專利名稱：液晶顯示器的高光增益穿透反射板及其制造工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及液晶顯示器(LCD)，特別是涉及LCD的穿透反射板。
背景技術：
反射式(reflective)LCD是藉反射板(reflector)反射環(huán)境中的光線而顯示影像，因此，當環(huán)境中的光線微弱時，無法獲得清楚的顯示效果。而穿透式(transmissive)LCD是提供背光(backlight)克服光線不足，不過，背光源消耗電能，也不利于縮減LCD的尺寸及重量。新的顯示器，穿透反射式(transflective)LCD，提供反射及穿透二種顯示模式，當環(huán)境的亮度不足時，由背光源提供足夠的光線，反之，則關閉背光源以節(jié)省電源。為提供反射及穿透二種顯示模式，穿透反射式LCD含有穿透反射板(transflector)，例如圖1是典型的穿透反射板12在透明的基底10上，其包含反射區(qū)12a及透光區(qū)12b，反射區(qū)12a反射前側(cè)的光線，而透光區(qū)12b則允許后側(cè)的光線通過，然而，此裝置12導致無法克服的難題，在反射區(qū)12a后側(cè)的背光14被反射區(qū)12a阻隔，僅有透光區(qū)12b的背光16提供顯示光線，也就是背光不能被完全利用，因此效率差。為兼顧反射模式的光學表現(xiàn)，穿透反射式LCD的穿透反射板的透光區(qū)不能太大，典型的開口率(opening ratio)約為15-40％，因而大部分的背光被浪費。

發(fā)明內(nèi)容
只是，本發(fā)明的目的在于提供一種LCD的高光增益(gain of lightefficiency)穿透反射板，該LCD是由一下板(bottom plate)及一上板(upperplate)夾一液晶組成，該下板含有開關元件(switching element)，該穿透反射板位于該下板側(cè)，其含有一透光區(qū)、一反射區(qū)及至少一微透鏡(micro lens)，藉該至少一微透鏡聚集光線至該透光區(qū)，可提高光增益達120-400％以上，大幅節(jié)省背光源的耗電量。


對于本領域技術人員而言，從以下所作的詳細敘述配合伴隨的圖式，本發(fā)明將能夠更清楚地被了解，其上述及其他目的及優(yōu)點將會變得更明顯，其中圖1是典型的穿透反射板示意圖；圖2是本發(fā)明的第一實施例示意圖；圖3是本發(fā)明的第三實施例示意圖；圖4是本發(fā)明的第三實施例示意圖；圖5是本發(fā)明的第四實施例示意圖；圖6是本發(fā)明的第五實施例示意圖；圖7是本發(fā)明的第六實施例示意圖；圖8是本發(fā)明的微透鏡結(jié)構(gòu)示例，圖8(A)及8(B)為二正交方向的剖視圖，圖8(C)為等高線圖；圖9是本發(fā)明的微透鏡結(jié)構(gòu)另一示例，圖9(A)及9(B)為二正交方向的剖視圖，圖9(C)為等高線圖；圖10是本發(fā)明的透光區(qū)示例，圖10(A)是微透鏡的等高線圖；圖11是本發(fā)明的透光區(qū)另一示例，圖11(A)是微透鏡的等高線圖；圖12(A)-(I)是本發(fā)明的制造工藝實施例，圖12(A)是在基底10上涂布正光致抗蝕劑18后的剖示圖，圖12(B)是利用光掩膜46轉(zhuǎn)移微透鏡18圖案的剖示圖，圖12(C)是微透鏡18經(jīng)中烤后的剖示圖，圖12(D)是微透鏡18經(jīng)硬烤后的剖示圖，圖12(E)是形成平坦層20后的剖示圖，圖12(F)是沉積ITO 