CN114902093A - 用于隐私显示的环境光的控制 - Google Patents

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CN114902093A CN202080088871.7A CN202080088871A CN114902093A CN 114902093 A CN114902093 A CN 114902093A CN 202080088871 A CN202080088871 A CN 202080088871A CN 114902093 A CN114902093 A CN 114902093A
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J·哈罗德
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Abstract

一种用于可切换隐私显示设备的控制系统包括环境光传感器、可控光源和显示控制器，所述显示控制器被布置为控制光源和显示器亮度。高图像可见性被提供用于公共操作模式，而在隐私模式下，高于感知到的隐私阈值的视觉安全性水平可以响应于环境光传感器的输出、借助于图像亮度和显示器照度的控制来获得。

Description

用于隐私显示的环境光的控制
技术领域
本公开大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
隐私显示器对通常在同轴位置上的主要用户提供图像可见性，并且对于通常在离轴位置上的窥探者提供图像内容的降低的可见性。隐私功能可以通过微型百叶窗光学膜来提供，微型百叶窗光学膜使来自显示器的一些光在同轴方向上透射，而在离轴位置上亮度低。然而，这样的膜对于正面照明具有高损耗，并且微型百叶窗由于容忍空间光调制器的像素，可以引起摩尔伪像。微型百叶窗的间距可能需要针对面板分辨率做出选择，增加了库存和成本。
可切换隐私显示器可以通过离轴光学输出的控制来提供。
控制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。显示器背光源一般采用波导和边缘发射源。某些成像定向背光源具有引导照明通过显示器面板进到观看窗口中的附加能力。成像系统可以被形成在多个源和相应的窗口图像之间。成像定向背光源的一个示例是可以采用折叠光学系统的光学阀，因此也可以是折叠成像定向背光源的示例。光可以在一个方向上基本上没有损耗地传播通过光学阀，而逆向传播的光可以通过反射出倾斜小平面的反射而被提取，如美国专利No.9,519,153中所描述，该专利整体通过引用并入本文。
在已知的隐私显示器中，隐私模式通过添加可移除的百叶窗膜(如由3MCorporation营销)来提供，百叶窗膜可能不能被用户可靠地装配或移除，因此实际上，每次用户在办公室外面时，都没有被他们勤快地附连。在另一已知的隐私显示器中，隐私模式的控制被电子地启动，但是控制归属于必须执行击键来进入隐私模式的用户。
发明内容
根据本公开的第一方面，提供一种隐私显示设备，隐私显示设备包括：显示装置，显示装置被布置为显示图像，显示装置能够提供隐私功能，在隐私功能中，图像对于离轴观看者的可见性与图像对于同轴观看者的可见性相比降低；至少一个隐私光源，至少一个隐私光源被布置为从被照明区域提供照明，照明被布置为沿着入射方向对显示装置进行照明以用于反射到与显示装置的法线成大于0°的极角的预定观看者位置；以及控制系统，控制系统被布置为控制显示装置，其中控制系统被布置为当隐私功能被提供时，控制至少一个隐私光源的光通量。
因此，当隐私功能被提供时，照明从被照明区域沿着入射方向被提供到显示装置上，并且在预定观看者位置上的离轴观看者的方向上被反射。结果，被照明区域通过提供外部照度来提供显示的图像对离轴观看者的可见性的抑制。一般来说，抑制发生是因为外部照度降低了显示的图像的对比度，并且从而改进了视觉安全性水平。通过比较，来自被照明区域的照明不被朝向同轴观看者反射，同轴观看者因此感知不到图像的可见性的降低。
隐私显示设备可以被应用于一系列情况中。举个非限制性示例，隐私显示设备可以被应用于机动车辆中。在这种情况下，方便地，被照明区域可以是机动车辆的门的一部分。
显示设备可以进一步包括环境光传感器，环境光传感器被布置为检测环境光的照度水平。
控制系统可以使用环境光传感器检测的环境光的照度水平来推导显示器上的沿着入射方向的光的照度的测度，并且基于推导的测度来选择性地控制至少一个隐私光源的光通量。
在环境光传感器是被布置为检测沿着入射方向入射在显示装置上的环境光的照度水平的定向传感器的情况下，显示器上的沿着入射方向的光的照度的测度Iθ是环境光传感器检测的环境光的照度水平。
在环境光传感器被布置为检测来自一系列方向的环境光的照度水平的情况下，控制系统可以使用环境光传感器检测的环境光的照度水平和至少一个隐私光源的光通量这二者来推导显示器上的沿着入射方向的光的照度的测度。
有利地，控制系统被布置为控制至少一个隐私光源的光通量以保持关系Iθ≥Iθ最小，其中Iθ是显示器上的沿着入射方向的光的照度的推导的测度，并且Iθ最小由以下方程给出：
Figure BDA0003703625030000021
其中Y最大是显示装置的最大输出亮度，Y最大的单位是Iθ最小除以以球面度为单位的立体角的单位，ρ(θ)是显示装置对于沿着入射方向的光的反射率，P(θ)是显示装置的沿着入射方向的亮度与显示装置的最大输出亮度的比率，并且S最小具有1.0或更大的值。
通过以当隐私功能被提供时保持关系Iθ≥Iθ最小的方式，基于显示器上的沿着入射方向的光的照度的推导的测度来控制至少一个隐私光源的光通量，显示装置的操作的感知安全性水平在与显示装置的法线成大于0°的极角的预定观看者位置，可以保持处于或高于限值S最小，即使是在环境光的照度水平和显示装置的亮度有变化的时候。通过这样使感知安全性水平保持处于或高于限值S最小，离轴观看者不能感知到显示的图像。
有利地，S最小可以具有1.5或更大的值。S最小的这样的提高的限值实现更高的视觉安全性水平，在更高的视觉安全性水平中，对于大多数图像和大多数观察者，图像对于离轴观看者是不可见的，即，离轴观看者甚至不能感知到图像正被显示。
有利地，S最小可以具有1.8或更大的值。S最小的这样的提高的限值实现更高的视觉安全性水平，在更高的视觉安全性水平中，图像对于所有的观察者是不可见的，与图像内容无关。
至少一个隐私光源可以被安置在各种地点来从被照明区域提供照明，例如如下。
一种可能性是被照明区域是表面，并且至少一个隐私光源被布置为对被照明区域进行照明。在这种情况下，来自被照明区域的照明通过来自表面的反射来提供。
另一种可能性是，至少一个隐私光源被布置在被照明区域中，以便提供所述照明作为从其输出的光。
就这些可能性中的任一可能性而言，有利地，隐私光源是同轴观看者不可见的。
显示装置可以能够至少在公共模式和隐私模式下操作，其中在隐私模式下，隐私功能被提供，并且图像对于离轴观看者的可见性与公共模式相比降低，控制系统能够对于显示装置的至少一个区域选择性地在公共模式或隐私模式下操作显示装置。这根据显示装置的使用来提供在公共模式或隐私模式下的选择性操作。举例来说，隐私模式可以被用于公共场所(如咖啡馆或火车)中，以便使得主要用户能够保持工作，但防止旁观者或窥探者能够从屏幕看见或拍摄数据，并且公共模式可以在与同事讨论屏幕上的内容(例如，在公司办公室里)时被使用。
控制系统可以被布置为响应于环境光的检测的水平来在公共模式或隐私模式下选择性地操作显示装置。
根据本公开的第二方面，提供一种控制显示装置的方法，显示装置被布置为显示图像并且能够提供隐私功能，在隐私功能中，图像对于离轴观看者的可见性与图像对于同轴观看者的可见性相比降低，方法包括：提供至少一个隐私光源，至少一个隐私光源被布置为从被照明区域提供照明，照明被布置为沿着入射方向对显示装置进行照明以用于反射到与显示装置的法线成大于0°的极角的预定观看者位置；以及当隐私功能被提供时，控制至少一个隐私光源的光通量。
本发明的第二方面对应于根据本公开的第一方面的显示设备的操作方法，并且提供类似的优点。
本公开的实施方案可以被用于各种光学系统中。实施方案可以包含各种投影仪、投影系统、光学部件、显示器、微型显示器、计算机系统、处理器、自含投影仪系统、视觉和/或视听系统、以及电气装置和/或光学装置，或者与各种投影仪、投影系统、光学部件、显示器、微型显示器、计算机系统、处理器、自含投影仪系统、视觉和/或视听系统、以及电气装置和/或光学装置一起工作。本公开的各方面可以与和光学装置和电气装置、光学系统、演示系统、或可以包含任何类型的光学系统的任何设备相关的实际上任何设备一起使用。因此，本公开的实施方案可以被用于光学系统、视觉呈现和/或光学呈现中使用的装置、视觉外设等中、以及若干计算环境中。
在继续详细地讨论所公开的实施方案之前，应理解本公开在其应用或创建上不限于所示的具体布置的细节，因为本公开能够有其他实施方案。而且，本公开的各方面可以按不同的组合和布置被阐述，以限定本身独特的实施方案。此外，本文中使用的术语是出于描述、而不是限制的目的。
本公开的这些及其他优点和特征对于本领域的普通技术人员来说，在完整地阅读本公开后，将变得显而易见。
附图说明
实施方案在附图中被举例图示，在附图中，相似的标号指示类似的部分，并且在附图中：
图1是图示说明隐私显示器的前视图的示意图，隐私显示器包括以第一视觉安全性水平、在隐私模式下操作的隐私控制系统；
图2是图示说明隐私显示器的俯视透视图的示意图，隐私显示器包括以第一视觉安全性水平、在隐私模式下操作的隐私控制系统；
图3是图示说明关于典型的准直背光源的、输出亮度随着观看角度的变化的示意性曲线图，典型的准直背光源被布置为与可切换延迟器配合来向范围广泛的窥探者地点提供高视觉安全性水平；
图4是图示说明在隐私模式下操作的可切换隐私显示器的、视觉安全性水平随着离轴相对亮度的变化的示意性曲线图；
图5是图示说明关于两种类型的隐私显示器的、反射率随着极观看角的变化的示意性曲线图；
图6是图示说明关于图5的两种类型的隐私显示器的、视觉安全性水平随着极观看角的变化的示意性曲线图；
图7A是图示说明正面显示器亮度和环境照度之间的传递函数的示意性曲线图；
图7B是图示说明测量的环境照度与正面显示器亮度的比率和环境照度之间的传递函数的示意性曲线图；
图8A是图示说明关于在隐私模式下操作的说明性隐私显示器的、对于3.0的lux/nit比率的、安全性因子随着极角的变化的示意性曲线图；
图8B是图示说明关于在公共模式下操作的说明性隐私显示器的、对于0.5的lux/nit比率的、安全性因子随着极角的变化的示意性曲线图；
图8C是图示说明关于在公共模式下操作的说明性隐私显示器的、对于0.5的lux/nit比率的、安全性因子随着极角的变化的示意性曲线图；
图8D是图示说明关于在隐私模式下操作的说明性隐私显示器的、对于3.0的lux/nit比率的、安全性因子随着极角的变化的示意性曲线图；
图9A是图示说明正面显示器亮度和环境照度之间的用户可选的传递函数的示意性曲线图；
图9B是图示说明用于操作用户可选的传递函数的方法的示意性流程图；
图9C是图示说明感知的隐私性随着视觉安全性水平的变化的示意性曲线图；
图9D是图示说明图1-2和图3-4的隐私控制系统的流程图；
图10A是图示说明在黑暗的环境中被操作的机动车辆和控制系统的俯视视图的示意图，控制系统包括被布置为提供期望的视觉安全性的车内照明；
图10B图示说明图10A的隐私控制系统的流程图；
图10C是图示说明台式隐私显示器和光源的俯视视图的示意图，光源被布置为响应于环境照明条件，提高对于离轴窥探者的图像安全性；
图10D是图示说明隐私显示器和光源的前视图的示意图；
图10E是图示说明图10D的隐私显示器的顶视图的示意图；
图11A是图示说明隐私显示器和离轴环境光传感器的顶视图的示意图；
图11B是图示说明用于测量对于隐私显示器的环境照度的极区域的示意性曲线图；
