半透射半反射式液晶显示装置及其制造方法

专利名称：半透射半反射式液晶显示装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示装置(liquid crystal display, LCD)及其制造方 法，且特别涉及一种具有高度光效率、广视角的半透射半反射式液晶显示器 的设备、方法、系统及装置。利用一偏振相依反射元件作为光反射手段，并 使用初始均匀排列液晶单元达到广视角透射模式，以达成应用所需的高度光 效率、低耗电，并可使用于各种不同环境光源。
背景技术：
由于具有高图像品质、体积小、重量轻的特性，液晶显示器已经广泛使 用于各种移动装置上。例如在移动电话及个人数字助理(personal digit assistants, PDAs),经常使用展现出高对比、色彩饱和度佳的纯透射式(Ttype) 液晶显示器。然而，因为图像会受到强烈环境光，例如太阳光的干扰，纯透 射式液晶显示器的户外阅读性不佳。太阳光会使得需要经常于户外使用的应 用装置的图像表现不佳。此外由于对背光的依赖导致耗电量高，更减少电池 的工作时间。另一方面，反射式(R type)液晶显示器不需要背光单元，而使 用环境光来显示图像。由于显示器耗电量低，并具有良好的户外阅读性，使 其在某些环境下有独特的实用性。然而，由于反射式装置本身不可避免的表 面反射特性，与透射式液晶显示器相比其对比度及色彩饱和度较差。
为了在移动应用装置上同时克服透射式及反射式显示器的问题，半透射 半反射式液晶显示器结合透射式及反射式液晶显示器，以获得适用各种环 境、图像品质佳，且低耗电的特性。半透射半反射式液晶显示器可以操作于 透射模式及/或反射才莫式。例如，Shimizu et al.于2002年1月22日获准的 No.6341002美国专利，提出一种半透射半反射式液晶显示器的各像素区分为 透射式子像素及反射式子像素，且透射式区域及反射式区域的液晶单元间距 (cellgap)不同，以获得最大光效率。
然而，除了光效率外，另一上述显示器的关键问题在于其需要宽频圓偏 振片。如图1A所示，大部分已知的半透射半反射式液晶显示器的宽频圓偏
振片10由一线性偏振片、 一单色1/2波长板及一单色1/4波长板以一特殊排 歹l)形成，i己载于S. Pancharatnam ("Achromatic combinations of birefringent plates: pat I. An achromatic circular polarizer," in Proc. Indian Academy of Science, sol.41， sec.A, (1955)， pp.l30-136)。单色1/2波长板的光轴与上方的偏 振片的透射轴相差15度，而1/4波长板的光轴与偏振片的透射轴相差75度。 因为反射模式需要在液晶单元上方存在宽频1/4波长板，在透射模式需要另 一圆偏振片设置在液晶单元下方以达到如同反射模式下的暗态。这样的配置 会让半透射半反射式液晶显示器具有视角过窄的问题。
图IB的圆偏振片漏光图20显示两个圆偏振片堆叠的漏光模拟，在不同 视角下的漏光，在方位及偏振方向上都经过对应计算。计算结果根据两平行 排列的线性偏振片的法线方向上的最大可能输出进行标准化。如图IB所示， 两堆叠宽频圓偏振片的漏光在离轴时十分严重，亦即，约有10%的漏光发生 在40度的圓锥内。这意味着两堆叠圓偏振片要达到10:1的对比度必须限制 在40度内。然而，两交错的线性偏振片的对应角度漏光相较起来很少，如 图1C的线性偏振片漏光图30所示。10%的漏光良好地抑制在80度的内发 生，而超过50度才有1%的漏光。
要解决这些问题，半透射半反射式结构需具有高度光效率，透射式与反 射式模式必须有良好的灰阶重叠，但不需要依赖上述的圓偏振片。此外，具 有便于制造特性的单一液晶间距结构，以及高生产良率亦为本领域的技术人 员所关切。

发明内容
本发明涉及提供一种用于半透射半反射式液晶显示装置的设备、方法、 系统及装置，不需要圆偏振片即可具有广视角。
