CN101604099A - 一种微反射液晶显示器 - Google Patents
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Abstract
一种微反射液晶显示器，主要是利用现有TFT－LCD Array基板现有制程本身存在的断差，以及光学慢轴上、下正交的两片光学补偿膜夹住液晶盒，在正交偏光片补偿系统中，以光学补偿膜的光学慢轴与液晶长轴轴向的差异来获得最适当的相位差值，并配合液晶电压的启动与关闭来达成最佳暗态与最佳亮态的显示功能，同时于反射模式或穿透模式时可以相同驱动电压获得最佳暗态，且不需要增加制程下达到较佳的对比与反射效果。
Description
技术领域
本发明是有关一种微反射液晶显示器，尤指一种利用现有薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)Array基板5道制程本身所存在的断差与平行排列的液晶盒，搭配上、下光学补偿膜的光学慢轴(slow axis)与液晶长轴轴向的差异进行光学机制补偿的微反射效果的液晶显示器。
背景技术
传统的穿透式薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD，Thin-Film TransistorLCD)如图1所示，其结构是在上基板11、下基板12之间设置一液晶层13，且对应该上基板11、下基板12分别设置一上偏光片14与一下偏光片15，该下偏光片15的下方则设置一背光源(图中未示)，而下基板12上对应各像素均设置一薄膜矩阵电极(图中未示)及一储存电容16，该储存电容16是以一下金属层161、一绝缘层162及一上金属层163叠置制成，且该上基板11对应薄膜晶体管矩阵电极及储存电容16处会设置黑色矩阵(black matrix)将其遮盖，以避免显示影像的对比降低。
前述的穿透式薄膜晶体管液晶显示器在户外的阳光下，会因其结构本身不具外界光的反射结构，而只能由该背光源作为显示光源，因此在阳光下会有对比降低且不易看清楚所显示的影像的问题。
而为避免前述的问题发生，便有业者在下基板上对应于各像素设置由反射电极区与穿透电极区组成的反射板结构来解决在阳光下对比降低的问题，如中国台湾专利公告第482917号”液晶显示器”专利案(即美国专利第6295109号案)。但是，此一结构会牺牲穿透模式下的开口率，且有制程复杂、光学结构不易设计的问题。
又，如美国专利第6744480号案，说明利用扩散膜(scattering layer)与反射型偏光片(reflection type polarizer)，例如是DBEF(Dual BrightnessEnhancement Film，对偶亮度增强膜)，搭配所形成具有微反射效果的穿透式面板光学机制。然而此种设计结构在反射模式下容易导致所显示的影像产生视差(parallax)的问题，以及其反射对比与反射率并不佳。
发明内容
为解决现有技术所存在的问题，进一步提升其反射效果，提供一种光学补偿机制，利用Array基板本身的断差搭配适当的光学补偿膜，达到效果更佳的微反射效果的液晶显示器，即为本发明的目的所在。
本发明提供一种具有微反射效果的液晶显示器，是利用现有薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)Array基板本身所存在的断差以及既存的金属反射层，搭配上、下光学补偿膜进行光学机制的补偿，其方式为：利用一般的位相差板(retardation film)补偿液晶盒所产生的相位差值，应用液晶光轴(optical axis)与位相差板慢轴(slow axis)的角度搭配进行适当的光学补偿。
本发明所揭露的微反射液晶显示器包括一第一偏光片；一第一光学补偿膜，是位于第一偏光片上；一液晶盒，是位于第一光学补偿膜上，液晶盒具有一液晶层，液晶层的液晶分子为平行排列(homogeneous)；且第一光学补偿膜的慢轴垂直于该液晶层的液晶配向。至少一金属反射层，是位于液晶层与第一光学补偿膜之间且具有反射环境光的作用，每一个像素单元界定出一反射区与一穿透区，其中该反射区与该穿透区之间具有一制程断差且反射区的液晶层厚度略小于穿透区的液晶层厚度；一第二光学补偿膜，是位于液晶盒上，第二光学补偿膜，具有一第二光学慢轴，且第二光学慢轴平行于该液晶层的液晶配向；以及一第二偏光片，是位于该第二光学补偿膜上。反射区的相位延迟介于110至310nm，穿透区的相位延迟介于200至380nm。
