CN1800948A - 显示器保密屏 - Google Patents

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Abstract

一种用于垂直偏振显示器(如LCD)的保密屏，包括转动膜、偏振膜和双折射膜。保密屏发射大量显示器正交(或接近正交)方向发出的光，而不发射大量显示器发出的水平、非正交的光，从而产生保密作用，在有人基本上直接位于显示器前方时，显示内容只能被该人看到。

Description

显示器保密屏
发明背景
发明领域
本发明属于显示器，尤其是垂直偏振输出的液晶显示器(LCDs)，更具体地说，属于一种限制这类显示器视场，从而让显示器上出现的图像基本上被直接位于屏前方的用户能看到而不被以斜角观看屏的其它人看到的组件。这一观看保密目的通过基本上消除屏发出的不在垂直的方式中光而实现。
相关技术说明
液晶适用于电子显示器，这是因为通过液晶层运行的偏振光受层的双折射的影响，而双折射可用层两端的电压改变。因此与其它显示器所用的发光材料所需的功率相比，可用小得多的功率控制光的发射式反射，使LCD显示器的寿命更长、重量更轻、低功耗。
在LCD计算机监视器和电视显示器中，像素矩阵跨越显示器排列，这些像素通过两组垂直导体之间的x-y顺序寻址方法受激。若显示器配用了向列液晶，就可用薄膜晶体管阵列控制各像素的驱动电压。
在众多场合中，希望扩展可观看显示器的角度而不使反差损失畸变。比如在航空电子学中，对若干从不同角度观看屏幕的人而言，显示清晰而不畸变很重要。在许多情况下，还希望计算机显示器能被用户以外的观察者看到，而电视屏可对不直接位于屏前方的观众显现不畸变的图像。各种原有的参考文献诸如美国专利No.5,612,801，都揭示了允许更大不畸变、高亮度观察角的组件。
然而，目前正在出现各种希望明显减小有效观察角以实现观看保密性的应用情况。本发明只让坐在屏前的用户接近屏上图像，防止坐在旁边或立在后面的人观看屏上图像。例如现在的计算机用户已在飞机航班上普遍使用便携计算机处理专有文档。出于安全原因，最希望能防止邻座或走过飞机过道的乘客观看屏上的信息。其次，更新的机内座舱设计正在取代较大的集中安置的观看屏(通常挂在过道上面)，较小的个人屏从高架舱降下，或者个人屏装在每位乘客的座椅背面或托盘桌上，从致每位乘客都能选择自己的娱乐。通常，因为每位乘客可能正在接收自选的娱乐显示和/或付费，诸如电影或者访问各种网址，或出于安全原因，接收私人的电子邮件消息，因此希望防止周围的用户观看显示内容。
对观众来说，为增强LCD显示器用途而开发的大多数器件，针对在其上制作图像。能被加到LCD设备以简单、轻量与不突出的方式使视场变窄并限制观看观众范围而不损失图像亮度的器件还不易得到。为减小视角，目前使用了3M提供的微窗板。但这样会降低图像亮度，必须通过增大供给背光的功率和/或使用各种增亮膜进行补偿。本发明解决了这个问题。本发明是一种包括转动膜、双折射膜与偏振膜的显示器保密屏，要求在显示器上使用该保密屏，其偏振态可使显示器视场变窄，从而实现保密。保密屏组装时使显示屏以非正交方式发射的光线水平分量被保密屏阻断而不发射到观看者，因此明显减少或消除了从非90°观看屏上图像的机会。增设一块增亮膜，可增强发射光的强度。
美国专利6,239,853揭示了一种包括交错波板的LCD保密屏，波板包含交替的双折射与各向同性膜部分。该专利揭示的保密屏虽然有效，但其缺点是交替的双折射与各向同性区域(作为条)的设计复杂，制作困难，而且耗时，相对昂贵。更重要的是，Rockwell专利只基于全波与半波考虑，未顾及入射角变化对阻滞的作用。本发明满足了显示器行业对有效和成本效益的保密屏提出的要求。
发明内容
本发明满足了上述要求，因为在入射角(即视角)对通过双折射媒体的光发生变化时，提供了基于阻滞变化的保密屏。
在一实施例中，本发明是一种垂直偏振显示器的保密屏，包括：
(a)转动膜，用于接收来自显示器的垂直线性偏振光，在通过转动膜发射该偏振光时，使垂直线性偏振光转成约45度的线性偏振光；
(b)第一单轴向双折射膜，用于发射接收来自转动膜的光，即约45度的线性偏振光，第一双折射膜的厚度为d1，阻滞值R为：
           R＝(ne-no)d1/cosθ
θ是显示器屏上的光入射角，no与ne分别是沿第一双折射膜正常轴线与异常轴线的折射率，其中d1大于25微米，使R响应于θ变化；和
(c)第一偏振膜，其偏振轴定位成接收第一双折射膜发出的线性偏振光。
在另一实施例中，本发明是一种如上述的保密屏，还包括：
