CN1278169C - 液晶信息显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信息显示装置，尤其涉及一种能用于各种类型的指示设备及光显示的光调节器、矩阵系统等中的液晶(LC)显示器。该LC信息显示器包含一液晶层，位于带有功能层的前面板和后面板之间，具有能够在所述前面板上为光线的至少一个线性偏振分量及为至少一个波长提供干涉极值的参数。本发明的技术效果在于增加了图像的亮度和对比度，特别是对于垂直于该显示器表面传播的光线；由于优化了显示器的全部或至少几个功能层和元件且由于将多个功能结合到一个层中而减少了显示器的厚度和简化了显示器的设计。应用本发明，能够优化通过该显示器的光学各向异性功能层的光线透射，这将显著提高显示器的效果。

Description

液晶信息显示器

相关申请

本申请要求2000年12月6日提交的俄罗斯专利申请No.RU2000130482号的优先权。

技术领域

本发明涉及信息显示装置，尤其涉及液晶显示器，能用于各种功能的指示设备中，也可用于光显示的光调节器、矩阵系统等中。

背景技术

现有的液晶信息显示器，是由两块平行的玻璃板形成的一扁平元件，其内表面具有由透光导电材料(如铟氧化物或锡氧化物)制成的电极。具有电极的玻璃板内表面要经特殊处理以便与使液晶材料定线。该元件组装后，用液晶填充，液晶形成5～20μm的一层，构成活性介质，其能在电场的影响下改变光学特性(偏振面角度旋转)。该光学特性的变化表现在方向交叉的偏光器(偏光膜)上，偏光器附设于元件外表面。

这种装置的主要缺陷在于亮度低、对比度低、及能耗较高。其它现有的显示器的结构包括多个具有完全不同的折射率的固体层。由于吸光作用以及层间界面的反射，其中的每层都有大量的光线损耗。另外，这种现有装置的视角还受到限制。

最接近的现有技术是由两块形成显示面板的平行平板构成的一扁平元件。这种现有显示器的特点在于设计的充分简化，原因在于该显示器中采用了更少的层，减小了层的厚度，具有采用内置偏光器的可能性，以及将多个层的功能结合在一个层的可能性。举例来说，由双色性染料的定向超分子复合物获得并在显示板的内表面形成的一个偏光器层，能同时具有偏光器自身的功能及液晶校正层的功能；除此之外，该项获得这种层的技术，还意味着能够获得高质量的及高光学特性的很薄的膜。

这种现有显示器的缺点在于它们的亮度低及对比度低，原因是这种系统中缺少所有元件的光学协调性，导致大量的损耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种信息显示器，其特征在于使其多层结构的全部或至少几个功能元件(层)具有光学协调性，以便优化透射式液晶显示器的光线透射或优化反射式液晶显示器的光线反射。

本发明的技术效果在于：增加了图像的亮度和对比度，特别是垂直于显示器表面传输的光线；通过使该显示器的全部或至少几个功能层及元件优化，以及通过将数项功能结合于一个层中，减少了显示器的厚度并简化了显示器的设计；降低了能量损失并增强了显示器的光学特性。应用本发明，能够优化通过该显示器的光学各向同性和光各向异性功能层的光线透射，这将显著提高显示器的效果。

附图简要说明

结合本发明的附图，根据下列说明，可以更清楚地理解本发明前述目的及其它目的。

图1所示为一种液晶显示器的主要作用原理示意图；以及

图2所示为根据本发明的一实施例的透射式显示器的剖面图。

具体实施方式

图1表示的结构具有至少一个液晶层2，通过施加外部电场可以改变其光学特性。该装置包括偏光器3和4，而且还可包含其它功能元件或层。一束光线5入射到具有不同折射率的层之间的界面上，该光线分成一穿透这些层的光束5₁，以及在这些具有不同折射率的材料的界面上反射的多个光束5^I、5^II、5^III及5^IV。通过选择每个功能层的光学特性和厚度(考虑施加电场和不施加电场时液晶材料的两种状态)，可以实现使某个层的偏振光减少而其它层的偏振光增加。

