечить состояние 704 линейной поляризации, которое параллельно боковому направлению для первой А-пластины 308A из перекрестных А-пластин 308A, 308B. Направление 309A оптической оси наклонено под углом +45 градусов по отношению к боковому направлению. Фазовый сдвиг замедляющего слоя 308A для угла θ вне основной оси в направлении положительной элевации приводит к формированию результирующего компонента 650 поляризации, который обычно является эллиптическим на выходе. Компонент 650 поляризации попадает на вторую А-пластину 308B из перекрестных А-пластин 308A, 308B с направлением 309B оптической оси, которое ортогонально направлению 309A оптической оси первой А-пластины 308A. В плоскости падения, представленной на фиг. 31A, фазовый сдвиг второй А-пластины 308B для угла θ вне основной оси равен и противоположен фазовому сдвигу первой А-пластины 308A. Таким образом, для падающего компонента 704 поляризации обеспечен результирующий нулевой фазовый сдвиг, а выходной компонент поляризации идентичен входному компоненту 704 поляризации.
Выходной компонент поляризации совпадает с направлением пропускания электрического вектора дополнительного поляризатора 318, а потому его пропускание является эффективным. Преимуществом является возможность обеспечить по существу отсутствие потерь для лучей света, которые содержат угловой компонент с нулевым боковым углом, поэтому достигают эффективности полного пропускания.
Фиг. 31B представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) слоев фазовой пластины с перекрестными А-пластинами поляризованным светом вне основной оси с отрицательным боковым углом. Таким образом, первая А-пластина 308A преобразует входной компонент поляризации в промежуточный компонент 652 поляризации, который обычно представляет собой состояние эллиптической поляризации. Вторая А-пластина 308B снова формирует фазовый сдвиг, равный по величине и противоположный фазовому сдвигу первой А-пластины, так что выходной компонент поляризации идентичен входному компоненту 704 поляризации, и свет эффективно пропускают через поляризатор 318.
Таким образом, замедляющий слой содержит пару замедляющих слоев 308A, 308B с пересекающимися осями в плоскости замедляющих слоев 308A, 308B, которые образуют плоскость x-y в настоящих вариантах осуществления. Пара замедляющих слоев 308A, 308B имеет оптические оси 309A, 309B, которые проходят под углом 45° по отношению к направлению пропускания электрического вектора, которое параллельно направлению пропускания электрического вектора поляризатора 318.
Преимуществом является возможность обеспечить по существу отсутствие потерь для лучей света, которые содержат угловой компонент с нулевой элевацией, поэтому достигают эффективности полного пропускания.
Фиг. 31C представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) замедляющих слоев с перекрестными А-пластинами поляризованным светом вне основной оси с положительной элевацией и отрицательным боковым углом. Первая A-пластина 308A преобразует компонент 704 поляризации в компонент 654 эллиптической поляризации. Результирующий эллиптический компонент 656 выходит из второй А-пластины 308B. Входной поляризатор 318 анализирует эллиптический компонент 656 с уменьшенной яркостью по сравнению с входной яркостью первого компонента 704 поляризации.
Фиг. 31D представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую освещение (вид в перспективе) замедляющих слоев с перекрестными А-пластинами поляризованным светом вне основной оси с положительной элевацией и положительным боковым углом. Первая и вторая A-пластины 308A, 308B формируют компоненты 658 и 660 поляризации, так как результирующий фазовый сдвиг первого и второго замедляющих слоев не обеспечивает компенсации.
Таким образом, снижается яркость для лучей света с ненулевым боковым углом и ненулевыми компонентами элевации. Преимуществом является возможность повысить уровень конфиденциальности дисплея для подглядывающих, которые оказываются в квадрантах обзора дисплея, при этом не происходит существенного снижения эффективности яркости для основных пользователей дисплея.
Фиг. 31E представляет собой схематичный график, иллюстрирующий изменение выходного пропускания в зависимости от полярного направления для пропускаемых лучей света в соответствии с фиг. 31A-D. По сравнению с конструкцией, представленной на фиг. 30E, для обзора вне основной оси происходит расширение области уменьшения яркости. Вместе с тем переключаемый жидкокристаллический замедляющий слой 301 может обеспечивать снижение однородности по сравнению с конструкциями С-пластин для обзора вне основной оси в первом широкоугольном режиме рабочего состояния.
При использовании в настоящем документе термины «по существу» и «приблизительно» выражают общепринятые в отрасли степени допуска для соответствующих терминов и/или степени относительности между элементами. Такие общепринятые в отрасли степени допуска составляют от нуля процентов до десяти процентов и, без ограничений, соответствуют значениям компонентов, величинам углов и т.п. Такая взаимозависимость между элементами находится в диапазоне от приблизительно нуля процентов до десяти процентов.
Хотя выше описаны различные варианты осуществления в соответствии с принципами, описанными в настоящем документе, следует понимать, что они представлены исключительно для примера, а не для ограничения. Таким образом, широта и объем настоящего описания не должны быть ограничены любыми из описанных выше примеров осуществления, но должны определяться только в соответствии с любыми пунктами формулы изобретения и их эквивалентами, следующими из данного описания. Кроме того, указанные выше преимущества и элементы представлены в описанных вариантах осуществления, но не должны ограничивать сферу применения таких опубликованных пунктов формулы изобретения в отношении процессов и структур, реализуемых с помощью любого или всех из указанных выше преимуществ.
Кроме того, заголовки разделов в настоящем документе предложены для единообразия в соответствии с предложениями 37 CFR 1.77 (Свод федеральных правил) или иным образом для обеспечения организации текста. Данные заголовки не должны ограничивать или характеризовать вариант (-ы) осуществления, изложенный (-ые) в любых пунктах формулы изобретения, которые могут быть следствием настоящего описания. В частности и для примера, хотя заголовки относятся к «области техники», пункты формулы изобретения не должны быть ограничены языком, выбранным в данном заголовке для описания так называемой области. Кроме того, описание технологии в разделе «Предпосылки создания изобретения» не должно толковаться как признание того, что определенная технология представляет собой предшествующий уровень техники для любого (-ых) варианта (-ов) осуществления данного описания. Кроме того, раздел «Краткое описание» не должен считаться характеристикой варианта (-ов) осуществления, изложенного (-ых) в опубликованных пунктах формулы изобретения. Дополнительно в данном описании любая ссылка на «изобретение» в единственном числе не должна использоваться в качестве аргумента для утверждения того, что в данном описании присутствует лишь один новый элемент. В объем множества вариантов осуществления, вытекающих из данного описания, может входить множество изобретений, и, соответственно, в таких пунктах формулы изобретения заявлено (-ы) охраняемое (-ые) ими изобретение (-ия) и его (их) эквиваленты. Во всех случаях объем таких пунктов формулы изобретения рассматривается согласно их существу в свете настоящего описания и не должен быть ограничен приведенными в настоящем документе заголовками разделов.