專利名稱：透射-反射型液晶顯示器件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及液晶顯示器件，特別涉及具有低制造成本和高顯示質量的透射-反射型(transflective)液晶顯示器件及其制造方法。
背景技術：
一般情況下，液晶顯示(LCD)器件分為透射型和反射型LCD器件，這取決于顯示器件是要求內(nèi)部還是外部光源。透射型LCD器件包括LCD板和作為背光器件提供的內(nèi)部光源。通過根據(jù)液晶層的排列選擇性地調(diào)整從背光器件發(fā)射的光通過LCD板的透射率，LCD板可顯示圖像。因而，透射型LCD器件的功耗由于背光器件的操作而增加。另一方面，由于反射型LCD器件采用外部或環(huán)境光來顯示圖像，因此反射型LCD器件的功耗特性比透射型LCD器件的低。然而，反射型LCD器件不容易在暗環(huán)境下觀看。
由于上述透射型和反射型LCD器件的限制，能根據(jù)用戶的意愿選擇性地在前述透射或反射模式中觀看的透射-反射型LCD器件是目前研究和開發(fā)的主題。
圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術的透射-反射型彩色液晶顯示器件的示意透視圖。在圖1中，透射-反射型液晶顯示(LCD)器件11包括在黑底16和濾色器層17上具有透明公共電極13的第一基板15以及具有開關元件“T”、選通線(gate line)25、和數(shù)據(jù)線27的第二基板21。此外，液晶層23置于第一和第二基板15和21之間。濾色器層17包括多個子濾色器層17a-17c。第一和第二基板15和21分別通稱為濾色器基板和陣列基板。開關元件“T”，例如薄膜晶體管(TFT)，連接到選通線25和數(shù)據(jù)線27并按照矩陣排列設置。
限定為選通線25和數(shù)據(jù)線27的交疊部分的像素區(qū)“P”包括反射部分“r”和透射部分“t”。在像素區(qū)“P”的透射-反射像素電極19包括對應于透射部分“t”的透射電極19a和對應于反射部分“r”的反射電極19b。通常，反射電極19b包括對應于透射部分“t”的透射孔“H”并設置在反射部分“r”中。反射電極19b可由具有高反射率的鋁(Al)和鋁合金之一制成。透射電極19a可由具有高透射率的透射導電材料構成，如氧化銦錫(ITO)。
圖2是表示根據(jù)現(xiàn)有技術的透射-反射型液晶顯示器件的示意剖視圖。在圖2中，透射-反射型液晶顯示(LCD)器件11包括互相面對并隔開的第一和第二基板15和21。公共電極13形成在第一基板15的內(nèi)表面上。第一和第二上延遲膜(retardation flim)45和47以及第一偏振板49依次形成在第一基板15的外表面上。由于第一上延遲膜45具有λ/4+α的相位延遲特性并且第二上延遲膜47具有λ/2的相位延遲特性，因此第一上延遲膜45和第二上延遲膜47分別是四分之一波片(QWP)和二分之一波片(HWP)。
絕緣層52形成在第二基板21的內(nèi)表面上。透射電極19a、鈍化層51以及包括透射孔“H”的反射電極19b依次形成在絕緣層52上。透射和反射電極19a和19b構成透射-反射像素電極19。透射孔“H”對應于透射部分“t”，除了透射孔“H”以外的反射電極19b對應于反射部分“r”。第一和第二下延遲膜53和55以及第二偏振板56依次形成在第二基板21的外表面上。與第一和第二上延遲膜45和47相同，第一和第二下延遲膜53和55分別是四分之一波片(QWP)和二分之一波片(HWP)。
具有光學各向異性的液晶層23置于第一基板和第二基板15和21之間。相對于第一和第二基板15和21水平排列的均勻液晶材料(homogeneous liquid crystal)和扭曲向列(TN)液晶材料之一可以用于液晶層23。當對應于反射部分“r”的液晶層23被設計成具有第一單元間隙“d1”和延遲值d1·Δn時，透射部分“t”形成為具有第二單元間隙“d2”，該第二單元間隙“d2”約是反射部分“r”的第一單元間隙“d1”的兩倍，如等式(1)和(2)所示。
