專利名稱：半透射式液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半透射式液晶顯示裝置，特別涉及設(shè)置在顯示面板正面的光學(xué)控制層的構(gòu)造。
本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)近幾年來，半透射式液晶顯示裝置已被用于諸如PDA(個人數(shù)字助理)、便攜電話和便攜電子設(shè)備之類，需要限制功耗和提高顯示性能的應(yīng)用。就這些應(yīng)用而言，半透射式液晶顯示裝置是優(yōu)選的，它在白天或在明亮的戶內(nèi)環(huán)境中利用諸如日光或照明光線之類的外部光線，在夜間或在黑暗的戶內(nèi)環(huán)境中則進一步利用背光。
然而，當半透射式液晶顯示裝置主要是在夜間使用背光系統(tǒng)的全透射模式中使用的時候，裝置有時候引起這樣一種現(xiàn)象，即裝置的視角特性的惡化程度，取決于相對于顯示屏的視角。除此之外，當半透射式液晶顯示裝置主要在白天中用到日光的反射模式中被使用的時候，裝置引起這樣一種現(xiàn)象，即入射在液晶顯示裝置上的日光的平行光線在裝置里面被衍射，產(chǎn)生彩虹色和斑紋形的光線或輻射狀的光線。為了避免這些現(xiàn)象，顯示裝置的表面在某些情況經(jīng)過處理，將入射光線轉(zhuǎn)變成散射光線。入射光線的轉(zhuǎn)變通常是通過在顯示裝置的表面上形成一個防強(炫)光(AG)層實現(xiàn)的。然而，經(jīng)過這樣處理的顯示裝置表面引起日光背向顯示裝置散射(在下文中稱之為背散射)，即，朝觀察者散射，從而導(dǎo)致整個屏幕不能觀看的現(xiàn)象，這取決于視角，因為整個熒屏一片白色。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種半透射式液晶顯示裝置，該裝置包括有眾多像素的液晶面板，每個像素都被分為透射區(qū)域和反射區(qū)域；設(shè)置在液晶面板背面的背光單元；設(shè)置在液晶面板前端，用來衍射來自背光單元、通過透射區(qū)域的光線的衍射膜；以及設(shè)置在衍射膜和液晶面板之間，用來散射通過衍射膜進入反射區(qū)域的外部光線的散射層。
這樣設(shè)置的半透射式液晶顯示裝置具有下述的優(yōu)選的應(yīng)用。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置的第一方面，該裝置進一步包括設(shè)置在衍射膜和散射層之間的偏光片。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置的第二方面，衍射膜作為布拉格光柵(Bragg grating)。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置的第三方面，衍射膜使來自背光單元光線朝液晶面板的上半?yún)^(qū)衍射。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置的第四方面，在第三方面中，衍射膜是這樣形成的兩個折射指數(shù)彼此不同的膜層相對水平方向以某個傾斜角交替地層疊，這兩個膜層相對于液晶面板的顯示平面在左/右方向上延伸。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置的第五方面，光散射層是通過將選自由眾多圓形微粒和眾多多面體微粒組成的組中的微粒分散到作為基體透明樹脂中形成的。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置的第六方面，散射層允許外部光線通過它透射，從而顯現(xiàn)不少于80％的透射率。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置的第七方面，液晶面板包括夾在備有彩色層的第一基板和備有眾多像素電極的第二基板之間的液晶層，并且是這樣構(gòu)造的第二個基板位于背光單元一側(cè)，每個像素電極都包括用于透射區(qū)域的透明電極和用于反射區(qū)域的反射電極。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置的第八方面，裝置的第七方面進一步包括設(shè)置在衍射膜和散射層之間的偏光片，其中衍射膜向液晶面板的上半?yún)^(qū)衍射來自背光單元的光線。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置的第九方面，在裝置的第七方面中，第一基板在其與液晶層對置的表面上按照順序設(shè)置有1/4λ的板21、光散射層、1/2λ板、偏光片、1/4λ板和衍射膜，而第二個基板在其與液晶層對置的表面上按照順序設(shè)置有1/4λ板、1/2λ板和偏光片。
