CN1542524A - 具有内后偏光镜的半透反射式彩色液晶显示屏 - Google Patents

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Abstract

一种具有内后偏光镜(275)的半透反射式彩色液晶显示屏(200)，具有：前偏光镜(260)、前衬底(210)、第一色彩滤镜层(212)、前透明电极(240)、液晶层(250)、后透明电极(230)、后偏光镜(275)、反射镜(235)和后衬底(220)。包含了内后偏光镜(275)使得在半透反射式彩色LCD(200)的反射模式和透射模式之间仅有细微的光路差别。内后偏光镜(275)还使得仅有细微的视差，因为内反射镜(235)非常接近于图像形成层(250)。此外，第二色彩滤镜层(214)可添加到内反射镜(235)之后，以在透射模式期间提高具有内后偏光镜(275)的半透反射式彩色LCD(200)的亮度和色彩饱和度。

Description

具有内后偏光镜的半透反射式彩色液晶显示屏
技术领域
本发明一般涉及液晶显示屏(LCD)，更具体涉及半透反射式(transflective)彩色LCD。
背景技术
彩色LCD已成为便携式电子设备中的关键组件。尤其是，移动电话、电子游戏、个人数字助(PDA)和其他手持电子设备的用户期望他们的便携式电子设备的显示性能能够在有关诸如亮度和色彩饱和度等特征的背光模式中与膝上个人电脑的显示性能相类似。此外，用户期望用于便携式电子设备的显示屏无论在室内还是室外环境(包括具有环境光线的环境)都维持很好的可读性。因此，半透反射式LCD存在透射(背光)模式和反射(环境光)模式中的操作。
在本说明书中，“前面”表示LCD靠近观看者的部分，“后面”表示LCD远离查看者的部分。在附图中，“前面”的元件视觉上在“后面”的元件之上。
图3示出了相关技术的具有内反射镜335的半透反射式彩色LCD300。前衬底310通常由玻璃构成，在后表面上具有色彩滤镜312，在前表面上具有前偏光镜360。后衬底320通常由玻璃构成，具有形成于前表面上的内反射镜335和在后表面上的后偏光镜370。在具有相关元件360、312的前衬底与具有相关元件335、370的后衬底之间，放置液晶层350，其夹在前透明电极340与后透明电极330之间。而且，背光子系统380位于后偏光镜370之后，并在透射模式期间用作光源。
箭头393指出具有内反射镜335的半透反射式彩色LCD 300在透射模式期间的工作原理。从背光子系统380产生的光穿过后偏光镜370、后衬底320、内反射镜335、后透明电极330、液晶层350、前透明电极340、色彩滤镜312、前衬底310和前偏光镜360。箭头391指出具有内反射镜335的半透反射式彩色LCD 300在反射模式期间的工作原理。环境光穿过前偏光镜360、前衬底310、色彩滤镜312、前透明电极340、液晶层350、后透明电极330、在内反射镜335的表面上反射，重新朝向前衬底310，并向回穿过前偏光镜360。
在这个具有内反射镜335的半透反射式彩色LCD 300中，反射模式中的光路如箭头391所示，很明显不同于箭头393所示的透射模式中的光路。这些不同的光路影响了若干对于用户显而易见的显示特性，诸如色彩饱和度和亮度。例如，由于光线在反射模式中穿过色彩滤镜312两次，而在透射模式中仅穿过一次，这会影响色纯度。
为了矫正这个饱和度，存在具有双单元间隙结构的半透反射式彩色LCD。例如，如图4所示，改变色彩滤镜412，使得存在具有较低染料密度色彩过滤的反射区域和具有较高染料密度色彩过滤的透射区域。然后，对内反射镜435构图(pattern)并对准色彩滤镜的反射和透射区域，以使光线通过较薄的液晶区域反射，通过较厚的液晶区域透射。最后，掩蔽反射区域和透射区域之间的过渡区以减小光泄露。
半透反射式彩色LCD 400的剩余部分与图3所示相类似。前衬底410通常由玻璃构成，在后表面上具有前透明电极440和色彩滤镜412，在前表面上具有前偏光镜460。后衬底420通常由玻璃构成，具有形成于前表面上的构图的内反射镜435和后表面上的后偏光镜470。在具有相关元件460、440、412的前表面衬底410与具有相关元件435、470的后衬底420之间放置改变后的液晶层450，其夹在前色彩滤镜412和后透明电极430之间。而且，背光子系统480位于后偏光镜470之后，并且在透射模式期间用作光源。
