專利名稱:半反射半穿透液晶顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明有關(guān)于一種液晶顯示器,特別有關(guān)于一種半反射半穿透液晶顯示器,在具有單液晶盒厚(single LC cell gap)的設(shè)計(jì)下,利用液晶盒墻結(jié)構(gòu)(LC cell wall structure)區(qū)隔反射區(qū)以及穿透區(qū)的液晶材料層,且反射區(qū)液晶材料的雙折射率約為穿透區(qū)液晶材料的雙折射率的一半。
背景技術(shù):
一般的穿透式(transmissive)顯示器在室外及強(qiáng)光下,影像會(huì)被褪掉而導(dǎo)致對(duì)比降低,相較之下,反射式(reflective)顯示器乃是依賴外來光源來達(dá)到顯示效果,因此在戶外及強(qiáng)光下反而會(huì)呈現(xiàn)出更佳的效果及對(duì)比,且可減少消耗大量功率的背光使用時(shí)機(jī),所以非常適合用在攜帶式產(chǎn)品上。不過,反射式顯示器較難在高分辨率下達(dá)到高對(duì)比及高彩色品質(zhì)的影像,尤其是全彩化的要求,當(dāng)環(huán)境光源不足時(shí)會(huì)使對(duì)比與亮度大受折扣。因此,目前已經(jīng)發(fā)展一種半反射半穿透(transflective)顯示器,其可同時(shí)具有穿透式與反射式的優(yōu)點(diǎn),可利用背光系統(tǒng)輔助環(huán)境光源的不足,當(dāng)環(huán)境光源充足時(shí)則充可分利用并省略掉背光源,以達(dá)成省電的效果。
美國專利第6,281,952號(hào)、第6,295,109號(hào)以及第6,330,047號(hào)已經(jīng)揭示多種半反射半穿透液晶顯示器,是將每個(gè)畫素區(qū)分成為一個(gè)反射區(qū)以及一個(gè)穿透區(qū)。一般而言,反射區(qū)的面積以及穿透區(qū)的面積比例約為4∶1,以利于反射式顯示影像,而為了達(dá)到省電效果,穿透式顯示影像僅應(yīng)用于昏暗環(huán)境下。此外,依據(jù)液晶材料層的厚度設(shè)計(jì),每個(gè)畫素區(qū)的液晶盒設(shè)計(jì)可區(qū)分成兩種型式一種為單液晶盒厚(single LC cell gap),另一種為雙液晶盒厚(dual LC cell gaps)。
請(qǐng)參閱圖1A,其顯示習(xí)知半反射半穿透液晶顯示器的單液晶盒厚的剖面示意圖。半反射半穿透顯示器10包含有一對(duì)平行設(shè)置的上基板12與下基板14,以及一液晶層16是夾設(shè)于上基板12與下基板14之間。下基板14包含有復(fù)數(shù)個(gè)數(shù)組的畫素電極區(qū)域,且每一個(gè)畫素電極區(qū)域中包含有一反射電極區(qū)18以及一穿透電極區(qū)20,是分別作為一反射區(qū)R以及一穿透區(qū)T。上基板12包含有一透明電極層22作為共享電極。此外,有一第一偏光板26I設(shè)置于上基板12與液晶層16呈相對(duì)立的一側(cè),以及一第一1/4波板(quarter wave plate)24I夾設(shè)于第一偏光板26I與液晶層16之間,另有一第二偏光板26II設(shè)置于下基板14與液晶層16呈相對(duì)立的一側(cè),以及一第二1/4波板(quarter wave plate)24II夾設(shè)于第二偏光板26II與液晶層16之間,且下基板14下方提供有一背光源。由于上述可知,在一個(gè)畫素區(qū)域內(nèi),液晶層16中只會(huì)形成一種厚度區(qū)域,亦即反射區(qū)R以及穿透區(qū)T的液晶層均具有相同的夾厚D,此種單液晶盒厚設(shè)計(jì)乃有利于反射式顯示影像。但是在穿透式顯示影像時(shí),由于背光源的光線只會(huì)通過穿透區(qū)T的液晶層一次,因此其光使用效率(lightefficiency)會(huì)低于50%。
