專利名稱：改進的顯示器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及顯示器的改進。
具體來說，將描述本發(fā)明在液晶顯示屏中的應用。然而，本領域內(nèi)的技術人員應理解，可考慮其它應用，不應把對液晶顯示器的參考看作限制。
背景技術：
液晶顯示器是流行的顯示屏類型。它們通常被用作膝上型計算機的顯示屏，其中屏幕及相關計算機的尺寸和重量是重要的。除了計算機屏幕顯示器以外，尺寸較小的液晶顯示器的大量應用也是眾所周知的。
簡言之，液晶顯示器是由四層材料和大量液晶構成的。通常，首先通過在對準層的一個表面上放置偏振器來形成顯示器。把液晶置于第一對準層和用來把液晶保持在原地的第二對準層之間。最后，把第二偏振器置于第二對準層的其余外表面上。
在使用該屏幕時，把電場加到被保持在對準層內(nèi)的液晶的選中區(qū)域。
在正常情況下，非偏振光被投射到第一偏振器處。偏振光通過第一偏振器透射進入第一偏振器。接著，偏振光通過顯示器的液晶透射。
所使用的液晶具有旋光性(optically active)，并將通過一設定的角度扭轉偏振光。所使用的對準層保證了液晶以平行的方式定向(通常沿偏振器方向的線)，迫使通過晶體透射的光具有相同的扭轉或偏移。
常規(guī)LC顯示器中的對準層是通過精細裝置沿單個方向摩擦該層而實現(xiàn)的微細平行開槽線。
最后，扭轉的偏振光通過最后一個偏振層透射。最后一個偏振器如此構成，從而僅允許偏振光以特定角度通過顯示器的前面透射出來。此特定偏振角是光通常被液晶所扭轉的角度。
當把電場加到包含液晶的區(qū)域時，該電場使這些晶體轉到一個新的方向。射中新定向晶體的偏振光將通過不同的角度扭轉，因而將不能通過最后一個偏振器透射。
這樣，選擇性施加的電場使光通過顯示器某些區(qū)域透射并被顯示器的某些區(qū)域吸收，繼而產(chǎn)生可以電子方式控制的顯示表面?，F(xiàn)代液晶顯示器通過增加彩色濾光器對此基本描述進行改進，從而還可顯示白色或黑色以外的顏色。
然而，由于這種液晶或LC顯示器的設計，所呈現(xiàn)的圖像包含大量缺陷。
在標準LC顯示器中使用兩個偏振器明顯地削減了觀看顯示器以觀察良好分辨率的角度。如果從寬的角度觀看，與直接從顯示器前面觀看到的圖像相比，LC圖像將失去凝聚力。
在標準LC顯示器中使用兩個偏振器還明顯地削減了通過顯示器透射的光的量。在大多數(shù)情況下，必須使用強的背景光源，以保證通過顯示器透射充足的光為觀察者照亮圖像。
在以上LC顯示器的結構中使用兩個偏振器還增加了這種器件的制造時間和成本。需要額外的時間和金錢把偏振層加到顯示器的背側。
適當?shù)馗倪M了產(chǎn)生標準平行方式的對準層的過程。
LC顯示器中變化結合了在液晶中所散布的聚合物。這些顯示器使輸出光依據(jù)液晶內(nèi)所散布的外來顆粒的方向而有效地漫射(diffuse)。
使用散布有聚合物的液晶受到有關生產(chǎn)成本和所產(chǎn)生的圖像的清晰度的限制。一般，把這些類型的顯示器用作諸如窗等大尺寸的照明開關(light switch)。
申請人已發(fā)現(xiàn)標準液晶顯示器在應用于深視頻成象技術時是不足的。深視頻成象技術是未決的NZ314566、NZ328074和NZ329130號新西蘭專利申請及PCT/NZ98/00098號PCT申請的主題。
