CN101055359A - 半穿透/反射式液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents

半穿透/反射式液晶显示装置及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种半穿透/反射式液晶显示系统的新结构以及其操作方法。每一像素由至少三个反射次像素及至少一个穿透次像素构成。穿透次像素不具滤色层并利用颜色时序成像法来驱动，而反射次像素则具有滤色层以显示一反射彩色图像。由于具有此种装置结构，穿透及反射次像素的面积比率相对于传统半穿透/反射式液晶显示装置较大，因此本发明的半穿透/反射式液晶显示装置能增进图像的亮度并减少整体功率消耗。

Description

半穿透/反射式液晶显示装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及半穿透/反射式液晶显示器(Transflective liquid crystaldisplays)，尤其涉及像素结构的设计。
背景技术
自液晶显示器(Liquid Crystal Display；LCD)发展至今，已经开发出两种类型的液晶显示器，并且广泛地应用于资讯显示工具上，包括手机、笔记本型电脑及家用电脑、电视...等等。当中一类型的液晶显示器是穿透式液晶显示器(Transmissive LCD)，其采用一称为“背光源”的光源于液晶单元的后方。另一类型则为反射式液晶显示器(Reflective LCD)，其使用周围光源而非背光源作为光源以显示图像。反射式液晶显示器由于使用周围光源而较穿透式液晶显示器耗费较少功率，故而较适合应用于须以低功率操作的可携式电子装置。然而，倘若位于黑暗的环境之中，反射式液晶显示器却无法良好地显示图像。另一方面，穿透式液晶显示器因具有内建光源，有能力于黑暗环境中显示高品质的图像。
为了吸收穿透式和反射式液晶显示器两者的优点以及克服两者的缺点，半穿透/反射式液晶显示器被提出。半穿透/反射式液晶显示器意指其可以独立地或同时间以穿透显示模式与反射显示模式来操作以显示图像。因此，这种半穿透/反射式液晶显示器可设计于任何环境下使用。
为了实现半穿透/反射式液晶显示器，若干由周围环境产生的入射光必须返回至检视者。同时间，若干背光源必须独立地或同时间穿透液晶显示器装置而到达检视者的眼睛。光反射及光穿透的控制元件于以下称作半透反射器(Transflector)。有数种方法可实现半透反射器的功能。其中一广为人知的技术使用一局部透光的薄金属镜。1978年6月6日核发给Bigelow的美国专利案号US 4,093,356揭露一种使用局部透光镜的半穿透/反射式液晶显示器。该专利提供简易的装置结构设计。然而，控制金属层厚度于大面积上的均匀度乃相当不容易，尤其是针对大尺寸液晶显示器制造时的玻璃基材而言。时至今日，半透明反射器已取代局部透光镜而变得相当普遍，其具有完全透光的区域以及完全反射的区域。1977年8月9日核发给Ketchpel的美国专利案号US 4,040,727提出以不连续反射膜支承的这种半透明反射器。这种半透明反射器的优点在于其透光部分与反射部分可轻易地加以控制，因此能够轻易地提供最佳装置性能以符合室内或室外的应用。图1显示现今普遍的传统半穿透/反射式液晶显示器的像素结构，其中该半穿透/反射式液晶显示器使用不连续的反射镜。该像素结构包括三个主要的颜色次像素：红色次像素101、绿色次像素102，以及蓝色次像素103。每一颜色次像素都具有一滤色层(Color Filter)以及一反射镜。此外，每一次像素还包括一透光区域，每一次像素的透明像素分别标示为111、112、以及113。来自背光源的光线能穿透此透光区域并负责显示穿透模式下的图像。
具不连续反射膜的半穿透/反射式液晶显示器还具有一些问题，这些问题包括穿透模式与反射模式之间光电特性(electro-optic properties)不相同以及色彩再生(Color Reproduction)不相等。为了解决色彩再生不同的问题，Fujimori等人提出一种于穿透及反射区域内使用不同厚度的滤色器的方法(参见Digest of Technical Papers of Society for Information Display 2002International Symposium的第1382页)。此方法有效地使穿透及反射模式的图像的色彩再生相等。然而，这种方法却增加了装置工艺的复杂度。至于半穿透/反射式液晶显示器的不同光电特性，有数种方法解决此问题。2001年8月28日核发给Okamoto等人的美国专利案号US6,281,952提出一种于透光与反射区域上具有不同厚度的液晶层的半穿透/反射式液晶显示器。在反射区域，光线穿透液晶层两次，然而于透光区域，光线仅仅穿透液晶层一次。通过调整透光与反射区域上液晶层的厚度，不论是对周围光源或背光源而言，穿透模式及反射模式下都可以达到相同的光相延迟(optical phaseretardation)。结果，穿透模式及反射模式可达到相同的电-光响应。然而，为了制造透光及反射区域上不同的液晶盒间隙(Cell Gaps)，亦称作双液晶盒间隙法(Double Cell-Gap Approach)，相当不容易。因此，2001年8月28日核发给Okamota等人的美国专利案号6,281,952亦提出在穿透和反射模式下使用不同的液晶对准结构的方法。在此结构中，透光和反射区域的液晶盒间隙彼此相等。尽管这种方法降低双液晶盒间隙工艺的难度，然而，装置工艺却因复杂的对准过程而仍然相当不容易。另一种不增加工艺难度的方法使用双开关装置，譬如薄膜晶体管(Thin Film Transistors；TFTs)，用以分别独立地控制反射和透光区域。此方法乃由Liu等人于2003年的国际显示器制造会议的会议记录(Proceeding of International Display ManufacturingConference 2003)提出。此种技术称作双薄膜晶体管驱动方法。然而，这种方法却因需要双倍的数据驱动IC而增加制造成本。
