專利名稱：顯示器保密屏的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明屬于顯示器，尤其是垂直偏振輸出的液晶顯示器(LCDs)，更具體地說，屬于一種限制這類顯示器視場，從而讓顯示器上出現(xiàn)的圖像基本上被直接位于屏前方的用戶能看到而不被以斜角觀看屏的其它人看到的組件。這一觀看保密目的通過基本上消除屏發(fā)出的不在垂直的方式中光而實現(xiàn)。
相關(guān)技術(shù)說明液晶適用于電子顯示器，這是因為通過液晶層運行的偏振光受層的雙折射的影響，而雙折射可用層兩端的電壓改變。因此與其它顯示器所用的發(fā)光材料所需的功率相比，可用小得多的功率控制光的發(fā)射式反射，使LCD顯示器的壽命更長、重量更輕、低功耗。
在LCD計算機監(jiān)視器和電視顯示器中，像素矩陣跨越顯示器排列，這些像素通過兩組垂直導(dǎo)體之間的x-y順序?qū)ぶ贩椒ㄊ芗?。若顯示器配用了向列液晶，就可用薄膜晶體管陣列控制各像素的驅(qū)動電壓。
在眾多場合中，希望擴展可觀看顯示器的角度而不使反差損失畸變。比如在航空電子學(xué)中，對若干從不同角度觀看屏幕的人而言，顯示清晰而不畸變很重要。在許多情況下，還希望計算機顯示器能被用戶以外的觀察者看到，而電視屏可對不直接位于屏前方的觀眾顯現(xiàn)不畸變的圖像。各種原有的參考文獻諸如美國專利No.5,612,801，都揭示了允許更大不畸變、高亮度觀察角的組件。
然而，目前正在出現(xiàn)各種希望明顯減小有效觀察角以實現(xiàn)觀看保密性的應(yīng)用情況。本發(fā)明只讓坐在屏前的用戶接近屏上圖像，防止坐在旁邊或立在后面的人觀看屏上圖像。例如現(xiàn)在的計算機用戶已在飛機航班上普遍使用便攜計算機處理專有文檔。出于安全原因，最希望能防止鄰座或走過飛機過道的乘客觀看屏上的信息。其次，更新的機內(nèi)座艙設(shè)計正在取代較大的集中安置的觀看屏(通常掛在過道上面)，較小的個人屏從高架艙降下，或者個人屏裝在每位乘客的座椅背面或托盤桌上，從致每位乘客都能選擇自己的娛樂。通常，因為每位乘客可能正在接收自選的娛樂顯示和/或付費，諸如電影或者訪問各種網(wǎng)址，或出于安全原因，接收私人的電子郵件消息，因此希望防止周圍的用戶觀看顯示內(nèi)容。
對觀眾來說，為增強LCD顯示器用途而開發(fā)的大多數(shù)器件，針對在其上制作圖像。能被加到LCD設(shè)備以簡單、輕量與不突出的方式使視場變窄并限制觀看觀眾范圍而不損失圖像亮度的器件還不易得到。為減小視角，目前使用了3M提供的微窗板。但這樣會降低圖像亮度，必須通過增大供給背光的功率和/或使用各種增亮膜進行補償。本發(fā)明解決了這個問題。本發(fā)明是一種包括轉(zhuǎn)動膜、雙折射膜與偏振膜的顯示器保密屏，要求在顯示器上使用該保密屏，其偏振態(tài)可使顯示器視場變窄，從而實現(xiàn)保密。保密屏組裝時使顯示屏以非正交方式發(fā)射的光線水平分量被保密屏阻斷而不發(fā)射到觀看者，因此明顯減少或消除了從非90°觀看屏上圖像的機會。增設(shè)一塊增亮膜，可增強發(fā)射光的強度。
美國專利6,239,853揭示了一種包括交錯波板的LCD保密屏，波板包含交替的雙折射與各向同性膜部分。該專利揭示的保密屏雖然有效，但其缺點是交替的雙折射與各向同性區(qū)域(作為條)的設(shè)計復(fù)雜，制作困難，而且耗時，相對昂貴。更重要的是，Rockwell專利只基于全波與半波考慮，未顧及入射角變化對阻滯的作用。本發(fā)明滿足了顯示器行業(yè)對有效和成本效益的保密屏提出的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明滿足了上述要求，因為在入射角(即視角)對通過雙折射媒體的光發(fā)生變化時，提供了基于阻滯變化的保密屏。
在一實施例中，本發(fā)明是一種垂直偏振顯示器的保密屏，包括(a)轉(zhuǎn)動膜，用于接收來自顯示器的垂直線性偏振光，在通過轉(zhuǎn)動膜發(fā)射該偏振光時，使垂直線性偏振光轉(zhuǎn)成約45度的線性偏振光；(b)第一單軸向雙折射膜，用于發(fā)射接收來自轉(zhuǎn)動膜的光，即約45度的線性偏振光，第一雙折射膜的厚度為d1，阻滯值R為R＝(ne-no)d1/cosθθ是顯示器屏上的光入射角，no與ne分別是沿第一雙折射膜正常軸線與異常軸線的折射率，其中d1大于25微米，使R響應(yīng)于θ變化；和(c)第一偏振膜，其偏振軸定位成接收第一雙折射膜發(fā)出的線性偏振光。
在另一實施例中，本發(fā)明是一種如上述的保密屏，還包括(d)第二雙折射膜，用于發(fā)射接收來自第一偏振膜的被線性偏振到第一偏振膜偏振軸的光，第二雙折射膜的厚度d2大于或等于25微米；和(e)第二偏振膜，被定位成接收第二雙折射膜發(fā)出的線性偏振光，第二偏振膜有一偏振軸。
