CN1788232A - 半穿透半反射液晶显示器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半穿透半反射液晶显示器件，包括：上部第一基板(2)和下部第二基板(3)，包括用于限定显示器的反射部分(12)和透射部分(13)的装置。液晶层(4)设置在第一基板(2)和第二基板(3)之间。对于反射部分，提供反射层(5)，用于反射落入显示器件内的环境光。该半穿透半反射LCD器件还包括至少用于反射部分(12)的单元内延迟层(7)，其设置在所述反射层(5)和液晶层(4)之间。优选单元内延迟层(7)也在透射部分(13)上方延伸。包括单元内延迟层(7)，对于显示器的反射部分(12)和透射部分(13)都可以实现具有高反射率、高透射率和同时具有良好对比率的半穿透半反射液晶光学模式。

Description

半穿透半反射液晶显示器件
本发明涉及一种液晶显示器件，特别涉及一种半穿透半反射液晶显示器件。
半穿透半反射液晶显示器，特别是半穿透半反射彩色有源矩阵液晶显示器(AM-LCD)目前通常用于可移动的、手持应用。这种显示器件是优选的，因为它们具有相对低的功耗和良好的画面效果(front-of-screen performance)。半穿透半反射型液晶显示器是使用来自设置在显示器背面的背光源的光以透射模式工作和使用环境光而以反射模式工作的显示器。因此，该半穿透半反射显示器在明亮和黑暗的条件下都具有优良的可读性。
特别是，这种半穿透半反射LCD器件的像素包括以反射模式工作的反射子像素和以透射模式工作的透射子像素。
然而，对于半穿透半反射AM-LCD来说，通常分别在反射和透射子像素的光学性能之间进行折衷。另一方面，如果分别调节反射和透射模式的光学性能，则该设置经常变得难以制造。半穿透半反射AM-LCD存在的另一问题是驱动电压经常很高，因此希望使用较低驱动电压的显示器。
为了克服上述问题人们已经做出了各种努力。一个这样的例子公开在图1a和1b中。这种器件包括第一和第二基板21、22，在这两个基板之间夹着液晶材料层23，所述部件一起形成液晶单元24。该像素被分为透射部分25和反射部分26。而且，构图反射器层27设置在第二基板和液晶层之间，以便使反射器只存在于一部分像素中，因此限定透射和反射部分25和26。反射器层27设置在单元24内，以便避免视差，并且由于这个原因，必须采用延迟箔28作为单元的观看侧上的外部箔。而且，该器件包括正面分析器29、背面偏光器30、背面延迟箔31和背光源32。在黑暗和明亮状态下的半穿透半反射像素的光学表现分别示于图2和3中。
该显示器件的光学性能主要取决于以下单元参数。偏光器30和分析器29的取向；反射子像素的单元间隙D1；透射子像素的单元间隙D2，液晶层23的扭曲角和单元两侧上的延迟层的数量(这里为28、31)，以及它们的取向和延迟。
利用上述单元参数可以优化关于以下项目的性能参数：反射率；透射率；对比率(反射和透射)；驱动电压(对于反射和透射子像素是相同的，优选尽可能低)；所有灰度级的色度；和视角。
然而，利用现有技术显示器，证实了不可能通过改变上述单元参数同时完全优化所有性能参数。因此希望采用替代解决方案。
已经在国际专利申请WO 2003/019276中提出的一个解决方案是对正面(观看者一侧)延迟层进行构图，以便能够针对反射和透射子像素分别使用不同的延迟值和延迟取向。然而，这种解决方案增加了对所述延迟层进行构图的制造步骤。
已经提出的另一种方案是对于透射和反射子像素使用不同的扭曲角，但是这个方案也增加了一些制造难度。
因此，希望提供一种进一步改进的显示器件，允许上述优化并克服上述问题。
因此，本发明的目的是提供一种显示器件，克服现有技术的上述问题，并能以高性价比(cost-efficient)的方式改进性能。
