CN1343903A - 双色液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种双色显示装置,包括在一方面的确定第一颜色的第一装置I,所述装置由液晶显示模块(CL;CL1,CL2)构成,所述显示模块(CL;CL1,CL2)包括被设置在所述模块前方和后方的线性起偏器(PAb1,PAb2),用于选择所述第一颜色,以及在另一方面的用于确定第二颜色的第二装置II,所述第二装置包括第二彩色滤光器(Fy)。其特征在于,所述选择起偏器(PAb1,PAb2)的偏振轴线相互平行,彩色滤光器(Fy)包括在前方的反射起偏器(PR1),其偏振轴线和第一装置I的两个起偏器的偏振轴线平行,还包括在后方的反射元件(R,PR2),并且所述控制单元(7)能够确定转换配置,从而在相应于第二颜色的背景上以第一颜色显示信息项,反之亦然。

Description

双色液晶显示装置
背景
本发明涉及一种双色液晶显示装置，所述双色液晶显示装置通过其组成元件的特定的排列能够获得高的对比度和高的颜色纯度。
已有技术
本发明使得由任何类型的电子装置提供的信息，特别是由钟表提供的时间相关的信息和非时间相关的信息，能够被容易地读出并更有吸引力。
例如参见在“Non emissive Electrooptic Display”(1976，editors A.R.Kmetz and F.von Willisen)中T.J.Scheffer的题目为“Liquid crystal color display”的一章，其公开了一种能够在第二颜色的背景上显示具有第一颜色的信息的装置。为了容易阅读，希望具有高的对比度，在理论上，这在第一和第二颜色是互补的颜色时容易实现，例如绿色和红色，或者黄色和蓝色。
在已知的现有技术的结构中，所述显示装置主要包括，从观众或观察者的一侧开始，信息显示模块，在其每一侧上设置有两个线性起偏器，其中至少一个选择第一颜色，相应于第二颜色的颜色滤光器，以及在背面的金属反射器。如同下面还要详细说明的，这种结构防止第一和第二颜色不完全独立，使得例如能够形成使用选择蓝色的起偏器和黄色滤光器在绿色背景上显示黄色的显示器。
相反地，假定具有一个或几个选择蓝色的起偏器和黄色滤光器，本发明能够在鲜艳的蓝色背景上显示黄色。
发明概述
因此，本发明涉及一种双色显示器装置，包括确定第一颜色的第一装置和确定第二颜色的第二装置。第一装置由液晶显示模块构成，其转换配置由利用一个能源供电的电子控制单元确定，所述显示模块包括被设置在所述模块前方和后方的两个线性起偏器，其中至少一个起偏器用于选择第一颜色。第二装置包括用于确定第二颜色的彩色滤光器。所述显示装置的特征在于，第一装置的起偏器的偏振轴线相互平行，第二装置的彩色滤光器包括在前方的反射起偏器，其偏振轴线和第一装置的两个起偏器的偏振轴线平行，还包括在后方的反射元件，并且所述控制单元能够确定转换配置，从而在相应于第二颜色的背景上以第一颜色显示信息项，反之亦然。
由下面的详细说明可以看出，按照本发明的显示装置的所有构成元件的这种精确的布置，使得第一和第二颜色能够以非常高的效率相互独立，即，可以获得高的颜色纯度，这使得能够增加对比度，因而尤其是使得能够容易地读出显示的信息。
第二显示装置的反射元件可以是反射所有的入射光的金属反射器，仅仅部分地反射的透射反射的起偏器，或者是和前方反射起偏器交叉的反射起偏器，其使入射光的一部分通过。在后一种情况下，在反射元件之外的光使得位于第二装置的后方的第二显示装置成为可见的。相反地，在这后两种情况下，可以把光源(二极管、场致发光板等)放在第二装置的后面，这将增加显示的发光度，例如在夜间使用。
如后所述，第一显示装置的两个起偏器可以是选择第一颜色的起偏器。