22后的剖示圖，圖12(G)是利用光掩膜48轉(zhuǎn)移散亂層24圖案后的剖示圖，圖12(H)是散亂層24成形后的剖示圖，圖12(I)是在散亂層24上沉積反射層26后的剖示圖；圖13(A)-(C)是圖12(A)-(I)制造工藝中微透鏡18在X方向的輪廓掃描圖形，圖13(A)是微透鏡18在中烤前的輪廓，圖13(B)是微透鏡18在中烤后的輪廓，圖13(C)是微透鏡18在硬烤后的輪廓；及圖14(A)-(C)是圖12(A)-(I)制造工藝中微透鏡18在Y方向的輪廓掃描圖形，圖14(A)是微透鏡18在中烤前的輪廓，圖14(B)是微透鏡18在中烤后的輪廓，圖14(C)是微透鏡18在硬烤后的輪廓。
附圖標號說明10基底12穿透反射板12a透光區(qū)12b反射區(qū)14背光16背光18微透鏡18r微透鏡18g微透鏡18b微透鏡20平坦層22透光區(qū)22r透光區(qū)22g透光區(qū)22b透光區(qū)24絕緣層26反射區(qū)26r反射區(qū)26g反射區(qū)26g反射區(qū)26b反射區(qū)28絕緣區(qū)30透光區(qū)32反射區(qū)34r液晶單元34g液晶單元34b液晶單元36r彩色濾光片36g彩色濾光片
36b彩色濾光片38r透明電極38g透明電極38b透明電極40透光區(qū)40a透光區(qū)40b透光區(qū)40c透光區(qū)42反射區(qū)44微透鏡44a微透鏡44b微透鏡44c微透鏡46光掩膜48光掩膜具體實施方式
圖2是本發(fā)明第一實施例的示意圖。在基底10與穿透反射板12之間安排微透鏡18，其上覆蓋平坦層(over coating)20。微透鏡18的折射率nL為1.4-2.5，平坦層20的折射率nC小于nL。微透鏡18收集背光14及16投射至透光區(qū)12b，原本不能直接投射至透光區(qū)12b的背光14因而被利用，使得光增益提高。LCD是由一上板及一下板夾一液晶組成，下板上形成有開關元件，例如薄膜晶體管(TFT)或二極體，此處的基底10是指下板，在穿透反射板12上方尚有液晶及上板，這些是現(xiàn)有技術，未在圖中詳細說明。穿透反射板12可利用金屬的沉積及蝕刻形成。在圖2所示的裝置中，微透鏡18具有一寬度1，微透鏡18的中心高度h為2-10μm，且h/l為0.02-0.3，從微透鏡18的邊緣至其中心頂點的平均仰角α為1-2.5度，微透鏡8具有一平均焦距f，平坦層20的厚度t為2-16μm，且f/t為0.8-1.3。如眾所周知的，單元間距(cell pitch)是指上板及下板之間液晶層的厚度，在此實施例中，透光區(qū)12b的單元間距dT與反射層12a的單元間距dR相同。
圖3是本發(fā)明第二實施例的示意圖，其采用內(nèi)層擴散反射板(InnerDiffusive Reflector；IDR)結(jié)構(gòu)。同樣地，基底10上有微透鏡18及平坦層20，透光區(qū)22以銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)或具有透光率在20％以上的較薄的鋁(Al)、銀(Ag)或其合金沉積在平坦層20上而成，平坦層20上尚沉積有絕緣層24，其上沉積例如鋁、銀或其合金的反射層26，為使反射層26具有崎嶇不平的表面，絕緣層24形成凹凸不平的地形。由于絕緣層24的厚度，透光區(qū)22的單元間距dT大于反射層26的單元間距dR，令Δd＝dT-dR，在此實施例中，Δd為0.15-3μm。IDR結(jié)構(gòu)中的反射層26起伏的平均角度β為2-20度。從背光源到面板的光線14及16具有發(fā)散角θmax，選擇θmax在0-35度有較佳的效果。
