ОТРАЖАЮЩАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СТОПА ДЛЯ ДИСПЛЕЯ С ЗАЩИТОЙ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
REFLECTING OPTICAL STACK FOR DISPLAY WITH DISPLAY PROTECTION

Область техники
Данное изобретение в целом относится к освещению от устройств управления световым излучением, а конкретнее, относится к отражающим оптическим стопам для применения в дисплеях, в том числе в дисплеях с защитой отображения информации.
Уровень техники
Дисплеи с защитой отображения информации предоставляют визуально доступное изображение основному пользователю, который, как правило, находится в позиции на оптической оси дисплея, и изображение пониженной визуальной доступности подглядывающему, который, как правило, находится в позиции вне оптической оси дисплея. Функция защиты отображения информации может выполняться с помощью оптических пленок с микрозатворами, которые передают видеосигнал высокой яркости от дисплея в направлении вдоль оптической оси дисплея и видеосигнал низкой яркости по направлению к позициям вне оптической оси дисплея, в то же время в таких пленках отсутствует возможность переключения, в результате чего функции дисплея ограничены исключительно защитой отображения информации.
Дисплеи с защитой отображения информации и возможностью переключения могут быть созданы за счет управления выходным оптическим излучением в области вне оптической оси дисплея.
Управление может осуществляться с помощью уменьшения яркости видеосигнала, например, с помощью переключаемых устройств подсветки для жидкокристаллического дисплея (LCD, liquid crystal display) пространственно-временного оптического модулятора (SLM, spatial light modulator). В устройстве подсветки дисплея обычно используются волноводы и источники светового излучения, установленные вдоль по меньшей мере одного края в области ввода волновода. Некоторые устройства направленной подсветки для формирования изображений выполнены с дополнительной возможностью направлять освещение через панель дисплея в окна просмотра. Система формирования изображения может быть образована различными источниками и соответствующими изображениями в окнах. Один из примеров устройства направленной подсветки для формирования изображений представляет собой оптический вентиль, который может использовать оптическую систему с изломанной оптической осью и в результате также может представлять собой пример устройства направленной подсветки с изломанной оптической осью для формирования изображений. Световое излучение может распространяться через оптический вентиль по сути без потерь в одном направлении, в то время как встречный световой пучок может быть выделен путем отражения от наклонных граней, как описано в патенте США № 9,519,153, содержание которого включено в данный документ в полном объеме посредством ссылки.
Управление защитой отображения информации в области вне оптической оси дисплея может также осуществляться с помощью снижения контрастности, например, посредством регулировки начального угла наклона директора жидкого кристалла в LCD дисплеях, выполненных по технологии плоскостного переключения.
Сущность изобретения
Согласно первому аспекту данного изобретения предлагается дисплейное устройство для использования при внешнем освещении, содержащее: SLM, выполненный с возможностью вывода светового излучения; при этом SLM содержит выходной поляризатор, установленный на выходной стороне SLM, причем выходной поляризатор представляет собой линейный поляризатор; дополнительный поляризатор, установленный на выходной стороне выходного поляризатора, причем дополнительный поляризатор представляет собой линейный поляризатор; отражающий поляризатор, установленный между выходным поляризатором и дополнительным поляризатором, причем отражающий поляризатор представляет собой линейный поляризатор; и по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер, установленный между отражающим поляризатором и дополнительным поляризатором, причем по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер выполнен с возможностью одновременно не вносить никакого результирующего относительного фазового сдвига в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор вдоль оси, направленной вдоль нормали к плоскости по меньшей мере одного управляющего полярными характеристиками ретардера, и вносить относительный фазовый сдвиг в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор вдоль оси, наклоненной относительно нормали к плоскости по меньшей мере одного управляющего полярными характеристиками ретардера.
По меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер может быть выполнен с возможностью не вносить никакого фазового сдвига в компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор вдоль оси, направленной вдоль нормали к плоскости по меньшей мере одного управляющего полярными характеристиками ретардера, и/или вносить фазовый сдвиг в компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор вдоль оси, наклоненной относительно нормали к плоскости по меньшей мере одного управляющего полярными характеристиками ретардера.
При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности создания направленного дисплея, предоставляющего высокие значения отражательной способности и низкой яркости в позициях просмотра вне оптической оси дисплея; и низкие значения отражательной способности и высокой яркости в позициях просмотра на оптической оси дисплея. Такая повышенная отражательная способность и пониженная яркость способствуют получению улучшенных рабочих характеристик по защите отображаемой информации, включая повышенный уровень защиты визуальной информации (VSL, visual security level) от наблюдателей в позициях вне оптической оси дисплея в условиях внешнего освещения. Может быть создан дисплей с защитой отображения информации с низкой визуальной доступностью изображения для подглядывающего в позиции вне оптической оси дисплея, рассматривающего дисплей при обычных условиях окружающей среды. Наблюдатель на оптической оси дисплея может видеть дисплей по сути без изменений. Может быть создан дисплей с низким уровнем рассеянного света, отличающийся низкой визуальной доступностью изображения для одних наблюдателей и высокой визуальной доступностью изображения для других наблюдателей. Дисплей может применяться в механическом транспортном средстве для ограничения визуальной доступности для пассажиров или водителей.
По меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер может содержать переключаемый жидкокристаллический (ЖК) ретардер, содержащий слой ЖК-материала, причем по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер в переключаемом состоянии переключаемого ЖК-ретардера может быть выполнен с возможностью одновременно не вносить никакого результирующего относительного фазового сдвига в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор вдоль оси, направленной вдоль нормали к плоскости по меньшей мере одного управляющего полярными характеристиками ретардера, и вносить результирующий относительный фазовый сдвиг в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор вдоль оси, наклоненной относительно нормали к плоскости по меньшей мере одного управляющего полярными характеристиками ретардера.
При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности переключения дисплея между режимом защиты отображения информации или режимом с низким уровнем рассеянного света, отличающимся высокой отражательной способностью и низкой яркостью для подглядывающего; и режимом с широкими углами просмотра, отличающимся повышенной яркостью и пониженной отражательной способностью для пользователей на позициях вне оптической оси дисплея, предоставляя при этом высококонтрастные изображения различным пользователям. Для основного пользователя в обоих режимах работы дисплей может оставаться видимым с по сути неизменной высокой яркостью и низкой отражательной способностью.
По меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер может также содержать по меньшей мере один пассивный ретардер, который может быть выполнен с возможностью не вносить никакого результирующего относительного фазового сдвига в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор вдоль оси, направленной вдоль нормали к плоскости по меньшей мере одного пассивного ретардера, и вносить результирующий относительный фазовый сдвиг в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор вдоль оси, наклоненной относительно нормали к плоскости по меньшей мере одного пассивного ретардера.
При этом, по сравнению с дисплеями, содержащими ЖК переключаемые управляющие полярными характеристиками ретардеры и не содержащими никаких пассивных управляющих полярными характеристиками ретардеров, может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности значительного увеличения полярной области, в пределах которой могут быть получены высокие значения VSL.
В одном альтернативном варианте реализации изобретения, в котором по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер содержит переключаемый ЖК-ретардер, переключаемый ЖК-ретардер может содержать два поверхностных ориентирующих слоя, установленных в прилегании к ЖК-материалу с двух его противоположных сторон, каждый из которых установлен с возможностью выполнения гомеотропного упорядочивания в прилегающем ЖК-материале. Слой ЖК-материала переключаемого ЖК-ретардера может содержать ЖК-материал с отрицательной диэлектрической анизотропией. Величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в слое ЖК-материала может принимать значения в пределах от 500 нм до 1000 нм, предпочтительно в пределах от 600 нм до 900 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 700 нм до 850 нм.
В варианте реализации изобретения, в котором предлагаются два поверхностных ориентирующих слоя для выполнения гомеотропного упорядочивания, по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер может также содержать пассивный ретардер, имеющий оптическую ось, перпендикулярную плоскости ретардера, причем величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в пассивном ретардере принимает значения в пределах от -300 нм до -900 нм, предпочтительно в пределах от -450 нм до -800 нм и наиболее предпочтительно в пределах от -500 нм до -725 нм.
В альтернативном варианте реализации изобретения, в котором предлагаются два поверхностных ориентирующих слоя для выполнения гомеотропного упорядочивания, по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер также содержит пару пассивных ретардеров, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости ретардеров, причем величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в каждом пассивном ретардере из пары пассивных ретардеров принимает значения в пределах от 300 нм до 800 нм, предпочтительно в пределах от 500 нм до 700 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 550 нм до 675 нм. В таком случае может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности получения высокой пропускной способности и низкой отражательной способности в широкой зоне просмотра без приложенного электрического напряжения. Кроме того, в режиме защиты отображаемой информации при низком потреблении электроэнергии может быть получена узкая зона просмотра в боковом направлении.
В другом альтернативном варианте реализации изобретения, в котором по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер содержит переключаемый ЖК-ретардер, переключаемый ЖК-ретардер может содержать два поверхностных ориентирующих слоя, установленных в прилегании к слою ЖК-материала и с двух его противоположных сторон, каждый из которых установлен с возможностью выполнения продольного упорядочивания в прилегающем ЖК-материале. При этом, по сравнению с гомеотропным упорядочиванием на противоположных сторонах ЖК-элемента, может быть обеспечено преимущество, которое заключается в улучшенной способности к быстрому восстановлению визуальной доступности динамики движения ЖК-материала в случае воздействия на него давлением.
Слой ЖК-материала переключаемого ЖК-ретардера может содержать ЖК-материал с положительной диэлектрической анизотропией. Величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в слое ЖК-материала может принимать значения в пределах от 500 нм до 900 нм, предпочтительно в пределах от 600 нм до 850 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 700 нм до 800 нм.
В варианте реализации изобретения, в котором предлагаются два поверхностных ориентирующих слоя для выполнения продольного упорядочивания, по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер может также содержать один пассивный ретардер, имеющий оптическую ось, перпендикулярную плоскости ретардера, причем величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в пассивном ретардере принимает значения в пределах от -300 нм до -700 нм, предпочтительно в пределах от -350 нм до -600 нм и наиболее предпочтительно в пределах от -400 нм до -500 нм.
В альтернативном варианте реализации изобретения, в котором предлагаются два поверхностных ориентирующих слоя для выполнения продольного упорядочивания, по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер может также содержать пару пассивных ретардеров, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости ретардеров, причем величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в каждом пассивном ретардере из пары пассивных ретардеров принимает значения в пределах от 300 нм до 800 нм, предпочтительно в пределах от 350 нм до 650 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 450 нм до 550 нм.
Применение пары пассивных ретардеров, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости ретардеров может приводить к большему снижению яркости и повышенной отражательной способности в зоне просмотра при работе в режиме защиты отображаемой информации.
В другом альтернативном варианте реализации изобретения, в котором по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер содержит переключаемый ЖК-ретардер, переключаемый ЖК-ретардер может содержать два поверхностных ориентирующих слоя, установленных в прилегании к слою ЖК-материала и с двух его противоположных сторон, причем один из поверхностных ориентирующих слоев установлен с возможностью выполнения гомеотропного упорядочивания в прилегающем ЖК-материале, а второй из поверхностных ориентирующих слоев установлен с возможностью выполнения продольного упорядочивания в прилегающем ЖК-материале.
В варианте реализации изобретения, в котором поверхностный ориентирующий слой, установленный с возможностью выполнения продольного упорядочивания, находится между слоем ЖК-материала и управляющим полярными характеристиками ретардером, величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в слое ЖК-материала может принимать значения в пределах от 700 нм до 2000 нм, предпочтительно в пределах от 1000 нм до 1500 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 1200 нм до 1500 нм.
В варианте реализации изобретения, в котором поверхностный ориентирующий слой, установленный с возможностью выполнения продольного упорядочивания, находится между слоем ЖК-материала и управляющим полярными характеристиками ретардером, по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер может также содержать пассивный ретардер, имеющий свою оптическую ось, перпендикулярную плоскости ретардера, причем величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в по меньшей мере одном пассивном ретардере принимает значения в пределах от -400 нм до -1800 нм, предпочтительно в пределах от -700 нм до -1500 нм и наиболее предпочтительно в пределах от -900 нм до -1300 нм.
В альтернативном варианте реализации изобретения, в котором поверхностный ориентирующий слой, установленный с возможностью выполнения продольного упорядочивания, находится между слоем ЖК-материала и управляющим полярными характеристиками ретардером, по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер может также содержать пару пассивных ретардеров, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости ретардеров, причем величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в каждом ретардере из пары ретардеров принимает значения в пределах от 400 нм до 1800 нм, предпочтительно в пределах от 700 нм до 1500 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 900 нм до 1300 нм. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в улучшенной способности к быстрому восстановлению визуальной доступности динамики движения ЖК-материала в случае воздействия на него давлением.
В варианте реализации изобретения, в котором поверхностный ориентирующий слой, установленный с возможностью выполнения гомеотропного упорядочивания, находится между слоем ЖК-материала и управляющим полярными характеристиками ретардером, величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в слое ЖК-материала может принимать значения в пределах от 500 нм до 1800 нм, предпочтительно в пределах от 700 нм до 1500 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 900 нм до 1350 нм.
В варианте реализации изобретения, в котором поверхностный ориентирующий слой, установленный с возможностью выполнения гомеотропного упорядочивания, находится между слоем ЖК-материала и управляющим полярными характеристиками ретардером, по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер может также содержать пассивный ретардер, имеющий свою оптическую ось, перпендикулярную плоскости ретардера, причем величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в по меньшей мере одном пассивном ретардере принимает значения в пределах от -300 нм до -1600 нм, предпочтительно в пределах от -500 нм до -1300 нм и наиболее предпочтительно в пределах от -700 нм до -1150 нм.
В альтернативном варианте реализации изобретения, в котором поверхностный ориентирующий слой, установленный с возможностью выполнения гомеотропного упорядочивания, находится между слоем ЖК-материала и управляющим полярными характеристиками ретардером, по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер может также содержать пару пассивных ретардеров, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости ретардеров, причем величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в каждом ретардере из пары ретардеров принимает значения в пределах от 400 нм до 1600 нм, предпочтительно в пределах от 600 нм до 1400 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 800 нм до 1300 нм. При этом, по сравнению с гомеотропным упорядочиванием на противоположных сторонах ЖК-элемента, может быть обеспечено преимущество, которое заключается в улучшенной способности к быстрому восстановлению визуальной доступности динамики движения ЖК-материала в случае воздействия на него давлением.
Каждый ориентирующий слой может иметь направление предварительного наклона директора, определяемое компонентом в плоскости слоя ЖК-материала, который является параллельным или антипараллельным, или ортогональным к направлению пропускания электрического вектора излучения отражающего поляризатора. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности достижении высокой яркости в прямонаправленных позициях просмотра.
Каждый ориентирующий слой может иметь направление предварительного наклона директора, определяемое компонентом в плоскости слоя ЖК-материала, который является параллельным или антипараллельным, или ортогональным к направлению пропускания электрического вектора излучения отражающего поляризатора.
В варианте реализации изобретения, в котором по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер содержит переключаемый ЖК-ретардер, по меньшей мере один пассивный ретардер может также содержать два пассивных ретардера, причем переключаемый ЖК-ретардер расположен между двумя пассивными ретардерами. Дисплейное устройство может также содержать оптически прозрачный электрод и поверхностный ориентирующий слой, сформированный на стороне каждого из двух пассивных ретардеров, прилегающий к переключаемому ЖК-ретардеру. Дисплейное устройство может также содержать первую и вторую подложки, между которыми расположен переключаемый ЖК-ретардер, причем каждая из первой и второй подложек содержат один из двух пассивных ретардеров. Каждый из двух пассивных ретардеров может содержать пассивный ретардер, имеющий оптическую ось, перпендикулярную плоскости ретардера, причем для них суммарная величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм принимает значения в пределах от -300 нм до -700 нм, предпочтительно в пределах от -350 нм до -600 нм и наиболее предпочтительно в пределах от -400 нм до -500 нм. Каждый из двух пассивных ретардеров может иметь оптическую ось в плоскости пассивного ретардера, причем их оптические оси скрещены, а величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в каждом пассивном ретардере из пары пассивных ретардеров принимает значения в пределах от 150 нм до 800 нм, предпочтительно в пределах от 200 нм до 700 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 250 нм до 600 нм. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности уменьшения толщины, снижения стоимости и технологической сложности.
Переключаемый ЖК-ретардер может также содержать оптически прозрачные электроды, установленные с возможностью подачи электрического напряжения для управления слоем ЖК-материала. Оптически прозрачные электроды могут быть расположены на противоположных сторонах слоя ЖК-материала. Дисплейное устройство может также содержать систему управления, выполненную с возможностью управления напряжением, прикладываемым к электродам переключаемого ЖК-ретардера. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности управления дисплеем для переключения между режимами защиты отображаемого изображения и коллективного пользования.
Электроды могут быть выполнены в виде топологической структуры с возможностью образования по меньшей мере двух структурных областей. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности нанесения маскирующей структуры для величин яркости и отражательной способности в режиме защиты отображаемой информации, в то время как в прямонаправленной позиции значения яркости и отражательной способности могут оставаться по сути неизменными.
По меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер может содержать по меньшей мере один пассивный ретардер, который выполнен с возможностью не вносить никакого результирующего относительного фазового сдвига в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор вдоль оси, направленной вдоль нормали к плоскости по меньшей мере одного пассивного ретардера, и вносить результирующий относительный фазовый сдвиг в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор вдоль оси, наклоненной относительно нормали к плоскости по меньшей мере одного пассивного ретардера. При отсутствии любых переключаемых ЖК управляющих полярными характеристиками ретардеров может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности уменьшения толщины и стоимости, и повышения экономичности.
По меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер может содержать по меньшей мере один пассивный ретардер. По меньшей мере один пассивный ретардер может содержать по меньшей мере два пассивных ретардера с по меньшей мере двумя различными направлениями ориентации оптических осей. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности создания дисплея с защитой отображения информации с низкой стоимостью и низким уровнем рассеянного света.
В одном альтернативном варианте реализации изобретения по меньшей мере один пассивный ретардер может содержать ретардер, имеющий оптическую ось, перпендикулярную плоскости ретардера. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности уменьшения толщины.
В другом альтернативном варианте реализации изобретения по меньшей мере один пассивный ретардер может содержать пару пассивных ретардеров, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости ретардеров. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности уменьшения стоимости пассивного ретардера и применения в пассивном ретардере растянутых пленок с высокой однородностью.
Пара ретардеров может иметь оптические оси, проходящие под углом соответственно 45° и 135° относительно направления пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора.
Дисплейное устройство может также содержать дополнительную пару пассивных ретардеров, размещенных между впервые указанной парой пассивных ретардеров и имеющих скрещенные оптические оси в плоскости пассивных ретардеров. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности создания дисплея с защитой отображения информации или дисплея с низким уровнем рассеянного света, как для горизонтальной, так и для вертикальной ориентации. В механическом транспортном средстве могут быть уменьшены отражения от ветровых стекол и других стеклянных поверхностей.
Дополнительная пара пассивных ретардеров может иметь оптические оси, каждая из которых проходит под углом соответственно 0° и 90° относительно направления пропускания электрического вектора, параллельного направлению пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности получения высоких значений VSL в полярных областях с определенной вращательной симметрией.
В другом альтернативном варианте реализации изобретения по меньшей мере один пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер может содержать ретардер, имеющий оптическую ось в направлении, которое имеет перпендикулярный к плоскости ретардера компонент и лежащий в плоскости ретардера компонент. Лежащий в плоскости пассивного ретардера компонент может проходить под углом 0° относительно направления пропускания электрического вектора, параллельного или перпендикулярного направлению пропускания электрического вектора излучения поляризатора дисплея. По меньшей мере один пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер может также содержать пассивный ретардер, имеющий оптическую ось, перпендикулярную плоскости пассивного ретардера, или пару пассивных ретардеров, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости пассивных ретардеров.
При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности создания дисплея с защитой отображения информации с низкой стоимостью и низкой технологической сложностью, в котором достигается уменьшение яркости и увеличение степени отражения в боковом направлении. Подвижный дисплей может поворачиваться вокруг горизонтальной оси, создавая при этом комфортную визуальную доступность изображения для основного пользователя.
Дисплейное устройство может также содержать по меньшей мере один другой управляющий полярными характеристиками ретардер, установленный между выходным поляризатором и отражающим поляризатором. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности проведения других модификаций диаграммы зоны просмотра для проходящего светового излучения. Для подглядывающего может быть уменьшена яркость, в то время как основной пользователь сможет видеть изображение по сути аналогичной яркости.
Дисплейное устройство может также содержать устройство подсветки, выполненное с возможностью вывода светового излучения, причем SLM представляет собой пропускающий SLM, выполненный с возможностью приема светового излучения на выходе из устройства подсветки, при этом яркость излучения от устройства подсветки, выходящего под полярными углами более чем 45 градусов относительно нормали к SLM, составляет не более 30% от яркости излучения вдоль нормали к SLM, предпочтительно не более 20% от яркости излучения вдоль нормали к SLM и наиболее предпочтительно не более 10% от яркости излучения вдоль нормали к SLM. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности получения высоких значений VSL при малой толщине и низкой стоимости. Кроме того, значения VSL могут быть высокими в средах с пониженным уровнем внешней освещенности.
Между другим управляющим полярными характеристиками ретардером и отражающим поляризатором может быть установлен другой дополнительный поляризатор. Дисплейное устройство может также содержать по меньшей мере один другой управляющий полярными характеристиками ретардер, причем по меньшей мере один другой управляющий полярными характеристиками ретардер установлен между впервые указанным дополнительным поляризатором и отражающим поляризатором. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности уменьшения яркости для подглядывающего.
По меньшей мере один другой управляющий полярными характеристиками ретардер может содержать по меньшей мере один другой пассивный ретардер. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности лишь незначительного увеличения толщины и стоимости.
Впервые указанный по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер может содержать первый переключаемый ЖК-ретардер, содержащий первый слой ЖК-материала, а по меньшей мере один другой управляющий полярными характеристиками ретардер может содержать второй переключаемый ЖК-ретардер, содержащий второй слой ЖК-материала,. Другой переключаемый ЖК-ретардер может содержать по меньшей мере один поверхностный ориентирующий слой, расположенный в прилегании к ЖК-материалу, имеющему предварительный наклон директора с направлением предварительного наклона директора, определяемым компонентом в плоскости слоя ЖК-материала, который ориентирован параллельно или антипараллельно, или ортогонально по отношению к отражающему поляризатору.
При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности получения по сути неизменной зоны просмотра в режиме коллективного пользования, в то время как в режиме защиты отображаемой информации могут быть получены другие модификации диаграммы зоны просмотра для проходящего светового излучения. Для подглядывающего может быть уменьшена яркость, в то время как основной пользователь сможет видеть изображение по сути аналогичной яркости. Первый и второй ЖК-ретардер могут иметь разные величины оптической разности хода. Хроматические аберрации при изменении угла просмотра могут быть снижены.
Направление пропускания электрического вектора излучения отражающего поляризатора может быть параллельным направлению пропускания электрического вектора излучения дополнительного поляризатора и/или параллельным направлению пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора.
Величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в слоях ЖК-материала каждого из первого и второго переключаемых ЖК-ретардеров может принимать значения в пределах от 450 нм до 850 нм, предпочтительно в пределах от 500 нм до 750 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 550 нм до 650 нм. Величина VSL при больших полярных углах просмотра может быть увеличена.
Впервые указанный по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер также содержит пару пассивных ретардеров, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости ретардеров, причем первый из пары пассивных ретардеров имеет оптическую ось, проходящую под углом соответственно 45° и 135° относительно направления пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора, и второй из пары пассивных ретардеров имеет оптическую ось, проходящую под углом 135° относительно направления пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора; и по меньшей мере один другой управляющий полярными характеристиками ретардер содержит другую пару пассивных ретардеров, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости пассивных ретардеров, причем первый из другой пары пассивных ретардеров имеет оптическую ось, проходящую под углом соответственно 45° и 135° относительно направления пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора; а оптические оси одного из впервые указанной пары пассивных ретардеров и одного из другой пары пассивных ретардеров проходят в одном направлении.
При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности получения симметричных цветовых характеристик отраженного и пропущенного светового излучения света для подглядывающего в позиции вне оптической оси дисплея для положительных и отрицательных боковых углов просмотра. Минимальная величина VSL может быть увеличена.
Величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в каждом пассивном ретардере из впервые указанной пары пассивных ретардеров и в каждом пассивном ретардере из другой пары пассивных ретардеров принимает значения в пределах от 300 нм до 800 нм, предпочтительно в пределах от 350 нм до 650 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 400 нм до 550 нм. Величина VSL при больших полярных углах просмотра может быть увеличена.
Дисплейное устройство может также содержать устройство подсветки, выполненное с возможностью вывода светового излучения, причем SLM представляет собой пропускающий SLM, выполненный с возможностью приема светового излучения на выходе из устройства подсветки, при этом SLM также содержит входной поляризатор, установленный на входной стороне SLM, причем входной поляризатор представляет собой линейный поляризатор; и другой дополнительный поляризатор, установленный на входной стороне входного поляризатора, причем другой дополнительный поляризатор представляет собой линейный поляризатор; и по меньшей мере один другой управляющий полярными характеристиками ретардер, установленный между другим дополнительным поляризатором и входным поляризатором. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в сниженном увеличении толщины между SLM и наблюдателем. Для уменьшения возможности появления зеркальных отражений на передней поверхности для пользователя в прямонаправленной позиции воспроизводимое изображение может быть предоставлено в повышенном качестве и может быть увеличена степень рассеяния. Количество этапов создания многослойной структуры может быть уменьшено, а величина VSL может быть увеличена. Может быть получен режим коллективного пользования с широким углом просмотра.
Дисплейное устройство может также содержать систему управления, выполненную с возможностью управления общим напряжением, прикладываемым к первому и второму переключаемым ЖК-ретардерам, и при этом ЖК-материал первого ЖК-ретардера отличается от ЖК-материала второго ЖК-ретардера. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности уменьшения стоимости системы управления. Хроматические аберрации при изменении угла просмотра могут быть снижены.
Отражающий поляризатор и выходной поляризатор могут иметь параллельные направления пропускания электрического вектора излучения. Отражающий поляризатор и дополнительный поляризатор могут иметь параллельные направления пропускания электрического вектора излучения. Отражающий поляризатор и дополнительный поляризатор могут иметь не параллельные направления пропускания электрического вектора излучения, а дисплейное устройство может также содержать поворачивающий ретардер, установленный между отражающим поляризатором и дополнительным поляризатором, причем поворачивающий ретардер выполнен с возможностью поворота направления поляризации падающего на него поляризованного светового излучения между направлениями пропускания электрического вектора излучения поляризатора дисплея и дополнительного поляризатора. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности достижения высокой функциональной эффективности. Дополнительный поляризатор может быть ориентирован относительно направления пропускания электрического вектора излучения с возможностью пропускания светового излучения через поляризационные солнцезащитные очки при стандартных направлениях ориентации пользователя. Могут применяться SLM с не параллельными направлениями направления пропускания электрического вектора выходного излучения, например LCD на скрученном нематическом ЖК.
Согласно второму аспекту данного изобретения предлагается оптический элемент управления углом просмотра, предназначенный для установки на выходной стороне дисплейного устройства для использования при внешнем освещении, содержащего SLM, выполненный с возможностью вывода светового излучения; при этом SLM содержит выходной поляризатор, установленный на выходной стороне SLM; оптический элемент управления углом просмотра, содержащий дополнительный поляризатор; отражающий поляризатор, установленный между выходным поляризатором и дополнительным поляризатором при установке оптического элемента управления углом просмотра в дисплейном устройстве; и по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер, установленный между отражающим поляризатором и дополнительным поляризатором, причем по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер выполнен с возможностью одновременно не вносить никакого результирующего относительного фазового сдвига в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор вдоль оси, направленной вдоль нормали к плоскости по меньшей мере одного управляющего полярными характеристиками ретардера, и вносить относительный фазовый сдвиг в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор вдоль оси, наклоненной относительно нормали к плоскости по меньшей мере одного управляющего полярными характеристиками ретардера.
