专利名称：：具有非镜面反光片的液晶显示器的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种新型的液晶显示器，其中的输入和输出光束不遵守通常的镜面反射关系。通常，按照图1所示的结构制造液晶显示器。液晶显示器包括输入偏振片1、液晶单元2、输出偏振片3、和反射漫化体4。液晶单元一般由两片玻璃5、6、取向层7、8、导电电极膜9、10、和液晶材料11构成，具有符合取向层7和8的扭转取向。在这种普通的反射式(有时或者称之为穿透反射式(transflective))的液晶显示器中，光12从相对于显示器的表面法线13成某个方位角θ的一个方向进入显示器。入射光相对于显示器表面上的某个x轴的相应极化角是φ。于是，规定光的传播方向的角度由(θ，φ)给出。这个光被漫化散射体反射，并且再次穿过液晶单元，并且由观察人员14看到。这个光的强度在反射角(θ，φ+π)是最强的。这就是所谓的镜面反射或炫光反射。如图所示，由于散射，除了(θ，φ+π)以外的角度也可以观察到光，但它的强度随着偏离θ的角度的增加而迅速减小。在图2中描述了这种情况。由于存在相同的散射机制，在(θ，φ+π)的任何观察方向，都有从角度(θ，φ)入射的光的贡献，和从角度(θ，φ)的附近入射的光的贡献。然而，大多数光还是来自于角度(θ，φ)方向。在设计和优化这样的普通的液晶显示器过程中，上、下玻璃板的取向方向、以及输入偏振片和输出偏振片的设置位置都是至关重要的。以90度扭转的向列型液晶显示器为例，大多数普通的液晶显示器的配置如图3所示。输入偏振片Pin和输入导向器nin排成直角。输出偏振片Pout也垂直于液晶输出导向器nout，如图所示。这就是TN显示器的所谓的0方式操作。光从表的12点钟的方向15进入液晶显示器，观察人员从表的6点钟的方向16观看这个显示。0方式操作是和e方式对比而言的，在e方式，Pin和nin是平行的，Pout和nout也是平行的。在图4和5中表示出0方式TN显示器的观察角极坐标曲线。图4是对于V=0的极坐标曲线，图5是对于2.5伏的透射率的极坐标曲线。它们清晰地表现出最佳的观察方向，即在表的6点钟的位置。在图5中极坐标曲线中的最黑的部分表示这个光应该在方位角θ为30度、并且极坐标角度φ为270度时离开显示器。液晶显示器的观察角的这种最优化是众所周知的，并且在文献中已经作过讨论。例如，在Blinov等人的著作(“液晶显示材料中的电光效应”，Springer-Verlag，1994)和Bahadur的著作(“液晶的应用和使用”，“世界科学”，新加坡，1990)都已经讨论了液晶显示器的观察角。在这些讨论中，假定光以一个倾斜的角度横穿过液晶单元一次。在工作电压下对于以角度(θ，φ)穿过液晶单元的光绘出观察角相对于显示的对比度的曲线，其中θ是光束和液晶单元的表面法线之间的角度(方位角)，φ是光束在液晶单元表面上的投影和基准x轴之间的角度(极坐标角)。液晶的入射导向器也是参照这个x轴度量的。对于90度扭转的TN显示器的情况，通常将x轴取为和入射导向器成45度。在传统的液晶显示器的最优化过程中，通常假定光以某个角度入射。在文献中已经表示出光的观察角(通过θ，φ表征其特征)的各种组合的许多透射率-电压曲线。在只有一个规定的θ值的这些曲线中，假定光以相同的方位角进入和离开液晶单元。在数值的和实验的最优化过程中，从不考虑光以不同的方位角进入和离开液晶单元的几率。本发明表明，对于非镜面反光的情形，重要的是通过考虑以不同角度进入和离开LCD的光实现所有重要的LCD参数的同时最优化。图6表示按照所谓第二最小值操作的液晶显示器的透射率一电压曲线。这个第二最小值对应于一个1.075微米的阻滞值(即，液晶的液晶单元厚度和双折射率的乘积(dΔn))和90度的液晶扭转角。曲线17是在观察角和光的入射角都是0度时(垂直于液晶单元)的曲线。曲线18对应于在θ=30度，φ=90度入射的光，并且在θ=30度，φ=270度观察显示器。这就是所谓6点钟位置观察条件。