CN1266521C - 透射反射型液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种透射反射型液晶显示装置及其制造方法。一种透射反射型液晶显示装置包括彼此面对的第一和第二衬底，第一和第二衬底各自具有反射和透射部，第一衬底上的缓冲层，缓冲层在透射部上具有第一透射孔，缓冲层和第一衬底上的滤色器层，透射部的滤色器层比反射部上要厚，滤色器层上的公共电极，第二衬底上的象素电极，象素电极上面的反射层，反射层在透射部上具有第二透射孔，以及公共电极与反射层之间的一个液晶层。

Description

透射反射型液晶显示装置及其制造方法
本申请要求享有2003年8月14日的韩国申请2002-047989号的权益，该申请可供参考。
技术领域
本发明涉及液晶显示装置，具体涉及到透射反射型(transflective)液晶显示装置及其制造方法。尽管本发明适合广泛的应用范围，但特别适合通过改善对比度而增大亮度和彩色再现性，并在不降低孔径比的条件下防止漏光。
背景技术
液晶显示装置(LCD)之所以作为下一代显示装置被开发是因为其薄而轻并且低功耗的特性。通常的LCD装置是一种不发光形式装置，利用介于薄膜晶体管(TFT)阵列衬底和滤色器(C/F)衬底之间的具有光学各向异性特性的液晶材料的折射率差别来显示图像。
在常规LCD装置中普遍使用借助阵列衬底后面的背景光作为光源的显示方法。然而，来自背景光的入射光在透射过程中会发生衰减，实际透射比只有约7％。常规LCD装置的背景光需要高亮度，这样会增大背景光装置的功耗。因而需要使用较大能量的电池为这种装置的背景光提供足够的功率，并且电池不能在室外长时间使用。
为了克服上述问题而开发了一种反射LCD。由于反射LCD是用环境光代替背景光，所以使其重量变轻并且易于携带。另外，反射LCD装置的功耗也低，因而使得反射LCD装置能够用于诸如电子日记薄或个人数字助理(PDA)等便携式显示装置。
然而，反射LCD装置的亮度会随着环境条件而改变。例如，室内环境光的亮度与室外有很大差别。因此，反射LCD装置不能用在环境光微弱甚至没有环境光的场合。为了克服这种问题而研发了透射反射LCD装置。透射反射LCD装置能够按照使用者的选择从使用透射光的透射模式切换到使用反射光的反射模式。
图1是按照现有技术的一种透射反射型液晶显示装置的示意性剖面图。如图1所示，液晶面板40包括彼此面对的第一和第二衬底10和30，以及介于二者之间的液晶层20。一个透射反射型液晶显示(LCD)装置60是由液晶面板40和一个背景光单元50构成的。背景光单元50被设在液晶面板40外侧为液晶面板40提供光。
在第一衬底10的内表面上形成只有特定波长波段的光才能通过的滤色器层12。在滤色器层12上设有用做向液晶层20施加电压的电极的一个公共电极14。在第二衬底30的内表面上形成一个绝缘层32。在绝缘层32上形成用做向液晶层20施加电压的另一个电极的透明象素电极34。在象素电极34上依次形成共同具有暴露出一部分象素电极34的透射孔35的钝化层36和反射层38。液晶面板40包括对应着反射层38的一个反射部“r”和对应着透射孔35的一个透射部“t”。
为了增大反射和透射部“r”和“t”的发光效率，将对应着反射部“r”的液晶层20厚度的单元间隙(cell gap)设计成与透射部“t”的不同。这种结构被称为双单元间隙结构。透射部“t”的单元间隙“d1”是反射部“r”单元间隙“d2”的大约二倍。
液晶层的延迟“δ”是按以下公式定义的：
δ＝Δn·d，
其中δ代表液晶层的延迟，Δn是液晶层的折射率各向异性，而d代表液晶层的单元间隙。因此，为了减少反射和透射模式之间在发光效率上的差别，应该通过形成比反射部单元间隙更大的透射部单元间隙使液晶层的延迟保持均匀。
图2是按另外一种现有技术具有微型反射器结构(MRS)的一种透射反射型液晶显示装置的示意性剖面图。在图2中，第一和第二衬底70和90彼此面对并且彼此分开，而液晶层65是介于第一和第二衬底70和90之间。透明象素电极92被形成在第二衬底90的内表面上，而具有透射孔94的钝化层96被形成在象素电极92上。透射孔94暴露出象素电极92的一部分。钝化层96的上面有一个不规则图形“A”。在钝化层96上形成的反射层98也具有透射孔94和不规则图形“A”。在第一衬底70的内表面上依次形成滤色器层72和公共电极74。这种反射LCD装置包括对应着反射层98的一个反射部“rr”和对应着透射孔94的一个透射部“tt”。
