專利名稱：半穿透半反射液晶顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶顯示器件，特別涉及一種半穿透半反射液晶顯示器件。
半穿透半反射液晶顯示器，特別是半穿透半反射彩色有源矩陣液晶顯示器(AM-LCD)目前通常用于可移動(dòng)的、手持應(yīng)用。這種顯示器件是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈兙哂邢鄬Φ偷墓暮土己玫漠嬅嫘Ч?front-of-screen performance)。半穿透半反射型液晶顯示器是使用來自設(shè)置在顯示器背面的背光源的光以透射模式工作和使用環(huán)境光而以反射模式工作的顯示器。因此，該半穿透半反射顯示器在明亮和黑暗的條件下都具有優(yōu)良的可讀性。
特別是，這種半穿透半反射LCD器件的像素包括以反射模式工作的反射子像素和以透射模式工作的透射子像素。
然而，對于半穿透半反射AM-LCD來說，通常分別在反射和透射子像素的光學(xué)性能之間進(jìn)行折衷。另一方面，如果分別調(diào)節(jié)反射和透射模式的光學(xué)性能，則該設(shè)置經(jīng)常變得難以制造。半穿透半反射AM-LCD存在的另一問題是驅(qū)動(dòng)電壓經(jīng)常很高，因此希望使用較低驅(qū)動(dòng)電壓的顯示器。
為了克服上述問題人們已經(jīng)做出了各種努力。一個(gè)這樣的例子公開在

圖1a和1b中。這種器件包括第一和第二基板21、22，在這兩個(gè)基板之間夾著液晶材料層23，所述部件一起形成液晶單元24。該像素被分為透射部分25和反射部分26。而且，構(gòu)圖反射器層27設(shè)置在第二基板和液晶層之間，以便使反射器只存在于一部分像素中，因此限定透射和反射部分25和26。反射器層27設(shè)置在單元24內(nèi)，以便避免視差，并且由于這個(gè)原因，必須采用延遲箔28作為單元的觀看側(cè)上的外部箔。而且，該器件包括正面分析器29、背面偏光器30、背面延遲箔31和背光源32。在黑暗和明亮狀態(tài)下的半穿透半反射像素的光學(xué)表現(xiàn)分別示于圖2和3中。
該顯示器件的光學(xué)性能主要取決于以下單元參數(shù)。偏光器30和分析器29的取向；反射子像素的單元間隙D1；透射子像素的單元間隙D2，液晶層23的扭曲角和單元兩側(cè)上的延遲層的數(shù)量(這里為28、31)，以及它們的取向和延遲。
利用上述單元參數(shù)可以優(yōu)化關(guān)于以下項(xiàng)目的性能參數(shù)反射率；透射率；對比率(反射和透射)；驅(qū)動(dòng)電壓(對于反射和透射子像素是相同的，優(yōu)選盡可能低)；所有灰度級的色度；和視角。
然而，利用現(xiàn)有技術(shù)顯示器，證實(shí)了不可能通過改變上述單元參數(shù)同時(shí)完全優(yōu)化所有性能參數(shù)。因此希望采用替代解決方案。
已經(jīng)在國際專利申請WO 2003/019276中提出的一個(gè)解決方案是對正面(觀看者一側(cè))延遲層進(jìn)行構(gòu)圖，以便能夠針對反射和透射子像素分別使用不同的延遲值和延遲取向。然而，這種解決方案增加了對所述延遲層進(jìn)行構(gòu)圖的制造步驟。
已經(jīng)提出的另一種方案是對于透射和反射子像素使用不同的扭曲角，但是這個(gè)方案也增加了一些制造難度。
因此，希望提供一種進(jìn)一步改進(jìn)的顯示器件，允許上述優(yōu)化并克服上述問題。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種顯示器件，克服現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，并能以高性價(jià)比(cost-efficient)的方式改進(jìn)性能。
通過經(jīng)介紹的半穿透半反射液晶顯示器件至少部分地實(shí)現(xiàn)了上述和其它目的，其包括上部第一基板和下部第二基板，并包括用于限定顯示器的反射和透射部分的裝置；液晶層，設(shè)置在第一基板和第二基板之間；所述裝置包括用于反射部分的反射層，用于反射落入顯示器件內(nèi)的環(huán)境光，反射層設(shè)置在所述液晶層和第二基板之間；以及單元內(nèi)延遲層，在顯示器的反射部分上方延伸并設(shè)置在所述液晶層和反射層之間。
