CN1376944A - 去除波纹现象的方法、lcd组件和光供给单元及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液晶显示器(LCD),其中波纹现象被最小化以防止LCD显示性能的降低,且提供给LCD的光的损失也被最小化以实现低耗电的高亮度。当用于均匀形成自光源提供的光的光分布的光转换单元与反射型LCD的反射电极重叠时,波纹产生。此外,通过改变光转换单元的结构,在光转换单元中产生的光泄露被防止。因此,该反射型LCD的显示操作即使在黑暗地方也能正常进行。

Description

去除波纹现象的方法、LCD组件 和光供给单元及制造方法

                         技术领域

本发明涉及一种液晶显示器(LCD)，更具体地涉及一种去除反射型LCD组件中波纹现象的照明方法，其中在反射型LCD组件中经常发生的波纹现象和光泄漏被最小化，同时防止了显示性能的下降，并涉及一种使用该方法的反射型LCD组件，一种用在该组件中的光供给单元，以及一种制造其光分布改变单元的方法。

                         背景技术

通常，作为一种平板显示器的LCD精确控制液晶的电-光性能以显示图像，并将数据处理装置处理的电信号的图像数据转变为使用者能识别的画面。

为了通过LCD执行改进的显示操作，控制液晶的材料特性和光学特性是非常重要的。然而，考虑到液晶是一种光接收装置的事实，有效地使用提供给液晶的光源也是非常重要的。

如果没有提供光源，或光源没有有效利用，虽然LCD的液晶得到了精确控制，但是使用者将不能辨识通过LCD的任何数据。

根据光源的使用，LCD被分为反射型LCD，其中显示操作使用外部光源进行，和背光型LCD，其中使用其自身加载的能量产生光，且显示操作使用该光进行。

反射型LCD的显示操作仅使用外部光源的光进行，在电消耗方面，它比背光型LCD具有无以伦比地更出众的性能。然而，存在一个问题，即如果光没有从外光源提供，那么用户将辨识不了显示的数据。

在需要在任何条件和环境下工作的显示器中，这是一个致命的缺点。

为了解决此问题，已经有了一种改进的反射型LCD组件，其中，如果光不能由外光源充分供给，就产生额外的光以正常执行显示操作，因而它具有反射型LCD和背光型LCD两者的优点。

为了实现改进的反射型LCD组件100，如图1和图2所示，需要一LCD10，其中液晶被控制以调节光透射和以低电消耗向LCD提供光的光供给单元20。

此时，光供给单元20具有光源21及第一和第二光学部件25和27以将产生自光源21的光均匀地提供给LCD10。

更具体地，具有仅几到几十毫瓦功率的点光源型发光二极管(LED)经常用作光源21。

通过使用点光源型LED，电消耗能明显减少。

然而，如果LED直接安装到LCD10的需要部分，LCD上接近LED的部分亮，而其它远离点光源的部分暗。这就是，因为显示屏中亮度差异大，所以LCD的显示性能被降低了。

