维普资讯 http://www.cqvip.com 第２２卷第２期 ２００２年６月 光 电 子 技 术 ＯＰＴＯＥｌ ＥＣＴＲＯＮＩＣ ＴＥＣＨＮＯＩ ＯＧＹ Ｖｏ１．２２ Ｎｏ．２ Ｊｕｎ．２００２ 卜 （）． 甄 反射型ＬＣＤ中的光学膜 贾正根 陈国玲 （南京电子器件研究所．南京，２１００１６） ２００２年３月１４日收到 ．Ｉ 摘 要 介绍了多种光学膜的性能。这些膜在反射型Ｉ．ＣＤ中起了重要作用。使用这些新型 光学膜使反射型Ｉ．ＣＤ具有更高的亮度，更宽的视角。 关键词 反射型液晶显示器 偏振膜 延迟膜 散射膜 中图分类号：ＴＮ１４１．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５—４８８Ｘ（２００２）０２—００９２—０５ Ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｌｍ ｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ＬＣＤ Ｊｉａ Ｚｈｅｎｇｇｅｎ Ｃｈｅｎ Ｇｕｏｌｉｎ （Ｎａｎｊｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ。Ｎａｎｊｉｎｇ，２１ ００１ ６） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｐｏｒｔｓ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｍａｎｙ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｌｍ．Ｔｈｅｓｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｌｍｓ ｐｌａｙ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｉ．ＣＤ．Ｎｅｗ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｌｍ ｍａｋｅ ｔｈｅ ＬＣＤ ｂｒｉｇｈｔｅｒ ａｎｄ ｅａｓｉｅｒ ｔｏ ｖｉｅｗ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｔｙｐｅ Ｉ．ＣＤ，ｐｏｌａｒｉｚｅｒ ｆｉｌｍ，ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ ｆｉｌｍ，ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｆｉｌｍ 有效提高反射型ＬＣＤ的亮度、视角宽度及彩色性 引 言 随着信息时代的到来，个人计算机、数字摄像 机、移动通信、ＧＰＳ、电子报纸、Ｅ—ｂｏｏｋ、电子地图等 能。 本文主要介绍反射型ＬＣＤ中的偏振片、延迟 膜、反射膜、散射膜，重点介绍散射膜。 发展越来越快，急需大量低功耗、宽视角、室外视认 性好、且轻、薄的显示器件。具有上述功能的显示器 件，首推反射型Ｉ．ＣＤＬ１ｊ。但反射型ＬＣＤ在这些应用 １ 偏振片 目前常用的反射式Ｉ．ＣＤ，采用二片偏振片，显 中，尚有亮度不够高，视角不够宽等缺点，改进反射 型ＬＣＤ这些缺点的主要措施，就是设计出反射型 示器亮度较低，若改用一片，显示器亮度将大大提 高。 偏振片是一种线性偏光器，它能将自然光转变 Ｉ．ＣＤ中使用的多种光学薄膜。新型的光学薄膜，能 贾正根 男．１ ９３９年生．毕业于电子科技大学（原成都电讯工程学院）．高级工程师。长期从事像增强器、摄像器件和 陈国玲平板显示器件的研究。 男，１ ９４５年生，毕业于南京航空学院．工程师。长期从事电子仪器维修．情报资料．检索及电视声像等工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 贾正根等：反射型ｌ ＣＤ中的光学膜 ９３ 为线性偏振光，其功能如图１所示。自然光可以看 成由Ｅ矢量互相正交、互相平行或成一定角度的二 种偏振光构成。偏振片透过光轴和吸收光轴互相垂 直、平行或成一定角度。现行的偏光片是由基材（聚 乙烯醇）膜中，混有吸收光的碘或有机染料构成，它 能有效地吸收 方向（或Ｙ方向）Ｅ矢量光线、使自 然光成为只有在 或Ｙ方向Ｅ矢量的光。就如图１ 堡 中将Ｅ矢量在吸收轴平行的光全部吸收，故偏振片 的透过率最高仅有５０ ，实际低于５０ 。 