显示装置的反射的控制的制作方法

1.本公开大体上涉及从包括显示面板的显示装置输出的光的反射的控制。
2.背景
3.在许多光学布置中，来自光透射材料的表面(如裸透明)的反射是个问题，尤其是当显著的反射发生时、在夜间从被照射的内部观察时，给予镜像外观。虽然房子里的这样的反射通常由于遮光物而避免，但是这样的选项在许多光学布置(诸如其中明亮的内部显示的反射可以引起显著的干扰的车辆)中是不可用的。
4.缓和该问题的一种方法是引入具有高定向输出的显示装置。这样的显示装置将允许观察者(例如，就车辆来说，驾驶者和/或乘客)察看显示装置上显示的图像，同时使朝向光透射材料的表面的光最小化。然而，这样的显示装置通常需要附加的部件，所以制造相对昂贵。
5.本公开涉及控制来自光透射材料的表面的这样的反射。
6.简要概述
7.根据本公开的第一方面，提供一种控制从显示装置输出的光的反射的方法，显示装置包括被布置为输出具有预定偏振态的光的显示面板，方法使用布置在显示面板的输出侧上的至少一个光学延迟器，方法包括：关于从显示装置输出的第一光线和光透射材料的第一表面的在第一点处的第一法线限定第一入射平面，以及关于从显示装置输出的第二光线和光透射材料的第二表面的在第二点处的第二法线限定第二入射平面，在第一点处，第一光线被反射，在第二点处，第二光线被反射；以及选择至少一个光学延迟器，在至少一个光学延迟器的至少一种模式下，使第一光线的偏振态在第一入射平面中的方向上线偏振，并且使第二光线的偏振态在第二入射平面中的方向上线偏振。
8.该方法使用由表面处的菲涅耳反射导致的线偏振光的反射灵敏度。具体地说，光透射材料的表面的反射率对于在入射平面中的方向上线偏振的光(p偏振光)，比对于在垂直于入射平面的方向上线偏振的光(s偏振光)是更低的。p偏振光的反射率在表面处的大多数入射角，大幅下降至低于s偏振光的反射率，在一些角度达到零。
9.大多数显示面板输出具有预定偏振态的光。例如，lcd(液晶显示器)显示装置在车辆中是普遍存在的，因为它们提供在白天驾驶期间所需的高亮度水平。这样的lcd显示装置通过对偏振光进行调制并且提供线偏振的输出来运作。
10.此外，该方法使用以下观察：对于特定波长的特定光线的期望的偏振态总是可以利用其光轴和延迟被自由选择的任意的延迟器从任何输入偏振态变换而来，所以可以选择光学延迟器来独立地控制从显示装置输出的两个不同的光线的偏振态。这在偏振被用来提供期望的光学效果的许多光学布置中是不期望的，但这是被取向在不同方向上的、光学延迟器的材料的光轴对于光线中的每个光线的效果，该效果在该方法中用于积极效果。
11.来自光透射材料的第一表面和第二表面的光的反射被考虑。从显示装置输出的并且从第一表面和第二表面反射到共同的观看位置的光线然后被限定。这使得可以关于第一光线和第二光线、以及第一表面和第二表面在第一点和第二点处的第一法线和第二法线限
定第一入射平面和第二入射平面，在第一点和第二点处，第一光线和第二光线被反射。其后，至少一个光学延迟器被选择为使得在至少一个光学延迟器的至少一种模式下，引起第一光线的偏振态在第一入射平面中的方向上线偏振(即，p偏振)，并且还引起第二光线的偏振态在第二入射平面中的方向上线偏振(p偏振)。结果，每个光线相对于来自其相应表面的反射是p偏振的。这同时使来自每个表面的反射量与其中偏振态不被如此控制的情况相比最小化，所以第一光线和/或第二光线中的一些一般可以是s偏振光，或者至少包括s偏振光的分量。
12.至少一个光学延迟器的选择可以涉及至少一个光学延迟器的光轴的方向和至少一个光学延迟器的延迟的选择以便以期望的方式控制两个光线的偏振态。
13.举例来说，可以考虑光学布置是包含安装在仪表盘上的lcd显示装置的车辆的情况。通过显示装置输出的光可以有利地在垂直方向上线偏振以匹配防眩光偏振眼镜被驾驶者佩戴时的透射。在这种情况下，从风挡反射的第一光线的入射平面相对于反射几何而言主要是p偏振的，所以被最少地反射。然而，没有该方法的情况下，对于从侧窗反射的第二光线，情况并非如此。也就是说，从侧窗反射的第二光线主要是s偏振的，所以反射率相对较高。然而，利用该方法，至少一个光学延迟器可以使第二光线的偏振态被变换为p偏振，同时保持入射在风挡上的第一光线的p偏振，从而对来自侧窗的反射的问题提供精妙的解决方案。
14.根据本公开的另一方面，提供一种显示装置，显示装置包括：显示面板，显示面板被布置为输出具有预定偏振态的光；以及至少一个光学延迟器，至少一个光学延迟器被布置在显示面板的输出侧上，其中，关于从显示装置输出的第一光线和光透射材料的第一表面的在第一点处的第一法线限定第一入射平面，以及关于从显示装置输出的第二光线和光透射材料的第二表面的在第二点处的第二法线限定第二入射平面，在第一点处，第一光线被反射，在第二点处，第二光线被反射，至少一个光学延迟器被选择，在至少一个光学延迟器的至少一种模式下，使第一光线的偏振态在第一入射平面中的方向上线偏振，并且使第二光线的偏振态在第二入射平面中的方向上线偏振。
15.这样的显示装置以与如以上所讨论的本公开的第一方面类似的方式控制反射。
16.显示装置可以被合并在还包括第一表面和第二表面的光学布置中。这样的光学布置可以是例如车辆，在车辆的情况下，第一表面和第二表面可以是车辆的窗户的表面。
17.本公开的实施方案可以被用于各种光学布置中。实施方案可以包含各种投影仪、投影系统、光学组件、显示器、微型显示器、计算机系统、处理器、自含投影仪系统、视觉和/或视听系统、以及电气装置和/或光学装置，或者与各种投影仪、投影系统、光学组件、显示器、微型显示器、计算机系统、处理器、自含投影仪系统、视觉和/或视听系统、以及电气装置和/或光学装置一起工作。本公开的各方面可以与和光学装置和电气装置、光学系统、演示系统、或可以包含任何类型的光学系统的任何设备相关的几乎任何设备一起使用。因此，本公开的实施方案可以被用于视觉和/或光学呈现、视觉外设等中、以及若干计算环境中的装置中。
