CN110785694B - 用于定向显示器的光学叠堆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种防窥显示器,该防窥显示器包括空间光调制器和布置在与空间光调制器串联布置的第一偏振器和第二偏振器之间的无源延迟片。来自空间光调制器的同轴光被导向而不损失,并且离轴光具有减小的亮度。通过减小宽极性视场中的亮度来减小显示器对离轴窥探者的可见性。可减小汽车车辆中的显示器的离轴可见性。
Description
技术领域
本公开整体涉及来自光调制设备的照明,并且更具体地讲,涉及用于显示器,包括防窥显示器、低杂散光显示器和汽车显示器的光学叠堆。
背景技术
防窥显示器向通常处于同轴位置的主要用户提供图像可见性,并且减小了通常处于离轴位置的窥探者对图像内容的可见性。防窥功能可由微型百叶窗光学膜提供,该微型百叶窗光学膜在离轴位置以低亮度在同轴方向上透射来自显示器的一些光。然而,此类膜在正面照明方面具有高损耗,并且由于与空间光调制器的像素一起跳动,微型百叶窗可造成摩尔纹伪影。微型百叶窗的间距可能需要选择面板分辨率,从而增加库存和成本。
另选地,可由实现离轴亮度减小的液晶显示器(LCD)空间光调制器的定向背光来提供防窥性。显示器背光源通常采用波导和边缘发光源。某些成像定向背光源具有将照明导向穿过显示器面板到观察窗中的另外的能力。成像系统可在多个源和相应的窗图像之间形成。成像定向背光源的一个示例是可采用折叠式光学系统的光学阀,因此也可以是折叠式成像定向背光源的示例。光可在基本上无损耗的情况下在一个方向上传播穿过光学阀,同时反向传播光可通过反射离开倾斜小平面而被提取,如美国专利号9,519,153中所述,该专利全文以引用方式并入本文。
还可通过减小对比度来提供对离轴防窥性的控制,例如通过调节平面内切换LCD中的液晶偏置倾斜。
在LCD的偏振器诸如扭转向列型LCD显示器内部添加的补偿膜是已知的。这些膜的用途通常被描述为“增大视角”,但更准确地说,膜的作用在于在高倾斜角度下改善显示器的对比度。所添加的膜用于减小液晶在高角度下对图像的黑色部分的不需要的漏光,从而避免“对比度反转”现象。当图像灰度反转时就发生对比度反转,即图像的黑色部分变得比白色部分更亮,从而反转预期图像的对比度。因此,在发生对比度反转之前,添加膜增大了角度范围。在像素化液晶显示层与其偏振器之间插入这些膜。
发明内容
根据本公开的第一方面,提供了显示设备,该显示设备包括空间光调制器;布置在空间光调制器的一侧上的至少一个显示偏振器;与显示偏振器布置在空间光调制器的同侧上的附加偏振器;以及布置在附加偏振器和显示偏振器之间的至少一个无源延迟片。显示偏振器可具有平行于附加偏振器的电矢量传输方向的电矢量传输方向。有利地,对于离轴观察位置,显示器亮度可能会减小。可减小所显示的图像对离轴窥探者的可见性,同时可保持对正面用户的同轴亮度。可减小离轴用户的杂散光,从而实现减少夜间使用的室内照明度。
至少一个无源延迟片可包括具有至少两个不同取向的慢轴的至少两个无源延迟片。有利地,减少了视场,在该视场中窥探者可对防窥显示器或其中提供了杂散光的区域的图像可见性较低。
至少一个无源延迟片可包括一对无源延迟片,该对无源延迟片在无源延迟片交叉的平面内具有慢轴。该对无源延迟片可具有相对于平行于显示偏振器的电矢量传输的电矢量传输方向分别成45°和135°延伸的慢轴。有利地,可减少观察象限中的亮度减小。
显示设备还可包括另一对无源延迟片,该另一对无源延迟片设置在最初提到的一对无源延迟片之间并且其在无源延迟片交叉的平面内具有慢轴。该另一对无源延迟片可具有各自相对于平行于显示偏振器的电矢量传输的电矢量传输方向分别成0°和90°延伸的慢轴。该对延迟片各自包括多个A板,该多个A板具有以不同角度彼此对准的相应慢轴。有利地,可减小用于观察象限以及竖直和水平观察方向上的显示器可见性。可针对移动显示设备的横向操作和纵向操作提供防窥操作。
对于波长为550nm的光,每个无源延迟片的延迟可处于600nm至850nm的范围内,优选地处于650nm至730nm的范围内,并且最优选地处于670nm至710nm的范围内。有利地,可减小离轴观察位置的图像着色变化。
至少一个无源延迟片可包括无源延迟片,该无源延迟片具有垂直于该无源延迟片的平面的慢轴。有利地,与具有一对交叉延迟片的布置相比,可减少延迟片层的数量。
至少一个无源延迟片可包括具有垂直于无源延迟片的平面的慢轴的两个无源延迟片,以及在无源延迟片交叉的平面内具有慢轴的一对无源延迟片。该对无源延迟片在无源延迟片的平面内可具有相对于平行于显示偏振器的电矢量传输的电矢量传输方向分别成22.5°和112.5°延伸的慢轴。具有垂直于无源延迟片的平面的慢轴的无源延迟片可与在无源延迟片的平面内具有慢轴的一对无源延迟片交替。有利地,观察区域在亮度滚降之前可增大,从而改善显示均匀性。
至少一个无源延迟片可包括具有慢轴的无源延迟片,该慢轴具有无源延迟片的平面中的分量和垂直于无源延迟片的平面的分量。该无源延迟片的平面中的分量可相对于平行或垂直于显示偏振器的电矢量传输的电矢量传输方向成0°延伸。有利地,可减小横向观察方向的亮度。移动显示器可围绕水平轴线舒适地旋转。
具有慢轴的至少一个无源延迟片还可包括具有垂直于无源延迟片的平面的慢轴的无源延迟片,或在无源延迟片交叉的平面内具有慢轴的一对无源延迟片,该慢轴具有在无源延迟片的平面中的分量和垂直于无源延迟片的平面的分量。有利地,可针对横向离轴方向提供增加的亮度减小。
显示设备还可包括至少一个另外的无源延迟片和另外的附加偏振器。至少一个另外的无源延迟片可被布置在最初提到的附加偏振器和另外的附加偏振器之间。有利地,可实现增加杂散光减小并减小对离轴窥探者的可见性。
空间光调制器可以是透射式空间光调制器,并且显示设备还包括被布置成输出光的背光源。该背光源可以与空间光调制器的法线成大于45度的极角提供亮度,即为沿空间光调制器的法线的亮度的至多10%,优选地为沿空间光调制器的法线的亮度的至多5%,并且更优选地为沿空间光调制器的法线的亮度的至多2.5%。显示设备可包括亮度极性视场轮廓,其对于与无源延迟片和附加偏振器配合的离轴观察位置具有减小的离轴可见性,以进一步减小离轴图像可见性。
背光源可包括:光源的阵列;定向波导,该定向波导包括:在横向方向上沿定向波导的一侧延伸的输入端,光源沿输入端设置并且被布置成将输入光输入到该波导中;以及相对的第一引导表面和第二引导表面,该相对的第一引导表面和第二引导表面从输入端跨定向波导延伸,以在输入端处沿波导引导光输入,该波导被布置成偏转被引导穿过定向波导的输入光以穿过第一引导表面离开。
背光源可以是准直背光源。该背光源还可包括光转向膜,并且定向波导可以是准直波导。准直波导可包括(i)多个细长透镜状元件;以及(ii)多个倾斜光提取特征结构,其中多个细长透镜状元件和多个倾斜光提取特征结构被取向成偏转被引导穿过定向波导的输入光以穿过第一引导表面离开。有利地,薄背光源可具有与无源延迟片和附加偏振器配合的窄输出亮度轮廓,以进一步减小离轴图像可见性。
定向波导可以是被布置成使光源在横向方向上成像的成像波导,使得来自光源的输出光在根据光源的输入位置分布的输出方向上被导向到相应光学窗中。该成像波导可包括:用于沿该成像波导反射回输入光的反射端,其中第二引导表面可被布置成将所反射的输入光偏转穿过第一引导表面作为输出光;第二引导表面可包括光提取特征结构和光提取特征结构之间的中间区域,该光提取特征结构被取向成将所反射的输入光偏转穿过第一引导表面作为输出光,并且该中间区域被布置成导向光穿过波导而不提取光;并且该反射端可具有在横向方向上在波导的侧面之间延伸的正光焦度,该波导在第一引导表面和第二引导表面之间延伸。有利地,可提供与无源延迟片和附加偏振器配合的窄输出亮度轮廓,以进一步减小离轴图像可见性。
显示偏振器可以是布置在空间光调制器的输入侧上、在背光源和空间光调制器之间的输入偏振器,并且附加偏振器被布置在输入偏振器和背光源之间。
附加偏振器可以是反射型偏振器。该附加偏振器可为背光源提供偏振再循环。有利地,可增加显示效率并减小显示器厚度。
显示设备还可包括布置在空间光调制器的输出侧上的输出偏振器。显示偏振器可以是布置在空间光调制器的输出侧上的输出偏振器。显示设备还可包括布置在空间光调制器的输入侧上的输入偏振器。
显示设备还可包括布置在空间光调制器的输入侧上的另外的附加偏振器,以及布置在至少一个另外的附加偏振器和输入偏振器之间的至少一个另外的无源延迟片。有利地,可进一步减小离轴亮度以提供改善的防窥性能并减少杂散光。
空间光调制器可以是发射式空间光调制器,并且显示偏振器可以是布置在发射式空间光调制器的输出侧上的输出偏振器。
显示设备可被布置在车辆中。显示设备可被布置在车辆中的透明窗口下方。显示设备可被布置在车辆中的座椅前方。有利地,可将来自显示器的杂散光提供给驾驶员或乘客。可降低夜间操作的杂散光水平。可提高舱内给定杂散光极限的显示器尺寸。可将娱乐信息提供给乘客而不干扰驾驶员。
根据本公开的第二方面,提供了一种用于应用到包括空间光调制器和显示偏振器的显示设备的视角控制光学元件,该视角控制光学元件包括:控制偏振器和至少一个无源延迟片,用于在将视角控制光学元件应用到显示设备上时布置在控制偏振器和显示偏振器之间。至少一个无源延迟片可包括具有至少两个不同取向的慢轴的至少两个无源延迟片。
