半透射半反射液晶显示器及其操作和制造方法

专利名称：半透射半反射液晶显示器及其操作和制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半透射半反射液晶显示器及其操作和制造方法。
技术背景半透射半反射液晶显示器可以透射模式和/或反射模式运作。在某些例 子中，半透射半反射液晶显示器的每一像素划分成透射部分(透射次像素) 及反射部分(反射次像素)。当以透射模式运作时，背光模块产生由透射次 像素调变的光源。当以反射模式运作时，反射的环境光由反射次像素调变。 在某些例子中，透射次像素和反射次像素使用一共同液晶层，且液晶层具有均匀的面板间隙(cell gap )。在某些例子中，反射次像素的面板间隙约为透 射次像素的面板间隙的二分之一。发明内容根据本发明的第一方面，提出一种半透射半反射液晶显示器。半透射半 反射液晶显示器利用一反射层遮蔽一像素电极及一共同电极之间的一部分 电场，使每一像素的透射^f莫式和反射模式间，达到良好重叠的一灰阶珈玛曲 线(gray scale gamma curve )。不同像素的反射层连接至一共同参考电压。液 晶分子的反射部分的电场弱于液晶分子的透射部分的电场，使环境光或外部 光的相位延迟相似于背光的相位延迟，其中环境光或外部光在液晶层中来回 通过一次，背光在液晶层中通过一次。根据本发明的第二方面，提出一种半透射半反射液晶显示器的装置。包 括一半透射半反射显示器的装置具有数个像素，每一像素包括一第一电极、 一第二电极、 一液晶层及一导电反射层。液晶层连接第一电极及第二电极。 导电反射层介于液晶层及第二电极，以反射环境光。导电反射层与第二电极 绝缘并覆盖部分的第二电极，使背光能透射各像素不被导电反射层覆盖的一 部分。装置具有以下特性。导电反射层遮蔽第一电极和第二电极之间的一部分射层电性连接。至少两像素的导电反射层电性连 接至一共同参考电压。当一电场施加于液晶层时，导电反射层降低对应于该导电反射层的部分该液晶层的一有效双折射(effective birefringence )的改变。 显示器包括在导电反射层和第二电极之间的保护层。第一电极连接至一第一参考电压。在某些情况中，导电反射层连接至与 第一参考电压不同的一第二参考电压。在某些情况中，导电反射层亦连接至 第一参考电压。第一参考电压例如是一接地参考电压。在某些情况中，导电 反射层连接至均方根(root-mean-square)值大于0.5 V且小于液晶层的临界 电压(threshold voltage )的一参考电压。导电反射层用以增加像素中一电压透射特性与一电压反射特性的相似 度。在介于一第一电压与第二电压之间的一像素电压中，像素的一反射率等 于像素的一透射率，其中第一电压对应于一最小灰阶，第二电压对应于一最 大灰阶。导电反射层包括至少一导电反射带。至少一像素中的导电反射层包 括两个或两个以上的导电反射带。显示器包括具有一第一配向的一第一配向 层及具有一第二配向的一第二配向层。第一配向及第二配向不垂直于导电反 射带的长边方向。每一导电反射带具有介于lpm与10nm之间的一宽度。相 邻的导电反射带相互平行，且两相邻的导电反射带的距离介于2pm与l5^im 之间。每一像素的导电反射带包括一平直、 一弯曲或一分段线性(piecewise linear)至少其中的一的形状。在各像素中，液晶层实质上具有相同的厚度。液晶层包括数个分子。当施加于液晶层的电压小于临界值时，分子实质 上垂直排列于第一电极的一表面。液晶层包括一负介电异向性(negative dielectric anisotropic)液晶材料。每一像素包括用以储存对应于一像素电压 的一电荷量的一储存电容，以及连接至储存电容及一第二电极的一晶体管。 导电反射层至少包括铝或银。显示器包括一偏光板，例如是一圓形偏光板。根据本发明的第三方面，提出一种具有数个像素的装置，每一像素包括 一液晶层及一反射遮蔽元件。液晶层位于第一电极及第二电极之间。第一电 极及第二电极产生一 电场于液晶层中。反射遮蔽元件反射外部光并遮盖对应 于反射遮蔽元件的 一 区域的电场，使此区域的电场弱于背光透射像素的周围 区域的电场。装置具有以下特性。当电场施加于液晶层时，反射遮蔽元件降低对应于 反射遮蔽元件的部分液晶层的 一有效双折射的改变。根据本发明的第四方面，提出另一种包括数个像素的装置，每一像素包 括一透射部及一反射部。每一像素包括一第一电极、 一第二电极、 一液晶层 及一反射层。