請(qǐng)參閱圖1B,其顯示習(xí)知半反射半穿透液晶顯示器的雙液晶盒厚的剖面示意圖。半反射半穿透顯示器28的組件配置與特征大致與圖1A所述相同,相同之處于此省略。不同之處在于,一個(gè)畫素區(qū)域內(nèi)的液晶層16包含有兩種厚度區(qū)域,亦即反射區(qū)R的液晶層具有一第一夾厚d1,穿透區(qū)T的液晶層具有一第二夾厚d2,且符合下式d2=2d1,如此可提高穿透區(qū)T以及反射區(qū)R的光使用效率。不過,礙于液晶盒厚的差異,穿透區(qū)T的響應(yīng)時(shí)間(response time)乃四倍于反射區(qū)R的響應(yīng)時(shí)間。此外,就其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)與制程條件而言,雙液晶盒厚的對(duì)準(zhǔn)制程的精確度與一致性皆不理想,容易影響液晶顯示器的亮度、彩色度以及其它顯示品質(zhì)。
此外,目前亦開發(fā)多種液晶盒墻結(jié)構(gòu)(LC cell wall structure)以應(yīng)用于各式的液晶顯示器中。美國專利第4,720,173號(hào)揭露一種鐵電(ferroelectric)液晶顯示器,其包含有條狀的液晶盒墻結(jié)構(gòu),用以區(qū)隔不同配向的液晶材料層。美國專利第6,020,941號(hào)揭示一種立體畫像(stereographic)液晶顯示器,是于上、下基板之間設(shè)置一液晶盒墻(cellwall)結(jié)構(gòu)以隔絕兩組獨(dú)立的液晶盒群。第一組液晶盒群中是使用第一種可控制液晶(controllable liquid crystal,CLC)材料,可選擇性地開啟或關(guān)閉,第二組液晶胞群中是使用第二種可控制液晶(controllableliquid crystal,CLC)材料,可選擇性地開啟或關(guān)閉,而且第一種可控制液晶材料以及第二種可控制液晶材料于開啟(on)狀態(tài)下是呈現(xiàn)相異的極性(polarity)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種半反射半穿透液晶顯示器,在單液晶盒厚(single LC cell gap)的設(shè)計(jì)下,利用液晶盒墻結(jié)構(gòu)(LC cell wallstructure)區(qū)隔反射區(qū)以及穿透區(qū)的液晶材料層,且反射區(qū)的液晶材料雙折射率約為穿透區(qū)的液晶材料雙折射率的一半。
本發(fā)明的一目的在于提供一種半反射半穿透液晶顯示器,可使穿透區(qū)與反射區(qū)具有相同的光學(xué)延遲變化量,進(jìn)而可提升光使用效率。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種半反射半穿透液晶顯示器,可使穿透區(qū)與反射區(qū)具有相同的響應(yīng)時(shí)間。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種半反射半穿透液晶顯示器,其液晶盒墻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單且制程兼容于現(xiàn)行技術(shù),且可直接將液晶盒墻結(jié)構(gòu)作為間隙子(Spacer)以控制液晶盒厚,故可省略間隙子灑布制程。
為達(dá)成上述目的,本發(fā)明提供一種半反射半穿透液晶顯示器,具有上基板及下基板,另有復(fù)數(shù)個(gè)畫素區(qū)域形成于上、下基板之間,且其中至少一個(gè)畫素區(qū)域包含有反射區(qū)及穿透區(qū)。液晶盒墻結(jié)構(gòu)是夾設(shè)于上、下基板之間,用以使復(fù)數(shù)個(gè)反射區(qū)形成第一通道,并使復(fù)數(shù)個(gè)穿透區(qū)形成第二通道。第一液晶材料層是填入于第一通道的反射區(qū)內(nèi),第二液晶材料層是填入于第二通道的穿透區(qū)內(nèi)。其中,第一液晶材料層的雙折射率ΔnR約略等于第二液晶材料層的雙折射率ΔnT的一半。
