CN102096235B - 透明显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及透明显示设备。公开了一种透明显示设备，其中，提高了向液晶显示板提供光的导光板的全反射效率，从而提高了图像模式中的亮度，并且该透明显示设备可以包括：液晶显示板；光源，其设置在所述液晶显示板的下部的一侧以发光；第一偏振板，其用于使从所述光源发出的光偏振；导光板，其设置在所述液晶显示板的下部以对由所述第一偏振板沿轴向偏振的到所述导光板的侧表面的光进行全反射并提供给所述液晶显示板，并且使从下方向进入的自然光透射通过；多个空气层，其形成在所述导光板的内部以对入射的光进行全反射；以及第二偏振板，其位于所述液晶显示板的上部以控制透射过所述液晶显示板的偏振光的量。

Description

透明显示设备
技术领域
本发明涉及透明显示设备，更具体地，涉及一种透明显示设备，其中，提高了导光板的光的全反射效率以提高提供给液晶显示板的光的亮度，从而提高图像质量。
背景技术
近年来，随着对信息显示的关注的上升以及对使用便携式信息介质的需要的增加，已经对用于替代如阴极射线管(CRT)的传统显示器的重量轻且外形薄的平板显示器(FPD)进行了积极的研究和商业化。具体地说，在这样的FPD中，作为使用液晶分子的光学各向异性来显示图像的设备的液晶显示器(LCD)由于其出色的分辨率、色彩表现和图像质量等而已被积极地应用于笔记本、台式机监控器等。
另一方面，已经积极地开展了对允许看到其后方的对象且能够在其上实现图像的透明显示设备的研究。这样的透明显示设备可以应用于车辆的挡风玻璃或房屋玻璃以提供用户需要的信息。因此，可以预期这种透明显示设备的适用性将得到大幅增加。
总体上，可以将使用自发光的有机发光显示设备等用于透明显示设备。
但是，在有机发光显示设备的情况下，只可以将其显示设备制造成透明的，因而不能开启或关闭透明度以使得其透明或在其上实现图像。另外，存在着诸如低产量、制造大尺寸显示器困难和低可靠性等各种问题。
结果，要求开发一种能够实现高产量、大尺寸显示器、高可靠性并且能够实现广视角、高亮度、高对比度和全彩色的液晶显示设备作为透明显示设备，但是该液晶显示设备不能被用作透明显示设备。然而，液晶显示器不能自发地发光，而是通过使用背光的光来实现图像，这是由于应当在液晶显示板的后表面处设置不透明的背光单元，并且还应当分别在液晶显示板的前表面和后表面处设置偏振板以控制光的透射。具体地说，当在液晶显示板中驱动液晶时，分别设置在液晶显示板的前表面和后表面处的偏振板允许光从中透过，但是在不驱动液晶时，光处于不透明状态，因而不能实现透明显示器。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，并且本发明的目的是提供一种透明显示器，该透明显示器允许用户看到位于该显示设备的后表面处的对象。
本发明的另一个目的是提供一种透明显示设备，其中，提高了向液晶显示板提供光的导光板的全反射效率，从而提高了图像模式中的亮度。
为了实现上述目的，根据本发明的一种透明显示设备可以包括：液晶显示板；光源，其设置在所述液晶显示板的下部的一侧以发光；第一偏振板，其用于使从所述光源发出的光偏振；导光板，其设置在所述液晶显示板的下部以对由所述第一偏振板沿轴向偏振的到所述导光板的侧表面的光进行全反射并提供给所述液晶显示板，并且使从下方向进入的自然光透射通过；多个空气层，其形成在所述导光板的内部以对入射的光进行全反射；以及第二偏振板，其位于所述液晶显示板的上部以控制透射过所述液晶显示板的偏振光的量。
根据本发明，形成了用于全反射导光板中的光的空气层以提高被提供给液晶显示板的光的亮度。结果，能够在该透明显示设备的图像模式中提高图像的质量。
附图说明
附图被包括在本说明书中以提供对本发明的进一步理解，并结合到本说明书中且构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施方式，且与说明书一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1是例示根据本发明第一实施方式的透明显示设备的结构的图；