液晶层连接至第一电极及第二电极。反射层对应于反射部以反 射环境光，并提供电屏障，以相较于透射部的电场降低反射部的电场。装置具有以下特性。第一电极耦接于一参考电压，且第二电极耦接于一 像素电压。反射层位于液晶层与第二电极之间。与具有电性连接至第二电极 的一反射层的一像素相较，反射层用以增加像素中电压透射特性与电压反射 特性的相似度。当无电场施加于液晶层时，像素为暗态。根据本发明的第五方面，提出一种方法并包括以下步骤产生一电场于一显示器的一液晶层中。使用介于液晶层及一电极之间的一导电反射层以反 射外部光。遮蔽电场以使液晶层中一第一区域的电场弱于一第二区域的电 场，第一区域对应于导电反射层，第二区域邻接第一区域。传送背光以通过 第二区域。本方法具有以下特性。遮蔽电场包括使用导电反射层以遮蔽电场。方法 包括连接显示器中至少两个像素的导电反射层至一共同参考电压。方法包括 使用导电反射层以增加各像素中电压透射特性与电压反射特性的相似度。遮 蔽电场包括使用具有两个或两个以上反射带的一反射层，以形成两个或两个 以上的区域于各像素中，各区域具有较邻区域弱的电场。本方法包括形成五 或五个以上的区域于像素内的反射层上，每一 区域具有较周围区域弱的一 电 场。本方法包括相较于液晶层中第二区域的有效双折射的改变，降低液晶层 中第 一 区域的有效双折射的改变。本方法包括倾斜液晶层的第 一 区域的液晶 分子，使第 一 区域的液晶分子倾斜量少于液晶层的第二区域的液晶分子的倾 斜量。本方法包括连接第一电极至一第一参考电压。在某些例子的方法中， 包括连接反射层至与第一参考电压不同的一第二参考电压。在某些例子的方 法中，包括连接反射层至第一参考电压。在某些例子的方法中，包括连接反射层至一参考电压，参考电压的均方根值大于0.5 V及小于液晶层的一临界 电压。本方法包括当像素电压低于一临界值时，像素显示为暗态。根据本发明的第六方面，提出一种半透射半反射显示器的制造方法，包 括以下步骤形成一像素电极于一第一基板上。形成一保护层于像素电极上。 形成一导电反射层于保护层上，导电反射层覆盖部分的像素电极。形成一共同电极于 一 第二基板上。提供一液晶层于第 一基板及第二基板之间。本方法包括以下特性。本方法包括形成数个导线以电性连接显示器的至 少两像素的导电反射层。本方法包括提供配向层于第 一基板及第二基板上， 用以使当无电压施加于第一电极与第二电极时，液晶层的液晶分子实质上沿 着垂直基板的表面的方向排列。本方法包括形成一晶体管于第一基板上并连 接晶体管至第一电极。半透射半反射显示器包含以下多个优点。半透射半反射液晶显示器可使 用于不同环境光的条件。此外，半透射半反射液晶显示器具有高发光效率。 再者，半透射半反射液晶显示器可使用单一灰阶珈玛曲线驱动显示器运作于 透射模式及反射模式。另外，液晶面板具有单一的面板间隙因此制造较为容 易。为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图示，作详细"i兌明如下。


图1绘示一像素的剖面图； 图2绘示一像素的俯视图；图3A绘示像素运作于一亮态时的液晶分子的模拟导向图； 图3B绘示液晶层的模拟等势能线示意图；图4A至图5C绘示模拟的电压-透射率和/或电压-反射率曲线的示意图； 图6A绘示包括补偿膜以增加视角的显示器的剖面图； 图6B及图6C绘示中显示器的透射模式及反射模式的对比标绘图； 图7绘示一摩擦角的示意图；图8A至图9B绘示模拟的电压-透射率及电压-反射率曲线的示意图； 图IO和图11分别绘示另一像素的俯视图和剖面图；以及 图12绘示一液晶显示器的示意图。附图标记说明16:栅极驱动器 18:数据驱动器 22:储存电容24:有效电容 90:像素100:显示器101a、101b:基板102a、102b:电才及103a、103b:配向层104:液晶层105:导电反射层106:保护层107a、107b:等势能110a、110b:偏光才反llla、111b:半波膜112a、112b:四分之113:补偿膜120:扫描线130:薄膜晶体管140:数据信号线150:摩擦指向160:像素电极170:反射带180:反射部182:透射部190:液晶指向216:中线W:反射带的宽度 G:相邻反射带之间距具体实施方式
