CN1249498C - 反射显示装置和棱镜排列薄片 - Google Patents

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Abstract

本发明的反射显示装置包括：显示层；位于显示层观察者侧上的光学元件；和位于显示层观察者侧的相反侧上的反射元件。光学元件具有一个主平面，该主平面包括多个相对于显示屏面倾斜的倾斜面。通过光学元件入射到显示层上，并通过反射元件反射的光线，可以在显示屏面的大致法线方向上出射。

Description

反射显示装置和棱镜排列薄片
(1)技术领域
本发明涉及能用反射光显示图像的直观型反射显示装置和用于反射显示装置的棱镜排列薄片。
(2)背景技术
按照惯例，作为便携式电子设备如笔记本电脑的显示装置，通过反射外部光线显示图像的反射显示装置已经商业化了。例如，已经发展了带有偏振片的液晶显示装置和具有不平坦表面的金属反射板。这种类型的液晶显示装置采用双折射显示模式，其中通过控制电场中液晶层的双折射以执行显示，因此只有一个偏振片是必须的。
然而，上述显示模式具有以下问题。很大一部分光被偏振片、滤色片等吸收。此外，只有从光源入射光的镜反射方向上观察时，显示器才是亮的，所以当从偏离镜反射方向的方向上观察时，不能获得足够的亮度。因此，为了获得较好的显示，观察者必须调整显示装置的角度和其观察显示器的位置。此外，由于镜反射方向重叠了表面反射，所以显示质量较差。
为了解决上述问题，例如，日本公开专利公布号9-288271揭示了一种反射显示装置，其中反射板的反射表面相对显示器表面倾斜一预定角度，使得反射板反射的光线方向不会与显示屏面的镜反射方向重叠。
作为另一个实例，在SID’99 Digest的第954页中试图通过在不平坦的反射板上形成倾斜，为从给定方向(在下文中，将观察者观察显示器的方向称为观察者方向)观察显示器的观察者提供较亮的显示。
然而，在日本公开专利公布号9-288271中和SID’99 Digest第954页中所揭示的传统反射显示装置具有以下问题。在这些传统反射显示装置中，反射板需要具有倾斜面以提供反射功能和离轴功能(当从偏离显示屏面镜反射方向的方向上观察时，该功能能够加强亮度)。这意味着必须在光调制层，也就是液晶层下立刻形成具有较大阶梯的反射板。因此所得的液晶层不再具有均匀的栅格厚度。
反射板的阶梯在反射板形成之后可能被填平。然而，既然这样，就有必要用透明树脂或其它填平反射板，之后在填平的表面上形成透明的电极。这使反射板的制造过程复杂化。
图17显示了上述的传统反射显示装置98。反射显示装置98包括：液晶层94；在液晶层94接近观察者一侧(观察者侧)上形成的延迟板，基板，对准膜等等(这些元件集中表示为标号96)；和液晶层94观察者侧的相反侧上的反射板91。反射板91接近液晶层94的表面上有多个倾斜面92。在倾斜面92上形成透明树脂95，以填平反射板91的表面。
在具有上述结构的反射显示装置98中，为了使显示装置98的光线出射方向(表示为箭头99)偏离入射方向(表示为箭头93)30°，例如如图17所示，有必要在反射板91上形成倾斜角为10°的倾斜面92。由于这种在反射板91上形成的倾斜面92，在倾斜面92上的某些位置，液晶层94和反射板91的距离很大。在这些位置处，观察者侧上像素(未图示)与反射板91的距离也很大。当滤色片在观察者侧的衬底上形成时，该像素和反射板91之间的大距离导致了色彩混合的问题。
在日本公开专利公布号9-288271所揭示的反射显示装置中，反射板与显示部分分别生成，然后再配置在显示部分的外背面上，在显示部分和反射板之间形成了较大的空隙。由于该较大的空隙，显示器视差成为一个很严重的问题。此外，还有大量的光线入射到一个像素上，并从另一个像素出射。结果，降低了显示器的亮度和色彩纯度。
日本公开专利公布号8-95035揭示了一种反射显示装置，其中棱镜排列薄片位于显示装置观察者侧的外表面上，以分离显示装置为了显示反射的光线和外部光线的镜反射。然而，当在观察者通常观察显示器图像的显示装置正面位置观察时，该显示装置几乎不提供亮度显示，实质上只提供暗的显示。
本发明的一个目的是为显示装置正面的观察者提供一种能够获得较高亮度显示的反射显示装置，以及用于反射显示装置的棱镜排列薄片。
(3)发明内容
本发明的反射显示装置包括：显示层；位于显示层观察者侧上的光学元件；和位于显示层观察者侧的相反侧上的反射元件。光学元件具有一个主平面，该主平面包括多个相对于显示屏面倾斜的倾斜面。通过光学元件入射到显示层上，并通过反射元件反射的光线，可以在显示屏面的大致法线方向上出射。
较佳的是，光学元件的主平面朝向观察者侧。另一种情况是，光学元件的主平面朝向反射元件侧。
反射显示装置还可以包括散射元件，其中通过光学元件入射到显示层上，并通过反射元件反射的光线，可以通过光学元件、反射元件和散射元件的组合，在显示屏面的大致法线方向上出射。
较佳的是，从相对于显示屏面法线方向，向显示屏面上侧倾斜的方向入射的光线在显示屏面的大致法线方向上出射。
较佳的是，第一光源发射光线，该光源位于光学元件的观察者侧相对于显示屏面法线方向，向显示屏面上侧倾斜的位置。
较佳的是，相对于显示屏面设置多个倾斜面的角度，使得一些从相对于显示屏面法线方向倾斜大约10°到大约45°位置入射的光线在显示屏面的大致法线方向上出射。
较佳的是，多个倾斜面相对于显示屏面倾斜预定的角度，该预定的角度是7°或更多。
较佳的是，光学元件具有多个其它面，这些面相对于显示屏面具有任意的角度，多个倾斜面和多个其它面交替形成。
较佳的是，光学元件的多个其它面相对于显示屏面，具有大约90°的角度。
较佳的是，在光学元件多个其它面的每一个上形成反射层。另一种情况是，在光学元件多个其它面的每一个上形成吸收层。
多个倾斜面相对于显示屏面的角度最好在显示屏面中变化。
多个倾斜面最好是弯曲的。
多个倾斜面中一个的法线矢量方向最好与多个其它面中一个的法线矢量方向不同。
较佳的是，光学元件是包括多个列队棱镜的棱镜排列薄片，棱镜的齿距为200μm或更小。
较佳的是，光学元件是包括多个列队棱镜的棱镜排列薄片，棱镜的齿距为5μm或更大，为反射显示装置像素间距的一半或不到一半。
较佳的是，反射显示装置的像素至少沿第一方向排列，光学元件是包括多个沿至少第二方向排列棱镜的棱镜排列薄片，第一方向和第二方向形成的角度在大约5°到大约85°的范围内。
最好在光学元件的观察者侧上形成增透膜。
反射显示装置还可以包括位于光学元件一侧的第二光源，光学元件起光导元件的作用。
光学元件最好用具有可变折射率n1的材料做成。
偏振片最好经过一个空气层，位于光学元件的观察者侧上。
较佳的是，延迟板经过一个空气层，位于光学元件的观察者侧上，偏振片位于延迟板的观察者侧上。
光学元件最好用光学的各向同性材料做成。
较佳的是，基质与反射元件一侧的光学元件接触，基质和光学元件具有大致相同的折射率。
光学元件的多个倾斜面最好受过防眩处理。
光学元件的多个其它面最好是粗糙面。
较佳的是，偏振片和延迟板位于光学元件的观察者侧上，偏振片和延迟板实质上满足四分之一λ条件。
棱镜在显示屏面上最好以随机齿距排列。
较佳的是，附加的光学元件位于显示层和光学元件之间，以分离显示光线与光学元件、显示层、反射元件形成界面中的至少一个的反射光线。
附加元件最好具有多个相对于显示屏面观察者侧的倾斜面。
较佳的是，光学元件的折射率大于直接位于多个倾斜面上介质的折射率，光学元件多个倾斜面的法线方向相对于显示屏面法线方向，向显示屏面的下侧倾斜。
较佳的是，光学元件的多个倾斜面与空气接触，多个倾斜面相对于显示屏面的角度α和光学元件的折射率n1满足
2α-arcsin(sinα/n1)＜arcsin(1/n1)。
较佳的是，当从显示屏面法线方向入射光线的出射角θout满足
θout＝arcsin[n1sin{2α-arcsin(sinα/n1)}]-α，
多个倾斜面相对于显示屏面的角度α和光学元件的折射率n1满足
0＜arcsin[n1sin{2α-arcsin(sinα/n1)}]-α＜(90-α)°。
最好在光学元件的多个倾斜面上形成保护片。
最好用透明基质填平光学元件的多个倾斜面。
较佳的是，反射显示装置还包括一对夹住显示层的基板，光学元件位于其中一块基板和显示层之间。
较佳的是，用透明基质填平光学元件的多个倾斜面，当光学元件的折射率n1、透明基质的折射率n2、和与透明基质接触空气的折射率(1.0)之间关系为n1＞n2＞1时，光学元件多个倾斜面的倾斜角α满足
2α-arcsin(sinαn2/n1)＜arcsin(n2/n1)和
arcsin[(n1/n2)sin{2α-arcsin((n2/n1)sinα)}]-α＜arcsin(1/n2)。
较佳的是，光学元件的折射率小于直接位于多个倾斜面上介质的折射率，光学元件倾斜面的法线方向相对于显示屏面法线方向，向显示屏面的上侧倾斜。
较佳的是，用透明基质填平光学元件的多个倾斜面，当光学元件的折射率n1、透明基质的折射率n2、和与透明基质接触空气的折射率(1.0)之间关系为1≤n1＜n2时，光学元件多个倾斜面的倾斜角α满足
α＜arcsin(n1/n2)和