图2是例示在根据本发明第一实施方式的透明显示设备的导光板中的光的全反射的图；
图3是例示在根据本发明第一实施方式的透明显示设备的导光板中的光的全反射的图；
图4是例示在根据本发明第一实施方式的透明显示设备中在其下表面处形成有图案的导光板中的光的全反射的图；
图5是例示根据本发明第二实施方式的透明显示设备的图；
图6是例示根据本发明第二实施方式的透明显示设备的导光板的结构的立体图；
图7是例示在根据本发明第二实施方式的透明显示设备的导光板中的光的全反射的图；
图8是例示在根据本发明第二实施方式的透明显示设备的导光板中形成空气层的工艺的图；以及
图9A到图9C是例示根据本发明第三实施方式的透明显示设备的导光板的结构的立体图。
具体实施方式
下文中，将参考附图来详细描述本发明。
根据本发明，提供了一种透明显示设备。换言之，根据本发明，提供了一种显示设备，其允许用户看到位于该显示设备的后表面处的对象。此时，不仅可以通过施加信号来显示位于该显示设备的后表面处的对象，而且还可以在该透明显示设备上显示用户需要的图像。
此外，根据本发明，提供了一种能够提高在显示设备上实现图像的图像模式中的亮度的透明显示设备。为此，根据本发明，可以在导光板的内部形成能够增强光的全反射特性的全反射部件，以提高从导光板提供给液晶显示板的光的亮度，从而提高液晶显示板的图像质量。
图1是例示根据本发明第一实施方式的透明显示设备1的结构的图。
如图1所示，根据本发明第一实施方式的透明液晶显示设备1可以包括液晶显示板16、设置在液晶显示板16的下部以将光导向液晶显示板16的导光板14、设置在导光板14的侧表面处以向导光板14发射光的光源10、设置在光源10和导光板14的侧表面之间以将从光源发出的光偏振进入导光板14的第一偏振板12、以及设置在液晶显示板16的上部以偏振透过液晶显示板16的光的第二偏振板18。
尽管图中没有示出，但是液晶显示板16由薄膜晶体管阵列基板和滤色基板以及介于二者之间的液晶层构成，从而在从外部施加信号时实现图像。薄膜晶体管阵列基板形成有由垂直和水平布置以限定多个像素区的多条选通线和数据线，并且各个像素区都形成有作为开关器件的薄膜晶体管，并且形成有在像素区上形成的像素电极。此外，薄膜晶体管可以包括连接到选通线的栅极、通过在栅极上沉积非晶硅等而形成的半导体层、以及形成在半导体层上且连接到数据线和像素电极的源极和漏极。
滤色基板可以包括配置有用于实现红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的多个子滤色器的滤色器(C)和用于在子滤色器之间进行划分并阻断透过液晶层的光的黑底。
如上配置的薄膜晶体管阵列基板与滤色基板由形成在图像显示区外部的密封剂(未示出)通过彼此相对而粘接起来以构成液晶显示板，并且薄膜晶体管阵列基板与滤色基板之间的粘接是通过在薄膜晶体管阵列基板和滤色基板上形成的对准键实现的。
光源10设置在导光板14的侧向上。针对光源10，可以使用如冷阴极荧光灯(CCFL)或外部电极荧光灯(EEFL)的荧光灯或多个发光器件(LED)。在使用LED的情况下，可以使用发射诸如红色、绿色、蓝色等单色光的LED或发射白光的白色LED。
从光源10发出的光可以包括第一偏振光(垂直偏振光)和第二偏振光(水平偏振光)作为可见光。第一偏振板12可以粘接到导光板14的侧部上。使第一偏振板12仅透射来自包括第一偏振光和第二偏振光的光的第一偏振光。
如果从光源10发出的光进入第一偏振板12，则光的第二偏振光成分被第一偏振板12吸收，以仅使第一偏振光透过第一偏振板12。导光板14允许穿过第一偏振板12的第一偏振光在导光板14的上部进入液晶显示板16。