图12A、12B和12C是图示说明用于在图11B的极区域中测量环境照度的离轴环境光传感器的顶视图的示意图；
图13是在前透视图中图示说明包括定向背光源和可切换液晶延迟器的可切换定向显示装置的示意图；
图14是在透视侧视图中图示说明处于隐私操作模式的、包括无源负C板补偿延迟器的可切换液晶延迟器的布置的示意图；
图15A是图示说明准直背光源和空间光调制器的输出亮度的极角和方位角变化的示意性曲线图；
图15B是图示说明被布置在平行的偏振器之间的可切换延迟器的透射的极角和方位角变化的示意性曲线图；
图15C是图示说明被布置在反射偏振器和吸收偏振器之间的可切换延迟器的相对反射的极角和方位角变化的示意性曲线图；
图15D是图示说明关于图13的布置在隐私操作模式下的、总显示器反射率的极角和方位角变化的示意性曲线图；
图15E是图示说明关于图13的布置在隐私操作模式下的、输出亮度的极角和方位角变化的示意性曲线图；
图15F是图示说明关于图13的布置在隐私操作模式下的、对于以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度的、视觉安全性水平S的极角和方位角变化的示意性曲线图，以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度是以lux为单位测量的值I的照度的一半；
图15G是图示说明关于图13的布置在隐私操作模式下的、对于以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度的、对于零仰角的、视觉安全性水平S的极角变化的示意性曲线图，以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度是以lux为单位测量的值I的照度的一半；
图16是在透视侧视图中图示说明在公共操作模式下的可切换延迟器的布置的示意图，其中可切换延迟器包括具有垂面取向的可切换液晶层和无源C板补偿延迟器；
图17A是图示说明关于图13的布置在公共操作模式下的、输出亮度的极角和方位角变化的示意性曲线图；
图17B是图示说明关于图13的布置在公共操作模式下的、对于以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度的、对于零仰角的、视觉安全性水平S的极角变化的示意性曲线图，以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度是以lux为单位测量的值I的照度的一半；
图17C是图示说明关于具有最大亮度Y最大的方向的背光源的、输出亮度的极角和方位角变化的示意性曲线图，最大亮度Y最大的方向不垂直于显示器；
图18A是在侧视图中图示说明在隐私操作模式下、空间光调制器的输出光通过图13的光学堆叠的传播的示意图；
图18B是在顶视图中图示说明在隐私操作模式下、环境照明光通过图13的光学堆叠的传播的示意图；
图19A是在侧视图中图示说明在公共操作模式下、空间光调制器的输出光通过图13的光学堆叠的传播的示意图；
图19B是图示说明关于图19A中的透射的光线的、输出亮度随着极方向的变化的示意性曲线图；
图19C是图示说明在公共操作模式下、环境照明光通过图13的光学堆叠的传播的示意图；
图19D是图示说明关于图19C中的反射的光线的、反射率随着极方向的变化的示意性曲线图；
图20是在前透视图中图示说明可切换定向显示装置的示意图，可切换定向显示装置包括定向背光源和两个可切换液晶延迟器，每个可切换液晶延迟器被布置在一对偏振器之间；
图21A是图示说明发射空间光调制器的输出亮度的极角和方位角变化的示意性曲线图；
图21B是图示说明被布置在第一对平行的偏振器之间的第一可切换延迟器的透射的极角和方位角变化的示意性曲线图；
图21C是图示说明被布置在反射偏振器和吸收偏振器之间的第一可切换延迟器的相对反射的极角和方位角变化的示意性曲线图；
图21D是图示说明关于图20的布置在隐私操作模式下的、总显示器反射率的极角和方位角变化的示意性曲线图；
图21E是图示说明被布置在第二对平行的偏振器之间的第二可切换延迟器的透射的极角和方位角变化的示意性曲线图；
图21F是图示说明关于图20的布置在隐私操作模式下的、输出亮度的极角和方位角变化的示意性曲线图；
图21G是图示说明关于图20的布置在隐私操作模式下的、对于以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度的、视觉安全性水平S的极角和方位角变化的示意性曲线图，以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度是以lux为单位测量的值I的照度的一半；以及
图21H是图示说明关于图20的布置在隐私操作模式下的、对于以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度的、对于零仰角的、视觉安全性水平S的极角变化的示意性曲线图，以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度是以lux为单位测量的值I的照度的一半。
具体实施方式
现在将描述与隐私显示外观相关的术语。
显示器的操作的私人模式是其中观察者看见低对比度灵敏性以使得图像不清晰可见的一种操作模式。对比度灵敏性是区别静态图像中的不同水平的亮度的能力的测度。反向对比度灵敏性可以被用作视觉安全性的测度，因为高视觉安全性水平(VSL)对应于低图像可见性。
对于向观察者提供图像的隐私显示器，视觉安全性可以被给出为：
V＝(Y+R)/(Y–K) 方程1
其中V是视觉安全性水平(VSL)，Y是以窥探者观看角度的显示器的白色状态的亮度，K是以窥探者观看角度的显示器的黑色状态的亮度，并且R是来自显示器的反射光的亮度。
面板对比率被给出为：
C＝Y/K 方程2
所以视觉安全性水平可以被进一步给出为：
V＝(P.Y最大+I.ρ/π)/(P.(Y最大-Y最大/C)) 方程3
其中：Y最大是显示器的最大亮度；P是离轴相对亮度，其通常被定义为窥探者角度处的亮度与最大亮度Y最大的比率；C是图像对比率；ρ是表面反射率；并且I是照度。Y最大的单位是I除以以球面度为单位的立体角的单位。
显示器的亮度随着角度而变化，所以显示器的最大亮度Y最大在取决于显示器的配置的特定角度处发生。
在许多显示器中，最大亮度Y最大在正面发生，即，垂直于显示装置。本文中公开的任何显示装置都可以被布置为具有在正面发生的最大亮度Y最大，在这种情况下，对于显示装置的最大亮度Y最大的提及可以被替换为对于垂直于显示装置的亮度的提及。
可替代地，本文中描述的任何显示器都可以被布置为具有在与显示装置的法线成大于0°的极角处发生的最大亮度Y最大。举例来说，最大亮度Y最大可以在非零极角处和以下方位角处发生，所述方位角具有例如零侧向角，以使得最大亮度用于正在俯视显示装置的同轴用户。极角可以例如为10度，并且方位角可以是向北的方向(从向东的方向逆时针转90°)。观看者因此可以在典型的非法线观看角度处合乎期望地看见高亮度。
离轴相对亮度P有时被称为隐私水平。然而，这样的隐私水平P描述显示器在给定的极角处的与正面亮度相比的相对亮度，而不是隐私外观的测度。
照度I是入射在显示器上并且从显示器朝向观察者地点反射的每单位面积的光通量。对于朗伯照明，并且对于具有朗伯前置漫射器照明的显示器，照度I不随极角和方位角变化。对于具有其中非朗伯前置漫射被布置在具有定向(非朗伯)环境光的环境中的显示器的布置，照度I随着观察的极角和方位角变化。
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。随着环境照度增大，感知到的图像对比度降低，VSL增大，并且隐私图像被感知到。
对于典型的液晶显示器，面板对比度C对于几乎所有的观看角度都高于100:1，使得视觉安全性水平被逼近为：
V＝1+I.ρ/(π.P.Y最大) 方程4。
在目前的实施方案中，除了方程4的示例性定义之外，视觉安全性水平V的其他测量也可以被提供，例如，以包含对于窥探者地点的窥探者的图像可见性、图像对比度、图像颜色和白点、以及对向(subtended)图像特征大小的效果。因此视觉安全性水平可以是显示器的隐私程度的测度，但可以不限于参数V。
感知图像安全性可以由眼睛的对数响应确定，以使得
S＝log10(V) 方程5。
对于S的期望的限值以以下方式被确定。在第一步中，隐私显示装置被提供。显示装置的隐私水平P(θ)随着极观看角的变化和显示装置的反射率ρ(θ)随着极观看角的变化的测量使用明视测量装备来进行。诸如基本均匀亮度的灯箱的光源被布置来从被照明区域提供照明，照明被布置为沿着入射方向对隐私显示装置进行照明以用于反射到与显示装置的法线成大于0°的极角的观看者位置。基本朗伯的发射灯箱的照度随着极观看角的变化I(θ)通过考虑到反射率ρ(θ)的变化、测量记录的反射亮度随着极观看角的变化来确定。P(θ)、r(θ)和I(θ)的测量被用来确定沿着零仰角轴线安全性因子S(θ)随着极观看角的变化。
在第二步中，一系列高对比度图像被提供在隐私显示器上，包含(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，以及(iii)移动图像。
在第三步中，每个观察者(在适当的情况下，对于在1000m处观看，有视力矫正)从1000m的距离观看图像中的每个，并且调整它们在零仰角处的极观看角，直到从显示器上的在显示器的中心线处的或者靠近显示器的中心线的位置、对于一只眼睛实现图像不可见性。观察者的眼睛的极坐标地点被记录。从关系S(θ)，极坐标地点处的安全性因子被确定。对于不同的图像、对于各种显示器亮度Y最大、不同的灯箱照度I(q＝0)、对于不同的背景照明条件，并且对于不同的观察者，重复测量。
从以上测量，S<1.0提供低视觉安全性或者不提供视觉安全性，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性，1.5≤S<1.8提供对于大多数图像和大多数观察者可接受的图像不可见性(也就是说，观察不到图像对比度)，并且S≥1.8提供完全的图像不可见性，与对于所有的观察者的图像内容无关。
与隐私显示相比，期望的广角显示在标准的环境照度条件下容易被观察。图像可见性的一个测度由对比度灵敏性(诸如迈克尔逊对比度)给出，由以下方程给出迈克尔逊对比度：
M＝(I最大–I最小)/(I最大+I最小) 方程6
并且因此：
M＝((Y+R)–(K+R))/((Y+R)+(K+R))＝(Y-K)/(Y+K+2.R) 方程7。
因此，视觉安全性水平(VSL)V等于1/M(但是与1/M不相同)。在本讨论中，对于给定的离轴相对亮度P，广角图像可见性W被逼近为：
W＝1/V＝1/(1+I.ρ/(π.P.L)) 方程8。
期望的是提供可切换隐私显示器的控制。
图1是图示说明隐私显示设备200的前视图的示意图，隐私显示设备200包括由隐私控制系统500控制的隐私显示装置100，隐私控制系统500以第一视觉安全性水平在隐私模式下操作。显示装置100显示图像。
显示设备200包括能够实现隐私模式的显示装置100和控制系统500。显示装置100被布置为显示图像，并且能够至少在公共模式和隐私模式下操作，其中在隐私模式下，隐私功能被提供，并且图像对于离轴观看者的可见性与公共模式相比降低，并且图像对于同轴位置上的主要用户的可见性在隐私模式和公共模式这两种模式下仍是可见的。控制系统500对于显示的图像的至少一个区域，通常是整个显示的图像，选择性地在公共模式或隐私模式下操作显示装置100。
下面进一步描述合适类型的显示装置的示例。
现在将描述确定隐私模式操作的手段。
对于典型的环境照明环境中的正面用户，期望地，显示装置100提供显示的图像101，显示的图像101具有在隐私操作模式和公共操作模式这两种操作模式下都实现高图像可见性W的亮度。
