專利名稱：反射式彩色液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反射式彩色液晶顯示裝置。
反射式液晶顯示裝置(反射LCD)采用液晶面板來調(diào)制從前面板表面入射的環(huán)境光線并反射到顯示面板后表面上的反射鏡上。因此反射LCD無需透射液晶顯示裝置(透射LCD)必需的背面光線。這減少了功耗，使得反射LCD適于個(gè)人數(shù)字助理和其他移動(dòng)設(shè)備。
但是由于反射LCD通過反射環(huán)境光線顯示圖像，所以不能調(diào)節(jié)入射光強(qiáng)。因此如果環(huán)境光線照度較弱，例如當(dāng)在室內(nèi)或晚上使用設(shè)備時(shí)，由于環(huán)境光線暗而使顯示屏非常暗，帶來視覺效果不佳的缺點(diǎn)。因此反射LCD需要高度反射率以充分反射入射的環(huán)境光線。
提高反射率的一種途徑包括防止液晶元胞和光學(xué)部件的透光損失并利用反射鏡提高反射率。注意到偏振片的光透射損失，減少液晶元胞和光學(xué)部件光透射損失的方法包括避免使用偏振片的主-從顯示系統(tǒng)(日本公開專利No.H7-146469)和只使用一塊偏振片的單偏振片系統(tǒng)(日本公開專利No.H7-84252)。
提高反射鏡反射率的方法包括形成反射電極的系統(tǒng)(日本公開專利No.H8-101384)，它將通常放置在液晶元胞外部的反射鏡放置在液晶元胞內(nèi)部，并利用反射率較高而電阻較低的鋁作為反射鏡材料以形成組合反射鏡和電極。另一種方法是利用液晶元胞、延遲片和偏振片的系統(tǒng)，反射電極表面的凹面和凸面起到光散射功能(日本公開專利No.H6-167708)。
例如在圖9所示反射LCD中，液晶層7插在淀積反射電極2的玻璃基片1與其上形成紅、綠和藍(lán)色濾光片3a、3b和3c以及透明電極5的相對(duì)玻璃基片6之間。延遲片9和偏振片10放置在玻璃基片6的外表面。阻光層4放置在彩色濾光層的間隙內(nèi)以防止光泄漏。這種類型的反射LCD采用利用一塊偏振片的單偏振片系統(tǒng)和在液晶元胞內(nèi)部提供包含凹凸面的反射電極2的系統(tǒng)。為了通過擴(kuò)散反射改進(jìn)視覺效果，反射電極增加了散射作用。入射光線通過偏振片10，并且變成線偏振光。光線被延遲片9和液晶層7調(diào)制，反射到反射電極2表面，并在折返液晶層7和延遲片9之后到達(dá)偏振片10。
為了利用單偏振片系統(tǒng)在反射LCD內(nèi)顯示白光(亮色)和暗光(暗色)，反射到反射電極面上的光線如果是暗光(暗色)顯示，需要在整個(gè)可見光范圍內(nèi)是圓偏振光，如果是白光(亮色)顯示，需要是線偏振光。為了滿足這些條件，當(dāng)可見光光線在延遲片與液晶之間行進(jìn)時(shí)，對(duì)于白光顯示，常光與非常光之間的相位差需要滿足下列方程2π*(RL+RF)/λ＝π*m；其中RL液晶層的延遲，λ光線波長(zhǎng)，RF延遲片的延遲，以及m自然數(shù)。
對(duì)于暗光顯示，常光與非常光之間的相位差需要滿足下列方程2π*(RL+RF)/λ＝π*(m-1/2)。
這里延遲的2π/λ倍為相位差。
如果液晶層具有均勻的取向，則液晶層的延遲RL可以利用Δn*d表示，這里Δn為液晶的折射率各異向性，而d為液晶層的厚度。
但是在上述反射LCD中，經(jīng)過構(gòu)成像素的紅、綠和藍(lán)點(diǎn)的光線具有不同的波長(zhǎng)，因此在整個(gè)可見光范圍內(nèi)不能滿足上述方程。例如如果確定Δn、d和RF滿足可視度最強(qiáng)的綠光(550nm左右)的方程式，則同樣的方程式不滿足其他波長(zhǎng)范圍，例如波長(zhǎng)較短的藍(lán)光(450nm左右)和波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光(650nm左右)。此外，由于Δn和RF在一定程度上依賴于波長(zhǎng)，所以上述方程式更加難以滿足。因此在暗光顯示中受阻光線不夠多，引起對(duì)比度損失?；蛘咴诎坠夂桶肷{(diào)顯示中可能因液晶層中藍(lán)色和紅色點(diǎn)光調(diào)制率下降引起的彩色化(特別是黃色)。
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種反射彩色LCD，它防止了低對(duì)比度和彩色化。
本發(fā)明的反射彩色LCD包括第一基片；第二基片；插在第一與第二基片之間的液晶層；形成于第一基片內(nèi)表面的反射層；形成于第一與第二基片其中之一內(nèi)表面的彩色濾光層，彩色濾光層對(duì)應(yīng)每個(gè)紅、綠和藍(lán)點(diǎn)；位于第二基片外表面上的偏振片；以及下列之一，(1)位于第二基片外表面的延遲片，(2)形成于第二基片內(nèi)表面的延遲層，以及(3)形成于第一基片的延遲層；其中反射彩色液晶顯示裝置滿足方程式3和40.9≤((α*dR*ΔnR+ReR)/λR)≤((α*dG*ΔnG+ReG)/λG)≤1.1(3)；以及
