專利名稱：具有內(nèi)部偏振鏡的液晶顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示器及其相關(guān)設(shè)備，更具體而言，涉及具有偏振鏡的液晶顯示器。
背景技術(shù)：
在20世紀(jì)70年代早期，液晶被首次作為顯示視覺信息的設(shè)備的基本材料使用。同其它類型的同樣功能的系統(tǒng)相比，這些設(shè)備的低能耗以及小尺寸，使得液晶顯示器迅速成為便攜設(shè)備和移動設(shè)備不可缺少的部件。液晶技術(shù)隨后的發(fā)展展現(xiàn)了這些設(shè)備顯示高質(zhì)量彩色圖形圖像的能力，同時保持了體積小重量輕、能耗低以及價格比較低的優(yōu)點。這些性能的結(jié)合使得液晶顯示器被廣泛地推廣應(yīng)用。目前，液晶顯示器實質(zhì)上已經(jīng)應(yīng)用于所有技術(shù)領(lǐng)域，包括便攜式計算機、計算器、以及相關(guān)設(shè)備的顯示器；便攜式和小型儀器以及傳感器的控制顯示面板；可移動和便攜式家用電器以及相關(guān)設(shè)備(例如移動電話、筆記本、電子書、記事本、以及電子表)的顯示器；用于電影院、展覽館、公共場所和活動等的投影裝置和大型屏幕等。
液晶顯示器從20世紀(jì)70年代晚期開始就已為人知，并且在2001年由Wiley出版的作者為S.-T.Wu和D.-K.Yang的“ReflectiveLiquid Crystal Displays”、以及在2001年由Wiley出版的作者為E.Lueder的“Liquid Crystal DisplaysAddressing Schemes andElectro-Optical Effects”中充分詳細(xì)地描述了設(shè)備結(jié)構(gòu)。液晶顯示器的結(jié)構(gòu)包括一個執(zhí)行各種功能的多平面層系統(tǒng)。
可以區(qū)分為至少兩種類型的液晶顯示器反射式和透射式。這兩種類型的不同在于光穿過液晶顯示器的各個層的方式。在反射式液晶顯示器中，光射入結(jié)構(gòu)，由反射層反射，并且從同側(cè)射出。在透射式液晶顯示器中，光從一側(cè)射入結(jié)構(gòu)，穿過該系統(tǒng)，并且從相對側(cè)射出。
然而，在實踐中，這兩種類型的液晶顯示器間的區(qū)別與外部光源或者照明系統(tǒng)的使用有關(guān)。照明系統(tǒng)通常可以是任何一種為液晶顯示器層提供均勻透射照明的光源。
在反射式液晶顯示器中，可以沒有照明系統(tǒng)這種液晶顯示器使用來自周圍光源的光。反射層的功能是使來自這些光源的光向觀看者反射。這種液晶顯示器往往還裝備有內(nèi)部前光系統(tǒng)，以保證顯示器在黑暗中的運行。
在透射式液晶顯示器中，由外部光源從后側(cè)透射照明該系統(tǒng)來提供照明。這種情況稱為背光系統(tǒng)。
除了這兩種主要類型的液晶顯示器外，還有結(jié)合了這兩種原理的設(shè)備。這樣的顯示器被稱作半透反射式(transflective ortransreflective)。通過將半透明的反射層和背光光源引入反射式液晶顯示器，來實現(xiàn)上述結(jié)合。
在描述液晶顯示器時，最好區(qū)分開前側(cè)和后側(cè)。前側(cè)是面對觀看者的一側(cè)，后側(cè)是與前側(cè)相對的一側(cè)。在液晶顯示器結(jié)構(gòu)中位于液晶層之前或之后的各層，通常分別被稱作前層和后層。例如，存在后和前基板，后和前電極等。在液晶顯示器結(jié)構(gòu)中位于液晶層之前的各層經(jīng)常被稱作前面板，而位于液晶層之后的各層被稱作后面板。
通過液晶顯示器結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)來自背光系統(tǒng)的光通量，以在顯示器上生成圖像。除了反射層和光源以外，還通過液晶的功能層和至少一個偏振鏡來控制圖像。
液晶顯示器工作原理是基于在液晶中由施加到電極上的電壓來控制光的偏振狀態(tài)(由多個偏振鏡中的一個進(jìn)行偏振)。
根據(jù)液晶顯示器的類型(反射式或透射式)，偏振鏡和液晶層的功能順序可以如下。
在反射式液晶顯示器中，在前偏振鏡之后為液晶和反射層。為了增加液晶顯示器的對比度，通常在液晶和反射層之間引入第二偏振鏡。如上所述，來自環(huán)境光源或前光系統(tǒng)的光穿過液晶顯示器結(jié)構(gòu)兩次從前側(cè)到反射層然后返回到觀看者。
在透射式液晶顯示器中，在前偏振鏡之后為液晶和后偏振鏡。在此，光僅在一個方向上穿過液晶顯示器結(jié)構(gòu)(從背光系統(tǒng)到觀看者)，因此需要有第二偏振鏡。
在半透反射式液晶顯示器中，前偏振鏡之后為液晶層、后偏振鏡、和半透明反射層。在此方案中，還必須有后偏振鏡。
