JP4601360B2 - 光制御素子およびこれを組み込むディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、素子から出力される光の角度範囲を制御し得る光制御素子に関する。本発明はまた、このような光制御素子を組み込み、デバイスから出力される光の角度範囲を変化させるように制御可能な光制御デバイスに関し、さらに、このような光制御デバイスを組み込むディスプレイに関する。

例えば、コンピュータとともに用いるモニタならびに携帯電話および他の携帯用情報デバイスに組み込まれたスクリーンのような電気ディスプレイデバイスは、通常、可能な限り広い視野角を有するように設計されているため、このデバイスによって表示されるイメージを多くの異なる観察位置から見ることが可能である。しかしながら、デバイスによって表示されるイメージが狭い範囲の視野角のみから可視であることが望まれる場合もある。例えば、混雑した電車内で携帯用コンピュータを利用している人は、コンピュータの表示画面が狭い視野角を有することにより、コンピュータ画面上に表示されるドキュメントが電車の他の乗客に読まれ得ないことを望み得る。このため、動作の２つのモードの間で電気的にスイッチ可能なディスプレイデバイスを開発することに多大な努力がなされてきた。「パブリック」ディスプレイモードでは、デバイスは、通常の用途よりも広い視野角を有するが、このデバイスは、狭い視野角を有することにより、プライベートな情報がデバイスのユーザ以外の人には可視ではないようにパブリックな場所で表示され得る「プライベート」ディスプレイモードにスイッチされ得る。

ディスプレイが観察され得る角度および位置の範囲を制限する多くのデバイスが、公知である。

特許文献１は、自動現金支払機（ＡＴＭ）のプライベートな情報を表示する方法を開示する。この機械のディスプレイから放射する光は、固定偏光状態を有し、この機械およびユーザは、その偏光状態の光を吸収するが、その直交偏光状態の光を透過するシート偏光子の大きなスクリーンによって囲まれる。側を通る人は、そのユーザおよび機械を見ることができるが、機械のスクリーン上に表示された情報を見ることができない。

光の方向を制御する１つの公知の素子は、図１に示される「ルーバー」膜である。膜１は、ベネチア風ブラインドに類似した構成で提供される交互の透明層２および不透明層３からなる。膜１は、ベネチア風ブラインドと同じ原理で動作し、図１の光線経路４で示される不透明層３に並行な方向、または、ほぼ並行な方向で光が伝播するときに、光を通過させることができる。しかしながら、図１の光線経路５によって示されるように、不透明層３の平面に対して大きな角度で伝播する光は、不透明層の１つに入射し、吸収される。層２、３は、図１に示されるように、膜の表面に垂直であってもよいし、膜の表面に対して、別の角度であってもよい。

図１に示されるタイプのルーバー膜は、透明材料および不透明材料のシートを交互に多く積み重ね、結果として生じる層に対して垂直なブロックのスライスをカットすることによって、製造される。この方法は、長年の間公知であり、例えば、特許文献２、特許文献３および特許文献４に記載される。

他の製造方法が公知である。例えば、特許文献５は、スタック層の筒状のビレットから連続的にルーバー膜がカットされるプロセスを記載する。特許文献６は、紫外線硬化モノマーによりコーティングし、その後、ＵＶ放射に膜をさらすことによって、結果として生じる膜の光学品質および機械的ロバスト性がどのように改善され得るかを記載する。特許文献７は、ＵＶ硬化材料がルーバーシートをカバー膜に結合するために用いられる同様のプロセスを記載する。

ルーバー膜と同様の特性を有する膜を作製する他の方法が存在する。例えば、特許文献８は、膜の面に垂直な方向に整列される複数の細長い粒子を含む光制御膜を記載する。従って、この方向に対して大きな角度をなす光線は、強く吸収される一方、この方向に伝播する光線は、透過する。

図２は、特許文献９に記載される光制御膜６の別の例を示す。膜６は、膜６の平面に対して概ね並行に広がる不透明領域８が組み込まれた透明ボディ７を有する。不透明領域８は、スタック９に構成され、各スタック９は、隣接するスタックから間隔をあけられる。不透明領域８は、ある方向（図２の方向１のような）の膜を通る光の透過をブロックするが、別の方向（図２の方向２のような）の光の透過を可能にする。

従来技術の光制御膜は、ディスプレイパネルの前面か、または、透過性ディスプレイパネルとそのバックライトとの間に配置され得、ディスプレイが観測され得る角度の範囲を制限する。言い換えると、従来技術の光制御膜は、ディスプレイを「プライベート」なものにする。しかしながら、従来技術の光制御膜は、プライバシー機能をオフに切り換えて広い範囲の角度から観測することを可能にしない。

（広い視野角を有する）パブリックモードと（狭い視野角を有する）プライベートモードとの間でスイッチされ得るディスプレイについて報告されている。例えば、特許文献１０は、光制御膜がディスプレイの前面に渡って配置され（プライベートモード）、あるいは、ディスプレイの後ろまたは側のホルダーに機械的に引っ込められ（パブリックモード）得るように、光制御膜が移動可能にディスプレイ上に備え付けられ得ることを提案する。この方法は、使用中に障害が起こるか、または、損傷を受け得る移動部分であって、ディスプレイを嵩ばらせる部分を含むという不利な点を有する。

移動部分なしにディスプレイパネルをパブリックからプライベートモードにスイッチングする方法は、ディスプレイパネルの後ろに光制御膜を備え付け、光制御膜とパネルとの間を電気的にオンおよびオフにスイッチされ得るディフューザを配置することである。ディフューザが無効（ｉｎａｃｔｉｖｅ）である場合、光制御膜は、視野角の範囲を制限し、ディスプレイは、プライベートモードである。ディフューザがオンにスイッチされている場合は、この光制御膜から出力される狭い角度範囲の光がディフューザに入射し、ディフューザは、光の角度の広がりを増大させるように作用する。すなわち、ディフューザは、光制御膜の効果をキャンセルする。このように、ディスプレイは、広い角度範囲で伝播する光によって照射され、このディスプレイは、パブリックモードで動作する。さらに、光制御膜をパネルの前面に備え付け、光制御膜の前面にスイッチ可能なディフューザを配置して、同じ効果を達成することも可能である。

上述のタイプのスイッチ可能なプライバシーデバイスは、特許文献１１、特許文献１２および特許文献１３に記載される。これらのデバイスは、ディスプレイがパブリックモードであろうと、プライベートモードであろうと、光制御膜が、光制御膜に入射する光の大部分を吸収するという不利な点を有する。従って、このディスプレイは、本質的に、光の使用に非効率である。さらに、パブリックモードでは、ディフューザは、広い範囲の角度を介して光を広げるので、これらのディスプレイは、（デバイスがパブリックモードで動作している際に、バックライトの輝度をより大きくして補償しない限り）プライベートモードよりもパブリックモードで暗くなる。

これらのデバイスの別の不利な点は、電力消費に関係する。このようなデバイスは、多くの場合、スイッチ可能ポリマー分散液晶ディフューザを用いる。このディフューザは、液晶層に電圧が印加されていないときは拡散性を有さず、電圧が印加されることによってオン（拡散性状態）にスイッチされる。従って、パブリック動作モードを達成するためには、ディフューザがオンにスイッチされるように、ディフューザ間に電圧を印加することが必要となる。従って、プライベートモードよりもパブリックモードにおいて、より多くの電力が消費される。これは、パブリックモードである時間が大半であり、バッテリー電力が制限されるモバイルデバイスでは、不利な点となる。

スイッチ可能なパブリック／プライベートディスプレイを作製する別の方法は、特許文献１４に与えられる。この特許の光制御デバイスは、図１のルーバー膜と同様の構造である。しかしながら、図１のルーバー膜の各不透明素子３が、不透明状態から透明状態まで電気的にスイッチされ得る液晶セルによって置換される。光制御デバイスは、ディスプレイパネルの前後のどちらかに配置される。セルが不透明である場合、ディスプレイは、プライベートモードで動作し、セルが透明である場合、ディスプレイは、パブリックモードで動作する。

このデバイスの１つの重要な不利な点は、適切な形状を有する液晶セルを製造することが困難であり、かつ、高価であることである。第２の不利な点は、プライベートモードにおいて、光線が最初に透明材料を通過し、その後、液晶セルの一部を通過するような角度で、光線が入射し得るということである。このような光線は、液晶セルに完全に吸収されず、これは、デバイスのプライバシーを低下させ得る。

立体視ディスプレイは、ユーザの左眼が立体視イメージ対の左眼用イメージを見る一方で、右眼が右眼用イメージを見ることを可能にすることによって、３次元効果を達成する。自動立体視ディスプレイでは、ユーザが特別に設計された眼鏡を着用することなく、これがなされる。これを達成し得るディスプレイは、長年の間公知であり、例えば、非特許文献１に記載される。電子ディスプレイのために広く用いられている１つの方法は、視差バリア、または、他のタイプの視差オプティクスを利用することである。図３（ａ）および３（ｂ）は、このタイプの自動立体視ディスプレイの平面図を示す。

図３（ａ）および３（ｂ）のディスプレイ１０では、視差バリア１１は、イメージディスプレイパネル１２の近くに配置される。視差バリアは、図３（ａ）に示されるディスプレイパネル１２の前面、または、図３（ｂ）に示されるディスプレイパネルの背後のどちらかにあり得る。この視差バリア１１は、不透明部分１４によって分離されるアパーチャまたは透過性部分１３を含む。２つのインターレースされたイメージ、左眼用イメージおよび右眼用イメージは、図３（ａ）および３（ｂ）に概略的に示されるように、イメージディスプレイパネル上に表示され、ラベル「Ｌ」および「Ｒ」は、それぞれ、左眼用イメージおよび右眼用イメージを表示するピクセルを示す。ユーザが正しい位置にいる場合、視差バリア１１は、ディスプレイの右眼用イメージを表示するピクセルを通過する光が観測者の左眼によって見られることを妨げ、左眼用イメージを表示するピクセルを通過する光が観測者の右眼によって見られることを妨げる。このように、観測者は、３次元イメージを知覚する。

異なる場所に位置する２人以上の異なるユーザが異なるイメージを見ることを可能にするディスプレイを作製するために、同じ方法が用いられ得る。これは、「デュアルビュー」ディスプレイと呼ばれる。デュアルビューディスプレイは、デュアルビューディスプレイが、自動立体視イメージ対の左眼用および右眼用イメージではなく２つ以上の独立したイメージを表示すること、および、この２つのイメージが、１人の観測者の左眼および右眼ではなく異なる観測者に可視であるように表示されること以外は、原則的に自動立体視ディスプレイと同じである。

視差バリアの基本的な設計は、周知であり、例えば、上述の非特許文献１に記載される。バリアの設計を最適化する方法は、非特許文献２に記載される。

視差バリアを用いる１つの問題は、視差バリアは、２分の１までイメージの解像度（イメージ内のピクセルの数）を低下する（あるいは、２つより多いビューが示された場合、これ以上に低下する）。これは、ディスプレイが２次元イメージを示すために用いられる場合、すなわち、同じイメージが両目に示される場合でさえ、当てはまる。この問題を回避するために、スイッチ可能なディスプレイが開発されてきた。このディスプレイでは、視差バリアは、ディスプレイが２次元イメージを示すために用いられる場合に、ディゼーブルされ得るか、または、「スイッチオフ」される。このようなスイッチ可能視差バリアディスプレイは、例えば、スイッチ可能視差バリアを作製するために液晶デバイスを用いる方法を記載する特許文献１５、ならびに、パターン化されたリターダおよび単一のスイッチ可能波長板を用いる別のスイッチ可能視差バリアを記載する特許文献１６に記載される。

図３（ａ）および３（ｂ）に示されるタイプのマルチプルビュー方向性ディスプレイは、正確な３Ｄ効果を達成するためには視差バリア１１が注意深くディスプレイパネル１２に対して整列されなければならないというさらなる不利な点を有する。これは製造コストを増加させる。さらに、ディスプレイの解像度は、上述の３次元モードで動作時に２分の１だけ低減される。

第２のタイプの自動立体視ディスプレイは、異なるタイミングで左右の眼にイメージを表示することによって、これらの不利な点を回避する。ディスプレイの全解像度は、各イメージについて用いられる。これらのイメージは、方向性バックライトシステムを用いて異なる位置に方向付けられる。第１の時間フレームにおいて、バックライトがディスプレイパネルを介し観測者の左眼に向かって光を送るようにスイッチされ、左眼用イメージが表示される。次の時間フレームにおいて、バックライトがディスプレイパネルを介し観測者の右眼に向かって光を送るようにスイッチされ、右眼用イメージが表示される。このシーケンスが高速に繰り返されることにより、イメージはちらつくようには知覚されない。このタイプのディスプレイの例は、特許文献１７に与えられる。このような構成はまた、デュアルビューディスプレイにも用いられ得る。このタイプのディスプレイの不利な点は、製造コストに加算されるスイッチ可能バックライトシステムは、一般的に複雑かつ高価であることである。
米国特許第６５５２８５０号明細書 米国特許第２０５３１７３号明細書 米国特許第２６８９３８７号明細書 米国特許第３０３１３５１号明細書 米国特許第ＲＥ２７６１７号明細書 米国特許第４７６６０２３号明細書 米国特許第４７６４４１０号明細書 米国特許第５１４７７１６号明細書 米国特許第５５２８３１９号明細書 米国特許出願第２００２／０１５８９６７号明細書 米国特許第５８３１６９８号明細書 米国特許第６２１１９３０号明細書 米国特許第５８７７８２９号明細書 米国特許第５８２５４３６号明細書 米国特許第５９６９８５０号明細書 米国特許第６０５５１０３号明細書 米国特許第５１３２８３９号明細書 Ｎ．Ａ． Ｖａｌｙｕｓ、「Ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｙ」、Ｆｏｃａｌ Ｐｒｅｓｓ、１９６６ Ｈ．Ｙａｍａｍｏｔｏら、「ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ」、ｖｏｌ．Ｅ８３−Ｃ、ｎｏ．１０、２０００年、ｐｐ．１６３２−１６３９

このタイプのディスプレイの不利な点は、製造コストに加算されるスイッチ可能バックライトシステムは、一般的に複雑かつ高価であることである。

本発明の光制御素子は、少なくとも一部分のエリア上に、第１の偏光状態を有する出力光の第１の角度出力範囲と、該第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態を有する出力光の該第１の出力範囲よりも大きい第２の角度出力範囲とを有し、それにより上記目的が達成される。

少なくとも一部分のエリア上で、前記第１の偏光状態を有する光であって、第１の方向の範囲に伝播する光に対して不透明または実質的に不透明であり、該第１の偏光状態を有する光であって、該第１の方向の範囲とは異なる第２の方向の範囲に伝播する光に対して実質的に不透明でなく、該第２の偏光状態に対して実質的に不透明でなくともよい。

前記第２の偏光状態は、前記第１の偏光状態に直交してもよい。

前記第１の偏光状態の光に対して不透明または実質的に不透明であり、前記第２の偏光状態の光に対して透過性である複数の第１の領域を含み、隣接する第１の領域の各対は、前記第１の偏光状態の光および該第２の偏光状態の光に対して透過性である材料によって互いに分離されてもよい。

各第１の領域は、前記デバイスの平面と交差する方向に実質的に平行に広がってもよい。

各第１の領域は、前記デバイスの平面に垂直な方向に実質的に平行に広がってもよい。

前記第１の偏光状態の光および前記第２の偏光状態の光に対して透過性である基板と、該基板内の複数の凹部と、各凹部に配置される該第１の偏光状態の光に対して不透明または実質的に不透明であり、該第２の偏光状態の光に対して透過性である材料とを含んでもよい。

前記第１の偏光状態の光に対して不透明または実質的に不透明であり、前記第２の偏光状態の光に対して透過性である基板と、該基板内の複数の凹部と、各凹部に配置される該第１の偏光状態の光および該第２の偏光状態の光に対して透過性である材料とを含んでもよい。

各第１の領域は、前記素子の平面に対して実質的に平行に広がり、該第１の領域は、２つ以上の領域の複数のスタックに配列され、該スタックは、各隣接するスタックのペアが前記第１の偏光状態の光および前記第２の偏光状態の光に対して透過性である材料によって分離される状態で、互いに横方向に分離されてもよい。

前記素子は、少なくとも一部分のエリア上に、前記第１の偏光状態を有する光の前記第１の角度出力範囲および前記第２の偏光状態を有する光の前記第２の角度出力範囲を有するプライベートモードと、少なくとも一部分のエリア上に、該第１の偏光状態の光の該第１の角度出力範囲よりも大きい第３の角度出力範囲を有するパブリックモードとの間でスイッチ可能であってもよい。

前記素子は、前記第１の角度出力範囲よりも大きいが、前記第３の角度出力範囲よりも小さい前記第１の偏光状態を有する光の角度出力範囲を有する第２のプライベートモードにさらにスイッチ可能であってもよい。

上記光制御素子であって、各第１の領域は、前記第１の偏光状態の光に対して不透明である第１の状態と、該第１の偏光状態の光に対して実質的に透過性である第２の状態との間をスイッチ可能であってもよい。

複数の第２の領域を含み、隣接する第２の領域の各対は、前記第１の偏光状態の光および前記第２の偏光状態の光に対して透過性である材料によって互いに分離され、各第２の領域は、該第２の偏光状態の光に対して不透明である第３の状態と、前記第２の偏光状態の光に対して実質的に透過性である第４の状態との間でスイッチ可能であってもよい。

前記第１の領域は、前記光制御素子の１つ以上の第１のエリアに提供され、前記第２の領域は、光制御素子の１つ以上の第２のエリアに提供され、該１つ以上の第１のエリアは該１つ以上の第２のエリアを覆わなくともよい。

前記第１の領域は、前記第２の領域の上に配置されてもよい。

前記第１の領域は、前記第１の領域に実質的に垂直に広がってもよい。

各領域は、線形偏光子材料を含んでもよい。

各第１の領域は、その第１の状態において、線形偏光子材料を含んでもよい。

各第２の領域は、その第３の領域において、線形偏光材料を含んでもよい。

少なくとも１つの前記第１の領域は、少なくとも別の１つの該第１の領域に独立した第１の状態と第２の状態との間をスイッチ可能であってもよい。

各領域は、液晶材料を含んでもよい。

前記液晶材料は、ゲストホスト液晶材料であってもよい。

少なくとも１つの偏光状態の光の前記角度出力範囲は、前記素子のエリアにわたって変化してもよい。

本発明の光制御デバイスは、上記光制御素子のいずれか１つに規定される光制御素子と、光制御素子を通る光路に配置される偏光スイッチとを含み、それにより上記目的が達成される。

前記偏光スイッチは、スイッチ可能波長板を含んでもよい。

前記偏光スイッチは、線形偏光子と直列に配置されるスイッチ可能な半波長板を含んでもよい。

上記光制御素子のいずれか１つに記載の光制御素子を含んでもよい。

前記光制御素子を通る光路に配置される偏光スイッチをさらに含んでもよい。

前記偏光スイッチは、スイッチ可能波長板を含んでもよい。

前記偏光スイッチは、線形偏光子と直列に配置されるスイッチ可能な半波長板を含んでもよい。

前記光制御素子は、使用中、前記第１の偏光状態の光の視差オプティクスを形成し、それにより、前記ディスプレイは、マルチプルビュー方向性ディスプレイとして動作可能であってもよい。

本発明のディスプレイは、上記光制御素子のいずれか１つに規定される第１の光制御素子と、上記光制御素子のいずれか１つに規定される第２の光制御素子と、第１の偏光スイッチとを含むディスプレイであって、前記第１の偏光状態の光の該第１の光制御素子の角度出力範囲は、該第１の偏光状態の光の該第２の光制御素子に角度出力範囲と異なり、それにより上記目的が達成される。

第２の偏光スイッチをさらに含んでもよい。

本発明のディスプレイは、上記光制御素子のいずれかに記載の第１の光制御素子と、第２の偏光状態を有する光であって、第３の範囲の方向に伝播する光に対して不透明または実質的に不透明である第２の偏光状態を有し、第３の範囲の方向とは異なる第４の範囲の方向に伝播する光に対して実質的に不透明ではなく、第１の偏光状態を有する光に対して実質的に不透明ではない第２の光制御素子と、該第１および第２の光制御素子を通る光の経路に配置される偏光スイッチとを備え、それにより上記目的が達成される。

前記第１の光制御素子は、使用中、第１の方向を中心とする角度範囲に前記第１の偏光状態の光を出力し、前記第２の光制御素子は、使用中、該第１の方向と異なる第２の方向を中心とする角度範囲に前記第２の偏光状態の光を出力してもよい。

前記ディスプレイは、前記第１のモードと第２のモードとの間で前記光制御素子をスイッチするユーザ操作による手段をさらに含む、前記光制御素子が上記光制御素子に規定される光制御素子である場合の上記光制御素子のいずれか１つに記載であるか、上記に記載のディスプレイ。

前記光制御素子は、前記ディスプレイにおける所定の動作の性能に従って、前記第１のモードと前記第２のモードとの間で自動的にスイッチするように動作可能である、前記光制御素子が上記光制御素子に規定される光制御素子である場合の上記ディスプレイのいずれか１つに記載であるか、上記に記載のディスプレイ。

