CN1688916A - 图像显示系统 - Google Patents

Abstract

一种图像显示系统包括屏幕，该屏幕由一对带有透明电极设置在上面的基板和夹在基板中间的液晶层所构成，该液晶层包含可固化树脂并能够呈现出光透射状态和光散射状态；和用于投影图像在屏幕上的图像投影单元；其中，一帧包括光透射状态和光散射状态的组合，作为可满足一定关系的最小重复单元。

Description

图像显示系统

技术领域

本发明涉及图像显示系统，该图像显示系统采用诸如玻璃部件之类的透明部件作为屏幕并且在屏幕上显示由投影仪所投影的图像。

背景技术

关于当前的图像显示系统，例如，CRT、PDP和液晶显示器，都试图迅速使其显示部分变得又薄又平。

然而，由于显示部分本身都是不透明的，所以在显示部分工作时和甚至于在显示部分没有工作时，显示部分本身对观众的眼睛是不友好的或者会感觉到压抑的。正是由于这些原因，一直希望提供一种显示部分，它能够转变成透明的，从而可以为观众提供一种宽阔的感觉并且允许观众观看显示部分后面的情景。

作为一种解决方法，例如，有一种适用于车辆称之为平视显示器的显示系统。该方法是将图像投影单元投影出的图像通过设置在挡风玻璃上的单向透视玻璃或由一个全息系统反射，从而使得图像是乎显示在挡风玻璃上。在这种方法中，由于在没有显示图像时单向透视玻璃或全息系统并不是完全透明的，所以这种单向透视玻璃或全息系统都是可以看见的并且对眼睛也不友好。

还有一种显示系统，它可以使用全息屏幕来提供吸引人的显示，例如，在商店的橱窗中。在这种系统中，从投影仪以特定角度进入到全息屏幕的光可以散射在全息屏幕上以显示图像。这一系统可以显示具有高对比度的图像，因为不是特定角度的角度所进入的光是不能散射的。然而，当观众在相对屏幕的倾斜位置上时，观众就不能看见图像，因为视角关系该系统具有较窄的视角。

JP-U-04-114088(日本专利)已经披露了一种图像显示系统，该系统以透明的部件用作为单个屏幕，并且该系统可以将屏幕从光透射状态切换至光散射状态或者反之(见其摘要和图1)。该系统不能够实现在背景上显示图像的状态，因为在显示图像时屏幕是不透明的。

另一方面，JP-A-05-191726(日本专利)已经披露了一种技术，该技术可以实现在背景上显示图像(见段落号0010和图1)。该技术只是将显示图像的部分成为散射状态，以使用这一部分来作为屏幕。当显示图像时，就不可能看见在图像后面的背景。该文献没有报道使用多个屏幕的技术。

使用多个屏幕的技术已经披露于JP-A-05-307185(日本专利)(见段落号0020和0021，以及图4和图5)。该文献没有报道有关允许观众看见背景的想法。

另外，JP-A-2002-139700(日本专利)已经披露了一种技术，该技术可以在多个液晶单元所构成的屏幕上显示三维图像(见段落号0019至0021，以及图1和图2)。但该文献也没有报导有关允许观众看见背景的想法。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种新颖和独特的技术，该技术能够避免屏幕本身给眼睛所带来的不友好，几乎不会使观众感觉到压抑，以及在屏幕不工作时可以给观众带来宽阔的感觉，并且在屏幕工作时能够显示具有透明感觉的图像，从而观众可以看见在屏幕上的图像和在屏幕后面的背景。

本发明的另一目的是提供一种新颖和独特的技术，该技术能够实现观众可以有一种看到悬浮在空中的透明图像感觉或者显示具有深度感觉的三维图像的印象的状态。

根据本发明的第一方面，提供了一种图像显示系统，该系统包括一对带有透明电极设置在上面的基板的屏幕；和夹在基板中间的液晶层，该液晶层可以呈现出光投射状态和光散射状态；和用于投影图像在屏幕上的图像投影单元；其中，当电压施加在面对面的透明电极上时，液晶层就出现出光散射状态，而当没有电压施加在面对面的透明电极上时，液晶层就呈现出光透射状态；其中，屏幕面对着图像投影单元设置，使得当液晶层呈现出光散射状态时，图像投影单元的投影图像可以聚焦在屏幕上，以便于视觉识别；其中，光透射状态和光散射状态的组合的重复频率作为最小重复单元可以设置在观众不能够识别出在构成屏幕上所显示图像的闪烁范围内的数值上；以及其中，屏幕液晶层呈现出光散射状态的时间周期T₁和屏幕液晶层呈现出光透射状态的时间周期T₂部分可以设置在一帧之内，使得观众可以同时识别在屏幕上的图像和在屏幕后面的背景。

根据本发明的第二方面，在根据第一方面的图像显示系统中，该屏幕包括多个屏幕；并且所提供的屏幕具有相互重叠的显示表面，使得当各个屏幕的液晶层呈现出光散射状态时，由图像投影单元所投影的不同图像显示在各个屏幕上，从而可以在各个屏幕上显示相互不同的图像。

根据本发明的第三方面，在根据第一方面和第二方面的图像显示系统中，一帧的重复频率设置在33Hz或者更高的数值上；并且将T₁和T₂的部分设置为满足于T₁/(T1+T₂)≤0.8关系。

根据本发明的第四方面，提供了一种图像显示系统，该系统包括一对带有透明电极设置在上面的基板；和夹在基板中间的液晶层，该液晶层可以呈现出光透射状态和光散射状态；和用于投影图像在屏幕上的图像投影单元；其中，当电压施加在面对面的透明电极上时，液晶层就出现出光散射状态，而当没有电压施加在面对面的透明电极上时，液晶层就呈现出光透射状态；其中，屏幕面对着图像投影单元设置；其中，液晶层包含液晶和具有中间结构的固化树脂，包括液晶分子的液晶具有相对于基板表面60度或者大于60度的预倾斜角度；以及其中，当液晶层呈现出光散射状态时，图像投影单元的投影图像可以聚焦在液晶层上，以便于视觉识别。

根据本发明的第五方面，在根据第四方面的图像显示系统中，一帧的重复频率设置在33Hz或者更高的值上。

根据本发明的第六方面，在根据第一、第二、第三和第四方面的图像显示系统中，该屏幕包括多个屏幕；并且一个屏幕液晶层从光透明状态改变成光透射状态所需要的上升时间和另一个屏幕液晶层从光散射状态改变成光透射状态所需要的下降时间在各个屏幕连续驱动时上升时间和下降时间设置成瞬时相互重叠。

根据本发明的第七方面，在根据上述第一至第六方面的任一图像显示系统中，该屏幕包括多个屏幕，相邻屏幕在相互之间具有0.4至200mm的距离；并且在至少两个屏幕上所投影的图像具有不同的亮度。

根据本发明的第八方面，在根据上述第一至第七方面的任一图像显示系统中，在液晶层中的液晶和固化树脂都可通过采用光聚合作用的固化方法来形成。

根据本发明的第九方面，在根据上述第一至第八方面的任一图像显示系统中，该屏幕具有仪表、信息终端或者镜子设在其后面。

根据本发明的第十方面，在根据上述第一至第九方面的任一图像显示系统中，该屏幕具有的四周部分的主要部分是透明的。

根据本发明的第十一方面，在根据上述第一至第十方面的任一图像显示系统中，该屏幕是透明的，除了与外部电路相连接的部分之外。

根据本发明的第十二方面，在根据上述第一至第十一方面的任一图像显示系统中，该屏幕在没有施加电压时可以具有80％或者高于80％的透射率。

根据本发明，当图像显示系统没有工作时，屏幕就转变成透明的，以避免屏幕本身对眼睛的不友好，使得观众的压抑感觉最小化并且向观众提供一个宽阔的感觉。当图像显示系统工作时，屏幕可以显示具有透明感觉的图像，从而观众可以同时看见在屏幕上的图像和在屏幕后面的背景。

