CN1523434A - 透射反射型液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

一种液晶显示器，其中滤色阵列板和TFT阵列板相互面对设置，液晶层位于两板之间，使得液晶层中的液晶分子以72°扭转。一λ/2补偿膜和一λ/4补偿膜分别置于滤色阵列板和TFT阵列板外表面。上、下偏振膜置于各自相应的补偿膜上。λ/2补偿膜和λ/4补偿膜都有预定的延迟及具有预定方位角的拉伸轴。

Description

透射反射型液晶显示器
技术领域
本发明涉及液晶显示器，尤其涉及透射反射型液晶显示器。
背景技术
通常，液晶显示器(LCD)包括包含有两块板的液晶板组件和***两者之间的具有介电各向异性的液晶层，所述板具有两种场产生电极，例如象素电极和公共电极。场产生电极之间的电压差的变化，即电极所产生的电场强度的变化改变了穿过LCD的光的透过率，由此通过控制电极之间的电压差来获得所需图象。
根据其利用单独背照光作为光源还是利用外部光作为光源，LCD分成透射型LCD和反射型LCD。近来，已经开发出了既可以工作在透射模式中也可以工作在反射模式中的透射反射型LCD。
然而，透射反射型LCD根据操作模式具有电光特性和一种已知特性，它们可能对两种模式中的某一模式有利，而对另一模式不利。例如，在透射模式中最佳的单元间隙和扭转角度可能造成反射模式中反射率和对比率的下降以致LCD不能正常工作。
更进一步，透射反射LCD具有很差的前透射率和垂直视角的问题，以致它在25°上下的白色特性和对比度完全遭到了破坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种在反射模式中和透射模式中都显示出良好性能的透射反射型LCD。
提供一种LCD，包括：一具有内表面和外表面的第一基片；形成在第一基片的内表面上的透明电极；形成在透明电极上的反射电极，该反射电极具有重叠一部分透明电极的透射窗；一连接透明电极和反射电极的薄膜晶体管；一具有内外表面的第二基片，其内表面面对第一基片的内表面；一形成于第二基片的内表面上的公共电极；一插在第一基片和第二基片之间的液晶层；一在第一基片的外表面上形成的第一偏振膜；插在第一基片和第一偏振膜之间的第一、第二补偿膜；一在第二基片的外表面上形成的第二偏振膜；以及插在第二基片和第二偏振膜之间的第三、第四补偿膜，其中液晶层中的液晶分子按照一预定的大约62°到82°的扭转角度从第一基片到第二基片扭曲排列。
当正视时，水平方向定义为x方向，垂直方向定义为y方向，液晶层的方向具有170-250°的方位角。
第三补偿膜使波长为550nm的光延迟大约130-150nm，其伸展轴具有大致96°-116°的方位角，第四补偿膜使波长为550nm的光延迟大约250-270nm，其伸展轴具有大致154°-174°的方位角。
第一和第二补偿膜都满足以下三种情况中的任何一种情况：
第一，第一补偿膜使波长为550nm的光延迟大约135-155nm，其伸展轴具有大约154°-174°范围的方位角，第二补偿膜使波长为550nm的光延迟大约260-280nm，其伸展轴具有大约95°-115°范围的方位角；
第二，第一补偿膜使波长为550nm的光延迟大约130-150nm，其伸展轴具有大约152°-172°范围的方位角，第二补偿膜使波长为550nm的光延迟大约260-280nm，其伸展轴具有大约94°-114°范围的方位角；和
第三，第一补偿膜使波长为550nm的光延迟大约130-150nm，其伸展轴具有大约154°-174°范围的方位角，第二补偿膜使波长为550nm的光延迟大约260-280nm，其伸展轴具有大约95°-115°范围的方位角。
