CN102736305A - 具有穿透区及反射区的液晶显示装置 - Google Patents

具有穿透区及反射区的液晶显示装置 Download PDF

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CN102736305A CN2012100673638A CN201210067363A CN102736305A CN 102736305 A CN102736305 A CN 102736305A CN 2012100673638 A CN2012100673638 A CN 2012100673638A CN 201210067363 A CN201210067363 A CN 201210067363A CN 102736305 A CN102736305 A CN 102736305A
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Abstract

本发明提出一种具有穿透区及反射区的液晶显示装置，是在液晶显示装置的第一电极选定区域开设有至少一裸空区域，而在第二电极相对应于所述第一电极的裸空区域处，则设有一反射层。第二电极与第一电极之间沿着所述延伸方向定义为一液晶显示单元区域，在所述液晶显示单元区域中位于对应于所述第一电极的裸空区域的区域定义为一反射区，而在所述反射层以外的液晶显示单元区域则定义为一穿透区，在所述反射区中的液晶层等效电场相对于所述穿透区的液晶层等效电场为弱。远离所述反射区的穿透区外围区域的液晶显示单元区域，也可作为反射区。

Description

具有穿透区及反射区的液晶显示装置
技术领域
本发明是关于一种液晶显示装置的结构设计，特别是关于一种具有穿透及反射的液晶显示装置。
背景技术
液晶显示装置在目前各个领域中已成为不可或缺的输出装置。在典型的液晶显示装置中，主要是包括有一对基板、一对电极、以及位于所述电极之间的液晶层。液晶层中包括有液晶分子。
为了使液晶显示器在明亮环境下仍然维持最佳显示品质，业者设计出各种不同半穿透半反射(Transflective)结构。例如有业者在穿透区及反射区的液晶层间隙中，使用不同液晶层厚度。此种结构设计，存在制程复杂、良率低的问题。
而在中国台湾专利申请公开号第200846773号中所披露的结构中，是在穿透区及反射区的液晶层间隙，使用相同液晶层厚度，但是使用了多电极架构。此种结构设计，存在驱动电路复杂的问题。
又例如在中国台湾专利申请公开号第200835971号中所披露的结构中，是在穿透及反射区的液晶层间隙，使用相同厚度，但是反射区需额外使用反射式线栅式偏光板。此种结构设计，由于必须在反射区额外使用反射式线栅式偏光板，故制程复杂。
又例如在中国台湾专利申请公开号第200907516号中所披露的结构中，是在穿透区及反射区的液晶层间隙，使用相同厚度，利用穿透及反射区不同特征的透明电极图案形成的不同电场分布，以达到反射区电场较穿透区为弱，再调整电极图案周期关系，达到其电压-穿透率(Voltage-Transmittance)曲线与电压-反射率(Voltage-Reflective)曲线较佳的相似度。此种结构设计，存在电压-穿透率(Voltage-Transmittance)曲线与电压-反射率(Voltage-Reflective)曲线的相似度低的问题。
发明内容
各种不同的现有技术中，虽然各有其优点，但仍存在了缺点。缘此，本发明的主要目的即是提供一种同时具有穿透及反射的液晶显示装置，其穿透区与反射区具有相同的液晶层间隙，反射区位于像素内的液晶分子所承受的等效电场较弱区域，根据光利用率及电压-穿透率(Voltage-Transmittance)曲线与电压-反射率(Voltage-Reflective)曲线相似度两个指标折中(trade off)决定反射区的分布区域，以达到最佳显示效果。
