专利名称：具有饱和色和高亮度的反射式lcd的制作方法
技术领域：
本发明涉及反射式彩色液晶显示器(LCDs)。
在反射式液晶显示器中，入射光被吸收滤色片过滤，并接着被IDR(内部漫反射体)以漫射方式反射。IDR典型地由沉积在粗糙表面顶部的金属层构成，使其作为反射镜，不仅反射在反射方向(specular direction)内的光，而且反射围绕该方向的一定角度范围内的光。因此改进显示器的视角特性。
为了增加常规反射式彩色LCD的反射率并从而增加亮度，它们的吸收滤色片设计为具有广阔的RGB(红、绿、蓝)反射带。R、G、和B滤色片的吸收带的边缘紧密地放置在一起，以反射尽可能多的光，并从而增加LCD的反射率。然而，由于高色纯度，或者饱和色，要求较小的光谱带宽，宽光谱带宽(～100nm)也降低三原色R、G和B的色纯度。因此在常规反射式彩色LCD中不可能获得饱和色。
因为高亮度更为重要，所以所得到的更低的色纯度通常被反射式LCD(像用于手机、PDA等中)的用户认为是理所当然的。然而由于色纯度是关于图像质量的一个重要方面，这种折衷是非常有害的。因此需要改进的LCD，其基本上不削弱显示器亮度，并提供改进的色纯度。
增加色纯度的一个方法是使吸收滤色片的吸收带大大变窄。例如，使吸收带只有10nm宽，提供极好的饱和色。然而该方法的明显缺点在于，将只有一小部分的可见光谱从显示器反射(跨越可见光谱的可能范围400nm-700nm＝300nm中的至多3×10nm＝30nm)，从而导致非常低的显示器总体反射率。
改进色纯度并保持高亮度的更好办法是使用全息滤色片或全息反射体(HR)。HR是由一组作为干涉滤波器的电介质层构成的滤波器为具有特定的窄波长带的光而设计，该光将经受特定入射角的结构干涉。在其他入射角和/或其他波长下，HR将近乎透明。因此HR将反射光谱宽度非常窄的光(也就是非常饱和的光)。
HR强大的波长选择性是所有干涉滤波器的通用特性，并源于结构干涉的条件较强地依赖于波长的事实。反射的非漫射特性确保反射率较高没有光反射进入观察者不观察的方向。
然而该方法的缺点是反射光的较强的角度依赖性只有对于某个特定的视角，亮度才较高；对于所有其他方向，反射率接近于零，而因此对于这些视角，显示器是不可用的。
本发明提出将具有色彩吸收滤波器的全息反射体和内部漫反射镜合并在反射式LCD中。这种合并提供两个直接的好处所有色彩的漫反射率保持与常规LCD中相同，从而提供正常(限制)的色纯度；并且在某个特定的视角下(依赖于使用的全息反射体)，LCD具有更高的色纯度和亮度。
因此，根据发明的一个方面，提供一种反射式液晶显示器，包括液晶层、吸收滤色片和宽带反射体。本发明的LCD进一步包括安排在上述液晶层和上述宽带反射体之间的全息反射体。
这样为LCD提供附加特性，也就是关于某个特定视角的改进的亮度和色纯度的增加，不损害用户已经习惯的已有的显示器性能。
对于观察者的总体效果依赖于观察显示器的角度对于所有入射角，除了为其设计HR的角度(例如，法线的30°，便利的读取方向)，反射光将具有如吸收滤色片确定的宽带光谱。这与常规滤色片设计中相同，也就是更低但通常能接受的色纯度。
在30°入射角下，反射光将是宽带光和饱和光的混合光。该混合光的色纯度大大高于先前情况下光的色纯度。
因此结果为最终用户将体验到以下除去亮度和色纯度将大大提高的特定角度(例如30°)之外，显示器表现为正常的LCD。
对于所有颜色存在两种方法获得这一点或者借助于白光HR(有效地为在彼此顶部的三种非图样HR堆叠，红色、绿色、和蓝色，都设计为相同角度)，或者借助于RGB-图样HR。
因此白光HR潜在地反射三种不同色彩，但结构吸收滤色片的同时使用导致只有一种(宽带)颜色在任意给定点射入HR，并因此确保只有一种(饱和)色彩被HR反射。由于成本原因，白光HR为许多应用的首选选择。