液晶显示模块可以由一个阵列显示单元构成，或者由液晶线段单元构成。这种显示模块也可以具有更复杂的结构，例如由光阀构成，以及由阵列和线段单元构成，以便使得能够进行对比度转换，如在下面的例子中所述。
本发明的其它的特征和优点以及改型通过阅读下面结合附图以钟表为例进行的非限制性的说明将看得更加清楚，其中：
附图描述
图1是包括按照本发明的显示装置的手表的截面图；
图2是按照现有技术的操作方式的示意图；
图3是对于第一转换状态的按照本发明的显示装置的第一实施例的示意图；
图4是对于第二转换状态的和图3相应的图；以及
图5是按照本发明的显示装置的第二实施例的结构和操作的示意图。
实施例描述
在图1中由标号1表示的手表一般包括中部2，后盖3和液晶4，它们共同限定了一个壳体，在壳体的底部设置有由能源6例如钮扣型电池供电的电子表的机件5。所述机件5包括和驱动装置(未示出)有关的电子时间保持电路，所述驱动装置用于使时、分、秒针在具有时间标记(未示出)的表盘10的上方运动。
在表盘10和晶体4之间具有双色显示装置，其包括确定第一颜色的第一装置1和确定第二颜色的第二装置2。每个装置通过叠置不同的元件构成，其厚度在图1中被大大扩大了，使得更加清楚。
为了便于理解本发明，首先说明按照现有技术的双色显示装置，其组成元件示意地示于图2中。
第一装置I包括，从外部开始，吸收线性起偏器Pab1，其选择第一颜色例如蓝色B，液晶显示模块CL，以及第二吸收线性起偏器Pab2，其选择和第一颜色B相同的颜色，并且其偏振轴线和第一起偏器Pab1的偏振轴线平行。在所示的例子中，显示模块由阵列或线段液晶显示单元构成，其转换状态由电子控制单元7确定，所述电子控制单元7和能源6相连，并接收至少控制部件9的控制指令。在以下的说明中，液晶填充单元CL是具有正的各向异性的扭转向列型的，但是本领域技术人员应当理解，不脱离本发明的范围，可以使用具有负的各向异性的TN液晶，或者使用其它类型的液晶，例如两个频率的液晶。第二装置II包括滤光器Fy，用于确定第二颜色Y，例如黄色，在其背面设置有金属反射器R，例如由金属板构成或者由金属化的底板构成。
为了理解按照现有技术的双色显示装置的工作原理，应该首先回顾一下不同的组成元件的性能，更精确地说，应当回顾一下选择确定的颜色的元件的不完全的性质。为了简化，在下面的说明中，在由方块a表示的非偏振入射光中只保留蓝色分量B和黄色分量Y，并假定非偏振光由沿着第一轴线的50％的偏振和沿着垂直于第一轴线的轴线50％的偏振构成。考虑这些假设，接收非偏振的蓝单色光的选择蓝色的吸收线性起偏器PAb将沿着其偏振轴线透过50％的偏振光，并沿着垂直轴线透过50％的偏振光；如果蓝色入射光沿着其轴线偏振，其将沿同一轴线透过100％；如果所述的光沿着垂直轴线偏振，其将透过x％(不改变偏振轴线)。如果入射光是非偏振的黄单色光，则选择蓝色的起偏器将沿着其偏振轴线透过y％，而沿着垂直轴线透过50％；如果黄色入射光沿着其轴线偏振，则透过z％，并且如果其沿着垂直轴线偏振，则将透过t％(不改变偏振轴线)。对于前面的系数，可以是以下的值：x＝5％，y＝40％，z＝89％，t＝1％，这些值可能根据颜色选择吸收线性起偏器的或多或少的完全的性质而改变。最后说明，彩色滤光器一般是不完全的：黄色滤光器Fy透过100％的黄光，但是也透过w％的偏振的或者非偏振的蓝光，系数w的值可以是15％。
图2表示在通过每个构成元件之后的标号从b到j的方块，它们以强度和偏振表示蓝色B或黄色Y的单色光束的状态。在下面的表1中给出了对于每种颜色的衰减和偏振值，这些值是单元CL的OFF转换配置的函数，其中选择的液晶使偏振光转动90度，并且是ON转换配置的函数，其不改变其偏振轴线。最后的3行分别表示：
-在ON/OFF转换配置中每种颜色的衰减系数；
确定主要颜色的B/Y或Y/B比，或者相反地，它们的混合物，以及
-上述的系数的上述比的值。
                     表1
