專利名稱：光源器件,顯示器件,終端器件和透明/散射狀態(tài)切換元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種能切換照明光的輻射角的光源器件、設置有該光源器件并能切換可視角范圍的顯示器件、設置有該顯示器件的終端器件、和嵌入該光源器件中的透明/散射狀態(tài)切換元件。
背景技術：
由于薄外形、輕重量、小尺寸、低能耗和其他優(yōu)點，使用液晶的顯示器件已經(jīng)在下列器件中得到廣泛發(fā)展和應用，包括監(jiān)視器、電視(TVTelevision)、和其他大型終端器件；筆記本型個人電腦、自動柜員機、自動販賣機、和其他中型終端器件；以及個人TV、PDA(個人數(shù)字助理個人信息終端)、移動電話、移動游戲機、和其他小型終端器件。根據(jù)所使用的光源的種類，一般將這些液晶顯示器件分為透射型、反射型、或透反型(結合使用透射光和反射光)。反射型液晶顯示器件可減小能耗，因為在顯示器件中可利用外部光，但是與透射型液晶顯示器件相比，對比度和其他方面的顯示性能較差。因此，當前透射型和透反型液晶顯示器件是主流。在透射型和透反型液晶顯示器件中，在液晶面板的后表面上安裝有光源，使用光源發(fā)射的光產(chǎn)生顯示。具體地說，與液晶面板分離的光源在當前主流液晶顯示器件中是很重要的。
在作為液晶顯示器件主要部件的液晶面板中，通過使用電場以控制液晶分子的取向來顯示信息，根據(jù)液晶分子的類型和原始取向、電場方向和其他特性提出了各種模式。在這些模式中，在常規(guī)終端器件中最常使用的模式包括使用單純矩陣結構的STN(超扭曲向列型)模式、和使用有源矩陣結構的TN(扭曲向列型)模式。然而，使用這些模式的液晶面板具有可正確區(qū)分對比度的較窄范圍的角度，在最佳觀看位置之外發(fā)生了灰度反轉。
當顯示內(nèi)容主要由電話號碼和其他字符組成時，灰度反轉的問題在移動電話和其他終端器件中較小。然而，隨著最近技術的發(fā)展，終端器件已經(jīng)開始不僅顯示文本信息，而且還顯示大量的圖像信息。因此灰度反轉嚴重地降低了圖像的可視性。因此在終端器件中逐步地安裝下述液晶面板，該液晶面板使用下述模式，即其具有較寬范圍的可正確區(qū)分對比度而沒有發(fā)生灰度反轉的角度。具有這種模式的液晶面板一般稱作寬視角液晶面板，其中使用IPS(平面方向轉換)模式和其他水平場模式、多疇垂直取向模式等。因為通過使用這些寬視角液晶面板可在較寬范圍的角度內(nèi)區(qū)分灰度，所以盡管中型終端器件基本是個人工具，但正逐漸發(fā)展和安裝為可由多人同時觀看的與他人共享信息的應用。
另一方面，中型終端器件的特征在于不僅可用在要求嚴格安全性的封閉空間中，而且還可用在公共場合中。因此防止私人信息和秘密信息的顯示被第三方看到變得很重要。尤其是近幾年來，顯示私人信息和秘密信息的場合隨著終端器件的發(fā)展而增多，用于防止秘密觀看的技術的需求增加。因此希望發(fā)展一種技術，其能防止秘密觀看，并可通過使能看到顯示的角度范圍變窄，尤其是使視角范圍變窄來使得顯示僅被使用者看到。
如上所述，同時需要可被多人同時觀看的具有寬范圍視角的顯示、和僅被使用者看到的具有窄范圍視角的顯示。也希望在單個終端器件中具有在這兩種顯示之間切換的能力。因此，為了滿足這種需求，提出了下述顯示器件，其中設計對液晶顯示器件必不可少的光源，以便改變視角的范圍。
圖1是顯示日本專利申請Kokai公開No.5-72529所述的第一個常規(guī)的視角受控液晶顯示器件的示意性截面圖。如圖1所示，第一個常規(guī)的視角受控液晶顯示器件1001由能控制散射的液晶元件1170；和能控制光學旋轉和雙折射特性的液晶元件1180組成。能控制散射的液晶元件1170由在可視區(qū)域中為光學透明的基板1110和1111、透明電極1120和1121、散射模式液晶1130、電壓供給源1100、和開關1190組成。能控制光學旋轉和雙折射特性的液晶元件1180由在可視區(qū)域中為光學透明的基板1111和1112、透明電極1122和1123、偏振片1140和1141、取向膜1150和1151、具有光學旋轉和雙折射特性的液晶層1160、電壓供給源1101、和開關1191組成。聚合物分散型液晶用作散射液晶1130，TN液晶用作能控制光學旋轉和雙折射特性的液晶1180。偏振片1140和1141以正交尼科耳設置。
在日本專利申請Kokai公開No.5-72529所述的如此構造的第一個常規(guī)的視角受控液晶顯示器件中，在透明電極1122和1123之間施加電壓，由此改變液晶層1160的光學旋轉和雙折射特性，這種變化用于控制光的透射率。在利用光學旋轉和雙折射特性的這種顯示模式中，主要影響入射光的光學旋轉和雙折射特性根據(jù)視角的方向而不同。因此發(fā)生了下述現(xiàn)象，即亮度和色度根據(jù)視角而減小或者反轉。
因此能控制散射的液晶元件1170設置在這種視角依賴的液晶元件1180的頂部，減小視角依賴性。具體地說，因為當不給能控制散射的液晶元件1170的液晶1130施加電場時液晶分子任意取向，所以在視角的整個范圍上發(fā)生了幾乎各向同性的散射，獲得了對視角具有較小依賴性的顯示。當給液晶1130施加電場時，液晶分子使其本身的取向大致平行于電場。因此發(fā)射了從液晶元件1180發(fā)射的光，而沒有被液晶分子散射。在該情形中視覺特性沒有改善，視角特性類似于常規(guī)的TN液晶，但只有位于顯示器前方的使用者才可正確地看到圖像。因此，當只需要位于顯示器前方的單個使用者能正確看到顯示時，通過不給液晶1130施加電場可防止其他人的秘密觀看。
圖2是顯示日本專利申請Kokai公開No.9-244018所述的第二個常規(guī)的視角受控液晶顯示器件的示意性截面圖；圖3是顯示該視角受控液晶顯示器件中使用的照明器件的示意性透視圖。如圖2所示，第二個常規(guī)的視角受控液晶顯示器件2101由液晶顯示元件2102、散射控制元件(散射控制裝置)2103、和照明器件(背光)2104組成。散射控制元件2103設置在液晶顯示元件2102與照明器件2104之間。如圖3所示，照明器件2104設置在散射控制元件2103的基板一旁，并設置有不透明狹縫片(半透明片)2120和輻射單元2121。輻射單元2121設置有熒光管或其他光源2122，并形成用于從光源2122發(fā)射光并將光導向不透明狹縫片2120的光出射表面2123。在面對光出射表面2123的表面上的輻射單元2121中設置有用于反射從光源2122發(fā)射的光的反射片2124。在不透明狹縫片2120中，在半透明片的一個表面上，彼此平行地設置有沿一個方向延伸的多個線性不透明元件。不透明元件的延伸方向與顯示屏幕的垂直方向一致。
在日本專利申請Kokai公開No.9-244018所述的第二個常規(guī)的視角受控液晶顯示器件中，從光源2122發(fā)射的光從輻射單元2121的光出射表面2123發(fā)射，并通過不透明狹縫片2120輻射到散射控制元件2103。當從光出射表面2123發(fā)射的光通過不透明狹縫片2120時，不透明狹縫片2120阻擋從相對于不透明狹縫片2120的光入射表面顯著傾斜的方向上入射的光。由此可獲得下述透射光，其高度平行于與不透明狹縫片2120的表面垂直的方向。然后，從照明器件2104發(fā)射的光進入散射控制元件2103。散射控制元件2103根據(jù)存在的施加電壓來控制入射光線的散射特性。當散射控制元件2103處于散射狀態(tài)時，從照明器件2104發(fā)射的光被散射控制元件2103散射；當散射控制元件2103處于透明狀態(tài)時，不散射來自照明器件2104的光。
在第二個常規(guī)的視角受控液晶顯示器件2101中，當散射控制元件2103處于散射狀態(tài)時，通過散射控制元件2103散射從照明器件2104發(fā)射的高度準直光，并使其進入液晶顯示元件2102。因此，通過液晶顯示元件2102的光在顯示單元視角中的所有方向上釋放，并且從除顯示單元正前方位置之外的其他位置也可看到顯示的內(nèi)容。相反，當散射控制元件2103處于透明狀態(tài)時，從照明器件2104發(fā)射的高度準直光進入液晶顯示元件2102，同時仍保持高度的準直，而沒有被散射控制元件2103散射。因此，光沒有傳播到在水平方向上以左或右的角度觀看顯示單元的位置，當從這種位置觀看時，屏幕變暗，且不可能看到顯示的內(nèi)容。換句話說，只有直接面對顯示單元的觀察者才能看到顯示的內(nèi)容。
如上所述，因為在第二個常規(guī)的視角受控液晶顯示器件2101中可通過散射控制元件2103控制光的散射特性，所以可控制顯示內(nèi)容的視角特性。此外，因為照明器件2104將高度平行的光朝著液晶顯示元件2102發(fā)射，所以能夠可靠地獲得下述視角特性，即當散射控制元件2103處于透明狀態(tài)時，只有直接面對顯示單元的觀察者才能看到顯示內(nèi)容。因而，可獲得下述一種液晶顯示器件，其能在兩個狀態(tài)之間任意切換，一個狀態(tài)是顯示特性在所有視角方向上保持均勻，且對視角具有較小依賴性，另一狀態(tài)是只能從直接面對顯示單元的位置看到顯示內(nèi)容。
然而，上述的第一個和第二個常規(guī)的視角受控液晶顯示器件具有下述問題。在上述的常規(guī)的視角受控液晶顯示器件中，當視角切換時圖像的顏色會發(fā)生變化。顯示的圖像呈現(xiàn)出黃色，這使得使用者不舒服，尤其是當從具有窄范圍視角的窄角顯示切換到具有寬范圍視角的寬角顯示時。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種能防止切換輻射角時顏色變化的光源器件、設置有該光源器件并能切換視角范圍的顯示器件、安裝有該顯示器件的終端器件、和嵌入該光源器件中的透明/散射狀態(tài)切換元件。
根據(jù)本發(fā)明的光源器件包括用于在一平面內(nèi)發(fā)射光的光源；和透明/散射狀態(tài)切換元件，其能在透射從光源發(fā)射的光的透明狀態(tài)與散射光的散射狀態(tài)之間切換；其中透明/散射狀態(tài)切換元件包括具有各向異性光吸收的二向色染料。
通過使用本發(fā)明中的二向色染料，當透明/散射狀態(tài)切換元件在透明狀態(tài)和散射狀態(tài)之間切換時可防止發(fā)射光的顏色變化。
優(yōu)選操作透明/散射狀態(tài)切換元件中的二向色染料，以便吸收在不包括二向色染料的透明/散射狀態(tài)切換元件中的透明狀態(tài)與散射狀態(tài)之間的透射光的波長譜的差。
此外，相對于透射狀態(tài)來說，在散射狀態(tài)中，所述透明/散射狀態(tài)切換元件可在特定波長區(qū)域中比在該特定波長區(qū)域之外的其他區(qū)域中散射更多的光；二向色染料在散射狀態(tài)中比在透射狀態(tài)中主要更多地吸收在特定波長區(qū)域之外的光。該結構可抑制在散射狀態(tài)與透明狀態(tài)之間發(fā)射光的顏色波動，并可使發(fā)射光接近入射光的顏色。
相對于透射狀態(tài)來說，在散射狀態(tài)中，所述透明/散射狀態(tài)切換元件也可在特定波長區(qū)域中比在該特定波長區(qū)域之外的其他區(qū)域中散射更多的光；二向色染料在透射狀態(tài)中比在散射狀態(tài)中主要更多地吸收在特定波長區(qū)域中的光。由此可使在透明狀態(tài)中發(fā)射的光的顏色接近散射狀態(tài)中發(fā)射的光的顏色。
此外，特定波長區(qū)域是可見光的短波長區(qū)域。在由微結構的折射率分布產(chǎn)生散射狀態(tài)的透明/散射狀態(tài)切換元件中，傾向于很好地分散具有短波段的光，并適宜地應用本發(fā)明。
透明/散射狀態(tài)切換元件具有聚合物分散型液晶層，其中液晶分子的區(qū)域分散在聚合物膜中。
二向色染料優(yōu)選存在于液晶分子的區(qū)域中。因為由此改變二向色染料的取向，以便遵循施加電壓時液晶取向的變化，所以可改變二向色染料的吸收化，以便遵循透明狀態(tài)與散射狀態(tài)之間的切換，并可抑制伴隨切換操作而出現(xiàn)的發(fā)射光的顏色變化。
此外，二向色染料還可存在于聚合物膜中。當給透明/散射狀態(tài)切換元件的透明基板和/或透明電極或其他組件賦予顏色時，染料的存在可使顏色很好地修正。
還可適當使用具有棒狀分子結構的染料作為二向色染料。
此外，二向色染料具有盤狀分子結構。由此可有效修正傾斜方向上發(fā)生的顏色變化。
當從分子短軸方向上觀看時比當從分子長軸方向上觀看時，二向色染料表現(xiàn)出較強的藍色。因為由此可相對于散射狀態(tài)中短波段的光散射，吸收長波段的光，所以可抑制在散射狀態(tài)與透明狀態(tài)之間的發(fā)射光的顏色波動。
此外，當從分子短軸方向上觀看時比當從分子長軸方向上觀看時，二向色染料表現(xiàn)出較強的黃色。由此可使用短軸方向上二向色染料的短波長吸收來抑制透明狀態(tài)與散射狀態(tài)之間的發(fā)射光的顏色波動，提高了可使用的染料類型的數(shù)量。因此通過選擇高可靠性、低成本的染料材料可降低器件的成本。
此外，二向色染料具有與分子短軸方向和分子長軸方向之間不同的波段的吸收光譜。由此可減小散射狀態(tài)中的顏色修正效果，在較差光散射特性的情形中可有效利用該效果。
聚合物分散型液晶層也可設置在一對平板電極之間，在透明/散射狀態(tài)切換元件中的該對平板電極之間產(chǎn)生垂直電場。
此外，透明/散射狀態(tài)切換元件具有梳狀電極，透明/散射狀態(tài)切換元件由梳狀電極之間產(chǎn)生的水平電場來驅(qū)動。該結構可改善顏色的視角依賴性以及透明狀態(tài)或散射狀態(tài)的散射特性。