圖1A顯示習(xí)知半反射半穿透液晶顯示器的單液晶盒厚的剖面示意圖;圖1B顯示習(xí)知半反射半穿透液晶顯示器的雙液晶盒厚的剖面示意圖;圖2A顯示本發(fā)明半反射半穿透液晶顯示器的單液晶盒厚的立體示意圖;圖2B顯示本發(fā)明半反射半穿透液晶顯示器的單一畫素區(qū)域的剖面示意圖;圖3顯示本發(fā)明半反射半穿透顯示器的電壓與反射率/穿透率的關(guān)系的模擬結(jié)果;圖4顯示本發(fā)明液晶盒墻結(jié)構(gòu)的上視圖;圖5A顯示水平排列液晶盒于V=0狀態(tài)下(δR=π/4,δT=π/2)的光線極化現(xiàn)象;圖5B顯示水平排列液晶盒于V=on狀態(tài)下(δR=0,δT=0)的光線極化現(xiàn)象;圖6A顯示垂直排列液晶盒于V=0狀態(tài)下(δR=0,δT=0)的光線極化現(xiàn)象;
圖6B顯示水平排列液晶盒于V=on狀態(tài)下(δR=π/4,δT=π/2)的光線極化現(xiàn)象。
符號(hào)說明半反射半穿透顯示器~10上基板~12下基板~14液晶層~16液晶層夾厚~D反射電極區(qū)~18穿透電極區(qū)~20反射區(qū)~R穿透區(qū)~T透明電極層~22第一1/4波板~24I第一偏光板~26I第二1/4波板~24II第二偏光板~26II半反射半穿透顯示器~28反射區(qū)液晶層夾厚~d1穿透區(qū)液晶層夾厚~d2半反射半穿透顯示器~30上基板~32下基板~34液晶層36第一液晶材料層~36I第二液晶材料層~36II
透明電極層38畫素區(qū)域~P反射區(qū)~R穿透區(qū)~T液晶盒墻結(jié)構(gòu)~42底部~42a墻壁~42b;黏著層~44反射電極區(qū)~46穿透電極區(qū)~48第一1/4波板~52I第二1/4波板~52II第一偏光板~54I第二偏光板~54II背光源~56第一液晶填充入口~A第二液晶填充入口~B具體實(shí)施方式
為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂,下文特舉一較佳實(shí)施例,并配合所附圖示,作詳細(xì)說明如下圖2A顯示本發(fā)明半反射半穿透液晶顯示器的單液晶盒厚的立體示意圖,圖2B顯示本發(fā)明半反射半穿透液晶顯示器的單一畫素區(qū)域的剖面示意圖。
半反射半穿透顯示器30包含有一對(duì)平行設(shè)置的上基板32與下基板34,以及一液晶層36是夾設(shè)于上、下基板32、34之間。上基板32包含有一透明電極層38作為共享電極。下基板34包含有復(fù)數(shù)個(gè)數(shù)組的畫素區(qū)域P。以及一液晶盒墻結(jié)構(gòu)42,加設(shè)于上、下基板間,借由一黏著層44將上、下基板32、34接合。每一個(gè)畫素區(qū)域P包含有一反射區(qū)R以及一穿透區(qū)T,而液晶盒墻結(jié)構(gòu)42可將所有的反射區(qū)R隔絕成一第一通道,并將所有的穿透區(qū)T隔絕成一第二通道。而且,每個(gè)反射區(qū)R內(nèi)均制作有一反射電極區(qū)46,每個(gè)穿透式區(qū)域T內(nèi)均制作有一穿透電極區(qū)48。甚且,夾設(shè)于上、下基板32、34之間的液晶層36可區(qū)分為一第一液晶材料層36I以及一第二液晶材料層36II,第一液晶材料層36I是填入于每個(gè)反射區(qū)R內(nèi),而第二液晶材料層36II是填入于每個(gè)穿透區(qū)T內(nèi)。此外,更于上基板32與液晶層36呈相對(duì)立的一側(cè)設(shè)置一第一偏光板54I,以及一第一1/4波板(quarter wave plate)52I夾設(shè)于第一偏光板54I與液晶層36之間,另于下基板34與液晶層36呈相對(duì)立的一側(cè)設(shè)置一第二偏光板54II,以及一第二1/4波板(quarter wave plate)52II夾設(shè)于第二偏光板54II與液晶層36之間,且下基板34下方提供有一背光源56。