为了使用具有如上所述的非均匀光的LED获得与平面型光源相似的效果，第一和第二光学部件25和27需要把来自点光源型LED的光间接转换为平面光。

第一和第二光学部件25和27把来自点光源型LED的光转变为线性光，然后把线性光转变为平面光。

具体地，第一光学部件27具有预期的长度以将点光源转变为线性光源类型。第一光学部件27成型为矩形棒，在其一端装有点光源。

如图1所示，第一光学部件27以具有夹角θ的扇形方式发射光。

第一光学部件27形成的线性光源应当转变为平面光源。然而，为了实现平面光源，需要一复杂的光学机构。

如图1和图2所示，从第一光学部件27辐射的具有线性光源光分布的光被传送到矩形板状的第二光学部件25。在第二光学部件25的上部，成型有锯齿状的光反射图案25a。

此时，第一光学部件27辐射的光被均匀地从靠近第一光学部件27的光反射图案25b的前部25b传送至光发射图案25b的后部25c。

因而，第一光学部件27辐射的光被转变成具有平板光源光分布的光。

由第二光学部件25转变成的平面光然后入射到反射型LCD10上。

然后，反射型LCD上的入射光被以矩阵形式成型在反射型LCD上的反射电极15反射，并再次穿过第二光学部件25，然后入射到用户的眼中，于是用户能够视觉辨识所需信息。

改进的反射型LCD组件100具有即使在黑暗地方也能进行显示的优点。

产生具有平面光源光分布的光的第二光学部件25的光反射图案25a与成型在LCD10上的反射电极重叠。如果上述的两个图案互相重叠，就有可能满足波纹图案产生的条件。因而，存在另一个显示性能下降的问题。

为了解决该问题，曾尝试改变第二光学部件25的光反射图案25a与反射电极15的排列角，以至于互不平行而相互交叉。

此时，当光反射图案25a和反射电极15间的排列角为约22.5°时，如图2所示，波纹现象极难发生。

然而，尽管光反射图案25a和反射电极15排列成互相交叉，当光反射图案25a和反射电极15的间距窄时，波纹现象仍会产生。

最终，波纹现象不在传统媒质和低分辨率的小尺寸LCD中发生。然而，在近来的大尺寸LCD中，因为光反射图案25a和反射电极15间的间距窄，波纹现象再次发生。

此外，如果光反射图案25a和反射电极15以期望的角度，也即22.5°倾斜时，被光反射图案25a反射的光只有一半供给给了反射电极15，余下的光被倾斜的光反射图案25a供给到所不希望的地方。因此，另一个问题是反射型LCD组件的整体亮度被降低了，于是组件的电损耗增加。

近来，为了解决该问题，作出了其它努力来使光反射图案25a的间距和反射电极15的间距一致，因而减少了波纹。

然而，如果反射电极的间距改变了，光反射图案25a应当重做。进一步，如果光反射图案25a和反射电极15的排列不正确，波纹再次发生，而显示性能下降。当然，在这种情况下，由于亮度降低而使得耗电增加。

                         发明内容

因而，本发明的目的是提供反射型LCD，其中在使用光源的反射型LCD中经常发生的波纹被最小化以防止显示性能的降低，并且LCD板提供的光损失也被最小化以实现低耗电的高亮度。

本发明的另一个目的是提供一种去除反射型LCD中波纹的照明方法，其中反射型LCD中经常发生的波纹被最小化，因而提高了显示性能。

本发明的再一个目的是提供反射型LCD中的光供给单元，用以去除导致显示性能降低的波纹并实现低耗电的高亮度。

本发明的还有一个目的是提供一种制造反射型LCD中光改变单元的方法，以便去除导致显示性能降低的波纹和实现低耗电的高亮度。

为了达到本发明的前述目的，提供了一种消除反射型LCD组件中波纹现象的照明方法，包括以下步骤：产生具有连续光分布的第一光，将第一光提供给在预定范围里具有规则宽度的一组光反射图案，并将第一光转变为具有非一致光分布的第二光，将第二光提供给反射型LCD的每一个具有恒定间距的反射电极图案，并将反射电极图案反射的第二光穿过光反射图案而去除波纹。

此外，提供了一种反射型液晶显示器组件，包括：一光供给部件，它提供产生具有连续光分布的第一光的光源和光转换部件，该转换部件在一预定范围内含有具有规则宽度的光反射图案，以将第一光转变为在该预定范围内具有非一致光分布的第二光；以及一液晶显示装置，它设置有成型在光反射图案底部而具有恒定间距的反射电极、一用于提供电源给反射电极的开关装置、一与反射电极相对的公共电极以及注入反射电极和公共电极间的液晶。

此外，提供了一种光供给单元，包括：用于产生具有连续光分布的第一光的光源；以及一光转换部件，它成型在具有所需的透射率的底部基片上，以将从外界供给的第一光转变成在一预定范围内具有不规则宽度的第二光，然后将第二光供给给具有恒定间距的反射电极。

