專利名稱：使用膽甾型混合物的單像素全彩色顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯示器件，特別是涉及一種使用膽甾型(cholesteric)混合物的液晶顯示器。
背景技術(shù)：
近些年來，隨著價格的下降，液晶顯示(LCD)器件變得越來越普及，該器件變得越來越薄、重量越來越輕、圖像質(zhì)量也得到改善。LCD器件一般分為反射型或透射型。反射型LCD由于沒有內(nèi)部光源，僅依靠從顯示在屏幕上的圖像反射的外界光，因此傾向于需要較少的功率。透射型LCD具有內(nèi)部光源、背光，以產(chǎn)生較亮的圖像。
透射型LCD器件典型地包括一個或一個以上的陣列基底、液晶層、彩色濾光片基底和電極層。電壓可以加在電極層上以在其中間產(chǎn)生電場，并使液晶層(多個液晶層)的分子排成一行。在這種情況下，當從透射型LCD器件的前面觀看時，來自背光的光通過液晶形成圖像。
處于液晶態(tài)的材料傾向于顯示出處于固態(tài)(結(jié)晶態(tài))和液態(tài)(各向同性)中間態(tài)的物質(zhì)的特性。處于液態(tài)的物質(zhì)顯示出各向同性的性質(zhì)，即與測量方向無關(guān)的相同性質(zhì)。處于固態(tài)的材料是各向異性的，因為它們傾向于具有根據(jù)測量方向而變化的性質(zhì)。液晶相態(tài)是熱力學(xué)穩(wěn)定相，其因液晶材料中分子的排列和形狀而顯示出各向異性的性質(zhì)。液晶態(tài)材料的溫度和濃度影響該材料的相態(tài)，由此影響其性質(zhì)。液晶態(tài)有許多不同的類型。
一種液晶相態(tài)，向列(nematic)液晶相，已被廣泛研究并發(fā)現(xiàn)可普遍使用于例如筆記本電腦的平面屏幕監(jiān)視器(flat screen monitor)的許多LCD應(yīng)用中。向列液晶相的分子彼此位置無序(positional order)，但傾向于沿指向矢(director)定向地朝向一個共同方向。向列液晶相態(tài)的一種是手性向列，有時被稱作膽甾型。膽甾態(tài)材料可選擇地反射圓偏振光中的一個分量。
另一種液晶相態(tài)是近晶(smectic)相。近晶相態(tài)分子與向列態(tài)分子一樣，傾向于沿一個指向矢朝向一個共同方向。但其與向列相分子不同的是，近晶相分子還傾向于在平面或?qū)觾?nèi)排成行。因此，近晶相分子比向列相分子更像固體。近晶相層和/或膽甾型層的不同組合可以以各種方式結(jié)合電極和其它元件以制作出具有各種性能的平板屏幕LCD器件。
Okada等人發(fā)表的美國專利6,549,261(’261專利)特征在于，反射型LCD具有能夠選擇反射特定可見波長光譜光線的膽甾型液晶。在該’261專利中，載體層或膽甾型液晶本身包含一種著色劑，其吸收不同于膽甾型液晶所反射波長的波長。該器件顯示特定波長的可見光線，其以特定顏色被看到。該器件可被層疊以產(chǎn)生紅色、綠色和藍色的各種組合，如’261專利的圖2，和本文中圖1A中所示。
Kim等人發(fā)表的美國專利6,693,689(’689專利)特征在于，反射型LCD包括將自然光轉(zhuǎn)換成線性偏振光的線性偏振器，和將線性偏振光轉(zhuǎn)換成圓偏振光的延遲膜?！?89專利中描述的器件具有用于根據(jù)施加的電場來改變光的相的液晶層，及選擇性地反射從所述液晶層接收到的光的膽甾型液晶彩色濾光片，和用于吸收經(jīng)過彩色濾光片的光的黑色背景。該器件具有專用于紅、綠和藍色的像素(或子像素)，如’689專利的圖12和本文中的圖1B中所示。
Hiji等人發(fā)表的美國專利6,580,482(’482專利)特征在于反射型多色LCD器件，其包括用于顯示藍色的具有右旋膽甾型液晶顯示層31的單元51、用于顯示綠色的具有左旋膽甾型液晶顯示層33的單元53、用于顯示黃色的具有右旋膽甾型液晶顯示層37的單元57和用于顯示紅色的具有右旋膽甾型液晶顯示層35的單元55。各種單元層層疊以產(chǎn)生多種顏色，如’482專利的圖1和本文的圖1C中所示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決這些或其它相關(guān)問題。根據(jù)一個方面，提供一種使用膽甾型混合物的單一元件(single element)全彩色顯示器件。其包括設(shè)置用于接收來自例如白光底板的光源的光的第一偏振板。膽甾型混合物層位于第一偏振板上，且第一板內(nèi)開關(guān)式液晶層位于該膽甾型混合物層上。該第一板內(nèi)開關(guān)式液晶層具有至少一個透明電極，該透明電極位于第一板內(nèi)開關(guān)式液晶的上下表面中的至少一個上。第二偏振板位于第一液晶層上。第二液晶層位于第二偏振板上，并且具有至少一個透明電極，該透明電極位于第二液晶層的上下表面中的至少一個上。


