CN101553754A - 显示器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种具有公共观看模式和私密观看模式的显示器。所述显示器包括诸如LCD的显示设备(11)，被设置成将图像调制光引导至整个公共观看区域上。显示设备(11)在公共模式下显示第一图像，在私密模式下显示第二和第三空间交错图像。可控液晶装置(10)，可在公共模式和私密模式之间切换。在公共模式下，由第一图像调制的光具有第一偏振。在私密模式下，由第二和第三图像调制的光分别具有第二和第三偏振。光学装置包括角相关偏振变换器(9)和偏振器(8)，允许第一偏振的光的通路基本上进入整个公共区域。将第二偏振的光的通路基本上限制在公共区域内的私密观看区域。将第三偏振的光的通路基本上限制在私密区域外部和公共区域内的一个或多个非私密观看区域中。

Description

显示器
技术领域
本发明涉及一种具有公共和私密观看模式的显示器。
背景技术
诸如与计算机一起使用的监视器和嵌入电话和便携式信息设备中的屏幕的电子显示设备，通常被设计成具有尽可能宽的视角，从而可以从任何观看位置阅读电子显示设备。然而，存在这样一些情况，仅从小角度范围可见的显示器是有用的。例如，人们可能期望在拥挤的列车上使用便携式计算机来阅读私密文档。
US6552850(E.Dudasik；Citicorp Inc.2003)描述了一种在自动提款机上显示私密信息的方法。由机器的显示器发射的光具有固定偏振态，机器及其用户被薄片偏振器的大屏幕环绕，薄片偏振器的大屏幕吸收偏振态的光而发送正交态的光。路过的人能够看到用户和机器但不能看到显示在屏幕上的信息。
用于控制光方向的通用方法是“百叶窗式”薄膜。该薄膜包括类似于软百叶窗装置中的交替的透明和不透明层。类似于软百叶窗装置，当光沿着几乎平行于层的方向传播时，薄膜允许光通过，但是吸收与层的平面成大角度传播的光。这些层可以与薄膜的表面垂直或成其他角度。在USRE27617(F.O.Olsen；3M 1973)、US4766023(S.-L.Lu，3M 1988)和US4764410(R.F.Grzywinski；3M 1988)中描述了这种薄膜的制造方法。
存在用于制造具有与软百叶窗薄膜类似特性的薄膜的其他方法。例如在US5147716(P.A.Bellus；3M 1992)和US5528319(R.R.Austin；Photran Corp.1996)中进行了描述。
软百叶窗薄膜可以放置在显示面板前或放置在透射显示器及其背光之间，以限制可以观看到显示器的角度范围。换言之，实现了显示器“私密性”。
US 2002/0158967(J.M.Janick；IBM，2002年公开)示出了如何在显示器上安装光控制薄膜，使得光控制薄膜可以在显示器的前面移动以给出私密模式、或者机械缩进显示器后面或侧面的支架中以给出公共模式。该方法的缺点是，包含可能出故障或损坏的可移动部件，并且增大了显示器的体积。
一种用于不利用可移动部件从公共模式切换到私密模式的方法是，在显示面板后面安装光控制薄膜，以及放置散射屏，可以在光控制薄膜和面板之间对散射屏进行开和关电切换。当散射屏未启用时，光控制薄膜限制观看角度的范围，并且显示器处于私密模式。当散射屏开启时，散射屏使光成宽角度范围传播以通过面板，并且显示器处于公共模式。还可能的是，在面板的前面安装光控制薄膜，并在光控制薄膜前面放置可切换的散射屏，以实现相同的作用。
US5831698(S.W.Depp；IBM 1998)、US6211930(W.Sautter；NCRCorp.2001)和US5877829(M.Okamoto；Sharp K.K.2001)中描述了这些类型的可切换私密性设备。这些设备共有的缺陷是，不管显示器处于公共模式还是处于私密模式，光控制薄膜始终吸收入射其上的光的有效部分。显示器因此在光的使用方面效率低。由于在公共模式下散射屏使光发散通过宽角度范围，这些显示器在公共模式下也比在私密模式下更暗淡，除非使背光更亮以进行补偿。
