TWI352864B - Transflective liquid crystal display devices and f - Google Patents

Description

1352864 -九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種液晶顯示器 種半穿透反射式液晶顯示器及其製造°方法特^有關於一 【先前技術】 穿透式液晶顯示器已廣泛應用在例如行動 人數位助理或手提電腦等各種資訊顯示卫具二 的穿透式扭轉向列型液晶顯示器係具有9〇度的扭二 型液晶層，其設置於兩摩擦方向相互垂直 氧化 I·生偏先板a置於相基板外側，其光穿透方向 板的摩擦方向呈平行或垂直。另將背光設置於偏光板二 部作為光源。在不施加電㈣情況τ，人射光穿 =後變成線性偏極光，隨後通過扭轉向列 而呈現-明亮狀態。= 3輕界電壓時’扭轉向列型液晶層的扭轉結構會 =破裘士且入射的線性偏極光將無法再穿過液晶扭轉結 構’此人射光會變成_偏極光，而使穿透率下降。 夠的電壓時，除了橫跨在液晶層邊界的液晶分 =外’其餘空間上所有的液晶分子均會與基板呈垂直配 =。，過液晶層的線性偏極光幾乎都可維持同—偏極狀 :、，直，分析器阻擋，而呈現一灰暗狀態。穿透式液 晶顯不β的缺點主要在於，只要顯示器還在使用，背光 〇773-A32080TWF;P2005025;david 7 1352864 •源均須維持開啟狀態，導 曰顯干哭沾幻“ ♦双人里電力4耗，％穿透式液 =ΓΓ像在外部光線太強時，例如太陽光存在下 亦很谷易被遮蔽掉。 反射式液晶顯示器不須背光源，其利用外部光讀取 顯示影像。美國專利第S QU 9 』、 寻扪弟5,933,207號專利係揭露一種反射 式液晶顯示器，包括一德古4c; ,. 匕括偏先板、一相補償膜、一液晶層 曰_ ^ ^。與穿透式液晶顯示器作比較，反射式液 晶顯示器具有低電力消耗、輕便及較佳戶外讀取效果的 優點。然而’反射式液晶顯示器依賴外部光源的特性， 使其在昏暗環境中將無法工作。 半穿透反射式液晶顯示器不但保有穿透式與反射式 液晶顯示器兩者的優點並且有效克服上述缺點。半穿透 反射式液晶顯示器，顧名思義，即在穿透顯示模式與反 射顯示模式下，可獨立或同時地顯示影像，遂此種^穿 透反射式液晶顯示器可自由地於各種外在環境下使用。 美國專利第4,3 15, 258號係揭露-種半穿透反射式液晶 顯不器，請參閲第！圖。半穿透反射式液晶顯示器1〇包 括一前偏光板11、一液晶面板12、一後偏光板13、一半 牙透反射器（穿透鏡）14以及一背光源15。此結構係改良 自傳統穿透式扭轉向列型液晶顯示器，在後偏光板13與 背光源15之間放入半穿透反射器14,優點在於製程簡 單、成本低廉。然而，此種半穿透反射式液晶顯示器會 有嚴重的視差（parallax)問題’起因於外部光在到達半穿 透反射器前，須通過非常厚的玻璃基板。當觀察者從一 〇773-A32080TWF;P20〇5〇25;david 1352864 不透光方向觀察顯示器裝置時，由於反射光束與入射光 束穿過不同畫素區，導致影像遮蔽，此即為視差。在高 解析度顯示盗裝置要求畫素尺寸愈來愈小的同時，視差 現象將更形嚴重。 為解決視差問題’半穿透反射器須包埋在下基板内 侧。美國專利第6,28丨，952號係揭露一種半穿透反射式液 晶顯示器，請參閱第2圖。半穿透反射式液晶顯示器2〇〇 包括一上線性偏光板201a、一下線性偏光板2〇ib、一上 補償膜202a、一下補償膜202b、一上透明基板203a、一 下透明基板203b以及一設置於上透明基板2〇3a與下透 明基板203b之間的液晶層208。上透明基板203a上覆蓋 有一透明電極2〇4a與一第一配向膜2〇5a。下透明基板 203b上覆蓋有一半穿透反射器212，其包含一厚度不均 的隔離層206、一透明電極204b與一圖案化反射層207, 其中圖案化反射層207只覆蓋隔離層2〇6較厚的部分， 定義為反射顯示區210,而隔離層2〇6未被圖案化反射層 2〇7覆蓋的較薄部分，定義為穿透顯示區211。一第二配 向膜205b設置於半穿透反射器212上。液晶層2〇8與第 及第一配向膜205a、205b接觸。一背光源2〇9設置於 偏光板201b外部，作為穿透顯示區2]丨的光源。由於 半穿透反射器212設置在下基板2〇3b内側，致反射光束 不會通過厚的下基板203b，有效解決了視差問題。此外， 為補償反射顯示模式與穿透顯示模式之間的光路徑差， 穿透顯示區211的液晶單元間隙會較反射顯示區21〇的 0773-A32 晒 TWF;P2005025;david 9 m元「㈣厚或是利用穿透顯示區211與反射顯示區 210的不同配向機制來達成。然而’上述任—方法均會辦 加製程複雜性及fiJ你A、士 曰曰 衣作成本。另由於反應時間與液晶 間隙的面積成正比，遂不同厚度的液晶單元間隙會造成 反射區210與穿透區叫的反應時間不同。此外，穿透 :貞不區與反射顯示區中不同的液晶單元間隙或配向，亦 會在兩區域的邊界處產生錯向線(dlscll蝴Gn lme)，導致 灰暗狀態光漏失’而降低顯示影像對比度。 為解決液晶單元間隙不同產生的問題並維持無視差 優勢’吴國專利第2GQ3/G2G2139號揭露—種部分交換 (Partlal switching)的半穿透反射式液晶顯示器，請來閱第 3圖。半穿透反射式液晶顯示器3⑽包括—上基板遍 與一下基板3(Ub’其甲上基板3〇la上覆蓋有一上透明電 極302與一配向膜3〇3a’而下基板扣化上覆蓋有一半穿 透反射器304與一配向膜3〇3b。