专利名称：显示器件和采用该器件的电子表的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来显示字母、数字、图案及类似信息的显示器件。本发明还涉及一种用来计时和显示时间的电子表，例如手表或秒表。
迄今为止，采用象液晶显示器这样的平板显示器显示数字、字母和其他种信息的显示器件已广为人所知。作为这样一种显示器件，例如图20中所示的显示器件为众所周知，其中把一对偏振器52和53置于液晶板51的两侧，而把反射器54置于一个偏振器53的背面。把这对偏振器52和53放置得例如使它们的偏振轴成直角。
在这种传统的显示器件中，通过在液晶板51的电极之间施加预定通态电压来显示诸如数字之类的信息，并通过施加低于通态电压的关断电压来显示白色背景或类似背景。在该图中，用“ON”表示施加通态电压的区域，用“OFF”表示施加关断电压的区域。
在这种显示器件中，当把关断电压施加到液晶板51上时，如箭头P所示，外部光线的线偏振光--即平行于纸平面偏振的自然光穿过偏振器52，并转变成垂直于纸平面偏振的线偏振光，其偏振方向由关断状态下的液晶板51扭转90°角。在穿过偏振器53之后，通过反射器54的表面不规则地反射该线偏振光。一部分不规则的反射光依次穿过偏振器53、液晶板51和偏振器52，把这部分光显示给外部的观看者。由此把这部分光看作来反射器54的反射图像，通常看作均匀的白色背景。
然后，当把通态电压施加到液晶板51上时，如箭头Q所示，通过偏振器52把平行于纸平面的线偏振光从外部光线中取出，该线偏振光穿过液晶板51。由于这时液晶板51处于导通状态，所以线偏振光的偏振方向保持与纸平面相平行而不被扭转，因此，该线偏振光由偏振器53吸收。由此，把这部分光看作来自外部的暗色，例如黑色。
如上所述，在这种传统的显示器件中，通常在一个均匀白背景上以黑色或类似的暗色把诸如数字之类的信息显示于来自反射器54的反射图像上。
此外，例如日本未审查专利第52-55565号公开文件公开了制作太阳能电池反射器54的技术，该反射器54构成电子表的显示部分。根据这种电子表，用太阳能电池的电动势给用于表驱动的电源充电，用该充电的表驱动电源驱动液晶板等等。
如上所述，尽管人们早已知道显示器件中的反射器54由一个太阳能电池构成，但是由于太阳能电池的表面通常为诸如黑色或深蓝色之类的暗色，所以当通过用反射器54反射外部光线来显示背景时，如图20的标记P所示，背景显示为黑色或类似的暗色。另一方面，如箭头Q所示，通过利用偏振器53的吸光特性把诸如数字之类的信息显示为黑色或类似的暗色。
简言之，当在传统的显示器件中反射器由一个太阳能电池构成时，诸如数字之类的信息以黑色或类似的暗色显示于相似暗色例如黑色的背景上。因此，不能清楚地辨别诸如数字之类的信息。所以，把一个太阳能电池放入表或类似物的显示面中的技术仍未被付诸实际应用。当用太阳能电池时，不得不把它放在表或类似物的显示面外面。
鉴于上述问题，提出了本发明，本发明的第一个目的是当把一个太阳能电池放入表或类似物的显示面中时，能把诸如数字之类的信息与背景区分开。
本发明的第二个目的是利用一个暗的地方中发光器件发出的光在表或类似物上产生显示，当把一个太阳能电池放入表或类似物的显示面中时外部光线不进入上述暗的地方。
下面为上述问题的解决方案(1)为了达到上述第一个目的，本发明的显示器件包括(a)第一偏振光分离装置，用来透射沿第一方向偏振的线偏振光分量，并用来禁止沿与该第一方向相垂直的方向偏振的线偏振光分量的透射；(b)偏振轴改变装置，设置该装置以接收从第一偏振光分离装置射出的线偏振光并在改变欲透射偏振光的偏振轴的状态与保持偏振轴不变的状态之间选择；(c)第二偏振光分离装置，越过偏振轴改变装置将第二偏振光分离装置设置在第一偏振光分离装置的对面，用以透射沿第二方向偏振的线偏振光分量并反射沿与该第二方向相垂直的方向偏振的线偏振光分量；和(d)一个太阳能电池，越过第二偏振光分离装置将太阳能电池设置在偏振轴改变装置的对面，用以接收外部光线并将外部光线转变为电能。
在以上结构和以下将要描述的结构中，从另一个观点看，可以认为第一偏振光分离装置具有透射从观看者一侧入射光的、沿第一预定方向偏振的线偏振光分量并禁止透射别的偏振光的偏振光分离功能，和透射从观看者相对一侧入射光的、沿该第一方向偏振的线偏振光分量并禁止透射另一偏振光的偏振光分离功能。
另外，从另一观点看，可以认为第二偏振光分离装置具有透射从偏振轴改变装置一侧入射光的沿第二方向偏振的线偏振光分量并反射另一偏振光的偏振光分离功能，而且还具有透射从偏振轴改变装置对面入射光的、沿该第二方向偏振的线偏振光分量的偏振光分离功能。
第一偏振光分离装置可以由一个常用的偏振器构成。常用的偏振器是一种具有透射沿一个方向偏振的入射光线偏振光分量并禁止透射其它线偏振光分量的特性的偏振光分离元件。例如，可通过在TAC(三乙酰纤维素)保护层之间夹一个偏振层来构成它。
