專(zhuān)利名稱(chēng)：顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由顯示板和照明系統(tǒng)組成的顯示裝置，該顯示板有一在象素位置處裝有電極的第一襯底、一透光的第二襯底和在該兩襯底之間的液晶材料，該照明系統(tǒng)位于第二襯底的背向液晶材料的一側(cè)，它包括一個(gè)由光學(xué)透明材料制成的光導(dǎo)部件，該部件有一個(gè)面對(duì)顯示板的出射表面和多個(gè)端面，在這些端面的至少一個(gè)的對(duì)置處安置一個(gè)光的入射面，由此光能夠在光導(dǎo)部件的該端面處耦合入射。
此種反射式顯示裝置例如用于便攜式設(shè)備如便攜式計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、個(gè)人偏排器等。從節(jié)能觀點(diǎn)看，當(dāng)有足夠的環(huán)境光時(shí)，希望光源能夠關(guān)掉。
上述類(lèi)型的顯示裝置描述于SID 96申請(qǐng)書(shū)摘要集PP.43-46的“反射式顯示器用的緊湊型前照明裝置”。在該文件中描述一種光導(dǎo)部件，其上加一光學(xué)補(bǔ)償器，以防止由于光導(dǎo)部件的觀看者一側(cè)上的凹槽結(jié)構(gòu)(微棱鏡)而產(chǎn)生的圖象失真。圖象失真可能由于凹槽結(jié)構(gòu)具有不同坡度由此造成多重圖象而產(chǎn)生。凹槽結(jié)構(gòu)對(duì)于沿顯示板方向反射光線是必需的。在上述出版物中，通過(guò)提供一個(gè)具有互補(bǔ)式凹槽結(jié)構(gòu)的光學(xué)補(bǔ)償器來(lái)防止多重圖象。
為了合適地起作用，兩個(gè)光學(xué)部件(光導(dǎo)部件和光學(xué)補(bǔ)償器)之間的空氣間隙必須在整個(gè)平面上有一小的精確限定的厚度。這需要極精確的安裝步驟，而空氣間隙厚度中的每個(gè)局部變化產(chǎn)生光學(xué)行為的變化和圖象失真。
本發(fā)明的目的是提供對(duì)上述問(wèn)題的解決方法。
為達(dá)到該目的，根據(jù)本發(fā)明的一種顯示裝置的特征在于，一個(gè)偏振器位于光導(dǎo)部件和顯示板之間，而該光導(dǎo)部件包括用于使入射光偏振的偏振機(jī)構(gòu)。
該偏振器可以整體形成于顯示裝置中。
偏振機(jī)構(gòu)的作用是，一方面，類(lèi)似于已知裝置中的凹槽結(jié)構(gòu)，就是使從光源來(lái)的光線沿顯示板方向偏轉(zhuǎn)，而另一方面，只有偏振光在出射表面處通過(guò)。偏振光隨后通過(guò)偏振器(在該情況下，偏振機(jī)構(gòu)和偏振器的偏振假定是相同的)。為此目的，偏振機(jī)構(gòu)最好位于光導(dǎo)部件的出射表面位置處。
通過(guò)偏振器的反射光也沿觀看者方向通過(guò)偏振機(jī)構(gòu)和光導(dǎo)部件的另一部分。因?yàn)槠駲C(jī)構(gòu)是在光導(dǎo)部件中整體形成的，所以可以免去上述安裝步驟(同時(shí)光學(xué)行為的變化不再發(fā)生)。
從觀看者一側(cè)入射的光束與垂線形成的入射角小于光導(dǎo)部件一空氣界面處的臨界角，入射光束與其偏振方向無(wú)關(guān)地耦合出射。偏振器通過(guò)合適偏振的光，該光隨后由顯示板的反射電極反射，并再一次通過(guò)偏振器和光導(dǎo)部件。