双单元间隙结构补偿了具有内反射镜435的半透反射式彩色LCD400中的不同的光路，但导致了复杂的制造过程，包括附加的掩蔽和处理步骤，这造成了更高的制造成本。此外，对其自身的掩蔽造成了对于半透反射式彩色LCD 400的更低的亮度。
我们现在参看另一半透反射式彩色LCD，其不会有具有内反射镜的半透反射式彩色LCD 300的光路问题，也不会有具有双单元间隙结构的半透反射式彩色LCD 400的复杂制造过程，但是具有视差问题。图5示出了相关技术的具有外反射镜575的半透反射式彩色LCD500。前衬底510通常由玻璃构成，在后表面上具有色彩滤镜512，在前表面上具有前偏光镜560。后衬底520通常由玻璃构成，具有在后表面上的后偏光镜570和在后偏光镜570之后的外反射镜575。在具有相关元件560、512的前衬底510和具有相关元件570、575的后衬底520之间放置液晶层550，其夹在前透明电极540和后透明电极530之间。而且，背光子系统580位于外反射镜575之后，并且在透射模式中用作光源。
箭头593指出具有外反射镜575的半透反射式彩色LCD 500在透射模式期间的工作原理。从背光子系统580产生的光穿过外反射镜575、后偏光镜570、后衬底520、后透明电极530、液晶层550、前透明电极540、色彩滤镜512、前衬底510和前偏光镜560。箭头591、592指出具有外反射镜575的半透反射式彩色LCD 500在反射模式期间的工作原理。如箭头591所示，环境光穿过前偏光镜560、前衬底510、色彩滤镜512、前透明电极540、液晶层550、后透明电极530、后衬底520和后偏光镜570。然后，如箭头592所示，光线被外反射镜575反射，重新朝向并回穿过后偏光镜570、后衬底520、后透明电极530、液晶层550、前透明电极540、色彩滤镜512、前衬底510和前偏光镜560。
箭头592指出反射模式中的光路，而箭头593指出透射模式中的光路。注意到，箭头591并不包括在反射光路中，因为后偏光镜570重置光线的光效应。如图5中所示，在两个光路中只具有细微的差别。但是，假定后衬底520具有大约500微米的厚度而后偏光镜具有大约100微米的厚度，由于在外反射镜575和液晶层550之间的显著距离596而存在视差问题。因此，在反射模式中，进入光线上的像素如箭头591所示，可以不同于如箭头592所示的输出光线上的像素。在LCD尤其是彩色LCD中的趋向是像素更小了，这带来了更多的问题。
因此，需要一种半透反射式彩色LCD，其避免显著不同的光路以及复杂结构的问题，但同时不会具有由图像形成层(例如液晶层)和反射镜之间显著距离引起的视差问题。通过仔细考虑下面的附图和详细说明，本领域普通技术人员将更易于完整理解本发明不同的方面、特点和优点。
附图说明
图1示出具有内后偏光镜的半透反射式彩色LCD的第一优选实施例。
图2示出具有内后偏光镜的半透反射式彩色LCD的第二优选实施例。
图3示出了具有内反射镜的相关技术半透反射式彩色LCD。
图4示出了具有双单元间隙结构的相关技术半透反射式彩色LCD。
图5示出了具有外反射镜的相关技术半透反射式彩色LCD。
具体实施方式
具有内后偏光镜的半透反射式彩色液晶显示屏具有前偏光镜、位于前偏光镜之后的前衬底、位于前衬底之后的第一色彩滤镜层、位于第一色彩滤镜层之后的前透明电极、位于前透明电极之后的液晶层、位于液晶层之后的后透明电极、位于后透明电极之后的后偏光镜、位于后偏光镜之后的反射镜以及位于反射镜之后的后衬底。
具有内后偏光镜的半透反射式彩色LCD在内反射镜之前具有后偏光镜。内后偏光镜使得具有内后偏光镜的半透反射彩色LCD的反射模式和透射模式之间仅有细微光路差别。内后偏光镜还使得仅有细微的视差，因为内反射镜非常接近于图像形成层。此外，第二色彩滤镜层可以添加到内反射镜之后，以在透射模式期间增强具有内后偏光镜的半透反射式彩色LCD的亮度和色彩饱和度。
