TWI407213B - 液晶顯示裝置 - Google Patents

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Masashi Mitsui
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Description

液晶顯示裝置
本發明係關於液晶顯示裝置，具體而言為關於一種在1個像素內具有進行透過顯示之透過部與進行反射顯示之反射部，且於一方的基板具備有將液晶予以配向控制用的2個電極之液晶顯示裝置。
作為廣視角的液晶面板，已知有例如FFS(Fringe Field Switching；邊緣電場切換)方式及IPS(In-Plane Switching；橫向電場切換)方式的液晶面板。該等方式係於元件基板設置像素電極與共通電極兩者，且藉由控制產生於兩電極間的電場而使液晶分子旋轉並控制其配向狀態。
液晶面板大致可區分為利用背光(back light)來進行顯示之透過型、利用外部光之反射來進行顯示之反射型、以及於1個像素內製作有透過型與反射型兩種構造之半透過型。
(專利文獻1)日本國特開2003-270627號公報
(專利文獻2)日本國特開2004-198922號公報
習知的TN(Twist Nematic；扭轉向列)方式與ECB(Elcetrical Control Birefregency；副折射控制)方式之半透 過型的對比並不充分，視野角度亦狹窄。此外，VA(Vertical Alignment；垂直配向)方式之半透過型雖然對比高且能將視野角度擴寬，但存有於低視野角度中顏色會變化的問題。
相對於上述TN方式及ECB方式的情形，在FFS方式或IPS方式的半透過型的情形，視野角度特性良好，且在VA方式中可見之低視野角度的顏色變化也非常少。然而，為了兼顧透過顯示與反射顯示而必須貼附相位差膜或相位差板，有使對比降低之問題。並且，與FFS方式或IPS方式的透過型相比存有液晶顯示裝置變厚之問題。
本發明之目的係在於1個像素內具有用以進行透過顯示之透過部與用以進行反射顯示之反射部且於一方的基板具備有將液晶予以配向控制用的2個電極之液晶顯示裝置獲得良好的顯示。
本發明之液晶顯示裝置係於第1基板和第2基板之間挾持液晶且於一個像素內具有進行透過顯示的透過部和進行反射顯示的反射部並於第1基板具有第1電極和第2電極者，其特徵為：在間隔前述液晶而與前述第1基板相對向的前述第2基板具有第3電極；前述第1電極係與前述第2電極一起被設置於前述透過部，而在前述反射部前述第1電極也與前述第3電極一起被設置於前述反射部；並且前述液晶於前述透過部係由前述第1電極與前述第2電極的電場予 以配向控制，而於前述反射部則由前述第1電極與前述第3電極的電場予以配向控制。
藉由前述構成，可藉由設於第1基板與第2基板的第1電極與第3電極控制反射部，而實現以具有廣視野角的FFS方式等作為透過部的半透過型液晶顯示裝置。此時，由於未於透過部配置相位差層，故可以抑止起因於該相位差層的透過部之對比之劣化。
並且，較佳為復具有內藏於前述反射部的相位差層。
並且，較佳為前述相位差層係設於前述第1基板。
並且，較佳為前述相位差層係1/2波長板。
並且，較佳為於前述第1基板係依序積層有前述第1電極、絕緣膜、前述第2電極，且於前述第2電極之與第1電極相對向的區域具有縫隙。
並且，較佳為藉由前述相位差層而使於前述反射部的單元間隙比於前述透過部的單元間隙更狹窄。
並且，較佳為於前述反射部的單元間隙比於前述透過部的單元間隙更狹窄。
並且，較佳為於前述第2電極與前述第3電極施加同一電壓。
藉由前述構成，可在於1個像素內具有透過部與反射部且於一方的基板具備有將液晶予以配向控制用的2個電極之液晶顯示裝置獲得良好的顯示。
以下使用附圖對本發明的實施形態進行詳細說明。
