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KR20200122326A - 프라이버시 디스플레이를 위한 반사 광학 스택 - Google Patents

프라이버시 디스플레이를 위한 반사 광학 스택 Download PDF

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Publication number
KR20200122326A
KR20200122326A KR1020207024291A KR20207024291A KR20200122326A KR 20200122326 A KR20200122326 A KR 20200122326A KR 1020207024291 A KR1020207024291 A KR 1020207024291A KR 20207024291 A KR20207024291 A KR 20207024291A KR 20200122326 A KR20200122326 A KR 20200122326A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
retarder
polarizer
retarders
passive
liquid crystal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
KR1020207024291A
Other languages
English (en)
Inventor
미카엘 지. 로빈슨
그레함 제이. 우드게이트
요나단 헤롤드
로버트 에이. 램세이
Original Assignee
리얼디 스파크, 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 리얼디 스파크, 엘엘씨 filed Critical 리얼디 스파크, 엘엘씨
Publication of KR20200122326A publication Critical patent/KR20200122326A/ko
Pending legal-status Critical Current

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    • G02F2413/10—Indexing scheme related to G02F1/13363, i.e. to birefringent elements, e.g. for optical compensation, characterised by the number, position, orientation or value of the compensation plates with refractive index ellipsoid inclined, or tilted, relative to the LC-layer surface O plate

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Abstract

프라이버시 디스플레이는 편광된 출력 공간 광 변조기, 반사 편광기, 복수의 극 제어 지연기들, 및 편광기를 포함한다. 프라이버시 동작 모드에서, 공간 광 변조기로부터의 축상 광은 손실 없이 지향되는 반면, 축외 광은 감소된 휘도를 갖는다. 또한, 디스플레이 반사도는 주변 광의 축상 반사에 대해 감소되는 반면, 반사도는 축외 광에 대해 증가된다. 축외 엿보는 사람에 대한 디스플레이의 가시성은 휘도 감소 및 주변 광에 대한 향상된 전방 반사도에 의해 감소된다. 공개 동작 모드에서, 액정 지연은 축외 휘도 및 반사도가 변경되지 않도록 조정된다.

Description

프라이버시 디스플레이를 위한 반사 광학 스택
본 개시는 일반적으로 광 변조 장치들로부터의 조명에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 프라이버시 디스플레이를 포함하는 디스플레이에 사용하기 위한 반사 광학 스택들에 관한 것이다.
프라이버시 디스플레이는 대개 축상(on-axis) 위치에 있는 주 사용자에게 이미지 가시성을 제공하고, 대개 축외(off-axis) 위치에 있는 엿보는 사람(snooper)에게 이미지 콘텐츠의 가시성을 감소시킨다. 프라이버시 기능은 축외 위치에서 낮은 휘도를 갖고 축상 방향에서 디스플레이로부터 높은 휘도를 투과시키는 마이크로 루버(micro-louvre) 광학 필름에 의해 제공될 수 있지만, 그러한 필름은 스위칭가능하지 않으며, 따라서 해당 디스플레이는 프라이버시 전용 기능이 제한된다.
스위칭가능 프라이버시 디스플레이는 축외 광학 출력의 제어에 의해 제공될 수 있다.
제어는 휘도 감소를 이용하여, 예를 들어, 액정 디스플레이(LCD: liquid crystal display) 공간 광 변조기(SLM: spatial light modulator)를 위한 스위칭가능 백라이트를 사용하여 제공될 수 있다. 일반적으로 디스플레이 백라이트는 도파관과, 도파관의 적어도 하나의 입력 엣지를 따라 배열된 광원을 사용한다. 특정한 이미징 지향성 백라이트는 디스플레이 패널을 통해 조명을 뷰잉 윈도우로 지향시키는 부가적인 성능을 가진다. 이미징 시스템은 다수의 광원들과 각각의 윈도우 이미지들 사이에 형성될 수 있다. 이미징 지향성 백라이트의 일 예는 접힌 광학 시스템을 이용할 수 있는 광학 밸브이며, 따라서 접힌 이미징 지향성 백라이트의 예일 수도 있다. 그 전체 내용이 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제9,519,153호에 설명된 바와 같이, 광은 광학 밸브를 통해 한 방향으로 실질적으로 손실 없이 전파될 수 있는 한편, 역전파 광은 경사진 패싯(facets)의 반사에 의해 추출될 수 있다.
축외 프라이버시의 제어는 콘트라스트 감소를 사용하여, 예를 들어 인-플레인(In-Plane)-스위칭 LCD에서 액정 바이어스 경사각(bias tilt)을 조정함으로써, 더 제공될 수 있다.
본 개시의 제1 양태에 따르면, 주변 조명에서 사용하기 위한 디스플레이 장치가 제공되고, 디스플레이 장치는, 광을 출력하도록 배열된 공간 광 변조기(SLM) - SLM은 SLM의 출력 측 위에 배열된 선형 편광기인 출력 편광기를 포함함 -, 출력 편광기의 출력 측 위에 배열된 선형 편광기인 부가적인 편광기, 출력 편광기와 부가적인 편광기 사이에 배열된 선형 편광기인 반사 편광기, 및 반사 편광기와 부가적인 편광기 사이에 배열되는 적어도 하나의 극 제어 지연기를 포함하고, 적어도 하나의 극 제어 지연기는, 적어도 하나의 극 제어 지연기의 평면에 수직인 축을 따라 반사 편광기에 의해 통과되는 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하지 않고 동시에, 적어도 하나의 극 제어 지연기의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 반사 편광기에 의해 통과되는 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입할 수 있다.
적어도 하나의 극 제어 지연기는, 적어도 하나의 극 제어 지연기의 평면에 수직인 축을 따라 반사 편광기에 의해 통과된 광의 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하지 않고/않거나, 적어도 하나의 극 제어 지연기의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 반사 편광기에 의해 통과된 광의 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하도록 배열될 수 있다.
유리하게는, 축외 관찰 위치에 대해 높은 반사도 및 낮은 휘도를, 축상 관찰 위치에 대해 낮은 반사도 및 높은 휘도를 제공하는 지향성 디스플레이가 제공될 수 있다. 이러한 증가된 반사도 및 감소된 휘도는 주변에서 조명되는 환경에서 디스플레이의 축외 관찰자들에 대한 증가된 시각적 보안 레벨(VSL)을 포함하는 향상된 프라이버시 성능을 제공한다. 주변 조건에서 디스플레이를 관찰하는 축외 엿보는 사람에 대한 이미지의 낮은 가시성을 갖는 프라이버시 디스플레이가 제공될 수 있다. 축상 관찰자는 실질적으로 변경되지 않은 디스플레이를 관찰할 수 있다. 일부 관찰자에 대한 낮은 이미지 가시성 및 다른 관찰자에 대한 높은 이미지 가시성을 갖는 낮은 미광 디스플레이가 제공될 수 있다. 디스플레이는 승객 또는 운전자의 가시성을 방지하도록 자동차 차량에서 사용될 수 있다.
적어도 하나의 극 제어 지연기는, 액정(LC) 물질의 층을 포함한 스위칭가능 LC 지연기를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 극 제어 지연기는, 스위칭가능 LC 지연기의 스위칭가능 상태에서, 적어도 하나의 극 제어 지연기의 평면에 수직인 축을 따라 반사 편광기에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순(net) 상대 위상 편이를 도입하지 않으면서 동시에, 적어도 하나의 극 제어 지연기의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 반사 편광기에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하도록 배열될 수 있다.
유리하게는, 디스플레이는, 엿보는 사람에 대해 높은 반사도 및 낮은 휘도를 갖는 프라이버시 또는 낮은 미광 모드와, 다수의 디스플레이 사용자에 대해 높은 콘트라스트 이미지를 달성하면서 축외 사용자에 대한 증가된 휘도 및 낮은 반사도를 갖는 넓은 시야각 모드 사이에서 스위칭될 수 있다. 주 사용자는 두 동작 모드에서 실질적으로 동일한 높은 휘도와 낮은 반사도를 갖는 디스플레이를 관찰할 수 있다.
적어도 하나의 극 제어 지연기는 적어도 하나의 수동 지연기를 더 포함하고, 적어도 하나의 수동 지연기는 적어도 하나의 수동 지연기의 평면에 수직인 축을 따라 반사 편광기에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하지 않으면서, 적어도 하나의 수동 지연기의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 반사 편광기에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하도록 배열될 수 있다.
유리하게는, 수동 극 제어 지연기들이 없이 스위칭가능 LC 극 제어 지연기를 갖는 디스플레이와 비교하여, 높은 VSL이 달성될 수 있는 극좌표 영역이 실질적으로 증가될 수 있다.
적어도 하나의 극 제어 지연기가 스위칭가능 LC 지연기를 포함하는 경우, 일 대안예에서, 스위칭가능 LC 지연기는, LC 물질에 인접하게 그의 반대되는 면들 위에 배치되고 인접한 LC 물질에 수직 배향을 제공하도록 각각 배열되는 2개의 표면 배향층들을 포함할 수 있다. 스위칭가능 LC 지연기의 LC 물질의 층은 음의 유전체 이방성을 갖는 LC 물질을 포함할 수 있다. LC 물질의 층은 500 nm 내지 1000 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 600 nm 내지 900 nm의 범위, 가장 바람직하게는 700 nm 내지 850 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 가질 수 있다.
수직 배향을 제공하는 2개의 표면 배향층들이 제공되는 경우, 적어도 하나의 극 제어 지연기는 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 수동 지연기를 더 포함할 수 있고, 수동 지연기는 -300 nm 내지 -900 nm 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 -450 nm 내지 -800 nm의 범위, 가장 바람직하게는 -500 nm 내지 -725 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 가질 수 있다.
대안적으로, 수직 배향을 제공하는 2개의 표면 배향층들이 제공되는 경우, 적어도 하나의 극 제어 지연기는, 지연기들의 평면 내에 교차되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 더 포함하고, 한 쌍의 수동 지연기들의 각각의 수동 지연기는 300 nm 내지 800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 500 nm 내지 700 nm의 범위, 가장 바람직하게는 550 nm 내지 675 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 가질 수 있다. 유리하게는, 이러한 경우 전압이 인가되지 않은 넓은 시야에 걸쳐 높은 투과도 및 낮은 반사도가 제공될 수 있다. 또한, 낮은 전력 소비를 갖는, 프라이버시 동작 모드에서 측면 방향으로 좁은 시야가 제공될 수 있다.
적어도 하나의 극 제어 지연기가 스위칭가능 LC 지연기를 포함하는 경우, 다른 대안예에서, 스위칭가능 LC 지연기는, LC 물질의 층에 인접하게 그의 반대되는 면들 위에 배치되고 인접한 LC 물질에 수평 배향을 제공하도록 각각 배열되는 2개의 표면 배향층들을 포함할 수 있다. 유리하게는, LC의 반대되는 면들 위의 수직 배향과 비교하여, 인가된 압력 동안 LC 물질의 유동의 가시성에 대한 증가된 복원력이 달성될 수 있다.
스위칭가능 LC 지연기의 LC 물질의 층은 양의 유전체 이방성을 갖는 LC 물질을 포함할 수 있다. LC 물질의 층은 500 nm 내지 900 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 600 nm 내지 850 nm의 범위, 가장 바람직하게는 700 nm 내지 800 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 가질 수 있다.
수평 배향을 제공하는 2개의 표면 배향층들이 제공되는 경우, 적어도 하나의 극 제어 지연기는 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 수동 지연기를 더 포함할 수 있고, 수동 지연기는 -300 nm 내지 -700 nm 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 -350 nm 내지 -600 nm의 범위, 가장 바람직하게는 -400 nm 내지 -500 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 가질 수 있다.
대안적으로, 수평 배향을 제공하는 2개의 표면 배향층들이 제공되는 경우, 적어도 하나의 극 제어 지연기는 지연기들의 평면 내에 교차되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 더 포함할 수 있고, 한 쌍의 수동 지연기들의 각각의 수동 지연기는 300 nm 내지 800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 350 nm 내지 650 nm의 범위, 가장 바람직하게는 450 nm 내지 550 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 가질 수 있다.
지연기들의 평면 내의 교차되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 사용하는 시야는 프라이버시 동작 모드에서 향상된 휘도의 감소 및 반사도의 증가를 가질 수 있다.
적어도 하나의 극 제어 지연기가 스위칭가능 LC 지연기를 포함하는 경우, 다른 대안예에서, 스위칭가능 LC 지연기는, LC 물질의 층에 인접하게 그의 반대되는 면들 위에 배치되는 2개의 표면 배향층들을 포함할 수 있고, 표면 배향층들 중 하나는 인접한 LC 물질에 수직 배향을 제공하도록 배열되며, 표면 배향층들 중 다른 하나는 인접한 LC 물질에 수평 배향을 제공하도록 배열될 수 있다.
수평 배향을 제공하도록 배열된 표면 배향층이 LC 물질의 층과 극 제어 지연기 사이에 있는 경우, LC 물질의 층은 700 nm 내지 2000 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 1000 nm 내지 1500 nm의 범위, 가장 바람직하게는 1200 nm 내지 1500 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 가질 수 있다.
수평 배향을 제공하도록 배열된 표면 배향층이 LC 물질의 층과 극 제어 지연기 사이에 있는 경우, 적어도 하나의 극 제어 지연기는 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 수동 지연기를 더 포함할 수 있고, 적어도 하나의 수동 지연기는 -400 nm 내지 -1800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 -700 nm 내지 -1500 nm의 범위, 가장 바람직하게는 -900 nm 내지 -1300 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 가질 수 있다.
수평 배향을 제공하도록 배열된 표면 배향층이 LC 물질의 층과 극 제어 지연기 사이에 있는 경우, 적어도 하나의 극 제어 지연기는, 지연기들의 평면에서 교차되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 더 포함할 수 있고, 한 쌍의 지연기들의 각각의 지연기는 400 nm 내지 1800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 700 nm 내지 1500 nm의 범위, 가장 바람직하게는 900 nm 내지 1300 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 가질 수 있다. 유리하게는, 인가된 압력 동안 LC 물질의 유동의 가시성에 대한 증가된 복원력이 달성될 수 있다.
수직 배향을 제공하도록 배열된 표면 배향층이 LC 물질의 층과 극 제어 지연기 사이에 있는 경우, LC 물질 층은 500 nm 내지 1800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 700 nm 내지 1500 nm의 범위, 가장 바람직하게는 900 nm 내지 1350 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 가질 수 있다.
수직 배향을 제공하도록 배열된 표면 배향층이 LC 물질의 층과 극 제어 지연기 사이에 있는 경우, 적어도 하나의 극 제어 지연기는 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 수동 지연기를 더 포함할 수 있고, 적어도 하나의 수동 지연기는 -300 nm 내지 -1600 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 -500 nm 내지 -1300 nm의 범위, 가장 바람직하게는 -700 nm 내지 -1150 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 가질 수 있다.
수직 배향을 제공하도록 배열된 표면 배향층이 LC 물질의 층과 극 제어 지연기 사이에 있는 경우, 적어도 하나의 극 제어 지연기는, 지연기들의 평면에서 교차되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 더 포함할 수 있고, 한 쌍의 지연기들의 각각의 지연기는 400 nm 내지 1600 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 600 nm 내지 1400 nm의 범위, 가장 바람직하게는 800 nm 내지 1300 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 가질 수 있다. 유리하게는, LC의 반대되는 면들 위의 수직 배향과 비교하여, 인가된 압력 동안 LC 물질의 유동의 가시성에 대한 증가된 복원력이 달성될 수 있다.
각각의 배향층은 반사 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 평행하거나 역평행하거나 수직인 LC 물질의 층의 평면에 있는 성분을 가진 선경사각 방향을 갖는 선경사각을 가질 수 있다. 유리하게는, 정면 관찰 위치에 대해 높은 휘도가 달성될 수 있다.
각각의 배향층은 반사 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 평행하거나 역평행하거나 수직인 LC 물질의 층의 평면에 있는 성분을 가진 선경사각 방향을 갖는 선경사각을 가질 수 있다.
적어도 하나의 극 제어 지연기가 스위칭가능 LC 지연기를 포함하는 경우, 적어도 하나의 수동 지연기는 2개의 수동 지연기들을 더 포함할 수 있고, 스위칭가능 LC 지연기는 2개의 수동 지연기들 사이에 제공될 수 있다. 디스플레이 장치는 스위칭가능 LC 지연기에 인접한 2개의 수동 지연기들 각각의 면 위에 형성된, 투과 전극 및 LC 표면 배향층을 더 포함할 수 있다. 디스플레이 장치는 스위칭가능 LC 지연기가 그 사이에 제공되는 제1 및 제2 기판을 더 포함하고, 제1 및 제2 기판 각각은 2개의 수동 지연기들 중 하나를 포함할 수 있다. 2개의 수동 지연기들 각각은, -300 nm 내지 -700 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 -350 nm 내지 -600 nm의 범위, 가장 바람직하게는 -400 nm 내지 -500 nm의 범위의 파장의 광에 대한 총 지연을 갖는, 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 가진 수동 지연기를 포함할 수 있다. 2개의 수동 지연기들 각각은 수동 지연기의 평면 내에 광학 축을 가질 수 있고, 광학 축들은 교차되며, 한 쌍의 수동 지연기들의 각각의 수동 지연기는 150 nm 내지 800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 200 nm 내지 700 nm의 범위, 가장 바람직하게는 250 nm 내지 600 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 가질 수 있다. 유리하게는 두께, 비용 및 복잡도가 감소될 수 있다.
스위칭가능 LC 지연기는 LC 물질의 층을 제어하기 위한 전압을 인가하도록 배열된 투과 전극을 더 포함할 수 있다. 투과 전극들은 LC 물질의 층의 반대되는 면들 위에 있을 수 있다. 디스플레이 장치는 스위칭가능 LC 지연기의 전극들에 걸쳐 인가된 전압을 제어하도록 배열된 제어 시스템을 더 포함할 수 있다. 유리하게는, 디스플레이는 프라이버시 동작 모드 및 공개 동작 모드 사이에서 스위칭하도록 제어될 수 있다.
전극들은 적어도 2개의 패턴 영역들을 제공하도록 패터닝될 수 있다. 유리하게는, 프라이버시 모드에서 휘도 및 반사도에 대해 위장 패턴이 적용될 수 있고, 정면 휘도 및 반사도는 실질적으로 변경되지 않을 수 있다.
적어도 하나의 극 제어 지연기는 적어도 하나의 수동 지연기를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 수동 지연기는 적어도 하나의 수동 지연기의 평면에 수직인 축을 따라 반사 편광기에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하지 않으면서, 적어도 하나의 수동 지연기의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 반사 편광기에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하도록 배열될 수 있다. 유리하게는, 스위칭가능 LC 극 제어 지연기가 제공되지 않는 경우, 두께 및 비용이 감소될 수 있고, 효율이 증가될 수 있다.
적어도 하나의 극 제어 지연기는 적어도 하나의 수동 지연기를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 수동 지연기는 적어도 2개의 상이한 광학 축들의 배향을 갖는 적어도 2개의 수동 지연기들을 포함할 수 있다. 유리하게는, 저비용 프라이버시 디스플레이 및 낮은 미광 디스플레이가 제공될 수 있다.
일 대안예에서, 적어도 하나의 수동 지연기는 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 지연기를 포함할 수 있다. 유리하게는 두께가 감소될 수 있다.
다른 대안예에서, 적어도 하나의 수동 지연기는 지연기들의 평면에서 교차되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 포함할 수 있다. 유리하게는, 수동 지연기의 비용이 감소될 수 있고, 수동 지연기에 대해 높은 균일도의 연신된 필름이 사용될 수 있다.
한 쌍의 지연기들은 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해, 각각 45° 및 135°로 연장되는 광학 축들을 가질 수 있다.
디스플레이 장치는, 먼저 언급된 한 쌍의 수동 지연기들 사이에 배치되되 수동 지연기들의 평면에서 교차되는 광학 축들을 갖는, 부가적인 쌍의 수동 지연기들을 더 포함할 수 있다. 유리하게는, 프라이버시 디스플레이 또는 낮은 미광 디스플레이가 가로방향 및 세로방향 모두에 대해 제공될 수 있다. 자동차 차량에서, 윈드스크린 및 다른 유리 표면으로부터의 반사가 감소될 수 있다.
부가적인 쌍의 수동 지연기들은 출력 편광기의 전기 벡터 투과에 평행한 전기 벡터 투과 방향에 대해 각각 0° 및 90°로 연장되는 광학 축들을 가질 수 있다. 유리하게는, 일부 회전 대칭을 갖는 극좌표 영역들에 높은 VSL이 제공될 수 있다.
다른 대안예에서, 적어도 하나의 수동 극 제어 지연기는 지연기의 평면에 수직인 성분 및 지연기의 평면 내의 성분을 갖도록 배향되는 광학 축을 갖는 지연기를 포함할 수 있다. 수동 지연기의 평면 내의 성분은 디스플레이 편광기의 전기 벡터 투과에 평행하거나 수직인 전기 벡터 투과 방향에 대해 0°로 연장될 수 있다. 적어도 하나의 수동 극 제어 지연기는, 수동 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 수동 지연기, 또는 수동 지연기들의 평면에서 교차되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 더 포함할 수 있다.
유리하게는, 낮은 비용 및 복잡도를 갖고, 측면 방향으로의 반사의 증가 및 휘도의 감소를 달성하는 프라이버시 디스플레이가 제공될 수 있다. 모바일 디스플레이는 주 사용자에 대해 편안한 이미지 가시성을 달성하면서 수평축을 중심으로 회전될 수 있다.
디스플레이 장치는 출력 편광기와 반사 편광기 사이에 배열된 적어도 하나의 다른 극 제어 지연기를 더 포함할 수 있다. 유리하게는, 시야 프로파일의 다른 변경이 투과된 광에 대해 제공될 수 있다. 주 사용자가 실질적으로 동일한 휘도를 관찰할 수 있는 동안, 엿보는 사람에 대해 휘도가 감소될 수 있다.
디스플레이 장치는, 광을 출력하도록 배열된 백라이트를 더 포함할 수 있고, SLM은 백라이트로부터의 출력 광을 수신하도록 배열된 투과성 SLM이며, 백라이트는, SLM의 법선을 따른 휘도의 최대 30%인, 바람직하게는 SLM의 법선을 따른 휘도의 최대 20%인, 가장 바람직하게는 SLM의 법선을 따른 휘도의 최대 10%인, SLM의 법선에 대한 45도보다 큰 극각에서 휘도를 제공할 수 있다. 유리하게는, 낮은 두께 및 저비용으로 높은 VSL이 제공될 수 있다. 또한, 감소된 주변 조명을 갖는 환경에서 VSL이 높을 수 있다.
다른 부가적인 편광기가 다른 극 제어 지연기 및 반사 편광기 사이에 배열될 수 있다. 디스플레이 장치는 적어도 하나의 다른 극 제어 지연기 및 다른 부가적인 편광기를 더 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 다른 극 제어 지연기는 먼저 언급된 부가적인 편광기와 다른 부가적인 편광기 사이에 배열될 수 있다. 유리하게는, 엿보는 사람에 대한 휘도가 감소될 수 있다.
적어도 하나의 다른 극 제어 지연기는 적어도 하나의 다른 수동 지연기를 포함할 수 있다. 유리하게는, 두께 및 비용의 증가가 작을 수 있다.
먼저 언급된 적어도 하나의 극 제어 지연기는 LC 물질의 제1 층을 포함하는 제1 스위칭가능 LC 지연기를 포함하고, 적어도 하나의 다른 극 제어 지연기는 LC 물질의 제2 층을 포함하는 제2 스위칭가능 LC 지연기를 포함할 수 있다. 다른 스위칭가능 LC 지연기는 반사 편광기에 평행하거나 역평행하거나 수직인 LC 물질의 층의 평면에 있는 성분을 가진 선경사각 방향을 갖는 선경사각을 가지는, LC 물질에 인접하게 배치된 적어도 하나의 표면 배향층을 포함할 수 있다.
유리하게는, 공개 동작 모드에서의 시야는 실질적으로 변경되지 않을 수 있는 반면, 프라이버시 동작 모드에서 투과된 광에 대해 시야 프로파일의 다른 변경이 제공될 수 있다. 주 사용자가 실질적으로 동일한 휘도를 관찰할 수 있는 동안, 엿보는 사람에 대해 휘도가 감소될 수 있다. 제1 및 제2 LC 지연기들은 상이한 지연을 가질 수 있다. 시야각에 따른 색상 변이가 감소될 수 있다.
반사 편광기의 전기 벡터 투과 방향은 부가적인 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 평행하고/하거나 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 평행할 수 있다.
제1 및 제2 스위칭가능 LC 지연기들 각각의 LC 물질의 층들은 450 nm 내지 850 nm 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 500 nm 내지 750 nm의 범위, 가장 바람직하게는 550 nm 내지 650 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 가질 수 있다. 높은 극 시야각에서 VSL이 증가될 수 있다.
먼저 언급된 적어도 하나의 극 제어 지연기는, 지연기들의 평면에서 교차되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 더 포함하며, 한 쌍의 수동 지연기들의 제1 지연기는 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해 각각 45° 및 135°로 연장되는 광학 축을 갖고, 한 쌍의 수동 지연기들의 제2 지연기는 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해 각각 135°로 연장되는 광학 축을 가지며, 적어도 하나의 다른 극 제어 지연기는 지연기들의 평면에서 교차되는 다른 한 쌍의 수동 지연기들을 포함하고, 다른 한 쌍의 수동 지연기들의 제1 지연기는 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해 각각 45° 및 135°로 연장되는 광학 축을 가지며, 먼저 언급된 한 쌍의 수동 지연기들 중 하나 및 다른 한 쌍의 수동 지연기들 중 하나의 광학 축들은 서로 가장 근접하게 동일한 방향으로 연장된다.
유리하게는, 반사 및 투과된 광의 축외 엿보는 사람에 대한 색상 외관이 양 및 음의 측방향 시야각에 대해 대칭일 수 있다. 최소 VSL이 증가될 수 있다.
먼저 언급된 한 쌍의 수동 지연기들의 각각의 수동 지연기와, 다른 한 쌍의 수동 지연기들의 각각의 수동 지연기는 300 nm 내지 800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 350 nm 내지 650 nm의 범위, 가장 바람직하게는 400 nm 내지 550 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는다. 높은 극 시야각에서 VSL이 증가될 수 있다.
디스플레이 장치는, 광을 출력하도록 배열된 백라이트 - SLM은 백라이트로부터의 출력 광을 수신하도록 배열된 투과성 SLM이고, SLM은 SLM의 입력 측 위에 배열된 선형 편광기인 입력 편광기를 더 포함함 -, 입력 편광기의 입력 측 위에 배열되는 선형 편광기인 다른 부가적인 편광기, 및 다른 부가적인 편광기와 입력 편광기 사이에 배열되는 적어도 하나의 다른 극 제어 지연기를 더 포함할 수 있다. 유리하게는, SLM과 관찰자 사이의 두께 증가가 감소된다. 증가된 이미지 신뢰도가 제공될 수 있고, 정면 사용자에 대해 경면 전방 표면 반사의 외관을 감소시키도록, 확산이 증가될 수 있다. 적층 단계들의 개수가 감소될 수 있고, VSL이 증가될 수 있다. 공개 모드는 넓은 시야각으로 제공될 수 있다.
디스플레이 장치는 제1 및 제2 스위칭가능 LC 지연기들에 걸쳐 공통 전압의 인가를 제어하도록 배열된 제어 시스템을 더 포함할 수 있고, 제1 LC 지연기의 LC 물질은 제2 LC 지연기의 LC 물질과 상이하다. 유리하게는, 제어 시스템의 비용이 감소될 수 있다. 시야각에 따른 색상 변이가 감소될 수 있다.
반사 편광기 및 출력 편광기는 서로 평행한 전기 벡터 투과 방향을 가질 수 있다. 반사 편광기 및 부가적인 편광기는 서로 평행한 전기 벡터 투과 방향을 가질 수 있다. 반사 편광기 및 부가적인 편광기는 평행하지 않은 전기 벡터 투과 방향을 가질 수 있고, 디스플레이 장치는 반사 편광기와 부가적인 편광기 사이에 배열된 회전 지연기를 더 포함할 수 있으며, 회전 지연기는 디스플레이 편광기 및 부가적인 편광기의 전기 벡터 투과 방향들 사이에서 상기 회전 지연기 상으로 입사하는 편광된 광의 편광 방향을 회전시키도록 배열될 수 있다. 유리하게는 높은 효율이 제공될 수 있다. 일반적인 사용자 배향을 위해 편광된 선글라스를 통해 광을 투과시키기 위해, 부가적인 편광기가 전기 벡터 투과 방향으로 배향될 수 있다. TN-LCD와 같은 비-평행 출력 전기 벡터 투과 방향을 갖는 SLM이 사용될 수 있다.
본 개시의 제2 양태에 따르면, 주변 조명에서 사용하기 위한 디스플레이 장치의 출력 측에 적용하기 위한 시야각 제어 광학 요소가 제공되며, SLM은 SLM의 출력 측 위에 배열된 출력 편광기를 포함하고, 시야각 제어 광학 요소는, 부가적인 편광기, 디스플레이 장치에 시야각 제어 광학 요소를 적용하는 경우 출력 편광기와 부가적인 편광기 사이에 배열되는 반사 편광기, 및 반사 편광기와 부가적인 편광기 사이에 배열된 적어도 하나의 극 제어 지연기를 포함하며, 적어도 하나의 극 제어 지연기는, 적어도 하나의 극 제어 지연기의 평면에 수직인 축을 따라 반사 편광기에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하지 않으면서 동시에, 적어도 하나의 극 제어 지연기의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 반사 편광기에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입할 수 있다.
유리하게는, 애프터마켓 요소가 디스플레이 사용자에 의해 디스플레이에 부착될 수 있다. 이 요소에는 복잡한 정렬이 필요하지 않다. 이 요소와 디스플레이의 픽셀 사이의 무아레 결함은 존재하지 않으며, 픽셀 피치에 대한 성분의 선택이 필요하지 않다. 재고 비용이 감소된다. 대안적으로, 시야각 제어 광학 요소는 공장에서 디스플레이 모듈에 편리하게 부착될 수 있다.
본 개시의 제1 양태에 관하여 위에 기재된 다양한 특징들 및 대안예들은 본 개시의 제2 양태에 유사하게 적용될 수 있다.
