JP7265820B2 - 切り替え可能な指向性ディスプレイ向けの光学積層体 - Google Patents

Description

本開示は、概して、光変調素子からの照明に関し、より具体的には、プライバシーディスプレイなどディスプレイで用いる照明を制御するための切り替え可能な光学積層体に関する。

プライバシーディスプレイは、典型的に軸上位置にいる主たるユーザには画像視認性をもたらし、典型的に軸外位置にいるスヌーパーに対する画像コンテンツの視認性を低減する。プライバシー機能は、軸上方向のディスプレイからの一部の光を透過し、軸外位置では低輝度である、マイクロルーバー光学フィルムによって提供され得る。しかしながら、かかるフィルムは、正面からの照明に対して高損失であり、マイクロルーバーは、空間光変調器の画素のビートを原因とするモアレを生じさせる場合がある。マイクロルーバーのピッチは、パネル解像度の選択に応じて選択する必要があり、在庫及びコストを増加させ得る。

切り替え可能なプライバシーディスプレイは、軸外光出力の制御によってもたらされ得る。

制御は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）空間光変調器の切り替え可能なバックライトによる輝度の低下によってもたらされ得る。ディスプレイのバックライトは、概して導波路及び端部発光源を用いる。特定の結像指向性バックライトは、ディスプレイパネルを通して照明を視野窓に方向付ける追加機能を有する。結像システムは、複数の光源とそれぞれの窓画像との間に形成することができる。結像指向性バックライトの１つの例として折りたたみ式光学システムを用いることができる光弁が挙げられ、したがってこれは、折りたたみ式結像指向性バックライトの１つの例でもあり得る。光は実質的に、光弁を通して一方向に損失を伴わずに伝搬することができ、同時に対向伝搬光は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第９，５１９，１５３号に記述されるように、反射傾斜ファセットによって抽出することができる。

軸外プライバシーの制御は、例えば、インプレーンスイッチングＬＣＤでの液晶バイアス傾斜の調整によるコントラストの低減によって更にもたらされ得る。

本開示の第１態様によると、空間光変調器と、空間光変調器の側に配置されたディスプレイ偏光子と、ディスプレイ偏光子と同じ空間光変調器の側に配置された追加偏光子と、追加偏光子とディスプレイ偏光子との間に配置された複数のリターダと、を備えるディスプレイ装置が提供され、複数のリターダは、ディスプレイ偏光子と追加偏光子との間に配置された液晶材料の層と、少なくとも１つの受動補償リターダと、を備える切り替え可能な液晶リターダを備える。

複数のリターダは、リターダの平面の法線に沿った軸に沿ってディスプレイ偏光子、追加偏光子、及び複数のリターダを通過する光の輝度に影響を及ぼさないように、及び／又はリターダの平面の法線に対して傾斜した軸に沿ってディスプレイ偏光子、追加偏光子、及び複数のリターダを通過する光の輝度を低下させるように構成されてよい。

少なくとも１つの受動補償リターダは、少なくとも１つの受動補償リターダの平面の法線に沿った軸に沿って、複数のリターダの入力側のディスプレイ偏光子及び追加偏光子のうちの１つが通過する光の偏光成分に位相シフトを導入しないように、及び／又は少なくとも１つの受動補償リターダの平面の法線に対して傾斜した軸に沿って、複数のリターダの入力側のディスプレイ偏光子及び追加偏光子のうちの１つが通過する光の偏光成分に位相シフトを導入するように構成されてよい。

切り替え可能な液晶リターダは、切り替え可能な液晶リターダの平面の法線に沿った軸に沿って、複数のリターダの入力側のディスプレイ偏光子及び追加偏光子のうちの１つが通過する光の偏光成分に位相シフトを導入しないように、及び／又は切り替え可能な液晶リターダの切り替え可能状態で、切り替え可能な液晶リターダの平面の法線に対して傾斜した軸に沿って、複数のリターダの入力側のディスプレイ偏光子及び追加偏光子のうちの１つが通過する光の偏光成分に位相シフトを導入するように構成されてよい。

有利なことには、広角動作状態とプライバシー動作状態とを切り替えられ得る、切り替え可能なプライバシーディスプレイが提供され得る。プライバシー動作の視野は、既知の装置と比較して拡張され得、より低い軸外輝度レベルが達成され得、軸外のスヌーパーによって観察されるプライバシーの程度を向上させ得る。更に、軸上の主たるユーザに対する軸上輝度は、広角動作状態及びプライバシー動作状態の両方において維持され得る。

ディスプレイ偏光子及び追加偏光子は、平行の電気ベクトル伝達方向を有してよい。

１つの代替例では、切り替え可能な液晶リターダは、液晶材料の層に隣接し、かつその両側に配置され、隣接する液晶材料内にホメオトロピック配向をもたらすようにそれぞれ構成されている、２つの表面配向層を備えてよい。切り替え可能な液晶リターダの液晶材料の層は、負の誘電率異方性を有する液晶材料を含んでよい。液晶材料の層は、５５０ｎｍの波長の光に対して５００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲、好ましくは６００ｎｍ～９００ｎｍの範囲、最も好ましくは７００ｎｍ～８５０ｎｍの範囲のリターダンスを有してよい。

ホメオトロピック配向をもたらす２つの表面配向層が設けられる場合、少なくとも１つの受動補償リターダは、リターダの平面に対して垂直である光軸を有するリターダを備えてよく、少なくとも１つの受動リターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して－３００ｎｍ～－９００ｎｍの範囲、好ましくは－４５０ｎｍ～－８００ｎｍの範囲、最も好ましくは－５００ｎｍ～－７２５ｎｍの範囲のリターダンスを有する。

あるいは、ホメオトロピック配向をもたらす２つの表面配向層が設けられる場合、少なくとも１つの受動補償リターダは、交差するリターダの平面内に光軸を有する一対のリターダを備えてよく、この一対のリターダの各リターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して３００ｎｍ～８００ｎｍの範囲、好ましくは５００ｎｍ～７００ｎｍの範囲、最も好ましくは５５０ｎｍ～６７５ｎｍの範囲のリターダンスを有する。有利なことには、この場合、広角動作モードでの視野が拡大され得る。更に、広角動作モードでのゼロ電圧動作が提供されて、電力消費を低減し得る。

別の代替例では、切り替え可能な液晶リターダは、液晶材料の層に隣接し、かつその両側に配置され、隣接する液晶材料内にホモジニアス配向をもたらすようにそれぞれ構成されている、２つの表面配向層を備えてよい。有利なことには、液晶の両側でのホメオトロピック配向と比較して、圧力印加中の液晶材料の流動の視認性に対する回復力が向上し得る。

切り替え可能な液晶リターダの液晶材料の層は、正の誘電率異方性を有する液晶材料を含んでよい。液晶材料の層は、５５０ｎｍの波長の光に対して５００ｎｍ～９００ｎｍの範囲、好ましくは６００ｎｍ～８５０ｎｍの範囲、最も好ましくは７００ｎｍ～８００ｎｍの範囲のリターダンスを有してよい。

ホモジニアス配向をもたらす２つの表面配向層が設けられる場合、少なくとも１つの受動補償リターダは、リターダの平面に対して垂直である光軸を有するリターダを備えてよく、少なくとも１つの受動リターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して－３００ｎｍ～－７００ｎｍの範囲、好ましくは－３５０ｎｍ～－６００ｎｍの範囲、最も好ましくは－４００ｎｍ～－５００ｎｍの範囲のリターダンスを有する。

あるいは、ホモジニアス配向をもたらす２つの表面配向層が設けられる場合、少なくとも１つの受動補償リターダは、交差するリターダの平面内に光軸を有する一対のリターダを備えてよく、この一対のリターダの各リターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して３００ｎｍ～８００ｎｍの範囲、好ましくは３５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲、最も好ましくは４５０ｎｍ～５５０ｎｍの範囲のリターダンスを有する。有利なことには、この場合、圧力印加中の液晶材料の流動の視認性に対する回復力が向上し得る。

別の代替例では、切り替え可能な液晶リターダは、液晶材料の層に隣接し、かつその両側に配置された２つの表面配向層を備えてよく、表面配向層のうちの１つは、隣接する液晶材料内にホメオトロピック配向をもたらすように構成され、表面配向層の他方は、隣接する液晶材料内にホモジニアス配向をもたらすように構成されている。

ホモジニアス配向をもたらすように構成されている表面配向層が液晶材料の層と補償リターダとの間にある場合、液晶材料の層は、５５０ｎｍの波長の光に対して７００ｎｍ～２０００ｎｍの範囲、好ましくは１０００ｎｍ～１５００ｎｍの範囲、最も好ましくは１２００ｎｍ～１５００ｎｍの範囲のリターダンスを有してよい。

ホモジニアス配向をもたらすように構成されている表面配向層が液晶材料の層と補償リターダとの間にある場合、少なくとも１つの受動補償リターダは、リターダの平面に対して垂直である光軸を有するリターダを備えてよく、少なくとも１つの受動リターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して－４００ｎｍ～－１８００ｎｍの範囲、好ましくは－７００ｎｍ～－１５００ｎｍの範囲、最も好ましくは－９００ｎｍ～－１３００ｎｍの範囲のリターダンスを有する。

ホモジニアス配向をもたらすように構成されている表面配向層が液晶材料の層と補償リターダとの間にある場合、少なくとも１つの受動補償リターダは、交差するリターダの平面内に光軸を有する一対のリターダを備えてよく、この一対のリターダのそれぞれは、５５０ｎｍの波長の光に対して４００ｎｍ～１８００ｎｍの範囲、好ましくは７００ｎｍ～１５００ｎｍの範囲、最も好ましくは９００ｎｍ～１３００ｎｍの範囲のリターダンスを有する。

ホメオトロピック配向をもたらすように構成されている表面配向層が液晶材料の層と補償リターダとの間にある場合、液晶材料の層は、５５０ｎｍの波長の光に対して５００ｎｍ～１８００ｎｍの範囲、好ましくは７００ｎｍ～１５００ｎｍの範囲、最も好ましくは９００ｎｍ～１３５０ｎｍの範囲のリターダンスを有してよい。

ホメオトロピック配向をもたらすように構成されている表面配向層が液晶材料の層と補償リターダとの間にある場合、少なくとも１つの受動補償リターダは、リターダの平面に対して垂直である光軸を有するリターダを備えてよく、少なくとも１つの受動リターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して－３００ｎｍ～－１６００ｎｍの範囲、好ましくは－５００ｎｍ～－１３００ｎｍの範囲、最も好ましくは－７００ｎｍ～－１１５０ｎｍの範囲のリターダンスを有する。

ホメオトロピック配向をもたらすように構成されている表面配向層が液晶材料の層と補償リターダとの間にある場合、少なくとも１つの受動補償リターダは、交差するリターダの平面内に光軸を有する一対のリターダを備えてよく、この一対のリターダの各リターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して４００ｎｍ～１６００ｎｍの範囲、好ましくは６００ｎｍ～１４００ｎｍの範囲、最も好ましくは８００ｎｍ～１３００ｎｍの範囲のリターダンスを有する。有利なことには、この場合、圧力印加中の液晶材料の流動の視認性に対する回復力が向上し得る。

各配向層は、ディスプレイ偏光子の電気ベクトル伝達方向に対して平行若しくは逆平行である、又は直交する液晶層の平面内の成分とのプレチルト方向を有するプレチルトを有してよい。有利なことには、ディスプレイには、横方向の狭視野角、及び水平軸の周りでのディスプレイの回転に対する高視聴自由度が提供され得る。かかるディスプレイは、正面のディスプレイユーザには見やすく、軸外のディスプレイユーザには見にくいことがある。

少なくとも１つの受動リターダは、交差するリターダの平面内に光軸を有し得る、少なくとも２つの異なる方向の光軸を有する、少なくとも２つの受動リターダを備えてよい。ホモジニアス配向の液晶リターダの視野は、圧力印加中の液晶材料の流動の視認性を回復しつつ、増加する。

一対の受動リターダは、ディスプレイ偏光子の電気ベクトル伝達に対して平行である電気ベクトル伝達方向に関してそれぞれ４５°及び１３５°で延在する光軸を有し得る。受動リターダは延伸フィルムを使用して設けられて、低コスト、かつ高均一性を有利に実現し得る。

切り替え可能な液晶リターダは、一対の受動リターダ間に設けられてよい。有利なことには、複数のリターダの厚さ及び複雑性が低減され得る。

透明電極及び液晶配向層は、切り替え可能な液晶リターダに隣接する一対の受動リターダのそれぞれの側に形成されてよく、切り替え可能な液晶リターダが間に設けられた第１の基材及び第２の基材を更に備えてよく、第１の基材及び第２の基材は、一対の受動リターダのうちの１つをそれぞれ含み、一対の受動リターダのそれぞれは、５５０ｎｍの波長の光に対して１５０ｎｍ～８００ｎｍの範囲、好ましくは２００ｎｍ～７００ｎｍの範囲、最も好ましくは２５０ｎｍ～６００ｎｍの範囲のリターダンスを有する。

１つの代替例では、少なくとも１つの受動補償リターダは、リターダの平面に対して垂直である光軸を有するリターダを備えてよい。有利なことには、受動リターダ積層体の厚さ及び複雑性が低減され得る。

少なくとも１つの受動補償リターダは、受動リターダの平面に対して垂直である光軸を有する２つの受動リターダを備えてよく、切り替え可能な液晶リターダは、２つの受動リターダの間に設けられる。有利なことには、複数のリターダの厚さ及び複雑性が低減され得る。高正面効率は、広角及びプライバシーの両モードにおいて達成されてよく、広角モードの広視野及びスヌーパーは、広範囲の軸外視聴位置から画像データを知覚することができない場合がある。

透明電極及び液晶配向層は、切り替え可能な液晶リターダに隣接する２つの受動リターダのそれぞれの側に形成されてよい。第１の基材及び第２の基材は、間に切り替え可能な液晶リターダが設けられ得、第１の基材及び第２の基材は、２つの受動リターダのうちの１つをそれぞれ備える。２つの受動リターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して、－３００ｎｍ～－７００ｎｍの範囲、好ましくは－３５０ｎｍ～－６００ｎｍの範囲、最も好ましくは－４００ｎｍ～－５００ｎｍの範囲の総リターダンスを有してよい。

別の代替例では、少なくとも１つの受動補償リターダは、リターダの平面に対して垂直である成分及びリターダの平面内の成分を有する光軸を有するリターダを備えてよい。有利なことには、広角モードの視野は増大し得、スヌーパーは、広範囲の軸外視聴位置からの画像データを知覚できない場合がある。

受動リターダの平面内の成分は、ディスプレイ偏光子の電気ベクトル伝達に対して平行又は垂直である電気ベクトル伝達方向に関して０°で延在し得る。少なくとも１つの受動リターダは、受動リターダの平面に対して垂直である光軸を有する受動リターダ、又は交差する受動リターダの平面内に光軸を有する、一対の受動リターダを更に備えてよい。

少なくとも１つの受動補償リターダのリターダンスは、切り替え可能な液晶リターダのリターダンスと等しく、かつ反対であり得る。

切り替え可能な液晶リターダは、第１のプレチルトと、第２のプレチルトと、を備えてよく、少なくとも１つの受動補償リターダは、第１のプレチルト及び第２のプレチルトを有する補償リターダを備えてよく、補償リターダの第１のプレチルトは、液晶リターダの第１のプレチルトと同一であり、補償リターダの第２のプレチルトは、液晶リターダの第２のプレチルトと同一である。

切り替え可能な液晶リターダは、液晶材料の層を制御するために電圧を印加するように構成されている電極を更に備えてよい。電極は、液晶材料の層の両側にあってよい。ディスプレイは、液晶層の制御によって切り替えられてよく、有利なことには、切り替え可能なプライバシーディスプレイ、又は軸外迷光を低減した他のディスプレイを実現し得る。ディスプレイは、少なくとも１つの切り替え可能な液晶リターダの電極全体に印加される電圧を制御するように構成されている制御システムを更に備えてよい。

電極は、少なくとも２つのパターン領域を設けるようにパターン化されてよい。有利なことには、画像データを不明瞭にすることによって、プライバシー性能が向上し得る。ディスプレイは、カモフラージュ構造の視認性を有さない広角モードと、追加カモフラージュを有するプライバシーモードと、を切り替えられ得、正面のユーザがカモフラージュパターンを実質的に視認することなく、軸外のスヌーパーに対する視認性を低減することができる。

制御システムは、ディスプレイに関してスヌーパーの位置を判定する手段を更に備えてよく、制御システムは、スヌーパーの位置に応答して少なくとも１つの切り替え可能な液晶リターダの電極全体に印加される電圧を調整するように構成されている。有利なことには、検出されたスヌーパーに対する画像の視認性は、スヌーパーの位置の範囲に対して最小化され得る。

ディスプレイ装置は、少なくとも１つの更なるリターダと、更なる追加偏光子と、を更に備えてよく、少なくとも１つの更なるリターダは、前述の追加偏光子と更なる追加偏光子との間に配置される。有利なことには、軸外輝度が更に低下して、軸外のスヌーパーに対する画像の視認性を低減し得る。

ディスプレイ装置の１つの代替例では、空間光変調器は、バックライトから出力光を受光するように構成されている透過型空間光変調器である。有利なことには、バックライトは、発光ディスプレイと比較して、軸外輝度を低下させ得る。

バックライトは、空間光変調器の法線に対して４５度より大きい極角で、空間光変調器の法線に沿った輝度の最大３３％、好ましくは空間光変調器の法線に沿った輝度の最大２０％、最も好ましくは空間光変調器の法線に沿った輝度の最大１０％である輝度をもたらし得る。有利なことには、輝度は、軸外のスヌーパーに対して低下し得る。

バックライトは、光源のアレイと、指向性導波路であって、指向性導波路の側部に沿って横方向に延在する入力端であって、光源が入力端に沿って配置され、入力光を導波路に入力するように構成されている入力端と、導波路に沿って入力端で光入力を誘導するために、入力端から指向性導波路全体に延在する対向する第１及び第２のガイド面と、を備える指向性導波路と、を備えてよく、導波路は、指向性導波路を通って誘導された入力光を偏向させて第１のガイド面を通って出射させるように構成されている。有利なことには、均一の広面積照明が高効率で提供され得る。

バックライトは、光転向フィルムを更に備えてよく、指向性導波路はコリメート導波路である。コリメート導波路は、（ｉ）複数の細長いレンチキュラー素子と、（ｉｉ）複数の傾斜光抽出特徴部と、を備えてよく、複数の細長いレンチキュラー素子及び複数の傾斜光抽出特徴部は、指向性導波路を通って誘導される入力光を偏向させて、第１のガイド面を通って出射させるように配向されている。有利なことには、バックライトによって狭角出力が提供され得る。

指向性導波路は、光源からの出力光が、光源の入力位置に応じて分散される出力方向でそれぞれの光学窓内へと方向付けられるように、光源を横方向に結像させるように構成されている結像導波路であってよい。結像導波路は、結像導波路に沿って入力光を反射して戻すための反射端を備えてよく、第２のガイド面は、第１のガイド面を通して反射入力光を出力光として偏向させるように構成され、第２のガイド面は、光抽出特徴部と、光抽出特徴部間の中間領域と、を備え、光抽出特徴部は、第１のガイド面を通して反射入力光を出力光として偏向させるように配向され、中間領域は、光を抽出することなく導波路を通して光を方向付けるように構成されており、反射端は、第１のガイド面と第２のガイド面との間に延在する導波路の側部間に延在する横方向に正の光学的パワーを有してよい。有利なことには、狭角照明と広角照明とを切り替えられ得る、切り替え可能な指向性照明が提供され得る。

