一种低色差的反射式显示屏的制作方法

本发明涉及显示器技术领域，尤其是一种低色差的反射式显示屏。

背景技术：

因应环保省电与护眼等需求，当前，反射式显示屏已经成为显示屏技术的发展主流。反射式显示屏的特性是不需要背光、阅读舒适、省电。而为了提升更好的显示质量，现有技术的开发方向，主要在于如何进步提升反射率及对比，增加色彩显示能力、加快屏更新频率等方向，进而大量机会使用在电子笔记本、电子书本、电子广告牌、电子卷标等产品应用。

现有各种反射式显示屏技术中，因为胆固醇液晶显示(cholestericliquidcrystaldisplay)技术，兼容现有lcd液晶显示屏(liquidcrystaldisplay)的生产制作方式及实现多彩方式容易，加上反射率高及省电等特性，所以被予以很大产品应用期望。

对于胆固醇液晶显示的大致介绍如下：

1、胆固醇液晶显示技术原理及特色

参见图1所示，胆固醇液晶是一种可以利用施加电压使液晶分子呈现螺旋性层状排列的液晶材料，如图1所示，当长轴液晶分子每旋转180度方向排列，所需要的距离，则称为半个旋距(p/2)，而长轴液晶分子每旋转360度方向排列时，也就是完全旋转回原来方向所需要的距离，则称为一个完整旋距(p)，透过不同的液晶材料组成及操作电压搭配，可以获得不同的胆固醇型液晶的旋距特性排列。

胆固醇型液晶材料的重要特性，就是其液晶分子排列具有双稳态特性，也就是说自然情况下，胆固醇型液晶分子会有两种稳定的排列状态，分别是平面态(planarstate)跟焦锥态(focalconicstate),彼此间可以藉由施加电压改变切换，不论是哪一种的液晶分子排列状态，在形成之后都不需要继续施加电压，对应液晶分子排列状态可以稳定的维持。参见图2所示，具体如图2(a)所示，当胆固醇型液晶排列处于平面态(planarstate)，可见光入射时，因为不同位置的各层液晶分子依照旋距关系排列整齐，可以将部分入射光予以反射；如图2(b)所示，当胆固醇型液晶排列处于焦锥态(focalconicstate)时，可见光入射时，因液晶分子排列混乱，入射光会有轻微散射，大部分的入射光会穿透。所以胆固胆醇液晶显示屏的原理，就是利用操作电压使胆固醇液晶分子在两种不同状态下，来获得入射光的反射与穿透的显示效果，如图3所示，胆固胆醇液晶显示屏两个稳定状态下的反射率表现。

上述胆固醇型液晶排列处于平面态(planarstate)，可见光入射时，可以将部分入射光予以反射的原理，主要是因为此时各层液晶分子在不同位置上，都依照旋距关系排列整齐，就像一个晶格结构一般，根据布拉格定律(bragg’sreflectionlaw)，如圖4(a)，及图(b)所示，當光线入射进入结晶格排列物质的时候，假设任两层晶格排列的平面距离是固定的，彼此相距一个旋距(p)，当第一束入射光线在第1平面层的a点反射与第二束入射光线在第2平面层的b点反射，此两束光线所走路径差异为cb与bd两段距离，这两段距离总和为cb+bd＝2p·sinθ，其中p为周期晶格平面之间距，也就是胆固醇型液晶排列的旋距大小，θ则为入射光线与物体表面夹角，当两束光线所走距离的光程差异(2p·sinθ)为入射光线波长(λ)的整数倍，也就是只要入射光的波长及角度、胆固醇型液晶排列旋距符合上述λ＝2p·sinθ关系时，此两光束将会互相作用形成建设性干涉，如图5所示，使得该对应波长(λ)的入射光线得以被反射。这也是胆固醇液晶显示屏的最大特色，可以透过调整胆固醇液晶材料的旋距(p)大小，来获得不同波长颜色的反射光效果。实际上为了进一步提高胆固醇液晶屏的反射效率，一般上下电极中都会设计多个胆固醇液晶螺旋层(m个螺旋平面层)，使任意胆固醇液晶层位置，同样相距一个旋距(p)的不同平面层间都能够提供期望波长(λ)的反射光。