图1绘示一像素90的剖面图，半透射半反射液晶显示器100包括直立 排列的一液晶层104,液晶层104位于一下玻璃基板101a与一上玻璃基板 101b之间。液晶层104例如是包括一负介电异向性(negative dielectricanisotropy )液晶材料。上玻璃基板101b上为一透明共同电极102b及一上配 向层103b。下玻璃基板101a上为一透明像素电极102a、 一保护层106、 一 图案化导电反射层105及一下配向层103a,其中导电反射层105具有多个反 射带170。导电反射层105影响液晶层104的电场分布，使像素90的一反射 部上的电场弱于像素90的一透射部上的电场。电极102a及102b例如是由氧化铟锡(Indium Tin Oxide, ITO )制成。 导电反射层105例如是由一金属材料制成。保护层106例如是由氧化硅 (Si02)或氮化硅(Si3N4 )制成。配向层103a及103b使液晶层104的液晶 分子116最初沿着垂直方向排列(即垂直于基板101a和101b的表面的方向)。 提供一对正交偏光板(crossed polarizers)(未绘示于图中)于基板101a和 101b的外侧。在本说明书中，外侧指较远离液晶层104的部分，内侧指面对液晶层104 的部分。"顶部"、"底部"、"较高的'，、"较低的"、"上方"及"下方"等词 汇用以描述图示中显示器元件的相对位置。显示器可具不同的导向，因此在 某些情况下一较低层可在一较高层之上。在某些例子中，共同电极102b连接至一第一参考电压，例如是一接地 电压。像素电极102a连接对应于一灰阶位准的一像素电压VDATA (可由一数 据线(data line)或一储存电容提供)。卡氏座标系统(Cartesian coordinate system)具有X、 Y及Z轴，用以 作为描述显示器100的元件的导向的参考。在此例中，Z轴垂直于基板101a 及101b的表面，且X轴及Y轴平行于基才反101a及101b的表面。当无电压(或0V)施加于像素电极102a时，液晶分子116实质上与Z 轴平行排列，且在正交偏光板下的像素90表现为暗态。当一像素电压施加 于像素电极102a及共同电极102b之间，产生通过液晶层104的一电场，使 液晶层104的液晶分子较其初始位置倾斜。通过改变像素电压位准，液晶分 子的倾斜角度可有不同变化，因此产生不同双折射(birefringence)量，使 像素90可显示不同灰阶位准。对应于导电反射层105的部分像素90即为像素90的反射部180,且对 应于未被导电反射层105覆盖的像素电极102a即为像素90的透射部182。 在室外或其他具有明亮光线情况时，反射部180反射环境光或外部光以提供 一使用者于显示器100上观看图像。当环境光衰弱时，透射部182使用背光以提供使用者观看图像。导电反射层105连接至一第二参考电压，第二参考电压可与第一参考电压(或接地电压)相同，且可稍低于液晶层的一临界电压(threshold voltage )。 临界电压指当无像素电压施加时，在低于一电压的情况下，相较初始状态液晶分子导向的扰动可忽略。在某些例子中，显示器100中所有像素90的共 同电极102b电性连接至同一参考电压，且所有像素卯的导电反射层105电 性连接至同一参考电压。导电反射层105改变液晶层104中电场的分布，使反射部180的电场低 于透射部182的电场。反射部180中液晶分子的倾斜小于透射部182中液晶 分子的倾斜。在反射部180中，环境光或外部光于液晶层104来回一次的相 位延迟相似于在透射部182中背光于液晶层104经过单次的相位延迟。因此 提供一像素电压时，像素90的反射部180及透射部182可以显示相似的灰 阶位准。图2绘示像素90的俯视图。独刻导电反射层105以形成一图案，使导 电反射层105覆盖或延伸于一部分的像素。在本例中，导电反射层105具有 多个直线的反射带170，且反射带170平行于数据信号线140。每一反射带 170具有一宽度W,反射带170之间的间隙为G。宽度W的范围例如是介 于lpm与lO[im之间，且相邻的反射带的间隙G例如是介于2pm与15pm 之间。然导电反射层105亦可为其他图案。反射带不需为平行的或直线的。像素90包括一薄膜晶体管(thin film transistor) 130，其作用为一数据 信号线140及一像素电极102a间的开关。薄膜晶体管130由一扫描线120 上的一扫描信号控制。当开启薄膜晶体管130时，位于数据信号线140上的 一像素电压VDATA驱动像素电极102a至像素电压VDATA。液晶层104中电场的强度与方向用以作为导向液晶层104之用。