半透半反液晶顯示器技術(shù)綜述

趙洪濤

【摘要】 半透半反液晶顯示因其兼具透射型和反射型液晶顯示器的優(yōu)點(diǎn)，具有非常大的環(huán)境光適應(yīng)范圍，近年來廣泛應(yīng)用于顯示領(lǐng)域。本文通過檢索并結(jié)合典型申請論述了半透半反液晶顯示技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)和發(fā)展方向，為進(jìn)一步研究提供了相關(guān)參考。

【關(guān)鍵詞】 半透半反 相位補(bǔ)償 技術(shù)線路 專利

一、半透半反液晶顯示技術(shù)

半透半反液晶顯示技術(shù)是指，將每個R、G、B子像素單元分為透射區(qū)和反射區(qū)兩部分，使透射區(qū)液晶工作于透射模式，反射區(qū)液晶工作于于反射模式，其工作原理為器件是：當(dāng)環(huán)境光較暗時，打開背光源，光線透過透射區(qū)，器件工作于透射模式；而在明亮的環(huán)境下，關(guān)閉背光源，透反液晶顯示器工作于反射模式，利用周圍光的反射來顯示圖像[2]，[5]。本文將從專利申請的角度分析半透半反液晶顯示技術(shù)的發(fā)展歷程。

二、半透半反液晶顯示技術(shù)相關(guān)專利申請情況：

2.1 主要申請人的統(tǒng)計情況

半透半反液晶顯示領(lǐng)域申請量排名前十位的申請人見圖1，臺灣的友達(dá)光電、日本的精工愛普生和國內(nèi)的京東方分別位列前三位，前十位中，日韓以及臺企占據(jù)了大部分，這也反映出了在液晶顯示技術(shù)中，日韓和臺企掌握了該領(lǐng)域的核心技術(shù)。而在國內(nèi)，京東方科技在近年來的投入的大量研發(fā)和對知識產(chǎn)權(quán)的注重后，在專利的申請上也有著顯著的進(jìn)步，在不斷研究摸索中逐漸形成了自己的專利積累，為其日后進(jìn)一步趕上日韓臺等領(lǐng)先企業(yè)打下了堅實(shí)基礎(chǔ)。

2.2專利申請量年度分布

將1995年至2013年期間的專利申請量，以一年為一個半透半反液晶領(lǐng)域?qū)＠暾埩繌?002年開始出現(xiàn)井噴式的增長，在2004年達(dá)到了最高峰，隨著該領(lǐng)域的逐漸發(fā)展成熟以及其技術(shù)的單一性特點(diǎn)導(dǎo)致進(jìn)一步研發(fā)難度較大，其專利申請量也逐漸減少并趨于穩(wěn)定。

三、半透半反液晶顯示技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)

下面結(jié)合重點(diǎn)專利對半透半反液晶顯示器的技術(shù)發(fā)展進(jìn)行詳細(xì)論述。

1998年5月1日，來自日本的精工愛普生株式會社提交了一份申請?zhí)枮椋篊N98800611.1的專利申請[1a]，其作為較早提出半透半反液晶顯示器的申請，利用反射板來實(shí)現(xiàn)半反半透顯示，在液晶層和背光裝置之間安裝了反偏振光分離器，其中，偏振光分離器具備（1/4）λ板和膽甾液晶層。膽甾液晶具有下述性質(zhì)，對于具有與該液晶的間距（pitch）相同的波長的光，對與該液晶相同的旋轉(zhuǎn)方向的圓偏振光進(jìn)行反射，透過除此以外的光。即該液晶顯示構(gòu)成了半反半透型液晶顯示。精工愛普生株式會社在隨后推出了該專利的相關(guān)產(chǎn)品，從而造就了精工愛普生在該領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。具體的，該液晶顯示元件使用了TN液晶屏作為液晶層。將TN液晶夾在2片玻璃基板之間，在TN液晶屏的上側(cè)設(shè)置了藍(lán)色系列的彩色偏振片，在TN液晶屏的下側(cè)按下述順序設(shè)置了光散射體、偏振光分離器和紅色系列的 EL背照光源。該顯示元件在有外部光的場所，可構(gòu)成利用外部光的反射的反射型的多彩色顯示，另一方面，即使在沒有外部光的場所，也可構(gòu)成由來自光源的光產(chǎn)生的透射型的多彩色顯示，從而使得在該半透射反射型的顯示元件中在進(jìn)行反射型顯示時能夠進(jìn)行非常亮的顯示。

作為較早提出半透半反液晶顯示技術(shù)的專利，精工愛普生株式會社的該專利并沒有考慮到透射光和反射光射出光路中走過的光程的差別，從而造成視覺誤差以及出光效率較低等問題[5]。對于該問題，LG.菲利普LCD株式會社于2003年2月5日提交了一份申請?zhí)枮椋篊N02140535.2的專利申請[1b]。在該專利中，LG.菲利普LCD株式會社提供了一種透射區(qū)域的液晶層是反射區(qū)域液晶層厚度的兩倍，從而使得透射光和反射光在出射光路中走過的光程一致，從而保證了透射