至少一个无源延迟片可包括一对无源延迟片,该对无源延迟片在无源延迟片交叉的平面内具有慢轴。该对无源延迟片可具有相对于平行于控制偏振器的电矢量传输的电矢量传输方向分别成45°和135°延伸的慢轴。视角控制光学元件还可包括另一对无源延迟片,该另一对无源延迟片设置在最初提到的一对无源延迟片之间并且其在无源延迟片交叉的平面内具有慢轴。该另一对无源延迟片可具有各自相对于平行于控制偏振器的电矢量传输的电矢量传输方向分别成0°和90°延伸的慢轴。对于波长为550nm的光,每个无源延迟片的延迟可处于600nm至850nm的范围内,优选地处于650nm至730nm的范围内,并且最优选地处于670nm至710nm的范围内。至少一个无源延迟片可包括具有垂直于无源延迟片的平面的慢轴的无源延迟片。至少一个无源延迟片可包括具有垂直于无源延迟片的平面的慢轴的两个无源延迟片,以及在无源延迟片交叉的平面内具有慢轴的一对无源延迟片。该对无源延迟片在无源延迟片的平面中可具有相对于平行于控制偏振器的电矢量传输的电矢量传输方向分别成22.5°和112.5°延伸的慢轴。具有垂直于无源延迟片的平面的慢轴的无源延迟片可与在无源延迟片的平面内具有慢轴的一对无源延迟片交替。至少一个无源延迟片可包括具有慢轴的无源延迟片,该慢轴具有无源延迟片的平面中的分量和垂直于无源延迟片的平面的分量。该无源延迟片的平面中的分量可相对于平行或垂直于控制偏振器的电矢量传输的电矢量传输方向成0°延伸。视角控制光学元件还可包括至少一个另外的无源延迟片和另外的附加偏振器;其中至少一个另外的无源延迟片可被布置在最初提到的附加偏振器和另外的附加偏振器之间。
有利地,关于显示器的离轴亮度控制,可提供无源延迟片和附加偏振器、另外的无源延迟片和另外的附加偏振器的视角控制件以用于防窥和低杂散光应用。此外,可提供不需要匹配面板像素分辨率以避免摩尔纹伪影的售后防窥控制元件和/或杂散光控制元件。可将视角控制元件切割成输出偏振器的尺寸和取向。
本公开的任一方面均可以任何组合应用。
本公开的实施方案可用于各种光学系统中。实施方案可包括或利用各种投影仪、投影系统、光学部件、显示器、微型显示器、计算机系统、处理器、独立成套的投影仪系统、视觉和/或视听系统以及电和/或光学设备。实际上,本公开的方面可以几乎跟与光学和电气设备、光学系统、演示系统有关的任何装置,或者可包括任何类型的光学系统的任何装置一起使用。因此,本公开的实施例可用于光学系统、视觉和/或光学演示中使用的设备、视觉外围设备等,并且可用于多种计算环境。
在详细讨论所公开的实施方案之前,应当理解,本公开并不将其应用或形成限于所示的具体布置的细节,因为本公开能够采用其他实施方案。此外,可以不同的组合和布置来阐述本公开的各个方面,以限定实施例在其本身权利内的独特性。另外,本文使用的术语是为了说明的目的,而非限制。
本领域的普通技术人员在阅读本公开的全文后,本公开的这些和其他优点以及特征将变得显而易见。
附图说明
实施方案通过示例的方式在附图中示出,其中类似的附图标号指示类似的部件,并且其中:
图1A是示意图,其以侧面透视图示出了包括前无源延迟片、透射式空间光调制器和背光源的定向显示设备;
图1B是示意图,其以侧面透视图示出了包括前无源延迟片和发射式空间光调制器的定向显示设备;
图1C是示意图,其以侧面透视图示出了包括无源延迟片叠堆、控制偏振器和漫射器的视角控制元件;
图2是示意图,其以侧面透视图示出了被布置成提供显示设备的视场修改的光学叠堆;
图3A和图3B是示意曲线图,其示出了图2的无源延迟片叠堆中透射光线的输出传输随极方向的变化;
图4A是示意图,其以前视透视图示出了对防窥显示器的透射输出光的观察;
图4B是示意图,其以前透视图示出了图1A或图1B的显示器的外观;
图5是示意图,其以顶视图示出了汽车舱和车载显示器对驾驶员的照明;
图6是示意图,其以侧视图示出了汽车舱和车载显示器对驾驶员的照明;
图7是示意图,其以侧视图示出了定向显示设备,该定向显示设备包括后无源延迟片和包括成像波导的定向背光源;
图8A是示意图,其以后透视图示出了来自成像波导的观察窗的形成;
图8B是示意曲线图,其示出了显示设备中透射光线的输出传输随极方向的变化,该显示器包括图8A的被布置用于窄角输出的成像波导;
图8C是示意曲线图,其示出了显示设备中透射光线的输出传输随极方向的变化,该显示器包括图8A的被布置用于广角输出的成像波导;
图9是示意图,其以侧视图示出了定向显示设备,该定向显示设备包括前无源延迟片和包括准直波导的定向背光源;
图10A、图10B和图10C是示意图,其以各种透视图示出了准直波导;
图11A是示意图,其以侧视图示出了准直波导的第一倾斜平面区域的操作,该第一倾斜平面区域包括用于同轴照明的平面非倾斜区域;
图11B是示意图,其以侧视图示出了用于同轴照明的准直波导的非倾斜透镜状结构的操作;
图12A是示意图,其以顶视图示出了用于离轴照明的准直波导的非倾斜透镜状结构的操作;
图12B是示意图,其以端视图示出了用于离轴照明的准直波导的非倾斜透镜状结构的操作;
图12C是示意图,其以侧视图示出了用于离轴照明的准直波导的非倾斜透镜状结构的操作;
图12D是示意图,其以顶视图示出了用于离轴照明的准直波导的倾斜平面特征结构的操作;
图12E是示意图,其以端视图示出了用于离轴照明的准直波导的倾斜平面特征结构的操作;
图12F是示意图,其以侧视图示出了用于离轴照明的准直波导的倾斜平面特征结构的操作;
图12G是示意图,其以顶视图示出了准直波导的非倾斜透镜状结构的操作,该非倾斜透镜状结构用于在入射后利用倾斜平面特征结构进行离轴照明;
图12H是示意图,其以端视图示出了准直波导的非倾斜透镜状结构的操作,该非倾斜透镜状结构用于在入射后利用倾斜平面特征结构进行离轴照明;
图12I是示意图,其以侧视图示出了准直波导的非倾斜透镜状结构的操作,该非倾斜透镜状结构用于在入射后利用倾斜平面特征结构进行离轴照明;
图13是示意图,其以顶视图示出了准直波导的输出表面以及该输出表面的准直效应;
图14是示意曲线图,其示出了包括图9的准直波导的显示设备中透射光线的输出传输随极方向的变化;
图15是示意图,其以侧视图示出了定向显示设备,该定向显示设备包括后无源延迟片和定向背光源,该定向背光源包括准直波导和广角波导;
图16A是示意图,其以前透视图示出了定向背光源;
图16B是示意图,其以前透视图示出了非定向背光源;
图16C是示意曲线图,其示出了窄视场显示器的极视角随亮度的变化;
图17A是示意图,其以侧面透视图示出了无源延迟片的光学叠堆,该无源延迟片包括被布置成提供显示设备的视场修改的A板和正C板;
图17B是示意曲线图,其示出了图17A的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化;
图18A是示意图,其以侧面透视图示出了无源延迟片的光学叠堆,该无源延迟片包括被布置成提供显示设备的视场修改的A板和负C板;
图18B是示意曲线图,其示出了图18A的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化;
图19A是示意图,其以侧面透视图示出了无源延迟片的光学叠堆,该无源延迟片包括被布置成提供显示设备的视场修改的A板、负C板和正C板;
图19B是示意曲线图,其示出了图19A的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化;
图20A是示意图,其以侧面透视图示出了无源延迟片的光学叠堆,该无源延迟片包括在正交于显示偏振器电矢量传输方向的平面中倾斜的负O板以及负C板,并且被布置成提供显示设备的视场修改;
图20B是示意曲线图,其示出了图20A的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化;
图20C是示意图,其以侧面透视图示出了无源延迟片的光学叠堆,该无源延迟片包括在正交于显示偏振器电矢量传输方向的平面中倾斜的正O板以及交叉的A板,并且被布置成提供显示设备的视场修改;
图20D是示意曲线图,其示出了图20C的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化;
图21A是示意图,其以侧面透视图示出了无源延迟片的光学叠堆,该无源延迟片包括在正交于显示偏振器电矢量传输方向的平面中倾斜的负O板,并且被布置成提供显示设备的视场修改;
图21B是示意图,其以侧面透视图示出了无源延迟片的光学叠堆,该无源延迟片包括在平行于显示偏振器电矢量传输方向的平面中倾斜的负O板,并且被布置成提供显示设备的视场修改;
图21C是示意曲线图,其示出了图21A和图21B的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化;
图22A是示意图,其以侧面透视图示出了无源延迟片的光学叠堆,该无源延迟片包括交叉的A板并且被布置成提供显示设备的视场修改;
图22B是示意曲线图,其示出了图22A的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化;
图23A是示意图,其以侧面透视图示出了无源延迟片的光学叠堆,该无源延迟片包括负C板并且被布置成提供显示设备的视场修改;
图23B是示意曲线图,其示出了图23A的无源延迟片叠堆中透射光线的输出传输随极方向的变化;
图24A是示意图,其以侧面透视图示出了定向显示设备,该定向显示设备包括后无源延迟片、附加偏振器、另外的前无源延迟片、另外的附加偏振器、透射式空间光调制器和背光源;
图24B是示意图,其以侧面透视图示出了定向显示设备,该定向显示设备包括后无源延迟片、附加偏振器、另外的后无源延迟片、另外的附加偏振器、透射式空间光调制器和背光源;
图24C是示意图,其以侧面透视图示出了定向显示设备,该定向显示设备包括前无源延迟片、附加偏振器、另外的前无源延迟片以及布置在发射式显示器上的另外的附加偏振器;
