專利名稱：應(yīng)用線柵偏振器的反射型與貫通型液晶顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)射型液晶顯示器，尤其涉及使用埋式線柵偏振器(WGP)作為環(huán)境光偏振相關(guān)反射器的方法與設(shè)備，并要求2002年5月6日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)枮?0/378,862的優(yōu)先權(quán)利益。
背景與原有技術(shù)發(fā)射型液晶顯示器(LCD)呈現(xiàn)出高反差比與良好的色飽和度，但因要求背光而功耗高。在明亮的環(huán)境下，顯示被陽光沖掉。另一方面，反射型LCD顯示信息內(nèi)容要依靠環(huán)境光，因其不要光背光，故明顯減小了功耗，但其反差比一般較低，而且色飽和度比發(fā)射型差得多，在黑暗環(huán)境中，反射型LCD幾乎沒有能見度。
夏普(Sharp)提出了貫通型(transflective)LCD(美國專利6,281,952B1；6,295,109B1；6,330,047B1)，各像素分成R(反射型)與T(透射型)子像素，R與T的面積比通常為4∶1，有利于反射顯示。透射顯示只用于暗環(huán)境，旨在節(jié)能。
已知的兩種基本貫通型LCD是單晶胞隙(single cell gap)(見

圖1a)和雙晶胞隙(double cell gap)(見圖1b)。
后面揭示的美國專利局針對(duì)本發(fā)明內(nèi)容所作的最新研究，發(fā)布了下述8件美國專利授與西米祖(Shimizu)等人的美國專利6,341,002，描述了在貫通型LCD中獲取同等發(fā)光效率與反差比的雙晶胞隙方法。T像素的晶胞隙為R像素的兩倍大，要求兩塊相位補(bǔ)償膜；授與漢森(Hansen)等人的美國專利6,108,131，揭示了把非偏振光轉(zhuǎn)換成線性偏振光的技術(shù)，涉及到投影顯示光源，但不涉及顯示器本身；授與漢森等人的美國專利5,986,730，描述了用于其中使用線柵偏振器的反射與透射兩種器件的顯示器結(jié)構(gòu)，其中的反射與透射顯示器共享同樣的像素，覆蓋著整個(gè)像素；授與格林貝格(Grinberg)等人的美國專利4,688,897，同樣描述了把線柵偏振器用作反射型顯示器的反射器的顯示設(shè)備；授與魯(Lu)等人的美國專利5,764,324，描述了用功能與反射電極(第二基片)一樣的導(dǎo)電透明電極(第一基片)減少圖像保留的反射型顯示器；
授與奧基莫土(Okimoto)等人的美國專利6,281,952B1，描述了對(duì)發(fā)射與反射像素應(yīng)用兩個(gè)晶胞隙的貫通型LCD；授與庫伯(Kubo)等人的美國專利6,295,109B1，描述了有兩塊相位遲后膜的LCD；和授與庫伯等人的美國專利6,330,047B1，揭示了在兩基片間設(shè)置了LC層的LCD設(shè)備，一塊基片有透射電極，另一塊基片有反射電極區(qū)，透射電極與各像素區(qū)對(duì)應(yīng)。
為了更好地理解原有技術(shù)，可參照?qǐng)D1a與1b，圖1a示出原有技術(shù)應(yīng)用單晶胞隙的貫通型LCD視圖，圖1b示出原有技術(shù)應(yīng)用雙晶胞隙的貫通型LCD圖。單晶胞隙法對(duì)R與T兩種模式都應(yīng)用相同的晶胞隙(d)，該晶胞隙對(duì)R模式操作優(yōu)化，因光只通過LC層一次，故T模式的透光率低于50％。在雙晶胞隙法中，R與T子像素的晶胞隙分別為d與2d。在此方法中，R與T都能得到高發(fā)光效率，但T模式的響應(yīng)時(shí)間比R模式的響應(yīng)時(shí)間長四倍。上述諸法的共同問題是R與T像素的色飽和度不同，對(duì)R像素，環(huán)境光通過濾色器兩次，但對(duì)T像素，背光只通過濾色器一次，故它們的色飽和度不同。