本发明亦涉及提供一种用于半透射半反射式液晶显示装置的设备、方 法、系统及装置，具有便于制造的单一液晶间距结构，但在透射式及反射式 才莫式下均具有高度光效率，并可以单一迦玛驱动曲线(driving gamma curve) 驱动透射及反射模式。
根据本发明，提出一种液晶显示装置，包括一第一及一第二基板，第一 及第二基板之间定义多个像素。第一及第二基板具有偏振层于外表面上，以 及一单一液晶间距的液晶层及一配向层介于第一及第二基板的内表面之间。
其中液晶层的液晶分子通过配向层均匀配向。在各像素中，液晶层具有一反 射区域及一透射区域，其中一偏振相依反射元件，例如一金属线网偏振片
(wire gridpolarizer)形成于反射区域，作为在反射模式下显示图像时反射环境 光的手段，来自背光单元的光则在透射模式下用来显示图像。但透射区域中 并没有使用宽频1/4波长板。此外，作为共同电极的至少一透明电极形成于 其中一基板上，且作为像素电极的至少一透明电极形成于相同的基板上。其 中
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合 所附图示，作详细说明如下。


图1A绘示宽频圆偏振片；
图1B绘示两堆叠圆偏振片的角度相依漏光图1C绘示两交错线性偏振片的角度相依漏光图2绘示像素的剖面图3绘示线网偏振片的结构；
图4绘示带状电极结构的俯视图5绘示显示器各层的光轴排列；
图6绘示无施加电压下显示器的暗态；
图7绘示施加电压下显示器的明态；
图8A绘示具有负型液晶材料，电极宽度W^3jum, G=4Mm,电极角 度少=80度的显示器的电压-透射率及电压-反射率曲线；
图8B绘示正型液晶材料，电极宽度W二2Mm， G=3|nm，电极角度cj; =10度的显示器的电压-透射率及电压-反射率曲线；
图9绘示在中度灰阶下来自反射模式的线网偏振片的表面的额外损失的 示意图10绘示具有单一液晶单元间距的显示器的电压-透射率及电压-反射 率曲线；
图IIA绘示具有负型液晶材料，电极宽度W二3ium, G=8jum,电极角 度cjj =80度的显示器的电压-透射率及电压-反射率曲线；
图IIB绘示具有正型液晶材料，电极宽度W二3iam, G=6jum,电极角
度cJ^10度的显示器的电压-透射率及电压-反射率曲线；
图12A绘示具有负型液晶材料，电极宽度W^3ium， G=4jum,电极角 度cJj =70度的显示器的电压-透射率及电压-反射率曲线；
图12B绘示具有正型液晶材料，电极宽度W^2jum， G=3jam,电极角 度4 =20度的显示器的电压-透射率及电压-反射率曲线；
图13绘示本发明在透射区域及反射区域具有不同液晶宽度W及间距G 的半透射半反射式液晶显示器的结构的剖面图14A绘示具有负型液晶材料，反射区域的电极宽度W=3jum, G=4.5 jum，透射区域的W=3jum， G=3 n m的显示器的电压-透射率及电压-反射率 曲线；
图14B绘示具有正型液晶材料，反射区域的电才及宽度W=3Mm， G=4 ju m，透射区域的W二3iam, G=4.5 jam的显示器的电压-透射率及电压-反射率 曲线；
图15A绘示图14A的结构在透射模式下的视角； 图15B绘示图14B的结构在透射模式下的视角； 图16A绘示图14A的结构在透射模式下的色偏； 图16B绘示图14B的结构在透射模式下的色偏； 图17绘示半透射半反射式液晶显示器的锯齿状电极的俯视图； 图18A绘示图17的结构具有负型液晶材料时在透射模式下的色偏； 图18B绘示图17的结构具有正型液晶材料时在透射模式下的色偏； 图19绘示同时在基板上具有薄膜晶体管及线网偏振片的半透射半反射 式液晶显示器的剖面图；以及
图20绘示依照本发明的液晶显示器IOO的示意图。
附图标记i兌明
10宽频圆偏振片
12像素电路阵列
16栅极驱动器
18数据驱动器
20圓偏振片漏光
30线性偏振片漏光
50:显示控制器
70、 330:薄膜晶体管
72:储存电容
74:液晶电容
76:薄膜晶体管漏极
80:薄膜晶体管栅极
82、 320:栅极线
84、 340:数据线
90、 120、 500、 650:像素
