CN1202438C - 反射混合式扭曲向列型液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种反射混合式扭曲向列型液晶显示器，包括偏振装置、扭曲向列液晶盒和反光装置，其中，扭曲角在67°与73°之间，在液晶盒前表面准直方向与偏振装置的偏振轴间的起偏振角在5°与11 °之间，液晶盒的延迟量的值在0.18um至0.24um之间，延迟量的值被定义为盒间隙和该液晶盒的双折射率的乘积。直视显示器由前基片(1)，偏振器(3)液晶(5)和具有反射镀膜的后基片(7)组成。显示器的另一种配置是投影显示器，具有前基片，带反射镀膜的后基片，在基片之间的液晶，偏振光束分束器和屏幕。通过本发明可以改善LCD的视觉特性。

Description

反射混合式扭曲向列型液晶显示器
技术领域
本发明涉及一种反射混合式扭曲向列型液晶显示器(reflectivemixed-mode twisted nematic LCDs)，尤其涉及一种带有最佳扭曲角，起偏振角和延迟量的上述显示器。
背景技术
和透射式液晶显示器相比，反射式液晶显示器以具有各种优点著称。反射式液晶显示器具有较低的功率损耗，更容易在日光下读数，纵断面较薄，且重量较轻。
以背光照明的透射式矩阵液晶显示器通常采用扭曲90°的向列型液晶盒(cell)。这种盒以偏振旋转(旋光)机理工作以便提供光电效应。入射线性偏振光追随LC导向器(director)的扭曲。因此，当光通过盒时，其偏振轴约旋转90°，而且透过正交偏振器。
当这种透射式扭曲向列型液晶盒用于反射式显示器时，产生不良的亮度和低分辨率。由于光两次通过正交偏振器导致亮度不良，而由于在液晶盒和反射镜之间的偏振器厚度产生的视差导致低分辨率。
吴新宗等在应用物理快报(美)58(11)，3月11，(1996)1455-1457页的文章“用于反射式显示器的混合式扭曲向列型液晶盒”中描述了一种改进的反射式显示器，称为混合式扭曲向列型液晶盒。虽然通过使用透射扭曲向列型液晶盒，吴等提出的装置在增进亮度和消除由使用透射式扭曲向列型液晶盒产生视差方面具有优势，但提出的装置并不具备最佳性能。
发明内容
本发明涉及改进反射混合式扭曲向列型液晶显示器的性能。
本发明的技术方案是这样实现的：一种反射混合式扭曲向列型液晶显示器件，其特征在于包括偏振装置、扭曲向列液晶盒和反光装置，其中，扭曲角在67°与73°之间，在该液晶盒前表面准直方向与该偏振装置的偏振轴间的起偏振角在5°与11°之间，该液晶盒的延迟量的值在0.18um至0.24um之间，该延迟量的值被定义为盒间隙和该液晶盒的双折射率的乘积。
本发明还提供一种反射混合式扭曲向列型液晶显示器件，其特征在于包括偏振装置、扭曲向列液晶盒和反光装置，其中，扭曲角在77°与83°之间，在该液晶盒前表面准直方向与该偏振装置的偏振轴间的起偏振角在13°与19°之间，该液晶盒的延迟量的值在0.20um至0.26um之间，该延迟量的值被定义为盒间隙和该液晶盒的双折射率的乘积。
本发明还提供一种反射混合式扭曲向列型液晶显示器件，其特征在于包括偏振装置、扭曲向列液晶盒和反光装置，其中，扭曲角在73°与79°之间，在该液晶盒前表面准直方向与该偏振装置的偏振轴间的起偏振角在105°与111°之间，该液晶盒的延迟量的值在0.22um至0.28um之间，该延迟量的值被定义为盒间隙和该液晶盒的双折射率的乘积。
