透射反射式液晶顯示器的制作方法

專利名稱：透射反射式液晶顯示器的制作方法
技術領域：
本發明涉及透射反射式液晶顯示器，它具有多個像素，每個像素包括夾在前和后襯底之間的液晶層；后照光；設置在后襯底和后照光之間的半透明反射元件；前偏振器；以及用于控制液晶層光學特性的驅動結構，其中，像素又細分為反射像素部分和透射像素部分。
由于低功率消耗、可靠和價廉，液晶顯示器，即LCD，已成為許多應用中的標準顯示器選擇，例如在移動應用中，如PDA、膝上型電腦和蜂窩電話。不同類型的LCD，例如無源或有源矩陣顯示器以及反射或透射顯示器，目前市場上都可購得。反射式LCD特別適合于直接陽光照射下的室外使用。但是，這種顯示器的對比率比透射顯示器要低，且在照明不佳的情況下，這種顯示器的亮度也很低。另一方面，透射顯示器具有良好的對比率，但在直接陽光照明條件下，它們實際上不可讀。而且，透射顯示器利用后照光，導致功率消耗增加。
為此，研發了兼有透射和反射特性的透射反射式顯示器。起初，大部分這種顯示器在像素后面包括透射反射的半透明鏡面元件，從而整個像素構成透射反射單元。但最近的透射反射式顯示器已有發展，其中每個像素包括反射像素部分和透射像素部分，從而實現透射反射工作。這種顯示器的一個實例在以下文章中公開”Developmentof advanced TFIT with good legibility under any intensity ofambient light”；Masumi Kubo et Al；Sharp Corp.，IDW 99。此文公開了一種顯示器，其中每個像素包括反射結構和透射結構。但所述結構相當復雜，為了制造這樣的顯示單元，需要多個掩模步驟，所以這種顯示器的制造相當昂貴。此外，這種結構需要的延遲薄膜比普通的反射式LCD顯示器所需要的更多，所以生產成本也會增加。
因此，本發明的一個目的是實現一種具有交錯配置的透射反射式液晶顯示器，它至少克服先有技術的一些缺點。
上述和其它目的是通過引言中描述的透射反射式液晶顯示器來實現的，這種顯示器的特征在于將第一膽甾醇層合成物設置在所述液晶層和后襯底之間，所述膽甾醇層合成物包括在所述反射像素部分中的第一膽甾醇層合成物部分，用于反射所需的像素基色；以及在所述透射像素部分中的第二膽甾醇層合成物部分，用于反射除所述所需像素基色外的其余基色。通過在透射反射式顯示器中以這種方式來利用膽甾醇濾色器，就可以使用單一間隙配置。而且，在堆疊中僅需要一個延遲薄膜。所述解決方案也與驅動裝置的配置無關，因此在透射和反射方式下都沒有倒像。此外，這種配置確保在透射和反射方式下都有最佳光效率。而且，所述解決方案使在透射方式下的光的再循環成為可能，進一步提高了后照光的效率。
最好，第二膽甾醇層合成物部分包括第一層和第二層，其中第一層用來反射第一其余基色的光，而第二層用來反射第二其余基色的光。這種結構具有比較容易制造的優點。可以通過以下方法來制造這種結構在整個顯示器結構上，即，在像素的反射部分和透射部分上，涂敷兩層膽甾醇制造層，并單獨地使每一層形成圖案。首先，將第一層涂敷到所述結構上，利用色彩形成法通過光掩模使所述層形成圖案，使得所述層具有用于反射像素反射部分中的所需像素基色和透射部分中的第一其余基色的圖案。隨后，在第一層上涂敷第二膽甾醇制造層，利用色彩形成法通過光掩模使所述層形成圖案，使得所述層具有用于反射像素反射部分中的所需像素基色和透射部分中的第二其余基色的圖案。這兩層一起構成所述膽甾醇層合成物。這樣就得到一種結構，其中，反射部分包括復合膽甾醇層結構，它反射所需的基色，例如”綠色”(由于制造的緣故，在此例中反射部分包括兩層，都反射”綠色”)，而透射部分包括分層結構，其中每一層分別反射某一其余基色，例如”藍色”或”紅色”。這是一種比較容易的實現反射若干波長間隔的反射層的途徑，。
