專利名稱：具有改進(jìn)的圖像對比度的液晶顯示器面板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示器領(lǐng)域, 色片和相鄰子像素間光再循環(huán)的， 色液晶顯示器面板。具體涉及一種采用了非吸收干涉濾 具有改進(jìn)的圖像對比度的高亮度彩背景技術(shù)對能夠以改進(jìn)的對比度顯示視頻圖像的平板液晶顯示器(LCD)面 板有很大需求。需要這種顯示結(jié)構(gòu)來直接觀看的裝置的例子包括筆記 本、膝上型電腦、其他計(jì)算機(jī)以及平板電視設(shè)備。通常，常規(guī)的彩色LCD面板具有本質(zhì)上相同的基本結(jié)構(gòu)。每個(gè)LCD 顯示器面板包括以下幾個(gè)主要組件用于產(chǎn)生平面均勻光照強(qiáng)度的背 光結(jié)構(gòu)；產(chǎn)生光強(qiáng)度調(diào)制的控制元件的可電尋址陣列；以及位于調(diào)制 元件陣列鄰域的濾色片陣列，該濾色片陣列對經(jīng)調(diào)制的光進(jìn)行光語過 濾以形成彩色圖像。在彩色LCD面板設(shè)計(jì)中，目標(biāo)是使來自背光結(jié)構(gòu)的光最大百分比 地透過濾色片陣列。然而，由于以下因素所導(dǎo)致的光透射嚴(yán)重?fù)p耗， 使利用現(xiàn)有設(shè)計(jì)和技術(shù)不可能實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，這些因素為由LCD面板 中所用的吸收型偏振器引起的光能量損耗；從薄膜晶體管(TFT)和 LCD面板中所用的像素空間強(qiáng)度調(diào)制陣列的布線反射的光的吸收；LCD 面板濾光片中所用的顏料對光的吸收；以及由LCD面板內(nèi)層與層之間 的折射率不匹配引起的菲涅耳損耗。這些因素導(dǎo)致了，現(xiàn)有技術(shù)下的 彩色LCD面板的光透射率一般不大于5%。從而，背光結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光中 有最高達(dá)95。/。的光轉(zhuǎn)化成LCD面板上的熱。因此，在不使用超高強(qiáng)度
背光源的情況下，將現(xiàn)有技術(shù)下的彩色LCD面板用于直接或投影顯示 系統(tǒng)中都不可能獲取高亮度圖像，而使用超高強(qiáng)度背光源要求有高的 功率供給，并且產(chǎn)生大量的熱，因而必須要有充分冷卻等措施。針對現(xiàn)有技術(shù)下的彩色LCD面板設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)，已提出多種替換性 方法以改進(jìn)面板的光透射率，并從而提高所生成圖像的亮度。例如，采用膽甾型液晶(CLC)偏振器的LCD面板已用于取代現(xiàn)有 技術(shù)下的LCD面板吸收染色偏振器，以獲取改進(jìn)的色純度。為了提高 LCD面板的亮度，另一LCD面板采用了部分光再循環(huán)的方案。為了提 高LCD面板的亮度，另一LCD面板利用全息散射體(holographic diffuser)從背光結(jié)構(gòu)的光導(dǎo)面板提取光，以及利用CLC偏振器來對 被全息散射體漫散射式地散射的光進(jìn)行局部再循環(huán)。然而，這種現(xiàn)有技術(shù)下的彩色LCD面板難免還有些不足和缺點(diǎn)。 特別是，雖然利用了非吸收CLC偏振器以及局部化的光再循環(huán)原理， 但現(xiàn)有技術(shù)下的LCD面板在從背光結(jié)構(gòu)延伸至觀看者的光路上還繼續(xù) 需要至少一個(gè)光吸收層。因此，現(xiàn)有技術(shù)下的LCD面板具有非常低的 光透射率。因而，利用現(xiàn)有技術(shù)下的LCD面板形成高亮度彩色圖像， 要求有高強(qiáng)度的背光光源，而該高強(qiáng)度的背光光源消耗非常高的電功 率，產(chǎn)生大量的熱，并且要求必須要利用風(fēng)扇以及其他冷卻措施來使 LCD面板和背光結(jié)構(gòu)中的燈的溫度維持在安全運(yùn)行極限內(nèi)。已知一種寬帶雙折射反射偏振器，它包括布置在光學(xué)重復(fù)單元中 的雙折射材料，該光學(xué)重復(fù)單元在空間上沿反射偏振器厚度軸方向放 置。雙折射反射偏振器可以通過確定的混合擠壓技術(shù)由多層片狀或薄 膜狀形式的聚合物材料制得。這種方法有一些限制。該聚合物應(yīng)適合 于在該方法的實(shí)踐過程中使用，以便聚合物具有光彈性系數(shù)，該光彈 性系數(shù)可在該聚合物被定向時(shí)，在至少一個(gè)平面內(nèi)提供必要的折射率 失配。因此，并非所有聚合物材料對都可以使用。并非所有聚合物材 料都適宜混合擠壓。很多聚合物可以在高于玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度的溫度下 被拉伸。制造反射偏振器的方法是一個(gè)超高溫方法。反射偏振器只能 被獨(dú)立(分開)生產(chǎn)，并且不能將其制造方法集成到，例如，顯示器 或其他設(shè)備的制造工藝中。因此，對能夠產(chǎn)生高亮度彩色圖像，并且沒有現(xiàn)有技術(shù)下的LCD
面板設(shè)備的缺點(diǎn)和不足的改進(jìn)的彩色LCD面板有很大需求。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種具有改進(jìn)的圖像對比度的液晶顯示器面 板。它包括像素陣列區(qū)域和一系列背光再循環(huán)結(jié)構(gòu)、空間強(qiáng)度調(diào)制結(jié) 構(gòu)以及和每個(gè)所述的像素區(qū)域相關(guān)的濾光結(jié)構(gòu)。所述背光再循環(huán)結(jié)構(gòu) 包括寬帶后干涉偏振元件UI-Polar ),該后干涉偏振元件具有預(yù)設(shè)取 向的透射軸AB。所述空間強(qiáng)度調(diào)制結(jié)構(gòu)包括寬帶前干涉偏振元件 (FI-Polar )，該寬帶前干涉偏振元件具有近似平行于透射軸AB的透 射軸。所述的RI-Polar和FI-Polar是疊層的多層結(jié)構(gòu)。每個(gè)多層結(jié) 構(gòu)的至少一層是光學(xué)各向異性的，該層通過級聯(lián)結(jié)晶工藝(Cascade Crystallization Process )方法制得。所述層的特征是在近似平行于 透射軸AB的方向上具有3. 4±0. 3A的分子間間距的全局有序的雙軸晶 體結(jié)構(gòu)。該層在可見光波段內(nèi)是透明的，并由棒狀超分子形成，該棒 狀超分子代表至少一種具有共軛7T體系和離子型基團(tuán)的多環(huán)有機(jī)化合 物。


參考以下結(jié)合附圖考慮的詳細(xì)說明，將更容易理解本發(fā)明更為完 整的說明及其諸多優(yōu)點(diǎn)，其中所有詳細(xì)說明和附圖構(gòu)成公開內(nèi)容的一 部分圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的簡化的LCD面板結(jié)構(gòu)圖； 圖2a顯示了包括疊層的多層結(jié)構(gòu)的截面；圖2b呈現(xiàn)了根據(jù)圖l的LCD面板的一部分，顯示了和其中的像 素結(jié)構(gòu)相關(guān)的電控偏振旋轉(zhuǎn)元件；圖3是圖1所示LCD面板第一具體實(shí)施方案內(nèi)的示范像素結(jié)構(gòu)經(jīng) 擴(kuò)展后的截面圖的示意圖，其中LCD面板的空間強(qiáng)度調(diào)制元件通過使 用線偏振旋轉(zhuǎn)元件來實(shí)現(xiàn)，并且選擇提供給線偏振旋轉(zhuǎn)元件的像素驅(qū) 動(dòng)器信號，使得示范像素結(jié)構(gòu)的每一個(gè)RGB (紅色、綠色、藍(lán)色)子 像素處產(chǎn)生"暗"輸出水平；圖4是圖1所示LCD面板第一具體實(shí)施方案內(nèi)的示范像素結(jié)構(gòu)經(jīng) 擴(kuò)展后的截面圖的示意圖，其中LCD面板的空間強(qiáng)度調(diào)制元件通過使 用線偏振旋轉(zhuǎn)元件來實(shí)現(xiàn)，并且選擇提供給線偏振旋轉(zhuǎn)元件的像素驅(qū) 動(dòng)器信號，使得示范像素結(jié)構(gòu)的每一個(gè)RGB子像素處產(chǎn)生"亮"輸出 水平；圖5A是個(gè)示意圖，圖解了圖3和4所示LCD面板的寬帶后干涉偏 振元件(RI-Polar)的反射特征；圖5B是個(gè)示意圖，圖解了圖3和4所示LCD面板的寬帶前千涉偏 振元件(FI-Polar)的反射特征；圖5C是個(gè)示意圖，圖解了與圖3、圖4所示LCD面板的每個(gè)"藍(lán) 色"子像素區(qū)域相關(guān)的濾色片的透射特征；圖5D是個(gè)示意圖，圖解了與圖3、圖4所示LCD面板的每個(gè)"綠 色"子像素區(qū)域相關(guān)的濾色片的透射特征；圖5E是個(gè)示意圖，圖解了與圖3、圖4所示LCD面板的每個(gè)"紅 色"子像素區(qū)域相關(guān)的濾色片的透射特征；圖6是圖1所示LCD面板第二具體實(shí)施方案內(nèi)的示范像素結(jié)構(gòu)經(jīng) 擴(kuò)展后的截面圖的示意圖，其中LCD面板的空間強(qiáng)度調(diào)制元件通過使 用線偏振旋轉(zhuǎn)元件來實(shí)現(xiàn)，并且選擇提供給線偏振旋轉(zhuǎn)元件的像素驅(qū) 動(dòng)器信號，使得示范像素結(jié)構(gòu)的每一個(gè)CMY (青色、品紅、黃色)子 像素處產(chǎn)生"暗，，輸出水平；圖7是圖1所示LCD面板第二具體實(shí)施方案內(nèi)的示范像素結(jié)構(gòu)經(jīng) 擴(kuò)展后的截面圖的示意圖，其中LCD面板的空間強(qiáng)度調(diào)制元件通過使 用線偏振旋轉(zhuǎn)元件來實(shí)現(xiàn)，并且選擇提供給線偏振旋轉(zhuǎn)元件的信號， 使得示范像素結(jié)構(gòu)的每一個(gè)CMY子像素處產(chǎn)生"亮"輸出水平；圖8A是個(gè)示意圖，圖解了圖6和7所示LCD面板的寬帶后千涉偏 振元件(RI-Polar)的反射特征；圖8B是個(gè)示意圖，圖解了圖6和7所示LCD面板的寬帶前千涉偏 振元件(FI-Polar)的反射特征；圖8C是個(gè)示意圖，圖解了與圖6、圖7所示LCD面板的每個(gè)"青 色"子像素區(qū)域相關(guān)的濾色片的透射特征；圖8D是個(gè)示意圖，圖解了與圖6、圖7所示的LCD面板的每個(gè)"品 紅"子像素區(qū)域相關(guān)的濾色片的透射特征；
圖8E是個(gè)示意圖，圖解了與圖6、圖7所示LCD面板的每個(gè)"黃 色"子像素區(qū)域相關(guān)的濾色片的透射特征；圖9顯示了對于一個(gè)具有15個(gè)H層(高折射率固定在1. 8，低折 射率固定在1.5)的6個(gè)l/4波長腔結(jié)構(gòu)，其偏振器反射率作為波長 的函數(shù)；圖10為濃度25mg/1的磺化苊并[l， 2-b]喹喔啉水溶液的吸收光譜；圖11是一個(gè)圖解了由磺化苊并[l，2-b]喹喔啉衍生物的混合物生 成的層的透射系數(shù)對波長的依賴關(guān)系的透射光謙；圖12顯示了對于由磺化苊并[l,2-b]喹喔啉衍生物的混合物生成 的層，沿平行和垂直于排列方向測得的折射率(ru, n。)和吸收系數(shù) (ke, k。)對波長的依賴關(guān)系；圖13顯示了通過擬合得到的吸收系數(shù)；圖14顯示了通過擬合得到的折射率；圖15顯示了 k=l， 2時(shí)TCF Bordeaux層的1/4波長厚度義(^A:十/,/ 6L乂 ;圖16顯示了光散射對多層涂層反射率的影響；圖17顯示了多層(3TCF)涂層的反射光謙；以及圖18顯示了多層(4 TCF )涂層的反射光譜。
