CN111295617B - 用于可切换定向显示器的光学叠堆 - Google Patents

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补偿可切换液晶延迟片。在防窥操作模式下，来自空间光调制器的同轴光被导向而不损失，而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。在广角操作模式下，调节可切换液晶延迟，使得基本上未修改离轴亮度。

Description

用于可切换定向显示器的光学叠堆

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，涉及为用于包括防窥显示器在内的显示器的照明提供控制的可切换光学叠堆。

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。

可通过对离轴光学输出的控制来提供可切换防窥显示器。

可通过亮度减小(例如通过液晶显示器(LCD)空间光调制器的可切换背光源)来提供控制。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。

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；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；和多个延迟片，所述多个延迟片布置在附加偏振器与显示偏振器之间；其中所述多个延迟片包括：具有液晶材料层的可切换液晶延迟片，该可切换液晶延迟片布置在显示偏振器与附加偏振器之间；和至少一个无源补偿延迟片。

所述多个延迟片可被布置成不影响沿着顺着延迟片的平面的法线的轴线穿过显示偏振器、附加偏振器和所述多个延迟片的光的亮度，和/或减小沿着倾斜于延迟片的平面的法线的轴线穿过显示偏振器、附加偏振器和所述多个延迟片的光的亮度。

所述至少一个无源补偿延迟片可被布置成不将相移引入至由所述多个延迟片的输入侧上的显示偏振器和附加偏振器中的一者沿着顺着所述至少一个无源补偿延迟片的平面的法线的轴线传递的光的偏振分量，和/或将相移引入至由所述多个延迟片的输入侧上的显示偏振器和附加偏振器中的一者沿着倾斜于所述至少一个无源补偿延迟片的平面的法线的轴线传递的光的偏振分量。

可切换液晶延迟片可被布置成不将相移引入至由所述多个延迟片的输入侧上的显示偏振器和附加偏振器中的一者沿着顺着可切换液晶延迟片的平面的法线的轴线传递的光的偏振分量，和/或在可切换液晶延迟片的可切换状态下将相移引入至所述多个延迟片的输入侧上的显示偏振器和附加偏振器中的一者沿着倾斜于可切换液晶延迟片的平面的法线的轴线传递的光的偏振分量。

有利地，可提供可在广角操作状态与防窥操作状态之间切换的可切换防窥显示器。与已知布置相比，可扩展用于防窥操作的视场，并且可实现更低的离轴亮度级别，从而增加离轴窥探者所观察到的防窥程度。此外，可在广角操作状态和防窥操作状态下为同轴主要用户保持同轴亮度。

显示偏振器和附加偏振器可具有平行的电矢量传输方向。

在一个替代方案中，可切换液晶延迟片可包括两个表面配向层，这两个表面配向层被设置成与液晶材料层相邻且在其相对两侧上并且各自被布置成在相邻液晶材料中提供垂直配向。可切换液晶延迟片的液晶材料层可包括具有负电介质各向异性的液晶材料。液晶材料层对波长为550nm的光可具有500nm至1000nm范围内、优选地600nm至900nm范围内并且最优选地700nm至850nm范围内的延迟。

在提供垂直配向的两个表面配向层被提供的情况下，所述至少一个无源补偿延迟片可包括延迟片，该延迟片具有垂直于该延迟片的平面的光轴，所述至少一个无源延迟片对波长为550nm的光具有-300nm至-900nm范围内、优选地-450nm至-800nm范围内并且最优选地-500nm至-725nm范围内的延迟。

另选地，在提供垂直配向的两个表面配向层被提供的情况下，所述至少一个无源补偿延迟片可包括一对延迟片，该对延迟片具有在延迟片的平面中交叉的光轴，该对延迟片中的每个延迟片对波长为550nm的光具有300nm至800nm范围内、优选地500nm至700nm范围内并且最优选地550nm至675nm范围内的延迟。有利地，在这种情况下，可提供广角操作模式下增大的视场。此外，可提供广角操作模式下的零电压操作，从而降低功耗。

在另一个替代方案中，可切换液晶延迟片可包括两个表面配向层，这两个表面配向层被设置成与液晶材料层相邻且在其相对两侧上并且各自被布置成在相邻液晶材料中提供水平配向。有利地，与液晶的相对两侧上的垂直配向相比，可实现在施加压力期间对液晶材料流可见性的增加的回复性。

可切换液晶延迟片的液晶材料层可包括具有正电介质各向异性的液晶材料。液晶材料层对波长为550nm的光可具有500nm至900nm范围内、优选地600nm至850nm范围内并且最优选地700nm至800nm范围内的延迟。

在提供水平配向的两个表面配向层被提供的情况下，所述至少一个无源补偿延迟片可包括延迟片，该延迟片具有垂直于该延迟片的平面的光轴，所述至少一个无源延迟片对波长为550nm的光具有-300nm至-700nm范围内、优选地-350nm至-600nm范围内并且最优选地-400nm至-500nm范围内的延迟。

另选地，在提供水平配向的两个表面配向层被提供的情况下，所述至少一个无源补偿延迟片可包括一对延迟片，该对延迟片具有在延迟片的平面中交叉的光轴，该对延迟片中的每个延迟片对波长为550nm的光具有300nm至800nm范围内、优选地350nm至650nm范围内并且最优选地450nm至550nm范围内的延迟。有利地，在这种情况下，可实现在施加压力期间对液晶材料流可见性的增加的回复性。

在另一个替代方案中，可切换液晶延迟片可包括两个表面配向层，这两个表面配向层被设置成与液晶材料层相邻且在其相对两侧上，这些表面配向层中的一者被布置成在相邻液晶材料中提供垂直配向，并且这些表面配向层中的另一者被布置成在相邻液晶材料中提供水平配向。

当被布置成提供水平配向的表面配向层介于液晶材料层与补偿延迟片之间时，液晶材料层对波长为550nm的光可具有700nm至2000nm范围内、优选地1000nm至1500nm范围内并且最优选地1200nm至1500nm范围内的延迟。

当被布置成提供水平配向的表面配向层介于液晶材料层与补偿延迟片之间时，所述至少一个无源补偿延迟片可包括延迟片，该延迟片具有垂直于该延迟片的平面的光轴，所述至少一个无源延迟片对波长为550nm的光具有-400nm至-1800nm范围内、优选地-700nm至-1500nm范围内并且最优选地-900nm至-1300nm范围内的延迟。

当被布置成提供水平配向的表面配向层介于液晶材料层与补偿延迟片之间时，所述至少一个无源补偿延迟片可包括一对延迟片，该对延迟片具有在延迟片的平面中交叉的光轴，该对延迟片中的每个延迟片对波长为550nm的光具有400nm至1800nm范围内、优选地700nm至1500nm范围内并且最优选地900nm至1300nm范围内的延迟。

当被布置成提供垂直配向的表面配向层介于液晶材料层与补偿延迟片之间时，液晶材料层对波长为550nm的光可具有500nm至1800nm范围内、优选地700nm至1500nm范围内并且最优选地900nm至1350nm范围内的延迟。

当被布置成提供垂直配向的表面配向层介于液晶材料层与补偿延迟片之间时，所述至少一个无源补偿延迟片可包括延迟片，该延迟片具有垂直于该延迟片的平面的光轴，所述至少一个无源延迟片对波长为550nm的光具有-300nm至-1600nm范围内、优选地-500nm至-1300nm范围内并且最优选地-700nm至-1150nm范围内的延迟。

当被布置成提供垂直配向的表面配向层介于液晶材料层与补偿延迟片之间时，所述至少一个无源补偿延迟片可包括一对延迟片，该对延迟片具有在延迟片的平面中交叉的光轴，该对延迟片中的每个延迟片对波长为550nm的光具有400nm至1600nm范围内、优选地600nm至1400nm范围内并且最优选地800nm至1300nm范围内的延迟。有利地，在这种情况下，可实现在施加压力期间对液晶材料流可见性的增加的回复性。

每个配向层可具有呈预倾方向的预倾角，该预倾方向具有在液晶层的平面中的分量，在液晶层的平面中的分量与显示偏振器的电矢量传输方向平行或反平行或正交。有利地，显示器可具有横向方向上的窄视角以及供显示器围绕水平轴线旋转的宽观察自由度。这种显示器对于正面显示器用户可舒适地观察，而对于离轴显示器用户则难以观察。

所述至少一个无源延迟片可包括具有光轴的至少两个不同取向的至少两个无源延迟片，所述至少两个无源延迟片可具有在延迟片的平面中交叉的光轴。增加了具有水平配向的液晶延迟片的视场，同时在施加压力期间提供了对液晶材料流可见性的回复性。

该对无源延迟片可具有相对于与显示偏振器的电矢量传输平行的电矢量传输方向分别成45°和135°延伸的光轴。可使用拉伸膜提供无源延迟片以有利地实现低成本和高均匀度。

可在该对无源延迟片之间提供可切换液晶延迟片。有利地，可降低所述多个延迟片的厚度和复杂性。

透明电极和液晶配向层可在该对无源延迟片中的每一者的与可切换液晶延迟片相邻的一侧上形成；并且还可包括在其间提供可切换液晶延迟片的第一基底和第二基底，该第一基底和第二基底各自包括该对无源延迟片中的一者，其中该对无源延迟片中的每一者对波长为550nm的光具有150nm至800nm范围内、优选地200nm至700nm范围内并且最优选地250nm至600nm范围内的延迟。

在一个替代方案中，所述至少一个无源补偿延迟片可包括延迟片，该延迟片具有垂直于该延迟片的平面的光轴。有利地，可降低无源延迟片叠堆的厚度和复杂性。

所述至少一个无源补偿延迟片可包括两个无源延迟片，这两个无源延迟片具有垂直于无源延迟片的平面的光轴，并且在这两个无源延迟片之间提供可切换液晶延迟片。有利地，可降低所述多个延迟片的厚度和复杂性。可在广角模式和防窥模式下实现较高的正面效率，广角模式的宽视场和窥探者可能无法从宽范围的离轴观察位置感知到图像数据。

透明电极和液晶配向层可在两个无源延迟片中的每一者的与可切换液晶延迟片相邻的一侧上形成。可在其间提供可切换液晶延迟片的第一基底和第二基底，该第一基底和第二基底各自包括两个无源延迟片中的一者。两个无源延迟片对波长为550nm的光可具有-300nm至-700nm范围内、优选地-350nm至-600nm范围内并且最优选地-400nm至-500nm范围内的总延迟。

在另一个替代方案中，所述至少一个无源补偿延迟片可包括具有光轴的延迟片，该光轴具有垂直于延迟片的平面的分量并且具有在延迟片的平面中的分量。有利地，可增大广角模式下的视场，并且窥探者可能无法从宽范围的离轴观察位置感知到图像数据。

该无源延迟片的平面中的分量可相对于与显示偏振器的电矢量传输平行或垂直的电矢量传输方向成0°延伸。所述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光轴的无源延迟片，或具有在无源延迟片的平面中交叉的光轴的一对无源延迟片。

所述至少一个无源补偿延迟片的延迟可与可切换液晶延迟片的延迟大小相等、方向相反。

可切换液晶延迟片可具有第一预倾角和第二预倾角；并且所述至少一个无源补偿延迟片可包括具有第一预倾角和第二预倾角的补偿延迟片，补偿延迟片的第一预倾角与液晶延迟片的第一预倾角相同，并且补偿延迟片的第二预倾角与液晶延迟片的第二预倾角相同。

可切换液晶延迟片还可包括电极，所述电极被布置成施加电压以便控制液晶材料层。所述电极可在液晶材料层的相对两侧上。可通过对液晶层的控制来切换显示器，从而有利地实现可切换防窥显示器或减少离轴杂散光的其他显示器。该显示器还可包括控制系统，该控制系统被布置成控制跨所述至少一个可切换液晶延迟片的电极施加的电压。

可使所述电极图案化以提供至少两个图案区域。有利地，可通过模糊化图像数据来提供增强的防窥性能。该显示器可在伪装结构不可见的广角模式与具有附加伪装的防窥模式之间切换，该附加伪装用于提供对离轴窥探者的降低的可见性，而伪装图案对正面用户没有实质可见性。

控制系统还可包括用于确定窥探者相对于显示器的位置的装置，并且控制系统被布置成响应于窥探者位置而调节跨所述至少一个可切换液晶延迟片的电极施加的电压。有利地，对于一系列窥探者位置而言，可使图像对所检测到的窥探者的可见性最小化。

显示设备还可包括至少一个另外的延迟片和另外的附加偏振器，其中所述至少一个另外的延迟片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，可进一步降低离轴亮度，从而降低图像对离轴窥探者的可见性。

在显示设备的一个替代方案中，空间光调制器是被布置成从背光源接收输出光的透射式空间光调制器。有利地，与发射式显示器相比，背光源可提供降低的离轴亮度。

背光源能够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33％，优选地为沿空间光调制器的法线的亮度的至多20％，并且最优选地为沿空间光调制器的法线的亮度的至多10％。有利地，可对离轴窥探者降低亮度。

背光源可包括：光源阵列；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，以沿波导引导输入端处输入的光，该波导被布置成使被引导穿过定向波导的输入光偏转以穿过第一引导表面离开。有利地，可高效率地提供均匀大面积照明。

背光源还可包括光转向膜，并且定向波导是准直波导。准直波导可包括(i)多个细长透镜状元件；和(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使被引导穿过定向波导的输入光偏转以穿过第一引导表面离开。有利地，可由背光源提供窄角输出。

