CN1916702A - 液晶显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液晶显示器，用以形成具高响应速率、低色彩偏移、高对比率、及光视角之多重场域，其包括一液晶显示器面板具一第一基板与一第二基板。多条锯齿状像素电极与共同电极交错设置于第一基板或第二基板上。多个取向层设置于第一基板与第二基板上。一液晶层夹置于第一基板与第二基板之间的空间，以构成一液晶单元。两片线性偏光板分别设置于液晶单元的外侧表面。
Description
技术领域
本发明涉及影像显示系统，且特别是涉及一种具横向电场切换(IPS)型液晶显示器的影像显示系统。
背景技术
液晶显示器(LCD)具有许多个优点，例如体积小、重量轻、及低电力消耗等，因而已经广泛地被应用于行动显示装置、笔记型计算机、个人计算机(PC)屏幕及电视(TV)等电子产品。就大尺寸屏幕及电视的应用需求而论，其关键在于必须具备快响应速度、高对比率、高透光性及无色彩反转的宽视角。横向电场切换(in-plane switching，简称IPS)型液晶显示器兼具上述高画质影像的关键性特点，且已成为主要应用之选择之一。例如，S.Yeo等人于2004年国际信息显示学会文摘(Society for Information Display Digest，SID 04 Digest)第758页中提出。
横向电场切换(IPS)的构想首先由R.A.Soref于Applied Physics Letters，vol.22，p165(1973)及Journal of Applied Physics，vol.45，p5466(1974)中提出。于1992年，Kiefer等人将横向电场切换(IPS)的构想延伸至液晶显示器的应用领域，并于日后由Hitachi Japan公司开发成商业化产品。于一IPS-LCD装置中，电场系以横向形式施加于同一基板上的像素电极与共同电极之间。于邻近电极之间的液晶分子则于相同的平面上旋转。此乃IPS型LCD显示器具广视角的缘故。然而，传统的IPS-LCD采用条状电极，致使斜角入射光于交错偏光板发生偏离光轴的漏光，进而使得广视角的影像品质劣化。更有甚者，由于于邻近电极之间的液晶分子的位向系属单一轴相，因而极易发生色彩偏移现象，降低高入射角的显像品质。此外，4μm的IPS型液晶单元的响应速度约为50毫秒(ms)，若无特殊的电路设计及LC材料选择，仍显得过慢。
为了避免于交错偏光板发生偏离光轴的漏光且使其使角更广，J.Chen等人于SID 98 Digest(1998)p.315与Y.Satoh等人于Journal of AppliedPhysics，vol.37，p4822(1998)中使用单轴补偿膜及双轴补偿膜补偿IPS-LCD装置，然而其结果并非如预期。为了抑制色彩偏移现象的缺点，H.Wakemoto等人于Japanese Journal of Applied Physics，vol.36，p.L27(1997)中采用锯齿状电极具多重场域结构于IPS-LCD装置。再者，美国专利第US 6,226,116号亦揭露了类似的电极概念。此外，美国专利第US 6,128,061号S.Lee等人揭露了采用IPS型LCD以避免色彩偏移现象的的发生，其LCD装置包括了一矩形架构的主要电极及多个分隔电极，以将电极于垂直方向与水平方向分隔成多个次像素。
近来，W.Liu等人Japanese Journal of Applied Physics，vol.38，p.2779(1999)中揭露一种结合IPS与垂直取向(vertical alignment，简称VA)的构想。并且，美国专利第US 6,177,973号S.Lee等人亦揭露了类似组件的组态。横向电场会致使垂直取向转换的形变，且配合选用正性介电异向性的液晶材料，再搭配选用适当的补偿膜，可增快响应速度及增广显示器的视角。
发明内容
有鉴于此，本发明之目的之一在于提供一种锯齿状多重场域IPS型液晶显示器装置。
本发明之另一目的在于提供一种降低色彩偏移现象的多重场域IPS型液晶显示器装置。
本发明之又一目的在于提供一种具快响应速度的锯齿状多重场域IPS型液晶显示器装置。
本发明之再一目的在于提供一种具广视角的锯齿状多重场域IPS型液晶显示器装置。
本发明之目的尚提供一种具高对比率的锯齿状多重场域IPS型液晶显示器装置。
为达成上述目的，本发明提供一种液晶显示器，用以形成具高响应速率、低色彩偏移、高对比率、及光视角之多重场域，其包括：一第一基板与一第二基板；多条锯齿状像素电极与共同电极交错设置于该第一基板或该第二基板上；多个取向层设置于该第一基板与该第二基板上；一液晶层夹置于该第一基板与该第二基板之间的空间，以构成一液晶单元；及两片线性偏光板分别设置于该液晶单元的外侧表面。