“單元內(nèi)延遲層”應(yīng)該解釋為設(shè)置在液晶單元內(nèi)部的延遲層，即設(shè)置在基板之間，與常規(guī)延遲層相反，常規(guī)延遲層是在外部形成，然后固定到一個(gè)基板上，并處于液晶單元的外部。更具體地講，根據(jù)本發(fā)明，單元內(nèi)延遲層設(shè)置在反射層的頂部，優(yōu)選直接位于其頂部。
包括單元內(nèi)延遲層可以實(shí)現(xiàn)具有高反射、高透射和同時(shí)具有良好對比率的半穿透半反射液晶光學(xué)模式。通過包含位于單元內(nèi)部的延遲器層，可以設(shè)計(jì)新的光學(xué)模式。單元內(nèi)延遲器的特性限定了額外的單元參數(shù)，因此在設(shè)計(jì)中增加了額外的自由度。由此，便于上述顯示參數(shù)的優(yōu)化。特別是，根據(jù)本發(fā)明的LCD器件可呈現(xiàn)高反射、高透射和良好對比率。
同時(shí)，這種設(shè)置允許使用未構(gòu)圖的正面延遲層。因此，在制造顯示器時(shí)，掩模步驟的數(shù)量可以相對少，并且這也轉(zhuǎn)化成半穿透半反射有源矩陣液晶顯示器的相對便宜的制造。
而且，使用本發(fā)明的單元內(nèi)延遲器能減少總液晶組件的厚度，因?yàn)閱卧獌?nèi)延遲器可以做得比常規(guī)外部延遲箔更薄。
適當(dāng)?shù)?，單元?nèi)延遲層主要在顯示器的反射和透射部分的上方延伸。對于顯示器件的透射部分，單元內(nèi)延遲層設(shè)置在液晶層和第二基板之間，并優(yōu)選設(shè)置成直接與液晶層相鄰。優(yōu)選地，液晶層是扭曲向列、非扭曲向列或垂直取向液晶層中的一種。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示器件還包括設(shè)置在第二基板背面的至少一個(gè)附加延遲層。該延遲層是設(shè)置在液晶單元外部的常規(guī)延遲層。通過在顯示器件中包括該層，可以補(bǔ)償透射子像素的單元內(nèi)延遲器，或者，可以將單元內(nèi)延遲器的任何效果改變?yōu)橹挥糜谕干錉顟B(tài)的任何希望的其它延遲效果。還可以包括多個(gè)延遲層，例如，這是為了改進(jìn)對可見光的所有波長的補(bǔ)償。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，透射部分的單元間隙等于反射部分的單元間隙，所述單元間隙即液晶層的厚度。優(yōu)選地，透射部分的單元間隙不同于反射部分的單元間隙。這是所謂的半穿透半反射LCD器件的雙單元間隙結(jié)構(gòu)。
適當(dāng)?shù)?，將透明像素電極設(shè)置在單元內(nèi)延遲層和用于液晶層的取向?qū)又g，以便減少所需的外部驅(qū)動(dòng)電壓。通過包括這種附加像素電極，避免了單元內(nèi)延遲層上的電壓降。外部施加的電壓等于液晶層上的電壓，因此可以保持很低。這導(dǎo)致減少功耗并且可以使用較少的昂貴驅(qū)動(dòng)器。
優(yōu)選地，所述液晶層的扭曲角是大約80°至100°，更優(yōu)選為大約90°。所述單元內(nèi)延遲器適當(dāng)?shù)鼐哂性?00nm和180nm之間的延遲。此外，液晶層的有效延遲(dΔn)在顯示器的反射部分中優(yōu)選在150-300nm之間，在顯示器的透射部分中優(yōu)選在150-600nm之間。這可以通過使用雙單元間隙結(jié)構(gòu)很方便地實(shí)現(xiàn)。
下面將參照附圖借助本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。
