CN100373243C - 电极及其应用的半穿半反液晶显示组件 - Google Patents

Abstract

一种电极结构，应用于一半穿半反液晶显示组件。半穿半反液晶显示组件具有复数个像素。且每一像素内具有一反射区和一穿透区。电极结构至少包括：一第一穿透电极，形成于穿透区内；一反射电极，形成于反射区内；以及一第二穿透电极，形成于反射区内的反射电极的上方，且第二穿透电极的面积小于反射电极的面积。

Description

电极及其应用的半穿半反液晶显示组件

技术领域

本发明有关一种电极及其应用的半穿半反液晶显示组件，且特别是有关一种可大幅改善半穿半反液晶显示组件在低灰度、低电压时的反射显示亮度的电极。

背景技术

由于可携式产品(Portable Product)如个人数字助理(PDA)、移动电话(Cellular Phone)、投影机乃至于大尺寸的投影电视的消费市场成长快速，液晶显示面板(Liqiuid Crystal Display，LCD)的需求量也越来越大。越来越多消费者要求这些可携式产品的影像显示屏或投影电视能呈现完美的显示效果。

液晶显示屏幕依反射方式可区分为穿透式(Transmi ssive)、反射式(Reflective)和半穿半反式(Tranflective)三种基本类型。穿透式液晶显示屏幕是以背光光源达到穿透式显示，其优点是在正常光线及暗光线下，显示效果良好，但在户外日光下，则不易辨识显示内容。反射式液晶显示屏幕不需要外加光源，而是使用周围环境的光线，因此在户外或光线充足的室内有良好的显示效果，且耗电量较穿透式液晶显示屏幕的低。半穿半反式液晶显示屏幕则结合了穿透式和反射式两者的优点，目前已应用于移动电话或个人数字助理等产品。

请参照图1A，其绘示一种传统半穿半反液晶显示组件的单一像素的剖面示意图。图1A的单一像素中(单一间隙)，传统的半穿半反液晶显示组件具有一穿透区1和一反射区2，且包括一上基板3、一下基板5，和填充于上基板3和下基板5之间的液晶层4。在下基板3上方相对于反射区2的位置有一反射板13，在反射板13上方则形成一透明电极14，且此透明电极14的位置与穿透区1和反射区2均对应。在上基板3处则形成一共同电极15，利用施加于透明电极14和共同电极15的电压大小，而使液晶层4中的液晶分子16的排列方向有所变化，进而改变通过液晶层4的光线的偏振方向。

穿透区1的光源是由位于下基板5下方的背光模块17所提供，如图1A中的入射光11所示；而反射区2的光源则来自外界环境，如入射光12所示。光的穿透率则随着液晶分子16排列方式的不同而改变，借由控制对透明电极14和共同电极15所施加的电压大小，显示组件可显示出不同灰度(Gray Scale)的亮度。然而，由于穿透区1的入射光11与反射区2的入射光12的光路径不同，会造成相位延迟量不同。一般反射光相位延迟大约是穿透光相位延迟的两倍。而穿透区1和反射区2的光路径差造成了穿透区和反射区的穿透率曲线无法搭配的情形。例如施以一电压于显示组件时，穿透区1到达最高亮度，但反射区已越过最高亮度反转成暗态，此种情形将会造成显示组件穿透模式与反射模式不同调甚至是相反的趋势。图1B为图1A的操作电压与穿透率和反射率的模拟示意图。从图1B可看出穿透区1的穿透模式和反射区2的反射模式，其最高效率无法在同一操作电压下同时达到。目前，为了增加液晶的光学效率，已提出双间隙(Dual Gap)的设计，利用穿透区和反射区的间隙值不同来解决光线相位延迟的问题。然而，双间隙的的设计将使制程的复杂度增加，良率降低，生产成本也相对提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种电极及其应用的半穿半反液晶显示组件(Transflective Liquid Crystal Display Device)，以大幅改善半穿半反液晶显示组件的反射率和亮度，特别是在低灰度时的反射率和显示亮度。

根据本发明提出一种电极，应用于一半穿半反液晶显示组件。半穿半反液晶显示组件具有复数像素。且每一像素内具有一反射区和一穿透区。电极至少包括：一第一穿透电极，形成于穿透区内；一反射电极，形成于反射区内；以及一第二穿透电极，形成于反射区内的反射电极的上方，且第二穿透电极的面积小于反射电极的面积。

