CN1221836C

CN1221836C - 液晶显示元件

Info

Publication number: CN1221836C
Application number: CNB01111844XA
Authority: CN
Inventors: 高见学; 鹬原秀胜
Original assignee: Nanox Co Ltd
Current assignee: Nanox Co Ltd
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: JP3641780B2; JP2001264819A; US20010033351A1; HK1038799A1; TW594216B; CN1314604A; HK1038799B

Abstract

对于不用起偏振片和颜色过滤器的液晶显示元件来说，在使用全息聚合分散液晶(HPDLC)、胆甾相液晶、手性向列液晶、或包含有胆甾相液晶和手性向列液晶的混合液晶的液晶显示元件的透明表面玻璃1和2表面上，分别提供反射增强膜4和5，由此，玻璃表面的反射被成功抑制，并且不会减弱入射光线，同时减弱反射影像，对比度增强，从而提供亮度和提高可视性。

Description

液晶显示元件

技术领域

本发明涉及一种反射液晶显示元件，其利用胆甾相液晶、手性向列液晶、包含有胆甾相液晶和手性向列液晶的混合液晶或全息聚合分散液晶。

背景技术

手提电话或个人数字助手近年来有很大技术进步，其所用的低能耗液晶显示元件的需求大为增加。因此，不需后照明的反射液晶显示元件广泛发展起来。利用两个起偏振片的TN或STN模式已经用于液晶显示元件，此起偏振片传统地用于手表或电子计算器。然而，由于用了两个起偏振片，光吸收量大为增加，反射系数降低，因此，显示屏是暗的。为了抑制起偏振片的光吸收，发展了STN模式和TFT模式，其中在STN模式中，将电极放置在电池中，并将两个起偏振片减为一个，而TFT模式运用了TN液晶。

进而在彩色显示中，具有高光线吸收率的模式已发展起来，例如不使用颜色过滤器的STN-ECB模式(超级扭曲向列-电控双折射)。此外，不用起偏振片或颜色过滤器的液晶显示元件，而使用主—客(GH)、全息聚合分散液晶(HPDLC)、胆甾相液晶或手性向列液晶的模式都已发展起来。

随着环境变的越亮，反射液晶显示元件也变得更可视化，这与有后照明的可传输的液晶显示元件不同。换句话说，除非环境是亮的，反射液晶显示元件是不可视的，并且，这也意味着环境越亮，从显示元件的反射光线也越强。在用起偏振片的模式中，起偏振片的表面应用抗闪光处理来分散来自照明光的反射光线。由此避免了由于反射背景和观察者的影像而造成的可视性减弱。

然而在以上提到的没有用到起偏振片的液晶显示元件，从玻璃表面的反射要比那些附着有起偏振片的，并且可视性也被充分破坏的模式的反射要大得多。

由于没有使用起偏振片，对于应用上述的全息聚合分散液晶(HPDLC)、胆甾相液晶或手性向列液晶的模式的显示元件，降低反射的一些措施应用在玻璃表面是非常必要的。这就需要将反射显示用于明亮环境下，并使其在明亮环境下可视化。然而另一方面，在明亮环境下，玻璃表面的反射光线也越来越强，可视性也严重恶化。

以下是反射显示面板可视性恶化的两种情况。一种是对比度减弱，玻璃表面的反射光线加入到液体层的反射光线中，就是说两种反射光线重叠形成闪光，这就明显减弱了对比度。虽然应用抗闪光处理来消除表面的反射图象，但对比度是较低的。

可视性恶化的另一种原因是，背景或观察者的反射图象与要显示的内容重叠。在手提电话或个人数字助手的反射显示中，观察者移动液晶显示元件来避免反射影像是可能的。然而，用这样的元件还是很不方便。另外，在大尺寸的显示面板元件中，如公告牌，由于其是固定安装的，所以避免出现上述的反射影像是必要的。尽管可以设计一种照明方法以弥补上述的反射影像的形成，但由于费用增加，这种方法并不实用。而且，当大尺寸显示面板用于户外时，由于其照明装置的安装位置受到限制，改变照明点也变得不可能了。