显示设备200还可以包括与提供隐私图像的期望的情况、或者相反提供公共图像的不期望的情况相关的输入。这样的期望的情况和不期望的情况可以由政策240确定，政策240例如由公司政策、政府政策、医疗伦理政策提供，或者由用户偏好设置提供。
显示设备200具有检测环境光的照度水平的主要环境光传感器232。控制系统500可以被布置为响应于环境光的检测的水平来选择性地在公共模式或隐私模式下操作显示装置100。主要环境光传感器232可以是任何合适的类型，诸如可以具有明视滤光器或明视光响应电流或电压或数字值的光电二极管。
一些类型的显示器具有改进隐私性能的多个光学效果，下面描述示例性光学效果。如果多于一个的隐私光学效果可获得，则为主要用户给予最宽广的观看自由度、同时仍在经历的环境光水平保持足够的视觉安全性水平的模式可以被控制系统500选择。有利地保护隐私并且维持用户生产力。
飞行模式270可以被选择，这表明低光水平周围环境可以存在，并且视觉安全性水平控制可以被相应地适配。
有利地，在公共模式下，显示装置100可以具有更大的图像均匀性和对于主要用户的更大的观看自由度、以及从多个观看地点是可见的。
视觉安全性水平指示器280可以被提供在显示器上，视觉安全性水平指示器280是所实现的隐私水平的测度。在图1的说明性示例中，指示器282可以是指示对于离轴窥探者可能有一些残余图像可见性的琥珀色隐私警报。当被切换到隐私模式时，控制系统500可以被布置为控制显示装置100显示具有诸如指示器280的信息的图像101，指示器280表示图像对于离轴观看者的可见性，例如，以提供视觉安全性水平V。有利地，用户或他们的监督者可以有信心在他们正在其中进行操作的特定环境中实现隐私水平。
现在将与用于控制视觉安全性水平的进一步的输入一起来描述窥探者所见到的隐私模式下的显示外观。
图2是图示说明隐私显示器的俯视透视图的示意图，隐私显示器包括以第一视觉安全性水平在隐私模式下操作的隐私控制系统500。没有被更详细地讨论的图2的实施方案的特征可以被假定对应于具有与如以上所讨论的标号等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
如下面将描述的，离轴隐私可以通过由可切换隐私显示装置100对不期望的窥探者提供的离轴亮度、反射率和图像103的图像对比度的控制来提供。
在一个示例中，显示设备可以包括发射空间光调制器。在这种情况下，隐私控制系统500可以通过由空间光调制器控制光的发射来控制显示的图像的亮度。
在另一示例中，显示装置可以包括背光源和被布置为从背光源接收光的透射空间光调制器。在这种情况下，控制系统可以被布置为通过包括控制背光源的亮度和/或通过由空间光调制器控制光的透射来控制显示的图像的亮度。
在隐私模式下的操作中，通常在光轴199中心的有限的输出锥角402C被提供，光轴199通常是显示设备100的表面法线199。离轴亮度被降低。在其他实施方案(未示出)中，锥体402C可以相对于表面法线199倾斜，诸如用于离轴显示器(诸如安装中控台的显示器)中。
环境光源604用光线605对显示表面照明。反射的环境光线610A从显示器100提供被反射区域606，被反射区域606提供有助于提高如本文中其他地方描述的视觉安全性水平V的光线606。
一些光线608可以入射在主要环境光传感器232上。主要环境光传感器232可以是单独的元件，或者可以被合并在相机230检测系统中。
环境照度检测234提供环境照度的计算，并且被输入到控制系统500中。VSL计算250被用来确定期望的显示器设置特性，并且被输出到显示控件710。显示控件710可以控制显示器亮度设置278，并且可以被进一步用来提供视觉安全性水平指示器280水平282。下面就隐私显示器的示例来进一步描述显示控件710。
图2进一步图示说明隐私光源600，隐私光源600被布置为提供光线601，光线601在从隐私显示器100反射之后被反射为光线603。在目前的实施方案中，如在本文中将进一步描述的，隐私光源600被显示控件710控制为调整与锥体402C中的显示器亮度相对应地反射的光线603、606的亮度。
在公共显示模式下，可以从可切换隐私显示装置100提供的如图11中所示的更大的立体角输出光锥402D可以被调整为大于隐私模式下，以使得离轴显示器亮度被提高。此外，来自隐私光源600的照度可以被减小或移除以有利地实现提高的图像可见性。
现在将描述示例性隐私亮度曲线和公共亮度曲线之间的切换。
图3是图示说明关于典型的准直背光源的输出亮度随着观看角度的变化的示意性曲线图，典型的准直背光源被布置为与复数个延迟器300配合来向范围广泛的窥探者地点提供高视觉安全性水平。没有被更详细地讨论的图3的实施方案的特征可以被假定为对应于具有与如以上所讨论的标号等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
图3图示说明用于在隐私模式下与图11的可切换液晶延迟器300一起使用的、在隐私模式下被操作的背光源20的期望的亮度曲线486。曲线486被可切换液晶延迟器300修改以提供说明性曲线490，曲线490有利地在45度侧向角和零度仰角处实现小于0.5％的离轴相对亮度，45度侧向角和零度仰角可以是例如图12C中所示的目标窥探者观看极坐标地点27L、27R。
现在将更详细地描述视觉安全性水平的控制。
图4是图示说明作为可切换隐私显示器100的示例性实施方案的、在隐私模式下并且参照图13的隐私显示器操作的可切换隐私显示器的视觉安全性水平随着离轴相对亮度的变化的示意性曲线图。没有被更详细地讨论的图4的实施方案的特征可以被假定为对应于具有与如以上所讨论的标号等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
图4图示说明视觉安全性水平V(在每个说明性实施方案中从以上方程4计算得到)的曲线与如表1中所示的、用于改变在目标窥探者观看地点26L、26R处实现的隐私水平的说明性实施方案。30％或更大的显示器反射率可以对于包括反射偏振器302的显示器实现，而大约5％的显示器反射率可以对不包括反射偏振器302的显示器实现。
Figure BDA0003703625030000131
表1
在0.5％隐私水平上，各种视觉安全性水平点458可以根据显示器结构、环境照度和显示器亮度来提供。目前的实施方案进一步提供用于显示视觉安全性水平的指示器280，指示器280可以例如借助于交通灯指示器来提供。
现在将描述显示器反射率随着观看角度的变化。
图5是图示说明关于两种类型的隐私显示器的反射率随着极观看角(对于零度仰角，可以是侧向角)的变化的示意性曲线图。曲线820图示说明关于图13的说明性实施方案的反射率的变化，并且曲线822图示说明关于没有图13的反射偏振器302的实施方案的反射率的变化。两个曲线都在外部偏振器318处包含菲涅耳反射率，因此在高极角处提高。
现在将描述视觉安全性水平V随着观看角度的变化。
图6是图示说明关于图5的两种类型的隐私显示器的视觉安全性水平随着极观看角的变化的示意性曲线图。VSL曲线824图示说明具有反射偏振器302的、图11的类型的显示器的输出，并且VSL曲线826图示说明其中反射偏振器302被省略的图11的显示器的输出。VSL曲线是对于相同的环境照度I图示的。下面进一步描述限值V限值，高于限值V限值，图像可见性不存在。对于曲线824来说、窥探者地点的角度范围825因此大于对于曲线826来说的角度范围827。反射偏振器302在更广的极坐标范围上实现以上阈值视觉安全性水平，从而有利地实现提高的防御窥探者的保护。此外，可以对于给定的环境照度提供正面亮度，从而提高对于显示器用户的图像可见性。
现在将描述期望的显示器亮度和环境光照度之间的关系的选择性控制。
控制系统500根据传递函数、基于环境光的检测的水平来控制显示的图像的亮度。传递函数可以被选择为优化显示的图像对于同轴观看者的可见性。用于基于环境光的检测的水平来优化显示的图像的可见性的类似的技术常被用于便携式装置(诸如移动电话)的显示装置，并且可以被应用于这里。然而，如下，当隐私功能被提供时，传递函数可以适于与隐私显示装置100一起使用。
通常，传递函数在公共模式下提供显示的图像的亮度高于隐私模式下。现在将描述一些说明性示例。
图7A是图示说明以nit为单位测量的显示器正面亮度和以lux为单位测量的检测的环境照度之间的传递函数曲线802、804、852、854的示意图；图7B是图示说明测量的环境照度与以lux/nit为单位测量的正面显示器亮度的比率和以lux为单位测量的环境照度之间的传递函数曲线803、805、853、857的示意性曲线图。
变化802、803是公共操作模式的说明性曲线，变化804、805是隐私操作模式的说明性曲线。
控制系统500被布置为根据分别在公共模式下和在隐私模式下将亮度水平与环境光的检测的水平相关联的不同的传递函数802、804，响应于环境光的检测的水平来选择性地在公共模式和隐私模式下控制显示的图像的亮度。在公共模式下的传递函数802将比隐私模式下的传递函数805高的亮度水平与环境光的检测的水平相关联。
考虑图7A的曲线856和图7B的对应的曲线857，与对于所有的照度水平具有恒定比率为0.5lux/nit的测量的环境照度相比，显示器亮度Y0的线性变化被提供。在操作中，这样的显示器在所有的照度范围上具有与背景照度相比的高亮度。
曲线802、803与曲线856、857的不同之处在于随着提高亮度来提高lux/nit比率。有利地，这样的曲线实现在宽广的照度范围上具有高图像可见性和低感知炫光的视觉上舒适的图像。
在可切换隐私显示器(如在下文中关于图13描述的可切换隐私显示器)中，这样的曲线856、857和802、803对于公共操作模式可以是期望的。如在下文中将进一步描述的，曲线856、857、802、803有利地在宽的极区域上、对于同轴观看地点和离轴观看地点实现高图像可见性(期望地，W≥0.8)和低图像安全性因子(期望地，S≤0.1)。
考虑图7A的曲线854和图7B的对应的曲线855，与对于所有的照度水平具有恒定比率为3.0lux/nit的测量的环境照度相比，显示器亮度Y0的线性变化被提供。在操作中，与具有曲线802、803的显示器相比，这样的显示器在所有的照度范围上具有与背景照度相比降低的亮度。
曲线804、805与曲线854、855的不同之处在于对于低于150nit的亮度水平，随着提高亮度来提高lux/nit比率。
在可切换隐私显示器(如在下文中关于图13描述的可切换隐私显示器)中，这样的曲线对于隐私操作模式可以是期望的。如在下文中将进一步描述的，曲线856、857、802、803有利地在宽的极区域上、对于同轴观看地点和离轴观看地点实现高图像可见性(期望地，W≥0.8)和低图像安全性因子(期望地，S≤0.1)。有利地，这样的曲线854、855和804、805可以在较低的照度水平下实现期望的亮度和对于显示器用户的图像可见性。此外，这样的曲线856、857、802、803在较高的照度水平下实现提高的图像安全性。
当在隐私模式下操作时，隐私传递函数804被选择，并且控制系统使用测量的环境光水平来控制显示器亮度，以使得至少一个离轴窥探者观察角度处的期望的视觉安全性水平V被提供用于不同的环境照明水平。有利地，显示器安全性在不同的照明条件下可以保持不变。
当在公共操作模式下操作时，公共传递函数802可以被选择以对于不同的环境照明水平提供期望的图像可见性W。有利地，对于离轴观察者，显示器可见性在不同的照明条件下可以保持不变。
如在下文将关于图10A进一步描述的，照度水平可以借助于环境光源的控制来改变，显示器亮度可以被改变，或者显示器亮度和环境照度可以被改变，以在隐私操作模式下实现对于主要用户45的期望的图像可见性和对于窥探者47的期望的视觉安全性。
现在将进一步描述安全性因子随着显示器控制和环境照度水平的变化。
