專利名稱：半透射半反射液晶顯示器及其操作和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半透射半反射液晶顯示器及其操作和制造方法。
技術(shù)背景半透射半反射液晶顯示器可以透射模式和/或反射模式運(yùn)作。在某些例 子中，半透射半反射液晶顯示器的每一像素劃分成透射部分(透射次像素) 及反射部分(反射次像素)。當(dāng)以透射模式運(yùn)作時(shí)，背光模塊產(chǎn)生由透射次 像素調(diào)變的光源。當(dāng)以反射模式運(yùn)作時(shí)，反射的環(huán)境光由反射次像素調(diào)變。 在某些例子中，透射次像素和反射次像素使用一共同液晶層，且液晶層具有均勻的面板間隙(cell gap )。在某些例子中，反射次像素的面板間隙約為透 射次像素的面板間隙的二分之一。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出一種半透射半反射液晶顯示器。半透射半 反射液晶顯示器利用一反射層遮蔽一像素電極及一共同電極之間的一部分 電場(chǎng)，使每一像素的透射^f莫式和反射模式間，達(dá)到良好重疊的一灰階珈瑪曲 線(gray scale gamma curve )。不同像素的反射層連接至一共同參考電壓。液 晶分子的反射部分的電場(chǎng)弱于液晶分子的透射部分的電場(chǎng)，使環(huán)境光或外部 光的相位延遲相似于背光的相位延遲，其中環(huán)境光或外部光在液晶層中來回 通過一次，背光在液晶層中通過一次。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出一種半透射半反射液晶顯示器的裝置。包 括一半透射半反射顯示器的裝置具有數(shù)個(gè)像素，每一像素包括一第一電極、 一第二電極、 一液晶層及一導(dǎo)電反射層。液晶層連接第一電極及第二電極。 導(dǎo)電反射層介于液晶層及第二電極，以反射環(huán)境光。導(dǎo)電反射層與第二電極 絕緣并覆蓋部分的第二電極，使背光能透射各像素不被導(dǎo)電反射層覆蓋的一 部分。裝置具有以下特性。導(dǎo)電反射層遮蔽第一電極和第二電極之間的一部分射層電性連接。至少兩像素的導(dǎo)電反射層電性連 接至一共同參考電壓。當(dāng)一電場(chǎng)施加于液晶層時(shí)，導(dǎo)電反射層降低對(duì)應(yīng)于該導(dǎo)電反射層的部分該液晶層的一有效雙折射(effective birefringence )的改變。 顯示器包括在導(dǎo)電反射層和第二電極之間的保護(hù)層。第一電極連接至一第一參考電壓。在某些情況中，導(dǎo)電反射層連接至與 第一參考電壓不同的一第二參考電壓。在某些情況中，導(dǎo)電反射層亦連接至 第一參考電壓。第一參考電壓例如是一接地參考電壓。在某些情況中，導(dǎo)電 反射層連接至均方根(root-mean-square)值大于0.5 V且小于液晶層的臨界 電壓(threshold voltage )的一參考電壓。導(dǎo)電反射層用以增加像素中一電壓透射特性與一電壓反射特性的相似 度。在介于一第一電壓與第二電壓之間的一像素電壓中，像素的一反射率等 于像素的一透射率，其中第一電壓對(duì)應(yīng)于一最小灰階，第二電壓對(duì)應(yīng)于一最 大灰階。導(dǎo)電反射層包括至少一導(dǎo)電反射帶。至少一像素中的導(dǎo)電反射層包 括兩個(gè)或兩個(gè)以上的導(dǎo)電反射帶。顯示器包括具有一第一配向的一第一配向 層及具有一第二配向的一第二配向?qū)?。第一配向及第二配向不垂直于?dǎo)電反 射帶的長(zhǎng)邊方向。每一導(dǎo)電反射帶具有介于lpm與10nm之間的一寬度。相 鄰的導(dǎo)電反射帶相互平行，且兩相鄰的導(dǎo)電反射帶的距離介于2pm與l5^im 之間。每一像素的導(dǎo)電反射帶包括一平直、 一彎曲或一分段線性(piecewise linear)至少其中的一的形狀。在各像素中，液晶層實(shí)質(zhì)上具有相同的厚度。液晶層包括數(shù)個(gè)分子。當(dāng)施加于液晶層的電壓小于臨界值時(shí)，分子實(shí)質(zhì) 上垂直排列于第一電極的一表面。液晶層包括一負(fù)介電異向性(negative dielectric anisotropic)液晶材料。每一像素包括用以儲(chǔ)存對(duì)應(yīng)于一像素電壓 的一電荷量的一儲(chǔ)存電容，以及連接至儲(chǔ)存電容及一第二電極的一晶體管。 導(dǎo)電反射層至少包括鋁或銀。顯示器包括一偏光板，例如是一圓形偏光板。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提出一種具有數(shù)個(gè)像素的裝置，每一像素包括 一液晶層及一反射遮蔽元件。液晶層位于第一電極及第二電極之間。第一電 極及第二電極產(chǎn)生一 電場(chǎng)于液晶層中。反射遮蔽元件反射外部光并遮蓋對(duì)應(yīng) 于反射遮蔽元件的 一 區(qū)域的電場(chǎng)，使此區(qū)域的電場(chǎng)弱于背光透射像素的周圍 區(qū)域的電場(chǎng)。裝置具有以下特性。當(dāng)電場(chǎng)施加于液晶層時(shí)，反射遮蔽元件降低對(duì)應(yīng)于 反射遮蔽元件的部分液晶層的 一有效雙折射的改變。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提出另一種包括數(shù)個(gè)像素的裝置，每一像素包 括一透射部及一反射部。