TWI396884B - 顯示裝置 - Google Patents

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Description

顯示裝置
本發明係關於一透射反射(透射一反射)液晶顯示器(LCD)。
一般而言，一LCD包括一對面板(分別具有在其內表面上之電極)，及一插在該等面板之間的介電各向異性液晶(LC)層。在LCD中，場產生電極之間的電壓差變化(意即，一由該等電極產生之電場之強度的變化)改變穿過LCD之光的透射率，且因此所要影像係藉由控制電極之間的電壓差獲得。
視用於影像顯示之光源的種類而定，LCD被分為三種類型：透射型、反射型及透射反射(透射－反射)型。在透射LCD中，像素係自後方使用一背光照亮。在反射LCD中，像素係自前方使用自周圍環境發出之入射光照亮。透射反射LCD結合了透射及反射的特性。在中等光條件(諸如室內環境)下或在完全黑暗條件下，此等LCD以透射模式運作，而在非常明亮的條件(諸如室外環境)下，其以反射模式運作。
在透射反射LCD中，兩個吸收偏光片被個別附著至該等面板之外表面，該等偏光片之每一者為一藉由將碘分子或雙色染料添加至拉伸PVA獲得的薄膜。吸收偏光片展現出一些獨特的光學特性。詳言之，它們僅允許入射光的P波通過而吸收S波。理論上，吸收偏光片透射50%的入射光且吸收剩餘的50%。然而，實際上，歸因於其表面上發生之光損耗，吸收偏光片僅透射43%至45%。
在透射反射LCD中，存在透射區域及反射區域。自背光單元進入LCD之反射區域的光藉由反射電極處之反射返回至背光單元。此時，大部分光係吸收偏光片處之吸收而移除。
歸因於該吸收光損耗，LCD之光利用效率及顯示亮度低於最佳情況。
本發明藉由增強透射模式中由一背光單元供應之光的利用效率來改良一運作於透射模式之透射反射LCD之顯示亮度。
根據本發明之一態樣，提供一包括一透射區域及一反射區域之顯示裝置，其包括：一第一基板；一形成於該第一基板上且反射光而不使光之偏振狀態改變的相位恆定層；一形成於該第一基板上的透明電極；一形成於該透明電極之一部分上的反射電極；一與該第一基板相對的第二基板，一插在該第一基板與該第二基板之間的LC層；一第一光學阻滯器及一第二光學阻滯器，每一阻滯器附著至該第一及該第二基板之一各自外表面；及一第一偏光片及一第二偏光片，每一偏光片個別附著至該第一及該第二光學阻滯器之一各自外表面。
在此，反射區域為一安置在反射電極上下方的區域，而透射區域為一安置在部分透明之電極上下方且上面無反射電極的區域。
相位恆定層僅形成於反射區域處且可由膽固醇型LC形成。相位恆定層可為一寬頻膽固醇型LC層，分子螺旋間距在該層中隨其沿相位恆定層之位置變化。相位恆定層可具有一包括至少兩個各自具有一均等間距之膽固醇型LC層之多層結構。相位恆定層可具有一包括三個各自具有一均等間距之膽固醇型LC層之三層結構。在此狀況下，該等三個膽固醇型LC層可分別選擇性地反射及透射紅光、綠光及藍光。
第一偏光片及第二偏光片之透射軸可相互交叉成一直角。
第一光學阻滯器及第二光學阻滯器之每一者具有一慢軸及一快軸，且該等軸可與第一及第二偏光片之透射軸成±45°角形成。第一光學阻滯器及第二光學阻滯器之每一者可為一四分之一波長相位阻滯膜。
顯示裝置可進一步包括一光學各向同性層，其與相位恆定層形成於相同層上且兩者之間無重疊部分。
顯示裝置可進一步包括一背光單元，其係提供於第一基板之下以將光供應給液晶顯示器；及一反射板，其安置在背光單元之一下表面上。
根據本發明之另一態樣，提供一包括一透射區域及一反射區域之顯示裝置，其包括：一第一基板；一形成於該第一基板上且反射光而不使光之偏振狀態改變的相位恆定層；一形成於該第一基板上的透明電極；一形成於該透明電極之一部分上的反射電極；一與該第一基板相對的第二基板；一插在該第一基板與該第二基板之間的LC層；一附著至該第二基板之外表面的光學阻滯器；一附著至該光學阻滯器之外表面的偏光片；及一附著至該第一基板之外表面的選擇式反射層，其透射一在入射光之一第一方向上偏振的分量且反射一在一第二方向上偏振的分量。
在此，反射區域為一安置在反射電極上下方的區域，而透射區域為一安置在部分透明電極上下方且上面無反射電極的區域。
相位恆定層僅形成於反射區域處且可由膽固醇型LC形成。相位恆定層可為一寬頻膽固醇型LC層，分子螺旋間距在該層中隨其沿相位恆定層之位置變化。相位恆定層可具有一包括至少兩個各自具有一均等間距之膽固醇型LC層之多層結構。相位恆定層可具有一包括至少三個各自具有一均等間距之膽固醇型LC層之三層結構。在此狀況下，該等三個膽固醇型LC層可分別選擇性地反射及透射紅光、綠光及藍光。
偏光片具有一透射軸，且光學阻滯器具有一快軸及一慢軸。光學阻滯器之快軸及慢軸可與偏光片之透射軸±45°角形成。
光學阻滯器可為一四分之一波長相位阻滯膜。
顯示裝置可進一步包括一光學各向同性層，其與相位恆定層形成於相同層上且兩者之間無重疊部分。
顯示裝置可進一步包括一背光單元，其係提供於第一基板之下以將光供應給液晶顯示單元；及一反射板，其安置在背光單元之一下表面上。
選擇式反射層可由膽固醇型LC形成。選擇式反射層可為一寬頻膽固醇型LC層，分子螺旋間距在該層中隨其沿選擇式反射層之位置變化。選擇式反射層可具有一包括至少兩個各自具有一均等間距之膽固醇型LC層之多層結構。選擇式反射層可具有一包括三個各自具有一均等間距之膽固醇型液晶層之三層結構。在此狀況下，該等三個膽固醇型LC層可分別選擇性地反射及透射紅光、綠光及藍光。
根據本發明之又一態樣，提供一包括一透射區域及一反射區域之顯示裝置，其包括：一第一基板；一形成於該第一基板上且反射在一第一方向上偏振之光而不使光之偏振狀態改變的相位恆定層；一形成於該第一基板上的透明電極；一形成於該透明電極之一部分上的反射電極；一與該第一基板相對的第二基板；一插在該第一基板與該第二基板之間的LC層；一附著至該第二基板之外表面的第一光學阻滯器；及一附著至該光學阻滯器之外表面的第一偏光片。
在此，反射區域為一安置在反射電極上下方的區域，而透射區域為一安置在部分透明電極上下方且上面無反射電極的區域。
相位恆定層係形成於反射區域處且為其供應在第一方向上偏振之光。
顯示裝置可進一步包括一第二光學阻滯器及一第二偏光片，該第二光學阻滯器及該第二偏光片依次附著至該第一基板之外表面且使在特定方向上偏振之光入射至相位恆定層上。
顯示裝置可進一步包括一附著至該第一基板之外表面的選擇式反射層，其透射一在入射光之第一方向上偏振的分量且反射一在一與第一方向相反之第二方向上偏振的分量。
顯示裝置可進一步包括一光學各向同性層，其與相位恆定層形成於相同層上且兩者之間無重疊部分。
相位恆定層可由膽固醇型LC形成。相位恆定層可為一寬頻膽固醇型LC層，分子螺旋間距在該層中隨其沿相位恆定層之位置變化。相位恆定層可具有一包括至少兩個各自具有一均等間距之膽固醇型LC層之多層結構。相位恆定層可具有一包括至少三個各種具有一均等間距之膽固醇型LC層之三層結構。在此狀況下，該等三個膽固醇型LC層可分別選擇性地反射及透射紅光、綠光及藍光。
在下文中將參看展示本發明之較佳實施例的隨附圖式更全面地描述本發明。然而，本發明可以許多不同形式實施且不應被理解為侷限於本文陳述之實施例。實情為，提供此等實施例以使此揭示內容徹底且全面，且將本發明之範疇完全傳達給熟習該項技術者。
在該等圖式中，為清楚起見誇示了層、薄膜及區域之厚度。全文中相同數字指示相同元件。應瞭解，當一諸如層、薄膜、區域或基板之元件被稱為在另一元件"上"時，其可直接在另一元件上或亦可存在介入元件。
在下文中，將參看圖1至圖3描述一根據本發明之第一實施例的LCD。
圖1為根據本發明之第一實施例之一LCD的布局圖，且圖2及圖3分別為沿圖1之線II－II'及III－III'之剖視圖。
參看圖1至圖3，此實施例之LCD包含彼此面向的一TFT陣列面板100及一共同電極面板200，及一插在兩者之間的LC層3。LC層3中的LC分子垂直或平行於兩個面板100及200之表面排列。
