CN100385309C - 采用双面光单元的液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶显示装置，包括一液晶面板；附接在液晶面板相对表面上的第一和第二偏振板，所述第一偏振板具有第一光轴，所述第二偏振板具有垂直于所述第一光轴的第二光轴；在液晶面板正面上方的第一正面光单元；在第一正面光单元正面上方的一局部反射器；在液晶面板背面上方的第二正面光单元；设置在第一偏振板和第一正面光单元之间的第一薄膜，其用于接收环境光并将环境光引向液晶面板的背面；以及设置在第二偏振板和第二正面光单元之间的漫射片；其中各第一正面光单元和第二正面光单元包括光导板，所述光导板在表面具有棱镜图案，并且该局部反射器用双亮度增强薄膜DBEF或者通过涂覆金属材料形成。

Description

采用双面光单元的液晶显示装置
技术领域
本发明涉及具有双面光单元(dual light units)的液晶显示装置(LCD)。
背景技术
通常，LCD是具有相对小的尺寸、纤细的轮廓和低功耗的平板显示装置。LCD因此被广泛地用于笔记本计算机等移动式计算机、办公自动化设备和音频/视频机器。
LCD是通过控制液晶材料感应的电场来操纵透过液晶材料的光，从而显示图像。LCD本身不需要发光，而是利用一个外部光源。而诸如电致发光(EL)、阴极射线管(CRT)和发光二极管(LED)等其他显示装置是靠自身发光。
LCD可以大致划分成两种不同类型：透射型LCD和反射型LCD。透射型LCD包括具有介于两个基板之间的液晶层的液晶面板。透射型LCD还包括一个向液晶面板供应光的背光单元。然而，由于背光单元的体积和重量，难以制造具有纤细轮廓且重量轻的透射型LCD。背光单元还需要大量的电功率。这种大的电功率需求缩短了LCD计算机笔记本用电池电源工作的时间。
反射型LCD不是单独提供光源，而是根据自然(环境)光条件来显示图像。因此，反射型LCD不需要任何额外的光源，而且反射型LCD消耗的电功率很小，并能在电子笔记本和个人数字助理(PDA)等移动显示装置中广泛使用。然而，当环境光不足时，例如是在黑夜，那么反射型LCD的亮度水平就会降低，造成无法读取显示的信息。克服在黑暗条件下显示图像这一问题的常规方法包括在反射LCD中安装一个正面光(front light)单元。
图1示出了按照现有技术采用正面光单元的一种反射型LCD的透视示意图，而图2示出了图1所示的反射型LCD的剖面图。在图1和图2中，一反射LCD 100包括一反射液晶面板120和位于反射液晶面板120上的用来提供光的一正面光单元110。反射液晶面板120具有第一基板121和第二基板122，其中在第二基板122上形成一漫反射(diffusing reflective)电极123。漫反射电极123反射从反射液晶面板120的上表面提供的环境光，或是反射从正面光单元110发射的入射光。
正面光单元110包括光源111、光导板112和反射镜113。光源111产生光。光导板112将光投射到反射液晶面板120的显示面上。反射镜113向光导板112反射由光源111产生的光。
图2示出了形成具有棱镜结构的光导板112的上表面，使得从光源111发出的光在光导板112的上表面和下表面反射。然后，提供给光导板112的光沿着与位于光导板112下方的反射液晶面板120垂直的方向传播。接着，用反射液晶面板120的反射电极123反射垂直供给反射液晶面板120的光，并且光向上传播到光导板110上方，从而显示出一个图像。结果，现有技术产生了一种仅在显示器一侧显示图像的显示器。
发明内容
本发明旨在提供一种采用双面光单元的LCD，其能够基本上消除因现有技术的局限和缺点造成的一个或多个问题。
本发明的目的是提供了一种采用单一液晶面板在正、反两面显示图像的LCD。
以下要说明本发明的附加特征和优点，一部分可以从说明书中看出，或是通过对本发明的实践来学习。采用说明书及其权利要求书和附图中具体描述的结构就能实现并达到本发明的目的和其他优点。
本发明的一方面涉及一种LCD其包括一液晶面板；附接在液晶面板相对表面上的第一和第二偏振板，所述第一偏振板具有第一光轴，所述第二偏振板具有垂直于所述第一光轴的第二光轴；附接在液晶面板正面上方的第一正面光单元；附接在第一正面光单元正面上方的一局部反射器；附接在液晶面板背面上方的第二正面光单元；设置在第一偏振板和第一正面光单元之间的第一薄膜，其用于接收环境光并将环境光引向液晶面板的背面；以及设置在第二偏振板和第二正面光单元之间的漫射片；其中各第一正面光单元和第二正面光单元包括光导板，所述光导板在表面具有棱镜图案，并且该局部反射器用双亮度增强薄膜DBEF或者通过涂覆金属材料形成。