α-arcsin[(n1/n2)sin{2α-arcsin((n2/n1)sinα)}]＜arcsin(1/n2)。
较佳的是，光学元件具有一个与主平面相对的并和显示屏面平行的后表面，保护板就位于该后表面上。
根据本发明的另一方面，提供了用于反射显示装置的棱镜排列薄片。棱镜排列薄片位于反射显示装置的观察者侧上，在观察者侧形成多个相对于反射显示装置显示屏面倾斜的倾斜面，多个倾斜面与空气接触，多个倾斜面相对于显示屏面的角度α和棱镜排列薄片的折射率n1满足
2α-arcsin(sinα/n1)＜arcsin(1/n1)。
多个倾斜面的角度α最好是7°或更多。
较佳的是，设置多个倾斜面的角度，使得一些从相对于显示屏面法线方向倾斜大约10°到大约45°位置入射的光线在显示屏面的法线方向上出射。
较佳的是，在反射显示装置上，从显示屏面法线方向入射主光线的出射角θout满足
θout＝arcsin[n1sin{2α-arcsin(sinα/n1)}]-α和
0°＜θout＜(90-α)°。
棱镜排列薄片最好用光学各向同性材料制成。
(4)附图说明
图1A是本发明实施例1中反射液晶显示装置1的透视示意图，该装置包括棱镜排列薄片14，图1B是沿图1A中1B-1B’的剖面图，图1C是可用于本发明的变化后棱镜排列薄片14A的剖面图。
图2A和2B显示了本发明实施例中用于显示装置的棱镜排列薄片倾斜面的合适条件和不合适条件。
图3显示了当光源位于棱镜排列薄片14倾斜面的法线位置时所观察入射主光线和镜反射光线的位置关系。
图4A和4B是将本发明反射显示装置用作笔记本电脑监视器(4A)和信息便携终端显示屏面(4B)的示意图。
图5显示了本发明实施例1中显示器是如何使用显示装置外部照明器的光线工作的。
图6显示了本发明反射显示装置的显示屏面中使用具有不同倾斜角度棱镜排列薄片的情况。
图7A，7B，7C和7D是棱镜排列薄片倾斜面形状的实例。
图8A是棱镜排列薄片的透视图，图8B是图8A中棱镜排列薄片部分平面图和在图8A中X和Y位置所观察侧面图的组合图。
图9A和9B显示了另一种棱镜排列薄片，其中图9A是棱镜a，b，c放大的透视图，图9B是棱镜排列薄片平面图和侧面图的组合图。
图10A，10B和10C显示了主光线的光路，10A表示除了具有倾斜角α的倾斜面外棱镜排列薄片表面没做任何处理时，10B表示在这些面的每一个上形成吸收层时，10C表示在这些面的每一个上形成反射层时。
图11A是显示了显示装置1中一排滤色片的平面图，图11B棱镜排列薄片的平面图，图11C显示了滤色片和棱镜排列薄片的位置关系。
图12是本发明实施例2中反射显示装置的剖面示意图。
图13A和13B显示了本发明实施例3中，通过填平棱镜排列薄片的表面所获得的功能。
图14是本发明实施例4中反射显示装置的剖面示意图。
图15是本发明实施例5中反射显示装置的剖面示意图。
图16是本发明实施例6中反射显示装置的剖面示意图。
图17显示了传统反射显示装置。
图18是本发明实施例4中变化后反射显示装置的剖面示意图。
图19是本发明实施例8中反射显示装置的剖面示意图。
图20是反射显示装置作为比较实例的剖面示意图。
图21A和21B分别是实施例9中反射显示装置垂直方向和横向的剖面图，图21C是棱镜排列106的部分透视图。
图22是本发明实施例9中变化后反射显示装置的剖面示意图。
图23是本发明实施例10中反射显示装置的剖面示意图。
(5)具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的较佳实施例。
(实施例1)
图1A是表示本发明实施例1中反射液晶显示装置1的部分透视图。图1B是图1A中反射液晶显示装置1沿直线1B-1B’的剖面图。如图1A所示，为反射液晶显示装置确定X-Y-Z坐标系统，使得显示图像(例如，字母A，B，C)能被正确地观察。典型地，X轴方向表示矩阵中排列的像素列的方向，Y轴方向表示像素行的方向，Z轴方向表示显示屏面法线方向130。这里，当假设显示屏面钟面时，对应于12点钟和6点钟的显示屏面侧分别被称为“上侧”和“下侧”，对应于3点钟和9点钟的显示屏面侧分别被称为“右侧”和“左侧”。在显示屏面中定义X-Y平面，其中X轴沿“垂直”方向延伸，Y轴沿“横”向延伸。这里使用的显示屏面是指显示装置1中平行于两个基板3和4的平面(见图1B)。在显示装置1关于显示层2与反射电极9相反一侧的位置，观察者观察显示装置1(见图1B)。为了观察，使用来自显示装置1外任意位置照明器的照明光。照明器可以是太阳，或是天花板上的灯光，或是和显示装置1集成的特殊光源。如这里所用的，例如“棱镜排列薄片14的观察者侧表面”是指具有多个倾斜面120的棱镜排列薄片14的主平面。
在下文中，通过参考图1A和1B描述反射液晶显示装置1。
在实施例1中，描述了棱镜排列薄片倾斜面接触空气的情况，也就是说，在棱镜排列薄片和空气之间形成了一个界面。反射液晶显示装置1包括位于使用单偏振片型反射液晶显示装置正面(观察者侧表面)的棱镜排列薄片14。如图1B所示，一对基板3和4夹住了液晶层2。在观察者侧基板3接近于液晶层2的表面上形成透明电极6和对准膜7。在反向基板4接近于液晶层2的表面上形成均为不平坦形状的树脂层8、反射像素电极9和对准膜10。液晶层2包括密封在其中的，具有正向介电各向异性的向列型液晶材料，当扭转时，该材料根据对准膜7的对准方向对准。在树脂层8下的矩阵中形成激活(开关)元件11例如TFT和MIM，用于开关每个像素。
显示装置具有在基板3和4接近于液晶层2的表面形成的电极6和9，当向显示装置两端施加电压时，垂直于基板3和4产生电场。这引起液晶分子取向状态的变化，以此实现开关。在该实施例中，上下基板之间的栅格厚度为4.5μm。形成用作反射/散射元件的不平坦形反射像素电极9，以具有“各向同性散射”特征，它向以镜反射为中心的邻近方向散射光线。特殊的是，在基板4的表面上形成多个树脂或其它做成的凸起部分5，然后将Al膜施加于具有凸起部分的表面上，以此提供不平坦形的反射像素电极9。
合适的延迟板12(或膜)和偏振片13，以及棱镜排列薄片14以该顺序，以一合适的角度位于观察者侧基板3的观察者侧表面上。棱镜排列薄片14具有相对于观察者侧表面上显示屏面倾斜的面。棱镜排列薄片14由透明基质做成，该透明基质的折射率和接触棱镜排列薄片14的邻接层(在该实施例中是空气层)不同。因此，折射率在棱镜排列薄片14和接触它的邻接层的界面处变化。
可以使用TN、STN和ECB中任何一种作为显示装置1的显示模式。用合适的粘合剂可以将延迟板12、偏振片13和棱镜排列薄片14粘结到基板3的观察者侧表面。此外，如图1A和1B所示，当棱镜排列薄片14的观察者侧表面(具有多个倾斜面120)接触空气时，较佳的是，至少倾斜面120经过减反射(AR)处理或防眩(AG)处理。通过这种处理，可以减少显示器图像反射和表面反射的发生，因此可以获得高质量的显示。在实践中，通过在棱镜排列薄片14的观察者侧表面上形成期望的薄膜以实现棱镜排列薄片14观察者侧表面的AR或AG处理。
如图1A和1B所示，由于显示装置1观察者侧表面上棱镜排列薄片14的存在，所以允许显示装置1中的入射主光线(在图1B中表示为箭头A)在不同于镜反射方向(如箭头C所示)的方向(表示为箭头B，它接近于显示屏面的法线方向)上出射。因此要同时阻止从外部照明器入射主光线的显示光线和镜反射光线进入观察者的眼睛，以此提高显示质量。
实施例1中显示装置1的基本结构除了提供棱镜排列薄片14外，其它类似于传统的使用单偏振片型反射液晶显示装置的结构。因此，显示操作也类似于没有棱镜排列薄片的传统显示装置。
显示装置1正面(观察者侧表面)的棱镜排列薄片14由多个排列成条形的棱镜构成。棱镜排列薄片14的表面通过交替重复相对于显示屏面倾斜预定角度α的面(倾斜面120)和倾斜角不确定的其它面(表示为121)构成，并形成“锯齿”部分。任一倾斜面120的法线方向120N相对于显示屏面的法线方向130，向显示屏面的下侧倾斜。在该实施例中可用的棱镜排列薄片形状不限于以上所描述的，而是可以使用各种形状的棱镜排列薄片。
该实施例中可用的棱镜排列薄片实例将通过参考图1C进行描述。图1C是在棱镜排列方向获取的，该实施例中可用的变化后棱镜排列薄片14A的剖面图。棱镜排列薄片14A具有多个倾斜面120a、120b、120c和120d。如图1C中所示，倾斜面120a、120b、120c和120d重心的高度ha、hb、hc和hd在棱镜排列方向上逐步升高(ha＜hb＜hc＜hd)。通过使用总体上大致为楔形的棱镜排列薄片14A，允许入射到显示装置1上的主光线从显示装置1正面以不同于镜反射光线的方向出射。用这种方法，可以分离反射主光线和外部照明器的镜反射光线。这里所用的“棱镜排列薄片的棱镜排列方向”是指垂直于棱镜排列薄片14和14A表面上多个脊124的方向，如图1A和1C中箭头F所示。
通过适当地设置棱镜排列薄片14倾斜面120的倾斜角α，棱镜基质的折射率n1，棱镜排列的方向以及其它，可以适当地提高观察者观察到的显示亮度。然而，在倾斜面120的倾斜角α和棱镜基质折射率n1的设置中，要注意到棱镜排列薄片14的形状必须允许“从照明器(主光源)入射的光线在对准观察者位置的方向(观察者方向)上出射”。倒过来说，“必须允许从观察者方向入射到观察者侧的光线出射回观察者侧，当它从棱镜排列薄片出射时，没有全反射。”