图8A是图示说明关于在隐私模式下操作的说明性隐私显示器的、对于3.0的lux/nit比率的、安全性因子随着极角的变化的示意性曲线图；图8B是图示说明关于在隐私模式下操作的说明性隐私显示器的、对于0.5的lux/nit比率的、安全性因子随着极角的变化的示意性曲线图；图8C是图示说明关于在公共模式下操作的说明性隐私显示器的、对于0.5的lux/nit比率的、安全性因子随着极角的变化的示意性曲线图；并且图8D是图示说明关于在公共模式下操作的说明性隐私显示器的、对于3.0的lux/nit比率的、安全性因子随着极角的变化的示意性曲线图。
图8A-D的曲线由下文中的图13的说明性实施方案对于如现在将描述的不同的照度与正面亮度Y0的比率提供。主要显示器用户45位于侧向角0°、仰角0°附近的极坐标区域中。窥探者通常位于具有侧向角>25°的极坐标地点上，并且更通常地，位于具有侧向角>35°的极坐标地点上。
在图8A中，显示器100被布置为提供低离轴亮度(如图3的曲线490在侧向方向上图示的)和高离轴反射率(如图5的曲线820在侧向方向上图示的)。通过背光源20的光源15的控制来控制显示器正面亮度Y0，以使得以nit为单位测量的亮度Y0为以lux为单位测量的照度(其被假定为对于所有的极角都是相同的)的1/3。围绕同轴方向，S≤0.1，并且图像被以高图像可见性W≥0.8看见。有利地，布置8A是对于隐私操作的、安全性因子S的期望的极坐标曲线。
通过与图8A进行比较，图8B图示说明对于以nit为单位测量的亮度Y0的、安全性因子S随着极观看角的变化，以nit为单位测量的亮度Y0是以lux为单位测量的照度的两倍(也就是说，适合于公共模式观看的布置)。不合期望地，在其内安全性因子S≥1.5的极区域大幅缩小。离轴显示器用户可以看见比图8A的布置多的图像数据。
在图8C中，显示器100通过极控制延迟器300的控制被布置为提供提高的离轴亮度(如图3的曲线486在侧向方向上图示的)和降低的离轴反射率(如图5的曲线822在侧向方向上图示的)。以nit为单位的显示器正面亮度Y0被控制为以lux为单位测量的照度的三倍。围绕同轴方向，S≤0.1，并且图像被以高图像可见性W≥0.8看见。布置8A是对于隐私操作的、安全性因子S的期望的极坐标曲线。有利地，S≤0.1的极区域显著增大，以使得离轴观察者在显示器100上可以以高图像可见性看见图像。
通过与图8C进行比较，图8D图示说明对于以nit为单位测量的亮度Y0的、安全性因子S随着极观看角的变化，以nit为单位测量的亮度Y0是以lux为单位测量的照度的1/3(也就是说，适合于隐私观看的布置)。不合期望地，在其内安全性因子S>1.5的极区域大幅缩小。离轴显示器用户可能不合期望地看见比图8C的布置少的图像数据。
有利地，目前的实施方案的控制系统对于不同的照度水平，在隐私操作模式和公共操作模式这两种操作模式下实现期望的性能。
对于用户可能期望的是选择实现期望的亮度水平的传递函数。
图9A是图示说明正面显示器亮度和环境照度之间的用户可选的传递函数的示意性曲线图。与图7A的布置相比，可选的曲线830、832、834、836、838、840、842、844、846、848可以被提供，其中每个都被成形为显示的图像的亮度随着环境光的增大的检测的水平的阶跃函数。
有利地，图9A的曲线控制由于传递函数的阶跃函数形状，可以以低成本和复杂度提供。控制系统500可以类似地提供多个曲线中的单个曲线来实现相同的益处。
现在将描述说明性操作示例。显示器可以在明亮的环境(如450lux)中被操作。在这样的环境中，显示器可以默认为提供给正面用户的其250nit的最大峰值亮度。如果需要的话，用户可以进一步降低显示器亮度。有利地，可以为范围广泛的环境照度提供高视觉安全性。曲线可以利用如图示的阶跃函数来选择以通过选择不同的曲线来减少设置的数量和降低驱动成本。可替代地，随着环境照度连续地变化的平滑的曲线可以被提供。
在默认设置838中，当环境照度下降(例如，在250lux和175lux之间)时，显示器在150nit到100nit之间切换。对于窥探者的视觉安全性水平保持高于阈值。时间常数可以被应用于曲线的切换，以使得变化不作为显示器闪烁可见。时间常数可以是例如几秒。
在高照度水平下，可以对如图示的所有的曲线都提供单个显示器最大亮度Y最大，或者阶跃函数可以继续随着亮度而变化。
在一些环境中，用户可能偏好具有视觉安全性的一些有限的降低的更明亮的正面图像，并且因此可能选择曲线832来代替默认设置。在对于其期望高视觉安全性水平的其他环境中，曲线848可以被选择具有较低的正面亮度和提高的视觉安全性水平。
换句话说，用户可以使默认的显示器明亮度设置从图中的默认曲线838所示的曲线改变。如果环境照度改变，则显示器可以跟随选择的明亮度阶跃曲线，例如，如所示的曲线830。
在其中环境照度正在变化、或者曲线的用户选择被改变的时间段期间，曲线之间的切换可以在延长的时间段(如几秒)期间被提供，以实现显示器外观的无缝的变化。
图9B是图示说明用于操作用户可选的传递函数的方法的示意性流程图。
显示器设备(例如，笔记本计算机)可以具有系统级PWM(脉宽调制)发生器860。系统级PWM发生器860的输入可以包含由操作系统设置的对于全局明亮度868的设置、以及可以被用作输入的、单独的环境光传感器(未示出)的输出。
全局明亮度868设置的输入还可以包含可以使默认的显示器明亮度偏置或调整默认的显示器明亮度的用户输入。PWM输入878被时序控制器(TCON)板862接收，TCON板862可以包含执行处理功能的微控制器。TCON板862还包含来自隐私启用876信号的输入，隐私启用876信号确定显示器是否处于隐私模式。如果显示器不处于隐私模式，则PWM输出880可以跟随PWM输入878。TCON板862进一步包含来自环境光传感器环境光传感器872的输入，环境光传感器872可以不同于系统提供的环境光传感器。具体地说，如所示，环境光传感器872可以被提供与TCON 862的直接连接。该连接可以独立于操作系统控制。发送给LED控制器864的PWM输出880能够被TCON 862修改。时间响应函数874获取来自环境光传感器872的输入，并且使得TCON 862能够提供PWM输出880，以使得环境照度的改变导致给LED控制器864的信号的改变，该改变随着时间逐渐变化以使得用户不会体验到显示器明亮度的闪烁或跳动。时间响应函数874还可以抑制可能由于荧光管等而导致的环境照度的频率分量(例如，50或60Hz)的影响。
LED控制器864被连接到隐私显示器100的LED光柱15，LED光柱15可以是如例如下面的图11中所示的、被合并在隐私显示器100的背光源20内的PCB或柔性PCB。在其他布置(未示出)中，LED控制器864可以由显示器控制器提供，显示器控制器被布置为控制发射空间光调制器48(如发射OLED显示器或发射微型LED显示器)的亮度。
有利地，图9A的曲线控制可以以低成本和复杂度提供。
现在将描述对于在隐私模式下操作的显示器的正面亮度的期望的限值。
图9C是图示说明观察角度θ处的、感知的视觉安全性随着视觉安全性水平V的变化806的示意性曲线图。视觉安全性水平V是任何给定的显示器的测量的量，并且随着极观看角变化。
通过与视觉安全性水平V进行比较，感知到的视觉安全性是由观察角度处的人视觉系统响应而引起的、显示的隐私图像的可见性的主观判断。
在操作中，已经发现高于视觉安全性水平V的阈值限值V限值，那么没有图像信息被感知到。感知的可见性随着视觉安全性水平V的改变的这个转变非常快，如图7B中的曲线图的、阈值限值V限值周围的阶跃性所示。也就是说，随着视觉安全性水平V提高，一开始，感知的可见性仅逐渐地降低，并且图像基本上是可查看的。然而，在达到阈值限值V限值时，感知的图像以在实践中令人惊讶地观看的方式、迅速地停止可见。
在令人惊讶的结果的观察中，对于令人关注地用于隐私应用的文本文档图像，发现对于为10的V，窥探者看见的感知的图像迅速地停止可见。在V的值高于10的区域810中，所有的显示的文本都具有零可见性。换句话说，对于为10或更大的V，感知的文本以在实践中令人惊讶地观看的方式、迅速地停止可见。
在低于V限值的区域812中，文本以低对比度可见，并且在低于V’的区域814中，文本清晰可见。
将期望的是使正面显示器亮度最大化以实现对于主要显示器用户的高的图像可见性。将进一步期望的是对于观察角度处的窥探者实现高的图像安全性水平。现在将更详细地描述正面亮度的选择性控制。
对于观察角度θ，最大显示器输出亮度Y最大(通常为正面亮度)被防止超过亮度限值Y限值，在亮度限值Y限值处，视觉安全性水平V高于阈值限值V限值，以使得图像在该观察角度θ处不被感知到，亮度限值Y限值由以下方程给出：
Figure BDA0003703625030000191
其中Rθ是观察角度θ处反射的环境照度，Kθ是观察角度处的显示器黑色状态亮度，并且Pθ是观察角度θ处的与最大显示器输出亮度Y最大(通常是正面亮度，并且被以nit为单位测量)相比的相对亮度。对于显示器反射率ρθ和具有在观察角度处被显示器反射的、以lux为单位测量的照度Iθ的朗伯光源，亮度限值Y限值也由以下方程给出：
Figure BDA0003703625030000192
因为照度Iθ取决于环境光的量，所以显示装置的亮度可以被控制系统500根据这些关系控制。具体地说，如上所述的、控制系统500使用的隐私传递函数804可以被选择为保持关系Y最大≤Y限值，以便图像在期望的观察角度θ处(例如，在侧向上45度的观察角度θ、并且从显示装置的法线起零度仰角处)不被感知为可见的。
受制于该限值，亮度优选地尽可能地高，以便优化正面观看的性能。因此，如上所述的、控制系统500使用的隐私传递函数804可以另外还被选择为保持如图7B中的曲线805所示的关系Y最大/Iθ≥1lux/nit。照度Iθ可以是从被照明场景求取平均值的、感知的环境照度。
有利地，对于不同的照度水平、对离轴窥探者具有高的图像安全性、同时对于正面用户实现高图像可见性的显示器可以被提供。
现在将描述隐私显示器的控制的进一步的描述。
图9D是图示说明图1-2和图3-4的隐私控制系统的流程图。
显示器操作环境261可以包含(但不限于)网络ID 201、日期/时间262、GPS 206数据、主要环境光传感器232检测和飞行模式270设置。
公司隐私政策240可以包含在其下、显示器应在隐私模式下被操作的定义(包含时间和地点)；文档和应用；以及视觉安全性水平规范。
其他输入可以包含显示器设计参数272和关于被查看的文档和应用274的信息。
数据处理器290被用来对显示器操作环境261、显示器设计参数272、被查看的文档和应用274进行分析，并且与公司隐私政策240进行比较。输出确定是在隐私模式下、还是在公共模式下操作显示器，以使得切换292基于数据处理器290输出来被设置用于隐私操作模式或公共操作模式。
就隐私操作模式来说，应用于使用显示器控制系统710的显示装置100和使用图像控制系统296的图像101以便实现期望的视觉安全性水平的设置被提供。使用指示器280的视觉安全性水平的进一步指示可以被提供。
就公共操作模式来说，适当的照明控制(包含显示器控制系统710的锥角改变和使用LED驱动器715亮度)被提供给显示装置100。
控制器500可以继续监控显示操作环境261的状态和政策240的适当的改变，并且适当地调整显示装置100和图像101以保持目标视觉安全性水平。
有利地，控制系统500可以使得视觉安全性水平(可以是将被可靠地计算并且被与公司政策240水平进行比较的视觉安全性水平)能够针对装置的当前环境设置。视觉安全性水平可以被调整为显示装置100环境所需的水平，以使得主要用户保持与实现规定的公司隐私政策隐私水平一致的最佳的观看自由和舒适度。
没有被更详细地讨论的图9D的实施方案的特征可以被假定为对应于具有与如以上所讨论的标号等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
可能期望的是在低环境照度水平下(例如，在夜间在机动车辆中)提供提高的视觉安全性。
图10A是图示说明在低外部光(黑暗)的环境中被操作的汽车车厢和控制系统的俯视视图的示意图，控制系统包括被布置为提供期望的视觉安全性的车辆照明。
