CN1087438C - 液晶显示器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种液晶显示器包括一个液晶板1、一个定向背光2及一个光漫射装置。液晶板1是透光型的，有一个正面和一个在该正面对侧的背面。一个偏振片4置于液晶板1的正面之前。背光2置于液晶板1的后侧，向液晶板1提供几乎平行的照明光束。光漫射装置置于液晶板1的前侧，漫射并发射离开该液晶板1的那些入射照明光束。该光漫射装置包括一个光漫射层9和透明填料10。

Description

液晶显示器及其制作方法

本发明涉及一种透光液晶显示器的照明结构。详细地说，本发明涉及一种由一个设置在一个透光液晶板的后侧的定向背光和一个安装在其前侧的光漫射件的组件组成的照明结构。进一步更详细地说，本发明涉及一种用来防止到达该光漫射件的外界光被它反射的结构。

液晶显示器的特征在于其结构是平坦的而且耗电量很小。因而，液晶显示器正变得越来越流行并且在诸如，仅举少数，除了车辆仪表盘、测量显示单元、办公自动化设备和电视接收机之外还有手持式计算器和手表之类的用途中投入实际使用。然而，由于液晶显示器具有不发光的性质，在暗处使用液晶显示器并不方便。为了使液晶显示器容易看并使得可以把液晶显示器在暗处使用，开发了一种用来均匀地发出照明光的背光以设置在液晶显示器的后侧。这种背光的一个例子由鹤原(Tsuruhara)在《Nikkei新材料》1986年12月15日号第46-49页中公开。液晶显示器容易看的程度是变化的，与环境光(外界光)的亮度有关。尤其是，在反光型液晶显示器的场合，液晶显示设备容易看的程度受外界光的影响很大。另一方面，在采用背光照明技术的透光型液晶显示器的场合，由于背光的背光照明，即使外界光的水准较低，其觉显示力也不降低。尤其是，在户外液晶显示器的场合，例如汽车仪表盘，对该场合来说，外界光的亮度从白天的阳光的亮度值变到夜间灯光的亮度值，为了保持液晶显示器容易看的程度很高，无论如何需要带背光的透光型。

如前所述，液晶显示器提供一个大优点，即它的耗电量很小。然而，用于背光照明的背光耗电量大，抵销了该优点。因而，希望使用一个具有很高的照明效率的背光。为此，在某些场合，采用一种具有优秀的定向性，即具有接近于平行光束的分布的发射光分布的背光。同时，液晶显示器具有和液晶分子的排列有些关系的各种工作方式。在扭曲向列(TN)型、超扭曲向列(STN)型或多次反射(ECB)型的场合，其中任何一种都是广泛使用的，透射率与视野角有关。图7表示在TN型的场合，透射率对视野角的依存关系。该图表示一个根据针对与垂直于显示屏幕的直线成45°的倾斜方向的透射率的测量而得到的曲线。该图还表示对于在以垂线为中心的整个360°范围内的所有方向来说透射率的变化情况。从该图可以看出，沿三个方向，透射率良好，但沿其余方向，透射率变得极差，表明存在着透射率对视角的高度依存关系。当液晶显示器靠一个具有良好的定向性的背光来照射时，入射照明光几乎是直线前进的。因此，当从前侧的某个位置观看显示屏幕时，沿倾斜方向的发射光量较小。结果，在具有与视野角有关的透射率的液晶显示器的场合，在沿倾斜方向的某个位置观看时所得到的亮度变差，产生视觉显示力明显劣化的问题。

为了解决这个问题，提出了一种其中在液晶板的发射面设置一个光漫射层的结构。这种结构的一个例子在日本专利公开平成6-95099号中公开。通过设置一个光漫射层，从位于后侧的光源穿过液晶板几乎垂直地到达的入射照明光被该光漫射层漫射并发射，以造成一种沿倾斜方向也有足够光量的光学分布。结果，沿每个倾斜方向都能以实用水准获得显示亮度，即使对于一种其透射率与视野角有关的液晶板也使视觉显示力得以改善。

