TW200413783A - Normally white super twisted nematic liquid crystal display device - Google Patents

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TW200413783A
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Frans Leenhouts
Hendrik Klaas Louwsma
Marcel Herman Jozef Maria Hannemann
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Koninkl Philips Electronics Nv
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Description

200413783 玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種多工運作之正常白超絞向列液晶顯示 裝置。 ^ 【先前技術】 近年來，在各種不同的領域，舉例來說，行動裝置應用 中，已經應用更多絞向列液晶顯示器，如超绞向列液晶顯 示器（STN LCD)。超絞向列液晶顯示器有各種不同的組態， 而此等組態的實例是光學模式干涉（OMI)顯示器與補償膜 超絞向列（FTSN)顯示器。者兩種組態都是相當具有成本效 益的，而且可以多工定址技術來驅動。可是，上述兩種組 態都有缺點。 關於OMI顯示器，專利文件US-5 557 434中揭示此一顯示 器之實例。此一文件揭示一種顯示器，其包括複數個精心 設計的補償膜，因此製造此一結構比較昂貴。此外，大量 的層可能增加顯示器的厚度，而，舉例來說，當其涉及行 動裝置運用時，這就不是理想的。 關於FSTN顯示器，圖1揭示此一顯示器之實例的概圖。 此一組怨基本上包括一液晶層，其夾在前後基板之間。前 偏光板與補償膜安排於其前面，如此一來薄膜被夾在前基 板與4偏光板之間。後偏光板與半透射鏡安排於背面，如 此一來後偏光板被夾在後基板與半透射鏡之間。可是，此 一組怨在反射模式中有一對缺點。首先，顯示器有視差， 而此一視差係源自半透射鏡的位置（亦即，在後偏光板後 O:\90\90226.DOC -6 - 200413783 面）。其次，顯示器在反射模式中的亮度很低，這是由於光 線被偏光板吸收所造成，因為在此一結構中，光線在抵達 顯示姦的觀祭者之兩，必須通過偏光板四次，而由於吸收 的緣故，每一次通過偏光板都造成亮度的損失。 為了增加反射模式的亮度，已經開發出利用所謂内部， 單元中之反射鏡（半透射鏡）的超絞向列液晶顯示器。圖2(内 部反射鏡）與圖3(内部半透射鏡）揭示此等顯示器之實例。在 兩具體實施例中，反射鏡/半透射鏡係放置於液晶單元中， 亦即在基板之間，因此可以減少反射模式中通過偏光板的 g 次數。
利用内部半透射鏡或反射鏡的超絞向列液晶顯示器，基 本上疋正常白（NW)與正常黑（NB)兩種類型之一。兩種類型 皆利用前面光學堆疊，其放置於液晶顯示單元之檢視側 面，而此一前面光學堆疊包括一前偏光板，與一或更多補 償膜，而在前基板與補償膜之間，通常還包括一散光膜。 如果使用内部半透射鏡（請參見圖3)，則顯示器將進一步包 括一> 面光學堆豐，其包括一偏光板與一或更多補償膜， 其中偏光板與補償膜一起形成所謂的圓偏極板。關於^^冒與 NB顯示器，一般在STNLCDs中使用，具有内部反射鏡或半 透射鏡之絞向列液晶層的延遲與扭轉角度，通常分別是 760〜860奈米（nm)與240度〜270度。
可是，如上所指出的，顯示器仍然有較低製造成本的需 求’而且和以上敘述之先前技術相比，也要具有縮小的厚 度。因此，本發明之目的在於獲得一反射式或半透射式STN