第1圖及第2圖係顯示用以說明液晶顯示裝置50的示意圖。液晶顯示裝置50係構成為包含有：液晶面板60、用以驅動液晶面板60之驅動電路70、以及與液晶面板60相對向而配置之未圖示的背光裝置。又，在第1圖等中係以剖面顯示液晶面板60的1個像素(亦稱為點(dot)、子像素(sub-pixel)等)，且為了避免圖面的複雜化，僅於一部分的要素附上影線(hatching)。
液晶面板60係於1個像素內包含有用以進行透過顯示之透過部60T與用以進行反射顯示之反射部60R的半透過型之液晶面板。又，透過部60T及反射部60R各者並非僅為像素的平面視野中的二次元區域，亦指將該二次元區域投影於液晶面板60的厚度方向(亦即後述的基板100、200的重疊方向)而界定的液晶面板60的三次元區域。
在此，係例示液晶面板60藉由FFS方式來進行透過顯示、藉由ECB方式來進行反射顯示之情形。
液晶面板60係包含有元件基板100、與元件基板100相對向的對向基板200、以及設置在兩基板100、200之間的液晶(或液晶層)300而構成。並且，對於液晶300係示意性地圖示其液晶分子。
元件基板100係包含有透光性基板112，且復構成為在比透光性基板112更內側，亦即相對於該透光性基板112之 液晶層300側，包含有電路層114、平坦化膜116、反射膜118、第1電極120、絕緣膜122、第2電極124、以及未圖示的配向膜而構成。
透光性基板112係由例如透明的玻璃板所構成。
電路層114係形成各種元件等且形成有用以驅動像素之電路的層，例如係構成為包含有像素TFT(Thin Film Transistor；薄膜電晶體)和各種配線。在此，雖省略該電路的詳細部分，但亦可適用各種電路。電路層114係於透光性基板112上配置成跨設透過部60T與反射部60R。
平坦化膜116係由例如具有絕緣性和透光性的樹脂所構成，且配置於電路層114上之比電路層114還要靠近液晶層300的一側。平坦化膜116係跨設透過部60T與反射部60R。平坦化膜116中朝向對向基板200側之表面係在透過部60T內為平坦表面，而在反射部60R內則形成為凹凸形狀。該凹凸形狀可以各種方法來形成，例如可以光阻材料來構成平坦化膜116並藉由進行該光阻材料的圖案曝光及顯像來形成。
為了進行反射顯示，反射膜118係由可反射外部光(可視光)的材料，例如鋁等材料所構成。反射膜118係配置於反射部60R，且配置於平坦化膜116的前述凹凸面上。反射膜118朝向對向基板200側之表面，係形成為與平坦化膜116的凹凸面相同的凹凸形狀。
第1電極120係例如由ITO(Indium Tin Oxide；銦錫氧化物)等之透光性導電材料所構成。第1電極120係配置於 平坦化膜116上並覆蓋反射膜118。第1電極120係跨設透過部60T與反射部60R，亦即透過部60T與反射部60R為共用的電極。第1電極120朝向對向基板200側之表面係在透過部60T內為平坦表面，而在反射部60R內則形成為與反射膜118與平坦化膜116的凹凸面相同的凹凸形狀。
並且，前述反射膜118具有導電性時，只要第1電極120與反射膜118連接則亦可為不覆蓋反射膜118整體之形態。亦即，亦可藉由反射膜118來構成第1電極120之位於反射部60R內的部分。
在第1圖中為了說明而將第1電極120與驅動電路70的連接示意性地圖示，惟對第1電極120的電位施加係例如經由電路層114內的前述像素TFT等來進行。
絕緣膜122係例如由氧化矽、氮化矽等所構成。在透過部60T內，絕緣膜122係配置於第1電極120的前述平坦面上。絕緣膜122朝向對向基板200之一方的表面為平坦表面。