在又一實施例中，本發(fā)明是一種垂直偏振顯示器的保密屏，包括(a)轉(zhuǎn)動膜，用于接收來自顯示器的垂直線性偏振光，在通過轉(zhuǎn)動膜發(fā)射該偏振光時，使垂直線性偏振光轉(zhuǎn)成約45度的線性偏振光；(b)第一雙軸向雙折射膜，用于發(fā)射接收來自轉(zhuǎn)動膜的光，即約45度的線性偏振光，第一雙折射膜的厚度為d1，對于以相對法線測得的θ角入射于該膜的光，其阻滯值為Rθ，可用以下關(guān)系近似表示Rθ≈Ro[1+sin2θ/2ninavg]；其中第一雙軸向雙折射膜的特征在于具有限定其膜平面的單位矢量a與b和限定其法線的單位矢量c；Ro[nb-na]d1，是正入射光阻滯；navg＝(na+nb+nc)/3＝雙軸向雙折射膜的平均折射率；ni選自na、nb與nc，對應(yīng)于描繪顯示器垂直方向的單位矢量(a、b或c)；而d1大于25微米，使R響應(yīng)于θ變化；和(c)第一偏振膜，其偏振軸定位成接收第一雙折射膜發(fā)出的45度線性偏振光。
還有其它若干保密屏實施例，涉及其它雙折射膜和偏振膜。
附圖簡介

圖1是LCD屏發(fā)射光的示意透視表示。
圖2A是三層保密屏的正面透視圖。
圖2B是圖2A中三層保密屏的側(cè)視圖。
圖3A是五層保密屏的正面透視圖。
圖3B是圖3A中五層保密屏的側(cè)視圖。
圖4是本發(fā)明在一般背光顯示器上使用的一保密屏實施例(100)的側(cè)視圖。
圖5是本發(fā)明在一般背光顯示器上使用的另一保密屏實施例(300)的側(cè)視圖。
圖6是本發(fā)明與增亮膜一起使用的一保密屏實施例(100)的側(cè)視圖。
圖7是實例1的保密屏的被發(fā)射入射光百分比與相對法線角度的曲線圖。
圖8是實例2的保密屏的被發(fā)射入射光百分比與相對法線角度的曲線圖。
發(fā)明的詳細描述圖1是LCD顯示屏10的示意表示，示出了垂直地發(fā)射(正交或法向入射)到LCD屏表面(90°)的光線12和兩條代表非正交光的非正交光線14與15。第一光線14僅在水平方向不是90°，第二光線僅在垂直方向不是90°。帶水平分量14的非正交光線，對直接坐在屏前以外的人提供LCD屏上圖像的可見性。本發(fā)明的目的是盡量防止這種水平的非正交光線被人看到。
對角線大于17英寸的LCD顯示屏諸如10，一般輸出有一垂直線性偏振極性的偏振光線(如圖1雙箭頭線16所示)。如上所述，LCD顯示屏有一垂直的顯示器偏振軸(如垂線)。在描述有關(guān)本發(fā)明保密屏的理論上的考慮因素與其它細節(jié)之前，先說明一下本發(fā)明保密屏諸主要實施例的結(jié)構(gòu)特征。這里的“垂直”或“垂向”包括垂直或至少接近垂直發(fā)射的光；“線性”或“線性地”包括線性地或至少基本上線性地發(fā)射的光。
在一實施例中，本發(fā)明的保密屏100包括轉(zhuǎn)動膜105、第一雙折射膜110和第一偏振膜120，如圖2a與2b所示。轉(zhuǎn)動膜接收來自顯示器的垂直線性偏振光，并在通過轉(zhuǎn)動膜發(fā)射該光時，使它轉(zhuǎn)成約45度的線性偏振光。雙折射膜具有使它單軸向雙折射或雙軸向雙折射的特性(如下定義)。較佳地，該膜為單軸向雙折射。第一偏振膜有時也稱為檢偏器。轉(zhuǎn)動膜105和第一雙折射膜110具有光軸，第一偏振膜120具有偏振軸。轉(zhuǎn)動膜光軸、第一雙折射膜光軸與第一偏振膜偏振軸之間的角度關(guān)系，除了有所偏好以外，不作限制。較佳地，在本例中，轉(zhuǎn)動膜光軸與垂線成-22.5度(負)，第一偏振軸與垂線成+45度(正)，第一雙折射膜光軸為垂直。這一選擇對應(yīng)于圖1和2A所示的軸線關(guān)系，其中顯示器偏振軸是16，轉(zhuǎn)動膜光軸是106，第一雙折射膜光軸為111，第一偏振膜偏振軸為121。
在另一實施例中，本發(fā)明的保密屏300包括轉(zhuǎn)動膜305、第一雙折射膜310、第一偏振膜320、第二雙折射膜330與第二偏振膜340，如圖3a與3b所示。轉(zhuǎn)動膜接收來自顯示器的垂直線性偏振光，在通過轉(zhuǎn)動膜發(fā)射該光時，使它轉(zhuǎn)成約45度的線性偏振光。兩塊雙折射膜都具有使它們成為單軸向或雙軸向雙折射的特性(以下定義)，較佳地，這些膜都是單軸向雙折射。第一偏振膜有時稱為檢偏器。第一與第二雙折射膜310、330和轉(zhuǎn)動膜305具有光軸，而第一與第二偏振膜320和340具有偏振軸。顯示偏振軸、轉(zhuǎn)動膜光軸、第一與第二雙折射膜光軸和第一與第二偏振膜偏振軸之間的角度關(guān)系，除了有所偏好以外，不作限制。較佳地，在本實施例中，轉(zhuǎn)動膜光軸與垂線約成-22.5度(負)，第一和第二偏振膜的偏振軸與垂線約成+45度(正)，而第一與第二雙折射膜光軸均垂直。這一選擇對應(yīng)于圖1和3A所示的軸線關(guān)系，其中顯示器偏振軸是16，轉(zhuǎn)動膜光軸是306，第一雙折射膜光軸是311，第一偏振膜偏振軸為321，第二雙折射膜光軸為331，第二偏振膜偏振軸為341。較佳地如圖3A所示，第一與第二雙折射膜的光軸(分別為311與331)平行，第一與第二偏振膜的偏振軸(分別為321與341)平行且與垂線成約+45度(正)而轉(zhuǎn)動膜光軸與垂線成約-22.5度(負)。換言之，本實施例中，轉(zhuǎn)動膜光軸與第一或第二偏振膜之間的夾角約為67.5度。