通过经介绍的半穿透半反射液晶显示器件至少部分地实现了上述和其它目的，其包括上部第一基板和下部第二基板，并包括用于限定显示器的反射和透射部分的装置；
液晶层，设置在第一基板和第二基板之间；所述装置包括用于反射部分的反射层，用于反射落入显示器件内的环境光，反射层设置在所述液晶层和第二基板之间；以及单元内延迟层，在显示器的反射部分上方延伸并设置在所述液晶层和反射层之间。
“单元内延迟层”应该解释为设置在液晶单元内部的延迟层，即设置在基板之间，与常规延迟层相反，常规延迟层是在外部形成，然后固定到一个基板上，并处于液晶单元的外部。更具体地讲，根据本发明，单元内延迟层设置在反射层的顶部，优选直接位于其顶部。
包括单元内延迟层可以实现具有高反射、高透射和同时具有良好对比率的半穿透半反射液晶光学模式。通过包含位于单元内部的延迟器层，可以设计新的光学模式。单元内延迟器的特性限定了额外的单元参数，因此在设计中增加了额外的自由度。由此，便于上述显示参数的优化。特别是，根据本发明的LCD器件可呈现高反射、高透射和良好对比率。
同时，这种设置允许使用未构图的正面延迟层。因此，在制造显示器时，掩模步骤的数量可以相对少，并且这也转化成半穿透半反射有源矩阵液晶显示器的相对便宜的制造。
而且，使用本发明的单元内延迟器能减少总液晶组件的厚度，因为单元内延迟器可以做得比常规外部延迟箔更薄。
适当地，单元内延迟层主要在显示器的反射和透射部分的上方延伸。对于显示器件的透射部分，单元内延迟层设置在液晶层和第二基板之间，并优选设置成直接与液晶层相邻。优选地，液晶层是扭曲向列、非扭曲向列或垂直取向液晶层中的一种。
根据本发明的实施例，显示器件还包括设置在第二基板背面的至少一个附加延迟层。该延迟层是设置在液晶单元外部的常规延迟层。通过在显示器件中包括该层，可以补偿透射子像素的单元内延迟器，或者，可以将单元内延迟器的任何效果改变为只用于透射状态的任何希望的其它延迟效果。还可以包括多个延迟层，例如，这是为了改进对可见光的所有波长的补偿。
根据一个实施例，透射部分的单元间隙等于反射部分的单元间隙，所述单元间隙即液晶层的厚度。优选地，透射部分的单元间隙不同于反射部分的单元间隙。这是所谓的半穿透半反射LCD器件的双单元间隙结构。
适当地，将透明像素电极设置在单元内延迟层和用于液晶层的取向层之间，以便减少所需的外部驱动电压。通过包括这种附加像素电极，避免了单元内延迟层上的电压降。外部施加的电压等于液晶层上的电压，因此可以保持很低。这导致减少功耗并且可以使用较少的昂贵驱动器。
优选地，所述液晶层的扭曲角是大约80°至100°，更优选为大约90°。所述单元内延迟器适当地具有在100nm和180nm之间的延迟。此外，液晶层的有效延迟(dΔn)在显示器的反射部分中优选在150-300nm之间，在显示器的透射部分中优选在150-600nm之间。这可以通过使用双单元间隙结构很方便地实现。
下面将参照附图借助本发明的优选实施例详细说明本发明。
图1a是根据现有技术的显示器件的半穿透半反射光电显示像素的剖面图；
图1b是在图1a中公开的像素的顶视图；
图2是在黑暗状态下、在图1a的现有技术半穿透半反射像素中的光路的示意性的光学表现；
图3是在明亮状态下、在图1a的现有技术半穿透半反射像素中的光路的示意性的光学表现；
图4a是根据本发明的显示器件的半穿透半反射光电显示像素的剖面图；
图4b是图4a中公开的像素的顶视图；
图5是示出从观看侧看到的根据本发明第一实施例的像素的透射部分的光学版图的示意图，其中所有层都以顶视图示出；
图6是示出从观看侧看到的根据本发明第一实施例的像素的反射部分的光学版图的示意图，其中所有层都以顶视图示出；
图7是示出根据本发明第一实施例的反射和透射率与液晶单元上的施加电压关系的示意图；