第2電極124係由例如ITO等之透光性導電材料所構成。於透過部60T內，第2電極124係配置於絕緣膜122上，且隔著絕緣膜122而與第1電極120相對向。亦即，依第1電極120、絕緣膜122、第2電極124之順序來層疊。由於兩電極124、120設置於元件基板100，故相對於液晶層300係位於相同側。於第2電極124，在與第1電極120相對向的部分設有縫隙(Slit)126，在此，係例示縫隙126向圖面的大致垂直方向延伸的情形。因第1電極120與第2電極124的電位差 所產生的電場ET係隔著縫隙126及絕緣膜122而產生(參照第2圖)。藉由該電場ET來控制液晶300的透過部60T內的配向狀態。
此外，在第1圖等中為了說明而將第2電極124與驅動電路70的連接示意性地圖示，惟對第2電極124的電位施加係經由例如電路層114內的配線等來進行。
未圖示的配向膜係配置成覆蓋第2電極124、絕緣膜122、以及第1電極120，並接觸液晶300。
對向基板200係包含有透光性基板212，且於比透光性基板212更內側(亦即相對於該基板212之液晶300側)處構成為包含有彩色濾光片214、相位差層216、第3電極218、以及未圖示的配向膜而構成。
透光性基板212係由例如透明的玻璃板所構成。
彩色濾光片214係由例如染色後的樹脂所構成，且跨過透過部60T與反射部60R之全面而配置於透光性基板212上。藉由彩色濾光片214，從元件基板100側射入的背光與從對向基板200側射入的外部光會被著色而使像素被點亮成預定的顏色。彩色濾光片214的顏色係根據各像素的顯示色(單色)而被設定。並且，以接近的複數顏色之像素所構成的一單位係稱為像素(pixel)等，亦有將該一單位稱為像素的情形。
在此，係例示相位差層216相當於半波長板(或1/2波長(二分之一波長)板)的情形。在該情形，藉由相位差層216可將直線偏光的偏光方向朝右方向轉動(或朝左方向轉動 )45°。相位差層216係位於比彩色濾光片214還靠近液晶層300側，而於反射部60R內則為配置於彩色濾光片214上。在該情形，相位差層216係內藏於液晶面板60。在此，所謂內藏係指配置於透光性基板112、212之間的配置形態。此時，例如前述的像素TFT等亦可視為內藏於液晶面板60。
相位差層216亦可利用例如UV(紫外線)硬化型液晶(curable liquid crystal)(可以紫外線來硬化的液晶)來形成。更具體而言，於彩色濾光片214上形成配向膜(未圖示)，於該配向膜上塗佈液體狀的UV硬化型液晶並照射紫外線使其硬化，藉此可形成相位差層216。在該情形，相位差層216係包含有UV硬化型液晶而構成，或者復包含有前述配向膜而構成。並且，前述配向膜係用以控制UV硬化型液晶的配向者，而非用以規定液晶300的配向。作為UV硬化型液晶用的前述配向膜，可利用各種的配向膜。例如可利用藉由光照射來產生液晶配向能量的光配向膜，且藉由該光配向膜則無需定向摩擦(rubbing)。UV硬化型液晶係藉由施予UV硬化(照射UV而使其硬化)而具有相位差板之功能。該相位差可藉由改變UV硬化型液晶的厚度來調整。
第3電極218係由例如ITO等之透光性導電材料所構成。第3電極218係配置於反射部60R內的相位差層216上，而比相位差層216還靠近液晶層300側，且隔著液晶層300而與第1電極120相對向。亦即，第3電極218係位於相對於液 晶300而與第1電極120相反側。藉由起因於第3電極218與第1電極120之電位差所產生的電場ER來控制液晶300的反射部60R內的配向狀態(參照第2圖)。
於第3電極218係施加有與第2電極124相同的電位。於第1圖等中係以從驅動電路70的配線分歧而連至兩電極218、124的情形示意性地例示該電位施加型態。取代該例示，而將分歧構成為可在設置於液晶面板60內的兩電極124、218施加同電位的狀態亦可。例如，亦可構成為利用導電性粒子等將液晶面板60內的兩電極218、124連接且於電極124、218之一方施加來自驅動電路70的電位。此外，亦可構成為從驅動電路70而來的配線係對於兩電極218、124各自設置且從驅動電路70朝各配線輸出相同電位的方式。