偏振轴改变装置可以由例如液晶构成。对于液晶来说，可以使用各种液晶，例如TN(扭转向列)液晶、STN(超扭转向列)液晶和ECB(电控双折射)液晶。STN液晶包括采用色补偿光学各向异性材料的STN液晶，例如F-STN(薄膜补偿STN)液晶。
如人们所熟知的那样，太阳能电池可以由例如具有硅PN结的元件构成，它能把从诸如太阳光束之类外部光线辐射入的能量转变成电能。
第二偏振光分离装置可以由以下部分构成1)偏振光分离膜，如国际公开文件(国际公开文件第WO95/17692号或WO995/27919号)所公开的那样，它具有其中层叠许多薄膜的结构；2)偏振光分离片，它具有其中把四分之一波长λ片放在胆甾液晶层一侧或两侧的结构；3)偏振光分离构件，把它构造得能通过利用Brewster角把光分离成反射偏振光和透射偏振光(SID 92Digest，第427-429页)；或4)采用了一个全息图的偏振光分离构件。
按照这样构造的显示器件，可以用穿过第二偏振光分离装置、到达太阳能电池表面即光接收表面并从上面反射回的光线显示背景，并同时用从第二偏振光分离装置反射回而未穿过它的光线显示诸如数字之类的信息。由于太阳能电池的表面通常具有象黑色这样的暗色，所以以上述方式显示的背景也具有象黑色这样的暗色。另一方面，来自第二偏振光分离装置的反射光的条件由第二偏振光分离装置的表面条件决定。如果该表面是光滑的平面，则反射光为亮色的镜面反射光。当第二偏振光分离装置的表面是散光表面时，从那儿反射的光是亮的且不均匀反射的光。
简言之，按照本发明的显示器件或类似器件，当把太阳能电池用作反射器时，可以在黑色或类似色的背景上以光的颜色显示诸如数字之类的信息。因此，能够不带任何实际困难来生产手表显示屏或其他显示器。此外，由于显示平面中的背景即显示平面中的较宽区域用作太阳能电池的光接收表面，所以可以使太阳能电池收集大量的外部光线并将这些光线转变成电能。还有，由于能把太阳能电池放入显示诸如数字信息之类观看信息的显示区中，所以同其中把太阳能电池与显示区分开放置的传统情况相比，可以显著地减小显示器件的整体尺寸，或者能为手表显示屏或类似物建立一个更宽的显示区。
(2)尽管第二偏振光分离装置可由各种具有如上所述的结构的显示器件中的器件构成，不过当它由具有前述国际公开文件(WO 95/17692或WO 95/27919)所公开结构的偏振光分离膜构成时，也可以如例如图2所示构造它。这里所描述的偏振光分离膜12具有其中交替层叠两种层A和B的多层结构。关于沿层叠方向毗邻的这些层A与B的两层，把它们的折射率设定为相同沿一个方向，沿与该方向成直角的另一方向把它们的折射率设定为不同。另外，这些层在厚度上不同。
考虑到图2中三个相交轴方向X、Y和Z，通过例如挤压成型把两种层A与B制成多层状态。使这些层沿一个方向(例如X方向)延伸，而不沿另一方向(即Y方向)延伸。也就是说，X轴方向为延伸方向，Y轴方向为横向方向。材料B具有折射率nB(例如，nB=1.64)，该折射率基本不因延伸而改变。另一方面，材料A具有其中折射率因延伸而改变的特性。例如，当沿一个轴向延伸由材料A制成的片时，它在延伸方向(即X方向)上有折射率nAX(例如，nAX=1.88)，而在横向方向(即Y方向)上有折射率nAY(例如，nAY=1.64)。
当沿X方向延伸图2中所示由材料A与B制成的多层结构时，在延伸方向上出现较大的折射率差值Δn=1.88-1.64=0.24。另一方面，在与X方向相垂直的Y方向上，层A与B之间的折射率差值Δn=1.64-1.64=0，没有折射率差值。由于这样一种光学特性，当光线进入偏振光分离膜12时，沿透射轴的方向E偏振的入射光偏振分量(a)穿过偏振光分离膜12。另一方面，沿吸收轴的方向F偏振的入射光偏振光分量(b)面临折射率差值Δn并由出现差值的部分反射。
此外，如图3所示，各对层A与B的厚度t1、t2、t3……稍微有所不同，所以，能够用层间的截面反射不同波长(b-1)、(b-2)……的光线。简言之，由具有不同厚度的层A与B构成的多层结构允许充分反射所有波长的光。可以通过设定将要反射所有波长光的那些层的厚度组合来反射白光。
按照上述具有这样一种结构的显示器件，即，在该结构中把具有由多个层叠薄膜构成的薄膜多层结构的偏振光分离膜用作第二偏振光分离装置，可以以相当小的厚度制成具有这种结构的偏振光分离膜，并把它做得有柔性。因此，可以减小电子表或类似物的整体厚度并简化制造过程。
(3)然后，按照本发明用来计时和显示时间的电子表包括(a)第一偏振光分离装置，用来透射沿第一方向偏振的线偏振光分量并禁止透射沿与第一方向垂直的方向偏振的线偏振光分量；(b)偏振轴改变装置，设置该装置以接收射自第一偏振光分离装置的线偏振光并在用来改变欲透射偏振光的偏振轴的状态和用来保持偏振轴不变的状态之间选择；(c)第二偏振光分离装置，将它越过偏振轴改变装置放在第一偏振光分离装置的对面以透射沿第二方向偏振的线偏振光分量并反射沿与第二方向垂直的方向偏振的线偏振光分量；(d)太阳能电池，将它越过第二偏振光分离装置放在偏振轴改变装置的对面以接收外部光线并将外部光线转变为电能。