图24D是示意图,其以侧面透视图示出了视角控制元件,该视角控制元件包括无源延迟片叠堆、控制偏振器、另外的无源延迟片叠堆、另外的控制偏振器以及漫射器;
图25A是示意图,其以透视图示出了通过离轴光对延迟片层的照明;
图25B是示意图,其以透视图示出了通过0度处的第一线性偏振态的离轴光对延迟片层的照明;
图25C是示意图,其以透视图示出了通过90度处的第一线性偏振态的离轴光对延迟片层的照明;
图25D是示意图,其以透视图示出了通过45度处的第一线性偏振态的离轴光对延迟片层的照明;
图26A是示意图,其以透视图示出了通过具有正仰角的离轴偏振光对C板延迟片的照明;
图26B是示意图,其以透视图示出了通过具有负横向角度的离轴偏振光对C板延迟片的照明;
图26C是示意图,其以透视图示出了通过具有正仰角和负横向角度的离轴偏振光对C板延迟片的照明;
图26D是示意图,其以透视图示出了通过具有正仰角和正横向角度的离轴偏振光对C板延迟片的照明;
图27A是示意图,其以透视图示出了通过具有正仰角的离轴偏振光对交叉的A板延迟片层的照明;
图27B是示意图,其以透视图示出了通过具有负横向角度的离轴偏振光对交叉的A板延迟片层的照明;
图27C是示意图,其以透视图示出了通过具有正仰角和负横向角度的离轴偏振光对交叉的A板延迟片层的照明;并且
图27D是示意图,其以透视图示出了通过具有正仰角和正横向角度的离轴偏振光对交叉的A板延迟片层的照明;
具体实施方式
现在将描述与用于本公开的目的的光学延迟片相关的术语。
在本发明的实施方案中,慢轴通常是指正交于法向方向的取向,其中线性偏振光平行于慢轴的电矢量方向以最慢速度行进。慢轴方向是该光在设计波长下具有最高折射率的方向。
对于正电介质各向异性单轴双折射材料,慢轴方向是双折射材料的非常轴。此类材料中的普通轴通常平行于法向方向,并且正交于法向方向和慢轴。
术语半波长和四分之一波长是指延迟片对于可通常在500nm和570nm之间的设计波长λ0的操作。在本例示性实施方案中,除非另外指明,否则提供550nm波长的示例性延迟值。
延迟片在入射在其上的光波的两个垂直偏振分量之间提供相移,其特征在于它赋予两个偏振分量的相对相位的量;其通过以下公式与延迟片的双折射Δn和厚度d相关
Γ=2.π.Δn.d/λ0 eqn.1
其中Δn被定义为非常折射率和普通折射率之间的差值,即
Δn=ne-no eqn.2
在本文中,延迟片为无源延迟片,即具有不改变的双折射的延迟片。具体地讲,不提供改变无源延迟片的双折射的方法。
就半波延迟片而言,选择d、Δn和λ0之间的关系,使得偏振分量之间的相移为Γ=π。对于四分之一波长延迟器,选择d、Δn和λ0之间的关系,使得偏振分量之间的相移为Γ=π/2。
本文术语半波延迟片通常是指垂直于延迟片并且垂直于空间光调制器传播的光。
在本公开中,“A板”是指利用双折射材料层的光学延迟片,其中该双折射材料层的光轴平行于该层的平面。延迟片的平面是指延迟片的慢轴在平面内延伸,即x-y平面。
“正A板”是指正双折射A板,即具有正Δn的A板。
在本公开中,“C板”是指利用双折射材料层的光学延迟片,其中该双折射材料层的光轴垂直于该层的平面。“正C板”是指正双折射C板,即具有正Δn的C板。
在本公开中,“O板”是指利用双折射材料层的光学延迟片,其中该双折射材料层的光轴具有平行于该层的平面的部件和垂直于该层的平面的部件。“正O板”是指正双折射O板,即具有正Δn的O板。
可提供消色差延迟片,其中该延迟片的材料具有随波长λ变化的延迟Δn.d
Δn.d/λ=κ eqn.3
其中κ基本上是恒定的。
合适的材料的示例包括得自帝人膜(Teijin Films)的改性聚碳酸酯。在本发明的实施方案中可提供消色差延迟片,以有利地最小化具有低亮度减小的极性角观察方向和具有增加的亮度减小的极性角观察方向之间的颜色变化,如下文将描述的。
正延迟片诸如A板、正O板和正C板通常可由拉伸膜或棒状液晶分子来提供。负延迟片诸如负C板可由拉伸膜或盘状液晶分子来提供。
现在将描述防窥显示器设备的结构和操作。这种结构也可提供用于低杂散光显示设备,例如用于夜间操作。
图1A是示意图,其以侧面透视图示出了显示设备100,该显示设备包括:空间光调制器48;布置在空间光调制器48的一侧上的至少一个显示偏振器210;与显示偏振器210布置在空间光调制器48的同侧上的附加偏振器618;以及布置在附加偏振器618和显示偏振器210之间的至少一个无源延迟片600。
空间光调制器48为透射式空间光调制器,并且显示设备还包括被布置成输出光的背光源。空间光调制器48可包括液晶显示器,该液晶显示器包括输入显示偏振器210、具有基底212和216的输出显示偏振器218、液晶层214和红色、绿色和蓝色像素220、222、224。
透射式空间光调制器48还可包括输入显示偏振器210和输出显示偏振器218之间的延迟片,例如美国专利号8,237,876中所公开的,该专利全文以引用方式并入本文。此类延迟片(未示出)与本发明实施方案的无源延迟片602处于不同的位置。此类延迟片补偿了离轴观察位置的对比度劣化,这与本发明实施方案的离轴观察位置的亮度减小的效果不同。
背光源20可被布置成向空间光调制器48提供照明,并且可包括输入光源15、波导1、后反射器3和光学叠堆5,该光学叠堆包括漫射器、反射型偏振器、光转向膜和其他已知的光学背光结构。在本发明的实施方案中,背光源20可被布置成在光锥400中提供角光分布,与正面亮度相比,该角光分布对于离轴观察位置具有减小的亮度。
偏振器218布置在空间光调制器48面向包括显示偏振器210的侧面的一侧上。偏振器210、218为吸收型偏振器,其可为二向色性偏振器,被布置成向来自空间光调制器48的像素220、222、224的光提供高消光率。附加偏振器618包括吸收型偏振器。
显示偏振器218和附加偏振器618具有平行的电矢量传输方向219、619。如下文将描述的,此类平行对准实现了中央观察位置的高透射率和离轴亮度的减小。从背光源20输出的光锥400可与具有比锥400更小尺寸的光锥402一起从显示设备100输出。
至少一个无源延迟片600包括与附加偏振器618和显示偏振器210一起叠堆布置的无源延迟片602A、602B、602C、602D。叠堆的部件可通过层压方式连接,或者可通过溶剂粘合。可有利地减少杂散光反射和光损耗。
现在将描述具有发射式空间光调制器的实施方案。
图1B是示意图,其以侧面透视图示出了显示设备100,其中空间光调制器48为发射式空间光调制器,并且显示偏振器338为布置在发射式空间光调制器48的输出侧上的输出偏振器。
空间光调制器48包括发射式显示器诸如OLED显示器,该空间光调制器包括具有基底312、316的输出显示偏振器316、光发射层314和红色、绿色和蓝色发射像素320、322、324、光学隔离延迟片336和显示偏振器338。
光学隔离延迟片336设置在显示偏振器318和OLED显示器发射层之间。此类延迟片在美国专利号7,067,985中进一步描述,该专利全文以引用方式并入本文。延迟片336与本发明实施方案的无源延迟片602处于不同的位置。隔离延迟片336减少了来自OLED显示器发射层的正面反射,这与本发明实施方案的离轴观察位置的亮度减小的效果不同。
显示偏振器338和附加偏振器618为吸收型偏振器诸如二向色性偏振器(与反射型偏振器相比),并且具有平行的电矢量传输方向317、619。此类平行对准实现了中央观察位置的高透射率和离轴亮度的减小。
发射式材料诸如OLED材料通常输出基本上是朗伯型的定向分布的光,其中光锥404通常大于用于图1A的定向背光源20的锥400。由发射式空间光调制器48提供给无源延迟片602和附加偏振器618的光锥404可如同具有比光锥404更小尺寸的光锥406从显示器输出。
图1C是示意图,其以侧面透视图示出了包括无源延迟片叠堆,包括无源延迟片602A、602B、602C、602D、控制偏振器618和漫射器607的视角控制元件601。这些层可通过粘合剂诸如压敏粘合剂和光学透明粘合剂附接在层605中,或者可通过溶剂粘合。
在使用中,视角控制元件601可由用户附接到偏振输出空间光调制器。视角控制元件601可设置为弧形和弯曲显示器的柔性膜。另选地,视角控制元件601可设置在刚性基底诸如玻璃基底上。
有利地,可提供不需要匹配面板像素分辨率以避免摩尔纹伪影的售后防窥控制元件和/或杂散光控制元件。可将视角控制元件切割成输出偏振器的尺寸和取向。
漫射器607可被布置成使延迟片602D和空间光调制器之间的润湿最小化。
现在将描述图1A和图1B的无源延迟片的布置。
图2是示意图,其以侧面透视图示出了被布置成提供显示设备100的视场修改的光学叠堆。延迟片的光学布置在表1中进一步描述。
表1
在本公开中,零度的平面外角是指A板,并且90度的平面外角是指C板。平面内角是指延迟片材料的慢轴取向分别与显示偏振器210、316和附加偏振器618的电矢量传输方向211、317、619相比的平面内旋转。
因此,至少一个延迟片包括一对无源延迟片602A、602D,该对无源延迟片在延迟片交叉的平面内具有慢轴。该对延迟片各自包括多个A板,该多个A板具有以不同角度彼此对准的相应慢轴。该对无源延迟片602B、602C具有各自相对于平行于显示偏振器210的电矢量传输211的电矢量传输方向分别成90°和0°延伸的慢轴。
每个无源延迟片602A、602B、602C、602D包括双折射分子604A、604B、604C、604D,它们可为固定液晶诸如UV固化反应性介孔剂、拉伸聚合物或其他已知的双折射材料。
对于图1A,该对无源延迟片602A、602D具有相对于平行于显示偏振器210的电矢量传输的电矢量传输方向211分别成45°和135°延伸的慢轴。
