專利名稱：用于液晶顯示裝置的光散射器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及透射型液晶顯示裝置的照明結(jié)構(gòu)，尤其涉及包括安置在透射型液晶板的后表面的定向背景光源和安置在其前表面的光散射元件的照明結(jié)構(gòu)。
液晶顯示裝置以平直結(jié)構(gòu)和低功耗為特征，并廣泛地應(yīng)用在安置有液晶顯示裝置的設(shè)備，例如車輛控制板(vehicle panels)和膝上型個人計算機(jī)以及電視和監(jiān)視設(shè)備等中。液晶裝置在黑暗的地方使用不太方便，因為它們不發(fā)光。因此，用于照亮顯示器表面的背景光源已被開發(fā)出來，旨在提供比較容易觀看并能用在黑暗地方的裝置。特別地，為保證諸如車輛控制板等用在室外的液晶顯示裝置在光線由白天的陽光轉(zhuǎn)至晚上的黑暗時都能被觀察到，安置有背景光源的透射型顯示器是必要的。
如上所述，液晶顯示裝置能耗低的事實是一個主要的優(yōu)點。然而，如果提供背后照明的背景光源消耗大量功率，這一優(yōu)點將被抵銷。具有好的照明效率的背景光源是人們所希望的，可以運用具有優(yōu)良的方向性即輸出光的分布近似于平行光的背景光源。另一方面，眾所周知，液晶顯示裝置具有一個預(yù)定的視角依賴性(visualfield angle dependence)。如果液晶顯示裝置被平行光照亮，入射光大致筆直地通過。因而，當(dāng)顯示表面被從顯示側(cè)觀看時，以某個角度輸出的光強(qiáng)相對較低。這樣，當(dāng)具有視角依賴性的液晶顯示裝置被從一個角度(相對于法線方向)觀看時，亮度較低，因而可見度非常壞。
為克服這些缺點，一種在液晶板的輸出側(cè)前表面安置一個光散射板的結(jié)構(gòu)已經(jīng)被提出。其申請人在一個在先申請，即，日本專利申請平06-211798號中提出了“液晶顯示裝置及其制造方法”，其細(xì)節(jié)在圖4中得以回顧。圖4是表示與本發(fā)明相關(guān)的液晶顯示裝置的基本結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
如圖4所示，與本發(fā)明相關(guān)的液晶顯示裝置包括一個透射型的液晶顯示板1，一光散射裝置2和一定向背景光源3。液晶板1包括一對連接在一起的玻璃基片4和4a，液晶被包圍在它們之間的空間。在玻璃基片4a的后表面安置一極化板5a。定向背景光源3安置在液晶板1的后表面，提供幾乎與液晶板1相平行的照明光。本例中的定向背景光源3包括一光源6和兩個互相疊置的棱鏡層7和7a。光源6包括一板狀熒光管等，發(fā)射非定向光。棱鏡層7和7a對由光源6發(fā)出的非定向光進(jìn)行反射和折射，以將非定向光轉(zhuǎn)換為大約平行的光。
在玻璃基片4的前表面?zhèn)劝仓霉馍⑸溲b置2和一極化板5。光散射裝置2散射并發(fā)出由液晶板1透射的光。光散射裝置2包括一由細(xì)小粒子8a和填充材料8b構(gòu)成的光散射層8。填充材料8b是透明的，填充入細(xì)小粒子8a之間的空間。細(xì)小粒子8a的折射率與構(gòu)成液晶板1的前表面的玻璃基片4的折射率不同，而填充材料8b的折射率與玻璃基片4的相近。例如，這些細(xì)小粒子8a是平均粒子半徑約為30mm、折射率為1.93的透明微球。這與玻璃基片4的折射率1.53截然不同，從而具有很好的光散射能力。基片玻璃4的板厚度大約是(例如)1.1mm。另一方面，透明填充材料8b由(例如)型號為“3042”的經(jīng)紫外光處理的樹脂制成(“3042”是由Three-bond公司生產(chǎn)的改良丙烯酸鹽樹脂的商標(biāo))。這種材料的折射率為1.55，大致與玻璃基片4的折射率相同。因此，通過在極化板5和玻璃基片4之間填充填充材料8b，在至少極化板5的后表面?zhèn)群筒ＡЩ?的前表面?zhèn)鹊膶ν饨绻獾姆瓷淇梢约右杂行У目刂啤?br> 在與本發(fā)明相關(guān)的液晶顯示裝置及其制造方法中，光散射裝置的細(xì)小粒子必須被排成行，以提供足夠的光散射效果，這使制造過程復(fù)雜化。同時，液晶板發(fā)出的光的散射程度只能由透明細(xì)小粒子的折射率來控制，這是很難實現(xiàn)的。