偏振鏡層通常應(yīng)用于前基板的外表面上，這通常與液晶顯示器的特性以及偏振鏡制造工藝有關(guān)。在此情況下，偏振鏡被稱作外部偏振鏡。在液晶顯示器投影裝置中，偏振鏡是棱鏡類型的。大尺寸和相當(dāng)大的能耗決定了這種偏振鏡被布置在外部。
在為片狀偏振鏡的情況下，布置在外部具有多個缺點。需要有額外的保護層以防止外部機械因素(劃傷、碰撞)對偏振鏡的損壞。用于在彩色液晶顯示器上形成圖像的彩色濾光片可對透射光進(jìn)行消偏振。在此情況下，該偏振鏡有助于消除該消偏振，但是對于為外部偏振鏡的系統(tǒng)而言，則這是不可能的。而且因為具有相對較大的基板厚度，使用外部偏振鏡顯著地增加了在液晶顯示器結(jié)構(gòu)中的光程，這導(dǎo)致亮度和對比度的損失并加重了斜向視角上的圖像失真。
對于具有位于基板外側(cè)的外部偏振鏡的液晶顯示器，基板保護內(nèi)部層免受外部因素的影響，并且還經(jīng)常用作整個機械結(jié)構(gòu)的承載部件。出于技術(shù)原因，基板厚度相對較大，因此位于基板外側(cè)的偏振鏡顯著地增加了顯示器中的光程。與此相關(guān)的，這些顯示器設(shè)計的主要缺點在于視角小、對機械動作敏感(與損害外部偏振鏡的風(fēng)險有關(guān))，以及與保護外部偏振鏡所需要的額外層(導(dǎo)致強視差或圖像重影)有關(guān)的制造工藝復(fù)雜。
上述具有外部偏振鏡的液晶顯示器的先天缺陷導(dǎo)致發(fā)明了各種方法，用于實現(xiàn)具有位于各基板之間的內(nèi)部偏振鏡的液晶顯示器。以上各種方法都提出如下設(shè)置將內(nèi)部偏振鏡層設(shè)置在電極和液晶之間，并將偏振鏡和配向?qū)拥墓δ芙Y(jié)合在一層中。
美國專利第3,941,901號中教導(dǎo)了一種制造用于液晶顯示器的內(nèi)部偏振鏡的方法，該方法基于在靠近基板表面處乙烯基聚合物的長鏈的配向。該工序包括溶解聚合物、將溶液施加到基板上、并隨著該層變薄的同時而產(chǎn)生剪應(yīng)變。然后，使溶劑蒸發(fā)，在基板表面上剩下較薄的一層取向聚合物分子。應(yīng)當(dāng)指出，通過在基板上沉積這樣的層，并使用表現(xiàn)為二向色染料的聚合物，可以獲得同時執(zhí)行配向?qū)庸δ艿钠耒R。
美國專利第4,241,984號中描述了一種具有內(nèi)部偏振鏡層的液晶顯示器，其中，具有配向性能的偏振鏡執(zhí)行偏振和配向的雙重功能。偏振和配向功能的結(jié)合、限定在顯示器結(jié)構(gòu)的電極之間的偏振鏡的電容很大且轉(zhuǎn)換時間長、偏振鏡相當(dāng)厚、以及顯示器的光學(xué)性能下降，使得制造工藝更加復(fù)雜和不靈活。另一個缺點在于液晶層總是沿偏振鏡軸取向，從而無法在這些不一致的方向上執(zhí)行操作模式。
WO 9,739,380描述了一種具有內(nèi)部偏振鏡的液晶顯示器，其中，在溶致液晶中利用二向色染料溶液在基板上瞬時生成偏振鏡層。該液晶顯示器的一個缺點在于，在液晶顯示器的制造過程中，需要使用由特定設(shè)備施加的特定材料來瞬時生成偏振鏡層，這使得工藝復(fù)雜并限制了用于液晶顯示器的功能元件的材料的選擇。
美國專利第6,417,899B1號中描述了一種具有內(nèi)部偏振鏡的液晶顯示器，其中，在電極和基板之間的特殊配向?qū)由仙善衲?。該解決方案的缺點在于因為在液晶顯示器的制造過程中，需要在配向?qū)由纤矔r生成偏振膜，使得工藝復(fù)雜和偏振鏡材料的選擇很有限。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種具有內(nèi)部偏振鏡的液晶顯示器(LCD)，該液晶顯示器克服了現(xiàn)有技術(shù)LCD中的缺點，這些缺點包括工作電壓高、倍增率(multiplexing rate)低、在液晶層和內(nèi)部偏振鏡層之間可能產(chǎn)生化學(xué)作用、以及制造工藝復(fù)雜。
通過本發(fā)明的液晶顯示器實現(xiàn)這些和其它目的，該液晶顯示器包括前面板、后面板、以及位于前面板和后面板之間的液晶層。前面板和后面板中的至少一個包括內(nèi)部偏振鏡，位于同一面板中的電極和基板之間。內(nèi)部偏振鏡由在至少150℃的高溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的材料制成。


結(jié)合下面的附圖，從下面的說明可以清楚地了解本發(fā)明，其中圖1(現(xiàn)有技術(shù))是示出具有外部偏振鏡的液晶顯示器的示意圖；圖2(現(xiàn)有技術(shù))是示出包括放置在多個電極之間的兩個內(nèi)部偏振鏡的液晶顯示器的示意圖。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的包括放置在電極和基板之間的內(nèi)部偏振鏡的液晶顯示器的示意圖。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的反射式液晶顯示器的示意圖。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的半透反射式液晶顯示器的示意圖。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的包括還用作電極的反射層的液晶顯示器。