对一般的棒状液晶而言，当液晶配向方向与位相差板慢轴一致时，其等效的相位差值是相加的，而当液晶配向方向与位相差板慢轴正交时，其等效的相位差值是相减的，应用此一补偿方式并调整适合的液晶盒光程差，便完成可以显示穿透与反射效果的微反射式液晶显示器。
本发明的有益效果在于，本发明的微反射效果的液晶显示器，只要上、下两片光学补偿膜的光学慢轴成正交，并夹住液晶盒，均可达成相同功效。在正交偏光片系统中，利用光学补偿膜的光学慢轴与液晶长轴轴向的相对关系以及光学补偿膜的相位差值搭配Array基板本身存在的断差形成液晶盒的光程差值来获得最适当的相位差值，使得液晶在不被驱动的情况下，可以产生约半波长(λ/2)的相位差值而达到亮态；当液晶受到驱动时，可以形成等同零相位差值的效果，故达到暗态。利用平行排列的液晶盒搭配适当的光学补偿膜的相位差值与光学慢轴角度，于相同驱动电压下进而达到在反射模式或穿透模式时具有超低暗态效果。除此之外，现有的偏光片补偿系统需控制液晶盒反射区及穿透区之间隙大小，而必须在制程中加入数道制程，且亦须使用多片光学补偿膜以达成效果；而本发明不但不需要增加制程且可减少光学补偿膜的使用，进而降低成本使液晶显示器厚度变薄，且反射光线不必经过太多光学补偿膜而削弱反射强度，故获得较佳的对比与反射效果。
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求及图示，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。
附图说明
图1是现有的穿透型液晶显示器的结构示意图；
图2是本发明的子像素结构的一较佳实施例俯视图；
图3是本发明由图2穿透区截线2-2的剖面图；
图4是本发明由图2反射区截线3-3的剖面图；
图5a是本发明的第一实施例剖面示意图；
图5b是本发明第一实施例的反射模式在不同液晶电压下的反射率曲线图；
图5c是本发明第一实施例的穿透模式在不同液晶电压下的穿透率曲线图；
图5d是本发明第一实施例的穿透率与反射率曲线叠置在一起的曲线图；
图6a及图6b是本发明第二实施例剖面示意图；
图6c是本发明第二实施例的反射模式在不同液晶电压下的反射率曲线图；
图6d是本发明第二实施例的穿透模式在不同液晶电压下的穿透率曲线图。
附图标记说明：
11-上基板；12-下基板；13-液晶层；14-上偏光片；15-下偏光片；16-储存电容；161-下金属层；162-绝缘层；163-上金属层；
(本发明部分)
21-玻璃基板；22-第一金属层(Metal 1)；23-栅极金属氧化层(GateOxide)；24-第二金属层(Metal 2)；25-保护层(Passivation layer)；26-透明电极(ITO)；41-第二光学补偿膜；42-第一偏光片；43-第二偏光片；44-第一光学补偿膜；45-液晶盒；45a-第一基板；45b-第二基板；45c-液晶层；46-断差；47-背光源；48-背光模块；421、431-偏光方向；411、441-光学补偿膜慢轴方向；451、452-液晶配向；51-液晶聚合物膜；511-液晶分子；512-液晶聚合物膜的液晶配向；52-第一偏光片；53-第二偏光片；54-光学补偿膜；55-液晶盒；55a-第一基板；55b-第二基板；55c-液晶层；56-断差；57-背光源；58-背光模块；531、541-第二实施例的偏光片穿透轴方向；513、521-第二实施例的光学补偿膜慢轴方向；551、552-第二实施例的液晶配向；R-反射区；T-穿透区；d1-穿透区厚度；d2-反射区第一厚度；d3-反射区第二厚度。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。上述关于本发明内容的说明以及下列的实施方式的说明是用以示范与解释本发明的原理，并且提供本发明的权利要求范围更进一步的解释。
