专利名称：常白型超扭曲向列液晶显示器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于多路复用操作的常白型超扭曲向列液晶显示器装置。
近年来，在各种领域例如移动应用中诸如超扭曲向列液晶显示器(STN LCD)的扭曲向列液晶显示器的使用不断增加。超扭曲向列液晶显示器在各种结构中是可用的，这种结构的实例有光模干涉(OMI)显示器和薄膜补偿的超扭曲向列(FSTN)显示器。两种结构都比较经济，并可受到多路复用寻址技术的推动。但是，上述两种结构都存在缺陷。
关于OMI显示器，在专利文件US-5 557 434中公开了这种显示器的一个实例。该文件公开了包括多个精心设计的补偿膜的显示器，因此生产该结构相对比较昂贵。此外，大量的层数容易增加显示器的总厚度(例如当应用于移动应用中时)，而这是人们不期望的。
关于FSTN显示器，在
图1中公开了这种显示器的实例的示意图。该结构基本上包括夹在前基板和后基板之间的液晶层。在其前侧，布置了前偏振器和补偿膜，由此该膜被夹在前基板和前偏振器之间。在其后侧，布置了后偏振器和透反射器(transflector)，由此后偏振器被夹在后基板和透反射器之间。但是，在反射模式中该结构存在多个缺陷。首先，显示器存在由于透反射器的位置(也就是在后偏振器之后)所导致的视差。其次，反射模式中，显示器受到由于偏振器对光的吸收而导致的亮度相对较低的困扰，这是因为事实上在该结构中光到达显示器的观察者之前必需四次经过偏振器，且每次通过偏振器时由于吸收都导致亮度降低。
为增加反射模式中的亮度，已经开发了利用所谓内部、单元内部反射器(透反射器)的超扭曲向列显示器。图2(内部反射器)和图3(内部透反射器)中公开了这种显示器的实例。在两个实施例中，反射器/透反射器都定位于液晶单元中(即基板之间)，因此反射模式中通过偏振器的次数将会减少。
使用内部透反射器或者反射器的超扭曲向列液晶显示器基本上可有两种类型常白型(NW)和常黑型(NB)。两种类型都使用了放置在液晶单元观察者一侧的前光学叠层，该前光学叠层包括前偏振器、一个或两个补偿膜及通常位于前基板和该一个或多个补偿膜之间的光散射膜。如果使用内部透反射器(见图3)，该显示器还包括含有偏振器、一个或两个补偿膜的后光学叠层，该偏振器和该补偿膜共同构成了所谓的环形偏振器。对于NW和NB显示器，通常使用在带有内部反射或透反射器的STN-LCD中的扭曲向列液晶显示层的延迟(retardation)和扭曲角度分别典型地为760-860nm和240°-270°。
然而，正如上面所指出的，同上述现有技术的显示器相比，仍然存在对于能够以较低成本制造、且具有减少厚度的显示器的需求。因此本发明的一个目标是得到一种能够以经济的方法实现的反射或透反射STN显示器。然而，同反射FSTN LCD相比，本发明的另一个目标是得到一种厚度减小的反射或透反射STN显示器，本发明的再一个目标是得到在反射模式下具有较高断电状态(off-state)亮度的反射或透反射STN显示器。
根据本发明，通过引言中所述的用于多路复用操作的常白型超扭曲向列液晶显示器装置至少可以部分实现上述和其它目标，该常白型超扭曲向列液晶显示器装置还包括基本上包括液晶层的液晶单元，所述液晶层夹在前基板和后基板之间；布置在与所述后基板相邻位置的至少部分反射膜；布置在前基板观察者一侧的前光学叠层，该叠层包括一个或多个光学膜，所述前光学叠层基本上由偏振器和任意的光散射膜组成。
通过布置至少部分反射膜，将其放置在与所述后基板相邻的位置，以及使用设计适合的液晶层，前光学叠层基本上可以仅包括偏振器和任意的光散射膜，即前光学叠层中不再需要补偿膜。因此，本发明的显示器比相应的现有技术显示器能够以更低成本制造，而且也可制造地更薄。根据本发明，所述液晶层的延迟适当地在500-750nm的范围之间。
根据本发明的一个实施例，所述至少部分反射膜为允许显示器装置进行反射操作的反射膜。
根据第二实施例，所述至少部分反射膜为允许显示器装置进行透反射操作的透反射膜。适当地，该透反射显示器包括布置在液晶层后侧的后光学叠层，该叠层包括一个或多个光学膜。后光学叠层适当地包括后偏振器和布置在后偏振器和液晶单元之间的补偿膜。
本发明可以使用作为单元内部的内部反射器而布置在所述前基板和后基板之间的至少部分反射膜。可替代地，将所述至少部分反射膜布置在所述后光学叠层中，基本上同所述后基板相邻。
随后将参考附图通过当前优选的实施例来介绍本发明。