由于反射层98在上表面上具有不规则图形“A”，入射光在反射层98上会沿着若干方向漫反射。这样就能改善反射光的效率。反射层的这种结构被称之为微型反射器结构(MRS)。钝化层96包括具有半球形的多个种子96a和覆盖种子96a的涂层96b。在MRS中，即使能改善反射光的效率，在制作过程中也难以控制反射和透射部“rr”与“tt”之间的台阶差。这是因为对覆盖种子96a的涂层96b的加工条件会随着透射部“tt”的面积比例而急剧改变。另外，在具有双单元间隙结构的透射反射LCD装置中，将反射和透射部之间的发光效率保持一致。然而，因为滤色器层在反射和透射部具有一致的厚度，由于透过滤色器的反射和透射部的数量之间的差别，透过反射部的光与透过透射部的光相比具有高彩色再现性和低亮度。因而就会在反射和透射部之间出现色差。
发明内容
因此，本发明涉及提供一种透射反射型液晶显示装置及其制造方法，其能基本上消除一个或多个因现有技术的局限和缺点造成的问题。
本发明的另一目的是提供一种透射反射型液晶显示装置及其制造方法，其使反射部和透射部之间的发光效率和色彩特性保持一致。
本发明的再一目的是提供一种具有双重厚度滤色器(DCF)结构的透射反射型液晶显示装置及其制造方法，其中反射部滤色器层具有不同于透射部滤色器层的厚度。
本发明的又一目的是提供一种透射反射型液晶显示装置及其制造方法，其中反射部的单元间隙与透射部的单元间隙相差一个缓冲层。
以下要说明本发明的附加特征和优点，它们中的一部分可以从说明书中明显看出，或者是通过对本发明的实践来学习。采用说明书及其权利要求书和附图中具体描述的结构就能实现并达到本发明的目的和其他优点。
为了按照本发明的意图实现上述目的和其他优点，作为示例性和广义性说明，一种透射反射型液晶显示装置包括彼此面对的第一和第二衬底，第一和第二衬底各自具有反射部和透射部，第一衬底上的缓冲层，缓冲层在透射部上具有第一透射孔，缓冲层和第一衬底上的滤色器层，透射部的滤色器层比反射部的滤色层要厚，所述滤色器层在反射部具有与透射部相接的倾斜部，滤色器层上的公共电极，第二衬底上的象素电极，象素电极上面的反射层，反射层在透射部上具有第二透射孔，以及公共电极与反射层之间的一个液晶层。
按照本发明的另一方面，透射反射型液晶显示装置的一种制造方法包括：在具有反射部和透射部的第一衬底上形成一个缓冲层，缓冲层在透射部上具有第一透射孔，在缓冲层和第一衬底上形成滤色器层，透射部的滤色器层比反射部的滤色层要厚，所述滤色器层在反射部具有与透射部相接的倾斜部，在滤色器层上形成公共电极，在具有反射和透射部的第二衬底上形成象素电极，在象素电极上面形成反射层，反射层在透射部上具有第二透射孔，粘接第一和第二衬底，使得公共电极与反射层彼此面对，并且在公共电极与反射层之间形成一个液晶层。
应该意识到以上的概述和下文的详细说明都是解释性的描述，都是为了进一步解释所要求保护的发明。
附图说明
所包括的用来便于理解本发明并且作为本申请一个组成部分的附图表示了本发明的实施例，连同说明书一起可用来解释本发明的原理。
在附图中：
图1是按照现有技术的一种透射反射型液晶显示装置的示意性剖面图；
图2是按另外一种现有技术具有微型反射器结构(MRS)的一种透射反射型液晶显示装置的示意性剖面图；
图3是按照本发明第一实施例的一种透射反射型液晶显示装置的示意性剖而图；
图4是按照本发明第一实施例的透射反射型液晶显示装置的示意性平面图；以及
图5是按照本发明第二实施例的一种透射反射型液晶显示装置的示意性剖面图。
具体实施方式
以下将具体描述在附图中例举的本发明的实施例。在可能的情况下，对所有附图中相同或类似的部件都采用相同的标号。
图3是按照本发明第一实施例的一种透射反射型液晶显示装置的示意性剖面图。
在图3中，第一和第二衬底110和130彼此面对且彼此分开。液晶面板170包括第一和第二衬底110和130以及介于二者之间的液晶层150。一个透射反射型液晶显示(LCD)装置190是由液晶面板170和背景光单元180构成的。背景光单元180被设置在液晶面板170外侧为液晶面板170提供光。