应该意识到以上的概述和下文的详细说明都是示例性和解释性的描述，都是为了进一步解释所要求保护的本发明。
附图说明
所包括的用来便于理解本发明并且作为本申请一个组成部分的附图表示了本发明的实施例，连同说明书一起可用来解释本发明的原理。在附图中：
图1示出了现有技术采用正面光单元的一种反射LCD的透视示意图；
图2示出了图1所示的现有技术采用正面光单元的反射LCD的剖面图；
图3示出了按照本发明的第一实施例采用双面光单元的示例性LCD的示意性剖面图；
图4和图5示出了按照本发明采用双面光单元的另一示例性LCD的示意性剖面图；
图6示出了按照本发明的第二实施例采用双面光单元的示例性LCD的示意性剖面图；
图7示出了按照本发明的第三实施例采用双面光单元的示例性LCD的示意性剖面图；
图8示出了按照本发明的第四实施例采用双面光单元的示例性LCD的示意性剖面图；以及
图9示出了按照本发明采用双面光单元的LCD中具有变化反射率的局部反射器的示意图。
具体实施方式
以下要具体描述在附图中表示的本发明的最佳实施例。
图3示出了按照本发明的第一实施例采用双面光单元的示例性LCD的示意性剖面图。
图3示出了一LCD 300，它包括通过在第一基板331和第二基板332之间夹有一液晶层333而形成的液晶面板330。第一偏振板304和第二偏振板305附接在液晶面板330的相对表面上，而第一正面光单元310附接在液晶面板330的正面。第二正面光单元320附接在液晶面板330的背面。
LCD 300还包括设置在第一偏振板304和第一正面光单元310之间的第一薄膜306，以及设置在第二偏振板305和第二正面光单元320之间的第二薄膜307。以下将详细描述第一薄膜306和第二薄膜307的特性。
所述的液晶面板330是一种透射型液晶面板。第一基板331设置有薄膜晶体管(TFT)，而第二基板设置有滤色片层。第一基板331面对第二基板332，第二基板332与第一基板331彼此分开一预定距离。
第一基板331在其内表面上设置有按矩阵构造形成的栅极总线和数据总线。用作开关元件的TFT形成在邻近栅极总线和数据总线的各个交叉点处。在栅极总线和数据总线所包围的象素区上形成方形的象素电极。
根据作为有源层的半导体层的相，可以将液晶面板330的第一基板331上形成的TFT分为不同的两类：i)采用不具有晶格周期的含氢非晶硅的非晶TFT；和ii)采用多晶硅的多晶硅TFT。
而且，第二基板332面对第一基板331，并且第二基板332包括在其内表面上方形成的黑色矩阵(BM)层、滤色片层和公共电极。
在上述液晶面板中，向所选择的栅极总线和所选择的数据总线施加电压使连接到所选择的栅极总线的TFT导通，而且电荷累积到连接到TFT漏极的象素电极上，由此改变象素电极和公共电极之间液晶分子的角度。
液晶面板通过控制施加给具有介电各向异性的液晶分子的电场来显示画面或图像。液晶可以具有正型或负型介电各向异性。通常采用的是具有正型介电各向异性的向列型液晶。尽管图3示出扭曲向列(TN)模式的例子，但是，还可以采用其他的模式，例如电控制的双折射(ECB)模式、光学补偿双折射(OCB)模式或类似的模式。
第一偏振板304、第二偏振板305和补偿板(图中未示)设置在液晶显示面板330的外表面上方。第一偏振板304和第二偏振板305附接在液晶面板330外表面的上方，使得第一偏振板304的光轴垂直于第二偏振板305的光轴。第一偏振板304和第二偏振板305只穿过沿一个方向振动(即，取向)的光，以便使自然光偏振。
补偿板(图中未示)用来补偿光在相对方向上的相位变化，以便解决视角问题。用单轴补偿板或者双轴补偿板形成该补偿板。
同时，设置在液晶面板330正面的第一正面光单元310将线性光转换为表面光，而从光源311发出的光穿过光导板312。光导板312用形成在其上表面上的具有棱镜图案的透明材料形成，并改变光的传播路径，所述的光沿与垂直于显示表面的方向成一倾斜角度入射。第二正面光单元320也分别具有第二光源321、和第二正面光单元320的第二光导板322。