본 개시의 제3 양태에 따르면, 디스플레이 장치가 제공되며, 디스플레이 장치는, SLM, SLM의 적어도 하나의 면 위에 배열된 선형 편광기인 디스플레이 편광기, 적어도 하나의 디스플레이 편광기 중 하나로서 SLM의 동일한 면 위에 배열된 선형 편광기인 제1 부가적인 편광기, 제1 부가적인 편광기와 적어도 하나의 디스플레이 편광기들 중 하나 사이에 배열된 제1 극 제어 지연기들, 적어도 하나의 디스플레이 편광기들 중 하나로서 SLM의 동일한 면 위에, 제1 부가적인 편광기의 외측에 배열되는 선형 편광기인 다른 부가적인 편광기, 및 다른 제1 부가적인 편광기와 적어도 하나의 디스플레이 편광기들 중 하나 다른 부가적인 편광기 사이에 배열된 다른 극 제어 지연기들을 포함하고, 먼저 언급된 극 제어 지연기들은, 지연기들의 평면에서 교차되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 포함하며, 한 쌍의 수동 지연기들 중 제1 지연기는 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해 45°로 연장되는 광학 축을 갖고, 한 쌍의 수동 지연기들 중 제2 지연기는 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해 각각 45° 및 135°로 연장되되, 출력 편광기인 디스플레이 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해 135°로 연장되는 광학 축을 가지며, 다른 한 쌍의 수동 지연기들 중 제1 지연기는 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해 135°로 연장되는 광학 축을 갖고, 다른 한 쌍의 수동 지연기들 중 제2 지연기는 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해 각각 45° 및 135°로 연장되되, 출력 편광기인 디스플레이 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해 45°로 연장되는 광학 축을 가지며, 제1 쌍의 수동 극 제어 지연기들 중 하나 및 다른 한 쌍의 수동 극 제어 지연기들 중 하나의 광학 축들은 서로 가장 근접하게 동일한 방향으로 연장된다.
유리하게는, 공개 동작 모드에서 넓은 시야에 걸쳐 높은 이미지 가시성을 갖는 스위칭가능 프라이버시 디스플레이가 제공될 수 있다. 시준된 백라이트에 비해, 감소된 비용 및 높은 내구성을 갖는 광각 백라이트가 제공될 수 있다. 프라이버시 동작 모드에서, 축외 엿보는 사람이 위치될 수 있는 넓은 시야에 걸쳐 낮은 디스플레이 반사도를 갖는, 높은 VSL이 달성될 수 있다. 표면 조도를 갖는 확산기가 디스플레이의 전방 표면 상에 배열되어, 높은 픽셀 신뢰도를 달성하면서 정면 반사의 가시성을 최소화할 수 있도록, 지연기들 및 부가적인 편광기들이 백라이트와 SLM 사이에 배열될 수 있다. 색도 및 휘도 롤오프는 대칭일 수 있다.
본 개시의 제4 양태에 따르면, 백라이트로부터의 출력 광을 수신하도록 배열된 투과성 SLM, SLM의 입력 측 위에 배열된 선형 편광기인 입력 편광기와, SLM의 출력 측 위에 배열된 선형 편광기인 출력 편광기, 출력 편광기의 출력 측 위에 배열된 선형 편광기인 제1 부가적인 편광기, 제1 부가적인 편광기와 출력 편광기 사이에 배열되는 제1 극 제어 지연기들, 백라이트와 입력 편광기 사이에 배열된 선형 편광기인 다른 부가적인 편광기, 및 제1 부가적인 편광기와 입력 편광기 사이에 배열된 다른 극 제어 지연기들을 포함하고, 제1 극 제어 지연기들은, 지연기들의 평면에서 교차되되 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해 각각 45° 및 135°로 연장되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 포함하며, 다른 극 제어 지연기들은, 지연기들의 평면에서 교차되되 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해 각각 45° 및 135°로 연장되는 광학 축들을 갖는 다른 한 쌍의 수동 지연기들을 포함하며, 제1 쌍의 수동 극 제어 지연기들 중 하나 및 다른 한 쌍의 수동 극 제어 지연기들 중 하나의 광학 축들은 서로 가장 근접하게 동일한 방향으로 연장된다.
유리하게는, 공개 동작 모드에서 넓은 시야에 걸쳐 높은 이미지 가시성을 갖는 스위칭가능 프라이버시 디스플레이가 제공될 수 있다. 시준된 백라이트에 비해, 감소된 비용 및 높은 내구성을 갖는 광각 백라이트가 제공될 수 있다. 프라이버시 동작 모드에서, 축외 엿보는 사람이 위치될 수 있는 넓은 시야에 걸쳐 낮은 디스플레이 반사도를 갖는, 높은 VSL이 달성될 수 있다. 표면 조도를 갖는 확산기가 디스플레이의 전방 표면 상에 배열되어, 높은 픽셀 신뢰도 및 높은 이미지 콘트라스트를 달성하면서 정면 반사의 가시성을 최소화할 수 있도록, 일부 지연기들 및 부가적인 편광기들이 백라이트와 SLM 사이에 배열될 수 있다. 색도 및 휘도 롤오프는 대칭일 수 있다. VSL이 증가될 수 있도록, SLM 으로부터의 산란은 지연기들 및 부가적인 편광기 중 하나를 통해 투과하는 광에 영향을 주지 않을 수 있다.
본 개시의 실시예들은 다양한 광학 시스템들에서 사용될 수 있다. 본 실시예들은 다양한 프로젝터, 프로젝션 시스템, 광학 성분, 디스플레이, 마이크로디스플레이, 컴퓨터 시스템, 프로세서, 자립형 프로젝터 시스템, 비주얼 및/또는 오디오-비주얼 시스템, 및 전기 및/또는 광학 장치를 포함할 수 있다. 본 개시의 양태들은 광학 및 전기 장치, 광학 시스템, 프리젠테이션 시스템, 또는 임의의 유형의 광학 시스템을 포함할 수 있는 임의의 장치와 관련된, 임의의 장치와 실제적으로 함께 사용될 수 있다. 따라서, 본 개시의 실시예들은 시각적 및/또는 광학적 프리젠테이션, 시각적 주변장치 등, 및 다수의 컴퓨팅 환경에서 사용되는 광학 시스템, 장치에서 이용될 수 있다.
개시된 실시예들에 대해 상세히 진행하기 전에, 본 개시는 다른 실시예들이 가능하기 때문에, 본 개시는 도시된 특정 배열들의 상세한 설명에 대해 그 응용 및 생성이 제한되지 않음을 이해해야 한다. 또한, 본 개시의 양태들은, 그 자체의 권리로 고유한 실시예들을 정의하도록 상이한 조합들 및 배열들로 제공될 수 있다. 또한, 본원에서 사용되는 용어는 설명을 위한 것이며, 제한하기 위한 것이 아니다.
본 개시의 이러한 그리고 다른 이점들 및 특징들은 본 개시를 전체적으로 읽을 때 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.
실시예들은, 유사한 도면부호들이 유사한 부분들을 나타내는 첨부된 도면들에서 예로서 도시된다.
도 1a는 투과성 SLM, 반사 편광기, 및 보상된 스위칭가능 지연기를 포함하는 주변 조명에서 사용하기 위한 스위칭가능 프라이버시 디스플레이를 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 1b는 방출성 SLM 및 보상된 스위칭가능 지연기를 포함하는 주변 조명에서 사용하기 위한 스위칭가능 프라이버시 디스플레이를 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 2a는 도 1a의 광학 스택의 광학층들의 배열을 정면도로 도시한 도면이다.
도 2b는 반사 편광기, 수동 극 제어 지연기, 스위칭가능 LC 지연기 및 부가적인 편광기를 포함하는 시야각 제어 요소를 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 3은 프라이버시 모드에서 수동 음의 C-플레이트 극 제어 지연기를 포함하는 스위칭가능 LC 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 4a는 프라이버시 모드에서 도 1a의 광학 스택을 통해 SLM 으로부터의 출력 광의 전파를 측면도로 도시한 도면이다.
도 4b는 도 4a에서 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5a는 프라이버시 모드에서 도 1a의 광학 스택을 통한 주변 조명광의 전파를 평면도로 도시한 도면이다.
도 5b는 도 5a에서 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5c는 도 5a에서 반사된 광선에 대한 측면 방향에 따른 반사도의 변화의 측정을 나타내는 그래프이다.
도 6a는 프라이버시 모드에서의 디스플레이를 위한 투과된 출력 광의 관찰을 정면 투시도로 도시한 도면이다.
도 6b는 디스플레이의 경계면들로부터 반사된 주변 광의 관찰을 정면 투시도로 도시한 도면이다.
도 6c는 프라이버시 모드에서 도 1a 및 도 1b의 디스플레이에 대한 반사된 주변 광의 관찰을, 정면 투시도로 도시한 도면이다.
도 7a는 프라이버시 모드에서 도 1a 및 도 1b의 디스플레이의 외관을 정면 투시도로 도시한 도면이다.
도 7b는 반사 편광기를 갖는/갖지 않은 배열들에 대해 프라이버시 모드에서 도 1a 및 도 1b의 스위칭가능 프라이버시 디스플레이의 축외에 있는 엿보는 사람에 대한 주변 조도 대비, 인식된 다이나믹 레인지의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 7c는 시준된 백라이트를 포함하는 도 1a의 디스플레이에 대한 극 방향을 갖는 VSL의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7d는 복수의 지연기를 전혀 포함하지 않는 디스플레이에 대한 극 방향을 갖는 VSL의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8a는 엔터테인먼트 모드 및 공유 모드용으로 차량 객실 내에 배열된 스위칭가능 지향성 디스플레이를 갖는 자동차를 측면도로 도시한 도면이다.
도 8b는 엔터테인먼트 모드에서 차량 객실 내에 배열된 스위칭가능 지향성 디스플레이를 갖는 자동차를 평면도로 도시한 도면이다.
도 8c는 공유 모드에서 차량 객실 내에 배열된 스위칭가능 지향성 디스플레이를 갖는 자동차를 평면도로 도시한 도면이다.
도 8d는 야간 모드 및 주간 모드 동안 차량 객실 내에 배열된 스위칭가능 지향성 디스플레이를 갖는 자동차를 평면도로 도시한 도면이다.
도 8e는 야간 모드에서 차량 객실 내에 배열된 스위칭가능 지향성 디스플레이를 갖는 자동차를 측면도로 도시한 도면이다.
도 8f는 주간 모드에서 차량 객실 내에 배열된 스위칭가능 지향성 디스플레이를 갖는 자동차를 측면도로 도시한 도면이다.
도 9a는 스위칭가능 지연기가 수직 배향을 갖는 스위칭가능 LC층 및 수동 C-플레이트 극 제어 지연기를 포함하는, 공개 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 9b는 공개 모드에서 도 1a의 광학 스택을 통해 SLM 으로부터의 출력 광의 전파를 측면도로 도시한 도면이다.
도 9c는 도 9b에서 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9d는 공개 모드에서 도 1a의 광학 스택을 통한 주변 조명광의 전파를 평면도로 도시한 도면이다.
도 9e는 도 9d에서 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10a는 공개 모드에서의 디스플레이를 위한 투과된 출력 광의 관찰을 정면 투시도로 도시한 도면이다.
도 10b는 공개 모드에서 도 1a의 스위칭가능 디스플레이로부터 반사된 주변 광의 관찰을 정면 투시도로 도시한 도면이다.
도 10c는 공개 모드에서 도 1a의 디스플레이의 외관을 정면 투시도로 도시한 도면이다.
도 11a는 스위칭가능 지연기가 수평 배향을 갖는 스위칭가능 LC층 및 교차된 A-플레이트 극 제어 지연기들을 갖는, 공개 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 11b는 프라이버시 모드에서 도 11a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11c는 프라이버시 모드에서 도 11a의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11d는 공개 모드에서 도 11a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11e는 공개 모드에서 도 11a의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11f는 교차된 A-플레이트 수동 극 제어 지연기들 및 수평 배향된 스위칭가능 LC 지연기, 나아가, 수동 회전 지연기를 포함하는, 프라이버시 모드에서의 스위칭가능 보상 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 12a는 수평 배향된 스위칭가능 LC 지연기 및 제1 전압으로 구동되는 수동 음의 C-플레이트 지연기를 포함하는, 프라이버시 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 12b는 수평 배향된 스위칭가능 LC 지연기, 및 제1 전압과 상이한 제2 전압으로 구동되는, 수동 음의 C-플레이트 지연기를 포함하는, 프라이버시 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 도시한 도면이다.
도 12c는 프라이버시 모드에서 도 12a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12d는 프라이버시 모드에서 도 12a의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12e는 공개 모드에서 도 12b의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12f는 공개 모드에서 도 12b의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13a는 수평 배향된 스위칭가능 LC 지연기를 포함하는 프라이버시 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 도시한 도면이다.
도 13b는 프라이버시 모드에서 도 13a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13c는 프라이버시 모드에서 도 13a의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13d는 공개 모드에서 도 13a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13e는 공개 모드에서 도 13a의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13f는 반사 편광기, 스위칭가능 LC 지연기 및 부가적인 편광기를 포함하는 시야각 제어 요소를 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 14a는 교차된 A-플레이트 수동 지연기들 및 수직 배향된 스위칭가능 LC 지연기를 포함하는, 프라이버시 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 14b는 프라이버시 모드에서 도 14a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 14c는 프라이버시 모드에서 도 14a의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 14d는 교차된 A-플레이트 수동 지연기들 및 수직 배향된 스위칭가능 LC 지연기를 포함하는, 공개 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 14e는 공개 모드에서 도 14d의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 14f는 프라이버시 모드에서 도 14d의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 15a는 수평 및 수직 배향된 스위칭가능 LC 지연기 및 수동 음의 C-플레이트 지연기를 포함하는, 프라이버시 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 15b는 프라이버시 모드에서 도 15a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 15c는 프라이버시 모드에서 도 15a의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 15d는 공개 모드에서 도 15a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 15e는 공개 모드에서 도 15a의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 16은 비-시준성 백라이트, 반사 재순환 편광기와 투과성 SLM 사이에 배열된 수동 지연기, 반사 편광기, 보상된 스위칭가능 지연기 및 부가적인 편광기를 포함하는, 주변 조명에서 사용하기 위한 스위칭가능 프라이버시 디스플레이를 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 17a는 방출성 SLM, 수동 제어 지연기, 더 부가적인 편광기, 반사 편광기, 보상된 스위칭가능 지연기 및 부가적인 편광기를 포함하는, 주변 조명에서 사용하기 위한 스위칭가능 프라이버시 디스플레이를 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 17b는 수동 제어 지연기, 제1 부가적인 편광기, 반사 편광기, 수동 극 제어 지연기, 스위칭가능 LC 지연기 및 제2 부가적인 편광기를 포함하는 시야각 제어 요소를 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 18a는 광각(wide angle) 백라이트를 포함하고, 제1 복수의 지연기들이 백라이트와 SLM 사이에 배열되며, 다른 복수의 지연기들이 SLM으로부터의 광을 수신하도록 배열되는, 주변 조명에 사용하기 위한 스위칭가능 프라이버시 디스플레이를 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 18b는 반사 편광기와 부가적인 편광기 사이에 배열된 복수의 지연기들, 및 입력 편광기와 투과성 SLM의 다른 부가적인 편광기 사이에 배열되는 다른 복수의 지연기들을 포함하고, 복수의 지연기들 및 다른 복수의 지연기들은 각각 교차된 A-플레이트를 포함하는, 광학 스택의 광학층들의 배열을 정면도로 도시한 도면이다.
도 18c는 교차된 수동 A-플레이트 및 수평 배향된 스위칭가능 LC 지연기를 포함하는 복수의 지연기들의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 로그 출력 휘도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 18d는 교차된 수동 A-플레이트 및 수평 배향된 스위칭가능 LC 지연기를 포함하는 복수의 지연기들의 투과된 광선에 대한 측방향 시야각을 갖는 로그 출력 휘도의 변화를 측방향으로 나타내는 그래프이다.
도 18e는 방출성 SLM, 제1 보상된 스위칭가능 LC 지연기, 제1 부가적인 편광기, 반사 편광기, 제2 보상된 스위칭가능 LC 지연기, 및 제2 부가적인 편광기를 포함하는, 주변 조명에서 사용하기 위한 스위칭가능 프라이버시 디스플레이를 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 18f는 반사 편광기와 부가적인 편광기 사이에 배열된 복수의 지연기들, 및 출력 편광기와 다른 부가적인 반사 편광기 사이에 배열된 다른 복수의 지연기들을 포함하고, 복수의 지연기들 및 다른 복수의 지연기들은 각각 교차된 A-플레이트를 포함하는, 광학 스택의 광학층들의 배열을 정면도로 도시한 도면이다.
도 18g는 다른 부가적인 광 흡수 편광기와 부가적인 편광기 사이에 배열된 복수의 지연기들, 및 출력 편광기와 다른 부가적인 편광기 사이에 배열된 다른 복수의 지연기들을 포함하고, 복수의 지연기들 및 다른 복수의 지연기들은 각각 교차된 A-플레이트를 포함하는, 광학 스택의 광학층들의 배열을 정면도로 도시한 도면이다.
도 18h는 다른 부가적인 광 흡수 편광기와 부가적인 편광기 사이에 배열된 복수의 지연기들, 및 입력 편광기와 다른 부가적인 편광기 사이에 배열된 다른 복수의 지연기들을 포함하고, 복수의 지연기들 및 다른 복수의 지연기들은 각각 교차된 A-플레이트를 포함하는, 투과성 SLM을 위한 광학 스택의 광학층들의 배열을 정면도로 도시한 도면이다.
도 18i는 다른 부가적인 편광기와 투과성 SLM의 입력 편광기 사이에 배열된 복수의 지연기들, 및 출력 편광기와 부가적인 편광기 사이에 배열된 복수의 지연기들을 포함하고, 복수의 지연기들 및 다른 복수의 지연기들은 각각 교차된 A-플레이트를 포함하는, 투과성 SLM을 위한 광학 스택의 광학층들의 배열을 정면도로 도시한 도면이다.
도 18j는 출력 편광기와 반사 편광기 사이에 배열된 제1 음의 C-플레이트 수동 지연기 및 제1 수평 배향된 스위칭가능 LC 지연기, 및 반사 편광기와 다른 부가적인 편광기 사이에 배열된 제2 음의 C-플레이트 수동 지연기 및 제2 수평 배향된 스위칭가능 LC 지연기를 포함하는, 프라이버시 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 18k는 제1 보상된 스위칭가능 LC 지연기, 제1 부가적인 편광기, 반사 편광기, 제2 보상된 스위칭가능 LC 지연기, 및 제2 부가적인 편광기를 포함하는 시야각 제어 요소를 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 19a는 주간 모드 및/또는 공유 모드에서 차량 객실 내에 배열된 스위칭가능 지향성 디스플레이를 갖는 자동차를 평면도로 도시한 도면이다.
도 19b는 주간 모드 및/또는 공유 모드에서 차량 객실 내에 배열된 스위칭가능 지향성 디스플레이를 갖는 자동차를 측면도로 도시한 도면이다.
도 19c는 야간 모드 및/또는 엔터테인먼트 모드에서 차량 객실 내에 배열된 스위칭가능 지향성 디스플레이를 갖는 자동차를 평면도로 도시한 도면이다.
도 19d는 야간 모드 및/또는 엔터테인먼트 모드에서 차량 객실 내에 배열된 스위칭가능 지향성 디스플레이를 갖는 자동차를 측면도로 도시한 도면이다.
도 20a는 백라이트, 투과성 SLM, 반사 편광기, 지연기 스택 및 부가적인 편광기를 포함하는, 주변 조명에서 사용하기 위한 프라이버시 디스플레이를 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 20b는 반사 편광기, 지연기 스택 및 부가적인 편광기를 포함하는 시야각 제어 요소를 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 20c는 제1 지연기 스택 및 부가적인 편광기, 반사 편광기, 제2 지연기 스택 및 다른 부가적인 편광기를 포함하는 시야각 제어 요소를 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 20d는 백라이트, 반사 재순환 편광기, 입력 지연기 스택, 투과성 SLM, 반사 편광기, 지연기 스택 및 부가적인 편광기를 포함하는, 주변 조명에서 사용하기 위한 프라이버시 디스플레이를 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 21a는 음의 C-플레이트를 포함하고 디스플레이 장치의 시야 변경을 제공하도록 배열되는 수동 지연기의 광학 스택을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 21b는 도 21a의 수동 지연기의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 21c는 음의 C-플레이트와, 디스플레이 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 수직한 평면에서 경사진 음의 O-플레이트를 포함하고, 디스플레이 장치의 시야 변경을 제공하도록 배열된, 수동 지연기의 광학 스택을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 21d는 도 21c의 수동 지연기의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 21e는 교차된 A-플레이트와, 디스플레이 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 수직한 평면에서 경사진 양의 O-플레이트를 포함하고, 디스플레이 장치의 시야 변경을 제공하도록 배열된, 수동 지연기의 광학 스택을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 21f는 도 21e의 수동 지연기의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 22a는 2개의 쌍의 교차된 A-플레이트를 포함하는 디스플레이 장치의 시야 변경을 제공하도록 배열된 광학 스택을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 22b는 도 22a의 수동 지연기의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 23a 및 도 23b는 투과성 SLM, 반사 편광기, LC 지연기, 보상 지연기 및 부가적인 편광기를 포함하는, 주변 조명에서 사용하기 위한 프라이버시 디스플레이를 측면도로 도시한 도면이다.
도 24a는 제1 및 제2 C-플레이트 수동 극 제어 지연기들 사이에 배열된 수평 배향된 스위칭가능 LC 지연기를 포함하는, 프라이버시 모드에서의 스위칭가능 보상 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 24b 및 도 24c는 공개 모드 및 프라이버시 모드에서 각각, 도 24a의 광학 스택에서 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 24d는 프라이버시 모드에서 도 24a에서 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 25a는 제1 및 제2 C-플레이트 수동 극 제어 지연기 기판들 사이에 배열된 스위칭가능 보상 지연기를 포함하는 디스플레이를 투시도로 도시한 도면이다.
도 25b는 제1 및 제2 C-플레이트 수동 극 제어 지연기 기판들 사이에 배열된 스위칭가능 보상 지연기를 포함하는 디스플레이의 일부를 측면도로 도시한 도면이다.
도 25c는 제1 및 제2 교차된 A-플레이트 수동 극 제어 지연기들 사이에 배열되는 수평 배향된 스위칭가능 LC 지연기를 포함하는, 공개 모드에서의 스위칭가능 보상 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 25d 및 도 25e는 광각(wide angle) 및 프라이버시 모드에서 각각, 도 25c의 배열에 대한 투과된 광선들의 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 그래프들이다.
도 26a는 음의 C-플레이트 수동 지연기 및 수직 배향된 스위칭가능 LC 지연기, 나아가, 패터닝된 전극층을 포함하는 프라이버시 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 26b는 위장된 휘도 제어 프라이버시 디스플레이에 의한 주 관찰자 및 엿보는 사람의 조명을 투시 정면도로 도시한 도면이다.
도 26c는 위장된 휘도 제어 프라이버시 디스플레이에 의한 엿보는 사람의 조명을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 27a는 수평 배향된 스위칭가능 LC 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 27b는 제1 인가된 전압에 대해 도 27a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 27c는 제1 인가된 전압보다 큰 제2 인가된 전압에 대해 도 27a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 27d는 평행한 편광기들 사이에 배열된 C-플레이트를 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 27e는 도 27d의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 28a는 평행한 편광기들 사이에 배열된 C-플레이트에 직렬인 평행한 편광기들 사이에 배열된 수평 배향된 스위칭가능 LC 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 28b는 제1 인가된 전압에 대해 도 28a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 28c는 제1 인가된 전압보다 큰 제2 인가된 전압에 대해 도 28a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 29a는 수평 배향된 스위칭가능 LC 및 C-플레이트 극 제어 지연기가 단일 쌍의 평행한 편광기들 사이에 배열되는, C-플레이트 극 제어 지연기와 직렬인 수평 배향된 스위칭가능 LC 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 도면이다.
도 29b는 제1 인가된 전압에 대해 도 29a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 29c는 제1 인가된 전압보다 큰 제2 인가된 전압에 대해 도 29a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 30a는 지향성 백라이트를 정면 투시도로 도시한 도면이다.
도 30b는 비-지향성 백라이트를 정면 투시도로 도시한 도면이다.
도 30c는 상이한 시야를 갖는 디스플레이들의 측방향 시야각에서의 휘도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 31a는 이미징 도파관 및 스위칭가능 LC 지연기를 포함하는 스위칭가능 지향성 디스플레이 장치를 측면도로 도시한 도면이다.
도 31b는 협각(narrow angle) 모드에서의 이미징 도파관의 동작을 후방 투시도로 도시한 도면이다.
도 31c는 스위칭가능 LC 지연기가 없는 디스플레이 장치에서 사용될 때 도 31b의 출력의 시야 휘도 플롯을 나타내는 그래프이다.
도 32a는 프라이버시 모드에서 스위칭가능 시준 도파관 및 스위칭가능 LC 지연기를 포함하는 스위칭가능 지향성 디스플레이 장치를 측면도로 도시한 도면이다.
도 32b는 시준 도파관의 출력을 평면도로 도시한 도면이다.
도 32c는 도 32a의 디스플레이 장치에 대한 시야 극좌표 플롯을 나타내는 그래프이다.
도 33a는 축외 광에 의한 지연기 층의 조명을 투시도로 도시한 도면이다.
도 33b는 0도에서의 제1 선형 편광 상태의 축외 광에 의한 지연기 층의 조명을 투시도로 도시한 도면이다.
도 33c는 90도에서의 제1 선형 편광 상태의 축외 광에 의한 지연기 층의 조명을 투시도로 도시한 도면이다.
도 33d는 45도에서의 제1 선형 편광 상태의 축외 광에 의한 지연기 층의 조명을 투시도로 도시한 도면이다.
도 34a는 양(positive)의 앙각을 갖는 축외 편광된 광에 의한 C-플레이트 지연기의 조명을 투시도로 도시한 도면이다.
도 34b는 음(negative)의 측방향 각을 갖는 축외 편광된 광에 의한 C-플레이트 지연기의 조명을 투시도로 도시한 도면이다.
도 34c는 양의 앙각 및 음의 측방향 각을 갖는 축외 편광된 광에 의한 C-플레이트 지연기의 조명을 투시도로 도시한 도면이다.
도 34d는 양의 앙각 및 양의 측방향 각을 갖는 축외 편광된 광에 의한 C-플레이트 지연기의 조명을 투시도로 도시한 도면이다.
도 34e는 도 34a 내지 도 34d의 투과된 광선에 대한 극 방향을 갖는 출력 투과의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 35a는 양의 앙각을 갖는 축외 편광된 광에 의한 교차된 A-플레이트 지연기 층들의 조명을 투시도로 도시한 도면이다.
도 35b는 음의 측방향 각을 갖는 축외 편광된 광에 의한 교차된 A-플레이트 지연기 층들의 조명을 투시도로 도시한 도면이다.
도 35c는 양의 앙각 및 음의 측방향 각을 갖는 축외 편광된 광에 의한 교차된 A-플레이트 지연기 층들의 조명을 투시도로 도시한 도면이다.
도 35d는 양의 앙각 및 양의 측방향 각을 갖는 축외 편광된 광에 의한 교차된 A-플레이트 지연기 층들의 조명을 투시도로 도시한 도면이다.
도 35e는 도 35a 내지 도 35d의 투과된 광선에 대한 극 방향을 갖는 출력 투과의 변화를 나타내는 그래프이다.
본 개시의 목적을 위한 광학 지연기들에 관련된 용어들이 이제 설명될 것이다.
일축 복굴절 재료를 포함하는 층의 경우, 광학적 이방성(anisotropy)을 지배하는 방향이 있는 반면에, 이에 수직한(또는 이에 대해 주어진 각도에서의) 모든 방향은 동등한 복굴절을 갖는다.
광학 지연기의 광학 축은, 일축 복굴절 재료 내에서의 복굴절이 발생하지 않는 광선의 전파 방향을 지칭한다. 이는 예를 들어, 주요 광선이 전파되는 디스플레이 표면에 대해 대칭인 또는 수직인 선과 평행할 수 있는 광학 시스템의 광학 축과는 상이하다.
광학 축에 직교하는 방향으로 전파하는 광의 경우, 광학 축은, 느린 축에 평행한 전기 벡터 방향을 갖는 선형 편광된 광이 가장 느린 속도로 이동할 때의 느린 축이다. 느린 축 방향은 설계 파장에서 최고 굴절률을 갖는 방향이다. 유사하게, 빠른 축 방향은 설계 파장에서 최저 굴절률을 갖는 방향이다.
양의 유전체 이방성 일축 복굴절 재료의 경우, 느린 축 방향은 복굴절 재료의 이상(extraordinary) 축이다. 음의 유전체 이방성 일축 복굴절 재료의 경우, 빠른 축 방향은 복굴절 재료의 이상 축이다.
반파장 및 1/4파장의 용어들은 대개, 500 nm 내지 570 nm 사이일 수 있는 설계 파장(λ0)에 대한 지연기의 동작을 지칭한다. 본 예시적인 실시예들에서, 예시적인 지연 값들은 달리 명시되지 않는 한, 550 nm의 파장에 대해 제공된다.
지연기(retarder)는 그에 입사되는 2개의 직교 편광 성분들 사이의 상대적인 위상 편이를 제공하고, 그 2개의 편광 성분들에 대한 상대적인 위상의 양(Γ)에 의해 특징지어진다. 일부 맥락들에서, 용어 "위상 편이"는 "상대적"이란 단어 없이 사용되지만, 여전히 상대적 위상 편이를 의미한다. 상대적 위상 편이는 다음에 의해 지연기의 복굴절(Δn) 및 두께(d)와 관련된다:
Figure pct00001
식 1
식 1에서, Δn은 이상 굴절률 및 정상 굴절률 사이의 차이로서 정의된다. 즉,
Figure pct00002
식 2
반파 지연기의 경우, d, Δn, 및 λ0 사이의 관계는 편광 성분들 사이의 위상 편이가 Γ = π이 되도록 선택된다. 1/4파 지연기의 경우, d, Δn, 및 λ0 사이의 관계는 편광 성분들 사이의 위상 편이가 Γ = π/2이 되도록 선택된다.
본원에서 반파 지연기라는 용어는 대개, 지연기에 수직으로, 그리고 공간 광 변조기(SLM)에 수직으로 전파되는 광을 지칭한다.
한 쌍의 편광기들 사이의 투명 지연기를 관통하는 광선의 전파의 일부 양태들이 이제 설명될 것이다.
광선의 편광 상태(SOP: state of polarisation)는 임의의 2개의 직교 편광 성분들 사이의 상대적인 진폭 및 위상 편이에 의해 기술된다. 투명 지연기들은 이러한 직교 편광 성분들의 상대적인 진폭을 변경시키지 않지만, 그들의 상대적인 위상에 대해서만 작용한다. 직교 편광 성분들 사이의 순(net) 위상 편이를 제공하는 것은 SOP를 변경시키는 반면, 순 상대적 위상을 유지하는 것은 SOP를 보존시킨다.