因此，该图像显示系统可以实现观众可以有一种是乎看见透明图像悬浮在空中的印象的状态。

该图像显示系统可以显示具有所需深度的三维图像。

附图的简要说明

图1是示出应用于根据本发明的屏幕的固化化合物实例的列表；

图2是示出根据本发明实施例的屏幕的剖面示意图；

图3是示出根据本发明的图像显示系统的结构实例的示意图；

图4是说明在图3所示实例中呈现出光透射状态和光散射状态的驱动时序图；

图5是显示根据本发明的图像显示系统的另一结构实例的示意图；

图6是说明在图5所示实例中呈现出光透射状态和光散射状态的驱动时序图；

图7是说明在图5所示实例中呈现出光透射状态和光散射状态的另一驱动时序图；

图8是示出根据本发明的图像显示系统的另一结构实例的示意图；

图9是示出根据本发明另一实施例的屏幕的剖面示意图；

图10是说明在图5所示实例中呈现出光透射状态和光散射状态的另一驱动时序图；

图11是示出在图4所示驱动时序图中的转移状态实例的示意图；

图12是示出在图4所示驱动时序图中的转移状态另一实例的示意图；

图13示出在图6所示驱动时序图中的转移状态实例的示意图；

图14是示出本发明一实施例的结构实例的示意图；

图15是示出根据本发明的图像显示系统如何用作车辆显示系统的示意图；

图16(a)至16(c)是解释在仪表板上的图像和在屏幕上的图像是如何重叠的示意图；

图17(a)至17(c)是示出在仪表板上的图像和在屏幕上的图像的重叠组合是如何显示的示意图；

图18(a)至18(c)是示出在仪表板上的图像和在两个屏幕上的图像的重叠组合是如何显示的示意图；

图19是示出在实例9中的屏幕的剖面示意图；

图20是示出图像投影单元基本结构的简单实例的示意图；以及，

图21是示出用于屏幕的液晶元件的施加电压一透射特性的图形。

具体实施方法

现在，参考附图和实例来讨论本发明的实施例。这些附图、实例和描述主要是用于说明本发明，但并不能认为是将本发明限制于上述特例之中。应该理解的是，不是附图所示实施例或者与描述有关的实施例都在本发明的范围之内，只要它们符合本发明的精神。在附图中，类同或者相似的元件都采用相同的标号来表示。

根据本发明的屏幕构成了液晶层可以重复呈现出光透射状态和光散射状态。光透射状态和光散射状态在可见光方面有着明显差异。较佳的是，屏幕在光透射状态时具有较高的光透射性，使得当观众没有看见屏幕上的图像时，屏幕是透明的并且给观众提供一种宽阔的感觉，而当观众看见屏幕上的图像时，屏幕给观众提供一种透明的感觉使得观众能够看见在屏幕后面的环境。宽阔的感觉或者透明的感觉可以根据需要进行适当地调整。对于光散射状态没有特殊的限制。然而，为了观众能够在屏幕的后面即，相对于图像投影屏幕一侧的另一侧，观看到投影在屏幕上的图像，较佳的是，屏幕可以具有较高的向前散射的比率。为了观众能够观看到在图像投影一侧的图像，较佳的是，屏幕可以具有较高的后向散射的比率。

光透射状态和光散射状态的切换可以通过设置具有液晶层和一对具有透明电极的基板的屏幕来实现，使得例如，当电压施加在面对面的透明电极上时，液晶层就呈现出光散射状态，而当没有电压施加在面对面的透明电极上时，液晶层就呈现出光透射状态。

作为液晶层，可以采用由液晶和固化树脂所组成的合成物。包括液晶和固化树脂的液晶层可以形成一个液晶/固化树脂合成物层，将液晶和包含固化化合物的合成物夹在一对具有透明电极的基板之间，并且采用诸如加热、紫外光或者电子束的方法来固化可以固化的化合物。

作为根据本发明的固化树脂，可以应用任何熟知的固化树脂，只要树脂具有透明性以及只要树脂不会妨碍本发明精神。从提供具有快速响应的液晶层的观念出发，较佳的是，液晶层具有液晶和固化树脂相分离的结构，使得在施加电压时基本上只是液晶的响应。

有关形成具有较早所阐述的结构的固化树脂的固化化合物，该固化化合物可以溶解于液晶，可加以选择来控制固化之前的该混合物的对准状态，从而保持在固化树脂已经固化之后的高透明性。在本发明中，图像可以包括字符信息。另外，图像可以包括内容随着时间而变化的图像、具有帧变换的运动图像、正常运动图像或其它等等。

从最小化对准缺陷的发生和改善透明性的观念出发，较佳的是，与液晶层相接触的成对基板的各面都进行处理，使得液晶分子具有相对于基板表面60度或大约60度的预倾斜角度。可以使用研摩，也可不用研摩。更佳的是，预倾斜角度不小于70度。有关预倾斜角度，定义垂直于基板表面的方向为90度。

可固化化合物的实例是公式(1)的化合物和公式(2)的化合物；

A₁-O-(R¹)_m-O-Z-O(R²)_nO-A²                  公式(1)

A₃-(OR³)_o-O-Z’-O-(R⁴O)_p-A⁴                公式(1)

式中：各个A¹、A²、A³和A⁴都是相互独立的，是丙烯酰基、甲(基)丙烯酰基、缩水甘油基或烯丙基；各个R¹、R²、R³和R⁴都是相互独立的，是C_2-6亚烃基；各个Z和Z’是相互独立的，是二阶的中间(mesogen)结构；以及各个m、n、o和p都是相互独立的，是从1至10的整数。

包含R¹、R²、R³和R⁴和具有高分子迁移率的氧化烯结构介于公式(1)和(2)中的中间结构部分Z和Z’与的固化部分A¹、A²、A³和A⁴之间，从而能够改善在固化处理过程中的固化部分的分子迁移率，并有可能在短时间内获得充分的固化。

公式(1)和(2)中的固化组A¹、A²、A³和A⁴可以是上述光固化或者加热固化的功能基中的任一种材料。在这些材料中，较佳的是，丙烯酰基或甲(基)丙烯酰基适用于光固化，因为用于固化的温度是可以控制的。

从分子迁移率的观念出发，较佳的是，公式(1)和(2)中的R¹、R²、R³和R⁴的碳数量是从1至6。具有碳数量为2的乙烯基和具有碳数量为3的丙烯基是最佳的。

公式(1)和(2)中的中间结构部分Z和Z’的各个实例是具有1，4-phenlylene(1，4-亚苯基)基键合的聚亚苯基。部分或者所有1，4-亚苯基都可由1，4-环已基构成的。1，4-亚苯基的或者所取代的1，4-环已基中的部分或所有氢原子都可以由诸如C1-2烷基、卤素原子、羧基或者烷氧羰基之类物质所取代。

中间结构部分Z和Z’的各个较佳实例是具有两个1，4-phenlylene(1，4-亚苯基)键合的联苯基(下文中，将具有两个1，4-phenlylene(1，4-亚苯基)键合的联苯基称之为4，4-联苯基)，具有三个这类亚苯基键合的三联苯基，以及具有由C_1-2烷基、氟原子，氯原子或者羧基取代该基中从1-4氢原子的基。中间结构部分的最佳实例是不具有取代的4，4-联苯基。形成各个中间结构部分的1，4-亚苯基或1，4-环已基所有都可以由单键或者以下所示的任一键相互链接：

  -CH₂-CH₂-                                -C≡C-

公式(1)和(2)中的m、n、o和p各自较佳的是从1至10，最佳的是从1至4。如果各自太大，则它们与液晶的兼容性就会下降，从而降低了在固化之后的屏幕透明性。

图1示出应用于本发明的可固化化合物的实例。具有液晶以及其中包含可固化化合物的合成物可以包含多种公式(1)和(2)所表示的可固化化合物的固化化合物。例如，当化合物包含公式(1)和(2)所表示的多种固化化合物并具有不同的m、n、o和p时，则某种情况下就能够改善与液晶的兼容性。

具有液晶以及其中包含可固化化合物的合成物可以包含固化催化剂。在光固化的情况下，对光固化通常需要使用光聚合作用的引发剂，例如，二苯乙醇酮乙醚类型，苯乙酮类型或者磷化氢氧化物类型。在热固化的情况下，可以根据可固化部分的类型，使用固化催化剂，例如，过氧化物类型，硫醇类型，胺类型或者酸酐类型。如果需要，也可以使用固化辅助剂，例如，胺。

较佳的是，固化催化剂的剂量至多是所包含的固化化合物的20wt％。在固化之后固化树脂需要高分子量或者高电阻系数的情况下，更佳的是，从1至10wt％。

在对准液晶分子使之具有相对于基板的60度或者大于60度的预倾斜角度的处理时，有一种采用垂直对准剂的方法。采用垂直对准剂的方法的实例是采用清洁剂的方法，采用诸如包含烷基或氟烷基的硅烷耦联剂处理基板表面的方法，以及采用商品化的垂直对准剂的方法，例如，Nissan化学工业公司所制造的SE1211，或者JSR公司所制造的JALS-682-R3。为了能够获得使液晶分子可以任意方向做成垂直对准状态的状态，可以采用任何熟知的方法。垂直对准剂可以与研磨相关联。还可以采用的方法是在电极中倾斜地形成狭缝或者在其上形成三角棱镜，以便于可以在基板上倾斜地施加电压。