为达成上述目的，本发明另提供一种多重场域垂直取向液晶显示器，具高响应速率、低色彩偏移、高对比率、及光视角，包括：一第一基板与一第二基板；多条锯齿状像素电极与共同电极交错设置于该第一基板或该第二基板上，以提供一液晶成垂直取向；多个取向层设置于该第一基板与该第二基板上；该液晶层夹置于该第一基板与该第二基板之间的空间，以构成一液晶单元；及两片线性偏光板分别设置于该液晶单元的外侧表面。
为达成上述目的，本发明另提供一种多重场域垂直取向液晶显示器，具高响应速率、低色彩偏移、高穿透率、高对比率、及光视角，包括：一第一基板与一第二基板；多条锯齿状像素电极与共同电极交错设置于该第一基板或该第二基板上；多个取向层设置于该第一基板与该第二基板上，以提供一液晶成垂直取向；该液晶层夹置于该第一基板与该第二基板之间的空间，以构成一液晶单元；及一线性偏光板与一宽频四分之一波板组成一圆偏光板，其中该圆偏光板设置于该液晶单元的外侧表面。
为使本发明之上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1显示根据本发明实施例之电极结构的示意图，其中θ表示为锯齿状电极的弯曲角度；
图2显示根据本发明实施例采用均质取向液晶之MD-IPS LCD装置的爆炸展开示意图；
图3A和3B显示根据本发明实施例采用垂直取向(VA)液晶之MD-IPSLCD装置的爆炸展开示意图；
图4显示根据本发明另一实施例之具有两个LC取向场域的锯齿状电极结构的示意图；
图5显示根据本发明实施例之液晶指向子的模拟分布状态，其外加偏压的条件为5Vms；
图6显示根据本发明实施例之锯齿状MD-IPS模式的时间-穿透率关系图(曲线(a))与传统的IPS模式的时间-穿透率关系图(曲线(b))；
图7A与7B分别显示根据本实施例之锯齿状MD-IPS模式与传统的IPS模式的色彩偏移图，根据CIE 1931色度坐标图，其所搭配使用的液晶为均质取向的液晶Merck MLC-6692；
图8A与8B分别显示根据本实施例之锯齿状MD-IPS模式与传统的IPS模式的视角坐标图，其所搭配使用的液晶为均质取向的液晶MerckMLC-6692，外加偏压的条件为5Vms，且无搭配补偿膜；
图9显示根据本实施例以一对正性A-膜与正性C-膜搭配的补偿膜改善具线性偏光板的MD-IPS模式的视角坐标图；
图10显示根据本发明实施例之液晶指向子的模拟分布状态，其外加偏压的条件为6.5Vms；
图11显示根据本发明实施例之锯齿状VA-MD-IPS模式的时间-穿透率关系图；
图12分别显示根据本实施例之锯齿状VA-MD-IPS模式的色彩偏移图，其根据CIE 1931色度坐标图，其所搭配使用的液晶为垂直取向的液晶MerckMLC-6876-100；
图13显示根据本实施例以一对负性C-膜与正性A-膜搭配的补偿膜改善具线性偏光板的VA-MD-IPS模式的视角坐标图；
图14显示根据本发明第三实施例之具两个均匀取向液晶场域的锯尺状MD-IPS LCD，其液晶指向子的模拟分布状态。其搭配液晶材料为默克(Merck)MLC-6692，外加偏压的条件为5Vms；
图15显示根据本发明第三实施例之锯齿状2D MD-IPS模式，其搭配交错的线性偏光板的状态下的时间-穿透率关系图，外加偏压的条件为5Vms；
图16分别显示根据本发明第三实施例之锯齿状2D MD-IPS模式的色彩偏移图，其根据CIE 1931色度坐标图，所搭配使用的液晶为均质取向的液晶Merck MLC-6692(Δn＝0.085，Δε＝10.3及γ1＝0.1Pa·S)；
图17分别显示根据本发明第三实施例之锯齿状2D MD-IPS模式的视角坐标图，其所搭配使用的液晶为均质取向的液晶Merck MLC-6692(Δn＝0.085，Δε＝10.3及γ1＝0.1Pa·S)，外加偏压的条件为5Vms，且无搭配补偿膜；以及
图18显示根据本实施例以一对正性A-膜与正性C-膜搭配的补偿膜改善具线性偏光板的2D MD-IPS模式的视角坐标图。
主要组件符号说明
本案部分(图1～20)
10～单位电极结构；12～共同电极；14～像素电极；21、22～基板；23、24与31、32～交错的偏光板；25、35～液晶层；33、34～1/4λ波板；26、36～背光源；θ～锯齿状电极的弯曲角度；R⊥～垂直研磨方向；R∥～水平研磨方向。
具体实施方式