优选的是第二偏振膜具有吸收轴，其位于方位角大约-10°到10°范围之间，第一偏振膜也具有一吸收轴，其位于方位角大约80°到100°范围之间。
附图说明
本发明将通过参考以下附图详细描述实施例而变得更明显，附图如下：
图1是根据本发明实施例的LCD的截面图；
图2是说明在三种不同情况下，在白状态中LCD的透射率作为LCD单元间隙函数的模拟图；
图3是说明在三种不同情况下，在黑状态中LCD的透射率作为LCD单元间隙函数的精确图；
图4是说明在三种不同情况下，LCD的对比率作为LCD单元间隙函数的精确图；
图5说明了在三种不同情况下，具有大约3微米单元间隙的LCD的电压-透光率(V-T)曲线；
图6是说明当使用点光源时，根据本发明实施例的LCD和常规LCD反射率作为视角函数的示意图；
图7是说明当使用点光源时，根据本发明实施例的LCD和常规LCD对比率作为视角函数的示意图；
图8是说明当使用积分球型光源时，根据本发明实施例的LCD和常规LCD反射率作为视角函数的示意图；
图9是说明当使用积分球型光源时，根据本发明实施例的LCD和常规LCD对比率作为视角函数的示意图；
图10是说明常规LCD透射模式视角特性的示意图；
图11是说明根据本发明实施例的LCD透射模式视角特性的示意图；
图12是说明常规LCD反射模式视角特性的示意图；
图13是说明根据本发明实施例的LCD反射模式视角特性的示意图。
具体实施方式
以下将参考附图对本发明进行全面的描述，附图中还示出了优选实施例。
在附图中，层和区域的厚度为了清晰而放大示出。所有相同的标记代表相同的元件。可以理解的是，当一元件例如一层、一个区域或者一个基片称为在另一元件“上”时，它就可能直接在另一元件上或也存在中间元件。相反，当一元件称为“直接在”另一元件“上”时，则不存在中间元件。
以下，将参考附图详细描述根据本发明实施例的透射反射型LCD。
图1是根据本发明实施例的LCD的截面图。
参考图1，根据本发明实施例的LCD包括TFT阵列板100、面对TFT阵列板100的滤色阵列板200、位于TFT阵列板100和滤色板200内表面之间的液晶(LC)层3、贴附在TFT阵列板100外表面上的下补偿膜13、14、贴附在滤色阵列板200外表面上的上补偿膜23、24、贴附于第二下补偿膜14外表面上的下偏振膜12、贴附于第二上补偿膜24外表面上的上偏振膜22、以及位于下偏振膜12下方的背照光单元350。
LC层3中的LC分子平行于板100和200的内表面排列，并从TFT阵列板100的内表面到滤色阵列板200的内表面以一预定的扭转角扭转，这种排列称为扭转向列(TN)模式。LC分子的扭转角在大致从62°至82°的范围内。
当从前面看LCD，即从滤色板200看去，水平方向定义为x方向，垂直方向定义为y方向。LC层3的方向(director)具有一个大致从170°到250°范围的方位角。单元间隙，即LC层3的厚度大约为3微米，对于波长为589nm的光来说，LC层3的折射各向异性Δn大约为0.078。
LC层3通过一层密封剂密封在TFT阵列板100和滤色阵列板200之间。
上下偏振膜22和12排列成使它们的吸收轴相互垂直。在这种情况下，上偏振膜22的吸收轴具有一大约从-10°到10°范围的方位角，下偏振膜12的吸收轴具有一个大约从80°到100°范围的方位角。
第一下、上补偿膜13和23是λ/4相位差膜，而第二下、上补偿膜14和24是λ/2相位差膜。
第一上补偿膜23使波长为550nm的光具有大约130nm到150nm范围的延迟Δnd，其排列成使其伸展轴具有大约96°至116°范围的方位角。
第二上补偿膜24使波长为550nm的光具有大约250nm到270nm范围的延迟Δnd，其排列成使其伸展轴具有大约154°至174°范围的方位角。
第一、第二下补偿膜13和14满足下面三种情况中的一种：
