CN101750773B

CN101750773B - 光学补偿双折射液晶面板的制作与驱动方法

Info

Publication number: CN101750773B
Application number: CN2008101856131A
Authority: CN
Inventors: 颜泽宇; 陈丁振; 陈健龙; 林卓莹
Original assignee: TTLA; Industrial Technology Research Institute ITRI; Chunghwa Picture Tubes Ltd; Chi Mei Optoelectronics Corp; Hannstar Display Corp; AU Optronics Corp
Current assignee: TTLA; Industrial Technology Research Institute ITRI; Chunghwa Picture Tubes Ltd; Chi Mei Optoelectronics Corp; Hannstar Display Corp; AU Optronics Corp; Taiwan TFT LCD Association
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2028-12-17
Also published as: CN101750773A

Abstract

一种光学补偿双折射(OCB)液晶面板的制作与驱动方法，包括提供一个OCB液晶面板，此面板在其显示区周围具有混成排列(HAN)、垂直排列(VA)或者弯曲排列(Bend)性质的封闭型结构区域。然后，以多阶段电压变化方式对此面板进行驱动。这种多阶段电压变化方式包括先施加高电压，使OCB液晶面板内的液晶分子转换至Bend或垂直排列状态；再将上述高电压降低至低电压，且此低电压需维持在OCB液晶面板的弯曲态维持电压以上；最后移除电压至零，使OCB液晶面板内的液晶分子维持在180度扭转态。此种方式能使OCB液晶面板在驱动时省去由斜展(splay)态转换至弯曲(bend)态的动作。

Description

光学补偿双折射液晶面板的制作与驱动方法

技术领域

本发明涉及一种光学补偿双折射(optically compensated birefringence，OCB)型液晶显示器的技术，且特别是涉及一种能于驱动时省去由斜展(splay)态转换至弯曲(bend)态的动作的光学补偿双折射(OCB)液晶面板(panel)的制作与驱动方法。

背景技术

因应液晶显示器的动态影像品质需求，各类快速反应液晶显示技术不断地被提出，其中一种即为光学补偿双折射(OCB)型显示模式。

目前OCB的缺点之一就是需要经过一个斜展(splay)态至弯曲(bend)态的转换才能到达显示器的驱动区间，使得OCB需要高电压进行转态动作，才能开始进行显示驱动；而较高的电压除了使液晶面板的制造过程面临需要较高的成本外，也可能会对液晶面板造成伤害。

虽然已有一些种晶(seed)的技术能够使得OCB在较低的电压进行转换，例如2002年所提出的美国专利US7215397B2。不过，这种技术仍然需要较高电压来使液晶分子由斜展态转换至弯曲态，而且，需额外增加数道蚀刻显影等步骤，所以工艺较繁复。因此，目前种晶的技术仍然无法使OCB显示模式具备实用的程度。

一般OCB液晶盒内的液晶分子在驱动前后的状态如图1所示。在未加电压时，液晶分子100的排列方向会顺着基板110配向方向呈现斜展态。经电压驱动后，液晶分子100会变成Bend I状态，再变成Bend II状态。一旦将电压关掉，则液晶分子100的排列会先维持在180度扭转态，再慢慢转换至斜展态。由于180度扭转态的自由能与弯曲态(Bend I与Bend II)的自由能接近，因此若是能在驱动之前让液晶分子排列维持在“180度扭转态”，则驱动到弯曲态势必要比由“斜展态”驱动至弯曲态更容易。

于2006年由韩国釜山大学(Pusan National University)发表在AppliedPhysics Letters 89，123507(2006)的研究已经提出一种双排列模式(twomode)OCB的设计，包括在液晶中添加手性(Chiral)分子，使得OCB结构可以维持在180度扭转态，而形成存储状态(Memory state)，再利用侧向电极与垂直电极搭配而形成动态模式与存储模式。不过这个方式需要使用手性液晶，此种作法一般会影响液晶面板的光电性质。

此外，在2007年由韩国釜山大学发表在Applied Physics Letters 90，163513(2007)的研究则提出一种不需使用手性(Chiral)分子，而是利用液晶分子与氟化聚合物材料的相分离(phase separation)来使液晶分子维持在180度扭转态。但是，上述方式将液晶分子与氟化聚合物材料混合后再做相分离，容易对液晶面板光电性质产生不良影响。