d1·Δn＝λ/4 ……(1)
d2＝2d1……(2)在等式(1)和(2)中，第一單元間隙“d1”是反射部分“r”的液晶層23的厚度，第二單元間隙“d2”是透射部分的液晶層23的厚度，并且λ/4是光通過反射部分“r”的液晶層23時的延遲值。從等式(1)和(2)可以得出關系式d2·Δn＝λ/2。
當液晶層23形成為具有在反射部分“r”和透射部分“t”的不同單元間隙“d1”和“d2”時，通過反射部分“r”的光的傳播狀態(tài)變得與通過透射部分“t”的光的傳播狀態(tài)相同。因而，可以獲得透射-反射型LCD器件11的高亮度。通過形成絕緣層52以具有與第一單元間隙“d1”相似的厚度，并刻蝕對應于反射電極19a的透射孔“H”的絕緣層52，可形成這些不同單元間隙“d1”和“d2”。
圖3是表示根據(jù)現(xiàn)有技術的設置在透射-反射型液晶顯示器件上的光學膜的光軸的排列的示意圖。在圖3中，第一偏振板49(圖2)設置成具有平行于x軸的第一透射軸49’，第二偏振板56(圖2)設置成具有平行于y軸的第二透射軸56’。這樣，第一和第二透射軸49’和56’互相垂直。而且，第一上延遲膜45(圖2)和第一下延遲膜53(圖2)設置成分別具有互相垂直的第一上光軸45’和第一下光軸53’。此外，第二上延遲膜47(圖2)和第二下延遲膜55(圖2)設置成分別具有互相垂直的第二上光軸47’和第二下光軸55’。液晶層23(圖2)設置成具有平行于第一下光軸53’的方向子(director)23’。
第一和第二上延遲膜45和47(圖2)用做寬帶λ/4板(QWP)。因而，在反射部分“r”(圖2)的液晶層23(圖2)的延遲值為0時顯示黑色圖像，在反射部分“r”(圖2)的液晶層23(圖2)的延遲值為λ/4時顯示白色圖像。由于透射部分“t”(圖2)的第二單元間隙“d2”(圖2)約為反射部分“r”(圖2)的第一單元間隙“d1”(圖2)的兩倍，因此在透射部分“t”(圖2)的液晶層23(圖2)的延遲值為λ/2。而且，由于第一和第二下光軸53’和55’垂直于第一和第二上光軸45’和47’，在液晶層23(圖2)的延遲值為0時光學膜沒有光學效應。因而，可以在整個波長顯示黑色圖像。
第一上延遲膜45(圖2)和第一下延遲膜53(圖2)分別具有λ/4+α和λ/2-β的延遲值。此外，α和β是納米(nm)單位的參數(shù)，用于補償由于不對施加于液晶層23(圖2)的電壓起反應的表面元件而造成的延遲。
具有高顯示質量的透射-反射型LCD器件可通過圖2的結構獲得。然而，由于光學膜一般作為單體形成在偏振板上，因此需要多個統(tǒng)一的復雜偏振板以提供具有高顯示質量的透射-反射型LCD器件。而且，由于偏振板包括很多層，因此在層之間產(chǎn)生的缺陷的增加比具有單層的偏振板高十倍。此外，透射-反射型LCD器件的厚度也增加。
圖4是根據(jù)現(xiàn)有技術的透射-反射型液晶顯示器件的示意剖視圖。在圖4中，透射-反射型液晶顯示(LCD)器件11包括互相面對并隔開的第一和第二基板15和21。公共電極13形成在第一基板15的內(nèi)表面上。延遲膜47和第一偏振板49依次形成在第一基板15的外表面上，并是具有λ/2延遲值的二分之一波片(HWP)。
絕緣層52形成在第二基板21的內(nèi)表面上。透射電極19a、鈍化層51和包括透射部分“H”的反射電極19b依次形成在絕緣層52上。透射和反射電極19a和19b構成透射-反射像素電極19。透射孔“H”對應于透射部分“t”，除了透射孔“H”以外的反射電極19b對應于反射部分“r”。第二偏振板56形成在第二基板21的外表面上。具有光學各向異性的液晶層23置于第一和第二基板15和21之間。
