TWI230295B - A pixel device of a transflective-type LCD panel - Google Patents

Description

1230295 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域： 本發明係關於一種半穿透反射式液晶顯示面板之畫素 結構，尤其是一種以高分子液晶膜取代四分之一波板與二 分之一波板之畫素結構。 先前技術： 隨著薄膜電晶體製作技術快速的進步，液晶顯示器由 於具備了輕薄、省電、無幅射線等優點，而大量的應用於 個人數位助理器、筆記型電腦、數位相機、攝錄影機、行 動電話等各式電子產品中。然而，由於液晶顯示器係一非 自發光之顯示器，因此，傳統上，係以一冷陰極燈管作為 背光源，所產生之光線穿透擴散膜、偏光片等光學膜層， 形成一均勻之平面光射入液晶顯示面板，藉以呈現影像。 一般而言，背光源所產生之光線僅有不到1 0 %可以穿 出液晶顯示面板並應用在顯示上，其餘之光能量均在穿透 光學膜層與液晶顯示面板之過程中被吸收。為了解決上述 問題，反射式液晶顯示器被開發出來。反射式液晶顯示器 係利用環境光線取代背光源之功能，因而不需裝置冷陰極 燈管與相關光學膜層於顯示器之中。藉此，除了可以節省 顯示器之能量消耗，更可以降低顯示器之尺寸與重量。然 而，當週遭環境偏暗，反射式液晶顯示器無法獲得足夠之 環境光線，將導致顯示效果大打折扣。

1230295

五、發明說明（2) 為了克服上述問題，半穿透反射式液晶顯示器被開發 出來。半穿透反射式液晶顯示器同時兼具有穿透式與反射 j液晶顯示器之功能，可以根據需求，使用環境光線或是 背光源作為照明。因此，當環境光線充足，可以選擇使用 環境光線以為照明，以節省能量消耗。當環境光線不足， 可以選擇使用背光源以為照明，以獲得理想之顯示效果。 請參照第一圖，顯示一典型半穿透反射式液晶顯示器 之畫素結構。包括一上基板1〇〇、一下基板3〇〇與夾合於i 下基板100與3 0 0間之液晶分子層2 0 0。上基板100具有二坡 =基材10 8為主體，此破璃基材108之上表面依序製作有四 分之一波板106、二分之一波板104與第一偏光膜1〇2，而 下表面依序製作有一彩色濾光層1 1 0與共同電極1 1 2。下 基板3 0 0具有一玻璃基材3〇8為主體，此玻璃基材3〇8之下 表面依序製作有四分之一波板3〇6、二分之一波板3〇4與第 7光膜302’而其上表面依序製作有畫素電極31 2與反射 ^ 14 ’此反射板31 4具有一有機層314 2為主體，並且，在 2層31 ^4 2之表面覆蓋有一連接至晝素電極312之反射鍍 ^ #144 ’藉以將玻璃基材3〇8之上表面區分為一穿透區τ與 反射板之一反射區R。藉由共同電極Π2與畫素電極 之電位差驅動液晶分子轉動，以達到顯示之目的。 丘奸在反射顯不部分’環境光線反射回人眼之過程中’一 產、過二次液晶分子層2 〇 〇，而在穿透顯示部分，背光源 ;堇經過一次液晶分子層2 0 0。因此’液晶分子 曰 f於上述環境光線與背光源產生之光線的補償量不