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引导到相应光学窗中。成像波导可包括用于使输入光沿着成像波导反射回的反射端，其中第二引导表面被布置成使反射的输入光偏转穿过第一引导表面作为输出光，第二引导表面包括光提取特征结构和在光提取特征结构之间的中间区域，这些光提取特征结构被取向以使反射的输入光偏转穿过第一引导表面作为输出光，并且这些中间区域被布置成引导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，可提供可在窄角照明和广角照明之间切换的可切换定向照明。

在空间光调制器是透射式空间光调制器的一个替代方案中，显示偏振器可以是布置在空间光调制器的输入侧上的介于背光源和空间光调制器之间的输入显示偏振器，并且附加偏振器被布置在输入显示偏振器和背光源之间。有利地，增加了显示器的效率。附加偏振器可以是反射型偏振器。

在这种情况下，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。

在空间光调制器是透射式空间光调制器的一个替代方案中，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。有利地，增加了显示器的效率。

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，以及布置在所述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延迟片。有利地，可对离轴窥探者降低亮度。

在显示设备的一个替代方案中，空间光调制器可包括被布置成输出光的发射式空间光调制器。在这种情况下，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显示偏振器。有利地，与具有背光源的显示器相比，可降低显示器厚度，并且可方便地提供柔性且可弯曲的显示器。

显示设备可包括至少一个另外的延迟片和另外的附加偏振器，其中所述至少一个另外的延迟片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，可对离轴窥探者降低亮度。

上文相对于本发明的第一方面阐述的各种任选特征结构和替代方案能够以任何组合一起应用。

根据本公开的第二方面，提供了应用于显示设备的视角控制光学元件，该显示设备包括空间光调制器和布置在空间光调制器的一侧上的显示偏振器，该视角控制光学元件包括控制偏振器和多个延迟片以便在将视角控制光学元件应用于显示设备时布置在附加偏振器与显示偏振器之间，所述多个延迟片包括：具有液晶材料层的可切换液晶延迟片；和至少一个无源补偿延迟片。

有利地，视角控制光学元件可作为售后元件分发，并且可由显示器用户附接到显示设备。该元件不需要复杂配向。不存在该元件与显示器的像素之间的摩尔纹跳动，并且不需要针对像素间距来选择部件。降低了库存成本。

另选地，视角控制光学元件可方便地在出厂时配合到显示设备中。

上文相对于本公开的第一方面阐述的各种特征结构和替代方案可类似地应用于本公开的第二方面。

本公开的实施例可用于多种光学系统中。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/或光学装置。实际上，本公开的方面可以几乎跟与光学和电气装置、光学系统、演示系统有关的任何设备，或者可包括任何类型的光学系统的任何设备一起使用。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装置、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例之前，应当理解，本发明并不将其应用或形成限于所示的具体布置的细节，因为本发明能够采用其他实施例。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

实施例通过示例的方式在附图中示出，其中类似的附图标号表示类似的部件，并且其中：

图1A是以侧透视图示出了包括前可切换延迟片的定向显示设备的光学叠堆的示意图；

图1B是以前视图示出了图1A的光学叠堆中的光学层的配向的示意图；

图1C是以侧透视图示出了定向显示设备的光学叠堆的示意图，该定向显示设备包括发射式空间光调制器和布置在发射式空间光调制器的输出侧上的可切换补偿延迟片；

图1D是以侧透视图示出了包括无源补偿延迟片、可切换液晶延迟片和控制偏振器的视角控制光学元件的示意图；

图2A是以侧透视图示出了包括背光源、后可切换补偿延迟片和透射式空间光调制器的定向显示设备的光学叠堆的示意图，其中附加偏振器包括反射型偏振器；

图2B是以前视图示出了图2A的光学叠堆中的光学层的配向的示意图；

图2C是以侧透视图示出了包括背光源、后可切换补偿延迟片和透射式空间光调制器的定向显示设备的光学叠堆的示意图，其中附加偏振器包括二向色性偏振器；

图3是以侧视图示出了补偿可切换液晶延迟片的布置的示意图；

图4A是以透视侧视图示出了广角操作模式下包括负C板的可切换补偿延迟片的布置的示意图；

图4B是示出了液晶指向矢角度相对于整个可切换液晶延迟片单元中的分数位置的曲线图的示意图；

图4C是以侧视图示出了广角操作模式下输出光从空间光调制器穿过图4A的光学叠堆的传播的示意图；

图4D是示出了图4C中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；

图5A是以透视侧视图示出了防窥操作模式下包括负C板的可切换补偿延迟片的布置的示意图；

图5B是以侧视图示出了防窥操作模式下输出光从空间光调制器穿过图5A的光学叠堆的传播的示意图；

图5C是示出了图5B中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；

图6A是以前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的示意图；

图6B以前透视图示出了在防窥模式下操作的图1A至图1C的显示器的外观的示意图；

图6C是以侧视图示出了具有可切换定向显示器的机动车辆的示意图，该可切换定向显示器布置在车辆车厢内以实现娱乐和共享操作模式；

图6D是以顶视图示出了具有可切换定向显示器的机动车辆的示意图，该可切换定向显示器以娱乐操作模式布置在车辆车厢内；

图6E是以顶视图示出了具有可切换定向显示器的机动车辆的示意图，该可切换定向显示器以共享操作模式布置在车辆车厢内；

图6F是以顶视图示出了具有可切换定向显示器的机动车辆的示意图，该可切换定向显示器布置在车辆车厢内以实现夜间和日间操作模式；

图6G是以侧视图示出了具有可切换定向显示器的机动车辆的示意图，该可切换定向显示器以夜间操作模式布置在车辆车厢内；

图6H是侧视图示出了具有可切换定向显示器的机动车辆的示意图，该可切换定向显示器以日间操作模式布置在车辆车厢内；

图7A、图7B、图7C和图7D是示出了对于不同驱动电压而言输出传输随极方向的变化的示意图；

图8是示出对防窥显示器的控制的流程图；

图9A是以透视侧视图示出了广角操作模式下的可切换补偿延迟片的布置的示意图，该可切换补偿延迟片包括交叉的A板无源补偿延迟片和垂直配向的可切换液晶延迟片；

图9B是以透视侧视图示出了防窥操作模式下的可切换补偿延迟片的布置的示意图，该可切换补偿延迟片包括交叉的A板无源补偿延迟片和垂直配向的可切换液晶延迟片；

图9C是示出了广角操作模式下图9A中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；

图9D是示出了防窥操作模式下图9B中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；

图10A和图10B是以透视侧视图示出了分别在广角操作模式和防窥操作模式下的可切换补偿延迟片的布置的示意图，该可切换补偿延迟片包括水平配向的可切换液晶延迟片和无源负C板延迟片；

图10C是示出了对于不同施加电压而言液晶指向矢角度相对于图10A的整个可切换液晶延迟片单元中的分数位置的曲线图的示意图；

图11A、图11B和图11C是示出了分别在防窥模式下对于两种不同广角模式寻址驱动电压的可切换补偿延迟片的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图，该可切换补偿延迟片包括水平配向的液晶单元和负C板；

图12A是以透视侧视图示出了防窥操作模式下的可切换补偿延迟片的布置的示意图，该可切换补偿延迟片包括交叉的A板无源补偿延迟片和水平配向的可切换液晶延迟片；

图12B、图12C和图12D是示出了在防窥模式和广角模式下对于不同驱动电压的可切换补偿延迟片的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图，该可切换补偿延迟片包括水平配向的液晶单元和交叉的A板；

图13A和图13B是以侧视图示出了显示器的包括可切换补偿延迟片和光学粘结层的部分的示意图；

图14是以透视侧视图示出了防窥操作模式下的可切换补偿延迟片的布置的示意图，该可切换补偿延迟片包括交叉的A板无源补偿延迟片和水平配向的可切换液晶延迟片，还包括无源旋转延迟片；

图15A是以透视侧视图示出了防窥操作模式下的可切换补偿延迟片的布置的示意图，该可切换补偿延迟片包括布置在第一C板无源补偿延迟片和第二C板无源补偿延迟片之间的垂直配向的可切换液晶延迟片；

图15B和图15C是示出了分别在广角操作模式和防窥操作模式下图15A的光学叠堆中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；

图16A是以透视侧视图示出了包括布置在第一基底和第二基底之间的可切换液晶延迟片的显示器的示意图，每个基底包括C板无源补偿延迟片；

图16B是以侧视图示出了包括布置在第一基底和第二基底之间的可切换液晶延迟片的显示器的部分的示意图，每个基底包括C板无源补偿延迟片；

图17A是以透视侧视图示出了广角操作模式下的可切换补偿延迟片的布置的示意图，该可切换补偿延迟片包括布置在第一交叉的A板无源补偿延迟片和第二交叉的A板无源补偿延迟片之间的水平配向的可切换液晶延迟片；

图17B和图17C是示出了分别在广角和防窥模式下图17A的布置的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；

图18A是以透视侧视图示出了防窥操作模式下的可切换补偿延迟片的布置的示意图，该可切换补偿延迟片包括水平和垂直配向的可切换液晶延迟片和无源负C板延迟片；

图18B是示出了防窥操作模式下图18A中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；

图18C是示出了广角操作模式下图18A中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；

图19A是以透视侧视图示出了水平配向的可切换液晶延迟片的布置的示意图；

图19B是示出了对于第一施加电压而言图19A中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；

图19C是示出了对于大于第一施加电压的第二施加电压而言图19A中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；

图19D是以透视侧视图示出了布置在平行偏振器之间的C板的示意图；

图19E是示出了图19D中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；

图20A是以透视侧视图示出了布置在平行偏振器之间的水平配向的可切换液晶延迟片与布置在平行偏振器之间的C板串联的布置的示意图；

图20B是示出了对于第一施加电压而言图20A中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；

图20C是示出了对于大于第一施加电压的第二施加电压而言图20A中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；

图21A是以透视侧视图示出了水平配向的可切换液晶延迟片与C板补偿延迟片串联的布置的示意图，其中水平配向的可切换液晶延迟片和C板补偿延迟片布置在单对平行偏振器之间；

图21B是示出了对于第一施加电压而言图21A中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；

图21C是示出了对于大于第一施加电压的第二施加电压而言图21A中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；

图22A是以透视侧视图示出了防窥操作模式下的可切换补偿延迟片的布置的示意图，该可切换补偿延迟片包括布置在输出偏振器和附加偏振器之间的负C板无源补偿延迟片和垂直配向的可切换液晶延迟片；以及在防窥操作模式下布置在最初提到的附加偏振器和另外的附加偏振器之间的负C板无源补偿延迟片和垂直配向的可切换液晶延迟片；

图22B是以透视侧视图示出了布置在液晶显示器的输入上的第一可切换补偿延迟片和布置在液晶显示器的输出上的第二可切换补偿延迟片的布置的示意图；

图22C是以侧透视图示出了包括第一无源补偿延迟片、第一可切换液晶延迟片、第一控制偏振器、第二无源补偿延迟片、第二可切换液晶延迟片和第二控制偏振器的视角控制光学元件的示意图；

图22D是以顶视图示出了具有可切换定向显示器的机动车辆的示意图，该可切换定向显示器布置在车辆车厢内以实现日间和/或共享操作模式；

图22E是以侧视图示出了具有可切换定向显示器的机动车辆的示意图，该可切换定向显示器布置在车辆车厢内以实现日间和/或共享操作模式；

图22F是以顶视图示出了具有可切换定向显示器的机动车辆的示意图，该可切换定向显示器布置在车辆车厢内以实现夜间和/或娱乐操作模式；

图22G是以侧视图示出了具有可切换定向显示器的机动车辆的示意图，该可切换定向显示器布置在车辆车厢内以实现夜间和/或娱乐操作模式；

图23A是以透视侧视图示出了布置在液晶显示器的输入上的反射型附加偏振器和无源延迟片以及布置在液晶显示器的输出上的可切换补偿延迟片和附加偏振器的布置的示意图；

图23B是以侧透视图示出了包括无源延迟片、第一控制偏振器、无源补偿延迟片、可切换液晶延迟片和第二控制偏振器的视角控制光学元件的示意图；

图24A是以侧透视图示出了无源延迟片的光学叠堆的示意图，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24B是示出了图24A的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；

图24C是以侧透视图示出了包括交叉的A板和正O板的无源延迟片的光学叠堆的示意图；

图24D是示出了图24C的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；

图24E是以侧透视图示出了包括两对交叉的A板的无源延迟片的光学叠堆的示意图；

图24F是示出了图24E的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；

图25A是以透视侧视图示出了防窥操作模式下的可切换补偿延迟片的布置的示意图，该可切换补偿延迟片包括负C板无源补偿延迟片和垂直配向的可切换液晶延迟片，还包括图案化电极层；