举例来说，分别如图6(a)、图6(b)、图6(c)所示，当胆固醇液晶材料的旋距(pr)，设计其大小为让红色光线具有建设性干涉现象，在适当的入射角度下，则可以反射红色光线；胆固醇液晶材料的旋距旋距(pg)，设计其大小为让绿色光线具有建设性干涉现象，在适当的入射角度下，则可以反射绿色光线；同理，胆固醇液晶材料的旋距旋距(pb)，设计其大小为让蓝色光线具有建设性干涉现象，在适当的入射角度下，则可以反射蓝色光线。

2、现有多彩胆固醇液晶技术方式：

目前最常见的使胆固醇液晶显示屏产生多彩显示的技术方式，就是利用红绿蓝三原色光模式(rgbcolormodel)原理，将人眼可以看到波长范围中的高波长红光(redlight,波长大约在620nm–750nm)、中波长绿光(greenlight,波长大约在500nm–570nm)、低波长蓝光(bluelight,波长大约在400nm–500nm)，做对应反射光的胆固醇液晶屏做堆叠，藉由控制不同的色光比例相加混光，产生各种色彩光，来达到全彩效果。

一个单色胆固醇液晶屏结构，如图7所示，胆固醇液晶设置于上下透明基版中，并由封胶固定不泄漏，藉由上下透明电极边做电压驱动控制。一个典型的堆叠式的多彩胆固醇液晶显示屏结构，则可以参考如图8结构所示，由上而下，第一液晶屏，使用是红色反射光胆固醇液晶材料，第二液晶屏，使用是绿色反射光胆固醇液晶材料，第三液晶屏，使用是蓝色反射光胆固醇液材料，最下面是黑色的光吸收层，不同液晶屏及光吸收层之间，可以使用透明光学胶贴合或者直接做迭加。

当要显示白色画面时候，如图9(a)，将第一液晶屏、第二液屏、第三液晶屏驱动到平面态(planarstate)，使三个液晶屏同时反射红/绿/蓝光，根据红绿蓝三原色光模式(rgbcolormodel)原理即可构成白光画面；反之显示黑色画面时候，如图9(b)，只要将第一液晶屏、第二液屏、第三液晶屏屏驱动到焦锥态(focalconicstate)，因为大部分入射光穿透关系，光线将被底部吸收层所吸收，因此不会看到反射光路径，可以获得黑画面效果。

当要显示蓝色画面时候，如图9(c)，则将第一、第二液晶屏驱动到焦锥态(focalconicstate)，第三液晶屏驱动到平面态(planarstate)；使得蓝色光反射即可构成蓝色画面。若要显示黄色画面，如图9(d)，则将第一、第二液晶屏板驱动到平面态(planarstate)，只要将第三液晶屏驱动到焦锥态(focalconicstate)，同样的，根据红绿蓝三原色光模式(rgbcolormodel)原理，反射的绿色与红色光就可藉由混光原理达成黄色画面效果；以此类推则可以组合显示不同颜色。

综合前述说明，可知胆固醇液晶器技术最大的特点有四，第一是支持双稳态特性，可实现不提供电场的时候，显示画面可维持不变，因而具备极佳省电效果，第二就是因为可藉由改变胆固醇液晶成分，来产生不同合适大小的胆固醇液晶旋距材料，获得不同波长(λ)及对应颜色的反射光，不需要额外增加彩色零件即可显示不同颜色，所以相对其他电子纸技术相比，容易实现彩色化的目的。第三是因为光源采取反射式面板接近纸张的阅读方式，不容易造成眼睛疲劳，是以非常适合电子书长时间阅读等应用，第四是整体结构方式，接近现有lcd显示屏制作流程，不需要额外新增或昂贵设备实现，所以可机会快速市场导入。

