CN100432774C - 半穿透半反射液晶显示器 - Google Patents

Abstract

一种半穿透半反射液晶显示器，其包括半穿透半反射液晶显示面板以及设置在半穿透半反射液晶显示面板之背面的背光模块，此半穿透半反射液晶显示面板包括多个像素单元，各像素单元包括：第一基板、第二基板及胆固醇型液晶层。其中第一基板具有反射区与穿透区，且第一基板具有覆盖此反射区与此穿透区之第一电极层。第二基板上包括反射结构与第二电极层，其中反射结构与第一基板之穿透区对齐设置，且第二电极层覆盖反射结构。胆固醇型液晶层位于第一基板与第二基板之间。通过上述反射结构可使液晶显示面板各像素单元呈现亮态及暗态。

Description

半穿透半反射液晶显示器

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器，且特别涉及一种半穿透半反射液晶显示器。

背景技术

液晶显示器已大量应用于个人数字助理(PDA)及笔记本电脑等电子化产品，减少电力消耗及提高画面质量一直是发展的重点。其中，胆固醇型(Cholesteric)液晶显示器由于具有双稳态(bistable)的特性，只需要在更新画面时供给电压，因此具有省电的优点。

另外，半穿透半反射(transflective)液晶显示器是一种结合穿透式液晶显示器与反射式液晶显示器的装置。对于此种液晶显示器而言，当外在环境之光线充足时，可使用外界光线作为光源，以节省电力。而当外在环境之光线不足时，则使用背光源以提高画面之亮度。因此半穿透半反射液晶显示器在任何环境之下都可以有良好的显示质量。

另外，由于胆固醇型(cholesteric)液晶分子具有双稳态之性质，因此胆固醇型液晶显示器与一般扭转向列液晶显示器(Twist Nematic LiquidCrystal Display，TN-LCD)相比更为省电。但是目前胆固醇型液晶显示器大都是属于反射式液晶显示器，因此当外在环境之光线不足时，便无法表现出良好的显示质量。

而在两篇论文Int’l Display Workshop(2001)，p.129，by Yuzo Hisatake etal，(Toshiba)与SID’00，p.742，by Rob van Asselt et al，(Philips)中已经有提出半穿透半反射式胆固醇型液晶显示器。但在上述文献所提出的半穿透半反射式胆固醇型液晶显示器中，其主要都是利用胆固醇型液晶分子作为其反射层，而非将胆固醇型液晶分子作为光开关。

这是因为，在传统半穿透半反射式液晶显示器的架构下若直接使用胆固醇型液晶分子作为光开关，由于外界光源与背光源的光线在通过胆固醇型液晶分子之后，无论是在未加电压状态或加电压状态下都会使显示器呈现亮态而无法呈现暗态。因此这样的胆固醇型液晶显示器并无法发挥半穿透半反射式的作用，因而目前胆固醇型液晶显示器都是在反射模式下操作。

另外，在三篇美国专利US 6,377,321、US 6,061,107、US 5,949,513中披露全彩的胆固醇液晶显示器技术，其中US 6,377,321是利用叠积红、绿、蓝三原色的液晶层以达到全彩的目的。而US 6,061,107是利用不同强度的UV光照射于液晶层上，并且控制液晶分子的螺距来达到红、绿、蓝三原色混光的效果。此外，US 5,949,513是利用添加不同的旋转子(Chiral)，以控制液晶分子的螺距，进而达到三原色混光的效果。综合上述三篇美国专利之技术可以发现，此三篇美国专利都是关于反射式的液晶显示器，并非半穿透半反射液晶显示器。

因此如何利用胆固醇型液晶作为半穿透半反射液晶显示器之光开关，是目前液晶显示器技术需克服的问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种半穿透半反射液晶显示器，以克服公知技术无法利用胆固醇型液晶作为半穿透半反射液晶显示器之光开关的问题。

为达上述之目的，本发明提出一种半穿透半反射液晶显示器，包括：半穿透半反射液晶显示面板及背光模块。其中半穿透半反射液晶显示面板具有前表面与背面。背光模块设置在半穿透半反射液晶显示面板之背面。此半穿透半反射液晶显示面板包括多个像素单元，各像素单元包括第一基板、第二基板及胆固醇型液晶层。第一基板包括反射区与穿透区，且第一基板上包括设置有第一电极层，此第一电极层覆盖反射区与穿透区。第二基板上包括设置有反射结构与第二电极层，其中反射结构与第一基板之穿透区对齐，第二电极层覆盖反射结构。胆固醇型液晶层位于第一基板与第二基板之间。

