專利名稱：帶有反射偏振片的液晶顯示器件及反射偏振片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有液晶顯示盒的液晶顯示器件，該顯示盒包括一層夾在有第一偏振方向的第一偏振片與有第二偏振方向的第二偏振片之間的液晶材料。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種在第一表面上提供偏振方向的反射偏振片。
該顯示器件可用于儀器儀表或(可便攜的)通信設(shè)備，如移動(dòng)電話。
文獻(xiàn)EP-A-0,606,939(PHN 14,346)中描述了上述類型的顯示器件。在所述的文獻(xiàn)中，示出了一種透射式的顯示器件。該已有的顯示器件被具體化為利用膽甾醇型濾光片和四分之一波片的組合，使得具有第二偏振片的偏振方向的光透過量最大。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，讓第二偏振片的偏振方向平行于透過膽甾醇濾光片與四分之一波片組合的光的偏振方向。所示的顯示器件僅僅能用于透射方式。
本發(fā)明的目的特別是要提供一種既可以用于透射方式又可以用于反射方式的顯示器件。在便攜設(shè)備所用的顯示器件中，可能尤其需要采用反射式顯示器件，因?yàn)檫@樣可以利用環(huán)境光，以使光源(通常是LED)的電源使用時(shí)間更長。本發(fā)明的目的還包括提供這種透射反射(transflective)的顯示器件，其中對(duì)發(fā)自光源的光(通常為背光或側(cè)光)優(yōu)化地加以利用。
為此，根據(jù)本發(fā)明的顯示器件，其特征在于顯示盒具有一個(gè)反射偏振片，其向著第二偏振片側(cè)的偏振方向與第二偏振方向之間形成一個(gè)角度；而且在其背離第二偏振片一側(cè)，對(duì)與反射偏振片法線成一定角度入射的光將有偏振改變效應(yīng)。
在本申請(qǐng)中，術(shù)語“反射偏振片”是指這樣一種偏振片至少在反射偏振片的一側(cè)可以讓反射偏振片所述偏振方向的線偏振光透過，而讓其正交方向的線偏振光反射。在已有的器件中，來自另一側(cè)的圓偏振入射光在一個(gè)方向透過，且圓偏振入射光在另一方向反射。但是，有另一種可能，反射偏振片在兩側(cè)均透過或反射線偏振光。
術(shù)語“偏振改變效應(yīng)”應(yīng)理解為透過反射偏振片后，光的偏振態(tài)發(fā)生了改變(例如，從圓偏振變到橢圓偏振，或從橢圓偏振變到線偏振，甚至從線偏振逆向返回到圓偏振)，而且所述的光至少有一部分透過，使得透過反射偏振片之后它是偏振光，例如在第二偏振片的偏振方向偏振。這與所謂“消偏振效應(yīng)”是有區(qū)別的，消偏振是以不受控的方式引起偏振態(tài)的改變或使偏振完全消失，例如，表面不規(guī)則或折射率(尤其是在表面上)等因素的(局部)變化導(dǎo)致的結(jié)果。如果與反射偏振片法線成某一角度(如30度角)入射的圓偏振光，被轉(zhuǎn)化成橢圓度至少為2的橢圓偏振光，即已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)好的“偏振改變效應(yīng)”，術(shù)語橢圓度被定義為用光電場(chǎng)矢量描述的橢圓其長軸與短軸之比。
在已有的器件中，當(dāng)透過顯示盒前側(cè)的光在第二偏振片的偏振方向發(fā)生偏振時(shí)，該束光透過膽甾醇類濾光片。因此，這種器件不適用于反射方式。在本發(fā)明的器件中，反射偏振片所反射光的多少是反射偏振片與第二偏振片的偏振方向之間夾角的函數(shù)。如果兩者偏振方向正交，將完全反射。因此，該顯示器件可適用于(反射)環(huán)境光的條件。
光源發(fā)出的透過反射偏振片而發(fā)生偏振改變效應(yīng)的那部分光，(部分地)繼續(xù)透過第二偏振片和顯示盒。本發(fā)明所采用的偏振改變效應(yīng)，在已有器件中是應(yīng)當(dāng)盡可能地避免的，這是因?yàn)闀?huì)出現(xiàn)對(duì)比度減小現(xiàn)象(而不是在交叉偏振片驅(qū)動(dòng)下出現(xiàn)的完全消光)，而且顯而易見，該效應(yīng)甚至還獲得了顯示器件的第二種(透射式)設(shè)置。