具體實(shí)施方式
在對本發(fā)明作了大體描述后，通過參考具體優(yōu)選實(shí)施方案可以獲 取進(jìn)一步的理解，這些具體實(shí)施方案此處僅是出于說明的目的提供的， 而不意在限制所附權(quán)利要求的范圍。為更清楚起見，圖l顯示了根據(jù)本發(fā)明的LCD面板的第一簡化實(shí) 施方案的子組件結(jié)構(gòu)。所述LCD面板1的第一筒化實(shí)施方案包括背 光再循環(huán)結(jié)構(gòu)2，該背光再循環(huán)結(jié)構(gòu)2包括準(zhǔn)漫反射型反射器3、寬 帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4以及后寬帶片偏振器40,該準(zhǔn)漫反 射型反射器3在x和y坐標(biāo)軸上產(chǎn)生具有基本均勻強(qiáng)度的寬帶光通量； 空間強(qiáng)度調(diào)制結(jié)構(gòu)，該空間強(qiáng)度調(diào)制結(jié)構(gòu)包括偏振方向旋轉(zhuǎn)元件陣列 5和寬帶前千涉偏振元件(FI-Polar) 7,偏振方向旋轉(zhuǎn)元件陣列5用于對從背光結(jié)構(gòu)發(fā)射的光進(jìn)行空間強(qiáng)度調(diào)制；空間濾波結(jié)構(gòu)，該空間 濾波結(jié)構(gòu)包括用于對背光結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光進(jìn)行濾光的像素化濾色片陣列 6;以及消反射裝置(70)，該消反射裝置(70)用于和偏振方向旋轉(zhuǎn) 元件陣列5及像素化濾色片陣列6協(xié)同運(yùn)作?？梢詫⑶皩拵衿?用作消反射裝置。像素驅(qū)動(dòng)器IO控制每個(gè)偏振方向旋轉(zhuǎn)元件。背光結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非偏振光，該非偏振光由既具有a型偏振態(tài)又具有 b型偏振態(tài)的光語分量構(gòu)成。RI-Polar和FI-Polar是疊層的多層結(jié)構(gòu)， 它們反射由波長至少落在所述可見頻帶內(nèi)且具有所述b型偏振態(tài)的光 譜分量組成的光，而透射由波長至少落在所述可見頻帶內(nèi)且具有所述 a型偏振態(tài)的光譜分量組成的偏振光。后寬帶片偏振器4和前寬帶片 偏振器7吸收由波長至少落在所述可見頻帶內(nèi)且具有所述b型偏振態(tài) 的光譜分量組成的光，以及透射由波長至少落在所述可見頻帶內(nèi)且具 有所述a型偏振態(tài)的光鐠分量組成的偏振光。每個(gè)多層結(jié)構(gòu)的至少一層是光學(xué)各向異性的，并且是由級聯(lián)結(jié)晶 工藝方法制得。圖2a是一個(gè)疊層的多層結(jié)構(gòu)的截面示意圖。該圖顯示定義了 X、 Y和Z方向的坐標(biāo)系。圖解的多層結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)不同的多環(huán)有機(jī)物材 料的交替層，這兩個(gè)層在全部附圖和說明中被稱為各向異性層A (也 稱為晶體薄膜，TCF)和各向同性層B。各向異性TCF可以由0ptiva公 司開發(fā)的被稱作級聯(lián)結(jié)晶工藝(Cascade Crystallization Process) [P. Lazarev和M. Paukshto，尸roceed/77^y t力e 7fA// fer/ af/o/7a/ Fori; 力o/7 ""/j/^/aj^y, ^fe/er/a7^ s/ ^/^bz5^aoe" ， (Kobe, 日本，2000 年ll月29日-12月1日)，第1159-1160頁]的方法制得。根據(jù)該方法， 將一種有機(jī)化合物溶解在適當(dāng)溶劑中形成膠體體系(溶致液晶溶液)， 在該體系中分子聚集為構(gòu)成體系動(dòng)力單元的超分子。該液晶相實(shí)質(zhì)上 是該體系有序態(tài)的一個(gè)前體，在接下來的超分子排列和溶劑去除過程 中，由其形成固態(tài)的各向異性晶體層(也稱為晶體薄膜，TCF)。用于從具有超分子的膠體體系合成各向異性晶體薄膜的所規(guī)定的 方法包括以下階段U)將前述膠體體系涂布到基底上(或者設(shè)備上或多層結(jié)構(gòu)的 一層上)；膠體體系必須具有觸變性質(zhì)，該性質(zhì)通過將分散相保持在
預(yù)定溫度和某個(gè)濃度來提供；(ii) 通過任何外部作用(加熱，剪切應(yīng)變等)降低溶液的粘度， 從而將所涂布的膠體體系轉(zhuǎn)化為高流動(dòng)(粘度降低的)狀態(tài)；這種外 部作用可以在整個(gè)隨后的排列階段中施加或只持續(xù)一段最小的必要時(shí) 間，以使體系不會(huì)在排列階段回退到一個(gè)粘度升高的狀態(tài)；(iii) 向體系施加外部排列作用，該外部排列作用可以通過使用 機(jī)械因素或任何其他方法產(chǎn)生；該外部作用的程度必須足以使膠體體 系的動(dòng)力單元獲取必要的取向并形成一種將作為各向異性晶體薄膜的 晶格基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)；(iv) 將層中已排列的區(qū)域從由外部作用獲得的粘度降低的狀態(tài) 轉(zhuǎn)變?yōu)樽畛醯幕蚋哒扯鹊臓顟B(tài)；進(jìn)行這種轉(zhuǎn)變是為了不使得各向異 性晶體薄膜的結(jié)構(gòu)取向雜亂以及不生成表面缺陷；(v) 最后的去除溶劑(干燥)階段，在該過程中形成最終的各向 異性晶體薄膜結(jié)構(gòu)。在得到的各向異性層中，至少在一部分層中，分子平面互相平行， 并且分子構(gòu)成三維晶體結(jié)構(gòu)。對生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化可實(shí)現(xiàn)單晶薄膜的 形成。各向異性層的厚度通常不超過1微米。通過改變所涂布的溶液中 固體物質(zhì)的含量和/或改變所涂布的層的厚度可以控制該層的厚度。為 了獲取具有所需光學(xué)特征的層，可以使用混合的膠體體系(這樣的混 合物可以形成粘合超分子(joint supramolecule))。將所述有機(jī)化合物在溶液中混合導(dǎo)致成分可變的混合聚集體 (aggregate)的形成。對染料混合物的X射線衍射圖的分析使我們可以 通過出現(xiàn)的特征衍射峰來判斷超分子內(nèi)的分子堆砌，所述特征衍射峰 對應(yīng)于3.1到3.7A范圍內(nèi)的分子間間距。在通常情況下，該值對于 晶體以及聚集體形式的芳族化合物而言是正常的。峰強(qiáng)度和銳度在干 燥過程中增加，但是峰的位置保持不變。該衍射峰對應(yīng)于聚集體(疊 層)內(nèi)的分子間間距，并且已在多種材料的X射線衍射圖像中觀察到。 分子(或它們的片段)的平面結(jié)構(gòu)以及在所考慮的有機(jī)化合物中一個(gè) 分子尺寸的一致性有利于混合。在所涂布的含水層里，有機(jī)分子在一 個(gè)方向上長程有序，這和超分子在基底表面上的排列有關(guān)。當(dāng)溶劑蒸 發(fā)后，能量上有利于分子形成一個(gè)三維的雙軸晶體結(jié)構(gòu)。可用于該目 的的化合物不局限于上述所列出的化合物。各向異性層還具有高度的光學(xué)各向異性。這類層具有E型偏振器 性質(zhì)，這與超分子復(fù)合物的光學(xué)吸收特性相關(guān)，在吸收不顯著的光譜 范圍內(nèi)，這類層表現(xiàn)為延遲器(相移薄膜)。這些各向異性層的延遲 性質(zhì)與它們的雙折射(雙重屈折)有關(guān)，也即指，與LLC溶液在基底 上的涂布方向及其垂直方向上所測得的折射率的差有關(guān)。由基于強(qiáng)(不 褪色)染料分子的LLC體系所形成的層具有高的熱穩(wěn)定性以及耐光性 的特征。它們在約350-700'C的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。該技術(shù)還有其它優(yōu)點(diǎn)。在液晶應(yīng)用期間，通過控制該液晶中的固 相含量和/或濕層的厚度，可以精確控制各向異性晶體薄膜的厚度。因 此該技術(shù)允許人們選擇反射率、每個(gè)層的厚度以及它們的結(jié)合，來提 供至少一個(gè)入射光偏振在至少一個(gè)光譜區(qū)域內(nèi)的干涉極值。該技術(shù)是 低溫工藝。該技術(shù)大大地簡化了干涉偏振器的制造工藝?？梢詫⒃撈?振器制造工藝集成到，例如，顯示器或其他設(shè)備的制造工藝中。對所 用多環(huán)有機(jī)化合物的相容性沒有限制。因此，光學(xué)各向異性層A由級聯(lián)結(jié)晶工藝制得。這類層的特征是 在一個(gè)光軸方向上具有3.4±0. 3A的分子間間距的全局有序的雙軸晶 體結(jié)構(gòu)。每個(gè)TCF的特征是具有至少兩個(gè)折射率這些層具 有一個(gè)低于權(quán)nm的基本吸收限(fundamental absorption edge)， 它們在可見光波段內(nèi)均勻透明，并且具有不低于0. 98的透射系數(shù)。每 個(gè)TCF由棒狀超分子構(gòu)成，這些棒狀超分子代表至少一種具有共軛7T 體系和離子型基團(tuán)的多環(huán)有機(jī)化合物。下文中X軸被稱為"排列"方向，而Y軸被稱為"橫"向。層B是各向同性的，并且有一個(gè)基本不因級聯(lián)結(jié)晶工藝而改變的 標(biāo)稱折射率(比如，n-1.64)。級聯(lián)結(jié)晶工藝改變表示層A的TCF的折射率。TCF具有一個(gè)與排 列方向相關(guān)的折射率(比如，n=1.64)以及一個(gè)與橫向相關(guān)的不同折 射率(比如，n-1.88)。通過定義，與平面內(nèi)的軸(一個(gè)平行于薄膜 表面的軸)相關(guān)的折射率被稱為偏振平面平行于該軸的平面偏振入射 光的"有效"折射率。
