CN112987365A - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个方面涉及一种液晶显示装置，该显示装置包括：两个相对的透明基板，其分别称为前基板和后基板，前基板是设置在观察者侧的基板，前基板和后基板在其内表面上设有透明的结构化的电极，电极的叠置限定了可在两种光学状态之间切换的形状像素，电极经由控制电路连接到电压源，形成由密封框封闭的单元，以在由基板和密封框界定的空间中容纳液晶组合物；以及与前基板和/或后基板直接接触的装饰图案。

Description

液晶显示装置
技术领域
本发明涉及液晶显示装置、包括表盘（dial）和这样的显示装置的时计表盘组件。本发明还涉及包括这样的显示装置的时计和/或珠宝首饰、以及制造这样的液晶显示装置的方法。
背景技术
自20世纪60年代以来，液晶显示装置在制表领域是众所周知的。当时，液晶显示装置用于显示或隐藏一起形成的各种区段，例如，指示时间的数字。
当前，液晶显示装置所提供的可能性得到了很好的开发。例如，可以将印刷在塑料膜上的装饰放置在显示器的偏光片（polarizer）之间。显示器可以允许选择性地示出所印刷的装饰的各种部分。由透明塑料制成的膜可以接纳通过喷墨数字印刷的装饰。图像的油墨可以是不透明的或半透明的，以便产生滤色器。该膜及其印刷物借助于光学透明的粘合膜层压在液晶单元的背面上。也可以将膜及其印刷物层压在液晶单元的正面上。粘合膜通常具有15µm至100µm之间的高度。
另一种可能性是通过油墨印刷来装饰上偏光片的正面，最常见的是通过丝网印刷。显然，可以通过油墨印刷来装饰后偏光片的背面，最常见的也是通过丝网印刷。
另一方面，存在彩色矩阵液晶显示器。所述彩色矩阵液晶显示器使用滤色器（红色、绿色、蓝色和黑色）来过滤矩阵的像素的颜色（红色、绿色或蓝色）、或（用黑色）遮盖像素之间的区域。所述滤色器通常放置在液晶单元的前基板的内表面上、在透明电极下方。所述过滤器通过数字印刷或通过施加（apply）可光结构化的（photostructurable）树脂来产生，可光结构化的树脂是通过光刻法结构化的化学浴。将过滤器引入到电极下方的单元中增加了该方法的技术复杂性，因为在产生所述多个滤色器之后，必须添加在其上沉积透明电极的平坦化层。
发明内容
本发明的第一方面涉及一种液晶显示（LCD）装置，该显示装置包括：两个相对的透明基板，其分别称为前基板和后基板，前基板是设置在观察者侧的基板，前基板和后基板在其内表面上设有透明的结构化的电极，电极的叠置限定了可在两种光学状态之间切换的形状像素，电极经由控制电路连接到电压源，形成由密封框封闭的单元，以在由基板和密封框界定的空间中容纳液晶组合物。另外，该装置包括与前基板和/或后基板直接接触的装饰图案。
将领会的是，使装饰图案与基板之一之间直接接触的事实使得能够具有多个优点：A）由于装饰和形状像素更加靠近，因此装饰图案相对于液晶显示器的可切换形状像素的对齐（alignment）更好。一方面，在制造手表的方法期间，在各种光学膜妨碍精确地显示导电路径之前，可以更容易地（例如，在光学上）相对于导电路径产生对齐。B）另一方面，视差被减小到仅基板的厚度（例如，在使用厚度为50至300µm的薄基板时，视差非常小，并且所得到的光学缺陷对于肉眼不可见）。C）减小的视差和精确的对齐使得能够产生精细的图像，并具有与LCD的形状像素良好协调的高细节度。因此，不存在色度亮度干扰（crosstalk），并且无论观察角度如何，形状像素都可以准确地覆盖期望的装饰区域，从而获得高质量的动画图像。D）由于装饰层与LCD的基板直接接触并且没有支撑膜，因此装饰层尽可能地靠近反光片（reflector），这使得高分辨率图像能够具有很小的孔来反射更多的光。因而，由于具有高入射角的反射光线较不可能被吸收，因此图像的反射率得到改善。