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的透射式液晶顯示器的示意圖。
具體實施例方式
本文中，當(dāng)用術(shù)語“前”來描述基板、電極、偏振鏡、透射軸、和配向方向時，是指所描述的元件位于液晶的觀看者一側(cè)。
本文中，當(dāng)用術(shù)語“后”來描述基板、電極、偏振鏡、透射軸、和配向方向時，是指所描述的元件位于與液晶的觀看者相對的一側(cè)。
本發(fā)明提供了一種液晶顯示器，其包括至少一個內(nèi)部偏振鏡以及電極、基板和其它功能層。內(nèi)部偏振鏡位于前面板中的電極和基板之間，或位于后面板中的電極和基板之間。在該實施例中，基板提供了對配向?qū)雍碗姌O的保護，使其免受外部因素的影響，因此降低了用于控制液晶的工作電壓。內(nèi)部偏振鏡由耐高溫材料(即，在至少150℃的高溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的材料)制造。
LCD制造過程包括多個階段，要求在面板中的所有層都耐高溫。這些階段包括ITO濺射處理和聚酰亞胺烘烤。銦錫氧化物或ITO是液晶盒中的電極的常用材料。聚酰亞胺在LCD制造中是作為液晶材料的配向?qū)铀褂玫牟牧?。可以使用額外的保護層，以在ITO蝕刻過程中保護偏振鏡。
在本發(fā)明的一個實施例中，液晶顯示器的層結(jié)構(gòu)如下。液晶層被夾在與液晶層的前表面和后表面相接觸的多個配向?qū)又g。具有相鄰的配向?qū)拥囊壕挥陔姌O之間。至少一個前面板或后面板包括至少一個由耐高溫材料制成的內(nèi)部偏振鏡，并且該內(nèi)部偏振鏡位于基板和電極之間。
在本發(fā)明的另一實施例中，前面板和后面板中的一個面板在其功能層中具有內(nèi)部偏振鏡，而另一個面板具有外部偏振鏡。
在本發(fā)明的另一實施例中，除了內(nèi)部偏振鏡以外，半透反射式液晶顯示器可以包括至少兩個外部偏振鏡。根據(jù)本發(fā)明，至少一個外部偏振鏡位于與內(nèi)部偏振鏡相同的面板上。
本發(fā)明外部偏振鏡不需要由耐高溫材料制成，盡管也可以使用這種材料來制造外部偏振鏡。
在本發(fā)明的另一實施例中，內(nèi)部偏振鏡不覆蓋基板全部表面。這種具有局部內(nèi)部偏振鏡的設(shè)計可以用在一些將透射式和反射式設(shè)計的特性結(jié)合在一個顯示器中的設(shè)計中。
在電極和偏振鏡之間和/或在偏振鏡和基板之間不需要任何其它輔助層，盡管對于某些特殊應(yīng)用，如有必要，也可以提供輔助層。
根據(jù)本發(fā)明，可以選擇用于偏振鏡和輔助功能層的材料?，F(xiàn)有技術(shù)的LCD對于偏振膜要求特殊材料，并還要求特殊輔助層以及特殊制造技術(shù)。由于對材料的限制以及額外的工藝操作的引入，所以這些因素使偏振鏡工藝復(fù)雜化。
在液晶顯示器中使用的偏振鏡可以是具有非線性光學(xué)特性的平板，也可以是Taylor-Glan棱鏡類型的器件。Taylor-Glan棱鏡器件通常應(yīng)用在投影系統(tǒng)中。
在本發(fā)明的一個實施例中，偏振鏡是可從Optiva，Inc.，California，USA獲得的晶體薄膜(TCF)。該光學(xué)各向異性二向色晶膜厚度薄、溫度敏感性低、折射率高度各向異性、以及二向色比很大。TCF的這些特性與制造該膜使用的材料和方法有關(guān)。一旦將液晶施加到合適的基板上、配向、然后干燥，由于液晶相的結(jié)晶，使得本發(fā)明的TCF形成特殊分子結(jié)晶結(jié)構(gòu)。該液晶相包括至少一種能夠形成穩(wěn)定溶致液晶相或熱致液晶相的有機物。該有機物包含至少一種有機化合物，其化學(xué)式包括(i)至少一種離子基團，以保證在極性溶劑中的溶解，用于獲得溶致液晶相，和/或(ii)至少一種非離子基團，以保證在非極性溶劑中的溶解，用于獲得溶致液晶相，和/或(iii)至少一種平衡離子，其在薄膜形成后可以在分子結(jié)構(gòu)中保留也可以不保留。
光學(xué)各向異性二向色晶膜包括大量一種或多種有機化合物的超分子復(fù)合物。這些超分子復(fù)合物以特定方式取向，以形成透射光的導(dǎo)通率和偏振。該膜包括桿狀超分子，該桿狀超分子包括至少一種具有共軛π體系的盤形多環(huán)有機化合物。該膜具有球狀有序的晶體結(jié)構(gòu)，分子間的間隔沿其偏振軸為3.4±0.3。
