CN100386677C - 高亮度扭绞向列半透反型液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

半透反型扭绞向列(TN)液晶显示器(LCDs)具有加强的透射效率。由于圆偏振光的使用，这个新颖的TN半透反型LCD在传统的第一和第二最小值之间使用了一种新的运行模式，其改变了反射和透射部分的延迟值，在此每个延迟值包括晶胞隙。这导致半透反型LCD的透射部分中晶胞隙间距大约为半透反型LCD的反射部分中晶胞隙间距的三倍，由此使透射效率提高到大约90%。

Description

高亮度扭绞向列半透反型液晶显示器
技术领域
本发明涉及半透反型液晶显示器，尤其是通过采用新颖而较高级的运行模式使半透反型扭绞向列(TN)模式液晶显示器(LCD)的透射从大约30％提高到大约90％的方法和设备。本发明要求2003年5月6日提出的美国临时专利申请号60/378,317的优先权。
背景技术
传统透射式液晶显示器(LCDs)呈现具有优良色彩饱和度的高对比度。然而，由于需要背光，其功耗是高的。在明亮的环境中，显示器完全泛白，因此失去它的清晰度。另一个方面，反射LCD使用周围的光线来读出显示的图像，因此在明亮的环境中保持它的清晰度。由于缺少背光，所以其功耗被显著地减少。然而，在微弱的周围光线下，反射LDC丧失可读性。另外，它的对比度也比透射式LCD的更低。
为了克服上面的不足，发展半透反型LCDs使其在任何周围光线环境下有优良的清晰度。在这些显示器中，像素分成反射和透射子像素。透射子像素没有反射物，所以它允许来自背光的光线通过，且装置能以透射模式运行。通常，反射和透射面积比是4∶1，有利于反射显示。透射模式仅用于周围黑暗的环境，以节省功率。通常，对半透反型LCDs有二个主要的方法：单晶胞隙(single cell gap)(见下文中的图1a)和双晶胞隙(double cell gap)(见下文中的图1b)。
在单晶胞隙方法中，反射和透射的晶胞隙(d)是相同的。对反射模式，优化晶胞隙。结果，透射模式的光线穿透率通常是50％或更低，因为光线仅仅穿过LC层一次。为了实现对反射和透射都获得高光线效率，可常常使用双晶胞隙方法(例如见授予宋等人的美国专利说明书2001/0019385)，如图1b所示那样使透射像素的晶胞隙是反射像素的晶胞隙的二倍。在这种情况下，对透射和反射两者来说，光线在LC层行进的总长度是相同的。然而这个方法仅仅适合于ECB(电控双折射)模式，例如垂直排列(Vertical Alignment)(VA)和平行排列(PA)(ParallelAssignment)模式。
用于透射TFT-LCDs的常用而良好确认的LC模式是众所周知的TN(扭绞向列)模式。从1970年开始应用于透射显示器。对于反射LCDs来说，使用的MTN(混合模式扭绞向列)模式目前也基于TN结构。这些基于TN模式和PA和VA模式相比较的主要优点包括没有使用补偿薄膜的高对比度(低色散)、较高的晶胞隙容差、更简单的制造(由于较高的晶胞隙)和宽可视角度。因此因为它们能和现存TFT-LCD制造过程兼容，且具有优于其他LC模式的许多有吸引力的优点，十分希能对半透反型LCDs保留基于TN的LC模式。
授予夏普的专利号WO 0017707描述基于单晶胞隙方法的使用TN模式的半透反型LCD。然而，透射的最大透射仅仅大约为30％。由于存在于TN LC中的扭绞，所以与ECB模式相比延迟效应更加复杂得多。加倍透射的晶胞隙，在这种情况下对提高效率没有帮助。事实上，对应传统TN第一最小值条件加倍透射的晶胞隙，导致零透射，因为TN的偏振旋转的效应处于支配地位，控制对圆偏振光没有显著的效果。因此，由于圆偏振光的使用，不是直接利用TN对半透反型LCD使用TN效应。需要圆偏振光，因为四分之一波延迟器设置在偏光器的前面，使装置为具有较高对比度的常白模式。因此现存TN半透反型LCD技术的性能有受非常低的透射的限制的缺点。
针对以下揭示的本发明的主题内容的美国专利局的最新检索只提出了下面其它的美国专利和美国专利说明书：
授予雅玛达(Yamada)等人的美国专利6,327,016B1是关于通过为透射LCDs提供轴向对称的ASM排列来改善传统ASM模式LCD装置的性能的方法；和
授予春(Chung)等人的美国专利说明书2001/0022634A1揭示了改善单晶胞隙半透反型LCD装置的工艺技术，而不是通过LC电光效应改良来提高半透反型LCD的光效率的技术。
因此，所有已知的文献表明都没有使用现存TN半透反型LCD技术，以减少非常低透射的限制。
发明内容
本发明的一个首要目标是提供一种用圆偏振光选址改进扭绞向列液晶显示器中透射和反射的方法，所述方法包括下面步骤：(a)给扭绞向列液晶显示器提供具有透射部分延迟值和反射部分延迟值的90度的扭绞角度，该扭绞向列液晶显示器具有一液晶层；和(b)具有大于反射部分值延迟值的二倍的透射部分延迟值，以使当该较高延迟值处于Gooch&Tarry曲线的第一和第二最小值之间时使用不同的运行模式，由此显著地改进扭绞向列液晶显示器中的透射效率。。
本发明的第二个目标是提供一种改进了透射和反射的具有液晶层的扭绞向列液晶显示器，所述显示器包括：(a)具有第一延迟值的扭绞向列液晶显示器中的透射部分；(b)具有大小不同于透射部分中的延迟值的第二延迟值的扭绞向列液晶显示器中的反射部分；和(c)把扭绞向列液晶显示器的透射部分的透射效率提高到大于30％的装置，其中液晶显示器的透射部分延迟值大于液晶显示器的反射部分延迟值的二倍。
本发明的第三个目标是提供一个改进的扭绞向列(TN)模式半透反型LCD，它要求反射(反射)和透射(透射)子像素之间晶胞隙比大约为3∶1，不同于基于ECB模式的传统2∶1。