按照这种电子表，与以上(1)中所述的显示器件类似，当把太阳能电池用作反射器时，能在黑色或类似色背景上以一种亮色显示诸如数字之类的信息。因此，能毫无实际困难地产生显示。此外，由于显示平面中的背景--即显示平面中较宽的区域用作太阳能电池的光接收表面，所以可以使太阳能电池能收集大量的外部光线并将这些光线转变成电能。还有，由于可以把太阳能电池放入显示诸如数字信息之类观看信息的显示区中，所以，和其中把太阳能电池与显示平面分开来放置的传统情况相比，可以显著减小电子表的整体尺寸并建立用于观看显示或类似作用的宽显示区。
(4)在具有上述结构的电子表中，如图2所示，第二偏振光分离装置可以由其中层叠有许多薄膜的偏振光分离膜构成。
(5)为了达到上述第二个目的，按照本发明用来计时和显示时间的电子表包括(a)第一偏振光分离装置，用来透射沿第一方向偏振的线偏振光分量，并用来禁止沿与该第一方向相垂直的方向偏振的线偏振光分量的透射；(b)偏振轴改变装置，设置该装置以接收从第一偏振光分离装置射出的线偏振光并在改变欲透射偏振光的偏振轴的状态与保持偏振轴不变的状态之间选择；(c)第二偏振光分离装置，越过偏振轴改变装置将第二偏振光分离装置设置在第一偏振光分离装置的对面，用以透射沿第二方向偏振的线偏振光分量并反射沿与该第二方向相垂直的方向偏振的线偏振光分量；(d)透明表面发射装置，越过第二偏振光分离装置将透明表面发射装置设置于偏振轴改变装置的对面；和(e)一个太阳能电池，越过第二偏振光分离装置将太阳能电池设置在偏振轴改变装置的对面，用以接收外部光线并将外部光线转变为电能。
按照这种电子表，与以上(1)中所述显示器件类似，当把太阳能电池用作反射器时，可以在黑色或类似色的背景上以一种亮色显示诸如数字之类的信息。因此，能够毫无任何实际困难地产生手表显示。此外，由于显示平面中的背景--即显示平面中较宽的部分用作太阳能电池的光接收表面，所以可以使太阳能电池收集大量的外部光线并把这些光线转变为电能。还有，由于能把太阳能电池放入显示诸如数字信息之类时间信息的显示区内，所以和其中把太阳能与显示区分开放置的传统情况相比，可以显著减小电子表的整体尺寸并建立用于手表显示屏或类似作用的宽显示区。
另外，按照采用透明表面发射装置的这种电子表，甚至在把电子表放在没有外部光线进入的暗的地方时，也能通过利用来自透明表面发射装置的光线产生手表显示，在从观看者方向看手表时，该透明表面发射装置放在第二偏振光分离装置的背面。
在以上(5)中所述的电子表中，各元件、第一偏振光分离装置、偏振轴改变装置、太阳能电池和第二偏振光分离装置可以与以上(1)中所述显示器件中所用的那些相同。
(6)在以上(5)中所述的电子表中，尽管透明表面发射装置可以具有任意一种结构，不过最好它包括用来发光的光源；和在偏振轴改变装置一侧设置有一个光出射表面的导光部件，用来将光从光源导向光出射表面。
(7)当光从如以上(6)中所述电子表中那样的光导向部件的光出射表面射出时，通过在光出射表面或其相对表面上形成一个凸的部分或一个凹的部分能够使光从光出射表面射出。例如，光能通过以下方式从平面结构的光出射表面射出如
图11所示，在光出射表面上形成圆柱形凸起；如图15所示，在光出射表面上形成圆柱状凹槽；如图16所示，在与出射表面相对的表面上形成锥形凸起；如图17所示，在与光出射表面相对的表面上形成锥形凹槽；如图18所示，在与光出射表面相对的表面上形成半球形凸起；或如图19所示，在与光出射表面相对的表面上形成半球形凹槽。
(8)在具有上述结构的电子表中，透明表面发射装置可以包括一个储光发光层。该储光发光层可以包括一个衬底，该衬底能够保持住由所吸收的光激发的、处于激发状态下的电子并通过所保持电子与空穴的复合来发光。
当这样一个发光衬底吸收光时，首先，电子被激发在第一激发状态，通过由杂质中心或晶格缺陷造成的俘获中心来俘获这些电子，从而把它们保持在预定激发状态。之后，通过热激活把由俘获中心保持的电子返回到第一激发状态，使它们与空穴复合，由此发光。这样一种发光衬底是例如一种含作为母晶的锶铝氧化物(SrAl2O4)和作为杂质的稀土元素的衬底。
这种储光发光层可以用一种由光导向部件和光源构成的发光装置代替，或者可以与该发光装置装在一起。适用这种储光发光层使得能在亮的环境中把能量存入储光发光层而在暗的环境中把光从以能量为基础的储光发光层中发射出来。通过利用所发射的光能够进行手表显示。
该储光发光层要有储光特性和透射一些能给太阳能电池充电的光的性能。为了把这种光透射性能添加给储光发光层，可以采用如下方法，例如1)减小储光发光层的厚度；2)设计储光材料；和3)把储光区细分为小点状部分。当把储光区细分为小点状部分时，光穿过储光部分之外的那些部分并由太阳能电池吸收。通过改变储光部分的比例，可以确定所存储光能与由太阳光产生的电能之间最佳的比例。
(9)在具有上述结构的电子表中，可以把散光层置于透明表面发射装置的观看者一侧上。这能用射自透明表面发射装置的光来实现亮的手表显示。
