專利名稱：反射型顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括回射層的反射型顯示裝置。
背景技術(shù)：
業(yè)內(nèi)公知的是利用環(huán)境光作為其光源而進(jìn)行顯示操作的反射型液晶顯示器件。不象透射型液晶顯示器件，反射型液晶顯示器件無需背部光源，由此節(jié)省用于光源的功率并允許用戶攜帶較小的電池組。還有，在透射型設(shè)備中為背部光源留出的空間或設(shè)備自身的重量都可節(jié)省。因?yàn)檫@些原因，反射型液晶顯示器件特別有利地適用于要求盡可能輕和薄的各類電子設(shè)備。
一種結(jié)合散射性液晶顯示模式和回射器的技術(shù)是提高反射型液晶顯示器件的顯示質(zhì)量的已知手段中的一種。這種技術(shù)在日本專利申請(qǐng)將于公開5-107538，2000-19490、2002-107519和11-15415中已有公開。
下文中將結(jié)合人圖1A和圖1B對(duì)采用這種技術(shù)的顯示器件的工作原理進(jìn)行說明并示意性地闡述顯示器件的黑白顯示模式。
如圖1A所示，如果液晶顯示層1受控以使其呈現(xiàn)出透射狀態(tài)，從顯示器件外部的光源5發(fā)射出的入射光線3透過液晶顯示層并由回射器2向其光源5反射回來，如箭頭4b所指出那樣。由此，從光源5發(fā)射出的光線3就不會(huì)到達(dá)觀眾的眼睛。在這種狀態(tài)下，到達(dá)觀眾6眼睛的來自顯示器件的圖像是他或她自己眼睛的圖像。這樣，就實(shí)現(xiàn)“黑色”顯示模式。
另一方面，如果液晶層1受控以使其呈現(xiàn)出散射狀態(tài)，由光源5發(fā)射出的入射光線3被液晶層1散射，如圖1B所示。特別地，如果液晶層1是向前散射液晶層，大部分入射光線3由液晶層1向前散射并隨后由回射器2通過液晶層1以散射狀態(tài)反射給觀眾6(如箭頭4w所指)。在這種情況下，由于回射器2的回射性受到由液晶層1引起的散射的干擾，入射光線3不返回到其光源。其間，另一部分入射光線3被液晶層1向后散射并朝向觀眾6(未圖示)。在這種情況下，朝向觀眾6的那部分光到達(dá)他或她的眼睛，由此實(shí)現(xiàn)“白色”顯示模式。根據(jù)這種操作原理，不僅能有效地適用液晶層1的向后散射，還能有效地使用它的向前散射。從而可獲得更亮的“白色”顯示。
通過基于這種操作原理而執(zhí)行顯示操作，無需使用任何偏振器就能實(shí)現(xiàn)單色顯示。因此，能實(shí)現(xiàn)光學(xué)效率不會(huì)因?yàn)槭褂闷耒R而降低的高亮度反射型液晶顯示器件。
作為圖1A和圖1B所示的回射器2，可使用單元結(jié)構(gòu)的二維陣列，例如微球體陣列、微透鏡陣列或直角棱鏡陣列。在這些不同類型的陣列中，“直角棱鏡陣列”是直角棱鏡的二維配置，每個(gè)直角棱鏡由彼此在某個(gè)“虛擬面”基本相互垂直的三個(gè)面限定。所謂的“虛擬面”一般是定義為平行于顯示器件的顯示面板表面的面。已進(jìn)入直角棱鏡的光線可被形成直角棱鏡的三個(gè)面理想地反射回其光源。圖2A和圖2B分別為表示直角棱鏡陣列的配置的俯視圖和立體圖。圖2A和圖2B所示的直角棱鏡陣列是由大量直角棱鏡所構(gòu)成的立方體直角棱鏡，其中多個(gè)由彼此相互垂直的三個(gè)正方形面所定義的各直角棱鏡以二維方式設(shè)置。
直角棱鏡可具有高回射性。這正是使用直角棱鏡陣列的原因，它可提高在反射型顯示裝置的顯示屏上的對(duì)比度。為了進(jìn)一步提高使用直角棱鏡陣列的反射型顯示裝置的屏幕上的對(duì)比度，日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開2002-107519提出將由尺寸減小的直角棱鏡構(gòu)成的直角棱鏡陣列用作回射器的想法。由這類尺寸減小的(即5mm或更小的節(jié)距配置)直角棱鏡構(gòu)成的直角棱鏡陣列在本文中被稱為“微直角棱鏡陣列(MCCA)”。另外，MCCA中的直角棱鏡的配置節(jié)距在這里由圖2A中所示Pcc(即兩頂部間最短距離)所限定。
接著，將對(duì)使用MCCA作為回射器的反射型顯示裝置的特殊配置進(jìn)行說明。
具有MCCA的反射型顯示裝置可通過將MCCA配置在顯示面板外側(cè)而形成，由此MCCA位于顯示面板的另一側(cè)上(即無觀眾的一側(cè))。其中MCCA結(jié)合于顯示面板的無觀眾側(cè)的這種配置(本文中稱之為“MCCA結(jié)合結(jié)構(gòu)”)在公開號(hào)為11-15415的日本專利申請(qǐng)中被公開。本文使用的“顯示面板”指其中諸如液晶層的調(diào)制層以及將電壓施加到調(diào)制層的電壓施加部件被夾在兩側(cè)基板之間的面板。在這兩側(cè)基板中，朝向觀眾的一塊基板在本文中稱之為“前基板”而不朝向觀眾的另一塊基板稱之為“后基板”。在MCCA結(jié)合結(jié)構(gòu)中，MCCA可配置在后基板后面。
同時(shí)，還提出一種反射型顯示裝置，它具有下列結(jié)構(gòu)MCCA可設(shè)置在顯示面板的兩塊基板之間(本文中稱之為“MCCA嵌入式結(jié)構(gòu)”)。例如，上面提到的公開號(hào)為2002-107519的日本專利申請(qǐng)公開了一種結(jié)構(gòu)，其中回射器可設(shè)置在顯示面板的調(diào)制層和后基板之間。
在使用MCCA的反射型顯示裝置中，黑色顯示有時(shí)由于漏光緣故而具有略微降低的對(duì)比度并略微地變?yōu)榱梁?被稱為“暗狀態(tài)泄漏”)或者由于MCCA的形狀和面的精度或根據(jù)進(jìn)入MCCA的光的方向，黑和白有時(shí)會(huì)在灰度階條顯示模式上顛倒(被稱為“灰度反轉(zhuǎn)”)。發(fā)明者廣泛地分析了這些問題。下面將結(jié)合附圖對(duì)我們的分析結(jié)果進(jìn)行說明。
在下面的例子中，將對(duì)相互間具有不同形狀的第一、第二和第三MCCA進(jìn)行說明。圖3A、3B和3C是分別示出第一、第二、第三MCCA的單元結(jié)構(gòu)(即直角棱鏡)。
圖3A示出形成第一MCCA的一種直角棱鏡。該直角棱鏡具有基本上彼此相互垂直的三個(gè)矩形等邊三角形面。并在圖中表示為從俯視圖看由三個(gè)等邊三角形構(gòu)成的等邊三角形7。在第一MCCA中，許多這樣的直角棱鏡被設(shè)置在虛擬面上。圖3B示出形成第二MCCA的大量直角棱鏡中的七個(gè)。形成第二MCCA的各個(gè)直角棱鏡在該俯視圖中被圖示為正六變形8，其中心由底點(diǎn)限定。圖3C示出形成第三MCCA的大量的直角棱鏡中的六個(gè)。形成第三MCCA的各個(gè)直角棱鏡在俯視圖中被圖示為矩形9，其中心由底點(diǎn)限定。
首先，將對(duì)在形成MCCA的直角棱鏡不表現(xiàn)出點(diǎn)對(duì)稱模式的情況(其對(duì)稱中心在俯視圖上由底點(diǎn)限定)進(jìn)行說明。例如，表示在圖3A中的直角棱鏡在其俯視圖中表現(xiàn)為等邊三角形7，然而等邊三角形7不是點(diǎn)對(duì)稱的。因此，在由該直角棱鏡構(gòu)成的MCCA中，即使是垂直于MCCA入射的光線也可能不被形成直角棱鏡的所有三個(gè)面反射，所有的面形成了取決于直角棱鏡入射點(diǎn)的直角棱鏡。要注意的是MCCA具有如上所述二維地設(shè)置在虛擬面上的直角棱鏡。這樣，詞組“垂直于MCCA(或直角棱鏡陣列)”本文是指“垂直于MCCA的虛擬面”。一般來說，如果有東西垂直進(jìn)入到MCCA，它會(huì)垂直地撞擊包括MCCA的顯示器件的顯示屏表面。
如圖3A所示，在點(diǎn)a垂直入射到MCCA1的光線從點(diǎn)a、b和c的順序反射。也就是說，光線依次地由單個(gè)直角棱鏡的三個(gè)面反射到其光源。然而，已在另一點(diǎn)d垂直入射到MCCA1的另一光線從點(diǎn)d、e按這種順序反射并隨后離開該直角棱鏡。換句話說，已經(jīng)入射到點(diǎn)d的光線僅被直角棱鏡的三個(gè)面中的兩個(gè)反射并因此不被回射而是轉(zhuǎn)向不同的方向?；蛘哒f，已經(jīng)從那個(gè)不同的方向入射到點(diǎn)e的光線將從點(diǎn)d被反射并隨后垂直于MCCA1而離開直角棱鏡。
