具有反射区的液晶显示器的制作方法

专利名称：具有反射区的液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及液晶显示器(LCD)的装置和方法，更具体地，涉及具有可 以反射液晶(LC)面板内的外部光线的反射区的LCD。
背景技术：
LCD是包括单色或多色像素阵列的平板显示器(FPD )。因为LCD不消 耗很大的功率，所以它们广泛地用于从电池接受电源的电子产品，并且因而
需要低功耗。
根据照射到LC的光源的位置，LCD可以分类为透射型LCD、反射型 LCD、和透反型LCD。在透射型LCD中，用布置在LC面板后面的背光单 元(BLU)发出的光线照射LC。
LCD应用于需要高亮度的产品例如FPD、电视、个人数字助手(PDA)
或蜂窝电话。
但是，在透射型LCD的情形，消耗很大功率的BLU用作光源。 在反射型LCD的情形，外部光源用作向LC照射光的光源。即外部光源 被布置在LC层后面的反射器反射。由于反射型LCD未包括在透射型LCD 中所使用的例如BLU的有源光源，所以大大减小了反射型LCD的总功耗。 因此，反射型LCD可以应用于需要低功耗的产品，例如一些数字手表和计 算器。
但是，反射型LCD也具有一些潜在缺点。首先，由于反射型LCD不使 用例如BLU的光源发光，所以反射型LCD不可以在没有外部光源处使用。 此外，在反射型LCD中光线必须穿过LC层两次，使得反射型LCD具有比 透射性LCD低的对比度。
在许多市贩产品，例如既需要低功耗也需要高质量图像的PDA和蜂窝 电话中，反射型LCD和透射型LCD的技术被结合至单一的封装内，这典型 地称为透反型LCD,由此获得反射型LCD和透射型LCD两者的优点。透反 型LCD根据在透反型LCD周围是否有外部光源而在反射型LCD模式和透
射型LCD模式之间切换。在白天或透反型LCD足够地暴露于外部光线之处 使用反射型LCD模式，而在夜间或暗环境中使用透射型LCD。
尽管透反型LCD的技术显然已完成，但是仍然需要更精细的调制从而 保持低功耗和高图像显示质量之间的平衡。由于透反型LCD仅通过结合反 射型LCD和透射型LCD的技术而获得，所以在透反型LCD中仍然留下了 一些反射型和透射型LCD都存在的一些问题。例如透反型LCD仍然具有类 似于反射型LCD的不良的对比度。
分被反射器反射的外部光线照射到LC层上。由于在反射型LCD中光线穿过 LC层两次是必须的，所以可能的方式是研发一种增加被反射器反射而照射 到LC层的外部光线的部分的方法。
从由反射器反射的光线之中，仅有在垂直方向上穿过LC层的光线，即 垂直光分量基本上贡献于LC层的照射从而指示良好的对比度。
因此，为了提高透反型LCD的对比度，需要增加穿过LC层的垂直光分 量与被反射器反射的光线的比率。

发明内容
本发明的典型实施例克服了所述缺点和其它上面未描述的缺点。另外，题。
本发明提供了一种LCD，所述LCD具有布置在LC面板内的改善了的 反射区以便增加垂直光分量与入射到LC面板上并且被反射区反射的所有外
部光线的比率。
根据本发明的一个方面，提供了一种LCD,包括后基板、前基板、夹 置在后基板和前基板之间的LC层、和布置在面对LC层布置的后基板的至 少部分表面上的反射区从而对LC层反射外部光线，所述反射区包括混合反 射表面，各混合反射表面包括在其中心具有凸曲面形状的第 一反射表面和布 置在第一反射表面周围的具有展开形状的第二反射表面。
第 一反射表面可以是具有抛物线截面的抛物线凸表面。
在这种情形，第二反射表面可以是部分抛物线凹表面。
第 一 和第二反射表面可以具有相同的曲率。
第二反射表面可以是与第一反射表面具有相同轴上的焦点并且与第一 反射表面具有相同焦距的部分抛物线凹表面。此外，第二反射表面还可以布 置在混合反射表面的第一反射表面之外的区内。
第一和第二反射表面可以是轴对称的3维表面。
当第一和第二反射表面的焦点之间的距离被界定为"s，，时，混合反射
表面可以满足s二0、 s>0、 s〈0之一。
第二反射表面可以是凹曲面。
LCD还可以包括布置在后基板上的第一介质层，并且该第一介质层具有 布置了混合反射表面阵列的与前基板相对的表面。 在这种情形，第一介质层可以由金属形成。
LCD还可以包括平坦化其上布置了混合反射表面阵列的第一介质层的 表面的第二介质层。第二介质层可以由不同于第一介质层的材料形成。 第二介质层可以由透明介电材料形成。
混合反射表面可以被规则地布置从而相互分离而不相互接触。
作为替代，混合反射表面可以被不规则地布置，使得一些混合反射表面 相互接触，而其余则相互分离。