曲线19对应的条件刚好和曲线18相反，即光在θ=30度，φ=270度入射，并且在θ=30度，φ=90度观察显示器。在表的6点钟位置，液晶单元在较低电压的作用下截止，透光性随电压的变化而发生的变化是陡峭的(透射率-电压或T-V曲线18)。对于这个显示器，这将导致好得多的多路转换功能。图7和8对于120度和180度扭转角的情况的类似曲线。在本发明中，我们认识到以下的事实；有可能制造出入射光的角度和出射光的角度相差很大(即，非镜面反射)的LCD。在M.Wenyon的美国专利5659408号中曾指出过这种具有非镜面光反射的可能性。获得这种情况的一个途径是使用所谓的全息摄影反射器膜(例如参见M.Wenyon等人的“用于LCD的白色全息摄影反射器”，SIDSymp.Dig,1997)。此外还有许多类型的能够实现这种非镜面反射的已经构成的散射表面。然而，这些现有技术的LCD没有将这种反射最优化。因此，本发明的一个目的是试图克服这个缺点。按照本发明，提供一种液晶显示器，其特征在于；入射光的方向和反射后光离开显示器的方向是不同的方向，二者是非镜面反射的。利用本发明有可能实现入射和反射光束在不同的角度。利用输入和输出角度的不同数值可以计算出透射率-电压曲线。因此，可以同时最优化实现本发明的液晶显示器的所有关键参数，使入射角和观察角彼此不同，于是产生明显不同于常规液晶显示器的本发明的显示器阻滞值。因而，对于非镜面反射操作，可以最优化偏振片角度、输入/输出方向、和/或液晶单元阻滞值。本发明的另一个重要方面是要认识到如下的事实大多数非镜面反光片都是单色的。这就是说，即使用白光输入，反射光也只是一种颜色，如绿色。因此，非镜面反射LCD的最优化不必考虑到彩色色散效应。因此，可以采取单色光作为输入。当然，本发明不排除非镜面反光片可以是宽带反光片、或者非镜面反光片还可以反射白光的情况。因此，有可能利用本发明为用非镜面散射反光片制作的LCD提供一组或多组操作条件。可以将这样的非镜面反光片LCD分为两大类图象方式(i方式)和阴影方式(s方式)。在图象方式和阴影方式这两种方式中，光都是从表的12点钟的方向进入LCD，φ=90度，θ一般约为30-45度。反射光在接近垂直入射方向的方向离开LCD,这是观察LCD的常规方向。在图象方式，以和在表的6点钟方向观察普通的液晶显示器的相同的方式，放置偏振片的导向器以及液晶单元的输入导向器。以此方式，光从表的12点钟的方向进入LCD，并且在接近垂直方向进行观察。使用90度TNLCD作为一个例子，最终的T-V曲线对应于图6中的T-V曲线17和19的乘积。作为比较，在常规的镜面反射式LCD中，光从12点钟方向入射并在6点钟方向观察，总的T-V曲线对应于曲线18和19的乘积。在阴影方式，整个偏振片-液晶单元-分析器装置转动180度，但非镜面反光片不变。以此方式，光还是从(30-45度，90度)进入，并在(0度，0度)观察。但整个T-V曲线应该由图6中曲线17和18的乘积表示。最重要的观察结果是和图象方式相比，阴影方式在低得多的电压下并且在早得多的时间导通。然而，和图象方式相比，在阴影方式的情况下，总的透射率-电压曲线陡峭得多。陡峭的T-V曲线意味着在显示器上能够以较小的串扰显示更多的数据。非镜面反射的图象方式和阴影方式的T-V曲线都不同于镜面反射的LCD的T-V曲线。虽然图6表示出本发明的利用90度TN的LCD的构思，然而，相同的构思还可以应用到所有的扭转角。例如，图7和8表示出对于120度扭转的和180度扭转的显示器的情况的透射率-电压曲线。可以看出，在6点钟方向的光入射和12点钟方向的光入射之间也有一个很大的差别。因此，对于非镜面反射显示器，偏振片的安排、以及观察角和光入射角的方向在获得好的对比度显示中是至关重要的。图9表示的是在最优化阴影方式和图象方式这两种方式的过程中对于入射角的考虑结果。在图9中，我们绘出了120度扭转的显示器的透射率随液晶的dΔn值的变化而变化的情况。这里，d代表液晶单元的厚度，Δn是液晶材料的双折射率。图中有4条曲线，它们的入射角范围从0度到60度。显然可以看出，当光的入射角增加时，第一最小值位置(实际上，是具有100％归一化透射率的第一峰值)移动到较低的数值。