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CN103765302B - 液晶显示器 - Google Patents

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CN103765302B
CN103765302B CN201280040933.2A CN201280040933A CN103765302B CN 103765302 B CN103765302 B CN 103765302B CN 201280040933 A CN201280040933 A CN 201280040933A CN 103765302 B CN103765302 B CN 103765302B
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Abstract

提出了一种液晶显示器，包括：组合体，包括位于入射偏振器和出射偏振器之间的液晶层；背光装置，配置为在液晶层的包括入射偏振器的一侧照射组合体，以便由在液晶层的包括出射偏振器的一侧的观察者观看；以及附加光学元件，所述附加光学元件位于入射偏振器和出射偏振器之间，并且配置为在显示器中提供附加的功能和／或改进的显示性能，其中所述显示器还包括仅在液晶层的单独一侧上的补偿膜，所述单独一侧与所述附加光学元件所处的液晶层的一侧相反。

Description

液晶显示器
技术领域
本发明涉及一种透射液晶显示器，所述透射液晶显示器使用偏振光学器件产生图像，并且还具有例如位于入射偏振器和出射偏振器之间的附加光学元件，例如微透镜阵列，以增加显示功能或性能。具体地，本发明公开了一种设置偏振器、补偿膜、液晶层和附加光学元件的方法，使附加光学元件对于显示器的对比度和／或视角的影响最小化。
背景技术
诸如在平板电视和便携式信息装置中使用的液晶显示器(LCD)能够具有超过3000∶1的超高对比度。在大多数情况下，通过使用液晶的双折射性质来形成图像。图1(a)示出了基于偏振光学器件工作的透射LCD的基本原理。液晶层(1)位于入射偏振器(2a)和出射偏振器(2b)之间。在液晶层(1)的包括入射偏振器(2a)的一侧(“入口”)，通过背光装置(3)照射液晶层和偏振器的组合，并且观察者(4)从液晶层(1)的包括出射偏振器(2b)的另一侧(“出口”)进行观看。通过向液晶(LC)层(1)施加位置感测电压来获得图像的亮部分和暗部分之间的光学对比度。通常，可以针对位于显示器法向(4a)的观察者，使用这种简单结构来实现非常高的对比度，如图1所示。然而，由于液晶层(1)的各向异性特性，当倾斜(4b)观察时的对比度通常较低。为此原因，LCD的一般结构通常如图1(b)所示。图1(b)与图1(a)的不同之处在于在LC层(1)和偏振器(2)之间存在额外的补偿膜(5)(分别是入射补偿膜5a和出射补偿膜5b)。补偿膜的目的是补偿LC层1(通常处于暗状态)的视角特性，因此改进了在倾斜入射时显示器的对比度。将液晶层的“暗”状态限定为在以法向观看时使通过整个液晶显示器(即包括偏振器和补偿膜)的光透射最小化的分子排列(在施加电压或不施加电压时的排列)。在一些液晶模式(例如VAN和IPS模式中)，当不施加电压时发生这种情况，因此将这些模式称作“常黑”或“常暗”模式。在其他液晶模式(例如TN)中，在施加电压时发生这种情况(“常白”或“常亮”模式)。
通常，这种补偿方案较为直接，因为只需所述补偿膜(5)对液晶层(1)和／或偏振器(2)在倾斜观看时的非理想特性进行校正。对比度的限制是由液晶和补偿材料的相对色散、制造公差和来自显示器内部的其他元件的散射确定的，所述其他元件例如间隔球、滤色器以及诸如像素电极和薄膜晶体管(TFT)等驱动电子装置。
迄今为止，已经描述了典型的LCD，例如可以在平板电视或者移动电话上使用的LCD。通常，如果显示器可以由许多用户在所有的角度以良好亮度和对比度观看、并且如果图像的质量与视角无关，则认为所述显示器是高质量的。然而存在一些示例情况，其中人们希望不能从所有角度观察图像、或者希望从不同的视角看到的图像不同。例如，对于膝上型电脑屏幕可能希望只在法向显示图像，使得可以在繁忙的火车上进行私密工作，而不会害怕倾斜角度的观察者看到重要的信息(隐私视图)。另一个示例是汽车的中控台中的双视图显示器：驾驶员观看GPS信息、而前座乘客可以观看电影。另一个示例是低功率电视，所述低功率电视通过将光只导引至观看者来节省能量。另一个示例是3D显示器。