本发明之一实施例所述之半穿透半反射液晶显示器，其中胆固醇型液晶层之液晶材料的双折射率差例如介于0.15～0.8之间。

本发明之一实施例所述之半穿透半反射液晶显示器，其中第二基板上还包括设置有彩色滤光层，此彩色滤光层与第一基板之反射区对齐设置，且此彩色滤光层会被第二电极层所覆盖。

本发明之一实施例所述之半穿透半反射液晶显示器，其中反射结构之材质包括金属。

本发明之一实施例所述之半穿透半反射液晶显示器，其中反射结构包括绝缘层与覆盖在绝缘层上之金属层。

本发明之一实施例所述之半穿透半反射液晶显示器，其中第一基板之反射区内设置有光吸收层。

本发明之一实施例所述之半穿透半反射液晶显示器，其中第一基板上还包括设置有主动元件，其与第一电极层电连接。

本发明之一实施例所述之半穿透半反射液晶显示器，还包含第一配向层及第二配向层，第一配向层设置于第一电极层与胆固醇型液晶层之间，第二配向层设置于第二电极层与胆固醇型液晶层之间。

本发明之半穿透半反射液晶显示面板及显示器，由于其每个像素单元内的第二基板上包括设置有反射结构，此反射结构与第一基板的穿透区对齐设置。通过此反射结构的设置，可以使得此利用胆固醇型液晶作为光开关的半穿透半反射液晶显示器能发挥其半穿透半反射式的优势。

为让本发明之上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所示为依照本发明较佳实施例之半穿透半反射液晶显示面板俯视图。

图2所示为图1中之像素单元沿A-A’的剖面示意图。

图3所示为图2之像素单元于未加电压状态下之示意图。

图4所示为图2之像素单元于加电压状态下之示意图。

图5A至图5D所示为本发明之像素单元之反射区与穿透区设置示意图。

图6所示为本发明之半穿透半反射液晶显示器的构造示意图。

主要元件标记说明

10、20、50、60、70、80：像素单元

11：第一基板

112：反射区

114：穿透区

116：光吸收层

116a：透明膜层

12：第二基板

13：第一电极层

14：第二电极层

15：第一配向层

16：第二配向层

17：胆固醇型液晶层

22：反射结构

24：彩色滤光层

25：前表面

26：背面

30：背光

32：背光之右旋圆偏振光分量

34：背光之左旋圆偏振光分量

40：外界光

42：外界光之右旋圆偏振光分量

44：外界光之左旋圆偏振光分量

90：半穿透半反射液晶显示器

91：背光模块

92：光源

具体实施方式

半穿透半反射液晶显示面板

图1所示为依照本发明较佳实施例之半穿透半反射液晶显示面板俯视图。请参考图1，本发明之半穿透半反射液晶显示面板10包括上、下两个基板10a、10b以及位于两个基板10a、10b之间的液晶层(图中未画出)。而半穿透半反射液晶显示面板10包括多个像素单元20，这些像素单元20是半穿透半反射液晶显示面板10的基本显示单位。

图2所示为图1中之像素单元沿A-A’的剖面示意图。请参考图2，半穿透半反射液晶显示面板10的各像素单元20包括第一基板11、第二基板12、第一电极层13、第二电极层14及胆固醇型液晶层17。其中第一基板11与第二基板12例如是玻璃基板。而第一基板11包括反射区112与穿透区114。并且第一电极层13覆盖反射区112与穿透区114，其中第一电极层13之材质例如是铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)。在一较佳实施例中，反射区112内例如还设置有光吸收层116。而在穿透区114内例如设置有透明膜层116a。

另外，第二基板12上包括设置有反射结构22与第二电极层14。反射结构22会与第一基板11之穿透区114对齐设置。在一较佳实施例中，此反射结构22例如是采用金属材料，而其形成方法例如是先利用沉积工艺及光刻蚀刻工艺来形成，或是利用荫罩式(shadow mask)搭配沉积工艺而形成。在另一较佳实施例中，反射结构22例如是由光刻胶材料与金属层所构成，而其形成方法是先形成光刻胶层之后，再以光刻工艺加以图案化，接着，再于此图案化的光刻胶层表面形成可反射光线之金属层以形成反射结构22。特别是，上述图案化光刻胶层还可通过激光蚀刻方式或光刻胶回流(reflow)的方式使图案化光刻胶层具有棱形、双棱形、球面或非球面等轮廓。

此外，第二电极层14覆盖反射结构22，第二电极层14之材质例如是铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)。在一较佳实施例中，第二基板12上还包括设置有彩色滤光层24，此彩色滤光层24与第一基板11之反射区112对齐设置，并且第二电极层14覆盖反射结构22与彩色滤光层24。此彩色滤光层24例如包括红色滤光层、绿色滤光层以及蓝色滤光层。

