CN100414401C

CN100414401C - 半透射半反射式液晶显示装置

Info

Publication number: CN100414401C
Application number: CNB2005101020060A
Authority: CN
Inventors: 杨秋莲; 凌维仪; 林嘉龙
Original assignee: Innolux Shenzhen Co Ltd; Innolux Display Corp
Current assignee: Innolux Shenzhen Co Ltd; Innolux Corp
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2025-12-02
Also published as: CN1979310A

Abstract

本发明提供一种半透射半反射式液晶显示装置，其包括：一第一基板；一第二基板，与该第一基板相对设置；一液晶层，位于该第一基板和该第二基板之间，该液晶层的液晶分子水平配向；一公共电极，设置在该第一基板；一透射电极和一反射电极，依次设置在该第二基板；一第一延迟片和一第一偏光板，依次设置在该第一基板背离该液晶层的一侧；一第二延迟片和一第二偏光板，依次设置在该第二基板背离该液晶层的一侧；一第一配向层，位于该液晶层和该第一基板之间；一第二配向层，位于该液晶层和该第二基板之间；及一盘状液晶分子膜，位于该第一延迟片和该第一基板之间。

Description

半透射半反射式液晶显示装置

【技术领域】

本发明是关于一种液晶显示装置，尤其是关于一种半透射半反射式液晶显示装置。

【背景技术】

液晶显示装置具有低辐射性、轻薄短小和耗电低等特点，因此在使用上日渐广泛，并且随着相关技术的成熟和创新，其种类也日益繁多。

液晶显示装置根据其所利用光源的不同，可分为透射式液晶显示装置、反射式液晶显示装置和半透射半反射式液晶显示装置。透射式液晶显示装置必须在液晶显示面板背面设置一背光源以实现图像显示，但是背光源的耗能约占整个透射式液晶显示装置耗能的一半，所以透射式液晶显示装置的耗能较大。反射式液晶显示装置能解决透射式液晶显示装置耗能大的问题，但是在光线微弱的环境下很难实现图像显示。半透射半反射式液晶显示装置能解决以上的问题。

请参考图1，是一种现有技术半透射半反射式液晶显示装置的结构示意图。该半透射半反射式液晶显示装置10包括：一第一基板110，一与该第一基板110相对设置的第二基板120，一位于该第一、第二基板110、120间的液晶层13。

一公共电极111和一第一配向层171从上至下依次设置在该第一基板110的内侧表面；一第一延迟片151和一第一偏光板141从下至上依次设置在该第一基板110的外侧表面。一透射电极121、一钝化层123、一反射电极122和一第二配向层172从下至上依次设置在该第二基板120的内侧表面，该钝化层123和该反射电极122具有一开口125，在该开口125区域，该第二配向层172覆盖该透射电极121；一第二延迟片152和一第二偏光板142从上至下依次设置在该第二基板120的外侧表面。

该第一配向层171的摩擦方向和该第二配向层172的摩擦方向平行。

该第一偏光板141的透射轴和该第二偏光板142的透射轴垂直。该第一延迟片151的慢轴和该第一偏光板141的透射轴夹角是45度，该第二延迟片152的慢轴和该第二偏光板142的透射轴夹角是45度。该第一延迟片151的慢轴和该第二延迟片152的慢轴垂直，该第一延迟片151和该第二延迟片152均是四分之一波片。

该反射电极122、公共电极111和夹在其间的液晶层13构成一反射区，对应该开口125的透射电极121、公共电极111和夹在其间的液晶层13构成一透射区。该反射电极122是具有高反射率的金属材料。该公共电极111和该透射电极121是透明导电材料，如氧化铟锡或者氧化铟锌。当施加电压时，该透射电极121和该公共电极111间产生一垂直于该第一、第二基板110、120的电场以控制该液晶层13的液晶分子的偏转。