按照本發明的優選實施例，像素還包括在所述液晶層和所述膽甾醇濾色器合成物之間的吸收濾色器，所述吸收濾色器用來吸收落入的環境光中不需要的色彩。通過包括這一層，在顯示器的”白”和”黑”狀態下，都可以避免膽甾醇層合成物上具有不需要的色彩的環境光反射。
按照本發明的第二優選實施例，所述像素還包括一個單元內四分之一波長延遲片和單元內偏振器，二者都設置在液晶層和膽甾醇層合成物之間。這可改善反射和透射方式的黑狀態。而且，上述兩個優選實施例可以組合，從而得到上述所有的優點。
此外，在第一膽甾醇層合成物部分和后襯底之間的反射像素部分中設置吸收層。這樣，未被反射部分中的膽甾醇層反射的所有入射光都會被吸收。而且，由后照光產生的光在進入顯示器反射部分的膽甾醇層之前將被吸收，因此不會降低像素部分的色純度。如果如上所述顯示器包括四分之一波長延遲器、偏振器和吸收濾色器，那么，就不需要包括所述吸收層，因為在這種情況下，所有不需要的光都已被吸收濾色器或偏振器吸收。最好在吸收層和后襯底之間設置鏡面元件。這樣，后照光產生的光就會被反射回后照光，于是再循環，提高了后照光的效率。
最好，所述液晶層設置成起改變圓偏振光的旋向的λ/2波片的作用。液晶層可以是任何傳統類型。具體地說，扭曲向列型(TN)、超扭曲向列型(STN)、鐵-電型(FLC)、電補償雙折射型(ECB)以及垂直對準向列型(VAN)液晶配置都可以使用。
另外，最好在所述后襯底的背面設置反射層，所述反射層是反射式圓偏振器。而且，所述驅動結構是有源驅動結構或無源驅動結構之一，所以本發明的解決方案非常靈活。
最后，所述第一和第二膽甾醇層合成物部分實質上占用同一單元間隙，這使利用上述光掩模形成法的容易的制造過程成為可能。
以下將參考附圖描述本發明的當前優選實施例，附圖中

圖1示出按照本發明的顯示器的像素的截面圖，所示像素為RGB透射反射有源矩陣液晶顯示器的綠色像素。
圖2示出在反射方式下圖1所示像素的反射部分的白色和黑色狀態的偏振光光路。
圖3示出在反射方式下圖1所示像素的透射部分的白色和黑色狀態的偏振光光路。
圖4示出在透射方式下圖1所示像素的透射部分的白色和黑色狀態的偏振光光路。
圖5示出圖1所示的還包括吸收濾色器的顯示器的第一替換實施例。
圖6示出在透射方式下圖5所示像素的透射部分的白色和黑色狀態的偏振光光路。
圖7示出在反射方式下圖5所示像素的反射部分的白色和黑色狀態的偏振光光路。
圖8示出圖1所示的還包括單元內偏振器和四分之一波長延遲器的顯示器的第二替換實施例。
圖9示出在反射方式下圖8所示像素的反射部分的白色和黑色狀態的偏振光光路。
圖10示出在透射方式下圖8所示像素的透射部分的白色和黑色狀態的偏振光光路。
圖11示出圖1所示的包括吸收濾色器、單元內偏振器和四分之一波長延遲器的顯示器的第三替換實施例。
圖12示出在反射方式下圖11所示像素的反射部分的白色和黑色狀態的偏振光光路。
圖13示出在透射方式下圖11所示像素的透射部分的白色和黑色狀態的偏振光光路。
現參考圖1-4詳細說明本發明的主要實施例以及本發明最簡單的實現方案。以下將參考顯示器的單個像素，在本實施例中為綠色像素，來描述所述顯示器。但是，顯示器可以包括許多像素，例如多個綠色、紅色和藍色像素，以便產生全色顯示。本發明同樣適用于任何顏色的像素，并且例如對于紅色和藍色像素，以與以下的描述相關的方式改變膽甾醇濾色器以及任何濾色器的顏色，使得在反射方式和透射方式下像素分別為紅色或藍色，而不是在本實施例中的綠色。而且，對基色紅色、綠色和藍色的選擇對于本發明來說并不是至關重要的，而可以使用形成全色頻譜的任何色彩組合。
按照本發明具有膽甾醇濾色器的透射反射液晶器件(LCD)的單個像素1的設計截面圖示于圖1。像素1主要包括由TFT層3控制的液晶(LC)層2。在LC層2后面，從顯示器的觀眾看到的，設置有膽甾醇層合成物11、12。這一層以下將作詳述。包括LC層2和膽甾醇層合成物11、12的堆疊夾在前和后襯底4、5之間。在后襯底后面，設置有反射圓偏振器7。在前襯底4前面，設置有線偏振器6和λ/4延遲器8，延遲器8設置在偏振器6和前襯底4的后面。在包括所有上述各部分的堆疊后面，設置后照光9。像素1又再細分為兩部分反射像素部分1a和透射像素部分1b。通過改變顯示器反射部分和透射部分中的膽甾醇層合成物來進行所述細分。
