專利名稱：反射型液晶顯示裝置及使用該裝置的投影儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反射型液晶顯示裝置及使用該裝置的投影儀，更具體地，涉及一種具有垂直排列結(jié)構(gòu)和更短響應(yīng)時(shí)間速度的反射型液晶顯示裝置及使用該裝置的投影儀。
背景技術(shù)：
通常，根據(jù)成像方法，將用于投影電視或者頂置(head mounted)裝置(HMD)中的微顯示器分為高溫多硅(HTPS)型、數(shù)字光處理(DLP)型、硅上液晶(LCoS)型。
LCoS型微顯示器利用反射型液晶顯示裝置來顯示圖像，并實(shí)現(xiàn)高清晰度以及低成本。因而，LCoS型微顯示裝置作為最具競(jìng)爭(zhēng)力的下一代微顯示器而受到關(guān)注。
根據(jù)所使用的液晶面板的數(shù)量，進(jìn)一步地把LCoS型投影電視分為三板型和單板型。
三板型投影儀使用三種反射型液晶顯示裝置分別單獨(dú)形成紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)圖像來實(shí)現(xiàn)彩色圖像。該三板型投影儀的優(yōu)點(diǎn)是，它能夠采用具有約為15ms的較慢響應(yīng)時(shí)間的反射型液晶顯示裝置來實(shí)現(xiàn)。這里所使用的術(shù)語“響應(yīng)時(shí)間”指的是，液晶的排列狀態(tài)根據(jù)控制信號(hào)變化恢復(fù)到其初始的排列狀態(tài)所花的時(shí)間。但是，相對(duì)于單板型投影儀，三板型投影儀的使用存在包括配置復(fù)雜和成本增加在內(nèi)的幾個(gè)缺點(diǎn)。
單板型投影儀通過利用單個(gè)反射型液晶顯示裝置來實(shí)現(xiàn)彩色圖像，這能夠使光學(xué)結(jié)構(gòu)和配置簡單并使成本降低。根據(jù)這種類型，在整個(gè)時(shí)間內(nèi)順序驅(qū)動(dòng)紅(R)，綠(G)，藍(lán)(B)圖像顯示與三板型投影儀相比需要更短的響應(yīng)時(shí)間。也就是說，為了避免色彩中斷，利用單板型來實(shí)現(xiàn)3色所需要的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)該少于約1ms。與單面板型的使用有關(guān)的另一個(gè)要求是高的對(duì)比度(C/R)。
能夠具有小于1ms的快速響應(yīng)時(shí)間的液晶顯示裝置中的一種是鐵電液晶顯示器(FLCD)。但是該FLCD有幾個(gè)局限性，即，難以獲得理想的對(duì)比度(C/R)和其性能容易劣化。
為了確保高的C/R，傳統(tǒng)上已經(jīng)有人提出采用垂直排列結(jié)構(gòu)的反射型液晶顯示裝置，如在2003年4月9日公開的標(biāo)題為“Reflecting Type LiquidCrystal Display Device，Display Apparatus，Projecting Optical System，andProiecting Display System”的日本專利公開No.2003-107482所公開的。
所公開的液晶顯示裝置具有以下特征，厚度不超過2μm的垂直排列的液晶層，以及垂直排列的液晶材料的折射率各向異性(Δn)大于0.1，這使得液晶的透射率的需求容易滿足5到6伏飽和電壓這樣的低電壓顯示(Vsat)。
具有這種垂直排列結(jié)構(gòu)的反射型液晶顯示裝置可獲得的最快的響應(yīng)時(shí)間約為1.9ms，同時(shí)保持不超過6V的飽和電壓。
