TW200809327A - Transflective LC display having narrow band backlight and spectrally notched transflector - Google Patents

Description

200809327 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於顯示器裝置，特定言之係關於利用一液晶 (LC)面板且可在源自一背光之反射環境光與透射光中操： 之顯不器裝置，及其相關物品及方法。 【先前技術】 包括用於向-檢視器輸送資訊之電子顯示器之基於微處 理為的裝置已變得幾乎無處不在。該類裝置之實例有：行 動電冶、莩上型電腦、個人數位助理（PDA)、電子遊戲 機MP3播放器及其他攜帶型音樂播放器、車载立體聲系 統：指示器、公用顯示器、自動櫃員機、店内查詢站：家 用电氣。又備、電腦監視器及電視機。該等裝置上提供之許 多顯示器係液晶顯示器（LCD或LC顯示器）。 "與陰極射線管（CRT)顯示器不同，LCD不具有發射光之 碟光影像螢幕，且因此需要單獨光源用於檢視形成於該等 顯不斋上之影像。舉例而言，一光源可位於該顯示器後 方，其通常稱為，，背光"。該背光位SLCDi與檢視器相反 側以使彳于由該背光產生之光穿過該LCD而到達該檢視 可將使用该背光之LC顯示器稱為以”透射”模式操作。 一替代性照明源可來自—外部光源，諸如環境室内光或陽 光。 某些LC顯示器經設計以在以下兩種模式之任一者中操 作.上文所述之利用背光之透射模<，或利用反射自位於 LCD之檢視器側上之外部光源之光的，，反射”模式。該等稱 120374.doc 200809327 為”半透射半反射"顯示器之Lc顯示器通常具有—LG面 及-位於該LC面板與該背光之間的部分反射層。在農= 況中，該部分反射層安置於該LC面板内部而非位於該^ 面：铃光之間。在任一情況中’該部分反射層(本文 無為”半透射半反射器,·）透射來自該背光之光之_ ^同時亦反射外部光之一足夠部分，以允 、: ^射模式與反姻式而得以檢視。—例示性半透射半^ 态係可購自3Μ公司之VikuitiTM半透 』 牛逯射+反射顯示薄膜 )。以賴包括—反射偏振器，亦即，—由多層聚 合光學薄膜形成之膜體’其反射具有—偏振狀態之光:透 =有一正交偏振狀態之光。卿產品亦包括一 劑層。 LC顯示器之IX面板組件通常包括兩個基板及—安置於 其間的液晶材料。該等基板可由玻璃、塑料或其他適當透 :材料製得。該等基板具備一可將電信號提供至稱為像元 (像素）之相應個別區域之陣列之電極陣列，該等像元丘同 界定該顯示器之檢視區域且個別地界定該顯示器之解析 度。由該等電極（通常連同薄膜電晶體（tft))提供之電信號 允許調節每-像素之光學特性，例如允許㈣地修改透射 光之偏振狀態’或允許該光通過而不對其偏振狀態進行顯 者修改。在某些情況中’該電信號可將液晶自一透射狀態 切換為-散射狀態’或在像素中提供某些其他光學變化。 IX面板通常不包括位於該等基板之間的高吸 片。然而’其可包括-弱吸收性彩色渡光片，其吸收；見 120374.doc 200809327 光譜範圍内之少於50%之入射光。 ，主LC面板中之液晶材料可為向列型的，如為以下型樣之 f月况扭轉向列型（TN)、光學補償彎曲型⑴⑶）、超扭 向列型（STN)或雙穩向列型液晶或其他已知向列m 亦可為如用於鐵電、反鐵電'亞鐵電及其他碟狀模式中之 碟狀液BB 4液晶亦可為膽固醇液晶、液晶/聚合物複合 、來口物刀放型液晶或可在至少兩種光學可區分狀態之 Φ g進彳τ電切換的任何其他類型之液晶組態。 通常’ LC顯示器係單色的或彩色的。在單色顯示哭 中，可使檢視區域中之像素之每一者為暗淡、明亮或中間 強度之位準（如在一灰度階影像中）。該強度調變通常與白 光一起使用以得到為白色、黑色或灰色之像素但或者可 與諸如綠色、橙色等任何其他單色光一起使用。但該強度 凋又不可能在該檢視區域上之任何任意位置產生一色範 圍相比而5，全色"LC顯示器可在該檢視區域内之任何 ❿=位置產生—可感知色範圍，諸如紅色、綠色或藍色。 古習知半透射半反❹統之設計常涉及到反射亮度、透射 儿度及色形產生之間的權衡。通常，一位於液晶面板之透 明基板之間或液晶面板與背光之間的半透射半反射層將反 射入射光的一小部分以便在反射模式中提供來自外部光源 的知、明’且將透射入射光之不同的一小部分以便在透射模 式中提供來自背光之照明。該半透射半反射器之設計可經 調整以使得該透射模式或該反射模式更明亮（常以損害另 一者作為代價）。 120374.doc 200809327 【發明内容】 本發明特別揭示-種半透射半反射顯示器，其具有一反 :私視扠式及一透射檢視模式。該顯示器包括一前偏振 印“半透射半反射器，及一安置於該前偏振器與該半透 射半反射裔之間的液晶（LC)面板。該顯示器亦包括一用於 在該透射檢視模式中照明LC面板之背光。該背光發射在可 見光譜之相對較窄的選定部分範圍内之光，且該半透射半 馨反射器具有一光譜可變反射率以選擇性地透射由該背光發 射之光且大體上反射其他可見波長。該組合可藉由增強反 、模弋/、透射模式中之顯示亮度來增加該半透射半反射顯 示器之效率。 ” 在=示性實施例中，半透射半反射器之反射率隨入射角 度而文化，且由背光發射之光至少部分經準直，例如在至 ^個維度中（且較佳在兩個正交維度中）具有為40。或20〇 或更小之半峰強度全角幅（FWHM)。 ⑩ 本’'月之"亥等及其他態樣將自下文之實施方式變得顯而 易見^而，上述概述在任何情況下均不應被解釋為對所 、 私的物之限制，標的物僅由在申請與審查期間可能 被修正之附加申請專利範圍來界定。 【實施方式】 圖1展不一半透射半反射[C顯示器1〇之一部分之示咅性 "，、員不為、包括刖偏振器12、LC面板14、後偏振器 “半透射半反射器17及背光18。控制器2〇經由連接件U 電子地輕接至LC面板14以控制該LC面寺反之個別像素24a_g 120374.doc 200809327 之 之光學狀態，該等像素在一界定該 、 &碌頌不态之總檢視區域 £域上以一重複圖案或陣列延伸。

