TWI342756B - Polarizing mirror - Google Patents

Description

^42756 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種觀察用偏缝，具有反射第一類偏光 光至觀察側的第一平面；該鏡能放過第二類偏光光，並在 其非觀察側設置一顯示裝置；該顯示裝置於使用期間提供 第二類偏光光。在本申請案中的「觀察用鏡」或「顯示鏡」 係私種反射鏡，人眼（或人造眼，如（紅外）照相機之鏡頭） 透過該反射鏡，可見及外界景物受反射的部分。實際範例， 吾人可想到大型反射鏡類，如浴室用反射鏡、試穿間用穿 衣鏡甚或全反射鏡牆面。其它範例為中等尺寸反射鏡類， 如卡車用外視反射鏡、或化妝台反射鏡。 所謂「具有反射第一類偏光光的第一平面」，係意指—鏡 平面作為一偏光平面使用。使用時，在於某一定波長範圍 内的光，入射到該偏光平面上，將被分裂為兩部分，其一 部分被該偏光平面所反射，而另一部分則通過該偏光平 面°最為普遍周知的’是光被分裂所成的兩部分，已受線 性偏光而具有相互垂直的偏光方向。另一方面，該光可予 分裂成為右旋性及左旋性圓形或橢圓形的偏光。 【先前技術】 上述類型的顯示鏡，記述於尚在申請中的歐洲專利申請 案編號第02076069.2號（2002年3月18日申請）及編號第 02079306.3號（2002年 10月 17 曰申請）(=PH NL 02.1038)中。 該反射功能之獲得，係藉引入一偏光鏡或反射式偏光器， 以取代一在顯示裝置前方的不完全反射層。 95719.doc 1342756 【發明内容】 就—般實用而言，此類反射鏡的反射率，係選擇其為最 佳者，亦~，盡量高的反射率。結果，最好是大致：部的 5 ’或儘量多的光’受到反射，以達到其最佳的功能。儘 管-根據本發明的反耗’反射第一_光的光到觀察 側並放過第二類偏光的光，但還要在其非觀察側設置一 顯不裝f;該！頁示裝置在使用時提供第二類#光的光。 該顯示裝置在使用時，發射或反射（偏光的）光。 ”藉》周整第—類偏光光之偏光（方向），使其合於由該顯示 器所發射之偏光光之偏光（方向），可達成—大致為1〇〇%的 透射率（transmission factor)，導致所顯示的資訊，相對所反 射的影像’具有高度的對比。 然而，當該反射鏡的一部分作為一顯示器使用時，該反 射鏡的其餘部分的反射功能，仍積極有效。終結的反射， 引生晝日能見度與對比的惡化。另一方面，當作為一反射 鏡使用時’僅有一類偏光部分遭受反射，致使反射率僅約 5 0 /〇。此外’當鏡的尺寸係大於顯示器之尺寸而且該顯示 器是關閉（off)時’在該（暗）顯示器與顯示器範圍以外的反射 鏡背景之間，可以看到明顯的差異。為克服此一問題，最 好在該顯示裝置與偏光鏡觀察側之間，設置一可變換的光 學元件。 在一具體實施例中’例如’當顯示器是一液晶顯示裝置 時’該可變換的光學元件是一可變換的半藍姆達（1 /2λ)板。 在另一較佳具體實施例中’在偏光鏡的觀察側，設置一 95719.doc 1342756 以一主客系統為基礎的可變換偏光器，作為舉例來說。 然而，該可變換的光學元件，無論是丨,/]^板或一主客系 統，對角度之依賴性，是一問題，尤其在反射模式中。該 等組件是以電異向性（anisotropical)定向的液晶（LC)分子為 基礎，縱使是在高電壓下，該等分子（若該液晶材料具有正 電異向性）都不能達到和基板垂直的方向，因為其已錨定在 該基板上的緣故。這暗示，一觀察者從某一方向須循該等 分子的軸心線觀看，而從另一方向觀察者將看到光度較暗 的顯示器。 本發明具有多項目標，其一是要克服此項問題，至少部 分。另一目標’是要增強此種反射鏡顯示器之反射率。 為達到此一目標，一根據本發明之偏光反射鏡，在其觀 察側設有一偏光裝置，可在兩光學狀態間變換；該偏光裝 置在兩基板之間包括一液晶層；至少該兩基板之一者，設 有定向裝置，俾使液晶分子在該兩光學狀態之一者的期 間’定向在至少兩個取定方向上。 當該偏光鏡顯示器係用在反射模式中時，藉（在不同的定 型區域中）引入不同的取定方向，可將非所需的反射衰減， 予以提昇。該項衰減極為有效，尤當該可變換偏光器係以 主客系統為基礎時。

