CN1886679A - 带有内置显示器的反射镜 - Google Patents

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Abstract

反射镜显示设备(1)，其可以同时用于显示目的，基于显示器(5)，在使用期间该显示设备提供第一(圆)偏振光，可转换偏振反射镜(2)置于显示设备之前。通过在显示设备和偏振反射镜之间设置第二可转换(圆)偏振器(11)，提高了此类反射镜显示设备的反射率。

Description

带有内置显示器的反射镜
本发明涉及用于观测目的的偏振反射镜，其具有第一平面，反射第一偏振类型的光到观测端；反射镜通过第二偏振类型的光，并在其非观测端配有显示设备，在使用期间该显示设备提供第二偏振类型的光；偏振反射镜可在通过第二偏振类型的光并反射第一偏振类型的光和通过两种偏振类型的光的状态之间转换。
在本申请中的“用于观测目的的反射镜”或“显示反射镜”是指通过人眼(或类似于(红外)相机透镜的人工眼)，观察外部世界的被反射部分的反射镜。例如可以想到大型反射镜，像浴镜、装配间中的标准长度镜或者甚至是镜子墙。其他例子可以是中等大小的反射镜，像卡车的后视镜或梳妆镜。
“具有第一平面，反射第一偏振类型的光”，意味着反射镜平面作为偏振面。使用过程中，入射到偏振面的特定的波长范围内的光将会被分成两个部分，其中一个被偏振面反射，而其中一个通过偏振面。通常已知的是光可以分为两个有线性偏振、且偏振方向互相难直的分量。具体在本申请中，光通常假定分为右旋和左旋圆偏振，但是本发明同样适用于光被分为线性偏振的、偏振方向互相垂直的分量。
实例中基于圆偏振的显示器假定为提供第二类型圆偏振光，其不排斥这样一种显示器，其中该显示器发射或提供(例如具有背光的LCD)线偏振光或非偏振光。依靠四分之一波片，通常由LCD提供的线偏振光可以被转换为圆偏振光，而依靠半波片(延迟器)，通常由例如(O)LED显示器或等离子显示器提供的非偏振光可以被转换为圆偏振光。
上述类型的显示器反射镜在2002年3月18日提交的序号为02076069.2，以及2002年10月17日提交的序号为02079306.3(＝PHNL 02.1038)的待批准的欧洲申请中进行了描述。通过引入偏振反射镜或反射偏振器取代显示设备前方的部分反射层，从而实现反射镜功能。
尽管理论上，由本思想在该显示模式中可以获得对反射光的充分抑制，同时在该反射镜模式中可能实现入射光的全反射，但是实际上这还没有实现。待批准的欧洲申请中示出更大范围的可能实施例来选择最优化组合。一个具体的问题在于示出的实施例是基于工业可用的偏振反射镜(层压延迟薄片)，而其中反射镜表面的光洁度得不到保证。另外实施例中的反射也不是最理想的。
本发明目标之一是至少部分地克服这些问题。
为此，根据本发明的偏振反射镜，在它的非观测端，在显示设备和偏振反射镜之间，具有可转换偏振器。
可转换偏振器可以在通过第一偏振类型的光并反射第二偏振类型的光和通过两种偏振类型的光的状态之间转换。另一方面也可以在通过第二偏振类型的光和反射第一偏振类型的光以及通过两种偏振类型的光的状态之间转换。在后一种情况中，在偏振反射镜和可转换偏振器之间设置延迟层，将偏振类型从第一类型改变为第二类型或从第二类型转换成第一类型。可转换偏振反射镜和可转换偏振器的组合保证在反射镜状态中的高反射。
优选地，偏振反射镜和可转换偏振器为胆甾偏振器。
参考以下描述的实施例，本发明的这些和其他方面将会显而易见并将会被阐明。
在附图中：
图1为根据本发明的反射镜设备的可能实施例，而；
图2为此类反射镜设备的一部分的图示横截面；
图3a、3b为根据本发明的反射镜设备的一部分的图示横截面；
图4a、4b为根据本发明的另一反射镜设备的一部分的图示横截面，而；
图5示出胆甾反射镜的带宽，作为制造过程的时间函数，以及；
图6示出此类胆甾反射镜的带宽的温度依赖性。
这些图为概略的，而且没有按比例绘制。相应元件通常由相同的附图标记标注。
图1示出用于观测目的的反射镜设备1，该器件在玻璃板或任何其他基底4上具有反射镜2、在此实例中的胆甾反射镜反射光，因此人3看见他的镜像3′(以及更多的背景，未示出)。根据本发明，在一种状态中的反射镜(平面)只反射第一偏振类型(扭转，例如右旋)的光，但是通过第二偏振类型(反向扭转，左旋)的光。另外，反射镜在其非观测端设置有显示设备5(同样见图2)。
在此实例中的显示设备5为液晶显示设备，在两个基底(玻璃或塑料或任何其他适用材料)之间具有液晶材料7。因为大多数液晶显示设备都基于偏振效应，在使用期间显示器5基本上发射偏振光。通常由液晶显示效应来调制来自背光模块10的光。因为液晶显示设备基于偏振效应，显示设备5包括第一偏振器8和第二偏振器(或分析器)9，其通过特定偏振态(扭转)的光。
如果此特定偏振扭转的光具有与第二偏振类型相同的偏振扭转，它将通过反射镜(平面)2，而没有任何光损耗(100％透射)。
因为大多数液晶显示设备都基于线偏振光的调制，通常使用线偏振器8、9。因为反射镜2基于圆偏振效应，依靠四分之一波片(未示出)，使得来自显示器的光成为圆偏振。
另一方面，在某些应用中，使来源于例如(O)LED或其他显示器的光偏振，相对于在反射镜应用中的反射图像，获得高对比度显示信息的效应同样是吸引人的。
