CN106205413B - 包括太阳能电池的混合显示组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于便携物体的用于显示至少一个信息的显示组件，该显示组件(1)包括位于观察者(4)一侧且设置成显示至少一个第一信息的至少部分透明的第一显示装置(2)，以及依次设置在所述第一显示装置(2)下方的用于显示至少一个第二信息的至少部分透明的第二显示装置(6)和太阳能电池(10)，第一和第二显示装置(2，6)能够在它们显示信息的主动状态与它们不显示信息的被动状态之间切换。

Description

包括太阳能电池的混合显示组件
技术领域
本发明涉及一种包括太阳能电池的混合显示组件。更具体地，本发明涉及这样的显示组件，该显示组件包括下方设置有太阳能电池的两个叠置的显示装置。
背景技术
通过诸如液晶显示单元的数字显示装置显示的信息的可读性特别是由用于显示信息的数字显示装置提供的表面积决定的。因此，对于给定的显示表面积，必须在需要显示的信息的量和尺寸之间找到折衷。所显示的信息的尺寸越大，信息的可读性就会越好。然而，可以显示的信息的量必定会受到限制。相反，如果所显示的信息的尺寸被缩减，则可以增加信息量，但这会牺牲可读性。
为了克服这种缺点，已经提出了在第一显示装置下方设置第二显示装置。因此，能利用第一显示装置显示一部分信息，并且利用第二显示装置显示一部分信息。通过在第一和第二显示装置之间切换，可以选择显露通过第一或第二显示装置显示的信息，这使得可以显示更大量的信息和更大尺寸的信息。
这种包括两个叠置的显示装置的显示组件的缺点是其相当高的电力消耗。此类显示组件通常被预期安装在电力储备有限的小型便携物体如腕表中。
此外，通过诸如液晶显示单元或有机发光二极管显示装置的显示装置显示的信息的可读性在很大程度上取决于环境光照条件。对于一些显示装置来说，所显示的信息可以在明亮环境中的良好条件下阅读，但在黑暗环境中难以阅读。相反，其它类别的显示装置在昏暗或黑暗中提供了高品质显示，但在强日光下难以阅读。
举例而言，我们考虑半透反射式液晶显示单元，也就是说能够显示借助反射现象在白天将可见并且通过利用背光照明装置进行透射而在夜晚也将可见的信息的液晶显示单元。这种半透反射式液晶显示单元被优化成提供日光的最佳可能的反射并且因此确保所显示的信息在明亮环境条件下的良好可读性。但是，为使此类半透反射式液晶显示单元能够实现日光的最佳可能的反射，它们的透射效率被大幅制约。因此，当背光照明装置启动以允许在昏暗中阅读所显示的信息时，背光照明装置发出的绝大部分光在吸收现象中损失。因此能量效率很低。此外，由液晶单元显示的信息的光学品质在很大程度上取决于视角。
关于发射式(emissive)显示装置，例如有机发光二极管显示装置，这些装置具有优于液晶显示单元的光学品质，因为该光学品质不取决于视角。然而，这些高品质发射式显示装置不容许反射工作模式。由其显示的信息因此在昏暗或黑暗中很容易阅读，但一旦在户外观察就变得难以阅读。为了克服此问题，可以增加供给到发射式显示装置的电流的量以确保最低水平的可读性。然而，即使在通常使用条件下，这些发射式显示装置也使用比反射式液晶单元更多的电力。它们的电力消耗使得难以设想保持它们永久开启，特别是当它们结合在诸如腕表的小型便携物体中时，该便携物体唯一的能量来源是通常被要求持续一年以上的电池。
发明内容
因此，本发明的一个目标是通过提供一种显示组件来克服上述和其它的问题，所述显示组件的能量要求即使在它结合在其能量储备有限的诸如腕表的小型便携物体中时也能得以满足。本发明还提供了一种在良好光照环境和黑暗环境中均以令人满意的方式工作的显示组件。
为此，本发明涉及一种用于便携物体的用于显示至少一个信息的组件，该显示组件包括位于观察者一侧且设置成显示至少一个第一信息的至少部分透明的第一显示装置，以及依次布置在第一显示装置下方的用于显示至少一个第二信息的至少部分透明的第二显示装置和太阳能电池，所述第一和第二显示装置能够在它们显示信息的主动状态与它们不显示信息的被动状态之间切换。
