CN1637506A - 透射反射型液晶显示装置及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种透射反射型液晶显示装置包括第一基板，其上形成有将象素区分隔成一个反射区和一个透射区的反射镜；面对第一基板的第二基板，其上形成有包括折射系数彼此不同的第一和第二介质的一个导光层，和一个滤色器层；介于第一和第二基板之间的一个液晶层；以及布置在第一基板外侧的背光配件。

Description

透射反射型液晶显示装置及其制作方法
技术领域
本发明涉及到透射反射型液晶显示(LCD)装置，尤其涉及一种透射反射型液晶显示(LCD)装置及其制作方法，能够优化光学效率。
背景技术
一般来说，液晶显示(LCD)装置具有重量轻，外形纤细和低功耗的优点，并且被广泛应用于便携式计算机，办公自动化设备和音频/视频装置。
LCD装置包括两个基板和设置在两个基板之间的一个液晶层，用施加电压产生的电场移动液晶分子来控制透过液晶的光的传输就能显示出图像。
由于LCD装置本身不发光，它是利用环境光或背光配件来发光。
一般来说，LCD装置可以大致划分成两种不同类型：根据光的使用方式有透射型LCD装置和反射型LCD装置。
图1的截面示意图示出了按照现有技术的透射型LCD装置的结构。在图1中，透射型LCD装置包括：一第一基板102，其上的多条栅极线和数据线之间的各个交叉点上设置有作为开关元件的多个薄膜晶体管(TFT)；面对第一基板102的一第二基板101，其上设置有一黑色矩阵(BM)层，一滤色片层和一公共电极；包括设置在第一和第二基板102和101之间的液晶的一个液晶层103；各自设置在第一和第二基板102和101的一个外表面上的第一和第二偏振板105和104；以及设置在第一偏振板105外侧的背光配件106。
第一偏振板105的光学传输轴线与第二偏振板104的轴线有一个90°角。
背光配件106朝着第一基板102发光。
在具有上述结构的现有技术LCD装置中，当提供给多条栅极线的扫描信号和提供给多条数据线的数据信号使TFT导通时，数据信号通过导通的TFT被施加在象素电极上。对第二基板101的公共电极提供一个公共电压。这样就能用象素电极和公共电极之间产生的电场来透射或遮挡从背光配件106发出的光，从而显示出预定的图像。
然而，在现有技术的透射型LCD装置中，由于背光配件106体积大并且沉重，难以获得纤细和轻便的LCD装置。由此还会造成背光配件106功耗过大的问题。
为此，对采用环境光替代背光配件106的反射型LCD装置进行了不断研究。这种反射型LCD装置被广泛应用于便携式显示装置，例如是具有低功耗特点的电子管理器和PDA(个人数字助理)。
图2的截面示意图示出了按照现有技术的反射型LCD装置的结构。在图2中，反射型LCD装置包括：一第一基板202，其上多条栅极线和数据线之间的各个交叉点上设置有作为开关元件的多个薄膜晶体管(TFT)；面对第一基板202的一第二基板201，其上设置有一黑色矩阵(BM)层，一滤色片层和一公共电极；包括设置在第一和第二基板202和201之间的液晶的一液晶层203；各自布置在第一和第二基板202和201的一个外表面上的第一和第二偏振板205和204；以及设置在第一偏振板205外侧的一个反射镜206。
第一偏振板205的光学传输轴线与第二偏振板204的轴线有一个90°角。
反射镜206反射外部环境光提供的光并且朝第一基板202反射。
在具有上述结构的LCD装置中，在提供给多条栅极线的扫描信号和提供给多条数据线的数据信号使TFT导通时，数据信号通过导通的TFT被施加在象素电极上。对第二基板201的公共电极提供一个公共电压。这样就能用象素电极和公共电极之间产生的电场来透射或遮挡由环境光提供并且反射的光，由此显示出预定的图像。