如上所述，當(dāng)光線垂直入射到MCCA上時(shí)，如果光線進(jìn)入單個(gè)直角棱鏡三個(gè)面的預(yù)定區(qū)域，光線將如希望的那樣被回射。在圖3A所示的直角棱鏡中，預(yù)定區(qū)域由正六變形7’表示，其中心由俯視圖上的底點(diǎn)限定。同時(shí)，已入射到直角棱鏡三個(gè)面的其它區(qū)域上的光線將沿不同方向反射，而不是沿光線來的方向。這意味著如果光線已從前一方向進(jìn)入直角棱鏡，那么光線將垂直于MCCA反射。這就是反射型顯示裝置使用這種MCCA的原因，即使觀眾正對(duì)地(squarely)面向其屏幕，在黑色顯示模式中用于顯示的外部光的一部分將進(jìn)入他或她的眼睛，由此造成前面所提到的暗狀態(tài)泄漏或灰度反轉(zhuǎn)。
接著，將對(duì)在形成MCCA的直角棱鏡被表示為點(diǎn)對(duì)稱模式的情況下(其對(duì)稱中心由俯視圖上底點(diǎn)限定)的情況進(jìn)行說明。例如，圖3B和圖3C所示的各個(gè)直角棱鏡都可表示為點(diǎn)對(duì)稱模式，其對(duì)稱中心由其俯視圖(即正六變形8或矩形9)的底點(diǎn)限定。同樣，在已結(jié)合圖2A和圖2B進(jìn)行說明的立方體直角棱鏡陣列中，各直角棱鏡可表示成正六變形，其對(duì)稱中心也由其俯視圖上的底點(diǎn)限定。
任何垂直入射到由這種直角棱鏡所構(gòu)成的MCCA上的入射光將一直被包括入射點(diǎn)的一個(gè)直角棱鏡的三個(gè)面反射回其光源，不管入射發(fā)生在直角棱鏡的哪個(gè)區(qū)域。因此，如果觀眾正面朝向包括MCCA的顯示器件的屏幕，從原理上說不會(huì)發(fā)生黑色狀態(tài)泄漏或灰度反轉(zhuǎn)。然而，即使在包括諸如MCCA的反射型顯示裝置中，如果光線不垂直地入射到MCCA，根據(jù)后面將詳細(xì)說明的內(nèi)容，一部分光線將不會(huì)被反射回其光源。這就是根據(jù)觀眾觀看顯示器件的屏幕的方向仍然會(huì)發(fā)生暗狀態(tài)泄漏或灰度反轉(zhuǎn)的原因。
此外，不管MCCA的每個(gè)直角棱鏡具有哪種平面模式，限制具有高的面精度的直角棱鏡都是相當(dāng)困難的，特別是當(dāng)MCCA中的直角棱鏡被設(shè)置成很小節(jié)距時(shí)。由此，各直角棱鏡實(shí)際上在其“法線角度”或其平面度上具有某些誤差。本文的“法線角度”表示形成在直角棱鏡某些面的法線和虛擬面之間形成的角度。因此，如果法線角度具有某些誤差，那么由直角棱鏡一個(gè)面的法線相對(duì)于虛擬面所限定的角度不是理想的角度，而由直角棱鏡的三個(gè)面所形成的角度不等于90度。另一方面，平面度誤差是指直角棱鏡某些面的部分或全部的扭曲以及直角棱鏡的頂點(diǎn)或底點(diǎn)的圓度。由于這些誤差，會(huì)減少M(fèi)CCA的回射性。結(jié)果，即使觀眾正對(duì)地面向屏幕，仍然會(huì)發(fā)生暗狀態(tài)泄漏或灰度反轉(zhuǎn)。
因此，使用具有MCCA的傳統(tǒng)反射型顯示裝置很難消除這類黑色狀態(tài)泄漏或灰度反轉(zhuǎn)并獲得很好的顯示質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述問題，本發(fā)明的一個(gè)目的是通過使用包括具有MCCA形狀的回射層的反射型顯示裝置來消除這類黑色狀態(tài)泄漏或灰度反轉(zhuǎn)并獲得改善的顯示質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例的反射型顯示裝置包括回射層，該回射層包含多個(gè)二維地設(shè)置在虛擬面上的單元結(jié)構(gòu)，該調(diào)制層可設(shè)置在比回射層更靠近觀眾的位置并可在光學(xué)特性上彼此相互不同的第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間切換。該反射型顯示裝置通過利用從回射層反射回來的光而進(jìn)行顯示操作。回射層的各單元結(jié)構(gòu)具有由基本上彼此相互垂直的三個(gè)面所限定的凹槽。通過將三個(gè)面的一個(gè)面的法線投影到虛擬面上而限定的方位角方向和通過將屏上(on-screen)向上方向投影到虛擬面上而限定的另一方位角方向所形成的角度最多為30度。
在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，該角度較為有利地為12度或12度以下。
根據(jù)本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的反射型顯示裝置包括回射層，該回射層包括多個(gè)以二維方式設(shè)置在虛擬面上的單元結(jié)構(gòu)，該調(diào)制層可設(shè)置在比回射層更靠近觀眾的位置并可在光學(xué)特性上彼此相互不同的第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間切換。該反射型顯示裝置通過利用從回射層反射回來的光來進(jìn)行顯示操作。回射層的各單元結(jié)構(gòu)具有由基本上彼此相互垂直的三個(gè)面所限定的凹槽?；敬怪庇谔摂M面入射并僅由任一單元結(jié)構(gòu)的三個(gè)面中的兩個(gè)面反射的光線沿著由單元結(jié)構(gòu)形狀的限定的多個(gè)特定方向回來。通過將這些特定方向中的任何一個(gè)方向投影到虛擬面上來限定的方位角方向和通過將屏上向下方向投影到虛擬面上和限定的另一方位角方向所形成最多為30度的角度。
在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，該角度較為有利地為12度或12度以下。
在另一較佳實(shí)施例中，回射層的單元結(jié)構(gòu)較為有利地被設(shè)置成基本面向同一方向。
在這個(gè)特別的較佳實(shí)施例中，所述各個(gè)單元結(jié)構(gòu)的彼此相互基本垂直的三個(gè)面都是正方形。
在又一較佳實(shí)施例中，反射型顯示裝置還包括設(shè)置成比調(diào)制層更靠近觀眾的前基板；設(shè)置在調(diào)制層后面并面向前基板的后基板；以及將電壓施加到調(diào)制層的部件。該部件被設(shè)置在前基板和后基板之間。回射層可設(shè)置在調(diào)制層和后基板之間。
在另一較佳實(shí)施例中，反射型顯示裝置還包括設(shè)置成比調(diào)制層更靠近觀眾的前基板；設(shè)置在調(diào)制層后面并面對(duì)著向前基板的后基板；以及將電壓施加到調(diào)制層的部件。該部件被設(shè)置在前基板和后基板之間?；厣鋵涌稍O(shè)置在后基板后面。
在又一較佳實(shí)施例中，反射型顯示裝置還包括在回射層和后基板之間的高折射率層，其折射率為1.06-2.7。回射層的單元結(jié)構(gòu)的各表面可與高折射率層接觸。
或者，反射型顯示裝置還包括在回射層和后基板之間的低折射率層，其折為1.0-小于1.06?；厣鋵拥膯卧Y(jié)構(gòu)的各表面可與低折射率層相接觸。
根據(jù)本發(fā)明的上述多個(gè)較佳實(shí)施例，包括回射層的反射型顯示裝置可明顯地減少暗狀態(tài)泄漏現(xiàn)象并提高顯示對(duì)比度。另外，還能減少灰度反轉(zhuǎn)并實(shí)現(xiàn)包括良好可視性的極好的顯示質(zhì)量。此外，還能最小化黑色狀態(tài)泄漏和灰度反轉(zhuǎn)，不管觀眾從哪個(gè)方向觀看顯示器件的屏幕。
通過后面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明諸較佳實(shí)施例所作的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其它特征、元件、工藝、步驟、特性和優(yōu)點(diǎn)將變得更為明顯。