圖5是根據(jù)現(xiàn)有技術的設置在透射-反射型液晶顯示器件上的光學膜的光軸的排列的示意圖。在圖5中，當?shù)谝黄癜?9(圖4)設置成具有平行于x軸的第一透射軸49’時，延遲膜47(圖4)設置成具有與第一透射軸49’成第一角度θ的光軸47’，第二偏振板56設置成具有與第一透射軸49’成第二角度2θ的第二透射軸56’。液晶層23(圖4)設置成具有與第一透射軸49’成第三角度2θ+45°的方向子23’。
在反射部分“r”中，由于第一上延遲膜45(圖2)和液晶層23(圖2)具有λ/4的延遲值，因此液晶層23(圖4)可用做四分之一波片(QWP)。而且，在透射部分“t”中，由于第二單元間隙“d2”(圖4)約為第一單元間隙“d1”(圖4)的兩倍，并且透射部分“t”(圖4)的液晶層23(圖4)具有λ/2的延遲值，因此可通過設置第二偏振板56以具有實質交叉偏振狀態(tài)來驅動透射部分“t”。實質交叉偏振狀態(tài)是在第二透射軸56’與第一透射軸49’成第二角度2θ時獲得的。
由于只用一個延遲膜，透射-反射型LCD器件具有在價格和厚度上的某些優(yōu)點。當透射-反射型LCD器件采用具有正液晶的電控雙折射(ECB)模式時，透射-反射型LCD器件在正常黑色模式中工作。然而，由于透射部分的透射-反射型LCD器件因光泄漏而沒有在整個波長上的完全黑色圖像，因此對比率降低。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明旨在提供一種透射-反射型液晶顯示器件，其解決了由現(xiàn)有技術的限制和缺點造成的一個或多個問題。
本發(fā)明的目的是提供一種具有高顯示質量和低制造成本的透射-反射型液晶顯示器件。
本發(fā)明的另一目的是提供具有第一和第二延遲膜以及第一和第二偏振板的透射-反射型液晶顯示器件。
本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點將體現(xiàn)在下列說明中，其中部分可以從說明中得出，或者可以通過實施本發(fā)明而學習到。通過在文字說明部分及其權利要求以及附圖中所特別指出的結構可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點。
為實現(xiàn)這些和其它優(yōu)點并根據(jù)本發(fā)明的目的，如所實施和廣泛所述的，一種透射-反射型液晶顯示器件包括互相面對并隔開的第一和第二基板，第一和第二基板具有反射和透射部分；在第一基板的外表面上的第一延遲膜，第一延遲膜具有第一光軸；在第一延遲膜上的第一偏振板，第一偏振板具有第一透射軸；在第一基板的內(nèi)表面上的公共電極；在第二基板的內(nèi)表面上的像素電極；在第二基板的外表面上的第二延遲膜，第二延遲膜具有第二光軸；在第二延遲膜上的第二偏振板，第二偏振板具有第二透射軸；和在公共電極和像素電極之間的液晶層，液晶層具有方向子，其中第一光軸具有相對于第一透射軸的第一角度θ，方向子具有相對于第一透射軸的第二角度2θ+45°，第二光軸具有相對于第一透射軸的第三角度3θ+90°，并且第二透射軸具有相對于第一透射軸的第四角度4θ。
在另一方案中，一種透射-反射型液晶顯示器件的制造方法包括在具有反射部分和透射部分的第一基板上形成公共電極；在具有反射部分和透射部分的第二基板上形成像素電極；連接第一和第二基板，使得公共電極面向像素電極；在公共電極和像素電極之間形成液晶層，液晶層具有方向子；在連接的第一基板的外表面上形成第一延遲膜，第一延遲膜具有第一光軸；在第一延遲膜上形成第一偏振板，第一偏振板具有第一透射軸；在連接的第二基板的外表面上形成第二延遲膜，第二延遲膜具有第二光軸；以及在第二延遲膜上形成第二偏振板，第二偏振板具有第二透射軸，其中第一光軸具有相對于第一透射軸的第一角度θ，方向子具有相對于第一透射軸的第二角度2θ+45°，第二光軸具有相對于第一透射軸的第三角度3θ+90°，并且第二透射軸具有相對于第一透射軸的第四角度4θ。