由于偏振，一股從光源產(chǎn)生的非偏振光束分離為兩個(gè)互相垂直的偏振的光束分量。獲得這樣一種偏振分離的方法例如是，使該非偏振光束撞擊在具有折射系數(shù)為np的各向同性材料的區(qū)域和具有折射系數(shù)為no和ne的各向異性材料的區(qū)域之間的界面上，其中兩個(gè)系數(shù)no或ne之一等于或基本上等于np。如果一股非偏振光束入射在這樣一個(gè)界面上，與各向同性和各向異性材料之間的過(guò)渡處的折射系數(shù)差別無(wú)關(guān)的光束分量不受反射地通過(guò)，而另一光束分量偏轉(zhuǎn)或反射。
如果np等于或基本上等于no，普通光束不偏轉(zhuǎn)地通過(guò)各向同性材料和各向異性材料之間的界面，而如果np等于或基本上等于ne，這樣一個(gè)界面不偏轉(zhuǎn)地通過(guò)異常光束。
以小于臨界角的角度入射在光導(dǎo)部件一空氣界面上的偏轉(zhuǎn)的光束分量再一次耦合出射，而偏振器再一次通過(guò)適當(dāng)偏振的光，后者隨后由顯示板的反射電極反射。
最好是，偏振機(jī)構(gòu)的偏振方向與偏振器的偏振方向相同。在該情況下，在例如以(扭轉(zhuǎn))向到液晶效應(yīng)和鐵電效應(yīng)為基礎(chǔ)的顯示板中不損失光。如果偏振機(jī)構(gòu)和偏振器的偏振方向不同，那么可以利用相位板來(lái)防止光的損失。
上述偏振一分離可以用各種方法得到。
本發(fā)明的第一實(shí)施例的特征在于，光導(dǎo)部件設(shè)有一層材料(如涂層)，它不同于光導(dǎo)部件其它部分的材料，并在于該偏振機(jī)構(gòu)是由該層材料和光導(dǎo)部件的其它部分之間的異型輪廓界面形成的，光導(dǎo)部件的其它部分的材料或該層材料為光學(xué)各向異性的，而另一材料為光學(xué)各向同性的。
一個(gè)第二實(shí)施例的特征在于，該光導(dǎo)部件設(shè)有許多個(gè)凹槽，它們由不同于光導(dǎo)部件其它部件的材料構(gòu)成，并在于該偏振機(jī)構(gòu)是由凹槽和光導(dǎo)部件其它部分之間的界面形成的，光導(dǎo)部件其它部分的材料或凹槽中的材料是光學(xué)各向異性的，而另一材料是光學(xué)各向同性的。
這樣一種光導(dǎo)部件本質(zhì)上從WO 97/08582(PHN 15.415)已知。
在所述文件中，在與光導(dǎo)部件出射表面對(duì)置的表面處以小于臨界角的角度入射在光導(dǎo)部件一空氣界面上的光線，通過(guò)給該表面裝設(shè)一個(gè)反射器而被防止耦合出射。
為了防止此種光線的耦合出射，根據(jù)本發(fā)明的另一種顯示裝置優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，耦合入射機(jī)構(gòu)位于一個(gè)光源和該光導(dǎo)部件之間，該機(jī)構(gòu)將一股耦合入射的光線和光導(dǎo)部件的一個(gè)平行于出射面的平面之間的角度限制為最大15度。
最好是，對(duì)于光導(dǎo)部件的光學(xué)各向同性部分，np等于或基本上等于n。
對(duì)于可以應(yīng)用于這樣一種光導(dǎo)部件的聚合物，通常應(yīng)用ne相當(dāng)高，而上述選擇可以更容易地實(shí)現(xiàn)為np等于或基本上等于ne。對(duì)于光學(xué)各向異性材料，最好是選擇一種各向異性聚合物凝膠或一種各向異性聚合物網(wǎng)狀物。
這些材料可以非常合適地用作涂敷涂層或填充凹槽用的雙折射材料，僅需要少量。
參考下述實(shí)施例，可以清楚本發(fā)明的上述和其它方面。
附圖中

圖1是本發(fā)明的反射式顯示裝置的實(shí)施例的截面圖。
圖1中示意地表示一種顯示裝置1，包括一個(gè)顯示板2和一個(gè)照明系統(tǒng)7。