在此,反射電極區(qū)定義為反射區(qū)的反射電極,穿透電極區(qū)定義為穿透區(qū)的穿透電極;反射電極材料可為具有高度光反射的導(dǎo)電物質(zhì),如鋁(Al)、鋁合金(Al alloy)或銀(Ag),穿透電極材料可為具有高度光穿透的導(dǎo)電物質(zhì),如銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)。
本發(fā)明的一特征在于,一個(gè)畫素區(qū)域P內(nèi),液晶層36中只會(huì)形成一種厚度區(qū)域,亦即反射區(qū)R以及穿透區(qū)T的液晶層均具有相同的夾厚d。
本發(fā)明的另一特征在于,一個(gè)畫素區(qū)域P內(nèi)是填入兩種液晶材料,亦即反射區(qū)R中填入第一液晶材料層36I,穿透區(qū)T中填入第二液晶材料層36II。第一液晶材料層36I以及第二液晶材料層36II的材料特性大致相同,不同之處在于其雙折射(birefringence)性質(zhì),是符合下述關(guān)系式ΔnT=(1.5~2.5)ΔnR
其中,ΔnT是代表穿透區(qū)T的第二液晶材料層36II的雙折射率;其中,ΔnR是代表反射區(qū)R的第一液晶材料層36I的雙折射率。
因此,由δ=Δn×d以及ΔT∝Δ(Δn×d)可知δR=(ΔnR×d)×2δT=ΔnT×dδR=δTΔTT=ΔTR其中,δ是代表光學(xué)延遲的變化量;其中,ΔT是代表穿透率的變化量;其中,δR是代表反射區(qū)R的光學(xué)延遲變化量;其中,δT是代表穿透區(qū)T的光學(xué)延遲變化量;其中,ΔTT是代表穿透式區(qū)域T的穿透率變化量;其中,ΔTR是代表反射式區(qū)域R的穿透率變化量。
由上式可知,本發(fā)明可使穿透區(qū)T以及反射區(qū)R達(dá)到相同的穿透率與反射率。請(qǐng)參閱圖3,其顯示本發(fā)明半反射半穿透顯示器的電壓與反射率/穿透率的關(guān)系的模擬結(jié)果,當(dāng)開啟操作下電壓達(dá)到5V時(shí),穿透區(qū)T以及反射區(qū)R均可達(dá)到100%的穿透率與反射率。
根據(jù)本發(fā)明所揭露的技術(shù),第一液晶材料層36I以及第二液晶材料層36II的材料特性較佳者為ΔnT=(1.5~2.5)ΔnR,較佳者為ΔnT=2ΔnR,且ΔnT=0.1~0.16,ΔnR=0.05~0.08。較佳者為,ΔnT=0.14,ΔnR=0.07。至于其它材料特性,例如介電常數(shù)、斜展彈性系數(shù)、旋轉(zhuǎn)黏滯度,應(yīng)維持相同特性,以確保穿透區(qū)T以及反射區(qū)R具有相同的臨界電壓(threshold voltage)與響應(yīng)時(shí)間(response time)。
本發(fā)明的另一特征在于,本發(fā)明的液晶盒墻結(jié)構(gòu)42是制作成為一蛇紋(serpentine)圖案以提供兩個(gè)隔絕的液晶通道,則可將復(fù)數(shù)個(gè)反射區(qū)R隔絕成第一通道,并可將復(fù)數(shù)個(gè)穿透區(qū)T隔絕成第二通道。請(qǐng)參閱圖4,其顯示本發(fā)明液晶盒墻結(jié)構(gòu)的上視圖。液晶盒墻結(jié)構(gòu)42包含有一第一液晶填充入口A以及一第二液晶填充入口B,是設(shè)置于上、下基板32、34的空隙的兩端點(diǎn)。使用真空填充(vacuuming-filling)制程或滴入填充(one-drop filling)制程或其它可實(shí)施的液晶填充方式,第一液晶材料層36I可經(jīng)由第一液晶填充入口A而填入第一通道的所有反射區(qū)R內(nèi),而后利用封裝材將第一液晶填充入口A封合。