图25B是以透视前视图示出了通过伪装的亮度控制防窥显示器对主要观察者和窥探者的照明的示意图；

图25C是以透视侧视图示出了通过伪装的亮度控制防窥显示器对窥探者的照明的示意图；

图26A是以前透视图示出了定向背光源的示意图；

图26B是以前透视图示出了非定向背光源的示意图；

图26C是示出了在不同视场下显示器的亮度随横向视角的变化的示意曲线图；

图27A是以侧视图示出了包括成像波导和可切换液晶延迟片的可切换定向显示设备的示意图；

图27B是以后透视图示出了窄角操作模式下的成像波导的操作的示意图；

图27C是示出了在没有可切换液晶延迟片的显示设备中使用时图27B的输出的视场亮度图的示意曲线图；

图28A是以侧视图示出了在防窥操作模式下操作的可切换定向显示设备的示意图，该可切换定向显示设备包括可切换准直波导和可切换液晶延迟片；

图28B是以顶视图示出了准直波导的输出的示意图；

图28C是示出了图28A的显示设备的等亮度视场极坐标图的示意曲线图；

图29A是以透视图示出了通过离轴光对延迟片层的照明的示意图；

图29B是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的示意图；

图29C是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的示意图；

图29D是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的示意图；

图30A是以透视图示出了通过具有正仰角的离轴偏振光对C板延迟片的照明的示意图；

图30B是以透视图示出了通过具有负横向角度的离轴偏振光对C板延迟片的照明的示意图；

图30C是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板延迟片的照明的示意图；

图30D是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板延迟片的照明的示意图；

图30E是示出了图30A-D中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；

图31A是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板延迟片层的照明的示意图；

图31B是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板延迟片层的照明的示意图；

图31C是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板延迟片层的照明的示意图；

图31D是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板延迟片层的照明的示意图；以及

图31E是示出了图31A-D中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图。

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。

在具有单轴双折射材料的层中，存在控制光学各向异性的方向，而与之垂直(或与之成给定角度)的所有方向具有等同的双折射。

光轴是指单轴双折射材料中不会经历双折射的光线的传播方向。对于在正交于光轴的方向上传播的光，光轴是慢轴，此时具有平行于慢轴的电矢量方向的线性偏振光以最慢速度行进。慢轴方向是在设计波长下具有最高折射率的方向。类似地，快轴方向是在设计波长下具有最低折射率的方向。

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。对于负电介质各向异性单轴双折射材料，快轴方向是双折射材料的非常轴。

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；其通过以下等式与延迟片的双折射Δn和厚度d相关

Γ＝2.π.Δn.d/λ₀ 等式1

在等式1中，Δn被定义为非常折射率和普通折射率之间的差值，即，

An＝n_c-n_o 等式2

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片，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。

本文术语半波长延迟片通常是指垂直于延迟片传播并且垂直于空间光调制器的光。

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(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。“负C板”是指负双折射C板，即具有负Δn的C板。

“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分量和垂直于该层的平面的分量。“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如下随波长λ变化的延迟Δn.d

Δn.d/λ＝κ 等式3

其中κ基本上是常数。

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。

现在将描述本公开中所使用的与延迟片和液晶相关的各种其他术语。

液晶单元具有由Δn.d给出的延迟，其中Δn是液晶单元中的液晶材料的双折射，并且d是液晶单元的厚度，它们与液晶单元中的液晶材料的配向无关。

水平配向是指可切换液晶显示器中的液晶的配向，其中分子基本上与基底平行配向。水平配向有时被称为平面配向。水平配向通常可具有诸如2度的小预倾角，使得液晶单元的配向层的表面处的分子轻微倾斜，如下文将描述。预倾角被布置成使单元切换时的简并最小化。

在本公开中，垂直配向是棒状液晶分子基本上与基底垂直配向的状态。在盘状液晶中，垂直配向被定义为由盘状液晶分子形成的柱状结构的轴线与表面垂直配向的状态。在垂直配向中，预倾角是靠近配向层的分子的倾角，并且通常接近90度，例如可为88度。

具有正电介质各向异性的液晶分子在施加的电场的作用下从水平配向(诸如A板延迟片取向)切换到垂直配向(诸如C板或O板延迟片取向)。

具有负电介质各向异性的液晶分子在施加的电场的作用下从垂直配向(诸如C板或O板延迟片取向)切换到水平配向(诸如A板延迟片取向)。

棒状分子具有正双折射，使得n_e>n₀，如等式2中所述。盘状分子具有负双折射，使得n_e<n₀。

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。

平行液晶单元配向是指水平配向层平行或更通常反平行的配向方向。就预倾垂直配向而言，配向层可具有基本上平行或反平行的部件。混合配向的液晶单元可具有一个水平配向层和一个垂直配向层。扭曲的液晶单元可由不具有平行配向(例如彼此以90度取向)的配向层提供。

透射式空间光调制器还可包括输入显示偏振器和输出显示偏振器之间的延迟片，例如美国专利No.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。

进一步在美国专利号.7,067,985中描述了在显示偏振器与OLED显示器发射层之间提供的光学隔离延迟片。光学隔离延迟片与本发明实施方案的无源延迟片处于不同的位置。隔离延迟片减少了来自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。

现在将描述各种可切换显示设备的结构和操作。在本说明书中，公共元件具有共同的附图标记。应当注意，涉及任何元件的公开内容适用于其中提供了相同或对应元件的每个设备。因此，为了简洁起见，不重复此类公开内容。

图1A是以侧透视图示出了显示设备的光学叠堆的示意图。

显示设备100包括空间光调制器48，该空间光调制器包括作为输出偏振器218的至少一个显示偏振器。背光源20被布置成输出光，并且空间光调制器48包括被布置成从背光源20接收输出光的透射式空间光调制器48。显示设备100被布置成输出具有角亮度特性的光400，如本文将描述。

在本公开中，空间光调制器48可包括液晶显示器，该液晶显示器包括基底212,216以及具有红、绿和蓝像素220,222,224的液晶层214。空间光调制器48在其相对两侧上具有输入显示偏振器210和输出显示偏振器218。输出显示偏振器218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。典型偏振器210,218可为吸收型偏振器，诸如二向色性偏振器。

任选地，可在二向色性输入显示偏振器210和背光源210之间提供反射型偏振器208以提供再循环的光并且增加显示器效率。有利地，可增加效率。

背光源20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、光转向膜和其他已知的光学背光结构。可在光学叠堆5中提供可包括例如非对称表面浮雕特征结构的非对称漫射器，使得与横向方向相比，可在仰角方向上提供增加的漫射。有利地，可增加图像均匀度。

在本发明的实施方案中，背光源20可被布置成提供角光分布，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，如下图26A至图28C中将描述。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分布，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。这种切换背光源20可与本发明实施方案的可切换补偿延迟片300配合。

附加偏振器318与显示输出偏振器218布置在空间光调制器48的相同输出侧上，该显示输出偏振器可为吸收型二向色性偏振器。

显示偏振器218和附加偏振器318具有平行的电矢量传输方向219,319。如下文将描述的，此类平行配向提供了中心观察位置的高透射率。

多个延迟片(本文统称为可切换补偿延迟片300)布置在附加偏振器318与显示偏振器218之间，并且包括：(i)具有液晶材料层314的可切换液晶延迟片301，该可切换液晶延迟片布置在显示偏振器218与附加偏振器318之间；和(ii)无源补偿延迟片330。

图1B是以前视图示出了图1A的光学叠堆中的光学层的配向的示意图。空间光调制器48的输入显示偏振器210处的输入电矢量传输方向211提供了输入偏振分量，该输入偏振分量可由液晶层214变换以提供由输出显示偏振器218的电矢量传输方向219确定的输出偏振分量。

无源补偿延迟片330可包括具有盘状双折射材料430的延迟层，而可切换液晶延迟片301可具有液晶材料。

因此可切换补偿延迟片300包括具有可切换液晶延迟片301、基底312,316的可切换液晶延迟片301以及布置在附加偏振器318与显示偏振器218之间的无源补偿延迟片330。

基底312,316可为玻璃基底或聚合物基底，诸如聚酰亚胺基底。可提供可方便地具有透明电极的柔性基底。有利地，可提供曲面、弯曲和可折叠的显示器。

显示设备100还包括控制系统352，该控制系统被布置成控制由电压驱动器350跨可切换液晶延迟片301的电极施加的电压。

可能期望提供发射式显示器的减少的杂散光或防窥控制。

图1C是以侧透视图示出了定向显示设备的光学叠堆的示意图，该定向显示设备包括发射式空间光调制器48和布置在发射式空间光调制器48的输出侧上的可切换补偿延迟片300。

空间光调制器48可另选地由通过发射来提供输出光400的其他显示器类型提供，诸如有机LED显示器(OLED)，其具有输出显示偏振器218、基底512,516和光发射层514。输出偏振器218可通过插入在输出显示偏振器218与OLED像素平面之间的一个或多个延迟片518来提供从OLED像素平面反射的光的亮度减小。所述一个或多个延迟片518可为四分之一波片，并且不同于本公开的补偿延迟片330。

在图1C的实施方案中，空间光调制器48因此包括发射式空间光调制器，并且显示偏振器是输出显示偏振器218。

否则，图1C的定向显示设备与如上所述的图1A的定向显示设备相同。

现在将描述用于应用于显示设备的视角控制光学元件260。可将视角控制光学元件260添加到包括显示偏振器210,218的空间光调制器以实现可切换视场特性。

图1D是以侧透视图示出了应用于显示设备的视角控制光学元件260的示意图，该视角控制光学元件包括无源补偿延迟片330、可切换液晶延迟片301和控制偏振器250。

在使用中，视角控制光学元件260可由用户附接或可在出厂时配合到偏振输出空间光调制器48。视角控制光学元件260可作为曲面和弯曲显示器的柔性膜提供。另选地，视角控制光学元件260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。还可提供用于在出厂时配合到空间光调制器48的视角控制光学元件260。

通过将图1D的视角控制光学元件260附接到现有显示设备，可以形成如图1A-C中的任一张图所示的显示设备。

图1A-D的实施方案对从空间光调制器48输出的光400提供极性亮度控制。即，可切换补偿延迟片300(包括可切换液晶延迟片301和无源补偿延迟片330)不影响沿着顺着可切换补偿延迟片300的平面的法线的轴线穿过输入显示偏振器210、可切换补偿延迟片300和附加偏振器318的光的亮度，但至少在补偿可切换延迟片300的可切换状态中的一者下，可切换补偿延迟片300会减小沿着倾斜于可切换补偿延迟片300的平面的法线的轴线穿过其中的光的亮度。引起该效果的原理将在下文参照图29A至图31E更详细描述，并且是由于可切换液晶延迟片301和无源补偿延迟片330引入到沿着相对于可切换液晶延迟片301的液晶材料和无源补偿延迟片330成不同角度的轴线的光的相移的存在或不存在而引起。所有下述设备中实现了类似效果。

此外，除了可切换液晶延迟片301之外还提供无源补偿延迟片330改善了性能，如将参照一些具体显示设备更详细描述，并且与参照图19A-E描述的一些比较例相比较。

可能期望减少空间光调制器48与观察者之间的光学层的数量。现在将描述所述多个延迟片300布置在空间光调制器48的输入侧上的布置。

图2A是以侧透视图示出了包括背光源20、可切换后延迟片300、透射式空间光调制器48的定向显示设备的光学叠堆的示意图，其中附加偏振器318包括反射型偏振器；并且图2B是以前视图示出了图2A的光学叠堆中的光学层的配向的示意图。

显示设备100包括空间光调制器48；布置在空间光调制器48的输入侧上的显示偏振器210。附加偏振器318与显示偏振器210布置在空间光调制器48的相同侧上。附加偏振器318是反射型偏振器，其与背光源20协同操作以实现增加的效率。

多个延迟片300布置在反射型附加偏振器318与显示偏振器210之间。对于图1A而言，所述多个延迟片300包括：具有液晶材料层314的可切换液晶延迟片301，该可切换液晶延迟片布置在显示偏振器210与反射型附加偏振器318之间；和无源补偿延迟片330。因此反射型附加偏振器318布置在输入显示偏振器210的输入侧上且在输入显示偏振器210与背光源20之间，并且所述多个延迟片300布置在反射型附加偏振器318与输入显示偏振器210之间。

反射型附加偏振器318的电矢量传输方向319平行于输入偏振器210的电矢量传输方向211以实现可切换定向特性，如下文将描述。

在替代实施方案中，附加偏振器318可包括反射型偏振器和吸收型二向色性偏振器两者，或可仅包括二向色性偏振器。

反射型附加偏振器318可例如为多层膜，诸如得自3M公司的DBEF^TM，或可为线栅偏振器。有利地，由于光从偏振器372发生偏振反射后再循环，可改善显示器效率。此外，与将吸收型二向色性偏振器和反射型偏振器两者用作附加偏振器318相比，可降低成本和厚度。

与图1A的布置相比，图2A可提供改善的屏幕前图像对比度，这是由于像素220,222,224与观察者之间的层数减少。

图2C是以侧透视图示出了包括背光源20、后可切换补偿延迟片300和透射式空间光调制器48的定向显示设备的光学叠堆的示意图，其中附加偏振器318包括二向色性偏振器。与图2A的反射型附加偏振器318相比，二向色性附加偏振器318不会使高角度光再循环到背光源中，因此与图2A的布置相比可减小离轴亮度。有利地，改善了防窥性能。

现在将描述图1A至图1C和图2A至图2B的可切换补偿延迟片300和附加偏振器318的布置和操作。

图3是以侧视图示出了可切换液晶延迟片301的示例性布置的示意图，该可切换液晶延迟片包括具有负电介质各向异性的液晶材料414层314。基底312,316可具有布置在其上的透明电极413,415以及布置在可切换液晶延迟片301的相对两侧上的垂直表面配向层409,411。垂直配向层409,411可在相邻液晶材料414中提供具有预倾角407的垂直配向。

x-y平面中的液晶材料414的取向由配向层的预倾方向确定，使得每个配向层具有预倾角，其中每个配向层的预倾角具有预倾方向，且可切换液晶延迟片301的平面中的分量417a,417b与输出显示偏振器218的电矢量传输方向303平行或反平行或正交。

预倾角407a,407b可例如为88度，使得分量417较小以实现液晶材料414层314的弛豫(零电压)配向状态下的向错减小。因此层314基本上由零电压布置中的正C板提供。在实践中，液晶层还具有由角度407a和残余分量417下的垂直配向层预倾角提供的小O板特性。