在0度情况和60度情况之间的差值相当于dΔn值减小50％。偏振片的设置在最优化图象方式和阴影方式过程中也是很重要的。再一次地使用120度扭转的显示器作为例子，图9表示对于图10中表示的偏振片安排的透射率随dΔn的变化而变化的情况。可以看出，当光的入射角增加到60度时，第一最小值的峰值移动到一个较低的dΔn值。然而，如果偏振片的安排变为如图11所示的情况，当光的入射角增加时，第一最小值的峰值移动到一个较大的dΔn值，如图12所示。在图13中，表示出需要最优化非镜面反射显示器，其中考虑到入射角和反射角这两者。在图13中，我们绘出了对于0度和60度的入射角的透射率随dΔn值的变化而变化的情况。我们还绘出两个曲线的乘积，因为光将在这两个方向穿过液晶单元。这表示60度入射到显示器上的、并在接近垂直的角度进行观察的光的非镜面反射的情况。可以看出，第一最小值的峰值移动不太剧烈，但仍很明显。为了更好地理解本发明，参照附图并借助实例描述一些实施方式，其中图1表示一个典型的公知的液晶显示器的各个部件。图2表示用在透射反射式LCD中的一个普通的漫化散射体对于光的散射。图3表示对于一个90度的TNLCD的偏振片和液晶导向器的普通的排列，在6点钟位置得到最优化的观察。图4表示具有图3所示的偏振片和液晶导向器的一个90度的TNLCD在0伏的透射率的极坐标曲线。图5表示具有图3所示的偏振片和液晶导向器的一个90度的TNLCD在2.5伏的透射率的极坐标曲线。图6表示一个90度的TNLCD对于以各种入射角进入显示器的光的透射率-电压的曲线。曲线A是观察者在-30度(6点钟)时；曲线B是观察者在0度(垂直于液晶单元)时；曲线C相对于观察者在+30度(12点钟)时。图7表示一个120度的TNLCD对于以各种入射角进入显示器的光的透射率-电压的曲线。曲线A是观察者在-30度(6点钟)时；曲线B是观察者在0度(垂直于液晶单元)时；曲线C相对于观察者在+30度(12点钟)时。图8表示一个180度的TNLCD对于以各种入射角进入显示器的光的透射率-电压的曲线。曲线A是观察者在-30度(6点钟)时；曲线B是观察者在0度(垂直于液晶单元)时；曲线C相对于观察者在+30度(12点钟)时。图9表示对于光的各种入射角的情况，120度扭转的LCD的透射率随dΔn的变化而变化。图10表示一个正规的偏振片安排。图11表示一个相反的偏振片安排。图12表示对于光的各种入射角的情况，120度扭转的LCD的透射率随dΔn的变化而变化。图13表示对于图12所示的正规的偏振片安排以及0度和60度的入射角的情况，120度扭转的LCD的透射率随dΔn的变化而变化。图14表示第一优选实施例的偏振片和液晶导向器的排列。图15表示第二优选实施例的偏振片和液晶导向器的排列。图16表示第三优选实施例的偏振片和液晶导向器的排列。图17表示第四优选实施例的偏振片和液晶导向器的排列。图18表示第五优选实施例的偏振片和液晶导向器的排列。在按照本发明的新型液晶显示器的第一实施例中，偏振片和液晶导向器的排列如图14所示。偏振片相互之间成90度或接近90度，并且相对于液晶单元的输入和输出方向对称设置。在这个实施例中，输入偏振片Pin和输入导向器nin在相对于y轴的同一侧。液晶的扭转角对应于在nin和nout之间的角度，这个角度可以是60度到270度之间的任何一个角度。具体来说，它可以是90度的TN、或120度的HTN、或者是180度-240度的STN显示器。液晶单元的厚度d乘以双折射率Δn的值可以是下边的表Ⅲ中所列的任何值。对于每个扭转角，dΔn值可对应于第一最小值或第二最小值，由LCD的设计决定。这个实施例对应于LCD的6点钟观察方向。在此安排中，光从φ=90度的方向以倾斜的角度进入显示器，并且在接近法线方向进行观察。这也是图象方式显示。在按照本发明的新型液晶显示器的第二实施例中，偏振片和液晶导向器的排列如图15所示。偏振片相互之间成90度或接近90度，并且相对于液晶单元的输入和输出方向对称设置。在这个实施例中，输入偏振片Pin和输入导向器nin在相对于y轴的相反侧。