本发明为解决已知技术的问题所采用的技术手段是利用液晶显示装置中的上层ITO电极(透明电极)裸空一特定图案，此图案可为圆形、正方形、长方形或其他对称的图案。所述裸空区域的液晶分子所承受的等效电场相对较弱，液晶层的相位延迟(Phase retardation)较小，所述区穿透率相对较弱，导致整个像素穿透率下降，使整体光利用率下降，本发明将所述区域改成反射区，光线经过液晶层累积的相位延迟可提高为原本作为穿透区的一倍，因此可提高整体显示器光的利用率，并且可作为一种具有穿透区及反射区的液晶显示装置，达到改善显示器在明亮环境下的影像品质。
本发明将原本穿透区液晶等效电场较弱区域，其光线经过液晶层获得的相位延迟(Phase retardation)较低，所以穿透率较低，改为反射区，使得光线经过液晶层累积的相位延迟增加，调整反射区范围，可获得电压-穿透率(Voltage-Transmittance)曲线与电压-反射率(Voltage-Reflective)曲线较佳的相似度，并可增加光的利用率。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1显示本发明第一实施例的剖面示意图；
图2显示图1的俯视图；
图3显示图1中第二电极的俯视示意图；
图4显示图1中第一电极的俯视示意图；
图5显示图1中反射层的俯视示意图；
图6为图1中液晶层在X方向及Z方向的模拟等电位线分布图；
图7为图1中液晶层液晶指向分布图；
图8为图1中液晶层高度一半位置(即图1中8-8断面剖视)的液晶分子分布图；
图9为图1中结构的第一电极的裸空区域的圆形半径R1＝12μm，不同的反射区的圆形半径R2条件下，模拟得到的穿透率T、反射率R、光利用率(R+T)的曲线图；
图10为图1中结构的第一电极的裸空区域的圆形半径R1＝12μm，不同的反射区的圆形半径R2条件下，模拟得到的dRMS的曲线图；
图11为折中图9及图10两项指标后，最佳条件设定为反射区半径R2＝14μm，最大操作电压Vmax＝6V下，得到的V-T与V-R曲线；
图12将图1的第一电极的裸空区域增加为多个的实施例俯视示意图；
图13显示本发明第二实施例的剖面示意图；以及
图14a～14e显示本发明第二实施例中，第二电极的各个可能图案实施例俯视示意图。
主要元件符号说明如下：
100、100a            液晶显示装置
1                    第一基板
11                   第一液晶层对应面
2                    第二基板
21                   第二液晶层对应面
3                    第一电极
31                   裸空区域
4、4a、4b、4c、4d    第二电极
5                    液晶层
51                   液晶分子
6、6a、6b、6c        反射层
61        绝缘保护层
62        补偿板
62a       第一补偿板
62b       第二补偿板
7         第一偏光片
8         第二偏光片
9         背光板
A         液晶显示单元区域
A1        反射区
A2        穿透区
A3        液晶显示单元周围反射区
h         预定间距
I         延伸方向
R1        裸空区域的圆形半径
R2        反射层的圆形半径
Z         几何中心
具体实施方式
参阅图1及图2所示，图1显示本发明第一实施例的剖面示意图，图2显示图1的俯视图。本实施例是以旋转-垂直配向模式(Twisted-Vertical alignedMode，TVA mode)为例(一像素(pixel)可为一液晶显示单元组成或多个液晶显示单元组成)。本实施例的具有穿透区及反射区的液晶显示装置100包括有沿着一延伸方向I延伸且彼此平行的一第一基板1、一相对应于第一基板的第二基板2、一第一电极3、一相对应于第一电极3的第二电极4。第一基板1与第二基板2之间具有一预定间距h。
