專利名稱：具有部分轉(zhuǎn)變的半透反射式液晶顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及透射型液晶顯示器(LCD)，尤其涉及用于制造具有部分轉(zhuǎn)變能力的半透反射式(transflective)液晶顯示器(TLCD)的方法和裝置，并要求基于2003年4月30日提交的美國臨時專利申請序號No.60/376670的優(yōu)先權(quán)。
背景和現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)透射型液晶顯示器(LCD)呈現(xiàn)較高的對比度以及良好的色飽和度。但是，由于需要背光，它們的功耗較高。在較亮的環(huán)境處，例如戶外，顯示器完全褪色，從而丟失了其清晰度。另一方面，反射型LCD使用環(huán)境光來讀取所顯示的圖像，因此在較亮的環(huán)境下能保持其清晰度。由于缺少了背光，顯著地降低了它們的功耗。但是，在較差的環(huán)境光下，反射LCD就損失了其可讀性。此外，它們的對比度也要比透射型LCD的對比度低。
為了克服以上的缺陷，開發(fā)了半透反射式LCD(TLCD)，以允許在任何環(huán)境光的情況下良好的清晰度。在這些顯示器中，像素被分成R(反射)和T(透射)子像素。T子像素沒有反射器，從而它允許來自背光的光透過且該裝置可以在透射模式中工作。通常，R和T的面積比是4∶1，支持反射顯示。透射模式僅用于較暗的環(huán)境，以保存電能。一般，已開發(fā)了兩種半透反射式LCD(TLCD)的主要方法單盒(cell)間隙(

圖1a)和雙盒間隙(圖1b)。
在單盒間隙方法中，R和T模式的盒間隙(d)是相同的。針對R模式優(yōu)化盒間隙。結(jié)果，針對T模式的光透射率一般是50％或更低，因為光僅穿過LC層一次。為了針對R和T模式兩者實現(xiàn)較高的光效率，常使用雙盒間隙方法，從而T像素的盒間隙是R像素的盒間隙的兩倍，如圖1b所示。在這種情況中，LC層中光經(jīng)過的總長度對于T和R兩者來說是相同的。但是，該方法僅適合于ECB(電控制的雙折射)模式，例如垂直對準(zhǔn)(Vertical Alignment)(VA)和平行對準(zhǔn)(Parallel Alignment)(PA)模式。
單盒間隙半透反射式LCD(TLCD)常引起對透射T的較低效率。為了獲得較高的T和R，常需要轉(zhuǎn)向雙盒間隙方法。但是，該方法引起更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以及非?？量痰闹圃爝^程。制造過程需要具有對兩個盒間隙之間的差異的良好控制，這取決于額外層的控制(通常是有機(jī)的)。該良好控制會是較困難的，會導(dǎo)致盒間隙中的不均勻以及LCD光學(xué)性能的劣化。此外，R和T區(qū)域之間盒間隙中的差異還會引起T和R顯示模式之間不同的響應(yīng)時間。
最好采用具有VA(垂直對準(zhǔn))LC模式的半透反射式LCD(TLCD)說明這些困難。例如，如果盒間隙(d)對于R和T兩者是相同的，如圖2a所示，則由于R經(jīng)過雙重路徑，反射光R將經(jīng)過2.Δn.d的總延遲變化(retardation change)，這是T的總延遲變化Δn.d的兩倍。因此，反射變化率是T的兩倍，導(dǎo)致不相等的光等級變化，如圖2b所示。這里，R在2.75V處達(dá)到100％的亮度，而T在該電壓處僅達(dá)到50％。因此，采用這種結(jié)構(gòu)的半透反射式LCD(TLCD)將在2.75V處具有通態(tài)電壓，Von，這導(dǎo)致對T的僅50％的光效率。
另一方面，在圖3a所示的雙盒間隙方法中，R區(qū)域中的盒間隙減小到d/2，從而對于R(雙重路徑)的總路徑長度保持等于d＝(2xd/2)，這與T的總路徑長度相等。該結(jié)構(gòu)對于R和T兩者引起相等的延遲變化和亮度變化，如圖3b所示。因此，R和T兩者可以具有100％的高效率。
迄今，只有很少的方法可以克服現(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo)的問題，即僅使用單盒間隙獲得較高的光效率。美國專利6281952提出的一種可能是在R和T區(qū)域中使用不同的LC對準(zhǔn)。但是，對于使用當(dāng)前LC技術(shù)的大規(guī)模生產(chǎn)來說，該方法很難實現(xiàn)。
