CN108027526A - 液晶显示器组件 - Google Patents

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CN108027526A CN201680029222.3A CN201680029222A CN108027526A CN 108027526 A CN108027526 A CN 108027526A CN 201680029222 A CN201680029222 A CN 201680029222A CN 108027526 A CN108027526 A CN 108027526A
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Abstract

一种液晶显示器组件，包括：第一基板、第二基板以及介于第一基板与第二基板之间的液晶层；第一偏振器，其具有外表面和面向第一基板的内表面；以及第二偏振器，其设置在第二基板上并具有与第一偏振器的偏振面正交的偏振面，其中，第一偏振器的内表面与第一基板间隔开，使得内表面和/或外表面露出以使得能够实现对内表面和/或外表面的对流冷却。

Description

液晶显示器组件
技术领域
本发明涉及液晶显示器(LCD)组件以及布置LCD组件的各部件的方法。实施方式在诸如基于LCD的投影仪和立体光刻设备的应用中是有用的，但是应该认识到本发明也可以用于其他情境中。
背景技术
液晶显示器(LCD)通常包括夹在一对玻璃滤光器之间的液晶材料。每个玻璃滤光器在其上设置有偏振材料片。所述片具有彼此垂直的相应的偏振面。
LCD中使用的偏振器通常是例如由掺杂碘的PVA组成的吸收式偏振器。这提供了高消光比，因此具有高对比度。由于偏振器的这种特性，所以当用于对LCD进行背光照明的辐射的强度增加时由偏振器吸收的光的量成比例地增加。这对于用作诸如台式计算机或膝上型计算机的显示屏幕的LCD通常不是问题，这是因为落在LCD偏振器上的光强度相对较小。但是，对于光强度大得多(约几十到几百瓦/平方厘米)的应用，背光照明强度足以引起温度的显著升高。在波长为380nm至420nm的光入射到LCD上的情况下，这个问题也被放大。由于波长较短，光容易散射并被偏振器片吸收。高强度的光每个光子携带更多的能量，并且该能量在被偏振器吸收时转换成热。温度根据入射光的强度和波长可能会升高到液晶面板的工作温度以上。在这样的情况下，液晶可能会永久地转变成液态，并且在经受电流时不能改变入射光的偏振，从而不能有效地执行其功能。
例如，在其中几百瓦的光集中在投影仪内尺寸小于一英寸的三个小型LCD上的基于LCD的投影仪中，存在非常小的能量集中区，其中约百分之五十的能量被偏振器吸收。吸收的能量转化为热，从而使LCD面板经受热。这些投影仪具有控制温度的冷却装置，但是其效果受到投影仪空间的限制，并且可以实现冷却的程度受到操作期间可接受的噪声水平的限制。过热是投影仪常见的失效模式。
存在LCD受热问题的另一情况是在增材制造过程(additive manufacturingprocesses)中，在该过程中，UV背光LCD将连续图像投影到光聚合物树脂上以使树脂逐层固化以形成三维对象。这种情况下的LCD显示器安装在由塑料材料形成的厚的透明背衬上。由于透明背衬是热的不良导体，所以透明背衬妨碍对LCD的有效冷却。在这种增材制造装置中，虽然落在LCD上的光强度低于LCD投影仪中的光强度，但是所述光几乎全部位于UV光谱中，并且容易被偏振器吸收，从而使温度显著升高。