100、 110:半透射半反射式液晶显示器
101a、 101b:交错线性偏振片
102a、 102b:基板
103:保护层
104a、 104b:配向层
105:偏振相依反射元件
106:液晶层
107:液晶分子
108、 208:共同电极
109、 209:像素带状电极 109a:反射区域的带状电极 109b:透射区域的带状电极 116:背光
118:入射背光 122:反射区域 124:透射区i或 130:透射轴 140:入射环境光 150:透射环境光 160:透射背光 170:反射环境光 220:金属带222入射光
224光的第一分量
226光的第二分量
230长边方向
350电极带方向
400、 410、 415、 420反射率曲线402、412、 419、 422
线
404 沐,414、 417、 424
线 560.570:等对比图
580590、 600、 610
430、 440、 450、 540、
432、 442、 452、 542、
434、 444、 454、 544、
色偏图
550:电压相依透射率及 552:电压相依透射率曲 554:电压相依反射率曲
具体实施例方式
在详细解释本发明所披露的实施例之前，需了解本发明并不限定于所绘 示的特定布置的细节，而是能够包括其他实施例。此外，在此所使用的术语 用以描述而非限定。
请参照图2，其绘示半透射半反射式液晶显示器100的像素90的一范例 的剖面图。在半透射半反射式液晶显示器100中，液晶层106夹置于下基板 102a及上基板102b之间，而下基板102a及上基板102b更介于两交错线性 偏振片101a及101b之间。液晶分子最初通过配向层104a及104b均匀配向。 第一透明平面电极层108形成于上基板102b以作为共同电极。 一组具有宽 度W及相邻带间距G的第二透明带状电极109形成于基板102b上作为像素 电极109。其中共同电极108及像素电极109以保护层103介于两者之间进 行绝缘，保护层103例如由二氧化硅(Si02)或氮化硅(Si3N4)形成。显示器100 的各像素120区分为一反射区域122及一透射区域124。在反射区域122， 偏振相依反射元件例如线网偏振片105形成于下基々反102a上作为反射环境 光的手段，环境光由上偏振片101b入射而来。在透射区域124,来自背光单 元116的光透射下偏振片101a经过液晶层调变后用以显示图像。
如图3所示，线网偏振片(wire grid polarizer, WGP)105包括形成于下基
板102a上的金属带220。金属带220沿着金属带220的长边方向的方向230 延伸。线网偏振片105具有垂直于金属带220的长边方向230的一透射轴， 并具有平行于金属带220的长边方向230的一反射轴。当 一未偏振入射光222 照射在线网偏振片105的表面上时，具有平行于金属带220的长边方向的偏 振的光的第一分量224被反射，而具有垂直于金属带220的偏振的光的第二 分量226通过线网偏振片105。
图4绘示平面共同电极及像素90的带状像素电极的俯视图，其中定义 x-y座标以作为参考。如图所示，x轴沿着图2所示的上偏振片101b的透射 轴130设定。共同电极108为一透明平面电极，而像素电极109为带状，具 有宽度W及间距G,且长边方向350与x轴设定为相差角度4)。像素由薄 膜晶体管(thin film transistor, TFT)330所控制。当薄膜晶体管330被来自栅极 线320的信号打开，来自数据线340的电压施加于像素电极109上以旋转液 晶分子。
图2所示的各层的光轴以及电极带的朝向绘示于图5。如前述，上偏振 片101b的透射轴130作为参考方向。下偏振片101a的透射轴的方向设定为 垂直于上偏振片101b的透射轴。金属带220的长边方向230,也是线网偏振 片105的反射轴，设定为垂直于上偏振片101b的透射轴130。
