專利名稱：具有飽和色和高亮度的反射式lcd的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反射式彩色液晶顯示器(LCDs)。
在反射式液晶顯示器中，入射光被吸收濾色片過(guò)濾，并接著被IDR(內(nèi)部漫反射體)以漫射方式反射。IDR典型地由沉積在粗糙表面頂部的金屬層構(gòu)成，使其作為反射鏡，不僅反射在反射方向(specular direction)內(nèi)的光，而且反射圍繞該方向的一定角度范圍內(nèi)的光。因此改進(jìn)顯示器的視角特性。
為了增加常規(guī)反射式彩色LCD的反射率并從而增加亮度，它們的吸收濾色片設(shè)計(jì)為具有廣闊的RGB(紅、綠、藍(lán))反射帶。R、G、和B濾色片的吸收帶的邊緣緊密地放置在一起，以反射盡可能多的光，并從而增加LCD的反射率。然而，由于高色純度，或者飽和色，要求較小的光譜帶寬，寬光譜帶寬(～100nm)也降低三原色R、G和B的色純度。因此在常規(guī)反射式彩色LCD中不可能獲得飽和色。
因?yàn)楦吡炼雀鼮橹匾?，所以所得到的更低的色純度通常被反射式LCD(像用于手機(jī)、PDA等中)的用戶認(rèn)為是理所當(dāng)然的。然而由于色純度是關(guān)于圖像質(zhì)量的一個(gè)重要方面，這種折衷是非常有害的。因此需要改進(jìn)的LCD，其基本上不削弱顯示器亮度，并提供改進(jìn)的色純度。
增加色純度的一個(gè)方法是使吸收濾色片的吸收帶大大變窄。例如，使吸收帶只有10nm寬，提供極好的飽和色。然而該方法的明顯缺點(diǎn)在于，將只有一小部分的可見(jiàn)光譜從顯示器反射(跨越可見(jiàn)光譜的可能范圍400nm-700nm＝300nm中的至多3×10nm＝30nm)，從而導(dǎo)致非常低的顯示器總體反射率。
改進(jìn)色純度并保持高亮度的更好辦法是使用全息濾色片或全息反射體(HR)。HR是由一組作為干涉濾波器的電介質(zhì)層構(gòu)成的濾波器為具有特定的窄波長(zhǎng)帶的光而設(shè)計(jì)，該光將經(jīng)受特定入射角的結(jié)構(gòu)干涉。在其他入射角和/或其他波長(zhǎng)下，HR將近乎透明。因此HR將反射光譜寬度非常窄的光(也就是非常飽和的光)。
HR強(qiáng)大的波長(zhǎng)選擇性是所有干涉濾波器的通用特性，并源于結(jié)構(gòu)干涉的條件較強(qiáng)地依賴于波長(zhǎng)的事實(shí)。反射的非漫射特性確保反射率較高沒(méi)有光反射進(jìn)入觀察者不觀察的方向。
然而該方法的缺點(diǎn)是反射光的較強(qiáng)的角度依賴性只有對(duì)于某個(gè)特定的視角，亮度才較高；對(duì)于所有其他方向，反射率接近于零，而因此對(duì)于這些視角，顯示器是不可用的。
本發(fā)明提出將具有色彩吸收濾波器的全息反射體和內(nèi)部漫反射鏡合并在反射式LCD中。這種合并提供兩個(gè)直接的好處所有色彩的漫反射率保持與常規(guī)LCD中相同，從而提供正常(限制)的色純度；并且在某個(gè)特定的視角下(依賴于使用的全息反射體)，LCD具有更高的色純度和亮度。
因此，根據(jù)發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種反射式液晶顯示器，包括液晶層、吸收濾色片和寬帶反射體。本發(fā)明的LCD進(jìn)一步包括安排在上述液晶層和上述寬帶反射體之間的全息反射體。
這樣為L(zhǎng)CD提供附加特性，也就是關(guān)于某個(gè)特定視角的改進(jìn)的亮度和色純度的增加，不損害用戶已經(jīng)習(xí)慣的已有的顯示器性能。
對(duì)于觀察者的總體效果依賴于觀察顯示器的角度對(duì)于所有入射角，除了為其設(shè)計(jì)HR的角度(例如，法線的30°，便利的讀取方向)，反射光將具有如吸收濾色片確定的寬帶光譜。這與常規(guī)濾色片設(shè)計(jì)中相同，也就是更低但通常能接受的色純度。
在30°入射角下，反射光將是寬帶光和飽和光的混合光。該混合光的色純度大大高于先前情況下光的色純度。
因此結(jié)果為最終用戶將體驗(yàn)到以下除去亮度和色純度將大大提高的特定角度(例如30°)之外，顯示器表現(xiàn)為正常的LCD。
對(duì)于所有顏色存在兩種方法獲得這一點(diǎn)或者借助于白光HR(有效地為在彼此頂部的三種非圖樣HR堆疊，紅色、綠色、和藍(lán)色，都設(shè)計(jì)為相同角度)，或者借助于RGB-圖樣HR。
因此白光HR潛在地反射三種不同色彩，但結(jié)構(gòu)吸收濾色片的同時(shí)使用導(dǎo)致只有一種(寬帶)顏色在任意給定點(diǎn)射入HR，并因此確保只有一種(飽和)色彩被HR反射。由于成本原因，白光HR為許多應(yīng)用的首選選擇。
本發(fā)明的LCD可以應(yīng)用于具有反射式LCD的任何器件，例如移動(dòng)電話、PDA、便攜式計(jì)算機(jī)等等。