图3a、3b示出根据本发明的反射镜显示设备的一部分，其中反射镜2可在通过第二偏振类型的光和反射第一偏振类型的光(图3b)，以及通过两种偏振类型的光(图3a)的状态之间转换。在此实例中反射镜2为可转换胆甾偏振器。
根据本发明，在显示设备5和偏振反射镜2之间设置第二可转换(胆甾)偏振器11，可转换偏振器11可在通过第一偏振类型的光和反射第二偏振类型的光，以及通过两种偏振类型的光的状态之间转换。由于显示设备5中使用液晶显示设备15，其还包含四分之一波片6。因为大多数液晶显示设备基于线偏振光的调制，依靠四分之一波片(未示出)，使得来自显示器的光成为圆偏振。在此情况(图3a，示出显示模式)下，显示设备5发射第二偏振类型(圆(左旋)偏振光，箭头20)的光。因为可转换(胆甾)偏振器11和偏振反射镜2均处于通过两种偏振类型的光的状态(关断状态)，该圆(左旋)偏振光通过偏振器11和偏振反射镜2(箭头20′、20″)，导致(理论上)100％的透射。出于相同原因，入射光30通过偏振反射镜2和偏振器11(箭头30′、30″)，之后在显示设备5中被吸收，尽管在此显示模式中可以反射一些(非)偏振光31(或任何其他杂散光)。
在反射镜模式(图3b)中，显示设备5发射第二偏振类型(圆(左旋)偏振光，箭头20)的光，同时可转换(胆甾)偏振器11反射第二偏振类型的光(箭头20′)，该光再次被显示设备5吸收。
偏振反射镜2部分(50％)反射(偏振扭转(右旋)光，本实例中由箭头35表示)入射光(箭头30)，并且通过圆(左旋)偏振光(箭头30′，剩余50％)。可转换(胆甾)偏振器11再次反射上述(左旋)偏振光，同时偏振反射镜2通过上述光(箭头35′、35″)，导致(理论上)100％的反射。
在图3的实例中，偏振反射镜2和偏振器11均关断。在此情况下，没有反射镜，且没有叠加其上的反射使得可以观看显示器。如果仅有胆甾反射镜2被激活并变得透光，所有源自LCD的光都被透射，同时一半环境光被反射。在此模式中显示器可以用作为半反射镜。
在图3的实例中，示出可转换胆甾反射镜2与反指向的可转换胆甾偏振器的组合(分别为反射左旋和右旋偏振光)。图4a、4b以相似方式示出具有类似可转换胆甾反射镜2的设备，但此时与同指向的可转换胆甾偏振器组合(均为反射左旋(或右旋)偏振光)。现在可以通过在胆甾反射镜2和可转换胆甾偏振器11之间引入半波长延迟器12，获得关于图3描述的相同效应。半波长延迟器12可以为宽带延迟器，但优选为波长集中于570nm周围。结果，在显示模式中，原则上基本上所有入射光都被反射。同样，减弱了杂散光效应。通过上述胆甾偏振器的光在大入射角处可以变为椭圆偏振。为了补偿椭圆偏振，系统内可以使用额外的具有负双折射的延迟器。当使用同指向的胆甾偏振器时，此类延迟器可以置于例如图4a、4b的半波长延迟器下面。当胆甾偏振器具有相同指向时，只使用具有负双折射的延迟器，无须半波长延迟器。
可以在手性向列相位中具有非活性LC分子的情况下，通过聚合单体和丙烯酸脂(diacrylates)制造可转换胆甾偏振器(反射镜)2、11。在聚合过程中，一些混合物显示出相位分离的趋势。该趋势可能受到多种参数的影响。例如确定动力学链长的因素，像引发剂(initiator)浓度和UV强度，对反射带宽具有深刻的影响。已知随着聚合物分子量的增加，其与单体的可混合性下降。在聚合过程的凝胶体中，发生导致浓度波动的此类相位分离。通过交叉结合的出现固定这些波动，而系统进一步保持动力稳定。作为时间和温度的函数，在网络结构中没有观察到均一化或改变。对于只包含丙烯酸脂分子的凝胶体，也已经观察到此类相位分离。同时发现当被称为受激状态淬灭剂(quencher)的混合物加入单体混合物时，胆甾反射镜的带宽可以获得进一步增大。图5示出胆甾反射镜的带宽的变化，其中该变化作为包含受激状态淬灭剂的系统的时间的函数。可以发现在特定时间之后，在达到特定值之前，带宽开始增大，而在达到此特定值之后保持不变。
图6示出胆甾反射镜的带宽的温度依赖性。随着增加的温度，反射带的位置保持基本稳定，而且在反射带宽中只能观察到轻微的减小。这些宽带胆甾凝胶体可以在银色反射和非反射透明状态之间可逆转换。基于电场的应用，胆甾结构消失，而且单元变得透明。基于电压的移除，单元非常迅速地回复到银色反射状态。
本发明的保护范围不限于上述实施例。例如，因为反射镜2具有偏振效应，所以如果需要，可以删除图2中的第二偏振器(或分析器)9。
尽管已经描述了背光照明透射液晶显示设备，但是也不排除反射液晶显示设备的使用。
另一方面，如所示例如来自(O)LED、等离子显示器或电泳显示器的光可以被极化，或者在反射镜应用中，对于反射的图像运用其他显示效应获得显示信息的高对比度效应同样是吸引人的。
同样可以在反射镜中集成不止一个显示器5，同时可以考虑许多其他应用领域(后视镜、装配间，等等)。在一些应用中，如果使用矩阵形式，利用适当的驱动电路，可以局部实现反射镜状态和显示器状态之间的转换。
本发明存在于每个新的特征以及每个特征组合中。权利要求中的参考标记不限制它们的保护范围。动词“包括”及其变形的使用不排除不同于权利要求中所述的那些元件的存在。元件前冠词“一”或“一个”的使用不排除多个此类元件的存在。

