專利名稱：透反射型lcd顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及透反射型(transflective)液晶顯示(器)(LCD)設(shè)備。
背景技術(shù)：
液晶顯示器(LCD)被越來越多地用于計算機(jī)監(jiān)視器、電視機(jī)、手持式設(shè)備等設(shè)備中。對于移動應(yīng)用來說，由于其低功耗、可靠性以及低價格，LCD已經(jīng)變成了標(biāo)準(zhǔn)顯示設(shè)備。
LCD的操作基于液晶(LC)材料的有源層(active layer)中的光調(diào)制。通過改變電場，改變有源層的光調(diào)制，并且修改通過LC層的光的特性。通常，有源層修改通過光的偏振的狀態(tài)。
顯示單元通常被夾在兩個基片之間，前基片在觀看者一側(cè)，而后基片在背光一側(cè)。諸如偏振器的光學(xué)元件被附加到所述基片的外表面或者交替地在顯示單元內(nèi)提供。
LCD通?？刹僮髟趦煞N模式(即，透射模式和反射模式)之一或操作在這兩種模式中。在透射型LCD中，有源層調(diào)制從通常被安排為與后基片相鄰的背光系統(tǒng)始發(fā)的光。透射型LCD通常具有好的對比度，但是當(dāng)用于外部環(huán)境中時，顯示器實(shí)際上變得不可讀。
反射型LCD中的有源層調(diào)制撞擊在顯示器上的環(huán)境光。反射型LCD依賴于用于朝向觀看者反向反射調(diào)制的環(huán)境光的反射器。因而，在反射模式中，環(huán)境光一般通過有源層兩次。反射器一般以與后基片相鄰或在后基片上的反射鏡的形式來提供。但是，如果環(huán)境光不足，則反射型LCD難以讀取。
因此，移動設(shè)備可以包括所謂的透反射型LCD，其同時操作在透射模式和反射模式中。這具有的優(yōu)勢是顯示器在亮或暗的環(huán)境光條件下都是可使用的。在后一情況下，來自背光系統(tǒng)的光被用于觀看顯示器。
普通類型的透反射型LCD包括基于部分反射鏡的反射器。部分反射鏡用于反射環(huán)境光，同時使始發(fā)自背發(fā)系統(tǒng)的光通過。在設(shè)計部分反射鏡時，一般必須在反射模式和透射模式中在顯示器的充分性能之間進(jìn)行折衷。通常使用類型的部分反射鏡是基于配備有用于使來自背光系統(tǒng)的光通過的孔徑的反射層。
由于相對小的孔徑尺寸，傳統(tǒng)的透反射型LCD在透射模式中的光效率固有地是相當(dāng)差的。通常，為了在透射模式中具有足夠的顯示性能，需要具有相對高輻射強(qiáng)度的背光。但是，這在移動設(shè)備中是不符合要求的，這是因?yàn)槿绱肆恋谋彻饩哂泄逃械母吖暮涂s短的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供具有增加的背光效率的改進(jìn)的透反射型LCD設(shè)備。
這個目的利用依照獨(dú)立權(quán)利要求1中所規(guī)定的本發(fā)明的透反射型LCD設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中闡明進(jìn)一步有利的實(shí)施例。
依照本發(fā)明，組成圖案的偏振器(patterned polarizer)被安排在透反射型LCD設(shè)備的有源層和背光系統(tǒng)之間，所述組成圖案的偏振器基本上在所述部分反射鏡的所述孔徑的區(qū)域上擴(kuò)展。
公知的LCD具有設(shè)置在顯示器的背光側(cè)上的線性偏振箔片，該箔片通常設(shè)置在后基片的外側(cè)上。除了在顯示單元中反射環(huán)境光之外，部分反射鏡還反射由背光系統(tǒng)發(fā)出的光的一部分，以使未通過孔徑的背光被再循環(huán)并重新進(jìn)入背光系統(tǒng)的光波(制)導(dǎo)。
但是，發(fā)明者認(rèn)識到，在現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備中，這個再循環(huán)是特別無效的，原因是正在被再循環(huán)的光在背光側(cè)上通過線性偏振器兩次。再循環(huán)光的相對大的部分在偏振器中被吸收，并因此被丟失。