如上所述，全息反射體以不同于其他LCD應(yīng)用的應(yīng)用類型為人所知。HR可以設(shè)計(jì)為以反射角(specular angle)或另一角度反射。然而，對(duì)于該發(fā)明來(lái)說(shuō)，HR基本上反射到某個(gè)單一方向(或反射入一定范圍內(nèi)的方向，其中該范圍的延展非常窄，并且為了實(shí)用目的，可以被視為“一個(gè)”方向)是重要的。增加的波長(zhǎng)延展增加了反射角中的亮度，但降低了色純度。對(duì)于典型應(yīng)用，即使角度延展優(yōu)選為應(yīng)該小于2°，小于10°的角度延展也是可以接受的。增加的角度延展加寬了可以觀察關(guān)于亮度和色純度的正面效果的角度，但是當(dāng)然也減小了效能。對(duì)于多數(shù)應(yīng)用，小于50nm的波長(zhǎng)延展是可以接受的，但是通常優(yōu)選為小于10nm的波長(zhǎng)延展。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，吸收濾色片安排在上述全息反射體的觀察者一側(cè)。因此射入HR的光已經(jīng)被過(guò)濾一次，而因此吸收濾色片有助于防止不希望得到的色彩到達(dá)HR。
在使用白光HR的情況下，吸收濾色片實(shí)際上必須沉積在HR的觀察者一側(cè)，以消除任何不希望得到的色彩到達(dá)HR。
附圖簡(jiǎn)述以下，將參考示例附圖進(jìn)一步描述發(fā)明，其中

圖1示意性地示出常規(guī)反射式LCD；圖2示出常規(guī)吸收濾色片的吸收光譜；圖3在用于單色顯示器的情況下，示意性地示出基于全息反射體的濾色片；圖4-6示意性地示出本發(fā)明的LCD，該LCD具有吸收濾波器和全息反射體。
發(fā)明詳述在圖1中，示出常規(guī)反射式LCD 100，具有吸收濾色片101、液晶層102和內(nèi)部漫反射鏡(IDR)103。在該特定顯示器中，構(gòu)造吸收濾波器以限定紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)色子像素。因此依賴于該濾波器的局部特性，在該吸收濾波器中過(guò)濾射入顯示器的光束。因此在濾波器的紅色部分吸收除具有紅色頻率之外的每條光束，等等。例如，假定像素為“導(dǎo)通”狀態(tài)，在藍(lán)色濾波器部分射入顯示器的藍(lán)色光束104透射通過(guò)藍(lán)色部分，并通過(guò)液晶層102，并在漫反射體103處被漫反射。
在圖2中，示出結(jié)構(gòu)吸收濾色片的吸收特性。虛線201指明藍(lán)(B)色部分的特性，實(shí)線202對(duì)應(yīng)于綠色部分(G)，而點(diǎn)線203對(duì)應(yīng)于紅(R)色部分。正如可以看見(jiàn)的那樣，各個(gè)濾波器部分的透射光譜幾乎重疊，使得透射光通量最大化。因此，大約三分之一的入射光的總量透射通過(guò)結(jié)構(gòu)吸收濾波器。
圖3示出具有全息反射體302的LCD 300，其中全息反射體302安排在液晶層301之后，代替了圖1的吸收濾色片以及漫反射鏡。全息反射體設(shè)計(jì)為反射特定角度α°的光。為了清楚的原因，只示出紅色子像素。因此，從角度α°射入顯示器的紅色光束“A”將在全息反射體處經(jīng)歷全反射，然而從不同角度射入的光束“B”將不受全息濾波器影響，并因此將完全透射。對(duì)于不同顏色的光束當(dāng)然也將會(huì)發(fā)生全透射，即使它們以要求的角度α°射入。
圖4示意性地示出本發(fā)明的顯示器400，具有全息反射體403、吸收濾色片401以及漫反射鏡404。濾色片401安排在液晶層402的正面一側(cè)，然而全息反射體403和漫反射鏡404安排在液晶層402的背部。
通過(guò)考慮射入紅色像素的兩條紅色光束(圖4中的光束A和B)，可以推斷出關(guān)于色純度、視角和亮度的顯示器特性光束A該光束在為其設(shè)計(jì)的角度下精確地進(jìn)入全息反射體。這意味著光譜的飽和部分(在此情況下的純紅色)將會(huì)被鏡面反射入由箭頭A指明的方向。該反射并非漫射，并因此具有較高的幅值。光譜的剩余部分(被頂部的吸收濾色片透射)將表現(xiàn)為光束B(niǎo)。
光束B(niǎo)該光束以使HR透明的角度進(jìn)入，并因此將透射通過(guò)HR，并將代替地被IDR漫反射入由小箭頭B’指明的方向。然而由于其為漫射，反射率沒(méi)有光束A高。
有益效果可以如下評(píng)估通過(guò)使用全息反射體而獲得的定量改進(jìn)。
考慮明確定義的、準(zhǔn)直的環(huán)境照明的情況，并比較以下兩種情形情況1只被常規(guī)IDR反射；該IDR具有在角度范圍-30°-+30°上較為平坦的反射特性。