利用上述文獻(xiàn)未揭示過的貫通型LCD來改善設(shè)備的色飽和度變得極為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明第一目的是提供對(duì)R與透射(T)兩種模式都使用單晶胞隙結(jié)構(gòu)的線柵反射器的反射型(R)與貫通型LCD。
本發(fā)明第二目的是提供應(yīng)用反射率與透射率都高的單晶胞隙的反射型與貫通型LCD。
本發(fā)明第三目的是提供應(yīng)用單晶胞隙的反射型與貫通型LCD，該單晶胞隙不需要任何相位遲后膜如1/4波膜或半波膜。
本發(fā)明第四目的是提供應(yīng)用單晶胞隙的反射型與貫通型LCD，該單晶胞隙允許對(duì)反射型顯示器使用透射型薄膜晶體管液晶基片。
本發(fā)明提供一種用于單晶胞隙反射與貫通型LCD的設(shè)備，包括具有反射與透射像素的單晶胞隙LCD；只覆蓋反射像素的線柵偏振器；反射離開反射像素的環(huán)境光；和通過透射像素使晶胞隙LCD不用相位遲后膜而實(shí)現(xiàn)高反差比的背光。本發(fā)明還提供一種應(yīng)用無相位遲后膜的單晶胞隙LCD的方法，該方法包括步驟設(shè)置具有反射與透射像素的單晶胞隙LCD；用線柵偏振器和寬帶膽甾型反射器(BCR)中的至少一個(gè)只覆蓋反射像素；使環(huán)境光反射離開反射像素；和使背光通過透射像素，讓晶胞隙LCD不用相位遲后膜而獲得高反差比。
通過以下對(duì)附圖示出的目前諸較佳實(shí)施例的詳述，將明白本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡介圖1a示出原有技術(shù)應(yīng)用單晶胞隙結(jié)構(gòu)的貫通型LCD視圖。
圖1b示出原有技術(shù)應(yīng)用雙晶胞隙結(jié)構(gòu)的貫通型LCD視圖。
圖2示出本發(fā)明在反射像素上埋式線柵偏振器的貫通型LCD。
圖3a與3b示出應(yīng)用垂直對(duì)準(zhǔn)(VA)LC晶胞的常黑模式。
圖4示出圖3中常黑模式的計(jì)算機(jī)模擬的電壓相關(guān)透射率(VT)與電壓相關(guān)反射率(VR)曲線。
圖5a與5b表示本發(fā)明應(yīng)用90°TN晶胞的另一實(shí)施例，圖5a示出電壓切斷態(tài)，圖5b示出電壓接通態(tài)。
圖6示出應(yīng)用90°TN晶胞的NW模式的計(jì)算機(jī)模擬的VT與VR曲線。
圖7示出本發(fā)明的一器件實(shí)施例。
圖8a示出應(yīng)用寬帶膽甾型反射器(BCR)、兩個(gè)環(huán)形偏振器和電壓為切斷態(tài)的同質(zhì)LC晶胞的常白模式。
圖8b示出電壓為接通態(tài)的圖8a。
圖9a示出應(yīng)用BCR、兩個(gè)環(huán)形偏振器和電壓為切斷態(tài)的VA LC晶胞的常黑貫通型LCD。
圖9b示出電壓為接通態(tài)的圖9a。
較佳實(shí)施例的描述在詳述本發(fā)明揭示的諸實(shí)施例之前，應(yīng)理解本發(fā)明并不限于這里示出的特定結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，因?yàn)楸景l(fā)明還擁有其它實(shí)施例。而且，本文使用的術(shù)語只為了說明，不作為限制。
根據(jù)本

發(fā)明內(nèi)容
，本發(fā)明為單晶胞隙的反射型與貫通型液晶顯示器TF-LCD提供一種新的器件結(jié)構(gòu)。對(duì)全反射型LCD，埋式線柵偏振器(WGP)用作環(huán)境光的偏振相關(guān)反射器。對(duì)貫通型LCD，WGP22只覆蓋反射像素24，如圖2所示。透射像素用銦錫氧化物與聚酰亞胺LC對(duì)準(zhǔn)層26覆蓋。各種LC對(duì)準(zhǔn)諸如90°扭絞向列或垂面排列(homeotropic alignment)都可實(shí)現(xiàn)常白與常黑模式。本發(fā)明方法有價(jià)值的獨(dú)特性在于，該晶胞結(jié)構(gòu)無需任何相位遲后膜而能得到高反差比。
