阅读说明：本技术 可切换视角控制装置和显示系统 (Switchable viewing angle control device and display system ) 是由 N·J·史密斯 安德鲁·埃克曼 H·霍普金 村尾岳洋 刘智允 于 2019-05-10 设计创作，主要内容包括：一种用于保密视图显示系统的可切换视角控制装置,其包括可在第一状态和第二状态下运作的电性可切换视角控制LCD；位于可切换视角控制LCD的观看侧的前偏振片；位于可切换视角控制LCD的非观看侧、发射偏振光的偏振光源。当所述可切换视角控制LCD处于第一状态时,所述视角控制装置以窄视角模式操作,其中来自所述偏振光源的离轴偏振光被所述可切换视角控制LCD改变,使得所述离轴光被所述前偏振片吸收,并且在轴光穿过所述可切换视角控制LCD和所述前偏振片。当所述可切换视角控制LCD处于第二状态时,所述视角控制装置以广角视角模式运作,其中来自所述偏振光源的所述偏振光被所述可切换视角控制LCD散射并穿过所述前偏光器。(A kind of switchable viewing angle control device for secrecy view display system comprising the electrical switchable viewing angle control LCD that can be operated under first state and the second state；Positioned at the preceding polarizing film of the viewing side of switchable viewing angle control LCD；The non-viewing of LCD, the polarized light source of polarized light-emitting are controlled positioned at switchable viewing angle.When switchable viewing angle control LCD is in first state, the visual angle controller is with the operation of narrow viewing angle mode, wherein the off-axis polarised light from the polarized light source controls LCD by the switchable viewing angle and changes, so that the off-axis light is absorbed by the preceding polarizing film, and on-axis light passes through switchable viewing angle control LCD and the preceding polarizing film.When switchable viewing angle control LCD be in the second state, the visual angle controller is operated with wide-angle field-of-view mode, is scattered wherein the polarised light from the polarized light source controls LCD by the switchable viewing angle and is passed through the preceding polarizer.)

可切换视角控制装置和显示系统

技术领域

本发明涉及液晶显示装置，特别是在窄视角模式(也称为私人模式)和广视角模式(也称为公共模式)之间可切换的液晶显示装置。

背景技术

随着具有液晶显示(LCD)的便携式计算装置，例如智能手机、笔记本电脑、平板电脑等的使用的增加，用户已变得开始关注其他个人能够读取敏感或私人信息。因此，许多便携式计算装置可在窄视角模式(也称为私人模式)下运作，其中信息仅在很大程度上仅供在轴观察者可见，以及在广视角模式(也称为公共模式)下运作，其中信息通常在装置的能力范围内对于离轴观察者在更宽的视角下可见。这种装置通常可在窄视角模式和广窄视场模式之间切换。特别是电性切换方法已被开发以避免如上所述的移动部件的需要，这可能不适合便携式计算装置的尺寸限制。

在没有移动部件的公共和私人模式之间切换的一种方法是相对于装置的观看侧在图像显示面板的后面安装光控膜，并且在光控膜和图像显示面板之间放置可以电性导通和断开的扩散器。例如，在美国专利Nos.5831698(Depp等，1998年11月3日公告)、6211930(Sautter等，2001年4月3日公告)和5877829(Okamoto等，1999年3月2日公告)中描述了这种可切换的保密设备。

作为这种类型的装置的另一示例，US2017/0069236(Klippstein等，2017年3月9日公开)示出了可以使用三层的组合在广视角模式和窄视角模式之间切换的系统：(1)标准背光，(2)永久视角控制薄膜，和(3)第二背光，然后照射图像显示板。前两层通过视角控制薄膜的运作提供窄视角。第三层允许切换到广角视图。特别地，第二背光对于在轴光大部分是透明的，但是使用时在大的离轴角上强烈地发光。该解决方案的缺点在于，在轴光的微弱散射足以减小装置的视角控制。US2017/0153383(Lee等，2017年6月1日公开)公开了另一种可以通过使用第二背光单元在广视角模式和窄视角模式之间切换的装置。这种配置采用非散射光学器件。

上述配置还缺乏需要二次背光源，这增加了厚度并增加了成本。此外，由于没有额外的屏蔽，这种装置的视角控制对于诸如汽车显示器的一些应用来说是不够的。

US9,720,266(Su等人，2017年8月1日发布)描述了另一种通过使用第二公共电极来实现可变视角控制的方法。该第二公共电极与高预倾斜配向层结合，允许控制液晶的平面外重定向，并因此控制视角。该装置具有缺陷，因为视角控制是由次级公共电极引起的液晶的平面外重新定向引起的。首先，视角控制对于某些应用来说是不够的，其次，这种配置所需的增加的预倾斜会降低作为图像面板的LCD的性能。

发明内容

本公开描述了一种可在窄视角模式(也称为私人模式)和广视角模式(也称为公共模式)之间电性切换的显示系统。利用所描述的配置，显示装置在不同的状态下运作，既可以增强屏蔽离轴光线，也可以散射光线。所描述的配置既可以用于通过添加额外的离轴光控制来增强传统的准直背光系统，也可以通过散射光来实现广角视图模式来增加功能。

当前实现强大的轴外光控制的方法，例如在上面的背景技术部分中描述的，以分辨率和/或亮度为代价。此外，传统配置需要包括额外的光学层，例如可切换散射层，额外的光导，以实现广视角模式。包含这些额外的光学层减少了离轴光控制，因为这些层通常散射光。

本公开的实施例通过使用新型液晶(LC)可切换散射层来克服传统配置的缺陷，其可在透明非散射状态和散射状态之间切换。透明的非散射状态进行离轴光的额外屏蔽，放大视角控制效果以提供增强的私密模式。这是通过在一个状态下使用液晶层来实现的，配向使得离轴光的偏振旋转。当离轴光随后到达下一个偏振片(其可以在单元上，在单元中或在图像面板上)时，离轴光被吸收以增强私人模式。散射状态可以通过施加或去除偏置电压来实现，该偏置电压在液晶内引起指向矢配置，其中在光线中存在折射率的不连续性。散射模式提供广视角公共模式。