顯示板2在兩個(gè)襯底3、4之間包括一種液晶材料5，其作用是以扭轉(zhuǎn)向到(TN)、超扭轉(zhuǎn)向到(STN)或鐵電效應(yīng)為基礎(chǔ)，來(lái)調(diào)制其上入射光的偏振方向。顯示板包括(例如)一個(gè)象素矩陣，其反光圖象電極6設(shè)置在襯底3上。襯底4是透光的。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假定圖1中僅示出一個(gè)圖象電極6。顯示板還包括一個(gè)偏振器14。
照明系統(tǒng)7由光導(dǎo)部件7組成，它由一種光透明材料制成，并包括四個(gè)端面10、10’。與所述端面之一(如端面10)對(duì)置地設(shè)置一光源12，其光經(jīng)過(guò)端面10耦合在光導(dǎo)部件7中。所述光源12例如可以是一個(gè)棒形熒光燈。該光源也可以(例如)由一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(LED)形成，特別是在具有小型顯示板的平面顯示裝置如移動(dòng)電話中。此外，光源12可以是可拆卸的。
光導(dǎo)部件7的出射表面9面對(duì)顯示板2。
為了保證從照明系統(tǒng)7產(chǎn)生的光為偏振光，在該例子中，光導(dǎo)部件7分為用不同材料制成的兩部分，它們由一鋸齒形輪廓隔開(kāi)，一種材料(15)是各向同性的，另一種材料(16)是各向異性的。
偏振分離產(chǎn)生于各向同性和各向異性材料之間的界面處。同時(shí)在光導(dǎo)部件的一個(gè)表面中可以設(shè)置填有不同材料的凹槽，該表面可以是出射表面9，也可以是對(duì)置表面24。對(duì)于光導(dǎo)部件的其它變化方案，以及其中所用的材料，可參考上述專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)WO 97/08582。
透明板的沒(méi)有耦合入射光的每個(gè)端面10’，可以設(shè)置一反射器22。以此種方式，可以防止在出射表面9處沒(méi)有耦合出射而因此通過(guò)該光導(dǎo)部件傳播并到達(dá)一端面處的光經(jīng)過(guò)端面10’離開(kāi)光導(dǎo)部件7。
偏振分離產(chǎn)生于各向同性和各向異性材料之間的界面17處。如果一股從光源12產(chǎn)生的非偏振光束入射在這樣一個(gè)界面上，該光束將分離為兩束具有互相垂直的偏振方向的組分19、19’。(為清楚起見(jiàn)，圖1中示出的光束當(dāng)其離開(kāi)光源時(shí)已分離為這些組分。)為了保證偏振分離發(fā)生，必須保持各向同性材料具有折射系數(shù)np而各向異性材料具有折射系數(shù)no和ne，系數(shù)no或ne之一等于或基本上等于np。在該例子中，其偏振方向與圖的平面橫交地延伸的光束分量19’向著界面17傳播，在該處它沿出射表面9的方向折射，如果它以大于臨界角的角度入射，它將在那里反射，從而得到全內(nèi)反射。如果入射角小于所述臨界角，該分量將離開(kāi)光導(dǎo)部件7。其偏振方向位于圖的平面內(nèi)的光束分量19在該例子中向著界面24傳播，如果它以大于臨界角的角度入射，它將在那里反射，從而得到全內(nèi)反射。如果入射角小于該臨界角，該分量將離開(kāi)光導(dǎo)部件7。在出射表面9、24處內(nèi)反射的情況下，光束分量19被反射而將通過(guò)光導(dǎo)部件7傳播，這將在該光束分量中導(dǎo)致消偏振。該消偏振的光束分量將最終到達(dá)界面17，隨后，如上所述地被偏振。另一種可能是，該分量或其一部分到達(dá)端面10，在該處消偏振，因此，在到達(dá)界面17時(shí)，將選擇具有所要偏振方向的部分。通常，在光導(dǎo)部件中產(chǎn)生一定程度的雙折射，由此，光束分量19、19’的偏振方向發(fā)生變化。結(jié)果，光將耦合出射，否則它會(huì)由于內(nèi)反射而保持滯留在光導(dǎo)部件中。