针对直接注视(direct view)类型的液晶显示器而言，重要的技术问题在于如何增加光的效率以提升图像亮度。方法之一使用四个次像素，当中包括一个白次像素。此方法由Lee等人于Digest of Technical Papers of Societyfor Information Display 2003 International Symposium的第1212页提出。这类装置设计降低了约50％的功率损耗，而能达到跟传统液晶显示装置相同的亮度水平。另一方法使用颜色时序技术(Color Sequential Technique)以显示彩色图像。1978年5月16日核发给Ernstoff等人的美国专利案号US 4,090,219提出此颜色时序技术。颜色时序技术的基本观念在于通过循序获得的主要彩色图像，而非通过主要颜色次像素的图像来显示颜色数据。因此，这种以颜色时序技术为基础的穿透式液晶显示器可以使用一可切换颜色的背光源与单一像素而不需要滤光层即可显示完整的彩色图像。这种技术通过滤光镜来吸收光能，并且将每一主要颜色的像素孔径尺寸增加为传统穿透式液晶显示器的三倍大。结果，颜色时序液晶显示器能增加图像亮度并提增功率利用效率。颜色时序液晶显示器的另一项优点在于其在使用发光二极管(Light-Emitting Diode；LED)的背光源下，能够提供优选的图像再生能力。
然而，为了实现上述的颜色时序成像法，液晶显示器的时序控制与背光源的驱动相当重要。为了了解颜色时序液晶显示器的驱动方法，我们必须了解一种名为单次单行扫描法(a line-at-a time method)的成像法的基本原理。如图2A及图2B所示，传统液晶显示器内的一次像素包括一像素电路210，一双电极及液晶层220。此像素电路210包括一薄膜晶体管(TFT)211与一电容212。TFT的一端，称为源极线或数据线210，连接至系统的数据驱动器240以获得图像数据。TFT的另一端，称为栅极202，连接至栅极驱动器或扫描驱动器250。栅极信号将TFT在导通及切断两状态间相互切换。当TFT导通时，来自数据驱动器的数据信号传送至TFT的更另一端，称为漏极203，其连接至电容212。所传送的数据信号对电容充电，结果电容的电压驱动液晶层。如图2B所示，位于同一行的所有像素连接至同一数据线，而位于同一列的所有像素连接至同一栅极线。水平及垂直同步信号230使数据驱动器240及栅极驱动器250之间的信号处理能同步进行。扫描驱动器250每次从第一列至最后一列选出一栅极线。当选出最后一列后，扫描驱动器250即再度从第一列开始选取。当某列选出后，来自数据驱动器240的同步图像信号对所选取列的所有像素的电容充电。结果，一图像即从上方至下方，一列一列地产生。由于有电容212的协助，图像数据于每一扫描周期期间(称为画面时间(Frame Time))内皆储存下来。在每一画面时间内，图像皆维持到下一画面时间为止。上述成像法称为单次单行扫描法。
图3显示单次单行扫描法的时序图。在此图中，y轴代表液晶显示器内像素的列数，X轴代表时间。粗斜线311、312、313及314表示栅极线扫描的连续时间线。同一列的栅极线扫描的时间线间距是画面周期。在第m个画面周期内，数据信号320保持住。图3分别显示第i列和第N列的数据信号320。
通过在颜色时序液晶显示器上使用上述的单次单行扫描法，背光装置必须通过一行一行扫描以显露红、绿及蓝光。每一颜色的光源皆在一次画面周期期间或稍微较短的期间内保持导通。在下一个次画面周期内，另一不同颜色的背光源导通并维持一个次画面周期之久。结果，如图4所示，在三个连续的次画面周期之后，红、绿及蓝背光源导通一次，每一背光源的导通时间为一个次画面周期之久。在此图中，区域401、402以及403分别显示像素列的红光、绿光及蓝光的显现时间。列扫描的时间线411、412及413分别对应红401、绿402，以及蓝403的次画面。这类背光装置可以应用于某些特定的单一面板成像器为主的投影显示装置，譬如是数字光处理(Digital Light Processing)系统与硅上覆液晶(Liquid Crystal on Silicon；LCoS)系统。然而，在直接注视类型的液晶显示器内，实现上述的背光装置相当困难。
为了解决此困难，数种改良的驱动方法已被提出。其中之一使用如图5所示的一闪光背光源(Blinking Backlight)。在此图中，红光源401、绿光源402，以及蓝光源403仅导通一短时间，远较次画面周期为短。一画面图像的栅极线的扫描时间较一次画面周期为短。当上一栅极线被选取时，背光源导通并持续到下一次画面周期内第一列被选取为止。因此，第一栅极线的选取时间与上一栅极线的选取期间之间有时间间隔存在。在此时间间隔内，背光源切断。然而，此方法的缺点在于需要快速反应的液晶模式以及高强度的背光源。
