CN100383614C - 半穿透半反射式液晶显示装置 - Google Patents
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Abstract
一种半穿透半反射式液晶显示装置包括一上基板，一下基板，一位于该上基板与该下基板之间的液晶层，一公共电极设置在上基板，像素电极设置在下基板，该像素电极、公共电极及位于其中间的液晶层构成像素区域，该每一像素区域具一反射区电极及一穿透区电极，其中该液晶层靠近基板的一侧液晶分子预倾角为0度至15度，另一侧液晶分子预倾角为75度至90度，该上基板外侧及下基板外侧分别设置有一第一上延迟片及第一下延迟片，该第一上延迟片及第一下延迟片均为四分之一波长片。该液晶显示装置具有高对比度，视角良好的特性。
Description
【技术领域】
本发明是关于一种液晶显示装置，尤其是关于一种半穿透半反射式液晶显示装置。
【背景技术】
液晶显示装置因具有低辐射性、体积轻薄短小及耗电低等特点，故于使用上日渐广泛，且随着相关技术的成熟及创新，其种类也日益繁多。
根据液晶显示装置所利用光源的不同，可分为穿透式液晶显示装置与反射式液晶显示装置。穿透式液晶显示装置须于液晶显示面板背面设置一背光源以实现图像显示，但是，背光源的耗能约占整个穿透式液晶显示装置耗能的一半，故穿透式液晶显示装置的耗能较大。反射式液晶显示装置能解决穿透式液晶显示装置耗能大的问题，但是在光线微弱的环境下很难实现图像显示。半穿透半反射式液晶显示装置能解决以上的问题。
请参阅图1，现有技术半穿透半反射式液晶显示装置1包括两个相对的透明下基板11与上基板12、一液晶层13夹在该下基板11与上基板12之间。一透明公共电极14及一配向膜18依次设置在该上基板12的内侧，一上延迟片122及一上偏光板121依次设置在该上基板12的外侧。一透明电极17、一钝化层16、一反射电极15及一配向膜19依次设置在该下基板11的内侧，其中该钝化层16及反射电极15具一开口151。一下延迟片112及一下偏光板111依次设置在该下基板11的外侧。
该上延迟片122与下延迟片112为四分之一波长片(λ/4)，配向膜18、19为水平配向(Homogeneous Alignment)，上偏光板121与下偏光板111的偏振方向互相垂直。反射电极15为高反射率的金属铝(Al)，透明公共电极14与透明电极17为透明导电材料如氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)或氧化铟锌(IndiumZinc Oxide，IZO)。液晶层13具有不同的厚度，其中透明公共电极14与反射电极15间液晶层13的厚度为d11，透明公共电极14与透明电极17间液晶层13的厚度为d12，其中d12大约为d11的两倍。液晶层厚度为d11的区域为反射区域，液晶层厚度为d12的区域为穿透区域。
反射区域的液晶层13的光学延迟为：
Δn·d11＝λ/4
由于d12大约为d11的两倍，故穿透区域的液晶层13的光学延迟为：
Δn·d12＝λ/2
其中Δn为液晶层13的双折射率，λ是光线的波长。
请参阅图2，为半穿透半反射式液晶显示装置的亮态与暗态下的液晶分子排列示意图。未施加电压时液晶分子沿水平方向排列，由于反射区域的液晶层13的光学延迟为λ/4，穿透区域的液晶层13的光学延迟为λ/2，故该半穿透半反射式液晶显示装置1为亮态。施加电压时液晶分子沿垂直于基板11、12的方向排列，液晶层13的光学延迟为0，故该半穿透半反射式液晶显示装置1为暗态。通过施加不同值的电压可实现不同的灰阶显示。
