專利名稱：具有形式雙折射補(bǔ)償器的液晶顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示器件的領(lǐng)域，更尤其涉及具有雙折射補(bǔ)償器的液晶顯示器件。
液晶顯示(LCD)器件在普及和銷售上持續(xù)增長。LCD不僅越來越多地用作計算機(jī)的顯示裝置，而且還用在電視和視頻監(jiān)視器中。硅上液晶(LCOS)器件是越來越多地用在投影顯示系統(tǒng)，如投影電視和投影視頻監(jiān)視器中的一種液晶器件。更具體地說，Janssen等人的U.S.專利No.5,532,763中描述了利用反射型LCOS面板的投影顯示系統(tǒng)，其全部公開在這里結(jié)合作為參考。在Melnik等人的U.S.專利No.6,545,731中描述了用在這種投影顯示系統(tǒng)中的典型的LCOS器件，其全部公開也在這里結(jié)合作為參考。


圖1示出了反射型LCOS器件100。器件100的相關(guān)部分包括其上設(shè)置有絕緣層115的硅基板110、多個反射像素電極120、液晶層122、透明電極126(如氧化銦錫(ITO))、透明覆蓋玻璃層130、和一個或多個分離的補(bǔ)償器薄片150。
反射型LCOS器件100一般如下操作。將高強(qiáng)度偏振光束導(dǎo)向LCOS器件100的至少一部分上。偏振光束穿過透明覆蓋玻璃層130、透明電極126和液晶層122。偏振光束被反射像素電極120反射，返回穿過液晶層122并穿出透明覆蓋玻璃層130。在跨過液晶材料施加電壓的地方，光束的偏振態(tài)被改變，例如從一個線性偏振變?yōu)檎坏木€性偏振。就是說，液晶層122根據(jù)施加在像素電極120和透明電極126之間的電壓而用作偏振調(diào)制器。被偏振調(diào)制的光束從反射型LCOS器件100出來并穿過過濾特定偏振的檢偏器或偏振分束器。然后被偏振調(diào)制的光束穿過成像透鏡射到屏幕上，從而顯示圖像。
同時，圖像對比度對于任何顯示器件，包括LCD器件，特別是用在投影顯示系統(tǒng)中的反射型LCOS器件來說都是關(guān)鍵參數(shù)。不幸地是，當(dāng)反射型LCOS器件100被驅(qū)動到暗狀態(tài)時，其仍舊對射到其上的光引入殘余的延遲，由此限制了顯示圖像的對比度。
為了補(bǔ)償殘余的延遲并因而獲得期望的對比度，如圖1中所示，LCOS器件100可配置設(shè)置在覆蓋玻璃層130上的一個或多個分離的補(bǔ)償器薄片150。補(bǔ)償器薄片150通常是這樣的一種塑料型薄片，即其在預(yù)定方向上變形(例如拉伸)預(yù)定量，從而在其中引入雙折射，使得穿過其的光經(jīng)歷與由反射型LCOS引起的殘余延遲相反的延遲。因此，改善了顯示圖像的對比度。補(bǔ)償器薄片150添加在反射型LCOS頂部，并取向成適當(dāng)補(bǔ)償暗狀態(tài)殘余延遲。
實際上，盡管本發(fā)明集中在反射型LCOS的具體內(nèi)容上，但應(yīng)當(dāng)理解，殘余延遲的問題和其對比度限制效果對于LCD器件是普遍適用的，補(bǔ)償器薄片通常也用于直視型LCD器件。在直視型LCD器件的情形中，補(bǔ)償器薄片還改善了顯示的視角特性。
實際上，補(bǔ)償器薄片150層壓在兩片高質(zhì)量玻璃152和154之間，從而保持補(bǔ)償器薄片的形狀并提供結(jié)構(gòu)支持。此外，每片玻璃152和154必須設(shè)置抗反射(AR)涂層，以使能進(jìn)一步減小顯示對比度的反射最小化。而且，這也要求透明覆蓋玻璃層130設(shè)置AR涂層，從而使透明覆蓋玻璃層130和空氣之間界面處的反射最小化。
在Jepsen的U.S.專利6,307,607中可以找到LCD中殘余延遲和斜角補(bǔ)償問題和補(bǔ)償薄片的使用的進(jìn)一步討論，為了所有的目的在這里全部引用作為參考，就像在這里全部列出一樣。
不幸地是，存在與上述補(bǔ)償器薄片相關(guān)的問題和缺點。如上所述，通過在預(yù)定方向上將補(bǔ)償器薄片150變形(例如拉伸)預(yù)定的量而給補(bǔ)償器薄片150引入期望的延遲。然而，要求的延遲相對較低(例如20-30nm)，因而要求大的精度。因此，很難一致地和重復(fù)地產(chǎn)生具有所要求量延遲的補(bǔ)償器薄片，因此生產(chǎn)率通常較低。此外，因為補(bǔ)償器薄片靠近器件的圖像平面的附近放置，所以其表面(cosmetic)質(zhì)量必須高。還有，當(dāng)中夾持補(bǔ)償器薄片的高質(zhì)量AR玻璃片增加了器件的成本。最后，封裝和補(bǔ)償器薄片附件是后半導(dǎo)體制造，這將整個器件制造變得復(fù)雜。