另一种方法如图6所示，其于两相邻的彩色次画面内使用黑色次画面。由于使用黑色次画面，每一画面期间的次画面数目相较图4的颜色时序法增为两倍。于图6中，红色背光源401、绿色背光源402以及蓝色背光源403于两连续次画面周期期间导通。然而，在这两连续次画面周期的期间，存在一个图像次画面以及一黑色次画面。举背光源401为例，当扫描驱动器于第一至最后列中做选择时，一图像次画面插入在列扫描的时间线411之后。当扫描驱动器再度选取第一列时，即下一次画面周期开始之时，一黑色次画面插入在下一扫描的时间线611之后。在黑色次画面的协助下，所有像素的显现时间的间距彼此相同。此方法的优点之一在于能够轻易在直接注视类型的装置内实现背光源装置。然而，此方法亦需要较快速的液晶模式并且遭遇一半光能流失的问题。
于1989年9月26日核准给Shield等人的美国专利案号US 4,870,396提出一种由一位于一次像素内的双切换装置来驱动的液晶显示装置。图7A显示液晶显示器驱动方式的基本概念，该液晶显示器驱动方式以一次像素内的双TFT为基本元件。此两个TFT分别具有其功能：其中之一作为存储部分以储存图像数据，另一则作为显示图像部分，用以通过存储电容708的储存数据来控制液晶层720的控制器方位。在此图中，第一TFT 701的数据线连接至数据驱动器240，如图7B所示。第一TFT 701的栅极线连接至扫描驱动器250。第一TFT 701的漏极706连接至第二TFT 702的源极，并亦同时连接至第一储存电容707。当扫描驱动器由第一列扫描至最后一列时，图像数据经由第一TFT 701而传送至第一电容707。由于第二TFT 702于扫描期间并未启动，第一电容707所储存的数据并未马上传送至液晶层720。因此，第一电容707与第一TFT 701的组合即用作一记忆缓冲器。在扫描所有列之后，亦即在结束将一画面图像数据写入该画面缓冲器后，所有第二TFT 202将栅极线705转换位准而启动。结果，储存于第一电容707的数据传送至第二电容708以控制液晶层720。图7B显示次像素与驱动器间的电极连接。由于每一次像素具有输入线G及VS，每一次像素有两条线连接至扫描驱动器。
图8显示以该双TFT方法为基础的颜色时序液晶显示器驱动过程的时序图。在一段沿着时间线411、412及413以循序扫描像素列的期间，红、绿及蓝次画面的图像数据传送至画面缓冲存储器。如图8所示，当扫描过程完成后，画面缓冲器内的数据于时间点801、802及803传送至次像素内的第二电容。背光源的颜色与第二TFT的切换时间同步改变。在一次画面期间，下一次画面的图像数据传送至画面缓冲存储器。此方法的优点在于不需要黑色次画面。因此，这种方法不会流失光能。
发明内容
本发明提出一种半穿透/反射式液晶显示器，其具有供反射模式使用的次像素及供穿透模式使用的次像素。每一次像素由一独立开关(如一薄膜晶体管)来驱动。供反射模式使用的次像素具有一滤色层以利用周围环境的入射光来建立一反射彩色图像。供穿透模式使用的次像素并不具有滤色层。为了制造穿透模式的彩色图像，该穿透次像素应用颜色时序技术。
本发明的目的条列于以下：
本发明的第一目的在于提供一新型半穿透/反射式液晶显示器，其具有一个由至少三个反射次像素以及一个分离的穿透次像素构成的像素结构。该些反射次像素具有一滤色器。该穿透次像素，以颜色时序成像法为操作基础，并不具有滤色器。为了于穿透模式下实现颜色时序成像法，一可变换发射光的颜色的背光源被采用。
本发明的第二目的在于提供半穿透/反射式液晶显示器的穿透图像及反射图像的更佳再生能力。由于仅有反射次像素具有滤色器，因此较容易使反射图像的滤色特性最佳化。另一方面，通过调整背光源的光谱，穿透图像的颜色纯净度亦能达到最大。
本发明的第三目的在于不增加制造程序的复杂度的条件下，于半穿透/反射式液晶显示器内提供反射及穿透模式下相同的电/光响应。在上述的新半穿透/反射液晶显示器装置内，反射次像素及穿透次像素由独立的TFT来驱动。因此，通过运用双TFT的驱动观念，可将其电/光曲线轻易地彼此重叠。
本发明的第四目的在于减低半穿透/反射式液晶显示器的制造成本。新结构不需要繁杂的制造程序，譬如是双液晶盒间隙、双区域对准以及图案延迟薄膜。此外，新结构亦不使用具双重厚度的滤色器来使反射及穿透模式的图像纯净度达到最佳。结果，工艺可以简化并且收益能够增加。
本发明的第五目的在于提供较传统半穿透/反射式液晶显示器更为明亮的图像。在传统半穿透/反射式液晶显示器内，每一像素由三个次像素以及一还包括透光区域及反射区域的次像素所构成。在此新半穿透/反射式液晶显示器内，每一像素包括至少三个反射次像素以及一个穿透次像素。因此，在此新半穿透/反射式液晶显示器内，每一特定次像素的面积比率较传统半穿透/反射式液晶显示器增加。结果，更多光线可用来产生穿透及反射图像，从而图像亮度皆能提升。在此新半穿透/反射式液晶显示器内，由于不使用滤色器而能避免光线被滤色器吸收，因此透光区域的图像亮度较传统穿透/反射式液晶显示器提高。此外，此新半穿透/反射式液晶显示器具有反射器，因此所有包括穿透次像素的反射器的TFT皆能隐藏于不透光的反射器下方。结果，相较于穿透型的颜色时序液晶显示器而言，此新半穿透/反射式液晶显示器整个像素的开口率达到最大。
附图说明
图1显示传统半穿透/反射式液晶显示器的像素结构；
图2A显示具有单一开关装置的像素电路；
图2B显示图2A像素间电极的连接关系图以及驱动电路；
图3显示传统液晶显示器操作时序图；
图4显示传统颜色时序液晶显示器于理想背光源操作下的时序图；
图5显示传统颜色时序液晶显示器于脉波类型的闪烁型背光源操作下的时序图；
图6显示传统颜色时序液晶显示器于脉波类型的闪烁背光源下并于两主要颜色次画面间利用一黑色次画面的操作时序图；
图7A显示每一次像素内具有双开关装置的像素电路；