선형 SOP는 0이 아닌 진폭을 갖는 편광 성분과, 영(0)의 진폭을 갖는 직교 편광 성분을 갖는다.
선형 편광기는, 선형 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 평행한 선형 편광 성분을 갖는 고유의 선형 SOP를 투과시키고, 상이한 SOP를 갖는 광을 감쇠시킨다.
흡수성 편광기는, 입사 광의 하나의 편광 성분을 흡수하고 제2 직교 편광 성분을 투과시키는 편광기이다. 흡수성 선형 편광기의 예는 이색성(dichroic) 편광기이다.
반사성 편광기는, 입사 광의 하나의 편광 성분을 반사하고 제2 직교 편광 성분을 투과시키는 편광기이다. 반사성 선형 편광기의 예는 3M사의 DBEFTM 또는 APFTM과 같은 다층 중합체 필름 스택, 또는 Moxtek사의 ProFluxTM과 같은 와이어 그리드 편광기이다. 반사 선형 편광기들은 직렬로 배열된 콜레스테릭 반사성 재료 및 1/4 파장판을 더 포함할 수 있다.
상대적인 순 위상 편이를 전혀 도입시키지 않는 평행 선형 분석 편광기 및 선형 편광기 사이에 배열된 지연기는, 선형 편광기 내에서의 잔류 흡수 이외의 광의 완전한 투과를 제공한다.
직교 편광 성분들 사이에 상대적인 순 위상 편이를 제공하는 지연기는 SOP를 변화시키고, 분석 편광기에서 감쇠를 제공한다.
본 개시에서, 'A-플레이트'는, 층의 평면에 평행한 광학 축을 갖는 복굴절 재료의 층을 이용하는 광학 지연기를 지칭한다.
'양의(positive) A-플레이트'는 양의 복굴절성 A-플레이트, 즉, 양의 Δn을 갖는 A-플레이트를 지칭한다.
본 개시에서 'C-플레이트'는 층의 평면에 수직한 광학 축을 갖는 복굴절 재료의 층을 이용하는 광학 지연기를 지칭한다. '양의 C-플레이트'는 양의 복굴절성 C-플레이트, 즉, 양의 Δn을 갖는 C-플레이트를 지칭한다. '음의(negative) C-플레이트'는 음의 복굴절성 C-플레이트, 즉, 음의 Δn을 갖는 C-플레이트를 지칭한다.
'O-플레이트'는 층의 평면에 평행한 성분 및 층의 평면에 수직인 성분을 갖는 광학 축을 갖는 복굴절 재료의 층을 이용하는 광학 지연기를 지칭한다. '양의 O-플레이트'는 양의 복굴절성 O-플레이트, 즉, 양의 Δn을 갖는 O-플레이트를 지칭한다.
무색성(achromatic) 지연기가 제공될 수 있으며, 지연기의 재료는 다음과 같이 파장 λ와 함께 변하는 지연 Δn . d으로 제공된다:
Figure pct00003
식 3
여기서, κ는 실질적으로 일정하다.
적합한 재료의 예는 Teijin Films사의 개질된 폴리카보네이트를 포함한다. 본 실시예들에서는 아래에서 설명되는 바와 같이, 낮은 휘도 감소를 갖는 극 각(polar angluar) 시야 방향 및 휘도 감소를 증가시키는 극 각 시야 방향 사이의 색 변화를 유리하게 최소화하기 위해, 무색성 지연기가 제공될 수 있다.
지연기 및 액정에 관련된 본 개시에 사용되는 다양한 다른 용어들이 이제 설명될 것이다.
액정 셀은 Δn . d에 의해 주어진 지연을 갖는데, 여기서, Δn은 액정 셀 내의 액정 물질의 복굴절이고, d는 액정 셀 내의 액정 물질의 정렬에 대해 독립적인 액정 셀의 두께이다.
수평 배향(homogeneous alignment)은 분자들이 기판과 실질적으로 평행하게 정렬되는, 스위칭가능 LCD에서 액정들의 정렬을 지칭한다. 수평 배향은 종종 평면 배향으로 지칭된다. 수평 배향은 대개, 액정 셀의 배향 층들 표면의 분자들이 아래에서 설명되는 바와 같이 약간 경사지도록, 2도와 같은 작은 선경사각(pre-tilt)과 함께 제공될 수 있다. 선경사각은 셀을 스위칭할 때의 열화를 최소화하도록 배열된다.
본 개시에서, 수직 배향(homeotropic alignment)은 막대형 액정 분자들이 기판에 실질적으로 수직하게 정렬되는 상태이다. 디스코틱(discotic) 액정에서, 수직 배향은 원반형(disc-like) 액정 분자들에 의해 형성되는 컬럼 구조의 축이 표면에 수직으로 정렬하는 상태로 정의된다. 수직 배향에서, 선경사각은, 배향층에 근접하고 대개 90도에 가까운, 예를 들어 88도일 수 있는 분자들의 경사각이다.
꼬인(twisted) 액정층에서는, 네마틱(nematic) 액정 분자들의 꼬인 구성(나선 구조 또는 나선으로도 알려짐)이 제공된다. 꼬임은 배향층들의 비-평행 배향을 이용하여 달성될 수 있다. 또한, 꼬임 방향(시계방향 또는 반시계 방향)의 축퇴(degeneracy)를 깨뜨리고 이완(대개, 구동되지 않은) 상태에서의 꼬임의 피치를 더 제어하기 위해, 콜레스테릭(cholesteric) 도펀트들이 액정 물질에 첨가될 수 있다. 과하게 꼬인(supertwisted) 액정층은 180도를 초과하는 비틀림을 갖는다. SLM에서 사용되는 트위스트 네마틱(twisted nematic) 층은 대개, 90도의 비틀림을 갖는다.
양의 유전체 이방성(anisotropy)을 갖는 액정 분자들은 인가된 전기장에 의해, 수평 배향(A-플레이트 지연기 배향과 같은)으로부터 수직 배향(C-플레이트 또는 O-플레이트 지연기 배향과 같은)으로 스위칭된다.
음의 유전체 이방성을 갖는 액정 분자들은 인가된 전기장에 의해, 수직 배향(C-플레이트 또는 O-플레이트 지연기 배향과 같은)으로부터 수평 배향(A-플레이트 지연기 배향과 같은)으로 스위칭된다.
막대형 분자들은 식 2에 기재된 바와 같이, ne > no가 되도록 양의 복굴절을 갖는다. 디스코틱 분자들은 ne < no가 되도록 음의 복굴절을 갖는다.
A-플레이트, 양의 O-플레이트 및 양의 C-플레이트와 같은 양의 지연기들은 대개, 신장된 필름 또는 막대형 액정 분자들에 의해 제공될 수 있다. 음의 C-플레이트와 같은 음의 지연기들은, 신장된 필름 또는 원반형 같은 액정 분자들에 의해 제공될 수 있다.
평행한 액정 셀 배향은 평행하거나 보다 전형적으로는 역-평행인 수평 배향 층들의 배향 방향을 지칭한다. 선경사진(pre-tilted) 수직 배향의 경우, 배향층들은 실질적으로 평행하거나 역-평행한 성분을 가질 수 있다. 하이브리드 배향된 액정 셀들은 하나의 수평 배향층 및 하나의 수직 배향층을 가질 수 있다. 꼬인 액정 셀들은 예를 들어 서로에 대해 90도로 배향된, 평행한 배향을 갖지 않는 배향층에 의해 제공될 수 있다.
투과성 SLM은 예를 들어, 미국 특허 제8,237,876호에 개시된 바와 같은, 입력 디스플레이 편광기 및 출력 디스플레이 편광기 사이의 지연기를 더 포함할 수 있으며, 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 이러한 지연기(도시되지 않음)는 본 실시예들의 수동 지연기들에 대해 상이한 위치에 있다. 이러한 지연기들은 축외 시선 위치들에 대한 콘트라스트 열화들을 보상하며, 이는 본 실시예들의 축외 시선 위치들에 대한 휘도 감소에 대해 상이한 효과이다.
디스플레이의 사적인 모드의 동작은 이미지가 명확하게 보이지 않도록 관찰자가 낮은 콘트라스트 감도를 보는 것이다. 콘트라스트 감도는 정적 이미지에서 상이한 레벨들의 휘도들 간에 식별하는 능력의 척도이다. 역(inverse) 콘트라스트 감도는, 높은 시각적 보안 레벨(VSL: visual security level)이 낮은 이미지 가시성에 대응한다는 점에서, 시각적 보안의 척도로서 사용될 수 있다.
관찰자에게 이미지를 제공하는 프라이버시 디스플레이의 경우, 시각적 보안은 다음과 같이 주어질 수 있다:
Figure pct00004
식 4
여기서 VSL은 시각적 보안 레벨이고, Y는 엿보는 사람(snooper)의 시야각에서의 디스플레이의 백색 상태의 휘도이며, K는 엿보는 사람의 시야각에서의 디스플레이의 블랙 상태의 휘도이고, R은 디스플레이로부터 반사된 광의 휘도이다.
패널 콘트라스트 비는 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00005
식 5
높은 콘트라스트 광학 LCD 모드의 경우, 백색 상태 투과는 시야각에 실질적으로 일정하게 유지된다. 본 실시예들의 액정 모드들을 감소시키는 콘트라스트에서, 백색 상태 투과는 대개, 블랙 상태 투과가 증가함에 따라 다음과 같이 감소한다:
Figure pct00006
식 6
그 뒤, 시각적 보안 레벨은 다음과 같이 더 주어질 수 있다:
Figure pct00007
식 7
축외 상대적 휘도(P)는 대개, 엿보는 사람의 각도에서의 정면(head-on) 휘도(L)의 비율로 정의되고, 디스플레이는 이미지 콘트라스트 비(C)를 가질 수 있으며, 표면 반사도는 ρ이다.
축외 상대적 휘도(P)는 종종, 프라이버시 레벨로 지칭된다. 그러나, 이러한 프라이버시 레벨(P)은 정면 휘도와 비교하여 주어진 극각에서의 디스플레이의 상대적 휘도를 기술하며, 프라이버시 외형의 척도는 아니다.
디스플레이는 램버시안 주변 조도(I)에 의해 조명될 수 있다. 따라서, 완전히 어두운 환경에서, 높은 콘트라스트 디스플레이는 약 1.0의 VSL을 갖는다. 주변 조명이 증가함에 따라, 인식된 이미지 콘트라스트는 열화되고, VSL은 증가하며, 사적인 이미지가 인지된다.
전형적인 액정 디스플레이의 경우, 패널 콘트라스트(C)는 거의 모든 시야각에 대해 100:1을 초과하며, 시각적 보안 레벨이 다음과 같이 근사화될 수 있게 한다:
Figure pct00008
식 8
프라이버시 디스플레이와 비교하여, 바람직하게 넓은 각도의 디스플레이가 표준 주변 조명 조건에서 쉽게 관찰된다. 이미지 가시도의 한 척도는, 다음에 의해 주어지는 마이켈슨 콘트라스트(Michelson contrast)와 같은 콘트라스트 감도에 의해 주어진다:
Figure pct00009
식 9
따라서:
Figure pct00010
식 10
따라서 시각적 보안 레벨(VSL)은 동등하게 (그러나 완전히 동일하지는 않게) 1/M이다. 본 설명에서, 주어진 축외 상대적 휘도(P)에 대해, 넓은 각도의 이미지 가시도(W)는 다음과 같이 근사화된다:
Figure pct00011
식 11
프라이버시 디스플레이에 사용하기 위한, 그리고 예를 들어, 디스플레이 편광기 및 부가적인 편광기 사이에 배열된 복수의 지연기들을 포함하는, 스위칭가능 지향성 디스플레이 장치들은, 미국 특허 제10,126,575호 및 2018년 9월 14일에 출원된 미국 특허출원 제16/131,419호 "스위칭가능 지향성 디스플레이를 위한 광학 스택(Optical stack for switchable directional display)"(대리인 문서 번호 412101)에서 설명되며, 이들 모두는 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 디스플레이 편광기 및 지연기들 사이에 배열된 반사 편광기를 더 포함하는 지향성 디스플레이 장치들은 미국 특허 출원공개 제2018-0329245호에서 설명되며, 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 디스플레이 편광기 및 부가적인 편광기 사이에 배열된 수동 지연기들을 포함하는 지향성 디스플레이 편광기들은 미국 특허 출원공개 제2018-0321553호에서 설명되며, 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
다양한 스위칭가능 디스플레이 장치의 구조 및 동작이 이제 설명될 것이다. 이 설명에서, 공통 요소는 공통된 도면부호를 갖는다. 임의의 구성요소에 관한 개시는 동일하거나 대응하는 구성요소가 제공되는 각각의 장치에 적용된다는 것을 주목해야 한다. 따라서, 간략함을 위해서, 이러한 개시내용은 반복되지 않는다.
도 1a는 주변 조명에서 사용하기 위한 디스플레이 장치의 광학 스택을 투시 측면도로 도시한 개략도이며, 도 1b는 방출성 공간 광 변조기(SLM) 및 보상된 스위칭가능 지연기를 포함하는, 주변 조명에서 사용하기 위한 스위칭가능 프라이버시 디스플레이를 투시 측면도로 도시한 개략도이고, 도 2a는 도 1의 광학 스택의 광학 층들의 배열을 정면도로 도시한 개략도이다.
주변 조명(604)에서 사용하기 위한 디스플레이 장치(100)는, 광(400)을 출력하도록 배열된 SLM(48) - SLM(48)은 SLM(48)의 출력 측 위에 배열되는 선형 편광기인 출력 편광기(218)를 포함함 -과, 출력 편광기(218)의 출력 측 위에 배열되는 선형 편광기인 부가적인 편광기(318)와, 출력 편광기(218) 및 부가적인 편광기(318) 사이에 배열되는 선형 편광기인 반사 편광기(302)를 포함한다. 대개의 편광기들(210, 218, 318)은 이색성(dichroic) 편광기와 같은 편광기일 수 있다.
적어도 하나의 극 제어 지연기(300)가 반사 편광기(302)와 부가적인 편광기(318) 사이에 배열된다. 반사 편광기(302)의 전기 벡터 투과 방향(303)은 부가적인 편광기(318)의 전기 벡터 투과 방향(319)에 평행하다. 반사 편광기(302)의 전기 벡터 투과 방향(303)은 출력 편광기(218)의 전기 벡터 투과 방향(219)에 평행하다.
따라서, 주변 조명(604)에서 사용하기 위한 디스플레이 장치는 광(400)을 출력하도록 배열된 SLM(48)을 포함한다. 본 개시에서, SLM(48)은 기판(212, 216), 액정층(214) 및 적색, 녹색 및 청색 픽셀들(220, 222, 224)과 함께 입력 편광기(210), 출력 편광기(218)를 포함하는 액정 디스플레이를 포함할 수 있다. 백라이트(20)는 SLM(48)을 조명하도록 구성될 수 있고, 확산기, 광 방향전환용 필름 및 다른 공지된 광학 백라이트 구조물을 포함하는 광학 스택(5)과, 입력 광원(15)과, 도파관(1)과, 후방 반사기(3)를 포함할 수 있다. 측면 방향과 비교하여 앙각 방향으로의 증가된 확산을 갖는, 예를 들어 비대칭 표면 요철 특징부를 포함할 수 있는 비대칭 확산기가 광학 스택(5)에 제공될 수 있다. 유리하게는 이미지의 균일성이 증가될 수 있다.
프라이버시 디스플레이에 사용하기 위한 백라이트(20)의 구조 및 동작은 이하의 도 30a 내지 도 32c를 참조하여 더 설명된다. 도 1a의 예시적인 실시예에서, SLM에 대한 법선에 대한 45도보다 큰 극각에서의 휘도는 최대 18%일 수 있다.
디스플레이는 백라이트(20)와 SLM(48) 사이에 배열된 반사 재순환 편광기(208)를 더 포함할 수 있다. 반사 재순환 편광기(208)는 본 실시예들의 반사 편광기(302)와 상이하다. 반사 재순환 편광기(208)는 이색성 입력 편광기(210)의 전기 벡터 투과 방향에 직교하는 편광을 갖는 백라이트로부터의 편광된 광의 반사를 제공한다. 반사 재순환 편광기(208)는 주변 광(604)을 엿보는 사람(snooper)에게 반사하지 않는다.
도 1b에 도시된 바와 같이, SLM(48)은 대안적으로 출력 편광기(218)를 갖는, 유기 LED 디스플레이(OLED)와 같은, 방출에 의해 출력 광(400)을 제공하는 다른 디스플레이 유형에 의해 제공될 수 있다. 출력 편광기(218)는 출력 디스플레이 편광기(218)와 OLED 픽셀 평면 사이에 삽입된 하나 이상의 지연기(518)에 의해 OLED 픽셀 평면으로부터 반사된 광에 대해 휘도의 감소를 제공할 수 있다. 하나 이상의 지연기(518)는 1/4 파장판일 수 있고, 본 개시의 지연기(330)와는 상이하다.
따라서, SLM(48)은 SLM(48)의 출력 측 위에 배열된 출력 편광기(218)를 포함한다. 출력 편광기(218)는 SLM(48)의 픽셀들(220, 222, 224)로부터의 광에 대해 높은 소광비를 제공하도록, 그리고 반사 편광기(302)로부터 픽셀들(220, 222, 224)을 향해 다시 반사되는 것이 방지되도록 배열될 수 있다.
극 제어 지연기(300)는 반사 편광기(302)와 부가적인 편광기(318) 사이에 배열된다. 도 1a 내지 도 1b의 실시예에서, 극 제어 지연기(300)는 수동 극 제어 지연기(330) 및 스위칭가능 액정 지연기(301)를 포함하지만, 일반적으로 적어도 하나의 지연기의 다른 구성에 의해 대체될 수 있으며, 이의 일부 예는 아래에 기재된 장치들에 존재한다.
적어도 하나의 극 제어 지연기(300)는 적어도 하나의 극 제어 지연기(300)의 평면에 수직한 축을 따라 반사 편광기(302)에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 대해 순(net) 상대 위상 편이를 도입하지 않으면서 동시에, 적어도 하나의 극 제어 지연기(300)의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 반사 편광기(302)에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 대해 상대 위상 편이를 도입할 수 있다. 극 제어 지연기(300)는 극 제어 지연기(300)의 평면에 수직한 축을 따라 반사 편광기(302), 극 제어 지연기(300) 및 부가적인 편광기(318)를 통과하는 광의 휘도에 영향을 미치지 않지만, 스위칭가능 지연기(301)의 스위칭가능 상태 중 적어도 하나에서는, 극 제어 지연기(300)의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 통과하는 광의 휘도를 감소시킨다. 이러한 효과를 초래하는 원리는 도 33a 내지 도 35e를 참조하여 아래에서 더 상세하게 설명되며, 극 제어 지연기(300)의 액정 물질에 대해 상이하게 각도를 이루는 축을 따른 광에 대한 극 제어 지연기(300)에 의해 도입된 위상 편이의 존재 또는 부재로부터 발생한다. 유사한 효과가 후술되는 모든 장치에서 달성된다.
극 제어 지연기(300)는 액정 물질의 층(314), 및 반사 편광기(302)와 부가적인 편광기(318) 사이에 배열된 기판들(312, 316)을 포함하는 스위칭가능 액정 지연기(301)를 포함한다. 따라서, 적어도 하나의 극 제어 지연기(300)는 액정 물질(414)의 층(314)을 포함하는 스위칭가능 액정 지연기(301)를 포함하고, 적어도 하나의 극 제어 지연기(300)는 스위칭가능 액정 지연기(301)의 스위칭가능 상태에서, 적어도 하나의 극 제어 지연기(300)의 평면에 수직인 축을 따라 반사 편광기(302)에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하지 않고 동시에, 적어도 하나의 극 제어 지연기의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 반사 편광기(302)에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하도록 배열된다.
도 2a에 도시된 바와 같이 SLM(48)이 액정 디스플레이인 경우, 입력 편광기(210)에서의 입력 전기 벡터 투과 방향(211)은 출력 편광기(218)의 전기 벡터 투과 방향(219)에 의해 결정된 출력 편광 성분을 제공하도록 액정층(214)에 의해 변환될 수 있는 입력 편광 성분을 제공한다. 반사 편광기(302)의 전기 벡터 투과 방향은 출력 편광기(218)의 전기 벡터 투과 방향에 평행하다. 또한, 반사 편광기(302)의 전기 벡터 투과 방향(303)은 부가적인 편광기(318)의 전기 벡터 투과 방향(319)에 평행하다.
스위칭가능 액정 지연기(301)의 도 1a에 도시된 기판들(312, 316)은 액정 물질(414)의 층(314)에 걸쳐 전압을 제공하도록 배열된 전극들(413, 415)(도 3에 도시됨)을 포함한다. 제어 시스템(352)은 스위칭가능 액정 지연기(301)의 전극들에 걸쳐 전압 구동부(350)에 의해 인가되는 전압을 제어하도록 배열된다.
극 제어 지연기(300)는 이하에서 더 설명되는 바와 같이 수동 극 제어 지연기(330)를 더 포함한다. 적어도 하나의 극 제어 지연기(300)는 적어도 하나의 수동 지연기(330)를 포함하고, 적어도 하나의 수동 지연기(330)는 적어도 하나의 수동 지연기의 평면에 수직한 축을 따라 반사 편광기(302)에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하지 않고, 적어도 하나의 수동 지연기의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 반사 편광기(302)에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하도록 배열된다.
수동 극 제어 지연기(330)는 고체 복굴절성 재료(430)를 갖는 지연층을 포함할 수 있는 반면, 스위칭가능 액정 지연기(301)는 후술되는 바와 같이 액정 물질(414)의 층(314)을 포함할 수 있다.
도 2b는 반사 편광기(302)와, 수동 극 제어 지연기(330) 및 스위칭가능 액정 지연기(301)를 포함하는 극 제어 지연기(300)와, 부가적인 편광기를 포함하는, 시야각 제어 요소(260)를 투시 측면도로 도시한 개략도이다. 보다 상세히 설명되지 않는 도 2b의 배열의 특징들은, 특징들의 임의의 잠재적인 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호들을 갖는 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
시야각 제어 광학 요소(260)는 광을 출력하도록 배열된 SLM(48)을 포함하는 주변 조명(604)에서 사용하기 위한 디스플레이 장치의 출력 측에 적용하기 위한 것이고, SLM(48)은 SLM(48)의 출력 측 위에 배열되는 출력 편광기(218)를 포함하는데, 시야각 제어 광학 요소(260)는 부가적인 편광기(318)와, 디스플레이 장치에 대해 시야각 제어 광학 요소(260)를 적용하는 경우에 출력 편광기(218) 및 부가적인 편광기(318) 사이에 배열되는 반사 편광기(302)와, 반사 편광기(302) 및 부가적인 편광기(318) 사이에 배열된 적어도 하나의 극 제어 지연기(300)를 포함하며, 적어도 하나의 극 제어 지연기(300)는 적어도 하나의 극 제어 지연기(300)의 평면에 수직인 축을 따라 반사 편광기(302)에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하지 않고 동시에, 적어도 하나의 극 제어 지연기의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 반사 편광기(302)에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입할 수 있다.
사용 시에, 시야각 제어 광학 요소(260)는 사용자에 의해 부착될 수 있거나, 편광된 출력 SLM(48)에 대해 공장에서 맞춰질 수 있다. 시야각 제어 광학 요소(260)는 만곡되고 휘어진 디스플레이를 위한 플렉시블 필름으로서 제공될 수 있다. 대안적으로, 시야각 제어 광학 요소(260)는 유리 기판과 같은 강성 기판 상에 제공될 수 있다.
유리하게는, 무아레 결함을 회피하기 위해 패널 픽셀 해상도에 대응할 필요가 없는, 애프터마켓 프라이버시 제어 요소 및/또는 미광 제어 요소가 제공될 수 있다. 시야각 제어 광학 요소(260)는 SLM(48)에 대해 공장에서 더 맞춰질 수 있다.
도 2b의 시야각 제어 광학 요소(260)를 기존의 디스플레이 장치에 부착시킴으로써, 도 1a 내지 도 2a에 도시된 바와 같이 디스플레이 장치를 형성할 수 있다.
스위칭가능 액정 지연기(301)를 포함하는 극 제어 지연기(300)의 배열 및 동작이 이제 설명될 것이다.
도 3은 음의 C-플레이트 수동 극 제어 지연기(330) 및 프라이버시 동작 모드에서 수직 배향되는 스위칭가능 액정 지연기(301)를 포함한, 프라이버시 동작 모드에서의 극 제어 지연기(300)의 배열을 투시 측면도로 도시한 개략도이다.
도 3 및 다른 개략도에서, 광학 스택의 일부 층들은 간결함을 위해 생략된다. 예를 들어, 스위칭가능 액정 지연기(301)는 기판들(312, 316)을 생략하는 것으로 도시되어 있다. 보다 상세히 설명되지 않는 도 3의 배열의 특징들은, 특징들의 임의의 잠재적인 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호들을 갖는 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
스위칭가능 액정 지연기(301)는 음의 유전체 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 액정 물질(414)의 층(314)을 포함한다. 수동 극 제어 지연기(330)는 디스코틱 물질(430)의 배향에 의해 개략적으로 도시된, 지연기(330)의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 음의 C-플레이트를 포함한다.
액정 지연기(301)는 액정 물질을 제어하도록 배열된 투과 전극들(413, 415)을 더 포함하고, 액정 물질의 층은 전극들에 인가되는 전압을 조절함으로써 스위칭될 수 있다. 전극들(413, 415)은 층(314)에 걸쳐 있을 수 있고, 액정 지연기(301)를 제어하기 위한 전압을 인가하도록 배열된다. 투과 전극들은 액정 물질(414)의 층의 반대쪽 측면들에 있고, 예를 들어 ITO 전극들에 의해 형성될 수 있다.
배향층들은 전극들(413, 415), 및 층(314)의 액정 물질(414) 사이에 형성될 수 있다. xy평면에서 액정 분자의 배향은 각각의 배향층이 선경사각(pretilt)을 갖고, 각각의 배향층의 선경사각이 반사 편광기(302)의 전기 벡터 투과 방향(303)에 평행하거나 역으로 평행하거나 직교하는 층(314)의 평면에서의 성분(417a, 417b)을 갖는 선경사각 방향을 갖도록, 배향층들의 선경사각 방향에 의해 결정된다.
구동부(350)는 액정 분자가 수직에 대해 특정 경사각으로 경사져서 O-플레이트를 형성하도록, 스위칭가능 액정 물질(414)의 층(314)에 걸쳐 전극들(413, 415)에 전압(V)을 제공한다. 경사각의 평면은 기판들(312, 316)의 내부 표면들 상에 형성된 배향층들의 선경사각 방향에 의해 결정된다.
공개 모드와 프라이버시 모드 사이를 스위칭하기 위한 일반적인 사용에서, 액정 물질의 층은 2개의 상태 사이에서 스위칭될 수 있는데, 제1 상태는 디스플레이가 다수의 사용자에 의해 사용될 수 있는 공개 모드이고, 제2 상태는 엿보는 사람에 의해 최소의 가시성을 갖도록 주 사용자에 의해 사용되기 위한 프라이버시 모드이다. 스위칭은 전극들에 걸쳐 인가되는 전압에 의해 이루어질 수 있다.
일반적으로, 이러한 디스플레이는 제1 광각(wide angle) 상태 및 제2 감소된 축외 휘도 상태를 갖는 것으로 고려될 수 있다. 이러한 디스플레이는 프라이버시 디스플레이를 제공할 수 있다. 다른 사용에서, 또는 예를 들어, 자동차 환경에서 승객 또는 운전자가 완전한 차단은 아닌, 중간 전압 레벨에 의해 디스플레이된 이미지의 일부 가시성을 원할 수 있는 경우, 축외 관찰자에게 제어된 휘도가 제공될 수 있다. 미광은 야간 동작 동안 감소될 수 있다.
이제, 출력 편광기(218)로부터 편광된 광의 전파가 축상 및 축외 방향에 대해 고려될 것이다.
도 4a는 프라이버시 동작 모드에서 도 1a의 광학 스택을 관통하는 SLM 으로부터의 출력 광의 전파를 측면도로 도시한 개략도이고, 도 4b는 도 4a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 도시한 개략적인 그래프이다. 액정 물질의 층(314)이 상기 2개의 상태 중 제2 상태에 있는 경우, 극 제어 지연기(300)는 스위칭가능 지연기의 평면에 수직인 축을 따라 통과하는 출력 광선(400)에 대해서는 편광 성분(360)의 전체적인 변환을 제공하지 않지만, 지연기의 평면의 법선에 예각으로 경사진 일부 극각에서 통과하는 광선(402)에 대해서는 편광 성분(361)의 전체적인 변환을 제공한다. 보다 상세히 설명되지 않는 도 4a의 배열의 특징들은, 특징들의 임의의 잠재적인 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호들을 갖는 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
출력 편광기(218)로부터의 편광 성분(360)은 반사 편광기(302)에 의해 투과되고, 지연기(300)에 입사된다. 축상(on-axis) 광은 구성요소(360)로부터 변형되지 않은 편광 성분(362)을 갖는 반면, 축외(off-axis) 광은 극 제어 지연기(300)에 의해 변환되는 편광 성분(364)을 갖는다. 최소한, 편광 성분(361)은 선형 편광 성분(364)으로 변환되고 부가적인 편광기(318)에 의해 흡수된다. 보다 일반적으로, 편광 성분(361)은 부가적인 편광기(318)에 의해 부분적으로 흡수되는, 타원형 편광 성분으로 변환된다.
따라서, 프라이버시 모드에서의 극 제어 지연기(300) 및 부가적인 편광기(318)에 의한 투과의 극좌표 표현에서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 높은 투과도 영역 및 낮은 투과도 영역이 제공된다.
도 4b에 도시된 광 투과도의 극좌표 분포는 아래에 놓인 SLM(48)의 휘도 출력의 극좌표 분포를 수정한다. SLM(48)이 지향성 백라이트(20)를 포함하는 경우에, 축외 휘도는 전술한 바와 같이 더 감소될 수 있다.
유리하게는, 축상 관찰자에 대해서는 높은 휘도를 유지하면서 축외 엿보는 사람에 대해서는 낮은 휘도를 갖는 프라이버시 디스플레이가 제공된다.
이제, 주변 광원(604)으로부터의 광에 대한 반사 편광기(302)의 동작이 설명될 것이다.