這樣，多疊層(TCF-B-TCF-B-TCF…)的層與層之間在與橫向相關(guān) 的折射率上有很大不同(An=l. 88-1. 64=0. 24 )。在排列方向上，各 層的折射率實(shí)質(zhì)上是相同的(An=l. 64-1. 64=0 )。這些光學(xué)特征允許 多層結(jié)構(gòu)透射入射光中相對于圖2a顯示的平行于Y軸的"透射"軸(30) 適當(dāng)取向的偏振分量。在所調(diào)查的實(shí)施方案中，該透射軸和排列方向 重合。從I-Polar ( 1)出射的光被稱為具有第一偏振取向(a )的光。未透過干涉偏振元件(I-Polar) (1)的光具有與第一取向(a) 不同的偏振取向(b)。具有偏振取向(b)的光將遇到折射率差異， 這導(dǎo)致該光的反射。因此，橫向方向定義所稱的"消光"軸，如圖2a 顯示的平行于X軸的軸(20)。以這種方式，I-Polar (1)透射具有 選定的第一偏振(a)的光，并反射具有第二偏振(b)的光。為了產(chǎn)生高分辨率彩色圖像，選取像素化陣列6的空間間隔，使其 相對于LCD面板的整個(gè)長度和寬度較小。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中， 如圖2b所示，LCD面板中每個(gè)像素結(jié)構(gòu)9由"紅色"子像素8R、"綠 色"子像素8G以及"藍(lán)色"子像素8B組成。如其中所示，每個(gè)"紅 色"子像素結(jié)構(gòu)8R包括和第一偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5R相鄰的"紅色" 頻帶濾色片6R,該第一偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5R是連續(xù)液晶層的一部分。 每個(gè)"綠色"子像素結(jié)構(gòu)8G包括和第二偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5G相鄰的 "綠色"頻帶濾色片6G,該第二偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5G是連續(xù)液晶層 的一部分。每個(gè)"藍(lán)色"子像素元件8B包括和第三偏振方向旋轉(zhuǎn)元件 5B相鄰的"藍(lán)色"頻帶濾色片6B,該第三偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5B是連 續(xù)液晶層的一部分。通過對電控空間偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5R的電極施加 脈寬調(diào)制電壓(pulse-width modulated voltage)信號Vr來控制毎 個(gè)"紅色"子像素結(jié)構(gòu)的輸出強(qiáng)度(即，亮或暗的水平)。通過對電 控偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5G的電極施加脈寬調(diào)制電壓信號Vg來控制毎個(gè) "綠色"子像素結(jié)構(gòu)的輸出強(qiáng)度。通過對電控偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5B的 電極施加脈寬調(diào)制電壓信號Vb來控制毎個(gè)"藍(lán)色"子像素結(jié)構(gòu)的輸出 強(qiáng)度。通過簡單地改變電壓Vi、 Ve和VB的脈沖寬度，就可以以LCD面 板技術(shù)領(lǐng)域熟知的方式控制每個(gè)子像素結(jié)構(gòu)的灰度級強(qiáng)度 (gray-scale intensity)(即，亮度)。在圖1所示的LCD面板結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施方案中，在調(diào)制空間強(qiáng)度 后進(jìn)行濾光。在圖3和4所示的該LCD面板的示例性實(shí)施方案中，利 用線偏振技術(shù)來執(zhí)行該處所采用的空間強(qiáng)度調(diào)制和濾光。在圖3和4所示的實(shí)施方案中，背光結(jié)構(gòu)2包括準(zhǔn)漫反射型反射 器3、光導(dǎo)面板11、 一對邊緣照明光源12和13 (后者沒有顯示在圖3 和4中，該元件見圖1中)以及一對聚焦鏡14和15 (見圖1 ),該對 聚焦鏡分別用于將光源12和13產(chǎn)生的光通量耦合到光導(dǎo)面板11的邊 緣內(nèi)。優(yōu)選地，該光導(dǎo)面板ll由光學(xué)透明材料制成。 一對發(fā)射非偏振 光的小型熒光燈管用作光源12和13。在背光操作期間，在聚焦鏡14和15的作用下將光源12和13產(chǎn) 生的光通量耦合到光導(dǎo)面板11的邊緣內(nèi)，在該光導(dǎo)面板內(nèi)光以常規(guī)的 方式表現(xiàn)出全內(nèi)反射。在該實(shí)施方案中，為了打破交界面上的全內(nèi)反 射狀況并使光沿偏振方向旋轉(zhuǎn)元件陣列的方向漏出，光導(dǎo)面板11的前 表面帶上有非常細(xì)小的凹坑(pit)。有多種替換技術(shù)可用于產(chǎn)生非偏 振光平面，這些替換技術(shù)也可用于構(gòu)建根據(jù)本發(fā)明的LCD面板的任何 特定實(shí)施方案。僅出于示例的目的，在第一實(shí)施方案的LCD面板內(nèi)實(shí)現(xiàn)的濾光功 能是基于RGB (紅、綠、藍(lán))加基色系統(tǒng)(additive primary color system)。然而，替代地，LCD面板內(nèi)的濾光功能還可以是基于CMY (青色、品紅、黃色)的減基色系統(tǒng)(subtractive primary color system)。在LCD面板的第一示例性實(shí)施方案中，假定背光面板內(nèi)光源的發(fā) 射光譜是"白色"的，并且LCD面板的濾光功能是基于RGB (紅、綠、 藍(lán))顏色系統(tǒng)。因此，將每個(gè)濾色片6R、 6G和6B設(shè)計(jì)成具有通帶(pass-band)特征，以便將光源中"紅色"、"綠色"和"藍(lán)色"頻 帶的所有光譜含量分別用于產(chǎn)生顯示用的彩色圖像。在該實(shí)施方案中， 將每個(gè)濾色片6R、 6G和6B實(shí)現(xiàn)為"通帶"干涉濾色片。在圖3和4所示的第一實(shí)施方案中，寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar ) 4透射具有a型偏振態(tài)的光，反射具有b型偏振態(tài)的光， 并用作偏振參考。類似地，寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar) 7透射 具有a型偏振態(tài)的光，反射具有b型偏振態(tài)的光。圖5A圖示說明了寬 帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4對具有b型線偏振態(tài)的入射光的反
射特征，并且圖5B圖示說明了寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar) 7對 具有b型線偏振態(tài)的入射光的反射特征。對于具有垂直的a型線偏振 態(tài)的入射光，這些面板(4和7)的寬帶透射特征對可見光譜范圍內(nèi)的 所有波長都是基本相同的。在圖3和圖4所示的第一示例性實(shí)施方案中，將偏振方向旋轉(zhuǎn)元 件陣列5實(shí)現(xiàn)為電控元件陣列，當(dāng)光透過LCD面板中的相應(yīng)像素時(shí)， 該電控元件陣列根據(jù)從a型到b型以及從b型到a型的偏振態(tài)來旋轉(zhuǎn) 線性偏振的電場。每個(gè)所述偏振方向旋轉(zhuǎn)元件都是連續(xù)液晶層的一部 分(區(qū)域)。在圖3和圖4所示的第一示例性實(shí)施方案中，可將每個(gè) 電控線偏振方向旋轉(zhuǎn)元件實(shí)現(xiàn)成扭曲角等于90度的一部分扭曲向列(TN)液晶層，如本技術(shù)領(lǐng)域所熟知的，這種操作可以通過(由像素 驅(qū)動(dòng)器10)施加電壓來控制。將這種電控的液晶層部分稱為線偏振方 向旋轉(zhuǎn)元件。在構(gòu)建線性偏振方向旋轉(zhuǎn)元件中，可以利用薄膜晶體管(TFT)來產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)液晶分子排列所必要的施加在液晶材料層上的電壓 降，并可因此促使相應(yīng)元件不旋轉(zhuǎn)透射光的偏振方向。在電靜止(electrically inactive )狀態(tài)(即，施加零電壓時(shí))，單元輸出處 光的電場強(qiáng)度基本為零，并因此產(chǎn)生 一個(gè)"暗"子像素水平(level)(見圖3)。在電活動(dòng)(electrically active)狀態(tài)(即，當(dāng)施加了 閾值電壓VT時(shí))，單元輸出處光的電場強(qiáng)度基本不為零，并因此產(chǎn)生 一個(gè)"亮"子像素水平(見圖4)。在圖3和4所示的第一示例性實(shí)施方案中，將像素化濾色片陣列 6實(shí)現(xiàn)為通帶元件陣列，這些通帶元件陣列形成在單個(gè)平面內(nèi)。寬帶 前干涉偏振元件(FI-Polar) 7層壓(laminate)在像素化濾色片陣 列6上。如圖3和4所示，像素化通帶面板6中的每個(gè)通帶元件透射 與子像素通帶相合適的窄的波段內(nèi)的光，并吸收所指示的波段之外的 光，同時(shí)，寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar) 7透射寬的波段內(nèi)具有a 型偏振態(tài)的光，并反射寬的波段內(nèi)具有b型偏振態(tài)的光。如圖5C所示，將與像素化濾色片陣列6中的"藍(lán)色"子像素相關(guān) 的每個(gè)通帶濾色片具體設(shè)計(jì)成幾乎100%地吸收波長落在"綠色"頻帶 △ XG內(nèi)或者"紅色"頻帶A1R內(nèi)的所有光譜分量，而使波長落在"藍(lán) 色"頻帶AkB內(nèi)的所有光譜分量的將近70%的光語分量透過通帶濾色 片。如圖5D所示，將與像素化干涉濾色片陣列6中的"綠色"子像素 相關(guān)的每個(gè)通帶濾色片具體設(shè)計(jì)成幾乎100%地吸收波長落在"紅色" 頻帶AXR內(nèi)或者"藍(lán)色"頻帶A3iB內(nèi)的所有光譜分量，而使波長落 在"綠色"頻帶AXG內(nèi)的所有光譜分量的將近70%的光譜分量透過通 帶濾色片。如圖5E所示，將與像素化濾色片陣列6中的"紅色"子像素相關(guān) 的每個(gè)通帶濾色片具體設(shè)計(jì)成幾乎100%地吸收波長落在"綠色"頻帶 △ XG內(nèi)或者"藍(lán)色"頻帶AXB內(nèi)的所有光鐠分量，而使波長落在"紅 色"頻帶A3tR內(nèi)的所有光譜分量的將近70%的光鐠分量透過通帶濾色 片。根據(jù)本發(fā)明的LCD面板采用了光再循環(huán)方案。為了避免與現(xiàn)有技 術(shù)下的LCD面板設(shè)計(jì)相關(guān)的高能量損耗，在所公開的LCD面板中實(shí)施了該方案，并由此更完全地利用背光結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光能量。雖然后文將 針對每個(gè)示例性實(shí)施方案描述該光再循環(huán)方案的細(xì)節(jié)，但在本文中簡要概括光再循環(huán)的 一般原理是有利的。圖3和4示意性地圖解了光再循環(huán)方案，后文將對其作更詳細(xì)描 述。根據(jù)本發(fā)明的光再循環(huán)方案，現(xiàn)在可設(shè)計(jì)出能夠高效地利用背光 源所產(chǎn)生的光的LCD面板，與現(xiàn)有技術(shù)下最大效率只有約5%的LCD面 板形成鮮明對比。本發(fā)明的特征是節(jié)省液晶顯示器處于"暗"態(tài)的光。如圖3和4所示，背光源內(nèi)產(chǎn)生的非偏振光是由既具有a型偏振 態(tài)又具有b型偏振態(tài)的光語分量構(gòu)成。只有a型偏振態(tài)的光譜分量透 過和背光面板2相鄰的寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4，而入射到 寬帶后干涉偏振元件上的b型偏振態(tài)的光語分量則被無能量損耗或無 吸收地反射回去。從寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4反射的光譜 分量入射到準(zhǔn)漫反射型反射器3上，并進(jìn)行偏振轉(zhuǎn)換(從a型轉(zhuǎn)換到 b型，以及從b型轉(zhuǎn)換到a型)。該反射過程與波長相獨(dú)立。偏振從b 型轉(zhuǎn)換到a型的光譜分量現(xiàn)在透過寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar )4。 然后，透過寬帶后干涉偏振元件的光入射到后寬帶片偏振器40上，其 中由波長落在可見頻帶內(nèi)且具有b型偏振態(tài)的光鐠分量組成的光被吸 收，而由波長落在所述可見頻帶內(nèi)且具有所述a型偏振態(tài)的光譜分量
