內置顯示器的反射鏡的製作方法

2023-09-21 03:27:00 2

專利名稱：內置顯示器的反射鏡的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於觀察目的的偏振反射鏡，該反射鏡具有將第一偏振類型的光反射到觀察側的第一平面，該反射鏡使第二偏振類型的光得以透過，並在其非觀察側裝有一個顯示器裝置，該顯示器裝置在使用過程中提供第二偏振類型的光。本申請中「用於觀察目的的反射鏡」或「顯示器反射鏡」指的是一種反射鏡，人眼(或人造眼如(紅外)攝像機鏡頭)通過它看見外部世界的反射部分。作為實例，可以設想大型的反射鏡，如浴室鏡、試衣間的穿衣鏡，甚至反射鏡牆。其它的實例為中等尺寸的鏡子，如用於卡車的外部反光鏡或梳妝檯的鏡子。
所謂「具有反射第一偏振類型的光的第一平面」，意思是反射鏡平面充當偏振平面。在使用中，入射到偏振平面上的特定光波長範圍內的光將被分為兩個分量，其中一個分量由這一偏振平面反射，另一個分量透過該偏振平面。一般最了解的是將光分為具有線偏振且偏振方向相互垂直的兩個分量。另一方面，也可以將光分為右旋和左旋圓偏振光或橢圓偏振光。
在2002年3月18日提交的序列號為02076069.2以及2002年10月17日提交的序列號為02079306.3(＝PH NL 02.1038)的未決歐洲申請中，描述了上述類型的顯示器反射鏡。這一反射鏡功能是通過在顯示器裝置前面引入偏振反射鏡或反射偏振器而不是部分反射層來獲得的。
在通常的實踐中，將這種反射鏡的反射率選為最佳值，也就是儘可能高。因此，優選應該反射幾乎所有的光或儘可能多的光，以實現最佳功能。這種反射鏡將第一偏振類型的光反射到觀察側，讓第二偏振類型的光透過，並且在其非觀察側提供有一個顯示器裝置，該顯示器裝置在使用過程中提供該第二偏振類型的光。
該顯示器裝置在使用過程中發射或反射(偏振)光。
通過將第二偏振類型的光的偏振(方向)調節到由顯示器發出的偏振光的偏振(方向)，可以獲得幾乎100％的透射因子，從而得到所顯示信息相對於反射像的高對比度。
然而，特別是當反射鏡的一部分被用作顯示器時，反射鏡功能在反射鏡平面的其它(顯示器)部分依然起作用。由此得到的反射將引起日光可見度和對比度的劣化。另一方面，當用作反射鏡時，只有一個偏振分量被反射，因此反射率只有近似50％。理想情況下，在顯示器模式下顯示器反射鏡應當100％透射，在反射鏡模式下100％反射。
本發明的目的之一就是要通過提高這種反射鏡顯示器的反射率至少部分地解決這些問題。
為了這個目的，根據本發明的偏振反射鏡在其非觀察側具有另外一個偏振反射鏡。
在這種結構裡，反射鏡顯示器的透射率再一次能在0和100％之間切換，而反射率則提高到大約62.5％(取決於由濾色鏡產生的透射損失，假定它大約為16％)。因此對於反射狀態能夠提高反射率。
在一個優選實施例中，在顯示器裝置的電一光層和色彩生成裝置之間提供所述另外一個偏振反射鏡。這樣，消除了濾色鏡產生的透射損失，反射率提高到大約85％。此時濾色鏡放置在這另外一個偏振反射鏡後面。用其它的色彩生成裝置如色序背光(color sequentialbacklight)可以得到類似的效果。
提出的顯示器反射鏡在顯示器模式中仍然具有50％的反射率(對於白像素)，(對於黑像素)它甚至會提高到85％。為了抑制這一反射，所述偏振反射鏡優選在其觀察側提供能夠在兩個光學狀態之間切換的起偏裝置。
在一個實施例中，所述偏振反射鏡在其觀察側兩個基底之間包括有染料的液晶層。
在另一個實施例中，所述偏振反射鏡在其觀察側包括一個可切換的1/2λ延遲器和一個偏振器。在所述顯示器裝置和所述另外一個偏振反射鏡之間使用這種可切換偏振器也有利於進一步抑制反射。
參照下文描述的實施例，將詳細闡述本發明的這些和其它方面。
在附圖中