接著,第二液晶材料層36II可經(jīng)由第二液晶填充入口B而填入第二通道的所有穿透區(qū)T內(nèi),而后利用封裝材將第二液晶填充入口B封合。此外,本發(fā)明液晶盒墻結(jié)構(gòu)42是制作于一黑色矩陣層的下方,故可達(dá)成習(xí)知技術(shù)的相同開口率(apertureratio)。請(qǐng)參閱圖2A,液晶盒墻結(jié)構(gòu)42是由一底部42a以及復(fù)數(shù)個(gè)墻壁42b所連接構(gòu)成,底部42a的厚度約為500~5000,墻壁42b的高度h約為1~5μm,墻壁42b的寬度w約為10~20μm(約略相同于黑色矩陣層的寬度)。
相較于習(xí)知技術(shù),本發(fā)明半反射半穿透顯示器30具有以下優(yōu)點(diǎn)。
第一,穿透區(qū)T與反射區(qū)R具有相同的光學(xué)延遲變化量,故可達(dá)到相同的穿透率與反射率,進(jìn)而可提升光使用效率。
第二,在單液晶盒厚的設(shè)計(jì)下,穿透區(qū)R與反射區(qū)T具有相同的響應(yīng)時(shí)間。
第三,半反射半穿透顯示器30可應(yīng)用于各種反射式液晶顯示模式(reflective LC mode)技術(shù),例如(a)具有等效λ/4波板的MTN模式,例如75°MTN液晶盒于~15°,或80°MTN液晶盒于~20°。此種應(yīng)用需要單片λ/4波板以及兩片偏光板。
(b)具有λ/4波板的水平排列(homogeneous)液晶盒,且需要單片λ/4波板以及兩片偏光板。圖5A顯示水平排列液晶盒于V=0狀態(tài)下(δR=π/4,δT=π/2)的光線極化現(xiàn)象,圖5B顯示水平排列液晶盒于V=on狀態(tài)下(δR=0,δT=0)的光線極化現(xiàn)象。Li是代表環(huán)境光源的入射光線,Lr是代表環(huán)境光源的反射光線,Lt是代表背光源56的穿透光線,半旋轉(zhuǎn)箭頭符號(hào)是代表圓偏振光線(circular polarization)的旋轉(zhuǎn)方向。
(c)具有λ/4波板的垂直排列(homeotropic)液晶盒,需要兩片λ/4波板以及兩片偏光板。圖6A顯示垂直排列液晶盒于V=0狀態(tài)下(δR=0,δT=0)的光線極化現(xiàn)象,環(huán)境光源的反射光線Lr以及背光源56的穿透光線Lt均會(huì)被偏光板阻擋。圖6B顯示水平排列液晶盒于V=on狀態(tài)下(δR=π/4,δT=π/2)的光線極化現(xiàn)象,穿透區(qū)T仍然無效,但是反射區(qū)R是具有一有效延遲δR=π/4,可使光線穿越偏光板。Li是代表環(huán)境光源的入射光線,Lr是代表環(huán)境光源的反射光線,Lt是代表背光源56的穿透光線,半旋轉(zhuǎn)箭頭符號(hào)是代表圓偏振光線(circular polarization)的旋轉(zhuǎn)方向。
第四,本發(fā)明僅需額外制作液晶盒墻結(jié)構(gòu)42,其結(jié)構(gòu)簡單且制程兼容于現(xiàn)行技術(shù)。甚至,液晶盒墻結(jié)構(gòu)42同時(shí)具有間隙子(spacer)的功效,故不需額外進(jìn)行傳統(tǒng)的間隙子灑布制程,如此可以提高顯示品質(zhì)并降低制作成本。
權(quán)利要求
1.一種半反射半穿透液晶顯示器,具有一上基板及一下基板,其特征在于該顯示器至少包含有復(fù)數(shù)個(gè)畫素區(qū)域形成于該上、下基板之間,且其中至少一個(gè)畫素區(qū)域包含有一反射區(qū)以及一穿透區(qū);一液晶盒墻結(jié)構(gòu),夾設(shè)于該上、下基板之間,用以使該些反射區(qū)形成一第一通道,并使該些穿透區(qū)形成一第二通道;一第一液晶材料層,是填入于該第一通道的該些反射區(qū)內(nèi);以及一第二液晶材料層,是填入于該第二通道的該些穿透區(qū)內(nèi);其中,該第一液晶材料層的雙折射率ΔnR以及該第二液晶材料層的雙折射率ΔnT是符合下述關(guān)系式ΔnT=(1.5~2.5)ΔnR。