专利名称：透明显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种透明显示装置，尤其涉及一种能够提高在图像模式中的亮度的透 明显示装置。
背景技术：
近年来，随着对信息显示器的兴趣增加以及对使用便携信息媒介的需求上升，对 用来代替诸如阴极射线管(CRT)的传统显示器的重量轻并且外形薄的平板显示器(FPD)的 研究和商业化已经得到积极地开展。尤其地，在这样的FPD中，液晶显示器(IXD)，作为一种 利用液晶分子的光学各向异性来显示图像的装置，已经积极地应用于笔记本电脑、桌面监 视器等装置，因为它在分辨率、色彩呈现、图像质量等方面表现卓越。另一方面，对允许看见其背面的物体并能够在其上实现图像显示的透明显示装置 的研究已经得到积极地开展。这样的透明显示装置可以应用到汽车挡风玻璃或者家用玻璃 用以提供用户想要的信息。因此，可以预期这样的透明显示装置的应用性会迅猛地增长。一般地，对透明显示装置可以使用利用自发光的有机发光显示装置等。然而，在有机发光显示装置的情形下，其显示装置仅仅能够被制成是透明的，从而 不太可能开启或关闭透明度用以使它透明或者在其上实现图像显示。此外，存在诸如成品 率低、制作大尺寸显示器困难、可靠性低等多种问题。结果，需要开发一种能够实现高成品率、大尺寸显示器、高可靠性、并能够实现如 同透明显示装置那样的宽视角、高亮度、高对比度、以及全色显示的液晶显示装置，但是液 晶显示装置不能被用作透明显示装置。此外，液晶显示装置不能自发光，而是利用背光的光 实现图像显示，因而在液晶显示面板的后表面必须设置不透明的背光单元，并且在液晶显 示面板的前、后表面必须分别设置偏振板，用以控制光的透射。尤其地，在液晶显示面板的 前、后表面分别设置的偏振板当液晶在液晶显示面板中受到驱动时，允许光从中透射，但是 当液晶没有受到驱动时，光是不透明状态，从而不可能实现透明显示。
发明内容
鉴于上述问题提出本发明，本发明的一目的是提供允许用户看见在显示装置的后 表面的物体的透明显示器。本发明的另一目的是提供一种透明显示装置，其中在导光板的下部设置光学片， 用以反射从导光板出射的光并且再次提供给液晶显示面板，因此提高了在图像模式中的亮度。为了实现上述目的，根据本发明的透明显示装置可以包括液晶显示面板；光源， 所述光源设置在所述液晶显示面板的下部的一侧用以发射光；第一偏振板，所述第一偏振 板用来对从所述光源发射的光进行偏振；导光板，所述导光板设置在所述液晶显示面板的 下部，用以将通过所述第一偏振板沿轴方向偏振的光全反射至所述导光板的侧表面，以将 光提供到所述液晶显示面板，并透射从下方向进入的自然光；第二偏振板，所述第二偏振板设置在所述液晶显示面板的上部，用以控制经过所述液晶显示面板的偏振光的量；以及光 学片，所述光学片设置在所述导光板的下部用以改变从所述导光板进入的第一偏振光的偏 振态并反射所述光，并且透射从所述导光板的下部进入的第二偏振分量。光学片可以包括第一基膜和第二基膜；以及偏振部，所述偏振部在所述第一基 膜和所述第二基膜之间，用来沿第一偏振方向对入射光进行偏振并输出光，并且将具有第 二偏振分量的光改变成具有第一偏振分量的光并输出光。所述偏振部可以形成有数百片各 向同性的介质和具有双折射特性的各向异性的介质，用以透射在所述入射光中的P波分量 并反射在所述入射光中的S波分量。光学片还可以包括漫射膜，所述漫射膜设置在所述第一基膜的上部，用以漫射从 所述偏振部进入的光。根据本发明，光学片设置在导光板的下部，用以把从导光板输出的光反射到下部， 并把反射光再次提供给液晶显示面板，因此提高了在图像模式中的显示装置的亮度。另外，根据本发明，光学片设置有漫射膜，用以漫射在光学片反射的光，以提供给 液晶显示面板，因此提高了显示装置的视角特性。
附图被包括在内以提供对于本发明的进一步的理解，它们被并入并构成本申请的 一部分；附图示出本发明的实施方式并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中图1是图解了根据本发明的透明显示装置的结构的视图；图2是图解了在根据本发明的透明显示装置的导光板中的光的全反射的视图；图3是图解了在根据本发明的透明显示装置中的光学片的结构的视图；以及图4是图解了在根据本发明的透明显示装置中的光的行进方向的视图。