液晶的扭转角对应于在nin和nout之间的角度，这个角度可以是60度到270度之间的任何一个角度。具体来说，它可以是90度的TN、或120度的HTN、或者是180度-240度的STN显示器。液晶单元的厚度d乘以双折射率Δn的值可以是下边的表Ⅲ中所列的任何值。对于每个扭转角，dΔn值可对应于第一最小值或第二最小值，由LCD的设计决定。这个实施例对应于LCD的6点钟观察方向。在此安排中，光从φ=90度的方向以倾斜的角度进入显示器，并且在接近法线方向进行观察。这也是图象方式显示。在按照本发明的新型液晶显示器的第三实施例中，偏振片和液晶导向器的排列如图16所示。偏振片相互之间成90度或接近90度，并且相对于液晶单元的输入和输出方向对称设置。在这个实施例中，输入偏振片Pin和输入导向器nin在相对于y轴的同一侧。液晶的扭转角对应于在nin和nout之间的角度，这个角度可以是60度到270度之间的任何一个角度。具体来说，它可以是90度的TN、或120度的HTN、或者是180度-240度的STN显示器。液晶单元的厚度d乘以双折射率Δn的值可以是下边的表Ⅲ中所列的任何值。对于每个扭转角，dΔn值可对应于第一最小值或第二最小值，由LCD的设计决定。这个实施例对应于LCD的12点钟观察方向。在此安排中，光从φ=90度的方向以倾斜的角度进入显示器，并且在接近法线方向进行观察。这是阴影方式显示。在按照本发明的新型液晶显示器的第四实施例中，偏振片和液晶导向器的排列如图17所示。偏振片相互之间成90度或接近90度，并且相对于液晶单元的输入和输出方向对称设置。在这个实施例中，输入偏振片Pin和输入导向器nin在相对于y轴的相反侧。液晶的扭转角对应于在nin和nout之间的角度，这个角度可以是60度到270度之间的任何一个角度。具体来说，它可以是90度的TN、或120度的HTN、或者是180度-240度的STN显示器。液晶单元的厚度d乘以双折射率Δn的值可以是下边的表Ⅲ中所列的任何值。对于每个扭转角，dΔn值可对应于第一最小值或第二最小值，由LCD的设计决定。这个实施例对应于LCD的6点钟观察方向。在此安排中，光从φ=90度的方向以倾斜的角度进入显示器，并且在接近法线方向进行观察。这也是阴影方式显示。在按照本发明的新型液晶显示器的第五实施例中，后偏振片可以不存在。这种显示器的正常状态由Yu等人在“具有大的液晶单元间隙和低的操作电压的一种新型TN-LCD方式的反射式LCD“的第155-158页(“国际显示研究会议“，多伦多，1997年)中已经讨论过。在这里讨论的第五实施例中，非镜面反射24可以放在液晶单元内，如图18所示。在这个优选实施例中，只需要一个输入偏振片17。这个液晶显示器包括通常的玻璃基片18和19，液晶取向层21和22，制备有图形的导电透明电极20和23，和液晶25。非镜面反光片24可以有或者可以没有位于它本身和制备有图形的电极23之间的一个保护涂层。对于倾斜的入射光和接近垂直的观察角，优化扭转角和偏振片的角度。由于非镜面反光片24位于液晶单元的内部，所以不存在阴影效应。可以同时看见阴影方式和图象方式这两种方式。根据以上的优选实施例中所述的偏振片的安排，显示或者是阴影方式，或者是图象方式。对于阴影方式操作，阈值电压明显降低，T-V曲线比图象方式操作显著陡峭。表Ⅰ各种LCD方式的第一种可能的几何关系。所有的角度都是相对于x轴测量的，x轴相对于从左到右的观察方向是水平方向。表Ⅱ各种LCD方式的第二种可能的几何关系。所有的角度都是相对于x轴测量的，x轴相对于从左到右的观察方向是水平方向。表Ⅲ非镜面显示器各种操作条件下的优化阻滞值。<tablesid="table3"num="003"><table>扭转角第一最小值(微米)±60度入射的第一最小值(微米)第二最小值(微米)±60度入射的第二最小值(微米)90度0.50.41.0750.95120度0.60.521.241.2150度0.640.581.281.25180度0.630.611.271.25240度0.660.561.381.25</table></tables>权利要求1.