DE10121325A1

DE10121325A1 - Optische Vorrichtung vom Reflexionstyp für Flüssigkristallanzeigen mit Beleuchtung

Info

Publication number: DE10121325A1
Application number: DE10121325A
Authority: DE
Inventors: Chun-Chien Chen; Yi-Pai Huang; Han-Ping Shieh
Original assignee: Wintek Corp
Current assignee: Wintek Corp
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2001-05-02
Publication date: 2002-11-21
Also published as: US6421105B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung für eine Flüssigkristallanzeige vom Reflexionstyp mit starker Beleuchtung, die umfasst: ein oben angeordnetes Glassubstrat, eine Flüssigkristallschicht und ein unten angeordnetes Glassubstrat. Ein oben angeordnetes Glassubstrat umfasst ein Mikrolinsenfeld mit einer Vielzahl von abwechselnd angeordneten Mikrolinsen. Das Mikrolinsenfeld setzt sich aus einer Vielzahl von ersten Elementen und zweiten Elementen zusammen, die regulär oder nicht regulär in der gleichen Ebene angeordnet sind. Das unten angeordnete Glassubstrat weist eine Reflexionsschicht aus Aluminium mit einer Aluminiumschicht auf. Ein optischer Film mit einem hohen Reflexionsvermögen ist zwischen der Aluminiumschicht und einer Schutzschicht angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein eine optische Vorrichtung vom Re flexionstyp für eine Flüssigkristallanzeige mit einer starken Beleuchtung, und betrifft insbesondere eine Flüssigkristallanzeige vom Reflexionstyp mit einem oben liegen den Glassubstrat, welches über ein Mikrolinsenfeld verfügt, in dem eine Vielzahl von Mikrolinsen ausgebildet sind, und welches ein unten liegendes Glassubstrat hat, des sen Reflexionsschicht aus Aluminium einen optischen Film aufweist.

Im Stand der Technik gibt es eine Flüssigkristallanzeige vom Reflexionstyp, wobei das Licht mittels einer Reflexion von externem Licht der Anzeige zugeführt wird, um so eine ausreichende Beleuchtung vorzusehen. Deshalb weist diese Flüssigkristall anzeige keine eingebaute Lichtquelle auf, so dass das Gewicht der Anzeige vermin dert ist. Die Qualität der Reflexion dieser Flüssigkristallanzeige wird bestimmt durch die Reflexion des externen Lichtes. Zu dem Prinzip der spiegelnden Reflexion in der Optik ist anzuführen, dass das einfallende Licht X und das reflektierte Licht Y auf den beiden Seiten einer senkrechten Linie, d. h. der Normalen, den gleichen Winkel (siehe dazu die Fig. 8) aufweisen, so dass, wenn das einfallende Licht X und das reflek tierte Licht Y geneigt sind, ein Neigungsbereich an der Flüssigkristallanzeige vorliegt, so dass der Benutzer, der in der vertikalen Richtung auf die Anzeige blickt, keine ausreichende Beleuchtung vorfindet. Deshalb sind der Kontrast und die Beleuchtung bei dieser Art von Flüssigkristallanzeige reduziert.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 9 ist dort eine andere Flüssigkristallanzeige gezeigt, wobei diese Flüssigkristallanzeige verdreht ist, um so genügend reflektiertes Licht vorzusehen, so dass sich das an der Oberfläche der Anzeige reflektierte Licht mit modulierten reflektierten Licht Y überlagert, so dass das reflektierte Licht, wie etwa Sonnenlicht und anderes externes Licht zu sehen ist und hierdurch der Kontrast der Abbildung bzw. Darstellung reduziert ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Vorrichtung vom Reflexionstyp mit einer starken Beleuchtung für eine Flüssigkristallanzeige zu schaf fen.

Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Patentanspruch 1 angegebe nen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren An sprüchen angegeben.

Hierbei dienen erste Elemente und zweite Elemente des Mikrolinsenfeldes dazu, das einfallende Licht zu brechen und zu fokussieren. Ein optischer Film mit einem be stimmten Reflexionsgrad wird kombiniert mit der Reflexionsschicht aus Aluminium, um so die Verfügbarkeit der externen Lichtquelle zu verbessern. Die ersten Elemente und die zweiten Elemente des Mikrolinsenfeldes brechen das reflektierte Licht, so dass das austretende gebrochene Licht an der richtigen Stelle der Anzeige ist und so dass die Beleuchtung und der Kontrast erhöht sind.