組成的光被透射。當(dāng)將與"紅色"、"綠色"和"藍(lán)色"子像素UR、 8G和8B)相 關(guān)的線偏振方向旋轉(zhuǎn)元件6R、 6G和6B驅(qū)動(dòng)進(jìn)入圖3所示的靜止?fàn)顟B(tài) 時(shí)，由于偏振態(tài)的垂直轉(zhuǎn)換(從a型到b型，以及從b型轉(zhuǎn)換到a型)， 透射光的光鐠分量被更改，并根據(jù)所給元件被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入的靜止?fàn)顟B(tài)， 產(chǎn)生"暗"子像素水平。當(dāng)將"紅色"子像素8R驅(qū)動(dòng)進(jìn)入其如圖3所示的"暗"態(tài)時(shí)，波 長落在"紅色"、"綠色"或"藍(lán)色，，頻帶(AkR、 AXG或AXB) 內(nèi)且具有a型偏振態(tài)的背光輻射光鐠分量透過寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4以及后寬帶片偏振器40。于是，所述光鐠分量透過偏 振方向旋轉(zhuǎn)元件5R,其偏振態(tài)從a型改變?yōu)閎型。然后，經(jīng)轉(zhuǎn)換的具 有b型偏振態(tài)的光譜分量從寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar) 7無吸 收地反射回來。被反射的具有b型偏振態(tài)的"紅色"、"綠色"和"藍(lán) 色"光語分量(AXR、 AXG和A1B)重新透過偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5R, 其偏振態(tài)從b型改變?yōu)閍型。最后，經(jīng)轉(zhuǎn)換的具有a型偏振態(tài)的光語 分量透過后寬帶片偏振器40以及寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4 回到背光結(jié)構(gòu)中進(jìn)行再循環(huán)。具有b型偏振態(tài)的背景"白，，光(見圖 3中的箭頭25R)被前寬帶片偏振器70吸收。另一方面，具有a型偏 振態(tài)的背景"白"光(見圖3中的箭頭35R)被前寬帶片偏振器70透 射。然后，具有"紅色"光語分量的那部分光透過濾色片6R，而具有"綠色"或"藍(lán)色"光鐠分量的那部分光被所述的濾色片吸收。于是，"紅色"光鐠分量(見箭頭45R)透過偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5R,其偏振 態(tài)從a型改變到b型。然后，后寬帶片偏振器40吸收經(jīng)轉(zhuǎn)換的"紅色" 光鐠分量(見箭頭55R)。當(dāng)將"綠色"子像素8G驅(qū)動(dòng)進(jìn)入其如圖3所示的"暗"態(tài)時(shí)，波 長落在"紅色"、"綠色"或"藍(lán)色"頻帶(A3JR、 A3tG或厶3iB) 內(nèi)且具有a型偏振態(tài)的背光輻射光謙分量透過寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4以及后寬帶片偏振器40。于是，所述光語分量透過偏 振方向旋轉(zhuǎn)元件5G,其偏振態(tài)從a型改變?yōu)閎型。然后，經(jīng)轉(zhuǎn)換的具 有b型偏振態(tài)的光譜分量從寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar) 7無吸 收地反射回來。被反射的具有b型偏振態(tài)的"紅色"、"綠色"和"藍(lán)
色"光譜分量(A3JR、 A)iG和AXB)重新透過偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5G， 其偏振態(tài)從b型改變?yōu)閍型。最后，經(jīng)轉(zhuǎn)換的具有a型偏振態(tài)的光譜 分量透過后寬帶片偏振器40以及寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4 回到背光結(jié)構(gòu)中進(jìn)行再循環(huán)。具有b型偏振態(tài)的背景"白"光(見圖 3中的箭頭25G)被前寬帶片偏振器70吸收。另一方面，具有a型偏 振態(tài)的背景"白"光(見圖3中的箭頭35G)被前寬帶片偏振器70透 射。然后，具有"綠色"光語分量的那部分光透過濾色片6G,而具有 "紅色"或"藍(lán)色"光謙分量的那部分光被所述的濾色片吸收。于是， "綠色"光鐠分量(見箭頭45G)透過偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5G，其偏振 態(tài)從a型改變到b型。然后，后寬帶片偏振器40吸收經(jīng)轉(zhuǎn)換的"綠色" 光鐠分量(見箭頭55G)。當(dāng)將"藍(lán)色"子像素8B驅(qū)動(dòng)進(jìn)入其如圖3所示的"暗"態(tài)時(shí)，波 長落在"紅色"、"綠色"或"藍(lán)色，，頻帶(AXR、 AXG或厶5iB) 內(nèi)且具有a型偏振態(tài)的背光輻射光譜分量透過寬帶后干涉偏振元件 (RI-Polar) 4以及后寬帶片偏振器40。于是，所述光譜分量透過偏 振方向旋轉(zhuǎn)元件5B,其偏振態(tài)從a型改變?yōu)閎型。然后，經(jīng)轉(zhuǎn)換的具 有b型偏振態(tài)的光譜分量從寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar) 7無吸 收地反射回來。被反射的具有b型偏振態(tài)的"紅色"、"綠色"和"藍(lán) 色"光語分量(A1R、 AlG和厶kB)重新透過偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5B， 其偏振態(tài)從b型改變?yōu)閍型。最后，經(jīng)轉(zhuǎn)換的具有a型偏振態(tài)的光譜 分量透過后寬帶片偏振器40以及寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4 回到背光結(jié)構(gòu)中進(jìn)行再循環(huán)。具有b型偏振態(tài)的背景"白"光(見圖 3中的箭頭25B)被前寬帶片偏振器70吸收。另一方面，具有a型偏 振態(tài)的背景"白"光(見圖3中的箭頭35B)被前寬帶片偏振器70透 射。然后，具有"藍(lán)色"光譜分量的那部分光透過濾色片6B，而具有 "綠色"或"紅色"光譜分量的那部分光被所述的濾色片吸收。于是， "藍(lán)色"光譜分量(見箭頭45B)透過偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5B,其偏振 態(tài)從a型改變到b型。然后，后寬帶片偏振器40吸收經(jīng)轉(zhuǎn)換的"藍(lán)色" 光鐠分量(見箭頭55B)。當(dāng)將線偏振旋轉(zhuǎn)元件驅(qū)動(dòng)進(jìn)入其如圖4所示的活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，該元件獨(dú)立于波長透射光譜分量，并且不影響偏振態(tài)的轉(zhuǎn)換，并根據(jù)所給
元件被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入的活動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生"亮"子像素水平。當(dāng)將"紅色"子像素8R驅(qū)動(dòng)進(jìn)入其如圖4所示的"亮"態(tài)時(shí)，波 長落在"紅色"頻帶AkR內(nèi)且具有a型偏振態(tài)的背光輻射光謙分量透 過寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4、后寬帶片偏振器40和線偏振 方向旋轉(zhuǎn)元件5R，以及無吸收地透過寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar ) 7，并透過"紅色"通帶濾色片6R和前寬帶片偏振器70。在該狀態(tài)下， 波長落在"綠色"頻帶AXG或"藍(lán)色"頻帶AkB內(nèi)且具有a型偏振 態(tài)的背光輻射光譜分量透過寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar ) 4、后寬 帶片偏振器40、線偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5R，并且被"紅色"通帶濾色片 6R吸收。當(dāng)將"綠色"子像素8G驅(qū)動(dòng)進(jìn)入其如圖4所示的"亮"態(tài)時(shí)，波 長落在"綠色"頻帶A1G內(nèi)且具有a型偏振態(tài)的背光輻射光譜分量透 過寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4、后寬帶片偏振器40和線偏振 方向旋轉(zhuǎn)元件5G,以及無吸收地透過寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar ) 7,并透過"綠色"通帶濾色片6G和前寬帶片偏振器70。在該狀態(tài)下， 波長落在"紅色"頻帶A1R或"藍(lán)色"頻帶A1B內(nèi)且具有a型偏振 態(tài)的背光輻射光謙分量透過寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar ) 4、后寬 帶片偏振器40和線偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5G，并且被"綠色"通帶濾色 片6G吸收。當(dāng)將"藍(lán)色"子像素8B驅(qū)動(dòng)進(jìn)入其如圖4所示的"亮"態(tài)時(shí)，波 長落在"藍(lán)色"頻帶AXB內(nèi)且具有a型偏振態(tài)的背光輻射光鐠分量透 過寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4、后寬帶片偏振器40和線偏振 方向旋轉(zhuǎn)元件5B,以及無吸收地透過寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar ) 7，并透過"藍(lán)色"通帶濾色片6B和前寬帶片偏振器70。在該狀態(tài)下， 波長落在"紅色"頻帶A1R或"綠色"頻帶A1G內(nèi)且具有a型偏振 態(tài)的背光輻射光譜分量透過寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar ) 4、后寬 帶片偏振器40和線偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5B，并且被"藍(lán)色"通帶線偏 振干涉濾色片6B吸收。在LCD面板的第二示例性實(shí)施方案(見圖6、 7和8)中，也假定 背光面板內(nèi)光源的發(fā)射光語是"白色"的，并且LCD面板的濾光功能 是基于CMY(青色、品紅、黃色)顏色系統(tǒng)。因此，將每個(gè)濾色片6C、 6M和6Y設(shè)計(jì)成具有一個(gè)"吸收帶"和兩個(gè)"通帶"特征，以便將光 源中"青色"、"品紅"和"黃色"頻帶的所有光譜含量用于產(chǎn)生顯 示用的彩色圖像。在該實(shí)施方案中，將每個(gè)濾色片6C、 6M和6Y實(shí)現(xiàn) 為具有一個(gè)"吸收帶"和兩個(gè)"通帶"特征的濾色片。