具体实施例方式下文，将参照附图详细描述本发明。根据本发明，提供一种透明显示装置。换句话说，根据本发明，提供一种允许用户 看见在显示装置的后表面的物体的显示装置。这时，不仅可以通过施加信号显示在显示装 置的后表面的物体，而且也可以在透明显示装置上显示用户想要的图像。此外，根据本发明，提供一种能够提高在图像模式中的亮度的透明显示装置，在该 图像模式中，在显示装置上实现图像显示。为了这个目的，根据本发明，在导光板的下部设 置光学片，用以把从导光板出射的光反射到下部并且把反射光再次提供给导光板，因此提 高了亮度。这时，在透明模式中，从导光板的下部提供给导光板的光经过光学片并提供给液 晶显示面板，因此允许用户看见在后表面的物体。图1是图解了根据本发明第一实施方式的透明显示装置1的结构的视图。如图1所示，根据本发明的透明显示装置1可以包括液晶显示面板16 ；导光板 14，设置在液晶显示面板16的下部用以向液晶显示面板16引导光；光源10，设置在导光板 14的侧表面用以向导光板14发射光；第一偏振板12，设置在光源10与导光板14的侧表面 之间用以对从光源发射的光进行偏振，使其进入到导光板14 ；第二偏振板18，设置在液晶
4显示面板16的上部用以对经由液晶显示面板16透射的光进行偏振；以及设置在液晶显示 面板16的下部的光学片20。优选地，还包括形成在导光板14的整个区域上的至少一层空气层。尽管图中没有显示，液晶显示面板16可以包括薄膜晶体管阵列基板和滤色器基 板、以及在二者之间的液晶层，因此当从外部施加信号时实现图像显示。薄膜晶体管阵列基 板形成有垂直和水平布置的用以限定多个像素区域的多条栅线和数据线，每个像素区域形 成有作为开关装置的薄膜晶体管，并且形成有在该像素区域上形成的像素电极。另外，薄膜 晶体管可以包括连接至栅线的栅极；通过在栅极上沉积非晶体硅或类似材料形成的半导 体层；以及在半导体层上形成并连接至数据线和像素电极的源极和漏极。滤色器基板可以包括配置有用来实现红色(R)、绿色(G)、以及蓝色(B)的多个子 滤色器的滤色器(C)；以及用来在子滤色器之间进行划分并阻挡光经过液晶层的黑矩阵。如上所述构造的薄膜晶体管阵列基板和滤色器基板通过彼此面对由在图像显示 区域的外部形成的密封剂(没有显示)粘结来构成液晶显示面板，并且通过形成在薄膜晶 体管阵列基板和滤色器基板上的对准标记(alignment key)实现在薄膜晶体管阵列基板和 滤色器基板之间的粘结。沿导光板14的侧向设置光源10。对于光源10，可以使用诸如冷阴极荧光灯(CCFL) 或外部电极荧光灯(EEFL)的荧光灯，或者多个发光器件(LED)。如果使用LED，可以使用发 射诸如红色、绿色、蓝色等的单色光的LED，或者发射白色光的白色LED。从光源10发射的光可以包括作为可见光的第一偏振光(垂直偏振光)和第二偏 振光(水平偏振光)。第一偏振板12可以粘结到导光板14的侧部。第一偏振板12只允许 透射在包括第一偏振光和第二偏振光的光中的第一偏振光。如果从光源10发射的光进入到第一偏振板12，那么所述光的第二偏振光分量被 第一偏振板12吸收，从而经由第一偏振板12只透射第一偏振光。导光板14允许已经经过 第一偏振板12的第一偏振光进入到在其上部的液晶显示面板16。如图2所示，导光板14可以包括第一折射层1 和第二折射层14b。第二折射层14b设置为与液晶显示面板16相邻，第一折射层1 设置在第二折射 层14b的下部。话句话说，形成第一折射层14a，然后在其上形成第二折射层14b。第一折 射层Ha是具有第一折射率(nl)的材料，并且可以由氟化钙(CaF2)或氟化镁(MgF2)等组 成。这时，氟化钙(CaF2)的折射率是1. 35，氟化镁(MgF2)的折射率是1. 38。第二折射层14b 是具有第二折射率(n2)的介质，并且可以由诸如聚合物甲基丙烯酸甲酯(polymer methyl methacrylate)、塑料、或玻璃等高分子物质组成。这时，第二折射率(M)可以在1. 49-1. 50 范围之内。如上所述，因为第二折射率(M)大于第一折射率(nl)，进入到导光板14的第一 偏振光在第一折射层Ha和第二折射层14b之间的界面发生全反射，并进入到在导光板上 部的液晶显示面板16。