LCD还可以包括布置在后基板后面的背光单元；透射由背光单元向 LC层发出的光线的透射区，且该LCD是透反型LCD。
LCD可以是反射型LCD。
LCD还可以包括布置在前基板上的滤色器。


参考附图，结合对本发明的典型实施例的详细描述，本发明的上述和其 它方面将变得更为显见，其中
图1是根据本发明典型实施例的LCD的截面图2是图1的混合反射表面的放大图3是根据本发明另 一典型实施例的LCD的截面图4至6示出了才艮据本发明的典型实施例的在图1和3中所示出的LCD 中使用的反射区的混合反射表面的各种设置；
图7是沿图4的线VII-VII所取的截面图8是沿图6的VIII - VIII线所取的截面图9是深抛物线反射凸表面的截面图IO是深抛物线反射凹表面的截面图； 图11是以直线布置的3个深抛物线反射凸表面的截面图； 图12是以直线布置的3个深抛物线反射凹表面的截面图； 图13是测量散射功率的设备的示意图14是示出对于按直线布置的3个深抛物线凹表面和以直线布置的3 个深抛物线凸表面的由探测器搜集的散射功率的计算的图15是示出对于以直线布置的3个深抛物线凹表面、以直线布置的3 个深抛物线凸表面、以直线布置的5个深抛物线凹表面、和以直线布置的5 个深抛物线凸表面的由探测器搜集的散射功率的计算的图16是示出以直线布置的3个深抛物线凹表面超过以直线布置的3个 深抛物线凸表面的定向反射性能的百分比增加的图和以直线布置的5个深抛 物线凹表面超过以直线布置的5个深抛物线凸表面的定向反射性能的百分比 增加的图17示出了抛物线；
图18示出了在深抛物线凹表面的截面内的反射动力学； 图19示出了探测角S的确定；
图20示出了深抛物线凸表面的截面内的反射动力学；
图21示出了图18的抛物线凹表面和图20的抛物线凸表面的结合从而
节省损失的光线，例如图18的光线50ac;
图22至24示出了具有等于2p的高度yh的混合反射表面，根据本发明
的各种典型实施例，各混合反射表面通过结合深抛物线凹表面和深抛物线凸
表面而获得；
图25是示出当根据本发明的典型实施例的混合反射表面包括被移置了 负值"s，，的深抛物线凸表面时由探测器搜集的散射功率的计算的图26是示出当根据本发明的典型实施例的混合反射表面包括被移置了 正值"s，，的深抛物线凸表面时由探测器搜集的散射功率的计算的图27是示出当光线入射角以间隔2°从0°增加到46。时百分比性能改善 的图28是示出当光线入射角以间隔2。从2。增加到46。时百分比性能改善 的图29是示出当光线入射角以间隔2°从4。增加到46。时百分比性能改善 的图；并且
图30是示出当光线入射角以间隔2°从10°增加到46。时百分比性能改善的图。
具体实施例方式
以下将参考附图更充分地描述一种根据本发明的具有反射区的LCD，其 中示出了本发明的典型实施例。在附图中，为清楚起见夸大了层和区的厚度。 在附图中相似的参考标号指示相似的元件。
图1是根据本发明典型实施例的LCD的截面图。
参考图1，根据本发明的典型实施例的LCD是透反型的。所述LCD包 括后基板101、前基板110、夹置在后基板101和前基板110之间的液晶层 107、和布置在后基板101上的反射区120。反射区120反射来自外部的入射 光线从而将反射光线照射到LC层107并且增加反射光线的垂直分量，垂直 分量是指在图1的LCD的厚度方向上提供的y轴方向的光分量。图1示例 性地示出了布置在后基板101上的薄膜晶体管(TFT) 115和布置在前基板 110上的公共电极108。
在根据本发明典型实施例的LCD中，具有接触孔116的缓沖层102布 置在后基板101上从而部分暴露TFT 115。緩冲层102可以由透明绝缘材料 形成。第一介质104布置在緩沖层102上。形成第一介质层104从而通过接 触孔116电连接到TFT 115。在这种情形，第一介质层104包括形成反射区 120的混合反射表面103的阵列。即混合反射表面103的阵列布置在与前基 板IIO相对的第一介质层104的表面上。第二介质层106可以平坦化其上布 置了混合反射表面103的阵列的第一介质层104的表面。第二介质层106可 以由不同于第一介质层104的透明材料形成。根据本发明典型实施例的LCD 可以不包括第二介质层106 。
第一介质层104可以起反射电极的作用。因而，第一介质层104可以由 在希望的波长范围内可以高度反射光线的材料，例如金属形成。第一介质层 104可以由从包括铝(Al )、铜(Cu )、银(Ag )、和金(Au )的组中所选择 的 一种材料形成。第二介质层106可以由透明介电材料，例如Si02形成。
反射区120包括布置在与前基板IIO相对的第一介质层104的表面上的
混合反射表面103的阵列。