液晶层106经摩擦配向于相对于参考方向130的方向|3 ,且像素电极109 的电极带方向350相对于上偏振片的参考透射轴130具有角度4>。角度(3具 有两个值平行或垂直参考透射轴130。角度cjj的特定值根据所使用的液晶 材料以及摩擦配向方向P。更仔细来说，当使用正介电异向性(A s)材料时， I 4) - (3 I的绝对值应该大略介于0度至45度的范围内。当使用负介电异向性(△ s)材料时，|4-(3 l的绝对值应该大略介于45度至90度的范围内。例如，当 摩擦配向角P设定为相对于上偏振片的透射轴在O度左右，并使用正介电异 向性材料时，角度c];应该设定在0度至45度之间。在另一方面，当使用负 介电异向性材料而|3=0时，角度+设定在45度及90度之间。相同地，当 角度P设定在90度并使用负介电异向性材料时，角度cj)设定在0度至45度 之间，而使用正介电异向性材料时角度4)则设定在45度至90度之间。
在操作上，当无电压施加于如图6所示的显示器110的像素电极109上 时，液晶分子107最初均匀配向。对于电压关闭状态下的像素的透射(T)区域 124来说，透射下偏振片101b的入射背光118具有垂直于上偏振片101b的
透射轴130的偏振。因为液晶层具有平行((3 =0度)或垂直(P =90度)于透射 轴130的摩擦配向，使得透射的背光160通过液晶层时维持其偏振，并被在 上基板102b上交错的上偏振片101b阻挡。对于电压关闭状态下的像素的反 射(R)区域122来说，入射环境光140首先通过上偏振片而具有平行于透射 轴130的偏振，接着透射的入射光150在通过液晶层之后经历可忽略的相位 延迟。因为线网偏振片105的反射轴设定为垂直于透射轴130,通过线网偏 振片105的环境光被下偏振片101a所阻挡。因此，在电压关闭状态下，透 射区域及反射区域均为暗态。
当一超过临限电压的高电压施加于如图7所示的液晶显示器200的像素 电极109 (临限电压指当电压低于临限电压时，对于液晶分子朝向的扰动， 相对于无像素电压的初始状态来说是可以忽略的)，液晶分子被产生自像素 电极109及共同电极108的电场所旋转。因此液晶层新的平均光轴改变至一 新的角度。当液晶材料的相位延迟值dAn接近于1/2波长板，对于通过的光 来说液晶层的作用就好比一偏振旋转元件，其中d为液晶层的液晶单元间距 (cellgap)， An等于rvn。， &及n。分别为液晶材料的极端及一般的折射系数。 在这个例子中，对于电压开启状态下的像素的透射区域124来说，来自背光 116入射背光118最初具有平行于下偏振片101a的透射轴的偏振状态，而通 过的透射背光160更通过液晶层。
假设液晶层新的平均光轴相较于最初的配向旋转了 45度，则液晶层将 从下偏振片的透射背光160的偏振旋转了 90度，使得的透射背光160穿过 上偏振片101b并被观看者看见。对于在电压开启状态下的像素120的反射 区域122来说，入射环境光140通过上偏振片101b，且通过的环境光150 具有平行于透射轴130的偏振。在照射到线网偏振片105的表面之前，透射 环境光150的偏振方向首先被液晶层大约旋转90度，因此透射环境光150 平行于线网偏振片105的反射方向230，并反射通过液晶层成为反射环境光 170。在反射环境光170通过液晶层之后，其偏振方向经历了 90度的旋转而 至一平行于透射轴130的方向上，然后透射上偏振片101b而到达观看者。 因此透射区域及反射区域均共同达到亮态。
依照如图2所示的液晶显示装置结构IOO的例子， 一负型液晶材料用于 此一结构，例如Merck的MLC-6608,其平行介电常数￡〃=3.6，垂直介电常 数￡丄=7.8,弹性系数Kll二16.7pN， K33=18.1pN，而在波长589纳米的极端
折射系数n^1.5578， 一般折射系数11。=1.4748。在此例子中，液晶层具有约 4微米的液晶单元间距，而电极宽度W约为3微米，而相邻带状电极的间距 约为4微米。液晶层的摩擦配向方向P设定相对于上偏振片101b的透射轴 130为0度，而带状电极方向4则约为80度以获取最大光效率。这些角度几 乎等同于P =90而* =10度的例子。
