CN114846393A

CN114846393A - 离轴显示装置

Info

Publication number: CN114846393A
Application number: CN202080089186.6A
Authority: CN
Inventors: G·J·伍德盖特; M·G·鲁宾逊; J·哈罗德
Original assignee: RealD Inc
Current assignee: RealD Inc
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2022-08-02
Also published as: US11733578B2; US20220350197A1; EP4058842A4; KR20220098382A; US20240045296A1; WO2021097066A1; CN114868050A; US11079646B2; EP4058842A1; JP2023501987A; EP4058830A1; WO2021097040A1; US20210149233A1; US11099448B2; EP4058830A4; JP2023501988A; US20210149234A1

Abstract

一种用于可切换隐私显示设备的可切换背光源包括：经准直背光源，所述经准直背光源被布置成提供两个离轴光束；以及至少一个极性控制液晶延迟器，所述至少一个极性控制液晶延迟器被布置在平行偏振器之间。所述液晶延迟器的配向层相对于所述偏振器的电矢量透射方向旋转。在车辆的中心堆叠中使用时，在一种操作模式中，为乘客提供高图像亮度和高图像可见性，而图像对驾驶员不可见。在另一操作模式中，针对夜间操作，向驾驶员提供图像，而向乘客提供低杂散光。在第三操作模式中，乘客和驾驶员两者均可以看到具有高亮度和图像可见性的图像。

Description

离轴显示装置

技术领域

本公开总体上涉及来自光调制装置的照明，并且更具体地涉及隐私显示的控制。

背景技术

隐私显示器向主要用户(通常位于轴上位置)提供图像可见性，并且向窥探者(通常位于离轴位置)减少图像内容的可见性。可以通过微百叶窗光学膜来提供隐私功能，所述微百叶窗光学膜在轴上方向上从显示器透射一些光，而在离轴位置上透射低亮度。然而，此类膜对于正面照明具有高损耗，并且由于与空间光调制器的像素跳动，微百叶窗可能引起莫尔伪影(Moiréartefacts)。微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。

可以通过控制离轴光学输出来提供可切换隐私显示器。

可以借助于亮度降低，例如借助于用于液晶显示器(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射源。某些成像定向背光源具有将照明引导穿过显示面板到观察窗中的另外的能力。可以在多个源与相应窗口图像之间形成成像系统。成像定向背光源的一个实例是可以采用折叠光学系统的光学阀，并且因此也可以是折叠成像定向背光源的实例。光可以在一个方向上基本上没有损耗地传播通过光学阀，而反向传播的光可以通过反射倾斜的小平面(facet)而被提取，如美国专利第9,519,153号中所述，所述美国专利通过引用整体并入本文。

在已知的隐私显示器中，隐私模式是通过添加如由3M公司销售的可移除的百叶窗膜来提供的，用户可能无法可靠地安装或移除所述百叶窗膜，并且因此在实践中，用户不会每次在办公室外时刻意地贴附所述百叶窗膜。在另一种已知的隐私显示器中，隐私模式的控制是以电子方式激活的，但是控制归属于必须执行键击才能进入隐私模式的用户。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供了一种显示装置，其包括：空间光调制器，该空间光调制器被布置成输出经空间调制的光，显示偏振器，该显示偏振器被布置在空间光调制器的侧上，该显示偏振器是线性偏振器；附加偏振器，该附加偏振器被布置在空间光调制器的与显示偏振器相同的侧上，该附加偏振器是线性偏振器；至少一个极性控制延迟器，该至少一个极性控制延迟器被布置在显示偏振器与附加偏振器之间，其中该至少一个极性控制延迟器包括：可切换液晶延迟器，该可切换液晶延迟器包括液晶材料层和邻近该液晶材料层并且在其相对侧上设置的两个表面配向层，其中表面配向层中的至少一个具有预倾角，该预倾角具有预倾角方向，该预倾角方向具有在液晶材料层的平面中的分量，该分量与显示装置的至少一部分中的显示偏振器和附加偏振器中的至少一个的电矢量透射方向成锐角非零角。

有利地，最大透射的极性方向可以与垂直于显示装置表面的方向成锐角倾斜。最小透射的极性方向可以在不同的方向上倾斜。

显示偏振器和附加偏振器可以具有平行的电矢量透射方向。有利地，在最大透射的方向上的透射被最大化。

表面配向层中的一个可以被布置成在相邻液晶材料中提供沿面配向，所述表面配向层中的一个具有所述预倾角，该预倾角具有预倾角方向，该预倾角方向具有在液晶材料层的平面中的分量，该分量可以与显示装置的至少一部分中的显示偏振器和附加偏振器中的至少一个的电矢量透射方向成锐角非零角。有利地，可以实现对所施加的机械力的增加的弹性。

表面配向层中的另一个可以被布置成在相邻液晶材料中提供垂直配向。有利地，可以增加为其提供低光透射率的极性区域的尺寸。

表面配向层中的另一个可以被布置成在相邻液晶材料中提供沿面配向。有利地，可以减小层或液晶材料的厚度。

在这种情况下，当显示偏振器和附加偏振器具有平行的电矢量透射方向时，表面配向层中的另一个可以具有所述预倾角，该预倾角具有预倾角方向，该预倾角方向具有在液晶材料层的平面中的分量，该分量平行或正交于显示偏振器和附加偏振器的电矢量透射方向。

表面配向层中的另一个可以具有所述预倾角，该预倾角具有预倾角方向，该预倾角方向具有在液晶材料层的平面中的分量，该分量可以与显示装置的至少一部分中的显示偏振器和附加偏振器中的至少一个的电矢量透射方向成锐角非零角。有利地，可以增加为其提供低光透射率的极性区域的尺寸。

表面配向层中的每一个可以被布置成在相邻液晶材料中提供垂直配向，所述表面配向层具有所述预倾角，该预倾角具有预倾角方向，该预倾角方向具有在液晶材料层的平面中的分量，该分量可以与显示装置的至少一部分中的显示偏振器和附加偏振器中的至少一个的电矢量透射方向成锐角非零角。有利地，可以在不施加电压的情况下实现广角操作模式以实现降低的功耗。

表面配向层中的每一个可以具有预倾角，该预倾角具有预倾角方向，该预倾角方向具有在液晶材料层的平面中的分量，该分量可以与显示装置的至少一部分中的显示偏振器和附加偏振器中的至少一个的电矢量透射方向成锐角非零角。有利地，可以增加为其提供低光透射率的极性区域的尺寸。

至少一个极性控制延迟器还可以包含至少一个无源补偿延迟器。有利地，可以增加为其提供低光透射率的极性区域的尺寸。

至少一个无源补偿延迟器可以包括其光轴垂直于延迟器的平面的无源补偿延迟器。有利地，可以减小极性控制延迟器的厚度。

至少一个无源补偿延迟器可以包括一对无源补偿延迟器，该一对无源补偿延迟器可以具有在延迟器的平面中可以交叉的光轴。有利地，可以实现增加的延迟并且可以降低成本。

光轴之间的角可以被显示偏振器和附加偏振器中的至少一个的电矢量透射方向平分。有利地，可以增加为其提供低光透射率的极性区域的尺寸。

所述表面配向层中的至少一个可以具有预倾角，该预倾角具有预倾角方向，该预倾角方向具有在液晶材料层的平面中的分量，该分量可以在跨表面配向层的所有位置处与显示偏振器和附加偏振器的电矢量透射方向成相同的锐角非零角。有利地，可以降低制造表面配向层的成本和复杂性。

所述表面配向层中的至少一个可以具有预倾角，该预倾角具有预倾角方向，该预倾角方向具有在液晶材料层的平面中的分量，该分量可以与显示偏振器和附加偏振器的电矢量透射方向成锐角非零角，该锐角非零角在显示装置的至少一部分中沿着跨表面配向层的预定轴单调变化。有利地，对于离轴窥探者，可以增加亮度降低的均匀性。

在非零角单调变化的情况下，锐角非零角可以具有锐角非零平均值。有利地，最大透射的极性方向可以与垂直于显示装置表面的方向成锐角倾斜。

所述显示偏振器可以是被布置在空间光调制器的输出侧的输出显示偏振器。有利地，可以在制造空间光调制器之后装进极性控制延迟器，从而降低复杂性。发射显示器可以设置有离轴亮度控制。

在一些实施例中，在输出显示偏振器与至少一个极性控制延迟器之间可以不布置反射偏振器。有利地，可以减小厚度和成本。显示器前面对环境光的反射率降低。

在其它实施例中，反射偏振器可以被布置在输出偏振器与至少一个极性控制延迟器之间，该反射偏振器是线性偏振器，其被布置成与输出偏振器传递相同的线性偏振的偏振分量。

空间光调制器可以包括被布置成发射经空间调制的光的发射式空间光调制器。有利地，可以减小显示器厚度。

该显示装置还可以包括被布置成输出光的背光源，空间光调制器可以包括被布置成接收和空间调制来自背光源的输出光的透射式空间光调制器。有利地，可以提供在不期望的极性方向上的增加的光减少。

显示装置还可以包括被布置成输出光的背光源，空间光调制器可以包括被布置成接收和空间调制来自背光源的输出光的透射式空间光调制器，并且所述显示偏振器可以是布置在空间光调制器的输入侧上的输入显示偏振器。有利地，减小了屏幕前面的厚度。可以减少前面反射。

显示装置还可以包括：输出显示偏振器，该输出显示偏振器被布置在空间光调制器的输出侧上；另外的附加偏振器，该另外的附加偏振器被布置在空间光调制器的输出侧上，该另外的附加偏振器是线性偏振器，其电矢量透射方向可以平行于显示偏振器和附加偏振器的电矢量透射方向；以及至少一个另外的极性控制延迟器，该至少一个另外的极性控制延迟器被布置在另外的附加偏振器与输出显示偏振器之间。有利地，可以实现增加的离轴亮度降低。可以提供增加的安全系数。

显示装置还可以包括：另外的附加偏振器，该另外的附加偏振器在附加偏振器外部被布置在空间光调制器的与附加偏振器相同的侧上，该另外的附加偏振器是线性偏振器，其电矢量透射方向可以平行于显示偏振器和附加偏振器的电矢量透射方向；以及至少一个另外的极性控制延迟器，该至少一个另外的极性控制延迟器被布置在附加偏振器与另外的附加偏振器之间。有利地，可以增加为其提供低光透射率的极性区域的尺寸。

背光源可以包括：至少一个第一光源，该至少一个第一光源被布置成提供输入光；至少一个第二光源，该至少一个第二光源被布置成在与至少一个第一光源相对的方向上提供输入光；波导布置，该波导布置包括至少一个波导，该波导布置被布置成从至少一个第一光源和至少一个第二光源接收输入光并且通过打破全内反射使来自至少一个第一光源和至少一个第二光源的光从波导布置离开；以及光学转向膜组件，该光学转向膜组件包括：输入表面，该输入表面被布置成接收通过打破全内反射而穿过波导的光导表面从波导离开的光，该输入表面跨平面延伸；以及输出表面，该输出表面面向输入表面，其中输入表面可以包括细长棱镜元件的阵列。有利地，可以提供至少两个不同的照明纵断面，其在期望的极性角区域中实现增加的效率。

该波导布置可以包括：波导，该波导跨平面延伸并且包括：相对的第一光导表面和第二光导表面，该相对的第一光导表面和第二光导表面被布置成沿着光波导引导光，第二光导表面被布置成通过全内反射引导光，以及第一输入端和第二输入端，该第一输入端和第二输入端被布置在第一光导表面与第二光导表面之间并且在第一光导表面与第二光导表面之间的横向方向上延伸；其中至少一个第一光源可以被布置成通过第一输入端将光输入波导中，并且至少一个第二光源可以被布置成通过第二输入端将光输入波导中，并且波导可以被布置成通过打破全内反射使来自至少一个第一光源和至少一个第二光源的光穿过第一光导表面和第二光导表面中的一个从波导离开。有利地，可以减小厚度。

波导布置可以包括：第一波导，该第一波导跨平面延伸并且包括相对的第一光导表面和第二光导表面，该相对的第一光导表面和第二光导表面被布置成沿着光波导引导光，第二光导表面被布置成通过全内反射引导光；以及第一输入端，该第一输入端被布置在第一光导表面与第二光导表面之间并且在第一光导表面与第二光导表面之间的横向方向上延伸；其中至少一个第一光源可以被布置成通过第一输入端将光输入第一波导中，并且第一波导可以被布置成通过打破全内反射使来自至少一个第一光源的光穿过第一光导表面和第二光导表面中的一个从第一波导离开；第二波导，该第二波导跨平面延伸并且与第一波导串联布置并且包括相对的第一光导表面和第二光导表面，该相对的第一光导表面和第二光导表面被布置成沿着光波导引导光，第二光导表面被布置成通过全内反射引导光，以及第二输入端，该第二输入端被布置在第一光导表面与第二光导表面之间并且在第一光导表面与第二光导表面之间的横向方向上延伸；其中至少一个第二光源可以被布置成通过第二输入端将光输入第二波导中，并且第二波导可以被布置成通过打破全内反射使来自至少一个第二光源的光穿过第一光导表面和第二光导表面中的一个从第二波导离开，并且其中第一波导和第二波导可以被定向为使得至少一个第一光源和至少一个第二光源在相对的方向上将光输入第一波导和第二波导中。有利地，可以跨过显示器的区域输出增加的亮度均匀性。