该液晶层13具有不同的厚度，位于反射区的液晶层厚度d₁₁大约是透射区液晶层厚度d₁₂的二分之一。该液晶层13的液晶分子水平配向(Homogeneous Alignment)。

反射区的液晶层13的相位延迟是：

Δn×d₁₁＝λ/4

由于d₁₂大约是d₁₁的两倍，所以透射区的液晶层13的相位延迟是：

Δn×d₁₂＝λ/2

其中Δn是液晶层13的双折射率，λ是光线的波长。

请参考图2，是图1半透射半反射式液晶显示装置在亮态和暗态下液晶层的液晶分子排列示意图。未施加电压时该半透射半反射式液晶显示装置是亮态，此时液晶分子沿水平方向排列，反射区的液晶层13的相位延迟是λ/4，透射区的液晶层13的相位延迟是λ/2，入射光要两次通过反射区的液晶层，故经过反射区的液晶层的光线和经过透射区的液晶层的光线有相同的相位延迟。施加电压时该半透射半反射式液晶显示装置是暗态，此时液晶分子沿垂直于该第一、第二基板110、120排列，但是该第一、第二配向层171、172和位于其附近的液晶分子间具有锚钩能(Anchoring Energy)，该第一、第二配向层171、172附近的液晶分子并不能完全沿垂直于该第一、第二基板110、120排列，这样光线经过反射区和透射区时会产生相位延迟，因此该半透射半反射式液晶显示装置10在暗态时存在漏光现象。

请参考图3，是图1半透射半反射式液晶显示装置的透射率和驱动电压关系曲线图。当电压逐渐升高(达到5V时)，该半透射半反射式液晶显示装置10的透射率不为0，也就是说此时不能实现全黑，影响显示装置在大视角下的对比度。

【发明内容】

为了克服现有技术中液晶显示装置对比度低和视角特性差的问题，本发明提供一种在大视角下具有高对比度的半透射半反射式液晶显示装置。

一种半透射半反射式液晶显示装置，其包括：一第一基板；一第二基板，与该第一基板相对设置；一液晶层，位于该第一基板和该第二基板之间，该液晶层的液晶分子水平配向；一公共电极，设置在该第一基板；一透射电极和一反射电极，依次设置在该第二基板。该透射电极、公共电极和夹于其间的液晶层构成一透射区，该反射电极、公共电极和夹在其间的液晶层构成一反射区。该半透射半反射式液晶显示装置进一步包括：一第一延迟片和一第一偏光板，依次设置在该第一基板背离该液晶层的一侧；一第二延迟片和一第二偏光板，依次设置在该第二基板背离该液晶层的一侧；一第一配向层，位于该液晶层和该第一基板之间；一第二配向层，位于该液晶层和该第二基板之间；及一盘状液晶分子膜，位于该第一延迟片和该第一基板之间。

一种半透射半反射式液晶显示装置，其包括：一第一基板；一第二基板，与该第一基板相对设置；一液晶层，位于该第一基板和该第二基板之间，该液晶层的液晶分子水平配向；一公共电极，设置在该第一基板；一透射电极和一反射电极，依次设置在该第二基板。该透射电极、公共电极和夹于其间的液晶层构成一透射区，该反射电极、公共电极和夹在其间的液晶层构成一反射区。该半透射半反射式液晶显示装置进一步包括：一第一延迟片和一第一偏光板，依次设置在该第一基板背离该液晶层的一侧；一第二延迟片和一第二偏光板，依次设置在该第二基板背离该液晶层的一侧；一第一配向层，位于该液晶层和该第一基板之间；一第二配向层，位于该液晶层和该第二基板之间；及一盘状液晶分子膜，位于该第二延迟片和该第二基板之间。

与现有技术相比，本发明半透射半反射式液晶显示装置利用一盘状液晶分子膜对施加电压时由于液晶分子并不完全垂直于基板排列而造成的相位延迟进行补偿，从而减少暗态时的漏光现象，在不同视角下都有较高的对比度，以达到广视角效果。

