背景技术：
显示器通常在背光源中包括一定程度的漫射，以便隐藏光导和其它背光源部件中的外观缺陷和损坏。转向膜通过反射、折射或它们的组合将来自输入范围角度的光重定向到输出范围角度。
技术实现要素：
在一个方面，本公开涉及一种具有观看区域的显示器。该显示器包括光导、设置为靠近光导的转向膜(该转向膜具有棱镜侧和平面侧，其中棱镜侧面向光导)、设置为靠近转向膜的液晶模块(该液晶模块包括底部吸收偏振器和顶部吸收偏振器，该液晶模块定向为使得底部吸收偏振器靠近转向膜)，以及设置为靠近顶部吸收偏振器的漫射体。从光导提取并通过观看区域发出的光在光导和转向膜的棱镜侧之间镜面透射。从光导提取并通过观看区域发出的光在转向膜的平面侧和底部吸收偏振器之间镜面透射。转向膜的平面侧为光学平滑的。
在另一方面，本公开涉及一种具有观看区域的显示器。该显示器包括光导、设置为靠近光导的转向膜(该转向膜具有棱镜侧和平面侧，其中棱镜侧面向光导)、设置为靠近转向膜的液晶模块(该液晶模块包括底部吸收偏振器和顶部吸收偏振器，该液晶模块定向为使得底部吸收偏振器靠近转向膜)，以及设置为靠近顶部吸收偏振器的漫射体。从光导提取并通过观看区域发出的光在转向膜的平面侧和底部吸收偏振器之间镜面透射。
附图说明
图1是显示器的正视剖视图。
图2是示出实施例和若干比较例的归一化照度对倾斜角的图。
具体实施方式
图1是显示器的正视剖视图。显示器100包括光导110、背反射器120、转向膜130、包括底部吸收偏振器142和顶部吸收偏振器144的液晶模块140，以及漫射体150。由于显示器100包括液晶层，所以可将其称为或认为液晶显示器或液晶显示屏(lcd)显示器。
光导110可为任何合适的材料、形状或尺寸。在一些实施方案中，光导110可为丙烯酸类，丙烯酸类可有利于注模。在一些实施方案中，光导110可为或包括另一种聚合物。在一些实施方案中，光导110可为柔性光导或膜光导。光导110可包括任何合适的数量、形状和尺寸的提取特征部，包括例如隆起块、油漆点或压痕。可选择提取器的排布结构和构造以提供从注入到光导的一个或多个侧面中的光输出的总体上空间均匀的光。
在一些实施方案中，光导110可为基本上平坦的；即，其可包括具有接近恒定厚度的中心波导部分。例如，光导的中心50％、70％或90％可具有变化不超过10％或5％或甚至1％的厚度。在一些实施方案中，光导110可为楔形的，并且可通过迫使光相对于顶部或底部表面增加并且最终超临界入射角来提取光。
背反射器120设置在光导110后面或下面(即，距离其它显示器部件在光导110的相对侧上)。背反射器120可为任何反射材料或反射层。在一些实施方案中，背反射器120为聚合物多层光学膜，诸如增强型镜面反射器(esr)(购自明尼苏达州圣保罗的3m公司(3mcompany,st.paul,minn.))。在一些实施方案中，背反射器120为漫射或朗伯反射器诸如白色反射器、镜面反射器诸如esr，或具有朗伯和镜面反射特征之间的某处特征的半镜面反射器。背反射器120通过将光朝向其它部件反射回而有助于使光通过显示器的非观看侧的损失最小化。
背反射器120可借助粘合剂层合至光导110，或背反射器120可为自由漂浮的；即，可不被粘附，而是简单地设置成紧挨着光导110或靠近光导110。
转向膜130可为任何合适的厚度并且可由任何合适的材料制成。在一些实施方案中，转向膜130将由聚合物材料形成，诸如聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)以及它们的共聚物和共混物。在一些实施方案中，转向膜130可为光学透明的或具有低雾度和高清晰度以避免不期望地散射的入射光。在一些实施方案中，转向膜可具有足够高的折射率，诸如1.5或更大，以确保在足够广的角度范围下发生全内反射。其它适当的材料包括丙烯酸类、聚苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯酸酯、聚丙烯、聚氯乙烯等。在一些实施方案中，可选择转向膜130的材料、尺寸或两者以便制备柔性膜。