对于图1B,该对无源延迟片602A、602D具有相对于平行于显示偏振器316的电矢量传输的电矢量传输方向317分别成45°和135°延伸的慢轴。
该显示器还包括另一对无源延迟片602B、602C,该另一对无源延迟片设置在最初提到的并且在延迟片交叉的平面内具有慢轴的一对无源延迟片602A、602D之间。该另一对无源延迟片602B、602C具有各自相对于平行于显示偏振器210、316的电矢量传输的电矢量传输方向211、317分别成0°和90°延伸的慢轴。
现在将描述图2和表1的布置在平行的偏振器210、618之间的叠堆的角视场。
图3A至图3B是示意曲线图,其示出了图2的无源延迟片叠堆中透射光线的输出传输随极方向的变化。
这些曲线图表示平行显示偏振器210和附加偏振器618之间的延迟片600的叠堆相对透射率的极性变化。因此,除了偏振器正面传输的损耗和菲涅耳反射损耗之外,同轴光线基本上没有亮度变化。离轴光线具有减小的亮度,这将在下文描述。
可通过调节无源延迟片602A、602B、602C、602D中的每个的延迟来实现对轮廓滚降的一些修改。A板中的每个的延迟可相同,或者可不同,以修改视场特性。
在本发明的实施方案中,至少一个无源延迟片600可结合显示偏振器210、218、316和附加偏振器618被配置为具有如下效果:即,与不存在至少一个延迟片相比,与光轴(离轴)成锐角从显示设备输出的光的亮度减小了。至少一个无源延迟片600还可结合显示偏振器210、218、316和附加偏振器618被配置为具有如下效果:与不存在至少一个延迟片相比,沿光轴(同轴)从显示设备输出的光的亮度减小了。
本实施方案提供了具有一些旋转对称性的透射分布。有利地,从窥探者的横向或升高观察位置的宽视场来看,防窥显示器可具有减小的图像可见性。此外,此类布置方式可用于实现对移动显示器的横向操作和纵向操作的增强的防窥操作。
在另外的例示性实施方案中,对于波长为550nm的光,每个A板的延迟可处于600nm至850nm的范围内,优选地处于650nm至730nm的范围内,并且最优选地处于670nm至710nm的范围内。可有利地减小所吸收的光从中心观察位置到离轴观察位置的颜色变化。
在本发明的实施方案中,“交叉”是指延迟片的平面内的两个延迟片的慢轴之间大致90°的角。为降低延迟片材料的成本,期望提供例如由于膜制造期间的拉伸误差而导致延迟片取向有些变化的材料。现在将描述延迟慢轴取向的变化。延迟片取向远离优选方向的变化可减小正面亮度并增加最小透射率。
在另外的例示性实施方案中,角603A优选地为至少40°,并且优选地为至多50°,更优选地为至少42.5°,并且更优选地为至多47.5°,最优选地为至少44°,并且最优选地为至多46°。角603D优选地为至少130°,并且优选地为至多140°,更优选地为至少132.5°,并且更优选地为至多137.5°,最优选地为至少134°,并且最优选地为至多136°。
在另外的例示性实施方案中,内延迟片对602B、602C可具有比外延迟片对602A、602D更宽松的公差。角603B优选地为至少-10°,并且优选地为至多10°,更优选地为至少-5°,并且更优选地为至多5°,最优选地为至少-2°,并且最优选地为至多2°。角603C优选地为至少80°,并且优选地为至多100°,更优选地为至少85°,并且更优选地为至多95°,最优选地为至少88°,并且最优选地为至多92°。
有利地,通过提供具有比无源延迟片602A、602D更宽松的公差的无源延迟片602B、602C,可降低光学叠堆的成本,同时保持期望的正面亮度并且减小离轴亮度。
现在将进一步描述图1A至图1B的显示器的防窥模式的操作。
图4A是示意图,其以前视透视图示出了在防窥模式下操作的显示器的透射输出光的观察。显示设备100可具有白色区域903和黑色区域901。如果可感知到所观察的区域901、903之间的亮度差,则窥探者47可观察显示器上的图像。在操作中,主用户45通过靠近光轴199传播到观察位置26的光线观察全亮度图像。窥探者47在观察位置27观察到亮度减小的光线902。区域26、27还表示3A至图3B的同轴和离轴区域。
图4B是示意图,其以前透视图示出了图1A的在防窥模式1下操作的显示器的外观,其中亮度变化如图3A至图3B所示。因此,外视角提供具有亮度减小的显示器外观530、522、532、528、536、524、534,526,其中正面观察位置520提供的亮度高得多。
有利地,防窥显示器或低杂散光显示器可具有旋转对称的亮度减小。
现在将描述图1A至图1B的显示器在汽车环境中的使用。
图5是示意图,其以顶视图示出了汽车舱700和安装在仪表盘上的显示器704对驾驶员47的照明,并且图6是示意图,其以侧视图示出了汽车舱700和显示器704对驾驶员47的照明,其中显示设备布置在车辆中并且布置在该车辆中的透明窗口702的前面,并且布置在驾驶员45所在的车辆中的座椅701前方。
在本公开中,观察窗口与透明窗口不同。观察窗口是指在期望观察距离处显示设备的角照明光锥。透明窗口是指物理透明表面诸如挡风玻璃(windscreens,windshields)、侧窗或其他透明表面,并且通常由玻璃、玻璃复合材料或其他透明材料制成。
在任一实施方案中,显示设备704可相对于驾驶员布置在非中心区域,以将来自显示器704的中心的光线705的离轴照明在负横向角度方向上以横向角度708提供给驾驶员47。在操作中,光线705被引导到驾驶员47,并且另外的光线707通过挡风玻璃702处的反射被引导到驾驶员47,从而形成虚像714。从显示器704输出的光的横向角度方向708对于光线705、707可相同;然而,相应的仰角方向710、712不同。
虚像714可能会分散驾驶员47的注意力,因此期望减小其亮度。有利地,本发明的实施方案实现了对乘客45的高亮度和对驾驶员47的显著减小的亮度,使得乘客显示器不会分散注意力。对于夜间使用,进一步减少了挡风玻璃反射。
此外,可增加可提供给驾驶员或乘客的信息显示器的尺寸,而不增加导向到车舱的总杂散光。散落在车内表面上的杂散光对驾驶员夜视的影响较小,从而提高了驾驶员的安全性。
对于图3A至图3B的极性视场的一些离轴区域,最小透射率可以是峰值正面透射率的10%或更大。如果提供朗伯型显示器,那么此类高透射率可提供所显示图像的高可见性。
期望进一步减少来自定向显示器的离轴照明,该定向显示器包括用于视场控制的无源延迟片600。现在将描述用于透射式空间光调制器48的定向背光源的布置。
图7是示意图,其以侧视图示出了定向显示设备,该定向显示设备包括后无源延迟片和包括成像波导1的定向背光源。该定向显示设备包括空间光调制器48和定向背光源20。定向背光源20包括:光源15的阵列;定向波导1,该定向波导包括:在横向方向上沿波导1的一侧延伸的输入端2,光源15沿输入端2设置并且被布置成将输入光线420、422、424输入到波导1中;以及相对的第一引导表面6和第二引导表面8,该第一引导表面和第二引导表面从输入端2跨波导延伸,以在输入端2处沿波导1引导光输入,波导1被布置成偏转被引导穿过波导1的输入光以穿过第一引导表面6离开。
成像波导1还包括用于沿成像波导1反射回输入光的反射端4,其中第二引导表面8被布置成将所反射的输入光偏转穿过第一引导表面6作为输出光。第二引导表面8包括光提取特征结构12和光提取特征结构12之间的中间区域10,该光提取特征结构12被取向成将所反射的输入光偏转穿过第一引导表面6作为输出光,并且中间区域10被布置成导向光穿过波导1而不提取光。反射端4具有在横向方向(y轴)上在波导1的侧面之间延伸的正光焦度,该波导在第一引导表面6和第二引导表面8之间延伸。在操作中,在不损耗反射端4的情况下引导光线420、422,并且入射到布置在第二引导表面8上的光提取特征结构12上。
显示偏振器210为布置在空间光调制器48的输入侧上、在背光源20和空间光调制器48之间的输入偏振器,并且附加偏振器618被布置在输入偏振器210和背光源20之间。附加偏振器618为反射型偏振器。
光线420在小平面12处被全内反射所反射并被导向穿过附加偏振器618、无源延迟片600和空间光调制器48。光线424由光提取特征结构12透射并且入射在后反射器300的小平面303上,由此其被波导1、附加偏振器618、无源延迟片600和空间光调制器48透射。光线424被反射型偏振器618反射并入射在小平面303、305上,使得其被光学系统再循环。
同轴光线420、422、424具有基本上未被无源延迟片600、附加偏振器618和输入偏振器210修改的亮度。例如,如图3A所示,离轴光线被无源延迟片600、附加偏振器618和输入偏振器210衰减。因此,附加偏振器618可有利地通过再循环偏振光以及提供减小的离轴亮度来提供增加的亮度,以减少杂散光和防窥操作。
现在将描述用于定向背光源20的波导1的成像。
图8A是示意图,其以后透视图示出了来自成像波导1的观察窗26的形成。
波导1被布置成使光源15在横向方向上(y方向)成像,使得来自光源15的输出光在根据光源15的输入位置分布的输出方向上被导向到相应光学窗26中。以举例的方式,光源15a通过弯曲反射端4和弯曲光提取特征结构12成像到光学窗26a。光线420a、420b示出了从光源15a到光学窗26a的两种不同光线路径。布置在光学波导1的光轴199上的光源15a被成像到光学窗平面内的轴线197。
现在将描述当在没有无源延迟片600的显示设备中使用时,图8A的输出的极性亮度轮廓。
图8B是示意曲线图,其示出了显示设备100中透射光线的输出传输随极方向的变化,该显示设备包括图8A的被布置用于窄角输出的成像波导1并且该显示设备没有无源延迟片600。示出了没有无源延迟片600的定向显示设备100的轮廓430,并且为了进行比较,还提供了图3A至图3B的无源延迟片600的传输轮廓432。
