透反液晶显示器

第22卷　第4期

2007年8月

液　晶　与　显　示

Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays

Vol 122,No 14Aug.,2007

文章编号:100722780(2007)0420361205

透反液晶显示器

耿卫东,黄　茜,刘会刚

(南开大学光电子所光电信息技术科学教育部重点实验室;

天津市光电子薄膜器件与技术重点实验室,天津　300071,E 2mail :gengwd @ )

摘　要:透反液晶显示器兼有透射式和反射式显示器的优点,功耗低,环境光适应性强,是目前比较活跃的平板显示技术研究方向,文章介绍了金属开孔半透层透反液晶显示器、双盒厚

ECB 透反液晶显示器、采用图像增强反射器的透反液晶显示器、双伽玛驱动方法透反液晶显

示器、双液晶模式透反液晶显示器和空间混色与时间混色结合的透反液晶显示器等,介绍了它们各自的优点和缺点。目前色彩平衡、图像亮度、视角、生产成本等是透反液晶显示器研究需要解决的主要问题。

关　键　词:液晶显示器;透反液晶显示器;反射模式;透射模式;背光源中图分类号:TN873.93 文献标识码:A

收稿日期:2007205208;修订日期:2007205225

基金项目:天津市科委攻关项目(No.033187011,No.013184111)

1　引 言

由于液晶显示器具有低电压、微功耗、易彩色化、轻便、高分辨率等特点,得到了极其广泛的发展,其种类繁多,技术成熟,应用广泛[1]。液晶显示器分为透射式、反射式和透反显示3种模式[2]。透射式液晶显示器对比度高,亮度好,色纯度高,但使用背光源,功耗大,在强环境光下可视性差;反射式液晶显示器不用背光源,功耗低、重量轻、小巧精致、在强环境光下可视性好,但对比度低、色饱和度差、在暗环境下可见性差。而透反式液晶显示器兼有透射式和反射式显示器的优点,具有很大的环境光适应范围,透反液晶显示器可以单独或同时采用透射模式和反射模式显示图像,所以这种透反液晶显示器可以在任何环境光下使用。因此,透反液晶显示器一直受到业界的关注,已经在便携式电子设备方面得到了广泛的应用。

透反液晶显示器的基本结构是将每个R 、G 、B 子像素单元分成透射区和反射区两部分,使透

射区液晶工作于透射模式,反射区液晶工作于反射模式。其工作原理是:当环境光较暗时,打开背光源,光线透过透射区,器件工作于透射模式;而在明亮的环境下,关闭背光源,透反液晶显示器工

作在反射模式,利用周围光的反射来显示图像。本文介绍了几种比较流行的技术方案和相关技术的最新进展。

2　金属开孔半透层透反液晶显示器

金属开孔半透层透反显示的方案是由美国Rockwell 公司提出的[2],其基本原理如图1所

示。其实现过程是:首先在衬底表面形成波浪式

的岛屿形貌,然后在衬底上面涂覆一层金属层(银或铝),最后按预定的图形方案刻蚀出窗口。这样,被刻蚀过的部分变成透明,背光源的光可以穿过,形成透射显示区,而没有刻蚀的部分仍旧覆盖金属层作为反射器,形成反射显示区。波浪型表面的作用是使得周围环境光的反射发散,在反射显示模式可以增强图像的对比度和扩大显示视角。由于这种方法生产工艺简单、成本低、性能稳定,是市场上最早流行的透反液晶显示器。采用这种方案,我们可以通过简单的调整反射区和透射区的面积来实现反射模式和透射模式之间的图像亮度比,可以开发面向各种应用的半透半反液晶显示器。然而,这种优点同时也是它的缺点,因为不管是透射模式还是反射模式,其光效率都会减小。

362　液 晶 与 显 示第22

卷

图1　金属开孔半透层结构原理图

Fig 11　Schematic of openings 2on 2metal transflector

3　双盒厚ECB 透反液晶显示器

在显示器件性能指标中,更高的光效率和更好的色彩再现,不论对于透射模式还是反射模式都是最重要的。特别是透反液晶显示器,透射模式和反射模式之间的电光特性匹配是一个非常重要的问题。为了解决电光响应的不平衡,夏普公司提出了采用电控双折射(ECB )液晶模式的双盒厚结构[3]透反液晶显示器,对透射模式和反射模式采用不同的液晶盒间隙进行补偿。其结构如图2所示,透射区盒厚为反射区盒厚的2倍,如果液

晶盒参数得到优化,可以保证透射区与反射区都能获得100%光效率

[4]

,透射模式和反射模式的

面积比是影响图像质量的重要因素,根据不同的应用需求面积比可以在2∶8～8∶2变化。但是,这种双盒厚透反液晶显示器也存在缺点,主要是反射区和透射区的液晶响应时间不同,我们知道液晶的响应时间与液晶盒厚度的平方成正比,

所以

图2　双盒厚透反液晶显示器结构原理图

Fig 12　Schematic structure of transflective L CD with

dual cell gap s configuration

反射模式的响应时间要比透射模式的小4倍。另外透反交界处的对比度不高,彩色饱和度不好,而且由于在生产过程中需严格控制盒厚,导致工艺复杂,成品率下降和成本上升。

4　单盒厚透反液晶显示器

为了解决双盒厚结构制造复杂的问题,人们

一直在研究开发单盒厚透反液晶显示器,由于显示屏采用均匀的液晶盒间隙,所以透射显示模式和反射显示模式的动态响应基本一致。目前已经有多种单盒厚透反液晶显示器方案,如TN/STN 透反液晶显示器、M TN 透反液晶显示器、双摩擦VA/HAN 透反液晶显示器等。下面简单介绍两

种比较典型的单盒厚透反液晶显示器。4.1　采用图像增强反射器的透反液晶显示器

带有图像增强反射器的透反液晶显示器由美国中佛罗里达大学的黄乙白等人于2004年提出[5,6],显示器的每一个像素都分成透射区和反射区,在透射区的顶部设置了一种图像增强反射层,而在下部相应地设置了吸收层,液晶盒采用了具有高双折射率(Δn )的胆甾型液晶,由于胆甾相液晶显示器的反射波长与双折射率和螺距成正比,这种结构的显示器可以在整个可见光谱范围实现黑白显示,再利用彩色滤光膜实现全彩色显示。其结构如图3所示,其原理可以说明如下:假定液晶层是右旋的,当非偏振环境光入射到反射像素上,它就会反射右旋圆偏振光而透射左旋圆偏振光,透射的左旋圆偏振光被吸收层吸收,得到亮态;来自背光源的光,右旋圆偏振光被反射回去,左旋圆偏振光遇到IER 后被反射回液晶层,变成右旋圆偏振光被胆甾相液晶反射得到亮态。在加电的状态下胆甾相液晶呈焦锥态,没有选择性的反射和传导偏振现象,入射光和背光源的光都被吸收层吸收而呈暗态。

这种显示模式不需要偏振片,所以光效率高,而且可以避免胆甾相液晶对比度反转的问题。但是在透射区的顶部制造IER 阵列增加了生产的复杂性,而且IER 和底部的吸收层的位置需要很好的匹配,否则会产生光的泄漏,另外由于散射光对显示器对比度的影响等,目前这种方案尚未在高端透反显示器得到应用。