TWI262338B - Cholesteric liquid crystal polarizing device, reflective liquid crystal display and method for fabricating the same - Google Patents

Description

1262338 A7 五、發明説明（丄） ~~ 本件專利申請案主張於2000年6月26曰提申的美國臨 時申凊案序列編號60/214,106，發明名稱為使用一種由膽 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 固醇聚合物所構成的濾色器之液晶反射式顯示器的利益。 發明背t (1) 發明領域 本發明大致上係關於液晶顯示器裝置。本發明更特別 地係關於可用於液晶顯示器之新穎性技術。 (2) 技術背景 對液晶顯示器（LCD)之需求已於近幾考來膝著電勝科 技之蓬勃發展而顯著地增高。舉例而言，LCDs被普遍地使 用於個人電腦、電視、行動電話、手錶以及多種其他電子 裝置。對LCDs之普遍使用及肯定已導向增加對此項科技有 持續性創新的需求，俾以製成例如：手提式、更省電及低 價位之顯示器裝置。 對反射式LCD的研發係為達成此等需求的一種嘗試。 一個反射式LCD係藉由環境光來顯示圖像。因此，實際使 用之所有的反射式LCDs皆具有一個反射器可將該入射光 反射給觀看者。於一個傳統的反射式LCD中，鋁鏡已典型 地被使用。一個涉及使用一個鋁鏡的困難係因其為一種鏡 面反射器。一種鏡像反射器通常不為所欲是因為其包含一 光源及其他物件（包含該使用者）之反射圖像，其可能會分 月欠觀看者對§亥顯示圖像的專注集中。因此，部分反射式Lcd 通常將該反射光漫射至足以糢糊雜反射圖像，但卻不致於 過度模糊該被顯示之圖像。於傳統的反射sLCD中，漫射 本紙張尺度適用中國國家標準（OJS) A4規格（21〇><297公董） 1262338 A7 p,-·. ν^ν-ι^ιττττΓ-η ·.·^^^rw^r^r，τr: „ ^ f [ ++' · ·ΐ1β'»·'«***Γ·Τί5ΪΤΤ·.-^1»^ ^ΖΛ_^s ___ I五、發明説明（2 ) — ! | 式反射係藉由兩種方法之一種來予以達成；其一係藉由添 設一個漫射體薄膜，其通常是在顯示器機身的前端，或者 藉由在鍍覆一金屬鏡面之玻璃基材的内層表面上形成圖 案。傳統的反射式顯示器通常是藉由一個分開的濾色層來 使其能夠顯示彩色，該分開的濾色層係利用在每一個像素 點吸收光來產生例如：紅、綠及藍色。此種顯示器的結構 中一分開的組件層係為每一種功能：彩色顯示、反射及光 漫射所需而導致該顯示器結構的組件數量相當龐大，且傾 向於導致一個較複雜的製程以及較高的成本。 再者，90。扭轉向列（TN)液晶裝置構型係為用於傳輸式 顯不器首要的技術，通常無法使用在傳統的反射slcd 内。因此，其他的LC裝置構型傾向於被使用來達成在每一 個像素點上有適當的量度調變。通常大部分的這些他種乙。 裝置構型在一或數個方面都不如9〇。扭轉向列（TN)。舉例而 吕，這些LC裝置構型傾向於蒙受一部分下列的缺點：一個 不夠暗的黑色狀態、低量度、弱反差、個別的原色具有互 不相同的調變曲線、一個不和諧的白色狀態（沒有電場）、 較高的運作電壓、對胞隙需要嚴格的容限度及/或一個受限 的視野。任何一項或多項此等限制都會降低該LCD的功能 及/或增南製造的成本。非90。扭轉向列（TN)裝置構型的又 一個嚴重缺點是在於其不能採用現有傳輸式LCDs的製造 架構。 發明之概要說明 於某一方面中，本發明係包含一個反射式液晶顯示器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .、訂| C- 1262338 A7 丨^—_一_______________________ 五”貧明説明（3 ) (LCD)，其包含彼此疊置的一個膽固醇偏光裝置，一個液 晶晶胞以及一個内部四分之一波長減速器。於此方面的一 .請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 個變化中，該液晶晶胞可以包含一個9〇。扭轉向列（TN)液 晶。 於另一方面中，本發明係包含一個反射式LCD，其包 含一個線性偏光器（該線性偏光器具有一個偏光裝置）、一 個液晶晶胞、一個四分之一波長減速器（該四分之一波長減 速器具有一個快轉軸）、一個膽固醇液晶偏光裝置（其包含 數個像素區域及一個吸收介質）。 於又一個方面，本發明包含一種用以製造一個反射式 LCD的方法，該方法包含設置一個液晶晶胞被置放在鄰接 一個具有數個像素區域之薄膜電晶體陣列上，且在該液晶 晶胞上疊置以一個膽固醇液晶偏光裝置。 -線| 於本發明尚有另一方面係包含一個膽固醇液晶偏光裝 置。該裝置包含一個基材、一個校準層以及一個包含數個 像素區域之膽固醇液晶偏光層。該等像素區域被配置呈一 個由紅色像素、綠色像素以及藍色像素所構成的重複式陣 列’該紅色像素反射紅色圓形偏振光，該綠色像素反射綠 色圓形偏振光，以及該藍色像素反射藍色圓形偏振光。 胤式之簡要說明 第1圖是為一個像素化（紅綠藍）(rgb)clc偏光裝置的 斷面結構圖。 第2A圖是為另一個具體例之一個像素化（紅綠 藍）(RGB)CLC偏光裝置的斷面結構圖。 本紙張尺度適用中國國家標準A4規格（21〇χ297公釐） 1262338 A7 ——B7 五、發明説明（4 ) 第2B圖是為如第2A圖中以2B標示之圓形區域的一個 放大圖。 第3圖是為一個本發明具體例之一個反射式lcd的斷 面結構圖。 第4圖是為另一個本發明具體例之一個反射式lcd的 斷面結構圖。 詳細說明 本發明是一個新穎性液晶顯示器（LCD)。本發明之 LCD係包含一個液晶晶胞以及一個cLC偏光裝置。該CLC 偏光裝置的諸項具體例可有效地取代相對而言較為複雜之 傳統濾色器、金屬鏡面以及漫射體組件所構成的組合。本 發明之反射式LCD係傾向於具有較少的組件，且相較於此 種傳統的組合會具有一個簡單的生產製程。再者，本發明 可進一步提供用以研發超薄及重量輕的反射式LCd。本發 明可進一步地提供一個具有高對比度（意即，一個接近純黑 色狀態）、一個和諧的白色狀態、高效率光度調控、最弱波 長調變反應、以低伏特數運轉及對中斷變化有容限性的反 射式LCD。 於討論本發明之結構及功能之前先來描述CLC偏光層 是有助益的。簡要而言，CLC偏光層可以被想成是數層二 次光折射薄膜以彼此接連疊層所組成。一般而言，CLC偏 光層的一個重要特點為其週期性結構：一種沿優先定向（， 螺旋軸’）的前進，其係涉及一上文所述二次光折射薄膜之 局部快轉軸的線性及連續性旋轉。Li等人（於美國專利案 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公董） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ▼裝-