藉由上述胆固醇液晶显示原理可知，依据布拉格定律(bragg’sreflectionlaw)，当入射光的波长及角度、胆固醇型液晶排列旋距符合上述λ＝2p·sinθ关系时，相距一个旋距的两平面层光束将会互相作用形成建设性干涉，使得该对应波长(λ)及颜色的入射光线得以被反射，进而获得期望的反射光显示效果。实际上为了提高反射光效率，胆固醇液晶屏中会设计有多个螺旋层平面(m个螺旋平面层)，目的在于，使任意胆固醇液晶层位置，同样相距一个旋距(p)的不同平面层间都能够提供期望波长(λ)的反射光，有效增加反射光效率。

3、现有胆固醇液晶技术的漏光问题及挑战：

上述胆固醇液晶显示技术存在的问题，主要是不同螺旋层平面间，可能会产生非期望的反射波长颜色漏光，如图10所示，使用相同胆固醇液晶材料，相距2p螺旋旋距的第1平面层的a点及第3平面层3的b’点位置，同样也会因为满足2λ＝2(2p)·sinθ＝4p.sinθ的建设性干涉关系，而形成2倍波长(2λ)的非期望的次反射光之漏光现象。依此类推，如图11所示，在距离3p旋距螺旋平面层4的b”点位置，也会产生3λ＝2(3p)·sinθ＝6p·sinθ的建设性干涉关系，而有3倍波长(3λ)漏光风险，直到最后一个(m-1)p旋距的螺旋层平面m上，只要满足(m-1)λ＝2(m-1)p·sinθ，都会有非期望的(m-1)倍数波长((m-1)λ)的次反射漏光机会。

考虑人眼的可见光范围大约在360nm～760nm之间，所以实际上，相距越大旋距的螺旋平面层间，其所产生的非期望的高倍数波长漏光，因为容易超过人眼的可见光范围，影响非常有限，只是在一般显示应用下，在可见光范围内，低波长的胆固醇液晶层(例如蓝光)，却很容易因为倍数波长的反射漏光(例如红光)，还在人眼可视范围原因，造成错误显示，影响显示色纯度。

参考表1，一蓝光胆固醇液晶在不同入射角度下的单旋距及双旋距的布拉格定律反射光分布表，使用胆固醇液晶螺旋排列之旋距为250nm，入射角范围在0度到90度之间，如同前述布拉格定律，相距一个旋距的螺旋平面层间，可以产生反射光波长为λ1，相距两个旋距的螺旋平面层间，可以产生反射光波长为λ2，由结果分布可知，此胆固醇液晶层λ1反射光可以在55度以上及λ2反射光25～30度入射角范围内提供蓝光反射光(○记号)、另外λ1反射光在55度角以下及λ2反射光在20度以下与55度入射角以上范围，因为所提供的反射光波长不在人眼可视范围所以不会显示影响(x记号)，但是如同前述之倍数旋距层漏光问题，λ2反射光会在入射角30-50度范围产生非期望高倍数波长漏光(△记号)，其中35度是绿光、40～50度是红光反射光。

基于前述说明可知，堆栈式彩色胆固醇液晶显示器，将会有以下主要问题及挑战：

(1)蓝光反射液晶层容易混杂其它颜色的反射光，影响蓝光色纯度；

(2)白平衡因为需要固定三原色比例，因此混和的白光反射光容易不可预期偏移难控制；

表一、蓝光胆固醇液晶的单旋距及双旋距的布拉格定律反射光分布表

技术实现要素：

针对现有技术的情况，本专利发明的主要目的在于解决现有胆固醇液晶显示屏技术，在低波长反射显示时，容易产生高波长的反射漏光现象，改善现有胆固醇液晶显示屏在单色显示时会有色纯度不佳及多彩显示时白平衡偏差问题，提供一种实施可靠、色纯度佳和白平衡偏差小的低色差的反射式显示屏。