可切换液晶延迟片301包括电极413,415，它们被设置成与延迟片可切换液晶延迟片301相邻且在可切换液晶延迟片301的相对两侧上。液晶材料414层314可通过跨电极413,415施加的电压来切换。

在非驱动状态下，液晶材料414以垂直于延迟片301的平面的分量418和延迟片的平面中的分量417配向。

延迟片330被示出为包括具有盘状双折射材料430的负无源O板。无源补偿延迟片330的延迟可与可切换液晶延迟片301的延迟大小相等、方向相反。可切换液晶延迟片301可具有第一预倾角407a，和第二预倾角407b；并且无源补偿延迟片330包括具有第一预倾角405a和第二预倾角405b的补偿延迟片，补偿延迟片330的第一预倾角405a与液晶延迟片301的第一预倾角407a相同，并且补偿延迟片330的第二预倾角405b与液晶延迟片301的第二预倾角307b相同。

无源O板可包括例如固化的反应性介晶基元层，其可为盘状反应性介晶基元。可通过在用合适的配向层配向之后固化反应性介晶基元材料来实现补偿延迟片的预倾角。O板还可包括双拉伸聚合物膜，诸如聚碳酸酯。

在操作中，可切换液晶延迟片301可在两种取向状态之间切换。第一状态可提供由多名观察者进行的显示器观察。第二状态可与窄角模式一起提供以实现防窥操作或例如夜间操作中减少的杂散光。如下文将进一步描述，此类元件在广角操作模式下可对宽范围的极角提供高透射率，并且在防窥操作模式下可提供受限的亮度极性视场。

现在将描述图1A的显示器在表示第一状态的广角模式下的操作。

图4A是以透视侧视图示出了广角操作模式下的可切换补偿延迟片300的布置的示意图。跨可切换液晶延迟片301提供零伏。在图4A和以下其他示意图中，为清楚起见，省略了光学叠堆的一些层。例如，所示出的可切换液晶延迟片301省略了基底312,316。

可切换液晶延迟片301包括两个表面配向层，这两个表面配向层被设置成与液晶材料414相邻且在其相对两侧上，并且被布置成在相邻液晶材料414处提供垂直配向。如上所述，液晶材料414可具有预倾角，例如偏离水平面的88度，以去除液晶材料414配向的简并性。

无源补偿延迟片330包括具有光轴的负C板延迟片，该光轴是垂直于延迟片的平面的快轴。因此C板延迟片的材料430可具有负电介质各向异性。C板可具有透明双折射材料，诸如：浇铸到提供例如垂直配向的基底上的聚碳酸酯或反应性介晶基元；Zeonex^TM环烯烃聚合物(COP)；盘状聚合物；以及Nitto Denko^TM双拉伸聚碳酸酯。

图4B是示出了液晶指向矢角度407相对于整个可切换液晶延迟片单元中的分数位置440的曲线图的示意图，其中分数位置440在表面配向层409处的位置的0与表面配向层411处的位置的1之间变化。

对于如图4A所示未施加电压的垂直配向模式而言，液晶指向矢在单元的整个厚度中处于88度的倾角407，如倾角分布442所指示。层314的倾角分布可与分布442相同。补偿延迟片330可对可切换液晶延迟片301的预倾方向提供校正。补偿延迟片330可另选地具有90度的均匀倾角，与液晶层的预倾角的此类差值仅提供了离轴观察特性的微小差别。

因此补偿延迟片330的离轴延迟基本上与未施加电压时可切换液晶延迟片301的离轴延迟大小相等、方向相反。

图4C是以侧视图示出了广角操作模式下输出光从空间光调制器48穿过图1A的光学叠堆的传播的示意图；并且图4D是示出了广角操作模式下图4C中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图。

理想的补偿可切换延迟片300包括与可变可切换液晶延迟片301组合的补偿延迟片330，其中补偿延迟片330的电介质常数、各向异性和各向异性色散与层314具有大小相等、方向相反的电介质常数、各向异性和各向异性色散。无源补偿延迟片330的延迟与可切换液晶延迟片301的延迟大小相等、方向相反。

这种理想的补偿可切换延迟片在液晶材料414的层314的第一广角状态下实现对所有极角的透射光的补偿；以及在可切换液晶延迟片301的第二防窥状态下实现横向方向上的窄视场。

此外，补偿延迟片330的光轴具有与其广角状态下的液晶延迟片301的光轴相同的方向。这种补偿延迟片330消除了所有视角的液晶延迟片的延迟，并且提供了理想广角观察状态，所有观察方向都没有亮度损失。

现在将描述非理想材料选择的广角传输极性分布。

本公开的示例性实施方案示出了补偿延迟片330，该补偿延迟片可能不能完全补偿可切换液晶延迟片301的延迟，这是由于延迟片330,301所特有的材料特性的微小差别。然而，有利地，此类偏差较小，并且可在此类偏差的情况下实现可接近理想性能的高性能广角和窄角状态。

因此当可切换液晶延迟片301处于所述两种状态中的第一状态时，可切换补偿延迟片300不向垂直于可切换延迟片的平面穿过其中的输出光线400或以与可切换延迟片的平面的垂线成锐角穿过其中的输出光线(诸如光线402)提供偏振分量360,361的总体变换。

偏振分量362与偏振分量360基本上相同，并且偏振分量364与偏振分量361基本上相同。因此图4D的角透射分布基本上均匀地跨宽极区透射。

换句话讲，当液晶材料414的层处于所述两种取向状态中的第一取向状态时，所述多个延迟片330,301不向垂直于延迟片的平面或以与延迟片330,301的平面的垂线成锐角穿过其中的光提供总体延迟。

有利地，基本上未修改第一状态下显示器亮度随视角的变化。多个用户可方便地从宽范围的视角观察显示器。

现在将描述例如用于防窥操作模式的窄角模式下的补偿延迟片300和附加偏振器318的操作。

图5A是以透视侧视图示出了防窥操作模式下的可切换补偿延迟片300的布置的示意图，该可切换补偿延迟片包括负C板无源补偿延迟片330和垂直配向的可切换液晶延迟片301。

液晶延迟片301还包括跨可切换液晶延迟片301布置的透明电极413,415，诸如ITO电极。电极413,415通过调节向电极413,415施加的电压来控制可切换液晶延迟片301。

控制系统352被布置成控制由电压驱动器350跨可切换液晶延迟片301的电极413,415施加的电压。

返回图4B，当施加电压时，为可切换液晶延迟片301提供斜向倾角分布444，使得液晶材料414的层314的延迟被修改。

可响应于观察者位置而通过对驱动电压的控制来调节最佳防窥性能的方向。在另一次使用中或为了向离轴观察者提供受控亮度，例如在汽车环境中，此时乘客或驾驶员可能希望通过中间电压电平实现所显示的图像的一定可见性，而不完全遮蔽。

图5B是以侧视图示出了防窥操作模式下输出光从空间光调制器48穿过图1A的光学叠堆的传播的示意图，其中通过施加的电压来使可切换液晶延迟片301取向。

在本发明的实施方案中，补偿可切换液晶延迟片330可结合显示偏振器210,218,316和附加偏振器318被配置为具有如下效果：即，与不存在延迟片相比，减小了与光轴成锐角(离轴)从显示设备输出的光的亮度。补偿可切换液晶延迟片330还可结合显示偏振器210,218,316和附加偏振器318被配置为具有如下效果：即，与不存在延迟片相比，减小了沿光轴(同轴)从显示设备输出的光的亮度。

来自输出显示偏振器218的偏振分量360由输出显示偏振器218透射并入射在可切换补偿延迟片300上。同轴光具有未从分量360修改的偏振分量362，而离轴光具有由可切换补偿延迟片300的延迟片变换的偏振分量364。至少，偏振分量361被变换为线性偏振分量364并且被附加偏振器318吸收。更一般地讲，偏振分量361被变换为椭圆偏振分量，该椭圆偏振分量被附加偏振器318部分地吸收。

因此当延迟片可切换液晶延迟片301处于所述两种取向状态中的第二取向状态时，所述多个延迟片301,330不向沿着垂直于延迟片的平面的轴线穿过其中的光提供总体延迟，但对于与延迟片301,330的平面的垂线成锐角的一些极角363而言，向穿过其中的光提供非零总体延迟。

换句话讲，当可切换液晶延迟片301处于所述两种状态中的第二状态时，可切换补偿延迟片330不向沿着垂直于可切换延迟片301的平面的轴线穿过其中的输出光线400提供偏振分量360的总体变换，但对于与延迟片301,330的平面的垂线成锐角的一些极角而言，向穿过其中的光线402提供偏振分量361的总体变换。

将描述用于窄角操作的示例性材料系统。

图5C是示出了图5B中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图，其中参数在表1中描述。

表1

在本发明的实施方案中，已通过延迟片叠堆的模拟及采用显示光学叠堆的实验确立了延迟和电压的所需范围。

可切换液晶延迟片300包括设置在液晶材料414层的第一侧上的第一表面配向层409，以及设置在与第一侧相对的液晶材料414层的第二侧上的第二表面配向层411；其中第一表面配向层409是垂直配向层，并且第二表面配向层411是垂直配向层，其中液晶材料层对波长为550nm的光具有500nm与1000nm之间、优选地600nm与900nm之间并且最优选地700nm与850nm之间的延迟。

当无源补偿延迟片330包括具有垂直于延迟片的平面的光轴的延迟片时，无源延迟片对波长为550nm的光具有-300nm与-900mn之间、优选地-450mn与-800mn之间并且最优选地-500nm与-725nm之间的延迟。

图5C所示的光透射的极性分布修改了从底层空间光调制器48和适用时背光源20输出的亮度的极性分布。

有利地，所提供的防窥显示器具有对离轴窥探者的低亮度，同时保持对于同轴观察者的高亮度。提供了显示器对离轴窥探者的亮度减小的大极区。此外，在防窥操作模式下同轴亮度对于主要显示器用户基本上不受影响。

跨这些电极施加的电压对于第一取向状态为零，而对于第二取向状态为非零。有利地，广角操作模式可不具有附加功耗，并且用于驱动可切换液晶延迟片301的失效模式适用于广角模式。

现在将进一步描述图1A的显示器的防窥模式的操作。

图6A是以前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的示意图。显示设备100可具有白色区域603和黑色区域601。如果可感知到所观察的区域601,603之间的亮度差，则窥探者可观察到显示器上的图像。在操作中，主要用户45通过通向观察位置26(可为定向显示器的光学窗)的光线400观察到完全亮度的图像。窥探者47在观察位置27(可为定向显示器的光学窗)中观察到减小亮度的光线402。区域26,27还表示图5C的同轴区域和离轴区域。

图6B是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的示意图，其中亮度变化如图5C所示。因此上观察象限530,532、下观察象限534,536和横向观察位置526,528提供了减小的亮度，而上中心观察区域522/下中心观察区域520和正面观察提供了高得多的亮度。

可能期望提供机动车辆中的可控显示器照明。

图6C是以侧视图示出了具有可切换定向显示器100的机动车辆的示意图，该可切换定向显示器布置在机动车辆600的车辆车厢602内以实现娱乐和共享操作模式。光锥610(例如表示其内的亮度大于峰值亮度的50％的光锥)可由显示器100在仰角方向上的亮度分布提供，并且不可切换。

图6D是以顶视图示出了具有可切换定向显示器100的机动车辆的示意图，该可切换定向显示器以娱乐操作模式布置在车辆车厢602内并且以与防窥显示器类似的方式操作。光锥612具有窄角范围，使得乘客606可看见显示器100，而驾驶员604可能无法看见显示器100上的图像。有利地，可向乘客606显示娱乐图像而不让驾驶员604分心。

图6E是以顶视图示出了具有可切换定向显示器100的机动车辆的示意图，该可切换定向显示器以共享操作模式布置在车辆车厢602内。光锥614具有广角范围，使得所有乘员可感知到显示器100上的图像，例如在显示器未处于运动中时或在提供不令人分心的图像时。

图6F是以顶视图示出了具有可切换定向显示器100的机动车辆的示意图，该可切换定向显示器布置在车辆车厢602内以实现夜间和日间操作模式。与图6C-E的布置相比，光学输出发生旋转，使得显示器仰角方向沿着驾驶员604与乘客606位置之间的轴线。光锥620照明驾驶员604和乘客606两者。

图6G是以侧视图示出了具有可切换定向显示器100的机动车辆的示意图，该可切换定向显示器以夜间操作模式布置在车辆车厢602内。因此该显示器可提供窄角输出光锥622。可有利地基本上减少照明车辆车厢602的内表面和乘员并致使驾驶员604分心的杂散光。驾驶员604和乘客606均可有利地观察到所显示的图像。

图6H是以侧视图示出了具有可切换定向显示器100的机动车辆的示意图，该可切换定向显示器以日间操作模式布置在车辆车厢602内。因此该显示器可提供窄角输出光锥624。有利地，该显示器可方便地被所有车厢602乘员观察到。

图6C-H的显示器100可布置在其他车辆车厢位置处，诸如驾驶员仪表显示器、中央控制台显示器和座椅靠背显示器。

图7A-D是示出了对于以0.1V增量从2.05V增至2.35V的不同驱动电压而言输出传输随极方向的变化的示意图。因此所施加的电压可在防窥操作模式下提供对亮度视场最小值位置的控制。此外，可在为零或更小的仰角与极性分布的上象限中的仰角之间控制亮度最小值。

