專利名稱：顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯示裝置，該裝置包括顯示板和照明系統(tǒng)，該顯示板具有第一透光底襯，該底襯在排成行和列的像素區(qū)域上設(shè)置有電極；第二透光底襯；以及在兩個底襯之間的電光材料，該照明系統(tǒng)位于在第二底襯的遠離電光材料的一側(cè)上，所述照明系統(tǒng)包括由光學透明材料制成的光波導裝置，該光波導裝置具有面向顯示板的出射面這種顯示裝置用在例如便攜式裝置例如便攜式計算機、移動電話和個人信息備忘裝置等中，但也可以用在電視方面。
本發(fā)明還涉及用在這種顯示裝置中的照明系統(tǒng)。
在美國專利5103328中說明了上述這種顯示裝置。此專利示出一種液晶開關(guān)，該開關(guān)由單獨可開關(guān)的分段部分構(gòu)成，位于平面光源(背后照明裝置)和顯示板之間。該液晶開關(guān)配置成許多顯示板像素行對應(yīng)于一個分段部分，其作用是使被寫的像素與背后照明裝置的光隔離。
各個分段部分連接于開關(guān)的一個部分，該部分可以單獨地進行開關(guān)。通過在這種裝置的開關(guān)的相關(guān)部分接連照明不同的隨后像素行，可以應(yīng)用掃描窗口，在這種掃描窗口中，背后照明裝置的光形成為帶形。該開關(guān)覆蓋的表面區(qū)域具有顯示板表面區(qū)域的尺寸。而且背后照明裝置的光也必須覆蓋此照明區(qū)域，這不僅需要更多的材料，而且還對上述背后照明裝置的質(zhì)量提出了嚴格的要求，因為需要均勻的出射光。
本發(fā)明的特別的目的是盡可能地避免這些缺點。本發(fā)明的另一目的是提供一種容易更換的照明系統(tǒng)。
為此，本發(fā)明的顯示裝置的特征在于，該光波導裝置包括一用于選擇性地將光耦合出至顯示板的裝置，以用于成組的像素行或成組的像素列，并且該光波導裝置設(shè)置有一用于使光沿大體平行于出射面方向耦合入的裝置。
本文中的術(shù)語“大體平行于出射面”應(yīng)理解為光線以這樣方式耦合入，即這些光線平均說來平行于出射面移動，但是局部說來，這些光束可與平行于出射面的平面成一個角度(例如最大可達到50°)延伸。
光線現(xiàn)在例如從光波導裝置的邊緣耦合入光波導裝置。耦合入的光束與顯示板的表面積相比具有小得多的尺寸，該表面積現(xiàn)在由例如光條的寬度(該寬度是例如顯示板總高度的一部分)和光波導裝置的厚度(該厚度通常顯著地小于例如顯示板的總寬度)來決定。這使得很容易將同一光強的光耦合到光波導裝置(均勻光源)中。
該光束可以經(jīng)例如光波導裝置的整個寬度耦合入，在該光波導裝置中，該光順序地以條狀形式沿顯示板的方向耦合出，然而分成許多次級開關(guān)的開關(guān)填充(fill)具有顯示板表面區(qū)域尺寸的表面區(qū)域。
因此，本發(fā)明顯示板優(yōu)選實施例的特征在于，該照明裝置包括至少一個背后照明裝置和一光波導裝置，該光波導裝置具有至少一個光入射面，而來自背后照明裝置的光可沿入射面耦合入，該入射面大致橫截于出射面延伸，并且可選擇性地開關(guān)的光開關(guān)設(shè)置于背后照明裝置和入射面之間。
該入射表面例如沿著光波導裝置的端面配置，該端表面大體橫截于所述行而延伸，而來自背后照明裝置的光可以沿此端面射入。可選擇性地開關(guān)的光開關(guān)包括例如液晶轉(zhuǎn)換裝置，該液晶開關(guān)裝置在兩個底襯之間具有液晶，兩個底襯之間的一個或兩個例如(在液晶的一側(cè))具有帶形電極。背后照明裝置不僅其表面積比常規(guī)顯示裝置中小得多，而且光開關(guān)也小得多，因此制造成本低。所以背后照明裝置和光開關(guān)可以容易地組裝成一個組件。這種組件的更換比已知裝置更簡單，因為只需要在一個方向?qū)省?br> 本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的特征在于，該照明系統(tǒng)包括次級分段部分和至少一個背后照明裝置，對于每個次級分段部分，該背后照明裝置具有光入射面，而來自該背面照明裝置的光可耦合入次級分段部分。實際是，本裝置現(xiàn)在包括更多的開關(guān)，但這些開關(guān)不再分成次級開關(guān)。