但是，施加电压时，由于配向膜18、19与位于其附近的液晶分子间具有锚钩能(Anchoring Energy)，配向膜18、19附近的液晶分子并不能完全沿垂直于基板11、12的方向排列，且光线经过该液晶层13会时，由于在反射区及穿透区的光程不同，存在光程差，所以产生光学延迟，使得该半穿透半反射式液晶显示装置1在暗态时存在漏光现象。请参阅图3，是现有技术半穿透半反射式液晶显示装置1的电压与穿透率的曲线图，当电压逐渐升高(达到5V时)，该半穿透半反射式液晶显示装置1的穿透率不为0，也就是说此时不能实现全黑，仍然有部份光线通过，无法实现暗态的显示，从而影响其对比度及视角特性。
【发明内容】
为了克服现有技术中液晶显示装置对比度低及视角特性差的问题，本发明提供一种具高对比度及良好视角特性的半穿透半反射式液晶显示装置。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：提供一种半穿透半反射式液晶显示装置，其包括：一上基板，一下基板，一位于该上基板与该下基板之间的液晶层，一公共电极设置在上基板，像素电极设置在下基板，该像素电极、公共电极及位于其中间的液晶层构成像素区域，该每一像素区域具一反射区电极及一穿透区电极，其中该液晶层靠近基板的一侧液晶分子预倾角为0度至15度，另一侧液晶分子预倾角为75度至90度，该上基板外侧及下基板外侧分别设置有一第一上延迟片及第一下延迟片，该第一上延迟片及第一下延迟片均为四分之一波长片。
本发明解决技术问题所采用的另一技术方案是：提供一种半穿透半反射式液晶显示装置，其包括：一上基板，一下基板，一位于该上基板与该下基板之间的液晶层，一公共电极设置在上基板，像素电极设置在下基板，该像素电极、公共电极及位于其中间的液晶层构成像素区域，该每一像素区域具一反射区电极及一穿透区电极，其中该液晶层靠近基板的一侧液晶分子预倾角为0度至15度，另一侧液晶分子预倾角为75度至90度，该上基板外侧设置有第一上延迟片及第二上延迟片，该下基板外侧设置有第一下延迟片及第二下延迟片。
本发明可进一步配合盘状分子膜及补偿膜，其中该第一延迟片、第二延迟片、盘状分子膜及补偿膜的位置可相互交换。
相比现有技术，本发明的有益效果是：本发明半穿透半反射式液晶显示装置的液晶层靠近基板的两侧采用不同的配向方向且具有一定的预倾角度，使得该液晶分子在电压的作用下，可以在较短时间内扭转。第一上延迟片及第一下延迟片能够对施加电压时由于液晶分子并不完全垂直于基板排列而造成的剩余光学相位延迟进行补偿，从而减少暗态时的漏光现象，提高该半穿透半反射式液晶显示装置的对比度，并配合不同的盘状分子膜及补偿膜进一步提高视角特性，而且该半穿透半反射式液晶显示装置的穿透区域与反射区域具有相同的液晶间隙厚度，简化制程，使得穿透区域与反射区域的液晶具有一致的反应时间，具有响应快、驱动电压低等特性。
【附图说明】
图1是现有技术半穿透半反射式液晶显示装置的剖面示意图。
图2是现有技术半穿透半反射式液晶显示装置的亮态与暗态下的液晶分子排列示意图。
图3是现有技术半穿透半反射式液晶显示装置的穿透率与驱动电压关系曲线图。
图4是本发明半穿透半反射式液晶显示装置第一实施方式的剖面示意图。
图5是该半穿透半反射式液晶显示装置第一实施方式的反射区域的运作示意图。
图6是该半穿透半反射式液晶显示装置第一实施方式的穿透区域的运作示意图。
图7是本发明半穿透半反射式液晶显示装置第二实施方式的剖面示意图。
图8是本发明半穿透半反射式液晶显示装置第三实施方式的剖面示意图。
图9是本发明半穿透半反射式液晶显示装置第四实施方式的剖面示意图。
图10是本发明半穿透半反射式液晶显示装置第五实施方式的剖面示意图。
图11是本发明半穿透半反射式液晶显示装置第六实施方式的剖面示意图。
图12是本发明半穿透半反射式液晶显示装置第七实施方式的剖面示意图。
图13是本发明半穿透半反射式液晶显示装置第八实施方式的剖面示意图。
图14是本发明半穿透半反射式液晶显示装置第九实施方式的剖面示意图。