根据本发明提出一种半穿反液晶显示组件，至少包括一下板结构、一上板结构、和填充于上板结构与下板结构之间的液晶层。其中，复数个扫描信号线(Scan Line)与复数个数据信号线(Data Line)，是以阵列的形式垂直相交，且该些扫描信号线与该些数据信号线定义出复数个像素区域，每一像素区域是由相邻的一对扫描信号线与相邻的一对数据信号线所定义并由一薄膜晶体管(TFT)控制。且每一像素区域内包括：一穿透区，具有一第一穿透电极；及一反射区，具有一反射电极和一第二穿透电极，且第二穿透电极形成于反射电极的上方，且第二穿透电极的面积小于反射电极的面积。上板结构包括一上基板和一共同电极，而共同电极是与第一穿透电极和反射电极的位置相对应。

在实际应用中，也可以两块第一反射电极部和第二反射电极部作为反射电极。

为让本发明之上述目的、特点和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图进行详细说明如下。

附图说明

图1A是一种传统半穿半反液晶显示组件的单一像素的剖面示意图。

图1B为图1A的操作电压与穿透率和反射率的模拟示意图。

图2是依照本发明第一实施例的半穿反液晶显示组件的单一像素的剖面示意图。

图3为依照本发明第一实施例的半穿半反液晶显示组件中像素电极的V-R曲线的示意图。

图4为依照本发明第一实施例的半穿半反液晶显示组件中像素电极的Gamma曲线的示意图。

图5是依照本发明第二实施例的半穿半反液晶显示组件的单一像素的剖面示意图。

图6是依照本发明第三实施例的半穿半反液晶显示组件的单一像素的剖面示意图。

图7是依照本发明第四实施例的半穿半反液晶显示组件的单一像素的剖面示意图。

图8是依照本发明第五实施例的半穿半反液晶显示组件的单一像素的剖面示意图。

图9是依照本发明第六实施例的半穿半反液晶显示组件的单一像素的剖面示意图。

图10是依照本发明第七实施例的半穿半反液晶显示组件的单一像素的剖面示意图。

具体实施方式

本发明是于半穿半反液晶显示组件的像素结构中的反射区域内再设置一穿透电极，使反射区在单一操作电压下液晶分子具有不同的倾倒角度(TiltAngle)，以改善低灰度时的V-R曲线，使得V-R与V-T曲线有更大的协调度，并大幅改善低灰度的反射显示亮度。

以下是通过几个实施例进行详细的说明，然而，该些实施例并不会限缩本发明欲保护的范围。本发明的技术并不限于实施例中所叙述的模式。另外，不必要的组件的标号予以省略，以清楚显示本发明的实施例。

第一实施例

图2是依照本发明第一实施例的半穿半反液晶显示组件的单一像素的剖面示意图。半穿半反液晶显示组件包括一下板结构20、一上板结构30、和填充于上板结构30与下板结构20之间的液晶层40。其中，液晶层40具有复数个液晶分子41。下板结构20包括一下基板21、复数个扫描信号线(ScanLine，SL)、复数个数据信号线(Data Line，DL)与复数个薄膜晶体管(TFT)(未显示)。其中数据信号线和扫描信号线是以阵列的形式垂直相交，且该些扫描信号线与该些数据信号线定义出复数个像素区域。而每一像素区域是由相邻的一对扫描信号线与相邻的一对数据信号线所定义，且每一像素区域是由一薄膜晶体管(TFT)控制。

在半穿半反液晶显示组件的单一像素中，依照光线的路径可将像素区分为穿透区1和反射区2。如图2所示，下板结构20的下基板21上，具有第一穿透电极22、一反射电极23和一第二穿透电极24，且第一穿透电极22的位置是对应像素中的穿透区1，而反射电极23和一第二穿透电极24的位置是对应像素中的反射区2。其中，第二穿透电极24形成于反射电极23的上方，且第二穿透电极24的面积小于反射电极23的面积。第二穿透电极24的面积与反射电极23的面积比例较佳地是小于二分之一。在实际应用时，第二穿透电极24的面积与反射电极23的面积比例如是3∶7。在材料方面，可以利用一透明的导电材料如氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)，作为第一穿透电极22、一反射电极23和一第二穿透电极24。

