專利名稱：半透半反式液晶顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半透半反式液晶顯示設(shè)備。
液晶顯示器(LCDs)越來(lái)越多地應(yīng)用于例如PDA、移動(dòng)電話等手持式設(shè)備中。對(duì)于此類移動(dòng)應(yīng)用，由于低功耗、可靠性和低價(jià)格，LCD實(shí)際上已經(jīng)變成標(biāo)準(zhǔn)顯示設(shè)備。
LCD的工作基于液晶(LC)單元中的光調(diào)制，其中液晶單元包括液晶材料的活性層。通過(guò)應(yīng)用電場(chǎng)，改變液晶層的光調(diào)制，并更改通過(guò)活性層的光的特性。
液晶顯示器通常包括以行和列排列的多個(gè)圖像元素(像素)。可以獨(dú)立尋址顯示器的每個(gè)像素，出于這個(gè)目的，驅(qū)動(dòng)LC單元的驅(qū)動(dòng)裝置通常包括用于顯示器的每個(gè)圖像元素的單獨(dú)的像素驅(qū)動(dòng)器。
半透半反式型的液晶顯示器是工作在透射模式和反射模式中的顯示器，其中在透射模式中更改安排在顯示器后面的背向光源發(fā)出的光，在反射模式中更改入射到顯示器的環(huán)境光。此類半透半反式LCD在明亮和黑暗條件下均具有極好的可讀性，并因此特別適用于手持式設(shè)備。
此類LCD的液晶單元包括透射部分和反射部分。通常，這樣安排這些部分，使得單元的圖像元素包括工作在反射模式中的反射子像素，和工作在透射模式中的透射子像素。
在LCD中希望最優(yōu)化諸如亮度、對(duì)比度、視角依賴性和灰度轉(zhuǎn)換的光學(xué)特性。另外，為了在所有光照條件下確保顯示圖像的均勻性，這些光學(xué)參數(shù)應(yīng)該盡可能與單元的透射和反射部分匹配。
出于這個(gè)目的，申請(qǐng)人的國(guó)際專利申請(qǐng)WO 03/019276提出具有所謂的雙單元隙設(shè)計(jì)的半透半反式LCD，由此，該單元隙，也就是活性液晶層的厚度，對(duì)于反射部分與透射部分是不同的。通常為了最優(yōu)化光學(xué)參數(shù)，現(xiàn)有技術(shù)的半透半反式LCD包括圖樣延遲層(patterned retarder)，對(duì)于反射部分具有四分之一波長(zhǎng)的延遲，對(duì)于透射部分具有零延遲。
然而，在已知設(shè)計(jì)中，必須包括附加的平坦化層以獲得雙單元隙結(jié)構(gòu)。此類平坦化層增加了設(shè)備復(fù)雜性和制造成本。
發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是使得具有如上述類型的半透半反式LCD設(shè)備，可以更容易地制造并相對(duì)廉價(jià)。
借助于本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，在獨(dú)立權(quán)利要求1已經(jīng)說(shuō)明。在從屬權(quán)利要求2-7中給出進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例。
因此，根據(jù)本發(fā)明的LCD設(shè)備在觀察者一側(cè)包括延遲層，這樣選擇延遲層的厚度，使得其補(bǔ)償?shù)谝粏卧逗偷诙卧吨g的差值。半透半反式LCD應(yīng)用雙單元隙設(shè)計(jì)，由此借助于圖樣延遲層，在結(jié)構(gòu)上影響反射和透射部分之間的不同單元隙。因此，反射和透射部分之間的單元隙的差值基本上由延遲層補(bǔ)償，而根據(jù)發(fā)明，不再需要進(jìn)一步的平坦化層?？梢韵鄬?duì)廉價(jià)地制造根據(jù)本發(fā)明的半透半反式LCD，且其具有較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明總體涉及相對(duì)較厚的單元內(nèi)(in-cell)延遲層的使用，同時(shí)單元隙的差值總計(jì)為幾個(gè)微米，例如3μm。
延遲R定義為光學(xué)雙折射An和延遲層厚度d的乘積。延遲值應(yīng)該近似地保持與常規(guī)設(shè)計(jì)中相同。
因此，由于單元內(nèi)延遲層具有相對(duì)較大的厚度以補(bǔ)償單元隙差值，通常應(yīng)該使用具有相對(duì)較低的光學(xué)雙折射的材料。為了獲得預(yù)定的延遲值，延遲材料的光學(xué)雙折射適合延遲層的厚度。例如，如果延遲值為150nm，如果希望得到的延遲層厚度為3μm，延遲材料的光學(xué)雙折射應(yīng)該約為0.05。
在優(yōu)選實(shí)施例中，光學(xué)延遲層為圖樣延遲層，基本上只在液晶單元的反射部分上延伸。