本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的特征在于，照明系統(tǒng)包括至少一個背后照明裝置，該背后照明裝置在光波導裝置的區(qū)域具有光入射面，而來自該背后照明裝置的光可沿一入射面耦合入，該入射面大致橫截于出射面延伸，并且該背后照明裝置的一部分在具有高光強度的接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)之間是可選擇地轉(zhuǎn)換的。采用一組例如發(fā)光二極管(LED)可以達到此目的，但是也可以用熒光燈，在這種熒光燈中，在接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)之間切換時，該燈不一定需要關(guān)斷，只要發(fā)射的光強足夠低，可以確保滿意的對比度。
因為像素需要一定時間才能達到其確定的調(diào)準，特別是在液晶顯示裝置中，所以顯示裝置最好包括驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置用于向信息電極和行列電極(data and column electrodes)傳送信號，以便寫像素，并且用于選擇性地激活與成組的像素行相關(guān)的照明系統(tǒng)的一部分，該驅(qū)動裝置在向信息電極和行列電極傳送信號和選擇性地激活與成組的像素行相關(guān)的照明系統(tǒng)的一部分之間引入一遲延。
本發(fā)明的照明系統(tǒng)包括一由光學透明材料制成的具有出射面的光波導裝置和一用于在至少一個出射面上沿平行于出射面的方向?qū)⒐怦詈先氲难b置，其特征在于，該光波導裝置設(shè)置有一用于選擇性地將光耦合入的裝置，以用于出射面的一部分。
參照下面說明的實施例，將對本發(fā)明的這些方面和其它方面進行說明，并且本發(fā)明的這些方面和其它方面將變得十分明顯。
這些附圖是

圖1是本發(fā)明顯示裝置實施例的示意透視圖；圖2是用在圖1所示實施例中的照明系統(tǒng)的示意平面圖；圖3是沿圖2的III-III線截取的截面圖；圖4-6是圖1和2所示部分照明系統(tǒng)變型例的示意截面圖；圖7-9是本發(fā)明各種照明系統(tǒng)的示意平面圖；圖10是沿圖9的X-X線截取的截面圖；和圖11示出所示照明系統(tǒng)的變型例。
這些圖是示意圖，并且未按比例畫出。相同部件一般用相同的附圖標記表示。
在圖1和2中示意性地示出的顯示裝置1包括顯示板2和照明系統(tǒng)8。
顯示板2包括在兩個底襯3、4之間的電光材料，在此實施例中，該材料是液晶材料5，該材料的操作原理是基于例如扭轉(zhuǎn)向列效應(yīng)(TN)、超扭轉(zhuǎn)向列效應(yīng)(STN)或鐵電效應(yīng)，來調(diào)制入射在上面的光的偏振方向。該顯示板包括例如像素的矩陣，用于該矩陣的透明圖像電極6配置在底襯3上。在這種情況下，最好使用有效矩陣(an active matrix)(其用單獨開關(guān)驅(qū)動)。底襯4是透光的，并具有透光電極7，該電極例如由ITO(銦錫氧化物)制成。通過導線6’、7’向圖像電極供給電壓，該導線利用驅(qū)動裝置9提供驅(qū)動電壓。另外，該顯示板通常裝有偏振器20和解偏振器22。
照明系統(tǒng)8包括用光學透明材料制成的具有四個端面10、10’的光波導裝置15。在相對的一對端面上，例如端面10上配置光源或背后照明裝置12，該光源的光通過端面10耦合入光波導裝置15。背后照明裝置12可以是例如管形的熒光燈?；蛘咭部梢圆捎美缫粋€或多個發(fā)光二極管(LED)來形成背后照明裝置，特別是在具有小顯示板的平板顯示裝置中采用這種LED，例如在便攜式電視裝置中。另外，背后照明裝置12是可以拆卸的。