不同的取定方向（區域）的達成，可藉採用普遍周知的LCD 技付諸士於不同方向上拓印（rubbing);照相對準（使用 光罩）；朗繆爾-布洛格特層（Langmuir_BI〇dgett lasers)等等。 【實施方式】 95719.doc U42/56 本發明的這些及其它方面，蘇 糌參照以下描述的具體實施 例，將可予以闡明並彰顯。 所附送的諸圖式，均合乎基太店ιβ 卞丞本原理，但非按比例繪製。 相當的元件，通常是以相同的參照數字標示。 圖1顯示一用於觀察的反射錆驻 耵鏡裝置1’在一玻璃板4上設有 一反射光的反射鏡2，因此一 械察者3可見其影像3，（並進而 見及背景’未圖示）。根據本發明，該反映鏡（平面）僅反射 第-類偏光(方向)的光’而讓過第二類偏光(方向)的光。況

且該反射鏡在其非觀察側％右 =S _ y. m A 机开、W °又有—顯不裝置5 (也可參見圖 2)。 在此範财的顯示裝置5是一液晶顯示裝置，在兩基板 (玻璃或塑膠、或任何其它適當材料）之間，含有一液晶材料 6。因為大多數的液晶顯示裝置是基於偏光效應，該顯示裝 置5在使用時發射偏光光。通常，來自—背光1()的光，是藉 該液晶效應加以調制。因該液晶顯示裝置是基於一偏光效 應，該顯示器5包括第一偏光器8和第二偏光器（或分析 器）9,後者讓某一偏光（方向）的光通過。 該某一偏光的光，具有與第二類偏光（方向）光相同的線 性偏光方向，故而其可通過該反射鏡（平面）2，而無任何光 能的損失（100%透射率）。 因為大多數的液晶顯示裝置是基於線性偏光光的調制， 故而採用線性偏光器8、9，而反射鏡2也是一線性偏光汰選 性鏡，如一疊層的電介質層，各層具有四分之一選定波長 的光學厚度（或一光譜的平均值），然而，該各層同時具有選 957I9.doc 1342756 疋的折射率。另""可能性是所謂線栅偏S器（-種導電細線 柵格）之使用，其對於某—偏光具穿透性然而，反射正交 的偏光。 如果反射鏡和顯示裝i，關於一大致垂直於該第一平面 之軸線’疋可彼此相對旋轉的，由該顯示器所發射偏光光 的透射率&冑婁欠，因&其係依賴該受調制光之的偏光（方 向）與通過反射鏡2的光所具偏光軸線所夾的角而定。如 此，若需要，藉簡單轉動該反射鏡，能使該來自顯示器的 影像’變得暗淡或完全消失。 另方面，在某些應用中，例如將來自一（暗）液晶顯示 器（(O)LED)或其它顯示器的光，予以偏光，以獲得高度的 顯示資訊相對應用該反射鏡所反映影像的對比，可使該反 射鏡益受注目。 圖3顯示一根據本發明的反射鏡之一部分，其中使用一液 晶顯示器11，包含另一光學元件12 ,亦即一 1/2人板，是設 在该線性偏光汰選性鏡2，和一偏光器或一線性偏光鏡j 6 之間。若屬必要’該裝置可設一反射器丨3。 圖4顯示該一反射鏡的工作原理。顯示器丨丨，或是直接或 是藉使該光通過偏光器或一線性偏光鏡16，發射一是第一 偏光方向15的線性偏光光15。兩鏡2、16之偏光方向，構成 一 90度角。 入射光20，在該反射鏡2上（箭頭21)，作部分（某一偏光方 向’在此範例中標示為20')的反射^若該可變換半藍姆達 (1/2λ)板12是「關（off)」（圖4a)或「無作用（inactive)」時， 957I9.doc !342756 度的預先定向。