空間光変調器が透過型空間光変調器である１つの代替例では、ディスプレイ偏光子は、バックライトと空間光変調器との間の空間光変調器の入力側に配置された入力ディスプレイ偏光子であってよく、追加偏光子は入力ディスプレイ偏光子とバックライトとの間に配置される。有利なことには、ディスプレイの効率が向上する。追加偏光子は、反射型偏光子であってよい。

この場合、ディスプレイ装置は、空間光変調器の出力側に配置された出力偏光子を更に備えてよい。

空間光変調器が透過型空間光変調器である１つの代替例では、ディスプレイ偏光子は、空間光変調器の出力側に配置された出力偏光子であってよい。有利なことには、ディスプレイの効率が向上する。

ディスプレイ装置は、空間光変調器の入力側に配置された入力偏光子を更に備えてよい。

ディスプレイ装置は、空間光変調器の入力側に配置された更なる追加偏光子と、少なくとも１つの更なる追加偏光子と入力偏光子との間に配置された少なくとも１つの更なるリターダと、を更に備えてよい。有利なことには、輝度は、軸外のスヌーパーに対して低下し得る。

ディスプレイ装置の１つの代替例では、空間光変調器は、光を出力するように構成されている発光型空間光変調器（ｅｍｉｓｓｉｖｅ ｓｐａｔｉａｌ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を備えてよい。この場合、ディスプレイ偏光子は、発光型空間光変調器の出力側に配置された出力ディスプレイ偏光子であってよい。有利なことには、ディスプレイの厚さは、バックライトを有するディスプレイと比較して低減され得、好都合には、可撓性かつ屈曲可能なディスプレイが提供され得る。

ディスプレイ装置は、少なくとも１つの更なるリターダと、更なる追加偏光子と、を備えてよく、少なくとも１つの更なるリターダは、前述の追加偏光子と更なる追加偏光子との間に配置される。有利なことには、輝度は、軸外のスヌーパーに対して低下し得る。

本発明の第１の態様に関して上述した様々な任意の特徴及び代替例は、任意の組み合わせで合わせて適用されてよい。

本開示の第２の態様によると、空間光変調器と、空間光変調器の側に配置されたディスプレイ偏光子と、を備えるディスプレイ装置に適用するための視野角制御光学素子が提供され、視野角制御光学素子は、制御偏光子と、ディスプレイ装置に視野角制御光学素子を適用する際に、追加偏光子とディスプレイ偏光子との間に配置するための複数のリターダと、を備え、複数のリターダは、液晶材料の層を備える切り替え可能な液晶リターダと、少なくとも１つの受動補償リターダと、を備える。

有利なことには、視野角制御光学素子は、アフターマーケット素子として流通していてよく、ディスプレイユーザによってディスプレイ装置に取り付けられてよい。この素子は複雑な調整を必要としない。この素子とディスプレイの画素との間にはモアレビートが存在せず、画素ピッチに関する部品の選択は不要である。在庫コストが削減される。

あるいは、視野角制御光学素子は、好都合には、工場でディスプレイ装置に取り付けられてよい。

本発明の第１の態様に関して上述した様々な特徴及び代替例は、本開示の第２の態様に同様に適用されてよい。

本開示の各実施形態は、広範な光学系で使用することができる。いくつかの実施形態は、種々のプロジェクタ、投影システム、光学部品、ディスプレイ、マイクロディスプレイ、コンピュータシステム、プロセッサ、自己内蔵型プロジェクタシステム、ビジュアルシステム及び／又はオーディオビジュアルシステム、並びに電気装置及び／又は光学装置を含んでよく、又はこれらと共に作動してよい。本開示の態様は、光学機器及び電気機器、光学システム、プレゼンテーションシステム、又は任意の種類の光学システムを包含してもよい任意の装置に関連する、実質的にいかなる装置に使用されてもよい。したがって、本開示の実施形態は、視覚的な及び／又は光学的なプレゼンテーション、視覚的な周辺機器などにおいて、並びに多数のコンピュータ環境において使用される、光学システム、光学機器で用いられてもよい。

詳細に開示する複数の実施形態に進む前に、本開示は、他の実施形態例が可能であるので、用途又は作製において示す特定の配置の詳細に限定されないことを理解するべきである。更に、本開示の態様は、独自の固有の実施形態を規定するために様々な組み合わせ及び配置で述べられてもよい。また、本明細書で使用する用語は、説明の目的のためのものであって、限定するためのものではない。

本開示の前述及び他の利点並びに特徴は、本開示をその全体にわたって読むことで、当業者に明白となるであろう。

例示のために、実施形態が添付の図面に示され、添付の図面において、同様の参照符号は、類似の部分を示す。

切り替え可能な前方リターダを備える指向性ディスプレイ装置の光学積層体を側面斜視図で示す概略図である。

図１Ａの光学積層体内の光学層の配向を正面図で示す概略図である。

発光型空間光変調器と、発光型空間光変調器の出力側に配置された切り替え可能な補償リターダと、を備える指向性ディスプレイ装置の光学積層体を側面斜視図で示す概略図である。

受動補償リターダと、切り替え可能な液晶リターダと、制御偏光子と、を備える視野角制御光学素子を側面斜視図で示す概略図である。

バックライトと、切り替え可能な後方補償リターダと、透過型空間光変調器と、を備える指向性ディスプレイ装置の光学積層体を側面斜視図で示す概略図であり、追加偏光子は反射型偏光子を備える。

図２Ａの光学積層体内の光学層の配向を正面図で示す概略図である。

バックライトと、切り替え可能な後方補償リターダと、透過型空間光変調器と、を備える指向性ディスプレイ装置の光学積層体を側面斜視図で示す概略図であり、追加偏光子はダイクロイック偏光子を備える。

切り替え可能な補償液晶リターダの構成を側面図で示す概略図である。

広角動作モードの、負のＣプレートを備える切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。

切り替え可能な液晶リターダセルを通る分数位置に対する液晶ダイレクタ角度のグラフを示す概略図である。

広角動作モードでの、図４Ａの光学積層体を通る空間光変調器からの出力光の伝搬を側面図で示す概略図である。

図４Ｃの透過光線の極性方向での出力透過の変動を示す概略グラフである。

プライバシー動作モードの、負のＣプレートを備える切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。

プライバシー動作モードでの、図５Ａの光学積層体を通る空間光変調器からの出力光の伝搬を側面図で示す概略図である。

図５Ｂの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

プライバシーモードで動作するディスプレイについての透過出力光の観測を斜視図で示す概略図である。

プライバシーモードで動作する図１Ａ～図１Ｃのディスプレイの見え方を正面斜視図で示す概略図である。

エンターテイメント動作モード及び共有動作モードの両方について、車室内に配置された切り替え可能な指向性ディスプレイを有する自動車車両を側面図で示す概略図である。

エンターテイメント動作モードの、車室内に配置された切り替え可能な指向性ディスプレイを有する自動車車両を正面図で示す概略図である。

共有動作モードの、車室内に配置された切り替え可能な指向性ディスプレイを有する自動車車両を上面図で示す概略図である。

夜間動作モード及び日中動作モードの両方について、車室内に配置された切り替え可能な指向性ディスプレイを有する自動車車両を上面図で示す概略図である。

夜間動作モードの、車室内に配置された切り替え可能な指向性ディスプレイを有する自動車車両を側面図で示す概略図である。

日中動作モードの、車室内に配置された切り替え可能な指向性ディスプレイを有する自動車車両を側面図で示す概略図である。

異なる駆動電圧について極性方向での出力透過の変化を示す概略図である。 異なる駆動電圧について極性方向での出力透過の変化を示す概略図である。 異なる駆動電圧について極性方向での出力透過の変化を示す概略図である。 異なる駆動電圧について極性方向での出力透過の変化を示す概略図である。

プライバシーディスプレイの制御を示すフローチャートである。

交差Ａプレート受動補償リターダと、ホメオトロピック配向の切り替え可能な液晶リターダと、を備える、広角動作モードの切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。

交差Ａプレート受動補償リターダと、ホメオトロピック配向の切り替え可能な液晶リターダと、を備える、プライバシー動作モードの切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。

広角動作モードでの、図９Ａの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

プライバシー動作モードでの、図９Ｂの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

ホモジニアス配向の切り替え可能な液晶リターダと、負の受動Ｃプレートリターダと、をそれぞれ備える、広角動作モード及びプライバシー動作モードの切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。 ホモジニアス配向の切り替え可能な液晶リターダと、負の受動Ｃプレートリターダと、をそれぞれ備える、広角動作モード及びプライバシー動作モードの切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。

異なる印加電圧についての図１０Ａの切り替え可能な液晶リターダセルを通る分数位置に対する液晶ダイレクタ角度のグラフを示す概略図である。

プライバシーモード及びそれぞれ駆動電圧に対応する２つの異なる広角モードでの、ホモジニアス配向の液晶セルと、負のＣプレートと、を備える切り替え可能な補償リターダの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。 プライバシーモード及びそれぞれ駆動電圧に対応する２つの異なる広角モードでの、ホモジニアス配向の液晶セルと、負のＣプレートと、を備える切り替え可能な補償リターダの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。 プライバシーモード及びそれぞれ駆動電圧に対応する２つの異なる広角モードでの、ホモジニアス配向の液晶セルと、負のＣプレートと、を備える切り替え可能な補償リターダの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

交差Ａプレート受動補償リターダと、ホモジニアス配向の切り替え可能な液晶リターダと、を備える、プライバシー動作モードの切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。

プライバシーモード及び異なる駆動電圧に対する広角モードでの、ホモジニアス配向の液晶セルと、交差Ａプレートと、を備える、切り替え可能な補償リターダの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。 プライバシーモード及び異なる駆動電圧に対する広角モードでの、ホモジニアス配向の液晶セルと、交差Ａプレートと、を備える、切り替え可能な補償リターダの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。 プライバシーモード及び異なる駆動電圧に対する広角モードでの、ホモジニアス配向の液晶セルと、交差Ａプレートと、を備える、切り替え可能な補償リターダの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

切り替え可能な補償リターダと、光学結合層と、を備えるディスプレイの一部を側面図で示す概略図である。 切り替え可能な補償リターダと、光学結合層と、を備えるディスプレイの一部を側面図で示す概略図である。

交差Ａプレート受動補償リターダと、ホモジニアス配向の切り替え可能な液晶リターダと、を備え、受動回転リターダを更に備える、プライバシー動作モードの切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。

第１のＣプレート受動補償リターダと第２のＣプレート受動補償リターダとの間に配置された、ホメオトロピック配向の切り替え可能な液晶リターダを備える、プライバシー動作モードの切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。

それぞれ広角動作モード及びプライバシー動作モードでの、図１５Ａの光学積層体内の透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。 それぞれ広角動作モード及びプライバシー動作モードでの、図１５Ａの光学積層体内の透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

それぞれＣプレート受動補償リターダを備える第１の基材と第２の基材との間に配置された、切り替え可能な液晶リターダを備えるディスプレイを斜視側面図で示す概略図である。

それぞれＣプレート受動補償リターダを備える第１の基材と第２の基材との間に配置された、切り替え可能な液晶リターダを備えるディスプレイの一部を側面図で示す概略図である。

第１の交差Ａプレート受動補償リターダと第２の交差Ａプレート受動補償リターダとの間に配置された、ホモジニアス配向の切り替え可能な液晶リターダを備える、広角動作モードの切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。

それぞれ広角モード及びプライバシーモードでの、図１７Ａの構成の透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。 それぞれ広角モード及びプライバシーモードでの、図１７Ａの構成の透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

ホモジニアス配向及びホメオトロピック配向の切り替え可能な液晶リターダと、負の受動Ｃプレートリターダと、を備える、プライバシー動作モードの切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。

プライバシー動作モードでの、図１８Ａの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

広角動作モードでの、図１８Ａの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

ホモジニアス配向の切り替え可能な液晶リターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。

第１の印加電圧についての図１９Ａの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

第１の印加電圧よりも大きい第２の印加電圧についての図１９Ａの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

平行偏光子間に配置されたＣプレートを斜視側面図で示す概略図である。

図１９Ｄの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

平行偏光子間に配置されたＣプレートと直列に、平行偏光子間に配置された、ホモジニアス配向の切り替え可能な液晶リターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。

第１の印加電圧についての図２０Ａの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

第１の印加電圧よりも大きい第２の印加電圧についての図２０Ａの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

Ｃプレート補償リターダと直列の、ホモジニアス配向の切り替え可能な液晶リターダの構成を斜視側面図で示す概略図であって、ホモジニアス配向の切り替え可能な液晶リターダ及びＣプレート補償リターダは、一対の平行偏光子の間に配置されている。

第１の印加電圧について図２１Ａの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

第１の印加電圧よりも大きい第２の印加電圧について図２１Ａの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

出力偏光子と追加偏光子との間に配置された、負のＣプレート受動補償リターダ及びホメオトロピック配向の切り替え可能な液晶リターダと、前述の追加偏光子と更なる追加偏光子との間に配置された、負のＣプレート受動補償リターダ及びホメオトロピック配向の切り替え可能な液晶リターダと、を備える、プライバシー動作モードの切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す。

液晶ディスプレイの入力側に配置された第１の切り替え可能な補償リターダ及び液晶ディスプレイの出力側に配置された第２の切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。

第１の受動補償リターダと、第１の切り替え可能な液晶リターダと、第１の制御偏光子と、第２の受動補償リターダと、第２の切り替え可能な液晶リターダと、第２の制御偏光子と、を備える視野角制御光学素子を側面斜視図で示す概略図である。

日中動作モード及び／又は共有動作モードについて、車室内に配置された切り替え可能な指向性ディスプレイを有する自動車車両を上面図で示す概略図である。

日中動作モード及び／又は共有動作モードについて、車室内に配置された切り替え可能な指向性ディスプレイを有する自動車車両を側面図で示す概略図である。

夜間動作モード及び／又はエンターテイメント動作モードについて、車室内に配置された切り替え可能な指向性ディスプレイを有する自動車車両を上面図で示す概略図である。

夜間動作モード及び／又はエンターテイメント動作モードについて、車室内に配置された切り替え可能な指向性ディスプレイを有する自動車車両を側面図で示す概略図である。

液晶ディスプレイの入力側に配置された反射型追加偏光子及び受動リターダ、並びに液晶ディスプレイの出力側に配置された切り替え可能な補償リターダ及び追加偏光子の構成を斜視側面図で示す概略図である。

受動リターダと、第１の制御偏光子と、受動補償リターダと、切り替え可能な液晶リターダと、第２の制御偏光子と、を備える視野角制御光学素子を側面斜視図で示す概略図である。

ディスプレイ偏光子の電気ベクトル伝達方向及び負のＣプレートに直交する平面内で傾斜する負のＯプレートと、負のＣプレートと、を備え、ディスプレイ装置の視野を変化させるように構成されている受動リターダの光学積層体を側面斜視図で示す概略図である。

図２４Ａの受動リターダでの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

交差Ａプレートと、正のＯプレートと、を備える受動リターダの光学積層体を側面斜視図で示す概略図である。

図２４Ｃの受動リターダでの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

２対の交差Ａプレートを備える受動リターダの光学積層体を側面斜視図で示す概略図である。

図２４Ｅの受動リターダでの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

負のＣプレート受動補償リターダと、ホメオトロピック配向の切り替え可能な液晶リターダと、を備え、パターン化電極層を更に備える、プライバシー動作モードの切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。

カモフラージュを施した輝度制御プライバシーディスプレイによる、主たる視聴者及びスヌーパーの照明を正面斜視図で示す概略図である。

カモフラージュを施した輝度制御プライバシーディスプレイによる、スヌーパーの照明を側面斜視図で示す概略図である。

指向性バックライトを正面斜視図で示す概略図である。

非指向性バックライトを正面斜視図で示す概略図である。

異なる視野を有するディスプレイの横方向視野角での輝度の変化を示す概略グラフである。

結像導波路と、切り替え可能な液晶リターダと、を備える切り替え可能な指向性ディスプレイ装置を側面図で示す概略図である。

狭角動作モードでの結像導波路の動作を背面斜視図で示す概略図である。

切り替え可能な液晶リターダを有さないディスプレイ装置において使用されるときの図２７Ｂの出力の視野輝度プロットを示す概略グラフである。

プライバシー動作モードで動作する、切り替え可能なコリメート導波路と、切り替え可能な液晶リターダと、を備える切り替え可能な指向性ディスプレイ装置を側面図で示す概略図である。

コリメート導波路の出力を上面図で示す概略図である。

図２８Ａのディスプレイ装置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフである。

軸外光によるリターダ層の照明を斜視図で示す概略図である。

０度の第１の直線偏光状態の軸外光によるリターダ層の照明を斜視図で示す概略図である。

９０度の第１の直線偏光状態の軸外光によるリターダ層の照明を斜視図で示す概略図である。

４５度の第１の直線偏光状態の軸外光によるリターダ層の照明を斜視図で示す概略図である。

正の仰角を有する軸外偏光によるＣプレートリターダの照明を斜視図で示す概略図である。

負の横方向角を有する軸外偏光によるＣプレートリターダの照明を斜視図で示す概略図である。

正の仰角及び負の横方向角を有する軸外偏光によるＣプレートリターダの照明を斜視図で示す概略図である。

正の仰角及び正の横方向角を有する軸外偏光によるＣプレートリターダの照明の斜視図を示す概略図である。

図３０Ａ～図３０Ｄの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

正の仰角を有する軸外偏光による交差Ａプレートリターダ層の照明を斜視図で示す概略図である。

負の横方向角を有する軸外偏光による交差Ａプレートリターダ層の照明を斜視図で示す概略図である。

正の仰角及び負の横方向角を有する軸外偏光による交差Ａプレートリターダ層の照明を斜視図で示す概略図である。

正の仰角及び正の横方向角を有する軸外偏光による交差Ａプレートリターダ層の照明を斜視図で示す概略図である。

図３１Ａ～図３１Ｄの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

ここで、本開示のために光学リターダに関する用語について説明する。

一軸複屈折材料を含む層では、光学異方性を支配する方向が存在するのに対して、その方向に対して垂直である（又はその方向に対して所与の角度である）全方向は、同等の複屈折性を有する。

光軸とは、複屈折が発生しない一軸複屈折材料における光線の伝播方向を指す。光軸に直交する方向に伝搬する光では、遅軸に対して平行である電気ベクトル方向を有する直線偏光が最も遅い速度で移動する場合、光軸は遅軸である。遅軸方向は、設計波長において最高屈折率を有する方向である。同様に、高速軸方向は、設計波長において最低屈折率を有する方向である。