因此，本发明的一个方面，是与传统配置相比在保持高质量的公共模式的同时提供增强的私人模式的一种可切换视角控制装置。在示例性实施例中，所述可切换视角控制装置包括：电性可切换视角控制液晶装置(LCD)，其可在第一状态和第二状态下运作；位于所述可切换视角控制LCD的观看侧的前偏振片；和位于所述可切换视角控制LCD的非观看侧的偏振光源，其发出偏振光。当所述可切换视角控制LCD处于第一状态时，所述视角控制装置以窄视角模式操作，其中来自所述偏振光源的离轴偏振光被所述可切换视角控制LCD改变，使得所述离轴光被所述前偏振片吸收，并且在轴光穿过所述可切换视角控制LCD和所述前偏振片。当所述可切换视角控制LCD处于第二状态时，所述视角控制装置以广角视角模式运作，其中来自所述偏振光源的所述偏振光被所述可切换视角控制LCD散射并穿过所述前偏光器。

本发明的另一个方面是一种显示系统，其包括增强的可切换视角控制装置。在示例性实施例中，所述显示系统，包括：电性可切换视角控制液晶装置(LCD)，其可在第一状态和第二状态下运作；图像面板，以及位于所述可切换视角控制LCD的非观看侧的视角控制膜。当所述可切换视角控制LCD处于第一状态时，所述显示系统以窄视图模式运行，其中离轴光被阻挡，并且在轴光穿过所述可切换视角控制LCD以被所述显示系统发射。当所述可切换视角控制LCD处于第二状态时，所述显示系统以广视角模式运行，其中光由所述可切换视角控制LCD散射以被所述显示系统发射。所述图像面板可以是液晶图像面板，并且所述显示系统还包括相对于液晶图像面板位于所述显示系统的非观看侧的背光。可选地，所述图像面板可以是位于所述视角控制膜的非观看侧的发光图像面板。

为了实现前述的以及相关的目的，本发明包括在下文中充分描述并在权利要求中特别指出的特征。以下描述和附图详细阐述了本发明的某些说明性实施例。然而，这些实施例仅表示本发明原理的各种方式中的一些可以被采用。当结合附图考虑时，本发明的其他目的，优点和新颖特征将从本发明的以下详细描述中变得显而易见。

附图说明

图1是描绘本领域常规的非可切换保密液晶显示器(LCD)配置的示意图。

图2是描绘根据本发明实施例的示例性LCD装置配置的示意图。

图3是描绘具有与图2中相当的部件的LCD装置配置的示意图，其具有部件的替代配置。

图4是描绘具有与图2中相当的部件的LCD装置配置的示意图，其具有部件的另一个替代配置

图5是描绘根据本发明实施例的使用发光图像面板的示例性显示装置配置的示意图。

图6是描绘根据本发明实施例的使用LCD图像面板和发光滤色器的示例性显示装置配置的示意图。

图7是描绘根据本发明实施例的使用视角控制背光的示例性显示设备配置的示意图。

图8A、8B、8C、8D是描绘根据本发明实施例的显示系统内的光学层的替代配置的图。

图9是描绘根据本发明实施例的示例性视角控制LCD的示意图,其包括窄视角模式中的光学性能。

图10是描绘图9的示例性视角控制LCD的示意图并示出广视角模式下的光学性能。

图11是描绘根据本发明实施例的另一示例性视角控制LCD的示意图，其中偏振片没有特别地结合到视角控制LCD中。

图12包括描述传统显示装置配置的性能与根据本发明实施例的显示设备配置的性能的比较的说明性结果。

图13是描绘根据本发明的实施例的另一示例性视角控制LCD的示意图。

图14是描绘根据本发明的实施例的另一示例性视角控制LCD的示意图。

图15是描绘在由HAN或ECB模式液晶执行视角控制功能的配置中用于不同层的相对配向的选择的光学细节的图。

图16是描绘根据本发明的实施例配置的显示系统的半视图应用的图。

图17是描绘与可切换视角控制LCD有关的示例性电极配置的图，该电极配置被图案化以实现图中所示的半视图功能。

图18是描绘如何将图17的电极图案化扩展到任何数量的“n”电极的图。

图19是描绘使用根据本发明实施例的扭曲向列(TN)HAN配置的不对称视角控制的图。

附图标记说明

液晶装置(liquid crystal device, 10

LCD)配置

背光 12

光 14

视角控制膜 16

液晶显示(liquid crystal display, 18

LCD)图像面板

LCD装置配置 20

不同的显示装置配置 20a-e

可切换视角控制LCD 22

发光图像面板 24

发光滤色器 26

视角控制背光 28

显示系统 30

第一显示区域 32

第二显示区域 34

替代的显示系统配置 100a-d

用于第一部件的前偏振片 101

用于第一部件的后偏振片 102

用于第二部件的前偏振片 201

用于第二部件的后偏振片 202

用于第三部件的前偏振片 301

用于第三部件的后偏振片 302

第一间隔层 401

第二间隔层 402

后偏振片 1101

第二电极基板 1102

第一电极部分 1102a

第二电极部分 1102b

第二配向层 1103

可切换液晶LC层 1104

第一LC配向层 1105

第一电极基板 1106

前偏振片 1107

第三公共电极基板 1200

后偏振片 1201

绝缘体层 1203

第一电极基板 1204

第二配向层 1205

可切换液晶LC混合层 1206

第一LC配向层 1207

外基板 1208

前偏振片 1209

具体实施方式

现在将参考附图描述本发明的实施例，其中相同的附图标记始终用于表示相同的元件。应该理解，附图不一定按比例绘制。

图1是描绘本领域常规的液晶装置(LCD)配置10的示意图。图2是描绘根据本发明实施例的LCD配置20的示意图。在传统配置10中，背光12发射光14到视角控制膜16，并且所述光随后照射液晶显示器(LCD)图像面板18。视角控制膜可以是本领域习知的百叶窗膜。如示意性地示出光束14的箭头所示，尽管视角控制膜16对离轴光有一些衰减，但是离轴光的屏蔽通常不足以提供完全的私人模式，因为一些剩余的离轴光仍然传输到图像面板18并因此传输到观察侧(如指向离轴方向的较小箭头所示)。因为对应于剩余离轴光的图像仍然可以被离轴观看者感知，因此，仍不能实现强私人模式。