在这些情况中，显示器内通常需要额外的光学元件以便重新导引或者阻挡从显示器显现的光。更常见的情况是需要这些额外的光学元件在LCD的像素附近以便产生所要求的视差或者光束引导效果。由于需要这种邻近性，通常需要将光学元件放置于LCD的偏振器之间。例如，图2示出了可以用于产生前面段落所述的隐私和双视图效果的系统的典型示例。这里，各种层的排列与图1(b)所示的相同，不同之处在于在LC层(1)和出射补偿膜(5b)之间存在附加光学元件(6)。通常，附加光学元件(6)可以包括任意的折射、反射、衍射或吸收元件。
如上所述，通过提供附加的功能或者通过改进亮度或者节约能量，将这种额外的光学元件引入到显示器中可以使得显示器更加多样化。然而，引入这种额外的光学元件(如果它们在LCD的偏振器之间)可能影响显示器的对比度(因此影响图像质量和视角特性)。
所述额外的光学元件对于显示器的对比度的影响存在多种原因，使用将微透镜阵列作为所述额外的光学元件的示例，在图3中示出这些原因。
图3(a)详细地示出了当光线传播通过由折射率比周围更高的介质构成的单一微透镜时发生的折射。通常，平行偏振(p)和垂直偏振(s)的光对于两个不同折射率的介质之间的界面的透射系数是不同的，因此光的偏振将在入射到微透镜和从微透镜出射时都改变。因此，通常，从微透镜出射的光的传播角度和偏振与入射到微透镜的光都不同，因此照射到出射补偿膜(5b)或者出射偏振器(2b)的光的偏振将与不存在微透镜的情况下不同。补偿通常将不会如所设计的那样(不存在微透镜阵列的情况)进行，结果对比度通常将下降。
在图3(b)中说明了微透镜阵列影响LCD的对比度的另外机制。引起透射通过两个不同折射率的介质之间的任意界面的光线的偏振变化的相同机制也导致了反射光线，导致了器件内的多次反射。图3(b)示出了可能在微透镜阵列的微透镜周围的材料层内发生的多次反射光线路径的示例，该微透镜阵列中的微透镜必然具有不同的折射率(以便它们具有光束引导效果)。通常，在每一次反射时存在偏振改变，因此最终从显示器出射的多次反射的光线通常将相对于没有经过任何反射而直接透射的光线具有不同的偏振，导致了对比度下降。
图3(c)示出了通过微透镜阵列(表示附加光学元件(6))影响对比度的另一种机制。这里，示出了到达观察者(4)的光是按照多个不同入射角度传播通过入射偏振器(2a)、入射补偿膜(5a)和液晶层(1)的多条光线的组合，并且微透镜已经将所述光线的组合转向至由观察者确定的视角。当然，所述光线根据微透镜阵列(6)的特性而在功率方面具有不同的权重。然而，清楚的是，到达出射补偿膜(5b)的光可以包括不同偏振的混合，并且在这种情况下补偿膜(5b)当然不能对所有的那些偏振进行正确的补偿。作为其结果，显示器的对比度通常将下降。
这里已经针对附加光学元件是微透镜阵列的情况描述了诸如微透镜之类的附加光学元件可以影响显示器的对比度的可能机制。然而，所述机制同样适用于其他光学元件，例如其他折射光学器件、百叶窗、视差屏障或者衍射光学器件。
这里，已经描述了为什么微透镜或者其他光学元件可用于LCD中以产生附加的功能。也已经说明了将这种光学元件引入显示器的偏振器之间可能减小LCD的对比度的多种方式。本发明的目的是描述如下方法，根据所述方法可以设计微透镜LCD(或者具有其他光学元件的LCD)，使得光学元件对于显示器的对比度具有很小的影响或者没有影响。
与LCD相结合地使用微透镜或其他光学元件并不罕见。例如，(Van Berkel等人的于1997年8月27日公开的)EP0791847A1和(Woodgate等人的于2003年2月20日公开的)W003／015424A2描述了使用微透镜创建3D显示。然而，微透镜阵列位于LCD的偏振器的外部，即，在光进入微透镜阵列之前已经形成了图像。因此，不存在如上所述的与在LCD的偏振器之间具有微透镜阵列相关联的对比度损失问题。针对3D设计的显示器通常是这种情况，因为对于像素尺寸的典型范围以及对于观看距离的典型范围，LCD的像素和微透镜阵列之间所要求的间隔通常足够大，以允许外部偏振器处于像素和微透镜阵列之间。针对诸如双视图或隐私而设计的显示器并非总是这种情况，因为对于这些应用，通常需要引导从像素发射的光偏转较大的角度。进而，这通常要求在像素和微透镜阵列之间较小的间隔，因此通常不能将外部偏振器放置于该空间中，使得有必要将微透镜阵列置于LCD的偏振器之间。