发明内容

本发明的目的是解决根据先有技术的上述问题，并运用液晶显示元件提高反射显示面板的可视性。

由于以解决上述的问题为目的的重要研究结果，本发明已成功地发现，通过在透明衬底上，如在反射显示面板的液晶显示元件的玻璃盘上安装反射增强膜，有着优良的对比度的反射液晶显示元件，要比安装反射增强膜之前亮多了，并有较弱的反射影像。

对于不用偏振盘或颜色过滤器的液晶显示元件，如同全息聚合分散液晶(HPDLC)、胆甾相液晶、手性向列液晶、包含有胆甾相液晶和手性向列液晶的混合液晶的液晶显示元件，其通过利用从液晶层的布拉格(Bragg)反射主动地向后散射入射光线实现明亮的显示。因此，本发明还进一步揭示运用这些液晶的液晶显示元件的可视性提高，并且不会由于抑制从透明面板表面的反射而降低入射光线。

通过在玻璃表面上涂上反射增强膜。本发明已成功地抑制了来自透明衬底表面的反射，而且不会减弱入射光线，由此，液晶显示元件具有较低的反射影像和较高的对比度，同时具有明亮和优良的可视性。

现将以胆甾相液晶显示元件为例来解释本发明的原理。

具体地说，本发明提供一种反射液晶显示元件，其中一个液晶层形成于两个可传导的衬底之间，其中至少一个衬底是透明的，该液晶层引起布拉格反射，该液晶层包含胆甾相液晶，或手性向列液晶，或含有胆甾相液晶和手性向列液晶的混合液晶，或全息聚合分散液晶，其中，一种由选自SiO₂、TiO₂、MgF₂、Nb₂O₅中的至少一种化合物制成、并提高液晶的对比度与亮度的膜被提供在光入射侧的透明、可传导衬底的外表面上。

根据本发明的上述反射液晶显示元件，其中，所述由选自SiO₂、TiO₂、MgF₂、Nb₂O₅中的至少一种化合物制成的膜也被提供在背侧的可传导衬底的外表面上。

根据本发明的上述反射液晶显示元件，其中，一个光吸收涂层被涂覆在背侧的所述可传导衬底的外表面上，该光吸收涂层与背侧的可传导衬底具有相同的折射率。

图1显示了胆甾相液晶显示元件截面和外部光线入射胆甾相液晶显示元件的过程。胆甾相液晶显示元件主要包括表面玻璃1、底板玻璃2和位于两者之间地胆甾相液晶层3。

照明光线Io穿过表面玻璃1，并入射到胆甾相液晶层3。胆甾相液晶层3的液晶分子为缠绕结构，并且此缠绕的中心轴为螺旋轴(未示出)。当沿着此螺旋轴的螺距介于0.25μm到0.46μm之间时，产生可视光的布拉格反射。

反射增强膜4和5分别装在表面玻璃1表面一侧(在观察者一侧)，也就是说装在光线入射一侧的表面和底板玻璃2的背面，也可以说是装在来自底板玻璃2的入射光线从底板玻璃2的后表面向观察者一侧反射位置的一侧。

另外，液晶3具有双稳态特征(其中两个状态保持稳定(记忆))。胆甾相液晶3的螺旋轴几乎垂直于玻璃1和2的取向状态指的是刨平纹理层(planer texture layer)3a，而所说的螺旋轴几乎平行于玻璃1和2的取向状态指的是聚焦圆锥纹理层(focal conic texture layer)3b。即使没有电压也记忆这两种状态。由刨平纹理层3a反射的光线被沿其入射方向反射，也就是说，向表面玻璃1一侧反射。另一方面，由聚焦圆锥纹理层3b反射的光线向底板玻璃2方向前进。在底板玻璃2的背面有黑色的光吸收涂膜6，并且被聚焦圆锥纹理层3b反射的光线被光吸收涂膜6吸收。即胆甾相液晶3通过适宜地选择刨平纹理层3a或聚焦圆锥纹理层3b可以用来作为显示面板。当光吸收涂膜6覆以具有与底板玻璃1相同的折射率的膜时就不需要覆盖反射增强膜5。

