專利名稱：反射混合式扭曲向列型液晶顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反射混合式扭曲向列型液晶顯示器(reflectivemixed-mode twisted nematic LCDs)，尤其涉及一種帶有最佳扭曲角，起偏振角和延遲量的上述顯示器。
和透射式液晶顯示器相比，反射式液晶顯示器以具有各種優(yōu)點(diǎn)著稱。反射式液晶顯示器具有較低的功率損耗，更容易在日光下讀數(shù)，縱斷面較薄，且重量較輕。
以背光照明的透射式矩陣液晶顯示器通常采用扭曲90°的向列型液晶盒(cell)。這種盒以偏振旋轉(zhuǎn)(旋光)機(jī)理工作以便提供光電效應(yīng)。入射線性偏振光追隨LC導(dǎo)向器(director)的扭曲。因此，當(dāng)光通過盒時(shí)，其偏振軸約旋轉(zhuǎn)90°，而且透過正交偏振器。
當(dāng)這種透射式扭曲向列型液晶盒用于反射式顯示器時(shí)，產(chǎn)生不良的亮度和低分辨率。由于光兩次通過正交偏振器導(dǎo)致亮度不良，而由于在液晶盒和反射鏡之間的偏振器厚度產(chǎn)生的視差導(dǎo)致低分辨率。
吳新宗等在應(yīng)用物理快報(bào)(美)58(11)，3月11，(1996)1455-1457頁的文章“用于反射式顯示器的混合式扭曲向列型液晶盒”中描述了一種改進(jìn)的反射式顯示器，稱為混合式扭曲向列型液晶盒。雖然通過使用透射扭曲向列型液晶盒，吳等提出的裝置在增進(jìn)亮度和消除由使用透射式扭曲向列型液晶盒產(chǎn)生視差方面具有優(yōu)勢(shì)，但提出的裝置并不具備最佳性能。
本發(fā)明涉及改進(jìn)反射混合式扭曲向列型液晶顯示器的性能。
按照本發(fā)明，提供了一種具有扭曲角在67°和83°之間，起偏振角在5°和111°之間，延遲量在0.18和0.28之間的反射混合式扭曲向列型液晶顯示器。
起偏振角可適當(dāng)?shù)匕哂袕?°至21°和從95°至111°的多種適用范圍。
在一種裝置中扭曲角是76°±3°，起偏振角是18°±3°，而延遲量是0.25±0.03。在該裝置中，優(yōu)選扭曲角為76°，起偏振角為18°，延遲量為0.25。
在另一種裝置中，扭曲角為70°±3°，起偏振角是8°±3°，延遲量是0.21±0.03。在該裝置中，優(yōu)選扭曲角為70°，起偏振角為8°，延遲量為0.21。
在另一種裝置中，扭曲角是80°±3°，起偏振角為16°±3°，延遲量為0.23±0.03。在該裝置中，優(yōu)選扭曲角為80°，起偏振角為16°，延遲量為0.23。
起偏振角可為98°，108°，或106°，各自±3°。在每一種情況下延遲量可以分別為0.21，0.25和0.23。具有這種起偏振角的器件的光學(xué)性能類似或等同于偏振器的轉(zhuǎn)動(dòng)通過上述值減去90°，即在8°，18°，或16°起偏振角上。
顯示器可包具有偏振器，液晶盒和反光裝置，并可為直視顯示器。
另外，顯示器可包括偏振光束分束器，液晶盒和反光裝置。這類顯示器通常是投影顯示器。
為了更便于理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參照附圖用實(shí)例說明實(shí)施例，其中