存在3D显示器的一些示例，其中微透镜阵列位于偏振器之间，例如W003／015424A2中所公开的那样。然而，该专利公开并没有提到由于将微透镜阵列放置于显示器的入射和出射偏振器之间而发生的对比度损失，也没有提到用于最小化或者消除这种对比度损失的任何具体措施。
专利公开US2010／0039583A1(Usukura，2010年2月18日公开)描述了在LCD的偏振器之间使用微透镜以便增加通过显示器的像素光阑的光通过量。该公开描述了可以用来维持显示器中的高对比度的多种措施。然而，所述公开限于微透镜置于入射补偿膜和LC层之间的情况，并且并没有考虑微透镜位于LC层和出射补偿膜之间的情况。该公开也没有考虑不同光学元件(例如棱镜、反射镜、衍射元件或吸收体)的情况。
发明内容
根据一个方面，提出了一种液晶显示器，包括：组合体，包括位于入射偏振器和出射偏振器之间的液晶层；背光装置，配置为在液晶层的包括入射偏振器的一侧照射组合体，以便由在液晶层的包括出射偏振器的一侧的观察者观看；以及附加光学元件，所述附加光学元件位于入射偏振器和出射偏振器之间，并且配置为在显示器中提供附加的功能和／或改进的显示性能，其中所述显示器还包括仅在液晶层的单独一侧上的补偿膜，所述单独一侧与所述附加光学元件所处的液晶层的一侧相反。
根据另一个方面，提出了一种液晶显示器，包括：组合体，包括位于入射偏振器和出射偏振器之间的液晶层；背光装置，配置为在液晶层的包括入射偏振器的一侧照射组合体，以便由在液晶层的包括出射偏振器的一侧的观察者观看；以及附加光学元件，所述附加光学元件位于入射偏振器和出射偏振器之间，并且配置为在显示器中提供附加的功能和／或改进的显示性能，其中显示器还包括在液晶层两侧的不对称的补偿膜。
根据再一个方面，提出了一种液晶显示器，包括：组合体，包括位于入射偏振器和出射偏振器之间的液晶层；背光装置，配置为在液晶层的包括入射偏振器的一侧照射组合体，以便由在液晶层的包括出射偏振器的一侧的观察者观看；以及附加光学元件，所述附加光学元件位于入射偏振器和出射偏振器之间，并且配置为在显示器中提供附加的功能和／或改进的显示性能，其中所述附加光学元件位于液晶层和出射偏振器之间，并且显示器还包括置于液晶层和附加光学元件之间的补偿膜。
根据又一个方面，提出了一种液晶显示器，包括：组合体，包括位于入射偏振器和出射偏振器之间的液晶层；背光装置，配置为在液晶层的包括入射偏振器的一侧照射组合体，以便由在液晶层的包括出射偏振器的一侧的观察者观看；以及附加光学元件，所述附加光学元件位于入射偏振器和出射偏振器之间，并且配置为在显示器中提供附加的功能和／或改进的显示性能，其中液晶层表现为以下中的一个或多个：垂直配向对准、平行平面对准、反平行平面对准、混合对准和扭曲平面对准。
根据另一个方面，提出了一种液晶显示器，包括：组合体，包括位于入射偏振器和出射偏振器之间的液晶层；背光装置，配置为在液晶层的包括入射偏振器的一侧照射组合体，以便由在液晶层的包括出射偏振器的一侧的观察者观看；以及附加光学元件，所述附加光学元件位于液晶层的包括出射偏振器的一侧，并且配置为在显示器中提供附加的功能和／或改进的显示性能，其中液晶层保持在入射基板和出射基板之间，补偿膜位于出射基板和液晶层之间，出射偏振器是位于补偿膜和出射基板之间的内部偏振器。
为了完成前述和相关目的，本发明包括下文中充分描述并且在权利要求中具体指出的特征。以下描述和附图详细地阐述了本发明的一些说明性实施例。然而，这些实施例仅示出了能够采用本发明原理的一些方式。当结合附图考虑根据本发明的以下详细描述时，本发明的其他目的、优势和新颖特征将变得清楚明白。
附图说明
在附图中，类似的参考符号表示类似的部件或特征：
图1(a)说明了使用偏振光学器件产生图像的透射LCD的操作：基本LCD包括LC层(1)，在两侧的两个偏振器(2)和LC层下面的背光装置(3)。
图1(b)说明了使用偏振光学器件产生图像的透射LCD的操作：更加精密的LCD还包括LC层(1)和偏振器(2)之间的附加补偿膜(5)。