另一缺陷涉及这些设备的功耗。在操作的公共模式中，切换散射屏从而变成非散射。这通常意味着向可切换聚合物分散液晶散射屏施加电压。因此在公共模式下比私密模式下消耗更多的功率。这对于大多数时间在公共模式下使用的显示器来说是不利的。
在US5825436(K.R.Knight；NCR Corp.1998)中给出了用于制造可切换公共/私密显示器的另一已知方法。光控制设备在结构上类似于前述的软百叶窗薄膜。然而，软百叶窗薄膜中每一不透明元件由液晶单元代替，可以将该液晶单元从不透明状态电切换至透明状态。光控制设备放置在显示面板的前面或后面。当单元不透明时，显示器处于其私密模式中；当单元透明时，显示器处于其公共模式下。
该方法的第一不利之处在于，制造适合形状的液晶单元很困难并成本高。第二不利之处在于，在私密模式下，光线可以以一定角度入射，以使其首先通过透明材料，并然后通过液晶单元的一部分。这样的光线将不能完全被液晶单元吸收并可以降低设备的秘密性。
在JP3607272和JP3607286(Toshiba 2005)中给出了用于制造可切换公共/私密显示设备的另一方法。该设备使用具有图案化液晶取向的附加液晶面板。面板的不同取向部分以不同方式修改显示器不同区域的观看特征，结果全部显示面板仅从中心位置完全可见。
GB2405544描述基于软百叶窗的可切换私密性设备，仅对于光的一种偏振可操作。软百叶窗可以通过旋转软百叶窗自身中的染色的液晶分子，或者可以使用独立元件通过旋转入射光的偏振面，来进行开和关的切换。
在GB2413394中，可以通过向显示面板添加一个或多个附加的液晶层和偏振器来构造可切换的私密性设备。可以通过以公知的方式对液晶进行电切换来改变这些附加元件的固有的视角相关性。
在GB2410116中，通过使用产生具有不同角范围的光的两种不同背光，来将显示器从公共模式切换至私密模式。
在GB2421346中，偏振改变层(PML)可以放置在液晶显示面板的出射偏振器的后面。PML的一些部分是简单透明的。其他部分改变通过其的光的偏振，从而通过这些部分所观看到的像素在颜色上被反转(亮像素变暗，暗像素变亮)。将发送至直接在这些部分之后的像素的数据反转，从而当从中心部分观看显示器时，图像看起来正常。然而，当从不同角度观看显示器时，通过延迟元件观看不同像素，并且图像被破坏。偏轴的观看者看到随机点图案的混乱图像。PML可以由液晶制成并被关闭以给出公共模式。
GB2418518向标准薄膜晶体管(TFT)LC显示器添加具有图案化电极的客主(染色)LC层。染色LC层可以在吸收(私密)和非吸收(公共)状态之间切换。染色分子吸收取决于光的入射角和偏振。对于给定的偏振和方向，染料的吸收随着观看角度的增大而增加，导致在大角度处的低亮度(窄模式)。
GB专利申请0510422.9公开了由单个附加切换单元提供的私密功能和三维(3D)功能的组合。显示器具有三种操作状态，宽模式、私密模式和3D模式。描述了图案化和非图案化的LC取向实施例。
GB专利申请0511536.5公开了位于液晶显示器(LCD)面板的现有偏振器之间的附加液晶层的使用。在该位置中，附加切换单元可以修改偏轴光的灰度曲线。这比GB2413394中所公开的技术提供更高等级的图像私密性。
GB专利申请0613462.1公开了通过向显示器面板添加附加胆甾型液晶层和圆偏振器而构造的可切换私密性设备的使用。胆甾型液晶层可以在公共(宽视角)模式和可以提供360°方位角私密性的私密(窄视角)模式之间进行切换。
Adachi等人(SID06，pp.228)和Okumura(US20050190329)公开了HAN单元的使用来提供可切换的私密性功能。由Adachi和Okumura所使用的HAN单元可以结合下层图像面板来使用。可以将由Adachi等人(SID06，pp.228)和Okumura(US20050190329)描述的公共(宽视角)模式拆开。
JP09230377和US5844640描述了一种改变单层LCD面板的视角特性的方法。对于垂直取向向列(VAN)LC模式可以实现上述方式。显示器面板的平面中的电场可以用来控制LC材料在像素区域中的倾斜方式。像素内不同倾斜畴的数目和方向可以由面内场来控制。具有若干倾斜畴的像素将具有宽视角，具有一个倾斜畴的像素将具有较窄视角。描述了使用该方法来改变显示器的视角。然而，所述VAN模式的单个倾斜畴的视角不够窄，以致于不能提供良好私密性。
