TWI377405B - Transflective liquid crystal display - Google Patents

Description

TW3638PA 九、發明說明： 【發月所屬^技術領域】 本發日月β + $有關於一種半穿反液晶顯示器之裝置。 【先前技術】 作。在_示11可以穿透模式和/或反射模式運 成穿it邱二例子中，半穿反液晶顯示器之每一晝素係劃分 透次畫素)及反射部份(反射次畫素)。 光源。去以 作時，背光模組產生由穿透次晝素調變之 素調變:在某=模式運作時，反射之環境光係由反射次畫 共同液曰曰声子中，穿透次晝素和反射次畫素使用一 在某些例‘中，：晶層具有均勻之面板間隙（cell gap)。 面板間隙的二分2次晝素之面板間隙約為穿透次晝素之 【發明内容】 根據本發明之第— 器》半穿錢，^1一種半穿反液晶顯示 共同電極之間的一部::用，:射層；蔽-畫素電極及-, ^伤電琢，使母一畫素之穿透模式和反 、"B ,又好重疊之一灰階伽瑪曲線（gray scale ΓΓ曰u=不同畫素之反射層係連接至-共附^ 八的電Γ使J射部分的電場係弱於液晶分子之穿透部 光或外部光之相位延遲相似於背光之相 位延遲，其中％境光或外部光在液晶層中來回通過-次， 1377405

TW3638PA 背光在液晶層中通過一次。 根據本發明之第二方面，提出一種半穿反液晶顯示器 ‘ 之裝置。包括一半穿反顯示器之裝置具有數個畫素，每一 . 晝素包括一第一電極、一第二電極、一液晶層及一導電反 射層。液晶層係連接第一電極及第二電極。導電反射層係 介於液晶層及第二電極，以反射環境光。導電反射層係與 第二電極絕緣並覆蓋部份之第二電極，使一背光能穿透各 晝素不被導電反射層覆蓋之一部份。 • 裝置具有以下特性。導電反射層遮蔽第一電極和第二 電極之間的一部份電場。至少兩晝素之導電反射層係電性 連接。至少兩畫素之導電反射層係電性連接至一共同參考 • 電壓。當一電場施加於液晶層時，導電反射層降低對應於 . 該導電反射層之部分該液晶層的一有效雙折射 (effective birefringence)之改變。顯示器包括一保 護層於導電反射層和第二電極之間。 第一電極係連接至一第一參考電壓。在某些情況中， • 導電反射層係連接至與第一參考電壓不同之一第二參考 電壓。在某些情況中，導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，導電反射層係連接至均方根（root-mean-square)值 大於0. 5 V且小於液晶層之臨界電廢（threshold voltage) 之一參考電壓。 導電反射層係用以增加晝素中一電壓穿透特性與一 電壓反射特性的相似度。在介於一第一電壓與第二電壓之 6 1377405

TW3638PA 間之一畫素電壓中，畫素之一反射率係等於畫素之一穿透 率，其中第一電壓係對應於一最小灰階，第二電壓係對應 * 於一最大灰階。導電反射層包括至少一導電反射帶。至少 . 一晝素中之導電反射層包括兩個或兩個以上之導電反射 帶。顯示器包括具有一第一配向之一第一配向層及具有一 第二配向之一第二配向層。第一配向及第二配向係不垂直 於導電反射帶之長邊方向。每一導電反射帶具有介於l//m 與10# m之間之一寬度。相鄰之導電反射帶係相互平行， • 且兩相鄰之導電反射帶的距離係介於2/zm與15//m之 間。每一畫素之導電反射帶包括一平直、一彎曲或一分段 線性（piecewise 1 inear )至少其中之一的形狀。在各畫 - 素中，液晶層實質上具有相同之厚度。 . 液晶層包括數個分子。當施加於液晶層之電壓小於臨 界值時，分子實質上係垂直排列於第一電極之一表面。液 晶層包括一負介電異向性（negative dielectric an i sotropi c)液晶材料。每一晝素包括用以儲存對應於 ® 一晝素電壓之一電荷量之一儲存電容，以及連接至儲存電 容及一第二電極之一電晶體。導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。 根據本發明之第三方面，提出一種具有數個畫素之裝 置，每一晝素包括一液晶層及一反射遮蔽元件。液晶層係 位於第一電極及第二電極之間。第一電極及第二電極產生 一電場於液晶層中。反射遮蔽元件反射外部光並遮蓋對應 於反射遮蔽元件之一區域之電場，使此區域之電場弱於背 7 1377405