可采用下述結構，其中，聚合物分散型液晶層中的液晶分子具有棒狀分子結構和正介電各向異性；聚合物膜的折射率大致等于短軸方向上所述液晶分子的折射率；二向色染料具有棒狀分子結構，且當從分子短軸方向上觀看時比當從分子長軸方向上觀看時其表現(xiàn)出更強的藍色；聚合物分散型液晶層由垂直電場來驅(qū)動。由此可防止從處于散射狀態(tài)的透明/散射狀態(tài)切換元件發(fā)射的光具有黃色，可保持與透明狀態(tài)相同的白色。也可獲得抑制寬角顯示狀態(tài)與窄角顯示狀態(tài)之間顏色變化的顯示器件。也可在前方向上以及傾斜方向上防止發(fā)射光的變黃，尤其是在透明狀態(tài)中可表現(xiàn)出顯著的黃色減小效果。
可采用下述結構，其中，聚合物分散型液晶層中的所述液晶分子具有棒狀分子結構和正介電各向異性；聚合物膜的折射率大致等于短軸方向上所述液晶分子的折射率；二向色染料具有盤狀分子結構，且當從分子短軸方向上觀看時比當從分子長軸方向上觀看時其表現(xiàn)出更強的藍色；且聚合物分散型液晶層由垂直電場來驅(qū)動。由此可防止從處于散射狀態(tài)的透明/散射狀態(tài)切換元件發(fā)射的光具有黃色，可保持與透明狀態(tài)相同的白色。此外，在透明狀態(tài)中，具有盤狀結構的二向色染料在傾斜方向上對于光表現(xiàn)出顯著的吸收效果。具體地說，可在傾斜方向上更加顯著地表現(xiàn)出黃色減小效果。
可采用下述結構，其中，聚合物分散型液晶層中的所述液晶分子具有棒狀分子結構和正介電各向異性；聚合物膜的折射率大致等于在短軸方向上所述液晶分子的折射率；二向色染料具有棒狀分子結構，且當從分子短軸方向上觀看時比當從分子長軸方向上觀看時其表現(xiàn)出更強的藍色；聚合物分散型液晶層由水平電場來驅(qū)動；且聚合物分散型液晶層的光入射表面具有偏振片，該偏振片的透射軸設置在與透明/散射狀態(tài)切換元件平面內(nèi)的電場方向垂直的方向上。由此可防止從處于散射狀態(tài)的透明/散射狀態(tài)切換元件發(fā)射的光具有黃色，可保持與透明狀態(tài)相同的白色。此外，在透明狀態(tài)中，即使當從一個角度觀看顯示器時也可抑制散射和顏色變化。
可采取下述結構，其中，聚合物分散型液晶層中的所述液晶分子具有棒狀分子結構和正介電各向異性；聚合物膜具有折射率；至少聚合物膜的最小折射率大致等于短軸方向上液晶分子的折射率；二向色染料具有棒狀分子結構，且當從分子短軸方向上觀看時比當從分子長軸方向上觀看時其表現(xiàn)出更強的藍色；聚合物分散型液晶層由水平電場來驅(qū)動；且聚合物分散型液晶層的光入射表面具有偏振片，該偏振片的透射軸設置在聚合物分散型液晶層的電場方向上。由此可防止從處于散射狀態(tài)的透明/散射狀態(tài)切換元件發(fā)射的光具有黃色，可保持與透明狀態(tài)相同的白色，在透明狀態(tài)和散射狀態(tài)中都獲得了出色的視角特性。
可采取下述結構，其中，聚合物分散型液晶層中的所述液晶分子具有棒狀分子結構和正介電各向異性；聚合物膜的折射率大致等于長軸方向上液晶分子的折射率；二向色染料具有棒狀分子結構，且當從分子短軸方向上觀看時比當從分子長軸方向上觀看時其表現(xiàn)出更強的黃色；聚合物分散型液晶層由水平電場來驅(qū)動；且聚合物分散型液晶層的光入射表面具有偏振片，該偏振片的透射軸設置在聚合物分散型液晶層的電場方向上。該結構可減小散射狀態(tài)與透明狀態(tài)之間的發(fā)射光的顏色差。因為可增加使用染料的類型的數(shù)量，所以通過選擇高可靠的、低成本的染料材料可降低器件的成本。
此外，光源器件可包括光方向控制元件，用于控制從所述平面光源單元發(fā)射的光束的方向，并將該光發(fā)射到透明/散射狀態(tài)切換元件。由此可提高從平面光源發(fā)射的光的方向性。
根據(jù)本發(fā)明的顯示器件具有光源器件、和透射型顯示面板，其用于通過透射從光源器件發(fā)射的光來使光和圖像產(chǎn)生聯(lián)系。
在本發(fā)明中，因為可切換由光源器件輻射的光的角度范圍，所以也可切換顯示器件的視角。
顯示面板也可是液晶面板。在該情形中，液晶面板優(yōu)選是水平場模式、多疇垂直取向模式、或膜補償TN模式液晶面板。由此可將顯示中的灰度反轉最小化，且當透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)時可提高可視性。
根據(jù)本發(fā)明的終端器件包括顯示器件。終端器件可以是移動電話、個人信息終端、游戲機、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、視頻播放器、筆記本型個人電腦、自動柜員機、或自動販賣機。
根據(jù)本發(fā)明的透射/散射狀態(tài)切換元件能在透射入射光而不修改入射光的透明狀態(tài)，與散射光的散射狀態(tài)之間切換，其中透明/散射狀態(tài)切換元件包括二向色染料并操作該切換元件，以便吸收在不包括二向色染料的透明/散射狀態(tài)切換元件中的透明狀態(tài)與散射狀態(tài)之間發(fā)生的透射光的波長譜的差。
還可采用下述結構，其中，相對于透明狀態(tài)來說，在散射狀態(tài)過程中，透射/散射狀態(tài)切換元件散射的處于特定波長區(qū)域中的光比處于該特定波長區(qū)域之外的光多，且相對于透明狀態(tài)來說，在散射狀態(tài)過程中，二向色染料主要吸收在特定波長區(qū)域之外的光。
可選擇地，可采用下述結構，其中，相對于透明狀態(tài)來說，在散射狀態(tài)過程中，透射/散射狀態(tài)切換元件散射的處于特定波長區(qū)域中的光比處于該特定波長區(qū)域之外的光多，且相對于散射狀態(tài)來說，在透明狀態(tài)過程中，二向色染料主要吸收在特定波長區(qū)域中的光。
此外，該特定波長區(qū)域可能是可見光的短波長區(qū)域。
透射/散射狀態(tài)切換元件具有聚合物分散型液晶層，其中液晶分子的區(qū)域分散在聚合物膜中。
此外，二向色染料可存在于液晶分子的區(qū)域中。
可選擇地，二向色染料可存在于聚合物膜中。
二向色染料可具有棒狀分子結構。
可選擇地，二向色染料可具有盤狀分子結構。
當從分子短軸方向上觀看時比當從分子長軸方向上觀看時，二向色染料也表現(xiàn)出更強的藍色。
可選擇地，當從分子短軸方向上觀看時比當從分子長軸方向上觀看時二向色染料也表現(xiàn)出更強的黃色。
可選擇地，二向色染料在短軸方向上比在長軸方向上具有不同波長區(qū)域的吸收光譜。
根據(jù)本發(fā)明的光源器件具有用于在平面內(nèi)發(fā)射光的平面光源、和透明/散射狀態(tài)切換元件，其能在透射從光源發(fā)射的光的透明狀態(tài)與散射光的散射狀態(tài)之間切換，其中透明/散射狀態(tài)切換元件包括下述分子，即在透明狀態(tài)和散射狀態(tài)之間該分子表現(xiàn)出不同的光發(fā)射狀態(tài)或光吸收狀態(tài)。
在本發(fā)明中，通過使用在透明狀態(tài)和散射狀態(tài)之間表現(xiàn)出不同的光發(fā)射狀態(tài)或光吸收狀態(tài)的分子，可防止發(fā)射光的顏色在透明/散射狀態(tài)切換元件的透明狀態(tài)與散射狀態(tài)之間的變化。
優(yōu)選操作在透明狀態(tài)和散射狀態(tài)之間表現(xiàn)出不同的光發(fā)射狀態(tài)或光吸收狀態(tài)的分子，以便吸收在不包括該分子的透明/散射狀態(tài)切換元件中的透明狀態(tài)與散射狀態(tài)之間的透射光的波長譜的差。
在透明狀態(tài)和散射狀態(tài)之間表現(xiàn)出不同的光發(fā)射狀態(tài)或光吸收狀態(tài)的分子可以是二向色熒光染料分子或發(fā)光液晶分子。該結構可抑制在散射狀態(tài)與透明狀態(tài)之間的發(fā)射光的顏色波動，提供明亮的顯示。
相對于透射狀態(tài)來說，在散射狀態(tài)中，透明/散射狀態(tài)切換元件在特定波長區(qū)域中比在該特定波長區(qū)域之外的其他區(qū)域中散射更多的光；且二向色熒光染料分子或發(fā)光液晶分子在散射狀態(tài)中比在透射狀態(tài)中主要更多地吸收在特定波長區(qū)域中的光。該結構可抑制在散射狀態(tài)與透明狀態(tài)之間的發(fā)射光的顏色波動，使發(fā)射光接近入射光的顏色，并提供明亮的顯示。
相對于透射狀態(tài)來說，在散射狀態(tài)中，所述透明/散射狀態(tài)切換元件在特定波長區(qū)域中比在該特定波長區(qū)域之外的其他區(qū)域中散射更多的光；且二向色熒光染料分子或發(fā)光液晶分子在散射狀態(tài)中比在透射狀態(tài)中主要更多地發(fā)射在特定波長區(qū)域之外的光。該結構可使在透明狀態(tài)過程中發(fā)射的光的顏色接近在散射狀態(tài)過程中發(fā)射的光的顏色，并提供明亮顯示。
此外，特定波長區(qū)域可以是可見光的短波長區(qū)域。透明/散射狀態(tài)切換元件可具有聚合物分散型液晶層，其中液晶分子的區(qū)域分散在聚合物膜中。
此外，二向色熒光分子或發(fā)光液晶分子優(yōu)選存在于液晶分子的區(qū)域中。因為可利用伴隨透明狀態(tài)與散射狀態(tài)之間的切換而出現(xiàn)的液晶分子的移動來改變二向色熒光分子或發(fā)光液晶分子的取向，所以可更加有效地修正顏色。當從分子短軸方向上觀看時比當從分子長軸方向上觀看時二向色熒光染料分子也表現(xiàn)出更強的藍色。
優(yōu)選采用下述結構，其中，聚合物分散型液晶層中的液晶分子具有棒狀分子結構和正介電各向異性；聚合物膜的折射率大致等于在短軸方向上所述液晶分子的折射率；二向色熒光染料分子具有棒狀分子結構，且當從分子短軸方向上觀看時比當從分子長軸方向上觀看時其表現(xiàn)出更強的藍色；聚合物分散型液晶層夾在一對平板電極之間并由在該對平板電極之間產(chǎn)生的垂直電場來驅(qū)動。
光源器件還可包括光方向控制元件，用于控制從所述平面光源單元發(fā)射的光束的方向，并將該光發(fā)射到透明/散射狀態(tài)切換元件。
根據(jù)本發(fā)明的顯示器件具有光源器件、和透射型顯示面板，用于通過透射從光源器件發(fā)射的光來使光和圖像產(chǎn)生聯(lián)系。透射型顯示面板也可以是液晶面板。
根據(jù)本發(fā)明的終端器件包括顯示器件。終端器件可以是移動電話、個人信息終端、游戲機、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、視頻播放器、筆記本型個人電腦、自動柜員機、或自動販賣機。
根據(jù)本發(fā)明的透射/散射狀態(tài)切換元件能夠在透射入射光而不修改入射光的透明狀態(tài)，與散射光的散射狀態(tài)之間切換，其中透明/散射狀態(tài)切換元件包括下述分子，即在透明狀態(tài)和散射狀態(tài)之間該分子表現(xiàn)出不同的光發(fā)射狀態(tài)或不同的光吸收狀態(tài)。操作該分子，以便吸收在不包括該分子的透明/散射狀態(tài)切換元件中的透明狀態(tài)與散射狀態(tài)之間發(fā)生的透射光的波長譜的差。
可采用下述結構，其中，透明/散射狀態(tài)切換元件具有聚合物分散型液晶層，其中液晶分子的區(qū)域分散在聚合物膜中；聚合物膜的折射率大致等于在短軸方向上所述液晶分子的折射率；在透明狀態(tài)和吸收狀態(tài)之間表現(xiàn)出不同的光發(fā)射狀態(tài)或光吸收狀態(tài)的分子是二向色熒光染料分子，二向色熒光染料分子具有棒狀分子結構，且當從分子短軸方向上觀看時比當從分子長軸方向上觀看時其表現(xiàn)出更強的藍色；二向色熒光染料分子存在于聚合物分散型液晶層的液晶區(qū)域中；聚合物分散型液晶層夾在一對平板電極之間并由在該對平板電極之間產(chǎn)生的垂直電場來驅(qū)動。
根據(jù)本發(fā)明，可防止在下述光源器件的輻射角切換過程中發(fā)生顏色變化，所述光源器件通過將二向色染料分子引入透明/散射狀態(tài)切換元件中，從而能切換輻射角的范圍。


圖1是顯示日本專利申請Kokai公開No.5-72529所述的第一個常規(guī)的視角受控液晶顯示器件的示意性截面圖；圖2是顯示日本專利申請Kokai公開No.9-244018所述的第二個(*2)常規(guī)的視角受控液晶顯示器件的示意性截面圖；圖3是顯示日本專利申請Kokai公開No.9-244018所述的常規(guī)的視角受控液晶顯示器件中使用的照明器件的示意性透視圖；圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明第一個實施例的顯示器件的透視圖；圖5是顯示作為第一個實施例組成元件的光源、光導板、和光學膜的截面圖；圖6是顯示作為第一個實施例組成元件的透明/散射狀態(tài)切換元件的截面圖；圖7是顯示根據(jù)第一個實施例的終端器件的透視圖；圖8是顯示當?shù)谝粋€實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)時液晶分子和藍色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖；