丽偏振器12可為任何已知偏振器，但在例示性實施例 中」其為-吸收偏振器(有時亦稱為二向色偏振器。用於方 便觀察者11進行檢視並減少眩光。較佳地，偏振器12係— 基於可撓性聚合物之薄膜且被層面板叫（例如）使 用光學透明之黏著劑而黏著面板14q偏振器12為一 線性偏振器’則其在該薄膜或層之平面中具有—通過轴及 -阻斷軸。經偏振而平行於該通過軸之純透射，且經偏 振而平行於該阻斷#(垂直於該通過軸）之光被阻斷，例如 被前偏振器12吸收。 LC面板Μ包括密封於兩個透明基板之間的液晶材料及 界定像素施私-相糾列的電極陣歹卜㈣器2〇能夠 個別地定址或控制該等像素之每一者以形成一所要影像。 視一給定像素是否開啟或關閉還是處於一中間狀態而定， 6玄LC面板將牙過其之光之偏振旋轉約9〇度，或約零度，或 一中間量。該LC面板之前表面可附著至前偏振器，且亦可 包括-漫射器薄膜、-抗反射薄膜、一防眩光表面或其他 前表面處理層。 後偏振器16係一吸收偏振器。其具有類似於前偏振器12 之一通過軸及一阻斷軸。最典型地，後偏振器16之通過軸 定向成大體上垂直於前偏振器12之通過軸，但亦可能為其 他定向。後偏振器16提供對入射光之不充分反射以支援顯 示器10之反射檢視模式。 120374.doc -10* 200809327 由於後偏振器16係吸收性的’故顯示器1〇係—非反向類 型之半透射半反射器，因為像素24之使其在反射檢視模式 中^之狀態（由控制器20到定）亦使其在透射檢視模式中 明免，且像素24之使其在反射檢視模式中暗淡之狀態亦使 得其在透射檢視模式中暗淡。在這方面，半透射半反射频 =通常屬於兩個類別之操作：&向及非反向。非反向顯 不在反射知作核式與透射操作模式中提供相同影像，因 為在遠兩種情況巾’任何退出該顯示器之光自半透射半反 射器行進至後偏振器（其界定該光之偏振狀態）、通過心 :且經由前偏振器退出。入射於該顯示器上之外部光穿過 f偏振器、穿過LC面板、穿過後偏振器、自半透射半反射 η。反射、向回穿過後偏振器面板’且經由前偏振哭退 =來自背光之光穿過半透射半反射器、穿過後偏振器、 牙匕C面才反經由前偏振器退丨。由於該 提供類似影像，故在該等反射及透射模式下退出:= 光將-起提供一更明亮之總體影像。通常，在半透射半反 射器不亦充當顯示器後偏振器之情況中’顯示器為非反向 的。但某些非反向顯示器可包括—作為半透射 反射偏振器。 。。的 抑反向顯示器通常利用一反射偏振器用於半透射半反射 器’且該反射偏振器亦為LC顯示器之後偏振器。該半透射 半反射器可為（例如）—pikuitiTM RDF_C薄膜⑻.㈣

Mlime崎之3M公司），其經層壓而替代該顯示器中之羽4, 吸收性後偏振器。該RDF-c薄膜包括-聚合物多層反二 120374.doc 200809327 振器及-光漫射黏著劑層。使用該薄膜，入射於該顯示器 上之外部光可穿過前偏振器’隨後穿過LC面板，且撞擊於 半透射半反射器上。此時，一種偏振狀態（狀態"ιη)被反 射且向回牙過LC面板及前偏振器。但正交偏振狀態（狀 恶2)之光被半透射半反射器透射且在背光附近被吸收或 以Ϊ它方式丟失。對於源自背光之光而言，偏振狀態2透 1牙過半透射半反射器、通過^面板且通過前偏振器，同

時偏振狀態1被向回反射至背光中並丟失。因此，反射操 作权式將偏振狀態i引入LC面板中，目時透射操作模式將 偏振狀恶2引入LC面板中，且該兩個影像將因此而反向。 因此，在該顯示器中，透射模式影像呈現為反射模式影像 之負片。 在反向顯示器之情況中，亦可能使用LC面板控制器來 甩子地修改影像輸出以校正光學逆轉。該控制器可（例如） 包括一電子逆轉演算法，其視背光通電與否（亦即，視顯 示器處於反射模式中還是透射模式中）而啟動或不啟動。 該演算法可電子地修改對於個別像素之控制信號以在啟動 背光時在透射模式中電子地反向影像，以使得該影像呈現 與反射模式中相同之前景/背景方案。 再次關注圖1，顯示器1〇亦包括半透射半反射器17，因 為後偏振具有不足以用於反射檢視模式之反射率。該半 透射半反射器具有部分反射性，以使某些源自該顯示器外 部且穿過元件12、14及16之光經由該等元件反射回來，而 使觀察者11能夠容易地看見反射模式之影像。但該半透射 120374.doc •12- 200809327 半反射器亦具有部分透射性以使得源自f光之光不會截# 於背光中’而能夠經由元件12、14及16退出，⑯而㈣： 檢視模式同時降級透射檢視模<，且修改該半透射半反射 器以使其具有更大透射率’會改良透射模式同時降級反射 模式。 亦可看見透射龍m像。若該半透射半反射器僅為 -簡單的部分反射器（諸如形成—半塗銀鏡面之薄紹層）’， 則修改該半透射半反射器使其具有更A反射率會改良反射