0.9≤((α*dB*ΔnB+ReB)/λB)≤((α*dG*ΔnG+ReG)/λG)≤1.1(4)；其中dR、dG和dB構(gòu)成像素的紅、綠和藍(lán)各點(diǎn)的液晶層厚度；λR、λG和λB經(jīng)過各點(diǎn)的可見光波長(zhǎng)；ΔnR、ΔnG和ΔnB當(dāng)可見光波長(zhǎng)為λR、λG和λB時(shí)液晶層折射率的各異向性；ReR、ReG和ReB延遲片和延遲層之一的延遲；以及α依賴于液晶層內(nèi)液晶分子扭曲角的系數(shù)，當(dāng)扭曲角為零時(shí)α＝1而當(dāng)扭曲角為45°時(shí)α＝0.69。
因此，通過將經(jīng)過紅、綠和藍(lán)各點(diǎn)的光線的相位差設(shè)定在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，單偏振片系統(tǒng)的彩色反射LCD防止低對(duì)比度和在白光和半色調(diào)顯示中出現(xiàn)彩色化。


圖1為按照本發(fā)明第一實(shí)施例的反射彩色液晶顯示裝置的剖視圖。
圖2為按照本發(fā)明第三實(shí)施例的反射彩色液晶顯示裝置的剖視圖。
圖3為按照本發(fā)明第四實(shí)施例的反射彩色液晶顯示裝置的剖視圖。
圖4為按照本發(fā)明第五實(shí)施例的反射彩色液晶顯示裝置的剖視圖。
圖5為按照本發(fā)明第六實(shí)施例的反射彩色液晶顯示裝置的剖視圖。
圖6為按照本發(fā)明第七實(shí)施例的反射彩色液晶顯示裝置的剖視圖。
圖7為按照本發(fā)明第八實(shí)施例的反射彩色液晶顯示裝置的剖視圖。
圖8為利用C光源作為按照本發(fā)明第八實(shí)施例的反射彩色液晶顯示裝置入射光線條件下，白光顯示XYZ比色系統(tǒng)的色度圖。
圖9為普通反射彩色液晶顯示裝置的剖視圖。
以下描述本發(fā)明反射液晶顯示裝置的實(shí)施例。
第一實(shí)施例以下借助圖1描述本發(fā)明第一實(shí)施例的反射式液晶顯示裝置(LCD)。鋁反射電極2淀積在玻璃基片1的一側(cè)。阻光層4、紅、綠和藍(lán)色的彩色濾光層3a、3b和3c以及透明電極5依次淀積在與玻璃基片1相對(duì)的另一玻璃基片6上。液晶層7由密封材料8插在玻璃基片1與玻璃基片6之間。延遲片9和偏振片10層疊在玻璃基片6的外表面。透明電極5和反射電極2分別由一個(gè)以上的平行條組成，從基片1平面看它們互相垂直穿越。透明電極5和反射電極2的條相交變?yōu)橐粋€(gè)點(diǎn)。點(diǎn)之間的間隙用阻光層4覆蓋以防止光泄漏。
液晶層7的結(jié)構(gòu)為扭曲角為45度的扭曲向列相模式。延遲片9的結(jié)構(gòu)為λ/4波片。
一個(gè)像素包括紅、綠和藍(lán)色各三個(gè)點(diǎn)。
本發(fā)明的關(guān)鍵是每個(gè)參數(shù)的設(shè)定方式使得，當(dāng)紅、綠和藍(lán)每個(gè)點(diǎn)的波長(zhǎng)為λR、λG和λB，紅、綠和藍(lán)每個(gè)點(diǎn)液晶層7的厚度為dR、dG和dB，波長(zhǎng)為λR、λG和λB下液晶層折射率各異向性為ΔnR、ΔnG和ΔnB，并且延遲片的延遲為ReR、ReG和ReB時(shí)，經(jīng)過紅、綠和藍(lán)點(diǎn)的光線的相位差等于和互相匹配。
當(dāng)電壓未施加在液晶層上時(shí)，光線經(jīng)過液晶層一次的相位差例如對(duì)于紅點(diǎn)可以表示為2π*α*dR*ΔnR/λR。這里α為依賴于液晶層扭曲角的扭曲系數(shù)。當(dāng)液晶層未扭曲時(shí)，扭曲系數(shù)為1。在本實(shí)施例中，扭曲角為45°，扭曲系數(shù)大約為0.69。這一系數(shù)可由基于Jones矩陣法的光學(xué)模擬得到。如果扭曲角為60°，α＝0.60。如果扭曲角為90°，可以應(yīng)用Gooch-Tarry關(guān)系，扭曲系數(shù)α＝1/√3＝0.577。
當(dāng)光線在偏振片內(nèi)變?yōu)榫€偏振光時(shí)，經(jīng)過延遲片和液晶層，隨后到達(dá)反射鏡，對(duì)于綠點(diǎn)相位差例如可以表示為2π*α*dG*ΔnG/λG。因此，為了使每個(gè)紅色、綠色和藍(lán)色點(diǎn)的相位差匹配，設(shè)定每個(gè)參數(shù)以滿足紅色與綠色點(diǎn)之間的下列關(guān)系(α*dR*ΔnR+ReR)/λR＝(α*dG*ΔnG+ReG)/λG(1)；以及(α*dB*ΔnB+ReB)/λB＝(α*dG*ΔnG+ReG)/λG(2)當(dāng)電壓施加在液晶層上時(shí)，相位差偏移2π*α*dG*ΔnG/λG。但是由于紅色、綠色和藍(lán)色點(diǎn)的偏移程度幾乎相同，所以相位差幾乎是同一值。
