CN1360219A - 改善了显示对比度的反射式液晶显示器 - Google Patents

Abstract

液晶显示器包括在前面也就是在接受入射光的一面上的一个基底,还有后面的第二个基底,第一个和第二个基底通过一个密封框连接,在它们相对的面上分别有第一组和第二组电极,显示器跟电极的控制电路连接,这个电路能够提供适当的控制电压给选中的电极,所述显示器还有一个黑色吸收层,用非导电的材料做成,其特征在于在基底的叠放顺序方向上,这个吸收层跟上面有第二组电极的后基底处在相同的高度上或者比它高。

Description

改善了显示对比度的反射式液晶显示器

发明背景

本发明涉及反射式液晶显示器，特别是改善了显示对比度，从而使显示出来的字符跟它的背景形成明显对比的液晶显示器。

背景技术

反射式液晶显示器具有不同的类型。例如透射式显示器，在显示单元的背后有一个金属反射器或者电介质反射器。

透射式显示器常常包括一个吸收式偏振片，放在这个单元的前面，还有第二个吸收式偏振片放在这个单元的后面，它的偏振方向垂直于放在这个单元前面的第一个吸收式偏振片的偏振方向。例如双扭式向列相液晶也就是TN液晶单元。光的第一个偏振分量被放在这个单元前面，也就是在接受入射光的一面的吸收式偏振片吸收，而垂直于第一个广分量的第二个光分量则透射到这个双扭式向列相液晶单元上。在这个双扭式向列相液晶单元中，透射光的极化方向旋转90度，从而使它们能够透射过去而不会被第二个吸收偏振片改变，使这个单元后面的观察者能够看到它。在施加了控制电压改变双扭式向列相液晶的光学状态的地方，通过了单元前面放置的吸收式偏振片的透射光通过所述单元而不会被这个双扭式向列相液晶单元改变，被放在这个单元后面的第二个吸收式偏振片所吸收。这样，在这个单元后面的观察者就能够看到白色背景上显示的字符。

为了将透射式单元变成反射式单元，如上所述，只需要在这个透射式单元后面放置一个金属反射器或者电介质反射器。这样，对于这个显示单元是一个双扭式向列相液晶单元的情况，通过所述单元前面的吸收式偏振片的双扭式向列相液晶单元透射过来的光被这个液晶旋转90度，然后透射过去而没有被这个双扭式向列相液晶单元后面的第二个吸收式偏振片改变，这第二个吸收式偏振片的极化方向垂直于第一个吸收式偏振片，最终被反射器所反射。这一束光沿着同样但方向相反的路径通过这个单元和吸收式偏振片，能够被所述单元前面，也就是被入射光所在一侧的观察者看到。

也有一些反射式液晶单元没有任何偏振片。例如用聚合物稳定的胆甾醇型也就是“PSCT”液晶单元。

某些胆甾醇型液晶具有周期性的双扭式结构，它会因为布拉格反射，将跟液晶的旋转方向相同的圆极化光反射出去。这样，右旋胆甾醇型液晶会反射右旋圆极化光，而会使左旋圆极化光通过。相反，左旋极化胆甾醇型液晶会反射左旋圆极化光。

没有偏振片用胆甾醇型反射式液晶的显示单元需要采用黑色吸收层，放在这个单元的后表面上。在选中的电极上施加一个适当的控制电压，改变这些电极交叉点上液晶的光学状况的时候，控制电压使液晶进入一种反射状态，或者进入一种透明状态。在反射状态中，胆甾醇型液晶反射一种偏振光的反射系数基本上等于0.5，而另外一个极化方向上的光则通过并且被吸收层吸收掉。施加控制电压的时候，液晶进入透明状态，从而允许单元后面的黑色层吸收的所有光通过。位于单元前面也就是入射光进入单元的一侧的观察者就能看见光亮背景上的黑色显示。

在制造过程中反射式单元背面黑色吸收层的放置存在一些问题。液晶单元常常是批量生产的。所有这些液晶单元用这两块板，还有形成一个网络将这些板连接起来的密封材料，形成所述单元的侧壁。这些侧壁形成一个空腔，在其中填满液晶。每一批都用玻璃切割技术，或者沿着平行直线锯开，分成矩形条。由于每一个单元都在条的边缘有一个开口，这些单元都被随后填满，并且密封它们的开口，然后沿着垂直于前面那些直线的直线将这些条分成一个一个矩形单元。这样，如果这些单元的线条有一些部分偏离了矩形的形状，就通过研磨成型。