圖4示出把本發(fā)明一實施例(100)用作一般背光LCD結(jié)構(gòu)的保密屏的情況。LCD屏10后面的源20產(chǎn)生的光15與LCD屏像素的電子激發(fā)相結(jié)合，在屏上產(chǎn)生圖像，該光通過透明的屏部分穿透。光能以與LCD屏面各種不同的角度正交放射。在LCD顯示器10的出射一側(cè)，可以選用普通的顯示器輸出偏振器30產(chǎn)生顯示圖像并限定顯示器的偏振軸。LCD顯示器是個偏振器已附接顯示器的完整單元，借助于該偏振器而擁有顯示器偏振軸；此時增設(shè)顯示器輸出偏振器30并非必要，但可選用。LCD10(若配有偏振器)和/或顯示器輸出偏振器30當作保密屏的輸入偏振器，稱為“輸入偏振器”。若LCD不用作顯示器(例如，若使用等離子體顯示器或陰極射線管(CRT))，則必須在非LCD顯示器前面增設(shè)輸入偏振器，使顯示器有一限定的偏振軸。
偏振器(偏振膜)只發(fā)射那些平行于膜偏振方向振動的波列分量，而吸收與所述方向成直角振動的波列分量。雖然可發(fā)射不平行于偏振膜偏振方向的某些波列分量，但是出射(通過)該偏振膜的光被線性偏振。
材料若在不同方向有不同的折射率，就是雙折射。任一材料都可用沿正交軸的三種本原折射率全面表征。若其中兩種折射率相同(稱為“正?！眓o)，而第三種不同(稱為“異?！眓e)，它就是單軸向雙折射。若ne＞no，則必定是雙折射。若所有三個方向的折射率都一樣，該材料便稱為“各向同性”。
在單軸向雙折射膜結(jié)構(gòu)中，若異常折射率(或C軸)處于膜平面內(nèi)，稱為a板，因它接近光學(xué)對稱，晶體學(xué)家稱之為a切割晶體。若有厚度d與雙折射ne-no被選成
(ne-no)d＝λ/2就將這種a板說成半波，λ是λ射光波長。半波板具有這樣的特性當平面偏振光在其上入射而使偏振矢量與膜的異常軸構(gòu)成θ角時，為光通過時，偏振平面就轉(zhuǎn)動二倍θ。注意，真正的單軸向材料只能在固態(tài)單晶中找到。如這里提出的聚合物膜，當增量nac或nbc比增量nab大時，就被定為單軸向雙折射，因而na與nb近似相等，二者都稱為no，正常折射率和nc不同)較大或較小(被稱為ne，即異常折射率；其中a、b和c為單位矢量，構(gòu)成分子或聚合物光學(xué)各向異性空間。在a板類膜中，b與c形成膜平面，正常折射率no沿b軸，異常折射率ne沿c軸。
雙軸向雙折射膜被定義為一種所有三種本原折射率具有不同值的膜，即na≠nb≠nc，且na≠nc，其中a、b與c都是單位矢量，a與b形成膜產(chǎn)面，c與該膜平面垂直。對于厚度為d的雙軸向雙折射膜，光正入射時，阻滯由下式給出Ro＝[nb-na]d雙軸向膜有兩條光軸，在na＜nb＜nc時，它們處于ac平面內(nèi)，c任一側(cè)的α角由下式給定Tanα＝nc/na[(nb2-na2)/(nc2-nb2)]1/2對于雙軸向雙折射膜，若增量n很小(≤～0.01)，則阻滯值由下式近似給出Rθ≈Ro[1+sin2θ/2ninavg]式中navg是平均折射率(na、nb與nc的平均值)，ni選自對應(yīng)于單位矢量(a、b或c)的na、nb與nc，描寫顯示器的垂直方向。舉一實例，對于θ在bc平面(若a垂直，則為水平)內(nèi)的雙軸向膜的特定阻滯情況，阻滯值近似為Rθ≈Ro[1+sin2θ/2nanavg]要強調(diào)的是，對于入射在膜上的光而言，上式只有在雙軸向膜光軸之一投射到雙軸向膜的膜平面上對包含θ的入射平面成90°才成立。若ni的順序與以上所示不同，則必須適當修正上述等式或近似式。一般而言，在涉及雙軸向雙折射膜的其它場合的阻滯值更復(fù)雜得多，只能用復(fù)雜的矩降表示法描述。
如上所述，圖4示出本發(fā)明保密屏100的一實施例，包括轉(zhuǎn)動膜105、第一雙折射膜110和用在顯示屏10上的第一偏振膜(檢偏器)120，顯示屏10配有輸入偏振器30。光分量在從輸入偏振器30出射并通過轉(zhuǎn)動膜與第一雙折射膜時，它們的偏振軸明顯轉(zhuǎn)動且正比于光通過該雙折射膜的橫越距離。對于正交的光，通過雙折射膜的橫越距離最小，等于膜的厚度d。對于非正交(斜)光，則距離大于膜的厚度d，取決于相對光入射該膜的法線所測出的角度。在本發(fā)明中，相對于顯示器和保密屏的光軸與偏振軸，合適地選擇雙折射膜的雙折射程度(例如單軸向雙折射膜的ne-no)與厚度d，使幾乎所有的正交光通過保密屏發(fā)射，從膜120出射，從而被觀看者看到，而水平方向的非正交光基本上被保密屏阻塞而不從膜120出射，故不被觀看者看到。