正の誘電異方性一軸複屈折材料では、遅軸方向は複屈折材料の異常軸である。負の誘電異方性一軸複屈折材料の場合、高速軸方向は複屈折材料の異常軸である。

「波長の半分」及び「波長の４分の１」という用語は、典型的に５００ｎｍ～５７０ｎｍであり得る設計波長λ_０のリターダの動作を指す。本例示的な実施形態では、例示的なリターダンス値は、特に指定のない限り、５５０ｎｍの波長に対して提供される。

リターダは、そこに入射する光波の２つの垂直偏光成分間の位相シフトをもたらし、２つの偏光成分に付与する相対位相Γ（以下のように複屈折Δｎ及びリターダの厚さｄに関連する）の量によって特徴付けられる。

式１において、Δｎは、異常屈折率と通常屈折率との差として定義される。すなわち、以下のとおりである。

半波長リターダの場合、ｄ、Δｎ、及びλ_０の関係は、偏光成分間の位相シフトがΓ＝πであるように選択される。１／４波長リターダの場合、ｄ、Δｎ、及びλ_０の関係は、偏光成分間の位相シフトがΓ＝π／２であるように選択される。

本明細書における「半波長リターダ」という用語は、典型的には、リターダに対して垂直に、かつ空間光変調器に対して垂直に伝搬する光を指す。

本開示において、「Ａプレート」は、複屈折材料の層を用い、その光軸が層の（ｘ－ｙ）面に対して平行である光学リターダを指す。

「正のＡプレート」は、正の複屈折Ａプレート、すなわち、正のΔｎを有するＡプレートを指す。

本開示において、「Ｃプレート」とは、複屈折材料の層を用い、その光軸が層の平面に対して垂直である光学リターダを指す。「正のＣプレート」は、正の複屈折Ｃプレート、すなわち、正のΔｎを有するＣプレートを指す。「負のＣプレート」は、負の複屈折Ｃプレート、すなわち負のΔｎを有するＣプレートを指す。

「Ｏプレート」は、複屈折材料の層を用い、その光軸は、層の面に対して平行である成分と、層の面に対して垂直である成分と、を有する、光学リターダを指す。「正のＯプレート」は、正の複屈折Ｏプレート、すなわち、正のΔｎを有するＯプレートを指す。

リターダの材料のリターダンスΔｎ．ｄが、以下のように波長λと共に変化する、アクロマティックリターダが提供されてよい。

式中、κは、実質的に一定である。

好適な材料の例としては、Ｔｅｉｊｉｎ Ｆｉｌｍｓ製の改質ポリカーボネートが挙げられる。本実施形態では、アクロマティックリターダが提供されて、以下に記載するように、低い輝度低下を有する極角視野方向と、増加した輝度低下を有する極角視野方向との間での変色を有利に最小化してよい。

ここで、リターダ及び液晶に関して本開示で使用する様々な他の用語について説明する。

液晶セルは、Δｎ．ｄによって与えられるリターダンスを有し、Δｎは、液晶セルにおける液晶材料の複屈折性であり、ｄは、液晶セル内の液晶材料の配向とは無関係の液晶セルの厚さである。

ホモジニアス配向は、分子が基材に対して実質的に平行に配向される、切り替え可能な液晶ディスプレイ内での液晶の配向を指す。ホモジニアス配向は、プレーナ配向と呼ばれることもある。ホモジニアス配向では、典型的には、以下に記載するように、液晶セルの配向層の表面にある分子がわずか傾斜しているように、２度など小さなプレチルトを備えてよい。プレチルトは、セルの切り替えにおける縮退を最小限に抑えるように構成されている。

本開示において、ホメオトロピック配向は、棒状液晶分子が基材に対して実質的に垂直に配向される状態である。ディスコティック液晶ホメオトロピック配向では、ディスク様液晶分子によって形成されるカラム構造の軸が表面に対して垂直に配向される状態として定義される。ホメオトロピック配向では、プレチルトは、配向層に近い分子のチルト角であり、典型的には９０度近く、例えば８８度であってよい。

正の誘電異方性を有する液晶分子は、印加される電界によって、ホモジニアス配向（Ａプレートリターダ配向など）からホメオトロピック配向（Ｃプレート又はＯプレートリターダ配向など）に切り替えられる。

負の誘電異方性を有する液晶分子は、印加される電界によって、ホメオトロピック配向（Ｃプレート又はＯプレートリターダ配向など）からホモジニアス配向（Ａプレートリターダ配向など）に切り替えられる。

棒状分子は正の複屈折を有する。したがって、式２に記載するように、ｎ_ｅ＞ｎ_０である。ディスコティック分子は負の複屈折を有する。したがって、ｎ_ｅ＜ｎ_０である。

Ａプレート、正のＯプレート、及び正のＣプレートなど正のリターダは、典型的には、延伸フィルム又は棒状液晶分子によって提供され得る。負のＣプレートなど負のリターダは、延伸フィルム又はディスコティック液晶分子によって提供され得る。

平行液晶セル配向とは、平行であるか、又はより典型的には逆平行であるホモジニアス配向層の配向方向を指す。プレチルトホメオトロピック配向の場合、配向層は、実質的に平行又は逆平行である成分を有し得る。ハイブリッド配向液晶セルは、１つのホモジニアス配向層と、１つのホメオトロピック配向層と、を有し得る。ねじれ液晶セルは、例えば、互いに９０度に配向された、平行配向を有さない配向層によって提供され得る。

透過型空間光変調器は、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第８，２３７，８７６号に開示されているように、入力ディスプレイ偏光子と出力ディスプレイ偏光子との間にリターダを更に備え得る。かかるリターダ（図示せず）は、本実施形態の受動リターダとは異なる場所にある。かかるリターダは、軸外視聴位置のコントラストの劣化を補償する。これは、本実施形態の軸外視聴位置の輝度低下に異なる効果を及ぼす。

ディスプレイ偏光子とＯＬＥＤディスプレイ発光層との間に設けられた光学的分離リターダは、米国特許第７，０６７，９８５号に更に記載されている。光学的分離リターダは、本実施形態の受動リターダとは異なる場所にある。分離リターダは、ＯＬＥＤディスプレイ発光層からの正面反射を低減させる。これは、本実施形態の軸外視聴位置の輝度低下に異なる効果を及ぼす。

ここで、様々な切り替え可能なディスプレイ装置の構造及び動作について説明する。この説明では、共通の要素は共通の参照番号を有する。任意の要素に関する開示は、同一又は対応する要素が設けられる各装置に適用されることに留意されたい。したがって、簡潔にするために、かかる開示は繰り返さないものとする。

図１Ａは、ディスプレイ装置の光学積層体を側面斜視図で示す概略図である。

ディスプレイ装置１００は、出力偏光子２１８である、少なくとも１つのディスプレイ偏光子を備える空間光変調器４８を備える。バックライト２０は光を出力するように構成されており、空間光変調器４８は、バックライト２０から出力光を受光するように構成されている、透過型空間光変調器４８を備える。ディスプレイ装置１００は、本明細書に記載するように、角度輝度特性を有する光４００を出力するように構成されている。

本開示では、空間光変調器４８は、基材２１２、２１６と、赤色、緑色、及び青色の画素２２０、２２２、２２４を有する液晶層２１４と、を備える液晶ディスプレイを備えてよい。空間光変調器４８は、その両側に入力ディスプレイ偏光子２１０と出力ディスプレイ偏光子２１８とを有する。出力ディスプレイ偏光子２１８は、空間光変調器４８の画素２２０、２２２、２２４からの光に対して高消光率をもたらすように構成されている。典型的な偏光子２１０、２１８は、ダイクロイック偏光子など吸収型偏光子であってよい。

任意に、反射型偏光子２０８がダイクロイック入力ディスプレイ偏光子２１０とバックライト２１０との間に設けられて、再循環光をもたらし、ディスプレイ効率を向上させ得る。有利なことには、効率を向上し得る。

バックライト２０は、入力光源１５と、導波路１と、後方反射器３と、ディフューザ、光転向フィルム、及び他の既知の光バックライト構造体を備える光学積層体５と、を備えてよい。例えば非対称の表面レリーフ特徴部を備え得る非対称ディフューザが光学積層体５内に設けられ、横方向と比較して仰角方向の拡散が増大してよい。有利なことには、画像均一性が向上され得る。

本実施形態では、バックライト２０は、以下の図２６Ａ～２８Ｃに記載するように、正面輝度と比較して、軸外視聴位置に対して低下した輝度を有する角度光分布をもたらすように構成されてよい。バックライト２０は、プライバシー動作モードでは低下した軸外輝度、広角動作モードでは増加した軸外輝度をもたらすために、出力角度輝度プロファイルを切り替えるように構成されている、切り替え可能なバックライトを更に備えてよい。かかるスイッチングバックライト２０は、本実施形態の切り替え可能な補償リターダ３００と協働し得る。

追加偏光子３１８は、吸収型ダイクロイック偏光子であり得るディスプレイ出力偏光子２１８と同じ空間光変調器４８の出力側に配置される。

ディスプレイ偏光子２１８及び追加偏光子３１８は、平行である電気ベクトル伝達方向２１９、３１９を有する。以下に記載するように、かかる平行配向は、中央視聴位置に高透過率をもたらす。

本明細書で共に切り替え可能な補償リターダ３００と称される複数のリターダは、追加偏光子３１８とディスプレイ偏光子２１８との間に配置され、（ｉ）ディスプレイ偏光子２１８と追加偏光子３１８との間に配置された液晶材料の層３１４を備える、切り替え可能な液晶リターダ３０１と、（ｉｉ）受動補償リターダ３３０と、を備える。

図１Ｂは、図１Ａの光学積層体内の光学層の配向を正面図で示す概略図である。空間光変調器４８の入力ディスプレイ偏光子２１０における入力電気ベクトル伝達方向２１１は、液晶層２１４によって変換され得る入力偏光成分を提供して、出力ディスプレイ偏光子２１８の電気ベクトル伝達方向２１９によって決定される出力偏光成分を提供する。受動補償リターダ３３０は、ディスコティック複屈折材料４３０を含む遅延層を備えてよく、切り替え可能な液晶リターダ３０１は、液晶材料を含んでよい。

切り替え可能な補償リターダ３００は、したがって、切り替え可能な液晶リターダ３０１及び基材３１２、３１６を備える切り替え可能な液晶リターダ３０１と、追加偏光子３１８とディスプレイ偏光子２１８との間に配置された受動補償リターダ３３０と、を備える。

基材３１２、３１６は、ガラス基材又はポリイミド基材などポリマー基材であってよい。好都合に透明電極が設けられ得る可撓性基材が提供され得る。有利なことには、湾曲した、屈曲した、折り畳み可能なディスプレイが提供され得る。

ディスプレイ装置１００は、切り替え可能な液晶リターダ３０１の電極全体に電圧ドライバ３５０によって印加される電圧を制御するように構成されている制御システム３５２を更に備える。

発光ディスプレイの迷光の低減又はプライバシー制御の提供が望ましい場合がある。

図１Ｃは、発光型空間光変調器４８と、発光型空間光変調器４８の出力側に配置された切り替え可能な補償リターダ３００と、を備える指向性ディスプレイ装置の光学積層体を側面斜視図で示す概略図である。

あるいは、空間光変調器４８は、有機ＬＥＤディスプレイ（ＯＬＥＤ）など発光によって出力光４００をもたらす他のディスプレイタイプによって提供され得、出力ディスプレイ偏光子２１８と、基材５１２、５１６と、発光層５１４と、を備える。出力偏光子２１８は、出力ディスプレイ偏光子２１８とＯＬＥＤ画素平面との間に挿入された１つ以上のリターダ５１８によってＯＬＥＤ画素平面から反射された光の輝度を低下させ得る。１つ以上のリターダ５１８は、１／４波長板であってよく、本開示の補償リターダ３３０とは異なる。

図１Ｃの実施形態では、空間光変調器４８は、発光型空間光変調器を備え、ディスプレイ偏光子は出力ディスプレイ偏光子２１８である。

そうでなければ、図１Ｃの指向性ディスプレイ装置は、上述のように、図１Ａと同じである。

ここで、ディスプレイ装置に適用するための視野角制御光学素子２６０について説明する。視野角制御光学素子２６０は、切り替え可能な視野特性を達成するために、ディスプレイ偏光子２１０、２１８を備える空間光変調器に加えられてよい。

図１Ｄは、受動補償リターダ３３０と、切り替え可能な液晶リターダ３０１と、制御偏光子２５０と、を備えるディスプレイ装置に適用するための視野角制御光学素子２６０を側面斜視図で示す概略図である。

使用する際、視野角制御光学素子２６０は、偏光出力空間光変調器４８にユーザによって、又は工場で取り付けられてよい。視野角制御光学素子２６０は、湾曲したディスプレイ及び屈曲したディスプレイのための可撓性フィルムとして提供されてよい。あるいは、視野角制御光学素子２６０は、ガラス基材など剛性基材上に設けられてよい。

有利なことには、パネルの画素分解能に一致させてモアレアーチファクトを回避する必要がない、アフターマーケットのプライバシー制御素子及び／又は迷光制御素子が提供され得る。視野角制御光学素子２６０は、空間光変調器４８に工場で取り付けるように更に提供され得る。

図１Ｄの視野角制御光学素子２６０を既存のディスプレイ装置に取り付けることにより、図１Ａ～図１Ｃのいずれかに示されるようなディスプレイ装置を形成することができる。

図１Ａ～図１Ｄの実施形態は、空間光変調器４８から出力される光４００の極性輝度を制御する。すなわち、切り替え可能な補償リターダ３００（切り替え可能な液晶リターダ３０１と、受動補償リターダ３３０と、を備える）は、切り替え可能な補償リターダ３００の平面の法線に沿った軸に沿って入力ディスプレイ偏光子２１０、切り替え可能な補償リターダ３００、及び追加偏光子３１８を通過する光の輝度に影響を及ぼさないが、切り替え可能な補償リターダ３００は、切り替え可能な補償リターダ３００の切り替え可能な状態のうちの少なくとも１つにおいて、切り替え可能な補償リターダ３００の平面の法線に対して傾斜した軸に沿って通過する光の輝度を低下させる。この効果をもたらす原理は、図２９Ａ～図３１Ｅを参照して以下でより詳細に説明しており、切り替え可能な液晶リターダ３０１及び受動補償リターダ３３０によって導入される、切り替え可能な液晶リターダ３０１及び受動補償リターダ３３０の液晶材料に関して異なる角度をなす軸に沿った光に対する位相シフトの有無から生じる。同様の効果が、以下に記載するすべての装置において達成される。

更に、切り替え可能な液晶リターダ３０１に加えて受動補償リターダ３３０を設けることにより、いくつかの特定のディスプレイ装置を参照し、図１９Ａ～図１９Ｅを参照して記載するいくつかの比較例と比較することによってより詳細に説明するように、性能が改善される。

空間光変調器４８と観察者との間の光学層の数を低減することが望ましい場合がある。ここで、複数のリターダ３００が空間光変調器４８の入力側に配置される構成について説明する。

図２Ａは、バックライト２０と、切り替え可能な後方補償リターダ３００と、透過型空間光変調器４８と、を備える指向性ディスプレイ装置の光学積層体を側面斜視図で示す概略図であり、追加偏光子３１８は反射型偏光子を備える。図２Ｂは、図２Ａの光学積層体内の光学層の配向を正面図で示す概略図である。

ディスプレイ装置１００は、空間光変調器４８と、空間光変調器４８の入力側に配置されたディスプレイ偏光子２１０と、を備える。追加偏光子３１８は、ディスプレイ偏光子２１０と同じ空間光変調器４８の側に配置される。追加偏光子３１８は、バックライト２０と協働して動作する反射型偏光子であって、効率を向上させる。

複数のリターダ３００は、反射型追加偏光子３１８とディスプレイ偏光子２１０との間に配置される。図１Ａのように、複数のリターダ３００は、ディスプレイ偏光子２１０と反射型追加偏光子３１８との間に配置された液晶材料の層３１４を備える切り替え可能な液晶リターダ３０１と、受動補償リターダ３３０と、を備える。したがって、反射型追加偏光子３１８は、入力ディスプレイ偏光子２１０とバックライト２０との間の入力ディスプレイ偏光子２１０の入力側に配置され、複数のリターダ３００は、反射型追加偏光子３１８と入力ディスプレイ偏光子２１０との間に配置される。

反射型追加偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向３１９は、以下に記載するように、入力偏光子２１０の電気ベクトル伝達方向２１１に対して平行であって、切り替え可能な方向特性を達成する。

代替的な実施形態では、追加偏光子３１８は、反射型偏光子及び吸収型ダイクロイック偏光子の両方を備えてよい、又はダイクロイック偏光子のみを備えてよい。

反射型追加偏光子３１８は、例えば、３Ｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＤＢＥＦ（商標）など多層フィルムであってよい、又はワイヤーグリッド偏光子であってよい。有利なことには、偏光子３７２からの偏光反射からの光を再利用することにより、ディスプレイ効率が改善され得る。吸収型ダイクロイック偏光子及び反射型偏光子の両方を追加偏光子３１８として使用する場合と比較すると、コスト及び厚さが更に低減され得る。

図１Ａの構成と比較して、図２Ａは、画素２２０、２２２、２２４と観察者との間の層の数が低減しているため、スクリーン画像コントラストの前面が改善され得る。

図２Ｃは、バックライト２０と、切り替え可能な後方補償リターダ３００と、透過型空間光変調器４８と、を備える指向性ディスプレイ装置の光学積層体を側面斜視図で示す概略図であり、追加偏光子３１８はダイクロイック偏光子を備える。図２Ａの反射型追加偏光子３１８と比較して、ダイクロイック追加偏光子３１８は、高角度光をバックライトに再利用しないため、図２Ａの構成と比較して軸外輝度を低下させ得る。有利なことには、プライバシー性能が改善される。

ここで、図１Ａ～図１Ｃ及び図２Ａ～図２Ｂの切り替え可能な補償リターダ３００及び追加偏光子３１８の構成及び動作について説明する。

図３は、負の誘電異方性を有する液晶材料４１４の層３１４を備える切り替え可能な液晶リターダ３０１の例示的な構成を側面図で示す概略図である。基材３１２、３１６は、その上に配置された透明電極４１３、４１５と、切り替え可能な液晶リターダ３０１の両側に配置されたホメオトロピック表面配向層４０９、４１１と、を有してよい。ホメオトロピック配向層４０９、４１１は、隣接する液晶材料４１４において、プレチルト角４０７を有するホメオトロピック配向をもたらし得る。

ｘ－ｙ面における液晶材料４１４の配向は、各配向層がプレチルトを有するように、配向層のプレチルト方向によって決定され、各配向層のプレチルトは、出力ディスプレイ偏光子２１８の電気ベクトル伝達方向３０３に対して平行若しくは逆平行である、又は直交している切り替え可能な液晶リターダ３０１の平面内に成分４１７ａ、４１７ｂを有するプレチルト方向を有する。

プレチルト４０７ａ、４０７ｂは、例えば、８８度であってよく、その結果、成分４１７が小さく、液晶材料４１４の層３１４の配向の緩和（ゼロ電圧）状態でディスクリネーションを低減する。したがって、層３１４は、ゼロ電圧構成の実質的に正のＣプレートによって設けられる。実際には、液晶層は、角度４０７ａ及び残差成分４１７におけるホメオトロピック配向層のプレチルトによって提供される、わずかなＯプレート特性を更に有する。