卡式座 标系统具有X、 Y及Z轴，用以描述显示器100的元件的导向。在本例中， Z轴选为垂直于基板101a和101b的表面，X轴及Y轴平行于基板101a和 101b的表面。图3A绘示像素90运作于一亮态时，像素90的液晶层104中液晶分子 的模拟导向图。在本例中导电反射层105具有一图案，如图2所示。图3A 绘示像素90沿平行于X-Z平面的剖面图。局部小区域的液晶分子的平均导 向以单位向量表示，称为液晶指向190。每一液晶指向l卯以一前端192与10—尾端194表示。平行于X-Z平面的一指向(如196)比垂直于X-Z平面的 一指向(如198)要长。在本例中，导电反射层105相对于共同电极102b设为0V，而像素电压 相对于共同电极102b i殳为6VRMS。 VRMS为均方才艮(root-mean-square, RMS)电压。反射带170的宽度W为2pm,且相邻的反射带的间隙G为5pm。 液晶材料使用德国默克(Merck)的一负介电异向性(negative dielectric anisotropy )材料MLC-6608，并具有平行介电常数5 /7=3.6、垂直介电常数e 丄=7.8、弹性常数Kn爿6.7pN、 K33=18.1pN、异常光折射率ne=1.5579及正常 光折射率n。=1.4748于波长A=589nm。液晶层104具有5pm的面板间隙。配 向层103a及103b的摩擦方位角平行于反射带170,且配向层103a的摩擦配 向与配向层103b的摩擦配向相反。像素电极102a的驱动电压(VDATA)驱动液晶分子，以调变环境光或背 光显示一致的灰阶位准。当无电压(或OV)施加于像素电极102a时，液晶 分子116与Z轴平行排列，且像素90在正交偏光板下表现为暗态。当施加 远大于临界电压的一像素电压时，由于强大的垂直电场，使透射部182的液 晶指向190沿摩擦配向倾倒。由于部分反射部180的电场弱于透射部182的电场，因此反射部180中 液晶分子116的倾斜程度小于透射部182中液晶分子116的倾斜程度。可从 下述的等势能线示意图得知。图3B绘示液晶层104的模拟等势能线示意图。相邻的势能线(如107a 及107b)的差为0.25 VRMS。在透射部182及反射部180中，靠近液晶层 104的底面184 (等势能线较密集)的电场强于靠近液晶层104的顶面186 的电场。在任一区域中电场的指向沿着其所在的等势能线的梯度。电场的指 向可由电场线表示，如虛线210、 212及214。举例来说，电场线210由像素 电极102a延伸至共同电极102b，且电场线212及214由像素电极102a延伸 至导电反射层105。由于在本例中导电反射层105的反射带170与共同电极102b之间无电 位差，因此反射部180具有微弱或无垂直电位差的一区域188。区域188上 方的势能线107a及区域188下方的势能线108具有相同电动势。在反射区180中，靠近导电反射层105的垂直电场导致靠近液晶层104 的表面的液晶分子先倾斜。接着倾斜的分子导致其上方的相邻的液晶分子倾斜。最后反射部180的大区域中的液晶分子亦倾斜，包括具有微弱或无电场的区域188的液晶分子，此现象称为表面场效应(surface field effect )。由于 表面场效应，使区域188中液晶分子的倾斜小于透射部182的对应区域(如 189)中液晶分子的倾斜，其中液晶分子由电场造成倾斜。在图3A及图3B的例子中，定位配向层103a及103b以使配向层103a 及103b的摩擦指向平行于反射带170 (图2)的长边方向(平行于Y轴)。 液晶分子朝平行于摩擦指向的方向倾斜，即平行于Y轴。如下的叙述，相较 于具有垂直于反射带170的长边方向的摩擦指向，定位配向层103a及103b 使摩擦指向平行于反射带170的长边方向可以产生较高的光效率。液晶层104的电场具有平行于X轴的一分量。若配向层的摩擦指向平行 于X轴(例如下配向层在+X方向，上配向层在-X方向)，若施加具有+X或 -X的分量的电场， 一液晶分子可能会倾斜至+X或-X方向。举例来说，靠近 电场线212的液晶分子116会往+X方向倾斜，且靠近电场线214的液晶分 子116会往-X方向倾斜，而靠近中线216的液晶分子116最初由于此两电动 势而保持平衡且无扰动。由于表面摩擦角所产生的 一 预导向 (pre-orientation),使靠近中线216的液晶分子最终会往+X方向倾斜，但+X 方向的倾斜量可能因为靠近电场线214而较-X方向的液晶分子倾斜量少。 