專利名稱：高亮度扭絞向列貫通型液晶顯示器的制作方法
這個(gè)發(fā)明涉及貫通型液晶顯示器，尤其是通過(guò)采用新穎而較高級(jí)的運(yùn)行模式使貫通型扭絞向列(TN)模式液晶顯示器(LCD)的透射從大約30％提高到大約90％的方法和設(shè)備，這個(gè)發(fā)明要求2003年5月6日提出的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?0/378,317的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
和先前技術(shù)傳統(tǒng)透射式液晶顯示器(LCDs)呈現(xiàn)具有優(yōu)良色彩飽和度的高對(duì)比度。然而，由于需要背光，其功耗是高的。在明亮的環(huán)境中，顯示器完全泛白，因此失去它的清晰度。另一個(gè)方面，反射LCD使用周?chē)墓饩€來(lái)讀出顯示的圖像，因此在明亮的環(huán)境中保持它的清晰度。由于缺少背光，所以其功耗被顯著地減少。然而，在微弱的周?chē)饩€下，反射LDC喪失可讀性。另外，它的對(duì)比度也比透射式LCD的更低。
為了克服上面的不足，發(fā)展貫通型LCDs使其在任何周?chē)饩€環(huán)境下有優(yōu)良的清晰度。在這些顯示器中，像素分成R(反射)和T(透射)子像素。T子像素沒(méi)有反射物，所以它允許來(lái)自背光的光線通過(guò)，且裝置能以透射模式運(yùn)行。通常，R和T面積比是4∶1，有利于反射顯示。透射模式僅用于周?chē)诎档沫h(huán)境，以節(jié)省功率。通常，對(duì)貫通型LCDs有二個(gè)主要的方法單晶胞隙(single cell gap)(見(jiàn)下文中的

圖1a)和雙晶胞隙(double cell gap)(見(jiàn)下文中的圖1b)。
在單晶胞隙方法中，R和T的晶胞隙(d)是相同的。對(duì)R模式，優(yōu)化晶胞隙。結(jié)果，T模式的光線穿透率通常是50％或更低，因?yàn)楣饩€僅僅穿過(guò)LC層一次。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)R和T都獲得高光線效率，可常常使用雙晶胞隙方法(例如見(jiàn)授予宋等人的美國(guó)專利說(shuō)明書(shū)2001/0019385)，如圖1b所示那樣使T像素的晶胞隙是R像素的晶胞隙的二倍。在這種情況下，對(duì)T和R兩者來(lái)說(shuō)，光線在LC層行進(jìn)的總長(zhǎng)度是相同的。然而這個(gè)方法僅僅適合于ECB(電控雙折射)模式，例如垂直排列(Vertical Alignment)(VA)和平行排列(PA)(Parallel Assignment)模式。
用于透射TFT-LCDs的常用而良好確認(rèn)的LC模式是眾所周知的TN(扭絞向列)模式。從1970年開(kāi)始應(yīng)用于透射顯示器。對(duì)于反射LCDs來(lái)說(shuō)，使用的MTN(混合模式扭絞向列)模式目前也基于TN結(jié)構(gòu)。這些基于TN模式和PA和VA模式相比較的主要優(yōu)點(diǎn)包括沒(méi)有使用補(bǔ)償薄膜的高對(duì)比度(低色散)、較高的晶胞隙容差、更簡(jiǎn)單的制造(由于較高的晶胞隙)和寬可視角度。因此因?yàn)樗鼈兡芎同F(xiàn)存TFT-LCD制造過(guò)程兼容，且具有優(yōu)于其他LC模式的許多有吸引力的優(yōu)點(diǎn)，十分希能對(duì)貫通型LCDs保留基于TN的LC模式。
授予夏普的專利號(hào)WO 0017707描述基于單晶胞隙方法的使用TN模式的貫通型LCD。然而，T的最大透射僅僅大約為30％。由于存在于TN LC中的扭絞，所以與ECB模式相比延遲效應(yīng)更加復(fù)雜得多。加倍T的晶胞隙，在這種情況下對(duì)提高效率沒(méi)有幫助。事實(shí)上，對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)TN第一最小值條件加倍T的晶胞隙，導(dǎo)致零透射，因?yàn)門(mén)N的偏振旋轉(zhuǎn)的效應(yīng)處于支配地位，控制對(duì)圓偏振光沒(méi)有顯著的效果。因此，由于圓偏振光的使用，不是直接利用TN對(duì)貫通型LCD使用TN效應(yīng)。需要圓偏振光，因?yàn)樗姆种徊ㄑ舆t器設(shè)置在偏光器的前面，使裝置為具有較高對(duì)比度的常白模式。因此現(xiàn)存TN貫通型LCD技術(shù)的性能有受非常低的透射的限制的缺點(diǎn)。