图8是示出由控制系统实现的防窥显示器的控制的流程图。可向本文所述的每个设备施加控制。

在第一步骤870中，用户可启用防窥操作模式。

在提供第一和另外的补偿可切换液晶延迟片300B的情况下(如例如在下述图22A的设备中)，控制系统以第二取向状态布置以便控制跨最初提到的可切换液晶延迟片314A的电极413,415施加的电压并且控制跨另外的可切换液晶延迟片314B的电极施加的电压；其中对以与延迟片31A,330A的平面的垂线成锐角的一些极角穿过最初提到的可切换液晶延迟片314A和最初提到的无源补偿延迟片330A的光的总体延迟不同于对以相同极角穿过另外的可切换液晶延迟片314B和另外的无源补偿延迟片330B的光的总体延迟。

这种防窥模式设置可通过手动设置(例如键盘操作)或通过使用定位窥探者存在的传感器进行自动感测来提供，如例如美国专利公布No.2017-0236494中所述，该专利公布全文以引用方式并入本文。任选地，还可通过检测器873检测相对于窥探者的显示器取向。

在第二步骤872中，可例如通过相机或通过键盘设置或其他方法来检测窥探者位置。在示例性示例中，可提供“办公室”设置，其中可能期望优化对在共享办公环境中走动的窥探者的防窥性能并因此优化俯视观察象限的性能。相比之下，在“飞行”设置中，可能期望提供对就坐窥探者的防窥级别优化，与“办公室”设置的期望值相比，提高对更低仰角的防窥级别。

在第三步骤876中，可调节向可切换液晶延迟片301施加的电压，并且在第四步骤878中，可使用控制系统调节LED分布。

因此控制系统还可包括确定窥探者47相对于显示设备100的位置的装置872，并且控制系统被布置成响应于窥探者47的所测量的位置而调节驱动器350跨可切换液晶延迟片314的电极413,415施加的电压。

有利地，可控制显示器的防窥操作以对窥探者观察几何结构进行优化。

返回本发明实施方案的讨论，现在将描述补偿可切换延迟片300的另外布置。

图9A是以透视侧视图示出了防窥操作模式下的可切换延迟片的布置的示意图，该可切换延迟片包括交叉的A板无源补偿延迟片308A,308B和垂直配向的可切换液晶延迟片301；并且图9B是以透视侧视图示出了防窥操作模式下的可切换补偿延迟片的布置的示意图，该可切换补偿延迟片包括交叉的A板无源补偿延迟片和垂直配向的可切换液晶延迟片。

与图4A和图5A的布置相比，补偿延迟片330可另选地包括一对延迟片308A,308B，该对延迟片具有在延迟片的平面中交叉的光轴。因此补偿延迟片330包括一对延迟片308A,308B，每个延迟片包括单个A板。

该对延迟片308A,308B各自包括多个A板，所述多个A板具有以相对于彼此的不同角度配向的相应光轴309A,309B。该对延迟片具有光轴309A,309B，每个光轴以相对于电矢量传输方向成45°延伸，该电矢量传输方向在附加偏振器318布置在输入显示偏振器的输入侧上的情况下平行于输入显示偏振器210的电矢量传输方向211，或在附加偏振器318布置在输入显示偏振器218的输出侧上的情况下平行于输出显示偏振器218的电矢量传输方向219。

图9C是示出了广角操作模式下图9A中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；并且图9D是示出了由表2的示例性实施方案提供的防窥操作模式下图9B中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图。

表2

当无源补偿延迟片330包括具有在延迟片的平面中交叉的光轴的一对延迟片时，该对延迟片中的每个延迟片对波长为550nm的光具有300nm与800nm之间、优选地500nm与700nm之间并且最优选地550nm与675nm之间的延迟。

有利地，与图4A和图5A的C板延迟片相比，可更方便地以更低成本制造A板。此外，可为广角操作模式提供零电压状态，从而使广角操作期间的功耗最小化。

在本发明的实施方案中，“交叉”是指延迟片平面中的两个延迟片的光轴之间基本上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。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。优选地，角310A为至少35°且至多55°，更优选地至少40°且至多50°，并且最优选地至少42.5°且至多47.5°。优选地，角310B为至少125°且至多145°，更优选地至少130°且至多135°，并且最优选地至少132.5°且至多137.5°。

在机械形变期间，诸如在触摸显示器时，图9A至图9B的垂直配向的液晶延迟片301可具有不期望的长恢复时间，从而形成可见错位伪影。期望在机械形变后提供快速恢复时间。

图10A至图10B是以透视侧视图示出了分别在广角和防窥操作模式下分别对于第一驱动电压和第二驱动电压而言的可切换延迟片的布置的示意图，该可切换延迟片包括具有带正电介质各向异性的液晶材料414的水平配向的可切换液晶延迟片以及无源负C板延迟片330。

可切换液晶延迟片还包括表面配向层431,433，这些表面配向层被设置成与液晶材料414层相邻并且各自被布置成在相邻液晶材料中提供水平配向。换句话讲，可切换液晶延迟片包括两个表面配向层431,433，这两个表面配向层被设置成与液晶材料414层相邻且在其相对两侧上并且各自被布置成在相邻液晶材料414中提供水平配向。

图10C是示出了对于各种不同施加电压而言液晶指向矢角度407相对于图10A的整个可切换液晶延迟片301中的分数位置440的曲线图的示意图。图10C不同于图4B，其中预倾角较小且随施加的电压而增加。分布441示出了施加0V电压时的液晶材料414倾角，倾角分布443示出了2.5V时的指向矢取向，并且倾角分布445示出了5V时的指向矢取向。因此液晶层通常在期望的切换状态下呈斜向，并且由补偿延迟片330补偿。将高于2.5V的电压逐步增加到10V降低了存在斜向的延迟片301的厚度，并且有利地增加了透射率最大化的极性视场。

与垂直于延迟片的平面的方向相比的液晶倾角的分解分量419a,419b基本上高于图5A的分量417a,417b。

与例如图9A的布置相比，分解分量419a,419b的增加的量级可提供机械形变后增加的恢复力。可有利地降低对诸如触摸该显示器期间的机械形变的敏感度。

可针对可接受的广角视场将操作电压降低到低于10V，从而降低功耗；并且降低电力驱动的成本和复杂性。

图11A至图11C是示出了在防窥模式和两种不同广角模式下对于不同驱动电压而言包括表3所示的实施方案的可切换补偿延迟片的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图，与图10A和图10B的显示设备类似，该可切换补偿延迟片包括水平配向的液晶延迟片301和无源负C板补偿延迟片330。

表3

表4中进一步描述了包括两个基底上的水平配向层431,433的有源LC延迟片301及无源负C板补偿延迟片330的期望光学延迟范围。

有源LC层延迟/nm	最小负C板延迟/nm	典型负C板延迟/nm	最大负C板延迟/nm
				600	-300	-400	-500
750	-350	-450	-600
				900	-400	-500	-700

表4

因此可切换液晶延迟片300包括设置在液晶材料414层的第一侧上的第一表面配向层431，以及设置在与第一侧相对的液晶材料414层的第二侧上的第二表面配向层433；其中第一表面配向层409是水平配向层，并且第二表面配向层是水平配向层；其中液晶材料层对波长为550nm的光具有500nm至1000nm范围内、优选地600nm至850nm范围内并且最优选地700nm至800nm范围内的延迟。因此当第一配向层和第二配向层各自是水平配向层时并且当无源补偿延迟片330包括具有垂直于延迟片的平面的光轴的延迟片时，无源延迟片对波长为550nm的光具有-300nm至-700nm范围内、优选地-350nm至-600nm范围内并且最优选地-400nm至-500nm的延迟。

有利地，可通过宽极区内的亮度减小和防窥级别增加来提供离轴防窥性。与垂直配向相比，可提高对层314中的液晶材料流所产生的视觉伪影的进一步抵抗。

现在将描述图10A的光学结构和驱动的各种其他构型。

5V下的操作提供了更低功耗且更低成本的电子器件，同时实现了广角模式下可接受的亮度滚降。可通过10V下的操作进一步扩展广角模式下的视场。

图12A是以透视侧视图示出了防窥操作模式下的可切换补偿延迟片的布置的示意图，该布置包括交叉的A板无源补偿延迟片308A,308B和水平配向的可切换液晶延迟片301；并且图12B-D是示出了在防窥模式和广角模式下对于不同驱动电压而言包括表5所示的相应实施方案的具有水平配向的液晶材料414的可切换补偿延迟片301和无源交叉的A板延迟片308A,308B的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图。

表5

表6中进一步描述了包括两个基底上的水平配向层409,411的有源LC延迟片301及交叉的正A板延迟片308A,308B的期望光学延迟范围。

有源LC层延迟/nm	最小正A板延迟/nm	典型正A板延迟/nm	最大正A板延迟/nm
				600	+300	+400	+600
750	+350	+500	+700
				900	+400	+600	+800

表6

因此，当第一配向层和第二配向层各自是水平配向层时；液晶材料层对波长为550nm的光具有500nm至1000nm范围内、优选地600nm至850nm范围内并且最优选地700nm至800nm范围内的延迟；并且当无源补偿延迟片330包括具有在延迟片的平面中交叉的光轴的一对延迟片时，则该对延迟片中的每个延迟片对波长为550nm的光具有300nm与800nm之间、优选地350nm与650nm之间并且最优选地450nm与550nm之间的延迟。

此外，可由低成本材料方便地提供交叉的A板。

以举例说明的方式，现在将描述图12A的光学结构和驱动的各种其他示例性实施方案。图12C和图12D还示出了通过对寻址电压和延迟的调节，可有利地实现不同广角视场。

现在将进一步描述光学叠堆结构的布置。

图13A和图13B是以侧视图示出了包括可切换补偿延迟片和光学粘结层380的显示器部分的示意图。可提供光学粘结层380以使膜和基底层合，从而在防窥模式下实现高视角下增加的效率和减小的亮度。此外，可在空间光调制器48与可切换补偿延迟片300之间提供气隙384。为了在气隙384处减少这两个表面的润湿，可向可切换补偿延迟片300或空间光调制器48中的至少一者提供抗湿表面382。

无源补偿延迟片330可如图13A所示的那样在可切换液晶层301与空间光调制器48之间提供，或可如图13B所示的那样在附加偏振器318与可切换液晶延迟片301之间提供。这两个系统中提供了基本上相同的光学性能。

图13A示出了光学层粘结到基底312,316的外侧。有利地，可减少因层合期间储存的应力引起的基底312,316从附接层的弯曲，并且保持显示器平面度。

类似地，可布置可切换补偿延迟片300，其中输出偏振器218是显示偏振器。与可切换补偿延迟片301布置在空间光调制器48后面的布置相比，可由空间光调制器48诸如从像素220,222,224处的相结构提供的散射不会使输出亮度分布劣化。

可能期望提供具有与显示偏振器的电矢量传输方向不同的电矢量传输方向的附加偏振器。

图14A是以透视侧视图示出了防窥操作模式下的可切换补偿延迟片的布置的示意图，该可切换补偿延迟片包括交叉的A板无源补偿延迟片308A,308B和水平配向的可切换液晶延迟片301，如上所述但还包括无源旋转延迟片460。

显示偏振器218可具有电矢量传输方向219，就扭曲向列型LCD显示器而言，该电矢量传输方向可例如处于45度的角度317。附加偏振器318可被布置成向用户提供垂直偏振光，该用户可能正戴着通常透射垂直偏振光的偏光太阳镜。

无源旋转延迟片460不同于本发明实施方案的补偿延迟片330，并且现在将描述其操作。

无源旋转延迟片460可具有双折射材料462，并且可为半波片，例如其在550nm的波长下具有275nm的延迟。

无源旋转延迟片460具有以与附加偏振器318的电矢量传输方向319所成的角度466倾斜的快轴取向464，该角度可为22.5度。因此无源旋转延迟片460使来自输出偏振器218的偏振旋转，使得入射到补偿延迟片308B上的光的偏振方向平行于方向319。

无源旋转延迟片460通过提供来自显示偏振器218的偏振分量的角旋转来修改同轴偏振态。相比之下，补偿延迟片308A,308B一起不修改同轴偏振态。

此外，无源旋转延迟片460提供可基本上独立于视角的偏振旋转。相比之下，补偿延迟片308A,308B提供输出亮度随视角的实质修改。

有利地，显示器可具有不同于显示偏振器偏振方向219的输出偏振方向319，例如以用偏光太阳镜提供观察。

在替代实施方案中，可省略单独的延迟片460，并且与延迟片308A的延迟相比，可增加图11A的延迟片308B的延迟以提供附加半波旋转。为了继续该示例性实施方案，550nm波长下的延迟片308B的延迟可比延迟片308A的延迟大275nm。有利地，可降低层数、复杂性和成本。

期望提供减小的厚度和减少的光学部件总数。

图15A是以透视侧视图示出了防窥操作模式下的可切换补偿延迟片的布置的示意图，该可切换补偿延迟片包括布置在第一C板无源补偿延迟片和第二C板无源补偿延迟片330A,330B之间的水平配向的可切换液晶延迟片301，这在表7中进一步示出。

表7

图15B和图15C是示出了分别在广角操作模式和防窥操作模式下图15A的光学叠堆中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图。

无源补偿延迟片330包括第一C板330A和第二C板330B；并且在第一C板330A和第二C板330B之间提供可切换液晶层301。

无源补偿延迟片330A,330B包括两个无源延迟片，这两个无源延迟片具有垂直于无源延迟片的平面的光轴，并且在这两个无源延迟片之间提供可切换液晶延迟片301。因此图1A的第一基底312和第二基底316各自包括两个无源延迟片330A,330B中的一者。