圖5分別圖解說明有和沒有

圖1A所示的光散射層的半透射式液晶顯示裝置的視角特性；圖6A圖解說明用來解釋本發(fā)明的光散射層的位置效應(yīng)的半透射式液晶顯示裝置的一個像素的剖視圖；圖6B圖解說明常規(guī)的半透射式液晶顯示裝置的一個像素的剖視圖。
優(yōu)選實施方案的詳細說明根據(jù)本發(fā)明的半透射式液晶顯示裝置的實施方案將在下面參照附圖予以解釋。圖1A是本發(fā)明的半透射式液晶顯示裝置的一個像素的示意剖視圖。明確地說，圖1A是在其與液晶層對置的一側(cè)的各個基板的表面上提供的多重光學(xué)控制層的放大視圖。在這種情況下，透射區(qū)域是在圖的左半邊中展示的，而反射區(qū)域是在右半邊中展示的。圖1B是展示觀察者和半透射式液晶顯示裝置之間的位置關(guān)系的示意圖，而且為了簡化，該示意圖僅僅是由液晶層和將液晶層夾在其間的各個基板組成的。
參照圖1A，濾色片基板2(下文中稱之為“CF基板”)和薄膜式晶體管基板3(下文中稱之為“TFT基板”)是夾著液晶層1。在這種情況下，在TFT基板的透射區(qū)域中設(shè)置面向液晶層的透明電極41，在其反射區(qū)域中設(shè)置面向液晶層1的反射電極42。另一方面，在CF基體2的透射和反射區(qū)域上設(shè)置面對液晶層1的彩色層43。除此之外，設(shè)置在與液晶層1對置的CF基體2的表面上的是1/4λ板21、光散射層22、1/2λ板23、偏光片24、1/4λ板25、諸如衍射光柵膜之類的衍射膜26和諸如防反射層之類的表面處理層(未示出)，由此組成對應(yīng)于一個像素的構(gòu)成液晶單元100。此外，如果需要，衍射膜26可以與在它上面提供的有耐刮擦特性的聚對苯二甲酸乙酯(稱之為“PET”)薄膜一起使用。衍射膜26優(yōu)選作為布拉格光柵。
至于TFT基板3，設(shè)置在與液晶層1對置的TFT基體3的表面上的依次是1/4λ板31、1/2λ板33和偏光片34，由此組成對應(yīng)于一個像素的液晶單元100。除此之外，作為背光單元光源36設(shè)置在偏光片34后面。
在本發(fā)明的半透射式液晶顯示裝置中如何獲得好的視角特性將參照曲線圖予以描述。
圖2A圖解說明備有市場上購買的“LUNISTY”(注冊商標；Sumitomo Chemical Co.，Ltd.制造)衍射膜作為布拉格光柵，同時將光散射層22除去的半透射式液晶顯示裝置的一個像素的剖視圖，而圖2B圖解說明指出觀察點相對于裝置的顯示屏變化時，裝置的視角特性的圓錐坐標曲線圖。圖3A圖解說明為了從圖1A所示設(shè)置中除去衍射膜26和光散射層22而設(shè)計的半透射式液晶顯示裝置的一個像素的示意剖視圖，而圖3B圖解說明指出該裝置的視角特性的圓錐坐標曲線圖。在這種情況下，來自垂直于顯示表面的位置的觀察點對應(yīng)于圓周的中心，而且是用(0°，0°)表示的。同心地從0°變化到90°畫出的等高線代表相對于顯示表面的法線的傾斜角，而反時針方向從0(假設(shè)在紙上對應(yīng)于右側(cè)方向)變化到360°畫出的半徑表示觀察點的方向。
衍射膜26如何操作將在下面參照圖4予以扼要的解釋。衍射膜26由多重膜層組成，該多重膜層包括眾多由兩個具有互不相同的折射指數(shù)，并且相對于衍射膜26的薄膜厚度方向，以某種特定的角度配置的透明的傾斜膜層組成的疊層膜。當平行光垂直地入射在衍射膜上的時候，平行光的主體部份穿過衍射膜傳輸，而剩余部分(大約20％的光線)被兩個具有互不相同的折射指數(shù)的膜層之間的邊界反射。當在膜層和與它毗鄰的其它膜層之間的邊界多次被反射時，反射光在相應(yīng)的膜層之內(nèi)傳播，最后，相對于膜的法線以某個特定的角度(例如，在0到50度之間變動)從衍射膜射出。換言之，衍射膜這樣操作，它允許在它上面入射的光線大體上垂直地射出[這個光線分量對應(yīng)于在圖2B、3B中用(0°、0°)表示的光線]，同時有一部分相對于膜的法線以某個特定的角度(即，按照朝向從裝置的顯示屏的上方觀察的觀察者的方向)射出，借此作為布拉格光柵。這樣的操作可以通過這樣實現(xiàn)設(shè)置衍射膜26的疊層膜的傾斜膜層以使其在面板的顯示屏上按右/左方向(水平方向上)延伸。
圖2B所示的圓錐坐標曲線圖表明，其中有衍射膜26的裝置存在在圓錐坐標系中被指示100或更高的對比度的線包圍的區(qū)域，該區(qū)域比通過在圓錐坐標系中特地按90度方向(對應(yīng)于從裝置的上方看)測量沒有衍射膜的裝置的視角特性所獲得的大。這表明，其中有衍射膜26的裝置，與在沒有衍射膜的裝置中觀察到的相比，具有改善的視角特性。理由如下。這就是說，雖然半透射式液晶顯示裝置通常在圓錐坐標系中大約(0°、0°)的各個方向上有得到大大改善的對比度特性，但是該裝置具有在不同于上述方向的其它方向上惡化的對比度特性。為了改善裝置在上述方向上的對比度特性，尤其是在朝向從裝置的顯示屏的上邊觀察的觀察者的方向上，入射在裝置上的光線部分地按照從裝置的顯示屏的上邊觀察的方向射出。