为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：

一种低色差的反射式显示屏，其包括：

液晶层，为胆固醇液晶层；

一对透明电极，分别设置在液晶层的上下端面；

第一透明基板，设于液晶层上端面的透明电极之上；

第二透明基板，设于位于液晶层下端面的透明电极之下；

滤光层，为蓝绿光滤光层或蓝光滤光层，其设置在第一透明基板与和其对应的透明电极之间或设置在第二透明基板与和其对应的透明电极之间；

所述的液晶层位于第一透明基板和第二透明基板之间的侧面设置有将其侧面封闭的封胶层。

作为一种可能的实施方式，进一步，所述的滤光层为蓝光滤光层，其设置在第二透明基板与和其对应的透明电极之间。

作为一种可能的实施方式，进一步，所述的滤光层为蓝绿光滤光层，其设置在第二透明基板与和其对应的透明电极之间。

作为一种可能的实施方式，进一步，所述的滤光层为蓝光滤光层，其设置在第一透明基板与和其对应的透明电极之间。

作为一种可能的实施方式，进一步，所述的滤光层为蓝绿光滤光层，其设置在第一透明基板与和其对应的透明电极之间。

作为一种可能的实施方式，进一步，其还包括光吸收层，所述的光吸收层设置在第二透明基板的下方。

作为一种更较优的实施选择，优选的，所述的滤光层为蓝光滤光层，其设置在第一透明基板与和其对应的透明电极之间。

作为一种更较优的实施选择，优选的，所述的滤光层为蓝绿光滤光层，其设置在第一透明基板与和其对应的透明电极之间。

作为一种较优的实施选择，优选的，所述的滤光层可供波长小于500nm的蓝光穿过。

作为一种较优的实施选择，优选的，所述的滤光层可供波长小于570nm的蓝绿光穿过。

根据上述所述的一种低色差的反射式显示屏的应用，将其用于电子书、电子报纸、电子杂志、电子货架标签、广告展示机、公共显示器、智能卡、信用卡或手机屏幕中。

采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：本方案实施可靠、色纯度佳和白平衡偏差小，且结构简单。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明方案做进一步的阐述：

图1为胆固醇液晶分子的螺旋性层状排列示意图；

图2为入射光在胆固醇液晶分子在平面态及焦锥态排列下的光学行为示意图；

图3为胆固醇液晶分子在平面态及焦锥态排列状态下的反射率；

图4为入射光在膽固醇液晶层中進行布拉格反射的示意图；

图5为反射光建设性干涉示意图；

图6入射光在胆固醇液晶层中产生不同波长颜色反射光行为示意图，其中，(a)为红色反射光、(b)为绿色反射光、(c)为蓝色反射光；

图7为单色胆固醇液晶屏的简要结构示意图；

图8为多彩胆固醇液晶显示结构的简要示意图；

图9为多彩胆固醇液晶显示不同颜色方式；

图10为胆固醇液晶层中相距两个旋距螺旋层平面间的2λ波长漏光示意图；

图11为胆固醇液晶层中相距三个旋距螺旋层平面间的3λ波长漏光示意图；

图12为本发明实施例1的简要实施结构示意图；

图13为蓝光滤光层的滤光频谱图；

图14为本发明实施例2的简要实施结构示意图；

图15为蓝绿光滤光层的滤光频谱图；

图16为本发明实施例3的简要实施结构示意图；

图17为本发明实施例4的简要实施结构示意图；

图18为本发明实施例5的简要实施结构示意图；

图19为本发明实施例6的简要实施结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图12所示，本实施例低色差的反射式显示屏，其包括：