结合起来，这两个无源延迟片330A,330B对波长为550nm的光具有-300nm至-800nm范围内、优选地-350nm至-700nm范围内并且最优选地-400nm至-600nm范围内的总延迟。

图16A是以透视侧视图示出了包括布置在第一基底和第二基底之间的可切换液晶延迟片301的显示器的示意图，每个基底包括C板无源补偿延迟片330A,330B；并且图16B是以侧视图示出了包括布置在第一基底和第二基底之间的可切换液晶延迟片301的显示器部分的示意图，每个基底包括C板无源补偿延迟片330A,330B。

第一C板330A具有在一侧上形成的透明电极层415和液晶配向层411，并且第二C板330B具有在一侧上形成的透明电极层413和液晶配向层409。

在第一基底312和第二基底316之间提供液晶材料层314，并且第一基底312和第二基底316各自包括第一C板330A和第二C板330B中的一者。可在双拉伸COP膜中提供这些C板，这些双拉伸COP膜带有ITO涂层以提供电极413,415并且具有形成在其上的液晶配向层409,411。

有利地，与图1的布置相比，可减少层数，从而降低厚度、成本和复杂性。此外，C板330A,330B可为柔性基底，并且可提供柔性防窥显示器。

期望在第一A板基底和第二A板基底之间提供液晶材料层314。

图17A是以透视侧视图示出了广角操作模式下的可切换补偿延迟片300的布置的示意图，该可切换补偿延迟片包括布置在第一交叉的A板无源补偿延迟片和第二交叉的A板无源补偿延迟片330A,330B之间的水平配向的可切换液晶延迟片301，如上所述；并且图17B和图17C是示出了分别在广角和防窥操作模式下驱动时包括表7所示的另外示例性实施方案的图17A的结构的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图。

与图15A的布置相比，有利地，能够以比C板减少的成本制造A板。

现在将描述包括水平配向层和垂直配向层的混合配向的结构。

图18A是以透视侧视图示出了防窥操作模式下的可切换延迟片的布置的示意图，该可切换延迟片包括具有液晶材料423的水平配向和垂直配向的可切换液晶延迟片301及无源负C板延迟片330。

图18B至图18C是示出了由表8的布置提供的分别在广角和防窥操作模式下图18A中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图。

表8

混合配向的可切换液晶延迟片301具有可变倾角，使得对于给定材料和单元厚度选择而言，提供减少的有效双折射。因此，与配向层相同的布置相比，必须调节延迟片设计以进行补偿。可切换液晶延迟片330包括设置在液晶材料423层的第一侧上的第一表面配向层441，以及设置在与第一侧相对的液晶材料423层的第二侧上的第二表面配向层443。第一表面配向层441是被布置成在相邻液晶材料423中提供垂直配向的垂直配向层，并且第二表面配向层443是被布置成在相邻液晶材料423中提供水平配向的水平配向层。

此外，延迟片的最佳设计涉及无源补偿延迟片330相对于垂直配向层和水平配向层的相对位置。

当被布置成提供水平配向的表面配向层443介于液晶材料423层与补偿延迟片330之间时，液晶材料423层对波长为550nm的光具有500nm至1800nm范围内、优选地700nm至1500nm范围内并且最优选地900nm至1350nm范围内的延迟。当被布置成提供水平配向的表面配向层443介于液晶材料423层与补偿延迟片330之间时，无源补偿延迟片可包括其光轴垂直于延迟片的平面的延迟片330(如图18A所示)，无源延迟片330对波长为550nm的光具有-300nm至-1600nm范围内、优选地-500nm至-1300nm范围内并且最优选地-700nm至-1150nm范围内的延迟；或另选地，无源补偿延迟片可包括一对延迟片(未示出)，该对延迟片具有在延迟片的平面中交叉的光轴，该对延迟片中的每个延迟片对波长为550nm的光具有400nm至1600nm范围内、优选地600nm至1400nm范围内并且最优选地800nm至1300nm范围内的延迟。

当被布置成提供垂直配向的表面配向层441介于液晶材料423层与补偿延迟片330之间时，液晶材料423层对波长为550nm的光具有700nm至2000nm范围内、优选地1000nm至1700nm范围内并且最优选地1200nm至1500nm范围内的延迟。当被布置成提供垂直配向的表面配向层441介于液晶材料423层与补偿延迟片330之间时，无源补偿延迟片可包括其光轴垂直于延迟片的平面的延迟片330(如图18A所示)，无源延迟片对波长为550nm的光具有-400nm至-1800nm范围内、优选地-700nm至-1500nm范围内并且最优选地-900nm至-1300nm范围内的延迟；或另选地，无源补偿延迟片可包括一对延迟片(未示出)，该对延迟片具有在延迟片的平面中交叉的光轴，该对延迟片中的每个延迟片对波长为550nm的光具有400nm至1800nm范围内、优选地700nm至1500nm范围内并且最优选地900nm至1300nm范围内的延迟。

与图5A的布置相比，防窥操作模式可有利地在按压液晶延迟片时实现对材料流外观的增加回复性。

与本发明的实施方案相比，现在将描述串联布置时平行偏振器之间的延迟片的性能。现在将首先针对两个不同驱动电压来描述水平配向的液晶延迟片301的视场。

图19A是以透视侧视图示出了水平配向的可切换液晶延迟片390的布置的示意图；图19B是示出了对于第一施加电压而言图19A中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；并且图19C是示出了对于大于第一施加电压的第二施加电压而言包括表9所示的结构的图19A中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图。水平配向的可切换液晶延迟片390对应于上述可切换液晶延迟片330，并且可作为本文所公开的任何设备中的可切换液晶延迟片来应用。

图19D是以透视侧视图示出了布置在平行偏振器之间的无源C板延迟片392的示意图；并且图19E是示出了包括表9所示的结构的图19D中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图。无源C板延迟片392对应于无源补偿延迟片330，并且可作为本文所公开的任何设备中的所述至少一个无源补偿延迟片来应用。

表9

图20A是以透视侧视图示出了布置在平行偏振器394,396之间的水平配向的可切换液晶延迟片390与视场控制无源延迟片串联的布置的示意图，该视场控制无源延迟片包括布置在平行偏振器396,398之间的C板延迟片392；图20B是示出了对于第一施加电压而言图20A中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；图20C是示出了对于大于第一施加电压的第二施加电压而言包括表9所示的结构的图20A中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图。

图21A是以透视侧视图示出了水平配向的可切换液晶延迟片301与C板补偿延迟片330串联的布置的示意图，其中水平配向的可切换液晶材料712和C板补偿延迟片330布置在单对平行偏振器之间；图21B是示出了对于第一施加电压而言图21A中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图；并且图21C是示出了对于大于第一施加电压的第二施加电压而言包括表9所示的结构的图21A中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图。

出乎意料的是，通过与其非驱动状态下的可切换液晶延迟片301相比补偿延迟片330的大小相等、方向相反的净延迟提供了最大视场操作的最佳条件。理想补偿延迟片330和可切换液晶延迟片301可实现(i)来自输入光的广角模式性能无修改以及(ii)在被布置成提供窄角状态时对于所有仰角而言离轴位置的横向视角的最佳减小。该教导内容可应用于本文所公开的所有显示设备。

可能期望增加离轴观察位置的亮度减小。具体地讲，期望在具有广角背光源的液晶显示器中提供增加的防窥减小。

图22A是以透视侧视图(并指出了输出光沿着其导向的z轴向下的反向视图)示出了防窥操作模式下的可切换延迟片的布置的示意图，包括：布置在输出显示偏振器218与附加偏振器318A之间的第一可切换补偿延迟片300A(在这种情况下为负C板无源补偿延迟片330A和垂直配向的可切换液晶延迟片301A，但这仅仅是示例并且可被替换为本文所公开的多个延迟片的任何其他布置)；以及布置在最初提到的附加偏振器318A与具有电矢量传输方向319B的另外的附加偏振器318B之间的另外的可切换补偿延迟片300B(在这种情况下为负C板无源补偿延迟片330B和垂直配向的可切换液晶延迟片301B，但这仅仅是示例并且可被替换为本文所公开的多个延迟片的任何其他布置)。

作为一个替代方案，最初提到的附加偏振器318A可布置在输入显示偏振器210的输入侧上，在这种情况下，另外的附加偏振器318B可布置在输入显示偏振器210的输入侧上且介于最初提到的附加偏振器318A与背光源20之间，并且另外的可切换补偿延迟片300B可布置在另外的附加偏振器318B与最初提到的附加偏振器318A之间。

在这两个替代方案中，第一多个延迟片300A和另外的多个延迟片300B中的每一者布置在相应一对偏振器之间，因此具有与上述设备中的对应结构类似的效果。

另外的可切换液晶延迟片301A的配向层的预倾方向307A,309AA可具有液晶层的平面中的分量，该分量被配向为与第一可切换液晶延迟片301B的配向层307B,309AB的预倾方向平行或反平行或正交。在广角操作模式下，这两个可切换液晶延迟片301A,301B被驱动以提供广视角。在防窥操作模式下，可切换液晶延迟片301B,301A可配合以有利地实现增加的亮度减小及因此单轴线中改善的防窥性。

由第一可切换液晶延迟片301B和另外的液晶延迟片301A提供的延迟可不同。可切换液晶延迟片301B和另外的可切换液晶延迟片301A可由公共电压驱动，并且第一可切换液晶延迟片301B中的液晶材料408B可不同于另外的可切换液晶延迟片301A中的液晶材料408A。可减少本文其他地方所示的极性亮度分布的色彩变化，使得有利地改善离轴颜色外观。

另选地，可切换液晶延迟片301B,301A可具有正交配向，使得在水平和垂直方向上均实现减小的亮度，从而有利地实现横向和纵向防窥操作。

另选地，可为层301A,301B提供不同驱动电压。有利地，可实现亮度分布的滚降的增强控制，或可提供横向操作和防窥操作之间的切换。

延迟控制层330B可包括布置在第一附加偏振器318A与另外的附加偏振器318B之间的无源补偿延迟片330A。更一般地讲，可省略可切换液晶延迟片301A，并且可由无源补偿延迟片330A提供固定的亮度减小。例如，可通过单独的层330A提供观察象限中的亮度减小。有利地，可实现亮度减小的极区的增加面积。此外，可提供具有比准直背光源更宽的照明输出角的背光源，从而增加广角操作模式下显示器的可见性。

图22B是以透视侧视图示出了布置在液晶显示器的输入上的第一可切换补偿延迟片和布置在液晶显示器的输出上的第二可切换补偿延迟片的布置的示意图。

最初提到的附加偏振器318A布置在输入显示偏振器210的输入侧上且在输入显示偏振器210与背光源20之间，并且显示设备还包括：布置在输出显示偏振器218的输出侧上的另外的附加偏振器318B；以及布置在另外的附加偏振器318B与输出显示偏振器218之间的另外的延迟片301B,330B。另外的延迟片包括另外的可切换液晶延迟片301B，该另外的可切换液晶延迟片包括液晶材料414B层及液晶材料414B层的相对两侧上的电极413B,415B，液晶材料414B层可通过跨电极413B,415B施加电压来在两种取向状态之间切换。

图22C是以侧透视图示出了包括第一无源补偿延迟片、第一可切换液晶延迟片、第一控制偏振器250、第二无源补偿延迟片、第二可切换液晶延迟片和第二控制偏振器250的视角控制光学元件的示意图。当为包括空间光调制器48的显示设备100提供时，这种元件可实现与图22B的布置类似的性能。

可能期望在机动车辆中提供娱乐和夜间操作模式。

图22D是以顶视图示出了具有可切换定向显示器(诸如图22B所示)的机动车辆示意图，该可切换定向显示器布置在车辆车厢602内以实现日间和/或共享操作模式；并且图22E是以侧视图示出了具有可切换定向显示器的机动车辆的示意图，该可切换定向显示器布置在车辆车厢602内以实现日间和/或共享操作模式。光锥630,632具有广角视场，因此显示器有利地可由多名乘员看见。

图22F是以顶视图示出了具有可切换定向显示器(诸如图22B所示)的机动车辆的示意图，该可切换定向显示器布置在车辆车厢602内以实现夜间和/或娱乐操作模式；图22G是以侧视图示出了具有可切换定向显示器的机动车辆的示意图，该可切换定向显示器布置在车辆车厢602内以实现夜间和/或娱乐操作模式。光锥634,636具有窄角视场，因此显示器有利地可仅由单名乘员看见。有利地，减少了夜间操作的杂散光，从而增加驾驶员安全性。此外，减少了显示器从挡风玻璃601的反射，从而使驾驶员604分心最小化。

期望以低成本提供由广角照明背光源和发射式空间光调制器提供的光锥的减小视场。

图23A是以透视侧视图示出了布置在空间光调制器48的输入上的反射型附加偏振器318A和无源延迟片270的布置的示意图。在空间光调制器48的输出上，存在与图22B的设备中的那些类似的多个延迟片300。与图22B的布置相比，提供无源延迟片270代替后补偿可切换液晶延迟片300A。有利地，降低了成本和厚度，同时实现了防窥操作模式下的低离轴照明和宽操作模式下的可接受视角。

图23B是以侧透视图示出了包括无源延迟片270、第一控制偏振器250A、无源补偿延迟片330、可切换液晶延迟片301和第二控制偏振器250B的视角控制光学元件的示意图。这布置在空间光调制器48的前面以提供显示设备。

现在将描述各种无源延迟片270，任何所述无源延迟片均可应用于任何上述设备中。

图24A是以侧透视图示出了无源延迟片270的光学叠堆的示意图，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板延迟片272A以及负C板延迟片272B，并且被布置成提供显示设备的视场修改；并且图24B是示出了包括表10所示的结构的图24A的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图。

