CN1302389A - 改进的显示器 - Google Patents

Abstract

一种选择性地漫射光的器件,该器件用作独立的显示器或结合多层成象系统一起使用。

Description

改进的显示器

技术领域

本发明涉及显示器的改进。

具体来说，将描述本发明在液晶显示屏中的应用。然而，本领域内的技术人员应理解，可考虑其它应用，不应把对液晶显示器的参考看作限制。

背景技术

液晶显示器是流行的显示屏类型。它们通常被用作膝上型计算机的显示屏，其中屏幕及相关计算机的尺寸和重量是重要的。除了计算机屏幕显示器以外，尺寸较小的液晶显示器的大量应用也是众所周知的。

简言之，液晶显示器是由四层材料和大量液晶构成的。通常，首先通过在对准层的一个表面上放置偏振器来形成显示器。把液晶置于第一对准层和用来把液晶保持在原地的第二对准层之间。最后，把第二偏振器置于第二对准层的其余外表面上。

在使用该屏幕时，把电场加到被保持在对准层内的液晶的选中区域。

在正常情况下，非偏振光被投射到第一偏振器处。偏振光通过第一偏振器透射进入第一偏振器。接着，偏振光通过显示器的液晶透射。

所使用的液晶具有旋光性(optically active)，并将通过一设定的角度扭转偏振光。所使用的对准层保证了液晶以平行的方式定向(通常沿偏振器方向的线)，迫使通过晶体透射的光具有相同的扭转或偏移。

常规LC显示器中的对准层是通过精细装置沿单个方向摩擦该层而实现的微细平行开槽线。

最后，扭转的偏振光通过最后一个偏振层透射。最后一个偏振器如此构成，从而仅允许偏振光以特定角度通过显示器的前面透射出来。此特定偏振角是光通常被液晶所扭转的角度。

当把电场加到包含液晶的区域时，该电场使这些晶体转到一个新的方向。射中新定向晶体的偏振光将通过不同的角度扭转，因而将不能通过最后一个偏振器透射。

这样，选择性施加的电场使光通过显示器某些区域透射并被显示器的某些区域吸收，继而产生可以电子方式控制的显示表面。现代液晶显示器通过增加彩色滤光器对此基本描述进行改进，从而还可显示白色或黑色以外的颜色。

然而，由于这种液晶或LC显示器的设计，所呈现的图像包含大量缺陷。

在标准LC显示器中使用两个偏振器明显地削减了观看显示器以观察良好分辨率的角度。如果从宽的角度观看，与直接从显示器前面观看到的图像相比，LC图像将失去凝聚力。

在标准LC显示器中使用两个偏振器还明显地削减了通过显示器透射的光的量。在大多数情况下，必须使用强的背景光源，以保证通过显示器透射充足的光为观察者照亮图像。

在以上LC显示器的结构中使用两个偏振器还增加了这种器件的制造时间和成本。需要额外的时间和金钱把偏振层加到显示器的背侧。

适当地改进了产生标准平行方式的对准层的过程。

LC显示器中变化结合了在液晶中所散布的聚合物。这些显示器使输出光依据液晶内所散布的外来颗粒的方向而有效地漫射(diffuse)。

使用散布有聚合物的液晶受到有关生产成本和所产生的图像的清晰度的限制。一般，把这些类型的显示器用作诸如窗等大尺寸的照明开关(light switch)。

申请人已发现标准液晶显示器在应用于深视频成象技术时是不足的。深视频成象技术是未决的NZ314566、NZ328074和NZ329130号新西兰专利申请及PCT/NZ98/00098号PCT申请的主题。

深视频成象涉及显示图像的新方法和设备。通过组合在一起的两个或多个显示屏来形成“深”视频图像，从而观察者可看到最靠近他们的第一屏幕上的图像以及第一屏幕后的第二屏幕上的图像。可把观察者看到的视图定义为‘合成图像’，它是由显示在每个屏幕上的图像形成。由于所使用的显示屏之间的实际位移，观察到的合成图像看上去是三维的。前屏幕上的图像可能后退到后屏幕上，反之亦然，从而产生深度的错觉。

