用於液晶顯示器的結構化半透反射片的製作方法

2023-05-30 06:25:56

專利名稱：用於液晶顯示器的結構化半透反射片的製作方法
技術領域：
本發明總的來說涉及顯示器，具體地講，涉及在環境光照明和背光照明下工作的半透反射式顯示器。
背景技術：
基於微處理器的物理尺寸縮小技術已經導致可攜式個人計算機、口袋秘書、無線電話和尋呼機的發展。所有這些設備以及例如鐘錶、手錶和計算器等其它設備對低功耗的數據顯示屏都有共同的需要，以延長電池更換或電池充電之間的使用期。
在這些設備中最常見的顯示器是液晶顯示器(LCD)。LCD可根據照明光源來分類。反射式顯示器是用從前面進入顯示器的環境光來照明。反射表面，例如置於LCD後面的刷有金屬的反射鏡，使透過LCD的光返回，同時保持光入射在該反射表面上的偏振方向。雖然反射式顯示器滿足低功耗的要求，但是這種顯示器僅用於良好的環境光照明的條件下。在低亮度的環境光下，顯示器通常變暗，從而難以看清。因此，純反射式顯示器的有用性是有限的。
另一種LCD顯示器是背光式顯示器，其中，光在顯示器的背面產生，並且透過該顯示器到達觀看者。通常，背光組件包括諸如發光二極體(LED)、螢光燈或其它發光設備之類的光源和一些光學元件，所述光學元件用於將來自光發射器的光導入LCD。還可用背光照明來補充反射式顯示器，使得它能夠在大範圍的環境光條件下使用。然而，背光組件的引入增加了電池的功耗，從而明顯地縮短了電池使用壽命或電池充電之間的時間。
背光照明和環境光反射式顯示器的組合引出了對「半透反射」膜的需要。半透反射膜置於LCD和光源之間，並且用來使透過LCD的環境光反射並使來自光源的光透射，以照射LCD。

發明內容
然而，在環境光照明條件下，半透反射膜通常使入射光發生鏡面反射，並與圖像重疊，從而使得圖像更難以被看清。當顯示器是在背光模式下工作的彩色顯示器並且存在高亮度的環境光下時，這種情況就尤其是如此。因此，需要一種改進的半透反射片，該半透反射片改善彩色顯示器在高亮度的環境光下工作時的圖像的可視性。該半透反射片使光反射和透射且減小色移，並且可以被構造成使反射的環境光在需要的角度範圍內擴展。
在一個具體實施例中，本發明涉及一種包括透射式顯示單元的半透反射式顯示裝置，所述透射式顯示單元具有觀看面和背面，並且限定成像元件。光源置於所述透射式顯示單元的背面。結構化的半透反射片置於所述透射式顯示單元和所述光源之間。所述結構化的半透反射片包括結構表面和置於整個所述結構表面上的層狀介質反射鏡。
在另一具體實施例中，本發明涉及一種包括彩色透射式顯示單元和結構化半透反射片的半透反射式顯示裝置，所述彩色透射式顯示單元具有觀看面和背面，所述結構化的半透反射片置於所述彩色顯示單元的背面。所述結構化的半透反射片包括結構化的基底和介質部分反射鏡，所述基底具有結構表面，所述介質部分反射鏡置於所述結構表面上。入射在所述顯示單元上的環境光在眩目的方向上產生眩光，並且，所述結構化的半透反射片使圖像光在基本上圍繞所述眩目的方向的一定方向範圍內反射。
本發明的以上概述並不意味著闡述了本發明的每一個示例性的實施例或每一種實施方式。隨後的附圖和詳細說明更具體地舉例說明了這些實施例。


結合附圖對本發明的各種實施例的以下詳細的描述進行思考，可更加全面地理解本發明，其中圖1示意性地示出根據本發明原理的半透反射式顯示器的實施例；圖2A-2C示意性地示出根據本發明原理的半透反射片的不同實施例的橫截面；圖3示意性地示出顯示器和用於相對於該顯示器描述光通路的坐標；圖4給出顯示從6°至20°各種不同底角值的如圖2A中所示半透反射片的計算所得的光學響應圖；圖5A示意性地示出根據本發明的原理的半透反射片的另一實施例的一部分；圖5B示意性地示出根據本發明的原理的半透反射片的另一實施例的一部分；圖6給出顯示根據本發明的原理具有反射鏡的半透反射片的計算所得的光學響應圖，所述反射鏡被設置在從6°至20°的角度範圍；圖7A和圖7B示意性地示出根據本發明原理的具有非線性反射面的半透反射片的實施例；圖7C給出顯示根據本發明原理的具有曲面反射鏡的半透反射片的計算所得的光學響應圖，這些曲面反射鏡在從6°至20°的角度範圍內彎曲；圖8A和圖8B示意性地示出根據本發明原理的提供橫向光擴展的反射鏡的實施例；圖9給出顯示根據本發明原理具有不同角度的反射鏡相互組合的各種半透反射片的光效應的曲線圖；圖10給出顯示具有三種不同類型的半透反射片的反射式顯示器的光點測試的實驗結果的曲線圖；圖11給出顯示具有四種不同類型的半透反射片的反射式顯示器的以不同角度反射的環境光的彩色特性的曲線圖；圖12給出顯示具有三種不同類型的半透反射片的反射式顯示器在背光工作下的色移的曲線圖；圖13A示意性地示出根據本發明原理的結構化半透反射片的另一實施例；
圖13B示意性地示出圖13A所示的結構化半透反射片的基底；圖14A示意性地示出根據本發明的原理的結構化半透反射片的另一實施例；圖14B和14C示意性地示出圖14A所示的結構化半透反射片的基底的橫截面；圖15給出顯示計算被根據本發明原理製造的結構化半透反射片反射的光的分布的錐光偏振圖；圖16示意性地示出用於描述用以確定結構化半透反射片的反射特性的實驗的顯示器和坐標；以及圖17給出顯示被結構化半透反射片反射的光的分布的實驗結果。
雖然對本發明容易進行各種修改和替換，但是其細節已經通過附圖中的例子被示出並將被詳細地描述。然而，應該明白，本發明並不局限於就本發明所述的這些具體實施例。相反，本發明包括落入在由附屬權利要求書所界定的本發明的精神和範圍內的所有的修改、替換及其等同形式。
具體實施例方式
本發明適用於半透反射式顯示器，並且被認為特別適用於彩色半透反射式顯示器，其中，反射圖像光與環境眩光相分離，從而改善觀看者所看到的圖像的可視性。
半透反射式顯示器100的示意圖在圖1中示出。顯示單元102，通常即液晶顯示器(LCD)等，被連接到控制器104，該控制器控制在顯示器102上顯示的信息。由一層或多層光學薄膜形成的半透反射片106置於該顯示單元102的下方。電源108可以給顯示控制器104、顯示單元102以及光源110供電。光源110可以是任何合適類型的光源，例如一個或多個螢光管、一個或多個發光二極體等。光源110可包括可任選的反射鏡111，以有助於將光導向最佳的方向。電源108可以是電池、可充電電池或其它的電功率源。
顯示單元102通常包括上吸收偏振片112和下吸收偏振片114。液晶層116置於上吸收偏振片112和下吸收偏振片114之間。玻璃層(未示出)可置於吸收偏振片112和114與液晶層116之間。顯示單元102通過改變從其穿過的某部分光的偏振來工作。濾色片118通常用來給顯示單元102的特定像素提供特定顏色。