GB2405516、GB2405518和GB2405517公开了液晶显示器模式，具有固有的不对称视角，以便使图像仅从特定方向可观看。这样的显示器使用具有不同观看方向的多种像素类型，以提供多视角显示器，所述多视角显示器可以通过使用可切换散射屏来切换至单个宽视角显示器。
发明内容
根据本发明，提供了一种具有公共观看模式和私密观看模式的显示器，包括：显示设备，被设置成将图像调制光引导至整个公共观看区域，并被设置成在公共模式下显示第一图像，在私密模式下显示第二和第三空间交错图像；可控液晶装置，可在公共模式和私密模式之间切换，在公共模式下，由第一图像调制的光具有第一偏振，在私密模式下，由第二和第三图像调制的光分别具有第二和第三偏振；以及光学装置，包括角相关偏振变换器和偏振器，允许第一偏振的光的通路基本上进入整个公共区域，将第二偏振的光的通路基本上仅限制在公共区域内私密观看区域，以及将第三偏振的光的通路基本上仅限制在私密区域外部和公共区域内的至少一个非私密观看区域中。
私密区域可以在显示器的轴上并围绕显示器的轴。至少一个非私密区域可以包括置于显示器轴以外的多个区域。
第一偏振可以基本上与第二和第二偏振之一相同。
公共模式下的可控装置和光学装置的组合可以基本上对第一偏振没有影响。
第三偏振可以基本上与第二偏振正交。
第一、第二和第三偏振可以基本上是线性偏振。
偏振变换器可以包括延迟器。延迟器可以包括负C板(negative Cplate)。延迟器可以具有基本上补偿公共模式中可控装置的延迟的延迟。
可控装置可以具有分别与用于显示第二和第三图像的显示设备的第一和第二组像素光学对准的第一和第二组区域，第一和第二组区域在私密模式下具有不同的偏振改变效果。第一和第二组之一的区域可以被设置成，在私密模式下将通过其的光偏振改变90°。一个组的区域可被设置成，在私密模式下操作期间以扭转向列模式操作。第一和第二组中另一组的区域可被设置成，在私密模式下对通过其的光偏振基本没有影响。另一组的区域可以被设置成在私密模式操作期间以电控双折射模式操作。可控装置可以被设置成，在公共模式下以垂直取向(homeotropic alignment)操作。
可控装置可以是展曲扭转(splay twist)类型，并可以具有限定第一和第二组区域的图案化电极布置。
显示设备可以是液晶显示设备。显示设备可以是透射的。显示器可以包括显示设备的背光。
显示设备可以包括发光二极管显示设备。显示设备可以是有机发光二极管显示设备。
第三图像可以包括模糊图像或用于在私密模式期间对从第二和第三图像接受光的观看区域中的第二图像进行模糊的图像序列。
因此，可能提供一种具有公共和私密观看模式的显示器，以使在私密观看模式下，可以按需要控制和选择在私密观看区域之外显示的图像。这样的显示器不需要比可在公共和私密观看模式之间切换的已知类型的显示器更厚。这样的布置允许彩色图像、动画、视频等显示在非私密观看区域中，因此允许用户定制这样的“副图像”。例如，电话制造者和网络操作者可以在非私密观看区域中显示广告图像，并且在同时显示“保护副图像”时可以显示秘密信息，以使显示器处在私密观看模式下变得不明显。全图像显示分辨率可以用于公共观看模式。避免了显示设备中与取向视差光学器件相关联的制造问题。
附图说明
图1是示出了构成本发明实施例的显示器的私密观看模式的图；
图2是构成本发明实施例并在私密观看模式下操作的显示器的截面图；
图3是示出了公共观看模式下操作的图2的显示器的界面图；
图4(a)和(b)示出了对图2和3所示类型显示器的光学性能进行建模的结果；
图5是亮度(任意单位)与极视角(度)的曲线图，示出了公共和私密观看模式中的性能；
图6是更详细示出了图2和3所示显示器操作的截面图；
图7是可以使用在图2和3所示的显示器中的展曲扭转模式液晶装置的截面图示；
图8(a)和8(b)是可以使用在图2和3所示显示器中的另一类型液晶装置的截面图示。
贯穿附图相同的附图标记指相同部件。
具体实施方式