1230295 五、發明說明（3) 同。為了使液晶分子層2 0 0在反射區T與穿透區R均達到理 想之光學補償效果，如第一圖所示，可藉由增加反射板 3 1 4中有機層3 1 42之厚度，相應降低反射區R上方液晶分子 層2 0 0之厚度，藉以調整液晶分子層2 0 0對經過光線之補償 量。 一般而言，偏光膜1 0 2與3 0 2之目的係在於使背光源與 %丨兄光源轉變為線偏振光進入此畫素結構中，四分之一波 板1 0 6與3 0 6之目的在於使上述線偏振光轉變為圓偏振光進 入液晶分子層2 0 0中，以利液晶分子層2 〇 〇對經過之光線進 行補償’而二分之一波板1 〇 4與3 〇 4之目的在於擴展相鄰四 分之一波板1 0 6與3 0 6所運作 範圍内，線偏振光均可以轉 如上所述，上述偏光膜 與3 0 6與二分之一波板1 〇 4與 不可省略。因此，除了必須 為了將各膜層貼附於玻璃基 複雜度增加，而造成產品之 有鑑於此，本發明提出 之畫素結構’藉由_高分子 板106與3 0 6與二分之一波板 想之顯示效率。 發明内容： 之頻率範圍，使可見光之頻率 變為理想之圓偏振光。 102與302、四分之一波板106 3 0 4在液晶顯示之設計中都是 增加製作上述各膜層之成本， 材1 0 8與3 0 8上，更導致製程之 良率相應降低。 一種半穿透反射式液晶顯示器 液晶膜，取代上述四分之一波 1 0 4與3 0 4之功能，並且維持理

第9頁 1230295 五、發明說明（4) " '一"'^ -- 本發明之目的係提供一種半穿透反射式液晶顯示 旦素、、、口構可以省略傳統液晶顯示器所必須具備之四又 一波板與二分之一波板。 刀t 本發明之半穿透反射式液晶顯示面板之畫素結 少包括一上基板、__Γ 、六a八工爲命 、士 主 下基板、一液晶为子層與一液晶魅。 其中’下基板係製作於上基板之下方，並且，纟下』： 上表面可區分為一覆蓋有反射層之反射區與一穿透區。 晶分子層係夾合於上下基板之間，並且，液晶膜係伋於上 述液晶分子層上方，以補償液晶分子層對穿透及反 造成之位相延遲。 尤尸巧 關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳 所附圖式得到進一步的瞭解。 貫施方式· 請參照第二圖，顯示本發明半穿透反射式液晶顯示器 之畫素結構一較佳實施例。此晝素結構包括一上基板 1 0 0、一下基板3 0 〇與夾合於上下基板1 〇 〇與3 〇 〇間之液晶分 子層200。上基板1〇〇具有一玻璃基材1〇 8為主體，此玻璃 基材1 0 8之上表面依序製作有液晶膜1 2 0與第一偏光膜 102，而其下表面依序製作有一彩色濾光層ι10與共同電極 U2。下基板30 0具有一玻璃基材30 8為主體，此玻璃基材 3〇 8之下表面製作有第二偏光膜3〇2，而其上表面依序製作 有晝素電極3 1 2與反射板3 1 4，此反射板3 1 4具有一有機層

第10頁 1230295

五、發明說明（5) 314 2為主體，並且，在有機層314 2之表面覆蓋有一連接至 畫素電極31 2之反射鍍層3144，藉以將玻璃基材3〇8之上表 面區分為一穿透區T與覆蓋有反射板之一反射區R。藉由共 同電極1 1 2與畫素電極3 1 2間之電位差驅動液晶分子轉動， 以達到顯示之目的。 在本實施例中，液晶膜1 2 0係位於玻璃基材1 〇 8與第一 偏光膜1 0 2之間，然而，若是有不同之需求，液晶膜1 2 0亦 可以製作於此玻璃基材1 0 8之下表面，或是失合於彩色遽 光層11 〇與共同電極丨丨2之間。 未通入操作電壓之情況下，請參照第三圖，在上述穿 透區T中’背光首先穿透第二偏光膜3 0 2形成線偏振光β1， 隨後，此線偏振光B1依序穿透液晶層2 0 0與液晶膜i 2 〇，形 成線偏振光B3穿出液晶膜120。並且，上述線偏振光B3與/ B1係具有相同之偏振方向，也因此，線偏振穿、 第一偏光膜102。 ”、、无穿出 分子為= ΐ =要：晶層2°°與液晶膜12°中之液晶 轉角：與；與方液：膜Τ之液晶分子具有相同之旋 子係順時針旋轉45度。疋轉45度，而/夜θθ μ 120之液晶分 量。’夜晶層2 0 0與液晶膜120係設計有相等之位相延遲 液曰曰層2 0 0與液晶膜1 2 0中，相對位置之液晶分