針對(duì)以下揭示的本發(fā)明的主題內(nèi)容的美國(guó)專利局的最新檢索只提出了下面其它的美國(guó)專利和美國(guó)專利說(shuō)明書(shū)授予雅瑪達(dá)(Yamada)等人的美國(guó)專利6,327,016B1是關(guān)于通過(guò)為透射LCDs提供軸向?qū)ΨQ的ASM排列來(lái)改善傳統(tǒng)ASM模式LCD裝置的性能的方法；和授予春(Chung)等人的美國(guó)專利說(shuō)明書(shū)2001/0022634 A1揭示了改善單晶胞隙貫通型LCD裝置的工藝技術(shù)，而不是通過(guò)LC電光效應(yīng)改良來(lái)提高貫通型LCD的光效率的技術(shù)。
因此，所有已知的文獻(xiàn)表明都沒(méi)有使用現(xiàn)存TN貫通型LCD技術(shù)，以減少非常低透射的限制。
概 述本發(fā)明的一個(gè)首要目標(biāo)是提供一個(gè)通過(guò)新的較高級(jí)運(yùn)行模式在單晶胞隙LCDs上使TN貫通型LCD的透射從大約30％提高到大約90％的改進(jìn)的扭絞向列(TN)模式貫通型液晶顯示器(LCD)。
本發(fā)明的第二個(gè)目標(biāo)是提供一個(gè)通過(guò)使用在傳統(tǒng)第一和第二最小值條件之間發(fā)生的非傳統(tǒng)扭絞向列(TN)模式，使TN貫通型LCD的透射提高到較高水平的改進(jìn)的貫通型扭絞向列(TN)模式液晶顯示器(LCD)。這些傳統(tǒng)第一或第二最小值條件導(dǎo)致零透射，且不能用于用圓偏振光選址的貫通型LCDs。
本發(fā)明的第三個(gè)目標(biāo)是提供一個(gè)改進(jìn)的扭絞向列(TN)模式貫通型LCD，它要求反射(R)和透射(T)子像素之間晶胞隙比大約為3∶1，不同于基于ECB模式的傳統(tǒng)2∶1。
本發(fā)明的較佳實(shí)施例包括一種用于改進(jìn)扭絞向列(TN)貫通型液晶顯示器(LCDs)中透射和反射的方法和設(shè)備，該顯示器使LCD的透射部分的效率提高到顯著大于30％，直到大約90％。
這個(gè)發(fā)明的其它目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)下面對(duì)附圖例示的目前較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述將變得顯而易見(jiàn)。
附圖簡(jiǎn)述圖1a是具有單晶胞隙的現(xiàn)有技術(shù)貫通型液晶顯示器(LCD)的視圖；圖1b是具有雙晶胞隙的現(xiàn)有技術(shù)貫通型LCD的視圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明使用新穎三倍晶胞隙的扭絞向列(TN)模式貫通型LCD。
圖3a是與圖2的貫通型LCD的反射與晶胞隙的曲線圖；圖3b是與圖2的貫通型LCD的透射與晶胞隙的曲線圖；圖4a是與圖2的LCD的透射和反射與電壓的曲線圖；圖4b是與使用圖1a中現(xiàn)有技術(shù)的單晶胞隙結(jié)構(gòu)的TN貫通型LCD的透射和反射與電壓的曲線圖；圖5示出了TN貫通型LCD和傳統(tǒng)TN LCD(即沒(méi)有四分之一波延遲器的透射式TN LCD)與單晶胞隙相關(guān)曲線的比較。
較佳實(shí)施例詳述在詳細(xì)解釋本發(fā)明所揭示的實(shí)施例之前，應(yīng)理解成本發(fā)明不局限于其申請(qǐng)中所示的特殊布局的細(xì)節(jié)，因?yàn)楸景l(fā)明能擁有其他實(shí)施例。同樣，在此使用的術(shù)語(yǔ)是為說(shuō)明之用，而不是作限制。
本發(fā)明說(shuō)明了可以通過(guò)使用具有大約三倍R的晶胞隙的新穎較高級(jí)運(yùn)行模式，使TN貫通型LCD的透射提高到更高得多的等級(jí)。這個(gè)提高的效率可通過(guò)采用在傳統(tǒng)第一和第二最小值條件間發(fā)生的新運(yùn)行模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這要求LCD的透射部分的晶胞隙增加到大于比LCD的反射部分中晶胞隙的二倍。例如，在反射部分中具有晶胞隙間距為大約2.5μm，透射部分中晶胞隙間距大約為8μm，可使透射效率提高到大約90％。
重要的是要注意到實(shí)際晶胞隙值依賴于雙折射值，因?yàn)檠舆t值等于如下面所定義的晶胞隙乘以雙折射的值。雙折射和晶胞隙值相互依賴，使它們的乘積定義了延遲值。對(duì)某一扭絞角，延遲值可以用以下規(guī)定加以確定扭絞角的范圍大約80度到大約100度。