在一较佳实施例中，各像素单元20例如还包含第一配向层15与第二配向层16，其中第一配向层15与第二配向层16分别覆盖第一电极层13及第二电极层14。

再者，胆固醇型液晶层17是设置于第一配向层15与第二配向层16之间，此胆固醇型液晶层17可采用右旋的或左旋的胆固醇型液晶。

图3所示为图2之像素单元于未加电压状态下之示意图。请参考图3，在未施加电压的情况下，胆固醇型液晶层17不会旋转，而来自背光光源的光线30自第一基板11可通过穿透区114进入胆固醇型液晶层17。为便于说明，以下将就胆固醇型液晶层17是右旋的胆固醇型液晶之情况为例进行说明：由于胆固醇型液晶层17是右旋的胆固醇型液晶，因此来自背光光源的光线之右旋圆偏振光分量32会被胆固醇型液晶层17反射，而无法向上透射，因此使用者无法看到上述之右旋圆偏振光分量32。另一方面，来自背光光源的光线之左旋圆偏振光分量34在穿透胆固醇型液晶层17之后会照射于反射结构22，在经过反射结构22的反射作用之后，上述之左旋圆偏振光分量34的偏振性质将由左旋圆偏振转变为右旋圆偏振，并形成反射光342回到胆固醇型液晶层17，接着，再经过胆固醇型液晶层17之反射形成反射光344，而此反射光344会通过彩色滤光层24，因此使用者可看到上述之左旋圆偏振光分量34。

另一方面，来自外界光的光线40自第二基板12进入胆固醇型液晶层17，此光线40之右旋圆偏振光分量42会被胆固醇型液晶层17反射而通过彩色滤光层24，因此使用者可看到上述之右旋圆偏振光分量42。此外，光线40之左旋圆偏振光分量44会穿透胆固醇型液晶层17而向前透射，最后被光吸收层116吸收，因此使用者无法看到上述之左旋圆偏振光分量44。综合以上所述。由于使用者可看到来自背光光源之光线30的左旋圆偏振光分量34及来自外界光之光线40的右旋圆偏振光分量42，因此像素单元20于未加电压状态下呈现亮态。

图4所示为图2之像素单元于加电压状态下之示意图。请参考图4，像素单元20于外加电压的状态下，其胆固醇型液晶层17会旋转至等向(clear homeotropic)状态，此种状态之胆固醇型液晶层17不会选择性的反射极化光，而是让所有光线透射。因此，当来自背光光源之光线30自第一基板11通过穿透区114进入胆固醇型液晶层17之后，其右旋圆偏振光分量32及左旋圆偏振光分量34皆穿透胆固醇型液晶层17而照射于反射结构22，并形成反射光36返回胆固醇型液晶层17。接着，此反射光36会穿透胆固醇型液晶层17，最后被光吸收层116吸收，因此使用者无法看到来自背光光源之光线30。另一方面，来自外界光的光线40自第二基板12进入胆固醇型液晶层17之后，其右旋圆偏振光分量42及左旋圆偏振光分量44会穿透胆固醇型液晶层17，最后被光吸收层116吸收，因此使用者无法看到来自外界光的光线40。综合以上所述，像素单元20于外加电压的状态下，使用者无法看来自背光光源的光线30及来自外界光的光线40，因此像素单元20呈现暗态。因此，本发明之半穿透式半反射式胆固醇型液晶显示器可呈现亮态与暗态，且本发明是利用胆固醇型液晶作为半穿透半反射液晶显示器之光开关。

值得一提的是，外加驱动电压至像素单元20时，可采用主动驱动或被动驱动的方式。于一较佳实施例中，各像素单元的第一基板11上还设置有主动元件(图中未画出)，此主动元件(图中未画出)例如是薄膜晶体管，此薄膜晶体管与第一电极层13电连接，以此传送并控制驱动电压至像素单元20，以此进行主动式的驱动。

值得注意的是，由于胆固醇型液晶分子之反射光色带频谱Δλ＝p×Δn，其中p为胆固醇型液晶分子之螺距，Δn为胆固醇型液晶分子之双折射率差(birefringence difference)。因此适当选择高双折射率差的胆固醇型液晶材料可以增加反射光色带频谱。于一较佳实施例中，例如选择双折射率差Δn介于0.15～0.8的胆固醇型液晶材料，也就是说本发明可以使用窄带(narrow band)的胆固醇型液晶材料(Δn＝0.15～0.5)，亦可以使用宽带(wideband)的胆固醇型液晶材料(Δn＝0.5～0.8)。值得一提的是，具有Δn＝0.5～0.8的胆固醇型液晶材料其反射光色带频谱涵盖波长450nm至650nm之可见光频谱，因此其反射光为白色光。如此，当第二基板12上不设置彩色滤光层24，由上述像素单元20所构成之液晶显示面板为黑白显示器面板。另一方面，当第二基板12上设置彩色滤光层24，由上述像素单元20所构成之液晶显示面板为形成全彩显示面板。

