专利名称：反射器和使用反射器的反射型液晶显示器的制作方法
背景技术：
对相关领域的说明大家对于传统意义上的反射型LCD器件都非常熟悉。与透射型LCD器件相比，反射型LCD器件具有功耗低、机身薄和重量轻的优点。这是因为反射型LCD器件中带有内置的反射器，通过反射作用，该反射器可以将外部光线用作LCD器件的光源，省去背光。因此，反射型LCD器件主要用于诸如移动电话等便携式电子终端。
反射型LCD器件包含有多种模式或类型。如扭曲向列(TN)模式、单偏振器型、超扭型向列(STN)模式、宾一主模式、聚合物弥散液晶(PDLC)型和胆甾醇相型。反射型LCD器件的基本构成包括液晶层、用来驱动层中液晶的开关元件、和位于LCD单元内部或外部的反射板。
在这些模式或类型的LCD器件中，与反射器一起使用的是以薄膜晶体管(TFT)或金属/绝缘体/金属(MIM)二极管作为开关元件的有源矩阵寻址方法。这是因为采用该种方法可以产生高分辨率和高质量的图象。
下面举例对反射型LCD器件进行说明先在一块平板上制备出一层有机绝缘薄膜，然后采用光刻技术及蚀刻工艺对薄膜进行制图以便在平板的表面上形成相互隔离的突起物。这些突起物由余下的有机薄膜构成。再在平板上面制备一层层间绝缘薄膜以盖住这些突起物，在这层层间绝缘薄膜的表面上将会形成突起物。换句话说，这层层间绝缘薄膜将具有凹凸不平的表面。这样就制成了一块表面上带有突起物的反射板。
在1998年9月11日发布的第2825713号日本专利中披露了另一种反射型LCD器件的实例。在该实例中，先在一块平板上制备出一层有机绝缘薄膜，然后采用光刻技术及蚀刻工艺对薄膜进行制图以便在平板的表面上形成突起物。再在该绝缘薄膜的上面制备出一层用作反射电极的经过制图的金属薄膜以盖住这些突起物。这样就制成了一块带有表面经平滑的粗化处理的反射电极的基板。
图1所示为现有技术的一种平板形反射器101的平面图。在反射器101的表面上形成有突起物102。如图1所示，所有的突起物102的平面形状均为圆形且相互之间被隔离开来。
现有技术的反射器101在对入射光线进行反射的同时还会使其发生一定程度的散射，从而使反射光线具有很大的分散度。因此，如图2所示，入射光线被反射后所形成的反射光线被近似均匀地散射在一个圆锥形区域内。
图2反映出入射光线和经现有技术的反射板101形成的反射光线之间的关系。从图2可以看出，入射光线LIN(例如来自荧光灯或日光)照射在处于观众视线方向上的平板101上面。光线LIN经平板101反射后形成反射光线束LREF。反射器101使反射光线束LREF近似均匀地发生散射。因此，该种带有圆形突起物102的现有技术的反射器101具有如下所述的缺点。
首先，当该种现有技术的反射器101被安置在直射光线较强而间接照射光线较弱的位置(例如在一个房间内)时，沿着某一特定方向传播的部分入射光线LIN将不能被有效地反射到观众处。此处的“直射光线”指的是从诸如荧光灯等光源发出未经反射而被直接照射在反射器101上面的强光。“间接照射光线”指的是从诸如荧光灯等光源发出的在某处(例如一堵墙)被反射后间接照射在反射器101上面的光线。这就意味着入射光线LIN未能得到有效的利用。从而使正对着观众方向的反射光线LREF的强度有所降低，让人产生显示器屏幕上的图象发暗或亮度不够的感觉。
其次，如果反射器101上的突起物102具有某种特定的几何形状或排列图案，则屏幕上图象的色调可能会随着相对于LCD面板的角度、入射光线LIN以及观众位置的变化而发生显著的变化。这是由于在反射光线束LREF之间存在着光程差(也就是说，入射光线束被反射器101的粗糙图案上的不同部位所反射)进而导致了干涉现象的发生。这就可能会使该种类型LCD器件的显象性能有所下降。
本发明的另一个目的是提供一种用于反射型LCD器件并能有效地抑制干涉效应的反射器以及使用该种反射器的反射型LCD器件。
本发明的再一个目的是提供一种用于反射型LCD器件并能抑制色调变化的反射器以及使用该种反射器的反射型LCD器件。
本发明还有一个目的，即提供一种易于设计的用于反射型LCD器件的反射器以及使用该种反射器的反射型LCD器件。
下面的说明内容将会使本领域的技术人员清晰地了解上述发明目的以及其它未具体提及的目的。
根据本发明第一个方面，提供了一种用于反射型LCD器件的反射器。
该反射器具有一个凹凸不平的表面，其上带有突起的图案。该突起图案使得相对于表面的倾斜角按照特定的规律分布。其中倾斜角为0°的第一区域在面积上所占比例为15％或更少，而倾斜角在2°-10°之间的第二区域在面积上所占比例为50％或更多。
对于根据本发明第一个方面的目的制成的用于反射型LCD器件的反射器来说，其凹凸不平的表面上所带有的突起图案使得相对于表面的倾斜角按特定规律分布。所述的分布按以下所述确定其中倾斜角为0°的第一区域在面积上所占比例为15％或更少，而倾斜角在2°-10°之间的第二区域在面积上所占比例为50％或更多。
这样一来，沿着特定方向传播的反射光线的比例将会得到增加。也就意味着反射光线中射向观众方向的光线数量得到增加。因此，入射光线被根据本发明第一个方面的反射器的凹凸不平的表面有效地反射到观众一侧。
在根据本发明第一个方面的反射器的一种优选实施例中，满足特定分布的凹凸不平表面的倾斜角度的平均值在2°-6°之间。
该实施例的另外一个优点是，在使用该反射器的环境或情况下可以使反射器适用于一般的光源布置，从而优化了反射效率。