液晶层1，为胆固醇液晶层；

一对透明电极2，分别设置在液晶层1的上下端面；

第一透明基板3，设于液晶层1上端面的透明电极之上；

第二透明基板4，设于液晶层1下端面的透明电极之下；

蓝光滤光层5，其设置在第一透明基板3与和其对应的透明电极之间；

光吸收层7，设置在第二透明基板4的下方；

所述的液晶层1位于第一透明基板3和第二透明基板4之间的侧面设置有将其侧面封闭的封胶层6。

本实施例胆固醇液晶层的液晶设计旋距较小，反射状态时，因胆固醇液晶螺旋排列能够反射低波长蓝光，胆固醇液晶设置于上下透明基版(即第一透明基板和第二透明基板)中，并由封胶固定不泄漏，藉由一对透明电极边做电压驱动控制反射或是穿透光状态，第二透明基版之下设置一光吸收层，穿透光状态可将穿透光吸收，该胆固醇纯液晶层之上设置一蓝光滤光层，其滤光范围，参考图13的滤光频谱图关系，限制只有低波长的蓝光(波长≤500nm)能通过进入胆固醇液晶，因为中波长绿光或高波长红光不会机会进入，所以高波长红光不会在蓝光倍数胆固醇液晶旋距位置，产生非期望绿光或红色反射漏光。

实施例2

如图14所示，本实施例低色差的反射式显示屏，其包括：

液晶层1，为胆固醇液晶层；

一对透明电极2，分别设置在液晶层1的上下端面；

第一透明基板3，设于液晶层1上端面的透明电极之上；

第二透明基板4，设于液晶层1下端面的透明电极之下；

蓝绿光滤光层5，其设置在第一透明基板3与和其对应的透明电极之间；

光吸收层7，设置在第二透明基板4的下方；

所述的液晶层1位于第一透明基板3和第二透明基板4之间的侧面设置有将其侧面封闭的封胶层6。

本实施例胆固醇液晶层的液晶设计旋距较小，反射状态时，因胆固醇液晶螺旋排列能够反射低波长蓝光，胆固醇液晶设置于上下透明基版中，并由封胶固定不泄漏，藉由上下透明电极边做电压驱动控制反射或是穿透光状态，下透明基版之下设置一光吸收层，穿透光状态可将穿透光吸收，该胆固醇纯液晶层之上设置一蓝绿光滤光层，其滤光范围，参考图15的滤光频谱图关系，限制只有中低波长的蓝绿光(波长≤570nm)能通过进入胆固醇液晶的,因为高波长红光不会机会进入，所以高波长红光不会在蓝光倍数胆固醇液晶旋距位置，产生非期望红色反射漏光。

实施例3

如图16所示，本实施例低色差的反射式显示屏，其包括：

液晶层1，为胆固醇液晶层；

一对透明电极2，分别设置在液晶层1的上下端面；

第一透明基板3，设于液晶层1上端面的透明电极之上；

第二透明基板4，设于液晶层1下端面的透明电极之下；

蓝光滤光层5，其设置在第二透明基板4与和其对应的透明电极之间；

所述的液晶层1位于第一透明基板3和第二透明基板4之间的侧面设置有将其侧面封闭的封胶层6。

本实施例为一个至少拥有两个胆固醇液晶层以上的堆叠式多彩胆固醇液晶显示屏，其中红光胆固醇液晶层推迭在蓝光胆固醇液晶层之上，其红光胆固醇液晶屏结构如图16所示，胆固醇液晶层的液晶旋距设计较大，反射状态时，因胆固醇液晶螺旋排列能够反射高波长红光，胆固醇液晶设置于上下透明基版中，并由封胶固定不泄漏，藉由上下透明电极边做电压驱动控制反射或是穿透光状态，该胆固醇纯液晶层之下设置一蓝光滤光层，其滤光范围，参考图13的滤光频谱图关系，限制只有低波长的蓝绿光(波长≤500nm)能穿透，所以中波长绿光或高波长红光不会有机会穿透，进入下方蓝光胆固醇液晶层(未绘出)，影响该蓝光胆固醇液晶层产生非期望绿光或红色反射漏光。

