CN101010622B - 具有双折射基板的显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种显示装置包括至少一个基板(1，2)、第一和第二电极(7，8)、显示介质(12)和光学有源层(3，5)，其中所述光学有源层包括偏振片(3)并且设置在所述基板和所述显示介质之间，且其中所述基板由双折射材料制成。

Description

具有双折射基板的显示装置
技术领域
本发明涉及一种显示装置以及制造该显示装置的方法，该显示装置包括至少一个基板、第一和第二电极、显示介质以及光学有源层。
背景技术
诸如液晶显示器(LCD)以及发光二极管显示器(LED-显示器)的装置是复杂的装置。除了显示介质，也就是LCD中形成光开关的液晶层以及LED显示器中的电致发光层之外，显示装置还包括大量单独的具有各种功能的薄膜以及层，诸如显示基板以及诸如偏振片、延迟片、扩散片、反射片、透反射片以及滤色片等的光学有源组件。
现在，多种这样的光学有源组件层压在显示基板的外部上。实际的光学有源组件通常夹在保护板之间或施加在载体板上。此外，为了将这些层层压在显示基板上需要粘合层。通过使用这些额外的层，每个组件在显示器厚度上增加了～100μm。
已经做了工作使能够使用聚合物基板而不是传统的玻璃基板。聚合物基板是希望的，因为它们允许制造较不易碎的、重量轻的、柔性的显示器。
然而，基于聚合物基板的显示器固有的柔性受到使用厚度分别为～100μm的无源光薄膜的限制，因为显示器的抗挠劲度与厚度的三次方成比例。此外，诸如利用偏振光学用于图像形成的LCD，(诸如扭转向列、超级的扭转向列、平面转换，垂直对准的向列、光补偿双折射以及铁电LCD)以及利用延迟片和偏振片的组合用于增强日光对比度的聚合物LED显示器的多种显示装置的应用需要显示基板是各向同性的，因为当光通过双折射基板时光的偏振发生改变，因此基板中的双折射会削弱显示器的光性能。
大多数聚合材料展示出双折射性质，因此并不适合用作显示器基板。少数不双折射的、或几乎不双折射的、延迟值小于10nm的聚合物基板已经被成功使用。然而，当施加应力到这些基板上时，在它们的延迟中发生重要的改变。这种应力如果出现，这时柔性显示器可能被弯曲。延迟中的这种改变削弱了利用这种基板的显示装置的光性能。
专利号为6151088的US专利旨在提供一种基于聚合物双折射显示基板的液晶显示器。根据’088专利的显示器需要基板的偏振轴、光轴和液晶层的中部中液晶分子的方向之间有相关的角度。此外需要严格限制合适的基板的延迟值。根据’088专利的显示装置还被限制为柔性显示器的不合适的厚度，因为偏振片和其它光组件以上述相同的方式层压在基板的外部上。
因此，提供一种能利用具有延迟值较低或没有限制的双折射聚合物材料作为显示基板的显示装置是有利的。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种柔性显示装置，其具有双折射基板同时保持好的光学特性。
在本发明的一个方面中，本发明提供一种显示装置，其包括至少一个基板、第一和第二电极、显示介质以及光学有源层，其特征在于所述光学有源层包括一偏振片，且光学有源层位于所述基板和所述显示介质之间，且其中所述基板由双折射材料制成。
术语“双折射基板”和“双折射材料”表示除了展示出双折射特性的基板或材料的常用意思之外，还表示在显示装置中使用的在正常使用显示装置的条件下能变为双折射的基板或材料。例如，术语“双折射基板”和“双折射材料”的意思是还包括这样的不双折射或基本不双折射材料：当应力施加于它们上时，例如当它们被弯曲时，它们变为双折射。
如这里所用，术语“显示介质”涉及能形成图像的显示器中的有源组件，也就是LCD中的转换液晶层和聚合物LED显示器或OLED显示器中的电致发光层。
如这里所用的，术语“光学有源层”和“光学有源组件”表示层/组件，其反映光通过这些层/组件的特性，诸如偏振、椭圆率、色彩光谱、传播方向等。