在根据本发明第一个方面的反射器的另一个优选实施例中，反射器还包括突起物及相邻突起物之间所形成的凹下区域、用于盖住突起物的第一凹凸不平层和形成于第一层上面的反射器的底层。各个凹下区域具有封闭的几何形状。第一层具有由突起物所造成的不平整度。底层具有与第一层相对应的不平整度，从而形成了反射器表面的突起图案。
该实施例的另外一个优点是反射器整个表面的清晰度都得到了提高。原因如下突起物的布置方式使得在相邻的突起物之间形成了具有封闭几何形状的凹下区域。而且，第一层具有由突起物所造成的不平整度。底层具有与第一层相对应的不平整度，从而形成了反射器表面的突起图案。结果，在反射器表面形成了突起图案，以使该表面的突起区域在整个反射器表面均匀分布。
各凹下区域所具有的封闭几何形状最好为三角形、矩形和椭圆形中选择的一种。在这种情况下，还具有易于确定突起物和凹下区域数值的优点。
在根据本发明第一个方面的反射器的再一种优选实施例中，各突起物具有宽度W和高度D且两者满足关系式0.5≤(D/W)≤1.0。
在该实施例中，突起物的形状完全由比率(D/W)确定，它同时还决定了突起物表面的曲率。因此，可以方便地对倾斜角度值的分布进行设计以使得反射光线中射向观众方向的光线数量得到增加。
如果比率(D/W)大于1.0，则倾斜角为10°或更大的突起物的总面积可能会过大。如果比率(D/W)小于0.5，则倾斜角为2°或更小的突起物的总面积可能会过大。结果会使倾斜角在2°-10°之间的第二区域在面积上所占的比例少于50％。从而使观众感到LCD屏幕的亮度不够。
在根据本发明第一个方面的反射器的再一个优选实施例中，第一凹凸不平层的绝缘层具有最小高度d、突起物具有中心距L、且两者满足关系式(1/20)≤(d/L)≤(1/5)。
在该实施例中，突起物的形状完全由比率(d/L)确定，它同时还决定了突起物表面的曲率。因此，可以方便地对倾斜角度值的分布进行设计以使得反射光线中射向观众方向的光线数量得到增加。
如果比率(d/L)大于(1/5)，则倾斜角为10°或更大的突起物的总面积可能会过大。如果比率(d/L)小于(1/20)，则倾斜角为2°或更小的突起物的总面积可能会过大。结果会使倾斜角在2°-10°之间的第二区域在面积上所占的比例少于50％。从而使观众感到LCD屏幕的亮度不够。
在根据本发明第一个方面的反射器的下一个优选实施例中，各突起物具有高度D、第一凹凸不平层具有最小高度d、且两者满足关系式(D/d)≤3。
在该实施例中，突起物的形状完全由比率(D/d)确定，它同时还决定了突起物表面的曲率。因此，可以方便地对倾斜角度值的分布进行设计以使得反射光线中射向观众方向的光线数量得到增加。
如果比率(D/d)大于3，则倾斜角为10°或更大的突起物的总面积可能会过大。结果会使倾斜角在2°-10°之间的第二区域在面积上所占的比例少于50％。从而使观众感到LCD器件屏幕的亮度不够。
在根据本发明第一个方面的反射器的下一个优选实施例中，包含在一个象素中的突起物具有一个最大高度值。
在该实施例中，由于包含在一个象素中的突起物具有一个最大高度值，一般正好处于突起物顶部或凹下区域底部的突起图案中倾斜角为0°的第一区域所占的面积会减少。这会使观众感到LCD器件屏幕的亮度不够。另外，还可以方便地对倾斜角度值的分布进行设计以使得反射光线中射向观众方向的光线数量得到增加。
根据本发明第二个方面，提供了另一种用于反射型LCD器件的反射器。
该反射器具有一个凹凸不平的表面，其上带有突起的图案。该突起图案使得色度图表中的色度坐标(x，y)随着视角的不同而存在一定的变化范围。这一变化范围限于色度图表中半径近似为0.05并以与白色相对应的点为圆心的圆内。
对于根据本发明第二个方面用于反射型LCD器件的反射器来说，其凹凸不平的表面上所带有的突起图案使得色度图表中的色度坐标(x，y)随着视角的不同而存在一定的变化范围。这一变化范围限于色度图表中半径近似为0.05并以与白色相对应的点为圆心的圆内。
这样一来，干涉效应可以得到有效的抑制。也就是说，由干涉效应引起的色调变化可以得到抑制。另外，采用测量仪器通过测量色度图表上色度坐标(x，y)的变化即可以方便地了解反射器的光学特性而无须进行其它工作。
在根据本发明第二个方面的反射器的一个优选实施例中，反射器还包括突起物及相邻突起物之间所形成的凹下区域、用于盖住突起物的第一凹凸不平层和形成于第一层上面的反射器的底层。各个凹下区域具有封闭的几何形状。第一层具有由突起物所造成的不平整度。底层具有与第一层相对应的不平整度，从而形成了反射器表面的突起图案。
基于与根据本发明第一个方面的反射器相同的原因，该实施例所具有的另一个优点是，反射器整个表面的可见度都得到了提高。
各凹下区域所具有的封闭几何形状最好为三角形、矩形和椭圆形中选择的一种。在这种情况下，还具有易于确定突起物和凹下区域数值的优点。
在根据本发明第二个方面的反射器的另一个优选实施例中，第一凹凸不平层具有最小高度d、突起物具有中心距L、且两者满足关系式(1/15)≤(d/L)。
在该实施例中，突起物的形状完全由比率(d/L)确定，它同时还决定了突起物表面的曲率。因此，可以方便地对倾斜角度值的分布进行设计以使得反射光线中射向观众方向的光线数量得到增加。
如果比率(d/L)大于(1/15)，则倾斜角度值会有所增大，而突起物的曲率会有所减小。这样，明亮点或明亮区域的位置散射度会变小，也就意味着不能按照需要对波长的散射进行抵消。结果会使色调的变化过于显著。
