TW200815842A - Fringe field switching (FFS) semi-transmissive liquid crystal display - Google Patents

Description

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三逶編號：TW2760PA ’ 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種液晶顯示器，且特別是有關於— 種邊界電場切換（Fringe Field Switching，FFS)模式之 半透式液晶顯示器。 ^ 【先前技術】 為了改善傳統TN型液晶視角狹窄的缺陷，製造商陸 •續Φζ出了數種廣視角液晶顯示器，例如平面旋轉（I n p 1时❻ Switching，IPS)廣視角系列液晶顯示器、多區域垂直排 列（Multi Domain Vertical Alignment，MVA)系列液晶顯 不Is以及FFS模式液晶顯示器等。FFS模式之液晶顯示器 尤其兼具有廣視角效果、高穿透率及不需補償膜之特點。 然而，這些廣視角技術大多為穿透模式或是全反射模 式。穿透模式之液晶顯示器只能單純使用背光源來顯示晝 φ 面，在陽光下或強烈的環境光源下，使用者會因為外在^ 源干擾而無法輕易辨識出顯示影像。而反射模式之液晶顯 示器只能在強烈的環境光源下使用，當離開此強烈光源之 環境後’使用者便無法觀看出清晰的影像。這對可攜式液 晶顯示器之使用者而言尤其會造成相當大的不便。因此飞 如何兼顧廣視角特性並達到在任何環境下使用者皆能清 晰觀看影像之目的，實是液晶顯示器研究及發展之重要= 6 200815842 —* TW2760PA 胃 【發明内容】 有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種液晶顯示 器。在同一晝素之液晶配置層中區分第一液晶層及第二^ 晶層，並利用環境光在第一液晶層所走的光程差與背光次 在第二液晶層所經過的光程差相等，達到兼顧廣視角供^ 及半反射半穿透效果之目的。 μ 炎點 根據本發明的目的，提出一種FFS半透式液晶顯示 器，包括第一基板以及晝素矩陣。晝素矩陣設置於第—基 ⑩ 板上，且晝素矩陣包括複數個畫素單元。各畫素單元包括 透明面電極、晝素電極層、反射層以及液晶配置層。透明 面電極配置於第一基板上方。晝素電極層係配置於透明面 電極上方。反射層係配置於第一基板與畫素電極層之間， 其中反射層面積小於透明面電極面積。液晶配置層則設置 於晝素電極層上。液晶配置層包括透明材質層。透明材質 層之厚度小於液晶配置層之厚度，透明材質層與反射層具 • 有實質上相同之形狀及面積，且透明材質層與反射層係上 下相對地配置於晝素電極層之相反兩侧。 為讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易 蓳’下文特舉-較佳實關，並配 ，作詳細說 明如下·· 口八 200815842

~mMWt · TW2760PA # 【實施方式】 請參照第1圖，其繪示依照本發明一較佳實施例的一 種FFS模式液晶顯示器結構方塊圖。FFS模式之液晶顯示 器100例如是應用於可攜式電子裝置，其包括下基板110、 晝素矩陣（Pixel Matrix)120、閘極驅動器130以及資料 驅動器140。晝素矩陣120係設置於下基板110上，且晝 素矩陣120包括複數列晝素單元122。閘極驅動器130係 依序輸出閘極訊號Sc至畫素矩陣120,以開啟各列晝素單 曹 元122之薄膜電晶體（未顯示於圖中）接收資料驅動器140 輸出之資料訊號（電壓）Sd。 請參照第2圖，其繪示第1圖中液晶顯示器100之單 一畫素單元122配置結構剖面圖。每一晝素單元122設置 於上基板112與下基板110之間。液晶顯示器100之背光 模組150係位於下基板110之下方，用以提供各晝素單元 122顯示影像所需之背光源。第一偏光片160及第二偏光 ^ 片Π0分別配置於下基板11〇之下方以及上基板112之上 方，且第一偏光片160與第二偏光片170之吸收軸可以是 平行狀態或垂直狀態。 另外，晝素單元122更包括透明面電極(Counter

Electrode)121、絕緣層123、反射層124、畫素電極層I26 以及液晶配置層128。晝素電極層126，例如是一種透明 梳狀電極，係配置於下基板11〇上方，且透明面電極121 設置於下基板110與晝素電極層126之間。絕緣層123， 例如是氮化矽（SiNx)或二氧化矽（si〇2)材質，係設置於透 200815842