液晶層3〇5設置於上基 板301a與下基板3〇lb之間。半穿透反射器綱包括一 未圖案化透明電極304a、一圖案化透明電極3_、一位 於圖案化透明電極304b下方的反射器3〇4c以及一絕緣 層304d。未圖案化透明電極定義為穿透顯示區 3〇6’反射器304c定義為反射顯示區3〇7。未圖案化透明 電極304a與圖案化透明電極3_互相連接並具有相同 電位。上透明電極3〇2與下未圖案化透明電極她之間 的電場強度強且與基板301a、301b幾近垂直。此強電場 作用將使液晶分子305a全傾倒。上透明電極3〇2與下圖 〇773-A32080TWF;P2005025;david 10 1352864 案化透明包極304b之間的電場為一雜散電場，且總電場 強度較未圖案化透明電極3〇4a上方的電場強度弱。此較 弱的雜散電場僅會使液晶分子3〇5b部分傾倒，如此，反 射區相延遲大約疋穿透區向延遲的一半。以此結構來 看由於反射窃3〇4c設在圖案化透明電極3〇4b下方， 遂須耗費增加一必要的絕緣層3〇4d製程。雖可將圖案化 透明電極304b移至上基板3〇la來避免製作絕緣層 3〇4d，然不論上述何種方法，弱電場會出現在圖案化透 明電極間隙與共用電極3〇2之間，而強電場出現在穿透 區306與反射區圖案化透明電極3〇4b上方，也就是說， 反射顯示全區不會都是雜散電場，結果使圖案化透明電 極304b上方的液晶分子仍然維持與穿透區3〇6相同的全 ，倒，此對增加反射顯示模式與穿透顯示模式的灰階重 豐性宅無幫助，可參閱美國專利第2〇〇3/〇2〇2139號的第 6圖0 【發明内容】 咖在反射顯示模式十，外部光通過反射區兩次，而在 穿透顯示模式令’背光僅通過穿透區—次。遂在穿透區 與反射區之間的總光學路徑存在著大約兩倍的差異。為 製作穿透區與反射區具有均一液晶單元間隙的半穿透反 射式液晶顯不杰，在施加任何電壓情況下，反射區的相 延遲必須是穿透區相延遲的一半，以使反射模式與穿透 模式的灰階能有較好的重疊性。 11 〇773-A32080TWF;P2005025;david 1352864 • , ★本發明設計-種共用電極圖案與反射器圖案互補的 半穿透反射式液晶顯示器。該裝置設置於一下基板上， 包括-其上覆蓋有一圖案化反射器的未圖案化透明電 ，’使得未覆蓋圖案化反射器的區域成為透光區，而覆 盍圖案化反射器的區域成為可反射人射光的不透光區。 不透光區定義為反射顯示區，透光區定義為穿透顯示 區。士圖案化透明電極可由氧化銦錫所構成，而圖案化 反射器直接設置於未圖案化透明電極上。圖案化反射器 可由具高反射率的導電金屬物質所組成，例如鋁、鋁： 金、、銀或其類似物。圖案化反射器亦可由非導電物質； 構j ’例如具高反射率的多層介電薄膜。由於圖案化反 射器與未圖案化透明電極互相連接，遂兩者之間不須添 加=外的絕緣層。當圖案化反射器的材質為導電金屬物 質時，未圖案化透明電極與圖案化反射器均可作為畫素 電極’然當圖案化反射器的材質為非導電物質時，僅有 未圖案化透明電極可作為畫素電極。 一圖案化透明共用電極覆蓋於一上基板上，而共用 電極圖案與下基板上的反射器圖案大約互補。此即表 =，共用電極沒有設置在反射器上方，而是設置在未覆 盍反射器的透明晝素電極區上方。纟補、的反射器圖案與 用電極圖案構形使穿透顯示區的電場呈縱向電場，反 射顯示區的電場呈雜散電場，造成反射顯示區的電場強 度較穿透顯示區的電場強度弱。藉由圖案尺寸與間隙的 設計，在施加任何電壓情況下，反射顯示區的單—路徑 〇773-A32080TWF;P2005025 ;david 12 :之遲大約為穿透顯示區相延遲的一半。由於 :::二區兩次’背光入射光僅通過穿透顯= 透反射式液晶顯示器。此均一滿 間隙構形可簡化製程，降低成本。 液… 本發明提供-種反射賴案與 =透r一器。此構形中，穿透= ，。㈣：當圖案尺寸與間隙有最佳設計時，反射 〃穿透杈式的灰階彼此會有更好的重疊。 ^ 之新μ種穿透區與反射區經一致化配向處理 ,+穿透反射式液晶顯示器。由於反射器圖案與共 用電極圖案的互補’使反射顯示區的電場 透:員 示區的電㈣度弱。上、下基板在初始階段進行^化貝 配向處理，使得在初始不活動狀態時(ν=ο)，反射區盘穿 1區：液ΐΐ子方向分布呈現一致性。此種構形可減少 t知又液日日早7L間隙法產生錯向線（dischnati〇n 問題。 y ，本發明提供一種具有高對比度及高亮度之新型半穿 透反射式液晶顯示器。所有晝素電極區均可作為穿透區 或反射區。藉由反射器圖案與共用電極圖案互補的栌 制’在相同電塵下，穿透區與反射區均可達到最大亮度。 0773-A32080TWF;P2005025;david 13 丄352864 此外，上、下基板上設置有等向配向膜，可使初始不活 動階段出現極暗狀態，因而呈現非常高的對比度。 本發明提供一種在半穿透反射式液晶顯示器_，建 構下基板反射器圖案與上基板共用電極圖案大約互補之 方法。由於下基板反射器圖案與上基板共用電極圖案互 補，使反射顯示區呈現一雜散電場，穿透顯示區呈現一 縱向電場。 ^為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易 懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細 說明如下： ’ 【實施方式】 本發明經共用電極與晝素電極的適當設計可庐得一 ，有：-液晶單元間隙構形的半穿透反射式液晶顯示 =°半穿反液晶顯示器中’ f光源光線會通過穿透顯示 區的液晶層一次’而外部光線通過反射顯示區的液晶層 兩次。