在此情況下，透射部分上不存在延遲層(因此對(duì)于透射部分，厚度和延遲為零)。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)于反射部分，光學(xué)延遲層本質(zhì)上為四分之一波長(zhǎng)(λ/4)延遲層。對(duì)于液晶單元的反射部分，這種延遲層使得具有相對(duì)較高的亮度和對(duì)比度。
有利地，使用以上優(yōu)選實(shí)施例的組合，也就是，光學(xué)延遲層為基本上只在LC單元的反射部分延伸的圖樣延遲層，并作用為對(duì)于上述反射部分的四分之一波長(zhǎng)(λ/4)延遲層。于是對(duì)于整個(gè)LC單元，亮度和對(duì)比度相當(dāng)高，而且顯示圖像在單元的反射和透射部分之間是均勻的。
在彩色LCD中，為了在LC單元的透射和反射部分之間獲得特別均勻的亮度，對(duì)于透射和反射部分，濾色片厚度可以不同。在此情況下，優(yōu)選為，使得光學(xué)延遲層的厚度可以補(bǔ)償?shù)谝粏卧逗偷诙卧吨g的差值，還可以補(bǔ)償上述濾色片的不同厚度。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，濾色片安排在光學(xué)延遲層和前襯底之間。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，光學(xué)延遲層嵌入濾色片中，也就是光學(xué)延遲層安排在濾色片和前襯底之間。
優(yōu)選為，對(duì)于LC單元的透射部分的第一單元隙，是對(duì)于反射部分的第二單元隙的1.5至2.5倍之間。更加優(yōu)選為，第一單元隙為第二單元隙的大約2倍。
現(xiàn)在將參考附圖闡明發(fā)明的這些和其他方面。這里

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的半透半反式LCD設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例。
本發(fā)明的一個(gè)代表性的實(shí)施例為具有90TN90型的半透半反式LC單元的液晶顯示設(shè)備。圖1中示出該半透半反式單元的單個(gè)圖像元素(像素)101。
在90TN90 LC單元中，液晶材料為扭曲向列型，而且當(dāng)沒(méi)有電壓施加到像素101時(shí)，具有90度的扭曲角。該單元位于交叉的偏振器112和114之間。前置偏振器112應(yīng)用于前置襯底102上，而后置偏振器114應(yīng)用于后置襯底104上。前置偏振器112和后置偏振器114的偏振軸彼此成90度角。襯底102和104之間的空間110充滿光學(xué)活性液晶(LC)材料。
襯底102和104為玻璃襯底，并包括用于尋址LCD設(shè)備的像素101的驅(qū)動(dòng)裝置。上述驅(qū)動(dòng)裝置通常包括行電極和列電極的矩陣結(jié)構(gòu)(未示出)。像素101對(duì)應(yīng)于一個(gè)行電極和一個(gè)列電極的交點(diǎn)。通過(guò)在像素101上施加電壓差，由像素101中的活性LC材料執(zhí)行的光調(diào)制改變。在扭曲向列LC單元中，電壓差通常在像素上產(chǎn)生電場(chǎng)，垂直指向襯底。LC材料按照電場(chǎng)取向。結(jié)果，觀察者將會(huì)觀察不同的像素顏色。在主動(dòng)矩陣型LCD設(shè)備中，驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)一步包括對(duì)于每個(gè)像素101的薄膜晶體管(TFT)。
鄰近前置襯底102的LC材料的取向方向基本上與前置偏振器112的偏振軸平行，鄰近后置襯底104的LC材料的取向方向基本上與后置偏振器114的偏振軸平行。因此，LC材料的扭曲角約為90度。
半透半反式像素101包括反射部分(子像素)101R和透射部分(子像素)101T。透射部分具有第一單元隙dT，而反射部分具有第二單元隙dR。也就是，在透射部分，LC材料層具有厚度dT，而在反射部分，LC材料層具有厚度dR。對(duì)于反射部分，提供有內(nèi)部漫反射器106，用于反射背向觀察者的環(huán)境光。
背向光源130安排在后置偏振器114之后。背向光源提供被透射子像素101T中的LC材料調(diào)制的光。反射器106防止由背向光源130生成的光進(jìn)入LC單元的反射部分101R。結(jié)果，透射子像素101T中的LC材料實(shí)質(zhì)上只調(diào)制背向光源130發(fā)出的光，而反射子像素101R中的LC材料實(shí)質(zhì)上只調(diào)制入射到LCD設(shè)備上的環(huán)境光。
更具體地，90TN90LC單元以下列方式工作像素101正常為白色，也就是，當(dāng)沒(méi)有電壓差施加于行和列電極之間時(shí)，觀察者觀察到白色的像素顏色。