圖1是根據本發明的反射鏡裝置的一個可能實施例；圖2是這種反射鏡裝置的一部分的截面圖；圖3是根據本發明的一個反射鏡裝置的一部分的截面圖；圖4是根據本發明的另一個反射鏡裝置的一部分的截面圖；圖5和圖6示出根據本發明的更多裝置的截面圖；以及圖7是根據本發明的另一個反射鏡裝置的一部分的截面圖。
附圖是示意性的，並且未按比例繪製。相應的元件通常用相同的標號表示。
圖1示出用於觀察目的的一個反射鏡裝置1，該反射鏡裝置在玻璃板或任何其它基底4上有一個用於反射光的反射鏡2，因此一個人3能夠看到他的像3』(和其它背景，未示出)。根據本發明，該反射鏡(平面)只反射第一偏振(方向)類型的光，而使第二偏振(方向)類型的光透過。此外，該反射鏡在其非觀察側提供有一個顯示器裝置5(同時參考圖2)。
本實例中顯示器裝置5為液晶顯示器裝置，該液晶顯示器裝置在兩個基底(玻璃或塑料或任何其它適當的材料)之間有液晶材料6。由於大多數液晶顯示器裝置是基於偏振效應的，因此顯示器5在使用中主要發出偏振光。通常，來自背光10的光受到這一液晶顯示器效應的調製。由於液晶顯示器裝置是基於偏振效應的，因此顯示器5包括第一偏振器8和透過特定偏振(方向)的光的第二偏振器(或檢偏器)9。
該具有特定偏振的光具有與第二偏振(方向)類型相同的(線)偏振方向，因此，該特定偏振的光沒有任何光損失(100％透射)地透過反射鏡(平面)2。
由於大多數液晶顯示器裝置是基於線偏振光的調製的，因此採用了線偏振器8和9，並且反射鏡2也是一個線偏振選擇鏡，如，一疊電介質層，其中每層都具有四分之一選定波長(或光譜平均值)的光學厚度，而各層具有選定折射率。另一種可能是採用所謂的線柵偏振器(wire-grid polarizer)(細導線柵)，對於一種偏振它能透射，對於垂直的偏振能夠反射。
如果反射鏡和顯示器裝置能夠相對於基本上垂直於第一平面的軸彼此相對旋轉，那麼顯示器發出的偏振光的透射因子就是可變的，這是因為該透射因子取決於調製光的偏振(方向)和能夠透過反射鏡2的光的偏振軸之間的夾角。這樣，如果需要，僅僅通過旋轉反射鏡，就可以讓顯示器產生的像變暗或者將它完全關掉。
另一方面，在特定應用中，使得如(O)LED或其它顯示器發出的光起偏，以獲得顯示信息相對於反射鏡應用中的反射像具有高對比度的效應，可能更加具有吸引力。
圖3示出根據本發明的反射鏡的一部分，其中採用了液晶顯示器裝置5，在非觀察側顯示器裝置5和背光10之間包括另外一個偏振反射鏡11。
入射光20在反射鏡2上部分(一種偏振方向，在這個實例中用(點)20』表示)反射(箭頭21)。如果顯示器裝置5，本實例中的液晶顯示器，為「關」(圖3a)或「非激活」，剩餘部分(另一種偏振方向，在這個實例中用(雙箭頭)20」表示)透過充當可切換半波片的所述顯示器裝置5，改變其偏振方向(用點20表示)，並且所述剩餘部分在線偏振反射鏡11上被反射。反射後，具有偏振方向20的反射光透過顯示器裝置5(再次改變其偏振方向(用雙箭頭20」表示))並且再次透過線偏振選擇鏡2(箭頭22)。為了充當可切換半波片，在相互垂直的偏振器之間選用扭轉向列液晶顯示器裝置(作為一個實例)。其它的可能是基於電控/補償雙折射(ECB，OCB)、鐵電效應或平面開關(IPS)的裝置。
由此，原則上幾乎所有的入射光都被反射。然而，實際上會發生光損失，特別是在彩色顯示器中，因為濾色片的偏振光透射率約為25％，因此，剩餘部分的大約10～15％(用20」表示的另一偏振方向)最終被反射，導致大約60～65％的總反射率(箭頭22、22』的組合反射)。該60～65％的總反射率沒有考慮顯示器或中間層中的額外光損失。
在顯示器模式中，本實例中的顯示器裝置5直接或者通過使光透過偏振器(未示出)來發射第二偏振方向(用(雙箭頭)15」表示)的線偏振光。在此情形下，具有偏振方向15」的偏振光由背光10(箭頭16)產生，並透過線偏振反射鏡11(箭頭16』)，且不改變其偏振方向(用雙箭頭15」表示)。由背光10產生的另一偏振方向的光(用(點)15』表示)被線偏振反射鏡11反射，而不改變其偏振方向(用箭頭15』、箭頭17表示)。依賴於背光的類型(例如使用膽甾醇反射鏡時)，該反射光的至少一部分在所述背光中被反射，同時再次改變其偏振方向，並發射偏振方向為15」的光。