当通过从第一正面光单元310发出的光在液晶面板330的背面上显示图像时，第一薄膜306通过向着液晶面板330沿第一光轴方向偏振的光，而且第一薄膜306反射沿垂直于第一光轴方向的第二光轴方向偏振的光。沿第二光轴方向偏振的光再次被第一正面光单元310的光导板312反射，然后部分穿过液晶面板330，从而提高了液晶面板330背面上显示的图像的亮度。反射偏振板或双亮度增强薄膜(DBEF)可以用作第一薄膜306。
当第一正面光单元310和第二正面光单元320处于关断状态时，第一薄膜306还起到一反射镜(mirror)的作用。
漫射片可以用作第二薄膜307。第二薄膜307使穿过光源311的光导板312供给的光的亮度均匀。
图4示出了当第一正面光单元310处于导通状态时本发明LCD的图像显示。
图4示出，当第一正面光单元310处于导通状态且没有向液晶面板330施加电压时，已穿过第一偏振板304的光沿液晶分子的扭曲路径传播，而且光穿过具有一光轴的第二偏振板305，该光轴垂直于第一偏振板304的光轴。因此，在液晶面板330上显示的图像处于白色模式。
这样，当没有施加电压时，从第一正面光单元310发出的光穿过液晶面板330，并且液晶面板330的背面处于正常白色模式。
然而，当如图4所示，向液晶面板330施加电压时，液晶分子沿电场方向取向，使穿过第一偏振板304的光不再穿过第二偏振板305，而是被第二偏振板305阻挡。换句话说，当施加电压时，第二偏振板305阻挡光，因此液晶面板330的背面相应地在黑色模式下工作。
因此，通过有选择地向液晶面板330施加电压，便能够控制穿过液晶面板330的光，以在液晶面板330的背面上显示所期望的图像。
当在液晶面板330的背面上显示图像时，第一薄膜306允许沿第一光轴方向偏振的光穿过液晶面板330。同时，第一薄膜306反射沿垂直于第一光轴方向的第二光轴方向偏振的光。然后，反射的光再次被第一正面光单元310的光导板312反射，并部分穿过液晶面板330。显示在液晶面板330背面上的图像亮度因此能够得到增强。
图5示出了当第二正面光单元320处于导通状态时在按照本发明LCD中的图像显示。
图5示出，当第二正面光单元320处于导通状态且没有向液晶面板330施加电压时，已穿过第二偏振板305的光沿液晶分子的扭曲路径传播，而且光穿过具有一光轴的第一偏振板304，该光轴垂直于第二偏振板305的光轴。因此，液晶面板330在正常白色模式下工作。
当没有施加电压时，从第二正面光单元320发出的光穿过液晶面板330，并且在液晶面板330的正面上显示的图像处于白色模式。
然而，当向液晶面板330施加电压时，液晶分子沿电场方向取向，使穿过第二偏振板305的光不穿过第一偏振板304，而是被第一偏振板304阻挡。换句话说，当施加电压时，第一偏振板304阻挡光，并且液晶面板330的正面在黑色模式下工作。
因此，通过有选择地向液晶面板330施加电压，便能够控制穿过液晶面板330的光，以在液晶面板330的正面上显示所期望的图像。
换句话说，如图4和5所示，有可能在液晶面板330的正面或者背面上显示图像，这取决于第一正面光单元310或者第二正面光单元320导通或者关断。
图6示出了按照本发明第二实施例采用双面光单元的示例性LCD的示意性剖面图。
图6示出一LCD 600，其包括通过在第一基板631和第二基板632之间夹有一液晶层633而形成的液晶面板630，和附接在液晶面板630的相对的表面上的第一偏振板604和第二偏振板605。第一正面光单元610附接在液晶面板630的正面，而第二正面光单元620附接在液晶面板630的背面。
LCD 600还包括设置在第一偏振板604和第一正面光单元610之间的第一薄膜606，设置在第二偏振板605和第二正面光单元620之间的第二薄膜607，以及设置在第一正面光单元610和第一薄膜606之间的散射薄膜(scatteringfilm)608。
当在液晶面板630的背面上显示图像时，散射薄膜608防止由第一正面光单元610的光导板612的图案引起的莫尔条纹现象。
莫尔条纹现象由两个或多个周期性图案彼此重叠时形成的干涉条纹表示。例如，当光照射到具有类似间隔的两个或多个晶格上时，便形成不同于两个晶格的线条纹。这个线条纹是莫尔条纹现象。