18.在继续详细描述所公开的实施方案之前，应理解本公开在其应用或创建上不限于所示的具体布置的细节，因为本公开能够有其他实施方案。此外，本公开的各方面可以在不同的组合和布置中被阐述以限定本身独特的实施方案。此外，本文中使用的术语是出于描
述、而非限制的目的。
19.本公开的这些及其他优点和特征对于本领域的普通技术人员来说，完整地阅读本公开后将变得显而易见。
20.附图的简要说明
21.实施方案在附图中被举例图示说明，在附图中，相似的标号指示类似的部分，并且在附图中：
22.图1、图2和图3是用于控制光学布置内的反射的透射显示装置的替代构造的侧透视图；
23.图4是包含图1-3的显示装置、以及第一表面和第二表面的光学布置的前透视图；
24.图5是来自光透射材料的片材的表面的线偏振光的反射的侧视图；
25.图6是来自光透射材料的片材的表面的线偏振光的反射率的曲线图；
26.图7和图8是图4的光学布置的透视顶视图，该图更详细地图示说明光线；
27.图9是示出光线的偏振态如何被控制的示例的光学延迟器的透视图；
28.图10是图示说明用于为具有在第一入射平面中的方向上线偏振的预定偏振态的输出光选择光学延迟器的方法的图表；
29.图11是图示说明用于为具有任意的预定偏振态的输出光选择光学延迟器的方法的图表；
30.图12是光学布置的顶视图，光学布置是包含显示装置并且图示说明来自第一表面的反射的车辆，第一表面是车辆的风挡；
31.图13是图12中所示的车辆的侧视图，该图图示说明来自第一表面的反射；
32.图14是从第一表面反射的第一光线的入射平面中的、图12中所示的车辆的视图；
33.图15是图12中所示的车辆的顶视图，该图示出来自第二表面的反射，第二表面是车辆的侧窗；
34.图16是图15中所示的车辆的侧视图，该图图示说明来自第二表面的反射；
35.图17是从第二表面反射的第一光线的入射平面中的、图15中所示的车辆的视图；
36.图18是图1的显示装置的光学堆叠的第二示例的前视图，该图图示说明光线的偏振态；
37.图19是图2的显示装置的光学堆叠的第二示例的前视图，该图图示说明光线的偏振态；
38.图20是图1-3的显示装置中的显示面板的侧透视图；
39.图21、图22和图23是图1-3的显示装置中的光学延迟器的三个替代示例的侧透视图；
40.图24是图23的第二光学延迟器的侧透视图；
41.图25是图示说明对于进一步包括说明性分析输出偏振器的、图24的第二光学延迟器的、亮度随极性(polar)方向的变化的曲线图；
42.图26是可以被应用于图1的显示面板中的观察角度控制光学延迟器的透视图；并且
43.图27是图示说明对于图26的观察角度控制延迟器的、亮度随极性方向的变化的曲线图。
44.详细说明
45.与用于本公开的目的的光学延迟器相关的术语现在将被描述。
46.在包括单轴双折射材料的层中，存在管控光学各向异性的方向，而垂直于该方向(或与该方向成给定角度)的所有方向都是光学等效的。
47.光轴是指单轴双折射材料中的未偏振的光线的传播方向，在该方向上，射线不经历双折射。对于在与光轴正交的方向上传播的光，光轴是当具有平行于光轴的电矢量方向的线偏振光以最慢的速度行进时的慢轴。慢轴方向是在设计波长处具有最高折射率的方向。类似地，快轴方向是在设计波长处具有最低折射率的方向。
48.对于正向介电各向异性单轴双折射材料，慢轴方向是双折射材料的非寻常轴。对于负向介电各向异性单轴双折射材料，快轴方向是双折射材料的非寻常轴。
49.术语半波长和四分之一波长是指延迟器对于设计波长λ0的操作，设计波长λ0通常可以在450nm和570nm之间。在本说明性实施方案中，示例性延迟值被提供用于550nm的波长，除非另有指定。
50.延迟器提供入射在其上的光波的两个垂直偏振分量之间的相移，并且用它给予这两个偏振分量上的相对相位量г来表征，相对相位量г通过以下方程与延迟器的双折射δn和厚度d相关：
51.γ＝2.π.δn.d/λ0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
方程1
52.其中δn被定义为非寻常折射率和寻常折射率之间的差值，即，
53.δn＝n
e-noꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
方程2。
54.在本文中，光学延迟器的“半波延迟”是指d、δn和λ0之间的关系，并且λ0被选择为使得偏振分量г之间的相移是π的奇数倍，也就是说，π、3π、5π等。这些值导致光学延迟器提供具有线偏振的偏振态的光变换为另一线偏振的偏振态、而不是椭圆形偏振态的变换。为了实现这个效果，那么一般来说，相对相移г可以是π的任何奇数倍，但是在实践中，通常期望的是选择相对相移г为π，因为这减小色效应。
55.这样的半波延迟一般来说，对于沿着可以垂直于空间光调制器或者与法线成一角度的不同光线传播的光，具有不同的值。尽管普遍的是相对于延迟器沿着延迟器的法线的延迟来限定延迟器，但是在本文中，方法涉及沿着不同光线的效果，所以半波延迟将是相对于给定光线限定的。
56.在本公开中，“a板”是指利用一层双折射材料的光学延迟器，其光轴平行于该层的平面。延迟器的平面是指延迟器的在平面中延伸的慢轴，平面是x-y平面。
[0057]“正a板”是指正向双折射的a板，即，具有正的δn的a板。
[0058]
在本公开中，“c板”是指利用一层双折射材料的光学延迟器，其光轴垂直于该层的平面。“正c板”是指正向双折射的c板，即，具有正的δn的c板。“负c板”是指负向双折射的c板，即，具有负的δn的c板。
[0059]