【附图说明】

图1是一种现有技术半透射半反射式液晶显示装置的结构示意图。

图2是图1半透射半反射式液晶显示装置在亮态和暗态下液晶层的液晶分子排列示意图。

图3是图1半透射半反射式液晶显示装置的透射率和驱动电压关系曲线图。

图4是本发明半透射半反射式液晶显示装置第一实施方式的结构示意图。

图5是图4半透射半反射式液晶显示装置反射区的运作示意图。

图6是图4半透射半反射式液晶显示装置透射区的运作示意图。

图7是在施加电压时图4半透射半反射式液晶显示装置的盘状液晶分子膜补偿液晶层的相位延迟的原理示意图。

图8是本发明半透射半反射式液晶显示装置第二实施方式的结构示意图。

图9是本发明半透射半反射式液晶显示装置第三实施方式的结构示意图。

图10是本发明图9中盘状液晶分子膜具有特定预倾角度的半透射半反射式液晶显示装置的反射区对比度特性曲线示意图。

图11是本发明图9中盘状液晶分子膜具有特定预倾角度的半透射半反射式液晶显示装置的透射区对比度特性曲线示意图。

【具体实施方式】

请参考图4，是本发明半透射半反射式液晶显示装置第一实施方式的结构示意图。本发明半透射半反射式液晶显示装置20包括：一第一基板210；一第二基板220，与该第一基板210相对设置；一液晶层23，位于该第一、第二基板210、220之间。

一公共电极211和一第一配向层271从上至下依次设置在该第一基板210的内侧表面。一盘状液晶分子膜261、一第一延迟片251和一第一偏光板241从下至上依次设置在该第一基板210的外侧表面。一透射电极221、一钝化层223、一反射电极222和一第二配向层272从下至上依次设置在该第二基板220的内侧表面，该钝化层223和该反射电极222具有一开口225。在该开口225区域，该第二配向层272覆盖该透射电极221。一第二延迟片252和一第二偏光板242从上至下依次设置在该第二基板220的外侧表面。

该第一配向层271的摩擦方向和该第二配向层272的摩擦方向平行。该盘状液晶分子膜261的盘状液晶分子排列方向平行于该第一、第二配向层271、272的摩擦方向，该盘状液晶分子膜261靠近该第一基板210一侧的分子预倾角的角度范围是0度至45度；靠近该第一延迟片251一侧的分子预倾角的角度范围是45度至90度。该盘状液晶分子膜261的盘状液晶分子是负型液晶分子，具有负的相位延迟。

该第一偏光板241的透射轴和该第二偏光板242的透射轴垂直。该第一延迟片251的慢轴和该第一偏光板241的透射轴夹角是45度，该第二延迟片252的慢轴和该第二偏光板242的透射轴夹角是45度。该第一延迟片251的慢轴和该第二延迟片252的慢轴垂直，该第一延迟片251和该第二延迟片252均是四分之一波片。

该反射电极222、公共电极211和夹于其间的液晶层23构成一反射区，对应该开口225的透射电极221、公共电极211和夹于其间的液晶层23构成一透射区。该反射电极222是具有高反射率的金属材料。该公共电极211和该透射电极221是透明导电材料，如氧化铟锡或氧化铟锌。当施加电压时，该透射电极221和该公共电极211间产生一垂直于该第一、第二基板210、220的电场以控制液晶分子的偏转。

该液晶层23具有不同的厚度，位于反射区的液晶层厚度d₂₁小在透射区的液晶层厚度d₂₂。其中，反射区液晶层的相位延迟是65nm～175nm，透射区液晶层的相位延迟是130nm～350nm。该液晶层23的液晶分子是正型液晶分子，液晶分子水平配向，液晶分子的预倾角的角度范围是0度至15度，使得液晶分子更易旋转。