根據(jù)下文參照附圖的詳細描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點將變得更加清晰，附圖中相似的附圖標記代表類似或同一元件。
圖1A-C是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的各種分層的LCD器件的說明。
圖2示出本發(fā)明的實施例中可能包括的各種層。
圖3是描述通過根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的LCD的光的吸收率和波長之間的示范性關(guān)系的圖表。
圖4A到4B說明本發(fā)明的另外實施例。
圖5描述了一些可用于生成膽甾化合物層的示范性摻雜物。
具體實施例方式
本發(fā)明的示范性實施例將參照附圖在下文中進行描述。在下面的描述中，將不再詳細描述公知的功能和/或構(gòu)造，以避免因不必要的細節(jié)而使本發(fā)明不清楚。
轉(zhuǎn)到附圖，圖2示出本發(fā)明的各種實施例中包括的LCD器件200的層。層201是白光底板，有時叫做背光層。因為LCD器件200是透射型LCD，所以使用內(nèi)部光源，即背光層201。通常，例如背光層201的背光使得透射型LCD器件產(chǎn)生的圖像比沒有背光的反射型LCD器件產(chǎn)生的圖像顯得更亮。在圖2中示出的實施例中，背光層201沿箭頭的方向?qū)⒐鈧鬏數(shù)狡駥?03中。
第一偏振器203對通過LCD器件200各層的光設(shè)置起偏(initialpolarization)。在示范性實施方式中，偏振器203是線性偏振器，使光成為線性偏振光。第二層，即膽甾化合物層205，是包括膽甾化合物的液晶層，來自偏振層203的光經(jīng)過該膽甾化合物。LCD器件200布置使得光沿圖2示出的箭頭方向傳播，該方向與LCD器件200的層大致垂直，包括與膽甾化合物層205基本垂直的光路。在本發(fā)明的各種實施例中，膽甾化合物層205具有其中分子排列在層205中的多個層中的結(jié)構(gòu)。(膽甾化合物層205中的分子層在本文中被稱作“子層”以避免混淆。)膽甾化合物205中的任何一特定的子層的分子都傾向于沿該層的指向矢指向同一方向。因此，同一子層中的并排的分子傾向于指向同一方向，即該子層的指向矢的方向。一特定分子的上面和下面最靠近的相鄰分子(即在相鄰子層上)傾向于具有向一方或另一方輕微旋轉(zhuǎn)的朝向-相對于光路右旋或左旋。當光傳播經(jīng)過膽甾化合物層205時，光與每一個分子子層中的分子撞擊，沿給定光路的每個分子具有一個相對于上面和下面子層中的分子輕微扭轉(zhuǎn)(或旋轉(zhuǎn))的朝向。因此，膽甾型液晶化合物層205具有一種旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中沿光路與之相撞擊的分子的每個子層的朝向被輕微地旋轉(zhuǎn)。膽甾化合物層205的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)由其節(jié)距(pitch)來定義，節(jié)距是各自子層的指向矢沿光路經(jīng)過各種層完整旋轉(zhuǎn)一周的(與各層垂直)距離。膽甾化合物層205的光學(xué)特性由其制造工藝和制作該層中使用的摻雜物來決定。例如，圖5描繪了一些可能被用于摻入該膽甾化合物層205的示范性摻雜物。
經(jīng)過膽甾化合物層205的線性偏振光除了與節(jié)距距離匹配的光變?yōu)閳A偏振光以外，都變成橢圓偏振光。膽甾化合物層205在結(jié)構(gòu)上定義了一個沿光路具有確定節(jié)距的旋轉(zhuǎn)特征。通過經(jīng)過膽甾型液晶層，線性偏振的寬帶光根據(jù)結(jié)構(gòu)節(jié)距由其波長來改變其相位。例如，當比節(jié)距距離長半個波長時，光的相位就被延遲。因此膽甾化合物層205可以造成偏振變?yōu)闄E圓的，這取決于經(jīng)過其的光的波長。