车辆650包括隐私显示装置100，隐私显示装置100是如本文中描述的隐私显示设备200的一部分。在该示例中，隐私显示装置100位于非驾驶者的乘客45的前面(在该示例中，车辆是左侧驾驶)，并且驾驶者在隐私操作模式下是窥探者。因此，乘客45是同轴观看者。驾驶者47因此是离轴观看者。当期望显示的图像对于驾驶者47不可见时，通常包含当车辆正被驾驶以使得驾驶者47不被显示的图像分散注意力时的时间，隐私模式被选择。
显示设备200还包含仪表盘隐私光源600和/或门隐私光源602，仪表盘隐私光源600和门隐私光源602中的每个都如下从被照明区域652提供照明。在该示例中，被照明区域652是车辆的门的面板的表面。
仪表盘隐私光源600被安装在车辆的仪表盘中，所以远离被照明区域652，但是被布置为对被照明区域652进行照明。来自仪表盘隐私光源600的照明被反射为光线610，所以照明是通过反射从被照明区域652提供的。仪表盘隐私光源600可以包括一个或更多个发光元件，并且可以是定向的以便引导光主要朝向被照明区域652。仪表盘隐私光源600可以控制来改变其光通量。
门隐私光源602被安装在被照明区域652(即，车辆本身的门的一部分的面板)中。因此，照明是通过第二隐私光源602直接输出的光、从被照明区域652提供的。门隐私光源602可以是漫射源。门隐私光源602可以包括一个或更多个发光元件。门隐私光源602可以控制来改变其光通量。
显示设备200可以包含仪表盘隐私光源600和门隐私光源602中的任何一个或两个，按照车辆的配置内方便的方式。无论哪个被提供，仪表盘隐私光源600和门隐私光源602都被定位为使得它们不被同轴观看者47看见。
照明区域652被定位为使得它提供显示装置100的沿着入射方向的照明以用于反射到驾驶者47的预定观看者位置，驾驶者47在该示例中是离轴观看者。预定驾驶者47位置可以与显示器100的法线成45度角。可替代地，可能期望的是为靠向乘客45侧的、有观察显示器的意图的驾驶者提供高安全性因子，如小于30度或小于25度的角度。
因此，入射方向和来自显示装置100的反射这二者都与显示装置的法线成大于0°的极角。在该示例中，所述方向通过车辆的配置来设置，但是在其他示例中，入射方向和反射可以参照期望不看到显示的图像的离轴观看者的地点来设计。例如，极角可以是45°。
当显示装置100的隐私功能在隐私模式下被提供时，控制系统500控制仪表盘隐私光源600和门隐私光源602的光通量，以使得照明从被照明区域652沿着入射方向被提供到显示装置100上。光被反射在驾驶者47的方向上。结果，被照明区域652通过提供外部照度来提供来自显示装置100的显示的图像的可见性的抑制。一般来说，因为外部照度降低显示的图像的对比度，所以抑制发生。该效果可以类似地在方程4中所示的视觉安全性水平V通过提高照度I而被提高的事实中被认识到。通过比较，来自被照明区域652的照明不被朝向乘客45反射，乘客45因此感知不到图像的可见性的降低。
如上所述，显示设备包含主要环境光传感器232，并且控制系统500使用主要环境光传感器232检测的环境光的照明水平来控制显示的图像的亮度。因此，在操作中，主要环境光传感器232被用来确定对于乘客45的期望的图像亮度。主要环境光传感器232是检测以非定向的方式入射在显示装置上的环境光的照度水平的类型。因此，主要环境光传感器232通过例如环境照明604来测量整体车厢照度。
可选地，显示设备200还包含检测沿着入射方向入射在显示装置100上以用于反射到与显示装置100的法线成大于0°的极角的、驾驶者47的预定观看者位置的环境光的照度水平的类型的定向环境光传感器231。因此，定向环境光传感器231检测显示装置100上的来自车辆的内部的被照明区域652的光的照度水平。举例来说，通过在定向环境光传感器231中提供捕捉镜头233，定向环境光传感器231可以被提供来仅在锥角θa上收集来自被照明区域652的光。借助于校准，由被照明区域652导致的、显示装置100的照度可以从定向环境光传感器231的输出确定。
在低光水平下，自然的环境照明可能下降，并且驾驶者47看见的反射光的亮度可以不足以实现期望的视觉安全性水平。如本文中其他地方所描述的，显示装置100的亮度可以被降低以实现对于驾驶者47的图像可见性的降低。然而，图像亮度可以被降低到对于乘客45不合期望的水平。因此，为了例如如下选择性地控制仪表盘隐私光源600和门隐私光源602的光通量，控制系统500可以要么使用主要环境光传感器232检测的环境光的照度水平，要么使用定向环境光传感器231(如果提供的话)检测的环境光的照度水平。在每种情况下，显示装置100上的沿着入射方向的光的照度的测度Iθ使用环境光的检测的照度水平来确定。然后，仪表盘隐私光源600和门隐私光源602的光通量基于推导的测度来控制。
在使用定向环境光传感器231的情况下，因为这提供从照明区域652沿着入射方向入射在显示装置100上的环境光的照度水平的测量，所以由于定向环境光传感器231的定向性质，控制系统500推导的、显示装置100上的沿着入射方向的光的照度的测度Iθ是定向环境光传感器231检测的环境光的照度水平。
在使用主要环境光传感器232的情况下，因为这以非定向的方式检测显示装置100上的光的照度，但是来自被照明区域652的沿着入射方向的照度提高，所以主要环境光传感器232的输出不直接提供显示装置100上的沿着入射方向的光的照度的可靠的测度Iθ。然而，来自被照明区域652的沿着入射方向的提高的照度取决于仪表盘隐私光源600和门隐私光源602输出的光通量。因此，控制系统使用主要环境光传感器232检测的环境光的照度水平与仪表盘隐私光源600和门隐私光源602的光通量这二者来推导显示装置上的沿着入射方向的光的照度的测度Iθ。
沿着入射方向的照度的测度Iθ对于主要环境光传感器232检测的环境光的照度水平、以及仪表盘隐私光源600和门隐私光源602的光通量的依赖性可以通过以下操作来在给定的情况下、对给定的显示设备200推导得到，即，获取沿着入射方向的定向照度的校准测量和主要环境光传感器232的输出，同时改变环境光的量以及仪表盘隐私光源600和门隐私光源602的光通量。
对于驾驶者47的视觉安全性水平然后从显示装置100上的沿着入射方向的光的照度的测度Iθ确定。
当显示装置100上的沿着入射方向的光的照度的测度Iθ降至低于阈值时，控制系统500被布置为提供以下操作中的至少一个：(i)借助于显示器背光源和/或空间光调制器透射或发射的控制来降低显示器100亮度，以及(ii)借助于仪表盘隐私光源600和门隐私光源602的控制来提高来自照明区域652的显示器100的照度。
在操作中，随着自然发生的环境照度降低，例如，在夜间时，环境光传感器231检测来自被照明区域652的降低的亮度。
随着光水平调整，对乘客45的显示器亮度被调整以提供令人舒适的图像。然而，这样的令人舒适的图像可能对驾驶者47提供不合期望的感知图像可见性。为了实现期望的视觉安全性水平，仪表盘隐私光源600和门隐私光源602的光通量被控制为提供显示装置100上的沿着入射方向的光的照度Iθ以向驾驶者47提供为1.0或更大、优选地1.5或更大并且最优选地1.8或更大的感知图像安全性水平S。具体地说，这可以通过控制系统500保持关系Iθ≥Iθ最小来实现，其中Iθ是显示装置上的沿着入射方向的光的照度的推导的测度，并且Iθ最小由以下方程给出：
Figure BDA0003703625030000231
其中Y最大是显示装置100的最大输出亮度，Y最大的单位是Iθ最小除以以球面度为单位的立体角的单位，ρ(θ)是显示装置对于沿着入射方向的光的反射率，P(θ)是显示装置的沿着入射方向的亮度与显示装置100的最大输出亮度的比率，并且S最小具有期望的值。方程11是考虑到反射率ρ和相对于驾驶者47的比率(相对亮度)P这二者，从方程4推导得到的。
其中S最小具有1.0或更大的值，驾驶者47不能感知到显示的图像。
其中S最小具有1.5或更大的值，对于大多数图像和大多数观察者，驾驶者47甚至不能感知到图像正被显示。
其中S最小具有1.8或更大的值，图像对于驾驶者47是不可见的，与对于所有的观察者的图像内容无关。
有利地，因此，具有期望的亮度的图像可以被提供给乘客45，并且期望的感知图像安全性水平可以被提供给驾驶者47。
此外，驾驶者47的位置可以借助于头部检测传感器644来监控。被照明区域652的向驾驶者提供照明的部分654可以从驾驶者47的头部位置计算得到，并且只有该部分654可以被照明，例如，借助于部分654中的光源602。有利地，被照明的被照明区域652的大小可以被缩小，并且车辆内提供的总背景光可以被减少。
图10B图示说明由图10A的隐私控制系统500执行的、控制隐私光源600、602的方法的流程图。
在步骤S1中，环境光的照度水平被主要环境光传感器232检测，并且可选地还被定向环境光传感器231(如果提供的话)检测。
在步骤S2中，显示装置100的亮度水平使用主要环境光传感器232检测的、环境光的照度水平来设置。该步骤被如上所述那样执行以优化对于乘客45的显示的图像。
在步骤S3中，显示装置上的沿着入射方向的光的照度的测度Iθ被推导。这被如上所述那样执行，例如，是定向环境光传感器231(如果提供的话)检测的环境光的照度水平，或者是从主要环境光传感器232检测的环境光的照度水平和隐私光源600、602的光通量这二者推导的。
在可选的步骤S4中，驾驶者47的地点被传感器644测量，并且被照明区域652的向驾驶者47提供照明的部分654被确定。如果步骤S4被执行，则对来自被照明区域652的这个部分654的入射方向执行下面描述的步骤S5。否则，驾驶者47被认为在从车辆的配置知道的预定位置处，所以对与该位置相对应的入射方向执行下面描述的步骤S5。
在步骤S5中，关于驾驶者47和对应的入射方向的视觉安全性水平V使用方程4来计算。该计算使用显示装置100的最大输出亮度Y最大、以及在步骤S3中被推导为照度I的、显示装置100上的沿着入射方向的光的照度的测度Iθ，因为驾驶者47正被考虑。该计算还使用显示装置100的对于沿着入射方向的光的反射率ρ(θ)、以及对于朝向驾驶者47的反射的、显示装置100的沿着入射方向的亮度衰减P(θ)(即，显示装置的沿着入射方向的亮度与显示装置100的最大输出亮度的比率)。感知安全性水平S然后根据方程5、从视觉安全性水平V推导得到。
在步骤S6中，确定隐私光源600、602当前是否开启。在步骤S6中为肯定确定的情况下，光保持开启，所以方法继续进行到步骤S9。在步骤S6中为否定确定的情况下，然后方法继续进行到步骤S7。
在步骤S7中，基于在步骤S5中推导的感知安全性水平S与最小水平S最小的比较来确定是否开启隐私光源600、602。如果在步骤S5中推导的感知安全性水平S高于最小水平S最小，则方法继续进行到步骤S8，在步骤S8中，隐私光源600、602被开启，以便提高视觉安全性，其后方法继续进行到步骤S9。否则，方法返回到步骤S1，所以隐私光源600、602保持关闭。
如上所述，对于驾驶者47的感知图像安全性水平S的最小水平S最小可以被选择为：具有1.0或更大的值，以便实现驾驶者47不能感知到显示的图像的效果；具有1.5或更大的值，以便实现对于大多数图像和大多数观察者，驾驶者47甚至不能感知到图像正被显示的效果；或者具有1.8或更大的值，以便实现图像对于驾驶者47不可见、与对于所有的观察者的图像内容无关的效果。
在步骤S9中，隐私光源600、602的光通量基于在步骤S5中推导的感知安全性水平S来调整。如果隐私光源600、602当前关闭，则它们被开启。如果隐私光源600、602当前被开启，则它们的光通量被基于感知安全性水平S和最小水平S最小之间的差值调整。如果感知图像安全性S小于最小水平S最小，则隐私光源600、602的光通量被增加。相反，如果感知图像安全性S大于最小安全性水平S最小，则隐私光源600、602的光通量被减少。
