KR102610147B1 - 스위칭가능 지향성 디스플레이를 위한 광학 스택 - Google Patents

Abstract

프라이버시 디스플레이는 공간 광 변조기 및 공간 광 변조기와 연속하여 배열되는 제1 및 제2 편광기들 사이에 배열되는 보상형 스위칭가능 액정 지연기를 포함한다. 프라이버시 작동 모드에서, 공간 광 변조기로부터의 축상 광이 손실 없이 지향되는 반면, 축외 광은 감소된 휘도를 갖는다. 축외 스누퍼에 대한 디스플레이의 가시성은 넓은 극 시계에 걸친 휘도 감소에 의해 감소된다. 광각 작동 모드에서, 스위칭가능 액정 지연은 축외 휘도가 실질적으로 변형되지 않도록 조절된다.

Description

스위칭가능 지향성 디스플레이를 위한 광학 스택

본 개시는 일반적으로 광 변조 디바이스(light modulation device)로부터의 조명에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 프라이버시 디스플레이(privacy display)를 포함하는 디스플레이에 사용하기 위한 조명의 제어를 제공하기 위한 스위칭가능 광학 스택(switchable optical stack)에 관한 것이다.

프라이버시 디스플레이는 전형적으로 축상(on-axis) 위치에 있는 주 사용자(primary user)에게 이미지 가시성을, 그리고 전형적으로 축외(off-axis) 위치에 있는 스누퍼(snooper)에게 이미지 콘텐트의 감소된 가시성을 제공한다. 프라이버시 기능은 디스플레이로부터의 일부 광을 축상 방향으로 투과시키고 축외 위치에서는 낮은 휘도를 갖는 마이크로-루버(micro-louvre) 광학 필름에 의해 제공될 수 있다. 그러나, 그러한 필름은 헤드-온(head-on) 조명에 대해 높은 손실을 갖고, 마이크로-루버는 공간 광 변조기(spatial light modulator)의 픽셀과의 비팅(beating)으로 인해 무아레 아티팩트()를 유발할 수 있다. 마이크로-루버의 피치(pitch)는 패널 해상도에 대한 선택을 필요로 하여, 재고 및 비용을 증가시킬 수 있다.

스위칭가능 프라이버시 디스플레이는 축외 광학 출력의 제어에 의해 제공될 수 있다.

제어는 휘도 감소에 의해, 예를 들어 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD) 공간 광 변조기를 위한 스위칭가능 백라이트(switchable backlight)에 의해 제공될 수 있다. 디스플레이 백라이트는 일반적으로 도파관(waveguide) 및 에지 발광원(edge emitting source)을 채용한다. 소정의 이미징 지향성 백라이트(imaging directional backlight)는 조명을 디스플레이 패널을 통해 관찰 윈도우(viewing window) 내로 지향시키는 추가적인 능력을 갖는다. 이미징 시스템이 다수의 광원과 각각의 윈도우 이미지 사이에 형성될 수 있다. 이미징 지향성 백라이트의 일례는, 폴딩된(folded) 광학 시스템을 채용할 수 있고 이에 따라 또한 폴딩된 이미징 지향성 백라이트의 예일 수 있는 광학 밸브(optical valve)이다. 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제9,519,153호에 기술된 바와 같이, 광은 광학 밸브를 통해 하나의 방향으로 실질적으로 손실 없이 전파될 수 있는 한편, 반대 방향으로 전파되는 광은 틸팅된 소면(tilted facet)으로부터의 반사에 의해 추출될 수 있다.

축외 프라이버시의 제어는 콘트라스트(contrast) 감소에 의해, 예를 들어 평면내-스위칭(In-Plane-Switching) LCD에서 액정 바이어스 틸트(liquid crystal bias tilt)를 조절함으로써 추가로 제공될 수 있다.

본 개시의 제1 태양에 따르면, 디스플레이 디바이스(display device)로서, 공간 광 변조기; 공간 광 변조기의 일측 상에 배열되는 디스플레이 편광기(display polariser); 디스플레이 편광기와 동일한 공간 광 변조기의 측 상에 배열되는 추가 편광기(additional polariser); 및 추가 편광기와 디스플레이 편광기 사이에 배열되는 복수의 지연기(retarder)들을 포함하고, 복수의 지연기들은 디스플레이 편광기와 추가 편광기 사이에 배열되는 액정 재료의 층을 포함하는 스위칭가능 액정 지연기(switchable liquid crystal retarder); 및 적어도 하나의 수동형 보상 지연기(passive compensation retarder)를 포함하는, 디스플레이 디바이스가 제공된다.

복수의 지연기들은 지연기들의 평면에 대한 법선을 따른 축을 따라 디스플레이 편광기, 추가 편광기 및 복수의 지연기들을 통과하는 광의 휘도에 영향을 주지 않도록, 그리고/또는 지연기들의 평면에 대한 법선에 대해 경사진 축을 따라 디스플레이 편광기, 추가 편광기 및 복수의 지연기들을 통과하는 광의 휘도를 감소시키도록 배열될 수 있다.

적어도 하나의 수동형 보상 지연기는 적어도 하나의 수동형 보상 지연기의 평면에 대한 법선을 따른 축을 따라 복수의 지연기들의 입력측 상에서 디스플레이 편광기 및 추가 편광기 중 하나에 의해 통과된 광의 편광 성분들에 위상 시프트(phase shift)를 도입하지 않도록, 그리고/또는 적어도 하나의 수동형 보상 지연기의 평면에 대한 법선에 대해 경사진 축을 따라 복수의 지연기들의 입력측 상에서 디스플레이 편광기 및 추가 편광기 중 하나에 의해 통과된 광의 편광 성분들에 위상 시프트를 도입하도록 배열될 수 있다.

스위칭가능 액정 지연기는 스위칭가능 액정 지연기의 평면에 대한 법선을 따른 축을 따라 복수의 지연기들의 입력측 상에서 디스플레이 편광기 및 추가 편광기 중 하나에 의해 통과된 광의 편광 성분들에 위상 시프트를 도입하지 않도록, 그리고/또는 스위칭가능 액정 지연기의 스위칭가능 상태에서 스위칭가능 액정 지연기의 평면에 대한 법선에 대해 경사진 축을 따라 복수의 지연기들의 입력측 상에서 디스플레이 편광기 및 추가 편광기 중 하나에 의해 통과된 광의 편광 성분들에 위상 시프트를 도입하도록 배열될 수 있다.

유리하게는, 광각(wide angle) 작동 상태와 프라이버시 작동 상태 사이에서 스위칭될 수 있는 스위칭가능 프라이버시 디스플레이가 제공될 수 있다. 프라이버시 작동을 위한 시계(field of view)는 알려진 배열들과 비교하여 확장될 수 있고, 보다 낮은 축외 휘도 레벨들이 달성되어, 축외 스누퍼에 의해 관찰되는 프라이버시의 정도를 증가시킬 수 있다. 추가로, 축상 휘도가 축상 주 사용자들에 대한 광각 및 프라이버시 작동 상태들 둘 모두에서 유지될 수 있다.

디스플레이 편광기와 추가 편광기는 평행한 전기 벡터 투과 방향(electric vector transmission direction)들을 가질 수 있다.

하나의 대안에서, 스위칭가능 액정 지연기는, 액정 재료의 층에 인접하게 그리고 스위칭가능 액정 지연기의 서로 반대편에 있는 면들 상에 배치되고 인접한 액정 재료 내에 호메오트로픽 정렬(homeotropic alignment)을 제공하도록 각각 배열되는 2개의 표면 정렬 층들을 포함할 수 있다. 스위칭가능 액정 지연기의 액정 재료의 층은 음의 유전율 이방성(negative dielectric anisotropy)을 가진 액정 재료를 포함할 수 있다. 액정 재료의 층은 550 nm의 파장의 광에 대해 500 nm 내지 1000 nm 범위 내의, 바람직하게는 600 nm 내지 900 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 700 nm 내지 850 nm 범위 내의 지연(retardance)을 가질 수 있다.

호메오트로픽 정렬을 제공하는 2개의 표면 정렬 층들이 제공되는 경우, 적어도 하나의 수동형 보상 지연기는 지연기로서, 지연기의 평면에 수직인 지연기의 광학 축을 갖는, 지연기를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 수동형 지연기는 550 nm의 파장의 광에 대해 -300 nm 내지 -900 nm 범위 내의, 바람직하게는 -450 nm 내지 -800 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 -500 nm 내지 -725 nm 범위 내의 지연을 갖는다.

대안적으로, 호메오트로픽 정렬을 제공하는 2개의 표면 정렬 층들이 제공되는 경우, 적어도 하나의 수동형 보상 지연기는 한 쌍의 지연기들로서, 교차되는 지연기들의 평면 내의 광학 축들을 갖는, 한 쌍의 지연기들을 포함할 수 있고, 한 쌍의 지연기들의 각각의 지연기는 550 nm의 파장의 광에 대해 300 nm 내지 800 nm 범위 내의, 바람직하게는 500 nm 내지 700 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 550 nm 내지 675 nm 범위 내의 지연을 갖는다. 유리하게는, 이러한 경우에, 광각 작동 모드에서의 증가된 시계가 제공될 수 있다. 추가로, 광각 작동 모드에서의 0 전압 작동이 제공되어, 전력 소비를 감소시킬 수 있다.

다른 대안에서, 스위칭가능 액정 지연기는, 액정 재료의 층에 인접하게 그리고 스위칭가능 액정 지연기의 서로 반대편에 있는 면들 상에 배치되고 인접한 액정 재료 내에 호모지니어스 정렬(homogeneous alignment)을 제공하도록 각각 배열되는 2개의 표면 정렬 층들을 포함할 수 있다. 유리하게는, 액정의 서로 반대편에 있는 면들 상에서의 호메오트로픽 정렬과 비교하여, 압력이 인가되는 중에 액정 재료의 유동의 가시성에 대한 증가된 탄력성(resilience)이 달성될 수 있다.

스위칭가능 액정 지연기의 액정 재료의 층은 양의 유전율 이방성(positive dielectric anisotropy)을 가진 액정 재료를 포함할 수 있다. 액정 재료의 층은 550 nm의 파장의 광에 대해 500 nm 내지 900 nm 범위 내의, 바람직하게는 600 nm 내지 850 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 700 nm 내지 800 nm 범위 내의 지연을 가질 수 있다.

호모지니어스 정렬을 제공하는 2개의 표면 정렬 층들이 제공되는 경우, 적어도 하나의 수동형 보상 지연기는 지연기로서, 지연기의 평면에 수직인 지연기의 광학 축을 갖는, 지연기를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 수동형 지연기는 550 nm의 파장의 광에 대해 -300 nm 내지 -700 nm 범위 내의, 바람직하게는 -350 nm 내지 -600 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 -400 nm 내지 -500 nm 범위 내의 지연을 갖는다.

대안적으로, 호모지니어스 정렬을 제공하는 2개의 표면 정렬 층들이 제공되는 경우, 적어도 하나의 수동형 보상 지연기는 한 쌍의 지연기들로서, 교차되는 지연기들의 평면 내의 광학 축들을 갖는, 한 쌍의 지연기들을 포함할 수 있고, 한 쌍의 지연기들의 각각의 지연기는 550 nm의 파장의 광에 대해 300 nm 내지 800 nm 범위 내의, 바람직하게는 350 nm 내지 650 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 450 nm 내지 550 nm 범위 내의 지연을 갖는다. 유리하게는, 이러한 경우에, 압력이 인가되는 중에 액정 재료의 유동의 가시성에 대한 증가된 탄력성이 달성될 수 있다.

다른 대안에서, 스위칭가능 액정 지연기는 액정 재료의 층에 인접하게 그리고 스위칭가능 액정 지연기의 서로 반대편에 있는 면들 상에 배치되는 2개의 표면 정렬 층들을 포함할 수 있고, 표면 정렬 층들 중 하나는 인접한 액정 재료 내에 호메오트로픽 정렬을 제공하도록 배열되고, 표면 정렬 층들 중 다른 하나는 인접한 액정 재료 내에 호모지니어스 정렬을 제공하도록 배열된다.

호모지니어스 정렬을 제공하도록 배열되는 표면 정렬 층이 액정 재료의 층과 보상 지연기 사이에 있을 때, 액정 재료의 층은 550 nm의 파장의 광에 대해 700 nm 내지 2000 nm 범위 내의, 바람직하게는 1000 nm 내지 1500 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 1200 nm 내지 1500 nm 범위 내의 지연을 가질 수 있다.

호모지니어스 정렬을 제공하도록 배열되는 표면 정렬 층이 액정 재료의 층과 보상 지연기 사이에 있을 때, 적어도 하나의 수동형 보상 지연기는 지연기로서, 지연기의 평면에 수직인 지연기의 광학 축을 갖는, 지연기를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 수동형 지연기는 550 nm의 파장의 광에 대해 -400 nm 내지 -1800 nm 범위 내의, 바람직하게는 -700 nm 내지 -1500 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 -900 nm 내지 -1300 nm 범위 내의 지연을 갖는다.

호모지니어스 정렬을 제공하도록 배열되는 표면 정렬 층이 액정 재료의 층과 보상 지연기 사이에 있을 때, 적어도 하나의 수동형 보상 지연기는 한 쌍의 지연기들로서, 교차되는 지연기들의 평면 내의 광학 축들을 갖는, 한 쌍의 지연기들을 포함할 수 있고, 한 쌍의 지연기들의 각각의 지연기는 550 nm의 파장의 광에 대해 400 nm 내지 1800 nm 범위 내의, 바람직하게는 700 nm 내지 1500 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 900 nm 내지 1300 nm 범위 내의 지연을 갖는다.

호메오트로픽 정렬을 제공하도록 배열되는 표면 정렬 층이 액정 재료의 층과 보상 지연기 사이에 있을 때, 액정 재료의 층은 550 nm의 파장의 광에 대해 500 nm 내지 1800 nm 범위 내의, 바람직하게는 700 nm 내지 1500 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 900 nm 내지 1350 nm 범위 내의 지연을 가질 수 있다.

호메오트로픽 정렬을 제공하도록 배열되는 표면 정렬 층이 액정 재료의 층과 보상 지연기 사이에 있을 때, 적어도 하나의 수동형 보상 지연기는 지연기로서, 지연기의 평면에 수직인 지연기의 광학 축을 갖는, 지연기를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 수동형 지연기는 550 nm의 파장의 광에 대해 -300 nm 내지 -1600 nm 범위 내의, 바람직하게는 -500 nm 내지 -1300 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 -700 nm 내지 -1150 nm 범위 내의 지연을 갖는다.

호메오트로픽 정렬을 제공하도록 배열되는 표면 정렬 층이 액정 재료의 층과 보상 지연기 사이에 있을 때, 적어도 하나의 수동형 보상 지연기는 한 쌍의 지연기들로서, 교차되는 지연기들의 평면 내의 광학 축들을 갖는, 한 쌍의 지연기들을 포함할 수 있고, 한 쌍의 지연기들의 각각의 지연기는 550 nm의 파장의 광에 대해 400 nm 내지 1600 nm 범위 내의, 바람직하게는 600 nm 내지 1400 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 800 nm 내지 1300 nm 범위 내의 지연을 갖는다. 유리하게는, 이러한 경우에, 압력이 인가되는 중에 액정 재료의 유동의 가시성에 대한 증가된 탄력성이 달성될 수 있다.

각각의 정렬 층은 디스플레이 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 평행 또는 역평행(anti-parallel)하거나 직교하는 액정 층의 평면 내의 성분을 가진 프리틸트 방향(pretilt direction)을 갖는 프리틸트를 가질 수 있다. 유리하게는, 디스플레이에는 측방향으로 좁은 관찰 각도 및 수평 축을 중심으로 하는 디스플레이 회전에 대해 넓은 관찰 자유도가 제공될 수 있다. 그러한 디스플레이는 헤드-온 디스플레이 사용자가 관찰하기에 편안하고 축외 디스플레이 사용자가 관찰하기에는 어려울 수 있다.

적어도 하나의 수동형 지연기는 적어도 2개의 상이한 배향들의 광학 축들을 가진 적어도 2개의 수동형 지연기들로서, 교차되는 지연기들의 평면 내의 광학 축들을 가질 수 있는, 적어도 2개의 수동형 지연기들을 포함할 수 있다. 호모지니어스 정렬을 가진 액정 지연기들에 대한 시계는 압력이 인가되는 중에 액정 재료의 유동의 가시성에 대한 탄력성을 제공하면서 증가된다.

한 쌍의 수동형 지연기들은 디스플레이 편광기의 전기 벡터 투과에 평행한 전기 벡터 투과 방향에 대해 각각 45° 및 135°로 연장되는 광학 축들을 가질 수 있다. 수동형 지연기들은 유리하게는 낮은 비용 및 높은 균일성을 달성하기 위해 신장된 필름들을 사용하여 제공될 수 있다.

스위칭가능 액정 지연기는 한 쌍의 수동형 지연기들 사이에 제공될 수 있다. 유리하게는, 복수의 지연기들의 두께 및 복잡성이 감소될 수 있다.

투명 전극 및 액정 정렬 층이 스위칭가능 액정 지연기에 인접한 한 쌍의 수동형 지연기들 각각의 면 상에 형성될 수 있고; 제1 및 제2 기판들을 추가로 포함할 수 있고, 스위칭가능 액정 지연기가 제1 기판과 제2 기판 사이에 제공되고, 제1 및 제2 기판들은 한 쌍의 수동형 지연기들 중 하나를 각각 포함하고, 한 쌍의 수동형 지연기들 각각은 550 nm의 파장의 광에 대해 150 nm 내지 800 nm 범위 내의, 바람직하게는 200 nm 내지 700 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 250 nm 내지 600 nm 범위 내의 지연을 갖는다.

하나의 대안에서, 적어도 하나의 수동형 보상 지연기는 지연기로서, 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는, 지연기를 포함할 수 있다. 유리하게는, 수동형 지연기 스택의 두께 및 복잡성이 감소될 수 있다.

적어도 하나의 수동형 보상 지연기는 2개의 수동형 지연기들로서, 수동형 지연기들의 평면에 수직인 광학 축을 갖는, 2개의 수동형 지연기들을 포함할 수 있고, 스위칭가능 액정 지연기는 2개의 수동형 지연기들 사이에 제공된다. 유리하게는, 복수의 지연기들의 두께 및 복잡성이 감소될 수 있다. 높은 헤드-온 효율이 광각 및 프라이버시 모드들 둘 모두, 광각 모드에 대한 넓은 시계에서 달성될 수 있고, 스누퍼들이 넓은 범위의 축외 관찰 위치들로부터 이미지 데이터를 인지할 수 없을 수 있다.

투명 전극 및 액정 정렬 층이 스위칭가능 액정 지연기에 인접한 2개의 수동형 지연기들 각각의 면 상에 형성될 수 있다. 제1 및 제2 기판들은 스위칭가능 액정 지연기가 제1 기판과 제2 기판 사이에 제공될 수 있고, 제1 및 제2 기판들은 2개의 수동형 지연기들 중 하나를 각각 포함한다. 2개의 수동형 지연기들은 550 nm의 파장의 광에 대해 -300 nm 내지 -700 nm 범위 내의, 바람직하게는 -350 nm 내지 -600 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 -400 nm 내지 -500 nm 범위 내의 총 지연을 가질 수 있다.

다른 대안에서, 적어도 하나의 수동형 보상 지연기는 지연기로서, 지연기의 평면에 수직인 성분 및 지연기의 평면 내의 성분을 가진 광학 축을 갖는, 지연기를 포함할 수 있다. 유리하게는, 광각 모드에서의 시계들이 증가될 수 있고, 스누퍼들이 넓은 범위의 축외 관찰 위치들로부터 이미지 데이터를 인지할 수 없을 수 있다.

수동형 지연기의 평면 내의 성분은 디스플레이 편광기의 전기 벡터 투과에 평행하거나 수직인 전기 벡터 투과 방향에 대해 0°로 연장될 수 있다. 적어도 하나의 수동형 지연기는 수동형 지연기로서, 수동형 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는, 수동형 지연기 또는 한 쌍의 수동형 지연기들로서, 교차되는 수동형 지연기들의 평면 내의 광학 축들을 갖는, 한 쌍의 수동형 지연기들을 추가로 포함할 수 있다.

적어도 하나의 수동형 보상 지연기의 지연은 스위칭가능 액정 지연기의 지연과 동일하면서 반대일 수 있다.

스위칭가능 액정 지연기는 제1 및 제2 프리틸트들을 포함할 수 있고; 적어도 하나의 수동형 보상 지연기는 제1 및 제2 프리틸트들을 가진 보상 지연기를 포함할 수 있고, 보상 지연기의 제1 프리틸트는 액정 지연기의 제1 프리틸트와 동일하고, 보상 지연기의 제2 프리틸트는 액정 지연기의 제2 프리틸트와 동일하다.

스위칭가능 액정 지연기는 액정 재료의 층을 제어하기 위한 전압을 인가하도록 배열되는 전극들을 추가로 포함할 수 있다. 전극들은 액정 재료의 층의 서로 반대편에 있는 면들 상에 있을 수 있다. 디스플레이는 액정 층의 제어에 의해 스위칭되어, 유리하게는 스위칭가능 프라이버시 디스플레이, 또는 감소된 축외 미광(stray light)을 가진 다른 디스플레이를 달성할 수 있다. 디스플레이는 적어도 하나의 스위칭가능 액정 지연기의 전극들을 가로질러 인가되는 전압을 제어하도록 배열되는 제어 시스템을 추가로 포함할 수 있다.

전극들은 적어도 2개의 패턴 영역들을 제공하도록 패턴화될 수 있다. 유리하게는, 증가된 프라이버시 성능은 이미지 데이터를 차단함으로써 제공될 수 있다. 디스플레이는 위장(camouflage) 구조의 가시성이 없는 광각 모드와 추가의 위장을 가진 프라이버시 모드 사이에서 스위칭되어, 헤드-온 사용자에 대한 위장 패턴의 상당한 가시성 없이 축외 스누퍼에 대한 감소된 가시성을 제공할 수 있다.

제어 시스템은 디스플레이에 대한 스누퍼의 위치를 결정하기 위한 수단을 추가로 포함할 수 있고, 제어 시스템은 스누퍼 위치에 응답하여 적어도 하나의 스위칭가능 액정 지연기의 전극들을 가로질러 인가되는 전압을 조절하도록 배열된다. 유리하게는, 검출되는 스누퍼에 대한 이미지의 가시성은 일정 범위의 스누퍼 위치에 대해 최소화될 수 있다.

디스플레이 디바이스는 적어도 하나의 추가의 지연기(further retarder) 및 추가의 추가 편광기(further additional polariser)를 추가로 포함할 수 있고, 적어도 하나의 추가의 지연기는 먼저 언급된 추가 편광기와 추가의 추가 편광기 사이에 배열된다. 유리하게는, 축외 휘도가 추가로 감소되어, 축외 스누퍼에 대한 이미지의 가시성을 감소시킬 수 있다.

디스플레이 디바이스에 대한 하나의 대안에서, 공간 광 변조기는 백라이트로부터 출력 광을 수광하도록 배열되는 투과형(transmissive) 공간 광 변조기이다. 유리하게는, 백라이트는 발광형(emissive) 디스플레이들과 비교하여 감소된 축외 휘도를 제공할 수 있다.