(d)第二双折射膜，用于发射接收来自第一偏振膜的被线性偏振到第一偏振膜偏振轴的光，第二双折射膜的厚度d2大于或等于25微米；和
(e)第二偏振膜，被定位成接收第二双折射膜发出的线性偏振光，第二偏振膜有一偏振轴。
在又一实施例中，本发明是一种垂直偏振显示器的保密屏，包括：
(a)转动膜，用于接收来自显示器的垂直线性偏振光，在通过转动膜发射该偏振光时，使垂直线性偏振光转成约45度的线性偏振光；
(b)第一双轴向双折射膜，用于发射接收来自转动膜的光，即约45度的线性偏振光，第一双折射膜的厚度为d1，对于以相对法线测得的θ角入射于该膜的光，其阻滞值为Rθ，可用以下关系近似表示：
          Rθ≈Ro[1+sin2θ/2ninavg]；
其中第一双轴向双折射膜的特征在于具有限定其膜平面的单位矢量a与b和限定其法线的单位矢量c；Ro[nb-na]d1，是正入射光阻滞；navg＝(na+nb+nc)/3＝双轴向双折射膜的平均折射率；ni选自na、nb与nc，对应于描绘显示器垂直方向的单位矢量(a、b或c)；而d1大于25微米，使R响应于θ变化；和
(c)第一偏振膜，其偏振轴定位成接收第一双折射膜发出的45度线性偏振光。
还有其它若干保密屏实施例，涉及其它双折射膜和偏振膜。
附图简介
图1是LCD屏发射光的示意透视表示。
图2A是三层保密屏的正面透视图。
图2B是图2A中三层保密屏的侧视图。
图3A是五层保密屏的正面透视图。
图3B是图3A中五层保密屏的侧视图。
图4是本发明在一般背光显示器上使用的一保密屏实施例(100)的侧视图。
图5是本发明在一般背光显示器上使用的另一保密屏实施例(300)的侧视图。
图6是本发明与增亮膜一起使用的一保密屏实施例(100)的侧视图。
图7是实例1的保密屏的被发射入射光百分比与相对法线角度的曲线图。
图8是实例2的保密屏的被发射入射光百分比与相对法线角度的曲线图。
发明的详细描述
图1是LCD显示屏10的示意表示，示出了垂直地发射(正交或法向入射)到LCD屏表面(90°)的光线12和两条代表非正交光的非正交光线14与15。第一光线14仅在水平方向不是90°，第二光线仅在垂直方向不是90°。带水平分量14的非正交光线，对直接坐在屏前以外的人提供LCD屏上图像的可见性。本发明的目的是尽量防止这种水平的非正交光线被人看到。
对角线大于17英寸的LCD显示屏诸如10，一般输出有一垂直线性偏振极性的偏振光线(如图1双箭头线16所示)。如上所述，LCD显示屏有一垂直的显示器偏振轴(如垂线)。在描述有关本发明保密屏的理论上的考虑因素与其它细节之前，先说明一下本发明保密屏诸主要实施例的结构特征。这里的“垂直”或“垂向”包括垂直或至少接近垂直发射的光；“线性”或“线性地”包括线性地或至少基本上线性地发射的光。
在一实施例中，本发明的保密屏100包括转动膜105、第一双折射膜110和第一偏振膜120，如图2a与2b所示。转动膜接收来自显示器的垂直线性偏振光，并在通过转动膜发射该光时，使它转成约45度的线性偏振光。双折射膜具有使它单轴向双折射或双轴向双折射的特性(如下定义)。较佳地，该膜为单轴向双折射。第一偏振膜有时也称为检偏器。转动膜105和第一双折射膜110具有光轴，第一偏振膜120具有偏振轴。转动膜光轴、第一双折射膜光轴与第一偏振膜偏振轴之间的角度关系，除了有所偏好以外，不作限制。较佳地，在本例中，转动膜光轴与垂线成-22.5度(负)，第一偏振轴与垂线成+45度(正)，第一双折射膜光轴为垂直。这一选择对应于图1和2A所示的轴线关系，其中显示器偏振轴是16，转动膜光轴是106，第一双折射膜光轴为111，第一偏振膜偏振轴为121。
在另一实施例中，本发明的保密屏300包括转动膜305、第一双折射膜310、第一偏振膜320、第二双折射膜330与第二偏振膜340，如图3a与3b所示。转动膜接收来自显示器的垂直线性偏振光，在通过转动膜发射该光时，使它转成约45度的线性偏振光。两块双折射膜都具有使它们成为单轴向或双轴向双折射的特性(以下定义)，较佳地，这些膜都是单轴向双折射。第一偏振膜有时称为检偏器。第一与第二双折射膜310、330和转动膜305具有光轴，而第一与第二偏振膜320和340具有偏振轴。显示偏振轴、转动膜光轴、第一与第二双折射膜光轴和第一与第二偏振膜偏振轴之间的角度关系，除了有所偏好以外，不作限制。较佳地，在本实施例中，转动膜光轴与垂线约成-22.5度(负)，第一和第二偏振膜的偏振轴与垂线约成+45度(正)，而第一与第二双折射膜光轴均垂直。这一选择对应于图1和3A所示的轴线关系，其中显示器偏振轴是16，转动膜光轴是306，第一双折射膜光轴是311，第一偏振膜偏振轴为321，第二双折射膜光轴为331，第二偏振膜偏振轴为341。较佳地如图3A所示，第一与第二双折射膜的光轴(分别为311与331)平行，第一与第二偏振膜的偏振轴(分别为321与341)平行且与垂线成约+45度(正)而转动膜光轴与垂线成约-22.5度(负)。换言之，本实施例中，转动膜光轴与第一或第二偏振膜之间的夹角约为67.5度。