图2说明了在偏振器之间具有附加光学元件的LCD的典型示例：在这种情况下，所述附加光学元件位于LC层(1)和出射补偿膜(2b)之间。
图3(a)：说明了位于入射偏振器和出射偏振器之间的附加光学元件可能影响显示器的对比度的方式：偏振在折射界面处改变。
图3(b)说明了位于入射偏振器和出射偏振器之间的附加光学元件可能影响显示器的对比度的方式：多次反射。
图3(c)说明了位于入射偏振器和出射偏振器之间的附加光学元件可能影响显示器的对比度的方式：传播通过LC层的多个角度对于一个视角的贡献。
图4：说明了暗状态的单侧补偿的概念。
图5(a)说明了放置于LC层(1)和附加光学元件之间的内部延迟器出射补偿膜的使用。
图5(b)说明了附着至LCD的出射基板的内部延迟器出射补偿膜的使用。
图5(c)说明了内部产生的内部延迟器出射补偿膜的使用。
图6(a)说明了在具有附加的外部出射偏振器的情况下，在出射补偿膜和出射基板之间的内部偏振器的使用。
图6(b)说明了在不具有附加的外部出射偏振器的情况下，在出射补偿膜和出射基板之间的内部偏振器的使用。
图7说明了可以与附加光学元件结合使用以实现良好对比度的各种LC对准几何布置。
参考数字的描述
1 LC层
2 偏振器
2a 入射偏振器
2b 出射偏振器
3 背光装置
4 观察者
4a 相对于显示器处于法线方向的观察者
4b 相对于显示器处于倾斜方向的观察者
5 补偿膜
5a 入射补偿膜
5b 出射补偿膜
6 附加光学元件
7 LCD基板
7b 出射LCD基板
8 液晶的对准层
8a 垂直配向对准层
8b 具有低预倾斜的平面对准层
8c 具有高预倾斜的平面对准层
具体实施方式
显示器可以包括背光装置、后偏振器、视角补偿膜、液晶层、附加光学元件(例如折射透镜或棱镜)和前偏振器。本发明的目的之一是设计一种显示器，使得照射到前偏振器(最靠近观看者)的光线的偏振与通过显示器的在前部件的光线的入射角度实质上无关。这可以通过如在本发明的以下实施例中所述的多种不同方式来实现。为了简明起见，这里结合附图描述了本发明的各种实施例，其中只示出了特别相关的层、膜、基板等。应该理解的是也可以包括其他层。
图4说明了本发明的示范性实施例，其中液晶显示器包括：组合体，所述组合体包括位于入射偏振器(2a)和出射偏振器(2b)之间的液晶(LC)层(1)。背光装置(3)配置为在LC层(1)的包括入射偏振器(2a)的一侧照射组合体，以便由LC层(1)的包括出射偏振器(2b)的一侧的观看者观看。附加光学元件(6)位于入射偏振器(2a)和出射偏振器(2b)之间，并且配置为在显示器中提供附加的功能和／或改进的显示性能。
作为示例，附加光学元件可以提供双视图、3D视图或隐私视图的附加功能。附加光学元件可以提供关于亮度和／或节能的改进的显示器性能。附加光学元件可以包括微透镜阵列、折射光学器件、百叶窗、视差屏障或者衍射光学器件。
在本发明的一个实施例中，显示器包括仅在LC层(1)的单独一侧的(入射)补偿膜(5a)，所述单独一侧与所述附加光学元件(6)所处的LC层(1)的一侧相反。附加光学元件(6)位于LC层(1)和出射偏振器(2b)之间，并且入射补偿膜(5a)位于的LC层(1)的包括入射偏振器(2a)的一侧。通过入射补偿膜(5a)来实质上补偿液晶层(1)的暗状态，即当LC层(1)处于其暗状态时，当光传播通过入射补偿膜(5a)和LC层(1)两者的组合时，光的偏振实质上没有净(总)改变，而通常是通过LC层(1)的两侧的两个补偿膜(5a)和(5b)执行这种功能，如图1(b)和2所示。这种“单侧补偿”并非总是可能的，因为其依赖于所使用的LC模式。当LC层(1)的暗状态包括一致的分子对准时是特别有效的，例如在VAN(“垂直对准向列”)、IPS(“面内切换”)、FFS(“边缘场切换”)和ECB(“电控双折射”)模式中使用的垂直配向或水平配向状态；但是当暗状态缺乏对称性时不太有效，例如TN(“扭曲向列”)或者STN(超级扭曲向列)模式LCD。因此，当单侧补偿是可能的时，不再需要具有如图4所示的出射补偿膜(5b)。其余的补偿膜(5a)必须在单一的步骤中彻底地补偿LC层(1)，因此通常在延迟值(即延迟量)方面与暗状态下的LC层(1)实质上数值相等并且符号相反，从而当光传播通过补偿膜(5a)和LC层(1)的组合时，光的偏振实质上没有净改变。例如，在VAN模式LCD的情况下，LC层(1)的暗状态与垂直配向对准相对应，因此LC层(1)用作正c板。因此，适当的单侧补偿膜是具有与LC层(1)的延迟值实质上数值相等并且符号相反的延迟值的负c板。然而，在IPS(“面内切换”)、FFS(“边缘场切换”)或者ECB(“电控双折射”)模式LCD的情况下，LC层(1)的暗状态与水平配向对准相对应，因此LC层(1)用作正a板。因此，适当的单侧补偿膜是具有与LC层(1)的延迟值实质上数值相等但是符号相反的延迟值的负a板。