表10

因此，无源延迟片270包括无源延迟片272A，该无源延迟片为负O板，该负O板具有光轴，该光轴具有无源延迟片272A的平面中的分量和垂直于无源延迟片272A的平面的分量。另外，该无源延迟片的平面中的分量相对于与显示偏振器218的电矢量传输219平行的电矢量传输方向成90°延伸。无源延迟片272B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光轴。

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离轴窥探者的防窥性。

图24C是以侧透视图示出了包括交叉的A板和正O板的无源延迟片270的光学叠堆的示意图；并且图24D是示出了包括表11所示的结构的图24C的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图。

表11

因此，无源延迟片270包括无源延迟片272A,272B，这些无源延迟片为交叉的A板和延迟片272C，该延迟片具有光轴，该光轴具有无源延迟片272C的平面中的分量和垂直于无源延迟片272C的平面的分量。该无源延迟片的平面中的分量相对于与显示偏振器218的电矢量传输219平行的电矢量传输方向成90°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，同时在横向方向上实现离轴窥探者的防窥性。

可能期望在横向方向和仰角方向上都提供亮度减小。

图24E是以侧透视图示出了包括两对交叉的A板的无源延迟片272A-D的光学叠堆的示意图；并且图24F是示出了包括表12所示的结构的图24E的无源延迟片中透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图。

表12

因此，延迟片270包括一对无源延迟片272A,272D，该对无源延迟片具有在延迟片的平面中交叉的光轴。该对延迟片各自包括多个A板，所述多个A板具有彼此以不同角度配向的相应光轴。该对无源延迟片272B,272C具有各自相对于与显示偏振器210的电矢量传输211平行的电矢量传输方向分别成90°和0°延伸的光轴。

该对无源延迟片272A,272D具有相对于与显示偏振器218的电矢量传输平行的电矢量传输方向211分别成45°和135°延伸的光轴。

该显示器还包括附加的一对无源延迟片272B,272C，该附加的一对无源延迟片设置在最初提到的一对无源延迟片272A,272D之间并且其具有在延迟片的平面中交叉的光轴。该附加的一对无源延迟片272B,272C具有各自相对于与显示偏振器210,316的电矢量传输平行的电矢量传输方向211,317分别成0°和90°延伸的光轴。

对于波长为550nm的光，每个A板的延迟可在600nm至850nm的范围内，优选地在650nm至730nm的范围内，并且最优选地在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。

在另外的示例性实施方案中，优选地，角273A为至少40°且至多50°，更优选地至少42.5°且至多47.5°，并且最优选地至少44°且至多46°。优选地，角273D为至少130°且至多140°，更优选地至少132.5°且至多137.5°，并且最优选地至少134°且至多136°。

在另外的示例性实施方案中，内延迟片对272B,272C可具有比外延迟片对272A,272D更宽松的公差。优选地，角273B为至少-10°且至多10°，更优选地至少-5°且至多5°，并且最优选地至少-2°且至多2°。优选地，角273C为至少80°且至多100°，更优选地至少85°且至多95°，并且最优选地至少88°且至多92°。

本实施方案提供了具有一钉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。可在车辆中提供这种布置以对离轴乘客减少杂散光，并且还减少落在车辆中的挡风玻璃和其他玻璃表面上的光。

期望在防窥操作模式下通过向窥探者47所看见的隐私图像添加伪装来提供改善的图像外观。

图25A是以透视侧视图示出了防窥操作模式下的可切换延迟片的布置的示意图，该可切换延迟片包括负C板无源补偿延迟片和垂直配向的可切换液晶延迟片，还包括图案化电极415层。因此电极415a,415b,415c被图案化以提供至少两个图案区域。

电极413,415中的至少一者可被图案化，在该示例中，电极415被图案化为具有区域415a,415b,415c并且由具有电压Va,Vb,Vc的相应电压驱动器350a,350b,350c驱动。可在电极区域415a,415b,415c之间提供间隙417。因此可独立地调节材料414a,414b,414c的倾角以显现对离轴观察具有不同亮度级别的伪装图案。

因此通过寻址电极415a,415b,415c和均匀电极413来控制布置在输出显示偏振器218与附加吸收型偏振器318之间的可切换液晶延迟片。寻址电极可被图案化以提供包括电极415a和间隙417的至少两个图案区域。

图25B是以透视前视图示出了通过伪装的亮度控制防窥显示器对主要观察者和窥探者的照明的示意图。显示设备100在观察窗26p中可具有对主要观察者45可见的黑暗图像数据601和白色背景数据603。相比之下，窥探者47可看见如图25C所示的伪装的图像，该图是以透视侧视图示出通过伪装的亮度控制防窥显示器对窥探者的照明的示意图。因此在白色背景区域603中，可提供伪装结构，该伪装结构具有白色区域603的混合亮度。因此电极415a,415b,415c的图案区域是伪装图案。这些图案区域中的至少一者可单独地寻址并且被布置成在防窥操作模式下操作。

这些图案区域可被布置成通过控制在防窥操作模式期间提供哪些图案来为多个空间频率提供伪装。在一个示例性示例中，可提供具有20mm高的文本的演示。具有类似图案尺寸的伪装图案可与对电极图案的第一控制一起提供。在第二示例中，照片可与对窥探者47大部分可见的大面积内容一起提供。可通过以下方式降低伪装图案的空间频率来隐藏较大面积的结构：组合第一电极区域和第二电极区域以提供电压并且实现所得的较低空间频率图案。

有利地，可通过调节跨层892的电压Va,Vb,Vc来提供可控伪装结构。对于正面操作而言，可发现伪装结构基本上不可见。此外，可通过提供相同的Va、Vb和Vc来去除伪装图像。

期望向窥探者提供亮度例如小于1％的离轴亮度。提供低离轴亮度的定向背光源可与本发明实施方案的补偿可切换液晶延迟片一起使用，现在将对其进行描述。现在将进一步描述定向背光源。

类似的图案化可应用于本文所述的任何设备中。

期望通过来自空间光调制器48的定向照明来提供离轴亮度的进一步减小。现在将描述定向背光源20对空间光调制器48的定向照明。

图26A是以前透视图示出定向背光源20的示意图，并且图26B是以前透视图示出非定向背光源20的示意图，它们中的任一者可应用于本文所述的任何设备中。因此如图26A所示的定向背光源20提供窄锥450，而如图26B所示的非定向背光源20提供光输出光线的广角分布锥452。

图26C是示出了各种不同背光源布置下亮度随横向视角的变化的示意曲线图。图26C的曲线图可为穿过本文所述的极性视场分布的横截面。

朗伯型背光源具有与视角无关的亮度分布846。

典型广角背光源具有更高角度的滚降，使得相对亮度的半高全宽866可大于40°，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，定向背光源20具有更高角度的滚降，使得相对亮度的半高全宽862可小于60°，优选地小于40°，并且最优选地小于20°。此外，背光源20能够以与空间光调制器48的法线成大于45度的极角提供亮度，即为沿空间光调制器48的法线的亮度的至多33％，优选地为沿空间光调制器48的法线的亮度的至多20％，并且最优选地为沿空间光调制器48的法线的亮度的至多10％。

当可切换延迟片300布置在输入显示偏振器210与附加偏振器318之间时，空间光调制器48中的散射和衍射可使防窥模式操作劣化。与可切换延迟片300布置在输入显示偏振器210与附加偏振器318之间的布置相比，在可切换延迟片300布置在输出显示偏振器218与附加偏振器318之间的布置中，可增加与空间光调制器的法线成大于45度的极角下的亮度。

有利地，对于相同的背光源20而言，图1A的布置可实现比图2A更低的离轴亮度。

在图1A的一个示例性实施方案中，与空间光调制器48的法线成大于45度的极角下的亮度可为至多18％，而在图2A的一个示例性实施方案中，与空间光调制器48的法线成大于45度的极角下的亮度可为至多10％。有利地，图1A的实施方案可在广角操作模式下提供更宽的观察自由度，同时在防窥操作模式下实现与图2A的实施方案类似的观察自由度。

此类亮度分布可由下述定向背光源20提供，或也可由广角背光源与另外的附加偏振器318B和无源延迟片270或附加补偿切换液晶延迟片300B的组合提供。

图27A是以侧视图示出了包括可切换液晶延迟片300和背光源20的可切换定向显示设备100的示意图。图27A的背光源20可应用于本文所述的任何设备中，并且其包括由光源阵列15穿过输入端2照明的成像波导1。图27B是以后透视图示出了窄角操作模式下的图27A的成像波导1的操作的示意图。

成像波导1为美国专利No.9,519,153所述的类型，该专利全文以引用方式并入本文。波导1具有输入端2，该输入端沿着波导1在横向方向上延伸。光源阵列15沿着输入端2设置并且将光输入到波导1中。

波导1还具有相对的第一引导表面和第二引导表面6,8，它们跨波导1从输入端2延伸到反射端4以便将输入端2处输入的光沿着波导1向前和向后引导。第二引导表面8具有面向反射端4的多个光提取特征结构12，并且被布置成使穿过波导1从反射端4引导回的光的至少一些在不同方向上从跨输入端2的不同输入位置偏转穿过第一引导表面6，所述不同方向取决于输入位置。

在操作中，光线从光源阵列15被引导穿过输入端，并且在第一引导表面和第二引导表面6,8之间引导而对于反射端4无损失。反射的光线入射到小平面12上并且通过反射作为光线230输出或作为光线232透射。透射的光线232由后反射器800的小平面803,805往回引导穿过波导1。后反射器的操作在美国专利No.10,054,732中进一步描述，该专利全文以引用方式并入本文。

如图27B所示，弯曲反射端4和小平面12的光焦度提供光学窗26，该光学窗透射穿过空间光调制器48并且具有通常与波导1的光轴199对准的轴线197。类似的光学窗26由后反射器800所反射的透射光线232提供。

图27C是示出了在没有可切换液晶延迟片的显示设备中使用时图27B的输出的视场亮度图的示意曲线图。

因此对于离轴观察而言，窥探者47所观察到的位置可具有减小的亮度，例如在0度仰角和+/-45度横向角度下介于中心峰值亮度的1％与3％之间。通过本发明实施方案的所述多个延迟片301,330来实现离轴亮度的进一步减小。

现在将描述具有低离轴亮度的另一种类型的定向背光源。

图28A是以侧视图示出了可切换定向显示设备的示意图，该可切换定向显示设备包括具有可切换准直波导901的背光源20及可切换液晶延迟片300和附加偏振器318。图28A的背光源20可应用于本文所述的任何设备中并且按如下方式布置。

波导901具有输入端902，该输入端沿着波导901在横向方向上延伸。光源阵列915沿着输入端902设置并且将光输入到波导1中。波导901还具有相对的第一引导表面和第二引导表面906,908，它们跨波导1从输入端2延伸到反射端4以便将输入端2处输入的光沿着波导1向前和向后引导。在操作中，光在第一引导表面906和第二引导表面908之间引导。

第一引导表面906可设置有包括多个细长透镜状元件905的透镜状结构904，并且第二引导表面908可设置有倾斜并充当光提取特征结构的棱镜状结构912。透镜状结构904的所述多个细长透镜状元件905及所述多个倾斜光提取特征结构使被引导穿过波导901的输入光偏转以穿过第一引导表面906离开。

提供了可为平面反射器的后反射器903，以使透射穿过表面908的光往回引导穿过波导901。

入射在棱镜状结构912及透镜状结构904的透镜状元件905上的输出光线以接近表面906的掠入射的角度输出。包括小平面927的棱镜状转向膜926被布置成通过全内反射重新引导输出光线234穿过空间光调制器48和补偿可切换液晶延迟片300。

图28B是以顶视图示出了准直波导901的输出的示意图。棱镜状结构912被布置成以一定入射角将光提供在透镜状结构904上，这些入射角低于临界角，因此光可逃逸。在入射在透镜状表面的边缘处时，该表面的倾斜度提供了使光线逃逸的光偏转并且提供了准直效果。在入射在准直波导901的透镜状结构904的位置185上时，可由光线188a-c和光线189a-c提供光线234。

图28C是示出了图28A的显示设备的等亮度视场极坐标图的示意曲线图。因此可提供窄输出光锥，其尺寸由结构904,912和转向膜926确定。

有利地，在窥探者可能以例如45度或更大的横向角度定位的区域中，来自显示器的输出的亮度较小，通常小于2％。期望实现输出亮度的进一步减小。此类进一步减小由如图28A所示的补偿可切换液晶延迟片300和附加偏振器318提供。有利地，可在宽视场内提供具有低离轴亮度的高性能防窥显示器。

对于典型窥探者47位置而言，定向背光源(诸如图27A和图28A所述的类型)可与本发明实施方案的所述多个延迟片301,330一起实现小于1.5％、优选地小于0.75％并且最优选地小于0.5％的离轴亮度。此外，可为主要用户45提供高同轴亮度和均匀度。有利地，可在宽视场内提供具有低离轴亮度的高性能防窥显示器，可借助于图1A所示的控制系统352通过控制可切换延迟片301来使该高性能防窥显示器切换到广角模式。

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。在上述各种设备中，延迟片以各种不同构型布置在一对偏振器之间(该对偏振器通常为附加偏振器318以及输入偏振器210和输出偏振器218中的一者)。在每种情况下，这些延迟片被配置为使得它们不影响沿着顺着延迟片的平面的法线的轴线穿过该对偏振器和所述多个延迟片的光的亮度，但至少在补偿可切换延迟片300的可切换状态中的一者下，它们会减小沿着倾斜于延迟片的平面的法线的轴线穿过该对偏振器和所述多个延迟片的光的亮度。现在将更详细地给出该效果的描述，其原理一般可应用于上述所有设备。