图4示出把本发明一实施例(100)用作一般背光LCD结构的保密屏的情况。LCD屏10后面的源20产生的光15与LCD屏像素的电子激发相结合，在屏上产生图像，该光通过透明的屏部分穿透。光能以与LCD屏面各种不同的角度正交放射。在LCD显示器10的出射一侧，可以选用普通的显示器输出偏振器30产生显示图像并限定显示器的偏振轴。LCD显示器是个偏振器已附接显示器的完整单元，借助于该偏振器而拥有显示器偏振轴；此时增设显示器输出偏振器30并非必要，但可选用。LCD10(若配有偏振器)和/或显示器输出偏振器30当作保密屏的输入偏振器，称为“输入偏振器”。若LCD不用作显示器(例如，若使用等离子体显示器或阴极射线管(CRT))，则必须在非LCD显示器前面增设输入偏振器，使显示器有一限定的偏振轴。
偏振器(偏振膜)只发射那些平行于膜偏振方向振动的波列分量，而吸收与所述方向成直角振动的波列分量。虽然可发射不平行于偏振膜偏振方向的某些波列分量，但是出射(通过)该偏振膜的光被线性偏振。
材料若在不同方向有不同的折射率，就是双折射。任一材料都可用沿正交轴的三种本原折射率全面表征。若其中两种折射率相同(称为“正常”no)，而第三种不同(称为“异常”ne)，它就是单轴向双折射。若ne＞no，则必定是双折射。若所有三个方向的折射率都一样，该材料便称为“各向同性”。
在单轴向双折射膜结构中，若异常折射率(或C轴)处于膜平面内，称为a板，因它接近光学对称，晶体学家称之为a切割晶体。若有厚度d与双折射ne-no被选成：
                (ne-no)d＝λ/2
就将这种a板说成半波，λ是λ射光波长。半波板具有这样的特性：当平面偏振光在其上入射而使偏振矢量与膜的异常轴构成θ角时，为光通过时，偏振平面就转动二倍θ。注意，真正的单轴向材料只能在固态单晶中找到。如这里提出的聚合物膜，当增量nac或nbc比增量nab大时，就被定为单轴向双折射，因而na与nb近似相等，二者都称为no，正常折射率和nc不同)较大或较小(被称为ne，即异常折射率；其中a、b和c为单位矢量，构成分子或聚合物光学各向异性空间。在a板类膜中，b与c形成膜平面，正常折射率no沿b轴，异常折射率ne沿c轴。
双轴向双折射膜被定义为一种所有三种本原折射率具有不同值的膜，即na≠nb≠nc，且na≠nc，其中a、b与c都是单位矢量，a与b形成膜产面，c与该膜平面垂直。对于厚度为d的双轴向双折射膜，光正入射时，阻滞由下式给出：
               Ro＝[nb-na]d
双轴向膜有两条光轴，在na＜nb＜nc时，它们处于ac平面内，c任一侧的α角由下式给定：
         Tanα＝nc/na[(nb 2-na 2)/(nc 2-nb 2)]1/2
对于双轴向双折射膜，若增量n很小(≤～0.01)，则阻滞值由下式近似给出：
            Rθ≈Ro[1+sin2θ/2ninavg]
式中navg是平均折射率(na、nb与nc的平均值)，ni选自对应于单位矢量(a、b或c)的na、nb与nc，描写显示器的垂直方向。举一实例，对于θ在bc平面(若a垂直，则为水平)内的双轴向膜的特定阻滞情况，阻滞值近似为：
             Rθ≈Ro[1+sin2θ/2nanavg]
要强调的是，对于入射在膜上的光而言，上式只有在双轴向膜光轴之一投射到双轴向膜的膜平面上对包含θ的入射平面成90°才成立。若ni的顺序与以上所示不同，则必须适当修正上述等式或近似式。一般而言，在涉及双轴向双折射膜的其它场合的阻滞值更复杂得多，只能用复杂的矩降表示法描述。
如上所述，图4示出本发明保密屏100的一实施例，包括转动膜105、第一双折射膜110和用在显示屏10上的第一偏振膜(检偏器)120，显示屏10配有输入偏振器30。光分量在从输入偏振器30出射并通过转动膜与第一双折射膜时，它们的偏振轴明显转动且正比于光通过该双折射膜的横越距离。对于正交的光，通过双折射膜的横越距离最小，等于膜的厚度d。对于非正交(斜)光，则距离大于膜的厚度d，取决于相对光入射该膜的法线所测出的角度。在本发明中，相对于显示器和保密屏的光轴与偏振轴，合适地选择双折射膜的双折射程度(例如单轴向双折射膜的ne-no)与厚度d，使几乎所有的正交光通过保密屏发射，从膜120出射，从而被观看者看到，而水平方向的非正交光基本上被保密屏阻塞而不从膜120出射，故不被观看者看到。