发明内容

本发明提供一种光学补偿双折射(OCB)液晶面板的制作与驱动方法，能使OCB驱动时省去由斜展(splay)态转换至弯曲(bend)态的动作。

本发明提出一种光学补偿双折射液晶面板的制作与驱动方法，包括提供一个OCB液晶面板，这种OCB液晶面板在其显示区周围具有混成排列(HAN)、垂直排列(VA)或者弯曲排列(Bend)性质的封闭型结构区域。然后以多阶段电压变化方式(multistage voltage variation)对此OCB液晶面板进行驱动。这种多阶段电压变化驱动方式包括先施加高电压，使OCB液晶面板内的液晶分子转换至Bend或垂直排列状态；再将上述高电压降低至低电压，且此低电压需维持在OCB液晶面板的弯曲态维持电压(bend state holdingvoltage)以上；最后移除电压至零，使OCB液晶面板内的液晶分子维持在180度扭转态。

在本发明的实施例中，上述提供OCB液晶面板的制作方法包括先在经过配向处理后的上基板表面上或下基板表面上形成反应性液晶单体层(reactive liquid crystal monomer layer)，再对上述反应性液晶单体层进行曝光聚合与显影，以形成封闭型结构，其中封闭型结构与OCB液晶面板的显示区具有不同的预倾角。之后，组合上基板与下基板，使得有封闭型结构的区域形成混成排列(HAN)区。

在本发明的实施例中，上述提供OCB液晶面板的制作方法包括先在经过配向处理后的上基板表面上与下基板表面上分别形成反应性液晶单体层，再对上述反应性液晶单体层进行曝光聚合与显影，以形成封闭型结构，其中封闭型结构与OCB液晶面板的显示区具有不同的预倾角(pre-tilt angle)。之后，组合上基板与下基板，使得有封闭型结构的区域形成混成排列(HAN)区、垂直排列(VA)区或者弯曲排列(Bend)区。

在本发明的实施例中，上述OCB液晶面板的单一像素显示区的面积在50μm×50μm～16mm×16mm之间。

在本发明的实施例中，上述OCB液晶面板的封闭型结构的宽度在2μm～1000μm之间。

在本发明的实施例中，上述高电压大于5V，小于25V；优选是大于10V。

在本发明的实施例中，上述由高电压降低至低电压的方式包括阶段式下降(step decay)、急遽下降(steep decay)或平缓下降(smooth decay)。

在本发明的实施例中，上述由高电压降低至低电压的时间在1分钟以内。

在本发明的实施例中，上述由高电压降低至低电压的步骤还包括维持低电压的时间在3分钟以内。

在本发明的实施例中，上述液晶分子的弯曲态维持电压在1.5V～4.5V之间。

在本发明的实施例中，上述工艺与驱动方法也可用于制作双稳态(Bistable)液晶面板。

本发明通过配向表面的结构设计与特定的驱动方式将显示区的液晶分子维持在180度扭转态，而产生不用经过斜展态至弯曲态转换的OCB液晶面板。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是已知一种OCB液晶盒内的液晶分子在驱动前后的状态示意图。

图2是依照本发明的实施例的一种光学补偿双折射(OCB)液晶面板的驱动步骤图。

图3是经本发明的实施例的步骤200形成的结构图。

图4是液晶分子在经本发明的实施例的步骤200形成的封闭型结构中的状态示意图。

图5至图7分别是本发明的实施例的步骤210的多阶段电压变化控制曲线图。

图8为实验例二所得的电压-穿透率曲线图。

图9为实验例三所得的电压-穿透率曲线图。

附图标记说明

100：液晶分子

110、300：基板

200～210：步骤

302：显示区

304：封闭型结构

具体实施方式

请参照图2，在步骤200中，提供一个OCB液晶面板，在其显示区(displayregions)周围具有混成排列(HAN)、垂直排列(VA)或者弯曲排列(Bend)性质的封闭型结构区域。至于上述OCB液晶面板的制作方法可采用现有技术，譬如在经过配向处理后的上基板表面上以及/或是下基板表面上形成反应性液晶单体层(reactive liquid crystal monomer layer)，其形成方式例如旋转涂布(spin coating)、网印、凸板印刷、喷墨印刷、狭缝式涂布(slot die coating)或是纳米压印(nano-imprinting)。这种反应性液晶单体层在聚合成为液晶聚合体图案之后，能使液晶具有水平排列性质或垂直排列性质。接着，对反应性液晶单体层进行曝光聚合与显影，所形成的结构如图3所示。在图3中，上(或下)基板300的表面已经形成为围绕显示区302周围且与显示区302具有不同预倾角的封闭型结构304，其中显示区302譬如是子像素(sub-pixel)，其面积例如在50μm×50μm～300μm×300μm之间；或是整个显示区，其面积例如在5mm×5mm～16mm×16mm之间，甚至更大的区域。而封闭型结构304的宽度例如在2μm～1000μm之间。前述曝光聚合的区域，端看最终想要形成的封闭型结构而定，在此步骤可配合光掩模(mask)的使用。至于显影的方式则可采用溶剂清洗或激光蚀刻的方式。最后，组合上基板与下基板。此时，若是在上、下基板中只有一个的表面有此封闭型结构，则有封闭型结构的区域会形成混成排列(HAN)区；若是在上、下基板表面都有此封闭型结构，则有封闭型结构的区域会形成混成排列(HAN)区、垂直排列(VA)区或者弯曲排列(Bend)区。而液晶分子在这种封闭型结构(请见图3的304)中的状态如图4所示。