图29A是以透视图示出了通过离轴光对延迟片层的照明的示意图。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度的光轴方向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増加的路径长度，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29B是以透视图示出延迟片层通过与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29C是以透视图示出延迟片层通过与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。因此，延迟片630不将相移引入至由延迟片630的输入侧上的偏振器沿着顺着延迟片630的平面的法线的轴线传递的光的偏振分量。因此，延迟片630不影响穿过延迟片630及延迟片630的每一侧上的偏振器(未示出)的光的亮度。虽然图29A-C具体地涉及无源的延迟片630，但由可切换液晶延迟片和由上述设备中的多个延迟片实现了类似效果。

图29D是以透视图示出延迟片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光轴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。因此，延迟片630将相移引入至由延迟片630的输入侧上的偏振器沿着与倾斜于延迟片630的平面的法线的光线638相对应的轴线传递的光的偏振分量。虽然图29D涉及无源的延迟片630，但由可切换液晶延迟片以及在上述多个延迟片中在与防窥模式相对应的可切换液晶延迟片的可切换状态下实现了类似效果。

为了示出延迟片叠堆的离轴行为，现在将参照平行偏振器500,210之间的C板560的操作，针对各种离轴照明布置来描述附加偏振器318与输出显示偏振器218之间的C板308A,308B的角亮度控制。

图30A是以透视图示出了通过具有正仰角的离轴偏振光对C板层的照明的示意图。入射线性偏振分量704在垂直于延迟片560(其为C板)的平面的光轴方向上507入射到延迟片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，该延迟片包括延迟片560，其具有垂直于延迟片560的平面即x-y平面的光轴561。具有垂直于延迟片平面的光轴的延迟片560包括C板。

图30B是以透视图示出了通过具有负横向角度的离轴偏振光对C板层的照明的示意图。与图30A的布置一样，偏振态704没有净相位差，并且以最大亮度透射。因此，延迟片560不将相移引入至由延迟片560的输入侧上的偏振器沿着顺着延迟片560的平面的法线的轴线传递的光的偏振分量。因此，延迟片560不影响穿过延迟片560及延迟片560的每一侧上的偏振器(未示出)的光的亮度。虽然图29A-C具体地涉及无源的延迟片560，但由可切换液晶延迟片和由上述设备中的多个延迟片实现了类似效果。

图30C是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板层的照明的示意图。与图30A-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30A-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30D是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板层的照明的示意图。以与图30C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，并且提供了椭圆偏振分量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。因此，延迟片560将相移引入至由延迟片560的输入侧上的偏振器沿着倾斜于延迟片560的平面的法线的轴线传递的光的偏振分量。虽然图29D涉及无源的延迟片560，但由可切换液晶延迟片以及在上述多个延迟片中在与防窥模式相对应的可切换液晶延迟片的可切换状态下实现了类似效果

图30E是示出了图30A-D中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图。因此，C板可在极性象限中提供亮度减小。与本文其他地方所述的可切换液晶延迟片301相结合，(i)可在第一广角操作状态下提供C板的亮度减小的消除，并且(ii)可在第二防窥操作状态下实现亮度减小的扩展极区。

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偏振器318和输出显示偏振器218之间的交叉的A板308A,308B的角亮度控制。

图31A是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板延迟片层的照明的示意图。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308A,308B的第一A板308A上提供与横向方向平行的线性偏振态704。光轴方向309A相对于横向方向倾斜+45度。延迟片308A在正仰角方向上对离轴角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308A,308B中的第二A板308B上，该第二A板具有与第一A板308A的光轴方向309A正交的光轴方向309B。在图31A的入射平面中，第二A板308B对离轴角θ₁的延迟与第一A板308A的延迟大小相等、方向相反。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。

输出偏振分量与附加偏振器318的电矢量传输方向对准，从而被有效地透射。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31B是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板延迟片层的照明的示意图。因此，输入偏振分量被第一A板308A转换为通常为椭圆偏振态的中间偏振分量652。第二A板308B再次提供与第一A板大小相等、方向相反的延迟，使得输出偏振分量与输入偏振分量704相同，并且光有效地透射穿过偏振器318。

因此，该延迟片包括一对延迟片308A,308B，该对延迟片具有在延迟片308A,308B的平面中交叉的光轴，在本发明的实施方案中，该平面为x-y平面。该对延迟片308A,308B具有各自相对于与偏振器318的电矢量传输平行的电矢量传输方向成45°延伸的光轴309A,309B。

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31C是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板延迟片层的照明的示意图。偏振分量704被第一A板308A转换为椭圆偏振分量654。所得椭圆分量656从第二A板308B输出。与第一偏振分量704的输入亮度相比，输入偏振片318以减小的亮度对椭圆分量656进行分析。

图31D是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板延迟片层的照明的示意图。由第一A板和第二A板308A,308B提供偏振分量658和660，因为第一延迟片和第二延迟片的净延迟不提供补偿。

因此，对于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。

图31E是示出了图31A-D中的透射光线的输出传输随极方向的变化的示意曲线图。与图30E的布置相比，针对离轴观察增加了亮度减小的区域。然而，针对第一广角模式操作状态下的离轴观察，可切换液晶延迟片301可提供与C板布置相比降低的均匀度。

如在本文中可使用的，术语“基本上”和“大约”为其相应术语和/或术语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。

虽然上文描述了根据本文所公开的原理的各种实施方案，但应理解，这些实施方案仅以举例的方式示出，而并非进行限制。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。

除此之外，本文章节标题是为符合37 CFR 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”的任何引用不应被用于辩称在本公开中仅有一个新颖点。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 (26)

1.一种可切换隐私显示设备，所述可切换隐私显示设备包括：

背光源，所述背光源被布置成输出光；

透射式空间光调制器，所述透射式空间光调制器被布置成接收来自所述背光源的输出光；

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，其中所述显示偏振器和所述附加偏振器具有平行的电矢量传输方向；以及

多个延迟片，所述多个延迟片布置在所述附加偏振器与所述显示偏振器之间，没有另外的偏振器被布置在所述多个延迟片之间；

其中所述多个延迟片包括：

可切换液晶延迟片，所述可切换液晶延迟片包括：液晶材料层，所述液晶材料层具有正电介质各向异性并且对波长为550nm的光具有500nm至1000nm范围内的延迟；两个表面配向层，两个所述表面配向层被设置成与所述液晶材料层相邻且在其相对两侧上，所述表面配向层中的每个被布置成在所述液晶材料中提供水平配向，并且所述表面配向层中的每个具有呈预倾方向的预倾角，所述预倾方向具有在液晶层的平面中的分量，在所述液晶层的平面中的所述分量与所述显示偏振器的所述电矢量传输方向平行或反平行或正交；以及

至少一个无源补偿延迟片，所述至少一个无源补偿延迟片包括：

无源延迟片，所述无源延迟片具有垂直于所述延迟片的平面的光轴并且对波长为550nm的光具有-300nm至-700nm范围内的延迟；或

一对无源延迟片，所述一对无源延迟片具有在所述延迟片的平面中交叉的光轴，并且所述一对无源延迟片中的每个无源延迟片对波长为550nm的光具有300nm至800nm范围内的延迟。

2.根据权利要求1所述的可切换隐私显示设备，其中所述液晶材料层对波长为550nm的光具有600nm至850nm范围内的延迟。

3.根据权利要求2所述的可切换隐私显示设备，其中：

所述至少一个无源补偿延迟片包括：

延迟片，所述延迟片具有垂直于所述延迟片的平面的光轴，所述至少一个无源延迟片对波长为550nm的光具有-350nm至-600nm范围内的延迟；或

一对延迟片，所述一对延迟片具有在所述延迟片的平面中交叉的光轴，所述一对延迟片中的每个延迟片对波长为550nm的光具有350nm至650nm范围内的延迟。

4.根据权利要求1所述的可切换隐私显示设备，其中所述多个延迟片被布置成不影响沿着顺着所述延迟片的平面的法线的轴线穿过所述显示偏振器、所述附加偏振器和所述多个延迟片的光的亮度。

5.根据权利要求1所述的可切换隐私显示设备，其中所述多个延迟片被布置成减小沿着倾斜于所述延迟片的平面的法线的轴线穿过所述显示偏振器、所述附加偏振器和所述多个延迟片的光的亮度。

6.根据权利要求1所述的可切换隐私显示设备，其中所述可切换液晶延迟片还包括电极，所述电极被布置成施加电压以便控制所述液晶材料层。

7.根据权利要求6所述的可切换隐私显示设备，其中所述电极在所述液晶材料层的相对两侧上。

8.根据权利要求6或7所述的可切换隐私显示设备，其中所述电极被图案化以提供至少两个图案区域。

9.根据权利要求6所述的可切换隐私显示设备，还包括控制系统，所述控制系统被布置成控制跨所述至少一个可切换液晶延迟片的所述电极施加的所述电压。

10.根据权利要求9所述的可切换隐私显示设备，其中所述控制系统还包括用于确定窥探者相对于所述可切换隐私显示设备的位置的装置，并且所述控制系统被布置成响应于所述窥探者位置而调节跨所述至少一个可切换液晶延迟片的所述电极施加的所述电压。

11.根据权利要求1所述的可切换隐私显示设备，还包括第二延迟片和第二附加偏振器，其中所述第二延迟片被布置在所述附加偏振器和所述第二附加偏振器之间。

12.根据权利要求1所述的可切换隐私显示设备，还包括被布置成输出光的背光源，其中所述空间光调制器是被布置成从所述背光源接收输出光的透射式空间光调制器。

13.根据权利要求12所述的可切换隐私显示设备，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，所述亮度为沿所述空间光调制器的所述法线的所述亮度的至多33%。

14.根据权利要求12所述的可切换隐私显示设备，其中所述背光源包括：

光源阵列；

定向波导，所述定向波导包括：

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，以沿所述波导引导在所述输入端处输入的光，所述波导被布置成使被引导穿过所述定向波导的输入光偏转以穿过所述第一引导表面离开。

15.根据权利要求14所述的可切换隐私显示设备，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。

16.根据权利要求15所述的可切换隐私显示设备，其中所述准直波导包括：

(i)多个细长透镜状元件；以及

(ii)多个倾斜的光提取特征结构，

其中所述多个细长透镜状元件和所述多个倾斜的光提取特征结构被取向成使被引导穿过所述定向波导的输入光偏转以穿过所述第一引导表面离开。

17.根据权利要求14所述的可切换隐私显示设备，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所述输入位置分布的输出方向上被引导到相应光学窗中。

18.根据权利要求17所述的可切换隐私显示设备，其中所述成像波导包括用于使所述输入光沿着所述成像波导反射回的反射端，其中所述第二引导表面被布置成使所述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在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使所述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引导光穿过所述波导而不提取所述光；

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。

19.根据权利要求1所述的可切换隐私显示设备，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且在所述背光源和所述空间光调制器之间的输入显示偏振器，并且所述附加偏振器被布置在所述输入显示偏振器和所述背光源之间。

20.根据权利要求19所述的可切换隐私显示设备，其中所述附加偏振器为反射型偏振器。

21.根据权利要求19或20所述的可切换隐私显示设备，其中所述可切换隐私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。

22.根据权利要求1所述的可切换隐私显示设备，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。

23.根据权利要求22所述的可切换隐私显示设备，其中所述可切换隐私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。

24.根据权利要求23所述的可切换隐私显示设备，还包括布置在所述空间光调制器的所述输入侧上的第二附加偏振器，以及布置在所述第二附加偏振器和所述输入偏振器之间的第二延迟片。

25.根据权利要求1所述的可切换隐私显示设备，其中所述空间光调制器包括被布置成输出光的发射式空间光调制器，并且所述显示偏振器是布置在所述发射式空间光调制器的输出侧上的输出显示偏振器。

26.一种应用于可切换隐私显示设备的视角控制光学元件，所述可切换隐私显示设备包括空间光调制器和布置在所述空间光调制器的一侧上的显示偏振器，所述视角控制光学元件包括控制偏振器和多个延迟片以便在将所述视角控制光学元件应用于所述可切换隐私显示设备时布置在附加偏振器与所述显示偏振器之间，没有另外的偏振器被布置在所述多个延迟片之间，其中所述显示偏振器和所述附加偏振器具有平行的电矢量传输方向，所述多个延迟片包括：

可切换液晶延迟片，所述可切换液晶延迟片包括液晶材料层和两个表面配向层，两个所述表面配向层被设置成与所述液晶材料层相邻且在其相对两侧上，所述表面配向层中的每个被布置成在所述液晶材料中提供水平配向，并且所述表面配向层中的每个具有呈预倾方向的预倾角，所述预倾方向具有在液晶层的平面中的分量，在所述液晶层的平面中的所述分量与所述显示偏振器的所述电矢量传输方向平行或反平行或正交，所述可切换液晶延迟片的所述液晶材料层具有正电介质各向异性并且对波长为550nm的光具有500nm至1000nm范围内的延迟；以及

至少一个无源补偿延迟片，所述至少一个无源补偿延迟片包括：

无源延迟片，所述无源延迟片具有垂直于所述延迟片的平面的光轴并且对波长为550nm的光具有-300nm至-700nm范围内的延迟；或

一对无源延迟片，所述一对无源延迟片具有在所述延迟片的平面中交叉的光轴，并且所述一对无源延迟片中的每个无源延迟片对波长为550nm的光具有300nm至800nm范围内的延迟。

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