半透式液晶顯示器的製作方法
2023-05-21 00:23:51
專利名稱：半透式液晶顯示器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種半透式液晶顯示器，尤其是指一種光學補償彎曲(opticalcompensated bend；OCB)模式的半透式液晶顯示器。
背景技術：
為同時解決傳統扭轉向列(twisted nematic；TN)型液晶顯示器的視角狹窄及反應速度過慢的兩大缺陷，發展出相當多的相關技術。然而，於顯示一高速動態影像的環境下，其反應速度需達到10毫秒以下，甚至有4毫秒以下的要求。目前的技術能夠符合如此快速的反應速度要求，且同時能達到廣視角的顯示效果的，首推應用光學補償彎曲(optical compensated bend；OCB)技術的OCB模式液晶顯示器。
圖1A至圖1C概略說明OCB液晶盒102的操作方式。圖1A顯示施加電壓為0的起始狀態，其中第一液晶層區域A的液晶分子與配向層104之間、第二液晶層區域B的液晶分子與配向層106之間均呈一小角度夾角(和後述的圖1B及圖1C夾角相比)，且第三液晶層區域C中的液晶分子幾乎與配向膜平行，此時的液晶分子呈斜展配向(splay alignment)。當電壓逐漸增大至一臨界電壓Vc時，第一液晶層區域A、與第二液晶層區域B的液晶分子與配向層104及106的夾角增大，且部份第三液晶層區域C中的液晶分子與配向膜幾乎垂直，此時的液晶呈彎曲配向(bend alignment)，且顯示面板呈亮度最大的亮態。
之後，當電壓繼續增大至截止電壓Vf時，第一液晶層區域A、與第二液晶層區域B的液晶分子與配向層104及106的夾角可達80度或更大，且大部份第三液晶層區域C中的液晶分子與配向膜幾乎垂直，使液晶分子與偏光膜的偏光方向幾近垂直，此時液晶顯示面板呈暗態。因此，當施加電壓大於臨界電壓Vc(即液晶分子已由斜展配向轉移為彎曲配向)且小於截止電壓Vf時，即為OCB模式液晶顯示器的操作區間。
因OCB模式液晶顯示器的液晶分子排列整齊且轉向方向相同，可減少轉動時液晶分子間的摩擦力，所以OCB模式液晶顯示器具有極高的反應速度及廣視角效果。然而，考慮薄膜電晶體的耐壓限制，且為儘速進入OCB模式液晶顯示器的操作區間，必須儘可能降低液晶分子轉移為彎曲配向的臨界電壓Vc。
另一方面，目前的OCB模式液晶顯示器都只運用在穿透模式或是反射模式；在穿透模式下，只能單純地使用背光源來顯示畫面，當在陽光下或是強烈的環境光源下，因外在光源幹擾，使用者無法輕易辨識出顯示影像；在反射模式下，顯示器只能在強烈的環境光源下才能使用，當離開此強烈光源的環境後，即無法觀看出清晰的影像。因此，設計一無論是利用環境光或背光顯示環境下，均能搭配OCB操作模式在較低的轉移電壓下產生一最佳顯示效果，實為一重要的設計課題。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種光學補償彎曲(opticalcompensated bend；OCB)模式的半透式液晶顯示器，其能讓使用者在任何顯示環境下皆能清晰地觀看影像，且同時具有廣視角特性及快速反應的優點。
本發明要解決的另一技術問題是提供一種OCB模式的半透式液晶顯示器，其能縮短進入OCB模式可操作區間的時間，同時避免區域性缺陷產生。
本發明的技術解決方案是一種半透式液晶顯示器包含一第一基板、一第二基板、及介設於兩基板間的一光學補償彎曲液晶層。第二基板對向第一基板設置，且其上形成一像素電極。像素電極包含一反射部及一透射部，且反射部與透射部彼此分離，在施加電壓於該半透式液晶顯示器時，產生一與基板實質平行的橫向電場。
本發明還提出另一種半透式液晶顯示器，該半透式液晶顯示器具有一光反射區及一光透射區，包含一第一基板，其上形成一透明電極；一第二基板，對向該第一基板設置；一光學補償彎曲液晶層，介設於該第一及第二基板之間；一反射像素電極，形成於該光反射區上；及一透射像素電極，形成於該光透射區上；其中該反射像素電極及該透射像素電極彼此分離，以在施加電壓於該半透式液晶顯示器時產生一與所述基板實質平行的橫向電場。