백라이트는 45도 초과의 공간 광 변조기에 대한 법선에 대한 극각(polar angle)들에서, 공간 광 변조기에 대한 법선을 따른 휘도의 33% 이하, 바람직하게는 공간 광 변조기에 대한 법선을 따른 휘도의 20% 이하, 가장 바람직하게는 공간 광 변조기에 대한 법선을 따른 휘도의 10% 이하인 휘도를 제공할 수 있다. 유리하게는, 휘도는 축외 스누퍼들에 대해 감소될 수 있다.

백라이트는 광원들의 어레이(array of light sources); 지향성 도파관(directional waveguide)을 포함할 수 있고, 지향성 도파관은 지향성 도파관의 측부를 따라 측방향으로 연장되는 입력 단부로서, 광원들은 입력 단부를 따라 배치되고 입력 광을 도파관 내로 입력하도록 배열되는, 입력 단부; 및 입력 단부에서 입력되는 광을 도파관을 따라 안내하기 위해 입력 단부로부터 지향성 도파관에 걸쳐 연장되는 대향하는 제1 및 제2 안내 표면들로서, 도파관은 지향성 도파관을 통해 안내되는 입력 광을 제1 안내 표면을 통해 출사하도록 편향시키게 배열되는, 대향하는 제1 및 제2 안내 표면들을 포함한다. 유리하게는, 균일한 대면적 조명(large area illumination)에 높은 효율이 제공될 수 있다.

백라이트는 광 방향전환 필름(light turning film)을 추가로 포함할 수 있고, 지향성 도파관은 시준 도파관(collimating waveguide)이다. 시준 도파관은 (i) 복수의 긴 렌즈형 요소들; 및 (ii) 복수의 경사진 광 추출 특징부들을 포함할 수 있고, 복수의 긴 렌즈형 요소들 및 복수의 경사진 광 추출 특징부들은 지향성 도파관을 통해 안내되는 입력 광을 제1 안내 표면을 통해 출사하도록 편향시키게 배향된다. 유리하게는, 좁은 각도 출력이 백라이트에 의해 제공될 수 있다.

지향성 도파관은 광원들로부터의 출력 광이 광원들의 입력 위치들에 의존하여 분포되는 출력 방향들로 각각의 광학 윈도우(optical window)들 내로 지향되도록 광원들을 측방향으로 이미징하게 배열되는 이미징 도파관(imaging waveguide)일 수 있다. 이미징 도파관은 입력 광을 다시 이미징 도파관을 따라 반사하기 위한 반사 단부를 포함할 수 있고, 제2 안내 표면은 반사된 입력 광을 제1 안내 표면을 통해 출력 광으로서 편향시키도록 배열되고, 제2 안내 표면은 광 추출 특징부들 및 광 추출 특징부들 사이의 중간 영역들을 포함하고, 광 추출 특징부들은 반사된 입력 광을 제1 안내 표면을 통해 출력 광으로서 편향시키도록 배향되고, 중간 영역들은 광을 도파관을 통해 광을 추출함이 없이 지향시키도록 배열되고; 반사 단부는 제1 안내 표면과 제2 안내 표면 사이에서 연장되는 도파관의 측부들 사이에서 연장되는 측방향으로 양의 광학 굴절력(positive optical power)을 가질 수 있다. 유리하게는, 협각(narrow angle)과 광각 조명 사이에서 스위칭될 수 있는 스위칭가능 지향성 조명이 제공될 수 있다.

공간 광 변조기가 투과형 공간 광 변조기인 하나의 대안에서, 디스플레이 편광기는 백라이트와 공간 광 변조기 사이에서 공간 광 변조기의 입력측 상에 배열되는 입력 디스플레이 편광기일 수 있고, 추가 편광기는 입력 디스플레이 편광기와 백라이트 사이에 배열된다. 유리하게는, 디스플레이의 효율이 증가된다. 추가 편광기는 반사성 편광기일 수 있다.

이러한 경우에, 디스플레이 디바이스는 공간 광 변조기의 출력측 상에 배열되는 출력 편광기를 추가로 포함할 수 있다.

공간 광 변조기가 투과형 공간 광 변조기인 하나의 대안에서, 디스플레이 편광기는 공간 광 변조기의 출력측 상에 배열되는 출력 편광기일 수 있다. 유리하게는, 디스플레이의 효율이 증가된다.

디스플레이 디바이스는 공간 광 변조기의 입력측 상에 배열되는 입력 편광기를 추가로 포함할 수 있다.

디스플레이 디바이스는 공간 광 변조기의 입력측 상에 배열되는 추가의 추가 편광기 및 적어도 하나의 추가의 추가 편광기와 입력 편광기 사이에 배열되는 적어도 하나의 추가의 지연기를 추가로 포함할 수 있다. 유리하게는, 휘도는 축외 스누퍼들에 대해 감소될 수 있다.

디스플레이 디바이스에 대한 하나의 대안에서, 공간 광 변조기는 광을 출력하도록 배열되는 발광형 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 디스플레이 편광기는 발광형 공간 광 변조기의 출력측 상에 배열되는 출력 디스플레이 편광기일 수 있다. 유리하게는, 디스플레이 두께가 백라이트들을 가진 디스플레이들과 비교하여 감소될 수 있고, 가요성 및 굽힘가능 디스플레이들이 편리하게 제공될 수 있다.

디스플레이 디바이스는 적어도 하나의 추가의 지연기 및 추가의 추가 편광기를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 추가의 지연기는 먼저 언급된 추가 편광기와 추가의 추가 편광기 사이에 배열된다. 유리하게는, 휘도는 축외 스누퍼들에 대해 감소될 수 있다.

본 발명의 제1 태양에 관하여 전술된 다양한 선택적인 특징부들 및 대안들은 임의의 조합으로 함께 적용될 수 있다.

본 개시의 제2 태양에 따르면, 공간 광 변조기 및 공간 광 변조기의 일측 상에 배열되는 디스플레이 편광기를 포함하는 디스플레이 디바이스에 적용되는 시야각 제어 광학 요소(view angle control optical element)로서, 시야각 제어 광학 요소는 디스플레이 디바이스에 대한 시야각 제어 광학 요소의 적용 시에 추가 편광기와 디스플레이 편광기 사이에 배열되는 복수의 지연기들 및 제어 편광기를 포함하고, 복수의 지연기들은 액정 재료의 층을 포함하는 스위칭가능 액정 지연기; 및 적어도 하나의 수동형 보상 지연기를 포함하는, 시야각 제어 광학 요소가 제공된다.

유리하게는, 시야각 제어 광학 요소는 애프터-마켓(after-market) 요소로서 배포될 수 있고, 디스플레이 사용자들에 의해 디스플레이 디바이스들에 부착될 수 있다. 요소는 복잡한 정렬을 필요로 하지 않는다. 요소와 디스플레이의 픽셀들 사이의 무아레 비팅이 존재하지 않고, 픽셀 피치에 관한 구성요소의 선택이 요구되지 않는다. 재고 비용이 감소된다.

대안적으로, 시야각 제어 광학 요소는 편리하게는 디스플레이 디바이스들 내에 공장 설치될(factory fitted) 수 있다.

본 개시의 제1 태양에 관하여 전술된 다양한 특징부들 및 대안들은 유사하게 본 개시의 제2 태양에 적용될 수 있다.

본 개시의 실시예들은 다양한 광학 시스템들에 사용될 수 있다. 실시예들은 다양한 프로젝터들, 프로젝션 시스템들, 광학 구성요소들, 디스플레이들, 마이크로디스플레이들, 컴퓨터 시스템들, 프로세서들, 자급식(self-contained) 프로젝터 시스템들, 시각 및/또는 시청각 시스템들 및 전기 및/또는 광학 디바이스들을 포함하거나 그들과 함께 작동할 수 있다. 본 개시의 태양들은 광학 및 전기 디바이스들, 광학 시스템들, 프리젠테이션 시스템들 또는 임의의 유형의 광학 시스템을 포함할 수 있는 임의의 장치에 관련된 사실상 임의의 장치와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 본 개시의 실시예들은 광학 시스템들, 시각 및/또는 광학 프리젠테이션들에 사용되는 디바이스들, 시각 주변 장치들 등에 그리고 다수의 컴퓨팅 환경들에 채용될 수 있다.

개시되는 실시예들로 상세히 진행하기 전에, 본 개시가 다른 실시예들을 가능하게 하기 때문에, 본 개시가 그의 응용 또는 생성에 있어서 도시된 특정 배열들의 상세 사항으로 제한되지 않는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본 개시의 태양들은 그 자체로서 특유한 실시예들을 한정하기 위해 상이한 조합들 및 배열들로 기재될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용되는 용어는 제한이 아닌 설명의 목적을 위한 것이다.

본 개시의 이들 및 다른 이점들과 특징들이 본 개시를 전체적으로 읽을 때 당업자에게 명백하게 될 것이다.

실시예가 첨부 도면에 예로서 예시되며, 첨부 도면에서 유사한 도면 부호는 유사한 부분을 나타낸다.
도 1a는 전방 스위칭가능 지연기를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 광학 스택을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 1b는 도 1a의 광학 스택 내의 광학 층의 정렬을 정면도로 예시한 개략도.
도 1c는 발광형 공간 광 변조기 및 발광형 공간 광 변조기의 출력측 상에 배열되는 스위칭가능 보상형 지연기를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 광학 스택을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 1d는 수동형 보상 지연기, 스위칭가능 액정 지연기 및 제어 편광기를 포함하는 시야각 제어 광학 요소를 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 2a는 추가 편광기가 반사성 편광기를 포함하는, 백라이트, 후방 스위칭가능 보상형 지연기, 및 투과형 공간 광 변조기를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 광학 스택을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 2b는 도 2a의 광학 스택 내의 광학 층의 정렬을 정면도로 예시한 개략도.
도 2c는 추가 편광기가 이색성 편광기(dichroic polariser)를 포함하는, 백라이트, 후방 스위칭가능 보상형 지연기, 및 투과형 공간 광 변조기를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 광학 스택을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 3은 보상형 스위칭가능 액정 지연기의 배열을 측면도로 예시한 개략도.
도 4a는 광각 작동 모드에서의 음의 C-플레이트(negative C-plate)를 포함하는 스위칭가능 보상형 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 4b는 스위칭가능 액정 지연기 셀(cell)을 통한 부분 위치(fractional location)에 대한 액정 지향기 각도의 그래프를 예시한 개략도.
도 4c는 광각 작동 모드에서 도 4a의 광학 스택을 통한 공간 광 변조기로부터의 출력 광의 전파를 측면도로 예시한 개략도.
도 4d는 도 4c의 투과된 광선에 대한 극 방향(polar direction)에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 5a는 프라이버시 작동 모드에서의 음의 C-플레이트를 포함하는 스위칭가능 보상형 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 5b는 프라이버시 작동 모드에서 도 5a의 광학 스택을 통한 공간 광 변조기로부터의 출력 광의 전파를 측면도로 예시한 개략도.
도 5c는 도 5b의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 6a는 프라이버시 모드로 작동하는 디스플레이에 대한 투과된 출력 광의 관찰을 전방 사시도로 예시한 개략도.
도 6b는 프라이버시 모드로 작동하는 도 1a 내지 도 1c의 디스플레이의 외양을 전방 사시도로 예시한 개략도.
도 6c는 스위칭가능 지향성 디스플레이가 엔터테인먼트(entertainment) 및 공유(sharing) 작동 모드 둘 모두에 대해 차량 객실 내에 배열된 자동차 차량을 측면도로 예시한 개략도.
도 6d는 스위칭가능 지향성 디스플레이가 엔터테인먼트 작동 모드로 차량 객실 내에 배열된 자동차 차량을 평면도로 예시한 개략도.
도 6e는 스위칭가능 지향성 디스플레이가 공유 작동 모드로 차량 객실 내에 배열된 자동차 차량을 평면도로 예시한 개략도.
도 6f는 스위칭가능 지향성 디스플레이가 야간 및 주간 작동 모드 둘 모두에 대해 차량 객실 내에 배열된 자동차 차량을 평면도로 예시한 개략도.
도 6g는 스위칭가능 지향성 디스플레이가 야간 작동 모드로 차량 객실 내에 배열된 자동차 차량을 측면도로 예시한 개략도.
도 6h는 스위칭가능 지향성 디스플레이가 주간 작동 모드로 차량 객실 내에 배열된 자동차 차량을 측면도로 예시한 개략도.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 및 도 7d는 상이한 구동 전압에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략도.
도 8은 프라이버시 디스플레이의 제어를 예시한 흐름도.
도 9a는 교차형 A-플레이트(crossed A-plate) 수동형 보상 지연기 및 호메오트로픽으로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기를 포함하는 광각 작동 모드에서의 스위칭가능 보상형 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 9b는 교차형 A-플레이트 수동형 보상 지연기 및 호메오트로픽으로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기를 포함하는 프라이버시 작동 모드에서의 스위칭가능 보상형 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 9c는 광각 작동 모드에서 도 9a의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 9d는 프라이버시 작동 모드에서 도 9b의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 10a 및 도 10b는 호모지니어스로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기 및 수동형 음의 C-플레이트 지연기를 포함하는, 각각 광각 작동 모드 및 프라이버시 작동 모드에서의 스위칭가능 보상형 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 10c는 상이한 인가된 전압에 대해 도 10a의 스위칭가능 액정 지연기 셀을 통한 부분 위치에 대한 액정 지향기 각도의 그래프를 예시한 개략도.
도 11a, 도 11b, 및 도 11c는 각각 프라이버시 모드 및 2개의 상이한 광각 모드 어드레싱 구동 전압에서, 호모지니어스로 정렬된 액정 셀 및 음의 C-플레이트를 포함하는 스위칭가능 보상형 지연기의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 12a는 교차형 A-플레이트 수동형 보상 지연기 및 호모지니어스로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기를 포함하는, 프라이버시 작동 모드에서의 스위칭가능 보상형 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 12b, 도 12c, 및 도 12d는 상이한 구동 전압에 대해 프라이버시 모드 및 광각 모드에서, 호모지니어스로 정렬된 액정 셀 및 교차형 A-플레이트를 포함하는 스위칭가능 보상형 지연기의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 13a 및 도 13b는 스위칭가능 보상형 지연기 및 광학 접합 층을 포함하는 디스플레이의 일부를 측면도로 예시한 개략도.
도 14는 수동형 회전 지연기를 추가로 포함하는, 교차형 A-플레이트 수동형 보상 지연기 및 호모지니어스로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기를 포함하는, 프라이버시 작동 모드에서의 스위칭가능 보상형 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 15a는 제1 및 제2 C-플레이트 수동형 보상 지연기들 사이에 배열되는 호메오트로픽으로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기를 포함하는, 프라이버시 작동 모드에서의 스위칭가능 보상형 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 15b 및 도 15c는 각각 광각 작동 모드 및 프라이버시 작동 모드에서 도 15a의 광학 스택 내의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 16a는 C-플레이트 수동형 보상 지연기를 각각 포함하는 제1 및 제2 기판들 사이에 배열되는 스위칭가능 액정 지연기를 포함하는 디스플레이를 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 16b는 C-플레이트 수동형 보상 지연기를 각각 포함하는 제1 및 제2 기판들 사이에 배열되는 스위칭가능 액정 지연기를 포함하는 디스플레이의 일부를 측면도로 예시한 개략도.
도 17a는 제1 및 제2 교차형 A-플레이트 수동형 보상 지연기들 사이에 배열되는 호모지니어스로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기를 포함하는, 광각 작동 모드에서의 스위칭가능 보상형 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 17b 및 도 17c는 각각 광각 및 프라이버시 모드에서 도 17a의 배열에 대해 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 18a는 호모지니어스로 그리고 호메오트로픽으로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기 및 수동형 음의 C-플레이트 지연기를 포함하는, 프라이버시 작동 모드에서의 스위칭가능 보상형 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 18b는 프라이버시 작동 모드에서 도 18a의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 18c는 광각 작동 모드에서 도 18a의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 19a는 호모지니어스로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 19b는 제1 인가된 전압에 대해 도 19a의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 19c는 제1 인가된 전압보다 큰 제2 인가된 전압에 대해 도 19a의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 19d는 평행한 편광기들 사이에 배열되는 C-플레이트를 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 19e는 도 19d의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 20a는 평행한 편광기들 사이에 배열되는 C-플레이트와 연속하여 평행한 편광기들 사이에 배열되는 호모지니어스로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 20b는 제1 인가된 전압에 대해 도 20a의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 20c는 제1 인가된 전압보다 큰 제2 인가된 전압에 대해 도 20a의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 21a는 호모지니어스로 정렬된 스위칭가능 액정과 C-플레이트 보상 지연기가 단일 쌍의 평행한 편광기들 사이에 배열되는, C-플레이트 보상 지연기와 연속한 호모지니어스로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 21b는 제1 인가된 전압에 대해 도 21a의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 21c는 제1 인가된 전압보다 큰 제2 인가된 전압에 대해 도 21a의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 22a는 프라이버시 작동 모드에서, 출력 편광기와 추가 편광기 사이에 배열되는 음의 C-플레이트 수동형 보상 지연기 및 호메오트로픽으로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기; 및 먼저 언급된 추가 편광기와 추가의 추가 편광기 사이에 배열되는 음의 C-플레이트 수동형 보상 지연기 및 호메오트로픽으로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기를 포함하는, 프라이버시 작동 모드에서의 스위칭가능 보상형 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 22b는 액정 디스플레이의 입력부 상에 배열되는 제1 스위칭가능 보상형 지연기 및 액정 디스플레이의 출력부 상에 배열되는 제2 스위칭가능 보상형 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 22c는 제1 수동형 보상 지연기, 제1 스위칭가능 액정 지연기, 제1 제어 편광기, 제2 수동형 보상 지연기, 제2 스위칭가능 액정 지연기 및 제2 제어 편광기를 포함하는 시야각 제어 광학 요소를 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 22d는 주간 및/또는 공유 작동 모드에 대해 차량 객실 내에 배열되는 스위칭가능 지향성 디스플레이를 가진 자동차 차량을 평면도로 예시한 개략도.
도 22e는 주간 및/또는 공유 작동 모드에 대해 차량 객실 내에 배열되는 스위칭가능 지향성 디스플레이를 가진 자동차 차량을 측면도로 예시한 개략도.
도 22f는 야간 및/또는 엔터테인먼트 작동 모드에 대해 차량 객실 내에 배열되는 스위칭가능 지향성 디스플레이를 가진 자동차 차량을 평면도로 예시한 개략도.
도 22g는 야간 및/또는 엔터테인먼트 작동 모드에 대해 차량 객실 내에 배열되는 스위칭가능 지향성 디스플레이를 가진 자동차 차량을 측면도로 예시한 개략도.
도 23a는 액정 디스플레이의 입력부 상에 배열되는 반사성 추가 편광기 및 수동형 지연기, 및 액정 디스플레이의 출력부 상에 배열되는 스위칭가능 보상형 지연기 및 추가 편광기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 23b는 수동형 지연기, 제1 제어 편광기, 수동형 보상 지연기, 스위칭가능 액정 지연기 및 제2 제어 편광기를 포함하는 시야각 제어 광학 요소를 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 24a는 디스플레이 편광기 전기 벡터 투과 방향에 직교하게 평면 내에서 틸팅된 음의 O-플레이트 및 음의 C-플레이트를 포함하고 디스플레이 디바이스의 시계 변형을 제공하도록 배열되는 수동형 지연기의 광학 스택을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 24b는 도 24a의 수동형 지연기 내의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 24c는 교차형 A-플레이트 및 양의 O-플레이트(positive O-plate)를 포함하는 수동형 지연기의 광학 스택을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 24d는 도 24c의 수동형 지연기 내의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 24e는 두 쌍의 교차형 A-플레이트를 포함하는 수동형 지연기의 광학 스택을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 24f는 도 24e의 수동형 지연기 내의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 25a는 패턴화된 전극 층을 추가로 포함하는 호메오트로픽으로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기 및 음의 C-플레이트 수동형 보상 지연기를 포함하는, 프라이버시 작동 모드에서의 스위칭가능 보상형 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 25b는 위장된 휘도 제어식 프라이버시 디스플레이에 의한 주 관찰자 및 스누퍼의 조명을 전방 사시도로 예시한 개략도.
도 25c는 위장된 휘도 제어식 프라이버시 디스플레이에 의한 스누퍼의 조명을 측면 사시도로 예시한 개략도.
도 26a는 지향성 백라이트를 전방 사시도로 예시한 개략도.
도 26b는 비-지향성 백라이트를 전방 사시도로 예시한 개략도.
도 26c는 상이한 시계를 가진 디스플레이의 측방향 관찰 각도에 따른 휘도에서의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 27a는 이미징 도파관 및 스위칭가능 액정 지연기를 포함하는 스위칭가능 지향성 디스플레이 장치를 측면도로 예시한 개략도.
도 27b는 협각 작동 모드에서 이미징 도파관의 작동을 후방 사시도로 예시한 개략도.
도 27c는 스위칭가능 액정 지연기가 없는 디스플레이 장치에 사용될 때 도 27b의 출력의 시계 휘도 플롯(field-of-view luminance plot)을 예시한 개략적인 그래프.
도 28a는 프라이버시 작동 모드로 작동하는 스위칭가능 액정 지연기 및 스위칭가능 시준 도파관을 포함하는 스위칭가능 지향성 디스플레이 장치를 측면도로 예시한 개략도.
도 28b는 시준 도파관의 출력을 평면도로 예시한 개략도.
도 28c는 도 28a의 디스플레이 장치에 대한 등-휘도 시계 극 플롯(iso-luminance field-of-view polar plot)을 예시한 개략적인 그래프.
도 29a는 축외 광에 의한 지연기 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도.
도 29b는 0도에서 제1 선형 편광 상태의 축외 광에 의한 지연기 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도.
도 29c는 90도에서 제1 선형 편광 상태의 축외 광에 의한 지연기 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도.
도 29d는 45도에서 제1 선형 편광 상태의 축외 광에 의한 지연기 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도.
도 30a는 양의 고도(positive elevation)를 가진 축외 편광된 광에 의한 C-플레이트 지연기의 조명을 사시도로 예시한 개략도.
도 30b는 음의 측각(negative lateral angle)을 가진 축외 편광된 광에 의한 C-플레이트 지연기의 조명을 사시도로 예시한 개략도.
도 30c는 양의 고도 및 음의 측각을 가진 축외 편광된 광에 의한 C-플레이트 지연기의 조명을 사시도로 예시한 개략도.
도 30d는 양의 고도 및 양의 측각을 가진 축외 편광된 광에 의한 C-플레이트 지연기의 조명을 사시도로 예시한 개략도.
도 30e는 도 30a 내지 도 30d의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.
도 31a는 양의 고도를 가진 축외 편광된 광에 의한 교차형 A-플레이트 지연기 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도.
도 31b는 음의 측각을 가진 축외 편광된 광에 의한 교차형 A-플레이트 지연기 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도.
도 31c는 양의 고도 및 음의 측각을 가진 축외 편광된 광에 의한 교차형 A-플레이트 지연기 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도.
도 31d는 양의 고도 및 양의 측각을 가진 축외 편광된 광에 의한 교차형 A-플레이트 지연기 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도.
도 31e는 도 31a 내지 도 31d의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프.