作为这些特征的结果，本发明提供了一种显示组件，该显示组件包括两个叠置的显示装置，即显示第一信息的第一显示装置和显示第二信息的第二显示装置。因此，可以利用第一显示装置显示一部分信息并且利用第二显示装置显示一部分信息。通过在第一和第二显示装置之间切换，可以选择显露通过第一或第二显示装置显示的信息，这使得可以显示更大量的信息和更大尺寸的信息。此外，通过教导太阳能电池设置在两个叠置的显示装置下方，本发明允许将这种组件集成在电能储备必定有限的小型便携物体中。事实上，已观察到，经该组两个叠置的显示装置到达太阳能电池的光量足以通过光电转换现象来提供两个叠置的显示装置的操作所需的电能的量。因此，需要很少或不需要该便携物体的电能储备以用于两个叠置的显示装置的操作。
根据本发明的一个补充特征，位于观察者一侧的第一显示装置属于反射式，位于第一显示装置下方的第二显示装置属于发射式。
作为这些其它特征的结果，本发明提供了一种用于诸如腕表的便携物体的显示组件，该显示组件不论周围光照条件如何都以最佳方式工作。在强日光下，信息将优选由反射式显示装置显示。事实上，这种利用日光反射现象来显示信息的反射式显示装置的能量效率很高。因此，它可以保持永久开启并且在强环境光照条件下提供良好的信息可读性。相反地，在昏暗或黑暗中，信息将优选由发射式显示装置显示。这种发射式显示装置使用比反射式显示装置更多的电流，但由其显示的信息在夜晚或黑暗中可见，并且具有尤其独立于视角的极好的光学特性。
根据本发明的一个优选实施例，第一显示装置包括反射式液晶显示单元，第二显示装置包括透明的、发射式的有机发光二极管显示单元。
附图说明
本发明的其它特征和优点将从以下对根据本发明的显示组件的一个实施例的详细描述中更清楚地显现，该示例仅作为非限制性举例参照附图给出，在附图中：
-图1是示出下方设置有太阳能电池的根据本发明的显示组件的示意性截面图；
-图2是根据本发明的显示组件的一个示例性实施例的截面图，其中第一显示装置包括反射式液晶显示单元，第二显示装置包括透明的、发射式的有机发光二极管显示单元，太阳能电池设置在该显示组件下方；以及
-图3A至3D根据液晶显示单元和有机发光二极管显示单元是主动还是被动而示意性示出了图2所示的显示组件的工作模式。
具体实施方式
本发明源于以下总的发明思想：在两个叠置的显示装置构成的组件下方设置太阳能电池，所述两个叠置的显示装置能够在其中它们消耗电能以显示信息的主动状态与其中它们不使用电能且不显示任何信息的被动状态之间切换。由于使用了两个叠置的显示装置，因此可以用第一显示装置显示一部分信息，以及用第二显示装置显示一部分信息。通过在第一和第二显示装置之间切换，可以选择显露通过第一或第二显示装置显示的信息，这使得可以显示更大量的信息和更大尺寸的信息。还认识到，通过在两个叠置的显示装置下方设置太阳能电池，利用光电转换作用，太阳能电池提供了足以允许两个叠置的显示装置工作的电流。因此，能够将这种显示组件集成在电能储存容量有限的诸如腕表的小型便携物体中。
根据本发明的一个补充方面，位于观察者一侧的第一显示装置属于反射类型，而位于第一显示装置下方的第二显示装置属于发射类型。因此不论环境光照条件如何，根据本发明的显示组件的操作都是最佳的。在强日光下，信息将优选由利用日光反射现象来显示信息的反射式显示装置显示。相反，在昏暗或黑暗中，信息将由能够通过消耗电能来发光的发射式显示装置显示。
图1是根据本发明的显示组件的示意性截面图。整体用总附图标记1表示的该显示组件包括设置在观察者4一侧的至少部分透明的第一显示装置2，和设置在第一显示装置2下方的同样至少部分透明的第二显示装置6。
在本发明的含义内，第一显示装置2和第二显示装置6是能够在它们消耗电能以显示信息的状态与它们不消耗电能且不显示任何信息的被动状态之间切换的显示装置。
优选地，第一显示装置2借助透明粘合剂层8结合在第二显示装置6上。该透明粘合剂层8可由粘合剂膜或液态丙烯酸或硅粘合剂形成。该粘合剂层8的用途是，防止在两个显示装置2、6被空气层分离的情况下将发生的杂散反射问题，该问题会降低根据本发明的显示组件1的光学品质。
最后，能够利用光电转换现象来提供电能的太阳能电池10设置在第二显示装置6下方。