在圖1所示具有顯示器偏振軸16的顯示屏10上使用的保密屏100一實施例中，第一偏振膜120的偏振軸121將與轉(zhuǎn)動膜出射光的偏振軸108相交(90°)，如圖2A所示。第一雙折射膜的雙折射度與厚度經(jīng)選擇，使正交光線在通過雙折射膜110時，其偏振矢量旋轉(zhuǎn)90°，因此正交光在射出雙折射膜后其偏振矢量平行于或至少基本上平行于第一偏振膜的偏振軸，再被發(fā)射，從而被投看著看到。反之，非正交光線的偏振矢量轉(zhuǎn)到大于90°的角度，旋轉(zhuǎn)量比以更大的斜角入射雙折射膜的光線更大，因此大量斜光線的偏振矢量不平行于第一偏振膜的偏振軸，不通過保密屏發(fā)射，所以不能被觀看者看到?？傊畬υ摾?，第一雙折射膜和第一偏振膜與轉(zhuǎn)動膜一起包括保密屏，共同工作而防止以斜水平方式橫越雙折射膜并經(jīng)LCD和/或輸入偏振器30發(fā)射的光到達觀看者。在銳反差時，法向入射光不被保密屏阻塞，可被法向或接近法向觀看的觀看者看到。
更具體地說，上述的增強是必需的，因為對第一實施例而言，正入射觀看區(qū)的阻滯是通過第一偏振膜的λ/2。在更斜的角度，比如也許是仍有保密作用的30°，阻滯改變到λ。由于該阻滯特征與θ的余弦有關(guān)，當θ通過該平面變化時，阻滯在某一角度將偏向3λ/2，故同樣通過第一偏振膜。該例有一第二雙折射膜，其阻滯特征的在法向區(qū)為零或λ(一回事)，故法向或近法向光的通過第二偏振膜。另外，在與第一雙折射膜的3λ/2相符的角度，第二雙折射膜的阻滯為λ/2，因而非法向光與第一偏振膜平行時，將被第二偏振膜阻塞。
圖5示出把本發(fā)明另一實施例(300)用作一般背光LCD結(jié)合的保密屏的情況。該背光LCD結(jié)構(gòu)的功能與操作與上述一樣。該例的保密屏300包括五層，如上所述。第一與第二雙折射膜和第一與第二偏振膜的用途與功能，均與上述保密屏100一樣。下面列出本發(fā)明轉(zhuǎn)動膜、雙折射膜和偏振膜的某些其它規(guī)范。
這里描述的轉(zhuǎn)動膜都是半波阻滯器，有時稱為偏振轉(zhuǎn)動器，因為它們使線性偏振轉(zhuǎn)了2θ角度，θ是線性偏振軸與快軸(單軸向材料的光軸)的夾角。這與將慢軸矢量的相位延遲π(相位延遲)類似。更明白地說，轉(zhuǎn)動膜從顯示器取得垂直線性偏振光，并在通過轉(zhuǎn)動膜發(fā)射偏振光時使光轉(zhuǎn)動，讓它與第一偏振膜正交。
所有矢量都被考慮為其它矢量之和。認為該線性偏振光是兩正交矢量之和。因此半波板膜在放入光路時，可將光分成兩個正交電場矢量，一個與波板光軸平行，另一個垂直。波板使垂直矢量繞光軸旋轉(zhuǎn)，最后從板出射的矢量是轉(zhuǎn)了2θ的線性偏振光。
雙折射膜不是單軸向雙折射就是雙軸向雙折射。第一雙折射膜的厚度為d1，其中d1大于25微米，因而R(阻滯值)響應(yīng)于θ變化(如上討論)。較佳地，第一雙折射膜的厚度d1大于100微米。第二雙折射膜的厚度d2大于或等于25微米。較佳地，雙折射膜的厚度為25微米-100微米，包括里面的所有厚度。若膜厚度明顯小于25微米，則對折射率差合適的雙折射膜而言，阻滯值變得太低了。若膜厚度明顯高于1000微米，則保密屏的總厚度可能太厚，在許多應(yīng)用中不方便的。再有，雙折射膜在兩條膜軸之間的折射率差為0.00002-0.001，若折射率差小于0.00002，阻滯值就太低，保密效果的范圍太小或可以忽略；若折射率差大于0.001，則雙折射膜將對通過它的光產(chǎn)生不希望的色彩效果。對單軸向雙折射膜的特定情況，Δn＝ne-no為0.00002-0.001。本發(fā)明選擇了第一與第二雙折射膜，使它們在電磁譜的可見與紅外區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)雙折射。較佳地，雙折射膜都是聚保物，包括但不限于乙酸纖維素(例如雙乙酸纖維素((CDA))、聚乙稀醇、聚碳酸酯和組合及其混合物等膜。
本文描述的發(fā)明不要求任何特定的獲得雙折射膜的方法，公布的文獻里示出了若干制作技術(shù)。一種常用技術(shù)是單軸向地拉伸某些塑料膜，諸如聚碳酸酯、聚乙稀醇乙酸纖維素聚合物膜。另一種技術(shù)是把可聚液晶單體溶鑄到磨擦的聚酰亞胺膜上，形成的液晶膜的c軸將對準聚酰亞胺膜的磨擦方向。膜經(jīng)干燥與聚合，在聚酰亞胺膜上留下雙折射的聚合物涂層。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道形成這類雙折射膜的其它方法。