该控制可以通过使用沿着入射方向的照度的测度Iθ作为反馈参数的反馈回路来实现。具体地说，控制系统500可以调整隐私光源600、602的光通量以便满足关系Iθ≥Iθ最小，其中Iθ由以上方程11给出。以这种方式，感知安全性水平S可以保持处于或高于最小水平S最小。
有利地，在范围广泛的环境照明条件下，乘客45可以看见令人舒适的图像，并且驾驶者47可以很少分心地或者不分心地看见图像。
虽然图10A的示例是车辆650中的显示设备200，但是类似的技术可以被应用于在期望限制图像对于离轴观看者的可见性的任何环境中将使用的显示设备200。举例来说，现在将描述显示设备200被布置为在办公室环境中提高对于窥探者的图像安全性的示例。
图10C是图示说明隐私显示设备200的俯视视图的示意图，隐私显示设备200意图用于台式使用，并且包含隐私光源光源660，隐私光源660被布置为响应于环境照明条件，提高对于离轴窥探者的图像安全性。没有被更详细地讨论的图10C的实施方案的特征可以被假定对应于具有与如以上所讨论的标号等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
隐私显示设备200被提供在膝上型计算机98中，膝上型计算机98被示为被置于用于坐着的用户47的桌子670的表面上，用户47是同轴观看者。离轴观看者是看见来自显示装置100的至少一部分的反射的、站着的窥探者47。显示设备200包含隐私光源660，隐私光源660被布置在膝上型计算机98中(或附近)以对桌子670的被照明区域662进行照明。这对应于图10A的示例中的被照明区域652，并且被窥探者47看见在显示装置100中被反射。显示设备200包含主要环境光传感器232和定向光传感器231，并且以相同的方式操作来提供与上述图10A的示例中的效果相同的效果。
图10D是图示说明隐私显示器100和光源660的前视图的示意图；并且图10E是图示说明图10D的隐私显示器100的顶视图的示意图。没有被详细地讨论的图10D-E的实施方案的特征可以被假定对应于具有与如以上所讨论的标号等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
与图10C的实施方案相比，图10D-E的替代方案图示说明光源660可以被布置为对显示器100的前表面进行照明以向可以被如本文中其他地方描述的那样控制的窥探者47提供反射的光668。有利地，显示器100的安全性因子可以在其他来源的环境光被限制或不存在的环境中被提高。
现在将描述用于定向环境光传感器231的一些可能的布置，定向环境光传感器231测量与其中环境光反射率为对于离轴观看者的视觉安全性做出贡献的地点相对应的方向上的环境照度。
图11A是图示说明隐私显示器和离轴环境光传感器的顶视图的示意图。环境光源604被隐私显示器100反射到窥探者47。环境光传感器231被布置为测量光锥605R中的环境照度。在操作中，环境光传感器231的输出被布置为调整对于用户47的亮度以实现对于环境照度的、期望的视觉安全性水平。在操作中，对于不具有漫射器或具有有限的漫射器(例如，具有前表面漫射器，前表面漫射器具有AG50或更小的漫射)的典型的显示器，窥探者仅看见从光锥605R的方向周围的区域反射的反射环境光。
图11B是图示说明用于测量对于隐私显示器的环境照度的极区域的示意性曲线图。图11B因此指示极坐标地点605R、605L，在极坐标地点605R、605L内，环境光源可以被布置为对离轴窥探者观察到的视觉安全性水平做出贡献。位于其他地方的环境光源不对视觉安全性因子做出贡献。提供正面亮度的降低来补偿不提供提高的视觉安全性水平的环境照度(也就是说，区域605L、605R外部的光源)是不期望的。
现在将描述优先测量极区域605L、605R中的照度的环境光传感器。
图12A-C是图示说明用于在图11B的极区域中测量环境照度的离轴环境光传感器的顶视图的示意图。
图12A图示说明环境光传感器231，环境光传感器231包括具有孔241R、241L的掩膜237，孔241R、241L被间隔件239与掩膜237分开。传感器235L测量来自离轴环境光源604L的环境照度，而传感器235R测量来自离轴环境光源604R的环境照度。有利地，在隐私操作模式下，提供给窥探者的视觉安全性水平可以响应于被适当地放置的环境光源604R、605L来提高。
图12B类似于图12A，除了两个传感器235L、235R被替换为单个传感器235C之外。有利地，成本被降低。
图12C图示说明以下实施方案，在该实施方案中，传感器235L、235R和掩膜237L、237R相对于显示装置100的法线方向倾斜，其中光轴299L、299R朝向区域605L、605R的中心。有利地，与图12A的布置相比，杂散光可以被减少，并且测量准确度被改进。
在图12A-C的实施方案中，孔241和传感器231可以被成形为实现测量方向与图11B的极坐标地点605L、605R匹配。
现在将描述能够在隐私模式和公共模式之间切换的显示器的说明性示例。
图13是图示说明前透视图可切换定向显示装置100的示意图，可切换定向显示装置100包括背光源20、可切换液晶延迟器300和空间光调制器48。
显示装置100包括：定向背光源20，如被布置为输出光的准直背光源，背光源20包括定向波导1；以及复数个光源15，复数个光源15被布置为将输入光输入到波导1中，波导1、后反射器和光控制膜5被布置为将来自光源15的光引导到立体角范围402A中。光控制膜5可以包括例如转向膜和漫射器。
在本公开中，立体角范围是光锥的立体角，在该立体角内，亮度大于给定的相对于峰值亮度的相对亮度。例如，亮度衰减可以为50％相对亮度，以使得立体角范围在给定方向(如侧向方向)上具有与全宽半高(FWHM)相同的角度宽度。
背光源20可以被布置为提供对于离轴观看位置、具有与正面亮度相比降低的亮度的角度光立体角范围402A。
显示器控制系统710被布置为提供光源驱动器715的控制。LED 15的亮度可以由控制系统控制，以使得对于窥探者的绝对离轴亮度可以被控制。
空间光调制器48可以包括液晶显示器，液晶显示器包括基板212、216、以及具有红色像素220、绿色像素222和蓝色像素224的液晶层214。空间光调制器48在其相对侧具有输入显示器偏振器210和输出显示器偏振器218。输出显示器偏振器218被布置为对于来自空间光调制器48的像素220、222、224的光提供高消光比。典型的偏振器210、218可以是吸收偏振器，如二向色偏振器。
可选地，反射偏振器208可以被提供在二向色输入显示器偏振器210和背光源210之间以提供再循环的光并且提高显示器效率。有利地，效率可以被提高。
现在将描述提供控制离轴亮度的光学堆叠。
反射偏振器302、复数个延迟器300和附加偏振器318被布置来接收空间光调制器48的输出光。
复数个延迟器300被布置在反射偏振器302和附加偏振器318之间。偏振器210、218、318可以是吸收类型的偏振器，如碘偏振器，而反射偏振器302可以是拉伸双折射膜堆叠，如来自3M Corporation的APF或线栅偏振器。
复数个延迟器300包括可切换液晶延迟器301和基板312、316，可切换液晶延迟器301包括一层314液晶材料，基板312、316被布置在反射偏振器302和附加偏振器318之间。延迟器300进一步包括如将在下面进一步描述的无源延迟器330。
如下所述，复数个延迟器300不影响沿着轴线(轴线沿着延迟器300的平面的法线)通过反射偏振器302、延迟器300和附加偏振器318的光的亮度，但是延迟器300降低沿着向延迟器300的平面的法线倾斜的轴线通过反射偏振器302、延迟器300和附加偏振器318的光的亮度，至少在可切换延迟器301的可切换状态中的一种状态下。这是由由延迟器300对沿着相对于延迟器300的液晶材料成不同角度的轴线的光引入的相移的存在或不存在引起的。
可切换液晶延迟器301的透明基板312、316包括电极，电极被布置为在它们之间的一层314液晶材料414上提供电压。控制系统752被布置为控制电压驱动器350在可切换液晶延迟器301的电极上施加的电压。
没有被更详细地讨论的图13的实施方案的特征可以被假定对应于具有与如以上所讨论的标号等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
如下面将进一步描述的，附加偏振器318、复数个延迟器300和反射偏振器302可以被布置为提供来自环境照明604的输出亮度和正面的反射率的极坐标控制。
现在将描述提供离轴亮度的控制的光学堆叠的示例。
图14是在透视侧视图中图示说明处于隐私操作模式的复数个延迟器300的布置的示意图，复数个延迟器300包括负C板无源延迟器330和处于隐私操作模式的垂面取向的可切换液晶延迟器301。在图14中，为清晰起见，光学堆叠的一些层被省略。例如，可切换液晶延迟器301被示为省略了基板312、316。
可切换液晶延迟器301包括两个表面取向层，两个表面取向层被设置在电极413、415上，并且与液晶材料层414相邻且在液晶材料层414的相对侧，并且每个表面取向层被布置为在相邻的液晶材料414中提供垂面取向。可切换液晶延迟器301的液晶材料层414包括具有负介电各向异性的液晶材料。液晶分子414可以被提供相对于水平方向的预倾角(例如88度)以移除切换中的简并性。
反射偏振器302的电矢量透射方向平行于输出偏振器218的电矢量透射方向。此外，反射偏振器302的电矢量透射方向303平行于附加偏振器318的电矢量透射方向319。
可切换液晶延迟器301包括具有负介电各向异性的液晶材料414的层314。无源延迟器330包括通过盘状材料430的取向示意性地图示的、具有与延迟器330的平面垂直的光轴的负C板。
液晶延迟器301进一步包括被布置为控制液晶材料的透射电极413、415，液晶材料层可以借助于调整被施加于电极的电压来切换。电极413、415可以遍布层314上，并且被布置为施加用于控制液晶延迟器301的电压。透射电极在液晶材料层414的相对侧，并且可以例如是ITO电极。
取向层可以被形成在电极413、415和层314的液晶材料414之间。x-y平面中的液晶分子的取向由取向层的预倾角方向确定，以使得每个取向层具有预倾角，其中每个取向层的预倾角具有预倾角方向，预倾角方向具有在层314的平面中的分量417a、417b，分量417a、417与反射偏振器302的电矢量透射方向303平行、反平行或正交。
驱动器350向可切换液晶材料414的层314上的电极413、415提供电压V，以使得液晶分子相对于垂直方向成一倾角倾斜。倾斜的平面由形成在基板312、316的内表面上的取向层的预倾角方向确定。
在用于在公共模式和隐私模式之间切换的典型的使用中，液晶材料层可在两种状态之间切换，第一状态是使得显示器可以被多个用户使用的公共模式，第二状态是供主要用户使用、具有最小窥探者可见性的隐私模式。切换可以借助于施加于电极上的电压。一般来说，这样的显示器可以被认为具有第一广角状态和第二降低离轴亮度状态。
没有被更详细地讨论的图14的实施方案的特征可以被假定对应于具有与如以上所讨论的标号等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
现在将描述图13的堆叠的说明性实施方案的各种元件的极坐标曲线。
图15A是图示说明准直背光源和空间光调制器的输出亮度的极角和方位角变化的示意性曲线图。
图15B是图示说明关于表2的说明性实施方案的、被布置在平行的偏振器之间的可切换延迟器的透射的极角和方位角变化的示意性曲线图。
Figure BDA0003703625030000301
表2
图15C是图示说明关于表2的说明性实施方案的、被布置在反射偏振器和吸收偏振器之间的可切换延迟器的相对反射的极角和方位角变化的示意性曲线图。
图15D是图示说明关于图13的布置在隐私操作模式下的、总显示器反射率的极角和方位角变化的示意性曲线图(也就是说，关于反射率的极坐标曲线ρ(θ,φ)，其中θ是极角，并且φ是方位角)。