TFT陣列面板100係如下組態。
一相位恆定層15及一光學各向同性層16係形成於由透明玻璃或塑膠製成的絕緣基板110上。在此，相位恆定層15及光學各向同性層16形成於相同層上且兩者之間無重疊部分較佳。光學各向同性層16係形成於透射區域TA處且相位恆定層15係形成於不為透射區域TA之區域處亦較佳，其中反射區域RA係定位於該等區域中。
相位恆定層15反射入射光且不使光之偏振狀態改變。此相位恆定層15係由具一螺旋結構之膽固醇型LC形成。基於膽固醇型LC之獨特光學特性，相位恆定層15透射沿該螺旋結構旋轉之圓偏振光，但反射在與該螺旋結構相反之方向上旋轉之圓偏振光。在反射光時，相位恆定層15不改變該光之偏振狀態。
與此同時，在透射光時，光學各向同性層16不改變該光之偏振狀態。
在相位恆定層15及光學各向同性層16具有彼此不同的厚度之狀況下，可在兩者上形成一有機絕緣層(未圖示)以平坦化兩個層。
複數條閘極線121及複數條儲存電極線131係形成於相位恆定層15及光學各向同性層16上。
用於傳輸閘極訊號之閘極線121大體上在一水平方向上延伸。每一閘極線121包括複數個向上突出之閘電極124，及一具有一相對較大尺寸以連接至一不同層或一外部裝置之末端部分129。一用於產生閘極訊號之閘極驅動器(未圖示)可安裝在一附著至基板110之可撓印刷電路(未圖示)上，或可直接安裝在基板110上。或者，該閘極驅動器可整合至基板110中。在此狀況下，該等閘極線121係直接連接至該閘極驅動器。
用於接收一預定電壓之儲存電極線131大體上平行於該等閘極線121延伸。每一儲存電極線131係置放在兩條鄰近閘極線之間，特定言之，較靠近兩者中位置較低的閘極線。每一儲存電極線131包括複數個向上及向下突出的儲存電極137。該等儲存電極線131之形成及排列可有很大不同。
該等閘極線121及該等儲存電極線131較佳係由以下幾種金屬製成：含鋁(Al)金屬，諸如Al及Al合金；含銀(Ag)金屬，諸如Ag及Ag合金；含金(Au)金屬，諸如Au及Au合金；含銅(Cu)金屬，諸如Cu及Cu合金；含鉬(Mo)金屬，諸如Mo及Mo合金，以及鉻(Cr)、鈦(Ti)或鉭(Ta)。該等閘極線121及該等儲存電極線131可組態為一多層結構，其中包括至少兩個具有不同物理特性的導電層(未圖示)。在此種結構中，該等兩個導電層之一係由一低電阻金屬製成以減少該等閘極線121及該等儲存電極線131中之訊號阻滯或電壓降，該低電阻金屬包括諸如含Al金屬、含Ag金屬、含Cu金屬或其類似物。另一導電層係由具有與諸如氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)之其他材料之良好物理、化學特性及電接觸特性的材料製成。例如，一含Mo金屬、Cr、Ta、Ti等可用於形成相同層。該等兩層之組合的理想實例為一下部Cr層及一上部Al(或Al合金)層，及一下部Al(或Al合金)層及一上部Mo(或Mo合金)層。除以上列出的材料外，各種金屬及導體可用於形成閘極線121及儲存電極線131。
該等閘極線121及該等儲存電極線131的所有橫向側面較佳相對於基板110之表面傾斜，且傾斜角度介於約30°至80°之範圍內。
一由氮化矽(SiNx )或氧化矽(SiOx )製成的閘極絕緣層140係形成於該等閘極線121及該等儲存電極線131上。
複數個由氫化非晶矽(縮寫為"a－Si")或多晶矽製成的線性半導體151係形成於閘極絕緣層140上。每一線性半導體151大體上在一垂直方向上延伸且包括複數個沿各自閘電極124延伸之凸出部分154。該等線性半導體151在該等閘極線121附近增大，且儲存電極線131大面積地將其覆蓋。
複數個線性歐姆接觸161及複數個島狀歐姆接觸165係形成於該等線性半導體151上。該等歐姆接觸161及165可由經諸如磷(P)之N型雜質重度摻雜的N＋氫化非晶矽或矽化物製成。該等線性歐姆接觸161包括複數個凸出部分163。一凸出部分163及一島狀歐姆接觸165之一集合係置放在半導體151之凸出部分154上。
該等半導體151及該等歐姆接觸163及165的所有橫向側面相對於基板110之表面傾斜，且傾斜角度介於約30°至80°之範圍內。
複數條資料線171及複數個汲電極175係形成於該等歐姆接觸161及165及閘極絕緣層140上。
用於傳輸資料訊號之資料線171大體上在一垂直方向上延伸以與該等閘極線121及該等儲存電極線131相交。每一資料線171包括複數個向各自閘電極124延伸之源電極173，及一具有一相對較大尺寸以連接至一不同層或一外部裝置之末端部分179。一用於產生資料訊號之資料驅動器(未圖示)可安裝在一附著至基板110之可撓印刷電路(未圖示)上，或可直接安裝在基板110上。或者，該資料驅動器可整合至基板110中。在此狀況下，該等資料線171係直接連接至該閘極驅動器。
與該等資料線171分離之該等汲電極175與該等源電極173相對，從而以該等閘電極124為中心。每一汲電極175包括一具有一相對較大尺寸的擴展部分177及一條形末端部分。該等汲電極175之該等擴展部分177與該等儲存電極線131之該等儲存電極137重疊，且該等條形末端部分被彎曲的源電極173部分地包圍。
一閘電極124、一源電極173、一汲電極175及半導體151之一凸出部分154形成一薄膜電晶體(TFT)。一TFT通道係形成於提供在源電極173與汲電極175之間的凸出部分154中。
該等資料線171及該等汲電極175較佳係由一耐火金屬(諸如Mo、Cr、Ta或Ti或其合金)製成，且可組態為包括一耐火金屬層(未圖示)及一低電阻導電層(未圖示)之多層結構。該多層結構之一理想實例為一由Cr、Mo及Mo合金之一製成的下層，及一由Al或Al合金製成的上層。另一實例為一由Mo或Mo合金製成的下層，一由Al或Al合金製成的中間層，及一由Mo或Mo合金製成的上層。除以上列出的材料外，各種金屬及導體可用於形成資料線171及汲電極175。
該等資料線171及該等汲電極175的所有橫向側面較佳相對於基板110之表面傾斜，且傾斜角度介於約30°至80°之範圍內。
歐姆接觸161及165僅存在於下方半導體151與上方資料線171之間及上方汲電極175與下方半導體151之間以減少其間的接觸電阻。大部分線性半導體151形成地較資料線171窄，但線性半導體之部分在與閘極線121相交處附近被放大(如前所述)以防止該等資料線171短路。該等線性半導體151被部分暴露於未經該等資料線171及該等汲電極175覆蓋之處以及源電極173與汲電極175之間。
一鈍化層180係形成於該等資料線171、該等汲電極175及該等半導體151之暴露部分上。鈍化層180係組態為一雙層結構，其包括一由諸如SiNx 或SiOx 之一無機絕緣體製成的下層180q，及一由一有機絕緣體製成的上層180p。用於上鈍化層180p的理想有機絕緣體具有一小於4.0的低介電常數及/或感光性。上鈍化層180p具有孔徑，意即，透射窗195，其部分地暴露下鈍化層180q，且上鈍化層180p的頂部表面不平坦。鈍化層180可組態為一單層無機絕緣體或有機絕緣體。
鈍化層180具有複數個接觸孔182及185，該等資料線171之末端部分179及汲電極175係分別經由該等接觸孔暴露。複數個接觸孔181係形成於鈍化層180及閘極絕緣層140中，且該等閘極線121之末端部分129係經由該等接觸孔暴露。
複數個像素電極191及複數個接觸輔助元件81及82係形成於鈍化層180上。
每一像素電極191具有一由上鈍化層180p之不平坦頂部表面造成之波紋狀輪廓，且其由一透明電極192及一上覆於透明電極192之反射電極194組成。透明電極192係由諸如ITO或IZO之透明導體製成，且反射電極194係由諸如Al、Cr、Ag或其合金之不透明反射導體製成。反射電極194可組態為一雙層結構。在此狀況下，上層(未圖示)係由一低電阻金屬(諸如Al、Ag、Ag合金或其類似物)製成，且下層(未圖示)係由一具有與ITO及IZO的良好接觸特性的材料(諸如含Mo金屬、Cr、Ta、Ti，或其類似物)製成。