因此，這種傳統(tǒng)的反射型液晶顯示裝置并不適合用于單板型投影儀中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有改進(jìn)的垂直排列結(jié)構(gòu)的反射型液晶顯示裝置，它具有小于1ms的快速響應(yīng)時(shí)間以及高的對(duì)比度，并提供使用該裝置的單板型投影儀。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種反射型液晶顯示裝置，包括具有反射電極的第一基板；具有透明電極的第二基板；設(shè)置在第一和第二基板上彼此相對(duì)地面對(duì)的第一和第二排列層；置于第一和第二排列層之間以在二者之間形成預(yù)定的單元間隙(d)的間隔件；以及注入到該單元間隙中的垂直排列的液晶，該單元間隙(d)不超過1.0μm，該液晶的介電各向異性(dielectric anisotropy)(Δε)是負(fù)值，以及液晶的折射率各向異性(refractiveindex anisotropy)(Δn)不小于0.14。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種投影儀包括光源，用于產(chǎn)生光并將所產(chǎn)生的光向一個(gè)方向引導(dǎo)照射；顏色分離單元，用于將從光源照射的光分離出顏色，并使光束對(duì)應(yīng)于分離的顏色以依次傳播；反射型液晶顯示裝置，用于選擇性地反射由顏色分離單元分離出的各個(gè)顏色的光束，并依次入射以形成圖像，該反射型液晶顯示裝置包括具有反射電極的第一基板，具有透明電極的第二基板，設(shè)置在第一和第二基板上彼此相對(duì)的第一和第二排列層，置于第一排列層和第二排列層之間以在二者之間形成預(yù)定的單元間隙(d)的間隔件，以及注入到該單元間隙中的垂直排列的液晶，該單元間隙(d)不超過1.0μm，液晶的介電各向異性(Δε)是負(fù)值，液晶的折射率各向異性(Δn)不小于0.14；光路改變單元，設(shè)置于光源和反射型液晶顯示裝置之間的光路上，用于改變從光源入射的光的光路，使光經(jīng)過該反射型液晶顯示裝置導(dǎo)向屏幕；以及投影透鏡單元，用于將反射型液晶顯示裝置所形成的圖像投向屏幕。


通過參照附圖來詳細(xì)地描述其示例性的實(shí)施例，本發(fā)明的上述方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性反射型液晶顯示裝置的截面示意圖；圖2A和2B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的反射型液晶顯示裝置的示例性操作過程；以及圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的投影儀的示例性光學(xué)設(shè)置。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，根據(jù)本發(fā)明的示例性的反射型液晶顯示裝置包括第一和第二基板11和25、第一和第二排列層15和21、間隔件17和液晶19。
第一基板11由反射材料形成，包括條狀反射電極13。反射電極13由高反射性材料如鋁形成。
第二基板25由透明材料形成，包括條狀透明電極23。透明電極23由銦錫氧化物(IT0)形成。
反射電極13和透明電極23設(shè)置成在對(duì)應(yīng)于象素的部分相互交叉，并用于控制各個(gè)象素的單元中的液晶19。
第一和第二排列層15和21各自相對(duì)地面向第一基板11和第二基板25。換句話說，將第一排列層15設(shè)置在第一基板11的頂表面上，而將第二排列層21設(shè)置在第二基板25的底表面上。該第一和第二排列層15和21確定液晶19的排列取向，這樣使得液晶19以垂直方向排列，具有一個(gè)滿足下列關(guān)系式(1)的預(yù)傾角80°≤α≤90°……(1)其中該預(yù)傾角α是通過研磨工藝形成的。
該預(yù)傾角α允許置于第一和第二排列層15和21之間的液晶19垂直布置。該第一和第二排列層15和21優(yōu)選由光排列層(light alignment layer)如聚酰亞胺或者二氧化硅(SiO2)層形成。
