CN1343291A - 显示设备 - Google Patents

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Abstract

在一种用于,例如LCD设备,基于光学波导(15)的照明(或前光)系统(8)中,由于光学波导中内部反射引起的Moiré制品被通过利用具有弯曲形状或预先安排成一个角度的微结构(槽)(17)减至最少。

Description

显示设备
本发明涉及一种显示设备，包括具有第一基片的图象显示板，对该基片在象素区域设有电极，并涉及一种照明系统，包括光学透明材料制成的光学波导，具有一个面对图象显示板的出口面和多个端面，所述的端面中至少一个是光的入口面，光可被耦合到光学波导的所述的端面。
该图象显示板可以包括光电介质(在两个基片之间)，如液晶材料或电着色材料。它也可以是基于静电力(可变形镜)。
将这样的反射显示设备用于，例如，便携式设备中，如膝上型计算机，移动电话，个人组织者，等。从节省能量的观点，希望在环境光充足的情况下可以断开光源。
本发明还涉及在这样的一种显示设备中使用的一种照明系统。
一种上述类型的显示设备被描述在“Compact Front Lightingfor Reflective Displays”中，SID 96 Applications Digest，pp.43-46。这份文件示出一种光学波导，在远离图象显示板的第一主面区域上具有槽形结构。该槽形结构对于将光线偏移到图象显示板方向是必要的，在这种情况下的一个问题是在各个表面上产生的Fresnel反射。在有关的例子中，光被反射在图象显示板的侧面，也反射在底层的图象显示板的面上(极化器，延时滤波器)。与该槽形结构一起，这样被反射的光引起Moiré效应(人工制品)。这样的效应也发生在具有有规则展开的平行反射模式的其他光学波导中。这些可以是在面对图象显示极的第二主面区域上具有槽形结构的光学波导。光学波导也可以具有综合的反射模式，例如，当极化装置被并入光学波导时，在其中来自光源的非极化光束通过极化被分离成两个相互垂直极化的光束分量。例如，使非极化光束入射在具有折射指数np的各向同性材料的区域和具有折射指数no和nc的各向异性材料的区域之间的接合面上，得到这样一种极化分离，其中两个指数no或nc之一等于或基本上等于np。当一种非极化的光束入射在这样一种接合面上时，并不经受在各向同性和各向异性材料之间过渡的任何折射指数差别的光束分量以不偏移的形式通过，而其他的光束分量被偏移或反射。
本发明的一个目的是提供对这个问题的解决方案。为此，一种依据本发明的显示设备(和一种光学波导)的特征在于：该光学波导在光路中具有反射模式，该反射模式至少部分地以一个角度延伸到端面。
叙述槽形“至少部分地以一个角度延伸到端面”的短语并不一定排斥存在平行的槽形。
依据本发明的显示设备(和一种光学波导)的第一实施方案的特征在于：该反射模式相对于端面是弯曲的。从平行于端面的方向中观看，该反射模式可以具有一种迭代的模式，例如，一种波状的模式。
依据本发明的显示设备(和一种光学波导)的第二实施方案的特征在于，该光学波导具有多个短的反射模式，它们相互的取向是随意的和不同的。
这样的反射模式并不只是大大地降低了由上述的反射引起的Moiré制品，而且也减少了由于在显示板中的有规则图形上光的反射和光通过具有平行槽形的光学波导传输引起的干涉现象而产生的Moiré模式。要指出的是EP-A-940706提供一种对于最后提到的问题的解决方案(也就是，通过适当地选择槽形之间的相互间隔)。
参考由后所描述的实施方案将使本发明的这些和其他的方面更明了。
在附图中：
图1是依据本发明的反射显示设备的一种实施方案的断面图，
图2是在图1中所示的设备中所用的光学波导的顶视简图，而
图3到5是图1，2中所示的光学波导的变型的顶视简图，和
图6到10是图1，2中所示的光学波导的变型的断面简图。
这些图是简图并不按比例  对应的成分一般具有相同的参考数字。
在图1和2中简明示出的显示设备包括一个图象显示板2和一个照明系统8。
图象显示板2包括在两个基片3，4之间的液晶材料5，根据扭丝(TN)，超扭丝(STN)或铁电效应，调制入射光极化的方向。图象显示板包括，例如，一个象素矩阵，由此光反射图形的电极6被提供在基片3上，基片4是透光的，并具有一个或多个透光的电极7，例如，ITO(铟锡氧化物)。通过连接线6’，7’对图形电极提供电压，籍助于驱动单元9提供驱动电压。
照明系统8包括一个光学波导15，它由光透明材料制成并有四个端面10，10’。光线被通过端面之一耦合到光学波导7的光源12位于该端面的对面。光源12可以是，例如，一种棒形的荧光灯。另一种方案是，光源可以由一个或多个发光二极管(LED)组成，这在具有小的图象显示板的平板显示设备，如便携式电话中是值得注意的。而且，光源12可以是可拆卸的。
光学波导8的出口面18面对图象显示板2。如果必要的话，光未被耦合的透明板的每个端面10’被提供一个反射器22，这在对称槽形的情况下(在横断面中观看)是值得注意的。当槽具有不对称断面时，使面10’变成光吸收是有利的。用这种方法，光并不在出口面16，18上耦合出去，因而通过光学波导传播并到达一个端面，这样防止光通过这个端面10’离开光学波导8。
为了防止光离开光学波导8而没有使光输出贡献于照明系统，灯12的光最好被通过耦合装置13耦合到光学波导8，例如，藉助于楔形光学波导，限制进入光束9相对于出口面16，18的角度为，例如，15度。而且，由于没有杂散光而使反差增强。
在这个实施方案中，光学波导8在出口面16上有多个槽17，从而进入的光束19被反射在图象显示板2的方向中。
在图象显示板2中反射以后，光束19’被通过光学波导传播(在本实施方案中，由于折射指数的差别引起的折射被认为是微不足道的)并到达观视器20。
依据本发明，槽(或及射模式)18至少部分地以一个角度延伸到端面10。在图1和2的实施方案中，这些槽具有弯曲的结构。从而实现由于Fresnel反射引起的Moiré模式基本上是微不足道的。因为槽18也以一个角度延伸到电极通路7(和到其他的显示设备2中的平行模式)，由于干涉引起的Moiré模式也被大大地减少。为了完整起见，灯12的位置被简明地示于图2的顶视图中。
在图3所示的设备中，弯曲的结构被周期性地迭接，在该图中的参考数字标记与图2中相同的成分。
在图4的设备中，槽形结构具有多个槽17，它们具有不同的长度并以不同的角度延伸到端面10(在由光学波导的尺寸和相对于端面10的最大角度所施加的限度内，无论长度还是角度被随机地选取)。
在图5的设备中，槽形结构具有多个槽17，具有相对于端面10不同的角度(在由相对于端面10最大角度所施加的限度内，再次随机地选取角度)。现在，槽基本上在整个光学波导的宽度内延伸(或，如果必要的话，长度90°旋转的排列)。在图5和6中，槽也可进行平行于端面10的延伸。叙述槽“至少部分地以一角度延伸到端面10”的短语并不排除这样的平行延伸的槽。参考数字再次标明与图2中相同的成分。
为了充分地利用在端面10上折射以后来自光源12的相切入射角上的光19，在槽和该面10之间的角度最好小于给定的最大值。该最大值也取决于用于光学波导的材料的折射指数。当PMMA(Polymethylmethacrylate)被使用时，该角度将最以为小于48度，当多元碳酸盐(polycarlonate)被使用时，小于50度。
该槽形结构可用各种方法实现。图6示出一种带有窄槽17的结构，而图7的结构具有相当宽的槽17。在图8的设备中，通过给出出口面16得到槽的型式17，用断面观看是锯齿形。
在本发明的范围内可能有几种变型。例如，槽的型式17可以另一种方案出现在面对图象显示板2的光学波导的出口面16上(图9)。
图形电极6并不需要是光反射的。在另一种实施方案中，它们被用作透光的ITO电极，镜片被安排在这些电极的后面。
在另一种实施方案中，光学波导是基于在两种具有不同折射指数的材料(15’，15”)之间的界面上的极化分离，其中在两种材料中的折射指数对于一种光束分量是相同的，而对于其他的光束分量在折射指数上有差别(图10)。在顶视图中看，反射模式再次依据图2到5中所示的实施方案之一延伸。
本发明的保护范围并不限于所描述的实施方案。正如在开始的章节中所提到的那样，该显示设备可以基于电着色材料或也基于变形镜。
本发明存在于每个新的特征和每个特征的组合中。在 的参考数字并不限制它们的保护范围。动词“包括”的使用并不排斥存在权利要求中提到的以外的部件。在一个部件前面的冠词“a”或“an”并不排斥存在多个这样的部件。