在根据本发明第二个方面的反射器的再一个优选实施例中，突起图案使得相对于表面的倾斜角按照特定的规律分布。当入射光线照射在反射器的表面上时，将会产生特定程度的明亮区域，且各个区域的倾斜角在0°-6°之间。
在该实施例中，当入射光线照射在反射器的表面上时，将会产生特定程度的明亮区域。各个区域的倾斜角在0°-6°之间。这样，明亮区域的布置方式使其可以对会引起色调变化的反射光线波长的变化进行补偿。这就意味着可以方便地设计或确定倾斜角度值的分布以实现对随着视角变化而产生的色调变化的抑制作用。
这些明亮区域中最好包含一个最近的明亮区域。
在根据本发明第二个方面的反射器的再一个优选实施例中，突起明亮区域和相邻的凹下明亮区域之间的最小和最大距离分别被定义为Lmin和Lmax、突起和凹下明亮区域之间的平均距离被定义为Lmean＝(Lmin+Lmax)/2、并满足关系式(Lmin-Lmax)/Lmean≥0.2在该实施例中，区域的布置方式使其肯定可以对会引起色调变化的反射光线波长的变化进行补偿或覆盖。这样就可以方便地设计或确定倾斜角度值的分布，以实现对随着视角变化而产生的色调变化的抑制作用。
各凹下区域所具有的封闭几何形状最好为三角形、矩形和椭圆形中选择的一种。在这种情况下，还具有易于确定Lmin、Lmax和Lmean的数值的优点。
根据本发明第三个方面，提供了一种反射型LCD器件。该器件中包含有上述根据本发明第一和第二个方面的反射器中的一种。
对于根据本发明第三个方面的反射型LCD器件来说，由于它使用了根据本发明第一和第二个方面的反射器中的一种，所以在该部件的典型使用环境下均可以获得所需的亮度和/或对随着视角变化而产生的色调变化的抑制作用。
对附图的简要说明为了便于将本发明付著实践，下面将参照附图对其进行说明。
图1是一种表面上带有突起物的现有技术的反射器的平面示意图。
图2是反映入射光线与由图1所示的现有技术的反射器所形成的反射光线之间关系的示意图。
图3是反映根据本发明的一个实施例的反射型LCD器件的结构的局部横剖面示意图，其中主要表现的是与一个象素相对应的局部结构。
图4A到4D是反映根据图3所示的实施例的反射型LCD器件的一种方法的各个工序步骤的局部横剖面示意图。
图5A是反映入射光线与由根据本发明的实施例的反射器所形成的反射光线之间关系的示意性侧视图。
图5B是放大了的反映入射光线与由根据本发明的实施例的反射器所形成的反射光线之间关系的示意性侧视图。
图6A是反映入射光线、观众以及根据本发明的实施例的反射器之间关系的示意性侧视图。
图6B是反映入射光线、观众以及根据本发明的实施例的反射器之间关系的示意性透视图。
图7是反映图3所示的LCD器件中盖住了其下面的突起物的第二层绝缘层的突起图案的平面示意图，该图案与根据本发明的实施例的反射器的突起图案基本相同。
图8是放大了的放映图3所示的LCD中盖住了其下面的突起物的第二层绝缘层的突起图案的细部结构的横剖面示意图，该图案与根据本发明的实施例的反射器的突起图案基本相同。
图9是反映反射器样品上的突起物的入射角度分布情况的曲线图。
图10是解释在根据本发明的实施例的反射器中发生光干涉效应的原因的示意性侧视图。
图11是反映测量根据本发明的实施例的反射器的光学特性的方法的示意性侧视图。
图12A是反映反射器的样品1的亮度(Y)与发射角之间关系的曲线图。
图12B是反映反射器的样品1的色度坐标(x，y)与发射角之间关系的曲线图。
图12C是反映反射器的样品2的亮度(Y)与发射角之间关系的曲线图。
图12D是反映反射器的样品2的色度坐标(x，y)与发射角之间关系的曲线图。
图13是反映根据本发明的实施例的反射器的色度坐标(x，y)的允许范围的曲线图。
图14A是反映根据本发明的实施例的反射器的凹凸不平表面上的亮度区域的示意图，其中凸起和凹下的亮度区域相对较窄。
图14B是反映根据本发明的实施例的反射器的凹凸不平表面上的亮度区域的示意图。其中凸起和凹下的亮度区域相对较宽。
图15A是反映根据本发明的实施例的反射器的凹凸不平表面的高度相对于位置或距离而改变的分布情况的曲线图。
图15B是反映根据本发明的实施例的反射器的凹凸不平表面的倾斜角度相对于位置或距离而改变的分布情况的曲线图。
图16是反映图3所示的LCD器件中盖住了其下面的突起物的第二层绝缘层的突起图案的一种变形的平面示意图。
图17是反映图3所示的LCD器件中盖住了其下面的突起物的第二层绝缘层的突起图案的另一种变形的平面示意图。
对优选实施例的详细说明下面将参照附图对本发明的优选实施例进行详细地说明。
根据本发明的一个实施例的反射型LCD器件10的结构如图3所示，其中与一个象素相对应的结构被表现出来。从图3可以看出，器件10由下层基板11、位置与下层基板11相对的对置或上层基板12以及被夹在基板11和12之间的液晶(LC)层13构成。
LCD部件10使用薄膜晶体管(TFT)16作为接通和断开各个象素的开关元件。这就是说，器件10采用的是有源矩阵寻址方式。为了简化描述，在图3中只表现出一个TFT16。然而，在部件10上无疑安装有大量的排列成矩阵阵列的TFT16。
下层基板11由绝缘板14、绝缘保护层15、TFT16、第一绝缘层17、近似呈圆锥形的突起物18、第二绝缘层19、反射器电极20和接触孔21构成。由于基板11的上面形成有TFT16，因此可将基板11称为“TFT基板”。