棱镜元件可以各自包括其间限定脊的一对细长小平面。有利地，来自波导的光可以被引导向期望的观察者位置。

脊可以与横向方向成非零角跨平面延伸。有利地，可以提供离轴照明。

脊可以平行于横向方向跨平面延伸。光源可以被布置在显示器的顶部和底部，有利地减小左侧挡板和右侧挡板的宽度。

本公开的实施例可以用于各种光学系统。所述实施例可以包括或与多种投影仪、投影系统、光学组件、显示器、微型显示器、计算机系统、处理器、自含式投影仪系统、视觉和/或视听系统以及电气和/或光学装置一起使用。本公开的各个方面实际上可以与以下设备一起使用：与光学装置和电气装置、光学系统、呈现系统有关的任何设备或可以含有任何类型的光学系统的任何设备。因此，本公开的实施例可以用于光学系统、用于视觉和/或光学展示的装置、可视外围设备等以及多种计算环境中。

在进入详细的公开的实施例之前，应当理解，本公开在其应用或创建方面不限于所示的特定设置的细节，因为本公开能够有其它实施例。此外，本公开的各方面可以以不同的组合和设置来阐述，以定义其自身权利上独特的实施例。而且，本文使用的术语是出于描述的目的，而非限制。

通过阅读本公开的全部内容，本公开的这些和其它优点和特征对于本领域的普通技术人员将变得显而易见。

附图说明

在附图中通过举例的方式展示了实施例，其中相似的附图标记指示类似的部分，并且其中：

图1A是绘示包括透射式空间光调制器的可切换隐私显示器的正视透视图的示意图；

图1B是绘示图1A的设备中的光学组件堆叠的正视透视图的示意图；

图2A是绘示可切换隐私显示器的替代光学堆叠的正视透视图的示意图；

图2B是绘示图2A的设备中的光学组件堆叠的正视透视图的示意图；

图2C是绘示可切换隐私显示器的替代光学组件堆叠的正视透视图的示意图；

图3是绘示包括发射式空间光调制器的可切换隐私显示器的正视透视图的示意图；

图4A是绘示机动车辆中的隐私显示器的俯视图的示意图；

图4B是在第一波瓣方向和第二波瓣方向上以不同立体角绘示可切换照明设备的侧视图的示意图；

图5A是绘示极性控制延迟器的正视透视图的示意图，该极性控制延迟器包括具有配向层的液晶延迟器，该配向层具有预倾角方向，该预倾角方向具有在液晶材料层的平面中的分量，该分量与显示偏振器和附加偏振器的电矢量透射方向成锐角非零角；

图5B是绘示配向层的正视图的示意图，该配向层具有预倾角方向，该预倾角方向具有在液晶材料层的平面中的分量，该分量与显示偏振器和附加偏振器的电矢量透射方向成锐角非零角；

图5C是绘示极性控制延迟器的正视透视图的示意图，该极性控制延迟器包括具有沿面配向层和垂直配向层的液晶延迟器，该沿面配向层具有预倾角方向，该预倾角方向具有在液晶材料层的平面中的分量，该分量与显示偏振器和附加偏振器的电矢量透射方向成锐角非零角，并且该垂直配向层具有预倾角方向，该预倾角方向具有在液晶材料层的平面中的分量，该分量与显示偏振器和附加偏振器的电矢量透射方向成零角；

图5D是绘示沿面配向层和垂直配向层的正视图的示意图，该沿面配向层具有预倾角方向，该预倾角方向具有在液晶材料层的平面中的分量，该分量与显示偏振器和附加偏振器的电矢量透射方向成锐角非零角，并且该垂直配向层具有预倾角方向，该预倾角方向具有在液晶材料层的平面中的分量，该分量与显示偏振器和附加偏振器的电矢量透射方向成锐角零角；

图6A是以30°的第一预倾角方向绘示图5B的极性控制延迟器的透射的极性变化的示意图；

图6B是以20°的第二预倾角方向绘示图5B的极性控制延迟器的透射的极性变化的示意图；

图6C是以0°的第二预倾角方向绘示图5B的极性控制延迟器的透射的极性变化的示意图；

图7A是绘示可切换背光源的侧视图的示意图，该可切换背光源包括波导布置、后反射器和光学转向膜，并且在第一波瓣方向和第二波瓣方向上以相同立体角输出光束；

图7B是绘示波导布置的正视图的示意图；

图8A是绘示图7A的波导布置的光波导的正视透视图的示意图，其包括在光波导的第一侧和第二侧上的微结构；

图8B是绘示图7A的波导布置的替代光波导的正视透视图的示意图，其包括在光波导的相同侧上的微结构；

图9A是绘示图7A的背光源的光学转向膜组件的正视透视图的示意图；

图9B是绘示光学转向膜组件的侧视图的示意图；

图9C是绘示图7A的背光源的替代光学转向膜组件表面的正视透视图的示意图；

图10是绘示图7A的背光源的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至第一用户并向第二用户提供隐私图像；

图11是绘示图1A的显示设备的前表面反射率的极性变化的示意图；

图12是绘示图1A的显示装置的隐私操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示正面亮度的图10的背光源亮度纵断面的极性变化的示意图，其中显示正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半；

图13A至B是绘示图7A的背光源的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至第一用户和第二用户；

图14是绘示图1A的显示装置的双用户操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示正面亮度的图13B的背光源亮度纵断面的极性变化的示意图，其中显示正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半；

图15是绘示替代可切换背光源的侧视图的示意图，该替代可切换背光源包括波导布置(其包括串联布置的两个波导)、后反射器和光学转向膜，并且在第一波瓣方向和第二波瓣方向上输出光束；

图16A是绘示图15的背光源的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至第一用户并向第二用户提供隐私图像；

图16B是绘示第一极性控制延迟器的透射的极性变化的示意图；

图16C是绘示图1A的显示装置的隐私操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示正面亮度的图16B的纵断面的极性变化的示意图，其中显示正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半；

图16D是绘示图15的背光源的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至第一用户和第二用户；

图16E是绘示图1A的显示装置的双用户操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示正面亮度的图16D的背光源亮度纵断面的极性变化的示意图，其中显示正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半；

图17A是绘示由机动车辆中的乘客使用的隐私显示器的俯视图的示意图；

图17B是绘示图15的替代背光源的亮度输出的极性变化的示意图，其主要操作以将光引导至乘客；

图17C是绘示包括透射式空间光调制器的可切换隐私显示器的正视透视图的示意图；

图17D是绘示具有非旋转配向层的第一极性控制延迟器的透射的极性变化的示意图；

图17E是绘示具有非旋转配向层的第二极性控制延迟器的透射的极性变化的示意图；

图17F是绘示图1A的显示装置的隐私操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示正面亮度的图17D至E的纵断面的极性变化的示意图，其中显示正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半；

图17G是绘示具有旋转配向层的第一极性控制延迟器的透射的极性变化的示意图；

图17H是绘示具有旋转配向层的第二极性控制延迟器的透射的极性变化的示意图；

图17I是绘示图1A的显示装置的隐私操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示正面亮度的图17G至H的纵断面的极性变化的示意图，其中显示正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半；

图18A是绘示替代波导布置的正视图的示意图；

图18B是绘示用于背光源的光学转向膜组件的后透视图的示意图，该背光源包括图18A的波导布置；

图19A是绘示图18A的背光源的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至第一用户并向第二用户提供隐私图像；

图19B是绘示第一极性控制延迟器的透射的极性变化的示意图；

图19C是绘示包括图18A的背光源的显示装置的前表面反射率的极性变化的示意图；

图19D是绘示第二极性控制延迟器的透射的极性变化的示意图；

图19E是绘示第三极性控制延迟器的透射的极性变化的示意图；

图19F是绘示图1A的显示装置的隐私操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示正面亮度的图19A至E的纵断面的极性变化的示意图，其中显示正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半；

图20A是绘示图15的背光源的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至第二用户；

图20B是绘示图1A的显示装置的低杂散光操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示正面亮度的图20A的背光源亮度纵断面的极性变化的示意图，其中显示正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半；

图21A是绘示图15的背光源的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至第一用户和第二用户；

图21B是绘示图1A的显示装置的双用户操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示正面亮度的图21A的背光源亮度纵断面的极性变化的示意图，其中显示正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半；

图22是绘示替代可切换背光源的侧视图的示意图，该替代可切换背光源包括波导布置(其包括不对称的光提取小平面)、后反射器和光学转向膜，并且在第一波瓣方向和第二波瓣方向上以不同的角分布输出光束；

图23是绘示图22的波导布置的光波导的正视透视图的示意图，其包括在光波导的第一侧和第二侧上的微结构；

图24A是绘示图22的背光源的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至第一用户并向第二用户提供隐私图像；

图24B是绘示第一极性控制延迟器的透射的极性变化的示意图；

图24C是绘示包括图22的背光源的显示装置的前表面反射率的极性变化的示意图；

图24D是绘示第二极性控制延迟器的透射的极性变化的示意图；

图24E是绘示图1A的显示装置的隐私操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示正面亮度的图24A至D的纵断面的极性变化的示意图，其中显示正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半；

图25A是绘示图22的背光源的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至第二用户；

图25B是绘示图22的背光源的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至第一用户和第二用户；

图26是绘示图1A的显示装置的公共操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示正面亮度的图25B的纵断面的极性变化的示意图，其中显示正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半；

图27A至B是绘示图22的波导布置的替代光波导的正视透视图的示意图，其包括在光波导的相同侧上的微结构；

图28是绘示分段背光源的俯视图的示意图；

图29A是绘示配向层的正视图的示意图，该配向层具有预倾角方向，该预倾角方向具有在液晶材料层的平面中的分量，该分量与显示偏振器和附加偏振器的电矢量透射方向成非零角，并且跨过配向层的平面变化；

图29B是绘示极性控制延迟器的光瞳化的示意图和绘示透射随跨过配向层的平面的位置的极性变化的图；

图30A是绘示替代可切换背光源的侧视图的示意图，该替代可切换背光源包括光学转向膜，其中小平面倾斜在正交于跨过光学转向膜的平面的横向方向的方向上变化；

图30B是绘示替代可切换背光源的侧视图的示意图，该替代可切换背光源包括光学转向膜，其中小平面倾斜在正交于跨过光学转向膜的平面的横向方向的方向上变化；

图30C是绘示从包括可变倾斜小平面的光瞳化线性光学转向膜组件输出的光的后透视图的示意图；

图31A是绘示针对来自第一光源的光的光瞳化背光源的弯曲光学转向膜组件的小平面的操作的正视透视图的示意图；

图31B是绘示从包括均匀倾斜小平面的弯曲光学转向膜组件输出的光的后透视图的示意图；

图31C是绘示从包括具有共同光学窗口距离的可变倾斜小平面的弯曲光学转向膜组件输出的光的后透视图的示意图；

图31D是绘示从包括具有不同的第一光学窗口距离和第二光学窗口距离的可变倾斜小平面的弯曲光学转向膜组件输出的光的后透视图的示意图；

图32A是绘示包括光瞳化背光源的可变倾斜小平面的转向膜的操作的侧视图的示意图；

图32B是绘示光瞳化背光源的弯曲光学转向膜组件的操作的俯视图的示意图；

图33是绘示图3的发射式空间光调制器的操作的侧视图的示意图；

图34是以侧视图绘示在隐私(窄角)操作模式中穿过图1A至B的极性控制延迟器的光传播的示意图；以及

图35是以侧视图绘示在广角操作模式中穿过图1A至B的极性控制延迟器的光传播的示意图。

具体实施方式

现在将描述用于本公开目的与光学延迟器相关的术语。

在包含单轴双折射材料的层中，存在控制光学各向异性的方向，而与它垂直(或与它成给定角度)的所有方向具有相等的双折射。

光学延迟器的光轴是指光线在未经历双折射的单轴双折射材料中的传播方向。这不同于光学系统的光轴，光学系统的光轴例如可以平行于对称线或垂直于主光线沿着其传播的显示表面。

对于在与光轴正交的方向上传播的光，当具有与慢轴平行的电矢量方向的线偏振光以最慢的速度传播时，光轴是慢轴。慢轴方向是在设计波长处具有最高折射率的方向。类似地，快轴方向是在设计波长处具有最低折射率的方向。

对于正介电各向异性单轴双折射材料，慢轴方向是双折射材料的非寻常轴。对于负介电各向异性单轴双折射材料，快轴方向是双折射材料的非寻常轴。

术语半波长和四分之一波长指的是延迟器对于典型地可以在500nm与570nm之间的设计波长λ₀的操作。在本说明性实施例中，除非另有说明，对于550nm的波长提供示范性的延迟值。

延迟器在入射在其上的光波的两个垂直偏振分量之间提供相移，并且其特征在于其赋予在两个偏振分量上的相对相位Γ的量；所述相对相位与双折射Δn和延迟器的厚度d有关：

Γ＝2.π.Δn.d/λ₀ 等式1

在等式1中,Δn被定义为非寻常折射率与寻常折射率之间的差值，即，

Δn＝n_e-n_o 等式2

对于半波延迟器，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。对于四分之一波延迟器，选择d、Δn与λ₀之间的关系，使得偏振分量之间的相移为Γ＝π/2。

本文的术语半波延迟器通常是指垂直于延迟器且垂直于空间光调制器传播的光。

现在将描述光线通过一对偏振器之间的透明延迟器进行传播的一些方面。

光线的偏振态(SOP)由任意两个正交偏振分量之间的相对振幅和相移来描述。透明延迟器不改变这些正交偏振分量的相对振幅，而仅作用于它们的相对相位。在正交偏振分量之间提供净相移改变了SOP，而维持净相对相位保持了SOP。在当前的描述中，SOP可以被称为偏振态。