透射反射LCD装置190包括反射部和透射部“R”和“T”。在第一衬底110的内表面上形成一个缓冲层134。缓冲层134在透射部“T”上具有第一透射孔132。透射部“T”的液晶层150比反射部“R”的液晶层(也就是反射部“R”的单元间隙)要大。在缓冲层134和第一衬底110的内表面上形成一个滤色器层136。透射部“T”的滤色器层136比反射部“R”的滤色器层要厚。这样，滤色器层136就沿着第一透射孔132的边界有一个台阶差。公共电极138被形成在滤色器层136上。
在第二衬底130的内表面上形成一个绝缘层112，并且在绝缘层112上形成一个反射层120。在包含了绝缘层112的反射层120上形成一透明绝缘材料的钝化层116。在钝化层116上形成透明的象素电极114。反射层120在透射部“T”上具有暴露出一部分绝缘层112的第二透射孔118。反射层120和第二透射孔118分别对应着在液晶显示区域170中的反射和透射部“R”和“T”。
滤色器层136可以划分成第一，第二和第三区域“I”，“II”和“III”：第一区域“I”是缓冲层134上的第一平坦部，第二区域“II”是第一衬底110内表面上的第二平坦部，而第三区域“III”是第一和第二区域之间的第一倾斜部。第一和第三区域“I”和“III”对应着反射层120，而第二区域“II”对应着第二透射孔118。在对应着滤色器层136边界的部位可以设置一个黑底层矩阵(未示出)。
在取向层(未示出)的摩擦步骤中，由于台阶差的原因，在第三区域“III”中容易出现缺陷，且缺陷会在第三区域“III”中造成“旋转位移”。在显示黑色图像时，“错位”会造成漏光，而透射部“T”中的对比度的下降比反射部“R”更多。若是为了防止对比度下降而设置遮挡第三区域“III”的黑底层矩阵，孔径比就会急剧下降。因此，为了既能防止漏光又避免孔径比下降，在形成缓冲层134和滤色器层136时，需对应着第一衬底110的反射层120来设置第三区域“III”，以使来自背景光单元180的光不能穿透第三区域“III”。
可以用透明有机材料或是透明无机材料形成缓冲层134。如果是通过涂敷彩色树脂来形成滤色器层136，在透射部“T”中形成的滤色器层136就要比在反射部“R”中的厚。也就是说，由于有第一透射孔132，透射部“T”的滤色器层136的第一厚度“d7”要大于反射部“R”的滤色器层136的第二厚度“d8”。然而，由于缓冲层134的厚度要大于第一和第二厚度“d7”和“d8”之间的差，由透射部“T”的液晶层150所限定的第一单元间隙“d5”要大于由反射部“R”的液晶层150所限定的第二单元间隙“d6”。
可以通过缓冲层134的厚度，彩色树脂的类型和彩色树脂的涂敷条件来控制第一和第二单元间隙“d5”和“d6”之间的差别及反射和透射部“R”和“T”的彩色再现性。例如，形成厚度为2.0μm到5.0μm的缓冲层134就能使反射和透射部“R”和“T”之间的滤色器层136获得2.0μm到2.5μm的台阶差。这样的透射反射LCD装置190具有以下优点。在透射部“T”上形成的滤色器层136比反射部“R”上的要厚，从而能够减少反射部和透射部“R”和“T”之间的色差。另外，在透射部“T”上形成的第一单元间隙“d5”大于反射部“R”的第二单元间隙“d6”，从而使反射部和透射部“R”和“T”之间的发光效率保持均匀。最后，对应着反射层120设置滤色器层136的倾斜部“III”能够改善透射部“T”的对比度。另外，反射部的滤色器层和透射部的滤色器层所具有的相对厚度比例是1∶1.5到1∶2.5。
尽管在图3中没有表示，在作为图像显示单位的各个子象素上设有象素电极114和反射层120。通过一个开关元件(未示出)对象素电极114施加电压。反射层120的作用是用来施加电压的电极或是不施加电压的反射板。反射层120也可以形成在象素电极114上面。
图4是按照本发明第一实施例的透射反射型液晶显示装置的示意性平面图。
在图4中，透射反射LCD装置包括透射部“T”和围绕透射部“T”的反射部“R”。反射部“R”被划分成第一衬底(未示出)的第一平坦部“I”和倾斜部“III”。透射部“T”是第二平坦部“II”。由于反射部“R”包括倾斜部“III”，能够防止因倾斜部“III”处漏光而降低对比度。
图5是按照本发明第二实施例的一种透射反射型液晶显示装置的示意性剖面图。