然而，在常规的光漫射层漫射一个入射照明光的同时，它也在一定程度上反射外界光，产生显示对比度变差的问题。

针对该问题，本发明的一个目的在于提供一种能抑制对外界光的反射的光漫射结构。

为了实现本发明的上述目的，提供以下装置。由本发明所提供的液晶显示器的基本配置包括一个透光液晶板、一个定向背光及光漫射装置。该透光液晶板包括一个正面和一个在与该正面相对的一侧的背面。一个偏振片位于该正面之前。该定向背光装置在该液晶板的后侧，产生几乎平行的入射照明光以施加于该液晶板。该光漫射装置装在该液晶板的前侧以便漫射并发射由该液晶板所透射的该入射照明光。该液晶显示器的特征在于，该光漫射装置包括一个光漫射层及透明填料。该光漫射层由分散在该液晶板的该正面与该偏振片之间的整个间隙中的一些透明精细颗粒制成。该填料也是透明的，填满那些透明精细颗粒之间的空隙。

在此配置中，那些透明精细颗粒具有与构成该液晶板的该正面的玻璃板的折射率不同的折射率，而该透明填料却具有与该玻璃板的折射率接近的折射率。

上述该液晶显示器能通过使用以下工艺来制作。首先，在一种装配工艺中，通过把一对玻璃板互相粘着并用液晶填满这两个玻璃板之间的间隙来装配一个液晶极。在后来的一种涂布工艺中，用透明填料来涂布组成该液晶板的那些玻璃板之一的表面以提供一个接合层。在后来的一种散布工艺中，把透明精细颗粒散布在其上事先已经形成一层胶膜的偏振片上，以制成一个均匀分散的光漫射层。最后，在一个压接工艺中，把该光漫射层叠合在该接合层上并把这两层互相压紧，以制成一个单一的组件，用该透明填料填满那些透明精细颗粒之间的空隙。作为理想的做法，在以上该涂布工艺中，用紫外线固化透明填料来涂布该玻璃板，并在该压接工艺中，在把该偏振片与该液晶板互相粘着的同时在其上施加一紫外线。

根据本发明，采用一种具有优秀的定向性，即具有接近于平行光束的分布的发射光分布的背光，以高度的效率去照明一个透光液晶板。此外，光漫射装置设在该液晶板的前侧。这样，到达该液晶板的几乎垂直于该液晶板的入射照明光在穿过该液晶板之后被该光漫射装置漫射并沿一些倾斜方向发射，从而造成一种沿那些倾斜方向也有足够的光量的光分布。结果，沿每个倾斜方向都能以实用水准获得显示亮度，即使对于一种其透射率与视野角有关的液晶板也使视觉显示力得以改善。此外，该光漫射装置由一个分散在该液晶板的该正面与该偏振片之间的整个间隙中的一些透明精细颗粒的漫射层组成，而且用透明填料填满那些透明精细颗粒之间的空隙。那些透明精细颗粒具有与构成该液晶板的该正面的玻璃的折射率不同的折射率，而该透明填料却具有与该玻璃板的折射率接近的折射率。结果，那些透明精细颗粒表现出能充分漫射入射照明光的功能而在那些透明精细颗粒之间的空隙中灌封的该透明填料能抑制外界光的反射。尤其是，能抑制由该偏振片背面和该玻璃板正面对外界光的反射，使显示对比度得以明显地改善。

图1A是模型图，表示由本发明所提供的一种液晶显示器的基本配置的剖面；

图1B是该液晶显示设备的功能方块图；

图2是用来解释透明精细颗粒的光学效应的示意图；

图3是模型图，表示一个典型的液晶板的剖面。

图4A和图4B是用来解释根据本发明抑制外界光反射的功能的模型图；

图5A和图5B是曲线图，表示借助于本发明所取得的改善透射率对视野角的依存性的效果；

图6表示一种用来制作由本发明所提供的一个液晶显示器的方法的工艺过程；以及

图7表示透射率对视野角的依存关系。

从下面对照附图对最佳实施例的详细描述中，本发明将变成显而易见的。图1A是模型图，表示由本发明所提供的一种液晶显示器的基本配置的剖面。图1B是该液晶显示器的功能方块图。如图1中所示，该液晶显示器包括一个透光液晶板1，一个定向背光2及光漫射装置。该液晶板1包括一对玻璃板3和3a，同时一种液晶填满这两个玻璃板3和3a之间的间隙并密封在那里。一个偏振片4装在该玻璃板3的前侧而一个偏振片5设在该玻璃板3a的后侧。玻璃板3和3a各有1.53的典型的折射率。该定向背光2装在该液晶板1的后侧，向该液晶板1施加几乎平行的入射照明光。在此例中，该定向背光2包括一个光源6和一个置于另一个之上的两层棱镜片7和8。该光源6是一个沿无特定方向发射光的平面荧光管。接收由该光源6沿无特定方向发射的光，那些棱镜片7和8反射并折射那些光，把它们转换成几乎平行的光束。互相垂直地一个置于另一个之上的那两层棱镜片7和8把由该光源6发出的那些光照准成沿二维方向分散的一些平行光束，使入射照明光几乎垂直于该液晶板1以便穿过该液晶板1。由3M公司制造的BEF90一般用作那些棱镜板7和8。

