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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-21
(45)【発行日】2023-09-29
(54)【発明の名称】プライバシー表示用タッチスクリーン
(51)【国際特許分類】
G02F 1/1333 20060101AFI20230922BHJP
G02F 1/13363 20060101ALI20230922BHJP
G02F 1/1335 20060101ALI20230922BHJP
G02F 1/13 20060101ALI20230922BHJP
G06F 3/041 20060101ALI20230922BHJP
G06F 3/044 20060101ALI20230922BHJP
G09G 3/36 20060101ALI20230922BHJP
G09G 3/20 20060101ALI20230922BHJP
【ＦＩ】
G02F1/1333
G02F1/13363
G02F1/1335
G02F1/13 505
G06F3/041 410
G06F3/044 126
G09G3/36
G09G3/20 691D
G09G3/20 660R
【請求項の数】
30
(21)【出願番号】P 2020540724
(86)(22)【出願日】2019-01-24
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-05-06
(86)【国際出願番号】 US2019014902
(87)【国際公開番号】W WO2019147771
(87)【国際公開日】2019-08-01
【審査請求日】2022-01-17
(31)【優先権主張番号】62/622,001
(32)【優先日】2018-01-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/673,576
(32)【優先日】2018-05-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/691,896
(32)【優先日】2018-06-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/699,906
(32)【優先日】2018-07-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】516384542
【氏名又は名称】リアルディー スパーク エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ハロルド、ジョナサン
(72)【発明者】
【氏名】ウッドゲート、グラハム ジェイ．
【審査官】鈴木 俊光
(56)【参考文献】
【文献】台湾特許公告第００１６１２３６０（ＴＷ，Ｂ）
【文献】特開２００５－３４５７９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１９８４１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－００９６５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１５６９７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表平０９－５０７３０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００８／００４３６１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３５６９４３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】韓国公開特許第１０－２００８－００３５７７４（ＫＲ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｆ １／１３３３
Ｇ０２Ｆ １／１３３６３
Ｇ０２Ｆ １／１３３５
Ｇ０２Ｆ １／１３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
タッチ入力ディスプレイデバイスであって、光を出力するように配設された空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記ＳＬＭの出力側に配設されたディスプレイ偏光器であって、前記ディスプレイ偏光器が直線偏光器である、ディスプレイ偏光器と、
前記ディスプレイ偏光器の出力側に配設された追加の偏光器であって、前記追加の偏光器が直線偏光器である、追加の偏光器と、
前記ディスプレイ偏光器と前記追加の偏光器との間に配設された液晶材料層を備える切り替え可能な液晶リターダであって、前記切り替え可能な液晶リターダが、偏光方向制御リターダであり、前記偏光方向制御リターダが、前記切り替え可能な液晶リターダの切り替え可能な状態において、同時に、前記切り替え可能な液晶リターダの平面の法線に沿った軸に沿って前記ディスプレイ偏光器を通過する光の直交偏光成分に正味の相対位相シフトを導入しないように、かつ前記切り替え可能な液晶リターダの平面の法線に対して傾斜した軸に沿って前記ディスプレイ偏光器を通過する光の直交偏光成分に相対位相シフトを導入するように配設されている、切り替え可能な液晶リターダと、
前記切り替え可能な液晶リターダの前記状態を制御するための電圧を印加するように配設された切り替え可能なリターダ制御電極と、
前記切り替え可能なリターダ制御電極の出力側の層に配設された少なくとも１つのタッチ電極アレイと、
前記切り替え可能な液晶リターダと、前記切り替え可能な液晶リターダの前記出力側の前記追加の偏光器と、の間に配設された少なくとも１つのパッシブリターダと、
を備え
前記タッチ入力ディスプレイデバイスが１つのタッチ電極アレイを備える場合に、前記タッチ電極アレイが、または前記タッチ入力ディスプレイデバイスが２つ以上のタッチ電極アレイを備える場合に、前記タッチ電極アレイのうちの１つが、前記少なくとも１つのパッシブリターダが１つのパッシブリターダを備える場合に、前記パッシブリターダの表面上に、または前記少なくとも１つのパッシブリターダが２つ以上のパッシブリターダを備える場合に、前記パッシブリターダのうちの１つの表面上に、形成されている、
タッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項2】
前記少なくとも１つのパッシブリターダが、偏光方向制御リターダであり、前記偏光方向制御リターダが、同時に、前記切り替え可能な液晶リターダの平面の法線に沿った軸に沿って前記ディスプレイ偏光器を通過する光の直交偏光成分に正味の相対位相シフトを導入せず、かつ前記切り替え可能な液晶リターダの平面の法線に対して傾斜した軸に沿って前記ディスプレイ偏光器を通過する光の直交偏光成分に相対位相シフトを導入する、請求項１に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項3】
前記少なくとも１つのタッチ電極アレイが、少なくとも１つの誘電体層によって分離された層に配設されたタッチ電極アレイ対を含む、請求項１または２に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項4】
前記タッチ電極アレイ対の各々が、前記タッチ入力ディスプレイデバイスが１つのパッシブリターダを備える場合に、前記パッシブリターダのそれぞれの表面上に、または前記タッチ入力ディスプレイデバイスが２つ以上のパッシブリターダを備える場合に、前記パッシブリターダのうちの１つのそれぞれの表面上に、形成されている、請求項３に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項5】
前記少なくとも１つの誘電体層が、前記タッチ入力ディスプレイデバイスが１つのパッシブリターダを備える場合に、前記パッシブリターダを備え、または前記タッチ入力ディスプレイデバイスが２つ以上のパッシブリターダを備える場合に、前記パッシブリターダのうちの少なくとも１つを備える、請求項３に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項6】
前記タッチ入力ディスプレイデバイスが２つ以上のパッシブリターダを備え、前記少なくとも１つの誘電体層が少なくとも２つのパッシブリターダを備える、請求項３に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項7】
前記少なくとも１つの誘電体層が、リターダではない少なくとも１つの追加の層を備える、請求項３に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項8】
前記少なくとも１つのパッシブリターダが、パッシブ一軸リターダであって、前記パッシブ一軸リターダの平面に対して垂直な光学軸を有する、パッシブ一軸リターダを含む、請求項１または２に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項9】
前記少なくとも１つのパッシブリターダが、パッシブ一軸リターダの対であって、前記パッシブ一軸リターダの平面内に交差する光学軸を有する、パッシブ一軸リターダ対を含む、請求項３に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項10】
前記少なくとも１つのタッチ電極アレイが、前記パッシブ一軸リターダ対のそれぞれのパッシブ一軸リターダの対向表面上に形成されたタッチ電極アレイ対を含み、前記少なくとも１つの誘電体層が、前記パッシブ一軸リターダ対間に配設された少なくとも１つの追加の層を備える、請求項９に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項11】
前記少なくとも１つの誘電体層が、前記タッチ電極アレイ対間に配設された接着層を備える、請求項１０に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項12】
前記少なくとも１つのタッチ電極アレイが、前記パッシブ一軸リターダ対のそれぞれのパッシブ一軸リターダの外面上に形成されたタッチ電極アレイ対を含み、前記少なくとも１つの誘電体層が、前記パッシブ一軸リターダ対を備える、請求項９に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項13】
入力透明支持基板および出力透明支持基板をさらに備え、前記液晶材料層が、前記入力透明支持基板と前記出力透明支持基板との間に配設されており、前記少なくとも１つのタッチ電極アレイが、前記出力透明支持基板の出力側に配設されている、請求項１に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項14】
入力透明支持基板および出力透明支持基板をさらに備え、前記液晶材料層が、前記入力透明支持基板と前記出力透明支持基板との間に配設されており、前記少なくとも１つのタッチ電極アレイが、前記切り替え可能なリターダ制御電極と前記出力透明支持基板との間に配設されている、請求項１に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項15】
前記少なくとも１つのタッチ電極アレイが、前記切り替え可能なリターダ制御電極と前記追加の偏光器との間に配設されている、請求項１に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項16】
前記少なくとも１つのタッチ電極アレイが、前記切り替え可能なリターダ制御電極から分離されている、請求項１に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項17】
前記切り替え可能なリターダ制御電極が、前記液晶材料層の両側に配設されている、請求項１に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項18】
前記ディスプレイ偏光器と前記切り替え可能な液晶リターダとの間に配設された反射偏光器をさらに備える、請求項１に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項19】
制御システムをさらに備え、前記制御システムが、前記切り替え可能な液晶リターダを制御するために前記切り替え可能なリターダ制御電極に駆動電圧を印加するように配設されており、前記制御システムが、容量性タッチ検知のために前記少なくとも１つのタッチ電極アレイにアドレスするように配設されている、請求項１に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項20】
前記駆動電圧が、前記駆動電圧が一定である期間を含む波形を有し、前記制御システムが、前記駆動電圧が一定である前記期間のうちの少なくとも１つの間に前記少なくとも１つのタッチ電極アレイにアドレスするように配設されている、請求項１９に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項21】
前記駆動電圧が、前記駆動電圧が一定であるがそれぞれ異なるレベルである期間を含む波形を有し、前記制御システムが、前記駆動電圧が一定であって同じレベルである前記期間のうちの少なくとも１つの間に前記少なくとも１つのタッチ電極アレイにアドレスするように配設されている、請求項２０に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項22】
前記駆動電圧の前記波形が、正極性の少なくとも１つのパルスを含む正のアドレッシング位相と、負極性の少なくとも１つのパルスを含む負のアドレッシング位相と、を含み、前記正極性の少なくとも１つのパルスのピークと、前記負極性の少なくとも１つのパルスのピークとが、前記駆動電圧が一定である前記期間である、請求項２１に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項23】
前記駆動電圧の前記波形が、正極性の少なくとも１つのパルスおよび少なくとも１つの追加期間を含む正のアドレッシング位相と、負極性の少なくとも１つのパルスおよび少なくとも１つの追加の期間を含む負のアドレッシング位相と、を含み、前記正のアドレッシング位相の前記少なくとも１つの追加の期間と前記負のアドレッシング位相の前記少なくとも１つの追加の期間とが、前記駆動電圧が一定であり、かつ前記正極性の少なくとも１つのパルスの最大レベルと前記負極性の少なくとも１つのパルスの最小レベルとの中間のレベルを有する、前記期間である、請求項２０または２１に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項24】
前記正のアドレッシング位相の前記少なくとも１つの追加の期間と前記負のアドレッシング位相の前記少なくとも１つの追加の期間とが、ゼロボルトのレベルを有する、請求項２３に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項25】
前記正のアドレッシング位相の前記少なくとも１つの追加の期間と前記負のアドレッシング位相の前記少なくとも１つの追加の期間とが、ゼロでない大きさのレベルを有する、請求項２３に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項26】
前記駆動電圧が、前記液晶リターダの一定の液晶光学配向状態を与える二乗平均平方根値を有し、かつゼロの算術平均を有する波形を有する、請求項１９に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項27】
前記制御システムが、前記ＳＬＭにアドレスするようにさらに配設されている、請求項１９に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項28】
前記制御システムが前記切り替え可能なリターダ制御電極に印加するように配設された前記駆動電圧が、前記ＳＬＭにアドレスすることに同期する、請求項２７に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項29】
前記制御システムが、垂直ブランキング間隔を含むアドレッシング方式を使用して前記ＳＬＭにアドレスするように配設されており、前記制御システムが、前記垂直ブランキング間隔中に前記少なくとも１つのタッチ電極アレイにアドレスするように配設されている、請求項２７または２８に記載のタッチ入力ディスプレイデバイス。
【請求項30】
タッチ入力ディスプレイデバイスを制御する方法であって、前記タッチ入力ディスプレイデバイスが、光を出力するように配設された空間光変調器（ＳＬＭ）と、
前記ＳＬＭの出力側に配設されたディスプレイ偏光器であって、前記ディスプレイ偏光器が直線偏光器である、ディスプレイ偏光器と、
前記ディスプレイ偏光器の出力側に配設された追加の偏光器であって、前記追加の偏光器が直線偏光器である、追加の偏光器と、
前記ディスプレイ偏光器と前記追加の偏光器との間に配設された液晶材料層を備える切り替え可能な液晶リターダと、
前記切り替え可能な液晶リターダを制御するための電圧を印加するように配設された切り替え可能なリターダ制御電極と、
前記切り替え可能なリターダ制御電極の出力側の層に配設された少なくとも１つのタッチ電極アレイと、
前記切り替え可能な液晶リターダと、前記前記切り替え可能な液晶リターダの前記出力側の前記追加の偏光器と、の間に配設された少なくとも１つのパッシブリターダと、
を備え、
