CN101657753A

CN101657753A - 通过采用有源反射偏振器可在反射模式与透射模式之间切换的液晶显示器件

Info

Publication number: CN101657753A
Application number: CN200880012270A
Authority: CN
Inventors: 黄圣模; 李文圭; 赵胜来
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2028-01-31
Also published as: EP1959295A2; EP1959295A3; CN101611342A; CN101246232A; CN101657753B; EP1959295B1

Abstract

本发明提供一种液晶显示(LCD)器件，其可在透射模式和反射模式之间切换。LCD器件包括背光；有源反射偏振器，基于是否施加磁场而用作反射入射光的反射器或用作反射第一偏振的光并透射垂直于第一偏振的第二偏振的光的反射偏振器；以及液晶面板，调制入射光以形成图像。液晶面板包括液晶层、第一偏振器和第二偏振器，第一偏振器设置在液晶层的后表面上且面对有源反射偏振器，第二偏振器设置在液晶层的前表面上。

Description

通过采用有源反射偏振器可在反射模式与透射模式之间切换的液晶显示器件

技术领域

根据本发明的装置涉及一种液晶显示(LCD)器件，其通过采用有源反射偏振器可在利用外部光的反射模式与利用背光的透射模式之间切换。

背景技术

近来，随着便携式器件诸如便携式电话、个人数字助理(PDA)及其类似物的供应增加，需要能够以低能耗工作并且在室外环境下具有优良的视觉特性的显示器件。为了满足这些要求，已经积极地进行了对透反射LCD的研究，该透反射LCD具有利用背光的透射LCD与利用外部环境光的反射LCD的组合。

图1是在美国专利No.6,654,087中公开的透反射LCD器件的示意图。参照图1，透反射LCD器件包括背光器件20、下基板40、液晶层60和上基板50。液晶层60分为透射区43以及由包括于其中的反射电极46反射外部光的区域，其中透射区43透射来自背光器件20的光。

在这样的构造中，每个单元的一半用于透射模式，每个单元的另一半用于反射模式。因此，分辨率降低，且每种模式具有降低的亮度。另外，反射电极46必须被包括在液晶单元的内部，必须使用不同的单元间隙，诸如满足关系d₄＝2d₃的单元间隙，从而补偿透射模式与反射模式的光程差。因此，透反射LCD器件的制造工艺复杂。

图2A和图2B是在美国专利No.6,710,831中公开的LCD器件的示意图。参照附图，LCD器件包括背光80、镜组件70、第二偏振器67、液晶单元65和第一偏振器63，镜组件70包括胆甾型液晶(CLC，Cholesteric liquid crystal)单元72和四分之一波长板74。在利用外部光61的反射模式中(图2A)，CLC单元72用作选择性反射圆偏振光的镜。在未偏振的外部光61中，由于通过四分之一波长板74，所以透过第一偏振器63、液晶单元65和第二偏振器67的线偏振光以圆偏振光的预定状态的入射在CLC单元72上，因而被CLC单元72反射。被反射的光经由四分之一波长板74以线偏振光状态入射在液晶单元65上，并且基于施加到液晶单元65的电压来控制开/关状态，从而形成图像。在利用来自背光80的透射模式中(图2B)，CLC单元72工作以透射所有的入射光。从背光80照射的非偏振光经由镜组件70和第二偏振器67以线偏振光状态入射在液晶单元65上，且基于施加到液晶单元65的电压来控制开/关状态，从而形成图像。

发明内容

技术问题

在该构造中，CLC单元的性能对入射光的入射角或波长敏感，因此为了获得相对于全部可见光区域的反射性能，需要多层。另外，需要用于形成CLC单元的玻璃基板和用于线偏振转换的四分之一波长板。因此，限制了LCD器件厚度的减小和LCD器件制造成本的降低。另外，CLC单元具有高的开启电压，因此对降低能耗也有限制。