光学有源层可包括一个或更多的光学有源组件、形成所述层的光学有源单元的子层。除了光学有源组件之外，光学有源层还包括光学非有源组件(例如子层)，诸如形成光学有源组件必须的组件，例如对准薄膜，或防止光学有源层退化的保护薄膜，诸如防止光学有源层在ITO构造步骤期间受到化学降解的薄膜。
在显示装置中，诸如具有日光对比度增强层的聚合物LED和OLED显示器，和液晶显示器，偏振片通常位于液晶层和终端用户之间。该偏振片的一个目的是阻挡光从显示器中进出，除非该光具有不由偏振片吸收的偏振。
在根据本发明的显示装置中，偏振片位于基板和显示介质之间。因此，从显示器出来到用户的光在通过双折射基板之前将通过偏振片。以类似的方式，进入本发明的显示装置的光将在通过基板之后通过偏振片。在基板中发生的光的偏振变化不会削弱偏振片的作用，因此在根据本发明的显示装置中，基板的双折射不会削弱显示装置的光学特性。
根据本发明的显示装置的另一优势在于偏振片以及可选择的其它光学有源组件位于装置的内部，因此防止受到环境例如擦痕、湿度和灰尘的影响。这允许构造更薄的显示器，因为施加于光学有源组件(如果设置在装置的外部上)的外部上的常规保护层可以省略。
根据本发明的显示装置的另一优势包括可以制造更便宜的显示装置，因为双折射基板制造起来比非双折射基板更经济。
根据本发明，基板可以是柔性的。柔性基板允许制造柔性显示器，这一点在多种现有的以及预期的应用中是高度渴望的。
此外，基板可以是聚合物材料，例如由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚奈二甲酸乙二醇酯(polyethylenenaphtalate)、聚碳酸酯、聚降冰片烯、聚醚砜、聚酰亚胺、聚乙烯或者它们中两个或多个任意适当的组合。根据本发明适合用于显示装置中其它聚合材料对于本领域技术人员来说是显而易见的。
聚合物双折射材料通常比聚合非双折射材料制造起来更容易且更便宜。
根据本发明的聚合物双折射基板可由熔融挤出、溶剂浇注或本领域已知的其它方法制造。
在根据本发明的显示装置中，在使用显示装置的条件下，基板的延迟可能大于10nm，例如大于50nm或大于100nm。
任何适合的偏振片可用于根据本发明的显示装置中。
这种适合的偏振片的一个示例包括易溶染料例如易溶二萘嵌苯染料的平行排列的柱状堆中的液晶层(例如从Optiva可获得的)。这种偏振片作为易挥发的溶剂被涂覆，例如刮片涂覆在基板上，其中该染料形成柱状堆。在涂覆期间，染料堆通过剪切力被定向在基板上。该溶剂是易蒸发的，且将薄的偏振薄膜(E型偏振片)留在基板上。该偏振片可制造得非常薄(厚度为～1μm)。
适合用于本发明的显示装置中的另一偏振片是包括二向色染料的偏振片，该二向色染料加入到对准的液晶原(mesogen)的聚合混合物或液晶原的聚合物中。能形成有序相，例如向列或近晶相的液晶原的聚合混合物或液晶原的聚合物被施加于并排列于基板上。在混合物排列在基板上之后，在混合物中获得有序相，然后该混合物被聚合。优选地，该混合物能够形成诸如近晶相的高度有序相，例如近晶的B，当使用该混合物时，近晶相优选地在聚合之前的混合物中获得。二向色染料通过聚合层变得固定和被定向。因此该聚合层变为偏振片。
偏振片还可通过将染料附加到液晶原的聚合物上形成，例如液晶原的聚合物上或包括在液晶原的聚合物中的支链，该液晶原能在玻璃态转化温度之上以LC相位排列。
适合用于本发明的显示装置的另一偏振片是基于胆甾型液晶材料的宽带圆形偏振片，其中螺旋间距的梯度大于胆甾型液晶薄膜的厚度。
适合用于本发明显示装置的偏振片的又一类型包括平面平行金属线的网格(例如从Moxtek可获得的)。该网格很薄，例如大约100-200nm厚。以大约500nm的顺序排列的网格距离适合用于偏振可见光。
然而，可以使用任何适合用于根据本发明的显示装置中的偏振片。
本发明的光学有源层还可包括光学有源组件，例如偏振片、延迟片、透反射片、滤色片、单元中的扩散片、反射片、散射薄膜以及本领域技术人员熟知的其它光学有源组件。
上述光学元件作为改进显示装置的性能所必须的显示装置或组件的光学组件对于本领域的普通技术人员来说是公知的。该光学有源元件的类型、数量和设置根据显示装置的类型而变化，这一点对于本领域的普通技术人员来说是公知的。