在本公开中，“o板”是指利用一层双折射材料的光学延迟器，其光轴具有与该层的平面平行的分量、以及与该层的平面垂直的分量。“正o板”是指正向双折射的o板，即，具有正的δn的o板。
[0060]
消色差延迟器可以被提供，其中延迟器的材料被提供延迟δn
·
d，延迟如下随着波长变化：
[0061]
δn
·
d/λ＝κ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
方程3
[0062]
其中κ基本上是常数。
[0063]
合适的材料的示例包含来自teijin films的改性的聚碳酸酯。如下面将描述的，消色差延迟器在目前的实施方案中可以被提供来有利地使具有低亮度降低的极角观察方向和具有增大的亮度降低的极角观察方向之间的色变最小化。
[0064]
本公开中使用的与延迟器和液晶相关的各种其他的术语现在将被描述。
[0065]
液晶单元具有由δn
·
d给出的延迟，其中δn是液晶单元中的液晶材料的双折射，并且d是液晶单元的厚度，与液晶单元中的液晶材料的取向无关。
[0066]
均匀取向是指可切换液晶显示器中的液晶的取向，其中分子基本上平行于基板取向。均匀取向有时被称为平面取向。均匀取向通常可以被提供小的预倾角(如2度)以使得如下面将描述的，液晶单元的取向层的表面处的分子略微倾斜。预倾角被布置来使单元切换中的简并最小化。
[0067]
在本公开中，垂面取向是杆状液晶分子基本上垂直于基板取向的状态。在盘状液晶中，垂面取向被定义为由盘状液晶分子形成的柱状结构的轴线垂直于表面取向。在垂面取向中，预倾角是靠近取向层的分子的倾斜角度，并且通常接近90度，并且例如可以是88度，以使得存在相对于垂直于取向层的分量、幅值小的平面内分量。
[0068]
具有正向介电各向异性的液晶分子借助于施加的电场，从均匀取向(如a板延迟器方位)被切换到垂面取向(如c板或o板延迟器方位)。
[0069]
具有负向介电各向异性的液晶分子借助于施加的电场，从垂面取向(如c板或o板延迟器方位)被切换到均匀取向(如a板延迟器方位)。
[0070]
杆状分子具有正向双折射，以使得如方程2中所描述的，ne》no。盘状分子具有负向双折射，以使得ne《no。
[0071]
正向延迟器(如a板、正向o板和正向c板)通常可以由拉伸膜或杆状液晶分子提供。负向延迟器(如负向c板)可以由拉伸膜或盘状液晶分子提供。
[0072]
平行液晶单元取向是指平行或更典型地反平行的均匀取向层的取向方向。就预倾斜的垂面取向来说，取向层可以具有基本上平行的或反平行的分量。混合取向液晶单元可以具有一个均匀取向层和一个垂面取向层。扭曲液晶单元可以由不具有平行取向(例如，被定向成彼此成90度)的取向层提供。
[0073]
透射空间光调制器可以进一步在输入显示偏振器和输出显示偏振器之间包括延迟器，例如如美国专利no.8,237,876中所公开的那样，该专利整体通过引用并入本文。这样的延迟器(未示出)在对于目前的实施方案的无源延迟器不同的地方。这样的延迟器补偿对于离轴观察地点的对比度降低，这是与对于目前的实施方案的离轴观看位置的亮度降低不同的效果。
[0074]
各种显示装置的结构和操作现在将被描述。在该描述中，共同的元件具有共同的标号。注意到，与任何元件相关的公开适用于其中相同的或对应的元件被提供的每个装置。因此，为了简洁起见，这样的公开不被重复。
[0075]
图1-3是控制光学布置内的反射的显示装置100的替代构造的侧透视图。
[0076]
在图1-3中的每个中，显示装置100包含显示面板101。显示面板101包含布置在显示面板101的输出侧上的输出偏振器218，以使得显示面板101输出具有线偏振的预定偏振
态的光。线偏振方向对应于输出偏振器218的电矢量透射方向219。就沿着输出偏振器218的平面的法线的光线来说，线偏振方向与电矢量透射方向219相同。就与输出偏振器218的平面的法线成锐角的光线来说，线偏振方向是电矢量透射方向219投影到垂直于该光线的平面上的投影。
[0077]
假如输出偏振器218存在，则显示面板101可以是如下面进一步讨论的范围广泛的类型。
[0078]
在图1-3中的每个中，从显示装置100输出的光的反射如下使用布置在显示面板101的输出侧上的至少一个光学延迟器来控制。
[0079]
在图1和图2的示例中，至少一个延迟器包括第一光学延迟器801和第二光学延迟器802。第一光学延迟器801包括双折射分子803，并且具有与第一光学延迟器801的平面平行的光轴，所以可以被称为a板。第二光学延迟器802包括双折射分子804，并且在第二光学延迟器802的至少一种操作模式下，具有在方向o上与第二光学延迟器802的平面成锐角的光轴，所以可以被称为o板。
[0080]
一般来说，相对于来自显示面板101的光的透射，第一光学延迟器801和第二光学延迟器802可以按任一顺序。因此，在图1的示例中，第一光学延迟器801被布置在第二光学延迟器802的前面，而在图2的示例中，顺序反过来，使得第二光学延迟器802被布置在第一光学延迟器801的前面。
[0081]
尽管图1和图2的示例包含两个光学延迟器，但是更一般地，任何数量的一个或更多个光学延迟器可以被提供来提供对光线的偏振态的期望的控制。在图3所示的简单的示例中，第一光学延迟器801被省略，使得只有第二光学延迟器802存在。在其他示例(未图示)中，多于两个的光学延迟器可以被提供。
[0082]
图4是包含图1-3的显示装置100、以及光透射材料的第一表面611和光透射材料的第二表面612的光学布置的前透视图。
[0083]
显示装置100控制来自第一表面611和第二表面612的反射。光学布置可以是包含期望控制来自于其的反射的第一表面610和第二表面612的任何类型的光学布置。在一个示例中，光学布置可以是车辆。就车辆来说，显示装置100可以是安置在车辆内的任何类型的显示装置，例如是lcd、oled或微型led显示装置、或诸如为被照射的开关提供的简单的仪器显示装置。就车辆来说，第一表面610和第二表面612可以是车辆的窗户的表面，例如风挡和侧窗。