导光板14由诸如亚克力、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯等具有高光学透射率的透明材料构成，以将入射光导向液晶显示板16。此时，在导光板14的下部处形成图案15。
导光板14照原样地透射从其后表面进入的自然光以将其提供给液晶显示板16，并且对从侧表面进入的偏振光进行全反射以提供给液晶显示板16。
一股来说，进入导光板14的侧表面的光的全反射是由于导光板14的折射率和空气的折射率之间的差而产生的。换言之，在光从导光板14的侧表面输入并由于导光板14的折射率(在通常使用的聚甲基丙烯酸甲酯的情况下为大约1.49)与空气的折射率(即，1)之间的差而以特定角度进入导光板14与空气之间的界面的情况下，在该界面处偏振的光被全反射并被提供给液晶显示板16。
光的全反射由斯内尔定律决定。斯内尔定律被示为n1sinθ1＝n2sinθ2，其中n1和n2分别是空气和导光板的折射率，并且θ1和θ2分别表示光在界面处的入射角和出射角。
如图3所示，在通过导光板14的侧表面进入的光以角度Ф进入导光板14和空气之间的界面的情况下，出射角应当大于90度以全反射导光板14与空气之间的界面处的全部光。换言之，应当满足n2sinФ≥n1sin90°的关系。这里，n1是1而n2是大约1.49，因而Ф≥sin-1(1/1.49)＝42.16°。换言之，在光以大于42.16°的角度进入导光板14与空气之间的界面中的情况下，所有的光被全反射并提供给液晶显示板16。
结果，按照大于42.16°的入射角进入导光板14与空气之间的界面的光被全反射并提供给液晶显示板16，但是按照小于42.16°的入射角进入的光未在导光板14与空气之间的界面处被反射到导光板14中，而是被折射而出射到导光板14的下部。按照这样的方式，在光出射到导光板14的下部的情况下，提供给液晶显示板16的光的效率下降，从而降低了透明液晶显示设备的图像模式中的亮度。
形成在导光板14的下部的图案15将如上所述地在导光板14与空气之间的界面处出射到导光板14外部的光的量减到最少。换言之，如图4所示，图案15改变了进入到导光板14和空气之间的界面的光的入射角，以增加在导光板14和空气之间的界面处全反射的光的比例，从而提高了提供给液晶显示板16的光的亮度。
图5是例示根据本发明第二实施方式的透明显示设备的结构的图。
如图5所示，根据该实施方式的透明液晶显示设备包括液晶显示板116、设置在液晶显示板116的下部以将光导向液晶显示板116的导光板114、设置在导光板114的侧表面处以向导光板114发射光的光源110、设置在光源110与导光板114的侧表面之间以将从光源发出的光偏振进入导光板114的第一偏振板112、以及设置在液晶显示板116的上部以偏振透射过液晶显示板116的光的第二偏振板118。
导光板114由诸如亚克力、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯等具有高光学透射率的透明材料构成，以将入射光导向液晶显示板116。此时，在导光板114内部形成空气层115。空气层115是通过在导光板114内部形成预定形状的空穴而形成的。在这种意义上，可以将空气层115称为形成在导光板114内部的图案。换言之，空气层115被设置为对进入导光板114的光进行全反射，并且可以包括诸如空气层115、图案、空穴等各种含义。
如图6所示，空气层115形成在导光板114的整个区域之上。此时，空气层115可以按规则的方式形成在导光板114的整个区域之上，但是也可以按不规则的方式形成。
导光板114照原样透射从其后表面进入的自然光以将其提供给液晶显示板116，从而显示位于后表面处的对象，并且全反射从侧表面进入的偏振光以将其提供给液晶显示板116，从而在图像模式中实现图像。
通过导光板114的侧表面进入的光被全反射并提供给液晶显示板116。换言之，从导光板114的下表面和外部空气之间的界面进入的光被全反射并提供给液晶显示板116。