然后，请再次参照图2，在步骤210中，以多阶段电压变化(multistagevoltage variation)方式驱动OCB液晶面板。在本实施例中，多阶段电压变化方式包括步骤202，先施加高电压，使OCB液晶面板内的液晶分子转换至Bend或垂直排列状态，其中所述的高电压约大于5V小于25V，优选是大于10V。

然后，在步骤204中，将高电压降低至低电压，此低电压需维持在OCB液晶面板的弯曲态维持电压(bend state holding voltage)以上，其中弯曲态维持电压约在1.5V～4.5V之间。

最后，在步骤206中，移除电压至零，使OCB液晶面板内的液晶分子维持在180度扭转态(π-twist state)。

以上步骤210的多阶段电压变化控制中，有关由高电压降低至低电压的方式不拘，可以是阶段式下降(step decay)、急遽下降(steep decay)或平缓下降(smooth decay)。如转换成曲线图来表示则如图5至图7所示，其中横轴是时间、纵轴是电压、黑色实线代表的是使用者操作阶段、白色线段则代表步骤210的多阶段电压变化控制。

请参照图5，OCB面板电路在使用者结束操作后，会自动进行本发明的多阶段电压变化控制，首先会施加高电压到Bend I以上的相对电压(如步骤202)，再由高电压急遽下降，但仍在Bend I以上的相对电压(如步骤204)维持约3分钟以内，之后再移除电压至零，使OCB液晶面板内的液晶分子进行180度扭转，而使得显示区的液晶分子可以稳定维持在180度扭转的状态。

至于图6则显示由高电压阶段式下降至低电压(如步骤204)，图7则显示由高电压平缓下降至低电压(如步骤204)。

经由上述方式所得到的OCB液晶面板亦可应用于双稳态(Bistable)液晶面板，且180度扭转态为面板亮态以及斜展态为面板暗态。

除此之外，在OCB液晶面板出厂前只要进行一次上述多阶段电压变化控制，即可由此驱动方法使出厂后的OCB液晶面板在无电压下仍持续维持180度扭转态。

以下利用实验例来证实本发明的效果。

实验例一

在数个OCB液晶面板中的16mm×16mm的显示区周围制作具有混成排列(Hybrid)、垂直排列或弯曲型排列(Bend)性质的封闭型结构，这个封闭型结构宽度约为1mm。

然后，分别不同驱动方法驱动OCB液晶面板，其中使用的液晶分子种类为Chisso ZOC-5128XX。

首先，驱动一个OCB液晶面板至20Vpp(Bend II)后，平缓下降至弯曲态维持电压，此阶段的时间约30秒，再直接将电压移除，而得到维持在180度扭转态的OCB液晶面板。

接着，驱动另一个OCB液晶面板至20Vpp后，阶段式下降至弯曲态维持电压，此阶段的时间约30秒，再直接将电压移除，而得到维持在180度扭转态的OCB液晶面板。

再来，驱动另一个OCB液晶面板至20Vpp后，急遽下降至4.0V并维持约180秒，再直接将电压移除，而得到维持在180度扭转态的OCB液晶面板。

然后，将所得到的OCB液晶面板进行以下实验。

<常温稳定性实验>

置放在常温下，经过240小时后，经观察仍然可以维持在180度扭转态。

<高温热稳定性实验>

置放在摄氏70度下，24小时后仍然可以维持在180度扭转态。

置放在摄氏80度下，5小时后仍然可以维持在180度扭转态。

<低温稳定性实验>

置放在摄氏-15度的低温下，经过24小时后仍然可以维持在180度扭转态。

实验例二

用实验例一的方法制作间隙为4μm的OCB液晶面板(本发明)，然后量测0V～10V区间的电压-穿透率曲线(VT Curve)。图8即为实验例二所得的电压-穿透率曲线图。由图8可知，本发明和传统OCB液晶面板的VT Curve在显示区特性重叠，因此可以知道本发明只是将本来的斜展态改变成180度扭转态，在显示区间的行为与本来的OCB相同。