另外，在反射电极23和下基板21之间并具有一共同电极(commonelectrode)26形成一储存电容。在反射电极23上还覆盖一介电层27，使得驱动时反射区2的电场小于穿透区1的电场，以提高液晶层40的光学效率，使穿透模式和反射模式皆有良好的显示品质。而上板结构30中除了上基板31，还包括有一共同电极32、一彩色滤光片(Color Filter)33和突起物(Protrusion)35。其中，共同电极32是与第一穿透电极22和反射电极23的位置相对应；彩色滤光片33则位在上基板31和共同电极32之间；一突起物35则与第二穿透电极24的位置相对应。

再者，于下基板21的另一侧则较佳地具有一第一1/4波片28和第一偏光膜29；在上基板31的另一侧亦较佳地具有一第二1/4波片38和第二偏光膜39。

根据上述的结构，于反射电极23上的介电层27上方再制作一第二穿透电极24，在单一操作电压下反射区上的电场强度不同(i.e.在第二穿透电极24上的电场较强)，使得该反射区的液晶分子在第二穿透电极24上，与其它的反射区有不同的倾倒角度(Tilt Angle)，以改善低灰度时的V-R曲线，使得V-R与V-T曲线有更大的协调度，并大幅改善低灰度的反射显示亮度。

根据第一实施例的像素电极结构进行仿真，仿真结果如下。

图3为依照本发明第一实施例的半穿半反液晶显示组件中像素电极的V-R曲线的示意图。图3中，各曲线所代表的意义如下：

T曲线-像素电极中穿透模式的理想V-T曲线；

R-Original曲线-像素电极中没有设置第二穿透电极24的反射模式的V-R曲线；

R-MT-1曲线-第二穿透电极24与反射电极23的面积比为2∶8的反射模式的V-R曲线；及

R-MT-2曲线-第二穿透电极24与反射电极23的面积比为3∶7的反射模式的V-R曲线。

图3的结果显示，在未设置第二穿透电极24时(R-Original)，电压必须加至约2.8volt(伏特)才开始有反射率的变化，而理想曲线在2volt时就开始产生变化。而第一实施例的像素结构，不论是第二穿透电极24与反射电极23的面积比为2∶8(R-MT-1)或3∶7(R-MT-2)，均在2volt时即开始产生反射率变化，与理想曲线在低灰度的表现相近。

图4为依照本发明第一实施例的半穿半反液晶显示组件中像素电极的Gamma曲线的示意图。图4中，各曲线所代表的意义如下：

T曲线-像素电极中穿透模式的理想Gamma曲线；

R-Original曲线-像素电极中没有设置第二穿透电极24的反射模式的Gamma曲线；

R-MT-1曲线-第二穿透电极24与反射电极23的面积比为2∶8的反射模式的Gamma曲线；及

R-MT-2曲线-第二穿透电极24与反射电极23的面积比为3∶7的反射模式的Gamma曲线。

图4的结果显示，未设置第二穿透电极24的Gamma曲线(R-Original)与理想曲线T的差异最大，而第一实施例的像素结构，不论是第二穿透电极24与反射电极23的面积比为2∶8(R-MT-1)或3∶7(R-MT-2)，均比R-Original更接近理想曲线T，特别是在低灰度的表现上与理想曲线更为相近。以未设置第二穿透电极24的Gamma曲线—R-Original来看，在64个灰度中的前50个灰度(level)，反射率都没有变化(即显示的都是同一个亮度)；然而，设置有第二穿透电极24的Gamma曲线—R-MT-1和R-MT-2，则在前面的灰度值就能产生反射率的变化，因此应用本发明的像素电极结构所产生的反射模式Gamma曲线可更接近穿透模式Gamma曲线。

因此，应用本发明的像素电极结构的确可改善反射率，在低灰度及协调度上均有明显的改善。

第二实施例

图5是依照本发明第二实施例的半穿半反液晶显示组件的单一像素的剖面示意图。与第一实施例最大的不同点是第二实施例的单一像素中是在反射区中使用两块反射电极。另外，与图2相同的组件则沿用相同标号。

如图5所示，半穿反液晶显示组件包括一下板结构20、一上板结构30、和填充于上板结构30与下板结构20之间的液晶层40。其中，液晶层90具有复数个液晶分子41。依照光线的路径可将像素区分为穿透区1和反射区2。在下基板21上方且对应穿透区1处具有第一穿透电极22，而对应反射区2处则具有一反射电极和第二穿透电极，且第二穿透电极形成于反射电极的上方，且第二穿透电极的面积小于反射电极的面积。

其中，反射电极包括第一反射电极部231、一第二反射电极部232，且两者之间有导体相连(未绘于图示中)；而第二穿透电极包括一第一穿透片241和一第二穿透片242，分别形成于第一反射电极部231和第二反射电极部232之上。