每一像素包括一第一電極、 一第二電極、 一液晶層 及一反射層。液晶層連接至第一電極及第二電極。反射層對(duì)應(yīng)于反射部以反 射環(huán)境光，并提供電屏障，以相較于透射部的電場(chǎng)降低反射部的電場(chǎng)。裝置具有以下特性。第一電極耦接于一參考電壓，且第二電極耦接于一 像素電壓。反射層位于液晶層與第二電極之間。與具有電性連接至第二電極 的一反射層的一像素相較，反射層用以增加像素中電壓透射特性與電壓反射 特性的相似度。當(dāng)無電場(chǎng)施加于液晶層時(shí)，像素為暗態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提出一種方法并包括以下步驟產(chǎn)生一電場(chǎng)于一顯示器的一液晶層中。使用介于液晶層及一電極之間的一導(dǎo)電反射層以反 射外部光。遮蔽電場(chǎng)以使液晶層中一第一區(qū)域的電場(chǎng)弱于一第二區(qū)域的電 場(chǎng)，第一區(qū)域?qū)?yīng)于導(dǎo)電反射層，第二區(qū)域鄰接第一區(qū)域。傳送背光以通過 第二區(qū)域。本方法具有以下特性。遮蔽電場(chǎng)包括使用導(dǎo)電反射層以遮蔽電場(chǎng)。方法 包括連接顯示器中至少兩個(gè)像素的導(dǎo)電反射層至一共同參考電壓。方法包括 使用導(dǎo)電反射層以增加各像素中電壓透射特性與電壓反射特性的相似度。遮 蔽電場(chǎng)包括使用具有兩個(gè)或兩個(gè)以上反射帶的一反射層，以形成兩個(gè)或兩個(gè) 以上的區(qū)域于各像素中，各區(qū)域具有較鄰區(qū)域弱的電場(chǎng)。本方法包括形成五 或五個(gè)以上的區(qū)域于像素內(nèi)的反射層上，每一 區(qū)域具有較周圍區(qū)域弱的一 電 場(chǎng)。本方法包括相較于液晶層中第二區(qū)域的有效雙折射的改變，降低液晶層 中第 一 區(qū)域的有效雙折射的改變。本方法包括傾斜液晶層的第 一 區(qū)域的液晶 分子，使第 一 區(qū)域的液晶分子傾斜量少于液晶層的第二區(qū)域的液晶分子的傾 斜量。本方法包括連接第一電極至一第一參考電壓。在某些例子的方法中， 包括連接反射層至與第一參考電壓不同的一第二參考電壓。在某些例子的方 法中，包括連接反射層至第一參考電壓。在某些例子的方法中，包括連接反射層至一參考電壓，參考電壓的均方根值大于0.5 V及小于液晶層的一臨界 電壓。本方法包括當(dāng)像素電壓低于一臨界值時(shí)，像素顯示為暗態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提出一種半透射半反射顯示器的制造方法，包 括以下步驟形成一像素電極于一第一基板上。形成一保護(hù)層于像素電極上。 形成一導(dǎo)電反射層于保護(hù)層上，導(dǎo)電反射層覆蓋部分的像素電極。形成一共同電極于 一 第二基板上。提供一液晶層于第 一基板及第二基板之間。本方法包括以下特性。本方法包括形成數(shù)個(gè)導(dǎo)線以電性連接顯示器的至 少兩像素的導(dǎo)電反射層。本方法包括提供配向?qū)佑诘?一基板及第二基板上， 用以使當(dāng)無電壓施加于第一電極與第二電極時(shí)，液晶層的液晶分子實(shí)質(zhì)上沿 著垂直基板的表面的方向排列。本方法包括形成一晶體管于第一基板上并連 接晶體管至第一電極。半透射半反射顯示器包含以下多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。半透射半反射液晶顯示器可使 用于不同環(huán)境光的條件。此外，半透射半反射液晶顯示器具有高發(fā)光效率。 再者，半透射半反射液晶顯示器可使用單一灰階珈瑪曲線驅(qū)動(dòng)顯示器運(yùn)作于 透射模式及反射模式。另外，液晶面板具有單一的面板間隙因此制造較為容 易。為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合所附圖示，作詳細(xì)"i兌明如下。


圖1繪示一像素的剖面圖； 圖2繪示一像素的俯視圖；圖3A繪示像素運(yùn)作于一亮態(tài)時(shí)的液晶分子的模擬導(dǎo)向圖； 圖3B繪示液晶層的模擬等勢(shì)能線示意圖；圖4A至圖5C繪示模擬的電壓-透射率和/或電壓-反射率曲線的示意圖； 圖6A繪示包括補(bǔ)償膜以增加視角的顯示器的剖面圖； 圖6B及圖6C繪示中顯示器的透射模式及反射模式的對(duì)比標(biāo)繪圖； 圖7繪示一摩擦角的示意圖；圖8A至圖9B繪示模擬的電壓-透射率及電壓-反射率曲線的示意圖； 圖IO和圖11分別繪示另一像素的俯視圖和剖面圖；以及 圖12繪示一液晶顯示器的示意圖。附圖標(biāo)記說明16:柵極驅(qū)動(dòng)器 18:數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器 22:儲(chǔ)存電容24:有效電容 90:像素100:顯示器101a、101b:基板102a、102b:電才及103a、103b:配向?qū)?04:液晶層105:導(dǎo)電反射層106:保護(hù)層107a、107b:等勢(shì)能110a、110b:偏光才反llla、111b:半波膜112a、112b:四分之113:補(bǔ)償膜120:掃描線130:薄膜晶體管140:數(shù)據(jù)信號(hào)線150:摩擦指向160:像素電極170:反射帶180:反射部182:透射部190:液晶指向216:中線W:反射帶的寬度 G:相鄰反射帶之間距具體實(shí)施方式