图8是示出根据本发明第一实施例的心理测试色度与液晶单元上的施加电压关系的示意图；
图9是根据本发明第一实施例的对比率与用于像素的观看方向关系的轮廓图，其中实线表示透射率，虚线表示反射率；
图10是示出从观看侧看到的根据本发明第二实施例的像素的透射部分的光学版图的示意图，其中所有层都以顶视图示出；
图11是示出从观看侧看到的根据本发明第二实施例的像素的反射部分的光学版图的示意图，其中所有层都以顶部图示出；
图12是示出根据本发明第二实施例的反射和透射率与液晶单元上的施加电压关系的示意图；
图13是示出根据本发明第二实施例的心理测试色度与液晶单元上的施加电压关系的示意图；
图14是根据本发明第二实施例的对比率与用于像素的观看方向关系的轮廓图，其中实线表示透射率，虚线表示反射率。
在图4a和4b中公开了本发明的主要实施例。图4a是显示器件的半穿透半反射光电显示像素的剖面图。相应的光电显示像素的顶视图在图4b中公开。光电显示像素处于本例中，并设有扭曲向列液晶材料层4，该液晶材料层被夹在第一和第二基板2、3之间，并一起形成液晶单元19。为了控制液晶材料4，基板2、3还按照本身公知的方式设有电极结构15、16和取向层17、18。在第一基板2上，设置正面延迟层8和分析器11，并在所述第二基板3的背面设置背面延迟层9、偏光器10和背光源6。
而且，根据本发明，反射层5设置在液晶层4和第二基板3之间。反射层5被构图，从而形成像素的透射部分13和反射部分12。在本例中，像素的反射部分中的单元间隙D1小于像素的透射部分中的单元间隙D2。在反射层5和液晶层4之间，还设置单元内延迟层7。该层例如可以通过液晶网络技术淀积在液晶单元内。该层效果将在下面进一步说明。
例1(90TN45)
这里参照图5-9说明本发明的一个例子。
这里，液晶层4是扭曲向列层，其扭曲角为90°，观看侧指示器的取向相对于分析器为45°(本实施例可以被称为90TN45)。这种显示器的示意版图示于图5中(对于透射模式)和图6中(对于反射模式)。如图4a所示，透射部分的单元间隙D2大于反射部分的单元间隙D1(500nm对242nm)。单元内延迟器7是具有138nm延迟的单轴延迟器。此外，背面延迟层9是具有相同延迟即138nm的延迟器，但是其取向与单元内延迟层7的取向相差90°。因此，背面延迟层9完全补偿了像素的透射部分中的单元内延迟器7。
在图7中，显示了在这个光学模式下的透射和反射率与电压的关系。在本图中，x轴上的电压是在液晶层和取向层上的施加电压。如从图7可以看到的那样，明亮状态下的反射和透射率很高，并且在相对低的电压下可以实现非常高的对比率。明亮状态下的反射和透射率非常接近于100％。在相应的现有技术显示器中，在没有根据本发明的单元内延迟器的情况下，相应光学模式中的反射率为大约90％，而且，例如，需要单元的正面侧上的构图延迟器来实现60％以上的透射率。因此，本发明的设置与现有技术相比是有利的。
在图8中，公开了对于90TN45模式的心理测试色度与电压的关系。该色度是像素的颜色的测量值，并且应该远远低于50％以便是可接受的。如图8所示，利用本发明，色度远远低于这一水平。而且，如图9所示，本发明的显示器的视角特性很好。而且，该显示器的总叠置体(total stack)可以旋转，以便将具有最好光学性能的方向与最常用的视角对准。
例2(低电压方案)
如前面参照图7所述的那样，图7的x轴上的电压是施加于液晶层和取向层上的电压。然而，由于在下基板3上的电极和液晶层4之间存在本发明的延迟层，因此电极上的实际电压(即由列驱动器提供的电压)必须更大。作为例子，使用具有厚度/介电常数比d/ε＝0.25的延迟器7，则根据例1的光学模式的暗电压将处于6.5V外部施加电压，代替图7中所示的4.5V。例2的目的在于减小该电压。