半透射半反射器17或者可為或包括—反射偏振器，諸如 以下申請案中所述之聚合物多層設計之—者：錢專利第 5’882’774號（J〇nza等人）’或美國專利_請案第2⑽ 0190406 E (Merrill # Λ ) ^ 2002/0180107 ^ (Jackson # 人）、第 2004/009999w，（MerriI1 等人）或第 2〇〇4/〇〇99993號 (JaCkS〇n等人）。該偏振器通常具有對可見波長為可忽略之 吸收性，且在該偏振器平面中具有一通過軸及一阻斷軸， 其中經偏振而平行於該通過軸之可見光大體上被透射，而 經偏振而平行於該阻斷軸之可見光大體上被反射。為使該 偏振器在顯示器10中充當一半透射半反射器，該通過轴宜 以一相對於後偏振器16之通過軸與阻斷軸之傾斜角來定 向。否則，反射偏振器在反射檢視模式中反射極少光或不 反射光（在δ亥反射偏振器之通過軸與後偏振器16之通過軸 ’子準的丨月况中），或在透射檢視模式中透射極少光或不透 f光（在該反射偏振器之通過軸與後偏振器16之通過軸正 交的情況中）。調節該反射偏振器相對於後偏振器16之方 120374.doc -13 - 200809327 位可增強反射模式或透射模式（但並非其兩者）’且-種模 式之增強又導致另一種模式之降級。 有利地，若外部光與背光之光譜含量彼此十分不同， 及/或若發射自外部光源之光之角分佈與背光的角分佈十 分不同，且若該半透射半反射器具有一經設計以適應該等 差異之光譜回應，則可相當程度地避免在增大半透射半反 射器之反射率或透射率之間做取捨。該外部光常來自一寬 員光原（諸如太陽），且通常難以規定或控制其光譜含量。 =分佈亦通常難以加以控制，尤其在多雲天氣或在辦公 2 %楗中或在光自所有方向撞擊於顯示器上之其他内部環 兄:$方面’月光18之光譜含量及角分佈通常更易於 規疋或控制。舉例而言’藉由窄頻可見光光源(諸如 咖）’背光18宜可以窄的角發射錐體發射窄頻光，以將其 與寬頻外部照明區分開。該窄的發射錐體宜在至少一個維 度中(且宜在兩個正交維度中)具有為40。或20。或更小之半 峰強度全角幅㈣腿）。隨後’半透射半反射器17可經設 計以使得其在背光發射之窄波長頻帶中可具有高报多之透 射率（低报多之反射率），且在其他可見波長下具有高很多 之反射率（低报多之透射率於光之更有效分離，而非 僅反射所有可見波長之約5〇%且透射所有可見 50% 〇 在一實施例中，背光18可僅包括一光源或多個光源，其 以單個波長頻帶發射光’例如’使用一或多個紅色LED之 紅色發射頻帶，或使用綠色發光LED之綠色發射頻帶，或 120374.doc -14- 200809327 使用監色發光LED之藍色發射頻帶，或任何其他適當色 彩。較佳地，一給定發射頻帶之光譜寬度（量測為半高全 寬或FWHM)與可見光光譜相比較窄，較佳為5〇 nm、％ nm或20 nm或更小。亦可使用不同於LED之光源，包括與 濾光片組合之更寬頻帶光源以將其提供為窄頻發射器。舉 例而言，可使用包括冷陰極螢光燈（CCFL)之螢光燈。然 而，經濾光之光源通常具有比固有窄頻發射器更低的電_

光效率。目此，需要在背光18中使賴㈣頻光源，諸如 LED(包括習知發光二極體及超發光二極體）及類似裝置（諸 如雷射二極體）。 在其他實施例中，背光18包括以可見光譜之不同窄頻發 射光之多個光源，其中不同光源或頻帶之數目足夠小， 及/或頻帶之光譜寬度足夠小，以使得所得頻帶組仍然僅 覆蓋整個可見光譜之一小部分。 圖2為展示由背光發射之光及半透射'半反射器沿其通過 軸及其阻斷軸之回應的理想表示的複合圖，其為波長之一 函數；圖2中之曲線R、GAM別表示紅色、綠色及藍色 咖之相對光譜強度。曲線26a表示—用於沿半透射半反 射益17之一阻斷軸偏振之光的可能光譜反射率，且曲線 表不用於沿半透射半反射器17之—通過軸偏振之光 光譜反射率。半透射半反射器17中之吸收及其他損 /貝了效率’且其較佳為足夠低以使得透射率及反射率 =上互補’亦即（百分比透射率+百分比反射率>議。 用錢射率特徵，半透射半反射器17為可易於使用已知 120374.doc -15- 200809327 技術製造之光譜選擇性反射偏振器，諸如具有四分之_波 長延遲器之膽固醇型薄膜，或被蒸發至一基板上之無機多 層薄膜堆疊，或美國專利第5,882,774號（】_等人）、第 6,157,49〇E(Wheatleyf^)^r6,53l523〇m(Weber#A)t 討論之共擠聚合物構造。該等技術通常依賴於光之相長干 涉或相消干涉以產生光譜選擇性反射及透射特性。因^， 利用及等技術之半透射半反射器通常經歷光譜特性隨入射 角度而發生之變換。因&，曲線…可表示正入射光或以 -稍微不同之入射角度入射之光的百分比反射率，或复可 表示入射角度之一相對較窄錐體(例如，集中於正入射旬 之平均百分比反射率。在任何情況下’隨著光之入射角増 大，曲線26a之光譜特徵通常變換至更短波長。 曰 薄膜堆疊中之光譜特性之變換量（其為角度之一函數）可 受到該堆疊中相鄰微層之間的折射率失配量值之影 由使得該折射率失配較大(例如藉由對該薄膜堆疊之聚二 材料及處理條件加以適當選擇），1減少隨角度發 2 譜變換。 ^ 參看圖1與圖2,背光18含有窄頻光源，其以可見光譜之 =色、綠色及藍色頻帶發射。當同時發射時，該背光具有 一白色外觀。在本論述内容中，所 所叙射之窄頻光被假定為 :偏振的。該發射光之沿半透射半反射器17 的部分進而大體上被透射，且前進至後偏振器Μ。在= =振器處’該光大體上全部被.吸收，因為半透射半反射哭 之通過軸較佳地大體上與該後偏振器之阻斷軸對準。°。 120374.doc -16- 200809327