圖1繪示一像素90的剖面圖，半透射半反射液晶顯示器100包括直立 排列的一液晶層104,液晶層104位于一下玻璃基板101a與一上玻璃基板 101b之間。液晶層104例如是包括一負(fù)介電異向性(negative dielectricanisotropy )液晶材料。上玻璃基板101b上為一透明共同電極102b及一上配 向?qū)?03b。下玻璃基板101a上為一透明像素電極102a、 一保護(hù)層106、 一 圖案化導(dǎo)電反射層105及一下配向?qū)?03a,其中導(dǎo)電反射層105具有多個(gè)反 射帶170。導(dǎo)電反射層105影響液晶層104的電場(chǎng)分布，使像素90的一反射 部上的電場(chǎng)弱于像素90的一透射部上的電場(chǎng)。電極102a及102b例如是由氧化銦錫(Indium Tin Oxide, ITO )制成。 導(dǎo)電反射層105例如是由一金屬材料制成。保護(hù)層106例如是由氧化硅 (Si02)或氮化硅(Si3N4 )制成。配向?qū)?03a及103b使液晶層104的液晶 分子116最初沿著垂直方向排列(即垂直于基板101a和101b的表面的方向)。 提供一對(duì)正交偏光板(crossed polarizers)(未繪示于圖中)于基板101a和 101b的外側(cè)。在本說明書中，外側(cè)指較遠(yuǎn)離液晶層104的部分，內(nèi)側(cè)指面對(duì)液晶層104 的部分。"頂部"、"底部"、"較高的'，、"較低的"、"上方"及"下方"等詞 匯用以描述圖示中顯示器元件的相對(duì)位置。顯示器可具不同的導(dǎo)向，因此在 某些情況下一較低層可在一較高層之上。在某些例子中，共同電極102b連接至一第一參考電壓，例如是一接地 電壓。像素電極102a連接對(duì)應(yīng)于一灰階位準(zhǔn)的一像素電壓VDATA (可由一數(shù) 據(jù)線(data line)或一儲(chǔ)存電容提供)?？ㄊ献鶚?biāo)系統(tǒng)(Cartesian coordinate system)具有X、 Y及Z軸，用以 作為描述顯示器100的元件的導(dǎo)向的參考。在此例中，Z軸垂直于基板101a 及101b的表面，且X軸及Y軸平行于基才反101a及101b的表面。當(dāng)無電壓(或0V)施加于像素電極102a時(shí)，液晶分子116實(shí)質(zhì)上與Z 軸平行排列，且在正交偏光板下的像素90表現(xiàn)為暗態(tài)。當(dāng)一像素電壓施加 于像素電極102a及共同電極102b之間，產(chǎn)生通過液晶層104的一電場(chǎng)，使 液晶層104的液晶分子較其初始位置傾斜。通過改變像素電壓位準(zhǔn)，液晶分 子的傾斜角度可有不同變化，因此產(chǎn)生不同雙折射(birefringence)量，使 像素90可顯示不同灰階位準(zhǔn)。對(duì)應(yīng)于導(dǎo)電反射層105的部分像素90即為像素90的反射部180,且對(duì) 應(yīng)于未被導(dǎo)電反射層105覆蓋的像素電極102a即為像素90的透射部182。 在室外或其他具有明亮光線情況時(shí)，反射部180反射環(huán)境光或外部光以提供 一使用者于顯示器100上觀看圖像。當(dāng)環(huán)境光衰弱時(shí)，透射部182使用背光以提供使用者觀看圖像。導(dǎo)電反射層105連接至一第二參考電壓，第二參考電壓可與第一參考電壓(或接地電壓)相同，且可稍低于液晶層的一臨界電壓(threshold voltage )。 臨界電壓指當(dāng)無像素電壓施加時(shí)，在低于一電壓的情況下，相較初始狀態(tài)液晶分子導(dǎo)向的擾動(dòng)可忽略。在某些例子中，顯示器100中所有像素90的共 同電極102b電性連接至同一參考電壓，且所有像素卯的導(dǎo)電反射層105電 性連接至同一參考電壓。導(dǎo)電反射層105改變液晶層104中電場(chǎng)的分布，使反射部180的電場(chǎng)低 于透射部182的電場(chǎng)。反射部180中液晶分子的傾斜小于透射部182中液晶 分子的傾斜。在反射部180中，環(huán)境光或外部光于液晶層104來回一次的相 位延遲相似于在透射部182中背光于液晶層104經(jīng)過單次的相位延遲。因此 提供一像素電壓時(shí)，像素90的反射部180及透射部182可以顯示相似的灰 階位準(zhǔn)。圖2繪示像素90的俯視圖。獨(dú)刻導(dǎo)電反射層105以形成一圖案，使導(dǎo) 電反射層105覆蓋或延伸于一部分的像素。在本例中，導(dǎo)電反射層105具有 多個(gè)直線的反射帶170，且反射帶170平行于數(shù)據(jù)信號(hào)線140。每一反射帶 170具有一寬度W,反射帶170之間的間隙為G。寬度W的范圍例如是介 于lpm與lO[im之間，且相鄰的反射帶的間隙G例如是介于2pm與15pm 之間。然導(dǎo)電反射層105亦可為其他圖案。反射帶不需為平行的或直線的。像素90包括一薄膜晶體管(thin film transistor) 130，其作用為一數(shù)據(jù) 信號(hào)線140及一像素電極102a間的開關(guān)。薄膜晶體管130由一掃描線120 上的一掃描信號(hào)控制。當(dāng)開啟薄膜晶體管130時(shí)，位于數(shù)據(jù)信號(hào)線140上的 一像素電壓VDATA驅(qū)動(dòng)像素電極102a至像素電壓VDATA。