CN102591076A - 一种透射辅助反射的透反式液晶显示器 - Google Patents

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刘建华
程文凯
张克
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本发明属于液晶显示器技术领域，具体涉及一种透射辅助反射的透反式液晶显示器。该液晶显示器的每一个像素被分成透射和反射两个区域，透射区位于像素的中央部分,像素的其余较大部分为反射区；在透射区的基板与背光板之间装有微透镜以汇聚背光,增加其在透射区的光通量。在环境亮度较高时,可以关闭背光,液晶面板利用较大的像素反射区域进行反射式显示；当环境亮度较低使反射式显示效果较差时,可开启背光,利用透射光补充反射光的不足,同时进行透射和反射式显示。这种液晶显示器具有适应不同环境亮度的特点,可达到节能降耗并改善显示效果的目的。

Description

一种透射辅助反射的透反式液晶显示器
技术领域
本发明属于液晶显示器技术领域，具体涉及一种透射辅助反射的透反式液晶显示器。
背景技术
液晶显示(LCD)技术发展到现阶段, 已经成为最重要的信息显示技术, 除了户外墙幕类型的显示之外, 液晶显示可以说是无处不在。当前, LCD 技术发展到了一个相对成熟的阶段, 无论从产量还是市场占有率都是前所未有的。但是随着人们工作生活节奏的加快, 对信息显示的即时性要求越来越高, LCD 技术的不完善方面便日渐明显, 比如室外明亮(或日光)环境下的显示可视性 (sunlight readability) 问题及相应的功耗(power consumption)问题, 以及由于当前LCD 技术结构本身造成的光能效率(light efficiency)极低(小于10%)的问题等。这些都是LCD技术急待改进和提高的方面。 
可视性, 概括地说也就是液晶显示的对比度(contrast ratio)。 它分为两个方面, 一方面是正常显示条件下, 即环境亮度较低情况下的显示对比度，现在的透射式液晶显示技术已经很好地满足了一般的使用要求, 如电脑屏幕, 电视机, 及手机等；另一方面是在环境明亮, 或室外阳光照射情况下的显示对比度, 对这种情况, 目前的LCD 还不具有良好的显示效果，要让一个液晶显示器在上述两种情况下同时具备较好的而且是一致的显示对比度, 即良好的显示可视性, 正是当前LCD 技术的一个难题。
目前主流的LCD主要是以背光透射为工作方式的透射式显示, 为能具有良好的显示效果, 一般要求环境亮度应低于显示屏幕的发光亮度。在明亮环境下, 尤其是阳光强烈的室外, 要具有较好的可视性, 一个经典的解决办法是用反射式显示, 以充分利用环境中的光量来实现显示, 这不仅是一个显示技术问题, 也是节能的问题。因此, 将两者结合而形成的所谓透反式液晶显示(Transflective LCD: TR-LCD)结构, 以便在不同的亮度场合使用不同的显示方式, 并达到无缝切换。这方面国内外已经并且正在进行大量的研究和探索。
目前主要的研究方法是将屏幕上的液晶像素划分为透射和反射两个区域, 透射和反射显示中, 光线在各自的区域中传播。 要求两者的电光特性要具有较好的一致性, 即驱动电压-透射率(V-T)曲线, 与驱动电压-反射率(V-R)曲线应一致, 以便使用同一套驱动电路系统达到在透射和反射式工作方式的无缝切换。
从结构上讲,为了使反射光线和透射光线在液晶盒中具有相同的光程, 早期的透反式液晶像素具有不同的液晶层厚, 即双盒厚(dual cell gap(DCP))结构, 透射区的液晶层厚度是反射区的两倍。这种液晶盒内由于基板不平整, 不仅影响液晶的有效定向, 增加了制造工艺上的复杂性, 并且造成不同的驱动响应速度及阈值电压, 因而影响两种显示效果的一致性.