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半反射半穿透液晶顯示器,其特征在于該第一液晶材料層的厚度等于該第二液晶材料層的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半反射半穿透液晶顯示器,其特征在于該第一液晶材料層以及該第二液晶材料層具有相同的介電常數(shù)、斜展彈性系數(shù)與旋轉(zhuǎn)黏滯度,以確保該穿透區(qū)以及該反射區(qū)具有相同的臨界電壓與響應(yīng)時(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半反射半穿透液晶顯示器,其特征在于該液晶盒墻結(jié)構(gòu)是為一蛇紋圖案,且包含有一第一液晶填充入口,是設(shè)置于該上、下基板之間一第一端點(diǎn),用以使該第一液晶材料層得經(jīng)由該第一液晶填充入口而填入該些反射區(qū);以及一第二液晶填充入口,是設(shè)置于該上、下基板之間一第二端點(diǎn),用以使該第二液晶材料層得經(jīng)由該第二液晶填充入口而填入該些穿透區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半反射半穿透液晶顯示器,其特征在于該液晶盒墻結(jié)構(gòu)是由一底部以及復(fù)數(shù)個(gè)墻壁所連接構(gòu)成,其特征在于該墻壁的高度為1~5μm,該墻壁的寬度為10~20μm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半反射半穿透液晶顯示器,其特征在于該下基板至少包含一反射電極區(qū),是形成于該復(fù)數(shù)個(gè)反射區(qū)內(nèi);以及一穿透電極區(qū),是形成于該復(fù)數(shù)個(gè)穿透區(qū)內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半反射半穿透液晶顯示器,其特征在于所述半反射半穿透液晶顯示器另包含有一第一偏光板,是設(shè)置于該上基板與液晶層呈相對(duì)立的一側(cè);一第二偏光板,是設(shè)置于該下基板與液晶層呈相對(duì)立的一側(cè);一第一相位補(bǔ)償膜,是夾設(shè)于液晶層與該第一偏光板之間;以及一第二相位補(bǔ)償膜,是設(shè)置于液晶層與該第二偏光板之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半反射半穿透液晶顯示器,其特征在于該第一相位補(bǔ)償膜是為一1/4波板,該第二相位補(bǔ)償膜是為一1/4波板。
全文摘要
一種半反射半穿透液晶顯示器,具有上基板及下基板,另有復(fù)數(shù)個(gè)畫素區(qū)域形成于上、下基板之間,且其中至少一個(gè)畫素區(qū)包含反射區(qū)及穿透區(qū)。液晶盒墻結(jié)構(gòu)是夾設(shè)于上、下基板之間,用以使復(fù)數(shù)個(gè)反射區(qū)形成第一通道,并使復(fù)數(shù)個(gè)穿透區(qū)形成第二通道。第一液晶材料層是填入于第一通道的復(fù)數(shù)個(gè)反射區(qū)內(nèi),第二液晶材料層是填入于第二通道的復(fù)數(shù)個(gè)穿透區(qū)內(nèi)。其中,第一液晶材料層的雙折射率約略等于第二液晶材料層的雙折射率的一半。
文檔編號(hào)G02B5/30GK1648735SQ20041003901
公開日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2004年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月20日
發(fā)明者王瓊?cè)A, 吳詩聰, 洪琪, 吳勇勛 申請(qǐng)人:統(tǒng)寶光電股份有限公司