然而，在这种现有技术的反射型LCD装置中，如果环境光没有足够的强度(例如在周围暗淡的情况下)，就会造成显示图像的亮度等级降低并且无法阅读显示信息的问题。
为了解决上述问题，有人提出了一种组合了反射型LCD装置和透射型LCD装置的透射反射型LCD装置。
图3的截面示意图示出了按照现有技术的透射反射型LCD装置的结构。在图3中，透射反射型LCD装置包括：一第一基板330，其上多条栅极线和数据线之间的各个交叉点上设置有作为开关元件的多个薄膜晶体管(TFT)；面对第一基板330的一第二基板310，其上设置有一黑色矩阵(BM)层，一滤色片层和一公共电极；包括设置在第一和第二基板330和310之间的液晶的一液晶层320；分别设置在第一基板330的下表面上和第二基板310的上表面上的第一和第二偏振板331和311；以及设置在第一偏振板331外侧的背光配件340。
第一偏振板331的光学传输轴线与第二偏振板311的轴线有一个90°角。
在第一基板330上形成有一对一连接到多个TFT的多个象素电极。在象素电极上依次形成一钝化层322，其具有暴露出每一象素电极的一部分(透射区)的一个透射孔321和一个反射镜323。
如果假定对应着反射镜323的一个区域是反射区‘r’，而对应着被透射孔321暴露出的那一部分象素电极的区域是透射区‘t’，反射区‘r’是在反射模式下用来反射由环境光提供的光的区域，而透射区‘t’是在透射模式下用来透射由背光配件340提供的光的区域。
为了减少透射区‘t’和反射区‘r’之间光的传播距离上的差别，透射区‘t’的单元间隙d1大约是反射区‘r’的单元间隙d2的二倍。
液晶的相差δ通常是按以下公式获得的：
δ＝Δn·d
(δ：液晶的相差，Δn：液晶的折射系数，d：单元间隙)
由此会在采用反射光的反射模式和采用透射光的透射模式之间产生光学效率上的差别。为了减少这种光学效率上的差别，透射区‘t’的单元间隙d1应该大于反射区‘r’的单元间隙d2，使得液晶层320的相差值维持不变。
然而，即便是通过使透射区t的单元间隙d1不同于反射区r的单元间隙d2来减少光学效率的差别，如果不能优化透射区和反射区，仍然难以获得最佳的光学效率。例如，在透射模式下，由背光配件提供的光不会全部通过透射区，而是有一部分光射向反射区并且不会透射，这样就会产生光学损失。同样，在反射模式下，环境光不会被反射器完全反射，而是有一部分环境光通过透射区射向背光配件，这样也会产生光学损失。
发明内容
因此，本发明提供了一种透射反射型液晶显示装置及其制作方法，能够基本上消除因现有技术的局限和缺点而造成的一个或多个问题。
本发明的目的是提供一种透射反射型液晶显示装置及其制作方法，在透射反射型液晶显示装置内侧形成一个德耳塔薄膜并且在反射模式和透射模式下引导光，能够使光学效率最大化。
以下要说明的本发明的附加特征和优点，对于本领域的普通技术人员来说，通过研究下述或者通过对本发明的实践来学习，一部分可以从说明书中看出，一部分是显而易见的。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，以下要具体和广泛地说明，按照第一实施例提供了一种透射反射型液晶显示装置。该透射反射型液晶显示装置包括：一第一基板，其上设置有一发射镜，将象素区分隔成一个反射区和一个透射区；面对第一基板的一第二基板，其上形成有包括折射系数彼此不同的第一和第二介质的一个导光层，和一个滤色片层；介于第一和第二基板之间的一个液晶层；以及设置在第一基板外侧的背光配件，其中在反射模式下将光提供给第一介质。
第一介质入射一侧的宽度可以和象素区的间距相同。
按照本发明的第二实施例提供的一种透射反射型液晶显示装置包括：第一基板，其上形成有包括折射系数彼此不同的第一和第二介质的一个导光层，并在上面形成有将象素区分隔成一个反射区和一个透射区的反射镜；面对第一基板的一第二基板，其上形成一个滤色片层；介于第一和第二基板之间的一个液晶层；以及设置在第一基板外侧的背光配件，其中在透射模式下将光提供给第一介质。