每一反射電極194係形成於透明電極192之一部分上。因此，暴露出透明電極192之剩餘部分。此時，透明電極192之暴露部分經安置以對應上鈍化層180p之透射窗195。
該等像素電極191係經由接觸孔185實體及電連接至汲電極175以接收來自汲電極175的資料電壓。像素電極191被供給資料電壓以與共同電極面板200之一共同電極270配合產生電場，從而確定插在兩個電極191與270之間的LC層3中之LC分子的定向。根據LC分子的定向，穿過LC層3之光之偏振改變。每一像素電極191及共同電極270集合形成一LC電容，其可在TFT關閉後儲存所施加的電壓。
在透射反射LCD中，存在由透明電極192界定的透明區域TA，及由反射電極194界定的反射區域RA。更詳細地，透明區域TA為TFT陣列面板100、共同電極面板200及LC層3中安置在透射窗195之上下方之部分中的一部分，而反射區域RA為安置在反射電極194之上下方之部分中的一部分。如上文所說明的，相位恆定層15係形成於不為透射區域TA之區域上，而光學各向同性層16係形成於透明區域TA上。
在透射區域TA中，由一提供於LCD後方的背光單元500供應的內部光連續穿過TFT陣列面板100及LC層3，且接著離開共同電極面板200，從而提供給顯示器。在此等過程中，該等反射電極194反射由背光單元500供應之光的一部分，使得該部分光不能到達共同電極面板200。然而，在本發明中，所有由背光單元500供應之光借助於一內部反射機構離開共同電極面板200，下文中將對此加以更詳細地描述。
在反射區域RA中，穿過LCD前部供應的外部光連續穿過共同電極面板200及LC層3，且接著被TFT陣列面板100之反射電極194反射。反射後，該外部光再次穿過LC層3，且接著離開共同電極面板200，從而提供給顯示器。該等反射電極194之不平坦頂部表面藉由反射分散光，使得本可顯示在一LCD螢幕上的影像被鏡面反射阻止。
透射區域TA上不存在上鈍化層180p。因此，與反射區域RA相關的LC層3之厚度(意即，一單元間隙)係與透射區域TA相關的LC層3之厚度的兩倍。
該等像素電極191及連接至其的該等汲電極175與該等儲存電極137以及儲存電極線131之幹線重疊。為增強LC電容之電壓儲存能力，另外提供儲存電容。該等像素電極191及電連接至其的汲電極175與儲存電極線131的重疊建構該等儲存電容。
接觸輔助元件81及82係分別藉由接觸孔181及182連接至閘極線121之末端部分129及資料線171之末端部分179。該等接觸輔助元件81及82補充提供暴露的末端部分129及179與外部裝置之間的黏著且保護它們。
面對TFT陣列面板100的共同電極面板200係如下組態。
在一由透明玻璃或塑膠製成的絕緣基板210上提供一稱為"黑色矩陣"之光阻斷構件220。光阻斷構件220防止光自像素電極190之間的壁障洩漏出去且界定面對像素電極191的孔區域。
複數個彩色濾光片230係形成於基板210上。其大部分被置放在由光阻斷構件220劃定的孔區域中。彩色濾光片230可沿各自的像素電極191在一垂直方向上延伸。每一彩色濾光片220可展現紅色、綠色及藍色之一。
彩色濾光片230置於透明區域TA上之部分的厚度與彩色濾光片230置於反射區域RA上之部分的厚度不同。大體而言，透射反射LCD展現透射區域TA與反射區域RA之間的色調差異。此係因為，在透射區域TA中，穿過透明電極192之光僅穿過彩色濾光片230一次，而在反射區域RA中，穿過共同電極面板200入射之光由於反射電極194反射而穿過彩色濾光片兩次。為補償色調的差異，已使用了一些方法。一種方法為形成彩色濾光片230置於透射區域TA上之部分，使其較彩色濾光片230置於反射區域RA上之部分厚。另一方法為在置於反射區域RA上的彩色濾光片230中形成光孔。
一保護膜層250係形成於光阻斷構件220及彩色濾光片230上，以消除出現在彩色濾光片230與光阻斷構件220之間的步調差異。
由諸如ITO或IZO之透明導體材料製成的共同電極270係形成於護膜層250上。
兩個對準層(未圖示)係個別形成於兩個面板100及200之內表面上以使LC層3中之LC分子排列在一所要方向上。
一下偏光片12及一上偏光片22係個別附著至兩個面板100及200之外表面。其透射軸相互交叉成一直角。
一下光學阻滯器13係形成於下偏光片12與下基板110之間，而一上光學阻滯器23係形成於上偏光片22與上基板210之間。該等兩個光學阻滯器13及23之每一者具有一慢軸及一快軸。相應地，穿過快軸之光獲得一比穿過慢軸之光的相位快的相位。在此實施例中，兩個軸之間的相位差為四分之一波長，以便將圓偏振光轉換為線性偏振光或將線性偏振光轉換為圓偏振光。此時，兩軸相互交叉成一直角且係分別與偏光片12及22之透射軸成±45°角形成較佳。
LC層3中之LC分子係垂直於或平行於面板100及200之表面排列。
在兩個面板100與200之間提供複數個間隙物(未圖示)以在最終置放LC層3的兩個面板100與200之間維持一均等單元間隙。
為組裝TFT陣列面板100及共同電極面板200，可將一密封劑(未圖示)塗覆至共同電極面板200之邊緣。
圖4展示光在圖1至圖3所示之LCD之反射區域RA及透射區域TA上的偏振狀態。
在圖4中，為便於論述，LCD及作為內部光源的背光單元500係以簡化形式說明。一反射板510係安置在背光單元500之一下表面上。
圖4僅展示LCD中對光之偏振有影響的主要組件。該等組件包括以下各者：下偏光片及上偏光片12及22，下光學阻滯器及上光學阻滯器13及23，LC層3，及相位恆定層15。圖4中省略了光學各向同性層16，因為其不影響穿過其之光之偏振狀態。
上偏光片22之透射軸在X方向()上，且下偏光片12之透射軸在與X方向垂直之Y方向(⊙)上。兩偏光片12及22均為吸收偏光片，其透射平行於其透射軸的分量且吸收垂直於該等軸的分量。
該等光學阻滯器13及23之每一者具有慢軸及快軸。相應地，穿過快軸的光獲得一較穿過慢軸的光之相位快的相位。在此實施例中，兩軸之間的相位差為四分之一波長，以便將圓偏振光轉換為線性偏振光或將線性偏振光轉換為圓偏振光。此時，兩軸相互交叉成一直角且係分別與偏光片12及22成±45°角形成。
相位恆定層15為一具一螺旋結構的膽固醇型LC層。基於膽固醇型LC之獨特光學特性，相位恆定層15透射沿該螺旋結構旋轉之圓偏振光，但反射在與該螺旋結構相反之方向上旋轉之圓偏振光。在反射光時，相位恆定層15不改變該光之偏振狀態。
視是否供給一電場至LC層3，穿過LC層3之光之偏振狀態將維持不變或改變。意即，帶電場的LC層3影響穿過其之光之偏振狀態，而不帶電場的LC層3不影響偏振狀態。在後一種狀況下，由於置於反射區域RA上之LC層3之厚度為置於透射區域TA上之LC層3之厚度的一半，所以反射區域RA處的相位差為四分之一波長，而透射區域TA處的相位差為二分之一波長。因此，在反射區域RA中，不帶電場的LC層3將線性偏振入射光轉換為圓偏振光且反之亦然，而在透射區域TA中，該LC層3將右旋圓偏振入射光轉換為左旋圓偏振光且反之亦然。
基於上述事實，現將參看圖4在下文中論述進入LCD之反射區域RA之光的行進路徑。
圖4之光(R1)表示在無電場施加至LC層3時自周圍環境進入LCD之反射區域RA的光線。該光(R1)首先入射至上偏光片22上。此時，上偏光片22僅透射入射光之X方向()上的線性偏振光。接下來，該線性偏振光(R1)穿過上光學阻滯器23。此時，上光學阻滯器23將該光(R1)轉換為左旋圓偏振光。隨後，該左旋圓偏振光(R1)穿過LC層3且被轉換為Y方向(⊙)上的線性偏振光。接下來，該線性偏振光(R1)於反射電極194處藉由反射旋轉180°，但其相位不變。由反射電極194反射之光(R1)再次進入LC層3，且被轉換為左旋圓偏振光。接下來，該左旋圓偏振光(R1)穿過上光學阻滯器23且被轉換為X方向()上的線性偏振光。接著，該線性偏振光(R1)離開上偏光片22，從而提供給顯示器。