圖9是顯示當?shù)谝粋€實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于透明狀態(tài)時液晶分子和藍色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖10是顯示根據(jù)本發(fā)明第二個實施例的顯示器件的透視圖；圖11是顯示作為第二個實施例組成元件的透明/散射狀態(tài)切換元件的截面圖；圖12是顯示根據(jù)本發(fā)明第三個實施例的顯示器件的透視圖；圖13是顯示作為第三個實施例組成元件的透明/散射狀態(tài)切換元件的截面圖；圖14是顯示作為第三個實施例組成元件的透明/散射狀態(tài)切換元件的平面圖；圖15是顯示當?shù)谌齻€實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)時液晶分子和藍色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖16是顯示當?shù)谌齻€實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于透明狀態(tài)時液晶分子和藍色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖17是顯示根據(jù)本發(fā)明第四個實施例的顯示器件的透視圖；圖18是顯示作為第四個實施例組成元件的透明/散射狀態(tài)切換元件的截面圖；圖19是顯示當?shù)谒膫€實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于透明狀態(tài)時液晶分子和藍色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖20是顯示當?shù)谒膫€實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)時液晶分子和藍色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖21是顯示根據(jù)本發(fā)明第五個實施例的顯示器件的透視圖；圖22是顯示作為第五個實施例組成元件的透明/散射狀態(tài)切換元件的截面圖；圖23是顯示當?shù)谖鍌€實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)時液晶分子和黃色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖24是顯示當?shù)谖鍌€實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于透明狀態(tài)時液晶分子和黃色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖25是顯示根據(jù)本發(fā)明第六個實施例的顯示器件的透視圖；圖26是顯示作為第六個實施例組成元件的透明/散射狀態(tài)切換元件的截面圖；圖27是顯示當?shù)诹鶄€實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)時液晶分子和藍色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖28是顯示當?shù)诹鶄€實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于透明狀態(tài)時液晶分子和藍色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖29是顯示根據(jù)本發(fā)明第七個實施例的顯示器件的透視圖；圖30是顯示作為第七個實施例組成元件的透明/散射狀態(tài)切換元件的截面圖；圖31是顯示當?shù)谄邆€實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)時液晶分子和黃色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖32是顯示當?shù)谄邆€實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于透明狀態(tài)時液晶分子和黃色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖33是顯示根據(jù)本發(fā)明第八個實施例的顯示器件的透視圖；圖34是顯示作為第八個實施例組成元件的百葉窗的截面圖；圖35是顯示根據(jù)本發(fā)明實施例9的顯示器件的透視圖；圖36是顯示當實施例9的透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)時液晶分子和二向色熒光染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖37是顯示當實施例9的透明/散射狀態(tài)切換元件處于透明狀態(tài)時液晶分子和二向色熒光染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖38是顯示根據(jù)本發(fā)明實施例10的顯示器件的透視圖；圖39是顯示當實施例10的透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)時液晶分子和二向色熒光染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖40是顯示當實施例10的透明/散射狀態(tài)切換元件處于透明狀態(tài)時液晶分子和二向色熒光染料分子取向狀態(tài)的截面圖。
具體實施例方式
下面參照附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明典型實施例的光源器件、顯示器件、終端器件、和透明/散射狀態(tài)切換元件。首先將描述根據(jù)本發(fā)明第一個實施例的光源器件、顯示器件、終端器件、和透明/散射狀態(tài)切換元件。圖4是顯示根據(jù)本實施例的顯示器件的透視圖；圖5是顯示作為本實施例組成元件的光源、光導板、和光學膜的截面圖；圖6是顯示作為顯示器件組成元件的透明/散射狀態(tài)切換元件的截面圖；圖7是顯示其裝配有根據(jù)第一個實施例的顯示器件的終端器件的透視圖。
如圖4所示，根據(jù)第一個實施例的顯示器件2由光源器件1和透射型液晶顯示面板7組成。在光源器件1中設置有由透明材料組成的光導板3。光導板3的形狀為矩形片。在與光導板3的一個側表面(光入射表面3a)相對的位置中設置有光源。光源例如是白色LED(發(fā)光二極管)51。沿著光導板3的光入射表面3a設置有多個白色LED51，LED的數(shù)量例如為五個。從光入射表面3a進入光導板3的光從光導板3的主表面(光出射表面3b)均勻發(fā)射。
在光導板3的光出射表面3b側上設置有光學膜4。光學膜4使沿光導板3的光出射表面的法線方向從光導板3發(fā)射的光偏斜。在光學膜4的光出射表面一側上還設置有透明/散射狀態(tài)切換元件122。當從光學膜4入射的光發(fā)射到透明/散射狀態(tài)切換元件122的相對側時，透明/散射狀態(tài)切換元件122在散射光的狀態(tài)與沒有變化地透射光的狀態(tài)之間切換。如圖4所示，光源器件1由至少白色LED51、光導板3、光學膜4、和透明/散射狀態(tài)切換元件122組成。前述的透射型液晶顯示面板7設置到透明/散射狀態(tài)切換元件122的光出射表面，從而通過傳播光來使光與圖像產(chǎn)生聯(lián)系。
在本說明書中為了方便起見，如下所述，建立XYZ正交坐標系。從白色LED51到光導板3的方向為+X方向，反方向為-X方向。+X方向和-X方向共同稱作X軸方向。在平行于光導板3的光出射表面3b的方向內(nèi)，與X軸方向正交的方向為Y軸方向。此外，與X軸方向和Y軸方向都正交的方向為Z軸方向；在Z軸方向內(nèi)，從光導板3到光出射表面3b的方向為+Z方向，反方向為-Z方向。+Z方向是前方向，即朝著觀察者的方向。+Y方向是其中建立右手坐標系的方向。具體地說，當人的右手拇指在+X方向上，食指在+Y方向上時，中指就在+Z方向上。
如上所述，當建立XYZ正交坐標系時，光導板3的光出射表面3b變?yōu)閄Y平面，當從光導板3觀看時，白色LED51設置在-X方向上，光學膜4設置在+Z方向上。因而當從光學膜4觀看時，透明/散射狀態(tài)切換元件122設置在+Z方向上。
圖5是沿圖4中的線A-A的光導板3和光學膜4的截面圖。圖5顯示了光線軌跡的一個例子，之后將描述該例子。如圖4所示，為了減小由設置LED所導致的光出射表面3b中的不均勻的面內(nèi)亮度，在光入射表面3a中形成擴散圖案。如圖5所示，在光導板3的光擴散表面3c中形成傾斜表面3d。傾斜表面3d在從白色LED51(光源)發(fā)射并在光導板3內(nèi)沿+X方向傳播的光的輻射方向上傾斜。傾斜表面3d相對于X軸方向傾斜的角度例如為6度。在X軸方向上設置有多個傾斜表面3d，每個傾斜表面都在Y軸方向上沿光導板3的整個長度延伸。在光出射表面3b上形成有在XY平面中為各向異性的全息圖案(未示出)。全息圖案提高了通過光導板3傳播并從光出射表面3b發(fā)射的光在Y軸方向上的方向性。
光學膜4由平板4a、和形成在面對光導板3的平板4a的表面上的多個一維棱鏡4b組成。一維棱鏡4b是在-Z方向上凸出的棱鏡，其頂線在Y軸方向上延伸，在X軸方向上設置有多個(附圖中為十個)一維棱鏡4b。一維棱鏡4b的頂角例如設為70度。一維棱鏡4b的凸出方向與Z軸方向一致，該凸出方向與Y軸方向正交并平行于將一維棱鏡4b的側表面一分為二的平面的方向。形成有一維棱鏡4b的光學膜4使在XY平面內(nèi)沿+Z方向從光導板3發(fā)射的光偏斜，并發(fā)射在+Z方向上具有較高方向性的光。
如前所述，形成在光導板的光出射表面3b中的全息圖案用于提高Y軸方向上的方向性，因此相對于X軸方向和Y軸方向，提高了從光學膜4發(fā)射的光在+Z方向上的方向性。由于容易加工，透明樹脂適于用作光導板3和光學膜4的材料，在本實施例中使用具有1.5折射率的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
圖6是顯示設置在光學膜4的光出射表面上的透明/散射狀態(tài)切換元件122的截面圖。在透明/散射狀態(tài)切換元件122中，彼此平行設置一對透明基板109，在面對另一個透明基板109的每個透明基板109的表面上設置有電極110，以便覆蓋透明基板109的表面。在該對透明基板109之間，即電極110之間設置有PDLC(聚合物分散型液晶)層111，在該層中引入了二向色染料分子。液晶分子111b和藍色二向色染料分子150分散在聚合物矩陣111a中，該聚合物矩陣111a是PDLC層111中的聚合物膜。例如通過將光固化樹脂、液晶材料、和二向色染料的混合物曝光而固化該混合物，從而形成PDLC層111。
在本實施例中選擇材料，以便在短軸方向上，即折射率各向異性的值最小的方向上，聚合物矩陣111a的折射率大致等于液晶分子111b的折射率。液晶分子111b具有正介電各向異性，使用在分子長軸方向上具有高度介電各向異性的材料。
接下來描述藍色二向色染料分子150。形狀各向異性的分子一般也具有光學各向異性。尤其是當發(fā)生該各向異性的波段是可見光區(qū)域時，當在折射率的實部中具有各向異性時，發(fā)生偏振依賴性，但是當在虛部中具有各向異性時，在光吸收時發(fā)生各向異性。具體地說，二向色染料是各向異性地吸收光的染料。這種二向色染料分子公知的例子包括基于氮的染料分子，基于蒽醌的染料分子、基于二惡嗪的染料分子。液晶分子為下列情形的典型例子，即在折射率實部中存在各向異性，發(fā)生偏振依賴性。然而，在為窄棒形的液晶分子中通常是下述情形，即分子長軸方向上的折射率大于分子短軸方向上的折射率。類似地，二向色染料分子通常是下述情形，分子的偏振橢球平行于分子長軸方向伸長，吸收的躍遷矩也與分子長軸一致。本實施例中使用的藍色二向色染料分子150具有這種細長的棒形分子結構，并在分子長軸方向上比分子短軸方向上具有更加顯著的光吸收特性。在可見光區(qū)域中的光吸收特性也使得在藍色波段的420nm到480nm的波長區(qū)域中光吸收比其他波段中弱。因此，吸收除藍色之外的其他波段中的光，表現(xiàn)出藍色。具體地說，當從分子短軸方向上觀看時，比從分子長軸方向上觀看時，藍色二向色染料分子150表現(xiàn)出更強的藍色。在本實施例中，因為選擇了下述二向色染料，即其在液晶材料中比在光固化樹脂中更加易溶，所以藍色二向色染料分子150幾乎完全不存在于聚合物矩陣111a中，只存在于由液晶分子111b形成的液滴中。
在透明/散射狀態(tài)切換元件122中，使用該對電極110給PDLC層111施加電壓，從而使PDLC層111中的液晶分子111b的取向狀態(tài)發(fā)生變化，還伴隨著藍色二向色染料分子150的取向狀態(tài)的變化。例如，當不給PDLC層111施加電壓時，液晶分子在各個方向上取向，聚合物矩陣111a和液晶分子具有不同的等效折射率(apparent index)。因此產(chǎn)生了散射并發(fā)射入射光的散射狀態(tài)。此時，因為藍色二向色染料分子150也與液晶分子111b的取向一致的各個方向上取向，所以產(chǎn)生了各向同性的藍色狀態(tài)，即產(chǎn)生了吸收黃色光的狀態(tài)。