圖1A和圖1B示出反射型液晶顯示器件的工作原理，其中散射液晶顯示模式與回射器相結(jié)合。
圖2A和圖2B分別為示出直角棱鏡陣列的配置的平面圖和立體圖；圖3A、3B和3C分別為表示第一、第二和第三單元結(jié)構(gòu)(直角棱鏡)的俯視圖。
圖4是說明在其顯示面板后面包括回射器的顯示器件的傳統(tǒng)配置的橫截面示意圖。
圖5A和圖5B分別為示出進(jìn)入MCCA光線的反射方向的立體圖和平面圖。
圖6是說明用于測(cè)量由MCCA反射的光強(qiáng)度分布的系統(tǒng)的示意圖。
圖7A表示由MCCA反射光的最終強(qiáng)度分布。
圖7B是表示MCCA中方位角的平面圖。
圖8是說明用于測(cè)量顯示器件的反射特性的系統(tǒng)的示意圖。
圖9A是表示當(dāng)光從二次反射方向的方位角方向入射的情況下顯示器件的反射特性的曲線圖。
圖9B是表示當(dāng)光從二次反射方向的方位角方向偏移60度的方向入射的情況下顯示器件的反射特性的曲線圖。
圖10A是表示根據(jù)本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的反射型顯示裝置的配置橫截面示意圖。
圖10B是表示在反射型顯示裝置中的回射層的配置的平面圖。
圖11A和圖11B表示顯示器件的視角方向。
圖12A表示如何在通過將二次反射方向投影于虛擬面上來限定的方位角方向和屏上向下方向之間形成角度ω。
圖12B表示如何在通過將垂直于直角棱鏡的三個(gè)面中的一個(gè)面的法線投影到虛擬面上而限定的方位角方向和屏上向上方向之間形成角度γ。
圖13A和圖13B示出了根據(jù)第一較佳實(shí)施例的回射層的配置。
圖14A和圖14B分別為回射層的平面圖以及從面XIVb-XIVb觀察回射層的截面圖，以表示由高形狀精度的MCCA二次反射的光線。
圖15是表示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的反射型顯示裝置的配置的橫截面示意圖。
圖16A和圖16B是表示在第二較佳實(shí)施例的反射型顯示裝置中的二次反射光將會(huì)產(chǎn)生什么樣的效果的截面示意圖。
圖17是表示根據(jù)本發(fā)明第三較佳實(shí)施例的反射型顯示裝置的配置的橫截面示意圖。
圖18是表示根據(jù)本發(fā)明第三較佳實(shí)施例的另一反射型顯示裝置的配置的橫截面示意圖。
具體實(shí)施例方式
發(fā)明者進(jìn)行各種測(cè)量以審視包括回射層的傳統(tǒng)反射型顯示裝置的這些問題。在全面闡述本發(fā)明特定較佳實(shí)施例前將對(duì)這些結(jié)果進(jìn)行說明。在下面的例子中，以結(jié)合具有MCCA結(jié)構(gòu)的反射型顯示裝置為例進(jìn)行說明。
圖4是表示結(jié)合有MCCA的結(jié)構(gòu)的反射型顯示裝置的傳統(tǒng)配置橫截面示意圖。該顯示器件100包括顯示面板15和設(shè)置在顯示面板15后的回射層2。
顯示面板15包括具有濾色器(未圖示)、透明導(dǎo)電膜14和配向膜18的前基板；以及后基板12，它被設(shè)置成面對(duì)前基板10。假定處于散射狀態(tài)或透射狀態(tài)的散射液晶層1可插入這兩基板10和12之間。在后基板12的表面上，具有開關(guān)元件功能的薄膜晶體管(TFT，未圖示)、像素電極16和另一配向膜被設(shè)置成面向液晶層1。顯示面板15的主要部分一般都具有大致相等的折射系數(shù)(例如大約為1.5)。
回射層2被設(shè)置在后基板12后并包括限定MCCA形狀的樹脂層20和沉積在樹脂層20上的金屬層21。在回射層2和后基板12之間的間隙內(nèi)充有氣體23(例如折射率為1.00的空氣)。
通過使用TFT和像素電極16而控制施加到液晶層1的電壓，顯示器件100可在散射和透射狀態(tài)之間切換液晶層1。
如果液晶層1受控以透射入射光線，已進(jìn)入顯示器件100的前基板10的入射光線24透過顯示面板15并到達(dá)回射層2的金屬層21。然后，光線24在顯示面板(折射率大約為1.5)和空氣(折射率大約為為1.00)之間的界面上折射，如圖4所示。而通過外部空氣并進(jìn)入前基板10的光線24的入射角θA變得基本上等于通過空氣23進(jìn)入金屬層21的光線24的入射角θB。要注意的是入射角θA、θB分別指在垂直于顯示面板15表面的方向與光線24如上方向之間所定義的極角以及在垂直于MCCA虛擬面的方向和光線24入射方向之間所定義的極角。
這就是為什么通過分析進(jìn)入具有MCCA形狀的金屬層21的光線的回射率就能知道進(jìn)入顯示器件100的光線的回射率并能分析顯示器件100的黑色顯示模式特性。
由此，首先結(jié)合圖5A和圖5B說明進(jìn)入具有MCCA形狀的金屬層21的光線被反射的方向。在后面的例子中，金屬層21被假定為立方體直角棱鏡陣列的表面，該直角棱鏡陣列中的每個(gè)直角棱鏡是由彼此相互基本垂直的三個(gè)大致呈正方形的面限定的。
如果金屬層21高精度地限定MCCA的形狀，那么垂直入射于虛擬面上的光線25由包括光線26入射點(diǎn)(本文中被稱為“入射直角棱鏡”)的直角棱鏡的三個(gè)面依次向其光源反射回去，如圖5B所示。
另一方面，如果另一光線28不垂直地入射到回射層(以形成相對(duì)于回射層的法線僅為幾度的傾斜角)，那么光線28從入射直角棱鏡的三個(gè)面中的兩個(gè)被依次反射，然而不是入射到其它面上也不是如圖5B所示那樣反射其光源。已從入射直角棱鏡的三個(gè)面中的兩個(gè)反射的光線在本文中被稱為“二次折射光線”。
即使入射光已垂直于虛擬面而進(jìn)入MCCA，在MCCA具有較低的形狀精度(例如就法線角度和平面度而言)的情況下，仍然會(huì)產(chǎn)生這種二次反射光。
通過使用如圖6所示的光學(xué)系統(tǒng)，本發(fā)明計(jì)算出由MCCA反射的光線的強(qiáng)度分布并跟蹤二次反射光的行進(jìn)方向。下面將對(duì)該測(cè)量方法及其結(jié)果進(jìn)行說明。
對(duì)直角棱鏡在法線角度、平面度等方面具有某些誤差并以12μm節(jié)距設(shè)置的低形狀精度的立方體直角棱鏡陣列進(jìn)行測(cè)量。更明確地說，從光源34發(fā)射出的光線被垂直地導(dǎo)向回射器30，其中該直角棱鏡陣列以及反射光的出射方向(由方位角和極角表示)在圖6所示的球面上進(jìn)行測(cè)量。
圖7A示出作為測(cè)量結(jié)果獲得的反射光的強(qiáng)度分布。反射光線的出射方向由MCCA的虛擬面上的方位角α以及相對(duì)于虛擬面的法線所形成的極角β表示，如后面將要說明的那樣。
如圖7B所示，通過將兩相鄰的直角棱鏡的底點(diǎn)連接在一起的最短線設(shè)為基準(zhǔn)方向(即0度)，方位角α被逆時(shí)針地限定在回射器30的平面圖上。極角β是形成在反射光線的出射方向和回射器30的法線(即光源34位于的天頂方向)之間的角度。極角β的大小由離開中心的距離所表示。在圖7A中，分別示出了表示β為30度、60度和80度情況的三個(gè)圓。另外，在圖7A所示的強(qiáng)度分布中，亮度越低(即越接近于黑色)，反射光的強(qiáng)度越高。
在圖7A中，在方位角α和極角β分別為(α＝0、β＝0)、(α＝30、β＝71)、(α＝150、β＝71)以及(α＝270、β＝71)的四個(gè)點(diǎn)上，亮度相對(duì)較低。因此，可以知道的是在這些方向上反射相對(duì)較強(qiáng)的光線。
在這些反射的光線中，在回射器30的天頂方向反射的強(qiáng)光線(表示為(α＝0、β＝0))是從光源34射出并隨后沿相同方向朝向其光源34反射回去的回射光線。要注意的是，使用圖6所示的光學(xué)系統(tǒng)而精確地測(cè)量反射向天頂?shù)墓饩€強(qiáng)度是很困難的。那就是為什么沿天頂方向(α＝0、β＝0)反射的光線光線強(qiáng)度在這里要由測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行校正的原因。
