TWI351543B - Transflective display having improved contrast - Google Patents

Description

1351543 案號：93128084 100年08月05日修正-替換頁 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種液晶顯示裝置，更明確地說， 係關於一種具改良對比之透射反射式液晶顯示裝置。 【先前技術】 透射反射式液晶顯示器（例如超扭轉向列液晶顯 示器（STN-LCD)、主動矩陣式液晶顯示器（AM-LCD)、 以及彩色超扭轉向列液晶顯示器（CSTN-LCD))常使用 於行動手持式應用中。偏好此等顯示裝置的原因在於 其具有非常低的耗電而且具有良好的幕前效能。透射 反射式液晶顯示器的特徵為可於反射模式中反射週遭 光，並且可於透射模式中透射源自辅助光源（舉例來 說，背光）的光。所以，配備此等透射反射式顯示器的 裝置便可於明亮與黑暗條件下提供可接受的可讀性。 舉例來說，從UK專利申請案第2 101 347號中便可 獲知透射反射式顯示器的基本原理。因此，一透射反 射式液晶顯示器包括一具有一前基板與一後基板的顯 示胞，於該等前後基板間則會置入一層液晶材料。於 該顯示胞的前方會置入一前偏振板（或檢偏鏡）以及一 補償膜。再者，於該後基板的後方則會置入一光學後 堆疊，該光學後堆疊依序包括一透射反射板、一四分 波阻滯元件、一線性偏振元件、以及一光源（例如背光）。 【發明内容】 1351543 案號·· 93128084 100年08月05曰修正-替換頁 θ ^運作於反射模式中且該顯示胞被關閉（也就 疋，介於前後電極間的電路為開路）時，進入前基板的 週遭光將會被該準直的液晶層吸收。因此，觀賞者看 該顯不胞時便呈黑暗狀態。相反地，當該顯示胞被開 啟後（也就是，當該液晶層曝露於電場中時），液晶中的 導向體基本上係垂直該等前後基板，讓進入該前基板 的大部份週遭光可穿透該顯示胞，於該透射反射板處 反射，並且返回觀賞者處。接著，觀賞者看該顯示器 時便呈明亮狀態。 不過，當週遭光不足讓該顯示器發出可讀的圖像 時，便要打開光源並且啟動透射模式。當透射模式發 生作用時，該光源所發出之任意偏振光便會於該光學 後堆疊中被圓形偏振，並且穿透該透射反射板。不過， 若未啟動該液晶胞的話，從該光源射出照在其上的圓 形偏振光便將會於該準直的液晶層中被吸收。因此， 該液晶便當作一閉路光閥，而不發生作用的顯示胞則 會呈現黑暗。為達此效果’也就是為封閉該光閥’最 主要的係該光必須被精確地偏振，否則，該光將會穿 透該顯示胞並且干擾黑暗狀態。相反地，當該顯示胞 被啟動且該等液晶分子垂直該等基板時，穿透該透射 反射板的大部份光便將會離開該顯示胞朝該觀賞者前 進，讓該顯示器呈現明亮的外觀。 因此，透射反射式液晶顯示器中的光學後堆疊的 功能便係將源自背光的入射、任意偏振光轉換成純圓 1351543 案镜：93128084 100年08月05曰修正-替換頁 形偏振光。該光應該被左圓形偏振或右圓形偏振，視 ·_· 該液晶胞中的準直程度而定。依慣例，此轉換作業係 利用上述的線性偏振板與四分波阻滯板來完成。不 過，利用線性偏振板與阻滯板將未偏振光轉換成圓形 偏振光卻會導致非常低的透射率，因為該線性偏振板 會吸收該背光所發出之具有不正確偏振方向的任何 光。 為達此目的，已經有建議一種解決方式來實質改 良前面的透射率。根據該解決方式，可利用一平面扭霉 轉向列聚合物層（TN層）來提供該圓形偏振化作用，該 層具有短間距且可取代該後偏振板與四分波阻滯板。 具有極短的間距該TN層便可反射該背光所發出之一半 光’並且透射該背光所發出之另一半光。被透射的光 以及被反射的光皆會被圓形偏振。