專利名稱：膽甾醇型彩色濾光片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反射彩色濾光片，尤其涉及一種與顯示裝置結(jié)合使用的膽甾醇濾光片，本發(fā)明也涉及采用這種濾光片的顯示裝置。
背景技術(shù)：
膽甾醇材料，也叫作手征性向列材料，可以用來作反射彩色濾光片。與傳統(tǒng)的吸收型彩色濾光片相比，這種濾光片的優(yōu)點是不吸收光線，因而，用膽甾醇型濾光片比用傳統(tǒng)的吸收型彩色濾光片可能有更高的濾光效率。而且，因為需要更少的加工步驟，制造膽甾醇型彩色濾光片比制造吸收型彩色濾光片更簡單。但是，從膽甾醇彩色濾光片反射的色彩很大程度上取決于視角(也就是在濾光片上的入射角)?；谀戠薮夹鸵壕Х瓷湫惋@示裝置的角度允許帶寬最多是約±20°左右。
呈平面狀(主軸垂直于濾光片層表面)的膽甾醇材料層充當(dāng)干涉膜層，該干涉膜層反射波長與膽甾醇結(jié)構(gòu)的間距相匹配的光線。不能滿足干涉標(biāo)準(zhǔn)的光線透過該材料，因此，為了反射特定的波長，膽甾醇材料必須有與特定波長匹配的間距。
當(dāng)入射角度大于零，即在傾斜入射角的情況下，膽甾醇材料的有效間距發(fā)生改變。結(jié)果，如上所述，根據(jù)入射角而相應(yīng)地改變反射的色彩。發(fā)生最大反射的波長λmax用下列公式表示λmax＝navgpcos(α)，公式中navg是材料平均折射率，p是膽甾結(jié)構(gòu)間距，α是與膽甾醇層法線之間的入射角。應(yīng)該注意，上面的等式中忽略了膽甾醇材料與周圍環(huán)境之間層表面的折射。
很顯然，當(dāng)入射角增大時，反射光的波長減小，換句話說，當(dāng)以增大的角度觀察膽甾醇濾光片時，反射光的波長減小。對于顯示裝置，這個角度相關(guān)性是很討厭的。對于多色顯示器的紅色成份，尤其麻煩，因為顏色會變?yōu)辄S色或綠色。應(yīng)注意，人眼對綠光最敏感。因此，當(dāng)以傾斜角觀察時，基于膽甾醇濾光片彩色顯示器由紅向綠的變化變得更明顯。而且，損害了紅色的重現(xiàn)，導(dǎo)致色空間損失。
早先提出克服上述問題的辦法是引入吸收濾光片，來吸收不想要的顏色，可是，這種解決問題的辦法受到很多限制。首先，它再次引入吸收濾光片，如上所述，用反射濾光片(如膽甾醇濾光片)的優(yōu)點是可能避免費用昂貴和工藝復(fù)雜的吸收濾光片；其次，吸收濾光片也影響其他的顏色，因而顏色重現(xiàn)發(fā)生偏離。膽甾醇濾光片包括吸收不需要的顏色的吸收染料，如WO 00/33129所述。
因此，在反射膽甾醇彩色濾光片領(lǐng)域，有必要改善在傾斜視角時的顏色重現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的是提供一種解決上述在傾斜角度下觀察時，膽甾醇濾光片的色移問題的方法。這個目的通過在權(quán)利要中的裝置和方法來實現(xiàn)。
因此，本發(fā)明提供一種設(shè)置成通過反射重現(xiàn)顏色的反射濾光片結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括一個第一區(qū)域，用于反射垂直入射的紅色光；所述濾光片的特征還包括第二區(qū)域，用于反射垂直入射的紅外顏色的光；其中所述第二區(qū)域，還用于反射大于零的預(yù)定入射角入射的紅色光。
特別是，本發(fā)明的目的是增加基于含有膽甾醇排列材料的反射濾光片的彩色顯示裝置的允許視角。