本发明的较佳实施例包括一种用于改进扭绞向列(TN)半透反型液晶显示器(LCDs)中透射和反射的方法和设备，该显示器使LCD的透射部分的效率提高到显著大于30％，直到大约90％。
这个发明的其它目标和优点通过下面对附图例示的目前较佳实施例的详细描述将变得显而易见。
附图说明
图1a是具有单晶胞隙的现有技术半透反型液晶显示器(LCD)的视图；
图1b是具有双晶胞隙的现有技术半透反型LCD的视图；
图2示出了根据本发明使用新颖三倍晶胞隙的扭绞向列(TN)模式半透反型LCD。
图3a是与图2的半透反型LCD的反射与晶胞隙的曲线图；
图3b是与图2的半透反型LCD的透射与晶胞隙的曲线图；
图4a是与图2的LCD的透射和反射与电压的曲线图；
图4b是与使用图1a中现有技术的单晶胞隙结构的TN半透反型LCD的透射和反射与电压的曲线图；
图5示出了TN半透反型LCD和传统TN LCD(即没有四分之一波延迟器的透射式TN LCD)与单晶胞隙相关曲线的比较。
具体实施方式
在详细解释本发明所揭示的实施例之前，应理解成本发明不局限于其申请中所示的特殊布局的细节，因为本发明能拥有其他实施例。同样，在此使用的术语是为说明之用，而不是作限制。
本发明说明了可以通过使用具有大约三倍反射的晶胞隙的新颖较高级运行模式，使TN半透反型LCD的透射提高到更高得多的等级。这个提高的效率可通过采用在传统第一和第二最小值条件间发生的新运行模式来实现。这要求LCD的透射部分的晶胞隙增加到大于比LCD的反射部分中晶胞隙的二倍。例如，在反射部分中具有晶胞隙间距为大约2.5μm，透射部分中晶胞隙间距大约为8μm，可使透射效率提高到大约90％。
重要的是要注意到实际晶胞隙值依赖于双折射值，因为延迟值等于如下面所定义的晶胞隙乘以双折射的值。双折射和晶胞隙值相互依赖，使它们的乘积定义了延迟值。对某一扭绞角，延迟值可以用以下规定加以确定：
扭绞角的范围：大约80度到大约100度。
反射部分的延迟值的范围：大约200nm到大约300nm。
透射部分值透射值的范围：大约700nm到大约900nm。
参考图2，该图说明了这个方法的基本结构。透射子像素的晶胞隙(＝大约3d)22大约是反射子像素的晶胞隙(＝d)24的三倍，其由于扭绞角的效应对TN是唯一的。图2中，薄膜晶体管26，就是二个偏振器(上部27和下部28)。
图3a和3b分别示出了使用这个方法的扭绞向列(TN)半透反型LCD的反射和透射与晶胞隙相关的曲线图。这模拟的结果基于具有双折射Δn＝大约为0.1且大约90度的TN扭绞角的LC。也可以使用比大约0.1更低或更高的双折射值。为了保留所期望的光性能，等于双折射和晶胞隙的乘积(Δn×d)的延迟值，对某一给定的扭绞角应保持近乎常数。扭绞角也不局限于大约90度。然而，大约为90度的扭绞角能够提供最高的对比度。
如从图3a和3b所看到的，反射和透射两者在大约2.5μm时会具有最大值(即延迟Δnd＝大约250nm，因为Δn＝大约0.1)。对反射模式来说，这对应于MTN模式。对反射光效率高(大约90％)，但对透射光效率非常低(大约30％)。把透射的晶胞隙加倍至大约5μm导致如图3b所示的零透射，这是由于如前面所描述的偏振旋转效应的控制。然而，图3b中在大约8μm出现的透射具有大约90％的效率，显著地高于在大约2.5μm时的大约30％的效率。透射的晶胞隙(大约8μm)大约三倍于反射的晶胞隙(大约2.5μm)。图4a显示了使用这个方法的这些TN半透反型LCD的反射和透射与电压相关曲线。
再次参考图4a，透射和反射都具有大约90％的高效率。作为比较，图4b示出了使用引用的夏普专利的单晶胞隙方法，诸如美国专利6,281,952B1的相应曲线图，在这种情况下，透射局限成大约30％。因此，很清楚新的运行模式将改善潜在TN半透反型LCDs的效率。
这个方法的另一个新颖特点是这个TN模式是在常用TN模式之间出现的非传统模式。图5通过比较TN半透反型LCD和传统TN LCD(即没有四分之一波延迟器的透射式TN LCD)与晶胞隙相关曲线来图示说明了这个原则。传统TN LCD在大约5μm和大约11μm显出最大值(对应于Gooch&Tarry曲线的第一和第二最小值)。通常，这些二个模式的任意一个被用于传统TN LCD的最佳运行条件，因为它们给出最大的亮度。然而，如在同样图中所示，这些二个晶胞隙条件导致对半透反型LCD为最小亮度，而不是最大亮度。因此，他们不能直接用于TN半透反型LCD。然而，在传统TN的二个最大值之间发生的谷底实际对应于TN半透反型LCD的最大值。这个模式通常不用于传统TN，因为它的透射小于二个相邻的最大值。然而对半透反射它成了优点，因为它帮助把透射提高到高得多的等级。
本发明把TN半透反型LCD的透射从大约30％提高到大约90％。引用的夏普专利的半透反型TN的低透射是主要的弱点，其限制了半透反型装置TN模式的潜在使用。然而，这个发明已部门根据这个发明的原理可以完成实现高性能的TN半透反型LCD。
不像双晶胞隙方法，其仅仅允许TFT-LCD行业很少采用的技术的VA(垂直排列)和PA(平行排列)LC模式，本发明能基于现存透射和反射TFT-LCDs广泛使用的模式的通用TN(扭绞向列)模式。因此，这个发明可以使半透反型LCD的制造技术更兼容于现存的技术。
本发明可以用于手持和移动通信，诸如但不限于移动电话、个人数字助理(PDA)、电子书等。
当本发明已经从多个方面描述、揭示、图示说明和示出了某些已实际假设的实施例或修改时，因此本发明的范围不打算，也不应该看作为受此限制，而且特别地保留了可能由本发明原理所建议的此类其他修改或实施例，尤其当它们处在所附的权利要求书的范围内的时候。