图15E是图示说明关于图13的布置在隐私操作模式下的、输出亮度的极角和方位角变化的示意性曲线图(也就是说，关于隐私水平的极坐标曲线P(θ,φ))。
图15F是图示说明关于图13的布置在隐私操作模式下的、对于以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度的、视觉安全性水平S(θ,φ)的极角和方位角变化的示意性曲线图，以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度是以lux为单位测量的值I的照度的一半。关于S＝1.0、S＝1.5和S＝1.8的轮廓线被图示以示出图像隐私性和图像可见性的极区域。关于S＝0.1的轮廓线被图示以示出高图像可见性的极区域。
图15G是图示说明关于图13的布置在隐私操作模式下的、对于以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度的、对于零仰角的、视觉安全性水平S的极角变化的示意性曲线图，以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度是以lux为单位测量的值I的照度的一半。在45度，显示器被控制为使得显示器的I/Y最大比率(lux/nit)设置为2.0，并且图像在+/-45度的极角处是不可见的。
现在将描述图13的显示器在公共模式下的操作。
图16是在透视侧视图中图示说明处于公共操作模式的延迟器300的布置的示意图。在本实施方案中，如表2中那样，零伏被提供在液晶延迟器301上。
与图14的布置相比，没有电压被施加，并且液晶材料414的分子基本上被布置为垂直于取向层和电极413、415。
没有被更详细地讨论的图16的实施方案的特征可以被假定对应于具有与如以上所讨论的标号等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
图17A是图示说明关于图13的布置在公共操作模式下的、输出亮度的极角和方位角变化的示意性曲线图；图17B是图示说明关于图13的布置在公共操作模式下的、对于以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度的、对于零仰角的、视觉安全性水平S的极角变化的示意性曲线图，以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度是以lux为单位测量的值I的照度的一半。与图15F的布置相比，显示器在轴线附近的具有最高可见性的宽的极区域上保持对于用户可见。
图17C是图示说明关于具有最大亮度Y最大的方向的背光源的输出亮度的极角和方位角变化的示意性曲线图，最大亮度Y最大的方向不垂直于显示器。与在地点890(其是显示器法线)处具有Y最大的图17A相比，图17C图示说明Y最大在轴线上方的地点892处。有利地，可以对于俯视显示器的用户，提高显示器亮度。现在将对在隐私模式下操作的显示器的同轴方向和离轴方向考虑来自输出偏振器218的偏振光的传播。
图18A是在侧视图中图示说明在隐私操作模式下、空间光调制器的输出光通过图13的光学堆叠的传播的示意图。
当液晶材料414的层314被驱动以在隐私模式下操作时，延迟器300不提供偏振分量360的总变换来输出沿着与可切换延迟器的平面垂直的轴线、通过延迟器300的光线400，但是提供偏振分量361变换为光线402的总变换，光线402对于与延迟器的平面的垂线成锐角的一些极角，通过延迟器300。
来自输出偏振器218的偏振分量360被反射偏振器302透射，并且入射在延迟器300上。同轴光具有对分量360不加修改的偏振分量362，而离轴光具有被延迟器300透射的偏振分量364。最低程度上，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。更一般地说，偏振分量361被变换为椭圆形偏振分量，也就是说，被附加偏振器318部分吸收。
图15B中所示的光透射的极坐标分布修改下面的空间光调制器48的亮度输出的极坐标分布。在空间光调制器48包括定向背光源20的情况下，离轴亮度可以被如上所述那样进一步降低。
没有被更详细地讨论的图18A的实施方案的特征可以被假定对应于具有与如以上所讨论的标号等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
有利地，对于离轴窥探者具有低亮度、同时对同轴观察者保持高亮度的隐私显示器被提供。
现在将对在隐私模式下操作的显示器描述反射偏振器302对来自环境光源604的光的操作。
图18B是在顶视图中图示说明在隐私操作模式下、环境照明光通过图13的光学堆叠的传播的示意图。
环境光源604用未被偏振的光对显示装置100进行照明。附加偏振器318使垂直于显示装置100的光线410与第一偏振分量372一起透射，第一偏振分量372是平行于附加偏振器318的电矢量透射方向319的线性偏振分量。
在两种操作状态下，偏振分量372保持不被延迟器300修改，所以透射的偏振分量382平行于反射偏振器302和输出偏振器218的透射轴线，所以环境光被引导通过空间光调制器48，并且丢失。
通过比较，对于光线412，离轴光被引导通过延迟器300，以使得入射在反射偏振器302上的偏振分量374可以被反射。这样的偏振分量在通过延迟器300之后被再次转换为分量376，并且被透射通过附加偏振器318。
因此当液晶材料层314处于所述两种状态中的第二状态下时，反射偏振器302对通过附加偏振器318、然后沿着垂直于延迟器300的平面的轴线通过延迟器300的环境光线410不提供反射的光，但是对通过附加偏振器318、然后以一些极角通过延迟器300的环境光提供反射的光线412，一些极角与延迟器300的平面的垂线成锐角；其中反射的光412往回通过延迟器300，然后被附加偏振器318透射。
延迟器300因此不提供偏振分量380变换为环境光线410的总变换，环境光线410通过附加偏振器318，然后沿着垂直于可切换延迟器的平面的轴线通过延迟器300，但是提供偏振分量372变换为环境光线412的总变换，环境光线412通过吸收偏振器318，然后以一些极角通过延迟器300，一些极角与延迟器300的平面的垂线成锐角。
图15C中所示的光反射的极坐标分布因此图示说明高反射率可以在典型的窥探者地点处、借助于延迟器300的隐私状态来提供。因此，在隐私操作模式下，对于离轴观看位置的反射率如图15C中所示增大，并且对于来自空间光调制器的离轴光的亮度如图15B中所示降低。
在公共操作模式下，控制系统710、752、350被布置为将可切换液晶延迟器301切换为第二延迟器状态，在该状态下，相移被引入到沿着相对于可切换液晶延迟器301的平面的法线倾斜的轴线通过可切换液晶延迟器301的偏振分量。
通过比较，立体角范围402D可以与公共操作模式下的立体角范围402B基本上相同。输出立体角范围402C、402D的这样的控制可以通过多组15、17光源和至少一个可切换液晶延迟器300的同步控制来实现。
有利地，对于离轴观看的低图像可见性的隐私模式可以被实现，并且对于公共操作模式，大的立体角范围可以以高效率被提供，以用于在多个用户之间共享显示器影像并且提高图像空间统一性。
附加偏振器318被作为显示器输出偏振器218布置在空间光调制器48的同一输出侧，显示器输出偏振器218可以是吸收二向色偏振器。显示器偏振器218和附加偏振器318具有平行的电矢量透射方向219、319。如下面将描述的，这样的平行取向对中央观看地点提供高透射。
透射空间光调制器48被布置为接收来自背光源的输出光；输入偏振器210被布置在空间光调制器的输入侧，背光源20和空间光调制器48之间；输出偏振器218被布置在空间光调制器48的输出侧；附加偏振器318被布置在输出偏振器218的输出侧；并且可切换液晶延迟器300包括在这种情况下被布置在至少一个附加偏振器318和输出偏振器318之间的液晶材料层314，其中附加偏振器318被布置在输出偏振器218的输出侧；并且控制系统710被布置为同步地控制光源15、17和至少一个可切换液晶延迟器300。
控制系统710进一步包括电压控制器752的控制，电压控制器752被布置为提供电压驱动器350的控制，以便实现可切换液晶延迟器301的控制。
没有被更详细地讨论的图18B的实施方案的特征可以被假定对应于具有与如以上所讨论的标号等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
有利地，对离轴窥探者具有高反射率、同时对同轴观察者保持低反射率的隐私显示器被提供。如上所述，这样的增大的反射率对环境被照明的环境中的显示器提供增强的隐私性能。
现在将描述公共模式下的操作。
图19A是在侧视图中图示说明在公共操作模式下、来自空间光调制器的输出光通过图1的光学堆叠的传播的示意图；并且图19B是图示说明关于图19A中的透射的光线的、输出亮度随着极方向的变化的示意性曲线图。
没有被更详细地讨论的图19A和图19B的实施方案的特征可以被假定对应于具有与如以上所讨论的标号等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
当液晶延迟器301处于所述两种状态中的第一状态时，延迟器300不提供偏振分量360、361的总变换来输出垂直于可切换延迟器301的平面、或者与可切换延迟器301的平面的垂线成锐角、通过可切换延迟器301的光。也就是说，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19B的角度透射曲线在宽的极区域上基本上均匀地透射。有利地，显示器可以被切换到宽视野。
图19C是在顶视图中图示说明在公共操作模式下、环境照明光通过图1的光学堆叠的传播的示意图；并且图19D是图示说明关于图19C中的反射的光线的、反射率随着极方向的变化的示意性曲线图。
因此当液晶延迟器301处于所述两种状态中的第一状态时，延迟器300不提供偏振分量372变换为环境光线412的总变换，环境光线412通过附加偏振器318，然后通过延迟器300，也就是说，垂直于延迟器30的平面，或者与延迟器300的平面的垂线成锐角。
在公共模式下的操作中，输入光线412在透射通过附加偏振器318之后具有偏振态372。对于正面方向和离轴方向这两个方向，偏振变换不发生，并且因此对于来自反射偏振器302的光线402的反射率低。光线412被反射偏振器302透射，并且在显示器偏振器218、210、或图1的背光源、或图2的发射空间光调制器38中的光学隔离器218、518中丢失。
没有被更详细地讨论的图19C和图19D的实施方案的特征可以被假定对应于具有与如以上所讨论的标号等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
有利地，在公共操作模式下，高亮度和低反射率在宽的视野中被提供。这样的显示器可以方便地被多个观察者、以高对比度观看。
现在将描述包括发射显示器的显示设备。
图20是在前透视图中图示说明可切换定向显示装置的示意图，可切换定向显示装置包括定向背光源和两个可切换液晶延迟器，每个可切换液晶延迟器被布置在一对偏振器之间。与图13的布置相比，发射显示器(如OLED显示器或微型LED显示器)在像素层214和输出偏振器218之间包括进一步的四分之一波片202。有利地，来自背板214的不合期望的反射率被减小。
没有被更详细地讨论的图20的实施方案的特征可以被假定对应于具有与如以上所讨论的标号等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
图21A是图示说明发射空间光调制器的输出亮度的极角和方位角变化的示意性曲线图。
图21B是图示说明关于表3的说明性实施方案的、被布置在第一对平行的偏振器之间的第一可切换延迟器的透射的极角和方位角变化的示意性曲线图。
