專利名稱：具有飽和色和高亮度的反射式lcd的制作方法
技術領域：
本發明涉及反射式彩色液晶顯示器(LCDs)。
在反射式液晶顯示器中，入射光被吸收濾色片過濾，并接著被IDR(內部漫反射體)以漫射方式反射。IDR典型地由沉積在粗糙表面頂部的金屬層構成，使其作為反射鏡，不僅反射在反射方向(specular direction)內的光，而且反射圍繞該方向的一定角度范圍內的光。因此改進顯示器的視角特性。
為了增加常規反射式彩色LCD的反射率并從而增加亮度，它們的吸收濾色片設計為具有廣闊的RGB(紅、綠、藍)反射帶。R、G、和B濾色片的吸收帶的邊緣緊密地放置在一起，以反射盡可能多的光，并從而增加LCD的反射率。然而，由于高色純度，或者飽和色，要求較小的光譜帶寬，寬光譜帶寬(～100nm)也降低三原色R、G和B的色純度。因此在常規反射式彩色LCD中不可能獲得飽和色。
因為高亮度更為重要，所以所得到的更低的色純度通常被反射式LCD(像用于手機、PDA等中)的用戶認為是理所當然的。然而由于色純度是關于圖像質量的一個重要方面，這種折衷是非常有害的。因此需要改進的LCD，其基本上不削弱顯示器亮度，并提供改進的色純度。
增加色純度的一個方法是使吸收濾色片的吸收帶大大變窄。例如，使吸收帶只有10nm寬，提供極好的飽和色。然而該方法的明顯缺點在于，將只有一小部分的可見光譜從顯示器反射(跨越可見光譜的可能范圍400nm-700nm＝300nm中的至多3×10nm＝30nm)，從而導致非常低的顯示器總體反射率。
改進色純度并保持高亮度的更好辦法是使用全息濾色片或全息反射體(HR)。HR是由一組作為干涉濾波器的電介質層構成的濾波器為具有特定的窄波長帶的光而設計，該光將經受特定入射角的結構干涉。在其他入射角和/或其他波長下，HR將近乎透明。因此HR將反射光譜寬度非常窄的光(也就是非常飽和的光)。
HR強大的波長選擇性是所有干涉濾波器的通用特性，并源于結構干涉的條件較強地依賴于波長的事實。反射的非漫射特性確保反射率較高沒有光反射進入觀察者不觀察的方向。
然而該方法的缺點是反射光的較強的角度依賴性只有對于某個特定的視角，亮度才較高；對于所有其他方向，反射率接近于零，而因此對于這些視角，顯示器是不可用的。
本發明提出將具有色彩吸收濾波器的全息反射體和內部漫反射鏡合并在反射式LCD中。這種合并提供兩個直接的好處所有色彩的漫反射率保持與常規LCD中相同，從而提供正常(限制)的色純度；并且在某個特定的視角下(依賴于使用的全息反射體)，LCD具有更高的色純度和亮度。
因此，根據發明的一個方面，提供一種反射式液晶顯示器，包括液晶層、吸收濾色片和寬帶反射體。本發明的LCD進一步包括安排在上述液晶層和上述寬帶反射體之間的全息反射體。
這樣為LCD提供附加特性，也就是關于某個特定視角的改進的亮度和色純度的增加，不損害用戶已經習慣的已有的顯示器性能。
對于觀察者的總體效果依賴于觀察顯示器的角度對于所有入射角，除了為其設計HR的角度(例如，法線的30°，便利的讀取方向)，反射光將具有如吸收濾色片確定的寬帶光譜。這與常規濾色片設計中相同，也就是更低但通常能接受的色純度。
在30°入射角下，反射光將是寬帶光和飽和光的混合光。該混合光的色純度大大高于先前情況下光的色純度。
因此結果為最終用戶將體驗到以下除去亮度和色純度將大大提高的特定角度(例如30°)之外，顯示器表現為正常的LCD。
對于所有顏色存在兩種方法獲得這一點或者借助于白光HR(有效地為在彼此頂部的三種非圖樣HR堆疊，紅色、綠色、和藍色，都設計為相同角度)，或者借助于RGB-圖樣HR。
因此白光HR潛在地反射三種不同色彩，但結構吸收濾色片的同時使用導致只有一種(寬帶)顏色在任意給定點射入HR，并因此確保只有一種(飽和)色彩被HR反射。由于成本原因，白光HR為許多應用的首選選擇。