前記所定の動作は、プライベートまたはパブリックのどちらかに分類される情報の表示であり、それぞれ前記光制御素子を該パブリックモードまたはプライベートモードにスイッチさせてもよい。

前記光制御素子が前記プライベートモードにある時を示す手段を含んでもよい。

前記光制御素子が前記プライベートモードにあることのインジケーションを表示するように動作可能であってもよい。

前記偏光スイッチは、それぞれの液晶セルをを含んでもよい。

前記液晶セルの各々は、Ｆｒｅｅｄｅｒｉｃｋｓｚ液晶モードを利用してもよい。

前記液晶セルは、ツイストネマティックモードを利用してもよい。

前記液晶セルは、垂直方向に整列されるネマティックモードを利用してもよい。

前記偏光スイッチの特性は、透過をブロックすることが意図される方向の前記ディスプレイを通る光の漏れを最小化するように選択されてもよい。

前記偏光スイッチは、液晶セルを含んでもよい。

前記液晶セルは、Ｆｒｅｅｄｅｒｉｃｋｓｚ液晶モードを利用してもよい。

前記液晶セルは、ツイストネマティックモードを利用してもよい。

前記液晶セルは、垂直方向に整列されたネマティックモードを利用してもよい。

前記偏光スイッチの特徴は、透過をブロックすることが意図される方向の前記デバイスを通る光の漏れを最小化するように選択されてもよい。

本発明の光制御素子を製造する方法は、複数の偏光子シートを１つをもう１つの上にしてスタックするステップであって、各偏光子シートは、偏光子シートおよび少なくとも１つの光透過性基板を含む、ステップと、各偏光子シートをそれに隣接する偏光子シート（単数または複数）に接着するステップとを包含し、それにより上記目的が達成される。

第１の偏光子シートの上に光硬化性接着剤を堆積するステップと、該第１の偏光子シートの上に第２の偏光子シートをスタックするステップと、該接着剤を照射して、該接着剤を硬化し、それにより、該第１の偏光子シートを該第２の偏光子シートに接着するステップとをさらに包含してもよい。

隣接する偏光子シートの各対の間に光透過性層を提供するステップをさらに包含してもよい。

前記スタックの全ての偏光子シートの偏光層の選択された領域を除去するステップをさらに包含してもよい。

前記スタックをスライスにカットするステップであって、該カット方向は、前記偏光子シートの平面に垂直であってもよいし、または、該偏光子シートの平面に平行でない別の方向であってもよい。

本発明の光制御素子の製造方法は、第１の偏光子シートの偏光子層の選択された領域を除去するステップであって、該偏光子シートは、光透過性基板および該偏光子層を含む、ステップと、該第１の偏光子の上に第２の偏光子シートをスタックするステップと、該第２の偏光子シートの偏光子層の選択された領域を除去するステップとを包含し、それにより上記目的が達成される。

本発明の光制御素子の製造方法は、光透過性基板に複数の凹部を形成するステップと、該凹部に偏光材料を提供するステップとを包含し、それにより上記目的が達成される。

本発明の光制御素子の製造方法は、偏光材料から形成される基板に複数の凹部を形成するステップと、該凹部に光透過性材料を提供するステップとを包含し、それにより上記目的が達成される。

前記基板に凹部を形成するステップは、該基板を選択的に照射するステップを包含してもよい。

本発明の第１の局面は、光制御素子であって、そのエリアの少なくとも一部分を介して、第１の偏光状態を有する出力光の第１の角度出力範囲、および、第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態を有する出力光の第１の角度出力範囲よりも大きい第２の角度出力範囲を有する、光制御素子を提供する。この角度出力範囲は、光制御素子の特性である。素子からの出力は、第１に、素子から出力される偏光成分（単数または複数）と、第２に、各出力偏光成分の出力角度範囲とによって決定される。

この光制御素子は、そのエリアの少なくとも一部分を介して、第１の偏光状態を有し、かつ、第１の範囲の方向で伝播する光に対して不透明または実質的に不透明であってもよい。さらに、この光制御素子は、第１の偏光状態を有し、かつ、第１の範囲の方向とは異なる第２の範囲の方向に伝播する光に対して実質的に不透明ではなくてもよく、第２の偏光状態に対して不透明でなくてもよい。

この偏光依存光制御素子が、第１の偏光状態の光により照射される透過性表示イメージの前後いずれかに配置される場合、この光制御素子は、出力される光の角度範囲を制限し、イメージは、狭い角度範囲にわたって表示され、プライベートディスプレイモードが実現される。しかしながら、ディスプレイが、第２の偏光状態の光により照射される場合、イメージは、より大きな角度範囲で表示され、それにより、パブリックディスプレイモードを与える。パブリックディスプレイモードとプライベートディスプレイモードとの間のスイッチングは、単に表示イメージへの入射または表示イメージからの出力の偏光状態を変化させることによって実現され、従って、パブリックモードとプライベートモードとの間のスイッチングは、移動部分なく実現され得る。さらなる利点は、パブリックモードにおいて光が光制御素子に吸収されないか、または、ほとんど吸収されないことにより、光効率が高くなること、および、本発明の光制御素子は、容易かつ安価で製造され得ることである。

この光制御素子は、さらに、放射性または反射性であるイメージとともに用いられ得る。この場合、光制御素子は、イメージと観測者との間に配置されなくてはならない。

第２の偏光状態は、第１の偏光状態に対して直交する。この２つの偏光状態は、線形偏光状態であってもよい。

この素子は、第１の偏光状態の光に対して不透明または実質的に不透明であり、第２の偏光状態の光に対して透過性である複数の第１の領域を有し得、各隣接する第１の領域の対は、第１の偏光および第２の偏光状態の光に対して透過性である材料によって、互いに間隔を空けられる。

各第１の領域は、デバイスの平面と交差する方向に対して実質的に平行に広がってもよい。あるいは、各第１の領域は、デバイスの平面に垂直な方向に対して実質的に平行に広がってもよい。

この素子は、第１の偏光状態の光および第２の偏光状態の光に対して透過性である基板と、該基板内の複数の凹部と、各凹部に配置される第１の偏光状態の光に対して不透明または実質的に不透明であり、第２の偏光状態の光に対して透過性である材料とを含み得る。

あるいは、この素子は、第１の偏光状態の光に対して不透明または実質的に不透明であり、第２の偏光状態の光に対して透過性である基板と、基板内の複数の凹部と、各凹部に配置される第１の偏光状態の光および第２の偏光状態の光に対して透過性である材料とを含み得る。

各第１の領域は、素子の平面に対して実質的に平行に広がり得、この領域は、２つ以上の素子の複数のスタック内に構成され得、このスタックは、隣接するスタックの各対が第１の偏光状態の光および第２の偏光状態の光に対して透過性である材料によって分離される状態で、互いに横方向に間隔を空けられ得る。

この素子は、素子のエリアの少なくとも一部分を介して、第１の偏光状態を有する光の第１の角度出力範囲、および、第２の偏光状態を有する光の第２の角度出力範囲を有するプライベートモードと、素子のエリアの少なくとも一部分を介して、第１の偏光状態の光の第１の角度出力範囲よりも大きい第３の角度出力範囲を有するパブリックモードとの間をスイッチ可能であり得る。この実施形態では、素子は、パブリックモードとプライベートモードとの間をスイッチされ得るアクティブ光制御素子であり、（特定の偏光状態の光に対して）出力角度範囲を低減する。この素子自体は、先の実施形態のように素子を通過する光の偏光状態をスイッチすることによってパブリックモードからプライベートモードに変化させるのではなく、望まれる時に、パブリックモードまたはプライベートモードのどちらかを実現するようにスイッチされ得る。

この素子は、さらに、第２のプライベートモードにスイッチされ得る。第２のプラベートモードでは、素子は、第１の角度出力範囲よりも大きいが、第３の角度出力範囲よりも小さい第１の偏光状態を有する光の角度出力範囲を有する。

各第１の領域は、各第１の領域が第１の偏光状態の光に対して不透明である第１の状態と、各第１の領域が第１の偏光状態の光に対して実質的に透過性である第２の状態との間をスイッチ可能であり得る。第２の状態では、この素子は、両方の偏光状態の光に対して透過性である。この素子は、第１の状態と第２の状態との間で第１の領域をスイッチすることによって、パブリックモードとプライベートモードとの間をスイッチ可能であり得る。

この素子は、さらに、複数の第２の領域を含み得、各隣接する第２の領域の対は、第１の偏光および第２の偏光に対して透過性である材料によって、互いから分離され、ここで、各第２の領域は、第２の偏光状態の光に対して不透明である第３の状態と、第２の偏光状態の光に体して実質的に透過性である第４の状態との間をスイッチ可能である。このような素子は、素子がある方向に沿った狭い角度出力範囲を有する第１のプライベートモードと、素子が別の方向に沿った狭い角度出力範囲とを有する第２のプライベートモードとを有し得る。

第１の領域は、光学制御素子の１つ以上の第１のエリアに提供され、第２の領域は、光学光素子の１つ以上の第２のエリアに提供され、第１のエリア（単数または複数）は、第２のエリア（単数または複数）と重ならない。あるいは、第１の領域は、第２の領域の上に配置され得る。この第１の領域は、第１の領域に実質的に垂直に広がり得る。

各領域は、線形偏光子材料を含み得る。

各第１の領域は、第１の状態において、線形偏光子材料を含み得る。各第２の領域は、第３の状態において、線形偏光子材料を含み得る。

各領域は、液晶材料を含み得る。

液晶材料は、ゲスト−ホスト液晶材料であり得る。このような液晶材料は、例えば、液晶「ホスト」材料内に溶解しているか、または、これに化学的に取り付けられた色素のような「ゲスト」材料を含む。

少なくとも１つの偏光状態の光の角度出力範囲は、光制御素子のエリアを介して変化し得る。例えば、角度出力範囲は、光制御素子の側面エッジの反対側に向かって増加する。

本発明の第２の局面は、上述の光制御素子と、光制御素子を通る光路に配置される偏光スイッチとを備える光制御デバイスを提供する。出力光の角度範囲は、偏光スイッチを用いてディスプレイへ入射するか、または、ディスプレイから出力される光の偏光状態を制御することによって変化し得る。出力光の角度範囲は、移動部分を必要とすることなく変化し得る。

偏光スイッチは、スイッチ可能波長板を備え得る。偏光スイッチは、線形偏光子と直列に配置されるスイッチ可能半波長板を備え得る。

本発明の第３の局面は、上述の光制御素子を備えるディスプレイを提供する。

ディスプレイは、さらに、光制御素子を通る光路に配置される偏光スイッチを備え得る。ディスプレイから出力される光の角度範囲は、偏光スイッチを用いてディスプレイへ入射するか、または、ディスプレイから出力される光の偏光状態を制御することによって変化し得る。ディスプレイから出力される光の角度範囲は、移動部分を必要とすることなく変化し得る。

偏光スイッチは、スイッチ可能波長板を備え得る。偏光スイッチは、線形偏光子と直列に配置されるスイッチ可能半波長板を備え得る。

光制御素子は、使用中、第１の偏光の視差オプティクスを形成し得、それにより、ディスプレイは、マルチプルビュー方向性ディスプレイとして動作可能である。このことは、ディスプレイがプライベート自動立体視ディスプレイモードで動作することを可能にする。

本発明の第４の局面は、上述の第１の光制御素子と、上述の第２の光制御素子と、第１の偏光スイッチとを備えるディスプレイを提供する。第１の偏光の第１の光学制御素子の角度出力範囲は、第１の偏光の第２の光学制御素子の角度出力範囲と異なる。このように、例えば、ディスプレイから出力される光の角度範囲を水平および垂直方向の両方において制限することが可能になり得る。

ディスプレイは、第２の偏光スイッチをさらに備え得る。これは、光制御素子のそれぞれが、独立にイネーブルされることを可能にし、４つのディスプレイモードを提供する。

本発明の第５の局面は、上述の第１の光制御素子と、第２の偏光状態を有し、第３の範囲の方向に伝播する光に対して不透明または実質的に不透明である一方、第２の偏光状態を有し、第３の範囲の方向とは異なる第４の範囲の方向に伝播する光に対して実質的に透過性ではなく、第１の偏光状態を有する光に対して実質的に不透明ではない第２の光制御素子と、第１および第２の光制御素子を通る光の経路に配置される偏光スイッチとを備える。この局面では、光学制御素子の１つまたはもう１つは、任意のある時に、イネーブルされ得る。

この第１の光制御素子は、使用中、第１の方向を中心とした角度範囲に第１の偏光を出力し得、第２の光制御素子は、使用中、第１の方向とは異なる第２の方向を中心とした角度範囲に第１の偏光を出力し得る。

このディスプレイはさらに、第１のモードと第１のモードとの間で光制御素子をスイッチするユーザ操作手段を備え得る。あるいは、この光制御素子は、ディスプレイの所定の動作の性能に従って、第１のモードと第２のモードとの間をスイッチするように、自動的に動作可能であり得る。

所定の動作は、光制御素子をパブリックモードまたはプライベートモードのそれぞれにスイッチさせ得るパブリックまたはプライベートのどちらかに分類される情報の表示であり得る。

このディスプレイは、光制御素子がプライベートモードであるときを示す手段を備え得る。あるいは、このディスプレイは、光制御素子がプライベートモードにあることの指示を表示するように動作可能であり得る。

偏光スイッチが用いられる場合、この偏光スイッチは、液晶セルを含み得る。これは、液晶セル間に適切な電界を印加することによって、偏光回転の効果がオンまたはオフにスイッチされることを可能にする。

この液晶セルは、Ｆｒｅｅｄｅｒｉｃｋｓｚ液晶モードを利用し得る。これは、光学特性が視野角にのみ弱く依存するという利点を有する。

あるいは、この液晶セルは、ツイストネマティック（ＴＮ）モードで用いてもよい。これは、光学特性が光の波長にのみ弱く依存するという利点を有する。このＴＮセルは、セルの光学特性の波長依存性が最小化される場合に、Ｇｏｏｃｈ−Ｔａｒｒｙ最小値またはＭａｕｇｕｉｎ制限のような体制で動作し得る。

あるいは、この液晶セルは、垂直方向に整列されたネマティックモードを用い得る。この場合、偏光回転効果は、電界を印加することによってオンにスイッチされ、電力が印加されない時には存在しない。これは、いくつかの用途において電力消費を最小化するために有利である。

偏光スイッチの特性は、透過をブロックすることが意図される方向のこの系を介した光の漏れを最小化するために最適化され得る。

本発明の第６の局面は、光制御素子の製造方法であって、複数の偏光子シートを１つをもう１つの上にしてスタックするステップであって、各偏光子のシートが、偏光子層および少なくとも１つの光透過性基板を含む、ステップと、各偏光子シートを隣接する偏光子シート（単数または複数）に接着するステップとを包含する方法を提供する。これらの偏光子シートが適切なサイズを有する場合、このスタックは、本発明の光制御素子を構成し得る。

この方法は、第１の偏光子シートの上に光硬化性接着剤を堆積するステップと、第１の偏光子シートの上に第２の偏光子シートをスタックするステップと、接着剤を照射して接着剤を硬化させ、それにより、第１の偏光子シートを第２の偏光子シートに接着するステップを包含し得る。これは、スタックの層をもう一方のスタックの層に接着する便利な方法であるが、所望であれば、他の方法が利用され得る。

この方法は、隣接する偏光子シートの各対の間に光透過性層を提供するステップをさらに包含し得る。これにより、光制御素子の偏光領域間の分離が、所望の間隔に等しくなる。

この方法は、スタックの全ての偏光子シートの偏光層の選択された領域を除去するステップをさらに包含し得る。この方法は、偏光領域がその平面に概ね平行に広がる光制御素子を製造するために利用され得る。

この方法は、このスタックをスライスにカットするステップであって、このカット方向は、偏光子シートの平面に対して垂直であってもよいし、または、この偏光子シートの平面に対して平行でない別の方向であってもよい、ステップをさらに包含し得る。スタックの各カット部分は、本発明の光制御素子を構成し得る。

本発明の第７の局面は、光制御素子の製造方法であって、第１の偏光子シートの偏光子層の選択された第２の領域を除去するステップであって、この偏光子シートが、光透過性基板および偏光子層を含む、ステップと、第１の偏光子の上に第２の偏光子シートをスタックするステップと、第２の偏光子シートの偏光子層の選択された領域を除去するステップとを包含する方法を提供する。この方法は、偏光領域がその平面に対して概ね平行に広がる光制御素子を製造するために利用され得る。

本発明の第８の局面は、光制御素子の製造方法であって、光透過性基板に複数の凹部を形成するステップと、凹部に偏光材料を提供するステップとを包含する方法を提供する。

本発明の第９の局面は、光制御素子の製造方法であって、偏光材料から形成された基盤に複数の凹部を形成するステップと、凹部に光透過性材料を提供するステップとを包含する方法を提供する。

基板に凹部を形成するステップは、基板を選択的に照射するステップを包含し得る。

本発明は、素子から出力される光の角度範囲を制御し得る光制御素子に関する。本発明はまた、このような光制御素子を組み込み、デバイスから出力される光の角度範囲を変化させるように制御可能な光制御デバイスに関し、さらに、このような光制御デバイスを組み込むディスプレイに関する。

ここで、本発明の好ましい実施形態が、添付の図面を参照して例示的実施形態によって説明される。

図面全体を通して、同様の参照符号は、同様の要素を示す。

図４は、本発明の光制御素子１５の概略的な透視図である。この光制御素子は、特定の偏光状態を有する光に対して不透明または実質的に不透明であるが、その直交偏光状態に対して透明である複数の領域１６を含む。この図４の光制御素子は、便利にも、線形偏光子材料の各領域１６を作製することによって実現され、各領域１６は、偏光方向がこの領域の透過軸と交差する平面偏光に対して不透明である。従って、領域１６は、「偏光領域」と呼ばれ、図４の各領域１６の矢印の方向は、この領域の透過軸の方向を示す。理解され得るように、偏光領域１６は、その透過軸が別の透過軸と実質的に平行であるように構成される。

図４では、偏光領域１６は、ほぼ一定の厚さの板の形態を有する。この板１６はまた、別の板と実質的に平行になり、隣接する板が透過性の層１７によって分離されるように構成される。図４では、偏光板は、その透過軸が、素子１５の上面に実質的に平行であるように構成されるが、本発明はこれに制限されない。実に、本発明は、板のような形状の偏光領域に制限されない。偏光領域は、広い角度の広がりを有する１つの偏光状態の出力光と、狭い角度の広がりを有するその直交偏光状態の出力光とに対して効果的である任意の形状を有し得る。

図４の光制御素子１５を通ってｚ方向に伝播する光を考慮されたい。ここで、ｘ、ｙおよびｚ方向は、図の座標軸によって示される。ｘ方向の平面偏光は、偏光領域１６によって吸収されない。なぜなら、この光の偏光面は、偏光領域の電波軸と平行であるからである。従って、ｘ方向の偏光は、図４の光線経路１８および１９に示されるように、ｚ軸に沿って伝播する時、および、ｚ軸にある角度で伝播する時のどちらにおいても、光学制御素子１５を通過する。

ｙ方向に平面偏光し、かつ、ｚ軸に沿うか、または、ｚ軸の近くを伝播する光は、光線経路１８によって再び示されるように、透明材料の層１７を通過することができる。しかしながら、ｙ軸方向に平面偏光し、かつ、ｚ方向にある角度で光学制御素子１５に入射する光は、偏光領域１６の１つに入射し、偏光領域の伝播方向が光の偏光方向に直交するので、偏光領域は、この光に対して不透明である。これは、光線経路２０によって示され、この光線経路２０は、図４に示されるように、下から光学制御素子１５に入射する光を示し、偏光領域１６の１つに吸収される。

従って、図４の光学制御素子１５は、第１の範囲の方向に伝播するある偏光状態の光に対して不透明であるが、別の範囲の方向に伝播するその偏光に対しては不透明ではないという特性を有する（図４の特定の実施形態は、ｚ方向にある角度で伝播するｙ方向の平面偏光に対して不透明であるが、ｚ軸方向に沿ってか、または、ｚ軸方向に近接して伝播するｙ軸方向の平面偏光を透過させる）。さらに、光学制御素子１５は、その直交偏光状態の光を吸収しない（図４の素子は、ｘ方向に対して平行な平面偏光を吸収しない）。従って、図４の光学制御素子１５は、偏光依存制御素子であると考えられ得る。なぜなら、ある偏光状態の光は、広い角度の広がりを有して出力される一方で、その直交偏光状態の光が、狭い角度の広がりを有して出力されるからである（図４では、ｙ軸に沿った平面偏光は、ｘｚ面に対して平行な方向にのみ透過する）。光学制御素子１５から出力される光の角度の広がりは、適切な偏光スイッチを用いて素子を通過する光の偏光を選択することによって制御され得る。

（なお、上述の説明は、完全な偏光子の場合に当てはまる。任意の実際の偏光子が、必然的に、ブロックすることが意図される少量の偏光成分を透過させ、透過することが意図される少量の偏光成分を吸収する。「不透明」「吸収しない」「透過性」「透明」等の用語は、完全な吸収または透過を必要とするとして解釈されない。）
別の実施形態（図示されない）では、偏光領域が、格子構造に構成される。例えば、図４の示される偏光領域に加えて、ｚおよびｙ方向に広がるが、ｘ方向の範囲が制限されるさらなる偏光領域が提供され得る。この実施形態の光制御素子は、ｘ方向およびｙ方向の両方においてある偏光状態の光を制限し得、ｚ方向に伝播する。格子構造を有する偏光領域は、例えば、溝の光子構成を形成することによって、後述される図９（ａ）から９（ｃ）または図１０（ａ）から１０（ｄ）の方法によって形成され得る。