1 ' TW3638PA 光穿透晝素之周圍區域之電場。 裝置具有以下特性。當電場施加於液晶層時，反射遮 * 蔽元件降低對應於反射遮蔽元件之部分液晶層的一有效 . 雙折射的改變。 根據本發明之第四方面，提出另一種包括數個畫素之 裝置，每一畫素包括一穿透部及一反射部。每一晝素包括 一第一電極、一第二電極、一液晶層及一反射層。液晶層 係連接至第一電極及第二電極。反射層係對應於反射部以 • 反射環境光，並提供電屏障，以相較於穿透部之電場降低 反射部之電場。 裝置具有以下特性。第一電極係耦接於一參考電壓， - 且第二電極係耦接於一晝素電壓。反射層係位於液晶層與 第二電極之間。與具有電性連接至第二電極之一反射層之 一晝素相較，反射層係用以增加晝素中電壓穿透特性與電 壓反射特性的相似度。當無電場施加於液晶層時，晝素係 為暗態。 •根據本發明之第五方面，提出一種方法並包括以下步 驟：產生一電場於一顯示器之一液晶層中。使用介於液晶 層及一電極之間之一導電反射層以反射一外部光。遮蔽電 場以使液晶層中一第一區域之電場弱於一第二區域之電 場，第一區域係對應於導電反射層，第二區域鄰接第一區 域。傳送一背光以通過第二區域。 本方法具有以下特性。遮蔽電場包括使用導電反射層 以遮蔽電場。方法包括連接顯示器中至少兩個畫素之導電 8 1377405

TW3638PA 反射層至一共同參考電壓。方法包括使用導電反射層以增 加各畫素中電壓穿透特性與電壓反射特性的相似度。遮蔽 • 電場包括使用具有兩個或兩個以上反射帶之一反射層，以 . 形成兩個或兩個以上之區域於各畫素中，各區域具有較鄰 區域弱之電場。本方法包括形成五或五個以上之區域於晝 素内之反射層上，每一區域具有較周圍區域弱之一電場。 本方法包括相較於液晶層中第二區域之有效雙折射 之改變，降低液晶層中第一區域之有效雙折射之改變。方 • 法包括傾斜液晶層之第一區域之液晶分子，使第一區域之 液晶分子傾斜量係少於液晶層之第二區域之液晶分子的 傾斜量。本方法包括連接第一電極至一第一參考電壓。在 - 某些例子之方法中，包括連接反射層至與第一參考電壓不 . 同之一第二參考電壓。在某些例子之方法中，包括連接反 射層至第一參考電壓。在某些例子之方法中，包括連接反 射層至一參考電壓，參考電壓之均方根值係大於0.5 V及 小於液晶層之一臨界電壓。本方法包括當畫素電壓低於一 ® 臨界值時，畫素顯示為暗態。 根據本發明之第六方面，提出一種半穿反顯示器之製 造方法，包括以下步驟：形成一晝素電極於一第一基板 上。形成一保護層於晝素電極上。形成一導電反射層於保 護層上，導電反射層覆蓋部分之畫素電極。形成一共同電 極於一第二基板上。提供一液晶層於第一基板及第二基板 之間。 本方法包括以下特性。本方法包括形成數個導線以電 9 1377405

TW3638PA 性連接顯示器之至少兩畫素之導電反射層。本方法包括提 供配向層於第一基板及第二基板上，用以使當無電壓施加 ‘ 於第一電極與第二電極時，液晶層之液晶分子實質上沿著 . 垂直基板之表面的方向排列。本方法包括形成一電晶體於 第一基板上並連接電晶體至第一電極。 半穿反顯示器包含以下多個優點。半穿反液晶顯示器 可使用於不同環境光之條件。此外，半穿反液晶顯示器具 有高發光效率。再者，半穿反液晶顯示器可使用單一灰階 • 珈瑪曲線趨動顯示器運作於穿透模式及反射模式。另外， 液晶面板具有單一之面板間隙因此製造較為容易。 • 為讓本發明之上述内容能更明顯易懂，下文特舉較佳 . 實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 【實施方式】 第1圖繪示一畫素90的剖面圖，半穿反液晶顯示器 • 100包括直立排列之一液晶層104，液晶層104係位於一 下玻璃基板101a與一上玻璃基板101b之間。液晶層104 例如是包括一負介電異向性（negative dielectric anisotropy)液晶材料。上玻璃基板101b上為一透明共 同電極102b及一上配向層103b。下玻璃基板101a上為一 透明畫素電極102a、一保護層106、一圖案化導電反射層 105及一下配向層103a，其中導電反射層105具有複數個 反射帶170。導電反射層105影響液晶層104之電場分佈， 1377405

