CN1517761A - 液晶显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶显示设备。通过改变密封在两个基底之间的液晶层取向来显示图像的液晶显示设备包括：一下基底，此下基底有这样一微观结构，可以将入射到下基底侧面的光输出到下基底的上表面；一向下基底的侧面发光的光源；一置于下基底上表面的反射板，此反射板反射入射角大于等于预定入射角的光，而使其余光线穿过；和一安置于下基底下的反射板。

Description

液晶显示设备
技术领域
本发明涉及液晶显示设备，特别是涉及带有背光装置的液晶显示设备。
背景技术
图1为传统的液晶显示设备的截面图。参照图1，液晶显示设备包括一液晶显示板10和一背光装置30。液晶显示屏10通过依次沉积一下基底1、一下电极2、一液晶层3、一上电极4和一上基底5制作而成。另外还分别在下基底1的下表面和上基底5的上表面提供偏振板6和7。根据施加到下电极2和上电极4上的电信号，液晶层3中的液晶分子取向发生变化，所以可传输或阻止背光装置30输入的光，从而液晶显示屏10可显示所需图像。
背光装置30是为液晶显示屏10提供光的照明装置。背光装置30包括一光导板12、一散射图样(dispersion pattern)18、一反射板11和一光源13。一光学薄膜层20沉积在光导板12的上表面。从光源13发射的光入射到光导板12的一个侧面。光导板12是折射率约为1.5临界角为42°的透光体。这样，对于入射到光导板12上的光，相对于光导板12上表面入射角小于临界角的光通过了光导板12的上表面，剩余的光则全部反射并在整个光导板12中传播。散射图样18置于光导板12的下表面。如图1所示，散射图样18散射光，且部分散射光向光导板12的上表面传播，而穿过散射图样18的光则被反射板11反射而向上传播。对于向上传播的光，相对于光导板12上表面入射角小于临界角的光穿过，而剩余的光再次全部反射并在光导板12中传播。通过重复传播、全反射、和散射，背光装置30可作为面光源为液晶显示屏10提供光。
穿过光导板12上表面的光经由光学薄膜层20入射到液晶显示板10上。光学薄膜层20可以包括一漫射板14，棱镜片15和16，和一保护层17。漫射板14通过漫射光使得穿过光导板12上表面的光强均匀。棱镜层15和16提高法向的亮度。
在上述液晶显示设备中，当光源发出的光穿过相应的多个光学介质例如光导板和光学膜到达液晶显示板时，这些介质会吸收光而产生光损失。这样，就需要一大功率光源来从液晶显示屏获得所需亮度。然而，大功率光源通常体积和功率消耗都大。而且，由于光导板的厚度大约为2-3毫米，所以，限制了采用光导板制造带有背光装置的薄液晶显示屏。
发明内容
为了解决上述和/或其它问题，本发明提供一液晶显示设备，其中光源和液晶显示屏之间的介质数减少，从而实现薄、高亮度和低价格的液晶显示设备。
根据本发明的一个方面，通过改变密封在两个基底之间的液晶层取向来显示图像的液晶显示设备包括一下基底、一光源、一选择性反射板和一置于下基底下面的反射板。此下基底有这样一微观结构，可以将入射到下基底侧面的光输出到下基底的上表面。光源向下基底的侧面发出光。选择性反射板设置于下基底上表面上，以反射大于等于预定入射角的光，而使其余光线穿过。
液晶显示设备还包括一使入射到液晶层上的光偏振的偏振板。偏振板设置在微观结构和反射板之间。偏振板沉积在选择性反射板上。
选择性反射板还具有使光发生偏振的作用。
微观结构是一具有衍射光栅结构(diffraction，gtating structure)的全息图样。至少在下基底的上、下表面之一处形成有全息图样。全息图样的光栅间距不超过2μm。