(10)为了实现上述第一个目的，按照本发明的电子表包括一个偏振器；一个TN液晶层；一个用来透射沿第一方向偏振的线偏振光分量并反射沿与第一方向相垂直的方向偏振的线偏振光分量的偏振光分离膜；和一个太阳能电池，其中这些元件按这一顺序一个层叠在另一个之上。
图1是按照本发明的一个实施例的显示器件的示意图。
图2是表示出用作图1所示结构主要部分的偏振光分离膜的内部结构的示意性透视图。
图3是表示出图2所示偏振光分离膜的作用的示意图。
图4是表示出作为按照本发明上述实施例电子表的电子手表断面结构的剖视图。
图5是表示出用在图4所示电子手表中的机件实例的平面图。
图6是表示出作为本发明显示器件一个应用的电子袖珍计算器主要部分的分解透视图。
图7是表示出用在按照本发明电子表中液晶显示装置的一个实例的示意性剖视图。
图8是表示出按照本发明一个实施例的电子表断面结构的剖视图。
图9是表示出图8所示断面结构主要部分的放大剖视图。
图10是按照本发明上述实施例电子表的正视图。
图11是用作图7所示液晶显示装置主要部分的透明表面发射器件实施的透视图。
图12是表示出图11所示发光器件断面结构的剖视图。
图13是用作按照本发明另一实施例电子表中液晶显示装置的示意性剖视图。
图14是用在按照本发明又一实施例电子表中液晶显示装置的示意性剖视图。
图15是表示出光导向部件一种形式的剖视图。
图16是光导向部件另一种形式的剖视图。
图17是光导向部件又一种形式的剖视图。
图18是光导向部件再一种形式的剖视图。
图19是光导向部件还一种形式的剖视图。
图20是表示出传统显示器件的实例主要部分的示意图。
图4表示出一个电子表尤其是一个电子手表实施例的剖面结构，该电子表用本发明的显示器作为显示部分。该手表包括由例如塑料制成的外壳1；装在外壳1里的机件2；固定到外壳上并置于机件2上的玻璃片3；和用来固定机件2的后盖4。标号6代表表带。
机件2包括框架7；由框架7支承并用作偏振轴改变装置的液晶层部分8；粘到液晶层部分8的外表面(图中上表面)并用作第一偏振光分离装置的偏振器11；越过液晶层8置于偏振器11对面并用作第二偏振光分离装置的偏振光分离膜12；和置于偏振光分离膜12底面的太阳能电池18。
偏振器11由常用的偏振器制成，用来通过吸收、散射或类似作用透射沿第一方向偏振的线偏振光分量并禁止透射沿与第一方向相垂直方向偏振的线偏振光分量。在本实施例中，把偏振器11放置得其透射轴指向与图1纸平面垂直的方向。偏振光分离膜12由具有如图2所示其中层叠许多薄膜的结构的偏振光分离膜制成。如上所述，偏振光分离膜12用来透射沿第二方向偏振的线偏振光分量并反射其它线偏振光分量而不是吸收它们，尤其用来全反射沿与透射轴成直角方向偏振的线偏振光。
在本实施例的偏振光分离膜12中，把其各层的厚度t1、t2、t3……(见图2)设定得便于反射可见光区中所有波长的光。面朝液晶层部分8的偏振光分离膜12的表面可以是用来镜面反射光的平面，或是光散射层，即散光层。在平面的情况下，来自偏振光分离膜12的反射图像是镜面反射图像。在散光层的情况下，来自偏振光分离膜12的反射图像没有图案，并为单色图像(通常为白色)。通过在偏振光分离膜12的表面上形成一个彩色层可以把适当的颜色加到图像上。
太阳能电池18的表面--即光接收表面以与普通太阳能电池相同的方式具有暗色，例如黑色或深蓝。太阳能电池18从光接收表面接收外部光线并把光转变成电。通过转变所产生的电给用于手表驱动的电池充电，然后当需要用电来驱动手表时输出电。
图4中，液晶层部分8包括相对的一对透明玻璃衬底13a和13b。用例如TN液晶L的液晶密封一个形成于这对玻璃衬底之间、叫作盒间隙的间隙。如图5所示，玻璃衬底13a与13b装有多个用来显示诸如数字和字母之类信息的透明电极14。在本实施例中，把透明电极分为七段以显示一位数字。
可在分别形成于所述对玻璃衬底13a与13b中相对的一对分段电极14之间施加预定电压。取决于是施加(导通)电压还是 施加(关断)电压能把液晶L设定于两个对准状态之一。把本实施例的液晶设定得它在接通状态下不改变穿过其中的线偏振光的偏振轴，另一方面，它在关断状态下把线偏振光的偏振轴扭转90°角。
以下将给出对具有上述结构的电子手表工作的描述。
首先，在显示背景中，把图1中液晶层部分8置于关断状态下。然后，如图中箭头Q所示，沿垂直于纸平面方向偏振的线偏振光从外部光线--即自然光中穿过偏振器11并转变成沿平行于纸平面方向偏振的线偏振光，其偏振方向由关断状态下的液晶层部分8扭转了90°角。该线偏振光穿过偏振光分离膜12，到达太阳能电池18的光接收表面，在太阳能电池中将大量光线转变成电能。把一小部分光转变成反射光，在它们穿过偏振光分离膜12、液晶层部分8和偏振器11之后，观看者看见它们。由于太阳能电池18的光接收表面为诸如黑色或深蓝之类的暗色，所以所看到的颜色也是这样一种暗色。