膽甾化合物層205中使用的膽甾化合物的分子結(jié)構(gòu)顯示出選擇反射的特性。經(jīng)過膽甾化合物層205的一些光波長傾向于被反射或被吸收，而經(jīng)過該層205的光譜的其它波長則很少被反射或吸收。此外，膽甾化合物層205在光經(jīng)過時起到橢圓偏振器的作用。另外經(jīng)過膽甾化合物層205的光除了在整個光譜中被吸收不同的量以外，還變成具有作為其波長的函數(shù)的各不相同角度的橢圓偏振。就是說，一些光變成具有較大旋轉(zhuǎn)角度的橢圓偏振。根據(jù)層205的特征(例如，螺旋軸的扭轉(zhuǎn)方向)，橢圓偏振可以是左旋或是右旋的。
圖3描述了經(jīng)過膽甾化合物層205的光在可見光譜波長上的吸收量的示范性關(guān)系。例如，圖3可能是包括背光201、第一偏振器203、膽甾化合物205和第二偏振器209的系統(tǒng)的輸出，其中一塊偏振器可以旋轉(zhuǎn)到一定的程度。圖3中描述的輸出可以包括或者可以不包括近晶C*層207。圖3中描述的吸收量作為偏振角度的函數(shù)而變化-即，作為偏振旋轉(zhuǎn)的函數(shù)。例如，高于525nm波長的0度偏振光可以具有比以任何其它量偏振的光更多的吸收。如圖所示偏振角度對應(yīng)的峰值吸收率輕微變化。在本示范性實施例中0度偏振光的峰值吸收率出現(xiàn)在大約580nm的波長上，如標號301所示。10度偏振光的峰值吸收率(其是一條比0度曲線更低的曲線)出現(xiàn)在稍微大于大約585nm的波長上。50度偏振光的峰值吸收率出現(xiàn)在大約610nm的波長上，如標號303所示。圖3中描繪的角度表示第一偏振器203和第二偏振器209之間的角度，是在沒有LC(b)近晶C*層207情況下的。圖3說明透射率的結(jié)果-即，在不同相對角度的透射光譜。原始的背光光譜已經(jīng)改變成在第一偏振器和第二偏振器之間的每個相對角度上的一種顏色的定向光譜。相對角度的這種變化可以通過LC(b)近晶C*層207來完成，取決于施加的電壓。如上所述，膽甾化合物傾向于具有比吸收性更高的反射性。
轉(zhuǎn)到圖2，膽甾化合物層205產(chǎn)生光，該光具有與不同角相關(guān)性(例如，0度曲線，10度曲線等等，如圖3所示)的曲線中每一條相聯(lián)系的一種稍微不同的視在色(apparent color)。“視在色”的意思是即使產(chǎn)生視在色的光可能包含包括大約從380nm到780nm的光可見光譜的各種部分顏色，但該顏色對于人眼來說顯示出特定的顏色?？梢姽鈪^(qū)域可大致分為波長大約為660nm(紅)、530nm(綠)和470nm(藍)的紅色、綠色和藍色區(qū)域。所有的可見材料都具有固有波長，該固有波長決定了人眼可看見的被材料反射的或經(jīng)材料透射的光波長的視在色。例如，即使光包含了在真正的紫色光中不一定發(fā)現(xiàn)的其它顏色成分，也可以具有人眼看到的紫色的視在色。一旦光經(jīng)過膽甾化合物層205就傳到圖3中所示的層207。
層207是近晶(smectic)C*液晶。在近晶液晶中分子傾向于排列在平面或?qū)觾?nèi)且朝向共同方向。在近晶C相中，分層的中間相以相對于該層自身的正常方向傾斜的指向矢形成。近晶相材料由于其晶狀分子的結(jié)構(gòu)，顯示出更像固態(tài)而不是液態(tài)的性狀。在本發(fā)明的各個實施例中，層207近晶C*液晶可以被構(gòu)型成減少或吸收以大約530nm波長為中心的綠光的偏振濾光器。綠光被從膽甾化合物層205的輸出中減少是因為人眼傾向于對真正綠色最敏感。通過除去或減少光譜中的該部分，層207防止綠色掩蓋LCD器件200的輸出。這增強了LCD器件200能夠顯示的視在色。例如，LCD器件200可以更容易地顯示藍色，一種相比綠色較不容易被人眼能夠檢測到的顏色。層207可以作為包括膽甾液晶(CLC)彩色濾光片的平面內(nèi)開關(guān)(IPS)LCD器件被實現(xiàn)。雖然圖2中并未示出，層207可以包括在其任意一側(cè)上的透明導(dǎo)電金屬電極層，以用于偏置和/或開關(guān)該器件，由此控制經(jīng)過的光。因此，層203、205和207組成用于顏色選擇的裝置。
圖2的層209是另一個偏振器層。液晶近晶C*層207可以允許一定范圍的偏振角度1。第二偏振層209作為用于提純顏色選擇的裝置。在一些實施例中，第二偏振器層209可以被省去。在其它實施例中包括層209，因為LC(c)近晶C*層211作為線性偏振的變換器，但有時其對經(jīng)過的光進行線性偏振的能力是有限的。此外，第二偏振器層209可以傾向于增加對比度或色純度。層211是另一個液晶近晶C*層。層211根據(jù)其材料特性選擇性地透射入射光。例如，如果該層的分子結(jié)構(gòu)的特征在于螺旋軸向右方扭轉(zhuǎn)，該層將反射右旋圓偏振光。液晶的節(jié)距特征可以通過液晶材料的偏壓或使其受到具有各種波形的電場來控制。由于液晶材料的節(jié)距決定了透射過它(或被它反射的)光，近晶C*液晶彩色濾光片可以被控制來選擇性地透射所需波長的光量，由此作為亮度或灰階控制裝置。層211可以通過將其暴露于電場來控制。雖然圖2中并未示出，層211，和層207一樣，可以包括其任意一側(cè)上的透明導(dǎo)電金屬電極層，以用于偏置和/或開關(guān)該器件來控制經(jīng)過層211的光。參照前面圖2中描述的各種層，層205通過由偏振角分離顏色的光譜的光，層207可以被控制來選擇角度，以使限定的顏色范圍通過，層209提純該顏色，層211調(diào)整亮度或灰階。