TW3638PA 使畫素90之一反射部上的電場弱於晝素90之一穿透部上 的電場。 電極102a及102b例如是由氧化銦錫（Indium Tin Oxide，ITO)製成。導電反射層105例如是由一金屬材料 製成。保護層106例如是由氧化矽（Si02)或氮化矽（Si3N4) 製成。配向層103a及103b使液晶層104之液晶分子116 最初沿著垂直方向排列（即垂直於基板101a和101b之表 面的方向）。提供一對正交偏光板（crossed polarizers ) (未繪示於圖中）於基板101a和101b之外側。 在本說明書中，外側係指較遠離液晶層104之部份， 内侧係指面對液晶層104之部份。「頂部」、「底部」、「較 高的」、「較低的」、「上方」及「下方」等詞彙係用以描述 圖示中顯示器元件之相對位置。顯示器可具不同之導向， 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係連接至一第一參考 電壓，例如是一接地電壓。晝素電極102a係連接對應於 一灰階位準之一畫素電壓VDATA (可由一資料線（data line)或一儲存電容提供）。 卡氏座標系統（Cartesian coordinate system)具 有X、Y及Z轴，用以作為描述顯示器100之元件之導向 的參考。在此例中，Z轴係垂直於基板101a及101b之表 面，且X軸及Y軸係平行於基板101a及101b之表面。 當無電壓（或0V )施加於畫素電極102a時，液晶分 子116實質上係與Z軸平行排列，且在正交偏光板下之晝 1377405

TW3638PA 素90係表現為暗態。當一畫素電壓施加於畫素電極102a 及共同電極102b之間，係產生通過液晶層104之一電場， • 使液晶層104之液晶分子較其初始位置傾斜。藉由改變畫 . 素電壓位準，液晶分子之傾斜角度可有不同變化，因此產 生不同雙折射（birefringence)量，使畫素90可顯示不 同灰階位準。 對應於導電反射層105之部分畫素90即為晝素90之 反射部180，且對應於未被導電反射層105覆蓋之畫素電 • 極102a即為畫素90之穿透部182。在室外或其他具有明 亮光線情況時，反射部180反射一環境光或一外部光以提 供一使用者於顯示器100上觀看影像。當環境光衰弱時， • 穿透部182係使用一背光以提供使用者觀看影像。 導電反射層105係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，且可稍低於 液晶層之一臨界電壓（threshold voltage)。臨界電壓係 指當無晝素電壓施加時，在低於一電壓的情況下，相較初 • 始狀態液晶分子導向的擾動可忽略。在某些例子中，顯示 器100中所有晝素90之共同電極102b係電性連接至同一 參考電壓，且所有晝素90之導電反射層105係電性連接 至同一參考電壓。 導電反射層105改變液晶層104中電場的分佈，篮互 射部180之電場係低於穿透部182之電場。反射部180中 液晶分子之傾斜係小於穿透部182中液晶分子之傾斜。在 反射部180中，環境光或外部光於液晶層104來回一次之 12 1377405

TW3638PA 相位延遲係相似於在穿透部182中背光於液晶層ι〇4經過 單次之相位延遲。因此提供一畫素電壓時，晝素g〇之反 射部180及穿透部182可以顯示相似之灰階位準。 . 第2圖繪示畫素90之俯視圖。蝕刻導電反射層 以形成一圖案’使導電反射層105覆蓋或延伸於一部分之 晝素。在本例中’導電反射層105具有多個直線的反射帶 Π0，且反射帶no係平行於資料信號線14〇。每一反射帶 170具有一寬度W，反射帶170之間的間隙為G。寬度评之 • 範圍例如是介於與10//in之間，且相鄰的反射帶之間 隙G例如是介於與15//m之間。然導電反射層1〇5亦 可為其他圖案。反射帶不需為平行的或直線的。 晝素90包括一薄膜電晶體（thin fi lm transistor) 130，其作用係為一資料信號線14〇及一畫素電極1〇2a間 之開關。薄膜電晶體130係由一掃猫線12〇上之一掃描訊 號控制。當開啟薄膜電晶體130時，位於資料信號線14〇 _ 上之一晝素電壓vdata係驅動晝素電極i〇2a至畫素電壓 Vdata。 液晶層104中電場之強度與方向係用以作為導向液 晶層104之用。卡式座標系統具有χ、γ & z軸，用以描 述顯不器100之tl件的導向。在本例中，z軸係選為垂直 於基板101a和101b之表面’X轴及γ軸係平行於基板1〇la 和101b之表面。 第3A圖繪示畫素90運作於一亮態時，晝素9〇之液 晶層104中液晶分子的模擬導向圖。在本例中導電反射層 1377405