Claims (10)

1、一种用于观测目的的偏振反射镜(1)，其具有第一平面(2)，将第一偏振类型(20′)的光反射到观测端，该反射镜通过第二偏振类型(20″)的光，并在其非观测端设置有显示设备(5)，在使用期间该显示设备提供第二偏振类型的光，该偏振反射镜可在通过第二偏振类型的光并反射第一偏振类型的光，和通过两种偏振类型的光的状态之间转换，在该非观测端，该显示设备和该偏振反射镜之间，偏振反射镜具有可转换偏振器(11)。
2、根据权利要求1所述的偏振反射镜，在该非观测端，该显示设备和该偏振反射镜之间具有可转换偏振器，该可转换偏振器可在通过第一偏振类型的光并反射第二偏振类型的光，和通过两种偏振类型的光的状态之间转换。
3、根据权利要求1所述的偏振反射镜，在该非观测端，该显示设备和该偏振反射镜之间具有可转换偏振器，该可转换偏振器可在通过第二偏振类型的光并反射第一偏振类型的光，和通过两种偏振类型的光的状态之间转换，在该偏振反射镜和该可转换偏振器之间设置有延迟层(12)，将偏振类型从第一偏振类型改变为第二偏振类型，或者从第二偏振类型改变为第一偏振类型。
4、根据权利要求3所述的偏振反射镜，该延迟层包括1/2λ片，λ具有500-600nm的数值。
5、根据权利要求1所述的偏振反射镜，该偏振反射镜和该可转换偏振器为胆甾偏振器。
6、根据权利要求5所述的偏振反射镜，该显示设备包括可以发射偏振光的部分显示器，在该发射侧具有1/4λ片，λ具有500-600nm的数值。
7、根据权利要求5所述的偏振反射镜，该显示设备包括可以发射非偏振光的部分显示器，在该发射侧具有1/2λ片，λ具有500-600nm的数值。
8、根据权利要求4所述的偏振反射镜，该延迟层具有双层，包括有负双折射的延迟器。
9、根据权利要求1所述的偏振反射镜，具有至少50nm的带宽。
10、根据权利要求1所述的偏振反射镜，在光谱的可见范围内反射。
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