参考图2，混合反射表面103包括其中心具有凸面形状的第一反射表面
l()3a和布置得相邻于第一反射表面103a的具有展开形状的第二反射表面 103b。
第一反射表面103a可以是具有焦距"p"的凸抛物线表面。具体地，第 一反射表面103a的截面可以具有拥有焦距"p"的凸抛物线。
第二反射表面103b具有凹曲面，可以是具有与第一反射表面103a的焦 点在相同轴上的焦点的部分抛物线凹表面。例如，当第一反射表面103a具 有拥有焦距"p"的抛物线凸表面时，第二反射表面103b可以是具有与第一 反射表面103a的焦点在相同的轴上的焦点并且与第一反射表面103a具有相 同的焦距的部分抛物线凹表面。第二反射表面103b可以布置在第一表面 103a之外的混合反射表面103的部分内。在这种情形，第一和第二反射表面 103a和103b可以具有相同的曲率。
如同在图2、 9和11中可以看出的，第一和第二反射表面103a和103b 可以是轴对称的3维表面。
如上所述，在根据本发明的典型实施例中所使用的混合反射表面103可 以是具有抛物线表面形状的反射凸曲面和对应于布置在反射凸曲面周围的 部分抛物线凹表面的组合结构。
在这种情形，作为抛物线凸表面的第一反射表面103a可以具有大于或 等于或小于其焦距"p，，的高度。相似地，第二反射表面103b可以具有大于 或等于或者小于通过々I想地连接第二反射表面103b形成的抛物线凹表面的 焦距"p"的高度。
图2示意性地示出了形成混合反射表面103的第一和第二反射表面103a 和103b从而具有在相同位置的焦点F和等于其焦距"p"的高度(或深度 "yc，，)。
图2的混合反射表面103对应于具有高度(深度)yh=2p的深抛物线凹 面与深抛物线凸面结合使得其焦点F在相同的位置，如同在图22中所示出 的。混合反射表面103的高度yc可以等于0.5yh或p (即yc=0.5yh=p )。
作为替代，如同在图23和图24中所示出的，可以形成混合反射表面103 使得第一和第二反射表面103a和103b的焦点F可以布置在相同的轴上但是 在不同的位置。
因此，假定第 一和第二反射表面103a和103b的焦点F之间的距离是"s", 则可以形成反射表面103以满足s=0 ， s>0，和s<0之一 ，如同在图22至图
24中所示出的。
从以下可以看出，由于可以形成根据本发明典型实施例的混合反射表面 103至等于例如具有比其焦距大的深度的深抛物线凹表面的半深度的深度， 所以可以容易地制造混合反射表面103以便有效地增加反射光线的垂直光分
后面将描述由于包括混合反射表面103的阵列的反射区120而增加反射 光线的垂直光分量的原理。
同时，才艮据本发明典型实施例的LCD还可以包括滤色器109从而显示 彩色图像，如在图l中所示出的。尽管图1示出了滤色器109在前基板110 上制备，但是本发明不仅局限于此。例如，滤色器109可以在反射区120和 LC层107之间制备。当LCD用作单色LCD时，可以省略滤色器109。
参考图1， LCD还可以包括布置在后基板101后面的背光单元(BLU) 100使得LCD变成透反型LCD。因而LCD不仅包括反射区120而且还包括 允许由BLU IOO发出的光线穿过的透射区130。
如同在图1中所示出的，透射区130可以在例如没有TFT 115的区的部 分内。在这种情形，透射区130可以基本起电连接到用作反射电极的反射区 120的透明电极的作用。
当存在具有足够亮度的外部光源或当可以获得足够数量的光线时的日
LCD不运行BLU IOO使得仅有外部入射光线50a纟皮反射区120反射并且照 射到LC层170,由此LCD起反射型LCD的作用。
当不具有足够亮度的外部光源或在夜间，根据本发明典型实施例的LCD 运行BLU 100使得LC层170由BLU 100发出的光束50BLU照射。在这种 情形，如果外部光源存在，不仅由BLU 100发出的光束50BLU而且外部入 射光线50a都可以照射到LC层170。
图3是根据本发明另 一典型实施例的LCD的截面图。图3的LCD配制 为反射型LCD。
与图1的LCD不同，在图3中示出的根据本发明当前实施例的LCD可 以不包括BLU IOO和透射区130而是仅包括反射区120。在这种情形，反射
区120可以布置在需要电连接反射区120至TFT115的接触孔116之外的后 基板101的整个表面上。