因此，靠近中线216的区域会比周围的区域要暗。当摩擦指向平行于反射带170的长边方向，在中线216的液晶分子116 不受+X和-X方向的竟争力影响而往Y轴倾斜，使中线216和其周围的区域 有相似的明亮度，进而提升发光效率。使用德国Autronic-MELCHERS GmbH的一才莫拟软件Liquid Crystal Display Simulator 2dimM0S⑧以决定液晶分子116的导向。图4A为电压-透射率(voltage-transmittance， V-T)曲线202及电压-反 射率(voltage-reflectance, V-R)曲线204的模拟数据的示意图200。在本例 中，导电反射带170的宽度W为2(im且相邻反射带的间隙G为5|nm。当像 素电压约为6.0 VRMS时，透射率及反射率皆可达到约最大发光效率的90°/。。 V-T曲线202及V-R曲线204重叠良好，使显示器100能利用单一的灰阶珈 玛曲线(gamma curve)及单一的驱动电路驱动像素90。举例来说，当反射 率由最小反射率单调增加(monotonically increase )至最大反射率时，V-T曲 线202与V-R曲线204至少重叠于一点P。当像素电压介于第一电压与第二电压之间时，利用导电反射层105将反射部180的电场部分地遮蔽可使V-T特性(曲线202 )更相似于V-R特性(曲 线204),其中第一电压对应于一最小灰阶位准(例如全暗)，第二电压对应 于一最大灰阶位准(例如全亮)。举例来说，相似度可通过取样标准化透射 率及反射率值的均方根差(RMS difference )加以量测，利用以下公式RMS diffrence =N (公式1 )在此N为样本数，Ti及Ri分别为给定电压Vi值的透射率及反射率。均 方根差越小，V-T曲线与V-R曲线的相似度越高。标准化的透射率及反射率 与两堆叠的平行线性偏光板的最大透射率有关。如图4A的V-T曲线202及 V-R曲线204，样本数N为256点，电压V介于2.0VRMS (对应于灰阶位 准0 )与6.0VRMS (对应于灰阶位准255 )之间，且V-T曲线及V-R曲线的 均方根差约为8.2%。图4B绘示像素90的模拟电压-透射率特性曲线的示意图210,且反射带 170的宽度W为2pm。曲线212、 214及216代表像素90的电压-透射率特 性，且相邻的反射带170的间隙G分别为5nm、 6pm及7iam。图表210显 示反射带170的宽度W及间隙G的比率(W/R)可调整且不会显著影响最 大透射率。图4C绘示像素卯的模拟V-R特性曲线222、 224及226的示意图220， 反射带170的宽度W为2(im,且相邻的反射带170的间隙G分别为5|im、6^n 及7pm。图表220显示反射带170的宽度W及间隙G的比率(W/R)可调 整且不会显著影响最大反射率。在此例中像素电压约为6VRMS时，比率接 近于90%。在图4B及图4C中，当间隙G增加时V-R曲线及V-T曲线皆向左移。 图4B及图4C显示反射带170的宽度W及间隙G的比率(W/R)可调整且 不会显著影响像素90的V-T特性及V-R特性的重叠。为了对照用，图4D绘示一像素的模拟数据的V-R曲线237及V-T曲线 238的示意图236，此像素相似于图1的像素90，但并无导电反射层。使用 公式1并假定像素电压V为1.5 VRMS(对应于灰阶位准O)及V为3.0VRMS (对应于灰阶位准255 ),V-R曲线237及V-T曲线238的均方根差约为31%。相较的下，无导电反射层的像素的均方根差远大于有导电反射层105的像素90的V-T曲线及V-R曲线的均方根差(其值为8.2% )。图5A绘示像素90的模拟数据的V-T曲线232及V-R曲线234的示意 图230,且导电反射层105具有1.5VRMS的偏压。反射带170的宽度W为 3fim,且反射带的间隙G为6pm。液晶材料的临界电压约为2VRMS 。当像素电极设定为0 VRMS时，液 晶指向实质上直立排列而产生良好的暗态。由于导电反射层105上的微小电压，当反射部80的电压为开启状态时，其电场大于OVRMS施加于导电反 射层105时的电场。示意图230显示当V为6VRMS时，发光效率可提升至使用公式1并假定像素电压V为2.0 VRMS (对应于灰阶位准0 )及V 为6.0VRMS (对应于灰阶位准255 ),图5A例子中V-T曲线及V-R曲线的 均方根差约为5.2%，小于图4A中例子的均方根差8.2%。