圖1a是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的顯示器件的半穿透半反射光電顯示像素的剖面圖；圖1b是在圖1a中公開的像素的頂視圖；圖2是在黑暗狀態(tài)下、在圖1a的現(xiàn)有技術(shù)半穿透半反射像素中的光路的示意性的光學(xué)表現(xiàn)；圖3是在明亮狀態(tài)下、在圖1a的現(xiàn)有技術(shù)半穿透半反射像素中的光路的示意性的光學(xué)表現(xiàn)；圖4a是根據(jù)本發(fā)明的顯示器件的半穿透半反射光電顯示像素的剖面圖；圖4b是圖4a中公開的像素的頂視圖；圖5是示出從觀看側(cè)看到的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的像素的透射部分的光學(xué)版圖的示意圖，其中所有層都以頂視圖示出；
圖6是示出從觀看側(cè)看到的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的像素的反射部分的光學(xué)版圖的示意圖，其中所有層都以頂視圖示出；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的反射和透射率與液晶單元上的施加電壓關(guān)系的示意圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的心理測試色度與液晶單元上的施加電壓關(guān)系的示意圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的對比率與用于像素的觀看方向關(guān)系的輪廓圖，其中實(shí)線表示透射率，虛線表示反射率；圖10是示出從觀看側(cè)看到的根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的像素的透射部分的光學(xué)版圖的示意圖，其中所有層都以頂視圖示出；圖11是示出從觀看側(cè)看到的根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的像素的反射部分的光學(xué)版圖的示意圖，其中所有層都以頂部圖示出；圖12是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的反射和透射率與液晶單元上的施加電壓關(guān)系的示意圖；圖13是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的心理測試色度與液晶單元上的施加電壓關(guān)系的示意圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的對比率與用于像素的觀看方向關(guān)系的輪廓圖，其中實(shí)線表示透射率，虛線表示反射率。
在圖4a和4b中公開了本發(fā)明的主要實(shí)施例。圖4a是顯示器件的半穿透半反射光電顯示像素的剖面圖。相應(yīng)的光電顯示像素的頂視圖在圖4b中公開。光電顯示像素處于本例中，并設(shè)有扭曲向列液晶材料層4，該液晶材料層被夾在第一和第二基板2、3之間，并一起形成液晶單元19。為了控制液晶材料4，基板2、3還按照本身公知的方式設(shè)有電極結(jié)構(gòu)15、16和取向?qū)?7、18。在第一基板2上，設(shè)置正面延遲層8和分析器11，并在所述第二基板3的背面設(shè)置背面延遲層9、偏光器10和背光源6。
而且，根據(jù)本發(fā)明，反射層5設(shè)置在液晶層4和第二基板3之間。反射層5被構(gòu)圖，從而形成像素的透射部分13和反射部分12。在本例中，像素的反射部分中的單元間隙D1小于像素的透射部分中的單元間隙D2。在反射層5和液晶層4之間，還設(shè)置單元內(nèi)延遲層7。該層例如可以通過液晶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)淀積在液晶單元內(nèi)。該層效果將在下面進(jìn)一步說明。
例1(90TN45)這里參照圖5-9說明本發(fā)明的一個(gè)例子。
這里，液晶層4是扭曲向列層，其扭曲角為90°，觀看側(cè)指示器的取向相對于分析器為45°(本實(shí)施例可以被稱為90TN45)。這種顯示器的示意版圖示于圖5中(對于透射模式)和圖6中(對于反射模式)。如圖4a所示，透射部分的單元間隙D2大于反射部分的單元間隙D1(500nm對242nm)。單元內(nèi)延遲器7是具有138nm延遲的單軸延遲器。此外，背面延遲層9是具有相同延遲即138nm的延遲器，但是其取向與單元內(nèi)延遲層7的取向相差90°。因此，背面延遲層9完全補(bǔ)償了像素的透射部分中的單元內(nèi)延遲器7。