第一，第一下补偿膜13使波长为550nm的光具有大约135-155nm范围的延迟Δnd，其排列成使其伸展轴具有大约154°-174°范围的方位角。另外，第二下补偿膜14使波长为550nm的光具有大约260-280nm范围的延迟Δnd，其排列成使其伸展轴具有大约95°-115°范围的方位角。
第二，第一下补偿膜13使波长为550nm的光具有大约130-150nm范围的延迟Δnd，其排列成使其伸展轴具有大约152°-172°范围的方位角。另外，第二下补偿膜14使波长为550nm的光具有大约260-280nm范围的延迟Δnd，其排列成使其伸展轴具有大约94°-114°范围的方位角。
第三，第一下补偿膜13使波长为550nm的光具有大约130-150nm范围的延迟Δnd，其排列成使其伸展轴具有大约154°-174°范围的方位角。另外，第二下补偿膜14使波长为550nm的光具有大约265-285nm范围的延迟Δnd，其排列成使其伸展轴具有大约95°-115°的方位角。
透明电极90和反射电极80都位于TFT阵列板100的每个象素区域中。反射电极80处有透射窗82，以使得LCD能工作在反射和透射模式中。当LCD工作在反射模式中时，它关闭背照光351，而在透射模式中打开背照光351。随着背照光351的打开或关闭，驱动方案会根据LCD的模式而发生变化。例如，应用于反射模式和透射模式的灰度电压设定不同。为了区分两种模式下的灰度电压设定，可以应用将转变成模拟灰度电压值的不同的参考γ电阻或数字γ数据。另外，反射模式中输出图象数据的信号可能小于透射模式中输出图象数据的信号，同时，将帧频控制(FRC)应用于反射模式。
以下将更明确地描述LCD的TFT阵列板100。
多个水平方向充分延伸并包括栅极123的栅极线形成在绝缘板110上。栅极123可以具有最好由低阻抗物质如Ag，Ag合金，Al，Al合金，Cu，Cu合金组成的单层结构或具有包括低传导层和最好由具有与其他物质良好接触特性的物质构成的接触层的多层结构。
栅极123上形成有优选由氮化硅(SiNx)构成的栅绝缘层140。
多个半导体元件154优选由氢化非晶硅组成，它形成在与栅极123相对的栅绝缘层140上。多个欧姆节点163和165形成在半导体元件154上，优选由硅化物或者大量搀杂n型杂质的氢化非晶硅构成。
包含多个源极173和多个漏极175的多个数据线形成在欧姆节点163、165和栅绝缘层140上。源极173和漏极175优选由低阻抗物质如Al或Ag构成。数据线和栅极线相交定义多个象素区域，源极173从数据线上分支并延伸到欧姆节点163上。漏极175与源极173分开并至少部分地位于欧姆节点165上，并相对于栅极123与源极173相对。
保护层180形成于源极173和漏极175以及部分半导体元件154上，所述部分没有被源极173和漏极175覆盖。保护层180优选由无机物如氮化硅或丙烯基有机绝缘材料构成。保护层180可以由低介电化学气相淀积(CVD)层如由等离子增强型化学气相淀积(PECVD)沉积的a-Si∶C∶O层或a-Si∶O∶F层构成，该层具有很低的小于4的介电常数，以致于包括具有小厚度的层的寄生电容很小。此外，PECVDa-Si∶C∶O层或a-Si∶O∶F层与其它层相比具有极好的粘附度和极好的层覆盖度，并且由于它是无机CVD层而与有机绝缘层相比具有极好的热电阻。另外，由于层的沉积速度或蚀刻速度是氮化硅层的大约4至10倍，因此，PECVDa-Si∶C∶O层或a-Si∶O∶F层在加工时间上是非常有利的。
多个透明电极90形成于保护层180上，以使得它们位于像素区域中并通过形成于保护层180上的多个接触孔181与漏极175电连接。透明电极90优选由氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)材料制成。