^ * TW3638PA 105具有一圖案，如第2圖所示。第3A圖繪示畫素9〇沿 平行於X-Z平面之剖面圖。局部小區域的液晶分子之平均 •導向係以單位向量表示，稱為液晶指向190。每一液晶指 、 向190係以一前端192與一尾端194表示。平行於χ-ζ平 面之一指向（如196)係比垂直於χ_ζ平面之一指向（如 198)要長。 在本例中，導電反射層105係相對於共同電極1〇2b 設為ον，而畫素電壓係相對於共同電極102b設為6Vrms。 參 Vrms為均方根（root-mean-square，RMS)電壓。反射帶170 之寬度W係為2/zm’且相鄰的反射帶之間隙G為5//m。液 晶材料係使用德國默克（Merck)之一負介電異向性 . (negatlve dlelectric anisotropy)材料 MLC-6608，並 具有一平行介電常數ε //=3. 6、一垂直介電常數e ±=7. 8、 彈性常數Κη = 16. 7ρΝ、Κ33=18. ΙρΝ、一異常光折射率 ne=l. 5579及一正常光折射率η〇=1·4748於波長入 =589nm。液晶層104具有5/zm之一面板間隙。配向層i〇3a 及103b之摩擦方位角係平行於反射帶17〇，且配向層1〇如 之摩擦配向係與配向層103b之摩擦配向相反。 畫素電極102a之驅動電壓（Vdata)驅動液晶分子， 以調變環境光或背光顯示一致的灰階位準。當無電壓（或 0V)施加於畫素電極10仏時，液晶分子116係與z轴平 行排列，且晝素90在正交偏光板下係表現為暗態。當施 加遠大於臨界電壓之一畫素電壓時，由於強大之垂直電 場，使穿透部182之液晶指向190係沿摩擦配向傾倒。 TW3638PA n二部份反射部180之電場弱於穿透部182之電場， Γ:中二部180中液晶分子116之傾斜程度小於穿透部 意圖itr。分子116之傾斜程度。可從下述之等勢能線示 圖繪示液晶層1〇4之模擬等勢能線示意圖”目 線(如_及U)7b)之差為〇心_。在穿透 二J反射部180中’靠近液晶層104之底面⑻（等 較密集）的電場係強於靠近液晶層刚之頂面186 線的^在區域中電場之指向係沿著其所在之等勢能 度。電場之指向可由電場線表示，如虛線21〇 212 及214。舉例來說，電場、線21〇由畫素電極馳延伸至丘 冋電極102b ’且電場線212及214由畫素電極_延伸 至導電反射層1〇5。 由於在本例中導電反射層105之反射帶1?〇與共同電 極102b之間無電位差，因此反射部18〇具有微弱或無垂 直電位差之-區域188。區域188上方之勢能線觀及區 域188下方之勢能線1〇8具有相同電動勢。 在反射區180中，靠近導電反射層1〇5之垂直電場導 致靠近液晶層104之表面的液晶分子先傾斜。接著傾斜之 分子導致其上方之相鄰的液晶分子傾斜。最後反射部18〇 二=中的液晶分子亦傾斜’包括具有微弱或無電場之 二域188的液晶分子’此現象稱為表面場效應（如齡 工 細)。由於表面場效應’使區域188中液晶分 之傾斜係小於穿透部182之對應區域（如則中液晶 15 1377405

TW3638PA 分子之傾斜，其中液晶分子係由電場造成傾斜。 在第3A及3B圖之例子中，定位配向層勵及獅 以使配向層論及腿之摩擦指向係平行於反射帶17〇 —(第2圖）之長邊方向（平行於^)。液晶分子係朝平 行於摩擦指向之方向傾斜，即平行於γ軸。如下之敘述， 相較於具有垂直於反射帶HQ之長邊方向的摩擦指向，定 位配向層l〇3a及103b使摩擦指向平行於反射帶丨之長 邊方向可以產生較高之光效率。 液晶層104之電場具有平行於χ軸之一分量。若配向 層之摩擦指向平行於X軸（例如下配向層在+χ方向，上配 向層在-X方向）’若施加具有之分量的電場，一液 晶分子可能會傾斜至+Χ或-X方向。舉例來說，靠近電場 線212之液晶分子Π6會往+χ方向傾斜，且靠近電場線 214之液晶分子116會往-χ方向傾斜，而靠近中線216之 液晶分子116最初由於此兩電動勢而保持平衡且無擾動。 由於表面摩擦角所產生之一預導向（pre_〇rientati〇n)， 使罪近中線216之液晶分子最終會往+χ方向傾斜，但 方向之傾斜量可能因為靠近電場線214而較-χ方向之液晶 为子傾斜量少。因此’靠近中線216之區域會比周圍之區 域要暗。 當摩擦指向平行於反射帶170之長邊方向，在中線 216之液晶分子116不受+X和-X方向之競爭力影響而往γ 軸傾斜’使中線216和其周圍之區域有相似之明亮度，進 而提升發光效率。 1377405

TW3638PA 使用德國Autronic-MELCHERS GmbH之一模擬軟體 Liquid Crystal Display Simulator 2dimM0S®以決定液 晶分子116之導向。 第 4A 圖為電壓-穿透率（voltage-transmittance， V-T)曲線 202 及電壓-反射率（voltage-reflectance， V-R)曲線204之模擬資料之示意圖200。在本例中，導電 反射帶170之寬度W為2em且相鄰反射帶之間隙G為 5//in。畠畫素電壓約為6.0Vrms時，穿透率及反射率皆可 達到約最大發光效率的901V-T曲線202及V-R曲線204 重璺良好，使顯示器100能利用單一之灰階珈瑪曲線 (gamma curve)及單—之驅動電路驅動晝素9〇。舉例來 說’當反射率由最小反射率單調增加（隨伽心… increase)至最大反射率時，ν_τ曲線2〇2與V_R曲線2〇4 至少重疊於一點P。