本发明的技术效果是通过该液晶信息显示器在其具有功能层的前面板和后面板之间包含一液晶层来实现的。该液晶层的参数能够在液晶显示器的前面板(显示器的出射端)上，为光线的至少一个线性偏振分量，及为至少一个波长，提供干涉极值。术语“前面板”是指液晶显示器位于观察者一侧的面板。这涉及到透射式显示器和反射式显示器。该干涉极值可以是最大值也可以是最小值。对于透射式显示器，在穿过该显示器的偏振光分量中观察到干涉最大值。对于反射式显示器，对反射的偏振光分量观察到最大干涉值。在这两种情况下，优选吸收的偏振光分量具有干涉的最小值。对于功能层的数量，该显示器可以包含至少一个偏光器层，至少一个电极层，至少一个校正层，至少一个平坦化层(planarization layer)，至少一个阻滞层(retarder layer)，至少一个抗反射层，至少一个光反射层，至少一个滤色器层，至少一个保护层，或至少一个同时具备以上所列的至少两层的功能的层。优选至少一个偏光器是内置的。至少一个上述的功能层是各向异性的。在显示器的出射端和/或至少两个功能层的界面上的透射或反射的干涉最大值或最小值可以通过使电极层上存在和/或不存在偏压来提供。至少一个功能层的光学厚度可以提供在至少两个功能层的界面上的干涉极值(光线透射或反射偏振分量的最大值或最小值)。优选显示器中全部层的数量和参数可以调整，以便在显示器的前面板上提供透射或反射的干涉最大值或最小值。至少一个光学各向异性层可以是一种具有下列化学式的有机染料的定向膜：

{K}(M)n，

其中，K代表染料，其化学式中包含相同或不同的可离子化的基团，该基团提供染料在极性溶剂中的溶解性，以便形成溶致液晶相，M表示反离子，n代表染料分子中反离子的数量，当一反离子属于多个分子时，它可以是一个分数，并且当n＞1时，反离子可以是不同的。至少一个各向异性层可以是一结晶膜。

入射到两个介质之间的界面上的电磁波，被分为透射到第二介质中的波及从该界面反射的波。对于液晶信息显示器来说，从功能层之间的界面反射的射线会造成光线损失，导致显示质量的降低。该反射波中的能量分数由该两种介质的折射率的比决定。在一个具有很多的层，且这些层具有完全不同的折射率的复杂装置中，由于反射造成的能量损失可以达到相当的数量。除此之外，对这种反射式液晶显示器来说，从功能层间的界面反射的射线还会导致眩光，这将严重损害显示对比度。

通过对每个功能层的光学厚度(反射光线传播的光学差别)的选择，可以得到一种“抗反射”效果，其中反射光线的干涉会使透射光线的能量分数增加。

由于液晶显示器具有光学各向异性，即对选取的偏振光敏感，对每个偏振方向，都要进行显示器的优化，各层光学厚度的选择。除此之外，液晶显示器具有两个完全不同的状态：在电极上存在及不存在偏压。因此，液晶信息显示器可被看作具有动态元件(液晶)的偏振相多层显示装置。光学厚度及各层次序的计算是用公知算法完成的。由于公知算法可适用于各向同性装置中，而这种装置包括光学各向异性层，在使用该公知的算法对各向异性层进行参数计算的过程中，对液晶打开和关闭状态中的每一偏振状态，要使用相应的折射率。对每个层确定两个光学厚度的值。根据得到的差异可以确定每个层的光学厚度的所需值。该装置的效果可用作优化光学厚度的标准。

实施例

举例来说，我们可以讨论一种透射式液晶显示器。其包括两块板，该板可以是用玻璃、塑料、或其它透明材料制成。在与向列液晶层相对的板的内表面，施加一透明电极。在该透明电极上，施加一聚合物或其它材料的偏振膜，该膜消除不平滑处，并使板的整个表面具有均匀的特性。偏振涂层施加到这些薄膜上，其光学轴的方向相互垂直。这些偏振涂层校正向列液晶的分子。该板和功能层确定位于液晶材料每侧的显示板。

在具有超扭曲向列(STN，Super Twist Nematic)的液晶显示器中，为进行颜色补偿，需另外引入一光学各向异性层，其具有预定的光学厚度，放置于第二块板上。

图2所示为根据本发明的一实施例的显示器的剖面图。该显示器的层的材料及厚度经过选择，使得显示的图像具有最大亮度及对比度。参见该图，显示器中的各功能层的定位相对于液晶层12是对称的，在一实施例中，该显示元件包括：平行间隔的玻璃板7，其厚度为1.1mm，其折射率n＝1.5；ITO材料层8，其厚度为0.08微米，其折射率n＝1.85；透明SiO₂层9，其厚度为0.1微米，其折射率n＝1.75；光学各向异性层10，它是校正薄膜，该薄膜是重量比为3.2的蓝-紫组合物(商标V017，制造商Optiva Inc.，地址South SanFrancisco，CA 94080 USA)，厚度为0.4微米，且光学参数n₀＝1.91，n_c1.48，k₀0.722；聚酰亚胺薄膜11，厚度为0.04微米，并且折射率n＝1.52；和液晶材料层(MLC-6806-000，240°扭曲)。