用棱镜排列薄片14倾斜面暴露在外(接触空气)的情况检验以上条件。特殊的是，假设观察者方向为显示装置的法线方向，在观察者方向出射的光路是可逆的。也就是说，光线从观察者方向(垂直于显示装置)传入显示装置，检验是否允许入射光线从显示装置出射回去。
从显示装置法线方向入射的光线被作为显示装置1正面的棱镜排列薄片14倾斜面折射之后，进入显示装置。该折射角由倾斜角α和棱镜排列薄片14的折射率n1确定。入射光线通过显示装置1中的反射像素电极9被散射/反射。主光线在镜反射方向反射，并再次到达棱镜排列薄片的倾斜面。这时，如果主光线到达棱镜排列薄片14倾斜面的角度φ小于空气界面处的全反射角度arcsin(1/n1)，那么如图2A所示允许主光线出射回观察者侧。由于从折射定律中得出表达式
φ＝2α-arcsin(sinα/n1)      (1)，
那么棱镜排列薄片基质的形状和折射率必须满足条件
2α-arcsin(sinα/n1)＜arcsin(1/n1)     (2)，
以确保从观察者方向(垂直于显示装置)入射的光线出射回观察者侧。如果从反射表面反射的主光线角度φ大于全反射角度，那么如图2B所示主光线在棱镜的界面处全反射，而不返回观察者侧。这使显示器变黑。
因此，当直接存在于棱镜排列薄片14上的介质是空气且反射像素电极9向以镜反射为中心的邻近方向反射光线时，倾斜面相对于显示屏面的角度α和棱镜排列薄片14的折射率n1必须满足以上的表达式(2)。
为了获得反射显示装置中高亮度的显示，上述主光线的出射角扮演了一个重要的角色。如上所述，“允许从主照明器入射的光线在观察者方向上出射”的条件，反过来意味着“允许从观察者方向(垂直于显示装置)入射的光线出射回观察者侧，当它从棱镜排列薄片出射时，没有全反射。”因此，期望设计一种棱镜排列薄片，使得从显示装置法线方向入射的照明光的主光线主要出射到观察者侧。
在反射显示装置中，显示的亮度很大地依赖于照明器在观察环境中的位置和它的分布。因此，通过设置显示装置，使得从照明器存在可能性较高的方向上接受光线，从而可能性较高地获得具有较高亮度的显示。外部照明器与显示屏面的角度很大地依赖于屏面的使用和使用时屏面倾斜的角度。因此，较佳的是根据使用情况，确定棱镜的倾斜角和折射率并适当地设计，使得光线在主照明器存在可能性较高的方向上出射。
此外，如图2A中所发现的，当棱镜排列薄片14接触空气时，从观察者方向(垂直于显示装置)入射的主光线从显示装置上不同于倾斜面法线方向120N的方向(相对于显示屏面法线方向130，向显示屏面下侧倾斜的方向)上出射。如果光路可逆，这表示为了允许主光线在显示装置的法线方向上出射，应该配置棱镜排列薄片14，使得主光线从相对于显示屏面法线方向，不同于倾斜面法线方向120N的方向入射。如果主光线从倾斜面法线方向120N入射，主光线在比镜反射方向角度宽的方向上出射，而不能在观察者方向(垂直于显示屏面)上出射。说得更清楚些，当观察者在垂直于显示屏面的位置观看显示器时，这时光线从相对于显示屏面法线方向130，向显示屏面上侧倾斜的方向入射到显示装置(见图1A，0＜ψ＜180°，0＜θ＜90°)，应该配置棱镜排列薄片14使得倾斜面法线方向120N相对于显示屏面法线方向，向显示屏面下侧倾斜(180°＜ψ＜360°，0＜θ＜90°)。相反，当观察者在垂直于显示屏面的位置观看显示器时，这时光线从相对于显示屏面法线方向130，向显示屏面下侧倾斜的方向入射到显示装置，应该配置棱镜排列薄片14使得倾斜面120的法线方向120N相对于显示屏面法线方向，向显示屏面上侧倾斜。
上述日本公开专利公布号8-95035中揭示的反射显示装置有一个前提是光源位于接近于棱镜排列薄片90倾斜面法线方向的位置。因此，主光线的出射方向大大偏离了显示屏面的法线方向，所以在显示装置正面显示亮度不充分。相反，在该实施例中，如图1B中所示，入射到显示屏面的主光线以一个与倾斜面法线方向120N充分倾斜的角度进入棱镜(箭头A表示的方向)，而且主光线在显示装置的大致法线方向上出射(箭头B表示的方向)。这提高了显示装置正面的显示亮度。
如上所述，在将外部光反射用作显示的反射显示装置中，照明器相对于显示装置的角度根据显示装置的使用而不同，并且可以假设有一个光源存在可能性较高的角度范围。因此，通过根据显示装置的使用适当地设置和设计光线入射到显示装置棱镜排列薄片上的角度，使得以该角度入射的光线适当地反射到观察者方向，并为观察者提供高质量高亮度的显示。由于反射显示装置具有薄和轻以及可用电池维持长工作的特征，所以它们通常用作便携设备的监视器，例如笔记本电脑和信息终端。考虑到这一点，为了确保高亮度的显示，事先必须检验该设备的使用角度和使用该设备时的照明环境。
例如如图4A所示，在作为笔记本电脑监视器的情况下，用户一般将该监视器倾斜相当大的角度(大约与水平面成70°角)。因此假设可能性较大的是外部光线可以从相对于显示屏面法线方向，向显示屏面上侧倾斜0到90°的方向入射到监视器，其中光线不被观察者阻挡。考虑到棱镜的倾斜角α，可以推断为了使用笔记本电脑，应该设计棱镜排列薄片的倾斜角α和折射率，使得从观察者方向(垂直于显示装置)入射主光线的出射角θout降低到0到(90-α)°的范围(θout＝arcsin[n1sin{2α-arcsin(sinα/n1)}]-α)。
在设备监视器倾斜相当小角度(与水平面成30°角)的情况下，例如如图4B所示的信息便携终端，假设可能性较大的是外部光线可以以小于笔记本电脑情况的角度入射到显示装置。因此，可以设计棱镜排列薄片使得出射角θout稍小于笔记本电脑的情况。照明环境根据显示屏面的使用环境而变化。然而在反射显示装置没有装配特定照明装置的情况下，照明器通常位于上方，例如在天空中和天花板上。此外，外部光线不可能从相对于显示屏面法线方向，向显示屏面下侧偏离的方向入射，其中光线被观察者阻挡。由于这些事实，适当的推断是光源可能存在于相对于显示屏面法线方向，向显示屏面上侧偏离的位置。换句话说，在一般情况下，从观察者方向(垂直于显示屏面)入射的主光线的出射角θout最好倾斜一个小角度，该角度的在上四分之一球(0＜ψ＜180°，0＜θ＜90°)的范围中，与观察者观察显示装置的位置(下四分之一球，180°＜ψ＜360°，0＜θ＜90°)相反。考虑到棱镜排列薄片的倾斜角α，出射角可以是0＜θout＜(90-α)°。
通过设计倾斜面的方向和角度，以及棱镜排列薄片在上述条件下的折射率，在实际屏面使用环境中可能获得高亮度的显示。
本发明的发明人考虑到显示装置的各种使用，检验了从显示装置法线方向入射光线的出射角的较佳范围。结果，在使用笔记本电脑的情况下，发现当出射角在大约15°到大约45°的范围内时，高亮度的显示是可能的。在装置例如是便携信息终端的情况下，其中显示屏面相对于水平面的倾斜角相当小，外部光线以一个小于笔记本电脑情况的角度入射到显示装置。因此，在这种情况下，假设光线从显示装置的法线方向入射，出射角可能小于笔记本电脑的情况。根据发明人的检验，发现当出射角为10°或更大时，高亮度的显示是可能的。
如上所述，假设光线从显示装置的法线方向入射，出射角可以是10°或更大。当棱镜排列薄片14具有特定的折射率(1.3到1.7)并接触空气时，可以通过使用相对于显示屏面，倾斜角α为7°或更大的棱镜排列薄片14实现该出射角。
考虑到实际屏面使用情况，实际上在多个环境中将屏面装配在一个倾斜的位置，并测量屏面正面的亮度，比较配置棱镜排列薄片表面的情况和不配置棱镜排列薄片的情况，如下表1中所示。结果，配置棱镜排列薄片的情况显示出的值比不配置棱镜排列薄片的情况高出1.2到1.9倍。以此，确定了本发明的效果。
                                   表1
 测量环境   室内A(会议室)   室内B(接近窗口)   汽车内   室外(天气晴朗)
 亮度提高程度(与先前技术相比)   1.5   1.3   1.9   1.2
考虑到使用时显示装置的倾斜角和显示装置周围的照明环境，只利用棱镜排列薄片的作用，设计该实施例中描述的显示装置，使得从主光源入射到显示装置的光线在观察者方向上出射。然而，外部照明(光源)的位置和分布很复杂，而且根据显示装置的使用位置和该位置周围的照明环境而变化。如实施例1中，当使用具有各向同性散射特征的散射/反射元件(反射像素电极9)时，该元件向以镜反射方向为中心的邻近方向散射光线，通过调整倾斜面方向和角度以及棱镜排列薄片的折射率，观察者观察到的显示亮度与传统情况相比可能提高。然而，只通过这种调节，不可能实现更理想的显示装置捕获照明的角度分布。为了实现更复杂的照明捕获角度分布并将该分布最优化，以提供各种使用环境下高亮度的显示，就必须进行一些测量，例如将各向异性提供给色散元件和反射元件的散射/反射特征，并调整增益。此外，所期望的设计是通过将棱镜排列薄片和反射元件散射元件组合，也就是发挥棱镜排列薄片、反射元件和散射元件的全部功能，使得从主光源入射到显示装置的光线在不同于镜反射方向的观察者方向上出射。