本發(fā)明的主題(如以下所揭示的)在美國專利局的搜索顯示以下的7個美國專利和2個公開的美國專利申請Krueger等人的美國專利4256377關(guān)注用于生產(chǎn)垂直對準(zhǔn)的對準(zhǔn)開發(fā)，它對TLCD的部分轉(zhuǎn)變關(guān)系極??；Mochizuki等人的美國專利5113273關(guān)注鐵電液晶的光電響應(yīng)的存儲器的改善；Yanagisaa的美國專利5128786關(guān)于用于TFT-LCD裝置的Black Matrix，它與這里所要求的本發(fā)明無關(guān)；Beesely的美國專利5400047關(guān)于場致發(fā)光顯示器的響應(yīng)時間的改善，但沒有討論部分轉(zhuǎn)變；Kuratomi等人的美國專利5515189關(guān)注用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)而非半透反射式直觀顯示的LC空間光調(diào)制器Park的美國專利6043605通過浮動輔助電極改善了等離子體顯示器，它與LCD無關(guān)；Kim等人的美國專利6344080(如前所述)僅與等離子體顯示器有關(guān)；Park的美國專利申請2001/0040666雖然教導(dǎo)了LCD的對準(zhǔn)膜但未揭示用于生產(chǎn)TLCD的任何技術(shù)；以及
Arai的美國專利申請2001/0043297沒有涉及部分轉(zhuǎn)變而是涉及扭轉(zhuǎn)向列(TN)和超扭轉(zhuǎn)向列LCD。
搜索中顯示的參考都沒有提供針對使用當(dāng)前LC技術(shù)的大規(guī)模生產(chǎn)的僅使用單盒間隙來減少所面對的困難以獲得較高光效率的建議。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于用單間隙技術(shù)提供高反射(R)和透射(T)的半透反射式液晶顯示器(TLCD)，而不必使用雙盒間隙。
本發(fā)明的次要目的在于提供高反射(R)和透射(T)的半透反射式液晶顯示器(LCD)，它具有當(dāng)環(huán)境光不夠亮?xí)r顯示高質(zhì)量圖像的高性能，特別是對于彩色反射顯示器。
本發(fā)明的第三個目的在于提供高反射(R)和透射(T)的半透反射式液晶顯示器(LCD)，它具有在單間隙LCD中反射像素之內(nèi)的分子的部分轉(zhuǎn)變。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用單間隙高反射(R)和透射(T)的半透反射式液晶顯示器(LCD)的制造方法，它包括以下步驟減少單間隙液晶顯示器(LCD)中反射像素(R)的雙折射變化Δn，從而反射像素(R)的總延遲Δnd約等于所述單間隙LCD中透射像素的總延遲Δnd。
同樣根據(jù)本發(fā)明，提供了一種單間隙、半透反射式液晶顯示器(TLCD)，它包括具有透射像素(T)和反射像素(R)的單間隙液晶顯示器(LCD)；以及，用于減少單間隙液晶顯示器(LCD)中反射像素(R)的雙折射變化Δn從而反射像素(R)的總延遲Δnd約等于單間隙LCD中透射像素的總延遲Δnd的裝置。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的和優(yōu)點將通過附圖中示意性說明的優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述而變得顯而易見。
附圖概述圖1a示出了使用單盒間隙的現(xiàn)有技術(shù)的半透反射式液晶(TLCD)。
圖1b示出了使用雙盒間隙的現(xiàn)有技術(shù)的TLCD。
圖2a示出了單盒間隙垂直對準(zhǔn)(VA)TLCD像素的結(jié)構(gòu)，示出了施加電場情況下的轉(zhuǎn)變。
圖2b示出了圖2a裝置的反射-電壓圖和透射-電壓圖。
圖3a示出了雙盒間隙VA TLCD像素的結(jié)構(gòu)，示出了施加電場情況下的轉(zhuǎn)變。
圖3b示出了圖3a裝置的反射-電壓和透射-電壓圖。
圖4示出了本發(fā)明的單間隙LCD的部分轉(zhuǎn)變的方案。
圖5示出了在本發(fā)明的單間隙LCD中使用不連續(xù)的電極產(chǎn)生強(qiáng)彌散場。
圖6示出了在R子像素區(qū)域中具有部分轉(zhuǎn)變的單盒間隙VA TLCD的反射電壓(R-V)和透射電壓(T-V)圖。
具體實施例方式
在詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例之前，可以理解，本發(fā)明不限于應(yīng)用于所示的特定結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)之中，因為本發(fā)明能應(yīng)用于其它實施例。同樣，這里所使用的術(shù)語是用于描述的目的而非限制性的。
根據(jù)以下所揭示的本發(fā)明，可以發(fā)現(xiàn)，代替將盒間隙從d降低到d/2，可以通過使用部分轉(zhuǎn)變在R區(qū)域中將雙折射變化從Δn降低到Δn/2。可以將分子轉(zhuǎn)變約45°而不是垂直的90°。在這種情況中，雙重路徑R的合成延遲變化保持(Δn/2)*(2d)＝Δnd，這與T的延遲變化相同。這就使用簡單的單盒間隙結(jié)構(gòu)為T和R兩者形成了較高的光效率。
以下是產(chǎn)生這種部分轉(zhuǎn)變的合適方案的說明。這是通過使用不連續(xù)的像素電極(或共用電極)在R區(qū)域中產(chǎn)生強(qiáng)彌散場而實現(xiàn)的。該彌散場的方案和目的與作為LCD寬視角技術(shù)的FFS(散射場轉(zhuǎn)變)相當(dāng)不同。其不同之處如下a.FFS方案要求共用電極與像素電極位于基板的相同側(cè)上，以便產(chǎn)生較強(qiáng)的面內(nèi)轉(zhuǎn)變。但是，在本發(fā)明中，共用電極位于另一個基板上，它具有與使用垂直電場的標(biāo)準(zhǔn)TFT-LCD類似的結(jié)構(gòu)；以及b.其目的不在于產(chǎn)生面內(nèi)轉(zhuǎn)變而是使電場從其垂直方向偏離到傾斜方向以形成部分轉(zhuǎn)變。
因此，與現(xiàn)有的FFS TFT-LCD相比，本發(fā)明的彌散場方案具有不同的結(jié)構(gòu)和目的。
本發(fā)明描述了一種技術(shù)，用于針對R(反射)和T(透射)像素兩者實現(xiàn)較高的光效率，而不使用雙盒間隙方法。這是基于一事實，即LCD的輸出光等級變化(在這種情況中與光效率相等)與裝置的LC層中行進(jìn)的入射光所經(jīng)過的總延遲變化成比例?？傃舆t變化Δnd是1)作為在施加電壓時液晶分子重新取向的結(jié)果，入射光所‘見到(seen)’的雙折射變化，Δn，以及2)LC層中入射光所經(jīng)過的總路徑長度(其d等于用于單路徑光的盒間隙d)的乘積。代替減少R子像素區(qū)域的盒間隙，減少R的雙折射變化Δn，從而R的總延遲變化等于T的總延遲變化。在這種情況中，就可以使用單盒間隙實現(xiàn)都較高的R和T。
現(xiàn)在參考圖4以最佳地理解本發(fā)明。代替將R區(qū)域42中盒間隙d40減小到一半，本發(fā)明將反射區(qū)中的雙折射變化Δn減小到一半，從而總延遲保持相同。這可以通過部分轉(zhuǎn)變LC分子44而實現(xiàn)。代替將LC分子46切換到90°，如通過垂直電場進(jìn)行的那樣，可以將R區(qū)域中的LC分子44部分轉(zhuǎn)變到約45°，如圖4所示，這導(dǎo)致Δn/2的雙折射變化而不是Δn。因此，R的總延遲變化保持在Δn.d(＝Δn/2x2d)，因為LC層中R的總路徑是2d。在這種條件下，T和R兩者都預(yù)計給出幾乎相等且較高的效率。
用于部分轉(zhuǎn)變的方法是使用傾斜電場。通過計算機(jī)模擬，一種用于產(chǎn)生合適的傾斜電場以實現(xiàn)所需的部分轉(zhuǎn)變的方法是通過在不連續(xù)的像素電極50和共用電極52之間產(chǎn)生彌散場，如圖5所示。不連續(xù)的電極50需要具有較窄的寬度W(通常＜約10μm)以及較窄的間隙G(通常＜約3μm)，從而彌散場占優(yōu)勢。這使得間隙區(qū)域之中和附近的LC分子部分地轉(zhuǎn)變，從而減少了合成的單路徑延遲變化。可以在反射器頂上制造不連續(xù)電極，它們之間具有較薄的一層絕緣層(例如，SiO2)。或者，不連續(xù)電極還可以使用共用電極制造于濾色片基板上，而不是用像素電極制造于反射器基板上。在這種情況中，反射器上不需要附加的絕緣層或修改。
