[发明专利]全内反射开关平板显示器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年1月2日提交的题为“TIR Switched Flat Panel Display(TIR开关平板显示器)”的美国专利申请第12/319,171号以及2009年1月2日提交的题为“Optic System for Light Guide With Controlled Output(带有受控输出的光导的光系统)”的美国专利申请第12/319,172号的优先权权益，所有专利申请以参见的方式纳入本文。

技术领域

本发明总地涉及一种光显示装置，且更具体地是平板显示器，在该平板显示器中通过启用和停用全内反射(TIR)来切换光，并且通过光学器件来引导经切换的光。

背景技术

许多产品需要平板显示器来显示视频、计算机或其它数据。液晶显示器、LCD已成为在平板显示器中使用的主要技术。用于平板显示器的另一种不太常用的技术是等离子技术。用于较厚的平板显示器的其它已知的显示技术是背投类型的。对于非常大的显示器，LED的离散阵列是主要技术。这些显示技术用于许多类型产品中，包括蜂窝电话、膝上型计算机、计算机显示器、电视机、大型商用显示器和广告牌。即使更新技术的性能并不显著好于CRT，但曾经是主要技术的CRT类型的显示器已几乎消失。某些目前类型的LCD显示器还不能匹配CRT的刷新速率。

基于LCD技术的显示器已发展了几十年。关于对基本技术的改进已提交了上千专利。但这些显示器的性能还是在许多方面欠缺。

LCD显示器技术的第一个缺陷在于高能耗。65″对角HDTV(高清电视)的LCD电视机通常消耗约半千瓦。这是由技术的较低效率造成的。LCD需要偏振光来起作用。然而，由背光产生的约一半光在形成偏振光时被吸收。许多发明已建议减少这种损失。事实上，由于其它性能参数方面的降低或成本问题，制造商已实现的真正的改进很少。设计成循环利用不具有正确偏振的光的一种产品被称为ADBEF″并由明尼苏达州的明尼阿波利斯的3M制造。

促使LCD显示器效率低的另一因素是暗着的像素吸收光，而不是将光反射到另一亮着的像素。

LCD显示器的另一缺陷是它们在与滤色片一起使用时的限制。通常，红、绿和蓝滤色片用于产生颜色。这些滤色片不反射未使用的光，而是吸收这些光。例如：红色滤色片吸收绿光和蓝光，同时只让红光通过。理论上，完美的蓝色滤色片将让33％的光通过。事实上，滤光片材料实现远小于理论的33％。光被吸收的另一地方是在滤色片之间的矩阵中。用于控制像素的晶体管和电路需要矩阵区域。需要的区域相当大，这是因为一个像素需要三个晶体管，三种颜色中的每一种颜色都需要一个晶体管。同样，需要附加电路以驱动晶体管。滤色片之间的矩阵区域可吸收全部可见光的大约一半。当将所有这些和其它损失，诸如反射和材料吸收，考虑在内时，当所有像素都亮时，LCD板的效率可能仅为8％。通常，当产生图像时，图像的约一半像素是亮着的，且由于暗着的一半像素吸收而不是反射，所得的LCD效率仅在4％范围内。

这种较低效率需要与LCD显示器一起使用的背光较大且较强。用于显示器的主要灯技术是荧光型灯。这些灯相当有效但需要汞。汞产生处置问题。在许多情况下，汞终结于我们的食物链中。

LCD技术的另一不足是刷新速率。只有在最近，LCD才能够等于CRT显示器的刷新速率。对于诸如移动视频的观看之类要求较高的应用场合，LCD的较低的刷新速率是明显的。LCD的其它问题是较差的对比率。当从离开垂直于显示器表面的位置观看时，这种对比问题加剧。

LCD显示器的颜色质量受到由光源发出的光的波长和用于显示器的滤色片的特性所限制。这两个因素都导致显示器不能精确再现自然中感受到的颜色。

LCD技术的另一不足是其受限的环境操作范围。液晶材料在高温和低温下都不能良好运行。用于极端环境的显示器经常被冷却或加热以使它们保持在适中的操作范围内。在非优化环境中使用LCD的另一问题是当暴露于高湿度时LCD显示器所需的偏振膜劣化。必须采取措施以减少这种特性的作用。在用于极端环境的显示器中，显示器和它们的偏振膜包装在玻璃窗中。

等离子薄板显示器技术是用于大屏幕电视机的典型技术选择。等离子显示器也消耗相当大的电量。等离子电视机并不与LCD电视机持续一样久并经历“老化”。当亮的像素保持长时间亮着时，发生老化。这些像素失去其强度并随着时间变褪色。等离子技术的另一问题是成本。

在电视机应用场合中，投影仪经常配置在背面投影构造中。对于使用投影显示的计算机显示器来说，更常使用正面投影模式。