При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности для пользователей дисплея установки ими на дисплей дополнительного элемента. Элемент не требует сложного ориентирования. Между элементом и пикселями дисплея отсутствует муаровый узор, и не требуется проводить выбор компонента с учетом шага пикселей. Затраты на хранение материальных запасов снижены. В альтернативном варианте реализации изобретения оптический элемент управления углом просмотра может удобно устанавливаться на заводе в дисплейные модули.
Различные отличительные признаки и альтернативные варианты реализации, изложенные выше по отношению к первому аспекту данного изобретения, могут аналогичным образом применяться ко второму аспекту данного изобретения.
Согласно третьему аспекту данного изобретения предлагается дисплейное устройство, содержащее: SLM; поляризатор дисплея, установленный по меньшей мере на одной стороне SLM, причем поляризатор дисплея представляет собой линейный поляризатор; и первый дополнительный поляризатор, установленный на той же стороне SLM, что и один из по меньшей мере одного поляризаторов дисплея, причем первый дополнительный поляризатор представляет собой линейный поляризатор; и первые совокупные управляющие полярными характеристиками ретардеры, установленные между первым дополнительным поляризатором и одним из по меньшей мере одного поляризаторов дисплея; другой дополнительный поляризатор, установленный на той же стороне SLM, что и указанный один из по меньшей мере одного поляризаторов дисплея, с внешней стороны от первого дополнительного поляризатора, причем другой дополнительный поляризатор представляет собой линейный поляризатор; и другие совокупные управляющие полярными характеристиками ретардеры, установленные между другим первым дополнительным поляризатором и другим одним из по меньшей мере одного из дополнительных поляризаторов дисплея; при этом впервые указанные совокупные управляющие полярными характеристиками ретардеры содержат пару пассивных ретардеров, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости ретардеров, причем первый из пары пассивных ретардеров имеет оптическую ось, проходящую под углом 45° относительно направления пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора, а второй из пары пассивных ретардеров имеет оптическую ось, проходящую под углом 135° относительно направления пропускания электрического вектора излучения поляризатора дисплея, представляющего собой выходной поляризатор, и проходящую под углами соответственно 45° и 135° относительно направления пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора, и при этом другие совокупные управляющие полярными характеристиками ретардеры содержат другую пару пассивных ретардеров, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости ретардеров, причем первый из другой пары пассивных ретардеров имеет оптическую ось, проходящую под углом 135° относительно направления пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора, а второй из другой пары пассивных ретардеров имеет оптическую ось, проходящую под углом 45° относительно направления пропускания электрического вектора излучения поляризатора дисплея, представляющего собой выходной поляризатор, и проходящую под углами соответственно 45° и 135° относительно направления пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора, а оптические оси одного из первой пары пассивных управляющих полярными характеристиками ретардеров и одного из другой пары пассивных управляющих полярными характеристиками ретардеров, расположенных на наиболее близком взаимном расстоянии, проходят в одном направлении.
При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности создания переключаемого дисплея с защитой отображения информации, имеющего высокую степень визуальной доступности изображения в широкой зоне просмотра при работе в режиме коллективного пользования. Может применяться устройство широкоугольной подсветки с уменьшенной стоимостью и повышенной надежностью по сравнению с устройством коллимированной подсветки. В режиме защиты отображаемой информации могут быть получены высокие значения VSL и низкая отражательная способность дисплея в широкой зоне просмотра, в которой может быть расположен подглядывающий в позиции вне оптической оси дисплея. Ретардеры и дополнительные поляризаторы могут быть установлены между устройством подсветки и SLM, так что рассеиватели с поверхностной неровностью могут быть установлены на передней поверхности дисплея для снижения до минимальных значений визуальной доступности фронтальных отражений одновременно с достижением высокой точности воспроизведения пикселей. Спад насыщенности цвета и яркости может быть симметричным.
Согласно четвертому аспекту данного изобретения предлагается пропускающий SLM, выполненный с возможностью приема светового излучения на выходе из устройства подсветки; входной поляризатор, установленный на входной стороне SLM, и выходной поляризатор, установленный на выходной стороне SLM, причем входной поляризатор и выходной поляризатор представляют собой линейные поляризаторы; первый дополнительный поляризатор, установленный на выходной стороне выходного поляризатора, причем первый дополнительный поляризатор представляет собой линейный поляризатор; и первые управляющие полярными характеристиками ретардеры, установленные между первым дополнительным поляризатором и выходным поляризатором; другой дополнительный поляризатор, установленный между устройством подсветки и входным поляризатором, причем другой дополнительный поляризатор представляет собой линейный поляризатор; при этом первые управляющие полярными характеристиками ретардеры содержат пару пассивных ретардеров, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости ретардеров, которые проходят под углами соответственно 45° и 135° относительно направления пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора, а другие управляющие полярными характеристиками ретардеры содержат другую пару пассивных ретардеров, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости ретардеров, которые проходят под углами соответственно 45° и 135° относительно направления пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора, а оптические оси одного из первой пары пассивных управляющих полярными характеристиками ретардеров и одного из другой пары пассивных управляющих полярными характеристиками ретардеров, расположенных на наиболее близком взаимном расстоянии, проходят в одном направлении.
При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности создания переключаемого дисплея с защитой отображения информации, имеющего высокую степень визуальной доступности изображения в широкой зоне просмотра при работе в режиме коллективного пользования. Может применяться устройство широкоугольной подсветки с уменьшенной стоимостью и повышенной надежностью по сравнению с устройством коллимированной подсветки. В режиме защиты отображаемой информации могут быть получены высокие значения VSL и низкая отражательная способность дисплея в широкой зоне просмотра, в которой может быть расположен подглядывающий в позиции вне оптической оси дисплея. Некоторые ретардеры и дополнительные поляризаторы могут быть установлены между устройством подсветки и SLM, так что рассеиватели с поверхностной неровностью могут быть установлены на передней поверхности дисплея для снижения до минимальных значений визуальной доступности фронтальных отражений одновременно с достижением высокой точности воспроизведения пикселей и высокой контрастности изображения. Спад насыщенности цвета и яркости может быть симметричным. Рассеяние от SLM может не оказывать влияния на световое излучение, проходящее через один из ретардеров и дополнительный поляризатор, так что величина VSL может быть увеличена.
Варианты реализации по данному изобретению могут применяться в различных оптических системах. Варианты реализации изобретения могут предусматривать взаимодействие или применяться для взаимодействия с различными проекторами, проекционными системами, оптическими компонентами, дисплеями, микродисплеями, компьютерными системами, процессорами, автономными проекционными системами, визуальными и/или аудиовизуальными системами и электрическими и/или оптическими устройствами. Аспекты данного изобретения могут применяться по сути с любым устройством, относящимся к оптическим и электрическим устройствам, оптическим системам, демонстрационным системам или с любым устройством, которое может содержать оптическую систему любого типа. Вследствие этого варианты реализации по данному изобретению могут применяться в оптических системах, устройствах, используемых для визуальных и/или оптических демонстраций, визуальных периферийных устройствах и тому подобных, а также в ряде вычислительных средств.
Прежде чем перейти к подробному описанию вариантов реализации изобретения, следует понимать, что изобретение в своем применении или практическом осуществлении не ограничивается элементами конкретных представленных схем, поскольку изобретение выполнено с возможностью применения других вариантов реализации. Кроме того, аспекты изобретения могут быть изложены с помощью иных сочетаний и схем с возможностью образования других вариантов реализации, уникальных по своему характеру. Кроме того, используемый в данном документе набор терминов предназначен для описания, а не для ограничения.
Эти и другие преимущества и отличительные признаки данного изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники после прочтения полного содержания настоящего описания.
Краткое описание графических материалов
Варианты реализации изобретения проиллюстрированы в качестве примера на прилагаемых фигурах, на которых подобные позиционные номера указывают на аналогичные элементы и на которых:
фиг. 1А представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции переключаемый дисплей с защитой отображения информации для использования при внешнем освещении, содержащий пропускающий SLM, отражающий поляризатор и компенсированный переключаемый ретардер;
фиг. 1B представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции переключаемый дисплей с защитой отображения информации для использования при внешнем освещении, содержащий эмиссионный SLM и компенсированный переключаемый ретардер;
фиг. 2А представляет собой схему, демонстрирующую во фронтальной проекции ориентацию оптических слоев в оптической стопе по фиг. 1А.
фиг. 2B представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции элемент управления углом просмотра, содержащий отражающий поляризатор, пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер, переключаемый ЖК-ретардер и дополнительный поляризатор;
фиг. 3 представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого ЖК-ретардера в режиме защиты отображения информации, содержащего пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер на основе отрицательной фазовой С-пластинки;
фиг. 4А представляет собой схему, демонстрирующую в боковой проекции распространение выходного светового излучения из SLM через оптическую стопу по фиг. 1А в режиме защиты отображения информации;
фиг. 4B представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 4А;
фиг. 5А представляет собой схему, демонстрирующую в боковой проекции распространение внешнего светового излучения через оптическую стопу по фиг. 1А в режиме защиты отображения информации;
фиг. 5B представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 5А;
фиг. 5C представляет собой диаграмму, демонстрирующую результаты определения зависимости отражательной способности от бокового направления для отражаемых световых лучей на фиг. 5А;
фиг. 6А представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальную проекцию просмотра пропускаемого выходного светового излучения для дисплея в режиме защиты отображения информации;
фиг. 6B представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальную проекцию просмотра отражаемого внешнего светового излучения от поверхностей раздела дисплея;
фиг. 6C представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальную проекцию просмотра отражаемого внешнего светового излучения для дисплея по фиг. 1А и фиг. 1В в режиме защиты отображения информации;
фиг. 7A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальные проекции внешнего вида дисплея по фиг. 1А и фиг. 1В в режиме защиты отображения информации;
Фиг. 7В представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение воспринимаемого динамического диапазона в зависимости от внешней освещенности для подглядывающего в позиции вне оптической оси переключаемого дисплея с защитой отображения информации по фиг. 1А и фиг. 1В для пространственных конфигураций с отражающим поляризатором и без него;
фиг. 7C представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений VSL в зависимости от полярного направления для дисплея фиг. 1А, содержащего устройство коллимированной подсветки;
фиг. 7D представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений VSL в зависимости от полярного направления для дисплея, не содержащего совокупных ретардеров;
фиг. 8А представляет собой схему, демонстрирующую в боковой проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем, установленным внутри салона транспортного средства для режимов как развлекательной передачи, так и коллективного просмотра;
фиг. 8B представляет собой схему, демонстрирующую в горизонтальной проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем, установленным внутри салона транспортного средства, в режиме развлекательной передачи;
фиг. 8C представляет собой схему, демонстрирующую в горизонтальной проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем, установленным внутри салона транспортного средства, в режиме коллективного просмотра;
фиг. 8D представляет собой схему, демонстрирующую в горизонтальной проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем, установленным внутри салона транспортного средства для режимов как ночного, так и дневного просмотра;
фиг. 8E представляет собой схему, демонстрирующую в боковой проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем, установленным внутри салона транспортного средства, в режиме ночного просмотра;
фиг. 8F представляет собой схему, демонстрирующую в боковой проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем, установленным внутри салона транспортного средства, в режиме дневного просмотра;
фиг. 9A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого ретардера в режиме коллективного пользования, в которой переключаемый ретардер содержит переключаемый ЖК-слой с гомеотропным упорядочиванием и пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер на основе фазовой С-пластинки;
фиг. 9B представляет собой схему, демонстрирующую в боковой проекции распространение выходного светового излучения из SLM через оптическую стопу по фиг. 1А в режиме коллективного пользования;
фиг. 9C представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 9B;
фиг. 9D представляет собой схему, демонстрирующую в боковой проекции распространение внешнего светового излучения через оптическую стопу по фиг. 1А в режиме коллективного пользования;
фиг. 9E представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 9D;
фиг. 10А представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальную проекцию просмотра пропускаемого выходного светового излучения для дисплея в режиме коллективного пользования;
фиг. 10B представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальную проекцию просмотра внешнего светового излучения, отражаемого от переключаемого дисплея по фиг. 1А в режиме коллективного пользования;
фиг. 10C представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальные проекции внешнего вида дисплея по фиг. 1А в режиме коллективного пользования;
фиг. 11A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого ретардера в режиме коллективного пользования, в которой переключаемый ретардер содержит переключаемый ЖК-слой с продольным упорядочиванием и пассивные управляющие полярными характеристиками ретардеры на основе фазовых А-пластинок со скрещенными оптическими осями;
фиг. 11B представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 11A в режиме защиты отображения информации;
фиг. 11C представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 11A в режиме защиты отображения информации;
фиг. 11D представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 11A в режиме коллективного пользования;
фиг. 11E представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 11A в режиме коллективного пользования;
фиг. 11F представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию компенсированного ретардера в режиме защиты отображения информации, содержащего пассивные управляющие полярными характеристиками ретардеры на основе фазовых А-пластинок со скрещенными оптическими осями и переключаемый ЖК-ретардер с продольным упорядочиванием, также содержащий пассивный поворачивающий ретардер.
фиг. 12A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию управляемого с помощью первой величины напряжения переключаемого ретардера в режиме защиты отображения информации, содержащего переключаемый ЖК-ретардер с продольным упорядочиванием и пассивный ретардер на основе отрицательной фазовой С-пластинки;
фиг. 12B представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию управляемого с помощью второй величины напряжения, отличающейся от первой величины напряжения, переключаемого ретардера в режиме защиты отображения информации, содержащего переключаемый ЖК-ретардер с продольным упорядочиванием и пассивный ретардер на основе отрицательной фазовой С-пластинки;
фиг. 12C представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 12A в режиме защиты отображения информации;
фиг. 12D представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 12A в режиме защиты отображения информации;
фиг. 12E представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 12B в режиме коллективного пользования;
фиг. 12F представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 12B в режиме коллективного пользования;
фиг. 13A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого ретардера в режиме защиты отображения информации, содержащего переключаемый ЖК-ретардер с продольным упорядочиванием;
фиг. 13B представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 13A в режиме защиты отображения информации;
фиг. 13C представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 13A в режиме защиты отображения информации;
фиг. 13D представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 13A в режиме коллективного пользования;
фиг. 13E представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 13A в режиме коллективного пользования;
фиг. 13F представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции элемент управления углом просмотра, содержащий отражающий поляризатор, переключаемый ЖК-ретардер и дополнительный поляризатор;
фиг. 14A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого ретардера в режиме защиты отображения информации, содержащего пассивные ретардеры на основе фазовых А-пластинок со скрещенными оптическими осями и переключаемый ЖК-ретардер с гомеотропным упорядочиванием;
фиг. 14B представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 14A в режиме защиты отображения информации;
фиг. 14C представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 14A в режиме защиты отображения информации;
фиг. 14D представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого ретардера в режиме коллективного пользования, содержащего пассивные ретардеры на основе фазовых А-пластинок со скрещенными оптическими осями и переключаемый ЖК-ретардер с гомеотропным упорядочиванием;
фиг. 14E представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 14D в режиме коллективного пользования;
фиг. 14F представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 14D в режиме защиты отображения информации;
фиг. 15A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого ретардера в режиме защиты отображения информации, содержащего переключаемый ЖК-ретардер с продольным и гомеотропным упорядочиванием и пассивный ретардер на основе отрицательной фазовой С-пластинки;
фиг. 15B представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 15A в режиме защиты отображения информации;
фиг. 15C представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 15A в режиме защиты отображения информации;
фиг. 15D представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 15A в режиме коллективного пользования;
фиг. 15E представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 15A в режиме коллективного пользования;
фиг. 16 представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции переключаемый дисплей с защитой отображения информации для использования при внешнем освещении, содержащий устройство не коллимированной подсветки, пассивный ретардер, установленный между отражающим рециркуляционным поляризатором и пропускающим SLM, отражающий поляризатор, компенсированный переключаемый ретардер и дополнительный поляризатор;
фиг. 17A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции переключаемый дисплей с защитой отображения информации для использования при внешнем освещении, содержащий эмиссионный SLM, пассивный управляющий ретардер, другой дополнительный поляризатор, отражающий поляризатор, компенсированный переключаемый ретардер и дополнительный поляризатор;
фиг. 17B представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции элемент управления углом просмотра, содержащий пассивный управляющий ретардер, первый дополнительный поляризатор, отражающий поляризатор, пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер, переключаемый ЖК-ретардер и второй дополнительный поляризатор;
фиг. 18A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции переключаемый дисплей с защитой отображения информации для использования при внешнем освещении, содержащий устройство широкоугольной подсветки, в котором первые совокупные ретардеры установлены между устройством подсветки и SLM, а другие совокупные ретардеры установлены с возможностью приема светового излучения от SLM;
фиг. 18B представляет собой схему, демонстрирующую во фронтальной проекции ориентацию оптических слоев в оптической стопе, содержащей совокупные ретардеры, расположенные между отражающим поляризатором и дополнительным поляризатором, и другие совокупные ретардеры, расположенные между входным поляризатором и другим дополнительным поляризатором пропускающего SLM, при этом как совокупные ретардеры, так и другие совокупные ретардеры содержат фазовые А-пластинки со скрещенными оптическими осями;
фиг. 18C представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений логарифма выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей от совокупных ретардеров, содержащих пассивные фазовые А-пластинки со скрещенными оптическими осями и переключаемый ЖК-ретардер с продольным упорядочиванием;
фиг. 18D представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений логарифма выходной яркости в боковом направлении в зависимости от бокового угла просмотра для пропускаемых световых лучей от совокупных ретардеров, содержащих пассивные фазовые А-пластинки со скрещенными оптическими осями и переключаемый ЖК-ретардер с продольным упорядочиванием;
фиг. 18E представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции переключаемый дисплей с защитой отображения информации для использования при внешнем освещении, содержащий эмиссионный SLM, первый компенсированный переключаемый ЖК-ретардер, первый дополнительный поляризатор, отражающий поляризатор, второй компенсированный переключаемый ретардер и второй дополнительный поляризатор;
фиг. 18F представляет собой схему, демонстрирующую во фронтальной проекции ориентацию оптических слоев в оптической стопе, содержащей совокупные ретардеры, расположенные между отражающим поляризатором и дополнительным поляризатором, и другие совокупные ретардеры, расположенные между выходным поляризатором и другим дополнительным поляризатором, представляющим собой отражающий поляризатор, причем как совокупные ретардеры, так и другие совокупные ретардеры содержат фазовые А-пластинки со скрещенными оптическими осями;
фиг. 18G представляет собой схему, демонстрирующую во фронтальной проекции ориентацию оптических слоев в оптической стопе, содержащей совокупные ретардеры, расположенные между другим дополнительным светопоглощающим поляризатором и дополнительным поляризатором, и другие совокупные ретардеры, расположенные между выходным поляризатором и другим дополнительным поляризатором, причем как совокупные ретардеры, так и другие совокупные ретардеры содержат фазовые А-пластинки со скрещенными оптическими осями;
фиг. 18H представляет собой схему, демонстрирующую во фронтальной проекции ориентацию оптических слоев в оптической стопе для пропускающего SLM, содержащей совокупные ретардеры, расположенные между другим дополнительным светопоглощающим поляризатором и дополнительным поляризатором, и другие совокупные ретардеры, расположенные между входным поляризатором и другим дополнительным поляризатором, причем как совокупные ретардеры, так и другие совокупные ретардеры содержат фазовые А-пластинки со скрещенными оптическими осями;
фиг. 18I представляет собой схему, демонстрирующую во фронтальной проекции ориентацию оптических слоев в оптической стопе для пропускающего SLM, содержащей совокупные ретардеры, расположенные между другим дополнительным поляризатором и входным поляризатором пропускающего SLM, и совокупные ретардеры, расположенные между выходным поляризатором и дополнительным поляризатором, причем как совокупные ретардеры, так и другие совокупные ретардеры содержат фазовые А-пластинки со скрещенными оптическими осями;
фиг. 18J представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого ретардера в режиме защиты отображения информации, содержащего первый пассивный ретардер на основе фазовой отрицательной С-пластинки и первый переключаемый ЖК-ретардер с продольным упорядочиванием, установленные между выходным поляризатором и отражающим поляризатором; и второй пассивный ретардер на основе отрицательной фазовой С-пластинки, а также второй переключаемый ЖК-ретардер с продольным упорядочиванием, установленные между отражающим поляризатором и другим дополнительным поляризатором;
фиг. 18K представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции элемент управления углом просмотра, содержащий первый компенсированный переключаемый ЖК-ретардер, первый дополнительный поляризатор, отражающий поляризатор, второй компенсированный переключаемый ЖК-ретардер и второй дополнительный поляризатор;
фиг. 19A представляет собой схему, демонстрирующую в горизонтальной проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем, установленным внутри салона транспортного средства для режимов дневного и/или коллективного просмотра;
фиг. 19B представляет собой схему, демонстрирующую в боковой проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем, установленным внутри салона транспортного средства для режимов дневного и/или коллективного просмотра;
фиг. 19C представляет собой схему, демонстрирующую в горизонтальной проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем, установленным внутри салона транспортного средства для режимов ночного просмотра и/или развлекательной передачи;
фиг. 19D представляет собой схему, демонстрирующую в боковой проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем, установленным внутри салона транспортного средства для режимов ночного просмотра и/или развлекательной передачи;
фиг. 20A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции дисплей с защитой отображения информации для использования при внешнем освещении, содержащий устройство подсветки, пропускающий SLM, отражающий поляризатор, стопу ретардеров и дополнительный поляризатор;
фиг. 20B представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции элемент управления углом просмотра, содержащий отражающий поляризатор, стопу ретардеров и дополнительный поляризатор;
фиг. 20C представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции элемент управления углом просмотра, содержащий первую стопу ретардеров и дополнительный поляризатор, отражающий поляризатор, и вторую стопу ретардеров и другой дополнительный поляризатор;
фиг. 20D представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции дисплей с защитой отображения информации для использования при внешнем освещении, содержащий устройство подсветки, отражающий рециркуляционный поляризатор, входную стопу ретардеров, пропускающий SLM, отражающий поляризатор, стопу ретардеров и дополнительный поляризатор;
фиг. 21A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции оптическую стопу пассивного ретардера, содержащую отрицательную фазовую C-пластинку и установленную с возможностью выполнения модификации зоны просмотра дисплейного устройства;
фиг. 21B представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей в пассивном ретардере по фиг. 21A;
фиг. 21C представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции оптическую стопу пассивного ретардера, содержащую отрицательную фазовую O-пластинку с оптической осью, имеющей наклон в плоскости, ортогональной направлению пропускания электрического вектора излучения поляризатора дисплея, и отрицательную фазовую C-пластинку, и установленную с возможностью выполнения модификации зоны просмотра дисплейного устройства;
фиг. 21D представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей в пассивном ретардере по фиг. 21C;
фиг. 21E представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции оптическую стопу пассивного ретардера, содержащую положительную фазовую O-пластинку с оптической осью, имеющей наклон в плоскости, ортогональной направлению пропускания электрического вектора излучения поляризатора дисплея, и фазовые А-пластинки со скрещенными оптическими осями, и установленную с возможностью выполнения модификации зоны просмотра дисплейного устройства;
фиг. 21F представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей в пассивном ретардере по фиг. 21E;
фиг. 22A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции оптическую стопу, содержащую две пары фазовых А-пластинок со скрещенными оптическими осями, установленную с возможностью выполнения модификации зоны просмотра дисплейного устройства;
фиг. 22B представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей в пассивном ретардере по фиг. 22A;
фиг. 23A и фиг. 23B представляют собой схемы, демонстрирующие в боковой проекции дисплей с защитой отображения информации для использования при внешнем освещении, содержащий пропускающий SLM, отражающий поляризатор, ЖК-ретардер, компенсирующие ретардеры и дополнительный поляризатор;
фиг. 24A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого компенсированного ретардера в режиме защиты отображения информации, содержащего переключаемый ЖК-ретардер с продольным упорядочиванием, установленный между первым и вторым пассивными управляющими полярными характеристиками ретардерами на основе фазовых С-пластинок;
фиг. 24B и фиг. 24C представляют собой диаграммы, демонстрирующие изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления пропускаемых световых лучей в оптической стопе по фиг. 24A соответственно в режимах коллективного пользования и защиты отображения информации;
фиг. 24D представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 24A в режиме защиты отображения информации;
фиг. 25A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции дисплей, содержащий переключаемый компенсированный ретардер, установленный между подложками первого и второго пассивных управляющих полярными характеристиками ретардеров на основе фазовых С-пластинок;
фиг. 25B представляет собой схему, демонстрирующую в боковой проекции часть дисплея, содержащего переключаемый компенсированный ретардер, установленный между подложками первого и второго пассивных управляющих полярными характеристиками ретардеров на основе фазовых С-пластинок;
фиг. 25C представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого компенсированного ретардера в режиме коллективного пользования, содержащего переключаемый ЖК-ретардер с продольным упорядочиванием, установленный между первым и вторым пассивными управляющими полярными характеристиками ретардерами на основе фазовых A-пластинок со скрещенными оптическими осями;
фиг. 25D и фиг. 25E представляют собой диаграммы, демонстрирующие изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления пропускаемых световых лучей для пространственной конфигурации по фиг. 25C соответственно в широкоугольном режиме и в режиме защиты отображения информации;
фиг. 26A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого ретардера в режиме защиты отображения информации, содержащего пассивный ретардер на основе отрицательной фазовой C-пластинки и переключаемый ЖК-ретардер с гомеотропным упорядочиванием, также содержащий топологически структурированный электрод;
фиг. 26B представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальной проекции освещение от дисплея с защитой отображения информации и регулируемой маскирующей яркостью для основного наблюдателя и подглядывающего;
фиг. 26C представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции освещение от дисплея с защитой отображения информации и регулируемой маскирующей яркостью для подглядывающего;
фиг. 27A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого ЖК-ретардера с продольным упорядочиванием;
фиг. 27B представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления пропускаемых световых лучей на фиг. 27A для первой величины прикладываемого напряжения;
фиг. 27C представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления пропускаемых световых лучей на фиг. 27A для второй величины прикладываемого напряжения, большей, чем первая величина прикладываемого напряжения;
фиг. 27D представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции фазовую C-пластинку, установленную между параллельными поляризаторами;
фиг. 27E представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления пропускаемых световых лучей на фиг. 27D;
фиг. 28A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого ЖК-ретардера с продольным упорядочиванием, установленного между параллельными поляризаторами последовательно с фазовой C-пластинкой, установленной между параллельными поляризаторами;
фиг. 28B представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления пропускаемых световых лучей на фиг. 28A для первой величины прикладываемого напряжения;
фиг. 28C представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления пропускаемых световых лучей на фиг. 28A для второй величины прикладываемого напряжения, большей, чем первая величина прикладываемого напряжения;
фиг. 29A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого ЖК-ретардера с продольным упорядочиванием, установленного последовательно с управляющим полярными характеристиками ретардером на основе фазовой С-пластинки, причем переключаемый ЖК-ретардер с продольным упорядочиванием и управляющий полярными характеристиками ретардер на основе фазовой С-пластинки установлены между одной парой параллельных поляризаторов;
фиг. 29B представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления пропускаемых световых лучей на фиг. 29A для первой величины прикладываемого напряжения;
фиг. 29C представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления пропускаемых световых лучей на фиг. 29A для второй величины прикладываемого напряжения, большей, чем первая величина прикладываемого напряжения;
фиг. 30А представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальной проекции устройство направленной подсветки;
фиг. 30B представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальной проекции устройство ненаправленной подсветки;
фиг. 30C представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений яркости в зависимости от бокового угла просмотра для дисплеев с различными зонами просмотра;
фиг. 31A представляет собой схему, демонстрирующую в боковой проекции устройство переключаемого направленного дисплея, содержащее формирующий изображение волновод и переключаемый ЖК-ретардер;
фиг. 31B представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении вид сзади волновода в режиме с ограниченными углами просмотра;
фиг. 31C представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений яркости выходного сигнала по фиг. 31B в зоне просмотра для дисплейного устройства, не содержащего никаких переключаемых ЖК-ретардеров;
фиг. 32A представляет собой схему, демонстрирующую в боковой проекции устройство переключаемого направленного дисплея в режиме защиты отображения информации, содержащее переключаемый коллимирующий волновод и переключаемый ЖК-ретардер;
фиг. 32B представляет собой схему, демонстрирующую в горизонтальной проекции выходной сигнал из коллимирующего волновода;
фиг. 32C представляет собой полярную диаграмму, демонстрирующую кривые значений равной яркости в зоне просмотра для дисплейного устройства по фиг. 32A;
фиг. 33A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоя ретардера световым излучением из позиции вне оптической оси;
фиг. 33B представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоя ретардера световым излучением из позиции вне оптической оси в первом состоянии линейной поляризации под углом 0 градусов;
фиг. 33C представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоя ретардера световым излучением из позиции вне оптической оси дисплея в первом состоянии линейной поляризации под углом 90 градусов;
фиг. 33D представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоя ретардера световым излучением из позиции вне оптической оси в первом состоянии линейной поляризации под углом 45 градусов;
фиг. 34A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение ретардера на основе фазовой С-пластинки поляризованным световым излучением из позиции вне оптической оси с положительным углом наклона;
фиг. 34B представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение ретардера на основе фазовой С-пластинки поляризованным световым излучением из позиции вне оптической оси с отрицательным боковым углом;
фиг. 34C представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоя ретардера на основе фазовой С-пластинки поляризованным световым излучением из позиции вне оптической оси с положительным углом наклона и отрицательным боковым углом;
фиг. 34D представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение ретардера на основе фазовой С-пластинки поляризованным световым излучением из позиции вне оптической оси с положительным углом наклона и положительным боковым углом;
фиг. 34E представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления пропускаемых световых лучей на фиг. 34A-D;
фиг. 35A представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоев ретардера на основе фазовых A-пластинок со скрещенными оптическими осями поляризованным световым излучением из позиции вне оптической оси с положительным углом наклона;
фиг. 35B представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоев ретардера на основе фазовых A-пластинок со скрещенными оптическими осями поляризованным световым излучением из позиции вне оптической оси с отрицательным боковым углом;
фиг. 35C представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоев ретардера на основе фазовых A-пластинок со скрещенными оптическими осями поляризованным световым излучением из позиции вне оптической оси с положительным углом наклона и отрицательным боковым углом;
фиг. 35D представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоев ретардера на основе фазовых A-пластинок со скрещенными оптическими осями поляризованным световым излучением из позиции вне оптической оси с положительным углом наклона и положительным боковым углом; и
фиг. 35E представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления пропускаемых световых лучей на фиг. 35A-D.