通過本發明的設計，於OCB模式下，在液晶分子呈斜展配向(splayalignment)的初始狀態施加電壓，在液晶層中的斜展排列液晶分子受到橫向電場影響，會產生配向混亂狀態，當再通過沿垂直方向施加電壓產生的縱向電場，將可大量產生轉移核，使進入OCB模式的可操作區間的時間縮短，同時避免區域性缺陷產生。
再者，第二基板上可形成一第一及第二薄膜電晶體，分別電性連接至像素電極的反射部及透射部，以分別控制半透式液晶顯示器其光反射區及光透射區的電場。
圖1A至圖1C為說明光學補償彎曲模式的示意圖。
圖2為一剖面結構示意圖，顯示本發明半透式液晶顯示器的一實施例。
圖3A為一示意圖，顯示本發明反射像素電極及透射像素電極彼此分離的分割設計例。
圖3B為一示意圖，顯示本發明反射像素電極及透射像素電極彼此分離的另一分割設計例。
圖3C為一示意圖，顯示本發明反射像素電極及透射像素電極彼此分離的另一分割設計例。
圖4為顯示於不同液晶分子配向下施加電壓與吉布士自由能的關係圖。
圖5A為顯示相位差值Δn×dr與反射光強度關係的示意圖。
圖5B為顯示相位差值Δn×dt與透射光強度關係的示意圖。
圖6為顯示本發明一具體實施例的示意圖。
圖7A及圖7B分別顯示該具體實施例輸出的V-T(電壓-透射率)及V-R(電壓-反射率)曲線。
圖8A為示意圖，顯示本發明的另一實施例。
圖8B為示意圖，顯示本發明的另一實施例。
圖8C為示意圖，顯示本發明的另一實施例。
圖9為一剖面結構示意圖，顯示本發明半透式液晶顯示器的另一實施例。
主要元件符號說明10、40、半透式液晶顯示器 12、22、基板14、濾色片16、共同電極18、26、配向膜24 像素電極24a、反射像素電極 24b、透射像素電極28、液晶層30、34、雙軸膜32、36、偏光板37、透明導電膜38、反射膜42、OCB液晶盒44、A板 46、C板102、OCB液晶盒104、106、配向層EX、水平橫向電場 EY、垂直縱向電場Re、光反射區 Tr、光透射區T1、T2、薄膜電晶體Vc、Vc』、臨界電壓Vf、截止電壓具體實施方式
圖2為一剖面結構示意圖，顯示本發明半透式液晶顯示器10的一實施例。如圖2所示，第一基板12上連續疊加設置濾色片14、由氧化銦錫(Indium TinOxide；ITO)或銦鋅氧化物(Indium Zinc Oxide；IZO)透明導電膜構成的共同電極16及第一配向膜18。第二基板22上連續疊加設置ITO或IZO透明導電膜構成的像素電極24及第二配向膜26。第一基板12與第二基板22彼此相對，且中間設置一其液晶分子具有光學補償彎曲(optical compensated bend；OCB)排列的液晶層28。第一基板12相對液晶層28的外側分別設置第一雙軸膜(biaxial film)30及第一偏光板32，第二基板22相對液晶層的外側分別設置第二雙軸膜34及第二偏光板36。
依本發明的設計，對應一紅色、綠色或藍色濾色片14設置的像素電極24，分割為彼此分離的兩個獨立像素電極區域。如圖2所示，第一像素電極區域與第二像素電極區域彼此分離而具有一段間距d。依本實施例，第一像素電極區域包含一反射像素電極24a，其可為例如鋁、銀、或共金結合化合物等具有高導電率與高反射率的材料構成的導電反射膜。第二像素電極區域則包含一透射像素電極24b，其可由例如ITO或IZO透明導電膜所構成。由此，半透式液晶顯示器10可分別形成光反射區Re及光透射區Tr，獲得在OCB模式下同時利用環境光及背光的良好顯示效果。
圖3A為一示意圖，顯示本發明反射電極及透射電極彼此分離的分割設計例，圖上同時標註出如聚醯亞胺(polymide)材料構成的一配向膜的摩擦方向(rubbing direction)以作為一參考方向。如圖3A所示，本發明將像素電極24分割為彼此分離且位於實質同一平面的反射像素電極24a及透射像素電極24b。於本分割例中，反射像素電極24a具有一凹部，透射像素電極24b則具有相對應該凹部的一凸部。當對此兩分離電極分別施加不同電壓時，兩電極之間的壓差可產生指向多個不同電場方向的水平橫向電場EX。由此，在OCB模式下，在液晶分子呈斜展配向(splay alignment)的初始狀態下施加電壓，因液晶分子會順著水平橫向電場EX排列，在液晶層中央部份受到橫向電場EX影響的斜展排列液晶分子會同時向左或向右旋轉扭動形成兩種以上不同的螺旋方向，引起配向的混亂。在此配向混亂狀態下，再通過沿垂直方向在共同電極16與像素電極24間施加電壓產生的縱向電場EY，將可大量產生做為轉移源的轉移核(transition nucleus)將斜展配向迅速轉移為彎曲配向，以快速進入OCB模式的可操作區間，且可避免區域性缺陷(即部份區域未轉移為彎曲配向)產生。