彩色顯示器通常以背光模式工作。然而，在強環境光諸如強太陽光的條件下，人們難以看清彩色顯示器，並且圖像似乎淡化。在這種環境下，可用背光和環境光的組合來形成圖像，在環境光強時，圖像顯得更亮，並且更容易被人看見。半透反射片106使通過顯示單元102的環境光反射，並且使背光源產生的光透射到顯示單元102。因此，顯示器100能夠使用背光、環境光或者二者來工作。
現在就不同偏振態的光來描述顯示器100的工作。處於透過吸收偏振片112的偏振態的環境光120透射通過液晶層116到達下吸收偏振片114。如果通過液晶層116的光處於被下吸收偏振片114通過的偏振態，則光透射到半透反射片106。被半透反射片106反射的光122返回通過顯示單元102而被觀看者看到。在顯示單元102的其它位置上，通過液晶層的光124以處於被吸收的偏振態到達下吸收偏振片114。因此，沒有光從顯示單元102的這點到達觀看者。這樣，通過控制不同顏色的像素來阻擋光或反射光，將反射光的圖像顯示給觀看者。
處於與光120和124不同的其它偏振態的環境光(未示出)入射到上吸收偏振片112，然後被上偏振片112吸收。
按如下方式形成背光圖像給觀看者。光源110產生進入背光單元126的光112。在該示例性的實施例中，背光光學單元126可包括導光片128，該導光片128用來將來自光源110的光導入顯示器100，並且朝上向顯示單元102發射光，所述光源110可設有反射鏡。在一個實施例中，導光片128可包括透射式光楔，該光楔的厚端130被光源110照射。漫射式或漫反射式襯墊132、134沿導光片128的上表面和下表面中的一個表面或二個表面設置，它們可用來從導光片128向顯示單元102提取光。背光單元126還可包括反射鏡136，該反射鏡置於導光片128的下方，以使透過導光片128的下表面的光反射。反射鏡136可以是漫反射鏡或者鏡面反射鏡。
背光單元126還可包括一個或多個光控制光學薄膜(lightmanagement optical film)138，用來將光導入顯示單元102。例如，光控制光學薄膜可包括一個或多個稜條紋型的增亮膜(prismaticallyribbed brightness enhancing film)，用於使光更靠近顯示軸140傳播。一種方法是使用兩層稜形增亮膜，其中一層的稜條紋方向與另一層的稜條紋方向近似垂直地定向，以使二維空間的光向顯示軸140傳播。背光單元126還可包括反射偏振片，用來使光逆向反射到漫反射鏡136，要不然光將在下吸收偏振片114中被吸收。
向半透反射片106發射的一些光142透射通過下吸收偏振片114，然後透射通過液晶層116。從液晶層116發向上吸收偏振片112的光的偏振處於被上吸收偏振片112通過的偏振態，並且作為圖像光144發射給用戶。向顯示單元102傳輸的其它光146透過下吸收偏振片114，然後入射在液晶層116的不同部分上。在這種情況下，處於被上吸收偏振片112吸收的偏振態的光146到達上吸收偏振片112，並且不被用戶觀看到。因此，對來自背光單元126並通過顯示單元102的光的偏振進行空間選擇性的控制，使得用戶觀看到由從光源110發出的光形成的圖像。
應該明白，在一些情況下，半透反射片106可能不會使入射環境光100％反射，並且可能不會使入射背光100％透射。這可使顯示器100作為非反轉顯示器使用，在非反轉顯示器中，例如，對於環境光照明和背光照明，亮的藍像素(lit blue pixel)都仍是亮的藍像素。
在討論半透反射片106之前，回顧一下單色顯示器和彩色顯示器之間的差別是有用的。單色顯示器通常用於諸如手錶、手機等可攜式設備中。在單色顯示器上顯示的信息的類型通常是以字符形式的字母數字，而幾乎沒有以圖形信息的形式。這種信息不需要高的空間或灰度解析度，並且也不需要恆定的彩色特性，所以，例如在太陽光、螢光照明和白熾照明中移動時，環境光的特性發生大的變化，這種大的特性變化對單色顯示器產生的圖像的質量幾乎沒有影響。因此，單色顯示器的常見默認工作模式是在環境光照明下，以延長電池的壽命，背光僅作為當環境光不足時的補充使用。在單色顯示器中的半透反射片的反射率通常在60％-90％的範圍內。此外，單色系統中使用背光有時會導致圖像顏色的反轉在環境光照明下顯得暗的東西在背光照明下變得明亮起來。對於單色顯示器，這種反轉給用戶帶來不便，但是它仍保持可視的圖像。
彩色顯示器的要求比單色顯示器的要求更加嚴格。首先，不管在環境光照明的條件下，維持顯示圖像的色彩平衡都是重要的用戶不可能喜歡這樣的顯示器，其中，當從用白熾燈照射的房間移到用螢光燈照射的房間時，具體圖像的色彩會顯著地變化。通常使用彩色顯示器的一種應用是膝上型計算機。膝上型計算機中的顯示器通常是透射式顯示器，僅使用背光照明來形成圖像。這確保了色彩平衡和灰度不變。在強環境光例如直射太陽光的條件下，由於圖像和被顯示屏反射的環境光之間沒有對比度，所以純透射式顯示器上的圖像變得模糊。因此，在某些照明條件下，純透射式顯示器變得不可用。
把半透反射片添加到彩色顯示器，使得除了使用背光外還可使用入射環境光來形成圖像。因此，彩色顯示器能夠在更寬的照明條件下工作。因為彩色顯示器的默認工作模式通常是背光模式，所以半透反射片106透射背光的分數比單色顯示器中透射的分數明顯高。例如，半透反射片的透射率是在從大約10％-99％的範圍內，其中優選的範圍是從大約70％至大約90％。假設在半透反射片106中沒有吸收，這導致半透反射片的反射率在大約10％至大約30％的範圍內。
此外，在彩色顯示器中的色彩反轉會導致產生的圖像看起來像照相膠片產生的彩色底片。這種圖像對於用戶來說通常是不可接受的，所以可與彩色顯示器一起使用的半透反射片的類型是非反轉的半透反射片。使用非反轉的半透反射片，例如部分反射鏡/部分透射鏡(partial transmitter)，可使環境光圖像和背光圖像加起來，從而允許該顯示器在環境光照明和背光照明的組合下使用。
非反轉的半透反射片206的一個具體實施例的示意橫截面示於圖2A中。半透反射片層210包括第一微結構層212和第二微結構層214。兩個微結構層212和214之間是部分介質反射鏡216，該部分介質反射鏡與微結構層212和214的形狀相匹配。微結構層212和214通常由光學透明聚合物材料形成。
雖然金屬部分反射鏡廣泛地應用於單色顯示器中的半透反射片，但是金屬半透反射片不是很適合用於彩色顯示器。在單色顯示器中，半透反射片的反射率相對高，例如在從60％-90％的範圍內。因此，金屬半透反射片由相對較厚的金屬層構造而成。