这显示当偏压略 小于临界电压的 一 电压值施加于导电反射层，会增加V-T及V-R特性的相似度。图5B绘示像素90的模拟V-T特性曲线的示意图240，导电反射层105 设为1.5 VRMS且反射带170的宽度W为3pm。曲线242、 244及246代表 像素90的V-T特性曲线> 当相邻反射带的间隙G分别为5pm、 6pm及7|am 时。示意图240显示反射带的宽度W及间隙G的比率(W/R)可调整且不 会显著影响最大透射率，其值大于90%。图5C绘示像素90的模拟V-R特性曲线252、 254及256，反射带170 的宽度W为3pm，且相邻反射带的间隙G分别为5pm、 6pm及7)im。示意 图250显示当像素电压约为6VRMS时，此三个例子的最大光反射率大于 90%。反射带的宽度W及间隙G的比率(W/R)可调整且不会显著影响最 大反射率值。图5B及图5C显示反射带的宽度W及间隙G的比率(W/R) 可调整且不会显著影响像素90的V-T特性及V-R特性的重叠。当间隙G大 于6|im,间隙值的改变对V-T及R-T特性曲线不会有重大的影响。图6A绘示一种包括补偿膜以增加视角的显示器260的剖面图。显示器 260包括一液晶层104、 一下玻璃基板101a、 一上玻璃基板101b、 一下配向 层103a、 一上配向层103b、 一透明像素电极102a、 一透明共同电极102b、 一图案化导电反射层105、 一保护层106、 一下线性偏光板110a及一上线性偏光板110b，与图1的显示器100相似。显示器260同时包括位于下偏光板110a及下玻璃基板101a之间的一第 一单色半波膜llla及一第一单色四分之一波膜112a。单色膜llla及112a 与下线性偏光板11 Oa形成一 第 一 宽带圆形偏光板262a。一第二单色半波膜lllb及一第二单色四分之一波膜112b位于上玻璃基 板101b及上偏光板110b之间。单色膜lllb及112b与上线性偏光板110b 形成一第二宽带圆形偏光板262b。一补偿膜层113 (如一单光轴层)位于上玻璃基板101b与上四分之一波 膜112b之间，用以降低液晶盒于暗态的漏光情况。补偿膜层113例如是一 单光轴负C膜(uniaxial negative C film )。在某些情况中，单色半波膜llla具有一异常轴并相对于线性偏光板110a 的透射轴设为15° 。四分之一波膜112a具有一异常轴并相对于线性偏光板 11 Oa的透射轴设为75。。同样地，上单色半波膜111 b及上四分之一波膜112b 分别具有相对于上线性偏光板110b的透射轴呈15°及75°的异常轴。参阅 1995年由S. Pancharatnam于印度科学协会会议纪录(Proceedings of Indian Academy of Science)的第41巻、A节、第130至136页所发表的"双折射 板的无色差组合第一部分。无色差的圆型偏光板(Achromatic combinations of birefringent plates: part I. An achromatic circular polarizer,)"。图6B绘示模拟图6A中显示器260的透射模式的一对比标绘图270。等 势能线272显示介于60。和240°的方位角中，大于40。的视角可达到对比 率10:1。方位0至60。及240°至360°之间可达到对比率10:1的视角较高， 如某些方位角具大于60。或80°的视角。由对比标绘图270得到的数据的模拟中，导电反射层105具有参数W 为2jum且G为5jim的反射带170。液晶间隙为5 M m且负C膜113具有 207nm的一延迟值d'An (厚度乘光学双折射)，使暗态时在离轴(off-axis) 方向检视的漏光量降至最低。单色半波膜(llla和lllb)及四分之一波膜 (112a和112b )设计为单一波长X=550nm。半波膜使用当A为550nm、 An 为0.0034的材料，且四分之一波膜使用当入为550nm、 An为0.0015的材料。 半波膜及四分之一波膜的厚度分别为80.88 ju m及91.67 ji m。图6C绘示模拟显示器260的反射模式的一对比标绘图280。当视角为 40°时对比率可达到10:1。方位角30°至50。及210°至230°中， 一见角大在某些导电反射层105包括直线的反射带170 (如图2所示)的例子中， 配向层103a及103b的摩^"指向平行于反射带170的长边方向。