图2是在以下情况下的根据本发明的显示组件1的一个示例性实施例的详细截面图：其中，第一显示装置2包括反射式液晶显示单元20，第二显示装置6包括发射式的、透明的有机发光二极管显示单元60(下文称为TOLED显示单元)。最后，太阳能电池10设置在该显示组件1下方。
更具体地，反射式液晶显示单元20包括设置在观察者4一侧的前基板21和平行于并远离前基板21延伸的后基板22。前基板21和后基板22通过密封框架23彼此接合，所述密封框架23界定出用于容纳液晶的密封容积24，通过在设置于前基板21的下表面上的透明电极25a和设置于后基板22的上表面上的透明对电极25b之间的特定交点处施加合适的电压，来修改所述液晶的光学特性。电极25a和对电极25b由透明导电材料制成，诸如铟-锌氧化物或铟-锡氧化物(ITO)。
在本发明的情况下，可设想任何液晶相，例如扭曲向列型(TN)、超扭曲向列型(STN)或垂直排列型(VA)。同样，可设想所有寻址方案，例如直接寻址、有源矩阵寻址或无源矩阵复用寻址。
吸收偏光器30借助粘合剂层32结合在反射式液晶显示单元20的前基板21的上表面上。该粘合剂层32可由粘合剂膜或液体粘合剂层形成。用来将吸收偏光器30结合在反射式液晶显示单元20上的粘合剂可以是透明的或稍微漫射的，其取决于是要求镜面反射还是要求漫反射。吸收偏光器30例如可以是碘系偏光器或染料型偏光器。
反射偏光器34借助粘合剂层36结合在反射式液晶显示单元20的后基板22的下表面上，所述粘合剂层36可以是透明的或稍微漫射的，其取决于是要求镜面反射还是要求漫反射。反射偏光器34可属于线栅型偏光器。它也可以是由一系列通过相长干涉或相消干涉效应引起偏振反射或透射的双折射层组成的偏光器，例如由美国公司售卖的双层增亮膜(DBEF)或APF偏光器。
如下面将看到的，以优选但非强制的方式，反射式液晶显示单元20结合在透明的TOLED显示单元60上，并且插入圆偏光器38。该TOLED显示单元60包括由玻璃或塑料材料制成的透明基板61，和平行于并远离透明基板61延伸的封装盖62。透明基板61和封装盖62通过密封框架63彼此接合，所述密封框架63界定出与空气和水分隔离的封闭容积，以容纳总的通过附图标记64表示的电致发光层的叠层。例如由铟-锡氧化物或ITO制成的上部透明电极65和例如使用诸如铝或金的金属材料或诸如ITO或锌-铟氧化物的金属氧化物制成的下部透明电极66在电致发光层64的叠层的两侧构成。这些由金属材料制成的电极65、66稍微具有反射性。透明的有机发光二极管显示单元在它们仅显示图标或字段的情况下可利用直接寻址来获得，或者在点阵显示的情况下可利用被动矩阵寻址来获得。在点阵显示的情况下，还可以利用与透明薄膜晶体管(TFT)相结合的主动矩阵寻址，该透明薄膜晶体管(TFT)用于控制电流并且设置在位于透明的TOLED显示单元60的基板61一侧的显示像素中。
优选地，在反射式液晶显示单元20与透明的TOLED显示单元60之间设置有圆偏光器38。该圆偏光器38的用途是，通过吸收由透明电极65和66产生的杂散反射来改善显示组件1的光学品质。然而，在希望节省费用或空间的情况下，可以不具有这种圆偏光器38。圆偏光器38包括吸收线偏光器40和四分之一波片42。在反射式液晶显示单元20侧，圆偏光器38借助透明粘合剂层44结合在反射偏光器34上，而在透明的TOLED显示单元60侧，圆偏光器38借助透明的粘合剂层46结合在基板61上。由于下文将详细说明的原因，吸收偏光器40的透射轴(axis of transmission)平行于反射偏光器34的透射轴定向。
最后，太阳能电池10在与观察者4相对的一侧设置在由反射式液晶显示单元20和透明的TOLED显示单元60形成的叠层下方。优选地，太阳能电池10借助透明粘合剂层46结合在封装盖62的下表面上。
参考图3A至3D，现在将根据反射式液晶显示单元20和透明TOLED显示单元60是否在使用来研究根据本发明的显示组件1的工作原理。纯粹作为非限制性的举例，将假设反射式液晶显示单元20是扭曲向列型(TN)液晶单元并且吸收偏光器30和反射偏光器34的透射轴互相垂直。