圖1是正常黑色的直視反射式液晶顯示器的示意圖；圖2是正常白色的投影反射式液晶顯示器的示意圖；圖3表示混合式扭曲向列型液晶顯示器扭曲角和起偏振角的定義；圖4表示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，相對(duì)于顯示器所有波長(zhǎng)的綜合反射率的延遲曲線圖，其中扭曲角是76°，起偏振角是18°，而延遲量是0.25；圖5是本發(fā)明的第一實(shí)施例中延遲量相對(duì)于延遲量變化靈敏度的曲線圖；圖6是本發(fā)明第一實(shí)施例的顯示器中，波長(zhǎng)相對(duì)于反射率的曲線圖；圖7表示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的顯示器三色的“開”-“關(guān)”變化曲線。
圖8表示按照本發(fā)明第二方面的顯示器，延遲量相對(duì)于所有波長(zhǎng)的綜合反射率的曲線圖，其中扭曲角是70°，起偏振角是8°，延遲量是0.21；圖9表示本發(fā)明的第二實(shí)施例中，延遲量相對(duì)于延遲量變化靈敏度的曲線圖；圖10是本發(fā)明第二實(shí)施例的顯示器中，波長(zhǎng)相對(duì)于反射率的曲線圖；圖11表示按照本發(fā)明第二實(shí)施例的顯示器，三色的“開”-“關(guān)”變化曲線；圖12表示按照本發(fā)明第三實(shí)施例的顯示器，延遲量相對(duì)于所有波長(zhǎng)的綜合反射率的曲線圖，其中扭曲角是80°，起偏振角是16°，延遲量是0.23；圖13是本發(fā)明第三實(shí)施例中，延遲量相對(duì)于延遲量變化靈敏度的曲線圖；圖14是本發(fā)明第三實(shí)施例的顯示器中，波長(zhǎng)相對(duì)于反射率的曲線圖；圖15是按照本發(fā)明第三實(shí)施例的顯示器，表示三色的“開”-“關(guān)”變化曲線；圖16表示本發(fā)明的第一，第二和第三實(shí)施例與三個(gè)比較實(shí)例中，“關(guān)”態(tài)波長(zhǎng)相對(duì)于歸一化反射率的曲線圖；圖17表示第一個(gè)比較實(shí)例的顯示器中，三色的“開”-“關(guān)”變化曲線；圖18表示第二個(gè)比較實(shí)例的顯示器中，三色的“開”-“關(guān)”變化曲線；圖19表示第三個(gè)比較實(shí)例的顯示器中，三色的“開”-“關(guān)”變化曲線；混合式扭曲向列型液晶顯示器可用于直視或投影配置，通過調(diào)整盒的參數(shù)，正常的白色和黑色液晶盒均可獲得。使用單個(gè)偏振器的正常白/黑色直視操作對(duì)應(yīng)于使用偏振光束分束器的黑/白色投影操作。
圖1表示正常黑色的直視反射式液晶顯示器的示意圖。然而，應(yīng)該理解直視顯示器并非必須用正常黑色的并使用偏振器。該顯示器包括前基片1，單個(gè)偏振器3，液晶5和在其上具有反射鍍膜的后基片7。
入射光用偏振器3產(chǎn)生線性偏振。在“關(guān)”狀態(tài)中，液晶5的扭曲和雙折射在反射光的偏振態(tài)中，引起90°的變化。反射光隨即被偏振器擋住，產(chǎn)生暗的圖象。在“開”狀態(tài)中，入射光的偏振態(tài)不變并允許反射光通過偏振器產(chǎn)生亮的圖象。圖1同時(shí)表示“關(guān)”和“開”的狀態(tài)。
圖2表示正常白色的投影反射式液晶顯示器的示意圖。和圖1的裝置比較，偏振器1用偏振光束分束器9代替。然而，應(yīng)當(dāng)理解投影顯示器不一定要用正常白色的并使用偏振光束分束器，液晶導(dǎo)向器至偏振光束分束器9的角度和圖1中偏振器3的角度相同。通過從具有偏振光束分束器9的三棱鏡偏振器上反射使入射光產(chǎn)生線性偏振而且引向液晶5，它和圖1裝置的液晶5相同。光被具有反射鍍膜的后基片7反射回來，該后基片和圖1裝置中的后基片7相同。在“關(guān)”狀態(tài)中，從后基片7在反射光中引起偏振態(tài)的90°變化，反射光可通過偏振光束分束器在屏幕11上產(chǎn)生亮的圖象。在“開”的狀態(tài)中，反射光的偏振態(tài)不變。光隨即被偏振光束器反射回到入射光的方向，從而在屏幕11上產(chǎn)生暗的圖象。圖2表示用于“關(guān)”和“開”狀態(tài)的裝置。