具有内后偏光镜的半透反射式彩色LCD消除了对双单元间隙结构的需要，因为在透射(背光)模式和反射(环境光)模式中光路都相似。消除双单元间隙结构简化了制造过程，从而带来更低的制造成本。具有内后偏光镜的半透反射式彩色LCD还解决了视差问题，因为内反射镜仅距离图像形成液晶层微米量级。而且，内反射镜之后的构图后的光致发光(photoluminescence)色转换层提高了每像素的色纯度并提供独立的方法来在透射模式中提高具有内后偏光镜的半透反射彩色LCD的色饱和度和亮度。
图1示出了具有内后偏光镜175的半透反射式彩色LCD 100的第一优选实施例。前衬底110通常由玻璃构成，在后表面之后具有色彩滤镜层112，在前表面之前具有前偏光镜160。后衬底120通常由玻璃构成，具有在前表面之前的内反射镜135和在内反射镜135之前的内后偏光镜175。在具有相关元件160、112的前衬底110与具有相关元件135、175的后衬底120之间放置液晶层150，其夹在前透明电极140和后透明电极130之间。而且，背光子系统180位于后衬底120之后，并在透射模式中用作光源。
箭头193指示了具有内后偏光镜175的半透反射式彩色LCD 100在透射模式期间的工作原理。从背光子系统180产生的光穿过后衬底120、内反射镜135、内后偏光镜175、后透明电极130、液晶层150、前透明电极140、色彩滤镜层112、前衬底110和前偏光镜160。箭头191、192指出具有内后偏光镜175的半透反射式彩色LCD 100在反射模式期间的工作原理。如箭头191所示，环境光穿过前偏光镜160、前衬底110、色彩滤镜层112、前透明电极140、液晶层150、后透明电极130以及内后偏光镜175。然后，如箭头192所示，光线被内反射镜135反射，向回穿过内后偏光镜175、透明电极130、液晶层150、前透明电极140、色彩滤镜层112、前衬底110和前偏光镜160。
箭头192指出反射模式中的光路，而箭头193指出透射模式中的光路。注意到，箭头191并不包括在光路中，因为内后偏光镜175重置光线的光效应。如图1中所示，在两条光路中只具有细微的差别。此外，并没有引入视差问题，因为内后反射镜135和图像形成元件(例如液晶层150和色彩滤镜层112)之间的距离为10微米或更小。
具有内后偏光镜175的半透反射式彩色LCD 100的透射和反射光路中的一个差别在于，反射模式中的光线被色彩过滤两次，而透射模式中的光线只被色彩过滤一次。注意到，内反射镜135前的色彩滤镜层112的任意位置都会造成这种效果。图2示出了具有内后偏光镜275的半透反射式彩色LCD 200的第二优选实施例。该第二实施例通过添加第二色彩滤镜层214，对透射模式中的光线起作用，从而补偿了反射模式中的光线被色彩过滤两次的问题。第二色彩滤镜层214的另一实施例改变了类似于图4中色彩滤镜412所示的单独色彩滤镜层中的染料密度。但是，如下所述，提供第二色彩滤镜层具有一些优点。
前衬底210通常由玻璃构成，在前表面之前具有前偏光镜260。后衬底220通常由玻璃构成，在前表面前面具有第二色彩滤镜层214，在第二滤镜层214前面具有内反射镜235，在内反射镜235前面具有内后偏光镜275，在内后偏光镜275前面具有第一色彩滤镜层212。第二色彩滤镜层214优选具有光致发光色彩滤镜；但是，使用标准色彩滤镜用于第一色彩滤镜层212和第二色彩滤镜层214可以获得在透射和反射模式中独立控制色彩饱和度的目标。
在具有相关元件260的前衬底210和具有相关元件212、214、235、275的后衬底220之间放置液晶层250，其夹在前透明电极240和后透明电极230之间。而且，背光子系统280位于后衬底220之后，并在透射模式中用作光源。
箭头293指示了具有内后偏光镜275的半透反射式彩色LCD 200在透射模式期间的工作原理。从背光子系统280产生的光穿过后衬底220、第二色彩滤镜层214、内反射镜235、内后偏光镜275、第一色彩滤镜层212、后透明电极230、液晶层250、前透明电极240、前衬底210和前偏光镜260。箭头291、292指出具有内后偏光镜275的半透反射式彩色LCD 200在反射模式期间的工作原理。如箭头291所示，环境光穿过前偏光镜260、前衬底210、前透明电极240、液晶层250、后透明电极230、第一色彩滤镜层212以及内后偏光镜275。然后，如箭头292所示，光线被内反射镜235反射，向回穿过内后偏光镜275、第一色彩滤镜层212、透明电极230、液晶层250、前透明电极240、前衬底210和前偏光镜260。