도 5a는 프라이버시 동작 모드에서 도 1a의 광학 스택을 관통하는 주변 조명광의 전파를 평면도로 도시한 개략도이고, 도 5b는 도 5a의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 5a의 배열의 특징들은, 특징들에서의 임의의 잠재적인 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호들을 가진 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
주변 광원(604)은 편광되지 않은 광으로 디스플레이(100)를 조명한다. 부가적인 편광기(318)는 부가적인 편광기(318)의 전기 벡터 투과 방향(319)에 평행한 선형 편광 성분인 제1 편광 성분(372)을 갖는, 디스플레이 표면에 수직인 광선(410)을 투과시킨다.
두 동작 상태 모두에서, 편광 성분(372)은 극 제어 지연기(300)에 의해 변형되지 않은 상태로 유지되고, 따라서 투과된 편광 성분(382)은 반사 편광기(302) 및 출력 편광기(218)의 투과 축에 평행하며, 그에 따라 주변 광이 SLM(48)을 통과하고 손실된다.
비교로서, 광선(412)의 경우, 축외 광이 극 제어 지연기(300)를 통과하여, 반사 편광기(302) 상에 입사하는 편광 성분(374)이 반사될 수 있다. 이러한 편광 성분은 지연기(300)를 통과한 후에 성분(376)으로 재-변환되고, 부가적인 편광기(318)를 통해 투과된다.
따라서, 액정 물질의 층(314)이 상기 2개의 상태 중 제2 상태에 있는 경우, 반사 편광기(302)는 극 제어 지연기(300)의 평면에 수직인 축을 따라 부가적인 편광기(318) 및 그 뒤 극 제어 지연기(300)를 통과하는 주변 광선(410)에 대해서는 반사된 광을 제공하지 않지만, 을 통과하는 주변 광선(410)에 대해 반사된 광을 제공하지 않지만, 극 제어 지연기(300)의 평면의 법선에 예각으로 경사진 특정 극각에서 부가적인 편광기(318) 및 그 뒤 극 제어 지연기(300)를 통과하는 주변 광에 대해서는 반사된 광(412)을 제공하며, 반사된 광(412)은 극 제어 지연기(300)를 다시 통과하고 그 뒤 부가적인 편광기(318)에 의해 투과된다.
따라서, 극 제어 지연기(300)는 스위칭가능 지연기의 평면에 수직인 축을 따라 부가적인 편광기(318) 및 그 뒤 극 제어 지연기(300)를 통과하는 주변 광선(410)에 대해서는 편광 성분(380)의 전체적인 변환을 제공하지 않지만, 극 제어 지연기(300)의 평면의 법선에 예각으로 경사진 특정 극각에서 흡수 편광기(318) 및 그 뒤 극 제어 지연기(300)를 통과하는 주변 광선(412)에 대해서는 편광 성분(372)의 전체적인 변환을 제공한다.
따라서, 도 5b에 도시된 광 반사의 극좌표 분포는, 극 제어 지연기(300)의 프라이버시 상태에 의해 일반적인 엿보는 사람 위치에서 높은 반사도가 제공될 수 있음을 도시한다. 따라서, 프라이버시 동작 모드에서, 축외 관찰 위치에 대한 반사도는 증가되고, SLM 으로부터의 축외 광에 대한 휘도는 도 4b에 도시된 바와 같이 감소된다.
유리하게는, 축상 관찰자에 대해 낮은 반사도를 유지하면서 축외 엿보는 사람에게 높은 반사도를 갖는 프라이버시 디스플레이가 제공된다. 위에서 설명된 바와 같이, 이러한 증가된 반사도는 주변에서 조명되는 환경에서의 디스플레이에 대한 향상된 시각적 보안 레벨을 제공한다.
다른 응용에서, 이러한 디스플레이는 스위칭가능 거울 외관을 제공할 수 있다. 이러한 디스플레이는 동작하지 않는 디스플레이의 미적 외관을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 가정 환경에서 텔레비전에 응용하는 경우에, 디스플레이는 축외 관찰을 위한 거울로서 제공될 수 있으며, 주변 광을 반사함으로써, 유리하게는 거실 공간의 확장된 인식을 제공함으로써, 대면적 TV에 전형적인 '블랙홀'을 감출 수 있다.
도 5a의 배열의 반사도의 측정이 이제 설명될 것이다.
도 5c는 일부 반사된 광선(412)에 대한 측방향 시야각(392)을 갖는 반사도(390)의 변화의 측정을 나타내는 개략적인 그래프이다. 프로파일(394)은 프라이버시 모드에서의 디스플레이에 대한 반사도의 변화를 나타내는 반면, 프로파일(396)은 공개 모드에서의 디스플레이에 대한 반사도의 변화를 나타낸다.
도 5b와 비교하여, 피크 반사도는 대략 20%이고, 여기서 50%는 완전 반사 편광기(302)의 반사도를 나타낸다. 이러한 감소된 반사도는 부가적인 편광기(318)로부터의 투과 손실, 반사 편광기 편광 반사도 효율, 극 제어 지연기(300)에 대한 조절 지점의 파장 변화, 및 광학 스택 내의 다른 반사 및 산란 손실로 인한 것이다.
이제, 도 1a의 디스플레이의 프라이버시 동작 모드가 더 설명될 것이다.
도 6a는 프라이버시 모드에서 동작하는 디스플레이를 위한 투과된 출력 광의 관찰을 정면 투시도로 도시한 개략도이다. 디스플레이(100)는 백색 영역들(603) 및 검정 영역들(601)을 구비할 수 있다. 관찰된 영역들(601, 603) 사이의 휘도 차이가 인지될 수 있다면, 엿보는 사람은 디스플레이 상의 이미지를 관찰할 수 있다. 동작 시, 주 사용자(45)는 지향성 디스플레이의 광학 윈도우일 수 있는, 관찰 위치(26)에 대한 광선(400)에 의해, 완전한 휘도의 이미지를 관찰한다. 엿보는 사람(47)은 예를 들어, 이미징 도파관을 포함하는 지향성 디스플레이의 광학 윈도우일 수 있는, 관찰 위치(27)에서의 감소된 휘도(402)를 관찰한다. 영역들(26, 27)은 극좌표 그래프들(4b 및 5b)의 축상 및 축외 영역들을 더 나타낸다.
도 6b는 디스플레이의 경계면으로부터 반사된 주변 광의 관찰을 정면 투시도로 도시한 개략도이다. 따라서, 도 5a에 도시된 일부 광선(404)은 부가적인 편광기(318)의 전방 표면 및 디스플레이의 다른 표면에 의해 반사될 수 있다. 일반적으로, 그러한 반사도는 공기-편광기 경계면에서의 프레넬 반사로 인해, 접합된 광학 스택에 대해 수직 입사되는 경우 4%이고, 45도 각도로 입사되는 경우 약 5%일 수 있다. 따라서, 광원(604)의 낮은 휘도의 반사된 이미지(605)가 디스플레이(100)의 전방에 있는 엿보는 사람에 의해 관찰될 수 있다.
도 6c는 프라이버시 모드에서 동작하는 도 1a의 디스플레이에 대한 반사된 주변 광의 관찰을 정면 투시도로 도시한 개략도이다. 도 6b와 비교하여, 광원(604)의 반사(606)로부터 실질적으로 더 높은 반사 휘도가 관찰될 수 있다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 6a 내지 도 6c의 배열의 특징들은, 특징들의 임의의 잠재적인 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호를 갖는 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
반사된 이미지(606)의 형상 및 분포는 주변 광원(604) 공간 분포에 의해 결정되지만, 특히 부가적인 편광기(318)의 출력 표면에서 확산층에 의해서 더 결정될 수 있다.
도 7a는 상이한 관찰 위치들에서 도 4b 및 도 5b에 도시된 바와 같은 휘도 및 반사도 변화를 갖는 프라이버시 모드 1에서 동작하는 도 1a의 디스플레이의 외관을 정면 투시도로 도시한 개략도이다. 따라서, 9개의 시야들(520, 522, 524, 526, 528, 530, 532, 534, 536) 각각은 해당 시야들의 관점들에 의해 도시된 바와 같이, 대응하는 관찰 위치로부터의 시야에 대응한다.
따라서, 상부 관찰 사분면 시야(530, 532), 하부 관찰 사분면 시야(534, 536), 및 측면 관찰 위치 시야(526, 528)는 주변 광원(604)의 감소된 휘도 및 증가된 반사(606, 605)를 제공하는 반면에, 상/하 중앙 관찰 영역 시야(522, 524) 및 정면 시야(520)는 반사 편광기(302)로부터의 반사의 가시성이 실질적으로 없는, 훨씬 더 높은 휘도 및 낮은 반사 영역(605)을 제공한다.
도 7b는 표 1의 예시적인 실시예에서의 반사 편광기(302)가 있는 경우의 프로파일(624) 및 반사 편광기(302)가 없는 경우의 프로파일(626)에 대한 배열들에 대해, 프라이버시 동작 모드에서 도 1a의 스위칭가능 프라이버시 디스플레이의 축외 엿보는 위치에 대한 정면 휘도 대비 주변 조도의 비율(622)에 따른 시각적 보안 레벨(620)의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다.
Figure pct00012
따라서, 도 7b는 유리하게는, 시각적 보안 레벨이 반사 편광기(302)에 의해 증가되는 것을 도시한다.
본 실시예들과 비교하여, 반사 편광기(302)의 생략은 일반적인 주변 조명에 대해 4.0보다 작은 시각적 보안 레벨(V)을 제공한다. 이러한 시각적 보안 레벨은 엿보는 사람(27)에 대한 바람직한 프라이버시를 달성하지 못한다. 본 실시예들은 20% 이하의 lux/nit 비율에 대해 4.0을 초과하는 높은 시각적 보안 레벨을 달성한다. 예를 들어, 40 nit 주변 조명을 갖는 환경에서 200 nit 이미지를 관찰하는 정면 사용자(26)에 대해 바람직한 시각적 보안이 달성될 수 있다. 주변 조명이 증가함에 따라 시각적 보안 레벨이 증가한다.
도 7c는 도 32a 내지 도 32c에 대해 아래에서 더 설명되는 바와 같은 시준된 백라이트(20)를 포함하는 도 1a의 디스플레이에 대한 극 방향에서의 시각적 보안 레벨의 변화와, 20%의 정면 휘도(nits)에 대한 주변 조명(lux)의 비(lux/nit)를 나타내는 개략적인 그래프이다.
도 7c는 주 사용자(26)에 의해 보이는, 83%를 초과한 이미지 가시성(W)을 전달하면서 1.2미만의 시각적 보안 레벨(V)이 달성되는 제1 극 영역(690)을 도시한다. 유리하게는, 디스플레이(100)는 높은 콘트라스트를 갖는 것으로 편리하게 보일 수 있다. 제2 극 영역(692)에서, 시각적 보안 레벨(V)은 4.0보다 크고, 이 영역에 위치하는 엿보는 사람의 눈은 디스플레이 상의 정보를 쉽게 식별할 수 없을 것이다. 극 영역(694)은 영역들(690 및 692)의 중간이고, 바람직한 시각적 보안 레벨들에서는 그렇지 않은, 감소된 이미지 가시성의 영역이다. 유리하게, 본 실시예들은, 주 사용자를 위한 넓은 극 영역(690), 엿보는 사람을 위한 넓은 극 영역(692) 및 좁은 전이 영역(694)을 달성한다.
도 7d는, 도 7c와 동일한 lux/nit 비율을 위한 복수의 지연기를 포함하지 않는 디스플레이에 대한 극 방향에서의 시각적 보안 레벨의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다. 본 실시예들과 비교하여, 바람직한 시각적 보안 레벨 V > 4의 극 영역(692)은 현저하게 감소되고, 감소된 이미지 가시성 및 불충분한 시각적 보안 레벨의 극 영역(694)은 증가된다.
본 개시와 비교하여, (예를 들어, 도 27a 및 도 27b를 참조하여 설명되는, 단일 지연기 층에 전형적인 '과녁(bulls-eye)' 패턴과 같은) 좁은 각도 범위에 걸쳐 높은 반사도를 제공하는 단일 지연기는 넓은 각도 범위에 걸쳐 높은 반사도를 달성하지 않는다. 특히, 도 5a에 도시된 반사광의 이중 통과는 높은 반사도의 매우 좁은 영역을 제공한다. 반사된 광은, 디스플레이 법선에 대해 반전된 입력 및 출력 광선 방향을 갖는 지연기를 2번 통과해야 한다. 이는 광학 효과를 증가시키고, 설계 각도(예를 들어, +/-45 도 측방향 각 및 0도 앙각)에 근접한 앙각을 갖는 광선에 대해 높은 반사도를 제공한다. 본 실시예들의 수평면 주위에서의 확장된 프라이버시 성능은 높은 시각적 보안의 훨씬 더 넓은 영역들(예를 들어, 극 영역(692))을 산출한다.
본 실시예들의 복수의 지연기들은 넓은 각도 범위에 걸쳐 높은 반사도를 제공하고, 축외 엿보는 사람에 대해 바람직한 프라이버시를 달성한다. 또한 본 실시예들의 지연기들은 공개 동작 모드에서 낮은 반사도 및 높은 이미지 가시성을 제공하도록 스위칭될 수 있다. 유리하게, 복수의 지연기는 현저히 증가된 극 영역(692) 및 현저히 감소된 극 영역(694)을 달성하며, 극 영역(690)에서의 주 사용자에 대해 편안한 이미지 가시성을 달성한다.
자동차 차량 내에서 제어가능한 디스플레이 조명을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
도 8a는 엔터테인먼트 동작 모드 및 공유 동작 모드를 위한 자동차 차량(600)의 차량 객실(602) 내에 배열된 스위칭가능 지향성 디스플레이(100)를 갖는 자동차 차량을 측면도로 도시한 개략도이다. (예를 들어, 휘도가 피크 휘도의 50%보다 큰 광 원추를 나타내는) 광 원추(610)는 앙각 방향에서의 디스플레이(100)의 휘도 분포에 의해 제공될 수 있고, 스위칭가능하지 않다. 또한, 디스플레이 반사도는 이 광 원추(610) 외부의 정면 반사도에 비해 증가될 수 있다.
도 8b는 엔터테인먼트 동작 모드에서 차량 객실(602) 내에 배치되고 프라이버시 디스플레이와 유사한 방식으로 동작하는 스위칭가능 지향성 디스플레이(100)를 갖는 자동차 차량을 평면도로 도시한 개략도이다. 광 원추(612)는 좁은 각도 범위로 제공되어 승객(606)은 디스플레이(100)를 볼 수 있는 반면, 운전자(604)는 감소된 휘도 및 증가된 반사도의 결과로서 디스플레이(100) 상의 이미지를 보지못할 수 있다. 유리하게, 엔터테인먼트 이미지는 운전자(604)를 산만하게 하지 않고 승객(606)에게 표시될 수 있다.
도 8c는 공유 동작 모드에서 차량 객실(602) 내에 배열된 스위칭가능 지향성 디스플레이(100)를 갖는 자동차 차량을 평면도로 도시한 개략도이다. 광 원추(614)는, 예를 들어, 디스플레이가 움직이지 않거나 산만하지 않은 이미지가 제공될 때, 모든 탑승자들이 디스플레이(100) 상의 이미지를 인지할 수 있도록 넓은 각도 범위로 제공된다.
도 8d는 야간 동작 모드 및 주간 동작 모드를 위한 차량 객실(602) 내에 배열된 스위칭가능 지향성 디스플레이(100)를 갖는 자동차 차량을 평면도로 도시한 개략도이다. 도 7c 내지 도 7e의 배열과 비교하여, 광학 출력은 디스플레이 앙각 방향이 운전자(604) 위치와 승객(606) 위치 사이의 축을 따라 있도록 회전된다. 광 원추(620)는 낮은 디스플레이 반사도로 운전자(604)와 승객(606)에 모두 비춘다.
도 8e는 야간 동작 모드에서 차량 객실(602) 내에 배열된 스위칭가능 지향성 디스플레이(100)를 갖는 자동차 차량을 측면도로 도시한 개략도이다. 따라서, 디스플레이는 좁은 각도 출력 광 원추(622)를 제공할 수 있다. 유리하게는, 차량 객실(602)의 내부 표면 및 탑승자를 조명하고 운전자(604)에게 산만함을 야기하는 미광(stray light)이 실질적으로 감소될 수 있다. 유리하게, 운전자(604) 및 승객(606)이 모두, 디스플레이된 이미지들을 관찰할 수 있다.
도 8f는 주간 동작 모드에서 차량 객실(602) 내에 배열된 스위칭가능 지향성 디스플레이(100)를 갖는 자동차 차량을 측면도로 도시한 개략도이다. 따라서, 디스플레이는 좁은 각도 출력 광 원추(624)를 제공할 수 있다. 유리하게, 디스플레이는 모든 객실(602) 탑승자들에 의해 편리하게 관찰될 수 있다.
도 8a 내지 도 8f의 디스플레이(100)는 운전자 기기 디스플레이, 중앙 콘솔 디스플레이 및 좌석 뒤 디스플레이와 같은 다른 차량 객실 위치들에 배열될 수 있다.
제1 상태를 나타내는 공개 모드에서의 디스플레이 장치(100)의 동작이 이제 설명되고, 극 제어 지연기(300)의 더 상세한 설명이 제공될 것이다.
도 9a는 공개 동작 모드에서의 극 제어 지연기(300)의 배열을 투시 측면도로 도시한 개략도이다. 본 실시예에서는, 액정 지연기(301)에 걸쳐 영(0) 볼트가 제공되며, 표 2는 도 9a의 배열에 대한 예시적인 실시예를 기술한다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 9a의 구성의 특징들은, 특징들에서의 임의의 잠재적인 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호들을 가진 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
Figure pct00013
스위칭가능 액정 지연기(301)는 전극들(413, 415) 상에, 그리고 액정 물질(414)의 층에 인접하게 그 반대쪽 측면들 위에 배치되고, 인접한 액정 물질(414) 내에 수직 배향을 제공하도록 각각 배열되는, 2개의 표면 배향층들을 포함한다. 스위칭가능 액정 지연기(301)의 액정 물질(414)의 층은 음의 유전체 이방성을 갖는 액정 물질을 포함한다. 액정 분자(414)는 스위칭 시에 축퇴성(degeneracy)을 제거하기 위해, 예를 들어, 수평으로부터 88도의 선경사각(pretilt)으로 제공될 수 있다.
본 실시예들에서, 지연기 스택들의 시뮬레이션 및 디스플레이 광학 스택들을 이용한 실험에 의해, 바람직한 지연 범위 및 전압이 설정되었다. 다양한 광학층들에 대한 설계 구성을 제공하는 지연 범위가 이제 설명될 것이다.
액정 물질의 층(314)은 500 nm 내지 1000 nm 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 600 nm내지 900 nm의 범위, 가장 바람직하게는 700 nm 내지 850 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖고; 지연기(330)는 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 수동 지연기를 더 포함하며, 수동 지연기는 -300 nm 내지 -900 nm 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 -450 nm 내지 -800 nm 범위, 가장 바람직하게는 -500 nm 내지 -725 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는다.
대안적으로, 수동 극 제어 지연기(330)는 지연기의 평면 내의 성분 및 지연기의 평면에 수직인 성분으로 배향되는 광학 축을 갖는 O-플레이트 지연기를 포함할 수 있다. 이러한 지연기는 액정 물질(414)의 잔류 경사각을 더 보상할 수 있다.
도 9b는 공개 동작 모드에서 도 1a의 광학 스택을 통해 SLM 으로부터의 출력 광의 전파를 측면도로 도시한 개략도이고, 도 9c는 도 9b에서 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 9b 및 도 9c의 배열의 특징은, 특징들에서의 임의의 잠재적 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호를 갖는 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
따라서, 액정 지연기(301)가 상기 2개의 상태 중 제1 상태에 있는 경우, 극 제어 지연기(300)는 스위칭가능 지연기(301)의 평면에 수직으로 통과하거나 스위칭가능 지연기(301)의 평면의 법선에 예각으로 경사지게 통과하는 출력 광에 대한 편광 성분(360, 361)의 전체적인 변환을 제공하지 않는다. 즉, 편광 성분(362)은 편광 성분(360)과 실질적으로 동일하며, 편광 성분(364)은 편광 성분(361)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 도 9c의 각도에 따른 투과도 프로파일은 넓은 극 영역에 걸쳐 실질적으로 균일하게 투과된다. 유리하게, 디스플레이는 넓은 시야로 스위칭될 수 있다.
도 9d는 공개 동작 모드에서의 도 1a의 광학 스택을 통한 주변 조명광의 전파를 평면도로 도시한 개략도이고, 도 9e는 도 9d의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다. 보다 상세히 설명되지 않는 도 9d 및 도 9e의 배열들의 특징들은, 특징들의 임의의 잠재적인 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호들을 갖는 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
따라서, 액정 지연기(301)가 상기 2개의 상태 중 제1 상태에 있는 경우, 극 제어 지연기(300)는 극 제어 지연기(300)의 평면에 수직이거나, 극 제어 지연기(300)의 평면의 법선에 예각으로 경사진, 부가적인 편광기(318) 및 그 뒤의 극 제어 지연기(300)를 통과하는 주변 광선(412)에 대해서는 편광 성분(372)의 전체적인 변환을 제공하지 않는다.
공개 모드에서의 동작에서, 입력 광선(412)은 부가적인 편광기(318)를 통한 투과 이후 편광 상태(372)를 가진다. 정면 및 축외 방향 모두의 경우, 편광 변환이 발생하지 않고, 따라서 반사 편광기(302)로부터의 광선(402)에 대한 반사도는 낮다. 광선(412)은 반사 편광기(302)에 의해 투과되고, 디스플레이 편광기(218, 210), 또는 도 1a의 백라이트, 또는 도 1b의 방출성 SLM(38)의 광학 절연체(218, 518)에서 손실된다.
유리하게, 공개 동작 모드에서는, 높은 휘도 및 낮은 반사도가 넓은 시야에 걸쳐 제공된다. 그러한 디스플레이는 높은 콘트라스트를 갖고 다수의 관찰자들에 의해 편리하게 보일 수 있다.
이제, 제1 상태에 대한 공개 모드에서의 도 1a의 디스플레이의 외관이 설명될 것이다.
도 10a는 공개 모드에서 동작하는 디스플레이를 위한 투과된 출력 광의 관찰을 정면 투시도로 도시한 개략도이며, 도 10b는 공개 모드에서 도 1a의 스위칭가능 디스플레이로부터의 반사된 주변 광의 관찰을 정면 투시도로 도시한 개략도이고, 도 10c는 공개 모드에서 동작하는 도 1a의 디스플레이의 외관을 정면 투시도들로 도시한 개략도이다.
따라서, 사용자(49)에 대한 바람직한 축외 관찰 위치는 높은 디스플레이 휘도를 갖고, 반사 편광기(302)로부터 실질적으로 반사되지 않는다. 높은 이미지 가시성 값이 달성될 수 있고, 다수의 사용자에 의해 식별되는 정보를 편리하게 디스플레이할 수 있다. 프레넬 반사(605)는 통상적인 디스플레이에서와 같이 여전히 존재하며, 일반적으로 낮은 레벨에 있다. 고성능 공개 모드가 제공된다.
지연기들의 다른 배열이 이제 설명될 것이다.
도 11a는 스위칭가능 지연기가 수평 배향을 갖는 스위칭가능 액정층 및 교차된 A-플레이트 극 제어 지연기를 포함하는, 공개 동작 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 개략도이고, 도 11b는 프라이버시 동작 모드에서 도 11a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 도시한 개략적인 그래프이며, 도 11c는 프라이버시 동작 모드에서 도 11a의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 도시한 개략적인 그래프이고, 도 11d는 공개 동작 모드에서 도 11a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 도시한 개략적인 그래프이며, 도 11e는 표 3a에 예시된 실시예들을 포함하는 공개 동작 모드에서 도 11a의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 도시한 개략적인 그래프이다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 11a 내지 도 11e의 배열들의 특징은, 특징들에서의 임의의 잠재적 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호를 갖는 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
Figure pct00014
스위칭가능 액정 지연기(301)는 액정 물질(421)의 층에 인접하게, 그리고 그의 반대쪽 측면들 상에 배치되며, 인접한 액정 물질(421)에서 수평 배향을 제공하도록 각각 배열된 2개의 표면 배향층(419a, 419b)을 포함한다. 스위칭가능 액정 지연기(301)의 액정 물질(421)의 층(314)은 양의 유전체 이방성을 갖는 액정 물질(421)을 포함한다. 액정 물질(421)의 층은 500 nm 내지 900 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 600 nm 내지 850 nm의 범위, 가장 바람직하게는 700 nm 내지 800 nm의 범위에서의 파장의 광에 대한 지연을 갖는다. 지연기(330)는 지연기들의 평면에서 교차되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들(330A, 330B)를 더 포함하는데, 상기 한 쌍의 수동 지연기들의 각각의 수동 지연기는 300 nm 내지 800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 350 nm 내지 650 nm의 범위, 가장 바람직하게는 450 nm 내지 550 nm의 범위에서의 파장의 광에 대한 지연을 갖는다.
표 2의 실시예들과 비교하여, 수동 극 제어 지연기(330)는 교차된 축을 갖는 한 쌍의 A-플레이트(330A, 330B)에 의해 제공된다. 본 실시예들에서, '교차'는 지연기들의 평면에 있는 2개의 지연기의 광학 축들 사이에서의 실질적으로 90°인 각도를 말한다. 지연기 재료의 비용을 감소시키기 위해, 예를 들어 필름 제조 동안의 연신 오차로 인해, 지연기 배향의 약간의 변화를 갖는 재료를 제공하는 것이 바람직하다. 바람직한 방향들로부터의 지연기 배향으로의 변화들은 정면 휘도를 감소시키고 최소 투과도를 증가시킬 수 있다. 바람직하게, 각도(310A)는 적어도 35° 및 최대 55°, 보다 바람직하게는 적어도 40° 및 최대 50°, 가장 바람직하게는 적어도 42.5° 및 최대 47.5°이다. 바람직하게, 각도(310B)는 적어도 125° 및 최대 145°, 보다 바람직하게는 적어도 130° 및 최대 135°, 가장 바람직하게는 적어도 132.5° 및 최대 137.5°이다.
표 2의 실시예들과 비교하여, 액정 지연기 배향은 수직 배향보다는 수평 배향에 의해 제공된다. 유리하게, 수평 배향은 디스플레이를 터치할 때와 같은 기계적인 왜곡 동안, 감소된 복구 시간을 제공한다.
유리하게, 수동 지연기들은 낮은 비용 및 높은 균일성을 달성하기 위해 신장된 필름을 사용하여 제공될 수 있다. 또한, 수평 배향을 갖는 액정 지연기들에 대한 시야는, 인가된 압력 동안 액정 물질의 유동의 가시성에 대한 복원성을 제공하면서, 증가된다.
출력 편광기(218) 및 반사 편광기(302)의 전기 벡터 투과 방향과 상이한 전기 벡터 투과 방향을 갖는 부가적인 편광기(318)를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
도 11f는 교차된 A-플레이트 수동 극 제어 지연기들(330A, 330B) 및 수평 배향된 스위칭가능 액정 지연기(301), 나아가, 표 3b에 예시된 실시예들을 포함한 수동 회전 지연기(460)를 포함하는, 프라이버시 동작 모드에서의 지연기들(300)의 배열을 투시 측면도로 도시한 개략도이다. 보다 상세히 설명되지 않는 도 11f의 배열의 특징들은, 특징들의 임의의 잠재적인 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호들을 갖는 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
Figure pct00015
반사 편광기(302) 및 부가적인 편광기(318)는 평행하지 않은 전기 벡터 투과 방향(303, 319)을 갖고, 디스플레이 장치(100)는 반사 편광기(302)와 부가적인 편광기(318) 사이에 배열된 회전 지연기(406)를 더 포함하며, 회전 지연기(406)는 디스플레이 편광기(218)의 전기 벡터 투과 방향 및 부가적인 편광기(318)의 전기 벡터 투과 방향 사이에서 그 위에 입사하는 편광된 광의 편광 방향을 회전시키도록 배열된다.
출력 편광기(218) 및 반사 편광기(302)에는 예를 들어 트위스트 네마틱(twisted nematic) LCD 디스플레이의 경우에 45도의 각도(317)일 수 있는 전기 벡터 투과 방향(219, 303)이 제공될 수 있다. 부가적인 편광기(318)는 대개, 수직 편광된 광을 투과시키는 편광 선글라스를 착용할 수 있는 사용자에게 수직 편광된 광을 제공하도록 배열될 수 있다.
수동 회전 지연기(460)는 본 실시예들의 극 제어 지연기(330)와 상이하고, 그 동작이 이제 설명될 것이다. 수동 회전 지연기(460)는, 복굴절 재료(462), 및 예를 들어 550 nm의 파장에서 지연을 갖는, 275 nm의 반파장판을 포함할 수 있다. 수동 회전 지연기(460)는 부가적인 편광기(318)의 전기 벡터 투과 방향(319)에 대해 22.5도일 수 있는 각도(466)로 경사져 있는 빠른 축 배향(464)을 갖는다. 따라서, 수동 회전 지연기(460)는 극 제어 지연기(330B) 상에 입사하는 광의 편광 방향이 방향(319)에 평행하도록 출력 편광기(218)로부터의 편광을 회전시킨다.
동작 시에, 수동 회전 지연기(460)는 출력 편광기(218)로부터의 편광 성분에 각도 회전을 제공함으로써 축상 편광 상태를 변경한다. 극 제어 지연기들(330A, 330B)과 비교하면, 함께 축상 편광 상태를 변경하지 않는다. 또한, 수동 회전 지연기(460)는 축외 방향에 대한 시야각을 갖는 출력 휘도의 작은 변화만을 제공하는 편광의 회전을 제공한다. 비교하면, 극 제어 지연기들(330A, 330B)은 시야각을 갖는 출력 휘도의 실질적인 변경을 제공한다.
유리하게는, 예를 들어 편광 선글라스를 이용한 시야를 제공하기 위해 디스플레이 편광기 편광 방향(219)과 상이한 출력 편광 방향(319)을 갖는 디스플레이가 제공될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 개별 지연기(460)가 생략될 수 있고, 도 11a의 지연기(330B)의 지연은 반파 회전을 제공하도록 증가될 수 있다. 예시적인 실시예를 계속하면, 550 nm의 파장에서 지연기(330B)의 지연은 지연기(330A)의 지연보다 더 큰 275 nm일 수 있다. 유리하게, 층들의 개수, 복잡도 및 비용이 감소될 수 있다.
다른 실시예들에서, 수동 회전 지연기(460)는 반사 편광기(302) 및 부가적인 편광기(318)의 전기 벡터 투과 방향(303, 319)이 평행하도록, 디스플레이 출력 편광기(218)와 반사 편광기(302) 사이에 제공될 수 있다.