透明的结构化的电极可以由铟锡氧化物（ITO）制成、或由铟锌氧化物（IZO）制成、或者可以是在电子显示器的制造中常用的任何其他透明电极。
根据一个实施例，液晶单元可以包括布置在电极上的一个或多个液晶配向层。优选地，所述一个或多个液晶配向层对液晶单元中的液晶施加扭曲向列液晶模式或超扭曲向列液晶模式。可以考虑其他模式，诸如VA（垂直配向）模式或ECB（电控双折射）模式（或从前述模式的组合得出的其他变型）。
装饰图案可以设置在前基板或后基板的外表面上。优选地，装饰图案设置在后基板的外表面上。
根据优选实施例，装饰图案与结构化的电极对齐。
装饰图案可以是与由电极限定的形状像素互补的图像。
装饰图案可以是数字印刷的装饰图案，可选地通过喷墨，或包括结构化的油墨层。数字印刷是指用于在基板上印刷数字图像的方法。数字印刷方法的示例包括喷墨印刷和激光印刷。在喷墨印刷方法中，通过将墨滴投射在基板上来形成图像。油墨可以包含颜料和/或染料作为着色剂。油墨可以是光敏的或可以不是光敏的。装饰图案优选地通过喷墨来数字印刷。
替换地或附加地，装饰图案可以包括结构化的光敏树脂的一个或多个装饰层、和/或一个或多个结构化的装饰薄层（金属、吸收电介质（例如：TiAlON、WO、TiN等）、或电介质镜）。
形成装饰图案的该组层直接由前基板或后基板支撑。
前基板和/或后基板可以具有在50µm至1mm范围内、优选地在80µm至0.5mm范围内的厚度。
根据一个实施例，前基板与透射和吸收前偏光片毗连（associate）。另外，后基板与吸收和反射后偏光片毗连。装饰图案设置在后基板与后偏光片之间。
根据一个实施例，前基板与透射和吸收前偏光片毗连。另外，后基板与吸收和反射后偏光片毗连。装饰图案设置在前基板与前偏光片之间。
根据一个实施例，前基板与透射和吸收前偏光片毗连。另外，后基板与反光片毗连。装饰图案设置在前基板与前偏光片之间。
液晶组合物可以包含二向色性着色剂。后基板于是与反光片毗连。装饰图案可以设置在前基板的外表面上或后基板与反光片之间。
根据一个实施例，液晶组合物包含二向色性着色剂。前基板与透射吸收偏光片毗连。后基板与反光片毗连。装饰图案可以设置在前偏光片与前基板之间或后基板与反光片之间。
根据一个实施例，液晶组合物包含二向色性着色剂。后基板与吸收反射后偏光片毗连。装饰图案可以设置在后偏光片与后基板之间。
显示器可以是反射的、发射的或透反射的。透反射显示器意指透射和反射的混合显示器。从背光布置在后基板后面的意义上讲，显示器是透射的。从入射的环境光被后基板后面的半反射且半透明的反光片反射的意义上讲，显示器也是反射的。在透反射显示器的情况下，半反射且半透明的反光片将结合反射环境光的属性，同时使得能够透射背光的光。
后偏光片可以用透反射偏光片来代替。背光照亮的装置可以设置在透反射偏光片的后方。
后偏光片可以用透明吸收偏光片来代替。背光照亮的装置可以设置在透反射偏光片的后方。
根据本发明的一个特定实施例，装饰图案与前基板和后基板直接接触，并且其中，装饰图案在至少两个彼此互补的图案部分中产生，这两个互补的图案部分的并置形成所述装饰图案。
本发明的第二方面涉及包括如上所述的液晶显示装置的时计和/或珠宝首饰（例如，手表）和/或便携式电子部件（例如，智能运动服、便携式测量仪器等）和/或非便携式电子部件（例如，家庭自动化）。
本发明的第三方面涉及一种用于制造液晶显示装置的方法。该方法包括：
o 提供前基板和后基板，前基板和后基板在其内表面上设有透明的结构化的电极，电极的叠置限定了可在两种光学状态之间切换的形状像素；
o 在两个基板之一的内表面上布置密封框；
o 将两个基板密封在一起以限定由基板界定的空间；
o 用液晶组合物填充由基板界定的空间；以及
o 施加与前基板或后基板直接接触的装饰图案。