光漫射装置置于该液晶板1的前侧，漫射并发射离开该液晶板1的入射照明光。该光漫射装置包括一个光漫射层9及透明填料10。该光漫射层9由分散在该液晶板1的正面与该偏振片4之间的整个间隙中的一些透明精细颗粒9a构成。该填料10也是透明的，填满那些透明精细颗粒9a之间的空隙。在此配置中，那些透明精细颗粒9a具有与构成该液晶板1的正面的玻璃板3的折射率不同的折射率，而该透明填料10却具有与该玻璃板3的折射率接近的折射率。一般来说，那些透明精细颗粒9a每个都是一个具有大约30μm的平均颗粒直径的透明微珠并具有与该玻璃板3的1.53的折射率大不相同的1.93的折射率，给出优秀的光漫射特性。应该指出，该玻璃板3的厚度一般约为1.1mm。另一方面，该透明填料10一般由具有当紫外线施加于其上时将要固化的性质的树脂制成。一种由Three Bond公司制造的有商标3042(一退化丙烯酸酯族)的产品可用作该透明填料10。其折射率为1.55，几乎等于该玻璃板3的折射率。通过用该透明填料10这样填满该偏振片4与该玻璃板3之间的间隙，至少能有效地抑制在该偏振片4的背侧和在该玻璃板3的面侧对外界光的反射。

图1B是上述该液晶显示设备的功能方块图。如上所述，该光源6是一个沿无特定方向发射光的平面荧光管。该双层棱镜片把由该光源6发出的那些光转换成施加于该液晶板1的背面的几乎平行的入射照明光束。结果，从该光源6发出的光可以得到有效地利用，使该液晶板1得以明亮地被照明。离开该液晶板1的光被该光漫射装置漫射然后被发射。因此，即使从沿一个倾斜方向的某个位置来观看该液晶板的正面，也可以分辨出一个较明亮的显示屏幕。此外，该光漫射装置还能抑制对外界光的反射，使显示在该液晶板1上的画面的对比度得以改善。

图2是用来解释该透明球形透明精细颗粒9a的光学效应的示意图。当那些透明精细颗粒9a的折射率具有1.4至2.5范围内的某个值时，那些透明精细颗粒9a作为一个以其一个端表面用作焦点的微透镜而工作。为此，通过在该玻璃板上排列这些透明精细颗粒能低成本大批量地生产一种微透镜阵列。在穿过该液晶板1之后，一个原来由该定向背光发射的入射照明光束被一个透明精细颗粒9a会聚然后从该端表面分散。另一方面，对大部分外界光的反射被填满这些透明精细颗粒9a之间的空隙的透明填料10所抑制。该透明精细颗粒9a的折射率越大，漫射的光线越多，从而视野角越大。然而，该入射照明光除了平行分量之外还包括某些倾斜分量，而且该折射率越大，那些倾斜分量随着它们向前传播而被漫射得越多。结果，显示对比度不可避免地表现出劣化的倾向。为此，希望把该折射率设定成一个考虑到在该视野角和该对比度之间的良好平衡的折衷的值。

图3是模型图，表示图1A中所示的液晶板1的剖面。该液晶板1有一种平板结构，该结构包括一个三层的堆：一个液晶池11、一个等离子体池12和一个夹在该液晶池11与该等离子体池12之间的用作一个公共中间层13的介电片。该液晶池11包括一个面侧玻璃板14和多个在该玻璃板14的内侧主表面上互相平行地形成的信号电极15。这些信号电极15各由一个透明导电膜构成。该玻璃板14经过一些提供该玻璃板14与该中间层13之间一个预定的间隙的间隔件16连接于该中间层13。用一种液晶17充满该间隙。