实施例1中使用的棱镜排列薄片14为锯齿形，该形状通过交替重复倾斜一预定角度α的倾斜面和倾斜角度不确定的其它面而构成。可以通过在作为基质的丙烯酸树脂(n1＝1.492)上压纹而产生该形状的棱镜排列薄片。除了丙烯酸树脂材料外，可用作为基质的还有例如Teijin Ltd.制造的PEN(n1＝1.66)，JSRCorp.制造的ARTON F(n1＝1.51)和具有任意折射率的UV固化树脂。还可以使用透明度、成型性、和机械强度好的材料，包括的材料除了塑料外，还有例如玻璃和氟化镁。然而要注意到通过配置棱镜排列薄片，在棱镜排列薄片的界面处会发生反射。因此，为了阻止该界面反射，棱镜排列薄片的折射率最好与其上配置棱镜排列薄片的偏振片和玻璃基板的折射率匹配。
棱镜排列薄片14的表面裸露的，未被树脂或其它填平。也就是说，棱镜排列薄片14的倾斜面接触空气(n＝1.0)。在该实施例中，棱镜的齿距P1为65μm，倾斜面120是倾斜角α为25°的平面。如图2A所示，多个条形排列的棱镜齿距P1是指邻近倾斜面重心之间的距离，它对应于棱镜的宽度。形成其它面121，使之垂直于显示屏面。具有该形状棱镜排列薄片，从显示屏面法线方向入射的主光线以33.5°的倾斜角φ到达其中一个棱镜倾斜面120，并且在空气和棱镜的交界面处被折射之后，从屏面以30.5°的出射角θout出射。因此在该实施例中，从显示屏面法线方向入射的光线再次到达棱镜界面的角度φ充分小于全反射角度42.1°，出射角θout为0＜θout＜75°。在该实施例中，在棱镜排列薄片14的后表面上(与锯齿形表面相反的表面)形成折射率与棱镜排列薄片14匹配的粘合剂层，并通过该粘合剂层粘结棱镜排列薄片14和偏振片。
在上述实施例中，假设在实际环境中仅使用外部照明观察显示屏面的情况下，确定光源位于相对于显示屏面法线方向，向显示屏面上侧倾斜的角度，也就是相对于显示屏面法线方向与观察者位置相反的位置。然而，这不适用于事先带有与屏面相连照明器的反射显示装置。例如，图5显示了一种信息单元20，例如开/关型笔记本电脑，其中在显示部分2 1下侧的输入部分22处集成了一种特殊的光源23，用于照亮显示屏面。在这种情况下，最好配置具有倾斜角α的棱镜排列薄片14，使得倾斜面120的法线方向120N相对于显示屏面法线方向130，向显示屏面上侧倾斜。通过该设置，从相对于显示屏面法线方向，向显示屏面下侧倾斜方向入射的更多光线被允许从观察者方向出射，以此进一步提高亮度。
其它面121的角度没有特定的限制，它不是由棱镜排列薄片14的倾斜角α决定。然而，如上所述，该角度最好大致垂直于显示屏面。其原因是为了当他或她观察显示时将这些观察者所观看面的面积减到最小，还为了减小这些面朝向光源的面积，以将显示光线的损耗减到最小。
在显示屏面中棱镜的倾斜角可以逐步变化。以下参考图6进行描述。由于显示屏面是平的，所以照明器25(特殊的为点光源)朝向显示屏面的角度在显示屏面上侧和下侧是不同的。在显示屏面观察期间只存在一个特殊点光源的照明环境中，根据显示屏面中的位置坐标，光线以不同的角度入射到显示屏面的位置上。因此，反射回观察者的光线数量根据坐标而不同，并在显示区域中产生亮度分布。可以通过如图6所示的设计，其中在显示屏面中棱镜的倾斜角逐步变化使得整个屏面都从观察者方向返回光线，以克服该问题。通过采用该设计，在整个屏面上不发生亮度变化，以此获得高质量的显示。
一般，如图6所示，光源朝向显示屏面下侧的角度大于屏面上侧。以此，可以将倾斜角做成从屏面上侧向下侧逐步增大(α1＜α2＜α3＜α4＜α5)。当用于具有较大显示屏幕的固定显示装置时，其中屏面位于该显示屏幕上，屏面朝向的角度和光源的位置都是固定的，这种在显示屏面中变化倾斜角的技术尤其有效。
在上述实施例1中，棱镜的倾斜面120是平面。本发明不限于此，而是棱镜倾斜面120可以是曲面。图7A、7B、7C和7D显示了倾斜面120可用形状的实例。除了如图7A所示为平面外，棱镜倾斜面可以如图7B、7C和7D所示地弯曲。曲面可以是凸形(图7B)、凹形(图7C)或凸/凹组合形(图7D)。然而要注意到必须设置曲面的任何倾斜角，使得允许从屏面法线方向入射的光线从屏面出射回去。
使用上述曲面棱镜等价于使用具有不同倾斜角的棱镜。这提供了显示层2上主光线入射方向的分布，结果入射光线在显示层2上的出射角在显示屏面的平行方向上变化。尤其，入射到曲面位置上的光线，其中在该位置切线和棱镜底面之间形成的角度较小，该光线就在极角θ较小的方向上出射。相反，入射到曲面位置上的光线中倾斜角较大，该光线就在极角θ较大的方向上出射。这里所用的极角是指图1A中所示的角度θ。
上述棱镜排列薄片在锯齿部分具有条形，其中倾斜面的法线方向在同样方向上延伸。本发明不限于此。例如以下检验固定倾斜角α为20°的棱镜排列薄片，其中倾斜面的法线矢量指向多个方向。在该检验中，将棱镜排列薄片的其它面121做成垂直于显示屏面，使得当从观察者方向观察显示屏面时，不能直接观察到其它面。至于棱镜的形状，通过在平面上最密堆积所获得的形状最好来自入射光线有效利用的观点。图8A，8B和图9A，9B显示了实际中检验的棱镜排列薄片。图8A是棱镜排列薄片的透视图，图8B是图8A中棱镜排列薄片部分平面图和在图8A中X和Y位置所观察侧面图的组合图。图9A和9B显示了另一种棱镜排列薄片，其中图9A是三个棱镜a，b，c的放大透视图，图9B是棱镜排列薄片平面图和侧面图的组合图。图8B和9B中的箭头在倾斜面上从接近于棱镜排列薄片底面122的部分向较远的部分延伸。
上述每个棱镜排列薄片都位于实施例1中所述的液晶显示装置上，测量照明轴方位上反射亮度的依赖性。结果，确定了光线捕获角度的分布沿方位方向扩展的效果。这里所用的方位是指图1A中所示的角度ψ。因此，发现通过形成倾斜面使得倾斜面的法线矢量指向多个方向(尤其是方位方向)以提供各向异性，所得的反射液晶显示装置提高了方位方向的亮度。
虽然参考图8A、8B、9A和9B描述了两个实例，但是倾斜面的形状不限于所说明的。通过根据装置的使用和照明环境，适当地设计棱镜每个单元各个倾斜面的法线矢量方向，可以提高显示器的亮度。
还确定了通过在大致垂直于显示屏面的每个面上形成各向异性层提高显示质量的效果。以下将参考图10A、10B和10C，描述该效果。如图10A所示，当不形成吸收层时，入射到面121上的光线跟随不同于入射到倾斜预定角度α的倾斜面120上光线的通路，并在不同于观察者方向(垂直于显示屏面)的方向上作为漫射光出射。该漫射光并非总是对显示器没有影响，而是由于部分漫射光可以根据他或她观察显示装置的角度到达观察者的眼睛，而提供不小的影响。为了避免该影响，在该实施例中，如图10B所示，在每个大致垂直于显示屏面的面121上形成吸收层32，以吸收这种漫射光。结果，吸收层32将不必要的光切断，以此提高显示质量。
在图10B的反射液晶显示装置中，在棱镜排列薄片的每个面121上形成吸收层32。另一种方法是，使每个面121变得粗糙以提高显示质量，就象形成吸收层32的情况一样。其原因是入射到粗糙面的光线会散射，并以此减少进入棱镜排列薄片14的光线数量。可以使用以下方法使面121变得粗糙。通常通过压纹产生棱镜排列薄片14。通过调整模具部分表面的粗糙程度，该模具用于压纹棱镜排列薄片14中相应的面121，以执行面121的粗糙过程。特殊的是，对应于面121的模具部分表面是未磨光的。通过使用这种模具，使面121变得粗糙。相反，如果对应于面121的模具部分表面是磨光的，面121就是没有凸起和凹陷部分的平面。
还要理解到通过在大致垂直于显示屏面的每个面上形成反射层，提高了显示亮度。当如图10A所示不形成反射层时，入射到面121上的光线跟随不同于入射到倾斜预定角度α的倾斜面120上光线的通路，并作为漫射光出射而不能有助于提高显示亮度。然而，如图10C所示，通过在大致垂直于显示屏面的每个面121上形成反射层41，就允许入射到面121上的光线在接近于观察者方向(垂直于显示装置)的方向上出射。这样提高了显示器的表面亮度。可以通过对使用掩模的棱镜执行斜向蒸发以形成反射层41。虽然配置了棱镜排列薄片使得棱镜排列薄片的主平面(具有多个倾斜面)朝向图10B和10C中的观察者侧，但是棱镜排列薄片的结构不限于此。棱镜排列薄片的主平面朝向反射电极，在棱镜排列薄片的面121上形成吸收层32或反射层41。另一种方法是，可以使面121变得粗糙。在这种情况下，也可能提高显示器的表面亮度。
本发明的发明人还进行了较佳棱镜齿距的检验，以下将参考图11A、11B和图11C进行描述。图11A是显示装置1中形成的一排滤色片的平面图。图11B棱镜排列薄片的平面图。图11C显示了滤色片和棱镜排列薄片的位置关系。
根据本发明发明人所作的测量，观察者通常在大约30cm的距离观察液晶显示装置。此外，众所周知在观察距离为30cm处，具有普通视力的观察者很难识别出显示装置中200μm的像素间距。因此，当观察者在30cm的距离处观察显示装置时，只要棱镜齿距为200μm或更小，观察者就识别不出棱镜排列薄片的齿距。如图11A中P2所示，这里所用的像素间距是指邻近像素重心之间的距离。在说明性的实例中，假设像素是正方形的。如图11B中P1所示，这里所用的像素间距是指邻近倾斜面120重心之间的距离，它符合一个棱镜的宽度。
实际检验棱镜齿距，结果发现当棱镜齿距P1大于像素间距P2时，在观察屏面时条形棱镜的条纹现象很显著，结果大大降低了显示质量。当棱镜齿距P1等于或小于像素间距P2时，在一般距离处观察屏面时很难识别这种棱镜条纹，而不会引起显示质量的降低。因此期望棱镜齿距P1等于或小于像素间距P2。