도 12a는 제2 전압(V1)으로 구동되는, 액정(421)을 포함한 수평 배향된 스위칭가능 액정 지연기 및 수동 음의 C-플레이트 지연기(330)를 포함하는 프라이버시 동작 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 개략도이고, 도 12b는 제1 전압(V1)과 상이한 제2 전압(V2)으로 구동되는, 수평 배향된 스위칭가능 액정 지연기 및 수동 음의 C-플레이트 지연기를 포함하는 프라이버시 동작 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 개략도이다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 12a 및 도 12b의 배열들의 특징은, 특징들에서의 임의의 잠재적 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호를 갖는 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
도 12a의 배열과 비교하여, 구동 전압(V2)은 액정 지연기의 층(314)의 중심에 액정 물질(414)의 분자들에 대해 증가된 경사각(tilt)을 제공하기 위해 증가된다. 이러한 증가된 경사각은 프라이버시 모드 및 공개 모드 사이에서 스위칭가능 액정 지연기(301)의 지연을 변화시킨다.
도 12c는 프라이버시 동작 모드에서 도 12a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이고, 도 12d는 프라이버시 모드 동작에서 도 12a의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다. 도 12e는 공개 동작 모드에서 도 12b의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이며, 도 12f는 공개 동작 모드에서 도 12b의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다. 수동 지연기들과 조합된 수평 배향의 배열의 예시적인 실시예들이 표 4a에 나타나 있다.
Figure pct00016
스위칭가능 액정 지연기(301)는, 액정 물질의 층에 인접하게, 그리고 그의 반대쪽 측면들 상에 배치되며, 인접한 액정 물질(414)에서 수평 배향을 제공하도록 각각 배열된 2개의 표면 배향층들을 포함한다. 스위칭가능 액정 지연기(301)의 액정 물질(414)의 층(314)은 양의 유전체 이방성을 갖는 액정 물질(414)을 포함한다. 액정 물질(414)의 층은 500 nm 내지 900 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 600 nm 내지 850 nm의 범위, 가장 바람직하게는 700 nm 내지 800 nm의 범위에서의 파장의 광에 대한 지연을 갖는다. 지연기(330)는 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 수동 지연기를 더 포함하고, 수동 지연기는 -300 nm 내지 -700 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 -350 nm 내지 -600 nm의 범위, 가장 바람직하게는 -400 nm 내지 -500 nm의 범위에서의 파장의 광에 대한 지연을 갖는다.
도 11a와 비교하여, 유리하게, 지연기(330)의 두께 및 복잡도가 감소될 수 있다.
이제, 수동 극 제어 지연기(330)를 생략하는 구조가 설명될 것이다.
도 13a는 프라이버시 동작 모드에서 수평 배향된 스위칭가능 액정 지연기(301)를 포함하는, 프라이버시 동작 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 개략도이다. 스위칭가능 액정 지연기(301)는 액정 물질(421)의 층에 인접하게 배치되고 인접 액정 물질(421)에서 수평 배향을 제공하도록 배열된, 표면 배향층들(419a, 419b)을 포함한다. 도 13b는 프라이버시 동작 모드에서 도 13a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이고, 도 13c는 프라이버시 동작 모드에서 도 13a의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이며, 도 13d는 공개 동작 모드에서 도 13a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이고, 도 13e는 공개 동작 모드에서 도 13a의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다.
도 13a의 배열의 예시적인 실시예가 표 4b에 주어진다.
Figure pct00017
스위칭가능 액정 지연기(301)는, 액정 물질의 층에 인접하게, 그리고 그의 반대쪽 측면들 상에 배치되며, 인접한 액정 물질(414)에서 수평 배향을 제공하도록 각각 배열된 2개의 표면 배향층들을 포함한다. 스위칭가능 액정 지연기의 액정 물질의 층은 양의 유전체 이방성을 갖는 액정 물질을 포함한다. 액정 지연기(301)는 500 nm 내지 1500 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 700 nm 내지 1200 nm의 범위, 가장 바람직하게는 800 nm 내지 1000 nm의 범위에서의 파장의 광에 대한 지연을 갖는다.
도 13a내지 도 13e의 실시예들은 유리하게, 수동 지연기가 제공되지 않기 때문에, 감소된 비용 및 복잡도를 달성한다. 또한, 공개 모드는 층(314)의 액정 물질의 구동되지 않은 상태일 수 있고, 상대적으로 낮은 전압이 프라이버시 모드에서 사용된다. 또한, 수직 배향과 비교하여, 수평 배향층은, 예를 들어, 터치 패널이 사용되는 경우에, 디스플레이 표면의 취급으로부터 발생하는 액정 물질 유동의 감소된 가시성을 유리하게 제공할 수 있다.
도 13f는 반사 편광기, 스위칭가능 액정 지연기, 및 부가적인 편광기를 포함하는 시야각 제어 요소를 투시 측면도로 도시한 개략도이다. 스위칭가능 '과녁' 시야 프로파일을 갖고 프라이버시를 제공하는 낮은 비용의 스위칭가능 애프터마켓 층이 제공될 수 있다.
스위칭가능 지연기(300)의 다른 배열들이 이제 설명될 것이다.
도 14a는, 교차된 A-플레이트 수동 지연기들(330A, 330B) 및 수직 배향된 스위칭가능 액정 지연기(301)를 포함하는, 프라이버시 동작 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 개략도이다. 도 14b는 프라이버시 동작 모드에서 도 14a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이고, 도 14c는 프라이버시 동작 모드에서 도 14a의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 14a 내지 도 14c의 배열들의 특징들은, 특징들의 임의의 잠재적인 변화들을 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호들을 가진 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
도 14d는 교차된 A-플레이트 수동 지연기 및 수직 배향된 스위칭가능 액정 지연기를 포함하는 공개 동작 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 개략도이다. 도 14e는 공개 동작 모드에서 도 14d의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이며, 도 14f는 공개 동작 모드에서 도 14d의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 14d 내지 도 14f의 배열들의 특징들은, 특징들에서의 임의의 잠재적인 변화들을 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호들을 가진 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
따라서, 수동 극 제어 지연기(330)는, 교차되는 지연기들의 평면에 광학 축들을 갖는 한 쌍의 지연기들(330A, 330B)을 포함한다. 한 쌍의 지연기들(330A, 330B)은 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대하여 +/- 45°에서 각각 연장되는 광학 축들을 갖는다. 한 쌍의 지연기들(330A, 330B)은 각각 하나의 A-플레이트를 포함한다. 예시적인 실시예는 표 5에 기재되어 있다.
Figure pct00018
스위칭가능 액정 지연기(301)는 전극들(413, 415) 상에, 그리고 액정 물질(414)의 층에 인접하게 그 반대쪽 측면들 위에 배치되고, 인접한 액정 물질(414) 내에 수직 배향을 제공하도록 각각 배열되는, 2개의 표면 배향층들을 포함한다. 스위칭가능 액정 지연기(301)의 액정 물질(414)의 층은 음의 유전체 이방성을 갖는 액정 물질을 포함한다. 액정 물질의 층(314)은 500 nm 내지 1000 nm 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 600 nm 내지 900 nm의 범위, 가장 바람직하게는 700 nm 내지 850 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는다. 지연기(301)는 교차되는 지연기들의 평면에 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 더 포함하고, 상기 한 쌍의 수동 지연기들의 각각의 수동 지연기는 300 nm 내지 800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 500 nm 내지 700 nm의 범위, 가장 바람직하게는 550 nm 내지 675 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는다.
유리하게는, 프라이버시 모드에서 넓은 시야에 걸쳐 높은 반사도가 제공될 수 있다. A-플레이트는 C-플레이트 지연기보다 더 낮은 비용으로 더 편리하게 제조될 수 있다.
혼합 배향된 액정 지연기(301)가 이제 설명될 것이다.
도 15a는 액정 물질(423)을 포함한 수직 배향된 스위칭가능 액정 지연기(301) 및 수동 음의 C-플레이트 지연기(330)를 포함하는, 프라이버시 동작 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 개략도이다. 도 15b는 프라이버시 동작 모드에서 도 15a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이고, 도 15c는 프라이버시 동작 모드에서 도 15a의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다. 도 15d는 공개 동작 모드에서 도 15a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 휘도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이고, 도 15e는 공개 동작 모드에서 도 15a의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 15a 내지 도 15e의 배열들의 특징은, 특징들에서의 임의의 잠재적 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호를 갖는 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
수동 지연기와 조합된, 수직 및 수평 배향층들 모두를 포함하는 혼합 배향 배열의 실시예가 표 6에 예시되어 있다.
Figure pct00019
스위칭가능 액정 지연기(301)는 액정 물질(414)의 층(314)에 인접하게, 그리고 그의 반대쪽 측면들 상에 배치되는 2개의 표면 배향층들(419a, 419b)을 포함하고, 표면 배향층들 중 하나(419a)는 인접한 액정 물질(414)에 수직 배향을 제공하도록 배열되며, 표면 배향층들 중 다른 하나(419b)는 인접한 액정 물질(414)에 수평 배향을 제공하도록 배열된다.
2개의 수직 배향층 또는 2개의 수평 배향층을 갖는 실시예들과 비교하여, 수직 배향층(419a)쪽 위에 배치되거나 또는 수평 배향층(419b)쪽 위에 배치되는 경우, 수동 극 제어 지연기(330)의 설계는 상이할 수 있다.
수평 배향을 제공하도록 배열된 표면 배향층(419b)이 액정 물질(414)의 층(314) 및 극 제어 지연기(330) 사이에 있는 경우, 액정 지연기(301)는 700 nm 내지 2000 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 1000 nm 내지 1500 nm의 범위, 가장 바람직하게는 1200 nm 내지 1500 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는다. 극 제어 지연기(300)는 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 수동 극 제어 지연기(330)를 더 포함할 수 있고, 수동 극 제어 지연기(330)는 -400 nm 내지 -1800 nm 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 -700 nm 내지 -1500 nm의 범위, 가장 바람직하게는 -900 nm 내지 -1300 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는다.
도 15a의 C-플레이트는 교차된 A-플레이트로 대체될 수 있다. 극 제어 지연기(300)가 교차된 지연기들의 평면 내에 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 더 포함하는 경우, 상기 한 쌍의 각각의 지연기는 400 nm 내지 1800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 700 nm 내지 1500 nm의 범위, 가장 바람직하게는 900 nm 내지 1300 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는다.
수직 배향을 제공하도록 배열된 표면 배향층(419a)이 액정 물질(414)의 층(314) 및 극 제어 지연기(330) 사이에 있는 경우, 액정 지연기(301)는 500 nm 내지 1800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 700 nm 내지 1500 nm의 범위, 가장 바람직하게는 900 nm 내지 1350 nm 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는다. 극 제어 지연기(300)가 지연기(330)의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 수동 극 제어 지연기(330)를 더 포함하고, 수동 극 제어 지연기(330)가 -300 nm 내지 -1600 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 -500 nm 내지 -1300 nm의 범위, 가장 바람직하게는 -700 nm 내지 -1150 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 가질 수 있거나, 지연기(330)가 교차된 지연기들의 평면에 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 더 포함하고, 상기 한 쌍의 지연기들의 각각의 지연기가 400 nm 내지 1600 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 600 nm 내지 1400 nm의 범위, 가장 바람직하게는 800 nm 내지 1300 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 가질 수 있다.
유리하게는, 도 15a의 혼합 배향은 반사 편광기(302)로부터의 반사도가 증가되는, 증가된 극각 범위를 달성한다.
이제, 프라이버시 디스플레이 장치 또는 미광 디스플레이 장치의 시야의 제어를 달성하기 위해 다수의 광학 스택을 포함하는 다른 디스플레이 구조들이 설명될 것이다.
도 16은 비-시준성(non-collimating) 백라이트(20), 반사 재순환 편광기(318B)와 투과성 SLM(48) 사이에 배열된 수동 극 제어 지연기(300B), 반사 편광기(302), 극 제어 지연기(300A), 및 부가적인 편광기(318A)를 포함하는, 주변 조명에서 사용하기 위한 스위칭가능 프라이버시 디스플레이(100)를 투시 측면도로 도시한 개략도이다. 따라서, 도 1a의 디스플레이와 비교하여, 도 16은 투과성 SLM(48)의 입력 편광기(210)와 다른 부가적인 편광기(318B) 사이에 배열된 부가적인 수동 극 제어 지연기(300B)를 더 포함한다. 다른 부가적인 편광기(318B)는 백라이트(20) 내의 광을 재순환시키도록 배열된 반사 편광기(318B)에 의해 제공되고, 유리하게는, 도 1a의 반사 편광기(208)와 유사한 방식으로 효율을 증가시킨다.
유리하게, 디스플레이의 시야는 SLM(48)으로부터의 축외 휘도를 감소시키기 위해 다른 부가적인 편광기(318B)에 의해 변형된다. 미광은 감소되고, 엿보는 사람에 대한 시각적 보안 레벨이 증가된다. 부가적인 편광기(318B)는 반사 편광기일 수 있다. 이는 반사 편광기(302)와는 다르다. 부가적인 반사 편광기(318B)는 백라이트(20)의 광 재순환을 제공하며, 프라이버시 모드에서 전방 반사를 증가시키지 않는다. 유리하게는 효율이 증가한다.
도 17a는 방출성 SLM(48), 수동 제어 지연기(300B), 다른 부가적인 편광기(318B), 반사 편광기(302), 복수의 지연기(300), 및 부가적인 편광기(318A)를 포함하는, 주변 조명에서 사용하기 위한 스위칭가능 프라이버시 디스플레이를 투시 측면도로 도시한 개략도이다. 다른 극 제어 지연기(300B)는 출력 편광기(218)와 반사 편광기(302) 사이에 배열된다. 다른 부가적인 편광기(318A)는 다른 극 제어 지연기(300B)와 반사 편광기(302) 사이에 배치된다.
도 17b는 방출성 디스플레이를 위한 시야각 제어 요소(260)를 투시 측면도로 도시한 개략도이다.
동작 시에, 디스플레이 출력 편광기(218)로부터의 광은 수동 극 제어 지연기(300B) 및 부가적인 편광기(318B)로부터의 시야 변형을 가진다. 유리하게는, 방출성 디스플레이로부터의 시야가 감소된다. 반사 편광기(302), 복수의 극 제어 지연기(300A) 및 부가적인 편광기(318A)는, SLM(48), 지연기(300B), 및 다른 부가적인 편광기(318B)에 의해 결정되는 공개 모드와, 도 1b의 디스플레이(100)에 의해 달성되는 것과 비교하여 높은 축외 반사도 및 감소된 축외 휘도를 갖는 프라이버시 모드 사이의 스위칭을 제공한다.
도 1b의 디스플레이와 비교하여, 도 17a는 다른 극 제어 지연기(300B) 및 다른 부가적인 편광기(318B)를 더 포함하며, 다른 극 제어 지연기(300B)는 먼저 언급된 부가적인 편광기와 다른 부가적인 편광기(318) 사이에 배열된다.
축외 시야를 위한 높은 이미지 가시성을 갖는 공개 모드 및 높은 시각적 보안 레벨을 갖는 프라이버시 모드를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 부가적인 복수의 지연기를 포함하는 스위칭가능 프라이버시 디스플레이의 실시예들이 이제 설명될 것이다.
도 18a는, 제1 극 제어 지연기(300A)가 백라이트(20)와 SLM(48) 사이에 배열되고, 다른 극 제어 지연기(300B)가 SLM(48)으로부터의 광을 수신하도록 배열되는, 광각(wide angle) 백라이트(20)를 포함하는 주변 조명(604)에서 사용하기 위한 스위칭가능 프라이버시 디스플레이(100)를 투시 측면도로 도시한 개략도이다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 16 내지 도 18b의 배열들의 특징은, 특징들에서의 임의의 잠재적 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호를 갖는 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
도 18a는 SLM의 출력 편광기(218)로부터 광을 수신하도록 제공된 시야각 제어 요소(260A)를 갖는 도 1a와 유사한 구조를 갖는다.
비교에 의해, 백라이트(20)는 지향성 백라이트보다는 다른 곳에서 설명되는 바와 같이, 광각 백라이트(20)에 의해 제공될 수 있다. SLM(48)은 백라이트(20)로부터 출력 광(400)을 수신하도록 배열된 투과성 SLM이고, SLM(48)은 SLM(48)의 입력 측 위에 배열된 입력 편광기(210)를 더 포함하며, 입력 편광기(210)는 선형 편광기이다. 다른 부가적인 편광기(318B)는 입력 편광기(210)의 입력 측 위에 배열되는 선형 편광기이다. 적어도 하나의 다른 극 제어 지연기(300B)가 다른 부가적인 편광기(318B)와 입력 편광기(210) 사이에 배열된다.
먼저 언급된 적어도 하나의 극 제어 지연기(300A)는 액정 물질의 제1 층(314A)을 포함하는 제1 스위칭가능 액정 지연기(301A)를 포함하고, 적어도 하나의 다른 극 제어 지연기(300B)는 액정 물질의 제2 층(314B)을 포함하는 제2 스위칭가능 액정 지연기(301B)를 포함한다.
극 제어 지연기(300A)는 수동 극 제어 지연기(330A) 및 스위칭가능 액정 지연기(301A)를 포함한다. 다른 극 제어 지연기(300B)는 수동 극 제어 지연기(330B) 및 스위칭가능 액정 지연기(301B)를 포함한다. 극 제어 지연기(300B)는 출력 투과 극 휘도 프로파일의 변형을 제공하고, 극 제어 지연기(300A)는 본원의 다른 곳에 설명된 바와 같이 출력 투과 극 휘도 및 반사도 프로파일의 변형을 제공한다.
도 16과 비교하여, 백라이트(20)는 축외 극 위치에 대해 더 높은 휘도를 가져 두 액정층들(314A, 314B)의 제어에 의해 축외 사용자에 대해 이미지 가시성이 증가되기 때문에, 공개 모드에서 증가된 축외 휘도가 달성된다. 프라이버시 모드에서, 축외 휘도는 2배의 휘도 제어 극 제어 지연기(300A, 300B) 및 각각의 부가적인 편광기(318A, 318B)에 의해 감소되기 때문에, 축외 엿보는 사람에 대해 시각적 보안 레벨이 증가된다. 또한, 축외 사용자를 위해 높은 반사도가 제공된다.
유리하게는, 높은 효율 및 감소된 시야의 프라이버시 동작을 달성하도록, 도 1a를 참조하여 설명된 바와 같은 동작을 갖는 (반사 편광기(302)에 대해 기능이 상이한) 반사 재순환 편광기가 다른 부가적인 편광기(318B)에 제공될 수 있다.
도 18a의 배열은 SLM(48)의 전방 표면 상의 단일 시야각 제어 요소(260A)를 갖는다. 유리하게, 스크린 두께의 전면이 감소될 수 있다. 부가적인 확산기들은 편광기(318)의 전방 표면 상에, 또는 시야각 제어 요소(260A)와 출력 편광기(218) 사이에 배열될 수 있다. 유리하게, 전방 표면 반사의 가시성이 감소될 수 있다. 또한, 시야각 제어 요소(260B)는 SLM(48) 및 백라이트(20) 사이에 편리하게 제공될 수 있다. 조립의 비용 및 복잡도가 감소될 수 있다. 픽셀 층(214)과 디스플레이 사용자(26) 사이의 면들의 개수가 유리하게 감소되어, 증가된 이미지 콘트라스트를 달성할 수 있다.
도 18a와 유사한 배열에서, 한 쌍의 수동 복수의 지연기들을 각각 포함하는 수동 지연기들(330A, 330B)이 이제 설명될 것이다.
도 18b는 반사 편광기(302)와 부가적인 편광기(318A) 사이에 배열된 극 제어 지연기(300A), 및 입력 편광기(210)와 투과성 SLM(48)의 다른 부가적인 편광기(318B) 사이에 배열된 다른 극 제어 지연기(300B)를 포함하고, 극 제어 지연기(300A) 및 다른 극 제어 지연기(300B)가 각각 교차된 A-플레이트를 포함하는, 광학 스택의 광학층들의 배열을 정면도로 도시한 개략도이다. 예시적인 실시예가 표 7 및 표 8a에 제공된다.
Figure pct00020
Figure pct00021
도 11a의 실시예와 비교하여, 도 18a 내지 도 18f의 실시예는 넓은 시야에서 높은 휘도를 갖는 투과성 SLM(48) 및 광각 백라이트(20)를 포함하거나, 또는 방출성 SLM(48)을 포함한다.
또한, 실시예들은 극 제어 지연기(300A), 부가적인 편광기(318A), 다른 극 제어 지연기(300B) 및 다른 부가적인 편광기(318B)를 포함한다. 이러한 배열의 투과 프로파일은 배수적(multiplicative)이다. 따라서, +/- 45도의 측방향 각도 및 0도의 앙각과 같은, 설계 극각에서 매우 낮은 휘도가 달성될 수 있다. 그러나, 설계 극각보다 높은 각도에서 백라이트 또는 방출성 SLM 로부터의 높은 휘도는 증가된 광 레벨 및 감소된 반사도를 제공한다. 시각적 보안 레벨은 높은 각도의 엿보는 사람에 대해 감소될 수 있다. 적어도 하나의 다른 극 제어 지연기(300B)는 2개의 교차된 수동 극 제어 지연기들(330BA, 330BB)이 제공된 도 18b의 실시예에서, 적어도 하나의 다른 수동 지연기를 포함한다.
45도보다 큰, 예를 들어 50도 내지 65도의 측방향 각도에 있는 최소점(minima)에 대해 조정되는 설계를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 극 제어 지연기(300B)를 갖는 배열에서, 스위칭가능 액정 지연기들(301A, 301B)의 액정 물질(414)의 층들(314A, 314B)은 각각, 450 nm 내지 850 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 500 nm 내지 750 nm의 범위, 가장 바람직하게는 550 nm 내지 650 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 각각 가질 수 있다.
먼저 언급된 복수의 지연기들 및 다른 복수의 지연기들은 각각, 지연기들의 평면 내의 교차된 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 포함할 수 있고, 먼저 언급된 수동 지연기들(330A, 330B)의 쌍의 각각의 수동 지연기는 300 nm 내지 800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 350 nm 내지 650 nm의 범위, 가장 바람직하게는 400 nm 내지 550 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는다.
유리하게는, 높은 각도에서의 휘도 및 반사도가 감소될 수 있고, 높은 시야각에서의 엿보는 사람에 대해 시각적 보안 레벨이 증가될 수 있다. 스위칭가능 프라이버시 디스플레이에서의 색상 비대칭의 감소가 이제 설명될 것이다.
도 18c는 교차된 수동 A-플레이트와, 표 8a의 교차된 A-플레이트 지연기들(330AA, 330AB) 및 액정층(314A)을 포함한 극 제어 지연기(300B)의 하나를 위한 수평 배향된 스위칭가능 액정 지연기를 포함하는, 복수의 지연기들의 투과된 광선에 대해 극 방향에서의 로그 출력 휘도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이고, 도 18d는 교차된 수동 A-플레이트와, 표 8b의 지연기들(330AA, 330AB, 314A)을 포함한 극 제어 지연기(300B)의 하나를 위한 수평 배향된 스위칭가능 액정 지연기를 포함하는, 복수의 지연기들의 투과된 광선에 대해 측방향 각도에서의 로그 출력 휘도의 변화(470A)를 측방향에서 나타내는 개략적인 그래프이다.
도 18c 및 도 18d는, 교차된 A-플레이트들(330AA, 330AB)의 시퀀스에 의해 제공되는 일부 휘도 비대칭이 존재한다는 것을 나타낸다. 휘도 프로파일들은 파장에 의존적이기 때문에, 동작 시, 이러한 비대칭성은 각도 영역들(472L, 472R)에 예시된 바와 같이, 디스플레이의 어느 한 면에 상이한 외관을 갖는 현저한 색상 변화를 제공할 수 있다. 도 11a의 배열에서, 이러한 색 변이는 대개, 시준된 백라이트(20)의 낮은 휘도로 인해 매우 가시적이지 않다. 그러나, 높은 각도에서의 증가된 백라이트(20) 휘도의 경우, 또는 방출성 SLM의 경우, 비대칭이 보다 명확하게 보일 수 있다. 비대칭적 색상 외관을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
도 18b로 되돌아가서, 먼저 언급된 극 제어 지연기(300A)는 지연기들(330AA, 330AB)의 평면 내에 교차된 광학 축들(331AA, 331AB)을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들(330AA, 330AB)을 포함하고, 상기 한 쌍의 수동 지연기들 중 제1 지연기(330AA)는 출력 편광기(218)의 전기 벡터 투과 방향(219)에 대해 45°로 연장되는 광학 축(331AA)을 갖고, 상기 한 쌍의 수동 지연기들 중 제2 지연기(331AB)는 출력 편광기(218)의 전기 벡터 투과 방향(219)에 대해 135°로 연장되는 광학 축(331AB)을 갖는다.
적어도 하나의 다른 극 제어 지연기(300B)는 지연기들(330BA, 330BB)의 평면 내에 교차된 광학 축들(331BA, 331BB)을 갖는 다른 한 쌍의 수동 지연기들(330BA, 330BB)을 포함하고, 상기 다른 한 쌍의 수동 지연기들 중 제1 지연기(330BA)는 출력 편광기(218)의 전기 벡터 투과 방향(219)에 대해 135°로 연장되는 광학 축(331BA)을 갖고, 상기 다른 한 쌍의 수동 지연기들 중 제2 지연기(330BB)는 출력 편광기(218)의 전기 벡터 투과 방향(219)에 대해 45°로 연장되는 광학 축(331BB)을 갖는다. 각각의 쌍의 수동 지연기들의 제2 지연기(330AB, 330BB)는 수동 극 제어 지연기(330A, 330B)의 각각의 쌍의 제1 지연기(330AA, 330BA)로부터 광을 수신하도록 배열된다. 따라서, 서로 가장 근접한, 제1 쌍의 수동 지연기(330 AA) 및 다른 쌍의 수동 지연기(330BB)는 동일한 방향으로 연장되는 각각의 광학 축(331AA, 331AB)을 갖는다.
본 개시의 경우, 수동 지연기 광학 축들의 회전 방향은 시계 방향 또는 반시계 방향일 수 있으며, 이로써 수동 지연기들의 각각의 쌍 내의 광학 축 중 하나는 각각, 45° 및 135°로 연장된다. 예시적인 실시예에서, 회전 방향은 시계 방향이다.
도 18d로 되돌아가면, 교차된 A-플레이트들(330BA, 330BB) 및 액정 지연기(314B)의 휘도 프로파일은 프로파일(470B)로 예시된다. 조합하면, 프로파일들(470A, 470B)은 배수적(multiplicative)이다. 따라서, 도 18b의 지연기들의 배열은 2개의 휘도 프로파일들의 평균을 달성하고, 더 나아가 색 대칭성을 달성한다. 유리하게는, 각도 균일성이 개선된다.
선택적으로, 도 18a 및 도 18b의 예에서, 반사 편광기(318B)는 생략될 수 있다. 그러한 경우에, 반사 편광기(318B)는 이색성 흡수 편광기(도시되지 않음)로 선택적으로 대체될 수 있다.
극 제어 지연기(300A)의 다른 배열, 및 다른 극 제어 지연기(300B)가 이제 제공될 것이다.
도 18e는 방출성 SLM(48), 제1 극 제어 지연기(300A), 제1 부가적인 편광기(318A), 반사 편광기(302), 제2 극 제어 지연기(300B), 및 제2 부가적인 편광기(318B)를 포함하는, 주변 조명에 사용하기 위한 스위칭가능 프라이버시 디스플레이를 투시 측면도로 도시한 개략도이고, 도 18f는 부가적인 광 흡수 편광기(318A) 및 반사 편광기(302)인 다른 부가적인 편광기(318B) 사이에 배열되는 극 제어 지연기(300A)와, 출력 편광기(218) 및 다른 부가적인 편광기(318B, 302) 사이에 배열된 다른 극 제어 지연기(300B)를 포함하되, 극 제어 지연기(300A) 및 다른 복수의 지연기(300B)가 교차된 A-플레이트(330AA, 330AB, 330BA, 330BB)를 각각 포함하는, 광학 스택의 광학 층들의 배열을 정면도로 도시한 개략도이다.
예시적인 실시예들이 표 8b에 제공된다.
Figure pct00022
도 18a의 배열과 비교하여, SLM(48)으로부터의 산란이 시야각 제어 요소(260B)로부터의 휘도 프로파일의 시야를 변경하지 않기 때문에, 축외 관찰 위치에 대한 감소된 휘도가 유리하게 제공될 수 있다. 또한, 편리한 애프터마켓 또는 공장에서의 부착을 위해 하나의 광학 요소 스택이 제공될 수 있다.
도 18e 내지 도 18f의 실시예는 반사 편광기(302)가 다른 복수의 지연기(300B)의 부가적인 편광기(318B)를 더 제공할 수 있음을 더 예시한다. 유리하게는, 비용 및 두께가 감소되고, 효율이 증가된다.
대칭적 색상 및 휘도 출력을 갖는 휘도 제어 디스플레이의 실시예들이 이제 설명될 것이다.
도 18g는 부가적인 광 흡수 편광기(318A)와 다른 부가적인 편광기(318B) 사이에 배열된 극 제어 지연기(300A), 및 출력 편광기(218)와 다른 부가적인 편광기(318B) 사이에 배열된 다른 극 제어 지연기(300B)를 포함하되, 극 제어 지연기(300A) 및 다른 복수의 지연기(300B)가 교차된 A-플레이트 지연기들(330AA, 330AB, 330BA, 330BB)을 각각 포함하는, 광학 스택의 광학 층들의 배열을 정면도로 도시한 개략도이다.
따라서, 디스플레이 장치는, SLM(48), SLM(48)의 적어도 한 면 위에 배열된 선형 편광기인 디스플레이 편광기, 적어도 하나의 디스플레이 편광기의 하나로서 SLM(48)의 동일한 면 위에 배열된 선형 편광기인 제1 부가적인 편광기(318A), 제1 부가적인 편광기(318A)와 적어도 하나의 디스플레이 편광기의 하나 사이에 배열된 제1 극 제어 지연기(300A), 상기 적어도 하나의 디스플레이 편광기의 하나로서 SLM의 동일한 면 위에서 제1 부가적인 편광기(318A) 외측에 배열되는 선형 편광기인 다른 부가적인 편광기(318B), 및 제1 부가적인 편광기(318A) 및 다른 부가적인 편광기(318B) 사이에 배열된 다른 극 제어 지연기(300B)를 포함하는데, 제1 극 제어 지연기는 지연기의 평면 내에서 교차되고 출력 편광기(218)의 전기 벡터 투과 방향에 대해 45° 및 135°로 각각 연장되는 광학 축들(331AA, 331AB)을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들(330AA, 330AB)을 포함하고, 다른 극 제어 지연기는 지연기의 평면 내에서 교차되고 출력 편광기(218)의 전기 벡터 투과 방향에 대해 45° 및 135°로 각각 연장되는 광학 축들(331BA, 331BB)을 갖는 다른 한 쌍의 수동 지연기들(330BA, 330BB)을 포함하며, 제1 쌍의 수동 극 제어 지연기 중 하나 및 다른 쌍의 수동 극 제어 지연기 중 하나의 광학 축들(331BB, 331AA)은 서로 가장 근접하게 동일한 방향으로 연장된다.