이제, 본 개시의 목적을 위한 광학 지연기에 관한 용어가 기술될 것이다.

단축 복굴절성 재료를 포함하는 층에서, 광학 이방성을 지배하는 방향이 존재하는 반면, 그에 수직인(또는 그에 대해 주어진 각도에 있는) 모든 방향은 동등한 복굴절을 갖는다.

광학 축은 복굴절을 겪지 않은 단축 복굴절성 재료 내에서의 광선의 전파 방향을 지칭한다. 광학 축에 직교하는 방향으로 전파되는 광의 경우, 광학 축은 느린 축(slow axis)인데, 이는 느린 축에 평행한 전기 벡터 방향을 가진 선형 편광된 광이 가장 느린 속도로 이동할 때이다. 느린 축 방향은 설계 파장에서 가장 높은 굴절률을 가진 방향이다. 유사하게, 빠른 축(fast axis) 방향은 설계 파장에서 가장 낮은 굴절률을 가진 방향이다.

양의 유전율 이방성 단축 복굴절성 재료의 경우, 느린 축 방향이 복굴절성 재료의 이상 축(extraordinary axis)이다. 음의 유전율 이방성 단축 복굴절성 재료의 경우, 빠른 축 방향이 복굴절성 재료의 이상 축이다.

용어 1/2 파장 및 1/4 파장은 전형적으로 500 nm 내지 570 nm일 수 있는 설계 파장 λ₀에 대한 지연기의 작동을 지칭한다. 본 예시적인 실시예에서, 예시적인 지연 값은 달리 명시되지 않는 한 550 nm의 파장에 대해 제공된다.

지연기는 그에 입사하는 광 파의 2개의 수직 편광 성분들 사이의 위상 시프트를 제공하고, 그것이 2개의 편광 성분에 부여하는 상대 위상의 양 Γ에 의해 특성화되는데; 이는 하기에 의해 복굴절 Δn 및 지연기의 두께 d에 관련된다.

[수학식 1]

수학식 1에서, Δn은 이상 및 정상 굴절률 사이의 차이로 정의되는데, 즉

[수학식 2]

1/2 파 지연기의 경우, d, Δn, 및 λ₀ 사이의 관계는 편광 성분들 사이의 위상 시프트가 Γ = π이도록 선택된다. 1/4 파 지연기의 경우, d, Δn, 및 λ₀ 사이의 관계는 편광 성분들 사이의 위상 시프트가 Γ = π/2이도록 선택된다.

본 명세서에서 용어 1/2 파 지연기는 전형적으로 지연기에 수직으로 그리고 공간 광 변조기에 수직으로 전파되는 광을 지칭한다.

본 개시에서, 'A-플레이트'는 복굴절성 재료의 층을, 그의 광학 축이 층의 (x-y) 평면에 평행한 상태로 이용하는 광학 지연기를 지칭한다.

'양의 A-플레이트'는 양의 복굴절성 A-플레이트, 즉 양의 Δn을 가진 A-플레이트를 지칭한다.

본 개시에서, 'C-플레이트'는 복굴절성 재료의 층을, 그의 광학 축이 층의 평면에 수직인 상태로 이용하는 광학 지연기를 지칭한다. '양의 C-플레이트'는 양의 복굴절성 C-플레이트, 즉 양의 Δn을 가진 C-플레이트를 지칭한다. '음의 C-플레이트'는 음의 복굴절성 C-플레이트, 즉 음의 Δn을 가진 C-플레이트를 지칭한다.

'O-플레이트'는 복굴절성 재료의 층을, 그의 광학 축이 층의 평면에 평행한 성분 및 층의 평면에 수직인 성분을 갖는 상태로 이용하는 광학 지연기를 지칭한다. '양의 O-플레이트'는 양의 복굴절성 O-플레이트, 즉 양의 Δn을 가진 O-플레이트를 지칭한다.

지연기의 재료에 하기와 같이 파장 λ에 따라 변하는 지연 Δn.d가 제공되는 수색성 지연기(achromatic retarder)가 제공될 수 있다.

[수학식 3]

여기서, κ는 실질적으로 일정하다.

적합한 재료의 예는 테이진 필름즈(Teijin Films)로부터의 개질된 폴리카르보네이트를 포함한다. 수색성 지연기는 후술될 바와 같이, 낮은 휘도 감소를 갖는 극각 관찰 방향과 증가된 휘도 감소를 갖는 극각 관찰 방향 사이의 색상 변화를 유리하게 최소화하기 위해 본 실시예에 제공될 수 있다.

이제, 지연기 및 액정에 관하여 본 개시에 사용되는 다양한 다른 용어가 기술될 것이다.

액정 셀은 Δn.d에 의해 주어지는 지연을 갖고, 여기서 Δn은 액정 셀 내의 액정 재료의 복굴절이고, d는 액정 셀 내의 액정 재료의 정렬과 독립적인, 액정 셀의 두께이다.

호모지니어스 정렬은 분자가 기판에 실질적으로 평행하게 정렬되는 스위칭가능 액정 디스플레이 내에서의 액정의 정렬을 지칭한다. 호모지니어스 정렬은 때때로 평면형 정렬(planar alignment)로 지칭된다. 호모지니어스 정렬에 전형적으로 2도와 같은 작은 프리-틸트가 제공될 수 있고, 따라서 액정 셀의 정렬 층의 표면에 있는 분자는 후술될 바와 같이 약간 경사진다. 프리틸트는 셀의 스위칭에서 축퇴(degeneracy)를 최소화하도록 배열된다.

본 개시에서, 호메오트로픽 정렬은 로드형(rod-like) 액정 분자가 기판에 실질적으로 수직으로 정렬되는 상태이다. 디스코틱 액정(discotic liquid crystal)에서, 호메오트로픽 정렬은 디스크형 액정 분자에 의해 형성되는 컬럼 구조의 축이 표면에 수직으로 정렬되는 상태로 정의된다. 호메오트로픽 정렬에서, 프리틸트는 정렬 층에 근접한 분자의 틸트각이고, 전형적으로 90도에 근접하고 예를 들어 88도일 수 있다.

양의 유전율 이방성을 가진 액정 분자는 인가된 전기장에 의해 호모지니어스 정렬(예컨대, A-플레이트 지연기 배향)로부터 호메오트로픽 정렬(예컨대, C-플레이트 또는 O-플레이트 지연기 배향)로 스위칭된다.

음의 유전율 이방성을 가진 액정 분자는 인가된 전기장에 의해 호메오트로픽 정렬(예컨대, C-플레이트 또는 O-플레이트 지연기 배향)로부터 호모지니어스 정렬(예컨대, A-플레이트 지연기 배향)로 스위칭된다.

로드형 분자는 수학식 2에 기술된 바와 같이 n_e > n_o이도록 양의 복굴절을 갖는다. 디스코틱 분자는 n_e < n_o이도록 음의 복굴절을 갖는다.

A-플레이트, 양의 O-플레이트 및 양의 C-플레이트와 같은 양의 지연기는 전형적으로 신장된 필름 또는 로드형 액정 분자에 의해 제공될 수 있다. 음의 C-플레이트와 같은 음의 지연기는 신장된 필름 또는 디스코틱형 액정 분자에 의해 제공될 수 있다.

평행 액정 셀 정렬은 평행 또는 보다 전형적으로는 역평행한 호모지니어스 정렬 층의 정렬 방향을 지칭한다. 프리-틸팅된 호메오트로픽 정렬의 경우에, 정렬 층은 실질적으로 평행 또는 역평행한 성분을 가질 수 있다. 하이브리드 정렬된 액정 셀은 하나의 호모지니어스 정렬 층 및 하나의 호메오트로픽 정렬 층을 가질 수 있다. 트위스팅된(twisted) 액정 셀은 평행 정렬을 갖지 않는, 예를 들어 서로 90도로 배향된 정렬 층에 의해 제공될 수 있다.

투과형 공간 광 변조기는 예를 들어 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제8,237,876호에 개시된 바와 같이, 입력 디스플레이 편광기와 출력 디스플레이 편광기 사이에 지연기를 추가로 포함할 수 있다. 그러한 지연기(도시되지 않음)는 본 실시예의 수동형 지연기에 대해 상이한 위치에 있다. 그러한 지연기는 축외 관찰 위치에 대한 콘트라스트 저하를 보상하는데, 이는 본 실시예의 축외 관찰 위치에 대한 휘도 감소와 상이한 효과이다.

디스플레이 편광기와 OLED 디스플레이 발광 층 사이에 제공되는 광학 격리 지연기가 미국 특허 제7,067,985호에 추가로 기술되어 있다. 광학 격리 지연기는 본 실시예의 수동형 지연기에 대해 상이한 위치에 있다. 격리 지연기는 본 실시예의 축외 관찰 위치에 대한 휘도 감소와 상이한 효과인, OLED 디스플레이 발광 층으로부터의 전면 반사를 감소시킨다.

이제, 다양한 스위칭가능 디스플레이 디바이스의 구조 및 작동이 기술될 것이다. 이러한 설명에서, 공통 요소는 공통 도면 부호를 갖는다. 임의의 요소에 관한 개시는 동일하거나 대응하는 요소가 제공되는 각각의 디바이스에 적용되는 것에 유의한다. 따라서, 간결함을 위해, 그러한 개시는 반복되지 않는다.

도 1a는 디스플레이 디바이스의 광학 스택을 측면 사시도로 예시한 개략도이다.

디스플레이 디바이스(100)는 출력 편광기(218)인 적어도 하나의 디스플레이 편광기를 포함하는 공간 광 변조기(48)를 포함한다. 백라이트(20)는 광을 출력하도록 배열되고, 공간 광 변조기(48)는 백라이트(20)로부터 출력 광을 수광하도록 배열되는 투과형 공간 광 변조기(48)를 포함한다. 디스플레이 디바이스(100)는 본 명세서에 기술될 바와 같이 각도 휘도 특성을 가진 광(400)을 출력하도록 배열된다.

본 개시에서, 공간 광 변조기(48)는 기판(212, 216), 및 적색, 녹색 및 청색 픽셀(220, 222, 224)을 갖는 액정 층(214)을 포함하는 액정 디스플레이를 포함할 수 있다. 공간 광 변조기(48)는 그의 서로 반대편에 있는 측들 상에 입력 디스플레이 편광기(210) 및 출력 디스플레이 편광기(218)를 갖는다. 출력 디스플레이 편광기(218)는 공간 광 변조기(48)의 픽셀(220, 222, 224)로부터의 광에 대한 높은 소광 비(extinction ratio)를 제공하도록 배열된다. 전형적인 편광기(210, 218)는 이색성 편광기와 같은 흡수 편광기일 수 있다.

선택적으로, 반사성 편광기(208)가 재순환 광을 제공하고 디스플레이 효율을 증가시키기 위해 이색성 입력 디스플레이 편광기(210)와 백라이트(210) 사이에 제공될 수 있다. 유리하게는, 효율이 증가될 수 있다.

백라이트(20)는 입력 광원(15), 도파관(1), 후방 반사기(3), 및 확산기, 광 방향전환 필름 및 다른 알려진 광학 백라이트 구조체를 포함하는 광학 스택(5)을 포함할 수 있다. 예를 들어 비대칭 표면 릴리프 특징부(relief feature)를 포함할 수 있는 비대칭 확산기가 광학 스택(5) 내에 제공될 수 있고, 이때 측방향과 비교하여 고도 방향(elevation direction)으로 증가된 확산이 제공될 수 있다. 유리하게는, 이미지 균일성이 증가될 수 있다.

본 실시예에서, 백라이트(20)는 아래의 도 26a 내지 도 28c에서 기술될 바와 같이, 헤드-온 휘도와 비교하여 축외 관찰 위치에 대해 감소된 휘도를 갖는 각도 광 분포를 제공하도록 배열될 수 있다. 백라이트(20)는 프라이버시 작동 모드에서 감소된 축외 휘도 및 광각 작동 모드에서 보다 높은 축외 휘도를 제공하기 위해 출력 각도 휘도 프로파일을 스위칭하도록 배열되는 스위칭가능 백라이트를 추가로 포함할 수 있다. 그러한 스위칭 백라이트(20)는 본 실시예의 스위칭가능 보상형 지연기(300)와 협동할 수 있다.

추가 편광기(318)가 흡수 이색성 편광기일 수 있는 디스플레이 출력 편광기(218)와 동일한 공간 광 변조기(48)의 출력측 상에 배열된다.

디스플레이 편광기(218)와 추가 편광기(318)는 평행한 전기 벡터 투과 방향(219, 319)을 갖는다. 후술될 바와 같이, 그러한 평행 정렬은 중심 관찰 위치에 대해 높은 투과율을 제공한다.

본 명세서에서 함께 스위칭가능 보상형 지연기(300)로 지칭되는 복수의 지연기가 추가 편광기(318)와 디스플레이 편광기(218) 사이에 배열되고, (i) 디스플레이 편광기(218)와 추가 편광기(318) 사이에 배열되는 액정 재료의 층(314)을 포함하는 스위칭가능 액정 지연기(301); 및 (ii) 수동형 보상 지연기(330)를 포함한다.

도 1b는 도 1a의 광학 스택 내의 광학 층의 정렬을 정면도로 예시한 개략도이다. 공간 광 변조기(48)의 입력 디스플레이 편광기(210)에서의 입력 전기 벡터 투과 방향(211)은 출력 디스플레이 편광기(218)의 전기 벡터 투과 방향(219)에 의해 결정되는 출력 편광 성분을 제공하도록 액정 층(214)에 의해 변환될 수 있는 입력 편광 성분을 제공한다. 수동형 보상 지연기(330)는 디스코틱 복굴절성 재료(430)를 가진 지연 층을 포함할 수 있는 한편, 스위칭가능 액정 지연기(301)는 액정 재료를 포함할 수 있다.

따라서, 스위칭가능 보상형 지연기(300)는 추가 편광기(318)와 디스플레이 편광기(218) 사이에 배열되는 스위칭가능 액정 지연기(301), 기판(312, 316) 및 수동형 보상 지연기(330)를 포함하는 스위칭가능 액정 지연기(301)를 포함한다.

기판(312, 316)은 유리 기판 또는 중합체 기판, 예컨대 폴리이미드 기판일 수 있다. 편리하게는 투명 전극이 제공될 수 있는 가요성 기판이 제공될 수 있다. 유리하게는, 만곡형, 굽힘형 및 폴딩가능 디스플레이가 제공될 수 있다.

디스플레이 디바이스(100)는 스위칭가능 액정 지연기(301)의 전극을 가로질러 전압 구동기(350)에 의해 인가되는 전압을 제어하도록 배열되는 제어 시스템(352)을 추가로 포함한다.

발광형 디스플레이의 감소된 미광 또는 프라이버시 제어를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.

도 1c는 발광형 공간 광 변조기(48) 및 발광형 공간 광 변조기(48)의 출력측 상에 배열되는 스위칭가능 보상형 지연기(300)를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 광학 스택을 측면 사시도로 예시한 개략도이다.

공간 광 변조기(48)는 대안적으로 출력 디스플레이 편광기(218), 기판(512, 516) 및 발광 층(514)을 가진, 발광에 의해 출력 광(400)을 제공하는 다른 디스플레이 유형, 예컨대 유기 LED 디스플레이(organic LED display, OLED)에 의해 제공될 수 있다. 출력 편광기(218)는 출력 디스플레이 편광기(218)와 OLED 픽셀 평면 사이에 삽입되는 하나 이상의 지연기(518)에 의해 OLED 픽셀 평면으로부터 반사되는 광에 대한 휘도의 감소를 제공할 수 있다. 하나 이상의 지연기(518)는 1/4 파장판일 수 있고, 본 개시의 보상 지연기(330)와 상이하다.

따라서, 도 1c의 실시예에서, 공간 광 변조기(48)는 발광형 공간 광 변조기를 포함하고, 디스플레이 편광기는 출력 디스플레이 편광기(218)이다.

그렇지 않을 경우, 도 1c의 지향성 디스플레이 디바이스는 전술된 바와 같은, 도 1a의 그것과 동일하다.

이제, 디스플레이 디바이스에의 적용을 위한 시야각 제어 광학 요소(260)가 기술될 것이다. 시야각 제어 광학 요소(260)는 스위칭가능 시계 특성을 달성하기 위해 디스플레이 편광기(210, 218)를 포함하는 공간 광 변조기에 추가될 수 있다.

도 1d는 수동형 보상 지연기(330), 스위칭가능 액정 지연기(301) 및 제어 편광기(250)를 포함하는 디스플레이 디바이스에의 적용을 위한 시야각 제어 광학 요소(260)를 측면 사시도로 예시한 개략도이다.

사용 시에, 시야각 제어 광학 요소(260)는 사용자에 의해 부착될 수 있거나, 편광 출력 공간 광 변조기(48)에 공장 설치될 수 있다. 시야각 제어 광학 요소(260)는 만곡형 및 굽힘형 디스플레이를 위해 가요성 필름으로서 제공될 수 있다. 대안적으로, 시야각 제어 광학 요소(260)는 유리 기판과 같은 강성 기판 상에 제공될 수 있다.

유리하게는, 무아레 아티팩트를 방지하기 위해 패널 픽셀 해상도에 정합할 것을 필요로 하지 않는, 애프터-마켓 프라이버시 제어 요소 및/또는 미광 제어 요소가 제공될 수 있다. 시야각 제어 광학 요소(260)는 공간 광 변조기(48)에 대한 공장 설치를 위해 추가로 제공될 수 있다.

도 1d의 시야각 제어 광학 요소(260)를 기존 디스플레이 디바이스에 부착함으로써, 도 1a 내지 도 1c 중 임의의 도면에 도시된 바와 같은 디스플레이 디바이스를 형성하는 것이 가능하다.

도 1a 내지 도 1d의 실시예는 공간 광 변조기(48)로부터 출력되는 광(400)에 대한 극 휘도 제어(polar luminance control)를 제공한다. 즉, (스위칭가능 액정 지연기(301) 및 수동형 보상 지연기(330)를 포함하는) 스위칭가능 보상형 지연기(300)는 스위칭가능 보상형 지연기(300)의 평면에 대한 법선을 따른 축을 따라 입력 디스플레이 편광기(210), 스위칭가능 보상형 지연기(300) 및 추가 편광기(318)를 통과하는 광의 휘도에 영향을 주지 않지만, 스위칭가능 보상형 지연기(300)는 적어도 보상형 스위칭가능 지연기(300)의 스위칭가능 상태들 중 하나에서, 스위칭가능 보상형 지연기(300)의 평면에 대한 법선에 대해 경사진 축을 따라 그것을 통과하는 광의 휘도를 감소시킨다. 이러한 효과로 이어지는 원리는 도 29a 내지 도 31e를 참조하여 더욱 상세히 후술되며, 수동형 보상 지연기(330) 및 스위칭가능 액정 지연기(301)의 액정 재료에 관하여 상이하게 기울어진 축을 따른 광에 대해 수동형 보상 지연기(330) 및 스위칭가능 액정 지연기(301)에 의해 도입되는 위상 시프트의 존재 또는 부재로부터 발생한다. 유사한 효과가 후술되는 모든 디바이스에서 달성된다.

또한, 일부 특정 디스플레이 디바이스를 참조하여 그리고 도 19a 내지 도 19e를 참조하여 기술되는 일부 비교예와의 비교에 의해 더욱 상세히 후술될 바와 같이, 스위칭가능 액정 지연기(301)에 더한 수동형 보상 지연기(330)의 제공은 성능을 개선한다.

공간 광 변조기(48)와 관찰자 사이의 광학 층의 수를 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 이제, 복수의 지연기(300)가 공간 광 변조기(48)의 입력측 상에 배열되는 배열이 기술될 것이다.

도 2a는 추가 편광기(318)가 반사성 편광기를 포함하는, 백라이트(20), 스위칭가능 후방 지연기(300), 투과형 공간 광 변조기(48)를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 광학 스택을 측면 사시도로 예시한 개략도이고; 도 2b는 도 2a의 광학 스택 내의 광학 층의 정렬을 정면도로 예시한 개략도이다.

디스플레이 디바이스(100)는 공간 광 변조기(48)를 포함하고; 디스플레이 편광기(210)가 공간 광 변조기(48)의 입력측 상에 배열된다. 추가 편광기(318)는 디스플레이 편광기(210)와 동일한 공간 광 변조기(48)의 측 상에 배열된다. 추가 편광기(318)는 증가된 효율을 달성하기 위해 백라이트(20)와 협동하여 작동하는 반사성 편광기이다.

복수의 지연기(300)는 반사성 추가 편광기(318)와 디스플레이 편광기(210) 사이에 배열된다. 도 1a의 경우에서와 같이, 복수의 지연기(300)는 디스플레이 편광기(210)와 반사성 추가 편광기(318) 사이에 배열되는 액정 재료의 층(314)을 포함하는 스위칭가능 액정 지연기(301); 및 수동형 보상 지연기(330)를 포함한다. 따라서, 반사성 추가 편광기(318)는 입력 디스플레이 편광기(210)와 백라이트(20) 사이에서 입력 디스플레이 편광기(210)의 입력측 상에 배열되고, 복수의 지연기(300)는 반사성 추가 편광기(318)와 입력 디스플레이 편광기(210) 사이에 배열된다.

반사성 추가 편광기(318)의 전기 벡터 투과 방향(319)은 본 명세서에 후술될 바와 같은 스위칭가능 지향성 특성을 달성하기 위해 입력 편광기(210)의 전기 벡터 투과 방향(211)에 평행하다.

대안적인 실시예에서, 추가 편광기(318)는 반사성 편광기 및 흡수 이색성 편광기 둘 모두를 포함할 수 있거나, 이색성 편광기만을 포함할 수 있다.

반사성 추가 편광기(318)는 예를 들어 쓰리엠 코포레이션(3M Corporation)으로부터의 DBEF^TM과 같은 다층 필름일 수 있거나, 와이어 그리드 편광기(wire grid polariser)일 수 있다. 유리하게는, 편광기(372)로부터의 편광된 반사로부터 재순환하는 광으로 인해 디스플레이 효율이 개선될 수 있다. 추가로, 비용 및 두께가 추가 편광기(318)로서 흡수 이색성 편광기 및 반사성 편광기 둘 모두를 사용하는 것과 비교하여 감소될 수 있다.

도 1a의 배열과 비교하여, 도 2a는 픽셀(220, 222, 224)과 관찰자 사이의 감소된 수의 층으로 인해 스크린 이미지 콘트라스트의 개선된 전면을 제공할 수 있다.

도 2c는 추가 편광기(318)가 이색성 편광기를 포함하는, 백라이트(20), 후방 스위칭가능 보상형 지연기(300), 및 투과형 공간 광 변조기(48)를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 광학 스택을 측면 사시도로 예시한 개략도이다. 도 2a의 반사성 추가 편광기(318)와 비교하여, 이색성 추가 편광기(318)는 높은 각도의 광을 백라이트 내로 재순환시키지 않고, 따라서 도 2a의 배열과 비교하여 축외 휘도를 감소시킬 수 있다. 유리하게는, 프라이버시 성능이 개선된다.

이제, 도 1a 내지 도 1c 및 도 2a와 도 2b의 스위칭가능 보상형 지연기(300) 및 추가 편광기(318)의 배열 및 작동이 기술될 것이다.

