专利名称：半反射半穿透液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种液晶显示器，特别有关于一种半反射半穿透液晶显示器，在具有单液晶盒厚(single LC cell gap)的设计下，利用液晶盒墙结构(LC cell wall structure)区隔反射区以及穿透区的液晶材料层，且反射区液晶材料的双折射率约为穿透区液晶材料的双折射率的一半。
背景技术：
一般的穿透式(transmissive)显示器在室外及强光下，影像会被褪掉而导致对比降低，相较之下，反射式(reflective)显示器乃是依赖外来光源来达到显示效果，因此在户外及强光下反而会呈现出更佳的效果及对比，且可减少消耗大量功率的背光使用时机，所以非常适合用在携带式产品上。不过，反射式显示器较难在高分辨率下达到高对比及高彩色品质的影像，尤其是全彩化的要求，当环境光源不足时会使对比与亮度大受折扣。因此，目前已经发展一种半反射半穿透(transflective)显示器，其可同时具有穿透式与反射式的优点，可利用背光系统辅助环境光源的不足，当环境光源充足时则充可分利用并省略掉背光源，以达成省电的效果。
美国专利第6,281,952号、第6,295,109号以及第6,330,047号已经揭示多种半反射半穿透液晶显示器，是将每个画素区分成为一个反射区以及一个穿透区。一般而言，反射区的面积以及穿透区的面积比例约为4∶1，以利于反射式显示影像，而为了达到省电效果，穿透式显示影像仅应用于昏暗环境下。此外，依据液晶材料层的厚度设计，每个画素区的液晶盒设计可区分成两种型式一种为单液晶盒厚(single LC cell gap)，另一种为双液晶盒厚(dual LC cell gaps)。
请参阅图1A，其显示习知半反射半穿透液晶显示器的单液晶盒厚的剖面示意图。半反射半穿透显示器10包含有一对平行设置的上基板12与下基板14，以及一液晶层16是夹设于上基板12与下基板14之间。下基板14包含有复数个数组的画素电极区域，且每一个画素电极区域中包含有一反射电极区18以及一穿透电极区20，是分别作为一反射区R以及一穿透区T。上基板12包含有一透明电极层22作为共享电极。此外，有一第一偏光板26I设置于上基板12与液晶层16呈相对立的一侧，以及一第一1/4波板(quarter wave plate)24I夹设于第一偏光板26I与液晶层16之间，另有一第二偏光板26II设置于下基板14与液晶层16呈相对立的一侧，以及一第二1/4波板(quarter wave plate)24II夹设于第二偏光板26II与液晶层16之间，且下基板14下方提供有一背光源。由于上述可知，在一个画素区域内，液晶层16中只会形成一种厚度区域，亦即反射区R以及穿透区T的液晶层均具有相同的夹厚D，此种单液晶盒厚设计乃有利于反射式显示影像。但是在穿透式显示影像时，由于背光源的光线只会通过穿透区T的液晶层一次，因此其光使用效率(lightefficiency)会低于50％。
请参阅图1B，其显示习知半反射半穿透液晶显示器的双液晶盒厚的剖面示意图。半反射半穿透显示器28的组件配置与特征大致与图1A所述相同，相同之处于此省略。不同之处在于，一个画素区域内的液晶层16包含有两种厚度区域，亦即反射区R的液晶层具有一第一夹厚d1，穿透区T的液晶层具有一第二夹厚d2，且符合下式d2＝2d1，如此可提高穿透区T以及反射区R的光使用效率。不过，碍于液晶盒厚的差异，穿透区T的响应时间(response time)乃四倍于反射区R的响应时间。此外，就其复杂的结构与制程条件而言，双液晶盒厚的对准制程的精确度与一致性皆不理想，容易影响液晶显示器的亮度、彩色度以及其它显示品质。
此外，目前亦开发多种液晶盒墙结构(LC cell wall structure)以应用于各式的液晶显示器中。美国专利第4,720,173号揭露一种铁电(ferroelectric)液晶显示器，其包含有条状的液晶盒墙结构，用以区隔不同配向的液晶材料层。美国专利第6,020,941号揭示一种立体画像(stereographic)液晶显示器，是于上、下基板之间设置一液晶盒墙(cellwall)结构以隔绝两组独立的液晶盒群。第一组液晶盒群中是使用第一种可控制液晶(controllable liquid crystal，CLC)材料，可选择性地开启或关闭，第二组液晶胞群中是使用第二种可控制液晶(controllableliquid crystal，CLC)材料，可选择性地开启或关闭，而且第一种可控制液晶材料以及第二种可控制液晶材料于开启(on)状态下是呈现相异的极性(polarity)。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种半反射半穿透液晶显示器，在单液晶盒厚(single LC cell gap)的设计下，利用液晶盒墙结构(LC cell wallstructure)区隔反射区以及穿透区的液晶材料层，且反射区的液晶材料双折射率约为穿透区的液晶材料双折射率的一半。