深視頻成象涉及顯示圖像的新方法和設備。通過組合在一起的兩個或多個顯示屏來形成“深”視頻圖像，從而觀察者可看到最靠近他們的第一屏幕上的圖像以及第一屏幕后的第二屏幕上的圖像?？砂延^察者看到的視圖定義為‘合成圖像’，它是由顯示在每個屏幕上的圖像形成。由于所使用的顯示屏之間的實際位移，觀察到的合成圖像看上去是三維的。前屏幕上的圖像可能后退到后屏幕上，反之亦然，從而產(chǎn)生深度的錯覺。
申請人已發(fā)現(xiàn)液晶顯示器可用于深視頻成象應用。后屏幕可由其后包括背面照明源的LC顯示器來形成。第二LC顯示器可被放置在后顯示器前面，它將不包括常規(guī)的背面照明部件，因為這些部件將干擾從后屏幕透射的光。實際上，前屏幕基本上是透明的，從而使得光從后屏幕透射到觀察者的眼睛。
申請人已發(fā)現(xiàn)使用組合的液晶顯示器在所觀看到的合成圖像產(chǎn)生了大量缺陷。
在前屏幕上所產(chǎn)生的圖像不是黑的話則它將是透明的。觀察者將能透過前屏幕(繼而前景圖像)而看到后屏幕上。
把兩個LC顯示器一起組合在觀察者的前面在顯示器的表面上產(chǎn)生了條紋(fringe)圖樣。有關每個LC顯示器的對準層的規(guī)則結構在透射光中建立了圖樣，它組合了產(chǎn)生莫爾干涉效果的兩個圖樣。
使用標準LC顯示器的深視頻成象還有運動視差和遮斷的問題。處于離顯示器中心寬視角處的觀察者將在以與從前面觀看顯示器的觀察者不同的位置處觀察前后屏幕上的圖像。為了從顯示器給觀察者提供“3D”效果，所考慮的一種圖像處理技術是逐步縮小前屏幕圖像的尺寸，然后把該圖像轉移到后屏幕，從而給出圖像向后移動的錯覺。
然而，在以同時改變的角度觀看顯示器時此處理技術產(chǎn)生了問題。當把圖像從前屏幕轉移到后屏幕時，直接位于顯示器前面的觀察者所看到的圖像行進到后屏幕上的點不同于以某一角度遠離的觀察者看到的點。當把前圖像轉移到后屏幕上時，某些人將看到圖像跳躍或“彈”到一新的位置，破壞了前屏幕圖像后退的錯覺。
改進的顯示器解決了任何或所有的以上問題，它大大優(yōu)于已有技術。
本發(fā)明的一個目的是解決上述問題或至少給公眾提供有用的選擇。
從以下描述將使本發(fā)明的進一步方面和優(yōu)點變得明顯起來，這些描述僅通過舉例給出。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種顯示器，它包括至少兩個保持器(retainer)(對準)層及至少一個旋光元件，其中保持器層在第一實例中構成把旋光元件保持在隨機均質(zhì)結構中以及在第二實例中構成把旋光元件保持在規(guī)則結構中。
依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種適用于如上所述的顯示器中的保持器層，其中保持器層構成沿不規(guī)則方向保持旋光元件。
依據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種操作基本上如上所述的顯示器的方法，其中該方法的特征在于以下步驟a)選擇性地向包含至少兩個旋光元件的第一區(qū)域施加一場，以及
b)使所述區(qū)域內(nèi)的旋光元件相互對準而具有基本上相同的方向，以及c)光通過第一區(qū)域透射，從而此光表現(xiàn)出第一特性，以及d)光通過第一區(qū)域以外的區(qū)域透射，從而透射的光表現(xiàn)出第二特性。
在一較佳實施例中，可使用液晶顯示器技術來構成該顯示器。
現(xiàn)在其它說明將參考的顯示器是使用液晶技術的器件。然而，本領域內(nèi)的技術人員應理解，可結合本發(fā)明使用其它形式的顯示器，不應把對液晶顯示技術的參考看作限制。