偏振方向為15」(箭頭16』)的偏振光透過顯示器5。如果圖形元素(像素)為「開」或「激活」，基本上沒有光被吸收，偏振方向15」被保持；具有該偏振方向15」的光透過線偏振選擇鏡2，基本上沒有光損失，導致基本上100％的透射因子。
另一方面，外界光(箭頭25)被線偏振選擇鏡2部分反射(一種偏振方向，在這個實例中用(點)20』表示)。剩餘部分(另一種偏振方向，在這個實例中用(雙箭頭)20」表示)透過所述顯示器裝置5並且此時保持其偏振方向，也透過線偏振反射鏡11。其中的一部分再次損失在濾色片中，這也適用於背光反射的光，導致對反射的可忽略的貢獻。因此，當圖形元素(像素)為「開」或「激活」時，能夠得到大約50％的反射。
當圖形元素(像素)為「關」(圖3b)或「非激活」時，偏振方向為15」(用雙箭頭15」表示)的光透過線偏振反射鏡11(箭頭16』)，不改變其偏振方向。透過顯示器裝置5之後它的偏振方向被旋轉，用(點)15』(箭頭18)表示，且偏振反射鏡2反射該光，而不改變其偏振方向(用(點)15』、箭頭19表示)。反射後，光再次透過所述顯示器裝置5並且此時旋轉其偏振方向，並且透過線偏振反射鏡11，(這個實例中)在背光中去偏振。外界光(箭頭25)被線偏振選擇鏡2部分反射，並且對於「關」的像素表現出與參照圖3a所述類似的行為，導致大約60～65％的總反射率。
因此，在「開」或「激活」狀態和「關」或「非激活」狀態中，最大反射都低於最大透射並且依賴於圖形元素的狀態。更高的反射可以通過採用反射大部分光譜，只透過一個窄光譜帶的濾色片來獲得。紅色子像素濾色片(a red subpixel color filter)使得來自背光的一個窄的紅色光譜帶透過到達觀察者，並且將其餘的光譜反射回背光。類似地，該濾光片將除一小部分紅色光譜以外的大部分入射光反射回觀察者。這可以通過採用具有窄光譜源(具有最大20nm的帶寬)如雷射二極體或LED的準直背光來獲得。對於耦合出來的光，這樣的背光系統具有10°～20°的角度。
如上所述，由於偏振光通過濾色片的透射率只有大約25％，因此尤其是在彩色顯示器中會出現光損失。採用圖4的結構能夠防止這種損失，其中，濾色片13安裝在背面，置於線偏振反射鏡11和背光10之間。由於在反射鏡模式下(圖4a)另一偏振方向(用20」表示)的偏振光部分通過顯示器的透射率為大約60～80％，因此導致大約85％的總反射率(箭頭22、22』的組合反射)。圖4a中另外的標號具有同圖3a中的標號相同的含義。類似的理由適用於圖4b(顯示器模式)的情形，其中，對於為「關」或「非激活」的圖形元素(像素)也獲得了大約85％的總反射率。
對於整個顯示器或者它的一些部分，背光10也可能是掃描背光，在其中按順序提供彩色光。在色序顯示器中，液晶顯示器裝置中沒有任何彩色子像素，因此沒有任何吸收損失。色彩是通過按時間順序例如從紅色到綠色到藍色切換背光來產生的。與背光同步，液晶顯示器裝置(沒有濾色片子像素化(color filter subpixellation))將按時間順序顯示紅色、綠色和藍色子場(sub-fields)。現在顯示器反射鏡裝置具有80～85％的高透射率，並且兩個線反射偏振器2、11的應用將提高整個結構的反射率。對於這種結構來說，背光不必準直，因為色彩是由背光自身產生的，並且由LC層來調製透射。至於前面提出的結構，該結構在顯示器模式下的「關」狀態也將具有大約85％的反射率。優選情況下有必要利用快速切換LC效應，如OCB或FLC，以便看不到由色序背光產生的色彩中斷。