本發(fā)明的組成圖案的偏振器實(shí)質(zhì)上在所述部分反射鏡的所述孔徑的區(qū)域上擴(kuò)展，并且釋放所述部分反射鏡的反射部分。在這樣的情況中，利用部分反射鏡進(jìn)行的背光再循環(huán)更為有效，因?yàn)闇p少了在偏振箔片中丟失的部分。因而，能夠再循環(huán)和重新利用更大的部分，以致于背光系統(tǒng)能夠在較低強(qiáng)度上發(fā)射光，同時在透射模式中保持LCD設(shè)備的相同亮度?；蛘撸彻庀到y(tǒng)能夠以相同強(qiáng)度發(fā)射光，同時增加LCD設(shè)備在透射模式中的亮度。
為了最大的有益效果，首選將組成圖案的偏振器限制在孔徑區(qū)域內(nèi)，并且部分反射鏡的反射部分基本上不受偏振材料的約束。
組成圖案的偏振器可以只是線性偏振器，或者還可包括四分之一波長延遲器(retarder)，以形成圓偏振器。四分之一波長延遲器可以提供為箔片或替代地以組成圖案的形式來提供。也有可能組成圖案的偏振器是反射型偏振器，諸如膽甾相線性或圓偏振器。但是，當(dāng)它們反射光時，單獨(dú)使用它們在反射模式中可能具有不希望有的對比度減少。


現(xiàn)在將參考附圖進(jìn)一步闡明本發(fā)明的這些和其它方面。
其中圖1示出了依照現(xiàn)有技術(shù)的透反射型LCD設(shè)備；圖2示出了依照本發(fā)明的透反射型LCD設(shè)備的第一實(shí)施例；和圖3示出了依照本發(fā)明的透反射型LCD設(shè)備的第二實(shí)施例；圖4示出了依照本發(fā)明的透反射型LCD設(shè)備的第四實(shí)施例；圖5示出了依照本發(fā)明的透反射型LCD設(shè)備的第五實(shí)施例。
在附圖中，相同的標(biāo)號表示相同的元件。
具體實(shí)施例方式
這些附圖僅僅顯示了設(shè)備的光學(xué)配置，諸如濾色器、前基片、后基片、像素電極等的附加元件一般在LCD設(shè)備中提供，但為了清楚起見而沒有顯示出來。
圖1中示出了已知的透反射型LCD的單個像素100的光學(xué)配置。透反射型LCD的操作基于包括液晶材料的有源層110中的光調(diào)制。有源層110被設(shè)置在LCD的觀看者一側(cè)上光學(xué)元件的前棧(stack)130和LCD的相對一側(cè)上光學(xué)元件的后棧120之間。背光系統(tǒng)140被設(shè)置在后棧120之后，用于發(fā)射光，以便在透射模式下運(yùn)行設(shè)備。
在已知的透反射型LCD中，前棧130一般包括設(shè)置在前基片135的外側(cè)上的吸收線性偏振器132和延遲器138。后棧120還包括設(shè)置在后基片125的外側(cè)上并因而面向背光系統(tǒng)140的吸收線性偏振器122。
后偏振器122的偏振方向安排為垂直于前偏振器132的偏振方向。因而，有源層位于交叉的線性偏振器之間。延遲器138的總延遲加上有源層110中液晶材料的延遲被設(shè)置為零或半lambda(λ/2)。
后棧120還包括位于基片125內(nèi)側(cè)上的部分反射鏡124，也就是說，部分反射鏡124面向有源層110。下文中，部分反射鏡也被稱作“透反射器(transflector)”。后棧120還選擇地包括利用128表示的四分之一波長延遲器層。
部分反射鏡124是基片125上的反射層，帶有孔徑126，由背光系統(tǒng)140發(fā)出的光通過該孔徑126能夠進(jìn)入有源層110。因而，透射模式中LCD運(yùn)行所需的背光是通過透反射器124中的孔徑126來提供的。
孔徑126通常只包括透反射器124的總表面區(qū)域(面積)的大約20-30％，該表面區(qū)域的剩余部分是反射型的。因而，由背光系統(tǒng)140發(fā)出的光只有相對小的一部分通過了孔徑126，并且透反射器124將剩余部分朝向背光系統(tǒng)反向反射。這樣的光重新進(jìn)入背光系統(tǒng)140的光導(dǎo)142，并且能夠在不同位置再次從那離開，由此有助于透射模式中另一像素的背光照明。這一處理稱為背光再循環(huán)。為了進(jìn)一步改善背光再循環(huán)的效率，時常在背光140的頂部放置所謂的偏振反射器。但是，當(dāng)吸收線性偏振器122設(shè)置在透反射器124和背光系統(tǒng)140之間，傳統(tǒng)LCD中的背光再循環(huán)不是非常有效的。再循環(huán)的光通過吸收偏振器122兩次，并因而由于吸收而丟失再循環(huán)光的相當(dāng)大的部分。這對于后棧具有四分之一波長延遲器和后棧沒有四分之一波長延遲器128都是如此。由于再循環(huán)的光在重新進(jìn)入背光系統(tǒng)140后變得去偏振的事實(shí)而增強(qiáng)了效果，因此當(dāng)再循環(huán)光被再次朝向另一像素發(fā)射時，它必須再次通過吸收偏振器122。