有時在實施本發(fā)明時，希望稍微改變雙折射膜的雙折射(例如雙折射膜的平面內(nèi)雙折射(Δnxy))，以便得到保密角比不作改變的更小的保密屏。改變雙折射膜的雙折射的合適方法，包括但不限于以高于環(huán)境溫度的合適溫度在合適的時段內(nèi)作熱處理。在一實施例中，以聚合膜的玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)或近似該溫度對聚合膜熱處理。作為一個特例，以澆鑄CDA(雙乙酸纖維素)膜的玻璃轉(zhuǎn)化溫度(115℃)或近似該溫度對該澆鑄CDA膜熱處理?？梢詰?yīng)用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它方法而不限制改變雙折射膜的雙折射。
雙折射膜所希望的雙折射變化幅度一般相當小。對于雙折射改變(如熱處理)，一種更靈敏的雙折射相關(guān)特性重大變化對處理的指示由平面內(nèi)阻滯R＝Δnxuxd給出，Δnxy為平面內(nèi)雙折射，d是膜厚度。
除了要求能改變和分析光偏振態(tài)以外，并不限制本發(fā)明的偏振膜。具體地說，偏振膜分析偏振態(tài)阻塞還是通過的作用，取決于被雙折射膜更改的狀態(tài)。當然，通過意味著改變，因為若該狀態(tài)是橢圓偏振，則偏振器將只讓某些線性的橢圓偏振光通過，在光通過這些膜之一通過時與軸線對準或平行。當來自顯示器的偏振光與本發(fā)明的雙折射膜互作用時，改變了其偏振態(tài)，最重要的是，其狀態(tài)被不同地改變到入射在其上的光與法線的夾角。偏振器根據(jù)具有這些偏振態(tài)的光線與法線的夾角，讓它們通過或受阻。具體而言，在本發(fā)明中，偏振器與雙折射膜一起使視區(qū)內(nèi)的光通過偏振器，同時阻塞保密區(qū)內(nèi)的光。本發(fā)明可將多種不同市售偏振器的任一種用作偏振膜。偏振膜具有偏振軸，從而在光通過這些膜時，就分析光的偏振態(tài)，如前所述。同樣地，雙折射膜作出改變，而偏振器通過使狀態(tài)通過或者受阻來分析所述狀態(tài)。
對于裝載了本發(fā)明的保密屏的顯示器來說，在偏振膜偏振軸和雙折射膜光軸相對于顯示器的偏振軸的定向方面，本發(fā)明有若干選擇。在一實施例中，第一偏振膜偏振軸對顯示器偏振軸定成90°±60°的第一角，第二偏振膜偏振軸對顯示器偏振軸定成90°±60°的第二角。在另一實施例中，第一偏振膜偏振軸對顯示器偏振軸定成90°±15°的第一角，第二偏振膜偏振軸對顯示器偏振軸定成90°±15°的第二角，第一單軸向雙折射膜光軸差不多平分第一角，第二雙折射膜光軸接近平分第二角。在又一實施例中，第一偏振膜偏振軸與顯示器的偏振軸正交，而在再一實施例中，第二偏振膜偏振軸與顯示器的偏振軸正交。
作為上述設(shè)備的另一實施例，可在LCD屏10和輸入偏振器30后面各個位置，諸如圖6所示的位置增設(shè)增亮膜40(也可加在其它位置，諸如在LCD屏10與輸入偏振器30之間)。增亮膜利用折射光在使前的方向上聚集光，很少使光斜向發(fā)射。這些膜有市售。增亮膜40聚集LCD屏10/輸入偏振器30發(fā)出的光，使更多的光到達保密屏100背面，被觀察圖像通過其正常視區(qū)更明亮，因此到達觀看者的光更強。使用增亮膜時，遠離正交的角度很少有光。圖6示出了與增亮膜40一起裝到顯示屏10/輸入偏振器30的保密屏100。
在本發(fā)明的保密屏包括第一單軸向雙折射膜和第一偏振膜的情況下，當1)第一偏振膜偏振軸垂直于顯示器偏振軸，2)在滿足以下半波公式時，則保密屏在裝到具有偏振軸并發(fā)射波長為λ的光的顯示器上時會呈現(xiàn)出保密作用(ne-no)d1＝(2n-1)λ/2式中λ是從顯示器入射到屏上的光波長，(ne-no)d1是光入射于與顯示器垂直的屏?xí)r第一雙折射膜的阻滯值R，n為整數(shù)。在一實施例中，n＝1，第一雙折射膜的阻滯值R為50nm-350nm。在另一實施例中，阻滯值R為150nm-300nm。在又一實施例中，R為250nm-270nm。在這些滿足以上半波公式的實施例中，第一偏振膜偏振軸垂直于顯示器的偏振軸。
在本發(fā)明的保密屏還包括第二雙折射膜與第二偏振膜的情況下，當滿足了以下公式時，該保密屏在裝到發(fā)射波長為λ的光的顯示器時將呈現(xiàn)出更強的保密作用(與前述的二層保密屏相比)(ne-no)d2＝(2n-1)λ/2式中λ是顯示器入射到屏的光波長，(ne-no)d2涉及到阻滯值為R2的第二雙折射膜，也是第二雙折射膜對入射到垂直于顯示器的屏的光的阻滯值R2，n為整數(shù)。在一實施例中，n＝1，第二雙折射膜的阻滯值R為10nm-250nm。在其它實施例中，阻滯值R為40nm-100nm，在另一些實施例中，R為60nm-80nm。