已经知道了当施加应力时光学有源组件，例如偏振片和延迟片的光学特性发生改变，且这种改变影响显示装置的性能。
显示装置弯曲时这种应力出现，其中在弯曲的显示器的凸部分出现拉伸，而在弯曲的显示器的凹部分出现压缩。然而，中线通常存在于显示器的中央附近，这里实际上没有这种应力，也就是没有拉伸或者压缩出现。通过将上述光学组件(偏振片、延迟片等)设置在中线附近，即在显示介质附近，光学特性中应力带来的改变被最小化，从而改善了显示装置的性能。
可以使用任何适合用于本发明的显示装置中的光学有源层中的延迟片。该延迟片包括但是不限制于λ/4延迟片、宽带λ/4延迟片、λ/2延迟片等。
适合用于根据本发明的显示装置中的延迟片的一个示例是通过在表面上排列反应的液晶原的聚合混合物或LC单体而形成的薄膜，诸如基板，可选择地提供有诸如光学有源组件的附加的薄膜，例如位于所述基板上的偏振片，提供有对准层，诸如摩擦的聚酰亚胺薄膜或光对准层。然后在液晶原混合物中获得优选的顺序，例如通过加热到所选择的温度或通过其它已知的方法获得优选的顺序。然后该混合物被聚合以固定所获得的顺序，从而使得双折射薄膜展示出较好的稳定性。
本发明的显示装置中的光学有源层中的光学有源组件可以被图案化，即光学有源组件包括至少一个区域，在该区域中的光学特性不同于光学有源组件的其它区域中的光学特性。
在特定的应用中，例如但是不限制于透反射LCD和彩色显示器，利用图案化的光学有源组件，例如图案化的延迟片以获得显示装置好的观看特性是有利的或者甚至是必须的。在本发明中，这种图案化的光学有源组件设置在显示介质的附近，从而减小了当光学有源组件和显示介质之间的距离较大时，例如由基板隔开时产生的视差问题。
显示介质可包括液晶层以形成LCD显示器，例如但是不限制于那些用于形成图像的偏振光学装置，例如扭转向列、垂直对准、超级的扭转向列以及铁电液晶显示器。
根据本发明的液晶显示器、LCD不仅包括包括一个基板，例如分层的LCD的显示器，还包括夹有显示介质的两个基板的显示器。
根据本发明包括两个基板的LCD可包括第一和第二基板，其中至少一个基板是双折射的。此外，第一和第二光学有源层设置在所述前后基板之间，第一和第二电极设置在所述第一和第二光学有源层之间，且液晶层设置在所述电极之间，其中至少所述第一光学有源层包括偏振层。
根据本发明的LCD包括例如透射型、反射型以及透反射型显示器的显示器。不同类型的LCD的光学有源层的排列对于本领域技术人员来说是已知的。
在本发明的另一实施例中，显示介质包括电致发光层，即聚LED或OLED显示器，尤其是利用延迟片，例如λ/4延迟片与作为日光对比度增强层的偏振片的组合的聚LED或OLED显示器。例如，这种聚LED或OLED显示器可包括设置在双折射基板上的偏振片，设置在偏振片上的延迟片以及设置在基板上的聚LED或OLED组件，该基板具有与聚LED或OLED组件的透光侧相对的延迟片。
双折射基板、偏振片和延迟片可以是上述任意示例中分别描述的任何适合的基板、偏振片和延迟片。
附图说明
现在将参考附图借助下面的实施例进一步描述本发明，图中：
图1示出包括两个基板的液晶显示器的截面图；
图2示出具有日光增强层的LED显示器的截面图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的第一个实施例是一种LCD显示器，其包括前基板1和后基板2，两者都是由双折射聚合材料制成。
前偏振片3和后偏振片4分别设置在所述前基板1和后基板2上。两个偏振片都包括二萘嵌苯染料的柱状堆的干燥薄膜，其将E型偏振片形成在基板的表面上。
延迟片5设置在前偏振片3上。延迟片是聚合的液晶原，并排列在设置在偏振片上的对准层6上。
第一被构图的电极7、即导电的被构图的ITO层设置在延迟片5上，第二被构图的电极8设置在后偏振片4上。摩擦的聚酰亚胺9和10的对准层分别设置在电极7和8上，隔片11被光刻地设置在对准层10上。两个基板相互耦合，对准层9和10相互面对，对准层9和10之间的空间填充了液晶材料12。电极7和8连接于控制电极的控制单元13，控制单元13依次控制在电极之间的液晶材料12中液晶分子的方向，从而确定要显示的图像。
