CN103907149A

CN103907149A - 显示装置

Info

Publication number: CN103907149A
Application number: CN201280049807.3A
Authority: CN
Inventors: A·J·乌德柯克; K·R·英厄姆
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2011-10-11
Filing date: 2012-10-03
Publication date: 2014-07-02
Also published as: US9885903B2; SG189560A1; TW201326919A; US20140267987A1; WO2013055549A1

Abstract

本发明提供了一种显示装置，所述显示装置包括：空间光调制器组件，其包括用于显示图像的有源显示元件；图案化的彩色层，其包括至少一个彩色像素阵列；反射器，其用于反射环境入射光；光吸收层，其中，彩色像素阵列包括第一像素组和第二像素组，所述第一像素组包括能够透射第一颜色的至少三个连续布置的像素，所述第二像素组包括能够透射第二颜色的至少三个连续布置的像素。

Description

显示装置

技术领域

本说明书涉及显示装置（特别是，彩色显示装置）和组装了显示装置的显示板。

背景技术

有源矩阵型空间光调制显示器（SLM）包括液晶显示器（LCD）、电泳显示器（EPD）、电润湿显示器、胆甾型显示器、可寻址可压缩光子晶体（诸如，在KR20090072146中描述的）和微机电系统显示器（MEMS）。这些显示器在三种照明模式中的一种下操作：背光型、反射型和半透反射型，半透反射型是背光型和反射型照明模式的组合。反射型和半透反射型照明模式涉及使用SLM反射环境光以便显示图像，而没有使用背光。有利地，所显示的图像可在亮的状况下容易地看到，而功耗显著低于背光型显示装置。

对于反射型和半透反射型照明模式，使用有源矩阵型SLM的彩色图像信息当前是存在挑战的。通常，使用包括红色、绿色和蓝色像素的重复阵列的图案化的彩色矩阵提供彩色显示。然而，当光穿过彩色矩阵层和与各层关联的电极时，会导致光质量降低和视差问题。正进行的研究和开发的重点放在提供能够提供合格图像质量的图案化的彩色矩阵。

因此，需要存在在亮的环境光照度（包括直射的阳光）下具有高亮度和对比度的彩色反射型显示器，该显示器可以以低成本制造并且可显示优良质量的图像。

发明内容

在一个方面，一种显示装置包括：SLM组件，其包括用于显示图像的有源显示元件；图案化的彩色层，其包括至少一个彩色像素阵列，其中，彩色像素阵列包括第一像素组和第二像素组，所述第一像素组包括能够透射第一颜色的至少三个连续布置的像素，所述第二像素组包括能够透射第二颜色的至少三个连续布置的像素。在其它方面，提供了一种包括所述显示装置的车辆仪表板。

在另一个方面，一种空间光调制器包括规则像素阵列，其中，所述像素阵列包括具有规则分布在可转换电极板上的可转换电极阵列的至少一行。在单独的行中，第一颜色覆盖至少两个相邻的像素并且第二颜色覆盖至少两个另外相邻的像素。

这些和其它方面在下面的具体实施方式中描述。在任何情况下，以上发明内容不应该被理解为限制要求保护的主题，所述主题仅仅由本文阐述的权利要求书限定。

附图说明

在整个说明书中，参照了附图，其中，类似的附图标号指明类似的元件，其中：

图1是显示装置的实施例的剖视图。

图2是显示装置的另一个实施例的剖视图。

图3是显示装置的另一个实施例的剖视图。

图4、图5和图6是彩色像素阵列的各种实施例的平面图。

图7是组装了显示装置的车辆仪器。

图8是根据本发明的另一个方面的像素行的侧视图。

图9是根据本发明的另一个方面的像素行的侧视图。

图10是根据本发明的另一个方面的像素行的侧视图。

图11是根据本发明的另一个方面的R×C显示器的示例性行的侧视图。

附图未必按比例绘制。然而，应该理解，使用标号表示给定附图中的组件不旨在限制用相同标号标记的另一个附图中的组件。

具体实施方式

某些显示器（诸如，用于摩托车或汽车仪表板的显示器）需要颜色，但需要颜色的那些部分位于显示器的特定区域，图像图形可能是简单的。待投影的图像包括数字、字母、符号或简单的图形化仪表。例如，就摩托车或汽车而言，速度和每分钟转数（RPM）显示器的表现方式可以是用黑色表示正常的RPM范围并且用红色表示过量的RPM。如果黑色和/或红色范围具有空值，例如，当车辆静止时，会显示黑色。其它部分诸如警告指示器、油表等可同样地在正常时用黑色表示，用红色表示小心。