作為實例，圖6示出了作為VA半透反射式裝置的電壓的函數(shù)的R和T的光效率，它具有R區(qū)域中約1μm寬的不連續(xù)電極以及約1μm的間隙。T區(qū)域中的電極保持連續(xù)。如圖所示，R的光效率在約3.75V處達(dá)到約100％。如果將該裝置偏置于用于通態(tài)(Von)的該電壓處，則T的效率約是90％，這遠(yuǎn)高于沒有不連續(xù)電極的單盒間隙裝置的T效率。T的效率不是100％，因為在這種情況中R中的部分轉(zhuǎn)變不是理想的，即分子不是在該電壓處全部轉(zhuǎn)變45°如T中轉(zhuǎn)變90°的分子。但是，通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，可以優(yōu)化效率。雖然電極寬度W和電極間隙G優(yōu)選保持在約10μm和約3μm以下以確保較強(qiáng)的彌散場，但實際的限制取決于裝置的盒間隙。盒間隙越高，就允許電極寬度和間隙越寬，因為彌散場可以延伸到更寬的區(qū)域。因此，部分轉(zhuǎn)變的量可以保持或多或少地一樣，不管較大的電極寬度和間隙。
表1示出了使用不同的電極寬度和電極間隙組合獲得的結(jié)果。該結(jié)果說明，部分轉(zhuǎn)變的原理可以是真正非常新穎和簡單的方法來為單盒間隙TLCD獲得較高的R和T效率，而不使用復(fù)雜的雙盒間隙方法。
表1


如上所述，使用電極寬度W和電極間隙G的不同組合，表1中獲得和報告了光效率R和T。結(jié)果示出，使用本發(fā)明的部分轉(zhuǎn)變方案可以穩(wěn)定地實現(xiàn)R和T＞85％。還示出，在某些情況中，電極間隙G不能太小。
所報告的結(jié)果說明部分切換的原理可以真正地是非常新穎和簡單的方法來為單盒間隙TLCD獲得較高的R和T效率。此外，通過增加盒間隙可以進(jìn)一步改善R和T兩者的光效率，因為部分轉(zhuǎn)變的量隨盒間隙的增加而增加。作為實例，表1中的多數(shù)結(jié)果基于約3.6μm的盒間隙。
本發(fā)明揭示了一種不使用雙盒間隙方法而實現(xiàn)較高的反射和透射TLCD的非常新穎和簡單的技術(shù)。本發(fā)明基于驚人的事實，即代替將盒間隙從d減小到d/2，還可以通過使用部分轉(zhuǎn)變在R區(qū)域中將雙折射變化從Δn減小到Δn/2。將分子轉(zhuǎn)變約45°而代替垂直的90°。在這種情況中，對于雙重路徑R的合成延遲變化保持(Δn/2)x(2d)＝Δnd，與T的延遲變化相同。這使用簡單的單盒間隙結(jié)構(gòu)形成T和R兩者的較高的光效率。
已論證了一種用于這種類型的部分轉(zhuǎn)變的合適方案。這是通過使用不連續(xù)的像素電極(或者共用電極)在R區(qū)域中產(chǎn)生較強(qiáng)的彌散場而實現(xiàn)的。該彌散場的方案和目的與用于LCD的寬視角技術(shù)的FFS(散射場轉(zhuǎn)變)相當(dāng)不同。其不同之處在于(a).FFS方案要求共用電極與像素電極位于基板的相同側(cè)上，以便產(chǎn)生較強(qiáng)的面內(nèi)轉(zhuǎn)變。但是，在本發(fā)明中，共用電極位于另一個基板上，它具有與使用垂直電場的標(biāo)準(zhǔn)TFT-LCD類似的結(jié)構(gòu)；以及(b).本發(fā)明的目的不在于產(chǎn)生面內(nèi)轉(zhuǎn)變而是采用與現(xiàn)有的FFS TFT-LCD相比不同結(jié)構(gòu)和目的的彌散場方案使電場從其垂直方向偏離到傾斜方向以形成部分轉(zhuǎn)變。
本發(fā)明避免了使用雙盒間隙方案來為R和T兩者實現(xiàn)高光效率的需要。如前所述，雙盒間隙方法形成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以及苛刻的制造過程。該制造過程需要具有對兩個盒間隙之間差異的非常好的控制，這取決于額外層(通常是有機(jī)的)的控制。該非常好的控制是很困難的，它導(dǎo)致盒間隙中的不均勻以及LCD光學(xué)性能的劣化。
與雙盒間隙方法不同，該單盒間隙不會引起T和R顯示模式之間響應(yīng)時間的不同。
本發(fā)明還可以節(jié)省成本，因為該方案不需要較大的額外部件來形成不連續(xù)電極取代R區(qū)域中正常連續(xù)的電極。在雙盒間隙的情況中，需要額外的厚有機(jī)層來形成雙盒間隙結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明應(yīng)用于手持和移動通信，諸如但不限于移動電話、個人數(shù)字助理(PDA)、電子書等等。