图1示出了交错图像显示器3，其中，由交替的像素行发射的光具有与剩余像素行发射的光正交的偏振态，并且其中，分别由一个偏振态组成的两幅图像被分离成容纳观看者7的“主”或私密观看区域5和容纳观看者6的“副”或非私密观看区域4。
图2示出了构成在私密模式下操作的本发明优选实施例的显示器。采用倾斜箭头示出了在若干点处通过叠层的光线的偏振态，根据箭头的倾斜度，倾斜箭头指示与垂直方向15成+45°(22)or-45°(23)处的线性偏振。对于以相似角度入射到页面中并从页面出射的光线以及所示的那些光线，发生由负介电各向异性(Δε)延迟器9引起的沿着与显示轴成一定角度传播的光线的偏振态的变化。
示出了具有宽视角并包括红、绿和蓝像素显示单元12集合的LCD显示面板11。附加液晶显示单元10位于显示面板之上，以使附加单元的图案化取向区域13、14与显示器的像素行12对齐。该附加单元按照其液晶配置图案化，以使来自显示面板的交替行的光的输出偏振态旋转90°。为了产生该效果，液晶单元包括扭转向列(TN)模式和非扭转模式液晶配置的交替区域，交替区域的空间频率(间距)是下层显示面板像素间距的二倍。剩余行处于该偏振态下未改变。负光学各向异性延迟器薄膜(-ve C板)9的层位于附加液晶单元之上，附加偏振片8位于-ve C板9之上，以使其透射轴与显示面板的输出偏振器30的透射轴平行。为了向与显示器6的侧面水平的观看者显示次图像，如图1所示，这些透射轴与沿着显示器正常方向的垂直线15成+/-45°。
图案化的附加液晶单元10的作用是，将包括次图像的光的偏振态旋转90°(即如图2和6所示，从+45°到-45°)，而使主图像不受影响。-veC板9的作用是对于至主观看者7的轴上(与层正交)传播的光线17、18使其偏振态不受影响，而对于朝着侧面观看者6偏轴传播的光线16、19使其偏振态旋转90°。因此，附加偏振器8吸收来自偏轴传播的次图像的光，这是由于该光通过附加液晶单元10使其偏振态旋转成与偏振器8透射轴正交。然而，包括主图像的光仍然使其偏振态平行于透射轴，并因此通过偏振器8，以形成至主观看者7的主图像。C板对于偏轴光线发生反转，因为来自两个图像组的光通过负C板层9使其偏振态旋转90°。因此，主图像被阻挡次图像被透射以形成对侧面观看者6显示的图像。该效果如图4(a)和4(b)所示，在极坐标图中示出了模型化的相对亮度，作为在(a)处的主图像和在(b)处的副图像的视角的函数。图5示出了水平平面(如图4(a)和4(b)所示的90°方位角)中这些图的截面图，以示出私密性性能。在25处示出了主图像的亮度，在26处示出了副图像的亮度，在27处示出了公共模式图像的亮度。
在公共模式下，如图3所示，向附加液晶单元20应用电场，使液晶指向矢旋转以与所应用的电场方向取向。由于去除了液晶层中的扭转，并且液晶单元被设计成具有总延迟，总延迟是正的并补偿-ve C板层9，这防止由显示面板发射的光的偏振态的任何旋转。组合的液晶单元20和-ve C板9现在呈现光学中性，并将来自显示面板11的所有区域的光发送指所有观看者。显示面板不需要示出交错图像，并且可以显示具有全亮度的单个全分辨率图像。
在显示器的特定示例中，-ve C板层9具有800-1000nm的区域内的总光学延迟。这确保次图像在相对于显示器的法线40°到50°的期望角度处占优势。附加液晶单元10在该区域中具有12-17μm的液晶层厚度，以允许在0V处于扭转状态单元的部分14在Gooch-Tarry第二最小值处或附近操作，以形成扭转向列单元。这使阻挡至主观看者的次图像处单元的效率最大化。选择所使用液晶的Δε来满足在0V状态下时使用的单元厚度的该第二最小条件，并且还补偿当处于接近5V切换状态20下的延迟薄膜。该实施例还使取向图案化，从而单元的扭转部分14位于交替的像素行12之上，与下层显示面板的列相对。单元的取向层在扭转部分中以45°和-45°(相对于沿着正常观看显示器的方向的垂直线15，见图4(a)和4(b))进行摩擦，以产生TN模式，并且在非扭转部分13中以45°和225°进行摩擦，以产生反平行取向的ECB(电控双折射)模式。这些摩擦方向均平行或正交于偏振器30、8透射轴。