反射部分的延遲值的范圍大約200nm到大約300nm。
透射部分值透射值的范圍大約700nm到大約900nm。
參考圖2，該圖說(shuō)明了這個(gè)方法的基本結(jié)構(gòu)。T子像素的晶胞隙(＝大約3d)22大約是R子像素的晶胞隙(＝d)24的三倍，其由于扭絞角的效應(yīng)對(duì)TN是唯一的。圖2中，薄膜晶體管26，就是二個(gè)偏振器(上部27和下部28)。
圖3a和3b分別示出了使用這個(gè)方法的扭絞向列(TN)貫通型LCD的R和T與晶胞隙相關(guān)的曲線圖。這模擬的結(jié)果基于具有雙折射Δn＝大約為0.1且大約90度的TN扭絞角的LC。也可以使用比大約0.1更低或更高的雙折射值。為了保留所期望的光性能，等于雙折射和晶胞隙的乘積(Δn×d)的延遲值，對(duì)某一給定的扭絞角應(yīng)保持近乎常數(shù)。扭絞角也不局限于大約90度。然而，大約為90度的扭絞角能夠提供最高的對(duì)比度。
如從圖3a和3b所看到的，R和T兩者在大約2.5μm時(shí)會(huì)具有最大值(即延遲Δnd＝大約250nm，因?yàn)棣＝大約0.1)。對(duì)反射模式來(lái)說(shuō)，這對(duì)應(yīng)于MTN模式。對(duì)R光效率高(大約90％)，但對(duì)T光效率非常低(大約30％)。把T的晶胞隙加倍至大約5μm導(dǎo)致如圖3b所示的零透射，這是由于如前面所描述的偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制。然而，圖3b中在大約8μm出現(xiàn)的透射具有大約90％的效率，顯著地高于在大約2.5μm時(shí)的大約30％的效率。T的晶胞隙(大約8μm)大約三倍于R的晶胞隙(大約2.5μm)。圖4a顯示了使用這個(gè)方法的這些TN貫通型LCD的R和T與電壓相關(guān)曲線。
再次參考圖4a，T和R都具有大約90％的高效率。作為比較，圖4b示出了使用引用的夏普專利的單晶胞隙方法，諸如美國(guó)專利6,281,952 B1的相應(yīng)曲線圖，在這種情況下，T局限成大約30％。因此，很清楚新的運(yùn)行模式將改善潛在TN貫通型LCDs的效率。
這個(gè)方法的另一個(gè)新穎特點(diǎn)是這個(gè)TN模式是在常用TN模式之間出現(xiàn)的非傳統(tǒng)模式。圖5通過(guò)比較TN貫通型LCD和傳統(tǒng)TN LCD(即沒(méi)有四分之一波延遲器的透射式TN LCD)與晶胞隙相關(guān)曲線來(lái)圖示說(shuō)明了這個(gè)原則。傳統(tǒng)TN LCD在大約5μm和大約11μm顯出最大值(對(duì)應(yīng)于Gooch&Tarry的第一和第二最小值)。通常，這些二個(gè)模式的任意一個(gè)被用于傳統(tǒng)TN LCD的最佳運(yùn)行條件，因?yàn)樗鼈兘o出最大的亮度。然而，如在同樣圖中所示，這些二個(gè)晶胞隙條件導(dǎo)致對(duì)貫通型LCD為最小亮度，而不是最大亮度。因此，他們不能直接用于TN貫通型LCD。然而，在傳統(tǒng)TN的二個(gè)最大值之間發(fā)生的谷底實(shí)際對(duì)應(yīng)于TN貫通型LCD的最大值。這個(gè)模式通常不用于傳統(tǒng)TN，因?yàn)樗耐干湫∮诙€(gè)相鄰的最大值。然而對(duì)半透反射它成了優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗鼛椭淹干涮岣叩礁叩枚嗟牡燃?jí)。
本發(fā)明把TN貫通型LCD的透射從大約30％提高到大約90％。引用的夏普專利的貫通型TN的低透射是主要的弱點(diǎn)，其限制了貫通型裝置TN模式的潛在使用。然而，這個(gè)發(fā)明已部門(mén)根據(jù)這個(gè)發(fā)明的原理可以完成實(shí)現(xiàn)高性能的TN貫通型LCD。
不像雙晶胞隙方法，其僅僅允許TFT-LCD行業(yè)很少采用的技術(shù)的VA(垂直排列)和PA(平行排列)LC模式，本發(fā)明能基于現(xiàn)存透射和反射TFT-LCDs廣泛使用的模式的通用TN(扭絞向列)模式。因此，這個(gè)發(fā)明可以使貫通型LCD的制造技術(shù)更兼容于現(xiàn)存的技術(shù)。
本發(fā)明可以用于手持和移動(dòng)通信，諸如但不限于移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、電子書(shū)等。