一般地，在具有微結構的元件中，例如光根據(jù)微結構的折射率分布而散射的PDLC層的微結構，光散射的度依賴于光的波長，從而短波長的光更加顯著地散射，而長波長的光不容易散射。具體地說，當透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)時，藍色光容易散射，而紅色光不容易散射。因此，減小了從透明/散射狀態(tài)切換元件發(fā)射的光中的藍色的比率，光呈現(xiàn)出微黃色。因此，本實施例中包括一些藍色二向色染料分子，其足夠在散射狀態(tài)中將微黃色修正為白色。具體地說，盡管包括藍色二向色染料分子，但其量極小，僅夠在散射狀態(tài)過程中產(chǎn)生大致的白色。
當給PDLC層施加電場時，液晶分子111b改變?nèi)∠?，以便其長軸方向與Z軸方向一致。當此時從前方向觀看顯示器時，聚合物矩陣111a和液晶分子111b的等效折射率大致相同，產(chǎn)生了沒有散射地發(fā)射入射光的透明狀態(tài)。在該透明狀態(tài)中，因為等效折射率分布的尺寸降低，所以顏色幾乎沒有發(fā)生散射狀態(tài)中發(fā)生的變化。藍色二向色染料分子150還適應液晶分子111b的取向變化，以便長軸方向與Z軸方向?qū)R，當從前方向觀看顯示器時產(chǎn)生了幾乎沒有吸收藍色光的大致的透明狀態(tài)。透明/散射狀態(tài)切換元件122因而散射或透射入射光，修正光的顏色，并向透射型液晶顯示面板7發(fā)射所述光。為了防止留下圖像，給透明/散射狀態(tài)切換元件施加60Hz頻率的矩形脈沖。
如圖7所示，例如，顯示器件2裝配在移動電話9的顯示部分中。具體地說，作為本實施例移動終端的移動電話9設置有上述顯示器件2。
下面描述如此構造的根據(jù)本實施例的顯示器件的操作，即根據(jù)本實施例的光源器件的操作。圖8是顯示當本實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)時液晶分子和藍色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖。圖9是顯示當本實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于透明狀態(tài)時液晶分子和藍色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖。
首先描述在寬角顯示過程中的操作。在寬角顯示過程中，施加電流使白色LED51發(fā)光，驅(qū)動透明/散射狀態(tài)切換元件122，以產(chǎn)生散射狀態(tài)。因此，點亮白色LED51，從白色LED51發(fā)射的光從光導板3的光入射表面3a進入光導板。如上所述，因為光入射表面3a設置有擴散圖案，所以進入光導板的光還在光導板內(nèi)沿Y軸方向擴散。
接下來關注在混合光中通過X-Z平面?zhèn)鞑サ墓?，來描述進入光導板3的光的光路。由于空氣和形成光導板3的樹脂材料的折射率差，根據(jù)斯涅耳定律，在Z軸方向上由+X方向和光進入光導板3之后傳播的方向形成的角度小于41.8度，如圖5所示。鑒于該事實，下面描述在+Z方向上相對于+X方向傾斜41.8度的光束L1。
光束到達光導板3的光出射表面3b，相對于Z軸方向的角度為48.2度。因為該角大于臨界角41.8，所以光束經(jīng)歷全反射并不會離開光導板3。類似地，當光進入除傾斜表面3d之外的其他區(qū)域時，光在光擴散表面3c中也以相同的角度全反射。因此，在光出射表面3b和光擴散表面3c之間，光經(jīng)歷重復的全反射，同時在遠離白色LED51的方向上傳播。在該傳播過程中，當光束L1進入相對于X軸方向傾斜6度的傾斜表面3d時，與傾斜表面3d的法線的角度為42.2度，同時因為該值大于41.8度的臨界角，所以光經(jīng)歷全反射并不會離開傾斜表面3d到達光導板3外部。然而，在全反射之后，光束L1相對于Z軸方向的角度為36.2度，因為該角度小于臨界角，所以到達光出射表面3b的光從光導板3發(fā)射到外部，離開的光相對于Z軸方向的角度為62.4度。
如上所述，進入光導板3的光在進入后相對于X軸方向始終為41.8度或更小的角度。為此，當入射光到達光導板3的光出射表面3b或光擴散表面3c時，到達的光相對于Z軸方向的角度為48.2度或更大的角度，并經(jīng)歷全反射。光在光出射表面3b和光擴散表面3c中全反射并在光導板3內(nèi)傳播的過程中，在每次光由傾斜6度的傾斜表面3d全反射之后，光的傳播方向相對于Z軸方向的角度接近臨界角。在該角度變得小于臨界角時，光離開光出射表面3b或光擴散表面3c的平坦表面。因此，從光導板3發(fā)射的光在XZ平面中在與Z軸方向傾斜大約60度的方向上具有較強的方向性。
在相對于Z軸方向以62.4度的傾斜從光導板3發(fā)射的光L1進入光學膜4。因為一維棱鏡體4b的頂點為70度，所以光進入一維棱鏡體4b的角度為7.4度，圓錐體入射表面的法線與進入一維棱鏡體4b內(nèi)部的光束的傳播方向之間的角度為4.9度。其后，光L1到達一維棱鏡體4b的相對表面處。相對于該表面的角度為與該表面的法線成65.1度。因此，光經(jīng)歷全反射并在與Z軸成11.1度的方向上傳播。由于斯涅耳定律，隨后離開光學膜4的光L1與Z軸成16.8度。換句話說，從光學膜4發(fā)射的光在XZ平面中在大致Z軸方向上具有較強的方向性。
接下來描述Y軸方向上的方向性。如上所述，從白色LED51發(fā)射的光進入光導板3，之后至少在XY平面中擴散。通過上述形成在光出射表面上的全息圖案來聚集在Y軸方向上擴散的光分量，提高了方向性。換句話說，從光學膜4發(fā)射的光的輻射角限制為窄角范圍。
然后從光學膜4發(fā)射的光進入透明/散射狀態(tài)切換元件122。因為沒有給透明/散射狀態(tài)切換元件122施加電壓，切換元件設為散射狀態(tài)，所以在寬角范圍內(nèi)通過透明/散射狀態(tài)切換元件122均勻散射高方向性的光。具體地說，光通過透明/散射狀態(tài)切換元件122散射，降低了光的方向性，光變?yōu)閷捊枪?。在寬角范圍中分布的光進入透射型液晶面板7，添加了圖像，且沒有修改地發(fā)射寬角光。因而以寬視角顯示圖像。
接下來描述在窄角顯示過程中執(zhí)行的操作。在窄角顯示過程中，施加電流，從而使白色LED51發(fā)光，驅(qū)動透明/散射狀態(tài)切換元件122，從而產(chǎn)生透明狀態(tài)。因此，點亮白色LED51，從白色LED51發(fā)射的光通過光導板3傳播并以窄角范圍從光學膜4離開，與寬角顯示過程中一樣。該光進入透明/散射狀態(tài)切換元件122。因為給透明/散射狀態(tài)切換元件122施加了電壓，切換元件設為透明狀態(tài)，所以高方向性的光通過透明/散射狀態(tài)切換元件122傳播而沒有被散射。具體地說，光從透明/散射狀態(tài)切換元件122發(fā)射，同時保持較高的方向性。具有高方向性分布的光進入透射型液晶面板7，添加了圖像，并在保持較高方向性的同時發(fā)射光。因而以窄視角顯示了圖像。
接下來描述在寬角顯示和窄角顯示過程中的光的顏色。如上所述，在根據(jù)本實施例的顯示器件中，在光學膜4和透射型液晶面板7之間設置有透明/散射狀態(tài)切換元件122，透明/散射狀態(tài)切換元件122設置有PDLC層111。通過利用PDLC層111的光的透射或散射來切換光的輻射角。如前所述，在具有微結構的元件中，例如光根據(jù)微結構的折射率分布而散射的PDLC層的微結構，光散射的度依賴于光的波長，從而短波長的光更加顯著地散射，長波長的光不容易散射。具體地說，當透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)時，藍色光容易散射，而紅色光不容易散射。因此，減小了從透明/散射狀態(tài)切換元件發(fā)射的光中的藍色的比率，光呈現(xiàn)出微黃色。在透明狀態(tài)中，因為等效折射率分布的尺寸降低，所以顏色幾乎沒有發(fā)生散射狀態(tài)中發(fā)生的變化。
為此，在本實施例中，在由PDLC層111的液晶分子111b形成的液滴中引入在分子長軸方向上具有較高光吸收的藍色二向色染料分子150。如圖8所示，當沒有給透明/散射狀態(tài)切換元件施加電壓，散射狀態(tài)有效時，液晶分子在各個方向上取向，藍色二向色染料分子150也在與液晶分子的取向狀態(tài)一致的各個方向上取向。因此，當從作為前方向的Z軸方向觀看顯示器時，進入PDLC層111的光被散射，如前所述，由于聚合物矩陣111a和液晶分子111b具有不同的等效折射率的事實，所以尤其顯著地散射藍色光。然而，因為藍色二向色染料分子150吸收了黃色光，所以可保持離開PDLC層的光的白色。具體地說，可阻止在散射狀態(tài)中發(fā)射的光呈現(xiàn)出微黃色。
當從一個角度觀看處于散射狀態(tài)的透明/散射狀態(tài)切換元件時，在前方向上還增加了穿過PDLC層的光線長度，即光路的長度。然而，在本實施例中，因為當前方向上的光路長度最小時，發(fā)射的光被調(diào)整為保持白色，且透明/散射狀態(tài)切換元件構造為抑制顏色變化而不依賴于光路的長度，所以即使當光路的長度在傾斜方向上增加時，也能夠以相同的方式保持白色。一般地，當光路長度增加時可提高散射，散射更多的短波長的光，以及在不包括染料分子的透明/散射狀態(tài)切換元件中顏色的變化更加顯著。然而，因為即使當光路長度增加時在本實施例中也可抑制顏色變化，所以可抑制寬視角顯示過程中的顏色變化。
接下來描述當透明/散射狀態(tài)切換元件處于透明狀態(tài)時的顏色。如圖9所示，當給PDLC層111施加電壓時，液晶分子111b改變?nèi)∠?，使得其長軸方向與Z軸方向一致，藍色二向色染料分子150與液晶分子111b的取向變化一致地改變?nèi)∠?，以便長軸方向與Z軸方向一致。
當從前方向觀看處于施加電壓狀態(tài)的透明/散射狀態(tài)切換元件時，聚合物矩陣111a和液晶分子111b的等效折射率大致相同，產(chǎn)生沒有散射地發(fā)射入射光的透明狀態(tài)。這是因為聚合物矩陣111a的折射率設為大致與短軸方向上，即折射率各向異性最小值的方向上的液晶分子111b的折射率相匹配。在該透明狀態(tài)中，因為等效折射率分布的尺寸降低，所以顏色幾乎沒有發(fā)生散射狀態(tài)中發(fā)生的變化。藍色二向色染料分子150也與液晶分子111b的取向變化一致，以便長軸方向與Z軸方向?qū)R，因此產(chǎn)生了下述狀態(tài)，即其中當從前方向觀看時顯示器大致透明。
接下來將描述從一個角度觀看處于施加電壓狀態(tài)的透明/散射狀態(tài)切換元件的情形。如前所述，聚合物矩陣111a的折射率設為大致與短軸方向上的液晶分子111b的折射率相匹配，且液晶分子111b和藍色二向色染料分子150改變?nèi)∠?，以便當施加電壓時其長軸方向與Z軸方向一致。因此，當從一個角度觀看顯示器時，液晶分子111b的等效折射率與聚合物矩陣111a的折射率不同，尤其是當該角度從前方向變得更加傾斜時，折射率差會增加。當從前方向的傾斜增加時，光路長度也增加，因而散射增加。尤其，當給透明/散射狀態(tài)切換元件施加電壓時，當從前方向的傾斜增加時，散射增加，當沒有引入染料時產(chǎn)生微黃色。相反，當引入本實施例的藍色二向色染料分子150時，因為藍色二向色染料分子150與液晶分子111b一致地改變?nèi)∠颍员汩L軸方向與Z軸方向一致，所以染料在前方向上幾乎不具有光吸收效果，而是隨著角度增加，光吸收效果增加。尤其是在本實施例中，進行調(diào)整，以便當藍色二向色染料分子150在各個方向上取向時表現(xiàn)出大致白色。因此，當改變?nèi)∠颍员汩L軸方向與Z軸方向一致時，可表現(xiàn)出更加顯著的黃色減少效果。在窄角顯示狀態(tài)中，在與前方向成較大角度的方向上基本上沒有光，但是因為在與前方向成角度的一定范圍中存在一些光，所以在該范圍中尤其可表現(xiàn)出顏色變化抑制效果。
接下來將描述本實施例的效果。在根據(jù)本實施例的顯示器件中，將二向色染料分子引入透明/散射狀態(tài)切換元件可防止從處于散射狀態(tài)的透明/散射狀態(tài)切換元件發(fā)射的光呈現(xiàn)出微黃色，并可保持與透明狀態(tài)相同的白色。由此獲得了可防止寬角顯示狀態(tài)與窄角顯示狀態(tài)之間顏色差的顯示器件。不僅可在前方向上，而且還可在傾斜方向上抑制發(fā)射光的黃色，并可在透明狀態(tài)中尤其表現(xiàn)出顯著的黃色減少效果。
本發(fā)明的顯著特征是可表現(xiàn)出自修正效果。具體地說，通過給透明/散射狀態(tài)切換元件本身提供顏色變化抑制的能力獲得這些效果，該能力是導致伴隨視角切換而出現(xiàn)的顏色變化的主要原因。作為對比示例，在視角切換過程中通過切換光源顏色而抑制顏色變化的另一個結構中，必須單獨控制光源的顏色，控制變得更加復雜。因為本發(fā)明中的透明/散射狀態(tài)切換元件構造成抑制自身的顏色變化，所以僅在透明狀態(tài)與散射狀態(tài)之間切換就足夠了，同時可簡化控制。
例如，即使當透明/散射狀態(tài)切換元件中發(fā)生厚度不規(guī)則或其他影響時，這種自修正效果也可減小顏色的不均勻性。厚度不規(guī)則的類型包括元件內(nèi)的面內(nèi)厚度不規(guī)則、由于單個元件之間的差導致的波動、和其他不規(guī)則。尤其是當在元件內(nèi)產(chǎn)生面內(nèi)厚度不規(guī)則時，當不存在本發(fā)明的自修正效果時，在具有較大厚度的部分中將觀看到了顯著的顏色變化，因此使用者感受到的不舒服甚至比不規(guī)則散射特性產(chǎn)生的不舒服還要大。在本發(fā)明中，不管厚度如何，通過自修正效果都可抑制顏色變化，因此可獲得較高的圖像質(zhì)量。這些效果可正好克服由單個單元之間的差導致的波動。