Подробное описание сущности изобретения
Далее описаны термины, относящиеся к оптическим ретардерам, применяемым для достижения целей данного изобретения.
В слое, содержащем одноосный двулучепреломляющий материал, имеется направление, управляющее оптической анизотропией, в то время как все направления, перпендикулярные к нему (или под определенным углом к нему), имеют аналогичное двулучепреломление.
Оптическая ось оптического ретардера обозначает такое направление распространения светового луча в одноосном двулучепреломляющем материале, вдоль которого двулучепреломление отсутствует. Это понятие отличается от оптической оси оптической системы, которая, например, может быть параллельна линии симметрии или нормали к поверхности дисплея, вдоль которой распространяется главный луч.
Для светового излучения, распространяющегося в направлении, ортогональном к оптической оси, оптическая ось представляет собой медленную ось в случае, когда линейно поляризованное световое излучение с направлением электрического вектора, параллельным медленной оси, движется с наименьшей скоростью. Направление медленной оси представляет собой направление с наиболее высоким показателем преломления на расчетной длине волны. Аналогичным образом направление быстрой оси представляет собой направление с наиболее низким показателем преломления на расчетной длине волны.
Для одноосных двулучепреломляющих материалов с положительной диэлектрической анизотропией направление медленной оси представляет собой необычную ось двулучепреломляющего материала. Для одноосных двулучепреломляющих материалов с отрицательной диэлектрической анизотропией направление быстрой оси представляет собой необычную ось двулучепреломляющего материала.
0
Термины «половина длины волны» и «четверть длины волны» относятся к работе ретардера для расчетной длины волны, λ которая может, как правило, находиться в пределах от 500 нм до 570 нм. В данных демонстрационных вариантах реализации изобретения типовые значения величины оптической разности хода предоставлены для длины волны 550 нм, если не указано иное.
Ретардер создает относительный фазовый сдвиг между двумя ортогональными компонентами поляризации падающей на него волны светового излучения и характеризуется величиной Γ относительной фазы, которую он сообщает двум компонентам поляризации. В некоторых случаях термин «фазовый сдвиг» используется без слова «относительный», но, тем не менее, сохраняет значение «относительный фазовый сдвиг». Относительный фазовый сдвиг связан со значением двулучепреломления Δn и толщиной d ретардера следующим соотношением:
В уравнении 1, Δn определяют как разницу между необычным и обычным показателем преломления, то есть
0
0
Для полуволнового ретардера соотношение между d, Δn и λ выбирают таким образом, чтобы фазовый сдвиг между компонентами поляризации составлял Γ = π. Для четвертьволнового ретардера соотношение между d, Δn и λ выбирают таким образом, чтобы фазовый сдвиг между компонентами поляризации составлял Γ = π/2.
В контексте данного документа термин «полуволновой ретардер», как правило, относится к световому излучению, распространяющемуся перпендикулярно к ретардеру и перпендикулярно к пространственно-временному оптическому модулятору (SLM).
Далее описаны некоторые аспекты распространения световых лучей через прозрачный ретардер между парой поляризаторов.
Состояние поляризации (SOP, state of polarisation) светового луча описывается относительным амплитудно-фазовым сдвигом между любыми двумя ортогональными компонентами поляризации. Для таких ортогональных компонентов поляризации прозрачные ретардеры не изменяют значений относительной амплитуды, а воздействуют только на значения их относительной фазы. Создание результирующего фазового сдвига между ортогональными компонентами поляризации изменяет SOP, в то время как при сохранении результирующего значения относительной фазы SOP остается без изменения.
Линейное SOP имеет компонент поляризации с ненулевой амплитудой и ортогональный компонент поляризации, имеющий нулевую амплитуду.
Линейный поляризатор пропускает уникальное линейное SOP, которое имеет линейный компонент поляризации, параллельный направлению пропускания электрического вектора излучения линейного поляризатора, и ослабляет световое излучение с другим SOP.
Поглощающие поляризаторы представляют собой поляризаторы, поглощающие один компонент поляризации падающего светового излучения и пропускающие второй ортогональный компонент поляризации. К примерам поглощающих линейных поляризаторов относятся дихроичные поляризаторы.
TM
TM
TM
Отражающие поляризаторы представляют собой поляризаторы, отражающие один компонент поляризации падающего светового излучения и пропускающие второй ортогональный компонент поляризации. К примерам отражающих поляризаторов, которые являются линейными поляризаторами, относятся стопы многослойных полимерных пленок, таких как DBEF или APF от компании 3M Corporation, или поляризаторы из проволочной сетки, такие как ProFlux от компании Moxtek. Отражающие линейные поляризаторы могут также содержать установленные последовательно холестерические отражающие материалы и четвертьволновую фазовую пластинку.
Ретардер, установленный между линейным поляризатором и параллельным линейным анализирующим поляризатором, не вносящим результирующего относительного фазового сдвига, выполняет полное пропускание светового излучения за исключением излучения с остаточным поглощением в линейном поляризаторе.
Ретардер, создающий результирующий относительный фазовый сдвиг между ортогональными компонентами поляризации, изменяет SOP и выполняет ослабление излучения на анализирующем поляризаторе.
В данном изобретении термин «фазовая A-пластинка» обозначает оптический ретардер, использующий слой двулучепреломляющего материала, оптическая ось которого параллельна плоскости слоя.
Термин «положительная фазовая A-пластинка» обозначает фазовые A-пластинки с положительным двулучепреломлением, то есть фазовые A-пластинки с положительным значением Δп.
В данном изобретении термин «фазовая C-пластинка» обозначает оптический ретардер, использующий слой двулучепреломляющего материала, оптическая ось которого перпендикулярна плоскости слоя. Термин «положительная фазовая C-пластинка» обозначает фазовую C-пластинку с положительным двулучепреломлением, то есть фазовую C-пластинку с положительным значением Δп. Термин «отрицательная фазовая C-пластинка» обозначает фазовую C-пластинку с отрицательным двулучепреломлением, то есть фазовую C-пластинку с отрицательным значением Δп.
Термин «фазовая O-пластинка» обозначает оптический ретардер, использующий слой двулучепреломляющего материала, оптическая ось которого имеет компонент, параллельный плоскости слоя, и компонент, перпендикулярный плоскости слоя. Термин «положительная фазовая O-пластинка» обозначает фазовые O-пластинки с положительным двулучепреломлением, то есть фазовые O-пластинки с положительным значением Δп.
Могут применяться ахроматические ретардеры, в которых применяют материал ретардера с величиной оптической разности хода Δn . d, которая изменяется в зависимости от длины волны как
где представляет собой по сути постоянную величину.
К примерам пригодных материалов относятся модифицированные поликарбонаты от компании Teijin Films. В данных вариантах реализации изобретения могут применяться ахроматические ретардеры, что может обеспечивать преимущество, которое заключается в снижении до минимальных изменений цвета между полярными угловыми направлениями просмотра со слабым снижением яркости и полярными угловыми направлениями просмотра с усиленным снижением яркости, как описывается ниже.
Далее описаны различные другие термины, используемые в данном изобретении, относящиеся к ретардерам и жидким кристаллам.
Жидкокристаллическая ячейка имеет величину оптической разности хода, равную Δn⋅d, где Δn представляет собой двулучепреломление жидкокристаллического материала в жидкокристаллической ячейке, а d представляет собой толщину жидкокристаллической ячейки, независимо от ориентации жидкокристаллического материала в жидкокристаллической ячейке.
Продольное упорядочивание обозначает такое упорядочивание жидких кристаллов в переключаемых ЖК-дисплеях, при котором молекулы ориентированы в целом параллельно подложке. Продольное упорядочивание иногда называют планарным упорядочиванием. Продольное упорядочивание, как правило, может выполняться с небольшим предварительным наклоном, например 2 градуса, так чтобы молекулы на поверхностях ориентирующих слоев жидкокристаллической ячейки имели незначительный наклон, как описывается ниже. Предварительный наклон директора выполняют с возможностью снижения до минимальной возможности вырождения при переключении ячеек.
В данном изобретении гомеотропное упорядочивание представляет собой состояние, в котором стержневидные жидкокристаллические молекулы ориентированы по сути перпендикулярно подложке. В дискотических жидких кристаллах гомеотропное упорядочивание обозначает такое состояние, при котором ось столбчатой структуры, образованной дисковидными жидкокристаллическими молекулами, ориентируется перпендикулярно поверхности. При гомеотропном упорядочивание предварительный наклон директора представляет собой угол наклона молекул, которые находятся вблизи ориентирующего слоя, как правило, близкий к 90 градусам и, например, может составлять 88 градусов.
В слое скрученного жидкого кристалла создается скрученная структура (также известная как спиральная структура или спираль) из молекул нематического жидкого кристалла. Закручивание может достигаться посредством непараллельного упорядочивания ориентирующих слоев. Кроме того, в жидкокристаллический материал могут быть добавлены холестерические модификаторы для подавления вырождения направления закручивания (по часовой стрелке или против часовой стрелки) и для дальнейшего управления шагом закручивания в равновесном (как правило, не управляемом) состоянии. Слой сверхскрученного жидкого кристалла имеет угол закручивания более чем 180 градусов. Слой скрученного нематика, используемого в SLM, как правило, имеет угол закручивания 90 градусов.
Молекулы жидкого кристалла с положительной диэлектрической анизотропией переключаются из состояния с продольным упорядочиванием (например таким, как ориентация в ретардере на основе фазовой A-пластинки) в состояние с гомеотропным упорядочиванием (например таким, как ориентация в ретардере на основе фазовой C-пластинки или O-пластинки) с помощью прикладываемого электрического поля.
Молекулы жидкого кристалла с отрицательной диэлектрической анизотропией переключаются из состояния с гомеотропным упорядочиванием (например таким, как ориентация в ретардере на основе фазовой C-пластинки или O-пластинки) в состояние с пролольным упорядочиванием (например таким, как ориентация в ретардере на основе фазовой A-пластинки) с помощью прикладываемого электрического поля.
e
o,
e
o
Стержневидные молекулы имеют положительное значение двулучепреломления, так что n > n как следует из уравнения 2. Дискотические молекулы имеют отрицательное значение двулучепреломления, так что n < n.
Положительные ретардеры, такие как фазовые A-пластинки, положительные фазовые O-пластинки и положительные фазовые C-пластинки, как правило, могут быть созданы с помощью растянутых пленок или стержнеобразных молекул жидкого кристалла. Отрицательные ретардеры, такие как отрицательные фазовые C-пластинки, могут быть созданы с помощью с помощью растянутых пленок или подобных дискотическим молекул жидкого кристалла.
Параллельное упорядочивание в жидкокристаллической ячейке обозначает параллельное или чаще всего антипараллельное направление ориентации слоев с продольным упорядочиванием жидких кристаллов. В случае гомеотропного упорядочивания с предварительным наклоном ориентирующие слои могут иметь компоненты, являющиеся по сути параллельными или антипараллельными. Жидкокристаллические ячейки с гибридным упорядочиванием могут содержать один ориентирующий слой с продольным упорядочиванием и один ориентирующий слой с гомеотропным упорядочиванием. Ячейки скрученного жидкого кристалла могут быть созданы с помощью ориентирующих слоев, не имеющих параллельного упорядочивания, например, со взаимной ориентацией под углом 90 градусов.
Пропускающие SLM могут также содержать ретардеры между входным поляризатором дисплея и выходным поляризатором дисплея, например, как описано в патенте США № 8,237,876, содержание которого включено в данный документ в полном объеме посредством ссылки. Такие ретардеры (не показаны) находятся в другом местоположении по сравнению с пассивными ретардерами согласно вариантам реализации по данному изобретению. Такие ретардеры компенсируют ухудшение контраста в позициях просмотра вне оптической оси дисплея, что представляет собой иной результат по сравнению с уменьшением яркости в позициях просмотра вне оптической оси дисплея согласно вариантам реализации по данному изобретению.
Режим работы дисплея с защитой отображения информации представляет собой такой режим, в котором наблюдатель видит низкую контрастную чувствительность, так что изображение различается не четко. Контрастная чувствительность представляет собой оценку способности различать различные уровни яркости на статическом изображении. Величина, обратная контрастной чувствительности, может использоваться в качестве оценки защиты визуальной информации в том смысле, что высокий уровень защиты визуальной информации (VSL) соответствует низкой визуальной доступности изображения.
Для дисплея с защитой отображения информации, предоставляющего изображение наблюдателю, уровень защиты визуальной информации может быть определен как:
где VSL представляет собой уровень защиты визуальной информации, Y представляет собой яркость белого поля дисплея на углах просмотра подглядывающего, K представляет собой яркость черного поля дисплея на углах просмотра подглядывающего, а R представляет собой яркость отраженного от дисплея светового излучения.
Коэффициент контрастности панели принимают как:
Для высококонтрастных оптических режимов ЖК-дисплея пропускная способность для белого поля остается практически неизменной при различных углах просмотра. В режимах работы ЖК-дисплея с уменьшением контрастности согласно вариантам реализации по данному изобретению пропускная способность для белого поля, как правило, уменьшается, в то время как пропускная способность для черного поля возрастает таким образом, что
Уровень защиты визуальной информации может быть определен как:
где значение удельной яркости P на позициях вне оптической оси дисплея, как правило, определяется для угла просмотра подглядывающего в процентном отношении от величины яркости L в прямонаправленной позиции, и дисплей может иметь коэффициент контрастности изображения C и отражательную способность поверхности ρ.
Величину удельной яркости P на позициях вне оптической оси дисплея иногда называют уровнем защиты отображения информации. В то же время такой уровень P защиты отображения информации описывает удельную яркость дисплея для заданного полярного угла в сравнении с величиной яркости в прямонаправленной позиции и не дает оценки визуальных характеристик защиты отображения информации.
Дисплей может освещаться внешним освещением Ламберта I. В результате при полном отсутствии освещенности высококонтрастный дисплей имеет VSL, составляющий около 1,0. При увеличении внешней освещенности восприятие контрастности изображения ухудшается, VSL увеличивается, и изображение воспринимается в режиме защиты отображения информации.
Для стандартных жидкокристаллических дисплеев значение контрастности C панели выше 100:1 для почти всех углов просмотра, что позволяет уровень защиты визуальной информации приближенно принять как:
По сравнению с дисплеями с защитой отображения информации дисплеи с заданными широкими углами просмотра предоставляют хорошую видимость в стандартных условиях внешней освещенности. Одна из оценок визуальной доступности изображения выполняется с помощью величины контрастной чувствительности, такой как контраст Майкельсона, который определяется как:
так что:
В результате уровень защиты визуальной информации (VSL) равен (но не тождественен) величине 1/M. В данном описании для заданной удельной яркости P на позициях вне оптической оси дисплея величина W визуальной доступности изображения в широкоугольном режиме приближенно принимается как
Переключаемые направленные дисплейные устройства, предназначенные для применения, например, в дисплеях с защитой отображения информации и содержащие совокупные ретардеры, установленные между поляризатором дисплея и дополнительным поляризатором, описаны в патенте США № 10,126,575 и в заявке на патент США № 16/131,419 с названием «Optical stack for switchable directional display» (Номер дела патентного поверенного 412101), поданных 14 сентября 2018 года, из которых оба документа включены в данный документ в полном объеме посредством ссылки. Направленные дисплейные устройства, дополнительно содержащие отражающие ретардеры, установленные между поляризатором дисплея и ретардерами, описаны в публикации патента США. № 2018-0329245, содержание которой включено в данный документ в полном объеме посредством ссылки. Поляризаторы направленного дисплея, содержащие пассивные ретардеры, установленные между поляризатором дисплея и дополнительным поляризатором, описаны в публикации патента США № 2018-0321553, содержание которой включено в данный документ в полном объеме посредством ссылки.
Далее описывается конструкция и работа различных переключаемых дисплейных устройств. В данном описании общие элементы имеют общие номера позиций. Следует отметить, что сведения, относящиеся к любому элементу, применимы к каждому устройству, в котором предлагается аналогичный либо соответствующий элемент. Вследствие этого для краткости изложения такие сведения не повторяются.
Фиг. 1A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции оптическую стопу дисплейного устройства для использования при внешнем освещении; фиг. 1B представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции переключаемый дисплей с защитой отображения информации для использования при внешнем освещении, содержащий эмиссионный пространственно-временной оптический модулятор (SLM) и компенсированный переключаемый ретардер; а фиг. 2А представляет собой структурную схему, демонстрирующую во фронтальной проекции ориентацию оптических слоев в оптической стопе по фиг. 1.
Дисплейное устройство 100 для использования при внешнем освещении 604 содержит: SLM 48, выполненный с возможностью вывода светового излучения 400; при этом SLM 48 содержит выходной поляризатор 218, установленный на выходной стороне SLM 48, причем выходной поляризатор 218 представляет собой линейный поляризатор; дополнительный поляризатор 318, установленный на выходной стороне выходного поляризатора 218, причем дополнительный поляризатор 318 представляет собой линейный поляризатор; и отражающий поляризатор 302, установленный между выходным поляризатором 218 и дополнительным поляризатором 318, причем отражающий поляризатор 302 представляет собой линейный поляризатор. Типовые поляризаторы 210, 218, 318 могут представлять собой такие поляризаторы, как дихроичные поляризаторы.
По меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер 300 установлен между отражающим поляризатором 302 и дополнительным поляризатором 318. Направление 303 пропускания электрического вектора излучения отражающего поляризатора 302 является параллельным направлению 319 пропускания электрического вектора излучения дополнительного поляризатора 318. Направление 303 пропускания электрического вектора излучения отражающего поляризатора 302 является параллельным направлению 219 пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора 218.
В результате дисплейное устройство для использования при внешнем освещении 604 содержит SLM 48, выполненный с возможностью вывода светового излучения 400. В данном изобретении SLM 48 может содержать жидкокристаллический дисплей, содержащий входной поляризатор 210, выходной поляризатор 218 с подложками 212, 216, жидкокристаллический слой 214 и красные, зеленые, и синие пиксели 220, 222, 224. Устройство 20 подсветки может быть выполнено с возможностью освещения SLM 48 и может содержать источники 15 входного светового излучения, волновод 1, задний рефлектор 3 и оптическую стопу 5, содержащую рассеиватели, светоповорачивающие пленки и другие известные элементы конструкции оптической подсветки. В оптической стопе 5 с повышенной степенью рассеивания в направлении наклона по сравнению с боковым направлением могут применяться рассеиватели асимметричного типа, которые могут содержать, например, асимметричные элементы рельефа поверхности. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности повышения однородности изображения.
Конструкция и работа устройств 20 подсветки для использования в дисплее с защитой отображения информации подробнее описаны ниже при рассмотрении фиг. 30A-32C. В демонстрационном варианте реализации изобретения по фиг. 1А, величина яркости под полярными углами более чем 45 градусов относительно нормали к SLM, может составлять не более 18%.
Дисплей может также содержать отражающий рециркуляционный поляризатор 208, установленный между устройством 20 подсветки и SLM 48. Отражающий рециркуляционный поляризатор 208 отличается от отражающего поляризатора 302 согласно вариантам реализации по данному изобретению. Отражающий рециркуляционный поляризатор 208 выполняет отражение поляризованного светового излучения от устройства подсветки, которая имеет поляризацию, ортогональную направлению пропускания электрического вектора излучения дихроичного входного поляризатора 210. Отражающий рециркуляционный поляризатор 208 не отражает внешнее световое излучение 604 для подглядывающего.
Как показано на фиг. 1В, в альтернативном варианте реализации изобретения SLM 48 с выходным поляризатором 218 может использоваться в других типах дисплея, которые выполняют вывод светового излучения 400 с помощью эмиссии, таких как органические светодиодные дисплеи (OLED, organic light-emitting diode display). Выходной поляризатор 218 может выполнять уменьшение яркости для светового излучения, отраженного от плоскости пикселей OLED, посредством одного из нескольких ретардеров 518, помещенных между выходным поляризатором 218 дисплея и плоскостью пикселей OLED. Один или несколько ретардеров 518 могут представлять собой четвертьволновую фазовую пластинку и отличаются от ретардера 330 по данному изобретению.
В результате SLM 48 содержит выходной поляризатор 218, установленный на выходной стороне SLM 48. Выходной поляризатор 218 может быть выполнен с возможностью получения высокого коэффициента поглощения для светового излучения от пикселей 220, 222, 224 SLM 48 и для предотвращения обратных отражений от отражающего поляризатора 302 в направлении пикселей 220, 222, 224.
Управляющий полярными характеристиками ретардер 300 установлен между отражающим поляризатором 302 и дополнительным поляризатором 318. В варианте реализации изобретения по фиг. 1А-1В, управляющий полярными характеристиками ретардер 300 содержит пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 330 и переключаемый жидкокристаллический ретардер 301, однако в общем случае может быть заменен другими вариантами исполнения по меньшей мере одного ретардера, некоторые примеры которых представлены в устройствах, описанных ниже.
По меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер 300 выполнен с возможностью не вносить никакого результирующего относительного фазового сдвига в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор 302 вдоль оси, направленной вдоль нормали к плоскости по меньшей мере одного управляющего полярными характеристиками ретардера 300, и вносить относительный фазовый сдвиг в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор 302 вдоль оси, наклоненной относительно нормали к плоскости по меньшей мере одного управляющего полярными характеристиками ретардера 300. Управляющий полярными характеристиками ретардер 300 не оказывает влияния на яркость светового излучения, проходящего через отражающий поляризатор 302, управляющий полярными характеристиками ретардер 300 и дополнительный поляризатор 318 вдоль оси, направленной вдоль нормали к плоскости управляющего полярными характеристиками ретардера 300, однако по меньшей мере в одном из переключаемых состояний переключаемого ретардера 301 управляющий полярными характеристиками ретардер 300 вызывает уменьшение яркости светового излучения, проходящего через него вдоль оси, наклоненной относительно нормали к плоскости управляющего полярными характеристиками ретардера 300. Основные причины, приводящие к такому эффекту, описаны ниже более подробно при рассмотрении фиг. 33A-35E и возникают вследствие наличия или отсутствия фазового сдвига, создаваемого управляющим полярными характеристиками ретардером 300 в световом излучении, направленном вдоль осей, расположенных под различными углами по отношению к жидкокристаллическому материалу управляющего полярными характеристиками ретардера 300. Аналогичный эффект достигается во всех устройствах, описанных ниже.
Управляющий полярными характеристиками ретардер 300 содержит переключаемый жидкокристаллический ретардер 301, содержащий слой 314 жидкокристаллического материала и подложки 312, 316 и установленный между отражающим поляризатором 302 и дополнительным поляризатором 318. В результате по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер 300 содержит переключаемый жидкокристаллический ретардер 301, содержащий слой 314 жидкокристаллического материала 414, причем по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер 300 в переключаемом состоянии переключаемого жидкокристаллического ретардера 301 выполнен с возможностью одновременно не вносить никакого результирующего относительного фазового сдвига в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор 302 вдоль оси, направленной вдоль нормали к плоскости по меньшей мере одного управляющего полярными характеристиками ретардера 300, и вносить результирующий относительный фазовый сдвиг в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор 302 вдоль оси, наклоненной относительно нормали к плоскости по меньшей мере одного управляющего полярными характеристиками ретардера.
Как показано на фиг. 2А, в случае, когда SLM 48 представляет собой жидкокристаллический дисплей, входное направление 211 пропускания электрического вектора излучения на входном поляризаторе 210 создает входной компонент поляризации, который может быть преобразован в жидкокристаллическом слое 214 с возможностью получения выходного компонента поляризации, определяемого направлением 219 пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора 218. Направление пропускания электрического вектора излучения отражающего поляризатора 302 является параллельным направлению пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора 218. Кроме того, направление 303 пропускания электрического вектора излучения отражающего поляризатора 302 является параллельным направлению 319 пропускания электрического вектора излучения дополнительного поляризатора 318.
Показанные на фиг. 1А подложки 312, 316 переключаемого жидкокристаллического ретардера 301 содержат электроды 413, 415 (показанные на фиг. 3), установленные с возможностью подачи электрического напряжения к слою 314 жидкокристаллического материала 414. Система 352 управления выполнена с возможностью управления напряжением, подаваемым драйвером 350 напряжения на электроды переключаемого жидкокристаллического ретардера 301.
Управляющий полярными характеристиками ретардер 300 также содержит пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 330, как подробнее описывается ниже. По меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер 300 содержит по меньшей мере один пассивный ретардер 330, который выполнен с возможностью не вносить никакого результирующего относительного фазового сдвига в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор 302 вдоль оси, направленной вдоль нормали к плоскости по меньшей мере одного пассивного ретардера, и вносить результирующий относительный фазовый сдвиг в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор 302 вдоль оси, наклоненной относительно нормали к плоскости по меньшей мере одного пассивного ретардера.
Пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 330 может содержать фазозамедляющий слой с твердым двулучепреломляющим материалом 430, в то время как переключаемый жидкокристаллический ретардер 301 может содержать слой 314 из жидкокристаллического материала 414, как описывается ниже.
Фиг. 2B представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции элемент 260 управления углом просмотра, содержащий отражающий поляризатор 302; управляющий полярными характеристиками ретардер 300, содержащий пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 330; переключаемый жидкокристаллический ретардер 301; и дополнительный поляризатор. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственной конфигурации по фиг. 2В соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
Оптический элемент 260 управления углом просмотра предназначен для применения на выходной стороне дисплейного устройства для использования при внешнем освещении 604, содержащего SLM 48, выполненный с возможностью вывода светового излучения; при этом SLM 48 содержит выходной поляризатор 218, установленный на выходной стороне SLM 48; оптический элемент 260 управления углом просмотра, содержащий дополнительный поляризатор 318; отражающий поляризатор 302, установленный между выходным поляризатором 218 и дополнительным поляризатором 318 при применении оптического элемента 260 управления углом просмотра в дисплейном устройстве; и по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер 300, установленный между отражающим поляризатором 302 и дополнительным поляризатором 318; при этом по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер 300 выполнен с возможностью одновременно не вносить никакого результирующего относительного фазового сдвига в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор 302 вдоль оси, направленной вдоль нормали к плоскости по меньшей мере одного управляющего полярными характеристиками ретардера 300, и вносить относительный фазовый сдвиг в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через отражающий поляризатор 302 вдоль оси, наклоненной относительно нормали к плоскости по меньшей мере одного управляющего полярными характеристиками ретардера.