在反射偏振片中，偏振的改變隨著入射光與法線所夾角度的增大而增大。所以，本發(fā)明進(jìn)一步顯示器件的特征在于顯示器件包括一個(gè)光源，它主要發(fā)出與將要與反射偏振片法線成一個(gè)角度入射到反射偏振片背離液晶一側(cè)的光。為此目的，采用的是側(cè)光光源。
反射偏振片適宜包括一個(gè)膽甾醇濾光片和一個(gè)雙折射層。
膽甾醇濾光片包括一個(gè)膽甾醇相(聚合物的)液晶材料光學(xué)層。這意味著分子按螺距為p的螺旋結(jié)構(gòu)排序。如果非偏振光入射到這樣的層上，具有相應(yīng)于螺旋方向的旋轉(zhuǎn)方向(逆時(shí)針或順時(shí)針)和相應(yīng)于螺距p的波長的圓偏振光分量將被反射，而透過反方向旋轉(zhuǎn)且波長不與螺距相適應(yīng)的圓偏振光分量。
膽甾醇濾光片因膽甾醇相液晶材料具有可變螺距而可以有寬的帶寬，也可以具有窄的帶寬。當(dāng)采用波長范圍窄的光源(如LED)時(shí)，適合用后著。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，雙折射層為一個(gè)四分之一波片或一個(gè)四分之三波片，其波長與光源的波長相適應(yīng)(在寬帶膽甾醇濾光片的情況下，可選取所用波長范圍內(nèi)的平均波長)。通過涂敷可變的雙折射層(即，至少在該層一部分厚度范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)其偏振改變效應(yīng))，可以讓光源在透射狀態(tài)下得到更為充分的利用。根據(jù)環(huán)境光的情況，可以調(diào)節(jié)透過光的橢圓度進(jìn)而是調(diào)節(jié)對(duì)比度。也可以利用對(duì)雙折射層的調(diào)節(jié)，來消除橢圓度的變化或由工作過程改變而導(dǎo)致的不需要的多余橢圓度。
本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，其特征在于在第二偏振片的一側(cè)，反射偏振片有一個(gè)保持偏振的漫射層。
有時(shí)，反射偏振片也發(fā)生使觀看者煩惱的反射(鏡面反射)。這種反射影響通過提供能保持前述效應(yīng)(作為保持其偏振特性的結(jié)果)的漫射層來消除。
借助于位于第一偏振片的背離液晶材料一側(cè)的漫射層可以達(dá)到相同的效果。該漫射層不一定要保持偏振。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，漫射層是一個(gè)雙折射層。
優(yōu)選地是，反射偏振片與第二偏振片的偏振方向基本以直角相交。這將使環(huán)境光的反射最優(yōu)化。
反射偏振片還可以包括至少一個(gè)延遲層。通過對(duì)該延遲層折射率的選擇，可以影響反射光的角度分布，或增大偏振改變效應(yīng)，或者得到其它好處。一種主要用于便攜(手持式)的應(yīng)用場(chǎng)合，如電話，的定向反射(以一個(gè)特定角度)顯示器件，其特征在于反射偏振片的光軸相對(duì)于第二偏振片的平面至少局部地傾斜。
根據(jù)本發(fā)明的反射偏振片，其特征在于反射偏振片在所述第一表面上具有保持偏振的漫射層，且該反射偏振片在背離第一表面的第二表面上可以使相對(duì)于第二表面法線以一定角度入射的光發(fā)生偏振改變效應(yīng)。
本發(fā)明的這些和其它方面，將通過參考下述實(shí)施例所作的解釋而明示出來。
在附圖中


圖1是本發(fā)明顯示器件的局部剖面圖，圖2是本發(fā)明顯示器件的細(xì)部剖面圖，圖3是圖1所示顯示器件的局部變化圖，圖4表示了本發(fā)明另一顯示器件的局部，圖5和圖6表示了圖4所示部分的變化，圖7和圖8表示了本發(fā)明的其它顯示器件。
這些圖是示意性的，且沒有按比例標(biāo)注；相似的部分采用了相同的標(biāo)號(hào)。
