TWI408467B - 反射式液晶面板 - Google Patents

Description

反射式液晶面板

本發明是有關於一種液晶面板，且特別是有關於一種反射式液晶面板。

近來，微投影技術的發展開始受到許多人的注目，微型投影機已漸漸成為未來個人數位市場的主流。各類電子產品皆朝向高速、高效能、且輕薄短小的趨勢發展，微型投影機具有可隨身攜帶且無使用場地限制的優點，未來更可整合至行動電話或數位相機等產品上。

一般而言，反射式顯示裝置通常需要提供高反射率、高對比度以及快速的反應速率。目前常用於反射式顯示裝置的方式例如是矽基液晶(liquid crystal on silicon,LCOS)顯示裝置或是利用微機電系統做成的反射式顯示裝置。

在傳統液晶顯示(liquid crystal display,LCD)裝置的結構領域，矽基液晶的顯示技術能實現更高的對比度和亮度。然而，矽基液晶顯示裝置若是使用向列行液晶分子時則通常存在四個問題：1.低靜態對比度，2.低反射率，3.需利用補償膜增強對比度，4.低反應速度，而這些問題通常都是彼此相關。舉例而言，若使用補償膜增加對比度時，則反射率便會降低。另外，若欲維持高對比度，則液晶層的相位延遲量便要相對增加，如此將會因晶穴間隙的提高而導致反應時間變慢。因此，如何解決上述的問題，從而同時具有較高影像對比度與反射率及較快之反應時間，實為反射式顯示裝置亟待解決的課題。

本發明提供一種反射式液晶面板，其具有較高影像對比度與反射率，及較快之反應時間。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例提出一種反射式液晶面板，包括一第一基板、一第一配向層、一第二基板、一第二配向層、一液晶層以及一反射層。第一配向層配置於第一基板上並具有一第一配向方向。第二基板相對第一基板設置。第二配向層配置於第二基板上並具有一第二配向方向，其中第一配向方向與第二配向方向具有一夾角，且夾角實質上是落於68度至85度之間。液晶層配置於第一基板與第二基板之間。第一配向層與第二配向層會對液晶層配向以使液晶層具有一扭轉角度(twist angle)，其中扭轉角度實質上與夾角相同。反射層配置於第二配向層與第二基板之間。在本發明之一實施例中，扭轉角度實質上為77度。

在本發明之一實施例中，反射式液晶面板更包括一分光元件，配置於第一基板遠離第一配向層的一側。分光元件適於將一光線傳遞至第一基板上，且光線會通過第一配向層而進入液晶層後會被反射層反射而依序通過第二配向層、液晶層與第一配向層後而出射於第一基板。在本發明之一實施例中，光線在傳遞至第一基板時具有一第一極化方向，且第一極化方向與第一配向方向夾有一角度，角度實質上是落在2度至7度之間。在本發明之一實施例中，角度實質上為5度。在本發明之一實施例中，光線在出射於第一基板後會具有一第二極化方向，且光線會傳遞至分光元件並被分光元件傳遞至一像側，第二極化方向與第一極化方向不同。在本發明之一實施例中，分光元件包括一極化分光元件。

在本發明之一實施例中，第一配向層與第二配向層之間的間距會使液晶層具有一相位延遲量(phase retardation)，且液晶層的相位延遲量實質上落在1.25×10^-7 m至1.25×10^-7 m之間。在本發明之一實施例中，相位延遲量實質上為2.05×10^-7 m。

在本發明之一實施例中，一光線適於經由第一基板進入反射式液晶面板內，並在依序通過第一配向層、液晶層與第二配向層後會被反射層反射而再依序通過第二配向層、液晶層與第一配向層後出射於第一基板。在本發明之一實施例中，光線在進入反射式液晶面板時具有一第一極化方向，且第一極化方向與第一配向方向夾有一角度，其中角度實質上是在2度至7度之間。在本發明之一實施例中，光線在出射於第一基板後，光線會具有一第二極化方向，其中第二極化方向與第一極化方向不同。在本發明之一實施例中，第一極化方向與第二極化方向實質上垂直。

在本發明之實施例之至少具有以下其中一個優點。由於液晶層之扭轉角度是落在68度至85度之間，因此對於反射式液晶面板之影像對比度、反射率及反應時間會有所提升。另外，若反射式液晶面板使用一分光元件使光線在通過第一配向層時會具有第一極化方向，且此第一極化方向與第一配向方向夾有一角度α，其中角度α的範圍實質上是落在特定範圍內。如此將可進一步地提升反射式液晶面板影像對比度、反射率及反應時間。