應該理解前述一般性的說明和下面的詳細說明都是示意性的，用于提供本發(fā)明的進一步解釋。


附圖提供了本發(fā)明的進一步理解并被結合以構成說明書的一部分，附圖示出了本發(fā)明的實施例并與文字說明一起解釋本發(fā)明的原理。附圖中圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術的透射-反射型彩色液晶顯示器件的示意透視圖；圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術的透射-反射型液晶顯示器件的示意剖視圖；圖3是表示設置在根據(jù)現(xiàn)有技術的透射-反射型液晶顯示器件上的光學膜的光軸的排列的示意圖；圖4是根據(jù)現(xiàn)有技術的透射-反射型液晶顯示器件的示意剖視圖；
圖5是表示設置在根據(jù)現(xiàn)有技術的透射-反射型液晶顯示器件上的光學膜的光軸的排列的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的示例透射-反射型液晶顯示器件的示意剖視圖；圖7是設置在根據(jù)本發(fā)明的透射-反射型液晶顯示器件上的光學膜的光軸的示例排列的示意圖；圖8A是表示根據(jù)現(xiàn)有技術的透射-反射型液晶顯示器件的偏振特性的曲線圖；圖8B是表示根據(jù)本發(fā)明的透射-反射型液晶顯示器件的示例偏振特性的曲線圖；圖9A是表示根據(jù)本發(fā)明的示例透射-反射型液晶顯示器件的透射率的曲線圖；圖9B是表示根據(jù)本發(fā)明的示例透射-反射型液晶顯示器件的反射率的曲線圖；圖10A是表示根據(jù)本發(fā)明的另一示例透射-反射型液晶顯示器件的透射率的曲線圖；和圖10B是表示根據(jù)本發(fā)明的另一示例透射-反射型液晶顯示器件的反射率的曲線圖。
具體實施例方式
下面參照附圖中的例子詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的透射-反射型液晶顯示器件的示意剖視圖。
在圖6中，透射-反射型液晶顯示(LCD)器件100包括互相面對并隔開的第一和第二基板200和300。公共電極202可形成在第一基板200的內(nèi)表面上。雖然未示出，第一取向膜可形成在公共電極202上。第一延遲膜204和第一偏振板206可依次形成在第一基板200的外表面上。第一延遲膜204可以是具有λ/2延遲值的二分之一波片(HWP)。
絕緣層303可形成在第二基板300的內(nèi)表面上。透射電極302a、鈍化層305、以及包括第一透射孔“H”的反射電極302b可依次形成在絕緣層303上。透射和反射電極302a和302b可包括透射-反射像素電極302。第一透射孔“H”對應于透射部分“t”，除了第一透射孔“H”以外的反射電極302b對應于反射部分“r”。雖然未示出，第二取向膜可形成在反射電極302b上。第二延遲膜304和第二偏振板306可依次形成在第二基板300的外表面上。與第一延遲膜204一樣，第二延遲膜304可以是具有λ/2延遲值的二分之一波片(HWP)。
具有光學各向異性的液晶層400可置于第一和第二基板200和300之間。單元間隙可定義為液晶層的厚度。反射和透射部分“r”和“t”的液晶層400可設計成具有各自的第一和第二單元間隙“d1”和“d2”，其中第二單元間隙“d2”約為第一單元間隙“d1”的兩倍。為實現(xiàn)第一和第二單元間隙“d1”和“d2”之間的上述關系，例如，具有與第一單元間隙“d1”相似的厚度的絕緣層303可被刻蝕以具有對應于透射部分“t”的第二透射孔303a。