提供了一种制造用在反射型LCD中的光分布改变单元的方法，步骤包括：基于反射电极，计算图案数据以防止显示操作中的波纹现象；在光致抗蚀剂层上成型与图案数据一致的光转换图案，沉积预定材料至光转换图案上以形成预备模具，通过以预备模具为媒介成型光转换部件的模具，并使用该模具成型光转换部件。

                         附图说明

通过对其优选实施例的参照附图的详细描述，本发明的上述及其它优点将变得更明确。

图1是传统反射型LCD的示意图；

图2是传统反射型LCD的分解透视图；

图3是根据本发明一实施例的液晶组件的横截面图；

图4是本发明的第一实施例的液晶组件的示意图。

图5是显示图4中每个光反射图案在预定范围内随机变化的状态的曲线；

图6是显示在制造光改变单元时光反射图案成型在光致抗蚀剂薄膜上的的状态的横截面加工示意图；

图7是显示厚金属层通过溅镀方法成型在光致抗蚀剂层上的状态的横截面加工示意图；

图8是显示硬模材料涂覆在金属层上的状态的横截面加工示意图；

图9是显示在模材料与金属层分离后模层成型在金属层上的状态的横截面加工示意图；

图10是显示本发明第二实施例的示意图；

图11是显示本发明第三实施例的示意图；

图12是显示本发明第三实施例的制造工艺的示意图；以及

图13是显示根据本发明的反射型LCD中用于防止光泄漏及实现低耗电的高亮度的工艺的示意图。

                    具体实施方式

现在，本发明的优选实施例将参照附图得以详细描述。

首先，去除反射型LCD中的波纹现象的照明方法将得以描述，然后是实现此方法的反射型LCD组件、光供给单元以及制造光分布改变单元的方法的描述。

在描述照明方法前，一些在本发明的描述中使用的术语将被清晰地定义。

“反射电极”的表述意味着具有高反射系数的像素电极，它成型在LCD面板的TFT基片的薄膜晶体管上，作为反射型LCD组件部件之一。

现在，去除反射型LCD中的波纹现象的照明方法将得以详细叙述。

为了即使在黑暗的地方也能进行反射型LCD组件的显示操作，光被产生且产生的光被供给给反射型LCD。

此时，供给给反射型LCD的光产生自具有连续光分布的光源。在反射型LCD中无所谓使用何种光源。通常，冷阴极荧光灯或具有低耗电的LED被使用。以下，第一光意味着产生自该光源的光。

产生自该光源的第一光被光分布改变单元转变成具有一致光分布的第二光。

光分布改变单元成型为平板型或楔型。光反射图案成型在光分布改变单元表面。即，产生自该光源的第一光被光反射图案转变成具有一致光分布的第二光。

然后，第二光入射在LCD组件上，其上的反射电极成型为矩阵状。被反射电极再次反射的光通过光分布改变单元发射到外界。

当反射型LCD以上述方式照明时，即使在黑暗处，用户也可以识别图像。然而，因为光分布改变单元的光反射图案和反射电极的图案定位在同一光路中，即，互相重叠，所以当识别穿过反射电极和光分布改变单元的光时，用户感受到了在两个重叠的图案中经常发生的波纹。

通常，波纹被利用于测量设备或医疗器械领域。然而，产生自显示装置的波纹导致了降低显示性能的一系列问题。

为了防止波纹导致显示性能的降低，提出了两个方法。

在第一个方法中，产生自光源的第一光到达光分布改变单元，并被转变成第二光。第二光被反射电极反射，并被发射穿过光分布改变单元。此时，第二光具有非一致的光分布，以防止波纹。在第二个方法中，反射电极的间距不规则成型。