第三實施例如圖4，仍采用IDR結(jié)構(gòu)，但是透光區(qū)30及反射層32都形成在絕緣層28上，使得透光區(qū)30及反射層32的單元間距dT及dR相同。
圖5是應用在彩色LCD的實施例，在一彩色像素單元中包含紅、綠、藍三液晶單元34r、34g及34b，每一液晶單元有各自的透光區(qū)22r、22g及22b形成在平坦層20上，且對應各自的微透鏡18r、18g及18b在基底10上，微透鏡18r、18g及18b是以彩色濾光片(color filter)材料制成，以兼作為像素中的彩色濾光片。
另一應用在彩色LCD的實施例如圖6，同樣地，一像素單元含有三液晶單元34r、34g及34b，每一液晶單元的結(jié)構(gòu)使用圖3所示的結(jié)構(gòu)，而在透光區(qū)22r、22g及22b上形成各自的彩色濾光片36r、36g及36b，其上再沉積透明電極38r、38g及38b，例如ITO。
圖7是另一種不同的微透鏡安排的實施例，彩色LCD的透光區(qū)22r、22g及22b是形成在基底10上，基底10的背側(cè)制作微透鏡18r、18g及18b，其上再覆蓋平坦層20?；?0的厚度t0，微透鏡18的中心高度h為0.3-5μm，從微透鏡18的邊緣至其中心頂點的平均仰角α為0.5-8度，微透鏡18的平均焦距f為250-700μm。
圖8是一液晶單元中穿透反射板的上視圖，透光區(qū)40在反射區(qū)42的中心附近，從正交的二直線AA′及BB′剖視如圖8(A)及(B)所示的輪廓，微透鏡44是一狹長的丘陵，其等高線如圖8(C)所示。
圖9是一液晶單元中另一種不同的穿透反射板的上視圖，透光區(qū)40偏離反射區(qū)42的中心，從正交的二直線AA′及BB′剖視如圖9(A)及(B)所示的輪廓，微透鏡44是一偏心的丘陵，其等高線如圖9(C)所示。
圖10是另一種液晶單元中穿透反射板的上視圖，透光區(qū)40包含三矩形的分區(qū)40a、40b及40c，圖10(A)顯示微透鏡44的等高線，微透鏡44包含三微透鏡次結(jié)構(gòu)44a、44b及44c分別對應三分區(qū)40a、40b及40c。
圖11是又一種液晶單元中穿透反射板的上視圖，其微透鏡44的等高線如圖11(A)所示，此實施例的構(gòu)造大致和圖10的裝置相同，但是透光區(qū)40的三個分區(qū)40a、40b及40c是圓形的。
在前述幾個實施例中，微透鏡也可用多層相同或不同折射率的材料堆疊而成，且透光區(qū)的形狀可以變化，而透光區(qū)及反射區(qū)的面積比在5-400％之間。以相同的構(gòu)造而言，本發(fā)明可以達到的光增益為現(xiàn)有技術的120-400％以上，并且，由于背光的使用效率被提高，因此，反射區(qū)所占的面積比例可以比現(xiàn)有技術提高，因而同時改善反射模式的顯示效果。微透鏡的材料選擇在光波長為400nm時其穿透率在70％以上者，則LCD有較佳的色彩表現(xiàn)。
優(yōu)選地，在這些實施例的LCD中，如果使用正型液晶(介電異向性Δε＞0)，則Δn(平常光及異常光的折射率no及ne的差)為0.05-0.095，Δn×dT為280-460nm，Δn×dR為200-320nm；如果使用負型液晶(Δε＜0)，則Δn為0.06-0.12，Δn×dT為320-480nm，Δn×dR為150-360nm。