申请人已发现液晶显示器可用于深视频成象应用。后屏幕可由其后包括背面照明源的LC显示器来形成。第二LC显示器可被放置在后显示器前面，它将不包括常规的背面照明部件，因为这些部件将干扰从后屏幕透射的光。实际上，前屏幕基本上是透明的，从而使得光从后屏幕透射到观察者的眼睛。

申请人已发现使用组合的液晶显示器在所观看到的合成图像产生了大量缺陷。

在前屏幕上所产生的图像不是黑的话则它将是透明的。观察者将能透过前屏幕(继而前景图像)而看到后屏幕上。

把两个LC显示器一起组合在观察者的前面在显示器的表面上产生了条纹(fringe)图样。有关每个LC显示器的对准层的规则结构在透射光中建立了图样，它组合了产生莫尔干涉效果的两个图样。

使用标准LC显示器的深视频成象还有运动视差和遮断的问题。处于离显示器中心宽视角处的观察者将在以与从前面观看显示器的观察者不同的位置处观察前后屏幕上的图像。为了从显示器给观察者提供“3D”效果，所考虑的一种图像处理技术是逐步缩小前屏幕图像的尺寸，然后把该图像转移到后屏幕，从而给出图像向后移动的错觉。

然而，在以同时改变的角度观看显示器时此处理技术产生了问题。当把图像从前屏幕转移到后屏幕时，直接位于显示器前面的观察者所看到的图像行进到后屏幕上的点不同于以某一角度远离的观察者看到的点。当把前图像转移到后屏幕上时，某些人将看到图像跳跃或“弹”到一新的位置，破坏了前屏幕图像后退的错觉。

改进的显示器解决了任何或所有的以上问题，它大大优于已有技术。

本发明的一个目的是解决上述问题或至少给公众提供有用的选择。

从以下描述将使本发明的进一步方面和优点变得明显起来，这些描述仅通过举例给出。

发明内容

依据本发明的一个方面，提供了一种显示器，它包括至少两个保持器(retainer)(对准)层及至少一个旋光元件，

其中保持器层在第一实例中构成把旋光元件保持在随机均质结构中以及在第二实例中构成把旋光元件保持在规则结构中。

依据本发明的另一个方面，提供了一种适用于如上所述的显示器中的保持器层，其中保持器层构成沿不规则方向保持旋光元件。

依据本发明的再一个方面，提供了一种操作基本上如上所述的显示器的方法，其中该方法的特征在于以下步骤：

a)选择性地向包含至少两个旋光元件的第一区域施加一场，以及

b)使所述区域内的旋光元件相互对准而具有基本上相同的方向，以及

c)光通过第一区域透射，从而此光表现出第一特性，以及

d)光通过第一区域以外的区域透射，从而透射的光表现出第二特性。

在一较佳实施例中，可使用液晶显示器技术来构成该显示器。

现在其它说明将参考的显示器是使用液晶技术的器件。然而，本领域内的技术人员应理解，可结合本发明使用其它形式的显示器，不应把对液晶显示技术的参考看作限制。

在一较佳实施例中，保持器层可以是任何类型的基本上透明的材料，该材料在构成两层或多层的组时可把旋光元件包括或保持在特定区域中。

在另一较佳实施例中，保持器层可由透明塑料材料形成，该层的一侧上具有不规则表面。这种不规则表面使得可沿许多方向把旋光元件保持在保持器层内，从而给所保持的旋光元件提供不规则结构。

在另一较佳实施例中，保持器层可以由透明塑料材料构成，在该层的一个表面上形成小的不规则凿槽(gouge)。这些小的不规则凿槽使得该层所保持的旋光元件处于不规则结构中的许多不同方向。

现在本说明书将参考的保持器层是由透明塑料材料构成的，在该层的一个表面上具有不规则表面凿槽。然而，本领域内的技术人员应理解，可结合本发明使用诸如玻璃等其它类型的保持器层，不应把以上参考看作限制。

