專利名稱：顯示裝置和顯示屏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括照明系統(tǒng)和顯示屏的顯示裝置，該照明系統(tǒng)具有提供輻射光束用的輻射源，該顯示屏具有在兩偏振器之間的電光學(xué)顯示介質(zhì)，該介質(zhì)可在兩光學(xué)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明也涉及用于這種顯示裝置的顯示屏。
這種顯示裝置，尤其具有作為電光學(xué)介質(zhì)(LCD)的液晶介質(zhì)的顯示裝置用于，例如視頻裝置、監(jiān)測器，以及信息和儀表板(如機(jī)動車輛儀表板)中。
這種顯示裝置已公知，但存在很大的缺陷，即使在使用理想的吸收偏振器時，由于吸收了方向不恰當(dāng)?shù)钠窆?，在兩偏振器中產(chǎn)生大約50％的損失，因此，低于輻射源所加光的50％、通常僅為25％的光可用于形成圖像。并且在彩色濾光片和其它層中也產(chǎn)生損失。不但在直觀式顯示裝置中而且在圖像投影裝置中，這些都是對觀眾有用的光。
為補(bǔ)償在偏振器中的光損失，在兩裝置中都必須采用高功率燈，這種燈消耗大量的電功率，因而具有相對較短的壽命，同時還必須對它們進(jìn)行冷卻。
如果對于便攜式直觀顯示裝置，則由于它們必須增補(bǔ)高功率燈，因此電池具有較短的壽命。圖像投影裝置必須配置高強(qiáng)度輻射源。
由于在兩種場合下入射至偏振器的光強(qiáng)度都高，由于吸收，這些偏振器都被加熱。由于偏振器在這種裝置中的顯示屏附近，因而還必須提供冷卻系統(tǒng)，所以該顯示裝置變得很復(fù)雜、很昂貴并產(chǎn)生討厭的噪聲。
本發(fā)明的目的在于提供一種盡可能地解決上述問題的顯示裝置。
為此，本發(fā)明的顯示裝置的特征在于電光學(xué)顯示介質(zhì)在兩光學(xué)狀態(tài)的至少一種狀態(tài)中為雙折射的，至少一個偏振器為反射偏振器，偏振光轉(zhuǎn)換裝置位于遠(yuǎn)離顯示屏的相面對的一側(cè)。
偏振光轉(zhuǎn)換裝置可理解為將偏振光的不需要狀態(tài)轉(zhuǎn)換為偏振光的所要求的狀態(tài)，并將其輸送給顯示屏。
反射偏振器傳送具有所需偏振方向的輻射，同時反射具有不需要的偏振光方向的輻射。如果有一種將不需要的偏振光狀態(tài)至少部分地轉(zhuǎn)換為所需的偏振光狀態(tài)的裝置，該被轉(zhuǎn)換的輻射將也至少部分地被傳送至電光學(xué)顯示介質(zhì)。以這種方式，由于偏振光的重復(fù)反射和偏振光方向的反復(fù)轉(zhuǎn)換，因而偏振器幾乎通過了所有輻射光束的輻射，從而使輻射源發(fā)射的最大部分的輻射強(qiáng)度用于形成圖像。
本發(fā)明實(shí)施例的特征在于反射偏振器為膽甾相(cholesteric)濾光片，偏振轉(zhuǎn)換裝置包括反射器。
膽甾相濾光片具有膽甾相排列的液晶材料光學(xué)層。這是指這種材料的分子在溶解狀態(tài)中自發(fā)地排列為具有間距P的螺旋或螺旋線結(jié)構(gòu)。在將這種溶液用作在兩平行襯底之間的薄光學(xué)激活層之后，以這種方式調(diào)整螺旋狀結(jié)構(gòu)即使螺旋線的軸橫向于該層。通過在襯底相對表面上提供取向?qū)涌筛纳坡菪€的定位。
當(dāng)非偏振的輻射光束入射在這種濾光片上時，將反射具有相應(yīng)于分子的螺旋線方向的環(huán)狀方向(左旋或右旋)和相應(yīng)于螺旋間距的波長的輻射，而具有相反的偏振光方向或不被濾光片吸收的波長的輻射將通過。膽甾相濾光片的反射波λ0由下列公式確定λ0＝1/2.(n0+ne).p其中n0和ne為濾光片材料的正常和異常折射率，P為分子螺旋線的間距。
