专利名称：包括二个重叠的显示装置的显示组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括二个重叠的显示装置的显示组件；更具体地说，涉及包括可使其中一个显示装置有选择地显现在观察者面前，而另一个显示装置不能显现出来的装置的这种形式的组件。
本发明还涉及包括一个上述形式的显示组件的钟表；更具体地说，涉及包括一个模拟显示装置与一个数字显示装置组合在一起的显示组件的钟表。
从以申请人名字提出的欧洲专利EP0926574号中，已经知道一种包括二个重叠的显示装置的显示组件。本专利申请的
图1中，表示了这种显示组件。
图1表示以标号1表示的手表形式的钟表。该手表1通常包括一个壳体2；在壳体2的后盖4上安放着一个电子钟表的机件6和电池8。该电池8通过一个接触弹簧10，安放在后盖4上。机件6包括电子计时电路，该电路通过一个控制电路，与秒针12，分针14和时针16的一个驱动装置(没有示出)连接。秒针，分针和时针在带有小时符号(没有示出)的一个表盘18之上运动。壳体2通常还由一块覆盖着整个表盘18的晶体20封闭起来。
手表1还包括一个具有二个重叠的显示装置-即顶部装置22和底部装置24的显示组件。
在图1所示的例子中，底部显示装置24包括由秒针12、分针14、时针16和表盘18组成的一个模拟时间显示装置。
根据在欧洲专利EP0926574号中所述的发明，顶部显示装置22包括由安放在一个光学闸门28上面的显示元件26组成的双重结构。该显示装置22在该底部显示装置24和晶体20之间延伸。
一方面，安放在晶体20和光学闸门28之间的顶部显示装置22的显示元件26，与光学闸门一样，在该显示元件26和光学闸门28的第一个切换状态下是透明的。可使由底部显示装置24(即秒针12，分针14，时针16和表盘18)显示的数据能看得见。
另一方面，在上述显示元件26和光学闸门28的第二个切换状态下，该顶部显示装置22的显示元件26可显示(例如)字母数字混合式数据的一项，而该光学闸门28则将底部显示装置24遮蔽起来。
由于这些特点，可以有选择地使用底部显示装置24或顶部显示装置22。如果选择使用底部显示装置24，则可将顶部显示装置22切换至其第一个状态。这时，顶部显示装置22是透明的，因此可看见由该底部显示装置24显示的数据。相反，如果选择使用顶部显示装置22，则可将光学闸门28切换至第二个状态。这时，该光学闸门28不透明和可以反光，完全遮蔽底部显示装置24；而上述顶部显示装置22的显示元件26，可以显示所希望的数据。
根据图1所示的具体实施例，显示元件26为液晶式显示元件。显示元件26包括一个透明的前基片30，一个也是透明的后基片32，和一个形成间隔与封闭装置的密封框34。该密封框与基片30和32一起，形成一个放置一个液晶层的封闭空隙。基片30和32的相对的表面分别包括例如，由铟/锡的氧化物制成的透明电极36和38。在图示的例子中，前基片30上的电极作成数字形状，而且每一个电极都是由可以显示字母数字混合式的字符的块构成；而后基片32上的电极则在其整个表面上延伸。
当在电极38和一些电极36的两端加上或除去电压时，根据液晶的形式和/或与该显示元件连接的偏光镜的有无和布局方式不同，位于这些电极36和38之间的液晶，交替地从吸收光的状态切换至透明状态，或相反。因此，可以在深色背景上显示浅色的数据，或在浅色背景上显示深色的数据。
在下面的说明中，与先前所述的元件相同的文件，用相同的标号表示。