在上述實施例中，對於圖4中提出的方案(或類似的採用色序或掃描背光的實施例)，顯示器模式對於白像素仍然具有50％的反射率，對於黑像素它甚至會增大到85％。為了抑制這一反射率，提出了採用可切換偏振器。可切換偏振器安裝在顯示器的前面，用來抑制顯示器模式中來自反射鏡的剩餘反射。可切換偏振器可以由1/2λ延遲器和吸收偏振器或客主系統組成。關於這種可切換偏振器更詳細的描述可以在2002年10月17日提交的序列號為02079306.3(＝PH NL02.1038)的未決歐洲申請中找到。
圖5示出具有這種色序或掃描背光30和可切換偏振器31的實施例，其中可切換偏振器31由1/2λ延遲器(或開關)32和吸收偏振器33組成。在「反射鏡模式」中，入射光20在吸收偏振器33中被部分吸收(一種偏振方向，在這個實例中用(點)20』表示)。剩餘部分(另一種偏振方向，在這個實例中用(雙箭頭)20」表示)透過所述吸收偏振器33。可切換半波片32改變其偏振方向(用點20表示)，並且所述剩餘部分在線偏振反射鏡2上被反射。反射後，具有偏振方向20的反射光透過1/2λ延遲器(或開關)32，它(處於改變偏振方向的狀態中)切換所述偏振方向，用(雙箭頭)20」表示，並且透過吸收偏振器33(箭頭22)。通過這種方式，「反射鏡模式」中只有50％的入射光20被反射。
然而，在顯示器模式中，「關」像素中的反射被抑制到大約35％，「開」像素到0％。對於「顯示器模式」中的「開」像素，入射光25在吸收偏振器33中被部分吸收(一種偏振方向，在這個實例中用(點)20』表示)。剩餘部分(另一種偏振方向，在這個實例中用(雙箭頭)20」表示)透過1/2λ延遲器，此時它被切換到偏振被保持的狀態，因為在線偏振反射鏡2、顯示器裝置5和線偏振選擇性反射鏡11中偏振也被保持，導致基本上為零的反射。
對於「顯示器模式」中的「關」像素(圖5b)，入射光40在吸收偏振器33中被部分吸收(一種偏振方向，在這個實例中用(點)20』表示)。剩餘部分(另一偏振方向，在這個實例中用(雙箭頭)20」表示)透過1/2λ延遲器，此時它被切換到偏振被保持的狀態，因為在線偏振反射鏡2中該偏振也被保持，但是在液晶顯示器裝置5中它改變其偏振方向(用20表示)，並且所述剩餘部分在線偏振反射鏡11上被反射，在所述線偏振選擇性反射鏡11上反射後(見箭頭45』)保持其偏振方向(用點20表示)。該偏振在顯示器裝置中被再次改變，透過1/2λ延遲器(或開關)32(見箭頭45』)和吸收偏振器33，不再改變偏振方向，所以最終的反射為大約35％(箭頭45)。另外的可切換偏振器31不影響顯示器的透射，因此對於顯示器模式來說對比度提高了。
圖6示出圖5中提出的顯示器反射鏡，它採用可切換偏振器31，其由客主偏振器34和吸收偏振器33組成來抑制顯示器模式中的反射。客主偏振器可以在透明狀態和吸收一種偏振方向的狀態之間切換。對於該結構來說，由於在客主偏振器34中沒有吸收發生，圖4所示實施例中反射率的提高被保持(大約85％)，如圖6a中所見。在「顯示器模式」中(圖6b)該裝置表現出的行為基本上類似於圖5b中的裝置。另外的標號具有同圖3、4、5中的標號相同的含義。
在圖7所示的實施例中，通過在色序或掃描背光30和液晶顯示器裝置5之間增加吸收偏振器52來防止顯示器模式中對於「關」像素所觀察到的最終大約35％的反射率(箭頭45)。這在一方面改善了所有發明實施例的黑狀態，從而提高了反射鏡模式的對比度，因為此時的反射為零。儘管反射偏振器(線偏振反射鏡)11此時可以被免去，但反射鏡模式下的反射率也被降低到大約50％。
在不同的實施例中，用作反射偏振器的元件可能是膽甾醇型濾光片或雙折射箔片，可以被直接貼在顯示器外部，充當偏振器和反射器二合一。這意味著不必使用通常貼在LCD上的吸收偏振器。線柵偏振器是反射偏振器的另一個實例。這種偏振器包括帶有細金屬線的基底(玻璃或其它)。如果將線柵用作電極或者如果將電極結構沉積在線柵結構頂部，就可以用它來代替通常用於LCD的基底。
