CN1320225A - 反射型液晶显示元件 - Google Patents

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藤田晋吾
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Abstract

本发明涉及一种反射型液晶显示元件,包含液晶单元、偏振薄膜、双折射薄膜、散射层和光反射装置,其中当光的入射角在大于等于25度和小于等于45度情况下,将散射层的漫反射系数“R”设定为大于等于7%,但小于等于110%,这里,漫反射系数“R”由以下公式定义:R=R1/R2×100(其中R1是以0度入射角入射的反射系数,而R2是以25度入射角入射的反射系数)。本发明的这种结构能够提供这样的反射型LCD,其白色显示明亮,能够产生高对比度,并减小图像的模糊。

Description

反射型液晶显示元件
发明领域
本发明涉及一种反射型液晶显示元件。
背景技术
随着诸如蜂窝式电话、PHS’s、PDA’s(个人数码助手)等数字通信设备的迅速发展，基本设施已经准备妥当，任何人可在任何时间和地点容易地访问和通信。由于这些设备得在移动中使用，这需要重量轻、薄和功率消耗低的显示元件，故而目前液晶显示元件成为主要的元件。这种液晶显示元件用液晶分子提供显示，当由几伏的有效电压驱动这些液晶分子时，它们改变光的透射系数。但是，由于液晶是不发光材料，它需要另外形式的光源。和用于驱动液晶的电功率相比，需要为这种光源提供非常大的电功率。另一方面，反射型液晶显示元件(下面称为“反射型LCD”)花费极低的功耗，并实现了一种显示元件，由于在这种显示元件下面设置了反射板，以通过周围的照明来帮助显示，故而充分利用液晶本身固有的特点。反射型LCD作为一种显示装置，对于个人数码助手等渐渐不可缺少了。
但是，现有技术中的反射型LCD具有这样的问题，即，因为它使用环境光来显示，所以除了入射光至显示元件正反射的方向以外，不能在所有方向提供足够的亮度。为此，曾经提出了一种结构，其中使用散射薄膜等以将光扩散到正反射以外的其他方向，以增大视角。
作为现有技术的一些反射型LCD，已知第H08-201802号日本专利公告中所揭示的一种(下面称为“现有技术结构A”)，和第H08-338993号日本专利公告中描述的另外一种具有由形成在上基底上的粗糙面提供的散射特点的元件(下面称为“现有技术结构B”)。图5示出反射型LCD的配置，它具有
现有技术结构A。
在上述现有技术结构A和现有技术结构B中，仍存在各种基于用于每一种配置的散射薄膜的散射特征的问题。
如果散射特性弱，即漫反射系数低，则由于入射到元件上的光除了朝正反射方向反射以外，几乎不散射，故而几乎没有光朝现有技术结构A或现有技术结构B的反射型LCD的前方(垂直于LCD表面的方向)反射，因此产生一个问题：它显示得非常暗淡。
另一方面，如果散射特性强，或者漫反射系数高，在环境光入射到现有技术结构B的反射型LCD(由其基底粗糙面提供散射特性)时发生向后的散射。由于这防止反射系数在黑色显示中足够低，故而还产生另一个问题：无法提供高对比度。另外，且不说现有技术结构B，在现有技术结构A配置的情况下，这种配置中使用前散射薄膜，由于散射特性强，当光通过散射薄膜时，在散射薄膜中产生多次散射。这将传播的光在进入薄膜时的偏振状态改变成相反地离开薄膜。这导致无法通过低的反射系数提供良好的黑色显示，因此产生一个问题：无法提供高对比度。
另外，如果在上述现有技术结构A和现有技术结构B中，散射特性过强，则在离开形成有粗糙面的散射薄膜或散射层时漫射的光产生另一个问题：使图像模糊。
还曾提出另一个结构的反射型LCD，其中作为解决上述问题的方法，在偏振薄膜和液晶层之间设置散射层。但是，虽然上述结构对于一些装置能够解决上述问题，但是对另外一些装置却无法解决上述问题，从而已经需要建立详细的结构条件，以便可靠地解决上述问题。