在本专用申请的图2A和图2B所示的例子中，显示元件26为扭转向列式(twisted nematic type)的液晶元件；其基片30和32的相应的外袁面，带有横向放置的吸收偏光镜40和42。这样，在第一个切换状态(图2A)下，当在电极36、38的终端两端没有加电压时(非切换状态)，该显示元件26是完全透明的；而在第二个切换状态下(图2B)，当在电极36、38的终端两端加一个电压时(切换状态)，该显示元件26是吸收光或漫射光的。在所示的例子中，从表盘18的表面开始，该光学闸门包括一个反射偏光镜44，和一个扭转向列式的液晶元件。这样，光学闸门28，在非切换状态下(图2A)是透明的，而在切换状态下(图2B)为不透明和反光的。
在图2A所示的第一个切换状态下，用标号46表示的自然的非偏振光，被第一个吸收偏光镜40在垂直方向偏振。然后，在该偏振光通过显示元件26的过程中，用标号48表示的光的偏振方向转动90°；再由第二个吸收偏光镜42不加改变地发射出去。在通过光学闸门28的过程中，偏振光48再转动90°；然后，由反射偏光镜44，不加改变地发射至表盘18。在返回行程过程中，光的行进路径相同，因此，观察者50可以看见表盘。
相反，当显示元件26和光学闸门28在切换状态时，表盘被完全遮蔽。从图2B中可以看出，在显示元件26的切换区中，通过显示元件26的垂直偏振光没有改变，因此，该垂直偏振光被吸收偏光镜40吸收掉。同时，如上所述，在该显示元件的切换区外面通过该显示元件26的光，转动90°；然后由吸收偏光镜42，不加改变地发射至光学闸门28。当光学闸门28在切换状态时，通过它的偏振光，被反射偏光镜44全部不加改变地反射出去。因此，表盘18被遮蔽起来，而数据可在镜子状外形的浅色背景上，以深色显示。
上述的实施例有几个缺点。
显示单元26所显示的数据要在其上显现的背景的镜子状外形使人感到目眩，因此使得阅读这些数据困难，并且周围光线强时，更严重。
另外，由于光线是在反射偏光镜44上反射的，因此，在离该显示单元26一定距离(一般大约为2～3mm)处，显示单元26的切换块的图象，投影在所述反射偏光镜44上，这会造成显示数据出现重影。这不但有损于手表的外形美观，而且影响显示数据的清晰度。
最后，当从一定角度看表时，虽然顶部显示装置22在其显示元件处在切换状态时，通常应该完全遮蔽所述底部显示装置24，但底部显示装置24仍能看得见。
本发明是为了克服先前技术的上述缺点而提出的，其目的是要提供一种包括二个重叠的显示装置-即顶部和底部显示装置的显示组件，该组件可使观察者有选择地看到由一个显示装置显示的数据，而看不到另一个显示装置显示的数据；并且可以改善该显示装置所显示的数据的清晰度。
本发明的另一个目的是要提供一种其顶部显示装置为对比度非常好的一种液晶装置的显示组件。
本发明的再一个目的是要提供一种装有这种显示组件，外形很美观的钟表。
本发明涉及一种显示组件，它包括二个重叠的显示装置-即顶部和底部显示装置。该顶部显示装置包括由安放在一个光学闸门上面的显示元件构成的双重结构。所述双层结构使所述显示元件和光学闸门在第一个状态时是透明的，可以看见该底部显示装置，并且，该显示元件可显示数据的一项；和在第二个状态时，该光学闸门是不透明的，并且至少部分地遮蔽该底部显示装置。该显示组件还包括一个控制装置，用于供给一个控制电压，使该显示文件和光学闸门从第一个状态切换至第二个状态，或相反。其特征在于，在切换状态下，该显示元件是反光式的，并且该光学闸门由在切换状态时可吸收光的一种显示元件构成。
由于这些特点，穿过根据本发明的显示组件的入射光，不再如先前技术情况那样，在放置在该光学闸门后面的一个反射偏光镜上反射出来；而是直接在切换至第二个状态，以显示一个数据项的该显示元件上反射出来。这样，可以消灭切换区域在反射偏光镜上的寄生投影，从而可防止观察者看到这些区域的重影。