第11頁 1230295 五、發明說明（6) 子’其走向必須互相垂直。如第三圖所示，液晶層2 0 0於 鄰近上基板1 0 0下表面之液晶分子，與液晶膜1 2 〇於鄰近上 基板1 0 0上表面之液晶分子，二者之走向係相互垂直，以 此類推，液晶層2 0 0於鄰近下基板3 0 0上表面之液晶分子， 與液晶膜1 2 0於鄰近第一偏光膜1 〇 2之液晶分子，其走向亦 係相互垂直。 藉此，液晶層2 0 0與液晶膜1 2 0對於線偏振光B 1所產生 之位相延遲效果係相互抵銷，所示，穿出液晶膜1 2 〇之線 偏振光B 3與線偏振光B 1具有相同之偏振方向。 此外，請參照第四圖，在未通入操作電壓之情況下， 在上述反射區R中，環境光線首先穿透第一偏光膜1 〇 2形成 線偏振光A 1 ’隨後’此線偏振光A1依序穿透液晶膜12 0與 液晶層2 0 0抵達反射板3 1 4，並反射穿透液晶層2 0 0與液晶 膜1 2 0，形成線偏振光A3穿出液晶膜1 2 0。並且，線偏振光 A 3與線偏振光A1之偏振方向係相互垂直，也因此，線偏振 光A 3無法穿出第一偏光膜1 0 2。 為了達到上述目的，液晶層2 0 0與液晶膜1 2 0疊合構成 之光調製結構（Optical Modulation Structure)，必須 產生相當於四分之一波板之位相延遲。因此，當線偏振光 A 1穿透此光調制結構，經反射板3 1 4反射，再穿出上述光 調製結構，一共經歷相當於二分之一波長之位相延遲，以 形成與線偏振光A1偏振方向相互垂直之線偏振光A 3。 在通入有操作電壓之情況下，液晶分子隨著電場方向 排列，而呈現垂直基板1 0 0與3 0 0之走向。因此，可假定液

第12頁 1230295

五、發明說明（7) :層20 0不對穿透光線產生任何位向延遲效果。反之，由 塑液晶膜120係以高分子為材質，一般而言並不受電場影 曰’因此’會維持原有之位向延遲效果。 ^請參照第五圖，在通入有操作電壓之情況下，在上述 ^透區T中，背光首先穿透第二偏光膜3〇2形成線偏振光 ’ Ik後’此線偏振光B 5依序穿透液晶層2 ο 0與液晶膜1 2 0 而進入第一偏光膜1 〇 2。由於操作電壓之影響，液晶層2 〇 〇 不會對線偏振光B5產生任何位向延遲之效果，因此，就一 $佳實施例而言，可藉由適當調整與選擇液晶膜丨2 〇，使 穿出液晶膜120之偏振光B7可以有效穿出第一偏光膜ι〇2， 亦即此偏振光B 7具有一主要偏振方向p 1與此第一偏光膜 1 0 2之穿透軸方向相同。 、 此外’請參照第六圖，在通入有操作電壓之情況下， 在上述反射區R中’環境光線首先穿透第一偏光膜1 〇 2形成 線偏振光A 5 ’隨後’此線偏振光A 5依序穿透液晶膜12 〇與 液晶層2 0 0抵達反射板3 1 4，並反射穿透液晶層2 0 〇與液晶 膜120，而進入第一偏光膜1〇2。由於操作電壓之影響，液 晶層2 0 0不會對線偏振光A 5產生任何位向延遲之效果。因 此，就一較佳實施例而言，可藉由適當調整與選擇液晶膜 1 2 0，使經反射板3 1 4反射穿出液晶膜1 2 0之偏振光A 7，可 以有效穿出第一偏光膜102，亦即此偏振光A7具有一主要 偏振方向p2與此第一偏光膜1 02之穿透軸方向相同。 請參照第二圖，穿透區T液晶層2 0 0之厚度，相當於反 射區防夜晶層2 0 0之厚度，與反射板31 4厚度之加總。因