液晶層104中電場(chǎng)的強(qiáng)度與方向用以作為導(dǎo)向液晶層104之用。卡式座 標(biāo)系統(tǒng)具有X、 Y及Z軸，用以描述顯示器100的元件的導(dǎo)向。在本例中， Z軸選為垂直于基板101a和101b的表面，X軸及Y軸平行于基板101a和 101b的表面。圖3A繪示像素90運(yùn)作于一亮態(tài)時(shí)，像素90的液晶層104中液晶分子 的模擬導(dǎo)向圖。在本例中導(dǎo)電反射層105具有一圖案，如圖2所示。圖3A 繪示像素90沿平行于X-Z平面的剖面圖。局部小區(qū)域的液晶分子的平均導(dǎo) 向以單位向量表示，稱為液晶指向190。每一液晶指向l卯以一前端192與10—尾端194表示。平行于X-Z平面的一指向(如196)比垂直于X-Z平面的 一指向(如198)要長(zhǎng)。在本例中，導(dǎo)電反射層105相對(duì)于共同電極102b設(shè)為0V，而像素電壓 相對(duì)于共同電極102b i殳為6VRMS。 VRMS為均方才艮(root-mean-square, RMS)電壓。反射帶170的寬度W為2pm,且相鄰的反射帶的間隙G為5pm。 液晶材料使用德國(guó)默克(Merck)的一負(fù)介電異向性(negative dielectric anisotropy )材料MLC-6608，并具有平行介電常數(shù)5 /7=3.6、垂直介電常數(shù)e 丄=7.8、彈性常數(shù)Kn爿6.7pN、 K33=18.1pN、異常光折射率ne=1.5579及正常 光折射率n。=1.4748于波長(zhǎng)A=589nm。液晶層104具有5pm的面板間隙。配 向?qū)?03a及103b的摩擦方位角平行于反射帶170,且配向?qū)?03a的摩擦配 向與配向?qū)?03b的摩擦配向相反。像素電極102a的驅(qū)動(dòng)電壓(VDATA)驅(qū)動(dòng)液晶分子，以調(diào)變環(huán)境光或背 光顯示一致的灰階位準(zhǔn)。當(dāng)無電壓(或OV)施加于像素電極102a時(shí)，液晶 分子116與Z軸平行排列，且像素90在正交偏光板下表現(xiàn)為暗態(tài)。當(dāng)施加 遠(yuǎn)大于臨界電壓的一像素電壓時(shí)，由于強(qiáng)大的垂直電場(chǎng)，使透射部182的液 晶指向190沿摩擦配向傾倒。由于部分反射部180的電場(chǎng)弱于透射部182的電場(chǎng)，因此反射部180中 液晶分子116的傾斜程度小于透射部182中液晶分子116的傾斜程度?？蓮?下述的等勢(shì)能線示意圖得知。圖3B繪示液晶層104的模擬等勢(shì)能線示意圖。相鄰的勢(shì)能線(如107a 及107b)的差為0.25 VRMS。在透射部182及反射部180中，靠近液晶層 104的底面184 (等勢(shì)能線較密集)的電場(chǎng)強(qiáng)于靠近液晶層104的頂面186 的電場(chǎng)。在任一區(qū)域中電場(chǎng)的指向沿著其所在的等勢(shì)能線的梯度。電場(chǎng)的指 向可由電場(chǎng)線表示，如虛線210、 212及214。舉例來說，電場(chǎng)線210由像素 電極102a延伸至共同電極102b，且電場(chǎng)線212及214由像素電極102a延伸 至導(dǎo)電反射層105。由于在本例中導(dǎo)電反射層105的反射帶170與共同電極102b之間無電 位差，因此反射部180具有微弱或無垂直電位差的一區(qū)域188。區(qū)域188上 方的勢(shì)能線107a及區(qū)域188下方的勢(shì)能線108具有相同電動(dòng)勢(shì)。在反射區(qū)180中，靠近導(dǎo)電反射層105的垂直電場(chǎng)導(dǎo)致靠近液晶層104 的表面的液晶分子先傾斜。接著傾斜的分子導(dǎo)致其上方的相鄰的液晶分子傾斜。最后反射部180的大區(qū)域中的液晶分子亦傾斜，包括具有微弱或無電場(chǎng)的區(qū)域188的液晶分子，此現(xiàn)象稱為表面場(chǎng)效應(yīng)(surface field effect )。由于 表面場(chǎng)效應(yīng)，使區(qū)域188中液晶分子的傾斜小于透射部182的對(duì)應(yīng)區(qū)域(如 189)中液晶分子的傾斜，其中液晶分子由電場(chǎng)造成傾斜。在圖3A及圖3B的例子中，定位配向?qū)?03a及103b以使配向?qū)?03a 及103b的摩擦指向平行于反射帶170 (圖2)的長(zhǎng)邊方向(平行于Y軸)。 液晶分子朝平行于摩擦指向的方向傾斜，即平行于Y軸。如下的敘述，相較 于具有垂直于反射帶170的長(zhǎng)邊方向的摩擦指向，定位配向?qū)?03a及103b 使摩擦指向平行于反射帶170的長(zhǎng)邊方向可以產(chǎn)生較高的光效率。液晶層104的電場(chǎng)具有平行于X軸的一分量。若配向?qū)拥哪Σ林赶蚱叫?于X軸(例如下配向?qū)釉?X方向，上配向?qū)釉?X方向)，若施加具有+X或 -X的分量的電場(chǎng)， 一液晶分子可能會(huì)傾斜至+X或-X方向。舉例來說，靠近 電場(chǎng)線212的液晶分子116會(huì)往+X方向傾斜，且靠近電場(chǎng)線214的液晶分 子116會(huì)往-X方向傾斜，而靠近中線216的液晶分子116最初由于此兩電動(dòng) 勢(shì)而保持平衡且無擾動(dòng)。