线性SOP具有非零振幅的偏振分量和零振幅的正交偏振分量。

线性偏振器透射具有平行于线性偏振器的电矢量透射方向的线性偏振分量的唯一线性SOP，并衰减具有不同SOP的光。

吸收偏振器是吸收入射光的一个偏振分量并透射第二正交偏振分量的偏振器。吸收线性偏振器的实例是二色性偏振器。

反射偏振器是反射入射光的一个偏振分量并透射第二正交偏振分量的偏振器。为线性偏振器的反射偏振器的实例是多层聚合物膜堆叠，例如来自3M Corporation的DBEF^TM或APF^TM，或者线栅偏振器，例如来自Moxtek的ProFlux^TM。反射线性偏振器还可以包括串联设置的胆甾型反射材料和四分之一波片。

设置在线性偏振器和不引入相对净相移的平行线性分析偏振器之间的延迟器提供除了线性偏振器内的残余吸收之外的光的完全透射。

在正交偏振分量之间提供相对净相移的延迟器改变SOP并在分析偏振器处提供衰减。

在本公开中，“A板”指利用双折射材料层的光学延迟器，所述光学延迟器的光轴平行于所述层的平面。

“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器，所述光学延迟器的光轴垂直于所述层的平面。“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器，所述光学延迟器的光轴具有平行于所述层的平面的分量和垂直于所述层的平面的分量。“正O板”是指正双折射O板，即正Δn的O板。

可以提供消色差延迟器，其中延迟器的材料具有随波长λ变化的延迟Δn.d，如

Δn.d/λ＝κ 等式3

其中κ基本上是常数。

合适材料的实例包含来自Teijin Films的改性聚碳酸酯。在本实施例中可提供消色差延迟器，以有利地最小化具有低照度降低的偏振角观察方向与具有增加的照度降低的偏振角观察方向之间的颜色变化，如下文将描述。

现在将描述本公开中使用的涉及延迟器和液晶的各种其它术语。

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414的双折射，并且d是液晶单元的厚度，与液晶单元中的液晶材料414的配向无关。

沿面配向是指可切换液晶显示器中液晶的配向，其中分子基本上平行于基板而配向。沿面配向有时被称为平面配向。沿面配向通常可以提供小的预倾角，例如2度，使得液晶单元的配向层表面上的分子稍微倾斜，如下所述。预倾角被设置为使单元切换中的退化最小化。

在本公开中，垂直配向是杆状液晶分子基本上垂直于基板配向的状态。在盘状液晶中，垂直配向定义为由盘状液晶分子形成的柱结构的轴垂直于表面配向的状态。在垂面配向中，预倾角是接近配向层并且通常接近90度且例如可为88度的分子的倾斜角。

在扭曲的液晶层中，提供了向列型液晶分子的扭曲配置(也被称为螺旋结构或螺旋)。可以通过配向层的非平行配向来实现扭曲。此外，可以将胆甾型掺杂剂添加到液晶材料414中，以打破扭曲方向(顺时针或逆时针)的简并性，并进一步控制松弛(通常未驱动)状态下的扭曲节距。超扭曲液晶层具有大于180度的扭曲。空间光调制器中使用的扭曲向列型层通常具有90度的扭曲。

具有正介电各向异性的液晶分子通过施加的电场从沿面配向(例如A板延迟器取向)切换为垂面配向(例如C板或O板延迟器取向)。

具有负介电各向异性的液晶分子通过施加的电场从垂面配向(例如C板或O板延迟器取向)切换为沿面配向(例如A板延迟器取向)。

棒状分子具有正双折射，使得n_e>n_o，如等式2中所描述的。盘状分子具有负双折射，使得n_e<n_o。

正延迟器例如A板、正O板和正C板通常可以由拉伸膜或杆状液晶分子提供。负延迟器例如负C板可由拉伸膜或盘状液晶分子提供。

平行液晶单元配向是指水平配向层的配向方向平行或更典型地反平行。在预倾角垂直配向的情况下，配向层可以具有基本上平行或反平行的分量。混合配向的液晶单元可以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的配向(例如，彼此取向成90度)的配向层提供。

透射式空间光调制器可进一步包含在输入显示偏振器与输出显示偏振器之间的延迟器，例如，如第8,237,876号美国专利中所公开的，所述美国专利以全文引用的方式并入本文中。此类延迟器(未示出)处于与本实施例的无源补偿延迟器不同的位置。此类延迟器补偿离轴观看位置的对比度下降，这对于本实施例的离轴观看位置的照度降低是不同的效果。

现在将描述与防窥显示器外观相关的术语。

显示器的隐私操作模式是观察者看到低对比灵敏度而使得图像不清晰可见的模式。对比度灵敏度是区分静态图像中不同水平的亮度的能力的量度。反向对比灵敏度可以用作视觉安全的度量，因为高视觉安全水平(VSL)对应于低图像可见度。

对于向观察者提供图像的防窥显示器，视觉安全可以如下给出：

VSL＝(Y+R)/(Y–K) 等式4

其中VSL是视觉安全级别，Y是在窥探者视角的显示器的白色状态的照度，K是在窥探者视角的显示器的黑色状态的照度，R是来自显示器的反射光的照度。

面板对比率给定为：

C＝Y/K 等式5

对于高对比度光学LCD模式，白色状态透射随视角基本保持恒定。在本实施例的对比度降低液晶模式中，白色状态透射通常随着黑色状态透射的增加而降低，使得

Y+K～P.L 等式6

然后，视觉安全等级可以进一步给出为：

其中离轴相对照度P通常被定义为在窥探者角度处的正面照度L的百分比，并且显示器可以具有图像对比度C，并且表面反射率是ρ。

离轴相对亮度P有时被称为隐私水平。然而，此类防窥等级P描述了与正面照度相比在给定极角的显示器的相对照度，并且不是防窥外观的度量。

显示器可以由朗伯(Lambertian)环境照度I照明。因此，在完全黑暗的环境中，高对比度显示器具有大约1.0的VSL。随着环境照度的增加，感知到的图像对比度降低，VSL增加，并且感知到隐私图像。

对于典型的液晶显示器，对于几乎所有的视角，面板对比度C都在100:1以上，允许视觉安全等级接近：

VSL＝1+I.ρ/(π.P.L) 等式8

感知图像安全性可以从眼睛的对数响应确定，使得

S＝log₁₀(V) 等式9

按以下方式确定S的理想极限。在第一步骤中，提供隐私显示装置。使用明视觉测量设备对显示装置的保密级别P(θ)随极性视角的变化和显示装置的反射率ρ(θ)随极性视角的变化进行了测量。如基本上均匀亮度的灯箱等光源被布置成提供来自被照明区域的照明，所述被照明区域被布置成沿入射方向照亮隐私显示装置，以反射到与显示装置的法线成大于0°的极角的观看者位置。考虑到反射率ρ(θ)的变化，通过测量记录的反射照度随偏振视角的变化来确定基本朗伯发射灯箱的照度随偏振视角的变化I(θ)。使用P(θ)、r(θ)和I(θ)的测量来确定安全系数S(θ)随偏振视角沿零仰角轴的变化。

在第二步骤中，在隐私显示器上提供一系列高对比度图像，包括(i)具有最大字体高度3mm的小文本图像，(ii)具有最大字体高度30mm的大文本图像和(iii)移动图像。

在第三步骤中，每个观察者(在适当的情况下具有用于在1000mm处观看的视力校正)从1000m的距离观看每个图像，并且在零仰角处调整它们的极角，直到对于一只眼睛从显示器上靠近或接近显示器中心线的位置实现图像不可见性。记录观察者的眼睛的极位置。根据关系S(θ)，确定所述偏振位置处的安全系数。对于不同的图像、对于各种显示照度Y_max、不同的灯箱照度I(q＝0)、对于不同的背景照明条件和对于不同的观察者重复测量。

从上述测量中，S<1.0提供低视觉安全或没有视觉安全，1.0≤S<1.5提供取决于图像内容的对比度、空间频率和时间频率的视觉安全，1.5≤S<1.8对于大多数图像和大多数观察者提供可接受的图像不可见性(即没有可观察到的图像对比度)，而S≥1.8提供完全的图像不可见性，与所有观察者的图像内容无关。

与防窥显示器相比，理想的是在标准环境照度条件下容易观察到广角显示器。图像可见性的一种度量是对比灵敏度，例如迈克尔逊对比度(Michelson contrast)，其由下式给出：

M＝(I_max–I_min)/(I_max+I_min) 等式10

并且因此：

M＝((Y+R)–(K+R))/((Y+R)+(K+R))＝(Y-K)/(Y+K+2.R) 等式11

因此，视觉安全级别(VSL)等于(但不同于)1/M。在本论述中，对于给定的离轴相对照度P，广角图像可见性W近似为

W＝1/VSL＝1/(1+I.ρ/(π.P.L)) 等式12

在本论述中，来自期望的白点(u_w'，v_w')的输出颜色((u_w'+Δu'，v_w'+Δv')的颜色变化Δε可以在假定典型的显示光谱光源的情况下通过CIELUV色差度量来确定，并且由下式给出：

Δε＝(Δu'²+Δv'²)^1/2 等式13

反折射元件采用折射和反射，其可以是全内反射或来自金属化表面的反射。

现在将描述各种定向显示装置的结构和操作。在本说明书中，共同的元件具有共同的附图标记。注意，与任何元件相关的公开适用于其中提供相同或对应元件的每一装置。因此，为了简洁起见，不再重复此类公开。

现在将描述可切换隐私显示设备。

图1A是绘示包括透射式空间光调制器48的可切换隐私显示装置100的正视透视图的示意图；并且图1B是绘示图1A的设备中的光学组件堆叠的正视透视图的示意图。

显示设备100包括：背光源设备20；以及空间光调制器48，其被布置成从背光源设备20接收光。空间光调制器48包括透射式空间光调制器48，其被布置成接收并空间调制来自背光源20的输出光。

空间光调制器48包括显示输出偏振器218、布置在空间光调制器48的输入侧上的显示输入偏振器210，显示偏振器210、218是线性偏振器。空间光调制器48可以包含液晶显示器，所述液晶显示器包含基板212、216和具有红色、绿色和蓝色像素220、222、224的液晶层214。输出显示偏振器218与显示输入偏振器210交叉，并且被布置成向来自空间光调制器48的像素220、222、224的光提供高消光比。典型偏振器210、218可以是吸收偏振器，如二色性偏振器。

附加偏振器318A被布置在空间光调制器48的与输入显示偏振器210相同的侧上，附加偏振器318A是线性偏振器。极性控制延迟器300被布置在显示输入偏振器210与附加偏振器318之间。

显示输入偏振器210、附加偏振器318A和另外的附加偏振器318B具有与x轴平行并且彼此平行的电矢量透射方向211、319A、319B。电矢量透射方向219被设置成平行于y轴，以在空间光调制器48中提供高图像对比度。

至少一个极性控制延迟器300A还包含至少一个无源补偿延迟器330A。至少一个无源补偿延迟器330包括无源补偿延迟器330A，其光轴331A垂直于延迟器330A的平面，即，延迟器330A是负C板。

显示装置100还包括被布置成输出光445、447的背光源20，并且空间光调制器48包括被布置成接收和空间调制来自背光源20的输出光的透射式空间光调制器48。

显示装置100还包括：另外的附加偏振器318B，该另外的附加偏振器在附加偏振器318A外部被布置在空间光调制器48的与附加偏振器318A相同的侧上，该另外的附加偏振器318B是线性偏振器，其电矢量透射方向平行于显示偏振器210和附加偏振器318A的电矢量透射方向211、319；以及至少一个另外的极性控制延迟器300B，该至少一个另外的极性控制延迟器被布置在附加偏振器318A与另外的附加偏振器318B之间。

极性控制延迟器300A、300B各自包含可切换液晶延迟器301A、301B，其包括液晶材料414A、414B的层314A、314B。材料414A、414B可以相同或不同，如下面将进一步描述的。液晶延迟器301还包括透明基板312、316、电极和配向层，如将关于图5B进一步描述的。

背光源20包括：至少一个第一光源15，该至少一个第一光源被布置成提供输入光445(以非限制性实例的方式示出了多个第一光源15)；至少一个第二光源17(以非限制性实例的方式示出了多个第二光源17)，该至少一个第二光源被布置成在与至少一个第一光源15相对的方向上提供输入光447。

波导布置11被布置成从第一光源15和第二光源17接收输入光445、447，并且通过打破全内反射使来自第一光源15和第二光源17的光从波导布置11离开。光源15、17各自包括光源阵列，如LED阵列。背光源设备20还包括光源控制系统354，该光源控制系统被布置成独立地控制至少一个第一光源15和至少一个第二光源17。

背光源设备20还包括后反射器3，该后反射器被布置成接收从波导1的表面6、8离开的光并将其引导回穿过波导1，如将在下文中描述的。

背光源设备20还包括光学转向膜组件50，该光学转向膜组件被布置成接收从波导1提取的光，其操作将在下文中进一步描述。

光学堆叠5可以包括漫射器、反射偏振器和其它已知的光学背光源结构。可以在光学堆叠5中提供可以包含例如可以包含非对称表面起伏特征的非对称漫射器，其中可以提供与侧向方向相比在仰角方向上增加的漫射。有利地，可以增加图像均匀性。

考虑图1B，公开了各种光轴和电矢量透射方向的定向。液晶延迟器301A、301B具有预倾角方向，该预倾角方向具有在液晶材料414A、414B的层314A、314B的平面中的分量417AAp、417BAp，该分量与显示装置偏振器210和附加偏振器318A、318B的电矢量透射方向211、319A、319B成锐角非零角617A、617B。更一般地，配向层419A、419B中的至少一个可以具有预倾角方向，该预倾角方向具有在液晶材料液晶材料414的层314的平面中的分量417AAp、417BAp，该分量与显示装置偏振器218和附加偏振器318A、318B的电矢量透射方向211、319A、319B中的至少一个成非零锐角617AA、617BA。