按照本发明的第二实施例，第一介质出射一侧的宽度可以和透射区的宽度相同。
按照本发明的第一和第二实施例，第一介质的折射系数最好是大于第二介质的折射系数。
按照本发明的第一和第二实施例，第一介质入射一侧的宽度至少大于第一介质出射一侧的宽度。
按照本发明的第一和第二实施例，反射镜的宽度至少大于第一介质出射一侧的宽度。
按照本发明的第一和第二实施例，导光层的厚度至少要大于第一介质入射一侧的宽度。
按照本发明的第三实施例提供了一种制作透射反射型液晶显示装置的方法。该方法包括：对具有第一折射系数并且淀积在基板上的第一介质进行蚀刻形成多个图形；在图形之间沉积具有第二折射系数的第二介质形成一个导光层；并且在导光层上依次形成一个滤色片层和一个公共电极。
按照本发明的第四实施例提供了一种制作透射反射型液晶显示装置的方法。该方法包括：对具有第一折射系数并且沉积在一基板上的第一介质进行蚀刻形成多个图形；在图形之间沉积具有第二折射系数的第二介质形成一个导光层；在导光层上限定一个被分隔成透射区和反射区的象素区，并且在象素区上形成一个薄膜晶体管和一个象素电极；并且在反射区上形成一个反射镜。
附图说明
所包括的用来便于进一步理解本发明并且作为说明书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示出了按照现有技术的透射型LCD装置的结构的截面示意图；
图2示出了按照现有技术的反射型LCD装置的结构的截面示意图；
图3示出了按照现有技术的透射反射型LCD装置的结构的截面示意图；
图4示出了按照本发明第一实施例的透射反射型LCD装置的结构的截面示意图；
图5示出了在反射模式下由本发明的导光层引导的光传播状态的示意图；
图6A和6B示出了用来制作按照本发明的第一实施例的透射反射型LCD装置的一种方法的示意图；
图7示出了按照本发明第二实施例的透射反射型LCD装置的结构的截面示意图；以及
图8A到8C示出了用来制作按照本发明的第二实施例的透射反射型LCD装置的一种方法的示意图。
发明内容
以下将具体描述在附图中例举的本发明最佳实施例。
图4示出了按照本发明第一实施例的透射反射型LCD装置的结构的截面示意图。
参见图4，透射反射型LCD装置包括一第一基板430，其具有由多条栅极线和多条数据线限定的象素区，及在其上面形成有将象素区分隔成反射区和透射区的一反射镜433，并且在反射镜433下面形成一象素电极436；面对第一基板430的一第二基板412，其上形成具有折射系数彼此不同的第一和第二介质417和418的一导光层413、一滤色片层414、和一公共电极419；包括设置在第一和第二基板430和412之间的液晶的一液晶层420；分别设置在第一基板430的下表面和第二基板412的上表面上的第一和第二偏振板431和411；以及设置在第一偏振板431外侧的一背光配件440。
第一偏振板431的光学传输轴线与第二偏振板411的轴线有一个90°角。
透射型LCD装置还包括设置在第一偏振板431和背光配件440之间的一准直器441。准直器441调制由背光配件440提供的光的入射角，使得平行光入射到第一基板430。
尽管图4中没有表示，有一薄膜晶体管连接到栅极线和数据线，还有一象素电极436连接到TFT的漏极。
因此，象素区可以包括TFT和象素电极436。
可以将象素区划分成反射区‘r’和透射区‘t’。即，一透射孔434暴露出一部分象素电极436，并且在象素电极436上还交替设置有一钝化层432和一反射镜433。如果假定对应着被象素电极436暴露出的透射孔434的区域是透射区‘t’，而对应着反射镜433的区域是反射区‘r’，反射区‘r’是以反射模式来反射由环境光提供的光的区域，而透射区‘t’是以透射模式来透射由背光配件440提供的光的区域。
