半透半反液晶显示器技术综述
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作者: 赵洪涛
【摘要】 半透半反液晶显示因其兼具透射型和反射型液晶显示器的优点，具有非常大的环境光适应范围，近年来广泛应用于显示领域。本文通过检索并结合典型申请论述了半透半反液晶显示技术的发展脉络和发展方向，为进一步研究提供了相关参考。
【关键词】 半透半反 相位补偿 技术线路 专利
一、半透半反液晶显示技术
半透半反液晶显示技术是指，将每个R、G、B子像素单元分为透射区和反射区两部分，使透射区液晶工作于透射模式，反射区液晶工作于于反射模式，其工作原理为器件是：当环境光较暗时，打开背光源，光线透过透射区，器件工作于透射模式；而在明亮的环境下，关闭背光源，透反液晶显示器工作于反射模式，利用周围光的反射来显示图像[2]，[5]。本文将从专利申请的角度分析半透半反液晶显示技术的发展历程。
二、半透半反液晶显示技术相关专利申请情况：
2.1 主要申请人的统计情况
半透半反液晶显示领域申请量排名前十位的申请人见图1，台湾的友达光电、日本的精工爱普生和国内的京东方分别位列前三位，前十位中，日韩以及台企占据了大部分，这也反映出了在液晶显示技术中，日韩和台企掌握了该领域的核心技术。而在国内，京东方科技在近年来的投入的大量研发和对知识产权的注重后，在专利的申请上也有着显著的进步，在不断研究摸索中逐渐形成了自己的专利积累，为其日后进一步赶上日韩台等领先企业打下了坚实基础。
2.2专利申请量年度分布
将1995年至2013年期间的专利申请量，以一年为一个半透半反液晶领域专利申请量从2002年开始出现井喷式的增长，在2004年达到了最高峰，随着该领域的逐渐发展成熟以及其技术的单一性特点导致进一步研发难度较大，其专利申请量也逐渐减少并趋于稳定。
三、半透半反液晶显示技术发展脉络
下面结合重点专利对半透半反液晶显示器的技术发展进行详细论述。
1998年5月1日，来自日本的精工爱普生株式会社提交了一份申请号为：CN98800611.1的专利申请[1a]，其作为较早提出半透半反液晶显示器的申请，利用反射板来实现半反半透显示，在液晶层和背光装置之间安装了反偏振光分离器，其中，偏振光分离器具备（1/4）λ板和胆甾液晶层。胆甾液晶具有下述性质，对于具有与该液晶的间距（pitch）相同的波长的光，对与该液晶相同的旋转方向的圆偏振光进行反射，透过除此以外的光。即该液晶显示构成了半反半透型液晶显示。精工爱普生株式会社在随后推出了该专利的相关产品，从而造就了精工爱普生在该领域的领先地位。具体的，该液晶显示元件使用了TN液晶屏作为液晶层。将TN液晶夹在2片玻璃基板之间，在TN液晶屏的上侧设置了蓝色系列的彩色偏振片，在TN液晶屏的下侧按下述顺序设置了光散射体、偏振光分离器和红色系列的 EL背照光源。该显示元件在有外部光的场所，可构成利用外部光的反射的反射型的多彩色显示，另一方面，即使在没有外部光的场所，也可构成由来自光源的光产生的透射型的多彩色显示，从而使得在该半透射反射型的显示元件中在进行反射型显示时能够进行非常亮的显示。
作为较早提出半透半反液晶显示技术的专利，精工爱普生株式会社的该专利并没有考虑到透射光和反射光射出光路中走过的光程的差别，从而造成视觉误差以及出光效率较低等问题[5]。对于该问题，LG.菲利普LCD株式会社于2003年2月5日提交了一份申请号为：CN02140535.2的专利申请[1b]。在该专利中，LG.菲利普LCD株式会社提供了一种透射区域的液晶层是反射区域液晶层厚度的两倍，从而使得透射光和反射光在出射光路中走过的光程一致，从而保证了透射
区和反射区不存在视觉误差和均匀性问题。
具体的，在该申请中，将透反射LCD装置分成透射区“A”和反射区“B”，这种透反射LCD装置有相互分开面对的下基板和上基板。第一钝化层形成于下基板的内表面上，且第一钝化层在透射区“A” 内有第一透射孔。一透明导电材料的透射电极形成于第一钝化层上。接着，第二钝化层形成于透射电极上，而一反射电极形成于第二钝化层上。反射电极有一第二透射孔，该孔露出第一透射孔上的透射电极。另一方面，在下基板的内表面上形成一薄膜晶体管，并且将该薄膜晶体管电连接到透射电极和反射电极上。透射区域的液晶层是反射区域液晶层厚度的两倍，从而使得透射光和反射光在出射光路中走过的光程一致，从而保证了透射区和反射区不存在视觉误差和均匀性问题。
由于双盒厚的半透半反液晶显示器需要引起更加复杂的结构以及非常苛刻的制造过程，即制造过程中需要具有对两个盒间隙之间的差异的非常好的控制，这控制是比较困难的，从而导致盒间隙中的不均匀以及LCD光学性能的劣质[3]。
针对该问题，中佛罗里达大学以及统宝光电股份有限公司与2003年4月29日提出了一份申请号为：CN038154021的专利申请[1c]。在该申请中，其提供了一种用单间隙高反射（R）和透射（T）的半透反射式液晶显示器（LCD）的制造方法，它包括以下步骤：通过使用不连续的像素电极或共用电极，在反射区域中产生强弥散场，来减少单间隙液晶显示器（LCD）中反射像素（R）所对应区域的液晶分子的双折射变化Δn，从而反射像素（R）所对应区域的液晶分子的总延迟Δnd等于所述单间隙LCD中透射像素所对应区域的液晶分子的总延迟Δnd。可以发现，代替将盒间隙从d降低到d/2，可以通过使用部分转变在R区域中将双折射变化从Δn降低到Δn/2。可以将分子转变约45 °而不是垂直的90°。在这种情况中，双重路径R的合成延迟变化保持（Δn/2）*（2d）=Δnd，这与T的延迟变化相同。这就使用简单的单盒间隙结构为T和R两者形成了较高的光效率。该发明将反射区中的双折射变化Δn减小到一半，从而总延迟保持相同。
四、总结和展望
本文通过检索得到样本数据，进一步分析半透半反液晶显示技术的专利情况。通过分析可以看出近几年半透半反液晶显示技术的研究有了放缓的趋势，该领域的革新性创新也有所减小，这与2002年-2009年之间该领域井喷式的发展导致该半透半反液晶显示技术发展较为成熟有关。该领域技术比较领先的国家还是日本和韩国等显示领域比较发达的国家，我国仍处于跟随和模仿阶段，但随着国内如京东方等大型光电企业逐渐的发展，也在进一步缩小着和其他领先国家的差距。相信随着更多半透半反液晶显示技术的被提出，该领域的产品也会在市场上进一步成熟，从而推动时代和社会的进步。
参 考 文 献
[1]中国专利申请：a） CN98800611.1；b） CN02140535.2；c） CN038154021.
[2] 崔宏青，冯亚云，陈冬静.“单倍盒厚间距垂直排列和混合排列半透半反式液晶显示模式”.《液晶与显示》.2008
[3] 罗熙曦，马骏，凌志华.“广视角半反半透垂直排列TFT-LCD液晶显示研究”.《2008中国平板显示学术会议》.2008
[4] 张建德，王琼华，李大海.“透反区响应时间相等的双盒厚透反液晶显示器”.《光学技术》.2009
[5]申智源.TFT-LCD技术结构、原理及制造技术[M].北京；电子工业出版社，2012
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