切り替え可能な液晶リターダ３０１は、切り替え可能な液晶リターダ３０１に隣接して、切り替え可能な液晶リターダ３０１の両側に配置された電極４１３、４１５を備える。液晶材料４１４の層３１４は、電極４１３、４１５の全体に印加される電圧によって切り替え可能である。

非駆動状態では、液晶材料４１４は、リターダ３０１の平面に対して垂直である成分４１８及びリターダの平面内の成分４１７と整列される。

リターダ３３０は、ディスコティック複屈折材料４３０を含む負の受動Ｏプレートを備えるものとして図示されている。受動補償リターダ３３０のリターダンスは、切り替え可能な液晶リターダ３０１のリターダンスと等しく、かつ反対であり得る。切り替え可能な液晶リターダ３０１は、第１のプレチルト４０７ａと、第２のプレチルト４０７ｂと、を備えてよく、受動補償リターダ３３０は、第１のプレチルト４０５ａ及び第２のプレチルト４０５ｂを有する補償リターダを備えてよく、補償リターダ３３０の第１のプレチルト４０５ａは、液晶リターダ３０１の第１のプレチルト４０７ａと同一であり、補償リターダ３３０の第２のプレチルト４０５ｂは、液晶リターダ３０１の第２のプレチルト３０７ｂと同一である。

受動Ｏプレートは、例えば、ディスコティック反応性メソゲンであり得る硬化反応性メソゲン層を備えてよい。補償リターダのプレチルトは、好適な配向層との整列後に反応性メソゲン材料を硬化させることによって達成され得る。Ｏプレートはまた、ポリカーボネートなどの二重延伸ポリマーフィルムを備えてよい。

動作中、切り替え可能な液晶リターダ３０１は、２つの配向状態間で切り替え可能である。第１の状態は、複数の視聴者によるディスプレイの視聴をもたらし得る。第２の状態は、プライバシー動作のための狭角モード、又は、例えば夜間動作における迷光の低減をもたらし得る。以下で更に説明するように、かかる素子は、広角動作モードでの広範囲の極角、及びプライバシー動作モードでの制限された輝度極性視野のために高透過率を提供することができる。

ここで、第１の状態を表す、広角モードの図１Ａのディスプレイの動作について説明する。

図４Ａは、広角動作モードの、切り替え可能な補償リターダ３００の構成を斜視側面図で示す概略図である。切り替え可能な液晶リターダ３０１の全体にゼロボルトが提供される。図４Ａ及び以下の他の概略図では、明確にするために光学積層体の一部の層を省略する。例えば、切り替え可能な液晶リターダ３０１は、基材３１２、３１６を省略して示されている。

切り替え可能な液晶リターダ３０１は、液晶材料４１４の両側でそれに隣接し、隣接する液晶材料４１４においてホメオトロピック配向をもたらすように構成されている２つの表面配向層を備える。上記のように、液晶材料４１４には、例えば、水平から８８度のプレチルトが設けられて、液晶材料４１４の配向の縮退を除去してよい。

受動補償リターダ３３０は、リターダの平面に対して垂直な高速軸である光軸を有する、負のＣプレートリターダを備える。したがって、Ｃプレートリターダの材料４３０は、負の誘電異方性を有し得る。Ｃプレートは、例えば、ホメオトロピック配向をもたらす、基材上に流延されるポリカーボネート又は反応性メソゲン、Ｚｅｏｎｅｘ（商標）シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ディスコティックポリマー、及びＮｉｔｔｏ Ｄｅｎｋｏ（商標）二重延伸ポリカーボネートなど透明複屈折材料を含んでよい。

図４Ｂは、切り替え可能な液晶リターダセルを通る分数位置４４０に対する液晶ダイレクタ角度４０７のグラフを示す概略図であり、分数位置４４０は、表面配向層４０９における位置０と、表面配向層４１１における位置１の間で変動する。

図４Ａに示すように電圧が印加されていない垂直配向モードでは、液晶ダイレクタは、チルトプロファイル４４２によって示されるように、セルの厚さを通して８８度のチルト４０７である。層３１４のチルトプロファイルは、プロファイル４４２と同一であり得る。補償リターダ３３０は、切り替え可能な液晶リターダ３０１のプレチルト方向を補正してよい。あるいは、補償リターダ３３０は、９０度の均一チルト角を有してよく、液晶層のプレチルトのかかる差は、軸外視聴特性にごくわずかな差をもたらす。

したがって、補償リターダ３３０の軸外リターダンスは、電圧が印加されていないとき、切り替え可能な液晶リターダ３０１の軸外リターダンスと実質的に等しく、かつ反対である。

図４Ｃは、広角動作モードでの、図１Ａの光学積層体を通る、空間光変調器４８からの出力光の伝搬を側面図で示す概略図であり、図４Ｄは、広角動作モードでの、図４Ｃの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

理想的な切り替え可能な補償リターダ３００は、切り替え可能な可変液晶リターダ３０１と組み合わせて補償リターダ３３０を備え、補償リターダ３３０の誘電率、異方性、及び異方性の分散は、層３１４の誘電率、異方性、及び異方性の分散と等しく、かつ反対である誘電率、異方性、及び異方性の分散を有する。受動補償リターダ３３０のリターダンスは、切り替え可能な液晶リターダ３０１のリターダンスと等しく、かつ反対である。

かかる理想的な補償切り替え可能なリターダは、すべての極角について液晶材料４１４の層３１４の第１の広角状態で透過光の補償を達成し、切り替え可能な液晶リターダ３０１の第２のプライバシー状態で横方向の狭視野を達成する。

更に、補償リターダ３３０の光軸は、広角状態の液晶リターダ３０１の光軸と同一方向を有する。かかる補償リターダ３３０は、すべての視野角について液晶リターダの遅延を相殺し、すべての視野方向について輝度損失のない、理想的な広角視野状態をもたらす。

ここで、理想的ではない材料選択の広角透過極性プロファイルについて説明する。

本開示の例示的な実施形態は、リターダ３３０、３０１に典型的である材料特性の差が小さいために、切り替え可能な液晶リターダ３０１の遅延を厳密には補償できない補償リターダ３３０を示す。しかしながら、有利なことには、かかる偏差は小さく、かかる偏差が理想的な性能に近ければ、高性能の広角状態及び狭角状態が達成され得る。

したがって、切り替え可能な液晶リターダ３０１が前述の２つの状態のうちの第１の状態であるとき、切り替え可能な補償リターダ３００は、光線４０２などについて偏光成分３６０、３６１を全変換せず、切り替え可能なリターダの平面に対して垂直に、又は切り替え可能なリターダの平面に対して垂直と鋭角をなして通過する光線４００を出力する。

偏光成分３６２は偏光成分３６０と実質的に同一であり、偏光成分３６４は偏光成分３６１と実質的に同一である。したがって、図４Ｄの角度透過プロファイルは、広範な極性領域にわたって実質的に均一に伝達される。

換言すれば、液晶材料４１４の層が上記２つの配向状態のうちの第１の配向状態にあるとき、複数のリターダ３３０、３０１は、リターダの平面に対して垂直に、又はリターダ３３０、３０１の平面に対して垂直と鋭角をなして通過する光に対して全体的なリターダンスを提供しない。

有利なことには、第１の状態の視野角を有するディスプレイ輝度の変化は、実質的に変更されない。複数のユーザは、好都合には、ディスプレイを広範な視野角から見ることができる。

ここで、例えば、プライバシー動作モードで使用するための、狭角モードでの補償リターダ３００及び追加偏光子３１８の動作について説明する。

図５Ａは、プライバシー動作モードの負のＣプレート受動補償リターダ３３０と、ホメオトロピック配向の切り替え可能な液晶リターダ３０１と、を備える、プライバシー動作モードの切り替え可能な補償リターダ３００の構成を斜視側面図で示す概略図である。

液晶リターダ３０１は、切り替え可能な液晶リターダ３０１全体に配置されたＩＴＯ電極など透明電極４１３、４１５を更に備える。電極４１３、４１５は、電極４１３、４１５に印加される電圧を調整することによって切り替え可能な液晶リターダ３０１を制御する。

制御システム３５２は、電圧ドライバ３５０によって切り替え可能な液晶リターダ３０１の電極４１３、４１５の全体に印加される電圧を制御するように構成されている。

図４Ｂに戻ると、電圧が印加されると、切り替え可能な液晶リターダ３０１の外広がりのチルトプロファイル４４４がもたらされ、その結果、液晶材料４１４の層３１４のリターダンスが変更される。

最適なプライバシー性能の方向は、駆動電圧を制御することによって観察者の位置に応じて調整されてよい。別の使用では、又は、例えば自動車環境において軸外観察者に制御された輝度を提供するために、乗客又は運転者が、表示された画像を完全に不明瞭化するのではなく、中間電圧レベルを用いてある程度の視認性を提供することを望む場合がある。

図５Ｂは、プライバシー動作モードでの、図１Ａの光学積層体を通る空間光変調器４８からの出力光の伝搬を側面図で示す概略図であり、切り替え可能な液晶リターダ３０１は、印加された電圧によって配向される。

本実施形態では、切り替え可能な補償液晶リターダ３３０は、ディスプレイ偏光子２１０、２１８、３１６及び追加偏光子３１８と組み合わせて、光軸（軸外）と鋭角をなすディスプレイ装置からの光出力の輝度が低下する（すなわち、リターダが存在しない場合と比較して）効果を有するように構成されてよい。切り替え可能な補償液晶リターダ３３０はまた、ディスプレイ偏光子２１０、２１８、３１６及び追加偏光子３１８と組み合わせて、光軸（軸上）に沿った、ディスプレイ装置からの光出力の輝度が低下しない（すなわち、リターダが存在しない場合と比較して）効果を有するように構成されてよい。

出力ディスプレイ偏光子２１８からの偏光成分３６０は、出力ディスプレイ偏光子２１８によって透過され、切り替え可能な補償リターダ３００に入射する。軸上光は、成分３６０からの未変更の偏光成分３６２を有し、軸外光は、切り替え可能な補償リターダ３００のリターダによって変換される偏光成分３６４を有する。少なくとも、偏光成分３６１は、直線偏光成分３６４に変換され、追加偏光子３１８によって吸収される。より一般的には、偏光成分３６１は、楕円偏光成分に変換され、追加偏光子３１８によって部分的に吸収される。

したがって、リターダ切り替え可能な液晶リターダ３０１が当該２つの配向状態のうちの第２の配向状態にあるとき、複数のリターダ３０１、３３０は、リターダの平面に対して垂直である軸に沿って通過する光に対して全体的なリターダンスをもたらさないが、リターダ３０１、３３０の平面に対して垂直と鋭角をなす一部の極角３６３には、通過する光に対してゼロでない全体的なリターダンスをもたらす。

換言すれば、切り替え可能な液晶リターダ３０１が当該２つの状態のうちの第２の状態にあるとき、切り替え可能な補償リターダ３３０は、切り替え可能なリターダ３０１の平面に対して垂直である軸に沿って通過する出力光線４００に対して偏光成分３６０を全変換しないが、リターダ３０１、３３０の平面に対して垂直と鋭角をなす一部の極角については、通過する光線４０２に対して偏光成分３６１を全変換する。

例示的な材料システムは、狭角動作について説明する。

図５Ｃは、図５Ｂの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフであり、表１に記載のパラメータを有する。

本実施形態では、遅延及び電圧の望ましい範囲は、リターダ積層体のシミュレーション及びディスプレイ光学積層体を用いた実験によって確立されている。

切り替え可能な液晶リターダ３００は、液晶材料４１４の層の第１の側に配置された第１表面配向層４０９と、第１の側と反対側の液晶材料４１４の層の第２の側に配置された第２の表面配向層４１１と、を備え、第１の表面配向層４０９はホメオトロピック配向層であり、第２の表面配向層４１１は、ホメオトロピック配向層であり、液晶材料の層は、５５０ｎｍの波長の光に対して５００ｎｍ～１０００ｎｍ、好ましくは６００ｎｍ～９００ｎｍ、最も好ましくは７００ｎｍ～８５０ｎｍのリターダンスを有する。

受動補償リターダ３３０が、リターダの平面に対して垂直である光軸を有するリターダを備える場合、受動リターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して－３００ｎｍ～－９００ｎｍ、好ましくは－４５０ｎｍ～－８００ｎｍ、最も好ましくは－５００ｎｍ～－７２５ｎｍのリターダンスを有する。

図５Ｃに示す光透過の極性分布は、下方に位置する空間光変調器４８からの輝度出力の極性分布を変更し、該当する場合にはバックライト２０についても変更する。

有利なことには、軸上の観察者に対して高輝度を維持しつつも、軸外のスヌーパーに対して低輝度を有するプライバシーディスプレイが提供される。軸外のスヌーパーに対するディスプレイの輝度が低下する、広範な極性領域が提供される。更に、プライバシー動作モードの主たるディスプレイユーザは、軸上輝度の影響を実質的に受けない。

電極全体に印加される電圧は、第１の配向状態ではゼロであり、第２の配向状態ではゼロではない。有利なことには、広角動作モードでは追加の電力消費は生じなくてよく、切り替え可能な液晶リターダ３０１の駆動の故障モードは広角モード用である。

ここで、図１Ａのディスプレイのプライバシーモードの動作について更に説明する。

図６Ａは、プライバシーモードで動作するディスプレイについての透過出力光の観測を正面斜視図で示す概略図である。ディスプレイ装置１００は、白色領域６０３と、黒色領域６０１と、を備えてよい。スヌーパーは、観察領域６０１、６０３間の輝度差が知覚され得る場合、ディスプレイ上の画像を観察することができる。動作中、主たるユーザ４５は、指向性ディスプレイの光学窓であり得る視聴位置２６までの光線４００によって全輝度画像を観察する。スヌーパー４７は、指向性ディスプレイの光学窓であり得る視聴位置２７において、低減された輝度光線４０２を観察する。領域２６、２７は、図５Ｃの軸上領域及び軸外領域を更に表す。

図６Ｂは、プライバシーモード１で動作する図１Ａのディスプレイの見え方を正面斜視図で示す概略図であり、輝度は、図５Ｃに示すように変化する。したがって、上視野象限５３０、５３２、下視野象限５３４、５３６、及び横視聴位置５２６、５２８は輝度の低下をもたらし、一方、上／下中央視聴領域５２２、５２０及び正面視聴は、より高い輝度をもたらす。

自動車車両において制御可能なディスプレイ照明を提供することが望ましい場合がある。

図６Ｃは、エンターテイメント動作モード及び共有動作モードの両方について、車両６００の車室６０２内に配置された切り替え可能な指向性ディスプレイ１００を有する自動車車両を側面図で示す概略図である。光円錐６１０（例えば、輝度がピーク輝度の５０％を超える光の円錐を表す）は、ディスプレイ１００の仰角方向の輝度分布によって提供されてよく、切り替え不能である。

図６Ｄは、エンターテイメント動作モードであって、プライバシーディスプレイと同様に動作する、車室６０２内に配置された切り替え可能な指向性ディスプレイ１００を有する自動車車両を正面図で示す概略図である。光円錐６１２は、乗客６０６がディスプレイ１００を見ることができるが、運転手６０４はディスプレイ１００上の画像を見ることができないように、狭角度範囲で提供される。有利なことには、エンターテイメント画像は、運転手６０４の注意を乱すことなく、乗客６０６に表示され得る。

図６Ｅは、共有動作モードの、車室６０２内に配置された切り替え可能な指向性ディスプレイ１００を有する自動車車両を上面図で示す概略図である。光円錐６１４は、例えば、ディスプレイが動いていないとき、又は注意を乱さない画像が提供されるときに、全乗員がディスプレイ１００上の画像を知覚することができるように、広角度範囲で提供される。

図６Ｆは、夜間動作モード及び日中動作モードの両方について、車室６０２内に配置された切り替え可能な指向性ディスプレイ１００を有する自動車車両を上面図で示す概略図である。図６Ｃ～図６Ｅの構成と比較して、光学出力は、ディスプレイの仰角方向が運転手６０４と乗客６０６の位置との間の軸に沿うように回転される。光円錐６２０は、運転手６０４及び乗客６０６の両方を照らす。

図６Ｇは、夜間動作モードの、車室６０２内に配置された、切り替え可能な指向性ディスプレイ１００を有する自動車車両を側面図で示す概略図である。したがって、ディスプレイは、狭角度の出力光円錐６２２を提供し得る。車室６０２の内側面及び乗客を照らし、有利なことには、運転手６０４の注意を乱す迷光は、実質的に低減され得る。運転手６０４及び乗客６０６の両方は、有利なことには、表示された画像を観察することができる。

図６Ｈは、日中動作モードの、車室６０２内に配置された切り替え可能な指向性ディスプレイ１００を有する自動車車両を側面図で示す概略図である。したがって、ディスプレイは、狭角度の出力光円錐６２４を提供し得る。有利なことには、ディスプレイは、車室６０２の全乗員によって好都合に観察され得る。

図６Ｃ～図６Ｈのディスプレイ１００は、運転手機器用ディスプレイ、中央コンソールディスプレイ、及びシートバックディスプレイなど他の車室位置に配置され得る。

図７Ａ～図７Ｄは、０．１Ｖ刻みで２．０５Ｖ～２．３５Ｖの４つの異なる駆動電圧に対する極性方向での出力透過の変化を示す概略図である。したがって、印加された電圧は、プライバシー動作モードにおける輝度視野最小位置を制御し得る。更に、輝度最小値は、極性プロファイルの上象限内の仰角に対してゼロ以下の仰角間で制御され得る。

図８は、制御システムによって実行されるプライバシーディスプレイの制御を示すフローチャートである。この制御は、本明細書に記載する装置のそれぞれに適用されてよい。

第１の工程８７０では、ユーザは、プライバシー動作モードを有効にし得る。

第１の、及び更なる補償切り替え可能な液晶リターダ３００Ｂが設けられる場合（例えば、以下で説明する図２２Ａの装置において）、制御システムは第２の配向状態で配置されて、前述の切り替え可能な液晶リターダ３１４Ａの電極４１３、４１５全体に印加される電圧を制御し、また、更なる切り替え可能な液晶リターダ３１４Ｂの電極全体に印加される電圧を制御し、リターダ３１Ａ、３３０Ａの平面に対して垂直と鋭角をなす一部の極角で前述の第１の切り替え可能な液晶リターダ３１４Ａ及び前述の受動補償リターダ３３０Ａを通過する光に対する全体的なリターダンスは、一部の極角で更なる切り替え可能な液晶リターダ３１４Ｂ及び更なる受動補償リターダ３３０Ｂを通過する光に対する全体的なリターダンスとは異なる。

かかるプライバシーモード設定は、手動設定（例えば、キーボード操作）によって、又は例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２０１７－０２３６４９４号に記載されているように、スヌーパーの存在を特定するセンサを使用した自動検知によって提供されてよい。任意に、スヌーパーに関するディスプレイの配向は、検出器８７３によって更に検出されてよい。