实施例4

如图17所示，本实施例低色差的反射式显示屏，其包括：

液晶层1，为胆固醇液晶层；

一对透明电极2，分别设置在液晶层1的上下端面；

第一透明基板3，设于液晶层1上端面的透明电极之上；

第二透明基板4，设于液晶层1下端面的透明电极之下；

蓝绿光滤光层5，其设置在第二透明基板4与和其对应的透明电极之间；

所述的液晶层1位于第一透明基板3和第二透明基板4之间的侧面设置有将其侧面封闭的封胶层6。

本实施例为一个至少拥有两个胆固醇液晶层以上的堆叠式多彩胆固醇液晶显示屏，其中红光胆固醇液晶层堆叠在蓝光胆固醇液晶层之上，其红光胆固醇液晶屏结构如图17所示，胆固醇液晶层的液晶旋距设计较大，反射状态时，因胆固醇液晶螺旋排列能够反射高波长红光，胆固醇液晶设置于上下透明基版中，并由封胶固定不泄漏，藉由上下透明电极边做电压驱动控制反射或是穿透光状态，该胆固醇纯液晶层之下设置一蓝绿光滤光层，其滤光范围，参考图15的滤光频谱图关系，限制只有中低波长的蓝绿光(波长≤570nm)能穿透，所以高波长红光都不会有机会穿透，进入下方蓝光胆固醇液晶层(未绘出)，影响该蓝光胆固醇液晶层产生非期望红色反射漏光。

以上所述为本发明实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

实施例5

如图18所示，本实施例低色差的反射式显示屏，其包括：

液晶层1，为胆固醇液晶层；

一对透明电极2，分别设置在液晶层1的上下端面；

第一透明基板3，设于液晶层1上端面的透明电极之上；

第二透明基板4，设于液晶层1下端面的透明电极之下；

蓝光滤光层5，其设置在第一透明基板3与和其对应的透明电极之间；

所述的液晶层1位于第一透明基板3和第二透明基板4之间的侧面设置有将其侧面封闭的封胶层6。

本实施例为一个至少拥有两个胆固醇液晶层以上的堆叠式多彩胆固醇液晶显示屏，其中红光胆固醇液晶层推迭在蓝光胆固醇液晶层之上，其蓝光胆固醇液晶屏结构如图18所示，胆固醇液晶层的液晶旋距设计较小，反射状态时，因胆固醇液晶螺旋排列能够反射低波长蓝光，胆固醇液晶设置于上下透明基版中，并由封胶固定不泄漏，藉由上下透明电极边做电压驱动控制反射或是穿透光状态，该胆固醇纯液晶层之上设置一蓝光滤光层，其滤光范围，参考图13的滤光频谱图关系，限制只有低波长的蓝绿光(波长≤500nm)能穿透，所以中波长绿光或高波长红光不会有机会穿透，进入下方蓝光胆固醇液晶层，影响该蓝光胆固醇液晶层产生非期望绿光或红色反射漏光。

实施例6

如图19所示，本实施例低色差的反射式显示屏，其包括：

液晶层1，为胆固醇液晶层；

一对透明电极2，分别设置在液晶层1的上下端面；

第一透明基板3，设于液晶层1上端面的透明电极之上；

第二透明基板4，设于液晶层1下端面的透明电极之下；

蓝绿光滤光层5，其设置在第一透明基板3与和其对应的透明电极之间；

所述的液晶层1位于第一透明基板3和第二透明基板4之间的侧面设置有将其侧面封闭的封胶层6。

本实施例为一个至少拥有两个胆固醇液晶层以上的堆叠式多彩胆固醇液晶显示屏，其中红光胆固醇液晶层推迭在蓝光胆固醇液晶层之上，其蓝光胆固醇液晶屏结构如图19所示，胆固醇液晶层的液晶旋距设计较小，反射状态时，因胆固醇液晶螺旋排列能够反射低波长蓝光，胆固醇液晶设置于上下透明基版中，并由封胶固定不泄漏，藉由上下透明电极边做电压驱动控制反射或是穿透光状态，该胆固醇纯液晶层之上设置一蓝绿光滤光层，其滤光范围，参考图15的滤光频谱图关系，限制只有中低波长的蓝绿光(波长≤570nm)能穿透，所以高波长红光都不会有机会穿透，进入下方蓝光胆固醇液晶层，影响该蓝光胆固醇液晶层产生非期望红色反射漏光。

以上所述为本发明实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。