尽管在一些情况下(例如如上所述)可以利用单一补偿膜(5a)实现对于LC层(1)的近似完美的光学补偿，并非总是可以利用LC层(1)的一侧的单一补偿膜完全补偿偏振器的视角依赖性。因此，针对最优整体对比度的入射补偿膜(5a)和出射补偿膜(5b)的最优设计可能既不是具有完全对称补偿膜的极端情况也不是具有如前实施例的完全单侧补偿的极端情况。因此，本发明的另一个实施例是对于前述实施例的改进，其中存在不一定对称的入射补偿膜(5a)和出射补偿膜(5b)，以便产生对偏振器的视角依赖性的补偿与保持在LC层(1)的相反侧对附加光学元件(6)的补偿的实质性部分之间的最佳折衷。
在本发明的另一实施例中，LC层(1)的暗状态的补偿不需要是实质上单侧的，因为出射补偿膜(5b)放置于LC层(1)和附加光学元件(6)之间，如图5(a)所示。这并不是出射补偿膜(5b)的传统位置，因为它们通常附着至偏振器(2)上。存在可以实现这种情况的两种主要方式。首先，如图5(b)所示，将LC层(1)保持在入射基板(未示出)和出射基板(7b)之间，并且可以在将附加光学元件(6)和出射偏振器(2b)添加到顶部之前将补偿膜(5b)附着到LCD的出射基板(7b)的外部。其次，如图5(c)所示，可以在LCD面板内部制造补偿膜(5b)，即，使得补偿膜位于出射基板(7b)和LC层(1)之间。这种内部补偿膜(5b)通常称作“内部延迟器”，并且可以使用诸如已知的反应型介晶质(reactive mesogens)之类的材料产生内部补偿膜(5b)。入射补偿膜(5a)可以是附着至入射偏振器(2a)的传统类型、附着至入射基板(7a)(未示出)的外表面的分离的外部延迟器，或者可以是内部延迟器。
在本发明的另一实施例中，出射补偿膜(5b)也是如前述实施例所述的内部延迟器，然而在出射补偿膜(5b)和出射基板(7b)之间也存在内部偏振器(2c)。内部偏振器的目的是为了在光照射到附加光学元件之前完全或者部分地分析来自显示器的图像。理想地，将完整地分析图像，然而一些内部偏振器的质量使得通常需要另一普通外部偏振器(2b)来完全地分析图像，如图6(a)所示。在图6(b)中说明了不要求附加的外部偏振器的情况。入射偏振器(2a)可以是如前所述公开的外部偏振器、高质量内部偏振器或者外部偏振器与低质量内部偏振器的组合。在这些情况的第一种情况下，入射补偿膜(5a)可以是外部或者内部的，但是在其他两种情况下入射补偿膜必须是内部延迟器。
在伴随前述两个实施例的说明中，即图5和图6，已经假设了附加光学元件(6)在LCD显示器的外部，即在出射基板(7b)的外部。然而，可以连同或不连同任意内部延迟器或者偏振器一起，在单元内制造附加光学元件6。在存在内部附加光学元件的情况下，这将改变图5(b)、5(c)、6(a)和6(b)，使得附加光学元件(6)在出射基板(7b)的最靠近LC层(1)的一侧。
本发明的另一实施例涉及当与LC层(1)和外部出射偏振器(2b)之间的附加光学元件(6)结合使用时，针对LCD的液晶层(1)的具体对准方案的使用。在图7中说明了由本实施例覆盖的具体对准方案。图7(a)说明了在垂直配向对准层(8a)之间的两个表面处液晶的垂直配向对准，其中液晶对准在两个表面处与LCD基板实质上垂直(但是可以具有较小的预倾斜)。图7(b)和7(c)(分别)说明了在具有低预倾斜的平面对准层(8b)之间的两个表面处的平行和反平行平面对准，其也可以具有有限的预倾斜。图7(d)说明了混合对准，其中在一个表面处液晶对准是垂直配向的、而在垂直配向对准层(8a)和平面对准层(8b)之间的其他表面处是平面的。图7(e)说明了具有高预倾斜的平面对准层(8c)之间的平行平面对准，在这种情况下预倾斜较大，使得液晶在单元中心采用了垂直对准而不是水平对准：这种模式通常称作π-状态，并且是OCB(光学补偿弯曲)模式的基础。最后，图7(f)说明了针对两个表面上的对准方向之间的90°逆转角度的扭曲平面对准(但是不限于该特定角度)。具有低预倾斜的平面对准层(8b)之间的这种对准方案是TN(扭曲向列)模式的基础。