第２の工程８７２では、スヌーパーの位置は、例えばカメラ若しくはキーボード設定又は他の方法によって検出されてよい。例示的な実施例では、オフィス設定が提供されてもよく、このオフィス設定は、共有オフィス環境を動き回るスヌーパーに対するプライバシー性能を最適化することが望ましい場合があり、したがって下方視野象限に対して性能を最適化する。フライト設定と比較して、着席しているスヌーパーにプライバシーレベルの最適化をもたらし、オフィス設定に望ましい仰角よりも小さい仰角に対してプライバシーレベルを改善し得る。

第３の工程８７６では、切り替え可能な液晶リターダ３０１に印加される電圧を調整してよく、第４の工程８７８では、制御システムでＬＥＤプロファイルを調整することができる。

したがって、制御システムは、ディスプレイ装置１００に関してスヌーパー４７の位置を判定する手段８７２を更に備えてよく、制御システムは、測定したスヌーパー４７の位置に応答して、ドライブ３５０によって切り替え可能な液晶リターダ３１４の電極４１３、４１５全体に印加される電圧を調整するように構成されている。

有利なことには、ディスプレイのプライバシー動作は、スヌーパーのビューイングジオメトリ（viewing geometry）を最適化するように制御され得る。

本実施形態の考察に戻り、切り替え可能な補償リターダ３００の更なる構成について説明する。

図９Ａは、交差Ａプレート受動補償リターダ３０８Ａ、３０８Ｂと、ホメオトロピック配向の切り替え可能な液晶リターダ３０１と、を備える、プライバシー動作モードの切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図であり、図９Ｂは、交差Ａプレート受動補償リターダと、ホメオトロピック配向の切り替え可能な液晶リターダと、を備える、プライバシー動作モードの切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。

図４Ａ及び図５Ａの構成と比較して、補償リターダ３３０は、代替的に、交差するリターダの平面に光軸を有する一対のリターダ３０８Ａ、３０８Ｂを備えてよい。補償リターダ３３０は、したがって、それぞれ単一のＡプレートを備える一対のリターダ３０８Ａ、３０８Ｂを備える。

一対のリターダ３０８Ａ、３０８Ｂは、それぞれ、互いに関して異なる角度で配向されたそれぞれの光軸３０９Ａ、３０９Ｂを有する複数のＡプレートを備える。一対のリターダは、追加偏光子３１８が入力ディスプレイ偏光子の入力側に配置されている場合には入力ディスプレイ偏光子２１０の電気ベクトル伝達方向２１１に対して平行であり、追加偏光子３１８が入力ディスプレイ偏光子２１８の出力側に配置されている場合には出力ディスプレイ偏光子２１８の電気ベクトル伝達方向２１９に対して平行である、電気ベクトル伝達方向に関して４５°でそれぞれ延在する、光軸３０９Ａ、３０９Ｂを有する。

図９Ｃは、広角動作モードでの、図９Ａの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフであり、図９Ｄは、プライバシー動作モードでの、図９Ｂの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフであり、表２の例示的な実施形態によって提供される。

受動補償リターダ３３０が、交差するリターダの平面内に光軸を有する一対のリターダを備える場合、この一対のリターダの各リターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して３００ｎｍ～８００ｎｍの範囲、好ましくは５００ｎｍ～７００ｎｍの範囲、最も好ましくは５５０ｎｍ～６７５ｎｍの範囲のリターダンスを有する。

有利なことに、Ａプレートは、好都合には、図４Ａ及び図５ＡのＣプレートリターダよりも低コストで製造され得る。広角動作モード用に、ゼロ電圧状態が更に提供され、広角動作中の電力消費を最小限に抑え得る。

本実施形態において、「交差する」は、リターダの平面内の２つのリターダの光軸間の実質的に９０°の角度を指す。リターダ材料のコストを低減するために、例えば、フィルム製造中の延伸誤差に起因して、リターダ配向に多少の変化を有する材料を提供することが望ましい。好ましい方向から離れるリターダ配向の変化は、正面輝度を低下させ、最小透過率を増加させ得る。好ましくは、角度３１０Ａは、少なくとも３５°かつ最大５５°、より好ましくは少なくとも４０°かつ最大５０°、最も好ましくは少なくとも４２．５°かつ最大４７．５°である。好ましくは、角度３１０Ｂは、少なくとも１２５°かつ最大１４５°、より好ましくは少なくとも１３０°かつ最大１３５°、最も好ましくは少なくとも１３２．５°かつ最大１３７．５°である。

ディスプレイにタッチしているときなど機械的に歪んでいるとき、図９Ａ～９Ｂのホメオトロピック配向の液晶リターダ３０１は、目に見えるミスアライメントアーチファクトを生じさせる、不必要に長い回復時間を有し得る。機械的な歪みの後に高速で回復することが望ましい。

図１０Ａ～図１０Ｂは、第１の駆動電圧及び第２の駆動電圧に対してＣプレートリターダ３３０がそれぞれ正の誘電異方性及び受動の負のＣプレートである液晶材料４１４を含み、ホモジニアス配向の切り替え可能な液晶リターダを備える、広角動作モード及びプライバシー動作モードでの切り替え可能な補償リターダの構成をそれぞれ斜視側面図で示す概略図である。

切り替え可能な液晶リターダは、液晶材料４１４の層に隣接し、隣接する液晶材料内にホモジニアス配向をもたらすようにそれぞれ構成されている表面配向層４３１、４３３を更に含む。換言すると、切り替え可能な液晶リターダは、液晶材料４１４の層に隣接し、かつその両側に配置され、隣接する液晶材料４１４内にホモジニアス配向をもたらすようにそれぞれ構成されている、２つの表面配向層４３１、４３３を備える。

図１０Ｃは、様々な異なる印加電圧についての図１０Ａの切り替え可能な液晶リターダ３０１を通る分数位置４４０に対する液晶ダイレクタ角度４０７のグラフを示す概略図である。図１０Ｃは、プレチルト角が小さく、印加電圧と共に増加する図４Ｂとは異なる。プロファイル４４１は、０Ｖの印加電圧に対する液晶材料４１４のチルト角を示し、傾斜プロファイル４４３は、２．５Ｖに対するダイレクタ配向を示し、チルトプロファイル４４５は５Ｖに対するダイレクタ配向を示す。したがって、液晶層は、典型的には、望ましい切り替え状態で斜めであり、補償リターダ３３０によって補償される。２．５Ｖ超から１０Ｖに電圧を増加させると、斜面が存在するリターダ３０１の厚さを漸進的に低減し、有利なことには、透過が最大になる極性視野を増大させる。

リターダの平面に対して垂直である方向と比較した液晶チルトの分解成分４１９ａ、４１９ｂは、図５Ａの成分４１７ａ、４１７ｂよりも実質的に高い。

分解成分４１９ａ、４１９ｂの増加した大きさは、例えば、図９Ａの構成と比較して、機械的な歪みの後に増加した復元力をもたらし得る。ディスプレイにタッチする際などの機械的な歪みに対する感度は、有利なことに低減され得る。

動作の電圧は、許容可能な広角視野のために１０Ｖ未満に低減され、電力消費を低減し、電気駆動のコスト及び複雑性を低減し得る。

図１１Ａ～図１１Ｃは、プライバシーモード及び異なる駆動電圧に対する２つの異なる広角モードでの、図１０Ａ及び図１０Ｂのディスプレイ装置と同様にホモジニアス配向の液晶リターダ３０１及び負の受動Ｃプレート補償リターダ３３０を備える切り替え可能な補償リターダの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフであり、表３に示す実施形態を含む。

両基材上にホモジニアス配向層４３１、４３３を備える能動ＬＣリターダ３０１の光学リターダンスの望ましい範囲、及び負の受動Ｃプレート補償リターダ３３０は、表４に更に記載する。

したがって、切り替え可能な液晶リターダ３００は、液晶材料４１４の層の第１の側に配置された第１の表面配向層４３１と、第１の側と反対側の液晶材料４１４の層の第２の側に配置された第２の表面配向層４３３と、を備え、第１の表面配向層４０９はホモジニアス配向層であり、第２の表面配向層はホモジニアス配向層であり、液晶材料の層は、５５０ｎｍの波長の光に対して５００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲、好ましくは６００ｎｍ～８５０ｎｍの範囲、最も好ましくは７００ｎｍ～８００ｎｍの範囲のリターダンスを有する。したがって、第１の配向層及び第２の配向層はそれぞれホモジニアス配向層であり、受動補償リターダ３３０がリターダの平面に対して垂直である光軸を有するリターダを備えるとき、受動リターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して、－３００ｎｍ～－７００ｎｍの範囲、好ましくは－３５０ｎｍ～－６００ｎｍの範囲、最も好ましくは－４００ｎｍ～－５００ｎｍの範囲のリターダンスを有する。

有利なことには、軸外プライバシーは、広い極性領域全体での輝度低下及びプライバシーレベルの増加によってもたらされ得る。層３１４内の液晶材料の流動から生じる視覚的アーチファクトに対する更なる抵抗は、ホメオトロピック配向と比較して改善され得る。

ここで、図１０Ａの光学構造体の様々な他の構成及び駆動について説明する。

５Ｖでの動作は、広角モードで許容可能な輝度のロールオフを達成しつつ、より低い電力消費及び低コストの電子機器をもたらす。広角モードの視野は、１０Ｖでの動作によって更に拡大され得る。

図１２Ａは、プライバシー動作モードの切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図であり、この構成は、交差Ａプレート受動補償リターダ３０８Ａ、３０８Ｂと、ホモジニアス配向の切り替え可能な液晶リターダ３０１と、を備え、図１２Ｂ～図１２Ｄは、異なる駆動電圧についての、プライバシーモード及び広角モードでのホモジニアス配向の液晶材料４１４及び負の受動交差Ａプレートリターダ３０８Ａ、３０８Ｂを備える、切り替え可能な補償リターダ３０１の透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフであり、表５に示すそれぞれの実施形態を含む。

両基材上のホモジニアス配向層４０９、４１１と、正の能動交差Ａプレート補償リターダ３０８Ａ、３０８Ｂと、を備える能動ＬＣリターダ３０１の光学リターダンスの望ましい範囲は、表６に更に記載する。

したがって、第１の配向層及び第２の配向層は、それぞれホモジニアス配向層であり、液晶材料の層は、５５０ｎｍの波長の光に対して５００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲、好ましくは６００ｎｍ～８５０ｎｍの範囲、最も好ましくは７００ｎｍ～８００ｎｍの範囲のリターダンスを有し、受動補償リターダ３３０は、交差するリターダの平面内に光軸を有する一対のリターダを備え、この一対のリターダの各リターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して３００ｎｍ～８００ｎｍ、好ましくは３５０ｎｍ～６５０ｎｍ、最も好ましくは４５０ｎｍ～５５０ｎｍのリターダンスを有する。

更なる交差Ａプレートは、好都合には、低コスト材料から提供され得る。

ここで、実例として、図１２Ａの光学構造及び駆動の様々な他の例示的な実施形態について説明する。図１２Ｃ及び図１２Ｄは、アドレス電圧及びリターダンスの調整によって、有利に異なる広角視野が達成され得ることを更に示す。

ここで、光学積層構造体の構成について更に説明する。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、切り替え可能な補償リターダと、光学結合層３８０と、を備えるディスプレイの一部を側面図で示す概略図である。光学結合層３８０は、積層フィルム及び基材に設けられてよく、プライバシーモードの高視野角で効率を向上し、輝度を低下させる。更に、空間光変調器４８と切り替え可能な補償リターダ３００との間に空隙３８４が設けられてよい。空隙３８４における２つの表面の湿潤を低減するために、切り替え可能な補償リターダ３００又は空間光変調器４８のうちの少なくとも１つに、湿潤防止面３８２が設けられてよい。

受動補償リターダ３３０は、図１３Ａに示すように切り替え可能な液晶層３０１と空間光変調器４８との間に設けられてよい、又は図１３Ｂに示すように、追加偏光子３１８と切り替え可能な液晶リターダ３０１との間に設けられてよい。両方のシステムにおいて、実質的に同一の光学性能が提供される。

図１３Ａは、光学層が基材３１２、３１６の外側に結合されていることを示す。有利なことには、積層中に蓄積された応力により、取り付けられた層からの基材３１２、３１６の曲がりが低減し、ディスプレイの平坦性が維持され得る。

同様に、切り替え可能な補償リターダ３００が配置され得、出力偏光子２１８はディスプレイ偏光子である。画素２２０、２２２、２２４における位相構造などから空間光変調器４８によってもたらされ得る散乱は、切り替え可能な補償リターダ３０１が空間光変調器４８の背後に配置される構成と比較して、出力輝度プロファイルを劣化させない。

ディスプレイ偏光子の電気ベクトル伝達方向とは異なる電気ベクトル伝達方向を有する追加偏光子を設けることが望ましい場合がある。

図１４は、上述のように交差Ａプレート受動補償リターダ３０８Ａ、３０８Ｂと、ホモジニアス配向の切り替え可能な液晶リターダ３０１と、を備えるが、受動回転リターダ４６０を更に備える、プライバシー動作モードの切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。

ディスプレイ偏光子２１８は、ねじれネマティックＬＣＤディスプレイの場合に、例えば４５度の角度３１７であり得る、電気ベクトル伝達方向２１９を備えてよい。追加偏光子３１８は、典型的に垂直偏光を透過する偏光サングラスを着用し得るユーザに垂直偏光をもたらすように配置されてよい。

受動回転リターダ４６０は、本実施形態の補償リターダ３３０とは異なり、その動作についてはここで説明する。

受動回転リターダ４６０は、複屈折材料４６２を含んでよく、半波長板であって、例えば５５０ｎｍの波長で２７５ｎｍのリターダンスを有してよい。

受動回転リターダ４６０は、追加偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向３１９に対して２２．５度であり得る角度４６６で傾斜している、高速軸配向４６４を有する。したがって受動回転リターダ４６０は、補償リターダ３０８Ｂに入射する光の偏光方向が方向３１９に対して平行となるように、出力偏光子２１８からの偏光を回転させる。

受動回転リターダ４６０は、ディスプレイ偏光子２１８からの偏光成分の角度を回転させることによって、軸上偏光状態を変更する。比較すると、補償リターダ３０８Ａ、３０８Ｂは、共に軸上偏光状態を変更しない。

更に、受動回転リターダ４６０は、視野角と実質的に無関係であり得る偏光を回転させる。比較すると、補償リターダ３０８Ａ、３０８Ｂは、視野角に出力輝度の実質的な変更をもたらす。

有利なことには、ディスプレイは、例えば、偏光サングラス着用時に視聴できるように、ディスプレイ偏光子の偏光方向２１９とは異なる出力偏光方向３１９を備えてよい。

代替的な実施形態では、別個のリターダ４６０は省略されてもよく、リターダ３０８Ａのリターダンスと比較して、追加の半波長回転を提供するために、図１１Ａのリターダ３０８Ｂのリターダンスを増加させてよい。例示的な実施形態を継続するために、波長５５０ｎｍにおけるリターダ３０８Ｂのリターダンスは、リターダ３０８Ａのリターダンスよりも２７５ｎｍ大きくてよい。有利なことには、層の数、複雑性、及びコストが低減され得る。

光学部品の厚さ及び総数を低減することが望ましい。

図１５Ａは、第１のＣプレート受動補償リターダ３３０Ａと第２のＣプレート受動補償リターダ３３０Ｂとの間に配置され、ホモジニアス配向の切り替え可能な液晶リターダ３０１を備える、プライバシー動作モードの切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図であり、更に表７に示す。

図１５Ｂ及び図１５Ｃは、それぞれ広角動作モード及びプライバシー動作モードでの、図１５Ａの光学積層体内の透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。

受動補償リターダ３３０は、第１のＣプレート３３０Ａと、第２のＣプレート３３０Ｂと、を備え、切り替え可能な液晶層３０１は、第１のＣプレート３３０Ａと第２のＣプレート３３０Ｂとの間に設けられる。

受動補償リターダ３３０Ａ、３３０Ｂは、受動リターダの平面に対して垂直である光軸を有する２つの受動リターダを備え、切り替え可能な液晶リターダ３０１は、２つの受動リターダの間に設けられる。したがって、図１Ａの第１の基材３１２及び第２の基材３１６は、２つの受動リターダ３３０Ａ、３３０Ｂのうちの１つをそれぞれ含む。

組み合わせると、２つの受動リターダ３３０Ａ、３３０Ｂは、５５０ｎｍの波長の光に対して－３００ｎｍ～－８００ｎｍの範囲、好ましくは－３５０ｎｍ～－７００ｎｍの範囲、最も好ましくは－４００ｎｍ～－６００ｎｍの範囲の総リターダンスを有する。

図１６Ａは、それぞれＣプレート受動補償リターダ３３０Ａ、３３０Ｂを備える第１の基材と第２の基材との間に配置された、切り替え可能な液晶リターダ３０１を備えるディスプレイを斜視側面図で示す概略図であり、図１６Ｂは、それぞれＣプレート受動補償リターダ３３０Ａ、３３０Ｂを備える第１の基材と第２の基材との間に配置された、切り替え可能な液晶リターダ３０１を備えるディスプレイの一部を側面図で示す概略図である。

第１のＣプレート３３０Ａは、片側に形成された透明電極層４１５と、液晶配向層４１１と、を有し、第２のＣプレート３３０Ｂは、片側に形成された透明電極層４１３と、液晶配向層４０９と、を有する。

液晶材料の層３１４は、第１の基材３１２と第２の基材３１６との間に設けられ、第１の基材３１２及び第２の基材３１６はそれぞれ、第１のＣプレート３３０Ａ及び第２のＣプレー３３０Ｂのうちの１つを備える。Ｃプレートは、ＩＴＯコーティングされて、電極４１３、４１５を設け、その上に形成された液晶配向層４０９、４１１を有する、二重延伸ＣＯＰフィルム内に設けられ得る。

有利なことには、層の数は、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃおよび図１Ｄの構成と比較して減少してよく、厚さ、コスト、及び複雑性も低下する。更に、Ｃプレート３３０Ａ、３３０Ｂは可撓性基材であってよく、可撓性プライバシーディスプレイを提供し得る。

第１及び第２のＡプレート基材間に液晶材料の層３１４を設けることが望ましい。

図１７Ａは、上述したように、第１の交差Ａプレート受動補償リターダ３３０Ａと第２の交差Ａプレート受動補償リターダ３３０Ｂとの間に配置された、ホモジニアス配向の切り替え可能な液晶リターダ３０１を備える、広角動作モードの切り替え可能な補償リターダ３００の構成を斜視側面図で示す概略図であり、図１７Ｂ及び図１７Ｃは、それぞれ広角動作モード及びプライバシー動作モードでの駆動時の、図１７Ａの構造の透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフであり、表７に示す更なる例示的な実施形態をそれぞれ含む。

図１５Ａの構成と比較して、有利なことには、Ａプレートは、Ｃプレートと比較して低減されたコストで製造され得る。

ここで、ホモジニアス配向層及びホメオトロピック配向層の両方を備えるハイブリッド配向構造について説明する。

図１８Ａは、液晶材料４２３を含むホモジニアス配向及びホメオトロピック配向の切り替え可能な液晶リターダ３０１と、負の受動Ｃプレートリターダ３３０と、を備える、プライバシー動作モードの切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。

図１８Ｂ～図１８Ｃは、それぞれ広角動作モード及びプライバシー動作モードでの図１８Ａの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフであり、表８の構成によって提供される。