在显示诸如数字之类的信息中，把图1所示的液晶层部分8置于导通状态下。然后，由偏振器11取出来自外部光线、沿垂直于纸平面方向偏振的线偏振光，如箭头P所示，该线偏振光穿过液晶层部分8。这时，由于液晶层部分8处于导通状态，所以并不扭转线偏振光的偏振方向并使其保持垂直于纸平面。因此，该线偏振光由偏振光分离膜12中层间的界面按照波长反射，在所反射的光线依次穿过液晶层部分8和偏振器11之后，把所反射的光线显示于外部。由此，以偏振光分离膜12的反射颜色来显示图5所示透明分段电极14的导通状态段。该反射颜色为诸如银色、灰色或白色之类的亮色。
按照上面所述，当在本实施例中通过利用外部自然光来产生手表显示时，用来自太阳能电池18的表面的反射光以暗色显示背景，而以来自偏振光分离膜12的暗反射色将诸如数字之类的信息显示于其上。因此，可以毫无任何实际困难清楚地看到诸如数字之类的信息。此外，如图1和5所示，由于把太阳能电池18放入手表的显示区内，所以与其中把太阳能电池放在显示区外部的情况相比，能显著减小电子表的整体尺寸。
图6表示出其中把本发明的显示器件用作电子袖珍计算器显示部分的另一实施例。在本实施例中，电子袖珍计算器20的数字显示屏21由本发明的显示器件构成。在袖珍计算器20的屏位置G中，把太阳能电池18、偏振光分离膜12、液晶层部分8和偏振器11依此顺序从下面一个叠在另一个之上，它们构成了数字显示屏21。
上述元件--偏振器11、液晶层部分8、偏振光分离膜12和太阳能电池18以与图1中相同标号所代表元件相同的方式工作，因此，省略对其的详细描述。通过有选择地操纵各种键22，可以把所需数字和作为计算结果获得的数字显示于基于液晶层部分8中分段电极导通/关断状态的数字显示屏21上。这时，通过用太阳能电池18的光接收表面以暗色来显示背景，而以诸如银色或灰色之类的亮色将诸如数字之类的信息清晰地显示于其上。
在电子袖珍计算器20中，由于也把太阳能电池18放入液晶显示部分8的显示区中，所以不必为把太阳能电池18放在屏区G之外而准备一个区域，这使得能显著减小计算器20的整体尺寸。
尽管已参照与权利要求1和3有关的优选实施例描述了本发明，不过本发明并不限于这些实施例，在由权利要求书所确定的本发明的范围之内可以做各种修改。
例如，尽管图4说明了其中本发明的显示器件用到电子手表中的情况，而图6说明了其中它用到电子袖珍计算器中的情况，不过本发明的显示器件还可用作其他种电子仪器的显示部分。此外，尽管本发明用到图4所示实施例中的手表中，不过，它当然也可用到具有另一种结构的电子表中，例如秒表。
尽管在以上实施例中把采用TN液晶的液晶板用作偏振轴改变装置，该装置能在用来改变欲透射偏振光的偏振轴的状态和用来保持偏振轴不变的状态之间选择，不过也可以用采用STN液晶或ECB液晶的液晶板代替。
还有，尽管把其中如图2所示层叠有多个薄膜的多层结构用作第二偏振光分离装置，该第二偏振光分离装置用来透射沿第二方向偏振的线偏振光分量并反射沿与第二方向垂直方向偏振的线偏振光分量，不过它还可以用以下装置代替1)偏振光分离片，它具有其中将四分之一波长λ片置于胆甾液晶层的一侧或两侧的结构；2)偏振光分离部件，把它构造得能用Brewster角(SID 92 Digest，第427-429页)分为反射偏振光和透射偏振光；或3)采用全息底片的偏振光分离部件。
图8表示出按照本发明一个实施例的电子表，尤其是电子手表。该电子表包括例如由塑料或金属制成的外壳1；装在外壳1中的机件2；固定到外壳1上并置于机件2上的玻璃片3；和用来固定机件2的后盖4。标号6代表表带。
如图9所示，机件2包括框架7；由框架7支承的液晶显示装置5；和置于液晶显示装置5之下的电路衬底10。如图7所示，液晶显示装置5包括液晶层部分8，它用作偏振轴改变装置；偏振器11，把它置于液晶层部分8的观看者一侧(图中上侧)，它用作第一偏振光分离装置；和偏振光分离膜12，如从观察者一方看，它置于液晶层部分8的背面(图中下侧)，它用作第二偏振光分离装置。在偏振光分离膜12的背面，还依次装有散光层15、透明表面发射器件29和太阳能电池18。
偏振器11由常用的偏振器构成，它用来透射从观看者一侧入射的光的、沿第一预定方向--在本例中，沿与纸平面平行的方向--偏振的线偏振光分量，并用来禁止透射其它线偏振光。另外，偏振器11用来透射从与观看者相对的一侧入射的光的、沿平行于纸平面方向偏振的线偏振光分量，并用来禁止透射其它偏振光。
偏振光分离膜12由具有其中如图2所示层叠有许多薄膜结构的偏振光分离膜构成。图7中，偏振光分离膜12透射从液晶层部分8一侧入射的光的、沿第二方向--在本实施例中，沿与纸平面垂直的方向--偏振的线偏振光分量，并反射其它偏振光，尤其是全反射沿平行于纸平面方向偏振的光。此外，偏振光分离膜12还用来透射从与液晶层部分8相对的一侧--即从发光器件29一侧入射的光的、沿与纸平面垂直方向偏振的偏振光分量。
在本实施例的偏振光分离膜12中，把各层A与B的厚度t1、t2、t3……(见图5)设定得便于反射包含在可见光区内所有波长的光。面向液晶层部分8的偏振光分离膜12的表面可以是一个用来镜面反射光线的平面，或是一个光散射层，即散光层。在平面的情况下，来自偏振光分离膜12的反射图像是镜面反射图像。在散光层的情况下，来自偏振光分离膜12的反射图像没有图案，并为单色图像(通常为白色)。通过在偏振分离膜12的表面上形成一个彩色层可以把一种适当的颜色加到该图像中去。