明確地說，若該扭 轉層的轉向為右邊（左邊），那麼被反射的光便會被右 (左）圓形偏振，而被透射的光則會被左（右）圓形偏振。 實際上，該TN聚合物層會分離該隨意偏振光的左右圓 φ 形偏振光部份’其中一部份會被透射，而另一部份則 會被反射。 所以，利用TN聚合物層來取代該線性偏振板/阻滯 板配置的優點係，從該背光射出照在該偏振板上的光 可被透射（具有正確偏光性之部份的光）並且建設性地 使用於該顯示器中；或是反射回到該背光中，使其可 被循環利用。此現象不同於該線性偏振板/阻滯板配 1351543 案號：93128084 100年(《月05曰修正-替換頁 置，於該配置中未被透射的光便會被該線性偏振板吸 收，因此造成浪費。結果，利用一扭轉向列聚合物層 來取代該後光學堆疊中的四分波阻滯板與線性偏振板 便可實質提高透射率。 固然採用TN聚合物層的設計可提供改良的對光學 特性，但是，利用一扭轉向列聚合物層來取代該後偏 振板與該四分波阻滯板仍然有相關的缺點。其中一項 缺點便係透射模式的黑暗狀態中的對比極差。 為達此目的’本發明提供一種透射反射式液晶顯 示器’其係利用扭轉向列聚合物層且於黑暗狀態中具 有改良對比。本發明發現到，該背光所發出之穿透該 TN聚合物層且被該透射反射板反射的大部份光會於該 透射反射板處反射時因偏振反轉的關係而再次被該扭 轉向列聚合物層反射。也就是’於該透射反射板處被 反射的光的偏振性會於反射時被反轉。因此，回返的 光便會以相反的偏振性照在該扭轉向列層上，所以， 便會全部朝該透射反射板反射回去。結果，具反轉偏 振方向的光便會穿過該透射反射板朝該液晶胞前進， 從而損及黑色狀態且降低對比。本案的發明群另外發 現到’於該透射反射板的後端處有效防止光反射現象 便可大幅地消除此黑色狀態衰減效應，從而達到改良 透射模式之黑暗狀態中的對比的目的。 又 因此’扭轉向列聚合物層型的偏振板的特徵便係 1351543 5ft WL · . , < 100年08.月〇5日修正-替換頁 其能具有可透射具其中一種特殊偏振性的光且反射具 相反偏振性的光的能力。就本發明的用途而古，具^ 等特性的偏振板通常係表示反射式偏振板樣地， 上述的線性偏振板（其可吸收具有不正確偏振性的光 則通常稱為吸收型偏振板。 因此’根據本發明其中一項觀點，一透射反射式 液晶顯示裝置包括：依序被置入的一液晶層、一透^ 反射板、一反射偏振板、以及一背光。該背光係運作 用以朝該透射反射板來發光，而該透射反射板對該光 的第一部份係透射的，但是對該光的第二部份則^非 透射的。該顯示裝置進一步包括反射預防構件，其係 被排列在該透射反射板與該扭轉向列聚合物層之^ / 並且可運作用以防止第二部份的光反向朝該扭轉向列 聚合物層傳播。 因此，納入一反射預防構件便可防止具反向偏振 方向的光穿透該透射反射板朝該液晶顯示胞前進，從 而可避免發生黑色狀態衰減，並且改良透射模式中的 顯示對比。當然’該顯示器的反射模式效能並不會受 到影響，因為該反射預防構件係被排列在該透射反射 板的後側上〇 因此，該反射預防構件可用來防止光返回該TN| 合物層。該反射預防構件可能係被排列成一黑色表 面’用以吸收反射光及/或防止發生反射。 1351543 案號：93128084 100年08月05曰修正-替換頁 任何類型的透射反射板皆可使用，重要的係要能 夠反射週遭光且透射一背光配置所發出的光。只要該 背光中有部份的光以反向偏振性的型態被反射回到該 TN聚合物層，本發明便可於該顯示器之透射模式中提 供一改良的黑色狀態。 不過 土峄逑作的重要因素為能夠將欲穿透該透 射反射板的光與其餘的光分離，因為第一部份希望不 會被影響而第二部份則希望被消除。所以，便有人提 出多孔鏡型的透射反射板，其可提供良好定義的透射 區與非透射區。 所以，本發明特別適用於具有一多孔鏡型透射反 射板的透射反射式顯示器中。