同时，如同在图1和3中所示出的并且在上述典型实施例中所描述的， TFT 115可以在后基板101上并且透明公共电极108布置得靠近前基板110， 但是本发明不仅局限于此。换而言之，TFT 115可以布置在前基板IIO上， 并且公共电极108可以布置在后基板101上。在这种情形，緩沖层102可以 布置在整个后基板101的表面上而不形成接触孔116并且公共电极108可以 布置于其上。在这种情形，当LCD是透反型LCD时，通过第一介质层104 的介质和反射区120的透射区130的介质形成公共电极108的层。此外，当 LC[)是反射型LCD日于，公共电极108对应于反射区120的第一介质层104。 上述改进的本发明的典型实施例对于本领域的技术人员应当是是清晰的，所 以在附图中未示出。
此外，在上面描述了根据本发明的LCD包括TFT 115，但是本发明不仅 局限于此。例如，可以使用界定像素区的各种电极图案替代TFT 115，并且
域的技术人员应当是清晰的，所以在附图中未示出。
图4至图6示出了根据本发明的典型实施例在图1和图3中示出的LCD 中所使用的反射区120的混合反射表面103的各种布置。在图4至图6中， 参考标号103BEV指示部分反射区120。对应于像素的部分反射区120包括 如同在图4至6中示出的布置的大量混合反射表面103。
构成反射区120的混合反射表面103可以如同在图4和5中所示出的规 则地布置，或者如同在图6中所示出的不规则地布置。图4示例性地示出了 混合反射表面103规则地布置得相互接触。图5示例性地示出了混合反射表 面103规则地布置并且相互分离。图6示例性地示出了混合反射表面103不 规则地布置使得一些混合反射表面103相互接触，而其余的则相互分离。当 混合反射表面103如同在图6中所示出的随机布置时，可以减小由波干涉所 引起的不利影响。图7是沿图4的VII-VII线所取的截面图，并且图8是沿 图6的VIII - VIII线所耳又的截面图。
在图1和3中，示例性地示出了混合反射表面130规则地布置得相互接 触，如同在图4中所详细示出的。
以下将描述由于包括混合反射表面103的阵列的反射区而增加外部入射并且被反射区120所反射的光线的垂直分量的原理。
反射型LCD根据布置在LC层107后面的反射层从布置在LC层107周 围的外部光源引导光线，由此消除了使用BLU 100的必然性的原理工作。在 理想反射型LCD中，反射层可以完全反射以任意入射角朝向LC层107的来 自围绕LC层107的光源的所有入射光线。
参考图1，在理想反射型LCD中，从外部入射并且^皮反射区120反射的 光束50st可以等于由BLU 100所发出的光束50BLU。这意味着光束50st仅 具有y轴光分量，即垂直光分量。
为了最大化被反射的光束50st的垂直光分量，应当改进反射区120从而 最大化被反射的光束50st的y轴光分量50sty并且最小化x轴光分量50stx。
为了便于描述具有根据本发明典型实施例的前述反射区120的LCD的
定向反射性能，现将分析已知抛物线反射凸面和抛物线反射凹面的轮廓。为
了精确和详细的分析，仅考虑抛物线凸面和抛物线反射凹表面的截面。以下，
抛物线凸面指一勉物线凸面的截面，并且抛物线凹面指纟旭物线凹面的截面。
在图9中示出的抛物线凸面103，由方程1表示。 「=2/^ (1),
其中"p"是焦距。在图9中，F是焦点，并且抛物线凸面103，的高度由
yh二2p给出。
相似地，在图IO中示出的抛物线凹面103，，由方程2表示。
(2)，
其中"p，，是焦距。在图10中，F是焦点，并且抛物线凹面103，，的高度 由yh=2p *会出。
具有小于或等于焦距"p"的高度yh的抛物线凸面103，称为浅抛物线凸 面，并且具有小于或等于焦距"p"的高度yh的抛物线凹面103"称为浅抛物 线凹面。相反，具有大于焦距"p，，的高度yh的抛物线凸面103，可以称为深 抛物线凸面，并且有大于焦距"p"的高度yh的抛物线凹面103 "可以称为深 抛物线凹面。因而，图9的抛物线凸面103，是深抛物线凸面，并且图10的 4烛物线凹面103，，是深4炮物线凹面。
为了计算获得两个轮廓，即抛物线凸面103，和抛物线凹面103"的反射性 能的对比，如同在图9中所示出的3个深抛物线凸面103，如同在图11中所 示出的4妄直线布置，并且如同在图10中所示出的3个深抛物线凹面103，，如
同在图12中所示出的按直线布置。按直线布置3个深抛物线凸面或3个抛 物线凹面的理由在图11中^艮清楚。
具体地，当单抛物线凸面103，模拟反射时，假定探测器(未示出)沿y 轴布置在某处，并且例如图10的50ap和50am的光线不可以到达探测器。
因此，在使用反射型LCD功能的装置中，反射层不应由单抛物线凸面 103，构成并且应当包括多个抛物线凸面103，的簇作为单个单元。在包括多个 抛物线凸面103，的蔟作为单个单元的结构内，前述光线50ap和50am可以被 相邻的抛物线凸面103，的表面反射使得被反射的光线在y轴方向传播，与在 包括单个隔离的抛物线凸面的结构中不同。假定探测器布置在y轴方向上的 某处，则被反射的光线可以有利地改进反射性能。