由于表面摩擦角所產(chǎn)生的 一 預(yù)導(dǎo)向 (pre-orientation),使靠近中線216的液晶分子最終會(huì)往+X方向傾斜，但+X 方向的傾斜量可能因?yàn)榭拷妶?chǎng)線214而較-X方向的液晶分子傾斜量少。 因此，靠近中線216的區(qū)域會(huì)比周圍的區(qū)域要暗。當(dāng)摩擦指向平行于反射帶170的長(zhǎng)邊方向，在中線216的液晶分子116 不受+X和-X方向的竟?fàn)幜τ绊懚鵜軸傾斜，使中線216和其周圍的區(qū)域 有相似的明亮度，進(jìn)而提升發(fā)光效率。使用德國(guó)Autronic-MELCHERS GmbH的一才莫擬軟件Liquid Crystal Display Simulator 2dimM0S⑧以決定液晶分子116的導(dǎo)向。圖4A為電壓-透射率(voltage-transmittance， V-T)曲線202及電壓-反 射率(voltage-reflectance, V-R)曲線204的模擬數(shù)據(jù)的示意圖200。在本例 中，導(dǎo)電反射帶170的寬度W為2(im且相鄰反射帶的間隙G為5|nm。當(dāng)像 素電壓約為6.0 VRMS時(shí)，透射率及反射率皆可達(dá)到約最大發(fā)光效率的90°/。。 V-T曲線202及V-R曲線204重疊良好，使顯示器100能利用單一的灰階珈 瑪曲線(gamma curve)及單一的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)像素90。舉例來說，當(dāng)反射 率由最小反射率單調(diào)增加(monotonically increase )至最大反射率時(shí)，V-T曲 線202與V-R曲線204至少重疊于一點(diǎn)P。當(dāng)像素電壓介于第一電壓與第二電壓之間時(shí)，利用導(dǎo)電反射層105將反射部180的電場(chǎng)部分地遮蔽可使V-T特性(曲線202 )更相似于V-R特性(曲 線204),其中第一電壓對(duì)應(yīng)于一最小灰階位準(zhǔn)(例如全暗)，第二電壓對(duì)應(yīng) 于一最大灰階位準(zhǔn)(例如全亮)。舉例來說，相似度可通過取樣標(biāo)準(zhǔn)化透射 率及反射率值的均方根差(RMS difference )加以量測(cè)，利用以下公式RMS diffrence =N (公式1 )在此N為樣本數(shù)，Ti及Ri分別為給定電壓Vi值的透射率及反射率。均 方根差越小，V-T曲線與V-R曲線的相似度越高。標(biāo)準(zhǔn)化的透射率及反射率 與兩堆疊的平行線性偏光板的最大透射率有關(guān)。如圖4A的V-T曲線202及 V-R曲線204，樣本數(shù)N為256點(diǎn)，電壓V介于2.0VRMS (對(duì)應(yīng)于灰階位 準(zhǔn)0 )與6.0VRMS (對(duì)應(yīng)于灰階位準(zhǔn)255 )之間，且V-T曲線及V-R曲線的 均方根差約為8.2%。圖4B繪示像素90的模擬電壓-透射率特性曲線的示意圖210,且反射帶 170的寬度W為2pm。曲線212、 214及216代表像素90的電壓-透射率特 性，且相鄰的反射帶170的間隙G分別為5nm、 6pm及7iam。圖表210顯 示反射帶170的寬度W及間隙G的比率(W/R)可調(diào)整且不會(huì)顯著影響最 大透射率。圖4C繪示像素卯的模擬V-R特性曲線222、 224及226的示意圖220， 反射帶170的寬度W為2(im,且相鄰的反射帶170的間隙G分別為5|im、6^n 及7pm。圖表220顯示反射帶170的寬度W及間隙G的比率(W/R)可調(diào) 整且不會(huì)顯著影響最大反射率。在此例中像素電壓約為6VRMS時(shí)，比率接 近于90%。在圖4B及圖4C中，當(dāng)間隙G增加時(shí)V-R曲線及V-T曲線皆向左移。 圖4B及圖4C顯示反射帶170的寬度W及間隙G的比率(W/R)可調(diào)整且 不會(huì)顯著影響像素90的V-T特性及V-R特性的重疊。為了對(duì)照用，圖4D繪示一像素的模擬數(shù)據(jù)的V-R曲線237及V-T曲線 238的示意圖236，此像素相似于圖1的像素90，但并無導(dǎo)電反射層。使用 公式1并假定像素電壓V為1.5 VRMS(對(duì)應(yīng)于灰階位準(zhǔn)O)及V為3.0VRMS (對(duì)應(yīng)于灰階位準(zhǔn)255 ),V-R曲線237及V-T曲線238的均方根差約為31%。相較的下，無導(dǎo)電反射層的像素的均方根差遠(yuǎn)大于有導(dǎo)電反射層105的像素90的V-T曲線及V-R曲線的均方根差(其值為8.2% )。圖5A繪示像素90的模擬數(shù)據(jù)的V-T曲線232及V-R曲線234的示意 圖230,且導(dǎo)電反射層105具有1.5VRMS的偏壓。反射帶170的寬度W為 3fim,且反射帶的間隙G為6pm。液晶材料的臨界電壓約為2VRMS 。當(dāng)像素電極設(shè)定為0 VRMS時(shí)，液 晶指向?qū)嵸|(zhì)上直立排列而產(chǎn)生良好的暗態(tài)。由于導(dǎo)電反射層105上的微小電壓，當(dāng)反射部80的電壓為開啟狀態(tài)時(shí)，其電場(chǎng)大于OVRMS施加于導(dǎo)電反 射層105時(shí)的電場(chǎng)。