有利地,正面亮度得以保持。在操作中,图7的背光源装置20可以以通常由窥探者47占据的更高的角度提供不期望的杂散光。此类高角度可包括例如大于45度的横向角度和0度至60度的仰角。
在不存在无源延迟片600的情况下,窥探者47视角下的典型输出亮度可小于正面亮度的2.5%。
理想的是,对于45度的横向视角,并且对于高性能的防窥显示器,可提供小于1.5%,优选地小于1%,并且最优选地小于0.5%的z亮度。有利地,当与包括图7的定向背光源20的显示器一起使用时,本发明实施方案的无源延迟片600还可将离轴窥探者47观察位置的图像可见性减小到小于0.5%。
期望提供可被切换从而以更高视角观看的显示器。
图8C是示意曲线图,其示出了显示设备100中透射光线的输出传输随极方向的变化,该显示设备包括图8A的被布置用于广角输出的成像波导1并且该显示设备没有无源延迟片600。
与图8B相比,增加了光源15的阵列宽度并且加宽了亮度分布,使得当显示器具有无源延迟片600和附加偏振器618时,以45度横向角度的输出可增加到正面亮度的5%或更多。
有利地,多个观察者可观察到显示器。另外,对于固定的显示器观察位置,极性视场提供亮度的空间滚降。增加视场有利地增加正面用户的显示均匀性。
期望在横向操作和纵向操作两者中提供增强的防窥操作。
图9是示意图,其以侧视图示出了包括前无源延迟片600和定向背光源的定向显示设备100,该定向背光源包括准直波导901以提供准直背光源20。
显示设备100包括布置在可以是LCD的空间光调制器48的输出侧上的输出偏振器218。显示偏振器为布置在空间光调制器48的输出侧上的输出偏振器218。显示设备还包括布置在空间光调制器48的输入侧上的输入偏振器210。
定向背光源20包括准直波导901,该准直波导包括多个细长透镜状元件;以及布置成阵列的多个倾斜光提取特征结构,其中多个细长透镜状元件906和多个倾斜光提取特征结构912被取向成偏转被引导穿过定向波导901的输入光以穿过第一引导表面离开。
准直波导901包括平面光引导表面908,该平面光引导表面还包括光偏转特征结构912。包括透镜状元件906的透镜状表面被布置成与光引导表面908相对,并且具有延伸的柱面透镜形状。来自照明源915的光在波导901内被引导并且通过穿过透镜状表面906传输或通过在离开平坦表面908之后从反射器903反射而朝转向膜927输出。来自波导901的输出光线950在转向膜927中被全内反射所偏转,以穿过漫射器968、空间光调制器48、无源延迟片602A、602B和附加偏振器618离开。
与图7的布置相比,可有利地减小厚度。
现在将进一步描述图9的背光源20的操作。
图10A至图10C是示意图,其以各种透视图示出了准直波导。此类波导是已知的,并且在例如可商购获得的产品HP EliteBook 840G3中提供。
现在将针对来自准直波导901的输入端902处的光源915的光输入来进一步描述光提取特征结构912的操作。
图11A是示意图,其以侧视图示出了用于同轴照明的准直波导901的第一倾斜平面区域912的操作。光线180通过在表面906和908之间引导而传播。光线180在表面906、908处的入射角通过特征结构912的渐缩而逐渐减小。以接近观察到第一引导表面906或第二引导表面908的角度来提取入射角小于准直波导901的材料中的临界角的光线。在操作中,特征结构912的锥角133被布置成不单独提供来自准直波导901的充足的漏光;即,如果不存在非倾斜透镜状表面30,则将存在不充足的漏光。
图11B是示意图,其以侧视图示出了用于同轴照明的非倾斜透镜状结构930的操作。在非倾斜透镜状表面930处的每次反射处,提供光线182的偏转,该偏转在图11B中的纸平面外。因此,所得光线由于透镜状表面30的倾斜表面而出现渐缩效果。一些反射增加了入射角,而其他反射减小了入射角。在操作中,净光线入射角变化小,并且不提供来自准直波导901的充足的漏光;即,如果不存在平坦表面912,则将存在不充足的漏光。
对于在特征结构912处未发生反射的光,现在将针对在整个透镜状表面930上的不同位置处入射的光线进一步描述从表面930提取光的方向性。
图12A是示意图,其以顶视图示出了用于离轴照明的非倾斜透镜状结构的操作;图12B是示意图,其以端视图示出了用于离轴照明的非倾斜透镜状结构的操作;并且图12C是示意图,其以侧视图示出了用于离轴照明的非倾斜透镜状结构的操作。
光线184a、184b、184c分别在透镜状表面30处具有入射位置185a、185b、185c。在顶视图中,光线184a、184c被倾斜透镜状表面930偏转。在端视图中,反射角在整个表面930上变化,而在侧视图中,反射角未被修改。对于每次反射,光线角充分高于临界角,因此不会提取任何光。
图12D是示意图,其以顶视图示出了用于离轴照明的倾斜平面特征结构的操作;图12E是示意图,其以端视图示出了用于离轴照明的倾斜平面特征结构的操作;并且图12F是示意图,其以侧视图示出了用于离轴照明的倾斜平面特征结构的操作。
光线184a、184b、184c分别在平面光提取特征结构912处具有入射位置185a、185b、185c。在顶视图和端视图中,光线184a、184b、184c被倾斜特征结构912略微偏转。在侧视图中,特征结构912的表面的主要效果可被可视化,角度187b小于角度187a。因此,特征结构912的锥角133将光线184b引导成更靠近临界角。
现在将描述特征结构912和非倾斜透镜状表面930的组合效果。
图12G是示意图,其以顶视图示出了非倾斜透镜状结构的操作,该非倾斜透镜状结构用于在入射后利用倾斜平面特征结构912进行离轴照明;图12H是示意图,其以端视图示出了非倾斜透镜状结构的操作,该非倾斜透镜状结构用于在入射后利用倾斜平面特征结构912进行离轴照明;并且图12I是示意图,其以侧视图示出了非倾斜透镜状结构的操作,该非倾斜透镜状结构用于在入射后利用倾斜平面特征结构912进行离轴照明。
光线184a-c具有在光提取特征结构912处反射后被减小的入射角。光线184a、184b在入射到透镜状表面930上时仍保持高于临界入射角。然而,光线184c以低于临界角的角度入射并被提取。与入射光线角相比,提取方向朝纵向倾斜,如图12G所示。这样,光提取特征结构912和透镜状表面30配合以在靠近纵向的方向上提取光。
图13是以顶视图示出光学波导的输出的示意图。因此,优先地从透镜状表面930输出包括光线188a、188b、188c的光锥,从而提高光朝倾斜表面的传播。因此,经反射的光线束189a-c也由相对倾斜的透镜状表面提供。
图14是示意曲线图,其示出了图9的入射到转向膜927上之后的定向显示设备100布置的模拟异亮度视场极性绘图。
示出了没有无源延迟片600的定向显示设备100的轮廓436,并且为了进行比较,还提供了图3A至图3B的无源延迟片600的传输轮廓432。
源915可被布置在显示设备100的下边缘处,使得水平视角方向为横向(平行于x轴),并且竖直视角方向为纵向(平行于y轴)。
在纵向上,光线分布由光线以接近观察角入射到光引导表面8提供,因此具有受限的锥角。在横向视角方向上,输出亮度轮廓由来自透镜状表面30的光线分布来确定,如图13所示。
有利地,在横向和仰角方向上均可提供窄锥角。这种照明轮廓可用于高效率输出,以减小功率消耗或者增加给定输入功率消耗的输出亮度。
本发明实施方案的无源延迟片600和附加偏振器618可在横向和仰角方向上均提供减小的亮度。有利地,可提供以横向和纵向两种取向操作的高性能防窥显示器。
期望提供切换到广角操作模式的显示设备。
图15是示意图,其以侧视图示出了可切换定向显示设备,该可切换定向显示设备包括后无源延迟片600和附加偏振器618,其中显示偏振器为输入偏振器210。定向背光源包括准直波导801a和广角波导801b。可进一步提供漫射器层810和反射器层812。此类显示器结构是已知的,并且是例如可商购获得的产品HP EliteBook 840G3中提供的类型。
在操作中,波导801a由光源815a照明。提供了窄视场,该窄视场具有窥探者47位置的亮度,该亮度被无源延迟片600和附加偏振器618进一步减小。因此,光线820基本上被引导到观察位置821,并且更高角度的光线具有基本上减小的亮度。
在广角操作模式下,通过光源815b照明、波导801b和漫射层810设计来增加离轴亮度。因此,光线822被引导到更广范围的观察位置823。
有利地,针对防窥和广角操作模式两者,可提供具有横向和纵向模式的切换防窥显示器。
在本发明的实施方案中,背光源20还可包括可切换背光源,该可切换背光源被布置成切换输出角亮度轮廓,以便在防窥操作模式下提供减小的离轴亮度并且在广角操作模式下提供更高的离轴亮度。
现在将进一步描述定向背光源。
图16A是示意图,其以前透视图示出了定向背光源20;并且图16B是示意图,其以前透视图示出了非定向背光源20。因此,定向背光源提供窄锥,而非定向背光源提供光输出光线的广角分布。
图16C是示意曲线图,其示出了各种不同背光源布置下亮度随极性视角的变化。图16C的曲线图可为穿过本文所述的极性视场轮廓的横截面。对于零仰角,极角与横向视角相同。
朗伯型背光源具有与视角无关的亮度轮廓846。
更高角度下的典型广角背光源具有滚降,使得相对亮度的半高全宽866可优选地大于40°,更优选地大于60°,并且最优选地大于80°。此外,+/-45°下的相对亮度864优选地大于7.5%,更优选地大于10%,并且最优选地大于20%。