通过后基板或者通过前基板进入显示器的光在通过双折射基板之后分别通过后偏振片或者前偏振片。因此，进入LC层的光具有独立于基板的双折射的预期的偏振方向。以类似的方式，从LC层出来的光在受到基板的双折射的影响之前通过偏振片。
正如本领域技术人员意识到的，包括在权利要求的范围之内的对上述实施例的多种修改是可能的。
例如，前和后基板可由相同的或不同的材料制成，基板中的一个可以是非双折射的。
前和后偏振片可以是相同的或不同的，且可以在适合用在根据本发明的显示装置中的所有偏振片中独立选择。
延迟片可以是被构图的延迟片或不被构图的延迟片，还可以是适合用在根据本发明的显示装置中的任意一种延迟片。显示装置还包括附加组件，例如用于彩色显示器中的滤色片等。
电极不必须是ITO电极。本领域其它已知的电极也可使用。
包括在所附的权利要求中的、如本申请所述的附加的或其它的组件也可用于本发明的实施例中，这些的使用对于本领域技术人员来说是已知的。
如图2所示，本发明的第二优选实施例是具有日光对比度增强层的聚LED显示器。其包括聚合的双折射基板21、设置在所述基板上的偏振片22以及设置在所述偏振片上的λ/4延迟片23。
在偏振片的顶部设置有聚LED组件，其包括ITO阳极24以及阴极25，中间夹有发光聚合物26和PEDOT(聚乙烯二氧噻吩)层27。阳极24和阴极25连接于控制单元28，其由此控制从发光聚合物26发出的光，从而确定要显示的图像。
这里描述的实施例和情况仅是说明性的，而不解释为限制本发明的范围。本发明的范围仅由所附的权利要求限制。本领域技术人员将意识到其它可能的实施例和情况也包括在所附的权利要求的范围之内。

Claims (12)

1.显示装置，包括：
至少一个由双折射材料制成的基板，
第一和第二电极，
显示介质，和
光学有源层，所述光学有源层包括偏振片并且设置在所述基板和所述显示介质之间，
其特征在于，
所述偏振片是一种包括易溶染料的平行排列的柱状堆的液晶层的偏振片，
偏振片包括二向色染料，该二向色染料包含在对准的液晶原的聚合混合物或液晶原的聚合物中，
偏振片是通过将染料附加到液晶原的聚合物上形成的，
基于胆甾型液晶材料的宽带圆形偏振片，或
偏振片包括平面平行金属线的网格。
2.根据权利要求1的显示装置，其中所述双折射材料是聚合材料。
3.根据权利要求1的显示装置，其中所述基板是柔性的。
4.根据权利要求1的显示装置，其中所述基板的延迟大于10nm。
5.根据权利要求1的显示装置，其中所述光学有源层还包括从由偏振片、延迟片、滤色片、扩散片、散射薄膜、透反射片和反射片组成的组中选择出的光学有源组件。
6.根据权利要求1的显示装置，其中所述光学有源层包括至少一个被构图的光学有源组件。
7.根据权利要求1的显示装置，其中所述显示介质包括液晶层。
8.根据权利要求7的显示装置，包括第一和第二基板，其中至少所述前基板是双折射的，
第一和第二光学有源层设置在所述前基板和后基板之间，
第一和第二电极设置在所述第一和第二光学有源层之间，和
液晶层设置在所述电极之间，
其中至少所述第一光学有源层包括偏振片。
9.根据权利要求1的显示装置，其中所述显示介质包括电致发光层。
10.根据权利要求9的显示装置，其中所述电致发光层包括在聚LED组件中。
11.根据权利要求9的显示装置，其中所述电致发光层包括在OLED组件中。
12.一种制造显示装置的方法，包括：
提供一个双折射基板；
将光学有源层和第一电极设置在所述基板的一侧上；
将显示介质设置在具有所述第一光学有源层和所述第一电极的所述基板上，所述第一光学有源层和所述第一电极面对所述显示介质，
其特征在于，
所述偏振片是一种包括易溶染料的平行排列的柱状堆的液晶层的偏振片，
偏振片包括二向色染料，该二向色染料包含在对准的液晶原的聚合混合物或液晶原的聚合物中，
偏振片是通过将染料附加到液晶原的聚合物上形成的，
基于胆甾型液晶材料的宽带圆形偏振片，或
偏振片包括平面平行金属线的网格。
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