光波導裝置15的出射面18面向顯示板2，由透明板制成的各個端面10’上設(shè)置有反射器，任何光均不能耦合入該表面。這樣，便可防止沒有耦合到出射面18而隨后穿過光波導裝置傳播并達到端面10’的光通過該端面10’離開光波導裝置15。
為了避免沒有對照明系統(tǒng)的光輸出作出貢獻的光離開光波導裝置15，最好采用例如楔形的光波導裝置，將來自燈12的光通過耦合入(coupling-in)裝置13耦合入光波導裝置15，該楔形光波導裝置將入射光束相對于表面18、19的角度限制在15°。
以掃描窗口方式(scanning-window mode)驅(qū)動示出的顯示裝置1。這意味著，成行的電極組(例如電極6)順序地由一個寬度為該成行的電極組寬度的光束照明。在此實施例中，該光束沿箭頭16的方向移動。
采用例如液晶光閘21可以作到這一點，該光閘包括在兩個底襯23、24之間的液晶材料25，該液晶材料的操作原理還是基于例如扭轉(zhuǎn)向列效應(yīng)(TN)、超扭轉(zhuǎn)向列效應(yīng)(STN)或鐵電效應(yīng)，或例如基于利用在透明態(tài)和吸收態(tài)之間切換的液晶單體的交聯(lián)得到的液晶凝膠系統(tǒng)。光閘或開關(guān)21包括在透光底襯23、24上的帶形透光透明圖像電極。通過連接導線26’、27’向帶形電極提供電壓，該導線由上述驅(qū)動裝置9提供驅(qū)動電壓。如果需要，該光閘21還以常規(guī)方式設(shè)置有偏振器。
該驅(qū)動裝置9被設(shè)置成，使得在相關(guān)的像素行(和在另一實施例中描述的像素列)得到信息后，該帶形部分30可以順序地變成透光的(打開狀態(tài))。關(guān)于在顯示裝置2中的液晶材料具有惰性，為了打開光閘21的有關(guān)部分，最好遵守最小的等待時間。
所示照明系統(tǒng)的這一實施例與美國專利5592193中所示系統(tǒng)相比具有許多優(yōu)點。例如光束進入的表面具有光波導裝置端面10表面區(qū)域的尺寸。該表面區(qū)域比出射面18小得多，因而可以更容易地產(chǎn)生具有均勻光強的光束。另外，背后照明裝置不再需要沿兩個方向(行和列的方向)配置，而只需相對于帶形部分(分段部分)30配置電極26、27。因為光閘21和光波導裝置10之間的界面位于顯示裝置視線區(qū)域之外，所以可為此目的設(shè)置特殊的(機械的)標記。將背后照明裝置和光閘組合成一個可拆卸的組件是具有吸引力的。因為光閘更小，所以它只需要更少的材料。由于尺寸小，所以特別是在光閘中電光材料層的厚度較小處，充填速率提高。更小的厚度又導致開關(guān)時間更快。
為了避免由于光波導裝置中的發(fā)散引起的光束的寬度大于分段部分30的寬度，該光波導裝置在兩個分段部分之間的界面31上設(shè)置有折射系數(shù)較低的細長區(qū)域。這些區(qū)域可以是例如窄槽，這些窄槽也可以作為上述的機械標記。這些槽例如配置在出射面18上，但也可以同時配置在相對表面19上?；蛘哌@些分段部分可用反射器分開。
在圖1、2和3的顯示裝置中，由背后照明裝置12發(fā)射的光只由一個分段部分吸收。因此大部分發(fā)射的光仍在光閘21中被吸收。在圖4的裝置中可以部分地防止這種情況，在圖4中，光束僅在一個分段部分30的位置處(在選定的一瞬間)射出。各個帶形部分(分段部分)30現(xiàn)在位于兩個背后照明裝置12、12’之間，并由光閘21、21’、21”在其間分開，這些光閘相對于出射面18沿45°角延伸。在這種如圖4所示的狀態(tài)下，例如僅有開關(guān)21”是透光的，而開關(guān)21、21’不透光。因此，只有寬度為b的光束由光波導裝置的部分15’耦合出。在其它部分位置完全沒有光線耦合出。通過暫時斷開不起作用的背后照明裝置(在此實施例中，是光波導裝置15端面10上的燈12)可以進一步限制光的不必要的損失(和散射)。在圖中的其它附圖標記與先前的實施例中的附圖標記具有相同的意義。