도 3은 음의 유전율 이방성을 가진 액정 재료(414)의 층(314)을 포함하는 스위칭가능 액정 지연기(301)의 예시적인 배열을 측면도로 예시한 개략도이다. 기판(312, 316)은 그 상에 배열되는 투명 전극(413, 415) 및 스위칭가능 액정 지연기(301)의 서로 반대편에 있는 면들 상에 배열되는 호메오트로픽 표면 정렬 층(409, 411)을 가질 수 있다. 호메오트로픽 정렬 층(409, 411)은 프리틸트 각도(407)로 인접한 액정 재료(414)에서 호메오트로픽 정렬을 제공할 수 있다.

x-y 평면 내에서의 액정 재료(414)의 배향은 각각의 정렬 층이 프리틸트를 갖도록 정렬 층의 프리틸트 방향에 의해 결정되고, 여기서 각각의 정렬 층의 프리틸트는 출력 디스플레이 편광기(218)의 전기 벡터 투과 방향(303)에 평행 또는 역평행하거나 직교하는 스위칭가능 액정 지연기(301)의 평면 내의 성분(417a, 417b)을 가진 프리틸트 방향을 갖는다.

프리틸트(407a, 407b)는 예를 들어 성분(417)이 작아서 액정 재료(414)의 층(314)의 이완(0 전압) 정렬 상태에서의 회위(disclination)의 감소를 달성하도록 88도일 수 있다. 따라서, 층(314)은 0 전압 배열에서 실질적으로 양의 C-플레이트에 의해 제공된다. 실제로, 액정 층은 각도(407a) 및 잔류 성분(417)에서 호메오트로픽 정렬 층 프리틸트에 의해 제공되는 작은 O-플레이트 특성을 추가로 갖는다.

스위칭가능 액정 지연기(301)는 지연기 스위칭가능 액정 지연기(301)에 인접하게 그리고 스위칭가능 액정 지연기(301)의 서로 반대편에 있는 면들 상에 배치되는 전극(413, 415)을 포함한다. 액정 재료(414)의 층(314)은 전극(413, 415)을 가로질러 인가되는 전압에 의해 스위칭가능하다.

비구동 상태에서, 액정 재료(414)는 지연기(301)의 평면에 수직인 성분(418) 및 지연기의 평면 내의 성분(417)과 정렬된다.

지연기(330)는 디스코틱 복굴절성 재료(430)를 포함하는 음의 수동형 O-플레이트를 포함하는 것으로 예시된다. 수동형 보상 지연기(330)의 지연은 스위칭가능 액정 지연기(301)의 지연과 동일하면서 반대일 수 있다. 스위칭가능 액정 지연기(301)는 제1 및 제2 프리틸트(407a, 407b)를 포함할 수 있으며; 수동형 보상 지연기(330)는 제1 및 제2 프리틸트(405a, 405b)를 가진 보상 지연기를 포함하고, 보상 지연기(330)의 제1 프리틸트(405a)는 액정 지연기(301)의 제1 프리틸트(407a)와 동일하고, 보상 지연기(330)의 제2 프리틸트(405b)는 액정 지연기(301)의 제2 프리틸트(307b)와 동일하다.

수동형 O-플레이트는 예를 들어 디스코틱 반응성 메소겐(mesogen)일 수 있는 경화된 반응성 메소겐 층을 포함할 수 있다. 보상 지연기의 프리틸트는 적합한 정렬 층에 의한 정렬 후에 반응성 메소겐 재료를 경화시킴으로써 달성될 수 있다. O-플레이트는 또한 폴리카르보네이트와 같은 이중 신장된 중합체 필름을 포함할 수 있다.

작동 시에, 스위칭가능 액정 지연기(301)는 2개의 배향 상태들 사이에서 스위칭가능하다. 제1 상태는 다수의 관찰자에 의한 디스플레이 관찰을 제공할 수 있다. 제2 상태에는 프라이버시 작동을 위한 협각 모드, 또는 예를 들어 야간 작동에서 감소된 미광이 제공될 수 있다. 추가로 후술될 바와 같이, 그러한 요소는 광각 작동 모드에서 넓은 극각 범위에 대한 높은 투과율 및 프라이버시 작동 모드에서 제한된 휘도의 극 시계(polar field of view)를 제공할 수 있다.

이제, 제1 상태를 표현하는 광각 모드에서의 도 1a의 디스플레이의 작동이 기술될 것이다.

도 4a는 광각 작동 모드에서의 스위칭가능 보상형 지연기(300)의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도이다. 스위칭가능 액정 지연기(301)를 가로질러 0 볼트가 제공된다. 도 4a 및 아래의 다른 개략도에서, 광학 스택의 일부 층은 명확함을 위해 생략된다. 예를 들어, 기판(312, 316)을 생략한 스위칭가능 액정 지연기(301)가 도시된다.

스위칭가능 액정 지연기(301)는, 그의 서로 반대편에 있는 면들 상에서 액정 재료(414)에 인접하게 배치되고 인접한 액정 재료(414)에서 호메오트로픽 정렬을 제공하도록 배열되는 2개의 표면 정렬 층을 포함한다. 전술된 바와 같이, 액정 재료(414)에는 액정 재료(414) 정렬의 축퇴를 제거하기 위해 수평으로부터 예를 들어 88도의 프리틸트가 제공될 수 있다.

수동형 보상 지연기(330)는 지연기의 평면에 수직인 빠른 축인 광학 축을 갖는 음의 C-플레이트 지연기를 포함한다. 따라서, C-플레이트 지연기의 재료(430)는 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다. C-플레이트는 예를 들어 호메오트로픽 정렬을 제공하는 기판 상에 캐스팅된(cast) 폴리카르보네이트 또는 반응성 메소겐; 제오넥스(Zeonex)^TM 사이클로 올레핀 중합체(COP); 디스코틱 중합체; 및 니토 덴코(Nitto Denko)^TM 이중 신장된 폴리카르보네이트와 같은 투명 복굴절성 재료를 포함할 수 있다.

도 4b는 스위칭가능 액정 지연기 셀을 통한 부분 위치(440)에 대한 액정 지향기 각도(407)의 그래프를 예시한 개략도이고, 여기서 부분 위치(440)는 표면 정렬 층(409)에서의 위치에 대한 0과 표면 정렬 층(411)에서의 위치에 대한 1 사이에서 변한다.

도 4a에 예시된 바와 같이 전압이 인가되지 않은 수직으로 정렬된 모드의 경우, 액정 지향기는 틸트 프로파일(442)에 의해 나타낸 바와 같이 셀의 두께를 통해 88도의 틸트(407)에 있다. 층(314)에 대한 틸트 프로파일은 프로파일(442)과 동일할 수 있다. 보상 지연기(330)는 스위칭가능 액정 지연기(301)의 프리틸트 방향에 대한 보정을 제공할 수 있다. 보상 지연기(330)는 대안적으로 90도의 균일한 틸트각을 가질 수 있으며, 액정 층의 프리틸트로부터의 그러한 차이는 축외 관찰 특성의 작은 차이만을 제공한다.

따라서, 보상 지연기(330)의 축외 지연은 전압이 인가되지 않을 때 스위칭가능 액정 지연기(301)의 축외 지연과 실질적으로 동일하면서 반대이다.

도 4c는 광각 작동 모드에서 도 1a의 광학 스택을 통한 공간 광 변조기(48)로부터의 출력 광의 전파를 측면도로 예시한 개략도이고; 도 4d는 광각 작동 모드에서 도 4c의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이다.

이상적인 보상형 스위칭가능 지연기(300)는 가변 스위칭가능 액정 지연기(301)와 조합되는 보상 지연기(330)를 포함하며, 여기서 보상 지연기(330)의 유전 상수, 이방성 및 이방성의 분산은 층(314)의 그것과 동일하면서 반대인 유전 상수, 이방성 및 이방성의 분산을 갖는다. 수동형 보상 지연기(330)의 지연은 스위칭가능 액정 지연기(301)의 지연과 동일하면서 반대이다.

그러한 이상적인 보상형 스위칭가능 지연기는 모든 극각에 대해 액정 재료(414)의 층(314)의 제1 광각 상태에서 투과된 광에 대한 보상; 및 스위칭가능 액정 지연기(301)의 제2 프라이버시 상태에서 측방향으로의 좁은 시계를 달성한다.

추가로, 보상 지연기(330)의 광학 축은 그의 광각 상태에서 액정 지연기(301)의 광학 축의 그것과 동일한 방향을 갖는다. 그러한 보상 지연기(330)는 모든 관찰 각도에 대해 액정 지연기의 지연을 상쇄하고, 모든 관찰 방향에 대해 휘도의 손실이 없는 이상적인 광각 관찰 상태를 제공한다.

이제, 비-이상적인 재료 선택에 대한 광각 투과율 극 프로파일(polar profile)이 기술될 것이다.

본 개시의 예시적인 실시예는 지연기(330, 301)에 대해 전형적인 재료 특성의 작은 차이로 인해 스위칭가능 액정 지연기(301)의 지연을 정확히 보상하지 않을 수 있는 보상 지연기(330)를 예시한다. 그러나, 유리하게는 그러한 편차는 작고, 이상적인 성능에 근접할 수 있는 높은 성능의 광각 및 협각 상태가 그러한 편차에 의해 달성될 수 있다.

따라서, 스위칭가능 액정 지연기(301)가 상기 2개의 상태들 중 제1 상태에 있을 때, 스위칭가능 보상형 지연기(300)는 스위칭가능 지연기의 평면에 수직으로 그것을 통과하는 출력 광선(400)에 대해 또는 스위칭가능 지연기의 평면에 대한 수직선에 대해 예각으로, 예컨대 광선(402)에 대해 편광 성분(360, 361)의 전체 변환을 제공하지 않는다.

편광 성분(362)은 편광 성분(360)과 실질적으로 동일하고, 편광 성분(364)은 편광 성분(361)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 4d의 각도 투과율 프로파일은 넓은 극 영역(polar region)에 걸쳐 실질적으로 균일하게 투과한다.

다시 말하면, 액정 재료(414)의 층이 상기 2개의 배향 상태들 중 제1 배향 상태에 있을 때, 복수의 지연기(330, 301)는 지연기의 평면에 수직으로 또는 지연기(330, 301)의 평면에 대한 수직선에 대해 예각으로 그것을 통과하는 광에 대해 전체 지연을 제공하지 않는다.

유리하게는, 제1 상태에서의 관찰 각도에 따른 디스플레이 휘도의 변동은 실질적으로 변형되지 않는다. 다수의 사용자는 넓은 관찰 각도 범위로부터 디스플레이를 편리하게 관찰할 수 있다.

이제, 협각 모드에서의, 예를 들어 프라이버시 작동 모드에서 사용하기 위한 보상형 지연기(300) 및 추가 편광기(318)의 작동이 기술될 것이다.

도 5a는 프라이버시 작동 모드에서 호메오트로픽으로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기(301) 및 음의 C-플레이트 수동형 보상 지연기(330)를 포함하는, 프라이버시 작동 모드에서의 스위칭가능 보상형 지연기(300)의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도이다.

액정 지연기(301)는 스위칭가능 액정 지연기(301)에 걸쳐 배열되는 ITO 전극과 같은 투명 전극(413, 415)을 추가로 포함한다. 전극(413, 415)은 전극(413, 415)에 인가되는 전압을 조절함으로써 스위칭가능 액정 지연기(301)를 제어한다.

제어 시스템(352)은 스위칭가능 액정 지연기(301)의 전극(413, 415)을 가로질러 전압 구동기(350)에 의해 인가되는 전압을 제어하도록 배열된다.

도 4b를 다시 참조하면, 전압이 인가될 때, 액정 재료(414)의 층(314)의 지연이 변형되도록 스위칭가능 액정 지연기(301)에 대해 스플레잉된(splayed) 틸트 프로파일(444)이 제공된다.

최적 프라이버시 성능의 방향은 구동 전압의 제어에 의해 관찰자 위치에 응답하여 조절될 수 있다. 다른 사용에서 또는 축외 관찰자에게 제어된 휘도를 제공하기 위해, 예를 들어 자동차 환경에서, 중간 전압 레벨에 의해, 완전한 차단 없이, 승객 또는 운전자가 표시되는 이미지의 일정 정도의 가시성을 원할 수 있을 때이다.

도 5b는 스위칭가능 액정 지연기(301)가 인가된 전압에 의해 배향되는 프라이버시 작동 모드에서 도 1a의 광학 스택을 통한 공간 광 변조기(48)로부터의 출력 광의 전파를 측면도로 예시한 개략도이다.

본 실시예에서, 보상형 스위칭가능 액정 지연기(330)는 디스플레이 편광기(210, 218, 316) 및 추가 편광기(318)와 조합되어, 광학 축에 대해 예각으로(축외) 디스플레이 디바이스로부터 출력되는 광의 휘도가 감소되는, 즉 지연기가 존재하지 않는 것과 비교되는 효과를 갖도록 구성될 수 있다. 보상형 스위칭가능 액정 지연기(330)는 또한 디스플레이 편광기(210, 218, 316) 및 추가 편광기(318)와 조합되어, 광학 축을 따른(축상) 디스플레이 디바이스로부터 출력되는 광의 휘도가 감소되지 않는, 즉 지연기가 존재하지 않는 것과 비교되는 효과를 갖도록 구성될 수 있다.

출력 디스플레이 편광기(218)로부터의 편광 성분(360)은 출력 디스플레이 편광기(218)에 의해 투과되고, 스위칭가능 보상형 지연기(300)에 입사한다. 축상 광은 성분(360)으로부터 변형되지 않은 편광 성분(362)을 갖는 한편, 축외 광은 스위칭가능 보상형 지연기(300)의 지연기에 의해 변환되는 편광 성분(364)을 갖는다. 최소한으로, 편광 성분(361)은 선형 편광 성분(364)으로 변환되고, 추가 편광기(318)에 의해 흡수된다. 보다 일반적으로, 편광 성분(361)은 추가 편광기(318)에 의해 부분적으로 흡수되는, 타원형 편광 성분으로 변환된다.

따라서, 지연기 스위칭가능 액정 지연기(301)가 상기 2개의 배향 상태들 중 제2 배향 상태에 있을 때, 복수의 지연기(301, 330)는 지연기의 평면에 수직인 축을 따라 그것을 통과하는 광에 대해 전체 지연을 제공하지 않지만, 지연기(301, 330)의 평면에 대한 수직선에 대해 예각인 일부 극각(363)에 대해 그것을 통과하는 광에 대해 0이 아닌 전체 지연을 제공한다.

다시 말하면, 스위칭가능 액정 지연기(301)가 상기 2개의 상태들 중 제2 상태에 있을 때, 스위칭가능 보상형 지연기(330)는 스위칭가능 지연기(301)의 평면에 수직인 축을 따라 그것을 통과하는 출력 광선(400)에 대해 편광 성분(360)의 전체 변환을 제공하지 않지만, 지연기(301, 330)의 평면에 대한 수직선에 대해 예각인 일부 극각에 대해 그것을 통과하는 광선(402)에 대해 편광 성분(361)의 전체 변환을 제공한다.

예시적인 재료 시스템이 협각 작동에 대해 기술될 것이다.

도 5c는 표 1에 기술된 파라미터에 따라, 도 5b의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이다.

[표 1]

본 실시예에서, 지연 및 전압에 대한 바람직한 범위는 디스플레이 광학 스택에 의한 실험 및 지연기 스택의 시뮬레이션에 의해 확립되었다.

스위칭가능 액정 지연기(300)는 액정 재료(414)의 층의 제1 면 상에 배치되는 제1 표면 정렬 층(409), 및 제1 면 반대편의 액정 재료(414)의 층의 제2 면 상에 배치되는 제2 표면 정렬 층(411)을 포함하고; 여기서 제1 표면 정렬 층(409)은 호메오트로픽 정렬 층이고 제2 표면 정렬 층(411)은 호메오트로픽 정렬 층이며, 액정 재료의 층은 550 nm의 파장의 광에 대해 500 nm 내지 1000 nm, 바람직하게는 600 nm 내지 900 nm, 가장 바람직하게는 700 nm 내지 850 nm의 지연을 갖는다.

수동형 보상 지연기(330)가 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 지연기를 포함할 때, 수동형 지연기는 550 nm의 파장의 광에 대해 -300 nm 내지 -900 nm, 바람직하게는 -450 nm 내지 -800 nm, 가장 바람직하게는 -500 nm 내지 -725 nm의 지연을 갖는다.

도 5c에 예시된 광 투과율의 극 분포(polar distribution)는 아래에 놓인 공간 광 변조기(48) 및 적용가능한 경우 백라이트(20)로부터 출력되는 휘도의 극 분포를 변형시킨다.

유리하게는, 축상 관찰자에 대해 높은 휘도를 유지하면서 축외 스누퍼에 대해서는 낮은 휘도를 갖는 프라이버시 디스플레이가 제공된다. 큰 극 영역이 제공되며, 그에 걸쳐 축외 스누퍼에 대한 디스플레이의 휘도는 감소된다. 추가로, 축상 휘도는 프라이버시 작동 모드에서 주 디스플레이 사용자에 대해 실질적으로 영향을 받지 않는다.

전극을 가로질러 인가되는 전압은 제1 배향 상태에 대해 0이고 제2 배향 상태에 대해서는 0이 아니다. 유리하게는, 광각 작동 모드는 추가적인 전력 소비를 갖지 않을 수 있고, 스위칭가능 액정 지연기(301)의 구동에 대한 고장 모드(failure mode)는 광각 모드에 대한 것이다.

이제, 도 1a의 디스플레이의 프라이버시 모드의 작동이 추가로 기술될 것이다.

도 6a는 프라이버시 모드로 작동하는 디스플레이에 대한 투과된 출력 광의 관찰을 전방 사시도로 예시한 개략도이다. 디스플레이 디바이스(100)에는 백색 영역(603) 및 흑색 영역(601)이 제공될 수 있다. 관찰되는 영역들(601, 603) 사이의 휘도 차이가 인지될 수 있는 경우, 스누퍼가 디스플레이 상의 이미지를 관찰할 수 있다. 작동 시에, 주 사용자(45)는 지향성 디스플레이의 광학 윈도우일 수 있는 관찰 위치(26)에 대해 광선(400)에 의해 전체 휘도 이미지를 관찰한다. 스누퍼(47)는 지향성 디스플레이의 광학 윈도우일 수 있는 관찰 위치(27)에서 감소된 휘도 광선(402)을 관찰한다. 영역(26, 27)은 도 5c의 축상 및 축외 영역을 추가로 표현한다.

도 6b는 도 5c에 예시된 바와 같은 휘도 변동을 갖고서 프라이버시 모드 1로 작동하는 도 1a의 디스플레이의 외양을 전방 사시도로 예시한 개략도이다. 따라서, 상부 관찰 사분면(quadrant)(530, 532), 하부 관찰 사분면(534, 536) 및 측방향 관찰 위치(526, 528)는 감소된 휘도를 제공하는 반면, 상/하 중심 관찰 영역(522, 520) 및 헤드-온 관찰은 훨씬 더 높은 휘도를 제공한다.

자동차 차량에서 제어가능 디스플레이 조명을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.

도 6c는 스위칭가능 지향성 디스플레이(100)가 엔터테인먼트 및 공유 작동 모드 둘 모두에 대해 자동차 차량(600)의 차량 객실(602) 내에 배열된 자동차 차량을 측면도로 예시한 개략도이다. 광 원추(610)(예를 들어, 휘도가 피크 휘도의 50% 초과인 광의 원추를 표현함)는 디스플레이(100)의 휘도 분포에 의해 고도 방향으로 제공될 수 있고, 스위칭가능하지 않다.

도 6d는 스위칭가능 지향성 디스플레이(100)가 엔터테인먼트 작동 모드로 차량 객실(602) 내에 배열되고 프라이버시 디스플레이와 유사한 방식으로 작동하는 자동차 차량을 평면도로 예시한 개략도이다. 광 원추(612)에는 승객(606)이 디스플레이(100)를 볼 수 있는 반면 운전자(604)는 디스플레이(100) 상의 이미지를 보지 못할 수 있도록 좁은 각도 범위가 제공된다. 유리하게는, 엔터테인먼트 이미지는 운전자(604)에 대한 주의산만(distraction) 없이 승객(606)에게 표시될 수 있다.

도 6e는 스위칭가능 지향성 디스플레이(100)가 공유 작동 모드로 차량 객실(602) 내에 배열된 자동차 차량을 평면도로 예시한 개략도이다. 광 원추(614)에는 예를 들어 디스플레이가 움직이지 않을 때 또는 주의를 산만하게 하지 않는 이미지가 제공될 때, 모든 탑승자가 디스플레이(100) 상의 이미지를 인지할 수 있도록 넓은 각도 범위가 제공된다.

도 6f는 스위칭가능 지향성 디스플레이(100)가 야간 및 주간 작동 모드 둘 모두에 대해 차량 객실(602) 내에 배열된 자동차 차량을 평면도로 예시한 개략도이다. 도 6c 내지 도 6e의 배열과 비교하여, 디스플레이 고도 방향이 운전자(604)와 승객(606) 위치들 사이의 축을 따라 있도록 광학 출력이 회전된다. 광 원추(620)는 운전자(604) 및 승객(606) 둘 모두를 조명한다.

도 6g는 스위칭가능 지향성 디스플레이(100)가 야간 작동 모드로 차량 객실(602) 내에 배열된 자동차 차량을 측면도로 예시한 개략도이다. 따라서, 디스플레이는 좁은 각도 출력의 광 원추(622)를 제공할 수 있다. 차량 객실(602)의 내부 표면 및 탑승자를 조명하고 운전자(604)에 대한 주의산만을 유발하는 미광은 유리하게 실질적으로 감소될 수 있다. 운전자(604) 및 승객(606) 둘 모두는 유리하게 표시되는 이미지를 관찰할 수 있다.

도 6h는 스위칭가능 지향성 디스플레이(100)가 주간 작동 모드로 차량 객실(602) 내에 배열된 자동차 차량을 측면도로 예시한 개략도이다. 따라서, 디스플레이는 좁은 각도 출력의 광 원추(624)를 제공할 수 있다. 유리하게는, 디스플레이는 모든 객실(602) 탑승자에 의해 편리하게 관찰될 수 있다.

도 6c 내지 도 6h의 디스플레이(100)는 드라이버 인스트루먼트 디스플레이(driver instrument display), 센터 콘솔 디스플레이(center console display) 및 시트-백 디스플레이(seat-back display)와 같은 다른 차량 객실 위치에 배열될 수 있다.

도 7a 내지 도 7d는 0.1V 증분으로 2.05V 내지 2.35V의 4개의 상이한 구동 전압에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략도이다. 따라서, 인가된 전압은 프라이버시 작동 모드에서 휘도 시계 최소치 위치의 제어를 제공할 수 있다. 추가로, 휘도 최소치는 0 이하인 고도와 극 프로파일의 상부 사분면 내에 있는 고도 사이로 제어될 수 있다.

도 8은 제어 시스템에 의해 구현되는 프라이버시 디스플레이의 제어를 예시한 흐름도이다. 제어는 본 명세서에 기술된 디바이스들 각각에 적용될 수 있다.

제1 단계(870)에서, 사용자는 프라이버시 작동 모드를 가능하게 할 수 있다.