在一些实施方案中，转向膜130的顶部表面为平面的，意指基本上平滑的或光学平滑的。然而，在所有实施方案中顶部表面不需要完全平滑，并且只要表面不包含微结构(或结构化表面漫射体)就可认定为基本上平滑的表面。例如，在转向膜的顶部表面上可包括或掺入防浸润或防炫光的珠状涂层，并且出于该说明的目的，此类表面仍然可被认为是基本上平滑的或光学平滑的。在许多实施方案中，制造缺陷也可为不可避免的、对于实际目的而言不明显的、或难以控制的，并且这些缺陷不应被理解为不将此类表面认定为光学平滑的。
在一些实施方案中，转向膜130的底部表面(面向光导120)为包括微结构的结构化侧或棱镜侧。这些微结构中的每个微结构可为线性微结构；即，微结构可以基本上相同或完全相同的横截面形状沿某一方向延伸。转向膜130的微结构，并且更具体地说转向膜130的结构化表面，可通过任何合适的工艺诸如微复制工艺形成。例如，结构化表面可通过切削(飞刀切削、螺纹切削、金刚石车削等)具有期望结构的负结构的合适工具并且将适形的但可固化或可硬化的材料抵靠工具表面按压来形成。随后使该材料硬化或固化(例如，通过暴露于光诸如紫外光)，使棱镜侧具有期望的特征。其它工艺可以是可能的，包括使用光刻法诸如结合浇铸和固化工艺的工具的双光子原模制作或甚至直接机加工或附加三维打印工艺，用经过电镀的、激光切削或蚀刻的工具进行浇铸和固化。
转向膜的微结构可全部相同或其微结构可不同。在一些实施方案中，两种或更多种类型的微结构以一定样式或不以可识别的样式交替或变化。每个微结构可具有第一面和第二面。在一些实施方案中，第一面和第二面与平面侧的平面成第一角度和第二角度，并且这些角度可不同。在一些实施例中，第一面和第二面具有不同的形状；例如，从剖视图看，一面可为弯曲的并且一面可为平坦的或线性的。底部表面上的微结构的总体排布方式可具有任何合适的间距并且在微结构之间可具有或可不具有刃棱面(平坦区域)。微结构可为任何适当的尺寸，并且在许多情况下可为毫米级或微米级，在一些情况下在10微米和100微米之间或在10微米和300微米之间。对于底部结构化表面的所有或部分，微特征部的间距或尺寸可增加、减小、增大和减小皆有或保持恒定。微结构也可沿转向膜130的一个或多个部分改变形状、尺寸、旋转或间距。在一些实施方案中，微结构在空间上是变化的，并且在一些实施方案中可存在具有类似特征，但具有与转向膜130的相邻部分不同的特征的微结构的分立部分。
从光导120发出的光在光导和转向膜130的棱镜侧之间镜面透射。如本文所用，镜面透射意指沿镜面透射的路径，不存在体积类型或表面类型中的任一种类型的漫射体或其它散射部件。例如，如果光学清晰粘合剂为非漫射和非散射的，则可使用该光学清晰粘合剂。非漫射和非散射可表征为小于5％的雾度或小于1％的雾度。
液晶模块140包括底部吸收偏振器142和顶部吸收偏振器144。液晶模块可包括任何类型的液晶层，包括扭转向列型、超扭转向列型、ips型(平面内切换)或其它类型。吸收偏振器可为任何合适的吸收偏振层，包括在聚乙烯醇(pva)中的偏振元件(诸如碘染料)，其中一种或多种三乙酸酯(三乙酸纤维素或tac)作为保护层。在一些实施方案中，转向膜130可层合至或粘附至液晶模块140的底部偏振器。
从光导120发出的光在转向膜130的顶部表面(即，距液晶模块最近的表面)和底部吸收偏振器142之间镜面透射。如之前所述，镜面透射意指沿镜面透射的路径，不存在体积类型或表面类型中的任一种类型的漫射体或其它散射部件。
漫射体150可为任何合适的漫射体。在一些实施方案中，漫射体150为体积漫射体或体漫射体。作为体漫射体或体积漫射体，漫射体150可包括具有不同折射率的珠粒或不可混溶的共混物。在一些实施方案中，漫射体150为表面漫射体。作为表面漫射体，漫射体150可具有其微结构化或显微织构的主表面中的一种或两种。在一些实施方案中，漫射体150可具有结构化顶部表面。在一些实施方案中，漫射体150可具有结构化底部表面。在一些实施方案中，漫射体150可具有结构化顶部表面和结构化底部表面。微结构化表面可通过任何合适的工艺来形成，包括微复制(即，浇铸和固化工艺或与用于形成模具或工具的任何合适的工艺类似的工艺)、附加制造诸如3d打印工艺或甚至注模。
