专利名称：边界电场切换半透式液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明有关一种液晶显示器，且特别是有关一种边界电场切换(Fringe Field Switching, FFS)模式的半透式液晶显示器。
背景技术：
为了改善传统TN型液晶视角狭窄的缺陷，制造商陆续提出了数种广视角液 晶显示器，例如平面旋转(In Plane Switching, IPS)广视角系列液晶显示器、多 区域垂直排列(Multi Domain Vertical Alignment, MVA)系列液晶显示器以及FFS 模式液晶显示器等。FFS模式的液晶显示器尤其兼具有广视角效果、高穿透率及 不需补偿膜的特点。
然而，这些广视角技术大多为穿透模式或是全反射模式。穿透模式的液晶显 示器只能单纯使用背光源来显示画面，在阳光下或强烈的环境光源下，使用者会 因为外在光源干扰而无法轻易辨识出显示影像。而反射模式的液晶显示器只能在 强烈的环境光源下使用，当离开此强烈光源的环境后，使用者便无法观看出清晰 的影像。这对可携式液晶显示器的使用者而言尤其会造成相当大的不便。因此， 如何兼顾广视角特性并达到在任何环境下使用者皆能清晰观看影像的目的，实是 液晶显示器研究及发展的重要指标。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是提供一种液晶显示器，在同一像素的液晶 配置层中区分第一液晶层及第二液晶层，并利用环境光在第一液晶层所走的 光程差与背光源在第二液晶层所经过的光程差相等，达到兼顾广视角优点及 半反射半穿透效果。
根据本发明的目的，提出一种FFS半透式液晶显示器，包括第一基板以
及像素矩阵。像素矩阵设置于第一基板上，且像素矩阵包括多个像素单元。 各像素单元包括透明面电极、像素电极层、反射层以及液晶配置层。透明面 电极配置于第一基板上方。像素电极层配置于透明面电极上方。反射层配置 于第一基板与像素电极层之间，其中反射层面积小于透明面电极面积。液晶 配置层则设置于像素电极层上。液晶配置层包括透明材质层。透明材质层的 厚度小于液晶配置层的厚度，透明材质层与反射层具有相同的形状及面积， 且透明材质层与反射层上下相对地配置于像素电极层的相反两侧。
为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳 实施例，并配合附图进行详细说明如下
图1是依照本发明一较佳实施例的一种FFS模式液晶显示器结构方块图。 图2是图1中液晶显示器的单一像素单元配置结构剖面图。 图3是固定梳状电极宽度及间距并调整第一液晶层厚度的像素单元穿透率模 拟结果示意图。
图4是固定第一液晶层厚度并调整梳状电极宽度及间距的像素单元穿透率模 拟结果示意图。
图5是特定的第一液晶层厚度及梳状电极宽度与间距的像素单元具有最高穿 透率的模拟结果示意图。
图6是具有平行排列电极板且透明材质层设置于液晶配置层边框区域的像素 电极层结构示意图。
图7是具有等间距排列锯齿状电极板的像素电极层结构示意图。
图8是透明材质层相对于液晶配置层的其它配置方式示意图。
图9是依照本发明较佳实施例的像素驱动R-V曲线及V-T曲线模拟结果图。
具体实施例方式
请参照图1，其是依照本发明一较佳实施例的一种FFS模式液晶显示器结 构方块图。FFS模式的液晶显示器100例如是应用于可携式电子装置，其包括 下基板110、像素矩阵(Pixel Matrix) 120、栅极驱动器130以及数据驱动器
140。像素矩阵120设置于下基板110上，且像素矩阵120包括多列像素单元 122。栅极驱动器130依序输出栅极讯号Sc至像素矩阵120，以开启各列像素 单元122的薄膜晶体管(未显示于图中)接收数据驱动器140输出的数据讯号 (电压)Sd。