本发明提供一种液晶显示器组件的结构，适于低低色彩偏移、快响应速度、广视角、高对比率、及高对比率的锯齿状多重场域IPS型液晶显示器装置。其中皆采用正性介电异向性(Δε＞0)的液晶材料与负性介电异向性(Δε＜0)的液晶材料，且液晶分子可于均质与垂直取向模式运作。图1显示根据本发明实施例之电极结构的示意图，其中θ表示为锯齿状电极的弯曲角度。于图1中，一单位电极结构10包括多条沿水平及垂直方向延伸的锯齿状电极，将电极结构10分隔成至少两区域。一锯齿状电极串行交互配置以形成指叉状(inter-digital)电极于相同的基板上，各对应例如一共同电极12或一像素电极14，其延伸连接一膜晶体管置TFT(未图示)。于不同区域的边界处，即共同电极12与像素电极14间尤以完全相反切换占满邻近空间，以改善穿透率及开口率。因而，无需额外的电极或隔离的间隙子。
图2显示根据本发明实施例采用均质取向液晶之MD-IPS LCD装置的爆炸展开示意图。于图2中，液晶分子25于玻璃或塑料基板21上均质地取向。锯齿状电极的弯曲角度以θ表示，定义为锯齿状电极分枝的延伸方向与水平或垂直方向的夹角，理论上可为任意非零的数值。基板的研磨(rubbing)方向较佳者为沿水平R∥或垂直R⊥方向，即0度或90度，以产生对称的多重场域。线性偏光板的主轴系与液晶分子25平行(即研磨的方向)。当无外加偏压的情况下，入射光完全被交错的偏光板23、24所阻隔，亦即为全黑状态(normal black state)。当外加偏压大于液晶分子的起始电压的情况下，产生水平电场以及于整个显示器区域成抛物线形式分布的电力线。相对应地，于电力线之间具正性介电异向性(Δε＞0)的液晶指向子(indicactor)会沿电力线分布的方向排列。而于电力线之间具负性介电异向性(Δε＜0)的液晶指向子(indicactor)会沿电力线分布的垂直方向排列。因此入射光可穿透交错的偏光板23、24。
图3A和3B显示根据本发明实施例采用垂直取向(VA)液晶之MD-IPSLCD装置的爆炸展开示意图。在图3A和3B中，液晶分子35于玻璃或塑料基板上垂直地取向，且在无外加偏压的条件下，该显示器组件呈现垂直取向(VA)模式，因而无需额外的研磨步骤亦即线性或圆偏光板皆可适用于垂直取向(VA)模式。于此情况下，只有正性介电异向性(Δε＞0)的液晶材料适用。于搭配线性偏光板的情况下，线性偏光板的主轴设定为90°，亦即偏光板31、32彼此之间相互垂直。第一线性偏光板31的主轴与第一宽频四分之一波板33置于45°构成前圆偏光板，此为左旋圆形偏光。相似地，第二线性偏光板32的主轴与第二宽频四分之一波板34置于45°构成后圆偏光板，此为右旋圆形偏光。
为了明确说明VA型MD-IPS LCD装置的工作原理，本发明实施例以具线性偏光板的显示器装置为例说明。当无外加偏压施加的情况下，入射光完全被交错的偏光板所阻隔，因而可获致理想的暗态。当施以一外加偏压施加的情况下，于锯齿状电极之间的液晶指向子(indicactor)会沿平面电场重新排列且自液晶分子开始产生相延迟(phase retardation)。因此，入射光可穿透交错的偏光板。
相较于传统的IPS LCD，由于MD-IPS LCD装置具较低的有效相延迟，使得其亦具有相对较低的穿透率。为了改善穿透率，本发明实施例另提供一具有两个LC取向场域的锯齿状MD-IPS结构。图4显示根据本发明另一实施例之具有两个LC取向场域的锯齿状电极结构的示意图。电极结构可分隔成两个部分，各具不同的取向方向，且彼此之间相互垂直。起始的两个LC取向场域可由双研磨(double rubbing)法获致，其详细方法内容请参考J.Chen等文于Journal of Applied Physics，vol.80，p1985(1996)的内容。或者，可由光取向(photo-alignment)法获致，其详细方法内容请参考E.Hoffman等人于SID 98 Digest(1998)p.734的内容。又或者，可由喷墨制造工艺(inkjetprinting process)法获致，其详细方法内容请参考M.Randler等人于SID 2000Digest(2000)p.266的内容。由于具有两个LC取向场域的锯齿状MD-IPSLCD装置可被视为两个分离的IPS LCD同时运作，其工作原理相似于图3A和3B中使用均质取向液晶的MDIPS LCD装置。应注意的是，当线性偏光板主轴平行于其中之一LC取向场域内的液晶分子取向方向时，于此同时该线性偏光板主轴亦垂直于另一LC取向场域内的液晶分子取向方向。是故，当于无外加偏压的情况下，入射光完全被交错的线性偏光板所阻隔，亦即为全黑状态(normal black state)。当外加偏压大于液晶分子的起始电压的情况下，即产生水平电场且光线可穿透交错的线性偏光板。
以下以正性介电异向性(Δε＞0)的液晶材料为例，列举三个实施例详细说明本发明：
第一实施例