為提高反射顯示模式與穿透顯示模式灰階的重聶 性，背光源輪入光盥外邻入射冰綠产—人2 且 友*，、外邛入射先線在完全通過液晶層 < ’須减大致相㈣相延遲。為達此目的本發明提出 ^ 與反射器圖f互補，以及⑺透明畫素電極 射器圖案互補。期間，穿透區電場為- 縱向電％且與上、下美你趣所千古 卜基板貝貝垂直，而反射顯示區電場 為一雜散電場，复樅内八旦故庙I+ 电0 ν θ 〇縱向刀里強度大約為穿透顯示區縱向 分量強度的一半。 狄向 〇773-A32080TWF；P2〇〇5〇25;david 14 1352864 - 第4圖為本發明一實施例具有均一液晶單元間隙 (cell gap)之半穿透反射式液晶顯示器400結構示意圖。 此顯示器結構包括一第一透明基板405a及一第二透明基 板405b。第一透明基板405a上塗佈有一圖案化氧化銦錫 層406a、一第一非導電性平面層408a以及一第一垂直配 向膜409a。第二透明基板405b上塗佈有一未圖案化氧化 . 銦錫層406b、一圖案化反射器407、一第二非導電性平 面層408b以及一第二垂直配向膜409b。一厚度d的垂直 • 配向負介電向差向列型液晶層410(vertically aligned negative dielectric anisotropic nematic liquid crystal layer) 設置於第一垂直配向膜409a與第二垂直配向膜409b之 間。一負雙折射 c 膜（negative birefringence c-film)404、 一第一四分之一波延遲膜（quarter-wave retardation film)403a、一第一半波延遲膜（half-wave retardation film)402a以及一第一偏光板401a設置於第一基板405a 之另一面上，其中負雙折射c膜404與第一基板405a接 籲觸，第一偏光板401a面向觀察者。第二基板405b另一 面上設置有一第二四分之一波延遲膜403b、一第二半波 延遲膜402b以及一第二偏光板401b。此外，於第二偏光 . 板401b外部提供有一背光源411。圖案化反射器407可 由高反射率之導電金屬物質所構成，例如鋁、鋁合金、 銀或其類似物。圖案化反射器407亦可由非導電物質所 構成，例如高反射率的多層介電薄膜。而圖案化反射器 407與未圖案化透明電極406b之間並不須額外設置其他 0773-A32080TWF;P2005025;david 15 -的絕緣層。當圖幸介；5 。。 耒円…:二 07由導電金屬物質組成時， 未圖案化透明電極406b盎 塊吋 辛雷純且古士 π ，、圖案化反射器407均可作為書 且具有相同電位。而當圖案化反射器4〇7導 電物貝組成時，僅有未圖案化透明電極佩可 電極。圖中的箭丨 ”、' 里素 錢岐伸方向。 隸d 層娜可進—步與薄膜電晶體的沒極 j(未®朴第4圖僅顯示半穿透反射式液晶顯示器單 j區的基本結構’其他如薄膜電晶體、彩色濾光片、 儲存電容、資料線或閘極線等元件並未顯示於其中。被 ^案化反射器407覆蓋的未圖案化氧化銦錫層4_區域 ，義為反射顯示區413，而未被圖案化反射器彻覆蓋的 區域則定義為穿透顯示區412。更重要的是，作為共用電 極的圖案化氧化銦錫層4〇6a可與圖案化反射器4〇7產生 互補效果。也就是說，圖案化氧化銦錫層4〇6&僅遮蔽穿 透顯不區412而不會遮蔽反射顯示區413。因此，穿透顯 示區412的電場與反射顯示區413的電場並不相同。 第5圖係顯示一晝素區中，穿透顯示區412與反射 顯不區413的電場分布。由於圖案化氧化銦錫層406a僅 遮蔽牙透顯示區412而沒有遮蔽反射顯示區413,遂穿透 顯不區412的電場分布為一與第一及第二基板405a、405b 垂直的均勻縱向場（1〇ngitudinal field，Ετ)。反觀，反射顯 不區413的電場分布由於包含縱向、橫向兩不同分量而 為一雜散場（fringing field，Er)。結果可知，穿透顯示區 412均勻縱向場（Ετ)的縱向分量強度較反射顯示區413雜 〇773-A32080TWF;P2〇〇5〇25;david 16 1352864 .散場（ER)的縱向分量強度為強。第6圖係顯示根據第5圖 電場分布情形，穿透顯示區與反射顯示區中液晶分子的 方向分布。在施加電壓下，穿透顯示區412 八 會與基板垂直方向產生-角度為〜的傾角，而反射顯二區 413的液晶分子會與基板垂直方向產生一角度為心的傾 角。由於穿透顯示區412均勻縱向場（Ετ)的縱向分量強度 較反射顯示區413雜散場（ER)的縱向分量強度為強且垂 直配向負介電向差向列型液晶分子的轉動僅與縱向電場 分量有關，遂反射顯示區413液晶分子的傾角士會較穿透 顯示區412液晶分子的傾角七小，而造成穿透顯θ示區412 液晶層410的相延遲（phase retardati0n)較反射顯示區4 i 3 液晶層410的相延遲大。藉由反射顯示區寬度…與液晶 單元間隙d的最適化設計，可使穿透顯示區412液晶: 410的相延遲兩倍於反射顯示區413液晶層41〇的相^ 遲。由於外部入射光束會通過反射顯示區413兩次，背 光源光束僅通過穿透顯示區412 —次，遂此兩道光束經 歷的總相延遲會因此相同，而使穿透式顯示模式與反射 式顯示模式的灰階彼此有更佳的重疊。 為使穿透顯示區412呈現縱向電場，反射顯示區413 呈現雜散電場，在第一基板405a上的氧化銦錫共用電極 圖案必須與第二基板405b上的反射器圖案能產生互補效 果。第7A圖係為本實施例共用電極圖案4〇6a與反射哭 圖案407的上視圖。