请参阅图2，此为本发明的子像素结构的一较佳实施例俯视图，显示每一个子像素的示意结构。依据图2中的剖线2-2、3-3可分别得到反射区R以及穿透区T的剖面图，请参阅图3及图4。在图3中，是穿透区T介于两金属板22之间且光线依序可穿透玻璃基板21、栅极金属氧化层(Gate Oxide)23、保护层(Passivation Layer)25以及透明电极(ITO)26，该穿透区T相对于玻璃基板21的表面，其厚度d1为7500埃
而反射区R是利用金属板24来当作反射板，其中图3中的金属板24为数据线(data line)，图4中的金属板24为储存电容电极板，其相对于玻璃基板21的厚度d2、d3为9000～11500埃
因此其本身的断差46(图5a)是介于1500～4000埃
请参阅图5a，其为本发明的第一实施例示意图；微反射效果的液晶显示器包括一第一偏光片42、一第一光学补偿膜44、一液晶盒45、一第二光学补偿膜41、一第二偏光片43以及一背光模块48。第一光学补偿膜44位于第一偏光片42上；液晶盒45位于第一光学补偿膜44上，且液晶盒45具有一第一基板45a、一第二基板45b以及液晶层45c，其中第一基板45a具有复数条扫瞄线与数据线，该些扫瞄线与数据线所围成的区域形成复数个像素单元，每一个像素单元具有一穿透区T与一反射区R，第二基板45b对向设置于第一基板45a的另一侧，而液晶层45c的液晶配向451、452垂直于第一光学补偿膜44的光学慢轴方向441，且在穿透区T与反射区R两者之间的厚度差异即为Array基板的制程本身做造成的断差46，其中液晶层的液晶分子为平行排列(homogeneous)；第二光学补偿膜41位于液晶盒45上，第二光学补偿膜41的光学慢轴方向411平行于液晶层的液晶配向451、452；第二偏光片43位于第二光学补偿膜41上；以及背光模块48，是位于第一偏光片42下，且背光模块48具有一光源47。其中第一偏光片42的偏光方向421与第二偏光片43的偏光方向431互相垂直。
在一正交的偏光片系统中，利用第一光学补偿膜44的光学慢轴方向441与第二光学补偿膜41的光学慢轴方向411的对应关系，当液晶电压关闭时，亦即当液晶盒45未被驱动时，穿透区T的液晶层内的液晶为水平排列，利用第一光学补偿膜44与第二光学补偿膜41的相位差值搭配液晶盒45的光程差值，使整体光学系统中的等效相位差值尽可能等于半波长(λ/2)以获得最佳亮态。当液晶电压开启时，亦即当液晶盒45被驱动时，穿透区T的液晶层内的液晶为垂直排列。而液晶盒45仍残留的水平相位差值再与第一光学补偿膜44及第二光学补偿膜41的相位差值做合并计算后，使整体光学系统中的等效相位差值可以接近零，再搭配一正交偏光片系统即获得最佳暗态。
请参阅图5b及图5c以说明第一实施例的光学测试结果。图5b为反射模式在不同电压下的反射率曲线图；图5c为穿透模式在不同电压下的穿透率曲线图；第一实施例中，第二偏光片43的穿透轴为45°，第二光学补偿膜41的慢轴方向为0°且相位差值为60nm，液晶盒是采用平行排列的液晶，配向方向为6点钟方向，液晶的双折射率Δn＝0.066，穿透区T之间隙为4μm，反射区R之间隙介于3.6～3.85μm之间，第一光学补偿膜44的的慢轴方向为90°且相位差值为140nm，第一偏光片42的穿透轴为135°。第一实施例的穿透对比为235，而反射对比为8.5。请参阅图5d以说明穿透与反射的V-T曲线叠合在一起的结果，可以看出穿透曲线与反射曲线的斜率相近，有助于第一灰阶电压与最后一阶灰阶电压的选取，以提供一组较适合且可以共用的γ值，且在穿透模式与反射模式时共用γ值的驱动电压下，第一实施例的光学补偿系统即可以获得最低暗态的优点。