Claims (11)

1.一种显示设备包括：一个具有第一基片的图象显示板，该基片在象素区域上提供有电极；和一个照明系统，包括一个光透明材料的光学波导，具有面对图象显示板的出口面和多个端面，所述的端面中至少一个是光的入口面，光可被耦合到光学波导的所述的端面，其特征在于光学波导在光路中具有反射模式，该反射模式至少部分地以一个角度延伸到端面。
2.如权利要求1的显示设备，其特征在于图象显示板具有一个第二透光基片和在两个基片之间的电-光材料。
3.如权利要求1或2的显示设备，其特征在于反射模式相对于端面是弯曲的。
4.如权利要求3的显示设备，其特征在于在平行于端面的方向中观看，反射模式具有一种迭接模式。
5.如权利要求1或2的显示设备，其特征在于光学波导具有多个短反射模式，它们相互的方向是随意的和不同的。
6.如权利要求1或2的显示设备，其特征在于相对于端面的角度最多50度。
7.如权利要求1或2的显示设备，其特征在于反射模式在光学波导的主面上具有槽形模式。
8.一种照明系统包括光透明材料的光学波导，具有一个出口面和多个端面，所述的端面中至少一个是光的入口面，光可被耦合到光学波导的所述的端面，其特征在于光学波导具有相对于端面一个角度延伸的反射模式。
9.如权利要求7的照明系统，其特征在于反射模式相对于端面是弯曲的。
10.如权利要求7的照明系统，其特征在于光学波导具有多个短反射模式，它们相互的方向是随意的和不同的。
11.如权利要求7的照明系统，其特征在于反射模式在光学波导的出口面上具有槽形。
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