專利名稱：用于液晶層的光調(diào)制方法和使用該方法的液晶裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及一種用于液晶層的光調(diào)制方法。本發(fā)明涉及一種使用該光調(diào)制方法的液晶裝置或液晶顯示裝置。本發(fā)明還涉及一種用于液晶層的驅(qū)動(dòng)方法，對(duì)于頂部和底部而言，構(gòu)成液晶層頂面和底面的液晶分子的取向方向彼此平行，并涉及基于該驅(qū)動(dòng)方法的液晶裝置或液晶顯示裝置。
背景技術(shù)：
常規(guī)上，已經(jīng)提出了多種降低液晶顯示裝置能耗的方法。液晶顯示裝置包括多個(gè)構(gòu)成元件，并且對(duì)于每個(gè)構(gòu)成元件，考慮多種方法來降低能耗。例如，存在使用能用低電壓驅(qū)動(dòng)的液晶材料來降低能耗的方法，并且已經(jīng)對(duì)多種液晶材料嘗試使用該方法。
不過，該方法首先需要大量時(shí)間和努力來尋找能以所希望的低壓來驅(qū)動(dòng)的新型液晶材料。另外，即使找到這類新型材料，在其他技術(shù)方面也會(huì)存在其可靠性值得懷疑的情形，例如關(guān)于耐用性、操作穩(wěn)定性等是否適當(dāng)。
同樣，在諸如最新的便攜式裝置或所謂的可佩帶裝置之類的信息顯示終端中，對(duì)于節(jié)能的要求不斷增長(zhǎng)。要求更加用戶友好的產(chǎn)品，能夠在有限的電源容量條件下工作許多小時(shí)，不會(huì)迫使用戶進(jìn)行頻繁的電池充電。另外，從另一個(gè)觀點(diǎn)看，社會(huì)上對(duì)于導(dǎo)致能源節(jié)省，從而對(duì)我們的地球環(huán)境具有有利影響的節(jié)能產(chǎn)品的意識(shí)增長(zhǎng)了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明者關(guān)注除材料特性之外的液晶層參數(shù)，以便能以低電壓驅(qū)動(dòng)液晶層。如果通過設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)定方法能實(shí)現(xiàn)低壓驅(qū)動(dòng)，則可以在與液晶材料的種類無關(guān)的很寬范圍的應(yīng)用中形成能耗降低技術(shù)。此外，可知這種技術(shù)應(yīng)當(dāng)能不加任何限制地用于目前已經(jīng)實(shí)際使用的任何種類的液晶顯示裝置。
鑒于以上所述作出本發(fā)明，其目的在于提供一種用于液晶層的光調(diào)制方法和使用該方法的液晶裝置，可使用低驅(qū)動(dòng)電壓令人滿意地呈現(xiàn)亮態(tài)和暗態(tài)，而不改變液晶材料。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于液晶層的光調(diào)制方法和使用該方法的液晶裝置，能可靠地呈現(xiàn)亮態(tài)和暗態(tài)，而不改變液晶材料，同時(shí)有助于降低能耗。
本發(fā)明的再一目的在于提供反射型、透射型和透射反射型液晶裝置，其有助于降低能耗，而不改變液晶材料。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的用于液晶層的光調(diào)制方法是一種用于液晶層的光調(diào)制方法，使用通過施加預(yù)定的高壓能提供一個(gè)延遲，且通過施加預(yù)定的低壓能提供另一延遲的液晶層，從而所述一個(gè)延遲與另一延遲之間的預(yù)定差別可提供預(yù)定的暗態(tài)和亮態(tài)，其中通過使液晶層的厚度和/或液晶層液晶分子的預(yù)傾角大于提供所述一個(gè)和另一延遲的情況下液晶層的厚度和/或預(yù)傾角，由通過向液晶層施加低于預(yù)定高壓的修正高壓得到的第一延遲與通過向液晶層施加等于或高于預(yù)定低壓的修正低壓得到的第二延遲之間的差別，或者由通過向液晶層施加等于或低于預(yù)定高壓的修正高壓得到的第一延遲與通過向液晶層施加高于預(yù)定低壓的修正低壓得到的第二延遲之間的差別，得出預(yù)定的差值。
由此，可降低液晶層的最大驅(qū)動(dòng)電壓，并縮小驅(qū)動(dòng)電壓范圍，從而有助于節(jié)能。此外，由于該方法不依賴于液晶材料本身的性質(zhì)，因此可提供具有很寬應(yīng)用范圍的節(jié)能技術(shù)。更具體而言，所述預(yù)定高壓與預(yù)定低壓之間的差值基本上為5V，在不改變亮態(tài)和暗態(tài)顯示能力的條件下，可用低于5V的電壓驅(qū)動(dòng)常規(guī)下在5V范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)的液晶層。