基于在共軛芳香環(huán)中存在展開的共軛π鍵系和位于分子平面內(nèi)并與共軛鍵系連接的諸如胺、苯酚、酮等基團的存在，來選擇用于光學(xué)各向異性二向色晶膜的基本材料。分子和/或分子片段具有平面結(jié)構(gòu)。這些基本材料例如有陰丹酮(甕藍(lán)4)、二苯并咪唑1，4，5，8-萘四羧酸(甕紅14)、二苯并咪唑3，4，9，10-苝四羧酸、喹吖啶酮(顏料紫19)等，其衍生物(或它們的混合物)能夠形成穩(wěn)定的溶致液晶相。當(dāng)選擇用于TCF的材料時，可以考慮該膜在可視范圍內(nèi)的透射譜。使用染料作為初始的化合物從而可以使用晶體薄膜偏振鏡作為色溫或中性濾光器和/或作為紫外線或紅外線濾光片。
所形成的膠狀溶致液晶體系由聚集成構(gòu)成體系的運動單元(kinetic unit)的超分子復(fù)合物的分子而形成。這些超分子復(fù)合物以特定方式取向，以形成透射光的導(dǎo)通率和偏振。WO 01/63346描述了一種膠狀溶致液晶體系，其內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。該膠狀溶致液晶相大體上是有序體系的前體，從該體系可以在接下來的超分子復(fù)合物的配向和溶劑的去除過程中形成固態(tài)的光學(xué)各向異性二向色晶膜。
在光學(xué)各向異性二向色晶膜中，至少在部分晶膜中，分子平面彼此平行并且分子形成三維晶體結(jié)構(gòu)。制作工藝的優(yōu)化允許形成光學(xué)各向異性二向色單晶膜。該單晶體中的光學(xué)軸垂直于分子平面。這種晶體薄膜具有高度的各向異性，并且至少在一個方向上展現(xiàn)出高折射率和/或高吸收系數(shù)。
光學(xué)各向異性二向色晶膜的另一個重要特征是其耐高溫性。比較來看，碘類型的偏振鏡的熱穩(wěn)定性通常限于最高溫度為80℃。如Bobrov，Y等人于2001年9月18日至21日在白俄羅斯明斯克第10屆SID研討會(Proc.Of the 10thSID Symposium，Minsk，Republicof Belarus，September 18-21，2001，23-30)“Advanced displaytechnologies”上發(fā)表的“Environmental and optical testing of OptivaThin Crystal FilmTMPolarizers”、以及Ignatov，L.等人于2000年5月16-18日在加州長灘的SID國際研討會技術(shù)論文摘要第31卷834-838頁(SID，Int.Symp，Digest of Technical Papers，Long Beach，California May 16-18，Vol.XXXI，834-438)中發(fā)表的“Thin FilmPolarizersOptical and Color Characteristics.Thermostability”中所述，由Optiva公司制造的本發(fā)明的光學(xué)各向異性二向色晶膜(OptivaTCFTM)具有高于150℃高溫的耐高溫性。最近的研究表明該膜的化學(xué)穩(wěn)定性達(dá)到270℃。LCD制造過程需要在200℃到250℃的溫度下暴露相對較短的時間，Optiva TCFTM使得在液晶顯示器中具有內(nèi)部偏振鏡并可使其適用于進(jìn)行ITO濺射和/或PI烘烤的階段。
可以混合膠態(tài)體系，這導(dǎo)致復(fù)合超分子的形成，以提供具有中間光學(xué)特性的晶膜。在從混合膠態(tài)溶液中獲得的光學(xué)各向異性二向色晶膜中，吸收系數(shù)和折射率可在由初始成分確定的范圍內(nèi)取各種值。由于符合所采用的有機化合物的一個特性尺寸(分子間的間隔為3.4±0.3)，所以可以如此混合不同的膠態(tài)體系，以形成復(fù)合的超分子。光學(xué)各向異性二向色晶膜的厚度由所施加的溶液中的固體物質(zhì)的含量來確定。在膜形成期間，在商業(yè)化生產(chǎn)條件下方便控制的技術(shù)參數(shù)是溶液濃度?？梢杂蒟-射線衍射和/或光學(xué)方法來監(jiān)控最終晶膜的結(jié)晶度?？梢詫κ┘恿司w薄膜的基板進(jìn)行其它處理，來保證表面均勻潤濕，以提供表面的親水性?？赡艿奶幚戆C加工、退火、和機械化學(xué)處理等。在施加晶體薄膜之前，可以機加工基板的表面，從而形成各向異性配向結(jié)構(gòu)，這可以在獲得的晶體薄膜中提高分子的取向度。
可對偏振鏡進(jìn)行處理以形成以特定特殊方向為特征的表面微觀精糙度，從而偏振鏡可以執(zhí)行配向?qū)拥墓δ堋?br> 可以通過在基板表面上的偏振膜中建立分子的特定角分布來保證所需的吸收系數(shù)和折射率的各向異性，以及主軸的取向(即，多層結(jié)構(gòu)的電光各向異性晶體薄膜的光學(xué)特性)。