图8A绘示模拟的原始电压/透射率曲线及原始电压/反射率曲线的模拟 电压相依效率曲线。如图8A所示，电压相依透射率曲线402及电压相依反 射率曲线404共享一共同暗态，并在V^6V,时超过90%的最大可能光效率。
同样的，该结构也可以使用 一正型液晶材料例如Merck的MLC-6686 ， 其平行介电常数￡〃 = 14.5，垂直介电常数￡1=4.5，弹性系数Kll=8.8pN, K33=14.6pN，而在波长589纳米的极端折射系数ne=1.5774， 一般折射系数 n。=1.4824。在此例子中，液晶层具有约4微米的液晶单元间距，而电极宽度 W约为2微米，而相邻带状电极的间距约为3微米。液晶层的摩擦配向方向 [3设定相对于上偏振片101b的透射轴130为0度，而带状电极方向^则约 为IO度以获取最大光效率。图8B的电压相依透射率及反射率曲线图410绘 示模拟的原始电压相依透射率曲线及原始电压相依反射率曲线的电压相依 效率曲线。类似地，电压相依透射率及反射率曲线图410的电压相依透射率 曲线412及电压相依反射率曲线414超过最大可能光效率的卯％ 。既然正型 材料的介电异向性A s值远大于负型材料的介电异向性A s值，使用正型液 晶材料的单元的开启状态电压也小于负型液晶材料的单元的开启状态电压。
然而，对于使用正介电异向性A s值及负介电异向性A s值液晶材料的 单元来说，在各个中间灰阶值下的电压反射率值总是^^于对应的电压透射率 值。例如，如图8A所示的范例，当像素电压对应于亮态及暗态之间的灰阶 值时，电压相依反射率曲线404及电压相依透射率曲线402的差异由反射区 域122的子像素的光损失所引起。请参照图9，当像素电压为一特定值，使 得液晶分子107的旋转角度离原始摩擦配向约少了 45度时，当透射环境光 150到达线网偏振片介电异向性105时，线性偏振透射环境光150具有不平 行于线网偏振片105的反射轴的一偏振方向。部分的透射环境光150，垂直 于金属带220的光的分量通过线网偏振片105并^皮下偏振片101a所吸收。 因此，被线网偏振片105所反射的透射环境光的量少于通过线性偏振片101a 的透射背光160。这说明了在一定像素电压下，反射区域122的子像素的亮
度会低于透射区域124的子像素的原因。来自线网偏振片105表面的额外损 失导致图8A及图8B电压透射率曲线及电压反射率曲线的彼此分离。
为了估计电压透射率曲线及电压反射率曲线之间的符合及偏移，使用标 准化的透射率及反射率(标准化相对于两堆叠平行线性偏振片的最大透射率 而言)间的差异的均方根值(root-mean-square， RMS)。请参照图8所示的电 压透射率及电压反射率曲线，于灰阶值0 ( V约为0.5Vrms)及灰阶值255 ( V 约为6.0Vrms)之间取样数N二256个电压点时，透射率及反射率间差异的均 方根值计算为
i(T,-Ri)2
^ N 。图8A中的电压相依透射率曲线402及电压相依反射率曲 线404的均方根值约为12.9%,而图8B的电压相依透射率曲线412及电压 相依反射率曲线414的均方根值约为13.8%。参照图10，其绘示使用单一液 晶单元间距及单一驱动电路的半透射半反射式液晶显示器，其电压相依透射 率及反射率曲线图415中电压相依反射率曲线417及电压相依透射率曲线 419间的差异的均方根值约为31%,于灰阶值0采用的V=1.5Vrms,而灰阶 值256采用的V=3.0Vrms。
图IIA绘示电压相依透射率及反射率曲线图420，其绘示使用负介电异 向性A s液晶材料，具有电极宽度约为3微米而间距G约为8微米。电压相 依透射率曲线422在V-6V鹏的光效率约为90%,而相同电压的电压相依反 射率曲线424的光效率约为80%。类似地，图11B的电压相依透射率及反射 率曲线图430绘示使用正介电异向性A s液晶材料，具有电极宽度约为3微 米而间距G约为6微米。电压相依透射率曲线432在V约为5.5V謡时的透 射模式的光效率达到85%，而电压相依反射率曲线434在V约为5.5Vn^时 的反射模式的光效率达到70%。如图IIA及图IIB所示，电压透射率曲线 及电压反射率曲线的基本形状对于电极宽度及间距改变的响应似乎不大。