当光在导光板114处被全反射时，空气层115提高了光的全反射效率。在本实施方式的导光板114和第一实施方式所公开的导光板14之间，存在着结构差异。在第一实施方式中，在导光板14的下部处形成了如半圆形的图案15，因而进入导光板14的侧表面的光被图案15全反射，而在本实施方式中，在导光板114内部形成了如圆形的空气层115，因而进入导光板114的侧表面的光在与空气层115的界面处被全反射并通过导光板114的上表面输出。
如图4所示，在第一实施方式的导光板14中，大部分光被在导光板14的下部处形成的图案15全反射，但是并不是所有的光都被全反射。某些光没有被图案15全反射，而是被折射而出射到导光板14的下部。
但是，根据本实施方式，空气层115形成在导光板114的内部，因而光被空气层115全反射到导光板114的上部以提供给液晶显示板116。将对此进行如下描述。
如图7所示，如果从导光板114的侧表面进入的光到达空气层115，则光由于空气与导光板114的折射率之间的差而被折射或全反射。此时，未被全反射而是被折射的光传播进入空气层115，并且接着再次到达与空气层115的界面，因而由于空气与导光板114的折射率之间的差而再一次被全反射或折射。换言之，空气层115重复了两次全反射和折射，因而未在第一界面处全反射的光在空气层115的第二界面处被全反射并通过导光板114的上表面被提供给液晶显示板116。
此外，甚至在第二界面处也未被全反射的光被折射进入导光板114的下表面，并且入射光被再次全反射。换言之，已经被空气层115折射两次并到达导光板114的下表面的光在导光板114的界面处由于导光板114与外部空气的折射率之间的差而被再次全反射到导光板114中。
按照这样的方式，根据本发明，空气层115形成在导光板114的内部，因而将进入导光板114的光全反射若干次，从而使得大部分光被全反射到液晶显示板116。
如上所述地内部形成有空气层115的导光板114可以通过各种方法形成，下面将对此进行更加详细的描述。
根据本发明第二实施方式的导光板114可以通过模制处理方法而形成。换言之，制造具有其中将形成空气层115的形状的模，并且通过所制造的模注入诸如亚克力、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯等具有高光学透射率的透明材料来形成空气层115。
此外，根据本发明第二实施方式的导光板114可以由激光器进行处理以形成空气层115。
换言之，如图8所示，制造导光板114，然后将激光器120设置在导光板114的上部以将激光束121照射到导光板114上并熔化导光板114的内部，从而在导光板114的内部形成空气层115。此时，可以使用CO2激光器或钇铝石榴石(YAG)激光器作为激光器120。
如图8所示，聚光透镜122设置在激光器120的前表面处以会聚经过激光器120振荡的激光束121，从而熔化导光板114。换言之，如果高能量的激光束121的光斑通过聚光透镜122形成在将形成空气层115的位置处(即，导光板114的内部)，则在导光板114的内部产生了由于非线性吸收现象而不会在低能量情况下产生的光吸收以造成微熔化或微破裂，因而在通过熔化而去除了导光材料的区域中形成空气层115。
图9A到图9C是例示根据本发明第三实施方式的透明显示设备的导光板214的图。
首先，如图9A所示，本实施方式中的透明显示设备的导光板214中的空气层215被形成为不规则的形状，而在图5中示出的实施方式中的空气层115是圆形。此外，在图9B中示出的实施方式中的空气层115被形成为椭圆形。
换言之，根据本发明，可以将在导光板214中形成的空气层215的形状制成任意形状。空气层215将进入到导光板214中的光全反射以向液晶显示板提供具有高亮度的光，因此，如果能够以这种方式有效地反射光，则可以使用任意形状的空气层215。
在图9A和图9B中，仅公开了不规则的圆形和椭圆形的空气层215，但是可以将空气层215形成为诸如多边形、星形等各种形状。