在制造過程中可以通過上述方法來控制晶體薄膜的光學(xué)特性，因此根據(jù)各種特殊應(yīng)用的需要，可以調(diào)節(jié)層特性。例如，可以調(diào)節(jié)偏振鏡的吸收光譜，這可以改進(jìn)顯示器的顯色性和消色差。雙折射膜通過在特定波長預(yù)設(shè)相移，可用作相位延遲器。通過改變膜的光學(xué)各向異性，可以改進(jìn)具有薄膜晶體偏振鏡的液晶顯示器的角特性。
膜的光學(xué)二向色使得可使用這種偏振鏡作為相位延遲器，以提高液晶顯示器的對比度和/或角特性。
本發(fā)明的Optiva TCFTM偏振鏡的另一個重要特征是厚度小。液晶顯示器的性能很大程度上取決于設(shè)計中各層的厚度。傳統(tǒng)的偏振鏡(特別是基于PVA的偏振鏡)即使應(yīng)用了保護層也不被用作內(nèi)部偏振鏡的其中的一個原因在于，其加上了保護層的厚度大于200微米。
本發(fā)明的Optiva TCFTM偏振鏡厚度小于1微米，并且如有必要，即使加上了額外層，其厚度也顯著地小于傳統(tǒng)的偏振鏡。例如碘類型的。
偏振鏡在顯示器中相對于其它層的位置取決于偏振鏡類型。棱鏡類型的偏振鏡通常位于液晶顯示層結(jié)構(gòu)的前側(cè)和外側(cè)。晶體薄膜偏振鏡可以位于其它液晶顯示層之間。
液晶顯示器包括用于正常運行顯示器所需要的其它功能層。在液晶顯示器中的圖像控制由電極層提供。要求電極層材料具有相當(dāng)?shù)偷碾娮?，并提供用于控制電壓供給的連接。另外，要求電極是透明的，從而可獲得足夠明亮的圖像。在大多數(shù)情況下，電極由銦錫氧化物(ITO)類型的透明導(dǎo)電材料制成。在某些液晶顯示器(例如，單偏振鏡反射類型)中，其中一個電極可以是不透明的。
配向?qū)?配向器)用于在向列相中液晶分子的取向。配向?qū)哟_定液晶的扭曲角，并且通常與液晶直接相連。通常，配向?qū)佑芍T如聚酰胺(例如，SE3210 Nissan)的聚合物材料制成。
在液晶顯示器中的基板保護上述功能層，使其免受外部因素的影響，并用作機械底座元件?；逋ǔＳ芍T如玻璃或塑料制成，通常厚度約為0.7mm，折射率約為1.5。
輔助層的厚度和材料基于它們在400nm到700nm的波長范圍內(nèi)的功能和透明度要求來選擇。
液晶顯示器可以包括其它層，以提高圖像質(zhì)量和電特性，和防止相鄰層之間不希望發(fā)生的物理和化學(xué)相互作用，以及用于其它目的。
例如，相位延遲(相位補償)或延遲層可以用來提高圖像質(zhì)量和色彩再現(xiàn)。根據(jù)所披露的發(fā)明，延遲層可以位于顯示器的一個或兩個面板上。在一些實施例中，延遲器層由Optiva公司制造的一種耐熱材料制成，參考Lazarev，P.等人于2001年6月在加州圣何塞的SID國際研討會技術(shù)論文摘要第32卷571-573頁(SID，Int.Symp.Digest of Technical Papers，San Jose，CA，June 2001，Vol.XXXII，pp.571-573)中發(fā)表的“Submicron Thin Retardation Coating”以及T.Fiske等人于2002年5月在馬薩諸塞州波士頓的SID國際研討會技術(shù)論文摘要866-869頁(SID，Int.Symp.Digest of Technical Papers，Boston，Ma，May 2002，pp.866-869)中發(fā)表的“Molecular Alignment inCrystal Polarizers and Retarders”。Optaiva TCF延遲器是可以用在相對于液晶顯示器的其它功能元件的不同位置處的液晶盒內(nèi)部的薄膜層。在一些實施例中，具有內(nèi)部偏振鏡的液晶顯示器可以使TCF延遲器層位于在相同面板上的內(nèi)部偏振鏡和電極之間。然而，在另一實施例中，被設(shè)計為具有位于一個面板上的內(nèi)部偏振鏡和外部偏振鏡的液晶顯示器，可以使TCF延遲器層位于內(nèi)部偏振鏡和電極之間或位于兩偏振鏡之間。
可以使用額外的保護層以防止其它層在制造和運行液晶顯示器期間受損壞。例如，希望由特殊外層來保護外部前偏振鏡。絕緣層(例如，SiO2)可以增大電極之間的電阻，并保護液晶顯示器結(jié)構(gòu)免受電擊穿。粘合劑層可以使功能層和輔助層之間更好地相互粘附。平面化層可以用來均勻化液晶顯示器元件上的粗糙度。例如，通過具有粗糙表面的漫反射層來抑制不希望發(fā)生的干涉效應(yīng)。彩色濾光片基材可以用于在彩色液晶顯示器中彩色圖像的形成。漫散射層可以用來增大視角并抑制不希望發(fā)生的干涉?？狗瓷渫繉涌梢杂脕硖岣邔Ρ榷鹊?。