图1示出根据现有技术的膜超扭曲向列液晶显示器的示意性横截面，图2示出根据现有技术的带有单元内部反射器的反射超扭曲向列液晶显示器的示意性横截面，图3示出根据现有技术的带有单元内部透反射器的透反射超扭曲向列液晶显示器的示意性横截面，图4示出根据本发明的带有单元内部反射器的反射超扭曲向列液晶显示器的示意性横截面，图5示出根据本发明的带有单元内部透反射器的透反射超扭曲向列液晶显示器的示意性横截面，图6示出根据本发明的带有外部反射器的反射超扭曲向列液晶显示器的示意性横截面，图7示出根据本发明的带有外部透反射器的透反射超扭曲向列液晶显示器的示意性横截面，图8示出六种反射显示器结构的反射-电压曲线图，图9示出前偏振器吸收轴定向相对于液晶单元摩擦(rubbing)方向的示意图，图10示出图8的六种反射显示器结构的断电状态反射图表，图11示出图8的六种反射显示器结构的断电状态彩色坐标图，图12示出根据本发明的用于透反射显示器结构的透射-电压曲线图，图13示出根据本发明的前偏振器吸收轴、后偏振器吸收轴定向相对液晶单元摩擦方向、透反射显示器后补偿层的慢轴方向的示意图。
本发明以实现带有单元内部反射器/透反射器(或下文将要介绍的单元附近的反射器/透反射器)的常白型超扭曲向列显示器(NW STNLCD)和实现上述本发明目标为基础，该上述目标可以通过使用仅仅包括偏振器和任意的光散射膜的前光学叠层获得。因此，在前光学叠层中不需要包括补偿膜，同现有技术相比这是一个改进。因此，叠层可以制造的更薄，制造过程也可得到简化。
图4中公开了本发明的第一实施例。装置1包括布置在前基板3和后基板4之间的超扭曲向列液晶层2。设置液晶层使其通过所述前基板和后基板上的电极结构(未示出)受到控制。此外，该装置包括布置在液晶层2和后基板4之间的单元内部反射器5。前基板3和后基板4、液晶层2、单元内部反射器5共同构成液晶单元8。在液晶单元8的观察者一侧，布置了前光学叠层9，其包括前偏振器7和任意的光散射膜6。应当注意到，同本申请中使用的一样，在这个文本中术语光散射膜应当被理解为散射光通过的一个部件，因此所述部件可以包括由一个或多个单独形成的层所构成的膜。光散射膜6夹在前偏振器7和前基板3之间。为了适合多路复用操作，上述液晶层2拥有大约195-270°(优选的为大约240-270°)的扭曲角。此外，选择液晶层2以具有约500-750nm的延迟。应当注意到，该延迟间隔比现有技术的FSTN和常规的STN LCD(具有间隔760-860nm内的延迟)的延迟间隔低。因此，本发明的显示器可以称作为低延迟LCD。通过共同使用低延迟液晶层和所提出的前光学叠层，可以避免补偿膜的使用。由此，降低了显示器的制造成本，与此同时，还减小了显示器的厚度。在上述实施例中，使用了单元内部反射器5。然而，本发明也可被实施在使用外部反射器的液晶显示器中，该外部反射器诸如固定在后基板4的外侧上的单元附近反射器。图6中公开了包括外部反射器的本发明的第二实施例。该实施例和图4中公开的实施例相似，不同之处在于它不包括图4的单元内部反射器5，而代替的是布置了外部反射器14，所述反射器形成在后基板4的外侧上。
本发明也可以实现为透反射显示器。图5中示出本发明的第三实施例。装置1包括布置在前基板3和后基板4之间的超扭曲向列液晶层2。设置液晶层使其通过所述前基板和后基板上的电极结构(未示出)受到控制。此外，该装置包括布置在液晶层2和后基板4之间的单元内部透反射器13。前基板3和后基板4、液晶层2、单元内部透反射器13共同构成液晶单元8。在液晶单元8的观察者一侧，布置了前光学叠层9，其包括前偏振器7和任意的光散射膜6。应当注意到，同本申请中使用的一样，在这个文本中术语光散射膜应当被理解为散射光通过的一个部件，因此所述部件可以包括由一个或多个单独形成的层所构成的膜。光散射膜6夹在前偏振器7和前基板3之间。此外，在液晶单元8的后侧面上，布置了包括后偏振器12和补偿膜11的后光学叠层8，该补偿膜11夹在后偏振器12和后基板之间。同样在这种情况下，为了适于多路复用操作，上述液晶层2拥有大约195-270°(优选的为大约240-270°)的扭曲角。此外，选择液晶层2以具有约500-750nm的延迟。应当注意到，该延迟间隔比现有技术FSTN和常规的STN LCD(具有760-860nm范围内的延迟)的延迟间隔低。因此，本发明的显示器可以称作为低延迟LCD。通过共同使用低延迟液晶层和所提出的前光学叠层，可以避免补偿膜的使用。由此，降低了显示器的制造成本，与此同时，减小了显示器的厚度。同上面所述的方法相同，在使用外部透反射器的液晶显示器中也可实施本发明，该外部透反射器诸如固定在后基板4的外侧上的近单元透反射器。图7中公开了包括外部透反射器的本发明的第四实施例。该实施例同图5中公开的实施例相似，不同之处在于它不包括图5中的单元内部透反射器13，代替的是布置了外部透反射器15，该透反射器夹在后基板4和补偿膜11之间。在这两种情况下，外部反射器/透反射器可以通过例如粘合的方法附着到后基板4上。在图5和图7中公开的两种透反射实施例中，后光学叠层10中包括了补偿膜11。图12中公开了透反射LRE STN LCD的透射-电压曲线，其拥有650nm的延迟和αfp＝60°的前偏振器角度(见图9)，同时图13中公开了该显示器的光学结构。这种情况下，补偿膜11由140nm的四分之一波片构成。