圖1是包含液晶顯示盒1的液晶顯示器件一部分的示意性剖面圖，在此例中，該液晶盒包括夾在兩塊基板3，4之間的扭轉(zhuǎn)向列液晶材料2，基板例如可由玻璃制成。該器件進(jìn)一步包括兩個(gè)偏振方向相互垂直的偏振片7，8。該器件還包括例如氧化銦錫(ITO)制成的透明驅(qū)動(dòng)電極5，6和取向?qū)?未畫出)，該取向?qū)邮够鍍?nèi)壁上液晶材料按照偏振片偏振軸方向取向，以使該液晶盒有90度的扭轉(zhuǎn)角。在這種情況下，液晶材料具有正的光學(xué)各向異性和正的介電各向異性。因此，如果給電極5，6通電，則分子以及偶極子將向著電場(chǎng)取向。
在此例中，顯示器件進(jìn)一步包括一個(gè)側(cè)向照明燈10，它與反射壁11組合形成光源。該例中由膽甾醇濾光片或膽甾醇偏振片12與四分之一波片13構(gòu)成的反射偏振片9，被放置在光源與顯示盒之間。
在通電狀態(tài)下，液體實(shí)際上呈現(xiàn)為各向同性，即，入射光的偏振態(tài)不受影響。于是，經(jīng)偏振片8起偏的光被吸收，而沒有透過偏振方向與偏振片8相垂直的偏振片7。在未通電狀態(tài)下，入射光14由偏振片8在偏振方向上起偏。該偏振方向按照使該光能夠通過偏振片7的方式被旋轉(zhuǎn)了90度。隨后，該線偏振光入射到反射偏振片9上，該反射偏振片將透過偏振片7的全部偏振光反射回去。由于該光保持著其偏振方向，因此所光將再次透過偏振片7，并在其偏振方向于液晶材料中被旋轉(zhuǎn)之后透過偏振片8。在上文所述的方法中，顯示器件僅僅利用了環(huán)境光，并表現(xiàn)為一個(gè)反射式的器件。
在圖1中，偏振方向平行于偏振片8的反射偏振片9實(shí)現(xiàn)了全反射，其中四分之一波片13(或四分之三波片)把來自偏振片7的線偏振光轉(zhuǎn)化成其旋轉(zhuǎn)方向?qū)?yīng)于膽甾醇濾光片螺旋方向的圓偏振光，本例中螺旋方向?yàn)轫槙r(shí)針方向。
膽甾醇濾光片反射具有這種旋轉(zhuǎn)方向的偏振光。
發(fā)自燈10的光束15包括左旋和右旋偏振光。左旋偏振光透過膽甾醇濾光片12并由四分之一波片13轉(zhuǎn)化成偏振方向平行于偏振片8的線偏振光，因此該光不能透過偏振片7。
如果左旋偏振光相對(duì)于反射偏振片法線成一定角度地入射，則將在膽甾醇濾光片12的表面發(fā)生折射，使得透射光不再是純左旋光。尤其是，在左旋偏振光通過膽甾醇濾光片時(shí)，其偏振態(tài)是隨入射角度而變化的。
這可以由膽甾醇濾光片的光學(xué)特性進(jìn)行解釋，該特性用折射率nx，ny，nz來作宏觀描述，(nz膽甾醇濾光片表面法線方向的折射率；nx＝ny與nz方向成直角的平面內(nèi)兩個(gè)相互垂直方向上的折射率)。
垂直入射的光束15’(圖2)在x和y方向幾乎不發(fā)生折射。但是，斜向入射的光束15(圖1，2)一開始就受到x方向比y方向角度更大的折射，并得到更具橢圓性的偏振。隨后，該效應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)，使得橢圓度不斷增加而該光束可以逐漸成為線偏振光(圖2中15”)，且可以逐漸成為右旋橢偏光(并再逐漸成為圓偏振光)(光束15”)。四分之一波片13將光束15的光轉(zhuǎn)化成其偏振方向平行于偏振片7偏振方向的(部分)偏振光，該偏振光通過所述的偏振片7。光束的偏振方向在液晶材料中受到了旋轉(zhuǎn)之后，該光束通過偏振片8。這時(shí)，顯示器件的工作狀態(tài)是透射方式的。
通過利用一種在純透射用途場(chǎng)合將導(dǎo)致對(duì)比度降低的特性(當(dāng)通過膽甾醇反射鏡(反射偏振片)時(shí)偏振發(fā)生改變)，可得到一種可以適用于透射方式和反射方式顯示器件。在有足夠環(huán)境光的情況下，關(guān)閉燈10并利用反射特性，而在環(huán)境光不足的情況下，接通燈10并主要利用透射特性。
當(dāng)光束15入射到反射偏振片背離液晶一側(cè)上時(shí)，光束與法線夾角α越大(如＞30度)，上述的偏振改變效應(yīng)越強(qiáng)。在此情況下，這可以通過采用側(cè)光照明光源實(shí)現(xiàn)，但也不排斥背光照明。