考虑到上述现有技术的反射型LCD具有的问题，本发明要提供一种反射型LCD，它在白色显示中是亮的，能够产生高的对比度，并且减少了图像的模糊。
发明揭示
本发明是关于一种反射型LCD，包括液晶单元、偏振薄膜、双折射薄膜、散射层和光反射装置，其中当入射角在大于等于25度并小于等于45度时，散射层的漫反射系数“R”大于等于7％，但小于等于110％。
假设这里使用的漫反射系数由下面的公式表示：
R=R1/R2×100
R1和R2定义如下。首先制备的是铝制常规反射板，对于入射角(相对于物体法线的角度)为0度，波长为546nm的入射光，其法线方向的反射系数为91％。将当光以0度入射角入射到黏附在铝制常规反射板上的散射层物体时，在法线方向的反射系数设定为R1。还有，将当光以25度入射角入射到MgO层时，相对于厚度与黏附到铝制常规反射板的物体的厚度相等的MgO层的法线方向的反射系数设定为R2。
通过采用上述结构，可提供这样的反射型LCD，它能够实现极好的黑色和白色显示，由此产生高对比度和清晰图像，而图像不会模糊。
另外，本发明的特征在于散射层，当入射角为25度时，其漫反射系数“R”大于等于60％。
另外，对于从法线方向入射到散射层的入射光，本发明的散射层的总光透射系数大于等于80％。根据这种结构，由于减小了向后的散射，不仅可得到反射系数更高的良好白色显示，还可得到反射系数低的极好的黑色显示，由此，实现了可见度改善的图像。
另外，本发明的散射层特点在于散射特性各向同性。通过这种结构，在反射型LCD前方可实现极好的黑色和白色显示，而不必依赖于入射到LCD上的光的方向，由此，得到高对比度和清晰的没有模糊的图像。
另外，本发明的散射层特点在于还具有黏性。通过采用这种结构，在用于结合反射型LCD的黏性部分中提供了散射特性。和采用单独形成在薄膜结构中的散射层的情况相比，这能够减小反射型LCD的整体厚度。另外，通过采用形成在液晶单元和双折射薄膜之间的黏性散射层，不再单独需要黏性层。这可缩短散射层和反射表面之间的距离，由此可减少图像模糊。
附图概述
图1是本发明的第一和第二示范性实施例的反射型LCD的截面图；
图2是本发明的第一实施例的反射型LCD的散射层的散射特性；
图3是本发明中第一比较例子的反射型LCD的散射层的散射特性的图示；
图4是本发明的第一和第二示范性实施例的反射型LCD的修改例子的截面图；
图5是现有技术的反射型LCD截面图；
图6是本发明的第二实施例的反射型LCD散射层的散射特性的图示；
图7是本发明的第三实施例的反射型LCD的散射层的散射特性的图示；
图8是本发明第四实施例的反射型LCD的散射层的散射特性的图示；
图9是本发明的第五实施例的反射型LCD的散射层的散射特性的图示；
图10是第二比较例子的反射型LCD的散射层的散射特性的图示；
图11是第三比较例子的反射型LCD的散射层的散射特性的图示；
图12是本发明的第六实施例的反射型LCD的散射层的散射特性的图示；
图13是本发明的第七实施例的反射型LCD的散射层的散射特性的图示；
图14是本发明第八实施例的反射型LCD的散射层的散射特性的图示；
图15是本发明的第九实施例的反射型LCD的散射层的散射特性的图示；
图16是本发明第十实施例的反射型LCD的散射层的散射特性的图示；
图17是第四比较例子的反射型LCD的散射层的散射特性的图示；
图18是第五比较例子的反射型LCD散射层的散射特性的图示；和
图19是第六比较例子的反射型LCD的散射层的散射特性的图示。
实施本发明的最佳实施例
下面将参照附图描述本发明的示范性实施例。
第一示范性实施例
图1是本发明的第一示范性实施例的反射型LCD的截面图。如图1所示，该示范性实施例的反射型LCD包括：
液晶单元13，包含封入上透明基底14和下基底19之间的液晶；
设置在液晶单元13的基底14的一侧上的偏振薄膜11；