對(duì)于像素101的反射部分101R，非偏振環(huán)境光在進(jìn)入LC層110之前，通過(guò)前置線性偏振器112和λ/4延遲層120。在進(jìn)入LC層110之前，入射環(huán)境光為圓偏振。
液晶分子的初始扭曲角為90度。沒(méi)有任何電壓，對(duì)于反射部分101R的LC層的延遲使得在通過(guò)LC層110之后，圓偏振光變成線偏振。線偏振光接著被反射器106反射回，并且當(dāng)?shù)竭_(dá)λ/4延遲層120時(shí)，恢復(fù)其初始圓偏振。結(jié)果，將環(huán)境光調(diào)制為，使得它能夠往回通過(guò)偏振器112并因此通過(guò)LC單元。在零電壓或最小驅(qū)動(dòng)電壓下，正常的白色LC單元因此處于其明亮狀態(tài)。
然而，當(dāng)在電極之間應(yīng)用最大驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，液晶單元改變?yōu)槠浜诎禒顟B(tài)。
液晶分子依照所施加的電場(chǎng)取向，而分子的初始扭曲角消失。通過(guò)LC層的光有效地經(jīng)歷較低的雙折射，并因此當(dāng)光到達(dá)反射器106時(shí)，其仍為圓偏振。在反射的基礎(chǔ)上，反轉(zhuǎn)圓偏振，當(dāng)光到達(dá)λ/4延遲層120時(shí)，造成其具有相反的圓偏振。在此情況下，光被偏振器112吸收，而且觀察者觀察到黑暗的像素。
像素的透射部分101T作用于背向光源130發(fā)射的光。由背向光源130生成的光通過(guò)后置襯底104上的后置偏振器114，因此變?yōu)榫€偏振。該線偏振光進(jìn)入活性LC層110，其具有90度的扭曲角。
在明亮狀態(tài)(零電壓)，對(duì)于透射部分101T，LC層的延遲使得線偏振光在通過(guò)LC層110之后，具有垂直的偏振方向。也就是，線偏振方向旋轉(zhuǎn)90度。因?yàn)檫@樣，光能夠通過(guò)前置偏振器112，并向觀察者傳播，觀察者觀察到白的像素。
在黑暗狀態(tài)(最大驅(qū)動(dòng)電壓)，液晶分子依照施加的電場(chǎng)取向，而分子的初始扭曲角消失。通過(guò)LC層的光有效地經(jīng)歷較低的雙折射，并因此幾乎不改變線偏振光的偏振方向。因此，線偏振光不能通過(guò)前置偏振器112，而且觀察者觀察到黑的像素。
為了獲得如上所述的半透半反式LCD的工作，對(duì)于反射部分101R和透射部分101T的延遲值必須不同。通過(guò)對(duì)液晶層110給定對(duì)于反射和透射部分的不同厚度，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。也就是，對(duì)于反射部分101R的單元隙dR與對(duì)于透射部分101T的單元隙dT不同。透射單元隙dT在反射單元隙dR的1.5至2.5倍之間，最優(yōu)選約為2倍。
根據(jù)本發(fā)明，借助圖樣λ/4延遲層120已經(jīng)包括了不同的單元隙。該單元內(nèi)延遲層實(shí)質(zhì)上只在LC單元的反射部分101R上延伸。圖樣延遲層120的厚度使得延遲層在結(jié)構(gòu)上影響透射和反射部分的單元隙中的差值。因此，透射單元隙dT實(shí)質(zhì)上等于反射單元隙dR加上延遲層120的厚度。和現(xiàn)有技術(shù)中需要平坦化層不一樣，因此設(shè)備復(fù)雜性和制造成本降低。
例如，透射單元隙dT為6μm。反射器106的厚度可以忽略。反射單元隙dR優(yōu)選為透射單元隙dT的一半，因此為3μm。結(jié)果，在LC單元的反射部分101R上延伸的圖樣延遲層120具有3μm的厚度。
在彩色LCD中，濾色片125通常要求將白色環(huán)境光，或背向光源130發(fā)出的白光分解成與LCD設(shè)備的彩色子像素關(guān)聯(lián)的原色。在本實(shí)施例中，濾色片125安排在前置襯底102上，而圖樣延遲層120設(shè)置在濾色片頂部。對(duì)于LC單元的反射部分101R和透射部分101T，濾色片125具有相同的厚度。
可選擇地，顛倒濾色片和延遲層，也就是圖樣延遲層直接安排在襯底上，而濾色片提供于圖樣延遲層之上。對(duì)于反射部分101R和透射部分101T，濾色片厚度可以相同，或者對(duì)于反射部分101R的濾色片可以更薄。
后者可能有利，因?yàn)樵贚C單元的反射部分101R中，光兩次通過(guò)濾色片。如果對(duì)于反射部分101R的濾色片更薄，反射和透射部分之間的吸收率差值相對(duì)較小。
然而，在此情況下，濾色片的不同厚度也應(yīng)該借助于圖樣延遲層120補(bǔ)償，以避免附加平坦化層的使用。因此，例如，對(duì)于LC單元的透射部分101T，單元隙dT為6μm，而濾色片厚度為2μm。對(duì)于反射部分101R，單元隙dR為3μm，濾色片厚度為1μm。于是，對(duì)于反射部分，圖樣延遲層具有4μm的厚度。此外，在單元的透射部分101T上不存在延遲層。