在图5中，第一和第二衬底210和230彼此面对并且彼此分开。液晶面板270包括第一和第二衬底210和230以及介于二者之间的液晶层250。一个透射反射型液晶显示(LCD)装置290是由液晶面板270和背景光单元280构成的。背景光单元280被设置在液晶面板270外侧为液晶面板270提供光。
透射反射LCD装置290包括反射和透射部“R”和“T”。在第一衬底210的内表面上形成一个缓冲层234。缓冲层234具有对应着透射部“T”的第一透射孔232。透射部的液晶层250比反射部“R”的液晶层(也就是反射部“R”的单元间隙)要厚。在缓冲层234和第一衬底210的内表面上形成一个滤色器层236。透射部“T”的滤色器层236比反射部“R”的滤色器层要厚。这样，滤色器层236就沿着第一透射孔232的边界有一个台阶差。公共电极238被形成在滤色器层236上。
在第二衬底230的内表面上形成第一绝缘层212。在第一绝缘层212上形成包括第一和第二子钝化层216a和216b的钝化层216。在钝化层216上形成反射层220。在反射层220上形成第二绝缘层219。然后在反射层220上形成透明象素电极214。
第一子钝化层216a是钝化层216不平坦表面的种子(seed)。第二子钝化层216b覆盖了包含有第一子钝化层216a的第二衬底230的整个表面。这样就将钝化层216划分成了平坦区域“IV”和不平坦区域“V”。在钝化层216上形成反射层220。反射层220在透射部“T”上具有暴露出平坦区域“IV”的那一部分钝化层216的第二透射孔218。反射层220和第二透射孔218分别对应着反射和透射部“R”和“T”。
在为了改善反射光的效率而形成钝化层216上表面的不平坦区域“V”时，在反射和透射部“R”和“T”之间的钝化层216没有采用附加的台阶结构。这样就能简化第一和第二子钝化层216a和216b的加工条件，并使钝化层216在不平坦区域“V”内的特性得以改善。
按照形成钝化层216的不平坦表面的另一种方法，通过照相制版工艺而不用种子也能获得钝化层的不平坦表面。然后在钝化层216上形成一种感光材料，用一个光源将钝化层216选择曝光。还可以在象素电极214上面形成反射层220。
表1中的实验数据表示滤色器层和缓冲层，以及滤色器层在反射和透射部之间的台阶的各种厚度。
[表1]
                           1子象素
  反射部的滤色器   透射部的滤色器 缓冲层 cosθ×滤色器层在反射和透射部之间的倾斜边(θ是台阶面的角度)
  NTSC 15％NTSC 20％   0.65μm0.88μm   1.30μm1.57μm   3μm3μm 2.2μm2.2μm
在表1中对一个10.4″高级视频图形适配器(SVGA)透射反射LCD装置的一个子象素进行了测量，如图5所示，反射和透射部“R”和“T”各自的面积比例大约是6∶4。采用全国电视系统委员会(NTSC)的彩色坐标测得的反射和透射部“R”和“T”(如图5中所示)各自的彩色再现性大约是15％或20％。若缓冲层234(如图5中所示)的厚度约为3μm，在反射和透射部“R”和“T”之间的滤色器层236(如图5中所示)的厚度比例就是大约1∶2。在反射和透射部“R”和“T”(如图5中所示)之间的滤色器层236(如图5中所示)的台阶差大约是2.2μm。只要形成厚度大于反射部“R”(参见图5)的单元间隙的缓冲层234(参见图5)，就能同时获得滤色器层236(参见图5)在反射和透射部“R”和“T”(如图5中所示)之间的均匀彩色特性及反射和透射部“R”和“T”(如图5中所示)中的均匀发光效率。
本发明的液晶显示装置能够在ECB模式或是VA模式下工作。
按照本发明的透射反射型液晶显示装置具有以下优点。由于在反射和透射部中容易形成具有理想厚度的滤色器层，能够在反射和透射部中保持均匀的彩色再现性。另外，由于双单元间隙的阵列衬底不需要额外的台阶结构，能避免电极之间的短路，并且易于形成改善反射效率的微型反射器结构(MRS)。另外，由于滤色器层的倾斜部是对应着阵列衬底的反射层设置的，能够避免漏光，并且无需降低孔径比就能改善透射部的对比度。
本领域的技术人员能够看出，无需脱离本发明的原理或范围还能对本发明的透射反射型液晶显示装置及其制造方法进行各种各样的修改和变更。因此，本发明应该覆盖属于本发明权利要求书及其等效物范围内的修改和变更。