另在本發(fā)明的保密屏包括第一單軸向雙折射膜與第一偏振膜的情況下，當1)第一偏振膜偏振軸平行于顯示器偏振軸，且2)滿足下列全波公式時，保密屏在裝到具有偏振軸而且發(fā)射波長λ光的顯示器時將呈現(xiàn)出保密作用(ne-no)d1＝nλ式中λ是顯示器入射到屏的光波長，(ne-no)d1是第一雙折射膜對入射于與顯示器垂直的屏的光的阻滯值R，n為整數(shù)。在一實施例中，n＝1，第一雙折射膜的阻滯值R為50nm-350nm。在其它實施例中，阻滯值R為150nm-300nm和250nm-270nm。在這些滿足以上全波公式的實施例中，第一偏振膜偏振軸平行于顯示器的偏振軸。
在本發(fā)明的保密屏還包括第二雙折射膜與第二偏振膜的情況下，當滿足下式時，該保密屏在裝到發(fā)射波長為λ的光的顯示器上時將呈現(xiàn)出更強的保密作用(與前述的二層保密屏相比)(ne-no)d2＝nλ式中λ是顯示器入射到屏的光波長，(ne-no)d2涉及到具有阻滯值R2的第二雙折射膜，也是第二雙折射膜對入射于與顯示器垂直的屏的光的阻滯值R2，n為整數(shù)。在一實施例中。n＝1，第二雙折射膜的阻滯值R為10nm-250nm。在其它實施例中，R為40nm-100nm和60nm-80nm。
在本發(fā)明的保密屏還包括第一雙軸向雙折射膜與第一偏振膜的情況下，當1)第一偏振膜偏振軸垂直于顯示器偏振軸，且2)滿足下列半波公式時，該保密屏在裝到具有偏振軸且發(fā)射波長為λ的光的顯示器上時將呈現(xiàn)出保密作用Δnxyd＝(2n-1)λ/2式中λ是顯示器入射到屏上的光波長，為整數(shù)，d是第一雙軸向雙折射膜的厚度，Δnxy如前定義。
雖然本發(fā)明已參照其不同的實施例作了圖示與描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，可對形式、細節(jié)、組成與操作條件作出變化而不違背本發(fā)明如所附權(quán)項規(guī)定的精神與范圍。
實例本發(fā)明的諸優(yōu)點可通過參照下列諸實例而看到，這些實例示明了本發(fā)明但不作限制。這些實例中，材料或膜的厚度為密耳(千分之一英寸)，角度為弧度，發(fā)射與透射系數(shù)為入射百分比，除非另有指示。
術(shù)語CDA雙乙酸纖維素；膜厚度取樣在7密耳與30密耳之間；Clarifoil，系A(chǔ)CORDIS集團成員，英國。
膠膜擠壓的纖維素(粘膠纖維)，產(chǎn)品名稱為Clearphane，HighlandSupply公司提供，111 Sixth street，Highland，II 62249-1408。
C.I.E.國際照明委員會。
LCD液晶顯示器；View Sonic VA 720View Sonic，Walnut，CA。
LP線性偏振器；Tech Spec線性偏振層壓膜；Edmund Scientific，Barrington，NJ。
PA在顯示器法線任一側(cè)與觀看方向之間測得的保密角，光輸出降至法向光輸出的5％(無任何在法向測出的光輸出物理障礙)。舉例說，若在法線(對應(yīng)于0°)任一側(cè)以θ/2°角測出的光輸出為5％，則保密角為2×θ/2＝θ°。對于配備保密角為θ的保密顯示器，該顯示器通常可以保密角θ內(nèi)的觀察角看到，但一般不能以大于保密角θ的斜視角看到(比如太暗或字符分辨不清)。
PSA壓力敏感粘劑；AD-20；Polatechno有限公司，香港。
PGB該技術(shù)分別指紅/綠/蘭色，標稱波長為紅色632nm，綠色550nm，蘭色470nm。
轉(zhuǎn)動膜一種膜(如擠壓的纖維素)，在偏振光經(jīng)轉(zhuǎn)動膜發(fā)射到不同的偏振平面時，使光(例如垂直偏振光)的偏振平面發(fā)生轉(zhuǎn)動(例如使轉(zhuǎn)動膜出射光的偏振平面與第一偏振膜偏振平面正交)。
Tmiss發(fā)射比，即通過材料的輻射量(I發(fā)射)(與波長無關(guān))相對于入射量(I入射)的百分比；Tmis＝I發(fā)射/I入射×100。
Tmitt透射比，即通過材料的特定波長λ的輻射量(I(λ)透射)與該波長入射量(I(λ)入射)之比的百分比Tmitt＝(I(λ)透射)/(I(λ)入射)×100。
VLT可見光發(fā)射；用C.I.E描述白光源作為等能量源發(fā)射。
λ電磁輻射(光)波長(納米10-9米)。