然而，当反射电极的间距无规则成型时，如第二种方法所述，进行精确的显示操作是困难的。因此，在本发明中，第一种方法被优选采用以防止波纹。

为了使第二光具有非一致的光分布，光分布改变单元的光反射图案的宽度随机成型。

此时，光反射图案的宽度随机成型，但具有一确定规律。

如果光反射图案的宽度无确定规则地随机成型，在整个显示表面区域的一些部分，反射电极和光反射图案可能偶然位于一预期的位置，在该位置波纹不会发生，因而防止了波纹。

然而，当在显示表面区域的绝大多数部分，反射电极和光反射图案位于波纹发生位置时，波纹产生。

总之，如果光反射图案的宽度不是基于一确定规律随机形成，波纹发生的位置和波纹不发生的其它位置会共存在具有所需显示表面区域的屏幕上。这导致显示性能的下降。

在防止上述情况的光分布变化规则中，反射电极和光反射图案的数目被确定为一所需比例，并且光反射图案的宽度在预定范围内随机设定。

此时，优选所需比例为约1∶1，且该预定范围是反射电极区域的间距或直到该间距的一半。

此外，所有在预定范围内随机变化以去除波纹的光反射图案可以成型为相似的形状，但是每个光反射图案具有不同的高度。

替代性地，光反射图案可以成型为具有相同的高度，但是分别形成不同的形状。

同时，在光以上述方式供给给反射型LCD的情况下，即使光反射图案和反射电极未倾斜，波纹也不会产生，而亮度也不会因光泄漏而降低。因此，反射型LCD能够以低耗电工作。

现在，参照附图，详细说明用于实现根据该照明方法的反射型LCD组件的设备结构以及该设备结构的操作。

图3显示了根据本发明实施例的用于防止波纹的反射型LCD组件。

根据本发明的反射型LCD组件600包括一光供给单元200和一反射型LCD300。

反射型LCD300设置有其上成型有像素的TFT基片310、与TFT基片310相对排列的滤色板320、形成在TFT基片310和滤色板320之间的液晶层330、以及形成在TFT基片310和液晶层330之间的作为像素电极的反射电极340。

TFT基片310具有用作开关装置的薄膜晶体管350。如图3所示，薄膜晶体管350包括栅极351、栅极绝缘膜352、半导体层353、欧姆接触层354、源极355和漏极355。未描述的参数L是反射电极的宽度。

为了允许反射型LCD300即使在黑暗地方也能正常工作，光供给单元200被设置在反射型LCD300的上部。

光供给单元200绝缘光源210和光分布改变单元230。

例如，具有低耗电的LED或冷阴极荧光灯被用作光源210。

此时，虽然LED或冷阴极荧光灯被用作光源210，但是难于在显示屏幕的整个表面区域上产生一致的亮度。光分布改变单元230用于补偿整个显示表面区域上的亮度。

光分布改变单元230将光转变成平面光源以将光均匀地提供到反射型LCD300的整个表面积上。

光分布改变单元230除了均匀转换光的功能外，还具有进一步的功能。这就是，光分布改变单元230具有防止当提供给反射型LCD300然后被反射的光入射到用户眼中时产生波纹的功能。