如圖1a所示，夏普已揭示了原有技術(shù)的單晶胞隙法，晶胞隙必須對(duì)反射像素優(yōu)化，使透射效率大打折扣。圖1b所示的原有技術(shù)的雙晶胞隙結(jié)構(gòu)雖然提高了透射效率，但在顯現(xiàn)反射與透射兩種圖像時(shí)，透射像素的響應(yīng)時(shí)間比反射像素的響應(yīng)時(shí)間慢4倍。圖1a與1b所示方法的另一缺點(diǎn)是要用兩塊1/4波膜。一邊一塊。本文揭示的發(fā)明應(yīng)用單晶胞隙，不需要任何相位遲后膜。再者，本文描述的本發(fā)明能獲得高的反射率與透射率。
選擇LC模式的靈活性根據(jù)使用的LC對(duì)準(zhǔn)，能實(shí)現(xiàn)常白(NW)和常黑(NB)兩種模式。對(duì)NB模式，要求應(yīng)用負(fù)性介電各向異性LC的垂直對(duì)準(zhǔn)(VA)，而對(duì)NW模式則應(yīng)用90°扭絞向列型(TN)晶胞。
常黑模式圖3a與3b示出應(yīng)用VA LC晶胞的NB模式。在電壓斷開態(tài)，除了小預(yù)傾角(～2°)外，LC定向器幾乎都對(duì)準(zhǔn)得垂直于基片。頂與底線性偏振器交叉。假設(shè)頂線性偏振器發(fā)射進(jìn)入環(huán)境光的P偏振，當(dāng)P波通過LC層時(shí)，沒有相位遲后。線柵偏振器定位成發(fā)射P波而反射S波，發(fā)射的P波再被底線性偏振器吸收，不回射光。在透射通道中，背光的S波透過底線性偏振器并被項(xiàng)偏振器吸收。因而，反射與透射像素都呈黑色。
當(dāng)施加電壓超閾壓時(shí)，LC定向器被電場定向(圖3b)。因使用的LC具有負(fù)性介電各向異性(Δε＜0)，故定向器被定向成平行于基片表面，如圖1的右圖所示。LC晶胞的作用相當(dāng)于λ/2板。進(jìn)入環(huán)境光的P波轉(zhuǎn)換成S波而被WGP發(fā)射。S波再次穿過LC半波板而變成P波，最后透過項(xiàng)偏振器。同樣地，頂偏振器發(fā)射背光的S波，形成亮態(tài)。
光效率與灰度是貫通型LCD的兩個(gè)重要參數(shù)。圖4對(duì)圖3a與3b所示的常黑模式示出了計(jì)算機(jī)模擬的電壓相關(guān)透射率(VT)與電壓相關(guān)反射率(VR)曲線，R與T像素在5伏都達(dá)到100％光調(diào)制效率，電壓擺動(dòng)小于3Vrms。
常白模式圖5示出本發(fā)明應(yīng)用90°-TN晶胞的另一實(shí)施例。如左圖所示，環(huán)境光中通過頂偏振器的P波跟隨90°TN晶胞的扭絞而變?yōu)镾波。S波被埋式線柵偏振器反射。S波第二次通過TN晶胞后變?yōu)镻波而被頂偏振器發(fā)射，在零電壓時(shí)形成亮態(tài)。同樣在透射像素中，從背光進(jìn)入的S波被TN晶胞旋轉(zhuǎn)90°而變?yōu)镻波，該P(yáng)波透過頂偏振器后形成明亮圖像。
在高壓區(qū)，LC定向器沿電場方向定向，如圖5a與5b右圖所示，環(huán)境光或背光都見不到任何相位遲后，故觀察到黑態(tài)。
參照?qǐng)D5a與5b，常白貫通型顯示器應(yīng)用90°扭絞向列型(TN)晶胞，圖5a示出電壓斷開態(tài)，圖5b示出電壓接通態(tài)。
圖6繪出NW模式的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，VT與VR曲線具有十分相似的灰度，暗態(tài)電壓約3Vrms。低工作電壓導(dǎo)致低功耗，對(duì)移動(dòng)顯示器尤其重要。