本发明的LCD可以应用于具有反射式LCD的任何器件，例如移动电话、PDA、便携式计算机等等。
如上所述，全息反射体以不同于其他LCD应用的应用类型为人所知。HR可以设计为以反射角(specular angle)或另一角度反射。然而，对于该发明来说，HR基本上反射到某个单一方向(或反射入一定范围内的方向，其中该范围的延展非常窄，并且为了实用目的，可以被视为“一个”方向)是重要的。增加的波长延展增加了反射角中的亮度，但降低了色纯度。对于典型应用，即使角度延展优选为应该小于2°，小于10°的角度延展也是可以接受的。增加的角度延展加宽了可以观察关于亮度和色纯度的正面效果的角度，但是当然也减小了效能。对于多数应用，小于50nm的波长延展是可以接受的，但是通常优选为小于10nm的波长延展。
根据一个优选实施例，吸收滤色片安排在上述全息反射体的观察者一侧。因此射入HR的光已经被过滤一次，而因此吸收滤色片有助于防止不希望得到的色彩到达HR。
在使用白光HR的情况下，吸收滤色片实际上必须沉积在HR的观察者一侧，以消除任何不希望得到的色彩到达HR。
附图简述以下，将参考示例附图进一步描述发明，其中
图1示意性地示出常规反射式LCD；图2示出常规吸收滤色片的吸收光谱；图3在用于单色显示器的情况下，示意性地示出基于全息反射体的滤色片；图4-6示意性地示出本发明的LCD，该LCD具有吸收滤波器和全息反射体。
发明详述在图1中，示出常规反射式LCD 100，具有吸收滤色片101、液晶层102和内部漫反射镜(IDR)103。在该特定显示器中，构造吸收滤波器以限定红(R)、绿(G)和蓝(B)色子像素。因此依赖于该滤波器的局部特性，在该吸收滤波器中过滤射入显示器的光束。因此在滤波器的红色部分吸收除具有红色频率之外的每条光束，等等。例如，假定像素为“导通”状态，在蓝色滤波器部分射入显示器的蓝色光束104透射通过蓝色部分，并通过液晶层102，并在漫反射体103处被漫反射。
在图2中，示出结构吸收滤色片的吸收特性。虚线201指明蓝(B)色部分的特性，实线202对应于绿色部分(G)，而点线203对应于红(R)色部分。正如可以看见的那样，各个滤波器部分的透射光谱几乎重叠，使得透射光通量最大化。因此，大约三分之一的入射光的总量透射通过结构吸收滤波器。
图3示出具有全息反射体302的LCD 300，其中全息反射体302安排在液晶层301之后，代替了图1的吸收滤色片以及漫反射镜。全息反射体设计为反射特定角度α°的光。为了清楚的原因，只示出红色子像素。因此，从角度α°射入显示器的红色光束“A”将在全息反射体处经历全反射，然而从不同角度射入的光束“B”将不受全息滤波器影响，并因此将完全透射。对于不同颜色的光束当然也将会发生全透射，即使它们以要求的角度α°射入。
图4示意性地示出本发明的显示器400，具有全息反射体403、吸收滤色片401以及漫反射镜404。滤色片401安排在液晶层402的正面一侧，然而全息反射体403和漫反射镜404安排在液晶层402的背部。
通过考虑射入红色像素的两条红色光束(图4中的光束A和B)，可以推断出关于色纯度、视角和亮度的显示器特性光束A该光束在为其设计的角度下精确地进入全息反射体。这意味着光谱的饱和部分(在此情况下的纯红色)将会被镜面反射入由箭头A指明的方向。该反射并非漫射，并因此具有较高的幅值。光谱的剩余部分(被顶部的吸收滤色片透射)将表现为光束B。
光束B该光束以使HR透明的角度进入，并因此将透射通过HR，并将代替地被IDR漫反射入由小箭头B’指明的方向。然而由于其为漫射，反射率没有光束A高。
有益效果可以如下评估通过使用全息反射体而获得的定量改进。
考虑明确定义的、准直的环境照明的情况，并比较以下两种情形情况1只被常规IDR反射；该IDR具有在角度范围-30°-+30°上较为平坦的反射特性。