发明人已经发现，通过组装如本文描述的图案化的彩色层，可提供具有高亮度区的具有优异阳光可视性的彩色显示板。通过将高分辨率有源矩阵型显示器与连续覆盖相邻像素的滤色器组合，允许得到高显示分辨率与高色域和高亮度和效率的组合。此外，可以滤色器图案可在制造时容易变化这样的方式施用滤色器，从而允许低成本的定制设计。

高效率显示器可提供非常紧凑且质轻的显示系统。对于便携式装置中的显示器并且对于较大的重敏的应用，这是重要的。例如，本发明可降低摩托车的重心并且提高稳定性。

在图1中示出一个实施例的剖视图。在这个实施例中，图案化的彩色层被插入反射型偏振器和液晶之间。图案化的彩色层透射第一颜色和第二颜色；如果液晶分子排列成阻挡被反射光的透射，则显示黑色。例如，第一颜色的光线10被吸收型偏振器偏振，被液晶层旋转，被彩色层过滤，被反射型偏振器反射，被显示器发射，成为光线12。第二颜色的光线14遵循相同的路径，但被显示器发射，成为光线16，并且具有第二颜色。光线18没有被液晶旋转，被反射型偏振器透射并且至少部分被吸收层吸收。

液晶模块中的组件的次序可变化。例如，图案化的彩色层可位于吸收型偏振器和液晶层之间。彩色层类似地透射第一颜色和第二颜色；如果入射光被吸收层吸收，则显示黑色。如图2中所示，第一颜色的光线10被彩色层透射，随后被其中透射第一颜色的彩色层过滤。随后，光线10被液晶层旋转，被反射型偏振器反射，被显示器发射，成为光线12。第二颜色的光线14遵循相同的路径，但被显示器发射，成为光线16，并且具有第二颜色。光线18没有被液晶旋转，被反射型偏振器透射并且至少部分被吸收层吸收，从而导致显示黑色。

可供选择地，如图3中所示，图案化的彩色层可位于吸收偏振器上方。彩色层类似地透射第一颜色和第二颜色。例如，第一颜色的光线10被彩色层透射，随后被吸收型偏振器偏振，被液晶层旋转，被反射型偏振器反射，被显示器发射，成为光线12。第二颜色的光线14遵循相同的路径，但被显示器发射，成为光线16，并且具有第二颜色。光线18没有被液晶旋转，被反射型偏振器透射并且至少部分被吸收层吸收。

每个彩色像素阵列包括：第一像素组，其包括能够透射第一颜色的至少三个连续布置的像素；第二像素组，其包括能够透射第二颜色的至少三个连续布置的像素。

图4示出彩色像素阵列的各种实施例，其中，每个像素组包含三个像素。第一示例示出三个绿色像素组和三个红色像素组，第二示例示出三个蓝色像素组和三个红色像素组并且第三示例示出三个绿色像素组和三个蓝色像素组。还可使用白色像素组。如从图中看到的，每个像素组的三个像素彼此连续布置，或者换句话讲，它们彼此紧邻。在一个实施例中，每个像素组中的像素布置成L形格式。在本发明的语境中，不认为对角相邻的像素是彼此连续布置的。虽然像素在行或列的一部分上是连续的，但它们在构成显示器的所有行或列上不是连续的。