示意圖230顯示當(dāng)V為6VRMS時(shí)，發(fā)光效率可提升至使用公式1并假定像素電壓V為2.0 VRMS (對(duì)應(yīng)于灰階位準(zhǔn)0 )及V 為6.0VRMS (對(duì)應(yīng)于灰階位準(zhǔn)255 ),圖5A例子中V-T曲線及V-R曲線的 均方根差約為5.2%，小于圖4A中例子的均方根差8.2%。這顯示當(dāng)偏壓略 小于臨界電壓的 一 電壓值施加于導(dǎo)電反射層，會(huì)增加V-T及V-R特性的相似度。圖5B繪示像素90的模擬V-T特性曲線的示意圖240，導(dǎo)電反射層105 設(shè)為1.5 VRMS且反射帶170的寬度W為3pm。曲線242、 244及246代表 像素90的V-T特性曲線> 當(dāng)相鄰反射帶的間隙G分別為5pm、 6pm及7|am 時(shí)。示意圖240顯示反射帶的寬度W及間隙G的比率(W/R)可調(diào)整且不 會(huì)顯著影響最大透射率，其值大于90%。圖5C繪示像素90的模擬V-R特性曲線252、 254及256，反射帶170 的寬度W為3pm，且相鄰反射帶的間隙G分別為5pm、 6pm及7)im。示意 圖250顯示當(dāng)像素電壓約為6VRMS時(shí)，此三個(gè)例子的最大光反射率大于 90%。反射帶的寬度W及間隙G的比率(W/R)可調(diào)整且不會(huì)顯著影響最 大反射率值。圖5B及圖5C顯示反射帶的寬度W及間隙G的比率(W/R) 可調(diào)整且不會(huì)顯著影響像素90的V-T特性及V-R特性的重疊。當(dāng)間隙G大 于6|im,間隙值的改變對(duì)V-T及R-T特性曲線不會(huì)有重大的影響。圖6A繪示一種包括補(bǔ)償膜以增加視角的顯示器260的剖面圖。顯示器 260包括一液晶層104、 一下玻璃基板101a、 一上玻璃基板101b、 一下配向 層103a、 一上配向?qū)?03b、 一透明像素電極102a、 一透明共同電極102b、 一圖案化導(dǎo)電反射層105、 一保護(hù)層106、 一下線性偏光板110a及一上線性偏光板110b，與圖1的顯示器100相似。顯示器260同時(shí)包括位于下偏光板110a及下玻璃基板101a之間的一第 一單色半波膜llla及一第一單色四分之一波膜112a。單色膜llla及112a 與下線性偏光板11 Oa形成一 第 一 寬帶圓形偏光板262a。一第二單色半波膜lllb及一第二單色四分之一波膜112b位于上玻璃基 板101b及上偏光板110b之間。單色膜lllb及112b與上線性偏光板110b 形成一第二寬帶圓形偏光板262b。一補(bǔ)償膜層113 (如一單光軸層)位于上玻璃基板101b與上四分之一波 膜112b之間，用以降低液晶盒于暗態(tài)的漏光情況。補(bǔ)償膜層113例如是一 單光軸負(fù)C膜(uniaxial negative C film )。在某些情況中，單色半波膜llla具有一異常軸并相對(duì)于線性偏光板110a 的透射軸設(shè)為15° 。四分之一波膜112a具有一異常軸并相對(duì)于線性偏光板 11 Oa的透射軸設(shè)為75。。同樣地，上單色半波膜111 b及上四分之一波膜112b 分別具有相對(duì)于上線性偏光板110b的透射軸呈15°及75°的異常軸。參閱 1995年由S. Pancharatnam于印度科學(xué)協(xié)會(huì)會(huì)議紀(jì)錄(Proceedings of Indian Academy of Science)的第41巻、A節(jié)、第130至136頁(yè)所發(fā)表的"雙折射 板的無色差組合第一部分。無色差的圓型偏光板(Achromatic combinations of birefringent plates: part I. An achromatic circular polarizer,)"。圖6B繪示模擬圖6A中顯示器260的透射模式的一對(duì)比標(biāo)繪圖270。等 勢(shì)能線272顯示介于60。和240°的方位角中，大于40。的視角可達(dá)到對(duì)比 率10:1。方位0至60。及240°至360°之間可達(dá)到對(duì)比率10:1的視角較高， 如某些方位角具大于60?；?0°的視角。由對(duì)比標(biāo)繪圖270得到的數(shù)據(jù)的模擬中，導(dǎo)電反射層105具有參數(shù)W 為2jum且G為5jim的反射帶170。液晶間隙為5 M m且負(fù)C膜113具有 207nm的一延遲值d'An (厚度乘光學(xué)雙折射)，使暗態(tài)時(shí)在離軸(off-axis) 方向檢視的漏光量降至最低。單色半波膜(llla和lllb)及四分之一波膜 (112a和112b )設(shè)計(jì)為單一波長(zhǎng)X=550nm。半波膜使用當(dāng)A為550nm、 An 為0.0034的材料，且四分之一波膜使用當(dāng)入為550nm、 An為0.0015的材料。 半波膜及四分之一波膜的厚度分別為80.88 ju m及91.67 ji m。圖6C繪示模擬顯示器260的反射模式的一對(duì)比標(biāo)繪圖280。當(dāng)視角為 40°時(shí)對(duì)比率可達(dá)到10:1。方位角30°至50。及210°至230°中， 一見角大在某些導(dǎo)電反射層105包括直線的反射帶170 (如圖2所示)的例子中， 配向?qū)?03a及103b的摩^"指向平行于反射帶170的長(zhǎng)邊方向。然配向?qū)?03a 及103b的摩擦指向亦可設(shè)定為其他角度。對(duì)于不同于非垂直于反射帶170 的長(zhǎng)邊方向的摩擦指向者，像素90仍可達(dá)到高發(fā)光效率且透射率和反射率 特性重疊良好。