在圖6和7所示的第二實(shí)施方案中，寬帶后千涉偏振元件 (RI-Polar ) 4透射具有a型偏振態(tài)的光，反射具有b型偏振態(tài)的光， 并作為偏振參考。類似地，寬帶前千涉偏振元件(FI-Polar) 7透射 具有a型偏振態(tài)的光，反射具有b型偏振態(tài)的光。圖8A圖示了寬帶后 干涉偏振元件(RI-Polar) 4對具有b型線偏振態(tài)的入射光的反射特 征，并且圖8B圖示了寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar) 7對具有b型 線偏振態(tài)的入射光的反射特征。對于具有垂直的a型線偏振態(tài)的入射 光，這些干涉偏振元件(4和7)的寬帶透射特征對可見光語范圍內(nèi)所 有波長都是基本相同的。在圖6和7所示的第二示例性實(shí)施方案中，將偏振方向旋轉(zhuǎn)元件 陣列5實(shí)現(xiàn)為電控元件陣列，當(dāng)光透過LCD面板中的相應(yīng)像素時(shí)，電 控元件陣列根據(jù)從a型到b型以及從b型到a型的偏振態(tài)來旋轉(zhuǎn)線性 偏振的電場。在圖6和7所示的第二示例性實(shí)施方案中，可將每個(gè)電 控線偏振方向旋轉(zhuǎn)元件實(shí)現(xiàn)為扭曲角等于90度的扭曲向列(TN)液晶 單元，其操作通過本技術(shù)領(lǐng)域所熟知的控制電壓來控制。為了構(gòu)建線 偏振方向旋轉(zhuǎn)元件，可以利用薄膜晶體管(TFT)來產(chǎn)生施加在液晶材 料層上的電壓降，以實(shí)現(xiàn)液晶分子排列，并因此促使相應(yīng)元件不旋轉(zhuǎn) 透射光的偏振方向。在電靜止?fàn)顟B(tài)(即，施加零電壓)，單元輸出處 出來的光的電場強(qiáng)度基本為零，并因此產(chǎn)生"暗"子像素水平(見圖 6)。在電活動(dòng)狀態(tài)(即，施加了閾值電壓VT)，單元輸出處光的電 場強(qiáng)度基本不為零，并因此產(chǎn)生"亮"子像素水平(見圖7)。
在圖6和7所示的第二示例性實(shí)施方案中，將像素化濾色片陣列 6實(shí)現(xiàn)為具有兩個(gè)"通帶"特征的吸收帶濾色片陣列，這些陣列形成 在單個(gè)平面內(nèi)。寬帶前千涉偏振元件(FI-Polar) 7層壓在像素化濾 色片陣列6上。如圖6和7所示，每個(gè)吸收帶濾色片透射其光語分量 在兩個(gè)波段內(nèi)的光以及吸收其光譜分量在窄的波段內(nèi)的光，同時(shí)，寬 帶前干涉偏振元件(FI-Polar) 7透射寬的波段內(nèi)具有a型偏振態(tài)的
光，并反射寬的波段內(nèi)具有b型偏振態(tài)的光。如圖8C所示，將與像素化濾色片陣列6中的"青色"子像素相關(guān) 的每個(gè)吸收帶濾色片具體設(shè)計(jì)成使波長落在"藍(lán)色"頻帶△ IB內(nèi)和"綠 色"頻帶厶kG內(nèi)的所有光譜分量透射將近70%，而使波長落在"紅色" 頻帶A1R內(nèi)的所有光語分量通過吸收帶濾色片幾乎100%吸收。如圖8D所示，將與像素化濾色片陣列6中的"品紅"子像素相關(guān) 的每個(gè)吸收帶濾色片具體設(shè)計(jì)成使波長落在"紅色"頻帶AXR內(nèi)和"藍(lán) 色"頻帶AXB內(nèi)的所有光鐠分量透射將近70%,而使波長落在"綠色" 頻帶AkG內(nèi)的所有光譜分量通過吸收帶濾色片幾乎100%吸收。如圖8E所示，將與像素化濾色片陣列6中的"黃色"子像素相關(guān) 的每個(gè)吸收帶濾色片具體設(shè)計(jì)成使波長落在"綠色"頻帶△ XG內(nèi)和"紅 色"頻帶AkR內(nèi)的所有光譜分量透射將近70y。，而使波長落在"藍(lán)色" 頻帶AXB內(nèi)的所有光鐠分量通過吸收帶濾色片幾乎100%吸收。為了避免與現(xiàn)有技術(shù)的LCD面板設(shè)計(jì)相關(guān)的高能量損耗，本發(fā)明 的LCD面板采用了在所公開的LCD面板中操作的光再循環(huán)方案，并以 此來更充分利用背光結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光能量。在本發(fā)明的第二實(shí)施方案中，單個(gè)偏振態(tài)的光從背光結(jié)構(gòu)透射到 那些LCD面板結(jié)構(gòu)(或者子面板(subpanel )),其中在子像素中發(fā)生 透射偏振光的空間強(qiáng)度調(diào)制和濾光。圖6和7示意性地圖解了光再循 環(huán)方案，后文將對此作更詳細(xì)描述。由于本發(fā)明的光再循環(huán)方案，現(xiàn) 在可設(shè)計(jì)出能夠高效地利用背光源所產(chǎn)生的光的LCD面板，與現(xiàn)有技 術(shù)下最大效率只有約5%的LCD面板形成鮮明對比。如圖6和7所示，背光結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的非偏振光是由既具有a型偏 振態(tài)又具有b型偏振態(tài)的光譜分量構(gòu)成。只有a型偏振態(tài)的光譜分量 透過和背光面板2相鄰的寬帶后千涉偏振元件(RI-Polar ) 4，而入射 到寬帶后干涉偏振元件上的b型偏振態(tài)的光譜分量則被無能量損耗或 無吸收地反射回去。從寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4反射的光 譜分量入射到準(zhǔn)漫反射型反射器3上，并進(jìn)行偏振轉(zhuǎn)換(從a型轉(zhuǎn)換 到b型，以及從b型轉(zhuǎn)換到a型)。該反射過程與波長相獨(dú)立。偏振 從b型轉(zhuǎn)換到a型的光語分量現(xiàn)在透過寬帶后干涉偏振元件 Ul-Polar) 4。當(dāng)將與"青色"、"品紅"或"黃色"子像素(8C、 8M和8Y)相 關(guān)的線偏振方向旋轉(zhuǎn)單元5C、 5M和5Y驅(qū)動(dòng)進(jìn)入圖6所示的靜止?fàn)顟B(tài) 時(shí)，由于偏振態(tài)的垂直轉(zhuǎn)換(從a型到b型，以及從b型到a型)， 透射光的光鐠分量被更改，并根據(jù)所給元件被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入的靜止?fàn)顟B(tài)， 產(chǎn)生"暗"子像素水平。當(dāng)將"青色"子像素8C驅(qū)動(dòng)進(jìn)入其如圖6所示的"暗"態(tài)時(shí)，波 長落在"紅色"、"綠色"或"藍(lán)色"頻帶(AXR、 AXG或AXB) 內(nèi)且具有a型偏振態(tài)的背光輻射光譜分量透過寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar ) 4以及后寬帶片偏振器40。于是，所述光谞分量透過偏 振方向旋轉(zhuǎn)元件5C，其偏振態(tài)從a型改變?yōu)閎型。然后，經(jīng)轉(zhuǎn)換的具 有b型偏振態(tài)的光語分量從寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar) 7無吸 收地反射回來。被反射的具有b型偏振態(tài)的"紅色"、"綠色"和"藍(lán) 色"光譜分量(A1R、厶1G和AXB)重新透過偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5C, 其偏振態(tài)從b型改變?yōu)閍型。最后，經(jīng)轉(zhuǎn)換的具有a型偏振態(tài)的光譜 分量透過后寬帶片偏振器40以及寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4 回到背光結(jié)構(gòu)中進(jìn)行再循環(huán)。具有b型偏振態(tài)的背景"白"光(見圖 6中的箭頭25C)被前寬帶片偏振器70吸收。另一方面，具有a型偏 振態(tài)的背景"白"光(見圖6中的箭頭35C)被前寬帶片偏振器70透 射。然后，具有"青色"光鐠分量的那部分光透過濾色片6C，而具有"品紅"或"黃色"光諉分量的那部分光被所述的濾色片吸收。于是，"青色"光譜分量(見箭頭45C)透過偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5C，其偏振 態(tài)從a型改變到b型。然后，后寬帶片偏振器40吸收經(jīng)轉(zhuǎn)換的"青色" 光譜分量(見箭頭55C)。
當(dāng)將"品紅"子^(象素8M驅(qū)動(dòng)進(jìn)入其如圖6所示的"暗"態(tài)時(shí)，波 長落在"紅色"、"綠色"或"藍(lán)色"頻帶(AkR、 AXG或厶XB) 內(nèi)且具有a型偏振態(tài)的背光結(jié)構(gòu)內(nèi)的光語分量透過寬帶后干涉偏振元 件(RI-Polar) 4以及后寬帶片偏振器40。于是，所述光譜分量透過 偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5M,其偏振態(tài)從a型改變?yōu)閎型。然后，經(jīng)轉(zhuǎn)換的 具有b型偏振態(tài)的光譜分量從寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar) 7無 吸收地反射回來。被反射的具有b型偏振態(tài)的"紅色"、"綠色"和"藍(lán)色"光鐠分量(AkR、 A1G和A1B)重新透過偏振方向旋轉(zhuǎn)元