在一較佳實施例中，保持器層可以是任何類型的基本上透明的材料，該材料在構成兩層或多層的組時可把旋光元件包括或保持在特定區(qū)域中。
在另一較佳實施例中，保持器層可由透明塑料材料形成，該層的一側上具有不規(guī)則表面。這種不規(guī)則表面使得可沿許多方向把旋光元件保持在保持器層內(nèi)，從而給所保持的旋光元件提供不規(guī)則結構。
在另一較佳實施例中，保持器層可以由透明塑料材料構成，在該層的一個表面上形成小的不規(guī)則鑿槽(gouge)。這些小的不規(guī)則鑿槽使得該層所保持的旋光元件處于不規(guī)則結構中的許多不同方向。
現(xiàn)在本說明書將參考的保持器層是由透明塑料材料構成的，在該層的一個表面上具有不規(guī)則表面鑿槽。然而，本領域內(nèi)的技術人員應理解，可結合本發(fā)明使用諸如玻璃等其它類型的保持器層，不應把以上參考看作限制。
在一較佳實施例中，旋光元件可以是通常在標準液體顯示器中所使用的液晶。這些晶體的特性和特征是眾所周知的，允許它們適用于本發(fā)明。
替代作為旋光液晶的標準液晶，其它實施例可使用其它方法。其它實施例可利用其光學特性可容易控制和操縱的任何類型的旋光材料。
現(xiàn)在本說明書將參考的光學元件是液晶。然而，本領域內(nèi)的技術人員應理解，可使用其它形式的旋光液晶，不應把以上參考看作限制。
在一較佳實施例中，可把液晶組成或組織成兩個不同的結構。
在第一實例中，可把液晶保持在具有不規(guī)則或隨機化結構的兩個保持器層之間。可如此構成保持器層的表面，從而使所保持的晶體相互處于許多方向或角度。
在第二實例中，可把晶體保持在規(guī)則結構中的保持器層之間。在一較佳實施例中，可以基本上相同的角度和方向來保持晶體。這一規(guī)則的晶體結構保證了每個晶體以在光學上基本上相同的方式作用于通過晶體的光。
在一較佳實施例中，把一場加到顯示器內(nèi)的晶體，使該場內(nèi)的晶體以基本上相同的方向定向。
在另一較佳實施例中，所使用的場為電場。電場可容易地用標準電學元件來產(chǎn)生，而且可準確而精確地控制包含晶體的小面積或區(qū)域。
在一較佳實施例中，包含至少兩個液晶的第一區(qū)域可以是顯示器的觀看表面上的任何數(shù)目的區(qū)域或點。此外，在本發(fā)明用于多屏幕顯示器的實施例中，如用視頻成象技術，一區(qū)域可結合所使用的多個屏幕中任一個的顯示器表面區(qū)域。
在另一實施例中，可把第一區(qū)域定義為被加上電場的顯示器上的任何區(qū)域。
在這種實施例中，可把電場選擇性地加到顯示器的特定區(qū)域，以形成第一區(qū)域。把電場加到特定區(qū)域將使晶體定向到基本上相同的位置，繼而以基本上相同的效果來改變?nèi)肷涔狻Ｈ欢?，在第一區(qū)域以外不加電場的區(qū)域中，將不把規(guī)則或均勻處理加到入射光。
在一較佳實施例中，第一區(qū)域內(nèi)的晶體表現(xiàn)出第一光學特征。相反，此第一區(qū)域外的晶體表現(xiàn)出第二光學特征。
在另一較佳實施例中，第一區(qū)域內(nèi)的晶體所表現(xiàn)出的第一光學特征是透明度?？墒惯@些晶體相互有規(guī)則地定位成基本上相同的方向。此規(guī)則結構使得晶體以基本上相同的方式透射入射光，這些晶體對特定偏振的光是透明的。
