CN100498441C - 半透式液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半透式液晶显示器，包含一第一基板、一第二基板及设置于两基板间的一光学补偿弯曲液晶层，第二基板上形成一包含一反射部及一透射部的像素电极，且像素电极的反射部与透射部彼此分离。本发明克服了现有技术的缺陷，使进入OCB模式的可操作区间的时间缩短，同时避免区域性缺陷产生。

Description

半透式液晶显示器

技术领域

本发明涉及一种半透式液晶显示器，尤其是指一种光学补偿弯曲(opticalcompensated bend；OCB)模式的半透式液晶显示器。

背景技术

为同时解决传统扭转向列(twisted nematic；TN)型液晶显示器的视角狭窄及反应速度过慢的两大缺陷，发展出相当多的相关技术。然而，于显示一高速动态影像的环境下，其反应速度需达到10毫秒以下，甚至有4毫秒以下的要求。目前的技术能够符合如此快速的反应速度要求，且同时能达到广视角的显示效果的，首推应用光学补偿弯曲(optical compensated bend；OCB)技术的OCB模式液晶显示器。

图1A至图1C概略说明OCB液晶盒102的操作方式。图1A显示施加电压为0的起始状态，其中第一液晶层区域A的液晶分子与配向层104之间、第二液晶层区域B的液晶分子与配向层106之间均呈一小角度夹角(和后述的图1B及图1C夹角相比)，且第三液晶层区域C中的液晶分子几乎与配向膜平行，此时的液晶分子呈斜展配向(splay alignment)。当电压逐渐增大至一临界电压Vc时，第一液晶层区域A、与第二液晶层区域B的液晶分子与配向层104及106的夹角增大，且部份第三液晶层区域C中的液晶分子与配向膜几乎垂直，此时的液晶呈弯曲配向(bend alignment)，且显示面板呈亮度最大的亮态。

之后，当电压继续增大至截止电压Vf时，第一液晶层区域A、与第二液晶层区域B的液晶分子与配向层104及106的夹角可达80度或更大，且大部份第三液晶层区域C中的液晶分子与配向膜几乎垂直，使液晶分子与偏光膜的偏光方向几近垂直，此时液晶显示面板呈暗态。因此，当施加电压大于临界电压Vc(即液晶分子已由斜展配向转移为弯曲配向)且小于截止电压Vf时，即为OCB模式液晶显示器的操作区间。

因OCB模式液晶显示器的液晶分子排列整齐且转向方向相同，可减少转动时液晶分子间的摩擦力，所以OCB模式液晶显示器具有极高的反应速度及广视角效果。然而，考虑薄膜晶体管的耐压限制，且为尽速进入OCB模式液晶显示器的操作区间，必须尽可能降低液晶分子转移为弯曲配向的临界电压Vc。

另一方面，目前的OCB模式液晶显示器都只运用在穿透模式或是反射模式；在穿透模式下，只能单纯地使用背光源来显示画面，当在阳光下或是强烈的环境光源下，因外在光源干扰，使用者无法轻易辨识出显示影像；在反射模式下，显示器只能在强烈的环境光源下才能使用，当离开此强烈光源的环境后，即无法观看出清晰的影像。因此，设计一无论是利用环境光或背光显示环境下，均能搭配OCB操作模式在较低的转移电压下产生一最佳显示效果，实为一重要的设计课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种光学补偿弯曲(opticalcompensated bend；OCB)模式的半透式液晶显示器，其能让使用者在任何显示环境下皆能清晰地观看影像，且同时具有广视角特性及快速反应的优点。

本发明要解决的另一技术问题是：提供一种OCB模式的半透式液晶显示器，其能缩短进入OCB模式可操作区间的时间，同时避免区域性缺陷产生。

本发明的技术解决方案是：一种半透式液晶显示器包含一第一基板、一第二基板、及设置于两基板间的一光学补偿弯曲液晶层。第二基板对向第一基板设置，且其上形成一像素电极。像素电极包含一反射部及一透射部，且反射部与透射部彼此分离，在施加电压于该半透式液晶显示器时，产生一与基板实质平行的横向电场。

依据本发明的另一实施例，该半透式液晶显示器具有一光反射区及一光透射区，反射部形成于光反射区上，透射部形成于光透射区上，且第二基板上形成有一第一及第二薄膜晶体管，以分别控制光反射区及光透射区的电场。