ハイブリッド配向の切り替え可能な液晶リターダ３０１は、所与の材料及びセルの厚さの選択に対して有効複屈折が低減されるように可変チルトを有する。したがって、リターダ設計は、配向層が同一である構成と比較して補償するように調整される必要がある。切り替え可能な液晶リターダ３３０は、液晶材料４２３の層の第１の側に配置された第１表面配向層４４１と、第１の側と反対側の液晶材料４２３の層の第２の側に配置された第２の表面配向層４４３と、を備える。第１の表面配向層４４１は、隣接する液晶材料４２３内にホメオトロピック配向をもたらすように構成されているホメオトロピック配向層であり、第２の表面配向層４４３は、隣接する液晶材料４２３内にホモジニアス配向をもたらすように構成されているホモジニアス配向層である。

更に、リターダの最適な設計は、ホメオトロピック配向層及びホモジニアス配向層に関する受動補償リターダ３３０の相対位置に関連する。

表面配向層４４３が、液晶材料４２３の層と補償リターダ３３０との間にホモジニアス配向をもたらすように構成されている場合、液晶材料４２３の層は、５５０ｎｍの波長の光に対して５００ｎｍ～１８００ｎｍの範囲、好ましくは７００ｎｍ～１５００ｎｍの範囲、最も好ましくは９００ｎｍ～１３５０ｎｍの範囲のリターダンスを有する。表面配向層４４３が、液晶材料４２３の層と補償リターダ３３０との間にホモジニアス配向をもたらすように構成されている場合、受動補償リターダは、図１８Ａに示すように、リターダの平面に対して垂直である光軸を有するリターダ３３０を備えてよく、受動リターダ３３０は、５５０ｎｍの波長の光に対して－３００ｎｍ～－１６００ｎｍの範囲、好ましくは－５００ｎｍ～－１３００ｎｍの範囲、最も好ましくは－７００ｎｍ～－１１５０ｎｍの範囲のリターダンスを有する、あるいは、受動補償リターダは、交差するリターダの平面内に光軸を有する一対のリターダ（図示なし）を備えてよく、この一対のリターダの各リターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して４００ｎｍ～１６００ｎｍの範囲、好ましくは６００ｎｍ～１４００ｎｍの範囲、最も好ましくは８００ｎｍ～１３００ｎｍの範囲のリターダンスを有する。

表面配向層４４１が、液晶材料４２３の層と補償リターダ３３０との間にホメオトロピック配向をもたらすように構成されている場合、液晶材料４２３の層は、５５０ｎｍの波長の光に対して７００ｎｍ～２０００ｎｍの範囲、好ましくは１０００ｎｍ～１７００ｎｍの範囲、最も好ましくは１２００ｎｍ～１５００ｎｍの範囲のリターダンスを有する。表面配向層４４１が、液晶材料４２３の層と補償リターダ３３０との間にホメオトロピック配向をもたらすように構成されている場合、受動補償リターダは、図１８Ａに示すように、リターダの平面に対して垂直である光軸を有するリターダ３３０を備えてよく、受動リターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して－４００ｎｍ～－１８００ｎｍの範囲、好ましくは－７００ｎｍ～－１５００ｎｍの範囲、最も好ましくは－９００ｎｍ～－１３００ｎｍの範囲のリターダンスを有する、あるいは、受動補償リターダは、交差するリターダの平面内に光軸を有する一対のリターダ（図示なし）を備えてよく、この一対のリターダの各リターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して４００ｎｍ～１８００ｎｍの範囲、好ましくは７００ｎｍ～１５００ｎｍの範囲、最も好ましくは９００ｎｍ～１３００ｎｍの範囲のリターダンスを有する。

図５Ａの構成と比較して、プライバシー動作モードは、有利なことには、液晶リターダの押圧時に材料の流動の見え方に対する弾力性を増加させ得る。

ここで、本実施形態との比較として、直列配置時の平行偏光子間のリターダの性能について説明する。まず、２つの異なる駆動電圧に対するホモジニアス配向の液晶リターダ３０１の視野について説明する。

図１９Ａは、ホモジニアス配向の切り替え可能な液晶リターダ３９０の構成を斜視側面図で示す概略図である。図１９Ｂは、第１の印加電圧についての図１９Ａの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフであり、図１９Ｃは、第１の印加電圧よりも大きい第２の印加電圧についての図１９Ａの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフであって、表９に示す構造を備える。ホモジニアス配向の切り替え可能な液晶リターダ３９０は、上述の切り替え可能な液晶リターダ３３０に対応し、本明細書に開示する装置のいずれかにおいて、切り替え可能な液晶リターダとして適用され得る。

図１９Ｄは、平行偏光子間に配置された受動Ｃプレートリターダ３９２を斜視側面図で示す概略図であり、図１９Ｅは、図１９Ｄの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフであって、表９に示す構造を備える。受動Ｃプレートリターダ３９２は、受動補償リターダ３３０に対応し、本明細書に開示する装置のいずれかにおいて、少なくとも１つの受動補償リターダとして適用され得る。

図２０Ａは、平行偏光子３９６、３９８間に配置されたＣプレートリターダ３９２を備える視野制御受動リターダと直列に、平行偏光子３９４、３９６間に配置された、ホモジニアス配向の切り替え可能な液晶リターダ３９０の構成を斜視側面図で示す概略図であり、図２０Ｂは、第１の印加電圧についての図２０Ａの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフであり、図２０Ｃは、第１の印加電圧よりも大きい第２の印加電圧についての図２０Ａの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフであって、表９に示す構造を備える。

図２１Ａは、Ｃプレート補償リターダ３３０と直列の、ホモジニアス配向の切り替え可能な液晶リターダ３０１の構成を斜視側面図で示す概略図であって、ホモジニアス配向の切り替え可能な液晶材料７１２及びＣプレート補償リターダ３３０は、一対の平行偏光子間に配置されており、図２１Ｂは、第１の印加電圧について図２１Ａの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフであり、図２１Ｃは、第１の印加電圧よりも大きい第２の印加電圧について図２１Ａの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフであって、表９に示す構造を備える。

予想外に、最大視野動作の最適条件は、その非駆動状態の切り替え可能な液晶リターダ３０１と比較して、補償リターダ３３０の等しく、かつ反対である正味遅延によって提供される。狭角状態をもたらすように構成されているとき、理想的な補償リターダ３３０及び切り替え可能な液晶リターダ３０１は、（ｉ）入力光からの広角モード性能を変更せず、かつ（ｉｉ）すべての仰角の軸外位置に対して横方向視野角を最適に低減することができる。この教示は、本明細書に開示するすべてのディスプレイ装置に適用され得る。

軸外視聴位置の輝度低下を増加させることが望ましい場合がある。具体的には、広角バックライトを有する液晶ディスプレイにおいてプライバシー低減を増大することが望ましいであろう。

図２２Ａは、出力ディスプレイ偏光子２１８と追加偏光子３１８Ａとの間に配置された、第１の切り替え可能な補償リターダ３００Ａ（この場合、負のＣプレート受動補償リターダ３３０Ａ及びホメオトロピック配向の切り替え可能な液晶リターダ３０１Ａであるが、これは一例に過ぎず、本明細書に開示する複数のリターダの他の構成のいずれかで代用され得る）と、前述の追加偏光子３１８Ａと更なる追加偏光子３１８Ｂとの間に配置され、電気ベクトル伝達方向３１９Ｂを有する、更なる切り替え可能な補償リターダ３００Ｂ（この場合、負のＣプレート受動補償リターダ３３０Ｂ及びホメオトロピック配向の切り替え可能な液晶リターダ３０１Ｂであるが、これは一例に過ぎず、本明細書に開示する複数のリターダの他の構成のいずれかで代用され得る）と、を備える、プライバシー動作モードの切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す（出力光が方向付けられるｚ軸が下向きである逆視を示す）概略図である。

代替例として、前述の追加偏光子３１８Ａは、入力ディスプレイ偏光子２１０の入力側に配置されてよく（この場合、更なる追加偏光子３１８Ｂは、前述の追加偏光子３１８Ａとバックライト２０との間の入力ディスプレイ偏光子２１０の入力側に配置されてよい）、更なる切り替え可能な補償リターダ３００Ｂは、更なる追加偏光子３１８Ｂと前述の追加偏光子３１８Ａとの間に配置されてよい。

これらの代替例の両方において、第１の複数のリターダ３００Ａ及び更なる複数のリターダ３００Ｂのそれぞれは、それぞれの一対の偏光子間に配置され、その結果、上述の装置内の対応する構造と同様の効果を有する。

更なる切り替え可能な液晶リターダ３０１Ａの配向層のプレチルト方向３０７Ａ、３０９ＡＡは、第１の切り替え可能な液晶リターダ３０１Ｂの配向層３０７Ｂ、３０９ＡＢのプレチルト方向に対して平行若しくは逆平行に、又は直交して配向される液晶層の平面内に成分を有してよい。広角動作モードでは、切り替え可能な液晶リターダ３０１Ａ、３０１Ｂの両方が駆動されて広視野角を提供する。プライバシー動作モードでは、切り替え可能な液晶リターダ３０１Ｂ、３０１Ａは協働して、有利に輝度低下を増大させ、したがって一軸におけるプライバシーを改善することができる。

第１の切り替え可能な液晶リターダ３０１Ｂ及び更なる液晶リターダ３０１Ａによって提供される遅延は異なり得る。切り替え可能な液晶リターダ３０１Ｂ及び更なる切り替え可能な液晶リターダ３０１Ａは、共通電圧によって駆動されてよく、第１の切り替え可能な液晶リターダ３０１Ｂ内の液晶材料４０８Ｂは、更なる切り替え可能な液晶リターダ３０１Ａ内の液晶材料４０８Ａとは異なり得る。本明細書の他の箇所に示す極性輝度プロファイルの色度変化は低減され得、その結果、軸外色の見え方が有利に改善される。

あるいは、切り替え可能な液晶リターダ３０１Ｂ、３０１Ａは、水平方向及び垂直方向の両方において輝度が低下するように直交配向を有して、横方向及び縦方向でのプライバシー動作を有利に実現し得る。

あるいは、層３０１Ａ、３０１Ｂは、異なる駆動電圧が印加されてよい。輝度プロファイルのロールオフの制御は有利に増加させることができる、又は横方向とプライバシー動作とを切り替えることができる。

リターダンス制御層３３０Ｂは、第１の追加偏光子３１８Ａと更なる追加偏光子３１８Ｂとの間に配置された受動補償リターダ３３０Ａを備えてよい。より一般的には、切り替え可能な液晶リターダ３０１Ａは省略されてよく、固定された輝度低下は、受動補償リターダ３３０Ａによって提供されてよい。例えば、視野象限での輝度低下は、層３３０Ａのみによって提供され得る。有利なことには、輝度を低下させるために、極性領域面積が増加し得る。更に、コリメートされたバックライトよりも広角の照明出力を有するバックライトを設けて、広角動作モードでディスプレイの視認性を高めることができる。

図２２Ｂは、液晶ディスプレイの入力側に配置された第１の切り替え可能な補償リターダ及び液晶ディスプレイの出力側に配置された第２の切り替え可能な補償リターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。

前述の追加偏光子３１８Ａは、入力ディスプレイ偏光子２１０とバックライト２０との間の入力ディスプレイ偏光子２１０の入力側に配置され、ディスプレイ装置は、出力ディスプレイ偏光子２１８の出力側に配置された更なる追加偏光子３１８Ｂと、更なる追加偏光子３１８Ｂと出力ディスプレイ偏光子２１８との間に配置された更なるリターダ３０１Ｂ、３３０Ｂと、を更に備える。更なるリターダは、液晶材料４１４Ｂの層と、液晶材料４１４Ｂの層の両側にある電極４１３Ｂ、４１５Ｂと、を備える、更なる切り替え可能な液晶リターダ３０１Ｂを備え、液晶材料４１４Ｂの層は、電極４１３Ｂ、４１５Ｂの全体に印加される電圧によって２つの配向状態間で切り替え可能である。

図２２Ｃは、第１の受動補償リターダと、第１の切り替え可能な液晶リターダと、第１の制御偏光子２５０と、第２の受動補償リターダと、第２の切り替え可能な液晶リターダと、第２の制御偏光子２５０と、を備える視野角制御光学素子を側面斜視図で示す概略図である。かかる素子は、空間光変調器４８を備えるディスプレイ装置１００に提供されると、図２２Ｂの構成と同様の性能を実現することができる。

自動車車両においては、エンターテイメント動作モード及び夜間動作モードの両方を提供することが望ましい場合がある。

図２２Ｄは、日中動作モード及び／又は共有動作モードについて、車室６０２内に配置された、図２２Ｂに示すような切り替え可能な指向性ディスプレイを有する自動車車両を上面図で示す概略図であり、図２２Ｅは、日中動作モード及び／又は共有動作モードについて、車室６０２内に配置された切り替え可能な指向性ディスプレイを有する自動車車両を側面図で示す概略図である。光円錐６３０、６３２は、広角度の視野を備えており、したがって、有利なことには、複数の乗員がディスプレイを見ることができる。

図２２Ｆは、夜間動作モード及び／又はエンターテイメント動作モードについて、車室６０２内に配置された、図２２Ｂに示すような切り替え可能な指向性ディスプレイを有する自動車車両を上面図で示す概略図である。図２２Ｇは、夜間動作モード及び／又はエンターテイメント動作モードについて、車室６０２内に配置された切り替え可能な指向性ディスプレイを有する自動車車両を側面図で示す概略図である。光円錐６３４、６３６は、狭角度の視野を備えており、したがって、有利なことには、単一の乗員のみがディスプレイを見ることができる。有利なことには、夜間動作の迷光が低減され、運転手の安全性が向上する。更に、フロントガラス６０１からのディスプレイの反射が低減され、運転手６０４の注意を乱すものが最小化する。

広角照明バックライト及び発光型空間光変調器によって、低コストで光円錐の視野を低減することが望ましいであろう。

図２３Ａは、空間光変調器４８の入力側に配置された反射型追加偏光子３１８Ａ及び受動リターダ２７０の構成を斜視側面図で示す概略図である。空間光変調器４８の出力には、図２２Ｂの装置内のものと同様の複数のリターダ３００が存在する。図２２Ｂの構成と比較して、受動リターダ２７０は、切り替え可能な後方補償液晶リターダ３００Ａの代わりに設けられる。有利なことには、コスト及び厚さは低減され、その一方で、プライバシー動作モードでの低軸外照明及び広角動作モードでの許容可能な視野角を実現する。

図２３Ｂは、受動リターダ２７０と、第１の制御偏光子２５０Ａと、受動補償リターダ３３０と、切り替え可能な液晶リターダ３０１と、第２の制御偏光子２５０Ｂと、を備える視野角制御光学素子を側面斜視図で示す概略図である。これは、空間光変調器４８の前に配置されて、ディスプレイ装置を提供する。

ここで、上記の装置のいずれかで適用されてよい、様々な受動リターダ２７０について説明する。

図２４Ａは、ディスプレイ偏光子の電気ベクトル伝達方向に直交する平面内で傾斜する負のОプレートリターダ２７２Ａと、負のＣプレートリターダ２７２Ｂと、を備え、ディスプレイ装置の視野変化をもたらすように構成されている受動リターダ２７０の光学積層体を側面斜視図で示す概略図であり、図２４Ｂは、図２４Ａの受動リターダの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフであって、表１０に示す構造を備える。

したがって、受動リターダ２７０は、受動リターダ２７２Ａの平面内の成分と、受動リターダ２７２Ａの平面に対して垂直である成分と、を有する光軸を有する負のＯプレートである受動リターダ２７２Ａを備える。更に、受動リターダの平面内の成分は、ディスプレイ偏光子２１８の電気ベクトル伝達２１９に対して平行である電気ベクトル伝達方向に関して９０°で延在する。受動リターダ２７２Ｂは、受動リターダの平面に対して垂直な光軸を有する、受動リターダを備える。

有利なことには、横視野方向に対して輝度を低下させることができる。モバイルディスプレイは、水平軸を中心に快適に回転させることができ、横方向の軸外のスヌーパーのためにプライバシーを実現することができる。

図２４Ｃは、交差Ａプレートと、正のＯプレートと、を備える受動リターダ２７０の光学積層体を側面斜視図で示す概略図であり、図２４Ｄは、図２４Ｃの受動リターダ内の透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフであって、表１１に示す構造を備える。

したがって、受動リターダ２７０は、交差Ａプレートである受動リターダ２７２Ａ、２７２Ｂと、受動リターダ２７２Ｃの平面内の成分と、受動リターダ２７２Ｃの平面に対して垂直である成分と、を有する光軸を有するリターダ２７２Ｃと、を備える。受動リターダの平面内の成分は、ディスプレイ偏光子２１８の電気ベクトル伝達２１９に対して平行である電気ベクトル伝達方向に関して９０°で延在する。有利なことには、横視野方向に対して輝度を低下させることができる。モバイルディスプレイは、水平軸を中心に快適に回転させることができ、横方向の軸外のスヌーパーのためにプライバシーを実現することができる。

横方向及び仰角方向の両方において輝度を低下させることが望ましい場合がある。

図２４Ｅは、２対の交差Ａプレートを備える受動リターダ２７２Ａ～Ｄの光学積層体を側面斜視図で示す概略図であり、図２４Ｆは、図２４Ｅの受動リターダでの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフであって、表１２に示す構造を備える。

したがって、リターダ２７０は、交差するリターダの平面内に光軸を有する一対の受動リターダ２７２Ａ、２７２Ｄを備える。一対のリターダは、互いに異なる角度で配向されたそれぞれの光軸を有する複数のＡプレートをそれぞれ備える。一対の受動リターダ２７２Ｂ、２７２Ｃは、ディスプレイ偏光子２１０の電気ベクトル伝達２１１に対して平行である電気ベクトル伝達方向に関してそれぞれ９０°及び０°で延在する光軸を有する。

一対の受動リターダ２７２Ａ、２７２Ｄは、ディスプレイ偏光子２１８の電気ベクトル伝達に対して平行である電気ベクトル伝達方向２１１に関してそれぞれ４５°及び１３５°で延在する光軸を有する。

ディスプレイは、上述の対の受動リターダ２７２Ａ、２７２Ｄの間に配設され、交差するリターダの平面内に光軸を有する、追加の対の受動リターダ２７２Ｂ、２７２Ｃを更に備える。追加の対の受動リターダ２７２Ｂ、２７２Ｃは、ディスプレイ偏光子２１０、３１６の電気ベクトル伝達に対して平行である電気ベクトル伝達方向２１１、３１７に関してそれぞれ０°及び９０°で延在する光軸を有する。

５５０ｎｍの波長の光に対する各Ａプレートのリターダンスは、６００ｎｍ～８５０ｎｍの範囲、好ましくは６５０ｎｍ～７３０ｎｍの範囲、最も好ましくは６７０ｎｍ～７１０ｎｍの範囲であり得る。中央視聴位置から軸外視聴位置までの吸収光の変色は、有利に低減され得る。

更なる例示的な実施形態では、好ましくは角度２７３Ａは、少なくとも４０°かつ最大５０°、より好ましくは少なくとも４２．５°かつ最大４７．５°、最も好ましくは少なくとも４４°かつ最大４６°である。好ましくは角度２７３Ｄは、少なくとも１３０°かつ最大１４０°、より好ましくは少なくとも１３２．５°かつ最大１３７．５°、最も好ましくは少なくとも１３４°かつ最大１３６°である。