第13頁 1230295 五、發明說明（8) 此，穿透區T與反射區R之液晶分子，係產生不同之位相延 遲效果。換言之，藉由適當調整參數，例如：反射板314 厚度、液晶分子預傾角度與液晶分子旋轉角度等，可以使 穿透區T中，液晶層2 0 0與液晶膜1 2 0所構成之光調制結構 不產生任何位相延遲效果，而反射區R中，卻產生相當於 四分之一波長之位相延遲。 值得注意的是，由於所使用液晶層之液晶分子或是液 晶膜材質之差異，前述液晶層2 0 0與液晶膜1 2 0中必須符合 之要件，如：液晶分子必須具有相同之旋轉角度與反向之 旋轉方向、具有相等之位相延遲量、以及相對位置之液晶 分子走向必須互相垂直，未必可以獲致最佳的結果。因 此，就一較佳實施例而言，可以選擇液晶膜1 2 0，使所具 備之位向延遲量與液晶層2 0 0位向延遲量之差介於正負 3 0 n m之間，而液晶膜1 2 0内液晶分子之旋轉（t w i s t)角 度，與液晶層2 0 0内之液晶分子之旋轉角度之偏差值介於 正負1 0度之間’同時’液晶膜1 2 0之液晶分子與液晶分子 層2 0 0中相對應液晶分子，二者之夾角係介於8 0度至1 0 0度 之間。 相較於傳統之半穿透反射式液晶顯示器，本發明具有 下列優點： 一、利用液晶膜1 2 0取代傳統半穿透反射式液晶顯示 面板中之四分之一波板1 0 6與3 0 6與二分之一波板1 0 4與 3 0 4，可以降低生產成本，縮短生產所需之時間，以提高 產能。

第14頁 1230295 五、發明說明（9) 二、 如上所述，可以避免四分之一波板1 0 6與3 0 6與二 分之一波板1 0 4與3 0 4之瑕疵，以及避免組裝四分之一波板 1 0 6與3 0 6與二分之一波板1 0 4與3 0 4過程之缺失，對產品良 率造成影響。 三、 本發明之半穿透反射式液晶顯示器，具有較少量 之光學膜層，因而可以減少光線穿透顯示面板之過程中， 被各光學膜層吸收所消耗之能量，以提高發光效率。

以上所述係利用較佳實施例詳細說明本發明，而非限 制本發明之範圍，而且熟知此類技藝人士皆能明瞭，適當 而作些微的改變及調整，仍將不失本發明之要義所在，亦 不脫離本發明之精神和範圍。

第15頁 1230295 圖式簡單說明 圖示簡單說明： $ —圖係一典型半穿透反射式液晶顯示器畫素結構之示意 圖。 $ — BI係、本發明半穿透反射式液晶顯示器之畫素結構一較 佳實施例。 $ = S1係在未通入操作電壓之情況下，本發明半穿透反射 5 /夜晶顯不面板，穿透顯示運作之示意圖。 $ ra圖係在未通入操作電壓之情況下，本發明半穿透反射 式液晶顯不面板，反射顯示運作之示意圖。 $ i ffl係在通有操作電壓之情況下，本發明半穿透反射式 液晶顯示面板，穿透顯示運作之示意圖。 第六圖係在通有操作電壓之情況下，本發明半穿透反射式 液晶顯示面板，反射顯示運作之示意圖。 圖號說明： 下基板1 0 0 液晶分子層200 第——偏光膜1 0 2 第二偏光膜3 0 2 玻璃基材108，308 畫素電極3 1 2 液晶膜1 2 0 上基板3 0 0 彩色濾光膜11 0 四分之一波板106，306 二分之一波板1 0 4，3 0 4 共同電極11 2 反射板3 1 4

第16頁

Claims (1)