此外，適當地設計液晶層的厚度及液晶分子的折射率，使液晶層的相位延遲量落在一定範圍內且搭配前述的參數設定(如：角度α及扭轉角度ψ的數值)除了可提升反射式液晶面板之影像對比度、反射率及反應時間外，還可提升其整體極化轉換效率至少7.9%，從而具有光學表現與電性表現。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

圖1A為本發明一實施例之反射式液晶面板的側面示意圖，而圖1B為圖1A之反射式液晶面板的立體示意圖，而圖2為光線於圖1B之反射式液晶面板中傳遞的光路示意圖。請同時參考圖1A、圖1B與圖2，本實施例之反射式液晶面板100包括一第一基板110、一第一配向層120、一第二基板130、一第二配向層140、一液晶層150以及一反射層160。

第一配向層120配置於第一基板110上並具有一第一配向方向122。第二基板130相對第一基板110設置。第二配向層140配置於第二基板130上並具有一第二配向方向142，其中第一配向方向122與第二配向方向142具有一夾角ψ，且夾角ψ實質上是落於68度至85度之間，如圖1B與圖2所繪示。另外，液晶層150配置於第一基板110與第二基板130之間，其中第一配向層120與第二配向層140會對液晶層150配向而使液晶層150具有一扭轉角度ψ(twist angle)，其中扭轉角度ψ實質上為夾角ψ。

詳細而言，若欲使液晶層150具有何種扭轉角度ψ，可取決於第一配向層120與第二配向層140是採用何種配向之方向。通常，第一配向層120之第一配向方向122與第二配向層140之第二配向方向142所夾角ψ的角度通常便會定義出液晶層150的扭轉角度ψ。換言之，若欲使扭轉角度ψ落在68度至85度之間，則可使第一配向方向122與第二配向方向142之間的夾角ψ落在68度至85度之間，其中夾角ψ的定義可以是第一配向方向122正投影至第二配向層140上之方向與第二配向方向142之夾角ψ，或是第二配向方向142正投影至第一配向層120之方向與第一配向方向122之夾角ψ。

在本實施例中，若液晶層150之扭轉角度ψ是採用77度，則可使本實施例之反射式液晶面板100具有較佳的光學表現或電性表現，如後續說明中會提到的高影像對比度、高反射率及較高反應時間。當然，若液晶層150之扭轉角度ψ是落在68度至85度之間，其對於反射式液晶面板100之影像對比度、反射率及反應時間亦會有所提升，其中前述之扭轉角度ψ採用77度為舉例說明，非僅限於此。

需要說明的是，在圖1B中並未繪示出液晶層150的預傾角，然而於實際情況中，液晶分子通常會與第一、第二配向層120、140接觸的部分產生預傾角，圖1B僅是簡單繪示，非限於此。另外，圖1B中的液晶層150是以向列型液晶作為舉例說明，然而，於其他實施例中，液晶層150或可採用其他適當的液晶分子並透過適當地配向使液晶層150之扭轉角度ψ是落在68度至85度之間。

另外，反射層160配置於第二配向層140與第二基板130之間，如圖1A、1B與圖2所示。在本實施例中，反射層160的材質例如是採用高反射率之鋁金屬作為舉例說明。於其他實施例中，反射層160的材質亦可以是採用其他適當之高反射率的金屬材質或非金屬材質。在反射式液晶面板100中，若一光線L1在進入反射式液晶面板100中，則光線L1會被反射層160反射，其中被反射層160反射後之光線L1在出射於第一基板110後會帶有影像訊號，從而可呈現一種反射式液晶面板的成像形態。以下將詳細說明本實施例之反射式液晶面板100的作動方式。

在本實施例中，反射式液晶面板100更包括一分光元件170，其配置於第一基板110遠離第一配向層120的一側。本實施例之分光元件170是以極化分光元件(polarization beam splitter)作為舉例說明，但不限於此，其亦可採用其他等效的元件達到其目的。詳細而言，反射式液晶面板100若是以極化分光元件作為分光元件170時，則分光元件170適於將光線L1傳遞至第一基板110上，其中光線L1在傳遞至第一基板110時會具有一第一極化方向P1，且分光元件170適於讓具有第一極化方向P1之光線L1通過，如圖1A所示。需要說明的是，本實施例之具有第一極化方向P1之光線L1可以是S光或P光，其中圖1A是以P光作為舉例，但亦可以S光，此部份取決使用者的需求與設計而定。