这可以通过在图4a中的单元内延迟器7和取向层18之间淀积透明导电电极来实现。希望具有贯穿延迟器7的贯通接触。然而，这个方案由于增加了掩模和处理步骤的数量而导致制造成本的增加。而且，由于透明导电电极(ITO)的透射率仅仅为大约80％-90％，因此显示器的亮度将减小。
或者，可以通过采用光学模式以便补偿延迟器层上的损失来减小上述电压。这里将参照图10-14说明后一种方案的一个例子。
这里，液晶层4是扭曲向列层，其扭曲角为90°，其观看侧指示器的取向相对于分析器为110°(本实施例被称为低电压方案)。用于本显示器的示意版图示于图10(对于透射模式)和图11中(对于反射模式)。如图4a所示，透射部分的单元间隙大于反射部分的单元间隙(这里对应500nm对262nm的延迟)。单元内延迟器7是具有160nm延迟的单轴延迟器。此外，背面延迟层9是具有140nm延迟的延迟器，并且其取向与单元内延迟器7的取向相差90°。
在图12中，示出了用于这个低电压光学模式的透射率和反射率与电压的关系。在该图中，x轴上的电压是施加在电极上的电压，假设单元内延迟器7为1μm厚且ε＝4。如果用与图7相对应的方式绘制，暗电压为大约3V，正如从图12看到的那样，列驱动器电压在5V以下。在图13中，可以看到本实施例的色度值稍微大于上述第一例中的色度值(见图8)。而且，从图14可以看出，与图9中公开的上述例子相比，视角稍有减小。
然而应该注意到本发明的上述实施例和例子不构成对本发明的限制，而是将其给出作为可以如何利用本发明的例子。本领域技术人员在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下将能够设计很多本发明的可选实施例。

Claims (10)

1、一种半穿透半反射液晶显示器件，包括：
上部第一基板(2)和下部第二基板(3)，包括用于限定所述显示器的反射部分(12)和透射部分(13)的装置；
液晶层(4)，设置在所述第一基板(2)和所述第二基板(3)之间；
所述装置包括用于所述反射部分(12)的反射层(5)，用于反射落入所述显示器件内的环境光，所述反射层(5)设置在所述液晶层(4)和所述第二基板(3)之间，以及
单元内延迟层(7)，其在所述显示器的所述反射部分(12)上方延伸并设置在所述液晶层(4)和所述反射层(5)之间。
2、根据权利要求1所述的显示器件，其中所述单元内延迟层(7)主要在所述显示器的所述反射部分(12)和透射部分(13)上方延伸。
3、根据权利要求1所述的显示器件，其中所述液晶层(4)是扭曲向列、非扭曲向列或垂直取向液晶层中的一种。
4、根据权利要求1所述的显示器件，还包括设置在所述第二基板(3)背面的至少一个附加延迟层(9)。
5、根据权利要求1所述的显示器件，其中所述透射部分(13)的所述单元间隙(D2)等于所述反射部分(12)的所述单元间隙(D1)。
6、根据权利要求1所述的显示器件，其中所述透射部分(13)的所述单元间隙(D2)不同于所述反射部分(12)的所述单元间隙(D1)。
7、根据权利要求1所述的显示器件，其中透明像素电极设置在所述单元内延迟层(7)和取向层(8)之间并靠近所述第二基板(3)。
8、根据权利要求1所述的显示器件，其中所述液晶层(4)的扭曲角为大约80°-100°，优选为大约90°。
9、根据权利要求1所述的显示器件，其中所述单元内延迟层(7)具有在100nm与180nm之间的延迟。
10、根据权利要求1所述的显示器件，其中所述液晶层(4)的有效延迟(dΔn)在所述显示器的所述反射部分(12)中在150-300nm之间，在所述显示器的所述透射部分(13)中在150-600nm之间。
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