请参考图5，是图4半透射半反射式液晶显示装置反射区的运作示意图。未施加电压时，外部环境光经过第一偏光板241后转变成偏振方向和第一偏光板241的偏振轴平行的线偏振光。因第一延迟片251的慢轴和第一偏光板241的透射轴成45度夹角，故该线偏振光通过第一延迟片251后转变为左旋圆偏振光。未施加电压时液晶层23的液晶分子沿水平方向排列，反射区液晶层23和盘状液晶分子膜261的总相位延迟基本是λ/4，该左旋圆偏振光通过盘状液晶分子膜261和液晶层23后转变为偏振方向和第一偏光板的透射轴成45度角的线偏振光，该线偏振光被反射电极222反射并再次通过液晶层23和盘状液晶分子膜261后转变为右旋圆偏振光，该右旋圆偏振光通过第一延迟片251后转变成偏振方向和第一偏光板241的透射轴方向平行的线偏振光，此线偏振光能通过第一偏光板241，此时该半透射半反射式液晶显示装置20显示亮态。

施加电压时，外部环境光通过第一偏光板241后进入液晶层23之前的运作过程和未施加电压时一致。当施加电压时，液晶层23的液晶分子逐渐重新排列至沿垂直于第一、第二基板210、220排列，但靠近第一、第二基板210、220的液晶分子并不完全垂直于第一、第二基板210、220排列，因此液晶层23会有相位延迟，盘状液晶分子膜261能对该相位延迟进行补偿，使盘状液晶分子膜261和液晶层23的总相位延迟基本是0。左旋圆偏振光通过盘状液晶分子膜261和液晶层23后由反射电极222反射并再次经过液晶层23和盘状液晶分子膜261的过程中，偏振状态不发生改变，该左旋圆偏振光再次通过第一延迟片251后转变为线偏振光，该线偏振光的偏振方向和第一偏光板241的透射轴垂直。因此光线不能通过第一偏光板241，该半透射半反射式液晶显示装置20显示暗态。

请参考图6，是图4半透射半反射式液晶显示装置透射区的运作示意图。透射区的运作过程和反射区的运作过程大致相同，未施加电压时，盘状液晶分子膜261和透射区液晶层23的总相位延迟基本是λ/2，使左旋圆偏振光旋转方向发生改变。施加电压时，盘状液晶分子膜261和透射区液晶层23的总相位延迟基本是0，左旋圆偏振光旋转方向不发生改变。

请参考图7，是在施加电压时图4半透射半反射式液晶显示装置的盘状液晶分子膜补偿液晶层的相位延迟的原理示意图。当施加电压时，液晶层23的液晶分子并不完全垂直于第一、第二基板210、220排列，越靠近第一基板210，液晶分子和第一基板210的夹角越小，对于盘状液晶分子膜261，越靠近第一基板210，盘状液晶分子膜261的盘状液晶分子预倾角也越小。液晶层23的液晶分子具有正的相位延迟，而盘状液晶分子膜261的盘状液晶分子具有负的相位延迟，正、负相位延迟相互抵消，从而达到补偿液晶层的相位延迟的目的。同时盘状液晶分子膜261的盘状液晶分子对大视角下液晶层23的液晶分子的相位延迟也有补偿作用。

该半透射半反射式液晶显示装置20具有一盘状液晶分子膜261，能增加视角。当施加电压时，盘状液晶分子膜261能够对液晶分子并不完全垂直于基板排列而造成的剩余相位延迟进行补偿，此时液晶层23的相位延迟等效为0。暗态时的漏光现象会减小，在不同视角下都有较高的对比度，从而达到广视角效果。同时，该液晶层23靠近基板的两侧具有一定的预倾角度，使得该液晶层23的液晶分子在电压作用下更容易偏转。