因此,本发明的一个方面是一种包括增强型可切换视角控制装置的显示系统,以在维持高质量的公共模式的同时,提供强大的私人模式。在示例性实施例中，所述显示系统包括电性可切换视角控制液晶装置(LCD)，其可在第一状态和第二状态下运作；图像面板；以及位于所述可切换视角控制LCD的非观看侧的视角控制膜。当所述可切换视角控制LCD处于第一状态时，所述视角控制装置以窄视角模式操作，其中离轴光被阻挡，并且在轴光穿过所述可切换视角控制LCD以被所述显示系统发射。当所述可切换视角控制LCD处于第二状态时，所述显示系统以广视角模式运行，其中光由所述可切换视角控制LCD散射以被所述显示系统发射。所述图像面板可以是液晶图像面板，并且所述显示系统还包括相对于液晶图像面板位于所述显示系统的非观看侧的背光。可选地，所述图像面板可以是位于所述视角控制膜的非观看侧的发光图像面板。

参考附图，在根据本发明实施例的图2的LCD装置20中，额外的可切换视角控制LCD22被结合到装置中。传统的视角控制膜16对于一些的离轴角度限制了光。可切换视角控制LCD22可以是可在第一模式(图2中的模式1)和第二模式(图2中的模式2)之间电切换的可切换散射LCD。在第一模式(模式1)中，可切换视角控制LCD22执行视角限制功能而不散射光以提供窄角度观看或私人模式。将模式1与传统配置相比较，可能未被视角控制膜16屏蔽掉的离轴光现在可被可切换视角控制LCD22阻挡。以这种方式，实现了增强的私人模式。在第二模式(模式2)中，可切换视角控制LCD22操作以执行光散射功能以实现广角观看或公共模式。

可切换视角控制LCD22的第一模式可以通过在LC材料上施加电压来实现，而第二模式可以通过不在LC材料上施加电压来实现。相反地，可切换视角控制LCD的第二模式可以通过在LC材料上施加电压来实现，而第一模式可以在LC材料上没有施加电压的情况下实现。

LCD图像面板18可以是包含像素的任何传统LCD图像面板，并且能够以传统方式显示图片和文本。背光单元12可以是传统的背光单元，准直背光单元，可在广视角和准直光发射之间切换的可切换背光单元，或者除了视角控制膜之外的传统背光单元。另外，背光单元12可以是有源调光型背光。可以将以下任何部件中的两个或更多个粘附在一起以防止形成气隙：视角控制膜16，可切换视角控制LCD22，LCD图像面板18和背光单元12。

可切换视角控制LCD22的散射功能可以通过几种方法实现。例如，液晶可以掺杂有离子掺杂物添加剂，使得可以通过施加或去除经由装置电极的LC层的电压来引发散射。实现散射状态的另一种方法是使用具有相反介电各向异性的至少两种液晶的混合物，即具有+Δε值的第一LC和具有-Δε的第二LC的混合物。上述液晶本身可以是复合液晶混合物。当交流电压施加到液晶单元时，可能产生散射光的流体动力学不稳定性。实现散射功能的另一种方法是使用具有聚合物网络(polymer network，PNLC)的液晶。聚合物网络可以在液晶主体中通过原位单体混合物的聚合形成。这可以通过紫外线曝光来完成，其可以在施加或不施加电压的情况下进行。

在其中离子掺杂物添加剂掺入液晶材料中的配置中，离子掺杂物的重量浓度可以在0.01％和4％之间，优选在0.05％和2％之间，更优选在0.1％和1.5％之间。此外，液晶可以具有正Δε或者可以具有负Δε。离子掺杂物使得液晶中的添加能够在散射和非散射状态之间通过施加或去除电压切换混合物。离子掺杂物的化学结构可以是盐，或者阳离子和/或阴离子可以具有许多连接至可以是乙炔烷基或芳基或混合物的有机链的盐。例如，阴离子掺杂物可以是十四烷基三甲基溴化铵(Tetradecyltrimethylammonium bromide，TDTAB)，和/或四丁基溴化铵(Tetrabutylammonium bromide，TBAB)，和/或十六烷基三甲基溴化铵(Hexadecyltrimethylammonium bromide，CTAB)，和/或四辛基溴化铵(Tetraoctylammonium bromide，TOAB)，和/或氯化重氮苯(Benzenediazonium chloride)和/或含有四苯基硼(Tetraphenylboronium)和四丁基铵(tetrabutylammonium)的盐。

在通过用离子掺杂物掺杂液晶来实现散射功能的配置中，可以通过在液晶单元上施加0V来实现视角控制功能。用于广角视图模式的散射函数可以通过在液体单元两端施加电压来实现，并且电压可以是AC电压。施加到可切换视角控制LCD22中的液晶/离子掺杂物混合物的电压幅度和频率可取决于离子掺杂物的特定化学结构。通常，施加的电压可以在1V和50V之间，并且施加的频率可以在0.1Hz和1kHz之间。通常，较低的电压对于降低功耗是优选的，并且较低的频率对于降低功耗是优选的。然而，就所需的散射函数而言，根据低功耗，最佳电压和频率可能与最佳电压和频率不同。因此，可以选择适当的电压和频率作为可接受的功耗和可接受的散射功能之间的折衷。在TBAB的特定情况下，例如，该电压可以在2V和50V之间，优选地在10V和30V之间，并且更优选地在16V和26V之间，以平衡功耗和散射功能。可以施加频率在2Hz和200Hz之间的电压，优选地在20Hz和100Hz之间，并且更优选地在30Hz和60Hz之间，以平衡功耗和散射功能。

视角控制功能也可以通过各种方法获得。示例性方法包括使用电控双折射(ECB)液晶单元、在一个基板处具有平面配向并且在第二基板处具有垂直配向的混合配向向列(HAN)液晶单元、或者在两个基板上的配向是垂直的垂直配向向列(VAN)液晶单元的面外重定向。更具体地，可切换视角控制LCD可以包括在第一基板和第二基板之间的混合配向向列(HAN)液晶单元，并且在第一状态中第一基板上的液晶分子的配向是垂直的，第二基板上的液晶分子的配向是平面的。可选地，可切换视角控制LCD可以包括在第一基板和第二基板之间的电控双折射(ECB)液晶单元，并且在第一状态中，第一基板上的液晶分子的配向是平面的并且在第二基板上的液晶分子的配向是垂直的。可选地，可切换视角控制LCD包括在第一基板和第二基板之间的垂直配向向列(VAN)液晶单元，并且在第一状态中，第一基板上的液晶分子的配向是垂直的，第二基板上的液晶分子的配向是垂直的。