在彩色顯示器中，部分反射鏡的反射率較低，並且可能在10％-30％的範圍內。具有在此範圍內的反射率的金屬部分反射鏡具有很多缺點。金屬層的反射率取決於其厚度這種低反射率需要非常薄的金屬膜，從而難以均勻地沉積。此外，具有低反射率的金屬部分反射鏡的顏色與具有較高反射率的金屬部分反射鏡不同。例如，具有低反射率的薄銀塗層透射藍光的分數比較高反射率塗層的高，從而反射圖像顯示出黃色的整體外觀。另外，薄金屬層是有耗損的，由於吸收而損失幾個百分比的光。
珍珠光顏料反射鏡也不是很適合用於彩色LC顯示器。因為反射率和擴散率的級別通常是相連的，所以顯示單元的設計參數受嚴重的約束。此外，可能不會保持散射光的偏振，從而給偏振依賴性LC顯示器引入了損耗。
提供部分介質反射鏡216的優選方法是提供層狀介質結構。層狀介質結構包括多個折射率不同的介質層。層狀介質反射鏡216的例子是置於整個較低折射率的結構表面上的單層較高折射率材料。在這種情況下，在較高折射率層的與較低折射率結構表面不同的另一側上可以具有由較低折射率的材料形成的覆蓋層。覆蓋層的例子包括空氣層或平坦化層例如層214。
在另一種方法中，可提供多個高低折射率交替的材料對來形成介質反射鏡。為了使具體波長λ的反射最優化，不同層的光學厚度是四分之一波長λ/4的奇數倍。為了使整個波長範圍內的反射最優化，可以改變這些層的厚度。可選擇層的數目、厚度和折射率來提供在整個所擇波長範圍內具有希望的反射率的部分反射鏡。另外，可調整部分反射鏡的反射率來適合在該部分反射鏡上的具體入射角。
在高、低折射率的層中可使用任何合適的材料。例如，聚合物可用於不同層中。另外，含氟聚合物通常具有低折射率，並且其用於一個或多個低折射率層中可能是特別有利的。分散有納米陶瓷的聚合物可能具有高折射率，並且其用於一個或多個高折射率層中可能是特別有利的。也可使用非聚合的電介質材料。一些可用於一個或多個高折射率層的金屬基材料包括二氧化鈦、氧化錫、氧化銦錫和硫化鋅。一些可用於較低折射率層的非聚合材料包括氟化鎂、二氧化矽等等。
在具有單層介質反射鏡的半透反射片的實施例中，基底的折射率可以在大約1.3-1.8的範圍內，介質反射鏡的折射率在大約1.8-2.3的範圍內。如果沒有平坦化層，那麼如果反射鏡位於空氣中，則在介質反射鏡之上的材料的折射率為大約1。如果有平坦化層，則在介質反射鏡之上的材料的折射率可能在大約1.3-1.8的範圍內。
在另一種被稱為「板堆」的方法中，層狀介質反射鏡可包括多個介質材料層，各層的厚度不必選擇成使得光學厚度是具體波長的四分之一的奇數倍。在這種情況下，這些層之間的反射不必如四分之一波堆的情況那樣是相干的。
使用介質反射鏡層的一個優點是，與金屬反射鏡不同，彩色質量與反射率的值沒有直接的聯繫。相反，反射率的值與層間的折射率差和層數有關。此外，介質反射鏡不會引進吸收損耗。另外，可將漫射粒子引入半透反射片，例如在一個或多個反射層中，或者在相鄰層中。漫射粒子可由其折射率與宿主材料相差小的材料形成，所以可減少散射角的大小，並且還降低消偏振的量。因此，與珍珠型反射鏡不同，介質半透反射片的反射率的級別與漫射量無關聯，從而提供更大的設計靈活性。
形成半透反射片206的一個方法是，首先使用適於形成微結構表面的技術來形成微結構層212和214中的一個。例如，可使用模製微結構層212的壓花工具在基底218上形成下微結構層212。在另一種方法中，可將下微結構層212熱模壓在基底218上。下微結構層212可以由與基底218相同的材料製成，也可以由與基底218不同的材料製成。一旦微結構表面形成，就將部分反射鏡216沉積在該微結構表面上。基底218可以由諸如聚酯薄膜、聚碳酸酯(PC)薄膜、三醋酸酯纖維(TAC)薄膜等相對撓性材料形成，或者可以由諸如厚PC層、丙烯酸層、玻璃層等相對剛性基底形成。基底218可與顯示器中的其它部件分離開，或者可以包括另一顯示部件。例如，基底218可以是顯示單元的下表面，例如玻璃層或吸收偏振片。在另一例子中，基底218可以是背光光學單元138中的一層，例如反射偏振片，比如多層反射偏振片或膽甾醇型(cholesteric)偏振片。反射偏振片可形成背光光學單元138中的部分。
然後，可使用平坦化工藝例如刮刀塗布或壓光輥來形成餘下的微結構層214。平坦化工藝可使用諸如輻射固化的丙烯酸酯或溶劑流鑄(solvent-cast)的聚合物等之類的材料。上微結構層214可由與部分反射鏡216的長使用壽命相一致的材料形成。
可任選的層220是附加的粘合劑層，其可用來將半透反射片206附著到另一元件例如顯示單元的下吸收偏振片。在另一實施例中，層220可以省略，層214由粘合劑材料形成，從而平坦化層214也是能夠將半透反射片206附著到顯示單元102的下表面的粘合劑層。
間距P即為微結構化的部分反射鏡216的傾斜反射鏡224的長度，可選擇該間距來減少半透反射片和顯示單元102之間形成的波紋效應。可選擇該間距，使得一個以上的傾斜反射鏡224與顯示單元的每個成像元件都相關。
傾斜反射鏡224的底角標記為θ。部分反射鏡216可構造成以提供對反射光228偏離入射光226的方向角的選擇性控制。以這種方式，通過顯示單元102的入射環境光可沿優選的方向傳播並遠離眩光。眩光往往是由於入射環境光被顯示器的其它表面鏡面反射而引起的。透射光230，例如背光，通過半透反射片206，如果層212和214的折射率相同，則它可無折射地通過半透反射片206。底角θ通常是在2°-20°的範圍內，更優選地在6°-10°的範圍內。
半透反射片240的另一實施例示意性地示於圖2B中，該圖示出了通過粘合劑層250被附著到顯示單元102的下層252的基底248。介質反射鏡246沉積在基底248上，平坦化層242設有基本上平坦的下表面243，以便將來自光源的光傳到顯示單元。
在半透反射片260的另一實施例中，全息表面262在基底264上形成。全息表面262被介質反射鏡266覆蓋。介質反射鏡266採用全息表面的表面結構，並且起到全息反射鏡的作用。由於介質反射鏡266的底層全息表面的形狀，所以介質反射鏡266可結構化成優選地將光反射入不同於鏡面反射方向的方向中。例如，介質反射鏡266可結構化成使沿-30°方向入射的環境光270以與半透反射片260垂直的方向272反射，而不是以+30°的方向反射。半透反射片260可設有平坦化層268，該平坦化層可以是粘合劑層，並且可包含漫射粒子。
定義光相對於顯示器平面傳播的方向是有用的。參照圖3來執行該定義。顯示器300位於x-y平面。與顯示器300垂直的直線302被稱為中心線，並且平行於z軸。在+y方向上有分量的方向被稱為向下，在-y方向上有分量的方向被稱為向上。在+x方向上有分量的方向被稱為向左，在-x方向上有分量的方向被稱為向右。