除此之外，人们还可向该显示器中引入增加的光学各向同性或各向异性的层，以便在显示器的出射端(在前面板上)提供透射或反射的干涉极值-最大值或最小值。该层可以是板表面的抗反射涂层，也可以是功能层之间的薄膜。利用由双色性染料溶液获得的各向异性层和阻滞膜，可以获得厚度为0.6～1.2微米的薄膜，该染料能够形成偏振器中的溶致液晶相。该液晶层可以选择为1-10微米厚。对每个层来说，显示器中层数的计算及材料(光学参数)的选择，都采用用于计算多层干涉系统的公知的算法。优选该系统的参数使得，当电极上没有偏压时允许最大透射，当施加偏压时允许最小透射。

为增强显示器的光谱特性，层数可以增加，这将导致显示器整个厚度的增加。

反射式液晶显示器的计算和设计与上述方式类似，在该显示器出射端提供传输或反射干涉的最大值或最小值。在这种显示器的反射变型中，第二块板可以用透明的材料制成，也可以用不透明的材料制成。然后，在其上形成光反射层，如铝镜。铝膜同时可以是连续电极。为了得到所需结构的电极，可以使用光刻技术对铝进行蚀刻，从而获得沿目标路径的10～100微米宽的窄线。偏振涂层可以直接涂覆在反射涂层或偏振层上。

Claims (13)

1.一种液晶信息显示器，包括：

带有功能层的前面板和后面板，其中，至少所述前面板或所述后面板的功能层具有各向异性折射属性；以及

液晶层，位于所述前面板和所述后面板之间，其中

所述液晶层具有在所述前面板上为以最大透射状态偏振的光的至少一个线性偏振分量及为至少一个波长提供干涉最大值以及为以最小透射状态偏振的光的至少一个线性偏振分量及为至少一个波长提供干涉最小值的参数。

2.根据权利要求1所述的液晶信息显示器，其中所述功能层包括至少一个选自下列的层：一偏光器，一电极层，一校正层，一平坦化层，一阻滞层，一抗反射层，一光反射层，一滤色器层，一保护层和一同时具备以上所列的至少两层功能的层。

3.根据权利要求2所述的液晶信息显示器，其中至少一个所述偏光器是内置的。

4.根据权利要求2所述的液晶信息显示器，其中所列出的功能层中的至少一个是各向异性的。

5.根据权利要求4所述的液晶信息显示器，其中至少一个各向异性层是一具有下列化学式的有机染料的定向膜：

               {K}(M)n，

其中，K代表染料，其化学式中包含相同或不同的可离子化的基团，所述基团提供染料在极性溶剂中的溶解性，以形成溶致液晶相，M表示反离子，n代表染料分子中反离子的数量。

6.根据权利要求4所述的液晶信息显示器，其中至少一个各向异性层为一结晶膜。

7.根据权利要求1所述的液晶信息显示器，其中所述前面板上的干涉极值通过使电极层上存在和/或不存在偏压来提供。

8.根据权利要求1所述的液晶信息显示器，其中至少一个功能层的光学厚度提供在至少两个功能层的界面上的干涉极值。

9.根据权利要求1所述的液晶信息显示器，其中所述显示器中全部层的数量和参数可以调整，以便提供在前面板上的干涉极值。

10.一种液晶信息显示器，包括：

带有功能层的前面板；

带有功能层的后面板；

其中，至少所述前面板或所述后面板的功能层具有各向异性折射属性；以及

位于所述前面板与后面板之间的液晶层，其中

所述显示器的材料、光学厚度，以及功能层和液晶层的数量经过选择，以便在所述前面板上为以最大透射状态偏振的光的至少一个线性偏振分量及为至少一个波长提供干涉最大值以及以最小透射状态偏振的光的至少一个线性偏振分量及为至少一个波长提供干涉最小值。

11.根据权利要求10所述的液晶信息显示器，其中所述前面板和/或后面板的功能层包括一内置偏光器。

12.根据权利要求11所述的液晶信息显示器，其中所述内置偏光器为一各向异性的结晶层。

13.根据权利要求12所述的液晶信息显示器，其中所述各向异性的结晶层由一具有下列化学式的有机染料的定向膜制成：

               {K}(M)n，

其中，K是染料，其化学式中包含相同或不同的可离子化的基团，所述基团提供染料在极性溶剂中的溶解性，以形成溶致液晶相，M是反离子，n为染料分子中反离子的数量。

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