设置在偏振膜11和液晶单元13之间的双折射薄膜12和散射层10；和
设置在液晶单元13的基底19的一侧上的光反射装置(镜面反射电极18)。
在这个示范性实施例中，将散射特性为：对于从25度和45度之间的角进入的入射光，漫反射系数″R″为7％或更大，但是110％或更小的散射层用作如上所述构成的反射型LCD的散射层10。如果漫反射系数是7％或更大，则能够得到明亮的白色显示。
另外，由于如果漫反射系数是110％或更小，在散射层中几乎不消除偏振，故而能够得到反射系数低的极好的黑色显示。结果，能够实现高对比度的显示。另外，可减少图形中模糊的程度，从而得到清晰的图形。后面将在″实施例″中描述具体例子。
另外，通过使用总的光透射系数为80％或更大的散射层，可抑制向后的散射。因此，可减小黑色显示的反射系数，故而可得到具有高可见度的极好的图像。另外，使用具有各向同性散射特性的散射层在反射型LCD前方实现极好的黑色和白色显示，而不依赖于入射到LDC上的光。这可导致得到高对比度和清晰的图像，而不引起图像模糊。
通常，通过将有机或无机物质的微粒散布在树脂中的方式制造散射层10。在本发明中，通过控制直径和散射层中含有的微粒的浓度制成散射层，以便达到这样的特性，即漫反射系数″R″为大于等于7％，但小于等于110％。控制散射特性的方法不限于上述方法。但是，还可通过其他方式控制散射层的散射特性，诸如调节薄膜厚度、改变微粒和周围材料之间折射率的差等。
以25度角入射的入射光的漫反射系数对应于这样一种情况，即在反射型LCD使用者背后有一大面积的窗口的环境下使用反射型LCD。还有，入射角为45度的情况下的漫反射系数对应于这样一种情况，即仅在使用者上方有一照明装置的环境下使用反射型LCD。在实际使用的环境下，反射型LCD的亮度依赖于与入射角为25度到45度的入射光对应的漫反射系数。在确定反射型LCD的显示特性时，相对于入射光控制漫反射系数是非常重要的。具体地说，入射角为25度的漫反射系数对反射型LCD的显示特性的意义最为重要，因为这样的入射角非常接近于朝LCD前方的正反射。
第二示范性实施例
下面将参照附图描述本发明的第二示范性实施例。本示范性实施例类似于上面参照图1描述的第一示范性实施例，不同的是本发明的散射层10有黏性。因此，在本示范性实施例中不作具体描述的要素应认为与第一示范性实施例中的类似，并且在下面的描述中为它们指派与第一示范性实施例相同的编号。
本示范性实施例的反射型LCD具有与如图1所示的结构相同的截面结构。但是，在这个示范性实施例中，散射层10除了具有散射特性以外，还用作黏结双折射薄膜12和液晶单元13的黏结层。因此，在第一示范性实施例的反射型LCD中由黏结层(图1中未示出)占据的部分变成多余的，故而反射型LCD的整个厚度由这部分减小。
作为为散射层10提供黏性的方法，可以使用这种方法，即将所谓的增黏剂(增加黏性的制剂)，诸如天然树脂、低分子量合成树脂、液态橡胶等材料加入构成普通散射层的树脂中。
另外还有一种方法，将这种具有固有黏性的树脂用作散射层10的树脂材料。可以得到具有黏性的各种树脂，诸如各种类型的丙烯酸酯、各种乙烯系单体的聚合物和共聚物。一些具体的例子包括：烷基丙烯酸酯的均聚物和共聚物、乙烯-乙酸乙烯基共聚物等。可通过将各种类型的无机或有机物质的微粒散布到上述树脂中，得到具有黏性的散射层10。另外，通过调节共聚物成分，而不需加入无机或有机物质微粒，也可为上述任何一种共聚物提供散射特性。
通过将具有如此散射特性(即：对于入射角从25度到45度的入射光，漫反射系数″R″大于等于7％，但小于等于110％)的散射层用作如上所述构成的反射型LCD的散射层10，可得到类似于第一示范性实施例中描述的效果。另外，可通过使用总光透射系数大于等于80％的散射层，和/或具有各向同性散射特性的散射层而得到的效果也与第一示范性实施例中描述的相同。可使用与制造第一示范性实施例中的散射层一样的方法制造具有散射特性的黏结层。