绝缘保护层15形成于绝缘板14的上面。TFT16规则地形成于绝缘板14的上面。每个TFT16具有一个栅极16a、漏极16b、刻有图案的半导体层16c和一个源极16d。栅极16a形成于绝缘板14的上面。漏极16b形成于覆盖住栅极16a的绝缘保护层15的上面。半导体层16c形成于绝缘保护层15的上面并与栅极16a的位置完全重叠。源极16d形成于绝缘保护层15的上面并与漏极16b分离开来。半导体层16c位于漏极16b和源极16d之间并与它们发生接触。
用于盖住TFT16的第一层绝缘层17上面具有贯穿的接触孔17a。该孔将与其位置相对应的源极16d暴露出来。突起物18位于绝缘层17的上面并与暴露的源极16d相互隔离开来。
第二绝缘层19形成于第一层绝缘层17和暴露的源极16d上并将突起物18盖住。由于下面有突起物18，绝缘层19的表面上也形成了特定的突起(即特定的不平整度)；换句话说，绝缘层19的表面是凹凸不平的。绝缘层19上开设有接触孔21。这些孔将相应位置的源电极16d暴露出来但是没有露出任何一个突起物18。
反射器电极20形成于第二层绝缘层19的上面并与TFT16以及绝缘层19上的接触孔21的位置完全重叠。电极20通过相应的接触孔21与对应的源极16d接触且两者之间进行电气连接。每个电极20被作为一个反射器和一个象素电极使用。
在位于下层基板11周边的接线区形成有栅极接线柱22和漏极接线柱23。位于绝缘板14上面的栅极接线柱22与其上面相对应的扫描线路22a接触且两者之间进行电气连接。位于保护层15上面的漏极接线柱23与其上面相对应的数据线路23a接触且两者之间进行电气连接。
对置的上层基板12由透明的电极24、滤色板25和透明的绝缘板26构成。滤色板25形成于绝缘板26的上面。电极24形成于滤色板25的上面。由于基板12的上面形成有滤色板25，因此可将基板12称为“滤色板基板”。
上下两块基板11和12以一定的间距固定在一起。LC层13位于由基板11和12形成的空隙中。
从LCD器件10的外部照射的入射光线LIN穿过基板12进入LC层13。然后，光线LIN通过LC层13照射到下层基板11的反射器电极20上面再被反射到基板12上。这样就产生了反射光线LREF。所产生的反射光线LREF通过LC层13和基板12传播到部件10的外面。
在器件10中，突起物18、第二绝缘层19和反射器电极20构成了本实施例中的反射器。然而，该反射器可能具有任何其它有别与此的结构。
下面参照图4对图3所示的LCD部件10的制作方法进行说明。
如图4A所示，首先采用一种已知的方法在下层基板11的绝缘板14上面制备出作为开关元件用的TFT16。
具体地说，在绝缘板14上面制备出栅极16a之后，再在绝缘板14的上面制备出绝缘保护层15以盖住栅极16a。然后在绝缘层15的上面制备出半导体层16c并使其与对应的栅极电极16a的位置重叠。漏极16b和源极16d形成于绝缘层15的上面并与相应的半导体层16c发生接触，从而构成了TFT16。最后，制备出第一绝缘层17以盖住这样形成的TFT16，然后形成贯穿的接触孔17a。源极16d通过孔17a从绝缘层17中暴露出来。这一阶段的状态如图4A所示。
根据需要，对第一绝缘层17的表面进行整平处理。
无疑可以用任何其它开关元件，例如二极管，来替代TFT16。
接下来，采用涂覆工艺在第一绝缘层17及暴露出的源极16d的上面制备出用于形成突起物18的有机树脂层(未表示出来)。然后采用已知的曝光和显影方法对该有机树脂层进行制图。这样，在第一绝缘层17及暴露出的源电极16d的上面就形成了锥台形的突起物18a。这一阶段的状态如图4B所示。
之后，在特定的高温下对由剩余的有机树脂层制成的锥台形突起物18a进行烧结处理。经过处理后，突起物18a的顶角变成了圆形。从而使突起物18近似呈圆锥形。这一阶段的状态如图4C所示。
采用涂覆工艺形成一层作为层间绝缘层的有机树脂层(未表示出来)以盖住突起物18。然后采用已知的曝光和显影方法在这样形成的有机树脂层上制备出接触孔21。再在特定的高温下对该有机树脂层进行烧结处理，从而形成了第二绝缘层19。这一阶段的状态如图4D所示。
然后，在带有接触孔21的第二绝缘层19的上面形成一层铝(Al)膜(未表示出来)，再对其进行制图以形成如图1所示的反射器电极20。可以用任何其它类型的导电膜替代Al膜。每个电极20都具有与下面的突起物18相对应的突起或不平整度。
随后，上下基板11和12以特定的间距被组装起来，在基板11与12之间的空隙内注入特定的液晶以形成LC层13。这样就得到了图3所示的结构。
在上述方法中，突起物18是通过对有机树脂层的制图来形成的。然而，也可以通过对两个或更多个叠在一起的有机树脂层的制图来形成突起物18。
通过改变对用于制备突起物18的有机树脂层的曝光和显影方法以及烧结工艺可以改变突起物18的平面形状。这样，即使突起物18的平面形状是三角形、菱形、椭圆形或其它类似的形状，突起物18的这种平面形状上的差别也不会对所得到的反射器电极20的突起或不平整度产生实质性的影响。而且，即使突起物18的平面形状是矩形，不论各个矩形的长边等长与否，由它所引起的相邻两个突起物18之间距离的变化也不会对所得到的反射器电极20的突起或不平整度产生实质性的影响。