本发明的一目的在于提供一种半反射半穿透液晶显示器，可使穿透区与反射区具有相同的光学延迟变化量，进而可提升光使用效率。
本发明的另一目的在于提供一种半反射半穿透液晶显示器，可使穿透区与反射区具有相同的响应时间。
本发明的又一目的在于提供一种半反射半穿透液晶显示器，其液晶盒墙结构的结构简单且制程兼容于现行技术，且可直接将液晶盒墙结构作为间隙子(Spacer)以控制液晶盒厚，故可省略间隙子洒布制程。
为达成上述目的，本发明提供一种半反射半穿透液晶显示器，具有上基板及下基板，另有复数个画素区域形成于上、下基板之间，且其中至少一个画素区域包含有反射区及穿透区。液晶盒墙结构是夹设于上、下基板之间，用以使复数个反射区形成第一通道，并使复数个穿透区形成第二通道。第一液晶材料层是填入于第一通道的反射区内，第二液晶材料层是填入于第二通道的穿透区内。其中，第一液晶材料层的双折射率ΔnR约略等于第二液晶材料层的双折射率ΔnT的一半。
图1A显示习知半反射半穿透液晶显示器的单液晶盒厚的剖面示意图；图1B显示习知半反射半穿透液晶显示器的双液晶盒厚的剖面示意图；图2A显示本发明半反射半穿透液晶显示器的单液晶盒厚的立体示意图；图2B显示本发明半反射半穿透液晶显示器的单一画素区域的剖面示意图；图3显示本发明半反射半穿透显示器的电压与反射率/穿透率的关系的模拟结果；图4显示本发明液晶盒墙结构的上视图；图5A显示水平排列液晶盒于V＝0状态下(δR＝π/4，δT＝π/2)的光线极化现象；图5B显示水平排列液晶盒于V＝on状态下(δR＝0，δT＝0)的光线极化现象；图6A显示垂直排列液晶盒于V＝0状态下(δR＝0，δT＝0)的光线极化现象；
图6B显示水平排列液晶盒于V＝on状态下(δR＝π/4，δT＝π/2)的光线极化现象。
符号说明半反射半穿透显示器～10上基板～12下基板～14液晶层～16液晶层夹厚～D反射电极区～18穿透电极区～20反射区～R穿透区～T透明电极层～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半反射半穿透显示器～28反射区液晶层夹厚～d1穿透区液晶层夹厚～d2半反射半穿透显示器～30上基板～32下基板～34液晶层36第一液晶材料层～36I第二液晶材料层～36II
透明电极层38画素区域～P反射区～R穿透区～T液晶盒墙结构～42底部～42a墙壁～42b；黏着层～44反射电极区～46穿透电极区～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具体实施方式
为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图示，作详细说明如下图2A显示本发明半反射半穿透液晶显示器的单液晶盒厚的立体示意图，图2B显示本发明半反射半穿透液晶显示器的单一画素区域的剖面示意图。
半反射半穿透显示器30包含有一对平行设置的上基板32与下基板34，以及一液晶层36是夹设于上、下基板32、34之间。上基板32包含有一透明电极层38作为共享电极。下基板34包含有复数个数组的画素区域P。以及一液晶盒墙结构42，加设于上、下基板间，借由一黏着层44将上、下基板32、34接合。每一个画素区域P包含有一反射区R以及一穿透区T，而液晶盒墙结构42可将所有的反射区R隔绝成一第一通道，并将所有的穿透区T隔绝成一第二通道。而且，每个反射区R内均制作有一反射电极区46，每个穿透式区域T内均制作有一穿透电极区48。甚且，夹设于上、下基板32、34之间的液晶层36可区分为一第一液晶材料层36I以及一第二液晶材料层36II，第一液晶材料层36I是填入于每个反射区R内，而第二液晶材料层36II是填入于每个穿透区T内。此外，更于上基板32与液晶层36呈相对立的一侧设置一第一偏光板54I，以及一第一1/4波板(quarter wave plate)52I夹设于第一偏光板54I与液晶层36之间，另于下基板34与液晶层36呈相对立的一侧设置一第二偏光板54II，以及一第二1/4波板(quarter wave plate)52II夹设于第二偏光板54II与液晶层36之间，且下基板34下方提供有一背光源56。