在三個(gè)其它方向反射的強(qiáng)光線是上述的二次反射光。這些二次反射光在從直角棱鏡的底點(diǎn)向其頂點(diǎn)延伸(即α＝30度、150度和270度)并極角β大約為71度的三個(gè)方向上被觀察到。
將這些結(jié)果考慮在內(nèi)，可確認(rèn)該二次反射光在圖5B所示MCCA的虛擬面上沿從入射直角棱鏡的底點(diǎn)向其頂點(diǎn)(位于二次反射光未進(jìn)入的其它面上)延伸的方位角方向被反射回去。
如圖7A所示的測(cè)量結(jié)果表示當(dāng)光垂直入射在虛擬面上時(shí)，二次反射光的反射方向。這些結(jié)果還表示如果光線從這些二次反射光的出射方向(由方位角α和極角β表示)入射到回射器30上，則入射光線僅從直角棱鏡的兩個(gè)平面上被反射出并垂直于回射器30而離開。也就是說，可以看到即使觀眾正對(duì)地面向顯示面板，已從二次反射光的出射方向(本文中被稱為“二次反射方向”)進(jìn)入回射器30的光線也會(huì)進(jìn)入他或她的眼睛，由此造成黑色顯示模式期間的黑色狀態(tài)泄漏或灰度反轉(zhuǎn)。
發(fā)明者制造了一個(gè)具有圖4所示結(jié)果的樣品顯示器件并使用如圖8所示的測(cè)量系統(tǒng)來測(cè)量反射率。
如下面那樣進(jìn)行測(cè)量。具體地說，從光源42發(fā)射出的光線被導(dǎo)向至樣品顯示器件40并且光探測(cè)器44接收其反射光。光探測(cè)器44被設(shè)置成接收垂直于樣品顯示器件40的顯示面板(表示為(α＝0、β＝0))而反射的光線。同時(shí)，光源42被設(shè)置成從光源42發(fā)射出的光將沿方位角α保持不變而極角β(即入射角)在25度-85度的范圍內(nèi)可變的方向進(jìn)入顯示面板。
所評(píng)估的反射特性的結(jié)果如圖9A和圖9B所示。更具體地說，圖9A示出由光的入射方向限定的方位角α等于由從樣品顯示器件40中的直角棱鏡的底點(diǎn)向其頂點(diǎn)的方向所限定的方位角(即α＝30度、150度或270度)的情況下的測(cè)量結(jié)果。該方位角等于圖7A所示被觀察到的二次反射光的方向(即二次反射方向)所限定的方位角。另一方面，圖9B示出在將圖9A所示的入射方向的方位角轉(zhuǎn)動(dòng)60度后(即α＝90度、210度或330度)由入射光線的方向所限定的方位角α的情況下的測(cè)量結(jié)果。
如圖9A和圖9B所示，在白色顯示模式中的反射特性是由樣品顯示器件40的液晶層的性質(zhì)所決定的，并因此，不管方位角α如何變化，它幾乎保持不變。另一方面，黑色顯示模式中的反射特性隨著方位角α的變化明顯地變化。
如圖9A所示，在由入射方向限定的方位角α等于由二次反射方向限定方位角的情況下，如果由入射方向限定的極角β(即入射角)小，則黑色顯示模式中的反射率低。然而，如果極角β增加到60度附近，反射率急劇地增加。并且如果極角β等于或大于60度，黑色顯示模式的反射率將近似地等于或大于白色顯示模式中的反射率。這就是為什么如果沿方位角α為30度、150度或270度的方向入射且極角β大(即明顯地向垂直于顯示面板的方向傾斜)，如果觀眾正對(duì)地面向顯示面板，則將會(huì)顯示出略微發(fā)亮的黑色，屏幕上圖像的黑色和白色部分具有反轉(zhuǎn)的亮度和/或顯示器的對(duì)比度將會(huì)降低。在圖9A中，當(dāng)黑色顯示模式中的反射率為最高時(shí)，由入射方向限定的極角β在60度左右，這與圖7A所示二次反射方向的大約為71度的極角β不一致，這就是由該測(cè)量所引起的誤差。另一方面，如圖9B所示，如果由入射方向所限定的方位角α明顯不同于由二次反射方向所限定的方位角α，則不管由入射方向限定的極角β如何，黑色顯示模式中的反射率保持為低。結(jié)果不會(huì)造成暗狀態(tài)泄漏或其它顯示質(zhì)量的劣化。
考慮到這些結(jié)果，如果觀眾正對(duì)地面向顯示面板，二次反射光不會(huì)造成黑色狀態(tài)泄漏或灰度反轉(zhuǎn)，除非光源被設(shè)置在二次反射方向上。那就是為什么為了最小化暗狀態(tài)泄漏和灰度反轉(zhuǎn)而最好將顯示器件設(shè)計(jì)成由將要進(jìn)入顯示面板的光線方向所限定的方位角與由二次反射方向所限定的方位角不一致。
根據(jù)本發(fā)明，可基于這些試驗(yàn)和測(cè)量的發(fā)現(xiàn)而考慮顯示器件的視角方向(即觀眾的位置)，從而減少暗狀態(tài)泄漏和灰度反轉(zhuǎn)。
實(shí)施例1下文中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明第一較佳實(shí)施例進(jìn)行說明。該較佳實(shí)施例的顯示器件是結(jié)合有MCCA結(jié)構(gòu)的反射型顯示裝置，在該反射型顯示裝置中，顯示面板的后基板和MCCA形狀的回射層之間的間隙中充有折射率大約為1.00的氣體。
圖10A是表示較佳實(shí)施例的反射型顯示裝置的配置的橫截面示意圖。從圖10A可以看出，該較佳實(shí)施例的顯示器件與圖4所示顯示器件100具有基本相同的配置。為簡(jiǎn)明起見，在圖10A中任何與圖4所示對(duì)應(yīng)物具有幾乎相同功能的部件由相同標(biāo)號(hào)表示并在這里省去對(duì)其說明。圖10B是該較佳實(shí)施例的回射層2的平面圖。
如圖10B所示，本較佳實(shí)施例的回射層2的表面具有MCCA形狀，其上多個(gè)彼此相互垂直的直角棱鏡以二維方式設(shè)置在虛擬面上，各個(gè)直角棱鏡都由三個(gè)大致呈正方形的面(即fx、fy和fz面)所限定?；厣鋵?的MCCA形狀在形成直角棱鏡的那些面的平面度和發(fā)現(xiàn)角度上具有一定的誤差。那就是為什么如果光線垂直入射到回射層2上，從MCCA反射的光具有如圖7A所示的強(qiáng)度分布。
在該較佳實(shí)施例中，回射層2被設(shè)置成通過將上述二次反射方向(或矢量)投影到虛擬面上而限定的方位角方向和通過將屏上向下方向(或矢量)投影在虛擬面上而限定的另一方位角方向形成最多30度的角ω。
下面將進(jìn)一步從結(jié)構(gòu)上對(duì)該較佳實(shí)施例的回射層2的配置進(jìn)行的說明。如果回射層2具有直角棱鏡陣列形狀，則通過將對(duì)于直角棱鏡三個(gè)面中的一個(gè)面的法線(矢量)投影到虛擬面上所限定的方位角和由二次反射方向(即從底點(diǎn)朝向頂點(diǎn)的矢量)限定的任何一個(gè)方位角在它們之間形成180度的角度。即使回射層2具有非立方體直角棱鏡陣列形狀的MCCA，只要MCCA具有高形狀精度，通過將對(duì)于直角棱鏡三個(gè)面中的一個(gè)面的法線(矢量)投影到虛擬面上所限定的方位角和由MCCA形狀的二次反射方向限定的任何一個(gè)方位角在它們之間形成180度的角度。那就是為什么回射層2被設(shè)置成通過將對(duì)于直角棱鏡三個(gè)面中的一個(gè)面的法線(矢量)投影到虛擬面上而限定的方位角方向和通過將顯示器件的屏上向上方向(矢量)投影到虛擬面上而限定的另一方位角方向以形成最多30度的角度γ，然后角度ω減小到30度或30度以下。
接著將對(duì)“屏上方向”、“角度ω”和“角度γ”在說明書中的意義進(jìn)行更詳細(xì)地說明。
圖11A和圖11B表示在說明書中是如何定義屏上方向的。如圖11A所示，如果觀眾基本正對(duì)地面向顯示面板15的屏幕，則對(duì)他或她而言垂直向上的方向50(即12點(diǎn)的方向)在本文中被稱為“屏上向上方向”而對(duì)他或她而言垂直向下的方向51(即6點(diǎn)的方向)在本文中被稱為“屏上向下方向”。另外，如圖11B所示，如果觀眾從相對(duì)于顯示面板15的法線形成一定傾角的方向上觀看屏幕，則從他或她那側(cè)朝向另一側(cè)(即12點(diǎn)方向)的方向52在本文中被稱為“屏上向上方向”，而從另一側(cè)朝向他或她那側(cè)的方向52(即6點(diǎn)方向)在本文中被稱為“屏上向下方向”。