关于第一光学补偿膜44与第二光学补偿膜41的材料亦可用液晶聚合物膜(hybrid liquid crystalline polymer layer，LCP layer)取代。当光学补偿膜的位相差值为60～190纳米(nm)，或者液晶聚合物膜的液晶翘起角度(tilt angle)为30°～70°，而相位差值为70～160纳米(nm)时，皆可用来搭配液晶盒45以及断差46，以产生本发明所述及的功效。另外，液晶盒45的穿透区T的位相差值为200～380纳米(nm)，反射区的位相差值为100～200纳米(nm)时，皆可配合本发明的正交偏光片补偿系统达成本发明所述及的功效。
接下来请同时参阅图6a及图6b，其为本发明的第二实施例。除了采用上述的光学补偿膜外，本实施例利用液晶聚合物膜取代任一或两光学补偿膜进行光学补偿。如图6a所示，液晶聚合物膜51(hybrid liquid crystalline polymer layer，LCP layer)具有预设翘起角度(tilt angle)与相位差值的液晶分子511，且液晶聚合物膜51可采用贴片或是涂布制程而制作，于本实施例中的液晶聚合物膜51是采贴合方式贴合于液晶盒55之外侧；当然，亦可将液晶聚合物膜51涂布于液晶盒55的内、外侧而直接针对所要补偿的区域进行光学补偿。此外，液晶聚合物膜51亦具有液晶配向512。
如图6b所示，光学补偿膜54位于第一偏光片52上；液晶盒55位于光学补偿膜54上，液晶盒55的液晶配向551、552垂直于光学补偿膜54的光学慢轴方向541，且液晶盒55具有一第一基板55a、一第二基板55b以及液晶层55c，其中第一基板55a具有复数条扫瞄线与数据线，该些扫瞄线与数据线所围成的区域形成复数个像素单元，各该像素单元具有一穿透区T与一反射区R，第二基板55b对向设置于第一基板55a一侧，且在穿透区T与反射区R两者之间的差异即为Array基板的制程本身做造成的断差56，其中液晶层的液晶分子为平行排列(homogeneous)；液晶聚合物膜51位于液晶盒55上，液晶聚合物膜51的液晶光轴方向513平行于液晶层的液晶配向551、552；第二偏光片53位于液晶聚合物膜51上；而背光模块58位于第一偏光片52下方，且背光模块58具有一光源57。其中第一偏光片52的穿透轴方向521与第二偏光片53的穿透轴方向531互相垂直。
请同时参阅图6c与图6d以说明第二实施例的光学测试结果。图6c为反射模式在不同液晶电压下的反射率曲线图；图6d为穿透模式在不同液晶电压下的穿透率曲线图；在第二实施例中，该液晶层的液晶分子为平行排列(homogeneous)，其液晶分子配向方向为90°，第二偏光片53的穿透轴为45°，液晶聚合物膜51的液晶光轴方向513与液晶盒55的液晶配向551、552平行，液晶聚合物膜51的相位差值为120nm且翘起角度(tilt angle)为50°。液晶盒55的反射区R的相位差值为240～260nm，而穿透区T的相位差值为270nm。光学补偿膜54的光学慢轴为0°，且其相位差值为140nm。第一偏光片52的穿透轴为135°。第二实施例的反射对比度为9.2，而穿透对比度为778。由图6c及图6d可以观察到在穿透模式或反射模式时相同的驱动电压下，第二实施例的光学补偿系统可以获得最低暗态的优点。
综合上述所言，本发明的微反射效果的液晶显示器，只要上、下两片光学补偿膜的光学慢轴成正交，并夹住液晶盒，均可达成相同功效。在正交偏光片系统中，利用光学补偿膜的光学慢轴与液晶长轴轴向的相对关系以及光学补偿膜的相位差值搭配Array基板本身存在的断差形成液晶盒的光程差值来获得最适当的相位差值，使得液晶在不被驱动的情况下，可以产生约半波长(λ/2)的相位差值而达到亮态；当液晶受到驱动时，可以形成等同零相位差值的效果，故达到暗态。利用平行排列的液晶盒搭配适当的光学补偿膜的相位差值与光学慢轴角度，于相同驱动电压下进而达到在反射模式或穿透模式时具有超低暗态效果。除此之外，现有的偏光片补偿系统需控制液晶盒反射区及穿透区之间隙大小，而必须在制程中加入数道制程，且亦须使用多片光学补偿膜以达成效果；而本发明不但不需要增加制程且可减少光学补偿膜的使用，进而降低成本使液晶显示器厚度变薄，且反射光线不必经过太多光学补偿膜而削弱反射强度，故获得较佳的对比与反射效果。
以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。