제1 극 제어 지연기(300A) 및 다른 극 제어 지연기(300B)는 각각, 액정 물질(414A, 414B)의 층(314A, 314B)을 포함한 스위칭가능 액정 지연기(301A, 301B)를 더 포함하고, 제1 극 제어 지연기(300A) 및 다른 극 제어 지연기(300B)는 각각, 스위칭가능 액정 지연기(301A, 301B)의 스위칭가능 상태에서, 극 제어 지연기의 평면에 수직인 축을 따라 상기 적어도 하나의 디스플레이 편광기의 하나에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 어떠한 순(net) 상대 위상 편이를 도입하지 않으면서 동시에, 극 제어 지연기의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 상기 적어도 하나의 디스플레이 편광기의 하나에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하도록 배열된다.
도 18g의 예는, 반사 편광기(302)가 다른 부가적인 편광기(318B)로 대체되는 것을 제외하고는 도 18e 및 도 18f의 예와 동일하다. 유리하게는, 도 18c 내지 도 18d에 의해 도시된 바와 같은 동일한 방식으로, 측방향으로 대칭적 색상 및 휘도 출력을 갖는 휘도 제어 디스플레이가 달성될 수 있다. 또한, 높은 축외 반사도가 바람직하지 않은 환경의 경우, 반사 편광기(302)의 반사도가 제거된다.
도 18h는 다른 부가적인 광 흡수 편광기(318B)와 부가적인 편광기(318A) 사이에 배열된 다른 복수의 지연기(300B), 및 입력 편광기(210)와 부가적인 편광기(318A) 사이에 배열된 복수의 지연기(300A)를 포함하되, 복수 지연기(300A) 및 다른 복수의 지연기(300B)가 교차된 A-플레이트를 각각 포함하는, 투과성 SLM(48)을 위한 광학 스택의 광학 층들의 배열을 정면도로 도시한 개략도이다.
도 18h의 예는, 광학 스택이 SLM의 입력 측 위에 그리고 백라이트(20)와 SLM(48) 사이에 배열되는 것을 제외하고는, 도 18g의 예와 동일하다. 유리하게는, 전면 스크린의 두께가 감소되고, 픽셀을 흐리게 하지 않으면서 정면 상에 증가된 확산이 제공될 수 있다. 또한, 이미지 콘트라스트가 증가될 수 있다.
도 18i는 다른 부가적인 편광기(318B)와 입력 편광기(210) 사이에 배열된 다른 복수의 지연기(300B), 및 출력 편광기(218)와 부가적인 편광기(318A) 사이에 배열된 복수의 지연기(300A)를 포함하되, 복수의 지연기들(300A, 300B) 및 다른 복수의 지연기들은 교차된 A-플레이트(330AA, 330AB, 330BA, 330BB)를 각각 포함하는, 투과성 SLM(48)을 위한 광학 스택의 광학 층들의 배열을 정면도로 도시한 개략도이다.
디스플레이 장치는, 광을 출력하도록 배열된 백라이트(20), 백라이트(20)로부터의 출력 광을 수신하도록 배열된 투과성 SLM(48), SLM(48)의 입력 측 위에 배열된 선형 편광기인 입력 편광기(210), SLM(48)의 출력 측 위에 배열된 선형 편광기인 출력 편광기(218), 출력 편광기(218)의 출력 측 위에 배열된 선형 편광기인 제1 부가적인 편광기(318A), 제1 부가적인 편광기(318A)와 출력 편광기(218) 사이에 배열된 제1 극 제어 지연기(300A), 백라이트(20)와 입력 편광기(210) 사이에 배열된 선형 편광기인 다른 부가적인 편광기(318B), 및 입력 편광기(210)와 다른 부가적인 편광기(318B) 사이에 배열된 다른 극 제어 지연기(300B)를 포함하는데, 제1 극 제어 지연기(300A)는 지연기의 평면 내에서 교차되고 출력 편광기(218)의 전기 벡터 투과 방향에 대해 45° 및 135°로 각각 연장되는 광학 축들(331AA, 331AB)을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들(330AA, 330AB)을 포함하고, 다른 극 제어 지연기(300B)는 지연기의 평면 내에서 교차되고 출력 편광기(218)의 전기 벡터 투과 방향에 대해 45° 및 135°로 각각 연장되는 광학 축들(331BA, 331BB)을 갖는 다른 한 쌍의 수동 지연기들(330BA, 330BB)을 포함하며, 제1 쌍의 수동 극 제어 지연기 중 하나 및 다른 쌍의 수동 극 제어 지연기 중 하나의 광학 축들(331BB, 331AA)은 서로 가장 근접하게 동일한 방향으로 연장된다.
도 18i의 예는, 광학 스택이 SLM(48)의 양측에 그리고 백라이트(20)와 SLM(48) 사이에 배열되는 것을 제외하고는, 도 18h의 예와 동일하다. 유리하게는, SLM 으로부터의 산란은 엿보는 사람에게 미광을 제공하지 않으며, 더 높은 시각적 보안 레벨이 달성될 수 있다.
도 18j는 프라이버시 동작 모드에서 출력 편광기(218)와 반사 편광기(302) 사이에 배열된 수평 배향된 스위칭가능 액정 지연기(301A) 및 음의 C-플레이트 수동 극 제어 지연기(330A)와, 흡수 편광기(318)와 반사 편광기(302) 사이에 배열된 수평 배향된 스위칭가능 액정 지연기(301B) 및 음의 C-플레이트 수동 극 제어 지연기(330B)를 포함하는, 프라이버시 동작 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 개략도이다. 따라서, 디스플레이 장치는 출력 편광기(218)와 반사 편광기(302) 사이에 배열된 지연 제어 층(300A)을 더 포함할 수 있다. 지연 제어 층(300A)은 출력 편광기(218)와 반사 편광기(302) 사이에 배열된 다른 스위칭가능 액정 지연기(301A)를 포함할 수 있다.
먼저 언급된 극 제어 지연기(300B)는 액정 물질(414B)의 제1 층을 포함하는 제1 스위칭가능 액정 지연기(301B)를 포함하고, 다른 극 제어 지연기(300A)는 액정 물질(414A)의 제2 층을 포함하는 제2 스위칭가능 액정 지연기(301A)를 포함한다. 다른 스위칭가능 액정 지연기(301A)는 반사 편광기에 평행하거나 역평행하게 또는 수직하게 배향되는 액정 물질의 층의 평면 내에 있는 성분을 갖는 선경사각 방향을 갖는, 액정 물질(414A)에 인접하게 배치된 표면 배향층(307A)을 포함한다.
다른 스위칭가능 액정 지연기(301A)의 배향층들의 선경사각 방향들(307A, 331A)은, 제1 스위칭가능 액정 지연기(301B)의 배향층들의 선경사각 방향들(307B, 331B)에 평행하거나 역평행하게 또는 수직하게 배향되는 액정층(314A)의 평면 내에 있는 성분을 가질 수 있다. 공개 동작 모드에서, 스위칭가능 액정 층들(301B, 301A) 모두는 넓은 시야각을 제공하도록 구동된다. 프라이버시 동작 모드에서, 스위칭가능 액정 지연기(301A, 301B)는 함께 동작하여, 향상된 휘도 감소를 유리하게 달성하고 따라서 단일 축에서 향상된 프라이버시를 달성할 수 있다.
제1 및 제2 액정 지연기(301A, 301B)는 상이한 지연을 가질 수 있다. 제1 액정 지연기(301B) 및 다른 액정층(314A)에 의해 제공되는 지연은 상이할 수 있다. 제어 시스템(352)은 제1 및 제2 스위칭가능 액정 지연기(301A, 301B)에 걸쳐 공통 전압의 인가를 제어하도록 배열될 수 있다. 제1 액정 지연기(301B)의 액정 물질(414B)은 제2 액정층(301A)의 액정 물질(414A)과 상이할 수 있다. 유리하게는 축외 색상 외관이 개선되도록, 본원의 다른 곳에서 설명된 극 휘도 프로파일의 색상 변이가 감소될 수 있다.
대안적으로, 스위칭가능 액정 지연기(301A, 301B)는, 감소된 휘도가 수평 및 수직 방향 모두에서 달성되도록 수직 배향을 가질 수 있으며, 유리하게는 가로방향 및 세로방향 프라이버시 동작을 달성할 수 있다.
지연 제어 층(300A)은 출력 편광기(218)와 반사 편광기(302) 사이에 배열된 수동 극 제어 지연기(330A)를 포함할 수 있다. 보다 일반적으로, 스위칭가능 액정 지연기(301A)는 생략될 수 있고, 수동 지연기(330A)에 의해 고정된 휘도 감소가 제공될 수 있다. 예를 들어, 시야 사분면들에서의 휘도 감소는 층(330A)에 의해 단독으로 제공될 수 있다. 유리하게는, 휘도 감소를 위한 극 영역이 달성될 수 있다.
도 18j는 반사 편광기(302)가 다른 부가적인 편광기(318B)를 제공할 수 있고, 예를 들어 도 18f의 이색성 편광기(318B)가 생략될 수 있음을 더 예시한다. 유리하게는, 증가된 효율 및 감소된 두께가 달성될 수 있다.
도 18k는 제1 극 제어 지연기(300A), 제1 부가적인 편광기(318A), 반사 편광기(302), 제2 극 제어 지연기(300B) 및 제2 부가적인 편광기(318B)를 포함하는 시야각 제어 요소(260)를 투시 측면도로 도시한 개략도이다. 유리하게는, 무아레 결함을 회피하기 위해 패널 픽셀 해상도에 대응할 필요가 없는, 애프터마켓 프라이버시 제어 요소 및/또는 미광 제어 요소가 제공될 수 있다. 시야각 제어 광학 요소(260)는 SLM(48)에 대해 공장에서 더 맞춰질 수 있다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 18e 내지 도 18h의 배열들의 특징들은, 특징들의 임의의 잠재적인 변화들을 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호들을 가진 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
자동차 차량에서 엔터테인먼트 동작 모드 및 야간 동작 모드를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
도 19a는 주간 동작 모드 및/또는 공유 동작 모드를 위한 차량 객실(602) 내에 배열되는 도 19a 내지 도 19b에 도시된 것과 같은 스위칭가능 지향성 디스플레이를 갖는 자동차 차량을 평면도로 도시한 개략도이며, 도 19b는 주간 동작 모드 및/또는 공유 동작 모드를 위한 차량 객실(602) 내에 배열되는 스위칭가능 지향성 디스플레이를 갖는 자동차 차량을 측면도로 도시한 개략도이다. 광 원추(630, 632)는 넓은 각도의 시야를 갖도록 제공되며, 따라서 유리하게, 디스플레이는 다수의 탑승자에 의해 낮은 반사도로 보일 수 있다.
도 19c는 야간 동작 모드 및/또는 엔터테인먼트 동작 모드를 위한 차량 객실(602) 내에 배열되는 도 19a 내지 도 19b에 도시된 것과 같은 스위칭가능 지향성 디스플레이를 갖는 자동차 차량을 평면도로 도시한 개략도이며, 도 19d는 야간 동작 모드 및/또는 엔터테인먼트 동작 모드를 위한 차량 객실(602) 내에 배열되는 스위칭가능 지향성 디스플레이를 갖는 자동차 차량을 측면도로 도시한 개략도이다. 광 원추(634, 636)는 좁은 각도의 시야를 갖도록 제공되며, 따라서 유리하게, 디스플레이는 단일 탑승자에 의해서만 보일 수 있다. 축외 탑승자는 가시성을 감소시키는, 디스플레이로부터의 증가된 반사를 더 보게 된다. 유리하게는, 야간 동작을 위한 미광이 감소되고, 운전자 안전이 증가된다. 또한, 윈드 스크린(601)으로부터의 디스플레이의 반사가 감소되고, 운전자(604)에 대한 산만함을 최소화한다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 19a 내지 도 d의 장치들의 특징들은, 특징부들의 임의의 잠재적인 변화들을 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호들을 가진 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
수동 지연기(272)인 극 제어 지연기(300)와, 반사 편광기(302) 및 부가적인 편광기(318)를 포함하는 디스플레이(100)가 이제 더 설명될 것이다.
도 20a는 백라이트(20), 투과성 SLM(48), 반사 편광기(302), 수동 지연기(272A, 272B, 272C, 272C)를 포함한 수동 극 제어 지연기(300), 및 부가적인 편광기(318)를 포함하는, 주변 조명(604)에 사용하기 위한 프라이버시 디스플레이(100)를 투시 측면도로 도시한 개략도이고, 도 20b는 반사 편광기(302), 수동 극 제어 지연기(300), 및 부가적인 편광기(318)를 포함한 시야각 제어 요소를 투시 측면도로 도시한 개략도이다.
이러한 디스플레이의 동작은 도 22a 및 도 22b를 참조하여 이하에서 기술된다. 유리하게, 낮은 비용의 프라이버시 또는 다른 유형의 미광 디스플레이가 제공될 수 있다. 또한, 스위칭가능 디스플레이(100)와 비교하여 디스플레이의 복잡도 및 두께가 감소된다.
도 20c는 부가적인 편광기(318A)와 반사 편광기(302) 사이에 배열된 수동 지연기(272AA, 272AB, 272AC, 272AD)를 포함하는 수동 극 제어 지연기(300A), 다른 부가적인 편광기(318B), 및 반사 편광기(302)의 입력 측 위에 배열된 수동 지연기(272BA, 272BB, 272BC, 272BD)를 포함한 다른 수동 극 제어 지연기(300B)를 포함하는 시야각 제어 요소(260)를 투시 측면도로 도시한 개략도이다. 도 20b와 비교하여, 유리하게는 축외 휘도가 더 감소될 수 있는 반면, 정면 휘도는 SLM의 출력에 부착될 때 실질적으로 유지될 수 있다.
도 20d는 주변 조명에서 사용하기 위한 프라이버시 디스플레이를 투시 측면도로 도시한 개략도이다. 도 20a와 비교하여, 반사 편광기인 다른 부가적인 편광기(318B)와, 지연기(272BA, 272BB)를 포함하는 다른 극 제어 지연기(300B)가 SLM에 대한 입력 측에 배열된다. 다른 부가적인 편광기(318B, 300B)는 광각 백라이트(20)에 대해 향상된 휘도 감소를 달성한다. 유리하게, 시각적 보안 레벨은 광각 백라이트에 대해 증가될 수 있다. 다른 곳에서 기술된 스위칭가능 배열들과 비교하여, 두께 및 비용이 감소된다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 20a 내지 도 20d의 배열의 특징들은 특징들 내의 임의의 잠재적 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호를 갖는 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
도 20a 내지 도 20d의 실시예들은 이하 도 22a 및 도 22b에 도시된 바와 같이 4개의 수동 지연기를 포함하는 수동 극 제어 지연기(300)의 스택을 도시한다. 그러나, 다른 유형의 수동 지연기 스택도 이하에서 설명될 것이며, 통합될 수 있다. 이제, 반사 편광기(302)와 부가적인 편광기(318) 사이에 배열된 수동 지연기(272)를 포함하는 극 제어 지연기(300)의 다양한 조합이 설명될 것이다.
도 21a는 음의 C-플레이트를 포함하고 디스플레이 장치의 시야 변형을 제공하도록 배열된 수동 지연기의 광학 스택을 투시 측면도로 도시한 개략도이고, 도 21b는 도 21a의 수동 지연기에서의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다.
도 21c는 디스플레이 편광기 전기 벡터 투과 방향에 수직인 평면에서 경사진 음의 O-플레이트와, 디스플레이 장치의 시야 변형을 제공하도록 배열된 음의 C-플레이트를 포함하는, 수동 지연기의 광학 스택을 투시 측면도로 도시한 개략도이고, 도 21d는 표 9a에서 예시된 구조를 포함하는, 도 21c의 수동 지연기의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다.
Figure pct00023
따라서, 수동 극 제어 지연기(300B)는 수동 지연기(272A)의 평면 내의 성분 및 수동 지연기(272A)의 평면에 수직인 성분을 갖는 광학 축을 갖는, 음의 O-플레이트인 수동 지연기(272A)를 포함한다. 또한, 수동 지연기의 평면 내의 성분은 디스플레이 편광기(218)의 전기 벡터 투과(219)에 평행한 전기 벡터 투과 방향에 대해 90°로 연장된다. 수동 지연기(272B)는 수동 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 수동 지연기를 포함한다.
유리하게, 휘도는 측방향 시야 방향에 대해 감소될 수 있다. 모바일 디스플레이는 수평 축을 중심으로 편안하게 회전될 수 있는 반면, 측방향에서의 축외 엿보는 사람에 대한 프라이버시를 달성할 수 있다.
도 21e는 교차된 A-플레이트 및 양의 O-플레이트를 포함하는 수동 지연기의 광학 스택을 투시 측면도로 도시한 측면도이고, 도 21f는 표 9b에 예시된 구조를 포함하는, 도 21e의 수동 지연기의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다.
Figure pct00024
따라서, 수동 극 제어 지연기(300B)는 교차된 A-플레이트인 수동 지연기(272A, 272B)와, 수동 지연기(272C)의 평면 내에 있는 성분 및 수동 지연기(272C)의 평면에 수직인 성분을 갖는 광학 축을 갖는 지연기(272C)를 포함한다. 수동 지연기의 평면 내의 성분은 디스플레이 편광기(218)의 전기 벡터 투과(219)에 평행한 전기 벡터 투과 방향에 대해 90°로 연장된다. 유리하게, 휘도는 측방향 시야 방향에 대해 감소될 수 있다. 모바일 디스플레이는 수평 축을 중심으로 편안하게 회전될 수 있는 반면, 측방향에서의 축외 엿보는 사람에 대한 프라이버시를 달성할 수 있다.
측방향 및 앙각 방향 모두에서 휘도의 감소를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
도 22a는 교차된 A-플레이트의 2개의 쌍을 포함하는 수동 지연기(272A-272D)의 광학 스택을 투시 측면도로 도시한 개략도이고, 도 22b는 표 10에 예시된 구조를 포함하는, 도 22a의 수동 지연기의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 22a 및 도 22b의 배열들의 특징은, 특징들에서의 임의의 잠재적 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호를 갖는 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
Figure pct00025
따라서, 지연기는 지연기의 평면에서 교차되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기(272A, 272D)를 포함한다. 한 쌍의 지연기 각각은 서로 다른 각도로 배향된 각각의 광학 축들을 갖는 복수의 A-플레이트를 포함한다. 수동 지연기들(272B, 272C)의 쌍은 디스플레이 편광기(210)의 전기 벡터 투과에 평행한 전기 벡터 투과 방향(211)에 대해, 각각 90° 및 0°로 연장되는 광학 축들을 갖는다.
수동 지연기들(272A, 272D)의 쌍은 디스플레이 편광기(218)의 전기 벡터 투과에 평행한 전기 벡터 투과 방향(211)에 대해, 각각 45° 및 135°로 연장되는 광학 축들을 갖는다.
디스플레이는 먼저 언급된 수동 지연기들(272A, 272D)의 쌍 사이에 배치되고 교차되는 지연기들의 평면 내에 광학 축들을 갖는 수동 지연기들(272B, 272C)의 부가적인 쌍을 더 포함한다. 수동 지연기들(272B, 272C)의 부가적인 쌍은 디스플레이 편광기(210, 316)의 전기 벡터 투과에 평행한 전기 벡터 투과 방향(211, 317)에 대해, 각각 0° 및 90°로 연장되는 광학 축들을 갖는다.
550 nm의 파장의 광에 대한 각각의 A-플레이트의 지연은 600 nm 내지 850 nm의 범위, 바람직하게는 650 nm 내지 730 nm의 범위, 가장 바람직하게는 670 nm 내지 710 nm의 범위 내에 있을 수 있다. 중앙 관찰 위치로부터 축외 관찰 위치까지의 흡수된 광의 색상 변화가 유리하게 감소될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 바람직하게는 각도(273A)는 최소 40° 및 최대 50°, 보다 바람직하게는 최소 42.5° 및 최대 47.5°, 그리고 가장 바람직하게는 최소 44° 및 최대 46°이다. 바람직하게, 각도(273D)는 최소 130° 및 최대 140°, 보다 바람직하게는 최소 132.5° 및 최대 137.5°, 그리고 가장 바람직하게는 최소 134° 및 최대 136°이다.
다른 예시적인 실시예에서, 내부 지연기 쌍(272B, 272C)은 외부 지연기 쌍(272A, 272D)보다 느슨한 허용 오차를 가질 수 있다. 바람직하게는, 각도(273B)는 최소 -10° 및 최대 10°, 보다 바람직하게는 최소 -5° 및 최대 5°, 그리고 가장 바람직하게는 최소 -2° 및 최대 2°이다. 바람직하게, 각도(273C)는 최소 80° 및 최대 100°, 보다 바람직하게는 최소 85° 및 최대 95°, 그리고 가장 바람직하게는 최소 88° 및 최대 92°이다.
본 실시예는 일부 회전 대칭을 갖는 투과 프로파일을 제공한다. 유리하게는, 프라이버시 디스플레이는 엿보는 사람(snooper)의 측면 시야 위치 또는 올려다보는 시야 위치에 대한 넓은 시야로부터의 이미지의 가시성이 감소되게 제공될 수 있다. 또한, 이러한 배열은 모바일 디스플레이의 가로방향 및 세로방향 동작을 위한 향상된 프라이버시 동작을 달성하는데 사용될 수 있다. 이러한 배열은 차량 내에서, 축외 승객으로의 미광(stray light)을 감소시키도록 차량에 제공될 수 있고, 또한 차량 내의 윈드스크린 및 다른 유리 표면 상에 도달하는 광을 감소시키도록 제공될 수 있다.
도 23a 및 도 23b는 스위칭가능 보상 지연기 및 광학 접합층(380)을 포함하는 디스플레이의 일부를 측면도로 도시한 개략도이다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 23a 및 도 23b의 배열들의 특징은, 특징들에서의 임의의 잠재적 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호를 갖는 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다. 광학 접합층(380)은 라미네이트 필름 및 기판에 제공되어, 프라이버시 모드에서, 높은 시야각에서 증가된 효율 및 감소된 휘도를 달성할 수 있다. 또한, SLM(48)과 극 제어 지연기(300) 사이에 에어 갭(384)이 제공될 수 있다. 에어 갭(384)에서 2개의 표면의 습도를 감소시키기 위해, 반-습윤(anti-wetting) 표면(382)이 극 제어 지연기(300) 또는 SLM(48) 중 적어도 하나에 제공될 수 있다.
지연기(330)는 도 23b에 도시된 바와 같이 스위칭가능 액정층(314)과 SLM(48) 사이에 제공될 수 있거나, 도 23a에 도시된 바와 같이 부가적인 편광기(318) 및 스위칭가능 액정층(314) 사이에 제공될 수 있다. 실질적으로 동일한 광학 성능이 본원의 다른 곳에서 기술된 바와 같은 혼합 배향 이외의 시스템들에 제공된다. 감소된 두께 및 광학 요소들의 감소된 총 개수를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
도 24a는 제1 및 제2 C-플레이트 수동 극 제어 지연기들 사이에 배열된 수직 배향된 스위칭가능 액정 지연기를 포함하는 프라이버시 각도 동작 모드에서의 스위칭가능 보상 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 개략도이고, 도 24b 및 도 24c는 공개 동작 모드 및 프라이버시 동작 모드에서 각각, 도 24a의 광학 스택의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 도시한 개략적인 그래프이며, 도 24d는 표 11에 예시된 실시예들을 포함하는, 프라이버시 동작 모드에서의 도 24a의 반사된 광선에 대한 극 방향에서의 반사도의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 24a 내지 도 24d의 배열들의 특징은, 특징들에서의 임의의 잠재적 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호를 갖는 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
Figure pct00026
수동 극 제어 지연기(330)는 제1 및 제2 C-플레이트(330A, 330B)를 포함하고, 스위칭가능 액정층(314)은 제1 및 제2 C-플레이트(330A, 330B) 사이에 제공된다. 스위칭가능 액정 지연기는 액정 물질(414)의 층(314)에 인접하게, 그리고 그의 반대쪽 측면들 상에 배치되며, 인접한 액정 물질(414)에서 수평 배향을 제공하도록 각각 배열된 2개의 표면 배향층(419a, 419b)을 포함한다. 스위칭가능 액정 지연기의 액정 물질(414)의 층은 음, 양의 유전체 이방성을 갖는 액정 물질(414)을 포함한다.
액정 물질(314)의 층은 500 nm 내지 1000 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 600 nm 내지 900 nm의 범위, 가장 바람직하게는 700 nm 내지 850 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는다. 2개의 수동 지연기들은 각각, -300 nm 내지 -700 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 -350 nm 내지 -600 nm의 범위, 가장 바람직하게는 -400 nm 내지 -500 nm의 범위의 파장의 광에 대한 총 지연을 갖는, 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 수동 지연기를 포함한다.
도 25a는 제1 및 제2 C-플레이트 수동 극 제어 지연기 기판들 사이에 배열된 스위칭가능 보상 지연기를 포함하는 디스플레이를 투시 측면도로 도시한 개략도이고, 도 25b는 제1 및 제2 C-플레이트 수동 극 제어 지연기 기판들 사이에 배열된 스위칭가능 보상 지연기를 포함하는 디스플레이의 일부를 측면도로 도시한 개략도이다.
극 제어 지연기(300)는 2개의 수동 지연기들(330A, 330B)과, 2개의 수동 지연기들(330A, 330B) 사이에 제공된 액정 물질의 층(314)을 포함하는 스위칭가능 액정 지연기(301)를 포함한다. 디스플레이 장치(100)는 스위칭가능 액정 지연기 층(314)에 인접한 2개의 수동 지연기들(330A, 330B)의 각각의 면 위에 형성된 투과 전극들(413, 415) 및 액정 표면 배향층들(409, 411)을 더 포함한다. 디스플레이 장치(100)는 스위칭가능 액정 지연기 층(314)이 그 사이에 제공되는 제1 및 제2 기판을 더 포함하고, 제1 및 제2 기판 각각은 2개의 수동 지연기들(330A, 330B) 중 하나를 포함한다.
따라서, 제1 C-플레이트(330A)는 일 면 위에 형성된 투명 전극층(415) 및 액정 배향층(411)을 가지며, 제2 C-플레이트(330B)는 투명 전극층(413) 및 일 면 위에 형성된 액정 배향층(409)을 갖는다.
액정층(314)은 제1 및 제2 기판(312, 316) 사이에 제공되고, 제1 및 제2 기판(312, 316) 각각은 제1 및 제2 C-플레이트(330A, 330B) 중 하나를 포함한다. C-플레이트들은 전극들(413, 415)을 제공하도록 ITO로 코팅되고 그 위에 형성된 액정 배향층들(409, 411)을 가지는, 이중 신장된 COP 필름들 내에 제공될 수 있다.
유리하게는, 층들의 개수는 도 1의 배열과 비교하여 감소될 수 있고, 두께, 비용 및 복잡도를 감소시킬 수 있다. 또한, C-플레이트(330A, 330B)는 플렉시블 기판일 수 있고, 플렉시블 프라이버시 디스플레이를 제공할 수 있다.
제1 및 제2 A-플레이트 기판들 사이에 액정층(314)을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
도 25c는 제1 및 제2 교차된 A-플레이트 수동 극 제어 지연기들 사이에 배열되는 수평 배향된 스위칭가능 액정 지연기를 포함하는 공개 동작 모드에서의 스위칭가능 보상 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 개략도이며, 도 25d 및 도 25e는 표 11에 더 예시되는 실시예들을 각각 포함하는 광각 동작 모드 및 프라이버시 동작 모드에서 구동되는 경우, 도 25c의 구조에 대해 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 개략적인 그래프들이다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 25a 내지 도 25e의 배열들의 특징들은, 특징들의 임의의 잠재적인 변화들을 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호들을 가진 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
스위칭가능 액정 지연기는 액정 물질(414)의 층(314)에 인접하게, 그리고 그의 반대쪽 측면들 상에 배치되며, 인접한 액정 물질(414)에서 수평 배향을 제공하도록 각각 배열된 2개의 표면 배향층(419a, 419b)을 포함한다. 스위칭가능 액정 지연기의 액정 물질(414)의 층은 음, 양의 유전체 이방성을 갖는 액정 물질(414)을 포함한다.
액정 물질(314)의 층은 500 nm 내지 1000 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 600 nm 내지 900 nm의 범위, 가장 바람직하게는 700 nm 내지 850 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는다. 2개의 수동 지연기 각각은 수동 지연기의 평면 내의 광학 축을 가지며, 광학 축들은 교차되고, 수동 지연기의 쌍의 각각의 수동 지연기는 150 nm 내지 800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 200 nm 내지 700 nm의 범위, 가장 바람직하게는 250 nm 내지 600 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는다.
도 24a의 배열과 비교하여, 유리하게는 C-플레이트와 비교하여 A-플레이트는 감소된 비용으로 제조된 수 있다.
프라이버시 동작 모드에서 엿보는 사람(47)에 의해 보일 수 있는 사적인 이미지에 대해 위장을 부가하여 개선된 이미지 외관을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
도 26a는 음의 C-플레이트 수동 지연기, 수직 배향된 스위칭가능 액정 지연기, 나아가, 패터닝된 전극(415) 층을 포함하는 프라이버시 동작 모드에서의 스위칭가능 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 개략도이다. 전극(413, 415) 중 적어도 하나는 패터닝될 수 있고, 본 예시에서, 전극(415)은 영역들(415a, 415b, 415c)에 패터닝되고, 전압(Va, Vb, Vc)을 갖는 각각의 전압 구동부(350a, 350b, 350c)에 의해 구동된다. 갭(417)은 전극 영역들(415a, 415b, 415c) 사이에 제공될 수 있다. 따라서, 분자들(414a, 414b, 414c)의 경사각은 축외 관찰에 대해 상이한 휘도 레벨들을 갖는 위장 패턴을 드러내도록 독립적으로 조절될 수 있다.
따라서, 반사 편광기(302)와 부가적인 편광기(318) 사이에 배열된 스위칭가능 액정 지연기(301)는 전극(415a, 415b, 415c) 및 균일한 전극(413)을 어드레싱하여 제어된다. 어드레싱 전극들은 전극(415a) 및 갭(417)을 포함하는 적어도 2개의 패턴 영역들을 제공하도록 패터닝될 수 있다.