Claims (29)

1.一种透射反射型液晶显示装置包括：
彼此面对的第一和第二衬底，第一和第二衬底各自具有反射和透射部；
第一衬底上的缓冲层，缓冲层在透射部上具有第一透射孔；
缓冲层和第一衬底上的滤色器层，其中滤色器层和反射部的缓冲层的总厚度比透射部的滤色器层的厚度要厚，所述滤色器层在反射部具有与透射部相接的倾斜部；
滤色器层上的公共电极；
第二衬底上的反射和透射部上的象素电极；
第二衬底上的反射部上的反射层，反射层在透射部上具有第二透射孔；以及
公共电极与象素电极之间的一液晶层。
2.按照权利要求1的装置，其特征是反射部上的缓冲层比透射部上的液晶层与反射部上的液晶层之间的厚度差要厚。
3.按照权利要求1的装置，其特征是滤色器层包括在缓冲层上具有第一平坦部的第一区域，在第一衬底上具有第二平坦部的第二区域，以及在第一和第二区域之间具有所述倾斜部的第三区域。
4.按照权利要求3的装置，其特征是第一和第三区域位于反射部，而第二区域位于透射部。
5.按照权利要求3的装置，其特征是滤色器层在第一和第二区域之间的台阶差是2.0μm到3.0μm。
6.按照权利要求1的装置，其特征是缓冲层在第一透射孔的边界上具有一个倾斜部。
7.按照权利要求1的装置，其特征是透射部的液晶层比反射部的液晶层厚。
8.按照权利要求7的装置，其特征是透射部的液晶层厚度大约是反射部液晶层厚度的二倍。
9.按照权利要求1的装置，其特征是缓冲层是用透明无机绝缘材料或透明有机绝缘材料形成的。
10.按照权利要求1的装置，其特征是缓冲层的厚度是2.0μm到5.0μm。
11.按照权利要求1的装置，其特征是进一步包括第二衬底与反射层之间的第一绝缘层和象素电极与反射层之间的第二绝缘层。
12.按照权利要求11的装置，其特征是第一绝缘层在反射部具有不平坦表面。
13.按照权利要求12的装置，其特征是第一绝缘层在透射部具有平坦表面。
14.按照权利要求13的装置，其特征是反射层在反射部具有不平坦表面。
15.按照权利要求1的装置，其特征是公共电极和象素电极是用透明导电材料形成的。
16.按照权利要求1的装置，其特征是反射部的滤色器层与透射部的滤色器层所具有的相对厚度比例是1∶1.5到1∶2.5。
17.按照权利要求1的装置，其特征是反射层形成在象素电极上面。
18.按照权利要求1的装置，其特征是液晶显示装置在ECB模式或VA模式下工作。
19.一种具有第一和第二衬底的透射反射型液晶显示装置的制造方法包括：
在第一衬底上形成一个缓冲层，缓冲层在透射部上具有第一透射孔，第一和第二衬底各自具有反射和透射部；
在缓冲层和第一衬底上形成滤色器层，其中滤色器层和反射部的缓冲层的总厚度比透射部的滤色器层的厚度要厚，所述滤色器层在反射部具有与透射部相接的倾斜部；
在滤色器层上形成公共电极；
在第二衬底上的反射和透射部上形成象素电极；
在第二衬底上的反射部上形成反射层，反射层在透射部上具有第二透射孔；并且
在公共电极与象素电极之间形成一个液晶层。
20.按照权利要求19的方法，其特征是反射部上的缓冲层比透射部上的液晶层与反射部上的液晶层之间的厚度差要厚。
21.按照权利要求19的方法，其特征是滤色器层包括在缓冲层上具有第一平坦部的第一区域，在第一衬底上具有第二平坦部的第二区域，以及在第一和第二区域之间具有所述倾斜部的第三区域。
22.按照权利要求19的方法，其特征是缓冲层的厚度是2.0μm到5.0μm。
23.按照权利要求19的方法，其特征是进一步包括在第二衬底与反射层之间形成第一绝缘层，并且在象素电极与反射层之间形成第二绝缘层。
24.按照权利要求23的方法，其特征是第一绝缘层在反射部具有不平坦表面。
25.按照权利要求23的方法，其特征是第一绝缘层在透射部具有平坦表面。
26.按照权利要求23的方法，其特征是反射层在反射部具有不平坦表面。
27.按照权利要求19的方法，其特征是反射部的滤色器层与透射部的滤色器层的厚度比例是1∶1.5到1∶2.5。
28.按照权利要求19的方法，其特征是反射层被形成在象素电极上面。
29.按照权利要求19的方法，其特征是液晶显示装置在ECB模式或VA模式下工作。
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