圖12A表示在本文中如何定義角度ω的。如上所述，回射層2具有設(shè)置在虛擬面55上的直角棱鏡(單元結(jié)構(gòu))54。在由那些直角棱鏡54構(gòu)成的MCCA上，如果二次反射方向62被投影到虛擬面55上，則方位角方向64是被虛擬面55上的二次反射方向62所限定的。另一方面，如果結(jié)合圖11A和圖11B說明的屏上向下方向被投影到虛擬面55上，則方位角方向66是由虛擬面55上的屏上向下方向所限定的。在顯示器件中，回射層2的虛擬面55和顯示面板15一般相互彼此平行地設(shè)置。那就是為什么方向66典型地與屏上向下方向相同。在二次反射方向62的方位角方向64和屏上向下方向66之間形成的角度在本文中被稱為“角度ω”。在圖12A所示例子中，直角棱鏡54被假定為立方體直角棱鏡，并因此二次反射方向從直角棱鏡的底點(diǎn)向其頂點(diǎn)延伸(參閱圖7A和圖7B)。然而，二次反射方向是由直角棱鏡54的形狀限定的并且不局限于圖12A所示方向62。
圖12B表示在本文中如何人定義角度γ并示出設(shè)置在圖12A所示虛擬面55上的直角棱鏡(單元結(jié)構(gòu))54。如果對(duì)于直角棱鏡54三個(gè)面中的一個(gè)面的法線(矢量)59被投影到虛擬面55上，方位角方向60由虛擬面55上的法線59限定。另一方面，如果屏上向上方向被投影到虛擬面55上，方位角方向58由虛擬面55上的屏上向上方向限定。在顯示器件中，回射層2的虛擬面55和顯示面板15一般彼此平行地設(shè)置。那就是為什么方向58一般都與屏上向上方向相同。在由法線59限定的方位角方向60和屏上向上方向58之間形成的角度在本文中被稱為“角度γ”。
由于該較佳實(shí)施例的回射層2如上所述那樣被設(shè)置，觀眾的向下方向或朝向觀眾側(cè)的方向(即屏上向下方向)基本上與二次反射方向中的一個(gè)方向一致。結(jié)果，可減少來自二次反射方向中的一個(gè)方向的將要進(jìn)入顯示面板15的光量并因此能將由二次反射光造成的影響減少到現(xiàn)有技術(shù)的2/3。下面將結(jié)合附圖對(duì)這個(gè)原因進(jìn)行更詳盡的說明。
圖13A是示出諸如電子簿之類的顯示器件的顯示面板的平面示意圖，而圖13B是示出圖13A所示顯示器件中的回射層的配置的放大的平面示意圖。在該顯示器件中，如圖13B所示，回射層被設(shè)置成二次反射方向中的一個(gè)的方位角方向69與屏上向下方向一致(例如滿足ω≤30度或γ≤30度)。如圖11B所示，如果該顯示器件被水平地置于擴(kuò)散光源下并如果觀眾從相對(duì)于顯示面板15的法線限定一傾角的方向上觀看屏幕，則將從二次反射方向的一個(gè)方向進(jìn)入顯示面板15的光被觀眾自己所遮擋。另一方面，如圖11A所示，如果顯示器件被垂直地置于擴(kuò)散光源下并且如果觀眾正對(duì)地朝向顯示面板15的屏幕，則二次反射方向的一個(gè)方向?qū)⒅赶蛲ǔ２淮嬖诠庠吹牡酌?。結(jié)果，將削減從這個(gè)方向進(jìn)入顯示面板15的光量。另外，即使觀眾在強(qiáng)烈的點(diǎn)光源存在的環(huán)境下觀看顯示器件的屏幕，在點(diǎn)光源的方向和二次反射方向中的一個(gè)方向之間存在一致的可能性也會(huì)減少到常規(guī)例的2/3。
為了更確實(shí)地減少由二次反射光所產(chǎn)生的影響，通過將二次反射方向投影到虛擬面上的限定的方位角方向以及通過將屏上向下方向投影到虛擬面上所限定的方位角方向較為有利地形成等于或小于25度的角度ω。同樣，通過將直角棱鏡三個(gè)面中的一個(gè)投影到虛擬面上而定義的方位角方向和通過將屏上向上方向投影到虛擬面上定義的方位角方向較為有利地形成等于或小于25度的角度γ。
發(fā)明者進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，將屏幕尺寸為10英寸以上的顯示器件置于至少在觀眾后面存在光源的環(huán)境中。結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)角度ω或角度γ較佳地為等于或小于12度。下面將對(duì)這些試驗(yàn)和它們的結(jié)果進(jìn)行詳盡地說明。
假設(shè)肩寬40cm的觀眾觀看屏幕大小為10英寸(尺寸為15.2cm×20.3cm)的面板，該面板被設(shè)置在他或她前面的水平面上。另外，從面板下側(cè)到觀眾胸部的距離假定為30cm。在那種情況下，如果二次反射方向在屏上向下方向上幾乎沒有偏移(即如果角度ω很小)，則來自二次反射方向的外部被他或她的肩膀遮擋。然而，如果角度ω增加到使得在放置面板的水平面上，二次反射方向平行于由面板右上角(或右手邊的端部)朝向他或她的肩的右邊平行，從他或她肩的右邊之上朝向面板右上角發(fā)射的外部光進(jìn)入面板并被二次反射，隨后到達(dá)他或她的眼睛。在這種情況下，當(dāng)二次反射方向平行于從面板右下角向他或她肩的右邊延伸的方向時(shí)，形成在二次反射方向和屏上向上方向之間的角度ω計(jì)算為12度。這樣，可以看到在這些假定中，角度ω較為有利地減少到等于或小于12度以如所打算那樣遮擋從二次反射方向中的一個(gè)方向進(jìn)入面板的外部光。發(fā)明者還使用較大尺寸的面板并且不在觀眾前面設(shè)置面板。這樣，我們發(fā)現(xiàn)角度ω較為有利地小于12度。因此，盡管取決于顯示器件的大小及其操作環(huán)境，角度ω(以及角度γ)應(yīng)為等于或小于12度以便于使得來自觀眾后面的外部光引起的暗狀態(tài)泄漏最小化。
理想地，角度ω或角度γ基本等于0度。在這種情況下，能減少二次反射光產(chǎn)生的效果并能獲得更好的顯示質(zhì)量，且與顯示器件的尺寸大小或其它操作環(huán)境無關(guān)。
于是，根據(jù)較佳實(shí)施例，將被MCCA二次反射考慮在內(nèi)，可相對(duì)于視角方向調(diào)整回射層2的配置，并因此能提高顯示質(zhì)量而不至于使制造工序變得過分復(fù)雜。迄今為止已提出多種用于具有回射層的顯示器件的配置，如上面所提到的那樣。但沒有一種將注意力集中于這種設(shè)置上。另外，由本申請(qǐng)的申請(qǐng)人提交的日本專利申請(qǐng)公開號(hào)2003-195788中公開了一種配置，其中直角棱鏡的配置模式和反射電極的模式彼此相互匹配以增加孔徑比。然而，本專利公開并沒有提到如何相對(duì)于視角度方向調(diào)整直角棱鏡的配置模式。
回射層2的各個(gè)單元結(jié)構(gòu)(即直角棱鏡)不一定是立方體直角棱鏡，它也可以是由三個(gè)彼此相互垂直的三角形面(或任何其它形狀的面)所構(gòu)成的直角棱鏡。不管怎么說，這些單元結(jié)構(gòu)可較為有利地設(shè)置于回射層2并基本朝向同一方向。在這種情況下，由這些單元結(jié)構(gòu)所限定的二次反射方向可彼此相同。結(jié)果，可更顯著地減少由二次反射光所產(chǎn)生的影響。由基本朝向相同方向的單元結(jié)構(gòu)所組成的回射層的例子不僅包括上述的立方體直角棱鏡陣列，還可包括圖3B和圖3C所示的直角棱鏡陣列。此外，回射層2中的直角棱鏡的形狀和配置節(jié)距也不受特別的限制。然而，為將該陣列用作回射層，該陣列的總尺寸較為有利地不大于人的瞳孔尺寸(例如等于或小于5mm)。
在上述較佳實(shí)施例中，回射層具有由多個(gè)面構(gòu)成的MCCA，每個(gè)面都存在某些誤差的平面度和法線角度?；蛘撸厣鋵犹烊坏鼐哂袔O好的形狀精度的MCCA。即使這樣，也能最小化由于二次反射光引起的顯示質(zhì)量的劣化。
下文將結(jié)合附圖詳細(xì)說明在MCCA具有高形狀精度的情況下二次反射光的形態(tài)。圖14A是具有MCCA形狀的回射層的平面示意圖。圖14B是圖14A所示的回射層從面XIVb-XIVb上觀察的平面圖，面XIVb-XIVb具有30度的方位角α并被限定為垂直于虛擬面。作為選擇，面XIVb-XIVb的方位角α也可以是150度或270度。
如果回射層的表面70具有非常好的形狀精度(即具有理想的MCCA形狀)，則已垂直入射到該回射層上的光線72被表面70的三個(gè)面反射回其光源。因此，來自特定方向的光線76被表面70反射并隨后垂直于回射層而離開MCCA從理論上說是不可能的。因此，即使光線76來自由30度的方位角α和71度的極角β所限定的方向，光線76也不會(huì)到達(dá)位于顯示面板正前方的觀眾的眼中。