请参照图2，其是图1中液晶显示器100的单一像素单元122配置结构剖 面图。每一像素单元122设置于上基板112与下基板110之间。液晶显示器100 的背光组件150位于下基板110的下方，用以提供各像素单元122显示影像 所需的背光源。第一偏光片160及第二偏光片170分别配置于下基板110的 下方以及上基板112的上方，且第一偏光片160与第二偏光片170的吸收轴 可以是平行状态或垂直状态。
另外，像素单元122还包括透明面电极(Counter Electrode) 121 、绝缘 层123、反射层124、像素电极层126以及液晶配置层128。像素电极层126， 例如是一种透明梳状电极，其配置于下基板110上方，且透明面电极121设 置于下基板110与像素电极层126之间。绝缘层123，例如是氮化硅(SiN》或 二氧化硅(Si02)材质，其设置于透明面电极L21与像素电极层126之间，用以 电性隔离此两层电极层。反射层124，例如是一种金属材质，其设置于绝缘层 123与透明面电极121之间。其中反射层124的面积小于透明面电极121的面 积。液晶配置层128配置于像素电极层126以及上基板112之间。液晶配置 层128包括透明材质层129,且透明材质层129，例如是有机材质，是邻接上 基板112而配置。透明材质层129的厚度(d3)小于液晶配置层128的厚度(d2)， 透明材质层129与反射层124具有相同的形状及面积，且透明材质层129与 反射层124上下相对地配置于像素电极层126的相反两侧。
本实施例液晶显示器100的特点就在于像素单元122中借助透明材质层 129及反射层124的设置可将液晶配置层128区分成第一液晶层128a以及第 二液晶层128b，如图2所示。在液晶配置层128中，位于透明材质层129与 像素电极层126之间的第一液晶层128a是属于液晶反射区，而不落于透明材 质层129与像素电极层126之间的第二液晶层128b则属于液晶穿透区，其中 第一液晶层128b与第二液晶层128a邻接，且液晶配置层128的第一液晶层128a 及第二液晶层128b的厚度分别为dl及d2， dl二d2-d3。
当栅极驱动器130输出栅极讯号Sc致能各像素单元122以将数据讯号Sd 输入至像素电极层126时，垂直穿透液晶配置层128的背光Lb是根据像素电 极层126的电压驱动而产生0 (1/2)入的相位差变化，其中A为背光Lb的 波长。而自透明材质层129垂直入射的环境光Le根据像素电极层126的电压 驱动而产生0 (1/4)入的相位差变化。也就是说，环境光Le垂直入射第一 液晶层128a到达像素电极层126所产生的相位差值(AnWdl)是背光Lb垂直 穿透第二液晶层128b所产生的相位差值(An2+d2)的一半，如此可使两液晶 区域的穿透率(V-T)曲线达到最佳效果，达到半穿透半反射的功能，其中Anl 及An2分别为第一液晶层128a及第二液晶层128b的液晶双折射率。
上述液晶配置层128的第一液晶层128a与第二液晶层128b的厚度比值 (dl/d2)是较佳地为1/4 2/3。由于FFS模式是利用边界电场效应来驱动液晶， 因此梳状电极不同的宽度(W)及梳状电极间距(L)皆会影响显示效果。由模拟 计算得知，在固定第二液晶层128b的厚度(d2)为4um的情况下，将液晶配 置层128的第一液晶层128a与第二液晶层128b的厚度比值(dl/d2)设定为介 于1/2及3/4的不同数值，并匹配不同的(W,L)值作计算，可得到第一液晶层 128a不同的穿透率结果如下
(1) 固定(W，L卜(3iim，4"m)，并调整第一液晶层128a的厚度(dl)分别为 2um、 2.6iim及3um，第一液晶层128a的总穿透率亦有所不同，如图3的 波形所示。对应不同的第一液晶层128a的厚度dl值4ura、 2. 6 u m及2.