另一方面，该等离子体池12包括一个背侧玻璃片18。在该玻璃片18的内侧主表面上，沿着与那些信号电极15的方向垂直的方向形成多个等离子体电极19。这些等离子体电极19形成一些电极对，每个电极对包括一个阳极20和一个阴极21，这些电极交替排列。在该玻璃板18的内侧表面上制成一些条形隔离肋22以形成一些段，各个段提供给一对阳极20和阴极21。每条隔离肋22的顶端与该中间层13接触。该玻璃板18借助于玻璃密封23连接于该中间层13。这样，在该玻璃板18与该中间层13之间制成一个气密地密封的等离子体腔24。该等离子体腔24被那些隔离肋22分割成一些放电区，每个放电区单独地用作一个扫描单元。在该气密地密封的等离子体腔24中封入可被电离的气体。可使用的各种气体包括氦、氖、氩和它们的混合物。构成分割的等离子体腔24的那些扫描单元与形成那些信号电极15的一些控制单元互相垂直，规定一个包含一些像素的矩阵，每个像素处于那些扫描单元与那些驱动单元的交点上。

在具有上述配置的该液晶板中，其中发生等离子体放电现象的该等离子体腔24被顺序地逐行扫描。与此同时，一个图像信号与扫描操作同步地施加于该液晶池上的那些信号电极15。以驱动该显示器。当该等离子体腔24中发生等离子放电现象时，该等离子体腔24内侧几乎均匀地被引向该阳极电位而在一些行单元中选择像素。就是说，该等离子体腔24起一个取样开关的作用。当一个图像信号施加于每个像素而该等离子体取样开关置于导通状态时，发生一个取样保持操作，启用使诸像素接通或切断的控制。即使在该等离子体取样开关已被置于非导通状态之后，在诸像素上也照原样保持该图像信号。

如上所述，该液晶板结构包括一些其每个具有类似条状的隔离肋22。当借助于设在其后侧的定向背光来照明该液晶板时，一个直线前进的入射照明光不受这些隔离肋22的障碍因而能高效地照明该液晶池11。另一方面，当使用一个非定向背光时，沿倾斜方向进入该板的那些光分量受到这些隔离肋22的侧表面的阻碍，致使照明效率降低，即便在这种场合，与带有条纹形隔离肋22的该等离子体池12的分层结构结合使用的该非定向背光还是在功能上等效于一个定向背光的。结果，通过液晶板与光漫射装置的组合，可以减小该液晶池11的透射率对视野角的依存关系。

图4A和图4B是用来解释抑制外界光反射的功能的模型图，该功能由本发明所提供的光漫射装置来实现。图4A表示一个用作对照的一个例子，其中没有用该透明填料10填满那些透明精细颗粒9a之间的空隙。应该指出，这些透明精细颗粒9a致密地散布在该偏振片4的背侧上给出的胶膜4a上。在此对照例中，一个外界光被该偏振片4的正面和背面及该液晶板1的正面所反射，不可避免地造成大约10％的有效反射率。由于对外界光的反射率高，该显示对比度劣化。另一方面，图4B表示一种由本发明所提供的结构，其中用该透明填料10填满那些透明精细颗粒9a之间的空隙。在这种场合，该透明填料10具有抑制在该偏振片4的背面和该液晶板1的正面处对外界光的反射的效果，把反射率降低到大约2％。结果，能得到足够好的显示对比度。

接下来，对照图5A和图5B解释由本发明所提供的减小透射率对视野角的依存性的效果。图5A表示代表一个没有采用光漫射装置的对照例的透射率对视野角的依存关系的曲线图。横轴代表前方的相对亮度而纵轴代表在±30度角处的相对亮度。在对照例的场合，在一30度角处，在0％至50％的灰度等级上，观察到灰度的倒转。与此相反，在+30度角处，在40％至100％的灰度等级上灰度变化是平坦的，表明发生所谓白色模糊现象。另一方面，图5B表示代表其中采用了由本发明所提供的光漫射装置的一个实施例的透射率对视野角的依存关系的曲线图。同样，横轴代表前方的相对亮度而纵轴代表在±30度角处的相对亮度。从该曲线图可以看出，即使在沿倾斜方向的某个位置观察，既不出现灰度的倒转也不发生白色模糊现象。