可切换视角控制LCD22可以是上述HAN，ECB和VAN液晶单元中的一种。参考上述HAN，ECB和VAN液晶单元，第一基板可以在观看侧或者第二基板可以在观看侧。参考上述HAN，ECB和VAN液晶单元，垂直配向意味着在距离基板表面80°≤θ≤90°的范围内的LC预倾斜定向，并且平面配向意味着在距离基板表面0°≤θ≤10°的范围内的LC预倾斜定向。不使用恰好0°和/或90°的LC预倾斜定向的优点是防止形成不想要的域LC域。使用预倾斜来防止形成不需要的LC域的技术是LCD技术领域的技术人员熟知的。

对于ECB模式液晶单元，可以使用线性偏振片，特别是可以与ECB单元的光轴平行或垂直地配向的线性偏振片。对于ECB单元，最佳视角控制方向垂直于ECB单元的光轴。此外，对于ECB液晶单元，延迟(dΔn)可以在250nm和1250nm之间，优选地在350nm和1000nm之间，并且更优选地在450nm和750nm之间。LC的重新定向可以通过优选小于5V的电压来实现。

对于HAN单元，使用线性偏振片，更具体的是可以与单元的平面配向方向平行或垂直地配向的线性偏振片。对于HAN单元，最佳视角控制方向垂直于平面基板上的LC配向方向。对于其中液晶是正型(Δε>0)的HAN单元，可以通过在LC层上施加小的电压来增加视角控制的强度。电压可小于10V，优选小于7.5V，更优选小于5V。对于HAN单元，平面配向可以在更靠近观察者的基板上，或者可以在远离观察者的基板上。此外，对于HAN单元，延迟(dΔn)可以在250nm和25μm之间，优选地在2500nm和12.5μm之间，并且更优选地在5000nm和10μm之间。混合配向的视角控制(即，私人强度)可以通过施加电压来改善，该电压的大小取决于液晶的材料特性。

对于使用垂直排列的液晶单元的配置，可以使用线性或圆形偏振片。在使用线性偏振片的情况下，最强的离轴保密控制在偏振片的光轴的45°处实现。在使用圆形偏振片的情况下，离轴保密控制对于所有方位角都是类似的。从外，对于垂直配向的液晶单元，延迟(dΔn)可以在500nm和5000nm之间，优选地在750nm和3250nm之间，并且更优选地在1000nm和2250nm之间。

在本文所述的装置配置的部件的层的方面，观看侧(有时也称为LCD的外侧)是人通常在LCD上观看或观看图像的一侧，其中的图像用于投影，等等。相对于附图中的说明，LCD配置或LCD的部件或层的顶侧或上侧位于相应附图的顶部，即，更靠近观看侧。与观看侧相反的侧面被称为非观看侧，底部，下侧或后侧，或者在一些情况下称为LCD的背光侧。

在根据本发明实施例的组件分层的方面，可切换视角控制LCD22应该在LCD装置相对于视角控制膜16的观看侧，使得任何残余的离轴光不通过可切换视角控制LCD22阻挡视角控制膜而衰减。距离观看侧最远的层应该是作为光源的背光单元12。在这样的配置内，LCD图像面板的位置可以放置在任何合适的位置。

因此，图3和图4是分别描绘具有与图2中相当的部件的LCD装置配置20a和20b的示意图，其具有部件的替代配置或排序。模式1(窄视角模式)和2(广角视角模式)也显示在这些图中。在图3的实施例中，部件从观看侧排列为：可切换视角控制LCD22，LCD图像面板18，视角控制膜16和背光单元12。在图4的实施例中，部件从观看侧排列为：可切换视角控制LCD22，视角控制膜16，LCD图像面板18和背光单元12。如上所述，在这些变型中，可切换视角控制LCD22位于LCD装置相对于视角控制膜16的观看侧。这确保了在窄视角模式(模式1)中，可切换视角控制LCD22阻挡任何穿过视角控制膜16的残余的离轴光。

在前面的实施例中，LCD图像面板被采用。在替代实施例中，可以采用不同的显示技术，包括例如使用发光图像面板或与发光滤色器组合的图像面板。例如，图5是描绘使用发光图像面板24的示例性显示装置配置20c的示意图。发光图像面板24例如可以是但不限于量子点发光二极管(QLED)，微型发光二极管(μLED)或有机发光二极管(OLED)图像面板。在图5的实施例中，部件从观看侧排列为：可切换视角控制LCD22，视角控制膜16和发射图像面板24。通过使用发光图像面板，不需要背光组件，并且发光图像面板位于层组件的非观看侧。

作为另一示例，图6是描绘使用具有发光滤色器的LCD图像面板的示例性显示装置配置20d的示意图。利用这种配置，通过使用发光滤色器26(例如QLED滤色器)实现色彩。在图6的实施例中，部件从观看侧排列为：可切换视角控制LCD22，视角控制膜16，发光滤色器26，LCD图像面板18和背光单元12。当发光滤色器26的性质改变输入光的角度依赖性时，发光滤色器层26相对于视角控制膜20位于非观看侧的这种特定配置是显着的。当发光滤色器26不改变输入光的角度依赖性时，可以采用这些部件的其他排序。另外，可以采用与图5的实施例中相当的发光图像面板以替代背光单元和LCD图像面板的使用。

图7是描绘根据本发明实施例的使用视角控制(即准直或窄视角)背光28的示例性显示设备配置20e的示意图。利用这种配置，可以省略单独的永久视角控制膜16，因为可相当的视角控制由替代的背光单元28执行。此外，LCD图像面板18和可切换视角控制LCD22的位置可以是颠倒的(例如在图2的配置中)。另外，LCD图像面板和背光单元可以如图5的实施例中的视角控制(即准直或窄视角)发光图像面板、或者如图6的实施例中可以与LCD图像面板互容背光单元结合使用的发光滤色器代替。