在图3A中，反射式液晶显示单元20和透明的TOLED显示单元60两者都关闭。用附图标记48表示的环境光由吸收偏光器30进行线偏振。然后环境光48在穿过反射式液晶显示单元20时发生90°旋转。由于反射偏光器34的透射轴沿垂直于吸收偏光器30的透射轴的延伸方向的方向延伸，所以反射偏光器34允许从反射式液晶显示单元20离开的环境光48在不改变的情况下通过。环境光48然后由圆偏光器38进行圆偏振并且在不被吸收偏光器40吸收的情况下传输，所述吸收偏光器40的透射轴平行于反射偏光器34的透射轴定向。最后，环境光48穿过透明的TOLED显示单元60。小部分的环境光48在上部透明电极65和下部透明电极66上被反射，使得光的圆偏振的旋转方向反转并且使得光在它再次通过圆偏光器38时被吸收。对于其余的环境光48，这些光在不改变的情况下穿过透明的TOLED显示单元60并被具有深色或黑色外观的太阳能电池10吸收。因此，显示组件1向观察者4呈现黑色。
在图3B中，反射式液晶显示单元20被停用，而透明的TOLED显示单元60被启用。由吸收偏光器30进行线偏振的环境光48在它通过反射式液晶显示单元20时发生90°旋转，然后由反射偏光器34在不改变的情况下传输。环境光48然后由圆偏光器38进行圆偏振，鉴于吸收偏光器40的透射轴平行于反射偏光器34的透射轴定向，因此圆偏光器38在不吸收的情况下传输光。最后，环境光48穿透透明的TOLED显示单元60。小部分的环境光48然后由透明的TOLED显示单元60的上部透明电极65和下部透明电极66反射。在反射时，光的圆偏振的旋转方向逆转，使得当光再次通过圆偏光器38时，它被圆偏光器38吸收。其余的环境光48被太阳能电池10吸收。此外，由透明的TOLED显示单元60发出的光的一半被吸收偏光器40吸收，而被线偏振的另一半光相继穿过反射偏光器34、反射式液晶显示单元20和吸收偏光器30并且不被吸收。因此，所显示的信息在黑暗背景下发光。
在图3C中，反射式液晶显示单元20被启用，而透明的TOLED显示单元60被关闭。在反射式液晶显示单元20的未被切换的区域中，由吸收偏光器30进行线偏振的环境光48在它穿过反射式液晶显示单元20时发生90°旋转，然后由反射偏光器34在不改变的情况下传输。环境光48然后由圆偏光器38进行圆偏振，鉴于吸收偏光器40的透射轴平行于反射偏光器34的透射轴定向，因此圆偏光器38在不吸收的情况下传输光。最后，环境光48穿透透明的TOLED显示单元60。小部分的环境光48由上部透明电极65和下部透明电极66反射。此时，圆偏振的旋转方向逆转，使得当光再次通过圆偏光器38时，它被圆偏光器38吸收。其余的环境光48被太阳能电池10吸收。此外，在反射式液晶显示单元20的被切换的区域中，环境光48在不改变的情况下被传输，使得环境光48的偏振方向垂直于反射偏光器34的透射轴且因此平行于所述偏光器34的反射轴。因此，环境光48由反射偏光器34沿反射式液晶显示单元20的方向反射。在反射式液晶显示单元20的被切换的区域中，液晶分子在环境光48再次穿过反射式液晶显示单元20时不会改变环境光48的偏振方向，使得环境光48在它的返回行程期间不会被吸收偏光器30吸收，这使得显示组件1的反射模式成为可能。
在图3D中，反射式液晶显示单元20和透明的TOLED显示单元60两者都被启用。在反射式液晶显示单元20的被切换的区域中，由反射偏光器34反射的一部分环境光48未被吸收偏光器30吸收并且可由观察者4感知到，这允许反射式液晶显示单元20在反射模式下显示信息。其余的环境光被太阳能电池10吸收。此外，由透明的TOLED显示单元60发出的光的一半被圆偏光器38吸收，而由透明的TOLED显示单元60发出的光的另一半穿过圆偏光器38、液晶显示单元20和吸收偏光器30并且不被吸收，使得它可由观察者4感知到。