装饰图案的施加可以包括：
o 数字印刷装饰图案，优选地通过喷墨，
o 或者施加并结构化光敏树脂，优选地通过光刻法，
o 或者薄金属和/或电介质层（通常小于10微米，并且优选地小于1微米）的物理或化学气相沉积，并优选地通过光刻法对所沉积的薄层进行结构化，
o 或者上述施加方法的组合。
上述施加方法的组合可以使得能够施加多个装饰层，以便产生具有各种分辨率或精细度程度的更复杂的装饰。
同样根据另一方面，本发明涉及一种用于时计的表盘组件，其包括表盘和液晶显示装置，该显示装置包括：两个相对的透明基板，其分别称为前基板和后基板，前基板是设置在观察者侧的基板，前基板和后基板在其内表面上设有透明的结构化的电极，电极的叠置限定了可在两种光学状态之间切换的形状像素，电极经由控制电路连接到电压源，形成由密封框封闭的单元，以在由基板和密封框界定的空间中容纳液晶组合物；以及与前基板和/或后基板直接接触的装饰图案，所述表盘支持与显示装置的装饰图案的静态图像互补的静态图像。因此，可以能够具有例如：形成具有固定的星星的天空的表盘，并且装饰图案可以表示某些行星、彗星或其他天体（天然或人造卫星），其将由液晶显示装置动态地示出。
附图说明
从下面参考附图作为说明介绍的某些有利实施例的详细描述，本发明的其他特性和特征将变得显而易见，附图示出了：
图1是根据本发明的一个实施例的手表的液晶显示装置的剖视图；
图2是根据本发明的一个实施例的用于手表的液晶显示装置的电极的俯视图；
图3是根据本发明的一个实施例的手表的液晶显示装置的剖视图；以及
图4是用于时计的表盘组件的前视图，该表盘组件包括表盘和根据本发明的液晶显示装置。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一个实施例的手表的反射液晶显示装置10。显示装置10包括透射和吸收（吸收光的偏光并透射正交的偏光）前偏光片12、透明前基板14、结构化的透明的前电极16、前配向层18、液晶组合物20、后配向层22、结构化的透明的后电极24、后基板26、装饰图案28、透射和反射后偏光片30、以及黑色背底（back）32（或根据另一实施例，有色背底）。替换地，后偏光片30可以是与反光片毗连的透射和吸收偏光片。从周围入射光34用作显示器的光源的意义上讲，显示装置10是反射的。周围的入射光34以上述顺序穿过显示装置10的各个层、在后偏光片30上反射、并返回到用户的眼睛。结构化的电极16、24的叠置限定了可在两种光学状态之间切换的一组形状像素。电极16、24经由控制电路（未示出）连接到电压源（未示出）。施加电压（或不施加电压）使得能够产生液晶20的两个光学状态之间的切换。
前基板14和后基板26可以由玻璃或塑料制成。基板14、26相对地布置，以便在前基板和后基板之间产生液晶单元36。液晶单元36包括前电极16、前配向层18、液晶组合物20、后配向层22和后电极24。当电极16、24没有施加电场时，配向层18、22迫使液晶20采用扭曲构造。配向层18、22可以例如由聚酰亚胺制成。根据偏光片12、30的取向，显示装置10可以以“常白”模式操作（亦即当没有电场施加到液晶时光被反射的模式）或以“常黑”模式操作（亦即当没有电场施加到液晶时光不被反射的模式）。当在电极16、24之间施加电场时，达到另一光学状态。
显示装置10的液晶20按照由结构化的电极16、24限定的多个单元（也称为形状像素）来布置，该多个单元从第一形状像素的光学状态不影响紧邻第一形状像素的第二形状像素的光学状态的意义上讲是可独立地切换的。借助于由结构化的电极16、24递送的电压来切换各形状像素。图2示出了电极16、24的可能结构化。限定新月形的形状像素38i（在图2中为黑色），以便能够在前电极16与后电极24之间选择性地切换位于形状像素38i处的液晶的状态。切换形状像素38i可以覆盖装饰层的一个或多个元素。在高分辨率图像的情况下，所述元素可以是装饰图案的连续部分和/或形成所述装饰图案的像素。形状像素可以以均匀的方式布置（例如，对于矩阵显示器），或不以均匀的方式布置。形状像素的形状不受限制。如上所述，当从显示器的顶部观察形状像素时，形状像素可以具有例如新月形状、或更简单地具有矩形或正方形形状。