前記タッチ入力ディスプレイデバイスが１つのタッチ電極アレイを備える場合に、前記タッチ電極アレイが、または前記タッチ入力ディスプレイデバイスが２つ以上のタッチ電極アレイを備える場合に、前記タッチ電極アレイのうちの１つが、前記少なくとも１つのパッシブリターダが１つのパッシブリターダを備える場合に、前記パッシブリターダの表面上に、または前記少なくとも１つのパッシブリターダが２つ以上のパッシブリターダを備える場合に、前記パッシブリターダのうちの１つの表面上に、形成されており、
前記方法が、
前記切り替え可能な液晶リターダを制御するために前記切り替え可能なリターダ制御電極に駆動電圧を印加することであって、前記駆動電圧が、前記駆動電圧が一定である期間を含む波形を有する、印加することと、
前記駆動電圧が一定である前記期間のうちの少なくとも１つの間に容量性タッチ検知のために前記少なくとも１つのタッチ電極アレイにアドレスすることと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、プライバシー表示で使用するための角度照明の制御を備えたディスプレイデバイスと低迷光ディスプレイとのタッチ入力に関する。
【背景技術】
【0002】
プライバシーディスプレイは、（通常、軸上位置にある）主ユーザに画像視認性を提供し、通常、軸外位置にある覗き見者には画像内容の低減された視認性を提供する。プライバシー機能は、ディスプレイから軸上方向には高輝度を透過し、軸外位置では輝度を下げるマイクロルーバー光学フィルムによって提供される場合があるが、このようなフィルムは電気的に切り替え可能でないため、ディスプレイはプライバシーのみの機能に制限される。
【0003】
軸外の光出力を制御することにより、切り替え可能なプライバシーディスプレイが提供される場合がある。
【0004】
軸外プライバシーの制御は、コントラスト低減によって、例えば、面内スイッチングＬＣＤの液晶面外チルトを調整することによって、提供され得る。
【0005】
制御が、軸外輝度低減によってさらに提供され得る。輝度低減は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）空間光変調器（ＳＬＭ）のための切り替え可能なバックライトによって達成され得る。軸外輝度低減は、ＳＬＭの入力および／または出力の方向輝度プロファイルを変調するように配設された切り替え可能な液晶リターダ、偏光器、および補償リターダによっても提供され得る。
【0006】
タッチスクリーンは、観測者の指またはスタイラスから入力位置を受け取るように配設されており、静電容量式タッチ検知技術、抵抗式タッチ検知技術、電磁誘導検知技術、および他の知られているタッチ検知技術を備え得る。
【発明の概要】
【0007】
本開示の第１の態様によれば、タッチ入力ディスプレイデバイスが提供され、タッチ入力ディスプレイデバイスは、光を出力するように配設された空間光変調器（ＳＬＭ）と、ＳＬＭの出力側に配設されたディスプレイ偏光器であって、ディスプレイ偏光器が直線偏光器である、ディスプレイ偏光器と、ディスプレイ偏光器の出力側に配設された追加の偏光器であって、追加の偏光器が直線偏光器である、追加の偏光器と、ディスプレイ偏光器と追加の偏光器との間に配設された液晶材料層を備える切り替え可能な液晶リターダであって、切り替え可能な液晶リターダが、極性制御リターダであり、極性制御リターダが、切り替え可能な液晶リターダの切り替え可能な状態において、同時に、切り替え可能な液晶リターダの平面の法線に沿った軸に沿ってディスプレイ偏光器を通過する光の直交偏光成分に正味の相対位相シフトを導入しないように、かつ切り替え可能な液晶リターダの平面の法線に対して傾斜した軸に沿ってディスプレイ偏光器を通過する光の直交偏光成分に相対位相シフトを導入するように配設されている、切り替え可能な液晶リターダと、切り替え可能な液晶リターダの状態を制御するための電圧を印加するように配設された切り替え可能なリターダ制御電極と、切り替え可能なリターダ制御電極の出力側の層に配設された少なくとも１つのタッチ電極アレイと、を備える。有利なことに、広範囲の視認位置に対して高いコントラストおよび輝度を有する第１のモードと、正面のユーザに対する高いコントラストおよび輝度と軸外位置に対する低い輝度と有する第２のモードと、を有し得る切り替え可能な指向性ディスプレイにタッチ検知を提供することができる。そのようなディスプレイは、切り替え可能なプライバシー動作を提供することができるか、または例えば夜間動作で使用するための切り替え可能な迷光を提供することができる。
【0008】
タッチ入力ディスプレイデバイスは、切り替え可能な液晶リターダと追加の偏光器との間に配設された少なくとも１つのパッシブリターダをさらに備えてもよい。少なくとも１つのパッシブリターダは、極性制御リターダであってもよく、極性制御リターダは、同時に、切り替え可能な液晶リターダの平面の法線に沿った軸に沿ってディスプレイ偏光器を通過した光の直交偏光成分に正味の相対位相シフトを導入せず、かつ切り替え可能な液晶リターダの平面の法線に対して傾斜した軸に沿ってディスプレイ偏光器を通過した光の直交偏光成分に相対位相シフトを導入する。有利なことに、第１のモードで高い画像視認性が達成される極角範囲を増大させることができ、第２のモードで高い視覚セキュリティレベルが達成される極角範囲を増大させることができる。
【0009】
ディスプレイデバイスが１つのタッチ電極アレイを備える場合に、タッチ電極アレイが、またはディスプレイデバイスが２つ以上のタッチ電極アレイを備える場合に、タッチ電極アレイのうちの１つが、ディスプレイデバイスが１つのパッシブリターダを備える場合に、パッシブリターダの表面上に、またはディスプレイデバイスが２つ以上のパッシブリターダを備える場合に、パッシブリターダのうちの１つの表面上に、形成されていてもよい。タッチ検知構造は、単一電極導体堆積プロセスで形成され、指向性ディスプレイに厚さをほとんどまたはまったく追加しなくてもよく、有利なことに低コストであり得る。
【0010】
少なくとも１つのタッチ電極アレイは、少なくとも１つの誘電体層によって分離された層に配設されたタッチ電極アレイ対を含んでもよい。有利なことに、電極ルーティングトポロジーを、単一層に配設されたタッチ電極対と比較して単純化することができ、複雑さが低減され、タッチ電極アレイの精度性能が向上する。
【0011】
タッチ電極アレイ対の各々は、ディスプレイデバイスが１つのパッシブリターダを備える場合に、パッシブリターダのそれぞれの表面上に、またはディスプレイデバイスが２つ以上のパッシブリターダを備える場合に、パッシブリターダのうちの１つのそれぞれの表面上に、形成されていてもよい。有利なことに、電極アレイを形成するための低コストの製造方法を提供することができる。パッシブリターダは、湾曲した、折り曲げ可能な、折りたたみ可能なディスプレイに対応して可撓性を有し得る。追加の厚さがほとんどまたはまったく生じず、コストが最小限に抑えられる。
【0012】
上記の少なくとも１つの誘電体層は、ディスプレイデバイスが１つのパッシブリターダを備える場合に、パッシブリターダを備えてもよいか、またはディスプレイデバイスが２つ以上のパッシブリターダを備える場合に、パッシブリターダのうちの少なくとも１つを備える。層数が低減され、有利なことに、厚さ、複雑さ、およびコストが低減される。
【0013】
ディスプレイデバイスは、２つ以上のパッシブリターダを備えてもよく、上記の少なくとも１つの誘電体層は、少なくとも２つのパッシブリターダを備えてもよい。パッシブリターダを、Ａ－プレートリターダ上に都合よく形成することができ、有利なことに、コストが低減される。さらに、パッシブリターダを、上に電極を形成するのに好適である材料によって提供することができる。
【0014】
上記の少なくとも１つの誘電体層は、リターダではない少なくとも１つの追加の層を備えてもよい。有利なことに、誘電体層を調整して、リターダ材料および厚さの選択とは独立に適切な電気的特性を提供することができる。
【0015】
少なくとも１つのパッシブリターダは、パッシブ一軸リターダであって、パッシブ一軸リターダの平面に対して垂直な光学軸を有するパッシブ一軸リターダを含んでもよい。リターダ数を低減することができ、有利なことに、厚さが低減される。
【0016】
少なくとも１つのパッシブリターダが、パッシブ一軸リターダの対であって、パッシブ一軸リターダの平面内に交差する光学軸を有する、パッシブ一軸リターダ対を含んでもよい。電極アレイは、リターダの各々の一方側に形成され、電極形成の複雑さを低減することができる。有利なことに、製造コストを低減することができる。
【0017】
少なくとも１つのタッチ電極アレイは、パッシブ一軸リターダ対のそれぞれのパッシブ一軸リターダの対向表面上に形成されたタッチ電極アレイ対を含み、上記の少なくとも１つの誘電体層は、パッシブ一軸リターダ対間に配設された少なくとも１つの追加の層を備えてもよい。上記の少なくとも１つの誘電体層は、タッチ電極アレイ対間に配設された接着層を備えてもよい。有利なことに、低コストの構造を提供することができる。タッチ検知の感度の向上を達成するために、追加の層材料および厚さを選択することによって誘電体特性を選択することができる。
【0018】
少なくとも１つのタッチ電極アレイは、パッシブ一軸リターダ対のそれぞれのパッシブ一軸リターダの外面上に形成されたタッチ電極アレイ対を含み、上記の少なくとも１つの誘電体層は、パッシブ一軸リターダ対を備えてもよい。リターダ対を溶媒結合することができ、有利なことに、表面反射および厚さが低減される。
【0019】
タッチ入力ディスプレイデバイスは、入力透明支持基板および出力透明支持基板をさらに備え、液晶材料層は、入力透明支持基板と出力透明支持基板との間に配設されており、少なくとも１つのタッチ電極アレイは、出力透明支持基板の出力側に配設されていてもよい。タッチ入力ディスプレイデバイスは、入力透明支持基板および出力透明支持基板をさらに備え、液晶材料層は、入力透明支持基板と出力透明支持基板との間に配設されており、少なくとも１つのタッチ電極アレイは、切り替え可能なリターダ制御電極と出力透明支持基板との間に配設されていてもよい。タッチ検知構造をＳＬＭの制御から遮蔽することができ、有利なことに、感度が増大する。
【0020】
少なくとも１つのタッチ電極アレイは、切り替え可能なリターダ制御電極と追加の偏光器との間に配設されていてもよい。有利なことに、タッチ電極アレイからの反射の視認性を低減することができる。さらに、タッチ電極アレイをリターダ構造と統合することができ、有利なことに、厚さおよびコストが低減される。
【0021】
少なくとも１つのタッチ電極アレイは、切り替え可能なリターダ制御電極から分離されていてもよい。切り替え可能なリターダ制御電極は、液晶材料層の両側に配設されていてもよい。有利なことに、切り替え可能なリターダを、タッチ電極アレイの制御とは独立に切り替えることができる。
【0022】
タッチ入力ディスプレイデバイスは、制御システムをさらに備えてもよく、制御システムは、切り替え可能な液晶リターダを制御するために切り替え可能なリターダ制御電極に駆動電圧を印加するように配設されていてもよく、制御システムは、容量性タッチ検知のために少なくとも１つのタッチ電極アレイにアドレスするように配設されていてもよい。有利なことに、切り替え可能な方向性ディスプレイの制御およびタッチ制御を、同じデバイスで達成することが可能である。
【0023】
駆動電圧は、駆動電圧が一定である期間を含む波形を有してもよく、制御システムは、駆動電圧が一定である期間のうちの少なくとも１つの間に少なくとも１つのタッチ電極アレイにアドレスするように配設されていてもよい。有利なことに、タッチ信号の信号対雑音比が大きくなり、タッチシステムの感度が向上する。
【0024】
駆動電圧は、駆動電圧が一定であるがそれぞれ異なるレベルである期間を含む波形を有してもよく、制御システムは、駆動電圧が一定であって同じレベルである期間のうちの少なくとも１つの間に少なくとも１つのタッチ電極アレイにアドレスするように配設されていてもよい。タッチ信号の信号対雑音比が増加し、有利なことに、タッチシステムの感度が向上する。
【0025】
駆動電圧の波形は、正極性の少なくとも１つのパルスを含む正のアドレッシング位相と、負極性の少なくとも１つのパルスを含む負のアドレッシング位相と、を含み、正極性の少なくとも１つのパルスのピークと、負極性の少なくとも１つのパルスのピークとが、駆動電圧が一定である上記の期間であってもよい。切り替え可能な液晶リターダの両端間の平均電圧はゼロに維持され、すなわち切り替え可能な液晶リターダの両端間の正味のＤＣ電圧はなく、タッチ信号が取得されるサンプリング期間数が増加する。有利なことに、タッチ位置決定の遅れおよび精度が向上する。
【0026】
駆動電圧の波形は、正極性の少なくとも１つのパルスおよび少なくとも１つの追加期間を含む正のアドレッシング位相と、負極性の少なくとも１つのパルスおよび少なくとも１つの追加の期間を含む負のアドレッシング位相と、を含み、正のアドレッシング位相の少なくとも１つの追加の期間と負のアドレッシング位相の少なくとも１つの追加の期間とが、駆動電圧が一定であり、かつ正極性の少なくとも１つのパルスの最大レベルと負極性の少なくとも１つのパルスの最小レベルとの中間のレベルを有する、上記の期間であってもよい。サンプリング期間数が増加し、タッチ信号処理回路のコモンモード電圧範囲が減少する。有利なことに、タッチ信号処理回路のコストおよび性能が向上する。
【0027】
正のアドレッシング位相の少なくとも１つの追加の期間と負のアドレッシング位相の少なくとも１つの追加の期間とが、ゼロボルトのレベルを有してもよい。サンプリング期間数が増加し、タッチ信号処理回路のコモンモード電圧範囲がさらに減少する。有利なことに、タッチ信号処理回路のコストおよび性能が向上する。
【0028】
正のアドレッシング位相の少なくとも１つの追加の期間と負のアドレッシング位相の少なくとも１つの追加の期間とが、ゼロでない大きさのレベルを有してもよい。サンプリング期間数が増加し、タッチ信号処理回路のコモンモード電圧範囲が減少する。有利なことに、タッチ信号位置の遅れが減少し、タッチ信号処理回路のコストが向上する。
【0029】
駆動電圧は、液晶リターダの一定の液晶光学整合状態を与える二乗平均平方根値を有し、かつゼロの算術平均を有する波形を有してもよい。液晶リターダの両端間の平均の正味のＤＣ電圧はない。液晶材料は、電気化学的に劣化せず、有利なことに、液晶材料の動作寿命が向上する。
【0030】
制御システムは、ＳＬＭにアドレスするようにさらに配設されていてもよい。制御システムの統合により、有利なことに、コストおよび複雑さが節減される。
【0031】
制御システムが切り替え可能なリターダ制御電極に印加するように配設された駆動電圧が、ＳＬＭのアドレッシングに対して同期してもよい。切り替え可能な液晶リターダの電極およびＳＬＭによって生成される電界の相対的なタイミングが固定される。有利なことに、限定されないが「遅い走査バー」を含むスクリーンアーチファクトの任意の出現が低減される。
【0032】
制御システムは、垂直ブランキング間隔を含むアドレッシング方式を使用してＳＬＭにアドレスするように配設されており、制御システムは、垂直ブランキング間隔中に少なくとも１つのタッチ電極アレイにアドレスするように配設されていてもよい。垂直ブランキング期間中、駆動電極上のＳＬＭへの高周波信号遷移の低減が達成される。それらの遷移からの電場放射が低減され、有利なことに、画面のタッチ感度が向上する。
【0033】
駆動電圧の波形は、正の最大電圧を有する第１のアドレッシング正電圧位相を含むアドレッシングシーケンスと、負の最小電圧を有する第２のアドレッシング負電圧位相と、を含んでもよい。第１の位相における駆動電圧の波形は、２つ以上の正の電圧レベルを含んでよく、かつ第２の位相における駆動電圧の波形は、２つ以上の負の電圧レベルを含んでもよいか、または、第１の位相における駆動電圧の波形は、少なくとも１つの正の電圧レベルおよびゼロの電圧レベルを含んでもよく、かつ第２の位相における駆動電圧の波形は、少なくとも１つの負の電圧レベルおよびゼロの電圧レベルを含んでもよい。タッチ入力ディスプレイデバイスは、正の最大電圧と負の最小電圧との中間の中間駆動電圧レベルを含む第３のアドレッシング位相をさらに含んでもよい。中間電圧レベルは、ゼロであってもよい。駆動電圧の波形の二乗平均平方根値は、液晶リターダの一定の液晶光学整合状態を与えるように配設されていてもよく、駆動電圧の波形の算術平均は、ゼロであってもよい。駆動電極が一定レベルにあるときに、タッチ電極アレイに印加され、およびタッチ電極アレイから測定される信号を提供してもよい。切り替え可能な液晶リターダは、リターダの動作寿命が延長されるように、ＤＣバランスされてもよい。有利なことに、タッチ測定システムにおけるノイズが低減され、向上した精度を達成することができる。
【0034】
駆動電圧が同じ一定レベルにあるときに、タッチ電極アレイに印加され、およびタッチ電極アレイから測定される信号を提供することができる。有利なことに、タッチ検知装置のコストおよび複雑さを向上させることができる。
【0035】
切り替え可能な液晶リターダに印加される波形は、ＳＬＭのアドレッシングに対して同期してもよい。ＳＬＭのアドレッシングは、垂直ブランキング間隔を含んでもよく、タッチ電極アレイに印加され、およびタッチ電極アレイから測定される信号は、垂直ブランキング間隔中に提供される。有利なことに、タッチ信号検出器におけるＳＬＭからの電気ノイズが最小化され、タッチ測定の精度および速度が高まる。
【0036】
タッチ入力ディスプレイデバイスは、制御システムをさらに備えてもよく、制御システムは、切り替え可能な液晶リターダを制御するために切り替え可能なリターダ制御電極に駆動電圧を印加するように配設されていてもよく、制御システムは、容量性タッチ検知のために少なくとも１つのタッチ電極アレイにアドレスするように配設されていてもよい。有利なことに、タッチ電極アレイと切り替え可能なリターダ制御電極との間の干渉を低減することができる。