在一较佳实施例中，旋光元件可以是通常在标准液体显示器中所使用的液晶。这些晶体的特性和特征是众所周知的，允许它们适用于本发明。

替代作为旋光液晶的标准液晶，其它实施例可使用其它方法。其它实施例可利用其光学特性可容易控制和操纵的任何类型的旋光材料。

现在本说明书将参考的光学元件是液晶。然而，本领域内的技术人员应理解，可使用其它形式的旋光液晶，不应把以上参考看作限制。

在一较佳实施例中，可把液晶组成或组织成两个不同的结构。

在第一实例中，可把液晶保持在具有不规则或随机化结构的两个保持器层之间。可如此构成保持器层的表面，从而使所保持的晶体相互处于许多方向或角度。

在第二实例中，可把晶体保持在规则结构中的保持器层之间。在一较佳实施例中，可以基本上相同的角度和方向来保持晶体。这一规则的晶体结构保证了每个晶体以在光学上基本上相同的方式作用于通过晶体的光。

在一较佳实施例中，把一场加到显示器内的晶体，使该场内的晶体以基本上相同的方向定向。

在另一较佳实施例中，所使用的场为电场。电场可容易地用标准电学元件来产生，而且可准确而精确地控制包含晶体的小面积或区域。

在一较佳实施例中，包含至少两个液晶的第一区域可以是显示器的观看表面上的任何数目的区域或点。此外，在本发明用于多屏幕显示器的实施例中，如用视频成象技术，一区域可结合所使用的多个屏幕中任一个的显示器表面区域。

在另一实施例中，可把第一区域定义为被加上电场的显示器上的任何区域。

在这种实施例中，可把电场选择性地加到显示器的特定区域，以形成第一区域。把电场加到特定区域将使晶体定向到基本上相同的位置，继而以基本上相同的效果来改变入射光。然而，在第一区域以外不加电场的区域中，将不把规则或均匀处理加到入射光。

在一较佳实施例中，第一区域内的晶体表现出第一光学特征。相反，此第一区域外的晶体表现出第二光学特征。

在另一较佳实施例中，第一区域内的晶体所表现出的第一光学特征是透明度。可使这些晶体相互有规则地定位成基本上相同的方向。此规则结构使得晶体以基本上相同的方式透射入射光，这些晶体对特定偏振的光是透明的。

在另一较佳实施例中，第一区域外部的晶体所表现出的第二光学特征是起到漫射元件的作用。第一区域外部的晶体的不规则和随机定向使通过显示器透射的光发生漫射。

可把漫射元件定义为使光发生漫射的任何元件。这种元件可使光沿许多不同的方向发散或散射。

这种漫射元件将使在第一区域上观察到的任何图像对距离屏幕很近的观察者而言是漫射的，而对远离屏幕较大距离的观察者而言，同一图像看上去是暗的。当观察者与屏幕之间的距离增加时，第一区域中的图像将看上去越来越暗而不是漫射的。

本领域内的技术人员可理解，不规则的液晶结构将在不存在电场时使通过显示器透射的光漫射。相反，当把电场加到一区域时，迫使存在的晶体形成基本上相同的方向，从而使得光通过该区域透射而不是基本上被漫射。

可使用如上所述的本发明来构成简单的显示器。

可把透明电极置于显示器的任一个表面上，以选择性地把电场加到形成第一区域的特定区域。此电场(或者没有此电场)将使得光通过特定区域透射或者在经过另一区域时被漫射。通过把电场置于将为透明的区域上同时保证在将形成图像的区域上不存在电场，可在这种显示器上形成图像。还可在这种显示器中使用保证LC显示器的彩色滤光器，以对漫射区域提供额外的颜色。

本发明还允许在显示器上呈现白色。通常，LC显示器不可能显示强烈的白色。为了在典型的LC显示器上显示白色，使用白色背面照明背景，在此实例中使晶体定向而变为透明。

本发明与此相反，可简单地使通过显示器的选中区域透射的光漫射来获得强烈的白色。

以下描述涉及结合在多层显示器件的本发明。

在深视频成象应用中，可使用两个液晶显示器来形成合成图像，把一个显示器置于另一个显示器前面，后显示器包括想要的背面照明部件。可在每个屏幕上观察到分开的不同图像。两个屏幕之间的空间位移提供了具有三维质量的合成图像。