图１偏振片的功能 偏振片的主要参数 有：１）光的透过率Ｔ；２） 偏光度Ｐ；３）色相。偏振片的透过率ｒ，取决于染料 的掺人量，掺人量高，透过率低，偏振度Ｐ就高，接 近１００ ，如图２所示。从图２看到，透过率ｒ，低，偏 振度Ｐ高，接近１Ｏ０ 。 偏振片的色相，如图３所示。图３纵轴为偏振片 的偏振度，横轴为白色度（白色色相）。偏振度高，色 相呈中性，白色色相值低。新开发的ＥＧＷ和Ｆｗ型 偏光片，偏振度较高时，也呈白色色相，这极有利于 彩色化。 ２ 相位差膜 相位差膜，有时也叫相延迟膜。Ｉ．ＣＤ光电特性 的改善、视角的拓宽、显示色的补偿，都离不开它。 在ＳＴＮ—Ｉ ＣＤ中，用相位差膜消除底色，实现 １ 黑白显示。在有滤色器的反射式ＬＣＤ中，用÷ 膜 １ 调制光的相位。在圆偏光显示中，用÷ 膜提高显 １ 示对比度。÷ 膜的各种功能如图４所示。图４说 图２偏振片的光学特性 Ｆｉｇ．２ Ｏｐｔｉ一 一ｃａｌ＼瓣妥 ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ ∞ ∞ ∞∞如加 ｍ ０ 反射角／（。） 图３偏振片的色相 Ｆｉｇ．３ Ｃｏｌｏｒ ｏｆ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ 明，｛ 膜能将线性偏振光变成圆偏振光，而吉 膜 能将圆偏振光从左旋变为右旋，也可将圆偏振光从 右旋变为左旋。这种变化，在反射式Ｉ．ＣＤ中，对实 现器件功能，起重要作用。 ３ 反射膜 反射膜在反射式Ｉ．ＣＤ中起重大作用，其性能 好坏，不仅决定了反射型Ｉ ＣＤ的亮度，而且对显示 对比度及色纯度的改善起重要作用。 反射膜的主要指标有反射率、反射指向性、色 调。反射膜中Ａｇ膜和Ａｌ膜的性能如图５所示。由 图５可知Ａｇ膜反射性能最好，Ａｌ膜次之。图５中还 维普资讯 http://www.cqvip.com 光 电 子 技 术 第２２卷 表示了一种反射散射膜。反射散射膜虽然反射率低 些，但角度宽多了。在Ａｇ膜或Ａｌ膜上，增加一层塑 料小球或塑料微柱阵列，即可制成散射反射膜。 自然光 偏振器 ＾／２板 【 反 Ｐｏｉｎｃａｒｅ球 反射光谱 ＼ ＼ － ｌ 普通＾／４板 ＿◆ ＼ ＿◆ ＿◆ Ｏ 一 Ｉ ， ４５０ ５波长／５０ ６５０ ｎｍ 宽带＾／４板 ＼ ＼ ＿◆： ＼ Ｏ 厂 Ｏ （＝） 一 ＩＯ ４５０ ５波长／５０ ６ｎｍ５ ０ 图４ ４ 膜功能 Ｆｉｇ．４ Ｐｅｒｆ０ｒｍａｎｃｅ。ｆ ｔｈｅ÷ Ⅲｍ ８０ ７０ ６０ 反射光 墼５０ ４０ ３０ ２０ １０ ０ ４０ —２０ ０ ２０ ４０ ６０ ８０ 反射角／（。） 图５反射膜的性能 Ｆｉｇ．５ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｆｉｌｍ 图６ 白纸的光散射性 Ｆｉｇ．６ Ｌｉｇｈｔ ｓｃａｔｔｅｒ ｉｎ ｗｈｉｔｅ ｐａｐｅｒ ４ 散射膜 反射型Ｉ ＣＤ显示质量追求的目标是达到纸张 显示效果。纸有很好的散射功能，故纸张显示有较 大的视角，纸张的散光性能如图６所示。 用于反射型Ｉ ＣＤ中的散射膜，应有下列性能： １）高的集光性；２）偏光性不消失； ３）散射性能好；４）无彩色性。 的亮度，尤其是白色亮度。偏光性的消失，会影响到 反射性Ｉ．ＣＤ的显色程度，进而影响显示对比度。散 射性能在很大程度上决定了反射型Ｉ ＣＤ的视角宽 度。无彩色性会影响色纯。散射膜的关键指标是集 光性能和散射性能。 用集光度 评价散射膜集光性能 ｒ ２５ ＝Ｊ…ｌ ５ Ｉ 尺（ ）ｄＯｌ （１） 散射膜集光性［３ 的高低，决定了反射型Ｉ ＣＤ 其中尺（ …）是光入射角为ＯＪ￣ｍｐ时，在散射板法 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 贾正根等：反射型ＬＣＤ中的光学膜 线方向的反射率，有效的散射光的入射角一般在一 ２５。～一４５。之间。 集光度 的测量方法，如图７所示，图７中（ａ） 为测量系统，（ｂ）为模拟的显示器件，（ｃ）为测出的 反射率和入射角关系。 ／偏振器 ／玻板 —＿光学耦合剂 一ＩＳＲ ～匿 玻板 （ａ） ６０ 。 蕙２０ ０ －６０－５５－５０－４５—４０—３５—３Ｏ一２５ 入射角 ／（。） （ｃ） 图７集光度的测量 Ｆｉｇ．７ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ｌｉｇｈｔ 集光度 和反射率有密切关系。集光度 和白 光反射率之间关系如图８所示。不同的样品有不同 的曲线。