未圖示的配向膜係配置成覆蓋第3電極218、相位差層216、以及彩色濾光片214，並接觸液晶300。
液晶面板60係構成為復包含有偏光板128、220。偏光板128係配置於元件基板100的外側(亦即相對於透光性基板112為液晶層300的相反側)。偏光板220係配置於對向基板200的外側(亦即相對於透光性基板212為液晶層300的相反側)。
驅動電路70係包含有各種要素，用以連接電極120、124、218，並產生/傳達對電極120、124、218的施加電位而構成。前述各種要素係外接、或內藏、或構裝於液晶面板60，且亦包含有例如電路層114內的像素TFT等。驅動電路70係產生前述施加電位，並以預定時序施加至電極120 、124、218。
接著參照第1圖及第2圖說明液晶顯示裝置50的動作之一例。在此如同上述，係例示以FFS方式來進行透過顯示、以ECB方式來進行反射顯示的情形。此外，液晶300的介質非等向性係例如為正，曲折率非等向性(亦稱為複曲折性)△n係例如為0.1。
液晶面板60係構成為於第1電極120與第2電極124之間的電位差為切斷(OFF)電壓時透過顯示會變成亮度為最低狀態的暗顯示，而於第1電極120與第3電極218之間的電位差為切斷電壓時，反射顯示會變成暗顯示(參照第1圖)。針對透過顯示的亮度係對應於透過率，針對反射顯示的亮度係對應於反射率。此外，暗顯示亦稱為暗狀態、黑顯示等。此外，將亮度最高的狀態稱為亮顯示，亮顯示亦稱為亮狀態、白顯示等。此外，將用以實現暗顯示或亮顯示的電壓且為幾乎不會產生電場ET、ER的電壓稱為切斷電壓(OFF voltage)，相對於此，將用以實現暗顯示或亮顯示的電壓且為與施加切斷電壓時相比會產生大電場ET、ER的電壓稱為導通(ON)電壓。
因此，在此，透過部60T及反射部60R雙方皆構成為正常顯黑方式(Normally Black Type)，像素全體亦構成為正常顯黑方式。這種構成係可藉由調整液晶300的材料、施加切斷電壓時的液晶300之配向狀態(所謂初期配向狀態)、配向膜的定向摩擦方向、偏光板128、220以及相位差層216的特性或配置等來實現。
在液晶顯示裝置50中，因於第2電極124與第3電極218之間係施加同電位，故藉由施加切斷電壓，透過部60T及反射部60R即同時成為暗顯示。亦即，像素全體係成為暗顯示。另一方面，亦可藉由施加導通電壓而使透過部60T及反射部60R同時成為亮顯示，此時像素全體係成為亮顯示。
以下說明更具體的一例。
例如，於施加切斷電壓時，在透過部60T內及反射部60R內使液晶300成為液晶分子的長軸大致平行於電極120、124、128的表面的狀態，且初期配向成大致平行於縫隙126的延伸方向(因此，配向於圖面的大致垂直方向)。並且，在透過部60T與反射部60R中，定向摩擦方向係設定成相同。此外，將偏光板128配置成使透過軸大致正交於初期配向狀態的液晶分子的長軸。此外，使偏光板128的透過軸與偏光板220的透過軸大致成正交而配置偏光板220(即所謂的正交配置)。
在該情形，於透過顯示中，從元件基板100側射入的背光係藉由偏光板128而變成與液晶分子的長軸大致正交的直線偏光。因由於該直線偏光的偏光方向與液晶分子的配向方向的關係而使其幾乎不會受到液晶300的複曲折效果，故該直線偏光係保持著偏光狀態而到達偏光板220。然而，由於該直線偏光係朝與偏光板220的透過軸大致正交的方向偏光，故無法透過偏光板220，結果，透過顯示即變成暗顯示。