可以將各種功能合并及由一個層來執(zhí)行，該一個層由特殊材料制成或由特殊方法形成。例如，液晶顯示器可以包括反射式偏振鏡，或反射式電極，或偏振鏡/配向?qū)印?br> 在電極和基板層之間也可以設(shè)置一些其它功能層，只要這些層不妨礙液晶顯示器的正常功能且不影響獲得的技術(shù)結(jié)果。
例如，現(xiàn)有的使用光刻法然后使用蝕刻形成電極層的工藝需要使用保護性丙烯酸層，以防止偏振鏡與蝕刻溶液接觸。丙烯酸層沉積在偏振鏡上面向電極的一側(cè)。除了保護偏振鏡在電極形成的過程中免受蝕刻以外，丙烯酸層也可以防止偏振鏡的成分(例如金屬離子)在液晶顯示器的運行中溶解。
偏振鏡的另一側(cè)也可以與額外的層相連，例如，使反射式顯示器中的漫射鏡的粗糙度均勻化的平面化層，或在反射式顯示器中保護偏振鏡免受鏡反射層的鋁離子漫射的層。
電極和液晶層之間的空間還可以容納額外的偏振鏡、相位延遲器、彩色濾光片基材、和粘合劑膜等。
在另一實施例中，選擇功能層的厚度和順序，以保證在顯示器輸出中的干涉極值中的至少一個波長在500nm到600nm的頻譜范圍內(nèi)。這是為了保證顯示器的高亮度在人眼的最敏感范圍內(nèi)。
本公開發(fā)明的LCD可以包括多個偏振鏡。通常，液晶顯示器結(jié)構(gòu)包括兩個偏振層，液晶層每側(cè)各有一個。每個偏振鏡可以根據(jù)層的提議的功能順序來設(shè)置。同時，可以通過使用一對在液晶每側(cè)上具有中間粘合劑(intermediate adhesive)的偏振層來提高偏振鏡的質(zhì)量。這種雙層偏振鏡還可以位于在液晶的一側(cè)的電極和基板之間。減小偏振鏡的厚度可以進(jìn)一步提高液晶顯示器的性能。例如，應(yīng)用在大多數(shù)液晶顯示器中的標(biāo)準(zhǔn)碘偏振鏡的厚度大約為100微米厚。在本發(fā)明的液晶顯示器中使用的偏振鏡的厚度小至1微米，或小于1微米。該偏振鏡由光學(xué)各向異性二向色液晶膜制成。由TCF制成的偏振鏡厚度極小、溫度敏感性低、折射率高度各向異性、角特性好、斜向偏振能力高、二向色比很大。
本發(fā)明的另一實施例披露了一種液晶設(shè)計，其在一個面板上具有耐高溫內(nèi)部偏振鏡，在另一面板上具有外部偏振鏡。在這種情況下，可以考慮兩種設(shè)計。一種設(shè)計是在后面板中具有內(nèi)部偏振鏡，而另一種設(shè)計是在前面板中具有內(nèi)部偏振鏡。在該實施例中，外部偏振鏡可以是與用于內(nèi)部偏振鏡的偏振鏡相同的高耐用性偏振鏡，也可以是任何類型的偏振鏡。該實施例的設(shè)計可以用于任何類型的液晶顯示器，包括反射式、透射式和半透反射式設(shè)計，并且這些設(shè)計將展示出本公開液晶顯示器的上述優(yōu)點。
本發(fā)明的又一實施例是還包括延遲層的液晶顯示器。該延遲層也可以由耐高溫材料制成。
本發(fā)明的另一實施例是包括三個偏振鏡的半透反射式液晶顯示器，其中兩個是外部偏振鏡，一個是內(nèi)部偏振鏡。在該實施例中，該一個或兩個外部偏振鏡偏振鏡可以是與用于內(nèi)部偏振鏡的偏振鏡相同的高耐用性偏振鏡，也可以是任何類型的偏振鏡。該設(shè)計將展示出本公開液晶顯示器的上述優(yōu)點。
下面將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行描述。
圖1(現(xiàn)有技術(shù))示出具有兩個外部偏振鏡的液晶顯示器。該液晶顯示器包括兩個保護層101，用于保護兩個外部偏振鏡102免受來自顯示器兩側(cè)的刮傷和潮濕等。偏振鏡102被放置在對應(yīng)的透明基板103上。液晶顯示器包括兩個電極104、兩個配向?qū)?05、和液晶層106。除了保護層101，圖1所示的液晶顯示器的特征在于厚度很大和光程增加。這些因素導(dǎo)致角特性下降。
圖2(現(xiàn)有技術(shù))示出具有兩個內(nèi)部偏振鏡的液晶顯示器，兩個偏振鏡都位于多個電極104之間。第一內(nèi)部偏振鏡201放置在前面板中的電極104和液晶層106之間，并對于液晶層106起配向?qū)拥淖饔谩５诙耒R202放置在后面板中的配向?qū)?05和電極104之間。該設(shè)計不需要將配向?qū)?05和第二偏振鏡202結(jié)合成單層。由于將偏振鏡層201和202設(shè)置在多個電極104之間，所以該設(shè)計需要高工作電壓并且可能具有低倍增率等。這些缺點與偏振鏡材料的介電常數(shù)相對較高有關(guān)。圖2所示的LCD另一個缺點在于第一偏振鏡/配向?qū)?01和液晶層106之間直接接觸。這可能由固態(tài)擴散導(dǎo)致各層之間的混雜，該混雜可以使偏振鏡201和/或液晶層106受污染(poison)。