值得一提的是，本发明之各像素单元包括有反射区与穿透区，此反射区与此穿透区之设置位置并不特别限定，以下仅就数种较佳实施例进行列举。图5A至图5D所示为本发明之像素单元之反射区与穿透区设置示意图。于一较佳实施例中，请参考图5A，像素单元50沿着其长边区分为反射区112与穿透区114。于另一较佳实施例中，请参考图5B，像素单元60沿着其短边区分为反射区112与穿透区114。于另一较佳实施例中，请参考图5C，像素单元70区分为反射区112与穿透区114，且反射区112环绕穿透区114外围设置。于另一较佳实施例中，请参考图5D，像素单元80区分为反射区112与穿透区114，且穿透区114环绕反射区112外围设置。

半穿透半反射液晶显示器

图6所示为本发明之半穿透半反射液晶显示器的构造示意图。请参考图6，本发明之半穿透半反射液晶显示器90包括半穿透半反射液晶显示面板10及背光模块91。其中半穿透半反射液晶显示面板10具有前表面25与背面26，背光模块91设置在半穿透半反射液晶显示面板之背面26。此背光模块91是公知任何适用的背光模块，其例如是直下式背光模块或是侧光式背光模块。另外，半穿透半反射液晶显示面板10之俯视图如图1所示，且此半穿透半反射液晶显示面板10之各像素单元的剖面图如图2所示，而有关面板10及其像素单元的相关描述如以上所述，在此将不再赘述。

特别值得一提的是，本发明之半穿透半反射液晶显示器90不需要任何偏光片，因此与扭转向列液晶显示器(Twist Nematic Liquid CrystalDisplay，TN-LCD)与超扭曲向列液晶显示器(Super Twist Nematic LiquidCrystal Display，STN-LCD)相比，此半穿透半反射液晶显示器90具有较高之光利用率。

举一个实例而言，若上述液晶显示面板之胆固醇型液晶层是采用右旋的胆固醇型液晶，且其双折射率差例如Δn＝0.6，且当第二基板不具有彩色滤光层，而形成黑白显示器时，其光利用率约为50％。另外，若第二基板上具有彩色滤光层而形成全彩显示器时，其光利用率约为16.7％。因此，与光利用率仅有约12％之传统薄膜晶体管液晶显示器相比来说，本发明之半穿透半反射液晶显示器90明显具有较高之光利用率。

综上所述，本发明之半穿透半反射液晶显示面板及显示器至少具有下列特征与优点：

本发明因具有反射结构，因此可以采用胆固醇型液晶作为光开关，形成半穿透半反射液晶显示面板及显示器。

本发明因采用半穿透半反射模式，因此于外界光线充足与不足的环境皆具有优良的显示效果。

本发明因采用胆固醇型液晶作为光开关，其具有双稳态的特性，只需要在更新画面时供给电压，因此具有省电的优点。

本发明因采用胆固醇型液晶作为光开关，不需使用偏光片，因此具有较佳之光利用率。

本发明之一较佳实施例因采用高双折射率差的胆固醇型液晶，并且具有彩色滤光层，因此具有全彩之显示效果。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与改进，因此本发明之保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (7)

1.一种半穿透半反射液晶显示器，其特征是包括：

半穿透半反射液晶显示面板，该半穿透半反射液晶显示面板包括多个像素单元，各像素单元包括：

第一基板，该第一基板包括反射区与穿透区，且该第一基板上包括设置有第一电极层，覆盖该反射区与该穿透区，该反射区内设置有光吸收层；

第二基板，该第二基板上包括设置有反射结构与第二电极层，其中该反射结构与该第一基板之该穿透区对齐，该第二电极层覆盖该反射结构；以及

胆固醇型液晶层，位于该第一基板与该第二基板之间；以及

背光模块，设置在该半穿透半反射液晶显示面板的下侧。

2.根据权利要求1所述之半穿透半反射液晶显示器，其特征是该胆固醇型液晶层之液晶材料的双折射率差介于0.15～0.8之间。

3.根据权利要求1所述之半穿透半反射液晶显示器，其特征是该第二基板上还包括设置有彩色滤光层，该彩色滤光层与该第一基板之该反射区对齐，且该彩色滤光层会被该第二电极层所覆盖。

4.根据权利要求1所述之半穿透半反射液晶显示器，其特征是该反射结构之材质包含金属。

5.根据权利要求1所述之半穿透半反射液晶显示器，其特征是该反射结构包括绝缘层与覆盖在该绝缘层上之金属层。

6.根据权利要求1所述之半穿透半反射液晶显示器，其特征是该第一基板上还包括设置有主动元件，其与该第一电极层电连接。

7.根据权利要求1所述之半穿透半反射液晶显示器，其特征是还包含第一配向层及第二配向层，该第一配向层设置于该第一电极层与该胆固醇型液晶层之间，该第二配向层设置于该第二电极层与该胆固醇型液晶层之间。

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