【具体实施方式】
请参阅图4，本发明半穿透半反射式液晶显示装置第一实施方式的结构示意图。本发明半穿透半反射式液晶显示装置10包括一上基板22、一与上基板22相对设置的下基板21、一位于该二基板22、21间的液晶层23，该液晶层23包括多个正型液晶分子(未标示)，该液晶层的液晶分子为混合配向(HybridAlignment)，即该液晶层靠近基板的一侧为水平配向(Homogeneous Alignment)，液晶分子预倾角为0度至15度，另一侧为垂直配向(Vertical Alignment)液晶分子预倾角为75度至90度，该液晶层中掺入旋光物(Chiral Dopant)，使得液晶分子更易扭转。
该上基板22的外侧依次设置一第一上延迟片521、一第二上延迟片522及一上偏光板32。该上基板22的内侧依次设置一公共电极221及一上配向膜42。该公共电极221为透明导电材料，如氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)或氧化铟锌(Indium ZincOxide，IZO)。
该下基板21的外侧依次设置一第一下延迟片511、一第二下延迟片512及一下偏光板31。穿透电极212与反射电极211设置在该下基板21的内侧，一起构成像素电极，当施加电压时，像素电极与该公共电极221间产生一垂直于基板22、21的电场以控制液晶分子的偏转，而显示图像显示。该穿透电极212为透明导电材料，如氧化铟锡(ITO)，该反射电极211为具高反射率的金属材料，如铝(Al)。
该像素电极、公共电极221及位于其中的液晶层23构成一像素区域。其中，与反射电极211所对应的像素区域为反射区域，与穿透电极212所对应的像素区域为穿透区域。外界环境光通过反射区域的液晶层23后通过反射电极211的反射作用再次通过反射区域的液晶层23而实现图像显示。其中，该反射区域的液晶层厚度与该穿透区域的液晶层厚度相同，使得反射区域的液晶与该穿透区域的液晶具有相同的反应时间，且制程简单。
其中，该第一上延迟片521及第一下延迟片511为四分之一波长片(λ/4)，该第二上延迟片522及第二下延迟片512为二分之一波长片(λ/2)。
其中该第二上延迟片522的光轴与上偏光板32的偏振轴具一夹角θ1，则该第一上延迟片521的光轴与上偏光板32的偏振轴的夹角为2θ1±45°。该第二下延迟片的光轴与该下偏光板的偏振轴具一夹角θ2，该第一下延迟片的光轴与下偏光板的偏振轴的夹角为2θ2±45°。θ1在8°～22°或68°～82°之间，θ2在8°～22°或68°～82°之间。当θ1＝θ2时，上偏光板32的偏振轴与下偏光板31的偏振轴垂直，第一上延迟片521的光轴与第一下延迟片511的光轴垂直，第二上延迟片522的光轴与第二下延迟片512的光轴垂直。且该第一盘状分子膜624及第二盘状分子膜614的分子排列方向平行于该水平配向基板的摩擦方向，第一补偿膜721及第二补偿膜711分子排列方向垂直于该水平配向基板的摩擦方向。
反射区域的液晶层23及第一盘状分子膜624的相位延迟关系满足公式：
RetLCR(VOff)-RetLCR(VOn)＝λ/4±m(λ/2)，m＝0，1，2，...
RetLCR(VOn)+RetF624＝m(λ/2)，m＝0，1，2，...
其中，RetLCR(VOff)为亮态时反射区域的液晶层23的相位延迟，RetLCR(VOn)为暗态时反射区域液晶层23的相位延迟，RetF624为第一盘状分子膜624的相位延迟。
穿透区域的液晶层23、第一盘状分子膜624及第二盘状分子膜614的相位延迟关系满足公式：
RetLCT(VOff)-RetLCT(VOn)＝λ/2±mλ，m＝0，1，2，...
RetLCT(VOn)+RetF624+RetF614＝mλ，m＝0，1，2，...