尽管根据本发明的液晶可以从熟知的液晶中进行适当选择，但是较佳的是，液晶具有负的介质各向异性。为了降低驱动电压，较佳的是，介质的各向异性较大。

作为应用于屏幕的基板，可以使用任一熟知的基板，确保所需要的透明性即可。可以使用玻璃基板。基板可以是塑料材料或者薄膜制成的。屏幕的表面不需要进行平整，并且可以弯曲的形状制成。

设置在基板的电极可以由金属氧化物的透明电极材料制成，例如，IT0(氧化铟/氧化锡)。

一对经过对准处理的基板对准方向的组合可以是平行的或者是正交的，并且对准方向可以适当的角度设置。通过在具有电极的基板的电极表面上形成薄的树脂薄膜并研磨该薄的树脂，就可以实现众所周知的功能，即，对准电极表面上的液晶部分。

在两个基板之间的液晶层的厚度可以由，诸如，隔离柱来确定。较佳的是，该间隙从1至50μm，更佳的是，从3至30μm。当液晶层的厚度太窄时，对比度就会趋向劣化，而当液晶层的厚度太宽时，则驱动电压就会趋向于增加。在大多数情况下，这两个结果都不是较佳的。

图2显示了一例具有这类结构的屏幕实例的剖面示意图。在图2中，一对玻璃基板21和22的面对面的表面上形成透明电极23和24。透明电极的内表面上形成了对准层25和26。对准层25和26可以去除。液晶层27夹在对准层25和26之间，它的厚度是由未显示的隔离柱所确定的。

一般来说，液晶构成了具有散射/透射的模式，其中，当电压施加在面对面的电极上时，液晶就呈现出光透射状态，而当没有电压施加在面对面的电极上时，液晶就呈现出光散射状态。液晶可以构成在电压施加时呈现出光散射状态，而在没有电压施加时呈现出光透射状态。在本发明中，从当关闭电源时就使图像显示去激励的观念出发，后一种结构是较佳的，屏幕可以是透明的，以防止屏幕自身对眼睛的不友好或者使得压抑的感觉最小化并且可以提供宽阔的感觉。正是这一原因，在技术规范中的解释主要是有关屏幕的结构，它在电压施加时呈现出光散射状态，而在没有电压施加时呈现出光透射状态。然而，呈现出相反状态的液晶层也可以应用于本发明。

采用以上所阐述方法制造的屏幕液晶层可以在光透射状态和光散射状态之间具有响应速度，在大多数的情况下，可以将其设置在3ms或者小于3ms非常快的速率上。与常规的散射/透射模式相比较，有可能获得明显好的透射状态，即使是在屏幕看上去倾斜的时候。例如，当采用上述列表中的一种热固性化合物时，就有可能几乎避免变得朦胧，即使是在屏幕看上去倾斜偏离于垂直位置40度时。换句话说，屏幕可以在光透射状态下具有良好的视角独立性，并且可以构成使之看上去如同玻璃。

商品化的投影仪或者类似等等可以作为图像投影单元使用。一例图像投影单元的实例是由EPSON公司所制造的投影仪(型号No.ELP-50)。可以使用采用正规向列液晶的液晶投影仪，使用由Texas仪器公司制造数字微镜器件(DMD)的投影仪，以及采用LCOS(硅上液晶)或者铁电液晶的投影仪。在静止图像的情况下，可以使用幻灯片投影仪。

一例图像投影单元基本结构的简单实例如图20所示。图像投影单元包括三个主要部件，灯系统33，图像显示部分34和投影透镜系统35。灯系统33较佳的是可以提供均匀和平行光线的光源，并且可以和一个积分器组合在一起。当图像显示部分34使用经过液晶等等的偏振光时，可以使用偏振转换元件转换成线性的偏振光。图像显示部分34可以是由，例如，液晶屏、DMD或者LCOS制成。为了能够显示全彩色图像，可以有将光源分成为三基色并且采用三个液晶屏来显示图像的方法，使用具有彩色滤色器的单个液晶屏的方法，顺序切换光源颜色的场序列彩色方法。投影透镜系统35可以具有根据屏幕尺寸和在图像投影单元和屏幕之间距离进行优化的透镜。

从节省空间的观念出发，较佳的是，图像投影单元的整个结构是较小的。例如，图像投影单元较佳的是采用紧凑设计的小型投影仪制成。当图像投影单元制成为小型投影仪时，图像投影单元就便于成为车载式产品(例如，仪表屏，车辆导航系统或者音响系统)，便于成为办公室中的产品(例如，登记簿)，以及便于成为娱乐产品(例如，弹球机，自动售货机或者游戏机)，因为不需要大的空间。

作为灯系统的光源，可以应用，例如，金属卤化物灯、超高压汞灯、卤素灯、氙灯或者LED光源。当投影彩色图像时，可以使用场序列彩色方法。作为图像投影单元，除了投影仪之外，还可以使用激光绘图设备。

从避免在屏幕上投影的光到达观众的观念出发，较佳的是，将图像投影单元构成只在屏幕中的液晶层呈现出光散射状态时投影光。根据本发明的屏幕可以包括多个屏幕。在这种情况下，较佳的是，图像投影单元将图像投影在呈现出光散射状态的屏幕上，并且当所有屏幕的液晶层呈现出光透射状态时图像投影单元就不投影图像。这是因为通过构成图像投影单元在所有屏幕的液晶层呈现出光透射状态时不再投影图像就可以避免投影在屏幕上的光到达观众，以及因为通过构成图像投影单元在光散射状态将图像投影在屏幕上，在屏幕中的液晶层的光散射状态和图像的投影在时序上可以适当同步。

较佳的是，所有屏幕的液晶层都具有适用于光透射状态重叠的时间区域。这是因为在屏幕后面的背景和在屏幕上的图像可以同时看见。术语“在屏幕后面的背景和在屏幕上的图像可以同时看见”的含意可以覆盖两种情况或两种情况之一，第一种情况是在屏幕后面的背景可以通过在屏幕上的图像看见，第二种情况是在看见屏幕上的图像时屏幕后面的背景可以通过没有投影图像的屏幕部分而看见。在第一种情况下，有可能产生在屏幕后面的背景和在屏幕上的图像同时看见且是重叠的印象。另一方面，在第二种情况下，有可能产生图像看上去是浮置在空中的印象。

参考图3解释上述通过图像投影单元来设置投影的方法。在图3中，屏幕1设置在图像投影单元2和观众4之间。在所示的实施例中，通过在图像投影单元2和屏幕1之间设置快门3，并且将快门3设置成只有当屏幕的液晶层呈现出光散射状态时才能通过光，只有当屏幕的液晶层呈现出光散射状态时，图像投影单元所投影的图像才能投影在屏幕上。换句话说，快门通过和阻挡光的时序是与驱动时序同步的，根据驱动时序在屏幕液晶层中的光透射状态和光散射状态相互变化。尽管通过这种结构，观众4可以看见在光透射状态中的屏幕后面的背景5和看见在光散射状态中屏幕1上的图像，但是观众可以同时看见在屏幕后面的背景5和在屏幕1上的图像，形成组合的余像，因为光透射状态和光散射状态是相互切换的。在该图中，为了避免图像投影单元被观众直接看见，设置了盲板6。

光透射状态和光散射状态之间切换的重复频率具有屏幕图像闪烁的效应。换句话说，为了避免观众感觉到图像在闪烁，就需要有效地增加重复频率。

光透射状态和光散射状态的瞬时部分具有应该容易看见在屏幕后面的背景和在屏幕上的图像的效应。换句话说，当光透射状态具有较大的瞬时部分时，在有可能清晰地看见屏幕后面的背景同时，就不可能或者就难以看见在屏幕上的图像。随着光透射状态的瞬时部分逐渐地下降，在屏幕上的图像开始变得朦朦胧胧可见，并且图像逐渐变得清晰可见。另一方面，在屏幕后面的背景已经是清晰可见，开始变得朦朦胧胧可见并最终不可见。

通过适当地设置屏幕液晶层呈现光散射状态的时间周期和屏幕液晶层呈现光透射状态的时间周期的比例，观众就能够同时识别在屏幕上的图像和在屏幕后面的背景。在使用多个屏幕的情况下，至少一个屏幕液晶层呈现光散射状态的总的时间周期和所有屏幕液晶层呈现光透射状态的时间周期的比例可以设置在一帧之内，使得观众能够同时识别在屏幕上的图像和在屏幕后面的背景。当屏幕后面的背景难以看清而屏幕上的图像可以看清时，就可以有效地变化所投影图像的亮度。