相比之下,更高角度下的定向背光源20具有滚降,使得相对亮度的半高全宽862可为至多40°,优选地为至多30°,并且更优选地为至多25°。另外,定向背光源20以与空间光调制器的法线成大于45度的极角提供亮度,即为沿空间光调制器的法线的亮度的至多10%,优选地为沿空间光调制器的法线的亮度的至多5%,并且更优选地为沿空间光调制器的法线的亮度的至多2.5%。
结合本发明实施方案的无源延迟片602和附加偏振器618,包括定向背光源20的显示设备100可有利地在离轴位置处向窥探者47提供非常低的可见性。
现在将描述无源延迟片600的另外的布置。
图17A是示意图,其以侧面透视图示出了无源延迟片的光学叠堆,该无源延迟片包括被布置成提供显示设备100的视场修改的A板和正C板;并且图17B是示意曲线图,其示出了图17A的包括表2所示结构的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化。
表2
与图2的实施方案相比,提供了正C延迟片和正A延迟片。至少一个无源延迟片600包括在延迟片交叉的平面内具有慢轴的一对无源延迟片602B、602D,以及具有垂直于延迟片的平面的慢轴的无源延迟片602A、602C。在延迟片的平面内具有慢轴的该对无源延迟片602D、602B相对于平行于显示偏振器218的电矢量传输219的电矢量传输方向分别成22.5°和112.5°延伸。
与图2和表1的布置相比,正A板的延迟减少了,因此可使用更薄的材料。有利地,可减小显示器厚度。可通过固化各向同性对准的液晶材料的膜来提供正C板。与图3A的视场相比,增加了高亮度的中心区域。有利地,可增加正面显示用户45的显示均匀性。
图18A是示意图,其以侧面透视图示出了无源延迟片的光学叠堆,该无源延迟片包括被布置成提供显示设备100的视场修改的A板和负C板;并且图18B是示意曲线图,其示出了图18A的包括表3所示结构的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化。
表3
至少一个无源延迟片600包括具有垂直于延迟片的平面的慢轴的两个无源延迟片602A、602C,以及在延迟片交叉的平面内具有慢轴的一对无源延迟片602B、602D。在延迟片的平面内具有慢轴的该对无源延迟片602B、602D相对于平行于显示偏振器218的电矢量传输219的电矢量传输方向分别成22.5°和112.5°延伸。具有垂直于延迟片600的平面的慢轴的无源延迟片602A、602C与在延迟片的平面内具有慢轴的一对无源延迟片602B、602D交替。
有利地,与图17A相比,可提供常见延迟片材料604A、604C,从而降低成本和复杂性。
图19A是示意图,其以侧面透视图示出了无源延迟片的光学叠堆,该无源延迟片包括被布置成提供显示设备100的视场修改的A板、负C板和正C板;并且图19B是示意曲线图,其示出了图19A的包括表4所示结构的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化。
表4
期望在横向方向上提供减小的亮度,同时提供可围绕水平轴线旋转的舒适的观察自由度。
图20A是示意图,其以侧面透视图示出了无源延迟片600的光学叠堆,该无源延迟片包括在正交于显示偏振器电矢量传输方向的平面中倾斜的负O板以及负C板,并且被布置成提供显示设备的视场修改;并且图20B是示意曲线图,其示出了图20A的包括表5所示结构的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化。
表5
因此,至少一个无源延迟片600包括无源延迟片602A,该无源延迟片为负O板,该负O板具有慢轴,该慢轴具有无源延迟片602A的平面中的分量和垂直于无源延迟片602A的平面的分量。另外,该无源延迟片的平面中的分量相对于平行于显示偏振器218的电矢量传输219的电矢量传输方向成90°延伸。
至少一个无源延迟片602B包括无源延迟片,该无源延迟片具有垂直于该无源延迟片的平面的慢轴。
有利地,可减小横向观察方向的亮度。移动显示器可围绕水平轴线舒适地旋转,同时在横向方向上实现对离轴窥探者的防窥性。
现在将描述实现与图20B类似的亮度减小的另一种布置。
图20C是示意图,其以侧面透视图示出了无源延迟片的光学叠堆,该无源延迟片包括在正交于显示偏振器电矢量传输方向的平面中倾斜的正O板以及交叉的A板,并且被布置成提供显示设备的视场修改;并且图20D是示意曲线图,其示出了图20C的包括表6所示结构的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化。
表6
因此,至少一个无源延迟片600包括无源延迟片602A、602B,这些无源延迟片为交叉的A板和无源延迟片602C,该无源延迟片具有慢轴,该慢轴具有无源延迟片602C的平面中的分量和垂直于无源延迟片602C的平面的分量。该无源延迟片的平面中的分量相对于平行于显示偏振器218的电矢量传输219的电矢量传输方向成90°延伸。
与图20A相比,可为无源延迟片602A、602B、602C提供另选的材料系统。有利地,可减小横向观察方向的亮度。移动显示器可围绕水平轴线舒适地旋转,同时在横向方向上实现对离轴窥探者的防窥性。
期望实现横向亮度控制,同时减少无源延迟片的数量。
图21A是示意图,其以侧面透视图示出了无源延迟片的光学叠堆,该无源延迟片包括在正交于显示偏振器218电矢量传输方向219的平面中倾斜的负O板,并且被布置成提供空间光调制器48和背光源20的视场修改;图21B是示意图,其以侧面透视图示出了无源延迟片的光学叠堆,该无源延迟片包括在平行于显示偏振器218电矢量传输方向219的平面中倾斜的负O板,并且被布置成提供空间光调制器48和背光源20的视场修改;并且图21C是示意曲线图,其示出了图21A和图21B的包括表7所示结构的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化。
表7
因此,至少一个无源延迟片600包括具有慢轴的无源延迟片602,该慢轴具有无源延迟片602的平面中的分量和垂直于无源延迟片602的平面的分量。另外,该无源延迟片的平面中的分量相对于如图21A所示的垂直于显示偏振器218的电矢量传输219的电矢量传输方向,或如图21B所示的平行于显示偏振器218的电矢量传输219的电矢量传输方向成0°延伸。
在本发明实施方案的每一个中,可相对于平行于或垂直于显示偏振器218的电矢量传输219的方向对准无源延迟片602,并且可为两种对准提供类似或相同的性能。
有利地,可为离轴横向观察位置提供亮度减小,同时实现高正面效率和宽观察自由度,以从单个无源延迟片围绕水平轴线旋转,从而降低成本和复杂性。
图22A是示意图,其以侧面透视图示出了无源延迟片的光学叠堆,该无源延迟片包括交叉的A板602A、602B并且被布置成提供显示设备100的视场修改;并且图22B是示意曲线图,其示出了图22A的包括表8所示结构的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化。
表8
因此,至少一个延迟片包括一对无源延迟片602A、602B,该对无源延迟片在延迟片交叉的平面内具有慢轴。角603A优选地为至少-10°,并且优选地为至多10°,更优选地为至少-5°,并且更优选地为至多5°,最优选地为至少-2°,并且最优选地为至多2°。角603B优选地为至少80°,并且优选地为至多100°,更优选地为至少85°,并且更优选地为至多95°,最优选地为至少88°,并且最优选地为至多92°。
有利地,通过提供具有宽松公差的无源延迟片602A、602B,可降低光学叠堆的成本,同时保持期望的正面亮度并且减小离轴亮度。可通过固化的反应性介孔剂膜提供超低厚度。有利地,可降低无源延迟片600的成本和复杂性。此外,减小了窥探者47在观察象限中的可见性。
图23A是示意图,其以侧面透视图示出了无源延迟片的光学叠堆,该无源延迟片包括负C板并且被布置成提供显示设备100的视场修改;图23B是示意曲线图,其示出了图23A的包括表9所示结构的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化。
表9
有利地,可降低无源延迟片600的成本和复杂性。此外,与未修改的显示器相比,减小了窥探者47在观察象限中的可见性。对于正面用户45,与图2的无源延迟片600相比,显示器围绕水平轴线旋转的图像可见性也得到改善。
与上述单对平行偏振器之间的无源延迟片600相比,期望进一步减小离轴观察位置的透射率。
图24A是示意图,其以侧面透视图示出了定向显示设备,该定向显示设备包括后无源延迟片、附加偏振器、另外的前无源延迟片、另外的附加偏振器、透射式空间光调制器和背光源;包括表10中所示的结构。
表10
显示设备100包括无源延迟片600A和附加偏振器618A,使得无源延迟片600A被布置在附加偏振器618A和输入偏振器210之间。显示设备100还包括至少一个另外的无源延迟片600B和与无源偏振器600A和附加偏振器618A串联布置的另外的附加偏振器618A,其中该另外的无源偏振器600B被布置在输出显示偏振器218和另外的附加偏振器618B之间。
因此,将来自背光源20的输入光锥404从空间光调制器48输出为锥406,该锥被另外的无源延迟片602E、602F和另外的附加偏振器618B进一步缩小为锥408。
可通过例如放大图3A和图20B的轮廓来实现离轴透射率。这种布置可提供常规背光源的高同轴效率并显著减小离轴亮度,该常规背光源可具有例如近朗伯型光锥404。