O:\90\90226.DOC 200413783 員不奋，其可以具有成本效益的方式來實現。本發明之另 一目的，在於獲得具有縮小厚度之反射式或半透射式stn 顯不為，而本發明之進一步目的，在於獲得在反射模式中， 和反射式FSTNLCD相比，具有更高關機狀態亮度的反射式 或半透射式STN顯示器。 【發明内容】 根據本發明，藉由發明說明中所敘述之多工運作之正常 白超絞向列液晶顯示裝置，至少部分達到以上與其他目 的，其中該正常超絞向列液晶顯示裝置進一步包括一液晶 單兀’其I本上由一液晶I，一i少部分反射之薄膜，與 -則面光學堆4所組成’其中該液晶層夾在前後基板之 間，該至少部分反射之薄膜排列成緊鄰該後基板，而該前 面光學堆疊則排列於前基板的檢視面，其包括一或更多光 學薄膜，而且基本上是由偏光板與光學散光薄膜所組成。 經由將至少部分反射的薄膜排列成緊鄰該後基板，並使 用適當設計的液晶層，前面光學堆疊基本上可以僅由一偏 光板與選擇性的散光薄膜所組成，亦即前面光學堆疊中 =需要補償膜。因此，本發明之顯示器可以以較低的成本 來ik，而且可以做得比相應之先前技術的顯示器更薄。 根據本發明，該液晶層的延遲在5〇〇〜75〇奈米（η⑷的範圍是 合適的。 根據本發明之一具體實施例，該至少部分反射之薄膜是 使顯示裝置能夠以反射模式操作的反射式薄膜。 根據第二具體實施例，該至少部分反射之薄膜是使顯示
O:\90\90226.DOC 200413783 液晶單元之間 裝置能夠以钱射模式操作料透㈣膜。半透射式顯示 备苴包括-背面光學堆4，其排料液晶層的背面，而該 堆叠包括-或更多光學薄膜。背面光學堆疊宜包括一背面 偏光板與-補償膜，其中該補償膜安料背面之偏光板盘 將其安排於該前 或者是，將該至 中，其中該背面 本發明可以使用至少部分反射之薄膜， 後基板之間，當作單元内的内部反射鏡。 少部分反射之薄膜安排於該背面光學堆疊 光學堆疊基本上鄰接該背面基板。 【實施方式】 本發明係基於使用主要由一偏光板與一選擇性之散光薄 膜所組成的前面光學堆叠，獲得實現具有單元内反射鏡/半 透射鏡(或下面將敘述之近單元反射鏡/半透射鏡)之正常白 超絞向列液晶顯示器（NWSTNLCD)，以及達到上述之本發 明的目的。因此，前面光學堆疊中不需要包含補償膜，這 和先前技術相比是-種改良。結果，堆疊可以更薄，而製 程可以簡化。 圖4揭示本發明之第一具體實施例。裝置j包括一超絞向 列液晶層2，其排列於前面與後基板3，4之間。液晶層被安 排成經由孩可面與後基板上的電極結構（未顯示）來控制。此 外，藏裝置包括-單㈣反射鏡5，其安排於液晶層2與後 基板間。前後基板3，4，液晶層2，與單元内反射鏡$， 形成一液晶單元8。前面光學堆疊9安排於液晶單元8的檢视 八G括别面偏光板7與選擇性的散光薄膜6。應注
O:\90\90226.DOC 200413783 意的是，就此而言，在本專利令請書中使用之散光薄膜一 岡應理解為將通過的光線散射的組件，而該組件因此可 以包括由一或更多單獨形成之薄膜所組成的膜。散光薄膜6 係夹在前面偏光板7與前基板3之間。為了適用於多工運 作，上述液晶層2以具有大約195〜270度的扭轉角度，其中 以約240〜270度較佳。此外，選擇液晶層2具有大約5〇〇〜75〇 π米（nm)的延遲。應汪意的是，此一延遲間隔低於先前技 術之FSTN與傳統的STN LCDs(具有76〇〜86〇奈米間隔内之 L遲）。因此，本發明之顯示器可以稱為低延遲。經由 使用低延遲之液晶層與所提到的前面光學堆疊，可以避免 補償膜的使用。因此，可以降低顯示器的製造成本，同時， 可以降低顯示器的厚度。在上述具體實施例中，使用單元 内反射鏡5。可是，本發明也可以在使用外部反射鏡的液晶 顯示器中實現，其中外部反射鏡如，舉例來說，固定於後 基板4外側的近單元反射鏡。圖6揭示本發明之第二具體實 施例，其包含一外部反射鏡。此一具體實施例類似於二所 揭示之具體實施例，除了沒有圖4之單元内反射鏡^，取而 代之的是安排-外部反射鏡14，叾中該反射鏡咐成於後 基板4之外侧。 本發明也可以實現成半透射式顯示器。圖5所示之本發明 的第三具體實施例說明此一情況。裝置i包括一超絞向列液 晶層2 ’其安排於前面與後基板3，4之間。液晶層被安排成 經由該前面與後基板上的電極結構（未顯示）來控制。此外， 該裝置包括-單元内半透射鏡13,纟安排於液晶層2與後基