在另一較佳實施例中，第一區(qū)域外部的晶體所表現(xiàn)出的第二光學特征是起到漫射元件的作用。第一區(qū)域外部的晶體的不規(guī)則和隨機定向使通過顯示器透射的光發(fā)生漫射。
可把漫射元件定義為使光發(fā)生漫射的任何元件。這種元件可使光沿許多不同的方向發(fā)散或散射。
這種漫射元件將使在第一區(qū)域上觀察到的任何圖像對距離屏幕很近的觀察者而言是漫射的，而對遠離屏幕較大距離的觀察者而言，同一圖像看上去是暗的。當觀察者與屏幕之間的距離增加時，第一區(qū)域中的圖像將看上去越來越暗而不是漫射的。
本領域內(nèi)的技術人員可理解，不規(guī)則的液晶結構將在不存在電場時使通過顯示器透射的光漫射。相反，當把電場加到一區(qū)域時，迫使存在的晶體形成基本上相同的方向，從而使得光通過該區(qū)域透射而不是基本上被漫射。
可使用如上所述的本發(fā)明來構成簡單的顯示器。
可把透明電極置于顯示器的任一個表面上，以選擇性地把電場加到形成第一區(qū)域的特定區(qū)域。此電場(或者沒有此電場)將使得光通過特定區(qū)域透射或者在經(jīng)過另一區(qū)域時被漫射。通過把電場置于將為透明的區(qū)域上同時保證在將形成圖像的區(qū)域上不存在電場，可在這種顯示器上形成圖像。還可在這種顯示器中使用保證LC顯示器的彩色濾光器，以對漫射區(qū)域提供額外的顏色。
本發(fā)明還允許在顯示器上呈現(xiàn)白色。通常，LC顯示器不可能顯示強烈的白色。為了在典型的LC顯示器上顯示白色，使用白色背面照明背景，在此實例中使晶體定向而變?yōu)橥该鳌?br> 本發(fā)明與此相反，可簡單地使通過顯示器的選中區(qū)域透射的光漫射來獲得強烈的白色。
以下描述涉及結合在多層顯示器件的本發(fā)明。
在深視頻成象應用中，可使用兩個液晶顯示器來形成合成圖像，把一個顯示器置于另一個顯示器前面，后顯示器包括想要的背面照明部件。可在每個屏幕上觀察到分開的不同圖像。兩個屏幕之間的空間位移提供了具有三維質(zhì)量的合成圖像。
在一個實施例中，在深視頻顯示器中使用本發(fā)明。
現(xiàn)在本說明書所參考的相對于本發(fā)明形成的顯示器是在深視頻成象應用中所使用的選擇性漫射層。如上所述，可把本發(fā)明用于顯示器上的選擇性漫射區(qū)域，而留下其它區(qū)域是透明的。
結合兩個液晶屏幕的深視頻成象顯示器也可僅使用三個偏振層。第一偏振層可位于后屏幕的后面，第二偏振層位于兩個屏幕之間，最后一個偏振層位于前屏幕前面。在普通LC顯示器中，每個屏幕需要兩個偏振層，因為必須把偏振光提供給液晶以保證顯示器有效地工作。然而，在深視頻應用中，由兩個LC顯示器，已把偏振光提供給前屏幕的后面，從而消除了對組合顯示器中的第四偏振器的需要。
在一較佳實施例中，可把選擇性漫射層置于深視頻顯示器的前和后屏幕之間。
在另一較佳實施例中，可如上所述以三個偏振層來構成深視頻顯示器。還可把一選擇性漫射層(SDL)置于前屏幕和中間偏振層之間?？墒褂肧DL來漫射中間偏振層所提供的偏振光，從而破壞了前屏幕在特定區(qū)域中形成圖像能力。實際上這使得SDL“消隱(blank out)”前圖像。
以如上所述的SDL所構成的深視頻顯示器可在對于所有觀察者完全相同的點處產(chǎn)生前屏幕的圖像消失或后退到后屏幕上的錯覺，而與視角無關。
先前，在深視頻成象應用中，對于與顯示器成一角度的觀察者而言，從前屏幕轉移到后屏幕的圖像看上去會向一側跳躍，而對顯示器前的觀察者而言，該圖像看上去平滑地后退。使用如上所述構成的SDL消除了這個效果。SDL保證了前屏幕在后屏幕上對所有觀察者完全相同的點處轉移到后屏幕，消除了先前在與顯示器的中心成一定角度觀察到的側向跳躍。