实验例三

用实验例一的方法制作间隙为4μm的OCB液晶面板(本发明)，由0V驱动至10V，再回到180度扭转态，连续做3次。图9即为实验例三所得的电压-穿透率曲线图。由图9可知3条曲线重叠，可以看出本发明并没有转换(Transition)的现象产生。因为液晶分子没有转换的现象，显示区特性曲线又相同，因此所有周遭相关的元件都不需要重新设计。

实验例四

用实验例一的方法制作双稳态(Bistable)液晶面板，其斜展为暗态、180度扭转为亮态，其中一个偏振片方向与配向(alignment)方向平行。

模拟出来的对比高达5000以上，视角也到达160度。由于模拟中未带入补偿膜设计，因此若再导入适当补偿膜参数进行模拟，视角将更广更对称。

综上所述，本发明因为利用配向表面的结构设计与特定的驱动方式，在经配向的基板表面上制作封闭式结构围绕显示区，并在组装后进行多阶段电压变化控制，所以之后可使显示区的液晶分子稳定状态长时间维持在180度扭转态。如此一来，不需要大的转换电压，也不需变更薄膜晶体管(TFT)设计，能与现有工艺相容。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种光学补偿双折射液晶面板的制作与驱动方法，包括：

提供光学补偿双折射液晶面板，该光学补偿双折射液晶面板的特征是在其显示区周围具有混成排列、垂直排列或弯曲排列性质的封闭型结构区域；以及

以多阶段电压变化方式驱动该光学补偿双折射液晶面板，该多阶段电压变化方式包括：

施加高电压，使该光学补偿双折射液晶面板内该显示区的液晶分子转换至弯曲或垂直排列状态；

将该高电压降低至低电压，且该低电压需维持在光学补偿双折射液晶面板的弯曲态维持电压以上；以及

移除电压至零，使该光学补偿双折射液晶面板内该显示区的液晶分子维持在180度扭转态，

其中该高电压大于5V，小于25V，该低电压小于该高电压。

2.如权利要求1所述的光学补偿双折射液晶面板的制作与驱动方法，其中提供该光学补偿双折射液晶面板的制作方法包括：

在经过配向处理后的上基板表面上或下基板表面上形成反应性液晶单体层；

对该反应性液晶单体层进行曝光聚合与显影，以形成封闭型结构，其中该封闭型结构与该光学补偿双折射液晶面板的显示区具有不同的预倾角；以及

组合该上基板与该下基板，使得有该封闭型结构的区域形成混成排列区。

3.如权利要求1所述的光学补偿双折射液晶面板的制作与驱动方法，其中提供该光学补偿双折射液晶面板的制作方法包括：

在经过配向处理后的上基板表面上与下基板表面上分别形成反应性液晶单体层；

组合该上基板与该下基板，使得有该封闭型结构的区域形成混成排列区、垂直排列区或者弯曲排列区。

4.如权利要求2或3所述的光学补偿双折射液晶面板的制作与驱动方法，其中该光学补偿双折射液晶面板的该封闭型结构的宽度在2μm～1000μm之间。

5.如权利要求1所述的光学补偿双折射液晶面板的制作与驱动方法，其中该光学补偿双折射液晶面板的单一像素显示区的面积在50μm×50μm～16mm×16mm之间。

6.如权利要求1所述的光学补偿双折射液晶面板的制作与驱动方法，其中该高电压大于10V。

7.如权利要求1所述的光学补偿双折射液晶面板的制作与驱动方法，其中由该高电压降低至该低电压的方式包括阶段式下降、急遽下降或平缓下降。

8.如权利要求1所述的光学补偿双折射液晶面板的制作与驱动方法，其中由该高电压降低至该低电压的时间在1分钟以内。

9.如权利要求1所述的光学补偿双折射液晶面板的制作与驱动方法，其中将该高电压降低至该低电压的步骤还包括：维持该低电压的时间在3分钟以内。

10.如权利要求1所述的光学补偿双折射液晶面板的制作与驱动方法，其中该液晶分子的弯曲态维持电压在1.5V～4.5V之间。

11.如权利要求1所述的光学补偿双折射液晶面板的制作与驱动方法，包括用于制作双稳态液晶面板。