在图像投影单元和屏幕之间设置快门是非常必要的。快门可以在图像投影单元上或者形成图像投影单元的一部分。快门需要具有快的响应速度，为了能够对付这一需求，例如，可以使用液晶快门来取代常规的机械快门。例如，可以使用铁电液晶快门或者具有透射/散射类型的液晶模式的快门。当使用偏振器作为快门时，从提高光的可用性观念出发，来自图像投影单元所发射光的偏振光对准在快门内侧偏振器的透射轴，这是较佳的。没有使用快门，则图像投影单元所投影图像的时序可以直接与驱动屏幕液晶层中的光透射状态和光散射状态的相互变化的驱动时序相同步。在液晶投影仪或者DMD投影仪的情况下，可以不使用快门来开启和关闭光源。作为在这一情况下的光源，可以使用快速切换的LED。

以下将参考图4来解释与入射光有关的驱动时序，该驱动时序可以用于驱动屏幕液晶层呈现光透射状态或者光散射状态。例如，将电压施加在屏幕上的面对面的电极上使得液晶能够承受电场并且使液晶层从光透射状态变化到光散射状态，图像投影单元与变化到光散射状态同步将图像投影在屏幕上，参考图4。随后，停止将电压施加在屏幕上的面对面的电极上，以从液晶层去除电场，使得液晶层从光散射状态变化到光透射状态，并且图像投影单元的图像投影与变化到光透射状态同步断开。通过重复这一操作，只有当屏幕液晶层呈现出光散射状态时，才能够投影图像，并且观众可以看见在屏幕上散射的图像。

通过重复上述的光透射状态和光散射状态，观众就能够同时识别处在屏幕上的图像和在屏幕后面的背景。

当屏幕具有充分的散射性能时，光就能以所有的方向散射。其结果是，观众可以从各个方向看见屏幕上的图像，例如，从图像投影单元一侧，从图像投影单元的另一侧，以及在对其倾斜的位置上。然而，较佳的是，图像投影单元设置在相对于屏幕观众的另一侧。这是因为当使用根据本发明的液晶层时，在许多情况下，光的背向散射(散射到相对于屏幕的图像投影单元一侧的光的比例)小于光的前向散射(散射到相对于屏幕的图像投影单元另一侧的光的比例)。

在根据本发明的图像显示系统中，需要作为最小重复单元的光投影状态和光散射状态的组合重复频率可以设置在观众不能识别出屏幕上的图像闪烁的范围内的数值上，并且至少一个屏幕呈现出光散射状态的总的时间周期T₁和所有屏幕的液晶层呈现出光透射状态的时间周期T₂的比例设置在一帧内，使得观众可以同时识别在屏幕上的图像和在屏幕后面的背景。

一帧包括屏幕液晶层的光散射状态和光透射状态。当图像投影在呈现出光散射状态的屏幕上时，观众可以看见图像的时间周期为T₁，而可以看见屏幕后面的背景的时间周期为T₂。然而，通过设置上述的条件，观众就可以在识别不出图像上的闪烁的条件下同时看到图像和屏幕后面的背景。

一般来说，当一帧的重复频率设置为30Hz或者高于30Hz时，就可以避免观众所烦恼的由于余像效应所引起的图像闪烁。较佳的是，将一帧的重复频率设置为50Hz或者高于50Hz，因为这样就没有烦恼观众的闪烁。更佳的是，将一帧的重复频率设置为70Hz或者高于70Hz。尽管没有任何上限，但是，较佳的是，将重复频率设置为1KHz或者低于1KHz。1KHz或者高于1KHz的数值对于屏幕的响应来说是太快了，并且会增加所需消耗的电能。

帧是由光散射状态和光透射状态组合的最小重复单元所组成的，并且在图4所示的情况下帧包括T₁和T₂之和。

根据本发明的屏幕可以包括多个屏幕。在使用多个屏幕的情况下，很重要的是将在一帧中至少一个屏幕呈现出光散射状态的总的时间周期T₁和所有屏幕的液晶层呈现出光透射状态的时间周期T₂设置成满足于T₁/(T₁+T₂)≤0.8的关系。这是因为当满足于T₁/(T₁+T₂)≤0.8时，观众也可以同时看见在屏幕后面的背景。T₁/(T₁+T₂)关系的下限没有特殊的限制。然而，当下限过小时，在某些情况下就会难以看见投影在屏幕上的图像。在所有除了利用限下的图像之外的情况下，较佳的是，满足0.01＜T₁/(T₁+T₂)关系。

可以根据是优先看见投影屏幕上的图像还是优先看见在屏幕后面的背景，来确定T₁/(T₁+T₂)的比例。例如，在车载平视显示器的情况下，较佳的是，从优先看见屏幕后面背景的观念出发，可满足T₁/(T₁+T₂)＜0.5关系，其中，增加透明性可使得在屏幕后面的背景更加清晰。该比例可以变化。在某些情况下，例如，当车辆停止时，可以有效地将该比例设置成满足T₁/(T₁+T₂)＝0.7关系，并且当车辆启动时，可以将该比例设置成满足T₁/(T₁+T₂)＝0.3关系。当由图像投影单元所发出的光的数量过大时，可以将该比例设置成满足T₁/(T₁+T₂)＝0.1关系。在这种情况下，屏幕呈现出光散射状态的时间周期会变得更加短。然而，由于光的数量过大观众仍可以识别出图像，并且观众看见图像是乎浮置在空中，因为他或她可以几乎正常的方法看见在屏幕后面的背景。

当该系统包括多个能够重复光透射状态和光散射状态的屏幕时，较佳的是，提供可以重叠的屏幕，并可以根据应用任意选择重叠的程度或相邻屏幕之间的距离。例如，当试图给观众提供一种他或她往空间深度方向上运动的印象时，较佳的是，在相邻屏幕之间的距离是大的。

参考图5和图6解释在这种情况下驱动屏幕液晶层在光透射状态和光散射状态之间变化的驱动时序。当系统包括三个或者更多个屏幕时，可以应用类似的考虑因素。

在图5所示的实施例中，该实施例不同于图3所示的实施例，该实施例提供了两个图像投影单元2和2’，两个快门3和3’，以及在观众4和快门之间的两个屏幕1和1’。

在该结构中，驱动屏幕液晶层在光透射状态和光散射状态之间变化的驱动时序，例如，可设置成如图6所示。可以采用与图3所示实施例相同的方法来显示光透射状态和光散射状态。在图6所示时序图的情况下，当屏幕1的液晶层呈现出光散射状态时，只存在着屏幕1’的液晶层呈现出光透射状态的时间周期；而当屏幕1的液晶层呈现出光透射状态时，则存在着屏幕1’的液晶层呈现出光散射状态的时间周期和屏幕1’的液晶层呈现出光透射状态的时间周期。

当屏幕1的液晶层呈现出光散射状态时，图像可以投影在屏幕1上而没有投影在屏幕1’上。在这种情况下，观众可以通过屏幕1’看见在屏幕1上的图像，因为屏幕1’的液晶层呈现出光透射状态。

当屏幕1的液晶层呈现出光透射状态时，图像可以通过屏幕1投影在屏幕1’上，只要屏幕1’的液晶层呈现出光散射状态。于是，观众可以看见在屏幕1’的图像。

当屏幕1的液晶层呈现出光透射状态时，没有图像投影在屏幕1或者屏幕1’上，只要屏幕1’的液晶层呈现出光透射状态。于是，观众可以通过屏幕1和1’看见在图像投影单元2和2’一侧的背景5。

通过重复在光透射状态和光散射状态之间的变化时序图，观众就可以同时鉴赏到在屏幕1上的图像，在屏幕1’上的图像和在屏幕后面的背景三幅图像。当两幅图像看上去重叠时，就可以在没有一幅图像被另一幅图像所隐蔽的条件下同时看见两幅图像。

正如以上所述，尽管在屏幕1上的图像和在屏幕1’上的图像可以由两个图像投影单元投影，但是在屏幕1上的图像和在屏幕1’上的图像也可以由单个图像投影单元投影。为了在后一种结构使得在屏幕上的图像更清晰，在某些情况下，需要图像投影单元的聚焦可以根据在屏幕之间的距离而变化。当在屏幕1和屏幕1’上显示单个图像时，就变得有可能获得图像其中图像在屏幕1和屏幕1’之间移动。作为光散射状态与光透射状态的瞬时比例T₁₁/T₁₂和T₂₁/T₂₂可以是相互相同的，也可以是相互不同的。