一迁娜m · TW2760PA ’ 明面電極121與晝素電極層126之間，用以電性隔離此兩 層電極層。反射層124，例如是一種金屬材質，係設置於 絕緣層123與透明面電極121之間。其中反射層124之面 積小於透明面電極121之面積。液晶配置層丨28係配置於 晝素電極層126以及上基板Π2之間。液晶配置層128包 括透明材質層129，且透明材質層129，例如是有機材質， 係鄰接上基板112而配置。透明材質層129之厚度（d3)小 於液晶配置層128之厚度（d2)，透明材質層129與反射層 ® 124具有實質上相同之形狀及面積，且透明材質層丨29與 反射層124係上下相對地配置於晝素電極層126之相反兩 側。 本實施例液晶顯示器100之特點就在於晝素單元122 中藉由透明材質層129及反射層124之設置可將液晶配置 層128區分成第一液晶層128a以及第二液晶層128b，如 第2圖所示。在液晶配置層128中，位於透明材質層129 與晝素電極層126之間之第一液晶層128a係屬於液晶反 射區，而不落於透明材質層129與晝素電極層126之間之 第二液晶層128b則屬於液晶穿透區，其中第一液晶層128b 係與第二液晶層128a鄰接，且液晶配置層128之第一液 晶層128a及第二液晶層128b之厚度係分別為dl及d2， dl=d2~d3 ° 當閘極驅動器130輸出閘極訊號Sc致能各畫素單元 122以將資料訊號Sd輸入至晝素電極層126時，垂直穿透 液晶配置層128之背光Lb係根據晝素電極層126之電壓 200815842

二违細狐.TW2760PA 驅動而產生0〜（1/2)λ之相位差變化，其中λ為背光Lb《 波長。而自透明材質層129垂直入射之環境光Le 晝素電極層126之電壓驅動而產生〇~(1/4) λ之相位差鐵 化。也就是說，環境光Le垂置入射第一液晶層128&到= 晝素電極層126所產生之相位差值（^剛）係為背光^ 垂直穿透第二液晶層mb所產生之相位差值（心纖）之 一半，如此可使兩液晶區域之穿透率（ν_τ)曲線達到最佳 效果’，達到半穿透半反射之功能，其中Δη1及心2係^ 別為第一液晶層128a及第二液晶層128b之液晶雙折二 率。 上述液晶配置層128之第一液晶層128a與第二液晶 層128b之厚度比值（di/d2)係較佳地為1/4〜2/3(>*kFFS 模式是利用邊界電場效應來驅動液晶，因此梳狀電極不同 的見度（W)及梳狀電極間距皆會影響顯示效果。由模擬 。十π付知在固疋第一液晶層128b的厚度（d2)為4um之 _ 情況下，將液晶配置層128之第一液晶層128a與第二液 晶層128b之厚度比值（dl/d2)設定為介於1/2及3/4之不 同數值，並匹配不同之（W，L)值作計算，可得到第一液晶 層128a不同的穿透率結果如下： (1)固定（W，L) = (3um，4um)，並調整第一液晶層128a 之厚度（dl)分別為2um、2· 6um及3um，第一液晶層128a 之總穿透率亦有所不同，如第3圖之波形所示。對應不同 之第一液晶層128a之厚度dl值=2·、2.6um及2 3⑽， 取20毫秒（ms)之穿透率平均值分別為38.71%、44.6〇%及 200815842