曰旦素電壓介於第—電壓與第二電壓之間時，利用導 電反射層105將反射部18〇之電場部份地遮蔽可使ν_τ特 性（曲線202)更相似於V_R特性（曲線2〇4)，其中第一 電壓係對應於-最小灰階位準（例如全暗），第二電壓係 對應於-最大灰階位準（例如全亮)。舉例來說相似度 可措由取樣‘準化穿透率及反射率值之均方根差（廳 difference)加以量測，利用以下公 . 、 RMS diffience = lS!!i^ 'Ι N (公式1 ) 在此N為樣本數1及&分別為給定電壓％值之穿透率及 17 1377405

TW3638PA ，射率。均方根差越小，ν_τ曲線與V_R曲線之相似度越 问私準化之穿透率及反射率係與兩堆疊之平行線性偏光 板的最大穿透率有關。如第4A圖之ν τ曲線2〇2及V R 曲線204，樣本數N為256點，電壓v係介於2 〇Vrms (對 應於灰階位準0)與6. 〇VRMS(對應於灰階位準255)之間， 且V-T曲線及V-R曲線之均方根差約為8.2%。 第4B圖繪示畫素90之模擬電壓-穿透率特性曲線之 示意圖210，且反射帶17〇之寬度w為。曲線212、 214及216代表畫素90之電壓-穿透率特性，且相鄰的反 射帶170之間隙G分別為5/zm、6/zm及。圖表210 顯示反射帶170之寬度w及間隙G之比率（W/R)係可調 整且不會顯著影響最大穿透率。 第4C圖繪示畫素90之模擬v-R特性曲線222、224 及226之示意圖220 ’反射帶no之寬度w為2/zm，且相 鄰的反射帶170之間隙G分別為5/zm、6//m及7//m。圖 表220顯示反射帶170之寬度w及間隙G之比率（W/R) 係可調整且不會顯著影響最大反射率。在此例中畫素電壓 約為6 VRMS時’比率係接近於9〇%。 在第4B及4C圖中，當間隙G增加時V-R曲線及V-T 曲線皆向左移。第4B及4C圖顯示反射帶170之寬度w及 間隙G之比率（w/r)係可調整且不會顯著影響畫素9〇之 V—T特性及V-R特性的重疊。 為了對照用’第4D圖繪示一晝素之模擬資料的V-R 曲線237及V-T曲線238之示意圖236，此畫素相似於第 18 1377405 1

TW3638PA 1圖之畫素9〇 ’但並無導電反射層。使用公式1並假定晝 素電壓V為1. 5 VRMS(對應於灰階位準〇)及V為3. 0 VRMS (對應於灰階位準255 ) ’ V-R曲線237及V-T曲線238之 • 均方根差係約為31%。相較之下，無導電反射層之畫素的 均方根差係遠大於有導電反射層1〇5之晝素9〇的ν_τ曲 線及V-R曲線之均方根差（其值為8 2%)。 第5Α圖繪示畫素90之模擬資料的ν-Τ曲線232及 V-R曲線234之示意圖230,且導電反射層105係具有1 5

Vrms之偏壓。反射帶170之寬度f為3ym，且反射帶之間 隙G為6 # m。 液晶材料之臨界電壓約為2VRMS。當晝素電極設定為 〇 VRMS時，液晶指向實質上係直立排列而產生良好之暗 ' 態。由於導電反射層105上之微小電壓，當反射部18〇之 電壓為開啟狀態時，其電場係大於〇、細施加於導電反射 層105時之電場。示意圖230顯示當v為6、奶時，發光 φ 效率可&升至約93%且V-T及V-R特性曲線232及234仍 具有良好的重疊。 使用公式1並假定畫素電壓v為2.0 Vrms(對應於灰 階位準0)及V為6. 0 VRMS (對應於灰階位準255)，第5A 圖例子中V-T曲線及V-R曲線之均方根差係約為5. 2%，係 小於第4A圖t例子之均方根差8·2%。這顯示當偏壓略小 於臨界電壓之一電壓值施加於導電反射層，會增加ν_τ及 V~R特性之相似度。 第5B圖繪示晝素90之模擬ν_τ特性曲線之示意圖 1377405