在一个实施例中，在深视频显示器中使用本发明。

现在本说明书所参考的相对于本发明形成的显示器是在深视频成象应用中所使用的选择性漫射层。如上所述，可把本发明用于显示器上的选择性漫射区域，而留下其它区域是透明的。

结合两个液晶屏幕的深视频成象显示器也可仅使用三个偏振层。第一偏振层可位于后屏幕的后面，第二偏振层位于两个屏幕之间，最后一个偏振层位于前屏幕前面。在普通LC显示器中，每个屏幕需要两个偏振层，因为必须把偏振光提供给液晶以保证显示器有效地工作。然而，在深视频应用中，由两个LC显示器，已把偏振光提供给前屏幕的后面，从而消除了对组合显示器中的第四偏振器的需要。

在一较佳实施例中，可把选择性漫射层置于深视频显示器的前和后屏幕之间。

在另一较佳实施例中，可如上所述以三个偏振层来构成深视频显示器。还可把一选择性漫射层(SDL)置于前屏幕和中间偏振层之间。可使用SDL来漫射中间偏振层所提供的偏振光，从而破坏了前屏幕在特定区域中形成图像能力。实际上这使得SDL“消隐(blank out)”前图像。

以如上所述的SDL所构成的深视频显示器可在对于所有观察者完全相同的点处产生前屏幕的图像消失或后退到后屏幕上的错觉，而与视角无关。

先前，在深视频成象应用中，对于与显示器成一角度的观察者而言，从前屏幕转移到后屏幕的图像看上去会向一侧跳跃，而对显示器前的观察者而言，该图像看上去平滑地后退。使用如上所述构成的SDL消除了这个效果。SDL保证了前屏幕在后屏幕上对所有观察者完全相同的点处转移到后屏幕，消除了先前在与显示器的中心成一定角度观察到的侧向跳跃。

在本发明的再一个实施例中，可把选择性漫射层置于两个LC显示器之间，这一次偏振层位于每个LC显示器后面和前面。可把选择性漫射层置于后屏幕前偏振器前面及置于前屏幕后偏振器后面。

可使用选择性漫射层漫射来自后屏幕的偏振光，使得前屏幕上的图像看上去是立体的。选择性漫射层将漫射掉后图像，同时仍旧提供足够的光来照亮前图像。先前，在没有选择性漫射层的深视频成象显示器中，前屏幕上的图像看上去是透明的，而可透过前图像看见后屏幕上的图像。通过使用选择性漫射层，选择性漫射层可“消隐”来自后屏幕的图像，从而使前图像看上去是立体的。

在又一个实施例中，可以第一偏振层、后LC屏幕、第二偏振层、第一选择性漫射层、第二LC显示器、第三偏振层、第二选择性漫射层、第四偏振层、第三前LC显示器和最后第五偏振层来构成显示器。这种深视频显示器结合了在以上所讨论的另两个深视频应用中所利用的原理。

第二SDL将漫射从后和中间屏幕透射的光，使得前屏幕上的图像看上去是立体的。第一SDL将漫射透射到第二LC显示器的光，使得来自第二LC显示器的图像如上所述消失在后LC显示器上对所有观察者相同的点处。

也可在深视频应用中使用选择性漫射层来消除干涉效应。通常，在通过另一个LC显示器观看一标准LC显示器时，将观察到由双显示器结构所引起的干涉图样。

如果SDL在整个显示器背面上提供低的均匀漫射水平，则可以位于两个屏幕之间的SDL来消除干涉图样。漫射将用来使来自后屏幕的光中的任何图像随机化或分解一除去干涉效果。

本发明提供了许多超过现有的已有技术液晶显示器和深视频成象显示器的优点。

可在深视频成象应用中利用本发明，以产生具有这样的前景图像的显示器，这些前景图像看上去可以是立体的，且可使这些前景图像后退到后屏幕上的同一点处，而与视角无关。

附图概述

从以下仅通过举例给出的描述并参考附图将使本发明的进一步方面变得明显起来，其中：

图1示出一实施例中显示器对特定区域内的光的影响；以及

图2-4示出在本发明的另一个实施例中应用于深视频成象应用的本发明。

本发明的较佳实施例方式

图1示出本发明如何改变通过显示器透射的光。在图1a中，把一电场加到显示器的某一区域，而在图1b中，不把电场加到同一区域。

在这两种情况下，通过保持在该区域内的液晶(未示出)使非偏振光1指向后对准层2，然后通过前对准层3出射。

在图1a中，把一电场加到该区域。该区域内的液晶基本上以相同的方向对准，使得入射的非偏振光1通过晶体并通过前对准层3出射。屏幕5的输出基本上与入射光1相同。

与此相反，在图1b的情况下，当不存在电场时光通过该区域。在此情况下，两个对准层2、3之间的液晶从入射的非偏振光1中产生漫射光6。然后，漫射光6经过前对准层3作为显示器输出7出射。