圖12(A)-(I)是一制作圖3微透鏡的制造工藝實施例，如圖12(A)所示，在基底10上涂布正光致抗蝕劑18，此實施例的正光致抗蝕劑18是JSR公司型號為MFR系列、PC系列或NN系列的產(chǎn)品，涂布該光致抗蝕劑18的步驟是先以300rpm旋轉(zhuǎn)3秒后，再以800rpm旋轉(zhuǎn)30秒，并經(jīng)過約60-120℃預烤2-10分鐘，在圖12(B)中利用光掩膜46轉(zhuǎn)移微透鏡圖案至光致抗蝕劑18，以200-600mJ/cm2曝光，以及利用界面活性劑顯影液(TMAH)顯影及用水沖洗60秒，再以200-600mJ/cm2進行后置曝光，形成的微透鏡18如圖12(C)所示，經(jīng)過80-180℃中烤2-15分鐘使其略為軟化，如圖12(D)所示，再經(jīng)過約200℃硬烤30-60分鐘，在微透鏡18上方形成平坦層20，如圖12(E)所示，在圖12(F)中沉積ITO 22，其上再涂布正光致抗蝕劑24，如圖12(G)所示，利用光掩膜48轉(zhuǎn)移散亂層圖案，經(jīng)顯影成形后如圖12(H)所示，在散亂層24上沉積反射層26如圖(I)所示。
圖13(A)-(C)及圖14(A)-(C)是圖12(A)-(I)制造工藝中微透鏡18在不同階段的輪廓掃描圖形，此實施例的微透鏡18在X及Y方向的寬度分別為21及63μm，在X及Y方向的間距分別為4及12μm。圖13(A)及圖14(A)分別為微透鏡18在中烤前X及Y方向的輪廓，圖13(B)及圖14(B)分別為微透鏡18在中烤后X及Y方向的輪廓，圖13(C)及圖14(C)分別為微透鏡18在硬烤后X及Y方向的輪廓。
以上對于本發(fā)明的優(yōu)選實施例所作的敘述是為闡明的目的，而無意限定本發(fā)明精確地為所揭露的形式，基于以上的教導或從本發(fā)明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例是為解說本發(fā)明的原理以及讓本領域技術人員以各種實施例利用本發(fā)明在實際應用上而選擇及敘述，本發(fā)明的技術思想企圖由以下的權利要求書及其等同物來決定。
權利要求
1.一種穿透反射式液晶顯示器，包括一下板，其含有開關元件；一上板，面對該下板；一層液晶，在該上板與下板之間；一高光增益穿透反射板，位于該下板側(cè)，該高光增益穿透反射板含有一反射區(qū)以反射前方的光線及一透光區(qū)以允許來自一背光源的光線通過；及至少一微透鏡，以聚集該背光至該透光區(qū)。
2.如權利要求1的穿透反射式液晶顯示器，其中該液晶為一正型液晶，Δn為0.05-0.095，Δn×dT為280-460nm，Δn×dR為200-320nm。
3.如權利要求1的穿透反射式液晶顯示器，其中該液晶為一負型液晶，Δn為0.06-0.12，Δn×dT為320-480nm，Δn×dR為150-360nm。
4.如權利要求1的穿透反射式液晶顯示器，還包括一平坦層覆蓋該至少一微透鏡。
5.如權利要求4的穿透反射式液晶顯示器，其中該微透鏡具有第一折射率為1.4-2.5，該平坦層具有第二折射率小于該第一折射率。
6.如權利要求4的穿透反射式液晶顯示器，其中該至少一微透鏡介于該下板與穿透反射板之間。
7.如權利要求6的穿透反射式液晶顯示器，其中該微透鏡具有一寬度l，中心高度h為2-10μm，且h/l為0.02-0.3。
8.如權利要求6的穿透反射式液晶顯示器，其中該微透鏡從邊緣至中心頂點的平均仰角α為1-2.5度。
9.如權利要求6的穿透反射式液晶顯示器，其中該微透鏡具有一平均焦距f，該平坦層20具有一厚度t為2-16μm，且f/t為0.8-1.3。
10.如權利要求4的穿透反射式液晶顯示器，其中該下板介于該至少一微透鏡與穿透反射板之間。
11.如權利要求10的穿透反射式液晶顯示器，其中該微透鏡的中心高度為0.3-5μm。
12.如權利要求10的穿透反射式液晶顯示器，其中該微透鏡從邊緣至中心頂點的平均仰角為0.5-8度。
13.如權利要求10的穿透反射式液晶顯示器，其中該微透鏡具有一平均焦距為250-700μm。