请参考图8，是本发明半透射半反射式液晶显示装置第二实施方式的结构示意图。本实施方式的半透射半反射式液晶显示装置80和第一实施方式的半透射半反射式液晶显示装置20结构大致相同，其区别是：一盘状液晶分子膜862设置在该第二延迟片852和该第二基板820之间，该第一基板810的外侧表面仅设置一第一延迟片851和一第一偏光板841。该盘状液晶分子膜862的盘状液晶分子排列方向平行于第一、第二配向层871、872的摩擦方向。该盘状液晶分子膜862靠近该第二基板820一侧的盘状液晶分子预倾角的角度范围是0度至45度，靠近该第二延迟片852一侧的盘状液晶分子预倾角的角度范围是45度至90度。

请参考图9，是本发明半透射半反射式液晶显示装置第三实施方式的结构示意图。本实施方式的半透射半反射式液晶显示装置90和第一实施方式的半透射半反射式液晶显示装置20结构大致相同。该半透射半反射式液晶显示装置90进一步包括另一盘状液晶分子膜962，该盘状液晶分子膜962设置在该第二延迟片952和该第二基板920之间。该盘状液晶分子膜962的盘状液晶分子排列方向平行于第一、第二配向层971、972的摩擦方向。位于该第一基板910和该第一延迟片951间的盘状液晶分子膜961靠近该第一基板910一侧的盘状液晶分子预倾角是40度，该预倾角也可在0度至45度范围内取值，靠近该第一延迟片951一侧的盘状液晶分子预倾角是89度，该预倾角也可在45度至90范围内取值。位于该第二基板920和该第二延迟片952间的盘状液晶分子膜962靠近该第二基板920一侧的盘状液晶分子预倾角是40度，该预倾角也可在0度至45度范围内取值，靠近该第二延迟片952一侧的盘状液晶分子预倾角是89度，该预倾角也可在45度至90度范围内取值。

请参考图10，是本发明图9中盘状液晶分子膜具有特定预倾角度的半透射半反射式液晶显示装置的反射区对比度特性曲线示意图。在图10中，该圆周方向是方位角(0度至360度)，径向方向是视角(0度至80度)，图中加粗曲线是对比度为10(Contrast Ratio，CR＝10)的等对比线。从图中可知，对比度是10时，在水平方向和垂直方向的视角均大于80度。因此该半透射半反射式液晶显示装置90的对比度和视角良好。

请参考图11，是本发明图9中盘状液晶分子膜具有特定预倾角度的半透射半反射式液晶显示装置的透射区对比度特性曲线示意图。在图11中，该圆周方向是方位角(0度至360度)，径向方向是视角(0度至80度)，图中加粗曲线是对比度为10的等对比线。从图中可知，对比度是10时，在水平方向和垂直方向的视角均大于70度。因此该半透射半反射式液晶显示装置90的对比度和视角良好。

该半透射半反射式液晶显示装置90具有二盘状液晶分子膜961、962，能增加视角。当施加电压时，该二盘状液晶分子膜961、962能够对液晶分子并不完全垂直于基板排列而造成的剩余相位延迟进行补偿，此时液晶层93的相位延迟等效为0。暗态时的漏光现象会减小，在不同视角下都有较高的对比度，从而达到广视角效果。同时，该液晶层93靠近基板的两侧具有一定的预倾角度，使得该液晶层93的液晶分子在电压作用下更容易偏转。

Claims

1. 一种半透射半反射式液晶显示装置，其包括：一第一基板；一第二基板，与该第一基板相对设置；一液晶层，位于该第一基板和该第二基板之间，该液晶层的液晶分子水平配向；一公共电极，设置在该第一基板；一透射电极和一反射电极，依次设置在该第二基板，该透射电极、公共电极和夹于其间的液晶层构成一透射区，该反射电极、公共电极和夹在其间的液晶层构成一反射区；一第一延迟片和一第一偏光板，依次设置在该第一基板背离该液晶层的一侧；一第二延迟片和一第二偏光板，依次设置在该第二基板背离该液晶层的一侧；一第一配向层，位于该液晶层和该第一基板之间；一第二配向层，位于该液晶层和该第二基板之间；其特征在于：其进一步包括一盘状液晶分子膜，位于该第一延迟片和该第一基板之间。