與此同時，光(R2)表示在將電場施加至LC層3時自周圍環境進入LCD之反射區域RA的光線。該光(R2)首先入射至上偏光片22上。此時，上偏光片22僅透射入射光之X方向()上的線性偏振光。接下來，該線性偏振光(R2)入射至上光學阻滯器23上。此時，上光學阻滯器23將該入射光(R2)轉換為左旋圓偏振光。隨後，該左旋圓偏振光(R2)穿過LC層3而不改變偏振狀態，且接著由反射電極194反射。藉由反射電極194之反射，該左旋圓偏振光(R2)被轉換為右旋圓偏振光。該右旋圓偏振光(R2)接著再次穿過LC層3而不改變偏振狀態且入射至上光學阻滯器23上。此時，上光學阻滯器23將入射光(R2)轉換為Y方向(⊙)上的線性偏振光。接下來，該線性偏振光(R2)進入上偏光片22。此時，由於偏光片22之透射軸與光(R2)的偏振方向相互交叉成一直角，所以上偏光片22吸收該光(R2)。在此狀況下，LCD螢幕變黑。
下文中將描述由背光單元500供應之光的行進路徑。
由背光單元500供應之光首先入射至下偏光片12上，該偏光片的透射軸為Y方向(⊙)。此時，下偏光片12僅透射一在該入射光之Y方向上線性偏振的分量且吸收一在與其透射軸垂直之X方向()上線性偏振的分量。在圖4中，吸收光線係表示為(T3)及(R3)，而透射光線係表示為(T4)及(R4)。穿過下偏光片12的光線(T4)及(R4)進入下光學阻滯器13，且接著被轉換為右旋圓偏振光線。接下來，該右旋圓偏振光線(T4)及(R4)分別進入透射區域TA及反射區域RA。
當該右旋圓偏振光(R4)撞擊相位恆定層15時，其被反射而不改變其偏振狀態。接著，該經反射之光(R4)穿過下光學阻滯器13且同時被轉換為Y方向(⊙)上的線性偏振光。接下來，該線性偏振光(R4)穿過下偏光片12且由安置在背光單元500之下表面上的反射板510反射。該反射光(R4)再次穿過下偏光片12且進入下光學阻滯器13。此時，下光學阻滯器13將該線性偏振入射光(R4)轉換為右旋圓偏振光。重複上述連續步驟一或多次，使得該光(R4)進入透射區域TA且朝上偏光片22行進。因此，改良透射區域TA的光效率，且亦改良運作於一透射模式下的LCD之亮度。
該等光線(R4)及(T4)在最初進入透射區域TA時均為右旋圓偏振光線。此等右旋圓偏振光線(R4)及(T4)在進入透射區域TA之後沿一光線(T1)或(T2)之一路徑行進，使其被提供給顯示器。下文中將描述光線(T1)及(T2)。
在進入透射區域TA後，視是否已供應LC層3一電場，光線(T4)及(R4)選擇光線(T1)及(T2)之光徑之一。
在未供應LC層3電場之狀況下，光線(T4)及(R4)沿光(T1)之光徑行進。右旋圓偏振光(T1)進入LC層3。此時，LC層3在光(T1)中產生半波長的相位阻滯，使得該光(T1)被轉換為左旋圓偏振光。接下來，該左旋圓偏振光(T1)穿過上光學阻滯器23且被轉換為X方向()上的線性偏振光。接著，該線性偏振光(T1)離開上偏光片22，從而提供給顯示器。
與此同時，在供應LC層3電場之狀況下，光線(T4)及(R4)沿光(T2)之光徑行進。右旋圓偏振光(T2)穿過LC層3。此時，LC層3不改變光(T2)的相位。該右旋圓偏振光(T2)接著穿過上光學阻滯器23且被轉換為Y方向(⊙)上的線性偏振光。該線性偏振光(T2)在進入上偏光片22時被吸收，使得LCD螢幕變黑。
如上所述，相位恆定層15使自背光單元500進入LCD之反射區域RA的光(R4)藉由反射透射至透射區域，使得LCD之光利用效率及亮度得到改良。
在下文中，將參看隨附圖式描述根據本發明之第二實施例的LCD。
圖5為根據本發明之第二實施例之一LCD的布局圖，且圖6及圖7分別為沿圖5之線VI－VI'及VII－VII'之剖視圖。
參看圖5至圖7，此實施例之LCD包含彼此面對的一TFT陣列面板100及一共同電極面板200，及一插在兩者之間的LC層3。LC層3中的LC分子垂直或平行於兩個面板100及200之表面排列。
TFT陣列面板100係如下組態。
一相位恆定層15及一光學各向同性層16係形成於由透明玻璃或塑膠製成的絕緣基板110上。在此，相位恆定層15及光學各向同性層16形成於相同層上且兩者之間無重疊部分較佳。光學各向同性層16係形成於透射區域TA處，且相位恆定層15係形成於不為透射區域TA之區域處亦較佳，其中反射區域RA係定位於該等區域中。
相位恆定層15反射入射光且不使光之相位改變。此相位恆定層15係由具一螺旋結構之膽固醇型LC形成。基於膽固醇型LC之獨特光學特性，相位恆定層15透射沿該螺旋結構旋轉之圓偏振光，但反射在與該螺旋結構相反之方向上旋轉之圓偏振光。在反射光時，相位恆定層15不改變該光之相位。
此外，在透射光時，光學各向同性層16不改變光之相位。在相位恆定層15及光學各向同性層16具有彼此不同的厚度之狀況下，可在兩者上形成一有機絕緣層(未圖示)以平坦化兩個層。
複數條閘極線121及複數個儲存電極線131係形成於相位恆定層15及光學各向同性層16上。
用於傳輸閘極訊號之閘極線121大體上在一水平方向上延伸。每一閘極線121包括複數個向上突出之閘電極124，及一具有一相對較大尺寸以連接至一不同層或一外部裝置之末端部分129。一用於產生閘極訊號之閘極驅動器(未圖示)可安裝在一附著至基板110之可撓印刷電路(未圖示)上，或可直接安裝在基板110上。或者，該閘極驅動器可整合至基板110中。在此狀況下，該等閘極線121係直接連接至該閘極驅動器。
用於接收一預定電壓之儲存電極線131大體上平行於該等閘極線121延伸。每一儲存電極線131係置放在兩條鄰近閘極線之間，特定言之，較靠近兩者中位置較低的閘極線。每一儲存電極線131包括複數個向上突出及向下突出的儲存電極137。該等儲存電極線131之形成及排列可有很大不同。
該等閘極線121及該等儲存電極線131較佳係由以下幾種金屬製成：含鋁(Al)金屬，諸如Al及Al合金；含銀(Ag)金屬，諸如Ag及Ag合金；含金(Au)金屬，諸如Au及Au合金；含銅(Cu)金屬，諸如Cu及Cu合金；含鉬(Mo)金屬，諸如Mo及Mo合金，以及鉻(Cr)、鈦(Ti)或鉭(Ta)。該等閘極線121及該等儲存電極線131可組態為一多層結構，其中包括至少兩個具有不同物理特性的導電層(未圖示)。在此種結構中，該等兩個導電層之一係由一低電阻金屬製成以減少該等閘極線121及該等儲存電極線131中之訊號阻滯或電壓降，該低電阻金屬包括諸如含Al金屬、含Ag金屬、含Cu金屬或其類似物。另一導電層係由具有與諸如氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)之其他材料之良好物理特性，化學特性及電接觸特性的材料製成。例如，一含Mo金屬、Cr、Ta、Ti等可用於形成相同層。該等兩層之組合的理想實例為一下部Cr層及一上部Al(或Al合金)層，及一下部Al(或Al合金)層及一上部Mo(或Mo合金)層。除以上列出的材料外，各種金屬及導體可用於形成閘極線121及儲存電極線131。
該等閘極線121及該等儲存電極線131的所有橫向側面較佳相對於基板110之表面傾斜，且傾斜角度介於約30°至80°之範圍內。
一由氮化矽(SiNx )或氧化矽(SiOx )製成的閘極絕緣層140係形成於該等閘極線121及該等儲存電極線131上。
複數個由氫化非晶矽(縮寫為"a－Si")或多晶矽製成的線性半導體151係形成於閘極絕緣層140上。每一線性半導體151大體上在一垂直方向上延伸且包括複數個沿各自閘電極124延伸之凸出部分154。該等線性半導體151在該等閘極線121附近增大，且儲存電極線131大面積地將其覆蓋。
複數個線性歐姆接觸161及複數個島狀歐姆接觸165係形成於線性半導體151上。該等歐姆接觸161及165可由經諸如磷(P)之N型雜質重度摻雜的N＋氫化非晶矽或矽化物製成。該等線性歐姆接觸161包括複數個凸出部分163。一凸出部分163及一島狀歐姆接觸165之一集合係置放在半導體151之凸出部分154上。