在图1所示具有显示器偏振轴16的显示屏10上使用的保密屏100一实施例中，第一偏振膜120的偏振轴121将与转动膜出射光的偏振轴108相交(90°)，如图2A所示。第一双折射膜的双折射度与厚度经选择，使正交光线在通过双折射膜110时，其偏振矢量旋转90°，因此正交光在射出双折射膜后其偏振矢量平行于或至少基本上平行于第一偏振膜的偏振轴，再被发射，从而被投看着看到。反之，非正交光线的偏振矢量转到大于90°的角度，旋转量比以更大的斜角入射双折射膜的光线更大，因此大量斜光线的偏振矢量不平行于第一偏振膜的偏振轴，不通过保密屏发射，所以不能被观看者看到。总之对该例而言，第一双折射膜和第一偏振膜与转动膜一起包括保密屏，共同工作而防止以斜水平方式横越双折射膜并经LCD和/或输入偏振器30发射的光到达观看者。在锐反差时，法向入射光不被保密屏阻塞，可被法向或接近法向观看的观看者看到。
更具体地说，上述的增强是必需的，因为对第一实施例而言，正入射观看区的阻滞是通过第一偏振膜的λ/2。在更斜的角度，比如也许是仍有保密作用的30°，阻滞改变到λ。由于该阻滞特征与θ的余弦有关，当θ通过该平面变化时，阻滞在某一角度将偏向3λ/2，故同样通过第一偏振膜。该例有一第二双折射膜，其阻滞特征的在法向区为零或λ(一回事)，故法向或近法向光的通过第二偏振膜。另外，在与第一双折射膜的3λ/2相符的角度，第二双折射膜的阻滞为λ/2，因而非法向光与第一偏振膜平行时，将被第二偏振膜阻塞。
图5示出把本发明另一实施例(300)用作一般背光LCD结合的保密屏的情况。该背光LCD结构的功能与操作与上述一样。该例的保密屏300包括五层，如上所述。第一与第二双折射膜和第一与第二偏振膜的用途与功能，均与上述保密屏100一样。下面列出本发明转动膜、双折射膜和偏振膜的某些其它规范。
这里描述的转动膜都是半波阻滞器，有时称为偏振转动器，因为它们使线性偏振转了2θ角度，θ是线性偏振轴与快轴(单轴向材料的光轴)的夹角。这与将慢轴矢量的相位延迟π(相位延迟)类似。更明白地说，转动膜从显示器取得垂直线性偏振光，并在通过转动膜发射偏振光时使光转动，让它与第一偏振膜正交。
所有矢量都被考虑为其它矢量之和。认为该线性偏振光是两正交矢量之和。因此半波板膜在放入光路时，可将光分成两个正交电场矢量，一个与波板光轴平行，另一个垂直。波板使垂直矢量绕光轴旋转，最后从板出射的矢量是转了2θ的线性偏振光。
双折射膜不是单轴向双折射就是双轴向双折射。第一双折射膜的厚度为d1，其中d1大于25微米，因而R(阻滞值)响应于θ变化(如上讨论)。较佳地，第一双折射膜的厚度d1大于100微米。第二双折射膜的厚度d2大于或等于25微米。较佳地，双折射膜的厚度为25微米-100微米，包括里面的所有厚度。若膜厚度明显小于25微米，则对折射率差合适的双折射膜而言，阻滞值变得太低了。若膜厚度明显高于1000微米，则保密屏的总厚度可能太厚，在许多应用中不方便的。再有，双折射膜在两条膜轴之间的折射率差为0.00002-0.001，若折射率差小于0.00002，阻滞值就太低，保密效果的范围太小或可以忽略；若折射率差大于0.001，则双折射膜将对通过它的光产生不希望的色彩效果。对单轴向双折射膜的特定情况，Δn＝ne-no为0.00002-0.001。本发明选择了第一与第二双折射膜，使它们在电磁谱的可见与红外区内呈现双折射。较佳地，双折射膜都是聚保物，包括但不限于乙酸纤维素(例如双乙酸纤维素((CDA))、聚乙稀醇、聚碳酸酯和组合及其混合物等膜。
本文描述的发明不要求任何特定的获得双折射膜的方法，公布的文献里示出了若干制作技术。一种常用技术是单轴向地拉伸某些塑料膜，诸如聚碳酸酯、聚乙稀醇乙酸纤维素聚合物膜。另一种技术是把可聚液晶单体溶铸到磨擦的聚酰亚胺膜上，形成的液晶膜的c轴将对准聚酰亚胺膜的磨擦方向。膜经干燥与聚合，在聚酰亚胺膜上留下双折射的聚合物涂层。本领域的技术人员知道形成这类双折射膜的其它方法。
有时在实施本发明时，希望稍微改变双折射膜的双折射(例如双折射膜的平面内双折射(Δnxy))，以便得到保密角比不作改变的更小的保密屏。改变双折射膜的双折射的合适方法，包括但不限于以高于环境温度的合适温度在合适的时段内作热处理。在一实施例中，以聚合膜的玻璃转化温度(Tg)或近似该温度对聚合膜热处理。作为一个特例，以浇铸CDA(双乙酸纤维素)膜的玻璃转化温度(115℃)或近似该温度对该浇铸CDA膜热处理。可以应用本领域技术人员已知的其它方法而不限制改变双折射膜的双折射。