區(qū)和反射區(qū)不存在視覺誤差和均勻性問題。

具體的，在該申請中，將透反射LCD裝置分成透射區(qū)“A”和反射區(qū)“B”，這種透反射LCD裝置有相互分開面對的下基板和上基板。第一鈍化層形成于下基板的內(nèi)表面上，且第一鈍化層在透射區(qū)“A” 內(nèi)有第一透射孔。一透明導(dǎo)電材料的透射電極形成于第一鈍化層上。接著，第二鈍化層形成于透射電極上，而一反射電極形成于第二鈍化層上。反射電極有一第二透射孔，該孔露出第一透射孔上的透射電極。另一方面，在下基板的內(nèi)表面上形成一薄膜晶體管，并且將該薄膜晶體管電連接到透射電極和反射電極上。透射區(qū)域的液晶層是反射區(qū)域液晶層厚度的兩倍，從而使得透射光和反射光在出射光路中走過的光程一致，從而保證了透射區(qū)和反射區(qū)不存在視覺誤差和均勻性問題。

由于雙盒厚的半透半反液晶顯示器需要引起更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以及非常苛刻的制造過程，即制造過程中需要具有對兩個盒間隙之間的差異的非常好的控制，這控制是比較困難的，從而導(dǎo)致盒間隙中的不均勻以及LCD光學(xué)性能的劣質(zhì)[3]。

針對該問題，中佛羅里達(dá)大學(xué)以及統(tǒng)寶光電股份有限公司與2003年4月29日提出了一份申請?zhí)枮椋篊N038154021的專利申請[1c]。在該申請中，其提供了一種用單間隙高反射（R）和透射（T）的半透反射式液晶顯示器（LCD）的制造方法，它包括以下步驟：通過使用不連續(xù)的像素電極或共用電極，在反射區(qū)域中產(chǎn)生強(qiáng)彌散場，來減少單間隙液晶顯示器（LCD）中反射像素（R）所對應(yīng)區(qū)域的液晶分子的雙折射變化Δn，從而反射像素（R）所對應(yīng)區(qū)域的液晶分子的總延遲Δnd等于所述單間隙LCD中透射像素所對應(yīng)區(qū)域的液晶分子的總延遲Δnd。可以發(fā)現(xiàn)，代替將盒間隙從d降低到d/2，可以通過使用部分轉(zhuǎn)變在R區(qū)域中將雙折射變化從Δn降低到Δn/2。可以將分子轉(zhuǎn)變約45 °而不是垂直的90°。在這種情況中，雙重路徑R的合成延遲變化保持（Δn/2）*（2d）=Δnd，這與T的延遲變化相同。這就使用簡單的單盒間隙結(jié)構(gòu)為T和R兩者形成了較高的光效率。該發(fā)明將反射區(qū)中的雙折射變化Δn減小到一半，從而總延遲保持相同。

四、總結(jié)和展望

本文通過檢索得到樣本數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析半透半反液晶顯示技術(shù)的專利情況。通過分析可以看出近幾年半透半反液晶顯示技術(shù)的研究有了放緩的趨勢，該領(lǐng)域的革新性創(chuàng)新也有所減小，這與2002年-2009年之間該領(lǐng)域井噴式的發(fā)展導(dǎo)致該半透半反液晶顯示技術(shù)發(fā)展較為成熟有關(guān)。該領(lǐng)域技術(shù)比較領(lǐng)先的國家還是日本和韓國等顯示領(lǐng)域比較發(fā)達(dá)的國家，我國仍處于跟隨和模仿階段，但隨著國內(nèi)如京東方等大型光電企業(yè)逐漸的發(fā)展，也在進(jìn)一步縮小著和其他領(lǐng)先國家的差距。相信隨著更多半透半反液晶顯示技術(shù)的被提出，該領(lǐng)域的產(chǎn)品也會在市場上進(jìn)一步成熟，從而推動時代和社會的進(jìn)步。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]中國專利申請：a） CN98800611.1；b） CN02140535.2；c） CN038154021.

[2] 崔宏青，馮亞云，陳冬靜.“單倍盒厚間距垂直排列和混合排列半透半反式液晶顯示模式”.《液晶與顯示》.2008

[3] 羅熙曦，馬駿，凌志華.“廣視角半反半透垂直排列TFT-LCD液晶顯示研究”.《2008中國平板顯示學(xué)術(shù)會議》.2008

[4] 張建德，王瓊?cè)A，李大海.“透反區(qū)響應(yīng)時間相等的雙盒厚透反液晶顯示器”.《光學(xué)技術(shù)》.2009

[5]申智源.TFT-LCD技術(shù)結(jié)構(gòu)、原理及制造技術(shù)[M].北京；電子工業(yè)出版社，2012