請(qǐng)參照?qǐng)D7，在具有直線的導(dǎo)電反射帶170的一導(dǎo)電反射層的顯示器中， 一參數(shù)摩擦角4可定義為摩擦指向150與方向152之間所夾的角度，其中方 向152垂直于反射帶170的長(zhǎng)邊方向154。模擬結(jié)果顯示像素的發(fā)光效率與 V-T及V-R曲線的重疊相對(duì)于摩擦角cj)的關(guān)系并不敏感。圖8A繪示模擬V-T曲線292及V-R曲線294的示意圖290，其中摩擦 角4為10° ,反射帶170的寬度W為2pm且反射帶170之間的間隙G為 5 Mm,施加于反射帶170的偏壓為OVRMS。圖8B繪示模擬V-T曲線302及V-R曲線304的示意圖300,其中摩擦 角4)為50° ,反射帶170的寬度W為2 |a m且反射帶170之間的間隙G為 5j^m，施加于反射帶170的偏壓為0 VRMS。圖9A繪示模擬V-T曲線312及V-R曲線314的示意圖310，其中摩擦 角4為10° ,反射帶170的寬度W為3 |a m且反射帶170之間的間隙G為 6jJm,施加于反射帶170的偏壓為1.5VRMS。圖9B繪示^^擬V-T曲線322及V-R曲線324的示意圖320,其中摩擦-角4)為50。，反射帶170的寬度W為3 iam且反射帶170之間的間隙G為 6|am，施加于反射帶170的偏壓為1.5VRMS。示意圖290、 300、 310及320顯示不同摩擦角(如10° 、 50°及卯° ) 的像素可達(dá)到高發(fā)光效率(如反射率與透射率可高于85%)，且V-T及V-R 曲線具良好的重疊。 一般來說，當(dāng)使用直線的反射帶170,配向?qū)?03a及 103b的摩擦角介于2。至178°之間或182°至358°之間。由于液晶分子的傾斜程度相對(duì)于摩擦角4;不敏感，因此導(dǎo)電反射層105 可具有不同形狀。請(qǐng)參照?qǐng)DIO,導(dǎo)電反射層105可具有例如是山形帶(chevron strip ) 330或鋸齒帶(zig-zag strip )。山形帶330具有一彎角小，例如介于45 。至90。之間(當(dāng)彎角小為90°時(shí)，則山形帶330為直線帶170)。然而， 導(dǎo)電反射層105的形狀可不同于上述。16圖11繪示一像素340的一剖面圖，除像素340包括僅延伸于部分的像 素區(qū)域的一像素電極160，其余相似于圖1的像素90。像素電極160的形狀 與導(dǎo)電反射層105的形狀互補(bǔ)。舉例來說，檢視像素340的剖面圖時(shí)，像素 電極160具有位于反射部180中，反射帶170下的一開口 162，開口 162的 寬度略小或略大于各反射帶170的寬度。像素電極160中被導(dǎo)電反射層105 覆蓋的部分不會(huì)對(duì)液晶層104的電場(chǎng)造成重大的影響，因此可忽略的。圖12繪示一種液晶顯示器100的示意圖，包括受控于一個(gè)或一個(gè)以上 的柵極驅(qū)動(dòng)器16及一個(gè)或一個(gè)以上的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器18的多個(gè)像素90所構(gòu)成 的一陣列12。每一像素90包括一個(gè)或一個(gè)以上的薄膜晶體管20、 一儲(chǔ)存電 容Cst22及一液晶屋104，液晶層04包括一有效電容CLc24。電容Cs"r22 及Cix 24例如是并聯(lián)至像素電極102a。電容CLC 24連接像素電極102a及共 同電極102b。舉例來說，儲(chǔ)存電容CsT22連接像素電極102a及連接至一固 定電壓(未繪示于圖中)的一共同線，或連接像素電極102a及另一像素的 柵極線。薄膜晶體管20包括連接至一柵極線32的一柵極30,柵極線32連接至 柵極驅(qū)動(dòng)器16。當(dāng)柵極驅(qū)動(dòng)器16驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O線32以開啟薄膜晶體管20時(shí)， 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器18會(huì)同時(shí)以一像素電壓信號(hào)(如VDATA)驅(qū)動(dòng)一數(shù)據(jù)線34，像 素電壓信號(hào)傳遞至儲(chǔ)存電容CsT22及液晶層104。施加于電容CsT22的電壓 (如VDATA)會(huì)影響施加于液晶層104的電壓。由于數(shù)據(jù)線34上的電壓影響 像素90顯示的灰階位準(zhǔn)，因此數(shù)據(jù)線34上電壓有時(shí)稱為一灰階電壓(gray scale votage )。其余實(shí)施及應(yīng)用在本發(fā)明的范圍以內(nèi)。舉例來"i兌，圖12的像素卯可由 其他種類的像素代替，如圖6A及圖11中的像素?？墒褂妙~外的保護(hù)層及配 向?qū)佑谏鲜龅娘@示器中。顯示器的元件如液晶層和偏光膜，可使用與上述不 同的材料及參數(shù)。薄膜的延遲值d.An可為其他值?？墒褂门c上述不同補(bǔ)償 膜。在某些例子中，補(bǔ)償膜可為一負(fù)C膜(negative C film )或一正0膜(positive 0 film )，其他補(bǔ)償膜說明于X. Zhu et al在2006年的顯示器技術(shù)期刊(Journal of Display Technology)中第2巻、第2至20頁(yè)的，，廣視角的液晶顯示器中單 軸月莫才卜j嘗的分才斤與方案(Analytical solutions for uniaxial-film-compensated wide-view liquid crystal displays )"。