由背光18發射且沿半透射半反射器17之，，阻斷軸”偏振之 光之部分實際上將大體上不被阻斷，此係由於原本為高反 射率曲線26a中之傾角（dip)或切口之結果。該等傾角或切 口-技術上而言為反射頻帶之間的間隙_具有低反射率及高 透射率，且經設計以與窄頻光源之峰值輸出波長標稱對準 或匹配。該偏振狀態之RGB光隨後前進至後偏振器16，該 光在此處大體上被完全透射，因為半透射半反射器”之阻 斷軸較佳地與後偏振器16之通過軸對準。其後，取決於個 別像素24a、24b等之狀態，該光經歷其偏振狀態之旋轉或 不位於LC面板14處，且因此逐像素地由前偏振器匕透射或 吸收以形成一單色影像。 關於反射檢視模式，半透射半反射器之相對較寬之高反 射率光譜區（曲線26a)有助於向觀察者確保提供一明亮影 像。吾人假定外部光源為太陽、白熾燈泡或大體上在整個 I見光譜上發射光之另一寬頻光源，或為主要以不同於 月光1 8 射之光波長的波長發射光及/或在不同於該背 ^方向的角方向中發射光，以使得光由該半透射半反 W度反射之其他光源。亦假定該外部光為非偏振的， 之-半在前偏振器12處被吸收且另一半(沿該前偏振器 偏振的部分)被透射。視個別像素仏、糾等之丨 I、而疋，该偏振狀態隨後旋轉或不在LC面板14處。對於j 閉的像素，光之偏振狀態與後偏振器16之阻斷軸對準，-被吸收;對於開啟的像素，光之偏振狀態與後偏振器W 通^㈣準’且光前進至半透射半反射器17。此處，光矣 120374.doc 200809327 偏振而平行於該半透射半反射器之阻斷軸，且入射光之一 實質部分（較佳大於50%或60%)在外部光源之整個波長範 圍及角範圍内借助曲線2 6 a的咼平均反射率而反射。波長 在曲線26a之低反射率區域中之光被透射，且隨後被吸收 或在背光附近丟失。然而，所反射之光向回行進通過元件 16、14及12，在影像中產生明亮像素。注意·由於半透射 半反射器之透射及反射特徵之互補性質_該光將具有大體 上與背光之光譜含量互補之光譜含量。因此，顯示器1〇之 透射檢視模丨中之峰值強度的波長將不同於反射檢視模式 中的峰值強度的波長。 亦注意到，外部光源可能具有與窄頻背光類似或甚至相 同之發射光譜，前提為自該外部光源入射於半透射半反射 器上之光具有與來自該背光之光十分不同之角分佈，且該 半透射半反射器之光譜特性隨入射光方向而變化。舉例而 言，半透射半反射器之阻斷軸之原本為高反射率之光譜切 可相對車又乍且可針對由背光發射之大體準直的窄頻光而 仔、、、田凋t至特疋波長與特定入射方向（例如正入射角）。若 該外部光源㈣窄頻的且以相同特定波長發射光，則該半 透射半反射H仍可將該光反射以致其以—大體上不同之角 度入射’在忒角度下，光譜切口發生光譜變換以大體上避 免該等特定波長。 右透射檢視Μ式與自光—起操作並不重要，則刪光源 之僅兩者或僅-者可用於背光中，因而僅兩個或僅一個相 應傾角或切口提供於反射率曲線中（見曲線2㈣，因此對於 120374.doc -18- 200809327 阻斷偏振狀態，允許半透射半反射器關於可見波長具有甚 至更高之平均反射率及在窄波長頻帶下具有更高的平均透 射率（更低反射率）。 雖然僅示意性地展示，但背光18通常亦包括諸如光導、 光增強薄膜、透鏡之習知組件及料在顯示器之檢視區域 上提供較佳大體上均-及有效之照明的其他組件。較佳 地，背光18亦包括一準直薄膜或裝置以使得所發射之光至 少部分準直’或分佈於大體上比郎伯(La*㈣發射器 更乍之角度範圍上。與—稜鏡轉向薄膜組合之楔形光導有 用於產生該角分佈。另一有用組合為一直接照亮式背光， 其具有-漫射空腔及兩個大體上交又(正交定向)之稜鏡增 =薄膜薄片，諸如vikuitiTM BEF系列產品之任一種。改良 月光發射之光之準直性有助於確保反射率曲線中之光譜切 口保持與由該背光發射的波長對準，因為一干涉反射』之 反^透射頻帶通常隨漸增之人射角而變換至更短波長°。 :月光18亦包括一偏振擾頻元件(諸如粗製後反射器）， 且右上文所述之半透射半反射器之低反射率通過轴（請灸 閱曲線266)被-高反射率特徵取代，則顯示器_可實現 某一額外效率。此展示於圖3之圖中，該圖描繪-改良半 透射半反射為之百分比反射率對波長之關係曲線。該改$ 半透射半反射器仍具有沿與後偏振器16之通過軸對準: 斷轴之光譜可變及斜、玄，此& 1 反射率（曲線26a)，且該反射率曲線中 口或傾角仍對應於背光中之窄頻娜光源。然而，沿—正 父平面内軸(此處稱作第二阻斷軸，以將其與首次提及之 120374.doc -19- 200809327 阻斷轴相區分、，挤古目止 一、 刀）所有可見先-或至少為由背光發射之光-大 體上被反射，而非大體上被透射。該反射率變化對反射檢 :模：具有極小影響或不具有影響，前提為半透射半反射 厂、二疋向而使得該第一阻斷軸與後偏振器16之通過軸對 準，因為该第二阻斷軸隨之便與該通過軸正交。但該差異 可有助於增亮透射檢視模式’因為由該背光發射之非偏振 光中由後偏振器吸收的一半現在被反射回該背光中。背光 中之偏擾頻元件將該光之某些轉換為將穿過後偏振器之 :振狀：’因此為一光再循環機構提供了改良之效率及效 月广b庄思，可（例如）藉由將先前所述之半透射半反射器層 堅至：習知寬頻線性反射偏振器而達成組合特徵26a、 26c ’該寬頻線性反射偏振器之阻斷軸較向以平行於原 料透射半反射器之通過軸以產生改良之半透射半反射 裔〇 =，雖然曲線26a展示達到接近〇%之局部最小值之反 -1μ的切口或傾角’但可設計該等局部最小值-使用適 = 理條件來達成所需折射率與厚度分佈關係-至 等1^值仍大體上小於該等切口或傾角之間的基線 一 > & 反射率之值可增強反射模式中之顯 不免度’且可增強透射模式中之背光均一性。 圖4展示-類似於顯示器1()之半透射半反射顯 之 一部分，但其中丰锈射i ^ a ^ -λλρ ^ ^ - 、半反射器17(其為或包含一反射偏 振rm )已被移動至緊接於^ §§ - ^ '面板14後方，因此充當用於該 …之後偏振器。半透射半反射器Η亦可包括一光漫射 120374.doc -20、 200809327 層或構，，諸如Vikuiti™勝c中之偏振保持漫射黏接層 及TDF薄膜產物。如上文所述，半透射半反射器η可具: 圖2中所示之反射率特徵26a、2讣，或若背光以僅以—個 或兩個窄頻發射光，則沿阻斷軸之反射率26a可僅具有— 個或兩個與該等頻帶匹配之切口或傾角。當然，亦^蓋复 他數目亡頻帶及相應光譜切口，且三色背光不限於紅：:、 綠色及監色光譜區。半透射半反射器之阻斷轴可與前偏振 器12之通過軸平行或正交，但對於大多數類型之顯示器 而言，較佳與其正交。 °口 半透射半反射器17與背光18之間包括_類似於㈣“ 16之吸收偏振器16a。較佳地’該偏振器之通過轴與半透 射半反射器17之阻斷軸對準。該偏振器之阻斷軸則與該半 透射半反射器之通過軸對準。 在，設定下，顯示㈣係—非反向類型之半透射半反射 、員丁 -纟反射核式中，外部寬頻光經前偏振器u偏振、 穿過LC面板14之像素，且到達半透射半反射器17。在此， ^某#像素之光具有—第—偏振狀態（與該半透射半反 射器之通過軸對準），穿過並到達吸收偏振器…，且在此 被吸收。用於其他俊音伞 〜1 他像素之先具有一正交第二偏振狀態，且 u透射半反射器處經選擇性地光譜反射，#中大部分 通過Lc面板14及前偏振器12。該第二偏振狀： ::剩餘部分(其具有在該半透射半反射器之光譜切口 :之的=:半透射半反射器17的阻斷轴、穿過偏振器 W的通過軸，且被吸收或在背光以附近吾失。再次注 120374.doc -21 ^ 200809327 意，就該半透射半反射器之光譜切口隨^ 言’來自外部光源之光之顯著部分以大體上避免低= 切口之適當波長與適當人射方向人射省反射率 源為寬頻且非準直的，則光…亥外部光 仏〜X Μ么办 一相對車乂乍之頻帶將以一 -疋入射角牙過該半透射半反射器，但對可 角之範圍平均時，光之大部分被反射。 、入射 模式中：所發射之窄頻光經偏振器…偏振，—