本发明的另一实施例具体涉及主要由单独平面内的观察者观看的LCD，所述单独平面包含显示器法线(即与显示器的平面垂直的假想线)，或者具有垂直并且均包括显示器法线的两个基本观看平面。在该实施例中，入射偏振器和出射偏振器(2a和2b)的吸收轴与主观看平面实质上平行或者垂直地对准。因此，入射和出射偏振器(2a和2b)的吸收轴在该实施例中实质上彼此平行或者垂直。
如已知的，偏振器的“吸收轴”指的是在偏振片的平面内的特定方向，通过制造偏振片的方式来限定所述方向。当以与吸收轴平行的电场矢量进行偏振的光入射到偏振器上时，所述光被偏振器部分地或者完全地吸收。当以与吸收轴垂直的电场矢量进行偏振的光入射到偏振器上时，所述光通常将透射(尽管如果偏振器不是理想的，那么可能存在一些吸收)。本发明的再一个实施例具体地涉及附加光学元件沿与液晶层平行的方向具有完全的平移对称性的情况。这种系统的示例包括透镜阵列、条纹视差屏障或者简单的百叶窗。在该实施例中，入射偏振器和出射偏振器(2a和2b)的吸收轴每一个均与附加光学元件的平移对称轴实质上平行或垂直对准。因此，在该实施例中，入射偏振器和出射偏振器(2a和2b)的吸收轴实质上彼此平行或垂直。如这里所使用的，术语“平移对称性”指的是沿一个方向不变的二维光学元件，即条纹的。“平移对称轴”指的是光学元件不变的方向，即条纹的方向。例如，在条纹视差屏障的情况下，“平移对称轴”指的是屏障材料的条纹方向。
本发明参考了多种不同的方式，其中可以对透射液晶显示器(使用偏振光学器件产生图像，因此合并了位于入射和出射偏振器之间的液晶层，并且为了增加显示功能的目的或者针对改进的显示器性能而使用附加光学元件，例如微透镜阵列、其他衍射光学器件、百叶窗、视差屏障或者衍射元件)的对比度进行优化，以便将附加光学元件对于显示器的对比度和／或视角的影响最小化。
根据本发明的一个方面，这包括单侧补偿膜的使用，其中将补偿膜放置于液晶层的与附加光学元件相反的一侧。本发明的另一个方面包括内部延迟器和／或偏振器的使用，以便减小附加光学元件的影响。本发明的另一个方面包括相对于附加光学元件的对称轴的特定偏振器朝向的使用。本发明的再一个方面包括将偏振器的吸收轴与显示器的主观看平面对准。本发明的又一个方面包括特定的液晶对准几何布置的使用，使得当光通过液晶层(在零电压状态或者当施加电压时)非常小的光的偏振改变，或者与入射光的角度相对无关的偏振改变。
根据另一个方面，附加光学元件位于液晶层和出射偏振器之间，并且补偿膜位于液晶层的包括入射偏振器的一侧。
根据另一个方面，补偿膜对液晶层的暗状态进行补偿，使得当光传播通过补偿膜和液晶层的组合时，光的偏振实质上不存在净改变。
根据另一个方面，液晶层的暗状态包括均匀的分子对准。
根据另一个方面，液晶层的暗状态是如在VAN(“垂直对准向列”)、IPS(“面内切换”)、FFS(“边缘场切换”)和ECB(“电控双折射”)模式液晶显示器中使用的垂直配向或水平配向状态。
根据另一个方面，补偿膜在延迟值方面与处于暗状态的液晶层实质上数值相等且符号相反。
根据另一个方面，所述液晶层配置为VAN模式，并且所述补偿膜是负c板，所述负c板与由处于暗状态的液晶层实现的正c板实质上数值相等且符号相反。
根据另一个方面，所述液晶层配置为IPS、FFS或ECB模式，并且所述补偿膜是负a板，所述负a板与由处于暗状态的液晶层实现的正a板实质上数值相等且符号相反。
根据另一个方面，所述液晶层保持在入射基板和出射基板之间，并且将所述补偿膜附着至出射基板的外侧。
根据另一个方面，所述液晶层保持在入射基板和出射基板之间，并且所述补偿膜位于出射基板和液晶层之间。
在另一个方面，使用反应型介晶质(reactive mesognes)产生所述补偿膜。
在另一个方面中，所述显示器还包括在补偿膜和出射基板之间的内部偏振器。
根据另一个方面，所述显示器还包括在液晶层的包括入射偏振器的一侧的另一个补偿膜。
根据另一个方面，所述液晶层表现为以下中的一个或多个：垂直配向对准、平行平面对准、反平行平面对准、混合对准和扭曲平面对准。