一种液晶显示器，其特征在于入射光的方向和反射后光离开显示器的方向是不同的方向，二者是非镜面反射的。2.权利要求1的液晶显示器，其特征在于光束的入射角和光束的反射角是彼此不同的。3.权利要求2的液晶显示器，其特征在于；利用输入和输出角度的不同数值计算出透射率-电压曲线。4.前述权利要求中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于还有非镜面散射反光片。5.前述权利要求中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于包括一个输入偏振片、一个液晶单元、和位于显示器后面的非镜面反光片。6.权利要求5的液晶显示器，其特征在于光以相对于显示器的表面法线的角度θ进入显示器，并且以相对于显示器的表面法线的角度θ′，被观察，这里θ′明显不同于θ。7.权利要求6的液晶显示器，其特征在于θ在30度-60度之间。8.权利要求7的液晶显示器，其特征在于θ在0度-10度之间。9.前述权利要求中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于；非镜面反光片是全息摄影反射器。10.前述权利要求5-9中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于有一个后偏振片。11.权利要求10的液晶显示器，其特征在于在液晶单元和后偏振片之间设置一个阻滞膜。12.前述权利要求中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于；扭转角为90度±10度，厚度和双折射率的乘积为0.5±0.1微米，并且对于偏振片和液晶导向器进行安排以便可以提供一种图象方式(i方式)操作。13.前述权利要求1-11中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于扭转角为90度±10度，厚度和双折射率的乘积为1.075±0.1微米，并且对于偏振片和液晶导向器进行安排以便可以提供一种图象方式(i方式)操作。14.前述权利要求1-11中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于扭转角为120度±10度，厚度和双折射率的乘积为0.6±0.1微米，并且对于偏振片和液晶导向器进行安排以便可以提供一种图象方式(i方式)操作。15.前述权利要求1-11中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于扭转角为120度±10度，厚度和双折射率的乘积为1.24±0.1微米，并且对于偏振片和液晶导向器进行安排以便可以提供一种图象方式(i方式)操作。16.前述权利要求1-11中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于扭转角为180度±10度，厚度和双折射率的乘积为0.62±0.1微米，并且对于偏振片和液晶导向器进行安排以便可以提供一种图象方式(i方式)操作。17.前述权利要求1-11中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于扭转角为180度±10度，厚度和双折射率的乘积为1.25±0.1微米，并且对于偏振片和液晶导向器进行安排以便可以提供一种图象方式(i方式)操作。18.前述权利要求1-11中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于扭转角为240度±10度，厚度和双折射率的乘积为0.65±0.1微米，并且对于偏振片和液晶导向器进行安排以便可以提供一种图象方式(i方式)操作。19.前述权利要求1-11中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于扭转角为240度±10度，厚度和双折射率的乘积为1.3±0.1微米，并且对于偏振片和液晶导向器进行安排以便可以提供一种图象方式(i方式)操作。