[0084]
光透射材料可以是菲涅耳反射从其发生的任何光透射材料，非限制性示例，包含玻璃和塑料。
[0085]
图5是来自光透射材料610的片材的表面601和602的线偏振光的反射的侧视图。
[0086]
光的偏振与其振荡电场的时间相关方向有关，并且可以位于与其传播方向正交的平面中的任何地方。如果其方向在其振幅正弦振荡时保持恒定，则这被说成是具有可以被划分为任何两个正交分量(每个与传播正交)的线偏振。对于任何给定的反射表面，存在包含表面法线矢量n、连同入射光线ri和反射光线rr的入射平面(在图5中的附图的平面中)。入射光线ri的垂直于入射平面的偏振分量被称为s偏振分量s，并且入射光线ri的位于入射平面中的偏振分量被称为p偏振分量p。
[0087]
图6是来自折射率为1.5的光透射材料的片材的表面的线偏振光的反射率的曲线
图。根据菲涅耳方程，光与光透射材料600的片材的表面601和602的相互作用对于s偏振分量s和p偏振分量p是明显不同的。举例来说，图6示出分别对于s偏振分量s和p偏振分量p、材料600的片材的反射率rs和rp随着入射角θ的变化。可以看出，反射率rs和rp显著变化，p偏振分量p的反射率rp大幅下降至低于s偏振分量的反射率rs，并且当入射角θ为布鲁斯特角θb时，达到零。
[0088]
反射通过使用以下方法选择显示装置100中的第一光学延迟器801和第二光学延迟器802(或者在一般的情况下，所述光学延迟器或每个光学延迟器)来控制。在该示例中，两个反射对于同一观察者都被减小。
[0089]
返回到图4的描述，首先观看位置44是从观察者45意图观察显示装置100的地方限定的。观看位置44由相对于显示装置100上的预定点105的矢量v限定，矢量v通常以显示装置100为中心。
[0090]
接着，存在识别的第一光线r1和第二光线r2，第一光线r1和第二光线r2从显示装置100上的预定点105输出，并且分别从第一表面610和第二表面612反射到共同的观看位置44。对于第一光线r1和第二光线r2中的每个，存在识别的第一点613和第二点613，在第一点613和第二点614处，第一表面611和第二表面612上的反射发生。第一光线r1和第二光线r2用分别从显示装置100上的预定点105到第一点613和第二点614的矢量表示。第一表面611和第二表面612的在第一点613和第二点614处的第一法线n1和第二法线n2分别被类似地识别。
[0091]
接着，关于第一光线r1和第二光线r2的入射平面被限定。具体地说，第一入射平面是关于第一光线r1和第一法线n1限定的，并且第二入射平面是关于第二光线r2和第二法线n2限定的。
[0092]
对于第一光线r1和第二光线r2中的每个，垂直于相应的入射平面的方向上的偏振分量(s偏振分量)和相应的入射平面中的方向上的偏振分量(p偏振分量)可以被限定。
[0093]
在矢量表示中，考虑到来自表面上的点的光线r在具有法线n的点处的反射，s偏振分量s垂直于r和ns，所以由以下方程给出：
[0094][0095]
类似地，p偏振分量p垂直于r和s，所以由以下方程给出：
[0096][0097]
接着，第一光学延迟器801和第二光学延迟器802考虑到从显示装置100输出的光的预定偏振态被选择为使得引起第一光线r1的偏振态在第一入射平面中的方向上线偏振(即，p偏振)，并且引起第二光线的偏振态在第二入射平面中的方向上线偏振(即，p偏振)。在从显示面板101输出的第一光线r1和第二光线r2的预定偏振态还不是p偏振的一般情况下，这涉及第一光学延迟器801和第二光学延迟器802变换第一光线r1和第二光线r2的偏振态。然而，在一些特定的情况下，从显示装置100输出的第一光线r1和第二光线r2中的一个可能已经是p偏振的，在这种情况下，第一光学延迟器801和第二光学延迟器802可以被选择以对该光线没有影响。
[0098]
这具有使第一光线r1和第二光线r2这二者都是p偏振的效果，从而同时使来自第一表面611和第二表面612这二者的反射量最小化。
[0099]
这在图7-8中被图示说明，图7-8是图4的光学布置的示例是车辆650的透视图，在车辆650中，第一表面611是车辆650的风挡，并且第二表面612是车辆650的侧窗。图7图示说明从显示装置100输出的第一光线r1和第二光线r2，并且图8是第一光线r1和第二光线r2的p偏振态。
[0100]
第一光学延迟器801和第二光学延迟器802的这样的选择是可能的，因为特定波长的特定光线的期望的偏振态总是可以利用其光轴和延迟被自由地选择的光学延迟器、从任何输入偏振器被变换。
[0101]
在偏振分量之间引入时间相移使它们的振幅在不同的时间添加，创建时变的电场方向，因此将线性状态变换为更一般的椭圆状态。延迟器通过选择性地使与其光轴对齐的偏振分量变慢来在分量之间引入相对相移。半波相移迫使原始分量完全异相，导致线偏振态，线偏振态的方向是关于光学延迟器的光轴的投影的反射原型(reflected original)。
[0102]
图9是第二光学延迟器802的透视图，该图示出如下的光线的偏振态如何被控制的示例。
[0103]
第二光学延迟器802具有与第二光学延迟器802的平面成锐角α的光轴o。输出偏振器218的电矢量透射方向219被示出，并且从显示装置100沿着第二光学延迟器802的平面的法线n输出的光在平行于其的线偏振方向pi上线偏振。第二光学延迟器802的光轴o的方向投影到第二光学延迟器802的平面上的投影与线偏振方向pi具有方位角β。
[0104]