本文中，对预倾角方向的分量与偏振器的电矢量透射方向成“锐角非零角”的引用是对垂直于限定该分量的平面观察到的角的引用。这同样可以被认为是预倾角方向的分量与电矢量透射方向在限定该分量的平面上的投影之间的角，例如如图1B和对应附图所示。

下面将关于图5A至B进一步考虑液晶延迟器301A、301B的结构。

现在将进一步描述替代极性控制延迟器的结构以及极性控制延迟器的控制。

图2A是绘示可切换隐私显示装置100的替代光学堆叠的正视透视图的示意图；并且图2B是绘示图2A的设备中的光学组件堆叠的正视透视图的示意图。可以假设未进一步详细论述的图2A至B的实施例的特征对应于具有如上文所讨论的等效附图标记的特征，包含特征中的任何潜在变化。

为了解释的目的，图2A绘示了空间光调制器48的输出偏振器218。背光源20和透射式空间光调制器48可以被布置在偏振器218的输入侧上。

与图1A至B的布置相比，在图2A至B的替代实施例中，极性控制延迟器300A、300B被布置在空间光调制器48的输出侧上。因此，显示装置100还包括：输出显示偏振器218，该输出显示偏振器被布置在空间光调制器48的输出侧上；另外的附加偏振器318B，该另外的附加偏振器被布置在空间光调制器48的输出侧上，该另外的附加偏振器318B是线性偏振器，其电矢量透射方向平行于显示偏振器218和附加偏振器318A的电矢量透射方向219、319；以及至少一个另外的极性控制延迟器300，该至少一个另外的极性控制延迟器被布置在另外的附加偏振器318B与输出显示偏振器218之间。

有利地，图2A的布置可以由显示器用户或在制造期间在空间光调制器48的输出侧上进行改型。此外，可以以与下文图3所绘示的方式类似的方式提供此类布置以与发射式空间光调制器一起使用。

图2A至B还绘示了图1A至B的负C板无源控制延迟器330A、330B的替代实施例，其中至少一个无源补偿延迟器330包括一对无源补偿延迟器330A、330B，该一对无源补偿延迟器具有在延迟器330A、330B的平面中的交叉的光轴331A、331B。光轴331A、331B之间的角被显示偏振器210、218和附加偏振器318的电矢量透射方向211、219、319平分，这些电矢量透射方向在该实例中是平行的。更一般地，光轴331A、331B之间的角分别被显示偏振器210、218和附加偏振器318中的至少一个的电矢量透射方向211、219、319平分。图2C的无源A板延迟器330AA、330AB、330BA、330BB可以有利地比图1A至B的C板延迟器更容易以更低的成本大面积地制造。

图2A至B还绘示了偏振器219、318A、318B的电矢量透射方向219、319A、319B关于图1A至B所绘示的方向旋转90度。液晶延迟器301A、301B具有预倾角方向，该预倾角方向具有在液晶材料414A、414B的层314A、314B的平面中的分量417AAp、417BAp，该分量在与图1A至B所绘示的方向相同的方向上，并因此与显示装置偏振器218和附加偏振器318A、318B的电矢量透射方向219、319A、319B成锐角非零角617AA、617BA，其与图1A至B的对应角互补。显示器100的操作基本上不受偏振器219、318A、318B的电矢量透射方向219、319A、319B的此类90度旋转的影响。

图2A至B还绘示了显示器100(包含图1A的显示器)还可以包括控制系统，该控制系统被布置成借助驱动器350A、350B控制极性控制延迟器300A、300B，以分别改变液晶层314A、314B两端的操作电压。提供控制器352以控制驱动器350A、350B并进一步控制图1A的光源控制器354。

如下面将进一步描述的，显示装置100被布置成显示图像并且能够在至少公共模式(针对两个或更多个用户)、隐私单用户模式和低杂散光单用户模式中操作。在隐私模式中，提供隐私功能，并且与公共模式相比，降低了图像对离轴观看者的可见性，并且在隐私模式和公共模式两者中，在离轴位置中图像的可见性对主要用户保持可见。控制系统350、352、354针对所显示图像的至少一个区域(典型地为整个所显示图像)选择性地以公共模式、隐私模式或低杂散光模式操作显示装置100。此类显示装置可以用于诸如但不限于可切换隐私显示器等应用中，如膝上型电脑、监视器、TV、蜂窝电话、平板电脑、可穿戴显示器、ATM显示器和汽车显示器。

图2C是绘示可切换隐私显示装置100的替代光学组件堆叠的正视透视图的示意图。可以假设未进一步详细论述的图2C的实施例的特征对应于具有如上文所讨论的等效附图标记的特征，包含特征中的任何潜在变化。

图2C的替代布置不同于图1A至B和图2A的布置。在第一方面，第一极性控制延迟器300A包括液晶极性控制延迟器301A和C板330A，并且第二极性控制延迟器300B包括液晶极性控制延迟器301B和交叉的A板330BA、330BB。有利地，通过选择不同的极性控制延迟器300A、300B，可以实现显示输出的增加的离轴控制。在构造中，可以在空间光调制器48的后面提供附加空气空隙，同时保持图像对比度，增加组装成品率并降低成本。

在另一方面，第一极性控制延迟器300A被布置在输出偏振器218的输出侧上，并且第二极性控制延迟器300B被布置在输入偏振器210的输入侧上。有利地，可以提高从背光源20提取光的效率。

现在将描述发射显示器结构。

图3是绘示包括发射式空间光调制器48的可切换隐私显示装置100的正视透视图的示意图。可以假设未进一步详细讨论的图3的实施例的特征对应于具有如上文所讨论的等效附图标记的特征，包括特征中的任何潜在的变化。

空间光调制器48包括被布置成发射经空间调制的光的发射式空间光调制器48。发射显示器100还可以包括四分之一波片228和显示输出偏振器218，该显示输出偏振器被布置成减少来自发射显示器100的像素平面214的前面反射。所述显示偏振器是被布置在空间光调制器48的输出侧上的输出显示偏振器2218。

图3的实施例绘示了单个极性控制延迟器300。替代地，可以提供两个极性控制延迟器300A、300B和如图2A所绘示的另外的附加偏振器318B。

发射显示器100还包括视差光栅700，其包括光吸收区域704和透光孔区域702。下面将参考图33进一步描述本实施例中的视差光栅700的操作。

现在将描述机动车辆中的显示器100的操作。

图4A是绘示机动车辆650中的隐私显示装置100的俯视图的示意图；并且图4B是绘示机动车辆650中的隐私显示装置100的侧视图的示意图。

显示器100被布置在中心堆叠显示(CSD)位置中，即，在可以分别是前座乘客和驾驶员的两个乘员用户45、47之间。光445、447可以分别输出到用户45和用户47。显示器100绘示了包括第一部分101L和第二部分101R的替代实施例，第一部分可以向乘客45和驾驶员47提供图像，第二部分包括如本文别处所述的可切换离轴隐私显示器。

可能期望在公共模式中向用户45、47两者提供图像。

在隐私模式中，可能期望向乘客45提供驾驶员47不可见的图像。有利地，乘客可以观看娱乐信息而不会分散驾驶员的注意力。

在低杂散光模式中，可能期望以期望亮度向驾驶员提供图像，同时降低对乘客的亮度。有利地，可以在夜间操作期间降低车辆的内表面的亮度，从而减少驾驶员的注意力分散。此外，较大面积的显示器可以具有期望的较低的车舱内部照明。

此外，可能期望提供引导至车辆的窗户654的低水平的杂散光442，以降低反射图像数据的可见性。

现在将描述用于离轴照明控制的极性控制延迟器300的结构。

图5A是绘示极性控制延迟器300的正视透视图的示意图，该示极性控制延迟器包括具有配向层419A、419B的液晶延迟器301，该配向层具有预倾角方向417，该预倾角方向具有在液晶材料414的层314的平面中的分量417Ap、417Bp，该分量与显示装置偏振器218和附加偏振器318的电矢量透射方向219、319成锐角非零角617A、617B，这些电矢量透射方向在该实例中是平行的。更一般地，配向层419A、419B中的至少一个可以具有预倾角方向417，该预倾角方向具有在液晶材料414的层314的平面中的分量417Ap、417Bp，该分量与显示装置偏振器218和附加偏振器318的电矢量透射方向219、319中的至少一个成锐角非零角617A、617B。在该实例中，锐角非零角617A、617B存在于整个显示装置100上。在没有另外指定的所有实施例中也是这种情况。然而，更一般地，锐角非零角617A、617B存在于显示装置100的任何部分上，在这种情况下，针对该部分实现下述技术效果。

图5B是绘示一个配向层419B的正视图的示意图，该配向层具有预倾角方向417B，该预倾角方向具有在液晶材料414的层314的平面中的分量417Bp，该分量与显示装置偏振器218和附加偏振器318的电矢量透射方向219成锐角非零角617B。

可以假设未进一步详细论述的图5A至B的实施例的特征对应于具有如上文所讨论的等效附图标记的特征，包含特征中的任何潜在变化。

至少一个极性控延迟器300包括：可切换液晶延迟器301，其包括液晶材料414的层314。电极413、415被布置在基板312、316上(如图1A所绘示)，并且驱动器350被布置成在至少一种操作模式中在层314两端提供电压。

两个表面配向层419A、419B与液晶材料414的层314邻近并在其相对侧上设置，其中表面配向层419A、419B中的每一个具有预倾角，该预倾角具有预倾角方向417，该预倾角方向具有在液晶材料414的层314的平面中的分量417Ap、417Bp，该分量与显示偏振器210、218和附加偏振器318的电矢量透射方向211、219、319成锐角非零角617A、617B。

可切换液晶延迟器301还包括两个表面配向层419A、419B，该两个表面配向层与液晶材料414的层314邻近并在其相对侧上设置，其中表面配向层419A、419B各自具有预倾角，该预倾角具有预倾角方向417，该预倾角方向具有在液晶材料414的层314的平面中的分量417Ap、417Bp，该分量与显示偏振器210、218和附加偏振器318的电矢量透射方向211、219、319成非零角617。

图5A绘示了表面配向层419B被布置成在相邻液晶材料414中提供沿面配向，所述表面配向层419B具有所述预倾角，所述预倾角具有预倾角方向417，该预倾角方向具有在液晶材料414的层314的平面中的分量417Bp，该分量与显示偏振器218和附加偏振器318的电矢量透射方向219、319成锐角非零角617B。在如图1A等其它实施例中，分量417Bp与显示偏振器210和附加偏振器318的电矢量透射方向211、319成锐角非零角617B。

表面配向层419A中的另一个被布置成在相邻液晶材料414中提供垂直配向。表面配向层419A中的另一个具有所述预倾角，所述预倾角具有预倾角方向417A，该预倾角方向具有在液晶材料414的层314的平面中的分量417Ap，该分量与显示偏振器218和附加偏振器318的电矢量透射方向211、319成非零角617A。因此，表面配向层419A、419B中的每一个具有预倾角，该预倾角具有预倾角方向417A、417B，该预倾角方向具有在液晶材料414的层314的平面中的分量417Ap、417Bp，该分量与显示偏振器210、218和附加偏振器318的电矢量透射方向211、219、319成锐角非零角617A、617B。

图5B绘示了预倾角方向在跨过表面配向层419B的所有位置处可以是相同的，使得表面配向层419A、419B各自具有预倾角，该预倾角具有预倾角方向417，该预倾角方向具有在液晶材料414的层314的平面中的分量417Ap、417Bp，该分量与显示偏振器210、218和附加偏振器318的电矢量透射方向211、219、319具有相同的非零锐角617A、617B。

可能期望降低液晶延迟器301的成本和复杂性。

图5C是绘示极性控制延迟器300的正视透视图的示意图，该极性控制延迟器包括具有沿面配向层419B和垂直配向层419A的液晶延迟器301，该沿面配向层具有预倾角方向417B，该预倾角方向具有在液晶材料414的层的平面中的分量417Bp，该分量与显示偏振器218和附加偏振器318的电矢量透射方向219、319成锐角非零角617B；并且该垂直配向层具有预倾角方向417A，该预倾角方向具有在液晶材料414的层的平面中的分量417Ap，该分量平行于显示偏振器218和附加偏振器219的电矢量透射方向219、319(与显示偏振器和附加偏振器的电矢量透射方向成零角)。作为替代方案，垂直配向层419A可以具有预倾角方向417A，该预倾角方向具有在液晶材料414的层的平面中的分量417Ap，该分量正交于显示偏振器218和附加偏振器219的电矢量透射方向219、319，并且在该替代方案中，操作基本上不受影响。

图5D是绘示极性控制延迟器300的组件的正视透视图的示意图，该极性控制延迟器包括沿面配向层419B和垂直配向层419A，该沿面配向层具有预倾角方向417B，该预倾角方向具有在液晶材料414的层的平面中的分量417Bp，该分量与显示偏振器218和附加偏振器318的电矢量透射方向219、319成锐角非零角617B；并且该垂直配向层具有预倾角方向417A，该预倾角方向具有在液晶材料414的层的平面中的分量417Ap，该分量分别与显示偏振器218和附加偏振器318的电矢量透射方向219、319对准(与显示偏振器和附加偏振器的电矢量透射方向成零角)。

与图5A的布置相比，图5C的替代布置包括与显示器的边缘对准的恒定配向方向。此类布置更方便地以降低的成本制造。在配向方向如图29A所绘示地改变的布置中，有利地降低了垂直配向层419A的制造复杂性并降低了成本。

现在将描述传播穿过图5A的结构的光透射。

图6A是以针对配向层419A、419B的角617均为30°时的表1的第一预倾角方向417绘示图5B的极性控制延迟器300的透射的极性变化的示意图；图6B是以针对配向层419A、419B的角617均为20°时的表1的第二预倾角方向417绘示图5B的极性控制延迟器300的透射的极性变化的示意图；以及图6C是以针对配向层419A、419B的角617均为0°时的表1的第二预倾角方向417绘示图5B的极性控制延迟器300的透射的极性变化的示意图。