此外，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明另一方面的液晶裝置是一種具有以下結(jié)構(gòu)的液晶裝置，其中，從裝置的前側(cè)開始至少依次設(shè)置前偏振片、液晶層和光學(xué)反射層，對(duì)于從前偏振片射入、穿過液晶層、在光學(xué)反射層上反射、再次穿過液晶層并引導(dǎo)到前偏振片的光而言，當(dāng)向液晶層施加預(yù)定高壓時(shí)液晶層能提供一個(gè)延遲，當(dāng)向液晶層施加預(yù)定低壓時(shí)該液晶層能提供另一延遲，從而基于這些延遲之間的差別可呈現(xiàn)亮態(tài)和暗態(tài)，其中使液晶層的厚度和/或液晶層液晶分子的預(yù)傾角大于提供所述一個(gè)和另一延遲時(shí)的厚度和/或預(yù)傾角，從而使通過向液晶層施加低于預(yù)定高壓的修正高壓時(shí)獲得的第一延遲與通過向液晶層施加等于或高于預(yù)定低壓的修正低壓時(shí)獲得的第二延遲之間的差值，或者使通過向液晶層施加等于或低于預(yù)定高壓的修正高壓時(shí)獲得的第一延遲與通過向液晶層施加高于預(yù)定低壓的修正低壓時(shí)獲得的第二延遲之間的差值，基本上為半個(gè)光波長(zhǎng)的數(shù)值。
從而，可抑制液晶層的驅(qū)動(dòng)能量，有助于降低整個(gè)裝置中的能耗。
此外，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明另一方面的液晶裝置是一種具有以下結(jié)構(gòu)的液晶裝置，其中，從裝置的前側(cè)開始至少依次設(shè)置前偏振片、液晶層和后偏振片，對(duì)于從后偏振片射入、穿過液晶層并引導(dǎo)到前偏振片的光而言，當(dāng)向液晶層施加預(yù)定高壓時(shí)液晶層能提供一個(gè)延遲，當(dāng)向液晶層施加預(yù)定低壓時(shí)液晶層能提供另一延遲，從而基于這些延遲之間的差別可呈現(xiàn)亮態(tài)和暗態(tài)，其中使液晶層的厚度和/或液晶層液晶分子的預(yù)傾角大于提供所述一個(gè)和另一延遲時(shí)的厚度和/或預(yù)傾角，從而使通過向液晶層施加低于預(yù)定高壓的修正高壓時(shí)獲得的第一延遲與通過向液晶層施加等于或高于預(yù)定低壓的修正低壓時(shí)獲得的第二延遲之間的差值，或者使通過向液晶層施加等于或低于預(yù)定高壓的修正高壓時(shí)獲得的第一延遲與通過向液晶層施加高于預(yù)定低壓的修正低壓時(shí)獲得的第二延遲之間的差值，基本上為半個(gè)光波長(zhǎng)的數(shù)值。
由此，可為透射型液晶裝帶來相同的優(yōu)點(diǎn)。在這一方面，液晶裝置還可以包括設(shè)置在液晶層與后偏振片之間、部分地形成在沿液晶層面對(duì)后偏振片的主表面的某一區(qū)域中的光學(xué)反射層，其中在光學(xué)反射層所占據(jù)的區(qū)域中，對(duì)于從前偏振片射入、穿過液晶層、在光學(xué)反射層上反射、再次穿過液晶層并引導(dǎo)到前偏振片的反射路徑光而言，當(dāng)向液晶層施加修正高壓時(shí)液晶層提供第一延遲，當(dāng)向液晶層施加修正低壓時(shí)液晶層提供第二延遲。這就產(chǎn)生透射反射型液晶裝置。
在上述的每一方面中，該裝置可具有設(shè)置在前偏振片與液晶層之間，和/或液晶層與后偏振片之間的相位補(bǔ)償裝置。從而在實(shí)際使用時(shí)可獲得極優(yōu)異的性能。
在透射反射型液晶裝置中，可使用與光學(xué)反射層相應(yīng)的區(qū)域作為像素內(nèi)的光學(xué)反射區(qū)，使用除光學(xué)反射區(qū)之外的其他區(qū)域作為像素內(nèi)的光學(xué)透射區(qū)，從而可在反射模式和透射模式下實(shí)現(xiàn)基于像素的顯示。
另外，液晶層可由液晶材料組成，該液晶材料包括形成液晶層一個(gè)表面的液晶分子和形成液晶層另一表面的液晶分子，其中分子的各取向方向大致彼此平行。在此情形中，可以具有其中一種液晶分子不具有扭轉(zhuǎn)取向的液晶層的優(yōu)點(diǎn)。
通過使用由平行取向型液晶材料組成的液晶層，且具有在不施加電場(chǎng)時(shí)為光提供300到500nm延遲的厚度，或者通過使用由平行取向型液晶材料組成的液晶層，其中液晶層液晶分子的預(yù)傾角為6到30度，可獲得良好的結(jié)果。另外，該裝置可以被具體化為使預(yù)定高壓與預(yù)定低壓之間的差值大約為5V。此外，在修正高壓與修正低壓之間的差值基本上為2.5V時(shí)可獲得極好的結(jié)果。