最后，对照图6解释制作由本发明所提供的液晶显示设备的方法。首先，在一种装配工艺S1中，把一对玻璃板互相粘着，在这些玻璃板之间的间隙中夹入一种液晶以形成装配液晶板。在接下来的一种涂布工艺S2中，用透明填料来涂布组成该液晶板的那些玻璃板之一的表面以提供一个接合层。然后，在后来的一种散布工艺S3中，把透明精细颗粒散布在其上事先已经形成一层胶膜的偏振片上，以制成一个均匀分散的光漫射层。最后，在一个压接工艺S4中，把该光漫射层叠合在该接合层上并把这两层互相压紧，以制成一个单一的组件，用该透明填料填满那些透明精细颗粒之间的空隙。一般来说，在以上该涂布工艺S2中，用紫外线固化透明填料来涂布该玻璃板。这样的透明填料的一个例子是紫外线固化丙烯酸酯树脂。通过把它的粘度设定成大约20CP，即可用该透明填料完全填满那些透明精细颗粒之间的空隙。在该压接工艺S4中，在把该偏振片与该液晶板互相粘着的同时在其上施加一紫外线。因而该透明填料被固化，把该偏振片和该液晶板互相粘合。

如上所述，根据本发明，精细颗粒布满在该液晶板前侧上的该玻璃板与该偏振片之间的整个间隙以形成一个光漫射层，而这些精细颗粒之间的空隙又被具有与该玻璃板的折射率几乎相同的折射率的填料所填满。这种配置外界光的反射得以减少，从而在保持由该光漫射装置所提供的视野角效应的同时，使显示对比度得到改善。

Claims (11)

1.一种液晶显示器，它包括：

一个液晶板；

一个置于所述液晶板的前侧的第一偏振片；

一个置于所述液晶板的后侧的第二偏振片；

一个置于所述液晶板的后侧的定向背光；以及

置于所述液晶板的正面与所述第一偏振片之间的光漫射装置，其特征在于：

所述液晶板的正面是一个玻璃板；

所述定向背光用来产生几乎平行的诸入射照明光束并把所述诸入射照明光束施加于所述液晶板；

所述光漫射装置用来漫射离开所述液晶板的所述诸入射照明光束并包括一个由布满所述液晶板的该正面与所述第一偏振片之间的整个空间的诸透明精细颗粒和填满所述诸透明精细颗粒之间的诸空隙的透明填料构成的光漫射层；

所述诸透明精细颗粒各有一个与所述玻璃板的折射率相差很大的折射率；以及

所述透明填料具有与所述玻璃板的折射率接近的折射率。

2.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中所述定向背光包括一个光源和一个用来准直由所述光源所发射的光的准直装置。

3.根据权利要求2所述的液晶显示器，其中所述准直装置包括两层互相垂直地一层置于另一层之上的棱镜片。

4.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中所述诸透明精细颗粒各是一个透明微珠。

5.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中所述液晶板是一个包括一个置于另一个之上的，夹着一个介电片的一个液晶池和一个等离子体池的平板。

6.根据权利要求5所述的液晶显示器，其中所述玻璃板是在所述液晶池前侧的第一玻璃板。

7.根据权利要求5所述的液晶显示器，其中所述液晶池带有多个互相平行地置于所述玻璃板的内侧的信号电极，而所述玻璃板与所述介电片之间的一个空间充满一种液晶。

8.根据权利要求7所述的液晶显示器，其中所述等离子体池是个带有多个与所述诸信号电极垂直地排列在其上的放电电极的第二玻璃板，而所述第二玻璃板与所述介电片之间的一个空间充满一种可电离气体。

9.根据权利要求5所述的液晶显示器，其中所述定向背光被一种包括一个非定向背光和在所述等离子体池内形成的诸条形隔离肋的分层结构所取代。

10.一种用来制作一种包括一个液晶板、一个置于所述液晶板的前侧的第一偏振片、一个置于所述液晶板的后侧的第二偏振片和一个在所述液晶板的后侧的定向背光的液晶显示器的方法，所述方法包括：

一个通过把一对玻璃板互相粘接并把一种液晶封入所述两玻璃板之间的间隙以装配所述液晶板的步骤；

一个通过用透明填料来涂布所述液晶板的所述两玻璃板之一的表面以形成一个接合层的步骤；

一个通过把诸透明精细颗粒散布在一个带有事先形成的胶膜的偏振片上以形成一个均匀分布的光漫射层的步骤；以及

一个把所述光漫射层和所述接合层合成一个单一组件并用所述透明填料填满所述诸透明精细颗粒之间的诸空隙的步骤。

11.根据权利要求10所述的制作一种液晶显示器的方法，其中，在所述形成一个接合层的步骤中，用一种紫外线固化材料作为所述透明填料，并且在所述形成一个均匀分布的光漫射层的步骤中，在所述偏振片和所述液晶板被互相压紧的同时，向它们施加一个紫外线。

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