现在，将描述用于提供光给反射型LCD 300的过程的不同实施例和用于防止在该过程中产生的波纹的光分布改变单元230。

图4显示了根据本发明第一实施例的光分布改变单元230，而图5至图8显示了根据本发明的光分布改变单元230的制造方法。

参照图4，光分布改变单元230被成型为板状。在光分布改变单元230的上表面，成型有用于防止波纹的光反射图案231。

光反射图案231的数目相对于反射电极340确定成所需比例。优选地，该所需比例约为1∶1。

此时，根据用于防止波纹的反射图案231的宽度，波纹可以发生或不发生。

在本发明的具体实施例中，反射图案231的宽度用CGH(计算机生成全息图)组件计算出来。具有防止波纹的反射图案231的光分布改变单元230基于计算数据进行制造。

为了计算反射图案231的宽度，需要反射电极340间距的间距数据。

CGH组件计算出用于防止波纹的反射图案231的宽度，于是反射图案231在相应于反射电极340的预定范围内具有随机值。

此时，优选预定范围被设置成反射电极340的间距或该间距的一半。

图5显示了每个计算出的防止波纹的反射图案231的宽度的曲线。纵轴是反射图案231的随机宽度。

这就是，基于图中的中心线，反射图案231的每个宽度随机地增加或减少。用计算出的数据进行了模拟以确定波纹是否产生。在波纹发生的地方，反射图案231的宽度被修正。

如果反射图案231的成型数据用上述方法得到，具有反射图案231的光分布改变单元230则基于该成型数据而制造。

将描述使用由CGH组件计算出的该成型数据的光分布改变单元230的制造工艺。

首先，在底部基片400上，其物理性能被光所改变的光致抗蚀剂被涂覆到所需厚度。

然后，光致抗蚀剂根据计算出的成型数据进行曝光。此时，曝光总量得以控制，以便每一个反射图案231具有其自身的特定宽度。

因而，凹凸的图案410根据成型数据成型在光致抗蚀剂表面，如图6所示。

此时，凹凸图案410具有与反射图案231一样的形状。然而，光致抗蚀剂材料的形状能够被光进一步改变。因此，为了避免光致抗蚀剂材料形状的进一步改变，需要有额外的模具制造工艺以便于以光致抗蚀剂薄膜为媒介制造模具。

如图7所示，在凹凸图形400的表面，用溅镀方法厚成型有一金属材料层420。该金属材料层被用作初始模具。

然后，在初始模具的上表面上成型有具有足够强度以制造模具440的模具材料430。

然后，初始模具420和模具材料430从凹凸图案410上分离。模具440以分离的初始模具420和模具材料430为媒介而成型。

用于光分布改变单元230的注模材料通过注入或挤出方法成型在模具440上。因此，光分布改变单元230形成。

图10到图12显示了本发明的第二实施例。

在此实施例中，在光分布改变单元230上，设置有防止波纹的反射图案233，它具有相对于反射电极340数目的所需比例。优选地，该所需比例约为1∶1。反射图案233的宽度在基于反射电极340的间距L的预定范围内变化。

[方程1]

Xn＝A±a(0＜a＜A或0＜a＜A/2)

此处，Xn是光分布改变单元230的反射图案233的宽度，a是在预定范围内具有随机值的变量，而A是反射电极340的间距。

在反射图案233的宽度通过方程计算，且光分布改变单元230基于该计算宽度而成型的情况下，由于反射电极340和反射图案233而使波纹最小化。

所有的反射图案233形成为相似的形状，却具有不同的尺寸。这就是，反射图案23可以成型为具有不同的宽度和高度。

另外，反射图案233可以成型为具有相同的高度和不同的宽度。这就是，每个反射图案233形成为不同的形状。

同时，在图11或图13中，在光分布改变单元230的内部，形成有具有与其它部分不同的折射系数的光反射部分，从而提供了与上述两个实施例一样的效果。

具体地，为了形成光分布改变单元230，使用了一种可以与具有特定波长的光反应，且在与光反应的部分具有不同的折射系数的材料。

此时，具有不同折射系数的部分的数量相对LCD的反射电极数量以所需比例确定，如第二实施例中所述的一样。优选地，此比为1∶1。

基于反射电极的间距，具有不同折射系数的部分的位置在预定范围内随机变动，因而使由两重叠图案产生的波纹减至最小。

为了制造如图11所示的具有独特结构的第二光分布改变单元230，提供了一平板，当该平板暴露在具有特定波长的光中时，其折射系数被改变。然后，掩模236设置在第二光分布改变单元230上，该掩模具有相应于具不同折射系数的部分的位置的狭缝状开口。光以相应于光折射应当发生的方向的所需的方向扫描到掩模236上。在此实施例中，光以斜线的形式扫描。

同时，在上述三个实施例中，共同地，从第一光分布改变单元220辐射出的光在与第一光分布改变单元220相反的方向上泄漏出去，而穿过第二光分布改变单元230。

如果光泄漏发生，反射型LCD 300显示的图像亮度降低。因此，为了防止光泄露，如图13所示，通过在泄露部分进行凹凸工艺、扩散工艺和反射处理工艺，光泄露防止单元500被设置在光分布改变单元230上。