T₂₁的导通时序并不一定在T₁₁之后立即设置，如图6所示。图7显示了一例在T₁₁之后没有立即设置T₂₁的导通时序的实例。正如图6所示，T₁₁和T₂₂可以计时方法重叠，T₂₁和T₁₂可以计时方法重叠，以及T₁₂和T₂₂可以计时方法重叠。然而，在许多情况下，T₁₁和T₂₁不应该重叠。这是因为在屏幕重叠的情况下，在某些情况下，图像就不能投影在所需的屏幕上。

尽管帧是以相同周期正常重复的，但是该周期偶然也可以根据情况而变化。

在各种情况下，快门3和3’的光通过周期和光阻挡周期应该是与时间周期T₁₁和T₁₂以及时间周期T₂₁和T₂₂同步的，如同图6和图7所示的屏幕1和1’呈现出光散射状态和光透射状态的驱动周期。

即使系统采用重叠的方式包括三个或者更多个屏幕时，仍可以执行类似的操作。在这种情况下，有可能获得广泛的各种图像演示，例如，可以具有前后运动、水平、垂直和倾斜运动图像的图像演示。在采用重叠方式提供的两个或者多个屏幕的情况下，当呈现出光散射状态的屏幕数量小于所有屏幕数量的，一个或多个屏幕，就有可能获得具有如同以下有关例5所阐述的保持高亮度的更多种图像演示或者单个图像演示。

关于在系统包括多个屏幕情况下的T₁/(T₁+T₂)关系中的T₁和T₂，至少一个屏幕呈现出光散射状态的总的时间周期定义为T₁，而所有屏幕呈现出光透射状态的总的时间周期定义为T₂。例如，在图6所示的实施例中，可以应用在该图中所示的T₁和T₂。在图7所示的实施例中，T₁₂+T₂₁可以应用于T₁，而T₁₂-T₂₁可以应用于T₂。当T₁₁的宽度相同于T₂₁的宽度时，则T₁₂可以具有与T₂₂相同的宽度，并且T₂₁处于T₁₂的中间部分，正如图10所示。T₁和T₂分别具有如该图所示的长度。这是因为T₁₁+T₂₁和T₁₂-T₂₁的和是在该情况下的两个周期的长度。

以下将详细地解释在散射状态和透射状态之间的切换。根据本发明的屏幕可以正常构成，使得当驱动电压变化时，屏幕没有立即在散射状态和透射状态之间进行切换，以及屏幕根据在散射状态和透射状态之间切换的响应速度来呈现出转移状态。

例如，在图4所示屏幕的散射状态和透射状态之间的切换中，上升时间和下降时间的转移状态如图11和12所示。在图6所示屏幕的散射状态和透射状态之间的切换中，上升时间和下降时间的转移状态如图13所示。图11、12和13中的斜线所表示的转移状态7显示出与其它部分相比较明显放大了时间计量。

在这种情况下，较佳的是，当屏幕已经通过转移状态并已经呈现出几乎100％的散射状态时，就进行由图像投影单元投影，而当散射状态进入趋于透射状态的转移状态时，就停止由图像投影单元投影。这是因为该操作允许有图像投影单元所投影出的光被屏幕所散射，在这种状态下可以更加强烈地散射光。尽管投影可以图12所示的时序图来执行，但较佳的是，该投影也可以图11所示的时序图来执行。这是因为在转移状态下的直接投影给观众的光的比例增加会使得观众感觉到耀眼。在采用两个或者多个屏幕的情况下，可以根据图13所示的时序图来执行操作。

在图11或者图13所示时序图的情况下，呈现出转移状态的屏幕可以认为是处于透射状态。换句话说，就有可能采用屏幕从散射状态变化到趋于透射状态的转移状态所需要的下降时间的时间周期和另一屏幕从透射状态变化到趋于散射状态的转移状态所需要的上升时间的时间周期相互重叠的操作方法。在上升时间和下降时间是基本同时的情况下，就容易获得具有亮度的图像或者高透明性的屏幕，因为这有可能更加有效地利用时间。

无论转移状态是与光散射状态有关还是与光透射状态有关，都可以根据环境来确定。然而，当需要确保与光透射状态有关的时间较长时，较佳的是，转移状态可认为是光透射状态。就可以应用根据本发明的T₁和T₂，而与光散射状态或者光透射状态有关的转移状态无关。

根据本发明的图像显示系统，可以通过重复包括上述光透射状态和光散射状态的时序图来显示各种图像，例如，看上去浮置在背景中的静止图像，前后运动、水平、垂直和倾斜运动的图像，和看上去浮置在背景中的运动图像。根据本发明的图像显示系统也可以显示多幅图像，通过在重叠屏幕上所显示图像之间的切换来提供一种三维图像的演示，或者其它等等。

从避免系统装置外形难看的观念出发，较佳的是，提供的图像投影单元或者快门，以避免观众可以看见它。这可以通过将图像倾斜地投影在屏幕表面上或者提供盲板来实现。

图3和图5所示的实施例都是为这类结构所设计的。具体的说，屏幕1和1’都相对于观众而倾斜设置，并且根据需要提供盲板6，以避免观众看见图像投影单元或快门，正如图3和图5所示。尽管在图3和图5所示实施例中，图像投影单元和快门设置在相对于观众的下面，但是图像投影单元和快门也可以设置在上面，正如图8所示，或者设置在左右两侧中的任一侧。尽管当采用这种方法投影时，通常图像看上去都会变形，但是通过改进投影的原型图像或者使用校正透镜可以抑止这种变形。当观众所看见的图像投影单元和快门都可以接受时，就不再需要这种结构。

在许多情况下，较佳的是，屏幕具有一个透明的四周部分，因为这有可能以强调的方式来显示看上去如乎浮置在后面背景中的图像。为了获得这一目的，较佳的是，采用透明的树脂层来密封屏幕的四周部分，或者可以在四周设置一个框，该框可以由透明的材料制成。在许多情况下，在主要部分中的屏幕四周部分是透明的。例如，只要除了与外部电路相连接地连接部分之外的四周部分是透明的，这就有可能采用十分强调的方式来显示看上去如乎浮置在后面背景中的图像。

可以应用熟知的任何类型的密封剂，只要它是高透明性树脂即可。通过使用这类高透明性树脂，屏幕的整体就可以具有高透明性，并且它有可能采用十分强调的方式来显示看上去如乎浮置在其后面背景中的图像。例如，当使用玻璃基板时，可以使用反射系数接近于玻璃的环氧树脂或者丙烯酸树脂，用于显示图像其中透明玻璃看上去如乎浮置在空中。

可以应用任何尺寸的屏幕，对角线长度从大约10cm至大约3m。然而，一般来说，从观众能够欣赏到具有震撼力的图像的观念出发，在许多情况下，大尺寸的屏幕优于小尺寸的屏幕。可以将多个屏幕拼接在一起，以形成一个大尺寸的屏幕。

当将多个屏幕拼接在一起时，较佳的是，液晶层可以在拼接的边缘上拼接在一起，以便于采用基本连续的方式来显示图像。当液晶层在拼接的边缘上相互重叠时，所显示的图像会在亮度上有所不同，这不是较佳的。

相反，当屏幕的四周形成密封或者框的拼接边缘时，在拼接的边缘上就不能切换光透射状态和光散射状态。其结果是，当密封或者框是由透明材料所制成时，所产生的问题是在拼接的边缘不能显示图像，并且图像是部分不连续的。

在某些情况下，拼接边缘不透明是有利的，并且形成的各个拼接边缘的部分或者整体处于光散射状态使之具有等效于屏幕的散射性能。这是因为所显示的图像是连续的，或者因为即使图像包含不连续的部分，但所显示的图像可以具有最小的不连续部分。在这种情况下，尽管拼接边缘仍保持着光散射状态，甚至于即使所有屏幕的液晶层已经呈现出光透射状态，但是这种状况不能使得对观众的不舒适感最小化。

尽管本发明的解释主要是讨论所有屏幕的液晶层在重叠方式中具有光透射状态的时间区域的情况，但是对本发明而言这一条件并不是必不可少的。当提供多个屏幕时，并且当所有液晶层没有重叠方式中的光透射状态的时间区域，则就难以采用重叠的方式使得观众可以同时看见在屏幕上的图像和在屏幕后面的背景，以及当观众看见屏幕上的图像时，没有投影图像的屏幕部分看上去就像乳白色。然而，观众可以具有图像看上去整体浮置在空中的印象，这就能够达到本发明的某些目的。