形成像素电极和透明电极90的多个反射电极80形成于透明电极90上。反射电极80优选由反射电导材料如Al、Al合金、Ag、Ag合金、Mo和Mo合金制成。每个反射电极80至少具有一个部分暴露下层透明电极90的透射窗82。反射电极80的透射窗82可有各种形状。
滤色阵列板200包括黑底220、多个滤色片230和一个公共电极270。黑底220定义了多个像素区域，像素区域中有红色、绿色和蓝色滤色片230。公共电极270位于滤色片230之上，优选由透明导体材料如ITO和IZO构成。
下面将研究具有上述结构的LCD的各种光电特性。
表1示出了根据第一下补偿膜13和第二下补偿膜14的#1、#2、#3情况。表1中列出的作为代表值的数值是某些区域的中间值。
表1
类型 常规 #1情况 #2情况 #3情况 单位
上偏振膜 角度 0  0  0  0  °
上部第二补偿膜(λ/2) 材料 ARTON  ARTON  ARTON  ARTON
Δnd(对于550nm) 275 260 260 260 nm
角度 75  164  164  164  °
上部第一补偿膜(λ/4) 材料 ARTON  ARTON  ARTON  ARTON
Δnd(对于550nm) 138 140 140 140 nm
角度 15  106  106  106  °
液晶 Δn(对于589nm) 0.078 0.078 0.078 0.078
单元间隙 3.0  3.0  3.0  3.0 μm
扭转角 80  72  72  72  °
平均排列方向 12 8 8 8 小时
下部第一补偿膜(λ/4) 材料 ARTON  ARTON  ARTON  ARTON
Δnd(对于550nm) 138 145 140 140 nm
角度 15  164  162  164  °
下部第二补偿膜(λ/2) 材料 ARTON  ARTON  ARTON  ARTON
Δnd(对于550nm) 275 270 270 275 nm
角度 75  105  104  105  °
下偏振膜 角度 90  90  90  90  °
表1中“ARTON”表示商业上可获得的产品名称。LC分子的平均排列方向涉及TFT阵列板和滤色阵列板表面上排列方向的平均值。
图2是说明对于表1中#1到#3的三种情况，在白状态下的LCD透射率作为LCD单元间隙函数的模拟图。
如图2所示，三种情况都表明了单元间隙为3.3微米时有最大透射率，#1情况示出最高的透射率。
图3是说明对于表1中规定的#1到#3三种情况，在黑状态下LCD的透射率作为LCD单元间隙函数的精确图。
如图3所示，当单元间隙为3.0微米时#3情况显示出最小的透射率，具有最好的黑特性。当单元间隙分别大约为1.0微米和大约2.3微米时，#1和#2情况显示出最小的透射率。
图4是说明对于表1中规定的#1到#3三种情况，LCD的对比率作为LCD单元间隙函数的精确图。
当单元间隙大约为3.0微米时，#3情况出现最大的对比率。当单元间隙分别为大约2.6微米和大约2.3微米时，#1和#2情况出现最大的对比率。由于在三种情况中#3情况下的对比率是最好的，则#3情况在改善对比率方面比较有利。
图5说明了表1中规定的#1到#3三种情况，具有大约3微米单元间隙的LCD的电压-透光率(V-T)曲线。
#1情况显示出最高的透射率，#2情况其次，#3情况的透射率最低。因此，#1情况在改善透射率方面比较有利。
图6是说明了当使用点光源时，对于#1情况下的LCD和常规LCD来说，反射率作为视角函数的示意图；图7是说明了对于上述LCD来说，对比率作为视角函数的示意图。
图6是通过测量当点光源的光以大约30°角入射时，在黑、白状态下反射率随下侧视角在大约0°到60°之间变化的关系而获得的，图7是通过根据已测得的反射率计算对比率而获得的。