При использовании оптический элемент 260 управления углом просмотра может быть присоединен пользователем или может быть установлен на заводе на поляризованном выходе SLM 48. Оптический элемент 260 управления углом просмотра может быть выполнен в виде гибкой пленки для изогнутых и криволинейных дисплеев. В альтернативном варианте реализации изобретения оптический элемент 260 управления углом просмотра может быть выполнен на жесткой подложке, такой как стеклянная подложка.
При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности создания дополнительного элемента управления защитой отображения информации и/или элемента управления уровнем рассеянного света, которые не требует согласования по разрешающей способности в пикселях с панелью дисплея для избегания артефактов от муарового эффекта. Оптический элемент 260 управления углом просмотра может быть также выполнен для заводской установки на SLM 48.
В случае установки оптического элемента 260 управления углом просмотра по фиг. 2B на имеющееся дисплейное устройство можно сформировать дисплейное устройство, показанное на любой из фиг. 1A-2A.
Далее рассматривается пространственная конфигурация и работа управляющего полярными характеристиками ретардера 300, содержащего переключаемый жидкокристаллический ретардер 301.
Фиг. 3 представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию управляющего полярными характеристиками ретардера 300 в рабочем режиме защиты отображения информации, содержащего пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 330 на основе отрицательной фазовой С-пластинки и переключаемый жидкокристаллический ретардер 301 с гомеотропным упорядочиванием.
На фиг. 3 и других нижеследующих структурных схемах некоторые слои оптической стопы опущены для упрощения понимания. Например, переключаемый жидкокристаллический ретардер 301 показан без подложек 312, 316. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственной конфигурации по фиг. 3 соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
Переключаемый жидкокристаллический ретардер 301 содержит слой 314 из жидкокристаллического материала 414 с отрицательной диэлектрической анизотропией. Пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 330 содержит отрицательную фазовую С-пластинку, имеющую оптическую ось, перпендикулярную плоскости ретардера 330, схематически представленную в виде ориентации дискотического материала 430.
Жидкокристаллический ретардер 301 также содержит оптически прозрачные электроды 413, 415, выполненные с возможностью управления жидкокристаллическим материалом, причем слой жидкокристаллического материала является переключаемым посредством регулировки напряжения, прикладываемого к электродам. Электроды 413, 415 могут располагаться на слое 314 и выполнены с возможностью подачи напряжения для управления жидкокристаллическим ретардером 301. Оптически прозрачные электроды расположены на противоположных сторонах слоя жидкокристаллического материала 414 и могут представлять собой, например, электроды из оксида индия и олова (ITO, Indium Tin Oxide).
Ориентирующие слои могут быть сформированы между электродами 413, 415 и жидкокристаллическим материалом 414 слоя 314. Ориентация молекул жидкого кристалла в плоскости x-y определяется направлением предварительного наклона директора в ориентирующих слоях, так что каждый ориентирующий слой имеет предварительный наклон директора, причем предварительный наклон директора в каждом ориентирующем слое имеет направление предварительного наклона директора с компонентом 417a, 417b в плоскости слоя 314, которое является параллельным или антипараллельным, или ортогональным направлению 303 пропускания электрического вектора излучения отражающего поляризатора 302.
Драйвер 350 подает электрическое напряжение V на электроды 413, 415 на слое 314 переключаемого жидкокристаллического материала 414, так что молекулы жидкого кристалла наклонены под углом наклона к вертикали, образуя фазовую О-пластинку. Плоскость наклона директора определяется направлением предварительного наклона директоров ориентирующих слоев, сформированных на внутренних поверхностях подложек 312, 316.
В типовом варианте применения для переключения между режимом коллективного пользования и режимом защиты отображения информации, слой жидкокристаллического материала переключается между двумя состояниями, причем первое состояние представляет собой режим коллективного пользования, так чтобы дисплей мог использоваться несколькими пользователями, при этом второе состояние представляет собой режим защиты отображения информации для использования основным пользователем с минимальной визуальной доступностью для подглядывающих. Переключение может выполняться посредством подачи электрического напряжения на электроды.
В общем случае такой дисплей может рассматриваться как имеющий первое состояние с широким углом просмотра и второе состояние с пониженной яркостью в позициях вне оптической оси дисплея. Такой дисплей может предоставлять функции дисплея с защитой отображения информации. В другом варианте применения или для получения регулируемой яркости для наблюдателей в позициях вне оптической оси дисплея, например, внутри автомобиля, когда пассажир или водитель могут пожелать определенную степень визуальной доступности отображаемого изображения без его полного сокрытия, могут быть использованы промежуточные уровни электрического напряжения. Степень рассеивания света может быть уменьшена для работы в ночное время.
Далее для направлений из позиций на оптической оси дисплея и вне ее рассматривается распространение поляризованного светового излучения от выходного поляризатора 218.
Фиг. 4А представляет собой структурную схему, демонстрирующую в боковой проекции распространение выходного светового излучения из SLM через оптическую стопу по фиг. 1А в рабочем режиме с защитой отображения информации; а фиг. 4B представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 4А. Когда слой 314 жидкокристаллического материала находится во втором состоянии из указанных двух состояний, управляющий полярными характеристиками ретардер 300 не выполняет никакого полного преобразования компонента 360 поляризации для выходящих световых лучей 400, проходящих через него вдоль оси, перпендикулярной плоскости переключаемого ретардера, однако выполняет полное преобразование компонента 361 поляризации для световых лучей 402, проходящих через него под определенными полярными углами, которые образуют острый угол с перпендикуляром к плоскости ретардеров. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственной конфигурации по фиг. 4A соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
Компонент 360 поляризации от выходного поляризатора 218 пропускается отражательным поляризатором 302 и попадает на ретардеры 300. Световое излучение вдоль оптической оси дисплея имеет компонент 362 поляризации, который не отличается от компонента 360, в то время как световое излучение вне оптической оси имеет компонент 364 поляризации, который преобразуется управляющим полярными характеристиками ретардером 300. По меньшей мере компонент 361 поляризации преобразуется в компонент 364 линейной поляризации и поглощается дополнительным поляризатором 318. В более общем случае компонент 361 поляризации преобразуется в компонент эллиптической поляризации, который частично поглощается дополнительным поляризатором 318.
В результате в полярном представлении для пропускной способности управляющего полярными характеристиками ретардера 300 и дополнительного поляризатора 318 в режиме защиты отображения информации образуются области высокой пропускной способности и области низкой пропускной способности, как показано на фиг. 4В.
Полярное распределение степени пропускания светового излучения, показанное на фиг. 4В, изменяет полярное распределение выходной яркости нижележащего SLM 48. В случае, когда SLM 48 содержит устройство 20 направленной подсветки, значения яркости в позициях вне оптической оси могут быть также уменьшены, как описывается выше.
При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в создании дисплея с защитой отображения информации, имеющего низкую яркость для подглядывающего в позициях вне оптической оси, при этом сохраняющего высокую яркость для наблюдателя в позициях на оптической оси.
Далее описывается работа отражающего поляризатора 302 для светового излучения от внешнего источника 604 света.
Фиг. 5А представляет собой структурную схему, демонстрирующую в горизонтальной проекции распространение светового излучения от внешнего источника света через оптическую стопу по фиг. 1А в рабочем режиме с защитой отображения информации; а фиг. 5B представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 5А. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственной конфигурации по фиг. 5A соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
Внешний источник 604 света освещает дисплей 100 неполяризованным световым излучением. Дополнительный поляризатор 318 пропускает световой луч 410, перпендикулярный поверхности дисплея, с первым компонентом 372 поляризации, который представляет собой компонент линейной поляризации, параллельный направлению 319 пропускания электрического вектора излучения дополнительного поляризатора 318.
В обоих рабочих состояниях компонент 372 поляризации не испытывает изменений со стороны управляющего полярными характеристиками ретардера 300, и поэтому пропускаемый компонент 382 поляризации является параллельным оси пропускания отражающего поляризатора 302 и выходного поляризатора 218, вследствие чего внешнее световое излучение направляется через SLM 48 и утрачивается.
Для сравнения, световое излучение луча 412 вне оптической оси направляется через управляющий полярными характеристиками ретардер 300, так что компонент 374 поляризации, падающий на отражающий поляризатор 302, может отражаться. Такой компонент поляризации повторно преобразуется в компонент 376 после прохождения через ретардеры 300 и пропускается через дополнительный поляризатор 318.
В результате, когда слой 314 жидкокристаллического материала находится во втором состоянии из указанных двух состояний, отражающий поляризатор 302 не создает никакого отраженного светового излучения для внешних световых лучей 410, проходящих через дополнительный поляризатор 318 и затем через управляющий полярными характеристиками ретардер 300 вдоль оси, перпендикулярной плоскости управляющего полярными характеристиками ретардера 300, однако создает отраженные световые лучи 412 для внешнего светового излучения, проходящего через дополнительный поляризатор 318 и затем через управляющий полярными характеристиками ретардер 300 под определенными полярными углами, которые образуют острый угол с перпендикуляром к плоскости управляющего полярными характеристиками ретардера 300; при этом отраженное световое излучение 412 возвращается обратно через управляющий полярными характеристиками ретардер 300 и затем выпускается дополнительным поляризатором 318.
В результате управляющий полярными характеристиками ретардер 300 не выполняет никакого полного преобразования компонента 380 поляризации для внешних световых лучей 410, проходящих через дополнительный поляризатор 318 и затем через управляющий полярными характеристиками ретардер 300 вдоль оси, перпендикулярной плоскости переключаемого ретардера, однако выполняет полное преобразование компонента 372 поляризации для внешних световых лучей 412, проходящих через поглощающий поляризатор 318 и затем через управляющий полярными характеристиками ретардер 300 под определенными полярными углами, которые образуют острый угол с перпендикуляром к плоскости управляющего полярными характеристиками ретардера 300.
Полярное распределение степени отражения светового излучения, показанное на фиг. 5В, в результате демонстрирует тот факт, что в стандартных для подглядывающего местоположениях может быть получена высокая отражательная способность с помощью перехода в состояние с защитой отображения информации управляющего полярными характеристиками ретардера 300. В результате в рабочем режиме с защитой отображения информации отражательная способность в позициях просмотра вне оптической оси дисплея увеличивается, а яркость светового излучения от SLM в позициях просмотра вне оптической оси дисплея уменьшается, как показано на фиг. 4В.
При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в создании дисплея с защитой отображения информации, имеющего высокую отражательную способность для подглядывающего в позициях вне оптической оси дисплея, при этом сохраняющего низкую отражательную способность для наблюдателя в позициях на оптической оси дисплея. Как описывается выше, такая повышенная отражательная способность предоставляет повышенный уровень защиты визуальной информации для дисплея в условиях внешнего освещения.
В другом варианте применения такой дисплей может принимать вид переключаемого зеркала. Такой дисплей может улучшать эстетический вид дисплеев, не находящихся в работе. Например, в вариантах применения для телевидения в домашних условиях дисплей может использоваться в качестве зеркала для просмотра из позиций вне оптической оси, таким образом скрывая «черную дыру», типичную для телевизоров большой площади, за счет отражения внешнего светового излучения, обеспечивая преимущество, которое заключается в ощущении увеличения жилого пространства.
Далее рассматриваются результаты определения отражательной способности для пространственной конфигурации по фиг. 5A.
Фиг. 5C представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую результаты определения зависимости отражательной способности 390 от бокового угла 392 просмотра и для определенных отражаемых световых лучей 412. Кривая 394 демонстрирует изменение отражательной способности для дисплея в режиме защиты отображения информации, в то время как кривая 396 демонстрирует изменение отражательной способности для дисплея в режиме коллективного пользования.
По сравнению с фиг. 5B пиковая отражательная способность составляет около 20%, в то время как отражательная способность идеального отражающего поляризатора 302 составляет 50%. Такое снижение отражательной способности обусловлено потерями на пропускание от дополнительного поляризатора 318, поляризационной отражательной способностью отражающего поляризатора, хроматическими аберрациями в точке перестройки управляющего полярными характеристиками ретардера 300 и другими потерями на отражение и рассеяние в оптической стопе.
Далее описывается работа дисплея по фиг. 1А в режиме защиты отображения информации.
Фиг. 6А представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальную проекцию просмотра пропускаемого выходного светового излучения для дисплея, работающего в режиме защиты отображения информации. Может использоваться дисплей 100 с белыми областями 603 и черными областями 601. Подглядывающий может видеть изображение на дисплее при условии различимости разницы между уровнями яркости в наблюдаемых областях 601, 603. Во время работы основной пользователь 45 наблюдает изображения с полной яркостью, передаваемой посредством лучей 400 в местоположения 26 просмотра, которые могут представлять собой оптические окна направленного дисплея. Подглядывающий 47 наблюдает лучи 402 с пониженной яркостью в местоположениях 27 просмотра, которые могут представлять собой, например, оптические окна направленного дисплея, содержащего формирующий изображение волновод. Области 26, 27 также представляют собой области на полярных диаграммах 4B и 5B, находящиеся на оптической оси дисплея и вне оптической оси дисплея.
Фиг. 6B представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальную проекцию просмотра отражаемого внешнего светового излучения от поверхностей раздела дисплея. В результате определенные световые лучи 404, показанные на фиг. 5А, могут отражаться от фронтальной поверхности дополнительного поляризатора 318 и других поверхностей дисплея. Как правило, такая отражательная способность может составлять 4% для склеенной оптической стопы при падении в перпендикулярном направлении и около 5% для склеенной оптической стопы при падении под углом 45 градусов в результате отражений Френеля на границе раздела воздух-поляризатор. В результате подглядывающий, находящийся перед дисплеем 100, может наблюдать отраженное изображение 605 источника 604 с низкой яркостью.
Фиг. 6C представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальную проекцию просмотра отражаемого внешнего светового излучения для дисплея по фиг. 1А, работающего в режиме защиты отображения информации. По сравнению с фиг. 6B в отражении 606 источника 604 наблюдаемая яркость отраженного света значительно выше. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственной конфигурации по фиг. 6A-C соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
Форма и распределение отраженного изображения 606 определяется пространственным распределением для внешнего источника 604 света, однако также может определяться рассеивающими слоями, особенно на выходной поверхности дополнительного поляризатора 318.
Фиг. 7A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальные проекции внешнего вида дисплея по фиг. 1А, работающего в режиме 1 защиты отображения информации с зависимостями для яркости и отражательной способности по фиг. 4B и фиг. 5B в различных позициях просмотра. В результате каждый из девяти ракурсов 520, 522, 524, 526, 528, 530, 532, 534 и 536 соответствует ракурсу из соответствующей позиции просмотра, как показано с помощью аксонометрического изображения таких ракурсов.
В результате ракурсы 530, 532 верхнего сектора просмотра, ракурсы 534, 536 нижнего сектора просмотра и ракурсы 526, 528 боковых позиций просмотра предоставляют как пониженную яркость, так и увеличенные отражения 606, 605 внешнего источника 604 света, в то время как верхние/нижние ракурсы 522, 524 центральных областей просмотра и ракурс 520 из прямонаправленной позиции образуют область 605 со значительно более высокой яркостью и низкой отражательной способностью, с по сути отсутствием визуальной доступности отражений от отражающего поляризатора 302.
Фиг. 7В представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение уровень 620 защиты визуальной информации в зависимости от отношения 622 внешней освещенности к освещенности в прямонаправленной позиции для подглядывающего в позиции вне оптической оси переключаемого дисплея по фиг. 1А в рабочем режиме с защитой отображения информации для пространственных конфигураций с отражающим поляризатором 302 для зависимости 624, и для зависимости 626 без отражающего поляризатора 302 и для демонстрационного варианта реализации изобретения по таблице 1.
Таблица 1
Вариант 626
Вариант 624
Яркость для подглядывающего/прямонаправленная яркость
0,5%
Контрастность изображения
500:1
Прямонаправленная яркость/ниты
200
Отражающий поляризатор 302 и ретардеры 300
Нет
Да
Общая отражательная способность дисплея
5,0%
30%
В результате фиг. 7В демонстрирует преимущество, которое заключается в том, что уровень защиты визуальной информации увеличивается с помощью отражающего поляризатора 302.
По сравнению с данными вариантами реализации изобретения при отсутствии отражающего поляризатора 302 получают уровень V защиты визуальной информации, составляющий менее чем 4,0 для стандартного внешнего освещения. Такие уровни защиты визуальной информации не обеспечивают необходимой степени защиты отображения информации от подглядывающего 27. В данных вариантах реализации изобретения достигаются высокие уровни защиты визуальной информации, составляющие более 4,0 для отношения люксы/ниты в 20% или менее. Например, необходимая защита визуальной информации может быть достигнута для пользователя 26 в прямонаправленной позиции, наблюдающего изображение с освещенностью 200 нит в окружающей среде с внешней освещенностью 40 нит. По мере увеличения внешней освещенности уровень защиты визуальной информации увеличивается.
Фиг. 7C представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений уровня защиты визуальной информации в зависимости от полярного направления для дисплея фиг. 1А, содержащего устройство 20 коллимированной подсветки, что также описывается ниже при рассмотрении фиг. 32A-C и для отношения (люксы/ниты) внешней освещенности (люксы) к прямонаправленной яркости (ниты), составляющего 20%.
Фиг. 7С демонстрирует первую полярную область 690 для просмотра основным пользователем 26, в которой уровень V защиты визуальной информации составляет менее чем 1,2, что приводит к получению величины W визуальной доступности изображения, большей чем 83%. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности удобного просмотра дисплея 100 с высокой контрастностью. Во второй полярной области 692 уровень V защиты визуальной информации составляет более чем 4,0, и глаз подглядывающего, расположенный в этой области, не может легко различать информацию на дисплее. Полярная область 694 представляет собой промежуточную область для областей 690 и 692 и представляет собой область с пониженной визуальной доступностью изображения, хотя и не имеющую необходимых уровней защиты визуальной информации. Данные варианты реализации изобретения обеспечивают преимущество, которое заключается в создании большой полярной области 690 для основного пользователя и большой полярной области 692 для подглядывающего, а также небольшой переходной области 694.
Фиг. 7D представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений уровня защиты визуальной информации в зависимости от полярного направления для дисплея, не содержащего совокупных ретардеров для отношения «люксы/ниты», аналогичного представленному на фиг. 7C. По сравнению с данными вариантами реализации изобретения полярная область 692 с требуемым уровнем V > 4 защиты визуальной информации значительно уменьшена, а полярная область 694 с пониженной визуальной доступностью изображения, но недостаточным уровнем защиты визуальной информации, увеличена.
По сравнению с данным изобретением одиночные ретардеры, предоставляющие высокую отражательную способность в узком угловом диапазоне (например, в виде концентричных круговых диаграмм, являющихся типовыми для одиночных слоев ретардеров и описываемых, например, при рассмотрении фиг. 27A-B), не предоставляют высокой отражательной способности в широком угловом диапазоне. В частности, двойной проход отраженного светового излучения, показанный на фиг. 5А, создает очень узкую область высокой отражательной способности. Отраженное световое излучение должно дважды проходить через ретардер с входными и выходными направлениями лучей, инвертированными относительно нормали к дисплею. Это умножает оптический эффект и ограничивает высокую отражательную способность для лучей с углами наклона, близкими к расчетному углу (например, боковым углом +/- 45 градусов и углом наклона ноль градусов). Улучшение основных рабочих характеристик защиты отображаемой информации в пределах данных равноценных вариантов реализации изобретения приводят к получению намного больших областей с высокой защитой визуальной информации, например полярной области 692.
Данные совокупные ретардеры согласно вариантам реализации по данному изобретению предоставляют высокие значения отражательной способности в широком угловом диапазоне и приводят к получению необходимого уровня защиты отображения информации от подглядывающего, находящегося вне оптической оси дисплея. Кроме того, настоящие замедлители могут переключаться с возможностью предоставления низкой отражательной способности и высокой визуальной доступностью изображения в рабочем режиме коллективного пользования. Совокупные ретардеры обеспечивают преимущество, которое заключатся в значительном увеличении полярной области 692 и значительном уменьшении полярной области 694, и достижении при этом комфортной визуальной доступности изображения для основного пользователя в полярной области 690.
Может возникать необходимость в предоставлении регулируемого освещения дисплея в механическом транспортном средстве.
Фиг. 8А представляет собой структурную схему, демонстрирующую в боковой проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем 100, установленным внутри салона 602 механического транспортного средства 600 рабочих режимов как развлекательной передачи, так и коллективного просмотра. За счет распределения яркости дисплея 100 в направлении его наклона может быть получен световой конус 610 (например, представляющий конус светового излучения, в пределах которого яркость выше чем 50% от пиковой яркости), не являющийся переключаемым. Отражательная способность дисплея может быть увеличена по сравнению с прямонаправленной отражательной способностью вне пределов такого светового конуса 610.
Фиг. 8B представляет собой структурную схему, демонстрирующую в горизонтальной проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем 100, установленным внутри салона 602 транспортного средства, в рабочем режиме развлекательной передачи и работающим аналогично дисплею с защитой отображения информации. Световой конус 612 получают в узком угловом диапазоне, так что пассажир 606 может видеть дисплей 100, в то время как водитель 604 не может видеть изображение на дисплее 100 вследствие пониженной яркости и повышенной отражательной способности. При этом обеспечивается преимущество, которое заключатся в возможности показа развлекательных изображений пассажиру 606 без отвлечения внимания водителя 604.
Фиг. 8C представляет собой структурную схему, демонстрирующую в горизонтальной проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем 100, установленным внутри салона 602 транспортного средства, в рабочем режиме коллективного просмотра. Световой конус 614 получают в широком угловом диапазоне, так что все пассажиры могут воспринимать изображение на дисплее 100, например, когда дисплей не находится в движении или когда предоставляются не отвлекающие внимания изображения.
Фиг. 8D представляет собой структурную схему, демонстрирующую в горизонтальной проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем 100, установленным внутри салона 602 транспортного средства для рабочих режимов как ночного, так и дневного просмотра. По сравнению с пространственными конфигурациями по фиг. 7C-E оптический выход может поворачиваться, так чтобы направление наклона дисплея проходило вдоль оси между местоположениями водителя 604 и пассажира 606. Световой конус 620 освещает как водителя 604, так и пассажира 606 и сопровождается низкой отражательной способностью дисплея.
Фиг. 8E представляет собой структурную схему, демонстрирующую в боковой проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем 100, установленным внутри салона 602 транспортного средства, в рабочем режиме ночного просмотра. В результате дисплей может создавать выходной световой конус 622 с узкими углами. Излучение рассеянного света, которое освещает внутренние поверхности и пассажиров салона 602 транспортного средства и отвлекает внимание водителя 604, может быть значительно уменьшено. При этом обеспечивается преимущество, которое заключатся в возможности просмотра отображаемых изображений как водителем 604, так и пассажиром 606.
Фиг. 8F представляет собой структурную схему, демонстрирующую в боковой проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем 100, установленным внутри салона 602 транспортного средства, в рабочем режиме дневного просмотра. В результате дисплей может создавать выходной световой конус 624 с узкими углами. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности удобного наблюдения дисплея всеми пассажирами салона 602.
Дисплеи 100 по фиг. 8A-F могут быть установлены в других местоположениях салона транспортного средства, например, в качестве приборной панели водителя, центральных консольных дисплеев и дисплеев на спинках сидений.
Далее описывается работа дисплейного устройства 100 в режиме коллективного пользования, представляющем собой первое состояние, и демонстрируются другие элементы управляющего полярными характеристиками ретардера 300.
Фиг. 9A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию управляющего полярными характеристиками ретардера 300 в рабочем режиме коллективного пользования. В данном варианте реализации изобретения на жидкокристаллический ретардер 301 подают электрическое напряжение в ноль вольт; а таблица 2 описывает демонстрационный вариант реализации пространственной конфигурации по фиг. 9А. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственной конфигурации по фиг. 9A соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
Таблица 2
Фигура
Режим
Пассивныеуправляющиеполярными характеристиками ретардеры
Активный ЖК-ретардер
Тип
Δn⋅d/нм
Ориентирующие слои
Предварительный наклон/град.
Δn⋅d/нм
Δε
Электрическое напряжение/В
9А, 9С, 9Е
Коллективного пользования
Отрицательная C-пластинка
-700
Гомеотропное упорядочи-ваниеГомеотропное упорядочи-вание
8888
810
-4,3
0
3, 4В, 5В
Защиты отображения информации
2,2
Переключаемый жидкокристаллический ретардер 301 содержит два поверхностных ориентирующих слоя, расположенных на электродах 413, 415 в прилегании к слою жидкокристаллического материала 414 и с двух его противоположных сторон, каждый из которых установлен с возможностью выполнения гомеотропного упорядочивания в прилегающем жидкокристаллическом материале 414. Слой жидкокристаллического материала 414 переключаемого жидкокристаллического ретардера 301 содержит жидкокристаллический материал с отрицательной диэлектрической анизотропией. Молекулам 414 жидкого кристалла может быть сообщен предварительный наклон, например на 88 градусов от горизонтали, для устранения вырождения при переключении.
В данных вариантах реализации изобретения диапазоны требуемых значений оптической разности хода и электрического напряжения были установлены с помощью моделирования оптических стоп ретардера и проведения испытаний оптических стоп дисплея. Далее рассматриваются диапазоны значений оптической разности хода для создания структурных моделей различных оптических слоев.
В слое 314 жидкокристаллического материала величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм принимает значения в пределах от 500 нм до 1000 нм, предпочтительно в пределах от 600 нм до 900 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 700 нм до 850 нм; а ретардер 330 также содержит пассивный ретардер, имеющую оптическую ось, перпендикулярную плоскости ретардера, причем в пассивном ретардере величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм принимает значения в пределах от -300 нм до -900 нм, предпочтительно в пределах от -450 нм до -800 нм и наиболее предпочтительно в пределах от -500 нм до -725 нм.
В альтернативном варианте реализации изобретения пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 330 может содержать ретардер на основе фазовой О-пластинки, имеющий оптическую ось в направлении, которое имеет перпендикулярный к плоскости ретардера компонент и лежащий в плоскости ретардера компонент. Такой ретардер может выполнять дальнейшую компенсацию остаточного наклона директора в жидкокристаллическом материале 414.
Фиг. 9B представляет собой структурную схему, демонстрирующую в боковой проекции распространение выходного светового излучения из SLM через оптическую стопу по фиг. 1А в рабочем режиме коллективного пользования; а фиг. 9C представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 9B. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 9B-C соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
В результате, когда жидкокристаллический ретардер 301 находится в первом состоянии из указанных двух состояний, управляющий полярными характеристиками ретардер 300 не выполняет никакого полного преобразования компонента 360, 361 поляризации для выходящего светового излучения, проходящего через него перпендикулярно плоскости переключаемого ретардера 301, либо под острым углом, образуемым с перпендикуляром к плоскости переключаемого ретардера 301. То есть компонент 362 поляризации по сути аналогичен компоненту 360 поляризации, а компонент 364 поляризации по сути аналогичен компоненту 361 поляризации. В результате угловая диаграмма для пропускной способности по фиг. 9С по сути представляет собой равномерное пропускание в широкой полярной области. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности переключения дисплея в широкоугольную зону просмотра.
Фиг. 9D представляет собой структурную схему, демонстрирующую в горизонтальной проекции распространение светового излучения от внешнего источника света через оптическую стопу по фиг. 1А в рабочем режиме коллективного пользования; а фиг. 9E представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 9D. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 9D-E соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
В результате, когда жидкокристаллический ретардер 301 находится в первом состоянии из указанных двух состояний, управляющий полярными характеристиками ретардер 300 не выполняет никакого полного преобразования компонента 372 поляризации для внешних световых лучей 412, проходящих через дополнительный поляризатор 318 и затем через управляющий полярными характеристиками ретардер 300 перпендикулярно плоскости управляющего полярными характеристиками ретардера 300 либо под острым углом, образуемым с перпендикуляром к плоскости управляющего полярными характеристиками ретардера 300.