圖2中示出了依照本發(fā)明的透反射型LCD的一種實(shí)施例。這個透反射型LCD具有改進(jìn)的后棧220，用于更有效的背光再循環(huán)，因此背光系統(tǒng)240發(fā)出的更大量的光可以被用于LCD的透射模式操作中。
不是吸收線性偏振器在整個顯示表面區(qū)域上擴(kuò)展，而是基本上只在部分反射鏡224的孔徑226的位置上提供組成圖案的的吸收線性偏振器222。
因此，本質(zhì)上只有通過孔徑226的光被線性偏振器222偏振。部分反射鏡224的反射部分將剩余光反射回背光系統(tǒng)240，并且因?yàn)檫@個被反射的光不必再通過任何吸收光學(xué)元件，所以它基本上被全部再循環(huán)到背光系統(tǒng)240。
因而，相比于傳統(tǒng)透反射型LCD，增加了再循環(huán)光的數(shù)量。因此，LCD的透射模式能夠顯示更高亮度的圖像而不必增加背光系統(tǒng)240的功率，或者替代地LCD的透射模式能夠以相同亮度級別顯示圖像，同時能夠降低背光系統(tǒng)240的功率。
本發(fā)明的更優(yōu)選的實(shí)施例包括圖3中示出的后棧320。這個后棧320在背光端包括四分之一波長延遲器328，其基本上只在部分反射鏡324中的孔徑326內(nèi)擴(kuò)展。這個實(shí)施例還在有源層310的觀看者一端上的前棧中具有四分之一波長延遲器箔片336，這尤其對于反射模式改善了顯示性能。
只有通過孔徑326的光變得被組成圖案的線性偏振器322和四分之一波長延遲器328的組合進(jìn)行圓偏振，因而圓偏振的光進(jìn)入有源層，同時再循環(huán)的光保持實(shí)際上未被偏振，并重新進(jìn)入背光系統(tǒng)340的光導(dǎo)而沒有顯著的吸收損失。在部分反射鏡324之下，能夠?qū)崿F(xiàn)有效的光再循環(huán)，并且對于透反射型LCD的透射模式操作，提供圓偏振的光。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，可以包括組成圖案的膽甾(相)偏振器，用于提供圓偏振的光，以替代組成圖案的線性偏振器和四分之一波長延遲器的組合。
例如，可以利用能夠涂在部分反射鏡上的傳統(tǒng)UV可聚合液晶材料制造部分反射鏡上的組成圖案的偏振器。可以通過將部分反射鏡自身用作UV輻射步驟中的掩模(mask)而利用這種材料獲得組成圖案的層。只有通過部分反射鏡中的孔徑的UV光輻射在該材料上，并因此在孔徑內(nèi)或在其上面直接提供的材料被交叉鏈接并被聚合。在后續(xù)的顯影(developing)步驟中，剩余液體材料被去除，并且被聚合并被交叉鏈接的材料的組成圖案層保留。
例如，可以在部分反射鏡的一側(cè)上旋轉(zhuǎn)涂覆(spincoat)包括可聚合液晶丙烯酸鹽和雙色染料的液體材料。接著，從相對一側(cè)利用UV光照射部分反射鏡。在顯影之后，只有被交叉鏈接并被聚合的材料保留。因?yàn)殡p色染料分子的存在，被交叉鏈接并被聚合的材料線性地偏振通過它的光。因而，得到了組成圖案的線性偏振器，其只在部分反射鏡的孔徑上擴(kuò)展。
如果也如圖3所示提供組成圖案的的延遲器，特別地構(gòu)成圖案的延遲器，首先必須制造組成圖案的偏振器，并且接著需要在組成圖案的偏振器的頂部使用校準(zhǔn)層。在校準(zhǔn)層的頂部，提供具有與期望延遲相匹配的厚度(在這個示例中因而是可見光波長的四分之一的厚度)的可聚合LC丙烯酸脂。接著，進(jìn)行與組成圖案的線性偏振器相類似的輻射步驟。
作為圖3中所示配置的替代，在帶有部分反射鏡的基片上提供連續(xù)四分之一波長延遲器層。該延遲器必須設(shè)置在部分反射鏡之下面。
在圖4所示的后棧420的又一實(shí)施例中，組成圖案的偏振器422和四分之一波長延遲器箔片428被設(shè)置在基片425的外面，而不是位于面朝有源層的一側(cè)上。偏振器422是按照部分反射鏡424中的孔徑426來組成圖案的，以便至少在被這些孔徑426所覆蓋的區(qū)域上擴(kuò)展。優(yōu)選地，組成圖案的偏振器422覆蓋比孔徑略大的區(qū)域?；蛘?，可以利用部分反射鏡424的孔徑426中的組成圖案四分之一波長延遲器代替四分之一波長箔片428。