图6的LCD描述了功能类似于图3至图5中所示LCD的那些元件的其他元件，这里省略了对它们的详细描述。在图6中，光源611设置在第一正面光单元610中，而光源621和光导板622设置在第二正面光单元620中。
图7示出了按照本发明第三实施例采用双面光单元的示例性LCD的示意性剖面图。
图7示出一LCD 700，其包括通过在第一基板731和第二基板732之间夹有一液晶层733而形成的液晶面板730。第一偏振板704和第二偏振板705附接在液晶面板730的相对的表面上。第一正面光单元710附接在液晶面板730的正面，而第二正面光单元720附接在液晶面板730的背面。
LCD 700还包括设置在第一偏振板704和第一正面光单元710之间的第一薄膜706，设置在第二偏振板705和第二正面光单元720之间的第二薄膜707，以及附接在第一正面光单元710正面上方的局部反射器708。
局部反射器708是通过涂敷金属薄膜制成的，该金属薄膜具有相对于外部入射光大约50％到90％的反射率(从而形成半反射镜)，或者是用双亮度增强薄膜(DBEF，dual brightness enhancement film)制成。金属薄膜可以用例如银、铝或者其他任何合适的金属形成。
反射偏振板可以用作第一薄膜706。而且，DBEF或者超亮度(ultrabrightness)薄膜(UBF)也可以用作第一薄膜706。
当用反射偏振板构成第一薄膜706时，并且通过从第一正面光单元710发出的光作为内部光源在液晶面板730的背面显示图像时，第一薄膜706允许沿第一光轴方向偏振的光穿过液晶面板730。然而，第一薄膜706反射沿垂直于第一光轴方向的第二光轴方向偏振的光。然后，第一正面光单元710的光导板712再次反射在第二光轴方向上偏振的光。再次被反射的光部分穿过液晶面板730，由此显示在液晶面板730背面上的图像的亮度得到增强。
当用UBF作为第一薄膜706时，第一薄膜706以相对于外部光源成一角度θ反射入射光，由此提高了穿过液晶面板730的光效率，增加了显示在液晶面板730背面上的图像的亮度。
当第一正面光单元710和第二正面光单元720处于关断状态时，局部反射器708可以用作一反射镜。
第二薄膜707可以用一漫射片形成。第二薄膜707起到使穿过光源711的光导板712供给的光的亮度均匀的作用。
第一正面光单元710和第二正面光单元720中的每一个都使用LED芯片。在第一正面光单元710中使用的LED芯片的数目可以与在第二正面光单元720中使用的LED芯片的数目不同，从而最大限度地减小了功耗。
例如，在第一正面光单元710中使用三个LED芯片用于向液晶面板730的背面提供光，而在第二正面光单元720中使用两个LED芯片用于向液晶面板730的正面提供光，作为一个子窗口。这便导致3比2(3∶2或者1.5)的比例。然而，本发明不限于这个LED芯片的数目和比例。
当然，可以为第一正面光单元710和第二正面光单元720中的每一个提供相同数目的LED芯片。
图7中描述的LCD 700具有的部件功能类似于图3至图5中所示LCD的部件，这里省略了对它们的详细描述。图7的LCD还示出设置在第一正面光单元710中的光源711，和设置在第二正面光单元720中的光源721和光导板722。
图8示出了按照本发明第四实施例采用双面光单元的示例性LCD的示意性剖面图。
图8示出一LCD 800，其包括通过在第一基板831和第二基板832之间夹有一液晶层833而形成的液晶面板830。第一偏振板804和第二偏振板805附接在液晶面板830的相对的表面上。第一正面光单元810附接在液晶面板830的正面，而第二正面光单元820附接在液晶面板830的背面。
LCD 800还包括设置在第一偏振板804和第一正面光单元810之间的第一薄膜806，设置在第二偏振板805和第二正面光单元820之间的第二薄膜807，以及附接在第一正面光单元810正面上方的局部反射器808。局部反射器808具有可变化的反射率。
可以如图9所示示例性地设计可变化的反射局部反射器808。然而，本发明并不限于这种设计，还可以使用任何合适的可变化的反射局部反射器。图9表示可变化的反射局部反射器808的结构的剖面图。
图9所示的局部反射器808是一种反射率可随所施加电压而变化的反射器。局部反射器808可以通过耦合胆甾型液晶层901和λ/4板902制备。胆甾型液晶层901具有可随所施加的电压而变化的反射率，而λ/4板902将线性偏振的光转换为圆偏振光，或者将圆偏振转换为线性偏振。