其中，RetLCT(VOff)为亮态时穿透区域液晶层23的相位延迟，RetLCT(VOn)为暗态时液晶层23的相位延迟，RetF624、RetF614分别为第一盘状分子膜624及第二盘状分子膜614的相位延迟。
本实施方式中，RetLCR(0V)-RetLCR(3.7V)＝λ/4
RetLCR(3.7V)+RetF624＝0
RetLCT(0V)-RetLCT(3.7V)＝λ/2
RetLCT(3.7V)+RetF624+RetF614＝0
请参阅图5，是该半穿透半反射式液晶显示装置10反射区域的运作示意图。未施加电压时，外部环境光经过上偏光板32后转变成偏振方向与上偏光板32的偏振轴平行的线偏振光，波长为550nm的线偏振光通过第二上延迟片(二分之一波长片)522后偏振方向转过2θ角，仍为线偏振光。因第一上延迟片521(四分之一波长片)的光轴与上偏光板32的偏振轴成2θ+45°夹角，所以自第二上延迟片522出射的线偏振光通过第一上延迟片521后转变为圆偏振光，其它波长的椭圆偏振光也转变为圆偏振光，所以，几乎所有波长的线偏振光通过第一上延迟片521及第二上延迟片522后均转变为圆偏振光。未施加电压时液晶层23的液晶分子沿水平方向排列，第一盘状分子膜624与反射区域液晶层23的光学延迟总和为λ/4，圆偏振光通过第一盘状分子膜624及液晶层23后由反射电极211反射并再次经过液晶层23及第一盘状分子膜624，圆偏振光两次通过液晶层23及第一盘状分子膜624的光学作用相当于二分之一波长板，所以，圆偏振光通过液晶层23及第一盘状分子膜624后转变为旋转方向相反的圆偏振光。
该圆偏振光通过第一上延迟片521后转变成偏振方向与第二上延迟片522的光轴成θ角的线偏振光，该线偏振光经过第二上延迟片522后偏振方向顺时针转过2θ角，与上偏光板32的偏振轴方向平行并能通过该上偏光板32，此时该半穿透半反射式液晶显示装置10显示亮态。
施加电压时，外部环境光通过上偏光板32后进入液晶层23前的运作过程与未施加电压时一致。施加电压时，液晶分子沿垂直于基板22、21的方向排列，靠近基板的残留相位延迟由第一盘状分子膜624补偿，使液晶层23与第一盘状分子膜624总和的相位延迟为零，圆偏振光通过液晶层23后由反射电极211反射并再次经过液晶层23及第一盘状分子膜624后偏振状态不发生改变，该圆偏振光通过第一上延迟片521后转变为线偏振光，该线偏振光的偏振方向与第一上延迟片521的光轴成45°角，与第二上延迟片522的光轴成90°+θ度角。该线偏振光通过第二上延迟片522后，偏振方向旋转180°+2θ度角，与上偏光板32的偏振轴垂直，所以，光线不能通过上偏光板32，该半穿透半反射式液晶显示装置10显示暗态。
请参阅图6，是该半穿透半反射式液晶显示装置2穿透区域的运作示意图。穿透区域的运作过程与反射区域的运作过程大致相同，穿透区域的液晶层23与上、第二盘状分子膜624、614的光学延迟总和为λ/2，所以，效果与光线两次通过反射区域液晶层23与第一盘状分子膜624相同。
由于第二下延迟片对入射的线偏振光具补偿作用，所以，大部份可见光通过第一下延迟片511时转变为圆偏振光，有效提高光的利用率。上、第二盘状分子膜624、614能够对施加电压时液晶分子并不完全垂直于基板22、21排列而造成的剩余光学相位延迟进行补偿，从而减少暗态时的漏光现象，提高该半穿透半反射式液晶显示装置10的对比度。该第二盘状分子膜614与第一盘状分子膜624也可补偿不同视角下的对比度及色差，提高该半穿透半反射式液晶显示装置10的视角特性。
本发明的实施方式中，该第一盘状分子膜624、第一补偿膜721、第一上延迟片521及第二上延迟片522位置可交换，同样的该第二盘状分子膜614、第二补偿膜711、第一下延迟片511及第二下延迟片521位置也可交换。
由于第二下延迟片512对入射的线偏振光具补偿作用，所以，大部份可见光通过第一下延迟片511时转变为圆偏振光，有效提高光的利用率。