圖3所示的反射偏振片包括一個(gè)與示意性示出的雙折射層16組合在一起的膽甾醇反射鏡12，該雙折射層的雙折射特性是可以選擇的。為此，雙折射層16可以，例如，包括一個(gè)液晶材料層19，用連接著電極17，17’的電壓源18在其上施加一個(gè)可調(diào)節(jié)的電壓，正是這些電極將該電壓施加在液晶材料19上。這能使在所選的反射偏振片部分上呈現(xiàn)雙折射特性，這種情況對(duì)特殊用途(汽車自動(dòng)駕駛中的背光調(diào)節(jié))和適應(yīng)制造公差是有用的。雙折射層16也可以用圖1中的四分之一波片13代替，或可以加上該波片，以便在透射工作狀態(tài)下提供可選擇的透射率。
根據(jù)其結(jié)構(gòu)，反射偏振片9有時(shí)可能在顯示盒1的一側(cè)有一個(gè)反射表面，它會(huì)在反射工作方式時(shí)發(fā)生干擾。為了防止該情況發(fā)生，可以提供保持偏振的漫射層27，如圖1用虛線表示的。通過附加結(jié)構(gòu)層和通過構(gòu)造膽甾醇層12的表面，可以得到漫射光。在該情況下，漫射層或膽甾醇反射鏡不能直接固定在偏振片7上，以便再消除一部分散射效應(yīng)。為此，漫射層27適宜是位于在反射偏振片9與偏振片7之間的層(有層次的)。所述的漫射層27可以由具有散射微粒的透明膜組成。通過控制散射微粒的數(shù)量，可保持偏振。在另一個(gè)實(shí)施例中，漫射層位于膽甾醇反射鏡12與四分之一波片13(或雙折射層16)之間。
為了避免所述的反射效應(yīng)，顯示盒也可以設(shè)置在漫射層23的觀看一側(cè)(即偏振片8背離液晶一側(cè))；所述的層不一定要保持偏振。
在該實(shí)例中，膽甾醇反射鏡12的間螺距在其厚度范圍內(nèi)是變化的，螺距最大的部分朝著燈的一側(cè)。借此，燈所發(fā)出的紅光(如LED發(fā)射紅光)按完全透過顯示盒的方式迅速被變成圓偏振光。當(dāng)較小螺距的部分位于顯示盒側(cè)時(shí)，藍(lán)和綠光幾乎完全被反射。由此，優(yōu)化了反射偏振片9，以讓紅光光源(本例中)發(fā)出的光透過，而反射其它顏色的光(藍(lán)，綠光)。這也可以用反射譜帶中帶有孔的膽甾醇反射鏡來實(shí)現(xiàn)，該膽甾醇反射鏡的兩個(gè)分層的螺距不相鄰。在此情況下，濾光片具有一個(gè)較窄的反射譜帶(如在400至600nm的范圍)，以使該濾光片把藍(lán)光和綠光反射到顯示盒側(cè)面上，而燈10(背光或側(cè)光LED)發(fā)出的紅光幾乎完全透過。在光源顏色不同的情況下，必要時(shí)應(yīng)該調(diào)整膽甾醇濾光片的特性與之適合。
圖4是器件的一個(gè)示意性剖面圖，其中第二漫射層20位于燈的一側(cè)。借此，燈所發(fā)出光的角分布可以更寬，或者光可以按更優(yōu)選的角度散射出去。
圖4所示的器件還包括一個(gè)附加延遲層21，必要時(shí)該層可包括一或多個(gè)分層。層13，27，21的位置是可以改變的，如圖5和6所示的。根據(jù)用途的不同，延遲層21的折射率nx，ny，nz具有不同的關(guān)系(nz延遲層表面法線方向的折射率；nx，ny與nz方向成直角的平面內(nèi)兩個(gè)相互垂直方向上的折射率)。
a)nx＝ny＞nz(可以通過垂直排列向列單體并隨之將其固化而得到)這種膜對(duì)膽甾醇材料的角關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償，以便在較大觀看角度范圍內(nèi)提供清晰度，并且在透射工作方式中得到更暗的背景。
b)nx＝ny＜nz(例如雙軸拉伸聚合物膜)如上文所述，這種膜增強(qiáng)了偏振改變效應(yīng)，在透過方式時(shí)使亮度增大。
c)nx＞ny＝nz這種膜提供了附加延遲(正或負(fù)延遲)并可以作為延遲膜13用。
圖7表示了一種變型的情況，其中偏振片3位于反射偏振片的另一側(cè)。這種實(shí)施例可以更薄，且視差更小。在此實(shí)例中，基板3被稍稍粗糙化，如通過制造使其成為磨砂玻璃的復(fù)制品。因此，膽甾醇層12獲得一種不平滑的平板結(jié)構(gòu)。為了獲得平表面，用附加層22(上涂層)覆蓋所述的層。它具有四分之一波長層13和薄偏振片7。