根据另一个方面，所述显示器具有单独观看平面，所述单独观看平面包括显示器法线，或者所述显示器可以具有垂直并且都包括显示器法线的两个主观看平面，并且其中入射偏振器和出射偏振器的吸收轴彼此实质上平行或垂直、并且与所述单独观看平面或两个主观看平面实质上平行或垂直。
在另一个方面中，附加光学元件沿与液晶层平行的一个方向具有完全的平移对称性，并且入射偏振器和出射偏振器的吸收轴每一个均与附加光学元件的平移对称轴实质上平行或垂直。
根据另一个方面，附加光学元件提供双视图、3D视图或隐私视图的附加功能。
在另一个方面，附加光学元件提供了针对亮度和／或节能的改进显示性能。
根据另一个方面，附加光学元件包括透镜阵列、微透镜阵列、折射光学器件、百叶窗、视差屏障或衍射光学器件。
尽管已经针对特定实施例示出和描述了本发明，本领域普通技术人员在阅读和理解该说明书和附图时可以进行等同的替代和改进。具体地，对于由上述元件(部件、组件、装置、组合等)执行的各种功能，如果没有另外说明，用于描述这些元件的术语(包括“装置”)意在与执行所述元件的特定功能的任意元件相对应(即，功能上等价)，即使其结构与执行本发明示例实施例中的功能的已公开结构不同。此外，尽管以上仅针对几个实施例中的一个或多个描述了本发明的具体特征，根据任意给定或特定应用的需要或益处，这些特征可以与其他实施例的一个或多个其他特征相结合。。
工业应用
本发明可以应用于使用偏振光学器件的原理工作的所有透射LCD，其中使用可以增加额外的功能或者改进显示性能的附加光学元件以获益。额外功能的示例是双视图显示器、3D显示器和隐私显示器，或者能够执行所有这些功能的显示器。改进装置性能的示例是改进的亮度、更大的视角或者减小的功耗。这些显示器可以用于便携式电子装置、汽车和其他运输器、桌面计算机监视器、电视和较大的广告标记和广告牌。

Claims (30)

1.一种液晶显示器，包括：
组合体，包括位于入射偏振器和出射偏振器之间的液晶层；
背光装置，配置为在液晶层的包括入射偏振器的一侧照射组合体，以便由在液晶层的包括出射偏振器的一侧的观察者观看；以及
附加光学元件，所述附加光学元件位于入射偏振器和出射偏振器之间，并且配置为在显示器中提供附加的功能和/或改进的显示性能，
其中所述显示器还包括仅在液晶层的单独一侧上的补偿膜，所述单独一侧与所述附加光学元件所处的液晶层的一侧相反，
其中所述附加光学元件位于液晶层和出射偏振器之间，并且补偿膜位于液晶层的包括入射偏振器的一侧，以及
其中所述补偿膜对液晶层的暗状态进行补偿，使得当光传播通过补偿膜和液晶层的组合时，光的偏振不存在净改变。
2.根据权利要求1所述的显示器，其中所述液晶层的暗状态包括一致的分子对准。
3.根据权利要求2所述的显示器，其中所述液晶层的暗状态是在垂直对准向列VAN、面内切换IPS、边缘场切换FFS和电控双折射ECB模式液晶显示器中使用的垂直配向或水平配向状态。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的显示器，其中所述补偿膜的延迟值与处于暗状态的液晶层的延迟值数值相等且符号相反。
5.根据权利要求4所述的显示器，其中所述液晶层配置为VAN模式，并且所述补偿膜是负c板，所述负c板与由处于暗状态的液晶层实现的正c板数值相等且符号相反。
6.根据权利要求5所述的显示器，其中所述液晶层配置为IPS、FFS或ECB模式，并且所述补偿膜是负a板，所述负a板与由处于暗状态的液晶层实现的正a板数值相等且符号相反。
7.根据权利要求1所述的显示器，其中所述显示器具有包含显示器法线的单独观看平面，或者垂直并且均包含显示器法线的两个主观看平面，其中入射偏振器和出射偏振器的吸收轴彼此平行或垂直，并且与单独观看平面或两个主观看平面平行或垂直。
8.根据权利要求1所述的显示器，其中所述附加光学元件沿与液晶层平行的一个方向具有完全的平移对称性，并且入射偏振器和出射偏振器的吸收轴均与附加光学元件的平移对称轴平行或垂直。
9.根据权利要求1所述的显示器，其中所述附加光学元件提供双视图、3D视图或隐私视图的附加功能。
10.根据权利要求1所述的显示器，其中所述附加光学元件提供在亮度和/或节能方面的改进显示性能。
11.根据权利要求1所述的显示器，其中所述附加光学元件包括透镜阵列、微透镜阵列、折射光学器件、百叶窗、视差屏障或衍射光学器件。
12.一种液晶显示器，包括：