技术方案

本发明的示例性实施方式克服了上述缺点以及以上没有描述的其它缺点。另外，本发明不需要克服上述缺点，且本发明的示例性实施方式可以不克服上述任何问题。

本发明的示例性实施方式提供一种可切换LCD器件，该可切换LCD器件通过采用由磁场控制的有源反射偏振器而具有简单的结构，且获得了最高性能而与使用环境无关，原因在于所有的液晶单元都能以透射模式或反射模式被选择性地使用。

根据本发明的方案，提供一种可在反射模式和透射模式之间切换的LCD器件。可切换LCD器件包括：背光；有源反射偏振器，基于是否施加磁场而用作反射器或反射偏振器；以及液晶面板，调制入射光以形成图像。液晶面板包括液晶层以及设置在液晶层相对侧的第一偏振器和第二偏振器。

有源反射偏振器可用作反射偏振器，当磁场施加于其中时，其反射来自背光的入射光中的第一偏振光并透射来自背光的入射光中的第二偏振光，第二偏振光垂直于第一偏振光；当磁场未施加于其中时，该有源反射偏振器可用作反射来自外部的入射光的反射器。

在第一偏振器和第二偏振器中，面对有源反射偏振器的偏振器的透射轴可平行于透过有源反射偏振器的光的偏振方向。

反射构件可设置在背光的后表面处，该反射构件可将被有源反射偏振器反射的光反射回到有源反射偏振器。再循环构件可设置在反射构件上，该再循环构件可再循环由有源反射偏振器反射的光。

再循环构件可包括偏振转换构件。

有源反射偏振器可包括导电软磁材料的磁材料层，其中当施加外部磁场到磁材料层时磁矩沿相同方向排列，当未施加外部磁场时磁矩随机排列。有源反射偏振器还可包括用于施加磁场到磁材料层的磁场施加装置。

可切换LCD器件可包括控制单元，该控制单元控制磁场施加装置以与背光同时运行。

有益效果

在根据本发明示例性实施方式的LCD器件中，所有的液晶单元都可利用有源反射偏振器选择性地在透射模式与反射模式之间切换。

因此，所有的液晶单元既用于利用外部光的反射模式中又用于利用背光的透射模式中，从而可获得分辨率不降低并具有优良发光性能的显示器件。在室外环境中该显示器件具有改善的视觉特性，且以最小的能耗工作，因而可用于更多的竞争移动器件中。

附图说明

通过参照附图详细描述本发明的示例性实施方式，本发明的上述和其它方案将变得更加明显，附图中：

图1是在美国专利No.6,654,087中公开的透反射LCD器件的示意图；

图2A和图2B是在美国专利No.6,710,831中公开的LCD器件的示意图；

图3A、图3B、图4A和图4B是根据本发明示例性实施方式的可切换LCD器件的示意图，示出了当可切换LCD器件在反射模式和透射模式中运行时的光路；

图5是在根据本发明示例性实施方式的可切换LCD器件中使用的有源反射偏振器的示意图；以及

图6是示出当入射光的分量H平行于磁化M的方向时以及当入射光的分量H垂直于磁化M的方向时磁场强度相对于有源反射偏振器的磁性材料层厚度的变化的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图更全面地描述根据本发明示例性实施方式的可切换LCD器件。

图3A、图3B、图4A和图4B是根据本发明示例性实施方式的可切换LCD器件的示意图。参照附图，可切换LCD器件500包括背光100、有源反射偏振器200和液晶面板300。

有源反射偏振器200通过施加的磁场被控制，以在反射入射光的反射器与反射偏振器之间切换，该反射偏振器反射具有沿第一方向的磁场分量的入射光且透射具有沿第二方向的磁场分量的入射光，第二方向垂直于施加的磁场的方向。当未施加磁场时，有源反射偏振器200不被磁化。当施加磁场时，有源反射偏振器200沿预定方向被磁化。例如，有源反射偏振器200能具有沿X方向的值M。随后将描述有源反射偏振器200的详细构造和功能。

当有源反射偏振器200未被施加磁场而用作反射器时，利用外部光形成图像，而不需要来自背光100的光。当通过在其中施加磁场，有源反射偏振器200用作反射偏振器时，使用来自背光100的光。为此，可切换LCD器件500可以包括控制单元410，该控制单元410同时控制背光100的驱动和有源反射偏振器200的磁场的施加。