每个像素组内的像素具有基本上相同的颜色。它们优选地彼此相差不到0.2个单位（在CIE1931标准下），或更优选地不到0.05或不到0.025个单位。

图5示出其中彩色像素阵列包括三个不同的彩色像素组的实施例。这三个像素组包括第三颜色的一个或多个像素。图6示出其中存在两个像素组的其它实施例，每个像素组具有四个像素。

通过使一个或多个组件散射光，可提高显示器的可视范围。粘合剂层可具有非消偏振、低背散射漫射成分，诸如，球形丙烯酸类树脂粒子，粒子的直径在约200nm和20,000nm之间并且粒子和基质之间的折射率差异是约0.005至约0.030。

在US6,288,172中描述了用于将层粘附在一起的合适粘合剂。如果漫射粘合剂位于吸收型偏振器上方，则粘合剂可显著地消偏振光，但应该具有低背散射。优选地，背散射低于约5%，更优选地，低于2%，最优选地，低于1%。可供选择地，从反射型偏振器的上表面至显示器的最外侧表面中的一个或多个表面可通过表面粗糙度或涂层中的一个或其组合漫射光。如果在吸收型偏振器和反射型偏振器之间有散射功能，则任选地，散射伴随着消偏振。另外，任选地，来自涂层或表面结构的消偏振当位于交叉的偏振器之间时导致小于约20%的透射率。

图7示出显示红色和橙色两种不同颜色的车辆仪表板，同时以典型的LCD黑/灰显示数字和条和其它指示符。这是在固定图案LCD上的固定图案图形。固定图案图形可布置在薄膜晶体管（TFT）有源矩阵型LCD上，从而允许显示器具有固定图案LCD的成本和亮度，但提供更动态的显示。动态显示可根据摩托车的操作而提供不同的信息。例如，速度计可指示当摩托车正开动时的速度、诸如维修间隔的诊断、诸如平均油耗的性能尺度等。通常，液晶组件可包括标准TFT模块、或反射型模式的没有像素化滤色器的液晶反射型显示器（例如，得自Pixel Qi公司）、或反射型模式或透射型模式的没有像素化滤色器的液晶反射型显示器。通过使用TFT LCD，LCD可容易被修改成用新图形工作，从而允许产品系列有变化并且对于不同客户是不同的，而不需要新的LCD库存。

背吸收层还可通过（例如）部分透射来自背光单元的光来发射光，并且粘合剂、彩色吸收层或反射型偏振器的第一表面可漫射地散射光。

在本发明的另一个方面，图8示出由规则SLM像素阵列20制成的SLM显示器中的像素行，SLM像素阵列20具有至少一行和至少一列的布置，至少部分被具有至少两个彩色区域的图案化的彩色层22覆盖，其中，彩色覆盖至少三个相邻的像素。图8中示例性的是具有彩色区域24、26、28和30的图案化的彩色层22。至少一个彩色区域覆盖成行的至少三个相邻的像素。同等地，彩色区域可覆盖成列的至少三个相邻的像素。彩色区域中的每个可以是红色、绿色、蓝色、黑色或透明的、或其任何组合。例如，彩色层可包括红色、灰色、透明和橙色。彩色层还可包括荧光或磷光材料。一个彩色区域可覆盖3、4、5或更多个相邻的像素。

图9示出彩色层22和具有两个相邻像素32的可寻址像素20的行，这两个相邻像素32是透明状态，靠近五个相邻的像素34并且处于不透明或半不透明状态。

图10示出其中空间光调制器可从一种颜色切换至另一种颜色或者从一种颜色切换至透明状态并且相同颜色的3、4、5或更多个像素彼此相邻的配置。构成SLM40的彩色区域可包括例如彩色区域42、44、46和48。

作为图10中示出的显示器的例子，例如，如美国公布2011-0085224的图7中描述的、诸如在该公布中描述的电泳显示器可被形成为行列尺寸为R×C像素阵列，其中，R和C都是至少五。像素可在一个或多个平面。行或列、或行和列可用不同的墨水颜色制成，其中，沿着同一行或列的至少3个具有相邻的同种墨水颜色的相邻像素。