表1

极性纵断面还分别绘示了从z轴700mm的距离并横向偏移400mm观看的14"景观16:9纵横比显示器的用户45、47的视场65、67。在隐私操作模式中，期望向离轴用户45提供高图像可见性，并向离轴用户47提供高图像安全水平。锐角非零角617有利地实现了向具有视场65的用户45提供高透射，并且向具有视场67的用户47提供低透射。

通过与本实施例的比较，图6C绘示了当角617为零度时的透射关于轴上方向是对称的，并且为两个用户45、47提供了相等的亮度降低，即没有实现离轴不对称。不期望的是，此类布置对于两个离轴用户45、47没有实现不同的隐私特性。

在本实施例中，在输出显示偏振器210、218与至少一个极性控制延迟器300之间没有布置反射偏振器。如果将此类反射偏振器302布置在图2A的输出偏振器218与极性控制延迟器300B之间，则光将根据液晶延迟器301的驱动条件从显示器以离轴角选择性地反射。然而，反射特性是对称的，并且因此不能实现本实施例的期望离轴反射特性。

透射最小值的仰角位置69可以通过液晶延迟器301的操作的控制电压来调节。此类位置69因此可以被布置成在非零仰角位置处提供最佳用户位置47，并且可以例如通过感测用户47的位置并相应地通过驱动器350A、350B设置驱动电压来对应于用户47位置进行调节。有利地，可以实现用户47位置的增加的自由度以获得最佳的隐私性能。

现在将描述图4A的离轴显示器100的期望照明。

图7A是绘示可切换背光源20的侧视图的示意图，该可切换背光源包括波导布置11、后反射器3和光学转向膜组件50，并且在第一波瓣方向和第二波瓣方向上以相同角分布455、457输出光束445、447；并且图7B是绘示波导布置11的正视图的示意图。可以假设未进一步详细论述的图7A至B的实施例的特征对应于具有如上文所讨论的等效附图标记的特征，包含特征中的任何潜在变化。

波导布置11包括：波导1，该波导跨平面延伸并且包括：相对的第一光导表面和第二光导表面6、8，该相对的第一光导表面和第二光导表面被布置成沿着光波导1引导光，第二光导表面8被布置成通过全内反射引导光。

第一输入端和第二输入端2、4被布置在第一光导表面与第二光导表面6、8之间，并且在第一光导表面与第二光导表面6、8之间的横向方向上延伸。

至少一个第一光源15被布置成通过第一输入端2将光445输入波导1中，并且至少一个第二光源17被布置成通过第二输入端4将光447输入波导1中。

波导1被布置成通过打破全内反射使来自至少一个第一光源15和至少一个第二光源17的光445、447穿过第一光导表面和第二光导表面6、8中的一个从波导1离开。

光学转向膜组件50包括：输入表面56，该输入表面被布置成接收通过打破全内反射而穿过波导1的光导表面6、8从波导1离开的光，该输入表面56跨平面延伸；以及输出表面58，该输出表面面向输入表面56，其中输入表面包括细长棱镜元件52的阵列，细长棱镜元件包括脊54。

波导1被布置成使来自至少一个第一光源15和至少一个第二光源17的光445、447以共同的角分布455、457从波导1离开。

现在将描述用于图7A至B的实施例的说明性波导的结构。

图8A是绘示图7A的波导布置11的光波导1的正视透视图的示意图，其包括在光波导1的第一侧和第二侧上的微结构；并且图8B是绘示图7A的波导布置11的替代光波导1的正视透视图的示意图，其包括在光波导1的相同侧上的微结构。可以假设未进一步详细论述的图8A至B的实施例的特征对应于具有如上文所讨论的等效附图标记的特征，包含特征中的任何潜在变化。

波导1包括沿横向(x轴)方向延伸的倾斜小平面32A、32B的阵列。图8A的波导1包括透镜状微结构30，而图8B的波导1包正交于横向方向延伸的棱镜元件29。波导1的小平面32和元件29、30被布置成调节波导1内的引导光445、447的传播，使得一些光通过破坏内反射而从波导1泄漏。

图9A是绘示图7A的背光源20的光学转向膜组件50的正视透视图的示意图。

棱镜元件52各自包括其间限定脊54的一对细长小平面53。脊54平行于横向方向跨平面延伸，脊54是直的。输出表面58是平面的。

图9B是绘示光学转向膜组件50的侧视图的示意图。在本实施例中，在小平面的法线与平面的法线之间限定的相应小平面53的小平面角为40°至70°，并且优选地为47.5°至62.5°。有利地，可以提供具有高亮度和/或高安全系数S的离轴用户45、47的期望位置，如下面将进一步描述的。

在脊54的相对侧上的小平面53具有在小平面的法线与平面的法线之间限定的不同的小平面角。有利地，光445、447以相应的角分布455、457被引导向不同的离轴位置。

图9C是绘示适用于图7A的背光源20的替代光学转向膜组件50表面的正视透视图的示意图。

脊54和小平面53A、53B包括提供一些光漫射并增加角分布455、457的尺寸的摆动。有利地，可以增加显示均匀性。可以降低由波导1的制造缺陷引起的伪影的可见性，有利地增加成品率并降低成本。可以降低在波导1的使用中由损坏引起的缺陷的可见性，有利地增加寿命。

图10是绘示图7A的背光源20的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至第一用户45并向第二用户47提供隐私图像。此类布置借助光源15来提供，而没有光来自光源17。有利地，用户45看到高亮度图像，并且用户47看到低亮度图像。此类布置可以用于针对夜间操作向乘客45提供低杂散光图像。

图11是绘示图1A的显示装置100设备的前表面反射率的极性变化的示意图，其由空气中单个表面的菲涅耳反射率引起。

图12是绘示图1A的显示装置100的隐私操作模式中的视觉安全水平S和图10的背光源20亮度纵断面的极性变化的示意图，其中第一极性控制延迟器300A包括图6A的透射纵断面，并且第二极性控制延迟器300B具有与延迟器300A相同的规定，然而配向层绕水平轴反射。有利地，在正交于横向方向的方向(仰角方向)上实现了增加的对称性。

呈现了显示装置100正面亮度的安全系数S，其具有以尼特为单位测量的值Y_max，该值是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半。

有利地，用户45具有视场65，其安全系数S<0.1，即，在显示器100上实现了高图像可见性。有利地，用户47具有视场67，其对于所有图像区域的安全系数S≥1.5，并且对于一些显示区域的安全系数S≥1.8，即，实现了高图像安全性，并且至少一些图像在整个显示区域上对于用户47是不可见的。

有利地，为车辆的乘客45提供离轴隐私显示器。驾驶员47可能基本上看不到乘客所看到的图像数据的内容，如娱乐内容。

期望切换显示器100以使其可以被驾驶员看到。

图13A至B是绘示图7A的背光源20的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至第一用户和第二用户45、47。图13A绘示了仅来自光源17的操作的输出，而图13B绘示了来自两个光源15、17的操作的输出。

图13A的实施例可以用于实现低杂散光显示，同时向用户47提供期望的照明。图13B的实施例可以用于实现显示对两个用户的可见性。此类实施例可以设置有被驱动以用于广角操作的极性控延迟器300。在本公开的替代性实施例中，可以省略极性控制延迟器300。

图14是绘示图1A的显示装置100的双用户操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示装置100正面亮度的图13B的背光源20亮度纵断面的极性变化的示意图，其中显示装置正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半，其中极性控制延迟器300A、300B、300C被驱动以用于高广角透射。有利地，在广极性范围上为用户45、47实现高图像可见性。

可能期望在背光源20上提供增加的亮度均匀性。

图15是绘示替代可切换背光源20的侧视图的示意图，该替代可切换背光源包括波导布置11(其包括串联布置的两个波导1A、1B)、后反射器3和光学转向膜组件50，并且在第一波瓣方向和第二波瓣方向上输出光445、447。可假设未进一步详细论述的图15的实施例的特征对应于具有如上文所论述的等效附图标记的特征，包括特征中的任何潜在变化。

波导布置11包括第一波导和第二波导。

第一波导1A延伸穿过平面并且包括相对的第一光导表面和第二光导表面6A、8A，该相对的第一光导表面和第二光导表面被布置成沿着光波导1A引导光，第二光导表面8A被布置成通过全内反射引导光；以及第一输入端2A，该第一输入端被布置在第一光导表面与第二光导表面6A、8A之间并且在第一光导表面与第二光导表面6A、8A之间的横向方向上延伸；其中至少一个第一光源15A被布置成通过第一输入端2A将光447输入第一波导1A中，并且第一波导1A被布置成通过打破全内反射使来自至少一个第一光源15A的光穿过第一光导表面和第二光导表面6A、8A中的一个从第一波导1A离开；

第二波导1B跨与第一波导1A串联布置的平面延伸，并且包括相对的第一光导表面和第二光导表面6B、8B，该相对的第一光导表面和第二光导表面被布置成沿着光波导1B引导光，第二光导表面被布置成通过全内反射引导光，以及第二输入端2B，该第二输入端被布置在第一光导表面与第二光导表面6B、8B之间并且在第一光导表面与第二光导表面6B、8B之间的横向方向上延伸。

至少一个第二光源15B被布置成通过第二输入端2B将光445输入第二波导1B中，并且第二波导1B被布置成通过打破全内反射使来自至少一个第二光源15B的光穿过第一光导表面和第二光导表面6B、8B中的一个从第二波导1B离开，并且其中第一波导和第二波导1A、1B被定向为使得至少一个第一光源15A和至少一个第二光源15B在相对的方向上将光445、447输入第一波导和第二波导1A、1B中。

背光源设备20包括：第一波导1A，该第一波导跨平面延伸并且包括相对的第一光导表面和第二光导表面6A、8A，该相对的第一光导表面和第二光导表面被布置成沿着光波导1A引导光，第二光导表面被布置成通过全内反射引导光；以及第一输入端2A，该第一输入端被布置在第一光导表面与第二光导表面6A、8A之间并且在第一光导表面与第二光导表面6A、8A之间的横向方向上延伸；至少一个第一光源15A，该至少一个第一光源被布置成通过第一输入端2A将光447输入第一波导1A中，其中第一波导1A被布置成通过打破全内反射使来自至少一个第一光源15A的光穿过第一光导表面和第二光导表面6A、8A中的一个从第一波导1A离开；第二波导1B，该第二波导跨与第一波导1A串联的平面延伸并且包括：相对的第一光导表面和第二光导表面6B、8B，该相对的第一光导表面和第二光导表面被布置成沿着光波导1B引导光，第二光导表面被布置成通过全内反射引导光，以及第二输入端2B，该第二输入端被布置在第一光导表面与第二光导表面6B、8B之间并且在第一光导表面与第二光导表面6B、8B之间的横向方向上延伸；至少一个第二光源15B，该至少一个第二光源被布置成通过第二输入端2B将光445输入第二波导1B中，其中第二波导1B被布置成通过打破全内反射使来自至少一个第二光源15B的光穿过第一光导表面和第二光导表面6B、8B中的一个从第二波导1B离开，其中第一波导和第二波导1A、1B被定向为使得至少一个第一光源15A和至少一个第二光源15B在相对的方向上将光445、447输入第一波导和第二波导1A、1B中；以及光学转向膜组件50，该光学转向膜组件包括：输入表面56，该输入表面被布置成接收通过打破全内反射而穿过波导1A、1B的光导表面从波导1A、1B离开的光，该输入表面56跨平面延伸；以及输出表面58，该输出表面面向输入表面56，其中输入表面56包括细长棱镜元件52的阵列，每个细长棱镜元件包括其间限定脊54的一对细长小平面53，脊54与横向方向成非零角跨平面延伸。

与图7A的实施例相比，图15的堆叠波导1A、1B可以各自在正交于横向方向的方向上实现增加的均匀性。有利地，可以向两个用户45、47增加显示一致性。

图16A是绘示图15的背光源20的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至第一用户45并向第二用户47提供隐私图像。有利地，减小了分布455的尺寸并且可以实现更高的效率。

现在将描述包括用于图1A的液晶延迟器301A、301B的两个沿面配向层419A、419B的显示器。

图16B是绘示第一极性控制延迟器300A的透射的极性变化的示意图，如表2所示并且角617A、617B为20°，其中两个表面配向层419A、419B被布置成在相邻液晶材料414中提供沿面配向。有利地，沿面配向可以实现对所施加的机械应力的增加的弹性，其中液晶414的弛豫时间比垂直配向快。此外，可以提供更薄的层314，从而降低制造的成本和复杂性。

表2

图16C是绘示图1A的显示装置100的隐私操作模式中的视觉安全水平S；图11的反射纵断面；图16B的第一极性控延迟器300A透射纵断面；图16B的第二极性控制延迟器300B透射纵断面(在横向方向上绕轴反射)的极性变化的示意图。有利地，实现了在仰角方向上增加的对称性。

显示装置100正面亮度具有以尼特为单位测量的值Y_max，该值是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半。

在图16C的实施例中，用户45、47的位置被绘示为在横向方向上处于不同的离轴角，例如显示器朝向用户47稍微倾斜，因此视场65、67未处于相同的极角。有利地，可以补偿期望的显示器标称位置和倾斜角，以为用户47实现最佳隐私。

在替代实施例(没有为其提供说明性实施例)中，表面配向层419A、419B中的每一个被布置成在相邻液晶材料414中提供垂直配向，所述表面配向层419A、419B具有所述预倾角，所述预倾角具有预倾角方向417，该预倾角方向具有在液晶材料414的层314的平面中的分量417Ap、417Bp，该分量与显示偏振器210、218和附加偏振器318的电矢量透射方向211、219、319成锐角非零角617A、617B。有利地，此类极性延迟器具有用于零驱动电压的广角模式，并且因此在来自显示器的图像数据被两个用户45、47看到的模式中降低了功耗。