在此，反射电极区定义为反射区的反射电极，穿透电极区定义为穿透区的穿透电极；反射电极材料可为具有高度光反射的导电物质，如铝(Al)、铝合金(Al alloy)或银(Ag)，穿透电极材料可为具有高度光穿透的导电物质，如铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)。
本发明的一特征在于，一个画素区域P内，液晶层36中只会形成一种厚度区域，亦即反射区R以及穿透区T的液晶层均具有相同的夹厚d。
本发明的另一特征在于，一个画素区域P内是填入两种液晶材料，亦即反射区R中填入第一液晶材料层36I，穿透区T中填入第二液晶材料层36II。第一液晶材料层36I以及第二液晶材料层36II的材料特性大致相同，不同之处在于其双折射(birefringence)性质，是符合下述关系式ΔnT＝(1.5～2.5)ΔnR
其中，ΔnT是代表穿透区T的第二液晶材料层36II的双折射率；其中，ΔnR是代表反射区R的第一液晶材料层36I的双折射率。
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是代表光学延迟的变化量；其中，ΔT是代表穿透率的变化量；其中，δR是代表反射区R的光学延迟变化量；其中，δT是代表穿透区T的光学延迟变化量；其中，ΔTT是代表穿透式区域T的穿透率变化量；其中，ΔTR是代表反射式区域R的穿透率变化量。
由上式可知，本发明可使穿透区T以及反射区R达到相同的穿透率与反射率。请参阅图3，其显示本发明半反射半穿透显示器的电压与反射率/穿透率的关系的模拟结果，当开启操作下电压达到5V时，穿透区T以及反射区R均可达到100％的穿透率与反射率。
根据本发明所揭露的技术，第一液晶材料层36I以及第二液晶材料层36II的材料特性较佳者为ΔnT＝(1.5～2.5)ΔnR，较佳者为ΔnT＝2ΔnR，且ΔnT＝0.1～0.16，ΔnR＝0.05～0.08。较佳者为，ΔnT＝0.14，ΔnR＝0.07。至于其它材料特性，例如介电常数、斜展弹性系数、旋转黏滞度，应维持相同特性，以确保穿透区T以及反射区R具有相同的临界电压(threshold voltage)与响应时间(response time)。
本发明的另一特征在于，本发明的液晶盒墙结构42是制作成为一蛇纹(serpentine)图案以提供两个隔绝的液晶通道，则可将复数个反射区R隔绝成第一通道，并可将复数个穿透区T隔绝成第二通道。请参阅图4，其显示本发明液晶盒墙结构的上视图。液晶盒墙结构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，是设置于上、下基板32、34的空隙的两端点。使用真空填充(vacuuming-filling)制程或滴入填充(one-drop filling)制程或其它可实施的液晶填充方式，第一液晶材料层36I可经由第一液晶填充入口A而填入第一通道的所有反射区R内，而后利用封装材将第一液晶填充入口A封合。接着，第二液晶材料层36II可经由第二液晶填充入口B而填入第二通道的所有穿透区T内，而后利用封装材将第二液晶填充入口B封合。此外，本发明液晶盒墙结构42是制作于一黑色矩阵层的下方，故可达成习知技术的相同开口率(apertureratio)。请参阅图2A，液晶盒墙结构42是由一底部42a以及复数个墙壁42b所连接构成，底部42a的厚度约为500～5000，墙壁42b的高度h约为1～5μm，墙壁42b的宽度w约为10～20μm(约略相同于黑色矩阵层的宽度)。
相较于习知技术，本发明半反射半穿透显示器30具有以下优点。
第一，穿透区T与反射区R具有相同的光学延迟变化量，故可达到相同的穿透率与反射率，进而可提升光使用效率。
第二，在单液晶盒厚的设计下，穿透区R与反射区T具有相同的响应时间。
第三，半反射半穿透显示器30可应用于各种反射式液晶显示模式(reflective LC mode)技术，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°。此种应用需要单片λ/4波板以及两片偏光板。