在圖7中，顯示了在這個(gè)光學(xué)模式下的透射和反射率與電壓的關(guān)系。在本圖中，x軸上的電壓是在液晶層和取向?qū)由系氖┘与妷?。如從圖7可以看到的那樣，明亮狀態(tài)下的反射和透射率很高，并且在相對低的電壓下可以實(shí)現(xiàn)非常高的對比率。明亮狀態(tài)下的反射和透射率非常接近于100％。在相應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)顯示器中，在沒有根據(jù)本發(fā)明的單元內(nèi)延遲器的情況下，相應(yīng)光學(xué)模式中的反射率為大約90％，而且，例如，需要單元的正面?zhèn)壬系臉?gòu)圖延遲器來實(shí)現(xiàn)60％以上的透射率。因此，本發(fā)明的設(shè)置與現(xiàn)有技術(shù)相比是有利的。
在圖8中，公開了對于90TN45模式的心理測試色度與電壓的關(guān)系。該色度是像素的顏色的測量值，并且應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于50％以便是可接受的。如圖8所示，利用本發(fā)明，色度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這一水平。而且，如圖9所示，本發(fā)明的顯示器的視角特性很好。而且，該顯示器的總疊置體(total stack)可以旋轉(zhuǎn)，以便將具有最好光學(xué)性能的方向與最常用的視角對準(zhǔn)。
例2(低電壓方案)如前面參照圖7所述的那樣，圖7的x軸上的電壓是施加于液晶層和取向?qū)由系碾妷骸Ｈ欢?，由于在下基?上的電極和液晶層4之間存在本發(fā)明的延遲層，因此電極上的實(shí)際電壓(即由列驅(qū)動(dòng)器提供的電壓)必須更大。作為例子，使用具有厚度/介電常數(shù)比d/ε＝0.25的延遲器7，則根據(jù)例1的光學(xué)模式的暗電壓將處于6.5V外部施加電壓，代替圖7中所示的4.5V。例2的目的在于減小該電壓。
這可以通過在圖4a中的單元內(nèi)延遲器7和取向?qū)?8之間淀積透明導(dǎo)電電極來實(shí)現(xiàn)。希望具有貫穿延遲器7的貫通接觸。然而，這個(gè)方案由于增加了掩模和處理步驟的數(shù)量而導(dǎo)致制造成本的增加。而且，由于透明導(dǎo)電電極(ITO)的透射率僅僅為大約80％-90％，因此顯示器的亮度將減小。
或者，可以通過采用光學(xué)模式以便補(bǔ)償延遲器層上的損失來減小上述電壓。這里將參照圖10-14說明后一種方案的一個(gè)例子。
這里，液晶層4是扭曲向列層，其扭曲角為90°，其觀看側(cè)指示器的取向相對于分析器為110°(本實(shí)施例被稱為低電壓方案)。用于本顯示器的示意版圖示于圖10(對于透射模式)和圖11中(對于反射模式)。如圖4a所示，透射部分的單元間隙大于反射部分的單元間隙(這里對應(yīng)500nm對262nm的延遲)。單元內(nèi)延遲器7是具有160nm延遲的單軸延遲器。此外，背面延遲層9是具有140nm延遲的延遲器，并且其取向與單元內(nèi)延遲器7的取向相差90°。
在圖12中，示出了用于這個(gè)低電壓光學(xué)模式的透射率和反射率與電壓的關(guān)系。在該圖中，x軸上的電壓是施加在電極上的電壓，假設(shè)單元內(nèi)延遲器7為1μm厚且ε＝4。如果用與圖7相對應(yīng)的方式繪制，暗電壓為大約3V，正如從圖12看到的那樣，列驅(qū)動(dòng)器電壓在5V以下。在圖13中，可以看到本實(shí)施例的色度值稍微大于上述第一例中的色度值(見圖8)。而且，從圖14可以看出，與圖9中公開的上述例子相比，視角稍有減小。