图6和7中的数字80指的是常规LCD的扭转角，数字72指的是#1情况下LCD的扭转角。
因为视角小于大约30°，反射模式中常规LCD的黑特性好于反射模式中#1情况下LCD的黑特性。然而，当视角大于大约30°时，后者的特性则优于前者。
总的来讲，#1情况下LCD反射模式中的白特性优于常规LCD，视角越大优势越大。
如图7所示，尽管常规LCD的对比率高于#1情况下LCD的对比率大约20之多，但当视角大于20°时后者却高于前者。
图8是说明当使用整体球型光源(integrating sphere type light source)时，对于根据本发明实施例的LCD和常规LCD来说，反射率作为视角函数的示意图，图9是说明对于前述LCD来说对比率作为视角函数的示意图。
图8是通过测量黑、白状态下反射率随下侧视角在大约0°到60°之间变化的关系而获得的，图9是通过根据已测得的反射率计算对比率而获得的。
图8和9中的数字80指的是常规LCD的扭转角，数字72指的是#1情况下LCD的扭转角。
常规LCD和本发明LCD的反射模式黑特性几乎相同。
总的来讲，本发明LCD反射模式白特性优于常规LCD。特别是，尽管当视角变大时常规LCD的亮度剧烈变小，但本发明LCD具有在预定范围内平滑变化的亮度。
因此，如图9所示，总的来讲，本发明LCD显示出比常规LCD更高的对比率。
图10是说明常规LCD透射模式视角特性的示意图，图11是说明#1情况下LCD透射模式视角特性的示意图。
如图10和11所示，在透射模式下，尽管本发明LCD的白亮度在水平方向被破坏，但与常规LCD相比，其在垂直方向上得到了改进。因此，尽管常规LCD等于或大于10∶1的对比率(C/R)在水平方向上被减小，但却在垂直方向上得到了增加。
图12是说明常规LCD的反射模式视角特性的示意图，图13是说明根据本发明实施例的LCD的反射模式视角特性示意图。
如图12和13所示，和在透射模式中一样，本发明LCD在垂直方向上的视角即使在反射模式中也得到了改善。详细的说，尽管本发明的LCD白色亮度在水平方向被破坏，但与常规LCD相比，它在垂直方向得到了改善。因此，尽管本发明LCD等于或大于10∶1的对比率(C/R)在水平方向上被减小，但却在垂直方向上得到了增加。
尽管以上已详细描述了本发明优选的实施例，但应理解的是，这里所讲的本领域技术人员可以明白的基本创造原理的变化和改进将落入本发明的实质和范围内，所述实质和范围由以下所附的权利要求定义。

Claims (6)

1、一种液晶显示器，包括：
一具有内表面和外表面的第一基片；
一在第一基片的内表面上形成的透明电极；
在该透明电极上形成的一反射电极，并具有与该透明电极的一部分重叠的透射窗；
一连接透明电极和反射电极的薄膜晶体管；
一具有内表面和外表面的第二基片，其内表面面对第一基片的内表面；
一形成于第二基片内表面上的公共电极；
一插在第一基片和第二基片之间的液晶层；
一布置在第一基片外表面上的第一偏振膜；
插在第一基片和第一偏振膜之间的第一和第二补偿膜；
一布置在第二基片外表面上的第二偏振膜；和
插在第二基片和第二偏振膜之间的第三和第四补偿膜，
其中，液晶层中的液晶分子按照一预定的大约从62°到82°的扭转角度从第一基片到第二基片扭曲排列，和
当正视时，水平方向定义为x方向，垂直方向定义为y方向，
液晶层的方向具有170-250°的方位角；
第一补偿膜使波长大约为550nm的光延迟大约135-155nm，第一补偿膜的伸展轴具有大约154°-174°范围的方位角；
第二补偿膜使波长大约为550nm的光延迟大约260-280nm，第二补偿膜的伸展轴具有大约95°-115°范围的方位角；