以直线布置的3个抛物线凹面103，，或3个抛物线凸面103，足以包含所 有可能的反射效应。当对比3个以直线布置的抛物线凹面或凸面与5个以直 线布置的抛物线凹面或凸面的反射率时，5个抛物线凹面或凸面的反射率比 3个抛物线凹面或凸面的反射率好，简单地是因为面积的增加，而其它特性 基本相同。
在确定反射器的性能中，由于探测器布置在离反射器预定的距离，所以 反射器的性能由可以被反射器反射并且到达探测器的光线数量而确定。
假定测量反射器性能的设备如同在图13中所示出的进行模拟。光束50a 以入射角Q入射在反射器103u上。然后，入射光束50a被反射器103u反射 并且变成所得到的光束50st。在y轴方向距离反射器103u —米的探测器用 于仅探测以小于或等于探测角范围5。的反射角反射的光束50st。
例如，当探测器是人眼时，探测角范围5。可以是与眼睛的尺寸相关的因 子。在图13中，仅为示意的用途添加了抛物线凹截面的放大图。
在图13中所示出的测量设备中，使用有限差时域(FDTD)法计算在等 于窗口的半宽度的范围5。内搜集的散射功率。FDTD计算可以使用从 Lumcrical Solutions, Inc., (Suite 660-789 West Pender Street, Vancouver, British Columbia, V6C1H2, Canada)获得的软件进行。所有的FDTD计算都々支定反射 表面由铝(Al)形成并且入射光束50a和被反射的光束50st的介质具有等于 真空折射率(即等于1)的折射率而进行。此外，所有的计算过程都使用平 面波束和横向电(TE)模式偏振进行。此外，所有的FDTD计算都假设入 射光束50a在真空中具有550纳米(nm)的波长，并且各抛物线凸面和抛物
线凹面的焦距"p"是2拜。离散射器105—米探测在远场计算的散射功率。
图14是示出由位于在y轴方向离反射器1米的探测器搜集的散射功率 的1'，DTD计算结果的图。当对于以直线布置的3个深抛物线凸面和以直线布 置的3个深抛物线凹面进行FDTD计算时，各深抛物线凸面和深抛物线凹面 的高度yh比其焦距"p，，大，并且可以看出以直线布置的3个深抛物线凹面 的定向反射性能比以直线布置的3个抛物线凸面的性能好72% 。将通过分析 在图15中示出的图而回答包括3个抛物线凸面或凹面的结构是否适于考虑 所有测量定向反射率的物理效应的问题。包括以直线布置的5个深抛物线凸 面或凹面的结构与以直线布置的3个深抛物线凸面或凹面相比增加的能力归 因于反射面积的增加。这可以从图16中看出。图16示出了以直线布置的3 个深拋物线凹面的定向反射性能超过以直线布置的3个深抛物线凸面的第一 百分比增加值和以直线布置的5个深抛物线凹面的定向反射性能超过以直线 布置的5个深抛物线凸面的第二百分比增加值。第一百分比增加值接近 71.94，并且第二百分比增加值接近70.79。因而第一百分比增加值几乎等于 第二百分比增加值(71.94=70.79)。
图14是以直线布置的3个深抛物线凹面和以直线布置的3个深抛物线 凸面的对比结果的图，示出了由探测器搜集的散射功率的计算结果。图15 是以直线布置的5个深抛物线凹面和以直线布置的5个深抛物线凸面的对比 结果的图，示出了由探测器搜集的散射功率的计算结果。此外，图16是当 各深抛物线凹面具有4拜的深度并且各深抛物线凸面具有4拜的高度时，以
直线布置的3个深抛物线凹面的定向反射性能超过以直线布置的3个深抛物 线凸面的定向反射性能的百分比增加和以直线布置的5个深抛物线凹面的定 向反射性能超过以直线布置的5个深抛物线凸面的定向反射性能的百分比增 加的计算结果的图。
可以根据抛物线的基本特性理解深抛物线凹结构比深抛物线凸结构展 示出更好的定向反射率。
为了简化，将考虑在图17中示出的抛物线。参考图17,来自焦点F的 光线被抛物线沿平行于布置了焦点F的轴的方向反射。在图17中，直线L 与抛物线相切，点F是焦点，并且光线AL，平行于作为抛物线轴的x轴。直 线L使角a等于角卩使得来自焦点F的某些光线被在点A沿线段AL，反射并 且沿线段AL，传播的某些光线向焦点F反射。
参考示出深抛物线凹面103"的截面中的反射动力学的图18,平行于作
为抛物线轴的y轴的初始入射平行光线50ay, 50ac和50ag最后一皮抛物线凹 面103"反射并聚焦于抛物线焦点F上。反射光线50ay、 50ac、和50ag穿过 焦点F。然后，光线50ay和50ag分别被深抛物线凹面103，，的内表面的相对 的端部反射并且在y轴方向上传播。但是，因为没有反射光线50ac的表面， 光线50ac无限传播。因此，损失光线50ac。