太阳能电池18的表面--即光接收表面以与普通的太阳能电池相同的方式具有为诸如黑色或深蓝之类的暗色。太阳能电池18从光接收表面接收外部光线并把这些光线转变为电。把由转变产生的电充入用于手表驱动的电池中，然后在需要时把电从该电池中输出以便驱动手表。
图7中，液晶层部分8包括一对相对的透明衬底13a和13b。用诸如TN液晶L之类的液晶密封形成于透明衬底之间、叫作盒间隙(cell gap)的间隙。透明衬底13a和13b由诸如玻璃或塑料之类的透明材料制成。在其内表面上，多个用来显示由数字、字母或诸如此类的信息组成的可见信息的透明电极14a和14b由ITO(铟锡氧化物)或诸如此类的东西制成。在有电极14a和14b形成的衬底表面上，对准层还由聚酰亚胺、聚乙烯醇等制成，它们受到诸如摩擦之类的对准处理。
在本实施例中，如图10所示，透明电极14a和14b组成其中设置有六个一位数字的图案，每个一位数字由七段组成。通过有选择地改变这些段中一些段的颜色，可显示各种数字以用于时间显示。当然，在需要时也可显示不是数字的任意其他信息。
图7中所示透明表面发射器件29包括光导向部件28，把它制成具有光透射性能的象一个片一样的形状；和位于光导向部件28一侧的多个光源，例如如图11和12所示的LED(发光二极管)30，在本实施例中光源为3个。在图中上侧上光导向部件28的表面28a用作光出射表面，即观看者一侧表面。光出射表面28a装有多个沿均匀或不均匀点排布向外突出的圆柱形凸起31a。把反光膜32粘到光导向部件28的设置有LED30侧之外的那些侧上。
光导向部件28可以由以下部分制成1)诸如聚丙烯树脂、聚碳酸酯树脂、或非晶聚烯烃树脂之类的透明树脂；2)诸如玻璃之类的无机透明材料；或3)这些材料的混和物。另外，可用各种方法制作它，例如1)注模；2)利用树脂的照相排版性能的方法；3)蚀刻；或4)把一层膜粘接到透明树脂或玻璃平片上的方法。
如图12所示，在光导向部件28中，射自LED30的光S1和S2在经受从光出射表面28a的内表面和相对表面的重复全反射时扩散到光导向部件28内部。用形成于侧面的反光膜32反射已扩散到侧面上的光，并使这些光再次扩散到光导向部件28的内部。在这一扩散期间，已到达凸起31a一侧的光射到外部，并射向图7中的液晶层部分8，即射向观看者一侧。来自LED30的光几乎完全不从未形成凸起31a的表面射出。
具有上述结构的电子表有两种显示模式采用外部自然光的反射显示模式和采用射自发光器件29的光的透射显示模式。以下将逐一描述这些描述。
(反射显示模式)参见图7，在用外部光线进行显示而使发光器件29不发光的情况下，当在液晶层部分8的电极14a和14b之间施加关断电压时，如箭头P所示，由偏振器11从外部光线把平行于纸平面的线偏振光取出。此外，由液晶层部分8把该线偏振光转变为其偏振方向扭转约90°角的垂直于纸平面的线偏振光。接着该线偏振光穿过偏振光分离膜12、散光层15和光导向部件28，还有，由太阳能电池18的光接收表面吸收该线偏振光。由此，把施加关断电压的区域显示为诸如黑色之类暗色的背景。根据太阳能电池18的功能把由太阳能电池18接收的光转变成电能，在需要时把这些电能充入用来驱动手表的电源存储部分中。
接着，当把导通电压施加到液晶层部分8上时，如箭头Q所示，由偏振器11从外部自然光中把平行于纸平面的线偏振光取出，而且还使该线偏振光保持与纸平面平行而基本上不使液晶层部分8扭转其偏振方向。根据偏振光分离膜12的功能，由偏振光分离膜12反射该线偏振光。所反射的光穿过液晶层部分8，同时保持与纸平面平行，它还穿过偏振器11，射到外部。这使得观看者能看到取决于偏振光分离膜12表面状况的反射色图像，例如，镜面反射图像或白色图像。如关于图10所述，把导通电压区看作诸如一个数字之类的可视图像。
如上所述，当在用外部自然光的反射显示模式下进行表显示时，在关断电压施加区中显示黑色或诸如此类颜色的背景，同时，在导通电压施加区中把白色或类似色可视信息显示为手表信息。由到达太阳能电池18的外部光线在关断电压施加区产生电能，在需要时蓄积电能。
(透射显示模式)当时间显示表面是黑的并难以在夜里或暗的房间里看到它时，点亮发光器件20的LED30。在这种情况下，在把关断电压施加到液晶层部分8的区域中，射自LED的光扩散到光导向部件28的内部，然后如箭头R简要所示，从光出射表面28a射向观看者一侧(即图中上侧)。该射出光穿过散光层15，由偏振光分离膜12取出作为垂直于纸平面的线偏振光，并由液晶层部分8转变成平行于纸平面的线偏振光，其偏振方向扭转约90°角。该线偏振光穿过偏振器11，显示于外部。这使观看者能看到作为背景的着色的光，这种光射自光导向部件28并穿过散光层15，作为背景。射自光导向部件28的光通常为白色，并由散光层15散射，从而观看者能见到白光背景。