Die vorstehende Aufgabe, die Merkmale und Vorteile nach der vorliegenden Erfin dung können unter Berücksichtigung der folgenden, detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen besser verstanden werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zei gen in:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung, in der die Struktur dargestellt ist;

Fig. 2 eine schematische Ansicht, in der ein Querschnitt des Aufbaus und ein optischer Pfad des Lichtes nach der ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung dargestellt sind;

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Mikrolinsenfeld nach der ersten bevorzugten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ein Diagramm, in dem die optischen Eigenschaften des relativen Refle xionsvermögens bei unterschiedlichen Wellenlängen der Reflexionsschicht aus Alu minium nach der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darge stellt sind;

Fig. 5 die Verteilung des einfallenden und des reflektierten Lichtes einer Licht quelle bei der ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ein Diagramm des Reflexionsvermögens, wenn die Anzeige über 90° sowohl in der positiven Richtung als auch in der negativen Richtung gedreht wird, gemäß der ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des Aufbaus der zweiten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 eine Querschnittansicht einer Flüssigkristallanzeige vom Reflexionstyp nach dem Stand der Technik; und

Fig. 9 eine schematische Ansicht einer Flüssigkristallschicht nach dem Stand der Technik, die das externe Licht reflektiert.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6 ist dort eine optische Vorrichtung vom Re flexionstyp für eine Flüssigkristallanzeige mit starker Beleuchtung nach der vorlie genden Erfindung dargestellt, wobei ein oben liegendes Glassubstrat 1, eine Flüssig kristallschicht 2 und ein unten liegendes Glassubstrat 3 vorgesehen sind.

Das oben liegende Glassubstrat 1 umfasst ein Mikrolinsenfeld 10, mit einer Vielzahl von abwechselnd angeordneten Mikrolinsen. Das Mikrolinsenfeld 10 setzt sich aus einer Vielzahl von ersten Elementen 11 und zweiten Elementen 12 zusammen, die regelmäßig und in der gleichen Ebene angeordnet sind. Die Unterseite jedes ersten Elements 11 weist einen ersten halbkreisförmigen Boden 111 auf, an dem eine erste gerade Kante 112 vorgesehen ist. Die erste Kante 112 erstreckt sich an einer ersten Oberfläche 113. Eine obere Seite der ersten Oberfläche 113 hat eine gewölbte Ober fläche 114, die mit der anderen Seite der ersten Kante 112 des ersten Bodens 111 verbunden ist. Die zweiten Elemente 12 sind an den beiden Seiten der zweiten Ele mente 12 angeordnet und sind abwechselnd einzeln und paarweise angeordnet. Das zweite Element 12 weist einen zweiten Boden 121 auf, der eine sektorförmige Gestalt hat. Der zweite Boden 121 weist zwei vertikale zweite Kanten 122 auf. Die zweiten Kanten 122 erstrecken sich nach oben, so dass gewölbte zweite Oberflächen 123 ausgebildet sind. Die Oberseiten der zweiten Oberflächen sind mit einer zweiten ge wölbten Oberfläche 125 verbunden.

Eine Polarisationsplatte 13 ist an dem Boden des Mikrolinsenfeldes 10 installiert.

Eine Phasenkompensationsplatte 14 ist an der Unterseite der Polarisationsplatte 13 installiert.

Eine oben liegende Glasplatte 15 ist an der Unterseite der Phasenkompensations platte 14 installiert.

Eine Flüssigkristallschicht 2 ist an der Unterseite der oben liegenden Glasplatte 15 des oben angeordneten Glassubstrates 1 angeordnet. Die Flüssigkristallschicht 2 weist eine Mehrzahl von Abstandshaltern 21 auf, die mit der Unterseite der oben lie genden Glasplatte 15 kombiniert sind.

Das unten liegende Glassubstrat 3 ist an der Unterseite der Flüssigkristallschicht 2 installiert und umfasst die folgenden Bestandteile.

Eine Schutzschicht 31, die an der Unterseite der Flüssigkristallschicht 2 installiert ist. Die Schutzschicht 31 ist mit der Mehrzahl der Abstandshalter 21 kombiniert.

