[发明专利]反射-发射混合显示的方法、系统和装置

说明书

常规的反射型液晶显示器(LCD)亮度低并且呈现出金属灰色的外观。常规的发光LCD难以在高亮度条件下观看，并且由于背光而使用大量电力。所公开的实施例涉及一种新颖的反射‑发射混合型液晶显示器，其包括液晶层和基于全内反射(TIR)的高增益反射器。高增益反射器可以包括半复古反射片，其包括凸形突起，该突起反射基本上保留入射光的偏振的光。该显示器还包括光谱陷波吸收滤色器和窄带发光源。在某些实施例中，光谱陷波吸收滤色器可以与窄带发光源匹配。本文描述的显示器实施例示出了混合型液晶显示器，并且可以使用前照明系统或后照明系统在低照明和高亮度条件下有效地操作。本文所述的显示器实施例还可用于其他反射型显示器技术中，诸如微囊电泳显示器和电润湿显示器。

本申请要求2017年11月3日提交的美国临时申请第62/581,205号的申请日优先权，其全部内容并入本文。

技术领域

公开的实施例通常涉及反射和发射图像显示器。在一个实施例中，本公开涉及基于全内反射的高增益反射器。在另一个实施例中，本发明涉及一种混合型显示器，该混合型显示器具有能在低照度和高亮度条件下有效地工作的光谱陷波滤色器、窄带发射LED和基于全内反射的高增益反射器。

背景技术

液晶显示器(LCD)是市场上最常见的显示技术之一。LCD使用液晶材料的薄层来控制显示器的发射或反射率。液晶(LC)代表物质的不寻常相，因为与具有随机取向分子的典型液体不同，液晶分子具有一定程度的取向排列。取决于物质本身和环境条件，液晶可以采取许多相之一。这些相包括向列相、手性向列相(形成该相的物质通常称为胆甾型液晶)和近晶相液晶。重要的是要注意，在所有这些相中，各向异性是由分子的优选取向引起的，特别是在光与这些材料的相互作用方面。

在图像显示装置中，通常在两个玻璃板之间的间隙中包含液晶材料的薄层。可以在间隙上施加电场，以使液晶分子中的永久或感应偶极子以与电场平行的偶极子轴取向。

偏振是光的特征，其描述了包括波的电场和磁场的方向。例如，线性偏振光是一种特殊情况，其中电场指向单个方向。由定向排列产生的液晶的各向异性使平行于指定方向线性偏振的光以与垂直于该特定方向线性偏振的光不同的速度传播。考虑到这种行为，考虑光是这两个线性偏振的组合是有用的。

两个偏振分量以两个不同的速度行进通过液晶材料的平板，因此可以以与材料的厚度成比例的相位差从材料中出来。因此，液晶的定向排列会影响液晶赋予入射光偏振的变化，这就是LC在图像显示中如此有用的原因。

线性偏振光可以通过使非偏振光穿过几乎完全吸收一种偏振而又允许另一偏振光相当有效地穿过的偏振光材料来产生。如果两个这样的偏振滤波器以垂直偏振方向层叠(在称为交叉偏振器的布置中)，由于从第一偏振器射出的线性偏振光将被第二偏振器吸收，因此很少有光会通过。在两个偏振器之间插入各向同性材料不会对光的传输产生影响，因为光的偏振在穿过这种材料时不会改变。然而，在两个偏振片之间插入了液晶材料改变偏振态，使得一些光将透射通过堆叠。在液晶上施加电场会使晶体结构变形，从而改变这种各向异性。以这种方式，可以控制穿过堆叠的光量。

液晶可以用于两种主要类型的图像显示器中，即透射型和反射型。可以通过堆叠适当的偏振滤波器和液晶材料以形成LC面板并合并背光以将光通过液晶面板引向观看者的方式来构造透射型显示器。在明亮状态下，分子被定向为使得光穿过面板。在黑暗状态下，光被吸收，该区域看起来很暗。为了产生这些状态中的每一个，通过施加电场来改变液晶材料的各向异性。

反射配置类似，但是包括保留偏振的后反射器而不是背光。在这种情况下，明亮状态再次允许偏振的入射光相当有效地穿过这些层，并在这些层中从后反射器反射，然后再次穿过面板返回到观看者。在黑暗状态下，光会被吸收，从而形成黑暗外观。这些无源显示器依赖于环境照明条件而不是背光，才能使显示器上的图像可见。