在某些情況下，使反射圖像光與眩光分離是有用的，在這種情況下，底角θ不等於零。這導致圖像光被導向環境眩光峰的一側。如果眩光和反射圖像光之間的角距離是大約30°，則底角θ是大約10°(光以大約等於2nθ的角度被反射，其中，n是光被反射鏡反射之前和之後在其中傳播的材料的折射率)。
參照圖4中顯示的圖來進一步討論反射圖像光和眩光之間的角距離。每個圖的中心，即這些軸的相交點，表示平行於z軸的中心線。沿每個圖的軸移動表示從0°至90°增大角度。假設照明是以30°的入射角從圖的頂部入射，使得表示鏡面反射的眩光峰402在偏離中心向下成30°的方向上。
根據微結構化的半透反射片計算所得的光反射以光點404a-404h的形式示出。在(a)中，假設傾斜反射鏡的底角是6°，接下的各個圖(b)-(h)依次增加2°。因此，(h)表示20°的底角，而(c)表示10°的底角。
粘合劑層220或某一其它層可提供擴散。例如，粘合劑層220可在粘合劑基質中設有漫射粒子。然而，這通常是旋轉對稱的擴散，從而在左右方向上產生與上下方向相同的擴散角。在某些情況下，可優選的是，使圖像光沿優選的視線方向擴散，而不是具有旋轉對稱的擴散。以這種方式，在保持高背光透射率的同時，可以實現高反射亮度。
再次參照圖3，在很多可攜式手持設備例如手持行動電話中，環境光通常從上中心平面的上面入射，如光束310所示。環境光以Φg的角度入射到顯示器300上。由於小量的擴散，所得到的眩光可能會有一定程度的角擴展，該眩光通常是以光束312周圍為中心，該光束312也是成Φg的角度。然而，通常優選的是，將圖像光在圍繞該中心線或接近該中心線的視線範圍內提供給用戶。因此，有利的是，將顯示器半透反射片設計成在希望的視線範圍內提供最大亮度的反射圖像光，而在其它視線方向上提供較低的亮度。
對反射角提供選擇性的控制而不依賴於使光沿各個方向對稱地散射的擴散片的一個具體方法是，使用一種半透反射片，該半透反射片具有與其平面成不同角度的傾斜反射鏡。這種半透反射片506的一個實施例示意性地示於圖5中。為了清晰起見，僅示出半透反射片的一個微結構層508。應該明白，部分反射鏡與該微結構層508的形狀相配地設置，並且平坦化層可設置在整個部分反射鏡上。在該示例性實施例中，半透反射片506包括多個傾斜反射鏡組509，每組包括三個底角不同的傾斜反射鏡510、512和514，其底角分別是θ1、θ2和θ3。可使用這種結構並通過選擇稜鏡底角的合適範圍來控制反射圖像光在與形成反射鏡的稜鏡的軸垂直的平面上擴展。可使反射鏡的模式具有重複的單位單元，所述單位單元的尺寸等於或小於顯示單元502的顯示成像元件(像素)的尺寸d。反射鏡組509可包括某一其它數目的反射鏡，例如兩個、四個或更多個。
反射鏡組509可包括按任何所需的順序排列的反射鏡。例如，這些反射鏡可按底角遞增(如圖所示)或底角遞減的順序或者按隨機的順序排列。此外，形成反射鏡組509的反射鏡可全部具有相同的間距，或者可具有不同的間距，例如圖5B所示。
包括具有不同底角的反射鏡組的光學結果的一個例子在圖6中給出，該圖6示出了與圖4相似的圖，但是，其中，單位單元是由底角從6°至20°的範圍逐步升高1°的多個傾斜反射鏡形成的。視角響應主要分布在中心往上的區域內。假設一些漫射提供一些橫向光擴展。相反，如果優選的是填充中心往下的視線方向，則可使用底角在小於10°的範圍內的傾斜反射鏡。
提供對反射光的角度範圍進行角度控制的另一種方法示意性地示於圖7A中，該圖示出了微結構層702。部分反射鏡層704設置在整個微結構層702上，其形狀與微結構層702相同。平坦化層(未示出)可附加在整個部分反射鏡上。
在該實施例中，反射鏡706具有非線性鏡面708。這些鏡面708可以具有曲率半徑，可以是非球面，或者可以是一系列分離的線性區段718，如圖7B所示。多個反射鏡706可與顯示單元的像素相關。與一個像素相關的反射鏡706可以具有相同的非線性形狀，或者可以具有不同的非線性形狀。
顯示對具有曲鏡面的半透反射片計算所得的性能的圖在圖7C中示出，所述曲鏡面的鏡面角度是在6°-20°範圍內。沿中心往上方向的填充是顯然的，其中增加漫射僅為了調節微量的橫向擴展。可使用不同非線性外形的鏡面來實現不同視角範圍的填充。
某些擴散通常有利於在左右方向上提供可視度。相對於中心往上擴展的量，橫向擴展的量可能會較小。在某些排列中，可調節反射鏡的鏡面來提供一些橫向擴展。例如，這種橫向擴展可以與旋轉對稱的擴散一起從體擴散片設置，或者可以在沒有任何旋轉對稱的擴散的情況下設置。
反射鏡802的例子示意性地示於圖8A中，該圖示出了反射鏡面804具有一般彎曲的表面806。反射鏡812的另一例子示意性地示於圖8B中，示出了反射鏡面814具有隨機或贗隨機地彎曲的表面816。調節這種表面是為了反射光在與反射鏡面的傾斜面垂直的方向上的橫向擴展。
可通過在製造母模或壓花工具時調節切削工具的深度來對反射鏡面進行調節。該調節可以是面對面地重合，或者可以是不重合，或者從面對面看該調節可以是隨機的或贗隨機的。應該明白，還可使用其它的方法例如使用體擴散片層來產生橫向擴散。
在決定選擇用於半透反射片中的鏡面角度的過程中，可能存在一種情況，其中，某一子集視角範圍更優於其它的角度。例如，沿中心往下方向，用戶可能希望顯示亮度在中心附近是最高的，隨著選取的位置越向下，該顯示亮度相應地越低。所得到的結構可以與上文所示的結構不同。選擇在中心視線方向附近提供環境光反射能力的底角或鏡面曲率的頻率，以使該頻率比對有助於在極下端視線方向上提供環境光反射能力的底角/曲率的那些頻率高。參考圖9對此進行描述，圖9示出了基於改變所有平面反射鏡面的底角頻率的若干構造的預期性能。
在圖中示出了若干組不同底角頻率。曲線902示出只有10°反射鏡面的微結構表面。在這種情況下，對於10°鏡面，凹槽頻率(groovefrequency)是1.0或100％。所得到的1.0的歸一化軸向通量由數據點910示出。其它圖形都與這一基線性能相比較。曲線904表示具有60％的10°鏡面、30％的9°鏡面和10％的8°鏡面的微結構表面。曲線906表示底角範圍從10°到7°的不同鏡面頻率。設置角度小於10°的鏡面使得沿下端視線方向產生光擴展。但是，如果相對於底角較大的鏡面的頻率，減小底角小於10°的鏡面的頻率，那麼軸向亮度可能會增加。
根據曲線904和906的相應軸向亮度值由數據點920和930給出。通過保持較大百分比的10°鏡面，相當部分的軸向亮度性能被保持下來，同時沿中心到下端方向的視角變寬。為了比較，曲線908表示均勻的情況，其中底角範圍從6°到20°的鏡面具有相等的頻率。對應的軸向性能由點940表示。在這種構造中，所得到的軸向亮度大約是30％，明顯低於所述的其它情況。