就本發明的用途來說， 多孔鏡型透射反射板係一具有複數個透射部份與複數 個非透射部份的透射反射板。因此’照在該透^反射 板上的光將會穿透該等透射部份，但是其餘部份的光 則會被該等複數個非透射部份阻擋。最基本的範例係 一於其中排列複數個孔的面鏡。舉例來說，該等孔可 能係由分散的針孔或狹縫所組成。舉例來說，透射/反 射比為10/90的多孔鏡型透射反射板的區域通常係由 H)%的孔與90%的非透射材料（依慣例係某種反射材料） 所組成。當然，多孔鏡型透射反射板中的該等孔未必 係真實的孔；該透射反射板或者可能包括一透射區與 一非透射區，兩種區域彼此分離。 1351543 案號：93128084 100年08月05日修正-替換頁 該反射預防構件可能具有任何設計，只要直能夠 吸收欲穿透該透射反射板的光中未被透射的光而非阻 擋該光即可。因此，該反射預防構件實際上可能並未 如是般地防止反射，而係被配置成用以吸收被反射的 光。再者，可以數種不同方式來排列該反射預防構件。 舉例來s兒，該反射預防構件可能係由複數層光吸收層 (所明的黑遮罩）所組成，或是由一反反塗料（其通常含 有一由數層薄層所組成的堆疊）所組成。 若將該透射反射板排列在該後堆疊的正面的話， 便可於該後堆疊與該透射反射板間置入一額外的黑色 吸收層。於此情況中，該透射反射板與該吸收層較佳 的係具有對應的透射與非透射區圖案。 有利的係以和該多孔鏡型透射反射板相同的圖案 來餘刻該黑色層。 或者’亦可利用一由反光層與吸光層所組成的堆 疊來達成吸光的目的。該些層較佳的係全部以相同的 製程步驟來钱刻。 根據其中一具體實施例，該反射吸收層堆疊包括 至少一由Cr構成的反光層以及至少一由〇(^構成的吸 光層。 1351543 案號：93丨28084 萁一祛A /，v 】〇〇年08月05曰修正-替換頁 物声間印心縣於該後基板與該扭轉向列聚合 物層間印刷或置放一經圖案化的黑色層。 如先前的理解，可以許多不 射預防構件，利用既有的製造=該反 的一般性設計。吾人預期任何特殊實現手 會相依於既有的製造能力、預期的 根據，、中具體實施例，該液晶係扭轉向列（τν) 型、超扭轉向列（STN)型、或是非扭轉向列型。 【實施方式】 首先將詳述先前技術，俾能更瞭解本發明。所以， 參考圖卜圖中顯示的係—含有—透射反射式液晶顯示 裝置100之手持式裝置，以及該透射反射式液晶顯示單 元的放大剖面圖。該顯示單元包括一液晶胞108，其包 括一前基板104、一後基板103、以及一被置入兩基板 間的液晶層109，該等基板係由玻璃或類似材料所製 成。於該前基板的正表面上排列著一前散射層1〇7、一 前補償層106、以及一檢偏鏡ι〇1。於該後基板的背面 上則排列且圖案化一透射反射板1 〇8，以便形成一透射 部份及一反射部份。再者，會依序置入一扭轉向列聚 合物層105及一背光102。 圖2為該背光所發出之光於先前技術透射反射式 1351543 案號：93128084 100年08月05日修正-替換頁 裝置中傳播的概略示意圖。該後堆疊包括一背光203， 其含有一導光部205及一擴散板204 ; —杻轉向列聚合 物層202 ;以及一透射反射板201。為達闡述目的，將 該背光所發出的光表示為1 〇〇%。此光會被隨意偏振 化，因此會有50%被反射回該背光（可於此處再利用）， 並且會有50%穿透該TN層202。對此特殊範例來說，該 透射反射板的透射/反射比為2 0/80，也就是，20%的入 射光會透射，而80%的入射光會被反射。由於20/80比 的關係，所以，會有10%(50%中的20%)穿透該透射反 射板201，並且會有40%(50°/〇中的80%)被反射回該TN 層202。如箭頭所示，反射光的圓形偏振性已經被反 轉。