由于棱镜周期性结构和显示装置像素图形之间的干扰，当观察显示屏面时有时会产生莫尔图形。为了克服这个问题，本发明的发明人检验了棱镜齿距和更详细棱镜排列方向。莫尔图形的周期P可以表示为：
P＝1/(1/P1-1/P2)     (3)
其中P1是棱镜齿距，P2是显示装置的像素间距。
如果能使莫尔图形的周期P小于显示装置的像素间距P2，就可以克服莫尔图形的问题，也就是如果满足表达式
P2＞1/(1/P1-1/P2)    (4)。
从该表达式中，得出P1＜P2/2的关系。这表示如果棱镜齿距小于一半的像素间距，就可以使莫尔图形不显著。本发明的发明人创造了一种具有不同棱镜齿距的棱镜排列，并进行了主观评价。结果确定当棱镜齿距P1小于P2/2时，观察不到莫尔图形。
另一方面，还发现当棱镜齿距P1非常小时，从棱镜中产生衍射光，而且由于较差的处理精确度，原先透明的棱镜引起了散射，使得大大降低了显示质量。因此较佳的棱镜齿距是5μm或更大。考虑到这一点和以上条件，棱镜齿距P1最好为5μm或更大，并且期望小于显示装置像素间距P2的一半。
通过变化棱镜排列薄片中多个棱镜的齿距(采用随机棱镜齿距)也可以减少莫尔图形的产生。还发现通过配置棱镜排列使得表示为134的棱镜排列方向与如图11A、11B、11C所示滤色片的像素排列方向(表示为132R的行向或表示为132C的列向)倾斜，而不是完全符合这些排列方向，莫尔图形会消失。实际上本发明的发明人创造了一种显示装置，并完成了显示装置的显示，该显示装置包括相对于显示部分和开关元件倾斜25°印刷的滤色片，其中开关元件对应于在反向基板上形成的滤色片。结果，获得不存在莫尔图形的较好的显示。因此，棱镜排列薄片的棱镜排列方向134最好不要对准滤色片的像素排列方向132R或132C。根据发明人的检验，以上两个排列方向形成的角度最好在大约5°到大约85°。
(实施例2)
以下将参考图12描述本发明实施例2的反射显示装置。通过使用光导透明材料作为基质并调整棱镜的倾斜角，该实施例中的棱镜排列薄片还附加地作为正面光的光导板。如图12所示，实施例2的反射显示装置包括由冷阴管制成的特殊光源52和用于将特殊光源发出的光线反射给光导板的反射板51。部件51和52组成了光传导部分并被配置在棱镜排列薄片14的一侧，作为光导板。在该实施例中，棱镜排列薄片14包括相对于显示屏面倾斜角α为7°的倾斜面和相对于显示屏面角度为40°的其它面的交替重复。棱镜齿距为30μm。如图12所示，倾斜角为7°的倾斜面的面积比其它面的宽。
在具有以上结构的反射显示装置中，从棱镜排列薄片一侧入射到棱镜排列薄片14的光线被40°角的倾斜面全反射，以进入显示装置，在被显示装置中的反射元件反射之后，从7°角的倾斜面出射。用这种方法，可以提供较亮的显示。
(实施例3)
在实施例1中，棱镜排列薄片14的表面直接接触空气并为锯齿形。这种暴露的不平坦表面容易被划坏和弄脏。在该实施例中，用透明基质填平棱镜排列薄片的表面，以保护其不平坦的表面。
作为覆盖棱镜排列薄片14表面的透明基质61，它适合使用折射率不同于棱镜排列薄片14材料折射率n1的材料。透明基质61的折射率n2可以大于或小于棱镜排列薄片的折射率n1。然而，要注意到与在实施例1中一样，必须要确定棱镜排列薄片14的排列方向、折射率n1和倾斜角α，以及填平透明基质61的折射率n2，使得允许从照明器入射到显示装置的光线出射回观察者侧。
如实施例1中讨论的一样，在下文中将以光线从观察者方向(垂直于显示屏面)入射的情况为实例，讨论对用作棱镜排列薄片14的透明材料的折射率n1和倾斜角α，以及填平透明基质61的折射率n2所要求的条件。入射到显示装置的光线直接通过填平基质61，并在填平基质61和棱镜排列薄片14之间的折射率交界面处被折射，折射方向由棱镜排列薄片14的倾斜角α和折射率n1以及填平基质61的折射率n2确定，之后进入显示装置。然后入射光线被反射/散射入显示装置，这时其主光线在其镜反射方向上反射，以到达棱镜排列薄片14的倾斜面。
如图13A所示，当填平基质61的折射率n2大于空气(n＝1.0)并小于棱镜排列薄片14的折射率n1时(1.0＜n2＜n1)，如果主光线到达棱镜排列薄片14倾斜面的角度φ(φ＝2α-arcsin(sinαn2/n1))小于棱镜排列薄片14和填平基质61之间界面处的全反射角arcsin(n2/n1)，并且主光线到达空气界面的出射角度η(η＝arcsin[(n1/n2)sin{2α-arcsin(sinαn2/n1)}]-α)不小于填平基质61和空气之间界面处的全反射角arcsin(1/n2)，那么允许主光线出射回观察者侧。也就是说，满足以下两个表达式
2α-arcsin(sinαn2/n1)＜arcsin(n2/n1)     (5)
arcsin[(n1/n2)sin{2α-arcsin(sinαn2/n1)}]-α＜arcsin(1/n2)     (6)
是对棱镜排列薄片14形状和基质折射率所要求的条件。作为一个实例，用Teijin Ltd.制造的PEN(n1＝1.66)作为倾斜角为30°的棱镜排列薄片14的基质，用Asahi Glass Co.制造的CYTOP(n2＝1.34)作为填平基质61，以制造覆盖有填平基质的棱镜排列薄片，并用于室内显示。结果，获得了较好的高亮度显示。
相反，如图13B中所示，当填平基质61的折射率n2大于棱镜排列薄片14的透明基质的折射率n1时(1.0≤n1＜n2)，如果入射光线到达棱镜排列薄片14倾斜面的角度φ(它等于角度α)小于棱镜排列薄片14和填平基质61之间界面处的全反射角arcsin(n1/n2)，并且主光线到达空气界面的出射角度η(η＝α-arcsin[(n1/n2)sin{2α-arcsin((n2/n1)sinα)}])小于填平基质61和空气之间界面处的全反射角arcsin(1/n2)，那么允许主光线出射回观察者侧。也就是说，满足以下两个表达式
α＜arcsin(n1/n2)       (7)
α-arcsin[(n1/n2)sin{2α-arcsin((n2/n1)sinα)}]＜arcsin(1/n2)(8)
是对棱镜排列薄片14形状和基质折射率所要求的条件。棱镜排列薄片14的材料不一定是固体，也可以是空气、水、液晶或其它。作为一个实例，用空气(n1＝1.00)作为倾斜角α为20°的基质制造棱镜排列薄片，其上覆盖着由丙烯酸树脂(n2＝1.49)做成的填平基质61，并用于室内显示。结果，获得了较好的高亮度显示。
在以上各个条件中，如果不满足任何一个临界角条件，入射光就会在棱镜界面处全反射，而返回不了观察者侧，结果显示就是暗的。
因此，在该实施例中，通过用透明材料填平棱镜排列薄片的表面，可能获得棱镜表面不容易划坏和弄脏的效果，并特殊保留了提高亮度的效果。因此，可以制造一种更实用的棱镜排列薄片。
如图13B所示，当填平基质61的折射率n2大于棱镜排列薄片透明基质的折射率n1时(1.0≤n1＜n2)，主光线在倾斜面法线方向120N上出射。这意味着为了使光线在观察者方向(垂直于显示装置)上出射，应该配置棱镜排列薄片使得有倾斜角α的倾斜面的法线方向120N指向光源方向。
还可以进一步在填平基质61的观察者侧上形成增透膜和防眩膜，以减少显示中图像反射和表面反射的产生。通过形成这种膜，可以获得高质量的显示。
虽然配置折射率为n1的棱镜排列薄片14，使得棱镜排列薄片的主表面(具有多个倾斜面)朝向观察者侧，并且在图13A和13B中主平面上覆盖着折射率为n2的填平透明基质61，但是本实施例中显示装置的结构不限于此。折射率为n2的棱镜排列薄片14可用于替代图13A和13B中折射率为n1的填平透明基质61，并且填平透明基质61可用于替代图13A或13B中的棱镜排列薄片14。在这种情况下，也可能获得与本实施例类似的结构。可以通过以下方法获得这种变化后的显示装置，例如：配置折射率为n2的棱镜排列薄片14，使得棱镜排列薄片14的主平面朝向反射电极9。通过折射率为n1的透明粘合剂树脂将棱镜排列薄片14与装置粘结。应该注意到最好在显示装置中接触空气的观察者表面形成增透膜。
(实施例4)
以下将参考图14描述本发明中实施例4的反射显示装置。图14是该实施例反射显示装置的剖面示意图。如图14中所示，提供了用透明基质61填平的棱镜排列薄片14，不是在观察者侧基板的观察者侧表面上，而是在观察者侧基板3和液晶层2之间。入射到反射显示装置的光线通过偏振片13，延迟板12和观察者侧基板3，以到达透明基质61和观察者侧基板3之间的界面。光线在该界面处折射，并到达棱镜排列薄片14，在其中光线再次折射，之后入射到液晶层2。光线被反射电极9反射，并通过液晶层传回，到达棱镜排列薄片14，在其中光线向观察者方向折射，也就是显示装置的法线方向，之后从显示装置出射到观察者侧。配置偏振片和延迟板使得通过这些板，入射光线被圆偏振。该结构可以阻止在延迟板、玻璃基板、棱镜和液晶层之间各个界面处反射的光线出射回观察者侧，以此改进显示质量。
在该实施例中，PEN(n1＝1.66)被用作棱镜排列薄片14的基质，CYTOP(n2＝1.34)被用作填平基质61。棱镜面的倾斜角α为25°，棱镜齿距为50μm。所得的反射显示装置改进了显示的视差，因此获得了高亮度无视差的较好显示。
