半反射半穿透液晶顯示器的製作方法

2023-04-28 04:05:36

專利名稱：半反射半穿透液晶顯示器的製作方法
技術領域：
本發明有關於一種液晶顯示器，特別有關於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)的設計下，利用液晶盒牆結構(LC cell wall structure)區隔反射區以及穿透區的液晶材料層，且反射區液晶材料的雙折射率約為穿透區液晶材料的雙折射率的一半。
背景技術：
一般的穿透式(transmissive)顯示器在室外及強光下，影像會被褪掉而導致對比降低，相較之下，反射式(reflective)顯示器乃是依賴外來光源來達到顯示效果，因此在戶外及強光下反而會呈現出更佳的效果及對比，且可減少消耗大量功率的背光使用時機，所以非常適合用在攜帶式產品上。不過，反射式顯示器較難在高解析度下達到高對比及高彩色品質的影像，尤其是全彩化的要求，當環境光源不足時會使對比與亮度大受折扣。因此，目前已經發展一種半反射半穿透(transflective)顯示器，其可同時具有穿透式與反射式的優點，可利用背光系統輔助環境光源的不足，當環境光源充足時則充可分利用並省略掉背光源，以達成省電的效果。
美國專利第6,281,952號、第6,295,109號以及第6,330,047號已經揭示多種半反射半穿透液晶顯示器，是將每個畫素區分成為一個反射區以及一個穿透區。一般而言，反射區的面積以及穿透區的面積比例約為4∶1，以利於反射式顯示影像，而為了達到省電效果，穿透式顯示影像僅應用於昏暗環境下。此外，依據液晶材料層的厚度設計，每個畫素區的液晶盒設計可區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)。
請參閱圖1A，其顯示習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包含有一對平行設置的上基板12與下基板14，以及一液晶層16是夾設於上基板12與下基板14之間。下基板14包含有複數個數組的畫素電極區域，且每一個畫素電極區域中包含有一反射電極區18以及一穿透電極區20，是分別作為一反射區R以及一穿透區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設置於上基板12與液晶層16呈相對立的一側，以及一第一1/4波板(quarter wave plate)24I夾設於第一偏光板26I與液晶層16之間，另有一第二偏光板26II設置於下基板14與液晶層16呈相對立的一側，以及一第二1/4波板(quarter wave plate)24II夾設於第二偏光板26II與液晶層16之間，且下基板14下方提供有一背光源。由於上述可知，在一個畫素區域內，液晶層16中只會形成一種厚度區域，亦即反射區R以及穿透區T的液晶層均具有相同的夾厚D，此種單液晶盒厚設計乃有利於反射式顯示影像。但是在穿透式顯示影像時，由於背光源的光線只會通過穿透區T的液晶層一次，因此其光使用效率(lightefficiency)會低於50％。
請參閱圖1B，其顯示習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的組件配置與特徵大致與圖1A所述相同，相同之處於此省略。不同之處在於，一個畫素區域內的液晶層16包含有兩種厚度區域，亦即反射區R的液晶層具有一第一夾厚d1，穿透區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T以及反射區R的光使用效率。不過，礙於液晶盒厚的差異，穿透區T的響應時間(response time)乃四倍於反射區R的響應時間。此外，就其複雜的結構與製程條件而言，雙液晶盒厚的對準製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。
此外，目前亦開發多種液晶盒牆結構(LC cell wall structure)以應用於各式的液晶顯示器中。美國專利第4,720,173號揭露一種鐵電(ferroelectric)液晶顯示器，其包含有條狀的液晶盒牆結構，用以區隔不同配向的液晶材料層。美國專利第6,020,941號揭示一種立體畫像(stereographic)液晶顯示器，是於上、下基板之間設置一液晶盒牆(cellwall)結構以隔絕兩組獨立的液晶盒群。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於開啟(on)狀態下是呈現相異的極性(polarity)。