該等半導體151及該等歐姆接觸163及165的所有橫向側面相對於基板110之表面傾斜，且傾斜角度介於約30°至80°之範圍內。
複數條資料線171及複數個汲電極175係形成於歐姆接觸161及165及閘極絕緣層140上。
用於透射資料訊號之資料線171大體上在一垂直方向上延伸以與該等閘極線121及該等儲存電極線131相交。每一資料線171包括複數個向各自閘電極124延伸之源電極173，及一具有一相對較大尺寸以連接至一不同層或一外部裝置之末端部分179。一用於產生資料訊號之資料驅動器(未圖示)可安裝在一附著至基板110之可撓印刷電路(未圖示)上，或可直接安裝在基板110上。或者，該資料驅動器可整合至基板110中。在此狀況下，該等資料線171係直接連接至該閘極驅動器。
與該等資料線171分離之該等汲電極175與該等源電極173相對，從而以該等閘電極124為中心。每一汲電極175包括一具有一相對較大尺寸的擴展部分177及一條形末端部分。該等汲電極175之該等擴展部分177與該等儲存電極線131之該等儲存電極137重疊，且該等條形末端部分被彎曲的源電極173部分地包圍。
一閘電極124、一源電極173、一汲電極175及半導體151之一凸出部分154形成一薄膜電晶體(TFT)。一TFT通道係形成於提供在源電極173與汲電極175之間的凸出部分154中。
該等資料線171及該等汲電極175較佳係由一耐火金屬(諸如Mo、Cr、Ta或Ti或其合金)製成，且可組態為包括一耐火金屬層(未圖示)及一低電阻導電層(未圖示)之多層結構。該多層結構之一理想實例為一由Cr、Mo及Mo合金之一製成的下層，及一由Al或Al合金製成的上層。另一實例為一由Mo或Mo合金製成的下層，一由Al或Al合金製成的中間層，及一由Mo或Mo合金製成的上層。除以上列出的材料外，各種金屬及導體可用於形成資料線171及汲電極175。
該等資料線171及該等汲電極175的所有橫向側面較佳相對於基板110之表面傾斜，且傾斜角度介於約30°至80°之範圍內。
歐姆接觸161及165僅存在於下方半導體151與上方資料線171之間及上方汲電極175與下方半導體151之間以減少其間的接觸電阻。大部分線性半導體151形成地較資料線171窄，但線性半導體之部分在與閘極線121相交處附近被放大(如前所述)以防止該等資料線171短路。該等線性半導體151被部分暴露於未經該等資料線171及該等汲電極175覆蓋之處以及源電極173與汲電極175之間。
一鈍化層180係形成於該等資料線171、該等汲電極175及該等半導體151之暴露部分上。鈍化層180係組態為一雙層結構，其包括一由諸如SiNx 或SiOx 之一無機絕緣體製成的下層180q，及一由一有機絕緣體製成的上層180p。用於上鈍化層180p的理想有機絕緣體具有一小於4.0的低介電常數及/或感光性。上鈍化層180p具有孔195(意即，透射窗)，其部分地暴露下鈍化層180q，且上鈍化層180p的頂部表面不平坦。鈍化層180可組態為一單層無機絕緣體或有機絕緣體。
鈍化層180具有複數個接觸孔182及185，該等資料線171之末端部分179及汲電極175係分別經由該等接觸孔暴露。複數個接觸孔181係形成於鈍化層180及閘極絕緣層140中，且該等閘極線121之末端部分129係經由該等接觸孔暴露。
複數個像素電極191及複數個接觸輔助元件81及82係形成於鈍化層180上。
每一像素電極191具有一由上鈍化層180p之不平坦頂部表面造成之波紋狀輪廓，且其由一透明電極192及一上覆於透明電極192之反射電極194組成。透明電極192係由諸如ITO或IZO之透明導體製成，且反射電極194係由諸如Al、Cr、Ag或其合金之不透明反射導體製成。反射電極194可組態為一雙層結構。在此狀況下，上層(未圖示)由係由一低電阻金屬(諸如Al、Ag、Ag合金或其類似物)製成，且下層(未圖示)係由一具有與ITO及IZO的良好接觸特性的材料(諸如含Mo金屬、Cr、Ta、Ti或其類似物)製成。
每一反射電極194係形成於透明電極192之一部分上。因此，暴露出透明電極192之剩餘部分。此時，透明電極192之暴露部分經安置以對應上鈍化層180p之透射窗195。
該等像素電極191係經由接觸孔185實體及電連接至汲電極175以接收來自汲電極175的資料電壓。被供給資料電壓之像素電極191與共同電極面板200之一共同電極270配合產生電場，從而確定插在兩個電極191與270之間的LC層3中之LC分子的定向。根據LC分子的定向，穿過LC層3之光之偏振改變。每一像素電極191及共同電極270集合形成一LC電容，其可在TFT關閉後儲存所施加的電壓。
在透射反射LCD中，存在由透明電極192界定的透明區域TA，及由反射電極194界定的反射區域RA。更詳細地，透明區域TA為TFT陣列面板100、共同電極面板200及LC層3中安置在透射窗195之上下方之部分中的一部分，而反射區域RA為安置在反射電極194之上下方之部分中的一部分。如上文所說明的，相位恆定層15係形成於不為透射區域TA之區域上，而光學各向同性層16係形成於透明區域TA。
在透射區域TA中，由一提供於LCD後方的背光單元500供應的內部光連續穿過TFT陣列面板100及LC層3，且接著離開共同電極面板200，從而提供給顯示器。在此等過程中，該等反射電極194反射由背光單元500供應之光的一部分，使得該部分光不能到達共同電極面板200。然而，在本發明中，所有由背光單元500供應之光借助於一內部反射機構離開共同電極面板200，下文中將對此加以更詳細地描述。
在反射區域RA中，穿過LCD前部供應的外部光連續穿過共同電極面板200及LC層3，且接著被TFT陣列面板100之反射電極194反射。反射後，該外部光再次穿過LC層3，且接著離開共同電極面板200，從而提供給顯示器。該等反射電極194之不平坦頂部表面藉由反射分散光，使得本可顯示於一LCD螢幕上的影像被鏡面反射阻止。
透射區域TA上不存在上鈍化層180p。因此，與反射區域RA相關的LC層3之厚度(意即，一單元間隙)係與透射區域TA相關的LC層3之厚度的兩倍。
該等像素電極191及連接至其的該等汲電極175與該等儲存電極137以及儲存電極線131之幹線重疊。為增強LC電容之電壓儲存能力，另外提供儲存電容。該等像素電極191及電連接至其的汲電極175與儲存電極線131的重疊建構該等儲存電容。
接觸輔助元件81及82係分別藉由接觸孔181及182連接至閘極線121之末端部分129及資料線171之末端部分179。該等接觸輔助元件81及82補充提供暴露的末端部分129及179與外部裝置之間的黏著且保護它們。
面對TFT陣列面板100的共同電極面板200係如下組態。在一由透明玻璃或塑膠製成的絕緣基板210上提供一稱為"黑色矩陣"光阻斷構件220。光阻斷構件220阻止光自像素電極190之間的壁障洩漏出去且界定面對像素電極191的孔區域。
複數個彩色濾光片230係形成於基板210上。其大部分被置放在由光阻斷構件220劃定的孔區域中。彩色濾光片230可沿各自的像素電極191在一垂直方向上延伸。每一彩色濾光片220可展現紅色、綠色及藍色之一。
彩色濾光片230置於透明區域TA上之部分的厚度與彩色濾光片230置於反射區域RA上之部分的厚度不同。大體而言，反射透射LCD展現透射區域TA與反射區域RA之間的色調差異。此係因為，在透射區域TA中，穿過透明電極192之光僅穿過彩色濾光片230一次，而在反射區域RA中，穿過共同電極面板200入射之光由於反射電極194反射而穿過彩色濾光片兩次。為補償色調的差異，已使用了一些方法。一種方法為形成彩色濾光片230置於透射區域TA上之部分，使其較彩色濾光片230置於反射區域RA上之部分厚。另一方法為在置於反射區域RA上的彩色濾光片230中形成光孔。