TW3638PA 240 ’導電反射層105設為1.5 VRMS且反射帶170之寬度 W為3/z m。曲線242、244及246代表畫素90之V-T特性 • 曲線’當相鄰反射帶之間隙G分別為5//m、6//m及7私m 時。示意圖240顯示反射帶之寬度W及間隙G之比率（W/R ) 係可調整且不會顯著影響最大穿透率，其值係大於9〇%。 第5C圖繪'示晝素90之模擬V-R特性曲線252、254 及256 ’反射帶170之寬度W為3/zm，且相鄰反射帶之間 隙G分別為5em、6"m及7//Π1。示意圖250顯示當畫素 • 電壓約為6VRMS時，此三個例子之最大光反射率係大於 90%。反射帶之寬度w及間隙G之比率（W/R)係可調整且 不會顯著影響最大反射率值。第5B及5C圖顯示反射帶之 見度W及間隙G之比率（W/R)係可調整且不會顯著影響 - 畫素90之V-T特性及V-R特性之重疊。當間隙G大於 6/ζιη，間隙值之改變對V-T及R_T特性曲線不會有重大的 影響。 第6A圖繪示一種包括補償膜以增加視角之顯示器 260的剖面圖。顯示器260包括一液晶層1〇4、一下玻璃 基板101a、一上玻璃基板101b、一下配向層1〇3a、一上 配向層103b、一透明晝素電極102a、一透明共同電極 102b、一圖案化導電反射層1〇5、一保護層1〇6、一下線 性偏光板110a及一上線性偏光板11〇b，係與第丨圖之顯 示器100相似。 顯示器260同時包括位於下偏光板u〇a及下玻璃基 板101a之間的一第一單色半波膜ma及一第一單色四分 20 1377405

TW3638PA 之一波膜112a。單色膜Ilia及112a與下線性偏光板110a 形成一第一寬帶圓形偏光板262a。 • 一第二單色半波膜111b及一第二單色四分之一波膜 112b係位於上玻璃基板i〇ib及上偏光板ll〇b之間。單色 膜11 lb及112b與上線性偏光板ii〇b形成一第二寬帶圓 形偏光板262b。 一補償膜層113 (如一單光軸層）係位於上玻璃基板 101b與上四分之一波膜U2b之間，用以降低液晶盒於暗 • 態之漏光情況。補償膜層113例如是一單光轴負C膜 (uniaxial negative C film)° 在某些情況中’單色半波膜111a具有一異常軸並相 對於線性偏光板ll〇a之穿透軸設為15。。四分之一波膜 - 112a具有一異常軸並相對於線性偏光板110a之穿透軸設 為75°。同樣地’上單色半波膜iiib及上四分之一波膜 112b分別具有相對於上線性偏光板11 〇b之穿透軸呈15。 及75之異常軸。參閱1995年由S. Pancharatnam於印 ® 度科學協會會議紀錄（Proceedings of Indian Academy of Science)之第41卷、A節、第130至136頁所發表之“雙 折射板之無色差組合：第一部分。無色差之圓型偏光板 (Achromatic combinations of birefringent plates: part I. An achromatic circular polarizer,)，，。 第6B圖繪示模擬第6A圖中顯示器260之穿透模式的 一對比標繪圖270。等勢能線272顯示介於60。和240。之 方位角中’大於40 °之視角可達到對比率1 〇: 1。方位〇至 21 1377405

· 丁 W3638PA 60及240至360°之間可達到對比率丨〇:1的視角較高， 如某些方位角具大於60。或80。之視角。 . 由對比標繪圖270得到之資料的模擬中，導電反射層 105具有參數W為且G為5em之反射帶170。液曰 曰曰 間隙為5/zm且負C膜113具有207nm之一延遲值ίΐ·Δη (厚度乘光學雙折射）’使暗態時在離軸（〇ff_axis)方 向檢視之漏光量降至最低。單色半波膜（1113和1Ub) 及四分之一波膜（112a和112b)係設計為單一波長λ • =550nm。半波膜使用當λ為55〇nmAn為0.0034之材料’ 且四分之一波膜使用當又為550ηιηΔη為0· 0015之材料。 半波膜及四分之一波膜之厚度分別為80.88以111及91.67 /z m。 - 第6C圖繪示模擬顯示器260之反射模式的一對比標 繪圖280。當視角為4〇。時對比率可達到1〇:1。方位角 至50及210。至230。中，視角係大於85。。 在某些導電反射層105包括直線之反射帶170 (如第 2,圖所不）之例子中，配向層103a及103b之摩擦指向係 平行於反射帶丨70之長邊方向。然配向層103a及103b之 摩擦指向亦可設定為其他角度。對於不同於非垂直於反射 帶170之長邊方向之摩擦指向者，畫素9〇仍可達到高發 光效率且穿透率和反射率特性重疊良好。 ^清參照第7圖，在具有直線之導電反射帶170的一導 1反射層之顯示器中’―參數摩擦角^可定義為摩擦指向 150與方向152之間所夾擠之角度其中方向ι52係垂直 22 1377405