在第一基板4053上，氧化銦錫電^ 圖案406a佔據部分晝素區，其餘部分為無覆蓋氧化銦錫 〇773-A32080TWF；P2005025;david 17 1352864 •電極的空白畫素區701。在第二基板405b上，所有晝素 區均被未圖案化氧化銦錫晝素電極406b覆蓋，其上再覆 蓋一圖案化反射器407。第二基板405b上的反射器圖案 407面積大約與第一基板405a上的空白區域701面積相 同，使得第一基板405a上的氧化銦錫圖案406a可與第 二基板405b上的反射器圖案4〇7產生互補效果。為進_ • 步清楚說明上述互補關係，請參閱本實施例第一基板 405a上的共用電極圖案406a與第二基板405b上的反射 •器圖案407兩者的7B側視圖。實際上，第二基板4〇讣 上的反射器圖案407不須與第一基板4〇5a上的空白區域 :〇1精確對準。舉凡誤對準、重疊或間隙問題都會存在於 第二基板405b上的反射器圖案4〇7與第一基板4〇5&上 的乳化姻錫圖案406a之間。 除了第7A與7B圖所示梳狀的氧化銦錫電極仂以 與條狀互補的反射器圖案4〇7夕卜，互補的共用電極 與反射器圖案407可有不同的圖案設計，如第％圖所 不。第7C圖為另-實施例共用電極圖案4〇6a與哭 圖案術的側視圖’其中共用電極圖案406a為十字开 互補的反射器圖案407為矩形。第7D圖亦為另—實二’丨 .共用電極圖案4〇以與反射器圖案407的侧視圖，复= 用電極圖案術有許多圓形孔洞，互補的反射器圖案衛 為圓形。事實上，只要共用電極圖案4〇6a與反射 407兩者互補，其他互補的共用電極圖案 圖案407設計均可應用在本發明。 、咐益 0773-A32080TWF;P2005025;david 18 1352864 ^ 依賴電壓的穿透率與反射率可以模擬程式加以計 算。此模擬過程中，選用第4圖所示的面板結構及第7B 圖所示的電極設計並使用液晶混合器（MLc_6608)，其操 作參數列於表卜第一配向膜4〇9a與第二配向膜4〇9b上 的液晶預傾角均與基板垂直方向夾2度且穿透顯示區412 與反射顯示區413的液晶單元間隙d均為5微米。第一 半波膜402a與第一四分之一波膜4〇3a的光學軸（〇ptical aXeS)與第—偏光板4〇la的穿透軸（transmission axis)分別 夾15度及75度，而第二偏光板4〇lb的穿透軸垂直第一 偏光板40la的穿透軸。另第二半波膜4〇2b的光學軸垂 直第半波膜402a的光學軸，第二四分之一波膜 的光學軸垂直第一四分之一波膜403a的光學軸。反射圖 案407由反射率n=〇 895+i6 67的鋁所組成。 第8A圖係揭露第4圖實施例具有不同反射器寬度 w的電壓依賴反射率曲線。第8B圖係揭露第4圖實施例 具有不同反射器寬度…的電壓依賴穿透率曲線。上述反 射或穿透顯示模式，其外部光入射角與偵測角皆為〇。請 二閱第8A圖的反射顯示模式，當反射器寬度w由$微 米改變^ 19微米的過程中，最大反射率持續下降且導通 狀態電壓（〇n-statev〇hage)逐漸增加。反之，請參閱第8B 圖的穿透顯示模式，最大反射率與導通狀態電㈣乎維 持疋値。上述差異係由於穿透顯示區412的縱向電場 (Ετ)不會被反射器寬度w所影響，而反射顯示區413的 雜散電場(Ετ)會被反射器寬度w影響。為設計一高晝質 0773-A32080TWF；P2005025;david 19 1352864 半穿反液晶顯示器’反射顯示模式與穿透顯示模式的灰 階較佳可高度互相重疊。第8C圖係揭露本發明實施例電 壓依賴穿透率及反射率曲線，其液晶單元間 米，反射器寬度為U微米。圖中可看出，反射顯'示模式 與穿透顯示模式兩者的灰階具有極佳的重疊性j此外， 兩種模式的臨界電壓與導通狀態電壓幾乎相同。該些性 質使此種半穿反液晶顯示器容易驅動，且更重要的能有 極佳的視覺舒適感。

Kn_____ 16.7χ1〇·12Ν Κ22 · 7.〇χ1〇-12Ν κ33 18.1x1〇'12N ε 3.6 $丄 7.8 ne 1.5606(^=550nm1 n〇 1.4770(^=55〇nm) 表1 在影像亮度及動態反應速度上，第一配向膜40知與 第二配向膜409b的摩擦方向（rubbing directi〇ns)扮演極 重要的角色。以第7B圖所示條狀電極為例，若摩擦方向 為沿垂直條狀反射圖案4〇7的χ轴方向，反射顯示模式 與穿透顯示模式的上升週期反應速度（dse ped〇d response speed)會變得很慢。第9A圖為當摩擦方向為χ 0773-A32080TWF;P2005025;david 20 864 m第7B圖所示具有條狀電極設計的均態方向分布 eqmi numstatedlrect〇r distributi〇n)剖面圖。由於 =區413=散電場（Er)較穿透顯示區4i2的縱向電場 逐牙透顯不區412的液晶分子會先沿 傾斜而擠壓反射顯示區413的液晶分子。然而，當= =不區。413液晶分子適應過後，卻又會回過頭_穿 貞不區412的液晶分子。此種作用力使位於 與穿相示區化邊緣的液晶分子從紅平^ 區’液晶分子的扭轉變形會發生在反射顯示 ㈣交界處。由於液晶分子的扭轉 曰祕極長時間，遂使得上升週期反應速度變慢。 f 一方面，若摩擦方向為沿平行條狀反射圖案407的γ 由=向’則反射顯示模式與穿透顯示模式的上升週期反 :速度會變得相冑較快。第9B圖為當摩擦方向為Y轴方 =第7B圖所不具有條狀電極設計的均態方向分布剖面 "由於摩擦方向與條狀反射圖案407方向平行，使得 ^射^不區413與穿透顯示區412的液晶分子只適應在 、'面，而不會有扭轉變形的情形發生在全晝素區。