為了防止光離開(kāi)光導(dǎo)部件7而對(duì)照明系統(tǒng)的光出射沒(méi)有貢獻(xiàn)，燈12的光最好通過(guò)耦合入射機(jī)構(gòu)13耦合到光導(dǎo)部件7中，例如利用一個(gè)楔形的光導(dǎo)部件，它限制入射光束相對(duì)于出射表面9、24的角度為15度。此外，因?yàn)椴划a(chǎn)生雜散光，這導(dǎo)致增大對(duì)比度。
在顯示板2中反射后，光束19’通過(guò)光導(dǎo)部件傳播(對(duì)該例子，由于不同折射系數(shù)的折射假定可以忽略)，并到達(dá)觀看者20。
如果有足夠的環(huán)境光，例如從燈25或另一外光源產(chǎn)生的光，入射光束分離為兩股具有互相垂直的偏振方向的光束組分(為清楚起見(jiàn)，圖1中示出的光束當(dāng)其離開(kāi)光源時(shí)已分離為這些組分)。因?yàn)閷?6的兩個(gè)折射系數(shù)之一大于光導(dǎo)部件7的部分15的折射系數(shù)，所以在該例子中，其偏振方向與圖的平面橫交地延伸的光束部件18’向著垂線折射，而另一光束組分基本上未折射地傳播。因?yàn)檫@些光束組分與垂線形成的角度通常小于光束19、19’與垂線形成的角度，所以?xún)蓚€(gè)光束組分傳播得遠(yuǎn)至顯示板2。其偏振方向在圖的平面內(nèi)延伸的光束組分18被偏振器14吸收，而其偏振方向與圖的平面橫交的光束組分18’能夠通過(guò)。隨后，在顯示板2中反射后，光束組分18’通過(guò)光導(dǎo)部件傳播(由于不同折射系數(shù)的折射再一次假定可以忽略)，并到達(dá)觀看者20。
由于這些，顯示裝置可以非常合適地與燈12(側(cè)光)一起使用(光束19、19’)或不用燈12地使用(光束18、18’)。
在上面敘述中，假定偏振機(jī)構(gòu)的(以及因此光束18’、19’的)偏振方向與偏振器14的偏振方向相同。但是，實(shí)際中，并非始終如此，例如，因?yàn)槠衿?4的偏振方向被選成平行于液晶分子的取向方向。為了防止光的損失，圖1中示出一個(gè)用虛線表示的相位板21，該板使偏振軸以這樣一種方式轉(zhuǎn)動(dòng)，使得(基本上)防止該損失。
如上所述，光導(dǎo)部件的各種變化方案都是可能的，例如那樣描述的，尤其是在WO 97/08582中。例如，偏振機(jī)構(gòu)可以替換地位于出射表面24處。也可以使用圖1的具有可變出距的鋸齒形，例如，當(dāng)離燈12的距離較大時(shí)，該齒距減小。
圖象電極6并不必須反光。在一種可以替換的實(shí)施例中，這些圖象電極用作透光的ITO電極，這些電極后面安置一個(gè)鏡子。
總之，本發(fā)明涉及一種顯示裝置，它包括一個(gè)裝有光導(dǎo)部件的前光照明系統(tǒng)，它在環(huán)境光的情況下可以關(guān)掉。該光導(dǎo)部件是以在兩種具有不同折射系數(shù)的材料之間的界面處的偏振分離為基礎(chǔ)的，由此，對(duì)于一種光束組分兩材料的折射系數(shù)相同，而對(duì)于另一光束組分兩折射系數(shù)是不同的。
權(quán)利要求