在另一个例子，带状电极角度4)对应于图l-7所示的单元结构的摩擦配 向角P改变。在这个例子中，单元参数保持与产生图8A的电压相依透射率 曲线402及电压相依反射率曲线404的单元参数相同，除了带状电极角度4 从约80度改变为约70度。图12A的电压相依透射率及反射率曲线图440 中，绘示4)=70度时对应的电压相依透射率曲线442及电压相依反射率曲线
444。因为液晶分子距初始摩擦配向角的有效旋转少于45度，透射模式及反 射模式的最大光效率也因而减少。类似地，使用正型液晶材料的单元，角度 cj)从约IO度改变为约20度，而保持其他参数大致与用以产生图8B的电压 相依透射率及反射率曲线图410的参数相同，而产生如图12B的电压相依透 射率及反射率曲线图450的电压相依透射率曲线452及电压相依反射率曲线 454相同。最大光效率轻微减少，但曲线的形状类似。从上述分析可知，该 设计对于电极宽度、间距G及带状电极角度小改变的容忍度相对较大。
本发明的另一例子如图13所示。在这个例子中，液晶显示器像素500 的反射区域122的电极宽度W及相邻反射像素电极109a的间距G,不同于 透射区域124的电极宽度W及相邻透射像素电极109b的间距G。这个结构 让设计者对应施加电压将电压透射率曲线及电压反射率曲线的配合最佳化。 图14A绘示电压相依透射率及反射率曲线图540，其绘示图13所示的结构 的模拟电压相依透射率曲线542及电压相依反射率曲线544。在反射区域122 宽度WR约等于3微米，间距GR约等于4.5微米，在透射区域124宽度 WT约等于3微米而间距GT约等于3微米。在这个例子中，液晶材料为负 △ s液晶材料例如Merck的MLC-6608。在这个例子中，液晶单元间距保持 在4微米而摩擦配向角(3=0度且带状电极方向4)二80度。对于图14A绘示 的电压相依透射率曲线542及电压相依反射率曲线544来说，当于灰阶值 0(V二0.5Vrms)及灰阶值255(V二6.0Vrms)之间的取样电压点N=256时，透射区 域及
反射区域间的差距的均方根值
艺(T,-R,)2
N 大约为2.8%。类似地，图14B 的电压相依透射率及反射率曲线图550绘示图13绘示结构的模拟电压透射 率曲线及电压反射率曲线，其職=3微米，GR=4fMt, WT二3微米，GT=4.5 微米，而液晶材料为正△ ￡液晶材料例如Merck的MLC-6686。本案例中电 压相依透射率曲线552及电压相依反射率曲线554的差距的均方根约为 2.69%，在灰阶值0设定V=0.5VRMS而灰阶值256设定为V=5.5VRMS。虽 然在透射区域及反射区域的宽度W及间距G不同，仍可使用与在透射区域 及反射区域皆使用一致宽度W及间距G的液晶显示器像素相同的光掩模步 骤进行制造。
因为本发明移除宽频1/4波长板，对透射区域来说，即使不外加补偿膜
本身即具有广视角。图15A绘示图13的结构的透射模式的等对比图560, 其使用WT=3微米，GT=3微米并使用负型液晶材料。如图所示，对比度 (contrast ratio, CR)大于10:1的视角圓锥在大多数的方位角皆大于85度。类 似地，图15B绘示图13具有WT二3微米，GT二4.5微米，并使用正型液晶材 料的结构的透射模式的等对比图570。对比度大于10:1的视角圆锥在大部分 的方位角上超过70度。从图14A及图14B，绘示本发明新颖的半透射半反 射式液晶显示器设计为适合应用于高性能显示应用的广视角技术。除了视角 外，色偏为评估显示器性能的另一重要特性。
当液晶显示面板在亮态下被白色背光，例如D65照射，在通过偏振片、 液晶单元以及彩色滤光片后，输出光具有特殊的光谱分布。在法线方向上的 输出光以CIE1931色度图中接近(x二0.33,yK).33)的色座标值来描述。然而， 相同背光通过液晶显示面板，而在离轴方向上被观察到具有不同色座标值， 这称的为色偏(color shift)。对于图15A中具有相同液晶参数的液晶结构来说， 在不同方位角下固定以60度的离轴偏振角所观察到的色偏如图16A的色偏 图580。所有色座标绘示于图中，且其轨迹显示在不同方位角下以偏振角60 度所能观察到的所有可能颜色。当单元使用负型液晶材料时，液晶分子在亮 态下遭遇一致性的旋转，且其畴(domain)几乎纯为单畴结构。因此，平均色 偏^[艮明显。在另一方面，在图15B的色偏图590相同单元^f吏用正型液晶材料， 图16B绘示的色偏相对于图16A来说相对较小。这导致正型液晶材料会在 亮态下会遭遇显著旋转及部分倾倒。为了抑制上述结构的色偏，在优选实施 例中，最好适用多畴(multi-domain)结构。