请参阅图1及2，一单位电极结构10包括多条沿水平及垂直方向延伸的锯齿状电极，将电极结构10分隔成至少两区域。一锯齿状电极串行交互配置以形成指叉状(inter-digital)电极于相同的基板上，各对应例如一共同电极12或一像素电极14，其延伸连接一膜晶体管置TFT(未图示)。指叉状(inter-digital)电极较佳者是由一透明铟锡氧化物(ITO)或其它导电层所构成。共同电极12与像素电极14可藉由同一光刻步骤形成，或别由不同步骤形成。并且由一保护层例如SiO2所隔离。相邻的共同电极12与像素电极14之间的距离可大于液晶单元间隙以形成完全地平面电场切换，或者其间的距离可小于液晶单元间隙以利用其边界场效应(fringe field effect)。于不同区域的边界处，即共同电极12与像素电极14间尤以完全相反切换占满邻近空间，以改善穿透率及开口率。因而，无需额外的电极或隔离的间隙子。锯齿状电极的弯曲角度θ，定义为锯齿状电极分枝的延伸方向与水平或垂直方向的夹角，理论上可为任意非零的数值。为了消去色彩偏移现象，较佳的θ可选定为45°。基板的研磨(rubbing)方向较佳者为沿水平或垂直方向，即0°或90°，以产生对称的多重场域。
于本实施例中，锯齿状电极的弯曲角度θ较佳为45°，研磨(rubbing)角度为0°，以及锯齿状电极分枝的长度为35μm。电极的宽度为4μm，以及相邻电极之间的距离为6μm。上、下基板之间的间隙为4μm，重复的锯齿状电极结构的基本像素单位的面积为42μm×94μm。本实施例模拟系采用正性介电异向性(Δε＞0)的液晶材料MLC-6692(由默克Merck所提供)。液晶的参数为：于波长550nm的双曲折(birefringence)Δn＝0.085，介电异向性Δε＝10.3，以及旋转黏滞系数γ1＝0.1Pa·S。液晶分子于初始态具均质地取向。其方位角为0°，以及其预倾角为2°。
图5显示根据本发明实施例之液晶指向子的模拟分布状态，其外加偏压的条件为5Vms。由于平面电场效应，液晶指向子会沿着电场分布重新排列。由平面图观之，位于像素电极与共同电极上的液晶指向子会重新排列，且基于对应锯齿状电极的湾区尖端，液晶指向子被分隔成不同的取向场域。此意味着，可形成多重场域的结构。此外，在具不同图案方向的电极串行之间，并无明显的不连续及边界形成。
图6显示根据本发明实施例之锯齿状MD-IPS模式的时间-穿透率关系图(曲线(a))，其所搭配使用的液晶为均质取向的液晶Merck MLC-6692，外加偏压的条件为5Vms。为更明确的说明本实施例的优点，特将传统的IPS模式(曲线(b))列为比较基准，其电极宽度为4μm，以及相邻电极之间的距离为6μm。而其液晶材料与其它组件参数与前述。请参阅图6之曲线(a)与(b)，本实施例之锯齿状MD-IPS模式的穿透率相较于传统的IPS模式的穿透率明显地降低。此乃由于锯齿状MD-IPS模式形成多重场域而造成液晶分子有效的光学相延迟效应所导致。光学的穿透率可藉由施加高偏压或者选用高双曲折性的液晶材料获得改善，请进一步参阅S.T.Wu及D.K.Yang，Reflective Liquid Crystal Displays(Wiley，Chichester，2001)。另一方面，本实施例之锯齿状MD-IPS模式的升起时间(rise time)大幅地缩短，其由穿透率10％升至90％的时间为18ms，相较于传统的IPS模式所需时间为40ms。
图7A与7B分别显示根据本实施例之锯齿状MD-IPS模式与传统的IPS模式的色彩偏移图，根据CIE 1931色度坐标图，其所搭配使用的液晶为均质取向的液晶Merck MLC-6692。其外加偏压的条件为5Vms，且藉由一白光光源以50°入射角扫描全方位角的区域。请参阅第7B图，传统的IPS模式呈现蓝色-偏移与黄色-偏移现象，相较于本实施例之锯齿状MD-IPS模式，则无明显的色彩偏移。此乃由于锯齿状MD-IPS模式形成多重场域而抑制了各个方向的色彩偏移所致。
图8A与8B分别显示根据本实施例之锯齿状MD-IPS模式与传统的IPS模式的视角坐标图，其所搭配使用的液晶为均质取向的液晶MerckMLC-6692，外加偏压的条件为5Vms，且无搭配补偿膜。请参阅第8A图，其±20°视角锥的范围内具高对比率，约500∶1，且10∶1的等-对比率的曲线可延伸至±60°。此充分显示本实施例之锯齿状MD-IPS模式较传统的IPS模式具有更广的视角。
