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(lái)廣泛應(yīng)用于顯示領(lǐng)域。本文通過(guò)檢索并結(jié)合典型申請(qǐng)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(zhuān)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(gè)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(shí)，打開(kāi)背光源，光線透過(guò)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?chē)獾姆瓷鋪?lái)顯示圖像[2]，[5]。本文將從專(zhuān)利申請(qǐng)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(zhuān)利申請(qǐng)情況：

2.1 主要申請(qǐng)人的統(tǒng)計(jì)情況

半透半反液晶顯示領(lǐng)域申請(qǐng)量排名前十位的申請(qǐng)人見(jiàn)圖1，臺(tái)灣的友達(dá)光電、日本的精工愛(ài)普生和國(guó)內(nèi)的京東方分別位列前三位，前十位中，日韓以及臺(tái)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(tái)企掌握了該領(lǐng)域的核心技術(shù)。而在國(guó)內(nèi)，京東方科技在近年來(lái)的投入的大量研發(fā)和對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的注重后，在專(zhuān)利的申請(qǐng)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(zhuān)利積累，為其日后進(jìn)一步趕上日韓臺(tái)等領(lǐng)先企業(yè)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.2專(zhuān)利申請(qǐng)量年度分布

將1995年至2013年期間的專(zhuān)利申請(qǐng)量，以一年為一個(gè)半透半反液晶領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量從2002年開(kāi)始出現(xiàn)井噴式的增長(zhǎng)，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(zhuān)利申請(qǐng)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(zhuān)利對(duì)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(lái)自日本的精工愛(ài)普生株式會(huì)社提交了一份申請(qǐng)?zhí)枮椋篊N98800611.1的專(zhuān)利申請(qǐng)[1a]，其作為較早提出半透半反液晶顯示器的申請(qǐng)，利用反射板來(lái)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(duì)于具有與該液晶的間距（pitch）相同的波長(zhǎng)的光，對(duì)與該液晶相同的旋轉(zhuǎn)方向的圓偏振光進(jìn)行反射，透過(guò)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(ài)普生株式會(huì)社在隨后推出了該專(zhuān)利的相關(guān)產(chǎn)品，從而造就了精工愛(ài)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(chǎng)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(méi)有外部光的場(chǎng)所，也可構(gòu)成由來(lái)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(shí)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(zhuān)利，精工愛(ài)普生株式會(huì)社的該專(zhuān)利并沒(méi)有考慮到透射光和反射光射出光路中走過(guò)的光程的差別，從而造成視覺(jué)誤差以及出光效率較低等問(wèn)題[5]。對(duì)于該問(wèn)題，LG.菲利普LCD株式會(huì)社于2003年2月5日提交了一份申請(qǐng)?zhí)枮椋篊N02140535.2的專(zhuān)利申請(qǐng)[1b]。在該專(zhuān)利中，LG.菲利普LCD株式會(huì)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(guò)的光程一致，從而保證了透射

區(qū)和反射區(qū)不存在視覺(jué)誤差和均勻性問(wèn)題。

具體的，在該申請(qǐng)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(kāi)面對(duì)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(guò)的光程一致，從而保證了透射區(qū)和反射區(qū)不存在視覺(jué)誤差和均勻性問(wèn)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?？量痰闹圃爝^(guò)程，即制造過(guò)程中需要具有對(duì)兩個(gè)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(duì)該問(wèn)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(qǐng)?zhí)枮椋篊N038154021的專(zhuān)利申請(qǐng)[1c]。在該申請(qǐng)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(guò)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(chǎng)，來(lái)減少單間隙液晶顯示器（LCD）中反射像素（R）所對(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)區(qū)域的液晶分子的總延遲Δnd?？梢园l(fā)現(xiàn)，代替將盒間隙從d降低到d/2，可以通過(guò)使用部分轉(zhuǎn)變?cè)赗區(qū)域中將雙折射變化從Δn降低到Δn/2?？梢詫⒎肿愚D(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(jiǎn)單的單盒間隙結(jié)構(gòu)為T(mén)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(guò)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(zhuān)利情況。通過(guò)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(shì)，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(guó)家還是日本和韓國(guó)等顯示領(lǐng)域比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，我國(guó)仍處于跟隨和模仿階段，但隨著國(guó)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(guó)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(huì)在市場(chǎng)上進(jìn)一步成熟，從而推動(dòng)時(shí)代和社會(huì)的進(jìn)步。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)：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(guó)平板顯示學(xué)術(shù)會(huì)議》.2008

[4] 張建德，王瓊?cè)A，李大海.“透反區(qū)響應(yīng)時(shí)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