图7B显示图7A内的像素电路间的电极连接关系以及驱动电路；
图8显示每一次像素具有双开关的颜色时序液晶显示器于闪烁型背光源操作下的时序图；
图9显示本发明的像素平面图及构造；
图10A显示图9的像素结构的次像素的电子装置的位置的第一实施例；
图10B显示图9的像素结构的次像素的电子装置的位置的第二实施例；
图11显示图9的像素结构的次像素的电子装置的位置的第三实施例；
图12显示图11的本发明半穿透/反射液晶显示器的操作时序图的第一范例；
图13显示图11的本发明半穿透/反射液晶显示器的操作时序图的第二范例；
图14显示图9的像素结构的次像素的电子装置的位置的第四实施例；
图15显示图14的本发明半穿透/反射液晶显示器的操作时序图的第一范例；
图16显示图14的本发明半穿透/反射液晶显示器的操作时序图的第二范例；
图17显示图9的像素结构的次像素的电子装置的位置的第五实施例；以及
图18显示图17的本发明半穿透/反射液晶显示器的操作时序图。
主要元件符号说明
101～红色次像素             102～绿色次像素
103～蓝色次像素             111～透光像素
112～透光像素               113～透光像素
201～漏极                   202～栅极
203～源极                   210～像素电路
211～薄膜晶体管             212～电容
230～水平及垂直同步信号     240～数据驱动器
250～栅极驱动器             311～栅极线的扫描时间线
312～栅极线的扫描时间线     313～栅极线的扫描时间线
314～栅极线的扫描时间线     320～数据信号
401～像素列红光显露时间     402～像素列绿光显露时间
403～像素列蓝光显露时间     411～扫描时间线
412～扫描时间线             413～扫描时间线
520～数据信号               611～扫描时间线
612～扫描时间线             613～扫描时间线
701～第一薄膜晶体管         702～第二薄膜晶体管
703～漏极                   704～栅极
705～栅极                 706～源/漏极
707～第一电容             708～第二电容
711～次像素               720～液晶层
801～时间点               802～时间点
803～时间点               901～反射次像素
902～反射次像素           903～反射次像素
904～穿透次像素           910～像素
1011～次像素电路          1012～次像素电路
1013～次像素电路          1021～次像素电路
1022～次像素电路          1101～像素
1102～反射次像素          1103～穿透次像素
1110～次像素的驱动电路    1120～时序控制单元
1130～背光源              1140～数据驱动器
1150～扫描驱动器          1151～扫描驱动器
1210～反射图像的时序图    1211～时间线
1212～时间线              1220～穿透图像的时序图
1221～时间线              1222～时间线
1223～时间线              1231～时间线
1232～时间线              1233～时间线
1241～时间线              1242～时间线
1243～时间线              1310～反射图像的时序图
1311～时间线              1312～时间线
1320～穿透图像的时序图    1321～彩色次画面
1322～彩色次画面          1323～彩色次画面
1331～时间线              1332～时间线
1333～时间线              1401～像素
1402～反射次像素          1403～穿透次像素
1410～次像素的驱动电路    1420～时序控制单元
1430～背光源              1440～数据驱动器
1450～扫描驱动器          1451～扫描驱动器
1501～时间点              1502～时间点
1503～时间点                  1510～反射图像的时序图
1511～时间线                  1512～时间线
1520～穿透图像的时序图        1521～彩色次画面
1522～彩色次画面              1523～彩色次画面
1531～时间线                  1532～时间线
1533～时间线                  1601～时间点
1602～时间点                  1603～时间点
1604～黑色次画面              1610～反射图像的时序图
1611～时间线                  1612～时间线
1620～穿透图像的时序图        1621～第一次画面
1622～第二次画面              1623～第三次画面
1624～黑色次画面              1631～时间线
1632～时间线                  1633～时间线