發明內容
本發明的主要目的在於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)的設計下，利用液晶盒牆結構(LC cell wallstructure)區隔反射區以及穿透區的液晶材料層，且反射區的液晶材料雙折射率約為穿透區的液晶材料雙折射率的一半。
本發明的一目的在於提供一種半反射半穿透液晶顯示器，可使穿透區與反射區具有相同的光學延遲變化量，進而可提升光使用效率。
本發明的另一目的在於提供一種半反射半穿透液晶顯示器，可使穿透區與反射區具有相同的響應時間。
本發明的又一目的在於提供一種半反射半穿透液晶顯示器，其液晶盒牆結構的結構簡單且製程兼容於現行技術，且可直接將液晶盒牆結構作為間隙子(Spacer)以控制液晶盒厚，故可省略間隙子灑布製程。
為達成上述目的，本發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，另有複數個畫素區域形成於上、下基板之間，且其中至少一個畫素區域包含有反射區及穿透區。液晶盒牆結構是夾設於上、下基板之間，用以使複數個反射區形成第一通道，並使複數個穿透區形成第二通道。第一液晶材料層是填入於第一通道的反射區內，第二液晶材料層是填入於第二通道的穿透區內。其中，第一液晶材料層的雙折射率ΔnR約略等於第二液晶材料層的雙折射率ΔnT的一半。


圖1A顯示習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顯示本發明半反射半穿透液晶顯示器的單一畫素區域的剖面示意圖；圖3顯示本發明半反射半穿透顯示器的電壓與反射率/穿透率的關係的模擬結果；圖4顯示本發明液晶盒牆結構的上視圖；圖5A顯示水平排列液晶盒於V＝0狀態下(δR＝π/4，δT＝π/2)的光線極化現象；圖5B顯示水平排列液晶盒於V＝on狀態下(δR＝0，δT＝0)的光線極化現象；圖6A顯示垂直排列液晶盒於V＝0狀態下(δR＝0，δT＝0)的光線極化現象；
圖6B顯示水平排列液晶盒於V＝on狀態下(δR＝π/4，δT＝π/2)的光線極化現象。
符號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～18穿透電極區～20反射區～R穿透區～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反射區液晶層夾厚～d1穿透區液晶層夾厚～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畫素區域～P反射區～R穿透區～T液晶盒牆結構～42底部～42a牆壁～42b；黏著層～44反射電極區～46穿透電極區～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具體實施方式
為了讓本發明的上述和其它目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下圖2A顯示本發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顯示本發明半反射半穿透液晶顯示器的單一畫素區域的剖面示意圖。
半反射半穿透顯示器30包含有一對平行設置的上基板32與下基板34，以及一液晶層36是夾設於上、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包含有複數個數組的畫素區域P。以及一液晶盒牆結構42，加設於上、下基板間，藉由一黏著層44將上、下基板32、34接合。每一個畫素區域P包含有一反射區R以及一穿透區T，而液晶盒牆結構42可將所有的反射區R隔絕成一第一通道，並將所有的穿透區T隔絕成一第二通道。而且，每個反射區R內均製作有一反射電極區46，每個穿透式區域T內均製作有一穿透電極區48。甚且，夾設於上、下基板32、34之間的液晶層36可區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是填入於每個反射區R內，而第二液晶材料層36II是填入於每個穿透區T內。