再者，藉由单轴膜或双轴膜可增广均质液晶单元的视角，系熟悉此技艺人士所公知的，请进一步参阅S.T.Wu及D.K.Yang，Reflective LiquidCrystal Displays(Wiley，Chichester，2001)。另一方面，不同补偿膜的设计及组件配置可导致不同的效果。为进一步阐明之故，本实施例以一对正性A-膜与正性C-膜搭配的补偿膜改善先前所述具线性偏光板MD-IPS模式的视角。一对正性A-膜与正性C-膜对应的d·Δn各别为139.5nm与94.0nm，设置于检光板(analyzer)之前，并针对偏压0Vms与5Vms之间计算对比率。图9显示根据本实施例以一对正性A-膜与正性C-膜搭配的补偿膜改善具线性偏光板的MD-IPS模式的视角坐标图。请参阅图9，其靠近显示器组件中央的部分具高对比率大于500∶1，且500∶1的等-对比率的曲线可延伸至±50°。再者，右-左及上-下方位的100∶1的等-对比率的曲线可延伸至±85°。此结果意味着即使在视角±80°的状态下显示器组件仍具100∶1的高对比率。有鉴于此，本实施例使用液晶之锯齿状MD-IPS模式兼具高响应时间、超广角视角及高对比等优点，因此特别适用于液晶电视与监视器等应用领域。
第二实施例
请参阅图1及3，各别显示一锯齿状电极结构与使用垂直配相液晶(VA-LC)的对应工作原理。一单位电极结构10包括多条沿水平及垂直方向延伸的锯齿状电极，将电极结构10分隔成至少两区域。一锯齿状电极串行交互配置以形成指叉状(inter-digital)电极于相同的基板上，各对应例如一共同电极12或一像素电极14，其延伸连接一膜晶体管置TFT(未图示)。指叉状(inter-digital)电极较佳者是由一透明铟锡氧化物(ITO)或其它导电层所构成。共同电极12与像素电极14可藉由同一光刻步骤形成，或别由不同步骤形成。并且由一保护层例如SiO2所隔离。于不同区域的边界处，即共同电极12与像素电极14间尤以完全相反切换占满邻近空间，以改善穿透率及开口率。因而，无需额外的电极或隔离的间隙子。锯齿状电极的弯曲角度θ，定义为锯齿状电极分枝的延伸方向与水平或垂直方向的夹角，理论上可为任意非零的数值。由于液晶分子系以垂直方式取向，因此可不需要研磨程序。
于本实施例中，锯齿状电极的弯曲角度θ较佳为10°，以及锯齿状电极分枝的长度为21μm。电极的宽度为4μm，以及相邻电极之间的距离为8μm。上、下基板之间的间隙为4μm，重复的锯齿状电极结构的基本像素单位的面积为40μm×86μm。本实施例模拟系采用正性介电异向性(Δε＞0)的液晶材料MLC-6876-100(由默克Merck所提供)。液晶的参数为：于波长550nm的双曲折(birefringence)Δn＝0.105，介电异向性Δε＝16，以及旋转黏滞系数γ1＝0.09Pa·S。液晶分子于初始态具均质地取向。其方位角为0°，以及其预倾角为90°。
于第一实施例中具均质取向液晶的锯齿状MD-IPS模式显示器装置，其弹性常数k22为扭曲。相较于本实施例具垂直取向液晶的锯齿状MD-IPS模式显示器装置，其弹性常数k33为弯曲。由于正性液晶的Δε的绝对值大于负性液晶的Δε的绝对值，因此相较于传统使用负性液晶的VA模式，本实施例的VA-MD-IPS模式需要更高的驱动电压。图10显示根据本发明实施例之液晶指向子的模拟分布状态，其外加偏压的条件为6.5Vms。由于平面电场效应，液晶指向子会沿着电场分布弯曲且重新排列。由平面图观之，位于像素电极与共同电极上的液晶指向子会重新排列，且基于对应锯齿状电极的湾区尖端，液晶指向子被分隔成不同的取向场域。此意味着，可形成多重场域的结构。此外，在具不同图案方向的电极串行之间，并无明显的不连续及边界形成。
图11显示根据本发明实施例之锯齿状VA-MD-IPS模式的时间-穿透率关系图(曲线(a))，其所搭配使用的液晶为垂直取向的液晶MerckMLC-6876-100，外加偏压的条件为6.5Vms。请参阅图11，相较于搭配线性偏光板(曲线(b))的穿透率为17％，搭配圆偏光板(曲线(a))的穿透率提升为21％，其光线利用率提升34％。然不论配线性偏光板或圆偏光板，皆具较快的响应时间，其由穿透率10％升至90％以及由90％衰减至10％的时间皆小于25ms。
图12分别显示根据本实施例之锯齿状VA-MD-IPS模式的色彩偏移图，其根据CIE 1931色度坐标图，其所搭配使用的液晶为垂直取向的液晶MerckMLC-6876-100。其外加偏压的条件为6.5Vms，且藉由一白光光源以50°入射角扫描全方位角的区域。本实施例之锯齿状VA-MD-IPS模式，无明显的色彩偏移。此乃由于锯齿状VA-MD-IPS模式形成多重场域而完全抑制了色彩偏移所致。此结果有助于克服灰阶显示时的色彩反转问题。