C · TW3638PA 於反射帶170之長邊方向154。模擬結果顯示畫素之發光 效率與V-T及V-R曲線之重疊相對於摩擦角0之關係並不 . 敏感。 - 第8A圖繪示模擬V-T曲線292及V-R曲線294之示 意圖290,其中摩擦角必為1〇。，反射帶17〇之寬度w為2 /zm且反射帶170之間的間隙g為5//m，施加於反射帶no 之偏壓為0 Vrms。 第8B圖繪示模擬v-T曲線302及V-R曲線304之示 • 意圖300，其中摩擦角必為50。，反射帶170之寬度W為2 #ιη且反射帶170之間的間隙g為5/zm’施加於反射帶170 之偏壓為0 Vrms。 第9A圖繪示模擬ν-Τ曲線312及V-R曲線314之示 • 意圖310 ’其_摩擦角0為1〇。，反射帶no之寬度w為3 Am且反射帶170之間的間隙g為6//in，施加於反射帶170 之偏壓為1. 5 VRMS。 第9B圖繪示模擬ν-Τ曲線322及V-R曲線324之示 • 意圖320 ’其中摩擦角0為50。，反射帶170之寬度W為3 //m且反射帶170之間的間隙g為6；czm，施加於反射帶170 之偏壓為1. 5 VRMS。 示意圖290、300、310及320顯示不同摩擦角（如 10°、50°及90°)之畫素可達到高發光效率（如反射率與 穿透率可高於85% )，且V-T及V-R曲線具良好的重疊。一 般來說，當使用直線之反射帶17〇，配向層103a及l〇3b 之摩擦角係介於2。至178。之間或182。至358。之間。 23 1377405

TW3638PA 由於液晶分子之傾斜程度相對於摩擦角$不敏感，因 此導電反射層105可具有不同形狀。請參照第10圖，導 • 電反射層105可具有例如是山形帶（chevron strip ) 330 • 或鑛齒帶（zig-zag strip)。山形帶330具有一彎角φ， 例如介於45°至90°之間（當彎角（/)為90°時，則山形帶 330為直線帶170)。然而，導電反射層105之形狀可不同 於上述。 第11圖繪示一畫素340之一剖面圖，除畫素340包 •.括僅延伸於部份之晝素區域的一晝素電極160，其餘係相 似於第1圖之畫素90。晝素電極160之形狀係與導電反射 層105之形狀互補。舉例來說，檢視晝素340之剖面圖時， 畫素電極160具有位於反射部180中，反射帶170下之一 . 開口 162，開口 162之寬度略小或略大於各反射帶170之 寬度。畫素電極160中被導電反射層105覆蓋之部分係不 會對液晶層104之電場造成重大之影響，因此可忽略之。 第12圖繪示一種液晶顯示器100之示意圖，包括受 ® 控於一個或一個以上之閘極驅動器16及一個或一個以上 之資料驅動器18的多個畫素90所構成之一陣列12。每一 畫素90包括一個或一個以上之薄膜電晶體20、一儲存電 容Cst 22及一液晶層104,液晶層104包括一有效電容Clc 24。電容Cst 22及Clc 24例如是並聯至畫素電極102a。電 容Cu： 24係連接畫素電極102a及共同電極102b。舉例來 說，儲存電容CST 22連接畫素電極102a及連接至一固定 電壓（未繪示於圖中）之一共同線，或連接晝素電極102a 24 1377405 TW3638PA 及另一晝素之閘極線。 薄膜電晶體20包括連接至一閘極線32的一閘極30, • 閘極線32係連接至閘極驅動器16。當閘極驅動器16驅動 閘極線32以開啟薄膜電晶體20時，資料驅動器18會同 時以一晝素電壓信號（如V DATA )驅動一貧料線34’畫素 電壓信號係傳遞至儲存電容CST 22及液晶層104。施加於 電容Cst 22之電麗（如Vdata)會影響施加於液晶層 之電壓。由於資料線34上之電壓影響畫素90顯示之灰階 • 位準，因此資料線34上電壓有時係稱為一灰階電壓（gray scale voltage)° 其餘實施及應用係在下述專利範圍以内。舉例來說， - 第12圖之晝素90可由其他種類之畫素代替，如第6A及 . 11圖中之晝素。可使用額外之保護層及配向層於上述之顯 示器中。顯示器之元件如液晶層和偏光膜，係可使用與上 述不同之材料及參數。薄膜之延遲值（1·Δη可為其他值。 可使用與上述不同補償膜。在某些例子中，補償膜係可為 _ 一負 C膜（negative C film)或一正 0膜（positive 0 f i lm)，其他補償膜係說明於X. Zhu et al在2006年的 顯示器技術期刊（Journal of Display Technology)中 第2卷、第2至20頁的”廣視角之液晶顯示器中單軸膜 補償的分析與方案（Analytical solutions for uniaxial-film-compensated wide-view liquid crystal displays) ” 。當顯示器運作於背光模組開啟之穿透模式 時，某些環境光可藉由導電反射層105反射，因此顯視器 25 1377405 TW3638PA 可同時運作於穿透模式及反射模式。 上述液晶分子之導向係參照於液晶分子之指向的方 向。分子不需·一直指向同一方向。分子係大多傾向於指向 單一配向（以指向表示）而非指向其他方向。舉例來說， 在”液晶分子實質上排列於垂直基板之方向”的語句，係 表示液晶分子之指向的平均方向大致上排列於該法線方 向，而個別分子可指向不同方向。 • 綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然 其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常 知識者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作各種之 • 更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專 利範圍所界定者為準。 26 1377405