图8A-8D是描绘根据本发明实施例的显示系统内的光学层的替代配置的图。特别地，特定的偏振片，间隔物等额外光学的部件被示出为相对于上面参考图2-7所描述的部件放置。因此，图8A-8D中相同的部件使用与图2-7中相同的附图标记。

在图8A的实施例(配置A)中，显示系统100a包括与图2中相当地放置的上述部件。具有额外的光学层的显示系统100a包括从观看侧如下排序的部件层：用于LCD图像面板18的前偏振片201，LCD图像面板18，用于LCD图像面板18的后偏振片202，第一间隔层401，用于可切换视角控制LCD22的前偏振片101，可切换视角控制LCD22，用于可切换视角控制LCD22的后偏振片102，第二间隔层402，用于视角控制膜16的前偏振片301，视角控制膜16，用于视角控制膜16的后偏振片302，以及背光单元12。用于视角控制膜的后偏振片302可以被反射型偏振片(DBEF)代替或与反射型偏振片(DBEF)结合使用。如果存在，DBEF将被放置在最靠近背光的位置(即非观看侧)。间隔层401和402可以是气隙，粘合层或导电层。由于冗余，可以省略偏振片101,102或301中的任何一个或全部。偏振片201和202可以是图像面板LCD18固有的。位于可切换视角控制LCD22的观看侧的显示系统100a的第一(前)偏振片可以是偏振片101或偏振片202。所述第一(前)偏振片可以是偏振片和反射型偏振片(DBEF)的组合。如果存在，则DBEF位于所述第一(前)偏振片的非观察侧。

在图8B的实施例(配置B)中，显示系统100b包括与图3中当地放置的部件。具有额外的光学层的显示系统100b包括从观看侧如下排序的部件层：用于可切换视角控制LCD22的前偏振片101，可切换视角度控制LCD22，用于可切换视角控制LCD22的后偏振片102，第一间隔层401，用于图像面板LCD18的前偏振片201，图像面板LCD18，用于图像面板LCD18的后偏振片202，第二间隔层402，用于视角控制膜16的前偏振片301，视角控制膜16，用于视角控制膜16的后偏振片302，以及背光单元12。类似于前一实施例，偏振片302可以用反射型偏振片(DBEF)代替，或与反射型偏振片(DBEF)结合使用。如果存在，则DBEF将被放置在最靠近背光(即，非观看侧)的位置。间隔层401和402可以是气隙，和/或粘合层，和/或延迟层。由于冗余，可以省略偏振片102,202和301中的任何一个或全部。偏振片201和202可以是图像面板LCD18的固有偏振片。位于可切换视角控制LCD22的观看侧的显示系统100b的第一(前)偏振片是偏振片101。所述第一(前)偏振片可以是偏振片和反射型偏振片(DBEF)的组合。如果存在，则DBEF位于所述第一(前)偏振片的非观察侧。

在图8C的实施例(配置C)中，显示系统100c包括与图4中当地放置的部件。具有额外的光学层的显示系统100c包括从观看侧如下排序的部件层：用于可切换视角控制LCD22的前偏振片101，可切换视角控制LCD22，用于可切换视角控制LCD22的后偏振片102，第一间隔层401，用于视角控制膜16的前偏振片301，视角控制膜16，用于视角控制膜16的后偏振片302，第二间隔层402，用于图像面板LCD18的前偏振片201，图像面板LCD18，用于图像面板LCD的偏振片202和背光单元12。与前面的实施例类似，偏振片202可以替换为反射型偏振片(DBEF)或与反射型偏振片(DBEF)组合使用。如果存在，则DBEF将被放置在最靠近背光(即，非观看侧)的位置。间隔层401和402可以是气隙，和/或粘合层，和/或延迟层。由于冗余，可以省略偏振片102,301和302中的任何一个或全部。偏振片201和202可以是图像面板LCD18固有的。位于可切换视角控制LCD22的观看侧的显示系统100c的第一(前)偏振片是偏振片101。所述第一(前)偏振片可以是偏振片和反射型偏振片(DBEF)的组合。如果存在，则DBEF位于所述第一(前)偏振片的非观察侧。

在可切换视角控制LCD22是ECB或HAN模式LCD的实施例中，用于可切换视角控制LCD22的前和后偏振片可以是线性型偏振片。在可切换视角控制LCD是VAN模式LCD的实施例中，偏振片可以是线性的或者可以是圆形偏振片。可以在层之间放置一个或多个延迟膜以补偿光学效应或者旋转任何这样的层之间的光偏振。延迟膜可以是半波片和/或四分之一波片和/或正C片和/或负C片。

在图8D的实施例(配置D)中，显示系统100d包括与图4中当地放置的部件，包括发光图像面板24。具有额外的光学层的显示系统100d包括从观看侧如下排序的部件层：用于可切换视角控制LCD22的前偏振片101，可切换视角控制LCD22，用于可切换视角控制LCD22的后偏振片102，第一间隔层401，用于视角控制膜16的前偏振片301，视角控制膜16，用于视角控制膜16的后偏振片302，第二间隔层402和发光图像面板24。如上所述，发光图像面板24可以是μLED，OLED或QLED图像面板，并且发光图像面板的使用无需使用背光组件。类似于先前的实施例，发光图像面板24可以包含偏振片和/或延迟器层，并且偏振片可以包括反射型偏振片(DBEF)。间隔层401和402可以是气隙，和/或粘合剂层，和/或延迟层。由于冗余，可以省略偏振片102,301和302中的任何一个或全部。在可切换视角控制LCD22的观看侧上的显示系统100d的第一(前)偏振片是偏振片101。所述第一(前)偏振片可以是偏振片和反射型偏振片(DBEF)的组合。如果存在，则DBEF位于所述第一(前)偏振片的非观察侧。

同样如先前的替代地使用发光图像面板的实施例，在可切换视角控制LCD22是ECB或HAN模式LCD的实施例中，用于可切换视角控制LCD22的前、后偏振片可以是线性型偏振片。在可切换视角控制LCD是VAN模式LCD的实施例中，偏振片可以是线性的或者可以是圆形偏振片。可以在层之间放置一个或多个延迟膜以补偿光学效应或者旋转任何这样的层之间的光偏振。延迟膜可以是半波片和/或四分之一波片和/或正C片和/或负C片。