半被吸收且一半前i隹5主、;， 千月』進至+透射半反射器17。 心之通過軸與半透射半反射㈣之阻斷轴之„ = +透射半反射器之阻斷軸反射率光譜中所提供之光^ 口’當前經偏振之窄頻光A體上穿過該半透射半: 隨後穿過LC面板14，到達前 时且 在此’視該半透射 丰反射益相對於該前偏振器之方位及個別像素&狀態而 疋’用於某些像素之光經偏振而平行於該前偏振器之通過 軸’且透射至檢視器11β用於其他像素之光經偏振而平行 ^該前偏振器之阻斷轴’且被吸收。在該透射模式中，明 党之相同像素亦在反射模式中明亮，且暗淡像素亦同樣如 此0 扁振w 16a及月光18可經組合以形成偏振背光。或 =，背光18可倂入一或多個偏振窄頻光源，以提供相同類 聖光輸出。舉例而言，偏振光源（諸如WO 2004/068602 (uderkirk等人）中所揭示之基於偏振碌光體之led，或美 國專利公開案第US 2_/00914m#b(Wheatley等人）中所揭 不之偏振LED，或覆蓋或包覆有諸如Vikuiti™ DBEF薄膜 120374.doc •22- 200809327 射偏振器之CCFL螢光燈）可用以將偏振光射入一楔形 先導之末端。可使該光導及其光提取特徵大體上為偏振保 持性的’且產生顯示器檢視區域之一相對準直及偏振的昭 明。 …、 在圖4之另一替代構造中’可將-反射偏振器置放於吸 收偏振器16a與背光18之間，且該背光可包括-諸如粗f 歧射器之偏振擾頻元件。藉由將該反射偏振器之阻斷軸 疋向成大體上平打於吸收偏振器】6a之阻斷轴，可藉由再 :環來自背光18之光（否則將在偏振器、16填被吸收^實現 :;=卜效率。如上文所討論’該背光中之偏振擾頻元件將 μ、'之-些轉換為將穿過吸收偏振器…之偏振狀態。 =朗描述了在反射檢視模式與透射檢視模式中大體 =早色之半透射半反射系統。若需要，該等系統均可 二：提供全色操作’其中可在檢視區域内之任何任意 丄可感知色範圍(諸如紅色、綠色或藍色)。-種 模弋之：：法為在1^面板中或在反射檢視模式與透射檢視 =二何位置提供―習知彩色據光片以在兩種 *門重:L王色無作。該彩色遽光片通常包含—與LC像素 …。之p刷顏料柵格或陣列，使 配至-給定色彩顏料m素水久刀 顏料，但亦涵蓋其他配使用紅色、綠色及藍色 苴大體上平灼 °Λ自知衫色濾光片之一缺點為 二= 性，此導致影像較模糊或暗淡，尤- 在反射模式中。 日/人兀具 一種避免該問題之方法兔 :、、、半透射半反射器與背光之間 1203 74.doc *23- 200809327 (包括該背光自身中）產生組份色彩。如此產生一在反射模 式中仍為單色但在透射模式中為全色之系統。 X方法之型式為將該等組份色彩按時間分離。此處， 月光經e周變以一預定序列發射組份色彩，例如，如圖$中 所不之紅色、綠色及藍色。該等組份色彩（其在該情況下 限於如上文所述之窄頻）以一重複序列閃燦，該重複序列 k d P足夠紐以使得觀察者可感知到所有色彩全體（例 如’白光）。較佳地，該週期對應於頻率40HZ、75HZ或更 大。在透射檢視模式中，以與背光同步之方式來控制Lcs 之像素，以使得在—時刻所有像素均顯示經紅色濾光 么“象里式且月光發射紅光’在另—時刻所有像素均顯示 』、綠色濾光之影像型式且背光發射綠光，且在又—時刻所 有像素均顯示經藍声濾# 孤色/慮光之衫像型式且背光發射藍光，導 至在快速循環速率下感知到全色影像。在反射檢視模式 二f知單色模式定址像素。對於LC面板上 之、口疋貝體像素尺寸而言，相同处Η妒km (單色则與透射（全色）模式。㈣析度可用於反射 背另一型式將該等組份色彩按空間分離。此處， 多色像素化光(例如，以規則重複陣列排 合，以使綠色及藍色光點）使其與LC面板之像素重 像素透射第…… ）达射弟-色彩之光’其他 夕 弟一色务之先，且剩餘像素透射第三 夕種背光構造能夠產生空間分離之光八旦。五’ 望a不丨 刀里。σ專將在不期 制之情況下簡要描述若干種技術：藉由繞射 120374.doc -24- 200809327 ^離（、v〇射色％分離’ Dcs)、藉由分散分離（折射色彩分 ^及藉由圖案化吸收濾光片或反射濾光片分離 α光色彩濾光’ BCF)。該等基於背光之色彩分離技術可 允許LC顯不器以具有極小或不具有吸收損失之低功率單色 j弱色反射k式操作’而且視需要在透射模式種提供全色 y像此係因為在Lc面板内或在半透射半反射器之檢視器 側上之光路巾的任何地方較佳大體上不存在像素化彩色據 光片（但可能存在_弱像素化彩色濾光片）。使用組份色彩 之空間分離，與反射（單色）模式相比，透射（全色）模式中 可此存在較低空間解析度，因為不同組份色彩需要多個相 W像素以在透射模式中提供總體像素或組合像素（其大於 一個別像素）。 使用空間分離技術，纟得背光包括以光譜與空間劃分方 式來知、明顯不荔之整個檢視區域，以在該檢視區域上形成 光譜可區>窄頻光分量之陣列的分量，t亥陣列與^面板之 像素重合。一例示性陣列為具有交替紅色、綠色及藍色光 分置之矩形柵格，但亦涵蓋其他重複圖案，諸如rgbg 等。可使用一圖案化吸收或反射（例如多層或其他干涉）濾 光片直接達成該空間分離，上文稱為BCF技術。空間分離 亦可利用用於角分離不同光波長之組件，如使用Dcs及 RCS技術。該等最近之Dcs及Rcs技術可能需要光在繞射 或分散分量之輸入時具有.相對較高之準直度，以使得角度 分離可充分地空間隔離不同的光分量。 在DCS技術中，背光較佳地包括一準直系統、一光栅系 120374.doc -25- 200809327 統及一透鏡系統。該準直系統（通常為與一稜鏡轉向薄膜 耦合之楔形光導或具有帶諸如3M的BEF之稜鏡增亮薄膜的 任何類型之背光）獲取輸入光且將其投影至具有一窄光錐 (其在至少一個維度中具有4〇。或更小之]pwHM且較佳為20。 或更小之FWHM)的光栅系統。該光栅系統（通常為光學炫 耀相位光柵之形式）將光角分離為色相帶。該透鏡系統（通 常為1維（單列長窄元件）或2維（多列及多行元件）微透鏡陣 列）獲取來自該光栅系統之光，且以經色彩分離之線、點 或其他界定區域之形式將其聚焦於一影像平面上，因此產 生空間分離之多個光分量。在某些情況下，可由一位於距 該光栅系統可控距離處之漫射系統來取代該透鏡系統以使 得前向散射入射光，從而提供一用於照明顯示器之多色彩 光平面。 可將该透鏡系統及光柵系統組合為一單個元件，其中光 栅及透鏡位於單體薄膜或少數幾層薄膜之同一側或相對側 上。或者，其可形成為分離元件，或與顯示器系統中之其 他元件、、且5。舉例而言，光栅可安置於模形光導之一個面 上，同時透鏡薄膜可與半透射半反射器組合為一單個薄 膜，諸如經由使用金屬工具及可光致固化之聚合物層壓於 或直接微複製於半透射半反射器表面上，或可藉由其他方 法將其組合。 適用於在-所揭示之半透射半反射器之背光中使用之代 表性的DCS相關背光、光源或其組件包括以下專利中所描 述者：美國專利第5,497,269號（Gal)、第5,6⑼，娜號_等 120374.doc -26- 200809327 人）、第 5,889,567 號（Swanson 等人）、第 6,618，106 號（Gimn 等人）及美國專利公開案第us 2005/0041 17e#b(Numata等人） 及第 US 2005/0078374號（Taira等人）。