【0037】
駆動電圧は、駆動電圧が一定である期間を含む波形を有してもよく、制御システムは、駆動電圧が一定である期間のうちの少なくとも１つの間に少なくとも１つのタッチ電極アレイにアドレスするように配設されていてもよい。駆動電圧は、駆動電圧が一定であるがそれぞれ異なるレベルである期間を含む波形を有してもよく、制御システムは、駆動電圧が一定であって同じレベルである期間のうちの少なくとも１つの間に少なくとも１つのタッチ電極アレイにアドレスするように配設されていてもよい。駆動電圧の波形は、正極性の少なくとも１つのパルスを含む正のアドレッシング位相と、負極性の少なくとも１つのパルスを含む負のアドレッシング位相と、を含み、正極性の少なくとも１つのパルスのピークと、負極性の少なくとも１つのパルスのピークとが、駆動電圧が一定である上記の期間であってもよい。
【0038】
駆動電圧の波形は、正極性の少なくとも１つのパルスおよび少なくとも１つの追加期間を含む正のアドレッシング位相と、負極性の少なくとも１つのパルスおよび少なくとも１つの追加の期間を含む負のアドレッシング位相と、を含み、正のアドレッシング位相の少なくとも１つの追加の期間と負のアドレッシング位相の少なくとも１つの追加の期間とが、駆動電圧が一定であり、かつ正極性の少なくとも１つのパルスの最大レベルと負極性の少なくとも１つのパルスの最小レベルとの中間のレベルを有する、上記の期間であってもよい。
【0039】
正のアドレッシング位相の少なくとも１つの追加の期間と負のアドレッシング位相の少なくとも１つの追加の期間とが、ゼロボルトのレベルを有してもよい。正のアドレッシング位相の少なくとも１つの追加の期間と負のアドレッシング位相の少なくとも１つの追加の期間とが、ゼロでない大きさのレベルを有してもよい。駆動電圧は、液晶リターダの一定の液晶光学整合状態を与える二乗平均平方根値を有し、かつゼロの算術平均を有する波形を有してもよい。制御システムは、ＳＬＭにアドレスするようにさらに配設されていてもよい。制御システムが切り替え可能なリターダ制御電極に印加するように配設された駆動電圧が、ＳＬＭのアドレッシングに対して同期してもよい。制御システムは、垂直ブランキング間隔を含むアドレッシング方式を使用してＳＬＭにアドレスするように配設されており、制御システムは、垂直ブランキング間隔中に少なくとも１つのタッチ電極アレイにアドレスするように配設されていてもよい。
【0040】
タッチ入力ディスプレイデバイスは、ディスプレイ偏光器と切り替え可能な液晶リターダとの間に配設された反射偏光器をさらに備えてもよい。有利なことに、周囲光におけるプライバシーディスプレイとして使用される場合、増加した軸外反射率が提供されて、覗き見者に対する減少した画像外コントラストを達成することができる。パブリックモードでは、減少した反射率が達成され、これにより広い視野に対して高コントラストのパブリックモードを提供することができる。
【0041】
本開示の第２の態様によれば、タッチ入力ディスプレイデバイスが提供され、タッチ入力ディスプレイデバイスは、ＳＬＭと、ＳＬＭの出力側に配設されたディスプレイ偏光器であって、ディスプレイ偏光器は直線偏光器である、ディスプレイ偏光器と、ディスプレイ偏光器の出力側に配設された追加の偏光器であって、追加の偏光器は直線偏光器である、追加の偏光器と、ディスプレイ偏光器と追加の偏光器との間に配設された複数のリターダと、を備え、複数のリターダは、入力透明支持基板と出力透明支持基板の間に配設された切り替え可能な液晶リターダと、切り替え可能な液晶リターダと追加の偏光器との間に配設された少なくとも１つのパッシブ極性制御リターダと、を備え、出力透明支持基板と追加の偏光器との間に配設された第１のタッチ入力電極アレイおよび第２のタッチ入力電極アレイをさらに備える。
【0042】
第１の入力電極アレイおよび第２の入力電極アレイは、少なくとも１つのパッシブ極性制御リターダの少なくとも１つの表面上に設けられてもよい。少なくとも１つのパッシブ極性制御リターダは、直列に配設されたリターダ対を含み、各パッシブ極性制御リターダは、１つの表面上に配設されたタッチ電極アレイを備えてもよく、タッチ電極アレイは互いに対向し、誘電体材料はタッチ電極アレイ間に配設されている。リターダ対は、各々がリターダの平面に対して垂直な各々の光学軸を有するパッシブ一軸リターダ対、またはリターダの平面内に交差する光学軸を有する、パッシブ一軸リターダ対を含んでもよい。誘電材料は、接着材料を含んでもよい。
【0043】
タッチ入力ディスプレイデバイスは、制御システムをさらに備えてもよく、制御システムは、切り替え可能な液晶リターダに印加される駆動電圧を制御するように、およびタッチ電極アレイに印加され、およびタッチ電極アレイから測定される信号を制御するように、配設されていてもよい。有利なことに、タッチ位置測定を、薄い厚さ、低コスト、高精度、および高速で提供することができる。
【0044】
本開示の第３の態様によれば、タッチ入力ディスプレイデバイスを制御する方法が提供され、タッチ入力ディスプレイデバイスは、光を出力するように配設されたＳＬＭと、ＳＬＭの出力側に配設されたディスプレイ偏光器と、ディスプレイ偏光器の出力側に配設された追加の偏光器と、ディスプレイ偏光器と追加の偏光器との間に配設された液晶材料層を備える切り替え可能な液晶リターダと、切り替え可能な液晶リターダと追加の偏光器との間に配設された少なくとも１つのパッシブリターダと、切り替え可能な液晶リターダを制御するための電圧を印加するように配設された切り替え可能なリターダ制御電極と、切り替え可能なリターダ制御電極の出力側の層に配設された少なくとも１つのタッチ電極アレイと、を備え、方法は、切り替え可能な液晶リターダを制御するために切り替え可能なリターダ制御電極に駆動電圧を印加することであって、駆動電圧が、駆動電圧が一定である期間を含む波形を有する、印加することと、駆動電圧が一定である期間のうちの少なくとも１つの間に容量性タッチ検知のために少なくとも１つのタッチ電極アレイにアドレスすることと、を含む。有利なことに、切り替え可能な指向性ディスプレイは、高感度、高精度、および低遅延を有するタッチ検知を具備することができる。薄い厚さおよび低コストを達成することができる。
【0045】
本開示の各実施形態は、広範な光学システムで使用することができる。実施形態は、様々なプロジェクタ、投影システム、光学部品、ディスプレイ、マイクロディスプレイ、コンピュータシステム、プロセッサ、自己内蔵型プロジェクタシステム、ビジュアルシステムおよび／もしくはオーディオビジュアルシステム、ならびに電気デバイスおよび／もしくは光学デバイスを含んでもよく、またはこれらと共に作動してもよい。本開示の態様は、光学デバイスおよび電気デバイス、光学システム、プレゼンテーションシステム、または任意の種類の光学システムを包含してもよい任意の装置に関連する、実質的にいかなる装置に使用されてもよい。したがって、本開示の実施形態は、視覚的なおよび／または光学的なプレゼンテーション、視覚的な周辺機器などにおいて、ならびに多数のコンピュータ環境において使用される、光学システム、光学デバイスで用いられてもよい。
【0046】
詳細に開示する複数の実施形態に進む前に、本開示は、他の実施形態例が可能であるので、用途または作製において示す特定の配置の詳細に限定されないことを理解するべきである。さらに、本開示の態様は、独自の固有の実施形態を規定するために様々な組み合わせおよび配置で述べられてもよい。また、本明細書で使用する用語は、説明の目的のためのものであって、限定するためのものではない。
【0047】
指向性バックライトは、光導波路の入力開口側に配設された独立したＬＥＤ光源の変調によって通常制御される実質的に出力面全体から発する照明に対する制御を提供する。放出光の指向性分布を制御することで、限られた角度範囲から単一の閲覧者だけがディスプレイを見ることが可能である、セキュリティ機能についての単一人視認と、照明が主として小さな角度方向分布で提供される、高い電気的効率と、時系列の立体表示および自動立体表示のために左目視認と右目視認とを交互させることと、低コストと、を達成することが可能である。
【0048】
本開示の前述および他の利点ならびに特徴は、本開示をその全体にわたって読むことで、当業者に明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0049】
例示のために、実施形態が添付の図面に示され、添付の図面において、同様の参照符号は、類似の部分を示す。
【図1A】ＳＬＭ、反射偏光器、および切り替え可能な液晶リターダを備えるタッチ入力ディスプレイデバイスを透視側面図で例示する図であり、タッチ電極アレイが第１のパッシブ極性制御リターダおよび第２のパッシブ極性制御リターダの対向表面上に設けられている。
【図4C】エンターテインメントモードとシェアリングモードとの両方について車両内に配設された切り替え可能な指向性ディスプレイを有する自動車を側面図で例示する図である。
【図4D】エンターテインメントモードにある、車両内に配設された切り替え可能な指向性ディスプレイを有する自動車を上面図で例示する図である。
【図4E】共有モードにある、車両内に配設された切り替え可能な指向性ディスプレイを有する自動車を上面図で例示する図である。
【図6A】電極が誘電体層の各側に配設されているタッチ入力ディスプレイデバイスの電極および制御システムを透視正面図で例示する図である。
【図6B】電極が誘電体層の同じ側に配設されているタッチ入力ディスプレイデバイスの電極を透視正面図で例示する図である。
【図6C】タッチ入力ディスプレイデバイスのためのさらなる配設の電極を透視正面図で例示する図である。
【図7】タッチ入力デバイスの制御のための回路図を例示する図である。
【図8】電圧波形による切り替え可能な液晶リターダの駆動を透視正面図で例示する図である。
【図9A】切り替え可能な液体電極の駆動のための駆動波形を例示するグラフである。
【図9B】２つの逆相駆動電極を備える切り替え可能な液晶リターダを駆動するための駆動波形を示すグラフである。
【図11A】液晶リターダの両端間に提供される合成電圧波形と、タッチ電極アレイへの印加およびタッチ電極アレイからの測定のための制御信号の対応するタイミングと、を各々例示するグラフである。
【図11B】液晶リターダの両端間に提供される合成電圧波形と、タッチ電極アレイへの印加およびタッチ電極アレイからの測定のための制御信号の対応するタイミングと、を各々例示するグラフである。
【図11C】液晶リターダの両端間に提供される合成電圧波形と、タッチ電極アレイへの印加およびタッチ電極アレイからの測定のための制御信号の対応するタイミングと、を各々例示するグラフである。
【図11D】液晶リターダの両端間に提供される合成電圧波形と、タッチ電極アレイへの印加およびタッチ電極アレイからの測定のための制御信号の対応するタイミングと、を各々例示するグラフである。
【図12A】ゼロボルト駆動電極と交流電圧波形駆動電極とを備える切り替え可能な液晶リターダを駆動するための駆動波形を例示するグラフである。
【図13A】３つの駆動電圧レベルを有する液晶リターダの両端間に提供される合成電圧波形を例示するグラフである。
【図13B】４つの駆動電圧レベルを有する液晶リターダの両端間に提供される合成電圧波形を例示するグラフである。
【図14】液晶リターダの両端間に提供される合成電圧波形と、タッチ電極アレイへの印加およびタッチ電極アレイからの測定のための制御信号の対応するタイミングと、ＳＬＭの垂直ブランキング間隔との同期と、を例示するグラフである。
【図15】液晶リターダの両端間に提供される合成電圧波形、ＳＬＭの駆動と非同期的に、タッチ電極アレイへの印加およびタッチ電極アレイからの測定のための制御信号の対応するタイミングを例示するグラフである。
【図16A】誘電体層が交差Ａ－プレート対によって設けられたタッチ入力ディスプレイデバイスを側面図で例示する図である。
【図16B】誘電体層が交差Ａ－プレート対によって設けられたタッチ入力ディスプレイデバイスを斜視側面図で例示する図である。
【図16C】誘電体層が交差Ａ－プレート対の１つによって設けられたタッチ入力ディスプレイデバイスを斜視側面図で例示する図である。
【図17】誘電体層が２つのＣ－プレート間に設けられたタッチ入力ディスプレイデバイスを斜視側面図で例示する図である。
【図18A】誘電体層がＣ－プレートによって設けられたタッチ入力ディスプレイデバイスを斜視側面図で例示する図である。
【図19A】誘電体層が２つのＡ－プレート間に設けられたタッチ入力の切り替え不可能なプライバシーディスプレイデバイスを斜視側面図で例示する図である。
【図20】タッチ電極アレイ間の誘電体層がパッシブリターダと切り替え可能な液晶リターダの出力面との間に設けられたタッチ入力ディスプレイデバイスを側面図で例示する図である。
【図21A】タッチ電極アレイ間の誘電体層が出力透明支持基板と接着層とによって設けられたタッチ入力ディスプレイデバイスを側面図で例示する図である。
【図21B】液晶制御電極のうちの１つと切り替え可能な液晶リターダの出力透明支持基板との間にタッチ電極アレイが設けられたタッチ入力ディスプレイデバイスを側面図で例示する図である。
【図21C】タッチ電極アレイ間の誘電体層が切り替え可能な液晶リターダの出力透明支持基板によって設けられたタッチ入力ディスプレイデバイスを透視側面図で例示する図である。
【図22】液晶極性制御リターダと追加の偏光器との間にタッチ電極アレイが設けられたタッチ入力切り替え可能なプライバシーディスプレイデバイスを透視側面図で例示する図である。
【図23A】軸外光によるリターダ層の照明を斜視図で例示する図である。
【図23B】０°の第１の直線偏光状態の軸外光によるリターダ層の照明を斜視図で例示する図である。
【図23C】９０°の第１の直線偏光状態の軸外光によるリターダ層の照明を斜視図で例示する図である。
【図23D】４５°の第１の直線偏光状態の軸外光によるリターダ層の照明を斜視図で例示する図である。
【図24A】正の仰角を有する軸外偏光によるＣ－プレートリターダの照明を斜視図で例示する図である。
【図24B】負の横角度を有する軸外偏光によるＣ－プレートリターダの照明を斜視図で例示する図である。
【図24C】正の仰角および負の横角度を有する軸外偏光によるＣ－プレートリターダの照明を斜視図で例示する図である。
【図24D】正の仰角および正の横角度を有する軸外偏光によるＣ－プレートリターダの照明を斜視図で例示する図である。
【図25A】正の仰角を有する軸外偏光による交差Ａ－プレートリターダ層の照明を斜視図で例示する図である。
【図25B】負の横角度を有する軸外偏光による交差Ａ－プレートリターダ層の照明を斜視図で例示する図である。
【図25C】正の仰角および負の横角度を有する軸外偏光による交差Ａ－プレートリターダ層の照明を斜視図で例示する図である。
【図25D】正の仰角および正の横角度を有する軸外偏光による交差Ａ－プレートリターダ層の照明を斜視図で例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【0050】
ここで、本開示の目的のための光学リターダに関する用語を記載する。
【0051】
一軸複屈折材料を含む層には、光学異方性を支配する方向があるのに対して、それに対して垂直な（またはそれに対して所与の角度である）すべての方向には、等価な複屈折がある。
【0052】
光学リターダの光学軸は、複屈折が発生しない一軸性複屈折材料における光線の伝搬方向についていう。これは、例えば、主光線が沿って伝搬する対称軸または表示面の法線に平行であり得る、光学システムの光学軸とは異なる。
【0053】
光学軸に直交する方向に伝搬する光の場合、遅相軸に対して平行な電気ベクトル方向を有する直線偏光が最も遅い速度で進行するとき、光学軸は遅相軸である。遅相軸方向は、設計波長における最も高い屈折率を有する方向である。同様に、進相軸方向は、設計波長における最も低い屈折率を有する方向である。
【0054】
正の誘電異方性一軸複屈折材料の場合、遅相軸方向は、複屈折材料の異常軸である。負の誘電異方性一軸複屈折材料の場合、進相軸方向は、複屈折材料の異常軸である。
【0055】
半波長および四分の一波長という用語は、通常５００ｎｍ～５７０ｎｍであり得る設計波長λ０に対するリターダの動作に関連している。本発明の例示的実施形態では、例示的なリターダンス値は、特に指定のない限り、５５０ｎｍの波長で提供される。
【0056】
リターダは、リターダに入射する光波の２つの直交偏光成分間の相対位相シフトを提供し、２つの偏光成分に付与する相対位相Γの量によって特徴付けられる。状況によっては、「位相シフト」という用語は、「相対」という語を伴わずに使用されるが、それでも相対位相シフトを意味する。相対位相シフトは、次によって、リターダの複屈折Δｎおよび厚さｄに関連する。
Γ＝２．π．Δｎ．ｄ／λ０ 式１
Γ＝２．π．Δｎ．ｄ／λ０ 式１
【0057】
式１中、Δｎは、異常屈折率と常屈折率との差として定義され、すなわち、
Δｎ＝ｎｅ－ｎｏ 式２
Δｎ＝ｎｅ－ｎｏ 式２
【0058】
半波長リターダの場合、ｄ、Δｎ、およびλ０の間の関係は、偏光成分間の位相シフトがΓ＝πであるように選択される。四分の一波長リターダの場合、ｄ、Δｎ、およびλ０の間の関係は、偏光成分間の位相シフトがΓ＝π／２であるように選択される。
【0059】
本明細書における半波長リターダという用語は、通常、リターダに対して法線方向にかつ空間光変調器（ＳＬＭ）に対して法線方向に伝搬する光についていう。
【0060】
次に、偏光器対間の透明なリターダを通る光線の伝搬のいくつかの態様について説明する。
【0061】
光線の偏光状態（ＳＯＰ）は、２つの直交偏光成分間の相対振幅および相対位相シフトによって記述される。透明なリターダは、これら直交偏光成分の相対振幅を変更せずに、それらの相対位相にのみ作用する。直交偏光成分間に正味の位相シフトを提供すると、ＳＯＰが変更される一方、正味の相対位相を維持するとＳＯＰが保持される。