另外，反射构件120可设置于可切换LCD器件500的后表面处。当有源反射偏振器200用作反射偏振器时，反射构件120将来自有源反射偏振器200的光反射回到有源反射偏振器200。还可在反射构件120上设置再循环构件(recycle member)。再循环构件再循环具有偏振的光，否则该光不能透过有源反射偏振器200并因此被有源反射偏振器200反射。再循环构件可包括偏振转换构件130，诸如四分之一波长板。

液晶面板300调制光以形成图像。液晶面板300包括封装在玻璃基板330与370之间的液晶层350、设置在液晶层350后表面处且面对有源反射偏振器200的第一偏振器310，以及设置在液晶层350前表面处的第二偏振器390。另外，液晶面板300包括用于形成彩色光的滤色器或用于控制每个像素的像素电极。基于施加的电压，液晶层350保持入射光的偏振态，或者将入射光的偏振转换成正交偏振。在以下描述中，液晶层350的液晶以垂直配向(VA)模式配向。当没有电压施加到液晶层350时，保持传输到液晶层350的光的偏振态。另一方面，当施加电压到液晶层350时，透过液晶层350的光的偏振被转换成正交偏振。然而，这仅是为了示意。也可以采用其它液晶模式，并且基于所采用的液晶模式也可以有其它功能。液晶层350使用线偏振光，所以第一偏振器310设置在液晶层350的后表面处。另外，第二偏振器390设置在液晶层350的前表面处。第一偏振器310和第二偏振器390的透射轴可彼此垂直。例如，第一偏振器310透射沿第一方向(X方向)偏振的第一偏振光，且吸收其余的光。第二偏振器390透射沿第二方向(Y方向)偏振的第二偏振光，且吸收其余的光。然而，这仅是为了示意。基于液晶模式，第一偏振器310和第二偏振器390的透射轴可沿相同方向。

另外，第一偏振器310的透射轴与透过有源反射偏振器200的光的偏振方向相同，其中透过有源反射偏振器200的光入射在第一偏振器310上。

现在将描述可切换LCD器件500在利用外部光的反射模式和利用来自背光100的光的透射模式中的运行。

图3A和图3B分别示出了当根据本发明示例性实施方式的可切换LCD器件工作在反射模式时像素关状态和像素开状态中的光路。反射模式利用外部光形成图像，其中通过反射或吸收入射的外部光而形成图像。在该情形下，控制单元410控制背光100处于关状态，且通过不在其中施加磁场而将有源反射偏振器200的磁化控制成不被磁化。因此，有源反射偏振器200用作反射器，随后将详细描述其运行。参照图3A，来自液晶面板300前表面的入射光未被偏振，在光透过第二偏振器390之后变成沿第二方向(Y方向)偏振的第二偏振光。这时，没有电压施加到液晶层350，从而透过液晶层350的光的偏振态得以保持。即，入射在液晶层350上的第二偏振光保持第二偏振态，并入射在第一偏振器310上。第一偏振器310不透射该第二偏振光。相反，第一偏振器310吸收该第二偏振光，从而实现像素关状态。图3B示出了当电压被施加到液晶层350时的情形。通过施加电压，入射在液晶层350上的偏振光被转换成正交偏振。即，当透过液晶层350时，透过第二偏振器390的第二偏振光被转换成第一偏振光。因此，第一偏振光透过第一偏振器310，并入射在有源反射偏振器200上。这时，磁场没有被施加到有源反射偏振器200，因而有源反射偏振器200未被磁化。在该情形下，有源反射偏振器200用作反射入射光而不管其偏振的反射器。因此，第一偏振的入射光被朝向液晶面板300反射，被反射的光透过第一偏振器310。另外，当透过第一偏振器310的光透过液晶层350时，其被转换成第二偏振光。因此，第二偏振光透过第二偏振器390以实现像素开状态。