这里，表面玻璃1上的表面1a的反射系数记为rs，胆甾相液晶3的刨平纹理层3a的反射系数表示为rp，聚焦圆锥纹理层3b的反射系数表示为rf，底板玻璃2的表面2a的反射系数表示为rb。由于玻璃的折射率和液晶的折射率接近，表面玻璃1的背面1b的反射和底板玻璃2的背面2b的反射可被忽略。同样，来自胆甾相液晶3的刨平纹理层3a的反射光量表示为Rp，来自聚焦圆锥纹理层3b的反射光量表示为Rf，并且根据底板玻璃2的表面2a上的反射光量，刨平纹理层3a上的反射光线和聚焦圆锥纹理层3b上的反射光总量分别表示为Rbp和Rbf。此时，对比度可用如下公式表述。

对比度＝(Rp+Rs+Rbp)/(Rf+Rs+Rbf) (1)

这里，

Rs＝I·rs

Rp＝I(1-rs)rp

Rf＝I(1-rs)rf

Rbp＝(I-Rs-Rp)rb，并且

Rbf＝(I-Rs-Rf)rb

上式的分子和分母表示如下：

分子＝Rp+Rs+Rbp

＝I(1-rs)rp+I·rs+(I-Rs-Rp)rb

＝I{rp+(1-rp)(1-rb)rs+(1-rp)rb}

类似地，

分母＝I{rf+(1-rf)(1-rb)rs+(1-rf)rb}

相应地，上式(1)可重写为(2)式

对比度＝{rp+(1-rp)(1-rb)rs+(1-rp)rb}/{rf+(1-rf)(1-rb)rs+(1-rf)rb}(2)

如前所述，rp和rf是由液晶层确定的系数(反射系数)，rs和rb是由表面玻璃确定的系数(反射系数)，并且当rp＝0.4，rf＝0.005不变，随着rs和rb的改变，对比度的变化可计算如下。

实际上，胆甾相液晶3的刨平纹理层3a的反射系数rp大约为40％，而聚焦圆锥纹理层3b的反射系数大约为0.5％。当不采取处理措施时，表面玻璃的表面反射系数rs是4％，此外，在底板玻璃2上涂上光吸收膜6，背面的反射系数rb就是0.25％。

图3显示了随着反射系数降低对比度增加到何种程度。图3表明随着玻璃1表面(在观测者一侧)的表面反射系数rs的降低，对比度显著地从大约10增加到大约50。

因此，通过抑制表面玻璃1的表面1a的反射系数rs，和底板玻璃2的表面2a的反射系数rb，对比度就会显著地提高。

根据反射增强膜4和5的特征，反射系数越低，可视性就越高。然而，必须对成本和制作过程做出决断。

象反射增强膜4和5，包含材料诸如SiO₂、TiO₂、MgF₂和Nb₂O₅的膜通过溅射或真空蒸发而叠层来形成多重层。根据这种膜，可通过增加层数来实现在整个可视光区域低反射系数。然而存在的缺点就是层数越多，成本就越高。

另一方面，利用SiO₂或MgF₂的单层沉积膜，成本低。制造含有单层膜，其厚度是黄绿光波长的四分之一的反射增强膜是合适的，黄绿光是人感觉最明亮的光。此时，反射光是紫光，紫光是黄绿光的补色。当进一步考虑到成本方面，可采用浸渍SiO₂的溶胶-凝胶溶液来制作涂层的方法。可加TiO₂来调整折射系数。

反射增强膜4和5可提供于完成后的液晶显示面板表面或用于还没有安装ITO电极7和8(图1)之前的表面玻璃1和底板玻璃2。考虑到液晶的制作过程，后者更可取。然而，在所说的过程中，反射增强膜需要具有耐热、耐酸和耐碱性来承受ITO膜制作和ITO蚀刻过程。当反射增强膜4和5利用Sio₂作为基底材料，这种要求能被充分满足。

如图1所显示的本发明液晶显示元件，反射增强膜4和5分别被安装在表面玻璃1的外面(观察者一侧)和底板玻璃2的后面。然而，本发明的液晶显示元件的制作，可以仅仅在表面玻璃1的表面一侧(观察者一侧)安装反射增强膜4。

本发明不仅可以应用胆甾相液晶3，还可用于所有具有布拉格反射类型的液晶显示元件，而且它还可应用于利用手性向列液晶、包含有胆甾相液晶和手性相列液晶的混合液晶或全息聚合分散液晶的反射液晶显示元件。