【0062】
直線ＳＯＰには、振幅がゼロでない偏光成分と、ゼロの振幅を有する直交偏光成分と、がある。
【0063】
直線偏光器は、直線偏光器の電気ベクトル透過方向に対して平行な直線偏光成分を有し、かつ異なるＳＯＰの光を減衰させる固有の直線ＳＯＰを透過させる。
【0064】
吸収偏光器は、入射光の１つの偏光成分を吸収し、かつ第２の直交偏光成分を透過する偏光器である。吸収直線偏光器の例は、二色性偏光器である。
【0065】
反射偏光器は、入射光の１つの偏光成分を反射し、かつ第２の直交偏光成分を透過させる偏光器である。反射直線偏光器の例は、３Ｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＤＢＥＦＴＭまたはＡＰＦＴＭなどの多層高分子フィルムスタック、またはＭｏｘｔｅｋ製のＰｒｏＦｌｕｘＴＭなどのワイヤーグリッド偏光器である。
【0066】
正味の相対位相シフトを導入しない直線偏光器と平行直線分析偏光器との間に配設されたリターダは、直線偏光器内の残留吸収以外の光の完全な透過を提供する。
【0067】
直交偏光成分間の正味の相対位相シフトを提供するリターダは、ＳＯＰを変更し、分析偏光器での減衰を提供する。
【0068】
本開示において、「Ａ－プレート」は、光学軸が層の平面に対して平行な複屈折材料層を利用する光学リターダについていう。
【0069】
「正のＡ－プレート」は、正の複屈折Ａ－プレート、すなわち、正のΔｎを有するＡ－プレートについていう。
【0070】
本開示において、「Ｃ－プレート」は、光学軸が層の平面に対して垂直な複屈折材料層を利用する光学リターダについていう。「正のＣ－プレート」は、正の複屈折Ｃ－プレート、すなわち、正のΔｎを有するＣ－プレートについていう。「負のＣ－プレート」は、負の複屈折Ｃ－プレート、すなわち、負のΔｎを有するＣ－プレートについていう。
【0071】
「Ｏ－プレート」は、層の平面に対して平行な成分と層の平面に対して垂直な成分とを有する光学軸を有する複屈折材料層を利用する光学リターダについていう。「正のＯ－プレート」は、正の複屈折Ｏ－プレート、すなわち、正のΔｎを有するＯ－プレートについていう。
【0072】
リターダの材料に、次のように波長λと共に変化するリターダンスΔｎ．ｄを具備する無色リターダが提供されてもよい。
Δｎ ．ｄ／λ ＝κ 式３
Δｎ ．ｄ／λ ＝κ 式３
【0073】
ここで、κは、実質的に一定である。
【0074】
好適な材料の例として、Ｔｅｉｊｉｎ Ｆｉｌｍｓ製の変性ポリカーボネートが挙げられる。本実施形態では、以下に記載するように、輝度低下が少ない極角視線方向と、輝度低下が増大した極角視線方向との間の色交換を有利に最小化するために、無色リターダを設けることができる。
【0075】
次に、リターダおよび液晶に関連して本開示で使用される様々な他の用語について説明する。
【0076】
液晶セルは、Δｎ．ｄによって与えられるリターダンスを有し、ここで、Δｎは、液晶セル内の液晶材料の複屈折であり、ｄは、液晶セル内の液晶材料の整合とは無関係な液晶セルの厚さである。
【0077】
ホモジニアス整合は、分子が基板に対して実質的に対して平行に整合する、切り替え可能な液晶ディスプレイにおける液晶の整合を指す。ホモジニアス整合は、プラナー整合と称されることがある。ホモジニアス整合は、通常、２度などの小さいプレチルトを具備している場合があり、これにより、以下に説明するように、液晶セルの整合層の表面の分子は、わずかに傾斜している。プレチルトは、セルの切り替えの悪化を最小限に抑えるように配設されている。
【0078】
本開示において、ホメオトロピック整合は、棒状液晶分子が基板に対して実質的に垂直に整合する状態である。ディスコティック液晶では、ホメオトロピック整合は、円盤状の液晶分子によって形成された柱状構造の軸が、表面に対して垂直に整合する状態として定義される。ホメオトロピック整合では、プレチルトは、整合層に近い分子の傾斜角であり、通常、９０度に近く、例えば、８８度であり得る。
【0079】
ツイスト液晶層では、ネマチック液晶分子のツイスト構成（らせん構造またはらせんとしても知られている）が設けられる。ツイストは、整合層の非平行整合によって達成され得る。さらに、コレステリックドーパントを液晶材料に添加して、ツイスト方向（時計回りまたは反時計回り）の悪化を解決し、緩和（通常は駆動されない）状態でのツイストのピッチをさらに制御することができる。スーパーツイスト液晶層は１８０度より大きいツイストを有する。ＳＬＭで使用されるツイストネマティック層は、通常、９０度のツイストを有する。
【0080】
正の誘電異方性を有する液晶分子は、印加された電界によって、ホモジニアス整合（Ａ－プレートリターダ配向など）からホメオトロピック整合（Ｃ－プレートまたはＯ－プレートリターダ配向など）に切り替えられる。
【0081】
負の誘電異方性を有する液晶分子は、印加された電界によって、ホメオトロピック整合（Ｃ－プレートまたはＯ－プレートリターダの配向など）からホモジニアス整合（Ａ－プレートリターダ配向など）に切り替えられる。
【0082】
棒状分子は、式２に記載されるように、ｎｅ＞ｎｏであるように、正の複屈折を有する。円盤状分子は、ｎｅ＜ｎｏであるように、負の複屈折を有する。
【0083】
Ａ－プレート、正のＯ－プレート、および正のＣ－プレートなどの正のリターダは、通常、延伸フィルムまたは棒状液晶分子によって提供され得る。負のＣ－プレートなどの負のリターダは、延伸フィルムまたは円盤様液晶分子によって提供され得る。
【0084】
平行な液晶セル整合は、ホモジニアス整合層の整合方向が平行であるか、またはより典型的には逆平行であることについていう。予めチルトしたホメオトロピック整合の場合、整合層は、実質的に平行または逆平行である成分を有し得る。ハイブリッド整合液晶セルは、１つのホモジニアス整合層および１つのホメオトロピック整合層を有し得る。ツイスト液晶セルは、例えば、互いに９０度に配向された、平行な整合を有しない整合層によって提供され得る。
【0085】
透過型ＳＬＭは、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第８，２３７，８７６号に開示されているように、入力ディスプレイ偏光器と出力ディスプレイ偏光器との間にリターダをさらに備えてもよい。このようなリターダ（図示せず）は、本実施形態のパッシブリターダとは異なる箇所にある。このようなリターダは、軸外視認場所のコントラスト劣化を補償し、これは、本実施形態の軸外視認位置の輝度低下に異なる効果である。
【0086】
ディスプレイのプライベート動作モードは、画像が鮮明に見えないような低いコントラスト感度を観測者が見る動作モードである。コントラスト感度は、静止画像の異なるレベルの輝度を区別する能力の尺度である。逆コントラスト感度は、高い視覚セキュリティレベル（ＶＳＬ）が低い画像視認性に対応するという点で、視覚的セキュリティの尺度として使用され得る。
【0087】
観測者に画像を提供するプライバシーディスプレイの場合、視覚的セキュリティは次のように与えられ得る。
ＶＳＬ＝（Ｙ＋Ｒ）／（Ｙ－Ｋ） 式４
ＶＳＬ＝（Ｙ＋Ｒ）／（Ｙ－Ｋ） 式４
【0088】
ここで、ＶＳＬは、視覚的セキュリティレベル、Ｙは、覗き見者視野角でのディスプレイの白状態の輝度、Ｋは、覗き見者視野角でのディスプレイの黒状態の輝度、Ｒは、ディスプレイからの反射光の輝度である。
【0089】
パネルのコントラスト比は次のように与えられる。
Ｃ＝Ｙ／Ｋ 式５
Ｃ＝Ｙ／Ｋ 式５
【0090】
高コントラストの光学ＬＣＤモードの場合、白状態の透過率は視野角に対して実質的に一定のままである。本実施形態のコントラスト減少液晶モードでは、白状態の透過率は、通常、次のように、黒状態の透過率が増加するにつれて減少する。
Ｙ＋Ｋ～Ｐ．Ｌ 式６
Ｙ＋Ｋ～Ｐ．Ｌ 式６
【0091】
次に、視覚的セキュリティレベルは、次のようにさらに与えられ得る。
【数1】
【0092】
ここで、軸外相対輝度Ｐは、通常、覗き見者角度での正面輝度Ｌのパーセンテージとして定義され、ディスプレイは、画像コントラスト比Ｃを有することができ、表面反射率はρである。
【0093】
軸外相対輝度Ｐは、プライバシーレベルと呼ばれることがある。ただし、このようなプライバシーレベルＰは、正面輝度と比較した所与の極角でのディスプレイの相対輝度を表し、プライバシーの外観の尺度ではない。
【0094】
ディスプレイは、ランバートの周囲照度Ｉで照明される場合がある。したがって、完全に暗い環境では、高コントラストディスプレイは、およそ１．０のＶＳＬを有する。周囲照度が増加するにつれて、知覚される画像コントラストが低下し、ＶＳＬが増加し、プライベート画像が知覚される。
【0095】
典型的な液晶ディスプレイの場合、パネルコントラストＣは、ほぼすべての視野角で１００：１を超えるため、視覚的なセキュリティレベルを次のように近似することができる。
ＶＳＬ＝１＋ｌ．ρ／（π．Ｐ．Ｌ） 式８
ＶＳＬ＝１＋ｌ．ρ／（π．Ｐ．Ｌ） 式８
【0096】
プライバシーディスプレイと比較して、広角ディスプレイは標準的な周囲照度条件で容易に観測されることが望ましい。画像視認性の１つの尺度は、次によって与えられるマイケルソンコントラストなどのコントラスト感度によって与えられる。
Ｍ＝（Ｉｍａｘ－Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ） 式９
Ｍ＝（Ｉｍａｘ－Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ） 式９
【0097】
したがって、
Ｍ＝（（Ｙ＋Ｒ）－（Ｋ＋Ｒ））／（（Ｙ＋Ｒ）＋（Ｋ＋Ｒ））＝（Ｙ－Ｋ）／（Ｙ＋Ｋ＋２．Ｒ） 式１０
Ｍ＝（（Ｙ＋Ｒ）－（Ｋ＋Ｒ））／（（Ｙ＋Ｒ）＋（Ｋ＋Ｒ））＝（Ｙ－Ｋ）／（Ｙ＋Ｋ＋２．Ｒ） 式１０
【0098】
したがって、視覚的セキュリティレベル（ＶＳＬ）は、１／Ｍと等価である（ただし、同一ではない）。本考察では、与えられた軸外相対輝度Ｐについて、広角画像の視認性Ｗは、次のように近似される。
Ｗ＝１／ＶＳＬ＝１／（１＋Ｉ．ρ／（π．Ｐ．Ｌ）） 式１１
Ｗ＝１／ＶＳＬ＝１／（１＋Ｉ．ρ／（π．Ｐ．Ｌ）） 式１１
【0099】
プライバシーディスプレイなどのディスプレイ、および夜間使用のためのディスプレイなどの低迷光ディスプレイでも使用のために、ディスプレイ出力偏光器と追加の偏光器との間に配設された切り替え可能な液晶リターダを備える切り替え可能な指向性ディスプレイ装置にタッチパネル機能を提供することが望ましい。
【0100】
図１Ａは、空間光変調器（ＳＬＭ）４８、反射偏光器３０２、および切り替え可能な液晶リターダ３０１を備えるタッチ入力ディスプレイデバイス１００を斜視側面図で例示する図であり、タッチ電極アレイ５００、５０２は、第１のパッシブ極性制御リターダ３３０Ａおよび第２のパッシブ極性制御リターダ３３０Ｂの対向表面上に設けられており、図１Ｂは、図１Ａの光学スタックにおける光学層および電極層の整合を正面図で例示する図である。
【0101】
本開示において、指２５の場所は、以降でさらに記載されるように、タッチ電極アレイ５００、５０２および制御システム４００、４５０、２５０、３５０によって検出される。
【0102】
タッチ入力ディスプレイデバイス１００は、光４００を出力するように配設されたＳＬＭ４８と、ＳＬＭ４８の出力側に配設されたディスプレイ偏光器２１８と、ディスプレイ偏光器２１８の出力側に配設された追加の偏光器３１８と、ディスプレイ偏光器２１８と追加の偏光器３１８との間に配設された液晶材料４１４の層３１４を備える切り替え可能な液晶リターダ３０１と、切り替え可能な液晶リターダ３０１と追加の偏光器３１８との間に配設されたパッシブ極性制御リターダ３３０Ａ、３３０Ｂと、切り替え可能な液晶リターダ３０１を制御するための電圧Ｖを印加するように配設された切り替え可能なリターダ制御電極４１３、４１５と、切り替え可能なリターダ制御電極４１３、４１５の出力側の層に配設されたタッチ電極アレイ５００、５０２と、を備える。
【0103】
ディスプレイ偏光器２１８、反射偏光器３０２、および追加の偏光器３１８は、それぞれ電気ベクトル透過方向２１９、３０３、３１９を有する直線偏光器である。
【0104】
切り替え可能な液晶リターダ３０１は、透明支持基板３１２、３１６を備える。電極４１３、４１５および整合層（図示せず）は、液晶材料４１４の層３１４に整合および電気的な制御を提供するために、それぞれ支持基板３１２、３１６の対向表面上に配設されている。切り替え可能なリターダ制御電極４１３、４１５は、液晶材料４１４の層３１４の両側に配設されている。
【0105】
タッチ電極アレイ５００、５０２の対の各々は、ディスプレイデバイスが２つ以上のパッシブリターダを備える図１Ａ～図１Ｂの場合、パッシブ極性制御リターダ３３０Ａ、３３０Ｂのうちの１つのそれぞれの表面上に形成されている。タッチ電極アレイ５００は、パッシブ極性制御リターダ３３０Ａの表面上に形成されており、タッチ電極アレイ５０２は、パッシブ極性制御リターダ３３０Ｂの表面上に形成されている。
【0106】
タッチ電極アレイは、一軸リターダ３３０Ａ、３３０Ｂであるパッシブ極性制御リターダ対のそれぞれのパッシブ極性制御リターダの対向表面上に形成されたタッチ電極アレイ５００、５０２の対を含み、少なくとも１つの誘電体層５０４は、パッシブ一軸リターダ対間に配設された少なくとも１つの追加の層を備える。タッチ電極アレイ５００、５０２の対は、誘電体層５０４によって分離された層に配設されている。誘電体層５０４は、切り替え可能な液晶層３１４と追加の偏光器３１８との間に配設されている。第１のタッチ電極アレイ５００および第２のタッチ電極アレイ５０２は、誘電体層５０４上および誘電体層５０４の各側に配設されている。
【0107】
タッチ電極アレイ５００、５０２は、切り替え可能なリターダ制御電極４１３、４１５と追加の偏光器３１８との間に配設されており、切り替え可能なリターダ制御電極４１３、４１５から分離されている。
【0108】
タッチ入力ディスプレイデバイス１００は、制御システム４００をさらに備え、制御システム４００は、ドライバ３５０によって切り替え可能な電圧リターダ３０１を制御するために、切り替え可能な電圧リターダ制御電極４１３、４１５に駆動電圧Ｖを印加するように配設されている。制御システム４００は、容量性タッチ検知のためにタッチ電極アレイ５００、５０２にアドレスするようにさらに配設されている。
【0109】
任意による反射偏光器３０２は、ディスプレイ偏光器２１８と極性制御リターダ３００との間に配設されている。極性制御リターダ３００は、反射偏光器３０２（または反射偏光器３０２が省略されている場合は出力偏光器２１８）と追加の偏光器３１８との間に配設されている。反射偏光器３０２の電気ベクトル透過方向３０３は、ディスプレイ偏光器２１８の電気ベクトル透過方向２１９と追加の偏光器３１８の電気ベクトル透過方向３１９とに対して平行である。
【0110】
図１Ａ～図１Ｂの実施形態では、極性制御リターダ３００は、パッシブ極性制御リターダ３３０および切り替え可能な液晶リターダ３０１を備えるが、一般に、少なくとも１つのリターダの他の構成によって置き換えられてもよく、そのいくつかの例が、下記のデバイスに存在する。
【0111】
本実施形態は、高い視覚的セキュリティレベルが達成される広い極性領域を有するプライバシーモードと、高い画像視認性が達成される広い極性領域を有するパブリック動作モードと、の間で切り替え可能な切り替え可能なプライバシーディスプレイを提供する。上記のプライバシーディスプレイの動作は、これから説明するように、極性制御リターダ３００によって提供される。
【0112】
少なくとも１つの極性制御リターダ３００は、切り替え可能な液晶リターダ３０１の切り替え可能な状態において、同時に、少なくとも１つの極性制御リターダ３００の平面の法線に沿った軸に沿って反射偏光器３０２を通過する光の直交偏光成分に正味の相対位相シフトを導入しないように、かつ少なくとも１つの極性制御リターダ３００の平面の法線に対して傾斜した軸に沿って反射偏光器３０２を通過する光の直交偏光成分に正味の相対位相シフトを導入するように配設された切り替え可能な液晶リターダ３０１を含む。
【0113】
極性制御リターダ３００は、図１Ａ～図１Ｂではパッシブ一軸リターダの平面内に交差する光学軸を有するパッシブ単軸リターダ３３０Ａ、３３０Ｂの対を備える、少なくとも１つのパッシブ極性制御リターダ３３０をさらに備える。パッシブ極性制御リターダ３３０Ａ、３３０Ｂは、同時に、切り替え可能な液晶リターダの平面３０１の法線に沿ってディスプレイ偏光器２１８および反射偏光器３０２を通過する光の直交偏光成分に正味の相対位相シフトを導入せず、かつ切り替え可能な液晶リターダの平面の法線に対して傾斜した軸に沿ってディスプレイ偏光器を通過する光の直交偏光成分に相対位相シフトを導入する極性制御リターダ３００を提供する。
【0114】
極性制御リターダ３００は、極性制御リターダ３００の平面の法線に沿った軸に沿って反射偏光器３０２、極性制御リターダ３００、および追加の偏光器３１８を通過する光の輝度に影響を与えないが、極性制御リターダ３００は、切り替え可能なリターダ３０１の切り替え可能な状態のうちの少なくとも１つにおいて、極性制御リターダ３００の平面の法線に対して傾斜した軸に沿ってそこを通過する光の輝度を低減する。この効果につながる原理は、図２３Ａ～図２５Ｅを参照して以下により詳細に記載されており、極性制御リターダ３００の結晶材料に対して異なる角度をなす軸に沿った光に極性制御リターダ３００によって導入された位相シフトの有無を基に生じる。以下に記載するすべてのデバイスで同様の効果が達成される。
【0115】