在溫度變化過程中抑制顏色變化可認為是另一種效果。一般地，當溫度變化時，透明/散射狀態(tài)切換元件的散射性能變化。例如，在當沒有施加電壓時處于散射狀態(tài)的元件中，當溫度降低時，操作變慢，很難產(chǎn)生透明狀態(tài)。在本發(fā)明中，因為可根據(jù)透明/散射狀態(tài)切換元件的狀態(tài)修正顏色，所以當在低溫時沒有產(chǎn)生透明狀態(tài)時可保持對應于散射狀態(tài)的顏色修正和顏色修正的量。相反，如前所述通過改變光源的顏色可修正顏色，不管透明/散射狀態(tài)切換元件中的溫度變化，都可進行修正。因此，當溫度變化時不能進行足夠的修正?？赏ㄟ^添加溫度檢測能力來適應溫度變化，但控制變得復雜。因此，因為在本發(fā)明的結構中也對溫度變化提供了自修正，所以可通過簡單控制提供較高的圖像質(zhì)量。
在本發(fā)明的顯示器件中，作為光源的白色LED的強度在窄角顯示狀態(tài)與寬角顯示狀態(tài)之間變化。當光源的強度對于窄角顯示狀態(tài)和寬角顯示狀態(tài)相同時，寬角顯示狀態(tài)中的前方亮度比窄角顯示狀態(tài)中的低。原因是盡管從透射型液晶面板發(fā)射的光在窄視角狀態(tài)中保持了較高的方向性，但在寬視角狀態(tài)中該發(fā)射的光被透明/散射狀態(tài)切換元件散射，減小了前方向上的光通量的量，相對地降低了前方亮度。對于位于前方向上的主要使用者來說，優(yōu)選在窄角顯示與寬角顯示之間沒有亮度差。因此在寬角顯示狀態(tài)中提高了光源的強度，該強度超過窄角顯示狀態(tài)的強度。由此在窄角顯示和寬角顯示中前方亮度相等。
此外，通過改變寬角顯示和窄角顯示之間光源的強度，可考慮當光源發(fā)射的光的彩色坐標變化時產(chǎn)生的波動量來確定染料的濃度。當光源是白色LED時，尤其是一種由藍色LED和根據(jù)藍色LED發(fā)射的藍色光來發(fā)射黃色光的黃色熒光管組成的并使用藍色光和黃色光來發(fā)射白色光的白色LED，當光強度增加時，藍色LED和黃色熒光管的特性差產(chǎn)生了光源變?yōu)槲⑺{色的趨勢。具體地說，在要求更大光強度的寬角顯示中，由光源發(fā)射的光變?yōu)槲⑺{色，由此當透明/散射狀態(tài)切換元件保持白色狀態(tài)時使顯示呈現(xiàn)出藍色。在該狀態(tài)中，通過稍微減小藍色二向色染料分子的量可保持顯示的白色。
此外，本發(fā)明中使用的光源描述為白色LED，但本發(fā)明并不限于該結構，還可使用冷陰極管或其他裝置。
PDLC層111描述為例如通過將光固化樹脂、液晶材料、和二向色染料的混合物曝光而使該混合物固化來形成。然而，本發(fā)明并不限于該結構，PDLC層111可通過其他方法形成。例如，可通過下述工藝制造包含二向色染料的PDLC層，即通過將只有光固化樹脂和液晶材料的混合物曝光固化而提前形成不包括二向色染料的PDLC層，然后剝離一個基底并灌入混合有二向色染料的液晶材料。
在本發(fā)明中使用的透明/散射狀態(tài)切換元件也不限于具有PDLC層，可適當使用能在透明狀態(tài)和散射狀態(tài)之間切換的任何元件。其例子可包括使用聚合物枝條液晶(PNLC)的元件、或使用動態(tài)散射(DS)的元件。可使用PDLC層，該PDLC層在不施加電壓時處于散射狀態(tài)，在施加電壓時處于透明狀態(tài)。通過該結構，因為當處于散射入射光的狀態(tài)中時，透明/散射狀態(tài)切換元件不再消耗電力，所以可以將以前消耗的電力分配給背光光源，因此容易提高散射狀態(tài)期間光源器件的亮度。還可使用當不施加電壓時處于透明狀態(tài)，當施加電壓時處于散射狀態(tài)的PDLC層?？稍谑┘与妷旱耐瑫r，通過曝光并固化來制造該類型的PDLC層。通過該結構，不必給PDLC層施加電壓，在頻繁使用窄角顯示的移動信息終端中減小了電力消耗。還可使用膽甾型液晶、鐵電型液晶等作為PDLC層中使用的液晶分子。即使當不再施加電壓時，這些液晶分子仍可保持施加電壓時的取向，具有記憶特性。使用該類型的PDLC層可減小電力消耗。
在本發(fā)明中與平坦光源器件組合使用的顯示面板不限于液晶面板，可使用采用光源器件的任何顯示面板。液晶面板也不限于透射型，可使用在每個像素中都具有透射區(qū)域的任何面板。也可使用在每個像素的一部分中都具有反射區(qū)域的透反型液晶面板、隨處可視的透反型液晶面板、或微反射型液晶面板。優(yōu)選使用對視角具有最小依賴性的液晶面板。由此可抑制在寬視角時顯示過程中的對比度反轉。這種液晶面板的模式的例子包括水平場模式中的IPS(面內(nèi)切換)、FFS(邊緣場切換)、AFFS(超級邊緣場切換)等。垂直取向模式包括MVA(多疇垂直取向)，其是多疇的并可減小視角依賴性、以及PVA(構型垂直取向)、ASV(Advanced Super V)等。此外，還可適當使用膜補償TN液晶顯示面板。
在本實施例中移動電話描述為終端器件，但本發(fā)明并不限于該結構，本實施例的顯示器件不僅可兼容在移動電話中，而且還可兼容在PDA(個人數(shù)字助理個人信息終端)、游戲機、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、視頻播放器和各種其他類型的移動終端器件中。根據(jù)本實施例的顯示器件不僅可安裝在移動終端器件中，而且還可安裝在筆記本型個人電腦、自動柜員機、自動販賣機、和其他類型的終端器件中。
接下來將描述本發(fā)明的第二個實施例。圖10是顯示根據(jù)本實施例的顯示器件的透視圖；圖11是顯示作為本實施例組成元件的透明/散射狀態(tài)切換元件的截面圖。
如圖10和11所示，根據(jù)第二個實施例的顯示器件21和光源器件11與前述第一個實施例的顯示器件2和光源器件1的區(qū)別在于，使用透明/散射狀態(tài)切換元件123代替透明/散射狀態(tài)切換元件122，使用藍色二向色染料分子151代替藍色二向色染料分子150。透明/散射狀態(tài)切換元件123具有PDLC層113。因為前述的藍色二向色染料分子150是在液晶材料中比在光固化樹脂中更易溶的二向色染料，所以藍色二向色染料分子150幾乎完全不存在于聚合物矩陣111a中，只存在于由液晶分子111b形成的液滴中。相反，因為本實施例的藍色二向色染料分子151是微溶于光固化樹脂以及液晶材料的二向色染料，所以藍色二向色染料分子151不僅存在于液晶分子111b形成的液滴中，而且還以較小的量存在于聚合物矩陣111a中。聚合物矩陣111a是不與藍色二向色染料分子151對齊的各向同性介質(zhì)，因此藍色二向色染料分子151在聚合物矩陣111a中在各個方向上取向。除了上述之外，本實施例的其他方面與第一個實施例相同。
在本實施例中，在PDLC層113的聚合物矩陣111a中包括少量的在各個方向上取向的藍色二向色染料分子151，因此表現(xiàn)出比第一個實施例中的PDLC層111略強的微藍色。因此，當透明基板或電極具有微黃色，可通過藍色的效果修正顏色。尤其是當使用塑料基板作為透明基板時，基板易于具有微黃色。因為塑料基板具有較低的熱阻抗，所以必須在低溫時形成電極膜，這導致電極也易于呈現(xiàn)出微黃色。在本實施例中，減小了其他部件的著色效果，而不用添加特殊的元件。除了上述之外，第二個實施例的操作和效果與第一個實施例相同。
接下來描述本發(fā)明第三個實施例。圖12是顯示根據(jù)本實施例的顯示器件的透視圖；圖13是顯示作為本實施例組成元件的透明/散射狀態(tài)切換元件的截面圖；圖14是顯示透明/散射狀態(tài)切換元件的平面圖；圖15是顯示當本實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)時液晶分子和藍色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖16是顯示當透明/散射狀態(tài)切換元件處于透明狀態(tài)時液晶分子和藍色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖。
如圖12所示，第三個實施例的顯示器件22和光源器件12與第一個實施例的顯示器件2和光源器件1的區(qū)別在于，使用透明/散射狀態(tài)切換元件124代替透明/散射狀態(tài)切換元件122，在其上設置有透明/散射狀態(tài)切換元件124的光學膜4的一側上設置光導板6，設置透射型液晶面板71以代替透射型液晶顯示面板7。
在圖13和14所示的透明/散射狀態(tài)切換元件124中，其中引入二向色染料分子的一對透明基板109和PDLC層111與前述第一個實施例中的透明/散射狀態(tài)切換元件122中的相同，但是在本實施例中電極110具有不同的結構。具體地說，在透明/散射狀態(tài)切換元件122中，電極110設置成在面對另一個透明基板109的每個透明基板109的表面上覆蓋透明基板109的表面。然而，在本實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件124中，在位于Z軸方向負側上的透明基板109的+Z表面上，即面對設置在Z軸方向正側上的透明基板109的表面上形成用于產(chǎn)生水平電場的梳狀電極110a。在梳狀電極110a中，在Y軸方向上設置有在X軸方向延伸的多個棒狀電極，從而當施加電壓時在Y軸方向上產(chǎn)生水平電場。
此外，光導板6的吸收軸設為Y軸方向，以便與設置在透射型液晶面板71的透明/散射狀態(tài)切換元件124上的光導板建立平行尼科耳關系，即其中吸收軸平行的關系。除上述之外，本實施例的其他方面與第一個實施例相同。
下面描述根據(jù)如此構造的本實施例的顯示器件的操作，即本根據(jù)本實施例的光源器件的操作。首先描述在寬角顯示過程中進行的操作，但這些操作與前述第一個實施例中的相同。具體地說，如圖15所示，因為沒有給透明/散射狀態(tài)切換元件124施加電壓，且該切換元件設為散射狀態(tài)，所以在寬角范圍中通過透明/散射狀態(tài)切換元件124均勻地散射從光學膜4發(fā)射的高方向性的光，產(chǎn)生寬角顯示。通過透明/散射狀態(tài)切換元件124中的微結構的折射率分布可顯著地散射短波長光，但是藍色二向色染料分子150以與液晶分子111b相同的方式在各個方向上取向，從而吸收了長波長光。由此保持了從透明/散射狀態(tài)切換元件124發(fā)射的光的白色，不會產(chǎn)生黃色。光導板6用于將進入透明/散射狀態(tài)切換元件124的光的偏振狀態(tài)與X軸方向的線性偏振對齊，但是因為處于散射狀態(tài)的透明/散射狀態(tài)切換元件124在XY平面中不具有折射率各向異性，所以對基本的散射操作不會產(chǎn)生影響。
接下來描述在窄角顯示過程中進行的操作。如圖16所示，當給透明/散射狀態(tài)切換元件124的梳狀電極110a施加電壓時，將為PDLC層111施加Y軸方向上的水平電場。Y軸方向上的水平電場使PDLC層111中的液晶分子111b改變?nèi)∠?，從而使長軸方向與Y軸方向一致。藍色二向色染料分子150也與液晶分子111b的取向變化一致地改變?nèi)∠?，從而使長軸方向與Y軸方向一致。如前所述，因為聚合物矩陣111a的折射率設為大致與短軸方向上液晶分子111b的折射率相匹配，所以在X軸方向上在聚合物矩陣111a和液晶分子111b之間不會產(chǎn)生折射率差，但是在Y軸方向上產(chǎn)生折射率差。因為藍色二向色染料分子150也改變?nèi)∠?，以便長軸方向與Y軸方向一致，所以染料在X軸方向上幾乎不吸收光，但是在Y軸方向上會顯著地吸收光。具體地說，當在X軸方向上線性偏振的光進入透明/散射狀態(tài)切換元件124時不會發(fā)生散射和吸收，當在Y軸方向上線性偏振的光進入透明/散射狀態(tài)切換元件124時會發(fā)生散射和吸收。在該布置中進入透明/散射狀態(tài)切換元件124的光通過光導板6而在X軸方向上線性偏振，因此不會散射或吸收從透明/散射狀態(tài)切換元件124發(fā)射的光。由此可產(chǎn)生沒有顏色變化的窄角顯示。
接下來描述從一個角度觀看處于施加電壓狀態(tài)的透明/散射狀態(tài)切換元件124的情形。如前所述，聚合物矩陣111a的折射率設置成大致與短軸方向上的液晶分子111b的折射率相匹配，液晶分子111b和藍色二向色染料分子150改變?nèi)∠颍员惝斒┘与妷簳r其長軸方向與Y軸方向一致。通過光導板6使進入透明/散射狀態(tài)切換元件124的光在X軸方向上線性偏振，因此顯示出X軸方向上的光學效果。具體地說，使用折射和吸收具有最小各向異性的方向，且該狀態(tài)不會由從前方向上的傾斜所改變。因此，即使當從一個角度觀看顯示器時，盡管光路長度的增加產(chǎn)生影響，但折射和吸收沒有波動，因此散射和吸收不會顯著增加。由此即使當從一個角度觀看顯示器時也可抑制散射和顏色變化。
本實施例中的梳狀電極110a描述為形成在位于Z軸方向負側上的透明基板109的+Z表面上，但本發(fā)明并不限于該結構，梳狀電極110a也可形成在位于Z軸方向正側上的透明基板109的-Z表面上。梳狀電極110a也可距兩個基板的相對表面一定距離而形成。除上述之外，第三個實施例的操作和效果與第一個實施例相同。