本发明还提供一种反射混合式扭曲向列型液晶显示器件，其特征在于包括偏振装置、扭曲向列液晶盒和反光装置，其中，扭曲角在67°与73°之间，在该液晶盒前表面准直方向与该偏振装置的偏振轴间的起偏振角在95°与101°之间，该液晶盒的延迟量的值在0.18um至0.24um之间，该延迟量的值被定义为盒间隙和该液晶盒的双折射率的乘积。
本发明还提供一种反射混合式扭曲向列型液晶显示器件，其特征在于包括偏振装置、扭曲向列液晶盒和反光装置，其中，扭曲角在77°与83°之间，在该液晶盒前表面准直方向与该偏振装置的偏振轴间的起偏振角在103°与109°之间，该液晶盒的延迟量的值在0.20um至0.26um之间，该延迟量的值被定义为盒间隙和该液晶盒的双折射率的乘积。
按照本发明，提供了一种具有扭曲角在67°和83°之间，起偏振角在5°和111°之间，延迟量在0.18和0.28之间的反射混合式扭曲向列型液晶显示器。
起偏振角可适当地包具有从5°至21°和从95°至111°的多种适用范围。
在一种装置中扭曲角是76°±3°，起偏振角是18°±3°，而延迟量是0.25±0.03。在该装置中，优选扭曲角为76°，起偏振角为18°，延迟量为0.25。
在另一种装置中，扭曲角为70°±3°，起偏振角是8°±3°，延迟量是0.21±0.03。在该装置中，优选扭曲角为70°，起偏振角为8°，延迟量为0.21。
在另一种装置中，扭曲角是80°±3°，起偏振角为16°±3°，延迟量为0.23±0.03。在该装置中，优选扭曲角为80°，起偏振角为16°，延迟量为0.23。
起偏振角可为98°，108°，或106°，各自±3°。在每一种情况下延迟量可以分别为0.21，0.25和0.23。具有这种起偏振角的器件的光学性能类似或等同于偏振器的转动通过上述值减去90°，即在8°，18°，或16°起偏振角上。
显示器可包具有偏振器，液晶盒和反光装置，并可为直视显示器。
另外，显示器可包括偏振光束分束器，液晶盒和反光装置。这类显示器通常是投影显示器。
为了更便于理解本发明，现在将参照附图用实例说明实施例，其中：
附图说明
图1是正常黑色的直视反射式液晶显示器的示意图；
图2是正常白色的投影反射式液晶显示器的示意图；
图3表示混合式扭曲向列型液晶显示器扭曲角和起偏振角的定义；
图4表示根据本发明的第一实施例，相对于显示器所有波长的综合反射率的延迟曲线图，其中扭曲角是76°，起偏振角是18°，而延迟量是0.25；
图5是本发明的第一实施例中延迟量相对于延迟量变化灵敏度的曲线图；
图6是本发明第一实施例的显示器中，波长相对于反射率的曲线图；
图7表示根据本发明的第一实施例的显示器三色的“开”-“关”变化曲线。
图8表示按照本发明第二方面的显示器，延迟量相对于所有波长的综合反射率的曲线图，其中扭曲角是70°，起偏振角是8°，延迟量是0.21；
图9表示本发明的第二实施例中，延迟量相对于延迟量变化灵敏度的曲线图；
图10是本发明第二实施例的显示器中，波长相对于反射率的曲线图；
图11表示按照本发明第二实施例的显示器，三色的“开”-“关”变化曲线；
图12表示按照本发明第三实施例的显示器，延迟量相对于所有波长的综合反射率的曲线图，其中扭曲角是80°，起偏振角是16°，延迟量是0.23；
图13是本发明第三实施例中，延迟量相对于延迟量变化灵敏度的曲线图；
图14是本发明第三实施例的显示器中，波长相对于反射率的曲线图；
图15是按照本发明第三实施例的显示器，表示三色的“开”-“关”变化曲线；
图16表示本发明的第一，第二和第三实施例与三个比较实例中，“关”态波长相对于归一化反射率的曲线图；
图17表示第一个比较实例的显示器中，三色的“开”-“关”变化曲线；
图18表示第二个比较实例的显示器中，三色的“开”-“关”变化曲线；