双折射膜所希望的双折射变化幅度一般相当小。对于双折射改变(如热处理)，一种更灵敏的双折射相关特性重大变化对处理的指示由平面内阻滞R＝Δnxuxd给出，Δnxy为平面内双折射，d是膜厚度。
除了要求能改变和分析光偏振态以外，并不限制本发明的偏振膜。具体地说，偏振膜分析偏振态阻塞还是通过的作用，取决于被双折射膜更改的状态。当然，通过意味着改变，因为若该状态是椭圆偏振，则偏振器将只让某些线性的椭圆偏振光通过，在光通过这些膜之一通过时与轴线对准或平行。当来自显示器的偏振光与本发明的双折射膜互作用时，改变了其偏振态，最重要的是，其状态被不同地改变到入射在其上的光与法线的夹角。偏振器根据具有这些偏振态的光线与法线的夹角，让它们通过或受阻。具体而言，在本发明中，偏振器与双折射膜一起使视区内的光通过偏振器，同时阻塞保密区内的光。本发明可将多种不同市售偏振器的任一种用作偏振膜。偏振膜具有偏振轴，从而在光通过这些膜时，就分析光的偏振态，如前所述。同样地，双折射膜作出改变，而偏振器通过使状态通过或者受阻来分析所述状态。
对于装载了本发明的保密屏的显示器来说，在偏振膜偏振轴和双折射膜光轴相对于显示器的偏振轴的定向方面，本发明有若干选择。在一实施例中，第一偏振膜偏振轴对显示器偏振轴定成90°±60°的第一角，第二偏振膜偏振轴对显示器偏振轴定成90°±60°的第二角。在另一实施例中，第一偏振膜偏振轴对显示器偏振轴定成90°±15°的第一角，第二偏振膜偏振轴对显示器偏振轴定成90°±15°的第二角，第一单轴向双折射膜光轴差不多平分第一角，第二双折射膜光轴接近平分第二角。在又一实施例中，第一偏振膜偏振轴与显示器的偏振轴正交，而在再一实施例中，第二偏振膜偏振轴与显示器的偏振轴正交。
作为上述设备的另一实施例，可在LCD屏10和输入偏振器30后面各个位置，诸如图6所示的位置增设增亮膜40(也可加在其它位置，诸如在LCD屏10与输入偏振器30之间)。增亮膜利用折射光在使前的方向上聚集光，很少使光斜向发射。这些膜有市售。增亮膜40聚集LCD屏10/输入偏振器30发出的光，使更多的光到达保密屏100背面，被观察图像通过其正常视区更明亮，因此到达观看者的光更强。使用增亮膜时，远离正交的角度很少有光。图6示出了与增亮膜40一起装到显示屏10/输入偏振器30的保密屏100。
在本发明的保密屏包括第一单轴向双折射膜和第一偏振膜的情况下，当1)第一偏振膜偏振轴垂直于显示器偏振轴，2)在满足以下半波公式时，则保密屏在装到具有偏振轴并发射波长为λ的光的显示器上时会呈现出保密作用：
          (ne-no)d1＝(2n-1)λ/2
式中λ是从显示器入射到屏上的光波长，(ne-no)d1是光入射于与显示器垂直的屏时第一双折射膜的阻滞值R，n为整数。在一实施例中，n＝1，第一双折射膜的阻滞值R为50nm-350nm。在另一实施例中，阻滞值R为150nm-300nm。在又一实施例中，R为250nm-270nm。在这些满足以上半波公式的实施例中，第一偏振膜偏振轴垂直于显示器的偏振轴。
在本发明的保密屏还包括第二双折射膜与第二偏振膜的情况下，当满足了以下公式时，该保密屏在装到发射波长为λ的光的显示器时将呈现出更强的保密作用(与前述的二层保密屏相比)：
          (ne-no)d2＝(2n-1)λ/2
式中λ是显示器入射到屏的光波长，(ne-no)d2涉及到阻滞值为R2的第二双折射膜，也是第二双折射膜对入射到垂直于显示器的屏的光的阻滞值R2，n为整数。在一实施例中，n＝1，第二双折射膜的阻滞值R为10nm-250nm。在其它实施例中，阻滞值R为40nm-100nm，在另一些实施例中，R为60nm-80nm。
另在本发明的保密屏包括第一单轴向双折射膜与第一偏振膜的情况下，当1)第一偏振膜偏振轴平行于显示器偏振轴，且2)满足下列全波公式时，保密屏在装到具有偏振轴而且发射波长λ光的显示器时将呈现出保密作用：
                (ne-no)d1＝nλ
式中λ是显示器入射到屏的光波长，(ne-no)d1是第一双折射膜对入射于与显示器垂直的屏的光的阻滞值R，n为整数。在一实施例中，n＝1，第一双折射膜的阻滞值R为50nm-350nm。在其它实施例中，阻滞值R为150nm-300nm和250nm-270nm。在这些满足以上全波公式的实施例中，第一偏振膜偏振轴平行于显示器的偏振轴。