1.一種由顯示板和照明系統(tǒng)組成的顯示裝置，該顯示板有一在象素位置處裝有反光電極的第一襯底、一透光的第二襯底和在該兩襯底之間的液晶材料，該照明系統(tǒng)位于第二襯底的背向液晶材料的一側(cè)，它包括一個(gè)由光學(xué)透明材料制成的光導(dǎo)部件，該部件有一個(gè)面對(duì)顯示板的出射表面和多個(gè)端面，在這些端面的至少一個(gè)的對(duì)置處安置一個(gè)光的入射面，由此光能夠在光導(dǎo)部件的該端面處耦合入射，其特征在于，一個(gè)偏振器安置在該光導(dǎo)部件和顯示板之間，而該光導(dǎo)部件包括用于使入射光偏振的偏振機(jī)構(gòu)。
2.一種如權(quán)利要求1中所述的顯示裝置，其特征在于，該偏振機(jī)構(gòu)安置在光導(dǎo)部件的出射表面的位置處。
3.一種如權(quán)利要求1中所述的顯示裝置，其特征在于，經(jīng)過(guò)偏振機(jī)構(gòu)發(fā)射的光的偏振方向與偏振器的偏振方向相同。
4.一種如權(quán)利要求1中所述的顯示裝置，其特征在于，耦合入射機(jī)構(gòu)位于一光源和該光導(dǎo)部件之間，該機(jī)構(gòu)將一股耦合入射光線跟光導(dǎo)部件的一個(gè)平行于出射面的平面之間的角度限制到最大為15度。
5.一種如權(quán)利要求1中所述的顯示裝置，其特征在于，對(duì)于入射光，偏振分離發(fā)生在具有不同折射系數(shù)的兩種材料之間的界面處，由此，對(duì)于一個(gè)光束組分，兩種材料的折射系數(shù)是相同的，而對(duì)于另一個(gè)光束組分，兩個(gè)折射系數(shù)是不同的。
6.一種如權(quán)利要求5中所述的顯示裝置，其特征在于，該光導(dǎo)部件設(shè)有一層不同于光導(dǎo)部件其它部分的材料，而偏振機(jī)構(gòu)由該層材料和光導(dǎo)部件其它部分之間的異型輪廓界面形成，光導(dǎo)部件其它部分的或該層的材料是光學(xué)各向異性的，而另一材料是光學(xué)各向同性的。
7.一種如權(quán)利要求5中所述的顯示裝置，其特征在于，該光導(dǎo)部件設(shè)有許多個(gè)凹槽，它們由不同于光導(dǎo)部件其它部分的材料構(gòu)成，而偏振機(jī)構(gòu)由這些凹槽和光導(dǎo)部件其它部分之間的界面形成，光導(dǎo)部件其它部分的材料或凹槽中的材料是光學(xué)各向同性的，而另一材料是光學(xué)各向異性的。
8.一種如權(quán)利要求6中所述的顯示裝置，其特征在于，該層材料和光導(dǎo)部件其它部分之間的界面為鋸齒輪廓形狀。
9.一種如權(quán)利要求1中所述的顯示裝置，其特征在于，一個(gè)相位板位于光導(dǎo)部件和顯示板之間。
10.一種如權(quán)利要求1中所述的顯示裝置，其特征在于，該顯示裝置在光的入射面一側(cè)上設(shè)有一個(gè)光源。
全文摘要
一種設(shè)有波導(dǎo)部件的透射反射式顯示裝置,該波導(dǎo)部件將從側(cè)面或上方入射的光分離為兩個(gè)互相垂直的偏振方向。偏振分離在光導(dǎo)部件的兩種材料的界面處發(fā)生,這兩種材料對(duì)一個(gè)偏振方向具有相同的折射系數(shù),對(duì)另一偏振方向具有不同的折射系數(shù)。
文檔編號(hào)G02F1/13357GK1242841SQ98801605
公開(kāi)日2000年1月26日 申請(qǐng)日期1998年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月28日
發(fā)明者H·J·科爾內(nèi)利森, D·J·布洛爾 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司