存在多種設(shè)定修正高壓和低壓的方法。作為本發(fā)明一個(gè)方面的顯著特征，使修正高壓和修正低壓其中至少之一處于電壓-延遲特性曲線上或者其等效特性曲線上的第一延遲值附近與第二延遲值附近之間的過渡區(qū)中，所述等效特性曲線是由已經(jīng)使其厚度和/或預(yù)傾角增大從而呈現(xiàn)第一和第二延遲的液晶層表現(xiàn)出來的。


圖1所示剖面圖表示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例液晶顯示裝置的總體結(jié)構(gòu)。
圖2所示示意透視圖表示了采用本發(fā)明的平行取向型液晶層的結(jié)構(gòu)。
圖3為當(dāng)改變圖1液晶顯示裝置中所用液晶層的厚度時(shí)，表示所施加電壓-延遲特性的曲線圖。
圖4所示的示意圖表示了改變圖1液晶顯示裝置中所用液晶層的液晶分子的預(yù)傾角。
圖5為當(dāng)改變圖1液晶顯示裝置中所用液晶層的液晶分子的預(yù)傾角時(shí)，表示所施加電壓-延遲特性的曲線圖。
圖6所示的剖面圖表示了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例液晶顯示裝置的總體結(jié)構(gòu)。
圖7所示的剖面圖表示了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例液晶顯示裝置的總體結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖通過實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明的上述方面和其他形式。
(第一實(shí)施例)圖1示意地表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的液晶顯示裝置的剖面結(jié)構(gòu)。
液晶顯示裝置100為反射型液晶顯示裝置，具有從作為顯示屏一側(cè)的前側(cè)依次設(shè)置的線偏振片11，第一延遲膜12(半波片)，第二延遲膜13(四分之一波片)，由施加與要顯示的像素信息相對(duì)應(yīng)的電壓的一對(duì)電極(未示出)夾在中間的液晶層14以及光學(xué)反射層15。線偏振片11和第一及第二延遲膜12、13構(gòu)成具有右旋或左旋圓偏振功能的裝置。注意，此處為了清楚僅描述了主要構(gòu)成元件，但是實(shí)際上顯示裝置100中可包括其他構(gòu)成元件。
第一延遲膜12具有入射光波長(zhǎng)λ的大約一半的固定延遲，即數(shù)值為λ/2。假設(shè)該入射光是波長(zhǎng)處于大約380nm到780nm范圍內(nèi)的光。
液晶層14具有平行取向型液晶材料。更具體而言，液晶層14具有如圖2中所示的分子序態(tài)，其中所有液晶分子14m基本上沿決定液晶分子14m的初始取向的上取向?qū)?6和下取向?qū)?7的摩擦方向18進(jìn)行取向。換言之，使液晶分子14m的折射率橢球(指示線(indicatrix))的主軸平行于摩擦方向18，即，使液晶分子14m的指向矢平行于摩擦方向18。注意，在本例中將取向?qū)?6和17的摩擦方向18設(shè)定為液晶層14取向的方向((初始)取向方向)，不過除了這種摩擦方法之外，可使用其他方法決定取向方向。
在這種平行取向型或均勻取向型(下面通稱為平行取向型)液晶層中，對(duì)于將液晶層夾在中間的上基板表面和下基板表面而言，在預(yù)定基準(zhǔn)電場(chǎng)(例如，沒有電場(chǎng))的條件下，所有液晶分子基本上都平行并沿相同方向取向。換言之，液晶分子指向矢的方向基本上平行于基板表面。從而，在平行取向型中，與其他類型相比，可更精確和容易地分辨出液晶分子的平均傾角。另外，平行取向型液晶層不需要附加的取向控制條件，例如對(duì)于彎曲取向型液晶層而言所需的偏壓，從而具有能用相對(duì)容易地方式進(jìn)行取向控制的優(yōu)點(diǎn)。
再次參照?qǐng)D1，假設(shè)在裝置100的黑顯示操作(暗態(tài))中第二延遲膜13和液晶層14總體上具有大約四分之一入射光波長(zhǎng)(λ/4)的延遲。