从显示装置100输出的光线r被考虑，并且垂直于该光线r的平面850被示出。光线r具有初始线偏振方向pe，线偏振方向pe是线偏振方向pi投影到平面850上的投影。
[0105]
双折射分子804投影到平面850上的投影852和光轴o投影到平面850上的投影op这二者也被示出。第二光学延迟器802提供将光线r的偏振态根据光轴o的投影op变换到平面850上的相移。在该示例中，第二光学延迟器802提供沿着第二光线r的在550nm的波长处的半波延迟。在这种情况下，第二光学延迟器802通过将线偏振方向从初始方向pe变为最终方向po来变换光线r的偏振态，其中光轴o投影到平面850上的投影op平分初始方向pe和最终方向po。这通常被称为线偏振方向的“旋转”，但是严格来讲，它是线偏振方向一直到椭圆形偏振态的变换。
[0106]
在本文中，为描述清晰，所有的材料都被假定具有折射率1。这是不现实的，但是实际的折射率可以通过变换每个界面处的偏振态和光线方向来考虑，需要额外的、但传统的计算。
[0107]
结果，可以选择光学延迟器独立地控制第一光线r1和第二光线r2的偏振态。事实上，存在无限数量的这样的解决方案，因为任何一个解决方案的光轴都可以具有沿着光线的方向的任意分量。数学上，这脱离任意的光学延迟器拥有的三个自由度来提供所需的二维偏振操纵。
[0108]
用同样的论点，这使单轴光学延迟器限于仅仅一个光线的偏振态的任意操纵，除非光线中的一个的偏振变换对光学延迟器的限制要求较少。当线偏振态被保留用于光线中的一个时，这样的情况发生。这里，不具有与光线和保留的线偏振方向正交的分量的任何延迟器可以被选择。这个减少的限制对于第二光线的任意变换，释放了两个自由度。认识到这
提供了使用如下的一般方法、对任何两个给定的光线提供任何偏振态的一般方法。
[0109]
为了保持某些光线的原始偏振态、同时变换其他光线，可以选择具有以下光轴的光学延迟器，所述光轴相对于第一光线r1和第二光线r2的初始偏振方向具有不同的投影的延迟器方位。使第一光线r1的偏振保持在给定平面中可以通过使第二光学延迟器802的光轴限于位于该给定平面内来实现。第二光学延迟器802的光轴在该平面内的角度和第二光学延迟器802的延迟然后被选择为使得光轴投影到第二光线r2的法线上的投影提供第二光线r2的期望变换。现在，这将参照图10-11被更详细地描述。
[0110]
图10是图示说明用于选择图1-2的显示装置100中的光学延迟器(包含第一光学延迟器801和第二光学延迟器802)的方法的图表。该方法适用于从显示装置100输出的光具有在不在第一入射平面中的任意方向上是线偏振的预定偏振态的情况。
[0111]
从显示装置100输出的第一光线r1具有初始偏振态p1i，并且从显示装置100输出的第二光线r2具有初始偏振态p2i。
[0112]
在步骤s1中，第一光学延迟器801被选择来将存在于来自显示面板101的输出上的第一光线r1的线偏振方向(初始偏振态p1i)变换到第一入射平面中(p偏振态p1)。如下面进一步讨论的，第二光学延迟器802不变换第一光线r1的线偏振方向，所以第一光学延迟器801不管是在图1的示例中在第二光学延迟器802的前面、还是在图2的示例中在第二光学延迟器802的后面，都具有相同的特性。
[0113]
步骤s1通过选择第一光学延迟器801的光轴具有投影到垂直于第一光线r1的平面上的投影来执行，投影平分(a)从显示装置100输出的第一光线r1的线偏振方向和(b)第一入射平面。
[0114]
第一光学延迟器801具有与第一光学延迟器801的平面平行的光轴，并且对于这种类型的光学延迟器，光学变换对于许多常见的单轴材料，可以是随角度对各向同性的良好逼近。在这样的情况下，第一光学延迟器801的选择可以通过仅考虑与第一光学延迟器801的平面垂直的光线的变换来简化。在这种情况下，第一光学延迟器801的光轴可以被选择为平分(a)在显示装置100的法线方向上输出的法向光线的线偏振方向和(b)第一入射平面。
[0115]
步骤s1也是通过选择第一光学延迟器801提供沿着第一光线r1的在设计波长(通常为550nm)处的半波延迟来执行。如以上参照方程1所讨论的，延迟可以通过选择第一光学延迟器801的双折射δn和厚度d来控制。在第一光学延迟器801的选择通过仅考虑与第一光学延迟器801的平面垂直的光线的变换来简化的情况下，则第一光学延迟器801可以类似地被选择来提供沿着第一光学延迟器801的法线的在设计波长处的半波延迟。
[0116]
在步骤s2中，第二光学延迟器802被选择来实现以下效果。
[0117]
第一个效果是第二光学延迟器802不变换入射在其上的第一光线r1的线偏振方向。该效果通过第二光学延迟器802被选择为具有光轴o来实现，光轴o位于与第二光学延迟器802的平面成锐角α，并且在包含第一光线r1和入射在第二光学延迟器802上的第一光线r1的偏振方向的平面中。作为光轴o位于该平面中的结果，光轴o投影到垂直于第一光线r1的平面上的投影与第一光线r1的线偏振方向对齐，所以不变换第一光线r1的偏振态。
[0118]
然而，光轴o围绕第二光学延迟器802的法线的方位角β取决于第二光学延迟器802是在第一光学延迟器801的前面、还是后面。
[0119]
就第二光学延迟器802在第一光学延迟器801的后面的、图1的情况来说，那么第一
光线r1的偏振态已经被变换到第一入射平面中。因此，在这种情况下，第二光学延迟器802的光轴o被布置为位于第一入射平面中。
[0120]
就第二光学延迟器802在第一光学延迟器801的前面的、图2的情况来说，那么第一光线r1的偏振态保持处于从显示面板101输出的第一光线r1的初始偏振态p1i。因此，在这种情况下，第二光学延迟器802的光轴o被布置为位于包含第一光线r1和初始偏振态p1i的偏振方向的平面中。
[0121]