Figure BDA0003703625030000351
表3
图21C是图示说明关于表3的说明性实施方案的、被布置在反射偏振器302和吸收偏振器318A之间的第一可切换延迟器300A的相对反射的极角和方位角变化的示意性曲线图。
图21D是图示说明关于图20的布置在隐私操作模式下的、总显示器反射率ρ(θ,φ)的极角和方位角变化的示意性曲线图。
图21E是图示说明关于表3的说明性实施方案的、被布置在第二对平行的偏振器之间的第二可切换延迟器300B的透射的极角和方位角变化的示意性曲线图。
图21F是图示说明关于图20的布置在隐私操作模式下的、输出亮度P(θ,φ)的极角和方位角变化的示意性曲线图。
图21G是图示说明关于图20的布置在隐私操作模式下的、对于以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度的、视觉安全性水平S的极角和方位角变化的示意性曲线图，以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度是以lux为单位测量的值I的照度的一半。
图21H是图示说明关于图20的布置在隐私操作模式下的、对于以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度的、对于零仰角的、视觉安全性水平S的极角变化的示意性曲线图，以nit为单位测量的值Y最大的显示器正面亮度是以lux为单位测量的值I的照度的一半。期望地，在+/-45°处，安全性水平S大于1.8。
现在将描述其他类型的可切换隐私显示器。
可以在隐私操作模式和公共操作模式之间切换的显示装置100包括如美国专利No.9.519,153中描述的成像波导和光源阵列，该专利整体通过引用并入本文。成像波导将光源阵列成像到光学窗口上，光学窗口可以被控制为在隐私模式下、提供同轴的高亮度和离轴的低亮度，并且对于公共操作，提供高亮度与大的立体角锥体。
可切换角度对比度曲线液晶显示器在日本专利公开No.JPH130783中和美国专利公开No.2017-0123241中被描述，这两篇专利都整体通过引用并入本文。这样的显示器可以在液晶显示器的液晶层214中提供液晶分子的平面外倾斜，并且可以在隐私操作模式下实现降低的离轴图像对比度。显示装置100控制系统500可以进一步包括液晶分子的平面外倾斜的控制。
如在本文中可以使用的，术语“基本上”和“大约”为其对应的术语和/或术语之间的相关性提供行业接受的公差。这样的行业接受的公差在从百分之零到百分之十的范围内，并且对应于(但不限于)分量值、角度等。术语之间的这样的相关性在大约百分之零到百分之十的之间的范围内。
虽然根据本文中公开的原理的各种实施方案已经在上面被描述，但是应理解它们仅仅是作为示例而呈现的，而不是限制。因此，本公开的广度和范围不应受上述示例性实施方案中的任何一个限制，而是应仅根据从本公开公布的任何权利要求和它们的等同形式限定。此外，以上优点和特征是在所描述的实施方案中提供的，但是不应使这样的公布的权利要求的应用限于实现以上优点中的任何一个或所有优点的过程和结构。
此外，本文的段落标题是被提供用于37CFR 1.77下的建议一致性，或者用于提供组织线索。这些标题不应限制或表征可以从该公开公布的任何权利要求中所阐述的一个或多个实施方案。具体地并且作为示例，尽管标题指“技术领域”，但是权利要求书不应被该标题下所选择的语言限制为描述所谓的技术领域。进一步，“背景技术”部分中的技术的描述不是要被解读为承认某个技术是该公开中的任意一个或多个实施方案的现有技术。“发明内容”也不是要被认为是在公布的权利要求书中所阐述的一个或多个实施方案的特征描述。另外，该公开中对单数的“发明”的任何引用不应被用于证明在该公开中仅有一个新颖点。根据从该公开公布的多个权利要求的限定，可以阐述多个实施方案，并且这些权利要求相应地定义了由其保护的一个或多个实施方案，以及它们的等同形式。在所有情况下，这些权利要求的范围应根据该公开按照这些权利要求本身的实质来理解，而不应被本文中所列的标题限制。

Claims (32)

1.一种隐私显示设备，所述隐私显示设备包括：
显示装置，所述显示装置被布置为显示图像，所述显示装置能够提供隐私功能，在所述隐私功能中，所述图像对于离轴观看者的可见性与所述图像对于同轴观看者的可见性相比降低；
至少一个隐私光源，所述至少一个隐私光源被布置为从被照明区域提供照明，所述照明被布置为沿着入射方向对所述显示装置进行照明以用于反射到与所述显示装置的法线成大于0°的极角的预定观看者位置；以及
控制系统，所述控制系统被布置为控制所述显示装置，其中所述控制系统被布置为当所述隐私功能被提供时，控制所述至少一个隐私光源的光通量。
2.根据权利要求1所述的隐私显示设备，所述隐私显示设备进一步包括环境光传感器，所述环境光传感器被布置为检测环境光的照度水平。
3.根据权利要求2所述的隐私显示设备，其中所述控制系统被布置为使用所述环境光传感器检测的环境光的照度水平来推导所述显示装置上的沿着所述入射方向的光的照度的测度，并且基于推导的测度来选择性地控制所述至少一个隐私光源的所述光通量。
4.根据权利要求3所述的隐私显示设备，其中所述环境光传感器是被布置为检测沿着所述入射方向入射在所述显示装置上的环境光的照度水平的定向传感器，由此所述显示装置上的沿着所述入射方向的光的照度的测度Iθ是所述环境光传感器检测的环境光的照度水平。
5.根据权利要求3所述的隐私显示设备，其中所述环境光传感器被布置为检测来自一系列方向的环境光的照度水平，并且所述控制系统被布置为使用所述环境光传感器检测的环境光的照度水平和所述至少一个隐私光源的所述光通量这二者来推导所述显示装置上的沿着所述入射方向的光的照度的测度。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的隐私显示设备，其中所述控制系统被布置为控制所述至少一个隐私光源的所述光通量以保持关系Iθ≥Iθ最小，其中Iθ是所述显示器上的沿着所述入射方向的光的照度的推导的测度，并且Iθ最小由以下方程给出：
Figure FDA0003703625020000011
其中
Y最大是所述显示装置的最大输出亮度，Y最大的单位是Iθ最小除以以球面度为单位的立体角的单位，
ρ(θ)是所述显示装置对于沿着所述入射方向的光的反射率，
P(θ)是所述显示装置的沿着所述入射方向的亮度与所述显示装置的所述最大输出亮度的比率，并且
S最小具有1.0或更大的值。
7.根据权利要求6所述的隐私显示设备，其中S最小具有1.5或更大的值。
8.根据权利要求6所述的隐私显示设备，其中S最小具有1.8或更大的值。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的隐私显示设备，其中所述控制系统被进一步布置为基于所述环境光的检测的水平来控制显示的图像的亮度。
10.根据前述权利要求中任一项所述的隐私显示设备，其中所述被照明区域是表面，并且所述至少一个隐私光源被布置为对所述被照明区域进行照明，以便通过来自所述表面的反射来提供所述照明。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的隐私显示设备，其中所述至少一个隐私光源被布置在所述被照明区域中，以便提供所述照明作为由其输出的光。
12.根据前述权利要求中任一项所述的隐私显示设备，其中所述隐私光源是所述同轴观看者不可见的。
13.根据前述权利要求中任一项所述的隐私显示设备，其中所述被照明区域是机动车辆的门的一部分。
14.根据前述权利要求中任一项所述的隐私显示设备，其中所述显示装置能够至少在公共模式和隐私模式下操作，其中在所述隐私模式下，所述隐私功能被提供，并且所述图像对于离轴观看者的可见性与所述公共模式相比降低，所述控制系统能够选择性地在所述公共模式或所述隐私模式下操作所述显示装置。
15.根据权利要求14所述的隐私显示设备，其中所述控制系统被布置为响应于所述环境光的检测的水平来选择性地在所述公共模式或所述隐私模式下操作所述显示装置。
16.根据权利要求14或15所述的隐私显示设备，其中传递函数在所述公共模式下比在所述隐私模式下提供显示的图像的更高的亮度。
17.根据前述权利要求中任一项所述的隐私显示设备，其中所述显示装置的所述最大输出亮度沿着所述显示装置的法线。
18.一种控制显示装置的方法，所述显示装置被布置为显示图像并且能够提供隐私功能，在所述隐私功能中，所述图像对于离轴观看者的可见性与所述图像对于同轴观看者的可见性相比降低，所述方法包括：
提供至少一个隐私光源，所述至少一个隐私光源被布置为从被照明区域提供照明，所述照明被布置为沿着入射方向对所述显示装置进行照明以用于反射到与所述显示装置的法线成大于0°的极角的预定观看者位置；以及
当所述隐私功能被提供时，控制所述至少一个隐私光源的光通量。
19.根据权利要求18所述的方法，所述方法进一步包括检测环境光的照度水平。
20.根据权利要求19所述的方法，其中
所述方法进一步包括使用环境光传感器的检测的照度水平来推导所述显示器上的沿着所述入射方向的光的照度的测度；并且
基于推导的测度来执行控制所述至少一个隐私光源的所述光通量的步骤。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述检测的照度水平是沿着所述入射方向入射在所述显示装置上的环境光的照度水平，由此所述显示器上的沿着所述入射方向的光的照度的测度Iθ是所述环境光传感器检测的环境光的照度水平。
22.根据权利要求20所述的方法，其中
所述检测的照度水平是来自一系列方向的环境光的照度水平，并且
使用所述环境光传感器检测的环境光的照度水平和所述至少一个隐私光源的所述光通量这二者来推导所述显示器上的沿着所述入射方向的光的照度的测度。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的方法，所述方法进一步包括控制所述至少一个隐私光源的所述光通量以保持关系Iθ≥Iθ最小，其中Iθ是所述显示器上的沿着所述入射方向的光的照度的推导的测度，并且Iθ最小由以下方程给出：
Figure FDA0003703625020000031
其中
Y最大是所述显示装置的最大输出亮度，Y最大的单位是Iθ最小除以以球面度为单位的立体角的单位，
ρ(θ)是所述显示装置对于沿着所述入射方向的光的反射率，
P(θ)是所述显示装置的沿着所述入射方向的亮度与所述显示装置的最大输出亮度的比率，并且
S最小具有1.0或更大的值。
24.根据权利要求23所述的方法，其中S最小具有1.5或更大的值。
25.根据权利要求24所述的方法，其中S最小具有1.8或更大的值。
26.根据权利要求29至25中任一项所述的方法，所述方法进一步包括基于所述环境光的检测的水平来控制显示的图像的亮度。
27.根据权利要求18至26中任一项所述的方法，其中所述被照明区域是表面，并且所述至少一个隐私光源被布置为对所述被照明区域进行照明，以便通过来自所述表面的反射来提供所述照明。
28.根据权利要求18至26中任一项所述的方法，其中所述至少一个隐私光源被布置在所述被照明区域中，以便提供所述照明作为从其输出的光。
29.根据权利要求18至28中任一项所述的方法，其中所述隐私光源是所述同轴观看者不可见的。
30.根据权利要求18至29中任一项所述的方法，其中所述被照明区域是机动车辆的门的一部分。
31.根据权利要求18至30中任一项所述的方法，其中所述显示装置能够至少在公共模式和隐私模式下操作，其中在所述隐私模式下，所述隐私功能被提供，并且所述图像对于离轴观看者的可见性与所述公共模式相比降低。
32.根据权利要求18至31中任一项所述的方法，其中所述显示装置的所述最大输出亮度沿着所述显示装置的法线。
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