先前，已经考虑过主动和被动冷却方法以解决受热问题。例如，美国专利第7,123,334号在LCD投影仪中的每个LCD面板上方实施水套以冷却面板。然而，水冷却具有包括漏水、需要定期更换水、以及冷却组件体积庞大的缺点。在另一示例中，可以使用LCD投影仪的壳体内部的风扇用于对面板的对流冷却。然而，由于LCD投影仪需要小的形状因子，所以难以安装以下所述的风扇：其足够大以提供必要的空气流量并且当投影仪用于例如家庭娱乐时也不会产生影响音频质量的噪音。
鉴于上述难点，期望提供以下LCD组件：其更容易冷却，或者至少提供已知的LCD组件的可用替选。
发明内容
在一个方面中，提供了一种液晶显示器组件，包括：
第一基板、第二基板和介于第一基板与第二基板之间的液晶层；
第一偏振器，其具有外表面和面向第一基板的内表面；以及
第二偏振器，其设置在第二基板上并且具有与第一偏振器的偏振面正交的偏振面，
其中，第一偏振器的内表面与第一基板间隔开，使得内表面和/或外表面露出以使得能够实现对内表面和/或外表面的对流冷却。
有利地，通过将第一偏振器的内表面与第一基板间隔开，第一偏振器的更大的表面区域被露出，从而当第一偏振器经受辐射时便于对流冷却并且降低了液晶层劣化的可能性。
第一偏振器可以与装置的其余部分完全间隔开，使得在第一偏振器与装置的其余部分之间存在空隙，因此内表面和外表面二者可以经受对流冷却。
在一些实施方式中，例如当液晶显示器组件待用作增材制造装置中的动态掩模时，可以在第一基板上设置刚性透明或半透明的背衬层。在这样的实施方式中，第一偏振器可以设置在所述透明或半透明背衬层上，或者可以与透明或半透明背衬层间隔开，使得在第一偏振器与所述透明或半透明背衬层之间存在空隙。
在一些实施方式中，液晶显示器组件可以包括设置在第一基板上的第三偏振器，第三偏振器具有与第一偏振器相同的偏振面。第一偏振器可以是二向色偏振器。
有利地，通过提供具有与第二偏振器相同的偏振面的第三偏振器，如果穿过第一偏振器透射的任何光的偏振在光传播穿过组件时受到影响，则第三偏振器确保光被重新偏振。这致使由LCD组件产生的图像的更高的对比度。
在另一方面中，提供了一种用于立体光刻设备的固化组件，立体光刻设备具有用于容纳可聚合材料的固化容积，所述固化组件包括：
根据上述实施方式中的任一个所述的液晶显示器组件；以及
用于穿过液晶显示器组件照射固化容积的辐射源。
固化组件可以包括冷却装置，该冷却装置用于对液晶显示器组件的第一偏振器的内表面和/或外表面进行对流冷却。
在又一方面中，提供了一种布置液晶显示器组件的各部件的方法，所述液晶显示器组件包括：第一基板、第二基板、介于第一基板与第二基板之间的液晶层、第一偏振器和第二偏振器，第二偏振器具有与第一偏振器的偏振面正交的偏振面，所述方法包括：
在第二基板上设置第二偏振器；以及
将第一偏振器与第一基板间隔开，由此第一偏振器的内表面面向第一基板使得第一偏振器的内表面和/或外表面露出以使得能够实现对内表面和/或外表面的对流冷却。
附图说明
现在将参照附图仅以非限制性示例的方式描述本发明的实施方式，其中：
图1是现有技术的LCD组件的截面图；
图2是根据本发明的一个实施方式的LCD组件的截面图；
图3是根据本发明另一实施方式的LCD组件的截面图；以及
图4是根据本发明的实施方式的具有LCD组件的增材制造设备的示意图。
具体实施方式
本发明的实施方式试图在面板的特定操作温度下、特别是在LCD不能直接使用常规冷却方法即传导和对流的情况下主动地保持液晶面板的温度。
参照图1，示出了现有技术的LCD组件5，其具有固定至刚性平台6的LCD面板7，该刚性平台6对于从UV光谱到红外光谱的电磁辐射是可透过的。平台6可以是足够刚性以当组件经受竖直负载时防止在LCD玻璃12、14上发生结构弯曲的任何材料。LCD面板7包括设置在第一基板12上的第一偏振器1。第一基板12和第二基板14夹持液晶材料层3。在第二基板14上设置有第二偏振器2。第一基板12和第二基板14用于向组件提供刚性，并且可以执行本领域已知的其他功能。例如，每个基板12、14可以由玻璃形成并且可以具有用于使液晶3对准的表面凸起结构。通常，存在其他层例如电极层等以及使得液晶层3的各区域能够被电寻址的电子部件(未示出)。第一偏振器1和第二偏振器2是二向色偏振膜。第二偏振器2的偏振面与第一偏振器1的偏振面垂直。