另外，与数据显示在整个反光的深色背景上的先前技术不同，只有该显示元件的切换部分是反光的，并且在由在第二个切换状态下可吸收光的光学闸门形成的深色背景上，以浅色显示该切换部分。这种结构使观察者不大感到目眩，并可增加显示数据的亮度，使数据更清晰。
最后，由于光学闸门在切换状态时是吸收光的，因此不论在什么角度看该显示组件，都不再可能通过该光学闸门看见底部显示装置。
根据一个优选实施例，在没有该控制装置所加的电压时，该显示元件和光学闸门处在透明状态。因此，顶部显示装置不消耗功率，即可以永远看得见底部显示装置显示的数据。这对于用在便携式物品(例如手表)上是特别有利的。
根据本发明的另一个特点，该显示元件由扭转向列式显式元件构成，在该元件前面放置着一个吸收偏光镜，在该元件后面放置着一个反射偏光镜。
根据本发明的再一个特点，该光学闸门由扭转向列式的液晶元件构成，并且在该元件后面，放置着一个吸收偏光镜。
本发明的其他特点和优点通过阅读下面结合附图对本发明的显示组件的一个实施例的详细说明，将会更加清楚。该实施例纯粹是为了说明的，不是限制性例子。其中图1是已经引用过的，它是装有根据先前技术的一种显示组件的手表的横截面，该组件切换至第一个状态，可使底部显示装置显现出来；图2A和2B也是已经引用过的，它是图C所示的显示组件的示意图；分别表示该组件切换至第一个状态，这时的该组件是透明的，可以看见底部显示装置显示的数据；和切换至第二个状态，这时的该组件的光学闸门不透明和反光，可以完全遮蔽该底部显示装置；同时顶部显示装置的显示元件可以显示所希望的数据；和图3A和3B为根据本发明的显示组件的示意图，它分别表示该组件切换至第一个状态，这时的该组件是透明的，可以看见底部显示装置显示的数据；和切换至第二个状态，这时，该组件的光学闸门是吸收光的，可以完全遮蔽该底部显示装置；同时，顶部显示装置的显示元件的切换部分是反光的，可以显示所希望的数据。
本发明的总的思路是，该显示组件由二个显示装置-即顶部和底部显示装置重叠组成，观察者可以有选择地看见其中的一个显示装置，而看不见另一个显示装置。该顶部显示装置包括由放置在一个光学闸门上面的一个显示元件构成的双重结构。该顶部显示装置的结构可以使得在第一个状态时，该显示元件和光学闸门都是透明的，可以看见由该底部显示装置显示的数据。另外，该顶部显示装置的结构可以使得在第二状态时，该显示元件的对比度为负值，即显示元件的切换部分是反光的，并在也是反光的和遮蔽着底部显示装置的光学闸门形成的深色背景上突出地显现出来。
本发明是在应用于诸如手表一类钟表的范围内进行说明的。然而，不言而喻，本发明不是仅局限于这种应用，在要求显示数据的其他任何应用范围内(例如，测量工具)也可以使用本发明。
在图3A和3B所示的例子中，根据本发明的显示组件通常包括二个重叠的显示装置一即顶部显示装置52和底部显示装置54。底部显示装置54包括由在作有小时符号的一个表盘上运动的表针组成的模拟时间显示装置。然而，不言而喻，底部显示装置54也可以由任何显示装置(例如，液晶式数字显示装置)构成。该底部显示装置54也可以包括模拟和数字显示装置的组合，或者甚至可包括一种装饰件(例如，一幅图画，一个数字或另的东西)。顶部显示装置52则包括由安放在一个光学闸门58之上的一个显示元件56形成的双重结构。
参见图3A和3B，显示元件56为一种扭转向列式的液晶元件(TN)。该元件的前基片和后基片的外表面分别带有吸收偏光镜60和反射偏光镜62。从表盘54的表面开始，该光学闸门包括一个吸收偏光镜64和一个扭转向列式液晶元件。