在另一個未示出的例子中，在7°到10°範圍內的鏡面的頻率是相同的，對於每個角度都是25％。這裡計算所得到的歸一化軸向亮度是0.728。儘管在這個構造中採用與假定為曲線906的構造相同的反射鏡面角度的範圍，但是所得到的軸向亮度高於與曲線906對應的構造。
通過混合不同頻率的底角鏡面，可獨立於附加的對稱擴散而使微結構化的半透反射片的反射角輸出沿優選的視線方向調節或最優化，以滿足正使用的具體顯示設備的特定要求。
應該明白，到目前為止所述的微結構化的半透反射片在「凹槽朝上」的方向上工作。也就是說，環境光首先照射到微結構構造的鏡面側，而平表面位於相對側。某些或所有的所述實施例可以按「凹槽朝下」的構型定向，其中環境光在入射到微結構表面之前首先穿過半透反射片的平面。優選的是，在顯示單元的下偏振片和半透反射片之間的任何層都是保偏的，以便保留儘可能多的入射環境光。「凹槽朝下」的構型的備選基底可以是諸如聚碳酸酯或者吸收或反射偏振片的各向同性薄膜。合併反射偏振片能夠為增強背光操作提供偏振再循環的額外的好處。
例子使用覆蓋整個第一微結構層212的單個氧化銦錫(ITO)反射層216來製造諸如在圖2中所示的半透反射片206的半透反射片，所述第一微結構層212在聚酯基底218上形成。該微結構層212所含的成分以重量計是74％的脂族聚氨酯、25％的已二醇二丙烯酸酯和1％的Darocur 1173(即，2-羥基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮)。所述微結構層212的折射率為1.49。反射層216具有大約550nm的四分之一波長厚度和1.9的折射率。平坦化層214由一層折射率為1.47的丙烯酸丁酯粘合劑形成。在平坦化層214中置入苯乙烯小珠，以便提供一些漫射。結構層212的底角θ是6°。
對被稱為樣品A的例子進行測試，以與其它兩個顯示器比較。樣品B是可購買到的透射式彩色LC顯示器，樣品C是可購買到的彩色半透反射式LC顯示器，A3013T，其用於東芝手機中，並且本身具有置於LC單元中的部分金屬反射鏡。不同的樣品總結於表I中。
表I樣品說明

光點測量進行光點測量，其中用與法線成30°的角度入射到表面的準直光照射顯示器，在測角計支架上的探測器在一定角度內掃射，以測量被顯示器反射的光，所述反射光是反射角的函數。
表1中列出的三個樣品的測角光點結果在圖10中給出。所有樣品在+30°左右顯示出一個大的反射峰，其超出了曲線圖的右邊界，該反射峰對應於照射光的鏡面反射。這個反射峰的寬度受到某些因素的影響，諸如照射光的發散和在反射時光的漫射量。將這些結果與標準白漫反射鏡的反射相比來進行歸一化，所述標準白漫反射鏡是由美國新罕布夏州North Sutton的Labsphere公司生產的型號為SRS-99-020的標準白漫反射鏡。
對於內部鏡面標準，曲線10-C，在大約偏離法線10°至14°的非常寬的視角內，可以看到稍微平穩的狀態。6°結構化的外部半透反射片提供相似的反射亮度峰，但是視角較窄。如果沒有結構化的半透反射片的光束轉向控制，OEM控制曲線10B的扁平半透反射片在視線範圍(名義上是0°-5°)內表現出不希望得到的平坦響應。
背光照明使用相同的背光組件，對樣品A、B和C的背光性能進行測試。背光組件使用採用3個LED的側面照明(edge-lit)光管、擴散片和兩個增亮膜。沿顯示器法線設置的亮度計記錄透過顯示器的光的軸向亮度。計算測試顯示器與裸背光組件之間的亮度比值，得到顯示器系統的有效透射率。這些結果示於表II中。
表II 背光照明的透射率

與樣品B的透射式顯示器相比，具有6°結構化的半透反射片的樣品A保持80％以上的原背光輸出。這正好與具有內部半透反射片的半透反射式顯示器即樣品C比較。樣品A提供的背光亮度差不多為樣品C的2.4倍。
應該考慮每個樣品中對透射損耗作出貢獻的不同部件，以解釋背光透射率的測量差。損耗的主要部件包括吸收偏振片、孔徑比(通過圖案化的鏡面或黑色基質周圍的透射區域)、濾色片和LC偏振響應。假定即使樣品C使用抗反射(AR)處理的前偏振片，在樣品A、B和C中的前吸收偏振片和後吸收偏振片也提供相似的透射率。然而，該AR處理僅提供幾個百分比的透射率差。
色移(反射光)測量在光點測試過程中反射光的顏色，所述反射光的顏色是角度的函數。針對測量的每個角度來確定顏色，在每個角度上反射的光的顏色按(x，y)坐標示於圖11的彩色圖中。針對每個樣品的曲線11-A、11-B、11-C示出，一組被白漫反射標準反射的(非常重疊的)反射點以曲線11-D示出。隨著檢測角變化，被反射標準反射的光的顏色存在非常小的偏移。
關於曲線11-A、11-B和11-C中的每個，標記的點對應於在接近30°眩光峰的24°所作出的測量。對應產生圖10所作的測量，在6°-24°的範圍以1°的間隔進行測量。除了最靠近24°的兩點外，樣品A的點的擴展相對小，這表明環境光圖像在該範圍內存在小的色移。對於曲線11-B和11-C，有相當大的擴展，這表明這些顯示器的環境光圖像比樣品A顯示更大的色移，所述色移是角度的函數。隨著ITO單層的厚度的優化和在介質部分反射鏡中附加層的添加，可進一步減少曲線11-A中的點的擴展。
色移(透射光)測量透過不同樣品顯示器的光的顏色。對於這些測量，首先測量未用顯示模塊工作的背光的顏色，從而建立作為不同顯示器樣品比較的色標。將色度計沿顯示器法線設置，然後記錄透過不同樣品顯示器的光的顏色。使用1931CIE色度空間計算軸向色差。這些結果示於圖12中。
視覺上，樣品A和B偏離裸背光基線的變化非常小，這些變化由x和y色坐標上的小變化(分別為點12-A和12-B)來表示。樣品C，內鏡面顯示器，顯示出最大的色移(點12-C)。
在目前為止討論的例子中，反射光在角度上與眩光非對稱地分開。換句話說，被半透反射片反射的圖像光優選地導向眩光峰的一側。該方法特別適用於(但不限於)一種情況，其中，觀看者和環境光源的位置相對於顯示器基本上是恆定不變的。
在另一種方法中，可將反射的圖像光導向成基本上包圍眩光峰。換句話說，被半透反射片反射的圖像光相對於該眩光峰按各個不同方向傳播。在這種方法中，觀看者能夠在相對於顯示器法線的較寬的方位角範圍內觀看到反射圖像。該方法可用於(但不限於)一種情況，其中，觀看者和環境光源的位置相對於顯示器是未知的，或者是可變的。
使用該方法的顯示器1300的一個具體實施例示意性地示於圖13A中。顯示器1300具有置於半透反射片1306之上的顯示單元1302，比如液晶顯示。半透反射片1306包括具有結構表面1312的基底1310。介質部分反射鏡層1316置於表面1312上，並且基本上採用結構表面1312的形狀。可使用上文討論的任何電介質方法來形成介質部分反射鏡層1316。覆蓋層1318可置於部分反射鏡層1316之上。覆蓋層1318可以是平坦化層。