1634～时间线                  1701～像素
1702～反射次像素              1703～穿透次像素
1710～次像素的驱动电路        1720～时序控制单元
1730～背光源                  1740～数据驱动器
1750～扫描驱动器              1751～扫描驱动器
1801～时间点                  1802～时间点
1803～时间点                  1810～反射图像的时序图
1811～第一画面扫描的时间线    1812～时间线
1820～穿透图像的时序图        1821～第一次画面
1822～第二次画面              1823～第三次画面
1831～时间线                  1832～时间线
1833～时间线描                1834～时间线
1811～第一画面扫描的时间线    1812～时间线
1820～穿透图像的时序图        1821～第一次画面
1820～穿透图像的时序图        1821～第一次画面
1822～第二次画面              1823～第三次画面
1831～时间线                  1832～时间线
1833～时间线描                1834～时间线
1820～穿透图像的时序图      1821～第一次画面
G～输入线                   VS～输入线
具体实施方式
在详细解释本发明所揭露的实施例之前，必须了解，本发明可具有其余实施例，而并不限制应用于所显示的特定安排细节。此外，在此所使用的术语仅为描述用而非作限制用途。
图9显示本发明所提供的一半穿透/反射式液晶显示器的结构与像素平面图。一像素910包括三个次像素901、902以及903以显示一反射图像，以及一次像素904以显示一穿透图像。每一反射次像素具有一反射镜于底部基材的内表面，用以将入射光反射回检视者的眼睛。此反射镜(或反射装置)由具高反射性的金属材料构成，例如铝、铝合金、银等等，或由具高反射性的介电材料构成，如具高反射性的多层介电薄膜。为了获得一彩色图像，反射模式使用至少三个主要的彩色次像素，该些彩色次像素具有滤光层于液晶显示器的下基材或上基材上。在本发明内，三个次像素901、902及903对应三个用来显示一彩色反射图像的主要彩色次像素。为了显示一穿透图像，一不同的次像素904被使用。此穿透次像素904不具有滤色层亦不具有反射镜。穿透次像素904传送来自液晶显示器面板后的背光源所发射的光线。为了于穿透次像素904内显示完整的彩色穿透影样，至少三个不同的主要颜色的光线必须于一画面周期内循序穿越穿透次像素904，每一次画面内显现当中一主要颜色光。当画面频率够高(通常高于30画面/秒)时，检视者将能看到完整的彩色图像。此即所谓的颜色时序成像方法。在本发明中，次像素901、902、903，以及904由一独立的电子开关所驱动，该电子开关包括至少一薄膜晶体管以及至少一电容。
图10A显示本发明所提供次像素电子装置的位置的第一实施例。于此图中，反射次像素901具有本身的电路1011，反射次像素902具有本身的电路1012，反射次像素903具有本身的电路1013，以及穿透次像素904亦具有本身的电路1014。换言之，每一次像素的电路位于该次像素本身的区域范围内。在三个反射次像素中，每一次像素具有一不透光的反射镜，以及其电路都埋藏于该反射镜之下。结果，电路本身不会影响反射次像素的开口率，从而产生大开口率与高光能利用率的结果。另一方面，于穿透次像素内，电路占据次像素的部分区域并阻挡部分的背光源。结果，开口率变小并且图像亮度变暗。
图10B显示本发明所提供次像素电子装置的位置的第二实施例。为了增加穿透次像素904的开口率，次像素电路1022位于反射次像素901、902及903的反射器下方。同时，如图10B所示，反射次像素901、902以及903的次像素电路1011、1012以及1013仍与第一实施例相同。在此情况下，所有次像素的开口率可以达到最大。与图1的已知技术的半穿透/反射式液晶显示器的像素结构相比，本发明图10B的像素结构增加所有次像素的尺寸。一简单的范例将于以下说明此尺寸增进的效果：
在传统半穿透/反射的液晶显示器内，每一像素分成三种主要颜色的次像素。并且每一次像素的尺寸彼此相等。每一次像素具有一不连续的反射薄膜，因而次像素的某区域透光而其余区域不透光。透光区域能允许背光源穿越其中，而不透光区域则用作反射器以将周围环境的入射光反射回检视者的眼睛。现假设透光区域与不透光区域的面积比为6∶4，因此每一次像素的透光区域占了整个次像素尺寸的20％，而不透光区域则占了整个次像素尺寸的13％。接下来，考虑本发明的情况。假设一像素被分割成四个等尺寸的次像素：三个反射次像素与一个穿透次像素。明显可知，每一次像素的尺寸是整个像素尺寸的25％。将本发明的半穿透/反射式液晶显示器与传统半穿透/反射式液晶显示器比较，穿透区域的尺寸面积增加了25％而反射部分的尺寸面积则增加了92％。结果，相较于传统半穿透/反射式液晶显示器，本发明的半穿透/反射式液晶显示器可以显示较为明亮的图像且可省电。
图11以图9的像素结构为基础而显示本发明的第三实施例。于此图中，一像素1101具有三个反射次像素1102以及一穿透次像素1103。该些反射次像素1102利用扫描驱动器1150及数据驱动器1140来加以驱动，而穿透次像素1103利用扫描驱动器1151及数据驱动器1141来驱动。在本发明中，反射次像素1102及穿透次像素1103是由一以单一开关为主的电路1110来驱动。图像数据由一时序控制单元1120来加以转换并更进一步分配至所有数据驱动器1140及1141以及扫描驱动器1150及1151。时序控制单元1120亦控制背光源1130以使反射及穿透彩色图像同步。