基本上，随着抛物线凹面103，，的高度(或深度)yh增加，显著地改善 抛物线凹面103，，的定向反射性能。从图18该原因是显见的。在平行于作为 抛物线轴的y轴的初始入射光线50ay、 50ac和50ag中，被A1和A3所界定 的抛物线凹面103，，的表面上的点反射的光线50ay和50ag仅在y轴方向上传 播。这意味着被反射的光线50ay和50ag不具有任何x轴光分量。同时，被 A2界定的抛物线凹面103，，的内表面上的点反射的光线50ac包括x和y轴光 分量。由于探测器距在y轴方向上的抛物线凹面的表面1米，所以探测的角 度5由方程3表示。
5 = arctan(亍)(3),
其中G指示抛物线凹面103，，的反射表面和探测器之间的距离，并且Y
指示探测器的宽度。当取人眼的瞳孔作为物理探测器时，宽度Y是大约lcm。
由于探测器距抛物线凹面103'，的反射表面lm，所以C等于lm。因而，可
以得出结论Y << G。获得高精度的探测角5由方程4表示。
5 = arctan(丄) 《
三arctan(O.Ol)
=0.57294 (4)，
另一方面，当探测器离开反射表面臂长，即大约0.5米时，探测角S变为 《；arctan (0.02) = 1.1458°。当探测角5小时，这意味着反射光线的某些x 轴光分量非常少或几乎不到达探测器。当然，为了提高整体定向反射性能， 可以增加抛物线凹面103，，的高度(或深度)yh从而减小由图18的A2所覆 盖的面积并且增加被A1覆盖的面积。但是，在微米的范围内难于形成这样 的深拋物线凹面，使得在制造工艺中可能施加更大的压力。
因此，本发明的典型实施例提供了减小深抛物线凹面的高度从而改进定 向反射性能并且方便制造工艺的新方法。
例如，可以j吏用图18的损失的光线50ac。通过增加深抛物线凹面103"
的高度yh，可以避免光线50ac无限传播。作为替代，如同在图20中所示出 的，可以取深抛物线凸面的潜在优点以便避免光线50ac在无限空间内损失。 此外，当图18的深抛物线凹面103"和图20的深抛物线凸面结合为在图21 中所示出的混合结构时，光线50ac可以沿j)轴被反射，从而可以提高定向反
射性能。
当各深抛物线凹面和深抛物线凸面具有等于2p的高度yh时，混合结构 可以是在图2、 22、 23和24中所示出的。
图22至24示出了根据本发明的各种典型实施例的通过结合具有等于2p 的高度yh的深抛物线凹面和深抛物线凸面获得的混合反射表面的结构。更 具体地，图22示出了当深抛物线凹面的焦点与深抛物线凸面的焦点相同时， 根据本发明一典型实施例的混合反射表面结构的截面的数学函数。图23示 出了当深抛物线凸面移置了正值，，s"时，才艮据本发明另一实施例的混合反射表 面结构的截面的数学函数。此外，图24示出了当深抛物线凸面移置了负值"s" 时，根据本发明又一实施例的混合反射表面结构的截面的数学函数。
如同在图22至24中所示出的，当从坐标原点(x二O, y二O)观察抛物线凹面 的顶点(最低点)时，具有焦距"p，，的抛物线凹面由前述方程2表示，并且 具有焦距"p"的抛物线凸面由方程5至7表示。
参考图22，当在混合结构中抛物线凹面和抛物线凸面的两个焦点F相 同时，各个抛物线凹面和抛物线凸面的高度可以是yc二0.5yl^p。在这种情形， 抛物线凸面由方程5表示。<formula>formula see original document page 16</formula>
4/7 (5), 其中"s，，是两个焦点F之间的距离。由于两个焦点F相同，所以"s"变为0。
参考图23,抛物线凸面在正方向上移置使得两个焦点F相互间隔距离 "s"。因而，两个顶点即抛物线凹面的最低点和抛物线凸面的最高点之间的 距离，变得大于2p。在这种情形抛物线凸面由方程6表示。<formula>formula see original document page 16</formula>(6)，
参考图24，抛物线凸面在负方向上移置使得两个焦点F相互间隔距离 "s"。因而，两个顶点即抛物线凹面的最低点和抛物线凸面的最高点之间的 距离，变得小于2p。在这种情形抛物线凸面由方程7表示。
<formula>formula see original document page 17</formula>(7),