在实施例3和4中，通过填平棱镜排列薄片14的不平坦表面，进行棱镜排列薄片14表面的保护。还可以采用其它方法以达到该目的。例如，最简单的方法是将保护薄片粘结到棱镜排列薄片14的表面。然而，用这种方法，当棱镜排列薄片接触空气使得在棱镜排列薄片14和空气之间形成一个界面时，必须粘结保护薄片，而不至于压缩保护薄片和棱镜排列薄片之间的空气层。特殊的是，保护薄片通过粘合剂粘结到棱镜排列薄片14，使得保护薄片接触到倾斜面120和邻近该倾斜面120的其它面121之间形成的脊124。为了以下的原因，棱镜排列薄片14和保护薄片之间的接触面积越小越好。
如果棱镜排列薄片14和保护薄片的接触面积很大，就提高了保护层和棱镜排列薄片14之间的粘合力，但是这样减小了棱镜排列薄片14和空气层之间界面的面积。一般，粘合剂层的折射率大致等于棱镜排列薄片14的。因此，如果棱镜排列薄片14和粘合剂层之间的接触面积很大，同时棱镜排列薄片14和空气层之间界面的面积很小，那么就可能不能得到本发明中通过利用棱镜排列薄片14和空气层折射率之差改进正面亮度(在大致显示屏面法线方向的亮度)的效果。考虑到这一点，棱镜排列薄片14和保护薄片之间的接触面积就越小越好。保护薄片甚至可以由液晶显示装置的外壳支撑而不接触棱镜排列薄片14。较佳的是，保护薄片的观察者侧表面(与棱镜排列薄片粘结表面的相反表面)经过AR处理，以抑制显示屏面的反射，以此实现更容易观看的显示。
除了上述在棱镜排列薄片14的表面上形成保护薄片外，其它方法也可以保护棱镜排列薄片14的表面。例如，可以在棱镜排列薄片14的表面上提供一层硬膜，或者可以在棱镜排列薄片14的表面上提供触摸屏。
作为另一种方法，如图18所示，延迟板12和偏振片13位于棱镜排列薄片14的表面上，用作棱镜排列薄片14的保护层。图18的反射液晶显示装置不同于图1A和1B的液晶显示装置1在于图18中延迟板12和偏振片13位于棱镜排列薄片14的观察者侧表面上。在图18的显示装置中，延迟板12位于具有多个倾斜面120的棱镜排列薄片14的观察者侧表面上，以致接触棱镜排列薄片中倾斜面120和邻近的其它面121之间形成的脊124。空气层105介于棱镜排列薄片14的倾斜面120和延迟板12之间。偏振片13位于延迟板12的观察者侧表面上。在具有以上结构的液晶显示装置中，棱镜排列薄片14最好由光学各向同性材料做成，也就是没有双折射的材料。例如棱镜排列薄片14可以由Teijin Ltd.制造的PEN(n1＝1.66)制成，或者由三乙酰纤维素(TAC)膜制成。延迟板12和偏振片13中任何一个的观察者侧表面，或者最好是两个都经过AR处理。这样抑制了显示屏面的反射，以此实现了跟容易观看的显示。虽然延迟板12和偏振片13都位于棱镜排列薄片的表面上，但是延迟板可以根据需要配置。
因此，通过配置延迟板12和偏振片13以实现作为棱镜排列薄片14保护层的附加功能，与带有独立保护薄片或其它的显示装置相比，可以减少部件的数量。这还可以减少所得产品的成本、厚度和重量。
虽然在第四实施例中，配置棱镜排列薄片14使得棱镜排列薄片14的主平面(具有多个倾斜面)朝向观察者侧，但是显示装置的结构不限于此。可以配置棱镜排列薄片14使得主平面朝向反射电极9。在这种变化后的装置中，保护薄片可以粘结到棱镜排列薄片14的后表面(在主平面的相反侧没有倾斜面的平面)，或者可以将观察者侧基板3等等粘结到后表面。这样提高了棱镜排列薄片本身的机械强度。
(实施例5)
直观型反射显示装置包括显示装置中某处的散射元件。在实施例1到4中，通过具有不平坦表面的反射电极实现散射元件。也可以使用其它类型的散射元件。例如，可以通过调节透射/散射的聚合物色散液晶层，或者通过包括两种或多种不同折射率材料的散射膜，实现散射元件。
在该实施例中，通过聚合物色散液晶层实现散射元件，以下将参考图15进行描述。
除了在棱镜排列薄片14中大致垂直于显示屏面的每个面上形成吸收层31，使用聚合物色散液晶层(液晶/聚合物组合散射调节层)81，以及树脂层8不是不平坦表面外，该实施例的反射显示装置在结构上实质与图1A和1B的反射显示装置相同。
在该实施例中，用以下方式形成液晶/聚合物组合散射调节层81。首先，将正介电各向异性的液晶材料和包含2％光启动因子的光聚合材料以80∶20的比例混合，并溶化在一起。使用在室温下显示各向同性的光聚合材料，使得液晶材料和光聚合材料的混合物在室温下也显示各向同性。
将混合物注入两层基板3和4之间的空隙，之后在室温下接受如UV辐射的光辐射，以聚合光聚合材料，以此分离聚合物相和液晶相。当UV辐射时，提供大约10mW/cm2(365nm)的UV一分钟，同时进行调节使得显示区域上的亮度分布为5％或更小。该层显示的散射状态类似于发生相分离。
聚合物色散液晶材料、向列胆甾相传送液晶材料、液晶凝胶、或其它都可用作液晶/聚合物组合散射调节层81。此外，还提供了调节透射状态和具有至少散射功能状态之间液晶层的方式。特殊地是，例如可以使用在透射和反射状态之间转换的胆甾型液晶材料，通过控制液晶分子的区域大小，它具有光漫射的特征。另一种方法是，可以使用具有在透射和反射状态之间转换的全息功能的聚合物色散液晶材料，通过暴露漫射光它具有光漫射特征。通过将低分子量液晶合成物与未聚合的预聚物混合并溶化在一起，之后将混合物注入基板之间的空隙，并聚合预聚物，可以获得聚合物色散液晶材料。聚合物色散液晶材料的种类没有特别的限制，只要通过聚合预聚物而得到。例如可以使用具有液晶的固化产品(UV固化液晶材料)，它可以通过在例如紫外辐射的激活光辐射下固化UV固化预聚物和液晶合成物的混合物而获得。
以此产生的散射/透射转换型聚合物色散液晶材料被用作液晶层，镜面反射电极9位于该液晶层的背面。包括在每个垂直面上形成的吸收层31的棱镜排列薄片位于显示装置的观察者侧基板3上，以此进行显示。配置棱镜排列薄片的其它条件与实施例1中所采用的相同。也就是说，棱镜排列薄片由丙烯酸树脂(n1＝1.492)作为基质制成，且为锯齿形，它包括相对于显示屏面倾斜预定角度α为25°的倾斜面和垂直于显示屏面的其它面的交替重复。倾斜面接触空气(n＝1.0)，棱镜的齿距为50μm。所得的显示装置能够提供高亮度的显示。
(实施例6)
图16图示了本发明实施例6的反射显示装置。该实施例的反射装置在结构上实质与实施例1的相同，除了反射电极9和树脂层8充分平坦外，为了补偿这一点，在观察者侧基板3的观察者侧表面形成散射膜71，也就是在液晶层2的相反表面上。作为散射膜71，可以使用两种具有不同折射率材料的混合物，例如聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯丙烯腈共聚物，使之具有旋节线分解结构，并且通过在聚甲基丙烯酸甲酯的基体中分散聚苯乙烯圆形粒子以获得膜。
所得的显示装置可以进行如实施例1中的显示，结果获得了较好的显示。
(实施例7)
实施例7的反射显示装置与实施例1的相同，除了将由可变折射率材料制成的棱镜排列薄片用作棱镜排列薄片14。因此在该实施例中省略了关于结构的详细描述。
特殊的是，形成的棱镜排列薄片14中填充着能够电气调节折射率的材料，以提供能够电气调节折射率的功能。该折射率可变棱镜排列薄片14能够电气调节折射率，并调节入射光线的出射角。因此，通过将该棱镜排列薄片14配置在反射显示装置的观察者侧表面，能够根据场合，调节照明器朝向显示装置的角度。因此，可以根据照明环境调节显示装置的亮度。
(实施例8)
以下将参考图19描述实施例8的反射显示装置。该实施例的反射显示装置尤其适合观察者侧光源亮度非常高的环境。
如图19所示，光源发射的亮度非常高的光线101被棱镜排列薄片14折射并进入液晶显示装置。在进入液晶显示装置时，光线101在液晶显示装置中存在的所有界面处都部分反射。在图19中为了简化，标号102表示偏振片13和棱镜排列薄片14之间界面处发出的反射光线，同时标号103表示从偏振片13和液晶层2之间存在的所有界面处发出的总的反射光线，也就是偏振片13和延迟板12之间的界面，延迟板12和基板3之间的界面，基板3和透明电极6之间的界面，透明电极6和对准膜7之间的界面，以及对准膜7和液晶层2之间的界面。标号104表示液晶层2中与观察者侧表面相反表面上的反射电极9所发出的反射光线。根据液晶层2的取向状态，反射光线104或者被偏振片13吸收，或者通过偏振片13并出射到观察者侧作为显示光线。
当偏振片13和延迟板12的配置满足四分之一波长条件时，反射光线103被偏振片13吸收。当偏振片13和延迟板12的配置不满足四分之一波长条件时，反射光线103以偏离四分之一波长条件的量通过偏振片13，并出射到观察者侧。由于在反射光线103的通路中不存在例如偏振片13的吸收元件，所以对于反射光线102，它全部出射到观察者侧。
当反射光线102和103出射到观察者侧时，在显示器中反射光源25的图像。这大大恶化了黑色显示的质量，尤其使得对比度减小。