例如，一种图像显示系统，该系统包括至少一个能够重复呈现出光透射状态和光散射状态的屏幕和一个用于将图像投影在屏幕上的图像投影单元；其中，该屏幕包括由液晶和具有中间结构的固化树脂所制成的液晶层，该液晶层包括具有相对于基板表面60度或大于60度的预倾斜角度的液晶分子，以及一对带有透明电极的基板设置成将液晶层夹在其中；该屏幕构成了当将电压施加在面对面的电极上时，液晶层就呈现出光散射状态，而当没有电压施加在面对面的电极上时，液晶层就呈现出光透射状态；图像投影单元构成了将图像投影在呈现光散射状态的屏幕上；并且光透射状态和光散射状态以最小重复单元的重复频率可以设置在观众不能识别出屏幕上的图像闪烁的范围内的数值上；以及在本发明的一个模式中包括了重复频率可以设置在30Hz或者更高频率的图像显示系统。

本发明的模式在已经采用所有屏幕的液晶层采用重叠方式都具有光透射状态的时间区域的情况下进行了解释，并可以在某些情况下执行，即使是在所有液晶层采用重叠方式都不具有光透射状态的时间区域的情况下。

图14是本发明另一实施例的示意图。在该实施例中，提供了两个屏幕和两个图像投影单元。屏幕1B设置在观众4一侧，而屏幕1A设置在图像投影单元的一侧(相对于观众的另一侧)。

该图示出了采样各个图像投影单元在各自对应屏幕上投影图像的处理以及各个样本依次顺序来排列。在该图中，从左往右示出了处理流程。

当所有屏幕的液晶层都呈现出光透射状态时，图像投影单元没有投影任何图像。这是，观众4可以看见在屏幕后面的背景5。

根据该实施例的系统构成了将图像投影单元2A所投影的投影图像聚焦在呈现出光散射状态的屏幕1A的液晶层上，并且进行如图像8A的显示。

当两个屏幕的屏幕1A的液晶层呈现出光透射状态时，由另一图像投影单元2B所投影的投影图像通过屏幕1A的液晶层，聚焦在屏幕1B的液晶层上，并且进行如图像8B的显示。

于是，观众4就可以看见图像8A、图像8B和背景5的所有图像。其中，图像8A和图像8B都是投影图像，各自可以静止图像和/或运动图像来显示。

可以确定操作的时序，从而可以将光透射状态和光散射状态的基本组合的重复频率作为最小重复单元(对应于在该图中由T₀所表示的时间部分)设置在一帧周期之内，其数值是在观众不能识别出在各个屏幕上的图像闪烁的范围内。驱动时序可以设置成当屏幕的液晶层呈现出光散射状态时屏幕就在其上面显示投影图像。

当投影时间较短时，可以进行调整，通过增加投影图像的亮度使得观众可以充分看见所投影的图像。光透射状态和光散射状态的组合可以设置在适当地时间部分中，并且该时间部分可以是任意变化的。重复频率可以设置成一个恒定数值，正如以下实例中所阐述的。一个屏幕可以间隙工作，以持续一定的时间周期来停止显示图像。

通过组合在多个屏幕上的投影图像，该系统就可以显示所投影的图像，使得所投影的图像在屏幕的深度方向上形成三维的运动。

根据本发明的图像显示系统可以用作为车载平视显示器，商店中诸如橱窗的售货促销设备，设置在办公室、工厂或者展览大厅中的接待桌附近的信息显示器，设置在普通商店内的现金收款机附近的信息显示器，适用于游戏房游戏机或者其它等等的信息显示器，它可以允许观众欣赏到独特的图像。

根据本发明的屏幕可以具有提供顺序显示图像功能的部分，例如，使用液晶层和成对的透明电极来显示时间。该屏幕也可以具有提供另一类液晶显示器功能的部分，例如，反射型的液晶显示器。例如，该屏幕下部分形成图形电极，从而可以在所需要的部分中通过产生散射来显示图像。

根据本发明的屏幕可以设置在其它显示器上，因为该屏幕是透明的。例如，该屏幕可以设置在车载仪表屏或者其它仪表的前面。换句话说，该系统可以在屏幕后面设置了仪表、信息显示器或者镜子来使用。

可以作为单个屏幕所使用的屏幕可以分成为多个部分或者分成和形成多个形状。该屏幕可以具有多种层叠在其中的图形化屏幕。

多个屏幕可以具有随着时间的流逝而变化的散射屏幕，以便于为观众提供一种看上去闪烁的告示。

从增加冲击的阻力观念出发，较佳的是，固定上层和下层基板。例如，上下层基板可以使用粘结隔离柱来固定。较佳的是，粘结的隔离柱是采用具有高透明性的材料所制成的。

在使用中不需要采用散射方式来显示图像的屏幕部分可以在整体上使用粘结树脂来填充。即使部分屏幕需要采用散射方式显示图像，仍可以通过调整粘结隔离柱所占据的区域来控制散射性能。当屏幕后面的背景需要可见到某种程度时，这是一种特殊有效的方法。

实例

现在，讨论本发明的实例。在实例的解释中，术语“份”和“多份”分别是指“份，按重量计”和“多份，按重量计”。

实例1

屏幕，具有图2示意显示的剖面形状，可以采用以下方法来制成：首先，80份具有负的介质各向异性的向列液晶(AG-1016XX，由Chisso公司制造)，20份由图1中的公式(a)所表示的可固化化合物，以及0.2份二苯乙醇酮已丙基醚数种混合在一起，以制备混合的配方。

接着，提供一对玻璃基板，它具有用作垂直对准的聚酰亚胺薄膜，该薄膜在透明电极上形成(JALS-682-R3，由JSR公司制造)，长度为200mm，宽度为200mm以及厚度为1.1mm，并且聚酰亚胺薄膜相互面对面。在非常少量的直径为6μm的树脂珠散布在聚酰亚胺薄膜之间的间隙中，通过沿着基板四边所印制的宽度大约1mm的环氧树脂将基板相互粘结，并且固化环氧树脂。于是，就制备了屏幕，其四周采用透明树脂层密封。特别是，透明密封层部分可以事先切割开的，并在密封层固化之后，将所混合的配方通过所切割的部分注入到制成的液晶单元。此后，采用环氧树脂来密封密封层上的切割部分，并且固化环氧树脂，完成图2所示的密封层28。接着，固化可固化化合物，以形成液晶层，同时有可固化化合物溶解于其中的液晶在用于垂直对准的聚酰亚胺薄膜的作用下保持着垂直于基板表面方向的对准。特别是，在所注入的液晶单元保持在40℃的同时，采用主要波长为大约365nm的Hg-Xe灯，以大约2.5mW/cm²的紫外射线从上面和以大约2.5mW/cm²的紫外射线从下面辐射10分钟，以制成屏幕，该屏幕是采用透明树脂层密封的。

图21示出了有关透射性与驱动电压的数据(有效数值)，这是采用具有5度收集角度的光系统估算所获得的。玻璃基板的表面没有经过防反射(AR)的处理。

使用一对表面涂覆二氧化硅的碱性玻璃基板(AS，由Asahi玻璃公司制造)，并且测量光从一个基板的外表面传输到另一个的外表面的透射率。

在电压没有施加时的透射率为大约84％。在施加40V电压时的透射率为大约3％。

正如图9所示，屏幕可以具有一个透明树脂所制成的密封框29，以提高四周部分的机械强度或者防止液晶或其它部件的化学转移。在这种情况下，屏幕是采用透明树脂层和密封框双重密封的。

作为图像投影单元，可以使用由EPSON公司制造的投影仪(型号，ELP-50)。作为快门，可以使用机械旋转的断续器，它的旋转速度为60Hz，快门时间为大约50％。

光通过屏幕液晶层的散射状态的切换可以60Hz来进行，并且与图4所示时序的图像投影相同步。

驱动屏幕液晶层在光透射状态和光散射状态之间变化的驱动操作是通过施加一个200Hz的交流矩形波来进行，该电压可以在0V和30V之间切换，上升时间为大约1.5ms，而下降时间为大约2ms。

采用图3所示的结构，相对于观众4来设置屏幕1，图像投影单元2和快门3。通过该实例的图像显示系统，观众4就能够同时看见在屏幕上的图像和在屏幕后面的背景5，且没有闪烁。当图像显示系统不工作时，该系统可以给观众一种宽阔的感觉，因为屏幕在没有施加电压时完全呈现出光透射状态。当图像显示系统工作时，观众就有一种透明图像看上去浮置在空中的印象。

实例2

如图5所示，提供两个屏幕，各个屏幕可根据与实例1相同的方法来制造。屏幕1和屏幕1’可以相互平行的方式来设置，且其中具有大约50mm的间隙。从观众的位置来看，两个屏幕看上去是以基本重叠的方式来设置的。

