專利名稱：具有高對(duì)比度的快速液晶顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及液晶顯示(LCD)系統(tǒng)。
基于若干原因，高性能單板液晶(LC)投影機(jī)優(yōu)選地使用極快速響應(yīng)LC光閥。例如，為了抑制彩色序列假像所必須的高幀要求這樣的快速響應(yīng)。另一個(gè)原因是色彩逼真度；慢速響應(yīng)光閥混合顏色，降低了色彩純度。然而，更快的響應(yīng)光閥不能提供所需要的對(duì)比度。事實(shí)上，具有最快響應(yīng)的模式，即已知的電控制雙折射(ECB)模式，代表著一種最壞的情況，其入射光的偏振相對(duì)于LC邊界導(dǎo)向器(即LC邊界層的光軸方向)為45°，導(dǎo)致最大的對(duì)比度損失。因此，在這種應(yīng)用中目前采用了較慢的工作模式。
本發(fā)明的目的是提供能夠顯示具有改進(jìn)圖像質(zhì)量的液晶顯示系統(tǒng)。
此目標(biāo)通過根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求1中所述的液晶顯示器來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明基于ECB的對(duì)比度，和其中入射光的偏振同LC導(dǎo)向器在光入射側(cè)面不平行或垂直的其它模式，受到光閥的光入射表面處反射光的限制。當(dāng)單元被偏置時(shí)，雙折射LC材料薄層在LC材料和玻璃基板的界面處形成。這個(gè)邊界層引起了入射光的微小反射。反射光與入射光并不具有相同的偏振方向。而且，作為這個(gè)反射的直接結(jié)果，透射光的偏振方向也改變了。兩種效應(yīng)都引起了對(duì)比度的損失。
公開了可以使有害的反射減少、消除或使其無害的顯示系統(tǒng)的兩個(gè)實(shí)施方案。第一個(gè)實(shí)施方案中，一種具有特殊導(dǎo)向器特征的LC聚合物中間層被插入到LC材料和光入射面上的玻璃基板之間。這樣，當(dāng)單元被偏置時(shí)，中間層在玻璃基板和LC邊界層之間。第二個(gè)實(shí)施方案中，一種混合排列的LC層被提供在頂層(光入射側(cè)面)和底層玻璃基板之間。此LC層在鄰接頂層基板一側(cè)提供了高預(yù)傾角，比如約45°～90°之間，在鄰接底層基板一側(cè)提供了低預(yù)傾角，例如小于10°。在任一情況下，單元的光入射側(cè)面處的反射的偏振不會(huì)受到導(dǎo)致對(duì)比度降低的影響。
更加有利的實(shí)施方案在附屬權(quán)利要求書中來加以限定。
將通過下文描述的實(shí)施方案來清楚闡明本發(fā)明的上述和其他方面。
附圖中

圖1a和1b分別圖示了現(xiàn)有技術(shù)下無偏置和偏置情況下的ECB單元；圖2a到2d是圖1a和1b中的單元的工作特性圖示；圖3是結(jié)合本發(fā)明第一實(shí)施方案的LC單元示意圖；圖4和圖5分別為現(xiàn)有技術(shù)的ECB單元和圖3實(shí)施方案的ECB單元的實(shí)施示例中反射率對(duì)波長(zhǎng)的表示圖；以及圖6是結(jié)合本發(fā)明第二實(shí)施方案的LC單元的示意圖。
圖1a中顯示了處于自然、未偏置或“明亮”狀態(tài)的典型的ECB單元10的橫截面，分別包括上下玻璃基板12和14和LC體材料16，而圖1b是在高偏置狀態(tài)下的情況。表示LC材料的線指示LC分子的取向。需要注意的是在偏置狀態(tài)下，LC材料被分成分子垂直取向的中心層18，和分別位于LC材料與基板的連接處的上下邊界層20和22。
在ECB光閥應(yīng)用中，如圖2a所示，入射光I沿S軸偏振，與LC單元25的光軸呈45°。在無偏置“明亮”狀態(tài)，單元充當(dāng)四分之一波片，引起被偏振立方體24傳送到屏幕上的反射光偏振的90°旋轉(zhuǎn)(從S到P)。相反地，在高電場(chǎng)下，LC體，即層18被垂直取向并且對(duì)于入射光呈現(xiàn)各向同性，即不影響偏振。另一方面，薄邊界層20和22是雙折射的，必須通過一個(gè)雙折射薄膜(未示出)補(bǔ)償。由于良好補(bǔ)償單元的凈雙折射接近于零，所以期望有非常好的暗狀態(tài)并且由此產(chǎn)生高對(duì)比度。