前基板14和/或后基板26具有在50µm至1mm范围内、优选地在80µm至0.5mm范围内的厚度。根据第一实施例，通过喷墨将装饰图案28直接数字印刷在后基板26的外表面上。图案可以包括吸收区域和透明区域，使得光能够（部分地）穿过装饰图案以到达后偏光片30。
将领会的是，直接在基板26上印刷装饰层的事实克服了现有技术提出的解决方案的多个缺点。特别地，装饰图案的元素与切换区段38i之间的对齐更加精确。由于相对于现有技术的解决方案，装饰图案28非常靠近由结构化的电极16、24限定的切换区段38i，因此对齐通常可以以5µm或更小的精度来产生。其结果是，无论显示装置的观察角度如何，切换区段38i都准确地覆盖装饰图案的期望区域。“准确地（exactly）”意指偏移小于5µm，因此将对用户的肉眼不可见。美学将显得完美无缺。另一方面，在显示器的制造期间，在其他层妨碍显示电极、特别是电极的结构之前，可以在光学上相对于切换区段38i产生对齐。还要指出的是，视差被减小到仅基板的厚度。使用薄基板（50至300µm）使得能够减小视差，使得所产生的光学缺陷对肉眼不可见。另外，即便装饰图案28包含非常小的透明的孔，由于装饰图案28直接位于基板下方并且在装饰层与后偏光片30之间没有支撑膜，因此仍可以反射更多的光。因此，具有高入射角的反射光线较不可能被吸收。因此，相对于现有技术改善了装饰图案28的反射率（以及因此的可见性）。
根据本发明的第二实施例，可以将装饰图案28施加在前基板14的外表面上，而不是施加在后基板26的外表面上（参见第一实施例）。显然，可以将第一实施例和第二实施例组合以获得包括两个装饰图案的显示装置。
根据本发明的第三实施例，可以通过光刻法将一个或多个可光结构化的树脂沉积并结构化在前基板14的外表面上和/或后基板26的外表面上。树脂可以是彩色的或黑色的，并且可以被布置成在沉积之后形成装饰图案28。
根据本发明的第四实施例，装饰图案28可以是通过物理或化学气相沉积而沉积的薄金属层（例如铝层、金层、银层、铬层）和/或电介质层（例如彩色的氮氧化物层）。装饰图案28可以被结构化，尤其是通过光刻法蚀刻而被结构化。也可以藉由通过掩模进行沉积而以单个步骤产生沉积和结构化。
要指出的是，可以组合上述装饰图案28，以便在前基板的外表面上和/或后基板的外表面上产生包括诸如上面指示的那样产生的装饰图案的装饰图案28。
根据其他实施例，可以设想偏光片和装饰图案的其他布置。例如，前基板可以与透射和吸收前偏光片毗连，并且后基板可以与反光片毗连。装饰图案设置在前基板和前偏光片之间。
液晶组合物可以包含二向色性着色剂。在这种情况下，也可以设想各种布置。根据第一示例，后基板与反光片毗连。装饰图案于是可以设置在前基板的外表面上、或者在后基板与反光片之间。根据第二示例，前基板与透射吸收偏光片毗连，并且后基板与反光片毗连。装饰图案于是可以设置在前偏光片与前基板之间、或者在后基板与反光片之间。根据第三示例，后基板与吸收反射后偏光片毗连。装饰图案于是可以设置在后偏光片与后基板之间。
根据本发明的一个实施例，显示装置10可以是透反射的。在这种情况下，显示装置10包括布置在半透明的黑色背底32后方的背光40（参见图3）。在另一实施例中，半透明的黑色背底32可以用吸收/透明偏光片来代替。在透反射的显示装置的另一实施例中，后偏光片30可以用在其反射功能上部分有效的反射/透射偏光片来代替，并且黑色背底32可以用吸收/透射偏光片或半吸收背底来代替。在另一实施例中，后偏光片30和黑色背底32组件将用透反射偏光片来代替。背光发射光42，并且可以包括一个或多个无机电致发光二极管和/或多个有机电致发光二极管。