圖3示出了根據(jù)本公開發(fā)明的一個實施例的液晶顯示器。兩個內(nèi)部偏振鏡301分別位于前面板中的和后面板中的電極104和透明基板103之間。在多個電極104之間容納有液晶層106和在液晶層106兩側(cè)的兩個配向?qū)?05。在圖3所示的LCD中內(nèi)部偏振鏡301的使用加大了視角，改善了角特性，降低了顯示器厚度，簡化了顯示屏的設(shè)計，并顯著加強了偏振鏡層免受刮傷和潮濕的保護。此外，將內(nèi)部偏振鏡301設(shè)置在電極104的外部，降低了工作電壓并提高了顯示器的倍增率(multiplexing rate)。另外，將電極104設(shè)置在每個面板中的內(nèi)部偏振鏡層301和液晶層106之間，該設(shè)置提供了使液晶層和偏振鏡層免受擴散中毒的保護。根據(jù)沒有在該圖中示出的本發(fā)明的另一實施例，透射式LCD可以具有不同的設(shè)計，其中僅在兩個面板中的一個上具有內(nèi)部偏振鏡，而另一面板具有外部偏振鏡，處于其多個功能層之間。
圖4示出了根據(jù)本公開發(fā)明的一個實施例的包括反射層401的反射式LCD。反射層401使用來自環(huán)境光源或前光源的光，使LCD形成圖像。反射式LCD還顯著地降低了功率消耗。根據(jù)沒有在該圖中示出的本發(fā)明的另一實施例，反射式LCD具有另一種設(shè)計，其中僅在兩個面板中的一個中具有內(nèi)部偏振鏡，而另一面板具有外部偏振鏡，處于其多個功能層之間。
圖5示出了根據(jù)本公開發(fā)明的一個實施例的半透反射式LCD。該LCD包括半透明的反射層401。背光系統(tǒng)501位于液晶顯示器的后側(cè)。半透明反射層和背光系統(tǒng)提供了半透反射類型的LCD。該半透反射式LCD結(jié)合了反射式LCD和透射式LCD的優(yōu)點。除了背光光源之外，半透反射式LCD還可以使用環(huán)境光源或前光光源。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，半透反射式LCD可以具有多種不同的設(shè)計。根據(jù)其中之一，僅在兩個面板中的一個中具有內(nèi)部偏振鏡，而另一面板具有外部偏振鏡，處于其多個功能層之間。在另一實施例中，包括至少三個偏振鏡，其中兩個是外部偏振鏡，一個是內(nèi)部偏振鏡。在該實施例中，該一個或兩個外部偏振鏡可以是與用于內(nèi)部偏振鏡的偏振鏡相同的高耐用性偏振鏡，也可以是任何類型的偏振鏡。然而在沒有在本說明書中進(jìn)行專門描述的另一實施例中，內(nèi)部偏振鏡沒有覆蓋整個基板表面，換句話說，其在光學(xué)路徑上的表面區(qū)域小于由液晶材料覆蓋的區(qū)域。
圖6示出了根據(jù)本公開發(fā)明的一個實施例的液晶顯示器，該液晶顯示器包括同時執(zhí)行電極功能的反射層601。該電極/反射層601設(shè)置在顯示器的后側(cè)，透明基板103和配向?qū)?05之間。圖6所示的LCD的優(yōu)點在于使用環(huán)境光源并且顯示器的層的總厚度小。這些層的總厚度小提供了高角特征和液晶顯示器的高亮度。
圖7示出了根據(jù)本公開發(fā)明的一個實施例的透射式LCD。透射式LCD包括設(shè)置在液晶顯示器后側(cè)的背光系統(tǒng)501。背光系統(tǒng)使所披露的液晶顯示器自發(fā)光，不需要環(huán)境光。
由本發(fā)明提供的LCD大大降低了LCD工作電壓和電容，增加了液晶顯示器圖像亮度和對比度、視角，以及抵抗表面機械損傷的堅固性。本公開發(fā)明沒有使液晶顯示器的制造工藝更復(fù)雜。此外，本發(fā)明的LCD降低了在液晶顯示器結(jié)構(gòu)中的光通量的損耗，并減小了顯示器的厚度。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示器，包括前面板；后面板；以及液晶層，位于兩個所述面板之間，其中，在所述前面板和后面板的至少一個中包括內(nèi)部偏振鏡，所述內(nèi)部偏振鏡位于所述面板中的電極和基板之間；以及所述內(nèi)部偏振鏡由在至少150℃高溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器，其中，所述內(nèi)部偏振鏡由光學(xué)各向異性二向色晶膜制成，所述光學(xué)各向異性二向色晶膜包括桿狀超分子，所述桿狀超分子包括至少一種具有共軛π體系的盤形多環(huán)有機化合物，并且所述膜的特征在于，分子間的間隔沿其偏振軸為3.4±0.3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶顯示器，其中，所述光學(xué)各向異性二向色膜由包含至少一種二向色染料的溶致液晶形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的液晶顯示器，其中，所述內(nèi)部偏振鏡的厚度小于1微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的液晶顯示器，其中，所述偏振鏡材料在至少200℃的高溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