O:\90\90226.DOC -10- 200413783 板4之間。前後基板3，4，液晶層2，與單元内半透射鏡13， 形成一液晶單元8。前面光學堆疊9安排於液晶單元8的檢視 面上，其包括一前面偏光板7與選擇性的散光薄膜6。應注 意的是’就此而言，在本專利申請書中使用之散光薄膜一 祠’應理解為將通過的光線散射的組件，而該組件因此可 以包括由一或更多單獨形成之薄膜所組成的膜。散光薄膜6 係夾在前面偏光板7與前基板3之間。此外，背面光學堆疊8 安排於液晶單元8之背面上，其包括一背面偏光板12與一補 償膜11，並夾在背面偏光板12與後基板之間。為了適用於 多工運作，在此一情況下，上述液晶層2也具有大約195〜27〇 度的扭轉角度，其中以約240〜27〇度較佳。此外，選擇液晶 層2以具有大約500〜750奈米（nm)的延遲。應注意的是，此 一延遲間隔低於先前技術之^丁^^與傳統的STN LCDs(具有 本發明之顯示器可以
在後基板4與補償膜11之間。 11之間。舉例來說，在兩種情況中，外 760〜860奈米間隔内之延遲）。因此， 稱為低延遲LCD。經由你田你π】>
O:\90\90226.DOC ^反射半透射鏡可以、經由黏膠，附著^後基板4。在圖5 與7所知不〈半透射式的兩個具體實施例中，補償膜11係包 σ、；同面光予堆璺1〇中。圖12揭示半透射式LRE 勺透射率呢壓曲線，而圖13則揭示此一顯示器之光學組 態二其中該半透射式LRE s™ LCD具冑65〇奈米（nm)之延遲 與前面偏光板角度％=6〇度（請參見圖9)。在此一情況中， 補償膜U係由140奈米(nm)四分之一波長平板所組成。 下文中，將更詳細地敘述所揭示之低延遲超絞向列液晶 顯不器的效果。圖8顯示六種不同超絞向列顯示器之反射 率一電壓曲線： 1) 標準FSTN顯示器，其具有大約82〇奈米（nm)之延遲。 2) 240度扭轉傳統式NWSTN顯示器，其具有一内部反射 叙與大約82〇奈米（nm)之延遲。 3) 根據本發明LRE STN，其具有一内部反射鏡（請參見圖 4)與550奈米（nm)之延遲，以及前面偏光板角度^^二” 度（下面將更詳細敘述）。 4) 根據本發明之LRE STN，其具有一内部反射鏡（請參見 圖4)與600奈米（nm)之延遲，以及前面偏光板角度 α fp = 5 5度（下面將更詳細敘述）。 5) 根據本發明之LRE STN，其具有一内部反射鏡（請參見 圖4)與650奈米（nm)之延遲，以及前面偏光板角度 α fp=60度（下面將更詳細敘述）。 6) 根據本發明之LRE STN，其具有一内部反射鏡（請參見 圖4)與700奈米（nm)之延遲，以及前面偏光板角度
O:\90\90226.DOC -12- 200413783 « fP = 65度（下面將更詳細敘述）。 在所有N /兄中’计算圖8之曲線係假設反射鏡是理想的， 亦即具有1()0%的反射率。如圖8所指出的，本發明之則 STN頭不态(3〜6)具有比先前技術顯示器。〜2)低的延遲 值。此外，從圖8可見，不同顯示器之間，反射率一電壓曲 線的陡峭私度並沒有很大的差異。這意味著LRE STN顯示 备（3〜6)的多工能力與標準及傳統顯示器（1〜2)相當。如圖9 所不’ ‘面偏光板角度α fp定義前面偏光板7之吸收軸的方 向。圖9也以同樣的方式，揭示摩擦方向影響液晶層2的排· 列0
圖10揭示上述之顯示器組態（1〜6)的關機狀態反射率。由 圖10可見’根據本發明之LRE STN LCDs(3〜6)的關機狀態 反射率南於FSTN LCD(l)之相應關機狀態反射率，但低於 具有内邵反射鏡（或半透射鏡）與兩補償膜之傳統lCD(2)的 關機狀態反射率。因此，本發明之Lre STN LCDs的關機狀 態反射率是屬於令人滿意的程度。