附图说明

图1是根据本发明的液晶显示元件的截面结构和反射光线图。

图2是根据本发明一个实施方案的液晶显示元件的截面结构和反射光线图。

图3是入射一侧表面玻璃的反射系数和对比度的关系曲线图。

图4(a)是根据本发明的刨平纹理层和聚焦圆锥纹理层的光谱反射系数测量结果图，图4(b)是根据现有技术的液晶显示元件的光谱反射系数测量结果图。

图5给出了考虑液晶显示元件在测量仪器的光线接收角度为0度时，刨平纹理层的反射系数对聚焦圆锥纹理层的反射系数的比率与对比度的实际测量关系曲线图。

图6是色度测量结果图。

具体实施方式

作为本发明的优选实施方案，图2所示的液晶显示元件通过下面的程序制成。

图2所示的液晶显示元件主要包含表面玻璃1、底板玻璃2、安装在两者之间的胆甾相液晶3，厚度为1.1mm的薄玻璃衬底(日本薄玻璃有限公司制造，Nippon Sheet Glass Co.Ltd.)用于表面玻璃1和底板玻璃2。图2所示的液晶显示元件与图1所示的液晶显示元件的唯一不同在于，在图2的底板玻璃2的背面没有反射增强膜5。

图2所示的液晶显示元件中，在表面玻璃1的一表面上，通过溅射来淀积SiO₂-Nb₂O₅-TiO₂-SiO₂产生反射增强膜4(CDAR由ViratecCo.，Ltd.制造)，而在底板玻璃2的一个表面上，采用了光吸收涂层膜6。在表面玻璃1采用了反射增强膜4的表面的对面和底板玻璃2装有光吸收涂膜6的表面的对面，ITO通过溅射淀积在上面，形成图1中液晶显示元件的ITO膜7和8。在通过光刻方法蚀刻形成ITO膜7和8后，在其上安装SE-1211(日产化学有限公司，Nissan ChemicalCo.，Ltd.)的垂直取向膜9和10。

在因此而得到的两个盘片的第一个薄片上，塑料隔离物被散布在其上(未示出)，而在另一薄片上，通过丝网印刷形成用环氧树脂制成的密封介质(未示出)。通过以反射增强膜4向外侧取向施加压力然后加热，由此，密封介质变硬，使得这两个盘片黏附在一起。因此而黏附在一起的这两个盘片被切成预先确定好的尺寸，并且将处于手性向列状态的液晶注入到两盘片之间的空隙。这种液晶通过将一种手性介质，如苯基丙酸(phenylpropinic acid)或胆甾烯基毫微态(cholesterylnanoate)加入到相列液晶中形成，而相列液晶被作为母液晶，例如氰基联苯液晶、氰基联三苯液晶、氰苯基环己烷液晶和氰苯基酯液晶，以致于形成作为结晶组织(crystalystem)的胆甾相液晶。注入液晶以后，注射口用紫外光硬化树脂密封。

图2显示了胆甾相液晶显示元件的截面图和外部光线入射到液晶显示元件的过程。类似于图1中所述，照明光线Io穿过表面玻璃1入射到胆甾相液晶层3。胆甾相液晶3的结构在于液晶分子是缠绕的，缠绕的中心轴被称为螺旋轴(未示出)。当沿着螺旋轴的螺距介于0.25μm-0.46μm之间时，发生可见光布拉格反射。

图2的液晶显示元件的一部分采用40V脉冲电压，籍此，上述的液晶层3被提供为液晶层3a。其等价于图1中的液晶显示元件的刨平纹理层3a，而另一部分的脉冲电压式是30V，由此，上述的液晶层被提供为等价于图1中液晶显示元件的聚焦圆锥纹理层3b的液晶层。

液晶显示元件中的刨平纹理层3a的光谱反射系数、对比度和色度通过由Otsuka电子有限公司制造的LCD7500亮度计测量得到。

图4(a)给出了如图2所示的液晶显示元件中，在表面玻璃1的表面上装有反射增强膜4，在底板玻璃2的背面装有光吸收涂层6的情况下，刨平纹理层3a的光谱反射系数测量结果(实线)和聚焦圆锥纹理层3b的光谱反射系数结果(点线)。