为了进行说明，在OFF状态下确定蓝色B衰减的方式以后用b表示。在b，在通过起偏器PAb1之后，平行于起偏器轴线的分量衰减0.5，垂直分量衰减0.5x。如果考虑平行分量，其经过c，在通过单元CL之后，转动90度而不衰减；在d，假定其已经通过具有垂直于自身的轴线的偏振的起偏器PAb2，则衰减x使值等于0.5x；在e，在通过黄色滤光器Fy之后，其受到一个新的衰减w，使值成为0.5wx；在f，其被反射器R反射而没有变化；在返回的行程中，在g受到新的衰减w，在h的衰减为x，因此，当其到达j时观察到的总的衰减是0.5w2x2。垂直于起偏器PAb1的轴线的在b的分量，通过经过相同的路径，可以看出，其到达j时总的衰减是0.5w2x2。因而颜色B的这两个分量相遇时的总的衰减系数为w2x2。通过在使黄色Y在OFF状态下经过相同的路径，得到的总的衰减可以表示为zt2(y+0.5z)。如果现在利用在开始时给出的值实现每种颜色的衰减系数比，则对于B/Y将获得0.70。这意味着，蓝色和黄色的比例基本上相同，因而在OFF状态下的显示将呈绿色。
如果现在考虑ON状态，即转换的单元CL的线段不改变偏振轴线的状态，则可以确定蓝色B的总的衰减可以被表示为0.5w2(1+x4)，黄颜色Y为yz3+0.5t4。通过按照上述对每种颜色实现衰减系数比，对于Y/B获得的比值是18.20，即主要呈现黄色。
由上述可见，显然，被显示的信息将以黄色出现在绿色背景上，即在两种初始颜色之间没有获得足够的对比度。
现在参看图3和图4，这些图表示按照本发明的显示装置如何极为有效地增加颜色的纯度和对比度。在所示的例子中，所述装置包括位于前方的由液晶显示模块构成的第一装置1，在其每侧上设置有两个吸收线性起偏器PAb1和PAb2，它们用于选择第一颜色，例如蓝色B，两个起偏器的偏振轴线相互平行，以及位于背面的用于确定第二颜色例如黄色Y的第二装置II。所述第二装置II包括位于前方的，即在第一装置I的一侧上的第一反射起偏器PR1，其具有和第一装置I的两个起偏器的偏振轴线平行的偏振轴线，然后是滤光器Fy，其用于选择第二颜色Y，还包括位于背面的第二反射起偏器PR2，其偏振轴线和前反射起偏器PR1的偏振轴线垂直。为了使得能够和现有技术的结构进行比较，使用和以前使用的相同的液晶单元，并且假定选择吸收线性起偏器PAb1和PAb2以及彩色滤光器Fy的衰减系数也具有和以前相同的值。
为了简化，首先假定反射起偏器PR1、PR2是完全的，即，它们对平行于其偏振轴线的偏振光是完全透明的，并且相反地，它们完全反射垂直于其轴线偏振的光。实际上，反射起偏器也是不完全的，其透过和其垂直的一部分偏振光，并且可以使得位于背面的元件成为可见的。
现在参见表II，其中在图3所示的每个OFF转换配置和在图4所示的ON配置下遵循颜色B和Y的路径。
                      表II
Figure A0113301300111
如果在b认为蓝色B在OFF状态下只保留和起偏器PAb1的轴线平行的偏振分量，具有0.5的衰减，则在单元CL之后在c可以看出，其被转动了90度，在d，由于其轴线和起偏器PAb2的偏振轴线平行，其被衰减x，其值成为0.5x，然后，其偏振轴线垂直于反射起偏器的偏振轴线，在i，其被反射而不发生改变，在经过起偏器PAb2之后，另一个衰减x使总的衰减值成为0.5x2，在k，由单元CL再次偏转90度，在i，通过PAb1而不发生变化，因而观察者在i看到利用衰减系数可以把蓝色表示为0.5x2。通过对第二蓝色分量B在OFF状态下以及对于蓝色B和黄色Y在ON状态下实现相同的路径，如表II所示，可以对于每种颜色在每个转换状态下确定总的衰减系数和用于确定主要颜色的这些系数的比B/Y或Y/B。利用在开始时表示的衰减值，得到比B/Y#20，即在OFF状态下在背景上清楚地呈现蓝色，并且在相应于显示的线段的ON状态下，得到比Y/B#22，即清楚地显示黄颜色，因而最后在蓝色背景上利用最佳的黄色对比度显示信息。可以看到，在ON状态下的黄颜色Y的衰减系数和按照现有技术获得的衰减系数相同。不过，容易看出，按照本发明的蓝色B的衰减系数比按照现有技术获得的衰减系数低13倍，即这种显示装置使得能够获得更纯的蓝色。