以下描述可切换视图20角度控制LCD22的光学性能，无论是窄视角还是广视角模式。在示例性实施例中，可切换视角控制装置包括电性可切换视角控制液晶装置(LCD)22，其可在第一状态和第二状态下操作；位于可切换视角控制LCD的观察侧的前偏振片；位于可切换视角控制LCD的非观看侧的、发射偏振光的偏振光源。当可切换视角控制LCD处于第一状态时，视角控制装置以窄视角模式操作，其中来自偏振光源的离轴偏振光被可切换视角控制LCD改变，使得离轴光被前偏振片吸收，并且在轴光穿过可切换视角控制LCD和前偏振片。当可切换视角控制LCD处于第二状态时，视角控制装置以广视角模式操作，其中来自偏振光源的偏振光被可切换视角控制LCD散射并穿过前偏光器。

参考附图，图9是描绘示例性视角控制LCD22并且示出窄视角模式(模式1)中的光学性能的示意图。图10是描绘图9的示例性视角控制LCD22并示出广视角模式(模式2)下的光学性能的示意图。通常，可切换视角控制LCD22可包括从观看侧如下排序的部件：前偏振片1107，第一电极基板1106，第一LC配向层1105，可切换液晶LC层1104，第二取向层1103，第二电极基板1102和后偏振片1101.在该示例中，偏振片的透射轴(表示为“T”)具有第一方向(例如，在示例图中的指向页面)。

参照图9和模式1(窄视角)，示例性偏振光束C1和C2从包括偏振光源的非观看侧组件(例如，背光或发光图像面板，以及任何相关的偏振片)发射，以产生如图8A-8D中所示的偏振光。光束C1和C2在第一方向上被偏振，并且光束C3在与第一方向不同的第二方向上被偏振。光束C1和C3是在轴光束，光束C2是离轴光束。在模式1中，可切换LC层1104处于第一状态，其在没有散射的情况下另光穿过，即，非散射状态。利用所指示的偏振，在第二方向(C3)上偏振的光是不期望的偏振光，因此被后偏振片1101阻挡(或者如果存在反射偏振片则被反射)。沿第一方向偏振的光束C1和C2穿过后偏振片1101。是在模式1中，离轴光的偏振通过LC层1104的液晶结构旋转，因此离轴光随后被前偏振片1107吸收。离轴光的偏振可以通过几种方法实现，包括例如使用施加偏置电压的平面配向液晶；垂直配向的液晶；以及在一个基板上的配向是平面的，而另一个基板的配向是垂直的混合配向的液晶。相反，第一偏振方向的在轴光C2透过可切换视角控制LCD22并从观看侧发射，最终基本上仅沿在轴方向从更宽的显示装置发射。以这种方式，实现窄视角模式，因为基本上仅有在轴光被发射。

在模式2中，可切换LC层1104处于散射光的第二状态，即散射状态。特别地，第一偏振方向的所有光C4都是散射的。这可以通过多种方法实现，包括例如使用聚合物分散的液晶，包含负和正介电各向异性液晶的混合物的多组分液晶，或者使用掺有离子掺杂物的液晶。在这些示例中，当施加足够的电压时，LC层1104通过引起混沌的液晶指向矢配向来散射光。另外，这种混沌的液晶导向器不再旋转离轴偏振，消除了离轴光屏蔽效应。因此，在轴和离轴光都被散射并穿过可切换的视角控制LCD22，并随后从观看侧射出。光最终以广视角以散射的方式从显示系统发出。以这种方式，实现了广视角模式。

图11是描绘根据本发明实施例的另一示例性视角控制LCD22的示意图，其中偏振片1107和1101没有特别地结合到视角控制LCD22中。其余部件用与图9和10的实施例总相同的附图标记。图11的实施例包括两个电极基板，每个电极基板具有液晶配向层。在基板之间是液晶层，其光学器件如上所述，偏振片不是视角控制LCD22层的一部分。因此，在该实施例中，可切换视角控制LCD22可包括以下从观察侧排列的部件：第一电极基板1106，第一LC配向层1105，可切换液晶LC层1104，第二配向层1103和第二电极基板1102。相反，图9和10包括位于基板上的辅助偏振片1107和1101。因此，在图11的实施例中，LCD图像面板和视角控制膜具有偏振片，以执行如上所述的任何必要的光吸收和透射功能。

图12包括描述传统显示装置配置的性能与根据本发明实施例的显示设备配置的性能的比较的说明性结果。对于窄视角模式和广视角模式，亮度呈现为视角的函数。传统配置与图1中描绘的配置相当，其中光学系统包括百叶窗膜和PDLC散射层的组合。在广视角模式中，本发明的实施例可以在更宽的角度具有稍低的亮度，这实际上并不对应于观看者的图像质量的任何显着降低。然而，本发明提供了一种具有更强的保密性的增强型窄视角模式。在窄视角模式中，对于大于约30°的离轴角度，本发明的实施例具有较低的透射率，即，与传统配置相比更强的保密性。即使具有在更宽的角度处图12的曲线图底部中描绘的差异水平，对于传统配置的离轴观察者来说，图像仍然趋于可见。相反，使用本发明的配置，即使是微弱的图像对于离轴观察者也是不可见的。因此，本发明在以窄视角模式提供增强型保密方面的显着的方式优于传统配置。

图13是描绘根据本发明的实施例的另一示例性视角控制LCD22的示意图。在该实施例中，视角控制LCD22采用FFS型电极。这可以是有益的，因为一些上述散射光的方法可以通过面内切换来补充。例如，FFS型电极可以有助于填充有具有相反介电各向异性的两种或更多种液晶类型的混合物的HAN单元的情况。在垂直配向的基板上，由于正介电各向异性材料和负介电各向异性材料的相互竞争的指向矢倾向，非平场引起流体动力学不稳定性。可以通过FFS型电极在平面配向层处引起类似的效果。在该实施例中，可切换视角控制LCD22可以包括从观看侧排序的以下部件，如下：前偏振片1209，外基板1208，第一LC配向层1207，可切换液晶LC混合物层1206和第二配向层1205，第一电极基板1204，绝缘体层1203，第二电极基板1202和后偏光器1201。