图4A和图4B分别示出了当根据本发明示例性实施方式的可切换LCD器件以透射模式工作时在像素关状态和像素开状态中的光路。透射模式利用来自背光100的光形成图像，其中通过透射或阻挡来自背光100的光而形成图像。在该模式中，控制单元410控制背光100处于提供光的开状态，在有源反射偏振器200中施加磁场以在有源反射偏振器200中形成磁化。因此，有源反射偏振器200用作反射偏振器，随后将描述其具体操作。参照图4A，由背光100产生的非偏振光入射在有源反射偏振器200上。这时，有源反射偏振器200沿X方向被磁化。因此，具有沿X方向的磁场分量H的光被有源反射偏振器200反射。磁场分量H的方向垂直于电场分量E的方向(图5)。因为分量E的方向通常被称为偏振方向，所以具有沿X方向的磁场分量H的光可被称为沿Y方向偏振的第二偏振光。相反，具有沿Y方向的磁场分量H的光透过有源反射偏振器200。类似地，具有沿Y方向的磁场分量H的光可被称为沿X方向偏振的第一偏振光。第二偏振光被有源反射偏振器200反射，然后行进到背光100，被反射构件120反射。另外，被反射的光的偏振方向被偏振转换构件130转换成能透过有源反射偏振器200的偏振，因而可以再循环。第一偏振光透过透射轴沿X方向形成的第一偏振器310，当透过未施加电压的液晶层350时，保持相同的偏振态。因此，第一偏振光不能透过透射轴沿Y方向形成的第二偏振器390，实现像素关状态。参照图4B，由背光100产生的非偏振光的第一偏振光入射在液晶层350上。这时，电压被施加到液晶层350，透过液晶层350的光的偏振被转换成正交偏振。因此，第一偏振光被转换成第二偏振光。从而，第二偏振光透过第二偏振器390，实现像素开状态。

在以下文中，将描述在根据本发明示例性实施方式的可切换LCD器件500中使用的有源反射偏振器200。

图5是在根据本发明示例性实施方式的可切换LCD器件中使用的有源反射偏振器的示意图。

参照图5，有源反射偏振器200包括磁材料层210和用于施加磁场到磁材料层210的磁场施加装置。磁场施加装置可包括设置在磁材料层210周围的平坦的透明电极220以及用于供应电流到透明电极220的电源230。透明电极220可由铟锡氧化物(ITO)形成。如图5所示，透明电极220可围绕磁材料层210，且可形成于磁材料层210的上表面或下表面上。即，磁场施加装置可具有能以预定方向磁化磁材料层210的任何构造。例如，磁场施加装置可包括以规则间隔围绕磁材料层210的多条线以及用于供应电流到多条线的电源。线可围绕磁材料层210，且还可设置在磁材料层210的上表面或下表面上。

磁材料层210包括磁材料，使得当向其施加外部磁场时磁矩沿一个方向排列，当未向其施加外部磁场时磁矩随机排列。磁材料具有自发磁化的磁矩m_s。在未施加外部磁场时，磁矩m_s沿随机方向排列，因而磁材料层210的净磁化M变为0。现在将描述在不施加外部磁场时入射在磁材料层210上的光路。光，是电磁波，不能穿过厚度大于透入深度(skin depth)的介质。透入深度指入射的电磁波的振幅减少到1/e的深度。通过入射光的波长以及介质的导磁性(magnetic permeability)和传导性(conductivity)来确定透入深度。随着导磁性和传导性增加，透入深度降低。这能通过偏振光被磁矩m_s反射的事实来描述，在该偏振光中入射光的磁场分量H与磁矩的排列方向相同。即，入射在磁材料层210上的非偏振光S_i可以被分为具有沿随机方向的磁场分量H的偏振分量。随着每个偏振分量沿磁材料层210的深度方向行进，其遇到与H分量面对相同方向的磁矩，并被该磁矩反射。因此，该光不能透过磁材料层210，且所有的光都被反射。即，入射的非偏振光不能透过磁材料层210，且不管其偏振分量而作为非偏振光被反射。

