反射式光学偏振装置及装有它的液晶显示器制造方法及图纸

一种反射可控角度范围内的一个偏振方向的光的光学偏振装置（４５），和装有它的改进的扭曲排列的向列液晶显示器装置（６０），包括有支承在网状基片上的导电元件（４６）格栅，使一个偏振方向的光在反射垂直偏振光时透过格栅。该反射光的角度分布由基片的网纹结构决定。液晶显示器实施例包括一个用环境光在前面照明的专门的结构和一个由内部光源进行前部照明和背部照明的结构。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术的背景1、本专利技术的领域本专利技术涉及一种漫射和非镜面反射式偏振装置，尤其适合于液晶显示器。特别是，本专利技术涉及一种偏振装置，它具有多个薄的、细长的元件，用于(ⅰ)透射具有垂直于该元件的偏振方向的光，(ⅱ)反射具有平行于该元件的偏振方向的光，其中每个细长的元件具有一个与其一起限定网状表面的的外露表面以便以漫射方式或相对于一个参考平面以非镜面的方式反射第二偏振光。2、现有技术典型的液晶显示装置包括夹在前和后透明板之间的液晶材料层。透明电极位于透明板的内表面上并用于施加改变液晶层的透光性的电信号。透明电极一般制成确定显示装置的象素结构的样式。优选的和最通用的液晶显示器的形式为公知的“扭曲排列的向列式”液晶效果。扭曲排列的向列式效果是最好的，因为它提供了最好的对比度、与电流驱动电路技术相兼容的低驱动电压和锐响应阈、宽视角和良好的灰度再现。在扭曲排列的向列液晶显示器中，显示器夹层也包括固定在前和后透明板外部并具有偏振正交轴的线性偏振器。液晶层设计成使透过该层的光的偏振向量在未施加电场时转动90度，而在施加电场时不转动。因此，在未施加电场时，经一个偏振器透射的光重新定向以穿过相对的偏振器，使得控制板透明并明亮地显现给观察者。在施加电场时，经一个偏振器透射的光不转动且因此而被第二偏振器挡住。使得控制板不透明并不显现给观察者。用这种方式，透明电极可被用于将电场施加给控制板的选择的区域以产生光形式的可视图象和暗的象素。在许多应用中，液晶显示装置由位于夹层背面后的光源照明并从相对的一侧观看。在这种情况下，可视图象由单次经过控制板的光产生。但是，在某些应用中，如便携式通讯设备中要求低能耗且显示器主要由环境光照明。在这种情况下，反射式元件位于液晶夹层的后面以便环境光透过夹层、从反射式元件反射并从反方向再次穿过夹层到达观察者处。这样，由观察者所看到的图象由穿过液晶装置两次的光形成。具有现行的环境照明的扭曲排列的向列液晶装置的问题涉及光两次通过该装置的情况。最主要的问题是通常所说的“视差”问题，它是因反射器位于后透明板和后线性偏振器的后面的离液晶层相当距离处。进入显示器的环境光由液晶层进行空间调制以形成光投射到后反射器上的亮和暗区的样式。反射后，光以相反的方向穿过液晶装置并再次进行空间调制。但是，由于显示器正对着照明而以与显示器表面倾斜的角度进行观看，两次穿过液晶夹层形成的图象没有重合且是重影，或是大多数情况下阴影被观察者看到。虽然对于低分辨显示器如用于便携式电话和计算器中的那些显示器，阴影普遍被接收，该现象限制了环境照明的扭曲排列的向列液晶装置的分辨率、或缩小了象素大小，并妨碍了需要高信息密度显示器的产品如膝上型计算机的应用。现有的环境照明的扭曲排列的向列液晶装置的另一个问题是因线性偏振器的吸收引起的亮度的额外的损失。注意这对在吸收100％的正交偏振的光时透射100％的一个偏振方向的光的理想的偏振器来讲不是问题。但是，现有的线性偏振器只透射90％或更少的优选的偏振方向的光。在第二次穿过液晶夹层时的额外的吸收导致了至少20％的可显示亮度的损失。已公开了用于消除环境照明的扭曲排列的向列液晶装置中的视差备选的方法。一种方法是在美国专利4,492,432和5,139,340中所公开的利用仅在显示器前部需要一个偏振器的交变的液晶光电现象。由于不需要后偏振器，后反射器可紧挨着液晶层放在后透明板的内表面上。在这种方法消除视差问题的同时，采用该方法的显示器不提供高对比度、宽视角、快响应、和扭曲排列的向列液晶装置所提供的平滑的灰度再现。另一种方法是聚合物扩散的液晶显示器(PDLC)，其中液晶层自身作为漫反射器，消除对偏振器或单独的反射器的需求。当这种方法提供高显示亮度的电势的时候，PDLC需要不与现有的驱动电路技术兼容的高驱动电压和复杂的驱动波形。