當(dāng)顯示器運(yùn)作于背光模塊開啟的透射模 式時(shí)，某些環(huán)境光可通過導(dǎo)電反射層105反射，因此顯視器可同時(shí)運(yùn)作于透射模式及反射模式。上述液晶分子的導(dǎo)向參照于液晶分子的指向的方向。分子不需一直指向 同一方向。分子大多傾向于指向單一配向(以指向表示)而非指向其他方向。 舉例來說，在"液晶分子實(shí)質(zhì)上排列于垂直基板的方向"的語(yǔ)句，表示液晶 分子的指向的平均方向大致上排列于該法線方向，而個(gè)別分子可指向不同方 向。綜上所述，雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本 發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍 內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要 求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種半透射半反射顯示器，包括多個(gè)像素，各該像素包括一第一電極；一第二電極；一液晶層，連結(jié)該第一電極及該第二電極；以及一導(dǎo)電反射層，位于該液晶層及該第二電極之間，以反射環(huán)境光，該導(dǎo)電反射層與該第二電極絕緣并覆蓋部分的該第二電極，使一背光能透射各該像素不被該導(dǎo)電反射層遮蓋的一部分。
2. 如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中至少兩個(gè)該些像素的該導(dǎo)電反射層 電性連接。
3. 如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中該導(dǎo)電反射層連接至一參考電壓， 該參考電壓的均方根值大于0.5V并小于該液晶層的一臨界電壓。
4. 如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中該導(dǎo)電反射層用以增加各該像素中 一電壓透射特性與一電壓反射特性的相似度。
5. 如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中在各該像素中，該液晶層實(shí)質(zhì)上具 有相同的厚度。
6. —種顯示器裝置，包括 多個(gè)像素，各該像素包括一液晶層，介于一第一電極及一第二電極之間，該第一電極和該第 二電極產(chǎn)生一電場(chǎng)于該液晶層中；一反射遮蔽元件，用以反射外部光并遮蔽對(duì)應(yīng)于該反射遮蔽元件的 一區(qū)域的 一 電場(chǎng)，使該區(qū)域的該電場(chǎng)弱于背光透射各該^f象素的周圍區(qū)域的電 場(chǎng)。
7. —種顯示器裝置，包括多個(gè)像素，各該像素具有一透射部及一反射部，且包括 一第一電極； 一第二電極；一液晶層，與該第一電極及該第二電極連接；以及一反射層，對(duì)應(yīng)于該反射部以反射環(huán)境光，并提供電屏障以使該反射部的電場(chǎng)低于該透射部的電場(chǎng)。
8. —種半透射半反射顯示器的操作方法，包括 產(chǎn)生一電場(chǎng)于一顯示器的一液晶層；使用介于該液晶層及一電極之間的一導(dǎo)電反射層以反射一外部光； 遮蔽該電場(chǎng)以使該液晶層中 一第 一區(qū)域的電場(chǎng)弱于一第二區(qū)域的電場(chǎng)， 該第一區(qū)域?qū)?yīng)于該導(dǎo)電反射層，該第二區(qū)域鄰近該第一區(qū)域；以及 傳送 一 背光以通過該第二區(qū)域。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，還包括連接該顯示器中至少兩個(gè)該些像素 的該導(dǎo)電反射層至一共同參考電壓。
10. —種半透射半反射顯示器的制造方法，包括 形成一像素電極于一第一基板之上； 形成一保護(hù)層于該像素電極之上；形成一導(dǎo)電反射層于該保護(hù)層之上，該導(dǎo)電反射層覆蓋部分的該像素電極；形成一共同電極于一第二基板之上；以及 提供一 液晶層于該第 一基板及該第二基板之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半透射半反射顯示器及其操作和制造方法。該顯示器包括多個(gè)像素。每一像素包括一第一電極、一第二電極、一液晶層及一導(dǎo)電反射層。液晶層連結(jié)第一電極及第二電極。導(dǎo)電反射層位于液晶層及第二電極之間，并用以反射環(huán)境光。導(dǎo)電反射層與第二電極絕緣并覆蓋部分的第二電極，使背光能透射各像素不被導(dǎo)電反射層遮蓋的一部分。根據(jù)本發(fā)明，可使用單一灰階珈瑪曲線驅(qū)動(dòng)顯示器運(yùn)作于透射模式及反射模式。另外，液晶面板具有單一的面板間隙因此制造較為容易。
文檔編號(hào)G02F1/1333GK101324719SQ20081008197
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月21日
發(fā)明者呂瑞波, 吳詩(shī)聰, 托馬斯·X·Z·吳, 朱欣宇, 李汪洋, 葛志兵, 韋忠光 申請(qǐng)人:奇美電子股份有限公司;中佛羅里達(dá)大學(xué)研究基金會(huì)