接着，在把导通电压施加到液晶层部分8上的区域中，如箭头T简要所示，射自LED30的光从光导向部件28的光出射表面28a射出，穿过散光层15并由偏振光分离膜12取出作为垂直于纸平面的线偏振光。由于该线偏振光穿过液晶层部分8而不扭转其偏振方向，所以其偏振轴并不与偏振器11的透射轴一致。因此，该线偏振光由偏振器11吸收。所以，这一区域由观看者看时为黑色显示。
如上所述，当以利用射自发光器件29的透射显示模式进行表显示时，白色或类似色背景显示于关断电压施加区中，同时，在导通电压施加区中把可视信息显示为黑色或类似色表信息。由于在该透射显示模式下，极少的光进入太阳能电池18中，所以几乎不由太阳能电池18进行电能的产生。
如上所述，按照本实施例的电子表，无论是采用外部自然光还是射自发光器件29的光线，都可以以一个不同颜色产生数字或类似信息形式的手表显示，用来清晰地区别于背景。因此，甚至当把太阳能电池放入显示数字或类似信息的表显示表面的区域时，也能毫无任何困难地进行表显示。所以，可以把太阳能电池的光接收区域做得尽可能大，并为用来驱动表的电源提供较大的电能。
图13表示出用在按照本发明又一实施例的电子表中的液晶显示装置。该液晶显示装置25不同于图7中所示液晶显示装置5，不同点在于，在液晶显示装置25中把储光发光层26置于偏振光分离膜12和太阳能电池18之间，而不是图7中所示的置于透明表面发射器件29和散光层15之间。图13与7中相同的标号代表相同的元件，因此，省略对它们的描述。
储光发光层26的上表面用作光接收表面和发光表面。当外部光线由储光发光层26的光接收表面接收时，把它作为能量存入内部。当外部很暗时，把所存能量作为光射到外部。还有，储光发光层26具有一种储光性能，并具有透射一定量能对太阳能电池18充电的光线的性能。
在本实施例的电子表中，当用外部光线进行手表显示时，如箭头P所示，外部光线依次穿过施加关断电压区域中的偏振器11、液晶层部分8、偏振光分离膜12和储光发光层26，然后，它到达太阳能电池18的光接收表面。观看者把该区域看作着暗色的背景。同时，把已到达太阳能电池18的光转变成电能并用作用于手表显示的电源。在施加导通电压的区域中，如箭头Q所示，诸如数字之类的信息由从偏振光分离膜12反射的光线以与图7中所示情况相似的方式显示。
当在夜里使用这种电子表或把它放在暗房间中时，把存入储光发光层26内部的能量作为光从发光表面射出。在这种情况下，如箭头R所示，所发射的光穿过被关断电压施加到液晶层部分8的区域中的偏振光分离膜12、液晶层部分8和偏振器11，然后它显示于外部。这使观看者能把射自储光发光层26的着色光看作背景。
另一方面，在把接通电压施加到液晶层部分8的区域中，如箭头T所示，射自储光发光层26的光穿过偏振光分离膜12和液晶层部分8，由偏振器11吸收。因此，由观看者把该区域看作黑色显示。
如上所述，本实施例的电子表能够通过利用无需其自己电源的储光发光层26实现透射显示模式。另外，该电子表能通过利用太阳能电池18把外部光线转变成电能，并能把电能用作手表的能源。
图14表示出用于按照本发明再一个实施例的电子表的液晶显示装置。该液晶显示装置35不同于图7中所示的液晶显示装置5，不同点在于，把液晶显示装置35中的储光发光层26置于偏振光分离膜12和透明表面发射器件29之间而不是把图7中所示的散射层15。图14与7中相同的标号代表相同的元件，因此，省略对它们的描述。
按照本实施例，可以通过用射自储光发光层26的光并另外通过用射自透明表面发射器件29的光产生手表显示。最好是，首先通过用射自储光发光层26的光进行显示。当光量减小到实际并不足够的量时，点亮发光器件29的一个LED30，并使用射自发光器件29的光。
在图7和14中所示的光导向部件28中，光出射表面28a装有圆柱形凸起31a以便把LED30的光从光出射表面28a中取到外部。如图15所示，可以使圆柱形凹槽33a代替这些凸起31a形成于光出射表面28a上。此外，如图16所示，锥形凸起31b可以形成于光导向部件28的光出射表面28a的背面。还有，如图17所示，锥形凹槽33b可以形成于光导向部件28的光出射表面28a的背面。再有，如图18所示，半球形凸起31c可以形成于光导向部件28的光出射表面28a的背面。还有，如图19所示，半球形凹槽33c可以形成于光导向部件28的光出射表面28a的背面。
按照权利要求1中所要求的显示器件和权利要求3中所要求的电子表，由于至少一个用来将偏振轴改变装置夹在中间的偏振光分离膜由具有透射沿一个方向偏振的线偏振光并反射其它线偏振光特性的偏振光分离元件构成，所以当把太阳能电池用作反射器时，诸如数字之类的信息能够以一个亮色显示于着暗色的背景上。因此，甚至当把太阳能电池用作反射器时也能毫无任何实际困难地产生手表显示或另外的显示。
此外，由于显示平面中的背景--即显示平面中的较宽区域用作太阳能电池的光接收表面，所以可以使太阳能电池收集大量的外部光线并能把这些外部光线转变成电能。还有，由于可以把太阳能电池放入显示诸如数字信息之类信息的显示区中，所以，与其中把太阳能电池与显示区分开放的传统情况相比，可以显著较小显示器件和电子表的整体尺寸，或能为手表显示或诸如此类建立一个较宽的显示区。