도 26b는 위장된 휘도 제어 프라이버시 디스플레이에 의한 주 관찰자 및 엿보는 사람의 조명을 정면 투시도로 도시한 개략도이다. 디스플레이(100)는 뷰잉 윈도우(26p)에서 주 관찰자(45)에게 가시적인 어두운 이미지 데이터(601) 및 백색 배경 데이터(603)를 가질 수 있다. 비교로서, 엿보는 사람(47)는, 위장된 휘도 제어 프라이버시 디스플레이에 의한 엿보는 사람의 조명을 투시 측면도로 도시한 개략도인 도 26c에 도시된 바와 같이, 위장된 이미지를 볼 수 있다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 26a 내지 도 26c의 배열들의 특징은, 특징들에서의 임의의 잠재적 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호를 갖는 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
따라서, 백색 배경 영역(603)에서는, 백색 영역(603)의 혼합된 휘도를 갖는 위장 구조가 제공될 수 있다. 따라서, 전극(415a, 415b, 415c)의 패턴 영역들은 위장 패턴들이다. 패턴 영역들 중 적어도 하나는 개별적으로 어드레싱될 수 있고, 프라이버시 동작 모드에서 동작하도록 배열된다.
패턴 영역들은 프라이버시 동작 모드 동안에 제공되는 패턴을 제어함으로써 다수의 공간 주파수에 대한 위장을 제공하도록 배열될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 프레젠테이션은 20 mm 높이의 텍스트와 함께 제공될 수 있다. 전극 패턴의 제1 제어를 이용하여 유사한 패턴 크기를 갖는 위장 패턴이 제공될 수 있다. 제2 실시예에서, 엿보는 사람(47)에게 가장 잘 보이는 대면적 콘텐츠로 사진이 제공될 수 있다. 위장 패턴의 공간 주파수는, 제1 및 제2 전극 영역을 조합하여 전압을 제공하고 결과적으로 낮은 공간 주파수 패턴을 달성함으로써 더 큰 면적의 구조를 은폐하도록, 감소될 수 있다.
유리하게, 층(892)에 걸친 전압(Va, Vb, Vc)을 조절하여 제어가능한 위장 구조물이 제공될 수 있다. 정면 동작에 대해서는 실질적으로 위장 구조의 가시성이 보이지 않을 수 있다. 또한, 위장 이미지는 Va, Vb 및 Vc가 동일하도록 제공함으로써 제거될 수 있다.
사적인 이미지의 휘도 변조로부터 위장을 제공하는 것에서 나아가, 본 실시예들은 주변 조명(604)으로부터 위장된 반사를 제공하며, 유리하게는, 주 사용자(45)에게 위장되지 않은 반사를 달성하면서, 엿보는 사람(47)에게는 사적인 이미지들을 더 숨기는 것을 달성한다.
직렬로 배열된 경우의 평행한 편광기들 사이의 지연들의 성능이 이제 설명될 것이다. 먼저, 수평 배향된 액정 지연기(301)의 시야가 2개의 상이한 구동 전압에 대해 기술될 것이다.
도 27a는 수평 배향된 스위칭가능 액정 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 개략도이고, 도 27b는 제1 인가 전압에 대해 도 27a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이며, 도 27c는 표 12에 예시된 구조를 포함하는, 제1 인가 전압보다 큰 제2 인가 전압에 대해 도 27a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다.
도 27d는 평행한 편광기들 사이에 배열된 C-플레이트를 투시 측면도로 도시한 개략도이고, 도 27e는 표 12에 예시된 구조를 포함하는, 도 27d의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다.
Figure pct00027
도 28a는 평행한 편광기들(396, 398) 사이에 배열된 C-플레이트 지연기(392)를 포함하는 시야 제어 수동 지연기와 직렬인, 평행한 편광기들(394, 396) 사이에 배열된 수평 배향된 스위칭가능 액정 지연기(390)의 배열을 투시 측면도로 도시한 개략도이고, 도 28b는 제1 인가 전압에 대해 도 28a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이고, 도 28c는 표 12에 예시된 구조를 포함하는, 제1 인가 전압보다 큰 제2 인가 전압에 대해 도 28a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다.
도 29a는 수평 배향된 스위칭가능 액정 및 C-플레이트 극 제어 지연기가 한 쌍의 평행한 편광기들 사이에 배열되는, C-플레이트 극 제어 지연기와 직렬인, 수평 배향된 스위칭가능 액정 지연기의 배열을 투시 측면도로 도시한 개략도이고, 도 29b는 제1 인가 전압에 대해 도 29a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이고, 도 29c는 표 12에 예시된 구조를 포함하는, 제1 인가 전압보다 큰 제2 인가 전압에 대해 도 29a의 투과된 광선에 대한 극 방향에서의 출력 투과의 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 27a 내지 도 29c의 배열들의 특징은, 특징들에서의 임의의 잠재적 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호를 갖는 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
예기치 않게, 최대의 시야 동작을 위한 최적 조건은 스위칭가능 액정 지연기 층(314)이 구동되지 않은 상태와 비교하여, 극 제어 지연기(330)의 동일하고 반대되는 순 지연에 의해 제공된다. 이상적인 극 제어 지연기(330) 및 스위칭가능 액정 지연기 층(314)은 (i) 입력 광으로부터의 공개 모드 성능의 변형이 없고, (ii) 좁은 각도 상태를 제공하도록 배열되는 경우 모든 앙각에 대해 축외 위치에 대한 측방향 시야각의 최적의 감소를 달성할 수 있다. 이러한 교시는 본원에 개시된 모든 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
SLM(48)으로부터의 지향성 조명을 사용하여 축외 휘도의 부가적인 감소를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 지향성 백라이트(20)에 의한 SLM(48)의 지향성 조명이 이제 설명될 것이다.
도 30a는 지향성 백라이트(20)(또는 '협각' 또는 '시준된' 백라이트)를 정면 투시도로 도시한 개략도이며, 도 30b는 비-지향성 백라이트(20)(또는 '광각' 백라이트 또는 '비-시준된' 백라이트)를 정면 투시도로 도시한 개략도이고, 이들 중 어느 하나가 본원에 기술된 임의의 장치에 적용될 수 있다. 따라서, 도 30a에 도시된 바와 같은 지향성 백라이트(20)는 좁은 원추(450)를 제공하는 반면, 도 30b에 도시된 바와 같은 비-지향성 백라이트(20)는 광 출력 광선의 넓은 각도 분포의 원추(452)를 제공한다.
도 30c는 다양한 상이한 백라이트 배열들에 대한 측방향 시야각에서의 휘도 변화를 나타내는 개략적인 그래프이다. 도 30c의 그래프는 본원에 기술된 바와 같은 극 시야 프로파일들을 관통하는 절단면일 수 있다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 30a내지 도 30c의 배열들의 특징들은, 특징들의 임의의 잠재적인 변화들을 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호들을 가진 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
램버시안 백라이트는 시야각에 독립적인 휘도 프로파일(846)을 갖는다. 본 실시예들에서, 백라이트(20)는 정면 휘도와 비교하여 축외 관찰 위치들에 대해 감소된 휘도를 갖는, 각도에 따른 광 분포를 제공하도록 배열될 수 있다.
일반적인 광각 백라이트는 상대 휘도의 반치폭이 바람직하게는 40°보다 클 수 있도록, 보다 바람직하게는 60°보다 클 수 있도록, 가장 바람직하게는 80°보다 클 수 있도록, 더 높은 각도에서 롤-오프(roll-off)를 갖는다. 일반적인 광각 백라이트는 상대 휘도의 반치폭(866)이 40°보다 클 수 있도록, 바람직하게는 60°보다 클 수 있도록, 가장 바람직하게는 80°보다 클 수 있도록, 더 높은 각도에서 롤-오프를 갖는다. 또한, +/-45°에서 상대 휘도(864)는 바람직하게는 7.5%보다 크고, 보다 바람직하게는 10%보다 크며, 가장 바람직하게는 20%보다 크다. 유리하게, 광각 백라이트와 유사한 롤-오프를 달성하는 디스플레이는 축외 사용자에게 높은 이미지 가시성을 제공할 수 있다.
광각 백라이트(20), 단 하나의 부가적인 편광기(318), 및 극 제어 지연기(330)를 포함(다른 극 제어 지연기(300B) 및 다른 부가적인 편광기(318B)를 포함하지 않음)하는 디스플레이는 일반적으로 프라이버시 동작 모드에서 축외 사용자에게 바람직한 시각적 보안 레벨을 달성하지 못한다. 바람직하게는, 이제 설명되는 바와 같이, 지향성 백라이트(20)를 갖는 그러한 디스플레이가 제공될 수 있다.
백라이트(20)는, SLM의 법선을 따른 휘도의 최대 30%인, 바람직하게는 SLM의 법선을 따른 휘도의 최대 20%인, 보다 바람직하게는 SLM의 법선을 따른 휘도의 최대 10%인, 적어도 하나의 방위각(azimuthal) 방향에서 45도보다 큰, SLM의 법선에 대한 극각에서 휘도를 제공하는 지향성 백라이트일 수 있다. 지향성 백라이트(20)는 상대 휘도의 반치폭(862)이 60°보다 작을 수 있도록, 바람직하게는 40°보다 작을 수 있도록, 가장 바람직하게는 20°보다 작을 수 있도록, 더 높은 각도에서 롤-오프를 갖는다. 예시적인 실시예에서, 45도에서의 휘도(868)는 백라이트(20)로부터의 정면 휘도의 18%일 수 있다.
그러한 휘도 프로파일은 아래에서 설명되는 지향성 백라이트(20)에 의해 제공될 수 있거나, 또한 본원의 다른 곳에 기술된 바와 같은 다른 부가적인 편광기(318B) 및 극 제어 지연기(300B)와 조합하여 광각 백라이트에 의해 제공될 수 있다.
스위칭가능 백라이트(20)의 한 유형이 이제 설명될 것이다.
도 31a는 스위칭가능 액정 극 제어 지연기(300) 및 백라이트(20)를 포함하는 스위칭가능 지향성 디스플레이 장치(100)를 측면도로 도시한 개략도이다. 도 31a의 백라이트(20)는 본원에 기술된 임의의 장치에 적용될 수 있고, 입력 단부(2)를 통해 광원 어레이(15)에 의해 조명되는 이미징 도파관(1)을 포함한다. 도 31b는 협각 동작 모드에서 도 31a의 이미징 도파관(1)의 동작을 후방 투시도로 도시한 개략도이다.
이미징 도파관(1)은 미국 특허 제9,519,153호에 설명된 유형이며, 그 전문이 본원에 참고로 포함된다. 도파관(1)은 도파관(1)을 따라 측방향으로 연장되는 입력 단부(2)를 갖는다. 광원의 어레이(15)는 입력 단부(2)를 따라 배치되고, 도파관(1) 내로 광을 입력한다.
도파관(1)은 또한, 도파관(1)을 따라 전후로 입력 단부(2)에서의 광 입력을 안내하기 위한, 입력 단부(2)로부터 반사 단부(4)까지 도파관(1)을 가로질러 연장되는 반대되는 제1 및 제2 안내면들(6, 8)을 가진다. 제2 안내면(8)은 반사성 단부(4)를 향하되, 입력 위치에 의존하는 제1 안내면(6)을 통해 상이한 방향으로 입력 단부(2)를 가로지르는 상이한 입력 위치에서, 반사성 단부(4)로부터 도파관(1)을 통해 뒤로 안내되는, 적어도 일부의 광을 편향시키도록 배열되는 복수의 광 추출 특징부(12)를 갖는다.
동작 시에, 광선은 입력 단부를 통해 광원 어레이(15)로부터 지향되고, 반사성 단부(4)에 대한 손실 없이 제1 및 제2 안내면들(6, 8) 사이에서 안내된다. 반사된 광선은 패싯(facets)(12) 상에 입사되고, 광선(230)으로서 반사되거나 광선(232)으로서 투과된다. 투과된 광선(232)은 후방 반사기(800)의 패싯(803, 805)에 의해 도파관(1)을 통해 다시 지향된다. 후방 반사기의 동작은 미국 특허 제10,054,732호에 더 설명되어 있고, 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
도 31b에 도시된 바와 같이, 만곡된 반사성 단부(4) 및 패싯(12)의 광학 출력은, SLM(48)을 통해 투과되고 일반적으로 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 31c는 스위칭가능 액정 지연기를 갖지 않는 디스플레이 장치에서 사용되는 경우, 도 31b의 출력의 시야 휘도 플롯을 나타내는 개략적인 그래프이다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 31a 내지 도 31c의 배열들의 특징들은 특징들의 임의의 잠재적인 변화들을 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호들을 가진 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
따라서, 엿보는 사람(47)에 의해 관측된 축외 관찰 위치들의 경우, 예를 들어, 0도의 앙각 및 +/-45도의 측방향 각도에서, 중심 피크 휘도의 1% 내지 3% 사이의 감소된 휘도를 가질 수 있다. 축외 휘도의 부가적인 감소는 본 실시예들의 복수의 지연기(301, 330)에 의해 달성된다.
따라서, 백라이트(20)는 프라이버시 동작 모드에서의 감소된 축외 휘도 및 공개 동작 모드에서의 더 높은 축외 휘도를 제공하기 위해, 출력 각도에 따른 휘도 프로파일을 스위칭하도록 배열된 스위칭가능 백라이트를 더 포함할 수 있다.
낮은 축외 휘도를 갖는 다른 유형의 지향성 백라이트가 이제 설명될 것이다.
도 32a는 스위칭가능 시준 도파관(901), 스위칭가능 액정 극 제어 지연기(300), 및 부가적인 편광기(318)를 포함하는 백라이트(20)를 포함한, 스위칭가능 지향성 디스플레이 장치를 도시한 개략도이다. 도 32a의 백라이트(20)는 본원에 기술된 임의의 장치에 적용될 수 있고, 다음과 같이 배열된다.
도파관(901)은 도파관(901)을 따라 측방향으로 연장되는 입력 단부(902)를 갖는다. 광원의 어레이(915)는 입력 단부(902)를 따라 배치되고, 도파관(1)에 광을 입력한다. 도파관(901)은 또한, 도파관(1)을 따라 전후로 입력 단부(2)에서의 광 입력을 안내하기 위한, 입력 단부(2)로부터 반사 단부(4)까지 도파관(1)을 가로질러 연장되는 반대되는 제1 및 제2 안내면들(906, 908)을 가진다. 동작 시, 광은 제1 및 제2 안내면들(906, 908) 사이에서 안내된다.
제1 안내면(906)은 복수의 긴 렌즈형 요소(905)를 포함하는 렌티큘러 구조물(904)로 제공될 수 있고, 제2 안내면(908)은 경사지고 광 추출 특징부로 작용하는 프리즘형 구조물(912)로 제공될 수 있다. 렌티큘러 구조물(904)의 복수의 신장된 렌즈형 요소(905) 및 복수의 경사진 광 추출 특징부는 도파관(901)을 통해 안내되어 제1 안내면(906)을 통해 빠져나가는 입력 광을 편향시킨다.
평면 반사기일 수 있는 후방 반사기(903)는 표면(908)을 통해 도파관(901)으로 다시 투과되는 광을 지향시키도록 제공된다.
프리즘형 구조물(912) 및 렌즈형 구조물(904)의 렌즈형 요소(905) 모두에 입사되는 출력 광선은 표면(906)에 대한 입사각에 가까운 각도로 출력된다. 패싯(927)을 포함하는 프리즘형 터닝 필름(926)은 SLM(48) 및 보상 스위칭가능 액정 극 제어 지연기(300)를 통과하는 내부 전반사에 의한 출력 광선(234)을 재지향시키도록 배열된다.
도 32b는 시준 도파관(901)의 출력을 평면도로 도시한 개략도이다. 프리즘형 구조물(912)은 임계각 미만이고 따라서 이탈시킬 수 있는 렌티큘러 구조물(904) 상에 입사각으로 광을 제공하도록 배열된다. 렌티큘러 표면의 엣지에 입사하는 경우, 표면의 경사는 광선을 이탈시키기 위한 광 편향을 제공하고, 시준 효과를 제공한다. 광선(234)은 광선(188a-188c) 및 광선(189a-189c)에 의해 제공될 수 있으며, 이는 시준된 도파관(901)의 렌티큘러 구조물(904)의 위치(185)에 입사한다.
도 32c는 도 32a의 디스플레이 장치를 위한 등-휘도 시야의 극좌표 플롯을 나타내는 개략적인 그래프이다. 따라서, 구조물(904, 912) 중의 구조물 및 터닝 필름(926)에 의해 결정되는 크기를 갖는 좁은 출력의 광 원추가 제공될 수 있다. 보다 상세히 설명되지 않은 도 32a 내지 도 32c의 배열들의 특징들은 특징들의 임의의 잠재적인 변화들을 포함하여, 전술한 바와 같은 등가 도면부호들을 가진 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
유리하게, 엿보는 사람들이 예를 들어 45도 이상의 측방향 각도들에 위치될 수 있는 영역들에서, 디스플레이로부터의 출력의 휘도는 작고, 일반적으로 2% 미만이다. 출력 휘도의 부가적인 감소를 달성하는 것이 바람직할 것이다. 이러한 부가적인 감소는 도 32a에 도시된 바와 같은 보상된 스위칭가능 액정 극 제어 지연기(300) 및 부가적인 편광기(318)에 의해 제공된다. 유리하게, 낮은 축외 휘도를 갖는 고성능 프라이버시 디스플레이가 넓은 시야에 걸쳐 제공될 수 있다.
본 실시예들의 복수의 지연기(301, 330)와 함께 도 31a 및 도 32a에 설명된 유형과 같은 지향성 백라이트는 일반적인 엿보는 사람(47) 위치에 대해서 1.5% 미만, 바람직하게는 0.75% 미만, 가장 바람직하게는 0.5% 미만의 축외 휘도를 달성할 수 있다. 또한, 주 사용자(45)에 대해 높은 축상 휘도 및 균일도가 제공될 수 있다. 유리하게, 낮은 축외 휘도를 갖는 고성능 프라이버시 디스플레이가 넓은 시야에 걸쳐 제공될 수 있으며, 이는 도 1a에 도시된 제어 시스템(352)에 의해 스위칭가능 지연기(301)를 제어하여 공개 모드로 스위칭될 수 있다.
축외 조명을 위한 평행한 편광기들 사이의 극 제어 지연기 층의 동작이 이제 더 기술될 것이다. 전술한 다양한 장치에서, 적어도 하나의 극 제어 지연기가 다양한 상이한 구성으로, 반사 편광기(318) 및 부가적인 편광기(218) 사이에 배열된다. 각각의 경우에, 적어도 하나의 극 제어 지연기는, 보상된 스위칭가능 극 제어 지연기(300)의 스위칭가능 상태 중 적어도 하나에서, 극 제어 지연기(들)의 평면에 수직인 축을 따라 반사 편광기(318), 상기 적어도 하나의 극 제어 지연기, 및 부가적인 편광기(218)를 통과하는 광의 휘도에 영향을 주지 않도록, 그러나 극 제어 지연기(들)의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 반사 편광기(318), 상기 적어도 하나의 극 제어 지연기, 및 부가적인 편광기(218)를 통과하는 광의 휘도를 감소시키도록 구성된다. 이제 보다 상세하게 이 효과에 대한 설명이 제공될 것이며, 이 원리들은 일반적으로 전술한 모든 장치들에 적용될 수 있다.
도 33a는 축외 광에 의한 극 제어 지연기 층의 조명을 투시도로 도시한 개략도이다. 극 제어 지연기(630)는, 0도에서 x축으로의 광학 축 방향(634)을 갖고, 두께(631)를 갖는, 굴절률 타원체(632)로 표현되는 복굴절 물질을 포함할 수 있다. 이하에서 보다 상세히 설명되지 않은 도 33a 내지 도 35e의 특징들은, 특징들의 임의의 잠재적인 변화를 포함하여, 전술한 바와 같은 동등한 도면부호들을 가진 특징들에 대응하는 것으로 전제될 수 있다.
수직인 광선(636)은 물질 내의 경로 길이가 두께(631)와 동일하도록 전파된다. 광선(637)은 yz평면에 있고, 증가된 경로 길이를 갖지만, 재료에 대한 복굴절은 광선(636)과 실질적으로 동일하다. 이에 비해, xz평면에 있는 광선(638)은 복굴절 재료 내에 증가된 경로 길이를 갖고, 복굴절은 수직인 광선(636)과 상이하다.
따라서, 극 제어 지연기(630)의 지연은 각각의 광선의 입사각 및 입사 평면에 의존하는데, 즉, xz평면에서의 광선(638)은 수직인 광선(636)과 yz평면에서의 광선(637)과는 상이한 지연을 가질 것이다.
극 제어 지연기(630)와 편광된 광의 상호작용이 이제 설명될 것이다. 지향성 백라이트(101)에서의 동작 동안의 제1 및 제2 편광 성분을 구별하기 위해, 이하의 설명은 제3 및 제4 편광 성분으로 지칭할 것이다.
도 33b는 x축에 대해 90도에서의 제3 선형 편광 상태의 축외 광에 의한 극 제어 지연기 층의 조명을 투시도로 도시한 개략도이며, 도 33c는 x축에 대해 0도에서의 제4 선형 편광 상태의 축외 광에 의한 극 제어 지연기 층의 조명을 투시도로 도시한 개략도이다. 이러한 배열들에서, 입사하는 선형 편광 상태들은 타원(632)으로 표현되는, 복굴절 재료의 광학 축들에 정렬된다. 결과적으로, 제3 및 제4 직교 편광 성분들 사이의 위상차가 제공되지 않고, 각각의 광선(636, 637, 638)에 대한 선형 편광된 입력의 편광 상태는 최종적으로 변하지 않는다. 따라서, 극 제어 지연기(630)는 극 제어 지연기(630)의 평면에 수직한 축을 따라 극 제어 지연기(630)의 입력 측에 있는 편광기에 의해 통과된 광의 편광 성분에 대해 어떠한 위상 편이도 도입하지 않는다. 따라서, 극 제어 지연기(630)는 극 제어 지연기(630)의 각각의 면 위의 극 제어 지연기(630) 및 편광기들(도시되지 않음)을 통과하는 광의 휘도에 영향을 미치지 않는다. 도 29a 내지 도 29c는 특히 수동 극 제어 지연기(630)에 관한 것이지만, 전술한 장치들에서의 극 제어 지연기들에 의해 유사한 효과가 달성된다.
도 33d는 45도에서의 선형 편광 상태의 축외 광에 의한 극 제어 지연기(630)의 조명을 투시도로 도시한 개략도이다. 선형 편광 상태는 광학 축(634) 방향에 대해 각각 수직이고 평행한 제3 및 제4 편광 성분으로 분해될 수 있다. 극 제어 지연기 두께(631) 및 굴절률 타원체(632)로 표현되는 물질 지연은, 광선(636)으로 표현되는 수직 방향으로 입사되는 제3 및 제4 편광 성분의 위상을 설계 파장에 대해 반 파장만큼 상대적으로 이동시키는 순 효과를 제공할 수 있다. 설계 파장은 예를 들어 500 nm 내지 550 nm의 범위에 있을 수 있다.
설계 파장에서, 그리고 광선(636)을 따라 수직으로 전파되는 광의 경우, 출력 편광은 -45도에서 선형 편광 상태(640)로 90도만큼 회전될 수 있다. 광선(637)을 따라 전파하는 광은 두께의 변화로 인해 광선(637)을 따른 위상차와 유사하지만 동일하지는 않은 위상차를 보일 수 있고, 따라서 타원 편광 상태(639)는 광선(636)에 대한 출력 광의 선형 편광 축과 유사한 주축을 가질 수 있는 출력일 수 있다.
대조적으로, 광선(638)을 따른 입사 선형 편광 상태에 대한 위상차가 상당히 상이할 수 있으며, 특히 더 낮은 위상차가 제공될 수 있다. 이러한 위상차는 주어진 경사각(642)에서 실질적으로 원형인 출력 편광 상태(644)를 제공할 수 있다. 따라서, 극 제어 지연기(630)는 극 제어 지연기(630)의 평면의 법선에 경사진 광선(638)에 대응하는 축을 따라 극 제어 지연기(630)의 입력 측에 있는 편광기에 의해 통과된 광의 편광 성분에 대해 위상 편이를 도입한다. 도 29d는 수동 극 제어 지연기(630)에 관한 것이지만, 프라이버시 모드에 대응하는 스위칭가능 액정 극 제어 지연기의 스위칭가능 상태에서 전술된 극 제어 지연기들에 의해, 유사한 효과가 달성된다.
극 제어 지연기 스택들의 축외 거동을 설명하기 위해, 이제 평행한 편광기들(500, 210) 사이의 C-플레이트의 동작을 참조하여, 부가적인 편광기(318) 및 출력 디스플레이 편광기(218) 사이의 C-플레이트(330A, 330B)의 각도에 따른 휘도 제어가 다양한 축외 조명에 대해 설명될 것이다.
도 34a는 양의 앙각을 갖는 축외 편광된 광에 의한 C-플레이트 층의 조명을 투시도로 도시한 개략도이다. 입사 선형 편광 성분(704)은 극 제어 지연기(560)의 평면에 수직인 광학 축 방향(507)을 갖는 C-플레이트인 극 제어 지연기(560)의 복굴절 재료(632) 상에 입사된다. 편광 성분(704)은 액정 분자를 통한 투과에 대해 순 위상차를 보이지 않고, 따라서 출력 편광 성분은 성분(704)과 동일하다. 따라서, 편광기(210)를 통해 최대 투과도가 나타난다. 따라서, 극 제어 지연기(560)는 xy 평면인 극 제어 지연기(560)의 평면에 수직인 광학 축(561)을 갖는다. 극 제어 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 극 제어 지연기(560)는 C-플레이트를 포함한다.
도 34b는 음의 측방향 각을 갖는 축외 편광된 광에 의한 C-플레이트 층의 조명을 투시도로 도시한 개략도이다. 도 34a의 배열에서와 같이, 편광 상태(704)는 순 위상차를 보이지 않고, 최대 휘도로 투과된다. 따라서, 극 제어 지연기(560)는 극 제어 지연기(560)의 평면에 수직인 축을 따라 극 제어 지연기(560)의 입력 측에 있는 편광기에 의해 통과된 광의 편광 성분에 대해 위상 편이를 도입하지 않는다. 따라서, 극 제어 지연기(560)는, 극 제어 지연기(560)와, 극 제어 지연기(560)의 각각의 면 위의 편광기들(도시되지 않음)을 통과하는 광의 휘도에 영향을 미치지 않는다. 도 29a 내지 도 29c는 수동 극 제어 지연기(560)에 특히 관련되지만, 전술한 장치들에서의 극 제어 지연기들에 의해 유사한 효과가 달성된다.
도 34c는 양의 앙각 및 음의 측방향 각을 갖는 축외 편광된 광에 의한 C-플레이트 층의 조명을 투시도로 도시한 개략도이다. 도 34a 및 도 34b의 배열과 비교하여, 편광 상태(704)는 극 제어 지연기(560)를 통한 투과에 순 위상차를 제공하는 복굴절 물질(632)에 대해 고유 상태들(eigenstates)(703, 705)로 분해된다. 최종 타원 편광 성분(656)은 도 34a 및 도 34b에 도시된 광선과 비교하여 감소된 휘도를 갖는 편광기(210)를 통해 투과된다.
도 34d는 양의 앙각 및 양의 측방향 각을 갖는 축외 편광된 광에 의한 C-플레이트 층의 조명을 투시도로 도시한 개략도이다. 도 34c와 유사한 방식으로, 편광 성분(704)은 순 위상차를 보이는 고유상태들(703, 705)로 분해되고, 편광기를 통한 투과 이후에 각각의 축외 광선의 휘도를 감소시키는 타원 편광 성분(660)이 제공된다. 따라서, 극 제어 지연기(560)는 극 제어 지연기(560)의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 극 제어 지연기(560)의 입력 측에 편광기에 의해 통과된 광의 편광 성분에 위상 편이를 도입한다. 도 29d는 수동 극 제어 지연기(560)에 관한 것이지만, 프라이버시 모드에 대응하는 스위칭가능 액정 극 제어 지연기의 스위칭가능 상태에서, 전술된 극 제어 지연기에 의해 유사한 효과가 달성된다.
도 34e는 도 34a 내지 도 34d에서 투과된 광선에 대한 극 방향을 갖는 출력 투과의 변화를 도시하는 개략적인 그래프이다. 따라서, C-플레이트는 극 사분면에서의 휘도 감소를 제공할 수 있다. 본원의 다른 곳에서 설명된 스위칭가능 액정층(314)과 조합하여, (i) 제1의 광각(wide angle) 동작 상태에서 C-플레이트의 휘도 감소가 제거될 수 있고, (ii) 제2의 프라이버시 동작 상태에서 휘도 감소를 위한 확장된 극 영역이 달성될 수 있다.
극 제어 지연기 스택의 축외 거동을 설명하기 위해, 부가적인 편광기(318) 및 출력 디스플레이 편광기(218) 사이의 교차된 A-플레이트들(330A, 330B)의 각도에 따른 휘도 제어가 이제 다양한 축외 조명 배열들에 대해 설명될 것이다.
도 35a는 양의 앙각을 갖는 축외 편광된 광에 의한 교차된 A-플레이트 지연기 층의 조명을 투시도로 도시한 개략도이다. 교차된 A-플레이트들(330A, 330B)의 제1 A-플레이트(330A) 상으로의 측방향에 평행한 선형 편광 상태(704)를 제공하기 위해, 전기 벡터 투과 방향(219)을 갖는 선형 편광기(218)가 사용된다. 광학 축 방향(331A)은 측방향에 대해 +45도로 경사진다. 양의 앙각 방향에서의 축외 각도(θ1)에 대한 극 제어 지연기(330A)의 지연은 일반적으로 출력 상에서 타원형인 최종 편광 성분(650)을 제공한다. 편광 성분(650)은 제1 A-플레이트(330A)의 광학 축 방향(331A)에 직교하는 광학 축 방향(331B)을 갖는, 교차된 A-플레이트들(330A, 330B)의 제2 A-플레이트(330B) 상에 입사된다. 도 35a의 입사 평면에서, 축외 각도(θ1)에 대한 제2 A-플레이트(330B)의 지연은 제1 A-플레이트(330A)의 지연과 동일하고 방향이 반대된다. 따라서, 입사 편광 성분(704)에 대해 순 영(0)의 지연이 제공되고, 출력 편광 성분은 입력 편광 성분(704)과 동일하다.
