CN1576994A - 胆甾型液晶滤色器层的制造方法以及透射型液晶显示器件 - Google Patents

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Abstract

一种透射型液晶显示器件，包括：分隔开并彼此面对的第一和第二基板；所述第一基板的内表面上的胆甾型液晶(CLC)滤色器层，该CLC滤色器层包括用于显示R、G和B的第一区和相邻第一区之间的第二区；所述第一基板的外表面上的第一偏光器；所述第一偏光器上的背光单元；所述第二基板的外表面上的延迟片；所述延迟片上的第二偏光器；以及所述第一和第二基板之间的液晶层。

Description

胆甾型液晶滤色器层的制造方法 以及透射型液晶显示器件
本申请要求2003年6月26日提交的韩国专利申请No.2003-41834的权益，在此以引用的方式引入其全文。
技术领域
本发明涉及液晶显示(LCD)器件，更具体地涉及胆甾型液晶(CLC)滤色器层的制造方法以及具有根据该方法制造的CLC滤色器层的透射型液晶显示器件。
背景技术
由于其低功耗和良好的便携性，液晶显示(LCD)器件已经作为有价值的、下一代显示器而受到关注。
有源矩阵液晶显示(AMLCD)器件由于其高分辨率和快速运动图像而得到广泛应用，这种有源矩阵液晶显示器件包括作为多个像素中每个像素的开关器件的多个薄膜晶体管。
由于LCD器件是不发光的，所以它需要另外的光源以显示图像。一般地，LCD器件在液晶板后面具有背光装置作为光源，并且这种LCD通常称为透射型LCD器件。在透射类型中，从背光装置入射的光透过液晶板，并根据液晶分子的排列来控制透射光量。由于透射型LCD器件使用背光装置作为光源，所以它可以在黑暗环境下显示明亮的图像。但是，对于从背光装置入射的光量来说透射的光量很小。也就是，由于从背光装置入射的光中只有约7％的光透过液晶板，所以应该提高背光装置的亮度来提高LCD器件的亮度。因此，由于背光装置而使透射型LCD器件具有高功耗。
为了解决透射型LCD器件中的问题，已经提出了反射型LCD器件。在反射型LCD器件中，可使用日光或人造光作为LCD器件的光源。从外部入射的光根据液晶分子的排列在LCD器件的反射板上反射。由于没有使用背光装置，所以反射型LCD器件具有比透射型LCD器件要低得多的功耗。顺便提一下，反射型LCD器件通常包括由色素或染料制成的吸收式滤色器层，这与透射型LCD器件相同。由于该吸收式滤色器层，使反射型LCD器件也具有低透光率的缺点。
为了提高反射型LCD器件中的透光率，已经研制开发了胆甾型液晶(CLC)滤色器。由于CLC滤色器选择性地反射和透射光，所以CLC滤色器可以发出高色纯度的光。另外，CLC滤色器既可用作滤色器层又可用作反射器。因此，由于包含CLC滤色器的反射型LCD器件不需要另外的反射器，所以减少了制造工序的数量和时间，并提高了图像质量。
CLC的液晶分子排列成螺旋结构。该螺旋结构的特征在于螺旋方向和螺距，螺距是螺旋结构的一个周期。由CLC反射的光的色调取决于螺距。
在透射型LCD器件中可以使用CLC滤色器。参照以下附图对包含CLC滤色器的透射型LCD器件进行详细的说明。
图1是根据现有技术包含胆甾型液晶(CLC)滤色器的透射型LCD器件的平面图。如图中所示，第一和第二基板10和30分隔开并彼此面对。在第一基板10的内表面上形成有胆甾型液晶(CLC)滤色器层12，该层包括依次设置的第一胆甾型液晶(CLC)层12a和第二CLC层12b。在CLC滤色器层12上形成有公共电极13。
将第一和第二CLC层12a和12b划分成多个子像素PR、PG和PB，各个子像素是显示图像的最小单元。各个子像素PR、PG和PB的第一和第二CLC层12a和12b分别具有不同的螺距，并反射与螺距对应的颜色的光，其中螺距不对应于子像素PR、PG和PB处的显示颜色。例如，在红色(R)子像素PR处，第一CLC层12a可以具有与绿色(G)对应的螺距，而第二CLC层12b可以具有与蓝色(B)对应的螺距。在绿色子像素PG处，第一CLC层12a可以具有与红色对应的螺距，而第二CLC层12b可以具有与蓝色对应的螺距。在蓝色子像素PB处，第一CLC层12a可以具有与红色对应的螺距，而第二CLC层12b可以具有与绿色对应的螺距。也就是，可以控制第一CLC层12a在子像素PR、PG和PB处依次具有G、R和R螺距，并且可以控制第二CLC层12b在子像素PR、PG和PB处依次具有B、B和G螺距。