當(dāng)本發(fā)明已經(jīng)從多個(gè)方面描述、揭示、圖示說(shuō)明和示出了某些已實(shí)際假設(shè)的實(shí)施例或修改時(shí)，因此本發(fā)明的范圍不打算，也不應(yīng)該看作為受此限制，而且特別地保留了可能由本發(fā)明原理所建議的此類(lèi)其他修改或?qū)嵤├?，尤其?dāng)它們處在所附的權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)的時(shí)候。
權(quán)利要求
1.一種用圓偏振光選址改進(jìn)扭絞向列(TN)液晶顯示器(LCDs)中透射和反射的方法，其特征在于，所述方法包括下面步驟(a)給扭絞向列(TN)液晶顯示器(LCD)提供具有透射部分延遲值和反射部分晶胞延遲值的大約90度的扭絞角度；和(b)對(duì)在第一和第二最小值之間發(fā)生的不同運(yùn)行模式增加透射部分中延遲值，由此顯著地改進(jìn)LCD中的透射效率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述透射部分的延遲值的增加提高到大約三倍于LCD中反射部分的延遲值。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，反射部分的延遲值大約為250nm，透射部分的延遲值大約為800nm，因此把透射效率提高到大約為90％。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，反射部分的延遲值和透射部分的延遲值每個(gè)包括晶胞隙間距。
5.一種改進(jìn)扭絞向列(TN)液晶顯示器(LCDs)的透射和反射的方法，其特征在于，所述方法包括下面步驟(a)給具有延遲值的扭絞向列(TN)液晶顯示器(LCD)提供透射部分和反射部分；和(b)把LCD的透射部分的效率提高為顯著大于大約30％。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，提高的步驟包括下面步驟使效率提高到大約為90％。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，提高增的步驟包括下面步驟把透射部分的延遲值提高為顯著大于LCD的反射部分中延遲值的二倍。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，反射部分的延遲值大約為250nm，透射部分的延遲值大約為800nm。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，延遲值包括晶胞隙間距。
10.一種改進(jìn)透射和反射的扭絞向列(TN)液晶顯示器(LCD)，其特征在于，所述顯示器包括(a)具有延遲值的TN LCD中透射部分；(b)具有大小不同于透射部分延遲值的TN LCD中反射部分；和(c)把透射部分的透射效率提高到顯著大于大約30％的裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的改進(jìn)的TN LCD，其特征在于，所述提高裝置使LCD的透射部分中延遲值顯著大于LCD的反射部分值延遲值的二倍。
12.如權(quán)利要求10所述的改進(jìn)的TN LCD，其特征在于，透射模式中延遲值大約為三倍的LCD反射部分的延遲值，從而使透射效率大約為90％。
13.如權(quán)利要求10所述的改善的TN LCD，其特征在于，反射部分的延遲值大約為250nm，透射部分的延遲值大約為800nm。
14.如權(quán)利要求10所述的改善的TN LCD，其特征在于，反射部分的延遲值和透射部分的延遲值每個(gè)包括晶胞隙間距。
全文摘要
貫通型扭絞向列(TN)液晶顯示器(LCDs)具有加強(qiáng)的透射效率。由于圓偏振光的使用，這個(gè)新穎的TN貫通型LCD在傳統(tǒng)的第一和第二最小值之間使用了一種新的運(yùn)行模式，其改變了反射和透射部分的延遲值，在此每個(gè)延遲值包括晶胞隙。這導(dǎo)致貫通型LCD的透射部分中晶胞隙間距大約為貫通型LCD的反射部分中晶胞隙間距的三倍，由此使透射效率提高到大約90％。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK1685278SQ03815873
公開(kāi)日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月6日
發(fā)明者W·K·喬伊, S·-T·吳 申請(qǐng)人:中佛羅里達(dá)大學(xué), 統(tǒng)寶光電股份有限公司