雖然已在如實踐中假定的各項實施例和修改中描述、說明和示出了本發(fā)明，但本發(fā)明的范圍不旨在，或不應(yīng)認(rèn)為是有限的，從而特別保留通過這里的教導(dǎo)暗示的其它修改或?qū)嵤├?，特別因為它們落在這里所附的權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)具有單間隙的高反射(R)和透射(T)的半透反射式液晶顯示器(LCD)的方法，其特征在于，包括以下步驟減少單間隙液晶顯示器(LCD)中反射像素(R)的雙折射變化Δn，從而反射像素(R)的總延遲Δnd約等于單間隙LCD中的透射像素的總延遲Δnd。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，減少步驟包括將雙折射變化Δn減少約1/2。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，減少步驟包括部分轉(zhuǎn)變反射像素(R)中的分子。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述部分轉(zhuǎn)變約是45度。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述部分轉(zhuǎn)變包括將電場施加到反射像素(R)上。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，施加電場的步驟包括生成彌散場。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生彌散場的步驟包括通過單盒間隙中反射像素(R)附近的不連續(xù)的像素電極產(chǎn)生彌散場。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，不連續(xù)的像素電極包括小于約10μm的較窄寬度；以及小于約3μm的較窄間隙。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括以下步驟隨著盒間隙大小的增加，增加不連續(xù)電極中寬度和間隙間隔限制。
10.一種高反射(R)和透射(T)的半透反射式液晶顯示器(TLCD)，其特征在于，包括單盒間隙液晶顯示器(LCD)，它具有透射像素(T)和反射像素(R)；以及用于減少單間隙液晶顯示器(LCD)中反射像素(R)的雙折射變化Δn從而反射像素(R)的總延遲Δnd約等于單間隙LCD中透射像素的總延遲Δnd的裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的LCD，其特征在于，所述減少裝置包括用于將雙折射變化Δn減少約1/2的裝置。
12.如權(quán)利要求10所述的LCD，其特征在于，所述減少裝置包括用于部分轉(zhuǎn)變反射像素(R)中的分子的裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的LCD，其特征在于，部分轉(zhuǎn)變約是45度。
14.如權(quán)利要求10所述的LCD，其特征在于，所述減少裝置包括用于將電場施加到反射像素(R)上的裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的LCD，其特征在于，所述施加裝置包括用于產(chǎn)生彌散場的裝置。
16.如權(quán)利要求15所述的LCD，其特征在于，進(jìn)一步包括單盒間隙中鄰近反射像素(R)的不連續(xù)像素電極。
17.如權(quán)利要求16所述的LCD，其特征在于，所述不連續(xù)像素電極包括小于約10μm的較窄寬度；以及小于約3μm的較窄間隙。
全文摘要
一種僅需要單盒間隙(40)的高反射和透射的半透反射式液晶顯示器(TLCD)。代替減少反射(R)子像素區(qū)域的盒間隙，本發(fā)明減少反射像素(R)(42)的雙折射變化Δd，從而R的總延遲變化Δd等于透射像素(T)的總延遲變化。這是通過部分轉(zhuǎn)變像素約45度而實現(xiàn)的，其中在單盒間隙(40)的反射像素(R)區(qū)域(42)中將不連續(xù)電極產(chǎn)生的彌散場施加到盒間隙(40)的反射像素(R)區(qū)域(42)中的分子(44)上。
文檔編號G02F1/1335GK1672089SQ03815402
公開日2005年9月21日 申請日期2003年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月30日
發(fā)明者W·K·喬伊, S·-T·吳 申請人:中佛羅里達(dá)大學(xué), 統(tǒng)寶光電股份有限公司