漫射体150可具有任何合适的雾度和清晰度。在一些实施方案中，漫射体150具有大余35％、40％、50％、60％、70％、80％或甚至90％或95％的雾度。
在一些实施方案中，漫射体150为可切换漫射体。可切换漫射体包括诸如聚合物分散液晶(pdlc)和近晶a型液晶(sma)之类的材料，这些材料通过改变浑浊状态来响应施加在漫射体上的电压。例如，通过施加或去除电压差(例如，对于pdlc材料)或借助于施加特定的波形(例如，对于sma材料)，可切换漫射体可从浑浊状态变成清晰状态，反之亦然。在一些实施方案中，可切换漫射体可为双稳态的，这意指其可长时间段保持浑浊状态和清晰状态，而不需要持续供电。被认为长的特定持续时间取决于应用，但是可为大约几分钟、几小时、几天、几个月或甚至几年。
漫射体包括在背光源(距离观看者比液晶模块远)中，以便隐藏可影响照明均匀性从而形成例如热点的缺陷。这些膜是自由浮动的，因为层压至背光源中的其它部件会润湿漫射特性(例如，对于表面漫射体或甚至带有来自珠粒的表面突出部的体积漫射体的情况)，或破坏相邻膜的特性，诸如通过从光导过度提取光或通过润湿转向膜上的棱镜使得它们不具有其期望的光学效应。即使特定的表面互相层压，背光单元本身(即，液晶模块后面的所有事物)也通常作为独立的、均匀的照明单元由背光源制造者交付给面板制造者，使得至少顶部表面和底面表面是自由浮动的。同时，自由浮动的膜不可避免地具有一个或两个菲涅耳反射界面，该反射界面可在高输入角敏感的转向膜背光源中形成不需要的偏轴光。使情况更加复杂的是，如上所述，由于无漫射体背光源中不可避免地固有和可见的外观缺陷，所以从背光源中移除漫射体通常被认为是无法接受的。
令人惊奇的是，漫射体不设置在背光源中，而是设置在显示器中的液晶模块的顶部偏振器上，这可通过降低不需要角度的亮度来提供意想不到的有利效果，同时仍然提供外观上可接受的均匀照明。在背光源之外的漫射还利用了吸收偏振器和lcd(包括吸收滤色器)的优点，以便控制任何反向散射光离开漫射体，由此使得此类光不被再循环，并且不会像高角度的光一样结束。本文所述的显示器可用作可切换显示器，其中可例如根据周围环境或通过用户输入来选择窄视角和宽视角。良好(低)的偏轴亮度可用于私密或窄视角模式(诸如日光可读性模式)以防止不需要的偏轴光。
实施例
将来自sonyvaiopcg-4g1l笔记本计算机(可购自日本东京的索尼有限公司(sonyinc.,tokyo,japan))的可商购获得的背光源移除。将现有背光源中的所有部件从基础结构中移除并搁置在一边。用电工胶带覆盖附接到lcd的现有led柔性电路。用增强型镜面反射器(esr)(可购自明尼苏达州圣保罗的3m公司(3mcompany,st.paul,minn))替代背反射器，并且在esr的顶部上将两个楔形光导放置在彼此的顶部上。将一条led附接到每个光导的发射边缘，以在背光源的任一侧上具有边缘照明式光导。将这些led通过开关接线到外部电源，这样任一光导都可单独受照。使用3m8146-1光学清晰粘合剂(oca)(可购自明尼苏达州圣保罗的3m公司(3mcompany,st.paul,minn))将转向膜层合至lcd的后偏振器上。转向膜具有以50μm间距布置的42μm高的线性棱镜，每个棱镜具有平坦面和弯曲面。从对应于发射边缘的转向膜的边缘跨该膜，当间距保持恒定时，棱镜以0.345度/cm的速率围绕其峰值旋转。(然而，具有两个平坦面的标准对称转向膜将产生类似的结果。)将80％雾度的表面漫射膜放置在顶部光导和背光源中的转向膜之间。在仅顶部光导受照的情况下，使用pr-705spectrascan分光光度计(可购自加利福尼亚州查茨沃思的光研究有限公司(photoresearch,inc.,chatsworth,cal.))通过westarfpm-520显示器光学测量系统(可购自密苏里州圣查尔斯的西星显示技术公司(westardisplaytechnologies,st.charles,mo))来测量照度与视角。照度被归一化为测量的最大值的百分比。这在图2中以曲线210示出。