應(yīng)當(dāng)指出，偏振光束分束器的正常白色方式也可用于直視操作。
下面的討論采取正常白色的(即在“關(guān)”態(tài)的白色)投影顯示器。
在正常的白色投影操作中，“關(guān)”態(tài)的亮度取決于液晶的雙折射。因此，盒參數(shù)的精確調(diào)諧是絕對(duì)必要的。
現(xiàn)有各實(shí)施例尋求獲得(1)最大對(duì)比度，(2)對(duì)不同波長(zhǎng)(帶寬)響應(yīng)的均勻性，和(3)對(duì)盒間隙變化響應(yīng)的不靈敏性。
在直視和投影配置中，在彩色的依次應(yīng)用中，對(duì)不同波長(zhǎng)的盒響應(yīng)的均勻性都是重要的，其中信號(hào)用于三色的多路及時(shí)傳送。彩色的依次應(yīng)用需要一種單一的寬帶液晶盒。
在現(xiàn)有技術(shù)的混合式扭曲向列型液晶顯器中，性能對(duì)盒間隙變化是非常敏感的，而這就是為什么具有對(duì)盒間隙變化的不靈敏性對(duì)本發(fā)明各實(shí)施例都具有特殊重要性。液晶顯示器的延遲量被定義為盒間隙和液晶雙折射率的乘積。
圖3表示混合式扭曲向列型液晶顯示器扭曲角和起偏振角參數(shù)的定義。扭曲角是混合式的扭曲向列型盒前后表面準(zhǔn)直方向間的差。偏振角是混合式扭曲向列型液晶盒前表面準(zhǔn)直方向和偏振軸間的夾角。
要實(shí)現(xiàn)對(duì)延遲量變化響應(yīng)的不靈敏性，已開發(fā)出一種性能測(cè)量方法。允許延遲量變化±0.01并獲得兩條響應(yīng)曲線之間的整數(shù)差。令Rr(r)為在延遲量為r時(shí)，在波長(zhǎng)λ處測(cè)量的液晶顯示器的反射率。定義φ(r)=∫Rr(λ)dλλ=400m700nm]]>為在“關(guān)”態(tài)亮度的量度。在一種特定延遲量值處光譜性能對(duì)延遲量變化的靈敏度定義為Ω(r)＝|φ(r+0.01)-φ(r-0.01)|
注意用于“開”“關(guān)”變化模擬時(shí)，帶有一種單一的理想編振器的反射方式用于仿真偏振光束分束器的使用。這導(dǎo)致偏振轉(zhuǎn)向(暗態(tài)變亮反之亦然)。
已經(jīng)導(dǎo)出三種配置，它們給出良好“關(guān)”態(tài)亮度的“開”態(tài)暗度，對(duì)延遲量變化的不靈敏性，和頻率響應(yīng)中的極好均勻性。它們給定如下(1)76°±2°扭曲角，18°±2°起偏振角，和0.25±0.02的延遲量(縮寫為76，18，0.25方式)(2)70°±2°扭曲角，8°±2°起偏振角，和0.21±0.02的延遲量(縮寫為70，8，0.21方式)(3)80°±2°扭曲角，16°±2°起偏振角，和0.23±0.02的延遲量(縮寫為80，16，0.23方式)76，18，0.25方式(1)用于76°扭曲角，18°起偏振角方式，模擬具有不同延遲量(0.20-0.30，0.01步驟)的液晶盒。圖4和5分別表示φ(r)和|φ(r+0.01)-φ(r-0.01)|。由圖4和5可見，φ(r)的最大值和|φ(r+0.01)-φ(r-0.01)|的最小值出現(xiàn)在延遲量0.25處。該延遲量值對(duì)應(yīng)于最大“關(guān)”態(tài)亮度和按上述定義延遲量變化的最小靈敏度。圖6表示76，18，0.25方式的波長(zhǎng)相對(duì)于歸一化反射率的曲線圖，圖7表示三種波長(zhǎng)450mm，550mm和650mm的“開”、“關(guān)”變化曲線。注意在圖7中的偏振轉(zhuǎn)向。