显然，假定必须考虑非偏振的自然光的其它波长和眼睛本身对于每个波长的灵敏度，在表II中所示的衰减系数使得能够确定主要颜色，但是并不代表观察到的强度。
当第一装置的选择起偏器中的一个被不选择确定的颜色的吸收起偏器代替时，本领域的技术人员可以容易地得出颜色B和Y的路径。可以容易地表明，对于背景，获得的B/Y比是25，并且对于显示器本身，获得的Y/B比是29，即总是在鲜艳的蓝色背景上显示黄色。
显然，刚刚说明的具有两个互补颜色的例子，其中蓝色用于选择吸收线性起偏器，黄色用于彩色滤光器，该例子可以进行修改而不脱离本发明的构思，例如通过交换选择起偏器和滤光器的颜色，从而在黄色背景上提供蓝色显示，可以通过选择其它的互补颜色，例如红色和蓝色，从而保持高的对比度，并具有较少程度的非互补的颜色。
在阅读上述说明之后，可以看出，按照本发明的显示装置的构成元件和现有技术具有很大不同。
实际上，为了达到理想的结果，找到一个或几个必须添加的元件，如何相对于现有技术的元件设置这些元件，与/或如何相应地修改现有技术的元件，这些并不是显而易见的。意外的是，离开刚刚说明的结构，没有其它的结构能够对于背景和对于被显示的信息获得彼此接近的高的B/Y或Y/B比，即获得大的颜色纯度和高的对比度。
按照和表I表II所示的相同的步骤，例如进行下面的观察。如果两个反射起偏器PR1，PR2的相对方位被按照序列改变，则对于背景将获得B/Y＝20，对于线段将获得Y/B＝0.41，即在蓝色背景上显示绿色。如果反射起偏器PR1，PR2的初始排列被保持，但起偏器PAb2被转动90度，则对于背景将获得B/Y＝2.44，对于线段将获得Y/B＝0.05，即，在绿色背景上显示蓝色。如果同时进行上述的两个改变，则获得在黄的背景上显示绿色。
4个起偏器的其它的相对方位使后反射起偏器PR2具有被动的作用，即，偏振的入射光将通过所述起偏器。此时观察到的实际情况将取决于被置于后方的元件的反射程度，即，例如第二显示器的表盘的亮的或暗的阴影。在8种可利用的可能性当中，只有一种能够实现本发明的目的，即当选择线性起偏器PAb1，PAb2以及前反射起偏器PR1被排列使得其偏振轴线相互平行，并且后起偏器PR2被亮的即反射的表盘代替时。
正如开始时所指出的，显示装置元件的厚度被大大地夸大了。实际上，所述装置可以被设置成具有1.4-1.5mm数量级的厚度，利用0.3mm的玻璃板制造所述的单元。彩色滤光器Fy可以是塑料膜，不过也可以是被直接施加于前反射起偏器PR1的背面的彩色亮漆，所述亮漆或者被施加于后反射起偏器PR2的前面，或者是被包括在反射起偏器的材料中的色彩，即以提供作为反射的和颜色选择的起偏器的方式。这种结构可以减少显示装置的厚度，有利于显示装置的组装。
在上面的说明中，其中隐含地假定按照本发明的双色显示装置占据显示器的整个表面。按照一种改型，所述装置可以只占据显示器表面的一部分，其中选择一个比显示装置的其它的构成元件的表面积较小的前反射起偏器PR1的切口表面积。这样，可以获得蓝、绿、黄三色显示，这可以提供附加的美学情趣。
按照另一种改型，其可以和上述的结构相结合，液晶显示模块可以具有比简单的单元CL更复杂的结构。例如，图5表示一种显示装置，其中显示模块由阵列或线段液晶单元CL1构成，其和已经说明过的相同，并利用例如含有和CL1相同的液晶的液晶阀CL2，所示的单元CL1和所述的阀处于OFF状态。当阀CL2处于ON状态时，其对在其中通过的光的偏振没有影响，并获得和参照表II所述的效果完全相同的视觉效果。不过，当阀CL2处于OFF状态时，如下面的表3所示，也可以获得对比度倒置(contrast inversion)。