m，取20毫秒(ras)的穿透率平均值分别为38. 71%、 44. 60%及43. 41%。而取50 毫秒的穿透率平均值分别为39. 86%、 45. 07%及41. 36%。
(2) 固定第一液晶层128a的厚度(dl)为2um，调整(W， L)分别为(3 u m， 3 ym)、 (4um， 4um)及(4um， 5 u m)，亦造成第一液晶层128a不同的总穿透 率，如图4的波形所示。对应不同的(W，L)"3y m， 3 ix m) 、 (4 u m， 4um)及(4 um, 5ixra)，第一液晶层128a在20毫秒的穿透率平均值分别为39. 37%、34. 09% 及32. 14%,而在50毫秒的穿透率平均值分别为40. 24%、 36. 00%及34. 61%。
如图5所示，由实际模拟结果可得不同的(W，L^(2"m，2iira)、 (3 " m， 3 "m)、 (3um，4nm)、 (4 u m， 4 u m)及(4 u m， 5 u m)条件下，第一液晶层128a 的平均穿透率与厚度dl的五条关是曲线。而且由这五条关是曲线可得出对应 不同的(W， U = (2 u m， 2 u ra) 、 (3 ix m， 3 ix m) 、 (3 u m， 4 w m) 、 (4 y m, 4 u m)及(4 u m， 5 y m)，第一液晶层128a达到最高穿透率所需使用的厚度dl约为2. 5 P m 2. 6 ti m。
因此，借助调整像素电极层(梳状电极)126的(W,L)值以及液晶配置层128 的第一液晶层128a与第二液晶层128b的厚度比值(dl/d2)，可使反射区128a 与穿透区128b的穿透率曲线达到最佳效果，实现液晶显示器半穿透半反射的 功能。
另外，上述的反射层124也可以是设置于下基板110与透明面电极121 之间、或者是透明面电极121与绝缘层123之间、或者是使用绝缘的反射层 设置于绝缘层123与像素电极层126之间。而像素电极层126可以是如图6 所示具有多条平行排列电极板的梳状电极，也可以是如图7所示具有多条等 间距排列锯齿状电极板的梳状电极。锯齿状电极板所产生的电场方向可使液 晶旋转时朝向不同方向，减少因视角产生的色偏现象。
此外，各像素单元122中透明材质层129可以是围绕于液晶配置层128 的边框区域，如图6所示。或者透明材质层129也可以是涵盖液晶配置层128 的侧边区域，或甚至是以其它方式配置于液晶配置层128之中，如图8所示。 而且透明材质层129也可以不必邻接上基板112而配置。只要透明材质层129 可搭配反射层124将液晶配置层128区分为邻接的第一液晶层128a及第二液 晶层128b，即可达到半反射半穿透的效果，因此皆不脱离本发明的技术范围。
本发明上述实施例所揭示的液晶显示器可改善一般可携式广视角液晶显 示器不适用于强烈环境光下使用的缺点。FFS模式的液晶显示器中利用透明材 质层与反射层控制同一像素的液晶配置层内第二液晶层与第一液晶层的液晶 相位差值，使穿透区的液晶相位差值因电压驱动而产生(1/2) A与0之间变化， 反射区的液晶相位差值因电压驱动而产生(1/4)入与0之间变化，达到穿透区 的v-T曲线与反射区的R-V曲线具有最佳的效果，如图9所示，不会出现反 白或反黑现象，进而实现半穿透反射功能的液晶显示器。因此，本发明的液 晶显示器利于可携式产品的户外可视性，同时具有宽广视角及高穿透率的特 性，适用于高画质、3G手机及小型电影(电视)播放器等产品。
综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限
定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神 和范围内，当可作各种等同的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后 附的本申请权利要求范围所界定的为准。
权利要求
1.一种边界电场切换半透式液晶显示器，包括一第一基板；以及一像素矩阵，设置于该第一基板上，该像素矩阵包括多个像素单元，各这些像素单元包括一透明面电极，配置于该第一基板上方；一像素电极层，配置于该透明面电极上方；一反射层，配置于该第一基板与该像素电极层之间，其中该反射层面积小于该透明面电极面积；以及一液晶配置层，设置于该像素电极层上，该液晶配置层包括一透明材质层；其中，该透明材质层的厚度小于该液晶配置层的厚度，该透明材质层与该反射层具有相同的形状及面积，且该透明材质层与该反射层上下相对地配置于该像素电极层的相反两侧。