不言而喻，本发明并不限于刚才已描述的实施例，本领域技术人员可设想各种简单的变更和变型而不会脱离由本专利申请所附权利要求限定的本发明的范围。特别地，应理解的是，环境光在不改变的情况下穿过反射式液晶显示单元或透明的TOLED显示单元的表述严格来说并不准确。事实上，当环境光穿过这些显示单元时，总是会发生很少的杂散光反射现象。然而，这些杂散反射在本发明的范围内可忽略不计。根据前文还应理解的是，“透明”电极的表述严格来说也并不准确。事实上，尽管由透明的导电材料制成，但这些电极总是很轻微地带有反射性。反射式液晶显示单元选自包括以下的群组：扭曲向列型液晶显示单元、超扭曲向列型液晶显示单元和垂直排列型液晶显示单元。反射式液晶显示单元可以是双稳态显示单元。作为变型，第二显示装置包括这样一种发光显示单元，其设置成在它发光以显示信息的主动状态与它不发出任何光的被动状态之间切换。
部件列表：
1 显示组件
2 第一显示装置
4 观察者
6 第二显示装置
8 粘合剂层
10 太阳能电池
20 反射式液晶显示单元
21 前基板
22 后基板
23 密封框架
24 密封容积
25a 透明电极
25b 透明对电极
30 吸收偏光器
32 粘合剂层
34 反射偏光器
36 粘合剂层
38 圆偏光器
40 吸收线偏光器
42 四分之一波片
44 透明粘合剂层
46 透明粘合剂层
48 环境光
60 TOLED显示单元
61 基板
62 封装盖
63 密封框架
64 电致发光层的叠层
65 上部透明电极
66 下部透明电极

Claims (10)

1.一种用于便携物体的用于显示至少一个信息的显示组件，所述显示组件(1)包括位于观察者(4)一侧且设置成显示至少一个第一信息的至少部分透明的第一显示装置(2)，以及依次设置在所述第一显示装置(2)下方的设置成显示至少一个第二信息的至少部分透明的第二显示装置(6)和太阳能电池(10)，所述第一显示装置(2)和第二显示装置(6)能够在显示信息的主动状态与不显示信息的被动状态之间切换，
其中，位于所述观察者(4)一侧的所述第一显示装置(2)属于反射类型，而位于所述第一显示装置(2)下方的所述第二显示装置(6)属于发射类型，
其中，所述第一显示装置(2)包括反射式液晶显示单元(20)，所述反射式液晶显示单元(20)设置成在所述反射式液晶显示单元进行反射并且显示信息的主动状态与所述反射式液晶显示单元是透明的并且不显示任何信息的被动状态之间切换，并且，所述第二显示装置(6)包括发光显示单元，所述发光显示单元设置成在所述发光显示单元发光以显示信息的主动状态与所述发光显示单元不发出任何光的被动状态之间切换，
其特征在于，所述反射式液晶显示单元(20)选自包括以下的群组：扭曲向列型液晶显示单元、超扭曲向列型液晶显示单元和垂直排列型液晶显示单元。
2.根据权利要求1所述的显示组件，其特征在于，所述第一显示装置(2)借助粘合剂层(8)结合在所述第二显示装置(6)上。
3.根据权利要求2所述的显示组件，其特征在于，所述粘合剂层(8)由粘合剂膜或液体粘合剂层形成。
4.根据权利要求1所述的显示组件，其特征在于，所述反射式液晶显示单元(20)设置在位于观察者(4)一侧的吸收偏光器(30)与位于所述反射式液晶显示单元(20)下方的反射偏光器(34)之间。
5.根据权利要求4所述的显示组件，其特征在于，在所述反射式液晶显示单元(20)与所述第二显示装置(6)之间设置有圆偏光器(38)。
6.根据权利要求5所述的显示组件，其特征在于，所述圆偏光器(38)包括吸收线偏光器(40)和四分之一波片(42)。
7.根据权利要求6所述的显示组件，其特征在于，所述吸收线偏光器(40)具有平行于所述反射偏光器(34)的透射轴的透射轴。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的显示组件，其特征在于，所述反射式液晶显示单元(20)是双稳态的。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的显示组件，其特征在于，所述第二显示装置(6)包括透明的有机发光(TOLED)显示单元(60)。
10.根据权利要求9所述的显示组件，其特征在于，所述透明的有机发光(TOLED)显示单元(60)包括电致发光层的叠层(64)，在所述叠层的两侧构造有上部透明电极(65)和下部透明电极(66)。
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