CN101976005A - 双面ips蓝相液晶显示器 - Google Patents

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孙玉宝
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Abstract

本发明为一种双面IPS蓝相液晶显示器。该液晶显示器包括：起偏器、检偏器、双面IPS蓝相液晶盒；所述的双面IPS蓝相液晶盒，在其上、下玻璃基板的内表面有条状ITO电极。其中上玻璃基板内表面条状ITO电极的电极宽度、电极间距与下玻璃基板内表面条状ITO电极的电极宽度、电极间距是相同的，上玻璃基板内表面的条状ITO电极位于下玻璃基板内表面两条相邻条状ITO电极间隙中心位置上方。本发明的DS-IPS电极结构，实现了比驱动电压较低的传统IPS蓝相液晶显示器透过率提高25％以上(＞85％)，比透过率较高的传统IPS蓝相液晶显示器驱动电压下降25％以上。

Description

双面IPS蓝相液晶显示器
技术领域
本发明涉及一种高透过率和低电压蓝相液晶显示模式，具体为一种双面IPS蓝相液晶显示器(Double-side In-Plane Switching Blue Phase Liquid Crystal Display)，简称为DS-IPSBP-LCD。
背景技术
传统IPS蓝相液晶显示器(In-Plane Switching Blue Phase LCD)，简称(IPS BP-LCD)，是利用下玻璃基板内表面的条状ITO电极间隙的产生的水平电场使蓝相液晶分子由各向同性相转变为各向异性相，由于双折射效应而实现亮态的液晶显示器。它具有快速响应、宽视角、高对比度特性，可以广泛应用于台式机显示器，液晶电视等大屏液晶显示器。
传统IPS蓝相液晶显示器(IPS BP-LCD)都是采用在下玻璃基板内表面蚀刻条状ITO电极，这样一来在条状ITO电极上方区域的水平电场很弱，造成了这种显示器的透过率较低，一般只有60％；采用梯形ITO电极(L.Rao，etal，Appl.Phys.Lett.，V95，231101，2009)和Wall-shaped ITO电极(M.Kim，etal，J.Phys.D：Appl.Phys.，V42，235502，2009)虽然可以得到一个较大的透过率，但是其制作工艺比较复杂，在工艺上要做成2μm以上厚度的ITO电极是很困难的。
发明内容
本发明的目的在于解决传统IPS蓝相液晶显示器透过率低、驱动电压高的问题，提供一种双面IPS蓝相液晶显示器。本发明采用在上玻璃基板内表面与下玻璃基板内表面两条相邻条状ITO电极间隙中心对应位置放置条状ITO电极，利用上玻璃基板内表面条状ITO电极间隙产生的水平电场来驱动下玻璃基板内表面条状ITO电极上方区域的蓝相液晶分子，达到了使驱动电压较低的蓝相液晶显示器的透过率增大，使透过率较高的蓝相液晶显示器的驱动电压降低的目的。对于相同的液晶材料参数和液晶层厚度，实现了双面IPS蓝相液晶显示器比驱动电压较低的传统IPS蓝相液晶显示器透过率提高25％以上(＞85％)，比透过率较高的传统IPS蓝相液晶显示器驱动电压下降25％以上的目的，且保持了传统IPS蓝相液晶显示器的快速响应、宽视角、高对比度特性。
本发明的技术解决方案如下：
一种双面IPS蓝相液晶显示器(DS-IPS BP LCD)，该液晶显示器包括：起偏器、检偏器、双面IPS蓝相液晶盒；其位置关系依次为：起偏器、双面IPS蓝相液晶盒、检偏器；光线依次通过起偏器、双面IPS蓝相液晶盒、检偏器。
所述的双面IPS蓝相液晶盒，在其上、下玻璃基板的内表面有条状氧化铟锡(ITO)电极。双面IPS蓝相液晶盒包括：上玻璃基板、下玻璃基板、上玻璃基板内表面条状ITO电极、下玻璃基板内表面条状ITO电极、上绝缘层、下绝缘层、蓝相液晶层、封边框胶；其位置关系为：上玻璃基板、上玻璃基板内表面条状ITO电极、上绝缘层、蓝相液晶层、封边框胶、下玻璃基板内表面条状ITO电极、下绝缘层、下玻璃基板。
所述的双面IPS蓝相液晶盒，上玻璃基板内表面条状ITO电极的电极宽度、电极间距与下玻璃基板内表面条状ITO电极的电极宽度、电极间距是相同的，电极宽度可选范围：W＝1～4μm；电极间距可选范围：G＝1～6μm。且上玻璃基板内表面的条状ITO电极位于下玻璃基板内表面两条相邻条状ITO电极间隙中心位置上方。
所述的双面IPS蓝相液晶盒，上、下玻璃基板内表面的条状ITO电极分别镶嵌在上、下绝缘层中。