本发明的第一、二上延迟片、第一、二下延迟片能够对施加电压时由于液晶分子并不完全垂直于基板排列而造成的剩余光学相位延迟进行补偿，从而减少暗态时的漏光现象，提高该半穿透半反射式液晶显示装置的对比度，并配合不同的盘状分子膜及补偿膜进一步提高视角，而且该半穿透半反射式液晶显示装置的穿透区域与反射区域具有相同的液晶间隙厚度，简化制程，使得穿透区域与反射区域的液晶具有一致的反应时间，该半穿透半反射式液晶显示装置的液晶层靠近基板的两侧采用不同的配向方向且具有一定的预倾角度，使得该液晶分子在电压的作用下，可以在较短时间内扭转，并加入旋光物，具有响应快、驱动电压低等特性。
请参阅图7，本发明半穿透半反射式液晶显示装置第二实施方式的结构示意图。本实施方式与第一实施方式的区别在于：本实施方式进一步设置有一第一盘状分子膜621，该第一盘状分子膜621设置在该第一上延迟片521与该上基板22之间。
请参阅图8，本发明半穿透半反射式液晶显示装置第三实施方式的结构示意图。本实施方式与第一实施方式的区别在于：本实施方式进一步设置有一第二盘状分子膜611，该第二盘状分子膜611设置在该第一下延迟片511与该下基板21之间。
请参阅图9，本发明半穿透半反射式液晶显示装置第四实施方式的结构示意图。本实施方式与第一实施方式的区别在于：本实施方式进一步分别设置有一第一盘状分子膜622及一第二盘状分子膜612，该第一盘状分子膜621设置在该第一上延迟片521与该上基板22之间，该第二盘状分子膜611设置在该第一下延迟片511与该下基板21之间。
请参阅图10，本发明半穿透半反射式液晶显示装置第五实施方式的结构示意图。本实施方式与第一实施方式的区别在于：本实施方式进一步分别设置有一第一补偿膜721、一第二补偿膜711，其中该第一补偿膜721设置在该第一上延迟片521与该上基板22之间，该第二补偿膜711设置在该第一下延迟片511与该下基板21之间，该第一补偿膜721及第二补偿膜711可为A-板补偿膜。
请参阅图11，本发明半穿透半反射式液晶显示装置第六实施方式的结构示意图。本实施方式与第五实施方式的区别在于：本实施方式进一步设置有一第一盘状分子膜623，该第一盘状分子膜623设置在该上基板22与第一补偿膜721之间。
请参阅图12，本发明半穿透半反射式液晶显示装置第七实施方式的结构示意图。本实施方式与第五实施方式的区别在于：本实施方式进一步设置有一第二盘状分子膜613，该第二盘状分子膜613设置在该下基板21与第二补偿膜711之间。
请参阅图13，本发明半穿透半反射式液晶显示装置第八实施方式的结构示意图。本实施方式与第五实施方式的区别在于：本实施方式进一步包括一第一盘状分子膜624及一第二盘状分子膜614，该第一盘状分子膜624设置在该上基板22与第一补偿膜721之间，该第二盘状分子膜614设置在该下基板21与第二补偿膜711之间。
请参阅第图14，本发明半穿透半反射式液晶显示装置第九实施方式的结构示意图。本实施方式与第一实施方至第八实施方式的区别在于：该半穿透半反射式液晶显示装置的上基板外侧只设置有一第一上延迟片512，该下基板外侧只设置有一第一下延迟片511，该第一上延迟片512为四分之一波长片(λ/4)，该第一下延迟片511为四分之一波长片(λ/4)。
本发明的第一、二上延迟片、第一、二下延迟片能够对施加电压时由于液晶分子并不完全垂直于基板排列而造成的剩余光学相位延迟进行补偿，从而减少暗态时的漏光现象，提高该半穿透半反射式液晶显示装置的对比度，并配合不同的盘状分子膜及补偿膜进一步提高视角，而且该半穿透半反射式液晶显示装置的穿透区域与反射区域具有相同的液晶间隙厚度，简化制程，使得穿透区域与反射区域的液晶具有一致的反应时间，该半穿透半反射式液晶显示装置的液晶层靠近基板的两侧采用不同的配向方向且具有一定的预倾角度，使得该液晶分子在电压的作用下，可以在较短时间内扭转，并加入旋光物，具有响应快、驱动电压低等特性。
Claims (13)
1.一种半穿透半反射式液晶显示装置，其包括：一上基板，一下基板，一位于该上基板与该下基板之间的液晶层，一公共电极设置在上基板，像素电极形成于下基板，该像素电极、公共电极及位于其中间的液晶层构成像素区域，该每一像素区域具一反射区电极及一穿透区电极，其特征在于：该液晶层靠近基板的一侧液晶分子预倾角为0度至15度，另一侧液晶分子预倾角为75度至90度，该上基板外侧设置有一第一上延迟片、第二上延迟片及一上偏光板，该下基板外侧设置有一第一下延迟片、一第二下延迟片及一下偏光板，该第一上延迟片及第一下延迟片均为四分之一波长片，该第二上延迟片与该第二下延迟片均为二分之一波长片，该第二上延迟片的光轴与该上偏光板的偏振轴之间的夹角在8°～22°或68°～82°之间，该第二下延迟片的光轴与该下偏光板的偏振轴之间的夹角也在8°～22°或68°～82°之间。