如图9C所示，在本发明的导光板214中，可以形成多层的空气层215。换言之，在本实施方式中，在导光板214的整个区域上可以分布至少两层的空气层215，而在图5和图6所示的实施方式中，在导光板114的整个区域上均匀地形成一层空气层115。
按照这种方式，在导光板214中可以分布至少两层的空气层215，因而在空气层215的上部没有被全反射而是被折射的光被再次全反射并提供给液晶显示板，从而提高了提供给液晶显示板的光的亮度。
如上所述，根据本发明，在设置在透明显示设备中的液晶显示板的下部的导光板中形成了多个空气层，以提高进入导光板的光的全反射效率，从而提高了提供给液晶显示板的光的亮度。
此外，本发明的透明显示设备并不仅限于特定结构的透明显示设备。例如，尽管在详细描述中已经公开了具有以下结构的透明显示设备，即，提供了透明导光板并在导光板的侧表面处设置了第一偏振板以允许第一偏振光通过导光板进入液晶显示板，但是本发明并不仅限于具有这种结构的透明显示设备，而是可以应用于所有类型的透明显示设备。具体地说，本发明可以应用于其中在设置在液晶显示板的下部的导光板内部形成有空气层的所有类型的透明显示设备。
换言之，本领域中的技术人员可以很容易地设计出使用本发明的基本概念的液晶显示设备的其它示例或实施方式。

Claims (11)

1.一种透明显示设备，该透明显示设备包括： 
液晶显示板； 
导光板，其设置在所述液晶显示板的下部以对由第一偏振板沿轴向偏振的到所述导光板的侧表面的光进行全反射并提供给所述液晶显示板，并且使从下方向进入的自然光透射通过； 
光源，其设置在所述导光板的侧表面以向所述导光板发射光； 
第一偏振板，其设置在所述导光板的侧表面与所述光源之间，以对从光源发出的光进行偏振，并将经过偏振的光提供给所述导光板； 
多个空气层，其形成在所述导光板的内部以对入射的光进行全反射；以及 
第二偏振板，其位于所述液晶显示板的上部以控制透射过所述液晶显示板的偏振光的量， 
其中，导光板照原样透射从其下方向进入的自然光以将其提供给液晶显示板，从而显示位于后表面处的对象，并且全反射从侧表面进入的偏振光以将该偏振光提供给液晶显示板，从而在图像模式中实现图像。 
2.根据权利要求1所述的透明显示设备，其中，所述光源包括阴极射线荧光灯或外部电极荧光灯。 
3.根据权利要求1所述的透明显示设备，其中，所述光源包括发光器件LED。 
4.根据权利要求1所述的透明显示设备，其中，所述第一偏振板和所述第二偏振板的光轴彼此垂直。 
5.根据权利要求1所述的透明显示设备，其中，所述空气层被形成为圆形。 
6.根据权利要求1所述的透明显示设备，其中，所述空气层被形成为椭圆形。 
7.根据权利要求1所述的透明显示设备，其中，在所述导光板的整个区域上形成至少一层的所述空气层。 
8.一种透明显示设备，该透明显示设备包括： 
液晶显示板； 
导光板，其设置在所述液晶显示板的下部以对由第一偏振板沿轴向偏振的到所述导光板的侧表面的光进行全反射并将光提供给所述液晶显示板，并且使从下方向进 入的自然光透射通过； 
光源，其设置在所述导光板的侧表面以向所述导光板发射光； 
第一偏振板，其设置在所述导光板的侧表面与所述光源之间，以对从光源发出的光进行偏振，并将经过偏振的光提供给所述导光板； 
全反射部件，其形成在所述导光板的内部以对入射的光进行全反射；以及 
第二偏振板，其设置在所述液晶显示板的上部以控制透射过所述液晶显示板的偏振光的量， 
其中，导光板照原样透射从其下方向进入的自然光以将其提供给液晶显示板，从而显示位于后表面处的对象，并且全反射从侧表面进入的偏振光以将该偏振光提供给液晶显示板，从而在图像模式中实现图像。 
9.根据权利要求8所述的透明显示设备，其中，所述全反射部件是形成在所述导光板内部的空气层。 
10.根据权利要求8所述的透明显示设备，其中，所述全反射部件是形成在所述导光板内部的图案。 
11.根据权利要求8所述的透明显示设备，其中，所述全反射部件是形成在所述导光板内部的空穴。 
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