所给出的这些具有可选择的技术的问题对现有技术中的发展显示器技术是一个促进，它在消除视差问题的同时保留了扭曲排列的向列液晶装置的优点。Grinberg公开的美国专利4,688,897提出了通过在扭曲排列的向列液晶装置内使用导线格栅反射式偏振器来改进环境光照明的扭曲排列的向列液晶装置。该导线格栅用作后偏振器，作为镜面反射器并作为与液晶层的后面的电接触。在该方法依据具有与液晶层紧密接触的后反射器消除视差同时，这样做牺牲了使用镜面的而不是漫射的反射器的扭曲排列的向列显示器的有吸引力的特性。人们早就认识到在环境光照明的扭曲排列的向列液晶显示器中有三个理由不接受镜面反射器。第一，镜面的反射图象必须沿与来自前表面和显示器夹层的内表面自然产生的镜面反射同样的轴进行观察。这些面反射(没进行空间调制而形成图象)可以是5％或更多的入射光。由于偏振元件的吸收，显示器图象的最大亮度不能多于40％的入射光。这样，显示器的可能的最大对比度是40％/5％或8∶1，且可能更少。第二，带有镜面反射器的显示器的视角和亮度严格地由照明光来决定。例如，当显示器的性能可在漫射的室内照明的情况下被接受的同时，在用点光源照明时视角极小，而在阳光直接照射的情况下观察时显示器的亮度将超出肉眼的识别能力。第三，带有镜面反射器的显示器常具有因装置内的多重反射产生的令人讨厌的彩色条纹。对于这些原因，当把偏振器和反射器移进液晶单元中以消除视差问题时，上述方案没提供改进的环境光照明液晶显示装置。因此，还需要在保持扭曲排列的向列液晶现象的优点的同时克服视差问题的改进的环境光照明显示器。因此，要优先开发具有减少的视差的液晶显示装置，或能减小或消除视差的偏振装置。还要优先开发能漫反射光的偏振装置。也要优先开发能以非镜面方式反射一个偏振方向的光的偏振装置。本专利技术的目的和概述本专利技术的一个目的是提供将光源的光分成两个正交偏振的分量，其一个分量既被吸收也被透射，而另一个分量在整个可控角度范围内被漫反射或以非镜面方式反射。本专利技术的另一个目的是提供一种具有与现有的驱动电路兼容的低驱动电压、高对比度、无视差现象和重影的高分辨率及可控视角的改进的环境光照明的液晶显示装置。本专利技术的这些和其它目的和优点由一个偏振装置实现，它具有平行设置的多个薄的、细长的元件，每个具有一起形成网状表面的外露表面。该元件排列在源光束中，以便从总体上(ⅰ)透射具有垂直于该元件的偏振方向的光，以及(ⅱ)反射具有平行于该元件的偏振方向的光。大多数细长的元件共有与参考平面共同的方向和一个与参考平面垂直的共同的参考轴。元件的外露表面确定了多个限定网状表面的单元表面。因此，多个网状表面的单元表面的每一个都以漫射方式或以各种角度反射一个偏振方向的光。每个单元表面有一个垂直于单元表面的单元轴。大多数单元表面不与参考平面共面或平行。这样，单元表面具有不同于有效平均高度的升高。大多数单元表面的单元轴形成了与公共参考角不同的角度的范围。多个单元表面具有限定一峰值的升高部分和限定一谷值的降低部分。每个单元表面具有单元表面相对侧之间的大小或直径。该直径平行于细长的元件。大多数网状表面由具有大于可见光或近可见光的波长的直径或距离的单元表面形成。细长的元件的外露表面也确定了可为波浪形的横截面。该波浪形的横截面可以是周期性的或不规则性的。另外，该波浪形横截面可由曲面或平面确定。外露表面也可确定多个凹槽或突起。该突起可以是凸的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反射式扩散的偏振装置，通常用于将可见光或近可见光光谱区内的源光束分成两束正交的偏振光束，并以多于一个的角度方向反射其一束光中的大部分，该装置包括： 总体上平行设置的多个薄的、细长的、隔开的、构造成配置在源光束中的元件，该元件提供与源光束的电磁波相互作用的手段，以便从总体上（ｉ）透射具有垂直于该元件的偏振方向的光和限定一第一偏振的透射光束，以及（ｉｉ）反射具有平行于该元件的偏振方向的光和限定一第二偏振的反射光束， 每个细长的元件具有一个与其它元件的外露表面一起以漫射方式反射大部分第二偏振光的外露表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：道格拉斯P汉森，约翰冈瑟，
申请(专利权)人：莫科斯泰克公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]