如圖1中實(shí)線LB所示，入射到液晶顯示裝置100上的外部光首先穿過線偏振片11，變成線偏振光，然后穿過第一延遲膜12，使其具有λ/2延遲，變成改變預(yù)定方向的線偏振光。之后，該線偏振光進(jìn)入第二延遲膜13，成為右旋(或左旋)橢圓偏振光，并引導(dǎo)到液晶層14。在黑顯示操作(暗態(tài))下，液晶層14的延遲幾乎為零(在本例中，處于大約30nm到80nm范圍內(nèi)，以得到圓偏振光)作為基準(zhǔn)值，右旋(或左旋)圓偏振光到達(dá)光學(xué)反射層15(前半程如前所述)。在后半程，來自液晶層14的光被光學(xué)反射層15反射，在進(jìn)入液晶層14之前成為相反方向的左旋(或右旋)圓偏振光。在光再次穿過液晶層14之后，成為通過反轉(zhuǎn)在前半程入射到液晶層14上的橢圓偏振光得到的某一方向的橢圓偏振光，并進(jìn)入第二延遲膜13。第二延遲膜13將反射橢圓偏振光轉(zhuǎn)換成偏振方向垂直于在前半程入射到第二延遲膜13上的線偏振光的偏振方向的線偏振光。當(dāng)線偏振光穿過第一延遲膜12時(shí)，使其具有λ/2的延遲并被轉(zhuǎn)換成偏振方向垂直于在前半程入射到第一延遲膜12上的線偏振光的偏振方向的線偏振光，且被引導(dǎo)到偏振片11。由于偏振片11的吸收軸恰好平行于線偏振光的偏振方向，從第一延遲膜12入射的光被攔截(吸收)，沒有射出裝置100的屏幕，從而呈現(xiàn)黑顯示。
同樣，如圖1中虛線LW所示，在白顯示操作(亮態(tài))中，類似地，右旋(或左旋)橢圓偏振光入射到液晶層14上。此時(shí)，液晶層14具有λ/4的延遲(大約150nm到250nm)，與上述基準(zhǔn)值不同，并將預(yù)定偏振方向的線偏振光引導(dǎo)到光學(xué)反射層15(前半程如前所述)。在后半程，光學(xué)反射層15反射線偏振光，并使偏振方向保持相同的反射光返回液晶層14，這是因?yàn)槠涫且环N線偏振光。液晶層14基于其自身的延遲，將反射的線偏振光轉(zhuǎn)換成與在前半程入射到層14上的橢圓偏振光具有相同方向的右旋(或左旋)橢圓偏振光，并將橢圓偏振光引導(dǎo)到第二延遲膜13。第二延遲膜13朝向第一延遲膜12將反射光轉(zhuǎn)換成與在前半程入射到膜13上的線偏振光具有相同偏振方向的線偏振光。第一延遲膜12也將該光轉(zhuǎn)換成與在前半程入射到膜12上的線偏振光具有相同偏振方向的線偏振光，使其返回線偏振片11。由于偏振片11的吸收軸垂直于線偏振光的偏振方向，因此從第一延遲膜12入射的光穿過偏振片，從裝置100的屏幕射出，從而呈現(xiàn)白顯示。
在半色調(diào)顯示的情形中，液晶層14和第二延遲膜13產(chǎn)生與要顯示的半色調(diào)顏色或亮度相對(duì)應(yīng)的延遲，并將具有與該延遲相對(duì)應(yīng)的擺動(dòng)分量的橢圓偏振光返回第一延遲膜12。由此，偏振片11接收射出屏幕的垂直于與顏色或亮度相對(duì)應(yīng)的吸收軸的線偏振光分量，并實(shí)現(xiàn)半色調(diào)顯示。
如上所述，基本上，液晶層14在黑顯示下提供與零相對(duì)應(yīng)的延遲，而在白顯示下提供λ/4的延遲。換言之，層14從黑顯示到白顯示過程中在0到λ/4范圍內(nèi)的延遲中提供擺動(dòng)。根據(jù)該擺動(dòng)，在前偏振片11中可提供相對(duì)狀態(tài)，從而光以平行或垂直于偏振片11的吸收軸的偏振方向入射，因而實(shí)現(xiàn)黑顯示和白顯示。在半色調(diào)顯示中，提供了液晶層的中間延遲，且在偏振片中提供處于黑顯示與白顯示之間的入射光的中間狀態(tài)。
在本實(shí)施例中，為了使液晶層14的層厚度(所謂的單元厚度或單元間隙)大于實(shí)現(xiàn)這一狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)厚度，向液晶層14施加比在黑顯示中提供0延遲的常規(guī)電壓低的修正高壓，并向液晶層14施加比在白顯示中提供λ/4延遲的常規(guī)電壓高的修正低壓。
圖3的曲線圖用于具體解釋修正高壓和修正低壓，表示了所施加的電壓與液晶層14中的延遲改變的關(guān)系。
在圖3中，虛線表示常規(guī)液晶層的特性，而實(shí)線表示根據(jù)本實(shí)施例液晶層14的特性。可知，本實(shí)施例的液晶層14的延遲提供了比常規(guī)層中的延遲更大的最大值，并且相對(duì)而言改變更加陡峭。這是由于增大了液晶層14的厚度。更具體而言，這歸結(jié)于對(duì)于黑顯示時(shí)單向光路中的透射光而言，層14具有提供150nm至200nm延遲所需的厚度。與之相反，常規(guī)層具有對(duì)于該光提供大約125nm延遲所需的厚度。
如圖1中所示的結(jié)構(gòu)中，對(duì)于在前半個(gè)光程和后半個(gè)光程兩次穿過液晶層的光而言，液晶層需要提供與大致λ/2(＝(λ/4)×2)的值相應(yīng)的延遲改變，并且當(dāng)假設(shè)該數(shù)值為大約300nm時(shí)，常規(guī)中可由5V高壓與0V低壓的延遲之間的差值實(shí)現(xiàn)所述改變。換言之，當(dāng)施加給液晶層的電壓從0V逐漸增大時(shí)，液晶分子經(jīng)歷了分子暫時(shí)不會(huì)從初始取向發(fā)生位移的飽和區(qū)(Sat1)，并且當(dāng)電壓達(dá)到預(yù)定閾值時(shí)開始改變?nèi)∠?，?jīng)過分子改變?nèi)∠虻奈灰屏颗c所施加電壓相對(duì)應(yīng)的過渡區(qū)(Trn)，逐漸減小位移量，并最終達(dá)到即使進(jìn)一步增大所施加的電壓取向也不再改變的飽和區(qū)(Sat2)。在這種現(xiàn)象中，常規(guī)的驅(qū)動(dòng)電壓值為該現(xiàn)象中初始階段和最后階段中各飽和區(qū)中的電壓值。