对附加液晶单元10形成图案以使交替的像素行(而非列)的偏振态旋转具有的优点在于，在水平观看平面(这是私密性效果最显著的优选平面)中，仅由-ve C板层9提供私密性，并且在下层显示面板11和图案化附加液晶单元10之间没有发生视差问题。对于沿着垂直平面的偏轴观看者，显示平面11的像素行和附加液晶单元10的图案化可以不必精确取向，从而视差误差发生。然而，这可以作为私密性机制的优点，因为视差可以被设计成使次图像在比引起该效应的-ve C板9更窄角度处被显示给垂直偏轴观看者。
另一方面，薄玻璃层可以使用在显示面板11和附加液晶单元10中间，以减少视差问题并允许由-ve C板9的延迟确定的水平和垂直私密性。
事实上，LCD图像面板11和附加切换单元10的LC层之间的玻璃和胶层的厚度可以使得随着视角沿着垂直方向增加，视差效应首先使次图像可见，然后随着倾角进一步增加，主图像再次可见。可以使主图像的“第二窗口”与特定角度一致，在该角度处负-ve C板9的光学延迟使所观看的图像反转。在这种方式下，可以消除主图像的‘第二窗口’，与主图像的初始视差截止相比，使得次图像更大地在沿着垂直方向的所有视角处可见。
使用的-ve C板9也无需精确。可以使用光学层，该光学层使得沿着层法线(轴上)传播的光的偏振态在应用延迟或旋转以一定角度通过层传播的光的偏振态时不受影响。能够实现上述的层的示例将是，应用了中间电压的ECB模式下另一统一取向的液晶单元，或者具有诸如GB专利申请0613462.1所公开的手征性液晶模式的单元。其他示例包括具有期望特性的聚合物液晶层，例如高手征性反应液晶基元层(mesogen layer)。事实上，ECB单元或固定倾斜光学延迟器的使用(在不平行于或不正交于层的一些角度处的光轴)将影响仅在水平面中偏轴传播的光的偏振态。这将允许水平面中图像观看区域仅受到倾斜的延迟器层的控制，而由于显示面板和附加液晶单元之间的分离，在垂直面中两幅图像的观看区域将仅受到视差效应的控制。
由于在私密模式下需要交错两幅图像，每一幅图像的分辨率沿着一个方向降低一半(例如，240×320像素显示器仅可以显示分别为240×160像素的两幅交错图像)。为了减轻这一点，可以制造沿着需要方向具有双倍分辨率的显示面板。
基本上可以按照以下方式构造附加液晶单元10。两个玻璃基板包含附加液晶层。玻璃的厚度不重要，除了以下事实：该厚度可以确定下层LCD图像面板11单元和附加液晶层10之间的距离，在这样的情况下，玻璃的厚度将确定这两层之间视差效应影响沿着垂直观看方向的观看区域的角度。为此，薄玻璃优选用于降低视差效应。将玻璃基板涂上诸如ITO(氧化铟锡)的透明电导材料层。然后将该基板还涂上促进相邻液晶层沿平行于玻璃表面的方向取向(平面取向)的聚合物取向层。
在将位于最接近于下层LCD显示器的位置的基板上，取向层在与垂直观看方向15成45°角处受到均匀的机械摩擦，从而取向层将促进沿着该方向的液晶取向，使所使用的正单轴液晶材料的光轴位于平行于显示面板的输出偏振器30的透射轴。
在将位于与下层LCD面板最远位置的基板上，取向层首先沿着反平行于相对基板的方向受到均匀的摩擦，但是然后其经过如EP0887667所述的多摩擦工艺，其中，诸如Shipley PLC’s MircopositS1805的光致抗蚀剂层位于取向层上，有选择地被通过掩模的UV光曝光，并显影。然后在与原始摩擦方向成正交角(-45°)的方向对基板再次摩擦，使没有受到剩余光致抗蚀剂保护的区域沿着该方向再次改变其取向方向。然后剩余光致抗蚀剂被UV光曝光并显影。选择用于曝光的掩模，以在基板上产生与下层LCD面板上的交替的像素行12(或行组)匹配的取向方向的图案。
除了多摩擦方法，一定范围的其他技术可以用来产生在附加液晶单元中区域的必需图案化，在该图案化在使得通过该层传播的光的偏振态不受影响的区域和使其旋转90°的区域之间交替改变。这些包括与诸如下文所述展曲扭转模式的适合的液晶模式结合的ITO电极的光取向或图案化。
然后，向基板倾注珠状间隙物，并使其取向层面朝内粘在一起并填充液晶。珠状间隙物的直径确定液晶层的厚度，结合液晶的折射率进行选择该直径，使得液晶层的光学延迟(Δnd)基本上与附加液晶和10上方使用的负C板9的光学延迟相匹配，并且还满足Gooch-Tarry最小条件，以有效旋转光偏振态。