此外，更於上基板32與液晶層36呈相對立的一側設置一第一偏光板54I，以及一第一1/4波板(quarter wave plate)52I夾設於第一偏光板54I與液晶層36之間，另於下基板34與液晶層36呈相對立的一側設置一第二偏光板54II，以及一第二1/4波板(quarter wave plate)52II夾設於第二偏光板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，反射電極區定義為反射區的反射電極，穿透電極區定義為穿透區的穿透電極；反射電極材料可為具有高度光反射的導電物質，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電物質，如銦錫氧化物(ITO)或銦鋅氧化物(IZO)。
本發明的一特徵在於，一個畫素區域P內，液晶層36中只會形成一種厚度區域，亦即反射區R以及穿透區T的液晶層均具有相同的夾厚d。
本發明的另一特徵在於，一個畫素區域P內是填入兩種液晶材料，亦即反射區R中填入第一液晶材料層36I，穿透區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，不同之處在於其雙折射(birefringence)性質，是符合下述關係式ΔnT＝(1.5～2.5)ΔnR
其中，ΔnT是代表穿透區T的第二液晶材料層36II的雙折射率；其中，ΔnR是代表反射區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R的光學延遲變化量；其中，δT是代表穿透區T的光學延遲變化量；其中，ΔTT是代表穿透式區域T的穿透率變化量；其中，ΔTR是代表反射式區域R的穿透率變化量。
由上式可知，本發明可使穿透區T以及反射區R達到相同的穿透率與反射率。請參閱圖3，其顯示本發明半反射半穿透顯示器的電壓與反射率/穿透率的關係的模擬結果，當開啟操作下電壓達到5V時，穿透區T以及反射區R均可達到100％的穿透率與反射率。
根據本發明所揭露的技術，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。至於其它材料特性，例如介電常數、斜展彈性係數、旋轉黏滯度，應維持相同特性，以確保穿透區T以及反射區R具有相同的臨界電壓(threshold voltage)與響應時間(response time)。
本發明的另一特徵在於，本發明的液晶盒牆結構42是製作成為一蛇紋(serpentine)圖案以提供兩個隔絕的液晶通道，則可將複數個反射區R隔絕成第一通道，並可將複數個穿透區T隔絕成第二通道。請參閱圖4，其顯示本發明液晶盒牆結構的上視圖。液晶盒牆結構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，是設置於上、下基板32、34的空隙的兩端點。使用真空填充(vacuuming-filling)製程或滴入填充(one-drop filling)製程或其它可實施的液晶填充方式，第一液晶材料層36I可經由第一液晶填充入口A而填入第一通道的所有反射區R內，而後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可經由第二液晶填充入口B而填入第二通道的所有穿透區T內，而後利用封裝材將第二液晶填充入口B封合。此外，本發明液晶盒牆結構42是製作於一黑色矩陣層的下方，故可達成習知技術的相同開口率(apertureratio)。請參閱圖2A，液晶盒牆結構42是由一底部42a以及複數個牆壁42b所連接構成，底部42a的厚度約為500～5000，牆壁42b的高度h約為1～5μm，牆壁42b的寬度w約為10～20μm(約略相同於黑色矩陣層的寬度)。
相較於習知技術，本發明半反射半穿透顯示器30具有以下優點。
第一，穿透區T與反射區R具有相同的光學延遲變化量，故可達到相同的穿透率與反射率，進而可提升光使用效率。
第二，在單液晶盒厚的設計下，穿透區R與反射區T具有相同的響應時間。
第三，半反射半穿透顯示器30可應用於各種反射式液晶顯示模式(reflective LC mode)技術，例如(a)具有等效λ/4波板的MTN模式，例如75°MTN液晶盒於～15°，或80°MTN液晶盒於～20°。此種應用需要單片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於V＝0狀態下(δR＝π/4，δT＝π/2)的光線極化現象，圖5B顯示水平排列液晶盒於V＝on狀態下(δR＝0，δT＝0)的光線極化現象。Li是代表環境光源的入射光線，Lr是代表環境光源的反射光線，Lt是代表背光源56的穿透光線，半旋轉箭頭符號是代表圓偏振光線(circular polarization)的旋轉方向。