在图3A所示的第一个切换状态下，吸收偏光镜60使自然的非偏振光46产生垂直的偏振。然后，偏振光48在通过显示元件56过程中回转90°，再被反射偏光镜62不加改变地发射出去。该偏振光在通过光学闸门58的过程中再回转90°，然后由吸收偏光镜64不加改变地发射至表盘54上。在回程过程中，光的行进路径相同，因此观察者50可以看见表盘54。
相反，当显示元件56和光学闸门58在切换状态时，表盘54完全被遮蔽。从图3B可以看出，在显示元件56的切换区通过该显示元件56的垂直振振光没有改变，因此被反射偏光镜62反射出去。同时，在显示元件56的切换区外面通过显示元件56的光回转90°，然后不加改变地被反射偏光镜62发射出去。由于光学闸门58处在切换状态，偏振光可以不加改变地通过该光学闸门，然后完全被吸收偏光镜64吸收。这样，表盘54被遮蔽起来，显示元件56的对比度为负值，即显示元件的切换部分反光，并且在由吸收光和遮蔽表盘54的光学闸门58形成的深色背景上突出地显现出来。
在本发明的范围内使用的吸收偏光镜60和64可以是日本公司Nitto Denko，Sanritz或Sumitomo制造的偏光镜。反射偏光镜62最好，例如，是由3M公司以DBEF(亮度提高二倍的薄膜)品牌推向市场的多层式；或是由Polaroid公司推向市场的全息式。
不言而喻，显示元件56和光学闸门58也可以是其他形式的，只要在第一个切换状态下，该显示元件56和光学闸门58是透明的，而在第二个切换状态下，显示元件56是反光的和光学闸门58是吸收光的即可。
可以具体地选择下列几种形式的显示元件超级扭转向列式(STN)，客人-主人(GH)式(Guest-Host)，电气控制的双折射式(ECB)，胆甾醇组织式(cholesteric texture)，铁电体式，电色层分离式(etectrochromic)，电解式和电毛细管式(dectrocapillary)。光学闸门58的形式可以与显示元件56的形式相同。还可以将从上述的显示元件组中选择出的不同形式的二种显示元件组合起来。
这些形式的显示元件的结构和工作是这个领域内技术熟练的人所熟知的，因此这里不作详细说明。
有关STN形式的显示元件的结构和工作的完整说明可参见欧洲专利EP0131216号。这里引入该专利供参考。
有关GH式显示元件的结构和工作的完整说明可以参见下列文献对于对比度为正值的GH显示元件，即在浅色背景上显示深色的数据的显示元件，可参见这里引入供参考的美国专利4257682号；而对于对比度为负值的GH显示元件，即在深色背景上显示浅色数据的显示元件，可参见发表在“应用物理公报(Appl.Phys.lett.)”杂志1968年13卷第3期91～92页上的G.H.Heimeier和L.A.Zanomi的题为“向列式液晶中客人-主人(Guest-Host)相互作用-一种新的电光学效应”的文章。
有关ECB式显示元件的结构和工作的完整说明，可参见B.Bahadur主编的题为“液晶的用途的应用”的著作的第3卷，254～300页。这里引入该著作供参考。
有关胆甾醇组织或显示元件的结构和工作的完整说明，可参见美国专利5188760号和欧洲专利EP0451905号。这里引入这二个专利供参考。
有关铁电体式显示元件的结构和工作的完整说明，可参见B.Bahadur主编的题为“液晶的用途和应用”的著作的第1卷，307～356页。这里引入该著作供参考。
所有上式各种形式的显示元件都可以无源地与一个电极的矩阵网络连接，或有源地与诸如薄膜式晶体管(TET/MIM)或二极管一类的非线性元件连接。
光学闸门58可以由(例如)电解式显示元件制成，它在非切换状态下是透明的，而在切换状态下是吸收光的。这种光学闸门58包括一种溶解放在二个电极之间的溶剂中的金属盐的电解溶液。当该光学闸门58处在非切换状态时，该溶液中的金属沉积在二个电极中的一个电极的整个表面上，因此可使光学闸门58吸收光。当光学闸门58处在切换状态时，金属再次溶解在溶液中，该显示元件再次变成透明的。这种光学闸门58在1978年发表在SID34～37页上的J.Duchêne等人的题为“电解式显示装置”的文章中，作了说明。这里引入该文章供参考。