在本发明的保密屏还包括第二双折射膜与第二偏振膜的情况下，当满足下式时，该保密屏在装到发射波长为λ的光的显示器上时将呈现出更强的保密作用(与前述的二层保密屏相比)：
                (ne-no)d2＝nλ
式中λ是显示器入射到屏的光波长，(ne-no)d2涉及到具有阻滞值R2的第二双折射膜，也是第二双折射膜对入射于与显示器垂直的屏的光的阻滞值R2，n为整数。在一实施例中。n＝1，第二双折射膜的阻滞值R为10nm-250nm。在其它实施例中，R为40nm-100nm和60nm-80nm。
在本发明的保密屏还包括第一双轴向双折射膜与第一偏振膜的情况下，当1)第一偏振膜偏振轴垂直于显示器偏振轴，且2)满足下列半波公式时，该保密屏在装到具有偏振轴且发射波长为λ的光的显示器上时将呈现出保密作用：
           Δnxyd＝(2n-1)λ/2
式中λ是显示器入射到屏上的光波长，为整数，d是第一双轴向双折射膜的厚度，Δnxy如前定义。
虽然本发明已参照其不同的实施例作了图示与描述，但是本领域的技术人员应该明白，可对形式、细节、组成与操作条件作出变化而不违背本发明如所附权项规定的精神与范围。
实例
本发明的诸优点可通过参照下列诸实例而看到，这些实例示明了本发明但不作限制。这些实例中，材料或膜的厚度为密耳(千分之一英寸)，角度为弧度，发射与透射系数为入射百分比，除非另有指示。
术语
CDA：双乙酸纤维素；膜厚度取样在7密耳与30密耳之间；Clarifoil，系ACORDIS集团成员，英国。
胶膜：挤压的纤维素(粘胶纤维)，产品名称为Clearphane，HighlandSupply公司提供，111 Sixth street，Highland，II 62249-1408。
C.I.E.：国际照明委员会。
LCD：液晶显示器；View Sonic VA 720：View Sonic，Walnut，CA。
LP：线性偏振器；Tech Spec线性偏振层压膜；Edmund Scientific，Barrington，NJ。
PA：在显示器法线任一侧与观看方向之间测得的保密角，光输出降至法向光输出的5％(无任何在法向测出的光输出物理障碍)。举例说，若在法线(对应于0°)任一侧以θ/2°角测出的光输出为5％，则保密角为2×θ/2＝θ°。对于配备保密角为θ的保密显示器，该显示器通常可以保密角θ内的观察角看到，但一般不能以大于保密角θ的斜视角看到(比如太暗或字符分辨不清)。
PSA：压力敏感粘剂；AD-20；Polatechno有限公司，香港。
PGB：该技术分别指红/绿/兰色，标称波长为：红色632nm，绿色550nm，兰色470nm。
转动膜：一种膜(如挤压的纤维素)，在偏振光经转动膜发射到不同的偏振平面时，使光(例如垂直偏振光)的偏振平面发生转动(例如使转动膜出射光的偏振平面与第一偏振膜偏振平面正交)。
Tmiss：发射比，即通过材料的辐射量(I发射)(与波长无关)相对于入射量(I入射)的百分比；Tmis＝I发射/I入射×100。
Tmitt：透射比，即通过材料的特定波长λ的辐射量(I(λ)透射)与该波长入射量(I(λ)入射)之比的百分比：Tmitt＝(I(λ)透射)/(I(λ)入射)×100。
VLT：可见光发射；用C.I.E描述白光源作为等能量源发射。
λ：电磁辐射(光)波长(纳米：10-9米)。
实例1
本例中，制备一块三层结构的保密屏并作试验，证明对垂直偏振输出液晶显示器的保密作用。更具体地说，三层结构包括两种不同的双折射材料，即胶膜与CDA同线性偏振器合在一起。转动膜(胶膜)是1密耳厚的商品膜。CDA膜厚度为20密耳，由英国ACCORDIS集团成员Clarifoil提供。LP是Tech Soec的线性偏振层压膜。这些膜用PSA层压在一起(CDA在三块膜的中间)，开窗孔径为4.5×3英寸。转动膜与挤压膜板机器方向重合的光轴，相对显示轴定成22.5度到垂直(沿Y轴，Z与显示器xy平面正交，x为水平方向)。CDA与浇铸CDA膜板机器方向重合的光轴，相对于显示轴垂直定向(垂线为y轴，z与显示器xy平面正交，x为水平方向)，LP对准偏振轴，而偏振轴与CDA光轴定成45度，并与胶膜光轴定成67.5度，使LP的45度轴线相对胶膜轴位于显示器垂直轴的相对一侧。出于人身安全，再用屏蔽带粘贴样品边沿。
样品被夹装到装在Newport转台上的全色LCD正面，Photo ResearchSpectra Pritchard Photometer的光谱辐射计/光度计(Photo Research公司，Chatseorth，CA)安装得离LCD法向面24英寸。LCD输出可在C.I.E.白色等能量点与饱和的红绿兰(RGB)屏之间切换。然后，在显示器法线任一侧的水平面内，通过转动80度(以5度增量)作发射与透射测量，在任一法线一侧，观测的结果呈对称。得到的结果列于表1内，作为入射光百分比。