間隔件17位于第一排列層15和第二排列層21之間，并使得第一排列層15和第二排列層21彼此分開一預(yù)定的單元間隙(d)。由此，借助間隔件17可以在第一排列層15和第二排列層21之間形成一個(gè)內(nèi)部空間，而液晶19被注入到該內(nèi)部空間中。
間隔件17優(yōu)選為柱形或者球形，并由二氧化硅(SiO2)制成。
這種構(gòu)造的反射型液晶顯示裝置根據(jù)有無施加驅(qū)動(dòng)功率而具有不同的液晶取向。
圖2A示出了沒有施加驅(qū)動(dòng)功率時(shí)液晶的取向。參照?qǐng)D2A，液晶19垂直排列，并且允許發(fā)射光相對(duì)于入射光再次反射而無相位延遲。由此，在如圖2A所示的狀態(tài)中，當(dāng)后面將要描述的投影儀中采用了該反射型液晶顯示裝置時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)黑色圖像了。
圖2B示出了當(dāng)對(duì)根據(jù)本發(fā)明的反射型液晶顯示裝置施加驅(qū)動(dòng)功率時(shí)的液晶的取向。參照?qǐng)D2B，液晶19具有扭曲的取向。在這種情況下，入射光L被相位延遲了入射光波長的1/4同時(shí)它被導(dǎo)向第一基板11。這里，波長指的是可見光的中心波長，即550nm。從而，經(jīng)過第二基板25發(fā)出的出射光L′相位延遲了入射光L的半波長(1/2)。換句話說，當(dāng)入射光L是S偏振光時(shí)，出射光L′由于相位延遲而成為P偏振光。當(dāng)下面將要描述的投影儀采用了所示的液晶顯示裝置時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)白色圖像顯示。
鑒于單元間隙(d)、液晶19的介電各向異性(Δε)以及折射率各向異性(Δn)，上述反射型液晶顯示裝置滿足下面關(guān)系式(2)d≤1.0[μm]；Δε＜0；并且Δn≥0.14……(2)上面的關(guān)系式(2)表示在低飽和電壓(Vsat)下實(shí)現(xiàn)高亮度同時(shí)保持液晶的響應(yīng)時(shí)間τ不超過1msec所要求的條件。
響應(yīng)時(shí)間τ基本上和單元間隙(d)的平方成反比，也即τ～1/d2。由此，單元間隙(d)越小，響應(yīng)時(shí)間就越快。如果單元間隙(d)減小，飽和電壓(Vsat)會(huì)增加且亮度降低，這樣在減小單元間隙(d)時(shí)存在限制。
在本發(fā)明中，和單元間隙(d)不超過1[μm]有關(guān)的這些問題，也即，飽和電壓(Vsat)增長且亮度降低，可以通過使液晶19的折射率各向異性(An)保持在較高水平來解決。
考慮到前面所述，折射率各向異性Δn和單元間隙(d)應(yīng)滿足下面的關(guān)系式(3)d×Δn＝λ/4 ……(3)其中λ是入射到液晶顯示裝置的光的波長。
因而，在所述的實(shí)施例中，以大約550[nm]即可見光的中心波長作為波長λ，并且以1[μm]作為單元間隙(d)時(shí)，由此得出折射率各向異性(Δn)大約為0.138?；谶@個(gè)結(jié)果，在該液晶顯示裝置中采用了折射率各向異性(Δn)為0.14的液晶。
折射率各向異性(Δn)和單元間隙(d)的值如上面關(guān)系式(2)來設(shè)置，使得飽和單元(Vsat)能夠被調(diào)整到不大于6[V]的水平，同時(shí)保持響應(yīng)時(shí)間τ約為1[msec]，由此可以實(shí)現(xiàn)單板型投影電視。參照?qǐng)D3，根據(jù)本發(fā)明的示例性投影儀包括光源30；顏色分離單元40，用于從光源30照射的白光中分離出顏色；反射型液晶顯示裝置70，用于使入射光形成圖像；光路改變單元80，用于改變被導(dǎo)向屏幕(未示出)的圖像的光路；以及投影透鏡單元90，用于將由光路改變單元80改變了傳播路徑的光擴(kuò)展并將其同樣投影到屏幕上。