在材料方面，可以利用一透明的导电材料如氧化铟锡(ITO)，作为第一穿透电极22、第二穿透电极(包括第一穿透片241和一第二穿透片242)。另外，在反射电极23上覆盖的介电层27，可使驱动时反射区2的电场小于穿透区1的电场，以提高液晶层40的光学效率。于下基板21的另一侧还较佳地具有一第一1/4波片28和一第一偏光膜29。而上板结构30中除了上基板31，还包括一共同电极32、一彩色滤光片(Color Filter)33、突起物(Protrusion)35、一第二1/4波片38和一第二偏光膜39。

在第二实施例中，较佳地令第一穿透片241与第一穿透电极22一体成形，令第二穿透片242与第一穿透电极22一体成形。换句话说，在实际制作时只需将第一穿透电极22延伸至反射区2内，使第一穿透电极22的部分可分别位于第一反射电极部231和第二反射电极部232的上方，造成反射区2内电场强度的差异，使得反射区2的液晶分子41在有第二穿透电极区与无第二穿透电极区有不同的倾倒角度(Tilt Angle)，以补偿穿透区1和反射区2的相位延迟差异，改善低灰度时的V-R曲线，使得V-R与V-T曲线有更大的协调度，并大幅改善低灰度的反射显示亮度。

第三实施例

图6是依照本发明第三实施例的半穿半反液晶显示组件的单一像素的剖面示意图。与图2相同的组件则沿用相同标号。

与第一实施例的不同点在于：第三实施例的单一像素中在反射区2上方没有彩色滤光片(Color Filter，CF)。如图6所示，彩色滤光片33与反射电极23对应处具有一无彩滤光区331，且无彩滤光区331的面积与共同电极26的面积大致相等。由于CF的穿透率约为没有CF时的0.3倍，且反射光又经过CF两次，反射率会变更小，因此将反射区的CF移除、或是填满透明的介电质，可增加反射区的反射率。第三实施例的像素结构确可改善反射率，在低灰度及协调度上亦有明显的改善。

第四实施例

图7是依照本发明第四实施例的半穿半反液晶显示组件的单一像素的剖面示意图。与图5相同的组件则沿用相同标号。

第四实施例的单一像素中，是移除反射区2中与第一穿透片241和第二穿透片242(第二穿透电极)相对应的CF，而保留与反射区2其它部分相对应的CF，如图7所示，彩色滤光片33具有无彩滤光区332a、332b。第四实施例的像素结构亦可改善反射率，在低灰度及协调度上亦有明显的改善。另外，与第三实施例相比较，第四实施例的像素结构具有较佳的色彩饱和浓度(第三实施例移除较多的CF面积)；因此不但在低灰度时具有高亮度，高灰度时亦有很高的色饱和度。

第五实施例

图8是依照本发明第五实施例的半穿半反液晶显示组件的单一像素的剖面示意图。与图5相同的组件则沿用相同标号。

第五实施例的单一像素中，是移除反射区2中与第一穿透片241和第二穿透片242(第二穿透电极)相对应的CF，以及移除一部份与反射区2其它部分相对应的CF，如图8所示，彩色滤光片33具有无彩滤光区333a、333b。第五实施例的像素结构亦可改善反射率，在低灰度及协调度上亦有明显的改善。另外，与第三实施例相比较，第五实施例的像素结构具有较佳的色彩饱和浓度(第三实施例移除较多的CF面积)；因此不但在低灰度时具有高亮度，高灰度时亦有很高的色饱和度。

第六实施例

图9是依照本发明第六实施例的半穿半反液晶显示组件的单一像素的剖面示意图。与图5相同的组件则沿用相同标号。

第六实施例的单一像素中，是保留反射区2中与第一穿透片241和第二穿透片242(第二穿透电极)相对应的CF，而移除与反射区2其它部分相对应的CF，如图9所示，彩色滤光片33具有无彩滤光区334。第六实施例的像素结构亦可改善反射率，在低灰度及协调度上亦有明显的改善。另外，与第三实施例相比较，第六实施例的像素结构在低灰度时有很高的色饱和度，高灰度时则具有很高的反射率。