二逹編魷· rW2760PA ’ 43.41%。而取50毫秒之穿透率平均值分別為39.86%、 45. 07%及 41. 36%。 (2)固定第一液晶層128a之厚度（dl)為2um，調整 (W，L)分別為（3um，3um)、（4um，4um)及（4um，5um)(圖 中寫成（4, 4)錯誤），亦造成第一液晶層128a不同之總穿 透率，如第4圖之波形所示。對應不同之（w，LM3iun， 3um)、（4um，4um)及（4um，5um)，第一液晶層 128a 在 20 毫秒之穿透率平均值分別為39.37%、34. 〇9%及32.140/^ _ 而在50毫秒之穿透率平均值分別為40. 24%、36. 00%及 34. 61°/〇 〇 如第5圖所示，由實際模擬結果可得不同之 (评，；〇 = (2,2)、（3,3)、（3,4)、（4,4)及（4,5)條件下，第 一液晶層128a之平均穿透率與厚度dl之五條關係曲線。 而且由這五條關係曲線可得出對應不同之（W，L)=(2, 2)、 (3, 3)、（3, 4)、（4, 4)及（4, 5)，第一液晶層 128a 達到最 南穿透率所需使用之厚度dl約為2.5um〜2. 6um。 因此，藉由調整晝素電極層（梳狀電極）126之（W，L) 值以及液晶配置層丨28之第一液晶層128a與第二液晶層 12=之厚度比值（dl/d2)，可使反射區128a與穿透區128b 之牙透率曲線達到最佳效果，實現液晶顯示器半穿透半反 射之功能。 另外’上述之反射層124也可以是設置於下基板110 與透明面電極121之間、或者是透明面電極121與絕緣層 11 200815842

: rW2760PA .123之間、或者是使祕緣之反射層設置於絕緣層123與 晝素包極層126之間。而晝素電極層126可以是如第6圖 所示具有複數條平行排列電極板之梭狀電極 ，也可以是如 第7圖所不具有複數條等間距排列鋸齒狀電極板之梳狀電 極。鑛齒狀電極板所產生之電場方向可使液晶旋轉時朝向 不同方向，減少因視角產生的色偏現象。 此外’各晝素單元122中透明材質層129可以是圍繞 於液晶配置層128之邊框區域，如第6圖所示。或者透明 馨材貝層129也可以是涵蓋液晶配置層128之侧邊區域，或 甚至是以其它方式配置於液晶配置層128之中，如第8圖 所不。而且透明材質層129也可以不必鄰接上基板112而 配置。只要透明材質層129可搭配反射層124將液晶配置 層128區分為鄰接之第一液晶層128a及第二液晶層 128b ’即可達到半反射半穿透之效果，因此皆不脫離本發 明之技術範圍。 φ 本發明上述實施例所揭露之液晶顯示器可改善一般 可攜式廣視角液晶顯示器不適用於強烈環境光下使用之 缺點^FFS模式之液晶顯示器中利用透明材質層與反射層 护：制门旦素之液晶配置層内第二液晶層與第一液晶層 的液晶相位差值，使穿透區的液晶相位差值因電壓驅動而 產生（1/2)λ與〇之間變化，反射區的液晶相位差值因電 疋驅動而產生（1 /4)入與〇之間變化，達到穿透區之ν一τ 曲線與反射區之曲線異有最佳之效果，如第9圖所 示不9出現反白或反黑現象，進而實現半穿透反射功能 12 200815842

二達編魷· TW2760PA ^ 之液晶顯示器。因此，本發明之液晶顯示器利於可攜式產 品之戶外可視性，同時具有寬廣視角及高穿透率之特性， 適用於高晝質、3G手機及小型電影（電視）播放器等產品。 綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上， 然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通 常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作各種 之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請 專利範圍所界定者為準。 13 200815842

* TW2760PA * 【圖式簡單說明】 第1圖繪示依照本發明一較佳實施例的一種FFS模式 液晶顯不裔結構方塊圖。 第2圖繪示第1圖中液晶顯示器之單一晝素單元配置 結構剖面圖。 第3圖繪示固定梳狀電極寬度及間距並調整第一液 晶層厚度之晝素單元穿透率模擬結果示意圖。 第4圖繪示固定第一液晶層厚度並調整梳狀電極寬 ❿ 度及間距之晝素單元穿透率模擬結果示意圖。 第5圖繪示特定第一液晶層厚度及梳狀電極寬度與 間距之晝素單元具有最高穿透率之模擬結果示意圖。 第6圖繪示具有平行排列電極板且透明材質層設置 於液晶配置層邊框區域之晝素電極層結構示意圖。 第7圖繪示具有等間距排列鋸齒狀電極板之晝素電; 極層結構示意圖。 — 第8圖繪示透明材質層相對於液晶配置層之其它配 置方式示意圖。 第9圖繪示依照本發明較佳實施例之晝素驅動R-V曲 線及V-T曲線模擬結果圖。 200815842 p