全反射就是反射所有具有大于临界角的角的光，并且临界角(ec) 可以由反正弦(nl/n2)确定。因此，第二折射率(π2)比第一折射率(nl)大得越多，临界角 (θ c)变得越小，从而第一偏振光发生全反射的可能性就变得更大。另一方面，自然光在下表面进入，也就是说，从下方向进入。自然光经过第一折射 层1 和第二折射层14b并进入到液晶显示面板16。根据本发明的透明液晶显示装置通过这种与显示图像无关的自然光可以处于透明状态。因此，在显示器前面的用户能够看见在 导光板下面的物体。液晶显示面板16包括液晶层，并且在液晶层中的液晶分子可以受到驱动用以改 变第一偏振光的相位。通过驱动液晶分子能够改变的第一偏振光的相位可以在0至90度 的范围内。另一方面，导光板14由诸如丙烯醛基、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯等具有高光 学透射率的透明材料组成，用以向液晶显示面板16引导入射光。换句话说，导光板14不仅 可以由具有不同折射率的两层材料形成，而且可以由单一材料形成。在这种情况下，由导光 板14的折射率与空气的折射率之间的差产生进入到导光板14的光的全反射。换句话说， 在光以某一角度从导光板14的侧表面输入并进入到在导光板14与空气的之间的界面的情 况下，由于在导光板14的折射率(在通常使用的聚甲基丙烯酸甲酯的情况下约为1. 49)与 空气的折射率(也就是1)之间的差，在界面处偏振的光发生全反射并提供至液晶显示面板 16。此外，在导光板14由单一材料形成的情况下，在导光板14的下表面可以形成图 案。图案15改变了进入到导光板14的下表面的光的入射角，因而增加了在导光板14与空 气的界面发生全反射的光的比率，从而提高了提供至液晶显示面板16的光的亮度。光学片20设置在导光板14的下部用以反射经由导光板14的下表面出射的光使 其再次进入到导光板14。如图2中所示，以小于临界角进入的光在第一折射层1 与第二 折射层14b之间的界面不会发生全反射，而是经由导光板14的下表面出射。以这种方式， 经由导光板14的下表面出射的光不会被提供给液晶显示面板16，因此造成在透明显示装 置中的亮度的下降。然而，根据本发明，光学片20设置在导光板14的下部，用以反射经由导光板14的 下表面出射的光使其再次进入到导光板14，使得经由导光板14的侧表面进入的全部光都 提供给液晶显示面板16，因此增加了液晶显示面板16的亮度。另一方面，光学片20允许从导光板14的下部进入的自然光照原样经过，并经由导 光板14提供给液晶显示面板16。换句话说，光学片20反射从导光板14的侧表面进入的 偏振光使其再次提供给液晶显示面板16，因此在图像模式中实现了亮度得到提高的图像显 示。从下部进入导光板的自然光照原样经过，因此在透明模式中允许用户看见在液晶显示 面板16的后表面的物体。图3是图解了在根据本发明的透明显示装置中的光学片20的结构的视图。如图3中所示，光学片20可以包括第一基膜M和第二基膜22 ；以及设置于第一 基膜M与第二基膜22之间的偏振部27，该偏振部27形成有数百片各向同性的介质和具有 双折射特性的各向异性的介质，用以透射P波分量并反射S波分量。第一基膜M和第二基膜22是透明的，并且可以由聚醚(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)、或聚碳酸酯(PC)等形成。具有上述结构的光学片20透射在入射光中的P波并反射在入射光中的S波。下面，将参照图3和4详细描述包括具有上述结构的光学片20的透明显示装置的 驱动。如图4中所示，从光源10发射并经过第一偏振板12的光被偏振，并且经由导光板14的侧表面输入S波。进入到导光板14的一侧的光(也就是S波)在导光板14的内部发 生全反射并行进至另一侧，同时经由导光板14的上表面提供给液晶显示面板16。在导光板14的内部发生了全反射的S波中，那些在导光板14的下表面没有发生 全反射而是折射到导光板14的下部的S波进入到光学片20。如图3中所示，从光学片20的上部进入的S波经过漫射层观和第一基膜M，然后 在偏振部27被反射。