圖7是表示設置在根據(jù)本發(fā)明實施例的透射-反射型液晶顯示器件上的光學膜的光軸的示例排列的示意圖。在圖7中，第一偏振板206(圖6)可設置成具有平行于x軸的第一透射軸206’。相應地，第一延遲膜204(圖6)可設置成具有與第一透射軸206’成第一角度θ的第一光軸204’，第二偏振板306(圖6)可設置成具有與第一透射軸206’成第二角度4θ的第二透射軸306’。液晶層400(圖6)可設置成具有與第一透射軸206’成第三角度2θ+45°的方向子400’，第二延遲膜304(圖6)可設置成具有與第一透射軸206’成第四角度3θ+90°的第二光軸304’。第一角度θ可以在約15°到約17.5°的范圍內(nèi)。
雖然圖7中光學膜可關于第一偏振板的第一透射軸反時針方向設置，但是光學膜也可順時針設置。因而，只有視角特性可以改變。
圖8A是表示根據(jù)現(xiàn)有技術的透射-反射型液晶顯示器件的偏振特性的曲線圖。
圖8B是表示根據(jù)本發(fā)明的透射-反射型液晶顯示器件的示例偏振特性的曲線圖。
圖8A和8B表示在不施加電壓時恰在光通過第一偏振板之前的偏振狀態(tài)。在圖8A和8B中，實線、虛線和點劃線表示波長分別為400nm、550nm和700nm的光的偏振特性。
在圖8A中，盡管對于550nm獲得了接近線性的偏振特性，對于400nm和700nm的波長偏振特性具有相當大的橢圓部分。因而，不會獲得完全黑的圖像，并且對比率降低。
在圖8B中，可在整個波長范圍內(nèi)獲得線性偏振特性。由于線性偏振光被第一偏振板吸收，因此獲得全黑圖像并提高了對比率。因此，當透射-反射型LCD器件采用正液晶在ECB模式工作時，透射-反射型LCD器件具有在正常黑模式中的高顯示質量。
圖9A是表示根據(jù)本發(fā)明的示例透射-反射型液晶顯示器件的透射率的曲線圖。
圖9B是表示根據(jù)本發(fā)明的示例透射-反射型液晶顯示器件的反射率的曲線圖。
圖9A和9B表示當?shù)谝谎舆t膜的第一光軸和第一偏振板的第一透射軸之間的第一角度θ約為15°時的透射率和反射率。
在圖9A和9B中，對于施加于透射-反射型液晶顯示器件的液晶層的幾個電壓(0、1、2、3、4、和5V)，透射率和反射率不嚴格地取決于在約430nm到約780nm范圍內(nèi)的波長，這個范圍對應于可見光。
圖10A和10B是分別表示根據(jù)本發(fā)明的另一示例透射-反射型液晶顯示器件的透射率和反射率的曲線圖。圖10A和10B表示在第一延遲膜的第一光軸和第一偏振板的第一透射軸之間的第一角度θ約為17.5°時的透射率和反射率。
在圖10A和10B中，與圖9A和9B相同，對于施加于液晶層的幾個電壓(0、1、2、3、4、和5V)，透射率和反射率不嚴格地取決于在約430nm到約780nm范圍內(nèi)的波長，該范圍對應于可見光。
從圖9A、9B、10A和10B可以看出，當?shù)谝唤嵌圈燃s為15°時波長相關性(wavelength dependency)小于當?shù)谝唤嵌圈燃s為17.5°時的波長相關性。因而，第一角度θ約為15°的透射-反射型LCD器件優(yōu)于第一角度θ約為17.5°的透射-反射型LCD器件。盡管未示出，當?shù)谝唤嵌圈刃∮诩s15°時，反射率的波長相關性增大。
在本發(fā)明的透射-反射型LCD器件中，由于光學膜之間的角度非常重要，因此光學膜的整個排列可以在根據(jù)希望的視角特性保持這些角度的條件下旋轉。而且，由于只利用兩個偏振板和兩個延遲膜就可獲得高亮度和高對比率，因此可用低成本制造具有高顯示質量的透射-反射型LCD器件。
對于本領域技術人員來說，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下可以對本發(fā)明的透射-反射型液晶顯示器件做各種修改和改變。因此，本發(fā)明覆蓋落入所附權利要求書及其等同物范圍內(nèi)的本發(fā)明的修改和改型。
權利要求