一液晶层5介于所述第一电极3与第二电极4之间。液晶层5可选用掺入手性剂(Chiral)的负型液晶材料(介电系数Δε＜0)，光程差Δn.h＝0.53，其中Δn为液晶相对折射率，h为液晶层厚度。
第一电极3是配置在第一基板1的第一液晶层对应面11(底面)，并在第一电极3的几何中心Z位置开设有至少一裸空区域31。第一电极3为ITO透明电极。
第二电极4是位于第二基板2的第二液晶层对应面21(顶面)。第二电极4为ITO透明电极，其可为整面未蚀刻或蚀刻成特定图案之一，所述特定图案为一具有对称形状的狭缝电极图案(参阅图3所示)，且其对称中心对应所述第一电极3的裸空区域31(同时参阅图2所示)。
第二电极4与第二基板2之间配置有一图案化反射层6。反射层6是相对应于所述第一电极3的裸空区域31。在反射层6与第二电极4及第二基板2之间包括有一绝缘保护层61，以确保反射层6与第二电极4间的绝缘。
在第一电极3与第二电极4之间沿着所述延伸方向I定义为一液晶显示单元区域A，且位于对应于第一电极3的裸空区域31的区域定义为反射区A1，而在反射层A1以外的区域则定义为穿透区A2。在所述反射区A1中的液晶层等效电场相对于所述穿透区A2的液晶层等效电场为弱。
第一电极3主要目的为使得液晶层5中的液晶分子排列成多域(multi-domain)或连续(continuous domain)形状，以达到广视角的目的。而裸空区域31图案结构则是另一目的，是为了增加液晶动态快速稳定。
裸空区域31的图型可为圆形、椭圆形、矩形的对称性图型之一。若为圆形结构时，其圆形半径为R1(参阅图4所示)。反射层6的功能是用以反射环境光，且其配置位置是相对应于第一电极3的裸空区域31。
反射层6位于所述第一电极3的裸空区域31对应处的反射区A1形状可为圆形、椭圆形、矩形的对称性图型之一。反射层6的图型若为圆形结构时，圆形半径为R2(参阅图5所示)，所述反射区A1的电场相对弱于穿透区A2。图案化反射层6图型的圆形半径R2可大于或小于或等于裸空区域31的圆形半径R1。
第一基板1在相反于第一液晶层对应面11的表面(顶面)配置有一第一偏光片7。第二基板2在相反于第一液晶层对应面21的表面(底面)配置有一第二偏光片8。第一偏光片7的光学吸收轴与第二偏光片8的光学吸收轴互为垂直。第二偏光片8的底面则设置一背光板9。
反射层6可为非导电材料所制成，且反射层6可位于所述第二电极4及背光板9之间、或者位于所述液晶层5与所述第二电极4之间。于反射层6的顶面可增加一补偿板62，其为一四分之一波片(wave plate)或一四分之一波片及二分之一波片的组合。再者，第一电极3及第二电极4的表面可配置一垂直配向膜(图未显示)。
图6为图1中液晶层5在X方向及Z方向的模拟等电位线分布图。图中相邻的等电位线之差为0.9V，在此液晶显示装置100的中心恰为第一电极3的裸空区域31，所述裸空区域31等电位线密度较其他第一电极3未裸空区域稀疏。因为任一区域的电场大小可为该区所在的等电位线的梯度，所以表示所述裸空区域31的电场较弱。
图7为图1中液晶层5液晶指向(LC director)分布图，此为模拟软件模拟的结果。在图7中，明显看出位于第一电极3的裸空区域31的液晶层5的液晶分子51倾倒程度(角度)较其它未裸空区域小，所以所述裸空区域31的液晶层的相位延迟(Phase retardation)较小，穿透率较小，若将所述裸空区域31作为反射区，则因为光行进路径增加一倍，所以液晶层的相位延迟也可增加一倍，可获得较高的反射率，因此若考量整体光利用率，此种部分穿透部分反射模式的架构将可大于全部为穿透模式的架构。
图8为图1中液晶层5高度一半位置(即图1中8-8断面剖视)的液晶分子分布图，可发现液晶分子51排列受第二电极4蚀刻图案影响，呈一放射状或近似四个主区域排列，此结果具备的液晶分子多区域排列特性，不论在穿透或反射区都具有广视角的特征。
反射层6的位置及范围大小会影响V-T与V-R曲线的相似度及整体像素的光利用率，因此将折中(trade off)此两项指标决定反射层6范围。V-T与V-R曲线的相似度定义为