2. 如权利要求1所述的半透射半反射式液晶显示装置，其特征在于：该第一配向层和该第二配向层的摩擦方向互相平行并使液晶层的液晶分子具有角度范围是0度至15度的预倾角。

3. 如权利要求2所述的半透射半反射式液晶显示装置，其特征在于：该盘状液晶分子膜的盘状液晶分子排列方向平行于该第一、第二配向层的摩擦方向，该盘状液晶分子膜靠近该第一基板一侧的盘状液晶分子预倾角的角度范围是0度至45度，靠近该第一延迟片一侧的盘状液晶分子预倾角的角度范围是45度至90度。

4.如权利要求1所述的半透射半反射式液晶显示装置，其特征在于：其进一步包括另一盘状液晶分子膜，其设置在该第二延迟片和该第二基板之间。

5. 如权利要求4所述的半透射半反射式液晶显示装置，其特征在于：该第一配向层和该第二配向层的摩擦方向互相平行并使液晶层的液晶分子具有角度范围是0度至15度的预倾角。

6. 如权利要求5所述的半透射半反射式液晶显示装置，其特征在于：该两盘状液晶分子膜的盘状液晶分子排列方向平行于该第一、第二配向层的摩擦方向，位于该第一基板和该第一延迟片间的盘状液晶分子膜靠近该第一基板一侧的盘状液晶分子的预倾角的角度范围是0度至45度，靠近该第一延迟片一侧的盘状液晶分子的预倾角的角度范围是45度至90度；位于该第二基板和该第二延迟片间的盘状液晶分子膜靠近该第二基板一侧的盘状液晶分子的预倾角的角度范围是0度至45度，靠近该第二延迟片一侧的盘状液晶分子的预倾角的角度范围是45度至90度。

7. 如权利要求6所述的半透射半反射式液晶显示装置，其特征在于：位于该第一基板和该第一延迟片间的盘状液晶分子膜靠近该第一基板一侧的盘状液晶分子的预倾角是40度，靠近该第一延迟片一侧的盘状液晶分子的预倾角是89度；位于该第二基板和该第二延迟片间的盘状液晶分子膜靠近该第二基板一侧的盘状液晶分子的预倾角是40度，靠近该第二延迟片一侧的盘状液晶分子的预倾角是89度。

8. 一种半透射半反射式液晶显示装置，其包括：一第一基板；一第二基板，与该第一基板相对设置；一液晶层，位于该第一基板和该第二基板之间，该液晶层的液晶分子是水平配向；一公共电极，设置在该第一基板；一透射电极和一反射电极，依次设置在该第二基板，该透射电极、公共电极和夹于其间的液晶层构成一透射区，该反射电极、公共电极和夹在其间的液晶层构成一反射区；一第一延迟片和一第一偏光板，依次设置在该第一基板背离该液晶层的一侧；一第二延迟片和一第二偏光板，依次设置在该第二基板背离该液晶层的一侧；一第一配向层，位于该液晶层和该第一基板之间；一第二配向层，位于该液晶层和该第二基板之间；其特征在于：其进一步包括一盘状液晶分子膜，位于该第二延迟片和该第二基板之间。

9. 如权利要求8所述的半透射半反射式液晶显示装置，其特征在于：该第一配向层和该第二配向层的摩擦方向互相平行并使液晶层的液晶分子具有角度范围是0度至15度的预倾角。

10. 如权利要求9所述的半透射半反射式液晶显示装置，其特征在于：该盘状液晶分子膜的盘状液晶分子排列方向平行于该第一、第二配向层的摩擦方向，该盘状液晶分子膜靠近该第二基板一侧的盘状液晶分子的预倾角的角度范围是0度至45度，靠近该第二延迟片一侧的盘状液晶分子的预倾角的角度范围是45度至90度。