更なる例示的な実施形態では、内側リターダ対２７２Ｂ、２７２Ｃは、外側リターダ対２７２Ａ、２７２Ｄよりも緩い許容差を有してよい。好ましくは角度２７３Ｂは、少なくとも－１０°かつ最大１０°、より好ましくは少なくとも－５°かつ最大５°、最も好ましくは少なくとも－２°かつ最大２°である。好ましくは角度２７３Ｃは、少なくとも８０°かつ最大１００°、より好ましくは少なくとも８５°かつ最大９５°、最も好ましくは少なくとも８８°かつ最大９２°である。

本実施形態は、ある程度の回転対称性を有する伝達プロファイルを提供する。有利なことには、プライバシーディスプレイは、スヌーパーの横方向又は仰角視聴位置について広視野からの画像の視認性を低減することができる。更に、かかる構成を使用して、モバイルディスプレイの横方向及び縦方向での動作のためにプライバシー動作を向上させることができる。かかる構成が車両内で提供されて、軸外の乗員に対する迷光を低減し得、また、フロントガラス及び車両内の他のガラス面に入射する光を低減し得る。

プライバシー動作モードでスヌーパー４７が見るプライベート画像にカモフラージュを追加することによって、画像の外観を改善することが望ましいであろう。

図２５Ａは、負のＣプレート受動補償リターダと、ホメオトロピック配向の切り替え可能な液晶リターダと、を備え、パターン化電極４１５の層を更に備える、プライバシー動作モードの切り替え可能なリターダの構成を斜視側面図で示す概略図である。したがって、電極４１５ａ、４１５ｂ、４１５ｃは、少なくとも２つのパターン領域を設けるようにパターン化される。

電極４１３、４１５のうちの少なくとも１つはパターン化されてよく、この例では、電極４１５は、領域４１５ａ、４１５ｂ、４１５ｃでパターン化され、それぞれの電圧ドライバ３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃによって電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃで駆動される。電極領域４１５ａ、４１５ｂ、４１５ｃの間に間隙４１７が設けられてよい。したがって、材料４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃの傾斜は独立して調整されて、軸外視聴用に異なる輝度レベルを有するカモフラージュパターンを見せることができる。

したがって、出力ディスプレイ偏光子２１８と追加の吸収型偏光子３１８との間に配置された切り替え可能な液晶リターダは、アドレス電極４１５ａ、４１５ｂ、４１５ｃ、及び一様電極４１３によって制御される。アドレス電極は、電極４１５ａと、間隙４１７と、を備える、少なくとも２つのパターン領域を設けるようにパターン化されてよい。

図２５Ｂは、カモフラージュを施した輝度制御プライバシーディスプレイによる、主たる視聴者及びスヌーパーの照明を正面斜視図で示す概略図である。ディスプレイ装置１００は、視聴窓２６ｐ内の主たる視聴者４５に可視である暗黒画像データ６０１及び白色背景データ６０３を有してよい。比較として、スヌーパー４７は、カモフラージュを施した輝度制御プライバシーディスプレイによる、スヌーパーの照明を側面斜視図で示す概略図である図２５Ｃに示すように、カモフラージュを施した画像を見てよい。したがって、白色背景領域６０３では、白色領域６０３の混合輝度を有するカモフラージュ構造が提供され得る。したがって、電極４１５ａ、４１５ｂ、４１５ｃのパターン領域は迷彩模様である。パターン領域のうちの少なくとも１つは、個別にアドレス可能であり、プライバシー動作モードで動作するように構成されている。

パターン領域は、プライバシー動作モード中に提供されるパターンを制御することによって、複数の空間周波数についてカムフラージュを施すように構成されてよい。例示的な実施例では、２０ｍｍの高さのテキストが提示されてよい。同様のパターンサイズを有するカモフラージュパターンは、電極パターンの第１の制御を備えてよい。第２の例では、スヌーパー４７に最も良く見える広域コンテンツに写真が提供されてよい。カモフラージュパターンの空間周波数は、第１及び第２の電極領域を組み合わせて電圧を提供し、結果として生じるより低い空間周波数パターンを達成することによって低減されて、より広い領域の構造を隠蔽してよい。

有利なことには、制御可能なカモフラージュ構造は、層８９２全体での電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃの調整によってもたらされ得る。実質的に見えないカモフラージュ構造は、正面動作では見えてよい。更に、カモフラージュ画像は、Ｖａ、Ｖｂ、及びＶｃを画像に印加することによって除去され得る。

例えば、スヌーパーに対する軸外輝度に１％未満の輝度を提供することが望ましいであろう。ここで、低軸外輝度を提供する指向性バックライトが、本実施形態の切り替え可能な補償液晶リターダと共に使用され得ることを説明する。ここで、指向性バックライトについて更に説明する。

同様のパターニングが、本明細書に記載する装置のいずれかで適用されてよい。

空間光変調器４８からの指向性照明によって、軸外輝度を更に低減することが望ましいであろう。ここで、指向性バックライト２０による空間光変調器４８の指向性照明について説明する。

図２６Ａは、指向性バックライト２０を正面斜視図で示す概略図であり、図２６Ｂは、非指向性バックライト２０を正面斜視図で示す概略図であり、いずれも本明細書に記載の装置のいずれかで適用され得る。したがって、図２６Ａに示す指向性バックライト２０は、狭い錐体４５０をもたらすのに対し、図２６Ｂに示すような非指向性バックライト２０は、出力光線の広角度分布円錐４５２をもたらす。

図２６Ｃは、様々な異なるバックライト装置の横方向視野角での輝度の変化を示す概略グラフである。図２６Ｃのグラフは、本明細書に記載の極視野プロファイルの断面であってよい。

ランバートバックライトは、視野角とは無関係の輝度プロファイル８４６を有する。

典型的な広角バックライトは、相対輝度の半値全幅８６６が４０°超、好ましくは６０°超、最も好ましくは８０°超であり得るように、より高い角度でロールオフを有する。更に、±４５°での相対輝度８６４は、好ましくは７．５％超、より好ましくは１０％超、最も好ましくは２０％超である。

比較として、指向性バックライト２０は、相対輝度の半値全幅８６２が６０°未満、好ましくは４０°未満、最も好ましくは２０°未満であり得るように、より高い角度でロールオフを有する。更に、バックライト２０は、空間光変調器４８の法線に対する４５度より大きい極角で、空間光変調器４８の法線に沿った輝度の最大３３％、好ましくは空間光変調器４８の法線に沿った輝度の最大２０％、最も好ましくは空間光変調器４８の法線に沿った輝度の最大１０％である輝度をもたらし得る。

切り替え可能なリターダ３００が入力ディスプレイ偏光子２１０と追加偏光子３１８との間に配置されるとき、空間光変調器４８内での散乱及び回折はプライバシーモードでの動作を劣化させ得る。空間光変調器の法線に対する４５度より大きい極角度での輝度は、切り替え可能なリターダ３００が入力ディスプレイ偏光子２１０と追加偏光子３１８との間に配置される構成と比較して、切り替え可能なリターダ３００が出力ディスプレイ偏光子２１８と追加偏光子３１８との間に配置される構成で増加し得る。

有利なことには、同一のバックライト２０の図２Ａと比較して、図１Ａの構成では、より低い軸外輝度を実現し得る。

図１Ａの例示的な実施形態では、空間光変調器４８の法線に対する４５度より大きい極角での輝度は最大１８％であり得るが、図２Ａの例示的な実施形態では、空間光変調器４８の法線に対する４５度より大きい極角での輝度は、最大１０％であり得る。有利なことには、図１Ａの実施形態は、プライバシー動作モードで図２Ａの実施形態と同様の視野自由度を達成しつつ、広角動作モードではより広い視野自由度をもたらし得る。

かかる輝度プロファイルは、以下に記載する指向性バックライト２０によってもたらされてよく、又は更なる追加偏光子３１８Ｂ及び受動リターダ２７０、又は追加のスイッチング補償液晶リターダ３００Ｂと組み合わせた広角バックライトによってもたらされてよい。

図２７Ａは、切り替え可能な液晶リターダ３００と、バックライト２０と、を備える切り替え可能な指向性ディスプレイ装置１００を側面図で示す概略図である。図２７Ａのバックライト２０は、本明細書に記載する装置のいずれかで適用され得、入力端２を通って光源アレイ１５によって照明された結像導波路１を備える。図２７Ｂは、狭角動作モードでの図２７Ａの結像導波路１の動作を背面斜視図で示す概略図である。

結像導波路１は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第９，５１９，１５３号に記載されている種類の導波路である。導波路１は、導波路１に沿って横方向に延在する入力端２を有する。光源１５のアレイは、入力端２に沿って配置され、導波路１に光を入力する。

導波路１はまた、入力端２から反射端４まで導波路１を横切って延在する、対向する第１のガイド面６及び第２のガイド面８を有し、入力端２において光入力を導波路１に沿って前方及び後方に誘導する。第２のガイド面８は反射端４に対向し、入力端２全体の異なる入力位置からの反射端４から導波路１を通って戻るように誘導された光の少なくとも一部を、入力位置に応じた、第１のガイド面６を通る異なる方向に偏向させるように構成されている、複数の光抽出特徴部１２を有する。

動作中、光線は、光源アレイ１５から入力端を通って方向付けられ、第１のガイド面６と第２のガイド面８との間で誘導され、反射端４への損失は生じない。反射光線はファセット１２に入射し、光線２３０として反射によって出力されるか、又は光線２３２として透過される。透過光線２３２は、後方反射器８００のファセット８０３、８０５によって導波路１を通って戻るように方向付けられる。後方反射器の動作は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第１０，０５４，７３２号に更に記載されている。

図２７Ｂに示すように、湾曲した反射端４及びファセット１２の光学的パワーは、空間光変調器４８を透過し、導波路１の光軸１９９に典型的に整列される軸１９７を有する光学窓２６をもたらす。同様の光学窓２６は、後方反射器８００によって反射される透過光線２３２によってもたらされる。

図２７Ｃは、切り替え可能な液晶リターダを有さないディスプレイ装置において使用されるときの図２７Ｂの出力の視野輝度プロットを示す概略グラフである。

したがって、スヌーパー４７によって観察される軸外視聴位置については、例えば、０度の仰角及び±４５度の横方向角で中央ピーク輝度の１％～３％の輝度を低下させ得る。軸外輝度の更なる低下は、本実施形態の複数のリターダ３０１、３３０によって達成される。

ここで、低軸外輝度を有する別の種類の指向性バックライトについて説明する。

図２８Ａは、切り替え可能なコリメート導波路９０１と、切り替え可能な液晶リターダ３００と、追加偏光子３１８と、を含むバックライト２０を備える切り替え可能な指向性ディスプレイ装置を側面図で示す概略図である。図２８Ａのバックライト２０は、本明細書に記載する装置のいずれかで適用されてよく、以下のように構成されている。

導波路９０１は、導波路９０１に沿って横方向に延在する入力端９０２を有する。光源９１５のアレイは、入力端９０２に沿って配置され、導波路１に光を入力する。導波路９０１はまた、入力端２から反射端４まで導波路１を横切って延在する、対向する第１のガイド面９０６及び第２のガイド面９０８を有し、入力端２での光入力を導波路１に沿って前方及び後方に誘導する。動作中、光は、第１のガイド面９０６と第２のガイド面９０８との間で誘導される。

第１のガイド面９０６は、複数の細長いレンチキュラー素子９０５を備えるレンチキュラー構造体９０４を備えてよく、第２のガイド面９０８は、傾斜して、光抽出特徴部として機能するプリズム構造体９１２を備えてよい。レンチキュラー構造体９０４の複数の細長いレンチキュラー素子９０５、及び複数の傾斜光抽出特徴部は、導波路９０１を通って誘導された入力光を偏向させて、第１のガイド面９０６を通って出射させる。

平面反射器であり得る後方反射器９０３は、表面９０８を通って導波路９０１を通って戻る光を方向付けるために設けられる。

プリズム構造体９１２及びレンチキュラー構造体９０４のレンチキュラー素子９０５の両方に入射する出力光線は、表面９０６に対するかすめ入射に近い角度で出力される。ファセット９２７を備えるプリズム転向フィルム９２６は、空間光変調器４８及び切り替え可能な補償液晶リターダ３００を通る全内部反射によって出力光線２３４をリダイレクトするように構成されている。

図２８Ｂは、コリメート導波路９０１の出力を上面図で示す概略図である。プリズム構造体９１２は、臨界角未満であり、したがって脱出し得る、レンチキュラー構造体９０４への入射角で光を提供するように構成されている。レンチキュラー面の縁部に入射すると、表面の傾斜は、光線を脱出させるために光を偏向させ、コリメート効果をもたらす。光線２３４は、光線１８８ａ～ｃ及び光線１８９ａ～ｃによって提供されてよく、コリメートされた導波路９０１のレンチキュラー構造体９０４の位置１８５に入射する。

図２８Ｃは、図２８Ａのディスプレイ装置の等輝度視野極座標プロットを示す概略グラフである。したがって、構造体９０４、９１２及び転向フィルム９２６によって決定されるサイズを有する狭出力光円錐が提供されてよい。

有利なことには、スヌーパーが例えば４５度以上の横方向角で位置し得る領域では、ディスプレイからの出力の輝度は小さく、典型的には２％未満である。出力輝度を更に低下させることが望ましいであろう。かかる更なる低下は、図２８Ａに示すように、切り替え可能な補償液晶リターダ３００及び追加偏光子３１８によってもたらされる。有利なことには、低軸外輝度を有する高性能プライバシーディスプレイが、広視野にわたって提供され得る。

図２７Ａ及び図２８Ａに記載する種類などの指向性バックライトは、本実施形態の複数のリターダ３０１、３３０と併せて使用すると、典型的なスヌーパー４７の位置について１．５％未満、好ましくは０．７５％未満、最も好ましくは０．５％未満の軸外輝度を達成し得る。更に、主たるユーザ４５に高い軸上輝度及び均一性をもたらし得る。有利なことには、低軸外輝度の高性能プライバシーディスプレイが広視野にわたって提供され得、このディスプレイは、図１Ａに示す制御システム３５２を用いて、切り替え可能なリターダ３０１の制御によって広角モードに切り替えられ得る。

ここで、軸外照明用の平行偏光子間のリターダ層の動作について更に説明する。上記の様々な装置において、リターダは、様々な異なる構成で一対の偏光子（典型的には、追加偏光子３１８、並びに入力偏光子２１０及び出力偏光子２１８のうちの１つ）間に配置される。いずれの場合にも、リターダは、切り替え可能な補償リターダ３００の切り替え可能な状態のうちの少なくとも１つにおいて、リターダの平面の法線に沿った軸に沿って一対の偏光子及び複数のリターダを通過する光の輝度に影響を及ぼさないが、リターダの平面の法線に対して傾斜した軸に沿って一対の偏光子及び複数のリターダを通過する光の輝度を低下させるように構成されている。ここで、この効果についてより詳細に説明する。この原理は、一般に上述のすべての装置に適用され得る。

図２９Ａは、軸外光によるリターダ層の照明を斜視図で示す概略図である。補正リターダ６３０は、ｘ軸に対して０度の光軸方向６３４を有する屈折率楕円体６３２によって表され、厚さ６３１を有する、複屈折材料を含んでよい。常光線６３６は、材料内の経路長が厚さ６３１と同一であるように伝搬する。光線６３７は、ｙ－ｚ平面内に、増加した経路長を有するが、材料の複屈折は光線６３６と実質的に同一である。比較として、ｘ－ｚ平面内にある光線６３８は、複屈折材料の増加した経路長を有し、更に複屈折は常光線６３６と異なる。

リターダ６３０のリターダンスは、したがって、それぞれの光線の入射角に応じ、また、ｘ－ｚにおける光線６３８である入射面は、ｙ－ｚ平面における法線６３６及び光線６３７とは異なるリターダンスを有する。

ここで、偏光とリターダ６３０との相互作用について説明する。指向性バックライト１０１における動作中に第１及び第２の偏光成分を区別するために、以下の説明では第３及び第４の偏光成分を参照する。

図２９Ｂは、ｘ軸に対して９０度の第３の直線偏光状態の軸外光によるリターダ層の照明を斜視図で示す概略図であり、図２９Ｃは、ｘ軸に対して０度の第４の直線偏光状態の軸外光によるリターダ層の照明を斜視図で示す概略図である。かかる構成では、入射直線偏光状態は、楕円６３２によって表される複屈折材料の光軸に整列される。したがって、第３の直交偏光成分と第４の直交偏光成分との位相差は提供されず、各光線６３６、６３７、６３８に対する直線偏光入力の偏光状態の変化は生じない。したがって、リターダ６３０は、リターダ６３０の平面の法線に沿った軸に沿ってリターダ６３０の入力側の偏光子を通過した光の偏光成分に位相シフトを導入しない。したがって、リターダ６３０は、リターダ６３０を通過する光の輝度、及びリターダ６３０の両側の偏光子（図示せず）に影響を及ぼさない。図２９Ａ～図２９Ｃは、具体的には受動的なリターダ６３０に関するものであるが、切り替え可能な液晶リターダによって、及び上述の装置内の複数のリターダによって、同様の効果が達成される。

図２９Ｄは、４５度の直線偏光状態の軸外光によるリターダ６３０の層の照明を斜視図で示す概略図である。直線偏光状態は、光軸６３４の方向に対してそれぞれ直交及び平行である第３及び第４の偏光成分に分解され得る。屈折率楕円体６３２によって示されるリターダ厚さ６３１及び材料リターダンスは、設計波長について、光線６３６によって示される、法線方向に入射する第３及び第４の偏光成分の位相を、半波長だけ相対的にシフトさせる正味効果をもたらし得る。設計波長は、例えば、５００～５５０ｎｍの範囲であってよい。

設計波長及び光線６３６に沿って垂直に伝搬する光の場合、出力偏光は、－４５度において直線偏光状態６４０へと９０度回転されてよい。光線６３７に沿って伝播する光では、厚さの変化による光線６３７に沿った位相差と同様であるが同一ではない位相差が生じてよく、したがって、楕円偏光状態６３９は、光線６３６の出力光の直線偏光軸と同様の主軸を有し得る出力であり得る。

対照的に、光線６３８に沿った入射線偏光状態の位相差は著しく異なってよく、具体的には、より低い位相差が提供され得る。かかる位相差は、所与の傾斜角６４２において実質的に円形である出力偏光状態６４４をもたらし得る。したがって、リターダ６３０は、リターダ６３０の平面の法線に対して傾斜する光線６３８に対応する軸に沿ったリターダ６３０の入力側の偏光子を通過した光の偏光成分に位相シフトを導入する。図２９Ｄは受動的なリターダ６３０に関するが、切り替え可能な液晶リターダによって、また上述の複数のリターダにおいて、プライバシーモードに対応する切り替え可能な液晶リターダの切り替え可能な状態において、同様の効果が達成される。