接下來描述本發(fā)明的第四個實施例，圖17是顯示根據(jù)本實施例的顯示器件的透視圖；圖18是顯示作為本實施例組成元件的透明/散射狀態(tài)切換元件的截面圖；圖19是顯示當本實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于透明狀態(tài)時液晶分子和藍色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖20是顯示當本實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)時液晶分子和藍色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖。
如圖17所示，第四個實施例的顯示器件23和光源器件13與第三個實施例的顯示器件22和光源器件12的區(qū)別在于，使用透明/散射狀態(tài)切換元件125代替透明/散射狀態(tài)切換元件124，使用透射型液晶顯示面板72代替透射型液晶顯示面板7，使用光導板61代替光導板6。
在圖18所示的透明/散射狀態(tài)切換元件125中，透明基板109和梳狀電極110a的結構與第三個實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件124中的相同，但是使用引入二向色染料分子的PDLC層114代替引入二向色染料分子的PDLC層111。在引入二向色染料分子的PDLC層114中，液晶分子111b和藍色二向色染料分子150與PDLC層111中的相同，但在PDLC層114中使用聚合物矩陣114a。聚合物矩陣114a通過將液晶聚合物聚合而形成，并使用摩擦(rubbing)方法或其他公知的技術來取向，以使最大折射率出現(xiàn)在X軸方向上，最小折射率出現(xiàn)在Y軸方向上。調(diào)節(jié)聚合物矩陣114a的折射率，以便至少其最小值大致與液晶分子111b的最小折射率相同。此外，液晶分子111b的原始取向受聚合物矩陣114a的取向的影響，以便長軸方向與X軸方向一致。藍色二向色染料分子150也以與液晶分子111b相同的方式取向，以便其長軸方向在X軸方向上。光導板61的吸收軸也設為X軸方向，以便與設置至透射型液晶顯示面板72的透明/散射狀態(tài)切換元件125的光導板建立平行尼科耳關系，即吸收軸是平行的關系。除上述之外，本實施例的其他方面與第三個實施例相同。
下面描述根據(jù)如此構造的本實施例的顯示器件的操作，即本根據(jù)本實施例的光源器件的操作。首先描述在寬角顯示過程中進行的操作。如圖19所示，當沒有給透明/散射狀態(tài)切換元件125施加電壓時，保持PDLC層114的原始取向。具體地說，聚合物矩陣114a的最小折射率出現(xiàn)在Y軸方向上，液晶分子111b的短軸方向是Y軸方向，Y軸方向上的兩個折射率大致相同。如前所述，因為藍色二向色染料分子150也以與液晶分子111b相同的方式取向，以便其長軸方向在X軸方向上，所以Y軸方向上由染料分子吸收的光最小。具體地說，在Y軸方向上不會發(fā)生由于折射率差導致的散射、和由于二向色染料分子導致的吸收，保持了透明狀態(tài)。因為通過光導板61而在Y軸方向上線性偏振的光進入透明/散射狀態(tài)切換元件125，所以透明/散射狀態(tài)切換元件125可沒有調(diào)整地發(fā)射入射光。由此產(chǎn)生了窄角顯示。
接下來描述在寬角顯示過程中進行的操作。如圖20所示，當給透明/散射狀態(tài)切換元件125施加電壓時，為PDLC層114施加Y軸方向上的水平電場。Y軸方向上的水平電場使PDLC層114中的液晶分子111b改變?nèi)∠?，以便長軸方向與Y軸方向一致。藍色二向色染料分子150也與液晶分子111b的取向變化一致地改變?nèi)∠?，以便長軸方向與Y軸方向一致。如前所述，因為進行取向處理，以便聚合物矩陣111a的折射率在Y軸方向上最小，所以相對于改變?nèi)∠蛞员汩L軸方向與Y軸方向一致的液晶分子111b來說，折射率差最大，Y軸方向上的散射最大。藍色二向色染料分子150也改變?nèi)∠颍员闫溟L軸在Y軸方向上，也使Y軸方向上染料的吸收最大。具體地說，當在Y軸方向上線性偏振的光進入透明/散射狀態(tài)切換元件125時，散射和吸收最大。在該布置中，進入透明/散射狀態(tài)切換元件125的光通過光導板6在Y軸方向上線性偏振，因此從透明/散射狀態(tài)切換元件125發(fā)射的光被均勻地散射，產(chǎn)生了寬角顯示。通過透明/散射狀態(tài)切換元件125中微結構的折射率分布可顯著地散射短波長光，但是藍色二向色染料分子150的取向以與液晶分子111b相同的方式該變?yōu)閅軸方向，因此吸收了長波長光。由此保持從透明/散射狀態(tài)切換元件125發(fā)射的光的白色，而不會產(chǎn)生黃色。由此可產(chǎn)生沒有顏色變化的寬角顯示。
接下來描述從一個角度觀看未施加電壓的透明/散射狀態(tài)切換元件125的情形。如前所述，當沒有施加電壓時，聚合物矩陣114a的最小折射率出現(xiàn)在Y軸方向上，液晶分子111b和藍色二向色染料分子150的短軸方向是Y軸方向，Y軸方向上的兩個折射率大致相同。進入透明/散射狀態(tài)切換元件125的光通過光導板61在Y軸方向上線性偏振，因此在Y軸方向上表現(xiàn)出光學效果。具體地說，使用折射和吸收具有最小各向異性的方向，且該狀態(tài)不會由從前方向上的傾斜所改變。因此，即使當從一個角度觀看顯示器時，盡管光路長度的增加產(chǎn)生影響，但折射和吸收沒有波動，因此散射和吸收不會顯著增加。由此即使當從一個角度觀看顯示器時也可抑制散射和顏色變化。
在從一個角度觀看施加電壓狀態(tài)的透明/散射狀態(tài)切換元件125的情形中，液晶分子111b和藍色二向色染料分子150改變?nèi)∠?，以便其長軸與Y軸方向一致，聚合物矩陣114a的最小折射率的方向仍出現(xiàn)在Y軸方向上。進入透明/散射狀態(tài)切換元件125的光通過光導板61在Y軸方向上線性偏振，因此在Y軸方向上表現(xiàn)出光學效果。具體地說，使用折射和吸收具有最大各向異性的方向，且隨著與前方向的角度的增加，該狀態(tài)減小。因此，當從一個角度觀看顯示器時，盡管光路長度增加了，但折射率差和二向色燃料吸收的光降低，就視角依賴性方面而言，可保持滿意的狀態(tài)。具體地說，在第四個實施例中，在寬角顯示狀態(tài)和窄角顯示狀態(tài)中都可獲得出色的視角特性。除上述之外，第四個實施例的其他操作和效果與第一個實施例相同。
接下來描述本發(fā)明的第五個實施例。圖21是顯示根據(jù)本實施例的顯示器件的透視圖；圖22是顯示作為本實施例組成元件的透明/散射狀態(tài)切換元件的截面圖；圖23是顯示當本實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)時液晶分子和黃色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖24是顯示當本實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于透明狀態(tài)時液晶分子和黃色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖。
如圖21所示，第五個實施例的顯示器件24和光源器件14與第三個實施例的顯示器件22和光源器件12的區(qū)別在于，使用透明/散射狀態(tài)切換元件126代替透明/散射狀態(tài)切換元件124，使用透射型液晶顯示面板72代替透射型液晶顯示面板7，使用光導板61代替光導板6，使用藍白色LED52代替白色LED51作為光源。
例如，藍白色LED52由藍色LED和根據(jù)藍色LED發(fā)射的藍色光而發(fā)射黃色光的黃色熒光管組成，使用藍色光和黃色光發(fā)射白色光。由藍色LED發(fā)射的藍色光比黃色熒光管發(fā)射的黃色光強，從而發(fā)射藍白色光。
如圖22所示，透明/散射狀態(tài)切換元件126的透明基板109和梳狀電極110a具有與第三個實施例中的透明/散射狀態(tài)切換元件124中相同的結構，但是透明/散射狀態(tài)切換元件126的不同在于，使用引入二向色染料分子的PDLC層115代替引入二向色染料分子的PDLC層111。在引入二向色染料分子的PDLC層115中的液晶分子111b與PDLC層111中的相同，但PDLC層115與PDLC層111的不同在于，使用黃色二向色染料分子160和聚合物矩陣115a。黃色二向色染料分子160在分子長軸方向上比分子短軸方向上具有更顯著的光吸收特性，因為可見光區(qū)域中的光吸收特性為使得光吸收在作為藍色波段的420nm到480nm的波段中比其他波段中大，所以吸收了藍色波段中的光，表現(xiàn)出黃色。具體地說，當從分子短軸方向上觀看黃色二向色染料分子160時，比當從分子長軸方向上觀看黃色二向色染料分子160時更顯著地表現(xiàn)出黃色。選擇材料以便聚合物矩陣115a的折射率大致等于在長軸方向上，即折射率各向異性最大值的方向上的液晶分子111b的折射率。
此外，光導板61的吸收軸設置為X軸方向，以便與設置至透射型液晶顯示面板72的透明/散射狀態(tài)切換元件126的光導板建立平行尼科耳關系，即吸收軸是平行的關系。除上述之外，本實施例的其他方面與第三個實施例相同。
下面描述根據(jù)如此構造的本實施例的顯示器件的操作，即本根據(jù)本實施例的光源器件的操作。首先描述在寬角顯示過程中進行的操作。如圖23所示，因為沒有給透明/散射狀態(tài)切換元件126施加電壓，切換元件設為散射狀態(tài)，所以可在寬角范圍中通過透明/散射狀態(tài)切換元件126均勻散射從光學膜4發(fā)射的高方向性的光，產(chǎn)生寬角顯示。通過透明/散射狀態(tài)切換元件126中微結構的折射率分布顯著地散射短波長光，但是黃色二向色染料分子160以與液晶分子111b相同的方式取向為相同的方向，吸收了短波長光。由此相對于入射光來說，從透明/散射狀態(tài)切換元件126發(fā)射的光著色成黃色。然而，因為從作為光源的藍白色LED52發(fā)射藍色光，所以從透明/散射狀態(tài)切換元件126發(fā)射的光是白色的。
接下來描述在窄角顯示過程中進行的操作。如圖24所示，當給透明/散射狀態(tài)切換元件126的梳狀電極110a施加電壓時，為PDLC層115施加Y軸方向上的水平電場。Y軸方向上的水平電場使PDLC層115中的液晶分子111b改變?nèi)∠?，以便長軸方向與Y軸方向一致。黃色二向色染料分子160也與液晶分子111b的取向變化一致地改變?nèi)∠?，以便長軸方向與Y軸方向一致。如前所述，因為聚合物矩陣115a的折射率設置成大致與長軸方向上的液晶分子111b的折射率相匹配，所以在Y軸方向上在聚合物矩陣115a與液晶分子111b之間不會產(chǎn)生折射率差。因為黃色二向色染料分子160也改變?nèi)∠颍员汩L軸方向與Y軸方向一致，所以在Y軸方向上發(fā)生顯著的光吸收。具體地說，當在Y軸方向上線性偏振的光進入透明/散射狀態(tài)切換元件126時，不會發(fā)生散射和吸收，而只發(fā)生吸收。在該結構中，進入透明/散射狀態(tài)切換元件126的光通過光導板61在Y軸方向上線性偏振，因此相對于入射光來說，從透明/散射狀態(tài)切換元件126發(fā)射的光不會散射，產(chǎn)生黃色狀態(tài)。如前所述，因為從作為光源的藍白色LED52發(fā)射藍色光，所以從透明/散射狀態(tài)切換元件126發(fā)射的光是白色的。
在如上所述的第一到第四個實施例中使用藍色二向色染料分子，但在本實施例中使用了黃色二向色染料分子。增加了所使用染料的選擇，通過選擇高度可靠的、便宜的染料材料可生產(chǎn)低成本的器件。本實施例描述為使用黃色二向色染料分子，但本發(fā)明并不限于該結構，可使用任何材料，只要該材料能夠在切換視角時抑制顯示屏幕中的顏色變化。除上述之外，第五個實施例的其他操作和效果與第一個實施例相同。
接下來將描述本發(fā)明的第六個實施例。圖25是顯示根據(jù)本實施例的顯示器件的透視圖；圖26是顯示作為本實施例組成元件的透明/散射狀態(tài)切換元件的截面圖；圖27是顯示當本實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)時液晶分子和藍色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖28是顯示當本實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于透明狀態(tài)時液晶分子和藍色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖。
如圖25所示，第六個實施例的顯示器件25和光源器件15與第一個實施例的顯示器件2和光源器件1的區(qū)別在于，使用透明/散射狀態(tài)切換元件127代替透明/散射狀態(tài)切換元件122。
如圖26所示，透明/散射狀態(tài)切換元件127的透明基板109和電極110的結構與第一個實施例中的透明/散射狀態(tài)切換元件122的結構相同，但是透明/散射狀態(tài)切換元件127的不同在于，使用引入二向色染料分子的PDLC層116代替引入二向色染料分子的PDLC層111。PDLC層116中的聚合物矩陣111a和液晶分子111b與PDLC層111中的相同，但PDLC層116與PDLC層111不同在于，使用藍色二向色染料分子152。前述第一個實施例中的藍色二向色染料分子150具有窄棒形分子結構，并在分子長軸方向上比分子短軸方向上具有更顯著的光吸收特性。然而，第六個實施例中的藍色二向色染料分子152具有盤狀的盤形結構，并具有光吸收特性，由此光吸收在分子短軸方向上比其他方向上弱。因為光吸收特性為使得光吸收在作為藍色波段的420nm到480nm的波段中比其他波段中弱，所以吸收了除藍色波段之外的其他波長的光，表現(xiàn)出藍色。具體地說，當從分子短軸方向上觀看藍色二向色染料分子152時，比當從其他方向上觀看藍色二向色染料分子152時更顯著地表現(xiàn)出藍色。除上述之外，本實施例的其他方面與第一個實施例相同。