在本发明的另一个方面，图11示出R×C尺寸的显示器的一行的例子。可转换电极52的阵列规则地分布在可转换电极板50上。通过非导电的介电结构54形成用于墨水58、60、62的凹槽。使用至少两种不同墨水来限定单独的行。每个颜色可覆盖至少两个相邻的像素。在这个例子中，第一颜色58覆盖三个相邻的像素，电泳墨水60覆盖五个相邻的像素，任选的第三墨水覆盖四个相邻的像素。在操作中，相邻像素中的一些或全部可被切换至透射状态或吸收状态。

本发明另外的方面在于，板的前部可被太阳光反射膜覆盖，太阳光反射膜作为不透明图形覆层的最外侧部分的一部分，用于保护显示器在直射阳光中免于过热。太阳光反射膜可保护显示器在直射阳光中免于过热。过热会造成显示器不再正确地操作，例如，LCD显示器的至少一些区域会超过透明温度，并且使显示器的至少部分难辨认，直到温度降低为止。过热也会使显示器中使用的光学膜劣化，特别是偏振器和粘合剂组件。因具有不同的连续区域，可造成显示器的温度存在区域差异，可造成显示组件的过度翘曲、变形和劣化。例如，当被直射阳光照明时，具有大区域的带色区域的显示器可达到比显示器的透明区域显著更高的温度。可通过将具有颜色区域图案的显示器与阻隔阳光光谱中的一部分的涂层或膜组合来管理峰值温度。例如，可向区域图案化的显示器的前部应用涂层，其中，该涂层反射IR光并且透射可见光。

下面将描述形成显示装置的方法。前图形优选地由下面的步骤制成：

1.用防眩光抗乱涂材料涂布可得自3M公司的太阳光反射膜的第一侧面。合适的涂层在显示器行业中是熟知的。

2.用图形涂布太阳光反射膜的第二侧面。所述图形可包括透明和无色区域、透明色区域和不透明图形的组合。

3.将印刷的太阳光反射膜的第二侧面与可得自3M公司的光学透明粘合剂（OCA）层合。

4.制备LCD，其一侧面上具有吸收型偏振器，具有没有彩色矩阵的LC，在显示器的背侧面上具有反射型显示膜（RDF，可得自3M公司）。

5.将印刷的图形层合到LCD上。

这种组装方法的变型形式包括将图形施用于反射型偏振器的第一侧面，或者反射型偏振器的第一侧面和显示器的前侧面之间的任何其它表面。LCM（液晶模块）中的滤色器阵列还可被图案化成具有彩色和透明图形。图案还可被分到不同的表面。图形还可被施用于显示器的背侧面，即，反射型偏振器的后部。

背反射器可以是反射型偏振器，具有第二表面上的黑色或带色涂层（RDF-B，可得自3M公司）、非倒置或倒置的透反射膜（包括TDF，可得自3M公司）、或吸收型偏振器的背面上的部分反射涂层。使用非偏振光的SLM诸如电泳显示器可使用反射器，诸如，二氧化钛粒子填充涂层、有空隙的聚合物膜、反射型介电膜诸如可得自3M公司的ESR膜。

半透反射型显示器可以是具有光源的背光，所述光源包括电致发光灯、有机LED光源、LED和其它光源。还可使用例如偏轴投射（off-set）光源诸如LED或针对前部照明设计的导光件从显示器的前部照明反射型或半透反射型显示器。半透反射型显示器还可以是对于某些颜色（例如，蓝光和绿光）而言的反射型显示器并且对于其它颜色（例如，红色）而言的半透反射型。

可以用太阳光反射膜部分或全部地覆盖显示器。合适的太阳光反射膜包括可得自3M公司的SRF。优选地，太阳光反射膜对于6500K阳光是至少90%的透明平均亮度响应，并且反射从850nm到至少950nm的IR光的平均至少70%，这两者都是与膜表面成法向角度测得的。

尽管已经具体参照本文示出的优选实施例描述了本发明，但本领域的技术人员应该理解，可实现本发明的变型形式和修改形式，并且这些变型形式和修改形式将落入以下即刻阐述的权利要求书限定的本发明的范围内。