由于上述技术缺陷, 早期的液晶层双盒厚(dual cell gap(DCP))结构已被单一液晶盒厚(single cell gap, SCP)结构的TR-LCD 所取代, 即透射和反射部分具有相同的液晶层厚。这种SCP 结构要解决的主要问题是使透射和反射区域具有一致的电光特性。
由于反射式液晶盒的固有结构决定了其对光能的有效反射效率比较低, 一般不超过35%, 若再加上彩色滤光膜, 则反射效率将不超过12.5%。因此, 为提高对环境光能(尤其是对室外阳光的)利用效率, 应该扩大像素中有效反射的面积比率。
另外, 由于液晶像素结构导致的反射效率不高, 单从增加面积作手并不能有效提高像素的反射亮度, 即不能改善反射模式的显示效果。而且, 在环境亮度不太大但也不太小的情况下, 若能增加透射光作为适当补充, 从而不必完全工作于全透(牺牲能量)或全反(牺牲亮度)模式中, 达到节能和改善显示效果的目的。
发明内容
本发明的目的在于提出一种对环境光能利用效率高、节能效果好的液晶显示器。
本发明提出的液晶显示器，是采用新型的透射辅助反射(Transmission facilitated Reflection: TFR)的透反显示器，记为: TFR-TR-LCD。这种结构采用垂直电场, 电极分别位于上下基板。其中位于下基板上的像素电极由两部分构成, 在像素中央部位是由ITO构成的透射区的电极, 其周围是构成反射区的金属电极, 其同时用作反射区的光反射器，公共电极位于上基板, 同样由中央圆形ITO电极作为透射电极, 旁边适当部位以一定形状制作反射区电极。
具体来说，本发明提出透射辅助反射的透反式液晶显示器, 它的每一个像素被分成透射和反射两个区域，透射区位于像素的中央部分, 透射区以外的部分为反射区, 两个区域由透射电极(1)和反射电极(2)构划分而成； 在透射区的基板与背光板(3)之间装有微透镜(4)，以汇聚背光, 增加其在透射区的光通量。
当环境亮度较高时, 可以关闭背光, 液晶面板利用较大的像素反射区进行反射式显示；当环境亮度较低使反射式显示效果较差时, 可开启背光, 利用透射光补充反射光的不足, 同时进行透射和反射式显示。因此, 这种液晶显示器具有适应不同环境亮度的特点, 可达到节能降耗并改善显示效果的目的。
本发明中，像素电极由中心透射电极(1)（ITO）和周围反射电极(2)（金属）构成, 反射电极(2)同时作为反射显示时的光反射器。 
本发明中，像素透射区的基板(3)下方加装一微透镜(4)，以增加透射区的光通量。
本发明中，像素公共电极由透射区电极(5)和反射区电极(6)构成；透射区电极(5)为圆形, 反射区电极(6)做成条状或臂章形(chevron)。 
本发明的这种液晶显示器像素结构，扩大了反射区的面积, 缩小了透射区域的面积。为了有效利用背光源, 在透射区基板下贴合一微透镜, 以增加像素的背光通量。具体的工作原理见实施实例。 
这种通过微透镜增加透射光的方法, 最早由Hun Ki SHIN 于2007年提出, 本发明的结构下基板与之相似, 但不完全一样, 而主要的区别是在上基板电极。本发明的上基板电极分为透射区电极和反射区电极, 透射区电极为圆形, 反射区电极也被制成一定形状(如条状, 或臂章形(chevron)，所以也叫公共电极(common electrode), 因为其电位是相同的；而Hun Ki SHIN的上基板电极是均匀的整块电极。
本发明提出的这液晶像素结构, 是以改善像素反射性能为目标的, 因此特别适合于强光或高亮度环境如户外的显示应用。这种像素结构的液晶显示器, 可成为移动显示设备如手机, 平板电脑, 及户外的显示仪器中的显示屏。该种结构的显示器能有效提高对环境光能的利用效率, 起到节能降耗并改善显示效果的作用。