随后，会更详细地描述上面公开的低延迟超扭曲向列液晶显示器的效果。图8示出六种不同的超扭曲向列显示器的反射-电压曲线1)标准FSTN显示器，其延迟为大约820nm。
2)带内部反射器的240°扭曲常规NW STN显示器，其延迟为大约820nm。
3)根据本发明带有内部反射器(见图4)的LRE STN，其延迟为550nm，前偏振器角度为αfp＝50°(下面将详述)。
4)根据本发明带有内部反射器(见图4)的LRE STN，其延迟为600nm，前偏振器角度为αfp＝55°(下面将详述)。
5)根据本发明带有内部反射器(见图4)的LRE STN，其延迟为650nm，前偏振器角度为αfp＝60°(下面将详述)。
6)根据本发明带有内部反射器(见图4)的LRE STN，其延迟为700nm，前偏振器角度为αfp＝65°(下面将详述)。
在所有情况下，图8的曲线是在假设反射器为理想的即拥有100％反射率的情况下得出的。如图8所示，本发明的LRE STN显示器(3-6)比现有技术的显示器(1-2)相比拥有更低的延迟值。而且，从图8还可以看出，不同显示器之间的反射-电压曲线的陡度差别不大。这说明，这些LRE STN显示器(3-6)的多路复用能力同标准的和常规的显示器(1-2)的多路复用能力相当。如图9所示，前偏振器角度αfp定义了前偏振器7的吸收轴的定向。图9还公开了以本身已知的方式影响液晶层2对准的摩擦方向。
图10公开了上面限定的显示器结构(1-6)的断电状态反射。从图10可以看出，根据本发明的LRE STN LCD(3-6)的断电状态反射比相应的FSTN LCD(1)的断电状态反射高，比带有内部反射器(或透反射器)和两个补偿膜的常规LCD(2)的断电状态反射低。固此，本发明的LRE STN LCD的断电状态反射处于另人满意的水平。
图11公开了反射模式下上面限定的显示器结构(1-6)的断电状态彩色坐标。从图11可以看出，LRE STN LCD(3-6)的断电状态的中性色稍微带有蓝色。然而，本发明的LRE STN LCD(3-6)的中性色比现有技术显示器(1-2)的中性色要好。
权利要求
1.一种用于多路复用操作的常白型超扭曲向列液晶显示器装置，包括-基本上包括液晶层(2)的液晶单元(8)，所述液晶层(2)夹在前基板和后基板(3，4)之间，-至少部分反射膜(5，13，14，15)，布置在与所述后基板(4)相邻的位置，和-前光学叠层(9)，布置在前基板(3)的观察者一侧，所述叠层包括一个或多个光学膜，-其中前光学叠层(9)基本上由偏振器(7)和任意的光散射膜(6)组成。
2.权利要求1中所述的显示器装置，其中所述液晶层(2)的延迟在500-750nm的范围中。
3.权利要求1或2中所述的显示器装置，其中所述至少部分反射膜为允许显示器装置进行反射操作的反射膜(5，14)。
4.权利要求1或2中所述的显示器装置，其中所述至少部分反射膜为允许显示器装置进行透反射操作的透反射膜(13，15)。
5.权利要求4中所述的显示器装置，还包括布置在液晶层的后侧上的后光学叠层(10)，所述叠层包括一个或多个光学膜。
6.权利要求5中所述的显示器装置，其中所述后光学叠层包括后偏振器(12)和补偿膜(11)，所述补偿膜(11)布置在后偏振器(12)和液晶单元(8)之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的显示器装置，其中所述至少部分反射膜(5，13)作为单元内部的内部反射器布置在所述前基板和后基板(3，4)之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的显示器装置，其中所述至少部分反射膜(14，15)布置在所述后光学叠层中，基本上同所述后基板(4)相邻。
全文摘要
本发明涉及一种用于多路复用操作的常白型超扭曲向列液晶显示器装置，包括基本上包括液晶层(2)的液晶单元，所述液晶层(2)夹在前基板和后基板(3，4)之间；至少部分反射膜(5，13，14，15)，布置在同所述后基板(4)相邻的位置；和前光学叠层，布置在前基板的观察者一侧，所述叠层包括一个或多个光学膜，其中前光学叠层仅由偏振器(7)和任意的光散射膜(6)组成。
文档编号G02F1/1335GK1729424SQ200380106709
公开日2006年2月1日 申请日期2003年12月10日 优先权日2002年12月19日
发明者F·里恩豪特斯, H·K·劳斯马, M·H·J·M·汉内曼恩 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司