如上所述，光学片20透射P波并反射S波，从而从光学片20的上部 进入的S波在偏振部27被反射，然后再次进入到导光板14。在导光板14发生全反射的S 波和在光学片20的偏振部27被反射的S波经过液晶显示面板16，然后进入到第二偏振板 18。此时，第二偏振板18的光轴垂直于第一偏振板12的光轴，从而只有P波从中透射而S 波被吸收。在液晶显示装置被关闭的情况下，即在没有把信号施加给液晶显示面板16的情 况下，在导光板14发生全反射的S波以及在光学片20的偏振部27被反射的S波照原样经 过液晶显示面板16的液晶层，而不经过第二偏振板18，因此显示黑色。在液晶显示装置被开启的情况下，即在把信号施加给液晶显示面板16的情况下， 在导光板14发生全反射的S波和在光学片20的偏振部27被反射的S波在将偏振态改变 为P波的同时经过液晶显示面板16的液晶层，从而经过第二偏振板18，因此显示白色。另外，如果适当地调整施加给液晶显示面板16的功率强度，那么有可能适当地控 制在液晶显示面板16的液晶层中的液晶的排列，由此调整延迟的程度(level)。结果，在液 晶显示面板16的电源开启时，经过液晶层的光的透射率被控制，由此显示灰度。另一方面，如果在导光板14的下部经由导光板14提供给液晶显示面板16的自然 光进入到光学片20，那么在自然光中的P波经过偏振部27而S波在偏振部27被反射并且 再次出射至导光板14的下侧。在没有信号施加给液晶显示面板16的情况下，P波经过导 光板14并且提供给液晶显示面板16，然后照原样经过第二偏振板18，因此显示白色。在将信号施加给液晶显示面板16的情况下，进入到液晶显示面板16的光在将偏 振态改变为S波的同时经过液晶层，并进入到第二偏振板18，而S波在第二偏振板18内被 吸收，因此显示黑色。即使在此时，也可以适当地调整施加给液晶显示面板16的功率的强度，由此允许 用户以他或她想要的灰度看见在液晶显示装置的后表面的物体。以这种方式，根据本发明，从导光板14输出至下部的S波在光学片20被反射，并 再次经由导光板14提供给液晶显示面板16，从而防止了在图像模式中光输出到导光板14 的下部，使得全部光都提供给液晶显示面板16，因此提高了液晶显示面板16的亮度。根据本发明，在导光板14的下部具有光学片20的透明显示装置的情况下，与具有 在其中未设置光学片20的结构的透明显示装置相比，可以看到白色亮度提高了约41%而 黑色亮度提高了约5%，结果也提高了对比度。此外，根据本发明，在从导光板14的下部进入导光板14的自然光中的P波经过光 学片20，并经由导光板14提供给液晶显示面板16，因此在透明模式中允许用户看见在液晶 显示面板16的后表面的物体。在进入到光学片20的自然光中，P波被透射而S波被反射。换句话说，当在透明模 式中从透明显示装置的后表面观看透明显示装置时，通过从光学片20反射的S波，透明显
7示装置的后表面像镜子一样具有光滑的外形，从而透明显示装置的后表面可以用作镜子。另一方面，反射光和透射光在光学片20中被多次折射，从而当光在光学片20被反 射或经过光学片20时，有可能达到光被散射的效果。换句话说，根据本发明，由于由光的折 射造成的散射效果，光被均勻地提供给液晶显示面板16(也就是说，不是沿特定视角方向 提供，而是沿全视角方向均勻提供)，因此提高了液晶显示装置的视角性能。另外，根据本发明，可以在第一基膜M上散布气泡(bead)用以放大散射效果，从 而散射经过光学片20的光，或者也可以在第一基膜M的上部设置由PMMA、聚N-甲基丙烯 酸丁酯(PBMA)、硅石、PC等材料组成的漫射膜，从而漫射经过光学片20的光。通过这样的 漫射膜或气泡，经过光学片20的光和在光学片20反射的光，以更加发散的状态被再次提供 给液晶显示面板16，因而能够把具有均勻亮度的光提供给液晶显示面板16，由此提高了图 像质量并提高了视角特性。如上所述，根据本发明，在透明显示装置的下部设置用来透射P波和反射S波的光 学片，因而在图像模式中从导光板输出至下部一侧的S波被反射并提供给液晶显示面板， 由此提高了透明显示装置的亮度和对比度。此外，在透明模式中，在从液晶显示面板的下部 进入的光中，P波被透射而S波被反射，因此允许用户从液晶显示面板的前表面看见在后表 面的物体，并且从其后表面把显示装置用作镜子。