本發明的LCD可以應用于具有反射式LCD的任何器件，例如移動電話、PDA、便攜式計算機等等。
如上所述，全息反射體以不同于其他LCD應用的應用類型為人所知。HR可以設計為以反射角(specular angle)或另一角度反射。然而，對于該發明來說，HR基本上反射到某個單一方向(或反射入一定范圍內的方向，其中該范圍的延展非常窄，并且為了實用目的，可以被視為“一個”方向)是重要的。增加的波長延展增加了反射角中的亮度，但降低了色純度。對于典型應用，即使角度延展優選為應該小于2°，小于10°的角度延展也是可以接受的。增加的角度延展加寬了可以觀察關于亮度和色純度的正面效果的角度，但是當然也減小了效能。對于多數應用，小于50nm的波長延展是可以接受的，但是通常優選為小于10nm的波長延展。
根據一個優選實施例，吸收濾色片安排在上述全息反射體的觀察者一側。因此射入HR的光已經被過濾一次，而因此吸收濾色片有助于防止不希望得到的色彩到達HR。
在使用白光HR的情況下，吸收濾色片實際上必須沉積在HR的觀察者一側，以消除任何不希望得到的色彩到達HR。
附圖簡述以下，將參考示例附圖進一步描述發明，其中
圖1示意性地示出常規反射式LCD；圖2示出常規吸收濾色片的吸收光譜；圖3在用于單色顯示器的情況下，示意性地示出基于全息反射體的濾色片；圖4-6示意性地示出本發明的LCD，該LCD具有吸收濾波器和全息反射體。
發明詳述在圖1中，示出常規反射式LCD 100，具有吸收濾色片101、液晶層102和內部漫反射鏡(IDR)103。在該特定顯示器中，構造吸收濾波器以限定紅(R)、綠(G)和藍(B)色子像素。因此依賴于該濾波器的局部特性，在該吸收濾波器中過濾射入顯示器的光束。因此在濾波器的紅色部分吸收除具有紅色頻率之外的每條光束，等等。例如，假定像素為“導通”狀態，在藍色濾波器部分射入顯示器的藍色光束104透射通過藍色部分，并通過液晶層102，并在漫反射體103處被漫反射。
在圖2中，示出結構吸收濾色片的吸收特性。虛線201指明藍(B)色部分的特性，實線202對應于綠色部分(G)，而點線203對應于紅(R)色部分。正如可以看見的那樣，各個濾波器部分的透射光譜幾乎重疊，使得透射光通量最大化。因此，大約三分之一的入射光的總量透射通過結構吸收濾波器。
圖3示出具有全息反射體302的LCD 300，其中全息反射體302安排在液晶層301之后，代替了圖1的吸收濾色片以及漫反射鏡。全息反射體設計為反射特定角度α°的光。為了清楚的原因，只示出紅色子像素。因此，從角度α°射入顯示器的紅色光束“A”將在全息反射體處經歷全反射，然而從不同角度射入的光束“B”將不受全息濾波器影響，并因此將完全透射。對于不同顏色的光束當然也將會發生全透射，即使它們以要求的角度α°射入。
圖4示意性地示出本發明的顯示器400，具有全息反射體403、吸收濾色片401以及漫反射鏡404。濾色片401安排在液晶層402的正面一側，然而全息反射體403和漫反射鏡404安排在液晶層402的背部。
通過考慮射入紅色像素的兩條紅色光束(圖4中的光束A和B)，可以推斷出關于色純度、視角和亮度的顯示器特性光束A該光束在為其設計的角度下精確地進入全息反射體。這意味著光譜的飽和部分(在此情況下的純紅色)將會被鏡面反射入由箭頭A指明的方向。該反射并非漫射，并因此具有較高的幅值。光譜的剩余部分(被頂部的吸收濾色片透射)將表現為光束B。
光束B該光束以使HR透明的角度進入，并因此將透射通過HR，并將代替地被IDR漫反射入由小箭頭B’指明的方向。然而由于其為漫射，反射率沒有光束A高。
有益效果可以如下評估通過使用全息反射體而獲得的定量改進。
考慮明確定義的、準直的環境照明的情況，并比較以下兩種情形情況1只被常規IDR反射；該IDR具有在角度范圍-30°-+30°上較為平坦的反射特性。