下面描述根據(jù)如此構造的本實施例的顯示器件的操作，即本根據(jù)本實施例的光源器件的操作。首先描述在寬角顯示過程中進行的操作。如圖27所示，因為在寬角顯示過程中沒有給透明/散射狀態(tài)切換元件127施加電壓，液晶分子111b在各個方向上取向，所以產(chǎn)生極小的折射率分布，產(chǎn)生散射狀態(tài)。由此通過透明/散射狀態(tài)切換元件127在寬角范圍中均勻地散射從光學膜4發(fā)射的高方向性的光，產(chǎn)生寬角顯示。此時，呈盤狀的藍色二向色染料分子152以與液晶分子111b相同的方式在各個方向上取向。具體地說，通過微結構的折射率分布顯著地散射短波長光，但盤狀藍色二向色染料分子152以與液晶分子111b相同的方式在各個方向上取向，吸收長波長光。因此在從透明/散射狀態(tài)切換元件127發(fā)射的光中可保持與入射光相同的白色，可產(chǎn)生沒有顏色變化的寬角顯示。
接下來描述在窄角顯示過程中進行的操作。如圖28所示，當給透明/散射狀態(tài)切換元件127的電極110施加電壓時，給PDLC層116施加在Z軸方向上的電場。Z軸方向上的電場使PDLC層116中的液晶分子111b改變?nèi)∠?，以便長軸方向與Z軸方向一致。相反，藍色二向色染料分子152以與在Z軸方向上豎直取向的液晶分子111b之間在XY平面中豎立的硬幣類似的方式改變?nèi)∠颉４藭r藍色二向色染料分子152的短軸在XY平面內(nèi)以各個方向上取向。如前所述，因為聚合物矩陣111a的折射率設置成大致與短軸方向上液晶分子111b的折射率相匹配，所以在Z軸方向上在聚合物矩陣111a與液晶分子111b之間不會產(chǎn)生折射率差。因為藍色二向色染料分子152也以與在XY平面中豎立的硬幣類似的方式改變?nèi)∠?，所以在Z軸方向上不會發(fā)生顯著的光吸收。因此不會散射或吸收從透明/散射狀態(tài)切換元件127發(fā)射的光，可保持與入射光相同的白色。由此可產(chǎn)生沒有顏色變化的窄角顯示。
接下來描述從一個角度觀看處于施加電壓狀態(tài)的透明/散射狀態(tài)切換元件127的情形。如前所述，聚合物矩陣111a的折射率設置成大致與在短軸方向上液晶分子的折射率相匹配，液晶分子111b改變?nèi)∠颍员惝斒┘与妷簳r其長軸與Z軸方向一致，藍色二向色染料分子152以與在XY平面中豎立的硬幣類似的方式改變?nèi)∠?。當從與Z軸方向成一個角度的方向觀看該取向狀態(tài)時，液晶分子111b的等效折射率與聚合物矩陣111a的折射率不同，尤其是隨著與前方向所成角度的增加，該折射率差增加。因為隨著與前方向所成角度的增加，光路長度也增加，所以增加了散射。具體地說，當給透明/散射狀態(tài)切換元件施加電壓時，隨著與前方向傾斜的增加，散射增加，當沒有引入染料時會產(chǎn)生微黃色。相反，當引入本實施例的藍色二向色染料時，藍色二向色染料分子152在前方向幾乎沒有產(chǎn)生染料的光吸收效果，但隨著角度增加，會出現(xiàn)顯著的光吸收效果。因為本實施例的染料分子呈盤狀，并以在XY平面中豎立的硬幣的方式取向，所以相對于本發(fā)明第一個實施例來說，在傾斜方向上表現(xiàn)出光吸收效果。具體地說，在傾斜方向上會更加顯著地表現(xiàn)出黃色減小的效果。除上述之外，第六個實施例的其他操作和效果與第一個實施例相同。
接下來描述本發(fā)明第七個實施例。圖29是顯示根據(jù)本實施例的顯示器件的透視圖；圖30是顯示作為本實施例組成元件的透明/散射狀態(tài)切換元件的截面圖；圖31是顯示當本實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)時液晶分子和黃色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖32是顯示當本實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于透明狀態(tài)時液晶分子和黃色二向色染料分子取向狀態(tài)的截面圖。
如圖29所示，第七個實施例的顯示器件26和光源器件16與第一個實施例的顯示器件2和光源器件1的區(qū)別在于，使用透明/散射狀態(tài)切換元件128代替透明/散射狀態(tài)切換元件122。
如圖30所示，透明/散射狀態(tài)切換元件128的透明基板109和電極110的結構與第一個實施例中的透明/散射狀態(tài)切換元件122的結構相同，但是使用引入二向色染料分子的PDLC層117代替引入二向色染料分子的PDLC層111。引入二向色染料分子的PDLC層117中的聚合物矩陣111a和液晶分子111b與PDLC層111中的相同，但PDLC層117與PDLC層111的不同在于，使用二向色染料分子161。前述第一個實施例中的藍色二向色染料分子150具有窄棒形分子結構，并在分子長軸方向上比分子短軸方向上具有更顯著的光吸收特性。然而，第七個實施例中的二向色染料分子161在分子長軸方向和分子短軸方向上對于不同的波段具有光吸收特性。例如，在分子長軸方向上吸收除藍色波段之外的其他波段中的光，在分子短軸方向上吸收藍色波段中的光。因此，當從分子長軸方向上觀看二向色染料分子161時表現(xiàn)出黃色，當從分子短軸方向上觀看二向色染料分子161時表現(xiàn)出藍色。當多個二向色染料分子161在各個任意方向上取向時，盡管藍色和黃色基本會彼此抵消，但藍色較強，因此表現(xiàn)出淡藍色。除上述之外，本實施例的其他方面與第一個實施例相同。
下面描述根據(jù)如此構造的本實施例的顯示器件的操作，即本根據(jù)本實施例的光源器件的操作。首先描述在寬角顯示過程中進行的操作。如圖31所示，因為在寬角顯示過程中沒有給透明/散射狀態(tài)切換元件128施加電壓，液晶分子111b在各個方向上取向，所以產(chǎn)生極小的折射率分布，產(chǎn)生散射狀態(tài)。由此通過透明/散射狀態(tài)切換元件128在寬角范圍中均勻地散射從光學膜4發(fā)射的高方向性的光，產(chǎn)生寬角顯示。此時，二向色染料分子161以與液晶分子111b相同的方式在各個方向上取向。具體地說，通過微結構的折射率分布顯著地散射短波長光，但二向色染料分子161以與液晶分子111b相同的方式在各個方向上取向，吸收長波長光。該吸收比本發(fā)明第一個實施例中弱，因此從透明/散射狀態(tài)切換元件128發(fā)射的光比白色入射光更加稍微呈黃色。
接下來描述在窄角顯示過程中進行的操作。如圖32所示，當給透明/散射狀態(tài)切換元件128的電極110施加電壓時，給PDLC層117施加Z軸方向上的電場。Z軸方向上的該電場使PDLC層117中的液晶分子111b改變?nèi)∠?，以便長軸方向與Z軸方向一致，二向色染料分子161也以相同的方式改變?nèi)∠颍员闫溟L軸方向與Z軸方向一致。如前所述，因為聚合物矩陣111a的折射率設置成大致與短軸方向上液晶分子111b的折射率相匹配，所以在Z軸方向上在聚合物矩陣111a與液晶分子111b之間不會產(chǎn)生折射率差。此外，因為二向色染料分子161也改變?nèi)∠?，以便其長軸方向與Z軸方向一致，所以當從前方向上觀看顯示器時表現(xiàn)出微黃色。該顏色與當透明/散射狀態(tài)切換元件128處于散射狀態(tài)時從透明/散射狀態(tài)切換元件128發(fā)射的光的顏色相同，是比入射光的顏色稍黃的白色。根據(jù)上述的結構，可在寬角顯示和窄角顯示之間不發(fā)生顏色變化的情況下切換顯示。
因為在本實施例中染料分子根據(jù)軸線方向而具有不同的光吸收特性，所以寬角顯示過程中的顏色修正效果被減小，并相對于本發(fā)明第一個實施例來說，更加有效地施加給散射較小波長光的PDLC層。除上述之外，第七個實施例的其他操作和效果與第一個實施例相同。
接下來描述本發(fā)明第八個實施例。圖33是顯示根據(jù)本實施例的顯示器件的透視圖；圖34是顯示作為本實施例組成元件的百葉窗的截面圖，該百葉窗為光方向限制元件。
如圖33和34所示，與上述第一個實施例的顯示器件2和光源器件1相比，根據(jù)本實施例的顯示器件27和光源器件17的特征在于使用百葉窗112，該百葉窗是以光方向限制元件形式的組成元件。百葉窗112設置在光學膜4和透明/散射狀態(tài)切換元件122之間。
如圖34所示，百葉窗112具有光透射透明區(qū)域112a和光吸收吸收區(qū)域112b，這些區(qū)域以交替的方式沿平行于百葉窗表面的方向設置。交替設置透明和吸收區(qū)域的方向是圖33所示的Y軸方向。除上述之外，本實施例的其他方面與第一個實施例相同。
在本實施例中，在從光學膜4發(fā)射的光束中，相對于+Z方向以等于或大于固定值的角度傾斜于Y軸方向的光束達到吸收區(qū)域112b，并被吸收和移除。由此百葉窗112提高了從光學膜4發(fā)射的光在Y軸方向上的方向性。因此，在窄視角顯示中可阻止光在對角線方向上泄漏，提高了防止偷看的效果。除上述之外，第八個實施例的操作和效果與第一個實施例相同。
在本實施例中，描述了Y軸方向用作百葉窗的透明區(qū)域和吸收區(qū)域的取向方向的一個例子，但本發(fā)明并不限于該結構，該取向可以旋轉，設置在XY平面中。使百葉窗和顯示面板之間產(chǎn)生的莫爾效果不明顯，從而提高了顯示質(zhì)量。
同樣使用多個百葉窗112代替作為光方向調(diào)節(jié)元件的單個百葉窗112。尤其是當設置兩個百葉窗，使得透明區(qū)域和吸收區(qū)域以交替方式設置的方向在每個百葉窗中都不平行時，可提高發(fā)射光的方向性。因此可提高防止偷看的效果。
此外，可使用下述結構代替使用多個百葉窗，即單個百葉窗具有透明區(qū)域和吸收區(qū)域以交替方式設置的多個方向。相對于使用多個百葉窗來說，該結構可提供較薄的外形。除上述之外實施例8的其他操作和效果與實施例1相同。
接下來描述本發(fā)明的實施例9。圖35是顯示根據(jù)本發(fā)明實施例9的顯示器件的透視圖；圖36是顯示當本實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)時液晶分子和二向色熒光染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖37是顯示當本實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于透明狀態(tài)時液晶分子和二向色熒光染料分子取向狀態(tài)的截面圖。
如圖35所示，實施例9的顯示器件28和光源器件18與實施例1的顯示器件2和光源器件1的區(qū)別在于，使用透明/散射狀態(tài)切換元件129，并使用白色LED53。透明/散射狀態(tài)切換元件129的透明基板109和電極110的結構與實施例1中的透明/散射狀態(tài)切換元件122中的結構相同，但是透明/散射狀態(tài)切換元件129的不同在于，使用引入二向色熒光染料分子170的PDLC層118代替引入二向色染料分子的PDLC層111。引入二向色熒光染料分子170的PDLC層118中的聚合物矩陣111a和液晶分子111b與PDLC層111中的相同，但PDLC層118與PDLC層111不同在于，使用二向色熒光染料分子170。二向色熒光染料分子170是由于當利用紫外線輻射熒光時而發(fā)射光的染料分子，其中該光發(fā)射是各向異性的。這種二向色熒光染料分子可通過將液晶基團引入熒光染料分子的側鏈而產(chǎn)生，主鏈是被取向的。因此可在特定方向上提供較強的光發(fā)射。本實施例中的二向色熒光染料分子170具有平行于分子長軸方向的窄棒形分子結構，二向色熒光染料分子170在分子短軸方向上比分子長軸方向上具有更顯著的熒光發(fā)射特性。熒光的顏色是藍色的。具體地說，響應于紫外線的輻射來通過熒光發(fā)射藍色光。
白色LED53是光學發(fā)射光譜包括紫外線的LED。這種LED的一個例子是發(fā)射紫外光并通過使包括紅色、藍色和綠色的三種磷光體發(fā)射光來產(chǎn)生白色光的LED。除上述之外本實施例的其他方面與實施例1相同。
下面描述根據(jù)如此構造的本實施例的顯示器件的操作，即本根據(jù)本實施例的光源器件的操作。首先描述在寬角顯示過程中進行的操作。如圖36所示，因為在寬角顯示過程中沒有給透明/散射狀態(tài)切換元件129施加電壓，液晶分子111b在各個方向上取向，所以產(chǎn)生極小的折射率分布，產(chǎn)生散射狀態(tài)。由此通過透明/散射狀態(tài)切換元件129在寬角范圍中均勻地散射從光學膜4發(fā)射的高方向性的光，產(chǎn)生寬角顯示。此時，二向色熒光染料分子170以與液晶分子111b相同的方式在各個方向上取向。具體地說，通過微結構的折射率分布強烈地散射短波長光，但二向色熒光染料分子170以與液晶分子111b相同的方式在各個方向上取向，由于光源的紫外線而發(fā)射短波長熒光。由此，從透明/散射狀態(tài)切換元件129發(fā)射的光可以提供與入射光相同的白色。