具有偏振器不需要的偏振方向的光不再被膽甾相濾光片吸收，但被其反射，從而防止由于吸收而致的加熱。
分子螺旋線的間距P最好隨在下限和上限之間的濾光層厚度改變，使獲得的反射光帶寬相應(yīng)于在整個可視范圍內(nèi)激活濾光片所要求的帶寬。根據(jù)按申請人名稱查得的EP-A-0606940(PHN14.345)可知這種膽甾相濾光片。
在兩個光學(xué)狀態(tài)中的一種狀態(tài)為雙折射的電光學(xué)顯示介質(zhì)例是例如扭轉(zhuǎn)向列型顯示元件(NT或STN)。
本發(fā)明顯示裝置的最佳實(shí)施例的特征在于顯示介質(zhì)可在兩雙折射光學(xué)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
在兩光學(xué)狀態(tài)中為雙折射的電光學(xué)顯示介質(zhì)例是例如在電場作用下在顯示屏平面上主軸旋轉(zhuǎn)的非軸向雙折射介質(zhì)，或鐵電液晶顯示裝置(FLCD)，最好為表面穩(wěn)定的FLCD(SSFLCD)。
顯示裝置最好選擇具有至少10度和最多60度的扭轉(zhuǎn)角的顯示屏。
在反射偏振器一側(cè)的液晶材料的排列方向和在線性偏振器一側(cè)的偏振面之間的角度選擇為至少10度和最多60度。
本發(fā)明顯示屏的特征在于電光學(xué)顯示介質(zhì)在兩光學(xué)狀態(tài)的至少一個中為雙折射的，和至少該偏振器為反射偏振器，偏振光轉(zhuǎn)換裝置位于遠(yuǎn)離顯示屏的相面對的一側(cè)。
根據(jù)下文所述的實(shí)施例并參照其說明，本發(fā)明的這些和其它方面將會更清楚。
附圖中

圖1概括示出本發(fā)明的顯示裝置；圖2概括示出在這種裝置中的光徑，同時圖3-5示出本發(fā)明某些顯示裝置的透射/電壓特性。
圖1是顯示裝置1的局部示意性剖視圖，在本例中，它具有包括扭轉(zhuǎn)向列型液晶材料3的顯示屏2，該扭轉(zhuǎn)向列型液晶材料3位于兩襯底(未示出)如玻璃襯底之間，并配置有電極。該裝置還包括以這種方式使液晶材料在襯底內(nèi)壁上排列的取向?qū)?未示出)，從而使光電元件具有扭轉(zhuǎn)角φ。該裝置還包括照明系統(tǒng)6以及漫射和消偏振材料(如具有表面結(jié)構(gòu)的透明板)的漫射器8和在遠(yuǎn)離顯示屏2的輻射源7一側(cè)的反射鏡9，其中照明系統(tǒng)6作為帶一個或多個輻射源7的簡單背面照明示于圖中。
在照明系統(tǒng)6一側(cè)，顯示屏2具有反射偏振器4，在本例中為膽甾相濾光片。來自輻射源7并具有所需偏振狀態(tài)的輻射將通過液晶材料3，同時具有附加偏振狀態(tài)的輻射將被反射。被反射的輻射基本上由偏振轉(zhuǎn)換裝置，在本列中為金屬反射鏡8，將其轉(zhuǎn)換為具有可通過偏振器4的偏振狀態(tài)的輻射。未通過該偏振器4的輻射在反射鏡8和偏振器4之間反射，直到它具有可被傳送到液晶材料3的適當(dāng)偏振狀態(tài)。因而具有偏振器4所不需要的偏振方向的輻射不再在偏振器中被吸收而每次都被消偏振，然后部分被透射，部分被反射以改變其偏振狀態(tài)，因此，在不考慮反射損失的情況下，所有來自光源7的輻射最終都將到達(dá)液晶材料3。正如在EP-A-0606940中所述，借助于具有沿層厚度連續(xù)變化的間距的膽甾相濾光片可顯著地獲得該效果。
由這種膽甾相反射器所傳送的輻射為環(huán)形偏振(參見圖2)。對于這種構(gòu)形，透射的輻射強(qiáng)度T為T=12-αβsin(φβ)cos(φβ)sin(2(n+φ))]]>+αβ2sin2(φβ)cos(2(n+φ))-----(1)]]>在該公式中，β由下列式(2)確定β=1+α2-----(2)]]>其中α=πdΔnφλ-----(3)]]>在α的定義式中，d表示液晶層厚度，Δn表示折射率的各向異性，λ表示所用光波波長。Ω是在反射偏振器一側(cè)的取向與線性偏振器偏振面之間的角度。