接著，具有第一極化方向P1之光線L1會通過第一配向層120而進入液晶層150，如圖1A與圖2所示。在本實施例中，第一極化方向P1與第一配向方向122夾有一角度α，其中角度α的範圍實質上是落在2度至7度之間可提升反射式液晶面板100之影像對比度、反射率及反應時間。在一較佳的實施例中，角度α的數值實質上可以是5度，但不僅限於此。而後，具有第一極化方向P1之光線L1在通過液晶層後會被反射層160反射而依序地通過第二配向層140、液晶層150與第一配向層120後而出射於第一基板110並傳遞至分光元件170。此時，光線L1在出射於第一基板110後會具有一第二極化方向S1，其中第二極化方向S1與第一極化方向P1不同，且第二極化方向S1是以垂直第一極化方向P1作為舉例說明，即第一極化方向P1與第二極化方向S1之間夾角為90度。此外，具有第二極化方向S1之光線L1可帶有影像資訊。

詳細而言，由於上述的極化分光元件170是以讓具有第一極化方向P1的光線L1可通過為舉例，因此，當具有第二極化方向S1之光線L1傳遞至分光元件170時，便會被分光元件170所反射，而傳遞至一像側，如圖1A所示，其中具有第二極化方向S1之光線L1例如是S光。此時若搭配使用一投影系統(未繪示)便可將具有第二極化方向S1之光線L1投射出去，進而可呈現一種反射式投影顯示裝置。

更詳細而言，光線L1之極化方向P1、S1主要是取決液晶層150的影響。舉例而言，適當地設計液晶層150的厚度d及液晶分子的折射率n_e 、n_o ，則可使得液晶層具有一相位延遲量Δ_nd (phase retardation)。如此一來，適當地調整液晶層150的厚度及選擇液晶層的液晶分子的折射率n_e 、n_o ，便可使液晶層150具有如同1/4或1/2波板之功效。

舉例而言，若液晶層150是設計成具有1/4波板之功能時，則具有第一極化方向P1的光線L1在通過液晶層150後便會具有圓偏振，接著被反射層160反射再通過液晶層150後便會具有前述的第二極化方向S1。在本實施例中，液晶層150的相位延遲量實質上落在1.25×10^-7 m至1.25×10^-7 m之間且搭配前述的參數設定(如：角度α的數值及扭轉角度ψ是落在68度至85度之間)則可提升反射式液晶面板100之影像對比度、反射率及反應時間。在一較佳的實施例中，相位延遲量實質上可以是2.05×10^-7 m，但不僅限於此。

在本實施例中，上述的第一基板110例如是一透光基板，其中為了避免光線L1在進入反射式液晶面板時被表面所反射，因此，透光基板可以是一抗反射玻璃基板。另外，反射式液晶面板100更包括一電極層180，配置於第一基板110與第一配向層120之間，其可用以施加電場以驅動液晶層150，從而可達到顯示之目的。在本實施例中，第二基板130例如是一晶片基板，其配置有多個驅動元件，如：電晶體，用以控制各畫素(未繪示)中液晶層150之扭轉程度。

另外，基於前述之結構，圖3是圖1A之反射式液晶面板中在不同的扭轉角度ψ與相位延遲量Δ_nd 下所對應之極化轉換效率的示意圖，而圖4則為圖1A之反射式液晶面板所呈現之反射率及對比度的示意圖。由圖3與圖4中，可發現，若反射式液晶面板100採用上述的參數設定，則其影像對比度、反射率及反應時間會有所提升外，其極化轉換效率亦會提升至少7.9%，而其對比度至少會增加60%、且反應速率亦可增加為25%，其中這些提升的效率皆是未使用補償膜的狀態下。換言之，基於採用上述之反射式液晶面板100所揭露的結構參數設定，將可有效地提升反射式液晶面板100的光學表現與電性表現。

在一實施例中，適當地調整入射光線L1的極化方向，亦可改變出射於反射液晶面板之光線的傳遞方向，如圖5所示。舉例而言，在圖1A中，光線L1是先通過分光元件170後才進入液晶層150中，接著被反射層160反射再通過液晶層150後會被分光元件170反射而傳遞一物側；而在圖5中，光線L1是先被分光元件170所反射而傳遞至液晶層150中，接著被反射層160反射再通過液晶層150後會通過分光元件170而傳遞一物側。其中上述的分光元件是以僅讓第一極化方向P1的光線通過，並會反射第二極化方向S1的光線作為舉例。在另一實施例中，亦可相反，此部份可是使用者的需求而略作調整，其中光線L1的初始極化光線亦要隨之配合。

上述需要說明的是，若扭轉角度ψ是落在68度至85度之範圍外，則反射式液晶面板100整體的表現將會略遜於將扭轉角度ψ設計在68度至85度之範圍內，舉例說明如下。

下表一為扭轉角度ψ分別設定為90度與77度時反射式液晶面板100整體的光學表現或電性表現。由表一中可發現扭轉角度ψ設定為77度時，反射式液晶面板100整體的極化轉換效率(PCE)、靜態對比度(Static contrast)及反應時間(Response time)相較於發現扭轉角度ψ設定為90度將可獲得有效的提升。

