專利名稱：具有反射偏振片的液晶顯示器的制作方法
技術領域：
本發明總的涉及一種顯示信息的裝置，尤其涉及一種液晶顯示器(LCD)。
背景技術：
已知有一些顯示器以平板透明小單元實施顯示。透明小單元通常由兩塊平行玻璃板形成，在玻璃板的內表面上是由光學透明的導體材料制成的電極以及校準層。組裝了透明小單元之后，用液晶材料填充這些透明小單元，液晶材料形成厚度為5～20μm的液晶層。這種液晶材料是一種在電場影響下改變其光學特性、如偏振面轉動角的活性介質。通常膠黏在透明小單元外表面上的正交偏振片來觀察光學特性的變化。顯示器上電極沒被充電的區域透過光并顯亮，而加了電壓的區域顯暗(L.K.Vistin.JVHO，1983，vol.XXVII，ed.2，pp.141-148)。
反射型顯示器中，在LC單元的后面設置一個反射鏡或反射體，使得入射光通過透明小單元兩次。圖像的形成類似于透射型顯示器(Pochi Yeh，Claire Gu，Optics of liquid Crystal Displays，N.-Y.，1999，p.p.233-237)。
傳統顯示器的主要缺點在于，因為光只在有限的錐角范圍內向多層LC顯示器的正面傳播，所以只有很小的視角。這種顯示器通常使用基于聚合物、如具有光學各向異性的聚乙烯醇的吸收偏振片，該偏振片可以通過單軸拉伸聚合物膜、并接著在碘蒸汽或有機染料中對該膜染色而獲得，如美國專利US5,007,942所述。因而依賴于偏振片的折射率實虛部分的角度橢球是伸展(針狀)的形狀。
傳統的顯示器還具有較低的亮度、較低的對比度和較高的功耗，這是因為吸收層的數量較多。
彩色顯示器通常具有同樣的設計，其中采用了彩色濾光片。彩色圖像的每個像素通過適當比例的三色(紅、藍、綠)混合而成(NikkeiElectronics，1983，5-23，p.p.102-103)。使用吸收濾光片會導致裝置中額外的光損失并因而增加能量消耗。
還知道一種LC顯示器，由排列的二色染料的超分子復合物得到偏振層。這種偏振器具有良好的光學特性和較小的厚度，允許放置在顯示器內部。這樣簡化了設計并提高了顯示器的耐用性。另外，這種層的制造技術能夠在一層中合并幾項功能(例如，偏振和LC排列)(RU2120651，15.04.96)。
WO99/31535中描述了一種LC指示元件，其組合了一種包含雙折射各向異性的吸收層，該吸收層具有隨入射光波長的增大而增大的折射率。特別是，這種偏振片可以由LLC二色染料獲得，并可以有一定的厚度以至少在偏振片的一側上建立干涉極限。上面提到的專利申請還描述了一種反射偏振器。
彩色顯示器利用這種偏振器的其中一個缺點在于反射偏振器在一個很寬的譜段內反射光，這導致模糊的顏色。另外，顯示技術的進一步發展要求偏振元件有更好的光學特性，尤其是具有有效光轉變的增大的視角。
發明概述因此，本發明的一個目的在于提供一種具有提高的顯示亮度、頻譜清晰的彩色圖像的顯示器，該顯示器能夠在一幅圖像中建立白、黑和彩色成分以提高圖像的對比度和豐度，并具有增大的顯示器視角。
以上的目的通過本發明的液晶顯示器得以實現，該液晶顯示器包括前后基板、電極、偏振片和設置在前后基板之間的液晶層。后基板上的偏振片最好在至少一個譜段內為反射型并且包含至少一種多層結構形式的元件。該多層結構至少包含兩個由至少一個中間層分開的各向異性層，其中的中間層在所述的譜段中為光學透明。多層結構中層的折射率與的厚度之比選擇成在該譜段內透射和反射的偏振光之比為極值。
附圖簡述通過下面結合的描述，對本發明將有更好第理解，其中
圖1是根據本發明實施例具有內偏振片的液晶顯示器的截面圖；圖2是圖1所示液晶顯示器的局部截面圖，表示多層反射偏振片的一些細節；圖3是根據本發明實施例的液晶顯示器的光譜特性曲線。