另一方面，如在图5中所示，当电流I被电源230供应到透明电极220时，磁材料层210中的大部分磁矩m_s沿一个方向排列。然后，磁材料层210具有沿X方向的净磁化M。在该情形下，在非偏振的入射光S_i中，具有沿X方向的磁场分量H的光(Sr)被相同方向的磁矩m_s反射。然而，在光透过磁材料层210时，具有沿Y方向的磁场分量H的光(St)不与沿相同方向的磁矩m_s相遇，因而透过磁材料层210。以这种方式，具有沿一个方向的磁化M的磁材料层210具有偏振分离性能，从而其反射具有与磁化M同方向的磁场分量H的光，且透射具有沿与磁化M的方向垂直的方向的磁场分量H的光。如图5所示，磁场分量H的方向和电场分量E的方向彼此垂直。分量E的方向通常被称为光的偏振方向。

磁材料层210可包括软磁材料，使得当施加外部磁场时，磁矩沿外部磁场的方向排列，当所施加的外部磁场消失时，磁矩随机排列。另外，磁材料层210的厚度可以至少是磁材料层210相对于入射光的透入深度。随着导磁性和传导性增加，透入深度降低。因此，磁材料层210可包括导电的软磁材料。该材料的实例包括钛、钴、铁、钴-铂和铁氧化物。

图6是示出当入射光的磁场分量H平行于磁化M的方向以及入射光的磁场分量H垂直于磁化M的方向时磁场强度相对于有源反射偏振器的磁材料的厚度的变化的曲线图。在此，入射光具有大约550nm的波长，磁材料层210包括钛。钛具有在室温下18×10^-5的磁化率(magnetic susceptibility)和2.38×10⁶S(西门子)的电导率(electrical conductivity)。参照图6，对于磁场分量H垂直于磁材料层210的磁化方向的光，磁场强度的振幅相对于磁材料层210的厚度的变化相对地小。另一方面，对于具有平行于磁材料层210的磁化方向的磁场分量H的光，磁场强度的振幅基于磁材料层210的厚度显著减小，在大约60nm处达到0。因此，当磁材料层210包括钛且具有至少约60nm的厚度时，对于具有550nm波长的光可以几乎完全偏振分离。

在本申请人的韩国专利申请No.2007-0046199中描述了有源反射偏振器200更加详细的构造。参照′199申请，随着磁材料层210厚度的增加，偏振消光系数增加。另外，当磁材料层210的厚度小时，偏振分离性能良好。

利用具有上述功能的有源反射偏振器200，根据本发明示例性实施方式的可切换LCD器件500在利用外部光的反射模式和利用来自背光100的光的透射模式下是可操作的。

虽然已经参照本发明的示例性实施方式具体示出并描述本发明，但是本领域的普通技术人员将理解在不脱离由附属的权利要求书及其等价物限定的本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行形式和细节上的各种改变。

Claims

1.一种可切换液晶显示器件，包括：

有源反射偏振器，基于是否在所述有源反射偏振器中施加磁场可在反射器与反射偏振器之间切换；以及

液晶面板，邻近所述有源反射偏振器设置。

2.根据权利要求1所述的可切换液晶显示器件，其中，

如果沿一方向在所述有源反射偏振器中施加磁场，则所述有源反射偏振器用作反射偏振器，该反射偏振器反射磁场分量沿第一方向的入射光并透射磁场分量沿第二方向的入射光，所述第二方向垂直于所述磁场的方向，并且

如果在所述有源反射偏振器中未施加所述磁场，则所述有源反射偏振器用作基本上反射所有入射光的反射器。

3.根据权利要求2所述的可切换液晶显示器件，其中所述液晶面板包括液晶层以及第一偏振器和第二偏振器，该第一偏振器和第二偏振器设置在所述液晶层的相对侧且所述第一偏振器的面对所述有源反射偏振器的透射轴平行于所述第二方向。