接下來描述在窄角顯示過程中進行的操作。如圖37所示，當給透明/散射狀態(tài)切換元件129的電極110施加電壓時，給PDLC層118施加Z軸方向上的電場。Z軸方向上的電場使PDLC層118中的液晶分子111b改變?nèi)∠?，以便長軸方向與Z軸方向一致，二向色熒光染料分子170也以相同的方式改變?nèi)∠?，以便其長軸方向與Z軸方向一致。如前所述，因為聚合物矩陣111a的折射率設置成大致與短軸方向上液晶分子111b的折射率相匹配，所以在Z軸方向上在聚合物矩陣111a與液晶分子111b之間不會產(chǎn)生折射率差。此外，因為二向色熒光染料分子170也改變?nèi)∠?，以便其長軸方向與Z軸方向一致，所以當從前方向上觀看顯示時幾乎觀看不到熒光所發(fā)射的光。此外，因為窄角顯示過程中比寬角顯示過程中輻射范圍較窄，所以相對于寬角顯示來說，在窄角顯示過程中優(yōu)選減小光源的強度。因為由此也減小了紫外線的強度，所以同樣可抑制熒光發(fā)射。根據(jù)上述結構，在前方向上幾乎觀看不到來自熒光發(fā)射的藍色光，可產(chǎn)生與透明/散射狀態(tài)切換元件129處于散射狀態(tài)時相同的顏色。具體地說，可在寬角顯示和窄角顯示之間不發(fā)生顏色變化的情況地切換顯示。
本實施例中使用二向色熒光染料分子來防止寬角顯示和窄角顯示之間的顏色變化。尤其是與本發(fā)明的實施例1相比，因為二向色染料分子沒有吸收可見光，所以亮度沒有減小，提供了明亮顯示。因此，本實施例尤其適用在移動終端器件中。
本實施例的顏色修正依靠光源發(fā)射的紫外線的強度。因此，因為在寬角顯示期間光源強度減小時發(fā)射的紫外線強度也降低，所以減小了顏色修正效果。然而，因為隨著顯示亮度降低，顏色變得不容易區(qū)分，所以不會出現(xiàn)嚴重問題。還能夠以與前述實施例相同的方式結合使用二向色染料分子。
本實施例描述了使用二向色熒光染料分子發(fā)射藍色熒光的情形，但本發(fā)明并不限于該結構。還能夠以與前述實施例相同的結構使用發(fā)射除藍色之外的其他顏色的熒光的二向色熒光染料。不僅可使用棒狀分子，而且還可使用盤狀分子。除上述之外，實施例9的其他操作和效果與實施例1相同。
接下來描述本發(fā)明的實施例10。圖38是顯示根據(jù)本發(fā)明實施例10的顯示器件的透視圖；圖39是顯示當本實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)時液晶分子和二向色熒光染料分子取向狀態(tài)的截面圖；圖40是顯示當本實施例的透明/散射狀態(tài)切換元件處于透明狀態(tài)時液晶分子和二向色熒光染料分子取向狀態(tài)的截面圖。
如圖38所示，實施例10的顯示器件29和光源器件19與實施例1的顯示器件2和光源器件1的區(qū)別在于，使用透明/散射狀態(tài)切換元件120，并使用藍色LED52。透明/散射狀態(tài)切換元件120的透明基板109和電極110的結構與實施例1中的透明/散射狀態(tài)切換元件122中的結構相同，但是使用引入熒光液晶分子180的PDLC層119代替引入二向色染料分子的PDLC層111。引入熒光液晶分子180的PDLC層119中的聚合物矩陣111a和液晶分子111b與PDLC層111中的相同，但PDLC層119與PDLC層111不同在于，使用熒光液晶分子180。熒光液晶分子180是下述一種分子，即當通過電場注入電荷時其發(fā)射光，但是因為分子結構也以與正常液晶分子相同的方式是各向異性的，所以可在分子的長軸方向和短軸方向上以不同強度發(fā)射光。本實施例中的熒光液晶分子180具有平行于分子長軸方向的窄棒形分子結構，熒光液晶分子180在分子短軸方向上比分子長軸方向上具有更顯著的光發(fā)射特性。所發(fā)射的光的顏色是黃色的。具體地說，當施加電場時在分子短軸方向上發(fā)射黃色光。除上述之外，本實施例的其他方面與實施例1相同。
下面描述涉及如此構造的本實施例的顯示器件的操作，即根據(jù)本實施例的光源器件的操作。首先描述在寬角顯示過程中進行的操作。如圖39所示，因為在寬角顯示過程中沒有給透明/散射狀態(tài)切換元件120施加電壓，液晶分子111b在各個方向上取向，所以產(chǎn)生極小的折射率分布，產(chǎn)生散射狀態(tài)。由此通過透明/散射狀態(tài)切換元件120在寬角范圍中均勻地散射從光學膜4發(fā)射的高方向性的光，產(chǎn)生寬角顯示。此時，熒光液晶分子180以與液晶分子111b相同的方式在各個方向上取向。具體地說，盡管引入的熒光液晶分子180以與液晶分子111b相同的方式在各個方向上取向，但是沒有施加電場，因此沒有發(fā)射光。因此，藍色LED52的光中的短波長光被微結構的折射率分布強烈吸收，從透明/散射狀態(tài)切換元件120發(fā)射作為白色光的光。
接下來描述在窄角顯示過程中進行的操作。如圖40所示，當給透明/散射狀態(tài)切換元件120的電極110施加電壓時，給PDLC層119施加Z軸方向上的電場。Z軸方向上的電場使PDLC層119中的液晶分子111b改變?nèi)∠?，以便長軸方向與Z軸方向一致，熒光液晶分子180也以相同的方式改變?nèi)∠?，以便其長軸方向與Z軸方向一致。如前所述，因為聚合物矩陣111a的折射率設置成大致與短軸方向上液晶分子111b的折射率相匹配，所以在Z軸方向上在聚合物矩陣111a與液晶分子111b之間不會產(chǎn)生折射率差。此外，由于熒光液晶分子180也改變?nèi)∠颍员闫溟L軸方向與Z軸方向一致，故在前方向上發(fā)射黃色光。根據(jù)上述結構，從前方向上觀看到由藍色LED52發(fā)射的光和由熒光液晶分子180發(fā)射的黃色光的混合光。該結構可獲得與當透明/散射狀態(tài)切換元件120處于散射狀態(tài)中時產(chǎn)生的顏色相同的顏色。具體地說，可在寬角顯示和窄角顯示之間不發(fā)生顏色變化地切換顯示。
在本實施例中，使用熒光液晶分子來防止寬角顯示和窄角顯示之間產(chǎn)生的顏色變化。尤其是與本發(fā)明的實施例1相比，因為二向色染料分子沒有吸收可見光，所以亮度沒有減小，提供了明亮顯示。不同于本發(fā)明的實施例9，其不依賴于光源的亮度。還能夠以與前述實施例相同的方式結合使用二向色染料分子。
本實施例描述了當施加電壓時透明/散射狀態(tài)切換元件處于透明狀態(tài)的情形，但在當施加電壓時透明/散射狀態(tài)切換元件處于散射狀態(tài)的情形中，優(yōu)選使用白色光源和發(fā)射藍色光的熒光液晶分子也是很顯然的。該原因是，在沒有施加電壓的透明狀態(tài)過程中，因為熒光液晶分子不發(fā)射光，不存在由于散射造成的顏色變化，所以可沒有修改地發(fā)射光源的白光。在施加電壓的散射狀態(tài)中，通過熒光液晶分子發(fā)射的光的藍色修正散射導致的短波段中的散射，從而發(fā)射白色光。
此外，還可使用光發(fā)射方向不是各向異性的簡單熒光分子代替本實施例中的熒光液晶分子。在該情形中，熒光分子混合在PDLC層的聚合物矩陣中。除上述之外，實施例10的其他操作和效果與實施例1相同。
可單獨執(zhí)行或以合適的組合執(zhí)行上述實施例。
可有利地使用本發(fā)明的顯示器件的例子包括移動電話、PDA、游戲機、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、視頻播放器、和其他便攜終端器件；以及筆記本電腦、自動柜員機、自動販賣機、和其他終端器件的顯示器件。
權利要求
1.一種光源器件，包括用于在一平面內(nèi)發(fā)射光的光源；和透明/散射狀態(tài)切換元件，其能在透射從所述光源發(fā)射的光的透明狀態(tài)與散射光的散射狀態(tài)之間切換；其中所述透明/散射狀態(tài)切換元件包括下述分子，該分子根據(jù)透明狀態(tài)和散射狀態(tài)顯示出不同的光發(fā)射狀態(tài)或不同的光吸收狀態(tài)。
2.根據(jù)權利要求1所述的光源器件，其中操作所述分子，以便吸收在不包括根據(jù)透明狀態(tài)和散射狀態(tài)顯示出不同的光發(fā)射狀態(tài)或不同的光吸收狀態(tài)的分子的透明/散射狀態(tài)切換元件中的透明狀態(tài)與散射狀態(tài)之間的透射光的波長譜的差。
3.根據(jù)權利要求2所述的光源器件，其中所述分子是二向色染料。
4.根據(jù)權利要求3所述的光源器件，其中，相對于透射狀態(tài)來說，在散射狀態(tài)中，所述透明/散射狀態(tài)切換元件在特定波長區(qū)域中比在該特定波長區(qū)域之外散射更多的光；以及所述二向色染料在散射狀態(tài)中比在透射狀態(tài)中主要更多地吸收在所述特定波長區(qū)域之外的光。
5.根據(jù)權利要求3所述的光源器件，其中，相對于透射狀態(tài)來說，在散射狀態(tài)中，所述透明/散射狀態(tài)切換元件在特定波長區(qū)域中比在該特定波長區(qū)域之外散射更多的光；以及所述二向色染料在透射狀態(tài)中比在散射狀態(tài)中主要更多地吸收在特定波長區(qū)域中的光。
6.根據(jù)權利要求2所述的光源器件，其中所述分子是二向色熒光染料或發(fā)光液晶。
7.根據(jù)權利要求6所述的光源器件，其中，相對于透射狀態(tài)來說，在散射狀態(tài)中，所述透明/散射狀態(tài)切換元件在特定波長區(qū)域中比在該特定波長區(qū)域之外散射更多的光；以及所述二向色熒光染料或所述發(fā)光液晶在散射狀態(tài)中比在透射狀態(tài)中主要更多地發(fā)射在所述特定波長區(qū)域中的光。
8.根據(jù)權利要求6所述的光源器件，其中，相對于透射狀態(tài)來說，在散射狀態(tài)中，所述透明/散射狀態(tài)切換元件在特定波長區(qū)域中比在該特定波長區(qū)域之外散射更多的光；以及所述二向色熒光染料或所述發(fā)光液晶在透射狀態(tài)中比在散射狀態(tài)中主要更多地發(fā)射在所述特定波長區(qū)域之外的光。
9.根據(jù)權利要求4所述的光源器件，其中所述特定波長區(qū)域是可見光的短波長區(qū)域。
10.根據(jù)權利要求1所述的光源器件，其中所述透明/散射狀態(tài)切換元件具有聚合物分散型液晶層，其中液晶分子的區(qū)域分散在聚合物膜中。
11.根據(jù)權利要求10所述的光源器件，其中所述分子是二向色染料，所述二向色染料存在于所述液晶分子的區(qū)域中。
12.根據(jù)權利要求11所述的光源器件，其中當從分子短軸方向上觀看時比當從分子長軸方向上觀看時所述二向色染料表現(xiàn)出更強的藍色。
13.根據(jù)權利要求3所述的光源器件，其中，所述聚合物分散型液晶層中的所述液晶分子具有棒狀分子結構和正介電各向異性；所述聚合物膜的折射率大致等于在短軸方向上所述液晶分子的折射率；所述二向色染料具有棒狀分子結構，且當從分子短軸方向上觀看時比當從分子長軸方向上觀看時表現(xiàn)出更強的藍色；和所述聚合物分散型液晶層由垂直電場驅(qū)動。
14.根據(jù)權利要求3所述的光源器件，其中，所述聚合物分散型液晶層中的所述液晶分子具有棒狀分子結構和正介電各向異性；所述聚合物膜的折射率大致等于在短軸方向上所述液晶分子的折射率；所述二向色染料具有棒狀分子結構，且當從分子短軸方向上觀看時比當從分子長軸方向上觀看時表現(xiàn)出更強的黃色；所述透明/散射狀態(tài)切換元件具有梳狀電極，且所述聚合物分散型液晶層由所述梳狀電極之間產(chǎn)生的水平電場驅(qū)動；以及所述聚合物分散型液晶層的光入射表面具有偏振片，該偏振片的透射軸設置在所述聚合物分散型液晶層的電場方向上。
15.根據(jù)權利要求1所述的光源器件，包括光方向控制元件，用于調(diào)整從所述平面光源單元發(fā)射的光束的方向，并將該光發(fā)射到所述透明/散射狀態(tài)切換元件。
16.一種顯示器件，包括根據(jù)權利要求1所述的光源器件；和透射型顯示面板，用于通過透射從所述光源器件發(fā)射的光來使光與圖像產(chǎn)生聯(lián)系。
17.根據(jù)權利要求16所述的顯示器件，其中所述透射型顯示面板是液晶面板。
18.一種終端器件，包括根據(jù)權利要求16所述的顯示器件。
19.根據(jù)權利要求18所述的終端器件，其中該器件是移動電話、個人信息終端、游戲機、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、視頻播放器、筆記本型個人電腦、自動柜員機、或自動販賣機。
20.一種透射/散射狀態(tài)切換元件，其能夠在透射入射光而不修改入射光的透明狀態(tài)，與散射光的散射狀態(tài)之間切換，其中所述透明/散射狀態(tài)切換元件包括下述分子，該分子根據(jù)透明狀態(tài)和散射狀態(tài)該分子顯示出不同的光發(fā)射狀態(tài)或不同的光吸收狀態(tài)。操作所述分子，以便吸收在不包括根據(jù)透明狀態(tài)和散射狀態(tài)顯示出不同的光發(fā)射狀態(tài)或不同的光吸收狀態(tài)的分子的透明/散射狀態(tài)切換元件中的透明狀態(tài)與散射狀態(tài)之間的透射光的波長譜的差。
全文摘要
光源器件具有切換輻射角的范圍的透明/散射狀態(tài)切換元件，在透明/散射狀態(tài)切換元件的PDLC層中的聚合物矩陣中分散有液晶分子和二向色染料分子。由此可切換輻射角的范圍，并可當切換輻射角時防止顏色變化。
文檔編號G02F1/133GK101075040SQ20071010417
公開日2007年11月21日 申請日期2007年5月21日 優(yōu)先權日2006年5月19日
發(fā)明者上原伸一 申請人:Nec液晶技術株式會社