因 此’虽摩擦方向是沿條狀反射圖帛4〇7的方向時，動態 上升時間會很快。第9C圖係不同摩擦方向例，其上升= 期動態反應的比較。當摩擦方向沿平行條狀反射圖案彻 方向的Y軸時’可發現有快的反應速度及高的亮度。因 此，對於條狀反射圖案而言，最佳的摩㈣度為平 狀反射圖案的角度。 ” 〇773-A32080TWF；P2〇〇5〇25；david 21 1352864 * 第4圖實施例中，第一基板上的共同電極圖案與第 二基板上的反射器圖案互補，因此，第一基板必須與第 二基板有很好的對準。然為避免製程上的對準需要，第 10圖揭露本發明之另一實施例，具有均一液晶單元間隙 (cell gap)之半穿透反射式液晶顯示器900結構。此顯示 器結構包括一第一透明基板905a及一第二透明基板 • 905b。第一透明基板905a上塗佈有一未圖案化氧化銦錫 層906a以及一第一垂直配向膜909a。第二透明基板905b • 上塗佈有一圖案化氧化銦錫層906b、一圖案化反射器 907、一非導電性平面層908b以及一第二垂直配向膜 909b。一厚度d的垂直配向負介電向差向列型液晶層 910(vertically aligned negative dielectric anisotropic nematic liquid crystal layer)設置於第一垂直配向膜 909a 與第二垂直配向膜909b之間。一負雙折射c膜（negative birefringence c-film)904、一第一四分之一波延遲膜 (quarter-wave retardation film)903a、一第一半波延遲膜 • (half-wave retardation film)902a 以及一第一偏光板 901a 設置於第一基板905a之另一面上，其中負雙折射c膜904 與第一基板905 a接觸，第一偏光板901a面向觀察者。 . 第二基板905b另一面上設置有一第二四分之一波延遲膜 903b、一第二半波延遲膜902b以及一第二偏光板901b。 此外，於第二偏光板901b外部提供有一背光源911。圖 案化反射器907可由高反射率之導電金屬物質所構成， 例如鋁、鋁合金、銀或其類似物。圖案化反射器907亦 0773-A32080TWF;P2005025;david 22 •可由非導電物質所構成，例如 膜。當圖案化反射器907由導電多層介電薄 化透明電極嶋與圖案化反射器90屬7=:成時’圖案 僅有圖案化透明電極_可 相連接，故 反射器907由非導電物質組成時、旦圖宰化而當圖案化 與圖案化反射器907 圖案化透明電極嶋 電極9_可作為晝素電 實有圖案化透明 案9_與反射器圖案907互；此【;：中_=電極圖 延伸方向。圖案化氧化銦錫層鳩 步與薄膜電晶體的汲極連接(未 進 穿诱/5射彳、六a β _ 、个口不’弟圖僅顯不半 示器單一晝素區的基本結構，其他如 等=!:光片、儲存電容、資料線或閘極線 並未顯示於其中。圖案化氧化銦錫層9_區域定 反射顯透，不區912’而圖案化反射器907區域則定義為 化銦錫層9_可==二作為共用電極的圖案化氧 ★、 _ 了，、圖案化反射器907產生互補效果。因 牙透員示區912的電場與反射顯示區913的電場並 不相同。 一 ^ 11圖係顯示一畫素區中，穿透顯示區912與反射 ’、、’、頁^，913的電場分布。由於圖案化氧化銦錫層9〇6b僅 遮蔽穿透顯示區912而沒有遮蔽反射顯示區913,遂穿透 顯不區912的電場分布為一與第一及第二基板905a、905b 垂直的均勻縱向場（longitudinal field，ET)。反觀，反射顯 不區913的電場分布由於包含縱向、橫向兩不同分量而 〇773-A32080TWF;P2〇〇5〇25；david 23 1352864 -與反射器圖案907的上視圖。在第一基板905a上，氧化 銦錫電極906a並無圖案化。在第二基板905b上，一部 分被圖案北氧化銦錫畫素電極906b覆蓋，一部分被互補 的圖案化反射器907覆蓋。第二基板905b上的氧化銦錫 圖案906b可與反射器圖案907產生互補效果。為進一步 清楚說明上述互補關係，請參閱本實施例第二基板905b 上的氧化銦錫電極圖案906b與反射器圖案907兩者的 13B侧視圖。實際上，第二基板905b上的反射器圖案907 • 不須與氧化銦錫圖案906b精確對準。舉凡誤對準、重疊 或間隙問題都會存在於第二基板905b上的反射器圖案 907與氧化銦錫圖案906b之間。 除了第13A與13B圖所示梳狀的氧化銦錫電極906b 與條狀互補的反射器圖案907外，互補的氧化銦錫電極 906b與反射器圖案907可有不同的圖案設計，如第13C 圖所示。第13C圖為另一實施例氧化銦錫電極圖案906b 與反射器圖案907的側視圖，其中氧化銦錫電極圖案906b • 為十字形，互補的反射器圖案907為矩形。第13D圖亦 為另一實施例氧化銦錫電極圖案906b與反射器圖案907 • 的側視圖，其中氧化銦錫電極圖案906b有許多圓形孔 - 洞，互補的反射器圖案907為圓形。事實上，只要氧化 銦錫電極圖案906b與反射器圖案907兩者互補，其他互 補的氧化銦錫電極圖案906b與反射器圖案907設計均可 應用在本發明。 依賴電壓的穿透率與反射率可以模擬程式加以計 0773-A32080TWF;P2005025;david 25 1352864 •算。