因此，希望提供一種用于補(bǔ)償LCD器件中殘余相移從而提高對比度的改進(jìn)的方法和器件。還希望一種能以高生產(chǎn)率一致和重復(fù)制造的LCD的補(bǔ)償器件。還希望提供一種用于補(bǔ)償LCD器件中殘余相移的方法和器件，所述LCD器件簡化了整個的器件制造。本發(fā)明旨在解決一個或多個前述所關(guān)心的問題。
在本發(fā)明的一個方面中，反射型液晶器件包括半導(dǎo)體基板；設(shè)置在半導(dǎo)體基板上的多個反射像素電極；設(shè)置在反射像素電極上的液晶層；設(shè)置在液晶層上的至少一個透明電極；和設(shè)置在透明電極上的透明蓋，其中透明蓋在其表面中形成多個具有間距的光柵，該間距小于可見光的最小波長。
在本發(fā)明的另一個方面中，液晶顯示器件包括第一和第二基板；設(shè)置在第一和第二基板之間的液晶層；用于選擇性地改變液晶層液晶分子的取向，從而選擇性地控制穿過液晶層的光的偏振的裝置；和在兩個基板之一的表面上并且光通過它射出器件的形式(form)雙折射補(bǔ)償器。
在本發(fā)明的另一個方面中，液晶器件包括半導(dǎo)體基板；設(shè)置在半導(dǎo)體基板上的多個像素電極；設(shè)置在像素電極上的液晶層；設(shè)置在液晶層上的至少一個透明電極；設(shè)置在透明電極上的透明蓋；和設(shè)置在透明蓋表面上的透明片，所述透明片包括形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)。
從下面的描述，進(jìn)一步和其它的方面將變得明顯。
圖1顯示了硅上型液晶(LCOS)器件的橫截面圖；圖2顯示了具有形式雙折射補(bǔ)償器的反射型LCOS的橫截面圖；圖3顯示了用于LCD器件的形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)的第一個實施方案；圖4顯示了用于LCD器件的形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)的第一個實施方案；圖5顯示了具有形式雙折射補(bǔ)償器的直視液晶顯示器件的橫截面圖。
在下面的描述和權(quán)利要求中，當(dāng)說第一器件或結(jié)構(gòu)在第二器件或結(jié)構(gòu)“上”時，應(yīng)當(dāng)理解為包括兩種情形，即第一器件或結(jié)構(gòu)直接在第二器件或結(jié)構(gòu)上的情形，和在第一器件或結(jié)構(gòu)與第二器件或結(jié)構(gòu)之間具有插入器件或結(jié)構(gòu)，或甚至是空氣的情形。當(dāng)打算說明第一器件或結(jié)構(gòu)直接在第二器件或結(jié)構(gòu)上而不具有任何層間器件或結(jié)構(gòu)時，將會說第一器件或結(jié)構(gòu)直接在第二器件或結(jié)構(gòu)上。
圖2顯示了具有形式雙折射補(bǔ)償器的反射型液晶器件200，如硅上液晶(LCOS)器件的橫截面圖。如圖2中所示，器件200的相關(guān)部分包括其上設(shè)置有絕緣層215的半導(dǎo)體(例如硅)基板210、多個反射像素電極220、液晶層222、透明電極226(如氧化銦錫(ITO))、透明基板或蓋230、和形式雙折射補(bǔ)償器250。
半導(dǎo)體基板210、絕緣層215、反射像素電極220、液晶層222、和透明電極226與上面參照圖1描述的對應(yīng)元件相似。
然而，與圖1中所示的器件100相反，器件200不包括由通過變形(例如拉伸)工藝使其具有引入的雙折射的材料制成的任何補(bǔ)償器薄片150。而是，器件200包括在透明層的表面上圖形化或形成的形式雙折射補(bǔ)償器250。形式雙折射補(bǔ)償器250在穿過其的光束中產(chǎn)生了補(bǔ)償暗狀態(tài)中液晶層222的殘余延遲的延遲，這在下面更詳細(xì)解釋。