光線1320和1322表示來自環境光源的光。光線1324被顯示單元1302以與顯示器法線1330成θ1的角度反射。光線1324表示不需要的眩光，所述眩光幹擾顯示器1300產生的圖像的可視性。另一方面，光線1326和1328被結構化的部分反射鏡層1316反射，並且表示已通過顯示單元1302的光。因此，光線1326和1328包含圖像信息。光線1326被部分反射鏡1316的「上坡」部分反射，從而以θ2的角度更靠近顯示器的法線1330傳播。光線1328被部分反射鏡1316的「下坡」部分反射，從而以θ3的角度更遠離法線1330傳播。
基底1310和結構表面1312更詳細地示於圖3B中。光線1326和1328可被部分反射鏡1316反射的角度範圍取決於結構表面1312的形狀。在該示例性實施例中，結構表面1312包括多個扇形區1332，這些扇形區的表面與平面1334所成的最大角度是α。角度α越大，被半透反射片1306反射的光就在越大的角度範圍內擴展。在由已知的曲線定義扇形區1332的情況下，例如，在扇形區1332是弓形的情況下，可根據扇形區的間距P和深度d來確定角度α。應該明白，結構表面1312可設有其它類型的外形。例如，結構表面可以是凸的，而不是凹的，或者可以採用與扇形區不同的曲面，例如連續曲面，比如正弦曲面。另外，結構表面可以按規則的圖案形成，或者可以按無規則的圖案形成。例如，無規則的圖案可在間距、特徵高度或二者上具有無規則性。
結構表面1312可視為包括多個反射單元，其中，每個反射單元包括在一定角度範圍變化的表面。例如，每個扇形區1332的部分表面在-α和+α的角度之間變化，並且可以被視為反射單元。反射單元的尺寸可以小於顯示單元1302的像素的尺寸，其中，顯示單元1302的每個像素可以與半透反射片1306的一個以上的對應反射單元相關。
可與半透反射片一起使用的結構表面的例子示意性地示於圖14A中。表面1400的特徵在於具有所示的x軸和y軸。沿x軸的橫截面示意性地示於圖14B中。結構表面1412是扇形的，由相鄰的突起排列而成。可選擇突起的間隔或間距，以避免由於與顯示器中存在的其它周期結構例如液晶顯示器的像素化結構的相互作用而產生的波紋效應。例如，可選擇突起的間距，使該間距除以其它結構的周期時得到無理數。在另一例子中，突起的間距在整個表面上本身是可以改變的。在該表面1412上的相鄰突起的高度可以不同。表面1412沿y方向也是扇形的。
然而，應該明白，在x和y方向上的橫截面的形狀不必是一樣的，並且不必非得是扇形的。例如，在一個或多個方向上的橫截面可以是正弦的，如圖14C中所示意性地示出的，或者可以具有別的形狀。此外，還可選擇表面1412在每個方向上的間距，以避免由於與顯示器中的另一周期結構的相互作用而產生波紋效應或其它效應。
還可相對於其它周期結構來設定結構表面1412的位置，其中，繞半透反射片的法線稍微旋轉，使得半透反射片的x和y軸與周期結構的軸不對齊。
使用如圖14A所示的結構化的半透反射片優於使用平面漫射部分反射片，其優點在於，結構化的半透反射片在整個具體的視錐角內提供反射圖像光的擴展，同時，能夠避免顯著改變圖像光與背光的角分布。平面漫射部分反射片既擴展反射環境光，又擴展背光。在需要高軸向增益的情況下，保持背光準直是重要的。
如圖14A所示的半透反射片的計算所得的視錐角響應示於圖15中。該模型假定x方向上的間距為29.2μm，半徑為245μm，從而得到最大的傾斜度為3.41°，深度或垂度為0.43μm。在y方向上，表面1412是扇形的，間距為87.6μm，半徑為502.5μm，從而得到最大的傾斜度為5°，垂度為1.91μm。
參照圖16，解釋該模型。將近似準直的光線1610沿180°方位角方向(在y-z平面，從+ve y側)以-30°的極角Φ入射到半透反射片樣品1600的結構表面。在沿0°方位角方向以+30°的極角Φ的光線1612上發現眩光峰，所述眩光峰是由於入射光的鏡面反射而產生的。結構化半透反射片的反射光的主要分布以包圍眩光峰的灰色方塊(在0°的方位角、+30°的極角的灰色區域的中心上較暗點)示於圖15中。該反射光的分布沿垂直方向和水平方向在角度範圍內都近似對稱。
調節結構表面的最大傾斜度會改變圖15所示的反射光分布的角度範圍。設置較高的傾斜度會增大反射視錐的角度範圍，而較小的傾斜度會減少錐尺寸。在本例的半透反射片1400中，在兩個正交方向即x方向和y方向上，設置不同的傾斜形狀。在這種設計中，也沿這兩個方向控制輸出反射光分布的角度範圍。這樣，可選擇正交的傾斜形狀，以產生對稱的或非對稱的反射光分布。然而，應該明白，該傾斜度不必只沿兩個正交方向被限定。例如，該結構表面可具有多個隨機放置的圓形突起每個圓形突起沿方位角對稱地反射光，並且沒有優選的反射方向。
微擴散層可以設置在結構表面和液晶顯示器之間，以便微調視錐，或者以便改善顯示器的美容外觀。可使用壓敏粘合劑或其它合適的粘合劑，將半透反射片粘結到液晶顯示裝置，或者可將半透反射片作為背光系統中的自由浮置元件(free-floating)或其它部件元件與液晶顯示器結合。
例子通過金剛石車削銅鼓來形成用於模製結構表面的模製工具。旋轉鼓，在鼓表面的周圍切有螺紋。該工具的設計參數是，螺紋的間距是39.8μm，名義深度是0.53μm，給出最大的期望傾斜度是3°。用刀刃半徑為375μm的金剛石車刀切削螺紋。通過控制切削工具的深度來改變螺紋切口的深度，其中預定的正弦變化是1.16μm，以產生87.6μm的間距。正弦切口的最大期望傾斜度是3°。
使用下面的方法，用該工具在基底上形成結構表面。在聚酯層和模製工具的部分之間散布樹脂。該樹脂按重量計是74％的脂族聚氨酯、25％的已二醇二丙烯酸酯和1％的Darocur 1173(即，2-羥基-2-甲基-1-苯基-丙-1-酮)。通過使UV光透過聚酯層來對該樹脂進行UV固化。從模製工具除去聚酯層/固化樹脂薄片。固化的樹脂薄片具有結構表面，該結構表面在沿螺紋(down-thread)方向上具有正弦曲線形的橫截面，如圖14C所示，在沿螺紋方向的橫向(cross-thread)上具有凸透鏡狀的橫截面，如圖14B所示。將基底的背表面弄黑，從而將只能檢測到來自前結構表面的反射。