根据本发明，在传统反射型LCD中频繁发生的波纹被最小化，以防止显示性能的下降，且供给给LCD面板的光损失也被最小化，以实现低耗电的高亮度。

虽然本发明得以详细描述，但是应当理解可以在不超出所附 所定义的精神和范围的情况下，可以作出各种变化、替换和改造。

Claims (21)

1.一种去除反射型LCD组件中波纹现象的照明方法，包括以下步骤：

产生具有连续光分布的第一光；

提供第一光给具有在预定范围内的不规则宽度的光反射图案，以将第一光转换为具有不一致光分布的第二光；以及

提供第二光给反射型LCD的每一个反射电极图案，该反射电极图案具有恒定间距；

从而，被反射电极反射的第二光穿过光反射图案而去除波纹现象。

2.如权利要求1所述的方法，其中，反射电极图案以所需的比例分别与光反射图案匹配，且每个光反射图案的宽度在该预定范围内随机变化。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所需比例设置为约1∶1。

4.如权利要求2所述的方法，其中，预定范围设置为反射电极图案的间距。

5.如权利要求1所述的方法，其中，光反射图案和反射电极图案上下定位且平行排列。

6.一反射型LCD组件，包括：

光供给部件，其包括用于产生具连续光分布的第一光的光源；和光转换部件，该转换部件包含具有在预定范围内的不规则宽度的光反射图案，以便将第一光转变成在该预定范围内具有非一致光分布的第二光；以及

LCD，包括形成在光反射图案下部、具有恒定间距的反射电极，用于提供电源给反射电极的开关装置，与反射电极相对的公共电极，以及注入反射电极和公共电极之间的液晶。

7.如权利要求6所述的组件，其中，该预定范围是该反射电极的间距。

8.如权利要求6所述的组件，其中，光反射图案以所需的比例分别与反射电极匹配，且光反射图案的光反射方向与反射电极的延伸方向一致。

9.如权利要求8所述的组件，其中，所需比例被设置为约1∶1。

10.如权利要求6所述的组件，其中，光反射图案成型为三角棱柱以从光转换部件的表面突出。

11.如权利要求6所述的组件，其中，光反射图案成型为该三角棱柱以从光转换部件的表面突出，且光反射图案具有同样的高度，但具有不同的形状。

12.如权利要求6所述的组件，其中，光反射图案的宽度通过方程Xn＝A±a(0＜a＜A或0＜a＜A/2)计算出来，其中Xn为光反射图案的宽度，A是反射电极的间距，而a是具有在预定范围内的随机值的可变宽度。

13.如权利要求6所述的组件，其中，光反射图案通过改变光转换部件某些部分的折射系数而形成。

14.如权利要求13所述的组件，其中，具有不同折射系数的部分以斜线的形式成型在光转换部件内部。

15.如权利要求6所述的组件，还包括光泄露防止部件，它成型在光转换部件泄露出第一光的部分上，以便反射第一光到反射电极。

16.如权利要求15所述的组件，其中，光泄露防止部件通过进行凹凸工艺、扩散工艺和反射处理工艺成型在漏光部分。

17.一种光供给单元，包括：

用以产生具有连续光分布的第一光的光源；以及

光转换部件，它成型在具有所需透射率的底部基片上，以将来自外界的第一光转变成具有在预定范围内的不规则宽度的第二光，并然后将第二光供给给具有恒定间距的反射电极。

18.如权利要求17所述的单元，其中，光转换部件在底部基片的一侧突出，且光转换部件的不规则宽度在反射电极的预定范围内随机变化。

19.如权利要求17所述的单元，其中，光转换部件形成在底部基片的内部，且光转换部件的不规则宽度在反射电极的预定范围内随机变化。

20.如权利要求19所述的单元，其中，自光转换部件提供的第二光与反射电极平行。

21.一种制造用在反射型LCD中的光分布改变单元的方法，包括以下步骤：

基于反射电极，计算用于防止显示操作中的波纹现象的图案数据；

在光致抗蚀剂层上成型与图案数据一致的光转换图案；

沉积预定材料至光转换图案上以形成预备模具；

通过以预备模具为媒介成型光转换部件的模具；以及

使用该模具成型光转换部件。

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