Eine Reflexionsschicht 32 aus Aluminium ist an der Unterseite der Schutzschicht 31 installiert. Die Reflexionsschicht 32 aus Aluminium weist eine Aluminiumschicht 321 auf. Ein optischer Film 322 ist zwischen der Aluminiumschicht 321 und der Reflexi onsschicht 32 aus Aluminium installiert. Der optische Film 322 ist durch abwechseln des Aufdampfen von SiO₂ und TiO₂ an der Aluminiumschicht 321 ausgebildet.

Eine unten liegende Glasplatte 33 ist an der Unterseite 321 der Aluminiumschicht 321 der Reflexionsschicht 32 aus Aluminium installiert.

Hierbei ist anzumerken, dass die ersten Elemente 11 und die zweiten Elemente 12 des Mikrolinsenfeldes 10 vorbestimmte Formen aufweisen. Das erste Element 11 und das zweite Element 12 haben die Wirkung, dass sie das Licht wie eine konvexe Linse polarisieren und dass sie das einfallende Licht X auf die Reflexionsschicht 32 aus Aluminium fokussieren. Die Reflexionsschicht 32 aus Aluminium reflektiert dann das einfallende Licht X derart, dass das reflektierte Licht Y entsteht. Dann wird das reflektierte Licht Y durch die ersten Elemente 11 und durch die zweiten Elemente 12 des Mikrolinsenfeldes 10 gebeugt bzw. gebrochen und schließlich senkrecht emittiert (d. h. in einer Richtung, die normal zu dem oben liegenden Glassubstrat 1 angeordnet ist), und zwar durch das oben liegende Glassubstrat 1 nach der vorliegenden Erfin dung. Der optische Film 322 der Reflexionsschicht 32 aus Aluminium wird durch ab wechselndes Aufdampfen von SiO₂ und TiO₂ auf die Aluminiumschicht 321 ausgebil det, so dass ein matter Spiegel (cold mirror) ausgebildet wird. Das Reflexionsvermö gen an der Oberfläche des optischen Films 322 wird mittels eines optischen Spektrometers (nicht gezeigt) gemessen, wobei das Ergebnis in der Fig. 4 darge stellt ist. Anhand der Fig. 4 ist zu erkennen, dass dieser Aufbau ein sehr hohes re latives Reflexionsvermögen bei einer Wellenlänge im Bereich von 400 nm bis 780 nm hat. Dies entspricht der Reflexionsschicht 32 aus Aluminium mit einem hohen reflek tiven Koeffizienten.

Bei dieser Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung sind die ersten Ele mente 11 und die zweiten Elemente 12 des Mikrolinsenfeldes 10 zu der optischen Struktur einer Flüssigkristallanzeige mit der Reflexionsschicht 32 aus Aluminium kombiniert. Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 ist dort gezeigt, dass, wenn externes einfallendes Licht X bzw. Lichtbündel X auf das erste Element 11 und das zweite E lement 12 des Mikrolinsenfeldes 10 fällt, es zuerst polarisiert wird, nämlich in ein ge beugtes Licht X1, und dass es dann durch die Polarisationsplatte 13, die Phasen kompensationsplatte 14, die oben liegende Glasplatte 15, die Flüssigkristallschicht 2 und die Schutzschicht 31 hindurch tritt. Dann wird das Licht auf die Reflexionsschicht 32 fokussiert. Durch die Reflexion an dem optischen Film 322 der Reflexionsschicht 32 und an der Aluminiumschicht 321 wird das sichtbare Licht mit einem sehr hohen Wirkungsgrad reflektiert, nämlich als das reflektierte Licht Y. Das reflektierte Licht Y verläuft umgekehrt durch die Schutzschicht 31, die Flüssigkristallschicht 2, die oben liegende Glasplatte 15, die Phasenkompensationsplatte 14 und durch die Polarisati onsplatte 13. Dann tritt es durch das erste Element 11 und durch das zweite Element 12 des Mikrolinsenfeldes 10 hindurch, wobei das reflektierte Licht Y moduliert wird, so dass es in einer normalen Richtung verläuft, und schließlich als gebeugtes Licht Z austritt.