20.前述权利要求1-11中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于扭转角为90度±240度，并且对于偏振片和液晶导向器进行安排以便可以提供一种图象方式(i方式)操作。21.前述权利要求1-11中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于扭转角为90度±10度，厚度和双折射率的乘积为1.075±0.1微米，并且对于偏振片和液晶导向器进行安排以便可以提供一种阴影方式(s方式)操作。22.前述权利要求1-11中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于扭转角为120度±10度，厚度和双折射率的乘积为0.6±0.1微米，并且对于偏振片和液晶导向器进行安排以便可以提供一种阴影方式(s方式)操作。23.前述权利要求1-11中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于扭转角为120度±10度，厚度和双折射率的乘积为1.24±0.1微米，并且对于偏振片和液晶导向器进行安排以便可以提供一种阴影方式(s方式)操作。24.前述权利要求1-11中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于扭转角为180度±10度，厚度和双折射率的乘积为0.62±0.1微米，并且对于偏振片和液晶导向器进行安排以便可以提供一种阴影方式(s方式)操作。25.前述权利要求1-11中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于扭转角为180度±10度，厚度和双折射率的乘积为1.25±0.1微米，并且对于偏振片和液晶导向器进行安排以便可以提供一种阴影方式(s方式)操作。26.前述权利要求1-11中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于扭转角为240度±10度，厚度和双折射率的乘积为0.65±0.1微米，并且对于偏振片和液晶导向器进行安排以便可以提供一种阴影方式(s方式)操作。27.前述权利要求1-11中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于扭转角为240度±10度，厚度和双折射率的乘积为1.3±0.1微米，并且对于偏振片和液晶导向器进行安排以便可以提供一种阴影方式(s方式)操作。28.前述权利要求1-11中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于扭转角为90度±240度，并且对于偏振片和液晶导向器进行安排以便可以提供一种阴影方式(s方式)操作。29.前述权利要求中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于偏振片和液晶如表Ⅰ所示设置，可能的阻滞值如表Ⅲ所示。30.前述权利要求1-28中任何一个所述的液晶显示器，其特征在于偏振片和液晶如表Ⅱ所示设置，可能的阻滞值如表Ⅲ所示。全文摘要本发明涉及液晶显示器,其中穿过显示器的入射光和反射光不是镜面反射关系。入射光可在一定的角度范围到达显示器,而反射光即观察方向垂直或接近垂直于显示器。还公开了新的图象方式和阴影方式的非镜面反射液晶显示器。其具有极亮的背景,消除了在大多数液晶显示器中普遍存在的观察炫光。用到所有扭转角,如90度TN、120度和150度HTN、180度、240度、和270度的STN显示器。文档编号G02B5/02GK1284705SQ00121288公开日2001年2月21日申请日期2000年8月14日优先权日1999年8月12日发明者柯林·T·姚,郭海星,廖约克申请人:瓦智能Bvi有限公司,特伦斯·莱斯莉·约翰逊