本发明另一实施例中，如图17所示为锯齿状电极结构。共同电极108 为一透明平面电极，而像素电极109为锯齿带状透明电极。在此另一结构中， 采用上偏振片101b的透射轴130作为x-y座标的参考x方向。如图17所示， 像素带状电极109在一周期内具有一上半平面及一下半平面。像素电极的各 个部分具宽度W及间距G,而两平面的延伸带均相对于x轴具有角度4;。 栅极线320所控制的薄膜晶体管330形成用以控制施加于像素电极109的电 压。驱动电压来自凄t据线340。
在电压关闭状态下，液晶分子摩擦配向于平行于x或y方向，而透射下 偏振片的背光并未经历来自液晶层的相位延迟，而遭到上偏振片的遮挡。当
一高电压施加于像素电极109,在像素带状电极109顶部的液晶分子朝一方 向旋转45度，而在底部的液晶分子也朝上半平面的液晶分子的相反方向旋
偏振片。因为图17的像素电极结构产生更多的畴，色偏因而减少。图18A 的色偏图600绘示使用与图15A相同的负型液晶材料、液晶单元间距、电极 宽度W及间距G,但具有图17的两畴结构的电极的单元(cell)的色偏。如图 所示，锯齿状电极显著抑制了色偏。类似地，图18B的色偏图610绘示使用 与图15B相同的正型液晶材料、液晶单元间距、电极宽度W及间距G,但 具有两畴结构的电极的单元的色偏。色偏很小并且被局限在白点(0.33, 0.33)。 因此，在这个例子中的多畴结构电极形状用以改善显示器的色彩表现。
在上述结构中，共同电极、像素电极，以及薄膜晶体管形成于上基板， 以与下基板上的线网偏振片WGP的工艺作区隔。此外，线网偏振片WGP 及薄膜晶体管TFT皆形成于图19绘示的显示器650的结构的一基板上。在 此实施例中，具有线网偏振片105的玻璃基板102a被保护层103所覆盖。 接着共同电极208及像素电极209与薄膜晶体管(未绘示)一并形成。在这 个例子中，当无施加电压时，所有的液晶分子均匀对准初始摩擦配向方向，
态。当施加一高电压时，像素电极209及共同电极208之间的电压差产生具 有水平分量的边缘电场，使得液晶分子水平旋转而改变输入背光的偏振方向 以达到明态。
图20为液晶显示器100的一范例的示意图，其包括像素90的阵列12, 像素90被一或多个栅极驱动器16及一或多个数据驱动器18所控制。请同 时参照图2及图13,每一像素90包括一或多个薄膜晶体管70，薄膜晶体管 70具有数据线18所驱动的源极、栅极线82所驱动的4册极80以及漏极76。 像素电路也包括一储存电容CST72，以及具有等效电容CLC74的液晶单元。 电容CST72及CLC74可以平行连接至像素电极109。电容CLC74连接至像素 电极109及共同电极108。例如，储存电容CST72可以连接像素电极109及 共同电极108，或像素电极109及下一列的另一像素的栅极线82。
薄膜晶体管70包括连接至栅极线82的栅极80,栅极线82连接至栅极 驱动器16。当栅极16驱动栅极线82以打开薄膜晶体管80，数据驱动器18 同时以一像素电压信号(亦即VDATA)驱动数据线84，像素电压信号通过储
存电容CST72及液晶单元。通过储存电容CST72的电压(亦即VDATA)决定 施加于液晶单元的电压。数据线84上的电压有时被称为"灰阶电压"，因为 其决定了像素90显示的灰阶值。
整体来说，本发明的结构达到良好的光效率而本身亦具有广视角。此外， 单一灰阶迦玛曲线可用以驱动透射及反射模式。