1230295 六、申請專利範圍 申請專利範圍： 1. 一種半穿透反射式液晶顯示面板之晝素結構，至少包 括： 一上基板； 一下基板，製作於該上基板之下方，並且，該下基板 之上表面可區分為一覆蓋有反射層之反射區與一穿透區； 一液晶分子層，係夾合於該上下基板之間；以及 一液晶膜’係位於該液晶分子層上方’具有與該液晶 分子層相異之液晶分子旋轉方向，以補償該液晶分子層對 穿透光與反射光所造成之位相延遲。 2. 如申請專利範圍第1項之晝素結構，其中該液晶膜具有 與該穿透區液晶分子層等量的位向差值但反向之液晶分子 旋轉方向。 3. 如申請專利範圍第1項之畫素結構，其中該液晶膜與該 穿透區液晶分子層之位向延遲值之差，係介於正負30n m之 間。 4. 如申請專利範圍第1項之畫素結構，其中該反射區液晶 分子層與該液晶膜所構成之光調制結構，產生相當於四分 之一波板之功能。 5. 如申請專利範圍第1項之畫素結構，其中該液晶膜之液 晶分子與該液晶分子層相對應液晶分子之走向係相互垂 直。 6. 如申請專利範圍第1項之晝素結構，其中該液晶膜之液 晶分子與該液晶分子層中，相對應液晶分子之夾角係8 0度

第17頁 1230295 六、申請專利範圍 至1 0 0度之間。 7.如申請專利範圍苐1項之畫素結構^其中該液晶膜之液 晶分子旋轉（tw i s t)角度與該液晶分子層之液晶分子旋 轉角度之差，係介於正負1 0度之間。 8 .如申請專利範圍第1項之晝素結構，其中該上基板之上 表面製作有第一偏光膜，該下基板之下表面製作有第二偏 光膜，並且，該第一偏光膜與該第二偏光膜之穿透軸方向 係互相垂直。 9.如申請專利範圍第1項之畫素結構，其中該液晶膜係一 高分子液晶膜或是一液晶分子層。 1 0 .如申請專利範圍第1項之晝素結構，其中該液晶分子層 之液晶分子排列可以係扭曲向列型、超扭曲向列型與混成 向列型，並且，該液晶分子層與該液晶膜之液晶分子排列 係屬於相同類型。 11.如申請專利範圍第1項之晝素結構，係應用於黑底之半 穿透反射式液晶顯不。 1 2. —種半穿透反射式液晶顯示面板之晝素結構，至少包 括： 一上基板，包括第一偏光膜製作於其上表面； 一下基板，位於該上基板之下方，包括第二偏光膜製 作於該下基板之下表面，並且，該第一偏光膜與該第二偏 光膜之穿透軸方向係互相垂直，同時，該下基板之上表面 可區分為一覆蓋有反射層之反射區與一穿透區； 一液晶分子層，係夾合於該上下基板之間；以及

第18頁 1230295 六、申請專利範圍 一液晶膜，係製作於該液晶分子層上，具有與該液晶 分子層反向之液晶分子旋轉方向，並且，該液晶膜與該液 晶分子層相對應液晶分子之走向係相互垂直，以補償該液 晶分子層對背光所造成之位相延遲，使該背光完全被第一 偏光膜所阻隔； 該反射區上該液晶分子層之厚度小於該穿透區上該液 晶分子層之厚度，使該反射區液晶分子層與該液晶膜所構 成之光調制結構，產生相當於四分之一波板之功能。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之畫素結構，其中液晶膜具有 與該穿透區液晶分子層等量的位向差值但反向之液晶分子 旋轉方向。 1 4 .如申請專利範圍第1 2項之晝素結構，其中該液晶膜與 該穿透區液晶分子層之位向延遲值之差，係介於正負3 0 nm 之間。 1 5 .如申請專利範圍第1 2項之畫素結構，其中該液晶膜之 液晶分子旋轉角度與該液晶分子層之液晶分子旋轉角度之 差，係介於正負1 0度之間。 1 6 .如申請專利範圍第1 2項之畫素結構，其中該液晶膜係 一高分子液晶膜或是一液晶分子層。 1 7 .如申請專利範圍第1 2項之畫素結構，其中該液晶分子 層之液晶分子排列可以係扭曲向列型、超扭曲向列型與混 成向列型’並且’該液晶分子層與該液晶膜之液晶分子排 列係屬於相同類型。 1 8 .如申請專利範圍第1 2項之畫素結構，係應用於黑底之

第19頁 1230295 六、申請專利範圍 半穿透反射式液晶顯不is。 ΙΙϋΙϋΙ 第20頁