LCD组件5是增材制造机器的固化组件的一部分。在使用中，组件5被定位成使得第二偏振器2面向容纳可光聚合树脂的容器。可以使用能够发射高强度电磁辐射(例如，在光谱的UV部分中、在光谱的红外部分中、或者在UV部分与红外部分之间的某部分中)的辐射源4来穿过透明平台6照射组件5。当辐射源4接通并且LCD显示器被寻址以显示黑白图像时，LCD面板7使辐射穿过图像的白色区域，而所有的辐射在图像的黑色区域处被阻挡。穿过面板7的辐射照射到容器内的树脂上，从而使树脂固化。LCD面板7因此用作为动态掩模以使得树脂能够以图像方式被固化。
因LCD上的“黑色”区域而没有穿过的辐射被偏振器2吸收，并随后使LCD面板7的温度升高。已经发现，在该布置中，LCD温度在几秒钟的曝光下可以上升40度。一般来说，这种温度升高利用通过对流直接冷却LCD面板7来控制，例如可以通过在LCD 7背面吹冷空气来实现。然而，在该布置中，LCD面板7的背面是面板7与平台6的安装表面，并且因此对流冷却将不再有效，这是因为LCD面板7基本上无法接近风机。
为了减轻上述问题，图2中所示的本发明的第一实施方式以使得至少第一偏振器的外表面可接近对流冷却装置(例如，风机)的方式将第一偏振器与第一基板间隔开。图2中所示的LCD组件200包括第一偏振器201，该第一偏振器201设置在等同于图1的刚性支承件6的刚性透明支承构件206上。支承构件206进而设置在第一基板211(例如，玻璃基板)上，第一基板211与第二基板212一起夹持液晶层203(以及本领域中标准的其他部件，例如，电极和其他电子部件)。在第二基板212上设置有第二偏振器202。第二偏振器202的偏振方向与第一偏振器201的偏振方向正交。因此，第一偏振器201有效地背离LCD面板的其余部分211、203、212、202，使得偏振器201的取向得以保持，偏振器保持在入射辐射的路径中，并且能够通过诸如轴向/离心风扇的常规冷却系统主动冷却。这大大减少了液晶层203经受的热量，这是因为如果入射光是非偏振的，则吸收的能量的大约一半被第一偏振器201吸收。该布置还使得在如下情况下易于更换偏振器201：在偏振器201的偏振能力已经被辐射充分地降低至阻止其进行用于使入射辐射偏振的有效工作的情况下。
图3中示出另一实施方式，其中在等同于图1的刚性支承件6或图2的206的刚性透明支承构件306上设置有第一偏振器301。液晶材料层303夹持在第一基板311与第二基板312之间。第一基板311和第二基板312通常是如上所述的玻璃基板。第一偏振器301借助中间支承构件306与第一基板311间隔开。在第二基板312上设置有第二偏振器302。第二偏振器302的偏振方向与第一偏振器301的偏振方向正交。此外，在第一基板上设置有第三偏振器320，所述第三偏振器320介于支承件306与第一偏振器301之间。第三偏振器320具有与第一偏振器301相同的偏振方向。
现在参照图4，示出了结合图2的LCD组件200的增材制造设备400。LCD组件200是还包括辐射源450的固化组件的一部分。辐射源450可以是例如UV灯。
增材制造设备400包括用于在固化容积412内容纳可聚合材料414的容器410。容器410具有透明下壁402、侧壁404、以及在容器410的透明下壁402与侧壁404之间的密封件。密封件可以由原位固化以密封容器的材料例如环氧树脂形成，但是密封件也可以是固体密封件例如橡胶(如，丁腈橡胶或氟橡胶)O形密封圈或密封垫。优选地，容器410具有限定矩形或正方形内部区域的四个侧壁，但是其当然可以具有单个圆柱形侧壁或其他构造。