图4(b)给出了现有技术的液晶显示元件的光学反射系数测量值，它是通过在上述液晶显示元件制作方法中，不采用形成反射增强膜4的步骤的情况下测量得出。

根据图4(a)和图4(b)的测量结果，正如期望的那样，刨平纹理层3a的反射系数(实线)大于聚焦圆锥纹理层3b的反射系数(点线)。然而，令人惊奇的是，可以发现，增加了反射增强膜4的刨平纹理层3a的反射系数(图4(a)中的反射系数(实线))大于没装反射增强膜4的刨平纹理层3a的反射系数(图4(b)中的反射系数(实线))。另外，反射系数峰值从27.9％增加到33.2％，也就是说，增加了5.3个百分点，即19％(5.3/27.9)，这就意味着是很明亮的显示。

此外，比较图4(a)和图4(b)的测量结果，聚焦圆锥纹理层3b的反射系数(点线)被抑制低于没装反射增强膜4的情况。这就意味着尽管用了反射增强膜4，入射到液晶区的光线多于没装反射增强膜的情况，该光线易于被刨平纹理层3a反射，而不易被聚焦圆锥纹理层3b反射。因而，显示的亮度提高且对比度也提高。表1显示了对比度的测量结果，光亮度(lightness)是通过发光度因子(发光率)反射补偿的，并显示了人所感觉到的亮度。对于刨平纹理层3a，产品的光亮度大于现有技术下的光亮度，这就意味着较高的亮度。而对聚焦圆锥纹理层3b来说，产品的光亮度小于现有技术，这就意味着暗的视觉。因此，就对比度而言，本发明的产品实质上得到了改善。

表1

	本发明产品	现有技术产品
	本发明产品	现有技术产品	刨平纹理层光亮度	24.22	20.76
聚焦圆锥纹理层光亮度	0.98	2.45	刨平纹理层光亮度	24.22	20.76
聚焦圆锥纹理层光亮度	0.98	2.45	对比度	24.7	8.5

图5显示了刨平纹理层3a的反射系数rp与聚焦圆锥纹理层3b的反射系数rf的比值(rp/rf)与上面提到的公式(1)定义的对比度之间的实际测量关系。图5显示，虽然表明液晶层的对比度的比率是大的，但是，除非来自玻璃表面的反射被抑制，否则，提高显示的对比度不能够实现。

此外，图6显示了具有反射增强膜的本发明液晶显示元件(如图2所示，反射增强膜涂在表面玻璃1上)和现有技术中没有液晶显示元件的色度的测量结果(测量值是相对液晶显示元件的测量装置以光接收角度为10°、20°、30°、40°、和50°下测得)。本发明有反射增强膜的液晶显示元件的值对比于现有技术中没有反射增强膜的液晶显示元件的值画在外侧。也就是说，本发明有反射增强膜的液晶显示元件的颜色纯度(色度)与现有技术中没有反射增强膜的液晶显示元件的相比有提高。

因此，根据本发明，在透明衬底的表面提供反射增强膜，使得反射光线比没有反射增强膜的要亮，并且与没装反射增强膜的相比具有较高的对比度、较高的颜色纯度、优良的可视性，和较少的反射影像的液晶显示元件可以实现。

Claims

1.一种反射液晶显示元件，其中一个液晶层形成于两个可导电的衬底之间，其中至少一个衬底是透明的，该液晶层引起布拉格反射，该液晶层包含胆甾相液晶，或手性向列液晶，或含有胆甾相液晶和手性向列液晶的混合液晶，或全息聚合分散液晶，其中，

一种由选自SiO₂、TiO₂、MgF₂、Nb₂O₅中的至少一种化合物制成、并提高液晶的对比度与亮度的膜被提供在光入射侧的透明、可导电衬底的外表面上。

2.根据权利要求1的反射液晶显示元件，其中，

所述由选自SiO₂、TiO₂、MgF₂、Nb₂O₅中的至少一种化合物制成的膜也被提供在背侧的可导电衬底的外表面上。

3.根据权利要求1的反射液晶显示元件，其中，

一个光吸收涂层被涂覆在背侧的所述可导电衬底的外表面上，该光吸收涂层与背侧的可导电衬底具有相同的折射率。