但是在實(shí)踐中，考慮到產(chǎn)品的差異，不容易制造精確滿足方程式1和2的LCD。如果相位差在下列方程式3和4范圍內(nèi)，仍然可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的效果0.9≤((α*dR*ΔnR+ReR)/λR)≤((α*dG*ΔnG+ReG)/λG)≤1.1(3)；以及0.9≤((α*dB*ΔnB+ReB)/λB)≤((α*dG*ΔnG+ReG)/λG)≤1.1(4)；以下描述采用單偏振片的反射LCD中顯示白光(亮色)和暗光(暗色)的條件。為了顯示白光，經(jīng)過偏振片10的線偏振光在延遲片9處變?yōu)閳A偏振。光線隨后經(jīng)過液晶層7，在反射電極2上反射，并隨后經(jīng)過液晶層和延遲片9，返回偏振片10。在光線返回偏振片10時(shí)，光線在同一方向上需要是線偏振光。因此延遲片9與液晶層7之間來回產(chǎn)生的總相位差需要是2π的數(shù)倍。光線單程的相位差因此可以表示為π的倍數(shù)，即一半，mπ，m為自然數(shù)。為了顯示暗光，返回偏振片10的光線需要線偏振化，但是垂直于入射光線的偏振方向。因此單程的相位差為(m-1/2)π。
另一方面，當(dāng)未施加電壓時(shí)液晶層內(nèi)的液晶分子幾乎平行于基片，表明相對(duì)入射光線的光各異向性。經(jīng)過液晶層7的光線的相位差例如對(duì)于綠點(diǎn)可以是2π*α*dG*ΔnG/λG。當(dāng)施加足夠的電壓時(shí)，液晶分子垂直于基片，表明幾乎沒有與相對(duì)入射光線的光各異向性。因此相位差接近0。
因此當(dāng)采用改變相位π/2的1/4λ波片作為延遲片9時(shí)，對(duì)液晶層7施加足夠電壓時(shí)的單程總相位差僅僅是延遲片9的π/2，對(duì)應(yīng)暗光(暗色)顯示。因此通過在未施加電壓時(shí)顯示白光(亮色)實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度的暗色和白色顯示。為此，當(dāng)對(duì)液晶層施加電壓時(shí)單程總相位差為mπ。具體而言，在對(duì)于綠色點(diǎn)例如是下列條件下可以是白光顯示2π*(α*dG*ΔnG+1/4)/λG＝mπ(5)對(duì)于紅色點(diǎn)和藍(lán)色點(diǎn)需要滿足同樣的方程式。對(duì)應(yīng)利用1/4λ波片的每個(gè)波長(zhǎng)的延遲是ReR＝λR/4，ReG＝λG/4和ReB＝λB/4。
根據(jù)上述設(shè)計(jì)概念，dR和ΔnR滿足綠色點(diǎn)的方程式5。根據(jù)dG和ΔnG以及滿足上述方程式3和4的關(guān)系確定紅色和藍(lán)色點(diǎn)的相位差范圍。結(jié)果，紅色、綠色和藍(lán)色點(diǎn)的相位差保持在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。
上述設(shè)計(jì)的效果是當(dāng)液晶層未施加電壓時(shí)在紅色、綠色和藍(lán)色點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)白光(亮色)強(qiáng)度幾乎相等的光線，從而減少了彩色化。
當(dāng)施加電壓時(shí)，雖然液晶層的折射率各異向性正比于電場(chǎng)強(qiáng)度，但是如上所述，紅色、綠色和藍(lán)色點(diǎn)的減少程度幾乎相同，使得經(jīng)過各點(diǎn)的光線的相位差幾乎相等。因此進(jìn)入各點(diǎn)的圓偏振光在液晶層7處調(diào)制程度幾乎一樣，使到達(dá)各點(diǎn)的光線強(qiáng)度幾乎相等。因此半色調(diào)內(nèi)的彩色化可以減少。當(dāng)施加足夠的電壓并且液晶層的折射率各異向性足夠小時(shí)，這很少受液晶層7相位差變化的影響。出射光線的相位差在雙程中受延遲片影響僅僅變化π。因此反射光線到達(dá)偏振片表面時(shí)是垂直于入射光線線偏振方向的線偏振光。因此對(duì)于紅色、綠色和藍(lán)色各點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了幾乎相同的暗光(暗色)光線，實(shí)現(xiàn)了阻光狀態(tài)下的無色。
這抑制了經(jīng)過各點(diǎn)的光線的相位差偏移，抑制了白光和半色調(diào)顯示的彩色化并抑制了暗光顯示下光線泄漏引起的低對(duì)比度。