與之不同，在本實(shí)施例中，增厚液晶層14，并且使延遲的變化在電壓-延遲曲線的過渡區(qū)(Trn)中更加陡峭，因此由低于常規(guī)電壓的高壓(修正高壓)和高于常規(guī)電壓的低壓(修正低壓)實(shí)現(xiàn)所需的延遲差(λ/2)。在本實(shí)施例中，將高壓設(shè)定為4V，將低壓設(shè)定為1.5V。
通過這種方式，可降低液晶層的最大驅(qū)動(dòng)電壓，同時(shí)保持從黑顯示到白顯示時(shí)所需的延遲改變。因而，不僅可降低作為負(fù)載的液晶層中消耗的功率，而且還降低用于輸送最大電壓的放大器等器件中的功耗。此外，本實(shí)施例意在將低壓從0V增大到1.5V，從而與常規(guī)方式相比可縮小驅(qū)動(dòng)電壓范圍，從而提供電壓輸送能量的最佳抑制效果。
因而，根據(jù)本實(shí)施例，僅通過改變液晶層的厚度來減小驅(qū)動(dòng)電壓能量和實(shí)現(xiàn)功耗的降低。這意味著不考慮液晶層的材料，而使如圖3中所示電壓-延遲特性曲線變陡峭。從而，本實(shí)施例提供一種對(duì)于現(xiàn)有的穩(wěn)定液晶材料或者未來發(fā)現(xiàn)的液晶材料具有高可靠性和有效性的節(jié)能技術(shù)，而不依賴新液晶材料。
在上述實(shí)施例中，改變液晶層的厚度使電壓-延遲特性曲線變得陡峭。另外，如下面所述，通過改變液晶層的液晶分子的預(yù)傾角，同樣可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電壓能量的降低。
圖4示意地表示了在本實(shí)施例中，液晶層14的液晶分子的預(yù)傾角從常規(guī)角度6°改變到15°的情形。圖5用類似于圖3的各虛線和實(shí)線表示了具有6°預(yù)傾角的液晶層和具有15°預(yù)傾角的液晶層產(chǎn)生的延遲特性。
如圖5中所示，特別是通過與圖3比較可以看出，15°預(yù)傾角的電壓-延遲特性曲線表現(xiàn)出一種向低壓側(cè)偏移的形式(換言之，降低閾值電壓的形式)。因而，在本實(shí)施例中，通過將高壓和低壓分別設(shè)定為3.8V和0V，可提供大約300nm的預(yù)定所需延遲差。
因此，在本實(shí)施例中還可以通過增大預(yù)傾角來降低驅(qū)動(dòng)電壓，同時(shí)保持所需的延遲。此外，在本方法中，與常規(guī)技術(shù)相比可縮小驅(qū)動(dòng)電壓范圍(3.8V)，并且還可以抑制電壓輸送能量。另外，希望這種效果與液晶層的材料特性無關(guān)。
盡管本實(shí)施例中預(yù)傾角為15°，不過可以采用其他數(shù)值，并且用上限高達(dá)30°的預(yù)傾角也能實(shí)現(xiàn)令人滿意的結(jié)果。
(第二實(shí)施例)圖6示意表示了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的液晶顯示裝置的剖面結(jié)構(gòu)。
液晶顯示裝置200是一種透射型液晶顯示裝置，具有線偏振片11；第一延遲膜12(半波片)；第二延遲膜13(四分之一波片)；由一對(duì)電極(未示出)夾在中間的液晶層14，電極向液晶層14施加與要顯示的像素信息相對(duì)應(yīng)的電壓；第三延遲膜21(四分之一波片)；第四延遲膜22(半波片)；以及后線偏振片23。線偏振片11、第一和第二延遲膜12、13構(gòu)成具有右旋和左旋圓偏振功能其中之一的裝置，第三和第四延遲膜21、22以及后線偏振片23構(gòu)成具有右旋和左旋圓偏振功能其中另一個(gè)的裝置。注意，與第一實(shí)施例相同的部分被賦予相同的附圖標(biāo)記，并省略對(duì)其細(xì)節(jié)的描述。此外，依然為了清楚起見，此處僅給出主要構(gòu)成元件。
按照與上述相同的方式，第一延遲膜12具有λ/2的數(shù)值，液晶層14也具有如前面所述的平行取向型液晶材料。
將本實(shí)施例設(shè)置成提供第三和第四延遲膜21、22以及另一線偏振片23，取代第一實(shí)施例中的光學(xué)反射層15。第二延遲膜13、液晶層14和第三延遲膜21意在整體上具有大約半個(gè)入射光波長(zhǎng)(λ/2)的延遲或者在裝置200的黑顯示操作(暗態(tài))中具有等于零的延遲。第四延遲膜22具有大約一半入射光波長(zhǎng)(λ/2)的固定延遲。