由于这个示范性实施例的反射型LCD与第一示范性实施例的反射型LCD相比，使散射层和反射表面之间的距离更短，故而它提供了减少图像的模糊不清以及产生更为清晰的图像的优点。
另外，与上述第一示范性实施例的反射型LCD相比，这个示范性实施例的反射型LCD的整个厚度可减小。
在上述第一和第二示范性实施例中，虽然已经参照图1中所示的例子描述了本发明的反射型LCD，但是本发明不限于这些模式。通过例如薄膜晶体管(TFT)的有源驱动器，也可为反射型LCD等提供类似的效果。还有，虽然在下述实施例中将银用作镜面反射电极18，但是这不是限制性的。即使使用由包括例如铝等其他金属制成的反射电极，仍可实现类似的效果。
另外，如图1所示，在上述第一和第二示范性实施例中，将本发明的散射层10设置在上透明基底14和双折射薄膜12之间。但这不是限制性的，即使通过其他设置，如图4(a)所示，将散射层10设置在偏振薄膜11和双折射薄膜12之间，或如图4(b)所示，将散射层10设置在上透明基底14和透明电极16之间，仍可得到类似的效果。另外，虽然上面曾描述了使用一层散射层10的情况，但这不是限制性的，通过包含多层散射层的其他结构仍可得到类似的效果。
下面，将描述本发明的实施例。下面的实施例对应于上述第一和第二示范性实施例。将要示出的是上述效果的检验结果(对由分别对应于上述示范性实施例的散射层的实施例和它们的其他比较例子制备的反射型LCD执行的)。
第一到第五实施例和第一到第三比较例子
将玻璃基底用作基底14和基底19。通过光刻法在基底14上形成颜料分散型滤色镜15，设置为红、绿和蓝的条形图案。然后通过由铟氧化锡(ITO)构成的透明电极16，在其顶上形成像素电极。
另外，通过真空蒸发沉淀银，在下基底19上形成金属反射电极18。另外，在透明电极16和金属反射电极18上形成定位层，并且此后通过抛光处理将它们定位。
在将与玻璃纤维混合的热硬化性密封树脂印刷在基底14的周边上，并将直径为4.5μm的树脂珠涂在基底19上之后，将基底14和基底19结合在一起。在150摄氏度使密封树脂老化。然后，用Δn=0.14的酯基的向列液晶对其真空注射。通过紫外线凝结树脂密封用于注射的开口，该树脂在其后将由紫外线固化，以完成液晶单元13。
将散射层10黏附到如上所述构成的液晶单元13的基底14上。这里使用的散射层10是总光透射系数为90％，各向同性散射特性，并且对于离去的光(不依赖于入射光的入射角)的模糊比例为55％的材料。这里，将模糊比例定义为由(散射的光透射系数)/(总光透射系数)×100(％)得出的值。在各个实施例和比较例子中，散射层10的散射特性互不相同。
以慢轴垂直于基底14的摩擦方向的方式，将延迟量为490nm的双折射薄膜层12结合到散射层10上。另外，将偏振薄膜11以一定方向结合到它们的顶部，从而吸收轴相对于上透明基底14的摩擦方向形成45度角。
通过上述工序制造对应于第一示范性实施例的反射型LCD的实施例和比较例子。它们是常黑色模式的反射型彩色LCD，即当不施加电压时，显示黑色。
图2、图3和图6到图11示出表示各个实施例和比较例子的散射层的漫反射系数的特性。图2、图6、图7、图8和图9分别对应于第一实施例、第二实施例、第三实施例、第四实施例和第五实施例。图3、图10和图11则分别对应于第一比较例子、第二比较例子和第三比较例子。
表1示出每一个实施例和比较例子在入射角从25度到45度时散射层的“R”值，前面特征的对比度以及的白色显示的反射系数(转换为“Y”值)的测量结果。
                          表1
    “R” “R”入射角：25° 对比度(前面特征) 反射系数
最低值 最高值
第一实施例     15％     82％     82％     10.3     12.5％
第二例子     15     110     110     11.7     14.0