第一偏光器14设置在第一基板10的外表面上。第一偏光器14用作为CLC偏光器并选择性地反射左旋圆偏振光和右旋圆偏振光中的一种。
阵列元件层32形成在第二基板30的内表面上。尽管在附图中未示出，但阵列元件层32在各子像素PR、PG和PB处包括作为开关元件的薄膜晶体管和与该薄膜晶体管相连的像素电极。全息散射板34形成在阵列元件层32上。
液晶层50夹在公共电极13和全息散射板34之间。
延迟片36和第二偏光器38依次设置在第二基板30的外表面上。延迟片36将圆偏振光改变为线偏振光或将线偏振光改变为圆偏振光。延迟片36可以是四分之一波片(QWP)。第二偏光器38是线性偏光器，并透射与其透光轴对应的线偏振光。
当CLC滤色器层12满足布拉格反射条件时，可以获得理想的光特性。对于与CLC滤色器层12的法线的夹角小于10度的光可以得到理想的选择性反射/透射效果。
可以更详细地描述布拉格反射条件。如果X射线入射到晶体的晶面上，则由该晶面上反射的X射线的干涉形成干涉图案。如果相邻晶格之间的距离为d，并且X射线的入射角为90-θ，则在第一平面和第二平面上反射的X射线的光程差为2dsinθ。如果该光程差是X射线波长的整数倍，则会由相长干涉而加强反射波。
2dsinθ＝mλ(m＝1，2，3，...)
如果入射角大于10度的光入射到CLC滤色器层12上，则根据布拉格条件，反射光的波长不同于CLC滤色器层12的设计波长。因此，降低了透射光的色纯度。
因此，在现有技术的透射型LCD器件中，广泛使用可称之为高准直背光灯的高聚光背光灯作为光源，该高聚光背光灯把光会聚在与标准平面的法线成约10度的夹角的范围内。
将高聚光背光单元16设置在第一偏光器14上，更具体地，设置在第一偏光器14的背侧。高聚光背光单元16包括聚光背光灯16b和聚光背光灯16b上方的聚光片16a。因此，高聚光背光单元16把光会聚在理想的角度内。也就是，入射光被高聚光背光单元16会聚成具有小于10度范围内的入射角，并且会聚后的光透过CLC滤色器层，由此该光具有对应的颜色。之后，通过全息散射板34出射的光应该具有约140度的视角。
然而，尽管可以使用高聚光背光单元，但还是难以获得小于10度的入射角。因此，在包含高聚光背光单元的透射型LCD器件中很难获得亮色特性。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种制造胆甾型液晶(CLC)滤色器层的方法以及具有根据该方法制造的CLC滤色器层的透射型液晶显示器件，其基本上克服了由于现有技术的局限性和缺点所导致的一个或多个问题。
本发明的一个优点是提供了一种具有CLC滤色器层的透射型液晶显示器件，该CLC滤色器层改善了颜色特性并且不需要另外的高聚光背光单元。
本发明的另一优点是提供了一种制造胆甾型液晶(CLC)滤色器层的方法，该CLC滤色器层改善了颜色特性并且不需要另外的高聚光背光单元。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明中进行阐述，一部分可以通过说明书而明了，或者可以通过本发明的实践而体验到。通过说明书、权利要求书和附图中具体指出的结构，可以实现或获得本发明的这些和其它优点。
为了实现这些和其它优点并根据本发明的目的，如具体实施和广泛描述的那样，一种透射型液晶显示器件包括分隔开并彼此面对的第一和第二基板；第一基板的内表面上的胆甾型液晶(CLC)滤色器层，该CLC滤色器层包括用于显示R、G和B的多个第一区以及相邻第一区之间的多个第二区；第一基板的外表面上的第一偏光器；第一偏光器上的背光单元；第二基板的外表面上的延迟片；延迟片上的第二偏光器；以及第一基板和第二基板之间的液晶层。