为了减少透射区‘t’和反射区‘r’之间光的传播距离上的差别，透射区‘t’的单元间隙d1大约是反射区‘r’的单元间隙d2的二倍。
在第二基板412上，形成有包括折射系数彼此不同的第一和第二介质417和418的一导光层413。在导光层413上，形成有一滤色片层414。此处可以在滤色片层414的单元象素区内依次设置红底滤色片R，绿底滤色片G，和蓝底滤色片B。
在导光层413内交替设置具有第一折射系数na的第一介质417和具有小于第一折射系数na的第二折射系数nb的第二介质418。用蚀刻工艺很容易形成导光层413。换句话说，在第二基板412上形成第一介质417之后对第一介质417进行蚀刻，使得第一介质417的宽度朝着其内侧逐渐缩小，形成预定的‘V’形图形。在蚀刻步骤中形成这种图形之后，用涂覆形成第二介质418，这样就能制成理想的导光层413。第一介质417的第一折射系数na至少应该大于第二介质418的第二折射系数nb。如上所述，如果使第一介质417的第一折射系数na至少大于第二介质418的第二折射系数nb，来自外界的环境光就会完全被内反射并且以反射模式进入第一介质417内部，环境光最终入射到设置在第一基板430的反射区‘r’上的反射镜433内。这样，入射环境光受到反射镜433反射并再次入射到第一介质417内。
在透射模式下，由背光配件440提供的光通过第一基板430的透射区‘t’入射到第二介质418内。由于第二介质418的第二折射系数nb要小于第一介质417的第一折射系数na，入射光的透射角会大于其入射角并且通过第一介质417透射到外部。
因此，在反射模式下，导光层413无损地引导所有环境光到达设在反射区r上的反射镜433，这样就能用反射镜433反射更多的环境光并改善光反射比。
获得公共电压的公共电极419可以形成在滤色片层414上。
图5的示出了在反射模式下由本发明的导光层引导的光传播状态的示意图。
如图5所示，导光层413包括按‘V’形交替设置的第一和第二介质417和418。第一介质417的第一折射系数na至少应该大于第二介质418的第二折射系数nb。如果满足这一条件，就能使环境光完全内反射到第一介质417的内部，对周围没有光损失。
导光层413的第一介质417的入射一侧宽度A与象素区的间距相同，而反射镜的宽度L至少要大于第一介质417出射一侧的宽度D(L≥D)。导光层413的厚度H还应该至少大于第一介质417入射一侧的宽度A。采用这种结构的导光层413能够同时改善光反射比和光透射比。
图6A和6B示出了用来制作按照本发明的第一实施例的透射反射型LCD装置的一种方法的示意图。
如图6A所示，在具有第一折射系数na并且已形成在基板412上面的第一介质417内形成多个‘V’形图形之后，在图形之间的凹进部位上沉积具有第二折射系数nb的第二介质418，这样就形成了导光层413。
具体地说，具有第一折射系数na的第一介质417被沉积在基板412上。然后蚀刻所沉积的第一介质417，使其朝内侧逐渐缩小形成‘V’形图形。此时可以形成多个‘V’形图形。执行蚀刻步骤以在‘V’形图形之间形成一个凹进部位。
对于蚀刻步骤可以采用各种方法。例如，采用照相平板印刷工艺，在第一介质417上覆盖一层光刻胶以形成一个光刻胶层。
接着将一个曝光掩模布置在光刻胶层上方，对选择部位执行曝光。然后使曝光的光刻胶层显影，由此形成一构图的光刻胶层。用构图的光刻胶层作为掩模来蚀刻第一介质417。然后除去构图的光刻胶层，由此在基板412上形成具有‘V’形图形的第一介质417。
在图形之间的凹进部位上沉积具有第二折射系数nb的第二介质418，从而形成预定的导光层413。
由于导光层413内的第一介质41 7的第一折射系数na要大于第二介质418的第二折射系数nb(na＞nb)，在第一介质417内部会形成全内反射。