将成批的单元分割成一个一个的单元之前将黑色吸收层涂在所有单元共用的两个极板的一块上。黑色的吸收层有可能没能覆盖对应平板的整个表面，因为它有可能被损坏并且影响切割和研磨操作。这些单元也可以一个一个地制作，但是这样做会使制造过程比成批地生产更加复杂价格更加昂贵。因此，目前采用的技术是在它的最终图形上在每一个单元共用的平板之一上涂上黑色吸收层。这样做比将黑色的吸收层分别涂在每一个单元上要简单，但是它比较复杂，需要较高的精度，因而不可避免地使这些单元的最终价格更高。

反射式单元的另外一个常见问题是具有不同光折射指数的两种不同材料之间每个表面对入射光多次反射所造成的光损耗。通过本专利申请的图1能够更好地理解这个问题。

用数字1表示的上述反射式显示器包括前面的第一个透明基底2，也就是接受入射光的一侧，以及在背面的第二个基底4，基底4跟前基底2平行。

基底2和4可以用玻璃或者塑料制成。它们用一个密封框6连接起来，在它们之间形成一个空腔，用于容纳例如胆甾醇型反射式液晶的薄膜或者层8。

面向基底4的基底2的表面有第一组电极10。面向基底2的基底4的表面2有第二组电极12，它的形状是例如垂直于电极10的条状。电极10和12可以用导电带形成，用例如铟锡氧化物(ITO)用传统技术做成。显示器跟电极10和12的控制电路连接，这个电路提供控制电压给这些电极，将液晶切换成反射状态或者是透明状态。最后，背面基底4的外表面被涂上一层黑色吸收层14。

如图1所示，用阿拉伯字母I表示其强度的入射光在具有不同光折射指数的两个媒质之间的表面上反射。这样，将依次采用以下符号：

-R0表示前基底2外表面反射的光的强度；

-R1表示在这个表面上前基底2的背面和第一组电极10之间的表面反射的光的强度；

-R2表示第一组电极10和液晶层8之间的界面反射的光的强度；

-R3表示液晶层8和第二组电极12之间的界面反射的光的强度；

-R4表示第二组电极12所在的后基底4的正面跟第二组电极12之间的界面反射的光的强度；

-R5表示后基底4的背面和第二个基底背面上的黑色吸收层14之间的界面反射的光的强度。

最后，Rx表示胆甾醇型液晶8反射的光的强度。

为了给出一个量级概念，并且忽略多次内部反射，估计反射强度R0代表入射光总强度I的大约4％，R1、R2、R3和R4每个都代表入射光总强度I的大约1％～2％，R5是入射光的1％。于是，对于R0～R5，有10％的入射光被反射，这是不能忽略的，它会改变显示器1显示的字符的亮度。

光反射R0、R1、R2、R3、R4和R5会降低显示对比度CR。显示对比度CR被定义为液晶8进入反射入射光的状态的时候显示器1的反射率R跟液晶8基本上进入透明状态的时候显示器1的反射率r之间的比值。反射率R是胆甾醇型液晶处于反射状态的时候，胆甾醇型液晶8反射的光R0～R5的总和，反射率r是胆甾醇型液晶处于透明状态，基本上允许所有光通过的时候，胆甾醇型液晶8反射的光R0～R5的总和。因此，一阶近似下的显示对比度CR是： $\mathrm{CR}=\frac{R}{r}=\frac{\mathrm{RB}+R0+R1+R2+R3+R4+R5}{\mathrm{RS}+R0+R1+R2+R3+R4+R5}$

显而易见，显示对比度CR越大，显示器1显示的字符对比越明显，显示器1在黑色状态下，也就是胆甾醇型液晶8基本上处于透明状态的时候，反射率r越小，只反射少部分光。作为一个一般的规则，透明状态下胆甾醇型液晶8反射的光不可能减少得太多。但是，可以在光折射指数不同的两种媒质之间的每个表面上放置防反射层来减少反射系数R0～R5。但是，这些防反射层常常非常昂贵，并且会使显示单元的制造工艺更加复杂。这就是为什么这样的防反射层不能大规模地使用，市场上投放的显示器的显示对比度很一般。