第三例子     7     83     83     9.0     11.3
第四例子     15     60     60     7.9     10.6
第五例子     15     59     59     6.8     9.8
第一比较例子     2     115     115     4.0     6.8
第二例子     20     111     111     3.2     14.8
第三例子     6     85     85     5.1     9.1
如从表1显而易见的，第一到第五实施例得到有利的特性，因为它们满足在入射角为25度到45度时“R”值大于等于7％，但是小于等于110％，前面特性中的对比度在6.8和11.7范围内(良好对比度的标准是5.0或更大)，并且转换为白色显示“Y”值的反射系数在9.8％和14.0％范围内(良好的白色显示的标准是10％或更高)。另外，对于反射系数相对于视角而引起的的变化，仍得到极好结果。
相反，第一到第三比较例子无法得到满意的对比度和/或良好的白色显示，它们在25度到45度入射角处的“R”值不满足上述标准，结果示出前面特征的对比度在3.2到5.1之间，而转换为白色显示的“Y”值的反射系数在6.8％和14.8％之间。另外，由于在图像中看得见模糊的图像，无法得到清晰的图像。
另外，第一到第四实施例显示，在25度入射角时“R”值为大于等于60％，并且前面特征中的对比度和转换为白色显示的“Y”值的反射系数都比“R”值为小于60％的第五实施例好。
如上所示，当入射角为25度到45度的“R”满足大于等于7％但小于等于110％，并且当入射角为25度时“R”大于等于60％时，得到良好的对比度和极好的白色显示。
第六到第十实施例和第四到第六比较例子
下面的描述属于对应于第二示范性实施例的反射型LCD的实施例和比较例子。
第六到第十实施例和第四到第六比较例子的反射型LCD的制造方法类似于第一到第五实施例和第一到第三比较例子，不同的是散射层10用作用于将双折射薄膜12和液晶单元13结合到一起的黏结层。
这里使用的散射层10是总光透射系数为90％、各向同性散射特性，并且对于离去光的模糊比例为56％(不依赖于入射光的入射角)的材料。另外，这些实施例的散射层10的散射特性一般类似于如图2所示的漫反射系数的特性。散射层的厚度是25μm。
图12到图19示出表示各个实施例和比较例子的散射层的漫反射系数。图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18和图19分别对应于第六实施例、第七实施例、第八实施例、第九实施例、第十实施例、第四比较例子、第五比较例子和第六比较例子。
表2示出每一个实施例和比较例子在入射角从25度到45度时散射层的“R”值、前面特性的对比度以及的白色显示的反射系数(转换为“Y”值)的测量结果。
                          表2
    “R” “R”入射角：25° 对比度(前面特征) 反射系数
最低值 最高值
第六实施例     15％     82％     82％     10.3     12.5％
第七例子     16     110     110     11.7     14.1
第八例子     7     87     87     9.1     11.7
第九例子     14     60     60     8.7     10.5
第十例子     14     59     59     7.9     9.8
第四比较例子     2     115     115     3.5     5.1
第五例子     24     111     111     2.8     15.3