图5A所反映的情形是，从光源S发出的入射光线LIN被根据本发明的实施例的反射器1的粗糙或凹凸不平的表面1a反射后形成反射光线LREF。同时，这样形成的反射光线LREF进入了观众P的视线范围内。反射器1的凹凸不平的表面1a是由其下面的上述突起物18所造成的。
入射光线LIN的入射角TIN被定义为入射光线LIN与反射器1的法线N之间的夹角。反射光线LREF的反射角TREF被定义为反射光线LREF与反射器1的法线N之间的夹角。由于入射光线LIN被反射器1的凹凸不平的表面1a所反射，所以入射角TIN通常并不与反射角TREF相等。
图5B示意性的反映出放大了的入射光线LIN被根据本发明的实施例的反射器1的凹凸不平表面1a反射时的状态。当入射光线LIN在表面1a的点A发生反射时，它是被表面1a经过该点的切平面TP所反射。这样，所形成的反射光线LREF相对于经过点A的切平面TP的法线N′对称分布。
在这里，反射器1的基准平面RP与经过点A的切平面TP之间的夹角被称为“点A处的倾斜角θ”。这样一来，反射光线LREF的反射方向的分布范围就取决于倾斜角θ的大小。因此，观众P对反射器1的亮度进行主观判断，并确定倾斜角θ的大小直至观众P觉得反射器的反射状态具有足够的亮度，这是十分重要的。
考虑到LCD部件10的实际使用状态，经常出现的将是如图6A和6B所示的情况。在图6A所示的情况下，入射角TIN的大小在0°-60°之间，而反射角TREF的大小则在-10°-20°之间。在图6B所示的情况下，在水平方向上的入射角TIN′和反射角TREF′的大小均在-20°-20°之间。
如果从观众P的角度看去在水平方向上具有细长的平面形状的突起物的百分比或比例增加，则可以对反射器进行设计以使之具有良好的定向性以满足从光源S发出的入射光线LIN被有效地转变成射向观众P的反射光线LREF的要求。这样，反射器1可以适用于图6A和6B所示的两种情况。
下面对反射器1的表面1a的突起图案的设计方法进行说明。
图7所示为在图3所示的LCD部件10中用于盖住下面的突起物18的第二绝缘层19的突起图案的一个实例。由于形成于绝缘层19上面的Al层(即反射器电极20)很薄，根据本发明的实施例的反射器1的突起图案基本上与绝缘层19的突起图案相同。
在图7中，画有阴影线的区域51代表的是第二绝缘层19表面上的突起部分，未画有阴影线的三角形区域52代表的是绝缘层19表面上的凹下部分。近似呈直线型的突起物51互相连接在一起。实际上，凹下区域52按照指定程度的无规状态分布在绝缘层19的表面上。
在图7中，突起物51的边缘构成了三角形凹下区域52的各个边。换句话说，相互连接在一起的近似呈直线型的突起物51构成了三角形的凹下区域52。然而，本发明并不仅限于此。在本发明中，近似呈直线型的突起物51足以满足构成对应于凹下区域52的封闭几何形状(例如三角形、矩形、正方形、圆形或椭圆形)的要求。
图8为器件10位于图7中点P1和P2之间的第二绝缘层19和突起物18的局部横剖面的示意图。绝缘层19的突起物51是由器件10中对应的突起物18形成的。绝缘层19的凹下区域52是由对应的相邻突起物18之间的凹下区域形成的。
在图8中，相邻突起物18之间的距离被定义为L，突起物18的宽度和高度被分别定义为W和D。第二层绝缘层19的最小高度被定义为d。高度D和最小高度d是以基准平面53为基准进行测量的。平面53是使绝缘层19的高度为最小的平面。绝缘层19的最高点与最低点之间的高度差被定义为ΔD。
图8中略去了第二绝缘层19上面的反射器电极20。这是因为由Al膜构成的反射器电极20实际上非常薄。
为了对反射器1的效果进行主观判断，发明人制作了几个如图7和8所示的反射器1的样品，它们具有不同的L、W、D、d和ΔD值。然后将这些样品装入如图3所示的LCD部件10内并对LCD器件10的亮度和干涉效应进行主观评价。主观评价的结果如下面的表1所示。
表1
从表1中的主观评价结果可以看出，在如下面表2和3所规定的条件下可以得到令人满意的亮度效果。
表2
表3
从上述发明人的测试结果中可以发现，如下的关系0.5≤(D/W)≤1.0被优先满足。突起物51(18)的形状由突起物51(18)的高度D与宽度W之间的比率即D/W所确定。这一比例也决定了突起物51(18)的曲率的大小。因此，可以根据需要来设计倾斜角θ(参见图5B)值的分布范围。如果这一比率(D/W)大于0.1，则角θ的数值可能会太大。如果这一比率(D/W)小于0.5，则角θ的数值又可能会太小。
同时还发现，如下的关系(1/20)≤(d/L)≤(1/5)被优先满足。第二绝缘层19凹凸不平的表面形状由突起物18的最小高度d与突起物18的中心距L之间的比率即d/L所确定。这一比例也决定了绝缘层19的表面曲率的大小。因此，可以根据需要来设计倾斜角θ值的分布范围。如果这一比率(d/L)大于1/5，则角θ的数值可能会太大。如果这一比率(d/L)小于1/20，则角θ的数值又可能会太小。
另外还发现，如下的关系(D/d)≤3被优先满足。第二绝缘层19的凹凸不平的表面形状由绝缘层19的最小高度d与高度D之间的比率即D/d所确定，这一比例也决定了绝缘层19的表面曲率的大小。因此，可以根据需要来设计倾斜角θ值的分布范围。如果这一比率(D/d)大于3，则角θ的数值可能会太大。
图9反映的是在上述主观评价测试中表现出较好和较差性能的反射器1(反射器电极20)的倾斜角θ的分布情况。从性能较好的反射器的分布曲线A可以看出，50％或更多的倾斜角θ的测量值位于2°-10°的范围内。另一方面，从性能较差的反射器的分布曲线B可以看出，15％或更多的倾斜角θ的测量值是0°。