在该实施例的液晶显示装置中，用于偏振片113的折射率类似于TAC折射率(1.5)的UV固化树脂被用作棱镜排列薄片14的材料。为了比较，制作了用PEN(折射率为1.66)作为棱镜排列薄片材料的液晶显示装置。通过该实施例液晶显示装置和比较实例之间的比较结果，发现该实施例的液晶显示装置能够减小表面反射和显示器中光源25图像反射的发生，与比较实例中的液晶显示装置相比显示了在黑色显示中的优越性，并阻止了对比度的降低。其原因是由于棱镜排列薄片14和接触棱镜排列薄片14的偏振片13由折射率大致相同的材料制成，因此减小了光源25发出的光线在棱镜排列薄片14和偏振片13之间界面处的反射。结果，减小了显示器中光源25图像的反射。
在实施例1到8中，例举一种反射显示装置，其中配置了棱镜排列薄片14，使得棱镜排列薄片14的主表面(具有多个倾斜面)朝向观察者侧。本发明中反射显示装置的结构不限于此。可以配置棱镜排列薄片14，使得主表面朝向这些装置中的反射电极9。在下文中，将在实施例9和10中描述这种变化后反射显示装置的实例。应该注意到在实施例9和10中棱镜排列薄片14的主表面可以朝向观察者侧。
(实施例9)
在实施例9的反射显示装置中，通过利用棱镜排列薄片14和接触棱镜排列薄片14的空气层之间折射率的不同，提高正面亮度，并且提高棱镜排列薄片14的耐磨度。以下将参考图20、21A、21B、21C、和图22描述该实施例的反射显示装置。
图20显示了该实施例比较实例的反射显示装置。图20的反射显示装置与图1A和1B中的反射显示装置1不同，图20中棱镜排列薄片14的表面(具有多个倾斜面120的表面)朝向液晶层2，以增加棱镜排列薄片14的耐磨度。
在图20的反射显示装置中，除了配置上述朝向液晶层2的棱镜排列薄片14外，倾斜面120的法线方向120N相对于显示屏面法线方向130，向显示屏面的下侧倾斜。最好形成倾斜面120，使得从光源25发出的入射光线进入的方向与倾斜面120的法线方向相同。空气层105介于棱镜排列薄片14和偏振片13之间。通过利用空气层105和棱镜排列薄片14之间折射率的不同，允许被反射电极9反射的入射光线101作为显示光线104在显示屏面的大致法线方向上从显示装置出射。然而，图20的反射显示装置有以下问题，由于在空气层105和偏振片13之间界面处的反射光线102具有很高的亮度，所以大大降低了显示质量。即使将偏振片13的观察者侧表面进行AR处理，也不能实质地改进这种较差的显示质量。
为了改进显示质量，如图21A、21B和21C所示，为该实施例的反射液晶显示装置提供了附加的棱镜排列薄片106。图21A和21B分布是该实施例中反射显示装置垂直方向和横向的剖面图。图21C是棱镜排列薄片106的部分透视图。
该实施例的反射液晶显示装置不同于图20中所示比较实例的反射液晶显示装置，如图21C中所示，除了棱镜排列薄片14外，在棱镜排列薄片14和偏振片13之间再形成一个棱镜排列薄片106。
如图21C中所示，棱镜排列薄片106上具有多个相互平行的脊131，邻近脊131之间的距离相等。沿棱镜排列薄片106中直线C-C’的剖面图包括一连串同样形状大小的等腰三角形。棱镜排列薄片106由与上述用于棱镜排列薄片14相同的材料制成。相对于棱镜排列薄片14配置棱镜排列薄片106，使得前者的脊131和后者的脊124垂直。最好根据莫尔图形的影响，适当调节棱镜排列薄片106相对于棱镜排列薄片14的配置。
虽然图21C中所示的形状是较佳的，但是棱镜排列薄片106的形状不限于图21C中所示的。例如棱镜排列薄片106的形状可以在相邻脊131之间的距离上变化，并且C-C’剖面可以包括一连串具有不同形状大小的等腰三角形或一连串不等边三角形。另一种方法是，棱镜排列薄片可以包括多个三角形排列的棱镜，或者可以包括一排多个显微透镜或凸透镜。
以下将参考图21A和21B描述光线入射到反射液晶显示装置的通路。例如与图20中比较实例的反射液晶显示装置一样，位于反射显示装置观察者侧光源25发射的光线101被反射电极9反射，并通过利用空气层105和棱镜排列薄片14之间折射率的不同，作为显示光线104在显示屏面的大致法线方向上出射。
如图21B中所示，光源25所发出入射光线101的反射光线102，在空气层105和棱镜排列薄片106之间的界面处反射，并在不同于显示光线104方向的方向上出射。虽然，在图21A中，反射光线102和显示光线104的方向看上去相同并且彼此不分离，但是如图21B中所示它们互相空间(三维)分离。因此，当从正面观看时可以获得较好的显示。
以下将参考图22描述图21A和21B中所示反射液晶显示装置的变化。图22的反射液晶显示装置不同于图20比较实例的反射液晶显示装置，主要在于图22中在液晶层2和基板4之间配置了倾斜部件107。参考图22描述该实施例中变化后的反射液晶显示装置。
配置在液晶层2和基板4之间倾斜部件107的形状为多个相对于显示屏面倾斜的倾斜面140和相对于显示屏面大致成90°的面141的交替重复。倾斜部件170中倾斜面140的法线方向170N相对于显示屏面的法线方向130向显示屏面的上侧(向光源25)倾斜。此外，在实施例1的反射显示装置1中，在倾斜部件107的多个倾斜面140上形成树脂制成的凸起部分，并在凸起部分上形成Al制成的反射像素电极9。另一种方法是，反射像素电极9可以是在平坦镜面上形成的散射膜。
在图22的反射显示装置中，光源25发射的光线101被反射像素电极9反射，并利用空气层105和棱镜排列薄片14之间折射率的不同，作为显示光线104在大致与显示屏面法线方向相同的方向上出射。
如图22所示，从光源25发出入射光线101的反射光线102，在空气层105和偏振片13之间的界面处反射，在不同于显示光线104方向的方向上传播，以此与显示光线104分离。因此，当从正面观看时可以获得较好的显示。
(实施例10)
实施例10的反射显示装置不同于图20中实施例9的比较实例中的反射显示装置，实施例10中提供了棱镜排列薄片14后表面的保护板108，并且在棱镜排列薄片14和偏振片13之间形成了厚度充分大的空气层105。当用于蜂窝电话或便携式游戏机时，该实施例中这种具有保护板的反射显示装置是有利的。以下将参考图23描述实施例10的反射显示装置。
保护板108被粘结到棱镜排列薄片14的后表面122，也就是如上所述与具有多个倾斜面120的表面相反的表面。这增加了棱镜排列薄片14的耐磨度。保护板108最好用高透光材料做成，例如丙烯酸树脂、聚乙烯醇、聚碳酸酯和ARTON。保护板的观察者侧表面最好经过减反射处理。通过抑制表面反射，可以阻止入射到显示装置光线数量的减少。此外，保护板108的折射率最好符合棱镜排列薄片14的折射率，以抑制保护板108和棱镜排列薄片14之间界面处的反射。
如上所述，图23的反射显示装置包括棱镜排列薄片中具有多个倾斜面120的表面和偏振片13之间厚度充分大的空气层105。空气层105的厚度最好为500μm或更多。由于棱镜排列薄片14循环结构和显示装置像素图形之间的干涉，产生了莫尔图形。因此，通过巩固厚度大于棱镜排列薄片14齿距和反射显示装置像素间距的空气层105，可以阻止莫尔图形的产生，以此提高显示质量。
因此，实施例10的反射显示装置可以增加棱镜排列薄片14的耐磨度，并提高显示质量。
根据本发明的反射显示装置，在反射显示装置的观察者侧表面配置棱镜排列薄片，使得允许入射到显示装置的光线在显示装置的法线方向上出射，观察者就通常位于该方向。通过该配置，可以获得直观型反射显示装置，它能够在室内或室外的实际使用环境中提供高质量和高亮度的显示。也可以通过一种高生产率的简单方法，制造高质量和高亮度的反射显示装置。此外，可以通过根据显示装置的像素间距等等，适当地设置棱镜齿距，以获得没有莫尔图形产生的高质量显示。
虽然描述了本发明的较佳实施例，但是对于本领域熟练的技术人员来说，显而易见的是所揭示的发明可以通过多种方法变化，并且可以假设除了特定提出的和上述实施例之外的多个实施例。因此，本发明试图用以下的权利要求覆盖本发明的所有变化，只要其落在本发明真正的精神和范围之内。

Claims (44)

1.一种反射显示装置，其特征在于，它包括：
显示层；
配置在所述显示层观察者侧上的棱镜排列薄片；和
配置在所述显示层中所述观察者侧的相反侧上的反射元件，
其中所述棱镜排列薄片具有一个主平面，该主平面包括多个相对于显示屏面倾斜的倾斜面，
通过所述棱镜排列薄片入射到所述显示层上，并被所述反射元件反射的光线，可以在显示屏面的大致法线方向上出射，和
相对于所述显示屏面设置所述多个倾斜面的角度，使得从相对于所述显示屏面法线方向，倾斜10°到45°方向入射的一些光线在所述显示屏面的大致法线方向上出射。
2.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，所述棱镜排列薄片的所述主平面朝向所述观察者侧。
3.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，所述棱镜排列薄片的所述主平面朝向所述反射元件的一侧。
4.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，它还包括散射元件，用于散射被所述反射元件反射的光线，
其中通过所述棱镜排列薄片入射到所述显示层上，并被所述反射元件反射的光线，可以通过所述棱镜排列薄片、所述反射元件和所述散射元件的组合，在所述显示屏面的所述大致法线方向上出射。