田才又衫來自一曰照等邊三角形平行六面體玻璃稜鏡之彩 色束時，使用RCS相關技術之背光藉由所運作之相同光學 原理來分離光。亦即，材料之折射率隨相關波長範圍而單 凋又化，且傾斜入射光之折射角度因此亦作為光之波長或 色彩的函數而變化。基於RCS之背光通常包括一稜鏡系統 及透鏡系統。该等系統之每一者可為或包括一經微複製 或經模製之薄片或薄膜。對於最大色彩分離而言，至少該 焱鏡系統較佳地由一種在可見光譜上具有較大單調分散性 才料、、且成例如液晶聚合物。關於適用於背光中之RCS 相關組件，亦參考美國專利第4,686,519號（¥05111心等人）。 为光亦可使用BCF技術，其中另一習知白色延展背光照 明一圖案化濾光片。該濾光片具有對應於1〇面板像素之區 域或單元，且選擇性地透射多個光分量中之指定一者。圖 6不w〖生描繪该圖案化濾光片之代表性濾光區域或單元。 ，圖6中，目案3〇具有沿一矩形陣列之行及列重複之矩形 區域或單凡32a、32b、32c，該矩形陣列經定尺寸以與 面板像素之一相應矩形陣列匹配。單元32a、32b、32c可 分別透射紅光、綠光及藍光，或分別透射通常為能夠視需 要產生白光之三種或三種以上之可區分色彩之其他集合。 注意，多組相鄰單元形成更大單元34a、34b，當以全色 透射檢視模式；I圣你脖 ^ t Λ刼作捋，更大早元34a、34b大體上代表顯示 120374.doc -27- 200809327 器之解析度。有趣地，在單色反射檢視模式中可達成更精 勺解析度，因為可隨後將對應於較小單元32&之LC面板之 像素用作影像之最小可定址元素。圖j及圖$中亦描繪了該 解析度差異，其中像素24a-e可充當較大像素26a之不同色 办之子像素，且像素24d_f可充當較大像素26b之不同色彩 之子像素，等等。 / 僅在相應地程式化用於啟動像素24之控制器2〇之情況下 ^可達成自一種檢視模式至另一種檢視模式之實際解析度 差異。因此，在背光18關閉之反射檢視模式中，控制器 處理向解析度單色影像，獨立地驅動每一個別像素24以形 成高解斬度影像。在背光18開啟之透射檢視模式中，控制 器20處理較低解析度色彩格式之影像，其巾較大組合像素 %、26b等界定最小空間解析度且其組份子像素(例如 24a、24b、24c)以一預定關係受驅動以便產生對於較大像 二（例如26a)之正確的生成色彩。較佳地，控制器根據背 光之狀態在高解析度單色控制模式與較低解析度色彩控制 模式之間自動切換。因此，若使用者啟動切換，或若將一 ^以仙環境光能級之錢器包括進來，且該光能級降至 —預定值以下，則一背光控制器（未圖示）接通背光以以開 啟该背光或將其保持開啟狀態，且控制器2〇偵測背光之該 狀心作為回應’ LC面板控制器20使用低解析度色彩控制 模式處理該影像，且相應地經由連接件以驅動^面板“之 像素。若使用者隨後啟動另—切換或環境光能級上升到另 預疋值以上，則該背光控制器可切斷背光丨8，且回應於 】203 74.doc --28- 200809327 亥：“化’控制器2。可隨後使用較高解析度單色控制模 式處理該影像且相應地驅動Lc面板像1。 、 :背光戦用多個不同的燈或光源來提供全色操作所需 一:二則允：背光控制器接通該等燈或光源中之 士;1#右至僅接通—個對於功率節約或對於其他原因而 5 了此係有利的，即使隨後犧牲全色操作。 ::欠：看圖…慮光片圖案3。可建構於多種薄膜、塗層 :土：中。舉例而言，可將選擇性地透射紅光、綠光及藍 *之窄頻但吸收其他波長之習知彩色顏料印刷於—透 膜或基板上。 ::者，可使用在除了在窄波長頻帶中外之可見光譜上具 有同反射率之干涉薄膜（諸如多層光學薄膜卜上 老