70，8，0.21方式(2)圖8和9分別表示延遲量值0.15≤r≤0.25的φ(r)和|φ(r+0.01)-φ(r-0.01)|的最小值出現(xiàn)在延遲量值0.21處。該值對(duì)應(yīng)于最大“關(guān)”態(tài)亮度和按我們的標(biāo)準(zhǔn)的延遲量變化的最小靈敏度。圖10表示波長(zhǎng)相對(duì)于靜態(tài)的反射率曲線圖，而圖11表示“開”“關(guān)”變化曲線。注意圖11中的偏振轉(zhuǎn)向。
80，16，0.23方式(3)
圖12和13分別表示延遲量值從0.20至0.30的φ(r)和|φ(r+0.01)-φ(r-0.01)|?？梢钥闯靓?r)的最大值和|φ(r+0.01)-φ(r-0.01)|的最小值出現(xiàn)在對(duì)應(yīng)于最大“關(guān)”態(tài)亮度和按上述標(biāo)準(zhǔn)的延遲量變化的最小靈敏度處。圖14表示波長(zhǎng)對(duì)靜態(tài)反射率的曲線，而圖15表示“開”-“關(guān)”變化曲線。注意圖15中的偏振轉(zhuǎn)向。
對(duì)(1)至(3)的每一種方式，扭曲角，起偏振角和延遲量的范圍可以分別地改變±3°，±3°和±003(而不是上述的±2°，±2°和±0.02)，并仍提供優(yōu)異的特性曲線。然而，在較大的范圍內(nèi)，背景彩色可出現(xiàn)在顯示器上。在某些用途中這是可以承受的。
比較實(shí)例三種公認(rèn)的已有混合式向列型操作方式如下(4)45°扭曲角，22.5°起偏振角和0.32延遲量(縮寫為45，22.5，0.32方式)(5)60°扭曲角，30°起偏振角和0.35延遲量(縮寫為60，30，0.35方式)(6)90°扭曲角，20°起偏振角和0.24延遲量(縮寫為90，20，0.24方式)圖16表示根據(jù)本發(fā)明和比較實(shí)例的(4)-(6)方式的“關(guān)”態(tài)波長(zhǎng)相對(duì)于方式(1)-(3)歸一化反射率的曲線。
圖16中方式(1)的特性曲線用圓圈“0”表示；方式(2)的特性曲線用實(shí)線“-”表示；方式(3)的特性曲線用虛線“…”表示；方式(4)的特性曲線用星號(hào)“*”表示；方式(5)的特性曲線用叉號(hào)“×”表示；而方式(6)的特性曲線用加號(hào)“+”表示。
在對(duì)不同波長(zhǎng)(較寬帶)和亮度響應(yīng)的較高均勻性方面，方式(1)-(3)優(yōu)于方式(4)-(6)。方式(5)的反射率在約550mm處達(dá)到峰值，但彩色很分散。方式(4)和(6)不夠亮。
下表表示“關(guān)”態(tài)的φ和Ω的量度?？梢钥闯觯谛阅莒`敏度對(duì)延遲量變化較小的意義上，方式(1)-(3)優(yōu)于方式(4)-(6)。圖17，18和19表示方式(4)-(6)的“開”-“關(guān)”變化曲線。可以看出，在“關(guān)”態(tài)方式(4)-(6)不夠亮，而方式(5)是色散的。
根據(jù)本發(fā)明，方式(1)-(3)和在比較實(shí)例的方式(4)-(6)中使用的彩色為450nm(淺藍(lán))550nm(紫色)和650nm(深藍(lán))。