然配向层103a 及103b的摩擦指向亦可设定为其他角度。对于不同于非垂直于反射带170 的长边方向的摩擦指向者，像素90仍可达到高发光效率且透射率和反射率 特性重叠良好。请参照图7，在具有直线的导电反射带170的一导电反射层的显示器中， 一参数摩擦角4可定义为摩擦指向150与方向152之间所夹的角度，其中方 向152垂直于反射带170的长边方向154。模拟结果显示像素的发光效率与 V-T及V-R曲线的重叠相对于摩擦角cj)的关系并不敏感。图8A绘示模拟V-T曲线292及V-R曲线294的示意图290，其中摩擦 角4为10° ,反射带170的宽度W为2pm且反射带170之间的间隙G为 5 Mm,施加于反射带170的偏压为OVRMS。图8B绘示模拟V-T曲线302及V-R曲线304的示意图300,其中摩擦 角4)为50° ,反射带170的宽度W为2 |a m且反射带170之间的间隙G为 5j^m，施加于反射带170的偏压为0 VRMS。图9A绘示模拟V-T曲线312及V-R曲线314的示意图310，其中摩擦 角4为10° ,反射带170的宽度W为3 |a m且反射带170之间的间隙G为 6jJm,施加于反射带170的偏压为1.5VRMS。图9B绘示^^拟V-T曲线322及V-R曲线324的示意图320,其中摩擦-角4)为50。，反射带170的宽度W为3 iam且反射带170之间的间隙G为 6|am，施加于反射带170的偏压为1.5VRMS。示意图290、 300、 310及320显示不同摩擦角(如10° 、 50°及卯° ) 的像素可达到高发光效率(如反射率与透射率可高于85%)，且V-T及V-R 曲线具良好的重叠。 一般来说，当使用直线的反射带170,配向层103a及 103b的摩擦角介于2。至178°之间或182°至358°之间。由于液晶分子的倾斜程度相对于摩擦角4;不敏感，因此导电反射层105 可具有不同形状。请参照图IO,导电反射层105可具有例如是山形带(chevron strip ) 330或锯齿带(zig-zag strip )。山形带330具有一弯角小，例如介于45 。至90。之间(当弯角小为90°时，则山形带330为直线带170)。然而， 导电反射层105的形状可不同于上述。16图11绘示一像素340的一剖面图，除像素340包括仅延伸于部分的像 素区域的一像素电极160，其余相似于图1的像素90。像素电极160的形状 与导电反射层105的形状互补。举例来说，检视像素340的剖面图时，像素 电极160具有位于反射部180中，反射带170下的一开口 162，开口 162的 宽度略小或略大于各反射带170的宽度。像素电极160中被导电反射层105 覆盖的部分不会对液晶层104的电场造成重大的影响，因此可忽略的。图12绘示一种液晶显示器100的示意图，包括受控于一个或一个以上 的栅极驱动器16及一个或一个以上的数据驱动器18的多个像素90所构成 的一阵列12。每一像素90包括一个或一个以上的薄膜晶体管20、 一储存电 容Cst22及一液晶屋104，液晶层04包括一有效电容CLc24。电容Cs"r22 及Cix 24例如是并联至像素电极102a。电容CLC 24连接像素电极102a及共 同电极102b。举例来说，储存电容CsT22连接像素电极102a及连接至一固 定电压(未绘示于图中)的一共同线，或连接像素电极102a及另一像素的 栅极线。薄膜晶体管20包括连接至一栅极线32的一栅极30,栅极线32连接至 栅极驱动器16。当栅极驱动器16驱动栅极线32以开启薄膜晶体管20时， 数据驱动器18会同时以一像素电压信号(如VDATA)驱动一数据线34，像 素电压信号传递至储存电容CsT22及液晶层104。施加于电容CsT22的电压 (如VDATA)会影响施加于液晶层104的电压。由于数据线34上的电压影响 像素90显示的灰阶位准，因此数据线34上电压有时称为一灰阶电压(gray scale votage )。其余实施及应用在本发明的范围以内。举例来"i兌，图12的像素卯可由 其他种类的像素代替，如图6A及图11中的像素。可使用额外的保护层及配 向层于上述的显示器中。显示器的元件如液晶层和偏光膜，可使用与上述不 同的材料及参数。薄膜的延迟值d.An可为其他值。可使用与上述不同补偿 膜。