図５は、本発明の別の光制御素子１５’を示す。図５の光制御素子１５’は、特定の偏光状態を有する光に対して不透明または実質的に不透明であるが、その直交偏光状態に対して透過性である複数の領域１６を再び含む。図５の実施形態では、領域１６は、再び板の形状であり、光制御素子１５の上面に対して実質的に平行であるように構成される。さらに、領域１６は、スタック２１で構成される。スタック２１では、複数の領域１６が１つがもう１つの上にくるように構成される。スタック２１は、横方向に互いに分離される。スタック間の領域、および、スタック内のプレート間の領域は、光透過性材料１７により充填される。

領域１６は、領域の偏光特性が１つのスタック内または異なるスタック間で変化しないように構成される。好ましくは、領域１６は、線形偏光子である材料で構成され、この場合、各スタックの偏光領域は、透過軸が互いに平行であり、かつ、１つのスタックの偏光板の透過軸が他のスタックの偏光板の透過軸に対して実質的に平行であるように構成される。

図５の光学制御素子１５’の動作原理は、図４の光学制御素子１５の動作原理と概ね同じである。すなわち、ある偏光は、その伝播の方向に関わらず、吸収されることなく光学制御素子１５’を透過する（図５の実施形態では、これは、偏光領域１６の透過軸に平行な方向の平面偏光である）。しかしながら、その直交偏光状態の光（すなわち、偏光領域１６の透過軸に垂直な方向の平面偏光）は、偏光領域１６の１つに入射することなく制御素子１５’を通過し得る場合、すなわち、ｘｚ面に沿って、または、ｘｚ面に非常に近接して伝播する場合にのみ透過する。ｘｚ面にある角度で伝播するこの極性成分の光は、偏光領域１６の１つに入射し、図５の光線経路２０によって示されるように吸収される。図５の光学制御素子１５’は、広い角度の広がりを有するある直交状態の光を出力するが、狭い角度の広がりを有するあるその直交偏光状態の光を出力する。光学制御素子１５から出力される光の角度の広がりは、適切な偏光スイッチを用いて素子を通過する光の偏光を選択することによって、再び制御され得る。

図６は、本発明の実施形態によるディスプレイ２１を示す。ディスプレイは、使用中、所望のイメージを表示する駆動手段（図示されない）によって駆動されるイメージディスプレイパネル２２を含む。このディスプレイパネルは、液晶ディスプレイパネルのような任意の従来のイメージ透過性ディスプレイパネルであり得る。ディスプレイパネル２２は、好ましくは、ピクセル分割されたディスプレイパネルである。

イメージディスプレイパネル２２は、バックライト２５によって照射される。バックライト２５は、好ましくは、ディスプレイパネル２２にそのエリア全体にわたって均一に照射する。バックライト２５は、図６において広いエリアのバックライトとして示されるが、任意の適切なバックライトが用いられ得る。バックライトは、ディスプレイに統合されていてもよいし、別個のコンポーネントであってもよい。

ディスプレイ２１は、図４に示される光学制御素子１５、ならびに、バックライト２５とディスプレイパネル２２との間に提供されるスイッチ可能な半波長板２４および線形偏光子２３をさらに備える。偏光子２３および半波長板２４は、ディスプレイパネルの面と実質的に並行に構成される。図６において、偏光子２３は、別個のコンポーネントとして示されるが、偏光子２３は、ディスプレイパネル２２が入力偏光子を有する場合（例えば、パネル２２が液晶ディスプレイパネルである場合）、ディスプレイパネル２２の入力偏光子であってもよい。

偏光子２３の透過軸は、好ましくは、９０°で、光制御素子の偏光領域１６の透過軸と交差する。半波長板の光軸は、偏光子の透過軸に対して好ましくは４５°である。

バックライト２５は、使用中、偏光されない光を放射する。この光は、図６に規定される軸によって示されるように、概ねｚ軸に沿って伝播すると仮定される。ｘ方向の平面偏光の成分は、上述のように、光学制御素子１５に著しく吸収されることなく透過される。従って、ｘ方向の平面偏光は、広い角度範囲を有する光制御素子によって出力される。しかしながら、ｙ軸方向の平面偏光は、ｚ方向に平行、または、ｚ方向に近接して伝播する場合に光学制御素子１５によって透過されるのみであり、ｚ軸を中心とする狭い角度範囲を有する光学制御素子１５から出力される。

スイッチ可能な半波長板２４は、偏光スイッチとして、偏光子２３と連動して作用する。半波長板は、オンにスイッチされる時、λ／２遅れ、従って、半波長板に入射する平面偏光の偏光面を、半波長板の光軸と入射光の偏光面との間の角度の２倍だけ回転する。半波長板２４は、ｘ軸およびｙ軸に対して約４５°の光軸を有するように配列される。このように、半波長板は、オンにスイッチされる時、ｘ軸およびｙ軸の両方における平面偏光の偏光面を９０°だけ回転する。

偏光スイッチ（すなわち、スイッチ可能半波長板２４および偏光子２３）は、図６において光学制御素子１５とディスプレイパネルとの間に配置されるが、あるいは、偏光スイッチは、光学制御素子に入射した光の偏光を制御するように、バックライトと光学制御素子との間に配置されてもよい。さらに、偏光スイッチは、バックライト２５内に組み込まれ得る。

図７（ａ）および７（ｂ）は、図６のディスプレイ２１の動作を示す。図７（ａ）は、半波長板がオンにされ、ｘ偏光またはｙ偏光の平面偏光の偏光面を９０°回転する時のディスプレイの動作を示す。バックライト２５は、図７（ａ）および７（ｂ）から省略されている。ｙ方向の平面偏光は、ｙ方向の短い矢印で示され、ｘ方向の平面偏光は、２つの同心円で示される。

上述されたように、光学制御素子１５に入射するｘ方向の平面偏光は、実質的に吸収されることなく透過する。光学制御素子を通過した後で、光の偏光面は、偏光面がｙ軸に平行になるように、半波長板２４によって９０°だけ回転する。従って、この光の成分は、偏光子２３を通過する。なぜなら、これは、ｙ軸に平行に配列される透過軸を有するからである。

ｙ方向に沿った最初の平面偏光は、狭い角度範囲を有する光学制御素子から出力される。その後、この偏光面は、ｘ方向に沿うように半波長板によって回転され、従って、この成分は、偏光子２３によってブロックされる。このように、ディスプレイパネルは、ｘ方向に対して平行な偏光面を有する、最初に放射されたバックライトからの光の成分によって照射される。これは、広い角度範囲を有する光学制御素子１５によって透過され、それにより、ディスプレイパネル２２は、図７（ａ）に示される広い角度範囲を有する光により照射される。従って、これは、ディスプレイのパブリック動作モードを提供する。

図７（ｂ）は、スイッチ可能な半波長板２４がオフである時のディスプレイ２１の動作を示す。半波長板２４がオフである時、そこに入射する光の偏光面には、影響がない。バックライトからの光のｘ偏光成分は、その偏光に変化なく、半波長板２４によって透過され、従って、ｘ方向に依然として偏光している偏光子２３に入射する。従って、この光の成分は、偏光子２３によってブロックされる。結果として、ディスプレイパネル２２は、バックライトからの光のｙ偏光成分により照射される。なぜなら、ｙ偏光成分が、偏光子２３を通過するからである。上述されたように、ｙ偏光成分は、ｘｚ面については狭い角度範囲を有するが、垂直方向には広い角度範囲を有する光学制御素子１５を通過し、従って、ディスプレイパネルは、水平方向には狭い角度範囲のみを有する光により照射される。これは、ディスプレイのプライベート動作モードを提供する。なぜなら、ディスプレイ２２に表示されるイメージは、狭い範囲の方向に沿って透過されるからである。これは、図７（ｂ）に示される。

従って、図６のディスプレイ２１は、パブリック表示モードとプライベート表示モードとの間を、単にオフ状態と半波長の遅延を有するオン状態との間で半波長板２４をスイッチすることによってスイッチされ得る。これは、電気的になされ得、従って、移動部分は必要とされない。

スイッチ可能な半波長板２４は、液晶セルであってもよい。例えば、Ｅ Ｌｕｅｄｅｒによる「Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ： ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅｓ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ ｅｆｆｅｃｔｓ」、Ｗｉｌｅｙ−ＳＩＤ ｓｅｒｉｅｓ ｉｎ ｄｉｓｐｌａｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（２００１）に記載されるような液晶セルを用いて、スイッチ可能な半波長板を作製する多くの方法が公知である。

このディスプレイのさらなる利点は、多くの公知のスイッチ可能な半波長板において、電圧が板間に印加されない場合に板がオンになり、適切な電圧を印加することによってゼロ遅延を与えるように板がオフにスイッチされることである。これは、ディスプレイが図７（ａ）のパブリック動作モードで動作している時に、波長板がオンになり、従って、電力が半波長板で消費されないという利点を有する。ディスプレイがプライベート表示モードで動作することが望まれる場合にのみ、電圧を印加する必要がある。

ここで、本発明の偏光依存光制御素子を製造する方法が説明される。

線形偏光子シートは市販されており、典型的な線形偏光子シートの構造は、図８（ａ）に示される。理解されるように、線形偏光子シート２６は、通常、特定の線形偏光を有する光を吸収するアクティブ層２７からなる。アクティブ層２７は、例えば、ヨウ素のような吸収色素を含む延びたポリマーの層であってもよい。アクティブ層２７は、例えば、セルローズアセテートブチレート（ＣＡＢ）のような透明材料の膜または層によって両面で支えられる。偏光子シートの厚さ全体は、通常、２５０μｍのオーダであるが、アクティブ層２７の厚さは、それよりずっと小さく、通常は１０〜２０μｍであるが、１μｍ程度に小さくもなり得る。

いくつかの市販の線形偏光子シートでは、アクティブ層は、１つの透明層のみによって支えられる。このような偏光子シートでは、図８（ａ）の透明層２８、２８’のどちらか一方が存在しない。

図４に一般的に示されたタイプの光制御素子１５を製造する１つの方法は、図８（ｂ）および８（ｃ）に示される。本質的に、光制御素子１５は、図８（ａ）のシート２６のような多くの従来の線形偏光子シートの層をスタックすることによって作製される。光制御素子の隣接する偏光領域１６の間の所望される分離に依存して、隣接する偏光子シート２６の間にさらなる透明スペーサ層２９を提供する必要があり得る。スペーサ層２９が提供されると、その屈折率は、好ましくは、偏光子の透明基板２８、２８’の屈折率と整合する。従って、偏光子シートの透明基板２８、２８’に用いられるものと同じ材料のスペーサ層を作製することが好ましい。なぜなら、これは、スペーサ層２９のスタックおよび基板２８、２８’の屈折率が互いに等しいことを保証するからである。これはまた、スペーサ層２９の機械的特徴（および、特に弾性率）が偏光子シートの透明基板２８、２８’の機械的特徴と整合することにより、後述されるようにスタックをスライスにカットするために機械的カッティングプロセスが用いられる場合、このカッティングプロセスが偏光子層およびスペーサ層を同じ方法で変形し、スタックは、可能な最小の歪みを受けるという利点を有する。

偏光子シート２６、および、提供される場合は透明スペーサ層２９のスタック層は、任意の適切な方法でもう一方に取り付けられる。これは、例えば、光硬化性（例えば、ＵＶ硬化性）透明接着剤のような接着剤を用いてなされ得る。このような接着剤が用いられる場合、偏光子シート２６、および、存在する場合は透明スペーサ層２９は、透明接着剤の層が各隣接する層の間にある状態で、図８（ｂ）に示されるように組み立てられる。一旦、スタックが組み立てられると、スタック全体は、紫外線による照射を受けて、接着剤を硬化させやすくなる。

あるいは、次の接着層が堆積される前に、別個に各接着剤の層を照射することが可能である。これは、スタック３０を製造するために必要とされる全時間を増大させ得るが、全ての接着層が単一のステップで照射される場合に、上部層のＵＶ光の吸収が、スタックのより下の接着層に入射する照射の強度を低減するという問題を克服し、適切に硬化を妨げ得るという利点を有する。

好ましくは、利用される接着剤は、硬化すると、透明スペーサ層２９の屈折率、および、偏光子シートの透明層２８、２８’の屈折率に可能な限り近似した屈折率を有する。これは、完成した素子１５の良好な光学的性能を提供する。接着層および透明層２８、２８’、２９の屈折率が整合しない場合は、素子内の境界で屈折および反射が生じ、それにより、素子の光学性能を劣化させる。

一旦、接着剤が硬化すると、ブロック３０は、図８（ｂ）に示されるように、スライス３１に分割され得る。ブロック３０は、例えば、機械的カッティングによってスライスされ得る。カッティングステップが成功することを保証するために、硬化した接着剤の機械的特徴（および、特に弾性率）が、スタック３０の透明層２８、２８’、２９の機械的特徴に整合することが好ましい。

透明接着剤を用いて偏光子シート２６、および、提供される場合はスペーサ層２９を別の１つに取り付ける必要はない。原理的には、例えば溶接等の任意の適切な方法が用いられ得る。

原理的には、ブロック３０からカットされるスライス３１は、図４の光学制御素子１４として用いられ得る。しかしながら、原理的には、図８（ｃ）に示されるように、スライス３１の前面および背面の上に透明層３２、３３を提供することが好ましい。層３２、３３は、光学制御素子の物理的に保護し、さらに、出力および入力面を平坦化することによって素子の光学品質を改善する。透明層３２、３３は、例えば、硬化した接着剤の層であってもよい。あるいは、層３２、３３は、ＵＶ硬化接着剤を用いてスライス３１に取り付けられたポリマーの薄膜であってもよい。

図８（ｂ）〜８（ｃ）の改変例では、線形偏光子２６のシートは、最初に、光制御素子（透明保護層３２、３３を含まない）の所望の厚さｔに等しい幅ｗを有するストリップにカットされ得る。これは、図８（ａ）に破線で示される。これらのストリップは、一緒にスタックされ、図８（ｂ）に示されるスライス３１と同様の構造を形成し得る。所望であれば、透明スペーサ材料のストリップが、偏光子シートの隣接するストリップの間に挿入され得る。偏光子シートのストリップ、および、存在する場合はスペーサ材料が、例えば、透明接着剤を用いる結合または溶接のような任意の適切な技術を用いて一緒に接着され得る。保護層３２、３３は、所望のスタックの前面および背面に提供され得る。

本発明の光制御素子１５を製造する別の方法は、図９（ａ）〜９（ｃ）に示される。この実施形態では、光制御素子は、例えば、透明ポリマー膜のような透明シート３４から製造される。これは、例えば、ＣＡＢ膜であってもよい。

図９（ｂ）に示されるように、複数の凹部３５が、透明膜３４内に規定される。これらの凹部３５は、光学制御膜１５の偏光領域１６の所望の位置に、サイズ、形状、およびロケーションの点で対応する。これらの凹部は、偏光領域が図４に示される平面形状を有する場合、例えば、平行な面を有する溝の形状であり得る。図９（ｂ）では、凹部３５は、透明膜３４の全深さにわたって広がり、従って、透明膜３４は、基板または背面シート３６に取り付けられる。基板３６は、溝が形成される時に生成される透明膜の目立たない部分が、互いに正しい関係で保持されることを保証する。好ましくは、基板３６は、性能に不利な影響をもたらすことなく、完成した光学制御素子に組み込まれ得るように透明である。これは、基板３６を除去する必要性を排除する。基板３６は、図８（ｃ）の２つの表面層３２、３３の１つを形成し得る。

原理的に、溝が透明膜３４の深さ全体にわたって広がらないことを可能にする。この場合、基板３６は、省略され得る。しかしながら、溝の深さを正確に制御することは、一般的に難しく、基板上に透明膜３４を堆積すること、および、膜の深さ全体にわたって溝を形成することは、より信頼性の高い製造プロセスを提供する傾向にある。

溝３５は、特定の偏光状態の光を吸収するが、その直交偏光状態の光を吸収しない材料３７により満たされる。この材料は、例えば、特定の線形偏光の光を吸収する色素を組み込む液晶材料であってもよい。

透明膜３４の溝３５は、標準的なリソグラフ技術を用いて形成され得る。１つの適切な技術は、図１０（ａ）および１０（ｂ）に示される。この実施形態において、透明膜３４は、感光性の材料の膜である。この材料は、バッキング膜３６の上に付加され、スピン、ロールコーティング、プリント等の任意の適切な技術によって、均一な厚さの層を提供する。感光性材料の層３４の厚さは、光制御素子（提供される場合は、基板３２、３３を除く）の所望の厚さｔになるように選択される。

感光性材料の層３４は、例えば、紫外線（ＵＶ）光への図１０（ａ）に示されるマスク３８を介する照射に晒される。このマスクの透明アパーチャ３９は、必要とされる凹部３５のロケーションに対応する。

一旦、感光性材料の層３４が露光されると、マスクは除去され、層は洗浄される。洗浄ステップは、照射ステップで照射された感光性層の領域を除去する。従って、図１０（ｂ）に示されるように、層３４に凹部３５が形成される。照射および洗浄ステップの後に残る層３４の部分は、隣接する溝の間で「壁」５５を形成し、図４の透過性領域１７に対応する。

図１０（ａ）および１０（ｂ）の実施形態は、正の感光性材料の層３４を用いる。ここでは、照射されない層の領域は、洗浄ステップで保持される。あるいは、不の感光性層を用いることも可能である。ここでは、照射されていない領域が、洗浄プロセスで除去される。このためには、透明アパーチャが壁５５を形成した層の領域に対応したマスクを用いる必要がある。

溝３５を形成する別の方法が、図１０（ｃ）および１０（ｄ）に示される。最初に、透明材料の層が、光制御素子（提供される場合、基板３２、３３を除く）の所望の厚さｔに対応する均一な厚さまで基板３６の上に堆積される。層３４は、再び、例えば、スピン、ロールコーティング、プリント等の任意の適切な技術によって堆積され得る。

図１０（ｃ）および１０（ｄ）の実施形態では、高エネルギー光線源を用いて透明層３４の望まない部分を除去することによって、溝が形成される。この実施形態は、例えば、層アブレーション技術、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）技術等を用い得る。図１０（ｃ）に示されるように、透明材料の層３４は、マスク３８を介して高エネルギー光線源に晒され、マスクのアパーチャ３９に対応する層３４の領域が除去され、図１０（ｄ）に示されるような凹部３５を形成する。

図１０（ａ）および１０（ｂ）によってか、図１０（ｃ）および１０（ｄ）によってか、または別の方法によってのいずれであろうと、一旦、凹部が形成されると、１つの偏光状態の光に対して不透明であるが、その直交偏光状態の光を透過する材料が、この凹部に堆積される。例えば、特定の線形偏光の光を吸収する色素を組み込む液晶材料は、透明層３４の溝３５に堆積され得る。液晶材料および色素は、液晶層の全ての分子が同じ方向に向けられるように整列され得る。これは、ポリミドアライメント層を提供することによって達成され得る。図１１（ａ）および１１（ｂ）は、アライメント層を提供する２つの可能な方法を示す。図１１（ａ）の実施形態では、アライメント層４０は、基板３６の上面全体の上に堆積される。アライメント層４０に、例えば、摩擦（ｒｕｂｂｉｎｇ）技術を用いてか、または、フォトアライメント（すなわち、偏光した紫外線放射に晒されることによる整列）によって、所望のアライメント方向が提供される。透明材料の層３４は、摩擦されたアライメント層４０の上に堆積され、上述のように、溝３５が形成される。色素を組み込む液晶材料が溝３５内に堆積される時、この液晶層は、アライメント層４０によって整列される。

図１１（ｂ）に示される別の実施形態では、アライメント層４０は、溝３５が規定された後に付加される。すなわち、アライメント層４０は、図９（ｂ）の溝の形成後であるが、図９（ｃ）の液晶材料の堆積前に提供される。この実施形態では、アライメント層は、図１１（ｂ）に示されるように、各溝３５にのみ堆積される。アライメント層は、摩擦技術を用いて、または、フォトアライメントによって、所望の層方向が提供され得る。

さらなる実施形態（図示されない）では、壁５５の材料は、凹部に堆積される液晶材料を整列するために用いられる。壁の側面は、凹部の方向に沿って摩擦され得、凹部に堆積される液晶材料を整列することに効果的な壁の側面でのアライメントを誘発する。これは、例えば、フォトレジストのような柔軟な材料から形成される基板に効果的な技術となる。

液晶材料３７を溝３５に導入するために、第２の基板または他のシーリング層が、壁の上に配置され得る。色素を有する液晶材料は、毛細管または真空技術を用いて、溝３５に導入され得る。