图14是描绘根据本发明的实施例的另一示例性视角控制LCD22的示意图。在该实施例中，视角控制LCD采用FFS型电极，其中层与图13中的相似，以及非FFS基板上的第三公共电极基板1200代替图13的先前的基板元件1208。这可以是有益的，因为一些上述散射光的方法可以通过面内切换来补充。三个电极在平面配向表面处引起面内场，并且在垂直配向表面处引起面外场。在垂直配向基板上，由于正介电各向异性材料和负介电各向异性材料的相互竞争的指向矢倾向，面外场引起流体动力学不稳定性。可以通过面内场在平面配向层处引起类似的效果。

图15是描绘视角控制LCD22(HAN和ECB)的相对方位角(平面内)定向，视角控制LCD的平面LC配向方向，视角控制LCD的保密轴，视角控制膜16，视角控制膜的配向方向，视角控制膜的保密轴，以及视角控制LCD22上入射的线性偏振方向的图。具体地，保密膜和视角控制LCD的保密轴可以基本上平行(即，在平行的20°内)或者可以是基本垂直的(在垂直的20°内)。在轴基本平行的情况下，可能存在一个主要的保密轴。在保密轴基本上垂直或基本上不平行的情况下，可以存在两个保密轴。在平行情况下，第一保密轴的保密强度可能比非平行情况下更强。

参考图15的情况标记，视角控制LCD 22和视角控制膜16的保密轴在情况1中是平行的并且在情况3中是垂直的。在情况1中，沿着第一个保密轴产生非常强的保密性，而没有保密性产生于第二保密轴。在情况3中，存在两个彼此垂直的保密轴。在情况3中，第一和第二保密轴的每个保密强度都弱于案例1中沿着第一保密轴的保密强度。假设的是沿着保密膜的保密轴的保密强度大于沿着视角控制LCD的保密轴的保密强度；然而，反之亦然。通过比较情况1和情况2可以看出另一个关键特征，具体地说，视角控制LCD22的保密轴由液晶配向控制而不是入射光的偏振。

视角控制LCD和保密轴视角控制膜的保密轴可以彼此平行地定向，使得存在产生非常强的保密的单轴。或者，视角控制LCD和保密轴视角控制膜的保密轴可以彼此垂直定向，使得存在两个产生保密的正交轴。本文描述的保密系统包括两个不同的层，每个层提供独立的保密功能。具体地，这些层是视角控制LCD22和视角控制膜16。这些层的保密轴通常彼此独立。在以上描述的先前实施例中，描述了这样的情况，其中两个层的保密轴基本上平行并且因此彼此补充，导致单个增强的保密轴。通常，这不是必须的，并且层的方位角取向可以基本上不平行。当基本上不平行时，将存在多个保密轴，每个保密轴对应于前述两个层22和16中的一个的保密轴。在层是有效平行的情况中，这些保密轴中的每一个将具有比的单轴的保密性更弱的保密。

图16是描绘根据本发明的实施例配置的显示系统30的半视图应用的图。在该实施例中，可切换视角控制LCD22被改变，使得可切换视角控制LCD22的至少两个子部分或区域可以被单独寻址。这实现显示系统的子部分或区域的不同的离轴可见性。例如，显示系统30可以具有第一显示区域32，其中可切换视角控制LCD22被切换以启用广视角模式(公共模式)，以及不同于第一显示区域32的第二显示区域34，其中可切换视角控制LCD22切换为启用窄角度视图模式(专用模式)。

图17是描绘与可切换视角控制LCD有关的示例性电极配置的图，该电极配置被图案化以实现图16中所示的半视图功能。该示例参考图11中描绘的结构的修改来说明。具体的结构变化是在两个电极基板中的至少一个上电极的分段，1102或1106或两者。例如，图17的右侧部分显示电极1102分成电极部分1102a和1102b。因此，在最简单的情况下，显示系统被分成两个区域，其中一个电极1102被图案化成第一电极部分1102a和第二电极部分1102b。如图17的左侧部分所示，电极区域1102a和1102b可以分别与图16的第一显示区域32和第二显示区域34相关联或对应。

图18是描绘如何将图17的电极图案化扩展到任何数量的“n”电极(电极1,2,3......电极n-2，电极n-1，电极n)的图，其能够使第一显示区域和第二显示区域的大小调整。该电极图案化可用于实现多个第一显示区域和多个第二显示区域。图16示出了“n”个电极独立列的电极布局，以形成具有不同离轴特性的可变宽度面积。这可以从不同的电极列扩展到不同的电极行，并且进一步扩展到可切换的视角控制LCD内的像素寻址。因此，通常，可切换视角控制LCD22包括被图案化的电极，使得可切换视角控制LCD的第一区域32在第一状态下运作，并且可切换视角控制LCD22的第二区域34在第二状态下运作。因此，通常，可切换视角控制LCD22包括被图案化的电极，使得可切换视角控制LCD的至少一个第一区域32在第一状态下操作，以及可切换视角控制LCD22的至少一个第二区域34在第二状态下操作。

作为另一个示例性实施例，图19是描绘使用根据本发明实施例的扭曲向列(TN)HAN配置的不对称视角控制的图，利用与图9中相当的层结构。不对称视角控制功能可以通过改变LC配向来添加，使得在HAN配置的垂直配向基板上存在预倾斜。在这种配置中，预倾斜的方向与平面基板处的LC指向矢不平行。与先前的实施例相反，在不对称HAN(TN HAN)在轴光观察到一些双折射并经历偏振旋转，而具有等于液晶预倾斜的内角的离轴光不经历偏振旋转。其效果是抵消亮度分布并因此使得保密轮廓不对称。这可以在图19的图表部分中看出，其中正常HAN具有对称的亮度轮廓但TN HAN具有不对称轮廓。视角控制的不对称程度与预倾斜的角度成比例。LC预倾斜可以在TN HAN的0-20度范围内，如图19的图表部分所示。