负C板9的延迟确定相对于轴上方向的极角，在所述极角处，发生通过层该传播的光的偏振态的90°旋转，并因此来自LCD面板的主图像被完全阻挡，同时次图像被完全透射。发现880nm的负板9的延迟在50°的期望视角处产生期望效果。这可以通过将8个Nitto Denko的110nm的负C板薄膜压制到离LCD面板最远的附加单元的外部来实现。然后发现具有Δn＝0.092的双折射的Merck液晶ZLI-4619-000的16.5μm厚度来给出良好性能，当处在切换状态20时，补偿负C板以防止通过组合LC/-ve C板的任何偏振旋转，并为显示器产生全亮度、全分辨率公共模式，当处在非切换状态(接近Gooch-Tarry第二最小值，以实现扭转液晶模式)时，尽可能多地将来自次图像像素的光旋转90°。
一旦如上述构造附加液晶单元，所述附加液晶单元具有层叠在距下层图像显示面板11最远的基板外部上的偏振器薄膜8，偏振器薄膜8具有平行于显示面板的输出偏振器30的透射轴，均与垂直观看方向15成45°。然后将偏振器薄膜粘到具有图案化取向区域13、14的下层LCD面板的前面，所述图案化取向区域与LCD面板的像素行12对齐，以产生如图2所示的叠层。
图7示出了可以用作图2和3所示显示器中的单元10的替代类型的统一取向的液晶设备。该设备是“展曲扭转模式”类型，并包括透明基板40和44，透明基板40和44例如由玻璃制成，并配备有例如由氧化铟锡(ITO)制成的透明电极布置41。上部基板40配备有用于促进高预倾斜取向而非垂直取向的取向层42。因此，预倾斜θ小于90°大于45°，但典型地在75°之上90°之下的范围内。典型的预倾斜接近85°。取向层42由通常用来在其未摩擦状态下促进垂直取向、但在取向期间受到摩擦以提供非垂直预倾斜的材料制成。这样材料的示例已知为可从JSR获得的JALS2017。
下部基板配备有用于促进较低预倾斜的取向层43，该较低预倾斜大于0°而小于40°。预倾斜通常在0°之上15°之下的范围内，适合的预倾斜的示例是5°。取向层43例如可以包括已知为可从Nissan Chemicals获得的SE610的材料，并沿着由箭头所指方向受到摩擦。
该设备通过组装基板而形成，以提供填充适合液晶材料的单元。取向基板，以使取向层42和43的摩擦方向平行并指向相同方向。换言之，在取向表面处的预倾斜具有平行于指向相同方向的取向表面的分量。一旦已组装该设备，取向层42和43之间产生的单元填充向列液晶材料。液晶材料因此形成取向层42和43之间的层，所述层具有由取向层并由电极布置41之间所应用的任何电场确定的指向矢配置。
在填充这样的展曲扭转单元时，观察两种变形态的混合。相信这是展曲-弯曲变形和展曲变形。展曲变形和展曲-弯曲变形如Wang和Bos，J.Appl.Phys.，Vol.90，pp552(2001)所公开的那样在拓扑上截然不同。在50处所示的展曲-弯曲变形具有几乎垂直通过“高预倾斜”基板40附近的指向矢，而展曲变形据我们所知具有通过“低预倾斜”基板44附近的水平位置的指向矢分布。展曲模式在这里所述的应用中没有实际使用。通过适合的平面外电场的应用，展曲-弯曲变形状态50在整个显示区上形成核，并且不用施加电场而保持稳定，即完全移除展曲变形。(这里所讨论的所有电场时平面外电场，即，在与基板基本上正交的方向上)。
展曲扭转单元可填充具有负介电各向异性或正介电各向异性的LC。负介电各向异性材料实现对公共(宽视角)模式的良好控制，但提供对私密(窄视角)模式的不良控制。正介电各向异性材料实现对私密(窄视角)模式的良好控制，但提供对公共(宽视角)模式的不良控制。当展曲扭转单元填充双频率LC材料(例如可从Merck获得的MDA-00-3969)时，可以得到最佳的光学性能。双频率LC具有给定驱动频率范围(通常低频＜1kHz)的正介电各向异性和不同给定驱动频率范围(通常高频＞10kHz)的负介电各向异性。因此，展曲扭转单元填充双频LC实现了对私密(窄视角)模式和公共(宽视角)模式的良好控制。
电场的应用可以用来在展曲-弯曲变形50和展曲扭转变形51之间切换。当将展曲扭转单元设置在平行线性偏振器之间，并且基板摩擦方向平行于或垂直于偏振器的透射轴时，可以实现三种截然不同的有用光学状态。