有关图像投影单元，可以使用两个图像投影单元，各自具有与实例1相同的型号。有关快门，可以使用两个机械旋转断续器，各自具有与实例1相同的型号，并且可加以控制使之以图5所示的投影时序操作。时间周期T₁₁、T₁₂，T₂₁、T₂₂、T₁和T₂分别设置为T₁₁＝4ms、T₁₂＝12ms，T₂₁＝4ms、T₂₂＝12ms、T₁＝8ms和T₂＝8ms。

由图像投影单元2在屏幕1上显示图像，由另一图像投影单元2’在屏幕1’上显示字符图像。在该实例中的图像显示系统中，能够在没有闪烁的条件下同时鉴赏到两幅图像，并且还能够在没有闪烁的条件下鉴赏到在屏幕后面的背景。于是，可以鉴赏三维的图像演示，给观众一种深度的感觉。

当在屏幕1上显示诸如Cinderella Castle(注册商标)背景的图像和在屏幕1’或屏幕1上显示dancing Mickey Mouse(注册商标)的图像且在该实例中Mickey Mouse可以前后运动时，就有可能获得具有深度感觉的图像演示效果。

当图像分别显示在屏幕1和屏幕1’上使得两幅图像相互重叠时，会发现可以将屏幕1的亮度和屏幕1’的亮度设置在不同的数值上，以获得具有透视的图像演示效果，这样就有可能实现三维的图像演示，而不需要为了欣赏三维显示所通常需要的一副眼睛。

当显示Mickey Mouse图像、Minnie Mouse(注册商标)图像和CinderellaCastle图像时，有可能实现三维图像演示，其中，观众具有Mickey Mouse图像在最接近于观众的位置上，Cinderella Castle图像在离观众最远的位置上，而Minnie Mouse图像在中间的位置上，在这样的条件下，Mickey Mouse图像在屏幕1’上的相对亮度值为1而在屏幕1上的相对亮度值为0；Minnie Mouse图像在屏幕1’上的相对亮度值为0.5而在屏幕1上的相对亮度值为0.5；而Cinderella Castle图像在屏幕1’上的相对亮度数值为0而在屏幕1上的相对亮度值为1。

一般来说，在使用两个或者多个重叠屏幕，在两个屏幕上投影的图像具有如同上述Mickey Mouse和Cinderella Castle实例中的不同亮度的情况下，就有可能实现上述具有相对距离不同感觉的图像组合。术语“两个屏幕”是指至少两个屏幕，图像组合的数量可以是多个，并且在一个组合中的一个屏幕可以属于另一个组合。

在该结构中，如果观众移动他或她的头就不能欣赏到三维的图像演示。这是因为当在屏幕1上的图像和在屏幕1’上的图像不能合成时，观众就不能鉴赏到三维的图像。在许多情况下，为了增大观众能够鉴赏到三维图像演示的角度范围，较佳的是，缩短在屏幕1和屏幕1’之间的距离。根据本发明，即使在这种情况下仍可以欣赏到充分透视的感觉。一般来说，较佳的是，在相邻屏幕之间的距离为从0.4至200mm。然而，为了从几乎每一个保持着透视感觉的位置上欣赏到三维图像演示，较佳的是，该距离为从0.4mm至50mm。更佳的是，在相邻屏幕之间的距离为2mm±1mm。

各个屏幕的前面和后面都采用AR(低反射率的涂层)薄膜来涂覆，它可以由包括SiO₂和TiO₂的绝缘多层薄膜所制成的。经过这一处理，通过减小外来光对玻璃基板表面的反射就可以提高对比度。此外，有可能将图像投影单元所投影图像引起的多种反射使得图像变得暗谈的问题最小化。

在使用多个屏幕的情况下，较佳的是，如同该实例，采用AR薄膜来涂覆各个屏幕的表面。作为另一种具有低反射率的方法，是采用具有与玻璃相同反射系数的树脂填充在相邻屏幕之间的间隙中的方法。

实例3

屏幕采用与实例1相同的方法来制成，除了用于垂直对准的聚酰亚胺薄膜的表面要经受研摩之外，并且预倾斜角度设置在70度的角度。

在驱动屏幕液晶层在光透射状态和光散射状态之间变化的驱动操作中，上升时间大约为1.0ms，而下降时间大约为1.5ms。

采用图3所示的结构，相对于观众4设置屏幕1、图像投影单元2和快门3。通过在该实例中的图像投影单元，观众4就能够在没有闪烁的条件下同时看见在屏幕上的图像和在屏幕后面的背景5，如同实例1。当没有施加电压时，系统给观众提供一种宽阔的感觉，因为屏幕完全呈现出光透射状态，如同实例1。当图像显示系统工作时，观众就有一种透明图像看上去浮置在空中的印象。

实例4

在实例1中的图像显示系统可以用作为车载平视显示器，用于车辆行驶的仪表显示器，设置在橱窗中的图像显示器，或者在常规商店中设置在现金收款机附近用于销售的信息显示器。当图像显示系统没有工作时，可以避免屏幕对眼睛的不友好，最小化对观众的压抑感觉并且给观众提供一种宽阔的感觉。当图像显示系统工作时，屏幕可以显示具有透明感觉的图像，这就允许观众看见在屏幕后面的背景。

当根据本发明的图像显示系统安装在车辆上时，屏幕可以设置在如同现有车辆中所设置的平视显示器的仪表屏的上半部分或者设置在驾驶员座位和邻近座位之间的中央控制台的上半部分。通过使用根据本发明的图像显示系统，驾驶员可以安全地驾驶，因为他或她可以视觉识别车辆前面的环境。当图像显示系统没有工作时，驾驶员没有压抑的感觉，因为屏幕是透明的。

在这种情况下，图像显示系统可以显示宽幅图像，例如，包括速度指示或者报警指示之类与车辆有关的信息图像，导航信息，电视台广播的图像，视频图像，通过互联网发送的图像，或者ETC系统上的信息。

即使当屏幕具有与车辆挡风玻璃相同的尺寸，驾驶员仍可以没有任何障碍地开车。图像显示系统可以应用于挡风玻璃或者与挡风玻璃集成在一起。图像显示系统可以具有能够占据部分挡风玻璃的屏幕。该屏幕可以设置在前面座位和后面座位之间。即使是在后一种情况下，根据本发明的图像显示系统仍然有利，因为在前面座位上的人和在后面座位上的人能够避免相互隔离的感觉。

当图像显示系统用于演示橱窗时，系统可以通过在商品前设置屏幕并且在屏幕上显示商品信息来吸引顾客。

当常规的图像显示系统设置在诸如便利店里的现金收款机附近或者在现金收款机上时，顾客就有一种在顾客和商店收银员之间存在着物理屏障的隔离感觉，因为常规的屏幕是不透明的。通过使用根据本发明的图像显示系统，顾客就不会感觉到隔离。根据本发明的图像显示系统可以采用类似的方式设置在接待桌上。所显示的图像的实例是项目介绍，项目信息，例如，特价项目，只在有效周期内销售的项目，或者在有效数量内有效的项目，或者这类项目的商品信息。

实例5

使用了五个屏幕，各个屏幕采用与实例1相同的方法来制造，其中，在一帧中散射的屏幕数量设置为两个。离观众最远的屏幕称之为屏幕“a”，其它屏幕称之为屏幕“b”，屏幕“c”，屏幕“d”和屏幕“e”，依次它们与观众越来越近。当背景图像，例如，Cinderella Castle的图像显示于屏幕“a”，在第一帧中Mickey Mouse的图像显示于屏幕“b”，在第二帧中Mickey Mouse的图像显示于屏幕“c”，在第三帧中Mickey Mouse的图像显示于屏幕“d”，以及在第四帧中Mickey Mouse的图像显示于屏幕“e”。

通过这样一种操作，观众能够具有Mickey Mouse越来越接近于他或她的印象。相反，当Mickey Mouse的图像从屏幕“e”移动到屏幕“d”，移动到屏幕“c”，移动到屏幕“b”以及最终移动到屏幕“a”时，观众能够具有MickeyMouse越来越远离他或她的印象。当所有五个屏幕在一帧中稳定显示图像时，则图像演示在整体上是暗的，这不是较佳的。然而，可以发现在该实例中通过在一帧中仅仅只使用两个屏幕，就可以实现等效的亮度。

随着在相邻屏幕之间的距离变短，图像看上去就会以更加连续的方式在前后方向上运动。较佳的是，该距离为大约30mm，更佳的是，为大约10mm或者更短。为了具有距离的感觉，可有效地增加屏幕的数量。

