CN100365480C - 单间隔半穿透半反射式液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

一种半穿透半反射式液晶显示器，可在明暗状态转换间，施加不同电压于穿透区及反射区中，使穿透区中液晶层光学特性的改变不同于反射区中液晶层光学特性的改变。在明亮状态中，穿透区及反射区中的液晶层的功能等同于半波片，可改变往返光束的线性极化轴。在黑暗状态下，穿透区中的液晶层不会影响光束的极化轴，但反射区中的液晶层效果等同于四分之一波板，可改变往返反射区光束的极化轴。因此，不需额外的半波板及四分之一波板。

Description

单间隔半穿透半反射式液晶显示器
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器，特别是涉及一种半穿透半反射式液晶显示器。
背景技术
由于液晶显示器不占空间及低耗电量的特色，使得液晶显示器(LCD)已广泛应用在各类电子产品上，例如可携带式的个人电脑、数码相机及投影机等产品。一般来说，液晶显示器可分为穿透式、反射式及半穿透半反射式；其中穿透式液晶显示器是利用一背光模组来当作其光源。反射式液晶显示器是用周围环境光为其光源；半穿透半反射式液晶显示器则是使用背光模组及周围环境光为其光源。
在现有技术中，如图1所示，彩色液晶显示器1具有二维阵列的像素区10。每一个像素区10又包含了多个次像素区，分别为红、绿、蓝三原色，并分别利用彩色滤光片来形成三原色。图2显示传统半穿透半反射式液晶显示器中像素区结构的平面图，其中像素区可分成三个次像素区100R、100G及100B，每一个次像素区又可分成穿透区(TA)及反射区(RA)。
图3显示典型的次像素区100，其中包括上层结构、下层结构，以及置于上层及下层结构之间的液晶层190。上层结构中包括偏光板120、半波片130、四分之一波片140、彩色滤光片(未显示)以及上层电极150。上层电极150为一基本上透明的材料，例如ITO。下层结构包括一具有穿透电极170及反射电极160的电极层。穿透电极170为一透明材料，例如ITO。反射电极160也可用来当作反射镜，是由一或多种反射金属所形成，如Al、Ag、Cr、Mo、Ti及AlNd。下层结构还包括保护层(PL)180、元件层200、四分之一波片142、半波片132及偏光板122。除此之外，穿透电极170透过连接器184电连接至元件层200，反射电极160透过连接器182电连接至元件层200。
如图3所示的穿透区域，光自背光源穿过下层结构进入像素区，接着穿过液晶层及上层结构。在反射区中，光在被反射电极160反射前，先穿过上层结构及液晶区。
如图3所示的次像素结构为单一间隔结构。单一间隔的半穿透半反射式液晶显示器的主要缺点为：在相同的电压范围下，穿透电极的穿透率(V-T曲线)与反射电极的反射率(V-R曲线)无法同时达到最大值。因此，当穿透率到达一较大值时，反射率会产生反转。
半穿透半反射式液晶显示器已采用一种双间隔的设计，以克服上述反转的问题。如图4所示，在双间隔式半穿透半反射式液晶显示器中，反射区中的间隔GR为在穿透区中间隔GT的二分之一。因此，反射区中液晶层190的厚度为穿透区中液晶层厚度的二分之一。如此，液晶显示器的穿透率及反射率将会一致。
图5A及图5B显示正常亮态调整扭转向列(normally white modulatedtwisted nematic，NW-MTN)液晶显示器。如图5A所示，当通过液晶层190的驱动电压较低时，液晶分子顺着上层电极150的表面排列，如此液晶层190在穿透区及反射区中可当作半波片。当通过液晶层190的驱动电压较高时，液晶层不再为半波片。如图5B所示，液晶层190不会改变穿过液晶层光束的极化状态。
尽管双间隔半穿透半反射式液晶显示器的光学特性优于单间隔半穿透半反射式液晶显示器，但反射区及穿透区中间隔的工艺却非常复杂，且双间隔半穿透半反射式液晶显示器的生产成品率低于单间隔半穿透半反射式液晶显示器的生产成品率。因此，业界极需要一种方法来制造兼具单间隔及双间隔半穿透半反射式优点的液晶显示器。
发明内容
本发明的半穿透半反射式液晶显示器主要是以单间隔的设计来简化工艺。本发明的液晶显示器也可使穿透区的穿透率与反射区的反射率在明暗两种状态下相匹配。通过在穿透区及反射区中使用不同的驱动电压，可使穿透区及反射区中液晶层中的光学特性产生不同的变化。确切而言，在明亮状态下，穿透区及反射区中的液晶层可当作一半波板来改变穿透光的线性极化轴。在黑暗状态下，穿透区中的液晶层不会影响穿透光的极化轴，但是反射区中的液晶层用来当作四分之一波板，因此，本发明不需额外的半波板及四分之一波板。
在明暗状态转换之间，施加在穿透区液晶层电压的改变量优选为施加在反射区液晶层电压改变量的两倍。为了达到这样的电压改变量，可在穿透区及反射区中的电极上施加不同的电压。也可在反射区中配置一介电层，用来降低通过反射区中液晶层的电压。
附图说明
图1为现有技术中液晶显示器面板示意图。
图2为现有彩色液晶显示器面板的像素示意图。
图3为先前技术中单间隔液晶显示器的次像素截面图。
图4为先前技术中双间隔液晶显示器的次像素截面图。