從后偏振片23的另一背側(cè)施加來自背光(未示出)的光。
如圖6中實(shí)線LB所示，入射到液晶顯示裝置200上的背光首先通過線偏振片23，成為線偏振光，然后穿過第四延遲膜22，使其具有λ/2的延遲，并且變成處于改變的預(yù)定方向的線偏振光。接下來，該線偏振光進(jìn)入第三延遲膜21，成為右旋(或左旋)橢圓偏振光，并被引導(dǎo)到液晶層14。在黑顯示操作(暗態(tài))中，液晶層14的延遲近似為零(不過，在本例中，大約處于60nm到160nm的范圍內(nèi)，以得到與入射光具有相同形狀的橢圓偏振光)，并將入射到液晶層14上的橢圓偏振光在其橢圓偏振方向保持不變的情況下引導(dǎo)到第二延遲膜13。第二延遲膜13將透射的橢圓偏振光轉(zhuǎn)換成預(yù)定方向的線偏振光。然后，第一延遲膜12為該線偏振光提供λ/2的延遲，從而偏振方向改變，并引導(dǎo)到前偏振片11。由于偏振片11的吸收軸恰好平行于該線偏振光的偏振方向，因此從第一延遲膜12進(jìn)入的光被攔截(吸收)，沒有從裝置200的屏幕射出，從而呈現(xiàn)黑顯示。
同樣，在圖6中虛線LW所示的白顯示操作(亮態(tài))中，右旋(或左旋)橢圓偏振光同樣入射到液晶層14上。此時(shí)，液晶層14施加λ/2的延遲(大約300nm至500nm)，并將方向與入射到層14上的橢圓偏振光的方向相反的橢圓偏振光引導(dǎo)到第二延遲膜13。第二延遲膜13將透射的光轉(zhuǎn)變成偏振方向垂直于黑顯示中的偏振方向的線偏振光，并將其引導(dǎo)到第一延遲膜12。使引導(dǎo)到第一延遲膜12的光具有λ/2的延遲，從而成為偏振方向改變的線偏振光，其被引導(dǎo)到前偏振片11。由于偏振片11的吸收軸垂直于線偏振光的偏振方向，從第一延遲膜12進(jìn)入的光穿過偏振片11，從裝置200的屏幕射出，從而呈現(xiàn)白顯示。
在半色調(diào)顯示的情形中，液晶層14和第二與第三延遲膜13、21帶來與要顯示的半色調(diào)顏色或亮度相對(duì)應(yīng)的延遲，并將具有與該延遲相對(duì)應(yīng)的擺動(dòng)分量的橢圓偏振光輸入第一延遲膜12。通過這種方式，偏振片11接收射出屏幕、與顏色或亮度相對(duì)應(yīng)的吸收軸垂直的線偏振光分量，實(shí)現(xiàn)半色調(diào)顯示。
即便在本實(shí)施例中，通過改變液晶層14的厚度也可以提供具有陡峭特性的電壓-延遲特性曲線，和/或通過改變液晶層14的液晶分子的預(yù)傾角，可降低延遲特性曲線的閾值電壓。在第一實(shí)施例中與兩次通過液晶層14的光有關(guān)的延遲等于本實(shí)施例中與僅通過液晶層14一次的光有關(guān)的延遲，從而，可在與前述相同的意義上設(shè)定液晶層的厚度和液晶分子的預(yù)傾角。
從而，在本實(shí)施例中也可以降低驅(qū)動(dòng)電壓能量，并有助于降低功耗。
(第三實(shí)施例)圖7示意地表示了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的液晶顯示裝置的剖面結(jié)構(gòu)。
液晶顯示裝置300是一種透射反射型液晶顯示裝置，除了如上所述透射型液晶顯示裝置200的結(jié)構(gòu)之外，主要具有設(shè)置在液晶層14與第三延遲膜21之間的光學(xué)反射層31的結(jié)構(gòu)。光學(xué)反射層31基本上形成每個(gè)像素內(nèi)的反射區(qū)，其他區(qū)域形成透射區(qū)。光學(xué)反射層31也可以作為像素電極。
可按照與第一和第二實(shí)施例中分別描述的反射型液晶顯示裝置100和透射型液晶顯示裝置200相同的方式描述其他結(jié)構(gòu)特征和入射光的特點(diǎn)。換言之，被光學(xué)反射層31反射的光的特點(diǎn)與反射型液晶顯示裝置100中的相同，穿過除光學(xué)反射層31之外的部分即透射區(qū)的、來自背光的光的特點(diǎn)與透射型液晶顯示裝置200中的相同。
根據(jù)本實(shí)施例，預(yù)計(jì)可得到與上述第一和第二實(shí)施例相同的效果和優(yōu)點(diǎn)。
上面分別描述了兩種機(jī)制，一種取決于液晶層的厚度，另一種取決于預(yù)傾角，不過還可以通過將這些機(jī)制組合來降低驅(qū)動(dòng)電壓能量。