在第一實(shí)施例中，當(dāng)經(jīng)過藍(lán)色、綠色和紅色的光線的峰值透射波長(zhǎng)為450nm、550nm和650nm時(shí)，為了滿足關(guān)系3和4，液晶層厚度dR、dG和dB滿足dB＜dG＜dR。
為了調(diào)整液晶層的厚度dR、dG和dB，使彩色濾光層的厚度呈臺(tái)階狀。換句話說，彩色濾光層的紅色、綠色和藍(lán)色各點(diǎn)厚度TR、TG和TB設(shè)定為TR＜TG＜TB。
以下描述上述反射LCD的制造。首先，在非堿性玻璃基片1上形成作為反射鏡和電極的鋁反射電極。由紅色、綠色和藍(lán)色顏料組成的彩色濾光層3a、3b和3c形成于與玻璃基片1相對(duì)的非堿性玻璃基片6上。由氧化銦錫(ITO)構(gòu)成的透明電極5形成于彩色濾光層3a、3b和3c上。紅色、綠色和藍(lán)色的彩色濾光層設(shè)定為TR＜TG＜TB。分別在反射電極2和透明電極5上形成聚酰亞胺取向膜(例如Nissan化學(xué)工業(yè)有限公司生產(chǎn)的SE-7210)，并且摩擦至45°扭曲角。利用密封材料將兩塊基片粘合起來，密封材料內(nèi)混合了玻璃光纖(例如Mitsui化學(xué)股份公式生產(chǎn)的LC STRUCTBOND)。接著，將折射率各異向性色散較小的手征對(duì)稱向列相液晶(從而可以將ΔnR、ΔnG和ΔnB視為常數(shù))注入，隨后用紫外線凝固樹脂密封入口以形成液晶層7。隨后在形成有彩色濾光層3a、3b和3c的玻璃基片6外表面上層疊λ/4波片作為延遲片9。偏振片10層疊在λ/4波片上以完成反射彩色LCD的制作。
由于所用手征對(duì)稱向列相液晶的Δn接近ΔnR＝ΔnG＝ΔnB＝0.06，所以彩色濾光層的厚度差使得液晶層厚度變?yōu)閐G＝4微米，dB＝3.4微米和dR＝4.5微米。換句話說，紅色、綠色和藍(lán)色的彩色濾光層3a、3b和3c的厚度設(shè)定為TR＝0.9微米，TG＝1.4微米和TB＝2.0微米。
在白光顯示中，經(jīng)過紅色、綠色和藍(lán)色各點(diǎn)的光線的相位差分別為(0.415*0.69+0.25)*2π、(0.436*0.69+0.25)*2π和(0.453*0.69+0.25)*2π。
因此進(jìn)行如下的計(jì)算((α*dR*ΔnR+ReR)/λR)/((α*dG*ΔnG+ReG)/λG)＝0.97；以及((α*dB*ΔnB+ReB)/λB)/((α*dG*ΔnG+ReG)/λG)＝1.02。
這些滿足方程式1和2中的關(guān)系。
測(cè)量了上述反射彩色液晶顯示器的單色和積分反射率。為了測(cè)量，采用了色度計(jì)(Minolta有限公司的CM-508D)，并且采用標(biāo)準(zhǔn)白板作為基準(zhǔn)。結(jié)果表明在C光源的CIE色度坐標(biāo)下白光色度為(x，y)＝(0.320，0.320)，并且反射率R＝15％。對(duì)于暗色顯示，色度為(x，y)＝(0.28，0.29)，并且反射率R＝0.9％。因此實(shí)現(xiàn)較小彩色化的高對(duì)比度顯示。
第一實(shí)施例描述了無源矩陣反射彩色LCD。顯然，本發(fā)明的概念并不局限于這種LCD。本發(fā)明自然而然地可以應(yīng)用至其上形成諸如TFT的開關(guān)元件的有源矩陣LCD。
第二實(shí)施例以下描述本發(fā)明第二實(shí)施例的反射LCD。本實(shí)施例的反射LCD具有與第一實(shí)施例相同的總體結(jié)構(gòu)，因此省略結(jié)構(gòu)描述。但是與第一實(shí)施例不同，液晶層7具有均勻的取向。當(dāng)采用λ/4波片作為延遲片9時(shí)，對(duì)于綠色點(diǎn)，由于扭曲系數(shù)α＝1，白光顯示條件是(dG*ΔnG)/λG＝m/2-1/4(m為自然數(shù))。這里m設(shè)定為m＝2。采用折射率各異向性0.09的液晶，并且各點(diǎn)的彩色濾光層呈臺(tái)階狀，使得液晶層厚度變?yōu)閐G＝4.5微米，dB＝3.5微米和dR＝5.0微米。換句話說，彩色濾光層3a、3b和3c的厚度滿足TR＝0.5微米，TG＝1.2微米和TB＝1.7微米。
這種結(jié)構(gòu)下，紅色、綠色和藍(lán)色各點(diǎn)的相位差分別為(0.692+0.25)*2π、(0.736+0.25)*2π和(0.76+0.25)*2π，接近常數(shù)。
與第一實(shí)施例一樣，在擴(kuò)散光源下測(cè)量了平板反射率。在C光源的CIE色度坐標(biāo)下白光色度為(x，y)＝(0.315，0.320)，并且反射率R＝15％。對(duì)于暗色顯示，色度為(x，y)＝(0.28，0.29)，并且反射率R＝0.9％。因此第二實(shí)施例減小了白光顯示中的彩色化并防止低對(duì)比度。在均勻取向下實(shí)現(xiàn)了同樣的效果。