在本發(fā)明的再一個實施例中，可把選擇性漫射層置于兩個LC顯示器之間，這一次偏振層位于每個LC顯示器后面和前面?？砂堰x擇性漫射層置于后屏幕前偏振器前面及置于前屏幕后偏振器后面。
可使用選擇性漫射層漫射來自后屏幕的偏振光，使得前屏幕上的圖像看上去是立體的。選擇性漫射層將漫射掉后圖像，同時仍舊提供足夠的光來照亮前圖像。先前，在沒有選擇性漫射層的深視頻成象顯示器中，前屏幕上的圖像看上去是透明的，而可透過前圖像看見后屏幕上的圖像。通過使用選擇性漫射層，選擇性漫射層可“消隱”來自后屏幕的圖像，從而使前圖像看上去是立體的。
在又一個實施例中，可以第一偏振層、后LC屏幕、第二偏振層、第一選擇性漫射層、第二LC顯示器、第三偏振層、第二選擇性漫射層、第四偏振層、第三前LC顯示器和最后第五偏振層來構成顯示器。這種深視頻顯示器結合了在以上所討論的另兩個深視頻應用中所利用的原理。
第二SDL將漫射從后和中間屏幕透射的光，使得前屏幕上的圖像看上去是立體的。第一SDL將漫射透射到第二LC顯示器的光，使得來自第二LC顯示器的圖像如上所述消失在后LC顯示器上對所有觀察者相同的點處。
也可在深視頻應用中使用選擇性漫射層來消除干涉效應。通常，在通過另一個LC顯示器觀看一標準LC顯示器時，將觀察到由雙顯示器結構所引起的干涉圖樣。
如果SDL在整個顯示器背面上提供低的均勻漫射水平，則可以位于兩個屏幕之間的SDL來消除干涉圖樣。漫射將用來使來自后屏幕的光中的任何圖像隨機化或分解一除去干涉效果。
本發(fā)明提供了許多超過現(xiàn)有的已有技術液晶顯示器和深視頻成象顯示器的優(yōu)點。
可在深視頻成象應用中利用本發(fā)明，以產(chǎn)生具有這樣的前景圖像的顯示器，這些前景圖像看上去可以是立體的，且可使這些前景圖像后退到后屏幕上的同一點處，而與視角無關。
附圖概述從以下僅通過舉例給出的描述并參考附圖將使本發(fā)明的進一步方面變得明顯起來，其中

圖1示出一實施例中顯示器對特定區(qū)域內(nèi)的光的影響；以及圖2-4示出在本發(fā)明的另一個實施例中應用于深視頻成象應用的本發(fā)明。
本發(fā)明的較佳實施例方式圖1示出本發(fā)明如何改變通過顯示器透射的光。在圖1a中，把一電場加到顯示器的某一區(qū)域，而在圖1b中，不把電場加到同一區(qū)域。
在這兩種情況下，通過保持在該區(qū)域內(nèi)的液晶(未示出)使非偏振光1指向后對準層2，然后通過前對準層3出射。
在圖1a中，把一電場加到該區(qū)域。該區(qū)域內(nèi)的液晶基本上以相同的方向對準，使得入射的非偏振光1通過晶體并通過前對準層3出射。屏幕5的輸出基本上與入射光1相同。
與此相反，在圖1b的情況下，當不存在電場時光通過該區(qū)域。在此情況下，兩個對準層2、3之間的液晶從入射的非偏振光1中產(chǎn)生漫射光6。然后，漫射光6經(jīng)過前對準層3作為顯示器輸出7出射。
從圖中可看出，在某一區(qū)域內(nèi)施加電場將使液晶對入射光基本上是透明的。某一區(qū)域內(nèi)不存在電場將使透射的光漫射。
圖2到4示出在許多深視頻成象應用中所使用的本發(fā)明。
圖2示出一深視頻成象應用，它結合了選擇性漫射層d1。此深視頻成象顯示器包括后屏幕s1和前屏幕s2，在后屏幕s1的兩側上有偏振層p1、p2，在前屏幕s2的兩側上有偏振層p3、p4。