图16D是绘示图15的背光源20的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至第一用户和第二用户45、47；并且图16E是绘示图1A的显示装置100的双用户操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示装置100正面亮度的图16D的背光源20亮度纵断面的极性变化的示意图，其中显示装置正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半，其中极性控制延迟器300A、300B、300C被驱动以用于高广角透射。

有利地，为两个用户45、47提供高图像可见性，其具有可通过将漫射器添加到图1A的光学堆叠5中而进一步扩展的区域。

现在将描述隐私显示器的替代布置。

图17A是绘示由机动车辆650中的乘客使用的隐私显示器100的俯视图的示意图。可以假设未进一步详细论述的图17A的实施例的特征对应于具有如上文所讨论的等效附图标记的特征，包含特征中的任何潜在变化。

与图4A的布置相比，图17A的替代实施例包括显示器100，该显示器被布置成向乘客45提供高图像可见性并且向驾驶员47提供高图像不可见性。与遵从法规特别有关的是驾驶员47移动到车辆650的中心以尝试观看显示器100上的图像数据的能力。照此，期望在相对靠近显示器100的光轴199的极位置处提供高图像安全性。

图17B是绘示图15的替代背光源的亮度输出的极性变化的示意图，其主要操作以将光引导至乘客。图17B与图16A的不同之处在于，在隐私操作模式中，输出基本上在轴上。参考图15，可以调节转向膜组件50棱镜以针对来自光源15B的光实现此类照明。图15的背光源20还可以布置有其它组件布置，如现在将绘示的。

图17C是绘示包括透射式空间光调制器48的可切换隐私显示器100的正视透视图的示意图。可以假设未进一步详细论述的图17C的实施例的特征对应于具有如上文所讨论的等效附图标记的特征，包含特征中的任何潜在变化。

与图1A的布置相比，图17C的替代布置在一些方面不同。

在第一方面，附加偏振器318A被布置在显示偏振器218的输出侧上，并且极性控制延迟器300A被布置在输出显示偏振器218与附加偏振器318A之间。

在第二方面，反射偏振器302被布置在显示偏振器218与极性控制延迟器300A之间。显示偏振器218、反射偏振器302和附加偏振器318A的电矢量透射方向是平行的。在公共操作模式中的操作中，反射偏振器302被布置成基本上不反射用于轴上和非轴外部照明的光。有利地，不提供反射率的增加。在隐私操作模式中，穿过附加偏振器318并且入射到反射偏振器302上的光线对于基本上平行于光轴199的方向(z方向)具有低反射比，但是对于倾斜向光轴199的方向以高反射比反射。有利地，对于离轴观看方向可以实现增加的安全系数，并且对于靠近光轴199的主要用户可以实现低反射比。

在第三方面，布置了一对波导1A、1B和相应的配向光源15A、15B，以分别在方向445、447上提供输出照明。与图1A的布置相比，可以有利地提供增加的亮度和均匀性。

图17D是绘示具有非旋转配向层的第一极性控制延迟器的透射的极性变化的示意图，即，角617在显示器100的极性控制延迟器的配向层417A、417B上为零；并且图17E是绘示具有非旋转配向层的第二极性控制延迟器的透射的极性变化的示意图；即，角617在显示器100的极性控制延迟器的配向层417A、417B上为零。

图17F是绘示图17C的显示装置的隐私操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示正面亮度的图17D至E的纵断面的极性变化的示意图，其中显示正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半；

图17G是绘示具有旋转配向层的第一极性控制延迟器的透射的极性变化的示意图；并且图17H是绘示具有旋转配向层的第二极性控制延迟器的透射的极性变化的示意图，即，角617是锐角非零角。

跨过显示器100的极性控制延迟器的配向层417A、417B中的至少一个，角617可以与附加偏振器318的透射方向319成10度至-10度。在图17G至I的说明性实例中，跨过显示器100的极性控制延迟器的配向层417A、417B中的至少一个，其与附加偏振器318的透射方向319成+5度。

图17I是绘示图17C的显示装置的隐私操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示正面亮度的图17G至H的纵断面的极性变化的示意图，其中显示正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半；

比较图17F和图17I，绘示了如图17A所绘示的光线447的极位置448。对于图17F的非旋转配向，在位置448处安全系数小于1.5。对于图17I的旋转配向，安全系数增加到大于1.8。有利地，安全系数增加到当驾驶员尝试看显示器时看不到图像的水平。此类布置实现了驾驶员47从标称乘坐位置改变位置时的期望的安全性增加。

可能期望在显示器100的顶部和底部挡板而不是左和右挡板处提供光源15、17。

图18A是绘示替代波导布置11的正视图的示意图；并且图18B是绘示用于背光源20的光学转向膜组件50的后透视图的示意图，该背光源包括图18A的波导布置11。可以假设未进一步详细论述的图18A至B的实施例的特征对应于具有如上文所讨论的等效附图标记的特征，包含特征中的任何潜在变化。

因此，背光源设备20包括：波导1，该波导跨平面延伸并且包括：相对的第一光导表面和第二光导表面6、8，该相对的第一光导表面和第二光导表面被布置成沿着光波导1引导光，第二光导表面被布置成通过全内反射引导光，以及第一输入端和第二输入端，该第一输入端和第二输入端被布置在第一光导表面与第二光导表面6、8之间并且在第一光导表面与第二光导表面6、8之间的横向方向上延伸；以及至少一个第一光源15和至少一个第二光源17，该至少一个第一光源被布置成通过第一输入端2将光445输入波导1中，该至少一个第二光源被布置成通过第二输入端4将光445输入波导1中，其中波导1被布置成通过打破全内反射使来自该至少一个第一光源15和至少一个第二光源17的光穿过第一光导表面和第二光导表面6、8中的一个从波导1离开；以及光学转向膜组件50，该光学转向膜组件包括：输入表面56，该输入表面被布置成接收通过打破全内反射而穿过波导1的光导表面从波导1离开的光445、447，该输入表面跨平面延伸；以及输出表面58，该输出表面面向输入表面56，其中输入表面56包括细长棱镜元件52的阵列，每个棱镜元件包括其间限定脊54的一对细长小平面53A、53B，脊54与横向方向成非零角γ地跨平面延伸。

与图7A至B和图15的布置相比，脊54与横向方向成非零角γ地跨平面延伸。脊54与横向方向成不大于55°的角γ地在平面中延伸。此类布置可以与图7A的单个波导1一起使用，或者替代地与图15的两个堆叠波导1A、1B一起使用。

有利地，减小了显示器的侧挡板宽度。

可能期望向用户47提供增加的亮度降低。现在将描述将第一极性控制延迟器、第二极性控制延迟器和第三极性控制延迟器300A、300B、300C布置在偏振器210与附加偏振器318A、318B和318C之间的布置。

图19A是绘示图18A的背光源20的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至第一用户45并向第二用户47提供隐私图像；图19B是绘示第一极性控制延迟器300A的透射的极性变化的示意图；图19C是绘示包括图18A的背光源20的显示装置100的前表面反射率的极性变化的示意图；图19D是绘示第二极性控制延迟器300B的透射的极性变化的示意图；图19E是绘示第三极性控制延迟器300C的透射的极性变化的示意图；并且图19F是绘示图1A的显示装置100的隐私操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示装置100正面亮度的图19A至E的纵断面的极性变化的示意图，其中显示装置正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半；

极性控制延迟器300A、300B、300C包括表1的说明性实施例，其中角617AA、617AB分别为30°，617BA、617BB分别为20°,并且617CA、617CB分别为40°。有利地，针对所有图像数据看不到图像的区域(S≥1.8)的尺寸增加，并且用户45看到具有高图像可见性的图像。

图20A是绘示图15的背光源20的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至第二用户47；并且图20B是绘示图1A的显示装置100的低杂散光操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示装置100正面亮度的图20A的背光源20亮度纵断面的极性变化的示意图，其中显示装置正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半，其中极性控制延迟器300A、300B、300C被驱动以用于高广角透射。有利地，可以在广极性区域上为用户47提供高图像可见性。

图21A是绘示图15的背光源20的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至第一用户和第二用户45、47；并且图21B是绘示图1A的显示装置100的双用户操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示装置100正面亮度的图21A的背光源20亮度纵断面的极性变化的示意图，其中显示装置正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半，其中极性控制延迟器300A、300B、300C被驱动以用于高广角透射。有利地，可以在广极性区域上为用户45、47提供高图像可见性。

可能期望增加用户47中的一个的观看自由度。

图22是绘示替代可切换背光源20的侧视图的示意图，该替代可切换背光源包括波导布置11(其包括具有不对称小平面32、36的波导1)、后反射器3和光学转向膜组件50，并且在第一方向和第二方向上以不同的角分布455、457输出光束445、447；并且图23是绘示图22的波导布置11的光波导1的正视透视图的示意图，其包括在光波导1的第一侧和第二侧上的微结构。

可以假设未进一步详细论述的图22的实施例的特征对应于具有如上文所讨论的等效附图标记的特征，包含特征中的任何潜在变化。

波导1被布置成使来自至少一个第一光源15和至少一个第二光源17的光445、447以不同的角分布455、457从波导1离开。与图7A的布置相比，波导1设置有竖直小平面36而不是平缓倾斜的小平面32B。光源17被设置在第二端处，并且光通过小平面36以与角分布445相比增加的角分布447逸出。

图24A是绘示图22的背光源20的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至第一用户45并向第二用户47提供隐私图像；图24B是绘示第一极性控制延迟器300A的透射的极性变化的示意图，其中角617AA、617AB为30°；图24C是绘示包括图22的背光源20的显示装置100的前表面反射率的极性变化的示意图；图24D是绘示第二极性控制延迟器300B的透射的极性变化的示意图，其中角617BA、617BB为30°并且围绕在横向方向上延伸的轴翻转。

图24E是绘示图1A的显示装置100的隐私操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示装置100正面亮度的图24A至D的纵断面的极性变化的示意图，其中显示装置正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半；有利地，向用户45提供了高图像可见性，并且在大极性区域上向用户47提供了高图像安全性。

现在将描述其它操作模式。

图25A是绘示图22的背光源20的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至用户47；并且图25B是绘示图22的背光源20的亮度输出的极性变化的示意图，其操作以将光引导至用户45、47，其中极性控制延迟器300被布置成提供广角透射。图25A绘示了用户47的低杂散光操作模式的亮度纵断面，并且图25B绘示了双用户45、47的亮度纵断面。

图26是绘示图1A的显示装置100的公共操作模式中的视觉安全水平S和具有以尼特为单位测量的值为Y_max的显示装置100正面亮度的图25B的纵断面的极性变化的示意图，其中显示装置正面亮度是以勒克斯为单位测量的值为I的照度的一半，其中极性控制延迟器300被布置成提供广角透射。有利地，与图13A、17A、20A和21A相比，增加了用户47的移动自由度。

现在将描述用于图22的背光源20的替代波导结构。

图27A至B是绘示图22的波导布置11的替代光波导1的正视透视图的示意图，其包括在光波导1的相同侧上的微结构。可以假设未进一步详细论述的图27A至B的实施例的特征对应于具有如上文所讨论的等效附图标记的特征，包含特征中的任何潜在变化。与图23的波导相比，图27A至B的波导1在波导的单个表面上设置有微结构。其它方面的操作原理类似。这些表面可以被布置在波导1的单个表面上，有利地实现降低的成本和复杂性。

可能期望为显示器的不同区域提供不同输出。

图28是绘示分段背光源20的一些元件的俯视图的示意图。可以假设未进一步详细论述的图28的实施例的特征对应于具有如上文所讨论的等效附图标记的特征，包含特征中的任何潜在变化。

第一光源15包括第一部分和第二部分15A、15B，并且第二光源17包括第一部分和第二部分17A、17B。波导1可以是本文其它地方所绘示的类型，或者可以是例如如图16B所绘示的第一波导和第二波导1A、1B，在这种情况下，光源15AA、15AB和光源15BA、15BB设置在波导的相应端。

在波导1内传播的光线415A在横向方向上以扩展锥体输入。波导1的表面6、8上的微结构调节光线415A的传播方向，以在横向方向上实现一些准直，并从而在横向方向上以有限的程度提供照明区域475A。此类准直可以在由光源沿第一输入端2的位置确定的区域475A中实现背光源的部分照明。

类似地，在波导1内传播的光线417B在横向方向上以扩展锥体输入。在横向方向上提供一些准直，并从而在横向方向上以有限的程度提供照明区域477B。此类准直可以在由光源沿输入端4的位置确定的区域477B中实现背光源的部分照明。

通过光源15A、15B和17A、17B的控制，对于背光源20的不同区域，输出的方向性可以不同。在说明性实例中，在一种操作模式中，显示器的左侧可被布置用于对驾驶员47和乘客45的高图像可见性，并且显示器的右侧可被提供用于对驾驶员47的高图像安全系数和对乘客45的高图像可见性。在其它说明性操作模式中，整个显示器可以被布置成由两个乘员看到，或者整个显示器可以被布置成对于只被驾驶员看到。

可以调节光源15A至N的数量以增加显示控制的可寻址区域的数量。

现在将描述增加视场65、67上的亮度和安全系数的感知均匀性的实施例。

图29A是绘示一个配向层419B的正视图的示意图，该配向层具有预倾角方向417，该预倾角方向具有在液晶材料414的层314的平面中的分量417Bp，该分量与显示装置100偏振器和附加偏振器318的电矢量透射方向成锐角非零角617B，并且跨过配向层419的平面变化；可以假设未进一步详细论述的图29A的实施例的特征对应于具有如上文所讨论的等效附图标记的特征，包含特征中的任何潜在变化。