接下来，将漫射膜从背光源中移除。将光导和反射器组合放回到基础结构中并如前所述地进行测量。归一化照度在图2中以曲线220示出。
接下来，使用3m8146-1光学清晰粘合剂(oca)将相同的80％雾度的漫射膜层合到前偏振器上。将光导和反射器组合放回到基础结构中并如前所述地进行测量。归一化照度在图2中以曲线230示出。
偏轴亮度值被计算用于各种照度分布。左偏轴亮度值和右偏轴亮度值由对于左偏轴亮度小于-35度和对于右偏轴亮度大于+35度的平均照度给出，每个照度值除以最大照度。对于曲线210，左偏轴亮度为14.7％并且右偏轴亮度为6.8％。对于曲线220，左偏轴亮度为3.3％并且右偏轴亮度为1.9％。对于曲线230，左偏轴亮度为5.4％并且右偏轴亮度为2.8％。
以下为根据本公开的示例性实施方案：
项目1.一种具有观看区域的显示器，包括：
光导；
设置为靠近光导的转向膜，该转向膜具有棱镜侧和平面侧，该棱镜侧面向光导；
设置为靠近转向膜的液晶模块，该液晶模块包括底部吸收偏振器和顶部吸收偏振器，该液晶模块定向为使得底部吸收偏振器靠近转向膜；和
设置为靠近顶部吸收偏振器的漫射体；
其中从光导提取并通过观看区域发出的光在光导和转向膜的棱镜侧之间镜面透射；
其中从光导提取并通过观看区域发出的光在转向膜的平面侧和底部吸收偏振器之间镜面透射；
并且其中转向膜的平面侧为光学平滑的。
项目2.根据项目1所述的显示器，其中转向膜的棱镜侧包括多个微结构，多个微结构中的每个微结构具有至少第一侧面和第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面分别与平面侧的平面成第一角度和第二角度，并且其中第一角度和第二角度不同。
项目3.根据项目1所述的显示器，其中转向膜的棱镜侧包括多个微结构，多个微结构中的每个微结构具有至少第一侧面和第二侧面，其中第一侧面和第二侧面中的一者而不是两者包括弯曲小面。
项目4.根据项目1所述的显示器，其中漫射体为体积漫射体。
项目5.根据项目1所述的显示器，其中漫射体为表面漫射体。
项目6.根据项目5所述的显示器，其中表面漫射体包括微复制表面。
项目7.根据项目1所述的显示器，其中漫射体具有至少35％的雾度。
项目8.根据项目1所述的显示器，其中漫射体具有至少70％的雾度。
项目9.根据项目1所述的显示器，其中漫射体具有至少80％的雾度。
项目10.根据项目1所述的显示器，其中漫射体层合至顶部吸收偏振器。
项目11.一种可切换显示器，包括根据项目1所述的显示器。
项目12.一种具有观看区域的显示器，包括：
光导；
设置为靠近光导的转向膜，该转向膜具有棱镜侧和平面侧，该棱镜侧面向光导；
设置为靠近转向膜的液晶模块，该液晶模块包括底部吸收偏振器和顶部吸收偏振器，液晶模块定向为使得底部吸收偏振器靠近转向膜；和
设置为靠近顶部吸收偏振器的漫射体；
其中从光导提取并通过观看区域发出的光在转向膜的平面侧和底部吸收偏振器之间镜面透射。
项目13.根据项目12所述的显示器，其中转向膜的平面侧为光学平滑的。
项目14.根据项目12所述的显示器，其中漫射体为体积漫射体。
项目15.根据项目12所述的显示器，其中漫射体为表面漫射体。
项目16.根据项目15所述的显示器，其中表面漫射体包括微复制表面。
项目17.根据项目12所述的显示器，其中漫射体具有至少35％的雾度。
项目18.根据项目12所述的显示器，其中漫射体具有至少70％的雾度。
项目19.根据项目12所述的显示器，其中漫射体具有至少80％的雾度。
项目20.一种可切换显示器，包括根据项目12所述的显示器。
本发明不应被视为限于上述特定实施例和实施方案，因为详细描述此类实施方案是为了便于说明本发明的各个方面。相反，本发明应被理解为涵盖本发明的所有方面，包括落在由所附权利要求书及其等同物所定义的本发明的范围内的各种修改、等同工艺和替代装置。