選擇性漫射層(SDL)d1置于偏振層p2和p3之間。SDL d1使來自p2的偏振光漫射，從而破壞呈現(xiàn)在后屏幕s1上的圖像。此效果使前屏幕s2上的圖像看上去是立體的，因為現(xiàn)在在s2的圖像后只提供漫射背景光。
圖3示出本發(fā)明在深視頻成象應用中的另一個應用。在此實施例中，深視頻成象屏幕包括后屏幕s1、前屏幕s2、位于后屏幕s1兩側上的偏振層p1和p2及位于前屏幕s2前面的最后一個偏振層p3。SDL d1置于偏振層p2與前屏幕s2之間。
SDL d1可漫射偏振器p2所提供的偏振光。使前屏幕s2的背景光偏振將防止s2形成相干圖像。SLD d1可用來“消隱”前屏幕s2上的圖像?？扇缟纤鰜砝么爽F(xiàn)象，以使前屏幕上的圖像在后屏幕上對所有觀察者相同的點處消失，而與視角無關。
圖4示出一深視頻成象顯示器，它使用先前相對于圖2和3所討論的結構。
可使用選擇性漫射層d2來漫射來自后屏幕s1和中間屏幕s2的光和圖像，使前屏幕s3上的圖像看上去是立體的?？墒褂眠x擇性漫射層d1來漫射來自偏振層p2的偏振光，從而“消隱”中間屏幕s2上的圖像。
可利用使用本發(fā)明的這種顯示器結構使前屏幕s3上的圖像看上去是立體的，而使中間屏幕s2上的圖像在后屏幕s1上對所有觀察者相同的點處消失，而與視角無關。
僅通過舉例描述了本發(fā)明的方面，應理解可對其進行修改和增加而不背離本發(fā)明的范圍。
權利要求
1．一種基于開關器件的顯示器，該顯示器結合可根據(jù)需要從透射光變?yōu)槁涔獾碾S機均質(zhì)對準層。
2．一種把隨機均質(zhì)對準層之間的液晶材料與對此液晶施加一電場的方法相結合的顯示器。
3．一種把隨機均質(zhì)對準層之間的液晶材料單元(cell)與給各單元施加一電場從而導致透射的光(背光)漫射的方法相結合的顯示器。
4．一種把隨機均質(zhì)對準層之間的液晶材料單元(cell)與給各單元施加一電場從而導致反射的光漫射的方法相結合的顯示器。
5．如權利要求3所述的顯示器，使透射的光圖樣漫射以顯示圖像。
6．如權利要求5所述的顯示器，該圖樣為單色圖樣。
7．如權利要求5所述的顯示器，該圖樣是多色的。
8．如權利要求7所述的顯示器，其特征在于所述圖樣為紅色、綠色、藍色濾光器。
9．一種基于開關器件的顯示器，該顯示器在顯示器件中結合可根據(jù)需要從透射光變?yōu)槁涔獾碾S機均質(zhì)對準層以改善視角。
10．一種把隨機均質(zhì)對準層之間的液晶材料與對此液晶施加一電場的方法相結合的顯示器，該顯示器與選擇性地漫射通過該顯示器所附帶的屏幕呈現(xiàn)的圖像的偏振光的常規(guī)LCD相結合。
11．一種多層顯示器，它包括把隨機均質(zhì)對準層之間的液晶材料與給此液晶施加一電場的方法相結合的一層，把所述器件置于離可透射顯示器件某一距離處，以選擇性地阻擋偏振光到達所述多層顯示器中的LCD層。
12．一種多層顯示器，它包括把隨機均質(zhì)對準層之間的液晶材料與給此液晶施加一電場的方法相結合的一層，把所述器件置于靠近可透射顯示器件處，以在光到達所述多層顯示器中的LCD層前漫射光。
全文摘要
一種選擇性地漫射光的器件,該器件用作獨立的顯示器或結合多層成象系統(tǒng)一起使用。
文檔編號G02B27/22GK1302389SQ99803265
公開日2001年7月4日 申請日期1999年2月23日 優(yōu)先權日1998年2月24日
發(fā)明者P·維特伊拉, G·D·恩格爾 申請人:深視頻圖像有限公司