接着，如图6B所示，在导光层413上依次形成滤色片层414和公共电极416。
具体地说，在导光层413上形成包括红底滤色片R，绿底滤色片G，和蓝底滤色片B的滤色片层414之后，在滤色片层414上形成透明传导材料的公共电极416。
这样，通过在上面设有滤色器层414的基板412上形成导光层413，具有上述结构的透射反射型LCD装置就能引导环境光完全入射到反射镜433上，光学反射率能够得到改善。
图7的示出了按照本发明第二实施例的透射反射型LCD装置的结构的截面示意图。
参见图7，透射反射型LCD装置包括第一基板730，其具有由多条栅极线和多条数据线所限定的一个象素区，并包括一个导光层732，一个反射镜734和一个象素电极736，导光层732具有按一系列步骤形成的折射系数彼此不同的第一和第二介质737和738，并且反射镜734将象素区分隔成一个反射区和一个透射区；面对第一基板730并且在上面形成一个滤色片层和一个公共电极719的第二基板710；包括设置在第一和第二基板730和710之间的液晶的一个液晶层720；分别设置在第一基板730的下表面和第二基板710的上表面上的第一和第二偏振板731和711；以及设置在第一偏振板731外侧的一个背光配件740。
图7的半透射LCD装置与图4相似。
在图4的半透射LCD装置中，导光层413被形成在已形成有滤色片层414的第二基板412上，而在图7的半透射LCD装置中，导光层732被形成在第一基板730上。因此，按图7设计的半透射LCD装置能在透射模式下改善光透射比。
具体地说，在图7中，导光层732包括折射系数彼此不同的第一和第二介质737和738。第一介质737的折射系数至少应该大于第二介质738的折射系数。并且，第一介质737朝其内侧逐渐缩小。这样，由背光配件740提供的光在透射模式下就能完全内反射到第一介质737内侧。同样，第一介质737出射一侧的宽度最好和透射区的宽度相同。这样，如上所述，通过使第一介质737出射一侧的宽度等于透射区的宽度，按完全内反射通过第一介质737的光就会按最小光损失原样投射到透射区上，并且能改善光透射比。
同样，由于第一介质737入射一侧的宽度要大于第一介质737出射一侧的宽度，由背光配件740提供的大部分光会入射到第一介质737内，从而改善光透射比。
图8A到8C示出了示用来制作按照本发明的第二实施例的透射反射型LCD装置的一种方法的示意图。
如图8A所示，在基板730上用蚀刻工艺形成包括具有第一折射系数的第一介质和具有小于第一折射系数的第二折射系数的第二介质的一个导光层732。由于有关第一和第二介质的细节已经在上文中解释过了，不必重复描述。
接着，如图8B所示，依次在导光层732上形成一个金属层736，例如有栅极线，数据线，薄膜晶体管，和象素电极。
如图8C所示，在象素电极上依次沉积一个钝化层733和一个反射镜734，而形成一个反射区‘r’，并且通过暴露一部分象素区，形成一个透射区‘t’。
这样，在具有上述结构的透射反射型LCD装置中，为了在透射模式下引导由背光配件740提供的光到达透射区，在限定了象素区的基板上形成导光层732能够改善光透射比。
如上所述，按照本发明，在已形成有滤色片层的基板上形成一个导光层，将环境光无损地引导到反射区，这样就能改善光反射比。
并且，按照本发明，在限定了象素区的基板上形成导光层，将背光配件提供的光无损地引导到透射区，这样就能改善光透射比。
总之，由于在具有反射和透射模式的透射反射LCD装置中提高了光反射比和光透射比，本发明具有最佳效果的光学效率。
本领域的技术人员能够看出，无需脱离本发明的原理和范围还能对本发明作出各种各样的修改和变更。因此，本发明应该覆盖属于权利要求书及其等效物范围内的修改和变更。

Claims (23)

1、一种透射反射型液晶显示装置包括：