於反射顯示中，從對向基板200側射入的外部光係藉由偏光板220而變成與液晶分子的長軸大致平行的直線偏光，並藉由相位差層216的前述作用而旋轉45°，並以該偏光狀態進入至液晶層300。反射部60R之液晶層300係利用該複曲折性而被調整俾使其有與1/4波長(四分之一波長)板同樣的作用。此時，直線偏光係藉由液晶層300而被變換為朝右方向(或朝左方向)旋轉的大致圓偏光。被液晶層300略圓偏光後的外光係在反射膜118反射，且通過液晶層300而成為相對於從相位差層216入射至液晶層300的直線偏光為90°旋轉後的直線偏光，且藉由相位差層216而使偏光方向-45°旋轉而到達偏光板220。但是，回到偏光板220的直線偏光係朝與與偏光板220之透過軸大致成正交的方向偏光。從而無法透過偏光板220，結果即使反射顯示成為暗顯示。
另一方面，若從切斷電壓朝導通電壓變化，則透過顯示會脫離暗顯示，反射顯示也會脫離暗顯示(參照第2圖)。又，隨著施加電壓的提升透過顯示及反射顯示的亮度也會提升。
於透過部60T中，藉由施加導通電壓，元件基板100附近的液晶分子係配向成大致平行於電極120、124的表面，且配向於與縫隙126的延伸方向大致成正交的方向。另一方面，對向基板200附近的液晶分子係保持初期配向狀態。因此，透過部60T內的液晶分子整體係配向成繞著電極124、120的法線呈90°的扭轉狀態。在該情形，藉由偏光 板128而變成直線偏光的背光係朝與元件基板100附近的液晶分子的長軸大致平行的方向偏光，且根據液晶分子的前述扭轉的配向狀態進行旋光(旋轉)，並在到達偏光板220的時間點變成與對向基板200附近的液晶分子的長軸大致平行的直線偏光。由於該直線偏光係與偏光板220的透過軸大致平行地偏光，故結果使透過顯示變成亮顯示。
於反射部60R中，藉由施加導通電壓，液晶分子係配向於大致正交於電極120、218之表面的方向。從對向基板200側射入的外部光雖經由與暗顯示時相同的路徑(光路)而回到偏光板220，但因前述配向狀態而幾乎沒有受到液晶300之複曲折效果的影響。因此，回到偏光板220的外部光，由於來回合計受到兩次相位差層216的偏光方向旋轉作用，結果成為與偏光板220之透過軸大致平行的直線偏光。從而，透過偏光板220，結果便使反射顯示成為亮顯示。
上述雖說明暗顯示及亮顯示的情形，但亦可藉由控制施加電壓的大小來進行暗顯示與亮顯示之間的位準亮度的顯示(即所謂的半色調顯示)。
依據上述構成，由於透過部60T為FFS方式、反射部60R為ECB方式，故於反射顯示及透過顯示兩者皆可獲得良好的顯示。此外，由於採用將相位差層形成於內面之反射部的構成，故無須將相位差層貼附於外面，於其他方式的半透過型相比，可將液晶面板變薄。並且，由於相位差層216兼作為用以將反射部60R的單元間隙(cell gap)縮小 成為比透過部60T的單元間隙更窄之層，故能減少製造步驟。
此外，由於使用比FFS方式的反射率還高的ECB方式來構成反射部60R，故與使用FFS方式來構成透過部60T與反射部60R兩者的情形相比，能獲得高亮度的反射顯示。
並且，由於反射部60R未採用FFS方式，故即使於平坦化膜116形成前述凹凸面時，也無須於該凹凸面上形成具有縫隙126的電極124。因此，不會產生凹凸面上之縫隙的圖案化不良，而能獲得良好的反射顯示。此外，關於透過顯示係藉由FFS方式來實現廣視野角度與高對比等。
此外，在FFS方式中，雖然一般多於對向基板的外面形成ITO膜等以將來自外部的電場予以遮蔽(shield)，但依據上述構成，則無須於外部設置遮蔽構造。此乃因於對向基板200的第3電極即具有遮蔽作用之故。並且，即使不設置成無空隙地對向於基板200整面，亦可藉由第3電極218而獲得遮蔽作用。
此外，由於相位差層216未設置於透過部60T，故與不區別透過部60T與反射部60R而整面地設置於外部的情形不同，可針對透過顯示確保以FFS方式所獲得的廣視野角度與高對比等。
此外，藉由相位差層216使反射部60R中的單元間隙比透過部60T中的單元間隙還窄(即所謂的多間隙(multi gap)構造)。例如，透過部60T之單元間隙為3.0μm，反射部60R之單元間隙為1.4μm。因此，即使不另外使用面塗(top coat)層，亦能在透過部60T與反射部60R調整單元間隙。例如，可將反射部60R的單元間隙調整成適合ECB方式的值。