在圖8所示的器件中，反射偏振片與漫射層27的組合具有劇齒狀結(jié)構(gòu)，以使得光透過，并在與法線成一定較角度處大量地反射光(反射偏振片的光軸相對(duì)于該偏振片平面法線有一些傾斜)。這種器件可以非常適合用于，例如，手持的應(yīng)用場(chǎng)合(移動(dòng)電話，計(jì)算器，控制板等等)，觀看者從一個(gè)角度觀看圖象。
簡要地說，本發(fā)明涉及一種包括顯示盒和反射偏振片的轉(zhuǎn)換反射液晶顯示器件，它適宜包括一個(gè)膽甾醇反射鏡，該鏡實(shí)際上全反射從顯示盒發(fā)出的特定偏振取向(左旋或右旋)的入射光(反射效應(yīng))，并透過發(fā)自(光源上)另一側(cè)的大量相同偏振光(透射效應(yīng))。
權(quán)利要求
1.一種具有顯示盒的液晶顯示器件，該顯示盒包括一層夾在具有第一偏振方向的第一偏振片與具有第二偏振方向的第二偏振片之間的液晶材料，其特征在于所述的顯示盒具有一反射偏振片，該反射偏振片在向著第二偏振片一側(cè)的偏振方向與第二偏振方向互成一個(gè)角度，而在其背離第二偏振片一側(cè)，對(duì)與反射偏振片法線成一個(gè)角度入射的光將出現(xiàn)偏振改變效應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1的液晶顯示器件，其特征在于反射偏振片包括膽淄濾光片和雙折射層。
3.如權(quán)利要求2的液晶顯示器件，其特征在于雙折射層的雙折射在層厚度的一部分范圍內(nèi)是可調(diào)節(jié)的。
4.如權(quán)利要求2的液晶顯示器件，其特征在于膽淄濾光片具有可變的螺距。
5.如權(quán)利要求1或2的液晶顯示器件，其特征在于該顯示器件包括一個(gè)光源，它主要發(fā)出將以相對(duì)于反射偏振片法線成一個(gè)角度入射到反射偏振片背離液晶一側(cè)的光。
6.如權(quán)利要求1或2的液晶顯示器件，其特征在于反射偏振片和第二偏振片的偏振方向基本以直角相交。
7.如權(quán)利要求1或2的液晶顯示器件，其特征在于在第二偏振片一側(cè)，反射偏振片具有一個(gè)保持偏振的漫射層。
8.如權(quán)利要求1或2的液晶顯示器件，其特征在于該顯示器件包括一個(gè)漫射層，該層位于第一偏振片背離液晶的一側(cè)上。
9.如權(quán)利要求7的液晶顯示器件，其特征在于漫射層用作雙折射層。
10.如權(quán)利要求1或2的液晶顯示器件，其特征在于反射偏振片的光軸相對(duì)于第二偏振片平面的法線至少局部地傾斜。
11.一種在第一表面具有偏振方向的反射偏振片，其特征在于該反射偏振片在所述第一表面上具有保持偏振的漫射層，而反射偏振片對(duì)在背離第一表面的第二表面上，與第二表面法線成一個(gè)角度入射的光將出現(xiàn)偏振改變效應(yīng)。
12.如權(quán)利要求13的反射偏振片，其特征在于反射偏振片包括膽淄濾光片和雙折射層。
13.如權(quán)利要求12的反射偏振片，其特征在于保持偏振漫射層被用作雙折射層。
14.如權(quán)利要求11的反射偏振片，其特征在于反射偏振片相對(duì)于第二表面的法線至少部分地傾斜。
15.如權(quán)利要求11的反射偏振片，其特征在于保持偏振層具有進(jìn)一步的偏振層。
全文摘要
一種轉(zhuǎn)換反射的液晶顯示器件，包括顯示盒(1)和反射偏振片(9)，其中適宜包括膽淄反射鏡(12)，它實(shí)際上全反射從顯示盒發(fā)出的特定偏振(左旋或右旋)的入射光(反射效應(yīng))，并透過發(fā)自(光源(10)上)另一側(cè)的大量相同偏振光(透射效應(yīng))。
文檔編號(hào)G02F1/13357GK1228167SQ98800720
公開日1999年9月8日 申請(qǐng)日期1998年4月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月30日
發(fā)明者D·J·布洛爾, H·J·科爾內(nèi)利森 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司