图5A为现有正常亮态(normally white)调整扭转向列双间隔液晶显示器中在亮态时光束的极化态。
图5B为图5A在暗态时光束的极化态。
图6A为本发明的常时亮态调整扭转向列单间隔液晶显示器在亮态下光束的极化态。
图6B为本发明的常时亮态调整扭转向列单间隔液晶显示器在暗态下光化态。
图7A为单间隔液晶显示器穿透率对电压的关系图。
图7B为现有单间隔液晶显示器反射率对电压的关系图。
图7C为本发明单间隔液晶显示器反射率对电压的模拟关系图。
图8A为本发明实施例中在穿透区及反射区达成不同电压。
图8B为本发明另一实施例中在穿透区及反射区达成不同电压。
图8C为本发明另一实施例中在穿透区及反射区施加不同电压。
图9A为液晶显示器在亮态下操作时，本发明的不同实施例的示意图。
图9B为本发明在暗态时本发明的不同实施例。
图10为本发明的另一实施例。
简单符号说明
次像素区～100；偏光板～120、122；半波片～130、132；四分之一波片～140、142；上层电极～150；上层电极区域～152、154；反射电极～160；穿透电极～170；保护层～180；连接器～182、184；液晶层～190；元件层～200；基板～210；介电层～220
具体实施方式
不同于现有技术，本发明未使用半波板与四分之一波板来改变光线的极化状态。此外，本发明利用一单间隔的设计来使穿透区中的穿透率与反射区中的反射率相匹配。图6A及图6B显示本发明液晶显示器100两种不同的状态。如图6A所示，当半穿透半反射式液晶显示器100在明亮状态下，液晶层190中的液晶分子的方位基本上平行于电极150、160及170。在这种状态时，液晶层当作半波板，因此线性极化光束的极化轴转变90度，也可转变其它角度。在黑暗状态下，施加于穿透区液晶层的电压使得液晶分子的方位基本上垂直于电极150及170。因此，穿透区中液晶层190并未改变线性极化光束的极化轴。然而，施加于反射区中液晶层的电压约为施加于穿透区液晶层电压的一半，造成反射区中的液晶分子倾斜，因此反射区中的液晶层如同四分之一波板，使入射光束在通过液晶层后由线性极化光束变成圆形极化光束，因此射出光束的极化轴与射入光束的极化轴差90度角，如图6B所示。
本发明半穿透半反射式液晶显示器100在明暗状态转换间，穿透区中液晶层极化特性的改变等同于半波板的效果。然而，反射区中液晶层极化特性的改变等同于四分之一波板的效果。以光学效果来说，本发明的单间隔半穿透半反射式液晶显示器等同于现有技术的双间隔半穿透半反射式液晶显示器。
图7A及图7B显示现有技术的双间隔半穿透半反射式液晶显示器中，穿透区的穿透率与反射区的反射率随电压变化时的不匹配。如图7C所示，在本发明单间隔半穿透半反射式液晶显示器中，反射率与图7A所示的穿透率非常匹配，其中反射率为施加电压的函数。
比较图6A与图6B可得知，当光束穿过半穿透半反射式液晶显示器100穿透区的液晶层后，在明亮及黑暗状态间光束极化轴方位的差距为90度，然而光束在反射区中必须行经两倍的距离才能达到上述极化轴的方位差距。进一步来说，在现有技术的正常亮态调整扭转向列(normally white modulatedtwisted nematic，NW-MTN)液晶显示器中，当光束进出液晶层190后产生圆形极化，如图5A及图5B所示。在本发明的正常亮态调整扭转向列(normallywhite modulated twisted nematic，NW-MTN)液晶显示器中，光束在进出液晶层后产生线性极化。在先前技术的扭转向列(modulated twisted nematic，MTN)液晶显示器中，如图3至图5B所示，需使用两个半波板及两个四分之一波板，然而在本发明的扭转向列(modulated twisted nematic，MTN)液晶显示器中不需额外的半波板及四分之一波板。
为了在穿透区及反射区中获得不同的极化改变量，施加在反射区液晶层的电压需小于施加在穿透区液晶层的电压。施加在反射区液晶层的电压优选为施加在穿透区液晶层电压的二分之一。本发明可使用各种方法来施加不同的电压，例如，可在反射电极160的顶部配置一基本上透明的介电层，可使施加于反射区液晶层的电压大幅降低。如图8A所示，一部分保护层180覆盖反射电极160，如此一来，若反射电极160及穿透电极170施加相同的电压，穿透区及反射区中液晶分子的方位也会不同。
另一种方法可将部分上层电极披覆一基本上透明的介电层来降低反射区液晶层的电压。如图8B所示，在一基板210的上电极区域152覆盖一介电层220，而上层电极区域154露出在液晶层190中。在此实施例中，反射电极160不需覆盖介电层。反射电极及穿透电极可连接至相同电压源。
在本发明不同实施例中，如图8C所示，可在反射电极及穿透电极上施加不同电压。
如图6A及图6B所示的实施例，可更进一步改善以加强其画质，例如，可在上层偏光板120及上层电极150间配置一半波板来改善反射色彩的品质，如图9A及图9B所示。此外，可将一调节片230，例如一单轴向薄膜、一双轴向薄膜以及一液晶薄膜，可配置在下层偏光片122及下层电极170之间来改善透光区中的对比度，如图10所示。
虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。