发明目的

本发明的主要目的是通过提供反射式液晶显示器来克服以上缺点，它非常简单，制造起来便宜得多。

发明概要

一方面，本发明涉及一种液晶显示器，它在接受入射光的正面有一个基底，在背面有第二个基底，从而使第二个基底跟前基底平行，第一个基底和第二个基底用一个密封框连接起来，在它们之间形成一个空腔，用来容纳液晶，在它们的相对面上分别有第一组和第二组电极，这个显示器跟电极的一个控制电路连接，这个电路能够提供适当的控制信号给选中的电极，以便改变电极交叉点上液晶的光学状态，也就是将液晶切换成反射状态或者透射状态，这个显示器还包括一个黑色吸收层，用不导电的材料做成，其特征在于吸收层在基底的叠放顺序方向上跟安置第二组电极的后基底齐平或者更高。

由于这些特征，本发明提供了一种显示器，它能减少由于寄生反射导致的光反射，从而显著地提高显示对比度。此外，再也不必为了在切割步骤中能够对玻璃进行切割而一次性地涂覆黑色吸收层，因而能够简化制造工艺，降低成本。

按照本发明的另外一个特点，第二组电极是用黑色导电材料做成的，还有一个黑色的吸收层，它也是黑色的，用不导电的材料做成，它的反射系数接近或者等于用来制作电极的材料的反射系数，这一层至少覆盖没有被电极覆盖的部分。

通过这种方式，在液晶被切换成同样地透明或者反射状态的区域，光会同样地被黑色层和电极吸收或者反射，因此会在所述显示器整个表面上获得非常均匀的颜色显示。还能获得最佳的显示对比度。

更加精确地说，通过利用黑色电极，能够消除在液晶层和第二组电极之间的界面上通常会产生的寄生反射，以及在这第二组电极和沉积第二组电极的后基底之间的界面上会产生的寄生反射。这样，本发明的电极不会跟这个器件显示表面的其余部分形成鲜明的对比，从而使这些电极对于观察者来说是完全看不见的。另一方面，由于第二组电极能够提供控制电压将液晶从反射状态转换成透明状态以及反过来，同时能够作为黑色的吸收层，在沉积和构成电极之后一次性地沉积黑色吸收层的制造步骤不再需要很高的精度，它当然对制造成本有很大的有利影响。

第二方面，本发明涉及一种液晶显示器，它包括在正面也就是接受入射光的那一面的一个基底，还有背面上的一层，这一层跟前基底平行，前基底和这一层在它们的相对两面分别有第一组电极和第二组电极，多个液晶盒或者是聚合物胶态液晶形成的薄膜在所述前基底和所述层之间，其特征在于这一层是黑色的吸收层，用不导电材料做成，其特征还在于第二组电极用同样是黑色的导电材料做成，用于制作黑色吸收层的材料的反射系数接近或者等于用于制作电极的材料的反射系数。

通过阅读下面对本发明中显示器各种实施方案实例的详细描述，会更加了解本发明的其它特征和优点，这些实例纯粹是非限制性的，在描述过程中要参考附图，其中：

附图简介

-已经提到过的图1是现有技术中显示器的一个剖面图，其中用不导电材料做成的黑色吸收层沉积在后基底的外表面上；

-图2是本发明第一个方面中显示器的一个剖面图，其中用不导电材料制作的黑色吸收层沉积在第二组电极和后基底之间；

-图3是本发明中显示器的一个剖面图，其中用不导电材料制作的黑色吸收层沉积在第二组电极上；

-图4是本发明中显示器的一个剖面图，其中后基底上的第二组电极是用黑色不导电材料制作的，还跟一个黑色的吸收层相关联，它覆盖后基底上第二组电极没有覆盖的那一部分，它是用不导电的材料制作的，它的反射系数等于或者接近用于构成电极的材料的反射系数；