제1 및 추가의 보상형 스위칭가능 액정 지연기(300B)가 제공되는 경우(예를 들어, 후술되는 도 22a의 디바이스에서와 같이), 제어 시스템은 먼저 언급된 스위칭가능 액정 지연기(314A)의 전극(413, 415)을 가로질러 인가되는 전압을 제어하도록 그리고 추가의 스위칭가능 액정 지연기(314B)의 전극을 가로질러 인가되는 전압을 제어하도록 제2 배향 상태로 배열되며; 여기서, 지연기(31A, 330A)의 평면에 대한 수직선에 대해 예각으로 일부 극각에서 먼저 언급된 스위칭가능 액정 지연기(314A) 및 먼저 언급된 수동형 보상 지연기(330A)를 통과하는 광에 대한 전체 지연은 동일한 극각에서 추가의 스위칭가능 액정 지연기(314B) 및 추가의 수동형 보상 지연기(330B)를 통과하는 광에 대한 전체 지연과 상이하다.

그러한 프라이버시 모드 설정은 예를 들어 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 공개 제2017-0236494호에 기술된 바와 같이 스누퍼의 존재를 찾아내기 위해 센서를 사용하는 자동 감지에 의해 또는 수동 설정(예를 들어, 키보드 작동)에 의해 제공될 수 있다. 선택적으로, 스누퍼에 대한 디스플레이 배향은 검출기에 의해 추가로 검출될 수 있다(873).

제2 단계(872)에서, 스누퍼 위치는 예를 들어 카메라에 의해 또는 키보드 설정 또는 다른 방법에 의해 검출될 수 있다. 예시적인 예에서, 오피스(OFFICE) 설정이 제공될 수 있으며, 여기서 공유 사무실 환경에서 여기저기 움직이고 있는 스누퍼에 대한 프라이버시 성능을 최적화하여 내려다보는(look-down) 관찰 사분면에 대한 성능을 최적화하는 것이 바람직할 수 있다. 플라이트(FLIGHT) 설정에서의 비교로서, 오피스 설정에 대해 바람직한 것보다 낮은 고도에 대해 개선된 프라이버시 레벨을 갖고서, 앉아 있는 스누퍼에 대한 프라이버시 레벨 최적화를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.

제3 단계(876)에서 스위칭가능 액정 지연기(301)에 인가되는 전압이 조절될 수 있고, 제4 단계(878)에서 LED 프로파일이 제어 시스템으로 조절될 수 있다.

따라서, 제어 시스템은 디스플레이 디바이스(100)에 대한 스누퍼(47)의 위치를 결정하기 위한 수단(872)을 추가로 포함할 수 있고, 제어 시스템은 스누퍼(47)의 측정된 위치에 응답하여 스위칭가능 액정 지연기(314)의 전극(413, 415)을 가로질러 구동부(350)에 의해 인가되는 전압을 조절하도록 배열된다.

유리하게는, 디스플레이의 프라이버시 작동은 스누퍼 관찰 기하학을 최적화하도록 제어될 수 있다.

이제, 본 실시예의 논의로 돌아가서, 보상형 스위칭가능 지연기(300)의 추가의 배열이 기술될 것이다.

도 9a는 교차형 A-플레이트 수동형 보상 지연기(308A, 308B) 및 호메오트로픽으로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기(301)를 포함하는 프라이버시 작동 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도이고; 도 9b는 교차형 A-플레이트 수동형 보상 지연기 및 호메오트로픽으로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기를 포함하는 프라이버시 작동 모드에서의 스위칭가능 보상형 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도이다.

도 4a 및 도 5a의 배열과 비교하여, 보상 지연기(330)는 대안적으로 교차되는 지연기의 평면 내의 광학 축을 갖는 한 쌍의 지연기(308A, 308B)를 포함할 수 있다. 따라서, 보상 지연기(330)는 단일 A-플레이트를 각각 포함하는 한 쌍의 지연기(308A, 308B)를 포함한다.

한 쌍의 지연기(308A, 308B)는 각각 서로에 대해 상이한 각도로 정렬되는 각각의 광학 축(309A, 309B)을 갖는 복수의 A-플레이트를 포함한다. 한 쌍의 지연기는, 추가 편광기(318)가 입력 디스플레이 편광기의 입력측 상에 배열되는 경우 입력 디스플레이 편광기(210)의 전기 벡터 투과 방향(211)에 평행한 또는 추가 편광기(318)가 입력 디스플레이 편광(218)의 출력측 상에 배열되는 경우 출력 디스플레이 편광기(218)의 전기 벡터 투과 방향(219)에 평행한 전기 벡터 투과 방향에 대해 45°로 각각 연장되는 광학 축(309A, 309B)을 갖는다.

표 2의 예시적인 실시예에 의해 제공되는, 도 9c는 광각 작동 모드에서 도 9a의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이고; 도 9d는 프라이버시 작동 모드에서 도 9b의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이다.

[표 2]

수동형 보상 지연기(330)가 교차되는 지연기의 평면 내의 광학 축을 갖는 한 쌍의 지연기를 포함할 때, 한 쌍의 지연기의 각각의 지연기는 550 nm의 파장의 광에 대해 300 nm 내지 800 nm, 바람직하게는 500 nm 내지 700 nm, 가장 바람직하게는 550 nm 내지 675 nm의 지연을 갖는다.

유리하게는, A-플레이트는 도 4a 및 도 5a의 C-플레이트 지연기에 대한 것보다 낮은 비용으로 더욱 편리하게 제조될 수 있다. 추가로, 광각 작동 모드에 대해 0 전압 상태가 제공되어, 광각 작동 중에 전력 소비를 최소화할 수 있다.

본 실시예에서, '교차형'은 지연기의 평면 내의 2개의 지연기의 광학 축들 사이의 실질적으로 90°의 각도를 지칭한다. 지연기 재료의 비용을 감소시키기 위해, 예를 들어 필름 제조 중에 신장 오차로 인한 지연기 배향의 일정 정도의 변동을 가진 재료를 제공하는 것이 바람직하다. 바람직한 방향으로부터 멀어지는 지연기 배향의 변동은 헤드-온 휘도를 감소시키고 최소 투과율을 증가시킬 수 있다. 바람직하게는, 각도(310A)는 35° 이상 및 55° 이하, 더욱 바람직하게는 40° 이상 및 50° 이하, 가장 바람직하게는 42.5° 이상 및 47.5° 이하이다. 바람직하게는, 각도(310B)는 125° 이상 및 145° 이하, 더욱 바람직하게는 130° 이상 및 135° 이하, 가장 바람직하게는 132.5° 이상 및 137.5° 이하이다.

기계적 왜곡(distortion) 중에, 예컨대 디스플레이를 터치할 때, 도 9a 및 도 9b의 호메오트로픽으로 정렬된 액정 지연기(301)는 가시적인 오정렬 아티팩트를 생성하는 바람직하지 않게 긴 회복 시간을 가질 수 있다. 기계적 왜곡 후에 빠른 회복 시간을 제공하는 것이 바람직할 것이다.

도 10a 및 도 10b는 각각 제1 및 제2 구동 전압에 대해 양의 유전율 이방성을 가진 액정 재료(414)를 포함하는 호모지니어스로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기 및 수동형 음의 C-플레이트 지연기(330)를 포함하는, 각각 광각 및 프라이버시 작동 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도이다.

스위칭가능 액정 지연기는, 액정 재료(414)의 층에 인접하게 배치되고 인접한 액정 재료 내에 호모지니어스 정렬을 제공하도록 각각 배열되는 표면 정렬 층(431, 433)을 추가로 포함한다. 다시 말하면, 스위칭가능 액정 지연기는, 액정 재료(414)의 층에 인접하게 그리고 그의 서로 반대편에 있는 면들 상에 배치되고 인접한 액정 재료(414) 내에 호모지니어스 정렬을 제공하도록 각각 배열되는 2개의 표면 정렬 층(431, 433)을 포함한다.

도 10c는 다양한 상이한 인가된 전압에 대해 도 10a의 스위칭가능 액정 지연기(301)를 통한 부분 위치(440)에 대한 액정 지향기 각도(407)의 그래프를 예시한 개략도이다. 도 10c는 프리틸트 각도가 작고 인가된 전압에 따라 증가하는 도 4b와 상이하다. 프로파일(441)은 0V의 인가된 전압에 대한 액정 재료(414) 틸트각을 예시하고, 틸트 프로파일(443)은 2.5V에 대한 지향기 배향을 예시하며, 틸트 프로파일(445)은 5V에 대한 지향기 배향을 예시한다. 따라서, 액정 층은 전형적으로 바람직한 스위칭된 상태로 스플레잉되고, 보상 지연기(330)에 의해 보상된다. 전압을 2.5V 초과 내지 10V로 증가시키는 것은 스플레이가 존재하는 지연기(301)의 두께를 점진적으로 감소시키고, 유리하게는 투과율이 그에 걸쳐 최대화되는 극 시계를 증가시킨다.

지연기의 평면에 수직인 방향과 비교하여 액정 틸트의 분해된 성분(419a, 419b)은 도 5a의 성분(417a, 417b)보다 실질적으로 더 높다.

분해된 성분(419a, 419b)의 증가된 크기는 예를 들어 도 9a의 배열과 비교하여 기계적 왜곡 후에 증가된 복원력을 제공할 수 있다. 예컨대 디스플레이를 터치하는 중의 기계적 왜곡에 대한 감도는 유리하게 감소될 수 있다.

작동 전압은 허용가능한 광각 시계에 대해 10V 미만으로 감소되어, 전력 소비를 감소시키고; 전기 구동의 비용 및 복잡성을 감소시킬 수 있다.

표 3에 예시된 실시예를 포함하는, 도 11a 내지 도 11c는 상이한 구동 전압에 대해 프라이버시 모드 및 2개의 상이한 광각 모드에서, 도 10a 및 도 10b의 디스플레이 디바이스와 유사하게, 호모지니어스로 정렬된 액정 지연기(301) 및 수동형 음의 C-플레이트 보상 지연기(330)를 포함하는 스위칭가능 보상형 지연기의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이다.

[표 3]

둘 모두의 기판 상에 호모지니어스 정렬 층(431, 433)을 포함하는 능동형 LC 지연기(301) 및 수동형 음의 C-플레이트 보상 지연기(330)에 대한 바람직한 광학 지연 범위가 표 4에 추가로 기술된다.

[표 4]

따라서, 스위칭가능 액정 지연기(300)는 액정 재료(414)의 층의 제1 면 상에 배치되는 제1 표면 정렬 층(431), 및 제1 면 반대편의 액정 재료(414)의 층의 제2 면 상에 배치되는 제2 표면 정렬 층(433)을 포함하고; 여기서 제1 표면 정렬 층(409)은 호모지니어스 정렬 층이고 제2 표면 정렬 층은 호모지니어스 정렬 층이며; 액정 재료의 층은 550 nm의 파장의 광에 대해 500 nm 내지 1000 nm 범위 내의, 바람직하게는 600 nm 내지 850 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 700 nm 내지 800 nm 범위 내의 지연을 갖는다. 따라서, 제1 및 제2 정렬 층이 각각 호모지니어스 정렬 층일 때 그리고 수동형 보상 지연기(330)가 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 지연기를 포함할 때, 수동형 지연기는 550 nm의 파장의 광에 대해 -300 nm 내지 -700 nm 범위 내의, 바람직하게는 -350 nm 내지 -600 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 -400 nm 내지 -500 nm의 지연을 갖는다.

유리하게는, 휘도 감소에 의해 축외 프라이버시가 제공될 수 있고, 프라이버시 레벨이 넓은 극 영역에 걸쳐 증가한다. 추가로, 층(314) 내의 액정 재료의 유동으로부터 발생하는 시각적 아티팩트에 대한 저항이 호메오트로픽 정렬과 비교하여 개선될 수 있다.

이제, 도 10a의 광학 구조체 및 구동의 다양한 다른 구성이 기술될 것이다.

5V에서의 작동은 광각 모드에서 허용가능한 휘도 롤-오프(roll-off)를 달성하면서 보다 낮은 전력 소비 및 보다 낮은 비용의 전자 장치를 제공한다. 광각 모드에서의 시계는 추가로 10V에서의 작동에 의해 확장될 수 있다.

표 5에 예시된 각각의 실시예를 포함하는, 도 12a는 교차형 A-플레이트 수동형 보상 지연기(308A, 308B) 및 호모지니어스로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기(301)를 포함하는 배열인, 프라이버시 작동 모드에서의 스위칭가능 보상형 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도이고; 도 12b 내지 도 12d는 상이한 구동 전압에 대해 프라이버시 모드 및 광각 모드에서, 호모지니어스로 정렬된 액정 재료(414) 및 수동형 교차형 A-플레이트 지연기(308A, 308B)를 포함하는 스위칭가능 보상형 지연기(301)의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이다.

[표 5]

둘 모두의 기판 상에 호모지니어스 정렬 층(409, 411)을 포함하는 능동형 LC 지연기(301) 및 교차형 양의 A-플레이트 지연기(308A, 308B)에 대한 바람직한 광학 지연 범위가 표 6에 추가로 기술된다.

[표 6]

따라서, 제1 및 제2 정렬 층이 각각 호모지니어스 정렬 층일 때; 액정 재료의 층은 550 nm의 파장의 광에 대해 500 nm 내지 1000 nm 범위 내의, 바람직하게는 600 nm 내지 850 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 700 nm 내지 800 nm 범위 내의 지연을 갖고; 수동형 보상 지연기(330)는 교차되는 지연기의 평면 내의 광학 축을 갖는 한 쌍의 지연기를 포함하며, 그러면 한 쌍의 지연기의 각각의 지연기는 550 nm의 파장의 광에 대해 300 nm 내지 800 nm, 바람직하게는 350 nm 내지 650 nm, 가장 바람직하게는 450 nm 내지 550 nm의 지연을 갖는다.

추가로, 교차형 A-플레이트는 낮은 비용의 재료로부터 편리하게 제공될 수 있다.

이제, 예시로서, 도 12a의 광학 구조체 및 구동의 다양한 다른 예시적인 실시예가 기술될 것이다. 도 12c 및 도 12d는 어드레싱 전압 및 지연의 조절에 의해 유리하게 상이한 광각 시계가 달성될 수 있음을 추가로 예시한다.

이제, 광학 스택 구조체의 배열이 추가로 기술될 것이다.

도 13a 및 도 13b는 스위칭가능 보상형 지연기 및 광학 접합 층(380)을 포함하는 디스플레이의 일부를 측면도로 예시한 개략도이다. 광학 접합 층(380)은 필름과 기판을 라미네이팅하기 위해 제공되어, 프라이버시 모드에서 높은 관찰 각도에서의 증가된 효율 및 감소된 휘도를 달성할 수 있다. 추가로, 공기 간극(384)이 공간 광 변조기(48)와 스위칭가능 보상형 지연기(300) 사이에 제공될 수 있다. 공기 간극(384)에서 2개의 표면의 습윤을 감소시키기 위해, 습윤-방지 표면(382)이 스위칭가능 보상형 지연기(300) 또는 공간 광 변조기(48) 중 적어도 하나에 제공될 수 있다.

수동형 보상 지연기(330)는 도 13a에 예시된 바와 같이 스위칭가능 액정 층(301)과 공간 광 변조기(48) 사이에 제공될 수 있거나, 도 13b에 예시된 바와 같이 추가 편광기(318)와 스위칭가능 액정 지연기(301) 사이에 제공될 수 있다. 실질적으로 동일한 광학 성능이 둘 모두의 시스템에 제공된다.

도 13a는 광학 층이 기판(312, 316)의 외측 면에 접합되는 것을 예시한다. 유리하게는, 라미네이션 중에 저장된 응력으로 인한 부착된 층으로부터의 기판(312, 316)의 굽힘이 감소될 수 있고, 디스플레이 편평도가 유지될 수 있다.

유사하게, 출력 편광기(218)가 디스플레이 편광기인 스위칭가능 보상형 지연기(300)가 배열될 수 있다. 픽셀(220, 222, 224)에서의 위상 구조로부터의 것과 같은 공간 광 변조기(48)에 의해 제공될 수 있는 산란은 스위칭가능 보상형 지연기(301)가 공간 광 변조기(48) 뒤에 배열되는 배열과 비교하여 출력 휘도 프로파일을 저하시키지 않는다.

디스플레이 편광기의 전기 벡터 투과 방향과 상이한 전기 벡터 투과 방향을 가진 추가 편광기를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.

도 14a는 전술된 바와 같지만 수동형 회전 지연기(460)를 추가로 포함하는, 교차형 A-플레이트 수동형 보상 지연기(308A, 308B) 및 호모지니어스로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기(301)를 포함하는, 프라이버시 작동 모드에서의 스위칭가능 보상형 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도이다.

디스플레이 편광기(218)에는 예를 들어 트위스팅된 네마틱(twisted nematic) LCD 디스플레이의 경우에 45도의 각도(317)에 있을 수 있는 전기 벡터 투과 방향(219)이 제공될 수 있다. 추가 편광기(318)는 전형적으로 수직으로 편광된 광을 투과시키는 편광 선글라스를 착용하고 있을 수 있는 사용자에게 수직으로 편광된 광을 제공하도록 배열될 수 있다.

수동형 회전 지연기(460)는 본 실시예의 보상 지연기(330)와 상이하며, 이제 그의 작동이 기술될 것이다.

수동형 회전 지연기(460)는, 예를 들어 550 nm의 파장에서 275 nm의 지연을 갖고서, 복굴절성 재료(462)를 포함할 수 있고 1/2 파장판일 수 있다.

수동형 회전 지연기(460)는 추가 편광기(318)의 전기 벡터 투과 방향(319)에 대해 22.5도일 수 있는 각도(466)로 경사진 빠른 축 배향(464)을 갖는다. 따라서, 수동형 회전 지연기(460)는 보상 지연기(308B)에 입사하는 광의 편광 방향이 방향(319)에 평행하도록 출력 편광기(218)로부터의 편광을 회전시킨다.

수동형 회전 지연기(460)는 디스플레이 편광기(218)로부터의 편광 성분의 각도 회전을 제공함으로써 축상 편광 상태를 변형시킨다. 비교하면, 보상 지연기(308A, 308B)는 함께 축상 편광 상태를 변형시키지 않는다.

추가로, 수동형 회전 지연기(460)는 실질적으로 관찰 각도와 독립적일 수 있는 편광의 회전을 제공한다. 비교하면, 보상 지연기(308A, 308B)는 관찰 각도에 따른 출력 휘도의 상당한 변형을 제공한다.

유리하게는, 예를 들어 편광 선글라스에 의한 관찰을 제공하기 위해, 디스플레이 편광기 편광 방향(219)과 상이한 출력 편광 방향(319)이 디스플레이에 제공될 수 있다.

대안적인 실시예에서, 별개의 지연기(460)가 생략될 수 있고, 도 11a의 지연기(308B)의 지연은 지연기(308A)의 지연과 비교하여 추가적인 1/2 파 회전을 제공하도록 증가될 수 있다. 예시적인 실시예를 계속 참조하면, 550 nm의 파장에서의 지연기(308B)의 지연은 지연기(308A)의 지연보다 275 nm 더 클 수 있다. 유리하게는, 층의 수, 복잡성 및 비용이 감소될 수 있다.

광학 구성요소의 감소된 총수 및 감소된 두께를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

표 7에 추가로 예시된, 도 15a는 제1 및 제2 C-플레이트 수동형 보상 지연기들(330A, 330B) 사이에 배열되는 호모지니어스로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기(301)를 포함하는, 프라이버시 작동 모드에서의 스위칭가능 보상형 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도이다.

[표 7]

도 15b 및 도 15c는 각각 광각 작동 모드 및 프라이버시 작동 모드에서 도 15a의 광학 스택 내의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이다.

수동형 보상 지연기(330)는 제1 및 제2 C-플레이트(330A, 330B)를 포함하고; 스위칭가능 액정 층(301)은 제1 및 제2 C-플레이트들(330A, 330B) 사이에 제공된다.

수동형 보상 지연기(330A, 330B)는 수동형 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 2개의 수동형 지연기를 포함하고, 스위칭가능 액정 지연기(301)는 2개의 수동형 지연기들 사이에 제공된다. 따라서, 도 1a의 제1 및 제2 기판(312, 316)은 각각 2개의 수동형 지연기들(330A, 330B) 중 하나를 포함한다.

조합되어, 2개의 수동형 지연기(330A, 330B)는 550 nm의 파장의 광에 대해 -300 nm 내지 -800 nm 범위 내의, 바람직하게는 -350 nm 내지 -700 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 -400 nm 내지 -600 nm 범위 내의 총 지연을 갖는다.

도 16a는 C-플레이트 수동형 보상 지연기(330A, 330B)를 각각 포함하는 제1 및 제2 기판들 사이에 배열되는 스위칭가능 액정 지연기(301)를 포함하는 디스플레이를 측면 사시도로 예시한 개략도이고; 도 16b는 C-플레이트 수동형 보상 지연기(330A, 330B)를 각각 포함하는 제1 및 제2 기판들 사이에 배열되는 스위칭가능 액정 지연기(301)를 포함하는 디스플레이의 일부를 측면도로 예시한 개략도이다.

제1 C-플레이트(330A)는 일 면 상에 형성되는 투명 전극 층(415) 및 액정 정렬 층(411)을 갖고, 제2 C-플레이트(330B)는 일 면 상에 형성되는 투명 전극 층(413) 및 액정 정렬 층(409)을 갖는다.

액정 재료의 층(314)은 제1 및 제2 기판들(312, 316) 사이에 제공되고, 제1 및 제2 기판(312, 316)은 각각 제1 및 제2 C-플레이트들(330A, 330B) 중 하나를 포함한다. C-플레이트는 전극(413, 415)을 제공하도록 ITO 코팅된 그리고 그 상에 형성되는 액정 정렬 층(409, 411)을 갖는 이중 신장된 COP 필름 내에 제공될 수 있다.

유리하게는, 층의 수는 도 1의 배열과 비교하여 감소되어, 두께, 비용 및 복잡성을 감소시킬 수 있다. 추가로, C-플레이트(330A, 330B)는 가요성 기판일 수 있고, 가요성 프라이버시 디스플레이를 제공할 수 있다.

제1 및 제2 A-플레이트 기판들 사이에 액정 재료의 층(314)을 제공하는 것이 바람직할 것이다.

표 7에 예시된 추가의 예시적인 실시예를 포함하는, 도 17a는 전술된 바와 같이, 제1 및 제2 교차형 A-플레이트 수동형 보상 지연기들(330A, 330B) 사이에 배열되는 호모지니어스로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기(301)를 포함하는, 광각 작동 모드에서의 스위칭가능 보상형 지연기(300)의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도이고; 도 17b 및 도 17c는 각각 광각 및 프라이버시 작동 모드로 구동될 때 도 17a의 구조체에 대해 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이다.

도 15a의 배열과 비교하여, 유리하게는 A-플레이트가 C-플레이트와 비교하여 감소된 비용으로 제조될 수 있다.

이제, 호모지니어스 및 호메오트로픽 정렬 층 둘 모두를 포함하는 하이브리드 정렬된 구조체가 기술될 것이다.

도 18a는 액정 재료(423)를 포함하는 호모지니어스로 그리고 호메오트로픽으로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기(301) 및 수동형 음의 C-플레이트 지연기(330)를 포함하는, 프라이버시 작동 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도이다.