(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於V＝0狀態下(δR＝0，δT＝0)的光線極化現象，環境光源的反射光線Lr以及背光源56的穿透光線Lt均會被偏光板阻擋。圖6B顯示水平排列液晶盒於V＝on狀態下(δR＝π/4，δT＝π/2)的光線極化現象，穿透區T仍然無效，但是反射區R是具有一有效延遲δR＝π/4，可使光線穿越偏光板。Li是代表環境光源的入射光線，Lr是代表環境光源的反射光線，Lt是代表背光源56的穿透光線，半旋轉箭頭符號是代表圓偏振光線(circular polarization)的旋轉方向。
第四，本發明僅需額外製作液晶盒牆結構42，其結構簡單且製程兼容於現行技術。甚至，液晶盒牆結構42同時具有間隙子(spacer)的功效，故不需額外進行傳統的間隙子灑布製程，如此可以提高顯示品質並降低製作成本。
權利要求
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，其特徵在於該顯示器至少包含有複數個畫素區域形成於該上、下基板之間，且其中至少一個畫素區域包含有一反射區以及一穿透區；一液晶盒牆結構，夾設於該上、下基板之間，用以使該些反射區形成一第一通道，並使該些穿透區形成一第二通道；一第一液晶材料層，是填入於該第一通道的該些反射區內；以及一第二液晶材料層，是填入於該第二通道的該些穿透區內；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是符合下述關係式ΔnT＝(1.5～2.5)ΔnR。
2.根據權利要求1所述的半反射半穿透液晶顯示器，其特徵在於該第一液晶材料層的厚度等於該第二液晶材料層的厚度。
3.根據權利要求1所述的半反射半穿透液晶顯示器，其特徵在於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、斜展彈性係數與旋轉黏滯度，以確保該穿透區以及該反射區具有相同的臨界電壓與響應時間。
4.根據權利要求1所述的半反射半穿透液晶顯示器，其特徵在於該液晶盒牆結構是為一蛇紋圖案，且包含有一第一液晶填充入口，是設置於該上、下基板之間一第一端點，用以使該第一液晶材料層得經由該第一液晶填充入口而填入該些反射區；以及一第二液晶填充入口，是設置於該上、下基板之間一第二端點，用以使該第二液晶材料層得經由該第二液晶填充入口而填入該些穿透區。
5.根據權利要求1所述的半反射半穿透液晶顯示器，其特徵在於該液晶盒牆結構是由一底部以及複數個牆壁所連接構成，其特徵在於該牆壁的高度為1～5μm，該牆壁的寬度為10～20μm。
6. 根據權利要求1所述的半反射半穿透液晶顯示器，其特徵在於該下基板至少包含一反射電極區，是形成於該複數個反射區內；以及一穿透電極區，是形成於該複數個穿透區內。
7. 根據權利要求1所述的半反射半穿透液晶顯示器，其特徵在於所述半反射半穿透液晶顯示器另包含有一第一偏光板，是設置於該上基板與液晶層呈相對立的一側；一第二偏光板，是設置於該下基板與液晶層呈相對立的一側；一第一相位補償膜，是夾設於液晶層與該第一偏光板之間；以及一第二相位補償膜，是設置於液晶層與該第二偏光板之間。
8.根據權利要求7所述的半反射半穿透液晶顯示器，其特徵在於該第一相位補償膜是為一1/4波板，該第二相位補償膜是為一1/4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，另有複數個畫素區域形成於上、下基板之間，且其中至少一個畫素區包含反射區及穿透區。液晶盒牆結構是夾設於上、下基板之間，用以使複數個反射區形成第一通道，並使複數個穿透區形成第二通道。第一液晶材料層是填入於第一通道的複數個反射區內，第二液晶材料層是填入於第二通道的複數個穿透區內。其中，第一液晶材料層的雙折射率約略等於第二液晶材料層的雙折射率的一半。
文檔編號G02B5/30GK1648735SQ20041003901
公開日2005年8月3日 申請日期2004年1月20日 優先權日2004年1月20日
發明者王瓊華, 吳詩聰, 洪琪, 吳勇勳 申請人:統寶光電股份有限公司