另一方面，一种制造透射型液晶显示器件的胆甾型液晶(CLC)滤色器层的方法包括：在基板上涂覆CLC材料，该CLC材料包含紫外线(UV)吸收剂；在CLC材料上方设置掩模并将CLC材料曝露在UV光下，该UV光具有与掩模的各个部分对应的不同强度，掩模的各部分包括交替设置的多个透射区和多个半透射区；根据UV光的强度形成包括R、G和B子像素的CLC滤色器层，各个子像素具有显示R、G和B色的多个第一区和反射所有R、G和B光的多个第二区。
可以理解，前面的概述和下面的详细描述都是示例性和说明性的，旨在为权利要求所限定的本发明提供进一步的解释。
附图说明
附图帮助更好地理解本发明，并构成本申请的一部分，附图显示了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1是根据现有技术的包括胆甾型液晶(CLC)滤色器的透射型液晶显示(LCD)器件的平面图；
图2是根据本发明的示例性实施例的包括胆甾型液晶(CLC)滤色器的透射型液晶显示(LCD)器件的示意性剖面图；
图3A和3B示出了根据本发明的透射型LCD器件的胆甾型液晶(CLC)滤色器层；
图4示出了图3B中CLC滤色器层的放大部分，与CLC层的一个偏振区对应；以及
图5A和5B示出了根据本发明的透射型LCD器件的CLC滤色器层的制造工序。
具体实施方式
现在对附图所示的本发明的实施例进行详细说明。
图2是根据本发明的示例性实施例的包括胆甾型液晶(CLC)滤色器的透射型液晶显示(LCD)器件的示意性剖面图。如图2中所示，第一基板110和第二基板130分隔开并彼此面对。在第一基板110的内表面上形成有胆甾型液晶(CLC)滤色器层112，该层112包括顺序设置的第一CLC层112a和第二CLC层112b。在CLC滤色器层112上形成有公共电极113。第一和第二CLC层112a和112b在各个红(R)、绿(G)和蓝(B)子像素PR、PG和PB中包括反射所有波长的光的偏振区A和选择性地透射与R、G和B对应的光的颜色显示区C。
颜色显示区C中的第一和第二CLC层112a和112b的厚度和宽度可以按如下方式确定：使得由颜色显示区C中的第一和第二CLC层112a和112b的厚度和宽度形成的三角与标准平面的法线的夹角小于10度。该角度由图3B中显示出。
如果入射角大于10度的光入射到颜色显示区C上，则光进入偏振区A并随后被反射。另一方面，如果入射角小于10度的光入射到颜色显示区C上，则根据颜色显示区C的螺距，光被选择性地透射或反射，从而透过预期颜色的光。
尽管减小了透射光的区域的尺寸，但是重复利用了偏振区A上反射的光，从而与传统LCD器件相比提高了显示器件的亮度。
第一和第二CLC层112a和112b可以在各个子像素PR、PG和PB内包括多个偏振区和颜色显示区。CLC滤色器层112可以包括紫外线(UV)吸收剂，并且偏振区可以反射基本上所有波长的光。
在第二基板130的内表面上依次形成有阵列元件层132和全息散射板134。尽管在附图中未示出，但阵列元件层132在各个子像素PR、PG和PB中包括作为开关元件的薄膜晶体管和与该薄膜晶体管连接的像素电极。尽管在该实施例中全息散射板134形成在阵列元件层132上，但是全息散射板134也可以形成在其它位置上。
液晶层150夹在公共电极113和全息散射板134之间。
在第一基板110的外表面上形成有第一偏光器114。第一偏光器114选择性地反射左旋圆偏振光和右旋圆偏振光中的一种。第一偏光器114可以是使用CLC的CLC偏光器。
延迟片136和第二偏光器138依次形成在第二基板130的外表面上。延迟片136将圆偏振光改变为线偏振光或将线偏振光改变为圆偏振光。因此，如果穿过液晶层150的光是圆偏振光，则该圆偏振光通过延迟片136改变为线偏振光。延迟片36可以是四分之一波片(QWP)。第二偏光器38是线性偏光器，并透射与其透光轴对应的线偏振光。
在第一偏光器114上设置有背光单元116。背光单元116可具有通常的结构。在该实施例中，由于CLC滤色器层112具有偏振区A，所以可以省略高聚光背光单元。
在本发明的透射型LCD器件中，可通过控制CLC滤色器层的厚度和颜色显示区的宽度来改善颜色特性。因此，由于可以省略高聚光背光单元并且可以使用通常的背光单元，所以可以降低制造成本并且可以提高处理效率。