然而應(yīng)該注意到本發(fā)明的上述實(shí)施例和例子不構(gòu)成對本發(fā)明的限制，而是將其給出作為可以如何利用本發(fā)明的例子。本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下將能夠設(shè)計(jì)很多本發(fā)明的可選實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種半穿透半反射液晶顯示器件，包括上部第一基板(2)和下部第二基板(3)，包括用于限定所述顯示器的反射部分(12)和透射部分(13)的裝置；液晶層(4)，設(shè)置在所述第一基板(2)和所述第二基板(3)之間；所述裝置包括用于所述反射部分(12)的反射層(5)，用于反射落入所述顯示器件內(nèi)的環(huán)境光，所述反射層(5)設(shè)置在所述液晶層(4)和所述第二基板(3)之間，以及單元內(nèi)延遲層(7)，其在所述顯示器的所述反射部分(12)上方延伸并設(shè)置在所述液晶層(4)和所述反射層(5)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器件，其中所述單元內(nèi)延遲層(7)主要在所述顯示器的所述反射部分(12)和透射部分(13)上方延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器件，其中所述液晶層(4)是扭曲向列、非扭曲向列或垂直取向液晶層中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器件，還包括設(shè)置在所述第二基板(3)背面的至少一個(gè)附加延遲層(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器件，其中所述透射部分(13)的所述單元間隙(D2)等于所述反射部分(12)的所述單元間隙(D1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器件，其中所述透射部分(13)的所述單元間隙(D2)不同于所述反射部分(12)的所述單元間隙(D1)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器件，其中透明像素電極設(shè)置在所述單元內(nèi)延遲層(7)和取向?qū)?8)之間并靠近所述第二基板(3)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器件，其中所述液晶層(4)的扭曲角為大約80°-100°，優(yōu)選為大約90°。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器件，其中所述單元內(nèi)延遲層(7)具有在100nm與180nm之間的延遲。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器件，其中所述液晶層(4)的有效延遲(dΔn)在所述顯示器的所述反射部分(12)中在150-300nm之間，在所述顯示器的所述透射部分(13)中在150-600nm之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半穿透半反射液晶顯示器件，包括上部第一基板(2)和下部第二基板(3)，包括用于限定顯示器的反射部分(12)和透射部分(13)的裝置。液晶層(4)設(shè)置在第一基板(2)和第二基板(3)之間。對于反射部分，提供反射層(5)，用于反射落入顯示器件內(nèi)的環(huán)境光。該半穿透半反射LCD器件還包括至少用于反射部分(12)的單元內(nèi)延遲層(7)，其設(shè)置在所述反射層(5)和液晶層(4)之間。優(yōu)選單元內(nèi)延遲層(7)也在透射部分(13)上方延伸。包括單元內(nèi)延遲層(7)，對于顯示器的反射部分(12)和透射部分(13)都可以實(shí)現(xiàn)具有高反射率、高透射率和同時(shí)具有良好對比率的半穿透半反射液晶光學(xué)模式。
文檔編號G02F1/13363GK1788232SQ200480013173
公開日2006年6月14日 申請日期2004年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月16日
發(fā)明者桑德爾·J·羅森達(dá)爾, 利奧·M·韋格爾斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司