在某些例子中，补偿膜可为一负C膜(negative C film )或一正0膜(positive 0 film )，其他补偿膜说明于X. Zhu et al在2006年的显示器技术期刊(Journal of Display Technology)中第2巻、第2至20页的，，广视角的液晶显示器中单 轴月莫才卜j尝的分才斤与方案(Analytical solutions for uniaxial-film-compensated wide-view liquid crystal displays )"。当显示器运作于背光模块开启的透射模 式时，某些环境光可通过导电反射层105反射，因此显视器可同时运作于透射模式及反射模式。上述液晶分子的导向参照于液晶分子的指向的方向。分子不需一直指向 同一方向。分子大多倾向于指向单一配向(以指向表示)而非指向其他方向。 举例来说，在"液晶分子实质上排列于垂直基板的方向"的语句，表示液晶 分子的指向的平均方向大致上排列于该法线方向，而个别分子可指向不同方 向。综上所述，虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本 发明。本发明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围 内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附的权利要 求所界定者为准。
权利要求
1.一种半透射半反射显示器，包括多个像素，各该像素包括一第一电极；一第二电极；一液晶层，连结该第一电极及该第二电极；以及一导电反射层，位于该液晶层及该第二电极之间，以反射环境光，该导电反射层与该第二电极绝缘并覆盖部分的该第二电极，使一背光能透射各该像素不被该导电反射层遮盖的一部分。
2. 如权利要求1所述的显示器，其中至少两个该些像素的该导电反射层 电性连接。
3. 如权利要求1所述的显示器，其中该导电反射层连接至一参考电压， 该参考电压的均方根值大于0.5V并小于该液晶层的一临界电压。
4. 如权利要求1所述的显示器，其中该导电反射层用以增加各该像素中 一电压透射特性与一电压反射特性的相似度。
5. 如权利要求1所述的显示器，其中在各该像素中，该液晶层实质上具 有相同的厚度。
6. —种显示器装置，包括 多个像素，各该像素包括一液晶层，介于一第一电极及一第二电极之间，该第一电极和该第 二电极产生一电场于该液晶层中；一反射遮蔽元件，用以反射外部光并遮蔽对应于该反射遮蔽元件的 一区域的 一 电场，使该区域的该电场弱于背光透射各该^f象素的周围区域的电 场。
7. —种显示器装置，包括多个像素，各该像素具有一透射部及一反射部，且包括 一第一电极； 一第二电极；一液晶层，与该第一电极及该第二电极连接；以及一反射层，对应于该反射部以反射环境光，并提供电屏障以使该反射部的电场低于该透射部的电场。
8. —种半透射半反射显示器的操作方法，包括 产生一电场于一显示器的一液晶层；使用介于该液晶层及一电极之间的一导电反射层以反射一外部光； 遮蔽该电场以使该液晶层中 一第 一区域的电场弱于一第二区域的电场， 该第一区域对应于该导电反射层，该第二区域邻近该第一区域；以及 传送 一 背光以通过该第二区域。
9. 如权利要求8所述的方法，还包括连接该显示器中至少两个该些像素 的该导电反射层至一共同参考电压。
10. —种半透射半反射显示器的制造方法，包括 形成一像素电极于一第一基板之上； 形成一保护层于该像素电极之上；形成一导电反射层于该保护层之上，该导电反射层覆盖部分的该像素电极；形成一共同电极于一第二基板之上；以及 提供一 液晶层于该第 一基板及该第二基板之间。
全文摘要
本发明公开了一种半透射半反射显示器及其操作和制造方法。该显示器包括多个像素。每一像素包括一第一电极、一第二电极、一液晶层及一导电反射层。液晶层连结第一电极及第二电极。导电反射层位于液晶层及第二电极之间，并用以反射环境光。导电反射层与第二电极绝缘并覆盖部分的第二电极，使背光能透射各像素不被导电反射层遮盖的一部分。根据本发明，可使用单一灰阶珈玛曲线驱动显示器运作于透射模式及反射模式。另外，液晶面板具有单一的面板间隙因此制造较为容易。
文档编号G02F1/1333GK101324719SQ20081008197
公开日2008年12月17日 申请日期2008年3月21日 优先权日2007年3月21日
发明者吕瑞波, 吴诗聪, 托马斯·X·Z·吴, 朱欣宇, 李汪洋, 葛志兵, 韦忠光 申请人:奇美电子股份有限公司;中佛罗里达大学研究基金会