图3A和3B具体示出了用于根据本发明的透射型LCD器件的胆甾型液晶(CLC)滤色器层。图3A是CLC滤色器层的平面图，图3B是CLC滤色器层的透视图。
如图中所示，CLC滤色器层212包括依次层叠的第一CLC层212a和第二CLC层212b。将第一和第二CLC层212a和212b划分成与子像素PR、PG和PB对应的、分别透射红(R)、绿(G)和蓝(B)光的多个部分。第一和第二CLC层212a和212b在各个子像素PR、PG和PB中还包括彼此交替设置的多个偏振区D和多个颜色显示区E。
这里，如果将第一和第二CLC层212a和212b的厚度定义为d并将一个颜色显示区E的宽度定义为W，则由厚度d和宽度W形成的三角具有范围在约10度至约15度内的角度θ，其中θ为tan-1(W/d)。
将偏振区D设置在各个颜色显示区E的两侧。由于角度θ在约10度至约15度的范围内，所以与CLC滤色器层212的法线的夹角大于约10度至约15度范围的入射光穿过颜色显示区E并进入偏振区D，随后在偏振区D内被反射。偏振区D可以具有比颜色显示区E更窄的宽度。例如，偏振区D可以具有约1μm至约2μm范围内的宽度。
图4是图3B中CLC滤色器层的放大部分，与CLC层的一个偏振区相对应。图4示出了整个波长机制。
在图4中，CLC滤色器层212可以由包含紫外线(UV)吸收剂的CLC材料制成。可利用半色调掩模(half tone mask)(该半色调掩模可控制光的强度)将CLC层曝露在诸如UV的光线下来形成CLC滤色器层212的偏振区D。CLC的螺距可随着照射光的强度增大而减小。UV的强度随着穿过包含UV吸收剂的CLC层而降低。因此，偏振区D的下部具有长螺距，偏振区D的中部具有中等螺距，并且偏振区D的上部具有短螺距。如图所示，偏振区D的下部、中部和上部分别反射红、绿和蓝光。但是，反射光的各个部分的顺序可以不同。由于偏振区D包括具有不同螺距的三个部分，所以在偏振区D中基本上反射了偏振区D上的所有入射光。
图5A和5B示出了用于根据本发明的透射型LCD器件的CLC滤色器层的制造工序。
在图5A中，在基板310上涂覆CLC层312。CLC层312含有UV吸收剂并具有随着所施加的UV强度增大而减小的螺距。
在图5B中，将掩模314设置在图5A的CLC层312上方，并随后执行UV照射。掩模314包括彼此交替设置的多个透射部分314a和多个半透射部分314b。将掩模314分成第一、第二和第三区M1、M2和M3。将UV光也分成与掩模314的各个区域M1、M2和M3对应的三个UV光320、322和324。第三UV光324可以具有最大的强度，而第二UV光322可具有比第一UV光320更大的强度。
在本发明中，利用一个掩模照射在各区域具有不同强度的UV光。
通过上述步骤形成CLC滤色器层316。CLC滤色器层316具有R、G和B色区F1、F2和F3以及多个偏振区H。各个偏振区H设置在相邻色区F1、F2和F3之间并具有所有的R、G和B螺距。
更具体地，R色区F1反射具有约580nm至约680nm的波长的光，G色区F2反射具有约480nm至约580nm的波长的光，B色区F3反射具有约400nm至约480nm的波长的光。偏振区H受到穿过半透射部分314b的UV光的照射，并反射具有约380nm至约780nm的波长的光。
由此，将CLC滤色器层316分成R、G和B子像素PR、PG和PB。例如，R子像素PR具有多个R色区F1和多个偏振区H，各个偏振区H设置在相邻R色区F1之间。
使用CLC层作为下层，并可以通过以上工序在下CLC层上形成另一个CLC层，由此可以在透射型LCD器件中使用具有双层结构的CLC滤色器层。
在本发明中，CLC滤色器层包括颜色显示区和偏振区。因此，尽管没有使用高聚光背光装置，也可以获得改进的颜色特性。此外，可以通过一个曝光工序形成R、G和B的颜色显示区以及反射所有波长的光的偏振区，可以减少制造工序并可以提高生产率。
对于本领域的技术人员，很明显，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，能对本发明进行多种改进和变化。因此，如果这些改进和变化落在所附权利要求及其等同物的范围内，则本发明涵盖这些改进和变化。