簡單設(shè)備的制造在單偏振器反射型LCD中(見吳(Wu)與楊(Yang)的題為“反射式液晶顯示器(Reflective Liquid Crystal Displays)論文，Wiley-SID，2001)，薄膜晶體管(TFT)可埋在鋁反射器下面，主要優(yōu)點(diǎn)是TFT孔徑比增至約90％，但制造工藝要復(fù)雜得多。本發(fā)明可使用透射型TFT基片，如圖7所示。圖7中，TFT與WGP反射器位于不同基片，可分開制作，產(chǎn)量高。
不需要相位遲后膜通常，無1/4波膜的單偏振器反射型LCD的反差比很差(＜10∶1)，因?yàn)樵撈衿鞅挥米鲀蓚€(gè)平行的偏振器。本發(fā)明中，線柵偏振器與頂片狀偏振器一起用作反射像素的交叉偏振器，兩偏振器在透射像素上交叉，故本發(fā)明提供了高反差比，不需要任何相位遲后膜。
本發(fā)明的擴(kuò)展線柵偏振器通常用電子束蝕刻或全息照相法制作。為置換WGP，可像圖8a志8b那樣淀積寬帶的膽甾型反射器(BCR)。BCR可用梯度節(jié)距膽甾型液晶實(shí)現(xiàn)(如勃魯厄(D.Broe)r等人發(fā)表的論文，發(fā)表在”Asia Display”1995年第735-8頁)，此時(shí)用兩個(gè)環(huán)形偏振器代替線性偏振器，可實(shí)現(xiàn)常白(圖8a與8b)與常黑(圖9a與9b)兩種模式。
常白模式圖8a與8b分別表示電壓的斷與通狀態(tài)。在電壓斷態(tài)，右側(cè)頂環(huán)形偏振器(RCP)發(fā)射環(huán)境光的左側(cè)偏振。同質(zhì)晶胞的相位遲后相當(dāng)于半波板，即dΔn＝λ/2，其中d是晶胞隙，Δn是LC雙折射率，λ為波長。左側(cè)環(huán)形波通過半波LC層后變?yōu)橛覀?cè)環(huán)形波，從BCR反射后，右側(cè)波保持不變。這是膽甾型反射器的主要特征。右側(cè)波穿過LC層不止一次，其偏振向左側(cè)旋轉(zhuǎn)并透過右側(cè)的頂環(huán)形偏振器。背光也同樣透過，形成零電壓亮態(tài)。
在高壓態(tài)，LC定向器被電場定向，使其相位遲后變零。入射的環(huán)境光透過BCR被底環(huán)形偏振器吸收，透過底偏振器的背光被頂偏振器阻斷，呈現(xiàn)暗態(tài)。
常黑模式另一實(shí)施例使用的垂直LC對(duì)準(zhǔn)和負(fù)性介電各向異性(Δε＜0)LC材料。圖9a與9b示出了工作機(jī)理，分別代表電壓斷與通狀態(tài)。在電壓斷態(tài)，LC定向器垂直于基片表面，故其相位遲后為零，即δ＝0。環(huán)境光被底偏振器阻斷，背光被頂偏振器阻斷，形成良好的暗態(tài)。當(dāng)電壓接通使LC層變?yōu)榘氩ò鍟r(shí)，環(huán)境光被反射，背光可透過，看到亮態(tài)。
本發(fā)明可應(yīng)用于各種商品，諸如Gameboy、電子記事簿(PDA)設(shè)備和其它有顯示器的手持式設(shè)備。
雖然對(duì)本發(fā)明的某些實(shí)施例或?qū)嵺`中設(shè)想的修正作了描述與圖示，但本發(fā)明范圍不打算也不看作受此限制，本文提出的其它修正或?qū)嵤├急惶氐乇Ａ?，因?yàn)樗鼈兌悸湓谒饺鐧?quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于單晶胞隙反射型與貫通型液晶顯示器的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括(a)具有反射像素與透射像素的單晶胞隙液品顯示器(LCD)；(b)只覆蓋反射像素的線柵偏振器(WGP)；(c)反射離開反射像素的環(huán)境光裝置；和(d)讓背光通過透射像素的裝置，從而使晶胞隙LCD實(shí)現(xiàn)高反差比而不用相位遲后膜。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括覆蓋透射像素的對(duì)準(zhǔn)層。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，對(duì)準(zhǔn)層包括銦錫氧化物(ITO)與聚酰亞胺(PI)。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括位于晶胞隙上方的ITO/PI層與位于晶胞隙下方的另一ITO/PI層。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括(a)晶胞隙上方的上偏振器層；和(b)晶胞隙下方的下偏振器層。