ここで、リターダ積層体の軸外挙動を示すために、平行偏光子５００、２１０間のＣプレート５６０の動作を参照して、様々な軸外照明構成に関して追加偏光子３１８と出力ディスプレイ偏光子２１８との間のＣプレート３０８Ａ、３０８Ｂの角度輝度制御について説明する。

図３０Ａは、正の仰角を有する軸外偏光によるＣプレート層の照明を斜視図で示す概略図である。入射直線偏光成分７０４は、リターダ５６０の平面に対して垂直である光軸方向５０７を有するＣプレートであるリターダ５６０の複屈折材料６３２に入射する。偏光成分７０４では、液晶分子の透過で正味位相差が生じないため、出力偏光成分は成分７０４と同じである。したがって、最大透過は、偏光子２１０で生じる。したがって、リターダは、ｘ－ｙ平面であるリターダ５６０の平面に対して垂直である光軸５６１を有するリターダ５６０を備える。リターダ５６０の平面に対して垂直である光軸を有するリターダは、Ｃプレートを備える。

図３０Ｂは、負の横方向角を有する軸外偏光によるＣプレート層の照明を斜視図で示す概略図である。図３０Ａの構成と同様に、偏光状態７０４では正味位相差は生じず、最大輝度で透過される。したがって、リターダ５６０は、リターダ５６０の平面の法線に沿った軸に沿ってリターダ５６０の入力側の偏光子を通過した光の偏光成分に位相シフトを導入しない。したがって、リターダ５６０は、リターダ５６０を通過する光の輝度、及びリターダ５６０の両側の偏光子（図示せず）に影響を及ぼさない。図２９Ａ～図２９Ｃは、具体的には受動的なリターダ５６０に関するものであるが、切り替え可能な液晶リターダによって、及び上述の装置内の複数のリターダによって、同様の効果が達成される。

図３０Ｃは、正の仰角及び負の横方向角を有する軸外偏光によるＣプレート層の照明を斜視図で示す概略図である。図３０Ａ～図３０Ｂの構成と比較して、偏光状態７０４は、複屈折材料６３２に関して固有状態７０３、７０５へと分解して、リターダ５６０の透過に正味位相差をもたらす。得られた楕円偏光成分６５６は偏光子２１０を透過し、図３０Ａ～図３０Ｂに示される光線と比較して低下した輝度を有する。

図３０Ｄは、正の仰角及び正の横方向角を有する軸外偏光によるＣプレート層の照明の斜視図で示す概略図である。図３０Ｃと同様に、偏光成分７０４は、正味の位相差を受ける固有状態７０３、７０５に分解され、偏光子の透過後に、それぞれの軸外光線の輝度が低下する、楕円偏光成分６６０がもたらされる。したがって、リターダ５６０は、リターダ５６０の平面の法線に対して傾斜する軸に沿ったリターダ５６０の入力側の偏光子を通過した光の偏光成分に位相シフトを導入する。図２９Ｄは受動的なリターダ５６０に関するが、切り替え可能な液晶リターダによって、また上述の複数のリターダにおいて、プライバシーモードに対応する切り替え可能な液晶リターダの切り替え可能な状態において、同様の効果が達成される。

図３０Ｅは、図３０Ａ～図３０Ｄの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。したがって、Ｃプレートは、極性象限において輝度を低下させ得る。本明細書の他の箇所に記載する切り替え可能な液晶リターダ３０１と組み合わせて、（ｉ）Ｃプレートの輝度低下は、第１の広角動作状態で除去され得、（ｉｉ）輝度低下のための拡張極性領域は、第２のプライバシー動作状態で達成され得る。

ここで、リターダ積層体の軸外挙動を示すために、様々な軸外照明構成に関して追加偏光子３１８と出力ディスプレイ偏光子２１８との間の交差Ａプレート３０８Ａ、３０８Ｂの角度輝度制御について説明する。

図３１Ａは、正の仰角を有する軸外偏光による交差Ａプレートリターダ層の照明を斜視図で示す概略図である。電気ベクトル伝達方向２１９を有する直線偏光子２１８が使用されて、交差Ａプレート３０８Ａ、３０８Ｂの第１のＡプレート３０８Ａ上に、横方向に対して平行である直線偏光状態７０４をもたらす。光軸方向３０９Ａは、横方向に対して＋４５度傾斜している。正の仰角方向での軸外角度θ_１に対するリターダ３０８Ａのリターダンスは、概ね楕円形である、結果として生じる偏光成分６５０を出力側で提供する。偏光成分６５０は、第１のＡプレート３０８Ａの光軸方向３０９Ａに対して直交する光軸方向３０９Ｂを有する交差Ａプレート３０８Ａ、３０８Ｂの第２のＡプレート３０８Ｂに入射する。図３１Ａの入射面では、軸外角度θ_１に対する第２のＡプレート３０８Ｂのリターダンスは、第１のＡプレート３０８Ａのリターダンスと等しく、かつ反対である。したがって、入射偏光成分７０４の遅延は正味ゼロであり、出力偏光成分は、入力偏光成分７０４と同一である。

出力偏光成分は、追加偏光子３１８の電気ベクトル伝達方向に一致し、したがって効率的に伝達される。有利なことには、ゼロの横方向角度成分を有する光線の損失は実質的にゼロであり、その結果、完全な透過効率が達成される。

図３１Ｂは、負の横方向角を有する軸外偏光による交差Ａプレートリターダ層の照明を斜視図で示す概略図である。したがって、入力偏光成分は、第１のＡプレート３０８Ａによって、概ね楕円形の偏光状態である中間偏光成分６５２に変換される。第２のＡプレート３０８Ｂは、この場合でも第１のＡプレートに等しく、かつ反対である遅延をもたらし、その結果、出力偏光成分は入力偏光成分７０４と同一であり、光は偏光子３１８を効率的に透過する。

したがって、リターダは、交差している、リターダ３０８Ａ、３０８Ｂの平面、すなわち本実施形態においてｘ－ｙ平面内に光軸を有する一対のリターダ３０８Ａ、３０８Ｂを備える。一対のリターダ３０８Ａ、３０８Ｂは、偏光子３１８の電気ベクトル伝達に対して平行である電気ベクトル伝達方向に関してそれぞれ４５°で延在する光軸３０９Ａ、３０９Ｂを有する。

有利なことには、ゼロの仰角角度成分を有する光線の損失は実質的にゼロであり、その結果、完全な透過効率が達成される。

図３１Ｃは、正の仰角及び負の横方向角を有する軸外偏光による交差Ａプレートリターダ層の照明を斜視図で示す概略図である。偏光成分７０４は、第１のＡプレート３０８Ａによって楕円偏光成分６５４に変換される。得られた楕円成分６５６は、第２のＡプレート３０８Ｂからの出力である。楕円成分６５６は入力偏光子３１８によって分析され、第１の偏光成分７０４の入力輝度と比較して低下した輝度を有する。

図３１Ｄは、正の仰角及び正の横方向角を有する軸外偏光による交差Ａプレートリターダ層の照明を斜視図で示す概略図である。第１及び第２のリターダの正味リターダンスが補償しないため、偏光成分６５８及び６６０は、第１のＡプレート３０８Ａ及び第２のＡプレート３０８Ｂによってもたらされる。

したがって、輝度は、ゼロでない横方向角及びゼロではない仰角成分を有する光線に対して低下する。有利なことには、主たるディスプレイユーザの視感度は実質的に低下しないが、視聴象限に位置するスヌーパーについては、ディスプレイのプライバシーを向上させることができる。

図３１Ｅは、図３１Ａ～図３１Ｄの透過光線の極性方向での出力透過の変化を示す概略グラフである。図３０Ｅの構成と比較して、輝度低下の領域は、軸外視聴について増加する。しかしながら、切り替え可能な液晶リターダ３０１では、第１の広角動作モード状態での軸外視聴のＣプレート構成と比較して、均一性が低下し得る。

本明細書で使用され得るとき、用語「実質的に」及び「およそ（ほぼ）」は、それに対応する用語及び／又は項目間の相対性に対して、業界で受け入れられる許容範囲を付与するものである。このような、業界で受け入れられる許容範囲は、０パーセント～１０パーセントの範囲であり、成分値、角度などが該当するが、これらに限定されない。このような、項目間の相対性は、約０パーセント～１０パーセントの範囲である。

本明細書に開示される原理による様々な実施形態を上述してきたが、それらは限定としてではなく単なる一例として提示されていることを理解されたい。それ故、この開示の広さ及び範囲は、上述した例示的な実施形態のいずれによっても制限されてはならず、請求項のいずれか、及び本開示に由来するそれらの均等物に従ってのみ規定されるべきである。更に、上述の利点及び特徴が記載された実施形態において提供されるが、かかる公開される特許請求の範囲の用途を、上述の利点のいずれか又はすべてを達成する方法及び構造に限定するものではない。

加えて、本明細書におけるセクションの見出しは、３７ ＣＦＲ １．７７の規定するところに従って、さもなくば、編成上の目印として提供されるものである。これらの見出しは、本開示から生じ得る請求項に定める（単数又は複数の）実施形態を限定したり又は特徴付けたりしないものとする。具体的には、一例として、「技術分野」という見出しがあるが、いわゆる分野を説明するためにこの見出しの下に選択された表現によって、特許請求の範囲が限定されることはない。更に、「背景技術」に記載した技術に関する記述は、特定の技術が、本開示における任意の（単数又は複数の）実施形態に対する先行技術であることの承認として、解釈されるべきではない。「発明の概要」についても、公開する請求項で述べる（単数又は複数の）実施形態を特徴付けるものとして考慮されるべきでない。更に、本開示においては、単数形での「発明」に対するいずれの言及も、本開示における新規な点が１つのみである、ということを主張するために使用されるべきではない。複数の実施形態は、本開示により、公開される複数の請求項の限定に従って、述べられる場合がある。したがって、これらの請求項は、この（単数又は複数の）実施形態及びそれらの均等物を定義することによって、それらを保護している。すべての例において、かかる請求項の範囲は、本開示に照らして、固有の利点が考慮されるべきであり、本明細書で定める見出しによって制約されてはならない。

Claims (25)

1. 切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置であって、
   光を出力するように構成されているバックライトと、
   前記バックライトから出力光を受光するように構成されている透過型空間光変調器と、
   前記透過型空間光変調器の側に配置されたディスプレイ偏光子と、
   前記ディスプレイ偏光子と同じ前記透過型空間光変調器の側に配置された追加偏光子であって、前記ディスプレイ偏光子および前記追加偏光子は、平行である電気ベクトル伝達方向を有する、追加偏光子と、
   前記追加偏光子と前記ディスプレイ偏光子との間に配置された複数のリターダと、を備え、
   前記複数のリターダの間に配置されたさらなる偏光子はなく、
   前記複数のリターダが、
   正の誘電異方性を有し、５５０ｎｍの波長の光に対して５００～１０００ｎｍの範囲のリターダンスを有する液晶材料の層と、
   前記液晶材料の層に隣接し、かつその両側に配置され、前記隣接する液晶材料内にホモジニアス配向をもたらすようにそれぞれ構成されている２つの表面配向層であって、前記表面配向層のそれぞれが、前記ディスプレイ偏光子の電気ベクトル伝達方向に対して平行もしくは逆平行である、または直交する前記液晶材料の層の平面内の成分とのプレチルト方向を有するプレチルトを有する、２つの表面配向層を備える、切り替え可能な液晶リターダと、
   少なくとも１つの受動補償リターダであって、前記少なくとも１つの受動補償リターダは、
   受動リターダの平面に対して垂直である光軸を有する前記受動リターダを備え、前記受動リターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して－３００ｎｍ～－７００ｎｍの範囲のリターダンスを有するか、または
   交差する受動リターダの平面内に光軸を有する一対の前記受動リターダを備え、前記一対の受動リターダのそれぞれのリターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して３００ｎｍ～８００ｎｍの範囲のリターダンスを有する、
   少なくとも１つの受動補償リターダと
   を備える、切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
2. 前記液晶材料の層は、５５０ｎｍの波長の光に対して６００ｎｍ～８５０ｎｍの範囲のリターダンスを有する、請求項１に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
3. 前記少なくとも１つの受動補償リターダは、
   受動リターダの平面に対して垂直である光軸を有する前記受動リターダを備え、前記少なくとも１つの受動リターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して－３５０ｎｍ～－６００ｎｍの範囲のリターダンスを有するか、又は
   交差する受動リターダの平面内に光軸を有する一対の前記受動リターダを備え、前記一対の受動リターダの各リターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して３５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲の範囲のリターダンスを有する、請求項２に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
4. 前記複数のリターダは、リターダの平面の法線に沿った軸に沿って、前記ディスプレイ偏光子、前記追加偏光子、及び前記複数のリターダを通過する光の輝度に影響を及ぼさないように構成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
5. 前記複数のリターダは、リターダの平面の法線に対して傾斜した軸に沿って、前記ディスプレイ偏光子、前記追加偏光子、及び前記複数のリターダを通過する光の輝度を低下させるように構成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
6. 前記切り替え可能な液晶リターダは、前記液晶材料の層を制御するために電圧を印加するように構成されている電極を更に備える、請求項１～５のいずれか一項に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
7. 前記電極は、前記液晶材料の層の両側にある、請求項６に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
8. 前記電極は、少なくとも２つのパターン領域を設けるようにパターン化される、請求項６又は７に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
9. 前記少なくとも１つの切り替え可能な液晶リターダの前記電極全体に印加される電圧を制御するように構成されている制御システムを更に備える、請求項６～８のいずれか一項に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
10. 前記制御システムは、前記切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置に関してスヌーパーの位置を判定する手段を更に備え、前記制御システムは、前記スヌーパーの位置に応答して前記少なくとも１つの切り替え可能な液晶リターダの前記電極全体に印加される電圧を調整するように構成されている、請求項９に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
11. 第２のリターダと、第２の追加偏光子と、を更に備え、前記第２のリターダは、前記追加偏光子と前記第２の追加偏光子との間に配置される、請求項１～１０のいずれか一項に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
12. 前記バックライトは、前記透過型空間光変調器の法線に対する４５度より大きい極角で、前記透過型空間光変調器の法線に沿った輝度の最大３３％である輝度をもたらす、請求項１から１１のいずれか一項に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
13. 前記バックライトは、
    光源のアレイと、
    指向性導波路であって、
    前記指向性導波路の側部に沿って横方向に延在する入力端であって、前記光源は前記入力端に沿って配置され、入力光を導波路に入力するように構成されている入力端と、
    前記入力端において光入力を前記導波路に沿って誘導するために、前記入力端から前記指向性導波路全体に延在する、対向する第１及び第２のガイド面と、を備え、前記導波路は、前記指向性導波路を通って誘導された入力光を偏向させて前記第１のガイド面を通って出射するように構成されている、指向性導波路と
    を備える、請求項１２に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
14. 前記バックライトは光転向フィルムを更に含み、前記指向性導波路はコリメート導波路である、請求項１３に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
15. 前記コリメート導波路は、
    （ｉ）複数の細長いレンチキュラー素子と、
    （ｉｉ）複数の傾斜光抽出特徴部と、を備え、
    前記複数の細長いレンチキュラー素子及び前記複数の傾斜光抽出特徴部は、前記指向性導波路を通って誘導された入力光を偏向させて、前記第１のガイド面を通って出射するように配向されている、請求項１４に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
16. 前記指向性導波路は、前記光源からの出力光が、前記光源の入力位置に応じて分散する出力方向でそれぞれの光学窓内へと方向付けられるように、前記光源を横方向に結像するように構成されている結像導波路である、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
17. 前記結像導波路は、前記結像導波路に沿って前記入力光を反射して戻すための反射端を備え、前記第２のガイド面は、前記第１のガイド面を通って反射された入力光を出力光として偏向させるように構成され、前記第２のガイド面は、光抽出特徴部と、前記光抽出特徴部間の中間領域と、を備え、前記光抽出特徴部は、前記第１のガイド面を通って反射された入力光を出力光として偏向させるように配向され、前記中間領域は、光を抽出することなく前記導波路を通して光を方向付けるように構成され、
    前記反射端は、前記第１のガイド面と前記第２のガイド面との間に延在する前記導波路の側面間に延在する横方向に正の光学的パワーを有する、請求項１６に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
18. 前記ディスプレイ偏光子は、前記バックライトと前記透過型空間光変調器との間の前記透過型空間光変調器の入力側に配置された入力ディスプレイ偏光子であり、前記追加偏光子は、前記入力ディスプレイ偏光子と前記バックライトとの間に配置される、請求項１～１７のいずれか一項に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
19. 前記追加偏光子は反射型偏光子である、請求項１８に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
20. 前記切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置は、前記透過型空間光変調器の出力側に配置された出力偏光子を更に備える、請求項１８又は１９に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
21. 前記ディスプレイ偏光子は、前記透過型空間光変調器の出力側に配置された出力偏光子である、請求項１～２０のいずれか一項に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
22. 前記切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置は、前記透過型空間光変調器の入力側に配置された入力偏光子を更に備える、請求項２１に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
23. 前記透過型空間光変調器の入力側に配置された第２の追加偏光子と、前記第２の追加偏光子と前記入力偏光子との間に配置された第２のリターダと、を更に備える、請求項２２に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
24. 前記透過型空間光変調器は、光を出力するように構成されている発光型空間光変調器を備え、前記ディスプレイ偏光子は、前記発光型空間光変調器の出力側に配置された出力ディスプレイ偏光子である、請求項１～２３のいずれか一項に記載の切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置。
25. 空間光変調器と、前記空間光変調器の側に配置されたディスプレイ偏光子と、を備える切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置に適用するための視野角制御光学素子であって、前記視野角制御光学素子は、制御偏光子と、前記切り替え可能なプライバシーディスプレイ装置に前記視野角制御光学素子を適用する際に、追加偏光子と前記ディスプレイ偏光子との間に配置するための複数のリターダと、を備え、
    前記複数のリターダの間に配置されたさらなる偏光子はなく、前記ディスプレイ偏光子および前記追加偏光子は、平行である電気ベクトル伝達方向を有し、
    前記複数のリターダは、
    正の誘電異方性を有し、５５０ｎｍの波長の光に対して５００～１０００ｎｍの範囲のリターダンスを有する液晶材料の層と、
    前記液晶材料の層に隣接し、かつその両側に配置され、前記隣接する液晶材料内にホモジニアス配向をもたらすようにそれぞれ構成されている２つの表面配向層であって、前記表面配向層のそれぞれが、前記ディスプレイ偏光子の電気ベクトル伝達方向に対して平行もしくは逆平行である、または直交する前記液晶材料の層の平面内の成分とのプレチルト方向を有するプレチルトを有する、２つの表面配向層とを備える、切り替え可能な液晶リターダと、
    少なくとも１つの受動補償リターダであって、前記少なくとも１つの受動補償リターダは、
    受動リターダの平面に対して垂直である光軸を有し、５５０ｎｍの波長の光に対して－３００ｎｍ～－７００ｎｍの範囲のリターダンスを有する前記受動リターダを有するか、または、
    交差する受動リターダの平面内に光軸を有する一対の前記受動リターダを備え、前記一対の受動リターダのそれぞれのリターダは、５５０ｎｍの波長の光に対して３００ｎｍ～８００ｎｍの範囲のリターダンスを有する、少なくとも１つの受動補償リターダと
    を備える、視野角制御光学素子。

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