圖4是示意圖。實際上，背后照明裝置配置在例如底襯的槽內(nèi)，而光閘配置在背后照明裝置和分段部分之間，同時在完全不需要光耦合入的區(qū)域用吸收材料或反射材料覆蓋這些槽。
圖5是圖4的變型例，在該圖中，用最小數(shù)目的器件(兩個光閘21和一個背后照明裝置12)照明兩個分段部分30。
在所示的實施例中，在光閘21中仍存在吸收。通過選擇用于這些光閘的可開關(guān)轉(zhuǎn)換的反射鏡可以獲得最大的光輸出。
圖6的顯示裝置示出另一種裝置，在這種裝置中，光閘形成光波導裝置的一部分，燈12發(fā)出的光通過耦合裝置13射入光波導裝置(光閘)31，該光閘形成為液晶光閘。該光閘包括例如仍在兩個平行底襯33、34之間的液晶材料35，該液晶材料的操作原理仍是基于扭轉(zhuǎn)向列效應(yīng)(TN)、超扭轉(zhuǎn)向列效應(yīng)(STN)或鐵電效應(yīng)，但是最好基于散射效應(yīng)。該光閘或開關(guān)31現(xiàn)在也起光波導裝置的作用，其包括配置在透光底襯33、34上的至少一個底襯上的帶形透光的透明圖像電極36、37。該帶形電極通過如上所述的驅(qū)動裝置獲得電壓。該液晶材料或其它合適的光電材料例如電泳材料現(xiàn)在變成或是透明的或是散射的。除了沿顯示板2的方向(如光束b所示)發(fā)生光散射的帶電電極區(qū)域外，由于全反射(組件起到光波導裝置的作用)，由背后照明裝置12發(fā)射的光束38仍保持在光波導裝置31中。反射器39用于反射離開光波導-光閘組件31的光，使其經(jīng)表面19射到顯示板2或光波導-光閘組件31上。根據(jù)使用的類型，該反射器可形成為漫反射鏡或鏡反射鏡。
圖7示出圖2的變型例。該背后照明裝置現(xiàn)在由分開的可開關(guān)的LED40構(gòu)成。如上所述，LED40發(fā)射的光最好通過耦合裝置13耦合入光波導裝置15。在分段部分30之間的溝槽31可防止在分段部分之間的串光。圖7中一個分段部分的兩側(cè)受到六個LED(兩組紅、藍和綠色的LED)的照明，在圖7中，用箭頭41表示在分段部分30’中的照明，該分段部分在這一瞬間是激活的。在這種情況和圖8所示的情況下，在光波導裝置中可以獲得極好的混合顏色，在圖8中，每一個分段部分在其兩側(cè)用一個LED進行照明。在照明一個分段部分以后，相應(yīng)的LED不需要完全切斷，但是可以切換到例如較低的操作電壓，(在此電壓下，完全不能透光或幾乎不能透光)。其它附圖標記與上述實施例的同一附圖標記具有同樣意義。
圖9和10示出一種變型例，在這種變型例中，通過在光波導裝置的下側(cè)19沿溝槽31對每個分段部分30設(shè)置一行LED40，由此可以顯著增加照明系統(tǒng)的光輸出。光束41通過棱鏡部件42耦合入光波導裝置。成行的LED由黑條43遮蔽而看不見。
圖11的實施例是圖7的變型例，在該變型例中，分段部分30現(xiàn)在包括成組的行列。這種裝置的優(yōu)點是LED具有更大的空間，所以可以配置更多的LED，達到更強的光輸出。這對于16∶9這種型式的顯示板是特別有吸引力的。驅(qū)動裝置當然也必須為此種顯示裝置做些改動。因為可以采用更少的數(shù)字-模擬(D/A)轉(zhuǎn)換器，此種轉(zhuǎn)置掃描模式(transposed-scan mode)更加具有吸引力。
本發(fā)明的保護范圍不限于所示的實施例。本發(fā)明范圍在于每一個新穎的特征以及每一個這些特征的組合。在權(quán)利要求書中的附圖標記不限制它們的保護范圍，使用的動詞“包括”和其變化形式不排除除了權(quán)利要求書中陳述的部件之外的其它部件的存在。在一個部件之前的冠詞“一”或“一個”不排除存在多個該元件。
權(quán)利要求