當(dāng)偏振器的傳送方向轉(zhuǎn)過π/2的角度時，透射從T變?yōu)?-T。通過使膽甾相反射器的扭轉(zhuǎn)方向反向來獲得相同的變化(向左或向右)。
當(dāng)Φ＝0時，透射為T=12-12sin2dπΔnλsin(2n)-----(4)]]>此時，當(dāng)sin(2Ω)＝±1并且dΔn＝λ/4時，T＝1或T＝0。
在這種構(gòu)形中，可用不同的方式來利用這種液晶的作用。
首先，可將液晶元件用作雙折射介質(zhì)，在(驅(qū)動)電場作用下，主軸在該元件的平面中旋轉(zhuǎn)。由公式(4)描述有關(guān)的透射。這種介質(zhì)可得到，例如通過鐵電液晶，尤其是表面穩(wěn)定的鐵電液晶(表面穩(wěn)定的FLCD或SSFLCD)或用在碟狀結(jié)構(gòu)A相產(chǎn)生的電子診斷效應(yīng)(electrocliniceffect)。此時，公式(4)中的角度Ω改變。當(dāng)d.Δn＝±λ/4，±3λ/4，±5λ/4，...等時得到最大和最小透射(T＝1和T＝0)。在大多數(shù)常用材料中，當(dāng)d.Δn＝±λ/4時，它產(chǎn)生相當(dāng)薄的元件(因此難以制造)；考慮技術(shù)和被使用的光學(xué)性能(由于較厚元件的脫色)，最佳選擇顯然是d.Δn＝±3λ/4。
第二種可能性是控制液晶元件在雙折射狀態(tài)或非雙折射狀態(tài)之間。例如，扭轉(zhuǎn)向列效應(yīng)可被用于該目的。但是，圖2的構(gòu)形在液晶元件的非雙折射狀態(tài)(透光)時(Δn＝0)具有約二分之一的透射。
用這種元件可得到既考慮亮度(或心理測試亮度(psychometric lightness))又考慮制造可能性的最有利的結(jié)果，在這種元件中的有效雙折射可在兩雙折射狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，一種狀態(tài)產(chǎn)生幾乎完全的吸光，而另一種狀態(tài)產(chǎn)生幾乎所有光的透射。為此改變公式(4)中的角度Ω和Φ。角度Φ在如10°與60°之間變化。在較大角度時，透射的整個調(diào)制幾乎是不可能的。
例1圖3表示對于Φ＝0和Ω＝π/4時的構(gòu)形的作為在元件上的電壓V的函數(shù)的心理學(xué)亮度(psychometriclightness)。
例2圖4表示對于Ω＝π/9和Φ＝2π/9時的構(gòu)形的透射/電壓曲線。由此可知，隨加至元件上的驅(qū)動電壓的增加，透射從約100幾乎減小為0。
例3圖5表示對于Φ＝π/6和Ω＝π/6時的構(gòu)形的透射/電壓曲線。由此可知，隨加至元件上的驅(qū)動電壓的增加，透射從約100幾乎減小為0。
其它Φ和Ω的組合當(dāng)然也可交替選用，同時也可使用不同于扭轉(zhuǎn)向列型液晶元件的其它雙折射介質(zhì)。更概括地說，本發(fā)明涉及具有發(fā)光系統(tǒng)、寬帶(膽甾相)反射器和在反射器和檢偏器之間的可轉(zhuǎn)換的電光學(xué)介質(zhì)(液晶元件)，并使各種參數(shù)(例如扭轉(zhuǎn)角、取向面與偏振面之間的角度以及屏的厚度)最優(yōu)化的顯示裝置。
權(quán)利要求