.為解決上述問題，本發(fā)明提出下面的裝置。本發(fā)明的液晶顯示裝置基本上由一透射型液晶板，一定向背景光源和一光散射裝置構(gòu)成。該透射型的液晶板有一個安置有一極化板的前表面和一相對的后表面。定向背景光源位于該后表面?zhèn)?，并提供幾乎平行的、入射到液晶板的光。散射裝置位于前表面?zhèn)?，散射并輸出由液晶板發(fā)出的光。本發(fā)明的特征在于，光散射裝置由兩個或多個樹脂層組成，包含透明細(xì)小粒子的光散射層構(gòu)成在至少一個樹脂層中。在該結(jié)構(gòu)中，細(xì)小粒子的折射率大約與該細(xì)小粒子形成在其上的樹脂層的折射率相等，但與其上不形成細(xì)小粒子的另一樹脂層不同。細(xì)小粒子以這樣的方式形成，使它們分布在若干層中。
使用下列步驟可以制造上述液晶顯示裝置。首先，將一對玻璃基片連接在一起，在它們之間的空間密封進(jìn)液晶，以構(gòu)成液晶顯示板。接著，在該液晶板的一個玻璃基片的表面施加透明填充材料，以構(gòu)成一連接層。然后，在其上形成有粘附膜的一極化板上散布細(xì)小粒子，以形成一個多層式光散射層。最后，將光散射層和連接層擠壓連接，使其互相疊置以形成一個整體，并接著將填充材料填入細(xì)小粒子空間。最好是，在該填充工序使用紫外線處理的填充材料，并且在上述擠壓連接工序中，當(dāng)極化板和液晶板被擠壓連接時，該填充材料暴露在紫外光下。
按照本發(fā)明，透射型的液晶板通過定向背景光源被有效地照明，該光源的輸出光分布接近于平行光。此外，光散射裝置安置在液晶板的前表面。用這種方法，大約垂直入射的照明光在通過液晶板并被它散射后，在傾斜方向能提供足夠的光分布。因此，即使是對具有視角依賴性的液晶板來說，也能在傾斜方向得到實用的顯示亮度，從而提高可視性。另外，光散射裝置由兩個或多個樹脂層構(gòu)成，在至少一個樹脂層中構(gòu)成包括透明細(xì)小粒子的光散射層。細(xì)小粒子的透射率與在其上形成細(xì)小粒子的樹脂層的透射率基本相等，而與其他樹脂層的則不相等。特別地，細(xì)小粒子構(gòu)成若干層。這樣，該細(xì)小粒子能提供對照明光的足夠的散射，而且制造細(xì)小粒子的工序被簡化，從而易于光散射層的形成。


圖1(a)是表示本發(fā)明的液晶顯示裝置的第一個實施例的截面示意，圖1(b)是表示光散射裝置的第一個例子的截面示意圖，圖1(c)是表示該光散射裝置的第二個例子的截面示意圖；圖2(a)是表示第二個實施例的光散射裝置的第一個例子的截面示意圖，圖2(b)是表示該光散射裝置的第二個例子的截面示意圖，圖3(a)是表示第三個實施例的光散射裝置的截面示意圖，
圖3(b)是表示該光散射裝置的第二個例子的截面示意圖；和圖4是表示與本發(fā)明相關(guān)的液晶顯示裝置的基本結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
下面參考附圖1a至3b詳細(xì)描述本發(fā)明的液晶顯示裝置及其制造方法。先有技術(shù)中已有的部分用相同的參考數(shù)字標(biāo)記，對它們的描述將被省略。