然而，從例如相對(duì)于回射層的法線限定2-3度傾角d的方向入射到直角棱鏡的棱線附近的光線74的一部分僅被直角棱鏡的兩個(gè)面反射并隨后沿與入射方向不同的方向離開。如果在其入射方向上的光線74的方位角α為30度、150度或270度，則處于其出射方向的方位角α等于光線74的入射方向的方位角。但在其出射方向上的光線74的極角β將比二次反射方向的極角向面板的前方多偏移角度d(即β＝(71-d)度)。假設(shè)光線74從相對(duì)于回射層的法線限定某個(gè)傾角的方向上射向回射層以測(cè)定圖7A所示的反射光的強(qiáng)度分布。在這種情況下，如果在其入射方向上的光線74的方位角α為30度、150度或270度，則其中觀察到二次反射光的方向的方位角α等于其入射方向上的光線的方位角，并且極角β變得小于71度。
這樣，可以看出來自光線74的二次反射光的出射方向的光線78(例如，由α＝30度和β＝71-d所限定)將沿相對(duì)于顯示面板的法線所限定傾角d的方向離開顯示面板。因此，如果觀眾從相對(duì)于顯示面板的法線而限定傾角d的方向(定義為α＝30度和β＝d)觀看顯示屏，隨后來自特定方向(定義為α＝30度和β＝(71-d)度)的光線78的二次反射光將到達(dá)他或她的眼睛，由此可能造成暗狀態(tài)泄漏(或使圖像的黑色部分略微發(fā)亮)。
如果在其入射方向上的光線74的方位角α為30度、150度或270度，則其中觀察到二次反射光的方向的極角β將為(71-d)度。然而，如果在其入射方向上的光線74的方位角α不是這些角度中的一個(gè)(即與30度、150度或270度相差x度(其中x等于或小于±60度))，則其中觀察到二次反射光的方向的極角β將比(71-d)度還要大y度(即β＝(71+y)-d)。在這種情況下，角度y的大小是由上述角度x所確定的。典型地，角度x的絕對(duì)值越大，角度y也變得越大。因此，如果觀眾從相對(duì)于顯示面板的法線限定傾角的方向上(例如由α＝30+x和β＝d定義)觀看顯示屏?xí)r，則來自特定方向(例如定義為β＝(71+y)-d)的光線的二次反射光將進(jìn)入他或她的眼睛。
在該較佳實(shí)施例中，回射層2可設(shè)置成二次反射方向的方位角方向中的一個(gè)與屏上向下方向基本一致。為此，即使回射層2具有理想的MCCA形狀，也會(huì)減少來自二次反射方向的光量(即光線78)。結(jié)果，當(dāng)觀眾傾斜地觀看顯示面板時(shí)，由二次反射光所造成的顯示質(zhì)量的劣化被最小化。特別是當(dāng)觀眾從相對(duì)于垂直顯示面板的方向而向屏上向上或向下方向限定幾度傾角的方向上觀看顯示屏?xí)r，能有效地減少二次反射回光線所產(chǎn)生的影響。
在這種情況下，如果回射層2具有理想MCCA形狀或準(zhǔn)理想MCCA形狀，即使用已結(jié)合圖4說明的方法測(cè)量反射光線強(qiáng)度，也無法檢測(cè)到該MCCA形狀的二次反射方向。在圖6所示的光學(xué)系統(tǒng)中，如果從光源34發(fā)出的光不是完全的平行光時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生二次反射光。另一方面，如果從光源34發(fā)射出的光基本為平行光，則垂直入射到回射層2上的大部分光將被回射并且二次反射光的強(qiáng)度將明顯減少。結(jié)果，檢測(cè)二次反射方向變得困難。在這種情況下，如果使用圖6所示光學(xué)系統(tǒng)使得從光源34射出的光以一度或更多的錐角垂直地入射到回射層2上，則能容易地產(chǎn)生二次反射光并且能獲得圖7A所示的反射光的強(qiáng)度分布。并且能基于反射光的結(jié)果強(qiáng)度分布而檢測(cè)二次反射方向。在本說明書中，“二次反射方向”即將垂直入射到虛擬面上并由兩個(gè)面反射的光線的出射方向被假設(shè)為包括以上面規(guī)定的錐角而垂直入射到虛擬面上并隨后由兩個(gè)面反射的光線的出射方向。
如上所述，該較佳實(shí)施例的回射層2可具有由本申請(qǐng)的申請(qǐng)人在2003-366157號(hào)日本專利申請(qǐng)中公開的方法形成的高精度MCCA形狀或用傳統(tǒng)方法制成的在具有一定誤差的平面度上的普通MCCA形狀。在任何情況中，通過實(shí)施本發(fā)明的理念可明顯地減少二次反射光所產(chǎn)生的影響，并因此能提高顯示質(zhì)量?；厣鋵?的回射率隨著制造層的方法及其形狀精度而改變，但較為有利地為至少50％，因?yàn)樵谀欠N情況下能實(shí)現(xiàn)很好的顯示質(zhì)量。
在上述較佳實(shí)施例中，在回射層2和后基板12之間的間隙中充滿折射率基本上等于空氣的氣體23。然而，本發(fā)明并不局限于該特定的較佳實(shí)施例中。只要顯示面板上的光線的入射角θA基本上等于回射層2的MCCA上的光線的θB，任何其它配置都可被采納。那就是為什么MCCA的表面可與折射率為1-1.06(即低折射率層)的氣體、液體或固體層接觸。
實(shí)施例2下文將結(jié)合附圖對(duì)根據(jù)本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的顯示器件進(jìn)行說明。該較佳實(shí)施例的顯示器件是結(jié)合了具有MCCA結(jié)構(gòu)的反射型顯示裝置。
圖15是表示根據(jù)該較佳實(shí)施例的反射型顯示裝置的配置的橫截面示意圖。該較佳實(shí)施例的反射型顯示裝置具有與結(jié)合圖10A所說明的第一較佳實(shí)施例的對(duì)應(yīng)物幾乎相同的結(jié)構(gòu)，除了在顯示面板的后基板12和回射層2之間的間隙被充滿具有1.06或更大折射率的液體或固體83。在該較佳實(shí)施例中，折射率為1.5的樹脂83被用作液體或固體。盡管未圖示，該較佳實(shí)施例的回射層2還具有圖10B所示的MCCA形狀。在圖15中為簡(jiǎn)明起見，與圖10A中所示對(duì)應(yīng)物具有相同功能的任何部件被賦予相同的標(biāo)號(hào)并在這里省去對(duì)它們的說明。
在該較佳實(shí)施例中，在黑色顯示模式中，入射到前基板10的光線80透過顯示面板，被回射層2表面上的MCCA回射，再次通過顯示面板并回到其光源處。在這種情況下，光線80從空氣進(jìn)入前基板10時(shí)被反射，透過由具有大約1.5的折射率的材料制成的顯示面板并隨后通過樹脂83入射到回射層2。那就是為什么透過樹脂撞擊金屬層21的光線80的入射角(即極角)θB小于從空氣撞擊前基板10的光線80的入射角θA。
下文將對(duì)由該較佳實(shí)施例的反射型顯示裝置上的二次反射光所造成的影響進(jìn)行詳細(xì)地說明。圖16A和圖16B是從垂直于與包括二次反射方向的另一個(gè)面平行的虛擬面的面上觀察到的該較佳實(shí)施例的反射型顯示裝置的橫截面圖。
首先將結(jié)合圖16A對(duì)觀眾正對(duì)地面向該反射型顯示裝置的顯示面板的情況進(jìn)行說明。如果光線87需要從MCCA的二次反射方向(例如定義為α＝30度而β＝71度)入射到回射層2，則光線87應(yīng)來自極角θA大于90度的方向上。然而，實(shí)際上沒有光來自這個(gè)方向。另外，即使光線從二次反射方向(例如定義為α＝30度和θA＝71度)指向前基板10，由于光線已被折射，回射層2上的光線88的入射角θB小于二次反射方向的極角，即θB＜71度，并且光線不會(huì)垂直于面板地離開顯示面板。
可以知道，如果折射率大于等于1.06的固體(例如樹脂)或液體(例如甘油)被涂覆于回射層2的表面上，則會(huì)減少?gòu)挠苫厣鋵?的MCCA形狀所限定的二次反射方向上進(jìn)入回射層2的光量。結(jié)果，當(dāng)觀眾正對(duì)地面向顯示面板時(shí)，暗狀態(tài)泄漏被最小化。