Jonza等人之|774專利中利 夕 Λ ^ 宍四寻利弟6，157,49〇號 :他3^人）中描述了該等薄膜。較佳地，最初將該薄 膜I造成（例如，#由對數十、數百或數千個㈣薄之交 替共聚物層進行共擠及在—個或兩個正交方向中後續拉伸 该薄膜)在所要最長可見波長下具有一窄透射頻帶，最長 可見波長諸如對應於單元32a所要之紅色波長頻帶。隨後 將該最初在其整個區域上大體上均一之多層薄膜屡印於一 糸列與單元32b對應之矩形區域中。調節該塵印以將單元 32b中之該多層薄膜之層變薄以使透射頻帶自最初的長波 長變換為較短波長’諸如自紅色波長（例如約㈣nm)變為 綠色波長（例如約550 nm)。其後’對單元仏進行另一慶印 步驟，其中調節該麼印以將該等位置處之層變薄以使透射 120374.doc -29- 200809327 '、甲換為甚至更紐之波長，諸如自紅色波長（例如約 nm)k為藍色波長（例如約45〇 nm)。在替代方法中，可使 用一經適當成形之壓印工具或轉鼓來同時執行該等壓印步 :^樣’可將最初的長波長透射頻帶定位於比濾光片所 而取長波長頻帶稍長的波長處。舉例而言，該最初的長 波長透射頻帶可定位於近紅外區中。隨後，可將組成遽光 片圖案之所有區域或單元選擇性地加以壓印而使得足以將 透射頻帶移動至該圖案各別區域或單元中之每一者所要的 濾光片頻帶。可在單獨麗印步驟或一單個步驟中完成對不 同區或之I印。在任何情況下，該壓印程序得到一干涉遽 光片、，，其在組成圖案之各別區域或單元中透射具有選定波 長的光，且反射其他光。可將該遽光片（類似於圖幸化吸 收濾、光片）層壓於其他組件或包括於背光_以提供 分離之多個光分量。 工 :非另有Λ明’否則說明書及中請專利範圍中所使用之 f示數量、純量㈣之所有數字需伽解為在所有情況 中均由術語•'約"修飾。相應地， 蚩及申社專 _另有成明，.否則說明 r 圍中所列出之數值參數係近似值，其可視 热習此項技術者利用本發 而㈣几, a之教不所獲得之所要探求特性 其絕非意圖限制對申請專利範圍之等效物之原則 的應用，應至少根據所報告 /、、 ^ II ^ Λ ^ t 有效數子之位數及藉由應用 曰=入技術來理解每-數值參數。儘管闊明本發明之廣 泛靶彆之數值乾圍及參數為近似 兴 告特定實財利明之數值。“ 精確地報 值然而’任何數值本身便包含 120374.doc * 30 - 200809327 必然導致之某些誤 由其各別測試量測中所發現之標準差 差。 前述說明係說明性的而不用以 一 ⑺M限制本發明之範疇。本文 所揭示之實施例之變化及修改係 人你了月b的，且熟習此項技術 者在研究本專利文獻後將瞭解該 听必寺貝施例之各種元件之實 際替代物及其均等物。本文所揭 ’不之貝施例之該等及其他 變化及修改可在不脫離本發明 、 、乾可及精神的情況下進 行。