При работе в режиме коллективного пользования после пропускания через дополнительный поляризатор 318 световой луч 412 имеет состояние 372 поляризации. Как для направления из прямонаправленной позиции, так и из позиции вне оптической оси дисплея не происходит никакого преобразования поляризации, и в результате отражательная способность для световых лучей 402 от отражающего поляризатора 302 является низкой. Световой луч 412 пропускается отражающим поляризатором 302 и утрачивается в поляризаторах 218, 210 дисплея или в устройстве подсветки по фиг. 1А или оптическом изоляторе 218, 518 в эмиссионном SLM 38 по фиг. 1В.
В режиме коллективного пользования обеспечивается преимущество, которое заключается в получении высокой яркости и низкой отражательной способности в широкой зоне просмотра. Такой дисплей могут удобно просматривать при высокой контрастности несколько наблюдателей.
Далее описывается внешний вид дисплея по фиг. 1А в режиме коллективного пользования для первого состояния.
Фиг. 10А представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальную проекцию просмотра пропускаемого выходного светового излучения для дисплея, работающего в режиме коллективного пользования; фиг. 10B представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальную проекцию просмотра внешнего светового излучения, отражаемого от переключаемого дисплея по фиг. 1А в режиме коллективного пользования; а фиг. 10C представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальные проекции внешнего вида дисплея по фиг. 1А, работающего в режиме коллективного пользования.
В результате заданная вне оптической оси позиция просмотра для пользователя 49 отличается высокой яркостью дисплея и по сути отсутствием отражений от отражающего поляризатора 302. Для нескольких пользователей могут быть получены высокие значения визуальной доступности изображения и различимости информация на дисплее. Как и в обычных дисплеях, присутствует френелевское отражение 605, и находится на обычном низком уровне. Предоставляется режим коллективного пользования с высоким уровнем рабочих характеристик.
Далее рассматриваются другие пространственные конфигурации ретардеров.
Фиг. 11A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого ретардера в рабочем режиме коллективного пользования, в которой переключаемый ретардер содержит переключаемый жидкокристаллический слой с продольным упорядочиванием и управляющие полярными характеристиками ретардеры на основе фазовых А-пластинок со скрещенными оптическими осями; фиг. 11B представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 11A в режиме защиты отображения информации; фиг. 11C представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 11A в рабочем режиме защиты отображения информации; фиг. 11D представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 11A в рабочем режиме коллективного пользования; а фиг. 11E представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 11A в рабочем режиме коллективного пользования, содержащей варианты реализации, представленные в таблице 3A. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 11A-E соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
Таблица 3А
Фигура
Режим
Пассивные управляющие полярными характеристиками ретардеры
Активный ЖК-ретардер
Тип
Δn⋅d/нм
Ориентирующие слои
Предварительный наклон/град.
Δn⋅d/нм
Δε
Электрическое напряжение/В
11D, 11E
Коллективного пользования
А-пластинка со скрещенными осями
+500 @ 45°+500 @ 135°
Продольное упорядочиваниеПродольное упорядочивание
22
750
13,2
10
11А, 11В, 11С
Защиты отображения информации
2,3
Переключаемый жидкокристаллический ретардер 301 содержит два поверхностных ориентирующих слоя 419a, 419b, расположенных в прилегании к слою жидкокристаллического материала 421 и с двух его противоположных сторон, каждый из которых установлен с возможностью выполнения продольного упорядочивания в прилегающем жидкокристаллическом материале 421. Слой 314 жидкокристаллического материала 421 переключаемого жидкокристаллического ретардера 301 содержит жидкокристаллический материал 421 с положительной диэлектрической анизотропией. В слое жидкокристаллического материала 421 величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм принимает значения в пределах от 500 нм до 900 нм, предпочтительно в пределах от 600 нм до 850 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 700 нм до 800 нм. Ретардер 330 также содержит пару пассивных ретардеров 330A, 330B, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости ретардеров, причем величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в каждом пассивном ретардере из пары пассивных ретардеров принимает значения в пределах от 300 нм до 800 нм, предпочтительно в пределах от 350 нм до 650 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 450 нм до 550 нм.
По сравнению с вариантами реализации изобретения по таблице 2 пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 330 выполнен на основе пары фазовых А-пластинок 330А, 330В, имеющих скрещенные оптические оси. В данных вариантах реализации изобретения термин «скрещенные» относится к углу, по сути 90° между оптическими осями двух ретардеров в плоскости ретардеров. Для снижения стоимости материалов ретардера необходимо использовать материалы с некоторым отклонением в ориентации ретардера, возникшим, например, вследствие нарушений растяжения при производстве пленки. Отклонения в ориентации ретардера от предпочтительных направлений могут снизить прямонаправленную яркость и увеличить минимальную пропускную способность. Предпочтительно угол 310А составляет по меньшей мере 35° и не более чем 55°, более предпочтительно по меньшей мере 40° и не более чем 50°, и наиболее предпочтительно по меньшей мере 42,5° и не более чем 47,5°. Предпочтительно угол 310B составляет по меньшей мере 125° и не более чем 145°, более предпочтительно по меньшей мере 130° и не более чем 135°, и наиболее предпочтительно по меньшей мере 132,5° и не более чем 137,5°.
По сравнению с вариантами реализации изобретения по таблице 2 в жидкокристаллическом ретардере упорядочивание создается скорее с помощью продольного упорядочивания, чем гомеотропного упорядочивания. Продольное упорядочивание обеспечивает преимущество, которое заключается в сокращении времени восстановления при механических искажениях, например при касании дисплея.
Пассивные ретардеры могут быть созданы с использованием растянутых пленок для обеспечения преимущества, которое заключается в достижении низкой стоимости и высокой однородности. Кроме того, жидкокристаллические ретардеры с продольным упорядочивание предоставляют увеличенную зону просмотра, демонстрируя при этом способность к быстрому восстановлению визуальной доступности динамики движения ЖК-материала в случае воздействия на него давлением.
Может возникать необходимость в применении дополнительного поляризатора 318 с другим направлением пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора 218 и отражающего поляризатора 302.
Фиг. 11F представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию ретардеров 300 в рабочем режиме защиты отображения информации, содержащих пассивные управляющие полярными характеристиками ретардеры 330A, 330B на основе фазовых А-пластинок со скрещенными оптическими осями и переключаемый жидкокристаллический ретардер 301 с продольным упорядочиванием, также содержащий пассивный поворачивающий ретардер 460, содержащую варианты реализации изобретения, представленные в таблице 3B. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственной конфигурации по фиг. 11F соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
Таблица 3В
Слой
Ориентация/°
Ретардер
Оптическая разность хода/нм
Поляризатор 218
45
-
-
Отражающий поляризатор 302
45
-
-
Поворачивающий ретардер 460
22,5
A-пластинка
+275
Управляющий полярными характеристиками ретардер 330А
45
A-пластинка
+450
Управляющий полярными характеристиками ретардер 330А
135
A-пластинка
+450
Переключаемый ЖК-ретардер 301
0
Смотри таблицу 7
Поляризатор 318A
0
-
-
Отражающий поляризатор 302 и дополнительный поляризатор 318 имеют не параллельные направления 303, 319 пропускания электрического вектора излучения, а дисплейное устройство 100 также содержит поворачивающий ретардер 406, установленный между отражающим поляризатором 302 и дополнительным поляризатором 318, причем поворачивающий ретардер 406 выполнен с возможностью поворота направления поляризации падающего на него поляризованного светового излучения между направлениями пропускания электрического вектора излучения поляризатора 218 дисплея и дополнительного поляризатора 318.
Выходной поляризатор 218 и отражающий поляризатор 302 могут быть выполнены с направлениями 219, 303 пропускания электрического вектора, которые могут проходить, например, под углом 317 в 45 градусов в случае ЖК-дисплея на основе скрученного нематика. Дополнительный поляризатор 318 может быть выполнен с возможностью предоставления светового излучения с вертикальной поляризацией для пользователя, который может носить поляризационные солнцезащитные очки, как правило, пропускающие световое излучение с вертикальной поляризацией.
Пассивный поворачивающий ретардер 460 отличается от управляющего полярными характеристиками ретардера 330 согласно вариантам реализации по данному изобретению, и далее описывается его работа. Пассивный поворачивающий ретардер 460 может содержать двулучепреломляющий материал 462 и представлять собой полуволновую фазовую пластинкуу с величиной оптической разности хода на длине волны 550 нм, например, 275 нм. Пассивный поворачивающий ретардер 460 имеет ориентацию 464 быстрой оси, имеющей наклон под углом 466, который может составлять 22,5 градуса с направлением 319 пропускания электрического вектора излучения дополнительного поляризатора 318. В результате пассивный поворачивающий ретардер 460 поворачивает плоскость поляризации излучения от выходного поляризатора 218 таким образом, чтобы направление поляризации светового излучения, падающего на управляющий полярными характеристиками ретардер 330B, было параллельным направлению 319.
Во время работы пассивный поворачивающий ретардер 460 изменяет состояние поляризации на оптической оси дисплея, выполняя угловой поворот компонента поляризации излучения от выходного поляризатора 218. Для сравнения, оба управляющие полярными характеристиками ретардеры 330A, 330B не изменяют состояние поляризации на оптической оси дисплея. Кроме того, пассивный поворачивающий ретардер 460 выполняет поворот плоскости поляризации, вызывающий только небольшое изменение выходной яркости в зависимости от угла просмотра в направлениях вне оптической оси дисплея. Для сравнения, управляющие полярными характеристиками ретардеры 330A, 330B вносят существенные изменения в величину выходной яркости в зависимости от угла просмотра.
При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности создания дисплея с направлением 319 выходной поляризации, которое отличается от направления 219 поляризации дисплея, например, для выполнения просмотра с помощью поляризационных солнцезащитных очков.
В альтернативном варианте реализации изобретения отдельный ретардер 460 может быть исключен, и величина оптической разности хода для ретардера 330B по фиг. 11А увеличено для получения полуволнового поворота. В продолжение демонстрационного варианта реализации изобретения величина оптической разности хода ретардера 330B на длине волны 550 нм может составлять на 275 нм больше, чем величина оптической разности хода ретардера 330A. При этом может быть обеспечено преимущество, которое заключается в возможности уменьшения количества слоев, технологической сложности и стоимости.
В других вариантах реализации пассивный поворачивающий ретардер 460 может быть установлен между выходным поляризатором 218 дисплея и отражающим поляризатором 302, так чтобы направления 303, 319 пропускания электрического вектора излучения отражающего поляризатора 302 и дополнительного поляризатора 318 были параллельны.
Фиг. 12A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию управляемого с помощью первой величины V1 напряжения переключаемого ретардера в режиме защиты отображения информации, который содержит переключаемый жидкокристаллический ретардер 421 с продольным упорядочиванием и пассивный ретардер 330 на основе отрицательной фазовой С-пластинки; а фиг. 12B представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию управляемого с помощью второй величины V2 напряжения, которая отличается от первой величины V1 напряжения, переключаемого ретардера в режиме защиты отображения информации, содержащего переключаемый жидкокристаллический ретардер с продольным упорядочиванием и пассивный ретардер на основе отрицательной фазовой С-пластинки. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 12A-B соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
По сравнению с пространственной конфигурацией, по фиг. 12А, величина V2 управляющего напряжения увеличена для создания увеличенного наклона для молекул жидкокристаллического материала 414 в центре слоя 314 жидкокристаллического ретардера. Такое увеличение наклона изменяет величины оптической разности хода переключаемого жидкокристаллического ретардера 301 при переходе между режимами защиты отображения информации и коллективного пользования.
Фиг. 12C представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 12A в рабочем режиме защиты отображения информации; а фиг. 12D представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 12A в режиме защиты отображения информации. Фиг. 12E представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 12B в рабочем режиме коллективного пользования; а фиг. 12F представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 12B в рабочем режиме коллективного пользования. Демонстрационные варианты реализации пространственной конфигурации продольного выравнивания в сочетании с пассивными ретардерами показаны в таблице 4А.
Таблица 4А
Фигура
Режим
Пассивные управляющие полярными характеристиками ретардеры
Активный ЖК-ретардер
Тип
Δn⋅d/нм
Ориентирующие слои
Предварительный наклон/град.
Δn⋅d/нм
Δε
Электрическое напряжение/В
12E, 12F
Коллективного пользования
Отрицательная C-пластинка
-500
Продольное упорядочивание Продольное упорядочивание
22
750
+13,2
10,0
12C, 12D
Защиты отображения информации
3,8
Переключаемый жидкокристаллический ретардер 301 содержит два поверхностных ориентирующих слоя, расположенных в прилегании к слою жидкокристаллического материала и с двух его противоположных сторон, каждый из которых установлен с возможностью выполнения продольного упорядочивания в прилегающем жидкокристаллическом материале 414. Слой 314 жидкокристаллического материала 414 переключаемого жидкокристаллического ретардера 301 содержит жидкокристаллический материал 414 с положительной диэлектрической анизотропией. В слое жидкокристаллического материала 414 величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм принимает значения в пределах от 500 нм до 900 нм, предпочтительно в пределах от 600 нм до 850 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 700 нм до 800 нм. Ретардер 330 также содержит пассивный ретардер, имеющий оптическую ось, перпендикулярную плоскости ретардера, причем величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в пассивном ретардере принимает значения в пределах от -300 нм до -700 нм, предпочтительно в пределах от -350 нм до -600 нм и наиболее предпочтительно от -400 нм до -500 нм.
По сравнению с фиг. 11А обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности уменьшении толщины и технологической сложности ретардера 330.
Далее описывается конструкция, в которой отсутствует пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 330.
Фиг. 13A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого ретардера в режиме защиты отображения информации, содержащего переключаемый жидкокристаллический ретардер 301 с продольным упорядочиванием; в рабочем режиме защиты отображения информации. Переключаемый жидкокристаллический ретардер 301 содержит поверхностные ориентирующие слои 419a, 419b, расположенные в прилегании к слою жидкокристаллического материала 421 и установленные с возможностью выполнения продольного упорядочивания в прилегающем жидкокристаллическом материале 421. Фиг. 13B представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 13A в рабочем режиме защиты отображения информации; фиг. 13C представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 13A в рабочем режиме защиты отображения информации; фиг. 13D представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 13A в рабочем режиме коллективного пользования; а фиг. 13E представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 13A в рабочем режиме коллективного пользования.
Демонстрационный вариант реализации пространственной конфигурации по фиг. 13A приведен в таблице 4B.
Таблица 4В
Фигура
Режим
Активный ЖК-ретардер
Ориентирующие слои
Предварительный наклон/град.
Δn⋅d/нм
Δε
Электрическое напряжение/В
13D, 13E
Коллективного пользования
Продольное упорядочиваниеПродольное упорядочивание
11
900
+15
0
13A, 13B, 13C
Защиты отображения информации
2,4
Переключаемый жидкокристаллический ретардер 301 содержит два поверхностных ориентирующих слоя, расположенных в прилегании к слою жидкокристаллического материала и с двух его противоположных сторон, каждый из которых установлен с возможностью выполнения продольного упорядочивания в прилегающем жидкокристаллическом материале 414. Слой жидкокристаллического материала переключаемого жидкокристаллического ретардера содержит жидкокристаллический материал с положительной диэлектрической анизотропией. Величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в жидкокристаллическом ретардере 301 может принимать значения в пределах от 500 нм до 1500 нм, предпочтительно в пределах от 700 нм до 1200 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 800 нм до 1000 нм.
Варианты реализации изобретения по фиг. 13A-E обеспечивают преимущество, которое заключается в уменьшении стоимости и технологической сложности, поскольку не используются никакие пассивные ретардеры. Кроме того, режим коллективного пользования может представлять собой пассивное состояние жидкокристаллического материала в слое 314, и в режиме защиты отображения информации используется относительно низкое напряжение. Кроме того, по сравнению с гомеотропным упорядочиванием, слои с продольным упорядочиванием обеспечивают преимущество, которое заключается в пониженной визуальной доступности динамики движения жидкокристаллического материала, возникающей при воздействии на поверхность дисплея, например, в случае применения сенсорной панели.
Фиг. 13F представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции элемент управления углом просмотра, содержащий отражающий поляризатор, переключаемый жидкокристаллический ретардер и дополнительный поляризатор. Может быть создан дополнительный запасной переключаемый слой, предоставляющий защиту отображаемого изображения с переключаемой зоной просмотра в виде концентричных круговых диаграмм.
Далее рассматриваются другие пространственные конфигурации переключаемых ретардеров 300.
Фиг. 14A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого ретардера в рабочем режиме защиты отображения информации, содержащего пассивные ретардеры 330A, 330B на основе фазовых А-пластинок со скрещенными оптическими осями и переключаемый жидкокристаллический ретардер 301 с гомеотропным упорядочиванием. Фиг. 14B представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 14A в рабочем режиме защиты отображения информации; а фиг. 14C представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 14A в рабочем режиме защиты отображения информации. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 14A-C соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
Фиг. 14D представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого ретардера в рабочем режиме защиты отображения информации, содержащего пассивные ретардеры основе фазовых А-пластинок со скрещенными оптическими осями и переключаемый жидкокристаллический ретардер с гомеотропным упорядочиванием. Фиг. 14E представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 14D в рабочем режиме коллективного пользования; а фиг. 14F представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 14D в рабочем режиме коллективного пользования. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 14D-F соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
В результате пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 330 содержит пару ретардеров 330A, 330B, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости ретардеров. Пара ретардеров 330A, 330B имеет оптические оси, каждая из которых проходит под углом +/- 45° относительно направления пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора. В паре ретардеров 330A, 330B каждый из них содержит одну фазовую А-пластинку. Демонстрационный вариант реализации изобретения описан в таблице 5.
Таблица 5
Фигура
Режим
Пассивные управляющие полярными характеристиками ретардеры
Активный ЖК-ретардер
Тип
Δn⋅d/нм
Ориентирующие слои
Предварительный наклон/град.
Δn⋅d/нм
Δε
Электрическое напряжение/В
14D, 14E, 14F
Коллективного пользования
А-пластинка со скрещенными осями
+650 @ 45°+650@ -45°
Гомеотропное упорядочиваниеГомеотропное упорядочивание
8888
810
-4,3
0
14A, 14B, 14C
Защиты отображения информации
2,3
Переключаемый жидкокристаллический ретардер 301 содержит два поверхностных ориентирующих слоя, расположенных на электродах 413, 415 в прилегании к слою жидкокристаллического материала 414 и с двух его противоположных сторон, каждый из которых установлен с возможностью выполнения гомеотропного упорядочивания в прилегающем жидкокристаллическом материале 414. Слой жидкокристаллического материала 414 переключаемого жидкокристаллического ретардера 301 содержит жидкокристаллический материал с отрицательной диэлектрической анизотропией. В слое жидкокристаллического материала 314 величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм принимает значения в пределах от 500 нм до 1000 нм, предпочтительно в пределах от 600 нм до 900 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 700 нм до 850 нм. Ретардер 301 также содержит пару пассивных ретардеров, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости ретардеров, причем величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в каждом пассивном ретардере из пары пассивных ретардеров принимает значения в пределах от 300 нм до 800 нм, предпочтительно в пределах от 500 нм до 700 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 550 нм до 675 нм.
При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности получения высокой отражательной способности в широкой зоне просмотра в режиме защиты отображения информации. Фазовые А-пластинки могут изготавливаться более удобно с более низкой стоимостью, чем ретардеры на основе фазовых С-пластинок.
Далее рассматриваются жидкокристаллические ретардеры 301 с гибридным упорядочиванием.
Фиг. 15A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого ретардера в режиме защиты отображения информации, который содержит переключаемый жидкокристаллический ретардер 301 с продольным и гомеотропным упорядочиванием, содержащий жидкокристаллический материал 423 и пассивный ретардер 330 на основе отрицательной фазовой С-пластинки; Фиг. 15B представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 15A в рабочем режиме защиты отображения информации; а фиг. 15C представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 15A в рабочем режиме защиты отображения информации. Фиг. 15D представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 15A в рабочем режиме коллективного пользования; а фиг. 15E представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 15A в рабочем режиме коллективного пользования. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 15A-E соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
Варианты реализации пространственной конфигурации с гибридным упорядочиванием, содержащей слои как с гомеотропным, так и с продольным упорядочиванием в сочетании с пассивным ретардером, показаны в таблице 6.
Таблица 6
Фигура
Режим
Пассивные управляющие полярными характеристиками ретардеры
Активный ЖК-ретардер
Тип
Δn⋅d/нм
Ориентирующие слои
Предварительный наклон/град.
Δn⋅d/нм
Δε
Электрическое напряжение/В
15D, 15E
Коллективного пользования
Отрицательная C-пластинка
-1100
Продольное упорядочивание Гомеотропное упорядочивание
288
1300
+4,3
15,0
15B, 15C
Защиты отображения информации
2,8
Переключаемый жидкокристаллический ретардер 301 содержит два поверхностных ориентирующих слоя 419a, 419b, расположенных в прилегании к слою 314 жидкокристаллического материала 414 и с двух его противоположных сторон, причем один поверхностный ориентирующий слой 419a установлен с возможностью выполнения гомеотропного упорядочивания в прилегающем жидкокристаллическом материале 414, а другой поверхностный ориентирующий слой 419b установлен с возможностью выполнения продольного упорядочивания в прилегающем жидкокристаллическом материале 414.
По сравнению с вариантами реализации с двумя ориентирующими слоями гомеотропного упорядочивания или двумя ориентирующими слоями продольного упорядочивания конструкция управляющего полярными характеристиками ретардера 330 может отличаться в зависимости от его размещения на стороне ориентирующего слоя 419a гомеотропного упорядочивания или его размещения на стороне ориентирующего слоя 419b продольного упорядочивания.
В варианте реализации изобретения, в котором поверхностный ориентирующий слой 419b, установленный с возможностью выполнения продольного упорядочивания, находится между слоем 314 жидкокристаллического материала 414 и управляющим полярными характеристиками ретардером 330, величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в жидкокристаллическом ретардере 301 может принимать значения в пределах от 700 нм до 2000 нм, предпочтительно в пределах от 1000 нм до 1500 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 1200 нм до 1500 нм. Управляющий полярными характеристиками ретардер 300 может также содержать пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 330, имеющий свою оптическую ось, перпендикулярную плоскости ретардера, причем величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в пассивном управляющем полярными характеристиками ретардере 330 принимает значения в пределах от -400 нм до -1800 нм, предпочтительно в пределах от -700 нм до -1500 нм и наиболее предпочтительно в пределах от -900 нм до -1300 нм.
Фазовая С-пластинка по фиг. 15А может быть заменена на фазовые А-пластинки со скрещенными оптическими осями. В варианте реализации изобретения, в котором управляющий полярными характеристиками ретардер 300 также содержит пару пассивных ретардеров, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости ретардеров, величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в каждом ретардере из пары ретардеров принимает значения в пределах от 400 нм до 1800 нм, предпочтительно в пределах от 700 нм до 1500 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 900 нм до 1300 нм.
В варианте реализации изобретения, в котором поверхностный ориентирующий слой 419a, установленный с возможностью выполнения гомеотропного упорядочивания, находится между слоем 314 жидкокристаллического материала 414 и управляющим полярными характеристиками ретардером 330, величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в жидкокристаллическом ретардере 301 может принимать значения в пределах от 500 нм до 1800 нм, предпочтительно в пределах от 700 нм до 1500 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 900 нм до 1350 нм. Управляющий полярными характеристиками ретардер 300 может также содержать пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 330, имеющий свою оптическую ось, перпендикулярную плоскости ретардера 330, причем величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в пассивном управляющем полярными характеристиками ретардере 330 принимает значения в пределах от -300 нм до -1600 нм, предпочтительно в пределах от -500 нм до -1300 нм и наиболее предпочтительно в пределах от -700 нм до -1150 нм.; или ретардер 330 может также содержать пару пассивных ретардеров, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости ретардеров, причем величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в каждом ретардере из пары ретардеров принимает значения в пределах от 400 нм до 1600 нм, предпочтительно в пределах от 600 нм до 1400 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 800 нм до 1300 нм.
Гибридное упорядочивание по фиг. 15A обеспечивает преимущество, которое заключается в увеличении диапазона полярных углов, при которых повышается величина отражательной способности от отражающего поляризатора 302.
Далее рассматриваются другие конструкции дисплея, содержащие несколько оптических стоп для управления зоной просмотра дисплейного устройства с защитой отображения информации или низким уровнем рассеянного света.
Фиг. 16 представляет собой схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции переключаемый дисплей 100 с защитой отображения информации для использования при внешнем освещении, содержащий устройство 20 не коллимированной подсветки, другой пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 300B, установленный между отражающим рециркуляционным поляризатором 318B и пропускающим SLM 48, отражающий поляризатор 302, управляющий полярными характеристиками ретардер 300A и дополнительный поляризатор 318A. В результате по сравнению с дисплеем по фиг. 1А, дисплей по фиг. 16 дополнительно содержит другой пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 300B, установленный между входным поляризатором 210 пропускающего SLM 48 и другим дополнительным поляризатором 318B. Другой дополнительный поляризатор 318B создан на основе отражающего поляризатора 318B, выполненного с возможностью рециркуляции светового излучения в устройстве 20 подсветки и обеспечивающего преимущество, которое заключается в повышении функциональной эффективности аналогично отражающему поляризатору 208 по фиг.1А.
При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в изменении зоны просмотра дисплея с помощью другого дополнительного поляризатора 318B с возможностью уменьшения яркости излучения от SLM 48 в позициях вне оптической оси дисплея. Уровень рассеянного света снижается и повышается уровень защиты визуальной информации от подглядывания. Дополнительный поляризатор 318B может представлять собой отражающий поляризатор. Он отличается от отражающего поляризатора 302. Дополнительный отражающий поляризатор 318B выполняет рециркуляцию света в устройстве 20 подсветки и не увеличивает степени отражения во фронтальной плоскости в режиме защиты отображения информации. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в повышении функциональной эффективности.
Фиг. 17A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции переключаемый дисплей с защитой отображения информации для использования при внешнем освещении, содержащий эмиссионный SLM 48, пассивный управляющий ретардер 300B, другой дополнительный поляризатор 318B, отражающий поляризатор 302, совокупные ретардеры 300 и дополнительный поляризатор 318A. Другой управляющий полярными характеристиками ретардер 300B установлен между выходным поляризатором 218 и отражающим поляризатором 302. Другой дополнительный поляризатор 318A установлен между другим управляющим полярными характеристиками ретардером 300B и отражающим поляризатором 302.
Фиг. 17B представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции элемент 260 управления углом просмотра для эмиссионного дисплея.
Во время работы параметры светового излучения от выходного поляризатора 218 дисплея в зоне просмотра изменяются с помощью пассивного управляющего полярными характеристиками ретардера 300B и другого дополнительного поляризатора 318B. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в уменьшении зоны просмотра эмиссионного дисплея. Отражающий поляризатор 302, совокупные управляющие полярными характеристиками ретардеры 300A и дополнительный поляризатор 318A выполняют переключение между режимом коллективного пользования, который определяется SLM 48, ретардером 300B и другим дополнительным поляризатором 318B, и режимом защиты отображения информации с высокой отражательной способностью и пониженной яркостью в области вне оптической оси по сравнению с этими параметрами для дисплея 100 по фиг.1В.
По сравнению с дисплеем по фиг. 1B дисплей по фиг. 17A дополнительно содержит другой управляющий полярными характеристиками ретардер 300B и другой дополнительный поляризатор 318B, причем другой управляющий полярными характеристиками ретардер 300B установлен между впервые указанным дополнительным поляризатором и другим дополнительным поляризатором 318.
Существует необходимость в создании режима коллективного использования с высокой визуальной доступностью изображения для просмотра с позиций вне оптической оси дисплея и режима защиты отображения информации с высоким уровнем защиты визуальной информации. Далее рассматриваются варианты реализации переключаемых дисплеев с защитой отображения информации, содержащих другие совокупные ретардеры и другие дополнительные поляризаторы.
Фиг. 18A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции переключаемый дисплей 100 с защитой отображения информации для использования при внешнем освещении 604, содержащий устройство 20 широкоугольной подсветки, в котором первый управляющий полярными характеристиками ретардер 300A установлен между устройством 20 подсветки и SLM 48, а другой управляющий полярными характеристиками ретардер 300B установлен с возможностью приема светового излучения от SLM 48. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 16-18B соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
На фиг. 18А представлена конструкция, аналогичная изображенной на фиг. 1А, с элементом 260А управления углом просмотра, который установлен с возможностью приема светового излучения от выходного поляризатора 218 SLM.