可由圖4的比較曲線圖進一步了解本發明的設計功效。圖4顯示施加電壓與吉布士自由能(Gibbs free energy)的關係圖，其中實線顯示彎曲配向的關係曲線，虛線顯示斜展配向的關係曲線。當斜展配向的吉布士能與彎曲配向的吉布士能相等時，所施加的電壓即為可進入OCB操作模式的臨界電壓。通過本發明將像素電極24的反射部與透射部兩者分離的結構，可提供一額外的水平橫向電場，使初始狀態下的斜展液晶分子產生配向混亂，如此其吉布士能分布會由圖4所示的關係曲線P變化為關係曲線Q，使臨界電壓由Vc降低為Vc』，獲得快速大量產生轉移核的效果，以縮短進入OCB模式可操作區間的時間且避免區域性缺陷發生。
再者，雖然圖3A例示的反射像素電極24a及透射像素電極24b呈分別具單一凹部及凸部的電極形態，但本發明反射及透射電極的分割形態完全不限定，僅需能達到產生水平橫向電場以促使初始斜展配向混亂的效果即可。如圖3B所示，反射像素電極24a可同時具有多個凸部24a』及凹部24a」，而透射像素電極24b亦對應形成多個凸部24b』及凹部24b」。另外，凸部與凹部的形狀並不限定為圖3B所示的矩形，例如圖3C所示的弧形(凹部24a」)、梯形(凸部24a』)、三角形(凸部24b』)、或複合兩種以上的上述形狀均可。
再者，反射像素電極24a與透射像素電極24b的分配面積並不限定，而可視實際需求(例如產品應用時的環境光量等)來決定。
請再參考圖2，依本發明的結構，彼此分離的反射像素電極24a及透射像素電極24b可分別電性連接至第一薄膜電晶體(thin film transistor；TFT)T1及第二薄膜電晶體T2，利用兩顆薄膜電晶體分別控制半透式液晶顯示器其光反射區及光透射區的電場。
一般而言，半透式液晶顯示器的反射區及透射區具有不同相位差值。於液晶分子的扭角為0的情況下，若λ表示光線波長、Δn表示雙折射率、dr表示於反射區的液晶層28間隙厚度、且dt表示透射區的液晶層28間隙厚度時，當相位差值Δn×dr＝λ/4時反射區的反射光強度為最大值，相位差值Δn×dr與反射光強度的關係如圖5A所示。同樣地，當相位差值Δn×dt＝λ/2時透射區的透射光強度為最大值。相位差值Δn×dt與透射光強度的關係如圖5B所示。因此，本發明可利用兩顆薄膜電晶體(thin film transistor；TFT)T1及T2，依各自的反射及透射珈瑪曲線(gamma curve)分別控制反射區及透射區的電場，使行經反射區的環境光及透射區的背光具有相同的光程差，如此反射區及透射區即可以相同的液晶層間隙來達成。
再者，如圖2所示，控制反射像素電極24a的薄膜電晶體T1及控制透射像素電極24b的薄膜電晶體T2，可均形成於反射像素電極24a下方，以獲得一較佳的開口率。
圖6、圖7A、及圖7B顯示本發明的一具體實施例及於OCB模式下的輸出效果。如圖6所示，該OCB半透式液晶顯示器40所使用的相延遲補償膜為二組A板(A-plate)44與C板(C-plate)46的組合，且分別設置於偏光板32與OCB液晶盒(OCB cell)42間、及偏光板36與OCB液晶盒42間。依本具體實施例，OCB液晶盒42的相位差值為1000nm，而C板與A板其在x-y平面的相位差值為150nm，在z方向的相位差值為200nm。該具體實施例的反射對比可達16以上，且輸出的V-T(電壓-透射率)及V-R(電壓-反射率)曲線分別如圖7A及圖7B所示，由圖7A及圖7B可看出液晶分子轉移至彎曲配向的臨界電壓明顯降低。
再者，於本發明的OCB模式半透式液晶顯示器設計，其所使用的相延遲補償膜形式並不限定，除圖2所示的雙軸膜、圖6所示的二組A板及C板外，其數量及種類亦可依實際需要加以變化。例如圖8A所示，亦可僅使用一組A板(A-plate)與C板(C-plate)的組合，或如圖8B所示，分布於OCB液晶盒兩側的相補償膜分別為A板、及A板與C板的組合。再者，如圖8C所示，於偏光板與OCB液晶盒之間可另加入一組1/4波長板，以轉換為一圓偏光系統，增加光穿透率。