-图5是本发明中显示器的一个剖面图，其中后基底上的第二组电极是用黑色导电材料制作的，由不导电材料形成的黑色吸收层所覆盖；

-图6是本发明中显示器的一个剖面图，其中用不导电材料制作的黑色吸收层在后基底和黑色导电材料做成的第二组电极之间；

-图7是本发明中显示器的一个剖面图，其中用不导电材料制作的黑色吸收层是用单独一块后基底制作的；和

-图8是本发明第二个方面中显示器的一个框图，其中多个液晶盒或者是聚合物胶态液晶形成的薄膜在前基底和不导电材料形成的黑色吸收层之间。

详细描述

本发明来源于这样一个总的构想，那就是在反射式液晶显示器中，将通常是放在后基底下面的黑色吸收层搬到比所述后基底还要高的位置上。通过这种方式，能够减少入射光在不同折射指数的两种材料或者媒质之间界面上的寄生反射，它能够显著地提高对比度。此外，在这些单元的大批量生产过程中，再也没有必要沿着显示单元的图形一次性地沉积黑色吸收层，这样做能够简化这些单元的制造过程，降低生产成本。

在以下描述中，跟前面参考图1所描述的那些单元相同的单元将用同样的引用数字来表示。

图2是本发明第一个实施方案中显示器1的一个剖面图。这样一个显示器1是在光透过的那一面上用前基底2和面对前基底2跟它平行的后基底4形成的。前基底2和后基底4用一个密封框6连接起来，在它们之间形成一个空腔，用于容纳反射式液晶薄膜或者层8。前基底2面向后基底4的表面上有第一组电极10，后基底4面向前基底2的表面上有第二组电极12。

从图1所示现有技术中的实施方案会发现本发明中黑色吸收层14不再在后基底4的底部表面上，而是按照基底2和4的顺序比后者要高一些，如果上面有第二组电极12面向这同一个基底4的后基底4的底部表面被看作最低的一层。具体而言，黑色吸收层14在后基底4和第二组电极之间。采用跟图1中相同的术语来描述不同光折射指数材料之间界面上的光反射，会发现第二组电极12和后基底4正面之间界面上的反射R4消失了。这当然是因为黑色吸收层14是在后基底4的前表面上，并且这一组电极12是在所述黑色吸收层上形成的。通过简单的计算就能够证明去掉反射R4，使液晶8切换成基本上透明的状态的时候显示器1的反射系数r下降，会导致显示对比度CR提高。此外，由于在大批量生产的时候不再在所有显示单元共用的平板之一的后表面上涂覆黑色吸收层14，所以没有必要按照每个单元的图形沉积这个黑色的吸收层14，这样就能够大大地简化制造工艺，从而降低制造所述单元的成本。

在图3中，黑色吸收层14沉积在第二组电极12上。本发明中显示器1的这第二个实施方案能够消除反射R3和R4，跟图2所示实施方案比较起来，从显示对比度CR的角度来看更加合适。实际上当液晶处于透明状态的时候显示器1的反射率r下降得更多，它会更加进一步地提高显示对比度CR。

图4是本发明中显示器1的一个剖面图，其中后基底4上面的第二组电极12是用黑色导电材料做成的，并且跟一个绝缘吸收层14有关，它也是黑色的，并且至少覆盖没有被电极12覆盖的那一部分后基底。

在图4所示的实例中，可以看出黑色吸收层14只是覆盖后基底4没有被电极12覆盖的那些区域。黑色吸收层14是用不导电的材料做成的，它的反射系数接近或者等于用来制作黑色电极12的材料的反射系数。

从提高对比度的角度来看，这个实施方案跟图3所示的那个一样好。它能够消除反射R3和R4，它们分别是液晶层8和第二组电极12之间界面上的反射以及第二组电极12和后基底4的正面之间界面上对入射光的反射。因此，反射系数r会下降，从而提高显示对比度CR。但是，跟图3所示的实施方案相比，图4所示的实施方案具有这样的优点，没有因为电极12和液晶层8之间黑色层14的存在而产生电压降。这个电压降事实上要求在电极10和12之间有更高的控制电压，从而最终增大功耗，并且意味着黑色吸收层14必须保持一个恒定的厚度，以便能够使这个显示器上所有电极上的控制电压均匀。因此必须采用印刷技术，对黑色吸收层14的厚度进行检查，这样会增加显示器的制造成本。但是，对于图4所示的显示器，黑色吸收层14的厚度所起的作用没有那么大，因而能够采用比较简单不那么昂贵的印刷技术。