Для сравнения, как описывается в других документах, устройство 20 подсветки может быть представлено устройством 20 широкоугольной подсветки, а не устройством направленной подсветки. SLM 48 представляет собой пропускающий SLM, выполненный с возможностью приема светового излучения 400 на выходе из устройства 20 подсветки, при этом SLM 48 также содержит входной поляризатор 210, установленный на входной стороне SLM 48, причем входной поляризатор 210 представляет собой линейный поляризатор. Другой дополнительный поляризатор 318B установлен на входной стороне входного поляризатора 210, причем другой дополнительный поляризатор 318B представляет собой линейный поляризатор. По меньшей мере один другой управляющий полярными характеристиками ретардер 300B установлен между другим дополнительным поляризатором 318B и входным поляризатором 210.
Впервые указанный по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер 300A содержит первый переключаемый жидкокристаллический ретардер 301A, содержащий первый слой 314A жидкокристаллического материала, а по меньшей мере один другой управляющий полярными характеристиками ретардер 300B содержит второй переключаемый жидкокристаллический ретардер 301B, содержащий второй слой 314B жидкокристаллического материала.
Управляющий полярными характеристиками ретардер 300А содержит пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 330А и переключаемый жидкокристаллический ретардер 301A. Другой управляющий полярными характеристиками ретардер 300B содержит пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 330B и переключаемый жидкокристаллический ретардер 301B. Управляющий полярными характеристиками ретардер 300B вносит изменения в полярный профиль выходной пропускаемой яркости, а управляющий полярными характеристиками ретардер 300A вносит изменения в полярный профиль выходной пропускаемой яркости и отражательной способности, как описывается в другом месте данного документа.
По сравнению с фиг. 16, повышенная яркость излучения в позициях вне оптической оси дисплея достигается в режиме коллективного пользования, поскольку устройство 20 подсветки имеет более высокую яркость в полярной области местоположений вне оптической оси дисплея, в результате чего визуальная доступность изображения повышается для пользователей в позициях вне оптической оси дисплея за счет управления обоими жидкокристаллическими слоями 314A, 314B. В режиме защиты отображения информации уровень защиты визуальной информации увеличивается для подглядывающих в позициях вне оптической оси дисплея, поскольку яркость в вне оптической оси дисплея уменьшается с помощью двух усиливающих контроль яркости управляющих полярными характеристиками ретардеров 300A, 300B и соответствующих дополнительных поляризаторов 318A, 318B. Кроме того, для пользователей в позициях вне оптической оси дисплея создается высокая отражательная способность.
Отражающий рециркуляционный поляризатор, принцип действия которого описывается при рассмотрении фиг. 1А (отличающийся функционально от отражающего поляризатора 302), может содержать другой дополнительный поляризатор 318В, что обеспечивает преимущество, которое заключается в достижении более высокой функциональной эффективности и уменьшенной зоны просмотра в рабочем режиме защиты отображения информации.
Пространственная конфигурация по фиг. 18А содержит одиночный элемент 260А управления углом просмотра на фронтальной поверхности SLM 48. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности уменьшения толщины передней части экрана. Другие рассеиватели могут быть установлены на передней поверхности поляризатора 318 или между элементом 260А управления углом просмотра и выходным поляризатором 218. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности уменьшения визуальной доступности отражений на фронтальной поверхности. Кроме того, элемент 260B управления углом просмотра может быть удобно установлен между SLM 48 и устройством 20 подсветки. Стоимость и технологическая сложность могут быть снижены. Количество поверхностей между пиксельным слоем 214 и пользователем 26 дисплея может быть уменьшено, обеспечивая преимущество, которое заключается в повышенной контрастности изображения.
Далее рассматривается пространственная конфигурация, подобная изображенной на фиг. 18А, в которой каждый из пассивных ретардеров 330А, 330В содержит пару совокупных пассивных ретардеров.
Фиг. 18B представляет собой структурную схему, демонстрирующую во фронтальной проекции ориентацию оптических слоев в оптической стопе, содержащей управляющий полярными характеристиками ретардер 300A, установленный между отражающим поляризатором 302 и дополнительным поляризатором 318A, и другой управляющий полярными характеристиками ретардер 300B, установленный между входным поляризатором 210 и другим дополнительным поляризатором 318B пропускающего SLM 48, при этом как управляющий полярными характеристиками ретардер 300A, так и другой управляющий полярными характеристиками ретардер 300B содержат фазовые А-пластинки со скрещенными оптическими осями. Демонстрационный вариант реализации изобретения представлен в таблице 7 и в таблице 8A.
Таблица 7
Активный ЖК-ретардер
Ориентирующие слои
Предварительный наклон/град.
Δn⋅d/нм
Δε
Электрическое напряжение/В
Продольное упорядочиваниеПродольное упорядочивание
22
600
16,4
10
2,0
Таблица 8А
Слой
Ориентация/°
Ретардер
Оптическая разность хода/нм
Поляризатор 318B
90
-
-
Ретардер 330BA
45
A-пластинка
+450
Ретардер 330BB
135
A-пластинка
+450
Переключаемый ЖК-слой 314B
0
Смотри таблицу 7
Поляризатор 210
90
-
-
Поляризатор 218
0
-
-
Отражающий поляризатор 302
0
-
-
Ретардер 330АА
135
A-пластинка
+450
Ретардер 330AB
45
A-пластинка
+450
Переключаемый ЖК-слой 314A
0
Смотри таблицу 7
Поляризатор 318A
0
-
-
По сравнению с вариантом реализации изобретения по фиг. 11А, вариант реализации изобретения по фиг.18А-F содержит либо пропускающий SLM 48, имеющий высокую яркость в широкой зоне просмотра и устройство 20 широкоугольной подсветки, либо эмиссионный SLM 48.
Кроме того, варианты реализации изобретения содержат управляющий полярными характеристиками ретардер 300A, дополнительный поляризатор 318А, другой управляющий полярными характеристиками ретардер 300В и другой дополнительный поляризатор 318В. Профили пропускной способности для таких пространственных конфигураций являются мультипликативными. В результате при расчетных полярных углах, например, при боковом угле +/- 45 градусов и угле наклона 0 градусов, могут быть получены очень низкие значения яркости. В то же время высокая яркость от устройства подсветки или эмиссионного SLM при углах, больших чем расчетный полярный угол, создает повышенные уровни освещенности и пониженную отражательную способность. Уровень защиты визуальной информации от подглядывания под большим углом может снижаться. По меньшей мере один другой управляющий полярными характеристиками ретардер 300B содержит по меньшей мере один другой пассивный ретардер, а в варианте реализации изобретения по фиг. 18B используются два пассивных управляющий полярными характеристиками ретардера 330BA, 330BB.
Может возникать необходимость в создании конструкций, которые настроены на минимумы, находящиеся под боковыми углами, большими чем 45 градусов, например, между 50 градусами и 65 градусами. В пространственных конфигурациях с другим управляющий полярными характеристиками ретардер 300B для каждого из слоев 314A, 314B жидкокристаллического материала 414 переключаемых жидкокристаллических ретардеров 301A, 301B величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм может принимать значения в пределах от 450 нм до 850 нм, предпочтительно в пределах от 500 нм до 750 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 550 нм до 650 нм.
Каждый из впервые указанных совокупных ретардеров и других совокупных ретардеров содержит пару пассивных ретардеров, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости ретардеров, причем величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в каждом пассивном ретардере из впервые указанной пары пассивных ретардеров 330A, 330B принимает значения в пределах от 300 нм до 800 нм, предпочтительно в пределах от 350 нм до 650 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 400 нм до 550 нм.
При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности уменьшения яркости и отражательной способности при больших углах и увеличения уровня защиты визуальной информации от подглядывания под большим углом просмотра. Далее рассматривается снижение цветовой асимметрии в переключаемом дисплее с защитой отображения информации.
Фиг. 18C представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений логарифма выходной яркости в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей от совокупных ретардеров, содержащих пассивные фазовые А-пластинки со скрещенными оптическими осями и переключаемый жидкокристаллический ретардер с продольным упорядочиванием, для одного из управляющих полярными характеристиками ретардеров 300B, содержащего ретардеры 330AA, 330AB на основе фазовых А-пластинок со скрещенными оптическими осями и жидкокристаллический слой 314A по таблице 8A; а фиг. 18D представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение 470A значений логарифма выходной яркости в боковом направлении в зависимости от бокового угла просмотра для пропускаемых световых лучей от совокупных ретардеров, содержащих пассивные фазовые А-пластинки со скрещенными оптическими осями и переключаемый жидкокристаллический ретардер с продольным упорядочиванием, для одного из управляющего полярными характеристиками ретардера 300B, содержащего ретардеры 330AA, 330AB, 314A по таблице 8B.
Фиг. 18C и фиг. 18D демонстрируют существование определенной асимметрии яркости, которая создается последовательностью фазовые А-пластинок 330AA, 330AB со скрещенными оптическими осями. Поскольку профили яркости зависят от длины волны, во время работы такая асимметрия может создавать заметное изменение цвета, имеющее различный внешний вид на разных сторонах дисплея, как показано для угловых областей 472L, 472R. В пространственной конфигурации по фиг. 11А, такой цветовой сдвиг, как правило, не очень заметен по причине низкой яркости устройства 20 коллимированной подсветки. В то же время при увеличении яркости устройства 20 подсветки под большими углами или для эмиссионных SLM асимметрия становится более отчетливой. Существует необходимость в создании асимметричной цветопередачи.
Возвращаясь к фиг. 18B, отметим, что впервые указанный управляющий полярными характеристиками ретардер 300A содержит пару пассивных ретардеров 330AA, 330AB, имеющих скрещенные оптические оси 331AA, 331AB в плоскости ретардеров 330AA, 330AB, причем первый из пары пассивный ретардер 330AA имеет оптическую ось 331AA, проходящую под углом 45° относительно направления 219 пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора 218, а второй из пары пассивный ретардер 331AB имеет оптическую ось 331AB, проходящую под углом 135° относительно направления 219 пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора 218.
По меньшей мере один другой управляющий полярными характеристиками ретардер 300B содержит другую пару пассивных ретардеров 330BA, 330BB, имеющих скрещенные оптические оси 331BA, 331BB в плоскости ретардеров 330BA, 330BB, причем первый из другой пары пассивный ретардер 330BA имеет оптическую ось 331BA, проходящую под углом 135° относительно направления 219 пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора 218, а второй из пары пассивный ретардер 330BB имеет оптическую ось 331BB, проходящую под углом 45° относительно направления 219 пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора 218. Второй ретардер 330AB, 330BB из каждой пары пассивных замедлителей установлен с возможностью приема светового излучения от первого ретардера 330AA, 330BA из соответствующей пары пассивных управляющих полярными характеристиками ретардеров 330A, 330B. В результате пассивный ретардер 330 AA из первой пары и пассивный ретардер 330BB из другой пары, расположенные на наиболее близком взаимном расстоянии, имеют соответствующие оптические оси 331AA и 331AB, проходящие в одном направлении.
В данном изобретении направление поворота оптических осей пассивного ретардера может быть задано по часовой стрелке или против часовой стрелки, так что любая одна из оптических осей в каждой паре пассивных ретардеров проходит под углом 45° и 135° градусов соответственно. В представленном примере направление поворота задано по часовой стрелке.
Возвращаясь к фиг. 18D, следует отметить, что профиль яркости для фазовых A-пластинок 330BA, 330BB со скрещенными оптическими осями и жидкокристаллическим ретардером 314B представлен в виде кривой 470B. Во взаимном сочетании зависимости 470А, 470В являются мультипликативными. В результате пространственная конфигурация ретардеров по фиг.18B создает усреднение двух профилей яркости и, кроме того, создает цветовую симметрию. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в улучшении угловой однородности.
Необязательно, в примере по фиг. 18А и фиг. 18В отражающий поляризатор 318В может быть исключен. В таком случае отражающий поляризатор 318B может быть необязательно заменен дихроичным поглощающим поляризатором (не показан).
Далее приведена иная пространственная конфигурация управляющего полярными характеристиками ретардера 300А и другого управляющего полярными характеристиками ретардера 300В.
Фиг. 18E представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции переключаемый дисплей с защитой отображения информации для использования при внешнем освещении, содержащий эмиссионный SLM 48, первый управляющий полярными характеристиками ретардер 300A, первый дополнительный поляризатор 318A, отражающий поляризатор 302, второй управляющий полярными характеристиками ретардер 300B и второй дополнительный поляризатор 318B; а фиг. 18F представляет собой структурную схему, демонстрирующую во фронтальной проекции ориентацию оптических слоев в оптической стопе, содержащей управляющие полярными характеристиками ретардеры 300A, установленные между дополнительным светопоглощающим поляризатором 318A и другим дополнительным поляризатором 318B, который является отражающим поляризатором 302, и другие управляющие полярными характеристиками ретардеры 300B, установленные между выходным поляризатором 218 и другим дополнительным поляризатором 318B, 302, причем и управляющие полярными характеристиками ретардеры 300A и другие совокупные ретардеры 300B содержат фазовые А-пластинки 330AA, 330AB, 330BA и 330BB со скрещенными оптическими осями.
Демонстрационный вариант реализации изобретения представлен в таблице 8B.
Таблица 8В
Слой
Ориентация/°
Ретардер
Оптическая разность хода/нм
Поляризатор 218
0
-
-
Ретардер 330АА
45
A-пластинка
+450
Ретардер 330AB
135
A-пластинка
+450
Переключаемый ЖК-слой 314A
0
Смотри таблицу 7
Отражающий поляризатор 302
0
-
-
Ретардер 330BA
135
A-пластинка
+450
Ретардер 330BB
45
A-пластинка
+450
Переключаемый ЖК-слой 314B
0
Смотри таблицу 7
Поляризатор 318B
0
-
-
По сравнению с пространственной конфигурацией по фиг. 18А обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности предоставления пониженной яркости для местоположений, находящихся вне оптической оси дисплея, поскольку рассеивание от SLM 48 не изменяет зону просмотра для профиля яркости от элемента 260В управления углом просмотра. Кроме того, может предоставляться отдельная стопа из оптических элементов для удобной пользовательской или заводской установки.
Вариант реализации изобретения по фиг. 18E-F к тому же показывает, что отражающий поляризатор 302 может также применяться как дополнительный поляризатор 318B для других совокупных ретардеров 300B. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в снижении стоимости и толщины и увеличении функциональной эффективности.
Далее рассматриваются варианты реализации дисплеев с контролем яркости, имеющих симметричную цветопередачу и выходную яркость.
Фиг. 18G представляет собой структурную схему, демонстрирующую во фронтальной проекции ориентацию оптических слоев в оптической стопе, содержащей управляющие полярными характеристиками ретардеры 300A, установленные между дополнительным светопоглощающим поляризатором 318A и другим дополнительным поляризатором 318B, и другие управляющие полярными характеристиками ретардеры 300B, установленные между выходным поляризатором 218 и другим дополнительным поляризатором 318B, причем и управляющие полярными характеристиками ретардеры 300A и другие совокупные ретардеры 300B содержат фазовые А-пластинки 330AA, 330AB, 330BA и 330BB со скрещенными оптическими осями.
В результате дисплейное устройство содержит: SLM 48; поляризатор дисплея, установленный на по меньшей мере одной стороне SLM, причем поляризатор дисплея представляет собой линейный поляризатор; первый дополнительный поляризатор 318A, установленный на той же стороне SLM 48, что и один из по меньшей мере одного поляризаторов дисплея, причем первый дополнительный поляризатор 318A представляет собой линейный поляризатор; и первые управляющие полярными характеристиками ретардеры 300A, установленные между первым дополнительным поляризатором 318A и одним из по меньшей мере одного поляризаторов дисплея; другой дополнительный поляризатор 318B, установленный на той же стороне SLM, что и указанный один из по меньшей мере одного поляризаторов дисплея, с внешней стороны от первого дополнительного поляризатора 318A, причем другой дополнительный поляризатор 318B представляет собой линейный поляризатор; и другие управляющие полярными характеристиками ретардеры 300B, установленные между другим первым дополнительным поляризатором 318A и другим дополнительным поляризатором 318B, причем первые управляющие полярными характеристиками ретардеры содержат пару пассивных ретардеров 330AA, 330AB, имеющих скрещенные оптические оси 331AA, 331AB в плоскости ретардеров, проходящие под углами соответственно 45° и 135° относительно направления пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора 218, при этом другие управляющие полярными характеристиками ретардеры содержат другую пару пассивных ретардеров 330BA, 330BB, имеющих скрещенные оптические оси 331BA, 331BB в плоскости ретардеров, проходящие под углами соответственно 45° и 135° относительно направления пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора 218, а оптические оси 331BB, 331AA одного из первой пары пассивных управляющих полярными характеристиками ретардеров и одного из другой пары пассивных управляющих полярными характеристиками ретардеров, расположенных на наиболее близком взаимном расстоянии, проходят в одном направлении.
Каждые из первых управляющих полярными характеристиками ретардеров 300A и других управляющих полярными характеристиками ретардеров 300B содержат переключаемый жидкокристаллический ретардер 301A, 301B, содержащий слой 314A, 314B жидкокристаллического материала 414A, 414B, причем каждые из первых управляющих полярными характеристиками ретардеров 300A и других управляющих полярными характеристиками ретардеров 300B в переключаемом состоянии переключаемого жидкокристаллического ретардера 301A, 301B выполнены с возможностью одновременно не вносить никакого результирующего относительного фазового сдвига в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через указанный один из по меньшей мере одного из поляризаторов дисплея вдоль оси, направленной вдоль нормали к плоскости управляющих полярными характеристиками ретардеров, и вносить результирующий относительный фазовый сдвиг в ортогональные компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через указанный один из по меньшей мере одного из поляризаторов дисплея вдоль оси, наклоненной относительно нормали к плоскости управляющих полярными характеристиками ретардеров.
Пример по фиг. 18G является аналогичным примеру по фиг. 18E и фиг. 18F, за исключением того, что отражающий поляризатор 302 заменен другим дополнительным поляризатором 318B. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности создания дисплея с контролем яркости, имеющего симметричную цветопередачу и выходную яркость в боковом направлении, аналогично представленному на фиг. 18C-D. Кроме того, отражательная способность отражающего поляризатора 302 устраняется для условий, не требующих высокой отражательной способности в позициях вне оптической оси дисплея.
Фиг. 18H представляет собой структурную схему, демонстрирующую во фронтальной проекции ориентацию оптических слоев в оптической стопе для пропускающего SLM 48, содержащего другие совокупные ретардеры 300B, установленные между другим дополнительным светопоглощающим поляризатором 318B и дополнительным поляризатором 318A, и совокупные ретардеры 300A, установленные между входным поляризатором 210 и дополнительным поляризатором 318A, причем и совокупные ретардеры 300A и другие совокупные ретардеры 300B содержат фазовые А-пластинки со скрещенными оптическими осями.
Пример по фиг. 18H является аналогичным примеру по фиг. 18G, за исключением того, что оптическая стопа установлена на входной стороне SLM между устройством 20 подсветки и SLM 48. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в снижении фронтальной толщины экрана и увеличении рассеивания света на фронтальной поверхности без размытия пикселей. Кроме того, контрастность изображения может быть увеличена.
Фиг. 18I представляет собой структурную схему, демонстрирующую во фронтальной проекции ориентацию оптических слоев в оптической стопе для пропускающего SLM 48, содержащего другие совокупные ретардеры 300B, установленные между другим дополнительным поляризатором 318B и входным поляризатором 210; а совокупные ретардеры 300A установлены между выходным поляризатором 218 и дополнительным поляризатором 318A, причем каждые из совокупных ретардеров 300A, 300B и других совокупных ретардеров содержат фазовые А-пластинки 330AA, 330AB, 330BA, 330BB со скрещенными оптическими осями.
Дисплейное устройство содержит: устройство 20 подсветки, выполненное с возможностью вывода светового излучения, пропускающий SLM 48, выполненный с возможностью приема светового излучения на выходе из устройства 20 подсветки; входной поляризатор 210, установленный на входной стороне SLM 48, и выходной поляризатор 218, установленный на выходной стороне SLM 48, причем и входной поляризатор 210, и выходной поляризатор 218 представляют собой линейные поляризаторы; первый дополнительный поляризатор 318A, установленный на выходной стороне выходного поляризатора 218, причем первый дополнительный поляризатор 318A представляет собой линейный поляризатор; и первые управляющие полярными характеристиками ретардеры 300A, установленные между первым дополнительным поляризатором 318A и выходным поляризатором 218; другой дополнительный поляризатор 318B, установленный между устройством 20 подсветки и входным поляризатором 210, причем другой дополнительный поляризатор 318B представляет собой линейный поляризатор; и другие управляющие полярными характеристиками ретардеры 300B, установленные между входным поляризатором 210 и другим дополнительным поляризатором 318B; причем первые управляющие полярными характеристиками ретардеры 300A содержат пару пассивных ретардеров 330AA, 330AB, имеющих скрещенные оптические оси 331AA, 331AB в плоскости ретардеров, которые проходят под углами соответственно 45° и 135° относительно направления пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора 218, а другие управляющие полярными характеристиками ретардеры 300B содержат другую пару пассивных ретардеров 330BA, 330BB, имеющих скрещенные оптические оси 331BA, 331BB в плоскости ретардеров, которые проходят под углами соответственно 45° и 135° относительно направления пропускания электрического вектора излучения выходного поляризатора 218, а оптические оси 331BB, 331AA одного из первой пары пассивных управляющих полярными характеристиками ретардеров и одного из другой пары пассивных управляющих полярными характеристиками ретардеров, расположенных на наиболее близком взаимном расстоянии, проходят в одном направлении.
Пример по фиг. 18I является аналогичным примеру по фиг. 18H, за исключением того, что оптическая стопа установлена с обеих сторон SLM 48 и между устройством 20 подсветки и SLM 48. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в том, что рассеивание светового излучения от SLM не предоставляет рассеянный свет подглядывающему, и может быть достигнут более высокий уровень защиты визуальной информации.
Фиг. 18J представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого ретардера в рабочем режиме защиты отображения информации, содержащего пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 330A на основе отрицательной фазовой С-пластинки и переключаемый жидкокристаллический ретардер 301A с продольным упорядочиванием, установленный между выходным поляризатором 218, и отражающим поляризатором 302, и пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 330B на основе отрицательной фазовой С-пластинки и переключаемый жидкокристаллический ретардер 301B с продольным упорядочиванием, установленный между поглощающим поляризатором 318 и отражающим поляризатором 302, в рабочем режиме защиты отображения информации. В результате дисплейное устройство может также содержать слой 300A, управляющий оптической разностью хода, установленный между выходным поляризатором 218 и отражающим поляризатором 302. Слой 300А, управляющий оптической разностью хода, может также содержать другой переключаемый жидкокристаллический ретардер 301А, установленный между выходным поляризатором 218 и отражающим поляризатором 302.
Впервые указанный управляющий полярными характеристиками ретардер 300B содержит первый переключаемый жидкокристаллический ретардер 301B, содержащий первый слой жидкокристаллического материала 414B, а другой управляющий полярными характеристиками ретардер 300A содержит второй переключаемый жидкокристаллический ретардер 301A, содержащий второй слой жидкокристаллического материала 414A. Другой переключаемый жидкокристаллический ретардер 301A содержит поверхностный ориентирующий слой 307A, расположенный в прилегании к жидкокристаллическому материалу 414A, имеющему предварительный наклон директора с направлением предварительного наклона директора, определяемым компонентом в плоскости слоя жидкокристаллического материала, который ориентирован параллельно или антипараллельно, или ортогонально по отношению к отражающему поляризатору.
Направления 307А, 331А предварительного наклона директора в ориентирующих слоях другого переключаемого жидкокристаллического ретардера 301А могут иметь компонент в плоскости жидкокристаллического слоя 314А, который ориентирован параллельно или антипараллельно, или ортогонально по отношению к направлениям предварительного наклона директора в ориентирующих слоях 307В, 331В первого переключаемого жидкокристаллического ретардера 301B. В рабочем режиме коллективного пользования оба переключаемых жидкокристаллических слоя 301B, 301A регулируются с возможностью предоставления широких углов просмотра. В рабочем режиме защиты отображения информации переключаемые жидкокристаллические ретардеры 301A, 301B при их взаимодействии обеспечивают преимущество, которое заключается в возможности улучшенного снижения яркости и вследствие этого повышенной защиты отображения информации для пользователя на единственной оптической оси.
Первый и второй жидкокристаллические ретардеры 301А, 301В могут иметь различные значения оптической разности хода. Величина оптической разности хода, создаваемая первым жидкокристаллическим ретардером 301B и дополнительным жидкокристаллическим слоем 314A, может быть разной. Система 352 управления может быть выполнена с возможностью управления подачей общего электрического напряжения на первый и второй переключаемые жидкокристаллические ретардеры 301А, 301В. Жидкокристаллический материал 414B первого жидкокристаллического ретардера 301B может отличаться от жидкокристаллического материала 414A второго жидкокристаллического слоя 301A. Хроматические аберрации полярных профилей яркости, рассмотренные в другом месте данного документа, могут быть уменьшены, обеспечивая преимущество, которое заключается в улучшении цветопередачи в области вне оптической оси дисплея.
В альтернативном варианте реализации изобретения переключаемые жидкокристаллические ретардеры 301A, 301B могут иметь ортогональные направления упорядочивания, так что понижение яркости предоставляется как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях, обеспечивая преимущество, которое заключается в защите отображения информации как для горизонтальной, так и для вертикальной ориентации дисплея.
Слой 300А, управляющий оптической разностью хода, может содержать пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 330A, установленный между выходным поляризатором 218 и отражающим поляризатором 302. В более общем случае переключаемый жидкокристаллический ретардер 301А может быть исключен, а пассивные ретардеры 330А могут предоставлять фиксированное снижение яркости. Например, уменьшение яркости в секторах просмотра может быть получено с помощью только одного слоя 330A. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в создании полярной области с пониженной яркостью.
Фиг. 18J к тому же показывает, что отражающий поляризатор 302 может применяться как дополнительный поляризатор 318B и что, например, дихроичный поляризатор 318B по фиг. 18F может быть исключен. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности увеличения функциональной эффективности и уменьшении толщины.
Фиг. 18K представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции элемент 260 управления углом просмотра, содержащий первый управляющий полярными характеристиками ретардер 300A, первый дополнительный поляризатор 318A, отражающий поляризатор 302, второй управляющий полярными характеристиками ретардер 300B и второй дополнительный поляризатор 318B. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности создания дополнительного элемента управления защитой отображения информации и/или элемента управления уровнем рассеянного света, которые не требует согласования по разрешающей способности в пикселях с панелью дисплея для избегания артефактов от муарового эффекта. Оптический элемент 260 управления углом просмотра может быть также выполнен для заводской установки на SLM 48. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 18E-H соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
Может возникать необходимость в предоставлении в механическом транспортном средстве рабочих режимов как развлекательной передачи, так и ночного просмотра.
Фиг. 19A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в горизонтальной проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем, таким как изображенный на фиг. 19A-B, установленным внутри салона 602 транспортного средства для рабочих режимов дневного и/или коллективного просмотра; а фиг. 19B представляет собой структурную схему, демонстрирующую в боковой проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем, установленным внутри салона 602 транспортного средства для рабочих режимов дневного и/или коллективного просмотра; Световой конус 630, 632 получают с широкоугольной зоной просмотра, и в результате обеспечивается преимущество, которое заключается в визуальной доступности дисплея с низкой отражательной способностью для нескольких пассажиров.