藉由一单轴及一负性双曲折膜或双轴膜可增广VA液模式晶胞的视角，是本领域的技术人员所公知的，请进一步参阅S.T.Wu及D.K.Yang，Reflective Liquid Crystal Displays(Wiley，Chichester，2001)。为进一步阐明之故，本实施例以一对负性C-膜与正性A-膜搭配的补偿膜改善先前所述具线性偏光板VA-MD-IPS模式的视角。一对负性C-膜与正性A-膜对应的d·Δn各别为-204.7nm与16.8nm，设置于检光板(analyzer)之前，并针对偏压0Vms与6.5Vms之间计算对比率。图13显示根据本实施例以一对负性C-膜与正性A-膜搭配的补偿膜改善具线性偏光板的VA-MD-IPS模式的视角坐标图。请参阅图13，其靠近显示器组件中央的部分具高对比率大于500∶1，且500∶1的等-对比率的曲线可延伸至±20°，以右-左及上-下方位对称。其10∶1的视角锥范围可延伸至±70°。有鉴于此，本实施例使用垂直取向液晶之锯齿状MD-IPS模式兼具高响应时间、超广角视角及高对比等优点，因此特别适用于液晶电视与监视器等应用领域。
第三实施例
图4显示根据本发明第三实施例之具有两个LC取向场域的锯齿状电极结构的示意图。一单位电极结构10包括多条沿水平及垂直方向延伸的锯齿状电极，将电极结构10分隔成至少两区域。一锯齿状电极串行交互配置以形成指叉状(inter-digital)电极于相同的基板上，各对应例如一共同电极12或一像素电极14，其延伸连接一膜晶体管置TFT(未图示)。指叉状(inter-digital)电极较佳者是由一透明铟锡氧化物(ITO)或其它导电层所构成。共同电极12与像素电极14可藉由同一光刻掩模步骤形成，或别由不同步骤形成。并且由一保护层例如SiO2所隔离。相邻的共同电极12与像素电极14之间的距离可大于液晶单元间隙以形成完全地平面电场切换，或者其间的距离可小于液晶单元间隙以利用其边界场效应(fringe field effect)。
于图4中，电极结构可分隔成两个部分，各具不同的取向方向，且彼此之间相互垂直，其中箭头符号的方向表示液晶分子的位向。初始的两个液晶为向场域可由双研磨法、光取向(photo-alignment)法或喷墨制造工艺(inkjet printing process)获得。由于本实施例之2D MD-IPS LCD装置可被视为两个分离的IPS LCD同时运作，其工作原理相似于图3A和3B中使用均质取向液晶的MD-IPS LCD装置。应注意的是，当线性偏光板主轴平行于其中之一LC取向场域内的液晶分子取向方向时，于此同时该线性偏光板主轴亦垂直于另一LC取向场域内的液晶分子取向方向。
锯齿状电极的弯曲角度θ，定义为锯齿状电极分枝的延伸方向与水平或垂直方向的夹角，理论上可为任意非零的数值。为了获致较高的穿透率，较佳的θ可选定为低于45°。基板的研磨(rubbing)方向较佳者为沿水平或垂直方向，即0°或90°对应两个不同的取向区域，以产生对称的多重场域。
于本实施例中，锯齿状电极的弯曲角度θ较佳为10°，研磨(rubbing)角度为0°及90°对应上、下两个不同的取向区域。锯齿状电极分枝的长度为21μm。电极的宽度为4μm，以及相邻电极之间的距离为8μm。上、下基板之间的间隙为4μm，重复的锯齿状电极结构的基本像素单位的面积为40μm×86μm。本实施例模拟系采用正性介电异向性(Δε＞0)的液晶材料MLC-6692(由默克Merck所提供)。液晶的参数为：于波长550nm的双曲折(birefringence)Δn＝0.085，介电异向性Δε＝10.3，以及旋转黏滞系数γ1＝0.1Pa·S。液晶分子于初始态具均质地取向，以及其预倾角为2°。
图14显示根据本发明第三实施例之具两个均匀取向液晶场域的锯尺状MD-IPS LCD，其液晶指向子的模拟分布状态。其搭配液晶材料为默克(Merck)MLC-6692，外加偏压的条件为5Vms。由于平面电场效应，液晶指向子会沿着电场分布重新排列。由平面图观之，位于像素电极与共同电极上的液晶指向子会重新排列，且基于对应锯齿状电极的湾区尖端，液晶指向子被分隔成不同的取向场域。此意味着，可形成多重场域的结构。此外，即使本实施例之2D MD-IPS模式可视为两个不同的IPS模式结合，其间并无明显的不连续及边界形成。
图15显示根据本发明第三实施例之锯齿状2D MD-IPS模式，其搭配交错的线性偏光板的状态下的时间-穿透率关系图，外加偏压的条件为5Vms。本实施例之锯齿状2D MD-IPS模式搭配交错的线性偏光板的穿透率为24％，足以与传统的曲折式电极之IPS模式的穿透率相匹敌。再者，相较于先前实施例的单一均匀取向场域的MD IPS模式，其光线利用率提升50％。
图16分别显示根据本发明第三实施例之锯齿状2D MD-IPS模式的色彩偏移图，其根据CIE 1931色度坐标图，所搭配使用的液晶为均质取向的液晶Merck MLC-6692(Δn＝0.085，Δε＝10.3及γ1＝0.1Pa·S)。其外加偏压的条件为5Vms，且藉由一白光光源以50°入射角扫描全方位角的区域。本实施例之锯齿状2D MD-IPS模式，无明显的色彩偏移。此乃由于锯齿状2D MD-IPS模式形成多重场域而完全抑制了色彩偏移所致。此结果有助于克服灰阶显示时的色彩反转问题。