情况2被HR和IDR的组合反射。假定HR在角度范围-2.5°-+2.5°内反射一小部分可见光谱(比方说光谱的3％，也就是所有红光的大约10％)。
现在考虑已经通过上层吸收红光滤色片的光，并指定光通量为100％。该结果为最终到达观察者眼睛的百分数。
在情况1中，IDR将100％反射入角度范围-30°-+30°。被用户有效看见的范围，比方说-2.5°-+2.5°，将只反射大约0.69％(30°跨越的立体角大约为2.5°跨越的立体角的(30°/2.5°)2＝144倍，而且1/144＝0.69％)。
在情况2中，HR和IDR的组合将小带宽光谱的100％反射入5°的角度范围，也就是1/10*100％＝10％。
HR和IDR的组合处在理想准直光的情况下比只有IDR更有效10/0.69＝14倍。然而，实际上不能理想准直照明，因此实际上该评估将还会偏低。但仍然，改进是明显的。
图5示意性地示出本发明的RGB显示器500，具有结构全息反射体503、结构吸收滤色片501和漫反射体504。滤色片501安排在液晶层502的正面一侧，然而全息反射体503和漫反射体504安排在液晶层502的背部。
通过构造滤色片和全息反射体获得多色彩显示器。
图6示意性地示出类似结构的显示器600，具有白光全息反射体603、吸收滤色片601和漫反射镜604。吸收滤色片601安排在液晶层602的正面一侧，然而全息反射体603和漫反射体604仍安排在液晶层602的背部。
总之，本发明提供反射式彩色液晶显示器(LCD)，包括全息反射体以及吸收滤色片和漫反射体的组合。当从特定方向观察显示器时，全息反射体提供饱和色，而当从其他方向观察显示器时，吸收滤波器/漫反射镜的组合提供可以接受的色彩饱和度。因此将只具有吸收滤波器/漫反射体的常规LCD的优势，与只具有全息反射体的LCD的优势结合。
权利要求
1.一种反射式液晶显示器(500，600)，包括液晶层(502，602)、吸收滤色片(501，601)和宽带反射体(504，604)，所述液晶显示器(500，600)进一步包括全息反射体(503，603)，其设置在所述液晶层(502，602)和所述宽带反射体(504，604)之间。
2.根据权利要求1所述的反射式液晶显示器(500，600)，其中所述吸收滤色片(501，601)设置在所述全息反射体(503，603)的观察者一侧。
3.根据权利要求1所述的反射式液晶显示器(500，600)，其中所述宽带反射体(504，604)为漫反射体。
4.根据权利要求1所述的反射式液晶显示器(500，600)，其中所述吸收滤色片为结构RGB滤波器(501，601)，其限定红、绿和蓝色子像素，因此所述液晶显示器为RGB显示器。
5.根据权利要求1所述的反射式液晶显示器(600)，其中所述全息反射体(603)为白色全息反射体。
6.根据权利要求4所述的反射式液晶显示器(500)，其中所述全息反射体(503)为结构全息反射体，其限定对应于所述吸收滤色片的红、绿和蓝色子像素。
全文摘要
本发明提供一种反射式彩色液晶显示器(400)，包括全息反射体(403)以及吸收滤色片(401)和漫反射体(404)的组合。当从特定方向观察显示器时，全息反射体(403)提供饱和色，而当从其他方向观察显示器时，吸收滤波器(401)/漫反射体(404)的组合提供可以接受的色彩饱和度。因此将只具有吸收滤波器/漫反射镜的常规LCD的优势，与只具有全息反射体的LCD的优势结合。
文档编号G02B5/32GK1806191SQ200480016714
公开日2006年7月19日 申请日期2004年6月8日 优先权日2003年6月16日
发明者赫拉尔杜斯·P·卡曼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司