第一基板，其上形成有将象素区分隔成一个反射区和一个透射区的反射镜；
面对第一基板的第二基板，其上形成有包括折射系数彼此不同的第一和第二介质的一个导光层，和一个滤色片层；
介于第一和第二基板之间的一个液晶层；以及
布置在第一基板外侧的背光配件，
其中在反射模式下将光提供给第一介质。
2、按照权利要求1的透射反射型液晶显示装置，其特征是光传输轴线彼此垂直的第一和第二偏振板被分别设置在第一和第二基板的外表面上。
3、按照权利要求1的透射反射型液晶显示装置，其特征是在第一基板和背光配件之间设置有一个准直器，用来将背光配件提供的光调制成平行光。
4、按照权利要求1的透射反射型液晶显示装置，其特征是第一和第二介质之间的边界是按‘V’形形成的。
5、按照权利要求1的透射反射型液晶显示装置，其特征是第一介质的折射系数至少要大于第二介质的折射系数。
6、按照权利要求1的透射反射型液晶显示装置，其特征是第一介质入射一侧的宽度至少要大于第一介质出射一侧的宽度。
7、按照权利要求1的透射反射型液晶显示装置，其特征是第一介质入射一侧的宽度等于象素区的间距。
8、按照权利要求1的透射反射型液晶显示装置，其特征是反射镜的宽度至少要大于第一介质出射一侧的宽度。
9、按照权利要求1的透射反射型液晶显示装置，其特征是导光层的厚度至少要大于第一介质入射一侧的宽度。
10、一种透射反射型液晶显示装置包括：
第一基板，其上形成有包括折射系数彼此不同的第一和第二介质的一个导光层，并在其上形成有将象素区分隔成一个反射区和一个透射区的反射镜；
面对第一基板的第二基板，其上形成有一个滤色片层；
介于第一和第二基板之间的一个液晶层；以及
设置在第一基板外侧的背光配件，
其中在透射模式下将光提供给第一介质。
11、按照权利要求10的透射反射型液晶显示装置，其特征是光传输轴线彼此垂直的第一和第二偏振板被分别设置在第一和第二基板的外表面上。
12、按照权利要求10的透射反射型液晶显示装置，其特征是在第一基板和背光配件之间布置有一个准直器，用来将背光配件提供的光调制成平行光。
13、按照权利要求10的透射反射型液晶显示装置，其特征是第一和第二介质之间的边界是按‘V’形形成的。
14、按照权利要求10的透射反射型液晶显示装置，其特征是第一介质的折射系数至少要大于第二介质的折射系数。
15、按照权利要求10的透射反射型液晶显示装置，其特征是第一介质入射一侧的宽度至少要大于第一介质出射一侧的宽度。
16、按照权利要求10的透射反射型液晶显示装置，其特征是第一介质出射一侧的宽度等于透射区的宽度。
17、按照权利要求10的透射反射型液晶显示装置，其特征是导光层的厚度至少要大于第一介质入射一侧的宽度。
18、一种制作透射反射型液晶显示装置的方法，该方法包括：
对具有第一折射系数并且沉积在基板上的第一介质进行蚀刻形成多个图形；
在图形之间沉积具有第二折射系数的第二介质形成一导光层；并且
在导光层上依次形成一个滤色片层和一个公共电极。
19、按照权利要求18的方法，其特征是按逐渐向内侧缩小的‘V’形形成多个图形。
20、按照权利要求18的方法，其特征是第一折射系数至少要大于第二折射系数。
21、一种制作透射反射型液晶显示装置的方法，该方法包括：
对具有第一折射系数并且沉积在基板上的第一介质进行蚀刻形成多个图形；
在图形之间沉积具有第二折射系数的第二介质形成一导光层；
在导光层上限定一个被分隔成透射区和反射区的象素区，并且在象素区上形成一个薄膜晶体管和一个象素电极；并且
在反射区上形成一个反射镜。
22、按照权利要求21的方法，其特征是按逐渐向内侧缩小的‘V’形形成多个图形。
23、按照权利要求21的方法，其特征是第一折射系数至少要大于第二折射系数。
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