与图5B的布置相比，角617B变化，使得左手侧的角617BL大于中心的角617BC，该中心的角大于右手侧的角617BR。因此，锐角非零角617B具有等于中心的角617BC的平均值，并且因此它本身是锐角和非零角。

通常，表面配向层419A、h419B中的至少一个具有预倾角，该预倾角具有预倾角方向417，该预倾角方向具有在液晶材料414的层314的平面中的分量417Ap、417Bp，该分量与显示偏振器210、218和附加偏振器318的电矢量透射方向211、219、319成锐角非零角617，该锐角非零角沿着跨过表面配向层419的预定轴单调变化。

图29B是绘示极性控制延迟器的光瞳化的示意图和绘示透射随跨过配向层419的平面的位置的极性变化的图。可以假设未进一步详细论述的图29B的实施例的特征对应于具有如上文所讨论的等效附图标记的特征，包含特征中的任何潜在变化。

绘示了用户45在光学窗口26A中看到的显示视场上的点的极角693L、63C、63R。可以提供角617Bp，使得针对每个视角，优化给用户45的亮度。有利地，增加了显示器100上的亮度均匀性。

替代地，可以最小化在观看窗口26B处的标称观看位置中提供给用户47的亮度，以优化窗口26B上的安全系数均匀性。

在本公开中，光学窗口26A是指由显示器100将光引导至窗口平面197中的限定空间区域，即，在离照明设备的窗口距离Z_w处。光学窗口26A也可被称为光瞳。从光学窗口内的位置的观察从整个显示设备100提供具有共同或基本上共同的光学特性的光线。

在本实施例中术语光学窗口26的使用与术语窗户的使用是区别和不同的，该术语窗户用于指玻璃或其它透明材料的片材或窗格，如用于房屋窗户、汽车窗户和挡风玻璃以及其它类型的保护窗户的塑料。如本文所述，此类片材或窗格无助于产生具有改善的均匀性的期望观看区域。

现在将描述用于显示设备100的光瞳化照明。

图30A是绘示用于第一光源15的光瞳化背光源20的侧视图的示意图；并且图30B是绘示用于第一光源15的光瞳化背光源20的光学转向膜组件50的可变倾斜小平面53的操作的侧视图的示意图。可以假设未进一步详细论述的图30A至B的实施例的特征对应于具有如上文所讨论的等效附图标记的特征，包含特征中的任何潜在变化。

来自光源15的掠射输出光线445G以锥角445和跨过波导1的平面基本均匀的输出角从波导1输出。

光学转向膜组件50的棱镜元件52被布置成偏转离开波导1的光445G，该偏转在跨过平面的至少一个方向上变化。

在显示器的上边缘附近，光线445G被具有小平面角β_U的小平面53BU折射，并在具有小平面角为α_U的表面法线方向n_AU的小平面53AU处被全内反射反射，使得输出光线445U在离背光源设备20的窗口距离Z_wA处被引导向窗口26A。在至少一个横截面中，窗口平面197A中的窗口26的尺寸由光锥455的角宽度确定，其可以例如由角分布455的全宽半最大亮度确定。

类似地，在显示器的中心附近，光线445G被具有小平面角β_C的小平面53BC折射，并在具有小平面角为α_C的表面法线方向n_AC的小平面53AC处被全内反射反射，使得输出光线445C在离背光源设备20的窗口距离Z_wA处被引导向窗口平面197A中的窗口26A。

类似地，在显示器的下边缘附近，光线445G被具有小平面角β_D的小平面53BD折射，并在具有小平面角为α_D的表面法线方向n_AD的小平面53AD处被全内反射反射，使得输出光线445D在离背光源设备20的窗口距离Z_wA处被引导向窗口平面197A中的窗口26A。

小平面角α、β随着跨过光学转向膜组件50的长度的位置而连续变化。经偏转光线445U、445C、445D被引导向背光源设备20前面的共同光学窗口26A。

现在将进一步描述具有布置成直线的脊54的光学转向膜组件的操作。

图30C是绘示从包括图30A至B的可变倾斜小平面53的光瞳化线性光学转向膜组件50输出的光的后透视图的示意图。可以假设未进一步详细论述的图30C的实施例的特征对应于具有如上文所讨论的等效附图标记的特征，包含特征中的任何潜在变化。

图30C绘示了脊54沿着跨过平面的线的阵列延伸，输入表面56在该平面中延伸。光学转向膜组件50跨过平面具有矩形形状，并且横向方向沿着矩形形状的长轴或短轴。

在小平面53的法线与平面的法线之间限定的各个小平面53的小平面53角跨过阵列变化，使得偏转在正交于光轴199的方向上变化，该光轴垂直于平面，该方向对应于正交于横向方向的方向。

这些线是直的，并且在小平面53的法线与平面的法线之间限定的各个小平面53的小平面53角跨过阵列变化，使得偏转在正交于光轴199的方向上变化，该方向对应于正交于横向方向的方向。

阵列的线具有0°的从横向方向投影到平面上的算术平均切向角，即，线平行于本实施例中为横向方向的x轴方向。

因此，光线445G由光学转向膜组件50引导向共同窗口26A。来自光学转向膜的左边缘区域的上部、中心和下部的光线445UL、445CL、445DL在对应于左边缘区域在横向方向上的横向位置的位置处被定位到窗口26A。来自光学转向膜的中心区域的上部、中心和下部的光线445UC、445CC、445DC在对应于中心区域在横向方向上的横向位置的横向上的位置处被定位到窗口26A。来自光学转向膜的右边缘区域的上部、中心和下部的光线445UR、445CR、445DR在对应于右边缘区域在横向方向上的横向位置的横向上的位置处被定位到窗口26A。

在图30C的实施例中，在横向方向上没有偏转，并且因此光学窗口26A在横向方向上具有由光学转向膜组件50的宽度和角分布455的立体角的尺寸确定的范围；以及由角分布455的立体角的尺寸确定的宽度。窗口平面197A中的光学窗口26A的尺寸也可以借助如图1A所绘示的显示器的光学堆叠5中的漫射器的漫射来控制。

图30C的实施例还绘示了共同光学窗口26A从光轴199偏移，该光轴从光学转向膜组件50的中心垂直于平面延伸。因此，光轴199与窗口平面197A相交的点198从光线445CC与窗口平面197A相交的点196偏移距离Z_OA。如下面将描述的，离轴照明位置可以通过增加背光源设备20上的均匀性来实现。

可能期望在正交于横向方向的方向上提供具有减小的范围的光学窗口26。

图31A是绘示针对来自第一光源15的光的光瞳化背光源20的弯曲光学转向膜组件50的小平面53的操作的正视透视图的示意图；并且图31B是绘示从包括均匀倾斜小平面53的弯曲光学转向膜组件50输出的光的后透视图的示意图。可以假设未进一步详细论述的图31A至B的实施例的特征对应于具有如上文所讨论的等效附图标记的特征，包含特征中的任何潜在变化。

图31A至B绘示了图30A至C的布置的替代实施例。与图30C的布置相比，脊54的线跨过平面是弯曲的，使得偏转在正交于光轴199的方向上变化，该光轴垂直于平面，该方向对应于横向方向。

该弯曲小平面具有跨过光学转向膜50的宽度变化的表面法线方向n_AR、n_AC、n_AL，即，该表面法线方向在沿着脊的横向方向上变化，使得来自波导1的光线445G在离背光源设备20的光学转向膜组件50距离Z_WB处被引导向窗口平面197B中的共同窗口26B。

光学窗口26B具有在正交于横向方向的方向上由锥体457限定的锥体宽度和由锥体457宽度和光学转向膜组件50的高度确定的范围，并且因此正交于图30C所绘示的光学窗口26A。

在图31B的实施例中，光学窗口26B的中心被绘示为与背光源设备20的中心对准，即，共同光学窗口26与从光学转向膜组件的中心垂直于平面延伸的光轴199对准。光学窗口26B的偏移量Z_OB为零，并且阵列的线投影到平面上的算术平均切向角从横向方向上倾斜0°。

阵列的线的定向通过小平面峰54旋转γ描述，其中γ_R是显示器右侧处的旋转，γ_C是中心的旋转，并且γ_L是左边缘处的旋转。投影到平面上的算术平均切向角是跨过横向方向的平均旋转γ。

替代地，阵列的线可以具有从横向方向倾斜大于0°的算术平均切向角。此类布置实现了非零的偏移Z_OB。有利地，标称窗口26B位置可以被设置用于具有期望特性的离轴照明，如将在下面进一步描述的。

可能期望为背光源设备20上的所有点提供共同光学窗口。

图31C是绘示从包括在照明设备中具有共同光学窗口的可变倾斜小平面53的弯曲光学转向膜组件50输出的光的后透视图的示意图。可以假设未进一步详细论述的图31C的实施例的特征对应于具有如上文所讨论的等效附图标记的特征，包含特征中的任何潜在变化。

提供小平面表面53以实现针对如图30B和图31A两者所绘示的光线445G的操作。在小平面53的法线与平面的法线之间限定的各个小平面53的小平面53角跨过阵列变化，使得偏转进一步在正交于光轴199的方向上变化，该方向对应于正交于横向方向的方向，使得经偏转的光被引导向背光源设备20前面的进一共同光学窗口26AB。

首先提到的共同光学窗口26A和进一共同光学窗口26B被限定在背光源设备20前面的相同距离处，以实现共同光学窗口26AB。有利地，从光学窗口26AB内的观察位置在整个背光源设备20上实现了增加的输出均匀性。

图31D是绘示从包括具有不同的第一光学窗口距离和第二光学窗口距离197A、197B的可变倾斜小平面53的弯曲光学转向膜组件50输出的光的后透视图的示意图。

首先提到的共同光学窗口26A和进一共同光学窗口26B被限定在背光源设备20前面的不同距离Z_WA、Z_WB处。如上面进一步所述，可以通过小平面53角选择来提供偏移ZOA，并且可以通过选择投影到由阵列的脊54形成的线的倾斜平面上的算术平均切向角来实现偏移ZOB。有利地，针对两个不同的标称观察距离和角位置可以实现增加的均匀性。

现在将描述显示设备100的背光源20中的背光源设备20的操作。为了本说明的目的，背光源20也被称为光瞳化背光源，即，提供光学窗口26的背光源。

图32A是绘示包括光瞳化背光源20的可变倾斜小平面53的光学转向膜组件50的操作的侧视图的示意图。

光源阵列15被布置在背光源的下边缘处，并且光线445L、445R被引导向光学窗口26A，该光学窗口具有如上所述的横向方向上的范围。在典型操作中，背光源20与窗口平面197之间的窗口距离被布置成大于典型观察者位置。

在说明性实例中，对角线尺寸为14英寸的膝上型计算机显示器被布置成窗口距离Z_WA为700mm，而标称观察者位置在平面145中的距离Z_V为500mm。窗口距离Z_WA可以通过波导1和小平面53的设计而被布置为在例如可以是700mm的标称窥探者距离处。

图32B是绘示光瞳化背光源20的弯曲光学转向膜组件50的操作的俯视图的示意图，其中用户45在横向方向上偏移。

如将在以下说明性实例中进一步描述的，图32A至B的布置有利地为用户45、47中的至少一个实现了背光源20上的增加的亮度均匀性。

在操作中，与未光瞳化的背光源(即，不提供共同光学窗口26的背光源，或者换言之，在光学无限远处提供共同光学窗口的背光源)相比，用户45看到具有增加的均匀性的图像。因此，光线445L、445R以基本相同的亮度被引导至光学窗口26。有利地，对于增加范围的观察者45位置，可以实现显示跨过显示区域的增加的均匀性。对于增加范围的用户47位置，可以实现隐私操作模式中的进一步增加的安全系数。

可以假设未进一步详细论述的图32A至B的实施例的特征对应于具有如上文所讨论的等效附图标记的特征，包含特征中的任何潜在变化。

图33是绘示图3的发射式空间光调制器的操作的侧视图的示意图。孔419从各个配向发射像素220、222、224偏移距离e。考虑像素222，光445通过孔419A被引导至光学窗口26A，并且光447通过孔419B被引导至光学窗口26B。此类布置可以在标称用户45、47位置处提供光学窗口26A、26B。考虑图3，极性控制延迟器300在一种操作模式中被布置成有利地实现对用户45的高图像可见性和对用户47的高图像安全水平S，如本文别处所述。有利地，可以提供如CSD等发射显示器。

现在将描述图1A和图1B的极性控制延迟器的操作。

图34是以侧视图绘示在隐私(窄角)操作模式中穿过图1B的极性控制延迟器300的光传播的示意图；并且图35是以侧视图绘示在隐私(窄角)操作模式中穿过图1B的极性控制延迟器300的光传播的示意图。

当驱动液晶材料414的层314以在隐私模式中操作时，延迟器300不提供沿轴400的偏振分量360的总体变换，该轴倾斜向极性控制延迟器300的平面的法线199。在本讨论中，偏振分量是指由两个正交分量的相位和振幅引起的偏振状态。

偏振器219提供入射到极性控制延迟器300上的线性偏振分量360。如图5A所绘示，液晶延迟器301具有表面配向层419B，该表面配向层具有预倾角，该预倾角具有预倾角方向417B，该预倾角方向具有在液晶材料414的层的平面中的分量417Bp，该分量与显示偏振器218和附加偏振器318的电矢量透射方向成锐角非零角617B。

此类锐角非零角617提供了与极性控制延迟器300的法线199成锐角的轴方向400，沿该轴方向基本上没有相位差提供给入射偏振分量360，并且透射偏振分量362与偏振分量360相同。附加偏振器318透射偏振分量360，并且沿轴400实现了高亮度透射。