另外，雖然圖2的反射像素電極24a為一導電反射膜構成的單層結構，但該反射像素電極24a的構成並不限定為該例示形態。舉例而言，亦可如圖9所示，於透明導電膜37上設置一層金屬反射膜38構成一雙層結構的反射像素電極24a。
雖然本發明已以具體實施例揭示，但其並非用以限定本發明，任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和範圍的前提下所作出的等同組件的置換，或依本發明專利保護範圍所作的等同變化與修飾，皆應仍屬本專利涵蓋的範疇。
權利要求
1.一種半透式液晶顯示器，其特徵在於，包含一第一基板，其上形成一透明電極；一第二基板，對向該第一基板設置，且其上形成一像素電極，該像素電極包含一反射部及一透射部，且該反射部與該透射部彼此分離；及一光學補償彎曲液晶層，介設於該第一及該第二基板之間。
2.如權利要求1所述的半透式液晶顯示器，其特徵在於，該第二基板上形成有一第一及第二薄膜電晶體，該第一薄膜電晶體電性連接至該反射部且該第二薄膜電晶體電性連接至該透射部。
3.如權利要求1所述的半透式液晶顯示器，其特徵在於，該透射部為一透明導電膜所構成，且該反射部為一反射膜構成的單層結構、或一透明導電膜及一反射膜兩者構成的一雙層結構。
4.如權利要求1所述的半透式液晶顯示器，其特徵在於，該反射部及該透射部位於實質同一平面。
5.如權利要求1所述的半透式液晶顯示器，其特徵在於，該反射部具有至少一凸部，且該透射部具有對應該凸部位置形成的至少一凹部。
6.如權利要求1所述的半透式液晶顯示器，其特徵在於，該反射部具有至少一凹部且該透射部具有對應該凹部位置形成的至少一凸部。
7.如權利要求1所述的半透式液晶顯示器，其特徵在於，更包含一第一及第二偏光板分別設置於該第一及該第二基板相對該液晶層的兩外側；一第一相延遲補償膜，設置於該第一偏光板與該第一基板之間；及一第二相延遲補償膜，設置於該第二偏光板與該第二基板之間。
8.一種半透式液晶顯示器，其特徵在於，該半透式液晶顯示器具有一光反射區及一光透射區，其包含一第一基板，其上形成一透明電極；一第二基板，對向該第一基板設置；一光學補償彎曲液晶層，介設於該第一及第二基板之間；一反射像素電極，形成於該光反射區上；及一透射像素電極，形成於該光透射區上；其中該反射像素電極及該透射像素電極彼此分離，以在施加電壓於該半透式液晶顯示器時產生一與所述基板實質平行的橫向電場。
9.如權利要求8所述的半透式液晶顯示器，其特徵在於，該第二基板上形成有一第一及第二薄膜電晶體，以分別控制該光反射區及該光透射區的電場。
10.如權利要求9所述的半透式液晶顯示器，其特徵在於，該第一薄膜電晶體電性連接至該反射像素電極，且該第二薄膜電晶體電性連接至該透射像素電極。
11.如權利要求8所述的半透式液晶顯示器，其特徵在於，該透射像素電極為一透明導電膜所構成，且該反射像素電極為一反射膜構成的單層結構、或一透明導電膜及一反射膜兩者構成的一雙層結構。
12.如權利要求8所述的半透式液晶顯示器，其特徵在於，該反射像素電極及該透射像素電極位於實質同一平面。
13.如權利要求8所述的半透式液晶顯示器，其特徵在於，更包含一第一及第二偏光板設置於該第一及該第二基板相對該液晶層的外側；一第一相延遲補償膜，設置於該第一偏光板與該第一基板之間；及一第二相延遲補償膜，設置於該第二偏光板與該第二基板之間。
全文摘要
本發明公開了一種半透式液晶顯示器，包含一第一基板、一第二基板及介設於兩基板間的一光學補償彎曲液晶層，第二基板上形成一包含一反射部及一透射部的像素電極，且像素電極的反射部與透射部彼此分離。本發明克服了現有技術的缺陷，使進入OCB模式的可操作區間的時間縮短，同時避免區域性缺陷產生。
文檔編號G02F1/1335GK101046561SQ200610065200
公開日2007年10月3日 申請日期2006年3月27日 優先權日2006年3月27日
發明者吳易駿, 廖文瑞, 劉錦璋, 李建璋 申請人:勝華科技股份有限公司