在所有情況下，為了獲得希望得到的延遲值，用于圖樣延遲層中的材料的雙折射應(yīng)該適合延遲層厚度。優(yōu)選為，圖樣延遲層為四分之一波長(zhǎng)(λ/4)延遲層。更優(yōu)選為，對(duì)于每個(gè)子像素，四分之一波長(zhǎng)延遲層的延遲值與相關(guān)的原色波長(zhǎng)匹配。
例如，綠光具有大約550nm的波長(zhǎng)。在綠色子像素的反射部分上延伸的圖樣四分之一波長(zhǎng)延遲層具有大約135nm的延遲。在延遲層厚度4μm的情況下，延遲層材料的雙折射約為0.03。
總之，半透半反式液晶顯示設(shè)備具有液晶(LC)單元，其具有反射部分和透射部分。LCD設(shè)備具有雙單元隙設(shè)計(jì)，對(duì)于透射部分的單元隙不同于對(duì)于反射部分的單元隙。根據(jù)本發(fā)明，借助于LC單元內(nèi)部的光學(xué)延遲層，影響該單元隙差值。上述光學(xué)延遲層的厚度為使其補(bǔ)償單元隙間的差值。優(yōu)選為，光學(xué)延遲層為實(shí)質(zhì)上只在單元的反射部分上延伸的圖樣延遲層，并具有四分之一波長(zhǎng)的延遲。
權(quán)利要求
1.一種半透半反式液晶顯示設(shè)備，包括觀察者一側(cè)的前置襯底(102)，以及后置襯底(104)；夾在該前置襯底和該后置襯底之間的液晶單元，所述液晶單元具有透射部分(101T)，用于選擇性地通過(guò)由背向光源(130)生成的光，以及反射部分(101R)，用于選擇性地反射環(huán)境光，為上述透射部分(101T)提供第一單元隙(dT)，并為上述反射部分(101R)提供第二單元隙(dR)，以及光學(xué)延遲層(120)在上述液晶單元的觀察者一側(cè)，所述光學(xué)延遲層的厚度為使得其補(bǔ)償該第一單元隙和該第二單元隙之間的差值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半透半反式液晶顯示設(shè)備，其中該光學(xué)延遲層為基本上只在該液晶單元的該反射部分(101R)上延伸的圖樣延遲層(120)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半透半反式液晶顯示設(shè)備，其中該光學(xué)延遲層實(shí)質(zhì)上為對(duì)于該反射部分的四分之一波長(zhǎng)延遲層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半透半反式液晶顯示設(shè)備，進(jìn)一步包括濾色片(125)，其對(duì)于所述單元的反射部分(101R)和透射部分(101T)具有不同厚度，其中該光學(xué)延遲層的厚度為使得其既補(bǔ)償該第一單元隙和該第二單元隙之間的差值，又補(bǔ)償所述濾色片(125)的所述不同厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半透半反式液晶顯示設(shè)備，其中該濾色片(125)安排在該前置襯底(102)和該光學(xué)延遲層(120)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半透半反式液晶顯示設(shè)備，其中該光學(xué)延遲層安排在該前置襯底和該濾色片之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半透半反式液晶顯示設(shè)備，其中該第一單元隙(dT)在該第二單元隙(dR)的1.5至2.5倍之間。
全文摘要
半透半反式液晶顯示設(shè)備具有液晶(LC)單元，其具有反射部分(101R)和透射部分(101T)。LCD設(shè)備具有雙單元隙設(shè)計(jì)，對(duì)于透射部分的單元隙(dT)不同于對(duì)于反射部分的單元隙(dR)。根據(jù)本發(fā)明，借助于LC單元內(nèi)部的光學(xué)延遲層(120)，影響該單元隙差值。上述光學(xué)延遲層(120)的厚度為使其補(bǔ)償單元隙的差值。優(yōu)選為，光學(xué)延遲層為基本上只在單元的反射部分(101R)上延伸的圖樣延遲層，并具有四分之一波長(zhǎng)的延遲。
文檔編號(hào)G02F1/1333GK1802597SQ200480016083
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2004年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月12日
發(fā)明者雅各布·布盧寧克, 桑德爾·J·羅森達(dá)爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司