5.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，从相对于所述显示屏面法线方向，向所述显示屏面上侧倾斜的方向入射的光线在所述显示屏面的大致法线方向上出射。
6.如权利要求5所述的反射显示装置，其特征在于，第一光源发射所述光线，该光源位于所述棱镜排列薄片的所述观察者侧相对于所述显示屏面法线方向，向所述显示屏面上侧倾斜的位置。
7.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，所述多个倾斜面相对于所述显示屏面倾斜预定角度，所述预定角度大于或等于7°。
8.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，所述棱镜排列薄片具有多个其它面，这些面相对于所述显示屏面具有任意的角度，所述多个倾斜面和所述多个其它面交替形成。
9.如权利要求8所述的反射显示装置，其特征在于，所述棱镜排列薄片的所述多个其它面相对于所述显示屏面，具有90°的角度。
10.如权利要求8所述的反射显示装置，其特征在于，在所述棱镜排列薄片的所述多个其它面的每一个上形成反射层。
11.如权利要求8所述的反射显示装置，其特征在于，在所述棱镜排列薄片的所述多个其它面的每一个上形成吸收层。
12.如权利要求8所述的反射显示装置，其特征在于，所述棱镜排列薄片的所述多个其它面是粗糙面。
13.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，所述多个倾斜面相对于所述显示屏面的角度在所述显示屏面中变化。
14.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，所述多个倾斜面是弯曲的。
15.如权利要求8所述的反射显示装置，其特征在于，所述多个倾斜面中一个的法线矢量方向不同于所述多个其它面中一个的法线矢量方向。
16.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，所述棱镜排列薄片是包括多个列队棱镜的棱镜排列薄片，棱镜的齿距大于或等于5μm并且小于或等于200μm。
17.如权利要求16所述的反射显示装置，其特征在于，所述棱镜在所述显示屏面上以随机齿距排列。
18.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，所述反射显示装置的像素至少沿第一方向排列，所述棱镜排列薄片是包括多个沿至少第二方向排列棱镜的棱镜排列薄片，所述第一方向和所述第二方向形成的角度在5°到85°的范围内。
19.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，在所述棱镜排列薄片的所述观察者侧上形成增透膜。
20.如权利要求2所述的反射显示装置，其特征在于，所述棱镜排列薄片的所述多个倾斜面经过防眩处理。
21.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，它还包括位于所述棱镜排列薄片一侧的第二光源，所述棱镜排列薄片起光导元件的作用。
22.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，所述棱镜排列薄片用具有可变折射率n1的材料做成。
23.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，在所述棱镜排列薄片的所述多个倾斜面上形成保护薄片。
24.如权利要求2所述的反射显示装置，其特征在于，偏振片通过空气层，位于所述棱镜排列薄片的所述观察者侧上。
25.如权利要求2所述的反射显示装置，其特征在于，延迟板通过空气层，位于所述棱镜排列薄片的所述观察者侧上，偏振片位于所述延迟板的所述观察者侧上。
26.如权利要求24所述的反射显示装置，其特征在于，所述棱镜排列薄片用光学各向同性材料做成。
27.如权利要求25所述的反射显示装置，其特征在于，所述棱镜排列薄片用光学各向同性材料做成。
28.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，偏振片和延迟板位于所述棱镜排列薄片的所述观察者侧，所述偏振片和所述延迟板满足四分之一λ条件。
29.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，基质与所述反射元件一侧的所述棱镜排列薄片接触，所述基质和所述棱镜排列薄片具有大致相同的折射率。
30.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，附加的棱镜排列薄片位于所述显示层和所述棱镜排列薄片之间，以分离附加棱镜排列薄片和空气层之间界面处的反射光线和显示光线。
31.如权利要求30所述的反射显示装置，其特征在于，所述附加的棱镜排列薄片具有多个相对于所述显示屏面的所述观察者侧倾斜的倾斜面。
32.如权利要求2所述的反射显示装置，其特征在于，所述棱镜排列薄片的折射率大于直接位于所述多个倾斜面上介质的折射率，所述棱镜排列薄片的所述多个倾斜面的法线方向相对于所述显示屏面法线方向，向所述显示屏面的下侧倾斜。
33.如权利要求2所述的反射显示装置，其特征在于，所述棱镜排列薄片的所述多个倾斜面与空气接触，所述多个倾斜面相对于所述显示屏面的角度α和所述棱镜排列薄片的折射率n1满足
2α-arcsin(sinα/n1)＜arcsin(1/n1)。
34.如权利要求2所述的反射显示装置，其特征在于，当从所述显示屏面法线方向入射光线的出射角θout满足
θout＝arcsin[n1sin{2α-arcsin(sinα/n1)}]-α，
所述多个倾斜面相对于所述显示屏面的角度α和所述棱镜排列薄片的折射率n1满足
0°＜arcsin[n1sin{2α-arcsin(sinα/n1}]-α＜(90-α)°。
35.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，它还包括一对夹住所述显示层的基板，其中所述棱镜排列薄片位于所述一对基板中一块和所述显示层之间。
36.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，用透明基质填平所述棱镜排列薄片的所述多个倾斜面。
37.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，用透明基质填平所述棱镜排列薄片的所述多个倾斜面，当所述棱镜排列薄片的折射率n1、所述透明基质的折射率n2、和与所述透明基质接触空气的折射率1.0之间关系为n1＞n2＞1时，所述棱镜排列薄片的所述多个倾斜面的倾斜角α满足
2α-arcsin(sinαn2/n1)＜arcsin(n2/n1)和
arcsin[(n1/n2)sin{2α-arcsin((n2/n1)sinα)}]-α＜arcsin(1/n2)。
38.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，所述棱镜排列薄片的折射率小于直接位于所述多个倾斜面上介质的折射率，所述棱镜排列薄片中所述倾斜面的法线方向相对于所述显示屏面法线方向，向所述显示屏面的上侧倾斜。
39.如权利要求38所述的反射显示装置，其特征在于，用透明基质填平所述棱镜排列薄片的所述多个倾斜面，当所述棱镜排列薄片的折射率n1、所述透明基质的折射率n2、和与所述透明基质接触空气的折射率1.0之间关系为1≤n1＜n2时，所述棱镜排列薄片中所述多个倾斜面的倾斜角α满足
α＜arcsin(n1/n2)和
α-arcsin[(n1/n2)sin{2α-arcsin((n2/n1)sinα)}]＜arcsin(1/n2)。
40.如权利要求1所述的反射显示装置，其特征在于，所述棱镜排列薄片具有一个与所述主平面相对的并和所述显示屏面平行的后表面，保护板就位于所述的后表面上。
41.一种用于反射显示装置的棱镜排列薄片，其特征在于，所述棱镜排列薄片位于所述反射显示装置的观察者侧上，
在所述观察者侧形成多个相对于所述反射显示装置显示屏面倾斜的倾斜面，所述多个倾斜面与空气接触，以及
所述多个倾斜面相对于所述显示屏面的角度α和所述棱镜排列薄片的折射率n1满足
2α-arcsin(sinα/n1)＜arcsin(1/n1)，
其中，设置所述多个倾斜面相对于所述显示屏面的角度，使得一些从相对于所述显示屏面法线方向倾斜10°到45°方向入射的光线在所述显示屏面的大致法线方向上出射。
42.如权利要求41所述的棱镜排列薄片，其特征在于，所述多个倾斜面的角度α大于或等于7°。
43.如权利要求41所述的棱镜排列薄片，其特征在于，从显示屏面法线方向入射到所述反射显示装置上主光线的出射角θout满足
θout＝arcsin[n1sin{2α-arcsin(sinα/n1)}]-α和
0°＜θout＜(90-α)°。
44.如权利要求41所述的棱镜排列薄片，其特征在于，所述棱镜排列薄片用光学各向同性材料制成。
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