如果第二层绝缘层19的具有最小高度d的底部和/或具有最大高度(d+ΔD)的顶部较宽的话，它/它们的局部会变得比较平坦。在这种情况下，要将倾斜角θ的测量值是0°的总面积(即规模)的大小降低至15％或更少，则第二绝缘层19的高度分布(即反射器1的凹凸不平的表面1a)应满足其顶部和底部的高度不同时取最大值的要求。
从上述内容可以看出，如果通过调整D、W、ΔD、d和L的数值可以实现对倾斜角θ值的分布情况的良好控制，则可以使LCD部件10获得所需的将反射光线LREF射向观众P的定向性，从而可以改善朝观众P方向上的亮度效果。
下面对由光程差引起的色调变化进行说明。
如果照射在反射器1凹凸不平的表面1a上的平行光束形成了按照特定间距排列的亮点，并使得相邻反射光线束LREF的光程差为一特定数值时，就会发生光波的干涉效应。
在这里，“亮点”指的是反射器1凹凸不平的表面1a上由于对入射光线束LIN产生反射作用而被观众P认作是明亮的位置。在一种情况下，干涉效应发生在三角形的凹下区域52和相邻的突出部分51之间。在另一种情况下，干涉效应发生在相邻的三角形凹下区域52或相邻的突出部分51之间。
一般情况下，凹下区域52和相邻的突出部分51之间的距离m近似为3μm，相邻的突出部分51之间的距离近似为10μm，凹下区域52和相邻的突出部分51之间的高度差h近似为0.5μm。在这里假定间距m比高度差h大很多，即m＞＞h。这样，在随后的说明中为了简化起见就可以忽略高度差h的存在。
图10示意性地描绘出入射光线束LIN和反射光线束LREF的光路。其中点A和C处的倾斜角θ的大小相等，象入射光线束LIN一样，反射光线束LREF具有相同的传播方向。
使用图10中所示的参考符号可以将通过点A和C的光程差ΔL用下面的式子表示出来。
ΔL＝CD-AB＝m(sin TIN-sin TREF)在这里，入射光线束LIN的波长用λ表示。这样，使相邻的反射光线束LREF发生干涉效应的相位差δ应满足的方程式如下。其中n为自然数。
δ＝n(2π/λ)·ΔL＝n(2π/λ)·m(sin TREF-sin TIN)
这样一来，观众P观察到的所有反射光线LREF的总强度I可由下面的等式确定，其中I0为非交变部分的幅值，Ii为交变部分的幅值。
I＝I0+IIcosδ这就使得反射光线的总强度I的大小随着入射光线束LIN的波长λ的变化而变化。也就意味着观众P可以强烈地辨别出某一波长的光线，并且只能依稀地辨别出另一波长的光线。换句话说，观众P从部件10的屏幕上面所看到的图象中包含了显著的色调变化。
根据表1中所示的上述主观评价测试结果可以看出，在如下的条件下可以获得令人满意的亮度。
表4
同时还发现，如下的关系(d/L)＞(1/15)被优先满足。
如果波长λ为550nm的入射光线LIN以TIN等于30°的入射角照射在反射器1的表面1a上面，包括了相长干涉在内的反射光线LREF的发射或反射角TREF的数值如表5所示，其中间距m被作为参数使用。
表5
实际上，第一个波峰出现在发射或反射角TREF近似为36°的时候。因此，不会导致干涉效应的间距m的有效值要比3μm大(即m＞3μm)。由于突起部分51的间距和凹下部分52的间距近似为10μm，因此可以推断，干涉效应是由相邻的突起部分和凹下区域引起的，而由相邻的突起部分51之间和相邻的凹下区域52之间产生的影响可以忽略不计。
图11所示为发明人用来测量根据本发明的实施例的反射器1的光学特性的一种方法。
在该测量方法中，白光以30°的入射角照射在反射器1的样品1或2的表面上，然后采用分光光度计IMUC(由Otsuka电子有限公司制造，型号为LCD7000)对由样品1或2产生的发射或反射角在0°-60°之间的反射光线进行检测。这样就可以得到各个发射角度的波长-亮度特性。将获得的特性值转换成在x，y色度图表中代表亮度和色度坐标(x，y)的Y值。
样品1和2是根据下面表6和7所示的条件制作而成的。
表6
表7
图12A和12C中描绘的分别是发射(反射)角与样品1和2的Y值(即亮度)和色度坐标(x，y)之间的关系曲线。图12B和12D反映的分别是绘制在x，y色度图表中的样品1和2的色度坐标(x，y)。
从图12A到12D可以看出，样品1没有产生干涉效应而样品2产生了干涉效应。从图12A和12C所示的Y值的变化上很难分辨出样品1和2的干涉效应的强弱程度。而从图12B和12D所示的色度坐标(x，y)的变化上则可以清晰地分辨出如下的差别具体地说，样品1的(x，y)的变化范围是δx近似小于0.05；δy近似小于0.05(即δx近似＜0.05；δy近似＜0.05)。另一方面，样品2的(x，y)的变化范围是δx和δy近似增加到0.1左右(即δx近似＜0.1；δy近似＜0.1)。因此可以看出，样品2的干涉效应的强度要高于样品1。
对于样品1来说，如果发射角度发生变化，则如图12B所示的那样，在以白色的坐标点(0.31，0.31)为圆心，以近似0.025为半径的圆内将画出近似呈椭圆形的轨迹。另一方面，对于样品2来说，如果发射角度发生变化，则如图12D所示的那样，同样以白色的坐标点为圆心，以0.05近似为半径的比样品1要大的圆内将画出近似呈椭圆形的轨迹。因此，要定量地测量干涉效应的强度，除了测量Y值以外还要测量色度坐标(x，y)。