制御システム４００は、ＳＬＭ４８に対処するようにさらに配設されている。制御システムは、（ｉ）ＳＬＭコントローラ２５０によってＳＬＭ４８に画像データを提供し、（ｉｉ）電圧ドライバ３５０の制御を提供して、切り替え可能な液晶リターダに印加される駆動電圧を制御し、（ｉｉｉ）タッチコントローラ４５０およびタッチドライバ４５２、４５４によって、タッチ電極アレイ５００、５０２に印加され、そこから測定される信号を制御する、ように配設されたシステムコントローラ４００を備える。
【0116】
ここで、極性制御リターダ３００の動作についてさらに記載する。
【0117】
図２Ａ～図２Ｂは、プライバシー動作モードおよびパブリック動作モードでそれぞれ動作するための図１Ａのタッチ入力ディスプレイデバイスを異なる透視側面図で例示する概略図である。さらに詳細には考察されていない図２Ａ～図２Ｂの実施形態の特徴は、特徴のあらゆる潜在的な変形を含む、上記で考察される等価な参照番号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【0118】
タッチ電極アレイは、パッシブ一軸リターダ３３０Ａ、３３０Ｂの対の対向表面上に配設されている。誘電体層５０４は、パッシブ一軸リターダ対の対向表面上に配設されたタッチ電極アレイ間に設けられた接着層を備える。誘電体層５０４は、例えば、光学的に透明な接着剤（ＯＣＡ）または感圧接着剤（ＰＳＡ）を含んでもよく、または別の誘電体材料によって提供されてもよい。
【0119】
タッチ指２５は、指グリースに対する機械的堅牢性および耐性を達成するための疎油性ハードコーティングを有するガラスカバーであり得る基板３２０の近くにあり得るか、またはそれと接触し得る。タッチ制御はまた、ペンまたはスタイラスによって提供されてもよい。
【0120】
動作中、液晶材料４１４の層３１４は、電圧ドライバ３５０により第１の電圧波形Ｖａで駆動されて、図２Ａのプライバシー動作のための第１の液晶整合を提供し、電圧ドライバ３５０により第２の電圧波形Ｖｂで駆動されて、図２Ｂの広角動作のための第２の液晶整合を提供する。
【0121】
少なくとも１つのパッシブ極性制御リターダ３３０は、直列に配設されたリターダ３３０Ａ、３３０Ｂの対を含み、各パッシブ極性制御リターダ３３０Ａ、３３０Ｂは、１つの表面上に配設されたタッチ電極アレイ５００またはタッチ電極アレイ５０２を含み、タッチ電極アレイ５００、５０２は互いに対向し、誘電体材料５０４はタッチ電極アレイ５００、５０２間に配設されている。
【0122】
タッチ電極アレイ５００、５０２は、例えばＩＴＯ、銀ナノワイヤまたは導電性ポリマーなどの透明な導体を含んでもよい。それらは、物理蒸着、スパッタリング、蒸発、インクジェット印刷または接触印刷を含む既知の技術によって形成されてもよい。それらは、マスクまたはフォトレジストの使用とエッチングとによってパターン化されてもよい。電極が可撓性リターダ基板、例えばＰＣまたはＣＯＣ／ＣＯＰ上に形成されるとき、電極堆積プロセスの種類および温度は、溶融または基板を回避するように制御されてもよい。インクジェットおよび接触印刷などの本来低温のプロセスでは、基板のガラス転移温度を超えることなく電極層を生成することができる。
【0123】
別個の基板上に形成されたタッチ電極アレイ５００、５０２の引き回しのトポロジーは、電極がリターダの単一の表面上に設けられる場合、引き回しトポロジーよりも多くのオプションを有し、引き回しトポロジーよりも単純であってもよい。単層として形成される場合、２つの電極アレイは、（中間の絶縁ブリッジまたは中間の誘電体層を追加するための特設の処理ステップを伴わずに）交差する電極トレースを有することができない。例えば、中間誘電体層は、電極アレイ５００、５０２が単一の表面上に形成される場合、電極層５００、５０２の層間に設けられてもよい。そのようなアレイの製造は、コストを増加させる電極アレイ形成プロセス中に整合を必要とする。有利なことに、電極アレイ５００、５０２の形成のコストは、電極アレイ５００、５０２がリターダ３００Ａ、３００Ｂである異なる基板上に形成されるときに低減され得る。
【0124】
【0125】
図３Ａは、プライバシー動作モードにおける図１Ａおよび図２Ａの透過光線の極性方向による出力輝度の変化を例示する概略グラフであり、図３Ｂは、プライバシー動作モードにおける図１Ａおよび図２Ａの反射光線の極性方向による反射率の変化を例示する概略グラフであり、図３Ｃは、パブリック動作モードにおける図１Ａおよび図２Ｂの透過光線の極性方向による出力輝度の変化を例示する概略グラフであり、図３Ｄは、表１に例示される実施形態を含む、パブリックモードにおける図１Ａおよび図２Ｂの反射光線の極性方向による反射率の変化を例示する概略グラフである。
【表1】
【0126】
本実施形態では、切り替え可能な液晶リターダ３０１は、液晶材料４１４の層３１４に隣接して、およびその各側に配置された２つの表面整合層（図示せず）を備える。各整合層は、隣接する液晶材料４１４においてホモジニアス整合を提供するように配設されている。切り替え可能な液晶リターダ３０１の液晶材料４１４の層３１４は、正の誘電異方性を有する液晶材料４１４を含む。液晶材料４１４の層は、５００ｎｍ～９００ｎｍの範囲で、好ましくは６００ｎｍ～８５０ｎｍの範囲で、および最も好ましくは７００ｎｍ～８００ｎｍの範囲で、５５０ｎｍの波長の光に対するリターダンスを有する。少なくとも１つのリターダ３３０は、リターダの平面内に交差する光学軸を有するパッシブリターダ３０８Ａ、３０８Ｂの対をさらに含み、パッシブリターダ対の各パッシブリターダは、３００ｎｍ～８００ｎｍの範囲で、好ましくは３５０ｎｍ～６５０ｎｍの範囲で、最も好ましくは４５０ｎｍ～５５０ｎｍの範囲で、５５０ｎｍの波長の光に対するリターダンスを有する。
【0127】
本実施形態において、「交差する」は、リターダの平面内の２つのリターダの光学軸間の実質的に９０°の角度についていう。パッシブリターダは、低コストおよび高い均一性を有利に達成するために、延伸フィルムを使用して提供されてもよい。リターダ材料のコストを低減するために、例えば、フィルム製造中の延伸誤差に起因するリターダ配向のいくらかの変動を材料に提供することが望ましい。
【0128】
したがって、図３Ｃおよび図３Ｄに例示されるようなパブリック動作モードでは、実質的に、高輝度出力および低反射率が、広い視認自由度にわたって提供される。比較すると、図３Ａおよび図３Ｂに例示されるように、軸外の視認位置に位置する観測者に対して輝度は増加し、反射率は減少する。
【0129】
例えばプライバシーディスプレイで使用され、ディスプレイ偏光器と追加の偏光器との間に配設された複数のリターダを備える切り替え可能な指向性ディスプレイデバイスは、米国特許第１０，１２６，５７５号と、２０１８年９月１４日に出願された「Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｔａｃｋ ｆｏｒ ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｄｉｓｐｌａｙ」（代理人整理番号４１２１０１）と題する米国特許出願第１６／１３１，４１９号と、にさらに記載されており、その両方は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。ディスプレイ偏光器とリターダとの間に配設された反射偏光器をさらに備える指向性ディスプレイデバイスは、米国特許公開第２０１８／０３２９２４５号に記載されており、これは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。ディスプレイ偏光器と追加の偏光器との間に配設されたパッシブリターダを備える指向性ディスプレイ偏光器は、米国特許公開第２０１８／０３２１５５３号に記載されており、これは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0130】
有利なことに、切り替え可能なプライバシーディスプレイは、プライバシー動作モードにおいて高い視覚的セキュリティレベルが提供される大きい極性領域と、パブリック動作モードにおいて高い画像視認性が提供される大きい極性領域と、を具備することができる。タッチ電極アレイは、低コストかつ最小限の追加の厚さで提供される。プライバシーモードでは正面のディスプレイユーザに、またパブリックモードでは複数のディスプレイユーザに、高い画像コントラストを提供することができる。
【0131】
【0132】
図４Ａは、パブリックモードで動作しているディスプレイのインターフェース表面からの反射周囲光の観測を正面斜視図で例示する概略図である。いくつかの光線４０４は、追加の偏光器３１８の前面、またはカバーガラスおよびディスプレイの他の表面によって反射され得る。通常、このような反射率は、空気と偏光器との界面または空気とガラスとの界面でのフレネル反射に起因して、垂直入射の結合光学スタックでは４％、４５度入射の結合光学スタックでは約５％であり得る。したがって、ソース６０４の低輝度反射画像６０５は、ディスプレイ１００の前面の覗き見者によって観測され得る。さらに、暗い画像データ６０１および明るい画像データ６０３は、画像データが鮮明に観測できるように、観測者４７によって高輝度で見られる。ディスプレイ出力光４００は、両方が画像データを見ることができ、かつ有利にパブリックモードが提供されるように、両方の観測者４５、４７に光を提供する。
【0133】
図４Ｂは、プライバシーモードで動作している図１Ａのディスプレイに対する反射周囲光の観測を正面斜視図で例示する概略図である。図４Ａと比較すると、軸外の偏光が反射偏光器３０２から反射されるため、光源６０４の反射６０６から実質的により高い反射輝度が観測される。
【0134】
覗き見者４７が占める領域２７内のさらなる画像輝度は、領域２６内の観測者４５への光と比較して実質的に減少する。したがって、覗き見者４７に対して画像の視認性が低下し、プライベート画像が有利に提供される。
【0135】
反射画像６０６の形状および分布は、周囲光源６０４の空間分布によって決定されるが、特に追加の偏光器３１８の出力表面における拡散層によってさらに決定され得る。
【0136】
自動車に制御可能なディスプレイ照明を設けることがさらに望ましい場合がある。
【0137】
図４Ｃは、娯楽動作モードと共有動作モードとの両方について、自動車６００の車室６０２内に配設された切り替え可能な指向性ディスプレイ１００を有する自動車を側面図で例示する概略図である。光円錐６１０（例えば、輝度がピーク輝度の５０％よりも大きい光の円錐を表す）は、仰角方向におけるディスプレイ１００の輝度分布によって提供されてもよく、切り替え可能ではない。さらに、ディスプレイ反射率は、この光円錐６１０の外側の正面反射率と比較して増加し得る。
【0138】
図４Ｄは、エンターテインメント動作モードで車室６０２内に配設され、プライバシーディスプレイと同様に動作する切り替え可能な指向性ディスプレイ１００を有する自動車を上面図で例示する概略図である。光円錐６１２は、狭い角度範囲を具備しており、これにより、乗客６０６にはディスプレイ１００が見え得るが、運転者６０４には低下した輝度および増加した反射率の結果としてディスプレイ１００上の画像が見えないことが可能である。有利なことに、エンターテインメント画像は、運転者６０４の邪魔になることなく乗客６０６に表示され得る。
【0139】
図４Ｅは、共有動作モードで車室６０２内に配設された切り替え可能な指向性ディスプレイ１００を有する自動車を上面図で例示する概略図である。光円錐６１４は、例えばディスプレイが動いていないとき、または邪魔にならない画像が提供されるときに、すべての搭乗者がディスプレイ１００上の画像を知覚し得るように、広い角度範囲を具備している。
【0140】
さらに、夜間動作における迷光を低減することができ、それにより、車室内の邪魔な内部光が低減され、車両の近くにある物体の運転者の視認性が有利に向上する。図４Ａ～図４Ｅのディスプレイは、高感度および高画像品質を有するタッチ検知機能を有利に具備することができる。
【0141】
次に、タッチ入力構造の動作についてさらに記載する。
【0142】
図５は、図１Ａのタッチ入力ディスプレイデバイスを側面図で例示する概略図である。さらに詳細には考察されていない図５の実施形態の特徴は、特徴の任意の潜在的な変形を含めて、上記で考察される等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【0143】
タッチ動作モードでは、タッチ電極アレイ５００、５０２に印加され、そこから測定される信号は、実効静電容量５７１を有する突出した静電場５７０を生じる。指２５は、力線５７２のいくらかの歪みを生じ、タッチ電極アレイ５００、５０２から測定される静電容量を変更する。
【0144】
ＳＬＭ４８は、ピクセル駆動電極２０２を具備する。ＳＬＭ４８のピクセルに提供される信号が、タッチ制御システムのための信号によって干渉されないこと、およびタッチ制御システムの感度が、ＳＬＭ４８に提供される信号によって干渉されないことが望ましい。本実施形態では、電極４１３、４１５は、ピクセル駆動電極２０２とタッチ検知システムとの間のシールドを提供する。上述の電気信号シールドは、タッチ信号検出の信号対雑音比を増加させる。有利なことに、タッチ感度が増大し、画像安定性が劣化しない。さらに、本実施形態は、ＳＬＭ４８内のピクセル間位置でタッチ検知方法を使用する必要がないため、ピクセルの開口率が増加する。有利なことに、増加した開口率は、ディスプレイパネルを通したより多くの光透過を可能にする。さらに有利なことに、ディスプレイの解像度は、ＳＬＭ４８のピクセル位置でのタッチ検知回路の統合によって低下しない。
【0145】
いくつかの知られているディスプレイは、ディスプレイからの光放射と指またはタッチスタイラスとの相互作用を使用する。パブリックモードとプライベートモードとで光の出力角度が異なる場合、タッチシステムの感度および性能は、表示モードによって変わり得る。タッチ電極５００、５０２がＳＬＭ４８のピクセル平面に位置しない、記載された実施形態では、タッチ検知の動作および感度が、ディスプレイがパブリックモードで動作しているか、またはプライバシーモードで動作しているかとは独立である。
【0146】
次に、タッチ電極アレイ５００、５０２の配設について記載する。
【0147】
図６Ａは、タッチ入力ディスプレイデバイス用の電極および制御システム４００、４５０、３５０、２５０を斜視正面図で示す概略図である。さらに詳細には考察されていない図６Ａの実施形態の特徴は、特徴の任意の潜在的な変形を含めて、上記で考察される等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【0148】
タッチ電極アレイ５００、５０２は、誘電体層５０４の各側に配設されている。システムコントローラ４００は、タッチコントローラからの信号の駆動および測定が、切り替え可能な液晶リターダの駆動電圧が一定、例えばゼロである時間中に行われ得るように、電圧ドライバ３５０およびタッチコントローラ４５０が同期できるようにする。これにより、測定プロセスの信号対雑音比（ＳＮＲ）を向上させることができ、タッチ感度と電気的干渉に対する耐性とが増大する。測定または検出される静電容量の変動は、フェムトファラッドのオーダーであり得る。測定回路は、静電容量－電圧変換器回路を備えてもよく、アナログ信号処理回路をさらに備えてもよい。代替的にまたは追加的に、静電容量－デジタル回路を使用することができ、デジタル信号処理機能をさらに備えることができる。測定回路は、ＳＮＲを向上させるために波形４３６でゲート制御されてもよい。測定回路は、タッチパネル信号駆動の周波数帯域を優先して区別し、かつ他の周波数を区別してＳＮＲを向上させるための周波数フィルタリングを含んでもよい。電極４１５および４１３は、タッチ電極アレイ５００、５０２からＳＬＭ４８への高周波駆動信号をスクリーニングすることができ、それにより、ＳＬＭ４８の垂直ブランキング間隔（ＶＢＩ）に同期することを必要とせずに、測定プロセスのＳＮＲを向上させることができる。ただし、システムコントローラ４００はまた、例えば、タッチコントローラの信号の駆動および測定が、ＳＬＭ４８アドレッシングのＶＢＩの間に発生し、タッチ測定のＳＮＲをさらに向上させるように、タッチコントローラ４５０とＳＬＭ４８とを同期させてもよい。
【0149】
制御システム４００が切り替え可能なリターダ制御電極４１３、４１５に印加するように配設される駆動電圧は、ＳＬＭ４８のアドレッシングに対して同期する。
【0150】
動作中、（ｉ）画像データの駆動、（ｉｉ）ワイド動作モードとプライバシー動作モードとの両方のための切り替え可能な液晶層の制御、および（ｉｉｉ）タッチ入力を提供することが望ましい。
【0151】
いくつかの種類のディスプレイは、セル内タッチを提供する、すなわち、電極２０２は、タッチ入力機能をさらに提供することができる。本実施形態と比較すると、セル内タッチ突出力線５７０がＳＬＭ４８の電極２０２のうちのいくつかによって提供されるとした場合、液晶リターダの電極４１３、４１５は、このようなセル内電極からの突出場を遮蔽することができ、タッチ電極アレイ２０２からの信号の測定の信号対雑音比を減少させることができる。したがって、このようなセル内タッチ電極アレイ２０２は、切り替え可能な液晶リターダ３１４の存在下でのタッチ機能の提供には効果的でない可能性がある。動作中、液晶リターダの電極４１３、４１５は、タッチ電極アレイ５００、５０２からの突出場５７０がタッチ電極アレイ５００、５０２からの信号の測定の信号対雑音比を減少し得るように、さらなる電気力線を生じてもよい。タッチドライバ４５２、４５４およびタッチ制御システム４５０を備えるタッチ制御システムに高い信号対雑音比を提供することが望ましいであろう。
【0152】
切り替え可能な液晶層３１４の電極４１３、４１５によるタッチ信号の遮蔽を伴わずにタッチ入力を達成することが望ましいであろう。
【0153】