此外，將高壓(修正高壓)和低壓(修正低壓)設(shè)定在圖3中的過渡區(qū)(Trn)中，同時(shí)設(shè)定在圖5中飽和區(qū)的端部，但是可確定在延遲特性曲線中將其設(shè)定在哪個(gè)位置時(shí)是適當(dāng)?shù)摹?yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明本質(zhì)上在于在通過向液晶層施加比改變液晶層的厚度或預(yù)傾角之前規(guī)定的預(yù)定高壓(例如，高飽和電壓)更低的修正高壓而得到的第一延遲，與通過向液晶層施加與改變液晶層的厚度或預(yù)傾角之前規(guī)定的預(yù)定低壓(例如低飽和電壓)相等或更高的修正低壓而得到的第二延遲之間的差值，或者通過向液晶層施加等于或低于預(yù)定高壓的修正高壓而得到的第一延遲，與通過向液晶層施加高于預(yù)定低壓的修正低壓而得到的第二延遲之間的差值，等于在改變之前為顯示亮態(tài)到暗態(tài)而設(shè)定的延遲的預(yù)定差值。
此外，盡管上述實(shí)施例采用如圖2中所示的平行取向型液晶層，不過本發(fā)明不限于這種液晶層。例如，本發(fā)明可采用多種液晶層，如ECB(電控雙折射)型，HAN(混合取向向列)型，OCB(光學(xué)補(bǔ)償雙折射)型和VAN(垂直取向向列)型。簡(jiǎn)言之，本發(fā)明的目的在于通過基于電場(chǎng)控制雙折射狀態(tài)，根據(jù)要顯示的圖像執(zhí)行光調(diào)制的液晶層。
上面描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，不過當(dāng)然可通過多種方法進(jìn)行變型。另外，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)可為本發(fā)明增加附加的結(jié)構(gòu)元件。此外，注意，使用了諸如慢軸(slow axis)、取向方向、垂直和平行之類的術(shù)語解釋本發(fā)明特有的技術(shù)特征，不過它們可使用其他術(shù)語來表示，從而本發(fā)明涉及由這些術(shù)語翻譯出的技術(shù)特征的真實(shí)意思。另外，參照液晶顯示裝置描述了各個(gè)實(shí)施例，不過本發(fā)明并非必須受限于用于顯示圖像等的裝置，可適用于設(shè)有液晶層的多種裝置。
本發(fā)明并非必須受限于上述實(shí)施例，在不偏離權(quán)利要求范圍的條件下，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可得出其多種變型。
權(quán)利要求
1.一種用于液晶層的光調(diào)制方法，使用能通過施加預(yù)定的高壓提供一個(gè)延遲、通過施加預(yù)定的低壓提供另一延遲的液晶層，從而所述一個(gè)延遲與另一延遲之間的預(yù)定差值可提供預(yù)定的暗態(tài)和亮態(tài)，其中通過使液晶層的厚度和/或液晶層的液晶分子的預(yù)傾角大于提供所述一個(gè)延遲和另一延遲時(shí)液晶層的厚度和/或預(yù)傾角，由通過向液晶層施加低于所述預(yù)定高壓的修正高壓得到的第一延遲與通過向液晶層施加等于或高于所述預(yù)定低壓的修正低壓得到的第二延遲之間的差值，或者由通過向液晶層施加等于或低于所述預(yù)定高壓的修正高壓得到的第一延遲與通過向液晶層施加高于所述預(yù)定低壓的修正低壓得到的第二延遲之間的差值，得到所述預(yù)定差值。
2.如權(quán)利要求1所述的光調(diào)制方法，其中所述預(yù)定高壓與預(yù)定低壓之間的差值大約為5V。
3.一種具有以下結(jié)構(gòu)的液晶裝置，其中，從該裝置的前側(cè)依次至少設(shè)有前偏振片、液晶層和光學(xué)反射層，對(duì)于從前偏振片射入、穿過液晶層、在光學(xué)反射層上反射、再次穿過該液晶層并引導(dǎo)到所述前偏振片的光，在向液晶層施加預(yù)定的高壓時(shí)所述液晶層能提供一個(gè)延遲，在向液晶層施加預(yù)定的低壓時(shí)所述液晶層能提供另一延遲，從而基于這些延遲之間的差別可呈現(xiàn)亮態(tài)和暗態(tài)，其中使液晶層的厚度和/或液晶層的液晶分子的預(yù)傾角大于提供所述一個(gè)延遲和另一延遲時(shí)的厚度和/或預(yù)傾角，從而使通過向液晶層施加低于所述預(yù)定高壓的修正高壓得到的第一延遲與通過向液晶層施加等于或高于所述預(yù)定低壓的修正低壓得到的第二延遲之間的差值，或者使通過向液晶層施加等于或低于所述預(yù)定高壓的修正高壓得到的第一延遲與通過向液晶層施加高于所述預(yù)定低壓的修正低壓得到的第二延遲之間的差值，基本上為半個(gè)光波長(zhǎng)。