根据本发明的一个实施例，显示装置10可以是透射的。在这种情况下，显示装置10包括布置在显示装置后方的背光40，其特征在于，后偏光片30是吸收/透射偏光片，并且在于，不再有黑色背底。
这样的显示装置在制表或珠宝制造中的应用示例包括通过将月亮的高分辨率装饰图案与液晶单元相结合来产生月相，所述液晶单元的电极的区段被布置为形成多个新月（参见图2），该多个新月与月亮的装饰图案对齐，从而使得能够显示月相的演变。液晶显示装置用于隐藏月亮的当前被地球阴影隐藏的部分。也可以是电极包括用于显示另外的信息（诸如时间、日期、星期几、气象、气压、测高信息）或者用于动画装饰或趣味元素（诸如星空中在月亮周围闪烁的星星）的其他区段。应当指出的是，本发明还对运动服类产品感兴趣。
根据本发明的一个变体，还可以设想对日食或月食进行同样的处理，图案是天体的图像，显示装置包括由透明的结构化的电极限定的多个可切换的形状像素并且示出形状区段，所述形状区段能够表示所述天体的动画图像以便表示所述天体食。当然，诸如彗星、天然或人造卫星之类的其他天体可以以类似的方式动态地示出在显示器上。
将指出的是，当该装置与后方的透反射片（transflector）组合时，毗连的背光照亮装置可以发射可调颜色，以便更好地匹配要表示的图案的对象颜色的真实性，尤其是在偏食或全食期间。
在图4中示出了用于时计（未示出）的表盘组件44，其包括表盘46和液晶显示装置48，液晶显示装置48的类型为结合图1至图3描述的液晶显示装置。显示装置48可通过设在表盘46中的窗口50看到。在所示示例中，表盘46包括形成具有固定的星星52的天空的固定图像，并且显示器的装饰图案以多个形状像素38i的形式表示月亮，如前文结合图2描述的那样，所述图案能够动态地示出月相的演变。替换地，装饰图案可以以一组形状像素的形式表示某些行星、彗星或其他天体（天然或人造卫星），其将通过液晶显示装置动态地示出。
即使已经详细描述了特定实施例，但是本领域技术人员将领会的是，可以按照由本发明的公开内容提供的总体信息发展出对其的各种修改和替换。因此，本文描述的布置和/或特定方法的意图为仅作为例示而给出，而非意图限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求的范围来确定。

Claims (22)

1.一种液晶显示装置，该显示装置包括：
两个相对的透明基板，其分别称为前基板和后基板，前基板是设置在观察者侧的基板，前基板和后基板在其内表面上设有透明的结构化的电极，电极的叠置限定了可在两种光学状态之间切换的形状像素，电极经由控制电路连接到电压源，形成由密封框封闭的单元，以在由基板和密封框界定的空间中容纳液晶组合物；以及
与前基板和/或后基板直接接触的装饰图案。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，装饰图案设置在前基板或后基板的外表面上。
3.根据权利要求1或2所述的显示装置，其特征在于，装饰图案设置在后基板的外表面上。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的显示装置，其特征在于，装饰图案与结构化的电极对齐。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于，装饰图案是与由电极限定的形状像素互补的图像。