图19表示第三个比较实例的显示器中，三色的“开”-“关”变化曲线。
具体实施方式
混合式扭曲向列型液晶显示器可用于直视或投影配置，通过调整盒的参数，正常的白色和黑色液晶盒均可获得。使用单个偏振器的正常白/黑色直视操作对应于使用偏振光束分束器的黑/白色投影操作。
图1表示正常黑色的直视反射式液晶显示器的示意图。然而，应该理解直视显示器并非必须用正常黑色的并使用偏振器。该显示器包括前基片1，单个偏振器3，液晶5和在其上具有反射镀膜的后基片7。
入射光用偏振器3产生线性偏振。在“关”状态中，液晶5的扭曲和双折射在反射光的偏振态中，引起90°的变化。反射光随即被偏振器挡住，产生暗的图象。在“开”状态中，入射光的偏振态不变并允许反射光通过偏振器产生亮的图象。图1同时表示“关”和“开”的状态。
图2表示正常白色的投影反射式液晶显示器的示意图。和图1的装置比较，偏振器1用偏振光束分束器9代替。然而，应当理解投影显示器不一定要用正常白色的并使用偏振光束分束器，液晶导向器至偏振光束分束器9的角度和图1中偏振器3的角度相同。通过从具有偏振光束分束器9的三棱镜偏振器上反射使入射光产生线性偏振而且引向液晶5，它和图1装置的液晶5相同。光被具有反射镀膜的后基片7反射回来，该后基片和图1装置中的后基片7相同。在“关”状态中，从后基片7在反射光中引起偏振态的90°变化，反射光可通过偏振光束分束器在屏幕11上产生亮的图象。在“开”的状态中，反射光的偏振态不变。光随即被偏振光束器反射回到入射光的方向，从而在屏幕11上产生暗的图象。图2表示用于“关”和“开”状态的装置。
应当指出，偏振光束分束器的正常白色方式也可用于直视操作。
下面的讨论采取正常白色的(即在“关”态的白色)投影显示器。
在正常的白色投影操作中，“关”态的亮度取决于液晶的双折射。因此，盒参数的精确调谐是绝对必要的。
现有各实施例寻求获得(1)最大对比度，(2)对不同波长(带宽)响应的均匀性，和(3)对盒间隙变化响应的不灵敏性。
在直视和投影配置中，在彩色的依次应用中，对不同波长的盒响应的均匀性都是重要的，其中信号用于三色的多路及时传送。彩色的依次应用需要一种单一的宽带液晶盒。
在现有技术的混合式扭曲向列型液晶显器中，性能对盒间隙变化是非常敏感的，而这就是为什么具有对盒间隙变化的不灵敏性对本发明各实施例都具有特殊重要性。液晶显示器的延迟量被定义为盒间隙和液晶双折射率的乘积。
图3表示混合式扭曲向列型液晶显示器扭曲角和起偏振角参数的定义。扭曲角是混合式的扭曲向列型盒前后表面准直方向间的差。偏振角是混合式扭曲向列型液晶盒前表面准直方向和偏振轴间的夹角。
要实现对延迟量变化响应的不灵敏性，已开发出一种性能测量方法。允许延迟量变化±0.01并获得两条响应曲线之间的整数差。令Rr(r)为在延迟量为r时，在波长λ处测量的液晶显示器的反射率。定义
φ ( r ) = ∫ λ = 400 nm 700 nm Rr ( λ ) dλ
为在“关”态亮度的量度。在一种特定延迟量值处光谱性能对延迟量变化的灵敏度定义为
Ω(r)＝|φ(r+0.01)-φ(r-0.01)|
注意用于“开”“关”变化模拟时，带有一种单一的理想编振器的反射方式用于仿真偏振光束分束器的使用。这导致偏振转向(暗态变亮反之亦然)。
已经导出三种配置，它们给出良好“关”态亮度的“开”态暗度，对延迟量变化的不灵敏性，和频率响应中的极好均匀性。它们给定如下：
(1)76°±2°扭曲角，18°±2°起偏振角，和0.25±0.02的延迟量(缩写为76，18，0.25方式)