根据本发明的另一方面，通过改变密封在两个基底之间的液晶层取向来显示图像的液晶显示设备包括：一下基底，此下基底有这样一微观结构，可以将入射到下基底侧面的光输出到下基底的上表面；一将光发射到下基底侧面的光源；一置于下基底上表面的光学板，此光学板包括一选择性反射板和一反射所有光的全反射部分，其中选择性反射板可反射大于等于预定入射角的光，而使其余光线穿过；和一置于下基底下面的反射板。
光学板的形成使得每一个像素中都放有至少一个选择性反射部分和至少一个全反射部分。
微观结构仅在光穿过选择性反射部分的位置有选择地形成。
附图说明
通过参照附图对优选实施例的详细描述，本发明的上述特征将更加明显。
图1所示为传统液晶显示设备的截面图；
图2所示为根据本发明优选实施例的液晶显示设备的截面图；
图3所示为根据本发明另一优选实施例的液晶显示设备的截面图；
图4所示为图3中示出的光学板的平面图；
图5所示仍为根据本发明另一优选实施例的液晶显示设备的截面图。
具体实施方式
参照图2，一根据本发明优选实施例的液晶显示设备包括：一上基底102，一上电极103，一液晶层104，一下电极105和一下基底。液晶层104中的液晶分子经过处理使得其中的液晶可根据取向膜(未示出)沿预定方向排列。下基底110和上基底102由普通玻璃制作成透光体。上电极103和下电极105为透明导电膜，根据施加的电信号可改变液晶层103的取向。另外，上基底102还可配有一偏振板101。
光源160安装在下电极110的侧面112旁边。光源160可以为点光源例如LED(发光二级管)，或线光源例如CCFL(冷阴极荧光灯)。可安装多个光源160。而且，光源160不仅可安装在下基底110的一个侧面还可安装在其另一侧面。
下基底110上配有一微观结构，该结构使得从光源160发出并在下基底110内部传播的光向上行进。微观结构也可是一散射图样或具有衍射光栅结构的全息图样。考虑到衍射效率，栅线间隔为2μm或更小的全息图样更加可取。在本发明优选实施例中，栅线间隔0.4μm栅线深度0.2μm的全息图样作为微观结构。全息图样120可置于下基底110的下表面113和/或上表面114上。
反射板140置于全息图样120下面。反射板140通过全息图样120的衍射将向下行进的光向上反射。
根据本发明的液晶显示设备，其特征在于下基底110也用作光导板。在传统的液晶显示设备中，因为沉积在下基底上表面的下电极与下基底的折射率基本相同，所以在下基底和下电极的界面发生全反射的临界角接近90°。这样，因为通过下基底侧面入射的光在下基底和下电极的界面难以发生全反射，所以下基底起不到光导板的作用。
在此优选实施例中，为了将下基底110用作光导板，将一选择性反射板130配置在下基底110的上表面114。入射到下基底110的上表面114的光，其入射角A大于预定角度的光被选择性反射板130反射，而其余光线穿过。例如，对于用作PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)光导板的下基底110，其临界角约为42°，所形成的选择性反射板130可使入射角A大于42°的光线反射，而使入射角A小于等于42°的光线穿过。考虑到液晶显示设备的亮度及亮度均匀性，可适当地选择性反射板130透光的角度范围。而且，由于从下基底110输出的光最好与上表面114近似垂直，选择性反射板130可做成只允许入射角A小于等于30°的光线，也就是相对于下基底110的上表面大于60°的光线穿过。
偏振板150可安置在全息图样120和反射板140之间。偏振片150与偏振片101的偏振方向可以相同也可以不同。当在电极103和105上施加电流时，根据光是否通过来确定液晶层104的取向。光在输入到液晶层104之前沿预定的方向偏振。从而，可在选择性反射板130上面安装偏振板150。