圖3顯示了可用在器件200中的形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)300的第一個實施方案。形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)300包括直接形成在透明材料表面或圖形化在透明材料表面中的一系列高頻率相位光柵。光柵由介電材料，如玻璃制成。有利地，光柵的周期小于穿過其的可見光的波長。在該情形中，衍射級變?yōu)闈u逝的，而零級看作是觀察到與衍射結(jié)構(gòu)相關(guān)的折射率分布。對于線性光柵結(jié)構(gòu)，折射率分布是各向異性的，因而所述結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出雙折射。基板材料310和鄰近(入射)材料320的折射率與光柵周期和占空度一起確定了平行于和垂直于光柵線的光的有效折射率。
例如，假定反射型LCOS器件產(chǎn)生了要求補(bǔ)償?shù)?0nm殘余延遲。還假定形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)在與作為入射材料的空氣的界面處在玻璃(n＝1.5)中形成。占空度為50％時，當(dāng)光柵的周期小于入射光束波長的大約0.3倍時，折射率差大約為Δn＝0.1。在該情形中，光柵的厚度為大約300nm。
當(dāng)周期接近入射光束的波長時，形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)300的折射率差依賴于光柵周期。有利地，形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)的該特性可用于定制補(bǔ)償器的色散，從而與伴隨液晶器件的殘余延遲的色散相匹配。
圖4顯示了形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)400的第二個實施方案。在形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)400中，與圖3矩形的橫截面相反，光柵具有三角形橫截面。因而，光柵輪廓隨與形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)基板垂直的位置而變化(即從其頂部到底部)，有效折射率以單調(diào)的方式(沒有奇異點)從具有低折射率的入射材料(例如空氣)變化到具有高折射率的基板材料(例如玻璃)。換句話說，光柵的橫截面具有這樣一個輪廓，其中高折射率材料(例如玻璃)的量從該結(jié)構(gòu)的頂部到其底部單調(diào)增加。這種單調(diào)的光柵輪廓可提供抗反射特性，不必需要單獨的抗反射(A/R)層或涂層。
從上面的描述可容易地想象到其它的光柵輪廓。例如，具有正弦橫截面的結(jié)構(gòu)也可提供單調(diào)增加的光柵輪廓，由此不必需要單獨的A/R層或涂層。
有利地，形式雙折射補(bǔ)償器250可以各種方式相對容易和一致地復(fù)制。所需的光柵輪廓可制作成鎳薄墊片，所述鎳薄墊片用于將所述結(jié)構(gòu)壓印入希望的透明材料的表面中?；蛘?，通過UV固化聚合的光學(xué)透明液體，可將形式雙折射補(bǔ)償器250圖形化到希望的透明材料表面上。
在可選擇的實施方案中，形式雙折射補(bǔ)償器250包括不具有物理輪廓的光柵。通過制造在一個方向上具有均勻折射率，而在第二方向上具有調(diào)制折射率的結(jié)構(gòu)可產(chǎn)生光柵。例如，通過將單體/液晶混合物暴露于產(chǎn)生干涉圖案(例如正弦曲線)的UV光，從而產(chǎn)生導(dǎo)致折射率/相位光柵的相位分離，可制造形式雙折射補(bǔ)償器250。換句話說，光柵可作為在形式雙折射補(bǔ)償器材料內(nèi)結(jié)構(gòu)變化的圖案(例如正弦曲線)存在，所述結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致材料的折射率相應(yīng)變化。在該情形中，形式雙折射補(bǔ)償器的物理表面可表現(xiàn)為平坦的輪廓。
因而，與圖1的補(bǔ)償器薄片150相比提高了生產(chǎn)效率。
形式雙折射補(bǔ)償器250可與放置在透明蓋230上的單獨透明片，例如其上具有A/R層或涂層的透明玻璃片是整體的。如上所解釋的，形式雙折射補(bǔ)償器250可以被壓印進(jìn)透明片或在其上被圖形化，或通過其它工藝來產(chǎn)生。如果將形式雙折射補(bǔ)償器250圖形化在透明片上，其可包括不同于透明片的材料結(jié)構(gòu)，該透明片隨后用作形式雙折射補(bǔ)償器250的載體。