图12显示图11的本发明第三实施例的半穿透/反射液晶显示器的操作时序图的第一范例。上方图示1210是反射图像的时序图，而下方图示1220是穿透图像的时序图。反射次像素由扫描驱动器1150来驱动以沿着时间线1211及1212的顺序扫描，而分别得到第一及第二画面图像。在一画面周期期间，穿透次像素904沿时间线1231、1241、1232、1342、1233、以及1243的顺序扫描六次，其中三条时间线1231、1232以及1233扫描三种主要颜色的次画面，而三条时间线1241、1242及1243扫描三个黑色次画面。
图13显示图11的本发明第三实施例的半穿透/反射液晶显示器的操作时序图的第二范例。上方图示1310是反射图像的时序图，而下方图示1320是穿透图像的时序图。反射次像素由扫描驱动器1150驱动以沿着时间线1311及1312来扫描，而分别得到第一及第二画面图像。在一画面周期期间，穿透次像素904沿时间线1331、1332以及1333的顺序扫描三次。在每次扫描期间，当扫描驱动器1150选取最后一列时，主要颜色的背光源导通而获得穿透显示模式下所对应的彩色次画面1321、1322及1323。
图14显示本发明所提供的半穿透/反射式液晶显示器的第四实施例。每一像素1401包括三个反射次像素1402以及一个穿透次像素1403。反射次像素1402是由单一的一电路1402驱动，而穿透次像素1403如图7A所解释者，由双开关为主的电路1411来驱动。该些反射次像素1402连接至扫描驱动器1450及数据驱动器1440。该些穿透次像素1403利用扫描驱动器1451及数据驱动器1441来驱动。图像数据由一时序控制单元1420来转换并进一步分配至所有数据驱动器1440及1441以及扫描驱动器1450及1451。时序控制单元1420亦用以使背光源1430的操作与穿透次像素1403的操作同步。此外，时序控制单元1420亦用以使反射次像素1402所显示的反射图像与穿透次像素1403所显示的穿透图像同步。
图15显示图14的本发明第四实施例的半穿透/反射液晶显示器的操作时序图的第一范例。上方图示1510是反射图像的时序图，而下方图示1520是穿透图像的时序图。一反射模式的画面扫描1511与穿透模式的第一次画面扫描同时发生1531。反射模式将图像数据维持为穿透模式次画面周期的三倍久。穿透模式藉着使用图8所解释的画面缓冲方法以于单一时间内获得整个图像的全部区域。由于反射与穿透模式的成像方法不同，穿透模式于第一及第三次画面的图像维持时间与反射模式的维持时间无法同步。
为了解决此问题，图16显示图14的本发明第四实施例的半穿透/反射液晶显示器的操作时序图的第二范例。上方图示1610是反射图像的时序图，而下方图示1620是穿透图像的时序图。在穿透显示模式下1620，一黑色次画面1624加入第三次画面1623之后。黑色次画面1624的数据是于扫描时间线1633的同时，传送至画面缓冲器存储器，并于时间点1604时，进一步传送至成像区域，即液晶层。与图15不同的是，穿透模式下的第一和最后的次画面可以与反射模式下的一画面的起点和终点相互搭配良好。
图17显示本发明所提供的半穿透/反射式液晶显示器的第五实施例。每一像素1701包括三个反射次像素1702以及一个穿透次像素1703。在此实施例中，反射次像素1702及穿透次像素1703皆如图7A所解释者，由双开关电路1710来驱动。该些反射次像素1702连接至扫描驱动器1750及数据驱动器1740。该些穿透次像素1703连接至扫描驱动器1751及数据驱动器1741。图像数据由一时序控制单元1720来转换并进一步分配至所有数据驱动器1740及1741以及扫描驱动器1750及1751。时序控制单元1720亦用以使背光源1730的操作与穿透次像素1703的操作同步。此外，时序控制单元1720亦用以使反射次像素1702所显示的反射图像与穿透次像素1703所显示的穿透图像同步。
图18显示图17的本发明第五实施例的半穿透/反射液晶显示器的操作时序图。上方图示1810是反射图像的时序图，而下方图示1820是穿透图像的时序图。通过在穿透及反射模式下皆使用双开关的驱动方法，可轻易使穿透图像与反射图像彼此重叠。反射模式的第一画面扫描1811是与穿透模式的第一次画面扫描1831同时发生。当结束反射模式的第一画面扫描1811以及穿透模式第一画面的第一次画面扫描1831后，穿透及反射次像素内的画面缓冲器内的数据同于于时间点1801及1841传送至次像素内的电容。反射模式将图像数据维持穿透模式次画面周期的三倍久。于穿透图像的第三次画面周期期间，反射模式的第二画面图像的图像数据以及穿透模式的第二画面的第一次画面图像的数据沿反射模式扫描的时间线1812与穿透模式扫描的时间线1834的顺序，而传送至反射及穿透次像素内的画面缓冲存储器。当扫描1812结束后，画面缓冲器存储器的反射图像的数据于时间点1842，通过切换第二TFT而传送至反射次像素内的第二电容。依同样的方式，画面缓冲器存储器的穿透图像的数据于时间点1804传送至穿透次像素内的第二电容。时序控制单元1720使时间点1842与时间点1804能同步。由于时序同步，穿透模式的图像画面可以不需要如图16的第四实施例所示的黑色次画面，就能完美地与反射模式的图像搭配良好。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