Darüber hinaus, für den Fall, dass das externe einfallende Licht X auf das oben lie gende Glassubstrat 1 einfällt, mit einem Winkel von 30°, und dass die Flüssigkristall anzeige nach der vorliegenden Erfindung horizontal jeweils um etwa 90° im Uhrzei gersinn und dann im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wird das Reflexionsvermögen anhand des reflektierten Lichtes Z gemessen (siehe dazu Fig. 6). An der Abszisse ist der Beobachtungswinkel bzw. Blickwinkel und an der Ordinate das Reflexionsver mögen mit Bezug zu einer weißen MgO-Platte dargestellt. Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6, wenn das externe einfallende Licht X mit einem Winkel von 30° ein tritt, beträgt die spiegelnde Reflexion des reflektierten Lichtes Y etwa 30° und das reflektierte Licht Y verteilt sich zumeist im Winkelbereich von +10° bis -10° um den Spiegel-Reflexionswinkel β, d. h. in einem Bereich von 20° bis 40°. Deshalb ist die Wirkung der Fokussierung sehr gut.

Die vorliegenden Erfindung zusammenfassend betrachtet, werden die ersten Ele mente 11 und die zweiten Elemente 12 des Mikrolinsenfeldes 10 eingesetzt, um das einfallende Licht zu brechen und zu fokussieren. Ein optischer Film 322 mit einem bestimmten Reflexionsvermögen wird mit der Reflexionsschicht 32 aus Aluminium kombiniert, um so die externe Lichtquelle besser ausnützen zu können. Dann beugen die ersten Elemente 11 und die zweiten Elemente 12 des Mikrolinsenfeldes 10 das reflektierte Licht Y, so dass das austretende gebeugte Licht Z an der richtigen Stelle an der Anzeige ankommt, so dass die Beleuchtung und der Kontrast erhöht werden.

Selbstverständlich können an dieser Ausführungsform zahlreiche Abänderungen ausgeführt werden, wobei alle diese Änderungen und Modifikationen jedoch im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung liegen. Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 ist dort die zweite Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die erste Unterseite 411 und die erste Oberfläche 412 des ersten Elements 41 des Mik rolinsenfeldes 40 sind gleichschenklige Dreiecke. Die beiden Oberkanten der ersten Oberfläche 412 haben zwei erste geneigte Flächen 413, die mit einer anderen Seite der ersten Unterseite 411 verbunden sind und weisen eine dreieckige Form auf. Die zweiten Oberflächen 422 erstrecken sich nach oben, ausgehend von zwei Seiten der zweiten Unterseiten 421, und sind ebenso dreieckig ausgebildet. Die Oberkanten der zweiten Oberflächen 422 sind durch eine geneigt verlaufende Oberfläche 423 ver bunden. Mittels des ersten Elements 41 und des zweiten Elements 42, die eine Form wie eine Hälfte eines aufgeschnittenen Rombus aufweisen, kann die Lichtquelle die gleiche Funktion erreichen wie bei der ersten Ausführungsform, jedoch mit anderen Mitteln.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrie ben worden ist, ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass die vorliegende Erfin dung nicht auf die Details dieser Ausführungsformen beschränkt ist. Es sind einige Änderungen denkbar und in der vorstehenden Beschreibung erläutert, die für den Fachmann ausführbar sind. Diese Änderungen und Modifikationen sollen durch den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen defi niert, abgedeckt sein.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung für eine Flüssigkristallan zeige vom Reflexionstyp mit starker Beleuchtung, die umfasst: ein oben angeordne tes Glassubstrat, eine Flüssigkristallschicht und ein unten angeordnetes Glassub strat. Ein oben angeordnetes Glassubstrat umfasst ein Mikrolinsenfeld mit einer Viel zahl von abwechselnd angeordneten Mikrolinsen. Das Mikrolinsenfeld setzt sich aus einer Vielzahl von ersten Elementen und zweiten Elementen zusammen, die regulär oder nicht regulär in der gleichen Ebene angeordnet sind. Das unten angeordnete Glassubstrat weist eine Reflexionsschicht aus Aluminium mit einer Aluminiumschicht auf. Ein optischer Film mit einem hohen Reflexionsvermögen ist zwischen der Alumi niumschicht und einer Schutzschicht angeordnet.

Hinsichtlich vorstehend im einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird in übrigen ausdrücklich auf die Patentansprüche und die Zeichnungen verwie sen.