的液晶顯示器，除所述內(nèi)部偏振鏡以外，還包括位于所述面板上的外部偏振鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的液晶顯示器，其中，所述后面板還包括反射層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的液晶顯示器，其中，所述后面板還包括半透明反射層和背光系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8中任一項所述的液晶顯示器，其中，所述前面板還包括前光系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項所述的液晶顯示器，其中，所述反射層是漫射的。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項所述的液晶顯示器，其中，所述反射層是鏡面的。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項所述的液晶顯示器，其中，所述反射層是導(dǎo)電的，并且執(zhí)行電極的功能。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至14中任一項所述的液晶顯示器，還包括至少一個外部偏振鏡。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的液晶顯示器，其中，所述外部偏振鏡位于與所述內(nèi)部偏振鏡相同的面板中。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的液晶顯示器，其中，所述內(nèi)部偏振鏡局部覆蓋所述基板。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的液晶顯示器，其中，所述后面板包括背光系統(tǒng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項所述的液晶顯示器，其中，所述偏振鏡執(zhí)行相位延遲器和/或校正濾光器的功能。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項所述的液晶顯示器，在所述顯示器的前表面上還包括防反射或防眩涂層。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項所述的液晶顯示器，還包括從由延遲層、保護層、光散射層、偏振層、校正濾光器層、和絕緣層組成的組中選擇的至少一種功能層。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項所述的液晶顯示器，還包括延遲層，所述延遲層由光學(xué)各向異性二向色晶膜制成，所述光學(xué)各向異性二向色晶膜包括桿狀超分子，所述桿狀超分子包括至少一種具有共軛π體系的盤形多環(huán)有機化合物，并且所述膜的特征在于，分子間的間隔沿其偏振軸為3.4±0.3。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項所述的液晶顯示器，其中，選擇功能層的厚度和順序，以保證顯示器輸出中的干涉極值中的至少一個波長在500nm到600nm的頻譜范圍內(nèi)。
22.根據(jù)權(quán)利要求6或13中任一項所述的液晶顯示器，其中，所述外部偏振鏡由光學(xué)各向異性二向色晶膜制成，所述光學(xué)各向異性二向色晶膜包括桿狀超分子，所述桿狀超分子包括至少一種具有共軛π體系的盤形多環(huán)有機化合物，并且所述膜的特征在于，分子間的間隔沿其偏振軸為3.4±0.3。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的液晶顯示器，其中，所述光學(xué)各向異性二向色膜由包含至少一種二向色染料的溶致液晶形成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種液晶顯示器(103)，包括前面板、后面板、和位于前面板和后面板(106)之間的液晶層。前面板和后面板中的至少一個包括內(nèi)部偏振鏡(301)，位于該面板中的電極(104)和基板(103)之間。該內(nèi)部偏振鏡由在至少150℃高溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的耐高溫材料制成。
文檔編號G02B5/30GK1768293SQ200480009137
公開日2006年5月3日 申請日期2004年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月9日
發(fā)明者邁克爾·V·波克施托 申請人:日東電工株式會社