第一實施例首先，通過參考圖1a至1c說明本發(fā)明的液晶顯示裝置的第一實施例。圖1(a)是本發(fā)明的液晶顯示裝置的第一實施例的截面示意圖，圖1(b)是光散射裝置的第一例子的截面示意圖，而圖1(c)是表示光散射裝置的第二例子的截面示意圖。
在圖1(a)中，本發(fā)明的液晶顯示器包括一透射型液晶板1，一光散射裝置10和一定向背景光源3。液晶板1具有這樣一種結(jié)構(gòu)，即一對玻璃基片4和4a疊置在一起，在該兩基片間的空間密封有液晶。在玻璃基片4a的后表面?zhèn)劝仓靡粯O化板5a。這些玻璃板的折射率大約為(例如)1.53。定向背景光源3具有與上述同樣的結(jié)構(gòu)，被安置在液晶板1的后表面，從而為液晶板1提供大約平行的照明光。
在玻璃基片4的前側(cè)安置光散射裝置10，在它的上部安裝有極化板5。作為本發(fā)明的一個特征的光散射裝置10被分成一個第一樹脂層11B和一個第二樹脂層12。采用這樣的結(jié)構(gòu)，其中細(xì)小粒子(以下簡稱為“小球”)8a(例如)分散在一個樹脂層中，構(gòu)成第一樹脂層11B。細(xì)小粒子8a之間的空間填滿透明填充材料8b以共同構(gòu)成層11B。第一樹脂層中的細(xì)小粒子8a和填充材料8b具有大約相同的折射率。這樣，在細(xì)小粒子間不存在透鏡效應(yīng)，因而這一細(xì)小粒子8a的疊置結(jié)構(gòu)與對準(zhǔn)的單層結(jié)構(gòu)具有相同的效應(yīng)。換言之，相鄰小球間的空間不改變折射率。
此外，細(xì)小粒子8a部分地暴露到第二樹脂層12一側(cè)。而且，第二樹脂層12這樣構(gòu)成，使它與第一樹脂層11B和小球具有不同的折射率。這樣，在第二樹脂層12和第一樹脂層11B中的細(xì)小粒子的邊界處構(gòu)成了許多透鏡。
另一方面，大部分外界光的反射被極化板5抑制。當(dāng)細(xì)小粒子8a的折射率變大時，將增大散射，并因此加寬視野角度。然而，照明光除平行成分外也含有一些成角度的成分，當(dāng)細(xì)小粒子8a的折射率高時，這些成角度成分也在向前的方向被散射，從而導(dǎo)致顯示對比度變壞。因此，細(xì)小粒子8a的折射率可以通過平衡視野角度和對比度兩方面因素來選擇。
這里給出制造光散射裝置的方法的簡單說明。在安裝液晶板1后，在該液晶板的一側(cè)的第二樹脂層的表面上安置透明填充材料8b，以構(gòu)成一連接層。接著，在其上由一安置工序安置有粘接膜的極化板5上散布細(xì)小粒子8a，以構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)的第一樹脂層11。最后，運用擠壓連接將光散射裝置和連接層連接起來，使它們互相疊置以構(gòu)成一個整體，并將填充材料填充進(jìn)細(xì)小粒子8a間的空間。
接著，參考圖1(b)詳細(xì)說明光散射裝置。在圖1(b)中，第一樹脂層11B的折射率與細(xì)小粒子8a的折射率大約相等，而第二樹脂層的折射率大于層11B和細(xì)小粒子8a的折射率，這樣形成一個凹透鏡。入射在用這種方法構(gòu)成的光散射層的后表面?zhèn)鹊恼彰鞴馔ㄟ^第二樹脂層12后入射到第一樹脂層11B。這樣該入射光在細(xì)小粒子8a與第二樹脂層12的邊界面以及極化板5的表面被折射，而以散射的狀態(tài)被輸出。這樣，足夠數(shù)量的光分布在傾斜方向，以獲得寬角度視野。
在圖1(c)中，第一樹脂層11B的折射率與細(xì)小粒子8a的折射率大約相等，而第二樹脂層的折射率比層11B和細(xì)小粒子8a的折射率小，從而構(gòu)成一凸透鏡。入射到由此構(gòu)成的光散射層的后表面?zhèn)鹊恼彰鞴馔ㄟ^第二樹脂層1 2后入射到第一樹脂層11B。這樣該入射光在細(xì)小粒子8a和第二樹脂層12邊界面以及極化板5的表面被折射，以散射狀態(tài)輸出，從而改進(jìn)視野角度。此外，在本發(fā)明中，邊界表面(第一樹脂層11B和極化板5的交界面或第二樹脂層12和玻璃基片4的交界面)反射可通過使第一樹脂層11B或第二樹脂層12的折射率與其相鄰玻璃基片的折射率相等而消除。從而可以減弱由于外界光的反射而產(chǎn)生的對比度的降低。