光学状态1：通过施加适合的大平面外电场，大多数LC指向矢垂真于电场并平行于基板平面取向。摩擦取向条件和适合的电场的组合迫使指向矢采用展曲扭转变形51。指向矢形成从低预倾斜基板44至高预倾斜基板40的扭转结构。如果LC层足够厚(＞～10μm)以致于满足Mauguin导向条件，则进入展曲扭转模式的光的偏振态具有与从展曲扭转模式出射的光相同的偏振态。该光效应等同于上述ECB模式。如果LC层太薄以致于不能满足Mauguin导向条件，则可以采用Gooch-Tarry导向准则(Gooch和Tarry，J.Phys.D.，Vol.8，pp1575至1584(1975))来确保进入展曲扭转模式7的光具有与从展曲扭转模式出射的光相同的偏振态。
光学状态2：通过施加小于光学状态1中施加的电场的适合的平面外电场，更小部分的指向矢结构垂直于电场(平行于基板平面)取向。摩擦取向调节和电场的组合仍然迫使指向矢采用展曲扭转变形51。尽管指向矢从低预倾斜基板44至高预倾斜基板40仍然被扭转，由于所施加的电压小于光学状态1中所施加的电压，大部分LC层具有高倾斜。该光学效应在于，大部分轴上传播的光被转换成正交偏振态。该光学状态等同于上述TN操作。因此，单元在平行的偏振器之间呈现黑色。通过适当地对在展曲扭转单元中的电极图案化，可以实现光学状态1单元光学状态2之间的交替行(或交替列)。由于光学状态2在轴上呈现黑色而光学状态1呈现透明，则可以实现视差阻挡层。
在适合手征性掺杂LC单元中，光学状态2可以被配置成在未施加场处发生。这将产生d/b(单元厚度除以手征性间距)比值～0.3。
光学状态3：通过在整个展曲扭转单元上施加适合的平面外电场，指向矢结构基本上平行于所施加的电场取向。这提供了公共观看模式，因为展曲扭转单元和负C板基本在光学上彼此补偿，即，对于基本上由负C板入射的所有角度，展曲扭转单元的光学函数是“负的(negated)”。
不可能同时优化所有三种光学状态。然而，根据以下参数，可以获得使用合理低的驱动电压(＜20V)的良好全面光学性能，参数如下：
具有～40μm厚度的单元；
包括～85°预倾斜的高预倾斜取向层；
包括～5°预倾斜的低预倾斜取向层；
双频率LC；
具有～0.1单元厚度与倾斜(d/p)比值的手征性掺杂剂(chiraldopant)。
图8(a)和图8(b)示出了另一替代类型的附加切换单元10，不需要被图案化取向。在该实施例中，附加切换单元单元的两个基板均具有统一平面LC取向。在单元基板之一上使用图案化电极52来产生IPS类型(App.Phys.Lett，67.pp 3895)或FFS类型(SID’01 Digest pp484)面内切换，面内切换选择单元平面中的LC方向来产生扭转的LC结构54。如图2所示，利用产生类似TN的交替区域的平面电极53和等同于前述切换单元10的图案化取向区域13、14的ECB LC结构，代替该类型的区域。在这种条件下，具有与图像面板11的可选像素行取向的替代LC结构区域的附加切换单元，旋转从图像面板的交替像素行输出的光的偏振，并且该设备在如前述的私密模式下操作。在图8b所示的公共模式下，在附加单元的相对基板上的平面电极53、56之间施加电压，并且LC在单元中垂直取向，从而其操作等同于前述并在图3中所示的公共模式。
例如，该类型的设备可以应用于用户期望观看机密信息但不能控制其他人不可以观看的装置。示例是个人数字助理(PDA)、膝上型个人计算机(PC)、台式监控器、自动取款机(ATM)和电子销售点(EPOS)设备。
如上所述，可以选择由显示器显示的“副图像”用于广告或分散注意力的目的。然而，还可以选择这些副图像以利用其图像模糊特性。例如，存在有限角观看区域，在该区域中透射来自两幅图像的，可以选择或定制副图像，以模糊主图像，以便在这些区域中提供增加的私密性。
用于模糊信息的适合图像(该适合的图像被叠加到所述信息上)包括，视错觉图案、白噪声和具有与下层信息类似的空间频率的随机图案。为了模糊文本，可以使用混乱随机文本。这样的模糊图像可以可按比例缩放，以使其效率最大化并可以被定制或改变以适应要掩饰或模糊的内容。