표 8의 배열에 의해 제공되는, 도 18b 및 도 18c는 각각 광각 및 프라이버시 작동 모드에서 도 18a의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이다.

[표 8]

하이브리드 정렬된 스위칭가능 액정 지연기(301)는 주어진 재료 및 셀 두께 선택에 대해 감소된 유효 복굴절이 제공되도록 가변 틸트를 갖는다. 따라서, 지연기 설계는 정렬 층이 동일한 배열과 비교하여 보상하도록 조절되어야 한다. 스위칭가능 액정 지연기(330)는 액정 재료(423)의 층의 제1 면 상에 배치되는 제1 표면 정렬 층(441), 및 제1 면 반대편의 액정 재료(423)의 층의 제2 면 상에 배치되는 제2 표면 정렬 층(443)을 포함한다. 제1 표면 정렬 층(441)은 인접한 액정 재료(423) 내에 호메오트로픽 정렬을 제공하도록 배열되는 호메오트로픽 정렬 층이고, 제2 표면 정렬 층(443)은 인접한 액정 재료(423) 내에 호모지니어스 정렬을 제공하도록 배열되는 호모지니어스 정렬 층이다.

추가로, 지연기의 최적 설계는 호메오트로픽 및 호모지니어스 정렬 층에 대한 수동형 보상 지연기(330)의 상대 위치와 관련된다.

호모지니어스 정렬을 제공하도록 배열되는 표면 정렬 층(443)이 액정 재료(423)의 층과 보상 지연기(330) 사이에 있을 때, 액정 재료(423)의 층은 550 nm의 파장의 광에 대해 500 nm 내지 1800 nm 범위 내의, 바람직하게는 700 nm 내지 1500 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 900 nm 내지 1350 nm 범위 내의 지연을 갖는다. 호모지니어스 정렬을 제공하도록 배열되는 표면 정렬 층(443)이 액정 재료(423)의 층과 보상 지연기(330) 사이에 있을 때, 수동형 보상 지연기는 도 18a에 도시된 바와 같이 지연기의 평면에 수직인 그의 광학 축을 갖는 지연기(330)를 포함할 수 있고, 수동형 지연기(330)는 550 nm의 파장의 광에 대해 -300 nm 내지 -1600 nm 범위 내의, 바람직하게는 -500 nm 내지 -1300 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 -700 nm 내지 -1150 nm 범위 내의 지연을 갖고; 또는 대안적으로 수동형 보상 지연기는 교차되는 지연기의 평면 내의 광학 축을 갖는 한 쌍의 지연기(도시되지 않음)를 포함할 수 있고, 한 쌍의 지연기의 각각의 지연기는 550 nm의 파장의 광에 대해 400 nm 내지 1600 nm 범위 내의, 바람직하게는 600 nm 내지 1400 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 800 nm 내지 1300 nm 범위 내의 지연을 갖는다.

호메오트로픽 정렬을 제공하도록 배열되는 표면 정렬 층(441)이 액정 재료(423)의 층과 보상 지연기(330) 사이에 있을 때, 액정 재료(423)의 층은 550 nm의 파장의 광에 대해 700 nm 내지 2000 nm 범위 내의, 바람직하게는 1000 nm 내지 1700 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 1200 nm 내지 1500 nm 범위 내의 지연을 갖는다. 호메오트로픽 정렬을 제공하도록 배열되는 표면 정렬 층(441)이 액정 재료(423)의 층과 보상 지연기(330) 사이에 있을 때, 수동형 보상 지연기는 도 18a에 도시된 바와 같이 지연기의 평면에 수직인 그의 광학 축을 갖는 지연기(330)를 포함할 수 있고, 수동형 지연기는 550 nm의 파장의 광에 대해 -400 nm 내지 -1800 nm 범위 내의, 바람직하게는 -700 nm 내지 -1500 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 -900 nm 내지 -1300 nm 범위 내의 지연을 갖고; 또는 대안적으로 수동형 보상 지연기는 교차되는 지연기의 평면 내의 광학 축을 갖는 한 쌍의 지연기(도시되지 않음)를 포함할 수 있고, 한 쌍의 지연기의 각각의 지연기는 550 nm의 파장의 광에 대해 400 nm 내지 1800 nm 범위 내의, 바람직하게는 700 nm 내지 1500 nm 범위 내의, 가장 바람직하게는 900 nm 내지 1300 nm 범위 내의 지연을 갖는다.

도 5a의 배열과 비교하여, 프라이버시 작동 모드는 유리하게는 액정 지연기가 가압될 때 재료 유동의 외양에 대한 증가된 탄력성을 달성할 수 있다.

이제, 본 실시예와의 비교로서, 연속하여 배열될 때 평행한 편광기들 사이의 지연기의 성능이 기술될 것이다. 먼저, 호모지니어스로 정렬된 액정 지연기(301)의 시계가 이제 2개의 상이한 구동 전압에 대해 기술될 것이다.

표 9에 예시된 구조체를 포함하는, 도 19a는 호모지니어스로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기(390)의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도이고; 도 19b는 제1 인가된 전압에 대해 도 19a의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이고; 도 19c는 제1 인가된 전압보다 큰 제2 인가된 전압에 대해 도 19a의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이다. 호모지니어스로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기(390)는 전술된 스위칭가능 액정 지연기(330)에 대응하고, 본 명세서에 개시된 디바이스들 중 임의의 것에 스위칭가능 액정 지연기로서 적용될 수 있다.

표 9에 예시된 구조체를 포함하는, 도 19d는 평행한 편광기들 사이에 배열되는 수동형 C-플레이트 지연기(392)를 측면 사시도로 예시한 개략도이고; 도 19e는 도 19d의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이다. 수동형 C-플레이트 지연기(392)는 수동형 보상 지연기(330)에 대응하고, 본 명세서에 개시된 디바이스들 중 임의의 것에 적어도 하나의 수동형 보상 지연기로서 적용될 수 있다.

[표 9]

표 9에 예시된 구조체를 포함하는, 도 20a는 평행한 편광기들(396, 398) 사이에 배열되는 C-플레이트 지연기(392)를 포함하는 시계 제어 수동형 지연기와 연속하여 평행한 편광기들(394, 396) 사이에 배열되는 호모지니어스로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기(390)의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도이고; 도 20b는 제1 인가된 전압에 대해 도 20a의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이고; 도 20c는 제1 인가된 전압보다 큰 제2 인가된 전압에 대해 도 20a의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이다.

표 9에 예시된 구조체를 포함하는, 도 21a는 호모지니어스로 정렬된 스위칭가능 액정 재료(712)와 C-플레이트 보상 지연기(330)가 단일 쌍의 평행한 편광기들 사이에 배열되는, C-플레이트 보상 지연기(330)와 연속한 호모지니어스로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기(301)의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도이고; 도 21b는 제1 인가된 전압에 대해 도 21a의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이고; 도 21c는 제1 인가된 전압보다 큰 제2 인가된 전압에 대해 도 21a의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이다.

예상외로, 최대 시계 작동을 위한 최적 조건은 그의 비구동 상태에 있는 스위칭가능 액정 지연기(301)와 비교하여 보상 지연기(330)의 동일하면서 반대인 순 지연(net retardation)에 의해 제공된다. 이상적인 보상 지연기(330) 및 스위칭가능 액정 지연기(301)는 (i) 입력 광으로부터 광각 모드 성능의 변형이 없는 것 및 (ii) 협각 상태를 제공하도록 배열될 때 모든 고도에 대해 축외 위치에 대한 측방향 관찰 각도의 최적 감소를 달성할 수 있다. 이러한 교시는 본 명세서에 개시된 모든 디스플레이 디바이스에 적용될 수 있다.

축외 관찰 위치에 대한 휘도의 감소를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 특히, 광각 백라이트를 가진 액정 디스플레이에서 증가된 프라이버시 감소를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

도 22a는 출력 디스플레이 편광기(218)와 추가 편광기(318A) 사이에 배열되는 제1 스위칭가능 보상형 지연기(300A)(이러한 경우, 음의 C-플레이트 수동형 보상 지연기(330A) 및 호메오트로픽으로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기(301A), 그러나 이는 단지 예이며, 본 명세서에 개시된 복수의 지연기의 다른 배열들 중 임의의 것에 의해 대체될 수 있음); 및 먼저 언급된 추가 편광기(318A)와 전기 벡터 투과 방향(319B)을 가진 추가의 추가 편광기(318B) 사이에 배열되는 추가의 스위칭가능 보상형 지연기(300B)(이러한 경우, 음의 C-플레이트 수동형 보상 지연기(330B) 및 호메오트로픽으로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기(301B), 그러나 이는 단지 예이며, 본 명세서에 개시된 복수의 지연기의 다른 배열들 중 임의의 것에 의해 대체될 수 있음)를 포함하는, 프라이버시 작동 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도이다.(그리고 출력 광이 그것을 따라 지향되는 z-축이 하방인 역전된 도면임에 유의함).

대안으로서, 먼저 언급된 추가 편광기(318A)는 입력 디스플레이 편광기(210)의 입력측 상에 배열될 수 있고, 이 경우, 추가의 추가 편광기(318B)는 먼저 언급된 추가 편광기(318A)와 백라이트(20) 사이에서 입력 디스플레이 편광기(210)의 입력측 상에 배열될 수 있고, 추가의 스위칭가능 보상형 지연기(300B)는 추가의 추가 편광기(318B)와 먼저 언급된 추가 편광기(318A) 사이에 배열될 수 있다.

이들 대안 둘 모두에서, 제1 복수의 지연기(300A) 및 추가의 복수의 지연기(300B) 각각은 각각의 쌍의 편광기들 사이에 배열되고, 따라서 전술된 디바이스 내의 대응하는 구조체의 그것과 유사한 효과를 갖는다.

추가의 스위칭가능 액정 지연기(301A)의 정렬 층의 프리틸트 방향(307A, 309AA)은 제1 스위칭가능 액정 지연기(301B)의 정렬 층의 프리틸트 방향(307B, 309AB)에 평행 또는 역평행하거나 직교하게 정렬되는 액정 층의 평면 내의 성분을 가질 수 있다. 광각 작동 모드에서, 둘 모두의 스위칭가능 액정 지연기(301A, 301B)는 넓은 관찰 각도를 제공하도록 구동된다. 프라이버시 작동 모드에서, 스위칭가능 액정 지연기(301B, 301A)는 유리하게는 증가된 휘도 감소 및 그에 따른 단일 축에서의 개선된 프라이버시를 달성하도록 협동할 수 있다.

제1 스위칭가능 액정 지연기(301B) 및 추가의 액정 지연기(301A)에 의해 제공되는 지연은 상이할 수 있다. 스위칭가능 액정 지연기(301B) 및 추가의 스위칭가능 액정 지연기(301A)는 공통 전압에 의해 구동될 수 있고, 제1 스위칭가능 액정 지연기(301B) 내의 액정 재료(408B)는 추가의 스위칭가능 액정 지연기(301A) 내의 액정 재료(408A)와 상이할 수 있다. 본 명세서의 다른 곳에 예시된 극 휘도 프로파일의 색도 변동이 감소될 수 있고, 따라서 유리하게는 축외 색상 외양이 개선된다.

대안적으로, 스위칭가능 액정 지연기(301B, 301A)는 수평 및 수직 방향 둘 모두에서 감소된 휘도가 달성되어 유리하게는 가로(landscape) 및 세로(portrait) 프라이버시 작동을 달성하도록 직교 정렬을 가질 수 있다.

대안적으로, 층(301A, 301B)에 상이한 구동 전압이 제공될 수 있다. 유리하게는, 휘도 프로파일의 롤-오프의 증가된 제어가 달성될 수 있거나, 가로와 프라이버시 작동 사이의 스위칭이 제공될 수 있다.

지연 제어 층(330B)은 제1 추가 편광기(318A)와 추가의 추가 편광기(318B) 사이에 배열되는 수동형 보상 지연기(330A)를 포함할 수 있다. 보다 일반적으로, 스위칭가능 액정 지연기(301A)는 생략될 수 있고, 고정된 휘도 감소가 수동형 보상 지연기(330A)에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 관찰 사분면에서의 휘도 감소는 층(330A) 단독에 의해 제공될 수 있다. 유리하게는, 휘도 감소를 위한 극 영역의 증가된 면적이 달성될 수 있다. 추가로, 시준된 백라이트보다 넓은 조명 출력 각도를 갖는 백라이트가 제공되어, 광각 작동 모드에서 디스플레이의 가시성을 증가시킬 수 있다.

도 22b는 액정 디스플레이의 입력부 상에 배열되는 제1 스위칭가능 보상형 지연기 및 액정 디스플레이의 출력부 상에 배열되는 제2 스위칭가능 보상형 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도이다.

먼저 언급된 추가 편광기(318A)는 입력 디스플레이 편광기(210)와 백라이트(20) 사이에서 입력 디스플레이 편광기(210)의 입력측 상에 배열되고, 디스플레이 디바이스는 출력 디스플레이 편광기(218)의 출력측 상에 배열되는 추가의 추가 편광기(318B); 및 추가의 추가 편광기(318B)와 출력 디스플레이 편광기(218) 사이에 배열되는 추가의 지연기(301B, 330B)를 추가로 포함한다. 추가의 지연기는 액정 재료(414B)의 층 및 액정 재료(414B)의 층의 서로 반대편에 있는 면들 상의 전극(413B, 415B)을 포함하는 추가의 스위칭가능 액정 지연기(301B)를 포함하고, 액정 재료(414B)의 층은 전극(413B, 415B)을 가로질러 인가되는 전압에 의해 2개의 배향 상태들 사이에서 스위칭가능하다.

도 22c는 제1 수동형 보상 지연기, 제1 스위칭가능 액정 지연기, 제1 제어 편광기(250), 제2 수동형 보상 지연기, 제2 스위칭가능 액정 지연기 및 제2 제어 편광기(250)를 포함하는 시야각 제어 광학 요소를 측면 사시도로 예시한 개략도이다. 그러한 요소는 공간 광 변조기(48)를 포함하는 디스플레이 디바이스(100)에 대해 제공될 때 도 22b의 배열과 유사한 성능을 달성할 수 있다.

자동차 차량에서 엔터테인먼트 및 야간 작동 모드 둘 모두를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.

도 22d는 주간 및/또는 공유 작동 모드에 대해 차량 객실(602) 내에 배열되는 도 22b에 예시된 것과 같은 스위칭가능 지향성 디스플레이를 가진 자동차 차량을 평면도로 예시한 개략도이고; 도 22e는 주간 및/또는 공유 작동 모드에 대해 차량 객실(602) 내에 배열되는 스위칭가능 지향성 디스플레이를 가진 자동차 차량을 측면도로 예시한 개략도이다. 광 원추(630, 632)에는 넓은 각도의 시계가 제공되고, 따라서 디스플레이는 유리하게는 다수의 탑승자에 의해 가시적이다.

도 22f는 야간 및/또는 엔터테인먼트 작동 모드에 대해 차량 객실(602) 내에 배열되는 도 22b에 예시된 것과 같은 스위칭가능 지향성 디스플레이를 가진 자동차 차량을 평면도로 예시한 개략도이고; 도 22g는 야간 및/또는 엔터테인먼트 작동 모드에 대해 차량 객실(602) 내에 배열되는 스위칭가능 지향성 디스플레이를 가진 자동차 차량을 측면도로 예시한 개략도이다. 광 원추(634, 636)에는 좁은 각도의 시계가 제공되고, 따라서 디스플레이는 유리하게는 단일 탑승자에 의해서만 가시적이다. 유리하게는, 야간 작동에 대한 미광이 감소되어, 운전자 안전을 증가시킨다. 추가로, 앞유리(windscreen)(601)으로부터의 디스플레이의 반사가 감소되어, 운전자(604)에 대한 주의산만을 최소화한다.

광각 조명 백라이트 및 발광형 공간 광 변조기에 의해 그리고 낮은 비용으로 제공되는 광 원추에 대한 감소된 시계를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

도 23a는 공간 광 변조기(48)의 입력부 상에 배열되는 반사성 추가 편광기(318A) 및 수동형 지연기(270)의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도이다. 공간 광 변조기(48)의 출력부 상에, 도 22b의 디바이스에서의 것과 유사한 복수의 지연기(300)가 있다. 도 22b의 배열과 비교하여, 후방 보상형 스위칭가능 액정 지연기(300A) 대신에 수동형 지연기(270)가 제공된다. 유리하게는, 프라이버시 작동 모드에서 낮은 축외 조명 및 광각 작동 모드에서 허용가능한 관찰 각도를 달성하면서, 비용 및 두께가 감소된다.

도 23b는 수동형 지연기(270), 제1 제어 편광기(250A), 수동형 보상 지연기(330), 스위칭가능 액정 지연기(301) 및 제2 제어 편광기(250B)를 포함하는 시야각 제어 광학 요소를 측면 사시도로 예시한 개략도이다. 이는 디스플레이 디바이스를 제공하기 위해 공간 광 변조기(48)의 전면 상에 배열된다.

이제, 다양한 수동형 지연기(270)가 기술될 것이며, 그 중 임의의 것이 위의 디바이스들 중 임의의 것에 적용될 수 있다.

표 10에 예시된 구조체를 포함하는, 도 24a는 디스플레이 편광기 전기 벡터 투과 방향에 직교하게 평면 내에서 틸팅된 음의 O-플레이트 지연기(272A) 및 음의 C-플레이트 지연기(272B)를 포함하고 디스플레이 디바이스의 시계 변형을 제공하도록 배열되는 수동형 지연기(270)의 광학 스택을 측면 사시도로 예시한 개략도이고; 도 24b는 도 24a의 수동형 지연기 내의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이다.

[표 10]

따라서, 수동형 지연기(270)는 수동형 지연기(272A)를 포함하는데, 이는 수동형 지연기(272A)의 평면 내의 성분 및 수동형 지연기(272A)의 평면에 수직인 성분을 가진 광학 축을 갖는 음의 O-플레이트이다. 추가로, 수동형 지연기의 평면 내의 성분은 디스플레이 편광기(218)의 전기 벡터 투과(219)에 평행한 전기 벡터 투과 방향에 대해 90°로 연장된다. 수동형 지연기(272B)는 수동형 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 수동형 지연기를 포함한다.

유리하게는, 측방향 관찰 방향에 대해 휘도가 감소될 수 있다. 모바일 디스플레이가 측방향으로 축외 스누퍼에 대한 프라이버시를 달성하면서 수평 축을 중심으로 편안하게 회전될 수 있다.

표 11에 예시된 구조체를 포함하는, 도 24c는 교차형 A-플레이트 및 양의 O-플레이트를 포함하는 수동형 지연기(270)의 광학 스택을 측면 사시도로 예시한 개략도이고; 도 24d는 도 24c의 수동형 지연기 내의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이다.

[표 11]

따라서, 수동형 지연기(270)는 교차형 A-플레이트인 수동형 지연기(272A, 272B) 및 지연기(272C)를 포함하는데, 지연기(272C)는 수동형 지연기(272C)의 평면 내의 성분 및 수동형 지연기(272C)의 평면에 수직인 성분을 가진 광학 축을 갖는다. 수동형 지연기의 평면 내의 성분은 디스플레이 편광기(218)의 전기 벡터 투과(219)에 평행한 전기 벡터 투과 방향에 대해 90°로 연장된다. 유리하게는, 측방향 관찰 방향에 대해 휘도가 감소될 수 있다. 모바일 디스플레이가 측방향으로 축외 스누퍼에 대한 프라이버시를 달성하면서 수평 축을 중심으로 편안하게 회전될 수 있다.

측방향 및 고도 방향 둘 모두에서 휘도의 감소를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.

표 12에 예시된 구조체를 포함하는, 도 24e는 두 쌍의 교차형 A-플레이트를 포함하는 수동형 지연기(272A 내지 272D)의 광학 스택을 측면 사시도로 예시한 개략도이고; 도 24f는 도 24e의 수동형 지연기 내의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이다.

[표 12]

따라서, 지연기(270)는 교차되는 지연기의 평면 내의 광학 축을 갖는 한 쌍의 수동형 지연기(272A, 272D)를 포함한다. 한 쌍의 지연기는 각각 서로 상이한 각도로 정렬되는 각각의 광학 축을 갖는 복수의 A-플레이트를 포함한다. 한 쌍의 수동형 지연기(272B, 272C)는 디스플레이 편광기(210)의 전기 벡터 투과(211)에 평행한 전기 벡터 투과 방향에 대해 각각 90° 및 0°로 각각 연장되는 광학 축을 갖는다.

한 쌍의 수동형 지연기(272A, 272D)는 디스플레이 편광기(218)의 전기 벡터 투과에 평행한 전기 벡터 투과 방향(211)에 대해 각각 45° 및 135°로 연장되는 광학 축을 갖는다.

디스플레이는, 먼저 언급된 쌍의 수동형 지연기들(272A, 272D) 사이에 배치되고 교차되는 지연기의 평면 내의 광학 축을 갖는 추가 쌍의 수동형 지연기(272B, 272C)를 추가로 포함한다. 추가 쌍의 수동형 지연기(272B, 272C)는 디스플레이 편광기(210, 316)의 전기 벡터 투과에 평행한 전기 벡터 투과 방향(211, 317)에 대해 각각 0° 및 90°로 각각 연장되는 광학 축을 갖는다.

550 nm의 파장의 광에 대한 각각의 A-플레이트의 지연은 600 nm 내지 850 nm 범위 내에, 바람직하게는 650 nm 내지 730 nm 범위 내에, 가장 바람직하게는 670 nm 내지 710 nm 범위 내에 있을 수 있다. 중심 관찰 위치로부터 축외 관찰 위치로의 흡수된 광의 색상 변화가 유리하게 감소될 수 있다.

추가의 예시적인 실시예에서, 바람직하게는 각도(273A)는 40° 이상 및 50° 이하, 더욱 바람직하게는 42.5° 이상 및 47.5° 이하, 가장 바람직하게는 44° 이상 및 46° 이하이다. 바람직하게는, 각도(273D)는 130° 이상 및 140° 이하, 더욱 바람직하게는 132.5° 이상 및 137.5° 이하, 가장 바람직하게는 134° 이상 및 136° 이하이다.

추가의 예시적인 실시예에서, 내측 지연기 쌍(272B, 272C)은 외측 지연기 쌍(272A, 272D)보다 느슨한 허용오차를 가질 수 있다. 바람직하게는, 각도(273B)는 -10° 이상 및 10° 이하, 더욱 바람직하게는 -5° 이상 및 5° 이하, 가장 바람직하게는 -2° 이상 및 2° 이하이다. 바람직하게는, 각도(273C)는 80° 이상 및 100° 이하, 더욱 바람직하게는 85° 이상 및 95° 이하, 가장 바람직하게는 88° 이상 및 92° 이하이다.

본 실시예는 일정 정도의 회전 대칭을 갖는 투과율 프로파일을 제공한다. 유리하게는, 프라이버시 디스플레이에는 스누퍼의 측방향 또는 상승된 관찰 위치에 대해 넓은 시계로부터의 이미지의 감소된 가시성이 제공될 수 있다. 추가로, 그러한 배열은 모바일 디스플레이의 가로 및 세로 작동에 대해 향상된 프라이버시 작동을 달성하는 데 사용될 수 있다. 그러한 배열은 축외 승객에 대한 미광을 감소시키기 위해, 그리고 또한 차량 내의 앞유리 및 다른 유리 표면 상에 떨어지는 광을 감소시키기 위해 차량 내에 제공될 수 있다.