以下面的方式測試被結構表面反射的光的分布。考慮圖16，該圖示出了測試表面1600。將近似準直的光1610入射到表面1600，通過移動在y-z平面上的探測器來檢測反射光。鏡面反射光1612在極角Φg上被檢測到，該極角Φg等於入射光1610的極角。首先，測量被黑色的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的平板反射的反射。PMMA只產生鏡面反射。檢測到的光的分布以圖17的曲線1702示出。因此，入射光的錐角即全高半寬(FWHM)是大約5.5°。
未塗覆的結構表面替代測試表面1600。以箭頭1614示出的參照標記(fidueiary mark)指出平行於y軸的方向(被稱為12點鐘位置)。反射光分布以曲線1704示出，其峰比入射光明顯寬，大約13°(FWHM)。
然後，將樣品繞法線1602旋轉90°的角度，使得參照標記1614指向平行於x軸的方向(被稱為三點鐘位置)。當樣品在三點鐘位置時，反射光的分布以曲線1706示出。在三點鐘位置上，反射光分布的寬度是大約11°(FWHM)。
將樣品再旋轉90°，使得參照標記1614指向-ve y方向(被稱為六點鐘位置)。當樣品在六點鐘位置時，反射光的分布以曲線1708示出。在六點鐘位置上，反射光分布的寬度是大約13°(FWHM)。
最後，將樣品再旋轉90°，使得參照標記1614指向-ve x方向(被稱為九點鐘位置)。當樣品在九點鐘位置時，反射光的分布以曲線1710示出。在九點鐘位置上，反射光分布的寬度是大約9.5°(FWHM)。
對應於12點鐘和6點鐘位置的結構表面的曲線1704和1708幾乎正好重疊，這說明該結構在該方向上相對於表面法線是完全對稱的。這兩個曲線與在沿工具的螺紋切口的方向上形成在表面結構上的凹槽對應。
曲線1706和1710與在沿工具的螺紋切口的方向上的表面結構對應。對應於3點鐘和9點鐘位置上的結構表面的曲線1706和1710是接近的，但是不像曲線1704和1708重疊得那麼好。這暗示了，對於該具體實施例，結構表面的形狀在螺紋切口橫向上不如在螺紋切口縱向上對稱。
如上所述，本發明適用於半透反射式液晶顯示器，並被認為特別適用於減少與圖像重疊的環境光的鏡面反射。本發明不應該被認為只局限於上述的具體例子，相反，應該這樣理解，本發明覆蓋附屬權利要求書中所正好陳述的本發明的所有方面。一旦本發明所屬領域的技術人員對本說明書進行回顧，對他們來說，可應用本發明的各種變形、等效處理和多種結構將是顯而易見的。本權利要求書旨在覆蓋這些變形和裝置。
權利要求
1.一種半透反射式顯示裝置，包括彩色透射式顯示單元，該單元具有觀看面和背面，並且限定成像元件；以及結構化的半透反射片，該反射片設置在所述彩色顯示單元的背面，所述結構化的半透反射片包括結構化的介質反射鏡，以反射通過所述彩色顯示單元的環境光，其反射角與入射角不同，所述反射角和入射角是相對於顯示器法線來測量的。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，所述介質反射鏡的透射率是在70％-90％的範圍內。
3.如權利要求1所述的裝置，其中，所述透射式顯示單元是液晶顯示單元。
4.如權利要求1所述的裝置，所述裝置還包括背光單元，以產生背光，所述結構化的半透反射片置於所述彩色顯示單元和所述背光單元之間，所述背光通過所述結構化的半透反射片而進入所述彩色顯示單元。
5.如權利要求4所述的裝置，其中，所述背光單元包括光源和至少一個光控制薄膜，所述光控制薄膜置於所述光源和所述結構化的半透反射片之間。
6.如權利要求4所述的裝置，其中，來自所述背光源的光沿輸入方向進入所述結構化的半透反射片中，並且沿與所述輸入方向基本上平行的方向從所述結構化的半透反射片中出去。
7.如權利要求1所述的裝置，其中，所述結構化的反射鏡限定多個反射面組，所述反射面與所述顯示裝置的光軸不垂直，不同的反射面組與相應不同的成像元件相關，所述反射面組包括至少兩個反射面。
8.如權利要求7所述的裝置，其中，所述多個反射面組中的反射面基本上是成直線排列的，所述反射面組中的第一反射面相對於所述光軸成第一角設置，所述反射面組中的第二反射面相對於所述光軸成第二角設置，所述第一角的大小與所述第二角的大小不同。
9.如權利要求8所述的裝置，其中，至少一個所述反射面組中的不同反射面具有不同的長度。
10.如權利要求8所述的裝置，其中，對至少一個所述組中的不同反射面的底角進行選擇，從而提供所述反射面組的期望的平均反射角。
11.如權利要求8所述的裝置，其中，至少一個所述反射面組中的不同反射面的底角是在2°-20°的範圍內。
12.如權利要求11所述的裝置，其中，所述底角是在6°-10°的範圍。
13.如權利要求7所述的裝置，其中，至少一個所述反射面是非線性面。
14.如權利要求13所述的裝置，其中，所述至少一個反射面是彎曲的。
15.如權利要求13所述的裝置，其中，所述至少一個反射面具有至少兩個線性區段。
16.如權利要求1所述的裝置，其中，所述結構化的反射鏡限定與所述顯示單元的法線垂直的反射部分和與所述顯示單元的法線不垂直的反射部分。
17.如權利要求16所述的裝置，其中，所述結構化的反射鏡包括反射表面，所述反射表面的反射部分設定在相對於與所述顯示單元的法線垂直的位置成一定角度的範圍內。
18.如權利要求1所述的裝置，其中，當所述裝置被環境光照射，並且所述顯示單元反射由所述環境光產生的眩光時，所述結構化的半透反射片將圖像光主要向所述眩光的一側反射。
19.如權利要求1所述的裝置，其中，當所述裝置被環境光照射，並且所述顯示單元反射由所述環境光產生的眩光時，所述結構化的半透反射片將圖像光基本上圍繞所述眩光反射。
20.如權利要求1所述的裝置，其中，所述結構化的介質反射鏡置於整個全息表面上。
21.如權利要求1所述的裝置，其中，所述結構化的半透反射片還包括平坦化層，所述平坦化層置於整個所述介質反射鏡上，並且面向所述透射式顯示單元。
22.如權利要求21所述的裝置，其中，所述平坦化層包括漫射粒子。
23.如權利要求21所述的裝置，其中，所述平坦化層是粘合劑層，所述粘合劑層將所述結構化的半透反射片粘附到所述透射式顯示單元。
24.如權利要求23所述的裝置，所述裝置還包括置於所述粘合劑層中的光漫射粒子。
25.如權利要求1所述的裝置，所述裝置還包括擴散片，所述擴散片置於所述結構化的半透反射片和所述透射式顯示單元之間。
26.如權利要求1所述的裝置，其中，所述結構化的半透反射片通常位於x-y平面內，並且所述結構化的反射鏡包括相對於x-y平面傾斜的斜表面，從而沿與z軸平行的方向垂直入射到x-y平面的光被所述斜表面沿在y-z平面上有分量的方向反射。
27.如權利要求26所述的裝置，其中，至少一個所述斜表面被設定成一定的形狀，以使部分入射光橫向反射，從而使其在x方向上具有方向分量。