因此，本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種基于膽甾醇排列的液晶反射彩色濾光片，該濾光片在傾斜視角時，不需要引入吸收元件，就顯示出更好的顏色重現(xiàn)。不過，為了達(dá)到特殊的理想效果，優(yōu)選將本發(fā)明的特點與吸收元件或染料結(jié)合使用。
本發(fā)明是基于這樣的認(rèn)識，即當(dāng)以傾斜角觀察顯示時，在傳統(tǒng)RGB圖案矩陣顯示器中增加的紅外區(qū)域能用于紅色重現(xiàn)。當(dāng)以垂直入射角觀看時，紅外區(qū)域適于反射在色譜紅外范圍內(nèi)的光線。因此，在垂直(即垂直)視角時，紅外區(qū)域?qū)θ搜凼遣豢梢姷?。可是，?dāng)以傾斜角度觀察時，從紅外區(qū)域反射的光線波長移向更短的波長，結(jié)果，當(dāng)以傾斜角觀察紅外區(qū)域時，該區(qū)域的顔色重現(xiàn)可以被設(shè)置成落入色譜的紅色范圍內(nèi)。通過以傾斜角觀察時紅外區(qū)域變成可見紅光的優(yōu)點，補償了有缺陷的黃色和綠色。
盡管本發(fā)明是用一個膽甾醇液晶實施例來描述，但是，應(yīng)該理解其它類型的反射彩色濾光片也可以本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
本發(fā)明的反射濾光片結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是，用現(xiàn)有技術(shù)可以制造該附加的紅外區(qū)域，膽甾醇膜反射的顏色取決于所述膜的間距，因此，例如通過提供其間距不同于紅、綠、蘭區(qū)域的間距的膽甾醇材料的區(qū)域，很容易在矩陣顯示器中引入紅外區(qū)域。本發(fā)明不必采用新的復(fù)雜工藝就能很大程度上提高反射彩色濾光片的性能。
優(yōu)選的是該紅外區(qū)域在所有區(qū)域共同的層上形成，即這些區(qū)域是在一個層中并列形成?；蛘咴诎t、綠、蘭區(qū)域的層上的第二層中形成紅外區(qū)域。在后面這種情況下，僅在紅色區(qū)域頂面形成紅外區(qū)域，讓綠光和蘭光區(qū)域暴露。類似地，也能在紅色區(qū)域下面的第二層中形成紅外區(qū)域。
應(yīng)注意，術(shù)語“紅外”、“紅”、“綠”和“蘭”區(qū)域是指在垂直視角(即垂直)時反射的顏色，然而，事實證明，當(dāng)視角增大時，反射的顏色移向更短的波長。
一方面，本發(fā)明提供一種膽甾醇材料的反射濾光片結(jié)構(gòu)，其中增強了傾斜視角時的紅色的重現(xiàn)。為此，反射濾光片結(jié)構(gòu)包括紅色區(qū)域和紅外區(qū)域。在零度入射角(即垂直視角)情況下，紅色區(qū)域反射紅光，紅外區(qū)域反射紅外光。在傾斜入射角的情況下，紅外區(qū)域反射紅光，而紅色區(qū)域反射黃綠光。例如，當(dāng)以45°角觀察濾光片時，紅外區(qū)域適用于反射在色譜的紅色區(qū)域內(nèi)的光，因而，由于該紅外區(qū)域的存在，在傾斜視角的情況下，改善了紅色重現(xiàn)。
另一方面，本發(fā)明為全色重現(xiàn)提供一種像素結(jié)構(gòu)，該像素結(jié)構(gòu)包括藍(lán)色區(qū)域、綠色區(qū)域、紅色區(qū)域和紅外區(qū)域。優(yōu)選的是，每個區(qū)域的面積都是仔細(xì)選擇的，以便最好地重現(xiàn)顏色空間。區(qū)域大小和區(qū)域布局的不同選擇，在以下本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述中將描述。