从图中可看出，在某一区域内施加电场将使液晶对入射光基本上是透明的。某一区域内不存在电场将使透射的光漫射。

图2到4示出在许多深视频成象应用中所使用的本发明。

图2示出一深视频成象应用，它结合了选择性漫射层d1。此深视频成象显示器包括后屏幕s1和前屏幕s2，在后屏幕s1的两侧上有偏振层p1、p2，在前屏幕s2的两侧上有偏振层p3、p4。

选择性漫射层(SDL)d1置于偏振层p2和p3之间。SDL d1使来自p2的偏振光漫射，从而破坏呈现在后屏幕s1上的图像。此效果使前屏幕s2上的图像看上去是立体的，因为现在在s2的图像后只提供漫射背景光。

图3示出本发明在深视频成象应用中的另一个应用。在此实施例中，深视频成象屏幕包括后屏幕s1、前屏幕s2、位于后屏幕s1两侧上的偏振层p1和p2及位于前屏幕s2前面的最后一个偏振层p3。SDL d1置于偏振层p2与前屏幕s2之间。

SDL d1可漫射偏振器p2所提供的偏振光。使前屏幕s2的背景光偏振将防止s2形成相干图像。SLD d1可用来“消隐”前屏幕s2上的图像。可如上所述来利用此现象，以使前屏幕上的图像在后屏幕上对所有观察者相同的点处消失，而与视角无关。

图4示出一深视频成象显示器，它使用先前相对于图2和3所讨论的结构。

可使用选择性漫射层d2来漫射来自后屏幕s1和中间屏幕s2的光和图像，使前屏幕s3上的图像看上去是立体的。可使用选择性漫射层d1来漫射来自偏振层p2的偏振光，从而“消隐”中间屏幕s2上的图像。

可利用使用本发明的这种显示器结构使前屏幕s3上的图像看上去是立体的，而使中间屏幕s2上的图像在后屏幕s1上对所有观察者相同的点处消失，而与视角无关。

仅通过举例描述了本发明的方面，应理解可对其进行修改和增加而不背离本发明的范围。

Claims (12)

1．一种基于开关器件的显示器，该显示器结合可根据需要从透射光变为漫射光的随机均质对准层。

2．一种把随机均质对准层之间的液晶材料与对此液晶施加一电场的方法相结合的显示器。

3．一种把随机均质对准层之间的液晶材料单元(cell)与给各单元施加一电场从而导致透射的光(背光)漫射的方法相结合的显示器。

4．一种把随机均质对准层之间的液晶材料单元(cell)与给各单元施加一电场从而导致反射的光漫射的方法相结合的显示器。

5．如权利要求3所述的显示器，使透射的光图样漫射以显示图像。

6．如权利要求5所述的显示器，该图样为单色图样。

7．如权利要求5所述的显示器，该图样是多色的。

8．如权利要求7所述的显示器，其特征在于所述图样为红色、绿色、蓝色滤光器。

9．一种基于开关器件的显示器，该显示器在显示器件中结合可根据需要从透射光变为漫射光的随机均质对准层以改善视角。

10．一种把随机均质对准层之间的液晶材料与对此液晶施加一电场的方法相结合的显示器，该显示器与选择性地漫射通过该显示器所附带的屏幕呈现的图像的偏振光的常规LCD相结合。

11．一种多层显示器，它包括把随机均质对准层之间的液晶材料与给此液晶施加一电场的方法相结合的一层，把所述器件置于离可透射显示器件某一距离处，以选择性地阻挡偏振光到达所述多层显示器中的LCD层。

12．一种多层显示器，它包括把随机均质对准层之间的液晶材料与给此液晶施加一电场的方法相结合的一层，把所述器件置于靠近可透射显示器件处，以在光到达所述多层显示器中的LCD层前漫射光。

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