此外，上述中雖例示藉由FFS方式來進行透過顯示的情形，但亦可構成為藉由IPS(In-Plane Switching)方式來進行透過顯示。為IPS方式時，如第3圖所示，在透過部60T中，第1電極120與第2電極124係配置於平坦化膜116上，亦即配置於同一層上。此外，第3圖係例示像素整體為亮顯示時的狀態。
此外，例如將偏光板128、220配置成彼此的透過軸為大致平行，藉此亦可構成為正常顯白方式(Normally White Type)。
50‧‧‧液晶顯示裝置
60‧‧‧液晶面板
60T‧‧‧透過部
60R‧‧‧反射部
70‧‧‧驅動電路
100‧‧‧元件基板
112‧‧‧透光性基板
114‧‧‧電路層
116‧‧‧平坦化膜
118‧‧‧反射膜
120‧‧‧第1電極
122‧‧‧絕緣膜
124‧‧‧第2電極
128‧‧‧偏光板
200‧‧‧對相基板
212‧‧‧透光性基板
214‧‧‧彩色濾光片
216‧‧‧相位差層
218‧‧‧第3電極
220‧‧‧偏光板
300‧‧‧液晶(液晶層)
ET、ER‧‧‧電場
第1圖係說明本發明之實施形態的液晶顯示裝置的示意圖。
第2圖係說明本發明之實施形態的液晶顯示裝置的示意圖。
第3圖係說明本發明之另一實施形態的液晶顯示裝置的示意圖。
50‧‧‧液晶顯示裝置
60‧‧‧液晶面板
60T‧‧‧透過部
60R‧‧‧反射部
70‧‧‧驅動電路
100‧‧‧元件基板
112‧‧‧透光性基板
114‧‧‧電路層
116‧‧‧平坦化膜
118‧‧‧反射膜
120‧‧‧第1電極
122‧‧‧絕緣膜
124‧‧‧第2電極
128‧‧‧偏光板
200‧‧‧對相基板
212‧‧‧透光性基板
214‧‧‧彩色濾光片
216‧‧‧相位差層
218‧‧‧第3電極
220‧‧‧偏光板
300‧‧‧液晶(液晶層)
ET、ER‧‧‧電場

Claims (8)

  1. 一種液晶顯示裝置，係於第1基板和第2基板之間挾持液晶，且於一個像素內具有進行透過顯示的透過部和進行反射顯示的反射部，並於第1基板具有第1電極和第2電極的液晶顯示裝置，其特徵為：在隔著前述液晶而與前述第1基板相對向的第2基板具有第3電極；前述第1電極係與前述第2電極一起被設置於前述透過部，而在前述反射部則至少前述第1電極與前述第3電極也一起被設置於前述反射部；並且前述液晶於前述透過部中係由前述第1電極與前述第2電極的電場予以配向控制，而於前述反射部中則由前述第1電極與前述第3電極的電場予以配向控制。
  2. 如申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，復具有內藏於前述反射部的相位差層。
  3. 如申請專利範圍第2項之液晶顯示裝置，其中，前述相位差層係設於前述第2基板。
  4. 如申請專利範圍第3項之液晶顯示裝置，其中，前述相位差層係1/2波長板。
  5. 如申請專利範圍第2項之液晶顯示裝置，其中，藉由前述相位差層而使於前述反射部的單元間隙比於前述透過部的單元間隙更狹窄。
  6. 如申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中，於前述反射部的單元間隙比於前述透過部的單元間隙更狹窄。
  7. 如申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中，於前述第1基板係依序積層有前述第1電極、絕緣膜、前述第2電極，且於前述第2電極之與第1電極相對向的區域具有縫隙。
  8. 如申請專利範圍第1項的液晶顯示裝置，其中，於前述第2電極與前述第3電極施加同一電壓。
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