第三實(shí)施例以下借助圖2描述本發(fā)明第三實(shí)施例的反射彩色LCD的結(jié)構(gòu)。與第一實(shí)施例的不同之處是淀積反射電極的玻璃基片呈臺(tái)階狀以使液晶層厚度差滿足dB＜dG＜dR。反射電極形成于內(nèi)層絕緣薄膜，并且對(duì)紅色、綠色和藍(lán)色各點(diǎn)的內(nèi)層絕緣薄膜厚度滿足ZR＜ZG＜ZB，這里ZR、ZG和ZB為各點(diǎn)薄膜厚度。
具體而言，利用丙烯酸樹脂在玻璃基片1上形成厚度不同的各點(diǎn)內(nèi)層絕緣薄膜11a、11b和11c。然后形成鉆反射電極內(nèi)層絕緣薄膜11a、11b和11c的厚度設(shè)定為ZR＝1微米，ZG＝1.6微米和ZB＝2.1微米。接著，由同樣厚度顏料構(gòu)成的紅色、綠色和藍(lán)色彩色濾光層3a、3b和3c形成于相對(duì)的玻璃基片6上，并隨后淀積透明電極5。在兩個(gè)玻璃基片1和6上上形成聚酰亞胺取向膜，并且摩擦至45°TN取向。隨后利用密封材料8將兩塊基片粘合起來，從而使綠色點(diǎn)液晶層的厚度為4微米。將折射率各異向性色散為0.06的液晶注入以形成液晶層7。玻璃基片6外表面上層疊作為延遲片9的λ/4波片和偏振片10以完成反射彩色LCD的制作。
與第一實(shí)施例一樣，在擴(kuò)散光源下測(cè)量了平板反射率。在C光源的CIE色度坐標(biāo)下白光色度為(x，y)＝(0.315，0.320)，并且反射率R＝15％。對(duì)于暗色顯示，色度為(x，y)＝(0.28，0.29)，并且反射率R＝0.9％。因此第三實(shí)施例減小了白光顯示中的彩色化并防止低對(duì)比度。在均勻取向和非均勻取向下實(shí)現(xiàn)了同樣的效果。
第三實(shí)施例完全可以應(yīng)用至其上形成諸如TFT的開關(guān)元件的有源矩陣LCD。
第四實(shí)施例以下借助圖3描述本發(fā)明第三實(shí)施例的反射彩色LCD的結(jié)構(gòu)。與第一實(shí)施例的不同之處是在反射層上形成彩色濾光層使液晶層厚度差滿足dB＜dG＜dR。具體而言，在反射層上形成紅色、綠色和藍(lán)色彩色濾光層，并且在彩色濾光層上形成由ITO構(gòu)成的透明電極。紅色、綠色和藍(lán)色彩色濾光層滿足TR＜TG＜TB，這里TR、TG和TB為各彩色濾光層的厚度。
以下描述上述彩色LCD的制造方法。由鋁構(gòu)成的反射層12淀積在玻璃基片1上，并且利用防顏料彌散劑在反射層12上形成臺(tái)階狀的紅、綠和藍(lán)色的彩色濾光層3a、3b和3c。隨后淀積透明電極5。彩色濾光層3a、3b和3c的厚度為TR＝1微米，TG＝1.6微米和TB＝2.1微米。接著，在相對(duì)的玻璃基片6上淀積由ITO構(gòu)成的透明電極5。在兩個(gè)玻璃基片1和6上形成聚酰亞胺取向膜，并且摩擦至45°TN取向。隨后利用密封材料8將兩塊基片粘合起來，從而使綠色點(diǎn)液晶層的厚度為4微米。將折射率各異向性色散為0.06的液晶注入以形成液晶層7。玻璃基片6外表面上層疊作為延遲片9的λ/4波片和偏振片10以完成反射彩色LCD的制作。
與第一實(shí)施例一樣，在擴(kuò)散光源下測(cè)量了平板反射率。在C光源的CIE色度坐標(biāo)下白光色度為(x；y)＝(0.315，0.320)，并且反射率R＝15％。對(duì)于暗色顯示，色度為(x，y)＝(0.28，0.29)，并且反射率R＝0.9％。因此第四實(shí)施例減小了白光顯示中的彩色化并防止低對(duì)比度。在均勻取向和非均勻取向下實(shí)現(xiàn)了同樣的效果。
在第四實(shí)施例中，彩色濾光層覆蓋在反射層上。這保護(hù)了反射層的Al表面，并減少了摩擦過程的擦傷并防止了長(zhǎng)期使用下濕氣對(duì)Al的腐蝕。
第五實(shí)施例以下借助圖4描述本發(fā)明第五實(shí)施例的反射彩色LCD。與第一實(shí)施例的不同之處是為紅色、綠色和藍(lán)色各點(diǎn)提供間隔層并且液晶層各點(diǎn)的折射率各異向性是不同的。紅色、綠色和藍(lán)色的液晶層滿足ΔnB＜ΔnG＜ΔnR，這里每個(gè)折射率各異向性為ΔnB、ΔnG和ΔnR。
以下描述制造方法。在玻璃基片1上淀積由鋁構(gòu)成的反射電極之后，由紅色、綠色和藍(lán)色顏料組成的彩色濾光層3a、3b和3c形成于相對(duì)的玻璃基片6上。隨后淀積透明電極5。利用光敏丙烯酸刻蝕劑(例如JSR公司的PC302)在點(diǎn)之間的條內(nèi)形成3微米的間隔層。在兩塊基片1和6上形成聚酰亞胺取向膜，并且摩擦至45°TN扭曲角。利用密封材料8將玻璃基片1和6粘合起來。接著將紅色點(diǎn)的折射率各異向性Δn＝0.09、綠色點(diǎn)的折射率各異向性Δn＝0.08和藍(lán)色點(diǎn)的折射率各異向性Δn＝0.065的液晶注入形成液晶層14a、14b和14c。隨后在玻璃基片6外表面上層疊作為延遲片9的λ/4波片和偏振片10以完成反射彩色LCD。