在像素的反射部分1a中，所述膽甾醇層合成物包括第一膽甾醇層合成物部分11，在本實施例中所述第一膽甾醇層合成物部分11設置成反射綠色光，即像素所需的基色。在第一膽甾醇層合成物部分11和后襯底之間設置吸收層9，例如黑色層。另外，在顯示器的反射部分，可以在吸收層9和后襯底5之間設置鏡面元件14，通過避免從后照光發出的光被所述吸收層9吸收來增強后照光的光再循環。
在像素的透射部分，所述膽甾醇層合成物包括第二膽甾醇層合成物部分12，它又細分為兩個子層，一個子層反射藍光，一個子層反射紅光，即，像素的其余基色(除所需的像素色綠色外)。兩個子層平行地延伸在實際上整個透射像素部分上。利用已知技術，可以較容易地制造如本發明所述的細分為若干部分的膽甾醇濾色器。通過以下方法來制造所述膽甾醇濾色器在整個顯示器結構上，即在像素的反射部分和透射部分中，涂敷兩層膽甾醇制造層，并單獨地使每一層形成圖案。首先，將第一層涂敷到所述結構上，利用色彩形成法通過光掩模使所述層形成圖案，使得所述層具有用于反射像素反射部分中的所需像素基色和透射部分中的第一其余基色的圖案。隨后，在第一層上涂敷第二膽甾醇制造層，利用色彩形成法通過光掩模使所述層形成圖案，使得所述層具有用于反射像素反射部分中的所需像素基色和透射部分中的第二其余基色的圖案。這兩層一起構成所述膽甾醇層合成物。這樣就得到一種結構，其中，反射部分包括一種復合膽甾醇層結構，它反射所需的基色，例如”綠色”(由于制造的緣故，在此例中反射部分包括兩層，都反射”綠色”)，而透射部分包括分層結構，其中每一層分別反射一種其余基色，例如”藍色”或”紅色”。
以下將參考圖2-4說明上述顯示器的工作原理。
透射反射像素的反射像素部分1a具有帶膽甾醇濾色器的反射式LCD的正常配置。進入顯示器像素1的偏振光的光路示于圖2，從圖2的左邊看時該像素部分處于”白色”狀態(即反射綠色)，而從圖2的右邊看時該像素部分處于”黑色”狀態。第一膽甾醇層合成物部分11在此例中設置成反射綠色左旋圓偏振光。以這樣的方式將線偏振器6和λ/4波片8組合起來，即，使所述組合產生右旋圓偏振光。設置成在一種轉換位置(如圖2左側所示)起λ/2波片作用的液晶層2將右旋圓偏振光改變為左旋圓偏振光。隨后，光到達膽甾醇濾色器，左旋圓偏振光被反射，而其余的光透射過第一膽甾醇層合成物部分11，由吸收層9吸收。反射的綠色左旋圓偏振光在通過液晶層2時又改變成右旋圓偏振光，隨后透射過λ/4波片8和線偏振器6。如果利用控制層3(TFT層)來轉換液晶層2，把LC層2的延遲轉換到零(圖2的右側部分)，則落到所述層上的右旋圓偏振光不改變。于是，右旋圓偏振光透射過膽甾醇層11并由吸收層9吸收。這樣，像素變為”黑色”。
所述像素的透射像素部分lb具有帶膽甾醇濾色器的透射式LCD的配置。在此例中反射圓偏振器7是右旋反射圓偏振器，它反射后照光的右旋圓偏振光而透射左旋圓偏振光。反射的右旋圓偏振光可在后照光中再循環。紅色和藍色反射膽甾醇子層12a、12b分別反射紅色和藍色的左旋圓偏振日光，而綠色左旋圓偏振日光則透射過第二膽甾醇層合成物部分12(見圖4的左側部分)。綠色左旋圓偏振日光可在后照光中再循環，而反射的藍色和紅色左旋圓偏振日光降低了像素的色純度。
在像素的黑色狀態(見圖4的右側部分)下，當液晶層已轉換，來自后照光的綠色右旋透射光不改變，將由上偏振器吸收。綠色、紅色以及藍色右旋日光(即白色右旋日光)也不由液晶層2改變，而是全部透射過膽甾醇層。但這種右旋白光會被反射偏振器7反射，并返回發送給觀眾，在一定程度上降低了黑色狀態。圖3中示出在反射方式下顯示器透射部分的光束圖案，分別示出”白色”(左)和”黑色”(右)狀態。