優選實施例的描述圖1所示本發明的LC顯示器包括前后基板1、2，基板上帶有功能層，如電極層、偏振層、粘結層和設置在前后基板之間的液晶層。在前基板1的內側是一個起二向色偏振器作用的薄晶體膜4。該晶體膜4可以按照下述方法由LLC形成，LLC包含12.5％的混合染料(甕藍4；二苯并咪唑-[2，1-a1’2’b’]蒽[2，1，9-def6，5，10-d’e’f’]二異喹啉-6，9-二酮；按5.2∶2∶1比例的甕紅15)。LLC通過鋇例子處理后轉變成不可溶的形式。晶體膜4的厚度約為100nm。因為晶體膜4是一種高階各向異性膜，所以可以同時起著LC顯示器的校準層的作用。
在后基板2的內表面上設置一個具有多層結構的反射偏振片5。后基板2在其外表面上還設置一個吸收層6。
反射偏振片5由三層構成，如圖2所示，從顯示器的后板2起始依次為由染料甕紅15的LLC獲得的晶體層7，厚度約為60nm；由聚乙酸乙烯酯制成的各向同性透明層8，厚度約為100nm；和由染料甕紅15的LLC獲得的晶體層9，其厚度約為60nm晶體層7和9以它們高度的各向異性而不同在570-600nm的波長間隔中各向異性達到0.8。層7、8和9通過下述方法依次形成在后板2上。反射偏振片5對于非常偏振光具有大約44％的總反射率，對于正常光具有大約1％的總反射率。圖3表示不同方向偏振的反射光的對應光譜特性。
顯示器的特點在于有明亮的圖像、豐滿的顏色(綠色)、較高的對比度和很寬的視角。
最好多層結構5的至少一個各向異性層在所述的譜段中對于偏振的兩種分量光學透明。
最好至少一個各向異性層的各向異性度在所需的譜段不小于0.4。
最好多層結構5的至少一個各向異性層是至少處于一個譜段的E型偏振片。
各向異性層通常由至少一種有機染料和/或其衍生物得到，它們能夠形成溶致液晶(LLC)。
最好在顯示器的前后基板之間設置至少一個偏振片。
最好在后基板2的外表面上沿入射光的方向設置一個吸收層6，該吸收層至少在所需譜段或整個可見光譜段吸收光譜。
最好顯示器中的至少一個各向異性層是部分晶狀的。
在彩色顯示器中，后基板2上的偏振片5最好由彩色反射元組成，每個反射元至少在一個譜段反射。矩陣元的選擇由該條件掌握以提供一組基色。通常基色是波長在400-500nm的藍色，波長在500-600nm的綠色和波長在600-700nm的紅色。
最好設置在后基板2上并由著色的反射元素矩陣組成的吸收層6吸收整個可見光波段。
顯示器在彩色圖像中包括白色、黑色和彩色成分。
根據本發明的LC顯示器包含前后基板、電極、偏振片和其它功能層以及夾在前后基板之間的液晶層。前基板上的偏振片最好是中性的，透射光的一種偏振分量并有效吸收另一種分量。
單色顯示器中后基板上的偏振片呈現一種多層結構，至少包含兩個由光學透明的中間層分開的光學各向異性層。所有層的厚度和折射率選擇成使偏振片有效吸收特定譜段中的一種偏振輻射而透射正交的偏振輻射，正交的偏振輻射稍后被濾光片吸收。
在彩色顯示器中，后基板上的偏振片表現為彩色反射元矩陣，其每一個類似于單色顯示器的反射偏振片的情形。矩陣元的選擇由該條件掌握以在圖像中提供一組基色。為了獲得光譜清晰、對比度高的彩色圖像，最好每個矩陣元在一個很窄的譜段內反射。
在多層結構5的制造中，最好獲得一種具有高各向異性度、其中一個的折射率較高并且較薄(相對于波長)的勻質層。按照OptivaTechnoloy法(Lazarev P.，Paukshto M.，Proceeding of the 7thInternational Display Workshop，Material and Components，Kobe，Japan，November29-December1(2000)，p.p.1159-1160)獲得的晶膜或層可以用于制造這種多層結構5。