第六例子     6     90     90     4.0     7.8
如从表2显而意见的，对于第六到第十实施例，得到有利的特性，因为它们满足入射角为25度到45度时的“R”值：大于等于7％但小于等于110％，前面特性中的对比度在7.9和11.7范围内，转换为白色显示的“Y”值的反射系数在9.8％和14.1％范围内。另外，对于由视角引起的反射系数的变化，仍得到极好的结果。
另一方面，对于第四到第六比较例子，无法得到满意的对比度和/或良好的白色显示，它们在25度到45度入射角时的“R”值不满足上述标准，结果示出前面特性中的对比度在2.8和4.0范围内，转换为白色显示的“Y”值的反射系数在5.1％和15.3％范围内。另外，由于图像中看见模糊图像，故而无法得到清晰图像。
另外，第六到第九实施例表现当入射角为25度时，“R”值为大于等于60％，而且前面特性中对比度和转换为白色显示的“Y”值的反射系数都比“R”值小于60％的第十实施例好。
如上述结果表示的，即使散射层用作黏结层时，仍然验证到了类似于第一示范性实施例的满意的效果。
根据第六到第十实施例的反射型LCD整个厚度与第一到第五实施例的反射型LCD的整个厚度的比较证实，第六到第十实施例的整个厚度要薄大致150μm。
工业应用
如从上述详细描述已经显而易见的，本发明能够提供一种的反射型LCD，它在白色显示中明亮，并且能够产生高对比度和减小图像的模糊。另外，它能够通过将扮演散射层角色的合成物同样用作黏结层而减小反射型LCD的厚度。
由于上述优点，本发明为包括移动使用等在内的一般用途提供了非常精细的反射型LCD。

Claims (8)

1．一种反射型液晶显示元件，其特征在于包含：
液晶单元；
偏振薄膜；
双折射薄膜；
散射层；和
光反射装置，
其中，当光的入射角在25度到45度范围内时，所述散射层的漫反射系数“R”大于等于7％但小于等于110％，假设所述漫反射系数“R”根据下面公式定义：
“R”=R1/R2×100
其中，R1是当光以0度入射角入射到黏附到铝镜面反射板上的物体上时，所述物体法线方向的反射系数，所述铝镜面反射板对于入射角为0度，波长为546nm的入射光，在其法线方向的反射系数为91％，
R2是当光以25度入射角入射到其厚度等于所述物体厚度，并黏附到所述铝镜面反射板的MgO层时，MgO层的法线方向的反射系数。
2．如权利要求1所述的反射型液晶显示元件，其特征在于所述散射层的在入射角为25度时的漫反射系数“R”大于等于60％。
3．如权利要求1或2所述的反射型液晶显示元件，其特征在于所述散射层的总光透射系数大于等于80％。
4．如权利要求1到3任一条所述的反射型液晶显示元件，其特征在于所述散射层的散射特性是各向同性。
5．一种反射型液晶显示元件，其特征在于包含：
液晶单元；
双折射薄膜；
散射层；和
光反射装置，
其中，所述散射层提供有黏性，并且当入射角在25度和45度范围内时，漫反射系数“R”大于等于7％但小于等于110％，假设根据下面公式定义所述漫反射系数“R”
“R”=R1/R2×100
其中，R1是当光以0度入射角入射到黏附到铝镜面反射板上的物体上时，所述物体法线方向的反射系数，所述铝镜面反射板对于入射角为0度，波长为546nm的入射光，在其法线方向的反射系数为91％，
R2是当光以25度入射角入射到其厚度等于所述物体厚度，并黏附到所述铝镜面反射板的MgO层时，MgO层的法线方向的反射系数。
6．如权利要求5所述的反射型液晶显示元件，其特征在于所述散射层在入射角为25度时的“R”大于等于60％。
7．如权利要求5或6所述的反射型液晶显示元件，其特征在于所述散射层的总光透射系数大于等于80％。
8．如权利要求5到7任一条所述的反射型液晶显示元件，其特征在于所述散射层的散射特性是各向同性。
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