第二个效果是第二光学延迟器802将入射在其上的第二光线r2的线偏振方向变换为预定方向，以使得第一光学延迟器801和第二光学延迟器802一起将第二光线r2的线偏振态变换到第二入射平面中。
[0122]
步骤s2的第二个效果通过选择使第二光学延迟器802的光轴o具有投影到垂直于第二光线r2的平面上的投影来实现，投影平分(a)入射在其上的第二光线r2的线偏振方向和(b)预定方向。
[0123]
第二光学延迟器802的光轴o和第二光学延迟器802的平面之间的锐角α取决于第二光学延迟器802是在第一光学延迟器801的前面、还是后面。
[0124]
就第二光学延迟器802在第一光学延迟器801的后面的、图1的情况来说，那么第二光线r2的线偏振方向在入射在第二光学延迟器802上之前已经被第一光学延迟器801变换，并且线偏振方向被变换成其的预定方向是第二入射平面中的最终方向。因此，在这种情况下，第二光学延迟器802的光轴o具有投影到垂直于第二光线r2的平面上的投影，投影平分(a)第二光线r2在被第一光学延迟器801变换之后的线偏振方向和(b)第二入射平面。
[0125]
就第二光学延迟器802在第一光学延迟器801的前面的、图2的情况来说，那么第二光线r2的偏振态保持处于从显示面板101输出的第二光线r2的初始偏振态p2i，并且预定方向考虑到第二光线r2随后被第一光学延迟器801变换来确定，即，以使得第一光学延迟器801将入射在其上的第二光线r2的线偏振的预定方向变换到第二入射平面中。因此，在这种情况下，第二光学延迟器802的光轴o具有投影到垂直于第二光线r2的平面上的投影，投影平分(a)第二光线r2的初始偏振态p2i的线偏振方向和(b)如此确定的预定方向。
[0126]
步骤s2也通过选择第二光学延迟器802的延迟以提供沿着第二光线r2的在设计波长(通常为550nm)处的半波延迟来执行。
[0127]
图11是图示说明用于选择图3的显示装置100中的光学延迟器(仅包含第二光学延迟器802)的方法的图表。该方法适用于从显示装置100输出的光具有在第一入射平面中的方向上线偏振的预定偏振态的情况。在这种情况下，第一光学延迟器801是不需要的，并且第二光学延迟器802可以以与图11的方法类似的方式被选择。
[0128]
具体地说，方法包括单个步骤s3，在步骤s3中，第二光学延迟器802被选择来实现以下效果。
[0129]
第一个效果是第二光学延迟器802不变换从显示面板101输出的且入射在其上的第一光线r1的线偏振方向。该效果通过第二光学延迟器802被选择为具有光轴o来实现，光轴o位于与第二光学延迟器802的平面成锐角α，并且在第一入射平面中。作为光轴o位于第一入射平面中的结果，光轴o投影到垂直于第一光线r1的平面上的投影与第一光线r1的线偏振方向对齐，所以不变换第一光线r1的初始偏振态p1i。
[0130]
第二个效果是第二光学延迟器802将从显示面板101输出的且入射在其上的第二
光线r2的线偏振方向变换到第二入射平面中。这通过选择使第二光学延迟器802的光轴o具有投影到垂直于第二光线r2的平面上的投影来实现，投影平分(a)从显示面板101输出的第二光线r2的线偏振方向和(b)第二入射平面。
[0131]
图11-12中所示的方法是示例，并且第一光学延迟器801和第二光学延迟器802可以以其他方式被选择来提供相同的效果。此外，方法可以被推广到为具有任何预定偏振态的输出光选择光学延迟器。
[0132]
其中图4的光学布置是车辆650的示例在图12-17中被更详细地示出。在本文中，第一表面611是车辆650的风挡，并且第二表面612是车辆650的侧窗。显示装置100被布置在仪表盘602中，整个车辆650的中心位置处。没有被更详细地讨论的图12-17的实施方案的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0133]
图12-14图示说明观察者45的正常的观看位置44、还有来自第一表面611(风挡)的反射，观察者45是车辆的驾驶者。在该示例中，显示面板101输出的光在垂直方向上线偏振以匹配防眩光偏振眼镜被驾驶者45佩戴时的透射。第一光学延迟器801和第二光学延迟器802被选择来将第一光线r1的偏振态变换为在第一入射平面中，在该示例中，第一入射平面接近于垂直的。这使来自第一表面611(风挡)的反射最小化，这些反射否则将创建显示装置100的像111。
[0134]
图15-17图示说明来自第二表面611(侧窗)的反射。在该示例中，当显示面板101输出的光在垂直方向上线偏振时，那么在没有第一光学延迟器801和第二光学延迟器802时，这将接近于将提供相对较大的反射率的s偏振态，从而创建显示装置100的像。然而，第一光学延迟器801和第二光学延迟器802被选择来将第二光线r2的偏振态变换为在第二入射平面中，在该示例中，第二入射平面接近于水平的，从而减少这些反射。这使来自第二表面612(侧窗)的反射最小化，这些反射否则将创建显示装置100的像812。
[0135]
尽管显示装置100被配置为使特定观看位置44处的反射最小化，但是事实上，在不同驾驶者的眼睛预期位于其内的、典型的观察框46上，反射减少相似的量。
[0136]
在以上所有示例中，第一光线r1和第二光线r2分别从第一表面611和第二表面612被反射到共同的观看位置44。然而，第一光学延迟器801和第二光学延迟器802可以被选择来减少从第一表面611和第二表面612反射的第一光线r1和第二光线r2到不同地点的反射。这在各种应用中可能是有用的，例如，减少在不同地点上的两个观察者感知到的反射。在这种情况下，选择第一光学延迟器801和第二光学延迟器802的方法是相同的，除了第一入射平面和第二入射平面被不同地限定之外。
[0137]