4.一種具有以下結(jié)構(gòu)的液晶裝置，其中，從該裝置的前側(cè)依次至少設(shè)有前偏振片、液晶層和后偏振片，對(duì)于從后偏振片射入、穿過液晶層并引導(dǎo)到所述前偏振片的光，在向液晶層施加預(yù)定的高壓時(shí)所述液晶層能提供一個(gè)延遲，在向液晶層施加預(yù)定的低壓時(shí)所述液晶層能提供另一延遲，從而基于這些延遲之間的差別可呈現(xiàn)亮態(tài)和暗態(tài)，其中使液晶層的厚度和/或液晶層的液晶分子的預(yù)傾角大于提供所述一個(gè)延遲和另一延遲時(shí)的厚度和/或預(yù)傾角，從而使通過向液晶層施加低于所述預(yù)定高壓的修正高壓得到的第一延遲與通過向液晶層施加等于或高于所述預(yù)定低壓的修正低壓得到的第二延遲之間的差值，或者使通過向液晶層施加等于或低于所述預(yù)定高壓的修正高壓得到的第一延遲與通過向液晶層施加高于所述預(yù)定低壓的修正低壓得到的第二延遲之間的差值，基本上為半個(gè)光波長(zhǎng)。
5.如權(quán)利要求4所述的液晶裝置，還包括設(shè)置在所述液晶層與后偏振片之間并且在沿液晶層面對(duì)后偏振片的主表面的一個(gè)區(qū)域中部分地形成的光學(xué)反射層，其中在所述光學(xué)反射層占據(jù)的區(qū)域中，對(duì)于從前偏振片射入、穿過液晶層、在光學(xué)反射層上反射、再次穿過液晶層并引導(dǎo)到所述前偏振片的反射路徑光，當(dāng)向液晶層施加修正高壓時(shí)所述液晶層提供第一延遲，當(dāng)向液晶層施加修正低壓時(shí)所述液晶層提供第二延遲。
6.如權(quán)利要求3、4或5所述的液晶裝置，包括處于前偏振片與液晶層之間的相位補(bǔ)償裝置。
7.如權(quán)利要求4或5所述的液晶裝置，包括處于液晶層與后偏振片之間的相位補(bǔ)償裝置。
8.如權(quán)利要求5所述的液晶裝置，其中使用與所述光學(xué)反射層相對(duì)應(yīng)的區(qū)域作為像素內(nèi)的光學(xué)反射區(qū)，并使用除光學(xué)反射區(qū)之外的其他區(qū)域作為像素內(nèi)的光學(xué)透射區(qū)。
9.如權(quán)利要求3-8中任一項(xiàng)所述的液晶裝置，其中所述液晶層由包括構(gòu)成液晶層的一個(gè)表面的液晶分子和構(gòu)成液晶層的另一表面的液晶分子的液晶材料組成，分子的各取向方向彼此基本平行。
10.如權(quán)利要求3-9中任一項(xiàng)所述的液晶裝置，其中所述液晶層由平行取向型的液晶材料組成，并且具有在不施加電場(chǎng)時(shí)對(duì)光提供300至500nm延遲的厚度。
11.如權(quán)利要求3-10中任一項(xiàng)所述的液晶裝置，其中所述液晶層由平行取向型的液晶材料組成，并且液晶層的液晶分子的預(yù)傾角為6到30度。
12.如權(quán)利要求3-11中任一項(xiàng)所述的液晶裝置，其中所述預(yù)定高壓與預(yù)定低壓之間的差值基本上為5V。
13.如權(quán)利要求3-12中任一項(xiàng)所述的液晶裝置，其中所述修正高壓與修正低壓之間的差值基本上為2.5V。
14.如權(quán)利要求3-12中任一項(xiàng)所述的液晶裝置，其中使所述修正高壓與修正低壓中至少之一處于電壓-延遲特性曲線上或者其等效特性曲線上的第一延遲值附近與第二延遲值附近之間的過渡區(qū)中，所述等效特性曲線是由已經(jīng)使其厚度和/或預(yù)傾角增大從而呈現(xiàn)第一延遲和第二延遲的液晶層表現(xiàn)出來的。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于在不改變液晶材料的條件下用低驅(qū)動(dòng)電壓令人滿意地呈現(xiàn)亮態(tài)和暗態(tài)。液晶裝置100具有以下結(jié)構(gòu)，其中，從該裝置的前側(cè)依次設(shè)有偏振片11、液晶層14和光學(xué)反射層15。對(duì)于從偏振片11射入、穿過液晶層、在光學(xué)反射層15上反射、再次穿過該液晶層14并引導(dǎo)到所述偏振片11的光，在向液晶層14施加預(yù)定的高壓時(shí)所述液晶層能提供一個(gè)延遲，在向液晶層14施加預(yù)定的低壓時(shí)所述液晶層能提供另一延遲，從而基于這些延遲之間的差別可呈現(xiàn)亮態(tài)和暗態(tài)。使液晶層的厚度和/或液晶層的液晶分子的預(yù)傾角大于提供所述一個(gè)延遲和另一延遲時(shí)的厚度和/或預(yù)傾角，從而使例如通過向液晶層施加低于所述預(yù)定高壓的修正高壓得到的第一延遲與通過向液晶層施加等于或高于所述預(yù)定低壓的修正低壓得到的第二延遲之間的差值，基本上為半個(gè)光波長(zhǎng)。
文檔編號(hào)G02F1/133GK1791828SQ200480013333
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2004年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月16日
發(fā)明者柴崎稔 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司