在圖5所示的后棧520的又一實(shí)施例中，組成圖案的偏振器522被形成為在基片525的外側(cè)上的連續(xù)偏振箔片523，在其上面利用在箔片和背光系統(tǒng)之間的又一部分反射鏡527定義圖案。只有通過該又一部分反射鏡527的孔徑的光被偏振箔片523偏振，剩余的光被再循環(huán)回背光系統(tǒng)。
在圖5中，偏振箔片523和四分之一波板極528都設(shè)置在兩個部分反射鏡524和527之間。這些部分反射鏡中的孔徑彼此對準(zhǔn)。對于這些部分反射鏡524和527，孔徑可以具有相同的大小，或者該又一部分反射鏡527中的孔徑可以比部分反射鏡524中的孔徑略大。
作為又一優(yōu)選實(shí)施例，還有可能在部分反射鏡的孔徑中提供反射型組成圖案的偏振器，例如，可以將組成圖案的線柵(wire-grid)偏振器與部分反射鏡集成在一起。這甚至可以進(jìn)一步提高背光再循環(huán)的效率，因?yàn)楝F(xiàn)在具有操作的線性偏振方向的光不被偏振器吸收，而是從中被反射。這個光進(jìn)一步有助于背光再循環(huán)。但是，這個實(shí)施例涉及更復(fù)雜的制造，這可能(在價值上)超過背光的進(jìn)一步增加。
為了進(jìn)一步改善光再循環(huán)效率，可以將組成圖案的反射型偏振器與吸收組成圖案的偏振器組合在一起。在這樣的情況下，需要將組成圖案的反射型偏振器放置在吸收偏振器和背光系統(tǒng)之間。
總之，本發(fā)明涉及包括部分反射鏡作為透反射器的透反射型LCD。在透射顯示模式下，來自背光系統(tǒng)的光通過透反射器中的孔徑。依照本發(fā)明，通過實(shí)際上只偏振通過孔徑的光，改善光到背光系統(tǒng)的再循環(huán)。這是通過組成圖案的偏振器在部分反射鏡的孔徑中擴(kuò)展而實(shí)現(xiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種透反射型液晶顯示器(LCD)設(shè)備，包括-包含有源層(210)的液晶顯示單元；-背光系統(tǒng)(240)，用于所述顯示單元的背光照明；-部分反射鏡(224)，用于反射環(huán)境光，具有用于使從背光系統(tǒng)(240)始發(fā)的光通過的孔徑(226)；和-偏振裝置，在有源層(210)和背光系統(tǒng)(240)之間包含組成圖案的偏振器(222)，所述組成圖案的偏振器(222)實(shí)質(zhì)上在所述部分反射鏡(224)中的所述孔徑(226)的區(qū)域上擴(kuò)展。
2.權(quán)利要求1的透反射型LCD設(shè)備，其中組成圖案的偏振器本質(zhì)上被限制在部分反射鏡的孔徑的區(qū)域內(nèi)。
3.權(quán)利要求1的透反射型LCD設(shè)備，其中組成圖案的偏振器(522)包括偏振箔片(523)和另一部分反射鏡(527)，該另一部分反射鏡(527)具有的孔徑與該部分反射鏡(524)中的孔徑(526)對準(zhǔn)，偏振箔片(523)實(shí)質(zhì)上被夾在這兩個部分反射鏡(524，527)之間。
4.權(quán)利要求1、2或3的透反射型LCD設(shè)備，其中組成圖案的偏振器是線性偏振器。
5.權(quán)利要求3的透反射型LCD設(shè)備，其中該偏振裝置進(jìn)一步包括在有源層(210)和背光系統(tǒng)(240)之間的四分之一波長延遲器(228)。
6.權(quán)利要求1的透反射型LCD設(shè)備，其中該部分反射鏡用于將光再循環(huán)到背光系統(tǒng)。
7.權(quán)利要求1的透反射型LCD設(shè)備，其中偏振裝置包括反射型偏振器。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括部分反射鏡(224)作為透反射器的透反射型LCD。在透射顯示模式中，來自背光系統(tǒng)(240)的光通過透反射器(224)中的孔徑(226)。依照本發(fā)明，通過實(shí)際上只偏振通過孔徑的光，改善光到背光系統(tǒng)(240)的再循環(huán)。這是通過組成圖案的偏振器(222)在部分反射鏡中的孔徑上擴(kuò)展而實(shí)現(xiàn)的。
文檔編號G02F1/1335GK1942812SQ200580011320
公開日2007年4月4日 申請日期2005年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月15日
發(fā)明者P·范德威特, R·A·M·希克默特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司