通过本发明的设计，于OCB模式下，在液晶分子呈斜展配向(splayalignment)的初始状态施加电压，在液晶层中的斜展排列液晶分子受到横向电场影响，会产生配向混乱状态，当再通过沿垂直方向施加电压产生的纵向电场，将可大量产生转移核，使进入OCB模式的可操作区间的时间缩短，同时避免区域性缺陷产生。

再者，第二基板上可形成一第一及第二薄膜晶体管，分别电性连接至像素电极的反射部及透射部，以分别控制半透式液晶显示器其光反射区及光透射区的电场。

附图说明

图1A至图1C为说明光学补偿弯曲模式的示意图。

图2为一剖面结构示意图，显示本发明半透式液晶显示器的一实施例。

图3A为一示意图，显示本发明反射像素电极及透射像素电极彼此分离的分割设计例。

图3B为一示意图，显示本发明反射像素电极及透射像素电极彼此分离的另一分割设计例。

图3C为一示意图，显示本发明反射像素电极及透射像素电极彼此分离的另一分割设计例。

图4为显示于不同液晶分子配向下施加电压与吉布士自由能的关系图。

图5A为显示相位差值Δn×dr与反射光强度关系的示意图。

图5B为显示相位差值Δn×dt与透射光强度关系的示意图。

图6为显示本发明一具体实施例的示意图。

图7A及图7B分别显示该具体实施例输出的V-T(电压-透射率)及V-R(电压-反射率)曲线。

图8A为示意图，显示本发明的另一实施例。

图8B为示意图，显示本发明的另一实施例。

图8C为示意图，显示本发明的另一实施例。

图9为一剖面结构示意图，显示本发明半透式液晶显示器的另一实施例。

主要元件符号说明：

10、40、半透式液晶显示器       12、22、基板

14、滤色片                     16、共同电极

18、26、配向膜                 24 像素电极

24a、反射像素电极              24b、透射像素电极

28、液晶层                     30、34、双轴膜

32、36、偏光板                 37、透明导电膜

38、反射膜                     42、OCB液晶盒

44、A板                        46、C板

102、OCB液晶盒                 104、106、配向层

EX、水平横向电场               EY、垂直纵向电场

Re、光反射区                   Tr、光透射区

T1、T2、薄膜晶体管             Vc、Vc’、临界电压

Vf、截止电压

具体实施方式

图2为一剖面结构示意图，显示本发明半透式液晶显示器10的一实施例。如图2所示，第一基板12上连续叠加设置滤色片14、由氧化铟锡(Indium TinOxide；ITO)或铟锌氧化物(Indium Zinc Oxide；IZO)透明导电膜构成的共同电极16及第一配向膜18。第二基板22上连续叠加设置ITO或IZO透明导电膜构成的像素电极24及第二配向膜26。第一基板12与第二基板22彼此相对，且中间设置一其液晶分子具有光学补偿弯曲(optical compensated bend；OCB)排列的液晶层28。第一基板12相对液晶层28的外侧分别设置第一双轴膜(biaxial film)30及第一偏光板32，第二基板22相对液晶层的外侧分别设置第二双轴膜34及第二偏光板36。

依本发明的设计，对应一红色、绿色或蓝色滤色片14设置的像素电极24，分割为彼此分离的两个独立像素电极区域。如图2所示，第一像素电极区域与第二像素电极区域彼此分离而具有一段间距d。依本实施例，第一像素电极区域包含一反射像素电极24a，其可为例如铝、银、或共金结合化合物等具有高导电率与高反射率的材料构成的导电反射膜。第二像素电极区域则包含一透射像素电极24b，其可由例如ITO或IZO透明导电膜所构成。由此，半透式液晶显示器10可分别形成光反射区Re及光透射区Tr，获得在OCB模式下同时利用环境光及背光的良好显示效果。