第二實施例該實施例給出一個細(xì)小粒子散布在第二樹脂層而不是第一樹脂層的例子，現(xiàn)參考圖2a和2b對其進(jìn)行說明。圖2(a)是表示第二實施例的光散射裝置的第一個例子的截面示意圖，而圖2(b)是表示光散射裝置的第二個例子。
在圖2(a)中，折射率與第二樹脂層12B相同的細(xì)小粒子8a散布在該第二樹脂層12B上，而第二樹脂層12B的折射率小于第一樹脂層的折射率，這樣構(gòu)成一凹透鏡。入射到以此構(gòu)成的光散射層的后表面的照明光通過第二樹脂層12B到達(dá)第一樹脂層11。該入射光在細(xì)小粒子8a和第一樹脂層11的交界面以及極化板5的表面被折射，從而以散射的狀態(tài)被輸出。這樣就改進(jìn)了本發(fā)明的液晶顯示器的視角依賴性。
在圖2(b)中，與第二樹脂層12B具有大約相同折射率的細(xì)小粒子8a分散在第二樹脂層12B上，而第二樹脂層12B的折射率大于第一樹脂層11的折射率，從而構(gòu)成一凸透鏡。入射到具有這種結(jié)構(gòu)的光散射層的后表面的照明光通過第二樹脂層12B后到達(dá)第一樹脂層11。該入射光在細(xì)小粒子8a和第一樹脂層11的交界面以及極化板5的表面被折射，以散射狀態(tài)輸出。從而，在傾斜方向分布足以形成寬視角的光。根據(jù)本實施例，即使以一定角度來觀察液晶板的前平面也能看到較亮的顯示。此外，由于該光散射層抑制了外界光的反射，產(chǎn)生在液晶顯示板上的圖像的對比度得到改進(jìn)。
第三實施例本實施例是光散射裝置中的樹脂層是多層的一個例子，現(xiàn)參考圖3a和3b加以說明。圖3(a)是表示第三個實施例的光散射裝置的第一個例子的截面示意圖，圖3(b)是表示該光散射裝置的第二個例子的截面示意圖。
在圖3(a)中，本實施例的光散射裝置采用了一個三層結(jié)構(gòu)的樹脂層。其中，細(xì)小粒子散布在第二樹脂層12B，與第二樹脂層具有不同折射率的第一樹脂層11和第三樹脂層13分別形成在第二樹脂層12B的前、后表面。照明光入射到這種結(jié)構(gòu)的光散射層的后表面，通過第三樹脂層13，接著入射到第二樹脂層12B和第一樹脂層11。這樣該入射光在細(xì)小粒子8a和第三樹脂層13的交界面被折射，并在細(xì)小粒子8a和第一樹脂層11的交界面以及極化板5的表面再次被折射，從而以散射狀態(tài)輸出。使用這種方法，可以保證對視野角度的非依賴性。
在圖3(b)中，本實施例采用一個具有三層結(jié)構(gòu)的光散射裝置，細(xì)小粒子分布在第一樹脂層11B和第三樹脂層13B，與第一樹脂層和第三樹脂層具有不同折射率的第二層作為中間層。照明光入射到以這種結(jié)構(gòu)制成的光散射層的后表面，通過第三樹脂層13B后接著進(jìn)入第二樹脂層12和第一樹脂層11B。該入射光在細(xì)小粒子8a和第二樹脂層12的交界面被折射，然后在第二樹脂層12和細(xì)小粒子8a的交界面以及極化板再次被折射。這樣，可以確保足夠的視野角度。在本發(fā)明中，可以通過層的數(shù)目來控制光散射層的散射程度，而不考慮細(xì)小粒子的層厚度。因此，使用本發(fā)明的液晶顯示裝置的生產(chǎn)方法，不再需要細(xì)小粒子被排成行，從而允許微透鏡陣列的大批量低成本生產(chǎn)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，即使細(xì)小粒子被散開而散布在液晶板的前表面和極化板之間的若干層中，光散射裝置的特性不被改變。