所以，全部40%的反射光都會再次被TN層202反射 回該透射反射板20卜偏振性不正確的8%(40%中的20%) 的光會穿透該透射反射板201，而32%則會被反射回該 TN層202。不過，該圓形偏振性會被反轉，所以全部32% 的光都會穿透該TN層202前進到背光203處。因此，具 有相反偏振方向的兩部份光後穿透該透射反射板，導 致前述的黑色狀態衰減的現象，所以會降低該顯示裝 置中的對比。對此特殊範例而言，10%係以正確的偏振 性透射，而8%則係以不正確的偏振性透射。 為消除上面問題，本案於圖3中圖解一種新穎方 式。和先前技術雷同，本發明包括一光源303，其係由 一擴散板304及一導光部305所構成；一TN聚合物層 302 ;以及一 20/80透射反射板301。不過，於該透射反 射板301及該TN層302間則會排列一吸光層306。與上面 1351543 案號：93128084 100年08月05 a修正-替換頁 圖3所述者類似，該背光所發出的光係表示為1〇〇0/〇，而 且有50%的光會被TN層302反射回該背光3〇3 ,於此處 可於έ亥導光部305中再利用。其餘的5〇%會穿透tn層 302’朝透射反射板301前進。因為該透射反射板的透 射/反射比為20/80’所以會有10%(50°/〇中的20%)的光穿 透該透射反射板。不過，吸光層306則會吸收其餘的 光，所以沒有任何的光會被反射回ΤΝ層302。因而便可 避免發生任何的破壞性反射。 現在將參考圖4說明根據本發明第一具體實施例 的透射反射式液晶顯示裝置400。該液晶顯示裝置400 包括一液晶胞410，其包括一前基板411、一後基板 415、以及一被置入前及後基板4丨1、415間的液晶層 412 ’該等基板係由玻璃或類似材料所製成。於該前基 板411的頂端會依序置入一散光層4〇3、一補償層4〇2、 以及一檢偏鏡401。於該後基板415的頂端上則置入一 透射反射板413，並且於該背基板415的下方排列一扭 轉向列聚合物層404及一背光系統405。 另外’根據此具體實施例，會於該透射反射板413 與該後基板415間塗敷一黑色吸光層414，作為一反射 預防構件。不過，該反射預防構件可被置放於該透射 反射板與該TN聚合物層間的任何位置處。 舉例來說’可藉由印刷法來提供該反射預防構 件’或是以一分離且經選擇性蝕刻層作為該反射預防 1351543 案號：9312S084 100年08月05曰修正-替換頁 構件。 根據其令一具體實施例，如圖5所示，該透射反射 板503係被排列在該後基板與該TN層504之間，而該反 射預防構件則係以一額外黑色層502的形式被排列在 該透射反射板503與該TN層504之間。舉例來說，該透 射反射板503可能係由Cr所構成，而該吸光層則可能係 由CrxOx(氧化鉻）所構成。該黑色層502較佳的係以和該 透射反射板相同的製程來進行蝕刻，以便簡化該製 程。於此特殊圖式中更詳細地顯示出該透射反射板的 佈置，其包括非透光區510以及透光區520。此為典型 的多孔鏡型佈置。 根據另一具體實施例，如圖6所示，該反射預防構 件600包括一由抗反射層6(H、6〇2、6〇3所組成的堆疊。 抗反射層係本技術中所熟知者，而且可以使用任何可 用的抗反舦材料》可將該堆疊直接排列在該透射反射 板之上’或是與該透射反射板分離。 應該注意的係，本發明的上述具體實施例並非為 限制本發明，更確切地說，其僅係示範如何運用本發 明。熟習本技術的人士將可設計出本發明的許多替代 具體實施例’而不會脫離隨附申請專利範圍中 的本發明的精神與範_。 基本上，本發明提供一種於透射模式中具改良對 13 1351543 案號：93128084 100年08月05日修正-替換頁 比的透射反射式液晶顯示器，其具有一後堆疊偏振構 件302，該構件可透射具預期偏振性的光並且反射具相 反非預期偏振性的光。由於納入一反射預防構件306而 強化黑色狀態的關係，因此對比可獲得改良。