根据本发明的另一个实施例，光学闸门58可以由一种水银电毛细管式的显示元件构成。该显示元件包括放置在二块安装有电极的基片之间的一个毛细管薄膜。当该显示元件在切换状态时，不会使基片的表面潮湿，因此，显示元件是透明的；而当该显示元件在非切换状态时，基片的整个表面都潮湿，可以吸收光。这种显示件在美国专利4583824号中作了说明。这里引入该专利供参考。
根据本发明的再一个实施例，该光学闸门可由这个领域技术熟练的人们周知的一种电色层分离式显示元件构成。这种光学闸门在C.M.Lamper和C.G.Gramquist发表在SPIE刊物，1988年第15卷第4期上的题为“大面积的色原体(Chromogenics)透光度控制的材料和装置”的文章中作了说明。这里引入这篇文章供参考。
根据本发明的又一个实施例，该光学闸门58可以由包括由一个偏光镜，一个扭转向列式(TN)液晶显示元件，一块四分之一波长的板和一个胆甾醇薄膜(Cholesteric film)构成的一个堆的一种可切换的反光器构成；例如在T.J.Scheffer发表在“物理学和应用物理杂志”(J.Phs.Appl.Phs.)1975年第8卷上的、题为“具有胆甾醇反光器的扭转向列式显示装置”的文章中所述的反光器。这里引入该文章供参考。最好，偏光镜是偏振和发射效率高的形式的，例如由日本Sanritsu公司，以LLC25618Sr品牌推向市场的偏光镜。最好，四分之一波长板和胆甾醇薄板能集成为单一一个元件，例如由Merck公司推市场的TRANSMAX。
还应注意，根据另一种方案，在Scheffer文章中所述的扭转向列式(TN)液晶显示元件，可用如欧洲专利EP0600349号中所述的一种彩色显示装置代替。这里引入该专利供参考。
在本发明范围内，该可切换的反光器在非切换状态下是透明的，而在切换状态下是吸收光的。
上述的光学闸门58在非切换状态下都是透明的，并可与在非切换状态下也是透明的显示元件56组合。这样，在应用于钟表的范围内，只需消耗极小的能量，就可以永远看得见底部显示装置54；即所述底部显示装置54需要供电，而顶部显示装置52只是在使用者希望阅读由该顶部显示装置52显示的数据时，才供电。
根据又一个方案，该光学闸门58可以由在切换状态时是透明的，而在非切换状态时是吸收光的一种可切换的胆甾醇薄膜制成。这种胆甾醇薄膜在欧洲专利EP0643121号中作了说明，这里引入该专利供参考。
本发明还涉及一种钟表。该钟表包括一个由一个晶体和一个后盖封闭起来的壳体，在该壳体中安放着和时间有关信息的显示装置关联的一个钟表机件。该钟表包括一个上述的显示组件，由所述时间有关信息的显示装置构成的底部显示装置54，和在该晶体与所述时间有关信息的显示装置之间延伸的顶部显示装置52。该时间有关信息的显示装置可以包括一个表盘，以及在该表盘上面运动的一个时针和一个分针。
最后，根据本发明的一个优选实施例，该晶体由顶部显示装置52构成。
不言而喻，各种简单的变型和改进都包括在本发明的范围内。
权利要求