件5M,其偏振態(tài)從b型改變?yōu)閍型。最后，經(jīng)轉(zhuǎn)換的具有a型偏振態(tài) 的光譜分量透過后寬帶片偏振器40以及寬帶后干涉偏振元件 (RI-Polar) 4回到背光結(jié)構(gòu)中進(jìn)行再循環(huán)。具有b型偏振態(tài)的背景 "白"光(見圖6中的箭頭25M)被前寬帶片偏振器70吸收。另一方 面，具有a型偏振態(tài)的背景"白"光(見圖6中的箭頭35M)被前寬 帶片偏振器70透射。然后，具有"品紅"光語分量的那部分光透過濾 色片6M,而具有"青色"或"黃色"光語分量的那部分光被所述的濾 色片吸收。于是，"品紅"光謙分量(見箭頭45M)透過偏振方向旋 轉(zhuǎn)元件5M，其偏振態(tài)從a型改變到b型。然后，后寬帶片偏振器40 吸收經(jīng)轉(zhuǎn)換的"品紅"光謙分量(見箭頭55M)。當(dāng)將"黃色"子像素8Y驅(qū)動(dòng)進(jìn)入其如圖6所示的"暗"態(tài)時(shí)，波 長落在"紅色"、"綠色"或"藍(lán)色，，頻帶(厶3iR、 AkG或AXB) 內(nèi)且具有a型偏振態(tài)的背光結(jié)構(gòu)內(nèi)的光i普分量透過寬帶后干涉偏振元 件(RI-Polar) 4以及后寬帶片偏振器40。于是，所述光譜分量透過 偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5Y，其偏振態(tài)從a型變?yōu)閎型。然后，經(jīng)轉(zhuǎn)換的具 有b型偏振態(tài)的光鐠分量從寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar) 7無吸 收地反射回來。被反射的具有b型偏振態(tài)的"紅色"、"綠色，，和"藍(lán) 色"光鐠分量(AkR、 AkG和A3J)重新透過偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5Y, 其偏振態(tài)從b型改變?yōu)閍型。最后，經(jīng)轉(zhuǎn)換的具有a型偏振態(tài)的光鐠 分量透過后寬帶片偏振器40以及寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4 回到背光結(jié)構(gòu)中進(jìn)行再循環(huán)。具有b型偏振態(tài)的背景"白"光(見圖 6中的箭頭25Y)被前寬帶片偏振器70吸收。另一方面，具有a型偏 振態(tài)的背景"白"光(見圖6中的箭頭35Y)被前寬帶片偏振器70透 射。然后，具有"黃色"光語分量的那部分光透過濾色片6Y,而具有 "青色，，或"品紅"光鐠分量的那部分光被所述的濾色片吸收。于是， "黃色"光譜分量(見箭頭45Y)透過偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5Y,其偏振 態(tài)從a型改變到b型。然后，后寬帶片偏振器40吸收經(jīng)轉(zhuǎn)換的"黃色" 光譜分量(見箭頭55Y)。當(dāng)將線偏振旋轉(zhuǎn)元件控制成其如圖7所示的活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，該元件 獨(dú)立于波長透射光譜分量，并且不影響偏振態(tài)的轉(zhuǎn)換，并根據(jù)所給元 件被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入的活動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生"亮"子像素水平。
當(dāng)將"青色"子像素8C驅(qū)動(dòng)進(jìn)入如圖7所示的"亮"態(tài)時(shí)，波長 落在"紅色"頻帶AXR內(nèi)且具有a型偏振態(tài)的背光輻射光諳分量透過 寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4、后寬帶片偏振器40和線偏振方 向旋轉(zhuǎn)元件5C，以及無吸收地透過寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar) 7，并被"青色"吸收帶濾色片6C吸收。子像素8C處于該狀態(tài)下時(shí)， 波長落在"綠色"頻帶AXG或"藍(lán)色"頻帶AXB內(nèi)且具有a型偏振 態(tài)的背光結(jié)構(gòu)內(nèi)的光諳分量透過寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4、 后寬帶片偏振器40和線偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5C，以及無吸收地透過寬 帶前干涉偏振元件(FI-Polar) 7,并透過"青色"吸收帶濾色片6C。 波長落在"綠色"頻帶A3tG內(nèi)和"藍(lán)色"頻帶AXB內(nèi)的光譜分量在 濾色片6C的輸出處相互混合，并生成青色的光。然后該青色的光透過 前寬帶片偏振器70。
當(dāng)將"品紅"子像素8M驅(qū)動(dòng)進(jìn)入如圖7所示的"亮"態(tài)時(shí)，波長 落在"綠色"頻帶AXG內(nèi)且具有a型偏振態(tài)的背光輻射光譜分量透過 寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4、后寬帶片偏振器40和線偏振方 向旋轉(zhuǎn)元件5M,以及無吸收地透過寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar) 7,并被"品紅"吸收帶濾色片6M吸收。子像素8M處于該狀態(tài)下時(shí)， 波長落在"紅色"頻帶AXR或"藍(lán)色，，頻帶AkB內(nèi)且具有a型偏振 態(tài)的背光結(jié)構(gòu)內(nèi)的光譜分量透過寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4、 后寬帶片偏振器40和線偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5M，以及無吸收地透過寬 帶前干涉偏振元件(FI-Polar) 7，并透過"品紅，，吸收帶濾色片6M。 波長落在"紅色"頻帶AkR內(nèi)和"藍(lán)色"頻帶厶kB內(nèi)的光譜分量在 濾色片6M的輸出處相互混合，并生成品紅的光。然后該品紅的光透過 前寬帶片偏振器70。
當(dāng)將"黃色"子像素8Y驅(qū)動(dòng)進(jìn)入如圖7所示的"亮"態(tài)時(shí)，波長 落在"藍(lán)色"頻帶AXB內(nèi)且具有a型偏振態(tài)的背光輻射光鐠分量透過 寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4、后寬帶片偏振器40和線偏振方 向旋轉(zhuǎn)元件5Y，以及無吸收地透過寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar) 7,并被"黃色"吸收帶濾色片6Y吸收。子像素8Y處于該狀態(tài)下時(shí)， 波長落在"紅色"頻帶AkR或"綠色"頻帶A1G內(nèi)且具有a型偏振 態(tài)的背光結(jié)構(gòu)內(nèi)的光語分量透過寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar) 4、后寬帶片偏振器40和線偏振方向旋轉(zhuǎn)元件5Y,以及無吸收地透過寬 帶前干涉偏振元件(FI-Polar) 7，并透過"黃色"吸收帶濾色片6Y。 波長落在"紅色"頻帶厶kR內(nèi)和"綠色"頻帶AkG內(nèi)的光譜分量在 濾色片6Y的輸出處相互混合，并生成黃色的光。然后該黃色的光透過 前寬帶片偏振器70。描述示例實(shí)施方案公開的發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案是一種具有改進(jìn)的圖像對比度的 液晶顯示器面板，它包括像素陣列區(qū)域和一系列包括寬帶后干涉偏振 元件(RI-Polar)的背光再循環(huán)結(jié)構(gòu)、空間強(qiáng)度調(diào)制結(jié)構(gòu)以及和每個(gè) 所述的像素區(qū)域相關(guān)的濾光片結(jié)構(gòu)，所述寬帶后干涉偏振元件 (RI-Polar )有具有預(yù)設(shè)取向的透射軸AB,所述空間強(qiáng)度調(diào)制結(jié)構(gòu)包 括寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar ),該寬帶前干涉偏振元件具有近似 平行于透射軸AB的透射軸。所述的RI-Polar和FI-Polar是疊層的多 層結(jié)構(gòu)。每個(gè)多層結(jié)構(gòu)的至少一層是光學(xué)各向異性的，該層通過級聯(lián) 結(jié)晶工藝方法制得。所述層的特征是在近似平行于透射軸AB的方向上 具有3. 4±0. 3A的分子間間距的全局有序的雙軸晶體結(jié)構(gòu)。該層在可 見光波段內(nèi)是透明的，并由棒狀超分子形成，該棒狀超分子代表至少 一種具有共軛7t體系和離子型基團(tuán)的多環(huán)有機(jī)化合物。在所公開的液 晶顯示器面板的一個(gè)變體中，背光結(jié)構(gòu)還包括一系列光導(dǎo)向裝置，該 光導(dǎo)向裝置具有前表面、后表面以及邊緣，該前表面面向空間強(qiáng)度調(diào) 制結(jié)構(gòu)。所述背光結(jié)構(gòu)還包括光源、寬帶反射器、寬帶后干涉偏振元 件(RI-Polar)和后寬帶片偏振器，所述光源光學(xué)連接到光導(dǎo)向裝置 的邊緣，并發(fā)射光到光導(dǎo)向裝置內(nèi)，所述寬帶反射器可以將入射到所述 反射器上的光反射并隨機(jī)化，所述反射器位于光導(dǎo)向裝置的后表面上，所述寬帶后干涉偏振元件位于所述光導(dǎo)向裝置的前表面上，并且所述 后寬帶片偏振器位于Rl-Polar上并具有近似平行于透射軸AB的透射 軸。在所公開的液晶顯示器面板的另一個(gè)變體中，空間強(qiáng)度調(diào)制結(jié)構(gòu)還包括一系列和背光結(jié)構(gòu)相鄰的偏振方向旋轉(zhuǎn)元件陣列，以及和濾光 片結(jié)構(gòu)相鄰的寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar)。在所公開的液晶顯示 器面板的又一個(gè)變體中，像素區(qū)域空間上含有多重子像素區(qū)域(aplurality of subpixel region),濾光片結(jié)構(gòu)還包括4象素化濾色片陣 列，以及空間強(qiáng)度調(diào)制結(jié)構(gòu)包括多重子像素區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施方案中， 液晶顯示器面板還包括消反射裝置，該消反射裝置放置在所述顯示器 面板的外表面上。在所公開的液晶顯示器面板的可能變體中，消反射 裝置是具有透射軸近似平行于透射軸AB的前寬帶片偏振器。所述背光結(jié)構(gòu)包括光源，該光源用于產(chǎn)生由波長落在電磁光譜的 可見頻帶內(nèi)的具有a型和b型偏振的光鐠分量組成的光。該背光結(jié)構(gòu) 還包括寬帶反射器，該寬帶反射器基于所述背光結(jié)構(gòu)內(nèi)的一次或多次 反射，用于反射由波長落在所述可見頻帶內(nèi)光譜分量組成的偏振光。 該寬帶反射器將所述光譜分量的偏振態(tài)從a型偏振態(tài)轉(zhuǎn)換到與前面的 偏振態(tài)垂直的b型偏振態(tài)，以及從b型偏振態(tài)轉(zhuǎn)換到a型偏振態(tài)。多重l象素區(qū)域(plurality of pixel regions)空間上含有預(yù)定 義的顯示區(qū)域，該預(yù)定義的顯示區(qū)域相對于所述背光結(jié)構(gòu)是可以定義 的。每個(gè)所述的像素區(qū)域空間上含有多個(gè)子像素區(qū)域，并且每個(gè)所述義的光語頻帶。寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar)用于反射由波長至少落在所述 可見頻帶內(nèi)且具有所述b型偏振態(tài)的光譜分量組成的光，以及透射由 波長至少落在所述可見頻帶內(nèi)且具有所述a型偏振態(tài)的光譜分量組成 的偏振光。每個(gè)所述的偏振方向旋轉(zhuǎn)元件與一個(gè)所述的子像素區(qū)域相鄰，并過所述偏振方向旋轉(zhuǎn)元件的偏振光的偏振態(tài)。所述的空間強(qiáng)度調(diào)制結(jié)構(gòu)還包括寬帶前千涉偏振元件 (FI-Polar )，該FI-Polar用于反射由波長至少落在所述可見頻帶內(nèi) 且具有所述b型偏振態(tài)的光語分量組成的光，以及透射由波長至少落 在所述可見頻帶內(nèi)且具有所述a型偏振態(tài)的光譜分量組成的偏振光， 并且隨后與所述的偏振更改元件陣列協(xié)同運(yùn)作。因此，F(xiàn)I-Polar調(diào)制 偏振光的空間強(qiáng)度，并由此在每個(gè)和所述FI-Polar相鄰的所述子像素 區(qū)域產(chǎn)生"暗"或"亮"強(qiáng)度水平。在所公開的液晶顯示器面板的一個(gè)實(shí)施方案中，至少一層