Claims

1.一种显示装置，所述显示装置包括：

液晶组件，其包括用于显示图像的有源显示元件，

图案化的彩色层，其包括至少一个彩色像素阵列，

反射器，其用于反射环境入射光，以及

光吸收层，其中，

彩色像素阵列包括第一像素组和第二像素组，所述第一像素组包括能够透射第一颜色的至少三个连续布置的像素，所述第二像素组包括能够透射第二颜色的至少三个连续布置的像素。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述彩色像素阵列还包括第三像素组，所述第三像素组包括能够透射第三颜色的至少一个像素。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的显示装置，其中所述第一像素组、所述第二像素组和/或所述第三像素组的至少三个连续布置的像素布置成L形。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的显示装置，其中所述第一像素组包括四个连续布置的像素，并且所述第二像素组包括四个连续布置的像素。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的显示装置，其中每个彩色像素阵列包括按3行×3列布置方式布置的九个单独像素。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的显示装置，其中所述图案化的彩色层设置在所述液晶组件上。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的显示装置，其中所述液晶组件包括面向外部的吸收型偏振器层和面向内部的液晶层。

8.根据权利要求7所述的显示装置，其中所述图案化的彩色层设置在所述吸收型偏振器层和所述液晶层之间。

9.根据权利要求7所述的显示装置，其中所述图案化的彩色层设置在所述液晶组件和所述反射器之间。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的显示装置，其中所述反射器选自反射型偏振器或半透反射器。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的显示装置，其中所述液晶组件是薄膜晶体管（TFT）阵列液晶模块。

12.一种包括权利要求1至11中任一项所述的显示装置的车辆仪表板。

13.根据权利要求12所述的车辆仪表板，还包括不透明的图形层。

14.一种显示装置，所述显示装置包括：

空间光调制器，其包括用于显示图像的有源显示元件，

像素阵列，其至少部分地被具有至少两个颜色区域的图案化的彩色层覆盖，

反射器，其用于反射环境入射光，以及

光吸收层，其中

第一彩色区域覆盖能够透射第一颜色的至少三个连续布置的像素的第一像素组，并且第二彩色区域覆盖能够透射第二颜色的至少三个连续布置的像素的第二像素组，所述第二颜色不同于所述第一颜色。

15.根据权利要求14所述的显示装置，其中彩色区域中的至少一个覆盖成行的至少相邻的三个像素。

16.根据权利要求14所述的显示装置，其中彩色区域中的至少一个覆盖成列的至少相邻的三个像素。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的显示装置，还包括太阳光反射膜，所述太阳光反射膜对于6500K阳光具有至少90%的透明平均亮度响应，并且反射从850nm到至少950nm的IR光的平均至少70%。

18.一种显示装置，所述显示装置包括：

空间光调制器，其包括规则像素阵列，其中所述像素阵列包括具有规则分布在可转换电极板上的可转换电极阵列的至少一行，其中在单独的行中，第一颜色覆盖至少两个相邻的像素并且第二颜色覆盖至少两个另外相邻的像素。

19.根据权利要求18所述的显示装置，其中通过非导电的介电结构形成用于接纳墨水的多个凹槽，其中使用至少两种不同颜色的墨水限定单独的行。

20.根据权利要求19所述的显示装置，其中至少一种墨水包括电泳墨水。

21.根据权利要求19和20中任一项所述的显示装置，还包括覆盖至少两个另外相邻的像素的第三颜色墨水。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的显示装置，其中第一颜色覆盖至少三个相邻的像素，电泳墨水覆盖至少五个相邻的像素，第三墨水覆盖至少四个另外相邻的像素。

23.根据权利要求18所述的显示装置，其中相邻像素的至少一部分可转换至透射状态或吸收状态。

24.根据权利要求18至23中任一项所述的显示装置，还包括太阳光反射膜，所述太阳光反射膜对于6500K阳光具有至少90%的透明平均亮度响应，并且反射从850nm到至少950nm的IR光的平均至少70%。