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)即使采用最好的補(bǔ)償方法，現(xiàn)有技術(shù)的ECB單元呈現(xiàn)出的對(duì)比度仍然基本上低于TN單元。嚴(yán)格的分析表明過多的光泄漏來自于上邊界層。這個(gè)各向異性的中間層對(duì)于特殊(圖2b)和普通方向(圖2c)偏振的光產(chǎn)生不同的反射率。兩種反射，re和re’(在圖2b中用虛線表示)出現(xiàn)在邊界層，減小了每次傳輸?shù)耐干洳═e的幅度。結(jié)果是Te幅度的減小和由此造成的出射透射波T的取向變化，此時(shí)其具有與入射波的偏振方向正交的分量Tp。反射波re和re’(圖2b)同樣具有與輸入偏振正交的強(qiáng)分量，因此，增加了系統(tǒng)在暗狀態(tài)中的光泄漏，如圖2a所示。
LC單元的兩種實(shí)施方案如圖3和圖6所示，其在所希望的快速響應(yīng)下工作而沒有伴隨的對(duì)比度減小。圖3的單元26中，示出了高場(chǎng)狀態(tài)下改進(jìn)的ECB單元。在上層玻璃基板30和LC材料28之間插入一層中間的光學(xué)各向異性層28(LC聚合物)，其具有特殊的導(dǎo)向器特性，如圖所示在邊界層34和36之間的體層32中的偏置下，減少了由于從玻璃30到邊界34到體32的折射率漸變引起的反射。該各向異性層可以是光聚合物或者被斜向蒸鍍的層，是被斜向粒子束比如氬離子刻蝕或碾磨的層。此外，組合層，即邊界層和中間層的有效厚度可以被調(diào)節(jié)至半個(gè)波長(zhǎng)，例如綠色，使得反射在這個(gè)波長(zhǎng)下消失。在實(shí)際的情況中，LC指數(shù)為no＝1.5，ne＝1.7，邊界層厚度為70-100nm，引起1％-1.5％的強(qiáng)反射(圖4)。通過增加具有相同指數(shù)的中間層，對(duì)于總厚度為160nm，反射率減小，如圖5所示。這樣，中間層28鄰接基板30和LC邊界層34，而LC邊界層36鄰接下基板38。中間層28的厚度和各向異性，即普通(no)和特殊(ne)指數(shù)，提供了足夠的自由度，使得中間層28和LC邊界層32結(jié)合形成一個(gè)純各向同性堆層。用于中間層28的適用材料的實(shí)例是LC(光)聚合物。這種中間層中的LC導(dǎo)向器的取向特征可以利用許多眾所周知的方法操控。例如，取向可以在光入射側(cè)面垂直于基板而在光出射側(cè)面逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫小?br> 第二種減小或消除表面反射的方法是改變單元40中LC分子的排列，如圖6所示。LC層42相對(duì)于頂基板44非常陡峭的傾角(如約45°～90°之間)形成于光入射側(cè)面，而在層42與下基板46結(jié)合處該角度幾乎是平行的(如0°～10°)。在90°的情況下，與上基板44鄰接的LC邊界層是光學(xué)各向同性的，然而在減小的角度下各向異性增加。在后一種情況下，可以獲得速度和對(duì)比度之間所希望的折衷。
嚴(yán)格的分析表明，過多的光泄漏產(chǎn)生于上邊界層20。該各向異性層導(dǎo)致了在特殊和普通方向偏振的光具有不同的折射率，如圖2b和2c分別表示。在圖2b中用虛線的表示兩個(gè)反射re和re’出現(xiàn)在邊界層，減小了每次傳輸?shù)耐干洳═e的幅度。結(jié)果是Te幅度的減小和由此造成的出射透射波T的取向變化，此時(shí)其具有與入射波偏振方向正交的分量Tp。反射波re和re’同樣具有與輸入偏振正交的強(qiáng)分量，因此，造成了系統(tǒng)暗狀態(tài)中的光泄漏。
將具有特殊導(dǎo)向器特性的LC聚合物的中間層28插入LC材料和頂基板30之間，如圖3所示，減小了由于從玻璃到邊界層到體的折射率漸變而引起的反射。這樣的結(jié)構(gòu)等效于各向異性分級(jí)指數(shù)層，該層可以用作下面(同樣備向異性的)LC邊界層的抗反射層。此外，組合層，即邊界層34和中間層28，其有效厚度可以調(diào)節(jié)到選定波長(zhǎng)(例如綠色)的一半，這樣反射在這個(gè)波長(zhǎng)被完全消除。
圖4和圖5分別表示了在偏置的現(xiàn)有技術(shù)單元10(圖1b)和單元26在一段波長(zhǎng)范圍內(nèi)反射比的比較。在圖示的例子中，LC指數(shù)no＝1.5，ne＝1.7，邊界層厚度為70-100nm。未補(bǔ)償單元10中反射比在整個(gè)感興趣的光譜中1％-1.5％的范圍內(nèi)(圖4)。在采用平行排列的LC聚合物的單元26的情況下(圖5)，反射比顯示出極大的改進(jìn)，即很大程度上被消除。類似的結(jié)果可以通過圖6中的單元36獲得，該單元36使用混合排列LC層42，其在頂基板44的光入射側(cè)面具有高預(yù)傾角，而與底基板46鄰接的側(cè)面具有低預(yù)傾角。