就上述情況而言，可使用較高的雙折射性 的LC混合物，同時用一調制電壓來調節減速。 在另一具體實施例中，該可變換LCD晶格基板，均備置 電極與定向層次，其中取定方向，彼此相互構成一90。角。 當該液晶的厚度與雙折射率的乘積，是在於所謂的「古啟 與塔里（Gooch & Tarry)曲線」的第一最小值内，使得該半 波函數對於可見光波長，毫無感受性時，該所謂扭曲向列 型（twist nematic，TN)模式，特別有裨益。 額外的薄膜亦可加以利用，俾以改善視角的效應。當引 入可轉換阻礙器到前反射偏光器與第二反射式偏光器之間 時，初始的中性著色影像，常於較廣視角處增加若干顏色。 此項效應，業已眾所周知為液晶材料角度有關之雙折射 性，並可藉另加阻礙層，諸如負極c_板或傾斜阻礙疊層， 予以抵銷。 「關於廷一方面，也可使用平面交換（Ips)模式該模式在 「斷_」狀態時，LC分子是平行於一偏光器(無阻礙作 用），而在「通（on)」狀態時，該Lc*子是規則排列在如偏 光器（半藍姆達板）成45。角。 圖5顯示一更進的具體實施例，其非常適用於降低反 射。該可變換光學元件，現在是—可變換的偏光滤波器14， 設在偏光鏡的觀察側。該顯示器u發射第一偏光方向”,的 線性偏光光15。該缝器14的偏光方向和該偏光鏡2的偏光 方向是相同的（15，）。因此，與該偏光渡波器14的狀態無關， 自顯示器叠層戶斤發射出的光，獲得傳送而未受影響。 95719.doc 1342756 入射光2 0部分（某一偏光方向，在此範例中以2 〇 ”標示）通 過該可變換偏光濾波器1 4。若該可變換偏光濾波器】4是在 「斷開（off)」狀態（圖5a)，該部分的光（以2〇'，標示的部分）， 在該線性偏光汰選性鏡2上，遭到反射。該具偏光方向2〇” 的反射光，反射後（箭頭21)’再次通過該可變換偏光德波器 14 (箭頭22)。該光的另外部分（具偏光方向20，)被傳送通過 該反射鏡2 ’而最終為e玄顯不本體塊料所吸收。結果，約 有一半的入射光就這樣遭到反射。 如果可變換偏光濾波器14是在「接通（on)」狀態下（圖 5b) ’此時’其可吸收該具有偏光方向2〇"的光，後者在圖 5a中是受讓渡通過’並在反射鏡2上遭到反射。另外部分（2〇，) 則通過反射鏡2並再被吸入顯示器中。其結果，無任何入射 光遭到反射。該疊層可在一抑制反射的顯示狀態（濾波器〇n) 和一（部分）反射入射光的反射狀態（濾波器〇ff)之間變換。 就s亥可變換偏光器來說’有若干可行的作法存在。在一 具體實施例中，其係由一或多個被動式線性偏光器，和一 可變換的半藍姆達阻礙器所組成；類似於圖4中該可變換半 藍姆達板12和線性偏光鏡1 6的組合。此一類層疊將永為一 偏光器，惟具有一可變換的定向軸線。 另一可變換的偏光器，係由所謂主客系統所提供：雙色 性染料分子，係溶解於一向列型或對掌性（chiral)向列型的 液晶（LC)層中。該染料分子（客）是因該分子（主）的存在而 確定其方向。對該登層施加一電場，將使該分子重新定 向，而泫染料分子將跟隨重新定向。這一類的疊層或是 95719.doc -12- 1342756 吸收一偏光方向的光，或是成透明性。幾種可添加在液晶 混合物中的適合染料，展示於圖6中。 在圖4及5的具體實施例中，當該可變換光學元件（偏光濾 器14、半藍姆達板12)是在”off"時，無需電力，終於該入射 光的完全反射（在這狀態下，該顯示器本身可予關閉；因無 光可傳送，可節省能源）。在顯示狀態下，該可變換光學元 件（偏光濾波器14、半藍姆達板12)是在"on"時，可讓來自該 顯示器的光全部通過，但抑止全部入射的光。 圖7顯示一問題，其發生在圖5的裝置，使用此種由一主 客系統所提供的半藍姆達板或可變換偏光器的時候。