28.如權利要求27所述的裝置，其中，所述至少一個斜表面是彎曲的，以使部分入射光橫向反射，從而使其在x方向上具有方向分量。
29.如權利要求27所述的裝置，其中，所述至少一個斜表面包括隨機變化的表面，以使部分入射光橫向反射，從而使其在x方向上具有方向分量。
30.如權利要求1所述的裝置，其中，所述結構化的反射鏡包括斜表面組，所述斜表面組與所述透射式顯示單元的相應成像元件對應。
31.如權利要求30所述的裝置，其中，所述斜表面組中的不同斜表面具有不同的間距。
32.如權利要求1所述的裝置，其中，所述結構化的介質反射鏡包括基底和部分反射鏡層，所述基底包含具有較低折射率的材料，所述部分反射鏡層置於所述基底的結構表面上。
33.如權利要求32所述的裝置，其中，所述部分反射鏡層包含單層材料，所述材料的折射率比所述基底的折射率高。
34.如權利要求32所述的裝置，其中，所述部分反射鏡層包括較高和較低折射率交替的多個介質層。
35.如權利要求32所述的裝置，所述裝置還包括覆蓋所述部分反射鏡層的平坦化層。
36.如權利要求32所述的裝置，其中，所述基底的折射率是在大約1.3-大約1.8的範圍內，所述介質反射鏡包括至少一層，所述層的折射率在大約1.8-2.3的範圍內。
37.如權利要求36所述的裝置，其中，所述介質反射鏡的背向所述基底的表面與折射率在1至大約1.8的範圍內的媒質交界。
38.如權利要求32所述的裝置，其中，所述平坦化層的折射率基本上與所述基底的折射率相同。
39.如權利要求1所述的裝置，其中，所述結構化的介質反射鏡包括高折射率和低折射率交替的多個介質層。
40.如權利要求1所述的裝置，其中，所述結構化的介質反射鏡包括多個介質層，所述介質層的光學厚度不是所選波長的四分之一的奇數倍。
41.如權利要求1所述的裝置，其中，所述至少一個光控制薄膜包括第一稜條紋型的增亮膜和第二稜條紋型的增亮膜，所述第一稜條紋型的增亮膜的條紋定向在第一方向上，所述第二稜條紋型的增亮膜的條紋定向在與所述第一方向垂直的第二方向上。
42.如權利要求1所述的裝置，所述裝置還包括控制單元，所述控制單元被耦合到所述顯示單元，以控制在所述顯示單元上顯示的圖像。
43.一種半透反射式顯示裝置，包括彩色透射式顯示單元，該單元具有觀看面和背面；結構化的半透反射片，該反射片設置在所述彩色顯示單元的背面，所述結構化的半透反射片包括結構化的基底和介質部分反射鏡，所述基底具有結構表面，所述介質部分反射鏡置於所述結構表面上；其中，入射在所述顯示單元上的環境光在眩目的方向上產生眩光，並且，所述結構化的半透反射片使圖像光在基本上圍繞所述眩目的方向的一定方向範圍內反射。
44.如權利要求43所述的裝置，其中，所述介質部分反射鏡的透射率是在70％-90％的範圍內。
45.如權利要求43所述的裝置，其中，所述透射式顯示單元是液晶顯示單元。
46.如權利要求43所述的裝置，所述裝置還包括背光單元，以產生背光，所述結構化的半透反射片置於所述彩色顯示單元和所述背光單元之間，所述背光通過所述結構化的半透反射片而進入所述彩色顯示單元。
47.如權利要求46所述的裝置，其中，所述背光單元包括光源和至少一個光控制薄膜，所述光控制薄膜置於所述光源和所述結構化的半透反射片之間。
48.如權利要求47所述的裝置，其中，所述至少一個光控制薄膜包括第一稜條紋型的增亮膜和第二稜條紋型的增亮膜，所述第一稜條紋型的增亮膜的條紋定向在第一方向上，所述第二稜條紋型的增亮膜的條紋定向在與所述第一方向垂直的第二方向上。
49.如權利要求46所述的裝置，其中，來自所述背光源的光沿輸入方向進入所述結構化的半透反射片中，並且沿與所述輸入方向基本上平行的方向從所述結構化的半透反射片中出去。
50.如權利要求43所述的裝置，其中，所述介質部分反射鏡限定與所述顯示單元的法線垂直的反射部分以及限定與所述顯示單元的法線不垂直的反射部分。
51.如權利要求50所述的裝置，其中，所述介質反射鏡包括反射表面，所述反射表面的反射部分設定在相對於與所述顯示單元的法線垂直的位置成一定角度的範圍內。
52.如權利要求43所述的裝置，其中，所述結構化的半透反射片還包括平坦化層，所述平坦化層置於整個所述介質反射鏡上，並且面向所述透射式顯示單元。
53.如權利要求52所述的裝置，其中，所述平坦化層包括漫射粒子。
54.如權利要求52所述的裝置，其中，所述平坦化層是粘合劑層，所述粘合劑層將所述結構化的半透反射片粘附到所述透射式顯示單元。
55.如權利要求1所述的裝置，所述裝置還包括擴散片，所述擴散片置於所述結構化的半透反射片和所述透射式顯示單元之間。
56.如權利要求43所述的裝置，其中，所述結構化的反射鏡包括多個反射單元，每個反射單元包括反射部分，所述反射部分被設定為相對於通過所述結構化反射鏡的軸成正負角，並且，所述顯示單元限定成像元件，所述顯示單元的每個成像元件置於整個反射單元組上，所述反射單元組具有一個以上的反射單元。
57.如權利要求43所述的裝置，其中，所述基底的折射率較低，並且，所述介質部分反射鏡包括單層較高折射率的材料，所述單層材料置於所述基底的結構表面上。
58.如權利要求43所述的裝置，其中，所述部分反射鏡層包括較高和較低折射率交替的多個介質層。
59.如權利要求58所述的裝置，其中，所述介質層的光學厚度不是所選波長的四分之一的奇數倍。
60.如權利要求43所述的裝置，所述裝置還包括覆蓋所述介質部分反射鏡的平坦化層。
61.如權利要求60所述的裝置，其中，所述平坦化層的折射率基本上與所述基底的折射率相同。
62.如權利要求43所述的裝置，其中，所述基底的折射率是在大約1.3-大約1.8的範圍內，所述介質部分反射鏡包括至少一層，所述層的折射率在大約1.8-2.3的範圍內。
63.如權利要求62所述的裝置，其中，所述介質部分反射鏡的背向所述基底的結構表面的表面與折射率在1至大約1.8的範圍內的媒質交界。
64.如權利要求43所述的裝置，所述裝置還包括控制單元，所述控制單元被耦合到所述顯示單元，以控制在所述顯示單元上顯示的圖像。
全文摘要
根據本發明，彩色半透反射式顯示器包括透射式顯示單元，該顯示單元具有觀看面和背面，並且限定成像元件。結構化的半透反射片設置在該彩色顯示單元的背面。該結構化的半透反射片包括結構表面和置於整個該結構表面上的層狀介質反射鏡。
文檔編號G02B5/09GK1784630SQ200480012065
公開日2006年6月7日 申請日期2004年4月27日 優先權日2003年5月5日
發明者基思·M·科奇克, 肯尼思·A·愛潑斯坦, 派屈克·H·馬魯申, 唐納德·J·麥克盧爾, 安德魯·J·歐德科克 申請人:3M創新有限公司