【圖式簡單說明】 圖^為-半透射半反射液晶顯示器之—部分之示意性側 視圖’該顯示器具有—窄頻發㈣光及—半透射半反射 器’該半透射半反射器具有—經設計以大體上匹配該背光 發射之光譜可變回應； 圖2為展示由背光發射之光及半透射半反射器沿其通過 軸及其阻斷軸之回應的理想表示的複合圖，其為波長之一 函數； 圖3為展示—改良半透射半反射器沿—第—阻斷抽及一 第二阻斷軸之回應之理想表示的圖，其為波長之一函數； 圖4為另一半透射半反射液晶顯示器之一部分之示意性 側視圖，該顯示器具有一窄頻發射背光及一光譜可變半透 射半反射器； 圖5為用於由背光發射之各種光分量之強度董子時間的複 合圖；及 圖6為一圖案化濾光片之一部分之示意性平面圖。 120374.doc -31 - 200809327 在該等圖式中，相同參考數字表示相同元件。 【主要元件符號說明】 10 半透射半反射LC顯示器 11 檢視器/觀察者 12 前偏振器

14 16 16a 17 18 18a 20 22 24a-g 26a、26b、26c 30 32a、32b、32c 34a > 34b 40 LC面板 後偏振器 吸收偏振器 半透射半反射器 背光 偏振背光 控制器 連接件 像素 像素 濾光片圖案 矩形區域或單元 口口 一 早兀 半透射半反射顯示器 120374.doc -32-

Claims (1)

1. 200809327 十、申請專利範圍： 1 · 一種具有一反射檢視模式及一透射檢視模式之半透射半 反射顯示器，該顯示器包含： 一前偏振器； 一半透射半反射器； 一液晶（LC)面板，其安置於該前偏振器與該半透射半 反射器之間；及 一背光，其用於在該透射檢視模式中照明該LC面板； 其中該背光在可見光譜之選定部分範圍内發射光；及 其中該半透射半反射器具有一光譜可變反射率以選擇 性地透射由該背光發射之光。 2.如請求❸之顯示器，其中料光包括複數個窄頻光 源。

   3·如請求項2之顯示器’其中該複數個窄頻光源包括一大 體上發射藍光之第-LED，一大體上發射綠光之第二 LED，及一大體上發射紅光之第三LEO。 。。月求項1之顯不器中該前偏振器係一吸收偏振 器0 5·:请求項1之顯示器，其中該半透射半反射器包括— 射偏振器。 半：Γ項1之顯示器’其中該半透射半反射器具有在 一第—半反射态之-平面中彼此正交之-第-阻斷軸 ~通過軸’且該光譜可變反射率係對沿該反射偏 。。5亥第一阻斷轴偏振之光的反射率，該反射率對由 120374.doc 200809327 月光發射之光之波長比對其他可見波長低。 7_ :::求：6之顯示器，其中該半透射半反射器大體上透 ’丄该第一通過軸偏振之可見光。 如明求項1之顯示器，苴中該丰· “貝T S -于斜透射.反射器具有在該 一…’半反射器之一平面中彼此正交之一第一阻斷轴及 :弟二阻斷軸’且該光譜可變反射率係對沿該反射偏振 ::遠第-阻斷軸偏振之光的反射率，該反射率對由該 月2發射之光之波長比對於其他可見波長低。 9·二項8之顯示器’其中該半透射半反射器大體上反 射/σ该弟二阻斷軸偏振之可見光。 10 ·如請求項9夕爲— 將^、 ’其中該背^包括—偏振擾頻層以 、乂某些沿該第二阻斷軸偏振之光轉換為 斷軸偏振之光。 ' U·如請求項1之顯示器，進一步包含： 振°°其安置於該1面板與該半透射半反射器 之間。 12. 如睛求項11 - 哭。 、 ”、不态，其中该後偏振器係一吸收偏振 13. 如請求項1之顯示器，進一步包含： 哭。；^半透射半反射器與該背光之間的吸收偏振 14 ·如請求項1 一时 + 、.、、、員不益、，其中該背光發射偏振光。 15.如凊求項1之 H〜夕為，其中該可見光譜之該等選定部分 或夕個不同頻帶，其半高全寬（FWHM)不大於50 120374.doc 200809327 疆、35_或 20nm。 16. 17. 18.

   19. 20. 21. 二=項1之顯示器’其中該光譜可變反射率包括一高 反射率，盆Φ 1 /、對至>'一個偏振狀態具有一或多個低反 射率切口，每一切口且亡 -有一不大於50 nm、35 nm或20 nm 之 FWHM 〇 如=求項n示器’其中該半透射半反射器之該光譜 可、文反射率以入射角之一函數做變化。 如明求項1之顯示器’其中該由該背光發射之光至少部 分經準直。 如明求項18之顯示器，其中該由該背光發射之光在至少 個維度中具有一不大於4〇。或2〇。之半峰強度全角幅 (full angular width at half-maximum intensity)。 月长項1之顯示|§，其中該背光在一時間序列中發射 不同色彩之光。 如請求項1之顯示器，其中該背光在一空間陣列中發射 不同色彩之光。 I20374.doc