具體地說，如果在回射層2和后基板12之間的間隙中充有折射率大約為1.06的液體或固體，則相比現(xiàn)有技術(shù)，可減少垂直于面板離開顯示面板的二次反射光量超過33％。結(jié)果，相比于僅在回射層2上設(shè)置充滿空氣的間隙的情況，它能獲得更明顯的效果。然而，光始終被顯示面板和MCCA以一定程度地散射并且垂直地離開顯示面板的二次反射光不會(huì)被完全消除。另一方面，如果在回射層2和后基板12之間的間隙中充滿折射率為1.47的甘油，則不會(huì)有二次反射光垂直地離開顯示面板。結(jié)果，正對(duì)地面向顯示面板的觀眾能觀看屏幕，而不會(huì)被二次反射光造成的暗狀態(tài)泄漏干擾。
接著，將結(jié)合圖16A對(duì)垂直進(jìn)入到顯示面板上的光線89進(jìn)行說明。光線89也垂直地進(jìn)入回射層2并隨后沿二次反射方向被部分反射。然而，由于顯示面板15和空氣之間的折射率不同，該二次反射光線不會(huì)射向觀眾并且不會(huì)降低顯示質(zhì)量。
接著，將結(jié)合圖16B對(duì)觀眾傾斜地觀看反射型顯示裝置的顯示面板的情況進(jìn)行說明。觀看角度方向的方位角α被假設(shè)為等于二次反射方向的方位角(即α＝30、150或270度)。
如果已從與觀看角度方向相同的方位角方向入射到顯示面板15的光線91以小于二次反射方向極角β(71度)的角度θB進(jìn)入回射層2(即如果θb＝71-d)，則其二次反射光以相對(duì)于回射層2的法線限定一個(gè)傾角d的方向被回射層2反射并隨后沿相對(duì)于圖16B所示顯示面板15的法線限定傾角d’(d’＞d)的方向離開顯示面板。結(jié)果，如果他或她位于在特定方位角方向上相對(duì)于顯示面板15的法線限定傾斜角d’的方向上，二次反射光將進(jìn)入觀眾的眼睛。由此造成暗狀態(tài)泄漏和其它顯示質(zhì)量的劣化。
假設(shè)設(shè)置在回射層2表面上和顯示面板內(nèi)的固體或液體83均具有1.5的折射率并且回射層2的MCCA具有高的形狀精度。在這種情況下，沒有光以小于29.7度的角度d進(jìn)入顯示面板。因此在該例中，能夠到達(dá)觀眾眼睛的二次反射光的角度d為大于等于28.7度，而角度d’為大于或等于46度。因此，能夠知道的是如果觀眾從相對(duì)于二次反射方向的方位角方向(即，如果α＝30、150或270度并且β≥46)而限定46度或大于46度的傾角的方向上觀看顯示屏，可能會(huì)發(fā)生暗狀態(tài)泄漏和其它現(xiàn)象。
在該較佳實(shí)施例中，回射層2可設(shè)置成二次反射方向的一個(gè)方向的方位角方向與屏上向下方向基本一致。那就是為什么如果觀眾從相對(duì)于顯示屏的法線而限定預(yù)設(shè)傾角(例如在上述例子中為46度)的方向上觀看顯示屏15的話，可將由二次反射光造成的影響削減至2/3。結(jié)果，可使暗狀態(tài)泄漏和其它顯示質(zhì)量劣化最小化。該預(yù)設(shè)角度隨反射型顯示裝置各部分的折射系統(tǒng)和MCCA的形狀精度而變化。
在上述較佳實(shí)施例中，回射層2和后基板12之間的間隙中被充有折射率為1.06或1.06以上的液體或固體83。然而，本發(fā)明不局限于特定的較佳實(shí)施例?；蛘?，MCCA的表面與折射率在1.06或1.06以上折射率(即高折射率層)的任何層接觸。如果該層具有高折射率，則進(jìn)入回射器的光具有小的入射角。結(jié)果，可增加回射性并實(shí)現(xiàn)好的黑色顯示。高折射率層可由無機(jī)材料制成(例如折射率為2.7的TiO2)，它一般具有比有機(jī)材料更高的折射率。然而，比TiO2折射率更高的無機(jī)材料(例如折射率為3.0的Sb2S3)在可見發(fā)光區(qū)具有低透明度。那就是為什么如果高折射率層由這種無機(jī)材料制成，則顯示質(zhì)量會(huì)明顯降低。鑒于這種考慮，當(dāng)采用無機(jī)材料制成時(shí)，高折射率層較佳地具有2.7或2.7以下的折射率。
實(shí)施例3下文中將參閱附圖對(duì)根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的顯示器件進(jìn)行說明。該較佳實(shí)施例的顯示器件是具有MCCA嵌入結(jié)構(gòu)的反射型顯示裝置。
圖17是示出根據(jù)該較佳實(shí)施例的反射型顯示裝置的配置的橫截面示意圖。該較佳實(shí)施例的顯示器件包括具有濾色器120、透明電極114和配向膜118的前基板110；設(shè)置成面對(duì)前基板110的后基板112；以及插入在這些基板110、112之間的液晶層101。后基板112包括多個(gè)作為開關(guān)元件的TFT124，TFT124上設(shè)有MCCA形狀的絕緣層126；多個(gè)反射型電極122和配向?qū)?18。反射型電極122可形成在絕緣層126上并具有與絕緣層126的表面形狀相同的MCCA形狀。此外，反射電極122彼此相互隔開并提供各像素(即將要呈現(xiàn)圖像的單位)并通過刺穿絕緣層126的接觸孔而連接于它們所關(guān)聯(lián)的TFT124的各漏極。配向?qū)?18可沉積在絕緣層126和反射電極122上并具有表示絕緣層126表面形狀的不均勻性。如上述較佳實(shí)施例中所表示那樣，該液晶層101是能在光透射狀態(tài)和光散射狀態(tài)之間切換的散射型的。
在較佳實(shí)施例中，反射電極122既作為像素電極又作為回射層。反射電極122的MCCA形狀已結(jié)合附圖10B的說明而作出定義。也就是說，反射電極122被設(shè)置成通過將直角棱鏡三個(gè)面中的一個(gè)的法線投影到虛擬面所限定的方位角方向和通過將屏上向上方向投影到虛擬面上所形成的方位角方向形成不大于30度的角度γ，或者由MCCA形狀限定的二次反射方向與屏上向下方向形成不大于30度的角度ω。
在該較佳實(shí)施例中，進(jìn)入前基板110的光線128透過折射率基本均一(例如1.5)的顯示面板內(nèi)，并隨后入射到反射電極122上。在這種情況下，光線128在反射電極122上的入射角(或極角)θB小于光線128在前基板110上的入射角(或極角)θA，例如θB＜θA，就象上述第二較佳實(shí)施例中那樣。
在該較佳實(shí)施例中，通過空氣(折射率1.00)朝向前基板110的光線走向與結(jié)合圖16A和圖16B所說明的光的走向相同。因此，如果觀眾正對(duì)地面向顯示面板，由于在顯示面板內(nèi)和空氣之間的折射率的差，反射電極122上的光的入射角θB受到限制。結(jié)果，二次反射光線幾乎不會(huì)降低顯示質(zhì)量。另一方面，如果觀眾從相對(duì)于顯示面板法線限定預(yù)設(shè)傾角(例如46度)的方向觀看顯示面板，通過調(diào)整反射電極122的MCCA形狀配置，由二次反射光所造成的影響減少到現(xiàn)有技術(shù)的2/3。結(jié)果，能使暗狀態(tài)泄漏、灰度反轉(zhuǎn)和其它性能劣化最小化。
作為圖17所示配置的代替，根據(jù)本實(shí)施例的另一反射型顯示裝置具有圖18所示配置。
與圖17所示配置不同，圖18所示反射型顯示裝置可設(shè)計(jì)成具有MCCA形狀的絕緣層、平整的樹脂層123、多個(gè)透明像素電極121和配向?qū)?18被依次層疊在后基板112的TFT124上?；厣鋵?02還具有與絕緣層126的表面形狀對(duì)應(yīng)的MCCA形狀。回射層102上的不均勻性因?yàn)槠秸臉渲瑢?23而平整化。因此，像素電極121和配向?qū)?18具有基本平整的表面。像素電極121藉由貫穿絕緣層126和平整的樹脂層123的接觸孔而連接于關(guān)聯(lián)的TFT124的各漏極。
在另一配置中，進(jìn)入前基板110的光線129透過折射率基本均一(例如1.5)的顯示面板內(nèi)部并入射到回射層102上。在這種情況下，回射層102上的光線129的入射角(或極角)θB小于前基板110上的光線129的入射角(或極角)θA，例如θB＜θA，如圖17所示。因此，通過空氣(折射率為1.00)射向前基板110的光的走向與結(jié)合圖16A和圖16B的第二較佳實(shí)施例中所描述的光的走向相同。結(jié)果，采用這種配置也能獲得與圖17所示那些配置相同的效果。