Claims (6)

1.一种用圆偏振光选址改进扭绞向列液晶显示器中透射和反射的方法，其特征在于，所述方法包括下面步骤：
(a)给扭绞向列液晶显示器提供具有透射部分延迟值和反射部分延迟值的90度的扭绞角度，该扭绞向列液晶显示器具有一液晶层；和
(b)具有大于反射部分值延迟值的二倍的透射部分延迟值，以使当该较高延迟值处于Gooch&Tarry曲线的第一和第二最小值之间时使用不同的运行模式。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述透射部分延迟值具有三倍于液晶显示器中反射部分的延迟值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，反射部分的延迟值为250nm，透射部分的延迟值为800nm，因此把所述液晶层的透射效率提高到为90％。
4.一种改进了透射和反射的具有液晶层的扭绞向列液晶显示器，其特征在于，所述显示器包括：
(a)具有第一延迟值的扭绞向列液晶显示器中的透射部分；和
(b)具有大小不同于透射部分中的延迟值的第二延迟值的扭绞向列液晶显示器中的反射部分，
其中液晶显示器的透射部分延迟值大于液晶显示器的反射部分延迟值的二倍。
5.如权利要求4所述的扭绞向列液晶显示器，其特征在于，透射部分中的延迟值为三倍的液晶显示器反射部分的延迟值，从而使所述液晶层的透射效率为90％。
6.如权利要求4所述的扭绞向列液晶显示器，其特征在于，反射部分的延迟值为250nm，透射部分的延迟值为800nm。
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