6.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括(a)晶胞隙LCD上方的上偏振器層；和(b)晶胞隙LCD下方的下偏振器層。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述線柵偏振器用離子束蝕刻工藝形成。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述線柵偏振器用全息照相法形成。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括晶胞隙LCD上方的薄膜晶體管(TFT)。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括用于替代線柵偏振器的寬帶膽甾型發(fā)射器(BCR)。
11.一種用于單晶胞隙反射型與貫通型液晶顯示器的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括(a)具有發(fā)射像素與透射像素的單晶胞隙液晶顯示器(LCD)；(b)只覆蓋反射像素的寬帶膽甾型反射器(BCR)；(c)使環(huán)境光反射離開反射像素的裝置；和(d)使背光通過透射像素的裝置，從而使單晶胞隙LCD實(shí)現(xiàn)高反差比而不用相位遲后膜。
12.一種應(yīng)用無相位遲后膜的單晶胞隙液晶顯示器(LCD)的方法，其特征在于，所述方法包括步驟(a)設(shè)置具有反射像素與透射像素的單晶胞隙LCD；(b)用線柵偏振器(WGP)和寬帶膽甾型反射器(BCR)中至少一個(gè)只覆蓋反射像素；(c)使環(huán)境光反射離開反射像素；和(d)使背光通過透射像素，從而使晶胞隙LCD獲得高反差比而不用相位遲后膜。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述覆蓋采用WGP。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述覆蓋采用寬帶膽甾型反射器(BCR)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述覆蓋還采用WGP。
全文摘要
一種用于單晶胞隙反射型與貫通型液晶顯示器(TF－LCD)的器件結(jié)構(gòu)。對(duì)整個(gè)反射型LCD而言，埋式線柵偏振器(WGP)(22)的作用對(duì)環(huán)境光為偏振相關(guān)；對(duì)貫通型TF－LCD，WGP只覆蓋反射像素(24)。揭示內(nèi)容還包括應(yīng)用無相位遲后膜的單晶胞隙LCD的方法，其做法是設(shè)置具有反射像素(24)與透射像素的單晶胞隙LCD，用線柵偏振器(22)和寬帶膽甾型反射器(BCR)中的至少一種只覆蓋反射像素，使環(huán)境光反射離開反射像素，使背光通過透射像素，從而晶胞隙LCD能得到高反差比而不用相位遲后膜。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK1678949SQ03814999
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2003年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月7日
發(fā)明者S·-T·吳 申請(qǐng)人:中佛羅里達(dá)大學(xué), 統(tǒng)寶光電股份有限公司