Claims (11)
1.一种微反射液晶显示器，包含：
一第一偏光片；
一第一光学补偿膜，其具有一第一光学慢轴，该第一光学补偿膜是位于该第一偏光片上；
一液晶盒，是位于该第一光学补偿膜上，该液晶盒具有：
一第一基板，具有复数条扫瞄线与数据线，该些扫瞄线与数据线所围成的区域形成复数个像素单元，各该像素单元具有一穿透区与一反射区；
一第二基板，对向设置于该第一基板的另一侧；
一液晶层，其具有一液晶配向，且设置于该第一基板与该第二基板之间，该液晶层的液晶分子为平行排列，且该第一光学慢轴垂直于该液晶层的液晶配向；
一第二光学补偿膜，具有一第二光学慢轴，该第二光学慢轴平行于该液晶层的液晶配向，第二光学补偿膜是位于该液晶盒上；以及
一第二偏光片，是位于该第二光学补偿膜上；
其中，该穿透区的液晶层厚度大于该反射区的液晶层厚度，且该反射区的相位延迟介于110nm至310nm之间，该穿透区的相位延迟介于200nm至380nm之间。
2.根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，该反射区上具有一金属反射层，该金属反射层是为一储存电容的上电极板。
3.根据权利要求2所述的液晶显示器，其特征在于，该金属反射层更包含该些数据线。
4.根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，该第一光学补偿膜的相位差值为60nm至190nm。
5.根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，该第二光学补偿膜的相位差值为60nm至170nm。
6.根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，当该液晶盒未驱动时，该穿透区液晶层的相位差值与该第一光学补偿膜及该第二光学补偿膜的相位差值合并计算后的等效相位差值趋近于二分之一波长：λ/2。
7.根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，当该液晶盒驱动时，该穿透区液晶层内的液晶为垂直排列并具有一残留相位差值，该残留相位差值与该第一光学补偿膜及该第二光学补偿膜的相位差值合并计算后的等效相位差值是趋近于零。
8.根据权利要求7所述的液晶显示器，其特征在于，该第一偏光片的穿透轴与该第一光学补偿膜的慢轴的夹角为45°，且该第一光学补偿膜的相位差值为140纳米(nm)，该液晶层的配向与该第一光学补偿膜的慢轴是同方向，且该液晶层的液晶折射率为0.066，该穿透区的厚度为4微米(μm)，该反射区的厚度介于3.6～3.85微米(μm)，该第二光学补偿膜与该第二偏光片的穿透轴的夹角为45°，该第二光学补偿膜相位差值为60纳米(nm)，该第一偏光片的穿透轴与该第二偏光片的穿透轴的夹角为90°。
9.根据权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，该第一光学补偿膜与该第二光学补偿膜至少其中的一为液晶聚合物膜。
10.根据权利要求9所述的液晶显示器，其特征在于，该第一偏光片的穿透轴与该第二偏光片的穿透轴正交，该液晶聚合物膜内的液晶高分子的排列方向与该液晶盒的液晶层的液晶配向平行，且该液晶聚合物膜的相位差值为120纳米(nm)，该液晶聚合物膜内的液晶高分子具有一50°的翘起角度，另一光学补偿膜的相位差值为140纳米(nm)，且其慢轴与该第二偏光片的穿透轴的夹角为45°。
11.根据权利要求9所述的液晶显示器，其特征在于，该第一偏光片的穿透轴与该第二偏光片的穿透轴正交，该液晶聚合物膜内液晶高分子的排列方向与该液晶盒的液晶层的液晶配向垂直，且该液晶聚合物膜相位差值为120纳米(nm)，该液晶聚合物膜内的液晶高分子具有一50°的翘起角度，另一光学补偿膜的相位差值为140纳米(nm)，且其慢轴与该第二偏光片的穿透轴的夹角为45°。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20091216 |