根據適當的光譜特性以及芳香共軛環和置于分子平面中并做為芳香鍵系統的一部分的基團、如胺、酚、酮及其它等中π共軛鍵的顯影過的系統的存在來進行制造此多層結構的材料的初始選擇。分子本身或其片斷具有平面結構。合適的有機材料包括陰丹酮(甕藍4)、二苯并咪唑-1，4，5，8-萘四羧酸(甕紅14)、二苯并咪唑-3，4，9，10-苝四羧酸、喹吖啶酮(紫色素19)、它們的衍生物以及它們的任何組合。
在適當的溶劑中溶解這種有機化合物建立一個膠質體系(液晶溶液)，分子合并到超分子復合物中，起系統的動力單元的作用。LC是系統的預定狀態，在超分子復合物的排列以及溶劑的隨后去除階段，LC沒入各向異性晶體膜(或沒入其它的特有晶膜中)。
由具有超分子復合物的膠質系統制備薄各向異性晶膜的方法包括下列步驟-把膠質體系沉積到一個膠質體系(或器皿、或多層結構中的一層)上。膠質系統擁有觸變特性，膠質體系必需處于特定的溫度并具有特定的擴散相濃度；-通過任何合適的外部碰撞把沉積的膠質體系轉變成增強的流動態，以提供粘滯性減弱的體系(可以是剪力所致的加熱、變形等)。外部碰撞可以在排列的后續過程中一直持續或具有必要的持續時間，使得該體系在排列階段不會返回到粘滯性增強的狀態；-對該體系施加外部取向力，可以機械地或是任何其它方法進行。取向力必須足夠大，使得膠質體系的動力單元接收到必須的取向并形成該結構，這將是所得層中未來晶格的基礎；將所得膜的取向區由低粘滯性的狀態轉變成原始的或較高粘滯性的體系狀態。這通過以在所得膜中沒有結構解取向的方式進行，從而避免層表面的外觀缺陷；
-去除所得膜中的溶劑，在該期間形成晶體結構。
在所得的層中，分子平面彼此平行并至少在一部分層中形成三維晶體。通過優化此種方法的膜制造，可以獲得單晶層。此晶體的光軸將垂直于分子平面。該層將擁有較高的各向異性度和至少對一個方向的較高折射率。層的厚度通常不超過1μm。
所得膜的厚度可以通過原始LC中固相的含量以及LLC的沉積層厚度來控制。另外，要獲得具有中間光學特性的層，可以采用膠質體系的混合物(在此情況下將有形成在溶液中的合并的超分子復合物)。吸收和折射可以是由膠質溶液的混合物獲得的層中原始成分決定的限度之內的各種值。由于分子(或其片斷)的平坦度以及上述有機化合物中分子尺度的一致(3.4)，可以混合各種膠質體系并獲得合并的超分子復合物。
在濕的層中，由于超分子復合物在襯底上的取向，分子沿一個方向具有良好的次序。在溶劑蒸發時，其顯示出更利于分子的能量，從而形成三維晶體結構。
多層結構包括至少兩層通過上述方法獲得的層。此處，單獨的各項異性層的光軸通常是共向的。由于薄層中的干涉效應，會發生光在偏振片的特定譜段中反射。層的厚度以及對每個偏振方向的折射率選擇成使光的一個偏振分量將被該結構有效地反射，而其它的偏振分量將無反射地通過。要吸收透過多層結構的光，在后基板的外表面上沿輻射的傳播方向設置一個全吸收材料層。這樣消除了來自于顯示器后基板的眩光并提高了圖象的對比度。另外，這種設計能夠在圖象中獲得黑色。
因為由于高度的各項異性而使獲得的層很薄(小于100nm)，并且層數可以最少(如3)，所以可以將此多層結構放置在LC顯示器的內部。
根據上述帶有對原始材料的相應選擇(形成LLC或是具有合適的吸收光譜的材料混合物)的技術還可以獲得前基板的偏振片。而且這種偏振片還可以放置在顯示器的內部。
顯示器所有功能層的內部放置減小了顯示器的大小并提高了耐用性，還簡化了顯示器的制造過程。
另外，制造各項異性層的本發明的方法是基于依賴于折射率的實部和虛部的角度橢球為盤狀這一事實。改變折射率虛部橢球的形狀顯著地改善了偏振片的參數及其角度特性。在顯示器中使用此偏振片可以將視角增大到180°。
根據上述技術、例如利用掩膜形成局部涂層還可以獲得彩色顯示器后基板上的偏振片，該偏振片表現為彩色反射元矩陣。此處，根據上述技術，依次沉積各向異性材料層。在希望保留涂層以形成局部反射偏振元的區域中，把涂層材料轉變成不可溶的形式。其余的區域通過沖洗來清潔。在所得層的上部沉積另一各向異性層，并且重復該程序。如果需要，可以使用另外的偏振層。由此形成做為單個矩陣元的偏振片的多層結構。每個矩陣元反射特定譜段以及一個偏振方向的光。