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式液晶显示装置，包括多个像素电路，夹置于一第一基板及一第二基板之间，各像素电路包括一反射区域，包括一液晶层的一第一部分，以及一偏振相依反射元件，该偏振相依反射元件透射一具有第一偏振的光，而反射一具有第二偏振的光；一透射区域，包括该液晶层的一第二部分；至少一透明共同电极，形成于该第一基板及该第二基板其中之一上；以及至少一透明像素电极，形成于与该透明共同电极所在的相同基板上，该至少一共同电极及该至少一像素电极之间有一保护层用以绝缘；当无电压施加于该至少一共同电极及该至少一像素电极上时，位于该反射区域及该透射区域的液晶分子实质上沿着平行于该第一及该第二基板的一方向排列；当一高电压施加于该像素电极上时，实质上平行于该第一及该第二基板的水平电场产生于该液晶层中，使得液晶分子实质上于平行于该第一及该第二基板的一平面旋转。
2. 如权利要求1所述的显示装置，其中该共同电极为一平面电极。
3. 如权利要求1所述的显示装置，其中该像素电极包括 至少两带状电极，该两带状电极彼此平行，电极宽度范围在1至6微米之间，相邻的该两带状电极的间距范围在1至10微米之间。
4. 如权利要求3所述的显示装置，其中每一该至少两带状电极的形状选 自直线、弯曲及片段线性的组合。
5. 如权利要求1所述的显示装置，还包括 一第一线性偏振元件，位于该第一基板的一外表面上；以及 一第二线性偏振元件，位于该第二基板的一外表面上，其中该第一及该第二线性偏振元件延伸通过该透射区域及该反射区域。
6. 如权利要求1所述的显示装置，其中该偏振相依反射元件包括一线网 偏振片。
7. —种半透射半反射式液晶显示装置的制造方法，该方法包括 形成一偏振相依反射元件于 一 第 一基板的 一第 一 区域上，该第 一 区域对 应该液晶显示器的 一 像素区域的 一 反射区域；形成一薄膜晶体管于该第 一基板及一第二基板其中之一上，该薄膜晶体管位于该液晶显示器的该像素区域内；形成一栅极线，该栅极线连接该薄膜晶体管的 一栅极； 形成一数据线，该数据线电性连接该薄膜晶体管； 形成一第一电极于该第一及该第二基板其中之一； 形成一保护层，该保护层覆盖该第一电极；形成一第二电极，该第二电极具有至少一种形状的带状电极，该至少一 种形状包括直线、弯曲及片段线性的其中之一，该第二电极位于该保护层上 并与该第一电极位于相同的基板上；电性连接该第一电极至一第一参考电压；电性连接该第二电极至该薄膜晶体管；以及夹置一液晶层，该液晶层位于该第一及该第二基板之间。
8. 如权利要求7所述的方法，还包括提供一第一及一第二配向层，该第一及该第二配向层分别位于该第一及 该第二基板上，其中当无电压施加于该第一及该第二电极时，该液晶层的液晶分子实质上配向于平行该第一及该第二基板的一方向上。
9. 如权利要求7所述的方法，还包括提供一第一线性偏振元件，该第一线性偏振元件位于该第一基板的一外 表面上；提供一第二线性偏振元件，该第二线性偏振元件位于该第二基板的一外 表面上，该第 一线性偏振元件的透射轴与该第二线性偏振元件的透射轴不平
全文摘要
本发明公开了一种半透射半反射式液晶显示装置及其制造方法。该半透射半反射式液晶显示装置包括多个像素电路。各像素电路包括一反射区域及一透射区域。反射区域包括一偏振相依反射元件(polarization dependentreflector)，用以反射环境光。反射及透射区域包括夹置于一第一及一第二基板间的液晶层，液晶层初始呈均匀排列。各像素还包括作为共同电极的至少一第一透明电极，以及作为像素电极的至少一第二透明电极，第一透明电极及第二透明电极共同形成于第一及第二基板其中之一基板上。其中当电压施加于像素电极上时，大致上带有充足水平电场的边缘区域产生于液晶层中，使得液晶分子主要于水平方向上旋转以达到广视角效果。
文档编号H01L21/84GK101354490SQ20081012545
公开日2009年1月28日 申请日期2008年6月13日 优先权日2007年6月15日
发明者吴诗聪, 李汪洋, 武新章, 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