图3A为一示意图，显示本发明反射电极及透射电极彼此分离的分割设计例，图上同时标注出如聚酰亚胺(polymide)材料构成的一配向膜的摩擦方向(rubbing direction)以作为一参考方向。如图3A所示，本发明将像素电极24分割为彼此分离且位于实质同一平面的反射像素电极24a及透射像素电极24b。于本分割例中，反射像素电极24a具有一凹部，透射像素电极24b则具有相对应该凹部的一凸部。当对此两分离电极分别施加不同电压时，两电极之间的压差可产生指向多个不同电场方向的水平横向电场EX。由此，在OCB模式下，在液晶分子呈斜展配向(splay alignment)的初始状态下施加电压，因液晶分子会顺着水平横向电场EX排列，在液晶层中央部份受到横向电场EX影响的斜展排列液晶分子会同时向左或向右旋转扭动形成两种以上不同的螺旋方向，引起配向的混乱。在此配向混乱状态下，再通过沿垂直方向在共同电极16与像素电极24间施加电压产生的纵向电场EY，将可大量产生做为转移源的转移核(transition nucleus)将斜展配向迅速转移为弯曲配向，以快速进入OCB模式的可操作区间，且可避免区域性缺陷(即部份区域未转移为弯曲配向)产生。

可由图4的比较曲线图进一步了解本发明的设计功效。图4显示施加电压与吉布士自由能(Gibbs free energy)的关系图，其中实线显示弯曲配向的关系曲线，虚线显示斜展配向的关系曲线。当斜展配向的吉布士能与弯曲配向的吉布士能相等时，所施加的电压即为可进入OCB操作模式的临界电压。通过本发明将像素电极24的反射部与透射部两者分离的结构，可提供一额外的水平横向电场，使初始状态下的斜展液晶分子产生配向混乱，如此其吉布士能分布会由图4所示的关系曲线P变化为关系曲线Q，使临界电压由Vc降低为Vc’，获得快速大量产生转移核的效果，以缩短进入OCB模式可操作区间的时间且避免区域性缺陷发生。

再者，虽然图3A例示的反射像素电极24a及透射像素电极24b呈分别具单一凹部及凸部的电极形态，但本发明反射及透射电极的分割形态完全不限定，仅需能达到产生水平横向电场以促使初始斜展配向混乱的效果即可。如图3B所示，反射像素电极24a可同时具有多个凸部24a’及凹部24a”，而透射像素电极24b亦对应形成多个凸部24b’及凹部24b”。另外，凸部与凹部的形状并不限定为图3B所示的矩形，例如图3C所示的弧形(凹部24a”)、梯形(凸部24a’)、三角形(凸部24b’)、或复合两种以上的上述形状均可。

再者，反射像素电极24a与透射像素电极24b的分配面积并不限定，而可视实际需求(例如产品应用时的环境光量等)来决定。

请再参考图2，依本发明的结构，彼此分离的反射像素电极24a及透射像素电极24b可分别电性连接至第一薄膜晶体管(thin film transistor；TFT)T1及第二薄膜晶体管T2，利用两颗薄膜晶体管分别控制半透式液晶显示器其光反射区及光透射区的电场。

一般而言，半透式液晶显示器的反射区及透射区具有不同相位差值。于液晶分子的扭角为0的情况下，若λ表示光线波长、Δn表示双折射率、dr表示于反射区的液晶层28间隙厚度、且dt表示透射区的液晶层28间隙厚度时，当相位差值Δn×dr＝λ/4时反射区的反射光强度为最大值，相位差值Δn×dr与反射光强度的关系如图5A所示。同样地，当相位差值Δn×dt＝λ/2时透射区的透射光强度为最大值。相位差值Δn×dt与透射光强度的关系如图5B所示。因此，本发明可利用两颗薄膜晶体管(thin film transistor；TFT)T1及T2，依各自的反射及透射珈玛曲线(gamma curve)分别控制反射区及透射区的电场，使行经反射区的环境光及透射区的背光具有相同的光程差，如此反射区及透射区即可以相同的液晶层间隙来达成。

再者，如图2所示，控制反射像素电极24a的薄膜晶体管T1及控制透射像素电极24b的薄膜晶体管T2，可均形成于反射像素电极24a下方，以获得一较佳的开口率。

图6、图7A、及图7B显示本发明的一具体实施例及于OCB模式下的输出效果。如图6所示，该OCB半透式液晶显示器40所使用的相延迟补偿膜为二组A板(A-plate)44与C板(C-plate)46的组合，且分别设置于偏光板32与OCB液晶盒(OCB cell)42间、及偏光板36与OCB液晶盒42间。依本具体实施例，OCB液晶盒42的相位差值为1000nm，而C板与A板其在x-y平面的相位差值为150nm，在z方向的相位差值为200nm。该具体实施例的反射对比可达16以上，且输出的V-T(电压-透射率)及V-R(电压-反射率)曲线分别如图7A及图7B所示，由图7A及图7B可看出液晶分子转移至弯曲配向的临界电压明显降低。