図１２（ａ）および１２（ｂ）は、本発明の光制御素子１５を製造するさらなる方法を示す。この方法は、図９（ａ）〜９（ｃ）の方法と、この方法が所与の偏光状態の光に対して不透明であるが、その直交偏光状態の光を透過する材料の層４１で開始するということ以外は、同じである。この材料は、例えば、吸収色素がドープされた偏光液晶、または、吸収色素がドープされたＰＶＡのような伸張ポリマー（ｓｔｒｅｔｃｈｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ）であり得る。溝または凹部３５は、この層内に形成され、透明材料で充填される。透明材料で充填された溝は、光制御素子１５の透明部分１７に対応し、所与の偏光に対して不透明である材料の層４１の残りの部分は、図４の光制御素子１５の領域１６を形成する。

この方法の１つの実施形態では、アライメント層４０は、最初に、基板３６の上に堆積され、その後、例えば、摩擦またはフォトアライメント技術を用いて整列される。

吸収色素を含む感光性材料の層４１は、アライメント層４０の上に堆積される。アライメント層４０は、層４１が特定の線形偏光の光を吸収するよう、層４１の色素分子を整列するように機能する。図１２（ａ）および１２（ｂ）のアライメント層４１の短い線は、層４１の色素分子のアライメントを示す。

感光性層は、マスク３８を通るＵＶまたは他の照射を受けやすい。図１２（ａ）の実施形態では、層４１は、正の感光性材料の層であり、マスクのアパーチャ３９は、層４１を除去することが望まれる領域に対応する。従って、マスクのアパーチャ３９のサイズ、形状、および位置は、光制御素子１５の透過性領域１７の所望の形状、サイズ、および位置に対応する。

照射ステップの後、マスク３８が除去され、層４１は、照射領域から感光性材料を除去するために洗浄される。層４１の残りの部分は、光制御素子１５の偏光板１６を構成する。溝３５は、例えば、透明ポリマーまたは透明樹脂のような透明材料で充填され、透過性領域１７を形成し得る。

この実施形態の改変例では、光学制御素子は、高エネルギー光線源を用いるアブレーション技術により１つの線形偏光の光を吸収する材料の層の望まれない部分を形成することによって、形成される。これは、レーザアブレーション技術、ＲＩＥ技術等であり得る。この実施形態は、原理的には、所与の線形偏光の光を吸収する任意の材料とともに用いられ、感光性材料とともに用いることに制限されない。この実施形態では、アライメント層４０は、所与の線形偏光の光を吸収する材料がアライメント層を必要としない場合に省略され得る。アブレーションにより除去される層の領域は、上述の透明材料により充填され得る。

図１３（ａ）〜１３（ｄ）は、本発明の光制御素子を製造するさらなる方法を示す。この実施形態は、図１３（ａ）に示されるように、単一の透明基板２８の上に堆積されるアクティブ層２７を含むタイプの、市販されている線形偏光子シートを用いる。図８（ａ）の偏光子シートの第２の透明基板２８’は、存在しない。

最初に、第１の偏光子シート２６ａのアクティブ層２７の選択された部分は、例えば、パターンフォトエッチングプロセスまたはレーザアブレーションプロセスを用いて除去される。このステップの結果は、図１３（ｂ）に示されるように、透明基板２８上に堆積された線形偏光材料の一連の離れた領域２７’である。図１３（ｂ）の偏光材料の離れた領域２７’のそれぞれは、図５の光制御素子１５’の偏光領域１６の１つに対応する。

次に、第２の偏光子シート２６ｂは、第１の偏光子シート２６ａの上面に付着される。このステップは、第１の偏光シートの上面の上に接着剤の層（例えば、ＵＶ硬化接着剤）を堆積することと、第１の偏光シートの上に第２の偏光シートを接着することから構成され得る。ＵＶ硬化接着剤は、第１に、２つの偏光シートを互いに接着し、第２に、第１の偏光シートのアクティブ層の一部分の除去により残されたギャップを充填するように作用する。好ましくは、この接着剤は、硬化すると屈折率が偏光シートの透明基板２８の屈折率に近くなるように選択される。スタック偏光子は、接着剤を硬化するために照射される。

第２の偏光子シートのアクティブ層の選択された領域は、再び、パターンフォトエッチング技術またはレーザアブレーション技術を用いて除去され得る。第２の偏光シートのアクティブ層の好ましくは除去される領域は、第１の偏光シートのアクティブ層が除去された領域の真上にあり、この領域と同じサイズおよび形状を有する。逆に、第２の偏光シートのアクティブ層の保持される領域は、第１の偏光シート２６ａのアクティブ層の保持された領域２７’の真上にあり、この領域と同じサイズおよび形状を有する。

偏光シート２６ｃのさらなる層をスタックに接着するステップおよびアクティブ層の選択された領域を除去するステップは、必要な回数繰り返され得る。最終的に、保護透明層３２は、保護層として機能するように最上偏光子シートの上に堆積され得る。

この実施形態では、保持されるアクティブ層の領域２７’は、図５の光制御膜１５’の偏光領域１６のスタック２１を形成する。図１３（ｄ）は、３枚の偏光シート２６ａ〜２６ｃを有する光制御素子を示し、偏光シートの各スタックは、３枚の偏光子シートを含む。しかしながら、本発明は、この数の偏光シートに制限されない。

この実施形態において、１回のステップで完全なスタック３２を組み立て、接着層の全てを硬化することは、原理的に可能である。しかしながら、各偏光子シートが、前の偏光子シートに対して正確に整列されることを保証することが重要であり、完全なスタックが製造されるのを待って接着層を硬化することは、偏光子シートが後のシートがスタックされる時に不注意で移動され得るという潜在的に不利な点を有する。従って、実際は、次の接着層および偏光子シートが堆積される前に各接着層を硬化して、他のシートに対してある偏光子シートが移動することを妨げることが好まれ得る。

図１３（ａ）〜１３（ｆ）は、この実施形態の変形を示す。この実施形態では、偏光シート２６ａ〜２６ｃおよび保護基板３２は、硬化性接着剤の層が各構成要素の間に堆積される状態で、最初に互いにスタックされる。このスタック４２は、接着層を硬化するために照射される。

複数の凹部または溝３５は、その後、図１３（ｆ）に示されるようにスタック４２に形成される。各溝は、スタックの各偏光シート２６ａ〜２６ｃのアクティブ層を除去し、かつ、最も低い偏光子シート以外の全ての偏光子シートの基板を除去するだけ十分に深くされ、最も低い偏光子２６ａの透明基板２８ａのみを残す。

保持されるスタックの部分４２’は、図５の光制御素子１５’の偏光領域のスタック２１に対応する。従って、スタックの保持された部分４２’の位置、サイズおよび形状は、適切に選択される。保持された部分４２’の間の凹部３５は、透明材料で充填され得、所望される場合、保護基板（図示されない）は、光制御素子の上面の上に堆積され得る。

図１４は、本発明のさらなる実施形態によるディスプレイを示す。図６のディスプレイ２１のように、図１４のディスプレイ２１’は、本発明の光制御素子１５を含む。しかしながら、図１４のディスプレイ２１’では、光制御素子１５は、図６のように後ろではなくイメージディスプレイパネル２２の前（すなわち、ディスプレイパネルと観測者との間）に配置される。この実施形態は、有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、カソードレイチューブディスプレイパネル、または、電界放出ディスプレイのような放射性ディスプレイパネルであるディスプレイパネル２２に付加され得る。さらに、液晶ディスプレイパネルのような透過性イメージディスプレイパネルに付加され得る。

偏光スイッチは、ディスプレイパネルと観測者との間に提供され、観測者に届く光の偏光を制御する。図１４では、偏光スイッチは、ディスプレイパネル２２と光学制御素子１５との間に配置される線形偏光子２３およびスイッチ可能半波長板２４によって形成される。ディスプレイパネルが出力偏光子を組み込む場合、例えば、ディスプレイパネル２２が液晶ディスプレイパネルである場合、ディスプレイパネルの出力偏光子は、偏光子２３として用いられ得る。スイッチ可能な半波長板２４は、偏光子の光軸が線形偏光子２３の透過軸に対して４５°をなす状態で、偏光子２３の前に配置される。

あるいは、偏光スイッチは、光学制御素子と観測者との間に提供されてもよいし、もしくは、透過性ディスプレイの場合、ディスプレイパネルの後ろに提供されてもよい。原理的に、このディスプレイはまた、出力偏光が制御可能である光を放射する放射性ディスプレイを用いて実現され得る。この場合、外部偏光スイッチは必要とされない。

ディスプレイパネル２２が透過性ディスプレイパネルである場合、ディスプレイ２１’は、適切なバックライト（図示されない）からの光により照射される必要がある。

図１４の実施形態では、光学制御素子１５の偏光領域１６は、偏光子２３の透過軸に平行な透過軸を有する。この実施形態では、水平方向の偏光子２３の透過軸は、ｘ軸に平行であり、従って、光学制御素子１５の偏光板１６は、ｘ軸に平行な透過軸を有する。

ディスプレイ２１の動作は、図１５（ａ）および１５（ｂ）に示される。図１５（ａ）は、スイッチ可能な半波長板がオフである時のディスプレイ２１の動作を示し、従って、遅延はない。この実施形態では、水平方向の偏光子２３は、ｘ軸に平行な平面偏光を透過する。板２４がオフである時、板は板を通過する光の偏光面に影響を与えず、光学制御素子１５に入射する光は、依然としてｘ軸に平行な平面偏光である。光学制御素子の偏光板１６が、ｘ方向に配列された透過軸を有するので、偏光板１６は、光学制御素子１５へ入射する光を吸収しない。このように、光は、図１５（ａ）に示されるように、広い視野角範囲を有する光学制御素子から出力され、それにより、パブリックディスプレイモードを提供する。

図１５（ｂ）は、スイッチ可能なプレート２４がオンでありλ／２の遅延を提供する場合のディスプレイの動作を示す。この場合、偏光子２３は、再び、ｘ方向の平面偏光を送る。平面の光軸は、この軸に入射する光の偏光面に対して４５°をなすので、光の偏光面は、板２４を通過する時、９０°回転される。従って、光学制御素子に入射する光は、ｙ方向に平面偏光され、光学制御素子の偏光領域１６は、その領域に入射する任意の光を吸収する。従って、光学制御素子１５は、図１５（ｂ）に示される狭い角度範囲のみを有する光を出力し、それにより、プライベートディスプレイモードを提供する。

図１６は、本発明によるさらなるディスプレイ４３を示す。ディスプレイ４３は、図４の素子１５と同様の２つの光制御素子を含む。２つの光制御素子１５ａ、１５ｂの両方が、光の伝播方向に関わらず、特定の線形偏光の光を透過する。２つの光制御素子１５ａ、１５ｂの両方が、ある範囲の方向にわたってのみ直交線形偏光状態の光を透過するが、この２つの光制御素子は、互いに異なるジトメトリを有し、この素子が直交線形偏光を透過する光線の角度の範囲が、２つの素子間で異なる。従って、ディスプレイ４３は、２つより多いディスプレイモードで動作し得る。

ディスプレイ４３は、イメージディスプレイパネル２２を備える。これは、図１４の実施形態におけるように、透過性ディスプレイパネルであってもよいし、放射性ディスプレイパネルであってもよい。このディスプレイパネルが透過性ディスプレイパネルである場合、ディスプレイは、適切なバックライト（図示されない）による照射を必要とする。

線形偏光子２３は、ディスプレイパネル２２の前面に配置される。ディスプレイパネル２２が出力線形偏光子を有する場合（例えば、ディスプレイパネル２２が液晶ディスプレイパネルである場合）、ディスプレイパネル２２の出力偏光子は、偏光子２３として活用され得る。

第１の光学制御素子１５ａは、偏光子２３の前面に配置される。偏光スイッチは、第１の光学制御素子から出力された光の偏光を選択するために提供される。図１６において、第１の偏光スイッチは、偏光子２３および偏光子と第１の光学制御素子１５ａとの間に配置される第１のスイッチ可能半波長板２４ａによって構成される。半波長板は、偏光子２３の透過軸に対して４５°の光軸を有するように配列される。

第２の光学制御素子１５ｂは、第１の光学制御素子１５ａの前面に配置される。第２の偏光スイッチは、第１の光制御素子から出力される光の偏光を選択するために提供される。図１６において、第１の偏光スイッチは、偏光子２３および第１の光学制御素子１５ａと第２の光学制御素子１５ｂとの間に配置される第２のスイッチ可能半波長板２４ｂによって構成される。第２のスイッチ可能な半波長板２４ａの光軸は、再び、偏光子２３の透過軸に対して４５°の光軸となるように配列される。

構成要素の順序は、図１６に示される順序に制限されない。例えば、これらの構成要素は、バックライト、光制御素子、スイッチ可能な波長板、偏光子、および、ディスプレイパネルの順で配置されてもよい。

光学制御素子１５ａ、１５ｂは、それぞれが全ての方向の偏光子２３に送られる線形偏光の光を透過するように構成される。しかしながら、光制御素子は、偏光子２３の透過軸に対して９０°の平面偏光の出力角度範囲が、互いに異なるように選択される。

図１６に示されるディスプレイでは、偏光子２３は、透過軸がｚ（垂直）方向に平行であるように構成される。２つのスイッチ可能な半波長板２４ａ、２４ｂの光軸は、互いに平行であり、偏光子２３の透過軸に対して４５°である。光制御素子１５ａ、１５ｂの両方が、垂直に偏光された光を吸収せず、光制御素子へ入射するにも関わらず垂直に偏光された光を透過する。第１の偏光依存光制御素子１５ａは、水平方向に偏光された光が水平（ｘ−ｙ）面に近接する方向にのみ通過することを可能にし、水平面に対して大きな角度で伝播する垂直に偏光された光をブロックする。第２の光制御素子１５ｂは、垂直（ｙ−ｚ）面に近接する方向に伝播する水平方向に変更された光が通過することを可能にするが、垂直面に対して大きな角度で伝播する光をブロックする。

図１７（ａ）および１７（ｃ）は、図１６のディスプレイ４３の可能な４つの動作モードのうちの３つを示す。図１７（ａ）は、スイッチ可能な波長板２４（ａ）、２４（ｂ）の両方がオフである場合の動作モードを示し、両方とも、ゼロ遅延を提供する。この動作モードでは、ディスプレイパネル２２から出力される光は、垂直方向に偏光面を有する偏光子２３によって平面偏光される。偏光面は、スイッチ可能な半波長リーダ２４ａ、２４ｂのどちらかによる影響を受けず、ディスプレイ４３を伝播する光は、垂直方向に平面偏光されたままである。（光の偏光方向は、図１７（ａ）〜１７（ｃ）に概略的に示される。垂直方向の矢印は、平面偏光された光を示すのに対し、２つの同心円は、水平方向に偏光された光（すなわち、紙面から偏光された光）を示す。）光制御素子１５ａ、１５ｂが垂直方向に偏光された光に対して透過性を有するので、伝播方向に関わらず、光は、水平および垂直方向の両方に広い範囲の視野角にわたってディスプレイから出力される。これは、ディスプレイの概略的な正面図である図１７（ｄ）に概略的に示される。

１７（ｂ）は、第１の波長板２４ａがオンであり、第２の波長板２４ｂがオフである時のディスプレイ４３の動作モードを示す。この動作モードでは、偏光子２３は、再び、垂直方向に平面偏光された光を出力するが、偏光板は、第１の波長板２４ａによって９０°回転する。第２の波長板２４ｂがオフであるので、波長板を通過する光の偏光面に影響を与えず、従って、ディスプレイを通過する光の偏光面は、第１の波長板２４ａによる水平偏光に変換され、その後、光は、ディスプレイを通過する時に水平方向に偏光されたままである。

図１７（ｂ）の動作モードでは、光は、光制御素子１５ａ、１５ｂの両方を通過する時に、水平方向に偏光される。第１の光制御素子２４ａが、水平方向に偏光された光を水平面に近い方向にのみ通過することを可能にする一方で、第２の光制御素子１５ｂが、水平方向に偏光された光を垂直面に近い方向にのみ通過することを可能にするので、その結果として、ディスプレイの表面の法線方向に近い方向に伝播する光のみが、システム全体を透過することになる。このモードでは、ディスプレイは、ディスプレイの正面図である図１７（ｅ）に概略的に示されるように、水平および垂直方向の両方に狭い範囲の視野角を有する。

図１７（ｃ）において、半波長リーダ２４ａおよび２４ｂの両方がオンになる。偏光子２３は、再び、垂直方向に平面偏光された光を送り、第１の半波長板によって９０°回転し、それにより、第１の偏光依存制御素子１５ａへ入射する光が、水平方向に平面偏光される。しかしながら、光が第２の半波長板を通過する時、偏光板は再び９０°回転し、それにより、第２の光学制御素子２４ｂへ入射する光が、垂直方向に平面偏光される。従って、このモードでは、第１の光制御素子２４ａは、水平面に対して大きな角度で伝播する光に対して不透明であり、水平面に近接して伝播する光のみを透過する。しかしながら、第２の光制御素子１５ｂに届く光が、垂直方向の平面偏光に戻るので、第２の光制御素子１５ｂは、光を吸収しない。従って、ディスプレイの概略的な正面図である図１７（ｆ）に示されるように、ディスプレイからの出力は、水平方向に広い視野角を有するが、垂直方向に狭い視野角を有する。

第４のモードでは（図１７に示されない）、第１の半波長板２４ａがオフである一方で、第２の半波長板２４ｂはオンになる。このモードでは、第１の光制御素子１５ａは、吸収性でない（第１の光制御素子は垂直方向に偏光された光を受け取るので）一方で、第２の光制御素子１５ｂは、垂直面に大きい角度で伝播する光に対して不透明である（第２の光制御素子は水平方向に偏光された光を受け取るので）。このモードでは、ディスプレイは、水平方向に狭い視野角を有するが、垂直方向に広い視野角を有する。

このように、ディスプレイ４３は、広い観察範囲を有するパブリック表示モード、および、制限された視野角の３つのモードを有する。

この実施形態の改変例では、第２の偏光スイッチが（第２の波長板２４ｂを省略することによって）省略され得る。この改変例では、図１７（ａ）および１７（ｂ）のディスプレイモードのみが利用可能である。しかしながら、このようなディスプレイは、パブリック表示モードとプライベート表示モードとの間で、適切に第１の波長板２４ａをスイッチすることによってスイッチ可能である。

２つの光制御素子と波長板との間の他の組み合わせも可能である。例えば、図１６の実施形態は改変されて、光が偏光子の透過軸に実質的に平行または実質的に垂直であるかのどちらか１つの方向に平面偏光され、同じ平面に近接する方向に沿うが、異なる視野角範囲を有して伝播することを、両方の偏光依存光制御素子が可能にし得る。例えば、第１のデバイスは、水平面に対して２０°より大きい角度をなす水平方向に偏光された光を吸収し得る一方で、光学制御素子は、垂直面に１０°より大きい角度をなす水平方向に偏光された光を吸収し得る。これは、広い視野角を有する表示モードと２０°の水平方向の視野角範囲を有する表示モードと４０°の水平方向の視野角範囲を有する表示モードとの間でスイッチされ得るディスプレイを提供する。

図１８は、本発明のさらなる実施形態によるディスプレイ４４を示す。このディスプレイは、自動立体視プライベート表示モードを提供し得る。

図１８のディスプレイ４４の構造は、図１４のディスプレイ２１’のディスプレイ構造と概ね同じである。これは、再び、ディスプレイパネル２２と、ディスプレイパネルの前面に配置される本発明の光学制御素子１５とを備える。偏光スイッチは、ディスプレイパネルと観測者との間に提供される。イメージディスプレイパネル２２は、バックライト（図示されない）によって照射される透過性ディスプレイパネルであってもよいし、放射性ディスプレイパネルであってもよい。図１８では、偏光スイッチは、線形偏光子２３、および、ディスプレイパネルと光学制御素子との間に配置されるスイッチ可能な半波長板２４によって形成される。また、構成要素の順序は、図１８に示される順序に制限されず、例えば、構成要素は、バックライト、光制御素子、スイッチ可能波長板、偏光子、およびディスプレイパネルの順序で配置され得る。この順序は、後方バリアディスプレイを提供する。

この実施形態では、光制御素子１５の偏光領域１６は、偏光子２３の透過軸に垂直な方向に平面偏光を透過するように構成される。スイッチ可能半波長板の光軸は、偏光子２３の透過軸に対して４５°で配列される。図１８では、偏光子２３は、ｙ軸に平行に配列される透過軸を有し、光制御素子１５の偏光板１６は、ｘ軸に平行な透過軸を有するが、ディスプレイは、この特定の構成に制限されない。

半波長板がオンである時、偏光子２３によるｙ軸の平面偏光は、スイッチ可能半波長板２４により９０°で回転される偏光面を有する。従って、このスイッチ可能半波長板を出た光は、ｘ方向に平面偏光され、従って、光制御素子１５による影響を受けない。従って、このデバイスは、パブリック表示モードで動作する。

スイッチ可能半波長板がオフである時、偏光子２３を透過した光の偏光面に影響を与えず、それにより、ｙ方向の平面偏光は、光制御素子１５に入射する。光制御素子１５の偏光領域１６は、ｙ軸方向の平面偏光を吸収し、光制御素子は、ｘｚ面に近接して伝播する光のみを透過し、素子１５の透明領域１７を通過し得る。従って、デバイスは、前述されたように、プライベートディスプレイモードで動作する。図１８のディスプレイでは、ディスプレイパネル２２は、任意の適切な駆動手段（図示されない）によって駆動され、２つのインターレースされたイメージを表示する。この２つのイメージは、立体視イメージ対の左眼用イメージおよび右眼用イメージである。このインターレースは、図１８に文字「Ｒ」および「Ｌ」によって概略的に示され、これらは、それぞれ、右眼用イメージまたは左眼用イメージを表示するピクセルのカラムを示す。