所述的蓝相液晶层厚度的可选范围：d＝5～20μm。蓝相液晶层包括：蓝相液晶材料和间隔物。
所述的蓝相液晶层中蓝相液晶材料为蓝相液晶聚合物。
所述的蓝相液晶层中间隔物为球形树脂粉，直径可选范围：Φ＝5～20μm。
所述的上、下玻璃基板依靠封边框胶粘结在一起。
所述的双面IPS模式的蓝相液晶显示器所采用的起偏器和检偏器均为相同型号偏光片。
本发明与现有技术相比有如下的有益效果；
本发明设计的双面IPS蓝相液晶显示器的特点是使用新设计的DS-IPS电极结构，利用上玻璃基板内表面条状ITO电极间隙的水平电场来驱动下玻璃基板内表面条状ITO电极上方区域的蓝相液晶分子，使其实现了双面IPS蓝相液晶显示器比驱动电压较低的传统IPS蓝相液晶显示器透过率提高25％以上(＞85％)，比透过率较高的传统IPS蓝相液晶显示器驱动电压下降25％以上的目的，同时双面IPS蓝相液晶显示器的响应速度与传统IPS蓝相液晶显示器的响应速度相同。
附图说明
图1是本发明双面IPS蓝相液晶显示器的结构示意图。
图2(a)是传统IPS蓝相液晶显示器亮态时电场线分布；(b)是本发明双面IPS蓝相液晶显示器亮态时电场线分布。
图3是实施例1中传统IPS蓝相液晶显示器(虚线)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(实线)在电极宽度均为1μm，电极间距均为1μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透过率与电压关系图对比。
图4是实施例1中传统IPS蓝相液晶显示器(a)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(b)在电极宽度均为1μm，电极间距均为1μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透光区域与不透光区域平面图对比。
图5是实施例2中传统IPS蓝相液晶显示器(虚线)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(实线)在电极宽度均为1μm，电极间距均为2μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透过率与电压关系图对比。
图6是实施例2中传统IPS蓝相液晶显示器(a)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(b)在电极宽度均为1μm，电极间距均为2μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透光区域与不透光区域平面图对比。
图7是实施例3中传统IPS蓝相液晶显示器(虚线)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(实线)在电极宽度均为2μm，电极间距均为1μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透过率与电压关系图对比。
图8是实施例3中传统IPS蓝相液晶显示器(a)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(b)在电极宽度均为2μm，电极间距均为1μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透光区域与不透光区域平面图对比。
图9是实施例4中传统IPS蓝相液晶显示器(虚线)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(实线)在电极宽度均为2μm，电极间距均为2μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透过率与电压关系图对比。
图10是实施例4中传统IPS蓝相液晶显示器(a)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(b)在电极宽度均为2μm，电极间距均为2μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透光区域与不透光区域平面图对比。
图11是实施例5中传统IPS蓝相液晶显示器(虚线)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(实线)在电极宽度均为3μm，电极间距均为2μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透过率与电压关系图对比。