情況2被HR和IDR的組合反射。假定HR在角度范圍-2.5°-+2.5°內(nèi)反射一小部分可見(jiàn)光譜(比方說(shuō)光譜的3％，也就是所有紅光的大約10％)。
現(xiàn)在考慮已經(jīng)通過(guò)上層吸收紅光濾色片的光，并指定光通量為100％。該結(jié)果為最終到達(dá)觀察者眼睛的百分?jǐn)?shù)。
在情況1中，IDR將100％反射入角度范圍-30°-+30°。被用戶有效看見(jiàn)的范圍，比方說(shuō)-2.5°-+2.5°，將只反射大約0.69％(30°跨越的立體角大約為2.5°跨越的立體角的(30°/2.5°)2＝144倍，而且1/144＝0.69％)。
在情況2中，HR和IDR的組合將小帶寬光譜的100％反射入5°的角度范圍，也就是1/10*100％＝10％。
HR和IDR的組合處在理想準(zhǔn)直光的情況下比只有IDR更有效10/0.69＝14倍。然而，實(shí)際上不能理想準(zhǔn)直照明，因此實(shí)際上該評(píng)估將還會(huì)偏低。但仍然，改進(jìn)是明顯的。
圖5示意性地示出本發(fā)明的RGB顯示器500，具有結(jié)構(gòu)全息反射體503、結(jié)構(gòu)吸收濾色片501和漫反射體504。濾色片501安排在液晶層502的正面一側(cè)，然而全息反射體503和漫反射體504安排在液晶層502的背部。
通過(guò)構(gòu)造濾色片和全息反射體獲得多色彩顯示器。
圖6示意性地示出類似結(jié)構(gòu)的顯示器600，具有白光全息反射體603、吸收濾色片601和漫反射鏡604。吸收濾色片601安排在液晶層602的正面一側(cè)，然而全息反射體603和漫反射體604仍安排在液晶層602的背部。
總之，本發(fā)明提供反射式彩色液晶顯示器(LCD)，包括全息反射體以及吸收濾色片和漫反射體的組合。當(dāng)從特定方向觀察顯示器時(shí)，全息反射體提供飽和色，而當(dāng)從其他方向觀察顯示器時(shí)，吸收濾波器/漫反射鏡的組合提供可以接受的色彩飽和度。因此將只具有吸收濾波器/漫反射體的常規(guī)LCD的優(yōu)勢(shì)，與只具有全息反射體的LCD的優(yōu)勢(shì)結(jié)合。
權(quán)利要求
1.一種反射式液晶顯示器(500，600)，包括液晶層(502，602)、吸收濾色片(501，601)和寬帶反射體(504，604)，所述液晶顯示器(500，600)進(jìn)一步包括全息反射體(503，603)，其設(shè)置在所述液晶層(502，602)和所述寬帶反射體(504，604)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射式液晶顯示器(500，600)，其中所述吸收濾色片(501，601)設(shè)置在所述全息反射體(503，603)的觀察者一側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射式液晶顯示器(500，600)，其中所述寬帶反射體(504，604)為漫反射體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射式液晶顯示器(500，600)，其中所述吸收濾色片為結(jié)構(gòu)RGB濾波器(501，601)，其限定紅、綠和藍(lán)色子像素，因此所述液晶顯示器為RGB顯示器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射式液晶顯示器(600)，其中所述全息反射體(603)為白色全息反射體。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反射式液晶顯示器(500)，其中所述全息反射體(503)為結(jié)構(gòu)全息反射體，其限定對(duì)應(yīng)于所述吸收濾色片的紅、綠和藍(lán)色子像素。
全文摘要
本發(fā)明提供一種反射式彩色液晶顯示器(400)，包括全息反射體(403)以及吸收濾色片(401)和漫反射體(404)的組合。當(dāng)從特定方向觀察顯示器時(shí)，全息反射體(403)提供飽和色，而當(dāng)從其他方向觀察顯示器時(shí)，吸收濾波器(401)/漫反射體(404)的組合提供可以接受的色彩飽和度。因此將只具有吸收濾波器/漫反射鏡的常規(guī)LCD的優(yōu)勢(shì)，與只具有全息反射體的LCD的優(yōu)勢(shì)結(jié)合。
文檔編號(hào)G02B5/32GK1806191SQ200480016714
公開(kāi)日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2004年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月16日
發(fā)明者赫拉爾杜斯·P·卡曼 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司