如上所述，在根据本发明的典型实施例的LCD中，反射区120可以包 括混合反射表面103的阵列，各混合反射表面通过结合抛物线凹面和抛物线 凸面而获得。当"s"是抛物线凹面和抛物线凸面的焦点之间的距离时，反射 表面120如同在图22至24中所示出，满足s二O、 sX)和sO之一。
上述混合结构弥补了深抛物线凹面和深抛物线凸面两者的潜在缺点。当 入射角增加时，如同在图15中所示出的深抛物线凹面结构的定向反射性能 迅速恶化。但是深抛物线凸面结构的定向反射性能对于入射角相对保持不
变
因此，通过结合深抛物线凹面和深抛物线凸面，可以补偿在大入射角处 的抛物线凹面的性能恶化。
结果，根据本发明的典型实施例的LCD，由于反射区120包括各个通过 结合抛物线凹面和抛物线凸面获得的混合反射表面103的阵列，所以可以显 箸地改善反射区120的定向反射性能。在这种情形，当"s"是分别形成第一 反射表面103a和第二反射表面103b的抛物线凹面和抛物线凸面之间的距离 时，混合反射表面103可以满足s=0、 s>0和s<0之一，如同在图22至24 中所示出的。
以下，将对根据本发明的典型实施例的在图2中所示出的混合反射表面 103的定向反射性能与在图9和10中分别示出的各抛物线凸面和抛物线凹面 的性能进行对比。
在本发明的典型实施例中，使用其中3个混合反射表面103相互接触的 图7的阵列进行模拟。当以2。的间隔将入射光线50a的入射角Q从0。改变 到46。时，如同在图25和26中所示出的计算由探测器搜集到的散射功率。 图25是示出当混合反射表面103包括移置了负值"s，， (s<0)的深抛物线凸 而时由探测器所搜集的散射功率的计算的图。图26是示出当混合反射表面 103包括移置了正值"s" (s>0)的深抛物线凸面时由探测器所搜集的散射功 率的计算的图
图25和26的计算结果是使用具有小于或等于探测角5的反射角的散射 光线50st获得的。在这种情形，探测角5是2.5。，介质是真空，并且混合反 射表面103由铝形成。此外，两个焦点之间的距离"s"以0.25 ，的间隔从-1.75/加增加到1.75，。入射光束50a的类型、偏振、和波长与图14和15相同。
图27至30示出了根据本发明的典型实施例的混合反射表面超过通过分 析图25和26的结果所获得的深抛物线凸面的性能的百分比增加。
图27是示出当光线50a的入射角以间隔2°从0°增加到46。时定向反射 性能的百分比增加的图。
图28是示出当光线50a的入射角以间隔2°从2°增加到46。时定向反射 性能的百分比增加的图。
图29是是示出当光线50a的入射角以间隔2°从4°增加到46。时定向反 射性能的百分比增加的图。
图30是示出当光线50a的入射角以间隔2°从10°增加到46。时定向反射 性能的百分比增加的图。
在图27至30中，通过对比根据本发明的典型实施例的混合反射表面103 和如同在图11中所示出的以直线布置的3个深抛物线凸面103，的定向反射 性能而获得百分比增加。在图27至30中，显见深抛物线凸面103，的定向反 射性能是O。为了对比根据本发明的典型实施例的混合反射表面103的和深 抛物线凹面反射器的定向反射性能，在图27至30的结果中还包括深抛物线 凹面103，，(参考图12)超过等效深抛物线凸面103，的定向反射性能的百分比 增力口。
当入射光线的入射角从0。改变到46°时，当两个焦点F之间的距离"s" 分别是-1.0，、 -1.25，、和-1.5 ，时，根据本发明的典型实施例的混合反 射表面103的定向反射性能超过深抛物线凸面的百分比增加分别是64%、47 %、和49%。在相同情形，深抛物线凹面103，，超过等效深抛物线凸面的定 向反射性能的百分比增加是72%。在本发明的典型实施例中，混合反射表面 103的高度(或深度)满足ycKyh。这里，yh是深抛物线凹面或深抛物线凸 面的高度。
当入射光线50a的入射角从2。增加到46°时，当两个焦点F之间的距离 "s"分别是-1.0，、 -1.25，、和-1.5 ，时，根据本发明的典型实施例的混 合反射表面103的定向反射性能超过深抛物线凸面的百分比增加分别是60 %、 51%、和50%。在相同情形，深抛物线凹面超过等效深抛物线凸面的定 向反射性能的百分比增加是46 % 。
当入射光线的入射角从4°增加到46°时，当两个焦点F之间的距离"s"
分别是-l.O卿、-1.25，、和-1.5 ，时，根据本发明的典型实施例的混合反
射表面103的定向反射性能超过深抛物线凸面的百分比增加分别是66%、59 %、 56%。在相同情形，深抛物线凹面超过等效深抛物线凸面的定向反射性
能的百分比增加仅是11