情況2被HR和IDR的組合反射。假定HR在角度范圍-2.5°-+2.5°內反射一小部分可見光譜(比方說光譜的3％，也就是所有紅光的大約10％)。
現在考慮已經通過上層吸收紅光濾色片的光，并指定光通量為100％。該結果為最終到達觀察者眼睛的百分數。
在情況1中，IDR將100％反射入角度范圍-30°-+30°。被用戶有效看見的范圍，比方說-2.5°-+2.5°，將只反射大約0.69％(30°跨越的立體角大約為2.5°跨越的立體角的(30°/2.5°)2＝144倍，而且1/144＝0.69％)。
在情況2中，HR和IDR的組合將小帶寬光譜的100％反射入5°的角度范圍，也就是1/10*100％＝10％。
HR和IDR的組合處在理想準直光的情況下比只有IDR更有效10/0.69＝14倍。然而，實際上不能理想準直照明，因此實際上該評估將還會偏低。但仍然，改進是明顯的。
圖5示意性地示出本發明的RGB顯示器500，具有結構全息反射體503、結構吸收濾色片501和漫反射體504。濾色片501安排在液晶層502的正面一側，然而全息反射體503和漫反射體504安排在液晶層502的背部。
通過構造濾色片和全息反射體獲得多色彩顯示器。
圖6示意性地示出類似結構的顯示器600，具有白光全息反射體603、吸收濾色片601和漫反射鏡604。吸收濾色片601安排在液晶層602的正面一側，然而全息反射體603和漫反射體604仍安排在液晶層602的背部。
總之，本發明提供反射式彩色液晶顯示器(LCD)，包括全息反射體以及吸收濾色片和漫反射體的組合。當從特定方向觀察顯示器時，全息反射體提供飽和色，而當從其他方向觀察顯示器時，吸收濾波器/漫反射鏡的組合提供可以接受的色彩飽和度。因此將只具有吸收濾波器/漫反射體的常規LCD的優勢，與只具有全息反射體的LCD的優勢結合。
權利要求
1.一種反射式液晶顯示器(500，600)，包括液晶層(502，602)、吸收濾色片(501，601)和寬帶反射體(504，604)，所述液晶顯示器(500，600)進一步包括全息反射體(503，603)，其設置在所述液晶層(502，602)和所述寬帶反射體(504，604)之間。
2.根據權利要求1所述的反射式液晶顯示器(500，600)，其中所述吸收濾色片(501，601)設置在所述全息反射體(503，603)的觀察者一側。
3.根據權利要求1所述的反射式液晶顯示器(500，600)，其中所述寬帶反射體(504，604)為漫反射體。
4.根據權利要求1所述的反射式液晶顯示器(500，600)，其中所述吸收濾色片為結構RGB濾波器(501，601)，其限定紅、綠和藍色子像素，因此所述液晶顯示器為RGB顯示器。
5.根據權利要求1所述的反射式液晶顯示器(600)，其中所述全息反射體(603)為白色全息反射體。
6.根據權利要求4所述的反射式液晶顯示器(500)，其中所述全息反射體(503)為結構全息反射體，其限定對應于所述吸收濾色片的紅、綠和藍色子像素。
全文摘要
本發明提供一種反射式彩色液晶顯示器(400)，包括全息反射體(403)以及吸收濾色片(401)和漫反射體(404)的組合。當從特定方向觀察顯示器時，全息反射體(403)提供飽和色，而當從其他方向觀察顯示器時，吸收濾波器(401)/漫反射體(404)的組合提供可以接受的色彩飽和度。因此將只具有吸收濾波器/漫反射鏡的常規LCD的優勢，與只具有全息反射體的LCD的優勢結合。
文檔編號G02B5/32GK1806191SQ200480016714
公開日2006年7月19日 申請日期2004年6月8日 優先權日2003年6月16日
發明者赫拉爾杜斯·P·卡曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司