図６Ｂは、タッチ入力ディスプレイデバイスのためのさらなる電極配設を透視正面図で例示する概略図である。図６Ａの配設と比較して、タッチ電極アレイは、補償リターダ３３０の単一の表面上に配設された単一のアレイ５０３である。有利なことに、より単純な構造が提供され得る。タッチ電極アレイ５０３は、少なくとも１つのパッシブ極性制御リターダ３３０のうちの１つの表面上に形成されている。
【0154】
図６Ｃは、タッチ入力ディスプレイデバイスのさらなる配設の電極アレイ５００、５０２を透視正面図で例示する概略図である。図６Ｂと比較して、同じ表面上の電極は、電極アレイ５００、５０２間の交差部で小さな絶縁ブリッジ（図示せず）によって互いに絶縁されている。この配設は、電極セット間のフリンジ場を増加させ、したがって検出および測定のＳＮＲが増加する。
【0155】
図６Ｄは、図６Ｃの断面Ａ－Ａ'の配設を側断面図で例示する概略図であり、絶縁ブリッジが、連続する誘電体層５０４によって置き換えられている。さらに詳細には考察されていない図６Ｃ～図６Ｄの実施形態の特徴は、特徴のあらゆる潜在的な変形を含む、上記で考察される等価な参照番号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【0156】
次に、タッチセンサからの信号を駆動および測定するための制御回路について記載する。
【0157】
図７は、タッチ入力デバイスの制御の等価回路を例示する概略図である。タッチパネルシステムは、基準電位Ｖｒｅｆ＿１に対して電圧Ｖｓｏｕｒｃｅを生成することができ、これは、後述するように、複雑な波形であり得る。Ｖｓｏｕｒｃｅは、以下で説明するように、タッチパネル電極の第１のアレイに印加される。第１の電極アレイは、第２の電極アレイの要素と共に、キャパシタの空間マトリクス、例えばＣｍａｔｒｉｘを形成している。第２の電極アレイは、基板の同じ側、基板の各側、または２つの別個の基板上にあってもよい。パルスＶｓｏｕｒｃｅが第１の電極アレイに印加されると、信号、例えば電圧Ｖｄｅｔｅｃｔが、第２の電極アレイで検出され得る。電圧Ｖｓｏｕｒｃｅおよび検出電圧Ｖｄｅｔｅｃｔは、ディスプレイ表面にわたる静電容量の空間アレイを測定するために、第１の電極アレイおよび第２の電極アレイをそれぞれ含む電極のうちの１つ以上に順次走査または接続され得る。パネル表面がタッチされると、指の存在がその近傍の電場を歪め、これは静電容量の変化として検出でき、関連付けられた静電容量のマトリクスの各々での電圧Ｖｄｅｔｅｃｔの変化として測定され得る。この静電容量の変化は、Ｃｆｉｎｇｅｒによって例示されている。主電源に接続された機器の場合、Ｖｒｅｆ＿１およびＶｒｅｆ＿２は、接地電位にあると見なせる。バッテリ駆動機器の場合、Ｖｒｅｆ＿１は、浮遊電位と見なせる。
【0158】
本明細書の図では、明確にするために１本の指２５が示されているが、本実施形態のタッチパネルは、１本以上の指からの複数のタッチを解決することができる。指（または複数の指）は、Ｃｍａｔｒｉｘの１つ以上の要素に適用可能な誘電体の変化を生成し、これは、Ｖｄｅｔｅｃｔでの静電容量の変化として検出され得る。
【0159】
第２の電極アレイは、異なる形状の電極を含んでもよい。特に、形状は、指の存在によって引き起こされるＶｄｅｔｅｃｔへの必要な信号電圧変化と、例えばアンテナとして作用する指によって拾われた注入ノイズ電圧と、をより簡単に区別できるように設計されてもよい。
【0160】
図８は、液晶材料４１４を含む液晶層３１４を内包する切り替え可能なリターダの電極４１３、４１５に配線４２７、４２９を接続することによって駆動される電圧波形４３０、４３２を有する切り替え可能な液晶リターダの駆動を透視正面図で例示する概略図である。さらに詳細には考察されていない図８の実施形態の特徴は、特徴の任意の潜在的な変形を含めて、上記で考察される等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【0161】
次に、切り替え可能な液晶リターダおよびタッチコントローラ４５０の駆動波形について記載する。
【0162】
図９Ａは、ゼロボルトである、電極４１３に提供される第１の電圧波形４３０と、デュアルレール電源が設けられる場合の、交流電圧波形である、電極４１５に提供される第２の電圧波形４３２と、を含む、切り替え可能な液晶リターダの駆動のための駆動波形を例示する概略グラフである。電圧波形４３０は、接地電位または電池駆動機器の基準電位にあり得る。電圧波形４３２は、正の最大＋Ｖ１を具備する第１のアドレッシング正電圧位相と、負の最小電圧－Ｖ１を有する第２のアドレッシング負電圧位相と、を有することができる。この配設を使用して、切り替え可能な液晶リターダは、単一の駆動増幅器によって駆動され得る。有利なことに、駆動回路の複雑さが低減される。
【0163】
図９Ｂは、シングルレール電源のみが電圧レールＶ１を具備する場合の切り替え可能な液晶リターダを駆動するための代替の駆動電圧波形４３０、４３２を例示する概略グラフである。さらに詳細には考察されていない図９Ｂの実施形態の特徴は、特徴の任意の潜在的な変形を含めて、上記で考察される等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【0164】
波形４３０、４３２は、逆位相で駆動されて示されている。この配設を使用して、切り替え可能な液晶リターダは、２つの駆動増幅器によって駆動され得る。有利なことに、電源はシングルレールタイプであり得、したがって複雑さおよびコストを低減することができる。
【0165】
図１０は、図９Ａ～図９Ｂの駆動波形について液晶リターダ３０１の両端間に提供される合成電圧波形４３４と、タッチコントローラ４５０の制御信号についての波形４３６と、を例示する概略グラフである。さらに詳細には考察されていない図１０の実施形態の特徴は、特徴の任意の潜在的な変形を含めて、上記で考察される等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【0166】
駆動電圧の波形４３４は、正の最大電圧レベル４３５を有する第１のアドレッシング正電圧位相４３１と、負の最小電圧レベル４３７を有する第２のアドレッシング負電圧位相４３３と、を含むアドレッシングシーケンスを含む。図１０の液晶材料の層３１４の両端間の駆動電圧の波形４３４では、電圧遷移は，本質的に瞬間的であるとして示されている。実際には、いくらかの遷移時間が存在する。液晶材料の層３１４の両端間の駆動電圧は、駆動電圧が一定である期間４５１、４５３を含む波形４３４を有し、制御システム４００は、駆動電圧が一定である期間４５１、４５３のうちの少なくとも１つの間に少なくとも１つのタッチ電極アレイ５００、５０２にアドレスするように配設されている。したがって、波形４３６は、期間４５１中に提供される。別の実施形態では、波形４３６は、期間４５３中に提供されてもよい。
【0167】
駆動電圧の波形４３４の算術平均はゼロである。換言すると、電極４１３、４１５間の、切り替え可能な液晶層３１４がとる算術平均電位は、ゼロである。有利なことに、液晶リターダの層３１４内の液晶材料４１４は、ＤＣバランスされる。電荷移動の影響が最小限に抑えられ、セルの寿命およびパフォーマンスが最適化される。
【0168】
図１０は、タッチコントローラ４５０に印加されるタッチ制御波形４３６をさらに例示している。タッチ制御波形４３６が第１のロー状態にあるとき、信号はコントローラ４５０に提供されず、タッチ検知は提供されない。タッチ制御波形４３６が第２のハイ状態にあるとき、信号がコントローラ４５０に提供され、信号がタッチドライバ４５２、４５４によってタッチ電極アレイ５００、５０２に印加され、そこから測定される。
【0169】
したがって、合成電圧波形４３４の駆動電圧が一定レベルにあるときに、タッチ電極アレイ５００、５０２に印加され、そこから測定される信号が提供される。
【0170】
タッチ制御波形４３６のアクティブ状態は、波形４３４の一定電圧レベルの長さ以下である期間、例えば期間４３１に、提供される。さらに、タッチ電極アレイ５００、５０２に印加され、そこから測定される信号は、信号が波形４３４で印加され、測定されるたびに、電圧波形４３４の駆動電圧が同じ一定レベル４３５であるときに提供される。
【0171】
タッチ位置の検出の信号対雑音比は、切り替え可能な液晶リターダ電極４１３、４１５上の変化する電場からの干渉に起因する、タッチ電極アレイ５００、５０２が遭遇するフリンジ場の変動が減少するために増加し、したがって、指の近傍からの静電容量の変動への寄与は、区別するのがより容易である。有利なことに、タッチ検出の感度を増大させ、精度を向上させることができる。
【0172】
タッチ測定システムの信号対雑音比を増大させることが望ましい。次に、さらなる電圧波形４３４および対応するタッチ制御波形４３６について記載する。
【0173】
図１１Ａ～図１１Ｄは、各々、液晶リターダ層３１４の両端間に提供される合成電圧波形４３４と、タッチ電極アレイ５００、５０２への印加およびそこからの測定のためのタッチ制御信号４３６の対応するタイミングと、を例示する概略グラフである。さらに詳細には考察されていない図１１Ａ～図１１Ｄの実施形態の特徴は、特徴のあらゆる潜在的な変形を含む、上記で考察される等価な参照番号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【0174】
したがって、第１の位相における駆動電圧の波形４３４は、少なくとも１つの正の電圧レベルおよびゼロの電圧レベルを含み、第２の位相における駆動電圧の波形は、少なくとも１つの負の電圧レベルおよびゼロの電圧レベルを含む。
【0175】
図１１Ａでは、液晶材料４１４の層３１４の両端間の駆動電圧は、駆動電圧が一定である期間４５１、４５３、４５５を含む波形４３４を有し、制御システム４００は、駆動電圧が一定である期間４５１、４５５のうちの少なくとも１つの間に少なくとも１つのタッチ電極アレイ５００、５０２にアドレスするように配設されている。駆動電圧の波形４３４は、レベルＶ２を有する正極性の少なくとも１つのパルス４６１を含む正のアドレッシング位相４３１と、レベル－Ｖ２を有する負極性の少なくとも１つのパルス４６３を含む負のアドレッシング位相４３３と、を含む。
【0176】
波形４３６は、期間４５１、４５５の間に提供される。駆動電圧は、駆動電圧は一定であるが、それぞれ異なるレベル＋Ｖ２、０、－Ｖ２である期間４５１、４５３、４５５を含む波形４３４を有し、制御システム４００は、駆動電圧が一定であり、ゼロボルトである同じレベルである期間４５１、４５５のうちの少なくとも１つの間に、少なくとも１つのタッチ電極アレイ５００、５０２にアドレスするように配設されている。
【0177】
換言すると、駆動電圧の波形４３４は、正極性の少なくとも１つのパルス４６１および少なくとも１つの追加期間４６５を含む正のアドレッシング位相４３１と、負極性の少なくとも１つのパルス４６３および少なくとも１つの追加の期間４６７を含む負のアドレッシング位相４３３と、を含み、正のアドレッシング位相４３１の少なくとも１つの追加の期間４６５と負のアドレッシング位相４３３の少なくとも１つの追加の期間４６７とが、駆動電圧が一定であり、かつ正極性の少なくとも１つのパルス４６１の最大レベルと負極性の少なくとも１つのパルス４６３の最小レベルとの中間のレベルを有する、上記の期間４５１、４５５である。正のアドレッシング位相４３１の少なくとも１つの追加の期間４６５と負のアドレッシング位相４３３の少なくとも１つの追加の期間４６７とは、ゼロボルトのレベルを有する。
【0178】
駆動電圧は、液晶リターダ３０１の一定の液晶光学整合状態を与える二乗平均平方根値を有し、かつゼロの算術平均を有する波形４３４を有する。
【0179】
図１１Ａは、タッチ制御信号が、タッチ電極アレイに印加され、そこから測定され、駆動電圧波形４３４が一定レベルであるとき、および電圧波形４３４がゼロボルトであるとき、Ｔｓ以下の時間中に提供されることを例示している。電圧駆動波形４３４は、例えば時間Ｔｄ中に示される他の時間ではゼロでなくてもよい。
【0180】
図１０の配設と比較して、タッチ位置の検出の信号対雑音比は、切り替え可能な液晶リターダ電極４１３、４１５上の電場からの干渉に起因する、タッチ電極アレイ５００、５０２が遭遇するフリンジ場の絶対レベルが減少するために増加し、したがって、指２５の近傍からの静電容量の変動への寄与は、区別するのがより容易である。有利なことに、タッチ検出の感度を増大させ、精度を向上させることができる。
【0181】
高周波検出により、指２５の記録された位置で知覚される遅延が減少する。スロットＴｓ全体またはＴｓ内の一部は、タッチ電極アレイに印加され、そこからから測定される信号に使用されてもよい。
【0182】
代替的に、波形４３４中のゼロ電圧タイムスロットのうちのいくつかは、タッチ測定に使用されなくてもよく、すなわち、波形４３６のうちのいくつかが除去されてもよい。これは、切り替え可能な液晶リターダの動作周波数をより高いレベルに設定することを可能にしつつ、タッチ信号の測定のコントローラ４５０におけるより低い処理負荷を達成する。有利なことに、切り替え可能な液晶リターダの動作周波数を、材料および光学システムに適合するように自由に設定することができる。
【0183】
タッチ測定が提供される時間の長さを増加させることが望ましい場合がある。
【0184】
図１１Ｂに示されるように、波形４３４のゼロ電圧時間を増加させてもよい。望ましい液晶整合を維持するために、負の最小電圧－Ｖ３および正の最大電圧＋Ｖ３は、図１１Ａに示されるＶ２よりも大きい大きさを有してもよい。切り替え可能な液晶層３１４への同じ全体の二乗平均平方根（ＲＭＳ）駆動が提供され得る。増加した検出時間により、より多くの電極を測定できるようになり、これによりタッチ位置測定の精度を高めることができる。指向性出力を有利に維持することができ、検出時間を、有利なことに感度、応答時間、および精度が達成されるように増加させることができる。
【0185】
切り替え可能な液晶リターダ電極４１３、４１５からの電場内の高周波時間信号を低減することが望ましい場合がある。
【0186】
図１１Ｃに示されるように、駆動電圧の波形は、方形波以外であり得る。例えば、台形波形プロファイル４３９を有する波形４３４を使用すると、高周波フーリエ成分が減少し、液晶リターダ３０１の駆動による電気的干渉が減少する。有利なことに、タッチ測定の信号対雑音比を向上させることができる。
【0187】
【0188】
したがって、タッチ入力ディスプレイデバイス１００を制御する方法は、光４００を出力するように配設されたＳＬＭ４８と、ＳＬＭ４８の出力側に配設されたディスプレイ偏光器２１８と、ディスプレイ偏光器２１８の出力側に配設された追加の偏光器３１８と、ディスプレイ偏光器２１８と追加の偏光器３１８との間に配設された液晶材料４１４の層３１４を備える切り替え可能な液晶リターダ３０１と、切り替え可能な液晶リターダ３０１と追加の偏光器３１８との間に配設された少なくとも１つのパッシブ極性制御リターダ３３０と、切り替え可能な液晶リターダ３０１を制御するための電圧を印加するように配設された切り替え可能なリターダ制御電極４１３、４１５と、切り替え可能なリターダ制御電極４１３、４１５の出力側の少なくとも１つの層に配設された少なくとも１つのタッチ電極アレイ５００、５０２と、を備え、方法は、切り替え可能な液晶リターダ３０１を制御するために切り替え可能なリターダ制御電極４１３、４１５に駆動電圧を印加することであって、駆動電圧が、駆動電圧が一定である期間４５１、４５３、４５５を含む波形４３４を有する、印加することと、駆動電圧が一定である期間４５１、４５３、４５５のうちの少なくとも１つの間に容量性タッチ検知のために少なくとも１つのタッチ電極アレイ４１３、４１５にアドレスすることと、を含む。
【0189】
タッチ位置の測定の周波数をさらに増加させることが望ましい場合がある。
【0190】
図１２Ａは、２つのさらなる例示的な駆動電圧波形４３０、４３２を例示する概略グラフであり、図１２Ｂは、合成電圧波形４３４を例示する概略グラフである。さらに詳細には考察されていない図１２Ａ～図１２Ｂの実施形態の特徴は、特徴のあらゆる潜在的な変形を含む、上記で考察される等価な参照番号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【0191】
第１のアドレッシング位相４３１および第２のアドレッシング位相４３３の各々は、正の最大電圧４３５と負の最小電圧４３７との中間の駆動電圧レベル４４１を含む。中間電圧レベル４４１は、ゼロボルトである。換言すると、第１の位相４３１における電圧波形４３４は、少なくとも１つの正の電圧レベル４３５およびゼロの電圧レベル４４１を含み、第２の位相４３３における駆動電圧の合成波形４３４は、少なくとも１つの負の電圧レベル４３７およびゼロの電圧レベル４４１を含む。
【0192】
駆動電圧の波形４３４の二乗平均平方根（ＲＭＳ）値は、液晶リターダの一定の液晶光学整合状態を与えるように配設されており、駆動電圧の波形４３４の算術平均は、ゼロである。
【0193】
例示のように、タッチ電極アレイに印加され、そこから測定される信号が提供され得るタイムスロットＴｓの密度または周波数の増加が、提供されてもよい。測定タイムスロットＴｓの密度を増加させることにより、タッチ信号測定の遅延を減少させることができ、それにより、指２５または複数の指が動いているときのタッチ相互作用の信頼性が向上する。切り替え可能な液晶リターダの電圧が同じ一定値である間にタッチ電極アレイ５００、５０２に印加され、そこから測定される信号を提供することにより、タッチ測定システムの信号対雑音比が向上し、信頼性が有利に向上する。
【0194】
状況によっては、接地以外の電圧でタッチ信号を測定することが望ましいであろう。
【0195】