Claims (20)

1.一种透射型液晶显示器件，包括：
分隔开并彼此面对的第一和第二基板；
所述第一基板的内表面上的胆甾型液晶CLC滤色器层，该CLC滤色器层包括用于显示R、G和B的多个第一区和相邻第一区之间的多个第二区；
所述第一基板的外表面上的第一偏光器；
所述第一偏光器上的背光单元；
所述第二基板的外表面上的延迟片；
所述延迟片上的第二偏光器；以及
所述第一和第二基板之间的液晶层。
2.根据权利要求1所述的器件，其中所述CLC滤色器的各个第二区反射基本上所有波长的光。
3.根据权利要求2所述的器件，其中所述CLC滤色器的各个第二区包括具有第一螺距的第一部分、具有第二螺距的第二部分和具有第三螺距的第三部分，所述第二螺距比所述第一螺距长，所述第三螺距比所述第二螺距长。
4.根据权利要求3所述的器件，其中所述第二部分设置在所述第一和第三部分之间。
5.根据权利要求1所述的器件，其中所述CLC滤色器的各个第一区所具有的宽度和厚度使得由该宽度和厚度构成的三角具有在约10度至约15度范围内的角度。
6.根据权利要求1所述的器件，其中所述CLC滤色器层含有UV吸收剂。
7.根据权利要求1所述的器件，其中所述第一偏光器选择性地反射左旋圆偏振光和右旋圆偏振光中的一种。
8.根据权利要求1所述的器件，其中所述延迟片将光的相位改变约λ/4。
9.根据权利要求1所述的器件，其中所述第二偏光器透射与其透光轴对应的线偏振光。
10.根据权利要求1所述的器件，还包括所述第二基板的内表面上的阵列元件层，该阵列元件层包括开关元件和与该开关元件相连的像素电极。
11.根据权利要求10所述的器件，还包括所述CLC滤色器层上的公共电极。
12.根据权利要求1所述的器件，还包括所述第一基板的内表面和外表面之一上的全息散射板。
13.根据权利要求1所述的器件，其中所述CLC滤色器层包括第一CLC层和第二CLC层，该第一CLC层和第二CLC层具有各自的反射不同颜色的螺距，使得出射光的颜色不同于反射的颜色。
14.根据权利要求13所述的器件，其中所述CLC滤色器层包括R、G和B子像素，R子像素的第一和第二CLC层具有与G和B对应的螺距，G子像素的第一和第二CLC层具有与R和B对应的螺距，B子像素的第一和第二CLC层具有与R和G对应的螺距。
15.一种制造透射型液晶显示器件的胆甾型液晶(CLC)滤色器层的方法，包括：
在基板上涂覆CLC材料，该CLC材料含有紫外线(UV)吸收剂；
在所述CLC材料上方设置掩模，并使所述CLC材料暴露在UV光中，该UV光具有与所述掩模的各个部分对应的不同强度，该掩模的各个部分包括交替设置的多个透射区和多个半透射区；
根据所述UV光的强度形成包括R、G和B子像素的CLC滤色器层，各个子像素具有显示R、G和B色的多个第一区和反射所有R、G和B光的多个第二区。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述多个第二区与所述掩模的所述多个半透射区相对应。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述CLC滤色器层包括第一CLC层和第二CLC层，该第一CLC层和第二CLC层具有各自的反射不同颜色的螺距，使得出射光的颜色不同于反射的颜色。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述CLC滤色器的各个第一区具有的宽度和厚度使得由该宽度和厚度构成的三角具有在约10度至约15度范围内的角度。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述CLC材料具有随着UV光强度增大而减小的螺距。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述UV光的强度依次增大以与R、G和B子像素对应。
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