dRMS = Σ i = 1 N ( T i - R i ) 2 N
其中N为样本数，Ti及Ri分别为给定电压Vi值的穿透率及反射率，dRMS值越小，V-T与V-R曲线的相似度越高。光利用率定义为
Figure BDA0000143493560000062
其中x，y分别表示显示区域长度及宽度。
图9和图10分别为图1中结构的第一电极3的裸空区域31的圆形半径R1＝12μm，反射区A1位于此结构正中心位置，不同的反射区A1的圆形半径R2条件下，模拟得到的穿透率T、反射率R、光利用率(R+T)及dRMS。由这结果发现光利用率最大时未必是dRMS最小。因此必须折中(trade off)此两项指标决定反射区A1的圆形半径R2的值。
图9和图10中各曲线表示依不同最大操作电压(5～10V)所模拟的结果。
图11为折中(trade off)前述两项指标后，最佳条件设定为反射区半径R2＝14μm，最大操作电压Vmax＝6V下，得到的V-T与V-R曲线，由结果可知V-T与V-R曲线的相似度很相近，dRMS＝0.013，最大光利用率TRLmax＝0.362。
参阅图12所示，为了增加反射区域，使得所述结构可以达到穿透区A2与反射区A1面积比为1∶1～3∶1，将图1的第一电极3的裸空区域31增加为多个(例如图式中所示的四个，但不受限于四个，可依需求增加为其他个数)。在这例子，第一电极3的裸空区域31的圆形半径R1＝10μm。
另外，再请参阅图7所示，除了在反射区A1处的电场相对较弱之外，在液晶显示单元周围的反射区(即远离反射区A1的穿透区A2外围区域)的电场也相对较弱，在一般显示器或前面例子可使用黑色矩阵(Black matrix)遮住该区。在本发明较佳实施例中，该区则可作为液晶显示单元周围反射区A3。
以上例子以TVA模式作说明，本发明也可以用于垂直配向模式(Verticalaligned mode，VA Mode)。参阅图13所示，其显示本发明第二实施例的剖面示意图。本实施例的具有穿透区及反射区的液晶显示装置100a的大部分组成构件与图1所示第一实施例相同，因此相同的元件标示相同的元件编号以相互对应。与图1不同处为第一基板1与第一偏光片7间配置有一第一补偿板62a、且在第二基板2与第二偏光片8间配置有一第二补偿板62b。再者，第二电极4与第二基板2之间配置有多个彼此间隔排列的反射层6a、6b、6c。
根据光利用率及电压-穿透率(Voltage-Transmittance)曲线与电压-反射率(Voltage-Reflective)曲线相似度等指标折中决定反射区A1的分布区域。在这例子，第一电极3的裸空区域31的圆形半径R1＝10μm，其中反射区A1位于液晶显示单元区域A四个方块区域正中心位置(反射区为正方形宽9μm)及液晶显示单元周围反射区宽度为5μm。
本实施例的第二电极图案不限于前面范例，可为整面未蚀刻或蚀刻成特定图案，所述特定图案只要具有对称性透明电极(ITO)狭缝图案(ITO slit pattern)皆可取代第一实施例中的图案。图14a～14e显示第二电极的各个可能图案实施例俯视示意图，其中图14a所示的第二电极4a图案与第一实施例中的第二电极4图案(如图3所示)类似，只是将图3的图案旋转45度。图14b～14c图所示的第二电极4b、4c的图案为部分对称ITO狭缝图案及部分对称ITO实心图案，其中对称ITO实心图案不限于正方形，也可以是圆形，椭圆形，长方形...等对称性图型之一，另外实心区与狭缝图案区的位置也可对调，例如外围区为实心图案，内围区为狭缝图案。图14d～14e所示的第二电极4d、4e的图案为图14a的变化图案。