2.根据权利要求1项所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其特征在于：该液晶层掺有旋光物。
3.根据权利要求1项所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其特征在于：该像素电极的反射区电极为具高反射率的金属电极。
4.根据权利要求1项所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其特征在于：该上偏光板的穿透轴与该下偏光板的穿透轴垂直，该第一上延迟片的光轴与该第一下延迟片的光轴垂直。
5.根据权利要求1项所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其特征在于：其进一步包括一设置在该第一上延迟片与该上基板之间的第一盘状分子膜，与预倾角为0度至15度的液晶分子邻近的基板为水平配向基板，该第一盘状分子膜的分子排列方向平行于该水平配向基板的摩擦方向，该第一盘状分子膜用于对施加电压时液晶分子因配向造成的光学相位延迟进行补偿。
6.根据权利要求1项所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其特征在于：其进一步包括一设置在该第一下延迟片与该下基板之间的第二盘状分子膜，与预倾角为0度至15度的液晶分子邻近的基板为水平配向基板，该第二盘状分子膜的分子排列方向平行于该水平配向基板的摩擦方向，该第二盘状分子膜用于对施加电压时液晶分子因配向造成的光学相位延迟进行补偿。
7.根据权利要求1项所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其特征在于：其进一步包括一设置在该第一上延迟片与该上基板之间的第一补偿膜，一设置在该第一下延迟片与该下基板之间的第二补偿膜。
8.根据权利要求7项所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其特征在于：该第一补偿膜及该第二补偿膜是A-板补偿膜。
9.根据权利要求7项所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其特征在于：其进一步包括一设置在该第一补偿膜与该上基板之间的第一盘状分子膜，与预倾角为0度至15度的液晶分子邻近的基板为水平配向基板，该第一盘状分子膜的分子排列方向平行于该水平配向基板的摩擦方向，该第一盘状分子膜用于对施加电压时液晶分子因配向造成的光学相位延迟进行补偿。
10.根据权利要求7项所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其特征在于：其进一步包括一设置在该第二补偿膜与该下基板之间的第二盘状分子膜，与预倾角为0度至15度的液晶分子邻近的基板为水平配向基板，该第二盘状分子膜的分子排列方向平行于该水平配向基板的摩擦方向，该第二盘状分子膜用于对施加电压时液晶分子因配向造成的光学相位延迟进行补偿。
11.根据权利要求1项所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其特征在于：该第二上延迟片的光轴与上偏光板的偏振轴具一夹角θ1，该第一上延迟片的光轴与上偏光板的偏振轴的夹角为2θ1±45°。
12.根据权利要求1项所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其特征在于：该第二下延迟片的光轴与该下偏光板的偏振轴具一夹角θ2，该第一下延迟片的光轴与下偏光板的偏振轴的夹角为2θ2±45°。
13.根据权利要求1项所述的半穿透半反射式液晶显示装置，其特征在于：该上偏光板的穿透轴与该下偏光板的穿透轴垂直，该第一上延迟片的光轴与该第一下延迟片的光轴垂直，该第二上延迟片的光轴与该第二下延迟片的光轴垂直。
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