1一種顯示裝置，包括具有提供輻射光束用的輻射源的照明系統(tǒng)，和具有在兩偏振器之間的電光學(xué)顯示介質(zhì)的顯示屏，該介質(zhì)可在兩個光學(xué)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，其特征在于電光學(xué)顯示介質(zhì)在兩光學(xué)狀態(tài)的至少一個中為雙折射的，至少一個偏振器為反射偏振器，偏振轉(zhuǎn)換裝置位于遠(yuǎn)離顯示屏的相面對的一側(cè)。
2根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于反射偏振器為膽甾相濾光片，偏振轉(zhuǎn)換裝置包括反射器。
3根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的顯示裝置，其特征在于另一偏振器為線性偏振器。
4根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的顯示裝置，其特征在于顯示介質(zhì)可在兩雙折射光學(xué)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
5根據(jù)權(quán)利要求4所述的顯示裝置，其特征在于該裝置包括扭轉(zhuǎn)向列型液晶材料并具有至少10度和最多60度的扭轉(zhuǎn)角。
6根據(jù)權(quán)利要求4所述的顯示裝置，其特征在于在反射偏振器一側(cè)的液晶材料的排列方向和線性偏振器的偏振器面之間的角度至少為10度和最多為60度。
7根據(jù)權(quán)利要求4所述的顯示裝置，其特征在于顯示屏包括鐵電液晶或電子診斷材料。
8一種具有在兩偏振器之間的電光學(xué)顯示介質(zhì)的顯示屏，該介質(zhì)可在兩個光學(xué)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，其特征在于電光學(xué)顯示介質(zhì)在兩光學(xué)狀態(tài)的至少一個中為雙折射的，和至少一個偏振器為反射偏振器，偏振轉(zhuǎn)換裝置位于遠(yuǎn)離顯示屏的相面對的一側(cè)。
9根據(jù)權(quán)利要求8所述的顯示屏，其特征在于反射偏振器為膽甾相濾光片，偏振轉(zhuǎn)換裝置包括反射器。
10根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的顯示裝置，其特征在于另一偏振器為線性偏振器。
11根據(jù)權(quán)利要求8、9或10所述的顯示屏，其特征在于顯示介質(zhì)可在兩雙折射光學(xué)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
12根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的顯示裝置，其特征在于該裝置屏包括扭轉(zhuǎn)向列型液晶材料并具有至少10度和最多60度的扭轉(zhuǎn)角。
13根據(jù)權(quán)利要求12所述的顯示屏，其特征在于在反射偏振器一側(cè)的液晶材料的排列方向和線性偏振器的偏振面之間的角度至少為10度和最多為60度。
14根據(jù)權(quán)利要求11所述的顯示屏，其特征在于顯示屏包括鐵電液晶或電子診斷材料。
全文摘要
一種顯示裝置，包括照明系統(tǒng)、寬帶(膽甾相)反射器和可在反射器和檢偏器之間轉(zhuǎn)換的電光學(xué)介質(zhì)(液晶元件)，該裝置可使各種參數(shù)(例如扭轉(zhuǎn)角，在取向面和偏振面之間的角度以及板的厚度)最佳。
文檔編號G02F1/1335GK1141087SQ95191686
公開日1997年1月22日 申請日期1995年10月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月10日
發(fā)明者J·A·M·M·范哈倫 申請人:菲利浦電子有限公司