此模擬過程中，選用第10圖所示的面板結構及第13B 圖所示的電極設計並使用液晶混合器（MLC-6608)，其操 作參數列於表卜第一配向膜909a與第二配向膜909b上 的液晶預傾角均與基板垂直方向夾2度且穿透顯示區912 與反射顯示區913的液晶單元間隙d均為5微米。第一 半波膜902a與第一四分之一波膜9〇3a的光學軸（optical axes)與苐一偏光板901a的穿透軸（transmission axis)分別 夾15度及75度’而第二偏光板9〇lb的穿透軸垂直第一 • 偏光板90la的穿透軸。另第二半波膜902b的光學軸垂 直第一半波膜902a的光學軸，第二四分之一波膜9〇3b 的光學軸垂直第一四分之一波膜903a的光學軸。反射圖 案907由反射率n=0.895+i6.67的鋁所組成。 第14A圖係揭露第1〇圖實施例具有不同反射器寬 度W的電壓依賴反射率曲線。第14B圖係揭露第1〇圖 實施例具有不同反射器寬度W的電壓依賴穿透率曲、線。 上述反射或穿透顯示模式，其外部光入射角與偵測角$ • 為〇。請參閱第14A圖的反射顯示模式，當反射器寬度 W由5微米改變至19微米的過程中，最大反射率持續下 • 降且導通狀態電壓（on-state voltage)逐漸增加。反之，枝 - 參閱第14B圖的穿透顯示模式，最大反射率與導通狀態 電壓幾乎維持一定値。上述差異係由於穿透顯示區912 的縱向電場（Ετ)不會被反射！§'寬度W所影響》而反射裔貝 示區913的雜散電場（Ετ)會被反射器寬度W影響。為言泛 計一高畫質半穿反液晶顯示器，反射顯示模式與穿透顯 0773-A32080TWF；P2005025;david 26 1352864 =的灰階較佳可高度互相重疊。第14C圖係 ^ =例電壓依賴穿透率及反射率㈣，其液晶單元 ，、為5微米，反射益寬度為U微米。圖中可看出 f射顯示模式與穿透顯示模式兩者的灰階具有極佳的重 1〖生。此外，兩種杈式的臨界電壓與導通狀態電壓幾 相同。該些性質使此種半穿反液晶顯示器容易驅動，且 更重要的能有極佳的視覺舒適感。 卜在影像亮度及動態反應速度上，第一配向臈909a與 第二配向膜909b的摩擦方向(rubbing —S)扮演極 重要的角色。以第13B圖所示條狀電極為例，若摩擦方 向為沿垂直條狀反射圖案907的X軸方向，反射顯示模 式與穿透顯示模式的上升週期反應速度（Hse ped〇d response speed)會變得很慢。第15A圖為當摩擦方向為χ 軸方向，第7B圖所示具有條狀電極設計的均態方向分布 (equilibrium state director distribution)剖面圖。由於反射 顯示區913的雜散電場（Er)較穿透顯示區912的縱向電場 (Ετ)弱，遂牙透顯示區912的液晶分子會先沿χ軸方向 傾斜而擠壓反射顯示區913的液晶分子。然而’當反射 顯示區913液晶分子適應過後，卻又會回過頭來擠壓穿 透顯示區912的液晶分子。此種作用力使位於反射顯示 區913與穿透顯示區912邊緣的液晶分子從χζ平面突 出。換句話說，液晶分子的扭轉變形會發生在反射顯示 區913與牙透顯示區912父界處。由於液晶分子的扭轉 變形會消耗極長時間’遂使得上升週期反應速度變慢。 0773-A32080TWF;P2005025;david 27 '004 二方^面’若摩擦方向為沿平行條狀反射圖荦907的 =二射顯示模式與穿透顯示模式的上二:: 剖摩二：：：=·=布 ::反:::區：3與穿透顯示區912的液晶分子:適 當摩擦方向是沿條狀反射圖案9。7的方向:素 =上升日，間會很快115C圖係不同摩擦方向例，宜 二==反應的比較。當摩擦方向沿平行條狀反射 j 7方向的Y軸時’可發現有快的反應速度及高的 冗又。因此’對於條狀反射圖案而言，最佳的摩擦角产 為平行條狀反射圖案的角度。 又 不 本發明提供一種穿透顯示區與反射顯示區具有均一 液晶單元間隙的半穿透反射式液晶顯示器。透過共用電 極圖案與反射器圖案互補或氧化銦錫畫素電極圖案與反 射器圖案互補的設計，使穿透顯示區的電場為一均勻縱 向電場，反射顯示區的電場為一雜散電場。因此，穿透 顯示區的垂直配向負介電向差向列型液晶分子於初始狀 態Β·=τ ’會較反射顯不區的液晶分子與基底垂直方向夾更 大的傾斜角度。結果使外部入射光在反射顯示區中經歷 較小的相延遲’背光源光線經歷較大的相延遲。由於外 部光會通過反射顯示區兩次，背光源光線僅通過穿透顯 "區一次’藉由電極與反射器寬度的設計，即可使兩道 0773-A32080TWF;P2005025;david 28 光束在反射顯示區盘穿读Jg - p-丄 相延遲.如此，將使;幾乎完全相同的 的光電雜錢衫㈣料歧射式顯示模式 雖然本發明已以難#施例揭 以限定本發明，任何孰 …、其並非用 = 申和乾圍内’當可作更動與潤飾，因此本發明= 。蔓乾圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。’、 意圖 【圖式簡單說明】 第1圖係為習知半穿透反射式液晶顯示器之結構 不 意圖第2圖係為習知半穿透反射式液晶顯示器之結構 意圖第3圖係為智知半穿透反射式液晶顯示器之結構 不 不 液 顯干本發明之—實施例，半穿透反射式 ，，肩不态之結構示意圖。 示區與反射顯 第5圖係揭露第4圖實施例，穿透顯 示區之電場分布。 ^6圖係揭露於第5圖電場分佈下，穿透顯示區與 反射顯不區之方向分布。 索盘二I::為第4圖貫施例’第-基板共用電極圖 /、人弟一基板反射器圖案之上視圖。 電極圖 第7B圖係為第4圖實施例，第—基板共用 〇773-A32080TWF;P2005025;david 29 •案與第二基板反射器圖案之側視圖。 ^第7C圖係為本發明之另一實施例，第一基板共用 電極圖案與第二基板反射器圖案之側視圖。 “第7D圖係為本發明之另一實施例，第一基板共用 電極圖案與第二基板反射器圖案之側視圖。 '、第8A圖係揭露第4圖實施例，於液晶單元間隙$ 微米及—不同反射器寬度條件下之電壓依賴反射率曲線。 第8B圖係揭露第4圖實施例，於液晶單元間隙$ U及不同反射H寬度條件下之電壓依 第-圖係觸4圖實施例，比較於二 #及反射&寬度U微米條件下之㈣依賴穿透率 曲線與電壓依賴反射率曲線。 且^c 19A圖係田摩擦方向為X軸方向時，第7B圖所示 一卞狀電極設計之均態方向分布剖面圖。 罝你iif ,9B圖係田摩擦方向為Y轴方向時，第7B圖所示 条狀^電極設計之均態方向分布剖面圖。 第9C圖係揭露一實施例中 週期動態反應。 J厚k方向之上开 曰顯第圖係為本發明之另一實施例，半穿透反射式液 日日顯不器之結構示意圖。 才边 第1 1圖係揭露第1 〇A Μ 顯示區之電場分布。貫例’穿透顯示區與反射 第12圖係揭露於第 與反射顯示區之方向分^圖電^佈下’穿透顯示區 〇773-A32080TWF；P2〇〇5〇25;david 30 第13A圖係為第1〇圖實施例，第二基板氧化姻錫 電極圖，與反射器圖案之上視圖。 第13B圖係為第1〇圖實施例，第二基板氧化姻錫 電極圖，與反射器圖案之側視圖。 第13C圖係為本發明之另—實施例，第二基板氧化 銦錫電極圖案與反射器圖案之側視圖。 第13D圖係為本發明之另一實施例，第二基板氧化 銦錫電極圖案與反射器圖案之側視圖。 5伞第MA圖係揭路第1〇圖實施例，於液晶單元間隙5 卡及不同反射器寬度條件下之電壓依賴反射率曲線。 第14B圖係揭露第1〇圖實施例，於液晶單元間隙$ 微米及不同反射器寬度條件下之電壓依賴穿透率曲線。 苐14C圖係揭露第1 π^ 間隙5微米及反射器寬度比較於液晶單元 率曲線與電壓依賴反射;^條件下之電壓依賴穿透 亍且：：係+當摩擦方向為X軸方向時，第圖所 .不具條狀電極設計之均態方向分布剖面圖。 第15B圖係當摩擦方向為 示具條狀電極設計之均態方向分布剖面圖％，第13 B圖所 週期動第態：繼^ 【主要元件符號說明】 10〜半穿透反射式液晶顯示器； 〇773-A32080TWF;P2005025;david 1352864 11〜前偏光板； 12〜液晶面板， 13〜後偏光板； 14〜半穿透反射器； 15〜背光源； 200〜半穿透反射式液晶顯示器； 201a〜上線性偏光板；201b〜下線性偏光板； 202a〜上補償膜； 202b〜下補償膜； 203a〜上透明基板； 203b〜下透明基板； 204a、204b〜透明電極；

205a〜第一配向膜； 205b〜第二配向膜； 206〜隔離層； 207〜圖案化反射層； 208〜液晶層； 209〜背光源； 210〜反射顯示區； 211〜穿透顯示區； 212〜半穿透反射器； 300〜半穿透反射式液晶顯示器； 301a〜上基板； 301b〜下基板； 302〜上透明電極； 303a、303b〜配向膜；

3〇4〜半穿透反射器；304a〜未圖案化透明電極； 3 04b~圖案化透明電極， 304c〜反射器； 304d〜絕緣層； 305〜液晶層； 305a、305b〜液晶分子； 306〜穿透顯示區； 307〜反射顯示區； 400、900〜半穿透反射式液晶顯示器； 401a、901a〜第一偏光板； 401b、901b〜第二偏光板； 0773-A32080TWF;P2005025;david 32 1352864 402a、902a〜第一半波延遲膜； 402b、902b〜第二半波延遲膜； 403a、903a〜第一四分之一波延遲膜； 403b、903b〜第二四分之一波延遲膜； 4〇4、904〜負雙折射膜； 405a、905a〜第一透明基板； 405b、905b〜第二透明基板； 406a〜圖案化氧化銦錫層； 406b〜未圖案化氧化銦錫層； 407、907〜圖案化反射器； 408a〜第一非導電性平面層； 408b〜第二非導電性平面層； 409a、909a〜第一垂直配向膜； 409b、909b~第二垂直配向膜； 410、 910〜垂直配向負介電向差向列型液晶層； 411、 911〜背光源； 412、912〜穿透顯示區； 413、913〜反射顯示區； 7 01〜未被氧化姻錫電極佔據之畫素區， 906a〜未圖案化氧化銦錫層； 906b〜圖案化氧化銦錫層；908〜非導電性平面層； d〜液晶早元間隙， Ετ〜均勻縱向電場，

Er〜雜散電場， W〜反射顯不區寬度， A、A〜液晶分子傾角。 0773-A32080TWF;P2005025 ;david 33

Claims (1)

1352864 年午月6曰修正土J ' 第95114128號 修正日期:100.4.15 修正本 十、申請專利範圍： 1.一種半穿透反射式液晶顯示器裝置，包括： 一第一基板，其上至少覆蓋有一圖案化透明電極、 一第一非導電性平面層及一第一垂直配向膜； 一第二基板，其上至少覆蓋有一未圖案化透明電 極、一圖案化反射器、一第二非導電性平面層及一第二 垂直配向膜； 一具有負介電向差（negative dielectric anisotropy)之 向列型液晶層（nematic liquid crystal layer)，設置於該第 一基板之第一垂直配向膜與該第二基板之第二垂直配向 膜之間； . 