(2)70°±2°扭曲角，8°±2°起偏振角，和0.21±0.02的延迟量(缩写为70，8，0.21方式)
(3)80°±2°扭曲角，16°±2°起偏振角，和0.23±0.02的延迟量(缩写为80，16，0.23方式)
76，18，0.25方式(1)
用于76°扭曲角，18°起偏振角方式，模拟具有不同延迟量(0.20-0.30，0.01步骤)的液晶盒。图4和5分别表示φ(r)和|φ(r+0.01)-φ(r-0.01)|。由图4和5可见，φ(r)的最大值和|φ(r+0.01)-φ(r-0.01)|的最小值出现在延迟量0.25处。该延迟量值对应于最大“关”态亮度和按上述定义延迟量变化的最小灵敏度。图6表示76，18，0.25方式的波长相对于归一化反射率的曲线图，图7表示三种波长450mm，550mm和650mm的“开”、“关”变化曲线。注意在图7中的偏振转向。
70，8，0.21方式(2)
图8和9分别表示延迟量值0.1 5≤r≤0.25的φ(r)和|φ(r+0.01)-φ(r-0.01)|的最小值出现在延迟量值0.21处。该值对应于最大“关”态亮度和按我们的标准的延迟量变化的最小灵敏度。图10表示波长相对于静态的反射率曲线图，而图11表示“开”“关”变化曲线。注意图11中的偏振转向。
80，16，0.23方式(3)
图12和13分别表示延迟量值从0.20至0.30的φ(r)和|φ(r+0.01)-φ(r-0.01)|。可以看出φ(r)的最大值和|φ(r+0.01)-φ(r-0.01)|的最小值出现在对应于最大“关”态亮度和按上述标准的延迟量变化的最小灵敏度处。图14表示波长对静态反射率的曲线，而图15表示“开”-“关”变化曲线。注意图15中的偏振转向。
对(1)至(3)的每一种方式，扭曲角，起偏振角和延迟量的范围可以分别地改变±3°，±3°和±003(而不是上述的±2°，±2°和±0.02)，并仍提供优异的特性曲线。然而，在较大的范围内，背景彩色可出现在显示器上。在某些用途中这是可以承受的。
比较实例
三种公认的已有混合式向列型操作方式如下：
(4)45°扭曲角，22.5°起偏振角和0.32延迟量(缩写为45，22.5，0.32方式)
(5)60°扭曲角，30°起偏振角和0.35延迟量(缩写为60，30，0.35方式)
(6)90°扭曲角，20°起偏振角和0.24延迟量(缩写为90，20，0.24方式)
图16表示根据本发明和比较实例的(4)-(6)方式的“关”态波长相对于方式(1)-(3)归一化反射率的曲线。
图16中方式(1)的特性曲线用圆圈“0”表示；方式(2)的特性曲线用实线“-”表示；方式(3)的特性曲线用虚线“…”表示；方式(4)的特性曲线用星号“*”表示；方式(5)的特性曲线用叉号“×”表示；而方式(6)的特性曲线用加号“+”表示。
在对不同波长(较宽带)和亮度响应的较高均匀性方面，方式(1)-(3)优于方式(4)-(6)。方式(5)的反射率在约550mm处达到峰值，但彩色很分散。方式(4)和(6)不够亮。
下表表示“关”态的φ和Ω的量度。可以看出，在性能灵敏度对延迟量变化较小的意义上，方式(1)-(3)优于方式(4)-(6)。图17，18和19表示方式(4)-(6)的“开”-“关”变化曲线。可以看出，在“关”态方式(4)-(6)不够亮，而方式(5)是色散的。
  方式   φ   Ω
  (1)   76，18，0.25   28.2970   0.0559
  (2)   70，8，0.21   29.0755   0.1367
  (3)   80，16，0.23   28.0498   0.2258