Ｙ（ＳＣＥ）是除去正反射光成份的积分反射 率。模拟器中，在Ｙ（ＳＣＥ）为６３ 时，集光度最大，散 射膜的Ｙ（ＳＣＥ）为７９ 时，集光度最大。Ｙ（ＳＣＥ）超 过６３ ，集光度会降低。这是由于ｙ超过６３ ，虽然 反射会增加，但偏振片和空气界面会呈现反射，使 积分反射率下降。ｙ一６３ ，不仅集光度高，而且也 无偏光衰减。 新的散射膜其集光度是以前散射膜的２．８倍， 这种散射膜用于９．７ ｃｍ反射型Ｉ ＣＤ中，其集光度 是普通散射膜的２．３倍。光的入射角为一２５。时，反 射率达到２７ ，是普通散射板的２．５倍。散射膜对 反射型Ｉ ＣＤ色选择性也有影响。性能优异的散射 膜有好的色纯和好的色再现性。普通散射膜，色纯 好，色再现性就差。新设计的散射膜色坐标范围较 大，色选择性和再现性都好，如图９所示。由图９可 知新型散射板色再现性提高了２．８倍。 新的散射膜表面显微镜照片，如图１０所示。从 图１０看到，散射膜实质上是一个表面呈凸凹形状 ｙ（ＳＥＥ）／（％） ●模拟器ＩＳＲ片 Ａ散射膜 图８散射膜散射性 Ｆｉｇ．８ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｆｉｌｍ ＋ 新型ＬＣＤ —Ａ一普通型ＬＣＤ 图９色坐标 Ｆｉｇ．９ ＣＩＥ ｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ ｄｉａｇｒａｍ 图１Ｏ散射膜表面显微照片 Ｆｉｇ．１０ ＡＦＭ ｉｍａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｆｉｌｍ 维普资讯 http://www.cqvip.com ９６ 光 电 子 技 术 第２２卷 的薄膜。 新散射膜制造方法 有两种：其一是在均匀的 介质膜上粘上一层塑料微粒，这种散射膜的散射性 能和微粒半径、密度以及微粒和介质膜材料折射率 之比、介质膜厚度有关。其二是用光刻法，将介质膜 表面光刻出圆柱微粒状阵列。这种膜表面折射率呈 周期性变化，并有好的散射性能。 散射膜在反射型Ｉ ＣＤ中的位置，如图ｌ１所示。 根据散射膜种类和位置，反射型Ｉ ＣＤ有三类六种 不同结构。图ｌ１中表示了这三类六种结构的反射 型Ｉ ＣＤ，图中（ａ）（ｂ）（ｃ）属于ＳＲ类型，散射膜置于 后基板上面。而（ｄ）（ｅ）（ｆ）是将散射膜置于前基板 上，（ｄ）是ＳＩ Ｃ类，散射膜是Ｉ Ｃ层。 ＰＯ ＧＬ ＧＬ ＬＣ ＬＣ ＥＰ ＳＲ ＳＲ （ａ）ＳＲ．Ｉ型 （ｂ）ＳＲ．ＩＩ型 （ｃ）ＳＲ・ＩＩＩ型 ＳＦ ＰＯ ＧＬ ＧＬ ＬＣ ＬＣ ■■■■●●ＡＢ； ［＝＝＝＝＝二圈ＭＲ （ｄ）ＳＬＣ型 （ｅ）ＳＦ—Ｉ型 （ｆ）ＳＦ—ＩＩ型 图１１ 反射型ＬＣＤ的结构（ＳＲ：散射反射器；ＳＦ：散射 膜；ＳＬＣ：散射液晶；ＧＬ：玻板；ＳＬ：散射光） Ｆｉｇ．１ １ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ＬＣＤ ＳＲ类有下列缺点：存在视差，显示对比度低， 分辨率低，散射膜置于前基板上，使散射性能好，显 示器有更宽的视角，也没有视差。散射膜前置，如图 １２所示，它具有二次散射功能，因此有更宽的视 角。 入射光 ～ ～ 反射光 ～ ～ ～ 非散射光 Ｉ 散射腠 ｌ。 Ｉ、 散射光 篓 ｉ 鞭 兹 §§§篓 篓；； 荔§ §§ｌ雾囊篓器 舞：誊尊 誊 图１２前置散射膜的光学功能 Ｆｉｇ．１２ Ｏｐｔｉｃａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｏｎｔ—ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｆｉｌｍ 了解上述光学膜的结构和功能，对理解和设计 反射型Ｉ．ＣＤ是很重要的。现在反射型Ｉ．ＣＤ电光性 能显著提高，其重要因素是使用了多种新型光学薄 膜。 参 考 文 献 ｌ贾正根．低功耗ＬＣＤ．电子器件．２０００；２３（１）：６７ ２ 小村真一．桑原和麂．伊柬理．反射型力 一ＳＴＮ—ＬｃＤ 光早觳 ． 叉 ｌ／ ７＇＝Ｆ／ｆ 一≯＇／ ．２０００；９：３ ３阴秀麂．内田能男．反射型力 一液晶表示素子 ７ 一 叉， 一 叉７。 ／ｆ ７＇＝Ｆ／ｆ 一－ｐ＇／ ．２０００；９：４９ ４膏田尚英．河粟ｊ萁理子，山中泰彦．高二色性比 ＧＨＥ—Ｆ【二ａ—ｊ 反射型ＬＣＤ一超扣匕扎，、／ｆ７。Ｊ）、ｙ ＦＧＨＥ・Ｆ．－７＂ 叉７ ／ｆ ７， ＝Ｆ／ｆ 一－ｐ ．２０００；９：ｌ９