本发明中所使用的第二电极可为整面未蚀刻或蚀刻成特定图案，所述特定图案为鱼骨形状或放射状，主要目的为使得液晶分子排列成多域(multi-domain)或连续(continuous domain)形状，以达到广视角的目的。为了增加液晶动态快速稳定，在第二电极挖空特定形状图案，如圆形、正方形或其它对称图案。所述挖空图案对应区域的等电位线密度相对其他区域较稀疏，电场较弱，液晶分子受电场作用力较小，所以该区液晶层的相位延迟(Phase retardation)较小，该区穿透率相对较弱，导致整个像素穿透率下降，使整体光利用率下降，本发明将所述区域改成反射区，液晶层的相位延迟可提高为原本作为穿透区的一倍，其反射率有机会高于原本的穿透率。根据光利用率及电压-穿透率(Voltage-Transmittance)曲线与电压-反射率(Voltage-Reflective)曲线相似度两个指标折中(trade off)决定反射区的分布区域，将可获得相当近似的V-T及V-R曲线，并且提高光的利用率。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，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内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (12)

1.一种具有穿透区及反射区的液晶显示装置，包括：
一第一偏光片；
一第一基板，以一延伸方向延伸，所述第一基板具有一第一液晶层对应面；
一第一电极，位于所述第一基板的第一液晶层对应面，在所述第一电极的的几何中心位置开设有至少一裸空区域；
一第二基板，平行地相对应于所述第一基板，并与所述第一基板之间具有一预定间距，所述第二基板具有一第二液晶层对应面；
一第二电极，位于第二基板的第二液晶层对应面，且相对应于所述第一电极；
一第二偏光片；
一液晶层，介于所述第一电极与所述第二电极之间；
至少一反射层，位于所述第二电极下方，且相对应于所述第一电极的裸空区域；
其中所述第二电极与所述第一电极之间沿着所述延伸方向定义为一液晶显示单元区域，在所述液晶显示单元区域中位于对应于所述第一电极的裸空区域的区域定义为一反射区，而在所述反射层以外的区域则定义为一穿透区，在所述反射区中的液晶层等效电场相对于所述穿透区的液晶层等效电场为弱。
2.如权利要求1所述的具有穿透区及反射区的液晶显示装置，其特征在于，所述液晶层为一掺入手性剂的负型液晶材料。
3.如权利要求1所述的具有穿透区及反射区的液晶显示装置，其特征在于，所述第一电极的裸空区域为圆形、椭圆形、矩形的对称性图型之一。
4.如权利要求1所述的具有穿透区及反射区的液晶显示装置，其特征在于，所述第二电极为整面未蚀刻或蚀刻成特定图案之一，所述特定图案为一具有对称形状的狭缝电极图案，且其对称中心对应所述第一电极的裸空区域。
5.如权利要求1所述的具有穿透区及反射区的液晶显示装置，其特征在于，所述反射层为金属导电材料，且在所述反射层与所述第二电极及所述第二基板之间还包含有一绝缘保护层，以确保所述反射层与所述第二电极彼此绝缘。
6.如权利要求1所述的具有穿透区及反射区的液晶显示装置，其特征在于，所述反射层为非导电材料，且所述反射层位于所述第二电极及背光板之间、或者位于所述液晶层与所述第二电极之间。
7.如权利要求1所述的具有穿透区及反射区的液晶显示装置，其特征在于，所述反射层位于所述第一电极的裸空区域对应处的反射区形状为圆形、椭圆形、矩形的对称性图型之一。
8.如权利要求1所述的具有穿透区及反射区的液晶显示装置，其特征在于，远离所述反射区的穿透区外围区域的液晶显示单元区域，是作为一液晶显示单元周围反射区。
9.如权利要求1所述的具有穿透区及反射区的液晶显示装置，其特征在于，所述反射层与所述第二电极之间还包含有一相位补偿板。
10.如权利要求1所述的具有穿透区及反射区的液晶显示装置，其特征在于，所述液晶层为一负型液晶材料。
11.如权利要求1所述的具有穿透区及反射区的液晶显示装置，其特征在于，所述第一偏光片与所述第一基板之间还包含有一第一相位补偿板。
12.如权利要求1所述的具有穿透区及反射区的液晶显示装置，其特征在于，所述第二偏光片与所述第二基板之间还包含有一第二相位补偿板。
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