                             表1
  角度(°)   发射白   透射
  红   绿   蓝
  -80-75-70-65-60-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-5051015202530354045505560   00001145644713202732333126201262356420   10111268865711172326282622161153579741   00011245533613212832333127201363356421   11121245634815233237383631241684355432
  65707580   0000   1001   0000   1111
表1结果表明，对于发射比在5或以上的0-30°主视区，在法线任一侧的25-30°内的角度发射跌至无障正常值100％(即显示器的正常输出，不带任何附接的保密屏或其它障碍)的5％的值。因此对该主视区而言，对本例保密屏测得的保密角(相对发射测量)为50-60°。图7以曲线示出表1的数据。对于白光发射，该曲线图对其保密角所作的数值分析，得出的被测保密角接近54°。在该三层保密屏中，从表1数据看出的第二角度范围超过30°，其中发射比同样为5％或以上。这被认为是一个次视区，利用下面实例描述的附加层可以把它消除或基本上消除。
实例2
在本例中，制备一块五层结构的保密屏并作试验，以证明使用该结构可得到更高级别的保密作用。该结构包含二个CDA层与二个LP层。更具体地说，本例中，该五层结构包括一胶膜层，二层CDA被LP分开，另一LP膜位于堆件相对端。整个实例每隔五层用PSA法层压在一起，成为单个堆件。
堆件构成时用1密耳转动膜(胶膜)作第一层，其光轴离垂线22.5°，接着是20密耳的CDA，光轴垂直，后面是LP，其轴线离垂线45°，离第一层胶膜的光轴67.5°，后面是10密耳的CDA，光轴垂直，再后面是第二LP，其轴线平行于第一LP。通常，胶膜光轴离垂线22.5°。二层CDA平行，光轴垂直。二层LP平行，轴线对CDA轴倾斜45°，对胶膜光轴倾斜67.5°(注意，CDA光轴的垂直对准为水平面的保密性能提供了对称轴)。
双上例同样的方法把该五层保密屏装到测量的LCD，并按前述方法测量，结果列入表2。
                              表2
  角度(°)   发射白   透射
  红   绿   蓝
  -80-75-70-65-60-55-50-45-40-35-30-25-20-15-10-5051015202530354045505560   111222244458162533384139362920114234422   011112457779142128333634312518105357741   000001234448152433384140373021124235421   000012234448172635414544393324146334432
  65707580   1111   1111   0000   1000
表2的结果表明，对于发射比为5或以上的0-30°主视区，在法线一侧30°角和法线另一侧25-30°角，发射比跌到100％无障正常值(即显示器正常输出，无任何附接的保密屏或其它障碍)的5％值。因此，对本例保密屏测得的保密角(对发射测出)为主视区的55-60°。图8用曲线给出了表2的数据。表2的数据表明，不存在发射比为5％或以上的超过30°的第二角度范围。所以在具有附加层的本例中不存在次视区。

Claims (19)

1.一种显示器保密屏，它包括：
a)转动膜，用于接收来自显示器的垂直线性偏振光，在透过所述转动膜传输该偏振光后，能使所述偏振光成为转动45度的线性偏振光；
b)第一单轴向双折射膜，用于传输接收自所述转动膜的光线，所述第一双折射膜的厚度为d1，阻滞值R为：
                 R＝(ne-no)d1/cosθ
θ是显示器入射到所述保密屏的光线的角度，no与ne分别是沿第一双折射膜的正常轴与异常轴的折射率，
其中d1大于25微米，使R响应于θ变化；和
c)第一偏振膜，其偏振轴定位成接收第一双折射膜传输的光线。