光学制御素子１５の厚さおよび透明部分１７の幅は、光学制御素子１５が、ｙ方向に平行な平面偏光用の視差バリアとして作用するように選択される。視差バリアは、ディスプレイパネル２２に表示される２つのイメージを分離し、それにより、観測者の左眼は、左眼用イメージを見、観測者の右眼用イメージは、右眼用イメージを見る。一般的に、光学制御素子１５の透明部分１７の幅は、光学制御素子／視差バリアのピッチｐが、視差バリアが正確に２つのイメージを分離することを保証するように選択されなければならない。

従って、デバイス４４のプライベート表示モードは、自動立体視表示モードになり得る。従って、このディスプレイ４４は、自動立体視、プライベートディスプレイモードとパブリックディスプレイモードと、２次元ディスプレイモードとの間でスイッチ可能である。図１８のディスプレイは、プライベート、２次元ディスプレイモードに用いられ得る。これを達成するために、２つのインターレースされたイメージではなく、単一のイメージがディスプレイパネル２２に表示される。

図１８の実施形態はまた、上述の適切な順序で構成要素を配列することによって後方バリアディスプレイに適用されてもよいし、デュアルビューディスプレイに用いられてもよい。

ディスプレイ４４のイメージディスプレイパネル２２は、通常、ピクセル深さの数十倍であり、かつ、ピクセル幅の数十倍である。光学制御素子１５の偏光領域１６は、デバイスが自動立体視プライベートモードで動作する時に視差バリアの不透明部分を形成し、従って、イメージディスプレイパネルの全深にわたって（図１８の紙面へ）広がらなくてはならない。さらに、自動立体視ディスプレイの視差バリアの不透明部分は、ディスプレイのイメージディスプレイパネルのうちの通常少なくとも１つのピクセルの幅を有する。このように、イメージ制御素子１５の偏光領域１６は、（ディスプレイパネル２２の少なくとも１つのピクセルに等しい幅を有する）広さであり、背が高くなければならない（多くのピクセル深）。偏光領域１６を形成する偏光材料の断片は、図１８に示唆されるように全体を通して偏光材料から作られ、これらの断片は、光がこれらの断片の厚み全体を通過するにつれて両方の偏光状態の光を吸収し、パブリックモードにおいて、デバイスの性能を損なう。

図１９（ａ）および（ｂ）は、この問題が克服され得る１つの方法を示す。図１９（ａ）は、本発明の改変された光制御素子１５’’を示し、これは、偏光領域１６が、幅全体にわたって偏光材料から形成されないこと以外は、図４の光制御素子１５と概ね同じである。変わりに、図１９（ａ）に示されるように、各偏光領域１６は、Ｕ型または反転Ｕ型断面を有するチャネルで構成される偏光材料から形成される。チャネルの内部は、光透過性材料４６により充填される。偏光領域１６は、再び、光透過性材料の領域１７によって分離される。図１９（ａ）に示されるように偏光領域１６を構成することは、吸収されることが意図される偏光に影響を与えない。この吸収は、図４の制御素子１５のような図１９の制御素子１５’’において良好である。しかしながら、偏光材料の厚さは、図１９の実施形態よりもはるかに薄く、図１９（ａ）の光制御素子１５’’の偏光領域１６は、吸収されないことが意図される偏光を著しく吸収しない。

図１９（ｂ）は、図１９（ａ）の光制御素子１５’’の１つの製造方法を示す。この方法では、制御素子１５’’は、基板３３の上に配置される透明材料の層から作製される。例えば、上述の感光性材料の照射または選択的アブレーション技術を用いて、透明膜の選択された領域が除去される。透明材料では、材料は、Ｕ型チャネル４７を規定するように除去される。結果として生じるチャネル４７は、規定された線形偏光の光を吸収する偏光材料として作用する色素を含む液晶材料により充填される。液晶材料は、図１１（ａ）および１１（ｂ）について上述された方法のいずれかによって整列され得る。

図１９（ａ）の光制御素子１５’’はまた、ある偏光状態に対しては不透明であるが、その直交偏光状態の光を透過する材料の層から製造され得る。例えば、図１２（ｂ）について上述されたように、この層の領域が除去され、Ｕ型領域を残し、透過性材料が堆積される。

図２０は、本発明のさらなるディスプレイ４８を示す。これは、２つの別々の観測者４５Ａ、４５Ｂにプライベートイメージを表示することができる。

ディスプレイ４８は、バックライト２５によって照射される透過性イメージディスプレイパネル２２を備える。バックライト２５とディスプレイパネル２２との間には、第１の光学制御素子１５ａ、第２の光学制御素子１５ｂ、および、偏光スイッチが配置される。図２０では、偏光スイッチは、スイッチ可能な半波長板２４および第２の光学制御素子１５ｂとディスプレイパネルとの間に提供される線形偏光子２３によって形成される。スイッチ可能な半波長板は、偏光子２３の透過軸に対して４５°の光軸を有するように配列される。偏光子２３は、ディスプレイパネル２２の入力偏光子であり得る。

第１の光学制御素子は、全てではないがいくつかの方向に移動する第１の線形偏光に対して不透明であり、第１の偏光に対して直交する第２の線形偏光に影響を与えない。第２の光学制御素子は、全てではないがいくつかの方向に伝播する第２の線形偏光に対して不透明であり、第１の線形偏光に影響を与えない。偏光子２３は、第１または第２の線形偏光のどちらかをブロックするように構成される。

図２０の実施形態では、第１の光学制御素子１５ａは、水平方向に偏光された光の角度の広がりを効果的に制御するが、垂直方向の平面偏光を吸収せず、第２の光学制御素子１５ｂは、垂直方向に偏光された光の角度の広がりを効果的に制御するが、水平方向の平面偏光を吸収せず、偏光子２３は、その透過軸が垂直に配列される。しかしながら、本発明は、この特定の方向性に制限されない。

図４の光学制御素子１５では、偏光領域１６は、光学制御素子の入力および出力面に平行な面を有するように配列される。しかしながら、本発明は、この方向性に制限されない。図２０の光制御素子では、第１および第２の光学制御素子１５ａ、１５ｂの偏光領域１６は、制御素子の入力および出力面に垂直になるように配列されない。第１の光学制御素子１５ａが水平方向の偏光を導くような方向が、第２の光学制御素子が垂直方向の偏光を導く方向とは異なるように、２つの光学制御素子１５ａ、１５ｂの偏光領域１６の方向性が構成される。図２０の特定の実施形態では、第１の光学制御素子は、水平方向に偏光された光をディスプレイの軸に対して約＋３０°を中心とした狭い角度範囲に送り、第２の光学制御素子１５ｂは、垂直方向に偏光した光をディスプレイの軸に対して約−３０°を中心とした狭い角度範囲に送る。

図２０の光学制御素子１５ａ、１５ｂは、図４の光学制御素子と同様の方法で製造され得る。例えば、偏光板の層は、図８（ｂ）に示されるようにスタックされ得、このスタックは、このスタックの上面に対して９０°以外の角度でカットされ得る。

ディスプレイ４８の１つの動作モードでは、スイッチ可能な半波長板２２がオフになる。従って、半波長板は、これを通過する光の偏光に影響を与えない。このモードでは、第１の偏光依存光制御素子１５ａは、効果的にディゼーブルされる。なぜなら、これは、偏光子２３を透過した垂直方向の偏光に影響を与えないからである。第１の光制御素子１５ａは、水平方向の偏光の角度の広がりを制御するが、これは、偏光子２３によってブロックされる。垂直方向の偏光は、第２の光学制御素子１５ｂから第２の観測者４５Ｂに向かって出力され、偏光子２３を通過する。従って、この表示モードでは、第２のユーザ４５Ｂが、ディスプレイパネル２２に表示されるイメージを見る一方で、第１のユーザは、暗いディスプレイパネルを見る。

半波長板２２がオンである時、光の偏光面を９０°回転することが効果的である。このように、バックライトからの光の水平方向の平面偏光成分は、半波長板２２による垂直方向の平面偏光に変換され、偏光子を通過する。この光は、第１の光学制御素子１５ａによって第１の観測者４５Ａに向かって導かれる。バックライト２５からの光の垂直方向の平面偏光成分は、半波長板２２によって水平方向の光に変換され、従って、偏光子２３によってブロックされる。従って、半波長板２２がオンである時、第１のユーザが、ディスプレイパネル２２に表示されるイメージを見る一方で、第２のユーザは、暗いディスプレイパネルを見る。

各ユーザにプライベートイメージを表示することが望まれる場合、波長板は、オン状態とオフ状態との間を高速にスイッチされ、パネルに表示されるイメージは、波長板がオフの間、第１のイメージが常に表示され、波長板がオンの間、第２のイメージが常に表示されるように波長板のスイッチングと同期を取ってスイッチされる。このスイッチングが十分に高速に実行される場合、各ユーザは、ちらつきなく異なるイメージを見る。

異なる表示モードでは、ディスプレイ４８は、両方のユーザに単一のイメージを表示し得る。これは、ディスプレイパネル２２に表示されるイメージを変更することなく、オン状態とオフ状態との間で波長板を高速にスイッチングすることによってなされ得る。この表示モードは、ゼロより大きくλ／２より小さい遅延を有するように波長板に中間の制御電圧を印加することによっても実現され得る。この表示モードでは、バックライトからの光の水平方向の偏光成分および垂直方向の偏光成分は、それぞれ、スイッチ可能な半波長板２４によって円偏光または楕円偏光成分に変換され、従って、各成分は、偏光子２３を部分的に透過する。

図２０は、異なる観測者に異なるビューを導き、デュアルビューディスプレイを提供するディスプレイ４８を示す。あるいは、ディスプレイ４８は、１人の観測者に２つの異なるイメージを導き、その観測者の一方の眼があるイメージを受け取り、その観測者のもう一方の眼が別のイメージを受け取るように構成され得る。この場合、ディスプレイは、時間連続的にディスプレイ上に立体視イメージの対の左眼用イメージおよび右眼用イメージを表示することによって、自動立体視ディスプレイとして作用し得る。

ディスプレイ４８の改変例（図示されない）では、バックライトは、スイッチ可能方向性バックライトである。第１の光制御素子１５ａがアクティブである時、このバックライトは、主に第１の光制御素子１５ａが光を透過する方向に光を放射する。しかし、第２の光制御素子１５ｂがアクティブである時、主に第２の光制御素子１５ｂが光を透過する方向に光を放射する。この実施形態の利点は、バックライトにより放射される光がより効率的に利用されることであり、同じバックライトでより明るいディスプレイをもたらす。また、ディスプレイにより表示さる２つのビューの間のクロストークが低減されるという利点を有する。（このコンテキストでは、用語「クロストーク」は、第１のユーザ（またはユーザの第１の眼）に向けられたイメージの第２のユーザ（または第２の眼）に対する（またはその逆の）ビジビリティを意味することが意図される。）
あるいは、図２０の実施形態では、偏光スイッチは、バックライト内、バックライトと第１の光学制御素子１５ａとの間、第１の光学制御素子１５ａと第２の光学制御素子１５ｂとの間、または、ディスプレイパネル２２の前面に提供され得る。

図２０の実施形態はまた、ディスプレイパネルと観測者との間に、例えば、イメージディスプレイパネル、偏光子、スイッチ可能半波長板、第１の光制御素子、第２の光制御素子の順序で構成要素を提供することにより光制御素子を提供することによって、実現される。この順序で構成要素が配列される場合、放射性ディスプレイまたは透過性ディスプレイ（バックライトを必要とする）を利用することが可能である。構成要素がこの順序で配列される時、イメージディスプレイパネルが出射偏光子を有するのであれば、偏光子は、このイメージディスプレイパネルの出射偏光子によって構成され得る。

図２０の実施形態は、ディスプレイパネル２２が光制御素子に対して正確に整列される必要がないというさらなる利点を有する。従って、従来技術のディスプレイにおける構成要素の正確な位置合わせの必要性は、この実施形態では回避される。

図２１は、本発明のさらなる実施形態によるディスプレイ４９を示す。ディスプレイ４９は、ある状態では、ある方向に伝播する第１の線形偏光に対しては不透明であるが、別の方向に伝播する第１の線形偏光の光を透過しつつ、第２の直交偏光の光も透過するアクティブ光学制御素子５０を備える。このように、この状態では、光学制御素子５０は、図４の光学制御素子１５と同じ態様で機能する。しかしながら、この実施形態の光学制御素子５０は、スイッチ可能であり、どちらかの線形偏光の光に対して不透明ではない第２の状態にスイッチされ得る。

図２１のディスプレイ４９は、光学制御素子５０は、バックライト２５とディスプレイ４９の透過性ディスプレイパネル２２との間に配置される。線形偏光子２３は、バックライトとディスプレイパネルとの間に提供され、これは、図２１に示されるように、バックライトと光学制御素子との間か、または、光学制御素子とディスプレイパネルとの間にどちらかに配置され得る。図４９に示されるように、偏光子２３が光学制御素子５０とディスプレイパネル２２との間に配置される時、ディスプレイパネル２２が入力偏光子を有するのであれば、これは、偏光子２３として利用され得る。

線形偏光子２３の透過軸は、光学制御素子５０の偏光領域の透過軸に対して平行に配列される。図２１では、偏光子２３の透過軸および光学制御素子５０の偏光領域の透過軸は、ｘ軸に対して平行である。

光学制御素子５０の偏光領域１６は、「ゲスト−ホスト」液体材料から形成される。例えば、この実施形態では、色素は、液晶材料内に溶解するか、または、化学的に付着される。この色素は、吸収状態と非吸収状態との間をスイッチ可能であり、偏光領域もまた、吸収状態と非吸収状態との間をスイッチ可能となる。

図２２（ａ）および（ｂ）は、図２１のディスプレイ４９の２つの動作モードを示す。これらの図面は、バックライト２５と光学制御素子５０との間に配置される線形偏光子２３を示すが、これは、デバイスの動作に影響を与えない。線形偏光子２３は、ｘ軸に平行な透過軸を有するように配列される。図２２（ｂ）に示されるモードでは、液晶分子の色素分子は、ｘ方向に沿って整列されることにより、色素を含む領域１６は、ｘ偏光に対して不透明である。偏光子２３は、ｘ方向に沿って平面偏光される光を透過し、これは、偏光領域１６で吸収される。このように、ｘｚ面に沿ってか、または、ｘｚ面に近接して伝播する光は、図２２（ｂ）に経路Ａで示される光学制御素子を通るが、ｚ面に大きな角度で伝播する光は、偏光領域１６により吸収され、それにより、プライベート表示モードが実現される。このモードにおける角度の広がりは、透過性領域１７の幅と光学制御素子５０の厚みとの比率に依存する。

図２２（ａ）および２２（ｂ）に示されるように、光学制御素子５０は、その上面および下面に電極５１および５２が提供される。これらは、液晶層間に電界を印加して、液晶分子に液晶分子をｚ方向に配向させるために用いられ得る。これは、液晶分子とともに、色素分子に色素分子を再配向させ、それにより、色素分子は、ｚ方向に沿って整列される。これは、液晶材料の領域１６内に示される短い線によって図２２ａに示される。従って、偏光子２３を透過したｘ方向の平面偏光は、液晶領域１６によって吸収されず、図２２（ａ）に示されるような広い表示モードが実現される。

この実施形態の光学制御素子５０は、多くの方法で製造され得る。例えば、これは、全体に均一な透明電極を有する下部基板３６を用いて、図９（ａ）から９（ｃ）に実質的に記載されるように製造され得る。均一な透明電極を有する第２の基板は、この基板上に配置され、その凹部は、色素を含む液晶材料で充填される。色素を有する液晶材料は、図１１（ａ）および１１（ｂ）について上述された方法のいずれかで配向され得る。この構築方法では、液晶材料は、正の誘電異方性を有し、均一に整列されてもよいし、または、負の誘電異方性を有し、均一に整列されてもよい。

スイッチ可能な光学制御素子の第２の構築方法は、パターン化されたアライメント層を利用することである。これは、図２３（ａ）および２３（ｂ）に示される。この実施形態では、素子の各基板３６、３６’は、表面上に透明電極が、その電極の上にアライメント膜（示されない）が提供される。アライメント層はパターン化され、その後、基板は、分離が液晶層の所望の厚さに等しい状態で互いに平行に整列される。基板間のギャップは、色素を含む液晶材料により充填される。アライメント層がパターン化されているために、液晶層間に電圧が印加されない場合、液晶層は、２つの異なるアライメントの領域を採用する。領域５３では、液晶分子および結果として色素分子が、実質的にｚ方向に整列される。しかしながら、領域５４では、液晶分子は、実質的にｘ方向（平面アライメント）に整列され、従って、色素分子もまた、この方向に整列される。従って、領域５４は、ｘ方向の平面偏光に対する吸収領域として作用する。

電極５１、５２を介して電界が液晶層間に印加される場合、平面アライメントの領域５４における液晶分子は、液晶分子を概ねｚ方向に再配向し、従って、色素分子は、ｚ方向にあるように再整列される。ｚ方向のアライメントが既に存在している領域５３の色素分子の方向性は、変化しない。従って、液晶層全体は、図２３（ａ）に示されるように、ｘ方向の平面偏光を吸収しない。

図２４（ａ）および２４（ｂ）は、図２３（ａ）および２３（ｂ）の実施形態の改変例を示す。この実施形態では、アライメント膜ではなく電極５１、５２がパターン化される。（アライメント膜および基板は、簡単のために図２４（ａ）および２４（ｂ）から省略されている。）アライメント膜は、図２４（ａ）に示されるｚ方向（ホメオトロピック配向）に液晶アライメントを生成するように構成される。電界が電極間に印加される時、電極間の液晶層の領域は、（ｘ方向に平行な）平面アライメントを採用するように再配向される一方で、電極が存在しない領域の液晶材料は、元々のホメオトロピック配向を保持する。これは、図２４（ｂ）に示される。電極間の液晶層の領域５４では、液晶分子は、電圧が液晶層間に印加される時に平面アライメントを採用し、色素分子にも色素分子をｘ軸に平行な方向に再配向させる。従って、領域５４は、液晶層間に電圧が印加される時に、ｘ方向の平面偏光を吸収するようになる。

図２２（ａ）から２４（ｂ）の実施形態の動作を説明する際に、液晶材料が正の二色性色素を含むことを前提としていた。液晶材料はまた、負の二色性色素を含み得、この場合、光学制御素子の動作モードは、反転される。

さらなる代替例として、平面電界を生成する電極構造を利用し、適切に電圧を印加することによって基板に平行な平面に液晶および色素分子を回転させることが可能である。この場合、液晶分子および色素分子は、ｘ方向またはｙ方向のどちらかに沿うようにスイッチされ得る。

上述の実施形態に用いられる液晶材料は、ネマチック液晶またはスメクチック液晶材料のどちらかであり得る。もしくは、双安定液晶材料が用いられ得、液晶材料の配向は、両方の動作状態において安定しており、それにより、電圧の印加は、１つの動作状態から別の動作状態まで材料をスイッチするためにのみ必要とされる。

図２５（ａ）は、本発明のさらなる実施形態による光制御素子５５の概略的な透視図である。この実施形態の光制御素子５５は、アクティブ光制御素子であり、図２１に示される光制御素子５０の改変例である。これは、複数の偏光領域１６ａ、１６ｂを含み、これらの領域は、吸収状態と非吸収状態との間でスイッチ可能である材料から形成される。偏光領域１６ａ、１６ｂは、下部基板５６と上部基板５７との間に堆積される。電極５１、５２は、それぞれ上部および下部基板上に堆積され、これらは、液晶層に電界を印加して、偏光領域１６ａ、１６ｂをそれらの吸収状態と非吸収状態との間でスイッチさせるために用いられる。隣接する偏光領域１６ａ、１６ｂ間のスペースは、透過性材料で充填される。

図２１の実施形態におけるように、偏光領域１６ａ、１６ｂは、液晶および色素分子を含む。偏光領域間に電界を印加することは、偏光領域１６ａ、１６ｂの液晶分子に液晶分子を概ねｚ方向に配向させる。上述されたように、これは、色素分子に液晶分子とともに色素分子を配向させ、それにより、色素分子もｚ方向に沿って整列される。従って、色素分子は、制御素子５０を通過する光のｙ平面偏光成分またはｘ平面偏光成分のどちらも吸収しない。

図２５（ａ）および２５（ｂ）に示されるように、複数の領域ＡおよびＢは、光制御素子において規定される。領域Ａでは、偏光領域１６ａは、ｘ方向に沿って広がる一方で、領域Ｂの偏光領域１６ｂは、ｙ軸に沿って広がる。図２５（ｂ）は、光学制御素子５５のエリア上の領域Ａおよび領域Ｂの１つの可能な構成を示す。この構成では、領域Ａおよび領域Ｂは、ｘおよびｙ方向の両方に沿って互いに交互になる。しかしながら、本発明は、この領域の特定の構成に制限されず、他の構成が可能である。