考虑以锐角倾斜向垂直于朝向用户47的延迟器的平面的轴402，极性控制延迟器300还提供偏振分量360到沿轴402通过的光线447的总体变换。至少，偏振分量361被转换成线性偏振分量364并且被附加偏振器318吸收。更一般地，偏振分量361被转换成椭圆偏振分量，其被附加偏振器318部分地吸收。因此，透射以例如图6A所述的方式随极角变化。

现在将描述在公共模式下的操作。

当驱动液晶延迟器301使得液晶材料414的分子基本上与光轴对准时，液晶层314的延迟由无源延迟器330的延迟来补偿，使得为入射到极性控制延迟器上的所有极角提供零或低净延迟。

因此，延迟器300不提供偏振分量360的总体变换以输出垂直于极性控制延迟器301的平面或与垂直于极性控制延迟器301的平面成锐角通过其中的光。即，偏振分量362基本上与偏振分量360相同，并且偏振分量364基本上与偏振分量360相同。因此，角透射曲线基本上均匀地透射过宽的极性区。有利地，显示器可以切换到宽视场。

现在将描述其它类型的可切换隐私显示器。

可以在隐私操作模式与公共操作模式之间切换的显示装置100包含成像波导和光源阵列，如在美国专利第9,519,153号中所述，所述美国专利通过引用整体并入本文。成像波导将光源阵列成像到光学窗口，所述光学窗口可以被控制以在隐私模式下提供高轴上亮度和低离轴亮度，以及为公共操作提供具有大立体角锥的高亮度。

如在此可以使用的，术语“基本上”和“大约”为其对应的术语和/或项目之间的相关性提供了行业上可接受的容差。此类行业上可接受的容差范围从百分之零到百分之十，并且对应于但不限于分量值、角度等。项目之间的此类相关性的范围在大约百分之零到百分之十之间。

尽管上面已经描述了根据在此公开的原理的各种实施例，但是应当理解，这些实施例仅作为示例而非限制来呈现。因此，本公开的广度和范围不应受任何上述示范性实施例的限制，而是应仅根据从本公开发出的任何权利要求及其等同物来限定。此外，在所描述的实施例中提供了上述优点和特征，但是不应当将此类发布的权利要求的应用限制于实现上述优点中的任何一个或全部的过程和结构。

另外，本文中提供的章节标题是为了与37CFR 1.77下的建议一致，或提供组织线索。这些标题不应当限制或表征本公开可能发布的任何权利要求中阐述的实施例。具体地并且通过示例的方式，虽然标题指的是“技术领域”，但是权利要求不应被在所述标题下选择来描述所谓的领域的语言限制。此外，“背景技术”中的技术描述不应被解释为承认某些技术是本公开中的任何实施例的现有技术。“发明内容”也不被认为是所发布的权利要求中阐述的实施例的特性。此外，在本公开中对单数形式的“发明”的任何引用不应当被用于论证在本公开中仅存在单个新颖点。可以根据从本公开发布的多个权利要求的限制来阐述多个实施例，并且此类权利要求相应地限定了受其保护的实施例及其等同物。在所有情况下，这些权利要求的范围应根据本公开根据其自身的优点来考虑，但不应受本文所述的标题的限制。

Claims

1.一种显示装置，所述显示装置包括：

空间光调制器，所述空间光调制器被布置成输出经空间调制的光；

显示偏振器，所述显示偏振器被布置在所述空间光调制器的侧上，所述显示偏振器是线性偏振器；

附加偏振器，所述附加偏振器被布置在所述空间光调制器的与所述显示偏振器相同的侧上，所述附加偏振器是线性偏振器；以及

至少一个极性控制延迟器，所述至少一个极性控制延迟器被布置在所述显示偏振器与所述附加偏振器之间，其中所述至少一个极性控制延迟器包括：

可切换液晶延迟器，所述可切换液晶延迟器包括液晶材料层和邻近所述液晶材料层并且在其相对侧上设置的两个表面配向层，其中所述表面配向层中的至少一个具有预倾角，所述预倾角具有预倾角方向，所述预倾角方向具有在所述液晶材料层的平面中的分量，所述分量与所述显示装置的至少一部分中的所述显示偏振器和所述附加偏振器中的至少一个的电矢量透射方向成锐角非零角。

2.根据权利要求1所述的显示装置，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透射方向。

3.根据权利要求1或2所述的显示装置，其中所述表面配向层中的一个被布置成在相邻液晶材料中提供沿面配向，所述表面配向层中的所述一个具有所述预倾角，所述预倾角具有预倾角方向，所述预倾角方向具有在所述液晶材料层的平面中的分量，所述分量与所述显示装置的至少一部分中的所述显示偏振器和所述附加偏振器中的至少一个的所述电矢量透射方向成锐角非零角。

4.根据权利要求3所述的显示装置，其中所述表面配向层中的另一个被布置成在所述相邻液晶材料中提供垂直配向。

5.根据权利要求4所述的显示装置，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透射方向，并且所述表面配向层中的所述另一个具有所述预倾角，所述预倾角具有预倾角方向，所述预倾角方向具有在所述液晶材料层的平面中的分量，所述分量平行或正交于所述显示偏振器和所述附加偏振器的所述电矢量透射方向。

6.根据权利要求3所述的显示装置，其中所述表面配向层中的所述另一个被布置成在所述相邻液晶材料中提供沿面配向。

7.根据权利要求4或6所述的显示装置，其中所述表面配向层中的所述另一个具有所述预倾角，所述预倾角具有预倾角方向，所述预倾角方向具有在所述液晶材料层的平面中的分量，所述分量与所述显示装置的至少一部分中的所述显示偏振器和所述附加偏振器中的至少一个的所述电矢量透射方向成锐角非零角。

8.根据权利要求1或2所述的显示装置，其中所述表面配向层中的每一个被布置成在相邻液晶材料中提供垂直配向，所述表面配向层具有所述预倾角，所述预倾角具有预倾角方向，所述预倾角方向具有在所述液晶材料层的平面中的分量，所述分量与所述显示装置的至少一部分中的所述显示偏振器和所述附加偏振器中的至少一个的所述电矢量透射方向成锐角非零角。

9.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中所述表面配向层中的每一个具有预倾角，所述预倾角具有预倾角方向，所述预倾角方向具有在所述液晶材料层的平面中的分量，所述分量与所述显示装置的至少一部分中的所述显示偏振器和所述附加偏振器中的至少一个的所述电矢量透射方向成锐角非零角。

10.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中所述至少一个极性控制延迟器还包含至少一个无源补偿延迟器。

11.根据权利要求10所述的显示装置，其中所述至少一个无源补偿延迟器包括其光轴垂直于所述延迟器的平面的无源补偿延迟器。

12.根据权利要求10所述的显示装置，其中所述至少一个无源补偿延迟器包括一对无源补偿延迟器，所述一对无源补偿延迟器具有在所述延迟器的平面中的交叉的光轴。

13.根据权利要求12所述的显示装置，其中所述光轴之间的角被所述显示偏振器和所述附加偏振器中的至少一个的所述电矢量透射方向平分。

14.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中所述表面配向层中的所述至少一个具有预倾角，所述预倾角具有预倾角方向，所述预倾角方向具有在所述液晶材料层的平面中的分量，所述分量在跨所述表面配向层的所有位置处与所述显示偏振器和所述附加偏振器的所述电矢量透射方向成相同的锐角非零角。

15.根据权利要求1至13中任一项所述的显示装置，其中所述表面配向层中的所述至少一个具有预倾角，所述预倾角具有预倾角方向，所述预倾角方向具有在所述液晶材料层的平面中的分量，所述分量与所述显示偏振器和所述附加偏振器的所述电矢量透射方向成锐角非零角，所述锐角非零角在所述显示装置的至少一部分中沿着跨所述表面配向层的预定轴单调变化。

16.根据权利要求15所述的显示装置，其中所述锐角非零角具有锐角非零平均值。

17.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中所述显示偏振器是被布置在所述空间光调制器的输出侧上的输出显示偏振器。

18.根据权利要求17所述的显示装置，其中在所述输出显示偏振器与所述至少一个极性控制延迟器之间没有布置反射偏振器。

19.根据权利要求17所述的显示装置，所述显示装置还包括反射偏振器，所述反射偏振器被布置在所述输出偏振器与所述至少一个极性控制延迟器之间，所述反射偏振器是线性偏振器，所述线性偏振器被布置成与所述输出偏振器传递相同的线性偏振的偏振分量。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的显示装置，其中所述空间光调制器包括被布置成发射所述经空间调制的光的发射式空间光调制器。

21.根据权利要求17至19中任一项所述的显示装置，其中所述显示装置还包括被布置成输出光的背光源，所述空间光调制器包括被布置成接收和空间调制来自所述背光源的输出光的透射式空间光调制器。

22.根据权利要求1至16中任一项所述的显示装置，其中所述显示装置还包括被布置成输出光的背光源，所述空间光调制器包括被布置成接收和空间调制来自所述背光源的输出光的透射式空间光调制器，并且所述显示偏振器是被布置在所述空间光调制器的输入侧上的输入显示偏振器。

23.根据权利要求22所述的显示装置，所述显示装置还包括：

输出显示偏振器，所述输出显示偏振器被布置在所述空间光调制器的输出侧上；

另外的附加偏振器，所述另外的附加偏振器被布置在所述空间光调制器的所述输出侧上，所述另外的附加偏振器是线性偏振器，所述线性偏振器的电矢量透射方向平行于所述显示偏振器和所述附加偏振器的所述电矢量透射方向；以及

至少一个另外的极性控制延迟器，所述至少一个另外的极性控制延迟器被布置在所述另外的附加偏振器与所述输出显示偏振器之间。

24.根据权利要求1至22中任一项所述的显示装置，所述显示装置还包括：

另外的附加偏振器，所述另外的附加偏振器在所述附加偏振器外部被布置在所述空间光调制器的与所述附加偏振器相同的侧上，所述另外的附加偏振器是线性偏振器，所述线性偏振器的电矢量透射方向平行于所述显示偏振器和所述附加偏振器的所述电矢量透射方向；以及

至少一个另外的极性控制延迟器，所述至少一个另外的极性控制延迟器被布置在所述附加偏振器与所述另外的附加偏振器之间。

25.根据前述权利要求中任一项所述的显示装置，其中所述背光源包括：

至少一个第一光源，所述至少一个第一光源被布置成提供输入光；

至少一个第二光源，所述至少一个第二光源被布置成在与所述至少一个第一光源相对的方向上提供输入光；

波导布置，所述波导布置包括至少一个波导，所述波导布置被布置成从所述至少一个第一光源和所述至少一个第二光源接收所述输入光并且通过打破全内反射使来自所述至少一个第一光源和所述至少一个第二光源的光从所述波导布置离开；以及

光学转向膜组件，所述光学转向膜组件包括：

输入表面，所述输入表面被布置成接收通过打破全内反射而穿过所述波导的光导表面从所述波导离开的光，所述输入表面跨所述平面延伸；以及

输出表面，所述输出表面面向所述输入表面，

其中所述输入表面包括细长棱镜元件的阵列。

26.根据权利要求25所述的显示装置，其中所述波导布置包括：

波导，所述波导跨平面延伸并且包括：

相对的第一光导表面和第二光导表面，所述第一光导表面和所述第二光导表面被布置成沿着光波导引导光，所述第二光导表面被布置成通过全内反射引导光，以及

第一输入端和第二输入端，所述第一输入端和所述第二输入端被布置在所述第一光导表面与所述第二光导表面之间并且在所述第一光导表面与所述第二光导表面之间的横向方向上延伸；

其中所述至少一个第一光源被布置成通过所述第一输入端将光输入所述波导中，并且所述至少一个第二光源被布置成通过所述第二输入端将光输入所述波导中，并且

所述波导被布置成通过打破全内反射使来自所述至少一个第一光源和所述至少一个第二光源的光穿过所述第一光导表面和第二光导表面中的一个从所述波导离开。

27.根据权利要求25所述的显示装置，其中所述波导布置包括：

第一波导，所述第一波导跨平面延伸并且包括相对的第一光导表面和第二光导表面，所述第一光导表面和所述第二光导表面被布置成沿着光波导引导光，所述第二光导表面被布置成通过全内反射引导光；以及

第一输入端，所述第一输入端被布置在所述第一光导表面与所述第二光导表面之间并且在所述第一光导表面与所述第二光导表面之间的横向方向上延伸；

其中所述至少一个第一光源被布置成通过所述第一输入端将光输入所述第一波导中，并且所述第一波导被布置成通过打破全内反射使来自所述至少一个第一光源的光穿过所述第一光导表面和所述第二光导表面中的一个从所述第一波导离开；

第二波导，所述第二波导跨与所述第一波导串联布置的平面延伸并且包括

第二输入端，所述第一输入端被布置在所述第一光导表面与所述第二光导表面之间并且在所述第一光导表面与所述第二光导表面之间的横向方向上延伸；

其中所述至少一个第二光源被布置成通过所述第二输入端将光输入所述第二波导中，并且所述第二波导被布置成通过打破全内反射使来自所述至少一个第二光源的光穿过所述第一光导表面和所述第二光导表面中的一个从所述第二波导离开，并且

其中所述第一波导和所述第二波导被定向为使得至少一个第一光源和至少一个第二光源在相反的方向上将光输入所述第一波导和所述第二波导中。

28.根据权利要求25至27中任一项所述的显示装置，其中所述棱镜元件各自包括其间限定脊的一对细长小平面。

29.根据权利要求28所述的显示装置，其中所述脊与所述横向方向成非零角跨所述平面延伸。

30.根据权利要求28所述的显示装置，其中所述脊平行于所述横向方向跨所述平面延伸。