此外，對液晶板透射的光的散射的程度可通過樹脂層的數(shù)目加以控制。這兩方面因素都可以改進(jìn)光散射層的視野角度，并能簡化制作。雖然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以提出其他修改和改變，本發(fā)明人的意圖是把在其對技術(shù)貢獻(xiàn)范圍內(nèi)的所有修改和改變合理地、適當(dāng)?shù)匕ㄔ谑谟璞旧暾埖膶＠小?br> 權(quán)利要求
1.一種液晶顯示裝置，包括一前基片；以一定間隙與所述前基片相連的后基片；填充在所述前基片和所述后基片之間的所述間隙中的液晶材料；在所述前基片的一個表面上的一前極化板；在所述后基片的一個表面上的一后極化板；用于散射光的一光散射裝置，所述光散射裝置位于所述前基片和所述前極化板之間，所述光散射裝置包括至少兩個樹脂層；在所述的至少兩個樹脂層中的至少一個中的多個細(xì)小透明粒子；在所述液晶單元的后側(cè)的一定向背景光源，用于為所述液晶單元提供平行光。
2.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其中所述的具有所述多個細(xì)小透明粒子的至少一個樹脂層與另一所述樹脂層具有不同的折射率。
3.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其中所述的具有所述多個細(xì)小透明粒子的至少一個樹脂層與所述細(xì)小透明粒子具有基本相同的折射率。
4.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，進(jìn)一步包括在所述定向背景光源與所述液晶單元之間的棱鏡層。
5.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其中所述細(xì)小透明粒子的直徑約為30μm，折射率約1.93。
6.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其中所述至少兩個樹脂層是兩個樹脂層，所述兩個樹脂層的前一層具有細(xì)小透明粒子。
7.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其中所述至少兩個樹脂層是兩個樹脂層，所述兩個樹脂層的后一層具有細(xì)小透明粒子。
8.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其中所述至少兩個樹脂層是三個樹脂層，所述三個樹脂層的中間一層具有細(xì)小透明粒子。
9.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其中所述至少兩個樹脂層是三個樹脂層，所述三個樹脂層的外部兩層具有細(xì)小透明粒子。
全文摘要
本發(fā)明提供一種液晶顯示裝置及其制造方法，該裝置裝有一光散射層，用以提供足夠的光散射，以增大視野角度。本裝置包括一透射型液晶板1，一光散射器10和一定向背景光源3。液晶板1包括一對玻璃基片，作為本發(fā)明特征的光散射器10位于其前表面，該光散射器被分成其上分散有細(xì)小粒子8a的第一樹脂層11B和第二樹脂層12。細(xì)小粒子8a與第一樹脂層11B有大約相等的折射率，而第二樹脂層12則與它們有不同的折射率。
文檔編號G02F1/13GK1159600SQ9610744
公開日1997年9月17日 申請日期1996年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月16日
發(fā)明者谷野友哉 申請人:索尼株式會社