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的显示装置，其特征在于，装饰图案包括光敏或非光敏的至少一个结构化的油墨层、至少一个薄的结构化的电介质或结构化的金属层、或者所述各种层的组合，所有上述装饰层直接由前基板或后基板支撑。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的显示装置，其中，前基板与透射和吸收前偏光片毗连，并且其中，后基板与吸收和反射后偏光片毗连，并且其中，装饰图案设置在后基板与后偏光片之间。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的显示装置，其中，前基板与透射和吸收前偏光片毗连，并且其中，后基板与吸收和反射后偏光片毗连，并且其中，装饰图案设置在前基板与前偏光片之间。
9.根据权利要求1至6中的任一项所述的显示装置，其中，前基板与透射和吸收前偏光片毗连，并且其中，后基板与反光片毗连，并且其中，装饰图案设置在前基板与前偏光片之间。
10.根据权利要求1至6中的任一项所述的显示装置，其中，液晶组合物包含二向色性着色剂，并且其中，后基板与反光片毗连，并且其中，装饰图案设置在前基板的外表面上或后基板与反光片之间。
11.根据权利要求1至6中的任一项所述的显示装置，其中，液晶组合物包含二向色性着色剂，其中，前基板与透射吸收偏光片毗连，并且其中，后基板与反光片毗连，并且其中，装饰图案设置在前偏光片与前基板之间或后基板与反光片之间。
12.根据权利要求1至6中的任一项所述的显示装置，其中，液晶组合物包含二向色性着色剂，其中，后基板与吸收反射后偏光片毗连，并且其中，装饰图案设置在后偏光片与后基板之间。
13.根据权利要求7、8或12中的任一项所述的显示装置，其中，后偏光片用透反射偏光片来代替，并且其中，背光照亮装置设置在透反射偏光片的后方。
14.根据权利要求7、8或12中的任一项所述的显示装置，其中，后偏光片用透射吸收偏光片来代替，并且其中，背光照亮装置设置在透反射偏光片的后方。
15.根据权利要求13或14所述的显示装置，其中，背光照亮装置发射颜色可调的光。
16.根据权利要求中的任一项所述的显示装置，其中，装饰图案与前基板和后基板直接接触，并且其中，装饰图案在至少两个彼此互补的图案部分中产生，这两个互补的图案部分的并置形成所述装饰图案。
17.一种用于时计的表盘组件，其包括表盘和根据权利要求1至16中的任一项所述的显示装置，所述表盘支持与显示装置的装饰图案的静态图像互补的静态图像。
18.包括根据前述权利要求中的任一项所述的显示装置的时计和/或珠宝首饰。
19.根据权利要求18所述的时计和/或珠宝首饰，其特征在于，图案是天体的图像，显示装置包括由透明的结构化的电极限定的多个可切换的形状像素并且示出形状区段，所述形状区段能够表示所述天体的动画图像。
20.根据权利要求19所述的时计和/或珠宝首饰，其特征在于，天体是月亮，并且在于，由透明的结构化的电极限定的多个可切换的形状像素示出表示月相的新月形区段。
21.一种用于制造液晶显示装置的方法，该方法包括：
提供前基板和后基板，前基板和后基板在其内表面上设有透明的结构化的电极，电极的叠置限定了可在两种光学状态之间切换的形状像素；
在两个基板之一的内表面上布置密封框；
将两个基板密封在一起以限定由基板界定的空间；
用液晶组合物填充由基板界定的空间；以及
施加与前基板或后基板直接接触的装饰图案。
22.根据权利要求20所述的制造方法，其中，装饰图案的施加包括：
o 数字印刷装饰图案，优选地通过喷墨，
o 或者施加并结构化光敏树脂，优选地通过光刻法，
o 或者薄金属和/或电介质层的物理或化学气相沉积，并优选地通过光刻法对所沉积的薄层进行结构化，
o 或者上述施加方法的组合。
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