프라이버시 작동 모드에서 스누퍼(47)에게 보여지는 사적인 이미지에 위장을 추가함으로써 개선된 이미지 외양을 제공하는 것이 바람직할 것이다.

도 25a는 패턴화된 전극(415) 층을 추가로 포함하는 호메오트로픽으로 정렬된 스위칭가능 액정 지연기 및 음의 C-플레이트 수동형 보상 지연기를 포함하는, 프라이버시 작동 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 측면 사시도로 예시한 개략도이다. 따라서, 전극(415a, 415b, 415c)은 적어도 2개의 패턴 영역을 제공하도록 패턴화된다.

전극들(413, 415) 중 적어도 하나가 패턴화될 수 있으며, 이러한 예에서 전극(415)은 영역(415a, 415b, 415c)으로 패턴화되고 각각의 전압 구동기(350a, 350b, 350c)에 의해 전압(Va, Vb, Vc)으로 구동된다. 간극(417)은 전극 영역들(415a, 415b, 415c) 사이에 제공될 수 있다. 따라서, 재료(414a, 414b, 414c)의 틸트는 축외 관찰에 대해 상이한 휘도 레벨로 위장 패턴을 드러내도록 독립적으로 조절될 수 있다.

따라서, 출력 디스플레이 편광기(218)와 추가 흡수 편광기(318) 사이에 배열되는 스위칭가능 액정 지연기는 어드레싱 전극(415a, 415b, 415c) 및 균일한 전극(413)에 의해 제어된다. 어드레싱 전극은 전극(415a) 및 간극(417)을 포함하는 적어도 2개의 패턴 영역을 제공하도록 패턴화될 수 있다.

도 25b는 위장된 휘도 제어식 프라이버시 디스플레이에 의한 주 관찰자 및 스누퍼의 조명을 전방 사시도로 예시한 개략도이다. 디스플레이 디바이스(100)는 관찰 윈도우(26p)에서 주 관찰자(45)에게 가시적인 어두운 이미지 데이터(601) 및 백색 배경 데이터(603)를 가질 수 있다. 비교로서, 스누퍼(47)는 위장된 휘도 제어식 프라이버시 디스플레이에 의한 스누퍼의 조명을 측면 사시도로 예시한 개략도인 도 25c에 예시된 바와 같은 위장된 이미지를 볼 수 있다. 따라서, 백색 배경 영역(603)에서, 백색 영역(603)의 혼합된 휘도를 갖는 위장 구조가 제공될 수 있다. 따라서, 전극(415a, 415b, 415c)의 패턴 영역은 위장 패턴이다. 패턴 영역들 중 적어도 하나는 개별적으로 어드레싱가능하며 프라이버시 작동 모드로 작동하도록 배열된다.

패턴 영역은 프라이버시 작동 모드 중에 패턴이 제공되는 것의 제어에 의해 다수의 공간 주파수에 대한 위장을 제공하도록 배열될 수 있다. 예시적인 예에서, 프리젠테이션에 20 mm 높은 텍스트가 제공될 수 있다. 유사한 패턴 크기를 가진 위장 패턴에는 전극 패턴의 제1 제어가 제공될 수 있다. 제2 예에서, 사진에는 스누퍼(47)에게 가장 가시적인 대면적 콘텐트가 제공될 수 있다. 위장 패턴의 공간 주파수는, 전압을 제공하고 결과적인 보다 낮은 공간 주파수 패턴을 달성하기 위해 제1 및 제2 전극 영역을 조합함으로써, 보다 큰 면적 구조를 감추도록 감소될 수 있다.

유리하게는, 제어가능 위장 구조가 층(892)을 가로지르는 전압(Va, Vb, Vc)의 조절에 의해 제공될 수 있다. 헤드-온 작동에 대해 보일 수 있는 위장 구조의 가시성은 실질적으로 없다. 추가로, 위장 이미지는 Va, Vb 및 Vc를 동일해지도록 제공함으로써 제거될 수 있다.

스누퍼에게 예를 들어 1% 미만인 휘도로 축외 휘도를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 이제, 낮은 축외 휘도를 제공하는 지향성 백라이트가 본 실시예의 보상형 스위칭가능 액정 지연기와 함께 사용될 수 있음이 기술될 것이다. 이제, 지향성 백라이트가 추가로 기술될 것이다.

유사한 패턴화가 본 명세서에 기술된 디바이스들 중 임의의 것에 적용될 수 있다.

공간 광 변조기(48)로부터의 지향성 조명에 의한 축외 휘도의 추가의 감소를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 이제, 지향성 백라이트(20)에 의한 공간 광 변조기(48)의 지향성 조명이 기술될 것이다.

도 26a는 지향성 백라이트(20)를 전방 사시도로 예시한 개략도이고, 도 26b는 그 중 어느 하나가 본 명세서에 기술된 디바이스들 중 임의의 것에 적용될 수 있는 비-지향성 백라이트(20)를 전방 사시도로 예시한 개략도이다. 따라서, 도 26a에 도시된 바와 같은 지향성 백라이트(20)가 좁은 원추(450)를 제공하는 반면, 도 26b에 도시된 바와 같은 비-지향성 백라이트(20)가 출력 광선의 광각 분포 원추(452)를 제공한다.

도 26c는 다양한 상이한 백라이트 배열에 대해 측방향 관찰 각도에 따른 휘도에서의 변동을 예시한 개략적인 그래프이다. 도 26c의 그래프는 본 명세서에 기술된 극 시계 프로파일을 통한 단면일 수 있다.

램버시안 백라이트(Lambertian backlight)가 관찰 각도와 독립적인 휘도 프로파일(846)을 갖는다.

전형적인 광각 백라이트는 상대 휘도의 반치전폭(full width half maximum)(866)이 40° 초과, 바람직하게는 60° 초과, 가장 바람직하게는 80° 초과일 수 있도록 보다 높은 각도에서 롤-오프를 갖는다. 추가로, +/-45°에서의 상대 휘도(864)는 바람직하게는 7.5% 초과, 더욱 바람직하게는 10% 초과, 가장 바람직하게는 20% 초과이다.

비교로서, 지향성 백라이트(20)는 상대 휘도의 반치전폭(862)이 60° 미만, 바람직하게는 40° 미만, 가장 바람직하게는 20° 미만일 수 있도록 보다 높은 각도에서 롤-오프를 갖는다. 추가로, 백라이트(20)는 45도 초과의 공간 광 변조기(48)에 대한 법선에 대한 극각에서, 공간 광 변조기(48)에 대한 법선을 따른 휘도의 33% 이하, 바람직하게는 공간 광 변조기(48)에 대한 법선을 따른 휘도의 20% 이하, 가장 바람직하게는 공간 광 변조기(48)에 대한 법선을 따른 휘도의 10% 이하인 휘도를 제공할 수 있다.

공간 광 변조기(48) 내의 산란 및 회절은 스위칭가능 지연기(300)가 입력 디스플레이 편광기(210)와 추가 편광기(318) 사이에 배열될 때 프라이버시 모드 작동을 저하시킬 수 있다. 45도 초과의 공간 광 변조기에 대한 법선에 대한 극각에서의 휘도는 스위칭가능 지연기(300)가 입력 디스플레이 편광기(210)와 추가 편광기(318) 사이에 배열되는 배열과 비교하여 스위칭가능 지연기(300)가 출력 디스플레이 편광기(218)와 추가 편광기(318) 사이에 배열되는 배열에서 증가될 수 있다.

유리하게는, 동일한 백라이트(20)에 대해, 도 2a와 비교하여 도 1a의 배열에 대해 보다 낮은 축외 휘도가 달성될 수 있다.

도 1a의 예시적인 실시예에서, 45도 초과의 공간 광 변조기(48)에 대한 법선에 대한 극각에서의 휘도는 18% 이하일 수 있는 반면, 도 2a의 예시적인 실시예에서, 45도 초과의 공간 광 변조기(48)에 대한 법선에 대한 극각에서의 휘도는 10% 이하일 수 있다. 유리하게는, 도 1a의 실시예는 프라이버시 작동 모드에서 도 2a의 실시예와 유사한 관찰 자유도를 달성하면서 광각 작동 모드에서 보다 넓은 관찰 자유도를 제공할 수 있다.

그러한 휘도 프로파일은 후술되는 지향성 백라이트(20)에 의해 제공될 수 있거나, 또한 추가의 추가 편광기(318B) 및 수동형 지연기(270) 또는 추가 보상형 스위칭 액정 지연기(300B)와 조합되어 광각 백라이트에 의해 제공될 수 있다.

도 27a는 스위칭가능 액정 지연기(300) 및 백라이트(20)를 포함하는 스위칭가능 지향성 디스플레이 장치(100)를 측면도로 예시한 개략도이다. 도 27a의 백라이트(20)는 본 명세서에 기술된 디바이스들 중 임의의 것에 적용될 수 있고, 입력 단부(2)를 통해 광원 어레이(15)에 의해 조명되는 이미징 도파관(1)을 포함한다. 도 27b는 협각 작동 모드에서 도 27a의 이미징 도파관(1)의 작동을 후방 사시도로 예시한 개략도이다.

이미징 도파관(1)은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제9,519,153호에 기술된 유형의 것이다. 도파관(1)은 도파관(1)을 따라 측방향으로 연장되는 입력 단부(2)를 갖는다. 광원의 어레이(15)가 입력 단부(2)를 따라 배치되고 광을 도파관(1) 내로 입력한다.

도파관(1)은 또한 입력 단부(2)에서 입력되는 광을 도파관(1)을 따라 전방 및 후방으로 안내하기 위해 입력 단부(2)로부터 반사 단부(4)로 도파관(1)에 걸쳐 연장되는 대향하는 제1 및 제2 안내 표면(6, 8)을 갖는다. 제2 안내 표면(8)은 복수의 광 추출 특징부(12)를 갖고, 이러한 복수의 광 추출 특징부는 반사 단부(4)를 향하고, 입력 단부(2)에 걸친 상이한 입력 위치들로부터의, 반사 단부(4)로부터 다시 도파관(1)을 통해 안내되는 광의 적어도 일부를 제1 안내 표면(6)을 통해 입력 위치에 의존하는 상이한 방향으로 편향시키도록 배열된다.

작동 시에, 광선은 광원 어레이(15)로부터 입력 단부를 통해 지향되고, 반사 단부(4)로의 손실 없이 제1 및 제2 안내 표면들(6, 8) 사이에서 안내된다. 반사된 광선은 소면(12)에 입사하고, 광선(230)으로서 반사에 의해 출력되거나 광선(232)으로서 투과된다. 투과된 광선(232)은 후방 반사기(800)의 소면(803, 805)에 의해 다시 도파관(1)을 통해 지향된다. 후방 반사기의 작동은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제10,054,732호에 추가로 기술되어 있다.

도 27b에 예시된 바와 같이, 만곡형 반사 단부(4) 및 소면(12)의 광학 굴절력은, 공간 광 변조기(48)를 통해 투과되고 전형적으로 도파관(1)의 광학 축(199)에 정렬되는 축(197)을 갖는 광학 윈도우(26)를 제공한다. 유사한 광학 윈도우(26)가 후방 반사기(800)에 의해 반사되는 투과된 광선(232)에 의해 제공된다.

도 27c는 스위칭가능 액정 지연기가 없는 디스플레이 장치에 사용될 때 도 27b의 출력의 시계 휘도 플롯을 예시한 개략적인 그래프이다.

따라서, 스누퍼(47)에 의해 관찰되는 축외 관찰 위치에 대해, 예를 들어 0도의 고도 및 +/-45도의 측각에서 중심 피크 휘도의 1% 내지 3%의 감소된 휘도를 가질 수 있다. 축외 휘도의 추가의 감소가 본 실시예의 복수의 지연기(301, 330)에 의해 달성된다.

이제, 낮은 축외 휘도를 가진 다른 유형의 지향성 백라이트가 기술될 것이다.

도 28a는 스위칭가능 시준 도파관(901)을 포함하는 백라이트(20)와 스위칭가능 액정 지연기(300) 및 추가 편광기(318)를 포함하는 스위칭가능 지향성 디스플레이 장치를 측면도로 예시한 개략도이다. 도 28a의 백라이트(20)는 본 명세서에 기술된 디바이스들 중 임의의 것에 적용될 수 있고, 하기와 같이 배열된다.

도파관(901)은 도파관(901)을 따라 측방향으로 연장되는 입력 단부(902)를 갖는다. 광원의 어레이(915)가 입력 단부(902)를 따라 배치되고 광을 도파관(1) 내로 입력한다. 도파관(901)은 또한 입력 단부(2)에서 입력되는 광을 도파관(1)을 따라 전방 및 후방으로 안내하기 위해 입력 단부(2)로부터 반사 단부(4)로 도파관(1)에 걸쳐 연장되는 대향하는 제1 및 제2 안내 표면(906, 908)을 갖는다. 작동 시에, 광은 제1 및 제2 안내 표면들(906, 908) 사이에서 안내된다.

제1 안내 표면(906)에는 복수의 긴 렌즈형 요소(905)를 포함하는 렌즈형 구조체(904)가 제공될 수 있고, 제2 안내 표면(908)에는 경사지고 광 추출 특징부로서 작용하는 프리즘형 구조체(912)가 제공될 수 있다. 렌즈형 구조체(904)의 복수의 긴 렌즈형 요소(905) 및 복수의 경사진 광 추출 특징부는 도파관(901)을 통해 안내되는 입력 광을 제1 안내 표면(906)을 통해 출사하도록 편향시킨다.

평면형 반사기일 수 있는 후방 반사기(903)가 표면(908)을 통해 투과되는 광을 다시 도파관(901)을 통해 지향시키도록 제공된다.

렌즈형 구조체(904)의 렌즈형 요소(905) 및 프리즘형 구조체(912) 둘 모두에 입사하는 출력 광선은 표면(906)에 대한 그레이징 입사(grazing incidence)에 근접한 각도로 출력된다. 소면(927)을 포함하는 프리즘형 방향전환 필름(926)이 출력 광선(234)을 내부 전반사에 의해 공간 광 변조기(48) 및 보상형 스위칭가능 액정 지연기(300)를 통해 재지향시키도록 배열된다.

도 28b는 시준 도파관(901)의 출력을 평면도로 예시한 개략도이다. 프리즘형 구조체(912)는, 임계각 미만이고 따라서 빠져나갈 수 있는 렌즈형 구조체(904)에의 입사각으로 광을 제공하도록 배열된다. 렌즈형 표면의 에지에의 입사 시에, 표면의 경사는 빠져나가는 광선에 대한 광 편향을 제공하고 시준 효과를 제공한다. 광선(234)은 시준된 도파관(901)의 렌즈형 구조체(904)의 위치(185)에 입사하는, 광선(188a 내지 188c) 및 광선(189a 내지 189c)에 의해 제공될 수 있다.

도 28c는 도 28a의 디스플레이 장치에 대한 등-휘도 시계 극 플롯을 예시한 개략적인 그래프이다. 따라서, 크기가 구조체(904, 912) 및 방향전환 필름(926)에 의해 결정되는, 좁은 출력 광 원추가 제공될 수 있다.

유리하게는, 스누퍼가 예를 들어 45도 이상의 측각으로 위치될 수 있는 영역에서, 디스플레이로부터의 출력의 휘도는 작고, 전형적으로 2% 미만이다. 출력 휘도의 추가의 감소를 달성하는 것이 바람직할 것이다. 그러한 추가의 감소는 도 28a에 예시된 바와 같이 보상형 스위칭가능 액정 지연기(300) 및 추가 편광기(318)에 의해 제공된다. 유리하게는, 낮은 축외 휘도를 가진 높은 성능의 프라이버시 디스플레이가 넓은 시계에 걸쳐 제공될 수 있다.

본 실시예의 복수의 지연기(301, 330)와 함께 도 27a 및 도 28a에 기술된 유형과 같은 지향성 백라이트는 전형적인 스누퍼(47) 위치에 대해 달성될 수 있는 1.5% 미만, 바람직하게는 0.75% 미만, 가장 바람직하게는 0.5% 미만의 축외 휘도를 달성할 수 있다. 추가로, 주 사용자(45)에 대해 높은 축상 휘도 및 균일성이 제공될 수 있다. 유리하게는, 도 1a에 예시된 제어 시스템(352)에 의한 스위칭가능 지연기(301)의 제어에 의해 광각 모드로 스위칭될 수 있는, 낮은 축외 휘도를 가진 높은 성능의 프라이버시 디스플레이가 넓은 시계에 걸쳐 제공될 수 있다.

이제, 축외 조명에 대한 평행한 편광기들 사이의 지연기 층의 작동이 추가로 기술될 것이다. 전술된 다양한 디바이스에서, 지연기는 다양한 상이한 구성으로 한 쌍의 편광기들(전형적으로, 추가 편광기(318)와 입력 편광기(210) 및 출력 편광기(218) 중 하나) 사이에 배열된다. 각각의 경우에, 지연기는 보상형 스위칭가능 지연기(300)의 스위칭가능 상태들 중 적어도 하나에서, 그들이 지연기의 평면에 대한 법선을 따른 축을 따라 한 쌍의 편광기 및 복수의 지연기를 통과하는 광의 휘도에 영향을 주지 않지만 그들이 지연기의 평면에 대한 법선에 대해 경사진 축을 따라 한 쌍의 편광기 및 복수의 지연기를 통과하는 광의 휘도를 감소시키도록 구성된다. 이제 이러한 효과의 설명이 더욱 상세히 제공될 것이며, 그 원리는 전술된 모든 디바이스에 일반적으로 적용될 수 있다.

도 29a는 축외 광에 의한 지연기 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도이다. 보정 지연기(630)는 x-축에 대해 0도에서 광학 축 방향(634)을 가진 굴절률 타원체(632)에 의해 표현된 복굴절성 재료를 포함하고 두께(631)를 가질 수 있다. 수직 광선(636)은 재료 내의 경로 길이가 두께(631)와 동일하도록 전파된다. y-z 평면 내에 있는 광선(637)은 증가된 경로 길이를 갖지만; 재료의 복굴절은 광선(636)과 실질적으로 동일하다. 비교로서, x-z 평면 내에 있는 광선(638)은 복굴절성 재료 내에서 증가된 경로 길이를 갖고, 추가로 복굴절은 수직 광선(636)과 상이하다.

따라서, 지연기(630)의 지연은 각각의 광선의 입사각 및 또한 입사 평면에 의존하는데, 즉 x-z 내의 광선(638)은 수직 광선(636) 및 y-z 평면 내의 광선(637)과 상이한 지연을 가질 것이다.

이제, 지연기(630)와의 편광된 광과 상호작용이 기술될 것이다. 지향성 백라이트(101)에서 작동 중의 제1 및 제2 편광 성분과 구별하기 위해, 하기의 설명은 제3 및 제4 편광 성분을 참조할 것이다.

도 29b는 x-축에 대해 90도에서 제3 선형 편광 상태의 축외 광에 의한 지연기 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도이고, 도 29c는 x-축에 대해 0도에서 제4 선형 편광 상태의 축외 광에 의한 지연기 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도이다. 그러한 배열에서, 입사 선형 편광 상태는 타원(632)에 의해 표현된 복굴절성 재료의 광학 축에 정렬된다. 결과적으로, 제3 및 제4 직교 편광 성분들 사이의 위상차가 제공되지 않고, 각각의 광선(636, 637, 638)에 대한 선형 편광된 입력의 편광 상태의 결과적인 변화가 없다. 따라서, 지연기(630)는 지연기(630)의 평면에 대한 법선을 따른 축을 따라 지연기(630)의 입력측 상에서 편광기에 의해 통과된 광의 편광 성분에 위상 시프트를 도입하지 않는다. 따라서, 지연기(630)는 지연기(630)의 각각의 측 상에서 지연기(630) 및 편광기(도시되지 않음)를 통과하는 광의 휘도에 영향을 주지 않는다. 도 29a 내지 도 29c가 수동형인 지연기(630)에 특정하게 관련되지만, 유사한 효과가 전술된 디바이스 내의 복수의 지연기에 의해 그리고 스위칭가능 액정 지연기에 의해 달성된다.

도 29d는 45도에서 선형 편광 상태의 축외 광에 의한 지연기(630) 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도이다. 선형 편광 상태는 각각 광학 축(634) 방향에 직교하고 평행한 제3 및 제4 편광 성분으로 분해될 수 있다. 지연기 두께(631) 및 굴절률 타원체(632)에 의해 표현된 재료 지연은 설계 파장에 대해, 광선(636)에 의해 표현된 수직 방향으로 그에 입사하는 제3 및 제4 편광 성분의 위상을 1/2 파장만큼 상대적으로 시프팅하는 순 효과를 제공할 수 있다. 설계 파장은 예를 들어 500 내지 550 nm의 범위 내일 수 있다.

그러면, 설계 파장에서 그리고 광선(636)을 따라 수직으로 전파되는 광에 대해, 출력 편광은 -45도에서 선형 편광 상태(640)로 90도만큼 회전될 수 있다. 광선(637)을 따라 전파되는 광은 두께의 변화로 인해 광선(637)을 따른 위상차와 유사하지만 동일하지는 않은 위상차를 볼 수 있으며, 따라서 광선(636)에 대한 출력 광의 선형 편광 축과 유사한 주축을 가질 수 있는 타원형 편광 상태(639)가 출력될 수 있다.

대조로서, 광선(638)을 따른 입사 선형 편광 상태에 대한 위상차가 상당히 상이할 수 있으며, 특히 보다 낮은 위상차가 제공될 수 있다. 그러한 위상차는 주어진 경사각(642)에서 실질적으로 원형인 출력 편광 상태(644)를 제공할 수 있다. 따라서, 지연기(630)는 지연기(630)의 평면에 대한 법선에 대해 경사진 광선(638)에 대응하는 축을 따라 지연기(630)의 입력측 상에서 편광기에 의해 통과된 광의 편광 성분에 위상 시프트를 도입한다. 도 29d가 수동형인 지연기(630)에 관련되지만, 유사한 효과가 프라이버시 모드에 대응하는 스위칭가능 액정 지연기의 스위칭가능 상태에서, 전술된 복수의 지연기에서, 그리고 스위칭가능 액정 지연기에 의해 달성된다.

이제, 지연기 스택의 축외 거동을 예시하기 위해, 추가 편광기(318)와 출력 디스플레이 편광기(218) 사이의 C-플레이트(308A, 308B)의 각도 휘도 제어가 평행한 편광기들(500, 210) 사이의 C-플레이트(560)의 작동을 참조하여 다양한 축외 조명 배열에 대해 기술될 것이다.

도 30a는 양의 고도를 가진 축외 편광된 광에 의한 C-플레이트 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도이다. 입사 선형 편광 성분(704)은 지연기(560)의 평면에 수직인 광학 축 방향(507)을 가진 C-플레이트인 지연기(560)의 복굴절성 재료(632)에 입사된다. 편광 성분(704)은 액정 분자를 통한 투과율에 대해 순 위상차를 보이지 않고, 따라서 출력 편광 성분은 성분(704)과 동일하다. 따라서, 편광기(210)를 통해 최대 투과율이 나타난다. 따라서, 지연기는 지연기(560)의 평면, 즉 x-y 평면에 수직인 광학 축(561)을 갖는 지연기(560)를 포함한다. 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 지연기(560)는 C-플레이트를 포함한다.