箭头292指出反射模式中的光路，而箭头293指出透射模式中的光路。注意到，箭头291并不包括在光路中，因为内后偏光镜275重置光线的光效应。如图2中所示，在两条光路中只有细微的差别。此外，并没有引入视差问题，因为内后反射镜235和液晶层250之间的距离约为10微米或更小。
通过在第二色彩滤镜层214中使用光致发光材料还能获得更一步的优点。光致发光材料将不希望的波长转换成希望的波长，这带来更高的光能效率并因此增加了亮度。使用将光从较长波长转换成较短波长的光致材料，允许背光子系统是标准白背光子系统或产生诸如紫外或蓝光波长的单色背光子系统。在第一色彩滤镜层212中使用标准色彩滤镜技术将良好的色纯度加入到由光致发光第二色彩滤镜层在透射模式中获得的增加的亮度。因此，光致发光第二色彩滤镜层214连同标准第一色彩滤镜层212一起提高了白背光的性能，并且允许了附加的背光选项。
该方法的一个优点在于，内后偏光镜对光的反射模式起作用，从而允许透射和反射模式中的相似的光路。两种模式中的相似光路允许更简单、非双单元的结构，从而允许更低的制造成本。另一优点在于，内反射镜减少了视差，因为在内反射镜和液晶层之间仅有非常小(几微米)的距离。因此，具有内后偏光镜的半透反射式彩色LCD简单、低成本，替代了双单元间隙结构的半透反射式彩色LCD，允许相似的光路而不会引入视差。
虽然本发明包括通过建立发明人所有权并使本领域普通技术人员做出和使用本发明的方式描述的现在被视为的优选实施例和发明的最佳模式，但应该理解和认识到，在此公开的优选实施例有很多的等同物，在不背离本发明的范围和精神的情况下可以做出多种的修改和变形，其中本发明的范围和精神不是由优选实施例而是由所附权利要求所限定的。

Claims (11)

1.一种半透反射式彩色液晶显示屏(100)，包括：
前偏光镜(160)；
前衬底(110)，位于所述前偏光镜(160)之后；
前透明电极(140)，位于所述前衬底(110)之后；
液晶层(150)，位于所述前透明电极(140)之后；
后透明电极(130)，位于所述液晶层(150)之后；
后偏光镜(175)，位于所述后透明电极(130)之后；
反射镜(135)，位于所述后偏光镜(175)之后；和
后衬底(120)，位于所述反射镜(135)之后。
2.根据权利要求1所述的半透反射式彩色液晶显示屏(100)，还包括：
第一色彩滤镜层(112)，位于所述前衬底(110)之后。
3.根据权利要求2所述的半透反射式彩色液晶显示屏(100)，其中，所述第一色彩滤镜层(112)位于所述反射镜(135)之前。
4.根据权利要求2所述的半透反射式彩色液晶显示屏(100)，还包括：
第二色彩滤镜层(214)，位于所述反射镜(135)之后。
5.根据权利要求4所述的半透反射式彩色液晶显示屏(100)，其中，所述第二色彩滤镜层(214)具有光致发光色彩滤镜。
6.根据权利要求1所述的半透反射式彩色液晶显示屏(100)，还包括：
背光子系统(180)，位于所述后衬底(120)之后。
7.一种具有半透反射式彩色液晶显示屏(100)的便携式电子设备，包括：
前偏光镜(160)；
前衬底(110)；
后衬底(120)；
图像形成层(150)，位于所述前衬底(110)和所述后衬底(120)之间；
偏光镜(175)，位于所述图像形成层(150)和所述后衬底(120)之间；和
反射镜(135)，位于所述偏光镜(175)和所述后衬底(120)之间。
8.根据权利要求7所述的具有半透反射式彩色液晶显示屏(100)的便携式电子设备，还包括：
第一色彩滤镜层(112)，位于所述反射镜(135)之前。
9.根据权利要求8所述的具有半透反射式彩色液晶显示屏(100)的便携式电子设备，还包括：
第二色彩滤镜层(214)，位于所述反射镜(135)之后。
10.根据权利要求9所述的具有半透反射式彩色液晶显示屏(100)的便携式电子设备，其中，所述第二色彩滤镜层(214)包括光致发光材料。
11.根据权利要求7所述的具有半透反射式彩色液晶显示屏(100)的便携式电子设备，还包括：
背光子系统(180)，位于所述后衬底(120)之后。
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