本發(fā)明的其他方面和特性可以通過研究附圖、公開內(nèi)容和附屬的權(quán)利要求獲得。
權(quán)利要求
1.一種具有高對(duì)比度的能夠快速模式工作的液晶顯示系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括a)偏振光源；b)LC單元(25，40)，具有所述光入射到其上的表面；和c)對(duì)比度增強(qiáng)裝置(28，42)，用于減少傾向于降低對(duì)比度的所述光在所述表面處的反射或使反射無害。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述單元包括液晶體材料(32，42)，所述液晶體材料包含在上(30，44)和下(38，46)玻璃基板之間并且鄰接于所述上和下玻璃基板，所述上基板(30，44)具有所述表面。
3.權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中所述對(duì)比度增強(qiáng)裝置(28)包括插入到所述上基板(30)和所述液晶材料(32)之間的光學(xué)各向異性中間層。
4.權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中所述中間光學(xué)各向異性層(28)是具有預(yù)定導(dǎo)向器特性的液晶聚合物。
5.權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)各向異性中間層(28)包括光聚合物。
6.權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)各向異性中間層(28)被斜向地蒸鍍?cè)谒錾舷虏ＡЩ逯g。
7.權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)各向異性中間層(28)通過斜向粒子束刻蝕。
8.權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)各向異性中間層(28)是被碾磨的。
9.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述對(duì)比度增強(qiáng)裝置(42)包括所述的液晶體材料，其在鄰接所述上基板(44)的側(cè)面上具有大約45°到90°之間的預(yù)傾角，而在鄰接所述下基板(46)的側(cè)面上具有小于10°的預(yù)傾角。
全文摘要
一種外部電子照明模塊，比如液晶單元(25，26，40)，利用偏振光束分光器(24)將投影燈的光束I分為兩個(gè)偏振態(tài)，選擇性地改變每個(gè)偏振光束的狀態(tài)以便排除光的控制部分，其中選擇性改變的光束被重新組合并且傳遞給所述投影系統(tǒng)光學(xué)器件。具有特殊導(dǎo)向器特征的LC聚合物的中間層(28)被插入到LC材料(32)和光入射側(cè)面上的玻璃基板(30)之間。這樣，當(dāng)單元被偏置時(shí)，中間層(28)在玻璃基板(30)和LC邊界層(34)之間?；旌吓帕械腖C層(42)被提供在頂層(光入射側(cè)面)和底層玻璃基板(44，46)之間。該LC層(42)在鄰接頂基板(44)的側(cè)面上具有高預(yù)傾角，例如大約45°－90°之間，在鄰接底基板(46)的側(cè)面上具有低預(yù)傾角，如小于10°。在任一情況下，在單元(26，40)的光入射側(cè)面的反射偏振不會(huì)受到導(dǎo)致對(duì)比度減小的方式的影響。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK1582412SQ02822051
公開日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2002年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月9日
發(fā)明者P·J·M·詹森 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司