按照权利要求5中所要求的电子表，能够获得与权利要求3中所要求的电子表那些优点相类似的优点。还有，由于当从观看者一方看时，把透明表面发射装置放在第二偏振光分离装置的背面，所以可以在没有外部光线进入的暗处中用射自发光装置的光产生手表显示。
权利要求
1．一种显示器件，包括第一偏振光分离装置，用来透射沿第一方向偏振的线偏振光分量，并用来禁止沿与该第一方向相垂直的方向偏振的线偏振光分量的透射；偏振轴改变装置，设置该装置以接收从所述第一偏振光分离装置射出的线偏振光并在改变欲透射偏振光的偏振轴的状态与保持偏振轴不变的状态之间选择；第二偏振光分离装置，越过所述偏振轴改变装置将所述第二偏振光分离装置设置在所述第一偏振光分离装置的对面，用以透射沿第二方向偏振的线偏振光分量并反射沿与该第二方向相垂直的方向偏振的线偏振光分量；和一个太阳能电池，越过所述第二偏振光分离装置将所述太阳能电池设置在所述偏振轴改变装置的对面，用以接收外部光线并将外部光线转变为电能。
2．一种按照权利要求1的显示器件，其特征在于，所述第二偏振光分离装置具有包括两种层交替层叠的多层结构，沿层叠方向相邻接的所述多个层中的两个在一个方向上具有相同的折射率，而在一个与其成直角的方向上具有不同的折射率，并且所述多个层在层叠方向上的厚度有所不同。
3．一种用来计时并显示时间的电子表，包括；第一偏振光分离装置，用来透射沿第一方向偏振的线偏振光分量，并用来禁止透射沿与该第一方向相垂直的方向偏振的线偏振光分量；偏振轴改变装置，设置该装置以接收从所述第一偏振光分离装置射出的线偏振光并在改变欲透射偏振光的偏振轴的状态与保持偏振轴不变的状态之间选择；第二偏振光分离装置，越过所述偏振轴改变装置将所述第二偏振光分离装置设置在所述第一偏振光分离装置的对面，用以透射沿第二方向偏振的线偏振光分量并反射沿与该第二方向相垂直的方向偏振的线偏振光分量；一个太阳能电池，越过所述第二偏振光分离装置将所述太阳能电池设置在所述偏振轴改变装置的对面，用以接收外部光线并将外部光线转变为电能。
4．一种按照权利要求3的电子表，其特征在于，所述第二偏振光分离装置具有包括两种层交替层叠的多层结构，沿层叠方向相邻接的所述多个层中的两个在一个方向上具有相同的折射率，而在一个与其成直角的方向上具有不同的折射率，并且所述多个层在层叠方向上的厚度有所不同。
5．一种用来计时和显示时间的电子表，包括第一偏振光分离装置，用来透射沿第一方向偏振的线偏振光分量，并用来禁止沿与该第一方向相垂直的方向偏振的线偏振光分量的透射；偏振轴改变装置，设置该装置以接收从所述第一偏振光分离装置射出的线偏振光并在改变欲透射偏振光的偏振轴的状态与保持偏振轴不变的状态之间选择；第二偏振光分离装置，越过所述偏振轴改变装置将所述第二偏振光分离装置设置在所述第一偏振光分离装置的对面，用以透射沿第二方向偏振的线偏振光分量并反射沿与该第二方向相垂直的方向偏振的线偏振光分量；透明表面发射装置，越过所述第二偏振光分离装置将所述透明表面发射装置设置于所述偏振轴改变装置的对面；和一个太阳能电池，越过所述透明表面反射装置将所述太阳能电池设置在所述第而偏振光分离装置的对面，用以接收外部光线并将外部光线转变为电能。
6．一种按照权利要求5的电子表，其特征在于，所述透明表面发射装置包括用来发光的光源；和在所述偏振轴改变装置那一侧上设置光出射表面的光控制部件，用以把光从所述光源引导到所述光出射表面。
7．一种按照权利要求6的电子表，其特征在于，所述光控制部件在所述光出射表面或其对面上有一凸的部分或一凹的部分，以便于从所述光出射表面发射光线。
8．一种按照权利要求5到7中至少一个的电子表，其特征在于，所述透明表面发射装置包括一个储光发光层。
9．一种按照权利要求5到8中至少一个的电子表，其特征在于，所述透明表面发射装置在观看者一侧上设置有一个散光层。
10．一种电子表，包括一个偏振板；一个TN液晶层；一个偏振光分离膜，用来透射沿第一方向偏振的线偏振光分量并反射沿与该第一方向相垂直的方向偏振的线偏振光分量；一个太阳能电池；其中按这个顺序把所述这些元件以一个在另一个之上的方式放置。
全文摘要
本发明提供了一种显示器件和电子表,在把太阳能电池放入显示区中时,能使各种信息清晰地区别干背景。显示器件包括偏振器、液晶层部分、偏振光分离膜和太阳能电池。偏振光分离膜用来透射沿一个方向偏振的线偏振光Q并反射另一方向的线偏振光P。由于太阳能电池的表面为暗色,所以用沿Q传播的光显示着暗色的背景。用由偏振光分离膜反射并沿P传播的光以亮反射色显示信息。因此,当把电池放入显示平面的内部区域时可以以高对比度显示信息。
文档编号G02B27/28GK1213098SQ98116869
公开日1999年4月7日 申请日期1998年8月3日 优先权日1997年8月4日
发明者宫泽英一, 有川康夫 申请人:精工爱普生株式会社