再者，于本发明的OCB模式半透式液晶显示器设计，其所使用的相延迟补偿膜形式并不限定，除图2所示的双轴膜、图6所示的二组A板及C板外，其数量及种类亦可依实际需要加以变化。例如图8A所示，亦可仅使用一组A板(A-plate)与C板(C-plate)的组合，或如图8B所示，分布于OCCB液晶盒两侧的相补偿膜分别为A板、及A板与C板的组合。再者，如图8C所示，于偏光板与OCB液晶盒之间可另加入一组1/4波长板，以转换为一圆偏光系统，增加光穿透率。

另外，虽然图2的反射像素电极24a为一导电反射膜构成的单层结构，但该反射像素电极24a的构成并不限定为该例示形态。举例而言，亦可如图9所示，于透明导电膜37上设置一层金属反射膜38构成一双层结构的反射像素电极24a。

虽然本发明已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。

Claims (12)

1.一种半透式液晶显示器，其特征在于，包含：

一第一基板，其上形成一透明电极；

一第二基板，对向该第一基板设置，且其上形成一像素电极，该像素电极包含一反射部及一透射部，且该反射部与该透射部彼此分离，以在施加电压于该半透式液晶显示器时产生一与所述基板实质平行的横向电场；及

一光学补偿弯曲液晶层，设置于该第一及该第二基板之间。

2.如权利要求1所述的半透式液晶显示器，其特征在于，该第二基板上形成有一第一及第二薄膜晶体管，该第一薄膜晶体管电性连接至该反射部且该第二薄膜晶体管电性连接至该透射部。

3.如权利要求1所述的半透式液晶显示器，其特征在于，该透射部为一透明导电膜所构成，且该反射部为一反射膜构成的单层结构、或一透明导电膜及一反射膜两者构成的一双层结构。

4.如权利要求1所述的半透式液晶显示器，其特征在于，该反射部及该透射部位于实质同一平面。

5.如权利要求1所述的半透式液晶显示器，其特征在于，该反射部具有至少一凸部，且该透射部具有对应该凸部位置形成的至少一凹部。

6.如权利要求1所述的半透式液晶显示器，其特征在于，该反射部具有至少一凹部且该透射部具有对应该凹部位置形成的至少一凸部。

7.如权利要求1所述的半透式液晶显示器，其特征在于，更包含：

一第一偏光板及第二偏光板，其中，该第一偏光板设置于该第一基板相对该液晶层的外侧，该第二偏光板设置于该第二基板相对该液晶层的外侧；

一第一相延迟补偿膜，设置于该第一偏光板与该第一基板之间；及

一第二相延迟补偿膜，设置于该第二偏光板与该第二基板之间。

8.如权利要求1所述的半透式液晶显示器，其特征在于，该半透式液晶显示器具有一光反射区及一光透射区，该反射部形成于该光反射区上；及该透射部形成于该光透射区上；且该第二基板上形成有一第一及第二薄膜晶体管，以分别控制该光反射区及该光透射区的电场。

9.如权利要求8所述的半透式液晶显示器，其特征在于，该第一薄膜晶体管电性连接至该反射部，且该第二薄膜晶体管电性连接至该透射部。

10.如权利要求8所述的半透式液晶显示器，其特征在于，该透射部为一透明导电膜所构成，且该反射部为一反射膜构成的单层结构、或一透明导电膜及一反射膜两者构成的一双层结构。

11.如权利要求8所述的半透式液晶显示器，其特征在于，该反射部及该透射部位于实质同一平面。

12.如权利要求8所述的半透式液晶显示器，其特征在于，更包含：

一第一偏光板及第二偏光板，其中，该第一偏光板设置于该第一基板相对该液晶层的外侧，该第二偏光板设置于该第二基板相对该液晶层的外侧；

一第一相延迟补偿膜，设置于该第一偏光板与该第一基板之间；及

一第二相延迟补偿膜，设置于该第二偏光板与该第二基板之间。

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