  (4)   45，22.5，.32   21.8945   0.4089
  (5)   60，30，.35   24.2812   1.2732
  (6)   90，20，0.24   25.2213   0.2734
根据本发明，方式(1)-(3)和在比较实例的方式(4)-(6)中使用的彩色为450nm(浅蓝)550nm(紫色)和650nm(深蓝)。
本发明可特别用于直视或投影操作的反射式微型显示器中。微型显示器是小的，高分辨率显示器，更多的细节，可在网址WWW.MICRODISPLAYWEB.COM中找到。一种适用于本发明的具体微型显示器是以具有反射液晶层有效矩阵的整体硅夹层为基础的显示器。

Claims (10)

1.一种反射混合式扭曲向列型液晶显示器件，其特征在于包括偏振装置、扭曲向列液晶盒和反光装置，其中，扭曲角在67°与73°之间，在该液晶盒前表面准直方向与该偏振装置的偏振轴间的起偏振角在5°与11°之间，该液晶盒的延迟量的值在0.18um至0.24um之间，该延迟量的值被定义为盒间隙和该液晶盒的双折射率的乘积。
2.如权利要求1的器件，其中，该扭曲角为70°，该起偏振角为8°，该延迟量的值为0.21um。
3.一种反射混合式扭曲向列型液晶显示器件，其特征在于包括偏振装置、扭曲向列液晶盒和反光装置，其中，扭曲角在77°与83°之间，在该液晶盒前表面准直方向与该偏振装置的偏振轴间的起偏振角在13°与19°之间，该液晶盒的延迟量的值在0.20um至0.26um之间，该延迟量的值被定义为盒间隙和该液晶盒的双折射率的乘积。
4.如权利要求3的器件，其中，该扭曲角为80°，该起偏振角为16°，该延迟量的值为0.23um。
5.一种反射混合式扭曲向列型液晶显示器件，其特征在于包括偏振装置、扭曲向列液晶盒和反光装置，其中，扭曲角在73°与79°之间，在该液晶盒前表面准直方向与该偏振装置的偏振轴间的起偏振角在105°与111°之间，该液晶盒的延迟量的值在0.22um至0.28um之间，该延迟量的值被定义为盒间隙和该液晶盒的双折射率的乘积。
6.如权利要求5的器件，其中，该扭曲角为76°，该起偏振角为108°，该延迟量的值为0.25um。
7.一种反射混合式扭曲向列型液晶显示器件，其特征在于包括偏振装置、扭曲向列液晶盒和反光装置，其中，扭曲角在67°与73°之间，在该液晶盒前表面准直方向与该偏振装置的偏振轴间的起偏振角在95°与101°之间，该液晶盒的延迟量的值在0.18um至0.24um之间，该延迟量的值被定义为盒间隙和该液晶盒的双折射率的乘积。
8.如权利要求7的器件，其中，该扭曲角为70°，该起偏振角为98°，该延迟量的值为0.21um。
9.一种反射混合式扭曲向列型液晶显示器件，其特征在于包括偏振装置、扭曲向列液晶盒和反光装置，其中，扭曲角在77°与83°之间，在该液晶盒前表面准直方向与该偏振装置的偏振轴间的起偏振角在103°与109°之间，该液晶盒的延迟量的值在0.20um至0.26um之间，该延迟量的值被定义为盒间隙和该液晶盒的双折射率的乘积。
10.如权利要求9的器件，其中，该扭曲角为80°，该起偏振角为106°，该延迟量的值为0.23um。
CNB991190092A 1998-09-09 1999-09-06 反射混合式扭曲向列型液晶显示器 Expired - Fee Related CN1202438C (zh)

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