以下將參考圖5-7說明本發明的第一替換實施例。所述實施例實質上類似于圖1所示和上述詳細說明的實施例，但它還包括吸收濾色器13，在此例中吸收濾色器13設置在液晶層2和膽甾醇層11、12之間。吸收濾色器設置成吸收除像素所需基色(在此例中為綠色)外的所有色彩。
在上述實施例中，參考圖1，落入顯示器的光被偏振器6和λ/4波片8改變成右旋圓偏振光。所述落入光將被LC層2改變為左旋圓偏振光，因此，透射部分lb的第二膽甾醇層合成物部分12將反射此光，而綠色左旋圓偏振光將透射過第二膽甾醇層合成物部分12和反射偏振器7并在后照光中再循環。反射的紅色和藍色左旋圓偏振光將由液晶層2改變為右旋光并透射過λ/4波片8和線編振器6。這樣，來自后照光的綠色透射光將與紅色和藍色的反射環境光混合，降低了像素透射部分的色純度。可以通過在堆疊中添加上述吸收濾色器13來避免此現象，因為上述吸收濾色器13會吸收落入顯示器透射部分的所有紅色和藍色環境光，因此這種光不會加到像素的色彩上。
在透射方式下加入吸收濾色器防止了日光的色彩混合。所以，它改善了日光對比度并防止了由日光在膽甾醇濾色器12的紅色和藍色層上的反射引起的色純度降低。它還防止在大視角條件下顯示器的色移。以大角度反射的全部光被本發明的膽甾醇濾色器變換成較短的波長。于是，這種光將被吸收濾色器吸收。所述實施例的詳細光束圖案示于圖6(透射方式下顯示器的透射部分)和圖7(反射方式下顯示器的反射部分)。
以下將參考圖8-10說明本發明的第二替換實施例。所述實施例實質上類似于圖1所示和上述詳細說明的實施例，但它還包括在液晶層2和膽甾醇層合成物11、12之間的單元內λ/4薄膜15和單元內偏振器16，還去掉了圖1所示配置中的λ/4薄膜8。通過該實施例，可以消除像素1的透射部分lb在黑色狀態下的白色日光反射，如圖10所示。在該實施例中，在透射方式下，圓偏振光被λ/4薄膜15改變為線偏振光并透射過單元內偏振器16。上偏振器6相對單元內偏振器16旋轉90°，即，偏振器6、16交叉。起λ/2波片作用的液晶層2將偏振平面旋轉90°，光線透射過所述上偏振器。如果將LC層轉換，則偏振平面就不以上述方式改變，于是光線被上偏振器吸收(見圖10)。而且，在所述驅動狀態下，全部線偏振日光都被單元內偏振器16吸收，如分別對應于像素的反射部分和透射部分的圖9和10所示。在像素反射部分的黑色狀態時(見圖9)，全部線偏振光被單元內偏振器吸收。
本發明的第三替換實施例是將第一和第二替換實施例組合起來，即，在圖1所示的堆疊上加上吸收濾色器、單元內λ/4薄膜15和偏振器16，而去掉前λ/4薄膜8，并且最好也去掉吸收層9(在圖11中已去掉)，根據上述理由這一層是不必要的。所述實施例示于圖11，相應的光束光路圖案示于圖12(反射方式下的反射像素部分)和圖13(透射方式下的透射像素部分)。在此例中，或者通過吸收濾色器或者通過偏振器吸收全部不需要的環境光反射。
應當指出，雖然上述實例都描述有源矩陣透射反射式LCD，但本發明也同樣適用于無源矩陣透射反射式LCD。在這種情況下，TFT層3(例如圖1所示)用電極層例如ITO電極來代替，并且如果要在像素堆疊中設置吸收濾色器，可以將其設置在前襯底和IIO層之間。此外，以某種形式利用膽甾醇層的先有技術透射反射式LCD的一個問題是它們在透射和反射方式下通常會顯示倒像。但用上述顯示器時就沒有這種情況。當像素被驅動時，顯示器在透射方式和反射方式下都是黑色。在像素的非驅動狀態，顯示器在透射方式和反射方式下都是”白色”(在上例中為綠色)。
也應當指出，在本文公開的像素中(例如在圖1中)，像素的透射部分和反射部分1a、lb是同樣大小的。但是，在實際的顯示器中，反射部分通常大于顯示器的透射部分，結果，在一定程度上減少了在反射方式的綠色(“白色”)狀態時藍色和紅色光的混入，以及在反射和透射方式的黑色狀態時白色光的加入，因為反射面積較小。
而且，為了便于說明，對本發明的上述說明是針對左旋圓偏振光被反射的顯示器。但本專業的技術人員很容易代之以使上述本發明的結構適合于反射右旋圓偏振光。