本發(fā)明可特別用于直視或投影操作的反射式微型顯示器中。微型顯示器是小的，高分辨率顯示器，更多的細(xì)節(jié)，可在網(wǎng)址WWW.MICRODISPLAYWEB.COM中找到。一種適用于本發(fā)明的具體微型顯示器是以具有反射液晶層有效矩陣的整體硅夾層為基礎(chǔ)的顯示器。
權(quán)利要求
1.反射混合式扭曲向列型液晶顯示器件，具有在67°和83°之間的扭曲角，在5°和111°之間的起偏振角，在0.18至0.28之間的延遲量。
2.如權(quán)利要求1的器件，其特征在于起偏振角包括5°至21°和95°至111°的范圍。
3.如權(quán)利要求1的器件，其特征在于該器件具有76°±3°的扭曲角，18°±3°的起偏振角，0.25±0.03的延遲量。
4.如權(quán)利要求3的器件，其特征在于該器件具有76°的扭曲角，18°的起偏振角和0.25的延遲量。
5.如權(quán)利要求1的器件，其特征在于該器件具有70°±3°的扭曲角，8°±3°的起偏振角和0.21±0.03的延遲量。
6.如權(quán)利要求5的器件，其特征在于該器件具有70°的扭曲角，8°的起偏振角和0.21的延遲量。
7.如權(quán)利要求1的器件，其特征在于該器件具有80°±3°的扭曲角，16°±3°的起偏振角和0.23±0.03的延遲量。
8.如權(quán)利要求7的器件，其特征在于該器件具有80°的扭曲角，16°的起偏振角和0.23的延遲量。
9.如權(quán)利要求1的器件，其特征在于該器件合76°±3°的扭曲角，108°±3°的起偏振角和0.25±0.03的延遲量。
10.如權(quán)利要求9的器件，其特征在于該器件具有76°的扭曲角，108°的起偏振角和0.23的延遲量。
11.如權(quán)利要求1的器件，其特征在于該器件具有70°±3°的扭曲角，98°±3°的起偏振角和0.21±0.03的延遲量。
12.如權(quán)利要求11的器件，其特征在于該器件具有70°的扭曲角，98°的起偏振角和0.21的延遲量。
13.如權(quán)利要求1的器件，其特征在于該器件具有80°±3°的扭曲角，106°±3°的起偏振角和0.23±0.03的延遲量。
14.如權(quán)利要求13的器件，其特征在于該器件具有80°的扭曲角，106°的起偏振角和0.23的延遲量。
15.如權(quán)利要求1至14中任何一種的器件，其特征在于該器件是包括偏振器，液盒和反光裝置的顯示器。
16.如權(quán)利要求1至14中任何一種的器件，其特征在于該器件是一種顯示器，包括偏振光束分束器，液晶盒和反光裝置。
17.反射混合式扭曲向列型液晶顯示器，基本上根據(jù)如上文所述及/或基本上在附圖的圖1至16的任何一種及其組合中所述。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種反射混合式扭曲向列型液晶顯示器,直觀顯示器由前基片(1),偏振器(3)液晶(5)和具有反射鍍膜的后基片(7)組成。扭曲角，起偏振角和延遲量已經(jīng)優(yōu)化并屬于下列范圍；扭曲角在67°和83°之間;起偏振角在5°和21°之間或在95°和111°之間;延遲量在0.18和0.28之間。顯示器的另一種配置是投影顯示器,具有前基片,帶反射鍍膜的后基片,在基片之間的液晶,偏振光束分束器和屏幕。
文檔編號(hào)G02F1/139GK1247327SQ99119009
公開日2000年3月15日 申請(qǐng)日期1999年9月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月9日
發(fā)明者楊偉梁 申請(qǐng)人:瓦智能Bvi有限公司, 特倫斯·萊斯莉·約翰遜