                    表III
CL1：显示器；CL2：阀OFF
为了进行说明，作为例子，在b的具有衰减y的和起偏器PAb1的轴线平行的偏振的黄光Y的分量的路径在OFF状态下被跟随。在c，在经过CL1之后，其被转动90度；然后在d，在经过CL2之后，再被转动90度而不衰减；在e，其经过衰减z，使总的衰减成为yz而不改变偏振；在f和g，其连续地通过PR1和Fy而没有改变，在h，被PR2反射，在i，再次连续地通过Fy和PR1而没有改变，经过其余的路径到n，其经受两个新的衰减z，使总的衰减成为yz3。第二黄色分量和在OFF状态下的两个蓝色分量通过沿着相同的路径行进，然后在ON状态下的黄色分量和蓝色分量Y、B也通过沿着相同的路径行进，获得在表中所示的衰减系数。利用在开始时所示的衰减值，在OFF状态下，获得比Y/B#18，即背景光主要是黄色，在ON状态下，获得比B/Y#20，即系数线段主要是蓝色。因而，通过增加其转换状态可以被改变的光阀，可以获得两种颜色的倒置而仍然保持高的对比度和颜色纯度。
按照另一个可以和前述的改型相结合的改型，当具有单元和阀时，可以对阀提供两个单独的转换区，使得这些区可以具有通过颜色倒置区分的信息。当然，此处的“信息”指的是字母数字信息，不过也可以是标记或其它的设计，尤其是当显示装置是阵列型的显示装置时。当选择三色方式时，如前所述，后一个实施例能够通过对显示装置的构成元件进行很少的改变，便可以提供多种外观。
按照本发明的双色显示装置及其改型可以应用于大量的产品上，这些产品必须在规定的装置上提供可视数据，例如仪表板或便携装置例如手表。以手表为例，由图1可见，所述显示装置中不管使用哪一个实施例，都可以用表盘10支撑，并在顶上具有利用表针11，12和13进行的当前时间的模拟显示。通过使表的机件5和时基相连，按照本发明的显示装置便可以提供附加的信息，例如日期、星期等；如果和检测器相连，则可以显示由所述检测器提供的数据。如前所述，如果后反射元件是反射起偏器，其具有不完全的性质，则可以把光源设置在它的后面，从而使显示的信息具有较好的夜间可视性。如果后反射元件是金属型的，则可以有利于地由表盘10构成。
按照没有示出的另一个实施例，当后反射元件是不完全的反射起偏器PR2时，按照本发明的双色显示装置可以被设置在液晶4的下面，使得位于表盘上的第二显示装置例如模拟显示装置能够被看到。如果后反射元件是金属型的，则按照本发明的显示装置可以以这样的方式被分开，例如，使用于确定第一颜色的第一装置1位于液晶的下面，而把用于确定第二颜色的第二装置II设置在表盘上。

Claims (16)

1.一种双色显示器装置，包括在一方面的确定第一颜色的第一装置I，所述装置由液晶显示模块(CL；CL1，CL2)构成，其转换配置由利用一个能源(6)供电的电子控制单元(7)确定，所述显示模块(CL；CL1，CL2)包括被设置在所述模块前方的第一线性起偏器(PAb1)和第二线性起偏器(PAb2)，其中至少一个起偏器用于选择所述第一颜色，以及在另一方面的用于确定第二颜色的第二装置II，所述第二装置包括和第二颜色相应的彩色滤光器，其特征在于，第一装置I的起偏器(PAb1，PAb2)的偏振轴线相互平行，第二装置II的彩色滤光器(Fy)包括在前方的反射起偏器(PR1)，其偏振轴线和第一装置I的两个起偏器的偏振轴线平行，还包括在后方的反射元件(R，PR2)，并且所述控制单元(7)能够确定转换配置，从而在相应于第二颜色的背景上以第一颜色显示信息项，反之亦然。
2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，第二显示装置的反射元件可以是和前反射起偏器(PR1)交叉的第二反射起偏器(PR2)，或者是透射反射的起偏器。