图18是图1的显示装置100的光学堆叠的示例的前视图，在该图中，第一光学延迟器801被布置在第二光学延迟器802的前面，并且图示说明第一光线r1和第二光线r2的偏振态。在该示例中，电矢量透射方向219是垂直的，第一入射平面是水平的，并且第二入射平面是垂直的。因此，第一光学延迟器801被选择来将第一光线r1的线偏振方向变换为水平的，并且也将第二光线r2的线偏振方向变换为水平的。因此，第二光学延迟器802被选择来将第二光线r2的线偏振方向从该水平方向变换为垂直的。
[0138]
图19是图2的显示装置100的光学堆叠的第二示例的前视图，在图2中，第一光学延迟器801被布置在第二光学延迟器802的后面，并且图示说明第一光线r1和第二光线r2的偏
振态。在该示例中，电矢量透射方向219是水平的，第一入射平面是垂直的，并且第二入射平面是水平的。因此，第一光学延迟器801被选择来将第一光线r1的线偏振方向变换为垂直的，并且将执行第二光线r2的可预测的变换。因此，第二光学延迟器802被选择来将第二光线r2的线偏振方向从水平方向变换为垂直的预定方向，以使得第一光学延迟器801对第二光线r2随后的变换从垂直方向到水平方向。
[0139]
显示装置100可以是任何类型。一些非限制性示例如下。显示面板101可以是简单的仪器显示面板。显示面板101可以包括空间光调制器(slm)。这样的slm可以是发射型slm，例如包括可以是有机的(oled)或无机的(微型led)、或无机和有机的组合的发光二极管。可替代地，这样的slm可以是透射型slm，例如是lcd显示面板，在这种情况下，显示面板可以进一步包括被布置为照射slm的背光源。
[0140]
没有被更详细地讨论的图18-19的实施方案的特征可以被假定为对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特征，包含特征中的任何可能的变化。
[0141]
图20是图1-3的显示装置100中的显示面板101的示例的侧透视图，显示面板101包括透射型slm 48和被布置为照射slm的背光源20。
[0142]
slm 48包括液晶显示器，液晶显示器包括基板212、216、液晶层214、以及红色、绿色和蓝色像素220、222、224。slm 48进一步包括被布置在slm 48的输入侧的输入偏振器210、以及被布置在slm 48的输出侧的输出偏振器218。输入偏振器210和输出偏振器218各自都是线偏振器。
[0143]
背光源20包括输入光源15、波导1、后反射器3和光学堆叠5，光学堆叠5包括漫射器、转光膜和其他已知的光学背光结构。可以包括例如不对称表面浮凸特征(relief feature)的不对称漫射器可以被提供在光学堆叠5中，与侧向方向相比、在竖直方向上增大的漫射可以被提供。有利地，像均匀性可以得到提高。
[0144]
第一光学延迟器801和第二光学延迟器802(或者更一般地，所有的光学延迟器)可以是任何类型。
[0145]
具有在第二光学延迟器的平面外的光轴的第二光学延迟器802可以具有在其整个厚度上具有均匀方向的光轴。可替代地，第一光学延迟器802可以具有在其整个厚度上展开的光轴。为了简化起见，以上描述描述了第一光学延迟器801和第二光学延迟器802对于它们具有在它们的整个厚度上均匀的光轴的情况的效果。在光轴在第一光学延迟器801和第二光学延迟器802的整个厚度上展开的情况下，光学效果更复杂，因为连续的层的效果必须被考虑，但是这可以使用允许第一光学延迟器801和第二光学延迟器802被选择来提供本文中公开的效果的常规技术来建模。
[0146]
第一光学延迟器801和第二光学延迟器802可以是无源延迟器，或者可以在至少两种模式之间电切换、或者是任何组合。在第一光学延迟器801和第二光学延迟器802中的任何一个或这二者是可电切换的情况下，它们被选择来在可电切换的模式中的至少一种下具有本文中描述的效果。这使得显示装置100可以在不同的状态之间切换，例如，在每个提供不同反射的控制的两种状态之间，或者在提供和不提供反射控制的状态之间。
[0147]
在一个示例中，第一光学延迟器801和第二光学延迟器802是无源延迟器，例如由固化的液晶材料或拉伸的聚合物膜形成。
[0148]
在另一示例中，第一光学延迟器801是无源延迟器，并且第二光学延迟器802可以
在至少两种模式之间电切换。
[0149]
图21-23是图1-3的显示装置100中的第二光学延迟器802的三个替代示例的侧透视图。在每个示例中，第二光学延迟器802具有如下的共同的元件。
[0150]
在每个示例中，第二光学延迟器802包含设置在两个基板712和716之间的液晶材料层714。基板712和716支撑相应的电极713和715，电极713和715被布置为在液晶材料层714上提供用于控制液晶材料层714的电压。控制系统350被连接到电极713和715，并且被布置为控制施加于其上的电压。
[0151]
第二光学延迟器802还包含被设置为与液晶材料层714相邻并且在其相对侧的两个表面取向层719a和719b。表面取向层719a和719b中的每个被布置为提供相邻的液晶材料中的取向，例如垂面取向或均匀取向，以用于提供具有适当的特性的第二光学延迟器802。
[0152]
在图21的示例中，第二光学延迟器802不包括进一步的延迟器层。
[0153]
在图22的示例中，第二光学延迟器802包括无源延迟器层730，无源延迟器层730具有与第二光学延迟器802的平面垂直的光轴，即，c板。
[0154]
在图23的示例中，第二光学延迟器802包括两个无源延迟器层730a和730b，这两个无源延迟器层730a和730b具有在第二光学延迟器802的平面中并且彼此相交的光轴，即，相交式a板。
[0155]
其他的无源延迟器层可以类似地被包含在第二光学延迟器802中。这样的无源延迟器层的使用使得第二光学延迟器802的延迟的角度相关性被改动，例如，以增大在其内提供特定延迟的角度范围。