電極５１と電極５２との間に電圧が印加される時、液晶分子は、偏光領域１６ａ、１６ｂの方向に沿って整列し、色素分子はまた、これらの方向に沿って色素分子を整列させる。このように、領域Ａでは、色素分子はｘ方向に沿って整列する一方で、領域Ｂでは、色素分子はｙ方向に沿って整列する。ｚ方向に沿ってか、または、ｚ方向に近接して伝播する光は、領域Ａまたは領域Ｂのどちらにおいてもほぼ吸収されず、光制御素子を透過する。これは、ｘ面偏光およびｙ面偏光成分の両方に当てはまる。光学制御素子は、パブリックモードでは、広い角度出力範囲を有する。

上述の図２２（ａ）および２２（ｂ）に関連して説明されたように、偏光領域１６ａ、１６ｂがそれぞれの吸収モードにスイッチされる時、領域Ａの偏光領域１６ａは、ｘ軸に沿った平面偏光に対して不透明である。なぜなら、この偏光成分は、ｘ方向に沿って整列される色素分子により吸収されるからである。従って、領域Ａは、ｘｚ面に沿ってか、または、ｘｚ面に近接して伝播するｘ偏光を透過するが、ｘｚ面に対して大きな角度で伝播するｘ偏光は、偏光領域１６ａによって吸収される。このように、領域Ａは、領域Ａが広い角度範囲を有する両方の偏光成分を送るパブリックモードと、領域Ａが大きい角度範囲を有するｙ偏光成分を送るが、狭い角度範囲を有するｘ偏光成分を送るプライベートモードとの間でスイッチされ得る。

逆に、色素分子がｙ方向に沿って整列される領域Ｂの偏光領域１６ｂがその吸収モードにスイッチされる時、ｙｚ面に沿ってか、または、ｙｚ面に近接して伝播する場合に、この偏光領域は、ｙ偏光成分を送る。しかしながら、ｙｚ面に対して大きな角度で伝播するｙ偏光成分の光は、上述の図２１ならびに２２（ａ）および（ｂ）について説明されたものと同じ態様で、偏光領域１６ｂで吸収される。従って、領域Ｂは、両方の偏光成分の光が広い角度範囲で透過するパブリックモードと、ｙ偏光成分が狭い角度範囲で透過するが、ｘ偏光成分が広い角度範囲で透過するプライベートモードとの間でスイッチ可能である。

図２５（ｃ）は、ディスプレイに組み込まれた図２５（ａ）および２５（ｂ）の光制御素子５５を示す。このディスプレイは、イメージディスプレイデバイス２２、例えば、液晶ディスプレイデバイスを含む。光制御素子５５は、ディスプレイデバイス２２の前に配置され、スイッチ可能偏光回転子５８（例えば、スイッチ可能半波長板）は、ディスプレイデバイス２２と光制御素子５５との間の光路に配置される。

ディスプレイデバイス２２は、出射偏光子（ｅｘｉｔ ｐｏｌａｒｉｓｅｒ）を組み込み、実質的に平面偏光された光を放射することが仮定されるか、そうでなければ、線形偏光子が、ディスプレイデバイスと偏光回転子との間に配置されることが前提とされる。光制御素子５５は、ディスプレイデバイス（または偏光子）を出る光の偏光面が、領域Ａまたは領域Ｂのどちらかの偏光領域の方向に平行であるように整列される。この例では、ディスプレイデバイスは、ｙ方向に沿って平面偏光される光を放射することが前提とされる。

電圧が光制御素子の電極５１、５２の間に印加される時、染められた液晶は、ｚ軸に平行になるようにスイッチされ、構成要素を通過するｙ偏光を吸収しない。これは、領域Ａおよび領域Ｂに当てはまる。このディスプレイは、パブリックモードである。

光制御素子の電極５１、５２の間に電圧が印加されない時、染められた液晶は、ルーバー方向（領域Ａのｘ軸、領域Ｂのｙ軸）に沿って整列する。偏光回転子が不活性（ｉｎａｃｔｉｖｅ）である場合、光学制御素子５５へ入射する光は、ｙ面偏光される。従って、領域Ａは吸収せしない。なぜなら、領域Ａの偏光領域１６ａは、ｙ面偏光された光を吸収しないからである。しかしながら、領域Ｂの偏光領域１６ｂは、ｙ面偏光された光を吸収し、従って、領域Ｂは、ｙｚ面でまたはｙｚ面の近くを伝播する光のみを透過する。このように、ｚ軸に沿って見ている観測者は、ほとんど吸収を見ず、イメージディスプレイデバイス２２上に表示された情報を読むことができる。左から右へ（ｘ軸に沿って）移動する観測者は、Ｂの印が付けられた領域からの吸収を見る。これらの領域は、暗く見え、ディスプレイ上で情報を読むことを不可能にする。このディスプレイは、上部の明るい四角形および暗い四角形の「チェス盤」パターンを有するように見え、このパターンはイメージを目立たなくする。このように、このディスプレイは、このモードでは、ｘ方向に沿ったプライバシーを提供する。

ｙ方向のプライバシーを得るために、偏光回転子は、入射光の偏光面を９０°回転するようにスイッチされる。光制御素子５５への光入射は、ここで、ｘ方向に沿って平面偏光される。ここで、領域Ｂは吸収性ではないが、領域Ａはｘｚ面に対してある角度で伝播する光を吸収するが、ｘｚ面を伝播するか、または、ｘｚ面に近接して伝播する光のみを透過する。ｙ方向に沿って移動する観測者は、領域Ａからの吸収を見ない。これらの領域は、暗く見え、ディスプレイ上で情報を読むことを不可能にする。このディスプレイは、再び、上部の明るい四角形および暗い四角形の「チェス盤」パターンを有するように見え、このパターンは、イメージを目立たなくする。このように、このディスプレイは、このモードでは、ｙ方向に沿ったプライバシーを提供する。

構成要素の順序は、図２５（ｃ）に示される順序に制限されない。図２５（ａ）の光制御素子５５は、ディスプレイの前または透過性ディスプレイの後ろのどちらかに配列され得、ディスプレイがパブリック表示モードとプライベート表示モードとの間でスイッチされることを可能にする。

図２５（ａ）の実施形態では、電極５１、５２はパターン化されず、それにより、均一な電界が、光制御素子５５のエリア全体の上に印加される。従って、光制御素子のエリア全体は、パブリックモードとプライベートモードとの間でスイッチされる。

偏光領域の方向をパターン化することは、図２１のパターン化されていない「ルーバー」構造を作製する方法の単純な拡張である。液晶のアライメント方向もパターン化され、それにより、アライメント方向は、偏光領域１６ａ、１６ｂに常に平行になる。液晶セルのアライメント層をパターン化する方法も周知であり、多くの場合、上述の１１（ａ）および１１（ｂ）を参照して記載された整列方法の単純な拡張である。さらに、適切な方法が、例えば、米国特許第６０５５１０３号および第６６２４８６３号、米国特許出願第２００３／０１３７６２６号ならびに論文「Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ ｇｒａｔｉｎｇ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｍｅｓｏｇｅｎｓ ｆｏｒ ｐｈａｓｅ ｒｅｔａｒｄｅｒｓ」（Ｈ．ＳｔｅｖｅｎｓｏｎおよびＭ．ＫｈａｚｏｖａによりＡｓｉａ Ｄｉｓｐｌａｙ ２００４，Ｓｅｏｕｌ，Ｋｏｒｅａに提出された）に記載される。

図２５（ｃ）に示されるディスプレイは、スイッチ可能な偏光回転子を固定パターン化リターダにより置換することによって改変され得る。パターン化リターダは、入射光の偏光面を９０°だけ回転する領域と、入射光の偏光面に影響を与えない領域とを含む。この領域は、サイズ、形状および位置の点で、光制御素子５５の領域Ａおよび領域Ｂに対応する。光制御素子およびパターン化リターダは、光制御素子のそれぞれおよび全ての領域Ａが、光の偏光面を９０°回転するパターン化リターダの領域について整列され、かつ、光制御素子のそれぞれおよび全ての領域Ｂが、光の偏光面を回転しないパターン化リターダの領域について整列されるように（またはその逆）、整列される。

光制御素子の各領域Ａが、光の偏光面を９０°回転するパターン化リターダの領域について整列されるディスプレイでは、領域Ａを通過する光は、ｘ方向に沿って平面偏光される一方、光学制御素子の領域Ｂを通過する光は、ｙ方向に沿って平面偏光される（パターン化リターダへ入射する光が、ｙ面偏光されることを前提としている）。ルーバー層に電圧が印加されていない時、領域Ｂは、ｙｚ面に対してある角度で伝播する光を吸収し、上述されるように、ｙｚ面を伝播するか、または、ｙｚ面に近接して伝播する光のみを透過する。同様に、領域Ａは、ｘｚ面にある角度で伝播する光を吸収し、ｘｚ面を伝播するか、または、ｘｚ面に近接して伝播する光のみを透過する。従って、プライベートモードは、ｘおよびｙ方向の両方にプライバシーを与える。

さらなる代替例では、光制御素子５５の全体にわたって液晶分子のアライメントは、同じ方向である。この制御素子は、液晶アライメント方向に沿った平面偏光のために、同時に水平方向および垂直方向にプライバシーを与える。例えば、液晶分子が領域Ａおよび領域Ｂの両方においてｙ方向に整列される場合、ｘｚ面に対してある角度で伝播するｙ面偏光は、領域Ａで吸収され、領域Ａは、ｘｚ面を伝播するか、または、ｘｚ面に近接して伝播する場合にのみｙ偏光を透過する。同様に、ｙｚ面に対してある角度で伝播するｙ面偏光は、領域Ｂで吸収され、領域Ｂは、ｙｚ面を伝播するか、または、ｙｚ面に近接して伝播する場合にのみｙ偏光を透過する。この実施形態では、液晶アライメント方向は、好ましくは、領域Ａ（または領域Ｂ）の偏光領域の方向に平行であり、領域Ｂ（または領域Ａ）の偏光領域の方向に垂直である。この実施形態では、さらなる偏光回転子が必要とされない。

図２６は、本発明のさらなる実施形態による光制御素子６０の概略的な透視図である。光制御素子６０の構成要素は、説明を簡略化するために図２６では、別に示されている。

この実施形態の光制御素子６０は、また、アクティブ光制御素子である。パブリックモード、ｘ方向にプライバシーを提供するモード、ｙ方向にプライバシーを提供するモード、および、ｘおよびｙ方向の両方にプライバシーを提供するモードの４つのモードの１つで動作し得る。

光学制御素子６０は、図２１の光学制御素子５０の偏光領域１６と同様の偏光領域１６ａ、１６ｂの２つのセットを含む。偏光領域１６ａ、１６ｂは、吸収状態と非吸収状態との間をスイッチ可能である。好ましい実施形態では、光学制御素子６０の偏光領域１６ａ、１６ｂは、上述されるように、（電圧が印加されない場合）吸収状態と非吸収状態との間をスイッチ可能な色素を含む液晶材料から形成される。隣接する偏光領域１６ａ、１６ｂの間のスペースは、透過性材料で充填される。

偏光領域１６ａの第１のセットは、ある方向に沿って（この例ではｘ方向に沿って）整列される。これらの偏光領域１６ａは、第１の電極５２と下部中央電極６２との間に配置される。偏光領域１６ａは、ｘ面偏光成分を吸収する状態と、ｘ成分に対して透過性である状態との間でスイッチされ得る。いずれの状態でも、第１の偏光領域１６ａは、ｙ偏光成分に対して透過性である。

第２の偏光領域１６ｂは、第１の偏光領域に対して実質的に直角に広がり、例えば、ｙ軸方向に沿って広がる。第２の偏光領域１６ｂは、上部中央電極６１と第２の電極５１との間に配置され、ｙ面偏光を吸収する状態と、ｙ偏光成分に対して透過性である状態との間をスイッチされ得る。いずれの状態でも、第２の偏光領域１６ｂは、ｘ偏光成分の光に対して透過性である。

半波長板６３は、下部中央電極６２と上部電極６１との間で堆積される。

ｘ面偏光６４により下から照射される時の光制御素子６０の動作を考慮されたい。第１の偏光領域がそれぞれの吸収モードにスイッチされる場合、第１の偏光領域は、ｘｙ面を伝播するか、または、ｘｙ面に近接して伝播するｘ偏光のみを透過する。ｘｚ面に対してある角度で伝播する光は、吸収される。

半波長板６３は、光の偏光面を９０°回転する。このように、第１の偏光領域１６ａを通過したｘ偏光は、半波長板６３によってｙ偏光に変換され、ｙ偏光は、潜在的に第２の偏光領域１６ｂによって吸収され得る。このように、第２の偏光領域１６ｂもまた、それぞれの吸収モードにスイッチされる場合、第２の偏光領域は、ｙｚ面に対してある角度で伝播する光を吸収し、ｙｚ面を伝播するか、または、ｙｚ面に近接して伝播する光のみを透過する。このように、第１の偏光領域および第２の偏光領域の両方がそれぞれの吸収モードにスイッチされる場合、光学制御素子６０は、ｚ方向に沿って伝播するか、または、ｚ方向に近接して伝播する光を送るのみである。このように、制御素子６０は、このモードでは、ｘおよびｙ方向の両方にプライバシーを提供する。

第１の偏光領域１６ａは、第２の偏光領域１６ｂから独立して制御可能である。従って、第１の偏光領域１６ａをそれぞれの吸収モードにしている間に、第２の偏光領域１６ｂをそれぞれの非吸収モードにすることが可能である。この場合、光学制御素子は、ｘｚ面に対してある角度で伝播する光を吸収するが、ｙｚ面に対してある角度で伝播する光を吸収せず、ｙ方向にのみプライバシーを提供する。

逆に、第１の偏光領域１６ａは、第２の偏光領域１６ｂが吸収状態にされている間に、非吸収状態にされ得る。この場合、ｙｚ面にある角度で伝播する光が吸収され、デバイスは、ｘ方向にのみプライバシーを提供する。

第１の偏光領域および第２の偏光領域の両方が非吸収状態である場合、光学制御素子６０はパブリックモードで動作し、広い視野角を有する。

図２６の光学制御素子６０は、ディスプレイの前または透過性ディスプレイの後ろのどちらかに配置され得る。線形偏光子は、光学制御素子の下部基板５６へ入射する光が平面偏光されるように、光学制御素子６０の後ろに提供され得る。光学制御素子６０がディスプレイデバイスの前面に配置される場合、線形偏光子は、ディスプレイデバイスの出射偏光子であり得る。もしくは、偏光子が、光制御素子の後に提供されてもよい。

図２７（ｂ）は、本発明の別の光学制御素子６５を示す。この光学制御素子は、再び、アクティブ制御素子６５であり、吸収状態と非吸収状態との間をスイッチ可能な色素を含む液晶材料から形成される偏光領域１６を含む。隣接する偏光領域間のスペースは、透過性材料で充填される。偏光領域１６は、下部基板５６と上部基板（図示されない）との間に配置される。下部電極５２は、下部基板５６上に配置され、上部電極（図示されない）は、上部基板の上に配置される。

図２７（ｂ）の光学制御素子６５では、偏光領域は、ｘおよびｙ方向の両方に制限された範囲を有し、従って、ｚ方向に沿って広がる「柱（ｐｉｌｌａｒ）」の形態を有する。この「柱」は、ロウおよびカラムで構成され、１つのロウの「柱」は、隣接するロウの「柱」に対して横方向にオフセットされる。

柱のような各偏光領域１６内で、液晶のアライメント方向は、ｘ軸またはｙ軸のどちらかに沿うように選択され得る。柱のような各偏光領域の液晶のアライメント方向は、任意の従来の技術によって規定され得る。例えば、液晶アライメントの方向は、アライメント層によってか、あるいは、上述の既存のフォトレジストまたはポリマー層に対する改変によって制御され得る。アライメント層は、任意の適切な技術によってパターン化され得、適切な方法の例は、図２５（ｃ）についての上記の文献を引用して与えられる。

図２７（ｂ）の光学制御素子６５は、ｘおよびｙ方向の両方にプライバシーを提供するように構成され得る。これは、各偏光領域１６の液晶分子のアライメント方向を同じになるように選択することによってなされる。例えば、各偏光領域１６の液晶分子がｙ方向に沿って整列され、ｙ面偏光が光学制御素子へ入射することを想定されたい。偏光領域１６がそれぞれの吸収状態にスイッチされる時、各偏光領域は、ｙ偏光成分を吸収する。結果として、ｙ面偏光は、ｚ軸に沿った方向か、または、ｚ軸に近接した方向にのみ光学制御素子６５を通過することができる。ｘｚ面に対してか、または、ｙｚ面に対してある角度で伝播する任意のｙ偏光は、偏光領域１６によって吸収される。このように、制御素子６５は、ｘおよびｙ方向の両方に沿ってプライバシーを提供する。

偏光領域がそれぞれの非吸収状態にスイッチされる時、ｙ偏光成分は、著しい吸収なく光学制御素子６５を通過することができ、従って、パブリックモードを提供する。

対照的に、図２１に示されるタイプの光学制御素子４９は、比較の為に図２７（ａ）に示されるように、平行なストライプとして構成される偏光領域１６を有する。従って、偏光領域は、ある方向にのみプライバシーを提供することができ、（図２７（ａ）に示される例では、偏光領域１６がｙｚ平面の出力角を制限し得ず、ｘ軸に沿ってプライバシーを提供し得る。

図２７（ｂ）の光学制御素子２５は、透過性ディスプレイデバイスの後ろまたはディスプレイデバイスの前のどちらかに提供され得る。上述されたように、線形偏光子は、光学制御素子と直列に提供されなければならず、これは、制御素子がディスプレイデバイスの前面に配置されるディスプレイデバイスの出力偏光子であり得るか、または、制御素子が透過性ディスプレイデバイスの後ろに配置されるディスプレイデバイスの入力偏光子であり得る。

図２８（ａ）は、本発明によるさらなる光学制御素子６６を示す。光学制御素子６６は、アクティブ制御素子であり、吸収状態と非吸収状態との間でスイッチ可能な色素分子を含む液晶材料の領域を含む。偏光領域の間の領域１７は、透過性材料で充填される。偏光領域および透過性領域１７は、下部基板５６と上部基板５７（図示せず）との間に配置される。下部電極５２は、下部基板の上に配置され、上部電極（図示されない）は、上部基板の上に配置される。

この実施形態では、透過性領域１７は、ｘおよびｙ方向の両方に制限された範囲を有し、従って、ｚ方向に沿って広がる「柱」の形態を有し得る。偏光領域は、透過性領域１７の間のギャップに規定される。

液晶分子のアライメント方向は、光学制御素子６６のエリアにわたって均一でない。液晶分子のアライメント方向は、各透過性領域１７が第１のアライメント方向を有する少なくとも１つの偏光領域および実質的に第１のアライメント方向に垂直である第２の液晶アライメント方向を有する少なくとももう１つの偏光領域に隣接するようにパターン化される。平面図で見た時に透過性領域１７が実質的に矩形である好ましい実施形態では、透過性領域の反対側の面は、第１の液晶アライメント方向を有する偏光領域に隣接し、かつ、２つの反対側の面は、第２の液晶アライメント方向を有する偏光領域に隣接する。

図２８（ｂ）は、光学制御素子６６の概略的な平面図であり、液晶アライメント方向の１つの可能な構成を示す。この実施形態では、第１および第２のアライメント方向は、それぞれｘ軸およびｙ軸に平行である。理解され得るように、図２８（ｂ）の透過性領域の左側面および右側面は、液晶分子がｙ方向に沿って整列される偏光領域１６ｂに隣接する。（液晶分子のアライメント方向は、図２８（ｂ）に破線で示される。）透過性領域１７の上面および下面は、（再び、光学制御素子が図２８（ｂ）に見られる場合）液晶分子がｘ方向に沿って整列される偏光領域１６ａに隣接する。

動作中、光学制御素子６６は、スイッチ可能偏光回転子と直列に配置される。制御素子６６の動作は、スイッチ可能偏光回転子が制御素子６６の後ろに配置され、かつ、この偏光回転子へ入射する光がｙ方向に沿って平面偏光される例を参照して記載される。

偏光回転子が不活性である時、ｙ偏光は、偏光回転子を通過し、光学制御素子６６へ入射する。液晶がｙ軸に沿って整列されている偏光領域１６ｂは、ｙ偏光成分を吸収し、それにより、制御素子がその吸収モードにスイッチされている時、ｙｚ面に対してある角度で伝播するｙ偏光は、偏光領域１６ｂに吸収される。偏光領域１６ａは、ｘ軸に沿って整列された液晶分子を有し、ｙ偏光成分を著しく吸収しない。このように、制御素子６６は、ｘ方向にプライバシーを提供する。

偏光回転子がオンにスイッチされている時、偏光回転子は、入射光の偏光面を９０°だけ回転する。従って、元々のｙ偏光は、ｘ偏光に変換され、制御素子６６へ入射する。ｘ偏光は、液晶分子がｘ方向に沿って整列されている偏光領域１６ａに吸収される。従って、ｘｚ面に対してある角度で伝播する光は、偏光領域１６ａに吸収され、ｙ方向にプライバシーが提供される。液晶分子がｙ方向に整列されている偏光領域１６ｂは、ｘ偏光成分を実質的に吸収しない。