膽甾醇材料的有圖案層的制造在本領(lǐng)域已公知。例如，WO 00/34808披露了一種方法，用于制造具有膽甾醇排列的聚合材料圖案層，其中，該材料的取向使得膽甾醇排列的材料的分子螺旋軸橫向延伸到該層。


在閱讀和理解了下列一些優(yōu)選實施例詳細(xì)描述后，就會明白本發(fā)明的進一步特征和目的。該詳細(xì)的描述參考了如下附圖圖1示意性的表示現(xiàn)有技術(shù)的膽甾醇排列材料的濾光片層；
圖2示意性的表示現(xiàn)有技術(shù)的反射濾光片結(jié)構(gòu)；圖3示意性的表示本發(fā)明的第一實施例；圖4示意性的表示本發(fā)明的第二實施例；圖5示意性的表示本發(fā)明的第三實施例；圖6示意性的表示本發(fā)明的第四實施例；圖7示意性的表示本發(fā)明的第五實施例；以及圖8示意性的表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的反射濾光片的顏色重現(xiàn)曲線圖。
優(yōu)選實施方案的詳細(xì)說明作為一種介紹，以示例圖來描述本發(fā)明實現(xiàn)的反射彩色濾光片的改進。圖1中示意性地表示了手征性向列液晶層10(即膽甾醇材料)。
反射彩色濾光片具有用于反射在垂直入射的紅色光的膽甾醇材料的第一區(qū)域。能看見的紅色光波長在600nm-700nm的范圍內(nèi)，典型地在650nm左右。在平均反射率navg的材料中，垂直入射角(α＝0)入射的該中心波長λ的光線所需的膽甾醇材料的間距p由p＝λ/nvag計算得到。對于非零度入射角，反射光的波長移向更短波長(即峰值反射的波長移向短波長)。如果計入在膽甾醇層和周圍環(huán)境(這里認(rèn)為空氣的折射率為1)之間的界面折射，在入射角為α的情況下，反射的中心波長由如下公式得出λ(α)＝λ0cos[sin-1(navg-1(sinα))]其中λ0是在零度入射角時的反射波長，navg是膽甾醇材料的平均折射率。
如果所述膽甾醇材料的第一區(qū)域適用于反射垂直入射的波長為650nm的光線，那么，在傾斜角α的最大反射的波長由上面的等式得出。例如，當(dāng)視角為45°，平均折射率navg＝1.5時，反射光集中在573nm左右(為黃光)。
現(xiàn)在，在相同的層并列所述第一區(qū)域與膽甾醇材料的第二區(qū)域，其中第二區(qū)域用于反射垂直入射的光譜紅外區(qū)域的光線；因此極大地增強了在傾斜角時的紅色的重現(xiàn)。如果第二區(qū)域用于反射以垂直入射角的波長大約是740nm的光，則在入射角為45°時的反射光集中在650nm左右。結(jié)果，第一區(qū)域650nm的反射損失通過第二區(qū)域650nm的反射來補償。因此，看到的顏色是紅色和黃色的混合色，而不是純黃色。優(yōu)選的是，第一和第二區(qū)域的大小，以及它們之間的間隔，應(yīng)當(dāng)小至單獨用人眼無法分辨這兩個區(qū)域。
或者在紅色區(qū)域上面的附加層中形成紅外層，在這種情況下，僅在紅色區(qū)域上方設(shè)置紅外區(qū)域，剩下的綠色和藍(lán)色區(qū)域沒被覆蓋。類似地，也可直接地在紅色區(qū)域下面設(shè)置紅外區(qū)域。
可以預(yù)見，本發(fā)明將主要用于彩色顯示裝置，如RGB矩陣顯示器。在圖2中示出了現(xiàn)有技術(shù)RGB顯示器的結(jié)構(gòu)。顯示的任一像素20包括三個子像素紅色子像素21，綠色子像素22和藍(lán)色子像素23。每個子像素21、22、23由膽甾醇材料的區(qū)域組成，用于反射垂直入射的預(yù)定波長的光(即分別為紅光、綠光和藍(lán)光)。為了提供可更新的像素，膽甾醇材料的反射性可以在開和關(guān)之間電切換，或電調(diào)整。