、可I ▼線· 1262338 A7 B7 五、發明説明（5 ) ! 第 5,691，789及 6,034,753 號，以及 SID ’96 Digest，p. Ill Ιί 1 (1996)中）以及 Hochbaum 等人（於 SID99 Digest，ρ· 1063 (1999)中）非常詳細地討論聚合物CLC偏光層以及其等之製 造。上文所引述為參考資料係以其整體併入本案作為參考 資料。對本案揭露内容而言，下列述語及定義被使用於全 案中。一個包含數層膽固醇聚合物薄膜之CLC偏光層係執 行一項預設的光學偏光功能，舉例而言，在一光波長範圍 之間只反射右旋（RH)圓形偏振光。一個CLC偏光裝置係為 一個執行一項預設之光學偏光功能的裝置，且其包含一層 或數層CLC偏光層。 被使用於本發明之CLC偏光裝置只於一預設波長範圍 内反射一種圓形偏振光（右旋RH或左旋LH)，且實質上其他 的光皆被透射。舉例而言，一個被使用於本發明之CLC偏 光裝置可以反射在可見光譜中之紅色部分的右旋（RH) 光。而左旋（LH)紅光及實質上所有其他波長的光（無論為右 旋RH或左旋LH)都會被透射。一個CLC偏光裝置的偏振光 反射帶寬（bandwidth)係視該膽固醇液晶之分子間距分佈曲 線以及該CLC材料的二次光折射性而定（Li et al.，美國專 利案第 5,691，789及 6,034,753 號，以及 Li et al·，SID ’96 Digest，ρ· 111 (1996))。一個CLC偏光裝置的波長範圍及波 長範圍中心皆可以在一寬廣的波長範圍内被調變。該波長 範圍可以數打至數千個毫微米（nanometer)。該中央波長實 質上可以被調變為任何一個波長。此種可反射右旋（RH)或 左旋（LH)光之CLC偏光裝置的製造係被描述於上文所引述 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) C- 、τ ▼線 1262338 A7 B7 五、發明説明（6 ) 之美國專利案。 本發明之具體例可以使用一個CLC偏光裝置，其包含 數個像素區域，每一個像素區域所反射之偏振光（右旋RH 或左旋LH)係呈三原色（例如：紅、綠及藍）其中之一色。 一個原色的討論可以被發現於Hecht，Optics 2nd Ed.， Addison-Wesley Publishing Company，ρ·115 (1987) 〇 紅、綠 及藍被普遍地使用於LCDs内，且因此而被使用於本發明之 特定具體例中。像素區域之製備係藉由對在處理可以紫外 光（UV)處理之CLC材料期間控制紫外光（UV)強度以及曝 光時間及溫度所熟知的技藝。 現在參見第1圖，一個示例性CLC偏光裝置10係包含一 個基材12，於該基材之上被放置的是一個包含數個紅、綠 及藍像素之CLC偏光層14。一個校準層15通常被置放於基 材12與CLC偏光層14之間來校準相鄰之CLC分子。舉例而 言，該校準層15可以是一種聚醯亞胺薄膜，其係以一種耐 隆層軟絨予以機械式’摩擦’。於CLC偏光層14中延展之液 晶分子被校準呈該摩擦的方位。其亦可能不使用機械式摩 擦來製備一校準層，舉例而言，利用傳統光照適當地照射 在校準層15上。這些技術對該等熟習此項液晶技藝之人士 是熟知的，且因此不在此被進一步詳細討論。 當被整合於本發明之反射式LCDs 20、20’等（被討論於 下文）時，CLC偏光裝置10可以提供類似被使用於傳統反射 式LCDs中之一個不連續鏡面及濾色器。然而，裝置10與一 個傳統的鏡面是不同的，其不同在於所述之一個CLC偏光 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 9 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ▼裝- 、tr— _-線-