RI-Polar是由熒光材料制得的，該熒光材料將紫外輻射轉(zhuǎn)換到可見 光。在所公開的液晶顯示器面板的可能變體中，每個(gè)所述多層結(jié)構(gòu)的 至少一個(gè)透明層具有^f氐于400 nm的基本吸收限(fundamental absorption edge )。在所公開的液晶顯示器面板的又一個(gè)可能變體中， 每個(gè)所述多層結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)透明層具有不小于0.98的透射率。在所 公開的液晶顯示器面板的再一個(gè)可能變體中，每個(gè)所述多層結(jié)構(gòu)的至 少一個(gè)透明層在可見光波段內(nèi)是均勻透明的。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供液晶顯示器面板，其中為了將所述層轉(zhuǎn)到不可溶狀態(tài)，將至少一個(gè)光學(xué)各向異性層用二價(jià)和/或三價(jià)金屬的離子處理。在另一個(gè)液晶顯示器面板中，至少一個(gè)有機(jī)化合物材料的分子包括雜環(huán)。在所公開發(fā)明的一個(gè)變體中，液晶顯示器面板包括至少一個(gè)由基于至少一種二向色型染料的溶致液晶制得的 光學(xué)各向異性層。在所公開的液晶顯示器面板的另一個(gè)可能變體中，每個(gè)所述的空 間上含有像素的區(qū)域中的所述多重子像素區(qū)域包括"紅色"子像素區(qū) 域、"綠色"子像素區(qū)域以及"藍(lán)色"子像素區(qū)域。所述"紅色"子像 素區(qū)域透射落在"紅色"頻帶內(nèi)光的光譜分量，以及基本吸收落在"綠 色"頻帶內(nèi)和"藍(lán)色"頻帶內(nèi)光的所有光諳分量，其中所述"綠色" 子像素區(qū)域透射落在"綠色"頻帶內(nèi)光的光鐠分量，以及基本吸收落 在"紅色"頻帶內(nèi)和"藍(lán)色"頻帶內(nèi)光的所有光譜分量，其中所述"藍(lán) 色"子像素區(qū)域透射落在"藍(lán)色"頻帶內(nèi)光的光讒分量，以及基本吸 收落在"紅色"頻帶內(nèi)和"綠色"頻帶內(nèi)光的所有光譜分量。在所公開的液晶顯示器面板的又一個(gè)可能變體中，每個(gè)所述空間 上含有像素的區(qū)域中的所述多重子像素區(qū)域包括"青色"子像素區(qū)域， "品紅"子像素區(qū)域，以及"黃色"子像素區(qū)域。所述"青色"子像 素區(qū)域吸收落在"紅色"頻帶內(nèi)光的光語分量，以及基本透射落在"綠 色，，頻帶內(nèi)和"藍(lán)色"頻帶內(nèi)光的所有光譜分量，其中所述"品紅" 子像素區(qū)域吸收落在"綠色"頻帶內(nèi)光的光譜分量，以及基本透射落 在"紅色"頻帶內(nèi)和"藍(lán)色"頻帶內(nèi)光的所有光譜分量，其中所述"黃 色"子像素區(qū)域吸收落在"藍(lán)色，，頻帶內(nèi)光的光語分量，以及基本透 射落在"紅色"頻帶內(nèi)和"綠色"頻帶內(nèi)光的所有光譜分量。
在所公開的液晶顯示器面板的可能變體中，每個(gè)所述偏振更改元 件由液晶材料制得。在液晶顯示器面板的另一個(gè)可能變體中，所述寬 帶反射器是準(zhǔn)漫反射型反射器。為了更易于理解本發(fā)明，參考以下實(shí)施例，這些實(shí)施例意在對本 發(fā)明起說明作用，而不意于在范圍上構(gòu)成限制。實(shí)施例1典型的干涉偏振元件(RI-Polar或FI-Polar)可以使用在透明基 底上沉積的雙折射材料和各向同性材料的交替層構(gòu)成。所述偏振器具 有透射軸AB。如果非偏振光入射到該寬帶多層無損耗偏振器上，具有 近似垂直于所述透射軸AB的偏振態(tài)的一部分這種光從該寬帶多層無 損耗偏振器反射。通過控制各個(gè)層的折射率和厚度以及總的層數(shù)，可 以實(shí)現(xiàn)所需的性能。偏振器設(shè)計(jì)的最重要的方面之一是對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的 選取。在下面的研究中，假定光垂直入射，并且基底折射率固定為1. 5。典型地，寬帶多層無損耗偏振器可以設(shè)計(jì)成在入射光的偏振平面上具 有高折射率和低折射率的雙層的周期性結(jié)構(gòu)的形式。也即指，同樣的一對層反復(fù)添加直到性能令人滿意。該結(jié)構(gòu)的形式是WZ/-1^其中 ^和Z分別代表高和低折射率層，^是層對的數(shù)目。此處，我們將包含 總共N層高折射率層的腔當(dāng)作此類結(jié)構(gòu)。當(dāng)光學(xué)厚度(由物理厚度乘 上折射率)等于1/4波長(1/4波長的厚度)的奇數(shù)倍時(shí)，該結(jié)構(gòu)在 特定波長下產(chǎn)生最大反射。顯然，單腔提供狹窄集中在單個(gè)波長周圍的反射，同時(shí)帶寬取決 于折射率的差別和腔中的層數(shù)。因此，多腔結(jié)構(gòu)是興趣所在。在此類 結(jié)構(gòu)中，各腔以不同的波長為中心。此類結(jié)構(gòu)可以寫成俱ZJ〃 沐A" A&…汰Zj〃 2/^，其中Cu代表腔1和腔2之間的耦合層。Cu的值通常選取為L和 L2的平均值。此外，腔之間的波長間隔應(yīng)該根據(jù)各腔的帶寬仔細(xì)選取。 帶寬越窄，選取的間隔應(yīng)越小。圖9顯示了近乎理想的寬帶多層無損耗偏振器的反射光鐠，該偏 振器包括6個(gè)腔，每個(gè)腔里有15個(gè)H層( 一共有95個(gè)H層)。可以 看到，在500nm到700nm的頻帶內(nèi)，達(dá)到近乎100%的反射。如果高折
射率是2. 2，我們只要使用4個(gè)腔，每個(gè)腔由7個(gè)層構(gòu)成(總共有28 個(gè)H層)，就可實(shí)現(xiàn)同樣的性能。在寬的波段內(nèi)偏振器反射的高度均 勻性也有助于采用了這種偏振器的顯示器實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量彩色再現(xiàn)。在上述所有情況下，每個(gè)腔中層的厚度是1/4波長。現(xiàn)在讓我們 重新考查增加層的厚度的問題。如上面所指出的，層厚度增加時(shí)，帶 寬降低。這意味著需要有更多的腔來覆蓋同一波長范圍。比如，如果 厚度是3個(gè)1 /4波長，就有必要使用11個(gè)腔，每個(gè)腔有17個(gè)H層(總 共有187個(gè)H層)來實(shí)現(xiàn)類似于圖9的性能。這一數(shù)目為較薄層情況 下層數(shù)的兩倍多。偏振器層由級聯(lián)結(jié)晶工藝方法制得，對該偏振器層進(jìn)行分析以確 定層的光學(xué)特性。在溫度201C，將荒并[l， 2-b]喹喔啉的磺基衍生物 的混合物(12克)在攪拌下加入到65. 0克去離子水中。然后，加入 5. 3毫升25%的氨水溶液，并攪拌混合物以使其完全溶解?；腔能貌?[1, 2-b]喹喔啉的水溶液的電子吸收譜顯示在圖10中。溶液在一個(gè)旋 轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上濃縮到30%,并在溫度20*€下，使用2. 5#Mayer rod以 15mm/s的線速度將其涂層到玻璃基底表面上。該過程在相對濕度為 65%的情況下進(jìn)行。然后，在相同的濕度和溫度下干燥薄膜。為了確定薄膜的光學(xué)特征，采用Cary-500分光光度計(jì)通過波長在 400到800nm范圍內(nèi)的偏振光測量了光學(xué)透射譜(圖11)。我們使用平行于和垂直于偏振器和分析器的偏振軸(分別為Tpar和T^)線性偏振的光測量薄膜的光學(xué)透射率。圖10證實(shí)了薄膜在波長430nm以上的 可見光譜范圍內(nèi)的極低的吸收率。所獲取的數(shù)據(jù)用來計(jì)算平行于和垂直于排列方向偏振的光的折射 率(ru， n。)和吸收系數(shù)(ke， k。)。所計(jì)算的系數(shù)示于圖12中。所獲 得的層是光學(xué)各向異性的，并在可見光譜范圍內(nèi)呈現(xiàn)出高的、從O. 21 最高增到0. 38的延遲特征An=n。-ne。低的吸收系數(shù)ke和k。值確證了 層的高透明度。實(shí)施例2下述實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)在于，演示I-Polar樣品制作(fabrication), 該樣品對一個(gè)平面內(nèi)偏振的光顯示最大反射，但透射垂直方向偏振的光。疊層結(jié)構(gòu)的形式應(yīng)該為WZ/—^，其中A和Z分別代表高折射率的雙折射晶體薄膜(TCF)和各向同性材料的低折射率居間層，#是這種 層對的數(shù)目。從多種居間層備選對象中，我們選取SDC公司的 CrystalCoatTMMP1175UV。當(dāng)光學(xué)厚度(定義為由幾何厚度x乘上折射 率n)等于1/4波長(QW)的奇數(shù)倍時(shí)，該結(jié)構(gòu)在特定波長下產(chǎn)生最 大反射。該樣品使用了 0ptiva公司的Bordeaux 505sf墨(Bordeaux MNL001563-55。/fl以及MNL002188-45。y4)，其中固態(tài)成分占13. 01%,從中 準(zhǔn)備了一系列稀釋的墨，其濃度為11%、 10.5%、 10%、 9.5%、 9%和8%。 預(yù)測試顯示濃度在9wt 4到10. 5wt。/。范圍內(nèi)時(shí)，涂層質(zhì)量非常好，前提 是基底預(yù)先進(jìn)行過等離子體處理并且沒有氣孔。還應(yīng)提到的是，涂層 質(zhì)量強(qiáng)烈依賴于Meyer rod類型。因此，只有HS2 rod才給出外形好 的涂層，涂層沒有嚴(yán)重的局部厚度不均勻現(xiàn)象，對于基于高反射 Bordeaux墨的TCF來說是易于觀察到的。TCF可以完全沒有問題地轉(zhuǎn) 化到Ba-form。使用不同rods (HS1.5、 HS2、 MR2. 5以及MR并3)和多種濃度(9、 9.5、 10、 10. 5%)的墨制備了一系列涂層。使用Cary 500分光光度計(jì) 測量光學(xué)參數(shù)。圖13顯示了吸收系數(shù)，并且圖14顯示了折射率 n。 (ne=l. 5)，這兩圖通過擬合得到。從多種居間層備選對象中，選取了 SDC公司的 CrystalCoatTMMP1175UV。它是經(jīng)紫外光固化的有抗性(resistant) 的涂層材料，意于用到浸涂法和旋涂法的應(yīng)用中。根據(jù)制造者所提供 的典型數(shù)值，折射率為1.49?；瘜W(xué)上，這是一種丙烯酸和有機(jī)溶劑混 合物溶液。使用MR滾動(dòng)和旋涂(~ 8000 rpm)法技術(shù)，可以得到好的 該材料涂層。在6"UV燈(300wpi)下以 15fpm的速度，進(jìn)行3遍固 化。如果在等離子體預(yù)處理后立即進(jìn)行沉積，則由MP1175UV制得的漆 層頂層的TCF涂層是好的，否則會(huì)出現(xiàn)受潮問題。首先，在將樣品轉(zhuǎn)化到Ba-form的過程中，會(huì)碰到如下問題涂 層在隨后的沖洗過程中會(huì)發(fā)生脫層。