2. 如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于该反射层设置于该第一 基板与该透明面电极之间。
3. 如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于各这些像素单元还包括 一绝缘层，该绝缘层设置于该透明面电极与该像素电极层之间，且该反射层 设置于该绝缘层与该透明面电极之间。
4. 如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于各这些像素单元还包括 一绝缘层，该绝缘层设置于该透明面电极与该像素电极层之间，且该反射层 具有绝缘性其设置于该绝缘层与该像素电极层之间。
5. 如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于该像素电极层是一透明 梳状电极，且该梳状电极包括多条平行排列的电极板。
6. 如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于该像素电极层是一透明 梳状电极，且该梳状电极包括多条等间距排列的锯齿状电极板。
7. 如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于还包括一第二基板，形 成于这些像素单元的这些液晶配置层上，其中各这些像素单元的该透明材质层邻接该第二基板而配置。
8. 如权利要求7所述的液晶显示器，其特征在于还包括一背光组件，设 置于该第一基板下方，用以提供背光至该像素矩阵，其中各这些液晶配置层 包括位于该透明材质层与该像素电极层之间的一第一液晶层以及邻接该第一 液晶层及该透明材质层的一第二液晶层，环境光自该透明材质层垂直入射经 由该第一液晶层到达该像素电极层所产生的相位差值是该背光垂直穿透该第 二液晶层所产生的相位差值的一半。
9. 如权利要求8所述的液晶显示器，其特征在于该第一液晶层与该第二 液晶层的厚度比值为1/4 2/3。
10. 如权利要求8所述的液晶显示器，其特征在于垂直穿透该液晶配置层 的该背光是根据该像素电极层的电压驱动而所产生0~(1/2)入的相位差变化， 其中A为该背光的波长。
11. 如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于还包括一第一偏光片以 及一第二偏光片，其中该第一偏光片设置于该第一基板下方，该第二偏光片 设置于该第二基板上方，且该第一偏光片及该第二偏光片的吸收轴为垂直状 态。
12. 如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于还包括一第一偏光片以 及一第二偏光片，其中该第一偏光片设置于该第一基板下方，该第二偏光片 设置于该第二基板上方，且该第一偏光片及该第二偏光片的吸收轴为平行状 态。
13. 如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于于各这些像素单元中， 该透明材质层是围绕于该液晶配置层的一边框区域。
14. 如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于于各这些像素单元中， 该透明材质层是涵盖该液晶配置层的一侧边区域。
15. 如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于是应用于一可携式电子 装置。
全文摘要
一种边界电场切换(FFS)半透式液晶显示器包括第一基板以及像素矩阵。像素矩阵设置于第一基板上，且像素矩阵包括多个像素单元。各像素单元包括透明面电极、像素电极层、反射层以及液晶配置层。透明面电极配置于第一基板上方。像素电极层配置于透明面电极上方。反射层配置于第一基板与像素电极层之间，其中反射层面积小于透明面电极面积。液晶配置层则设置于像素电极层上。液晶配置层包括透明材质层。透明材质层的厚度小于液晶配置层的厚度，透明材质层与反射层具有相同的形状及面积，且透明材质层与反射层上下相对地配置于像素电极层的相反两侧。
文档编号G02F1/1333GK101174052SQ200610143669
公开日2008年5月7日 申请日期2006年10月31日 优先权日2006年10月31日
发明者刘锦璋, 吴易骏, 李建璋 申请人:胜华科技股份有限公司