該反射 預防構件係被排列在該透射反射板301與該後堆疊偏 振板302之間’並且可阻止穿透該後堆疊偏振板3〇2朝 該透射反射板301前進的光被該透射反射板301反射回 到該後偏振板302。從而便可阻止具不正確偏振性之非 預期反射穿透該透射反射板301’因而便可避免影響該 顯示器的透射模式黑色狀態。 【圖式簡單說明】 刚面已經將參考附圖詳細說明根據本發明之透射 反射式液晶顯示裝置的具體實施例，其中： 圖1為一含有一透射反射式液晶顯示單元之手持 式行動單元的範例圖，以及一根據先前技術的透射反 射式液晶顯示器的放大剖面圖； 圖2為一光在具有一扭轉向列聚合物層之透射反 射式液晶顯示單元的透射模式中的傳播示意圖； 圖3為一光在運作於透射模式中之本發明的透射 反射式顯示器中的傳播示意圖； 圖4為根據本發明之透射反射式液晶顯示器之具 體實施例的概略示意圖； 槿I為用於提供一含有一黑色吸收層之反射預防 構件的方式；以及 反射預防構件的另一種方式，其 圖6為用於提供一 1351543 案號：93128084 100年08月05日修正-替換頁 於該透射反射板下方提供一由複數層反射層與複數層 吸收層所組成的堆疊。 【主要元件符號說明】 100 透射反射式液晶顯示裝置 101 檢偏鏡 102 背光 103 後基板

104 前基板 105 扭轉向列聚合物層 106 前補償層 107 前散射層 108 液晶胞 108 透射反射板 109 液晶層 201 透射反射板 202 轉向列聚合物層

203 背光 204 擴散板 205 導光部 301 透射反射板 302 轉向列聚合物層 303 光源 304 擴散板 305 導光部 306 吸光層 -15- 1351543 案號：93128084 100年08月05日修正-替換頁 400 401 402 403 404 405 410 411 412 413 414 415 502 503 504 510 520 600 601 602 603 透射反射式液晶顯示裝置 檢偏鏡 補償層 散光層 扭轉向列聚合物層 背光 液晶胞 前基板 液晶層 透射反射板 吸光層 後基板 黑色層 透射反射板 扭轉向列聚合物層 非透光區 透光區 反射預防構件 抗反射層 抗反射層 抗反射層 16

Claims (1)

1351543 (〇0年宮月f曰修正本 案號：93128084 -_I 川〇年〇8月05曰修正-替換頁 七、申請專利範圍： - 1· 種透射反射式液晶顯示器，其包括：依序置入的 ·-一液晶層、一透射反射板、後偏振構件、以及一背 光；該背光係運作用以朝該透射反射板發光；該透 射反射板可透射該光的第一部份且不透射該光的 第一部份；以及該後偏振構件係一扭轉向列聚合物 層，係運作用以透射具有第一偏振性的圓形偏振光 且反射具有和該第一偏振性相反之第二偏振性的 圓开> 偏振光，該顯示裝置進一步包括被排列在該透 射反射板與該反射預防構件之間的反射預防構肇 件；該反射預防構件係運作用以防止該第二部份的 光反向朝該後偏振構件傳播。 2. 如請求項1之透射反射式液晶顯示器，其中該透射 反射板係一多孔鏡型透射反射板，因此包括一透光 區以及一非透光區。 3. 如明求項1之透射反射式液晶顯示器，其中該反射 _ 預防構件係一黑色吸光層。 4·如請求項3之透射反射式液晶顯示器，其中該黑色 吸光層包括氧化鉻。 5.如請求項3之透射反射式液晶顯示器，其中該透射 反射板與該黑色吸光層具有對應的透光區與非透 光區圖案。 1351543 案號：93128084 100年08月〇5日修正-替換頁 6.如請求項1之透射反射式液晶顯示器，其中該反射 預防構件包括一抗反射層堆疊。 如請求項1之透射反射式液晶顯示器，其中該液晶 係扭轉向列型、超扭轉向列型、或是非扭轉向列型。