图12是实施例5中传统IPS蓝相液晶显示器(a)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(b)在电极宽度均为3μm，电极间距均为2μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透光区域与不透光区域平面图对比。
图13是实施例6中传统IPS蓝相液晶显示器(虚线)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(实线)在电极宽度均为3μm，电极间距均为3μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透过率与电压关系图对比。
图14是实施例6中传统IPS蓝相液晶显示器(a)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(b)在电极宽度均为3μm，电极间距均为3μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透光区域与不透光区域平面图对比。
图15是实施例7中传统IPS蓝相液晶显示器(虚线)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(实线)在电极宽度均为4μm，电极间距均为3μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透过率与电压关系图对比。
图16是实施例7中传统IPS蓝相液晶显示器(a)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(b)在电极宽度均为4μm，电极间距均为3μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透光区域与不透光区域平面图对比。
图17是实施例8中传统IPS蓝相液晶显示器(虚线)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(实线)在电极宽度均为4μm，电极间距均为4μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透过率与电压关系图对比。
图18是实施例8中传统IPS蓝相液晶显示器(a)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(b)在电极宽度均为4μm，电极间距均为4μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透光区域与不透光区域平面图对比。
图19是实施例9中传统IPS蓝相液晶显示器(虚线)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(实线)在电极宽度均为1μm，电极间距均为4μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透过率与电压关系图对比。
图20是实施例10中传统IPS蓝相液晶显示器(虚线)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(实线)在电极宽度均为1μm，电极间距均为5μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透过率与电压关系图对比。
图21是实施例11中传统IPS蓝相液晶显示器(虚线)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(实线)在电极宽度均为2μm，电极间距均为5μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透过率与电压关系图对比。
图22是实施例12中传统IPS蓝相液晶显示器(虚线)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(实线)在电极宽度均为1μm，电极间距均为6μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透过率与电压关系图对比。