Claims (18)

1.一种半穿透/反射式液晶显示装置，包括：
第一基材及第二基材；
液晶显示层，夹于该第一及第二基材之间；
多个第一电极以第一水平方向延伸；
多个第二电极以第二水平方向延伸，其中该第二水平方向平行于该第一水平方向；
多个第三电极以第一垂直方向延伸，其中该第一垂直方向大体上垂直于该第一及第二水平方向；
多个第四电极以第二垂直方向延伸，其中该第二垂直方向平行于该第一垂直方向；
多个像素，包括多个不透光的反射次像素以显示反射图像，以及多个透光的穿透次像素以显示穿透图像；
第一驱动器，用以驱动该些第一电极；
第二驱动器，用以驱动该些第二电极；
第三驱动器，用以驱动该些第三电极；
第四驱动器，用以驱动该些第四电极；
装置操作时序控制单元；以及
光源；
其中每一该像素包括至少三个不透光的反射次像素以显示反射图像以及至少一个透光的穿透次像素以显示穿透图像；
其中每一该不透光的反射次像素由第一电荷维持装置以及第一开关装置来驱动，该第一开关装置连结至该些第一及第三电极，以及每一该透光的穿透次像素由第二电荷维持装置以及第二开关装置来驱动，该第二开关装置连结至该些第二及第四电极；以及
其中该装置操作时序控制单元连接至该第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器，第四驱动器，以及该光源，用以使该显示反射画面的反射次像素与该显示穿透画面的穿透次像素同步。
2.如权利要求1所述的半穿透/反射式液晶显示装置，其中该反射次像素于一画面周期内一列接着一列被扫描一次，以及该穿透次像素于一画面周期内一列接着一列扫描而得六个次画面，其中该穿透次像素于第一次画面的周期内的扫描，是与该反射次像素于一画面周期内的扫描同步。
3.如权利要求2所述的半穿透/反射式液晶显示装置，其中第一主颜色光源于该穿透次像素的第一次画面开始时导通并且于该穿透次像素的第三次画面开始时切断，第二主颜色光源于该穿透次像素的第三次画面开始时导通并且于该穿透次像素的第五次画面开始时切断；第三主颜色光源于该穿透次像素的第五次画面开始时导通并且于该穿透次像素的下一画面的第一次画面开始时切断；其中该穿透次像素于每一画面周期的该第二次画面、该第四次画面，以及该第六次画面期间，显示黑色图像。
4.如权利要求1所述的半穿透/反射式液晶显示装置，其中该反射次像素于一画面周期内一列接着一列被扫描一次，以及该穿透次像素于一画面周期内一列接着一列扫描而得三个次画面，其中该穿透次像素于第一次画面的周期内的扫描，是与该反射次像素于一画面周期内的扫描同步。
5.如权利要求4所述的半穿透/反射式液晶显示装置，其中该些穿透次像素的每一次画面的扫描周期较一画面周期的三分之一倍为短，其中该扫描周期是一次画面周期期间第一列穿透次像素的扫描时间与最后列穿透次像素的扫描时间的间距；第一主颜色光源于该穿透次像素的第一次画面开始时导通并且于该穿透次像素的第二次画面开始时切断，第二主颜色光源于该穿透次像素的第二次画面开始时导通并且于该穿透次像素的第三次画面开始时切断；第三主颜色光源于该穿透次像素的第三次画面开始时导通并且于该穿透次像素的下一画面的第一次画面开始时切断。
6.一种半穿透/反射式液晶显示装置，包括：
第一基材及第二基材；
液晶显示层，夹于该第一及第二基材之间；
多个第一电极以第一水平方向延伸；
多个第二电极以第二水平方向延伸，其中该第二水平方向平行于该第一水平方向；
多个第三电极以第一垂直方向延伸，其中该第一垂直方向大体上垂直于该第一及第二水平方向；
多个第四电极以第二垂直方向延伸，其中该第二垂直方向平行于该第一垂直方向；
多个像素，包括多个不透光的反射次像素以显示反射图像，以及多个透光的穿透次像素以显示穿透图像；
第一驱动器，用以驱动该些第一电极；
第二驱动器，用以驱动该些第二电极；
第三驱动器，用以驱动该些第三电极；
第四驱动器，用以驱动该些第四电极；
装置操作时序控制单元；以及
光源；
其中每一该像素包括至少三个不透光的反射次像素以显示反射图像以及至少一个透光的穿透次像素以显示穿透图像；
其中每一该不透光的反射次像素由第一电荷维持装置以及第一开关装置来驱动，该第一开关装置连结至该些第一及第三电极，以及每一该透光的穿透次像素由至少两个第二电荷维持装置以及至少两个第二开关装置来驱动，其中该些第二开关装置当中至少之一连结至该些第二及第四电极；
其中该至少两个第二开关装置以及该至少两个第二电荷维持装置当中至少一第二开关装置以及至少一第二电荷维持装置是作为图像缓冲器以储存图像数据，该图像数据进一步传送至其余的第二电荷维持装置；以及
其中该装置操作时序控制单元连接至该第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器，第四驱动器，以及该光源，用以使该显示反射画面的反射次像素与该显示穿透画面的穿透次像素同步。
7.如权利要求6所述的半穿透/反射式液晶显示装置，其中该反射次像素于一画面周期内一列接着一列被扫描一次，以及该穿透次像素于一画面周期内一列接着一列扫描而得三个次画面，其中该反射次像素于一画面周期内的扫描是与该穿透次像素于第三次画面的周期内的扫描同步。
8.如权利要求7所述的半穿透/反射式液晶显示装置，其中在该些穿透次像素的每一次画面的扫描后，图像数据储存于该些穿透次像素的该图像缓冲器内并于下一次画面内同时传送至该液晶层；其中第一主颜色光源于该穿透次像素的第一次画面的整个期间内导通并且于该穿透次像素的第一次画面结束时切断，第二主颜色光源于该穿透次像素的第二次画面的整个期间内导通并且于该穿透次像素的第二次画面结束时切断；第三主颜色光源于该穿透次像素的第三次画面的整个期间内导通并且于该穿透次像素的第三次画面结束时切断。