附加偏振器618A可以是布置在空间光调制器48和背光源20之间的反射型偏振器。有利地,与已经使用反射型偏振器的背光源相比,正面效率得以保持。
有利地,可使用或不使用定向波导,从而实现降低成本并减小厚度。可取消使背光源内杂散光最小化的另外的措施,从而实现降低成本并改善防窥性能。
图24B是示意图,其以侧面透视图示出了定向显示设备,该定向显示设备包括后无源延迟片、附加偏振器、另外的后无源延迟片、另外的附加偏振器、透射式空间光调制器和背光源。
至少一个另外的无源延迟片600B被布置在附加偏振器618A和另外的附加偏振器618B之间。有利地,显示器正面外观未经修改并且图像保真度得以优化。另外,无源延迟片600A、600B可被布置成补偿各个无源延迟片中的每个的相应角颜色滚降。有利地,可使颜色随视角的变化最小化。
图24C是示意图,其以侧面透视图示出了定向显示设备,该定向显示设备包括前无源延迟片、附加偏振器、另外的前无源延迟片以及布置在发射式空间光调制器48上的另外的附加偏振器。可通过无源延迟片600A、600B和偏振器618A、618B对朗伯型光锥404进行限制,以提供输出光锥408。有利地,与图1B的布置相比,发射式显示器可具有防窥性和低杂散光操作以及低离轴亮度水平。
无源延迟片600B可具有与600A相同的布置,以有利地实现改善横向纵向操作性能。
另选地,无源延迟片600A可具有与600B相同的布置,以有利地实现改善仅横向或仅纵向操作性能。偏振器338和延迟片336的光学隔离器功能得以保持,从而有利地实现高图像对比度。
如现在将进一步描述的,还可由视角控制元件601来提供视场传输控制件。
用于应用到包括空间光调制器48和显示偏振器210、218或318的显示设备的视角控制光学元件601,该视角控制光学元件可包括:控制偏振器618和至少一个无源延迟片600,用于在将视角控制光学元件应用到显示设备上时布置在控制偏振器618和显示偏振器210、218或318之间。至少一个无源延迟片600可包括具有至少两个不同取向的慢轴的至少两个无源延迟片602A、602B。
至少一个无源延迟片600可包括一对无源延迟片602A、602D,该对无源延迟片在无源延迟片602A、602D交叉的平面内具有慢轴。该对无源延迟片602A、602D可具有相对于平行于控制偏振器的电矢量传输的电矢量传输方向分别成45°和135°延伸的慢轴。
该视角控制光学元件还可包括另一对无源延迟片602B、602C,该另一对无源延迟片设置在最初提到的一对无源延迟片之间并且其在无源延迟片交叉的平面内具有慢轴。该另一对无源延迟片602B、602C可具有各自相对于平行于控制偏振器的电矢量传输的电矢量传输方向分别成0°和90°延伸的慢轴。对于波长为550nm的光,每个无源延迟片的延迟可处于600nm至850nm的范围内,优选地处于650nm至730nm的范围内,并且最优选地处于670nm至710nm的范围内。
至少一个无源延迟片600可包括具有垂直于无源延迟片的平面的慢轴的无源延迟片602。至少一个无源延迟片可包括具有垂直于无源延迟片的平面的慢轴的两个无源延迟片,以及在无源延迟片交叉的平面内具有慢轴的一对无源延迟片。该对无源延迟片在无源延迟片的平面中可具有相对于平行于控制偏振器的电矢量传输的电矢量传输方向分别成22.5°和112.5°延伸的慢轴。具有垂直于无源延迟片的平面的慢轴的无源延迟片可与在无源延迟片的平面内具有慢轴的一对无源延迟片交替。
至少一个无源延迟片可包括具有慢轴的无源延迟片,该慢轴具有无源延迟片的平面中的分量和垂直于无源延迟片的平面的分量。该无源延迟片的平面中的分量可相对于平行或垂直于控制偏振器的电矢量传输的电矢量传输方向成0°延伸。视角控制光学元件还可包括至少一个另外的无源延迟片和另外的附加偏振器;其中至少一个另外的无源延迟片可被布置在最初提到的附加偏振器和另外的附加偏振器之间。
有利地,对于显示器的离轴亮度控制,可提供无源延迟片和附加偏振器、另外的无源延迟片和另外的附加偏振器的视角控制件以用于防窥和低杂散光应用。性能可与具有本文其他地方所述的空间光调制器48的显示偏振器210、218、318的至少一个无源延迟片600和附加偏振器618类似或相同。
此外,可提供不需要匹配面板像素分辨率以避免摩尔纹伪影的售后防窥控制元件和/或杂散光控制元件。视角控制元件可方便地切割成输出偏振器的尺寸和取向,并且可为可与弯曲的、可折叠的或弯曲显示器一起使用的柔性元件。
现在将描述视角控制元件601的另外的例示性实施方案。
图24D是示意图,其以侧面透视图示出了视角控制元件601,该视角控制元件包括无源延迟片叠堆602A、602B、602C、602D、控制偏振器618A、另外的无源延迟片叠堆602E、602F、另外的控制偏振器618B以及漫射器607。这种视角控制元件601可被添加到具有宽视场的空间光调制器中,并实现减少杂散光并减小对离轴窥探者的可见性,同时使正面损耗最小化而不产生摩尔纹效应。漫射器607可提供视角控制元件601对显示器的抗湿性。
有利地,对于空间光调制器和背光源之间的工厂设备,或显示器的前部,可从大辊将视角控制元件601切割成一定尺寸。另选地,显示器用户可将视角控制元件601设置为空间光调制器的前部的售后附接件。
现在将进一步描述用于离轴照明的平行偏振器之间的延迟片层的操作。
图25A是示意图,其以透视图示出了通过离轴光对延迟片层的照明。校正延迟片630可包括双折射材料,其由折射率椭圆体632表示,其具有与x轴成0度的慢轴方向634,并且具有厚度631。法线光线636传播使得材料中的路径长度与厚度631相同。光线637在y-z平面中具有增加的路径长度;然而,材料的双折射与光线636基本相同。通过比较,位于x-z平面中的光线638在双折射材料中具有增加的路径长度,并且另外双折射不同于法线636。
因此,延迟片630的延迟量取决于相应光线的入射角,并且也取决于入射平面,即x-z中的光线638将具有与y-z平面中的法线636和光线637不同的延迟量。
现在将描述偏振光与延迟片630的相互作用。为了在定向背光源101的操作期间与第一偏振分量和第二偏振分量区分,以下解释将涉及第三偏振分量和第四偏振分量。
图25B是以透视图示出了延迟层通过与x轴成90度的第三线性偏振态的离轴光的照明的示意图,并且图25C是以透视图示出了延迟层通过与x轴成0度的第四线性偏振态的离轴光的照明的示意图。在此类布置中,入射线性偏振态与由椭圆形632表示的双折射材料的光轴对齐。因此,不提供第三正交偏振分量和第四正交偏振分量之间的相位差,并且对于每个光线636、637、638线性偏振输入的偏振态不产生变化。
图25D是以透视图示出了延迟片630层通过45度处的线性偏振态的离轴光的照明的示意图。线性偏振态可被分解成分别正交于并平行于慢轴634方向的第三偏振分量和第四偏振分量。由折射率椭圆体632表示的延迟片厚度631和材料延迟可提供将入射在其上的第三偏振分量和第四偏振分量的相位在由光线636表示的法向方向上对于设计波长相对移动半波长的净效应。设计波长可例如在500nm至550nm的范围内。
在设计波长下并且对于沿着光线636通常传播的光,则在-45度处输出偏振可旋转90度至线性偏振态640。沿着光线637传播的光可看到相位差,该相位差类似于但不同于由于厚度变化而沿光线637的相位差,并且因此可输出椭圆偏振态639,其可具有类似于光线636的输出光的线性偏振轴的长轴。
相比之下,沿光线638的入射线性偏振态的相位差可显著不同,具体地讲可提供较低的相位差。此类相位差可提供在给定倾斜角642下为基本上圆形的输出偏振态644。
为了示出延迟片叠堆的离轴行为,现在将针对各种离轴照明布置来描述附加吸收偏振器618和输出显示偏振器218之间的C板308、310的角亮度控制。
现在将描述平行偏振器500、210之间的C板的操作。
图26A是示意图,其以透视图示出了通过具有正仰角的离轴偏振光对C板层的照明。入射线性偏振分量704沿垂直于延迟片560的平面的光轴方向507入射到C板560的双折射材料632上。偏振分量704在通过液晶分子传输时看不到净相位差,因此输出偏振分量与分量704相同。因此,通过偏振器210可看到最大传输。因此,至少一个延迟片包括延迟片560,该延迟片具有垂直于延迟片560的平面即x-y平面的慢轴561。具有垂直于延迟片的平面的慢轴的延迟片560包括C板。
图26B是示意图,其以透视图示出了通过具有负横向角度的离轴偏振光对C板层的照明。与图26A的布置一样,偏振态704看不到净相位差,并且以最大亮度透射。
图26C是示意图,其以透视图示出了通过具有正仰角和负横向角度的离轴偏振光对C板层的照明。与图26A-B的布置相比,偏振态704相对于双折射材料632分解为本征态703、705,从而在通过延迟片560传输时提供净相位差。与图26A-B所示的光线相比,所得椭圆偏振分量656以减小的亮度透射穿过偏振器210。
图26D是示意图,其以透视图示出了通过具有正仰角和正横向角度的离轴偏振光对C板层的照明。以与图26C类似的方式,偏振分量704被分解成经历净相位差的本征态703、705,并且提了供椭圆偏振分量660,该椭圆偏振分量在通过偏振器传输之后减小了相应的离轴光线的亮度。
返回图23B的描述,该图是示意曲线图,其示出了图23A和图26A-D的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化。因此,C板可在极性象限中提供亮度减小。为了示出延迟片叠堆的离轴行为,现在将针对各种离轴照明布置来描述附加吸收偏振器618和输出显示偏振器218之间的交叉A板308、310的角亮度控制。