有利地，形式雙折射補(bǔ)償器250可與圖2的透明蓋230是整體的，在其表面內(nèi)形成或直接在其表面上形成。在該情形中，光柵的抗反射特性消除了對其上任何A/R涂層的需要。與針對于圖1描述的器件相比，這大大簡化了整個器件的制造工藝。有利地，透明蓋230和形式雙折射補(bǔ)償器250每個都包括玻璃，但可用其它適宜的透明材料代替。如上所解釋的，形式雙折射補(bǔ)償器250可以被壓印進(jìn)透明蓋230或圖形化在透明蓋上，或通過其它工藝產(chǎn)生。如果形式雙折射補(bǔ)償器250被圖形化到透明蓋230上，則其可包括與透明蓋230不同的材料結(jié)構(gòu)。
盡管上面以反射LCOS器件的內(nèi)容示出了原理，但形式雙折射補(bǔ)償器可更廣泛地應(yīng)用于液晶顯示(LCD)器件。圖5顯示了直視LCD面板500。LCD面板500的相關(guān)部分包括第一和第二基板510和530；置于第一和第二基板510和530之間的液晶層522；分別設(shè)置在第一和第二基板510和530上的第一和第二電極520和526；在第二基板530表面上的形式雙折射補(bǔ)償器550，光通過第二基板530的表面離開器件。其它常規(guī)的特征，例如電介質(zhì)層、黑色矩陣層、薄膜晶體管(TFT)像素開關(guān)和濾色器一般包括在這種直視LCD器件中，但為了說明方便起見，圖5中并沒有示出。此外，盡管示出器件500在第一基板510上具有像素電極520，在第二基板530上具有第二電極526，但第一和第二電極可以采取任何公知的結(jié)構(gòu)，如具有在相同基板上肩并肩的電極的橫向結(jié)構(gòu)，等等。重要的是器件500包括用于選擇性地改變液晶層522的液晶分子取向，從而選擇性地控制穿過液晶層522的光的偏振的一些裝置。
與器件200相似，在直視LCD面板500中，形式雙折射補(bǔ)償器550可與第二基板530是整體的，或與放置在第二基板530頂部表面上的單獨透明片是整體的。
盡管這里公開了優(yōu)選的實施方案，但一些變化是可能的，其仍在本發(fā)明的觀念和范圍內(nèi)。在閱讀了這里的說明書，附圖和權(quán)利要求之后，這種變化對于一個本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是很清楚的。因此并不限制本發(fā)明，只要在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)就行。
權(quán)利要求
1.一種反射型硅上液晶(LCOS)器件(200)，包括半導(dǎo)體基板(210)；設(shè)置在半導(dǎo)體基板上的多個反射像素電極(220)；設(shè)置在反射像素電極(220)上的液晶層(222)；設(shè)置在液晶層(222)上的至少一個透明電極(260)；和設(shè)置在透明電極(260)上的透明蓋(230)，其中透明蓋(260)在其表面中設(shè)有形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)(250)，該形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)包括多個具有小于可見光的最小波長的間距的光柵。
2.權(quán)利要求1所述的器件(200)，其中形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)(250)適于對具有第一偏振的光提供第一平均折射率，并對具有第二偏振的光提供第二平均折射率，其中第一和第二平均折射率不相等。
3.權(quán)利要求1所述的器件(200)，其中形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)(250)用于補(bǔ)償當(dāng)器件(200)在暗狀態(tài)中操作時由液晶層(222)產(chǎn)生的殘余延遲。
4.權(quán)利要求1所述的器件(200)，其中該多個光柵中的每一個都具有三角形橫截面。
5.權(quán)利要求1所述的器件(200)，其中每個光柵都具有這樣一種橫截面，其中結(jié)構(gòu)中材料的量從光柵頂部到光柵底部單調(diào)增加。
6.權(quán)利要求1所述的器件(200)，其中形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)(250)包括直接圖形化在透明蓋(230)頂表面上的UV固化的聚合物質(zhì)。
7.一種液晶顯示器件(500)，包括第一和第二基板(510，530)；置于第一和第二基板(510，530)之間的液晶層(522)；用于選擇性地改變液晶層(522)的液晶分子的取向，從而選擇性地控制穿過液晶層(522)的光的偏振的裝置(520，526)；和在光穿過的兩個基板(510，530)之一的表面上的形式雙折射補(bǔ)償器(550)。