同樣，根據(jù)本發(fā)明的投影儀可進(jìn)一步包括光照均勻單元50，其設(shè)置在顏色分離單元40和光路改變單元80之間的光路上，用以使朝著反射型液晶顯示裝置70傳播的光成為均勻的光；以及中繼鏡60，用于使已經(jīng)通過了光照均勻單元50的光會(huì)聚和/或發(fā)散，并將光中繼到液晶顯示裝置70。
光源30包含用于產(chǎn)生光的燈31和使所產(chǎn)生的光以一個(gè)方向傳播的反射鏡35。根據(jù)曲面形狀，反射鏡35可以分為橢圓形鏡和拋物線形鏡。光源30的構(gòu)造本領(lǐng)域眾所周知，這里不給出對(duì)它的說明。
顏色分離單元40設(shè)置于光源30和液晶顯示裝置70之間的光路上。顏色分離單元40包括旋色片(color rotating plate)41，以及轉(zhuǎn)動(dòng)該旋色片41的驅(qū)動(dòng)器45。該旋色片41用于對(duì)從光源30入射的白光光束中具有預(yù)定波長的光束進(jìn)行時(shí)間或者空間地過濾。由此，利用驅(qū)動(dòng)器45將旋色片41轉(zhuǎn)動(dòng)，整個(gè)時(shí)間內(nèi)具有不同顏色的圖像就入射到液晶顯示裝置70。
光照均勻單元50由如圖3所示的玻璃棒構(gòu)成。光照均勻單元50也可以是復(fù)眼透鏡陣列(fly-eye lens array)。
光路改變單元80改變光路，使得從光源30發(fā)出的有效光被導(dǎo)入液晶顯示裝置70，并且將該從液晶顯示裝置70反射出的有效光導(dǎo)入投影透鏡單元90。
光路改變單元80優(yōu)選是根據(jù)偏振方向來透射或者反射光的偏振光分束器81。光源30射出非偏振光束，該偏振光反射器81將其中的一種偏振光束例如S偏振光反射引導(dǎo)到液晶顯示裝置70。另一方面，該偏振光分束器81透射來自光源30的入射光束中其它的偏振光束例如P偏振光，以允許該相移后的光可以被導(dǎo)入到投影透鏡單元90，該P(yáng)偏振光是當(dāng)液晶顯示裝置70導(dǎo)通/斷開時(shí)相移的。
反射型液晶顯示裝置70面對(duì)著偏振光分束器81的一個(gè)平面放置，并為各個(gè)象素獨(dú)立地選擇液晶的取向，由此形成圖像。反射型液晶顯示裝置70的響應(yīng)時(shí)間τ不超過1[msec]。液晶顯示裝置70基本上和上面參照?qǐng)D1，2A和2B所描述的反射型液晶顯示裝置一樣，這里不給出其詳細(xì)的說明。
如上所述，利用響應(yīng)時(shí)間τ不超過1msec的液晶顯示裝置可以實(shí)現(xiàn)單板型投影儀。
因此，通過優(yōu)化單元間隙和液晶的折射率各向異性，根據(jù)本發(fā)明的具有垂直排列結(jié)構(gòu)的反射型液晶顯示裝置可以實(shí)現(xiàn)高的對(duì)比度和不超過1msec的快速響應(yīng)時(shí)間。
此外，該液晶顯示裝置的使用可以實(shí)現(xiàn)單板型投影儀，由此實(shí)現(xiàn)微型化的投影儀以及低成本的顯示器。
權(quán)利要求
1.一種反射型液晶顯示裝置，包括具有反射電極的第一基板；具有透明電極的第二基板；設(shè)置在第二基板上彼此相對(duì)地面對(duì)的第一和第二排列層；置于第一排列層和第二排列層之間以在二者之間形成預(yù)定的單元間隙(d)的間隔件；以及注入到該單元間隙中的垂直排列的液晶，該單元間隙(d)不超過1.0μm，液晶的介電各向異性(Δε)是負(fù)值，且該液晶的折射率各向異性(Δn)不小于0.14。
2.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示裝置，其中第一和第二排列層的預(yù)傾角(α)滿足關(guān)系式80°≤α≤90°。
3.如權(quán)利要求2所述的反射型液晶顯示裝置，其中該間隔件由二氧化硅制成。
4.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示裝置，其中該間隔件由二氧化硅制成。