도 30b는 음의 측각을 가진 축외 편광된 광에 의한 C-플레이트 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도이다. 도 30a의 배열에서와 같이, 편광 상태(704)는 순 위상차를 보이지 않고 최대 휘도로 투과된다. 따라서, 지연기(560)는 지연기(560)의 평면에 대한 법선을 따른 축을 따라 지연기(560)의 입력측 상에서 편광기에 의해 통과된 광의 편광 성분에 위상 시프트를 도입하지 않는다. 따라서, 지연기(560)는 지연기(560)의 각각의 측 상에서 지연기(560) 및 편광기(도시되지 않음)를 통과하는 광의 휘도에 영향을 주지 않는다. 도 29a 내지 도 29c가 수동형인 지연기(560)에 특정하게 관련되지만, 유사한 효과가 전술된 디바이스 내의 복수의 지연기에 의해 그리고 스위칭가능 액정 지연기에 의해 달성된다.

도 30c는 양의 고도 및 음의 측각을 가진 축외 편광된 광에 의한 C-플레이트 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도이다. 도 30a 및 도 30b의 배열과 비교하여, 편광 상태(704)는 복굴절성 재료(632)에 대해 고유 상태(eigenstate)(703, 705)로 분해되어 지연기(560)를 통한 투과율에 대해 순 위상차를 제공한다. 결과적인 타원형 편광 성분(656)은 도 30a 및 도 30b에 예시된 광선과 비교하여 감소된 휘도를 갖고서 편광기(210)를 통해 투과된다.

도 30d는 양의 고도 및 양의 측각을 가진 축외 편광된 광에 의한 C-플레이트 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도이다. 도 30c와 유사한 방식으로, 편광 성분(704)은 순 위상차를 겪는 고유 상태(703, 705)로 분해되고, 타원형 편광 성분(660)이 제공되며, 이는 편광기를 통한 투과 후에 각각의 축외 광선의 휘도를 감소시킨다. 따라서, 지연기(560)는 지연기(560)의 평면에 대한 법선에 대해 경사진 축을 따라 지연기(560)의 입력측 상에서 편광기에 의해 통과된 광의 편광 성분에 위상 시프트를 도입한다. 도 29d가 수동형인 지연기(560)에 관련되지만, 유사한 효과가 프라이버시 모드에 대응하는 스위칭가능 액정 지연기의 스위칭가능 상태에서, 전술된 복수의 지연기에서, 그리고 스위칭가능 액정 지연기에 의해 달성된다.

도 30e는 도 30a 내지 도 30d의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이다. 따라서, C-플레이트는 극 사분면(polar quadrant)에서 휘도 감소를 제공할 수 있다. 본 명세서의 다른 곳에 기술된 스위칭가능 액정 지연기(301)와 조합되어, (i) C-플레이트의 휘도 감소의 제거가 제1 광각 작동 상태에서 제공될 수 있고, (ii) 휘도 감소에 대한 확장된 극 영역이 제2 프라이버시 작동 상태에서 달성될 수 있다.

이제, 지연기 스택의 축외 거동을 예시하기 위해, 추가 편광기(318)와 출력 디스플레이 편광기(218) 사이의 교차형 A-플레이트(308A, 308B)의 각도 휘도 제어가 다양한 축외 조명 배열에 대해 기술될 것이다.

도 31a는 양의 고도를 가진 축외 편광된 광에 의한 교차형 A-플레이트 지연기 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도이다. 전기 벡터 투과 방향(219)을 가진 선형 편광기(218)는 교차형 A-플레이트(308A, 308B)의 제1 A-플레이트(308A) 상에 측방향에 평행한 선형 편광 상태(704)를 제공하도록 사용된다. 광학 축 방향(309A)은 측방향에 대해 +45도로 경사진다. 양의 고도 방향으로 축외 각도 θ₁에 대한 지연기(308A)의 지연은 출력 시에 대체로 타원형인 결과적인 편광 성분(650)을 제공한다. 편광 성분(650)은 제1 A-플레이트(308A)의 광학 축 방향(309A)에 직교하는 광학 축 방향(309B)을 갖는 교차형 A-플레이트(308A, 308B)의 제2 A-플레이트(308B)에 입사된다. 도 31a의 입사 평면에서, 축외 각도 θ₁에 대한 제2 A-플레이트(308B)의 지연은 제1 A-플레이트(308A)의 지연과 동일하면서 반대이다. 따라서, 입사 편광 성분(704)에 대해 순 0 지연이 제공되고, 출력 편광 성분은 입력 편광 성분(704)과 동일하다.

출력 편광 성분은 추가 편광기(318)의 전기 벡터 투과 방향에 정렬되고, 따라서 효율적으로 투과된다. 유리하게는, 최대 투과 효율이 달성되도록 0의 측각 각도 성분을 갖는 광선에 대해 실질적으로 손실이 제공되지 않는다.

도 31b는 음의 측각을 가진 축외 편광된 광에 의한 교차형 A-플레이트 지연기 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도이다. 따라서, 입력 편광 성분은 제1 A-플레이트(308A)에 의해 대체로 타원형 편광 상태인 중간 편광 성분(652)으로 변환된다. 제2 A-플레이트(308B)는 역시 출력 편광 성분이 입력 편광 성분(704)과 동일하고 광이 편광기(318)를 통해 효율적으로 투과되도록 제1 A-플레이트와 동일하면서 반대인 지연을 제공한다.

따라서, 지연기는 교차되는 지연기(308A, 308B)의 평면, 즉 본 실시예에서 x-y 평면 내의 광학 축을 갖는 한 쌍의 지연기(308A, 308B)를 포함한다. 한 쌍의 지연기(308A, 308B)는 편광기(318)의 전기 벡터 투과에 평행한 전기 벡터 투과 방향에 대해 45°로 각각 연장되는 광학 축(309A, 309B)을 갖는다.

유리하게는, 최대 투과 효율이 달성되도록 0의 고도 각도 성분을 갖는 광선에 대해 실질적으로 손실이 제공되지 않는다.

도 31c는 양의 고도 및 음의 측각을 가진 축외 편광된 광에 의한 교차형 A-플레이트 지연기 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도이다. 편광 성분(704)은 제1 A-플레이트(308A)에 의해 타원형 편광 성분(654)으로 변환된다. 결과적인 타원형 성분(656)이 제2 A-플레이트(308B)로부터 출력된다. 타원형 성분(656)은 제1 편광 성분(704)의 입력 휘도와 비교하여 감소된 휘도를 갖고서 입력 편광기(318)에 의해 분해된다.

도 31d는 양의 고도 및 양의 측각을 가진 축외 편광된 광에 의한 교차형 A-플레이트 지연기 층의 조명을 사시도로 예시한 개략도이다. 편광 성분(658, 660)은 제1 및 제2 지연기의 순 지연이 보상을 제공하지 않기 때문에 제1 및 제2 A-플레이트(308A, 308B)에 의해 제공된다.

따라서, 0이 아닌 측각 및 0이 아닌 고도 성분을 갖는 광선에 대해 휘도가 감소된다. 유리하게는, 디스플레이 프라이버시가 관찰 사분면에 배열되는 스누퍼에 대해 증가될 수 있는 한편, 주 디스플레이 사용자에 대한 발광 효율은 실질적으로 감소되지 않는다.

도 31e는 도 31a 내지 도 31d의 투과된 광선에 대한 극 방향에 따른 출력 투과율의 변동을 예시한 개략적인 그래프이다. 도 30e의 배열과 비교하여, 휘도 감소의 면적이 축외 관찰에 대해 증가된다. 그러나, 스위칭가능 액정 지연기(301)는 제1 광각 모드 작동 상태에서 축외 관찰에 대해 C-플레이트 배열과 비교하여 감소된 균일성을 제공할 수 있다.

본 명세서에 사용될 수 있는 바와 같이, 용어 "실질적으로" 및 "대략"은 그의 대응하는 용어 및/또는 항목들 사이의 상대성에 대해 당업계에서 허용되는 허용오차를 제공한다. 그러한 당업계에서 허용되는 허용오차는 0 퍼센트 내지 10 퍼센트의 범위이고, 성분 값, 각도 등에 대응하지만 이에 제한되지 않는다. 항목들 사이의 그러한 상대성은 대략 0 퍼센트 내지 10 퍼센트의 범위이다.

본 명세서에 개시된 원리에 따른 다양한 실시예가 전술되었지만, 그들은 제한이 아닌 단지 예로서 제시되었음을 이해하여야 한다. 따라서, 본 개시의 범위 및 범주는 전술된 예시적인 실시예들 중 임의의 것에 의해 제한되어야 하는 것이 아니라, 본 개시로부터 유래되는 임의의 청구범위 및 그들의 등가물에 따라서만 한정되어야 한다. 또한, 위의 이점 및 특징이 기술된 실시예에 제공되지만, 위의 이점들 중 임의의 것 또는 모두를 달성하는 공정 및 구조에 대한 그러한 유래된 청구범위의 적용을 제한하지 않아야 한다.

또한, 본 명세서의 섹션 표제는 37 CFR 1.77 하의 제안과의 일관성을 위해 또는 달리 조직적 단서를 제공하기 위해 제공된다. 이들 표제는 본 개시로부터 유래될 수 있는 임의의 청구범위에 기재된 실시예(들)를 제한하거나 특성화하지 않아야 한다. 구체적으로 그리고 예로서, 표제가 "기술분야"를 지칭하지만, 청구범위는 그렇게 불리는 분야를 설명하기 위해 이러한 표제 하에 선택된 언어에 의해 제한되지 않아야 한다. 또한, "배경기술"에서의 기술의 설명은 소정 기술이 본 개시에서의 임의의 실시예(들)에 대한 종래 기술임을 인정하는 것으로 해석되지 않아야 한다. "발명의 내용"도 또한 유래된 청구범위에 기재된 실시예(들)의 특성화로 고려되지 않아야 한다. 또한, 본 개시에서 단수형으로의 "발명"에 대한 임의의 언급은 본 개시에 단지 하나의 신규성의 사항만이 존재한다고 주장하기 위해 사용되지 않아야 한다. 다수의 실시예가 본 개시로부터 유래되는 다수의 청구범위의 제한에 따라 기재될 수 있으며, 따라서 그러한 청구범위는 그에 의해 보호되는 실시예(들) 및 그들의 등가물을 한정한다. 모든 경우에, 그러한 청구범위의 범주는 본 개시를 고려하여 그들 자체의 장점에 따라 고려되어야 하지만, 본 명세서에 기재된 표제에 의해 구속되지 않아야 한다.

Claims (59)

1. 스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스(display device)로서,
   광을 출력하도록 배열되는 백라이트(backlight);
   상기 백라이트로부터 출력되는 광을 수광하도록 배열되는 투과형 공간 광 변조기(transmissive spatial light modulator);
   상기 공간 광 변조기의 일측 상에 배열되는 디스플레이 편광기(display polariser);
   상기 디스플레이 편광기와 동일한 상기 공간 광 변조기의 측 상에 배열되는 추가 편광기(additional polariser) - 상기 디스플레이 편광기와 상기 추가 편광기는 평행한 전기 벡터 투과 방향(electric vector transmission directions)들을 가짐 - ; 및
   상기 추가 편광기와 상기 디스플레이 편광기 사이에 배열되는 복수의 지연기(retarder)들 - 상기 복수의 지연기들 사이에는 편광기들이 배치되지 않음 - 을 포함하고,
   상기 복수의 지연기들은 스위칭가능 액정 지연기(switchable liquid crystal retarder) 및 적어도 하나의 수동형 보상 지연기(passive compensation retarder)를 포함하고,
   상기 스위칭 가능 액정 지연기는: 양의 유전율 이방성(positive dielectric anisotropy)을 가지고 550 nm의 파장의 광에 대해 500 nm 내지 1000 nm 범위 내의 지연을 갖는 액정 재료의 층, 및 상기 액정 재료의 층에 인접하게 그리고 상기 스위칭가능 액정 지연기의 서로 반대편에 있는 면들 상에 배치되고 인접한 액정 재료 내에 호모지니어스 정렬(homogeneous alignment)을 제공하도록 각각 배열되는 2개의 표면 정렬 층들을 포함하고, 각각의 상기 표면 정렬 층들은 상기 디스플레이 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 평행 또는 역평행(anti-parallel)하거나 직교(orthogonal)하는 액정 층의 평면 내의 성분을 가진 프리틸트 방향(pretilt direction)을 갖는 프리틸트를 갖고,
   상기 적어도 하나의 수동형 보상 지연기는: 수동형 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖고, 550 nm의 파장의 광에 대해 -300 nm 내지 -700 nm 범위 내의 지연을 갖는 상기 수동형 지연기; 또는 교차되는 수동형 지연기들의 평면 내에 광학 축들을 갖고 한 쌍의 상기 수동형 지연기들 각각은 550 nm의 파장의 광에 대해 300 nm 내지 800 nm 범위 내의 지연을 갖는 상기 한 쌍의 수동형 지연기들 중 하나를 포함하는,
   스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
2. 제1항에 있어서, 상기 액정 재료의 층은 550 nm의 파장의 광에 대해 600 nm 내지 850 nm 범위 내의 지연을 갖는, 스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
3. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수동형 보상 지연기는:
   지연기의 평면에 수직인 상기 지연기의 광학 축을 갖는, 상기 지연기를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 수동형 보상 지연기는 550 nm의 파장의 광에 대해 -350 nm 내지 -600 nm 범위 내의 지연을 갖는 상기 지연기, 또는
   교차되는 지연기들의 평면 내의 광학 축들을 갖는, 상기 한 쌍의 지연기들을 포함하고, 상기 한 쌍의 지연기들의 각각의 지연기는 550 nm의 파장의 광에 대해 350 nm 내지 650 nm 범위 내의 지연을 갖는 한 쌍의 지연기들 중 하나를 포함하는,
   스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 지연기들은 지연기들의 평면에 대한 법선을 따른 축을 따라 상기 디스플레이 편광기, 상기 추가 편광기 및 상기 복수의 지연기들을 통과하는 광의 휘도에 영향을 주지 않도록 배열되는,
   스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 지연기들은 지연기들의 평면에 대한 법선에 대해 경사진 축을 따라 상기 디스플레이 편광기, 상기 추가 편광기 및 상기 복수의 지연기들을 통과하는 광의 휘도를 감소시키도록 배열되는,
   스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
6. 제1항에 있어서, 상기 스위칭가능 액정 지연기는 상기 액정 재료의 층을 제어하기 위한 전압을 인가하도록 배열되는 전극들을 추가로 포함하는,
   스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
7. 제6항에 있어서, 상기 전극들은 상기 액정 재료의 층의 서로 반대편에 있는 면들 상에 있는,
   스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 전극들은 적어도 2개의 패턴 영역들을 제공하도록 패턴화되는,
   스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
9. 제6항에 있어서, 적어도 하나의 스위칭가능 액정 지연기의 전극들을 가로질러 인가되는 전압을 제어하도록 배열되는 제어 시스템을 추가로 포함하는,
   스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
10. 제9항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스에 대한 스누퍼(snooper)의 위치를 결정하기 위한 수단을 추가로 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 스누퍼 위치에 응답하여 적어도 하나의 스위칭가능 액정 지연기의 전극들을 가로질러 인가되는 전압을 조절하도록 배열되는,
    스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
11. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스는 제 2 지연기(second retarder) 및 제 2 추가 편광기(second additional polariser)를 추가로 포함하고, 상기 제 2 지연기는 상기 추가 편광기와 상기 제 2 추가 편광기 사이에 배열되는,
    스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
12. 제1항에 있어서, 상기 백라이트는 45도 초과의 상기 공간 광 변조기에 대한 법선에 대한 극각(polar angle)들에서, 상기 공간 광 변조기에 대한 상기 법선을 따른 휘도의 33% 이하인 휘도를 제공하는,
    스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
13. 제1항에 있어서, 상기 백라이트는,
    광원들의 어레이(array of light sources);
    지향성 도파관(directional waveguide)을 포함하고, 상기 지향성 도파관은:
    상기 지향성 도파관의 측부를 따라 측방향으로 연장되는 입력 단부로서, 상기 광원들은 상기 입력 단부를 따라 배치되고 입력 광을 상기 도파관 내로 입력하도록 배열되는, 상기 입력 단부; 및
    상기 입력 단부에서 입력되는 광을 상기 도파관을 따라 안내하기 위해 상기 입력 단부로부터 상기 지향성 도파관에 걸쳐 연장되는 대향하는 제1 및 제2 안내 표면(guide surface)들로서, 상기 도파관은 상기 지향성 도파관을 통해 안내되는 입력 광을 상기 제1 안내 표면을 통해 출사하도록 편향시키게 배열되는, 상기 대향하는 제1 및 제2 안내 표면들을 포함하는, 스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
14. 제13항에 있어서, 상기 백라이트는 광 방향전환 필름(light turning film)을 추가로 포함하고, 상기 지향성 도파관은 시준 도파관(collimating waveguide)인,
    스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
15. 제14항에 있어서, 상기 시준 도파관은,
    (i) 복수의 긴 렌즈형 요소(elongate lenticular element)들; 및
    (ii) 복수의 경사진 광 추출 특징부들을 포함하고,
    상기 복수의 긴 렌즈형 요소들 및 상기 복수의 경사진 광 추출 특징부들은 상기 지향성 도파관을 통해 안내되는 입력 광을 상기 제1 안내 표면을 통해 출사하도록 편향시키게 배향되는,
    스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
16. 제13항에 있어서, 상기 지향성 도파관은 상기 광원들로부터의 출력 광이 상기 광원들의 입력 위치들에 의존하여 분포되는 출력 방향들로 각각의 광학 윈도우(optical window)들 내로 지향되도록 상기 광원들을 상기 측방향으로 이미징하게 배열되는 이미징 도파관(imaging waveguide)인,
    스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
17. 제16항에 있어서, 상기 이미징 도파관은 상기 입력 광을 다시 상기 이미징 도파관을 따라 반사하기 위한 반사 단부를 포함하고, 상기 제2 안내 표면은 상기 반사된 입력 광을 상기 제1 안내 표면을 통해 출력 광으로서 편향시키도록 배열되고, 상기 제2 안내 표면은 광 추출 특징부들 및 상기 광 추출 특징부들 사이의 중간 영역들을 포함하고, 상기 광 추출 특징부들은 상기 반사된 입력 광을 상기 제1 안내 표면을 통해 출력 광으로서 편향시키도록 배향되고, 상기 중간 영역들은 광을 상기 도파관을 통해 상기 광을 추출함이 없이 지향시키도록 배열되고,
    상기 반사 단부는 상기 제1 안내 표면과 제2 안내 표면 사이에서 연장되는 상기 도파관의 측부들 사이에서 연장되는 측방향으로 양의 광학 굴절력(positive optical power)을 갖는,
    스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
18. 제1항에 있어서, 상기 디스플레이 편광기는 상기 백라이트와 상기 공간 광 변조기 사이에서 상기 공간 광 변조기의 입력측 상에 배열되는 입력 디스플레이 편광기이고, 상기 추가 편광기는 상기 입력 디스플레이 편광기와 상기 백라이트 사이에 배열되는,
    스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
19. 제18항에 있어서, 상기 추가 편광기는 반사성 편광기인,
    스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스는 상기 공간 광 변조기의 출력측 상에 배열되는 출력 편광기를 추가로 포함하는,
    스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
21. 제1항에 있어서, 상기 디스플레이 편광기는 상기 공간 광 변조기의 출력측 상에 배열되는 출력 편광기인,
    스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
22. 제21항에 있어서, 상기 스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스는 상기 공간 광 변조기의 입력측 상에 배열되는 입력 편광기를 추가로 포함하는,
    스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
23. 제22항에 있어서, 상기 공간 광 변조기의 입력측 상에 배열되는 제 2 추가 편광기 및 상기 제 2 추가 편광기와 상기 입력 편광기 사이에 배열되는 제 2 지연기를 추가로 포함하는,
    스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
24. 제1항에 있어서, 상기 공간 광 변조기는 광을 출력하도록 배열되는 발광형(emissive) 공간 광 변조기를 포함하고, 상기 디스플레이 편광기는 상기 발광형 공간 광 변조기의 출력측 상에 배열되는 출력 디스플레이 편광기인,
    스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스.
25. 공간 광 변조기 및 상기 공간 광 변조기의 일측 상에 배열되는 디스플레이 편광기를 포함하는 스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스에 적용되는 시야각 제어 광학 요소(view angle control optical element)로서, 상기 시야각 제어 광학 요소는 상기 스위칭 가능한 프라이버시 디스플레이 디바이스에 대한 상기 시야각 제어 광학 요소의 적용 시에 추가 편광기와 상기 디스플레이 편광기 사이에 배열되는 복수의 지연기들 - 상기 복수의 지연기들 사이에는 편광기들이 배치되지 않고, 상기 디스플레이 편광기와 상기 추가 편광기는 평행한 전기 벡터 투과 방향들을 가짐 - 및 제어 편광기를 포함하고,
    상기 복수의 지연기들은 스위칭가능 액정 지연기 및 적어도 하나의 수동형 보상 지연기를 포함하고,
    상기 스위칭 가능 액정 지연기는: 양의 유전율 이방성(positive dielectric anisotropy)을 갖고 550 nm의 파장의 광에 대해 500 nm 내지 1000 nm 범위 내의 지연을 가지는 액정 재료의 층, 및 상기 액정 재료의 층에 인접하게 그리고 상기 스위칭가능 액정 지연기의 서로 반대편에 있는 면들 상에 배치되고 인접한 액정 재료 내에 호모지니어스 정렬(homogeneous alignment)을 제공하도록 각각 배열되는 2개의 표면 정렬 층들을 포함하고, 각각의 상기 표면 정렬 층들은 상기 디스플레이 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 평행 또는 역평행(anti-parallel)하거나 직교(orthogonal)하는 액정 층의 평면 내의 성분을 가진 프리틸트 방향(pretilt direction)을 갖는 프리틸트를 갖고,
    상기 적어도 하나의 수동형 보상 지연기는: 수동형 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖고, 550 nm의 파장의 광에 대해 -300 nm 내지 -700 nm 범위 내의 지연을 갖는 상기 수동형 지연기; 또는 교차되는 수동형 지연기들의 평면 내의 광학 축들을 갖고 한 쌍의 수동형 지연기들 각각은 550 nm의 파장의 광에 대해 300 nm 내지 800 nm 범위 내의 지연을 갖는 상기 한 쌍의 수동형 지연기 중 하나를 포함하는,
    시야각 제어 광학 요소.
    
26. 삭제
27. 삭제
28. 삭제
29. 삭제
30. 삭제
31. 삭제
32. 삭제
33. 삭제
34. 삭제
35. 삭제
36. 삭제
37. 삭제
38. 삭제
39. 삭제
40. 삭제
41. 삭제
42. 삭제
43. 삭제
44. 삭제
45. 삭제
46. 삭제
47. 삭제
48. 삭제
49. 삭제
50. 삭제
51. 삭제
52. 삭제
53. 삭제
54. 삭제
55. 삭제
56. 삭제
57. 삭제
58. 삭제
59. 삭제

Images