图23是实施例13中传统IPS蓝相液晶显示器(虚线)和本发明双面IPS蓝相液晶显示器(实线)在电极宽度均为2μm，电极间距均为6μm，且具有相同的蓝相液晶材料参数和液晶层厚度，两者的透过率与电压关系图对比。
具体实施方式
实施例1
本发明的双面IPS蓝相液晶显示器的结构为(如图1)：
本发明双面IPS蓝相液晶显示器包括(从下到上的顺序)：起偏器1、下玻璃基板2、下玻璃基板内表面条状ITO电极3和4、下绝缘层5、封边框胶6、间隔物7、蓝相液晶层8、上绝缘层9、上玻璃基本内表面条状ITO电极10和11、上玻璃基板12、检偏器13。
本发明双面IPS蓝相液晶显示器中要求上玻璃基板内表面的条状ITO电极10和11分别位于下玻璃基板内表面两条相邻条状ITO电极3和4间隙中心位置上方。上玻璃基板内表面条状ITO电极11和12与下玻璃基板内表面条状ITO电极3和4的电极宽度、电极间距是相同的。
本发明双面IPS蓝相液晶显示器中下绝缘层5和上绝缘层9之间充满蓝相液晶层8，并在蓝相液晶层8内放置直径为10μm的间隔物7来控制液晶层的厚度。绝缘层为二氧化硅绝缘层，厚度比条状ITO电极的厚度要大。
本发明双面IPS蓝相液晶显示器中的下玻璃基板2和上玻璃基板12依靠封边框胶6粘结在一起。
本发明双面IPS蓝相液晶显示器样品盒制作方法，按照以下步骤制作：
步骤1，分别在上、下玻璃基板刻蚀出条状ITO电极图形。
先分别在上、下ITO导电玻璃上涂覆感光胶，再覆盖光刻掩膜版(光刻掩膜版是在胶片上制成与电极图形对应的黑白图案，曝光时使透明区光刻胶在光的作用下起反应)。光刻掩膜版时，先在下掩膜版光刻出宽度1μm、间距1μm的区域，然后在上掩膜版对应下掩膜版光刻出的电极间距中心位置光刻出宽度1μm的图案。然后再通过紫外光进行照射，对ITO电极层进行选择性化学腐蚀，从而在上、下ITO导电玻璃上得到与上、下掩膜版完全对应的图形。
步骤2，下玻璃基板喷洒间隔物(球形树脂粉)，上玻璃基板印刷封边框胶和导电胶。
在下玻璃基板上用喷粉机喷洒直径为10μm的球形树脂粉，形成较均匀分布，来控制上、下玻璃基板的间距，上玻璃基板采用丝网印刷方法来丝印边框胶和导电胶，用来控制所制作蓝相液晶显示器件的大小和导通上下基板之间的公共电极。
步骤3，上、下玻璃基板贴合并将边框胶固化。
在对位贴合机上将上、下玻璃基板进行对位贴合，使用热固化方法在200℃左右将边框胶固化，形成蓝相液晶空盒。
步骤4，配制所需要的蓝相液晶材料(J.Yan，etal，Appl.Phys.Lett.，V.96，071105，2010)。
将向列相液晶(49wt％Mreck BL038)，手性剂(21％Merck CB15和6％ZLI-4572)和预聚物(9％EHA和15％RM257)混合均匀，然后在紫外光下照射，逐渐地在蓝相缺陷位置形成聚合物，该聚合物具有跟蓝相液晶类似的空间结构，聚合物可以使蓝相液晶处于一个稳定的状态。
步骤5，灌注配制好的蓝相液晶材料并封口。
将空盒放置在抽真空的液晶灌注密闭室内，盒中的气体由封口处抽出，然后使注入孔(密封边框的缺口)接触配置好的蓝相液晶，蓝相液晶材料参数：ε//＝37，ε⊥＝4，no＝1.4744，ne＝1.7744，K＝1.268nm/V2(λ＝550nm)。利用毛细现象，就可将空盒的大部分容积注入蓝相液晶材料，再向液晶灌注室内充入经过充分干燥的氩气和氮气等惰性气体，利用惰性气体的压力使蓝相液晶材料完全充满液晶盒。采用密封胶粘接封口，通过冷冻的方法，让封口胶恰当地收缩带入封口内，再用紫外光照射固化。
步骤6，紫外光照射蓝相液晶，使蓝相液晶层中的聚合物单体聚合。
控制紫外光照射强度和角度，对蓝相液晶层中的聚合物单体进行聚合，形成蓝相液晶中的聚合物畴线，对蓝相液晶的螺旋结构进行固定，从而获得宽温度范围的蓝相状态。
步骤7，清洗玻璃表面并在蓝相液晶盒上、下玻璃基板上贴上上、下偏光片(即起偏器和检偏器)。
将蓝相液晶盒表面残留的一些封口胶、蓝相液晶材料和其他污物清除掉。然后就可以贴上上、下偏光片了。起偏器和检偏器均采用G1220DU型号偏光片，起偏器的方位角为45°，检偏器的方位角为135°，厚度为230μm。
最后得到这种双面IPS蓝相液晶显示器。
以上制作方法未述内容为公知技术，具体可以参照由北京邮电大学出版社出版、范志新编著的《液晶器件工艺基础》。
所得的蓝相液晶显示器的上玻璃基板内表面条状ITO电极与下玻璃基板内表面条状ITO电极的电极宽度均为1μm，电极间距均为1μm；蓝相液晶层厚度为10μm，蓝相液晶材料参数为ε//＝37，ε⊥＝4，no＝1.4744，ne＝1.7744，K＝1.268nm/V2(λ＝550nm)。起偏器和检偏器均采用G1220DU型号偏光片。起偏器的方位角为45°，检偏器的方位角为135°。