在另一实施例中，使用诸如LED显示器或有机LED(OLED)显示器的发射类型显示器，而非LCD图像面板11。在这种情况下，该设备如图2和3所示，并且附加切换单元仍然如上所述；仅改变放置附加组件的显示器类型。实际上，对于代替LCD图像面板11的任何类型图像显示装置，该LCD图像面板11能够在私密模式下显示逐行交错的主和次图像，并在公共模式下显示单幅图像，设备可以按照所描述的方式进行操作。诸如OLED的显示器类型不能固有地产生偏振的光，在私密模式下，该设备需要偏振的光来允许分离两幅图像以提供给独立的观看者。然而，以总亮度为代价，偏振器可以简单地放置在发射型显示器前。实际上，许多OLED类型显示器使用前偏振器来减少从显示器反射的环境光，在这样的情况下，可以包含该设备，而不会损失来自下层显示器的图像亮度。

Claims (23)

1、一种具有公共观看模式和私密观看模式的显示器，所述显示器包括：显示设备，被设置成将图像调制光引导至整个公共观看区域上，并被设置成在公共模式下显示第一图像，在私密模式下显示第二和第三空间交错图像；可控液晶装置，可在公共模式和私密模式之间切换，在公共模式下，由第一图像调制的光具有第一偏振，在私密模式下，由第二和第三图像调制的光分别具有第二和第三偏振；以及光学装置，包括角相关偏振变换器和偏振器，允许第一偏振的光的通路基本上进入整个公共区域，将第二偏振的光的通路基本上仅限制在公共区域内的私密观看区域，以及将第三偏振的光的通路基本上仅限制在私密区域外部和公共区域内的至少一个非私密观看区域中。
2、如权利要求1所述的显示器，其中，私密区域在显示器轴上和在显示器轴周围。
3、如权利要求2所述的显示器，其中，所述至少一个非私密区域包括远离显示器轴的多个区域。
4、如权利要求1所述的显示器，其中，第一偏振基本上与第二和第三偏振之一相同。
5、如权利要求1所述的显示器，其中，在公共模式下的可控装置和光学装置的组合基本上对第一偏振没有影响。
6、如权利要求1所述的显示器，其中，第三偏振基本上与第二偏振正交。
7、如权利要求1所述的显示器，其中，第一、第二和第三偏振基本上是线性偏振。
8、如权利要求1所述的显示器，其中，偏振变换器包括延迟器。
9、如权利要求8所述的显示器，其中，延迟器包括负C板。
10、如权利要求8的所述的显示器，其中，延迟器具有基本上补偿公共模式下可控装置的延迟的延迟。
11、如权利要求1所述的显示器，其中，可控装置具有分别与用于显示第二和第三图像的显示设备的第一和第二组像素光学对准的第一和第二组区域，所述第一和第二组区域在私密模式下具有不同的偏振改变效果。
12、如权利要求11所述的显示器，其中，第一和第二组之一的区域被设置成在私密模式下将通过的光的偏振改变90°。
13、如权利要求12所述的显示器，其中，所述第一和第二组之一的区域被设置成在私密模式下在操作期间以扭转向列模式操作。
14、如权利要求12所述的显示器，其中，第一和第二组中另一组的区域被设置成在私密模式下对通过的光的偏振基本没有影响。
15、如权利要求14所述的显示器，其中，所述第一和第二组中另一组的区域被设置成在私密模式下在操作期间以电控双折射模式操作。
16、如权利要求13或15所述的显示器，其中，可控装置被设置成在公共模式下以垂直取向操作。
17、如权利要求11所述的显示器，其中，可控装置是展曲扭转类型，并具有限定第一和第二组区域的图案化电极布置。
18、如权利要求1所述的显示器，其中，所述显示设备是液晶显示设备。
19、如权利要求18所述的显示器，其中，所述显示设备是透射的。
20、如权利要求19所述的显示器，包括用于显示设备的背光。
21、如权利要求1所述的显示器，其中，所述显示设备是发光二极管显示设备。
22、如权利要求21所述的显示器，其中，所述显示设备是有机发光二极管显示设备。
23、如权利要求1所述的显示器，其中，第三图像包括模糊图像，或用于在私密模式期间对从第二和第三图像接受光的观看区域中的第二图像进行模糊的图像序列。
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