1.一種顯示裝置(1)，其包括顯示板(2)和照明系統(tǒng)(8)，該顯示板具有第一透光底襯(3)，該底襯在排成行和列的像素區(qū)域上設(shè)置有電極(6)；第二透光底襯(4)；以及在兩個底襯(4)之間的電光材料(5)，該照明系統(tǒng)位于在第二底襯的遠離電光材料的一側(cè)上，所述照明系統(tǒng)包括由光學透明材料制成的光波導裝置(15)，該光波導裝置具有面向顯示板的出射面(18)，其特征在于，該光波導裝置包括一裝置，對于成組的像素行或成組的像素列該裝置用于選擇性地將光耦合出至顯示板，并且該光波導裝置設(shè)置有一用于使光沿大體平行于出射面的方向耦合入的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，該照明裝置(8)包括至少一個背后照明裝置(12)和一光波導裝置(15)，該光波導裝置具有至少一個光入射面(10)，而來自背后照明裝置的光可沿入射面耦合入，該入射面大致橫截于出射面(18)延伸，并且可選擇性地開關(guān)的光開關(guān)(21)設(shè)置于背后照明裝置和入射面之間。
3.如權(quán)利要求2所述的顯示裝置，其特征在于，該照明系統(tǒng)包括背后照明裝置(12)，該照明裝置在光波導裝置的至少一個端面(10)的區(qū)域處具有入射面，該入射面大致橫截于所述行而延伸，而來自背后照明裝置的光可沿所述端面耦合入。
4.如權(quán)利要求2或3所述的顯示裝置，其特征在于，可選擇性地開關(guān)的光開關(guān)(21)包括在兩個底襯(23、24)之間帶有電光材料(25)的電光轉(zhuǎn)換裝置，至少一個底襯設(shè)置有帶形電極(26、27)。
5.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，該照明系統(tǒng)包括次級分段部分和至少一個背后照明裝置(12)，對于每個次級分段部分，該背后照明裝置具有光的入射面，而來自該背面照明裝置的光可耦合入次級分段部分。
6.如權(quán)利要求5所述的顯示裝置，其特征在于，來自背后照明裝置的光可沿一入射面耦合入，該入射面與出射面形成一角度地延伸，并且可選擇性地開關(guān)的光開關(guān)(21)設(shè)置在背后照明裝置和光波導裝置分段部分之間。
7.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，該可選擇性地開關(guān)的光開關(guān)包括可開關(guān)轉(zhuǎn)換的反射鏡。
8.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，該光波導裝置(31)包括一在兩個底襯(33、34)之間帶有電光材料(35)的電光轉(zhuǎn)換裝置，至少一個底襯在電光材料的一側(cè)設(shè)置有帶形電極(36、37)。
9.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，照明系統(tǒng)包括至少一個背后照明裝置，該背后照明裝置在光波導裝置的區(qū)域具有光入射面，而來自該背后照明裝置的光可沿一入射面耦合入，該入射面大致橫截于出射面延伸，并且該背后照明裝置的一部分(40)在具有高光強度的接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)之間是可選擇地轉(zhuǎn)換的。
10.如權(quán)利要求9所述的顯示裝置，其特征在于，該背后照明裝置包括在入射面的區(qū)域處的棱鏡部件(42)。
11.如權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，該顯示裝置包括驅(qū)動裝置(9)，其用于向信息電極和行列電極傳送信號以便寫像素，并用于選擇性地激活與成組的像素行相關(guān)的照明系統(tǒng)的一部分。
12.如權(quán)利要求11所述的顯示裝置，其特征在于，該驅(qū)動裝置在向信息電極和行列電極傳送信號和選擇性地激活與成組的像素行相關(guān)的照明系統(tǒng)的一部分之間引入一遲延。