このように、偏光回転子をスイッチングすることによって、制御素子６６は、ｘ方向またはｙ方向のどちらかにプライバシーを提供し得る。

制御素子６６および偏光回転子は、ディスプレイの前に配置されてもよいし、または、透過性ディスプレイの後ろに配置されてもよい。

図２８（ｃ）は、制御素子６６の別の実施形態の概略的な平面図を示し、偏光領域１６ａ、１６ｂが配列され得る別の方法を示す。偏光領域１６ａ、１６ｂの他の構成が可能であるが、図２８（ｂ）および２８（ｃ）に示される構成が好ましい。なぜなら、これらの構成は、図２１に示されるルーバー構造の効果を模倣しているからである。偏光領域１６ａが効果的である時、例えば、偏光領域１６ａは、偏光領域がｙ軸に沿って広がるルーバー構造を提供し、逆に、偏光領域１６（ｂ）が効果的である時、偏光領域１６（ｂ）は、偏光領域がｙ軸に沿って広がるルーバー構造を提供する。これらの構成は、効果的である。なぜなら、偏光領域が、偏光領域の液晶分子のアライメントの方向がルーバー構造の方向に平行であるルーバー構造で配列されるときに、偏光領域が最も効果的になるからである。

上述の実施形態では、プライベートモードで提供される視野角は、制御素子のエリア全体にわたって実質的に同じである。これは、図２９に示される。図２９は、イメージディスプレイデバイス２２の前に配置された本発明の制御素子６７を有するディスプレイの概略図である。制御素子６７は、上述の好ましい実施形態のいずれかを含む本発明の任意の制御素子であり得る。観察範囲は、制御素子１５のエリア間の３つの位置Ａ、Ｂ、Ｃについて示され、この観察範囲は、角度観察範囲が各位置で実質的に同じになると考えられ得る。これは、制御素子６７から離れた有限距離にいる観察者が、ディスプレイのいくらかの部分を読むことができるが、ディスプレイの他のいくらかの部分を読むことができないという潜在的に不利な点を有する。図２９の例では、ディスプレイのある側面に位置する位置６８の観察者は、位置Ｃの観察範囲内になり、位置Ｂのちょうど視野角内にあるが、位置Ａの観察範囲の外側にある。従って、位置６８の観察者は、ディスプレイの全てを読むことができない。実に、ディスプレイパネルが大きなエリアを有し、観察者がディスプレイの近くに位置している場合、観察者がディスプレイ全体を見ることができる位置は存在しないことがあり得る。

この問題は、制御素子の視野角をそのエリアにわたって変化させることによって克服され得る。図３０は、ディスプレイデバイス２２の前に配置される本発明のさらなる制御素子６７’を示す。制御素子６７は、そのエリアにわたって一定の視野角を有さない。

好ましい実施形態では、位置Ｂのディスプレイの中心で、または、その近くで、制御素子の視野角は、最小値θ_１である。視野角は、ディスプレイの一方の側面に向かって、位置ＡまたはＣで値θ_２まで増加する。ここで、観察位置６８の観測者は、位置Ａ、ＢおよびＣの観察範囲内におり、ディスプレイのエリア全体にわたって表示される情報を読み得る。視野角の変化は、ディスプレイのほぼ中心に対して対称的であり得る。

視野角は、制御素子の中心に対して対称的に変化する必要はなく、他の方法で変化するように構成され得る。例えば、ディスプレイが一側面から常に観察されることが意図される場合、制御素子の視野角は、ディスプレイにわたって対称的に変化する必要はない。図３０のディスプレイが常に位置６８から観測される場合、例えば、制御素子６７’が位置Ｃにおいて大きな視野角を有する必要はなく（なぜなら、観測位置６８は、位置Ｃのほぼ真上にあるからである。）、視野角は、制御素子間で位置Ｃから位置Ａに向かって単に増加し得るからである。視野角は、例えば、制御素子間の位置に対して位置Ｃから位置Ａへ直線的に変化し得る。

制御素子の視野角は、制御素子間の左側から右側への位置、および／または、制御素子の上部から制御素子の下部まで垂直方向の位置を変化するように構成され得る。

上述の制御素子は、エリアにわたって変化する視野角を提供するように、比較的容易に改変され得る。例えば、視野角は、透過性領域の幅の偏光領域の幅に対する比率を増加させることによって増加し得る。これは、例えば、偏光領域の幅を同じにしたまま透過性領域の幅を増加することによってなされ得る。図５の制御素子１５’のようパターン化された偏光子の多重層を利用する実施形態では、視野角は、２つの隣接する偏光領域１６間の横方向の分離間隔ｓの偏光領域の幅に対する比率を増加させることによって増加し得る。

図３１（ａ）は、本発明のさらなる光学制御素子６９の概略的な断面図である。この実施形態は、アクティブ制御素子であり、図２１の制御素子５０に概ね類似している。この実施形態は、上面基板５７と下面基板５６との間に配置される複数の液晶領域１６を含む。透明材料１７が、液晶領域１６間に提供される。図２１の実施形態のように、液晶領域は、色素モジュール１６を含む。液晶領域がｚ方向に沿って整列されるようにスイッチされる時、色素分子はまた、ｚ方向に沿って色素分子を整列し、偏光領域１６は、偏光された光のｘ成分またはｙ成分のどちらかを吸収しない。偏光領域の液晶分子が水平方向（この実施形態ではｘ方向）に整列するようにスイッチされる時、色素分子は、色素分子をｘ方向に沿って整列し、偏光領域は、平面偏光のｘ成分を吸収するようになり、制御素子６９は、プライベートモードになる。

図３１（ｂ）は、制御素子６９の下部電極５２の概略的な平面図である。理解され得るように、下部電極５２は、２つの嵌合する（ｉｎｔｅｒ−ｄｉｇｉｔｅｄ）電極５２ａ、５２ｂからなる。各電極は、バス線から横方向に広がる一連の「指」を含む。電極の「指」は、図３１（ｂ）に示される偏光領域１６に隣接して配置される。電極５２ａの指に隣接して配置される偏光領域１６は、他のサブ基板５２ｂの指に隣接する２つの偏光領域間に配置され、この逆もあり得る。

図３１（ａ）の制御素子６９は、３つの状態の１つにスイッチされ得る。全ての偏光領域がその吸収状態にスイッチされる場合、狭い角度のプライベートモードが実現される。全ての偏光領域がそれぞれの非吸収状態にスイッチされる場合、パブリックモードが実現される。しかしながら、図３１（ａ）に示されるように、全ての別の偏光領域を吸収モードにスイッチする一方で、残りの偏光領域のそれぞれの非吸収モードにスイッチすることによって、第３のモードを実現することが可能である。これは、第２のプライベートモードを提供し、この第２のプライベートモードは、全ての偏光領域１６がそれぞれの非吸収状態にスイッチされる時に実現されるプライベートモードよりも広い視野角を有する。従って、制御素子６９は、狭い角度のプライベートモード、広い角度のプライベートモード、またはパブリックモードで動作し得る。

液晶分子が、電圧がスイッチ間に印加されていない時にそれぞれの吸収状態にあり、電圧を印加することによってそれぞれの非吸収状態にスイッチされる制御素子では、パブリックモードは、電極５１と両方のサブ電極５２ａ、５２ｂとの間に電圧を印加することによって実現される。広い角度のプライベートモードは、電極５１とサブ電極５２ａ、５２ｂの一方との間に電圧を印加しつつ、上部電極５１とサブ電極５２ａ、５２ｂのもう一方との間に電圧を印加しないことによって実現される。図３１（ａ）に示される状態では、電極５１とサブ電極５２ｂとの間に電圧が印加されるが、電極５１とサブ電極５２ａとの間には電圧が印加されない。図３１（ａ）および３１（ｂ）のディスプレイは、異なる視野角を有する２つ以上のプライベートモードで動作し得る制御素子の単なる一例である。多くの他の構成が可能である。例えば、電極の１つが３つのサブ電極として構成され得、３つのサブ電極のそれぞれが全ての第３の偏光領域をスイッチする。制御素子は、全ての第３の偏光領域が吸収状態にされ、全ての他の偏光領域が非吸収状態にされるプライベートモードで動作し得、これは、図３１（ａ）に示されるモードよりも広い視野角を有するプライベートモードを与える。

上述の本発明の全ての実施形態において、ディスプレイの明度とプライベートモードの効率との間に妥協が存在する。一例として、電界によりスイッチされる染められた液晶ルーバーを用いる実施形態があり、色素濃度を増大させることは、光の吸収を増大し、望まれない観測者から光を排除することをより完全なものとするが、パブリックモードおよびプライベートモードの両方の輝度を減少させもする。同じことが、他の実施形態の吸収材料の濃度に当てはまり、同様の妥協が、スタックされた偏光領域を用いる実施形態の層の厚さおよび数に当てはまる。

典型的には、プライベートディスプレイの明度を改良することを望む場合、プライバシーレベルを犠牲する必要がある。言い換えると、パブリックとプライベートモードとの間で望んでいない観察者によって見られる光のレベルの差を低減することが必要になる。従って、このコンストラクトレベルが比較的小さい場合、プライバシーのレベルを増加する方法を有することが有用である。

これは、ディスプレイのいくらかのエリアをプライベートモードにスイッチングしつつ、他のいくらかをパブリックモードに対応する状態にしておくことによってなされ得る。例えば、ディスプレイは、表示されることが期待されるテキストの文字と同じ適切な大きさの四角形に分割され得る。チェス盤パターンの交互の四角形は、パブリックモードおよびプライベートモードにスイッチされることにより、全ての「パブリックな」四角形の最も近くに隣接する全ての４つの四角形は、プライベートな四角形であり、逆もまた当てはまる。

プライベートモードの望まれない観察者は、ディスプレイ上に示されるイメージを覆う明るいエリアおよび暗いエリアのチェス盤のパターンを見る。このパターンは、ディスプレイ全体が「プライベート」状態にスイッチされた場合に判読可能であるという条件下でさえ、ディスプレイを読むことを妨げ得る。

このチェス盤パターンは、「パブリック」および「プライベート」状態の可能なパターンの一例にすぎない。このパターンは、例えば、表示されるプライベートテキストから観察者を迷わすように設計されたテキストから構成されてもよいし、または、ロゴまたは広告材料から構成されてもよい。

ディスプレイの選択されたエリアのスイッチングは、多くの方法で達成され得る。パブリックモードとプライベートモードとの間のスイッチングが別個のスイッチ可能波長板によって達成される実施形態では、波長板は、そのある特定のエリアのみが有効であるようにパターン化され得る。スイッチ可能波長板が液晶層を備える場合、これは、例えば、液晶層が導入される前にいくつかの領域をフォトレジストで充填し、これらのフォトレジストエリアが、ディスプレイの全てのモードで光学的等方性を残すようにすることによってなされ得る。

全ての実施形態において、選択されたエリアは、デバイスをスイッチするために用いられた電極の１つ以上をパターン化することによってスイッチされ得る。例えば、１つの電極は、電気的接触を作らない２つの導電性エリアに分割され得、１つのエリアは、永久的にオンにスイッチされ得る一方で、他のエリアは、プライベートモードでオンにパブリックモードでオフにされる。あるいは、電極の選択されたエリアが完全に除去され得ることにより、これらのエリアには電界が印加されず、これらのエリアは常にスイッチされていない状態のままである。

上述の方法による潜在的に困難なことの１つは、中心位置の観察者に対してでさえ、パブリックモードおよびプライベートモードの明度にいくらかの差異が存在し得ることである。プライベートモードへのスイッチングがパターン化される場合、結果として、中心位置の観察者に対してさえディスプレイ上に重ねあわされたパターンが弱くなる。ディスプレイパネルに送られたデータは、この問題を取り除くために改変され得る。「パブリック」エリアのピクセルの明度は、表示されたグレーレベルがディスプレイ全体にわたって一致するように僅かに低減され得る。

本発明の多くの実施形態により生じる可能性のある問題は、プライベートモードの明度が比較的低いという問題である。なぜならば、偏光依存光制御膜が、プライベートモードにおいて膜を通過する光の大部分を吸収するからである。例えば、正確な偏光の光が供給される時に、図５に示される光学制御素子は、偏光子によってカバーされる各面のエリアのフラクションよりも大きい光のフラクションを吸収する。

この効果を低減するために、レンズまたは他の屈折性素子が、バックライトと光制御素子との間の面に配置され得る。図３２は、このような構造のディスプレイの例を示す。

図３２のディスプレイ７０は、ディスプレイパネル２２、例えば、バックライト２５により照射される入射偏光子と出射偏光との間に配置されるアドレス指定可能な液晶層を有する。本発明の光学制御素子は、バックライトとディスプレイパネルとの間に配置され、この実施形態では、光学制御素子は、図５に示される制御素子１５’である。偏光材料のスタック２１のみが、図３２に示される。スイッチ可能な半波長板２４は、光学素子１５’とディスプレイパネル２２との間に配置される。最終的に、レンズアレイ７１は、バックライト２５と制御素子１５’との間に配置される。

ディスプレイ７０のプライベートモードでは、制御素子１５’のスタックされた偏光子シート１６は、ディスプレイパネル２２の入射偏光子を通った偏光状態の光を吸収する。バックライト２５は、広い角度範囲へ光を放射するが、好ましくは、任意の他の方向と比較して、ディスプレイデバイス７０の軸に沿ってより強く光を放射するように構成される。このレンズアレイ７１は、スタックされた偏光子１６がレンズアレイ７１の焦点面に近接するように構成され、さらに、アレイのレンズ７１ａの中心が偏光子の隣接するスタック２１間のギャップに対して整列されるように構成される。

ディスプレイの軸に沿ってバックライト２５によって照射された光は、偏光子のスタック２１間を通り、ディスプレイパネル２２へ入射する。レンズアレイ７１は、バックライトによって放射された光をディスプレイの軸に対してある角度に導くことにより、光は、偏光シートの隣接するスタック２１の間のギャップを通過する。従って、このレンズアレイは、制御素子１５’を通過する時にｚ方向に沿ってか、または、ｚ方向に近接して伝播し、吸収なく制御素子１５’を通過する所望の偏光状態の光の量を増加させる。従って、プライベートモードのディスプレイの明度が増加する。

ディスプレイのパブリックモードでは、スイッチ可能な波長板２４は、スタック偏光子シート１６によって吸収される光の偏光状態が、ディスプレイパネル２２の入射偏光子により吸収される偏光状態となるようにスイッチされる。従って、パブリックモードの偏光子シート１６による光の吸収は、重要ではない。

ルーバー構造を利用する上述の本発明の実施形態では、偏光領域１６、１６ａ、１６ｂおよびその間の透明素子１７の屈折率は、偏光領域と隣接する透明領域との間の界面のフレネル反射を最小化するように選択されることが好ましい。なぜならば、パブリックモードでは、これらの反射がルーバー構造の性能を制限し得るからである。

図３３の実線は、吸収セグメントの屈折率が透明セグメントの屈折率よりも０．１５だけ大きい場合の、ルーバー構造の透過率の計算の結果を示す。破線で示される曲線は、吸収セグメントの屈折率が透明セグメントの屈折率に等しい場合の、同じルーバー構造の透過率を示す。理解され得るように、屈折率がでない場合に生じるフレネル反射は、パブリックモードの視野角とともに望まれない強さの明度の変化を導き得る。これらの強い変化は、透明セグメントの吸収セグメントの屈折率が整合する場合に排除され得る。

本発明の光制御素子を組み込むディスプレイがパブリックモードからプライベートモードにスイッチされる時、バックライトから放射された光の分布も、プライバシー効果を向上させるように偏光され得る。例えば、バックライトは、プライベートモードにおいて単純に薄暗くされ、それにより、望まれない観察者は、ディスプレイを読むことがより困難になる。もしくは、バックライトの動作モードは、望まれない観察者に向かって送られた光が低減されるように変化され得る。これは、コリメートされていないモードからコリメートされたモードにバックライトをスイッチすることによってなされ得る。これは、ディスプレイの消費電力を低減し、さらに、プライバシーを改良するという利点を有する。

ディスプレイの表示との干渉によるまぶしさ（反射された周辺光）を妨げることに、本発明が適用され得る。例えば、車のダッシュボードディスプレイでは、偏光感知光制御膜がディスプレイの前に配置され得ることにより、プライベートモードでは、ディスプレイは、通常の観察位置より高い位置から読むことができない。このモードでは、光制御膜は、高い角度から周辺光がディスプレイに達することを妨げ、それにより、光がディスプレイに反射してユーザの眼に向かうことを妨げる。

この光制御は、ディスプレイからの光が他の表面から反射しユーザを惑わすことを妨げることに適用され得る。例えば、車中において、夜間に光がフロントガラスから反射せず、ドライバーの道路のビューを見にくくすることのないように、ダッシュボードディスプレイは、深く位置決めされなければならない。本発明は、低照明条件下で「プライベート」モードにスイッチされる時、ディスプレイからの光がフロントガラスに達することを妨げることに、本発明は適用され得る。周辺光レベルが高い場合、このような反射は重要ではなく、ディスプレイは「パブリック」モードにスイッチされ得、より明度が高くなるという利点を有し得る。

本願では、デバイスは、周辺光状態を検出する光センサによって手動または自動的に、まぶしさを低減する（「プライベート」）モードと通常のモードとの間でスイッチされ得る。ディスプレイ自体の明度も、周辺光条件に応じて自動的に変化し得る。

本発明のアクティブ光制御素子を組み込むディスプレイでは、光制御素子プライバシーデバイスは、例えば、
１．手動−ディスプレイは、所望のモードを選択するための、ユーザによって利用されるスイッチまたは他の手段を備え得る。
２．ディスプレイをスイッチさせるコンピュータ上で実行されるソフトウェア
を含む多くの方法で、パブリックモードとプライベートモードとの間をスイッチされ得る。ケース（２）では、ソフトウェアは、ユーザがプライベートなコンテンツ（例えば、セキュアなウェブページまたは銀行口座情報）を見ているときにディスプレイを自動的にスイッチさせ得る。プライバシーの必要性は、電子ファイル（例えば、ウェブページのＸＭＬタグまたはアイコンまたはイメージ）に含まれる信号によって示されてもよいし、あるいは、ウェブページが暗号化を用いて表示されるか、または、あるキーワード（例えば、「パスワード」もしくは「極秘」）が現れた時にディスプレイによって判断されてもよい。

さらに、これらの方法のいずれかが、１つより多いプライベートモードを有する光制御素子が用いられる場合のプライベートモード間でスイッチするために用いられ得る。

また、本発明のアクティブ光制御素子を組み込むディスプレイは、ディスプレイがプライベートモードにあることを示すインジケータを有し得る。例えば、ディスプレイの横にＬＥＤのようなインジケータが照らされていてもよいし、あるいは、ディスプレイの横のＬＥＤが、「プライベート」という文字を照らしていてもよい。

あるいは、このディスプレイは、ディスプレイがプライベートモードにあることのインジケーションを表示し得る。ディスプレイがプライベートモードにある時に、「プライベート」という文字がディスプレイ上に現れてもよいし、ディスプレイ上の他のロケーション上に現れてもよい。例えば、ディスプレイ自体にアイコンが表示されてもよい。

本発明の光制御素子は、ディスプレイに関連して述べられた。しかしながら、本発明の光制御素子は、ディスプレイの用途に限定されない。本発明の光制御素子と光制御素子を通る光の経路に配置される偏光スイッチとの組み合わせは、多くの用途を有する光制御デバイスを形成する。例えば、このような光制御デバイスが別売りされ得ることにより、既存のディスプレイに付加して、既存のディスプレイをパブリックモードとプライベートモードとの間をスイッチ可能なディスプレイにすることができる。このような光制御デバイスはまた、他の用途を有し得る。一例としては、このような光制御デバイスは、狭い範囲の透過角度と広い範囲の透過角度との間をスイッチされ得る窓を作製するために用いられ得る。この窓は、狭い範囲の透過角度を有するようにスイッチされている時はまぶしさをカットすることに効果的である。このようなウィンドウは、例えば、自動車用のスイッチ可能なサンバイザーとしての用途を有し得る。

偏光スイッチが利用される上述の実施形態では、偏光スイッチは、液晶セルを含み得る。これは、偏光回転効果が、液晶セル間に印加される電界を適切にスイッチすることによってオンまたはオフにスイッチされることを可能にする。

偏光スイッチが液晶セルを含む場合、液晶セルの液晶は、多くの液晶モードのうちの１つで動作し得る。例えば、液晶セルは、Ｆｒｅｅｄｅｒｉｃｋｓｚモードを用いてもよく、このモードは、液晶セルの光学特性が視野角に著しく依存しないという利点を有する。

あるいは、用いられる液晶モードは、ツイストネマティック（ＴＮ）モードであってもよい。このモードは、光学特性が光の波長に著しく影響しないという利点を有する。このＴＮセルは、光の波長の光学特性の波長依存性が最小化される場合に、Ｇｏｏｃｈ−Ｔａｒｒｙ最小値またはＭａｕｇｕｉｎ制限のような体制で動作し得る。