實例1本例中，制備一塊三層結(jié)構(gòu)的保密屏并作試驗，證明對垂直偏振輸出液晶顯示器的保密作用。更具體地說，三層結(jié)構(gòu)包括兩種不同的雙折射材料，即膠膜與CDA同線性偏振器合在一起。轉(zhuǎn)動膜(膠膜)是1密耳厚的商品膜。CDA膜厚度為20密耳，由英國ACCORDIS集團成員Clarifoil提供。LP是Tech Soec的線性偏振層壓膜。這些膜用PSA層壓在一起(CDA在三塊膜的中間)，開窗孔徑為4.5×3英寸。轉(zhuǎn)動膜與擠壓膜板機器方向重合的光軸，相對顯示軸定成22.5度到垂直(沿Y軸，Z與顯示器xy平面正交，x為水平方向)。CDA與澆鑄CDA膜板機器方向重合的光軸，相對于顯示軸垂直定向(垂線為y軸，z與顯示器xy平面正交，x為水平方向)，LP對準偏振軸，而偏振軸與CDA光軸定成45度，并與膠膜光軸定成67.5度，使LP的45度軸線相對膠膜軸位于顯示器垂直軸的相對一側(cè)。出于人身安全，再用屏蔽帶粘貼樣品邊沿。
樣品被夾裝到裝在Newport轉(zhuǎn)臺上的全色LCD正面，Photo ResearchSpectra Pritchard Photometer的光譜輻射計/光度計(Photo Research公司，Chatseorth，CA)安裝得離LCD法向面24英寸。LCD輸出可在C.I.E.白色等能量點與飽和的紅綠蘭(RGB)屏之間切換。然后，在顯示器法線任一側(cè)的水平面內(nèi)，通過轉(zhuǎn)動80度(以5度增量)作發(fā)射與透射測量，在任一法線一側(cè)，觀測的結(jié)果呈對稱。得到的結(jié)果列于表1內(nèi)，作為入射光百分比。
表1


表1結(jié)果表明，對于發(fā)射比在5或以上的0-30°主視區(qū)，在法線任一側(cè)的25-30°內(nèi)的角度發(fā)射跌至無障正常值100％(即顯示器的正常輸出，不帶任何附接的保密屏或其它障礙)的5％的值。因此對該主視區(qū)而言，對本例保密屏測得的保密角(相對發(fā)射測量)為50-60°。圖7以曲線示出表1的數(shù)據(jù)。對于白光發(fā)射，該曲線圖對其保密角所作的數(shù)值分析，得出的被測保密角接近54°。在該三層保密屏中，從表1數(shù)據(jù)看出的第二角度范圍超過30°，其中發(fā)射比同樣為5％或以上。這被認為是一個次視區(qū)，利用下面實例描述的附加層可以把它消除或基本上消除。
實例2在本例中，制備一塊五層結(jié)構(gòu)的保密屏并作試驗，以證明使用該結(jié)構(gòu)可得到更高級別的保密作用。該結(jié)構(gòu)包含二個CDA層與二個LP層。更具體地說，本例中，該五層結(jié)構(gòu)包括一膠膜層，二層CDA被LP分開，另一LP膜位于堆件相對端。整個實例每隔五層用PSA法層壓在一起，成為單個堆件。
堆件構(gòu)成時用1密耳轉(zhuǎn)動膜(膠膜)作第一層，其光軸離垂線22.5°，接著是20密耳的CDA，光軸垂直，后面是LP，其軸線離垂線45°，離第一層膠膜的光軸67.5°，后面是10密耳的CDA，光軸垂直，再后面是第二LP，其軸線平行于第一LP。通常，膠膜光軸離垂線22.5°。二層CDA平行，光軸垂直。二層LP平行，軸線對CDA軸傾斜45°，對膠膜光軸傾斜67.5°(注意，CDA光軸的垂直對準為水平面的保密性能提供了對稱軸)。
雙上例同樣的方法把該五層保密屏裝到測量的LCD，并按前述方法測量，結(jié)果列入表2。
表2


表2的結(jié)果表明，對于發(fā)射比為5或以上的0-30°主視區(qū)，在法線一側(cè)30°角和法線另一側(cè)25-30°角，發(fā)射比跌到100％無障正常值(即顯示器正常輸出，無任何附接的保密屏或其它障礙)的5％值。因此，對本例保密屏測得的保密角(對發(fā)射測出)為主視區(qū)的55-60°。圖8用曲線給出了表2的數(shù)據(jù)。表2的數(shù)據(jù)表明，不存在發(fā)射比為5％或以上的超過30°的第二角度范圍。所以在具有附加層的本例中不存在次視區(qū)。
權(quán)利要求
1.一種顯示器保密屏，它包括a)轉(zhuǎn)動膜，用于接收來自顯示器的垂直線性偏振光，在透過所述轉(zhuǎn)動膜傳輸該偏振光后，能使所述偏振光成為轉(zhuǎn)動45度的線性偏振光；b)第一單軸向雙折射膜，用于傳輸接收自所述轉(zhuǎn)動膜的光線，所述第一雙折射膜的厚度為d1，阻滯值R為R＝(ne-no)d1/cosθθ是顯示器入射到所述保密屏的光線的角度，no與ne分別是沿第一雙折射膜的正常軸與異常軸的折射率，其中d1大于25微米，使R響應(yīng)于θ變化；和c)第一偏振膜，其偏振軸定位成接收第一雙折射膜傳輸?shù)墓饩€。
2.如權(quán)利要求1所述的保密屏，其特征在于還包括d)第二雙折射膜，用于傳輸接收自第一偏振膜的光線，所述光線相對于第一偏振膜的偏振軸線性偏振，第二雙折射膜的厚度d2大于或等于25微米；和e)第二偏振膜，定位成接收第二雙折射膜傳輸?shù)墓饩€，第二偏振膜有一偏振軸。
3.如權(quán)利要求1或2所述的保密屏，其特征在于所述雙折射膜在電磁譜的可見與紅外區(qū)呈現(xiàn)雙折射。