在本實(shí)施例的反射彩色LCD中，白光顯示下，由于α＝0.69，所以紅色、綠色和藍(lán)色各點(diǎn)的相位差分別為(0.287+0.25)*2π、(0.301+0.25)*2π和(0.299+0.25)*2π。相位差幾乎是常數(shù)。
而且在本實(shí)施例中，與其他實(shí)施例一樣，降低了白光和半色調(diào)下的彩色化和低對(duì)比度。
第五實(shí)施例描述了液晶層為TN取向的情況。在均勻取向、非均勻取向和混合取向下獲得了同樣的效果。
第六實(shí)施例以下借助圖5描述本發(fā)明第六實(shí)施例的反射彩色LCD。與第一實(shí)施例的不同之處是在液晶元胞內(nèi)形成延遲層代替延遲片。此外，這種延遲層的延遲隨各種顏色而變化。當(dāng)紅、綠和藍(lán)每個(gè)點(diǎn)的延遲層的延遲為ReR、ReG和ReB，液晶層7的厚度為dR、dG和dB，經(jīng)過各點(diǎn)的可見光波長(zhǎng)為λR、λG和λB，并且可見光波長(zhǎng)為λR、λG和λB下液晶層折射率各異向性為ΔnR、ΔnG和ΔnB時(shí)，這些參數(shù)滿足前述方程式3和4。
以下描述制造方法。在玻璃基片1上淀積由鋁構(gòu)成的反射電極，并且在相對(duì)的玻璃基片6上對(duì)應(yīng)紅色、綠色和藍(lán)色點(diǎn)的位置形成由液晶聚合物組成的延遲層15a、15b和15c。延遲層15a、15b和15c的延遲分別設(shè)定為ReR＝170±5nm，ReG＝140±5nm和ReB＝95±5nm。隨后形成顏料彌散型紅色、綠色和藍(lán)色彩色濾光層3a、3b和3c。透明電極淀積在彩色濾光層3a、3b和3c上。在兩塊基片1和6上形成聚酰亞胺取向膜，并且摩擦至45°TN扭曲角。利用密封材料8將玻璃基片1和6粘合起來。將液晶注入并密封以完成液晶層7。在玻璃基片6外表面上層疊偏振片10。紅色、綠色和藍(lán)色各點(diǎn)液晶層的厚度等于4微米。對(duì)于液晶，采用折射率各異向性的波長(zhǎng)色素特性幾乎相同的材料，即ΔnR＝ΔnB＝ΔnG＝0.06。
在本實(shí)施例的反射彩色LCD中，白光顯示下，由于α＝0.69，所以紅色、綠色和藍(lán)色各點(diǎn)的相位差分別為(0.516±0.008)*2π、(0.556±0.009)*2π和(0.579±0.011)*2π。
因此綠色與紅色點(diǎn)之間的關(guān)系為0.90＜((α*dR*ΔnR+ReR)/λR)/((α*dG*ΔnG+ReG)/λG)＜0.96，滿足方程式3。
綠色與藍(lán)色點(diǎn)之間的關(guān)系為1.01＜((α*dB*ΔnB+ReB)/λB)/((α*dG*ΔnG+ReG)/λG)＜1.08，滿足方程式4。
這種結(jié)構(gòu)抑制了紅色、綠色和藍(lán)色點(diǎn)內(nèi)相位差的偏離，因此降低了白光下的彩色化并防止低對(duì)比度。
第六實(shí)施例描述了液晶層為TN取向的情況。在均勻取向和非均勻取向下獲得了同樣的效果。
第七實(shí)施例以下借助圖6描述本發(fā)明第七實(shí)施例的反射彩色LCD。與第一實(shí)施例的不同之處是在液晶元胞內(nèi)反射層上形成延遲層代替延遲片，并且液晶層具有均勻的取向。
以下描述制造方法。在玻璃基片1上淀積由鋁構(gòu)成的反射層12，并且在對(duì)應(yīng)紅色、綠色和藍(lán)色點(diǎn)的位置形成由液晶聚合物組成的延遲層15a、15b和15c。在延遲層15a、15b和15c上形成由ITO構(gòu)成的透明電極5。延遲層15a、15b和15c的延遲分別設(shè)定為ReR＝200±5nm，ReG＝140±5nm和ReB＝70±5nm。在相對(duì)的玻璃基片6上形成顏料彌散型紅色、綠色和藍(lán)色彩色濾光層3a、3b和3c，并隨后淀積由ITO構(gòu)成的透明電極。在兩塊基片1和6上形成聚酰亞胺取向膜，并且摩擦至均勻的取向。利用密封材料8將玻璃基片1和6粘合起來。將液晶注入并密封以完成液晶層7。在玻璃基片6外表面上層疊偏振片10。紅色、綠色和藍(lán)色各點(diǎn)液晶層的厚度設(shè)定為常數(shù)，即4.5微米。對(duì)于液晶，采用折射率各異向性的波長(zhǎng)色散特性幾乎為常數(shù)的材料，即Δn＝0.09。
在本實(shí)施例的反射彩色LCD中，白光顯示下，紅色、綠色和藍(lán)色各點(diǎn)的相位差分別為(0.931±0.008)*2π、(0.991±0.009)*2π和(1.056±0.011)*2π。因此綠色與紅色點(diǎn)之間的關(guān)系為0.923＜((α*dR*ΔnR+ReR)/λR)/((α*dG*ΔnG+ReG)/λG)＜0.956，滿足方程式3。綠色與藍(lán)色點(diǎn)之間的關(guān)系為1.044＜((α*dB*ΔnB+ReB)/λB)/((α*dG*ΔnG+ReG)/λG)＜1.086，滿足方程式4。由于在第七實(shí)施例中采用了均勻取向，所以α＝1。上述結(jié)構(gòu)抑制了紅色、綠色和藍(lán)色點(diǎn)內(nèi)相位差的偏離，因此降低了白光下的彩色化并防止低對(duì)比度。