[0156]
图23的布置的说明性实施方案现在将被描述。
[0157]
图24是图23的第二光学延迟器802、输出偏振器218和显示面板101的侧透视图。观察角度补偿延迟器730包括无源a板730a、730b，无源a板730a、730b包括双折射分子408a、408b。a板730a、730b的光轴709a、709b被布置为与偏振器218的电矢量透射方向219成 /-45度。有源液晶层714包括可以被驱动到展开状态的液晶分子421。
[0158]
图25是图示说明对于图24的第二光学延迟器802的亮度随极性方向的变化的曲线图。无源延迟器730和有源延迟器714在被驱动状态下的操作，输出利用进一步的偏振态分析偏振器被示出，该进一步的偏振态分析偏振器被提供来从第二延迟器802接收光。在操作中，进一步的偏振态分析偏振器不被提供，并且在这里仅被用于说明目的。偏振态分析偏振器通过将偏振态变换转换为可测量的亮度来提供输出操作的图示说明。因此图25中的高亮度图示说明小的偏振变换，并且低亮度图示说明高偏振变换，也就是说，偏振器在给定极角的高延迟。
[0159]
光线r1和r2的极位置在说明性示例中针对安置在驾驶者以及正交的第一入射平面和第二入射平面的前面的显示器被示出。与没有无源延迟器730的布置相比，其上期望的偏振旋转的极区域可以被增大。对于其实现期望的偏振变换的观察框46的大小可以被增大。有利地，用于减少的窗反射的驾驶者或乘客位置的自由度可以被增加。
[0160]
在该说明性示例中为轴上的观看位置矢量v也被提供为没有偏振变换。有利地，佩戴偏光太阳镜的观察者可以看见高对比度的、明亮的像。
[0161]
图26是可以被应用于图1的显示面板100中的光学延迟器的透视图。没有被更详细地讨论的图26的实施方案的特征可以被假定对应于如以上所讨论的具有等同的标号的特
征，包含特征中的任何可能的变化。
[0162]
显示面板101包括附加偏振器318、以及被布置在附加偏振器318和输出偏振器218之间的观察角度亮度控制延迟器300。观察角度亮度控制延迟器300包括被设置在两个基板312和316之间的液晶材料层314。基板312和316支撑相应的电极(未示出)，这些电极被布置为在液晶材料层314上提供用于控制液晶材料层314的电压。控制系统351被连接到电极，并且被布置为控制施加于其上的电压。
[0163]
观察角度亮度控制延迟器300还包含被设置为与液晶材料层314相邻并且在其相对侧的两个表面取向层(未示出)。表面取向层中的每个被布置为提供相邻的液晶材料中的取向，例如垂面取向或均匀取向，以用于提供具有适当的特性的观察角度亮度控制延迟器300。
[0164]
观察角度亮度控制延迟器300还包括无源延迟器。在图26的说明性实施方案中，无源延迟器包括被布置在液晶层314的相对侧的四分之一波片330a、330b，并且层314包括扭曲液晶材料。
[0165]
图27是图示说明对于图26的观察角度控制延迟器300的亮度随极性方向的变化的曲线图。该曲线图图示说明由偏振器218、318提供的输出亮度的极变化。这不同于图25中图示说明的偏振变换的极变化，在图25中，仅出于测量的目的，附加分析偏振器被提供。
[0166]
在液晶层314的被驱动状态下，亮度分布(profile)被提供具有旋转对称度。因此对于光线方向r1和r2，亮度被降低。与图25相比，对于光线r1，偏振态不被变换，并且亮度被降低，并且对于光线r2，偏振态被变换，并且亮度被降低。有利地，来自风挡610和侧窗612的光线反射借助于亮度降低和菲涅耳反射率降低而减少。对于夜间操作，显示器反射可见性大幅降低。
[0167]
观看位置矢量v也被提供，具有最小的亮度降低。有利地，明亮的像可以被观察到。
[0168]
用于例如隐私显示中并且包括被布置在显示偏振器和附加偏振器之间的复数个延迟器的可切换定向显示设备在美国专利公开no.2019-0086706中被描述，该专利公开整体通过引用被并入本文。进一步包括被布置在显示偏振器和延迟器之间的反射偏振器的定向显示设备在美国专利公开no.2019-0250458中被描述，该专利公开整体通过引用被并入本文。包括被布置在显示偏振器和附加偏振器之间的无源延迟器的定向显示偏振器在美国专利公开no.2018-0321553中被描述，该专利公开整体通过引用被并入本文。
[0169]
虽然根据本文中公开的原理的各种实施方案已经在上面被描述，但是应理解它们仅仅是作为示例、而非限制而被呈现的。因此，本公开的广度和范围不应受上述示例性实施方案中的任何一个限制，而是应仅根据从本公开公布的任何权利要求和它们的等同形式限定。此外，以上优点和特征在所描述的实施方案中被提供，但是不应使这样的公布的权利要求的应用限于实现以上优点中的任何一个或所有的过程和结构。
[0170]
此外，本文的段落标题是被提供用于一致性，或者用于提供组织线索。这些标题不应限制或表征可以从本公开公布的任何权利要求中所阐述的一个或多个实施方案。具体地并且作为示例，尽管标题指“技术领域”，但是权利要求书不应被该标题下所选择的语言限制为描述所谓的技术领域。进一步，“背景”部分中的技术的描述不是要被解读为承认该技术是本公开中的任意一个或多个实施方案的现有技术。“简要概述”也不是要被认为是在公布的权利要求书中所阐述的一个或多个实施方案的特征描述。另外，本公开中对单数的“发
明”的任何引用不应被用于证明在本公开中仅有一个新颖点。根据从本公开公布的多个权利要求的限定，可以阐述多个发明，并且这些权利要求相应地定义了由其保护的一个或多个实施方案，以及它们的等同形式。在所有例子中，这些权利要求的范围应根据本公开按照这些权利要求本身的实质来理解，而不应被本文中所列的标题限制。