該兩 組件係根據異向性定向LC分子25，歸因於在兩壁26、27處 排列之定向特性，是類似於LCD的定向特性；亦即，一特 疋方向28的角先取性（angu丨ar preference),係依賴定向條 件、電壓、等等而定。由於角依賴性’一觀察者29能看到 該反射鏡但不能看到發光的顯示器，而另一觀察者29，，能 看到顯示器但不能看到該反射鏡。 此項困擾問題，亦可較小程度發生於圖3的裝置中，由於 §亥可變換半藍姆達板是以LCD技術製成的。 根據本發明，在LC分子定向所在的排列層中，製作多個 區域，可提供一多域架構（一具圖形的結構）。獲得多域架構 的方法，内含為LCD工藝界所周知的，計有：藉使用光罩 曝光的照相對準；在各不同拓印程序間，應用微影術進行 組合拓印；以及其它。 其結果展示於圖8中。圖中展示一種裝置，具有兩個或兩 95719.doc 1342756 分析器）9 ’若有意願’可予刪除。在某些應用中，該玻璃 板4與反射鏡2，必要時，可予對換。 背光透射式液晶顯示裝置，雖已加描述，反射式液晶顯 示裝置的應用，並未排除。 另一方面，如前述及，將例如來自一（暗）LED或其它顯示 益的光，予以偏光，以獲得高度的顯示資訊相對應用反射 鏡所反射影像的對比，可使該鏡面益受注目。 又，如於序言中述及，可將不止一個的顯示器整合在該 反射鏡然而’可考慮許多其它應用範圍（後視鏡、試穿 ’荨荨）在若干應用中，如若使用一矩陣形狀，並有充 分驅動電路’該在於反射狀態與顯示狀態之間的變換，可 以局部執行。 除此之外，若干元件可合併成單一元件’例如，反射鏡2 與可變換半藍姆達板12或可變換偏光器_組合可加考 慮。 轉明在各個新|貞特性中，以及各個特性組合中，均有 其-疋的特色。巾請專利_條款巾的參考數字，不得用 ㈣限其保護範1動詞"t。eGmpHse(包括或包含）"及其變 化的使用1得㈣排除中請專㈣圍條款中所述及元件 以外的任何元件之存在。冠詞，^‘"之加諸元件之前， 並不排除該元件有複數的存在。 【圖式簡單說明】 本發明的反射鏡之-可行具體實施例； .·、η本發明的反映鏡的—部分合乎基本原理的 957I9.doc ^42756 橫斷面； 圖3為另一根據本發明的反射鏡的一部分合乎基本原理 的橫斷面； 圖4及5為另一反射鏡的一部分合乎基本原理的橫斷面； 5亥反映鏡為本發明所可適用者； 圖6展示各種適當染料，其可加入於液晶混合物中，以製 成一可變換的偏光器者； 圖7為一用以闡釋本發明的反射鏡合乎原理的橫斷面；及 圖8為根據本發明的反射鏡的一部分合乎原理的橫斷面。 【主要元件符號說明】 1 反射鏡裝置 2 偏光反射鏡 3 觀察者 3' 影像 4 玻璃板 5 顯示裝置 6 液晶材料 7 液晶層 8 第一偏光器 9 第二偏光器（或分析器） 10 背光 11 液晶顯示器 12 光學元件或半藍姆達（1/2 λ)板 13 反射器 95719.doc -16-

Claims (1)

1342756 十、申請專利範圍： 1. 一種用於觀察目的之偏光鏡（1)，具有一可反射第一類偏 光（20’）之光至觀察側之第一平面（2)，該鏡可讓第二類偏 光（20")之光通過並於其非觀察側設置一顯示裝置（5) ·該 顯示裝置於使用期中提供該第二類偏光之光；該偏光鏡 於其缺察侧具有偏光裝置（14)，可於兩光學狀態間變換， 包括一液晶層（7)介於兩基板（26、27)之間，至少該兩基 板之一者具有定向裝置，用於該兩光學狀態之一期間， 以使液晶分子（25)定向於至少二取定方向上。 2_如請求項1之偏光鏡，其中該基板，其作為與該顯示裝置 之圖形單元有關聯之各區面者，具有若干區域（30)呈相異 之偏光方向。 3. 如請求項1之偏光鏡，其中該介於兩基板間之液晶層包含 一染料（31)。 4. 如請求項1之偏光鏡，其中該可變換偏光裝置包含由一具 圖形之*/2λ減速器及一偏光器。 95719.doc