基本上，当用户操作LCD时，外部光线几乎不可能以入射角0°入射在 LCD上。因而，当考虑其中光线的入射角从2。增加到46。的情形和其中光线 的入射角从4。增加到46。的情形，确定根据本发明的典型实施例的混合反射 表面103的定向反射性能不仅比深抛物线凸面反射结构好而且比深抛物线凹 面反射结构好。
和深抛物线凸面反射结构而获得的混合反射表面103可以展示出不仅比深抛
同时，上面示例性地描述了部分抛物线凹表面用作根据本发明典型实施 例的混合反射表面103的第二反射表面103b。但是，本发明不仅局限于此， 并且第二反射表面103b可以具有其它各种展开形状。在这种情形，可以用 相同的方式大大地提高混合反射表面103的定向反射性能。
在上述根据本发明典型实施例的LCD中，反射区包括混合反射表面阵 列，各混合反射表面包括在其中心具有凸曲面形状的第 一反射表面和在第一 反射表面周围具有展开形状的第二反射表面。在该结构中，可以大大地增加 外部入射在LC面板上并且被反射区反射的光线的垂直光分量。
具体地，由于混合反射表面可以浅地形成至等于例如具有比其焦距大的 深度的深抛物线凹表面的半深度，所以可以容易地制造反射区并且可以有效 地增加被反射的光线的垂直光分量。
尽管参考其典型实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域的普通技
术人员应当理解在不偏离在所附权利要求中所界定的本发明的精神和范围 的前提下可以进行各种形式和细节的变更。
权利要求
1.一种液晶显示器，包括后基板；前基板；夹置在所述后基板和前基板之间的液晶层；和反射区，布置在面对所述液晶层布置的至少部分后基板的表面上，所述反射区向所述液晶层反射外部光线，其中所述反射区包括混合反射表面阵列，其中各混合反射表面包括在其中心具有凸曲面形状的第一反射表面，和在所述第一反射表面周围具有展开形状的第二反射表面。
2. 根据权利要求1的液晶显示器，其中所述第一反射表面是具有抛物 线截面的抛物线凸表面。
3. 根据权利要求2的液晶显示器，其中所述第二反射表面是凹曲面。
4. 根据权利要求2的液晶显示器，其中所述第二反射表面是部分抛物 线凹表面。
5. 根据权利要求4的液晶显示器，其中所述第一和第二反射表面具有相同的曲率。
6. 根据权利要求4的液晶显示器，其中所述第二反射表面是具有与所 述第 一反射表面的相同轴上的焦点并且与所述第 一反射表面具有相同焦距 的部分抛物线凹表面，其中所述第二反射表面布置在所述混合反射表面的第 一反射表面之外的区内。
7. 根据权利要求6的液晶显示器，其中所述第一和第二反射表面是轴 对称的3维表面。
8. 根据权利要求6的液晶显示器，其中当所述第一和第二反射表面的 焦点之间的距离是s时，所述混合反射表面满足s=0、 s>0、和sO之一。
9. 根据权利要求1的液晶显示器，其中所述第二反射表面是凹曲面。
10. 根据权利要求1的液晶显示器，还包括布置在后基板上的第一介质 层，并且所述第 一介质层具有在其上布置了所述混合反射表面阵列的与前基 板相对的表面。
11. 根据权利要求IO的液晶显示器，其中所述第一介质层包括金属。
12. 根据权利要求10的液晶显示器，还包括平坦化其上布置了所述混 合反射表面的阵列的第 一介质层的表面的第二介质层，其中所述第二介质层包括与所述第一介质层不同的材料。
13. 根据权利要求12的液晶显示器，其中所述第二介质层包括透明介电材料。
14. 根据权利要求1的液晶显示器，其中所述混合反射表面规则地布置 得相互分离。
15. 根据权利要求1的液晶显示器，其中所述混合反射表面不规则地布 置，使得一些混合反射表面相互接触，而其余的则相互分离。
16. 根据权利要求1的液晶显示器，还包括 布置在所述后基板后面的背光单元；和向所述液晶层透射由所述背光单元发出的光线的透射区，并且所述液晶 显示器是透反型液晶显示器。
17. 根据权利要求16的液晶显示器，还包括布置在所述前基板上的滤色器。
18. 根据权利要求1的液晶显示器，其中所述液晶显示器是反射型液晶显示器。
19. 根据权利要求18的液晶显示器，还包括布置在所述前基板上的滤色器。
全文摘要
本发明公开了一种液晶显示器(LCD)，包括后基板和前基板；夹置在所述后基板和前基板之间的液晶层(LC)；和在布置得面对所述LC层的后基板的至少部分表面上形成的反射区，以便向所述LC层反射外部光线。所述反射区包括混合反射表面阵列，各混合反射表面包括在其中心具有凸曲面形状的第一反射表面和在所述第一反射表面周围形成的具有展开形状的第二反射表面。
文档编号G02F1/1335GK101191952SQ20071019347
公开日2008年6月4日 申请日期2007年11月27日 优先权日2006年11月27日
发明者赵胜来 申请人:三星电子株式会社