3.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于，在第二装置的背面还包括或者第二显示装置或者光源。
4.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第二装置的反射元件是金属反射器。
5.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，第一装置的两个起偏器(PAb1，PAb2)都反射第一颜色。
6.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示模块包括单一的阵列或线段液晶单元(CL)用于在接通的状态下提供双色显示。
7.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，显示模块包括单一阵列或线段液晶单元(CL1)和由第二液晶单元构成的光阀(CL2)，当显示单元(CL1)处于ON状态时，其从ON状态到OFF状态的转换或者从OFF状态到ON状态的转换能够使得被显示的信息的颜色和显示的背景的颜色交换。
8.如权利要求7所述的双色显示装置，其特征在于，所述的光阀(CL2)包括至少两个不同的区域，它们可以被单独地转换，当它们具有相反的转换配置时，能够在同一个显示装置上获得具有颜色交换的显示区域。
9.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，第二装置II的前反射起偏器(PR1)包括完全透明的区域，使得第一和第二颜色能够混合。
10.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述彩色滤光器是被施加于反射起偏器(PR1)的背面或者被施加于反射元件(R，PR2)的前面或者被包括在它们的材料中的亮漆。
11.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示模块的液晶从具有正的或负的各向异性的扭转向列型的液晶和双频率型的液晶当中选择。
12.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第一和第二颜色是互补的颜色。
13.一种钟表，包括由晶体(4)和后盖(3)封闭而成的壳体，其中容纳有表的机件(5)，用于在位于晶体(4)和后盖(3)之间的表盘(10)上给出和时间有关的信息，其特征在于，所述表盘(10)包括按照权利要求1到12任何一个所述的显示装置，或者和所述显示装置合并，用于显示时间相关的信息或者在所述钟表的壳体中包括的检测系统的非时间相关的信息。
14.一种钟表，包括由晶体(4)和后盖(3)封闭而成的壳体，其中容纳有表的机件(5)，用于在位于晶体(4)和后盖(3)之间的表盘(10)上给出和时间有关的信息，其特征在于，所述晶体的内表面包括如权利要求2，3，5到12任何一个所述的显示装置，或者和所述显示装置合并，用于显示时间相关的信息或者在所述钟表的壳体中包括的检测系统的非时间相关的信息。
15.一种钟表，包括由晶体(4)和后盖(3)封闭而成的壳体，其中容纳有表的机件(5)，用于在位于晶体(4)和后盖(3)之间的表盘(10)上给出和时间有关的信息，其特征在于，其中还包括如权利要求4到12任何一个所述的显示装置，其中用于确定第一颜色的装置I由晶体(4)的内表面支撑着，或者和晶体(4)合并，用于确定第二颜色的装置II由表盘(10)支撑着，或者和表盘(10)合并。
16.如权利要求13到15任何一个所述的钟表，其特征在于，所述表盘包括模拟时间显示装置。
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