另一方面，根据本发明的透明显示装置不限于具有特定结构的透明显示装置。例 如，尽管详细说明了一种具有以下结构的透明显示装置，即在其中设置透明导光板以及 在导光板的侧表面设置第一偏振板，使第一偏振光经由导光板进入到液晶显示面板，但本 发明不仅限于具有这种结构的透明显示装置，其也可以应用于具有任意结构的透明显示装 置。尤其地，本发明可以应用于具有其中在导光板的下部设置用来透射P波并反射S波的 光学片的任意结构的透明显示装置。此外，尽管详细说明了一种具有确定结构的光学片，但是本发明不仅限于具有这 种确定结构的光学片。如果可以通过以确定偏振态透射光并以确定状态反射光来反射从导 光板出射的光并再次提供给液晶显示面板，则具有任意结构的光学片可以应用于本发明。 例如，具有其中光学片的偏振部由胆甾型液晶(cholesteric liquid crystals)组成用以 透射具有右旋圆偏振光分量的光和反射具有左旋圆偏振光分量的光的结构的光学片也可 以应用于本发明。此外，尽管如图3中所示，在光学片具有其中偏振部由数百片各向同性的介质和 具有双折射特性的各向异性的介质组成的结构的情况下可以使用在其上部具有漫射层的 结构，但是也可以使用在其中去除漫射层的结构。也就是说，所属领域的技术人员能够容易地地设计出使用本发明的基本概念的液 晶显示装置的其他实例或实施方式。
权利要求
1.一种透明显示装置，包括液晶显示面板；光源，所述光源设置在所述液晶显示面板的下部的一侧用以发射光；第一偏振板，所述第一偏振板用来对从所述光源发射的光进行偏振；导光板，所述导光板设置在所述液晶显示面板的下部，用以将通过所述第一偏振板沿 轴方向偏振的光全反射至所述导光板的侧表面，以将光提供到所述液晶显示面板，并透射 从下方向进入的自然光；第二偏振板，所述第二偏振板设置在所述液晶显示面板的上部，用以控制经过所述液 晶显示面板的偏振光的量；以及光学片，所述光学片设置在所述导光板的下部用以改变从所述导光板进入的第一偏振 光的偏振态并反射所述光，并且透射从所述导光板的下部进入的第二偏振分量。
2.如权利要求1所述的透明显示装置，其中所述光源包括阴极射线荧光灯或外部电极 荧光灯。
3.如权利要求1所述的透明显示装置，其中所述光源包括发光器件(LED)。
4.如权利要求1所述的透明显示装置，其中所述第一偏振板的光轴和所述第二偏振板 的光轴彼此互相垂直。
5.如权利要求1所述的透明显示装置，其中所述光学片包括第一基膜和第二基膜；以及偏振部，所述偏振部在所述第一基膜和所述第二基膜之间，用来沿第一偏振方向对入 射光进行偏振并输出光，并且将具有第二偏振分量的光改变成具有第一偏振分量的光并输 出光。
6.如权利要求5所述的透明显示装置，其中所述偏振部形成有数百片各向同性的介质 和具有双折射特性的各向异性的介质，用以透射在所述入射光中的P波分量并反射在所述 入射光中的S波分量。
7.如权利要求1所述的透明显示装置，其中还包括形成在所述导光板的整个区域上的 至少一层空气层。
8.如权利要求5所述的透明显示装置，还包括漫射膜，所述漫射膜设置在所述第一基膜的上部，用以漫射从所述偏振部进入的光。
9.如权利要求5所述的透明显示装置，其中在所述第一基膜上散布气泡，用以漫射从 所述偏振部进入的光。
全文摘要
公开了一种透明显示装置，其能够提高在图像模式中的亮度。该透明显示装置可以包括液晶显示面板；光源，设置在液晶显示面板的下部的一侧用以发射光；第一偏振板，用来对从所述光源发射的光进行偏振；导光板，设置在所述液晶显示面板的下部，用以将通过所述第一偏振板沿轴方向偏振的光全反射至所述导光板的侧表面，以将光提供到所述液晶显示面板，并透射从下方向进入的自然光；第二偏振板，设置在所述液晶显示面板的上部，用以控制经过液晶显示面板的偏振光的量；以及光学片，设置在导光板的下部用以改变从导光板进入的第一偏振光的偏振态并反射所述光，并且透射从导光板的下部进入的第二偏振分量。
文档编号G02B5/30GK102096237SQ201010617490
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者朴世鸿, 金应道 申请人:乐金显示有限公司