然而，如上所述，適當(dāng)顏色重現(xiàn)的允許角度范圍僅僅是大約±20°。
根據(jù)本發(fā)明，增加視角也是通過在像素中引入附加的子像素來實現(xiàn)的，該附加的子像素用于反射垂直入射的紅外顏色的光。結(jié)果，在傾斜視角時，從附加子像素的反射就移向可見的紅光。
在圖3中，示意性地表示出本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例平面圖，在這個例子中，傳統(tǒng)的紅色區(qū)域分為一個紅色區(qū)域31和一個紅外區(qū)域34。示意性地表示的實施例是最容易制作的，生產(chǎn)工藝改動最小?？墒牵t色(亮度及反射系數(shù))的重現(xiàn)比綠色和藍(lán)色的重現(xiàn)低，因為紅色31和紅外34區(qū)域的表面積分別小于綠色32和藍(lán)色33區(qū)域的表面積。在有些情形中，這種現(xiàn)象可能可以接受或是期望的；而在另一些情形中，必須采取措施來避免顏色亮度的不同，如下面的實施例就是這種情況。
在圖4中，示意性地表示出本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例。在此，紅光、藍(lán)光和綠光的強度是通過每個有基本相等表面積的紅外44、紅色41、綠色42和藍(lán)色43區(qū)域來平衡的。當(dāng)視角增加時，從紅色區(qū)域41的紅光反射減少，相應(yīng)地從紅外區(qū)域44可見紅光的反射增加?？梢岳斫?，將每個區(qū)域41、42、43、44的面積設(shè)計成能得到想要的光亮度。
圖5中示意性地表示出本發(fā)明第三優(yōu)選實施例，在這個實施例中，紅色R和紅外IR區(qū)域被散置成棋盤結(jié)構(gòu)，棋盤結(jié)構(gòu)增強了從紅色區(qū)域反射光和紅外區(qū)域反射光的混合。
圖6示意性地表示出本發(fā)明第四優(yōu)選實施例，這個實施例與圖5的實施例相似。為了進一步增強紅色的重現(xiàn)，紅色R和紅外IR反射區(qū)域的棋盤結(jié)構(gòu)比前一實施例的大，通過適當(dāng)?shù)剡x擇每個區(qū)域(紅外、紅、綠、藍(lán))的表面積，紅色的重現(xiàn)能與綠色和藍(lán)色的重現(xiàn)相平衡。
圖7示意性地表示出本發(fā)明一實施例的側(cè)視圖，其中，紅外區(qū)域被設(shè)置在包括紅色R、綠色G和藍(lán)色B區(qū)域的層上面的第二層中。紅外區(qū)域IR只在紅色區(qū)域上設(shè)置，有效地剩下綠色和藍(lán)色不覆蓋。出于實際原因，綠色和藍(lán)色區(qū)域也被覆蓋，只是用不活躍區(qū)域，即基本上不反射區(qū)域NA?？梢岳斫猓梢宰畲蟪潭缺苊饧t外區(qū)域IR對綠色G和藍(lán)色B區(qū)域顏色重現(xiàn)的影響。
盡管圖7中只示出紅色區(qū)域上面設(shè)置的紅外區(qū)域，但是紅外區(qū)域也可以在紅色區(qū)域下面。
圖8顯示了本發(fā)明在增大視角的情況下，改善的顏色重現(xiàn)。該圖在原色三角圖中，以正方形顯示了單個區(qū)域紅色濾光片的顏色重現(xiàn)，以三角形顯示了雙區(qū)域—紅色和紅外濾光片(三角)的顏色重現(xiàn)。在原色三角圖中，右角對應(yīng)紅色。上角對應(yīng)綠色，左下角對應(yīng)藍(lán)色。紅色區(qū)域有100nm寬度的反射帶，中心在650nm，紅外區(qū)域有100nm寬度的反射帶，中心在750nm。在雙區(qū)域濾光片中，紅色區(qū)域表面積等于紅外區(qū)域表面積。針對空氣中(彩色濾光片的外面)的視角來對反射光的顏色作圖，其中入射角為0°到60°，按5°遞增，圖中清楚地表示了當(dāng)采用本發(fā)明的雙區(qū)域濾光片時，紅色重現(xiàn)大大地增加了。