实例6

为了增加屏幕的尺寸，可以将四个屏幕拼接在一起以获得大尺寸的屏幕，其中各个屏幕可以实例1相同的方法来制造。有关拼接部分，在对应于密封部分外边框的部分上的玻璃宽度设置在0.1mm或者更小。位于密封部分内且不具有诸如电绝缘之类光散射功能的部分所具有的宽度为0.5mm或者更小，以便于最小化不显示图像的部分区域。采用这种结构，在相邻屏幕之间拼接处和不利于散射的部分区域能够最小化。

其结果是，有可能在观众没有整体不自然感觉的条件下显示图像，尽管该图像包含了不连续的部分。

当形成不利于散射的部分，即，不能够在光透射状态和光散射状态之间切换的部分时，通过附加散射的树脂，其具有反射系数的珠状物扩散于透明的环氧树脂中，以致能稳定地呈现出光散射状态，该部分就能够稳定地具有类似于屏幕的散射性能。于是，就有可能获得更加自然的图像，可以在没有不连续的条件下显示该图像。

实例7

为了增加屏幕的尺寸，可以使用塑料基板来取代实例1中的玻璃基板。例如，塑料基板可以采用厚度为0.2mm的聚碳酸酯树脂来制成。在宽度为1m的轧制聚碳酸酯薄片上以连续的方式沉积一层ITO薄膜，并且在ITO薄膜上沉积一层用于垂直对准的薄膜。将聚碳酸酯薄片切成2m长，以制备两个基板。屏幕可以采用与实例1基本相同的方法来制成，除了具有液晶材料和混入的隔离柱的液体注入在两个基板之间间隙中之外。于是，就能够获得具有类似于实例1性能的大屏幕。

实例8

屏幕1可以采用与实例1相同的方法来制成。正如图15所示，所制成的屏幕可以设置在车辆的仪表屏30和驾驶方向盘31之间，并且图像投影单元2可以设置在系统的下半部分，以便于将图像投影在屏幕上。

有关系统所提供的图像，在屏幕1上的图像与在仪表屏30上的图像相重叠，从而形成一幅合成的图像，正如图16(a)至16(c)。屏幕1构成了电压只施加在图16(b)所示的点状图形部分上，以便于点状图形部分可以在透明状态和散射状态之间变化，各个点状图形部分能够独立选择所施加电压。于是，屏幕能够与图像投影同步将电压施加在所需的点状图形部分。

例如，图17(a)显示了一例显示图像的实例，它只表示由方向指示仪所给出的右转弯信号。与该图像形成无关的点状图形部分处于透明状态，使得在没有改变亮度的条件仪表屏仍可以看见，因为与该图像信息无关的点状图形部分没有处于散射状态。图17(b)只显示了在下部中央部分一图像的实例。图17(c)显示了一了在两个位置上同时显示图像的实例。

图18(a)至18(c)显示了使用两个具有相同于图17(c)所示屏幕的图形的屏幕。图18(a)显示了只有远离观众(接近于仪表屏)的两个屏幕位置(右上位置和中下位置)呈现出显示图像的散射状态。图18(b)显示了远离观众的屏幕右边位置从散射状态变化到透明状态，而接近于观众的屏幕右边位置呈现出散射状态。图18(c)显示了接近于观众的屏幕右边位置从散射状态变化到透明状态，而远离观众的屏幕右边位置呈现出散射状态。通过重复从图18(a)经过18(b)至18(c)的步骤，随着时间的流逝来改变右转弯指示的显示位置，这就有可能引起观众的注意力。这种结构与常规的闪烁显示器相比提供了非常独特的显示器。由于接近于观众的屏幕可以设置成触摸屏，使之具有能够接受信息输入的功能，观众能够响应在屏幕上的选择显示，这是非常方便的。

实例9

使用能够键合上和下基板的粘结性隔离柱，来取代在实例1中用于间隙控制的树脂条。将包含粘结隔离柱的液晶涂覆在一个基板上，该基板上具有形成在透明电极上用于对准的聚酰亚胺薄膜(JALS-682-R3，由JSR公司制造)。通过使用平版光刻技术的图形化工艺，形成隔离柱，其间隔距离为300μm×300μm，尺寸为20μm×20μm以及高度为6μm。此后，采用与实例1相同的方法制成屏幕，采用热处理将整个上和下基板最终键合在一起。在图19中，采用标号32来指示所形成的粘结隔离柱。采用这种结构，就有可能彻底减小在没有施加电压时由于诸如冲击等所引起的透明性下降的现象。

2002年9月3日申请的日本专利申请号No.2002-258234和2002年11月20日申请的日本专利申请号No.2002-3370634的整个披露内容，包括说明书、权利要求、附图以及摘要等全部地引用于此供参考。

Claims (12)

1.一种图像显示系统，其特征在于，该系统包括：

屏幕，它包括一对带有透明电极设置在上面的基板；和夹在基板中间的液晶层，该液晶层可以呈现出光透射状态和光散射状态；和，

图像投影单元，用于投影图像于所述平面上；

其中，当电压施加在面对面的透明电极上时，液晶层就呈现出光散射状态，而当没有电压施加在面对面的透明电极上时，液晶层就呈现出光透射状态；

其中，屏幕面对着图像投影单元设置，使得当液晶层呈现出光散射状态时，图像投影单元所投影的图像可以聚焦在屏幕上，以便于视觉识别；

其中，光透射状态和光散射状态的组合的重复频率作为最小重复单元可以设置在观众不能够识别出在构成屏幕上所显示图像的闪烁的范围内的数值上；以及，

其中，屏幕液晶层呈现出光散射状态的时间周期(T₁)和屏幕液晶层呈现出光透射状态的时间周期(T₂)部分可以设置在一帧之内，使得观众可以同时识别在屏幕上的图像和在屏幕后面的背景。

2.根据权利要求1所述图像显示系统，其特征在于，所述屏幕包括多个屏幕；并且所提供的屏幕具有相互重叠的显示表面，使得当各个屏幕的液晶层呈现出光散射状态时，由图像投影单元所投影的不同图像显示在各个屏幕上，从而可以在各个屏幕上显示相互不同的图像。

3.根据权利要求1或2所述图像显示系统，其特征在于，所述一帧的重复频率设置在33Hz或者更高的数值上；并且将T₁和T₂的部分设置为满足于T₁/(T₁+T₂)≤0.8。

4.一种图像显示系统，其特征在于，该系统包括：

屏幕，它包括一对带有透明电极设置在上面的基板；和夹在基板中间的液晶层，该液晶层可以呈现出光透射状态和光散射状态；和，

图像投影单元，用于投影图像在屏幕上；

其中，当电压施加在面对面的透明电极上时，液晶层就出现出光散射状态，而当没有电压施加在面对面的透明电极上时，液晶层就呈现出光透射状态；

其中，屏幕面对着图像投影单元设置；

其中，液晶层包含液晶和具有中间结构的固化树脂，包括液晶分子的液晶具有相对于基板表面60度或者大于60度的预倾斜角度；以及，

其中，当液晶层呈现出光散射状态时，图像投影单元所投影的图像可以聚焦在液晶层上，以便于视觉识别。

5.根据权利要求4所述图像显示系统，其特征在于，所述一帧的重复频率设置在33Hz或者更高的数值上。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述图像显示系统，其特征在于，所述屏幕包括多个屏幕；并且一个屏幕液晶层从光透明状态改变成光透射状态所需要的上升时间和另一个屏幕液晶层从光散射状态改变成光透射状态所需要的下降时间被设置成在各个屏幕连续驱动时上升时间和下降时间瞬时相互重叠。

7.根据权利要求1至6中任一所述图像显示系统，其特征在于，所述屏幕包括多个屏幕，相邻屏幕在相互之间具有0.4至200mm的距离；以及，

其中，在至少两个屏幕上所投影的图像具有不同的亮度。

8.根据权利要求1至7中任一所述图像显示系统，其特征在于，所述在液晶层中的液晶和固化树脂都可通过采用光聚合方法固化形成。

9.根据权利要求1至8中任一所述图像显示系统，其特征在于，所述屏幕具有仪表、信息终端或者镜子设置在后面。

10.根据权利要求1至9中任一所述图像显示系统，其特征在于，所述屏幕所具有四周部分的主要部分是透明的。

11.根据权利要求10所述图像显示系统，其特征在于，所述屏幕是透明的，除了与外部电路相连接的部分。

12.根据权利要求1至11中任一所述图像显示系统，其特征在于，所述屏幕在没有施加电压时可以具有80％或者高于80％的透射率。

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