附图说明
图1为像素基板电极(pixel electrode)示意图。其中，(a)俯视图, (b)侧视图。 
图2为公共电极基板的电极(common electrode)示意图。其中，(a)正视图, (b)侧视图。
图3为本发明液晶显示器实施例结构图。其中，(a) 简化的液晶像素结构示意图(侧视图)；(b) 简化的液晶像素结构示意图(三维侧视图)。
图中标号：1为透射电极（ITO），2为反射电极，3为基板，4为像素微透镜，5为透射区电极，6为反射区电极，7为上圆偏振片，8为补偿膜(单轴 -c)，9为上基板，10为公共电极，11为液晶层，12为像素电极，13为下基板，14为下圆偏振片，15为背光板，16为反射光。
具体实施方式
根据本发明提出的结构, 按图1 及图2 中电极结构制成垂直排列液晶盒, 采用正交圆偏振片分别贴于上下基板外表面，并且在上基板与上偏振片之间加入补偿膜. 
在图3(a)的玻璃下基板(13)上按图1用光刻法分别镀制透射ITO电极(1)和反射金属电极(2), 如图1(a)所示。
在图3(a)的玻璃上基板(9)上按图2(a)的形状镀制ITO电极, 分为反射区电极(5)和透射区电极(6)。
再用垂直定向法处理两基板的电极表面, 制盒并灌注液晶, 使之沿基板表面垂直排列, 如图3(a)中的液晶层(11)。
在上基板(9)的表面分别帖附补偿膜(8)和上圆偏振片(7), 并使上圆偏振片(7)的通光轴方向垂直于纸面(即90°)。
在下基板(13)的表面帖附下圆偏振片(14), 并使其通光轴平行于纸面. .再在其上帖附微透镜(4)。
完成以上整体装配, 如图3 (a) 所示。
反射工作时, 环境光从像素上表面进入液晶盒, 穿过液晶层在像素反射电极(2)上被反射出液晶盒, 成为反射光(16)；透射工作时, 背光板(15)发出的光经像素微透镜汇聚, 经过上下基板电极的透射区, 成为透射光. 如图3(b) 所示。
为简明起见, 图3(a) 中的电极被简化。 图3(b)中显示像素结构的简化的立体示意图, 其中的偏振片和补偿膜未画出。
Robert Lv 通过减少上基板中反射区电极的宽度并增加间隙的办法, 较好地实现了透射区和反射区光程的一致性。 Zhibing Ge 通过给反射区电极加偏压的方法抑制反射区的垂直电场以减小反射区的有效光程, 也同样实现了透射区和反射区的光程的一致性。两者都获得了较一致的透射和反的电光特性。因此, 本发明通过优化电极设计, 以实现透射和反射光线的光程均匀性, 进而达到电光性能的一致性, 实现以适量的透光对反射光的有效补充的目的。

Claims (3)

1.一种透射辅助反射的透反式液晶显示器，其特征在于：每一个像素被分成透射和反射两个区域，透射区位于像素的中央部分, 透射区以外的部分为反射区, 两个区域由透射电极(1)和反射电极(2)构划分而成； 在透射区的基板(3)与背光板之间装有微透镜(4)，以汇聚背光, 增加其在透射区的光通量；
当环境亮度较高时, 关闭背光, 液晶面板利用较大的像素反射区进行反射式显示； 当环境亮度较低使反射式显示效果较差时, 开启背光, 利用透射光补充反射光的不足, 同时进行透射和反射式显示。
2.根据权利要求1所述的透射辅助反射的透反式液晶显示器，其特征在于：像素电极由中心透射电极(1)和周围反射电极(2)构成, 反射电极(2)同时作为在反射显示时的光反射器。
3.根据权利要求1所述的透射辅助反射的透反式液晶显示器，其特征在于：像素公共电极由透射区电极(5)和反射区电极(6)构成；透射区电极(5)为圆形, 反射区电极(6)为条形或臂章形。
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