13.一種照明系統(tǒng)(8)，其包括一由光學透明材料制成的具有出射面(18)的光波導裝置(15)和一用于在至少一個出射面(10)上沿平行于出射面的方向?qū)⒐怦詈先氲难b置，其特征在于，該光波導裝置設(shè)置有一裝置，對于出射面的一部分該裝置用于選擇性地將光耦合入。
14.如權(quán)利要求13所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，該照明系統(tǒng)包括至少一個背后照明裝置(12)，該照明裝置在光波導裝置(15)的區(qū)域處具有光的入射面，而來自背后照明裝置的光可沿入射面(10)耦合入，該入射面大致橫截于出射面延伸，并且可選擇性地開關(guān)的光開關(guān)(21)設(shè)置于背后照明裝置(12)和入射面之間。
15.如權(quán)利要求14所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，可選擇性地開關(guān)的光開關(guān)包括在兩個底襯(23、24)之間帶有電光材料(25)的電光轉(zhuǎn)換裝置，兩個底襯在電光材料的側(cè)面設(shè)置有帶形電極(26、27)。
16.如權(quán)利要求13所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，該照明系統(tǒng)包括次級分段部分和至少一個背后照明裝置(12)，對于每個次級分段部分，該背后照明裝置具有光的入射面，而來自該背面照明裝置的光可耦合入次級分段部分。
17.如權(quán)利要求16所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，來自背后照明裝置的光可沿一入射面耦合入，該入射面與出射面形成一角度地延伸，并且可選擇性地開關(guān)的光開關(guān)(21)設(shè)置在背后照明裝置和光波導裝置分段部分之間。
18.如權(quán)利要求13所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，該可選擇性地開關(guān)的光開關(guān)包括可開關(guān)轉(zhuǎn)換的反射鏡。
19.如權(quán)利要求13所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，該光波導裝置(31)包括一在兩個底襯(33、34)之間帶有電光材料(35)的電光轉(zhuǎn)換裝置，至少一個底襯在電光材料的一側(cè)設(shè)置有帶形電極(36、37)。
20.如權(quán)利要求13所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，照明系統(tǒng)包括至少一個背后照明裝置，該背后照明裝置在光波導裝置的區(qū)域具有光入射面，而來自該背后照明裝置的光可沿一入射面耦合入，該入射面大致橫截于出射面延伸，并且該背后照明裝置的一部分(40)在具有高光強度的接通態(tài)和斷開態(tài)之間是可選擇地轉(zhuǎn)換的。
21.如權(quán)利要求20所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，該背后照明裝置包括在入射面的區(qū)域處的棱鏡部件(42)。
全文摘要
一種基于掃描窗口原理的顯示裝置，其中利用光源或背后照明裝置(12、40)可以獲得均勻光的分段部分(30)，該光源將光從光波導裝置(15)的側(cè)面(10)引入。由液晶開關(guān)或光閘(21)或成行的LED(40)的一部分確定該分段部分。
文檔編號G02F1/133GK1395665SQ01803646
公開日2003年2月5日 申請日期2001年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月11日
發(fā)明者T·瑙塔, A·H·M·霍爾特斯拉, D·J·布雷爾, H·德科寧, H·J·科爾尼利森, J·布勒因因克 申請人:皇家菲利浦電子有限公司