一保護膜層250係形成於光阻斷構件220及彩色濾光片230上，以消除出現在彩色濾光片230與光阻斷構件220之間的步調差異。
由諸如ITO或IZO之透明導體材料製成的共同電極270係形成於護膜層250上。
兩個對準層(未圖示)係個別形成於兩個面板100及200之內表面上以使LC層3中之LC分子排列在一所要方向上。
一選擇式反射層17係安置在下絕緣基板110之外表面上，且一上光學阻滯器23及一上偏光片22依次安置在上絕緣基板210之外表面上。
上偏光片22之透射軸在X方向()上。
提供於上偏光片22與上基板210之間的上光學阻滯器23具有一慢軸及一快軸。相應地，穿過快軸之光獲得一比穿過慢軸之光的相位快的相位。在此實施例中，兩個軸之間的相位差為四分之一波長，以便將圓偏振光轉換為線性偏振光或將線性偏振光轉換為圓偏振光。此時，兩軸彼此垂直且係分別與上偏光片22之透射軸成±45°角形成較佳。
安置在下絕緣基板110之外表面上的選擇式反射層17僅透射在一特定方向上旋轉之圓偏振光，且反射在相反方向上旋轉之圓偏振光。在反射光時，選擇式反射層17不改變光之相位。
選擇式反射層17及相位恆定層15均係由膽固醇型LC形成，但其具有在彼此不同的方向上旋轉的螺旋結構。因此，由選擇式反射層17反射的圓偏振光與由相位恆定層15反射的圓偏振光在彼此相反的旋轉方向上旋轉。更詳細地，選擇式反射層17透射右旋圓偏振光且反射左旋圓偏振光，而相位恆定層15透射左旋圓偏振光且反射右旋圓偏振光。
LC層3中之LC分子係垂直於或平行於面板100及200之表面排列。
在兩個面板100與200之間提供複數個間隙物(未圖示)以在最終置放LC層3的兩個面板100與200之間維持一均等單元間隙。
為組裝TFT陣列面板100及共同電極面板200，可將一密封劑(未圖示)塗覆至共同電極面板200之邊緣。
圖8展示光在圖5至圖7所示之LCD之反射區域RA及透射區域TA上的偏振狀態。
在圖8中，簡單說明了LCD及作為內部光源的背光單元500。一反射板510係提供於背光單元500之一下表面上。
圖8僅展示LCD中對光之偏振有影響的主要組件。至於彼等組件，其包括上偏光片22，上光學阻滯器23，LC層3，相位恆定層15及選擇式反射層17。圖8中省略了光學各向同性層16，因為其不影響穿過其之光之偏振狀態。
如上所述，上偏光片22之透射軸在X方向()上。偏光片22為一吸收偏光片，其透射平行於其透射軸的分量且吸收垂直於該軸的分量。
上光學阻滯器23具有慢軸和快軸。相應地，穿過快軸之光獲得一比穿過慢軸之光的相位快的相位。在此實施例中，兩個軸之間的相位差為四分之一波長，以便將圓偏振光轉換為線性偏振光或將線性偏振光轉換為圓偏振光。此時，兩軸相互交叉成一直角且係分別與上偏光片22之透射軸成±45°角形成較佳。
選擇式反射層17及相位恆定層15均係由具有螺旋結構之膽固醇型LC形成。基於膽固醇型LC之獨特光學特性，選擇式反射層17及相位恆定層15透射沿其螺旋結構旋轉之圓偏振光，反射在與該等結構相反之方向上旋轉之圓偏振光。在反射光時，其不改變光之相位。然而，選擇式反射層17與相位恆定層15之螺旋結構在彼此不同的方向上旋轉。因此，由選擇式反射層17反射的圓偏振光與由相位恆定層15反射的圓偏振光在彼此相反的方向上旋轉。更詳細地，選擇式反射層17僅透射右旋圓偏振光且反射左旋圓偏振光，而相位恆定層15僅透射左旋圓偏振光且反射右旋圓偏振光。
視是否供給一電場至LC層3，穿過LC層3之光之偏振狀態將維持不變或改變。意即，不帶電場的LC層3影響穿過其之光之偏振狀態，而帶電場的LC層3不影響偏振狀態。在後一種狀況下，因為置於反射區域RA上之LC層3之厚度為置於透射區域TA上之LC層3之厚度的一半，所以反射區域RA處的相位差為四分之一波長，而透射區域TA處的相位差為二分之一波長。因此，在反射區域RA中，不帶電場的LC層3將線性偏振入射光轉換為圓偏振光且反之亦然，而在透射區域TA中，LC層3將右旋圓偏振入射光轉換為左旋圓偏振光且反之亦然。
基於上述事實，現將參看圖8在下文中論述進入反射區域RA之光的行進路徑。
圖8中之光(R1)表示在無電場施加至LC層3時自周圍環境進入LCD之反射區域RA的光線。該光(R1)首先入射至上偏光片22上。此時，上偏光片22僅透射入射光之X方向()上的偏振光。接下來，該線性偏振光(R1)穿過上光學阻滯器23。此時，上光學阻滯器23將該光(R1)轉換為左旋圓偏振光。接著，該左旋圓偏振光(R1)穿過LC層3且被轉換為Y方向(⊙)上的線性偏振光。接下來，該線性偏振光(R1)於反射電極194處藉由反射旋轉180°，但其偏振狀態不變。由反射電極194反射之光(R1)再次進入LC層3，且被轉換為左旋圓偏振光。接下來，該左旋圓偏振光(R1)穿過上光學阻滯器23且被轉換為X方向()上的線性偏振光。接著，該線性偏振光(R1)離開上偏光片22，從而提供給顯示器。
與此同時，光(R2)表示在將電場施加至LC層3時自周圍環境進入LCD之反射區域RA的光線。該光(R2)首先入射至上偏光片22上。此時，上偏光片22以僅透射入射光之X方向()上的線性偏振光。接下來，該線性偏振光(R2)入射至上光學阻滯器23上。此時，上光學阻滯器23將該入射光(R2)轉換為左旋圓偏振光。隨後，該左旋圓偏振光(R2)穿過LC層3而不改變偏振狀態，且接著由反射電極194反射。藉由反射電極194之反射，該左旋圓偏振光(R2)被轉換為右旋圓偏振光。該右旋圓偏振光(R2)接著再次穿過LC層3而不改變偏振狀態且入射至上光學阻滯器23上。此時，上光學阻滯器23將入射光(R2)轉換為Y方向(⊙)上的線性偏振光。接下來，該線性偏振光(R2)進入上偏光片22，由於偏光片22之透射軸與光(R2)的偏振方向相互交叉成一直角，所以上偏光片22吸收該光(R2)。在此狀況下，LCD螢幕變黑。
下文中將描述由背光單元500供應之光的行進路徑。由背光單元500供應之光入射至選擇式反射層17上。此時，選擇式反射層17僅透射右旋圓偏振光且反射左旋圓偏振光。在下文中，由背光單元500供應的左旋圓偏振光及右旋圓偏振光將分別被稱為(T5)及(T6)。
當由背光單元500發出的左旋圓偏振光(T5)入射至選擇式反射層17上時，選擇式反射層17反射該光(T5)。當該反射光(T5)在遇到一安置在背光單元500下的反射板510時被再次反射，且同時被轉換為右旋圓偏振光。接著，該右旋圓偏振光(T5)穿過選擇式反射層17。
與此同時，當由背光單元500發出的右旋圓偏振光(T6)入射至選擇式反射層17上時，選擇式反射層17完好無損地透射該光(T6)。
最後，所有由背光單元500發出的光(T5)及光(T6)均入射至一LCD面板組件上。此時，其均為右旋圓偏振光線。
在下文中，將描述自背光單元500進入LCD之反射區域RA的右旋圓偏振光被透射至透射區域TA之連續過程。該光在圖8中表示為(R5)。
自背光單元500進入LCD之反射區域RA的右旋圓偏振光(R5)在穿過選擇式反射層17之後入射至相位恆定層15上。此時，相位恆定層15反射該入射光(R5)，但不改變其偏振狀態。該經反射之右旋圓偏振光(R5)接著再次進入選擇式反射層17。此時，選擇式反射層17使入射光(R5)完好無損地穿過。隨後，藉由背光單元500之反射板510的反射，該右旋圓偏振光(R5)被轉換為左旋圓偏振光。接著，該左旋圓偏振光(R5)在遇到選擇式反射層17時再次被反射且再次入射至反射板510上。此時，反射板510反射該光(R5)，將該光(R5)轉換為右旋圓偏振光。接下來，該右旋圓偏振光(T5)穿過選擇式反射層17且向上行進。原先由背光單元500發出的右旋圓偏振光(R5)經歷上述連續過程一次或多次，而進入透射區域TA。以此方式，自背光單元500進入LCD之反射區域RA的光(R5)被透射至透射區域TA，使得LCD之光利用效率及亮度到改良。
在最初進入透射區域TA時，光線(R5)、(T5)及(T6)均為右旋圓偏振光線。此等右旋圓偏振光線(R5)、(T5)及(T6)在進入透射區域TA之後沿光線(T1)或(T2)之一路徑行進，以便將其提供給顯示器。將在下文中描述光線(T1)及(T2)。