圖5圖解說明在與僅僅將光散射層除去的裝置的視角特性(用實線表示)與包含衍射膜和光散射層兩者的半透射式液晶顯示裝置的視角特性(用虛線表示)進行比較。在這種情況下，裝置的視角特性被表示成，通過在圓錐坐標系中，沿著90°和270°的點的連線，用垂直于圓錐底面的平面切割對應(yīng)于視角特性的圓錐坐標曲線圖，而獲得的對比度分布曲線。該曲線圖表明在從顯示器的上邊觀察裝置時，以大約45度視角觀察到的對比度-視角曲線的第二個峰值增加了它的高度。在實踐中，有上述設(shè)置當使用到半透射式液晶顯示裝置并且用眼睛觀察該裝置時，第二個峰值能夠被清楚地識別，從而使觀察者感覺到裝置的視角特性大幅度地下降。反之，當裝置有與衍射膜相比更靠近液晶層配置的光散射層22的時候，第二個峰值顯然減少它的高度。在實踐中，在使用上述設(shè)置使用到半透射式液晶顯示裝置并且用實際眼睛觀察該裝置時，第二個峰值實質(zhì)上消失。
這意味著，包括具有在它上面提供的衍射膜和光散射層兩者的CF基板的裝置，與包括只有衍射膜而放棄在它上面使用上述兩個組成部分的CF基板的裝置相比，具有大大改善的視角特性。
光散射層22可以是有高透光率以及引起入射光線的前向散射比被散射少得多的的膜層。此外，雖然光散射層22能夠通過使用單一的板得以實現(xiàn)，但是它也可以被用作把1/4λ板21和1/2λ板23粘接在一起的膠粘層。更詳細地說，膠粘層可以是這樣構(gòu)造的透明的微珠被分散在作為基體的由丙烯酸粘合劑之類的材料組成的膠粘層之內(nèi)。為了使入射在光散射層上的光線的背散射遠遠少于前向散射，折射指數(shù)不顯著地不同于基體的材料(例如，塑料材料)優(yōu)選被選定構(gòu)成微珠。防止光散射層的光透射率少于80％是最低限度的要求，而使光散射層的光透射率不少于99.9％則是優(yōu)選的。例如，丙烯酸粘合劑(折射指數(shù)＝1.52)是為了包含粒子直徑為1到10微米的硅樹脂微珠(折射指數(shù)＝1.46)或氟化塑料微珠(折射指數(shù)＝1.3)被制造出來的，所以光散射層22的光透射率不少于80％。光散射層的詳細的實例是在諸如JP 2001-133606 A之類的文獻中揭示的。
光散射層和偏光片之間的位置關(guān)系如何影響光線的背散射將在下面參照圖6A和6B予以詳細描述。圖6A圖解說明為了將光散射層設(shè)置在偏光片和液晶層之間(這是在本發(fā)明的實施方案中使用的設(shè)置)，而構(gòu)成的半透射式液晶顯示裝置的一個像素的剖視圖。圖6B圖解說明為了將防強光(AG)層配置在偏光片的外表面上(這是在普通技術(shù)中使用的設(shè)置)，而構(gòu)成的半透射式液晶顯示裝置的一個像素的剖視圖。關(guān)于上述的裝置設(shè)置，背散射離開裝置的光線被抑制的程度可以在下述條件下進行估算。
(1)必要的假設(shè)日光2×109(單位cd/cm2)
背散射離開AG層的光線的量與入射在它上面的光線的總量之比1.0％背散射離開光散射層的光線的量與入射在它上面的光線的總量之比(在下文中稱之為與光散射層相關(guān)聯(lián)的背散射比)0.1％偏光片的透射率49％。
請注意為了簡化，除了涉及入射在相應(yīng)的膜層上的光線，引起被散射離開該膜層現(xiàn)象之外的光線(例如，前向散射離開相應(yīng)的膜層的光線或被反射片反射的光線)都被排除在附圖和計算之外。
(2)通過計算散射光的強度獲得的估算值(單位cd/cm2)在(用于CF-基板的光學(xué)層由偏光片/光散射層/液晶層組成的)實施方案的情況下，入射在裝置上的日光通過偏光片到達光散射層，然后，被部分地背散射離開該層，再一次通過偏光片，由此射出到外面。于是，計算是在上述條件下進行的。
(日光2×109)×(偏光片的透射率49％)2×(與光散射層相關(guān)聯(lián)背散射比0.1％)＝0.48×106在用于對比的實例(用于CF-基板的光學(xué)層由AG層/偏光片/液晶層組成)中偏光片的外表面(位置在液晶層對面)為了存在作為AG層的粗糙表面而被研磨。入射在裝置上的日光部分地被AG層散射到外面。
(日光2×109)×(與光散射層相關(guān)聯(lián)的背散射比0.1％)＝20×106如同從計算中可以看到的那樣，將光散射層設(shè)置在偏光片和液晶層之間而構(gòu)成的裝置，使得入射在裝置上的光線被背散射離開裝置的程度大大減少，減少的程度遠遠大于在用于對比的實例中所觀察到的。