至此提供了一種液晶顯示器。出于舉例說明的目的，還對本發明的具體實施例進行了描述，但這并不限定本發明的具體形式，在前述內容的指導下可以對本發明做各種改型。實施例的選擇及描述是便于更好地解釋本發明的原理及其實際應用，由此使得本領域的技術人員能夠利用本發明。本發明的范圍由所附的權利要求限定。
參考附錄L.K.Vistin.JVHO，1983，vol.XXVII.ed.2，pp.141-148Pochi Yeh，Claire Gu，Optics of liquid Crystal Displays，N.-Y.，1999，p.p.233-237US5007942，1991Nikkei Electronics，1983，5-23，p.p.102-103RU2120651，15.04.96WO99/3153權利要求
1.一種液晶顯示器，包括前后基板、電極、偏振片和設置在前后基板之間的液晶層，其特征在于后基板上的偏振片是在至少一個譜段內反射并且包含至少一個多層結構的元件的偏振片，所述的多層結構至少包含兩個由至少一個中間層分開的各向異性層，其中的中間層在所述的譜段中為光學透明，多層結構中層的折射率厚度之比選擇成在該譜段中透射和反射的偏振光之比為極值。
2.如權利要求1所述的顯示器，其特征在于多層結構的至少一個各向異性層在所述的譜段中對于偏振的兩個分量光學透明。
3.如權利要求1和2所述的顯示器，其特征在于至少一個各向異性層的各向異性度在所述譜段不小于0.4。
4.如前述任一權利要求所述的顯示器，其特征在于至少一個各向異性層是至少處于一個譜段的E型偏振片。
5.如前述任一權利要求所述的顯示器，其特征在于各向異性層由至少一種有機染料和/或其衍生物得到，它們能夠形成溶致液晶。
6.如前述任一權利要求所述的顯示器，其特征在于在顯示器的前后基板之間設置至少一個偏振片。
7.如前述任一權利要求所述的顯示器，還包括沿該至少一個譜段的入射輻射的傳播方向設置在后基板外表面上的一個吸收層。
8.如前述任一權利要求所述的顯示器，其特征在于所述的吸收層在整個可見波長范圍吸收。
9.如前述任一權利要求所述的顯示器，其特征在于至少一個各向異性層是部分晶狀的。
10.如前述任一權利要求所述的顯示器，其特征在于后基板上的偏振片由彩色反射元矩陣組成，每個反射元至少在一個譜段內反射。
11.如權利要求10所述的顯示器，其特征在于矩陣中的所述元選擇成提供一組基色。
12.如前述任一權利要求所述的顯示器，其特征在于基色包括波長在400-500nm的藍色，波長在500-600nm的綠色和波長在600-700nm的紅色。
13.如權利要求10～12任一所述的顯示器，還包括后基板外表面上沿入射輻射方向的吸收層，其特征在于后基板上的所述偏振片由彩色反射元矩陣組成，并且每個吸收層在整個可見波長范圍內吸收。
14.如前述任一權利要求所述的顯示器，其特征在于顯示器的特點在于在彩色圖像中呈現白色、黑色和彩色成分。
全文摘要
液晶顯示器包括前后基板、電極、偏振片和設置在前后基板之間的液晶層。后基板上的偏振片最好至少在一個譜段內是反射型并且包含至少一種多層結構形式的元件。該多層結構至少包含兩個由至少一個中間層分開的各向異性層，其中的中間層在所需的譜段中為光學透明。多層結構中層的折射率與的厚度之比選擇成在該譜段內透射和反射的偏振光之比為極值。
文檔編號G02F1/1335GK1575329SQ02820878
公開日2005年2月2日 申請日期2002年9月20日 優先權日2001年9月21日
發明者帕夫·萊扎瑞弗, 邁克爾·拋柯施圖, 馬耀東 申請人:奧普蒂瓦有限公司