Claims (6)

1.一种单间隔半穿透半反射式液晶显示器，可在一第一及一第二操作状态下运作，包括：
一第一基板；
一第二基板，相对于该第一基板；
一第一偏光板，置于该第一基板之上；
一液晶层，置于该第一基板与该第二基板之间，该液晶层对应多个像素，每一像素具有一穿透区及一反射区，在该穿透区中，光线自该第二基板进入该液晶层，经由该第一基板离开，在该反射区中，光线自该第一基板进入该液晶层经折返自该第一基板离开；以及
多个电极，用以施加一第一电压于该穿透区中的该液晶层，以及施加一第二电压于该反射区中的该液晶层，其中该第一及该第二电压会在该第一及该第二操作状态转换时改变，且其中该第二电压的改变小于该第一电压的改变，使得
该液晶显示器在该第一操作状态下运作时，当光经过该穿透区进入及离开该液晶层时，会沿不同方向的极化轴线性极化，而当光经过该反射区进入及离开该液晶层时，会沿着相同的极化轴线性极化，且当
该液晶显示器在该第二操作状态下运作时，当光经过该穿透区进入及离开该液晶层时，会在沿着相同的极化轴线性极化，而当光经过反射区时进入及离开该液晶层时，会沿着不同的极化轴线性极化。
2.如权利要求1所述的单间隔半穿透半反射式液晶显示器，其中该第一偏光板具有一第一极化轴，
当该液晶显示器在第一操作状态下，当光线经过该穿透区在进入该液晶层时，会沿着一第二极化轴线性极化，在离开该液晶层时，会沿着该第一极化轴线性极化，当光进入该反射区在进入及离开该液晶层时，会沿着该第一极化轴线性极化，且
当该液晶显示器在该第二操作状态下，当光经过该穿透区在进入及离开该液晶层时，会沿着该第二极化轴线性极化，而当光经过该反射区在进入该液晶层时，会沿该第一极化轴线性极化，在离开该液晶层时，会沿着该第二极化轴线性极化。
3.如权利要求2所述的单间隔半穿透半反射式液晶显示器，还包括一第二偏光板，置于该第二基板上，且具有该第二极化轴。
4.如权利要求1所述的单间隔半穿透半反射式液晶显示器，还包括一半波片，置于该第一偏光板及该液晶层之间，且该第一偏光板具有一第二极化轴，其中
当该液晶显示器在该第一操作状态下，当光经过该穿透区在进入该液晶层时，会沿着该第二极化轴线性极化，当离开该液晶层时，会沿着一第一极化轴线性极化，当光进入该反射区在进入及离开该液晶层时，会沿着该第一极化轴线性极化，且
当该液晶显示器在该第二操作状态下，当光经过穿透区在进入及离开该液晶层时，会沿着该第二极化轴线性极化，当光经过该反射区在进入该液晶层时，会沿着该第一极化轴线性极化，及离开该液晶层时，会沿着该第二极化轴线性极化。
5.如权利要求4所述的单间隔半穿透半反射式液晶显示器，还包括一第二偏光板，置于该第二基板上，且具有该第二极化轴。
6.如权利要求3所述的单间隔半穿透半反射式液晶显示器，还包括一调节板，置于该第二偏光板及该液晶层之间。
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