在進入透射區域TA後，視是否已供應LC層3一電場，光線(R5)、(T5)及(T6)選擇光線(T1)及(T2)之光徑之一。
在未供應LC層3電場之狀況下，光線(R5)、(T5)及(T6)沿光(T1)之光徑行進。右旋圓偏振光(T1)進入LC層3。此時，LC層3在光(T1)中產生半波長的相位阻滯，使得該光(T1)被轉換為左旋圓偏振光。接下來，該左旋圓偏振光(T1)穿過上光學阻滯器23且被轉換為X方向()上的線性偏振光。接著，該線性偏振光(T1)離開上偏光片22，從而提供給顯示器。
與此同時，在供應電場至LC層3之狀況下，光線(R5)、(T5)及(T6)沿光(T2)之光徑行進。右旋圓偏振光(T2)進入LC層3。此時，LC層3不導致光(T2)的相位阻滯。該右旋圓偏振光(T2)接著穿過上光學阻滯器23且被轉換為Y方向(⊙)上的線性偏振光。該線性偏振光(T1)在進入上偏光片22時被吸收，使得LCD變黑。
如上所述，相位恆定層15使自背光單元500進入LCD之反射區域RA之光(R5)藉由反射進入透射區域TA，使得LCD之光利用效率及亮度得到改良。
在圖1至圖4所示的第一實施例中，在由背光單元500供應之光的X方向()上之線性偏振分量係藉由被下偏光片12吸收而移除。另一方面，在此實施例中，由背光單元500供應的所有光均用於顯示，使得LCD之光利用效率得到改良。
在下文中，將描述相位恆定層15及選擇式反射層17的製造方法。
在此實施例中，相位恆定層15及選擇式反射層17兩者係形成於下絕緣基板210上且由係膽固醇型LC形成。然而，用於相位恆定層15的膽固醇型LC與用於選擇式反射層17的膽固醇型LC的旋轉方向彼此相反。除此一差別外，相位恆定層15及選擇式反射層17幾乎完全相同。因此，下文將僅論述相位恆定層15的製造方法。
圖9至圖12為展示製造根據本發明之一實施例的相位恆定層15之過程步驟的示意性剖面圖。
相位恆定層15係如下製造。
如圖9所示，首先在下絕緣基板110上形成一對準層15－1。在此步驟中，不需要對對準層15－1進行摩擦色牢度處理。此對準層15－1可為一水平對準層或一垂直對準層。
接下來，如圖10所示，在對準層5－1上塗佈一含有紫外線(UV)交聯劑的膽固醇型LC材料15－2。
隨後，如圖11所示，經由一光罩將UV照射施加至圖10的合成物上。在此步驟中，僅將不為透射區域TA之區域暴露於UV光線中。相應地，僅硬化暴露區域的膽固醇型LC，因此於該區域處形成膽固醇型LC層15－3。膽固醇型LC層15－3的分子間距(意即，膽固醇型LC層15－3的扭轉距離)較佳視其在層15－3中之位置改變。
膽固醇型LC展現一扭轉結構，其中每一LC分子均關於一軸螺旋扭轉。因此，膽固醇型LC僅透射沿該扭轉結構旋轉之圓偏振光，而反射沿相反方向旋轉之圓偏振光。換言之，膽固醇型LC對圓偏振入射光進行選擇式反射及選擇透射。在反射光時，膽固醇型LC不改變光之偏振狀態。
然而，實際上，膽固醇型LC不能透射及反射所有可見光，而僅可透射及反射波長在滿足以下公式之範圍內的光：n 0 ×P <λ<n e ×P ， (公式1)
其中 n 0 為尋常折射率， n e 為非尋常折射率，且P 為膽固醇型LC之分子螺旋間距。
理想狀況為：所有可見光均包括在公式1界定之範圍內，但實際上，可見光之一部分不包括在該範圍內。因此，可能會出現這樣的問題：未包含在公式1界定之範圍內的該部分可見光完好無損地穿過膽固醇型LC，因為其在膽固醇型LC之選擇式反射及透射的參數之外。在此狀況下，一解決該問題的理想方法係使膽固醇型LC層中的分子螺旋間距(P)有所不同。間距(P)可視UV照射條件變化。在下文中，對整個可見光譜進行的選擇式反射及透射將被稱為寬頻選擇式反射及透射，且執行該寬頻選擇式反射及透射的相位恆定層15將被稱為寬頻相位恆定層。
如圖12所示，在形成如圖11所示的膽固醇型LC層15－3之後，經由一光罩僅將UV照射施加至透射區域TA。相應地，硬化透射區域TA的膽固醇型LC材料，且於該位置形成一膽固醇型LC層15－4。此步驟係在一較高溫度下執行，使得膽固醇型LC層15－4具有光學各向同性特性。
因此，製成一包含對準層15－1及膽固醇型LC層15－3的相位恆定層15，及一包含對準層15－1及膽固醇型LC層15－4的光學各向同性層16。
可藉由圖9至圖11所示之連續過程步驟生產選擇式反射層17。然而，在圖11所示之UV照射步驟中不使用光罩。因此，整個區域被暴露於UV光線中且被硬化。視UV照射條件，膽固醇型LC之分子螺旋間距(P)可不同地形成。因此，若以不同方式將UV照射條件應用於膽固醇型LC層的某些部分，則產生一可對所有可見光執行選擇式反射及透射的寬頻選擇式反射層。
圖13展示一根據本發明之一替代性實施例的相位恆定層。
先前參看圖9至圖12描述之方法旨在形成寬頻相位恆定層15，其分子間距視分子位置不同有不同變化。然而，此實施例之相位恆定層15係組態為一包括兩層或兩層以上的多層結構，每一層僅允許波長處於特定範圍內的光線穿過或反射。更詳細地，如圖13所示，相位恆定層15具有一三層結構，其包括一下層15－5、一中間層15－6及一上層15－7。該等層15－5、15－6及15－7之每一者反射在紅光、綠光及藍光之一特定方向上旋轉之圓偏振光分量，且透射在該等光之相反方向上旋轉之圓偏振光分量。該等層15－5、15－6及15－7之每一者具有一固定的分子螺旋間距。由於此原因，該等層15－5、15－6及15－7之每一者僅可透射及反射波長處於與該間距相關之範圍內的光。藉由圖9至圖11所示之該等過程步驟可個別地獲得層15－5、15－6及15－7。在相位恆定層15及光學各向同性層16厚度不同的狀況下，可在其上形成一有機絕緣層以補償在相位恆定層15與光學各向同性層16之間的邊界處出現的步調差異，且為將壓被此等兩個層上之層提供一平整表面。
亦可將選擇式反射層17組態為一類似於相位恆定層15之多層結構。
在上述實施例中，相位恆定層15及光學各向同性層16係形成於相同層上且兩者之間無任何重疊部分。在其他實施例中，可能僅相位恆定層15係形成於不為透明區域TA的區域上，而省略了光學各向同性層16。或者，可在整個區域之上形成光學各向同性層16。
與此同時，在本發明之實施例中，相位恆定層15及光學各向同性層16係形成於下絕緣基板110之內表面上，但其亦可形成於基板110之外表面上。或者，相位恆定層15可形成於鈍化層180與反射電極194之間。
如上所述，形成於不為透射區域TA之區域上的相位恆定層迫使自背光單元進入LCD之反射區域的光藉由反射移至透射區域中，使得透射模式中所用之光的總量增加。LCD之光利用效率及顯示亮度亦得到改良。
不應認為本發明侷限於上述特定實例，而應將其理解為涵蓋如附屬申請專利範圍中所提出的本發明之所有態樣。本發明可適用的各種修改、等價過程以及許多結構已為熟習此項技術者所熟知，且藉由回顧此項技術之最近規範指導本發明。
3．．．LC層
12．．．下偏光片
13．．．下光學阻滯器
15．．．相位恆定層
16．．．光學各向同性層
17．．．選擇式反射層
22．．．上偏光片
23．．．上光學阻滯器
100．．．TFT陣列面板
110．．．絕緣基板
121．．．閘極線
124．．．閘電極
131．．．儲存電極線
137．．．儲存電極
140．．．閘極絕緣層
151、154．．．半導體
163、165．．．歐姆接觸
171．．．資料線
173．．．源電極
175．．．汲電極
180．．．鈍化層
180q．．．下層
180p．．．上層
181、182、185．．．接觸孔
81、82．．．接觸輔助元件
191．．．像素電極
192．．．透明電極
194．．．反射電極
195．．．透射窗
200．．．共同電極面板
210．．．絕緣基板
220．．．光阻斷構件
230．．．彩色濾光片
250．．．保護膜層
270．．．共同電極