图2～图4是通过模拟软件(TechWiz LCD三维模拟软件)计算得到实施例1中传统IPS蓝相液晶显示器与本发明双面IPS蓝相液晶显示器的电场线分布图、透过率与电压关系图对比、透光区域与不透光区域平面图对比。
模拟中传统IPS蓝相液晶显示器，在下玻璃基板内表面两条相邻条状ITO电极上施加不同电压(其中一条施加工作电压，另外一条不施加电压)；本发明双面IPS蓝相液晶显示器，分别在上、下玻璃基板内表面两条相邻条状ITO电极上施加不同电压(其中一条施加工作电压，另外一条不施加电压)。
图2是通过模拟软件计算得到传统IPS蓝相液晶显示器与本发明双面IPS蓝相液晶显示器的电场线分布。图2(a)是传统IPS蓝相液晶显示器，在下玻璃基板内表面两条相邻条状ITO电极之间有电场线分布；图2(b)是本发明中的双面IPS蓝相液晶显示器，在上、下玻璃基板内表面两条相邻条状ITO电极之间都有电场线分布。
图3是通过模拟软件计算得到传统IPS蓝相液晶显示器与本发明双面IPS蓝相液晶显示器的透过率与电压关系图对比。传统IPS蓝相液晶显示器驱动电压为84V，透过率为45.6％；本发明双面IPS蓝相液晶显示器的驱动电压为66V，透过率为92.0％。本发明双面IPS蓝相液晶显示器的驱动电压比传统IPS蓝相液晶显示器的驱动电压降低了21.4％，透过率增加46.4％。
图4是通过模拟软件计算得到传统IPS蓝相液晶显示器与本发明双面IPS蓝相液晶显示器的透光区域与不透光区域平面图对比。图4(b)中本发明蓝相液晶显示器的透光区域占整体区域的比例比图4(a)中传统IPS蓝相液晶显示器的透光区域占整体区域的比例要大很多。
实施例2-13
双面IPS蓝相液晶显示器与传统IPS蓝相液晶显示器在不同电极宽度和电极间距下的实验测试结果见图5～图23和表1，其它同实施例1。图5～图18是对于驱动电压较低的蓝相液晶显示器如实施例1-8所述，双面IPS蓝相液晶显示器的透过率比传统IPS蓝相液晶显示器的透过率增大30％以上(＞85％)；图19～图23是对于透过率较大的蓝相液晶显示器如实施例9-13所述，双面IPS蓝相液晶显示器的驱动电压比传统IPS蓝相液晶显示器的驱动电压降低25％以上。
本发明未述及之处适用于现有技术。
表1：
Figure BSA00000361752900071

Claims (7)

1.一种双面IPS蓝相液晶显示器，其特征为该液晶显示器包括：起偏器、检偏器、双面IPS蓝相液晶盒；其位置关系依次为：起偏器、双面IPS蓝相液晶盒、检偏器；光线依次通过起偏器、双面IPS蓝相液晶盒、检偏器；
所述的双面IPS蓝相液晶盒，在其上、下玻璃基板的内表面有条状氧化铟锡(ITO)电极，双面IPS蓝相液晶盒包括：上玻璃基板、下玻璃基板、上玻璃基板内表面条状ITO电极、下玻璃基板内表面条状ITO电极、上绝缘层、下绝缘层、蓝相液晶层、封边框胶；其位置关系为：上玻璃基板、上玻璃基板内表面条状ITO电极、上绝缘层、蓝相液晶层、封边框胶、下玻璃基板内表面条状ITO电极、下绝缘层、下玻璃基板；
所述的双面IPS蓝相液晶盒，上玻璃基板内表面条状ITO电极的电极宽度、电极间距与下玻璃基板内表面条状ITO电极的电极宽度、电极间距是相同的；电极宽度可选范围：W＝1～4μm；电极间距可选范围：G＝1～6μm；上玻璃基板内表面的条状ITO电极位于下玻璃基板内表面两条相邻条状ITO电极间隙中心位置上方。
2.如权利要求1所述的双面IPS蓝相液晶显示器，其特征为所述的双面IPS蓝相液晶盒，上、下玻璃基板内表面的条状ITO电极分别镶嵌在上、下绝缘层中。
3.如权利要求1所述的双面IPS蓝相液晶显示器，其特征所述的蓝相液晶层厚度的可选范围：d＝5～20μm。蓝相液晶层包括：蓝相液晶材料和间隔物。
4.如权利要求1所述的双面IPS蓝相液晶显示器，其特征为所述的蓝相液晶层中蓝相液晶材料为蓝相液晶聚合物。
5.如权利要求1所述的双面IPS蓝相液晶显示器，其特征为所述的蓝相液晶层中间隔物为球形树脂粉，直径范围：Φ＝5～20μm。
6.如权利要求1所述的双面IPS蓝相液晶显示器，其特征为所述的上、下玻璃基板依靠封边框胶粘结在一起。
7.如权利要求1所述的双面IPS蓝相液晶显示器，其特征为所述的双面IPS模式的蓝相液晶显示器所采用的起偏器和检偏器均为相同型号偏光片。
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