要进一步指出，由于用来制作黑色吸收层14的材料的反射系数基本上等于黑色电极12的反射系数，因此所述电极12和所述吸收层14反射的光R5是相同的。所以，在液晶8被切换成相同的透明或者反射状态的区域，黑色层14和黑色电极12会用几乎相同的方式吸收光，从而在所述显示器1的整个表面上用非常均匀的颜色提供高对比度显示。因此这些电极将不能够通过视觉方式跟本发明中这个器件显示表面上的其余部分区分开来，因此这些电极对于观察者来说将是完全看不见的。

图5是本发明中显示器1的一个剖面图，其中后基底4上面的第二组电极12是用黑色导电材料制作的，上面覆盖了黑色吸收层14。从光损耗的角度来看，这个实施方案跟图4所示的同样好，但是制作起来比较简单。实际上不是象黑色吸收层14只是覆盖没有被黑色电极12覆盖的那些部分后基底4那样，它覆盖后基底4的整个表面。因此大大地简化了黑色吸收层14的沉积工艺，对精度的要求也降低了，从而大大地缩短制造时间。

图6是本发明中显示器1的一个剖面图，其中黑色吸收层14在后基底4和黑色导电材料做成的第二组电极14之间。从光损耗角度和制造角度来看，这个实施方案跟图5所示的实施方案一样好。实际上，黑色吸收层14覆盖了后基底4的整个表面，因此能够在沉积的时候不需要特别注意。此外，由于吸收层14的反射系数接近或者等于黑色电极12的反射系数，所以所述层14反射的光和所述电极12反射的光基本相同，在显示器1的整个表面上能够获得非常均匀的显示。

图7是本发明中显示器1的一个剖面图，其中的黑色吸收层14是用单独一块后基底4做出来的。因此后基底4是用玻璃或者塑料做成的，它的整体颜色是黑色。从光效率的角度看，本发明中显示器1的这个实施方案跟图5和图6所示的实施方案一样好。但是，由于后基底4作为电极支撑面，又作为黑色吸收层，所以省去吸收层的沉积步骤会获得额外的好处，它会节省制作时间，从而降低显示器1的制作成本。

第二方面，本发明涉及(见图8)一种液晶显示器1，它包括正面也就是接受入射光的那一面上的一个透明基底16，在背面还有一层18，从而使这一层18跟基底16平行。层18所起的作用相当于前面所描述的后基底4所起的作用。前基底16和层18在它们的相对面上有第一组透明电极20和第二组电极22。例如，电极20和22的形状可以是互相垂直的条状。多个液晶盒和聚合物胶态液晶形成的薄膜245在基底16和层18之间。

按照本发明，层18是一个黑色吸收层，由不导电材料做成，而第二组电极22则是用颜色也是黑色的导电材料组成。用来制作黑色吸收层18的材料的反射系数接近或者等于用来构成电极22的材料的反射系数。

结果是能够省去通常是用玻璃这样的刚性材料或者塑料这样的半刚性材料制作的后基底4，用黑色吸收层26替代，可以用各种方法在黑色电极22上沉积，比方说印刷、蒸发或者其它方法。这样就能够降低制作成本。

按照本发明，如果需要，用来制作第二组电极的黑色导电材料可以是一种粘性或者黑色的清漆，其中有碳颗粒这样的导电颗粒。黑色粘性材料可以包括树脂和硬化剂，它们中间的一种里有导电颗粒。可以采用Lack Verke GmbH公司生产的名称是Carbon Light Lack SD 2841的产品。

至于黑色吸收层的沉积，可以采用丝网印刷、tampo印刷、苯胺印刷或者所述黑色层的蒸发沉积。这一吸收层可以用黑色的绝缘漆做成，比方说Lack Verke GmbH公司生产的名称是Heatsinkpaste HSP 2741的产品。

由此可知，本发明涉及一种反射液晶，也就是在第一种状态下不用反射器来反射光，在第二种状态下基本上是透明的。在这些液晶中，有胆甾醇型液晶，还有用全息或者某些聚合物胶态液晶或者“PLDC”形成的液晶/聚合物结构。