1．一种显示组件，它包括二个重叠的显示装置一即顶部显示装置(52)和底部显示装置(54)；该顶部显示装置(52)包括由安置在一个光学闸门(58)上面的显示元件(56)构成的双重结构；所述双层结构可使所述显示元件(56)和所述光学闸门(58)在第一个状态时是透明的，可以看见底部显示装置(54)，因此显示元件(56)显示一项数据；而在第二个状态时，该光学闸门(58)是不透明的，并且至少部分地遮蔽该底部显示装置(54)；另外，该显示组件还包括一个控制装置，用于供给一个控制电压，使该显示元件(56)和光学闸门(58)从第一个状态变换至第二个状态或相反；其特征在于，该显示元件(56)在变换状态下是反光式的，并且该光学闸门(58)由在变换状态下具有吸光性能的一种显示元件构成。
2．如权利要求1所述的显示组件，其特征为，在没有所述控制装置施加电压情况下，该显示元件(56)和光学闸门(58)处在第一个透明状态下。
3．如权利要求1或2所述的显示组件，其特征为，所述显示元件(56)为从下列元件中选择出来的一种液晶元件扭转向列式(TN)元件，主人-客人(Guest-Host)式元件，电气控制的双折射式(ECB)元件，胆甾醇组织式元件，铁电体式元件、电子色层分离式元件，电解式元件和电毛细管式元件。
4．如权利要求3所述的显示组件，其特征为，该显示元件(56)由一个扭转向列式元件，一个安置在该元件前面的吸收偏光镜(60)和一个安置在该元件后面的反射偏光镜(62)构成。
5．如权利要求1～4中任何一条所述的显示组件，其特征为，该光学闸门(58)由一个扭转向列式液晶元件和一个安置在该液晶元件后面的吸收偏光镜(64)构成。
6．如权利要求1～4中任何一条所述的显示组件，其特征为，该光学闸门(58)由一个扭转向列式元件、一个安置在该元件前面的偏光镜和一个在该显示元件(56)后面，连续安置的四分之一波长板和一个胆甾醇薄膜(cholesteric film)构成。
7．如权利要求1～4中任何一条所述的显示组件，其特征为，该光学闸门(58)由一电解式元件构成。
8．如权利要求1～4中任何一条所述的显示组件，其特征为，该光学闸门(58)由电色层分离式元件构成。
9．如权利要求1～4中任何一条所述的显示组件，其特征为，该光学闸门(58)由水银电毛细管式元件构成。
10．如权利要求1或2所述的显示组件，其特征为，在没有所述控制装置施加电压的情况下，该光学闸门(58)处在第一状态；并且，所述光学闸门(58)由可变换的胆甾醇薄膜构成。
11．如上述权利要求中任何一条所述的显示组件，其特征为，该底部显示装置(54)为从包括一个模拟装置，数字装置或二者的组合，以及一个装饰件的组中选择出来的一个显示装置。
12．一种钟表，它包括一个由一晶体和一后盖封闭起来的壳体，在该壳体中安装着一个与时间有关信息的显示装置关联的钟表机件；其特征在于，该钟表包括一个如权利要求1～11任何一条所述的显示组件，所述底部显示装置(54)由所述时间有关信息的显示装置构成，而所述顶部显示装置(52)在该晶体和所述时间有关信息的显示装置之间延伸。
13．如权利要求12所述的钟表，其特征为，所述时间有关信息的显示装置包括一个表盘，以及在该表盘上面运动的一个时针和一个分针。
14．如权利要求12或13所述的钟表，其特征为，该晶体由顶部显示装置(52)构成。
全文摘要
涉及包括二重叠显示装置一顶部和底部显示装置的显示组件。前者包括由安置在光学闸门上的显示元件形成的双重结构。该结构使显示元件和光学闸门在第一状态下透明,可看见底部显示装置,故显示元件显示一数据;在第二状态时,光学闸门不透明,并至少部分遮蔽底部显示装置。显示组件还包括一控制装置,供给一控制电压,使显示元件和光学闸门从第一状态变至第二状态,或相反。在变换状态下,显示元件是反光式的,光学闸门由变换状态下有吸光性能的显示元件构成。
文档编号G04G9/00GK1288179SQ0011899
公开日2001年3月21日 申请日期2000年9月12日 优先权日1999年9月13日
发明者N·巴斯图尔克 申请人:阿苏拉布股份有限公司