因此，本发明的一个方面，是与传统配置相比在保持高质量的公共模式的同时提供增强的私人模式的一种可切换视角控制装置。在示例性实施例中，所述可切换视角控制装置包括：电性可切换视角控制液晶装置(LCD)，其可在第一状态和第二状态下运作；位于所述可切换视角控制LCD的观看侧的前偏振片；和位于所述可切换视角控制LCD的非观看侧的偏振光源，其发出偏振光。当所述可切换视角控制LCD处于第一状态时，所述视角控制装置以窄视角模式操作，其中来自所述偏振光源的离轴偏振光被所述可切换视角控制LCD改变，使得所述离轴光被所述前偏振片吸收，并且在轴光穿过所述可切换视角控制LCD和所述前偏振片。当所述可切换视角控制LCD处于第二状态时，所述视角控制装置以广角视角模式运作，其中来自所述偏振光源的所述偏振光被所述可切换视角控制LCD散射并穿过所述前偏光器。所述可切换视角控制装置可以单独地或组合地包括以下特征中的一个或多个。

在所述可切换视角控制装置的示例性实施例中，所述可切换视角控制LCD包括在第一基板和第二基板之间的混合配向向列(HAN)液晶单元，并且在所述第一状态中，所述第一基板和第二基板之间的液晶分子的配向是垂直的，所述第二基板上的液晶分子的配向是平面的。

在所述可切换视角控制装置的示例性实施例中，所述可切换视角控制LCD包括位于第一基板和第二基板之间的电控双折射(ECB)液晶单元，并且在所述第一状态下，所述第一基板上的液晶分子的配向是平面的，所述第二基板上的液晶分子的配向是平面的。

在所述可切换视角控制装置的示例性实施例中，所述可切换视角控制LCD包括位于第一基板和第二基板之间的垂直配向向列(VAN)液晶单元，并且在第一状态下，所述第一基板上的液晶分子的配向是垂直的，所述第二基板上的液晶分子的配向是垂直的。

在所述可切换视角控制装置的示例性实施例中，所述可切换视角控制LCD包括含有至少两种具有相反信号介电各向异性的液晶材料的液晶混合物，并且所述可切换视角控制LCD通过向所述液晶混合物施加电压置于第二种状态以实现流体动力学不稳定性。

在所述可切换视角控制装置的示例性实施例中，所述可切换视角控制LCD包括含有液晶材料和添加剂的液晶混合物。

在所述可切换视角控制装置的示例性实施例中，所述添加剂是盐。

在所述可切换视角控制装置的示例性实施例中，所述盐的阳离子和/或阴离子共价键合到有机化学基团上。

在所述可切换视角控制装置的示例性实施例中，所述可切换视角控制LCD包括聚合物网络或LC中聚合物的分散体或聚合物中LC的分散体，以实现第二状态。

在所述可切换视角控制装置的示例性实施例中，还包括位于所述可切换视角控制LCD的非观看侧的视角控制膜。

本发明的另一个方面是一种显示系统，其包括根据任何一个实施例的增强的可切换视角控制装置。在示例性实施例中，所述显示系统，包括：电性可切换视角控制液晶装置(LCD)，其可在第一状态和第二状态下运作；图像面板，以及位于所述可切换视角控制LCD的非观看侧的视角控制膜。当所述可切换视角控制LCD处于第一状态时，所述显示系统以窄视图模式运行，其中离轴光被阻挡，并且在轴光穿过所述可切换视角控制LCD以被所述显示系统发射。当所述可切换视角控制LCD处于第二状态时，所述显示系统以广视角模式运行，其中光由所述可切换视角控制LCD散射以被所述显示系统发射。所述显示系统可以单独地或组合地包括以下特征中的一个或多个。

在所述显示系统的示例性实施例中，所述图像面板是液晶图像面板，并且所述显示系统还包括相对于液晶图像面板位于所述显示系统的非观看侧的背光。

在所述显示系统的示例性实施例中，沿所述显示系统的观看侧各部件的顺序包括：所述液晶图像面板，所述可切换视角控制LCD，所述视角控制膜和所述背光。

在所述显示系统的示例性实施例中，沿所述显示系统的观看侧各部件的顺序包括：所述可切换视角控制LCD，所述液晶图像面板，所述视角控制膜和所述背光。

在所述显示系统的示例性实施例中，沿所述显示系统的观看侧各部件的顺序包括：所述可切换视角控制LCD，所述视角控制膜，所述液晶图像面板和所述背光。

在所述显示系统的示例性实施例中，进一步包括发光滤色器，沿所述显示系统的观看侧各部件的顺序包括：所述可切换视角控制LCD，所述视角控制膜，所述滤色器，所述液晶图像面板和所述背光。

在所述显示系统的示例性实施例中，所述图像面板包括位于所述视角控制膜的非观看侧上的发光图像面板。

在所述显示系统的示例性实施例中，所述可切换视角控制LCD包括被图案化的电极，使得所述可切换视角控制LCD的至少一个第一区域在所述第一状态下运作，所述可切换视角控制LCD的至少一个第二区域在第二状态下运作。

在所述显示系统的示例性实施例中，所述可切换视角控制LCD被配置为当在所述第一状态下运作时具有不对称视窗。

在所述显示系统的示例性实施例中，所述可切换视角控制LCD包括位于第一基板和第二基板之间的混合配向向列(HAN)液晶单元，并且在所述第一状态中，所述第一基板上的液晶分子的配向层是垂直配向层，所述第二基板上的液晶分子的配向层是平面配向层；以及所述垂直配向层在不平行于所述平面配向层的方向上具有预倾斜。

尽管已经关于某个实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员在阅读和理解本说明书和附图时可以想到等同的改变和修改。特别是关于由上述元件(部件，组件，装置，组合物等)执行的各种功能，用于描述这些元件的术语(包括对“方法”的引用)旨在对应，除非另有说明，对于执行所述元件的指定功能的任何元件(即，功能上等同的)，即使在结构上不等同于在本发明的示例性实施例或实施例中执行该功能的所公开的结构。另外，虽然上面仅针对若干实施例中的一个或多个描述了本发明的特定特征，这样的特征可以与其他实施例的一个或多个其他特征组合，其对于任何给定或特定应用可能是被期望的和有利的。

工业适用性

本发明的实施例适用于许多除了广视角公共模式之外还需要强大的窄视角私人模式显示设备。通常在公共场所使用的便携式电子显示装置尤其需要强大的私人模式。这种装置的示例包括移动电话、智能电话、个人数字助理(PDA)、平板电脑和笔记本电脑。