然而，在將樣品浸入17. 5%的BaCl2 池后，再將其進(jìn)入1%的APS溶液中可消除這些問題。如圖15中所示確定雙折射薄膜的厚度。應(yīng)該注意到操作中優(yōu)選使 用較高的厚度。所用涂布方法允許形成光學(xué)厚度(由物理厚度乘上折 射率)近似為(其中1為波長~ 630 nm)的層。由于這些原因， 選取390-400 nm的值作為工作薄膜的物理厚度。已預(yù)備了幾個(gè)TCF/漆/TCF結(jié)構(gòu)的樣品。很不幸的是，第二個(gè)TCF 應(yīng)用導(dǎo)致在漆上有多個(gè)裂縫。發(fā)現(xiàn)固定的Meyer rod對非常薄的漆層 表面造成擦傷。這種損壞阻礙了獲取這種類型的多層涂層的代表性樣 品。該擦傷問題與漆層的厚度非常小有關(guān)，而不是因?yàn)槠岵粔驁?jiān)硬。 很顯然的是，將TCF應(yīng)用于薄的漆底層的頂層上的固定的MR技術(shù)在任 何情況下都將導(dǎo)致擦傷。因此建議，使用非接觸式技術(shù)消除這類問題。利用滾動(dòng)(MR)技術(shù)將TCF涂布到漆的頂層以便于避免擦傷。在 該情況下，擦傷幾乎消失，但層的性能也降低了，并出現(xiàn)厚度不均勻 現(xiàn)象。不過，測量顯示(見圖16)光鐠變得更為光滑，在600-800 nm 的范圍內(nèi)只有一個(gè)峰。其最大反射率為45-52%。應(yīng)該注意到，最大反 射率的值依賴于所測表面區(qū)域的質(zhì)量。很顯然，如果所測區(qū)域含有擦 傷，則反射率會(huì)較低。制得一個(gè)具有3個(gè)TCF層的疊層，當(dāng)光束以相對于多層結(jié)構(gòu)的法 向30度的角度作用(入射)時(shí)，獲取最大為62%的反射率(圖17)。 通過應(yīng)用360至420 nm厚的漆層，可獲取4個(gè)TCF層，當(dāng)光束以相 對于多層結(jié)構(gòu)法向30度的角度作用(入射)時(shí)，可獲取具有反射率為 75%的4個(gè)TCF層的涂層(圖18 )。
權(quán)利要求
1. 一種圖像對比度改進(jìn)的液晶顯示器面板，該面板包括像素陣列區(qū)域和一系列元件，這些元件包括背光再循環(huán)結(jié)構(gòu)，該背光再循環(huán)結(jié)構(gòu)包括寬帶后干涉偏振元件 (RI-Polar )，該寬帶后干涉偏振元件具有預(yù)設(shè)取向的透射軸AB，空間強(qiáng)度調(diào)制結(jié)構(gòu)，該空間強(qiáng)度調(diào)制結(jié)構(gòu)用于調(diào)制每個(gè)像素區(qū)域 的光，寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar )，該寬帶前干涉偏振元件具有近 似平行于透射軸AB的透射軸，濾光片結(jié)構(gòu)，該濾光片結(jié)構(gòu)和每個(gè)所述的像素區(qū)域相關(guān)，其中所述的RI-Polar和所述的FI-Polar是疊層的多層結(jié)構(gòu)，以 及每個(gè)多層結(jié)構(gòu)的至少一層是光學(xué)各向異性的，該層通過級聯(lián)結(jié)晶工 藝方法制得，并且其特征在于近似平行于透射軸AB的方向上具有3. 4±0. 3A的分子 間間距的全局有序的雙軸晶體結(jié)構(gòu)，該層在可見光波段內(nèi)是透明的， 并由棒狀超分子形成，該棒狀超分子代表至少一種具有共軛7T體系和 離子型基團(tuán)的多環(huán)有機(jī)化合物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所迷的液晶顯示器面板，其中空間強(qiáng)度調(diào)制結(jié) 構(gòu)還包括和背光結(jié)構(gòu)相鄰的偏振方向旋轉(zhuǎn)元件陣列，以及其中和濾光 片結(jié)構(gòu)相鄰的寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器面板，還包括消反射裝置， 該消反射裝置放置在所述顯示器面板的外表面上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器面板，其中該像素區(qū)域空間 上含有多重子像素區(qū)域，該濾光片結(jié)構(gòu)還包括像素化濾色片陣列，以 及該空間強(qiáng)度調(diào)制結(jié)構(gòu)包括多重子像素區(qū)域。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的液晶顯示器面板，其中背光結(jié)構(gòu)還包括光導(dǎo)向裝置，該光導(dǎo)向裝置有面向空間強(qiáng)度調(diào)制結(jié)構(gòu)的前表面、 后表面和邊緣；光源，該光源光學(xué)連接到光導(dǎo)向裝置的邊緣，并發(fā)射光到光導(dǎo)向 裝置內(nèi)； 寬帶反射器，該寬帶反射器能夠?qū)⑷肷涞剿龇瓷淦魃系墓夥瓷?并隨機(jī)化，所述反射器位于光導(dǎo)向裝置的后表面上，寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar),該寬帶后干涉偏振元件位于所 述光導(dǎo)向裝置的前表面上，以及后寬帶片偏振器，該后寬帶片偏振器位于該RI-Polar上并具有近 似平行于透射軸AB的透射軸。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的液晶顯示器面板，其中至少一層 RI-Polar是由熒光材料制得的，該熒光材料將紫外輻射轉(zhuǎn)換到可見 光。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的液晶顯示器面板，其中每個(gè)所述多 層結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)透明層具有低于400 nm的基本吸收限。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器面板，其中每個(gè)所述多層結(jié) 構(gòu)的至少一個(gè)透明層具有不小于0. 98的透射率。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器面板，其中每個(gè)所述多層結(jié) 構(gòu)的至少一個(gè)透明層在可見光波段內(nèi)是均勻透明的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器面板，其中至少一個(gè)光學(xué)各 向異性層用二價(jià)和/或三價(jià)金屬的離子處理。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器面板，其中至少一個(gè)有機(jī)化 合物材料的分子包括雜環(huán)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器面板，其中至少一個(gè)光學(xué)各 向異性層由基于至少一種二向色型染料的溶致液晶制成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的液晶顯示器面板，其中每個(gè)所述空間上含有像素的區(qū)域中的所述多重子像素區(qū)域包括"紅色"子像素區(qū)域， "綠色"子像素區(qū)域，以及"藍(lán)色"子像素區(qū)域。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的液晶顯示器面板，其中所述"紅色，，子像素區(qū)域透射落在"紅色"頻帶內(nèi)光的光譜 分量，以及基本吸收落在"綠色，，頻帶內(nèi)和"藍(lán)色"頻帶內(nèi)光的所有 光譜分量，其中所述"綠色"子像素區(qū)域透射落在"綠色"頻帶內(nèi)光的光譜 分量，以及基本吸收落在"紅色，，頻帶內(nèi)和"藍(lán)色"頻帶內(nèi)光的所有 光譜分量，以及 其中所述"藍(lán)色"子像素區(qū)域透射落在"藍(lán)色"頻帶內(nèi)光的光譜 分量，以及基本吸收落在"紅色"頻帶內(nèi)和"綠色"頻帶內(nèi)光的所有 光譜分量。
15. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的液晶顯示器面板，其中每個(gè)所述空間上含有像素的區(qū)域中的所述多重子像素區(qū)域包括"青色"子像素區(qū)域， "品紅，，子像素區(qū)域，以及"黃色"子像素區(qū)域。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的液晶顯示器面板， 其中所述"青色"子像素區(qū)域吸收落在"紅色分量，以及基本透射落在"綠色"頻帶內(nèi)和"藍(lán)色 光譜分量，其中所述"品紅"子像素區(qū)域吸收落在"綠色 分量，以及基本透射落在"紅色"頻帶內(nèi)和"藍(lán)色 光譜分量，以及其中所述"黃色"子像素區(qū)域吸收落在"藍(lán)色' 分量，以及基本透射落在"紅色，，頻帶內(nèi)和"綠色 光譜分量。
17. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的液晶顯示器面板，其中每個(gè)所述偏振方 向旋轉(zhuǎn)元件由液晶材料制成。
18. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的液晶顯示器面板，其中所述寬帶反射器 是準(zhǔn)漫反射型反射器。
19. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的液晶顯示器面板，其中該消反射裝置是 前寬帶片偏振器，該前寬帶片偏振器具有近似平行于該透射軸AB的透 射軸。頻帶內(nèi)光的光鐠 頻帶內(nèi)光的所有頻帶內(nèi)光的光諳 頻帶內(nèi)光的所有頻帶內(nèi)光的光譜 頻帶內(nèi)光的所有
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種具有改進(jìn)的圖像對比度的液晶顯示器面板。它包括像素陣列區(qū)域和一系列元件背光再循環(huán)結(jié)構(gòu)(2)；空間強(qiáng)度調(diào)制結(jié)構(gòu)；空間過濾結(jié)構(gòu)(6)。所述背光再循環(huán)結(jié)構(gòu)(2)包括寬帶后干涉偏振元件(RI-Polar 4)。所述空間強(qiáng)度調(diào)制結(jié)構(gòu)包括寬帶前干涉偏振元件(FI-Polar 7)。該RI-Polar(4)和FI-Polar(7)是疊層的多層結(jié)構(gòu)。每個(gè)多層結(jié)構(gòu)的至少一層是光學(xué)各向異性的，并且該層通過級聯(lián)結(jié)晶工藝方法制得。所述層的特征在于近似平行于透射軸AB的方向上具有3.4±0.3的分子間間距的全局有序的雙軸晶體結(jié)構(gòu)。該層在可見光波段內(nèi)是透明的，并由棒狀超分子形成，該棒狀超分子代表至少一種具有共軛π體系和離子型基團(tuán)的多環(huán)有機(jī)化合物。
文檔編號G02F1/13357GK101124510SQ20058004831
公開日2008年2月13日 申請日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月2日
發(fā)明者M·V·波克施托, P·I·拉扎爾夫 申請人:日東電工株式會(huì)社