14.如權利要求1的穿透反射式液晶顯示器，其中該反射區(qū)是內(nèi)層擴散反射板結(jié)構(gòu)。
15.如權利要求14的穿透反射式液晶顯示器，其中該透光區(qū)具有第一單元間距，該反射區(qū)具有第二單元間距不大于該第一單元間距。
16.如權利要求15的穿透反射式液晶顯示器，其中該第一與第二單元間距的差值為0.15-3μm。
17.如權利要求16的穿透反射式液晶顯示器，其中該反射區(qū)具有崎嶇不平的表面，其起伏的平均角度為2-20度。
18.如權利要求1的穿透反射式液晶顯示器，其中該背光源具有一發(fā)散角為0-35度。
19.如權利要求1的穿透反射式液晶顯示器，其中該微透鏡具有一穿透率在400nm光波長時不小于70％。
20.如權利要求1的穿透反射式液晶顯示器，其中該至少一微透鏡是彩色濾光片。
21.如權利要求1的穿透反射式液晶顯示器，還包括一彩色濾光片在該透光區(qū)上；及一透明電極在該彩色濾光片上。
22.如權利要求1的穿透反射式液晶顯示器，其中該透光區(qū)包括多個次區(qū)域。
23.如權利要求1的穿透反射式液晶顯示器，其中該透光區(qū)在該反射區(qū)的中央處附近。
24.如權利要求1的穿透反射式液晶顯示器，其中該透光區(qū)偏離該反射區(qū)的中央。
25.如權利要求1的穿透反射式液晶顯示器，其中該透光區(qū)具有第一面積，該反射區(qū)具有第二面積，該第一面積對該第二面積比為5-400％之間。
26.如權利要求1的穿透反射式液晶顯示器，其中該透光區(qū)近似矩形。
27.如權利要求1的穿透反射式液晶顯示器，其中該透光區(qū)近似圓形或橢圓形。
28.一種為液晶顯示器提高光增益的方法，包括下列步驟藉一穿透反射板以其上的一反射區(qū)反射前方的光線及一透光區(qū)允許背光通過該穿透反射板；及藉至少一微透鏡以聚集該背光至該透光區(qū)。
29.如權利要求28的方法，還包括藉該至少一微透鏡對該背光濾光。
30.如權利要求28的方法，還包括藉一濾光片對通過該透光區(qū)的該背光濾光。
31.一種為液晶顯示器制作高光增益穿透反射板的方法，包括下列步驟在一基底上涂布一光致抗蝕劑；對該光致抗蝕劑曝光及顯影以形成至少一微透鏡；沉積一平坦層在該至少一微透鏡上；及在該平坦層上形成透光區(qū)及反射區(qū)。
32.如權利要求31的方法，還包括在60-120℃預烤該光致抗蝕劑2-10分鐘。
33.如權利要求31的方法，還包括在80-180℃中烤該至少一微透鏡2-15分鐘。
34.如權利要求31的方法，還包括在200℃硬烤該至少一微透鏡30-60分鐘。
35.如權利要求31的方法，其中該透光區(qū)及反射區(qū)的形成包括下列步驟在該平坦層上形成一穿透率在20％以上的透明材料；在該透明材料上沉積第二光致抗蝕劑；對該第二光致抗蝕劑曝光及顯影以形成一散射層；及在該散射層上沉積反射材料。
36.如權利要求35的方法，其中該透明材料是選自ITO、IZO及較薄的鋁、銀或其合金所組成的群組。
37.如權利要求35的方法，其中該反射材料是選自鋁、銀或其合金所組成的群組。
全文摘要
一種液晶顯示器的高光增益穿透反射板，該液晶顯示器是由一下板及一上板夾一液晶組成，該下板含有開關元件，該高光增益穿透反射板位于該下板側(cè)，其含有一透光區(qū)、一反射區(qū)及至少一微透鏡，藉該至少一微透鏡聚集光線至該透光區(qū)，以提高光增益。
文檔編號G02B5/22GK1648733SQ20041000287
公開日2005年8月3日 申請日期2004年1月20日 優(yōu)先權日2004年1月20日
發(fā)明者劉鴻達 申請人:鴻揚光電股份有限公司