2.如权利要求1所述的保密屏，其特征在于还包括：
d)第二双折射膜，用于传输接收自第一偏振膜的光线，所述光线相对于第一偏振膜的偏振轴线性偏振，第二双折射膜的厚度d2大于或等于25微米；和
e)第二偏振膜，定位成接收第二双折射膜传输的光线，第二偏振膜有一偏振轴。
3.如权利要求1或2所述的保密屏，其特征在于所述双折射膜在电磁谱的可见与红外区呈现双折射。
4.如权利要求1或2所述的保密屏，其特征在于所述双折射膜的ne-no值的范围为0.00002-0.001。
5.如权利要求1或2所述的保密屏，其特征在于所述双折射膜的厚度范围为25微米-1000微米。
6.如权利要求2所述的保密屏，其特征在于所述第一偏振膜的偏振轴以相对显示器偏振轴成90°±60°的第一角定向，第二偏振膜的偏振轴以相对显示器偏振轴成90°±60°的第二角定向。
7.如权利要求6所述的保密屏，其特征在于所述第一偏振膜的偏振轴以相对显示器偏振轴成90°±15°的第一角定向，第二偏振膜的偏振轴以相对显示器偏振轴成90°±15°的第二角定向，第一单轴向双折射膜的光轴近似平分所述第一角，第二双折射膜的光轴近似平分所述第二角。
8.如权利要求1所述的保密屏，其特征在于所述第一偏振膜的偏振轴对转动膜光轴呈67.5°角。
9.如权利要求2所述的保密屏，其特征在于所述第二偏振膜的偏振轴对转动膜光轴呈67.5°角。
10.如权利要求1所述的保密屏，它满足以下公式：
                     (ne-no)d1＝(2n-1)λ/2
式中λ是显示器入射到所述保密屏的光线的波长，(ne-no)d1是第一双折射膜对入射到与显示器垂直的所述保密屏的光的阻滞值R，n为整数。
11.如权利要求10所述的保密屏，其特征在于n＝1，第一双折射膜的阻滞值R为50nm-350nm。
12.如权利要求2所述的保密屏，其满足以下公式：
                   (ne-no)d2＝(2n-1)λ/2
式中λ是显示器入射到所述保密屏的光线的波长，(ne-no)d2与阻滞值为R2的第二双折射膜相关，而且是第二双折射膜对入射到与显示器垂直的所述保密屏的光线的阻滞值R2，n为整数。
13.如权利要求12所述的保密屏，其特征在于n＝1，第二双折射膜的阻滞值R2范围为10nm-250nm。
14.如权利要求1所述的保密屏，它满足以下公式：
                  (ne-no)d1＝nλ
式中λ是显示器入射到所述保密屏的光线的波长，(ne-no)d1是第一双折射膜对入射到与显示器垂直的所述保密屏的光的阻滞值R，n为整数。
15.如权利要求14所述的保密屏，其特征在于n＝1，第一双折射膜的阻滞值R的范围为50nm-350nm。
16.如权利要求2所述的保密屏，其满足以下公式：
                     (ne-no)d2＝nλ
式中λ是显示器入射到所述保密屏的光线的波长，(ne-no)d2与阻滞值为R2的第二双折射膜相关，而且是第二双折射膜对入射到与显示器垂直的保密屏的光的阻滞值R2，n为整数。
17.如权利要求16所述的保密屏，其特征在于n＝1，第二双折射膜的阻滞值R2的范围为10nm-250nm。
18.一种具有偏振轴的显示器的保密屏，它包括：
a)转动膜，用于接收来自所述显示器的垂直线性偏振光，在透过所述转动膜传输该偏振光后，能使该偏振光成为转动45度的线性偏振光；
b)第一单轴向双折射膜，用于传输接收自转动膜的光，所述第一双折射膜的厚度为d1，对与法线成角θ入射在膜上的光的阻滞值为Rθ，两者可用下式近似为：
                Rθ≈Ro[1+sin2θ/2ninavg]
其中第一双轴向双折射膜被表征为具有限定其膜平面的单位矢量a与b和限定其法向的单位矢量c；
Ro＝(nb-na)d1，是法向入射光的阻滞值；
navg＝(na+nb+nc)/3＝双轴向双折射膜的平均折射率；ni选自na、nb与nc，对应于描绘显示器垂直方向的单位矢量(a、b或c)；而
d1大于25微米，使R响应于θ变化；和
c)第一偏振膜，其偏振轴定位成接收传输自第一双折射膜的基本上线性的偏振光。
19.如权利要求18所述的保密屏，它还包括：
d)第二双折射膜，用于传输接收自第一偏振膜的光线，该光线相对第一偏振膜的偏振轴基本线性偏振，第二双折射膜的厚度d2大于或等于25微米；和
e)第二偏振膜，定位成接收传输自第二双折射膜的基本线性的偏振光，第二偏振膜有一偏振轴。
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