另外，要分辨出干涉效应的允许强度，如图13所示，需要在x，y色度图表中以白色的坐标点(0.31，0.31)为圆心，以0.05为半径画一个圆。在图13中，R、G和B分别代表红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的坐标点。
尽管在本实施例中白色的x和y坐标为(0.31，0.31)(即x＝y＝0.31)，但是本发明并不仅限于此。白色的x和y坐标可以是(0.29-0.33，0.29-0.33)。换句话说，根据色温的不同，x和y的各个坐标值可以在0.29至0.33的范围内变化。
图14A和14B反映的是根据本实施例的反射器1的具有相同形状的突起明亮区域61和凹下明亮区域62(或者说，图7中所示的突起部分51和相邻的凹下区域52)。这两个明亮区域61和62的倾斜角θ具有近似相等的数值。
由于突起明亮区域61和凹下明亮区域62具有近似相等的倾斜角θ，根据图10所示的模型，将会发生干涉效应。区域61和62具有特定的比一个点要大的宽度，这样，所有反射光线的相位差都是由反射器1上所有突起明亮区域和凹下明亮区域61和62处的反射光线束的叠加而形成的。
在这里，突起明亮区域61和相邻的凹下明亮区域62之间的最小和最大距离分别被定义为Lmin和Lmax。区域61和62之间的平均距离被定义为Lmean＝(Lmin+Lmax)/2。在这种情况下，区域61和62的分散程度被表示为(Lmax-Lmin)/Lmean。在设计时应优先选择能消除波长分散现象的明亮区域61和62的分散度，即[(Lmax+Lmin)/Lmean]。
如果第二绝缘层19的最小距离d和突起部分51的中心距L满足关系式(d/L)＞(1/15)，则反射器1的凹凸不平的表面1a的曲率可以完全被确定下来。这就意味着可以按照需要来设计区域61和62的倾斜角。如果(d/L)等于或小于(1/15)，则倾斜角可能会太大，而曲率则可能太小，导致明亮区域61和62的分散度太小。因此，最好能使关系式(d/L)＞(1/15)得到满足。
发明人沿着图7中连接点P1和P2的直线(即直线P1P2)对具有如图7所示的凹凸不平图案的反射器1的表面粗糙度进行了测量。测量结果如图15A和15B所示。图15A反映出表面1a的高度变化与沿着直线P1P2方向上的距离之间的函数关系。图15B反映出表面1a的倾斜角变化与沿着直线P1P2方向上的距离之间的函数关系。
在图15A中，曲线上的粗体线A1、A2、B1和B2代表的是倾斜角在2°-6°之间的区域。粗体线A1和A2分别与图7中邻近三角形凹下区域52的顶角的明亮区域61和62相对应。粗体线B1和B2分别与图7中邻近三角形区域52底部的明亮区域61和62相对应。
对于与粗体线A1和A2相对应的邻近区域52的顶角的明亮区域61和62来说，Lmax＝10μm，Lmin＝3.5μm。因此，可以通过下面的式子来求得明亮区域61和62的分散度(ΔL/L)。
(ΔL/L)＝(Lmax-Lmin)/Lmean＝(10-3.5)/6.5＝1.0另一方面，反射光线LREF的波长λ的分散度(Δλ/λ)可以通过下式求得。
(Δλ/λ)＝(λmax-λmin)/λ＝(550-450)/500＝0.2大小为0.2的波长分散度可以被明亮区域61和62的大小为1.0的分散度有效地抵消掉。
对于与粗体线B1和B2相对应的邻近区域52底部的明亮区域61和62来说，Lmax＝4μm，Lmin＝3μm。因此，可以通过下面的式子来求得明亮区域61和62的分散度(ΔL/L)。
(ΔL/L)＝(Lmax-Lmin)/Lmean＝(4-3)/3.5≈0.3这样一来，大小为0.2的波长分散度不能被明亮区域61和62的大小约为0.3的分散度有效地抵消掉。
因此，对于具有如图7所示的由规则分布的三角形凹下区域52形成的凹凸不平图案的反射器1来说，在各个区域52的顶角附近，干涉效应可以得到抑制。因而可以降低由干涉效应引起的反射器1的色调的总变化。
尽管上述实施例中的反射器1的凹凸不平的图案是由三角形凹下区域52构成的，但是除了三角形外，各个区域52还可以具有任何其它类型的封闭几何形状，例如象图16和17所示的矩形或椭圆形。
从上述内容可以看出，在根据本发明的实施例的上述反射器1中，突起明亮区域61和凹下明亮区域62的倾斜角是可以控制的。
对于用于根据本发明的实施例的反射型LCD器件10的反射器1来说，反射器1的凹凸不平表面1a所具有的突起图案使得与表面1a之间的倾斜角按照特定的规律分布。确定这种分布，使得倾斜角θ值为0°的第一区域在面积上所占的比例为15％或更少，并且使倾斜角θ值在2°-10°之间的第二区域在面积上所占的比例为50％或更多。这样一来，沿着特定方向传播的反射光线LREF的比例将会得到增加。也就意味着反射光线LREF中射向观众方向的光线数量得到增加。因此，入射光线LIN被根据本发明的实施例的反射器1的凹凸不平表面1a有效地反射到观众一侧。
另外，还可以方便地对倾斜角度值的分布进行设计以使反射光线中射向观众方向的光线数量得到增加。
反射器整个表面的可见度都得到了提高。
同时，由于满足特定分布的凹凸不平表面1a的倾斜角度值的平均值在2°-6°之间的范围内，这就使得在使用反射器的环境或情况下可以使反射器适合于典型的光源布置，从而优化了反射效率，这是一个附加的优点。