TW3638PA 【圖式簡單說明】 第1圖繪示一畫素之剖面圖； • 第2圖繪示一畫素之俯視圖； . 第3A圖繪示畫素運作於一亮態時之液晶分子的模擬 導向圖， 第3B圖繪示液晶層之模擬等勢能線示意圖； 第4A至5C圖繪示模擬之電壓-穿透率和/或電壓-反 射率曲線之示意圖； • 第6A圖繪示包括補償膜以增加視角之顯示器的剖面 圖； 第6B及6C圖繪示中顯示器之穿透模式及反射模式的 對比標繪圖； . 第7圖繪示一摩擦角之示意圖； 第8A至9B圖繪示模擬之電壓-穿透率及電壓-反射率 曲線之不意圖， 第10圖繪示又一晝素之俯視圖； •第11圖繪示另一晝素之剖面圖；以及 第12圖繪示一液晶顯示器之示意圖。 【主要元件符號說明】 16 :閘極驅動器 18 :資料驅動器 22 :儲存電容 24 :有效電容 90 :晝素 27 1377405

TW3638PA 100 :顯示器 101a、101b :基板 * 102a、102b :電極 • 103a、103b :配向層 104 .液晶層 105 :導電反射層 106 :保護層 107a、107b :等勢能線 • 110a、110b :偏光板 111a、111b :半波膜 112a、112b :四分之一波膜 113 :補償膜 . 120 :掃描線 130 :薄膜電晶體 140 :資料信號線 150 :摩擦指向 • 160 :晝素電極 170 :反射帶 180 :反射部 182 :穿透部 19 0 ·’液晶指向 216 :中線 W:反射帶之寬度 G:相鄰反射帶之間距 28

Claims (1)

1377405 * I TW3638PA 十、申請專利範圍： 1. 一種半穿反顯示器，包括： 複數個畫素，各該畫素包括： • —第一電極； —第二電極； —液晶層，係連結該第一電極及該第二電極. 以及 ’ —導電反射層，位於該液晶層及該第二電極之 •間以反射環境光（ambient light)，該導電反射層係^ 該第二電極絕緣並覆蓋部分之該第二電極，使—背光能―穿 透各該晝素不被該導電反射層遮蓋之一部份。 匕牙 2·如申請專利範圍第1項所述之顯示器其中該導 ' 電反射層係用以遮蔽該第一電極及該第二電極之間之二 部分電場。 B _ 3.如申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中至少 兩個該些畫素之該導電反射層係電性連接。 ® 4.如申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中至少 兩個該些晝素之該導電反射層係電性連接至一共同參考夕 電廢（common reference voltage)。 5.如申請專利範圍第1項所述之顯示器其中卷— 電場施加於該液晶層時，該導電反射層降低對應於該^電 反射層之部分該液晶層的一有效雙折射（effective birefringence)之改變。 29 I377405f TW3638PA 更包括 r睛專利範圍第i項所述之顯干哭 蒦層於該導妓射層與該第二電極之間。、 7. 如申凊專利範圍第！項 -電極係連接至一第一參考電愿。顯不盗，其中該第 8. 如申請專利範圍第7項所述之 電反射層係連接至-第二參考電壓，該第該導 同於該第一參考電壓。 弟一參考電壓係不 9. 如申請專利範圍第7項所述之顯示器， 電反射層係亦連接至該第—參考電壓。 -中該導 1〇·如申請專利範圍第i項所述之顯示器其中 電反射層係連接至—參考電I ’該參考電壓之均方根值 大，0.5V並小於該液晶層之一臨界電壓（讣re-voltage)。 0 電 壓

U.如申請專利範圍第1項π述之顯示器，其中該導 反射層係用以增加各該畫素令一電壓穿透特性與一電 反射特性之相似度。 〃 12. 如申請專利範圍第丨項所述之顯示器，其中該導 電反射層包括至少一導電反射帶。 13. 如申請專利範圍第丨項所述之顯示器，其中在至 少一該畫素之該導電反射層包括兩個或兩個以上之導電 反射帶。 14.如申請專利範圍第12項所述之顯示器，更包括 具有一第一配向之一第一配向層及具有一第二配向之一 第二配向層，且該第一配向及該第二配向係不垂直於該導 30