第三补偿膜使波长大约为550nm的光延迟大约130-150nm，第三补偿膜的伸展轴具有大约96°-116°范围的方位角；和
第四补偿膜使波长为550nm的光延迟大约250-270nm，第四补偿膜的伸展轴具有大约154°-174°范围的方位角。
2、根据权利要求1所述的液晶显示器，其中第二偏振膜有吸收轴，它位于方位角大约-10°到10°范围之间，第一偏振膜有一吸收轴，它位于方位角大约80°到100°范围之间。
3、一种液晶显示器，包括：
一具有内表面和外表面的第一基片；
在第一基片的内表面上形成的一透明电极；
一在透明电极上形成的反射电极，并具有与该透明电极的一部分重叠的透射窗；
一连接该透明电极和该反射电极的薄膜晶体管；
一具有内表面和外表面的第二基片，其内表面面对第一基片的内表面；
一形成于第二基片内表面上的公共电极；
一插在第一基片和第二基片之间的液晶层；
一布置在第一基片外表面上的第一偏振膜；
插在第一基片和第一偏振膜之间的第一和第二补偿膜；
一布置在第二基片外表面上的第二偏振膜；
插在第二基片和第二偏振膜之间的第三和第四补偿膜，
其中，液晶层中的液晶分子按照一预定的大约从62°到82°的扭转角度从第一基片到第二基片扭曲排列，和
当正视时，水平方向定义为x方向，垂直方向定义为y方向，
液晶层的方向具有170-250°的方位角；
第一补偿膜使波长大约为550nm的光延迟大约130-150nm，其伸展轴具有大约152°-172°范围的方位角；
第二补偿膜使波长大约为550nm的光延迟大约260-280nm，其伸展轴具有大约94°-114°范围的方位角；
第三补偿膜使波长大约为550nm的光延迟大约130-150nm，其伸展轴具有大约96°-116°范围的方位角；和
第四补偿膜使波长大约为550nm的光延迟大约250-270nm，其伸展轴具有大约154°-174°范围的方位角。
4、根据权利要求3所述的液晶显示器，其中第二偏振膜有吸收轴，它位于方位角大约-10°到10°范围之间，第一偏振膜有一吸收轴，它位于方位角大约80°到100°范围之间。
5、一种液晶显示器，包括：
一具有内表面和外表面的第一基片；
在第一基片的内表面上形成的一透明电极；
一在透明电极上形成并具有与该透明电极的一部分重叠的透射窗的反射电极；
一连接透明电极和反射电极的薄膜晶体管；
一具有内表面和外表面的第二基片，其内表面面对第一基片的内表面；
一形成于第二基片内表面上的公共电极；
一插在第一基片和第二基片之间的液晶层；
一布置在第一基片外表面上的第一偏振膜；
插在第一基片和第一偏振膜之间的第一和第二补偿膜；
一布置在第二基片外表面上的第二偏振膜；和
插在第二基片和第二偏振膜之间的第三和第四补偿膜，
其中，液晶层中的液晶分子按照一预定的大约从62°到82°的扭转角度从第一基片到第二基片扭曲排列，和
当正视时，水平方向定义为x方向，垂直方向定义为y方向，
液晶层的方向具有170-250°的方位角；
第一补偿膜使波长大约为550nm的光延迟大约130-150nm，其伸展轴具有大约154°-174°范围的方位角；
第二补偿膜使波长为550nm的光延迟大约260-280nm，其伸展轴具有大约95°-115°范围的方位角；
第三补偿膜使波长为550nm的光延迟大约130-150nm，其伸展轴具有大约96°-116°范围的方位角；和
第四补偿膜使波长为550nm的光延迟大约250-270nm，其伸展轴具有大约154°-174°范围的方位角。
6、根据权利要求5所述的液晶显示器，其中第二偏振膜有吸收轴，它位于方位角大约-10°到10°范围之间，第一偏振膜有一吸收轴，它位于方位角大约80°到100°范围之间。
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