LCD组件200定位在下壁402下方，使得偏振器202接触下壁402。当LCD组件200与下壁402接触时，刚性透明构件206为其他层202、212、203、211提供支承。在一些实施方式中，LCD组件可以附接至容器410的下壁402。然而，在替选实施方式中，LCD组件200可以定位在容器410内或者与容器410形成一体。
设备400包括具有构建表面422的构建平台420。构建表面422面向容器410的下壁402。构建平台420悬置在下壁402和LCD组件200上方的容器410内部。
借助于可以包括滚珠丝杠、导螺杆、皮带驱动机构、链条和链轮机构或其组合的机械组件以及精密步进马达，构建平台420能够相对于下壁402上方的容器410竖直地向上和向下移动或被移动。在优选实施方式中，移动机构包括螺杆430和由装置400的控制系统的微控制器驱动的步进马达(未示出)。
在构建操作期间的使用中，固化组件的辐射源450照射LCD组件200。容器410中的树脂414以根据LCD 203的有源像素的图案的相应层图案被逐层地固化。同时，可以使用冷却装置440(例如，风机或其他对流冷却装置)来在LCD组件200的面向辐射源450的表面上的偏振器201上方提供冷却气流。
根据本文中的公开内容，不脱离本发明范围的各种其他变型和修改对于本领域普通技术人员是明显的。以下权利要求旨在涵盖本文中阐述的具体实施方式以及这样的变型、修改和等同内容。

Claims (8)

1.一种液晶显示器组件，包括：
第一基板、第二基板和介于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层；
第一偏振器，其具有外表面和面向所述第一基板的内表面；以及
第二偏振器，其设置在所述第二基板上并且具有与所述第一偏振器的偏振面正交的偏振面，
其中，所述第一偏振器的所述内表面与所述第一基板间隔开，使得所述内表面和/或所述外表面露出以使得能够实现对所述内表面和/或所述外表面的对流冷却。
2.根据权利要求1所述的液晶显示器组件，包括在所述第一基板上的刚性透明或半透明背衬层。
3.根据权利要求1或2所述的液晶显示器组件，包括设置在所述第一基板上的第三偏振器，所述第三偏振器具有与所述第一偏振器相同的偏振面。
4.根据权利要求2或3所述的液晶显示器组件，其中，所述第一偏振器设置在所述透明或半透明背衬层上。
5.根据权利要求3所述的液晶显示器组件，其中，所述第一偏振器是二向色偏振器。
6.一种用于立体光刻设备的固化组件，所述立体光刻设备具有用于容纳可聚合材料的固化容积，所述固化组件包括：
根据权利要求1至5中任一项所述的液晶显示器组件；以及
用于穿过所述液晶显示器组件照射所述固化容积的辐射源。
7.根据权利要求6所述的固化组件，包括冷却装置，所述冷却装置用于对所述液晶显示器组件的所述第一偏振器的所述内表面和/或所述外表面进行对流冷却。
8.一种布置液晶显示器组件的各部件的方法，所述液晶显示器组件包括：第一基板、第二基板、介于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层、第一偏振器和第二偏振器，所述第二偏振器具有与所述第一偏振器的偏振面正交的偏振面，所述方法包括：
在所述第二基板上设置所述第二偏振器；以及
将所述第一偏振器与所述第一基板间隔开，由此所述第一偏振器的内表面面向所述第一基板使得所述第一偏振器的所述内表面和/或外表面露出以使得能够实现对所述内表面和/或所述外表面的对流冷却。
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