图27A是示意图,其以透视图示出了通过具有正仰角的离轴偏振光对交叉的A板延迟片层的照明。具有电矢量传输方向219的线性偏振器218用于在交叉的A板308、310的第一A板308上提供与横向方向平行的线性偏振态704。慢轴方向309相对于横向方向倾斜+45度。延迟片308沿正仰角方向对离轴角θ1的延迟提供所得的偏振分量650,该偏振分量在输出时是大致椭圆形的。偏振分量650入射到交叉的A板308、310的第二A板310上,该第二A板具有与第一A板308的慢轴方向309正交的慢轴方向311。在图27A的入射平面中,第二A板310对离轴角θ1的延迟等于第一A板308的延迟并且与之相反。因此,为入射偏振分量704提供净零延迟,并且输出偏振分量与输入偏振分量704相同。
将输出偏振分量与附加吸收偏振器618的电矢量传输方向对准,从而有效地透射。有利地,对具有零横向角度角分量的光线基本上不提供损耗,以便实现完全透射效率。
图27B是示意图,其以透视图示出了通过具有负横向角度的离轴偏振光对交叉的A板延迟片层的照明。因此,输入偏振分量被第一A板308转换为通常为椭圆偏振态的中间偏振分量652。第二A板310再次提供与第一A板相同且相反的延迟,使得输出偏振分量与输入偏振分量704相同,并且光有效地透射通过偏振器618。
因此,至少一个延迟片包括一对延迟片308、310,该对延迟片在延迟片308、310交叉的平面内具有慢轴,在本发明的实施方案中,该平面为x-y平面。该对延迟片308、310具有各自相对于平行于偏振器618的电矢量传输的电矢量传输方向成45°延伸的慢轴309、311。
有利地,对具有零仰角分量的光线基本上不提供损耗,以便实现完全透射效率。
图27C是示意图,其以透视图示出了通过具有正仰角和负横向角度的离轴偏振光对交叉的A板延迟片层的照明。偏振分量704被第一A板308转换为椭圆偏振分量654。所得椭圆分量656从第二A板310输出。与第一偏振分量704的输入亮度相比,输入偏振片618以减小的亮度对椭圆分量656进行分析。
图27D是示意图,其以透视图示出了通过具有正仰角和正横向角度的离轴偏振光对交叉的A板延迟片层的照明。由第一和第二A板308、310提供偏振分量658和660,因为第一和第二延迟片的净延迟不提供补偿。
因此,对于具有非零横向角度和非零仰角分量的光线,亮度减小。有利地,可增加布置在观察象限中的窥探者的显示防窥性,而基本上不降低主要显示用户的发光效率。
返回图22B的描述,该图是示意曲线图,其示出了图22A和图27A-D的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化。与图23B的布置相比,增加了用于离轴观察的亮度减小的面积。
如在本文中所用,术语“基本上”和“大约”为其相应术语和/或项之间的相对性提供业内可接受的公差。此类业内可接受的公差在0%至10%的范围内,并对应于但不限于分量值、角度等。在各项之间的此相对性在大约0%至10%的范围内。
虽然上文描述了符合本文公开原理的各种实施方案,但应当理解,这些实施方案仅以示例性而非限制性方式示出。因此,本公开的广度和范围不应受到上述任何示例性实施方案的限制,而应该仅根据本公开发布的任何权利要求及其等同物来限定。另外,所描述的实施方案中提供了上述优点和特征结构,但不应将发布的这些权利要求的应用限于实现任何或全部上述优点的方法和结构。
另外,本文章节标题是为符合37CFR 1.77的建议而提供,或者用于提供组织线索。这些标题不应限制或表征可产生于本公开的任何权利要求中所列出的一个或多个实施方案。具体来说并且以举例的方式,虽然标题是指“技术领域”,但权利要求书不应受到在该标题下选择用于描述所谓的领域的语言的限制。另外,“背景技术”中对技术的描述不应被理解为承认某些技术对本公开中的任何一个或多个实施方案而言是现有技术。“发明内容”也并非要被视为是对发布的权利要求书中所述的一个或多个实施方案的表征。此外,本公开中对单数形式的“发明”的任何引用不应用于辩称在本公开中仅有单一新颖点。可根据产生于本公开的多项权利要求的限制来阐述多个实施方案,并且此类权利要求因此限定由其保护的一个或多个实施方案及其等同物。在所有情况下,应根据本公开基于所述权利要求书本身的特点来考虑其范围,而不应受本文给出的标题的约束。
Claims (22)
1.一种显示设备,所述显示设备包括:
空间光调制器;
显示偏振器,所述显示偏振器布置在所述空间光调制器的一侧上;
附加偏振器,所述附加偏振器与所述显示偏振器布置在所述空间光调制器的同侧上,其中所述附加偏振器具有平行于所述显示偏振器的电矢量传输方向的电矢量传输方向;以及
一对无源延迟片,所述一对无源延迟片布置在所述附加偏振器和所述显示偏振器之间,不存在其他无源延迟片布置在所述附加偏振器和所述显示偏振器之间,其中所述一对无源延迟片具有在所述无源延迟片交叉的平面内且相对于平行于所述显示偏振器的所述电矢量传输的电矢量传输方向分别成45°和135°延伸的慢轴,并且其中每个无源延迟片的波长为550nm的光的延迟在600nm至850nm的范围内。
2.根据权利要求1所述的显示设备,其中每个无源延迟片的波长为550nm的光的延迟在650nm至730nm的范围内。
3.根据权利要求1所述的显示设备,其中所述空间光调制器为透射式空间光调制器,并且所述显示设备还包括被布置成输出光的背光源。
4.根据权利要求3所述的显示设备,其中所述背光源以与所述空间光调制器的法线成大于45度的极角提供亮度,即为沿所述空间光调制器的所述法线的所述亮度的至多10%。
5.根据权利要求3所述的显示设备,其中所述背光源包括:
光源阵列;
定向波导,包括:
输入端,所述输入端在横向方向上沿所述定向波导的一侧延伸,所述光源沿所述输入端设置并且被布置成将输入光输入到所述定向波导中;以及
相对的第一引导表面和第二引导表面,所述相对的第一引导表面和第二引导表面从所述输入端跨所述定向波导延伸,以在所述输入端处沿所述定向波导引导光输入,所述定向波导被布置成偏转被引导穿过所述定向波导的输入光以穿过所述第一引导表面离开。
6.根据权利要求5所述的显示设备,其中所述背光源还包括光转向膜,并且所述定向波导为准直波导。
7.根据权利要求6所述的显示设备,其中所述准直波导包括:
(i)多个细长透镜状元件;以及
(ii)多个倾斜光提取特征结构,
其中所述多个细长透镜状元件和所述多个倾斜光提取特征结构被取向成偏转被引导穿过所述定向波导的输入光以穿过所述第一引导表面离开。
8.根据权利要求5所述的显示设备,其中所述定向波导为成像波导,所述成像波导被布置成在所述横向方向上对所述光源进行成像,使得来自所述光源的所述输出光在根据所述光源的输入位置分布的输出方向上被导向到相应光学窗中。
9.根据权利要求8所述的显示设备,其中所述成像波导包括:用于沿所述成像波导反射回所述输入光的反射端,其中所述第二引导表面被布置成将所反射的输入光偏转穿过所述第一引导表面作为输出光;
所述第二引导表面包括光提取特征结构和所述光提取特征结构之间的中间区域,所述光提取特征结构被取向成将所反射的输入光偏转穿过所述第一引导表面作为输出光,并且所述中间区域被布置成导向光穿过所述波导而不提取光;
并且所述反射端具有在所述横向方向上在所述波导的侧面之间延伸的正光焦度,所述波导在所述第一引导表面和第二引导表面之间延伸。
10.根据权利要求3所述的显示设备,其中所述显示偏振器为布置在所述空间光调制器的输入侧上、在所述背光源和所述空间光调制器之间的输入偏振器,并且所述附加偏振器被布置在所述输入偏振器和所述背光源之间。
11.根据权利要求10所述的显示设备,其中所述附加偏振器为反射型偏振器。
12.根据权利要求1所述的显示设备,其中所述显示设备还包括布置在所述空间光调制器的输出侧上的输出偏振器。
13.根据权利要求1所述的显示设备,其中所述显示偏振器为布置在所述空间光调制器的输出侧上的输出偏振器。
14.根据权利要求13所述的显示设备,其中所述显示设备还包括布置在所述空间光调制器的输入侧上的输入偏振器。
15.根据权利要求13所述的显示设备,还包括布置在所述空间光调制器的输入侧上的另外的附加偏振器,以及布置在所述另外的附加偏振器和输入偏振器之间的至少一个另外的无源延迟片。
16.根据权利要求1所述的显示设备,其中所述空间光调制器为发射式空间光调制器,并且所述显示偏振器为布置在所述发射式空间光调制器的输出侧上的输出偏振器。
17.根据权利要求1所述的显示设备,其中所述显示设备布置在车辆中。
18.根据权利要求17所述的显示设备,其中所述显示设备布置在所述车辆中的透明窗口下方。
19.根据权利要求17所述的显示设备,其中所述显示设备布置在所述车辆中的座椅前方。
20.一种用于应用到包括空间光调制器和显示偏振器的显示设备的视角控制光学元件,所述视角控制光学元件包括:
控制偏振器;以及
一对无源延迟片,所述一对无源延迟片用于在将所述视角控制光学元件应用到所述显示设备上时布置在所述控制偏振器和所述显示偏振器之间,所述视角控制光学元件不包括其他无源延迟片,其中所述一对无源延迟片具有在所述无源延迟片交叉的平面内且相对于平行于所述显示偏振器的电矢量传输的电矢量传输方向分别成45°和135°延伸的慢轴,并且其中每个无源延迟片的波长为550nm的光的延迟在600nm至850nm的范围内。
21.根据权利要求20所述的显示设备,其中所述一对无源延迟片具有至少两个不同取向的慢轴。
22.根据权利要求20至21中任一项所述的视角控制光学元件,其中每个无源延迟片的波长为550nm的光的延迟在650nm至730nm的范围内。
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