5.如權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的反射型液晶顯示裝置，其中第一和第二排列層是二氧化硅層或者光排列層。
6.一種投影儀，包括光源，用于產(chǎn)生光并將所產(chǎn)生的光向一個(gè)方向引導(dǎo)照射；顏色分離單元，用于將從光源照射的光分離出顏色，并將對(duì)應(yīng)于各分離的顏色的光束依次傳播；反射型液晶顯示裝置，用于選擇性地反射由該顏色分離單元分離出的各個(gè)顏色的光束，并依次使其入射，以形成圖像，該反射型液晶顯示裝置包括具有反射電極的第一基板，具有透明電極的第二基板，設(shè)置在第一基板和第二基板上彼此相對(duì)地面對(duì)的第一和第二排列層，置于第一排列層和第二排列層之間以在二者之間形成預(yù)定的單元間隙(d)的間隔件，以及注入到該單元間隙中的垂直排列的液晶，該單元間隙(d)不超過1.0μm，該液晶的介電各向異性(Δε)是負(fù)值，并且該液晶的折射率各向異性(Δn)不小于0.14；光路改變單元，其置于光源和反射型液晶顯示裝置之間的光路上，用于改變從光源入射的光的光路，使其經(jīng)由該反射型液晶顯示裝置被導(dǎo)向屏幕；以及投影透鏡單元，用于將由反射型液晶顯示裝置形成的圖像向屏幕投影。
7.如權(quán)利要求6所述的投影儀，其中第一和第二排列層的預(yù)傾角(α)滿足關(guān)系式80°≤α≤90°。
8.如權(quán)利要求7所述的投影儀，其中該間隔件由二氧化硅制成。
9.如權(quán)利要求6所述的投影儀，其中該間隔件由二氧化硅制成。
10.如權(quán)利要求6到9任一項(xiàng)所述的投影儀，其中該第一和第二排列層是二氧化硅層或者光排列層。
11.如權(quán)利要求6到9任一項(xiàng)所述的投影儀，其中該顏色分離單元包括多個(gè)濾色器，用于使從光源入射的白光光束中具有預(yù)定波長的光束選擇性地通過，該多個(gè)濾色器中的每個(gè)都具有依序可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在光路上的旋色片；以及轉(zhuǎn)動(dòng)旋色片的驅(qū)動(dòng)器。
12.如權(quán)利要求6到9任一項(xiàng)所述的投影儀，其中該光路改變單元是偏振光分束器，用于根據(jù)偏振方向透射或者反射入射光。
13.如權(quán)利要求6到9任一項(xiàng)所述的投影儀，還包括設(shè)置于光源和光路改變單元之間的光路上的光照均勻單元，從而使從光源照射出的光均勻。
全文摘要
提供了一種反射型液晶顯示裝置及使用該裝置的投影儀。該反射型液晶顯示裝置包括具有反射電極的第一基板，具有透明電極的第二基板，設(shè)置在第一基板和第二基板上彼此相對(duì)地面對(duì)的第一和第二排列層，置于第一排列層和第二排列層之間以在二者之間形成預(yù)定的單元間隙的間隔件，以及注入到該單元間隙中的垂直排列的液晶，該單元間隙不超過1.0μm，該液晶的介電各向異性是負(fù)值，且該液晶的折射率各向異性不小于0.14。該投影儀包括光源、顏色分離單元、用于選擇性地反射由顏色分離單元分離出的各色光束并依次將其入射以形成圖像的反射型液晶顯示裝置，置于光源和反射型液晶顯示裝置之間的光路上的光路改變單元，及投影透鏡單元。
文檔編號(hào)G02F1/139GK1614467SQ20041009816
公開日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2004年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月6日
發(fā)明者王種敏, 樸相務(wù), 吳鎮(zhèn)慶, 趙泰熙, 金有珍, 古市啟二, 玄淳瑩, 金周永, 金昌柱 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社