顯然，在TN取向和均勻取向下獲得了同樣的效果。
第八實(shí)施例以下借助圖7描述本發(fā)明第八實(shí)施例的反射彩色液晶顯示裝置。該實(shí)施例采用有源矩陣型反射LCD，其中在通過內(nèi)層絕緣薄膜17形成TFT單元16之后在玻璃基片1上淀積反射電極2。與第一實(shí)施例一樣，采用λ/4波片作為延遲片，并且液晶層為45度扭曲。包括延遲片延遲和液晶層折射率各異向性和厚度的參數(shù)滿足方程式3和4。與第一實(shí)施例的不同之處是采用具有下列特性的彩色濾光片。當(dāng)C光源作為入射光線并且XYZ色度系統(tǒng)色度圖色度坐標(biāo)為(x，y)時(shí)，滿足圖8陰影區(qū)域所示的0.290≤x≤0.300，0.290≤y≤0.310和|x-y|≤0.015條件。此外，上述白光(Y)水平下的透射率為55～65。
具體而言，當(dāng)采用C光源作為入射光線時(shí)，對(duì)于紅色點(diǎn)滿足下列方程式0.390≤xr≤0.410，0.290≤yr≤0.310；這里，(xr，yr)、(xg，yg)和(xb，yb)為光線經(jīng)過紅色、綠色和藍(lán)色彩色濾光層的XYZ色度系統(tǒng)色度圖的色度坐標(biāo)，并且Yr、Yg和Yb為Y水平。此外Y水平滿足50≤Yr≤60。
同樣，對(duì)于綠色，滿足下列方程式并且對(duì)于Y水平80≤Yg≤900.310≤xg≤0.330和0.380≤yg≤0.400。
同樣，對(duì)于藍(lán)色，滿足下列方程式并且對(duì)于Y水平30≤Yb≤40
0.150≤xb≤0.170和0.200≤yb≤0.220。
本實(shí)施例中的彩色濾光片設(shè)定為紅色點(diǎn)的x＝0.400，y＝0.300并且Y＝53，綠色點(diǎn)的x＝0.320，y＝0.390并且Y＝85，而藍(lán)色點(diǎn)的x＝0.165，y＝0.210并且Y＝34。彩色濾光層的厚度紅色點(diǎn)為TR＝1.2微米，綠色點(diǎn)為TG＝1.5微米而藍(lán)色點(diǎn)為TB＝1.8微米。每種顏色的相位差設(shè)定為滿足方程式3和4。增加經(jīng)過彩色濾光層光線處理的白光色度為x＝0.300，y＝0.309并且Y＝57。
利用色度計(jì)(Minolta有限公司的CM-508D)測(cè)量了本實(shí)施例中反射彩色LCD的單色和積分反射率，并且采用標(biāo)準(zhǔn)白板作為基準(zhǔn)。采用C光源作為光源。在第八實(shí)施例的情況下，在C光源的CIE色度坐標(biāo)下白光色度和反射率為(x，y)＝(0.30，0.30)，并且R＝15％。對(duì)于暗色顯示，(x，y)＝(0.30，0.30)，并且R＝0.9％。因此實(shí)現(xiàn)高單色和高對(duì)比度顯示。當(dāng)彩色濾光層白光狀態(tài)下色度坐標(biāo)設(shè)定為0.290≤x≤0.300，0.290≤y≤0.310和|x-y|≤0.015時(shí)，進(jìn)一步提高暗光和白光下的單色度。另一方面，如果數(shù)值超出上述范圍，彩色濾光片引起顏色偏移。例如紅色偏移x＞y+0.015，綠色偏移x＞y+0.015，黃色偏移x＞0.300和y＞0.310，并且藍(lán)色偏移x＜0.290并且y＜0.290。
對(duì)于Y水平，當(dāng)Y＜55時(shí)白光顯示的反射率較低，相反當(dāng)Y＞65時(shí)色純度較低。因此55≤Y≤65是滿足較好反射率和顏色再現(xiàn)性的合適范圍。
第八實(shí)施例描述了在相對(duì)玻璃基片上形成彩色濾光層的結(jié)構(gòu)。通過在圖3所示反射層上提供彩色濾光層也可以得到同樣的效果。
如上所述，為了使(α*dR*ΔnR+ReR)/λR、(α*dG*ΔnG+ReG)/λG和(α*dB*ΔnB+ReB)/λB具有恒定的值，通過改變液晶層厚度、折射率各異向性或者延遲片的延遲減少紅色、綠色和藍(lán)色各點(diǎn)的相位差偏離，其中dR、dG和dB構(gòu)成像素的紅、綠和藍(lán)各點(diǎn)的液晶層厚度；λR、λG和λB經(jīng)過各點(diǎn)的可見光波長(zhǎng)；ΔnR、ΔnG和ΔnB液晶層折射率的各異向性；ReR、ReG和ReB延遲片的延遲；α扭曲系數(shù)。
因此實(shí)現(xiàn)了白光和半色調(diào)顯示下較低的對(duì)比度損失和彩色化。
權(quán)利要求