组合体，包括位于入射偏振器和出射偏振器之间的液晶层；
背光装置，配置为在液晶层的包括入射偏振器的一侧照射组合体，以便由在液晶层的包括出射偏振器的一侧的观察者观看；以及
附加光学元件，所述附加光学元件位于入射偏振器和出射偏振器之间，并且配置为在显示器中提供附加的功能和/或改进的显示性能，
其中显示器还包括在液晶层两侧的不对称的补偿膜，
其中所述补偿膜对液晶层的暗状态进行补偿，使得当光传播通过补偿膜和液晶层的组合时，光的偏振不存在净改变。
13.根据权利要求12所述的显示器，其中所述显示器具有包含显示器法线的单独观看平面，或者垂直并且均包含显示器法线的两个主观看平面，其中入射偏振器和出射偏振器的吸收轴彼此平行或垂直，并且与单独观看平面或两个主观看平面平行或垂直。
14.根据权利要求12所述的显示器，其中所述附加光学元件沿与液晶层平行的一个方向具有完全的平移对称性，并且入射偏振器和出射偏振器的吸收轴均与附加光学元件的平移对称轴平行或垂直。
15.根据权利要求12所述的显示器，其中所述附加光学元件提供双视图、3D视图或隐私视图的附加功能。
16.根据权利要求12所述的显示器，其中所述附加光学元件提供在亮度和/或节能方面的改进显示性能。
17.根据权利要求12所述的显示器，其中所述附加光学元件包括透镜阵列、微透镜阵列、折射光学器件、百叶窗、视差屏障或衍射光学器件。
18.一种液晶显示器，包括：
组合体，包括位于入射偏振器和出射偏振器之间的液晶层；
背光装置，配置为在液晶层的包括入射偏振器的一侧照射组合体，以便由在液晶层的包括出射偏振器的一侧的观察者观看；以及
附加光学元件，所述附加光学元件位于入射偏振器和出射偏振器之间，并且配置为在显示器中提供附加的功能和/或改进的显示性能，
其中所述附加光学元件位于液晶层和出射偏振器之间，并且显示器还包括置于液晶层和附加光学元件之间的补偿膜，
其中所述补偿膜对液晶层的暗状态进行补偿，使得当光传播通过补偿膜和液晶层的组合时，光的偏振不存在净改变。
19.根据权利要求18所述的显示器，其中所述液晶层保持在入射基板和出射基板之间，并且所述补偿膜附着至出射基板的外侧。
20.根据权利要求18所述的显示器，其中所述液晶层保持在入射基板和出射基板之间，并且所述补偿膜位于出射基板和液晶层之间。
21.根据权利要求20所述的显示器，其中使用反应型介晶质产生所述补偿膜。
22.根据权利要求20至21中任一项所述的显示器，还包括在补偿膜和出射基板之间的内部偏振器。
23.根据权利要求18所述的显示器，其中还包括在液晶层的包括入射偏振器的一侧的另一补偿膜。
24.根据权利要求18所述的显示器，其中所述附加光学元件位于液晶层和出射基板之间。
25.根据权利要求18所述的显示器，其中所述显示器具有包含显示器法线的单独观看平面，或者垂直并且均包含显示器法线的两个主观看平面，其中入射偏振器和出射偏振器的吸收轴彼此平行或垂直，并且与单独观看平面或两个主观看平面平行或垂直。
26.根据权利要求18所述的显示器，其中所述附加光学元件沿与液晶层平行的一个方向具有完全的平移对称性，并且入射偏振器和出射偏振器的吸收轴均与附加光学元件的平移对称轴平行或垂直。
27.根据权利要求18所述的显示器，其中所述附加光学元件提供双视图、3D视图或隐私视图的附加功能。
28.根据权利要求18所述的显示器，其中所述附加光学元件提供在亮度和/或节能方面的改进显示性能。
29.根据权利要求18所述的显示器，其中所述附加光学元件包括透镜阵列、微透镜阵列、折射光学器件、百叶窗、视差屏障或衍射光学器件。
30.一种液晶显示器，包括：
组合体，包括位于入射偏振器和出射偏振器之间的液晶层；
背光装置，配置为在液晶层的包括入射偏振器的一侧照射组合体，以便由在液晶层的包括出射偏振器的一侧的观察者观看；以及
附加光学元件，所述附加光学元件位于液晶层的包括出射偏振器的一侧，并且配置为在显示器中提供附加的功能和/或改进的显示性能，
其中液晶层保持在入射基板和出射基板之间，补偿膜位于出射基板和液晶层之间，出射偏振器是位于补偿膜和出射基板之间的内部偏振器，
其中所述补偿膜对液晶层的暗状态进行补偿，使得当光传播通过补偿膜和液晶层的组合时，光的偏振不存在净改变。
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