显然本发明并不限于这里给出的实施方案，它们会有许多的改进和变化而不会偏离本发明的范围。

Claims (17)

1.液晶显示器(1)，包括在正面也就是在接受入射光的一面上的一个基底(2)，还包括背面上的第二个基底(4)，从而使第二个基底(4)跟前基底(2)平行，第一个和第二个基底(2，4)通过一个密封框(6)连接，以便在它们中间形成一个空腔，用于容纳液晶(8)，在它们相对的面上分别包括第一组(10)和第二组(12)电极，所述显示器(1)跟电极(10，12)的控制电路连接，所述电路能够提供适当的控制电压给选定的电极，以便在所考虑的电极交叉点上改变液晶的光学状态，也就是将液晶(8)转换成反射状态或者转换成透明状态，所述显示器(1)还包括一个黑色吸收层(14)，由非导电材料做成，其特征在于这个吸收层(14)在基底(2，4)的叠放方向上跟后基底(2)上面有第二组电极的面一样高或者比它高。

2.权利要求1的显示器，其特征在于黑色吸收层(14)在后基底(4)和第二组电极(12)之间。

3.权利要求1的显示器，其特征在于黑色吸收层(14)在第二组电极(12)上。

4.权利要求1的显示器，其特征在于第二组电极(12)是用黑色导电材料做成的，并且跟也是黑色但用非导电材料做成的一个吸收层(14)相关联，它的反射系数接近或者等于用来制作电极(12)的材料的反射系数，这一层(14)至少覆盖了没有被电极(12)覆盖的部分，这样，在液晶(8)被切换成同样的透明或者反射状态的区域内，光或者可以被黑色层(14)吸收，或者可以被电极(12)吸收，并且在所述显示器(1)的整个表面上提供一个高对比度的均匀色显示。

5.权利要求4的显示器，其特征在于第二组电极(12)在后基底(4)上，所述后基底(4)没有被所述电极(12)覆盖的那些部分被所述黑色吸收层(14)所覆盖。

6.权利要求4的显示器，其特征在于第二组电极(12)在后基底(4)上，黑色吸收层(14)在第二组电极(12)上。

7.权利要求4的显示器，其特征在于黑色吸收层(14)在后基底(4)和第二组电极(12)之间。

8.权利要求4的显示器，其特征在于黑色吸收层(14)是用单独一块后基底(4)做出来的。

9.权利要求8的显示器，其特征在于后基底(4)是用玻璃或者塑料做成的，它的颜色是黑色。

10.液晶显示器，包括在前面也就是在接受入射光的那一面上的一个基底(16)，还包括后面的一层(18)，从而使这一层(18)跟前基底(16)平行，前基底(16)和这一层(18)分别在它们的相对面上有第一组和第二组电极(20，22)，由多个液晶盒或者聚合物胶态液晶形成的薄膜(24)在所述前基底和所述层之间，其特征在于这一层(18)是黑色吸收层，用不导电材料做成，其特征还在于第二组电极(22)是用也是黑色的导电材料做成的，用于制作黑色吸收层(18)的材料的反射系数接近或者等于用来制作电极(22)的材料的反射系数。

11.权利要求4～10中任意一个的显示器，其特征在于导电材料是一种掺杂了导电颗粒的黑色清漆。

12.权利要求4～10中任意一个的显示器，其特征在于导电材料是掺杂了导电颗粒的一种黑色粘合剂。

13.权利要求12的显示器，其特征在于黑色导电粘合剂包括树脂和硬化剂，这两种成份中的一种掺杂了导电颗粒。

14.权利要求11～13中任意一个的显示器，其特征在于导电颗粒是碳颗粒。

15.权利要求1～14中任意一个的显示器，其特征在于吸收层(14，18)是用黑色绝缘漆制作的。

16.权利要求1～15中任意一个的显示器，其特征在于黑色吸收层(14，18)是用丝网印刷、tampo印刷、苯胺印刷或者是气相沉积沉积而成的。

17.权利要求1～16中任意一个的显示器，其特征在于反射式液晶(8)是从胆甾醇型液晶、用全息术形成的液晶/聚合物结构和聚合物胶态液晶形成的一组中选择出来的。

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