具有根据本发明上述结构的液晶显示设备工作并得到效果是：光源160发出的光通过下基底110的侧面112入射到下基底110上。当光线入射角A小于预定角度时，在下基底110内向上表面114行进的光穿过选择性反射板130向上行进。其余光被反射继续在下基底内传播。从而，通过选择性反射板130，光线可以到达下基底110的整个区域，从而起到光导板的作用。
输入到全息图样120的光衍射后向反射板140行进。部分光被反射，从而在下基底110中穿行。散射并穿过全息图样的光由偏振片150起偏。反射板140反射偏振光，使其向上行进。当光输入到选择性反射板130时，入射角A不小于预定角度的光被反射，而入射角A小于预定角度的光穿过选择性反射板130入射到液晶层104上。
施加到下电极105和上电极103上的电信号使得液晶层104中的液晶分子根据要显示的图像在适当的方向取向。液晶分子根据取向使光向上基底102传播或阻断光线。从而，所需图像就显示在液晶显示设备上。
因此，下基底110和光源110、选择性反射板130、微观结构一起形成背光装置。
如上所述，根据本发明的液晶显示设备不需要象传统液晶显示设备中的光导板。这样，在成本相对较低的情况下可使液晶显示设备变薄。由于在从光源到液晶层的光路中省掉了光学介质，也就是光导板，就可减少光的损失，从而提高了光的利用率。另外，由于相对于下基底可以设置用作背光装置的各种元件，例如选择性反射板和微观结构，所以，在液晶显示设备的制造过程中，可以完成关于下基底的所有步骤。
在图2所示的优选实施例中，偏振板150独立设置。然而，所形成的选择性反射板130可起偏振板的作用。这样就不需另加偏振板了。
图3所示为根据本发明另一优选实施例的液晶显示设备。图4所示为光学板200。
参照图3，根据本发明另一优选实施例的液晶显示设备的结构与前述优选实施例基本相同。在本优选实施例中，没有采用选择性反射板130，而是在下基底110的上表面114上形成光学板200，以实现半透明型液晶显示设备。
如图4所示，对于以像素分割下基底110的上表面114而得到的每一个像素P，光学板200包括一选择性反射部分210和全反射部分220，其中选择性反射部分210反射入射角大于预定角度的光而使其余光线穿过，全反射部分220则反射所有的光。在一个像素P中，形成至少一个选择性反射部分210和至少一个全反射部分220。对于彩色液晶显示设备，像素P由R(红)、G(绿)、B(蓝)三种像素构成。
选择性反射板210起图2中选择性反射板130的作用。全反射部分220反射所有从外部穿过上基底105的入射光和光源160发射并在下基底110中行进的光。
具有根据本发明另一优选实施例上述结构的液晶显示设备，工作并所产生的效果是，光源160发出的光通过侧面112入射到下基底110上。在下基底110内，光入射到选择性反射部分210、全反射部分220和全息图样120上。入射到全息图样120上的部分光被反射而向下基底其它区域行进，而被衍射的部分光则向发射板140行进。此处，向反射板140行进的光在通过偏振板150时起偏。被反射板140反射的光向上行进入射到全反射部分220或选择性反射部分210上。对于选择性反射部分210，入射角A大于预定角度的光和入射到全反射部分220上的光被反射，并被均匀传播到下基底110的整个区域。在上述过程中，没有与全息图样接触而直接入射到光学板200上的光在下基底110中均匀传播。对于入射到选择性反射部分210的光，入射角A在预定角度范围内的光穿过并向上行进。
外部入射的光由全反射部分210反射向液晶层104行进，或通过选择性反射部分210入射到下基底110上。
具有上述结构的上述液晶显示设备，除前述图2所示优选实施例得到的效果外，还有下述效果。
根据本优选实施例的液晶显示设备有两种操作模式。也就是，当液晶显示设备在明亮的环境使用时，由于可利用外部光线，通过降低光源160的输出功率而降低功率消耗。在黑暗的环境下，由于不可利用外部光线，则需使用光源160发出的光。