1.一種包含至少一個(gè)像素的反射彩色LCD，每個(gè)像素包含紅點(diǎn)、綠點(diǎn)和藍(lán)點(diǎn)，其特征在于每個(gè)點(diǎn)包括具有內(nèi)表面的第一基片；具有面向所述第一基片內(nèi)表面的內(nèi)表面的第二基片和一個(gè)外表面；插在所述第一與第二基片之間的液晶層；形成于所述第一基片內(nèi)表面的反射層；位于所述反射層與第二基片之間的彩色濾光層；位于所述第二基片外表面上的偏振片；以及位于所述第二基片外表面或者位于所述反射層與所述第二基片之間的延遲片，其中所述反射彩色液晶顯示裝置滿足0.9≤((α*dR*ΔnR+ReR)/λR)≤((α*dG*ΔnG+ReG)/λG)≤1.1(3)；以及0.9≤((α*dB*ΔnB+ReB)/λB)≤((α*dG*ΔnG+ReG)/λG)≤1.1(4)；其中dR、dG和dB構(gòu)成像素的紅、綠和藍(lán)各點(diǎn)的液晶層厚度；λR、λG和λB經(jīng)過各點(diǎn)的可見光波長(zhǎng)；ΔnR、ΔnG和ΔnB當(dāng)可見光波長(zhǎng)為λR、λG和λB時(shí)液晶層折射率的各異向性；ReR、ReG和ReB延遲片和延遲層之一的延遲；以及α依賴于液晶層內(nèi)液晶分子扭曲角的系數(shù)，當(dāng)扭曲角為零時(shí)α＝1而當(dāng)扭曲角為45°時(shí)α＝0.69。
2.如權(quán)利要求1所述的反射彩色液晶顯示裝置，其特征在于液晶層厚度dR、dG和dB互不相等。
3.如權(quán)利要求2所述的反射彩色液晶顯示裝置，其特征在于各點(diǎn)的彩色濾光層具有一定的厚度，各點(diǎn)包含第一求和，它等于液晶層厚度加上彩色濾光層厚度，其中各點(diǎn)的第一求和互相相等。
4.如權(quán)利要求2所述的反射彩色液晶顯示裝置，其特征在于進(jìn)一步包含位于所述第一和第二基片之一上的各點(diǎn)的內(nèi)層絕緣薄膜，所述內(nèi)層絕緣薄膜各點(diǎn)具有一定的厚度，各點(diǎn)包含第二求和，它等于所述內(nèi)層絕緣薄膜厚度加上所述液晶層厚度，其中各點(diǎn)的第二求和互相相等。
5.如權(quán)利要求1所述的反射彩色液晶顯示裝置，其特征在于所述彩色濾光層位于反射層上。
6.如權(quán)利要求3所述的反射彩色液晶顯示裝置，其特征在于所述彩色濾光層位于反射層上。
7.如權(quán)利要求1所述的反射彩色液晶顯示裝置，其特征在于ΔnR、ΔnG和ΔnB互不相等。
8.如權(quán)利要求2所述的反射彩色液晶顯示裝置，其特征在于所述液晶層的取向是TN、均勻和非均勻取向中的一種。
9.如權(quán)利要求1所述的反射彩色液晶顯示裝置，其特征在于所述延遲單元包含位于所述第二基片外表面上的延遲片。
10.如權(quán)利要求1所述的反射彩色液晶顯示裝置，其特征在于所述延遲單元包含位于所述反射層上的延遲片。
11.如權(quán)利要求1所述的反射彩色液晶顯示裝置，其特征在于所述延遲單元包含位于所述第二基片內(nèi)表面上的延遲片。
12.如權(quán)利要求1所述的反射彩色液晶顯示裝置，其特征在于所述液晶層的取向是TN、均勻和非均勻取向中的一種。
13.如權(quán)利要求1所述的反射彩色液晶顯示裝置，其特征在于裝置具有XYZ色度系統(tǒng)色度圖色度坐標(biāo)(x，y)，它是通過來自C光源的光線經(jīng)過紅色、綠色和藍(lán)色各點(diǎn)的彩色濾光層獲得的，這里0.290≤x≤0.300，0.290≤y≤0.310和|x-y|≤0.015條件，并且裝置的白光狀態(tài)Y水平為55～65。
14.如權(quán)利要求13所述的反射彩色液晶顯示裝置，其特征在于0.390≤xr≤0.410，0.290≤yr≤0.310，50≤Yr≤60；0.310≤xg≤0.330，0.380≤yg≤0.400，80≤Yg≤900.150≤xb≤0.170，0.200≤yb≤0.220，30≤Yb≤40這里，(xr，yr)、(xg，yg)和(xb，yb)為光線經(jīng)過紅色、綠色和藍(lán)色彩色濾光層的色度坐標(biāo)。
15.如權(quán)利要求1所述的反射彩色液晶顯示裝置，其特征在于裝置包含有源矩陣列陣。
16.如權(quán)利要求13所述的反射彩色液晶顯示裝置，其特征在于裝置包含有源矩陣列陣。
全文摘要
為了使(α*d
文檔編號(hào)G02F1/1335GK1270326SQ00106769
公開日2000年10月18日 申請(qǐng)日期2000年4月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月12日
發(fā)明者巖井義夫, 山口久典, 關(guān)目智明, 櫻井芳自, 小川鐵 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社