図１３Ａ～図１３Ｂは、それぞれ３つおよび４つの駆動電圧レベルを有する液晶リターダの両端間に提供される合成電圧波形を例示する概略グラフである。さらに詳細には考察されていない図１３Ａ～図１３Ｂの実施形態の特徴は、特徴のあらゆる潜在的な変形を含む、上記で考察される等価な参照番号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【0196】
正のアドレッシング位相４３１の少なくとも１つの追加の期間４６５と負のアドレッシング位相４３３の少なくとも１つの追加の期間４６７とは、ゼロでない大きさのレベルＶ１を有する。
【0197】
図１３Ａでは、第１の位相４３１における電圧波形４３４は、第１の正の電圧レベル４３５および第２の電圧レベル４４２を含み、第２の位相４３３における駆動電圧の合成波形４３４は、少なくとも１つの負電圧レベル４３７および第２の電圧レベル４４２を含む。
【0198】
図１３Ｂでは、第１の位相４３１における駆動電圧の波形４３４は、複数の正の電圧レベル４３５、４４３を含み、第２の位相４３３における駆動電圧の波形４３４は、２つ以上の負電圧レベル４４４、４３７を含む。
【0199】
接地信号が多くの高周波電気ノイズを有する場合、合成電圧波形４３４が接地から離れている間にタッチ信号の測定を行うことができる。有利なことに、タッチ信号検出の信頼性を向上させることができる。
【0200】
図１４は、液晶リターダの両端間にかかる合成電圧波形４３４、タッチ電極アレイ５００、５０２への印加およびそこからの測定のための制御信号波形４３６の対応するタイミング、ならびにＳＬＭ４８の垂直ブランキング間隔（ＶＢＩ）との同期を例示する概略グラフである。さらに詳細には考察されていない図１４の実施形態の特徴は、特徴の任意の潜在的な変形を含めて、上記で考察される等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【0201】
本明細書の他の実施形態の二相アドレッシング波形４３４と比較して、電圧波形４３４は、正の最大電圧４３５と負の最小電圧４３７との中間の中間駆動電圧レベル４４６を含む第３のアドレッシング位相４２５を含む。中間電圧レベル４４６は、ゼロとして例示されている。
【0202】
制御システム４００は、垂直ブランキング間隔ＶＢＩを含むアドレッシング方式を使用してＳＬＭ４８にアドレスするように配設されており、制御システム４００は、垂直ブランキング間隔ＶＢＩ中に少なくとも１つのタッチ電極アレイ５００、５０２にアドレスするように配設されている。
【0203】
したがって、切り替え可能な液晶リターダに印加される波形４３６は、ＳＬＭ４８のアドレッシングに対して同期する。ＳＬＭ４８のアドレッシング波形４３８は、垂直ブランキング間隔（ＶＢＩ）を含み、タッチ電極アレイ５００、５０２に印加され、そこから測定される波形４３６は、垂直ブランキング間隔（ＶＢＩ）中に提供される。有利なことに、ＳＬＭ４８のデータアドレッシングを含む高周波信号からの干渉が低減されるため、タッチ検出の信号対雑音比を向上することができる。
【0204】
切り替え可能な液晶リターダの位置がＳＬＭ４８とタッチ電極アレイとの間にある場合に、切り替え可能な液晶リターダの電極は、高周波ＳＬＭデータ位相４３８の電気ノイズ効果をタッチ検出回路から実質的に遮蔽することができ、これにより、ＳＬＭへの同期が提供されない可能性がある。ＳＬＭ４８のＶＢＩと同期することにより、タッチ電極システムからの位置更新の周波数が減少し、したがって、動く指の位置遅れエラーを増加させる。このことは、ＳＬＭのアドレッシング周波数が、例えば電力を節減するために、６０Ｈｚ未満に低下した場合、特に問題である。
【0205】
例えば指２５の高速移動のために、ＳＬＭ４８のアドレッシングとは異なるタッチ測定更新レートを提供することが望ましい場合がある。
【0206】
図１５は、ＳＬＭ４８の駆動波形４３８と非同期でタッチ電極アレイ５００、５０２への印加およびそこからの測定のための制御信号波形４３６の対応するタイミングである、液晶リターダの両端間に提供される合成電圧波形４３４を例示する概略グラフである。さらに詳細には考察されていない図１５の実施形態の特徴は、特徴の任意の潜在的な変形を含めて、上記で考察される等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【0207】
有利なことに、増加した応答速度および低減された遅延を、タッチシステムによって提供することができる。加えて、ＳＬＭ４８への駆動信号を、タッチパネルとは独立して動作させることができ、それらの電気的統合を必要とすることなく、別個のサプライヤによって提供することができる。タッチ電極アレイ５００からのＳＬＭ４８の電気ノイズを遮蔽することは、タッチパネルの更新周波数をＳＬＭ４８アドレッシングのＶＢＩ期間に制限せずに信号対雑音比を維持し、これらのコンポーネントが同期を伴わずに独立して動作されることを可能にすることを意味する。特に、タッチパネル制御および測定の信号は、例えば「Ｆｒｅｅｓｙｎｃ（商標）」技術と互換性のあるＳＬＭで使用されているように、ＳＬＭ４８の可変アドレッシングリフレッシュレートから独立しており、かつ互換性を有することができる。
【0208】
次に、タッチ電極アレイを備える切り替え可能な指向性ディスプレイの他の構造について記載する。
【0209】
図１６Ａは、誘電体層５０４が交差Ａ－プレート対によって提供されるタッチ入力ディスプレイデバイスを側面図で例示する概略図であり、図１６Ｂは、誘電体層が交差Ａ－プレート３３０Ａ、３３０Ｂの対によって提供されるタッチ入力ディスプレイデバイスを側面図で例示する概略図である。したがって、誘電体層５０４は、少なくとも１つのパッシブ極性制御リターダを備える。さらに詳細には考察されていない図１６Ａ～図１６Ｂの実施形態の特徴は、特徴のあらゆる潜在的な変形を含む、上記で考察される等価な参照番号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【0210】
ディスプレイデバイス１００は、２つ以上のパッシブ極性制御リターダ３３０Ａ、３３０Ｂを備え、少なくとも１つの誘電体層５０４は、すべてのパッシブ極性制御リターダ３３０Ａ、３３０Ｂを備える。タッチ電極アレイは、パッシブ一軸リターダ３３０Ａの対のそれぞれのパッシブ一軸リターダの外面上に形成されたタッチ電極アレイ５００、５０２の対を含み、少なくとも１つの誘電体層５０４は、パッシブ一軸リターダ３３０Ａ、３３０Ｂの対を備える。
【0211】
有利なことに、交差Ａ－プレートリターダ３３０Ａ、３３０Ｂは、高い視認セキュリティレベルのために広い視野を達成することができる。電極を、低コストでロールツーロール製造法でＡ－プレートリターダ３３０Ａ、３３０Ｂの一方の側に便利に提供することができる。リターダ３３０Ａ、３３０Ｂは、厚さおよび複雑さを低減し、環境的および機械的ストレスに対する堅牢性を高めるために、溶媒結合によって取り付けられてもよい。
【0212】
図１６Ａ～図１６Ｂは、軸外輝度制御を有するディスプレイを提供するために反射偏光器３０２を省略できることをさらに例示する。軸外反射は、側方反射が望ましくないと考えられる配設では低減される。有利なことに、厚さおよびコストを低減することができる。
【0213】
図１６Ｃは、誘電体層が交差Ａ－プレートパッシブ極性制御リターダ３３０Ａの対のうちの一方によって提供されるタッチ入力ディスプレイデバイスを側面図で例示する概略図である。したがって、誘電体層５０４は、少なくとも１つのパッシブ極性制御リターダを備える。さらに詳細には考察されていない図１６Ｃの実施形態の特徴は、特徴のあらゆる潜在的なバリエーションを含む、上記で考察される等価な参照番号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【0214】
少なくとも１つのパッシブリターダは、パッシブ一軸リターダの平面内に交差する光学軸を有するパッシブ一軸リターダ３３０Ａ、３３０Ｂの対を含む。上記の少なくとも１つの誘電体層５０４は、パッシブ極性制御リターダ３３０Ａを備え、ディスプレイデバイス１００は、２つのパッシブ極性制御リターダ３３０Ａ、３３０Ｂを備える。
【0215】
図１Ａおよび図２Ａの配設と比較して、誘電体層５０４は、交差Ａ－プレートパッシブ極性制御リターダ３３０Ａ、３３０Ｂを備える。Ａ－プレートは、例えば、薄い厚さの構造が有利に提供される溶媒結合によって、接触して結合されてもよい。有利なことに、厚さを低減することができる。図１６Ｂの配設と比較して、電極アレイ５００、５０２は、単一の基板上に形成されており、単一の要素のみに電極が設けられるので、製造コストを低減することができる。さらに、誘電体の厚さが低減されるため、タッチスクリーンの静電容量検知の動作特性を向上させることができる。有利なことに、電極アレイ５００のうちの少なくとも１つを、パッシブ極性制御リターダ３３０Ｂの他方によって保護することができる。
【0216】
Ａ－プレートではない補償リターダ３３０を提供することが望ましい場合がある。
【0217】
図１７は、各々がリターダの平面に対して垂直な光学軸を有するパッシブ一軸リターダ対であるＣ－プレート３３０Ａ、３３０Ｂの対間に誘電体層が設けられたタッチ入力ディスプレイデバイスを斜視側面図で例示する概略図である。さらに詳細には考察されていない図１７の実施形態の特徴は、特徴の任意の潜在的な変形を含めて、上記で考察される等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。リターダ３３０Ａ、３３０Ｂの対は、各々がリターダの平面に対して垂直な光学軸を有するパッシブ一軸リターダ対を含む。誘電材料５０７は、電極アレイ５００、５０２間の誘電層５０４に設けられていてもよく、例えば、接着材料であってもよい。
【0218】
図１６Ｂと比較して、図３Ａ～図３Ｄの高い画像視認性のための極性領域は、例えば、パブリック動作モードでの視認自由度を高めるように向上し得る。さらに、Ｃ－プレートの材料または複数の材料の処理は、図２ＡのＡ－プレートの材料とは異なり得、ＩＴＯなどの透明電極の異なる接着を提供することができる。さらに、電極の配向を、望ましくはリターダの平面内の延伸方向に整合させず、コストおよび複雑さを低減する。
【0219】
図１８Ａは、誘電体層５０４が、リターダの平面に対して垂直な光学軸を有する単一のＣ－プレート３３０によって提供されるタッチ入力ディスプレイデバイスを斜視側面図で例示する概略図であり、図１８Ｂは、図１８Ａのタッチ入力ディスプレイデバイスを側面図で例示する概略図である。例示的な実施形態を表２に与える。さらに詳細には考察されていない図１８Ａ～図１８Ｂの実施形態の特徴は、特徴のあらゆる潜在的な変形を含む、上記で考察される等価な参照番号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【表2】
【0220】
パッシブ極性制御リターダ３３０は、パッシブ一軸リターダ３３０の平面に対して垂直な光学軸を有するパッシブ一軸リターダを含む。誘電体層５０４は、パッシブ極性制御リターダ３３０を備える。タッチ電極アレイ５００、５０２は、パッシブ極性制御リターダ３３０の各側に配設されている。有利なことに、膜数を低減することができ、厚さ、コストおよび複雑さが低減される。
【0221】
単一のパッシブ極性制御リターダ３３０は、誘電体層５０４を提供する。有利なことに、ディスプレイデバイスの厚さ、コスト、および複雑さが低減される。Ｃ－プレートの使用により、パブリックモードでの高い画像視認性のための視野を増大させることができ、プライバシー動作モードでの高い視認セキュリティレベルのための視野を増大させることができる。
【0222】
横方向と仰角方向との両方で輝度の低減を提供することが望ましい場合がある。
【0223】
図１９Ａは、２つの交差Ａプレート対を備えるパッシブ極性制御リターダ３３０Ａ～Ｄの光学スタックを側面斜視図で例示する概略図であり、図１９Ｂは、表３に例示される構造を備える図１９Ａのパッシブリターダ内の透過光線についての極性方向による出力透過率の変化を例示する概略グラフである。さらに詳細には考察されていない図１９Ａ～図１９Ｂの実施形態の特徴は、特徴のあらゆる潜在的な変形を含む、上記で考察される等価な参照番号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【表3】
【0224】
したがって、リターダは、リターダの平面内に交差する光学軸を有するパッシブ極性制御リターダ３３０Ａ、３３０Ｄを含む。リターダ対は各々、互いに異なる角度で整合するそれぞれの光学軸を有する複数のＡ－プレートを備える。パッシブ極性制御リターダ３３０Ｂ、３３０Ｃの対は、ディスプレイ偏光器２１０の電気ベクトル透過２１１に対して平行である電気ベクトル透過方向に対して、各々がそれぞれ９０°および０°で延在する光学軸を有する。
【0225】
パッシブ極性制御リターダ３３０Ａ、３３０Ｄは、ディスプレイ偏光器２１８の電気ベクトル透過に対して平行である電気ベクトル透過方向２１１に対して、それぞれ４５°および１３５°で延在する光学軸を有する。
【0226】
ディスプレイは、第１の言及したパッシブ極性制御リターダ３３０Ａ、３３０Ｄ間に配置された、パッシブ極性制御リターダ３３０Ｂ、３３０Ｃの対をさらに含み、リターダの平面内に交差する光学軸を有する。パッシブ極性制御リターダ３３０Ｂ、３３０Ｃの追加の対は、ディスプレイ偏光器２１０、３１６の電気ベクトル透過に対して平行である電気ベクトル透過方向２１１、３１７に対して、各々がそれぞれ０°および９０°で延在する光学軸を有する。
【0227】
【0228】
本実施形態は、いくらかの回転対称性を有する透過率プロファイルを提供する。有利なことに、プライバシーディスプレイは、覗き見者の横方向または高い視認位置の広い視野からの画像の視認性を低減することができる。さらに、このような構成を使用して、モバイルディスプレイの横長および縦長動作のためのプライバシー動作の向上を実現することができる。このような配設は、軸外の乗客への迷光を低減し、また、車両のフロントガラスおよび他のガラス表面に当たる光を低減するように、車両内に提供されてもよい。
【0229】
本明細書で提供される切り替え可能な実施形態と比較して、切り替え可能な液晶リターダは省略される。タッチ電極アレイ５００、５０２は、パッシブプライバシーディスプレイのタッチ制御を可能にするために提供される。有利なことに、ディスプレイの厚さおよびコストを低減することができる。
【0230】
次に、切り替え可能な液晶リターダの透明基板３１２、３１６の上または中にタッチ電極アレイが形成されている配設について記載する。
【0231】
図２０は、タッチ電極アレイ５００、５０２間の誘電体層５０４が、Ｃ－プレートまたは交差Ａ－プレート３３０Ａ、３３０Ｂであり得るパッシブ極性制御リターダ３３０と、切り替え可能な液晶リターダ３０１の出力透明支持基板３１６の出力表面と、の間に設けられたタッチ入力ディスプレイデバイス１００を側面図で例示する概略図である。さらに詳細には考察されていない図２０の実施形態の特徴は、特徴の任意の潜在的な変形を含めて、上記で考察される等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【0232】
タッチ入力ディスプレイデバイス１００は、入力透明支持基板３１２と出力透明支持基板３１６との間にさらに備え、液晶材料４１４の層３１４は、入力透明支持基板と出力透明支持基板との間に配設されており、少なくとも１つのタッチ電極アレイは、出力透明支持基板３１６の出力側に配設されている。基板３１６は、基板３１６の光出力側に形成されたタッチ電極アレイ５０２の電極パターンを有してもよく、パッシブ極性制御リターダ３３０は、ＳＬＭ４８からの出力光のためにパッシブ極性制御リターダ３３０の入力側に形成されたタッチ電極アレイ５００を有してもよい。例えば二酸化シリコンなどの無機材料および／または接着剤であり得る誘電材料５０７が、タッチ電極アレイ５００、５０２間に設けられている。
【0233】
有利なことに、単一のリターダは、単一の表面上に電極を具備することができ、厚さ、コストおよび複雑さを低減する。切り替え可能な液晶リターダ３０１の製造中に、さらなる透明電極を透明基板３１６上に都合よく形成することができる。
【0234】
電極アレイ５００、５０２、４１５を透明出力基板３１６の一方側にのみ設けることが望ましい場合がある。
【0235】
図２１Ａは、タッチ電極アレイ５００、５０２間の誘電体層５０４が出力透明支持基板３１６および接着層３２２によって提供されるタッチ入力ディスプレイデバイス１００を側面図で例示する概略図である。電極アレイ５００は、パッシブ極性制御リターダ３３０上に形成されており、電極５０２は、透明基板３１６上に形成されている。
【0236】
例えば二酸化シリコンなどの無機材料であり得る誘電体材料５０７が、タッチ電極アレイ５０２と液晶制御電極４１５との間に設けられている。上述の本実施形態の波形を使用して、２つの電極５０２、４１５間の電気的干渉を低減することができる。
【0237】
有利なことに、電極４１５、５０２が、透明支持基板３１６の一方側にのみ形成され、基板３１６の製造の複雑さを低減し、コストを低減する。
【0238】
図２１Ｂは、タッチ電極アレイ５００、５０２および誘電体層５０４が、液晶制御電極４１５のうちの１つと切り替え可能な液晶リターダの出力透明支持基板３１６との間に設けられたタッチ入力ディスプレイデバイス１００を側面図で例示する概略図である。上述の本実施形態の波形を使用して、電極５００、５０２、４１５間の電気的干渉を低減することができる。有利なことに、すべての電極４１５、５００、５０２を基板の一方側に形成することができ、コストおよび複雑さを低減する。以下の図２１Ｃと比較して、図２１Ａ～図２１Ｂの配設では、支持基板３１６を、一方側にのみタッチ電極アレイ５００、５０２を有するように処理することができ、有利なことに、複雑さを低減し、プロセス歩留まりを増大させる。
【0239】