該較佳實(shí)施例的反射型顯示裝置不一定要有圖17或圖18所示的配置，它只需在顯示面板的液晶層和后基板之間包括具有MCCA形狀并用作回射層的層即可。與用作回射層(例如，圖17所示配置中的配向?qū)?18或圖18所示配置中的平整樹脂層123)的層表面接觸的層的折射率為1.06-2.7，典型地，該折射率幾乎與顯示面板的其它部件(包括液晶層和基板)一樣高。
根據(jù)如上所述本發(fā)明的多個(gè)較佳實(shí)施例，在包括回射層的反射型顯示裝置中，可能由從特定方向進(jìn)入回射層的光所造成的暗狀態(tài)泄漏、灰度反轉(zhuǎn)和其它顯示質(zhì)量的劣化被最小化，并能實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度和高可視顯示。此外，無論回射層的MCCA形狀精度如何，都能改善顯示質(zhì)量。
本發(fā)明能有效地適用于回射層在顯示面板內(nèi)的反射型顯示裝置以及回射層被設(shè)置在顯示面板后的反射型顯示裝置。
盡管已就較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員顯而易見的是可用多種方法對(duì)所公開的發(fā)明進(jìn)行修正并能設(shè)想出除了上面特別說明的實(shí)施例外的多個(gè)實(shí)施例。因此，所附權(quán)利要求旨在覆蓋本發(fā)明落在發(fā)明實(shí)質(zhì)精神和范圍內(nèi)的所有修正。
非臨時(shí)申請(qǐng)要求提交于2005年2月1日2005-025453號(hào)日本專利申請(qǐng)?jiān)?5USC&119(a)下的優(yōu)先權(quán)，整個(gè)內(nèi)容被援引于此以供參考。
權(quán)利要求
1.一種反射型顯示裝置，包括回射層，所述回射層包含多個(gè)以二維方式設(shè)置在虛擬面上的單元結(jié)構(gòu)；調(diào)制層，所述調(diào)制層被設(shè)置在比回射層更靠近觀眾的位置并可在光學(xué)特性彼此相互不同的第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間切換；所述反射型顯示裝置通過利用從回射層反射回來的光進(jìn)行顯示操作；其中，所述回射層的各所述單元結(jié)構(gòu)具有由基本上彼此相互垂直相對(duì)的三個(gè)面限定的凹槽；以及其中，通過將三個(gè)面中的一個(gè)面的法線投影到虛擬面上而限定的方位角方向和通過將屏上向上方向投影到虛擬面上而限定的另一方位角方向形成最多30度的角度。
2.一種反射型顯示裝置，包括回射層，所述回射層包括多個(gè)以二維方式設(shè)置在虛擬面上的單元結(jié)構(gòu)；以及調(diào)制層，所述調(diào)制層被設(shè)置在比回射層更靠近觀眾的位置并可在光學(xué)特性彼此相互不同的第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間切換；所述反射型顯示裝置通過利用從回射層反射回來的光而進(jìn)行顯示操作；其中，所述回射層的各所述單元結(jié)構(gòu)具有由基本上彼此相互垂直的三個(gè)面限定的凹槽；以及其中，基本垂直于虛擬面入射并僅由任一單元結(jié)構(gòu)的三個(gè)面中的兩個(gè)面反射的光線沿著由單元結(jié)構(gòu)形狀限定的多個(gè)方向而回來；以及其中，通過將這些特別方向中的任何一個(gè)投影到虛擬面上而限定的方位角方向和通過將屏上向下方向投影到虛擬面上而限定的另一方位角方向形成最多為30度的角度。
3.如權(quán)利要求1所述反射型顯示裝置，其特征在于，所述角為等于或小于12度。
4，如權(quán)利要求2所述反射型顯示裝置，其特征在于，所述角度較為等于或小于12度。
5.如權(quán)利要求1所述反射型顯示裝置，其特征在于，所述回射層的單元結(jié)構(gòu)可設(shè)置成基本面向同一方向。
6.如權(quán)利要求2所述反射型顯示裝置，其特征在于，所述回射層的單元結(jié)構(gòu)可設(shè)置成基本面向同一方向。
7.如權(quán)利要求5所述反射型顯示裝置，其特征在于，所述各個(gè)單元結(jié)構(gòu)的彼此相互基本垂直的三個(gè)面是正方形的。
8.如權(quán)利要求6所述反射型顯示裝置，其特征在于，所述各個(gè)單元結(jié)構(gòu)的彼此相互基本垂直的三個(gè)面是正方形的。
9.如權(quán)利要求1所述反射型顯示裝置，其特征在于，還包括設(shè)置成比調(diào)制層更靠近觀眾的前基板；設(shè)置在調(diào)制層后面并面向前基板的后基板；以及將電壓施加到調(diào)制層的部件，所述部件被設(shè)置在前基板和后基板之間，其中，所述回射層可設(shè)置在調(diào)制層和后基板之間。
10.如權(quán)利要求2所述反射型顯示裝置，其特征在于，還包括設(shè)置成比調(diào)制層更靠近觀眾的前基板；設(shè)置在調(diào)制層后面并面向前基板的后基板；以及將電壓施加到調(diào)制層的部件，所述部件被設(shè)置在前基板和后基板之間，其中，所述回射層可設(shè)置在調(diào)制層和后基板之間。
11.如權(quán)利要求1所述反射型顯示裝置，其特征在于，還包括設(shè)置成比調(diào)制層更靠近觀眾的前基板；設(shè)置在調(diào)制層后面并面向前基板的后基板；以及將電壓施加到調(diào)制層的部件，所述部件可設(shè)置在前基板和后基板之間；其中，所述回射層可設(shè)置在后基板后面。
12.如權(quán)利要求2所述反射型顯示裝置，其特征在于，還包括設(shè)置成比調(diào)制層更靠近觀眾的前基板；設(shè)置在調(diào)制層后面并面向前基板的后基板；以及將電壓施加到調(diào)制層的部件，所述部件被設(shè)置在前基板和后基板之間；其中，所述回射層可設(shè)置在后基板后面。
13.如權(quán)利要求11所述反射型顯示裝置，其特征在于，還包括在回射層和后基板之間的高折射率層，所述高折射率層的折射率為1.06-2.7，所述回射層的單元結(jié)構(gòu)的各表面與所述高折射率層接觸。
14.如權(quán)利要求12所述反射型顯示裝置，其特征在于，還包括在回射層和后基板之間的高折射率層，所述高折射率層的折射率為1.06-2.7，所述回射層的單元結(jié)構(gòu)的各表面與高折射率層接觸。
15.如權(quán)利要求11所述反射型顯示裝置，其特征在于，還包括回射層和后基板之間的低折射率層，所述低折射率層的折射率為1.0-小于1.06。所述回射層的單元結(jié)構(gòu)的各表面可與低折射率層相接觸。
16.如權(quán)利要求12所述反射型顯示裝置，其特征在于，還包括回射層和后基板之間的低折射率層，所述低折射率層的折射率為1.0-小于1.06。所述回射層的單元結(jié)構(gòu)的各表面可與低折射率層相接觸。
全文摘要
反射型顯示裝置包括回射層，該回射層包含多個(gè)以二維方式設(shè)置在虛擬面上的單元結(jié)構(gòu)，該調(diào)制層被設(shè)置在比回射層更靠近觀眾的位置并可在光學(xué)特性彼此不同的第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間切換。該反射型顯示裝置通過利用從回射層反射回來的光而進(jìn)行顯示操作?；厣鋵拥母鲉卧Y(jié)構(gòu)具有由基本上彼此相互垂直的三個(gè)面所限定的凹槽。通過將三個(gè)面中的一個(gè)面的法線投影到虛擬面上而限定的方位角方向和通過將屏上向上方向投影到虛擬面上而限定的另一方位角方向形成的角度最多為30度。
文檔編號(hào)G02F1/133GK1815328SQ20061000436
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月1日
發(fā)明者佐藤英次 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社