9.如权利要求6所述的半穿透/反射式液晶显示装置，其中该反射次像素于一画面周期内一列接着一列被扫描一次，以及该穿透次像素于一画面周期内一列接着一列扫描而得四个次画面，其中该反射次像素于一画面周期内的扫描是与该穿透次像素于第四次画面的周期内的扫描同步。
10.如权利要求9所述的半穿透/反射式液晶显示装置，其中在该些穿透次像素的每一次画面的扫描后，图像数据储存于该些穿透次像素的该图像缓冲器内并于下一次画面内同时传送至该液晶层，其中第一主颜色光源于该穿透次像素的第一次画面的整个期间内导通并且于该穿透次像素的第一次画面结束时切断，第二主颜色光源于该穿透次像素的第二次画面的整个期间内导通并且于该穿透次像素的第二次画面结束时切断；第三主颜色光源于该穿透次像素的第三次画面的整个期间内导通并且于该穿透次像素的第三次画面结束时切断，其中该光源于该穿透次像素的第四次画面期间保持切断，该些穿透次像素知该第三次画面的扫描是除储存黑色图像数据于该些穿透次像素的图像缓冲器内，以及该黑色图像数据于该第四次画面同时传送至该液晶层。
11.一种半穿透/反射式液晶显示装置，包括：
第一基材及第二基材；
液晶显示层，夹于该第一及第二基材之间；
多个第一电极以第一水平方向延伸；
多个第二电极以第二水平方向延伸，其中该第二水平方向平行于该第一水平方向；
多个第三电极以第一垂直方向延伸，其中该第一垂直方向大体上垂直于该第一及第二水平方向；
多个第四电极以第二垂直方向延伸，其中该第二垂直方向平行于该第一垂直方向；
多个像素，包括多个不透光的反射次像素以显示反射图像，以及多个透光的穿透次像素以显示穿透图像；
第一驱动器，用以驱动该些第一电极；
第二驱动器，用以驱动该些第二电极；
第三驱动器，用以驱动该些第三电极；
第四驱动器，用以驱动该些第四电极；
装置操作时序控制单元；以及
光源；
其中每一该像素包括至少三个不透光的反射次像素以显示反射图像以及至少一个透光的穿透次像素以显示穿透图像；
其中每一该不透光的反射次像素由至少两个第一电荷维持装置以及至少两个第一开关装置来驱动，该第一开关装置连结至该些第一及第三电极，以及每一该透光的穿透次像素由至少两个第二电荷维持装置以及至少两个第二开关装置来驱动，其中该些第二开关装置当中至少之一连结至该些第二及第四电极；
其中该至少两个第一开关装置以及该至少两个第一电荷维持装置当中至少一第一开关装置以及至少一第一电荷维持装置作为第一图像缓冲器以储存图像数据，该图像数据进一步传送至其余的第一电荷维持装置，以及该至少两个第二开关装置以及该至少两个第二电荷维持装置当中至少一第二开关装置以及至少一第二电荷维持装置作为第二图像缓冲器以储存图像数据，该图像数据进一步传送至其余的第二电荷维持装置；以及
其中该装置操作时序控制单元连接至该第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器，第四驱动器，以及该光源，用以使该显示反射画面的反射次像素与该显示穿透画面的穿透次像素同步。
12.如权利要求11所述的半穿透/反射式液晶显示装置，其中该反射次像素于一画面周期内一列接着一列被扫描一次，以及该穿透次像素于一画面周期内一列接着一列扫描而得三个次画面，其中该反射次像素于一画面周期内的扫描与该穿透次像素于第三次画面的周期内的扫描同步。
13.如权利要求12所述的半穿透/反射式液晶显示装置，其中在该些反射次像素和该些穿透次像素的每一次画面的扫描后，图像数据分别储存于该些反射次像素和该些穿透次像素的该图像缓冲器内，并于下一次画面内同时传送至该液晶层，其中第一主颜色光源于该穿透次像素的第一次画面的整个期间内导通并且于该穿透次像素的第一次画面结束时切断，第二主颜色光源于该穿透次像素的第二次画面的整个期间内导通并且于该穿透次像素的第二次画面结束时切断；第三主颜色光源于该穿透次像素的第三次画面的整个期间内导通并且于该穿透次像素的第三次画面结束时切断。
14.如权利要求1或6或11所述的半穿透/反射式液晶显示装置，其中该用以显示反射图像的反射次像素具有滤色层于该第一及第二基材当中至少之一的内侧上，用以选取周围光线的主要颜色当中之一，该用以显示穿透图像的穿透次像素不具有滤色层于该第一及第二基材当中任一的内侧上。
15.如权利要求1或6或11所述的半穿透/反射式液晶显示装置，其中该反射次像素具有反射装置覆盖于该第二基材上，用以将周围光线反射回检视者，该反射装置由具高反射性的金属材料或具高反射性的介电材料构成。
16.如权利要求15所述的半穿透/反射式液晶显示装置，其中该第一开关装置、该第一电荷维持装置、该第二开关装置及该第二电荷维持装置位于该反射次像素的区域内并设置于该位于第二基材的内表面的该反射装置的下方。
17.如权利要求1或6或11所述的半穿透/反射式液晶显示装置，其中该光源循序发射地主要颜色的光线，该光源将一部分的主要颜色的光线同时发射在显示面板装置上。
18.一种制造穿透/反射式液晶显示装置的方法，包括以下步骤：
建立多个像素，其中该每一像素具有至少三反射次像素以显示反射图像及至少一穿透次像素以显示穿透图像；
循序地以至少三种不同主要颜色的光源照射装置的面板；以及
使该些显示反射图像的反射次像素与该些显示穿透图像的穿透次像素同步。
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