출력 편광 성분은 부가적인 편광기(318)의 전기 벡터 투과 방향에 정렬되고, 따라서 효율적으로 투과된다. 유리하게는, 완전한 투과 효율이 달성되도록, 영(0)의 측방향 각도 성분을 갖는 광선의 경우, 실질적으로 손실이 제공되지 않는다.
도 35b는 음의 측방향 각을 갖는 축외 편광된 광에 의한 교차된 A-플레이트 지연기 층의 조명을 투시도로 도시한 개략도이다. 따라서, 입력 편광 성분은 제1 A-플레이트(330A)에 의해 일반적으로 타원 편광 상태인 중간 편광 성분(652)으로 변환된다. 제2 A-플레이트(330B)는 다시, 출력 편광 성분이 입력 편광 성분(704)과 동일하고, 광이 편광기(318)를 통해 효율적으로 투과되도록, 제1 A-플레이트에 대해 동일하고 방향이 반대되는 지연을 제공한다.
따라서, 극 제어 지연기는, 교차되는 지연기들(330A, 330B)의 평면, 즉 본 실시예들에서 xy평면 내에 광학 축들을 갖는 한 쌍의 지연기들(330A, 330B)을 포함한다. 지연기들(330A, 330B)의 쌍은, 편광기(318)의 전기 벡터 투과에 평행한 전기 벡터 투과 방향에 대해 45°로 각각 연장하는 광학 축들(331A, 331B)을 갖는다.
유리하게는, 완전한 투과 효율이 달성되도록 영(0)의 앙각 성분을 갖는 광선의 경우 실질적으로 손실이 제공되지 않는다.
도 35c는 양의 앙각 및 음의 측방향 각을 갖는 축외 편광된 광에 의한 교차된 A-플레이트 지연기 층의 조명을 투시도로 도시한 개략도이다. 편광 성분(704)은 제1 A-플레이트(330A)에 의해 타원 편광 성분(654)으로 변환된다. 최종 타원 성분(656)은 제2 A-플레이트(330B)로부터 출력된다. 타원 성분(656)은 제1 편광 성분(704)의 입력 휘도와 비교하여 감소된 휘도를 갖는 입력 편광기(318)에 의해 분석된다.
도 35d는 양의 앙각 및 양의 측방향 각을 갖는 축외 편광된 광에 의한 교차된 A-플레이트 지연기 층의 조명을 투시도로 도시한 개략도이다. 제1 및 제2 지연기들의 순 지연이 보상을 제공하지 않으므로, 제1 및 제2 A-플레이트들(330A, 330B)에 의해 편광 성분들(658, 660)이 제공된다.
따라서, 0이 아닌 측방향 각도 성분 및 0이 아닌 앙각 성분을 갖는 광선의 경우 휘도가 감소된다. 유리하게는, 주 디스플레이 사용자들에 대한 방출성 효율이 실질적으로 감소되지 않는 동안, 시야 사분면들(quadrants)에 배열되는 엿보는 사람들에 대한 디스플레이 프라이버시가 증가될 수 있다.
도 35e는 도 35a 내지 도 35d에서 투과된 광선에 대한 극 방향을 갖는 출력 투과의 변화를 도시하는 개략적인 그래프이다. 도 34e의 배열과 비교하여, 축외 관찰을 위해 휘도 감소의 영역이 증가된다. 그러나, 스위칭가능 액정층(314)은 제1 공개 모드 동작 상태에서의 축외 시야를 위한 C-플레이트 배열과 비교하여 감소된 균일성을 제공할 수 있다.
본원에서 사용될 수 있는 바와 같이, 용어 "실질적으로" 및 "대략적으로"는 항목들 사이의 대응하는 용어 및/또는 상대성에 대해 산업적으로 허용되는 오차를 제공한다. 이러한 산업적으로 허용되는 오차는 0% 내지 10%의 범위이고, 성분 값, 각도, 등에 대응하지만, 이에 한정되지 않는다. 항목들 사이의 이러한 상대성은 대략 0퍼센트 내지 10퍼센트 사이이다.
본원에 개시된 원리에 따른 다양한 실시예들이 앞서 설명되었지만, 이들은 단지 예로서 제시되었고, 이에 한정되는 것은 아님을 이해해야 한다. 따라서, 본 개시의 폭 및 범위는 전술한 예시적인 실시예들 중 임의의 실시예에 의해 제한되지 않고, 본 개시로부터 등록되는 임의의 청구항들 및 그들의 균등물에 따라서만 정의되어야 한다. 또한, 전술된 이점들 및 특징들은 설명된 실시예들에서 제공되지만, 상기 이점들 중 임의의 것 또는 전부를 달성하는 프로세스들 및 구조들에 대한 이러한 등록된 청구항들의 응용을 제한하지 않는다.
또한, 본원의 섹션 제목들은 37 CFR 1.77에 따른 제안과의 일관성을 위해, 또는 다른 구조적 단서를 제공하기 위해 제공된다. 이들 제목들은 본 개시로부터 등록될 수 있는 임의의 청구항들에 기재된 실시예(들)을 제한하거나 특징짓지 않는다. 구체적으로, 예를 들어, 제목들이 "기술 분야"를 지칭하더라도, 청구항들은 그렇게 불리는 분야를 설명하기 위해 이 제목 하에 선택된 언어에 의해 제한되지 않는다. 또한, "배경기술"의 기술에 대한 설명은 본 개시에서 특정 기술이 임의의 실시예(들)에 대한 종래 기술이라는 것을 용인하는 것으로 해석되어서는 안된다. 또한, "요약서"는 등록된 청구항들에 제공된 실시예(들)의 특징으로서 간주되지 않는다. 또한, 본 개시에서 단수의 "발명"을 지칭하는 것은 본 개시에서 오직 하나의 새로운 점이 존재한다는 것을 주장하기 위해 사용되어서는 안된다. 다수의 실시예들은 본 개시로부터 등록되는 다수의 청구항들의 제한들에 따라 제공될 수 있으며, 따라서 이러한 청구항들은 그에 의해 보호되는 실시예(들), 및 이들의 균등물들을 정의한다. 모든 경우에, 이러한 청구항들의 범위는 본 개시에 비추어 그 자체의 장점을 갖는 것으로 고려되어야 하지만, 본원에 기재된 제목들에 의해 한정되지 않는다.

Claims (63)

  1. 주변 조명에서 사용하기 위한 디스플레이 장치로서,
    광을 출력하도록 배열된 공간 광 변조기(SLM);
    - 상기 SLM은 상기 SLM의 출력 측 위에 배열된 선형 편광기인 출력 편광기를 포함함 -;
    상기 출력 편광기의 출력 측 위에 배열된 선형 편광기인 부가적인 편광기;
    상기 출력 편광기와 상기 부가적인 편광기 사이에 배열된 선형 편광기인 반사 편광기; 및
    상기 반사 편광기와 상기 부가적인 편광기 사이에 배열되는 적어도 하나의 극 제어 지연기를 포함하고, 상기 적어도 하나의 극 제어 지연기는, 상기 적어도 하나의 극 제어 지연기의 평면에 수직인 축을 따라 상기 반사 편광기에 의해 통과되는 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하지 않고 동시에, 상기 적어도 하나의 극 제어 지연기의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 상기 반사 편광기에 의해 통과되는 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입할 수 있는, 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 극 제어 지연기는 액정 물질의 층을 포함하는 스위칭가능 액정 지연기를 포함하며, 상기 적어도 하나의 극 제어 지연기는 상기 스위칭가능 액정 지연기의 스위칭가능 상태에서, 상기 적어도 하나의 극 제어 지연기의 평면에 수직인 축을 따라 상기 반사 편광기에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하지 않으면서 동시에, 상기 적어도 하나의 극 제어 지연기의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 상기 반사 편광기에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하도록, 배열되는, 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 극 제어 지연기는 적어도 하나의 수동 지연기를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 수동 지연기는 상기 적어도 하나의 수동 지연기의 평면에 수직인 축을 따라 상기 반사 편광기에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하지 않으면서, 상기 적어도 하나의 수동 지연기의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 상기 반사 편광기에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하도록 배열되는, 디스플레이 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 스위칭가능 액정 지연기는, 상기 액정 물질에 인접하게 그의 반대되는 면들 위에 배치되고 상기 인접한 액정 물질에 수직 배향을 제공하도록 각각 배열되는 2개의 표면 배향층들을 포함하는, 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스위칭가능 액정 지연기의 상기 액정 물질의 층은 음의 유전체 이방성을 갖는 액정 물질을 포함하는, 디스플레이 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 액정 물질의 층은 500 nm 내지 1000 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 600 nm 내지 900 nm의 범위, 가장 바람직하게는 700 nm 내지 850 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는, 디스플레이 장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 수동 지연기는 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 수동 지연기를 포함하고, 상기 수동 지연기는 -300 nm 내지 -900 nm 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 -450 nm 내지 -800 nm의 범위, 가장 바람직하게는 -500 nm 내지 -725 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖거나; 또는
    상기 적어도 하나의 수동 지연기는 지연기들의 평면 내에 교차되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 포함하고, 상기 한 쌍의 수동 지연기들의 각각의 수동 지연기는 300 nm 내지 800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 500 nm 내지 700 nm의 범위, 가장 바람직하게는 550 nm 내지 675 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는, 디스플레이 장치.
  8. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 스위칭가능 액정 지연기는, 상기 액정 물질의 층에 인접하게 그의 반대되는 면들 위에 배치되고 상기 인접한 액정 물질에 수평 배향을 제공하도록 각각 배열되는 2개의 표면 배향층들을 포함하는, 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 스위칭가능 액정 지연기의 상기 액정 물질의 층은 양의 유전체 이방성을 갖는 액정 물질을 포함하는, 디스플레이 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 액정 물질의 층은 500 nm 내지 900 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 600 nm 내지 850 nm 범위, 가장 바람직하게는 700 nm 내지 800 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는, 디스플레이 장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 수동 지연기는 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 수동 지연기를 포함하고, 상기 수동 지연기는 -300 nm 내지 -700 nm 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 -350 nm 내지 -600 nm의 범위, 가장 바람직하게는 -400 nm 내지 -500 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖거나; 또는
    상기 적어도 하나의 수동 지연기는 지연기들의 평면 내에 교차되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 포함하고, 상기 한 쌍의 수동 지연기들의 각각의 수동 지연기는 300 nm 내지 800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 350 nm 내지 650 nm의 범위, 가장 바람직하게는 450 nm 내지 550 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는, 디스플레이 장치.
  12. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 스위칭가능 액정 지연기는, 상기 액정 물질의 층에 인접하게 그의 반대되는 면들 위에 배치되는 2개의 표면 배향층들을 포함하고, 상기 표면 배향층들 중 하나는 상기 인접한 액정 물질에 수직 배향을 제공하도록 배열되며, 상기 표면 배향층들 중 다른 하나는 상기 인접한 액정 물질에 수평 배향을 제공하도록 배열되는, 디스플레이 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 수평 배향을 제공하도록 배열된 표면 배향층은 상기 액정 물질의 층과 상기 극 제어 지연기 사이에 있고;
    상기 액정 물질의 층은 700 nm 내지 2000 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 1000 nm 내지 1500 nm의 범위, 가장 바람직하게는 1200 nm 내지 1500 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 가지며; 그리고
    상기 적어도 하나의 수동 지연기는 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 수동 지연기를 포함하고, 상기 적어도 하나의 수동 지연기는 -400 nm 내지 -1800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 -700 nm 내지 -1500 nm의 범위, 가장 바람직하게는 -900 nm 내지 -1300 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖거나; 또는
    상기 적어도 하나의 수동 지연기는 지연기들의 평면에서 교차되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 포함하고, 상기 한 쌍의 지연기들의 각각의 지연기는 400 nm 내지 1800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 700 nm 내지 1500 nm의 범위, 가장 바람직하게는 900 nm 내지 1300 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는, 디스플레이 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 수직 배향을 제공하도록 배열된 표면 배향층은 상기 액정 물질의 층과 상기 극 제어 지연기 사이에 있고;
    상기 액정 물질 층은 500 nm 내지 1800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 700 nm 내지 1500 nm의 범위, 가장 바람직하게는 900 nm 내지 1350 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 가지며; 그리고
    상기 적어도 하나의 수동 지연기는 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 수동 지연기를 포함하고, 상기 적어도 하나의 수동 지연기는 -300 nm 내지 -1600 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 -500 nm 내지 -1300 nm의 범위, 가장 바람직하게는 -700 nm 내지 -1150 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖거나; 또는
    상기 적어도 하나의 수동 지연기는 지연기들의 평면에서 교차되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 포함하고, 상기 한 쌍의 지연기들의 각각의 지연기는 400 nm 내지 1600 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 600 nm 내지 1400 nm의 범위, 가장 바람직하게는 800 nm 내지 1300 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는, 디스플레이 장치.
  15. 제2항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 배향층은 상기 반사 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 평행하거나 역평행하거나 수직인 상기 액정 물질의 층의 평면에 있는 성분을 가진 선경사각 방향을 갖는 선경사각을 갖는, 디스플레이 장치.
  16. 제2항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 극 제어 지연기는 2개의 수동 지연기들을 더 포함하고, 상기 스위칭가능 액정 지연기는 상기 2개의 수동 지연기들 사이에 제공되는, 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 스위칭가능 액정 지연기에 인접한 상기 2개의 수동 지연기들 각각의 면 위에 형성된, 투과 전극 및 액정 표면 배향층을 더 포함하는, 디스플레이 장치.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 제1 및 제2 기판을 더 포함하되, 상기 스위칭가능 액정 지연기는 상기 제1 및 제2 기판 사이에 제공되고, 상기 제1 및 제2 기판 각각은 상기 2개의 수동 지연기들 중 하나를 포함하는, 디스플레이 장치.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 수동 지연기들 각각은, -300 nm 내지 -700 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 -350 nm 내지 -600 nm의 범위, 가장 바람직하게는 -400 nm 내지 -500 nm의 범위의 파장의 광에 대한 총 지연을 갖는, 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 가진 수동 지연기를 포함하는, 디스플레이 장치.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 수동 지연기들 각각은 상기 수동 지연기의 평면 내에 광학 축을 갖고,
    상기 광학 축들은 교차되며,
    상기 한 쌍의 수동 지연기들의 각각의 수동 지연기는 150 nm 내지 800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 200 nm 내지 700 nm의 범위, 가장 바람직하게는 250 nm 내지 600 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는, 디스플레이 장치.
  21. 제2항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭가능 액정 지연기는 상기 액정 물질의 층을 제어하기 위한 전압을 인가하도록 배열된 투과 전극들을 더 포함하는, 디스플레이 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 투과 전극들은 상기 액정 물질의 층의 반대되는 면들 위에 있는, 디스플레이 장치.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 전극들은 적어도 2개의 패턴 영역들을 제공하도록 패터닝되는, 디스플레이 장치.
  24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭가능 액정 지연기의 상기 전극들에 인가된 상기 전압을 제어하도록 배열된 제어 시스템을 더 포함하는, 디스플레이 장치.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 극 제어 지연기는 적어도 하나의 수동 지연기를 포함하고, 상기 적어도 하나의 수동 지연기는 상기 적어도 하나의 수동 지연기의 평면에 수직인 축을 따라 상기 반사 편광기에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하지 않으면서, 상기 적어도 하나의 수동 지연기의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 상기 반사 편광기에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하도록 배열되는, 디스플레이 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수동 지연기는 적어도 2개의 상이한 광학 축들의 배향을 갖는 적어도 2개의 수동 지연기들을 포함하는, 디스플레이 장치.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수동 지연기는 상기 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 수동 지연기를 포함하는, 디스플레이 장치.
  28. 제25항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수동 지연기는 상기 지연기의 평면 내에 교차되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 포함하는, 디스플레이 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 한 쌍의 지연기들은 상기 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해, 각각 45° 및 135°로 연장되는 광학 축들을 갖는, 디스플레이 장치.
  30. 제28항 또는 제29항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수동 지연기는, 상기 먼저 언급된 한 쌍의 수동 지연기들 사이에 배치되되 수동 지연기들의 평면에서 교차되는 광학 축들을 갖는, 부가적인 쌍의 수동 지연기들을 더 포함하는, 디스플레이 장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 부가적인 쌍의 수동 지연기들은 상기 출력 편광기의 전기 벡터 투과에 평행한 전기 벡터 투과 방향에 대해 각각 0° 및 90°로 연장되는 광학 축들을 갖는, 디스플레이 장치.
  32. 제25항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수동 지연기는 상기 지연기의 평면에 수직인 성분 및 상기 지연기의 평면 내의 성분을 갖도록 배향되는 광학 축을 갖는 수동 지연기를 포함하는, 디스플레이 장치.
  33. 제32항에 있어서, 상기 수동 지연기의 평면 내의 성분은 상기 디스플레이 편광기의 전기 벡터 투과에 평행하거나 수직인 전기 벡터 투과 방향에 대해 0°로 연장되는, 디스플레이 장치.
  34. 제32항 또는 제33항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수동 지연기는, 수동 지연기의 평면에 수직인 광학 축을 갖는 수동 지연기, 또는 수동 지연기들의 평면에서 교차되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 더 포함하는, 디스플레이 장치.
  35. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력 편광기와 상기 반사 편광기 사이에 배열된 적어도 하나의 다른 극 제어 지연기를 더 포함하는, 디스플레이 장치.
  36. 제35항에 있어서, 다른 부가적인 편광기가 상기 적어도 하나의 다른 극 제어 지연기와 상기 반사 편광기 사이에 배열되는, 디스플레이 장치.
  37. 제35항 또는 제36항에 있어서, 상기 적어도 하나의 극 제어 지연기는, 액정 물질의 제1 층을 포함하는 제1 스위칭가능 액정 지연기를 포함하고, 상기 적어도 하나의 다른 극 제어 지연기는 액정 물질의 제2 층을 포함하는 제2 스위칭가능 액정 지연기를 포함하는, 디스플레이 장치.
  38. 제37항에 있어서, 상기 제1 및 제2 액정 지연기들은 상이한 지연들을 갖는, 디스플레이 장치.
  39. 제38항에 있어서, 상기 제1 및 제2 스위칭가능 액정 지연기들에 걸쳐 공통 전압의 인가를 제어하도록 배열된 제어 시스템을 더 포함하고, 상기 제1 액정 지연기의 상기 액정 물질은 상기 제2 액정 지연기의 상기 액정 물질과 상이한, 디스플레이 장치.
  40. 제37항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 스위칭가능 액정 지연기들 각각의 상기 액정 물질의 층들은 450 nm 내지 850 nm 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 500 nm 내지 750 nm 범위, 가장 바람직하게는 550 nm 내지 650 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는, 디스플레이 장치.
  41. 제37항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 극 제어 지연기는, 지연기들의 평면에서 교차되되 상기 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해 각각 45° 및 135°로 연장되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 더 포함하고;
    상기 적어도 하나의 다른 극 제어 지연기는 지연기들의 평면에서 교차되되 상기 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해 각각 45° 및 135°로 연장되는 광학 축들을 갖는 다른 한 쌍의 수동 지연기들을 포함하며;
    상기 한 쌍의 수동 지연기들 중 하나 및 상기 다른 한 쌍의 수동 지연기들 중 하나의 광학 축들은 서로 가장 근접하게 동일한 방향으로 연장되는, 디스플레이 장치.
  42. 제41항에 있어서, 상기 한 쌍의 수동 지연기들의 각각의 수동 지연기와, 상기 다른 한 쌍의 수동 지연기들의 각각의 수동 지연기는 300 nm 내지 800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 350 nm 내지 650 nm의 범위, 가장 바람직하게는 400 nm 내지 550 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는, 디스플레이 장치.
  43. 제35항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다른 극 제어 지연기는 적어도 하나의 다른 수동 지연기를 포함하는, 디스플레이 장치.
  44. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    광을 출력하도록 배열된 백라이트 - 상기 SLM은 상기 백라이트로부터의 출력 광을 수신하도록 배열된 투과성 SLM이고, 상기 SLM은 상기 SLM의 입력 측 위에 배열된 선형 편광기인 입력 편광기를 더 포함함 -;
    상기 입력 편광기의 입력 측 위에 배열되는 선형 편광기인 다른 부가적인 편광기; 및
    상기 다른 부가적인 편광기와 상기 입력 편광기 사이에 배열되는 적어도 하나의 다른 극 제어 지연기를 더 포함하는, 디스플레이 장치.
  45. 제44항에 있어서, 상기 적어도 하나의 극 제어 지연기는 액정 물질의 제1 층을 포함하는 제1 스위칭가능 액정 지연기를 포함하고, 상기 적어도 하나의 다른 극 제어 지연기는 액정 물질의 제2 층을 포함하는 제2 스위칭가능 액정 지연기를 포함하는, 디스플레이 장치.
  46. 제45항에 있어서, 상기 제1 및 제2 액정 지연기들은 상이한 지연을 갖는, 디스플레이 장치.
  47. 제46항에 있어서, 상기 제1 및 제2 스위칭가능 액정 지연기들에 걸쳐 공통 전압의 인가를 제어하도록 배열된 제어 시스템을 더 포함하고, 상기 제1 액정 지연기의 상기 액정 물질은 상기 제2 액정 지연기의 상기 액정 물질과 상이한, 디스플레이 장치.
  48. 제45항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 스위칭가능 액정 지연기들 각각의 상기 액정 물질의 층들은 450 nm 내지 850 nm 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 500 nm 내지 750 nm의 범위, 가장 바람직하게는 550 nm 내지 650 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는, 디스플레이 장치.
  49. 제45항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 극 제어 지연기는, 지연기들의 평면에서 교차되되 상기 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해 각각 45° 및 135°로 연장되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 더 포함하고;
    상기 적어도 하나의 다른 극 제어 지연기는 지연기들의 평면에서 교차되되 상기 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해 각각 45° 및 135°로 연장되는 광학 축들을 갖는 다른 한 쌍의 수동 지연기들을 포함하며;
    상기 한 쌍의 수동 지연기들 중 하나 및 상기 다른 한 쌍의 수동 지연기들 중 하나의 광학 축들은 서로 가장 근접하게 동일한 방향으로 연장되는, 디스플레이 장치.
  50. 제49항에 있어서, 상기 한 쌍의 수동 지연기들의 각각의 수동 지연기와, 상기 다른 한 쌍의 수동 지연기들의 각각의 수동 지연기는 300 nm 내지 800 nm의 범위에서의 550 nm의 파장, 바람직하게는 350 nm 내지 650 nm의 범위, 가장 바람직하게는 400 nm 내지 550 nm의 범위의 파장의 광에 대한 지연을 갖는, 디스플레이 장치.
  51. 제44항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다른 극 제어 지연기는 적어도 하나의 다른 수동 지연기를 포함하는, 디스플레이 장치.
  52. 제1항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서,
    광을 출력하도록 배열된 백라이트를 더 포함- 상기 SLM은 백라이트로부터의 출력 광을 수신하도록 배열된 투과성 SLM임-하고,
    상기 백라이트는, 상기 SLM의 법선을 따른 휘도의 최대 30%인, 바람직하게는 상기 SLM의 법선을 따른 휘도의 최대 20%인, 가장 바람직하게는 상기 SLM의 법선을 따른 휘도의 최대 10%인, SLM의 법선에 대한 45도보다 큰 극각에서 휘도를 제공하는, 디스플레이 장치.
  53. 제1항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 SLM은 방출성 SLM이고, 상기 디스플레이 편광기는 상기 SLM의 출력 측 위에 배열된 출력 편광기인, 디스플레이 장치
  54. 제1항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사 편광기와 상기 출력 편광기는 서로 평행한 전기 벡터 투과 방향을 갖는, 디스플레이 장치.
  55. 제1항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사 편광기 및 상기 부가적인 편광기는 서로 평행한 전기 벡터 투과 방향을 갖는, 디스플레이 장치.
  56. 제1항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 편광기 및 상기 부가적인 편광기는 서로 평행하지 않은 전기 벡터 투과 방향을 갖고,
    상기 디스플레이 장치는 상기 반사 편광기와 상기 부가적인 편광기 사이에 배열된 회전 지연기를 더 포함하며, 상기 회전 지연기는 상기 디스플레이 편광기 및 상기 부가적인 편광기의 전기 벡터 투과 방향들 사이에서상기 회전 지연기 상으로 입사하는 편광된 광의 편광 방향을 회전시키도록 배열되는, 디스플레이 장치.
  57. 광을 출력하도록 배열된 공간 광 변조기(SLM)를 포함하는, 주변 조명에서 사용하기 위한 디스플레이 장치의 출력 측에 적용하기 위한 시야각 제어 광학 요소로서,
    상기 SLM은 상기 SLM의 출력 측 위에 배열된 출력 편광기를 포함하고;
    상기 시야각 제어 광학 요소는,
    부가적인 편광기;
    상기 디스플레이 장치에 상기 시야각 제어 광학 요소를 적용하는 경우, 상기 출력 편광기와 상기 부가적인 편광기 사이에 배열되는 반사 편광기; 및
    상기 반사 편광기와 상기 부가적인 편광기 사이에 배열된 적어도 하나의 극 제어 지연기를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 극 제어 지연기는, 상기 적어도 하나의 극 제어 지연기의 평면에 수직인 축을 따라 상기 반사 편광기에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하지 않으면서 동시에, 상기 적어도 하나의 극 제어 지연기의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 상기 반사 편광기에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입할 수 있는, 시야각 제어 광학 요소.
  58. 디스플레이 장치로서,
    공간 광 변조기(SLM);
    상기 SLM의 적어도 하나의 면 위에 배열된 선형 편광기인 디스플레이 편광기;
    상기 적어도 하나의 디스플레이 편광기 중 하나로서 상기 SLM의 동일한 면 위에 배열된 선형 편광기인 제1 부가적인 편광기; 및
    상기 제1 부가적인 편광기와 상기 적어도 하나의 디스플레이 편광기들 중 하나 사이에 배열된 제1 극 제어 지연기들;
    상기 적어도 하나의 디스플레이 편광기들 중 상기 하나로서 상기 SLM의 동일한 면 위에, 상기 제1 부가적인 편광기의 외측에 배열되는 선형 편광기인 다른 부가적인 편광기; 및
    상기 제1 부가적인 편광기와 상기 다른 부가적인 편광기 사이에 배열된 다른 극 제어 지연기들을 포함하고,
    상기 제1 극 제어 지연기들은, 지연기들의 평면에서 교차되되 상기 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해 각각 45° 및 135°로 연장되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 포함하고,
    상기 다른 극 제어 지연기들은, 지연기들의 평면에서 교차되되 상기 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해 각각 45° 및 135°로 연장되는 광학 축들을 갖는 다른 한 쌍의 수동 지연기들을 포함하며,
    상기 제1 쌍의 수동 극 제어 지연기들 중 하나 및 상기 다른 한 쌍의 수동 극 제어 지연기들 중 하나의 광학 축들은 서로 가장 근접하게 동일한 방향으로 연장되는, 디스플레이 장치.
  59. 제58항에 있어서, 상기 제1 극 제어 지연기들 및 다른 극 제어 지연기들 각각은, 액정 물질의 층을 포함하는 스위칭가능 액정 지연기를 더 포함하고, 상기 제1 극 제어 지연기들 및 상기 다른 극 제어 지연기들은 각각, 상기 스위칭가능 액정 지연기의 스위칭가능 상태에서, 상기 극 제어 지연기들의 평면에 수직인 축을 따라 상기 적어도 하나의 디스플레이 편광기들 중 상기 하나에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하지 않으면서 동시에, 상기 극 제어 지연기들의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 상기 적어도 하나의 디스플레이 편광기들 중 상기 하나에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하도록 배열되는, 디스플레이 장치.
  60. 제58항 또는 제59항에 있어서, 광을 출력하도록 배열된 백라이트를 더 포함하고, 상기 SLM은 상기 백라이트로부터의 출력 광을 수신하도록 배열된 투과성 SLM이며, 상기 디스플레이 장치는 상기 SLM의 입력 측 위에 배열되는 입력 편광기 및 상기 SLM의 출력 측 위에 배열된 출력 편광기를 포함하는, 디스플레이 장치.
  61. 제58항 또는 제59항에 있어서, 상기 SLM은 방출성 SLM이고, 상기 디스플레이 편광기는 상기 SLM의 출력 측 위에 배열된 출력 편광기인, 디스플레이 장치.
  62. 디스플레이 장치로서,
    광을 출력하도록 배열된 백라이트
    백라이트로부터의 출력 광을 수신하도록 배열된 투과성 공간 광 변조기(SLM);
    상기 SLM의 입력 측 위에 배열된 선형 편광기인 입력 편광기와, 상기 SLM의 출력 측 위에 배열된 선형 편광기인 출력 편광기;
    출력 편광기의 출력 측 위에 배열된 선형 편광기인 제1 부가적인 편광기;
    상기 제1 부가적인 편광기와 상기 출력 편광기 사이에 배열되는 제1 극 제어 지연기들;
    상기 백라이트와 입력 편광기 사이에 배열된 선형 편광기인 다른 부가적인 편광기; 및
    상기 제1 부가적인 편광기와 상기 입력 편광기 사이에 배열된 다른 극 제어 지연기들을 포함하고,
    상기 제1 극 제어 지연기들은, 지연기들의 평면에서 교차되되 상기 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해 각각 45° 및 135°로 연장되는 광학 축들을 갖는 한 쌍의 수동 지연기들을 포함하고,
    상기 다른 극 제어 지연기들은, 지연기들의 평면에서 교차되되 상기 출력 편광기의 전기 벡터 투과 방향에 대해 각각 45° 및 135°로 연장되는 광학 축들을 갖는 다른 한 쌍의 수동 지연기들을 포함하며,
    상기 제1 쌍의 수동 극 제어 지연기들 중 하나 및 상기 다른 한 쌍의 수동 극 제어 지연기들 중 하나의 광학 축들은 서로 가장 근접하게 동일한 방향으로 연장되는, 디스플레이 장치.
  63. 제62항에 있어서, 상기 제1 극 제어 지연기들 및 다른 극 제어 지연기들 각각은, 액정 물질의 층을 포함하는 스위칭가능 액정 지연기를 더 포함하고, 상기 제1 극 제어 지연기들 및 상기 다른 극 제어 지연기들은 각각, 상기 스위칭가능 액정 지연기의 스위칭가능 상태에서, 상기 극 제어 지연기들의 평면에 수직인 축을 따라 상기 적어도 하나의 디스플레이 편광기들 중 상기 하나에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하지 않으면서 동시에, 상기 극 제어 지연기들의 평면의 법선에 경사진 축을 따라 상기 적어도 하나의 디스플레이 편광기들 중 상기 하나에 의해 통과된 광의 직교 편광 성분에 순 상대 위상 편이를 도입하도록 배열되는, 디스플레이 장치.
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