如果反射器1的凹凸不平表面1a的突起图案使得色度图表中的色度坐标(x，y)随着视角的不同而存在一定的变化范围，且这一变化范围限于色度图表中半径近似为0.05并以与白色相对应的点为圆心的圆内，则干涉效应可以得到有效的抑制。也就是说，由干涉效应引起的色度变化可以得到抑制。另外，采用测量仪器通过测量色度图表上色度坐标(x，y)的变化即可以方便地了解反射器1的光学特性而无须进行其它工作。
图16和17反映的是在图3所示的LCD部件10中用于盖住下面的突起物18的第二绝缘层19的突起图案的变形。在上述实施例中，凹下区域52是三角形的。而在图16所示的变形中，凹下区域52是矩形的，在图17所示的变形中，凹下区域52是椭圆形的。在这些变形中，同样可以获得与上述实施例相同的优点。变形毫无疑问，本发明不只限于上述的实施例。在本发明的设计思想范围内，可以对实施例作出任何变化或修改。例如，尽管在上述实施例的LCD部件中，反射器1由突起物18、第二绝缘层19和反射器电极20构成，但是它可以具有任何其它有别与此的结构。
尽管已对本发明的优选形式进行了说明，但需要指出的是，对于本领域内的技术人员来说，没有脱离本发明思想的修改将是显而易见的。因此，本发明的领域完全由下面的权利要求来确定。
权利要求
1.一种用于反射型LCD器件的反射器，它包括具有突起图案的凹凸不平的表面；且该突起图案使得相对于表面的倾斜角按照特定的规律分布，其中倾斜角θ值为0°的第一区域在面积上所占比例为15％或更少，而倾斜角θ值在2°至10°之间的第二区域在面积上所占比例为50％或更多。
2.如权利要求1所述的反射器，其特征在于，满足特定分布的凹凸不平表面的倾斜角度值的平均值在2°至6°之间的范围内。
3.如权利要求1所述的反射器，还包括突起物及相邻突起物之间所形成的凹下区域；用于盖住突起物的第一凹凸不平层；和形成于第一层上面的反射器的底层，各个凹下区域具有封闭的几何形状；其中第一层具有由突起物所产生的不平整度；而底层具有与第一层的不平整度相对应的不平整度，从而形成了反射器表面的突起图案。
4.如权利要求3所述的反射器，其特征在于，各凹下区域所具有的封闭几何形状为选自三角形、矩形和椭圆形中的一种构成的。
5.如权利要求3所述的反射器，其特征在于，各突起物具有宽度W和高度D，且两者满足关系式0.5≤(D/W)≤1.0。
6.如权利要求3所述的反射器，其特征在于，第一凹凸不平层具有最小高度d、突起物具有中心距L、且两者满足关系式(1/20)≤(d/L)≤(1/5)。
7.如权利要求3所述的反射器，其特征在于，各突起物具有高度D、第一凹凸不平层具有最小高度d、且两者满足关系式(D/d)≤3。
8.如权利要求3所述的反射器，其特征在于，包含在单个象素中的突起物具有一个最大高度值。
9.一种用于反射型LCD器件的反射器，它包括具有突起图案的凹凸不平的表面；该突起图案使得色度图表中的色度坐标(x，y)随着视角的不同而存在一定的变化范围；且这一变化范围限于色度图表中半径近似为0.05并以与白色相对应的点为圆心的圆内。
10.如权利要求9所述的反射器，还包括突起物，对突起物进行安排，使相邻突起物之间形成凹下区域；用于盖住突起物的第一凹凸不平层；和形成于第一层上面的反射器的底层；其中各个凹下区域具有封闭的几何形状；其中第一层具有由突起物产生的不平整度；而底层具有与第一层的不平整度相对应的不平整度，从而形成了反射器表面的突起图案。
11.如权利要求10所述的反射器，其特征在于，各凹下区域所具有的封闭几何形状为选自三角形、矩形和椭圆形中的一种构成的。
12.如权利要求10所述的反射器，其特征在于，第一凹凸不平层具有最小高度d、突起物具有中心距L、且两者满足关系式(1/15)≤(d/L)。
13.如权利要求9所述的反射器，其特征在于，突起图案使得相对于表面的倾斜角按照特定的规律分布；其中当入射光线照射在反射器的表面上时，将会产生特定程度的明亮区域，且各个区域的倾斜角在2°至6°之间的范围内。
14.如权利要求13所述的反射器，其特征在于，突起明亮区域和相邻的凹下明亮区域之间的最小和最大距离分别被定义为Lmin和Lmax、突起和凹下明亮区域之间的平均距离被定义为Lmean＝(Lmin+Lmax)/2、并满足关系式(Lmin-Lmax)/Lmean≥0.2
15.如权利要求10所述的反射器，其特征在于，各凹下区域所具有的封闭几何形状为选自三角形、矩形和椭圆形中的一种。
16.一种包含有如权利要求1到15之一所述的反射器中的一种的反射型LCD器件。
全文摘要
提供了一种用于反射型LCD器件的反射器，它可以有效地将入射光线反射到观众一侧并能抑制色调的变化。反射器中包含具有突起图案的凹凸不平的表面。该突起图案使得相对于表面的倾斜角按照特定的规律分布，其中倾斜角θ值为0°的第一区域在面积上所占比例为15％或更少，而倾斜角θ值在2°－10°之间的第二区域在面积上所占比例为50％或更多。该突起图案还使得色度图表中的色度坐标(x，y)随着视角的不同而存在一定的变化范围。这一变化范围限于色度图表中半径近似为0.05并以与白色相对应的点为圆心的圆内。
文档编号G02B5/10GK1479140SQ0214189
公开日2004年3月3日 申请日期2002年8月27日 优先权日2002年8月27日
发明者坂本道昭, 山口裕一, 池野英德, 松野文彦, 吉川周宪, 一, 宪, 彦, 德 申请人:Nec液晶技术株式会社