圖4A和4B描述了本發(fā)明的兩種實施方式。圖4A中示出的實施方式具有十層。層1是白色底板層。層2是第一偏振器板。層3是膽甾混合物層。層4是第一透明電極。層5是第一液晶層。層6是第二透明電極。層7是第二偏振器板。層8是第三透明電極。層9是第二液晶層。層10是第四透明電極。圖4B具有十一層，包括圖4A的十層加上第十一層即第三偏振器板。圖4A和4B示出了單一顯示單元(unit)，其能夠是相當?shù)拇?，但在顯示器件的商業(yè)實現(xiàn)中很可能是單一像素。因此，顯示單元或像素可以被分隔成若干小格(cell)，其電極可被分別驅(qū)動。在這方面，如本領(lǐng)域所公知，電極能被形成圖案以與像素布置匹配。
電極層——即，層4、6、8和10——由例如銦錫(ITO)氧化物的導(dǎo)電的透明材料或其它相似的材料制成。典型地，一個或多個電極層被連接到電源以在電極層之間產(chǎn)生電場，由此控制或影響放置在偏壓電極層間的中間層的光學(xué)特性。在反射型LCD實施例中最外部的兩個電極4，10是能夠反射的。
應(yīng)該強調(diào)的是術(shù)語“包括”，當被使用在說明書中，和權(quán)利要求一樣，表示所述特征、步驟、組分的具體呈現(xiàn)；但是這些術(shù)語的使用并未排除其當前或另外的一個或多個其他的特征、步驟、組分、或群組。
雖然本文描述了本發(fā)明的各個實施例，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解這些實施例僅僅是說明性的，許多其它實施例也是可行的。本發(fā)明想要保護的范圍由下面的權(quán)利要求提出，而不是前述的描述，落入權(quán)利要求范圍的所有的變型都被包含其中。
權(quán)利要求
1.一種使用膽甾混合物的單一元件全彩色顯示器件，包括白光底板；第一偏振板，鄰近所述白光底板；膽甾混合物層，位于所述第一偏振板上；第一面內(nèi)開關(guān)模式液晶層，位于所述膽甾混合物層上，并且具有至少一個位于所述第一面內(nèi)開關(guān)模式液晶的上下表面的至少一個上的透明電極；第二偏振板，位于所述第一液晶層上；和第二液晶層，位于所述第二偏振板上，并且具有至少一個位于所述第二液晶層的上下表面的至少一個上的透明電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器件，其中所述單一元件是單一像素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器件，還包括第三偏振板，位于所述第二液晶層上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器件，其中所述第一和第二液晶層的透明電極位于其上下表面上，所述透明電極被構(gòu)圖為在被小格隔板劃分分割的各自小格中具有相反的極性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器件，其中所述第一和第二液晶層位于上下透明基板兩板之間，每個基板具有其上圖案化的透明電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器件，其中所述膽甾混合物層由包括膽甾液晶化合物和右旋摻雜物與左旋摻雜物中的至少一種的膽甾混合物組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器件，其中所述第一面內(nèi)開關(guān)模式液晶是具有螺旋結(jié)構(gòu)的液晶。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的顯示器件，其中所述具有螺旋結(jié)構(gòu)的液晶是具有C*相的液晶。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器件，其中所述第一液晶層的開關(guān)范圍與顯示膽甾混合物層全彩色的偏振范圍重疊。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的顯示器件，其中所述第二偏振板的偏振方向在顯示膽甾混合物層和第一液晶層的全彩色的偏振重疊范圍內(nèi)。