因此，基于手征性向列(膽甾)液晶的反射彩色濾光片中加入本發(fā)明的紅外區(qū)域，其中該紅外區(qū)域是這樣一種反射濾光層區(qū)域，當(dāng)在0°入射角觀察時，它反射光譜紅外范圍內(nèi)的光；而從傾斜角觀察時，它反射可見紅光，所以極大地改善了在傾斜角時的顏色重現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)置成通過反射重現(xiàn)顏色的反射濾光片結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括用于反射在垂直入射的紅光的第一區(qū)域組成，所述濾光片結(jié)構(gòu)的特征在于還包括第二區(qū)域，用于反射在垂直入射的紅外顏色的光；并且，反射在大于零的預(yù)定角度入射的紅色光。
2.如權(quán)利要求1所述的反射濾光片結(jié)構(gòu)，還包括用于反射在垂直入射的綠光的第三區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1或2所述的反射濾光片結(jié)構(gòu)，還包括用于反射在垂直入射角入射的藍(lán)光的第四區(qū)域。
4.如前面任一權(quán)利要求所述的反射濾光片結(jié)構(gòu)，其中至少一個反射區(qū)域包括膽甾醇液晶。
5.如權(quán)利要求1所述的反射濾光片結(jié)構(gòu)，其中所述的第一區(qū)域與第二區(qū)域散置成棋盤圖案。
6.如權(quán)利要求1所述的反射濾光片結(jié)構(gòu)，其中第一區(qū)域的反射表面積基本上等于第二區(qū)域的反射表面積。
7.如權(quán)利要求3所述的反射濾光片結(jié)構(gòu)，其中每個區(qū)域的反射表面積基本相等。
8.如前面任一權(quán)利要求所述的反射濾光片結(jié)構(gòu)，其中每個區(qū)域形成為一層。
9.如權(quán)利要求1至7任一項所述的反射濾光片結(jié)構(gòu)，其中在包括第一區(qū)域的層的任一側(cè)上形成第二層的第二區(qū)域。
10.一種反射液晶彩色顯示裝置，其中，每個像素包括一個用于反射垂直入射的紅光的膽甾醇材料區(qū)域，一個用于反射垂直入射的綠光的膽甾醇材料區(qū)域，一個用于反射垂直入射的藍(lán)光的膽甾醇材料區(qū)域；該顯示裝置的特征在于，還包括用于反射垂直入射的紅外光的附加膽甾醇材料區(qū)域，該區(qū)域用于反射在大于零的預(yù)定入射角入射的紅光。
全文摘要
一種反射濾光片結(jié)構(gòu)(30)；用于通過反射重現(xiàn)顏色，該濾光片結(jié)構(gòu)包括反射在零度入射的可見紅光的第一區(qū)域(31)和反射在零度入射的不可見紅外光的第二區(qū)域(34)。而且，第二區(qū)域用于反射在大于零的預(yù)定入射角的入射的可見紅光。本發(fā)明也涉及基于該反射濾光片結(jié)構(gòu)的顯示裝置。
文檔編號G02B5/20GK1459035SQ02800673
公開日2003年11月26日 申請日期2002年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月16日
發(fā)明者G·P·卡曼 申請人:皇家菲利浦電子有限公司