在反射器中，胆甾型液晶层901的反射率随所施加的电压而变化。即，所施加的电压的大小改变了胆甾型液晶相的螺距(pitch)。当使用对应于液晶面板830背面的主窗口时，反射器处于关断状态，从而获得最大的反射率，这便使光效率最大化并提高了主窗口的亮度。
而且，当使用对应于液晶面板830正面的子窗口时，反射器处于导通状态，从而获得最大的透射率，从而减小了因反射引起的光损失，并且因为使用了第二正面光单元820而使功耗最小化。
第一正面光单元810和第二正面光单元820中的每一个都使用LED芯片。第一正面光单元810中LED芯片的数目与第二正面光单元820中LED芯片的数目不同能够最大限度地减小功耗。
例如，在第一正面光单元810中使用三个LED芯片用于向液晶面板830的背面提供光，而在第二正面光单元820中使用两个LED芯片用于向液晶面板830的正面提供光，作为一个子窗口。第一和第二正面光单元的芯片比例是3比2(1.5)。然而，可以使用任何合适的比例和LED芯片的数目。
而且，可以为第一正面光单元710和第二正面光单元720中的每一个提供相同数目的LED芯片。
另外，当第一正面光单元810和第二正面光单元820处于关断状态时，位于液晶面板830正面的局部反射器808可以用作一反射镜。
图8中描述的LCD 800具有的部件功能类似于图3至图5中所示LCD的部件，这里省略了对它们的详细描述。图8还示出设置在第一正面光单元810中的光源811，以及分别设置在第二正面光单元820中的光源821和光导板822。
本领域的技术人员能够看出，无需脱离本发明的原理或范围还能对本发明中采用双发光单元的液晶显示装置进行各种各样的修改和变更。因此，本发明应该覆盖属于本发明权利要求书及其等效物范围内的修改和变更。

Claims (13)

1.一种液晶显示装置包括：
一液晶面板；
附接在液晶面板相对表面上的第一和第二偏振板，所述第一偏振板具有第一光轴，所述第二偏振板具有垂直于所述第一光轴的第二光轴；
在液晶面板正面上方的第一正面光单元；
在第一正面光单元正面上方的一局部反射器；
在液晶面板背面上方的第二正面光单元；
设置在第一偏振板和第一正面光单元之间的第一薄膜，其用于接收环境光并将环境光引向液晶面板的背面；以及
设置在第二偏振板和第二正面光单元之间的漫射片；
其中各第一正面光单元和第二正面光单元包括光导板，所述光导板在表面具有棱镜图案，并且
该局部反射器用双亮度增强薄膜DBEF或者通过涂覆金属材料形成。
2.按照权利要求1的液晶显示装置，其特征在于，第一薄膜是一反射偏振板。
3.按照权利要求1的液晶显示装置，其特征在于，第一薄膜是一双亮度增强薄膜DBEF。
4.按照权利要求3的液晶显示装置，其特征在于，作为第一薄膜的DBEF根据光的偏振特性接收由液晶面板反射的光，该DBEF再次向液晶面板反射所接收到的光。
5.按照权利要求1的液晶显示装置，其特征在于，第一薄膜是一超亮薄膜UBF。
6.按照权利要求5的液晶显示装置，其特征在于，UBF薄膜接收外部环境光并把接收到的环境光引向液晶面板。
7.按照权利要求1的液晶显示装置，其特征在于，还包括设置在第一正面光单元和第一薄膜之间的一散射薄膜。
8.按照权利要求1的液晶显示装置，其特征在于，在第一正面光单元和第二正面光单元处于关断状态时，局部反射器相对于液晶面板的正面用作一反射镜。
9.按照权利要求1的液晶显示装置，其特征在于，局部反射器具有50-90％的反射率。
10.按照权利要求1的液晶显示装置，其特征在于，第一正面光单元和第二正面光单元中的每一个都包括至少一个LED芯片，第一正面光单元的LED芯片的数目与第二正面光单元的LED芯片的数目相同。
11.按照权利要求1的液晶显示装置，其特征在于，第一正面光单元和第二正面光单元中的每一个都包括至少一个LED芯片，第一正面光单元的LED芯片的数目不同于第二正面光单元的LED芯片的数目。
12.按照权利要求1的液晶显示装置，其特征在于，操作第一正面光单元使图像显示在液晶面板的背面，而操作第二正面光单元使图像显示在液晶面板的正面。
13.按照权利要求1的液晶显示装置，其特征在于，液晶面板用选自TN模式、ECB模式和OCB模式中的一种模式形成。
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