綜上所述，本發明之實施例可達到下列功效之至少其一。由於液晶層之扭轉角度是落在68度至85度之間，因此對於反射式液晶面板之影像對比度、反射率及反應時間會有所提升。另外，若反射式液晶面板使用一分光元件使光線在通過第一配向層時會具有第一極化方向，且此第一極化方向與第一配向方向夾有一角度α，其中角度α的範圍實質上是落在2度至7度之間。如此將可進一步地提升反射式液晶面板影像對比度、反射率及反應時間。

此外，適當地設計液晶層的厚度及液晶分子的折射率，使液晶層的相位延遲量落在1.25×10^-7 m至1.25×10^-7 m之間且搭配前述的參數設定(如：角度α及扭轉角度ψ的數值)除了可提升反射式液晶面板之影像對比度、反射率及反應時間外，還可提升其整體極化轉換效率至少7.9%，從而具有光學表現與電性表現。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

100．．．反射式液晶面板

110．．．第一基板

120．．．第一配向層

122．．．第一配向方向

130．．．第二基板

140．．．第二配向層

142．．．第二配向方向

150．．．液晶層

160．．．反射層

170．．．分光元件

180．．．電極層

L1．．．光線

P1．．．第一極化方向

S1．．．第二極化方向

d．．．厚度

ψ．．．夾角、扭轉角度

α．．．角度

圖1A為本發明一實施例之反射式液晶面板的側面示意圖。

圖1B為圖1A之反射式液晶面板的立體示意圖。

圖2為光線於圖1B之反射式液晶面板中傳遞的光路示意圖。

圖3是圖1A之反射式液晶面板中在不同的扭轉角度ψ與相位延遲量Δ_nd 下所對應之極化轉換效率的示意圖。

圖4則為圖1A之反射式液晶面板所呈現之反射率及對比度的示意圖。

圖5為本發明另一實施例之反射式液晶面板的側面示意圖。

100．．．反射式液晶面板

110．．．第一基板

120．．．第一配向層

130．．．第二基板

140．．．第二配向層

150．．．液晶層

160．．．反射層

170．．．分光元件

180．．．電極層

L1．．．光線

P1．．．第一極化方向

S1．．．第二極化方向

d．．．厚度

Claims (9)

1. 一種反射式液晶面板，包括：一第一基板；一第一配向層，配置於該第一基板上並具有一第一配向方向；一第二基板，相對該第一基板設置；一第二配向層，配置於該第二基板上並具有一第二配向方向，其中該第一配向方向與該第二配向方向具有一夾角，且該夾角實質上是落於68度至85度之間；一液晶層，配置於該第一基板與該第二基板之間，且該第一配向層與該第二配向層會對該液晶層配向以使該液晶層具有一扭轉角度(twist angle)，其中該扭轉角度實質上與該夾角相同，該第一配向層與該第二配向層之間的間距會使該液晶層具有一相位延遲量(phase retardation)，該液晶層的該相位延遲量實質上落在2.05×10^-7 m至3.0×10^-7 m之間；以及一反射層，配置於該第二配向層與該第二基板之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之反射式液晶面板，其中該扭轉角度實質上為77度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之反射式液晶面板，更包括一分光元件，配置於該第一基板遠離該第一配向層的一側，其中該分光元件適於將一光線傳遞至該第一基板上，且該光線會通過該第一配向層而進入該液晶層中，且該光線會被該反射層反射而依序通過該第二配向層、該液 晶層與該第一配向層後出射於該第一基板。
4. 如申請專利範圍第3項所述之反射式液晶面板，其中該光線在傳遞至該第一基板時具有一第一極化方向，且該第一極化方向與該第一配向方向夾有一角度，該角度實質上是落在2度至7度之間。
5. 如申請專利範圍第4項所述之反射式液晶面板，其中該角度實質上為5度。
6. 如申請專利範圍第4項所述之反射式液晶面板，其中該光線在出射於該第一基板後會具有一第二極化方向，該第二極化方向與該第一極化方向不同。
7. 如申請專利範圍第3項所述之反射式液晶面板，其中該分光元件包括一極化分光元件。
8. 如申請專利範圍第1項所述之反射式液晶面板，其中一光線適於經由該第一基板進入該反射式液晶面板內，並在依序通過該第一配向層、該液晶層與該第二配向層後會被該反射層反射而再依序通過該第二配向層、該液晶層與該第一配向層後出射於該第一基板。
9. 如申請專利範圍第8項所述之反射式液晶面板，其中該光線在進入該反射式液晶面板時具有一第一極化方向，且該第一極化方向與該第一配向方向夾有一角度，該角度實質上是在2度至7度之間。