圖11揭示上述之顯示器組態（1〜6)處於反射模式的關機 狀態色彩座標。由圖U可見，LRE STN LCDs(3〜6)的關機 狀®色彩中性有點偏藍。可是，本發明之lre STN LCDs(3〜6)的色彩中性優於先前技術之顯示器（1〜2)的色彩 中性。 【圖式簡單說明] 上文係藉由目前本發明之較佳具體實施例，並參考下列 附圖，來敘述本發明。
O:\90\90226.DOC -13 - 200413783 圖1顯示一薄膜超絞向列液晶顯示器之概要剖面圖，其係 根據先前技術， 圖2顯示具有單元内反射鏡之反射式超絞向列液晶顯示 器的概要剖面圖，其係根據先前技術， 圖3 - 7JT具有單元内半透射鏡之半透射式超絞向列液晶 顯示器的概要剖面圖，其係根據先前技術， 圖4顯示具有單元内反射鏡之反射式超絞向列液晶顯示 器的概要剖面圖，其係根據本發明， 圖5顯示具有單元内半透射鏡之半透射式超絞向列液晶 顯示器的概要剖面圖，其係根據本發明， 圖6顯示具有外部反射鏡之反射式超絞向列液晶顯示器 的概要剖面圖，其係根據本發明， 圖7顯示具有外部半诱、 一抑 牛透射叙<半透射式超絞向列液晶顯 不杏的概要剖面圖，其係根據本發明， 種反射式顯717器組態之反射率-電壓曲線圖， 概圖’顯示液晶單元之摩擦方向相料前面偏光 板吸收轴的方位， 圖10係一繪圖 狀態反射率， 圖11係一繪圖 色彩座標， …、π圖8之六種反射式顯示器組態的關機 〜、不圖8义六種反射式顯示器之關機狀態 電壓曲線圖， ’相對於前面 圖12顯示半透射式顯 其係根據本發明， 圖丨3係一概圖，顯示 示器組態的透射率一 液晶單元之摩擦方向
O:\90\90226.DOC -14· 200413783 與背面偏光板吸收軸，以及相對於半透射式顯示器之後面 補償層之慢抽的方位，其係根據本發明。 【圖式代表符號說明】 1 裝置 2 超絞向列液晶層 3 前基板 4 後基板 5 單元内反射鏡 8 液晶單元 7 前面偏光板 9 前面光學堆疊 6 散光薄膜 14 外部反射鏡 13 單元内半透射鏡 12 背面偏光板 11 補償膜 10 背面光學堆疊 15 外部半透射鏡 O:\90\90226.DOC -15-

Claims (1)

  1. 二明 ij783 拾、申請專利範圍： 丨’:::二運作之正常白超絞向列液晶顯示裝置，其包括： % (8)其基本上包括夹在前後基板（3，4)之間的 液晶層（2)， :至少部分反射的薄膜(5，13’14，⑺，其 基板（4)鄰接， 月,J面光學堆®(9)，其排列於前基板（3)之檢視面上，並包 括一或更多光學薄膜， -中4面光學堆登（9)主要由偏光板⑺與選擇性散光薄膜 (6)所組成。 士申μ專利|a圍第i項之顯示裝置，其中該液晶層⑺之延遲 為500〜700奈米（nm)的範圍。 J •如申清專利範圍第1或2項之顯示裝置，其中該至少部分反 射< 薄膜係一反射式薄膜（5，14)，其使顯示裝置能以反射 模式操作。 4.如申μ專利範圍第丨或2項之顯示裝置，其中該至少部分反 射之薄膜係一半透射式薄膜（13，15)，其使顯示裝置能以 半透射模式操作。 5·如申請專利範圍第4項之顯示裝置，進一步包括一背面光學 隹:§：(10)’其安排於液晶層背面，其中該堆疊包括一或更 多光學薄膜。 6.如申請專利範圍第5項之顯示裝置，其中該背面光學堆疊包 括一背面偏光板（12)與一補償膜（11)’並排列於背面偏光板 (12)與液晶早元（8)之間。 O:\90\90226.DOC 200413783 7. 如前述申請專利範圍任一項之顯示裝置，其中該至少部分 反射薄膜（5，13)係排列成該前面與後面基板（3，4)之間的 單元内部反射鏡。 8. 如前述申請專利範圍任一項之顯示裝置，其中該至少部分 反射薄膜（14，1 5)係排列於該後面光學堆疊之中，且基本 上鄰接該後面基板（4)。 O:\90\90226.DOC
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