Фиг. 19C представляет собой структурную схему, демонстрирующую в горизонтальной проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем, таким как изображенный на фиг. 19A-B, установленным внутри салона 602 транспортного средства для рабочих режимов ночного просмотра и/или развлекательной передачи; а фиг. 19D представляет собой структурную схему, демонстрирующую в боковой проекции механическое транспортное средство с переключаемым направленным дисплеем, установленным внутри салона 602 транспортного средства для рабочих режимов ночного просмотра и/или развлекательной передачи. Световой конус 634, 636 получают с узкими углами зоны просмотра, и в результате обеспечивается преимущество, которое заключается в визуальной доступности дисплея только для одного пассажира. Пассажиры в позициях вне оптической оси дисплея видят усиленные отражения от дисплея, снижающие визуальную доступность. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в снижении рассеянного света в рабочем режиме ночного просмотра, что повышает безопасность водителя. Кроме того, на дисплее снижается интенсивность отражений от ветрового стекла 601, что сводит до минимума отвлечение внимания водителя 604. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 19A-D соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
Далее рассматриваются дисплеи 100, содержащие управляющие полярными характеристиками ретардеры 300, которые представляют собой пассивные ретардеры 272, и содержащие отражающий поляризатор 302 и дополнительный поляризатор 318.
Фиг. 20A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции дисплей 100 с защитой отображения информации для использования при внешнем освещении 604, содержащий устройство 20 подсветки, пропускающий SLM 48, отражающий поляризатор 302, пассивные управляющие полярными характеристиками ретардеры 300, которые содержат пассивные ретардеры 272A, 272B, 272C и 272C; и дополнительный поляризатор 318; а фиг. 20B представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции элемент управления углом просмотра, содержащий отражающий поляризатор 302, пассивные управляющие полярными характеристиками ретардеры 300 и дополнительный поляризатор 318.
Работа такого дисплея описывается ниже при рассмотрении фиг. 22A-B. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности создания дисплея с низкой стоимостью с защитой отображения информации или другого типа дисплея с низким уровнем рассеянного света. Кроме того, по сравнению с переключаемыми дисплеями 100 уменьшена технологическая сложность и толщина дисплея.
Фиг. 20C представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции элемент 260 управления углом просмотра, содержащий пассивные управляющие полярными характеристиками ретардеры 300A, которые содержат пассивные ретардеры 272AA, 272AB, 272AC, 272AD, установленные между дополнительным поляризатором 318A и отражающим поляризатором 302; и другой дополнительный поляризатор 318B и другие пассивные управляющие полярными характеристиками ретардеры 300B, которые содержат пассивные ретардеры 272BA, 272BB, 272BC, 272BD, установленные на входной стороне отражающего поляризатора 302. По сравнению с вариантом реализации по фиг. 20B обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности большего снижения яркости в позициях вне оптической оси дисплея и в то же по сути неизменной яркости в прямонаправленных позициях при подключении к выходу SLM дополнительного поляризатора.
Фиг. 20D представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции дисплей с защитой отображения информации для использования при внешнем освещении. По сравнению с фиг. 20A другой дополнительный поляризатор 318B, который представляет собой отражающим поляризатор, и другие управляющие полярными характеристиками ретардеры 300B, которые содержат пассивные ретардеры 272BA, 272BB, установлены на входе в SLM. Другой дополнительный поляризатор 318B и 300B создают повышенное снижение яркости для устройства 20 широкоугольной подсветки. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности повышения уровня защиты визуальной информации безопасности при использовании устройства широкоугольной подсветки. По сравнению с переключаемыми пространственными конфигурациями, описанными в других документах, толщина и стоимость уменьшены. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 20A-D соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
В вариантах реализации изобретения по фиг. 20A-D продемонстрирована стопа пассивных управляющих полярными характеристиками ретардеров 300, которая содержат четыре пассивных ретардера, показанных ниже на фиг. 22A-B. В то же время другие типы стоп пассивных ретардеров также рассматриваются ниже и могут быть использованы. Далее рассматриваются различные сочетания управляющих полярными характеристиками ретардеров 300, которые содержат пассивные ретардеры 272, установленных между отражающим поляризатором 302 и дополнительным поляризатором 318.
Фиг. 21A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции оптическую стопу пассивного ретардера, содержащую отрицательную фазовую C-пластинку и установленную с возможностью выполнения модификации зоны просмотра дисплейного устройства; а фиг. 21B представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей в пассивном ретардере по фиг. 21A.
Фиг. 21C представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции оптическую стопу пассивного ретардера, содержащую отрицательную фазовую O-пластинку с оптической осью, имеющей наклон в плоскости, ортогональной направлению пропускания электрического вектора излучения поляризатора дисплея, и отрицательную фазовую C-пластинку, и установленную с возможностью выполнения модификации зоны просмотра дисплейного устройства; а фиг. 21D представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей в пассивном ретардере по фиг. 21C, содержащем конструкцию, представленную в таблице 9A.
Таблица 9А
Фигуры
Пассивный ретардер
Слой
Тип
Внеплоскостной угол / °
Угол в плоскости / °
Δn⋅d/нм
21C и 21D
272A
Отрицательная O-пластинка
65
90
-550
272B
Положительная C-пластинка
90
0
+500
В результате пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 300B содержит пассивный ретардер 272A, который представляет собой отрицательную фазовую О-пластинку, оптическая ось которой имеет компонент, лежащий в плоскости пассивного ретардера 272A, и компонент, перпендикулярный плоскости пассивного ретардера 272A. К тому же лежащий в плоскости пассивного ретардера компонент проходит под углом 90° относительно направления пропускания электрического вектора, которое является параллельным или перпендикулярным направлению пропускания 219 электрического вектора излучения поляризатора 218 дисплея. Пассивный ретардер 272B содержит пассивный ретардер, имеющий оптическую ось, перпендикулярную плоскости пассивного ретардера.
При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности уменьшения яркости для боковых направлений просмотра. Подвижный дисплей может удобно поворачиваться вокруг горизонтальной оси, предоставляя при этом защиту отображения информации в боковом направлении от подглядывающих.
Фиг. 21E представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции оптическую стопу пассивного ретардера, содержащую фазовые А-пластинки со скрещенными оптическими осями и положительную фазовую O-пластинку; а фиг. 21F представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей в пассивном ретардере по фиг. 21E, содержащем конструкцию, представленную в таблице 9B.
Таблица 9В
Фигуры
Пассивный ретардер
Слой
Тип
Внеплоскостной угол / °
Угол в плоскости / °
Δn⋅d/нм
21E и 21F
272A
Положительная А-пластинка
0
45
+500
272B
Положительная А-пластинка
0
135
+500
272C
Положительная O-пластинка
65
90
+550
В результате пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 300B содержит пассивные ретардеры 272A, 272B, которые представляют собой фазовые А-пластинки со скрещенными оптическими осями, и ретардер 272C, оптическая ось которого имеет компонент, лежащий в плоскости пассивного ретардера 272C, и компонент, перпендикулярный плоскости пассивного ретардера 272C. Лежащий в плоскости пассивного ретардера компонент проходит под углом 90° относительно направления пропускания электрического вектора, которое является параллельным или перпендикулярным направлению пропускания 219 электрического вектора излучения поляризатора 218 дисплея. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности уменьшения яркости для боковых направлений просмотра. Подвижный дисплей может удобно поворачиваться вокруг горизонтальной оси, предоставляя при этом защиту отображения информации в боковом направлении от подглядывающих.
Может возникать необходимость в снижении яркости как в боковом, так и в вертикальном направлении.
Фиг. 22A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции оптическую стопу пассивных ретардеров 272A-D, содержащую две пары фазовых А-пластинок со скрещенными оптическими осями; а фиг. 22B представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей в пассивном ретардере по фиг. 22A, содержащем конструкцию, представленную в таблице 10. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 22A-22B соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
Таблица 10
Фигуры
Пассивный управляющий ретардер
Слой
Тип
Внеплоскостной угол / °
Угол в плоскости / °
Δn⋅d/нм
22A, 22B
272A
Положительная А-пластинка
0
45
700
272B
90
272C
0
272D
135
В результате ретардер содержит пару пассивных ретардеров 272A, 272D, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости ретардеров. Каждая пара ретардеров содержит совокупные фазовые А-пластинки, имеющие соответствующие оптические оси, которые ориентированы между собой под разными углами. Пара пассивных ретардеров 272B, 272C имеет оптические оси, каждая из которых проходит под углом соответственно 90° и 0° относительно направления пропускания электрического вектора, которое параллельно направлению 211 пропускания электрического вектора излучения поляризатора 210 дисплея.
Пара пассивных ретардеров 272A, 272D имеет оптические оси, каждая из которых проходит под углом соответственно 45° и 135° относительно направления 211 пропускания электрического вектора, которое соответственно параллельно направлению пропускания электрического вектора излучения поляризатора 218 дисплея.
Дисплей также содержит дополнительную пару пассивных ретардеров 272B, 272C, размещенных между впервые указанной парой пассивных ретардеров 272A, 272D, и которые имеют скрещенные оптические оси в плоскости пассивных ретардеров. Дополнительная пара пассивных ретардеров 272B, 272C имеет оптические оси, каждая из которых проходит под углом соответственно 0° и 90° относительно направления 211, 317 пропускания электрического вектора, которое параллельно направлению пропускания электрического вектора излучения поляризатора 210, 316 дисплея.
В каждой фазовой A-пластинке величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм принимает значения в пределах от 600 нм до 850 нм, предпочтительно в пределах от 650 нм до 730 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 670 нм до 710 нм. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности уменьшения различий в цветопередаче поглощаемого света между центральным местоположением просмотра и местоположениями просмотра вне оптической оси дисплея.
В других демонстрационных вариантах реализации изобретения предпочтительный угол 273А составляет по меньшей мере 40° и не более чем 50°, более предпочтительно по меньшей мере 42,5° и не более чем 47,5°, и наиболее предпочтительно по меньшей мере 44° и не более чем 46°. Предпочтительно угол 273D составляет по меньшей мере 130° и не более чем 140°, более предпочтительно по меньшей мере 132,5° и не более чем 137,5°, и наиболее предпочтительно по меньшей мере 134° и не более чем 136°.
В других демонстрационных вариантах реализации изобретения внутренняя пара ретардеров 272B, 272C может иметь большие допуски, чем внешняя пара ретардеров 272A, 272D. Предпочтительно угол 273B составляет по меньшей мере -10° и не более чем 10°, более предпочтительно по меньшей мере -5° и не более чем 5°, и наиболее предпочтительно по меньшей мере -2° и не более чем 2°. Предпочтительно угол 273C составляет по меньшей мере 80° и не более чем 100°, более предпочтительно по меньшей мере 85° и не более чем 95°, и наиболее предпочтительно по меньшей мере 88° и не более чем 92°.
В данном варианте реализации изобретения получаемый профиль пропускания имеет определенную осевую симметрию. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности создания дисплея с защитой отображения информации с пониженной визуальной доступностью изображения в широкой зоне просмотра для боковых или наклонных позиций подглядывающего. Кроме того, такая пространственная конфигурация может применяться для достижения улучшенных рабочих характеристик в режиме защиты отображения информации для горизонтальной и вертикальной ориентации подвижного дисплея. Такая пространственная конфигурация может применяться в транспортном средстве для уменьшения степени рассеянного света для пассажиров вне оптической оси дисплея, а также для уменьшения возможности попадания светового излучения на ветровое стекло и другие стеклянные поверхности в транспортном средстве.
Фиг. 23А-В представляют собой структурные схемы, демонстрирующие в боковой проекции часть дисплея, содержащую переключаемый компенсирующий ретардер и скрепляющие оптические слои 380. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 23A-B соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах. Оптические скрепляющие слои 380 могут быть использованы для ламинирования пленок и подложек с получением повышенной функциональной эффективности и пониженной яркости при больших углах просмотра в режиме защиты отображения информации. Кроме того, между SLM 48 и управляющим полярными характеристиками ретардером 300 может создаваться воздушная прослойка 384. Для снижения гидрофильности двух поверхностей в воздушной прослойке 384 может быть создана гидрофобная поверхность 382 в по меньшей мере одном из управляющего полярными характеристиками ретардера 300 или SLM 48.
Ретардер 330 может быть установлен между переключаемым жидкокристаллическим слоем 314 и SLM 48, как показано на фиг. 23B, или может быть установлен между дополнительным поляризатором 318 и переключаемым жидкокристаллическим слоем 314, как показано на фиг. 23A. В обеих системах получают по сути аналогичные оптические характеристики, в отличие от гибридного упорядочивания, как описывается в другом месте данного документа. Существует необходимость в уменьшении толщины и уменьшении общего количества оптических элементов.
Фиг. 24A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого компенсированного ретардера в режиме защиты отображения информации, содержащего переключаемый жидкокристаллический ретардер с гомеотропным упорядочиванием, установленный между первым и вторым пассивными управляющими полярными характеристиками ретардерами на основе фазовых С-пластинок; фиг. 24B и фиг. 24C представляют собой схематические диаграммы, демонстрирующие изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления пропускаемых световых лучей в оптической стопе по фиг. 24A соответственно в режимах коллективного пользования и защиты отображения информации; а фиг. 24D представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений отражательной способности в зависимости от полярного направления для отражаемых световых лучей на фиг. 24A в рабочем режиме защиты отображения информации, содержащей варианты реализации, представленные в таблице 11. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 24A-D соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
Таблица 11
Фигура
Режим
Пассивные управляющие полярными характеристиками ретардеры
Активный ЖК-ретардер
Тип
Δn⋅d/нм
Ориентирующие слои
Предварительный наклон/град.
Δn⋅d/нм
Δε
Электрическое напряжение/В
24B
Коллективного пользования
Отрицательная C-пластинка, 330АОтрицательная C-пластинка, 330B
-275-275
Продольное упорядочиваниеПродольное упорядочивание
22
750
13,2
5,0
24C и 24D
Защиты отображения информации
2,6
25D
Коллективного пользования
А-пластинка, 330АА-пластинка, 330В
575575
Продольное упорядочиваниеПродольное упорядочивание
22
750
13,2
5,0
25E
Защиты отображения информации
2,6
Пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер 330 содержит первую и вторую фазовые C-пластинки 330A, 330B; а переключаемый жидкокристаллический слой 314 размещен между первой и второй фазовыми C-пластинками 330A, 330B. Переключаемый жидкокристаллический ретардер содержит два поверхностных ориентирующих слоя 419a, 419b, расположенных в прилегании к слою 314 жидкокристаллического материала 414 и с двух его противоположных сторон, и каждый из них установлен с возможностью выполнения продольного упорядочивания в прилегающем жидкокристаллическом материале 414. Слой жидкокристаллического материала 414 переключаемого жидкокристаллического ретардера содержит жидкокристаллический материал 414 с отрицательной диэлектрической анизотропией.
В слое жидкокристаллического материала 314 величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм принимает значения в пределах от 500 нм до 1000 нм, предпочтительно в пределах от 600 нм до 900 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 700 нм до 850 нм. Каждый из двух пассивных ретардеров содержит пассивный ретардер, имеющий оптическую ось, перпендикулярную плоскости ретардера, причем в них суммарная величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм принимает значения в пределах от -300 нм до -700 нм, предпочтительно в пределах от -350 нм до -600 нм и наиболее предпочтительно в пределах от -400 нм до -500 нм.
Фиг. 25A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции дисплей, содержащий переключаемый компенсированный ретардер, установленный между подложками первого и второго пассивных управляющих полярными характеристиками ретардеров на основе фазовых С-пластинок; а фиг. 25B представляет собой структурную схему, демонстрирующую в боковой проекции часть дисплея, содержащую переключаемый компенсированный ретардер, установленный между подложками первого и второго пассивных управляющих полярными характеристиками ретардеров на основе фазовых С-пластинок.
Управляющий полярными характеристиками ретардер 300 содержит два пассивных ретардера 330A, 330B и переключаемый жидкокристаллический ретардер 301, содержащий слой 314 жидкокристаллического материала, установленный между двумя пассивными ретардерами 330A, 330B. Дисплейное устройство 100 также содержит оптически прозрачные электроды 413, 415 и поверхностные ориентирующие слои 409, 411, сформированные на сторонах каждого из двух пассивных ретардеров 330A, 330B, прилегающие к слою 314 переключаемого жидкокристаллического ретардера. Дисплейное устройство 100 также содержит первую и вторую подложки, между которыми расположен слой 314 переключаемого жидкокристаллического ретардера, причем каждая из первой и второй подложек содержат один из двух пассивных ретардеров 330A, 330B.
В результате первая фазовая C-пластинка 330A содержит оптически прозрачный электродный слой 415 и жидкокристаллический ориентирующий слой 411, сформированные на одной стороне, а вторая фазовая C-пластинка 330B содержит оптически прозрачный электродный слой 413 и жидкокристаллический ориентирующий слой 409, сформированные на одной стороне.
Жидкокристаллический слой 314 размещен между первой и второй подложками 312, 316, а каждая из первой и второй подложек 312, 316 содержит одну из первой и второй фазовых C-пластинок 330A, 330B. Фазовые C-пластинки могут быть выполнены из пленок с двойным растяжением на основе карбонатно-органических полимеров (COP, carbonate-organic polymer), покрытых оксидом ITO для создания электродов 413, 415, и содержат сформированные на них жидкокристаллические ориентирующие слои 409, 411.
По сравнению с пространственной конфигурацией, по фиг. 1 обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности уменьшения количества слоев, толщины, стоимости и технологической сложности. Кроме того, фазовые C-пластинки 330A, 330B могут представлять собой гибкие подложки и могут образовывать гибкий дисплей с защитой отображения информации.
Существует необходимость в создании жидкокристаллического слоя 314 между первой и второй подложками фазовых А-пластинок.
Фиг. 25C представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого компенсированного ретардера в рабочем режиме защиты отображения информации, содержащего переключаемый жидкокристаллический ретардер с продольным упорядочиванием, установленный между первым и вторым пассивными управляющими полярными характеристиками ретардерами на основе фазовых А-пластинок со скрещенными оптическими осями; а фиг. 25D и фиг. 25E представляют собой схематические диаграммы, демонстрирующие изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления пропускаемых световых лучей в конструкции по фиг. 25C, управляемой соответственно в широкоугольном режиме и в режиме защиты отображения информации и содержащей варианты реализации, представленные также в таблице 11. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 25A-E соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
Переключаемый жидкокристаллический ретардер содержит два поверхностных ориентирующих слоя 419a, 419b, расположенных в прилегании к слою 314 жидкокристаллического материала 414 и с двух его противоположных сторон, и каждый из них установлен с возможностью выполнения продольного упорядочивания в прилегающем жидкокристаллическом материале 414. Слой жидкокристаллического материала 414 переключаемого жидкокристаллического ретардера содержит жидкокристаллический материал 414 с отрицательной диэлектрической анизотропией.
В слое жидкокристаллического материала 314 величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм принимает значения в пределах от 500 нм до 1000 нм, предпочтительно в пределах от 600 нм до 900 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 700 нм до 850 нм. Каждый из двух пассивных ретардеров имеет оптическую ось в плоскости пассивного ретардера, причем их оптические оси скрещены, а величина оптической разности хода для светового излучения с длиной волны 550 нм в каждом пассивном ретардере из пары пассивных ретардеров принимает значения в пределах от 150 нм до 800 нм, предпочтительно в пределах от 200 нм до 700 нм и наиболее предпочтительно в пределах от 250 нм до 600 нм.
По сравнению с пространственной конфигурацией, по фиг. 24А, обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности изготовления фазовых А-пластинок с меньшими затратами по сравнению с фазовыми С-пластинками.
Существует необходимость в улучшении внешнего вида изображения посредством добавления маскировки к защищаемому изображению, рассматриваемому подглядывающим 47 в режиме защиты отображения информации.
Фиг. 26A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого ретардера в рабочем режиме защиты отображения информации, содержащего пассивный ретардер на основе отрицательной фазовой C-пластинки и переключаемый жидкокристаллический ретардер с гомеотропным упорядочиванием, также содержащий топологически структурированный электродный слой 415. По меньшей мере один из электродов 413, 415 может иметь топологическую структуру, в данном примере электрод 415 имеет структуру с областями 415a, 415b, 415c и управляется с помощью соответствующих драйверов 350a, 350b, 350c напряжения с напряжениями Va, Vb, Vc. Между электродными областями 415а, 415b, 415с могут быть созданы промежутки 417. В результате наклон молекул 414a, 414b, 414c можно регулировать независимо для передачи маскирующей топологии с различными уровнями яркости для просмотра в позициях вне оптической оси дисплея.
В результате переключаемый жидкокристаллический ретардер 301, установленный между отражающим поляризатором 302 и дополнительным поляризатором 318, управляется с помощью адресуемых электродов 415a, 415b, 415c и однородного электрода 413. Адресуемые электроды могут быть выполнены с топологической структурой для создания по меньшей мере двух структурных областей, содержащих электрод 415a и промежуток 417.
Фиг. 26B представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальной проекции освещение от дисплея с защитой отображения информации и регулируемой скрытой яркостью для основного наблюдателя и подглядывающего. Дисплей 100 может отображать темные области 601 изображения и белые области 603 фона, которые видны основному наблюдателю 45 в окне 26p просмотра. Для сравнения, подглядывающий 47 может видеть маскирующее изображение, как показано на фиг. 26C, которая представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции освещение от дисплея с защитой отображения информации и регулируемой маскирующей яркостью для подглядывающего. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 26A-C соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
В результате в областях 603 белого фона может быть создана маскирующая структура, которая имеет смешанную яркость области 603 белого цвета. В результате структурные области топологии электродов 415a, 415b, 415c представляют собой маскирующие шаблоны. По меньшей мере, одна из областей шаблона является индивидуально адресуемой и выполнена с возможностью работы в режиме защиты отображаемой информации.
Области шаблонов могут быть расположены так, чтобы обеспечивать маскировку для множества пространственных частот посредством управления выбором шаблонов во время режима защиты отображаемой информации. В демонстрационном примере презентация может быть снабжена текстом высотой 20 мм. С помощью первой регулировки электродного шаблона может быть использован маскирующий шаблон с аналогичным размером. Во втором примере может быть использована фотография с содержимым большой площади, которое имеет более высокую визуальную доступность для подглядывающего 47. Разрешающая способность маскирующего шаблона может быть снижена для скрытия структур большей площади посредством объединения первой и второй электродных областей для подачи напряжения и создания результирующего шаблона с более низкой разрешающей способностью.
При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности создания управляемой маскирующей структуры посредством регулировки напряжения Va, Vb, Vc на слое 892. Для прямонаправленного просмотра визуальная доступность маскирующей структуры по сути отсутствует. Кроме того, маскирующее изображение может быть удалено посредством подачи аналогичных значений напряжения Va, Vb и Vc.
Помимо создания маскировки защищаемого изображения за счет изменения яркости, в данных вариантах реализации изобретения создается маскирующее отражение от внешнего источника 604 освещения, что обеспечивает преимущество, которое заключается в улучшении маскировки защищаемого изображения от подглядывающего 47, при этом предоставляя основному пользователю 45 отражение без маскировки.
Далее описываются характеристики ретардеров, расположенных последовательно между параллельными поляризаторами. Вначале рассматривается зона просмотра жидкокристаллического ретардера 301 с продольным упорядочиванием для двух различных управляющих напряжений.
Фиг. 27A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого жидкокристаллического ретардера с продольным упорядочиванием; фиг. 27B представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления пропускаемых световых лучей на фиг. 27A для первой величины прикладываемого напряжения; а фиг. 27C представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления пропускаемых световых лучей на фиг. 27A для второй величины прикладываемого напряжения, большей чем первая величина прикладываемого напряжения, содержащей структуру, представленную в таблице 12.
Фиг. 27D представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции фазовую C-пластинку, установленную между параллельными поляризаторами; а фиг. 27E представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 27D, содержащей конструкцию, представленную в таблице 12.
Таблица 12
Фигура
Пассивные управляющие полярными характеристиками ретардеры
Центральный поляризатор?
Активный ЖК-ретардер
Тип
Δn⋅d/нм
Ориентирующие слои
Предварительный наклон/град.
Δn⋅d/нм
Δε
Электрическое напряжение/В
27А и 27В
-
-
-
Продольное упорядочиваниеПродольное упорядочивание
1
900
+15
2,4
27C
20,0
27D и 27E
Отрицательная C-пластинка
-700
-
-
-
-
-
-
28А и 28В
Отрицательная C-пластинка
-700
Да
Продольное упорядочиваниеПродольное упорядочивание
1
900
+15
2,4
28C
20,0
29А и 29В
Отрицательная C-пластинка
-700
Нет
Продольное упорядочиваниеПродольное упорядочивание
1
900
+15
2,4
29C
20,0
Фиг. 28A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого жидкокристаллического ретардера 390 с продольным упорядочиванием, установленного между параллельными поляризаторами 394, 396 последовательно с управляющим зоной просмотра пассивным ретардером, содержащим ретардер 392 на основе фазовой C-пластинки, установленный между параллельными поляризаторами 396, 398; фиг. 28B представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления пропускаемых световых лучей на фиг. 28A для первой величины прикладываемого напряжения; фиг. 28C представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления пропускаемых световых лучей на фиг. 28A для второй величины прикладываемого напряжения, большей, чем первая величина прикладываемого напряжения, содержащей структуру, представленную в таблице 12.
Фиг. 29A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении боковой проекции пространственную конфигурацию переключаемого жидкокристаллического ретардера с продольным упорядочиванием, установленного последовательно с управляющим полярными характеристиками ретардером на основе фазовой С-пластинки, причем переключаемый жидкокристаллический ретардер с продольным упорядочиванием и управляющий полярными характеристиками ретардер на основе фазовой С-пластинки установлены между одной парой параллельных поляризаторов; фиг. 29B представляет собой диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 29A для первой величины прикладываемого напряжения; и фиг. 29C представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления для пропускаемых световых лучей на фиг. 29A для второй величины прикладываемого напряжения, большей, чем первая величина прикладываемого напряжения, содержащей структуру, представленную в таблице 12. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 27A-29C соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
Неожиданно было обнаружено, что оптимальные условия для получения зоны просмотра максимальной величины создаются при равной и противоположной по знаку результирующей величине оптической разности хода для управляющего полярными характеристиками ретардера 330 по сравнению со слоем 314 переключаемого жидкокристаллического ретардера в его пассивном состоянии. Идеальный управляющий полярными характеристиками ретардер 330 и слой 314 переключаемого жидкокристаллического ретардера могут приводить к (i) отсутствию вносимых входным световым излучением изменений в характеристики режима коллективного пользования и (ii) оптимальному уменьшению бокового угла просмотра для позиций вне оптической оси для всех величин наклона в случае их установки с возможностью получения узкого угла просмотра. Данный принцип может применяться ко всем дисплейным устройствам, описываемым в настоящем документе.
Существует необходимость в дальнейшем понижении яркости вне оптической оси посредством направленного освещения от SLM 48. Далее рассматривается направленное освещение от SLM 48 с помощью устройства 20 направленной подсветки.
Фиг. 30А представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальной проекции устройство 20 направленной подсветки (или «узкоугольной», или «коллимированной» подсветки); а фиг. 30B представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении фронтальной проекции устройство 20 ненаправленной подсветки (или «широкоугольной» подсветки, или «не коллимированной» подсветки), каждое из которых может применяться в любом из устройств, описанных в данном документе. В результате устройство 20 направленной подсветки, как показано на фиг. 30A, создает узкий конус 450, в то время как устройство 20 ненаправленной подсветки, как показано на фиг. 30B, создает широкоугольный конус 452 распределения выходных световых лучей.
Фиг. 30C представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений яркости в зависимости от бокового угла просмотра для различных конфигураций устройства подсветки. Зависимость на фиг. 30C может представлять собой поперечное сечение описанных в данном документе полярных профилей зоны просмотра. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 30A-C соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
Ламбертовское устройство подсветки имеет профиль яркости 846, который не зависит от угла просмотра. В данных вариантах реализации изобретения устройство 20 подсветки может быть выполнено с возможностью предоставления углового распределения света, которое имеет пониженную яркость для позиций просмотра вне оптической оси по сравнению с прямонаправленной яркостью.
Типовое устройство широкоугольной подсветки имеет спад при больших углах, так что полная ширина на полувысоте максимума удельной яркости может быть предпочтительно больше чем 40°, более предпочтительно больше чем 60° и наиболее предпочтительно больше чем 80°. Типовое устройство широкоугольной подсветки имеет спад при больших углах, так что полная ширина 866 на полувысоте максимума удельной яркости может быть больше чем 40°, предпочтительно больше чем 60° и наиболее предпочтительно больше чем 80°. Кроме того, удельная яркость 864 при +/- 45°, предпочтительно больше чем 7,5%, более предпочтительно больше чем 10% и наиболее предпочтительно больше чем 20%. Дисплей, в котором создается спада, аналогичный устройству широкоугольной подсветки, обеспечивает преимущество, которое заключается в возможности предоставления высокой визуальной доступности изображения для пользователей вне оптической оси дисплея.