此外，如果使用偏振光背光，沒有透過線偏振反射鏡的光可以被反覆使用，從而提高顯示器的輸出。背光可以和線偏振反射鏡結合到一起用作顯示器反射鏡的基底。
所示結構並不局限於1/2λ延遲器和/或吸收偏振器和可切換客主單元。這些元件是基於LC效應的，在所示方案中，將扭轉向列用作1/2λ延遲器，將非扭轉向列用作客主單元。原則上，如果元件特性與顯示器和反射鏡需求相匹配，可以採用任何LC效應的組合(扭轉向列、非扭轉向列、平面或垂直排列、平面開關)。
本發明的保護範圍並不局限於所描述的實施例。例如，由於反射鏡2具有偏振效應，因此如果需要的話，可以刪除圖2中的第二偏振器(或檢偏器)9。
儘管描述了背光透射液晶顯示器裝置，但並不排除反射液晶顯示器裝置的使用。
另一方面，如前所述，來自例如(O)LED的光可以是偏振的，甚至採用其它的顯示器效應來獲得所顯示信息相對於反射鏡應用中的反射像具有高對比度的效果也具有吸引力。
同樣，如說明中所述，可以將一個以上的顯示器集成到反射鏡中，然而也可以考慮許多其它應用領域(後視鏡、試衣間等等)。在某些應用中，如果採用矩陣式，利用合適的驅動電路，可以在局部實現反射鏡狀態和顯示器狀態之間的切換。
本發明在於每個和各個新穎的特性特徵以及每個和各個特性特徵的組合。權利要求中的標號並不限制其保護範圍。動詞「包括」及其各種變化形式的使用並不排除權利要求書中所記載的各個元件之外的其它元件的存在。元件前面的冠詞「一個」的使用不排除這些元件的複數形式的存在。
權利要求
1.一種用於觀察目的的偏振反射鏡(1)，該反射鏡具有將第一偏振類型(20』)的光反射到觀察側的第一平面(2)，該反射鏡使第二偏振類型(20」)的光透過，並在其非觀察側提供有一個顯示器裝置(5)，該顯示器裝置在使用過程中提供所述第二偏振類型的光，該反射鏡顯示器裝置在所述非觀察側具有一組中的至少一個，這一組包括另外一個偏振反射鏡和色彩生成裝置(13、30)。
2.如權利要求1所述的偏振反射鏡，在所述顯示器裝置的電—光層(6)和色彩生成裝置之間有所述另外一個偏振反射鏡。
3.如權利要求2所述的偏振反射鏡，所述色彩生成裝置包括濾色鏡(13)。
4.如權利要求2所述的偏振反射鏡，所述色彩生成裝置包括色序背光(30)。
5.如權利要求2所述的偏振反射鏡，所述色彩生成裝置包括發射窄帶光的背光。
6.如權利要求5所述的偏振反射鏡，所述光的發射帶具有最大20nm的帶寬。
7.如權利要求1或2所述的偏振反射鏡，所述偏振反射鏡在其觀察側具有能夠在兩個光學狀態之間切換的偏振裝置(32、34)。
8.如權利要求7所述的偏振反射鏡，其中所述可切換偏振裝置在其觀察側包括處於兩個基底之間包含染料(34)的液晶層。
9.如權利要求7所述的偏振反射鏡，其中在其觀察側的所述可切換偏振裝置包括1/2λ延遲器(32)和偏振器(33)。
10.如權利要求1或2所述的偏振反射鏡，所述偏振反射鏡在所述顯示器裝置和所述另外一個偏振反射鏡之間具有能夠在兩個光學狀態之間切換的偏振裝置。
11.如權利要求10所述的偏振反射鏡，其中，所述顯示器裝置和所述另外一個偏振反射鏡之間的所述可切換偏振裝置包括處於兩個基底之間包含染料的液晶層。
全文摘要
一種反射鏡裝置(1)，可以被同時用於顯示器目的，基於例如一個前面置有偏振反射鏡(2)的LCD顯示器(5)。通過在其非觀察側提供另外一個偏振反射鏡(11)來提高這種反射鏡顯示器的反射率。通過在顯示器的後部該反射偏振器的後面放置濾色鏡(13)或彩色(順序)背光(30)來防止顯示器中的色彩吸收。
文檔編號G02B5/08GK1879043SQ200480033058
公開日2006年12月13日 申請日期2004年11月3日 優先權日2003年11月11日
發明者阿曼達·C·紐柯克, 埃米耶爾·佩特斯, 胡戈·J·科內利森, 馬蒂納斯·H·W·M·范德爾登 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司