1.一種透射-反射型液晶顯示器件，包括互相面對并隔開的第一和第二基板，第一和第二基板具有反射部分和透射部分；在第一基板的外表面上的第一延遲膜，第一延遲膜具有第一光軸；在第一延遲膜上的第一偏振板，第一偏振板具有第一透射軸；在第一基板的內(nèi)表面上的公共電極；在第二基板的內(nèi)表面上的像素電極；在第二基板的外表面上的第二延遲膜，第二延遲膜具有第二光軸；在第二延遲膜上的第二偏振板，第二偏振板具有第二透射軸；和在公共電極和像素電極之間的液晶層，液晶層具有方向子，其中第一光軸具有相對于第一透射軸的第一角度θ，方向子具有相對于第一透射軸的第二角度2θ+45°，第二光軸具有相對于第一透射軸的第三角度3θ+90°，并且第二透射軸具有相對于第一透射軸的第四角度4θ。
2.根據(jù)權利要求1的器件，其中被定義為透射部分內(nèi)的液晶層的厚度的第一單元間隙約為被定義為反射部分內(nèi)的液晶層的厚度的第二單元間隙的兩倍。
3.根據(jù)權利要求2的器件，還包括在第二基板的內(nèi)表面和像素電極之間的絕緣層，其中該絕緣層具有對應于透射部分的第一透射孔。
4.根據(jù)權利要求1的器件，其中第一角度θ在約15°到約17.5°的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權利要求1的器件，其中像素電極包括反射電極和透射電極，其中反射電極具有對應于透射部分的第二透射孔。
6.根據(jù)權利要求5的器件，還包括在反射電極和透射電極之間的鈍化層。
7.根據(jù)權利要求6的器件，其中反射電極形成在透射電極之上。
8.根據(jù)權利要求6的器件，其中透射電極形成在反射電極之上。
9.根據(jù)權利要求1的器件，還包括在公共電極和液晶層之間的第一取向膜以及在像素電極和液晶層之間的第二取向膜。
10.根據(jù)權利要求1的器件，其中第一和第二延遲膜為二分之一波片(HWP)。
11.一種透射-反射型液晶顯示器件的制造方法，包括在具有反射部分和透射部分的第一基板上形成公共電極；在具有反射部分和透射部分的第二基板上形成像素電極；連接第一和第二基板，使得公共電極面向像素電極；在公共電極和像素電極之間形成液晶層，液晶層具有方向子；在第一基板的外表面上形成第一延遲膜，第一延遲膜具有第一光軸；在第一延遲膜上形成第一偏振板，第一偏振板具有第一透射軸；在第二基板的外表面上形成第二延遲膜，第二延遲膜具有第二光軸；以及在第二延遲膜上形成第二偏振板，第二偏振板具有第二透射軸，其中第一光軸具有相對于第一透射軸的第一角度θ，方向子具有相對于第一透射軸的第二角度2θ+45°，第二光軸具有相對于第一透射軸的第三角度3θ+90°，并且第二透射軸具有相對于第一透射軸的第四角度4θ。
12.根據(jù)權利要求11的方法，其中第一延遲膜和第一偏振板是單個板，其中該單個板形成在第一基板的外表面上。
13.根據(jù)權利要求11的方法，其中第二延遲膜和第二偏振板是單個板，其中該單個板形成在被連接的第二基板的外表面上。
14.根據(jù)權利要求11的方法，其中第一和第二延遲膜是二分之一波片(HWP)。
全文摘要
透射－反射型液晶顯示器件及其制造方法。一種透射－反射型液晶顯示器件，包括互相面對并隔開的第一和第二基板，具有反射部分和透射部分；在第一基板的外表面上的第一延遲膜，具有第一光軸；在第一延遲膜上的第一偏振板，具有第一透射軸；在第一基板的內(nèi)表面上的公共電極；在第二基板的內(nèi)表面上的像素電極；在第二基板的外表面上的第二延遲膜，具有第二光軸；在第二延遲膜上的第二偏振板，具有第二透射軸；和在公共電極和像素電極之間的液晶層，具有方向子，其中第一光軸具有相對于第一透射軸的第一角度θ，方向子具有相對于第一透射軸的第二角度2θ+45°，第二光軸具有相對于第一透射軸的第三角度3θ+90°，第二透射軸具有相對于第一透射軸的第四角度4θ。
文檔編號G02B5/30GK1470911SQ0314570
公開日2004年1月28日 申請日期2003年6月30日 優(yōu)先權日2002年7月8日
發(fā)明者白欽日 申請人:Lg.飛利浦Lcd有限公司