さらなる代替例では、垂直方向に整列されるネマティックモードが用いられ得る。この場合、偏光回転効果は、電界を印加することによってオンにスイッチされ、電力が印加されない時には存在しない。このモードの利用は、いくつかのアプリケーションの電力消費を最小化するために有利であり得る。

なお、液晶セルを含む偏光スイッチは、具体的に上述された液晶モードに制限されない。他の液晶モードが、本発明の範囲内で用いられ得る。

偏光スイッチの特性は、公知の技術を用いて最適化され得、光の透過をブロックすることが意図される方向の系を介した光の漏れを最小化する。これは、任意のタイプの偏光スイッチについてなされ得、液晶セルを含む偏光スイッチに限定されない。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

（要約）
光制御素子（１５）は、第１の角度範囲で第１の偏光状態を光を出力し、第１の角度範囲よりも大きい第２の角度範囲で第１の偏光状態と異なる第２の偏光状態を有する光を出力する。光制御素子（１５）は、第１の偏光状態を有する光であって、第１の範囲の方向に伝播する光に対して不透明または実質的に不透明であり、第１の偏光状態を有する光であって、第１の範囲の方向とは異なる２の範囲の方向に伝播する光に対して実質的に不透明でなく、第２の偏光状態に対して不透明ではない。この光制御素子から出力される光の角度範囲は、この素子へ入射するか、この素子から出力される光の偏光状態を変化させることによって変化し得る。

図１は、ルーバー構造を有する公知の光制御膜を示す。 図２は、複数の層構造を有する公知の光制御膜を示す。 図３は、視差バリア自動立体視ディスプレイの原理を示す。 図４は、本発明の偏光依存光制御素子の１つの可能な構造を示す。 図５は、本発明の偏光依存光制御素子の別の構造を示す。 図６は、プライベート観察モードとパブリック観察モードとの間をスイッチ可能な本発明のディスプレイを示す。 図７は、図６のディスプレイの動作を示す。 図８は、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）において、図６のディスプレイの偏光依存光制御素子の製造方法を示す。 図９は、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）において、偏光依存光制御素子の別の製造方法を示す。 図１０は、（ａ）から（ｄ）において、偏光依存光制御素子を構築する透過性材料に溝をカットする２つの方法を示す。 図１１は、（ａ）および（ｂ）において、偏光依存光制御素子に液晶材料のアライメント層を付加する２つの代替物を示す。 図１２は、（ａ）および（ｂ）において、偏光依存光制御素子が吸収材料の膜の一部分を除去することによって構築され得る様子を示す。 図１３は、（ａ）から（ｆ）において、偏光依存光制御素子を構築する２つのさらなる方法を示す。 図１４は、プライベート観察モードとパブリック観察モードとの間でスイッチ可能な別のディスプレイを示す。 図１５は、（ａ）および（ｂ）において、図１４のディスプレイの動作を示す。 図１６は、４つの観察モードの間をスイッチ可能な本発明のディスプレイを示す。 図１７は、（ａ）から（ｆ）において、図１６のディスプレイの３つ動作モードを示す。 図１８は、自動立体視プライベートディスプレイモードまたはパブリックディスプレイモードで動作可能な本発明のディスプレイを示す。 図１９（ａ）は、図１８のディスプレイの光制御素子の別の構造を示し、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）の光制御素子の製造を示す。 図２０は、２人の観測者のそれぞれに異なるプライベートイメージを示すことができる本発明のディスプレイを示す。 図２１は、デバイスの内部の液晶を制御することによってスイッチ可能な偏光依存光制御素子を含む本発明のディスプレイを示す。 図２２は、（ａ）および（ｂ）において、図２１のディスプレイの１つの可能な構成の動作原理を示す。 図２３は、（ａ）および（ｂ）において、図２１のディスプレイの第２の可能な構成の動作原理を示す。 図２４は、（ａ）および（ｂ）において、図２１のディスプレイの第３の可能な構成の動作原理を示す。 図２５（ａ）、図２５（ｂ）は、本発明のさらなる光制御素子を示し、図２５（ｃ）は、光制御素子を組み込むディスプレイの側面図を示す。 図２６は、本発明のさらなる光制御素子の透視図を示す。 図２７は、（ａ）および（ｂ）において、図２１の光制御素子および本発明のさらなる実施形態による光制御素子の原理を示す。 図２８は、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）において、本発明のさらなる光制御素子を示す。 図２９は、本発明の光制御素子の出力角度範囲の変形を示す。 図３０は、本発明の光制御素子の出力角度範囲の変形を示す。 図３１は、（ａ）および（ｂ）において、本発明のさらなる実施形態による光制御素子の断面図および平面図である。 図３２は、本発明のさらなる実施形態による光制御素子を組み込むディスプレイの断面図および平面図である。 図３３は、本発明の光制御素子上の屈折率の不整合の影響を示す。

符号の説明

１５ 光制御素子
１６ 領域
１７ 光透過性領域
１８ 光線経路
２０ 光線経路

Claims (52)

1. 表示デバイスから出力される光である入射光をその角度出力範囲を制御して出射面から出力する光制御素子であって、
   該出射面に沿って配列された複数の偏光領域を構成する複数の線形偏光素子であって、第１の偏光状態を有する光である第１の偏光状態の光に対して不透明または実質的に不透明であり、かつ該前記第１の偏光状態と異なる該第２の偏光状態を有する光である第２の偏光状態の光に対して実質的に不透明でない複数の線形偏光素子と、
   該複数の偏光領域のうちの隣接する偏光領域を構成する線形偏光素子の間に配置され、該第１の偏光状態の光及び該第２の偏光状態の光を透過する光透過層とを備え、
   該光制御素子に、該第１の偏光状態の光が入射される場合、該第１の偏光状態の光が該線形偏光素子にて吸収されることにより、該入射光が該出射面から出射する角度出力範囲が、該光透過層から該第１の偏光状態の光のみが出射される第１の角度出力範囲となり、
   該光制御素子に、該第２の偏光状態の光が入射される場合、該第２の偏光状態の光が該線形偏光素子を透過することにより、該入射光が該出射面から出射する角度出力範囲が、該線形偏光素子および該光透過層から該第２の偏光状態の光が出射される第２の角度出力範囲となり、
   該第１の角度出力範囲は、該第２の角度出力範囲よりも狭い、光制御素子。
2. 前記第２の偏光状態は、前記第１の偏光状態に直交する、請求項１に記載の光制御素子。
3. 前記複数の偏光領域として、前記第１の偏光状態の光に対して不透明または実質的に不透明であり、前記第２の偏光状態の光に対して透過性である複数の第１の領域であって、前記出射面に垂直な第１の面内で前記入射光の角度出力範囲を制御するための複数の第１の領域を含み、
   前記光透過層は、隣接する該第１の領域の各対を互いに分離する材料であって、該第１の偏光状態の光および該第２の偏光状態の光に対して透過性である該材料である、請求項１または２に記載の光制御素子。
4. 前記複数の第１の領域の各々は、前記出射面と交差する平面に実質的に平行に広がっている領域である、請求項３に記載の光制御素子。
5. 前記複数の第１の領域の各々は、前記出射面に垂直な平面に実質的に平行に広がっている領域である、請求項３に記載の光制御素子。
6. 前記第１の偏光状態の光および前記第２の偏光状態の光に対して透過性である基板と、該基板内の複数の凹部と、各凹部に配置される該第１の偏光状態の光に対して不透明または実質的に不透明であり、該第２の偏光状態の光に対して透過性である材料とを含み、
   前記光透過層は、該基板であり、複数個の前記線形偏光素子は、該材料である、請求項３、４または５に記載の光制御素子。
7. 前記第１の偏光状態の光に対して不透明または実質的に不透明であり、前記第２の偏光状態の光に対して透過性である基板と、該基板内の複数の凹部と、各凹部に配置される該第１の偏光状態の光および該第２の偏光状態の光に対して透過性である材料とを含み、
   前記光透過層は、該材料であり、複数個の前記線形偏光素子は、該基板である、請求項３、４または５に記載の光制御素子。
8. 前記複数の第１の領域の各々は、前記出射面に対して実質的に平行に広がり、２つ以上の第１の領域が上下に重ねられた複数のスタックを形成するよう配列されており、
   該複数のスタックの各々は、各隣接するスタックのペアが前記第１の偏光状態の光および前記第２の偏光状態の光に対して透過性である材料によって分離される状態で、互いに横方向に分離されており、
   前記線形偏光素子は、前記第１の領域を形成しており、前記光透過層は、該材料である、請求項３に記載の光制御素子。
9. 狭い視野角で表示を行うプライベート表示モードと広い視野角で表示を行うパブリック表示モードとを有するディスプレイにおいて、
   請求項１に記載の光制御素子と、
   該光制御素子から前記第１の角度出力範囲で出射される第１の偏光状態の光と、該光制御素子から前記第１の角度出力範囲より広い前記第２の角度出力範囲で出射される第２の偏光状態の光とを選択的に切り替えてその一方を通過させる偏光スイッチとを備え、
   該第１の偏光状態の光が該偏光スイッチを通過したとき、該プライベート表示モードで表示が行われ、該第２の偏光状態の光が該偏光スイッチを通過したとき、該パブリック表示モードで表示が行われるディスプレイ。
10. 狭い視野角で表示を行うプライベート表示モードと広い視野角で表示を行うパブリック表示モードとを有するディスプレイであって、
    請求項３に記載の光制御素子と、
    該光制御素子からの出射光である第１および第２の偏光状態の光のうちの、該第２の偏光状態の光のみを通過させる偏光子部材とを備え、
    前記第１の領域を構成する前記線形偏光素子は、前記第２の偏光状態の光に対して不透明な第１の状態と前記第２の偏光状態の光に対して実質的に透明な第２の状態との間でスイッチ可能であり、
    該線形偏光素子が、前記第２の偏光状態の光に対して不透明な第１の状態であるとき、該光制御素子から狭い第１の角度出力範囲で出力された該第２の偏光状態の光により該プライベート表示モードで表示が行われ、該線形偏光素子が、前記第２の偏光状態の光に対して実質的に透明な第２の状態であるとき、該光制御素子から広い第２の角度出力範囲で出力された該第２の偏光状態の光により該パブリック表示モードで表示が行われるディスプレイ。
11. 前記複数の偏光領域として、前記複数の第１の領域に加えて、前記出射面に垂直な第１の面と交差する、該出射面に垂直な第２の面内で前記入射光の角度出力範囲を制御するための複数の第２の領域を含み、
    前記複数の該第２の領域のうち隣接する第２の領域の各対は、前記第１の偏光状態の光および前記第２の偏光状態の光に対して透過性である材料によって互いに分離され、前記複数の第２の領域の各々を構成する線形偏光素子は、該第２の偏光状態の光に対して不透明である第３の状態と、前記第２の偏光状態の光に対して実質的に透過性である第４の状態との間でスイッチ可能であり、
    該材料は、光を透過する光透過層である、請求項１０に記載のディスプレイ。
12. 前記第１の領域は、前記光制御素子の１つ以上の第１のエリアに提供され、前記第２の領域は、該光制御素子の１つ以上の第２のエリアに提供され、該１つ以上の第１のエリアは該１つ以上の第２のエリアを覆わない、請求項１１に記載のディスプレイ。
13. 前記第２の領域は、前記第１の領域の上に配置される、請求項１１に記載のディスプレイ。
14. 前記第１の領域は、前記第１の偏光状態および前記第２の偏光状態の一方の偏光状態の光を吸収する状態と、該一方の偏光状態の光を透過する状態との間でスイッチ可能であり、
    前記第２の領域は、前記第１の偏光状態および前記第２の偏光状態の他方の偏光状態の光を吸収する状態と、該他方の偏光状態の光を透過する状態との間でスイッチ可能である、請求項１２または１３に記載のディスプレイ。
15. 前記第１の領域および前記第２の領域は、液晶材料を含む、請求項１０〜１４のいずれか１つに記載のディスプレイ。
16. 前記液晶材料は、ゲストホスト液晶材料である、請求項１５に記載のディスプレイ。
17. 請求項１に記載の光制御素子と、
    該光制御素子を通る光路に配置され、該光制御素子から前記第１の角度出力範囲で出射される第１の偏光状態の光と、該光制御素子から前記第１の角度出力範囲より広い前記第２の角度出力範囲で出射される第２の偏光状態の光とを選択的に切り替えてその一方を通過させる偏光スイッチとを含む、光制御デバイス。
18. 前記偏光スイッチは、スイッチ可能波長板を含む、請求項１７に記載の光制御デバイス。
19. 前記偏光スイッチは、線形偏光子と直列に配置されるスイッチ可能な半波長板を含む、請求項１７に記載の光制御デバイス。
20. 請求項１に記載の光制御素子を含む、ディスプレイ。
21. 前記光制御素子を通る光路に配置され、該光制御素子から前記第１の角度出力範囲で出射される第１の偏光状態の光を通過させる第１の状態と、該光制御素子から前記第１の角度出力範囲より広い前記第２の角度出力範囲で出射される第２の偏光状態の光を通過させる第２の状態とを選択的に切り替えて、その一方の偏光状態の光を通過させる偏光スイッチをさらに含む、請求項２０に記載のディスプレイ。
22. 前記偏光スイッチは、スイッチ可能波長板を含む、請求項２１に記載のディスプレイ。
23. 前記偏光スイッチは、線形偏光子と直列に配置されるスイッチ可能な半波長板を含む、請求項２２に記載のディスプレイ。
24. 前記偏光スイッチが前記第１の状態に切り替えられた際、前記光制御素子は、前記第１の偏光状態の光の視差オプティクスを形成し、それにより、前記ディスプレイは、マルチプルビュー方向性ディスプレイとして動作可能である、請求項２１に記載のディスプレイ。
25. 請求項１に記載の光制御素子であって、前記角度出力範囲の制御がディスプレイの表示パネルに対する垂直面内で行われるよう配置された第１の光制御素子と、
    請求項１に記載の光制御素子であって、前記角度出力範囲の制御が該ディスプレイの表示パネルに対する水平面内で行われるよう配置された第２の光制御素子と、
    前記第１および第２の光制御素子を通る光路に配置され、該第１の光制御素子から前記第１の角度出力範囲で出射される第１の偏光状態の光と、該第１の光制御素子から前記第１の角度出力範囲より広い前記第２の角度出力範囲で出射される第２の偏光状態の光とを選択的に切り替えてその一方を通過させる動作と、該第２の光制御素子から前記第１の角度出力範囲で出射される第１の偏光状態の光と、該第２の光制御素子から前記第１の角度出力範囲より広い前記第２の角度出力範囲で出射される第２の偏光状態の光とを選択的に切り替えてその一方を通過させる動作とを同時に行う第１の偏光スイッチとを備えた、ディスプレイ。
26. 前記第１および第２の光制御素子を通る光路に配置され、前記第２の光制御素子から前記第１の角度出力範囲で出射される第１の偏光状態の光と、該第２の光制御素子から前記第１の角度出力範囲より広い前記第２の角度出力範囲で出射される第２の偏光状態の光とを選択的に切り替えてその一方を通過させる動作を単独で行う第２の偏光スイッチをさらに含む、請求項２５に記載のディスプレイ。
27. 前記プライベートモードまたは前記パブリックモードのいずれかに切り替えるよう前記偏光スイッチを制御する制御手段を備えた、請求項９に記載のディスプレイ。
28. ディスプレイが前記プライベートモードにあることを示すインジケータを備えた、請求項９に記載のディスプレイ。
29. ディスプレイが前記プライベートモードにあることのインジケーションを表示するインジケーション手段を備えた、請求項９に記載のディスプレイ。
30. 前記偏光スイッチは、液晶セルを含む、請求項２１に記載のディスプレイ。
31. 前記第１の偏光スイッチは、液晶セルを含む、請求項２５に記載のディスプレイ。
32. 前記第１および第２の偏光スイッチは、それぞれ液晶セルを含む、請求項２６に記載のディスプレイ。
33. 前記液晶セルには、Ｆｒｅｅｄｅｒｉｃｋｓｚ液晶モードの液晶が用いられている、請求項３０〜３２のいずれかに記載のディスプレイ。
34. 前記液晶セルには、ツイストネマティックモードの液晶が用いられている、請求項３０〜３２のいずれかに記載のディスプレイ。
35. 前記液晶セルには、垂直方向に整列されるネマティックモードの液晶が用いられている、請求項３０〜３２のいずれかに記載のディスプレイ。
36. 前記偏光スイッチは、前記第１の状態または前記第２の状態のいずれか一方の状態にあるとき、前記第１の偏光状態を有する光を出力するよう構成されている、請求項３０に記載のディスプレイ。
37. 前記偏光スイッチは、液晶セルを含む、請求項１７に記載の光制御デバイス。
38. 前記液晶セルには、Ｆｒｅｅｄｅｒｉｃｋｓｚ液晶モードの液晶が用いられている、請求項３７に記載の光制御デバイス。
39. 前記液晶セルには、ツイストネマティックモードの液晶が用いられている、請求項３７に記載の光制御デバイス。
40. 前記液晶セルには、垂直方向に整列されたネマティックモードの液晶が用いられている、請求項３７に記載の光制御デバイス。
41. 請求項１記載の光制御素子を製造する光制御素子の製造方法であって、
    少なくとも１層の透明層および１層の線形偏光素子として機能するアクティブ層を有する偏光シートを複数枚接着してスタックした偏光シートブロックを形成する偏光シートブロック形成ステップと、
    該偏光シートブロックから該偏光シートの主面と直交する方向または斜交する方向に所定の幅を有するようにスライスを切り出す切り出しステップとを包含する、光制御素子の製造方法。
42. 前記偏光シートブロック形成ステップは、隣接する２枚の前記偏光シートを接着する際、さらなる透明層を挟んで該隣接する２枚の偏光シートを接着する、請求項４１に記載の光制御素子の製造方法。
43. 前記偏光シートブロック形成ステップが前記偏光シートを複数枚接着する際に用いる接着剤の屈折率は、前記透明層の屈折率と実質上等しい、請求項４１に記載の光制御素子の製造方法。
44. 請求項１に記載の光制御素子を製造する光制御素子の製造方法であって、
    所定の幅を有する帯状に切断された偏光シートを複数枚接着して所定の幅を有するスライスを形成するスライス形成ステップとを包含し、
    該偏光シートは、少なくとも１層の透明層と、１層の線形偏光素子として機能するアクティブ層とを有する、光制御素子の製造方法。
45. 前記スライス形成ステップは、隣接する２枚の前記偏光シートを接着する際、さらなる帯状の透明層を挟んで該隣接する２枚の該偏光シートを接着する、請求項４４に記載の光制御素子の製造方法。
46. 前記スライス形成ステップが前記偏光シートを複数枚接着する際に用いる接着剤の屈折率は、前記透明層の屈折率と実質上等しい、請求項４４に記載の光制御素子の製造方法。
47. 請求項１に記載の光制御素子を製造する光制御素子の製造方法であって、
    少なくとも１層の透明層および１層の線形偏光素子として機能するアクティブ層を有する偏光シートから等間隔に配置された複数の帯状のアクティブ層を残して、該帯状のアクティブ層以外のアクティブ層を除去して加工された偏光シートを形成する偏光シート加工ステップと、
    該加工された偏光シートを複数枚接着してスタックして光制御素子を形成するスタックステップとを備えた、光制御素子の製造方法。
48. 請求項１に記載の光制御素子を製造する光制御素子の製造方法であって、
    少なくとも１層の透明層および１層の線形偏光素子として機能するアクティブ層を有する偏光シートを複数枚接着してスタックした偏光シートブロックを形成する偏光シートブロック形成ステップと、
    該偏光シートブロックから等間隔に配置された複数の帯状の領域以外の部分を除去して凹部を形成する凹部形成ステップと、
    該凹部に透明材料を充填する充填ステップとを包含する、光制御素子の製造方法。
49. 請求項１に記載の光制御素子を製造する光制御素子の製造方法であって、
    第１の偏光子シートの偏光子層の選択された領域を除去するステップであって、該偏光子シートは、光透過性基板および該偏光子層を含む、ステップと、
    該第１の偏光子の上に第２の偏光子シートをスタックするステップと、
    該第２の偏光子シートの偏光子層の選択された領域を除去するステップとを包含し、
    該第１および第２の偏光子シートの除去された領域は、前記光透過層として機能し、
    該第１および第２の偏光子シートの除去されなかった領域は、複数個の前記偏光素子として機能する、光制御素子の製造方法。
50. 請求項１に記載の光制御素子を製造する光制御素子の製造方法であって、
    光透過性基板に複数の凹部を形成するステップと、該凹部に偏光材料を提供するステップとを包含し、
    該光透過性基板の凹部以外の部分は、前記光透過層として機能し、
    該凹部に提供された該偏光材料は、複数個の前記偏光素子として機能する、光制御素子の製造方法。
51. 請求項１に記載の光制御素子を製造する光制御素子の製造方法であって、
    偏光材料から形成される基板に複数の凹部を形成するステップと、
    該凹部に光透過性材料を提供するステップとを包含し、
    該基板の凹部以外の部分は、複数個の前記偏光素子として機能し、
    該凹部に提供された光透過性材料は、前記光透過層として機能する、光制御素子の製造方法。
52. 前記基板に凹部を形成するステップは、該基板を選択的に照射するステップを包含する、請求項５０または５１に記載の光制御素子の製造方法。

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