另外，如上所述，以上已經參考顯示器的單一像素(在所述實施例中是綠色像素)描述了顯示器。但是，顯示器可以包括許多像素，例如許多綠色、紅色和藍色像素，以便產生全色顯示器。本發明同樣適用于任何色彩的像素，例如，對于紅色和藍色像素，以這樣的方式、與下面的描述相關地改變膽甾醇濾色器以及任何濾色器的色彩，使得在反射方式以及透射方式下像素分別為紅色或藍色，而不是象本實施例中那樣是綠色的。所以，每個像素要設計成發射一種基色的光，同時抑制其余基色的光。還應當指出，可以按形成全色光譜的任何方式來選擇像素的色彩，而不限于紅、綠和藍。
還應當指出，在本申請中，應當把”波長”一詞理解為波長或波長間隔。此外，應當把在本申請中所用”色彩”一詞理解為覆蓋某一波長或波長間隔。
權利要求
1.一種具有許多像素的透射反射式液晶顯示器，每個像素包括夾在前和后襯底之間的液晶層；后照光；設置在所述后襯底和所述后照光之間的半透明反射元件；前偏振器；以及控制所述液晶層光學特性的驅動結構，其中，所述像素又細分為反射像素部分和透射像素部分，其特征在于-在所述液晶層和所述后襯底之間設置膽甾醇層合成物，所述膽甾醇層合成物包括-在所述反射像素部分的第一膽甾醇層合成物部分，用于反射所需的像素基色，以及-在所述透射像素部分的第二膽甾醇層合成物部分，用于反射除所述所需的像素基色外的其余基色。
2.如權利要求1所述的透射反射式液晶顯示器，其中，所述第二膽甾醇層合成物部分包括第一層和第二層，其中所述第一層設置成反射第一其余基色的光而所述第二層設置成反射第二其余基色的光。
3.如權利要求1或2所述的透射反射式液晶顯示器，其中，所述像素還包括設置在所述液晶層和所述膽甾醇濾色器合成物之間的吸收濾色器，所述吸收濾色器設置成吸收所述其余基色，僅透射所需像素基色。
4.如上述權利要求中任何一項所述的透射反射式液晶顯示器，其中，所述像素還包括單元內四分之一波長延遲片和單元內偏振器，二者都設置在所述液晶層2和所述膽甾醇層合成物之間。
5.如上述權利要求中任何一項所述的透射反射式液晶顯示器，其中，將吸收層設置在所述反射像素部分，在所述第一膽甾醇層合成物部分和所述后襯底之間。
6.如權利要求5所述的透射反射式液晶顯示器，其中，在所述吸收層和所述后襯底之間設置鏡面元件。
7.如上述權利要求中任何一項所述的透射反射式液晶顯示器，其中，所述液晶層設置成起λ/2延遲板的作用。
8.如上述權利要求中任何一項所述的透射反射式液晶顯示器，其中，所述半透明反射元件由反射圓偏振器構成。
9.如上述權利要求中任何一項所述的透射反射式液晶顯示器，其中，所述驅動結構是有源矩陣驅動結構或無源矩陣驅動結構之一。
10.如上述權利要求中任何一項所述的透射反射式液晶顯示器，其中，所述第一和第二膽甾醇層合成物部分實質上占用同一單元間隙。
全文摘要
本發明涉及具有許多像素(1)的透射反射式液晶顯示器，每個像素包括夾在前和后襯底(4、5)之間的液晶層(2)；后照光(10)；設置在后襯底(5)和后照光10之間的半透明反射元件(7)；前偏振器(6)；以及控制液晶層(2)的光學特性的驅動結構(3)，其中，所述像素又細分為反射像素部分(1a)和透射像素部分(1b)。按照本發明，將膽甾醇層合成物(11、12)設置在液晶層(2)和后襯底(5)之間，所述膽甾醇層合成物包括在反射像素部分(1a)的第一膽甾醇層合成物部分(11)，用于反射所需的像素基色；以及在透射像素部分(1b)的第二膽甾醇層合成物部分(12)，用于反射除所需的像素基色外的其余基色。
文檔編號G02F1/1343GK1672090SQ03818446
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月22日 優先權日2002年8月2日
發明者C·多爾恩坎普 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司