图17分别显示根据本发明第三实施例之锯齿状2D MD-IPS模式的视角坐标图，其所搭配使用的液晶为均质取向的液晶Merck MLC-6692(Δn＝0.085，Δε＝10.3及γ1＝0.1Pa·S)，外加偏压的条件为5Vms，且无搭配补偿膜。请参阅图17，其±20°视角锥的范围内具高对比率，约500∶1，且10∶1的等-对比率的曲线可延伸至±70°。此充分显示本实施例之锯齿状2DMD-IPS模式较传统的IPS模式具有更广的视角。
为了进一步增广锯齿状2D MD-IPS的视角，本实施例以一对正性A-膜与正性C-膜搭配的补偿膜。正性A-膜与正性C-膜对应的d·Δn各别为141.2nm与94.1nm，设置于检光板(analyzer)之前，并针对偏压0Vms与5Vms之间计算对比率。图18显示根据本实施例以一对正性A-膜与正性C-膜搭配的补偿膜改善具线性偏光板的2D MD-IPS模式的视角坐标图。请参阅图18，其靠近显示器组件中央的部分具高对比率大于500∶1，且500∶1的等-对比率的曲线可延伸至±50°，以及右-左及上-下方位对称区域仍保持500∶1的对比率。其100∶1的视角锥范围可延伸至±80°。有鉴于此，本实施例之锯齿状2D MD-IPS模式兼具高响应时间、超广角视角及高对比等优点，因此特别适用于液晶电视与监视器等应用领域。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明的范围，本领域的技术人员在不脱离本发明之精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。
Claims (43)
1.一种液晶显示器，用以形成具有高响应速率、低色彩偏移、高对比率、及光视角的多重场域，其包括：
(a)第一基板与第二基板；
(b)多条锯齿状像素电极与共同电极交错设置于该第一基板或该第二基板上；
(c)多个取向层，设置于该第一基板与该第二基板上；
(d)液晶层，夹置于该第一基板与该第二基板之间的空间，以构成液晶单元；以及
(e)两片线性偏光板，分别设置于该液晶单元的外侧表面。
2.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该多条锯齿状像素电极与共同电极沿水平方向与垂直方向延伸，以将单位电极结构分隔成至少两个区域。
3.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该多条锯齿状像素电极与共同电极彼此间交互配置以形成指叉状电极。
4.如权利要求3所述的液晶显示器，其中该指叉状电极是由透明铟锡氧化物或其它导电层所构成。
5.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该多条锯齿状像素电极与共同电极的一电极分枝的延伸方向与水平方向或垂直方向的夹角为弯曲角度θ，其范围介于0°＜θ＜90°。
6.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该液晶层具正介电异向性，ε＞0。
7.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该液晶层具负介电异向性，ε＜0。
8.如权利要求1所述的液晶显示器，其中该液晶显示器面板还包括至少一补偿板设置于该两片线性偏光板之一与该第一基板或该第二基板之间。
9.如权利要求8所述的液晶显示器，其中该补偿板为正性双曲折膜与一单轴双曲折膜的组合。
10.如权利要求8所述的液晶显示器，其中该补偿板为A-膜或C-膜。
11.如权利要求8所述的液晶显示器，其中该补偿板包括双轴膜。
12.一种多重场域垂直取向液晶显示器，具高响应速率、低色彩偏移、高对比率、及光视角，包括：
(a)第一基板与第二基板；
(b)多条锯齿状像素电极与共同电极交错设置于该第一基板或该第二基板上，以提供液晶成垂直取向；
(c)多个取向层，设置于该第一基板与该第二基板上；
(d)该液晶层夹置于该第一基板与该第二基板之间的空间，以构成液晶单元；以及
(e)两片线性偏光板，分别设置于该液晶单元的外侧表面。
13.如权利要求12所述的多重场域垂直取向液晶显示器，其中该多条锯齿状像素电极与共同电极沿水平方向与垂直方向延伸，以将单位电极结构分隔成至少两个区域。
14.如权利要求12所述的多重场域垂直取向液晶显示器，其中该多条锯齿状像素电极与共同电极彼此间交互配置以形成指叉状电极。