Дисплеи, содержащие устройство 20 широкоугольной подсветки, и только один дополнительный поляризатор 318 и управляющий полярными характеристиками ретардер 330 (не содержащий дополнительных управляющих полярными характеристиками ретардеров 300B и другого дополнительного поляризатора 318B), как правило, не обеспечивают необходимого уровня защиты визуальной информации для пользователей вне оптической оси дисплея в рабочем режиме защиты отображения информации. Существует необходимость возможности установки на такие дисплеи устройства 20 направленной подсветки, что рассматривается далее.
Устройство 20 подсветки может представлять собой устройство направленной подсветки, предоставляющее яркость излучения под полярными углами, большими чем 45 градусов относительно нормали к SLM в по меньшей мере одном азимутальном направлении, которая составляет не более 30% от яркости излучения вдоль нормали к SLM, предпочтительно не более 20% от яркости излучения вдоль нормали к SLM и наиболее предпочтительно не более 10% от яркости излучения вдоль нормали к SLM. Устройство 20 направленной подсветки может иметь спад при больших углах, так что полная ширина 862 на полувысоте максимума удельной яркости может быть больше чем 60°, предпочтительно больше чем 40° и наиболее предпочтительно больше чем 20°. В демонстрационном примере яркость 868 при 45 градусах может составлять 18% от прямонаправленной яркости от устройства 20 подсветки.
Такие профили яркости могут быть предоставлены устройством 20 направленной подсветки, рассматриваемым ниже, или также могут быть предоставлены устройством широкоугольной подсветки в сочетании с другим дополнительным поляризатором 318B и управляющими полярными характеристиками ретардерами 300B, как описано в другом месте в данном документе.
Далее рассматривается один тип переключаемого устройства 20 подсветки.
Фиг. 31A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в боковой проекции устройство 100 переключаемого направленного дисплея, содержащее переключаемый жидкокристаллический управляющий полярными характеристиками ретардер 300 и устройство 20 подсветки. Устройство 20 подсветки по фиг. 31А может применяться в любом из устройств, описанных в данном документе, которые содержат волновод 1, через входной конец 2 освещаемый массивом 15 источников светового излучения. Фиг. 31B представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении вида сзади работу волновода 1 по фиг. 31A в режиме с ограниченными углами просмотра.
Формирующие изображение волноводы 1 относятся к типу, описанному в патенте США № 9,519,153, содержание которого включено в данный документ в полном объеме посредством ссылки. Волновод 1 имеет входной конец 2, проходящий в боковом направлении вдоль волновода 1. Массив источников 15 света расположен вдоль входного конца 2 и выполняет ввод светового излучения в волновод 1.
Волновод 1 также имеет противоположные первую и вторую направляющие поверхности 6, 8, проходящие через волновод 1 от входного конца 2 к отражающему концу 4 для направления вводимого светового излучения на входном конце 2 вперед и назад вдоль волновода 1. Вторая направляющая поверхность 8 имеет совокупность элементов 12 извлечения света, обращенных к отражающему концу 4 и выполненных с возможностью отклонения по меньшей мере части светового излучения, направляемого обратно через волновод 1, от отражающего конца 4 из разных входных положений на входном конце 2 через первую направляющую поверхность 6 в разных направлениях, которые зависят от положения ввода.
Во время работы световые лучи направляются от массива 15 источников светового излучения через входной конец и направляются между первой и второй направляющими поверхностями 6, 8 на отражающий конец 4 без потерь. Отраженные лучи падают на грани 12 и выводятся за счет отражения в виде световых лучей 230 или передаются в виде световых лучей 232. Переданные световые лучи 232 направляются обратно через волновод 1 гранями 803, 805 заднего отражателя 800. Работа задних отражателей описывается также в патенте США № 10,054,732, содержание которого включено в данный документ в полном объеме посредством ссылки.
Как показано на фиг. 31B, мощность оптического излучения изогнутого отражающего конца 4 и граней 12 создает оптическое окно 26, которое передается через SLM 48 и имеет ось 197, которая, как правило, совмещена с оптической осью 199 волновода 1. Подобное оптическое окно 26 создается пропускаемыми световыми лучами 232, которые отражаются задним отражателем 800.
Фиг. 31C представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений яркости выходного сигнала по фиг. 31B в зоне просмотра для дисплейного устройства, не содержащего никаких переключаемых жидкокристаллических ретардеров. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 31A-C соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
В результате в позициях просмотра вне оптической оси дисплея, для подглядывающих 47 яркость может быть снижена, например, составлять от 1% до 3% от центральной пиковой яркости при наклоне 0 градусов и боковом угле +/- 45 градусов. Дальнейшее понижение яркости вне оптической оси дисплея достигается с помощью совокупных ретардеров 301, 330 согласно вариантам реализации по данному изобретению.
В результате устройство 20 подсветки может также содержать переключаемое устройство подсветку, выполненное с возможностью переключения профиля угловой выходной яркости для предоставления пониженной яркости вне оптической оси в рабочем режиме защиты отображения информации и более высокую яркость вне оптической оси в рабочем режиме коллективного пользования.
Далее рассматривается другой тип устройства направленной подсветки с низкой яркостью вне оптической оси.
Фиг. 32A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в боковой проекции устройство переключаемого направленного дисплея, содержащее устройство 20 подсветки, которое содержит переключаемый коллимирующий волновод 901 и переключаемый жидкокристаллический управляющий полярными характеристиками ретардер 300, а также дополнительный поляризатор 318. Устройство 20 подсветки по фиг. 32А может применяться в любом из устройств, описанных в данном документе, и выполнено следующим образом.
Волновод 901 имеет входной конец 902, проходящий в боковом направлении вдоль волновода 901. Массив источников 915 светового излучения расположен вдоль входного конца 902 и выполняет ввод светового излучения в волновод 1. Волновод 901 также имеет противоположные первую и вторую направляющие поверхности 906, 908, проходящие через волновод 1 от входного конца 2 к отражающему концу 4 для направления вводимого светового излучения на входном конце 2 вперед и назад вдоль волновода 1. Во время работы световое излучение направляется между первой и второй направляющими поверхностями 906, 908.
Первая направляющая поверхность 906 может быть снабжена линзовидной структурой 904, содержащей совокупность удлиненных линзовидных элементов 905, а вторая направляющая поверхность 908 может быть снабжена призматическими структурами 912, которые наклонены и действуют как элементы извлечения света. Совокупность удлиненных линзовидных элементов 905 линзовидной структуры 904 и совокупность наклонных элементов извлечения света отклоняют входное световое излучение, направляемое через волновод 901, для вывода через первую направляющую поверхность 906.
Задний отражатель 903, который может представлять собой плоский отражатель, выполнен с возможностью направления светового излучения, который проходит через поверхность 908 обратно через волновод 901.
Выходные световые лучи, которые падают как на призматические структуры 912, так и на линзовидные элементы 905 линзовидной структуры 904, выводятся под углами, близкими к углам скользящего падения к поверхности 906. Призматическая поворотная пленка 926, содержащая грани 927, выполнена с возможностью перенаправления выходных световых лучей 234 посредством полного внутреннего отражения через SLM 48 и компенсированный переключаемый жидкокристаллический управляющий полярными характеристиками ретардер 300.
Фиг. 32B представляет собой структурную схему, демонстрирующую в горизонтальной проекции выходной сигнал из коллимирующего волновода 901. Призматические структуры 912 выполнены с возможностью направления светового излучения на линзовидную структуру 904 под углами падения, меньшими чем критический угол, сто в результате позволяет им выводиться. При попадании на ребра линзовидной поверхности наклон поверхности создает отклонение светового излучения для выходящих лучей и создает эффект коллимации. Световой луч 234 может быть создан световыми лучами 188a-c и световыми лучами 189a-c с местоположениями 185 падения линзовидной структуры 904 коллимированного волновода 901.
Фиг. 32C представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую полярные зависимости значений равной яркости в зоне просмотра для дисплейного устройства по фиг. 32A. В результате на выходе может быть образован узкий световой конус, размер которого определяется формой структур 904, 912 и поворотной пленкой 926. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 32A-C соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в получении низкой яркости выходного излучения от дисплея, как правило, менее 2%, в областях возможного расположения подглядывающих, например, в позициях с боковыми углами 45 градусов или более. Существует необходимость в дальнейшем понижении выходной яркости. Такое дальнейшее понижение выполняется с помощью компенсированного переключаемого жидкокристаллического управляющего полярными характеристиками ретардера 300 и дополнительного поляризатора 318, как показано на фиг. 32A. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности создания дисплея с защитой отображения информации с высокими рабочими характеристиками в широкой зоне просмотра и низкой яркостью вне оптической оси.
Устройства направленной подсветки такого типа, как описанные на фиг. 31A и фиг. 32A, совместно с совокупными ретардерами 301, 330 согласно вариантам реализации по данному изобретению может приводить к получению яркости вне оптической оси менее чем 1,5%, предпочтительно менее чем 0,75% и наиболее предпочтительно менее чем 0,5% для типовых местоположений подглядывающего 47. Кроме того, основному пользователю 45 может быть предоставлена высокая яркость однородность изображения в позициях на оптической оси дисплея. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в возможности создания дисплея с защитой отображения информации с высокими рабочими характеристиками в широкой зоне просмотра, который может переключаться в режим коллективного пользования посредством управления переключаемым ретардером 301 с помощью системы 352 управления, показанной на фиг. 1A.
Далее рассматривается воздействие слоев управляющего полярными характеристиками ретардера, размещенных между параллельными поляризаторами, на освещение в области вне оптической оси дисплея. В различных рассматриваемых выше устройствах по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер установлен между отражающим поляризатором 318 и дополнительным поляризатором 218 в различных отличающихся конфигурациях. В каждом случае по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер выполнен таким образом, что он не оказывает влияния на яркость светового излучения, проходящего через отражающий поляризатор 318, по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер и дополнительный поляризатор 218 вдоль оси, направленной вдоль нормали к плоскости управляющего полярными характеристиками ретардера(ов), однако по меньшей мере в одном из переключаемых состояний компенсированного переключаемого управляющего полярными характеристиками ретардера 300 он вызывает уменьшение яркости светового излучения, проходящего через отражающий поляризатор 318, по меньшей мере один управляющий полярными характеристиками ретардер и дополнительный поляризатор 218 вдоль оси, наклоненной относительно нормали к плоскости управляющего полярными характеристиками ретардера(ов). Далее приводится более подробное описание такого эффекта, принципы которого могут быть применены в целом ко всем устройствам, рассматриваемым выше.
Фиг. 33A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоя управляющего полярными характеристиками ретардера световым излучением из позиций вне оптической оси. Управляющий полярными характеристиками ретардер 630 может содержать двулучепреломляющий материал, представленный эллипсоидом 632 показателя преломления с направлением 634 оптической оси, проходящей под углом 0 градусов относительно оси x, и иметь толщину 631. Можно принять, что не рассматриваемые подробно конструктивные элементы пространственных конфигураций по фиг. 33A - 35E, представленным ниже, соответствуют конструктивным элементам с аналогичными номерами позиций, как описывается выше, включая любые возможные изменения в конструктивных элементах.
Световые лучи 636, проходящие вдоль нормали к поверхности, распространяются так, что длина их пути в материале равна толщине 631. Световые лучи 637 в плоскости y-z имеют увеличенную длину пути; однако двулучепреломление материала по сути равно аналогичному значению для лучей 636. Для сравнения, световые лучи 638, которые находятся в плоскости x-z, имеют увеличенную длину пути в двулучепреломляющем материале, и, кроме того, их двулучепреломление отличается от луча 636, проходящего вдоль нормали.
Вследствие этого величина оптической разности хода управляющего полярными характеристиками ретардера 630 от угла падения соответствующего луча, а также от плоскости падения, то есть величина оптической разности хода для лучей 638 в плоскости x-z будет принимать значения, отличающиеся от ее значений для лучей 636, проходящих вдоль нормали и лучей 637 в плоскости y-z.
Далее описывается взаимодействие поляризованного светового излучения с управляющим полярными характеристиками ретардером 630. Для отличия от первого и второго компонентов поляризации во время работы устройства 101 направленной подсветки в последующем объяснении используется понятие третьего и четвертого компонентов поляризации.
Фиг. 33B представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоя управляющего полярными характеристиками ретардера световым излучением из позиций вне оптической оси в третьем линейно поляризованном состоянии, направленном под углом 90 градусов к оси х; а фиг. 33C представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоя управляющего полярными характеристиками ретардера световым излучением из позиции вне оптической оси дисплея в четвертом линейно поляризованном состоянии, направленном под углом 0 градусов к оси х. В таких пространственных конфигурациях линейно поляризованные состояния падающего излучения ориентированы относительно оптических осей двулучепреломляющего материала, представленного эллипсом 632. Как следствие, разность фаз между третьим и четвертым ортогональными компонентами поляризации не создается, и отсутствует результирующее изменения линейно поляризованного состояния входного излучения для каждого луча 636, 637, 638. В результате управляющий полярными характеристиками ретардер 630 не вносит никакого фазового сдвига в компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через поляризатор на входной стороне управляющего полярными характеристиками ретардера 630 вдоль оси, направленной вдоль нормали к плоскости управляющего полярными характеристиками ретардера 630. Вследствие этого управляющий полярными характеристиками ретардер 630 не оказывает влияния на яркость светового излучения, проходящего через управляющий полярными характеристиками ретардер 630 и поляризаторы (не показаны) на каждой стороне управляющего полярными характеристиками ретардера 630. В то время как фиг. 29A-C относятся конкретно к управляющему полярными характеристиками ретардеру 630, который является пассивным, аналогичный эффект достигается с помощью управляющих полярными характеристиками ретардеров в устройствах, рассматриваемых выше.
Фиг. 33D представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоя управляющего полярными характеристиками ретардера 630 из позиций вне оптической оси световым излучением с линейно поляризованным состоянием, направленным под углом 45 градусов. Линейно поляризованное состояние может быть разложено на третий и четвертый компоненты поляризации, которые соответственно ортогональны и параллельны направлению оптической оси 634. Толщина 631 управляющего полярными характеристиками ретардера и оптическая разность хода в материале, представленная эллипсоидом 632 показателя преломления, могут создавать суммарный эффект относительного сдвига фаз третьего и четвертого поляризационных компонентов для падающего на него излучения в направлении вдоль нормали, которое представлено лучом 636, на половину длины волны для расчетной длины волны. Расчетная длина волны может, например, находиться в пределах от 500 нм до 550 нм.
На расчетной длине волны и для светового излучения, распространяющегося вдоль нормали параллельно лучу 636, выходная поляризация может быть повернута на 90 градусов до линейно поляризованного состояния 640, направленного под углом -45 градусов. Световое излучение, распространяющееся вдоль направления луча 637, может давать в результате разность фаз, которая подобна, но не идентична разности фаз вдоль луча 637 по причине изменения толщины, и в результате на выходе может создавать эллиптически поляризованное состояние 639, которое может иметь главную ось, подобную оси линейной поляризации выходного света для луча 636.
В отличие от этого разность фаз для линейно поляризованного состояния падающего излучения вдоль луча 638 может существенно отличаться, в частности может быть получены меньшие значения разности фаз. Такая разность фаз может создавать выходное состояние 644 поляризации, которое является по сути круговым при заданном угле 642 наклона. В результате управляющий полярными характеристиками ретардер 630 вносит фазовый сдвиг в компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через поляризатор на входной стороне управляющего полярными характеристиками ретардера 630 вдоль оси, соответствующей лучу 638, которая наклонена относительно нормали к плоскости управляющего полярными характеристиками ретардера 630. В то время как фиг. 29D относится к управляющему полярными характеристиками ретардеру 630, который является пассивным, аналогичный эффект достигается с помощью управляющих полярными характеристиками ретардеров, рассматриваемых выше, в переключаемом состоянии переключаемого жидкокристаллического управляющего полярными характеристиками ретардера, соответствующем режиму защиты отображения информации.
Для демонстрации влияния оптических стоп управляющего полярными характеристиками ретардера на характеристики в области вне оптической оси дисплея далее рассматривается управление угловой яркостью с помощью фазовых C-пластинок 330A, 330B между дополнительным поляризатором 318 и выходным поляризатором 218 дисплея для различных пространственных конфигураций освещения вне оптической оси, а также рассматривается действие фазовой C-пластинки между параллельными поляризаторами 500, 210.
Фиг. 34A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоя фазовой С-пластинки поляризованным световым излучением из позиции вне оптической оси с положительным углом наклона. Компонент 704 падающего линейно поляризованного излучения, падает на двулучепреломляющий материал 632 управляющего полярными характеристиками ретардера 560, который представляет собой фазовую С-пластинку с направлением 507 оптической оси, перпендикулярным плоскости управляющего полярными характеристиками ретардера 560. Компонент 704 поляризации не приводит к какой-либо результирующей разности фаз при прохождении через молекулу жидкого кристалла, и поэтому выходной компонент поляризации аналогичен компоненту 704. В результате происходит максимальное пропускание излучения через поляризатор 210. Вследствие этого управляющий полярными характеристиками ретардер 560 имеет оптическую ось 561, которая перпендикулярна плоскости управляющего полярными характеристиками ретардера 560, то есть плоскости x-y. Управляющий полярными характеристиками ретардер 560, имеющий оптическую ось, перпендикулярную плоскости управляющего полярными характеристиками ретардера, содержит фазовую С-пластинку.
Фиг. 34B представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоя фазовой С-пластинки поляризованным световым излучением из позиции вне оптической оси с отрицательным углом наклона. Аналогично пространственной конфигурации по фиг. 34А, состояние 704 поляризации не приводит к какой-либо результирующей разности фаз и пропускается с максимальной яркостью. В результате управляющий полярными характеристиками ретардер 560 не вносит никакого фазового сдвига в компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через поляризатор на входной стороне управляющего полярными характеристиками ретардера 560 вдоль оси, направленной вдоль нормали к плоскости управляющего полярными характеристиками ретардера 560. Вследствие этого управляющий полярными характеристиками ретардер 560 не оказывает влияния на яркость светового излучения, проходящего через управляющий полярными характеристиками ретардер 560 и поляризаторы (не показаны) на каждой стороне управляющего полярными характеристиками ретардера 560. В то время как фиг. 29A-C относятся конкретно к управляющему полярными характеристиками ретардеру 560, который является пассивным, аналогичный эффект достигается с помощью управляющих полярными характеристиками ретардеров в устройствах, рассматриваемых выше.
Фиг. 34C представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоя фазовой С-пластинки поляризованным световым излучением из позиции вне оптической оси с положительным углом наклона и отрицательным боковым углом. По сравнению с пространственной конфигурацией по фиг. 34А-В, состояние 704 поляризации раскладывается на собственные состояния 703, 705 по отношению к двулучепреломляющему материалу 632, создавая результирующую разность фаз при прохождении через управляющий полярными характеристиками ретардер 560. Результирующий компонент 656 эллиптической поляризации передается через поляризатор 210 с пониженной яркостью по сравнению с лучами, показанными на фиг. 34A-B.
Фиг. 34D представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоя фазовой С-пластинки поляризованным световым излучением из позиции вне оптической оси с положительным углом наклона и положительным боковым углом. Аналогично варианту по фиг. 34C, компонент 704 поляризации раскладывается на собственные состояния 703, 705, которые испытывают результирующую разность фаз, и образуется компонент 660 эллиптической поляризации, который после прохождения через поляризатор снижает яркость соответствующего луча вне оптической оси. В результате управляющий полярными характеристиками ретардер 560 вносит фазовый сдвиг в компоненты поляризации светового излучения, прошедшего через поляризатор на входной стороне управляющего полярными характеристиками ретардера 560 вдоль оси, которая наклонена относительно нормали к плоскости управляющего полярными характеристиками ретардера 560. В то время как фиг. 29D относится к управляющему полярными характеристиками ретардеру 560, который является пассивным, аналогичный эффект достигается с помощью управляющих полярными характеристиками ретардеров, рассматриваемых выше, в переключаемом состоянии переключаемого жидкокристаллического управляющего полярными характеристиками ретардера, соответствующем режиму защиты отображения информации.
Фиг. 34E представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления пропускаемых световых лучей на фиг. 34A-D. В результате фазовая C-пластинка может выполнять снижение яркости в полярных секторах. В сочетании с переключаемым жидкокристаллическим слоем 314, рассматриваемым в другом месте данного документа (i) может быть устранено снижение яркости фазовой C-пластинкой в первом широкоугольном рабочем состоянии (ii) может быть создана увеличенная полярная область с пониженной яркостью во втором рабочем состояние с защитой отображения информации.
Для демонстрации влияния оптических стоп управляющего полярными характеристиками ретардера на характеристики в области вне оптической оси дисплея далее рассматривается управление угловой яркостью с помощью фазовых А-пластинок 330A, 330B со скрещенными оптическими осями между дополнительным поляризатором 318 и выходным поляризатором 218 дисплея для различных пространственных конфигураций освещения вне оптической оси.
1
1
Фиг. 35A представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоев ретардера на основе фазовых A-пластинок со скрещенными оптическими осями поляризованным световым излучением из позиции вне оптической оси с положительным углом наклона. Линейный поляризатор 218 с направлением 219 пропускания электрического вектора применяется для создания на первой фазовой А-пластинке 330А из фазовых A-пластинок 330А, 330В со скрещенными оптическими осями линейно поляризованного состояния 704, которое параллельного боковому направлению. Направление 331А оптической оси наклонено на +45 градусов относительно бокового направления. Оптическая разность хода для управляющего полярными характеристиками ретардера 330A для угла относительно оптической оси θ в положительном направлении наклона приводит к получению результирующего компонента 650 поляризации, который, как правило, является эллиптическим на выходе. Поляризационный компонент 650 падает на вторую фазовую A-пластинку 330B из фазовых A-пластинок 330А, 330В со скрещенными оптическими осями, которая имеет направление 331B оптической оси, ортогональное направлению 331A оптической оси первой фазовой A-пластинки 330A. В плоскости падения по фиг. 35А оптическая разность хода для второй фазовой А-пластинки 330B для угла относительно оптической оси θ равна и противоположна по знаку оптической разности хода для первой фазовой А-пластинки 330А. В результате величина результирующей оптической разности хода для компонента 704 поляризации падающего излучения принимает нулевые значения, а компонент выходной поляризации аналогичен компоненту 704 входной поляризации.
Компонент выходной поляризации ориентирован по направлению пропускания электрического вектора излучения дополнительного поляризатора 318 и в результате имеет высокую эффективность прохождения. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в по сути отсутствии потерь для световых лучей, имеющих нулевые компоненты для бокового угла, в результате чего достигается полная эффективность прохождения.
Фиг. 35B представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоев ретардера на основе фазовых A-пластинок со скрещенными оптическими осями поляризованным световым излучением из позиции вне оптической оси с отрицательным боковым углом. В результате компонент входной поляризации преобразуется первой фазовой А-пластинкой 330А в компонент 652 промежуточной поляризации, которая, как правило, представляет собой состояние эллиптической поляризации. Вторая фазовая A-пластинка 330B также создает равную и противоположную по знаку относительно первой фазовой A-пластинки оптическую разность хода, так что компонент выходной поляризации аналогичен компоненту 704 входной поляризации, и световое излучение эффективно проходит через поляризатор 318.
В результате пассивный управляющий полярными характеристиками ретардер содержит пару ретардеров 330A, 330B, имеющих скрещенные оптические оси в плоскости ретардеров 330A, 330B, то есть в плоскости x-y. Пара ретардеров 330A, 330B имеет оптические оси 331A, 331B, каждая из которых проходит под углом соответственно 45° относительно направления пропускания электрического вектора, которое параллельно направлению пропускания электрического вектора излучения поляризатора 318.
При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в по сути отсутствии потерь для световых лучей, имеющих нулевые угловые компоненты для угла наклона, в результате чего достигается полная эффективность прохождения.
Фиг. 35C представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоев ретардера на основе фазовых A-пластинок со скрещенными оптическими осями поляризованным световым излучением из позиции вне оптической оси с положительным углом наклона и отрицательным боковым углом. Компонент 704 поляризации преобразуется в компонент 654 эллиптической поляризации посредством первой фазовой A-пластинки 330A. Результирующий эллиптический компонент 656 выводится из второй фазовой A-пластинки 330B. Эллиптический компонент 656, анализируемый входным поляризатором 318 имеет пониженную яркость по сравнению с входной яркостью первого поляризационного компонента 704.
Фиг. 35D представляет собой структурную схему, демонстрирующую в аксонометрическом изображении освещение слоев ретардера на основе фазовых A-пластинок со скрещенными оптическими осями поляризованным световым излучением из позиции вне оптической оси с положительным углом наклона и положительным боковым углом. Поляризационные компоненты 658 и 660 передаются первой и второй фазовыми А-пластинками 330А, 330В, поскольку результирующая оптическая разность хода первого и второго ретардеров не является взаимно компенсированной.
В результате яркость снижается для световых лучей, которые имеют ненулевой боковой угол и ненулевые компоненты наклона. При этом обеспечивается преимущество, которое заключается в повышения степени защиты отображения изображения от подглядывающих, расположенных в секторах просмотра, в то время как для основных пользователей дисплея светопередача по сути не снижается.
Фиг. 35E представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую изменение значений выходной пропускной способности в зависимости от полярного направления пропускаемых световых лучей на фиг. 35A-D. По сравнению с пространственной конфигурацией по фиг. 34E, область пониженной яркости увеличена для просмотра из позиций вне оптической оси дисплея. В то же время переключаемый жидкокристаллический слой 314 может приводить к ухудшению однородности по сравнению с пространственными конфигурациями для фазовой C-пластинки для просмотра в позициях вне оптической оси в первом рабочем состоянии коллективного пользования.
В контексте данного документа термины «по сути» и «около» указывают на принятый в отрасли допуск для соответствующего ему термина и/или относительное значение для величин. Такой принятый в отрасли допуск находится в пределах от нуля до десяти процентов и соответствует среди прочего значениям компонентов, углов и тому подобного. Такое относительное значение для величин находится в пределах от около нуля до десяти процентов.
В то время как выше рассматриваются различные варианты реализации изобретения согласно раскрытым в данном документе принципам, следует понимать, что они представлены исключительно в качестве примера и не являются ограничивающими. В результате охват и объем данного изобретения не ограничивается каким-либо из вышеописанных вариантов реализации, а определяется исключительно всеми пунктами формулы изобретения и их эквивалентами, проистекающими из данного описания. Кроме того, вышеупомянутые преимущества и признаки, приведенные в рассматриваемых вариантах реализации изобретения, не ограничивают применение таких опубликованных пунктов формулы изобретения процессами и конструкциями, частично или полностью обеспечивающими вышеуказанные преимущества.
Кроме того, заголовки разделов в данном документе выполнены в соответствии с предложениями в документе 37 CFR 1.77 или же представлены для упорядочения информации. Такие заголовки не ограничивают или характеризуют данное изобретение, изложенное в каком-либо пункте формулы изобретения, проистекающем из данного описания. Конкретнее и в качестве примера, хотя заголовки относятся к разделу «Область техники», пункты формулы изобретения не ограничиваются формулировками под таким заголовком для описания так называемой области техники. Кроме того, описание технических решений в разделе «Уровень техники» не следует истолковывать как признание того, что определенное техническое решение представляет собой предшествующий уровень техники для какого-либо варианта реализации по данному изобретению. Раздел «Сущность изобретения» также не следует рассматривать в качестве описания вариантов реализации изобретения, изложенных в опубликованных пунктах формулы изобретения. Кроме того, любую привязку в данном описании к термину «изобретение» в форме единственного числа не следует использовать для утверждения того, что в данном изобретении имеется только единственный пункт новизны. Различные варианты реализации изобретения могут быть изложены в соответствии с ограничениями в различных пунктах формулы изобретения, проистекающими из данного изобретения, и такие пункты формулы изобретения соответственно определяют варианты реализации изобретения и их эквиваленты, которые тем самым являются защищенными. В любом случае объем таких пунктов формулы изобретения следует рассматривать соответственно их собственной ценности в свете данного изобретения, не ограничиваясь изложенными в настоящем документе заголовками.