500．．．背光單元
510．．．反射板
圖1為根據本發明之第一實施例之一LCD的布局圖。
圖2為沿圖1之線II－II'之剖視圖。
圖3為沿圖1之線III－III'之剖視圖。
圖4展示光在圖1至圖3所示之LCD之反射區域及透射區域上的偏振狀態。
圖5為根據本發明之第二實施例之一LCD的布局圖。
圖6為沿圖5之線VI－VI'之剖視圖。
圖7為沿圖5之線VII－VII'之剖視圖。
圖8展示光在圖5至圖7所示之LCD之反射區域及透射區域上的偏振狀態。
圖9至圖12為展示一製造根據本發明之一實施例之相位恆定層之過程步驟的示意剖面圖。
圖13展示一根據本發明之一替代實施例的相位恆定層。
3．．．LC層
12．．．下偏光片
13．．．下光學阻滯器
15．．．相位恆定層
22．．．上偏光片
23．．．上光學阻滯器
194．．．反射電極
500．．．背光單元
510．．．反射板

Claims (33)

  1. 一種包括一透射區域及一反射區域的顯示裝置，其包含：一第一基板；一形成於該第一基板上且反射光而不使該光之偏振狀態改變的相位恆定層；一形成於該第一基板上的透明電極；一形成於該透明電極之一部分上的反射電極；一與該第一基板相對的第二基板；一插在該第一基板與該第二基板之間的液晶層；一第一光學阻滯器及一第二光學阻滯器，每一阻滯器均附著至該第一及該第二基板之一各自外表面；及一第一偏光片及一第二偏光片，每一偏光片均附著至該第一及該第二光學阻滯器之一各自外表面，其中該反射區域包含一安置在該反射電極上下方的區域，且該透射區域包含一安置在該部分透明電極上下方且上面無該反射電極的區域，且其中該相位恆定層係形成於該反射區域上。
  2. 如請求項1之顯示裝置，其中該相位恆定層係由膽固醇型液晶形成。
  3. 如請求項2之顯示裝置，其中該相位恆定層包含一寬頻膽固醇型液晶層，分子螺旋間距在該層中隨其沿該相位恆定層之位置變化。
  4. 如請求項2之顯示裝置，其中該相位恆定層包含一種多層結構，該多層結構包括各自具有一均等間距之至少兩層 膽固醇型液晶層。
  5. 如請求項4之顯示裝置，其中該相位恆定層包含一種三層結構，該三層結構包括各自具有一均等間距之三層膽固醇型液晶層，該等三層膽固醇型液晶層分別選擇性地反射及透射紅光、綠光及藍光。
  6. 如請求項1之顯示裝置，其中該第一偏光片及該第二偏光片具有相互交叉成一直角的透射軸。
  7. 如請求項6之顯示裝置，其中該第一光學阻滯器及該第二光學阻滯器之每一者具有一慢軸及一快軸，且該等軸係與該第一及該第二偏光片之該等透射軸成±45°角形成。
  8. 如請求項1之顯示裝置，其中該第一光學阻滯器及該第二光學阻滯器之每一者為一四分之一波長相位阻滯膜。
  9. 如請求項1之顯示裝置，其進一步包含一光學各向同性層，該光學各向同性層與該相位恆定層形成於相同層上，且該光學各向同性層與該相位恆定層之間無一重疊部分。
  10. 如請求項1之顯示裝置，其進一步包含一背光單元，該背光單元係提供於該第一基板之下，以將光供應給該顯示裝置。
  11. 如請求項10之顯示裝置，其進一步包含一反射板，該反射板係安置在該背光單元之一下表面上。
  12. 一種包括一透射區域及一反射區域的顯示裝置，其包含：一第一基板；一形成於該第一基板上且反射光而不使該光之偏振狀 態改變的相位恆定層；一形成於該第一基板上的透明電極；一形成於該透明電極之一部分上的反射電極；一與該第一基板相對的第二基板；一插在該第一基板與該第二基板之間的液晶層；一附著至該第二基板之外表面的光學阻滯器；一附著至該光學阻滯器之外表面的偏光片，及一選擇式反射層，其附著至該第一基板之外表面，並且透射在入射光之一第一方向上圓偏振的一分量以及反射在與該第一方向相反之一第二方向上圓偏振的一分量，其中該反射區域包含一安置在該反射電極上下方的區域，且該透射區域包含一安置在該部分透明電極上下方且上面無該反射電極的區域，且其中該相位恆定層係形成於該反射區域上。
  13. 如請求項12之顯示裝置，其中該相位恆定層係由膽固醇型液晶形成。
  14. 如請求項13之顯示裝置，其中該相位恆定層包含一寬頻膽固醇型液晶層，分子螺旋間距在該層中隨其沿該相位恆定層之位置變化。
  15. 如請求項13之顯示裝置，其中該相位恆定層包含一種多層結構，該多層結構包括各自具有一均等間距之至少兩層膽固醇型液晶層。
  16. 如請求項15之顯示裝置，其中該相位恆定層包含一種三層 結構，在該三層結構中三層膽固醇型液晶層各自具有一均等分子間距，該等三層膽固醇型液晶層分別選擇性地反射及透射紅光、綠光及藍光。
  17. 如請求項12之顯示裝置，其中該偏光片具有一透射軸且該光學阻滯器具有一快軸及一慢軸，該等軸係與該偏光片之該透射軸成±45°角形成。
  18. 如請求項12之顯示裝置，其中該光學阻滯器為一四分之一波長相位阻滯膜。
  19. 如請求項12之顯示裝置，其進一步包含一光學各向同性層，該光學各向同性層與該相位恆定層形成於相同層上且兩者之間無一重疊部分。
  20. 如請求項12之顯示裝置，其進一步包含一背光單元，該背光單元係提供於該第一基板之下，以將光供應給該液晶顯示器。
  21. 如請求項20之顯示裝置，其進一步包含一反射板，該反射板係安置在該背光單元之一下表面上。
  22. 如請求項12之顯示裝置，其中該選擇式反射層係由膽固醇型液晶形成。
  23. 如請求項22之顯示裝置，其中該選擇式反射層包含一寬頻膽固醇型液晶層，分子螺旋間距在該層中隨其沿該選擇式反射層之位置變化。
  24. 如請求項22之顯示裝置，其中該選擇式反射層包含一種多層結構，該多層結構包括各自具有一均等間距之至少兩層膽固醇型液晶層。
  25. 如請求項24之顯示裝置，其中該選擇式反射層包含一種三層結構，該三層結構包括各自具有一均等間距之三層膽固醇型液晶層，該等膽固醇型液晶層之每一者分別選擇性地反射及透射紅光、綠光及藍光。
  26. 一種包括一透射區域及一反射區域的顯示裝置，其包含：一第一基板；一形成於該第一基板上且反射在一第一方向上圓偏振之光而不使該光之偏振狀態改變的相位恆定層；一形成於該第一基板上的透明電極；一形成於該透明電極之一部分上的反射電極；一與該第一基板相對的第二基板；一插在該第一基板與該第二基板之間的液晶層；一附著至該第二基板之外表面的第一光學阻滯器；及一附著至該光學阻滯器之外表面的第一偏光片，其中該反射區域包含一安置在反射電極上下方的區域，且該透射區域包含一安置在該部分透明電極上下方且上面無該反射電極的區域，且其中該相位恆定層係形成於該反射區域上且被供給在該第一方向上圓偏振之光。
  27. 如請求項26之顯示裝置，其進一步包含一第二光學阻滯器及一第二偏光片，該第二光學阻滯器及該第二偏光片依次附著至該第一基板之外表面且使該在該特定方向上偏振之光入射至該相位恆定層上。
  28. 如請求項26之顯示裝置，其進一步包含一選擇式反射層， 該層附著至該第一基板之外表面，透射在入射光之該第一方向上圓偏振之光的一分量，且反射在一第二方向上圓偏振之光的一分量。
  29. 如請求項26之顯示裝置，其進一步包含一光學各向同性層，該光學各向同性層與該相位恆定層形成於相同層上且該光學各向同性層與該相位恆定層之間無一重疊部分。
  30. 如請求項26之顯示裝置，其中該相位恆定層係由膽固醇型液晶形成。
  31. 如請求項26之顯示裝置，其中該相位恆定層包含一寬頻膽固醇型液晶層，分子螺旋間距在該層中隨其沿該相位恆定層之位置變化。
  32. 如請求項30之顯示裝置，其中該相位恆定層包含一種多層結構，該多層結構包括各自具有一均等間距之至少兩層膽固醇型液晶層。
  33. 如請求項32之顯示裝置，其中該相位恆定層包含一種三層結構，該三層結構包括各自具有均等間距之三層膽固醇型液晶層，該等三層膽固醇型液晶層分別選擇性地反射及透射紅光、綠光及藍光。
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