15.如权利要求14所述的多重场域垂直取向液晶显示器，其中该指叉状电极是由透明铟锡氧化物或其它导电层所构成。
16.如权利要求12所述的多重场域垂直取向液晶显示器，其中该多条锯齿状像素电极与共同电极的一电极分枝的延伸方向与水平方向或垂直方向的夹角为弯曲角度θ，其范围介于0°＜θ＜90°。
17.如权利要求12所述的多重场域垂直取向液晶显示器，其中该液晶层具正介电异向性，ε＞0。
18.如权利要求12所述的多重场域垂直取向液晶显示器，其中该液晶显示器面板还包括至少一补偿板设置于该两片线性偏光板之一与该第一基板或该第二基板之间。
19.如权利要求18所述的多重场域垂直取向液晶显示器，其中该补偿板为负性双曲折膜与单轴双曲折膜的组合。
20.如权利要求18所述的多重场域垂直取向液晶显示器，其中该补偿板为A-膜或C-膜。
21.如权利要求18所述的多重场域垂直取向液晶显示器，其中该补偿板为双轴膜。
22.一种多重场域垂直取向液晶显示器，具高响应速率、低色彩偏移、高穿透率、高对比率、及光视角，包括：
(a)第一基板与第二基板；
(b)多条锯齿状像素电极与共同电极交错设置于该第一基板或该第二基板上；
(c)多个取向层设置于该第一基板与该第二基板上，以提供一液晶成垂直取向；
(d)该液晶层夹置于该第一基板与该第二基板之间的空间，以构成液晶单元；以及
(e)线性偏光板与宽频四分之一波板组成圆偏光板，其中该圆偏光板设置于该液晶单元的外侧表面。
23.如权利要求22所述的多重场域垂直取向液晶显示器，其中该多条锯齿状像素电极与共同电极沿水平方向与垂直方向延伸，以将单位电极结构分隔成至少两个区域。
24.如权利要求22所述的多重场域垂直取向液晶显示器，其中该多条锯齿状像素电极与共同电极彼此间交互配置以形成指叉状电极。
25.如权利要求24所述的多重场域垂直取向液晶显示器，其中该指叉状电极是由透明铟锡氧化物或其它导电层所构成。
26.如权利要求22所述的多重场域垂直取向液晶显示器，其中该多条锯齿状像素电极与共同电极的一电极分枝的延伸方向与水平方向或垂直方向的夹角为弯曲角度θ，其范围介于0°＜θ＜90°。
27.如权利要求22所述的多重场域垂直取向液晶显示器，其中该液晶层具有正介电异向性，ε＞0。
28.如权利要求22所述的多重场域垂直取向液晶显示器，其中该液晶显示器面板还包括至少一补偿板设置于该线性偏光板与该第一基板或该第二基板之间。
29.如权利要求28所述的多重场域垂直取向液晶显示器，其中该补偿板包括正性双曲折膜与单轴双曲折膜的组合。
30.如权利要求28所述的多重场域垂直取向液晶显示器，其中该补偿板包括A-膜或C-膜。
31.如权利要求28所述的多重场域垂直取向液晶显示器，其中该补偿板包括双轴膜。
32.一种液晶显示器，用以形成具高响应速率、低色彩偏移、高穿透率、高对比率、及光视角之多重场域，其包括：
(a)第一基板与第二基板；
(b)多条锯齿状像素电极与共同电极交错设置于该第一基板或该第二基板上；
(c)多个取向层，设置于该第一基板与该第二基板上，以提供液晶层均质的取向且具有两个不同的配位方向；
(d)该液晶层，夹置于该第一基板与该第二基板之间的空间，以构成液晶单元；以及
(e)两片线性偏光板，分别设置于该液晶单元的外侧表面。
33.如权利要求32所述的液晶显示器，其中该多条锯齿状像素电极与共同电极沿水平方向与垂直方向延伸，以将单位电极结构分隔成至少两个区域。
34.如权利要求32所述的液晶显示器，其中该液晶层均质的取向沿着该水平方向或该垂直方向对应该单位电极结构所分隔的该至少两个区域。
35.如权利要求34所述的液晶显示器，其中该多条锯齿状像素电极与共同电极彼此间交互配置以形成指叉状电极。
36.如权利要求32所述的液晶显示器，其中该指叉状电极是由透明铟锡氧化物或其它导电层所构成。
37.如权利要求32所述的液晶显示器，其中该多条锯齿状像素电极与共同电极的一电极分枝的延伸方向与水平方向或垂直方向的夹角为弯曲角度θ，其范围介于0°＜θ＜90°。
38.如权利要求32所述的液晶显示器，其中该液晶层具有正介电异向性，ε＞0。
39.如权利要求32所述的液晶显示器，其中该液晶层具有负介电异向性，ε＜0。
40.如权利要求32所述的液晶显示器，其中该液晶显示器面板还包括至少一补偿板设置于该两片线性偏光板之一与该第一基板或该第二基板之间。
41.如权利要求40所述的液晶显示器，其中该补偿板包括正性双曲折膜与单轴双曲折膜的组合。
42.如权利要求40所述的液晶显示器，其中该补偿板包括A-膜或C-膜。
43.如权利要求40述之所述的液晶显示器，其中该补偿板包括双轴膜。
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