1262338 A7 B7I五、發明説明U5 ) 元件標號對照 10.. .膽固醇液晶偏光裝置 10’...膽固醇液晶偏光裝置 12.. .基材 14.. .膽固醇液晶偏光器 14’...膽固醇液晶偏光器 15.. .校準層 16…多重區域 16C...膽固醇液晶分子 20.. .反射式液晶顯示器 20’…反射式液晶顯示器 21.. .反射光22.. .入射光 24.. .線性偏光器 26.. .基材 28…層 30.. .液晶晶胞 32···四分之一減速器 34…黑色吸收體 A · · ·轴 A (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) C-

、可I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 18

Claims (1)

1262338 _請專利範圍 〜〜 9 0 1〗2 6 3號專利申請案申請專利範圍修正本 .〆*種反射式液晶顯示器，其包含： 一贍固醇液晶偏光裝置： '^液晶晶胞；及 一内部四分之一波長減速器： 該膽固醇液晶偏光裝置、該液晶晶胞以 八 一減速器係相互疊置，且 73之 該膽固醇液晶偏光裝置包括—多重區域社構 如申請專利範圍第！項之反射式液晶顯示器，、。其中該反 射式液晶顯示器包含一全白模式裝置。 Λ 3. 如申請專利範圍第1項之反射式液晶顯示器 射式液晶顯示器包含一全黑模式裝置。 4. 如申請專利範圍第！項之反射式液晶顯示器 晶晶胞被置放於鄰接一具有數個像素區域之薄：： 體陣列。 5. 如申請專利範圍第i項之反射式液晶顯示器，其中該 固醇液晶偏光裝置包含數個像素區域。 乂 6·如申請專利範圍第5項之反射式液晶顯示器，1中^ 像素區域被配置呈-由紅色像素、綠色像素及藍色像辛 所構成之重複性陣列，該紅色像素反射圓形偏振紅光， ⑽色像素反射圓形偏振綠光以及該藍色像素反射圓 形偏振藍光。 7·如申請專利範圍第！項之反射式液晶顯示器，盆中： 該液晶晶胞被置放於鄰接一具有數個像素區域之 93,07.02 2. 其中該反 其中該液 晶 膽 等 1262338 、申請專利範圍 薄膜電晶體陣列； 該膽固醇液晶偏光裝置包含數個像素區域；且 ό玄涛膜電晶體陣列之該數個像素區域係與該膽固 醇液晶偏光裝置之該數個像素區域配準。 8·如申請專利範圍第1項之反射式液晶顯示器，其中該多 重區域結構是藉由將一膽固醇液晶偏光層置放在一原 基材上而被製成。 9 ·如申凊專利範圍第1項之反射式液晶顯示器，其中該多 重區域是藉由在該膽固醇液晶偏光裝置的一表面上浮 雕一凸起結構而被製成。 10·如申請專利範圍第1項之反射式液晶顯示器，其中該液 晶晶胞包含一扭轉向列液晶。 11.如申請專利範圍第1〇項之反射式液晶顯示器，其中該杻 轉向列液晶是一 90。扭轉向列液晶。 12·如申請專利範圍第1項之反射式液晶顯示器，其又包含 一線性偏光器以及一吸收介質。 13·如申凊專利範圍第1項之反射式液晶顯示器，其包含一 單色顯示器。 14· 一種反射式液晶顯示器，其包含： 一線性偏光器，該線性偏光器具有一偏振方向； 一液晶晶胞；及 四刀之一波長減速器，該四分之一波長減速器具 有一快轉軸； 包έ數個像素區域與一多重區域結構之膽固醇 20 1262338 申請專利範圍 液晶偏光裝置；及 一吸收介質。 15.如申請專利範目第14項之反射式液晶顯示器，其中該液 晶晶胞被置放於鄰接一具有數個像素區域之薄膜電晶 體陣列。 S