図２１Ｃは、図２１Ａと同様であるが、電極アレイ５００が基板３１６の出力側に形成されているタッチ入力ディスプレイデバイス１００を透視側面図で例示する概略図である。有利なことに、液晶層の近くに形成されている電極構造は、図２１Ｂよりも単純である。さらに詳細には考察されていない図２１Ａ～図２１Ｃの実施形態の特徴は、特徴のあらゆる潜在的なバリエーションを含む、上記で考察される等価な参照番号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【0240】
図２２は、タッチ電極アレイ５００、５０２が液晶極性制御リターダ３０１と追加の偏光器３１８との間に配設されているタッチ入力切り替え可能なプライバシーディスプレイデバイス１００を透視側面図で例示する概略図である。上記の実施形態と比較して、パッシブ極性制御リターダ３３０は、液晶リターダ３０１とディスプレイ出力偏光器２１８との間に配設されている。それぞれの表面上に形成された電極アレイ５００、５０２を有し、それらの間に誘電体層５０４が形成された、透明基板３７０、３７２が設けられている。透明基板３７０、３７２は、例えば、偏光器３１８に対して平行にまたは直交して整合された光学軸を有することができる低い複屈折を有することができる。上述の本実施形態の波形を使用して、電極５００、５０２、４１３、４１５間の電気的干渉を低減することができる。さらに詳細には考察されていない図２２の実施形態の特徴は、特徴の任意の潜在的な変形を含めて、上記で考察される等価な参照符号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【0241】
有利なことに、透明電極５００、５０２を形成するのに好適である表面特性を有しないパッシブ制御リターダ３３０を提供することができる。さらに、透明基板３１６上に形成された電極構造は、図２１Ｂ～図２１Ｃの配設と比較して複雑さが低減されている。
【0242】
ここで、軸外照明のための平行な偏光器間のリターダ層の動作についてさらに記載する。上述の様々なデバイスでは、少なくとも１つの極性制御リターダが、様々な異なる構成で反射偏光器３１８と追加の偏光器２１８との間に配設されている。各場合において、少なくとも１つの極性制御リターダは、少なくとも、補償された切り替え可能な極性制御極性制御リターダ３００の切り替え可能な状態のうちの１つにおいて、（単数または複数の）極性制御リターダの平面の法線に沿った軸に沿って反射偏光器３１８、少なくとも１つの極性制御リターダ、および追加の偏光器２１８を通過する光の輝度に影響を与えないが、（単数または複数の）極性制御リターダの平面の法線に対して傾斜した軸に沿って反射偏光器３１８、少なくとも１つの極性制御リターダ、および追加の偏光器２１８を通過する光の輝度を低減するように構成されている。次に、この効果の説明がより詳細に記載され、その原理は、上述のデバイスのすべてに一般的に適用され得る。
【0243】
図２３Ａは、軸外光による極性制御リターダ層の照明を斜視図で例示する概略図である。極性制御リターダ６３０は、ｘ軸に対して０度の光学軸方向６３４を有する屈折率楕円体６３２によって表された、複屈折材料を含むことができ、厚さ６３１を有する。さらに詳細には考察されていない以下の図２３Ａ～図２５Ｅの実施形態の特徴は、特徴のあらゆる潜在的な変形を含む、上記で考察される等価な参照番号を有する特徴に対応するものとすることができる。
【0244】
垂直光線６３６は、材料内の経路長が厚さ６３１と同じであるように伝搬する。光線６３７は、ｙ－ｚ平面内にあり、経路長が増加するが、材料の複屈折は、光線６３６と実質的に同じである。ｘ－ｚ平面内にある光線６３８は、複屈折材料の経路長が増加し、さらに複屈折は通常光線６３６とは異なる。
【0245】
したがって、極性制御リターダ６３０のリターダンスは、それぞれの光線の入射角に依存し、かつ、入射平面、すなわちｘ－ｚにおける光線６３８は、通常光線６３６およびｙ－ｚ平面における光線６３７とは異なるリターダンスを有する。
【0246】
次に、偏光と極性制御リターダ６３０との相互作用について記載する。指向性バックライト１０１における動作中に第１および第２の偏光成分を区別するために、以下の説明は第３および第４の偏光成分を参照する。
【0247】
図２３Ｂは、ｘ軸に対して９０度をなす第３の直線偏光状態の軸外光による極性制御リターダ層の照明を斜視図で例示する概略図であり、図２３Ｃは、ｘ軸に対して０度をなす第４の直線偏光状態の軸外光による極性制御リターダ層の照明を斜視図で例示する概略図である。このような配設では、入射直線偏光状態は、楕円６３２によって表される複屈折材料の光学軸に整合される。その結果、第３と第４の直交偏光成分間の位相差は提供されず、各光線６３６、６３７、６３８に対する直線偏光入力の偏光状態の変化は生じない。したがって、極性制御リターダ６３０は、極性制御リターダ６３０の平面の法線に沿った軸に沿って極性制御リターダ６３０の入力側で偏光器を通過した光の偏光成分に位相シフトを導入しない。したがって、極性制御リターダ６３０は、極性制御リターダ６３０と極性制御リターダ６３０の各々の側の偏光器（図示せず）とを通過する光の輝度に影響を与えない。図２３Ａ～図２３Ｃは、具体的には、パッシブである極性制御リターダ６３０に関連するが、同様の効果が、上述のデバイスの極性制御リターダによって達成される。
【0248】
図２３Ｄは、４５度の直線偏光状態の軸外光による極性制御リターダ６３０層の照明を斜視図で例示する概略図である。直線偏光状態を、光学軸６３４方向に対してそれぞれ直交するおよび平行である第３の偏光成分と第４の偏光成分とに分解してもよい。極性制御リターダの厚さ６３１と屈折率楕円体６３２によって表される材料リターダンスとは、設計波長に対して、光線６３６で表される法線方向に入射する第３の偏光成分および第４の偏光成分の位相を半波長だけ、相対的にシフトする正味の効果を提供することができる。設計波長は、例えば、５００～５５０ｎｍの範囲であってもよい。
【0249】
設計波長において、光線６３６に沿って正常に伝搬する光の場合には、出力偏光は、９０度回転して－４５度の直線偏光状態６４０となることができる。光線６３７に沿って伝播する光は、厚さの変化による光線６３７に沿った位相差と同様であるが同一ではない位相差を見ることができ、したがって、楕円偏光状態６３９は、光線６３６の出力光の直線偏光学軸と同様の主軸を有し得る出力であってもよい。
【0250】
対照的に、光線６３８に沿った入射直線偏光状態の位相差は、著しく異なってもよく、特に、より少ない位相差が提供されてもよい。このような位相差は、所与の傾斜角６４２で実質的に円形である出力偏光状態６４４を提供し得る。したがって、極性制御リターダ６３０は、極性制御リターダ６３０の平面の法線に対して傾斜した光線６３８に対応する軸に沿って、極性制御リターダ６３０の入力側で偏光器を通過する光の偏光成分に位相シフトを導入する。図２３Ｄは、パッシブである極性制御リターダ６３０に関連するが、同様の効果が、プライバシーモードに対応する切り替え可能な液晶極性制御リターダの切り替え可能な状態において、上述の極性制御リターダによって達成される。
【0251】
極性制御リターダスタックの軸外挙動を例示するために、次に、追加の偏光器３１８と出力ディスプレイ偏光器２１８の間のＣプレート３３０Ａ、３３０Ｂの角度輝度制御を、様々な軸外照明配設について、平行な偏光器２１８、２１０間のＣ－プレートの動作を参照して記載する。
【0252】
図２４Ａは、正の仰角を有する軸外偏光によるＣ－プレート層の照明を斜視図で例示する概略図である。入射直線偏光成分７０４は、極性制御リターダ５６０の平面に対して垂直である光学軸方向５０７を有するＣ－プレートである極性制御リターダ５６０の複屈折材料６３２上に入射する。偏光成分７０４は、液晶分子を通した透過に正味の位相差がないため、出力偏光成分は、成分７０４と同じである。したがって、偏光器２１０を通して最大の透過が見られる。したがって、極性制御リターダ５６０は、ｘ－ｙ平面である極性制御リターダ５６０の平面に対して垂直な光学軸５６１を有する。極性制御リターダの平面に対して垂直な光学軸を有する極性制御リターダ５６０は、Ｃ－プレートを備える。
【0253】
図２４Ｂは、負の横角度を有する軸外偏光によるＣ－プレート層の照明を斜視図で例示する概略図である。図２４Ａの配設と同様に、偏光状態７０４は、正味の位相差を見ず、最大の輝度で透過する。したがって、極性制御リターダ５６０は、極性制御リターダ５６０の平面の法線に沿った軸に沿って極性制御リターダ５６０の入力側で偏光器を通過した光の偏光成分に位相シフトを導入しない。したがって、極性制御リターダ５６０は、極性制御リターダ５６０と極性制御リターダ５６０の各々の側の偏光器（図示せず）とを通過する光の輝度に影響を与えない。図２４Ａ～図２４Ｂは、具体的には、パッシブである極性制御リターダ５６０に関連するが、同様の効果が、上述のデバイスの極性制御リターダによって達成される。
【0254】
図２４Ｃは、正の仰角および負の横角度を有する軸外偏光によるＣ－プレート層の照明を斜視図で例示する概略図である。図２４Ａ～図２４Ｂの配設と比較して、偏光状態７０４は、複屈折材料６３２に対して固有状態７０３、７０５上に分解し、極性制御リターダ５６０の透過の際に正味の位相差を提供する。合成の楕円偏光成分６５６は、図２４Ａ～図２４Ｂに示される光線と比較して、低下した輝度で偏光器２１０を透過する。
【0255】
図２４Ｄは、正の仰角および正の横角度を有する軸外偏光によるＣ－プレート層の照明を斜視図で例示する概略図である。図２４Ｃと同様に、偏光成分７０４は、正味の位相差を受ける固有状態７０３、７０５に分解され、偏光器を通した透過後に、それぞれの軸外光線の輝度を低下させる楕円偏光成分６６０が提供される。したがって、極性制御リターダ５６０は、極性制御リターダ５６０の平面の法線に対して傾斜した軸に沿って、極性制御リターダ５６０の入力側で偏光器を通過した光の偏光成分に位相シフトを導入する。図２４Ｄは、パッシブである極性制御リターダ５６０に関連するが、同様の効果が、プライバシーモードに対応する切り替え可能な液晶極性制御リターダの切り替え可能な状態において、上述の極性制御リターダによって達成される。
【0256】
図２４Ｅは、図２４Ａ～図２４Ｄの透過光線に対する極性方向による出力透過率の変化を例示する概略グラフである。したがって、Ｃ－プレートは、極象限における輝度低下を提供し得る。本明細書の他の箇所に記載される切り替え可能な液晶層３１４と組み合わせて、（ｉ）Ｃ－プレートの輝度低下の除去を、第１の広角動作状態で提供してもよく、（ｉｉ）輝度低下のための拡張極領域を、第２のプライバシー動作状態で達成してもよい。
【0257】
リターダスタックの軸外挙動を例示するために、次に、追加の偏光器３１８と出力ディスプレイ偏光器２１８との間の交差Ａ－プレートパッシブ極性制御リターダ３３０Ａ、３３０Ｂの角度輝度制御を、様々な軸外照明配設について記載する。
【0258】
図２５Ａは、正の仰角を有する軸外偏光による交差Ａ－プレートリターダ層の照明を斜視図で例示する概略図である。電気ベクトル透過方向２１９を有する直線偏光器２１８は、交差Ａ－プレートパッシブ極性制御リターダ３３０Ａ、３３０Ｂの第１のＡ－プレート３３０Ａ上に横方向に対して平行である直線偏光状態７０４を提供するために使用される。光学軸方向３３１Ａは、横方向に対して＋４５度傾斜している。正の仰角方向における軸外角度θ１に対する極性制御リターダ３３０Ａのリターダンスは、出力上で概ね楕円形である合成偏光成分６５０を提供する。偏光成分６５０は、第１のＡ－プレート３３０Ａの光学軸方向３３１Ａに直交する光学軸方向３３１Ｂを有する、交差Ａ－プレートパッシブ極性制御リターダ３３０Ａ、３３０Ｂの第２のＡ－プレート３３０Ｂ上に入射する。図２５Ａの入射面では、軸外角度θ１に対する第２のＡ－プレート３３０Ｂのリターダンスは、第１のＡ－プレート３３０Ａのリターダンスと等しくかつ反対である。したがって、正味のゼロ遅滞が入射偏光成分７０４に提供され、出力偏光成分は入力偏光成分７０４と同じである。
【0259】
出力偏光成分は、追加の偏光器３１８の電気ベクトル透過方向に整合され、したがって効率的に透過する。有利なことに、ゼロの横角度角度成分を有する光線に対して実質的に損失がもたらされないため、完全な透過効率が達成される。
【0260】
図２５Ｂは、負の横角度を有する軸外偏光による交差Ａ－プレートリターダ層の照明を斜視図で例示する概略図である。したがって、入力偏光成分は、第１のＡ－プレート３３０Ａによって、概ね楕円形の偏光状態である中間偏光成分６５２に変換される。ここでも、第２のＡ－プレート３３０Ｂは、出力偏光成分が入力偏光成分７０４と同じであり、かつ光が偏光器３１８を効率的に透過するように、第１のＡ－プレートに等しくかつ反対のリタデーションを提供する。
【0261】
したがって、極性制御リターダは、本実施形態においてｘ－ｙ平面内にある、リターダ３３０Ａ、３３０Ｂの平面内に交差する光学軸を有するリターダ３３０Ａ、３３０Ｂの対を含む。リターダ３３０Ａ、３３０Ｂの対は、偏光器３１８の電気ベクトル透過に対して平行である電気ベクトル透過方向に対して４５°で各々延在する光学軸３３１Ａ、３３１Ｂを有する。
【0262】
有利なことに、完全な透過効率が達成されるように、ゼロ仰角の角度成分を有する光線に対して実質的に損失がもたらされない。
【0263】
図２５Ｃは、正の仰角および負の横角度を有する軸外偏光による交差Ａ－プレートリターダ層の照明を斜視図で例示する概略図である。偏光成分７０４は、第１のＡ－プレート３３０Ａによって、楕円偏光成分６５４に変換される。得られた楕円成分６５６は、第２のＡ－プレート３３０Ｂから出力される。楕円成分６５６は、第１の偏光成分７０４の入力輝度と比較して、輝度が低下した入力偏光器３１８によって分析される。
【0264】
図２５Ｄは、正の仰角および正の横角度を有する軸外偏光による交差Ａ－プレートリターダ層の照明を斜視図で例示する概略図である。第１のリターダおよび第２のリターダの正味のリターダンスが補償を提供しないため、偏光成分６５８および６６０は、第１のＡ－プレートパッシブ極性制御リターダおよび第２のＡ－プレートパッシブ極性制御リターダ３３０Ａ、３３０Ｂによって提供される。
【0265】
したがって、輝度は、ゼロでない横角度およびゼロでない仰角成分を有する光線に対して低下する。有利なことに、主ディスプレイユーザの視感効率が実質的に低減されない一方で、象限を見るように配設されている覗き見者については、ディスプレイのプライバシーを向上させることができる。
【0266】
図２５Ｅは、図２５Ａ～図２５Ｄの透過光線に対する極性方向による出力透過率の変化を例示する概略グラフである。図２４Ｅの配設と比較して、軸外視認に対して輝度低下の領域が増大する。ただし、切り替え可能な液晶層３１４は、第１のパブリック動作モードでの軸外視認のためのＣ－プレート配設と比較して、低下した均一性をもたらし得る。
【0267】
本明細書で使用され得るとき、用語「実質的に」および「およそ（ほぼ）」は、それに対応する用語および／または項目間の相対性に対して、業界で受け入れられる許容範囲を付与するものである。かかる業界で受け入れられる許容範囲は、０パーセント～１０パーセントの範囲であり、成分値、角度などが該当するが、これらに限定されない。かかる項目間の相対性は、約０パーセント未満～１０パーセントの範囲である。
【0268】
本明細書に開示される原理による様々な実施形態を上述してきたが、それらは限定としてではなく単なる一例として提示されていることを理解されたい。したがって、この開示の広さおよび範囲は、上述した例示的な実施形態のいずれによっても制限されてはならず、特許請求の範囲のいずれか、および本開示に由来するそれらの均等物に従ってのみ規定されるべきである。さらに、上記の利点および特徴は、記載された実施形態において提供されているが、上記の利点のいずれかまたはすべてを達成するプロセスおよび構造に対して、かかる由来の特許請求の範囲の適用を限定しない。
【0269】
さらに、本明細書における節の見出しは、３７ＣＦＲ１．７７に基づく示唆との一貫性を持たせるために、またはそれ以外では構成上の手がかりを提供するために、提供されている。これらの見出しは、本開示から生じ得る特許請求の範囲に定める（単数または複数の）実施形態を限定しない、または特徴付けないものとする。具体的には、単に例示ではあるが、「技術分野」という見出しがあるが、いわゆる分野を説明するためにこの見出しの下に選択された表現によって、特許請求の範囲が限定されることはない。さらに、「背景技術」に記載された技術に関する記述は、特定の技術が、本開示における任意の（単数または複数の）実施形態に対する先行技術であることの承認として、解釈されるべきではない。「発明の概要」についても、公開される特許請求の範囲で述べられる（単数または複数の）実施形態を特徴付けるものとして考慮されるべきでない。さらに、本開示内での単数形の「発明」の言及は、本開示において単一の新規性のみ存在すると主張するために使用されるべきではない。複数の実施形態は、本開示により、公開される複数の特許請求の範囲の限定に従って、述べられる場合がある。したがって、かかる特許請求の範囲は、この（単数または複数の）実施形態およびそれらの均等物を定義することによって、それらを保護している。すべての例では、かかる請求項の範囲は、本開示に照らしてそれら自体のメリットを考慮されるであろうが、本明細書内で記載された見出しによって制約されるべきではない。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図17】
【図18A】
【図18B】
【図19A】
【図19B】
【図20】
【図21A】
【図21B】
【図21C】
【図22】
【図23A】
【図23B】
【図23C】
【図23D】
【図24A】
【図24B】
【図24C】
【図24D】
【図24E】
【図25A】
【図25B】
【図25C】
【図25D】
【図25E】