图5所是仍然为根据本发明另一优选实施例液晶显示设备的截面图。参照图5，根据本优选实施例的液晶显示设备具有与图4所示液晶显示设备几乎相同的结构，不同之处是：全息图样120不是在整个下基底110的下表面113形成，而只形成在由全息图样120衍射的光能够通过选择性反射部分210的区域。
当在图4所示整个下表面上形成全息图样120时，经全息图样120衍射向上行进的光中向全反射部分220行进的光被反射并在下基底110中传播，并再次入射到全息图样120上，且重复上述过程。然而，象本优选实施例一样，当全息图样120只形成在由全息图样120衍射的光能够通过选择性反射部分210的区域时，光从下基底110出射之前的光路长度会缩短，从而光在沿光路传播时由于介质的吸收而损失的量会减少。这样就提高了光的利用率。也就是，尽管光源有相同的输出功率，可得到一亮度更高的液晶显示设备。
如上所述，根据本发明的液晶显示设备，通过将下基底用作光导板可将液晶显示设备做薄。而且还降低了制作成本和光的损失。这样，当采用相同功率的光源时，就可获得亮度更高的液晶显示设备。
虽然本发明只参照其优选实施例加以图示和描述，但在未脱离本发明所附权利要求定义的精神和范围的情况下，各种外形和细节的变化对本领域的技术人员都是可理解的。

Claims (17)

1.通过改变密封在两个基底之间的液晶层取向来显示图像的液晶显示设备，此设备包括：
一下基底，此下基底有这样一微观结构，可以将入射到下基底侧面的光输出到下基底的上表面；
一光源，其向下基底的侧面发光；
一置于下基底上表面的选择性反射板，此反射板反射入射角大于等于预定入射角的光，而使其余光线穿过；和
一设置于下基底下的反射板。
2.如权利要求1所述的液晶显示设备，还包括一使入射到液晶层上的光起偏的偏振片。
3.如权利要求2所述的液晶显示设备，其中，偏振板设置于微观结构和反射板之间。
4.如权利要求2所述的液晶显示设备，其中，偏振板设置于选择性反射板上。
5.如权利要求1所述的液晶显示设备，其中，选择性反射板还具有使光起偏的偏振功能。
6.如权利要求1所述的液晶显示设备，其中，微观结构为一具有衍射光栅结构的全息图样。
7.如权利要求6所述的液晶显示设备，其中，全息图样至少要在下基底下表面和上表面之一处形成。
8.如权利要求6所述的液晶显示设备，其中，全息图样的光栅间隔不超过2μm。
9.通过改变密封在两个基底之间的液晶层取向来显示图像的液晶显示设备，此设备包括：
一下基底，此下基底有这样一微观结构，可以将入射到下基底侧面的光输出到下基底的上表面；
一光源，其向下基底的侧面发光；
一置于下基底上表面上的光学板，此光学板包括一选择性反射板和一全反射部分，其中选择性反射板反射入射角大于等于预定入射角的光，而使其余光线穿过，全反射板则反射所有的光；和
一设置于下基底下的反射板。
10.如权利要求9所述的液晶显示设备，还包括一使入射到液晶层上的光起偏的偏振板。
11.如权利要求10所述的液晶显示设备，其中，偏振板设置于微观结构和反射板之间。
12.如权利要求10所述的液晶显示设备，其中，偏振板设置于光学板上。
13.如权利要求9所述的液晶显示设备，其中，光学板形成为使每一个像素中都有至少一个选择性反射部分和至少一个全反射部分。
14.如权利要求9所述的液晶显示设备，其中，微观结构仅在光穿过选择性反射部分的位置有选择地形成。
15.如权利要求9所述的液晶显示设备，其中，微观结构为一具有衍射光栅结构的全息图样。
16.如权利要求9所述的液晶显示设备，其中，全息图样至少要在下基底下表面和上表面之一处形成。
17.如权利要求15所述的液晶显示设备，其中，全息图样的光栅间隔不超过2μm。
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