16·如申請專利範圍第15項之反射式液晶顯示器，其中該薄 膜電晶體陣列之該數個像素區域與該膽固醇液晶偏光 裝置之該數個像素區域配準。 17·如申請專利範圍第14項之反射式液晶顯示器，其中該液 晶晶胞包含一扭轉向列液晶。 18·如申請專利範圍第17項之反射式液晶顯示器，其中該扭 轉向列液晶是一 90。扭轉向列液晶。 19·如申請專利範圍第14項之反射式液晶顯示器，該反射式 液晶顯示器是一全白模式裝置，其中

该四分之一波長減速器之該快轉軸被定向在與該 線性偏光器之該偏振方向成-45。；且 該膽固醇液晶偏光裝置反射實質上完全左旋的圓 形偏振光。 20.如申請專利範圍第14項之反射式液晶顯示器，該反射式 液晶顯示器是一全黑模式裝置，其中 6玄四分之一波長減速器之該快轉軸被定向在與該 線性偏光器之該偏振方向成+45。；且 該膽固醇液晶偏光裝置反射實質上完全左旋的圓 形偏振光。 21 1262338 六、申請專利範圍 21·如申請專利範圍第14項之反射式液晶顯示器，該反射式 液晶顯示器是—全白模式裝置，其中 该四分之一波長減速器之該快轉軸被定向在與該 線性偏光器之該偏振方向成+45。；且 該膽固醇液晶偏光裝置反射實質上完全右旋的圓 形偏振光。

22·如申請專利範圍第14項之反射式液晶顯示器，該反射式 液晶顯示器是一全黑模式裝置，其中 °玄四为之一波長減速器之該快轉軸被定向在與該 線性偏光器之該偏振方向成-45。；且 該膽固醇液晶偏光裝置反射實質上完全右旋的圓 形偏振光。 23· —種用以製造反射式液晶顯示器之方法，該方法包含： °又置一液晶晶胞，其被置放在鄰接一具有數個像素 區域之薄膜電晶體陣列上，

將一包括一多重區域結構之膽固醇液晶偏光裝置 疊置在該液晶晶胞上， 於該膽固醇液晶偏光裝置與該液晶晶胞上疊置以 一線性偏光器、一四分之一波長減速器及一吸收介質。 24·如申請專利範圍第23項之方法，其又包含： 設置數個像素區域給該膽固醇液晶偏光裝置， 配置该等像素區域呈一由紅色像素、綠色像素及藍 色像素所構成的重複性陣列，該紅色像素係反射圓形偏 振紅光，該綠色像素係反射圓形偏振綠光以及該藍色像 22 1262338 、申請專利範圍 素係反射圓形偏振藍光。 25·如申請專利範圍第 貝之方法，其又包含： 以該薄膜電晶體陣列之該等像素區域 固•液晶偏光裝置之該等像素區域，俾使之彼此配： -·如申料利範圍第23項之方法，其又包f準。 八：向'玄四分之一波長減速器之快轉軸，俾以產生一 全白模式之反射式液晶顯示器。 27·如申請專利範圍第23項之方法，其又包含： 全黑模式之反射式液晶顯示器 定向該四分之-波長減速器之快轉軸，俾以產生一 认如申請專利範圍第23項之方法’其中該液晶晶胞包含一 90°扭轉向列液晶。 29· 一種膽固醇液晶偏光裝置（10，10，），其包含·· 一基材（12); 一校準層（15);及 、 膽固醇液晶偏光層（14,14，），其包含數個像素區 域與一多重區域（16)結構，其中該等像素區域被配置呈 由紅色像素、綠色像素及藍色像素所構成的重複性陣 列，該紅色像素係反射圓形偏振紅光，該綠色像素係反 射圓形偏振綠光以及該藍色像素係反射圓形偏振藍光。 30· —種反射式液晶顯示器，其包含： 一膽固醇液晶偏光裝置，其包含有多重區域，該等 區域之每一個相對於一個平行於該膽固醇液晶偏光裝 置之平面呈一個隨機角度斜交； 23 1262338 、申請專利範圍 液晶晶胞’及 一内部四分之一波長減速器； 該膽固醇液晶偏光裝置、該液晶晶胞及該内部四分 之一波長減速器係相互疊置。

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