―趣祕· rW2760PA * 【主要元件符號說明】 100 :液晶顯示器 112 :上基板 122 ·•晝素單元 140 :資料驅動器 123 :絕緣層 12 6 :畫素電極層 128a :第一液晶層 • 129 ·•透明材質層 160 :第一偏光片 110 :下基板 120 :晝素矩陣 130 :閘極驅動器 121 :透明面電極 124 :反射層 128 :液晶配置層 128b :第二液晶層 150 :背光模組 170 :第二偏光片

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Claims (1)

1. 200815842 二^«筑· 1W2760PA ’ 十、申請專利範圍： 1· 一種邊界電場切換（Fringe Field Switching，FFS) 半透式液晶顯示器，包括： 一第一基板；以及 一畫素矩陣，設置於該第一基板上，該晝素矩陣包括 複數個晝素單元，各該些晝素單元包括： 一透明面電極，配置於該第一基板上方； 一畫素電極層，配置於該透明面電極上方； ⑩ 一反射層，配置於該第一基板與該晝素電極層之 間’其中該反射層面積小於該透明面電極面積；以及 一液晶配置層，設置於該畫素電極層上，該液晶配 置層包括一透明材質層； 其中，該透明材質層之厚度小於該液晶配置層之厚 度，該透明材質層與該反射層具有實質上相同之形狀及面 積，且該透明材質層與該反射層係上下相對地配置於該晝 ▲ 素電極層之相反兩側。 2 ·如申清專利範圍第1項所述之液晶顯不器，其中 該反射層係設置於該第一基板與該透明面電極之間。 3·如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中 各該些晝素單元更包括一絕緣層，該絕緣層設置於該透明 面電極與該晝素電極層之間，且該反射層係設置於該絕緣 層與該透明面電極之間。 4·如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中 各該些晝素單元更包括一絕緣層，該絕緣層設置於該透明 16 200815842 —- r"W"2760PA 面電極與該晝素電極層之間，且該反射層具絕緣性係設置 於該絕緣層與該晝素電極層之間。 5·如申請專利範圍第3項或第4項所述之液晶顯示 ™其中該絶緣層係為氮化矽（SiNx)或二氧化矽(Si〇2)材 質。 6·如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中 該反射層係為一金屬材質。 7·如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中 ⑩ 該晝素電極層係為一透明梳狀電極，且該梳狀電極包括複 數條平行排列之電極板。 8·如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中 該晝素電極層係為一透明梳狀電極，且該梳狀電極包括複 數條等間距排列之鋸齒狀電極板。 9·如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，更包 括一第二基板，形成於該些晝素單元之該些液晶配置.層 上，其中各該些晝素單元之該透明材質層係鄰接該第二基 板而配置。 10·如申請專利範圍第9項所述之液晶顯示器，更包 括一背光模組，設置於該第一基板下方，用以提供一背光 至該晝素矩陣，其中各該些液晶配置層包括位於該透明材 質層與該畫素電極層之間之一第〆液晶層以及鄰接該第 一液晶層及該透明材質層之一第二液晶層，環境光自該透 明材質層垂直入射經由談第一液晶層到達該晝素電極層 所產生之相位差值係為該背光蚕直穿透該第二液晶層所 17 W2760PA 200815842 • 產生之相位差值之一半。 11. 如申請專利範圍第10項所述之液晶顯示器，其 中該第一液晶層與該第二液晶層之厚度比值為1/4〜2/3。 12. 如申請專利範圍第10項所述之液晶顯示器，其 中垂直穿透該液晶配置層之該背光係根據該晝素電極層 之電壓驅動而所產生0〜（1/2) λ之相位差變化，其中λ為 該背光之波長。 13. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，更包 ⑩括一第一偏光片以及一第二偏光片，其中該第一偏光片設 置於該第一基板下方，該第二偏光片設置於該第二基板上 方，且該第一偏光片及該第二偏光片之吸收軸為垂直狀 態。 14. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，更包 括一第一偏光片以及一第二偏光片，其中該第一偏光片設 置於該第一基板下方，該第二偏光片設置於該第二基板上 方，且該第一偏光片及該第二偏光片之吸收軸為平行狀 •態。 15. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中 於各該些晝素單元中，該透明材質層係圍繞於該液晶配置 層之一邊框區域。 16. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中 於各該些晝素單元中，該透明材質層係涵蓋該液晶配置層 之一侧邊區域。 17. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，係應 18 200815842 二运編沉· fW2760PA 用於一可攜式電子裝置