(b)具有λ/4波板的水平排列(homogeneous)液晶盒，且需要单片λ/4波板以及两片偏光板。图5A显示水平排列液晶盒于V＝0状态下(δR＝π/4，δT＝π/2)的光线极化现象，图5B显示水平排列液晶盒于V＝on状态下(δR＝0，δT＝0)的光线极化现象。Li是代表环境光源的入射光线，Lr是代表环境光源的反射光线，Lt是代表背光源56的穿透光线，半旋转箭头符号是代表圆偏振光线(circular polarization)的旋转方向。
(c)具有λ/4波板的垂直排列(homeotropic)液晶盒，需要两片λ/4波板以及两片偏光板。图6A显示垂直排列液晶盒于V＝0状态下(δR＝0，δT＝0)的光线极化现象，环境光源的反射光线Lr以及背光源56的穿透光线Lt均会被偏光板阻挡。图6B显示水平排列液晶盒于V＝on状态下(δR＝π/4，δT＝π/2)的光线极化现象，穿透区T仍然无效，但是反射区R是具有一有效延迟δR＝π/4，可使光线穿越偏光板。Li是代表环境光源的入射光线，Lr是代表环境光源的反射光线，Lt是代表背光源56的穿透光线，半旋转箭头符号是代表圆偏振光线(circular polarization)的旋转方向。
第四，本发明仅需额外制作液晶盒墙结构42，其结构简单且制程兼容于现行技术。甚至，液晶盒墙结构42同时具有间隙子(spacer)的功效，故不需额外进行传统的间隙子洒布制程，如此可以提高显示品质并降低制作成本。
权利要求
1.一种半反射半穿透液晶显示器，具有一上基板及一下基板，其特征在于该显示器至少包含有复数个画素区域形成于该上、下基板之间，且其中至少一个画素区域包含有一反射区以及一穿透区；一液晶盒墙结构，夹设于该上、下基板之间，用以使该些反射区形成一第一通道，并使该些穿透区形成一第二通道；一第一液晶材料层，是填入于该第一通道的该些反射区内；以及一第二液晶材料层，是填入于该第二通道的该些穿透区内；其中，该第一液晶材料层的双折射率ΔnR以及该第二液晶材料层的双折射率ΔnT是符合下述关系式ΔnT＝(1.5～2.5)ΔnR。
2.根据权利要求1所述的半反射半穿透液晶显示器，其特征在于该第一液晶材料层的厚度等于该第二液晶材料层的厚度。
3.根据权利要求1所述的半反射半穿透液晶显示器，其特征在于该第一液晶材料层以及该第二液晶材料层具有相同的介电常数、斜展弹性系数与旋转黏滞度，以确保该穿透区以及该反射区具有相同的临界电压与响应时间。
4.根据权利要求1所述的半反射半穿透液晶显示器，其特征在于该液晶盒墙结构是为一蛇纹图案，且包含有一第一液晶填充入口，是设置于该上、下基板之间一第一端点，用以使该第一液晶材料层得经由该第一液晶填充入口而填入该些反射区；以及一第二液晶填充入口，是设置于该上、下基板之间一第二端点，用以使该第二液晶材料层得经由该第二液晶填充入口而填入该些穿透区。
5.根据权利要求1所述的半反射半穿透液晶显示器，其特征在于该液晶盒墙结构是由一底部以及复数个墙壁所连接构成，其特征在于该墙壁的高度为1～5μm，该墙壁的宽度为10～20μm。
6. 根据权利要求1所述的半反射半穿透液晶显示器，其特征在于该下基板至少包含一反射电极区，是形成于该复数个反射区内；以及一穿透电极区，是形成于该复数个穿透区内。
7. 根据权利要求1所述的半反射半穿透液晶显示器，其特征在于所述半反射半穿透液晶显示器另包含有一第一偏光板，是设置于该上基板与液晶层呈相对立的一侧；一第二偏光板，是设置于该下基板与液晶层呈相对立的一侧；一第一相位补偿膜，是夹设于液晶层与该第一偏光板之间；以及一第二相位补偿膜，是设置于液晶层与该第二偏光板之间。
8.根据权利要求7所述的半反射半穿透液晶显示器，其特征在于该第一相位补偿膜是为一1/4波板，该第二相位补偿膜是为一1/4波板。
全文摘要
一种半反射半穿透液晶显示器，具有上基板及下基板，另有复数个画素区域形成于上、下基板之间，且其中至少一个画素区包含反射区及穿透区。液晶盒墙结构是夹设于上、下基板之间，用以使复数个反射区形成第一通道，并使复数个穿透区形成第二通道。第一液晶材料层是填入于第一通道的复数个反射区内，第二液晶材料层是填入于第二通道的复数个穿透区内。其中，第一液晶材料层的双折射率约略等于第二液晶材料层的双折射率的一半。
文档编号G02B5/30GK1648735SQ20041003901
公开日2005年8月3日 申请日期2004年1月20日 优先权日2004年1月20日
发明者王琼华, 吴诗聪, 洪琪, 吴勇勋 申请人:统宝光电股份有限公司