Claims

1. Optische Vorrichtung für eine Flüssigkristallanzeige vom Reflexionstyp mit Be leuchtung, mit einem oberen Glassubstrat, einer Flüssigkristallschicht und einem un teren Glassubstrat, mit:
einem oberen Glassubstrat, welches ein Mikrolinsenfeld aufweist, das eine Mehrzahl von abwechselnd angeordneten Mikrolinsen hat; wobei das Mikrolinsenfeld mit einer Mehrzahl von ersten Elementen und von zweiten Elementen versehen ist, die regelmäßig oder nicht regelmäßig in der gleichen Ebene angeordnet sind; wobei eine Unterseite jedes ersten Elements einen ersten Boden hat, der eine erste gerade Kante aufweist; wobei sich an die erste Kante eine erste Oberfläche anschließt; wo bei eine Oberkante der ersten Oberfläche eine erste Verbindungsfläche aufweist, die mit der anderen Seite einer ersten Kante der ersten Unterseite verbunden ist; wobei die zweiten Elemente an zwei Seiten des zweiten Elements und abwechselnd ange ordnet sind; wobei das zweite Element eine damit verbundene zweite Unterseite hat; wobei die zweite Unterseite zwei vertikale zweite Kanten hat, die damit verbunden sind; wobei zwei zweite Kanten sich nach oben erstrecken und eine zweite Oberflä che aufweisen; wobei die Oberseiten der zwei zweiten Oberflächen mit einer anderen Seite der zweiten Unterseite einer zweiten Verbindungsoberfläche verbunden sind;
einer Polarisationsplatte, die an der Unterseite des Mikrolinsenfeldes ange ordnet ist;
einer Phasenkompensationsplatte, die an einer Unterseite der Polarisations platte angeordnet ist; und
einer oberen Glasplatte, die an einer Unterseite der Phasenkompensations platte angeordnet ist;
einer Flüssigkristallschicht, die an einer Unterseite der oberen Glasplatte des oberen Glassubstrates angeordnet ist; wobei die Flüssigkristallschicht eine Vielzahl von Abstandshaltern umfasst, die mit der Unterseite der oberen Glasplatte kombiniert sind; wobei das untere Glassubstrat an einer Unterseite der Flüssigkristallschicht an geordnet ist und die folgenden Bauteile umfasst:
eine Schutzschicht, die an der Unterseite der Flüssigkristallschicht angeord net ist; wobei die Schutzschicht mit der Vielzahl der Abstandshalter kombiniert ist;
eine Reflexionsschicht aus Aluminium, die an der Unterseite der Schutz schicht angeordnet ist; wobei die Reflexionsschicht eine Aluminiumschicht aufweist; wobei ein optischer Film zwischen der Aluminiumschicht und der Reflexionsschicht angeordnet ist; und wobei der optische Film aus einem Material hergestellt ist, das ein hohes Reflexionsvermögen aufweist; und
eine untere Glasplatte, die an einer Unterseite der Aluminiumschicht der Re flexionsschicht angeordnet ist.

2. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Unterseite und die erste Oberfläche des ersten Elements eine halbkreisförmige Gestalt aufweist, sowie die erste Verbindungsoberfläche an der Oberkante der ersten Oberfläche eine erste ge wölbte Oberfläche ist, die eine gewölbte Form hat; wobei die zweite Unterseite und die zweite Oberfläche des zweiten Elements ein Sektor von 90° ist; und wobei die zweite Verbindungsfläche der zweiten Unterseite des zweiten Elements eine zweite gewölbte Oberfläche ist, die eine gewölbte Form hat.

3. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Unterseite und die erste Oberfläche des ersten Elements eine dreieckige Form haben, sowie die ersten Ver bindungsflächen an den Oberseiten der beiden Seiten der ersten Oberfläche als erste geneigte Flächen ausgeführt sind; und wobei die zweiten Unterseiten und die zweiten Oberflächen des zweiten Elements eine dreieckige Form aufweisen; und wo bei die zweite Verbindungsfläche an der Oberseite der zweiten Oberfläche eine zweite geneigte Fläche ist.

4. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der optische Film durch abwech selndes Aufdampfen von Silikondioxid (SiO₂) und Titandioxid (TiO₂) auf der Alumini umschicht ausgebildet wird.