4.根据权利要求1所述的可切换液晶显示器件，还包括发射光的背光和反射构件，该反射构件朝向所述有源反射偏振器反射回被所述有源反射偏振器反射的部分发射光。

5.根据权利要求4所述的可切换液晶显示器件，还包括再循环构件，该再循环构件设置在所述反射构件上且再循环被所述有源反射偏振器反射的所述发射光。

6.根据权利要求5所述的可切换液晶显示器件，其中所述再循环构件包括偏振转换构件。

7.根据权利要求1所述的可切换液晶显示器件，其中所述有源反射偏振器包括：

磁材料层，其中如果所述磁场被施加到所述磁材料层，则包含在所述磁材料层内的磁矩沿相同方向均一地排列，如果所述磁场没有被施加到所述磁材料层，则所述磁矩不沿所述相同方向均一地排列；以及

磁场施加装置，用于施加所述磁场到所述磁材料层。

8.根据权利要求7所述的可切换液晶显示器件，还包括背光和控制单元，该控制单元控制所述磁场施加装置以与所述背光同时运行。

9.根据权利要求7所述的可切换液晶显示器件，其中所述磁材料层的厚度大于所述磁材料层相对于入射在所述磁材料层上的光的透入深度。

10.根据权利要求7所述的可切换液晶显示器件，其中所述磁材料层包括软磁材料。

11.根据权利要求7所述的可切换液晶显示器件，其中所述磁材料层包括选自钛、钴、铁、钴-铂和铁-氧化物中的任意之一。

12.根据权利要求7所述的可切换液晶显示器件，其中所述磁场施加装置包括邻近所述磁材料层设置的平透明电极和供应电流到所述平透明电极的电源。

13.根据权利要求12所述的可切换液晶显示器件，其中所述平透明电极包括铟锡氧化物(ITO)。

14.根据权利要求12所述的可切换液晶显示器件，其中所述平透明电极围绕所述磁材料层。

15.根据权利要求12所述的可切换液晶显示器件，其中所述平透明电极设置在所述磁材料层的上表面和下表面之一上。

16.根据权利要求7所述的可切换液晶显示器件，其中所述磁场施加装置包括以规则间隔邻近所述磁材料层设置的多条线和供应电流到所述多条线的电源。

17.根据权利要求16所述的可切换液晶显示器件，其中所述多条线围绕所述磁材料层。

18.根据权利要求16所述的可切换液晶显示器件，其中所述多条线设置在所述磁材料层的上表面和下表面之一上。

19.根据权利要求1所述的可切换液晶显示器件，其中入射在所述有源反射偏振器上的光接收来自背光发射的光和来自所述可切换液晶显示器件外部的外部光的至少之一。

20.根据权利要求7所述的可切换液晶显示器件，其中如果所述磁场未被施加到所述磁材料层，则所述磁矩不沿所述相同方向均一地排列，所述磁矩随机排列。

21.根据权利要求1所述的可切换液晶显示器件，其中所述有源反射偏振器包括：

磁材料层，其中如果所述磁场施加到所述磁材料层，则包括在所述磁材料层内的磁矩沿相同方向均一地排列，如果所述磁场没有被施加到所述磁材料层，则所述磁矩不沿所述相同方向均一地排列；以及

导电体，用于向所述磁材料层施加所述磁场。

22.一种可在透射模式与反射模式之间切换操作的液晶显示器件，包括：

背光；

液晶面板；以及

有源偏振器，设置在所述背光与所述液晶面板之间，当磁场被施加到所述有源偏振器时，所述有源偏振器以透射模式运行，以朝向所述液晶面板透射来自所述背光的光分量，当没有磁场被施加到所述有源偏振器时，所述有源偏振器以反射模式运行，以将穿过所述液晶面板的外部光朝向所述液晶面板反射回去。

23.一种操作液晶显示器件的方法，该液晶显示器件包括背光、液晶面板和设置在所述背光与所述液晶面板之间的有源偏振器，所述方法包括：

开启所述背光；

施加磁场到所述有源偏振器；

将来自所述背光的光分量朝向所述液晶面板透射通过所述有源偏振器；

关闭所述背光；

关闭施加到所述有源偏振器的所述磁场；以及

将通过所述液晶面板的外部光朝向所述液晶面板反射回去。