第七实施例

图10是依照本发明第七实施例的半穿半反液晶显示组件的单一像素的剖面示意图。与图5相同的组件则沿用相同标号。

第七实施例的单一像素中，是保留反射区2中一部分与第一穿透片241和第二穿透片242(第二穿透电极)相对应的CF，而移除与反射区2其它部分相对应的CF，如图10所示，彩色滤光片33具有无彩滤光区335。第七实施例的像素结构亦可改善反射率，在低灰度及协调度上亦有明显的改善。另外，与第三实施例相比较，第七实施例的像素结构在低灰度时有很高的色饱和度，高灰度时亦具有很高的反射率。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉本技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作出各种等效的变化或替换，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。

Claims (23)

1.一种电极，应用于一半穿半反液晶显示组件，该半穿半反液晶显示组件具有复数个像素且每一像素内具有一反射区和一穿透区，该电极至少包括：

一第一穿透电极，形成于该穿透区内；

一反射电极，形成于该反射区内；以及

一第二穿透电极，形成于该反射区内的该反射电极的上方，且该第二穿透电极的面积小于该反射电极的面积；

其中，该显示组件还包括一介电层，位于该反射电极和该第二穿透电极之间。

2.如权利要求1所述的电极，其特征在于该第二穿透电极的面积与该反射电极的面积比例小于二分之一。

3.如权利要求1所述的电极，其特征在于该反射电极包括一第一反射电极部和一第二反射电极部。

4.如权利要求3所述的电极，其特征在于该第一反射电极部和该第二反射电极部之间具有一间距。

5.如权利要求3所述的电极，其特征在于该第二穿透电极包括一第一穿透片和一第二穿透片，分别形成于该第一反射电极部和该第二反射电极部之上。

6.如权利要求5所述的电极，其特征在于该第一穿透片是与该第一穿透电极一体成形。

7.如权利要求5所述的电极，其特征在于该第二穿透片是与该第一穿透电极一体成形。

8.如权利要求1所述的电极，其特征在于该第一穿透电极和该第二穿透电极分别为一透明的氧化铟锡。

9.一种半穿半反液晶显示组件，至少包括：

一下板结构，包括：

一下基板；

复数个扫描信号线与复数个数据信号线，是以阵列的形式垂直相交，且该些扫描信号线与该些数据信号线定义出复数个像素区域，每一像素区域是由相邻的一对扫描信号线与相邻的一对数据信号线所定义并由一薄膜晶体管控制，且每一像素区域内包括：

一穿透区，具有一第一穿透电极；及

一反射区，具有一反射电极和一第二穿透电极，且该第二穿透电极形成于该反射电极的上方处，且该第二穿透电极的面积小于该反射电极的面积；

一上板结构，包括：

一上基板；

一共同电极，形成于该上基板上，以与该第一穿透电极和该反射电极的位置相对应；及

一液晶层，具有复数个液晶分子填充于该上板结构与该下板结构之间；

其中，该第二穿透电极与该反射电极之间还具有一介电层。

10.如权利要求9所述的显示组件，其特征在于该介电层的介电系数是小于5。

11.如权利要求9所述的显示组件，其特征在于该第二穿透电极的面积与该反射电极的面积比例是小于二分之一。

12.如权利要求9所述的显示组件，其特征在于还包括一形成于该上基板上的突起物，且相对应该第二穿透电极的位置。

13.如权利要求9所述的显示组件，其特征在于该反射电极包括一第一反射电极部和一第二反射电极部。

14.如权利要求13所述的显示组件，其特征在于该第一反射电极部和该第二反射电极部之间具有一间距。

15.如权利要求13所述的显示组件，其特征在于该第二穿透电极包括一第一穿透片和一第二穿透片，分别形成于该第一反射电极部和该第二反射电极部之上。

16.如权利要求15所述的显示组件，其特征在于该第一穿透片是与该第一穿透电极一体成形。

17.如权利要求15所述的显示组件，其特征在于该第二穿透片与该第一穿透电极一体成形。

18.如权利要求9所述的显示组件，其特征在于该第一穿透电极和该第二穿透电极是分别为一透明的氧化铟锡。

19.如权利要求9所述的显示组件，其特征在于还包括一彩色滤光片，位在该上基板和该共同电极之间。

20.如权利要求19所述的显示组件，其特征在于该彩色滤光片与该反射电极对应处具有一无彩滤光区。

21.如权利要求20所述的显示组件，其特征在于该无彩滤光区的面积与该反射电极的面积相等。

22.如权利要求20所述的显示组件，其特征在于该无彩滤光区的面积与该第二穿透电极的面积相等。

23.如权利要求20所述的显示组件，其特征在于该无彩滤光区的厚度小于其它彩色滤光区的厚度。

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