11.一種使用膽甾混合物的單一元件全彩色顯示器件，包括白光底板；第一偏振板，位于所述白光底板上；膽甾混合物層，位于所述第一偏振板上；第一液晶層，位于所述膽甾混合物層上，并且具有位于所述第一液晶層的上下表面的至少一個上的透明電極；第二偏振板，位于所述第一液晶層上；和第二液晶層，位于所述第二偏振板上，并且具有一個位于其上部的透明電極，并且與所述第一液晶層共用一個下透明電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的顯示器件，其中單一元件是單一像素。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的顯示器件，還包括第三偏振板，位于所述第二液晶層上。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的顯示器件，其中所述第一液晶層位于上下透明基板兩板之間，每個基板具有其上帶圖案的透明電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的顯示器件，其中所述膽甾混合物層由包括膽甾液晶化合物和右旋摻雜物與左旋摻雜物中的至少一種的膽甾混合物組成。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的顯示器件，其中所述第一和第二液晶包括具有螺旋結(jié)構(gòu)的液晶。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的顯示器件，其中所述具有螺旋結(jié)構(gòu)的液晶是具有C*相的液晶。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的顯示器件，其中所述第一液晶層的開關(guān)范圍與顯示膽甾混合物層全彩色的偏振范圍重疊。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的顯示器件，其中所述第二偏振板的偏振方向在顯示膽甾混合物層和第一液晶層的全彩色的偏振重疊范圍內(nèi)。
20.一種使用膽甾混合物的單一元件全彩色顯示器件，包括白光底板；第一偏振板，位于所述白光底板上；第二面內(nèi)開關(guān)模式液晶層，位于所述第一偏振板上，并且具有至少一個透明電極，位于其上下表面的至少一個上；膽甾混合物層，位于所述第二液晶層上；第一面內(nèi)開關(guān)模式液晶層，位于所述膽甾混合物層上，并且具有至少一個位于其上下表面的至少一個上的透明電極；第二偏振板，位于所述第一液晶層上。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的顯示器件，還包括第三偏振板，位于所述第二液晶層和膽甾混合物層之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的顯示器件，其中所述膽甾混合物層由包括膽甾液晶化合物和右旋摻雜物與左旋摻雜物中的至少一種的膽甾混合物組成。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的顯示器件，其中所述第一和第二液晶層的面內(nèi)開關(guān)模式液晶是具有螺旋結(jié)構(gòu)的液晶。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的顯示器件，其中所述具有螺旋結(jié)構(gòu)的液晶是具有C*相的液晶。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的顯示器件，其中所述第一液晶層的開關(guān)范圍與顯示膽甾混合物層全彩色的偏振范圍重疊。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的顯示器件，其中所述第二偏振板的偏振方向在顯示膽甾混合物層和第一液晶層的全彩色的偏振重疊范圍內(nèi)。
全文摘要
公開了一種LCD器件(200)，具有膽甾混合物層(205)，光底板(201)和一個或多個偏振器(203，209)和液晶近晶C
文檔編號G02F1/133GK1727948SQ200510098159
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月20日
發(fā)明者金武謙, 周原提, 樸鐘辰, 孫廷昊 申請人:三星電子株式會社