雖然光散射層22被設(shè)置在1/4λ板21和1/2λ板23之間，但是光散射層22不局限于上述的位置關(guān)系，而且可能被設(shè)置在CF基板上的任何位置，以便產(chǎn)生與使用上述的裝置所獲得的那些同樣有益的效益，只要它更靠近液晶層而不是更靠近偏光片24。
如上所述，本發(fā)明的半透射式液晶顯示裝置是這樣設(shè)置的，為了改善裝置的視角特性，在顯示屏位于CF基板的一面上設(shè)置衍射膜。除此之外，為了與裝置僅僅使用衍射膜的情況相比更大程度地改善裝置的視角特性，光散射層設(shè)置在CF基板上，并且使其位置與衍射膜相比更靠近液晶層。具體地說，將光散射層設(shè)置在CF基板上的與偏光片相比更靠近液晶層的地方，使它有可能大大減少入射在裝置上的日光被背散射離開裝置的程度。
權(quán)利要求
1.一種半透射式液晶顯示裝置，包括有眾多像素的液晶面板，每個所述的像素都分為透射區(qū)域和反射區(qū)域；設(shè)置在所述的液晶面板背面的背光單元；設(shè)置在所述的液晶面板正面的衍射膜，它通過所述的透射區(qū)域衍射來自所述背光單元的透射光；以及設(shè)置在所述的衍射膜和所述的液晶面板之間，用來散射進入所述的反射區(qū)域的外部光線通過所述的衍射膜的散射層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半透射式液晶顯示裝置，進一步包括設(shè)置在所述的衍射膜和所述的散射層之間的偏光片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半透射式液晶顯示裝置，其中所述的衍射膜作為布拉格光柵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半透射式液晶顯示裝置，其中所述的衍射膜使來自所述的背光單元的所述的光線朝所述的液晶面板的上半?yún)^(qū)衍射。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的半透射式液晶顯示裝置，其中所述的衍射膜是這樣形成的，兩個折射指數(shù)互不相同的膜層以相對于水平方向傾斜的角度交替地疊層，從而使所述的兩個膜層相對于所述的液晶面板的顯示平面在左/右方向上延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的半透射式液晶顯示裝置，其中所述的光散射層是通過將選自由眾多圓形微粒和眾多多面體微粒組成的透明的微粒分散到作為基體的透明樹脂之中形成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的半透射式液晶顯示裝置，其中所述的散射層允許所述的外部光線通過它傳輸，從而顯現(xiàn)不少于80％的透射率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的半透射式液晶顯示裝置，其中所述的液晶面板包括夾在備有彩色層的第一基板和備有眾多像素電極的第二基板之間的液晶層，而且所述的液晶面板是這樣構(gòu)造的使所述的第二基板位于所述的背光單元一側(cè)，而且每個所述的像素電極都包括用于所述的透射區(qū)域的透明電極和用于所述反射區(qū)域的反射電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的半透射式液晶顯示裝置，進一步包括設(shè)置在所述的衍射膜和所述的散射層之間的偏光片，其中所述的衍射膜朝所述的液晶面板的上半?yún)^(qū)衍射來自所述的背光單元的所述光線。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的半透射式液晶顯示裝置，其中所述的第一基板在其與所述的液晶層對置的表面上依照順序設(shè)置有1/4λ板21、光散射層、1/2λ板、所述的偏光片、1/4λ板和所述的衍射膜，而所述的第二基板在其與所述的液晶層對置的表面上依照順序設(shè)置有1/4λ板、1/2λ板和偏光片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半透射式液晶顯示裝置，它是這樣設(shè)置的衍射膜和光散射層設(shè)置在其顯示屏駐留面的濾色片基板上，光散射層設(shè)置在與衍射膜相比更靠近液晶層的位置。這樣設(shè)置的半透射式液晶顯示裝置在透射模式中具有改良的視角特性。
文檔編號G02F1/13GK1425945SQ0215453
公開日2003年6月25日 申請日期2002年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月6日
發(fā)明者金子若彥, 草薙英則 申請人:日本電氣株式會社