4.如權(quán)利要求1或2所述的保密屏，其特征在于所述雙折射膜的ne-no值的范圍為0.00002-0.001。
5.如權(quán)利要求1或2所述的保密屏，其特征在于所述雙折射膜的厚度范圍為25微米-1000微米。
6.如權(quán)利要求2所述的保密屏，其特征在于所述第一偏振膜的偏振軸以相對顯示器偏振軸成90°±60°的第一角定向，第二偏振膜的偏振軸以相對顯示器偏振軸成90°±60°的第二角定向。
7.如權(quán)利要求6所述的保密屏，其特征在于所述第一偏振膜的偏振軸以相對顯示器偏振軸成90°±15°的第一角定向，第二偏振膜的偏振軸以相對顯示器偏振軸成90°±15°的第二角定向，第一單軸向雙折射膜的光軸近似平分所述第一角，第二雙折射膜的光軸近似平分所述第二角。
8.如權(quán)利要求1所述的保密屏，其特征在于所述第一偏振膜的偏振軸對轉(zhuǎn)動膜光軸呈67.5°角。
9.如權(quán)利要求2所述的保密屏，其特征在于所述第二偏振膜的偏振軸對轉(zhuǎn)動膜光軸呈67.5°角。
10.如權(quán)利要求1所述的保密屏，它滿足以下公式(ne-no)d1＝(2n-1)λ/2式中λ是顯示器入射到所述保密屏的光線的波長，(ne-no)d1是第一雙折射膜對入射到與顯示器垂直的所述保密屏的光的阻滯值R，n為整數(shù)。
11.如權(quán)利要求10所述的保密屏，其特征在于n＝1，第一雙折射膜的阻滯值R為50nm-350nm。
12.如權(quán)利要求2所述的保密屏，其滿足以下公式(ne-no)d2＝(2n-1)λ/2式中λ是顯示器入射到所述保密屏的光線的波長，(ne-no)d2與阻滯值為R2的第二雙折射膜相關(guān)，而且是第二雙折射膜對入射到與顯示器垂直的所述保密屏的光線的阻滯值R2，n為整數(shù)。
13.如權(quán)利要求12所述的保密屏，其特征在于n＝1，第二雙折射膜的阻滯值R2范圍為10nm-250nm。
14.如權(quán)利要求1所述的保密屏，它滿足以下公式(ne-no)d1＝nλ式中λ是顯示器入射到所述保密屏的光線的波長，(ne-no)d1是第一雙折射膜對入射到與顯示器垂直的所述保密屏的光的阻滯值R，n為整數(shù)。
15.如權(quán)利要求14所述的保密屏，其特征在于n＝1，第一雙折射膜的阻滯值R的范圍為50nm-350nm。
16.如權(quán)利要求2所述的保密屏，其滿足以下公式(ne-no)d2＝nλ式中λ是顯示器入射到所述保密屏的光線的波長，(ne-no)d2與阻滯值為R2的第二雙折射膜相關(guān)，而且是第二雙折射膜對入射到與顯示器垂直的保密屏的光的阻滯值R2，n為整數(shù)。
17.如權(quán)利要求16所述的保密屏，其特征在于n＝1，第二雙折射膜的阻滯值R2的范圍為10nm-250nm。
18.一種具有偏振軸的顯示器的保密屏，它包括a)轉(zhuǎn)動膜，用于接收來自所述顯示器的垂直線性偏振光，在透過所述轉(zhuǎn)動膜傳輸該偏振光后，能使該偏振光成為轉(zhuǎn)動45度的線性偏振光；b)第一單軸向雙折射膜，用于傳輸接收自轉(zhuǎn)動膜的光，所述第一雙折射膜的厚度為d1，對與法線成角θ入射在膜上的光的阻滯值為Rθ，兩者可用下式近似為Rθ≈Ro[1+sin2θ/2ninavg]其中第一雙軸向雙折射膜被表征為具有限定其膜平面的單位矢量a與b和限定其法向的單位矢量c；Ro＝(nb-na)d1，是法向入射光的阻滯值；navg＝(na+nb+nc)/3＝雙軸向雙折射膜的平均折射率；ni選自na、nb與nc，對應(yīng)于描繪顯示器垂直方向的單位矢量(a、b或c)；而d1大于25微米，使R響應(yīng)于θ變化；和c)第一偏振膜，其偏振軸定位成接收傳輸自第一雙折射膜的基本上線性的偏振光。
19.如權(quán)利要求18所述的保密屏，它還包括d)第二雙折射膜，用于傳輸接收自第一偏振膜的光線，該光線相對第一偏振膜的偏振軸基本線性偏振，第二雙折射膜的厚度d2大于或等于25微米；和e)第二偏振膜，定位成接收傳輸自第二雙折射膜的基本線性的偏振光，第二偏振膜有一偏振軸。
全文摘要
一種用于垂直偏振顯示器(如LCD)的保密屏，包括轉(zhuǎn)動膜、偏振膜和雙折射膜。保密屏發(fā)射大量顯示器正交(或接近正交)方向發(fā)出的光，而不發(fā)射大量顯示器發(fā)出的水平、非正交的光，從而產(chǎn)生保密作用，在有人基本上直接位于顯示器前方時，顯示內(nèi)容只能被該人看到。
文檔編號G02B5/30GK1800948SQ20051000352
公開日2006年7月12日 申請日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月6日
發(fā)明者S·W·麥克馬斯特 申請人:E.I.內(nèi)穆爾杜邦公司