一第一線性偏光板，設置於該第一基板外側，相對 於該向列型液晶層； 一第二線性偏光板，設置於該第二基板外側，相對 於該向列型液晶層並面向一背光源； 一負雙折射延遲膜（negative birefringence retardation film)，設置於該向列型液晶層與該第一線性偏 光板之間，其光學軸垂直於膜表面； • 一第一半波延遲膜（half-wave retardation film)，設置 - 於該向列型液晶層與該第一線性偏光板之間； 一第一四分之一波延遲膜（quarter-wave retardation film)，設置於該向列型液晶層與該第一半波延遲膜之間； 一第二半波延遲膜，設置於該向列型液晶層與該第 二線性偏光板之間；以及 34 13-52864 第9μ1μ28號 修正日期:100.4.15 修正本 一第二四分之—波延遲膜，設置於該向列型液晶層 與該第二半波延遲膜之間，其中該第一基板上之圖案化 透明電極係為一共用電極’該圖案化反射器係直接設置 於邊未圖案化透明電極上，該未覆蓋該圖案化反射器之 未圖案化透明電極區域係定義為一穿透顯示區，而該覆 盖該圖案化反射器之未圖案化透明電極區域則定義為一 反射顯不區’該第二基板上之圖案化反射器之圖案與該 第一基板上之圖案化透明電極之圖案大體互補，使該穿 透,具示區產生一貝質上之縱向電場（longitudinal electric Id) °玄反射顯示區產生一雜散電場（fringing fieid)。 2.如申請專利範圍第1項所述之半穿透反射式液晶 ，不态裝置，其中該第二基板上之圖案化反射器係由具 咼反射率之鋁、鋁合金或銀金屬物質所組成。 甚—3·如申請專利範圍第2項所述之半穿透反射式液晶 頦不為裝置，其中該圖案化反射器係直接與該第二基板 j之未圖案化透明電極連接，該圖案化反射器與該未圖 木化透明電極具有實質上相同之電位，兩者均作為晝素 電極。 s _ 4.如申請專利範圍第丨項所述之半穿透反射式液晶 ^不益裝置，其中該第二基板上之圖案化反射器係由具 向反射率之多層非導電薄膜所組成。 如申請專利範圍第4項所述之半穿透反射式液晶 上示°。衣置，其中該圖案化反射器係直接與該第二基板 之未圖案化透明電極連接，該第二基板上之未圖案化 35 13*52864 第 95114128 號 修正日期:100.4.15 修正本 透明電極係作為一晝素電極，而該第二基板上之圖案化 反射器非晝素電極。 6.—種半穿透反射式液晶顯示器裝置，包括： 第基板，其上至少覆盖有一未圖案化透明電極 及一第一垂直配向膜； —第二基板，其上至少覆蓋有一圖案化透明電極' 圖案化反射裔、一非導電性平面層及一第二垂直配向 膜； 一具有負介電向差之向列型液晶層，設置於該第— 基板之第一垂直配向膜與該第二基板之第二垂直配向膜 之間； ' —第一線性偏光板，設置於該第一基板外侧，相對 於該向列型液晶層並面向觀察者； 一第二線性偏光板，設置於該第二基板外側，相對 於該向列型液晶層； 月光源，設置於該第二線性偏光板外部； ——負雙折射延遲膜，設置於該向列型液晶層與該第 —線性偏光板之間，其光學軸垂直於膜表面； 一第一半波延遲膜，設置於該向列型液晶層盥 一線性偏光板之間； 弟 ώ ；'[时之—波延賴，設置於該向列型液晶層 〜該第—半波延遲膜之間； 第一半波延遲膜，設置於該向列型液晶層與誃 二線性偏光板之間；以及 〃 36 1352864 • 苐95Π4128號 修正日期:Ι00·4·15 修正本 一第二四分之一波延遲膜，設置於該向列型液晶層 與該第二半波延遲膜之間，其中該第一基板上之未圖案 化透明電極係為一共用電極，該第二基板上之圖案化反 射器大體覆蓋於該第二基板上未覆蓋該圖案化透明電極 之區域，該未覆蓋該圖案化反射器之圖案化透明電極區 域係定義為一穿透顯示區，而該圖案化反射器區域則定 義為一反射顯示區，該第二基板上之圖案化反射器之圖 案與該第二基板上之圖案化透明電極之圖案大體互補， ' 使該穿透顯示區產生一實質上之縱向電場，該反射顯示 區產生一雜散電場。 7. 如申請專利範圍第6項所述之半穿透反射式液晶 顯示器裝置，其中該第二基板上之圖案化反射器係由具 高反射率之銘、銘合金或銀金屬物質所組成。 8. 如申請專利範圍第7項所述之半穿透反射式液晶 顯示器裝置，其中該圖案化反射器係不與該第二基板上 之圖案化透明電極連接，該第二基板上之圖案化透明電 極係作為一畫素電極，而該圖案化反射器非畫素電極。 9. 如申請專利範圍第6項所述之半穿透反射式液晶 ' 顯示器裝置，其中該第二基板上之圖案化反射器係由具 • 高反射率之多層非導電薄膜所組成。 10. 如申請專利範圍第9項所述之半穿透反射式液晶 顯示器裝置，其中該第二基板上之圖案化透明電極係作 為一晝素電極，而該圖案化反射器非晝素電極。 11. 一種半穿透反射式液晶顯示器裝置之製造方 37 1352864 ’ 第95Π4128號 修正曰期:100.4.15 修正本 法，包括： 設計一圖案化透明共用電極於一第一基板上；以及 設計一其上覆蓋有一圖案化反射器之未圖案化透明 晝素電極於一第二基板上，其中該第二基板上之圖案化 反射器係直接與該第二基板上之未圖案化透明晝素電極 連接，該第二基板上之圖案化反射器之圖案與該第一基 板上之圖案化透明共用電極之圖案大體互補。 12. —種半穿透反射式液晶顯示器裝置之製造方 ' 法，包括： 設計一未圖案化透明共用電極於一第一基板上；以 及 設計一圖案化透明晝素電極與一圖案化反射器於一 第二基板上，其中該第二基板上之圖案化反射器大體覆 蓋於該第二基板上未覆蓋該圖案化透明晝素電極之區 域，該第二基板上之圖案化反射器非晝素電極，該第二 基板上之圖案化反射器之圖案與該第二基板上之圖案化 透明晝素電極之圖案大體互補。 38