8.權(quán)利要求7所述的器件(500)，其中形式雙折射補(bǔ)償器(550)與該一個基板(510，530)是整體的。
9.權(quán)利要求7所述的器件(500)，其中形式雙折射補(bǔ)償器(550)與設(shè)置在該一個基板(510，530)上的單獨透明片是整體的。
10.權(quán)利要求9所述的器件(500)，其中形式雙折射補(bǔ)償器(550)形成在與透明片材料相同的透明片中。
11.權(quán)利要求7所述的器件(500)，其中形式雙折射補(bǔ)償器(550)包括具有在一個方向上被調(diào)制的折射率的材料。
12.權(quán)利要求7所述的器件(500)，其中形式雙折射補(bǔ)償器(400)包括多個具有矩形橫截面的光柵。
13.權(quán)利要求7所述的器件(500)，其中形式雙折射補(bǔ)償器(550)包括多個光柵，其每一個光柵都具有這樣的橫截面，該橫截面中結(jié)構(gòu)中的材料的量從光柵頂部到其底部單調(diào)增加。
14.權(quán)利要求7所述的器件(500)，其中用于選擇性地改變液晶層(522)的液晶分子取向，從而選擇性地控制穿過液晶層的光的偏振的裝置(520，526)包括在兩個基板之一(510)上的第一電極(520)和在兩個基板的另一個(530)上的第二電極(526)。
15.一種液晶器件(200)，包括半導(dǎo)體基板(210)；設(shè)置在半導(dǎo)體基板(210)上的多個像素電極(220)；設(shè)置在像素電極(220)上的液晶層(222)；設(shè)置在液晶層(222)上的至少一個透明電極(260)；設(shè)置在透明電極(260)上的透明蓋(230)；和設(shè)置在透明蓋(250)表面上的透明片(250)，所述透明片包括形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)。
16.權(quán)利要求15所述的器件(200)，其中形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)被形成在與透明片(250)材料相同的透明片(250)中。
17.權(quán)利要求15所述的器件(200)，其中形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)包括直接圖形化在透明片(250)頂表面上的UV固化的聚合物質(zhì)。
18.權(quán)利要求15所述的器件(200)，其中形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)包括多個光柵，其中每一個光柵都具有這樣的橫截面，該橫截面中結(jié)構(gòu)中的材料的量從光柵頂部到其底部單調(diào)增加。
19.權(quán)利要求15所述的器件(200)，其中形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)(400)包括多個具有三角形橫截面的光柵。
20.權(quán)利要求15所述的器件(200)，其中形式雙折射補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)包括具有在一個方向上被調(diào)制的折射率的材料。
全文摘要
一種液晶顯示器件(500)，包括第一和第二基板(510，530)；設(shè)置在第一和第二基板(510，530)之間的液晶層(522)；用于選擇性地改變液晶層(522)的液晶分子的取向，從而選擇性地控制穿過液晶層(522)的光的偏振的一對電極(520，526)；和在光穿過的兩個基板(510，530)之一的表面上的形式雙折射補(bǔ)償器(550)。形式雙折射補(bǔ)償器(550)包括具有矩形或三角形橫截面的一系列光柵。形式雙折射補(bǔ)償器(550)用于補(bǔ)償當(dāng)在暗狀態(tài)中操作器件(500)時由液晶層(522)產(chǎn)生的殘余延遲。
文檔編號G02F1/13363GK1791833SQ200480013815
公開日2006年6月21日 申請日期2004年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月22日
發(fā)明者J·A·斯米朱, D·J·安德森 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司