CN1916707A - 液晶显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种液晶显示装置，包含：第一基板，其上具有第一电极；第二基板，其上具有第二电极，其中该第二基板是与该第一基板平行设置，且该第一电极是与该第二电极相对；第一配向膜及第二配向膜，是分别形成于该第一电极与该第二电极之上，其中该第一配向膜的配向方向与该第二配向膜的配向方向垂直，以及经配向处理的液晶层，配置于该第一配向膜及第二配向膜之间，其中该液晶层的液晶材料是为强诱电性液晶或反强诱电性液晶。
Description
【技术领域】
本发明关于一种液晶显示装置，特别关于一种扭转(twisted)水平配向强诱电性液晶显示装置。
【背景技术】
在传统的强诱电性液晶(ferroelectric liquid crystal，FLC)显示面板中，其层列液晶层(smectic liquid crystal layer)是配置于上下两配向膜之间并利用其来进行配向，且该两配向膜的配向方向是为平行(parallel)或逆平行(anti-parallel)。然而，平行或逆平行水平配向易导致传统的层列液晶层的液晶在排列上产生锯齿状壁(Zig-Zag Wall)的排列缺陷。如此一来，传统的FLC显示面板将会因锯齿状壁的排列缺陷而产生严重的漏光现象，进而造成FLC显示面板的对比度降低，请参照第1图。
传统的层列液晶层的液晶所产生的排列缺陷并没有自行修复的能力，需要仰赖额外的制程来重新排列液晶，来克服此缺陷。然而此额外的制程大幅增加总体液晶显示器制程的时间，导致量产能力降底。此外，若FLC显示面板受到机械性的变形而使得层列液晶层的液晶的排列产生缺陷，则一般使用者是无法消除此缺陷。因此，将会影响到使用者对于FLC显示面板的接受度及印象。
再者，传统的平行水平配向(逆平行水平配向)的FLC显示面板的层列液晶层的厚度约为2微米(μm)。因此，上下两基板的夹厚(cell gap)以及基板表面的凹凸设计较为严格，导致传统的FLC显示面板的制造工程较为艰难。
除了上述缺点以外，传统强诱电性液晶的(FLC)显示面板是利用层列液晶层的液晶的光电双稳态特性(photoelectrically bistable behavior)做显示，必需利用其它额外的方法(例如：画素面积分割法、画面时间分割法、或驱动电压分割法)来达到灰阶的显示，除了方法复杂外，亦会产生良率降低、需要高速的驱动电路、或驱动电路复杂化等缺点。
有鉴于此，发展出具有均匀配向、较宽松的基板间隔要求、及较简易的灰阶显示方法的强诱电性液晶显示器，已满足未来平面显示器应用上的需求，是目前液晶显示器技术的一项重要课题。
【发明内容】
有鉴于此，本发明的目的是提供一种扭转(twisted)水平配向强诱电性液晶显示装置，以符合平面显示器市场的需求。
本达成本发明的目的，该液晶显示装置，包含：第一基板，其上具有第一电极；第二基板，其上具有第二电极，其中该第二基板是与该第一基板平行设置，且该第一电极是与该第二电极相对；第一配向膜及第二配向膜，是分别形成于该第一电极与该第二电极之上，其中该第一配向膜的配向方向与该第二配向膜的配向方向垂直，以及经配向处理的液晶层，配置于该第一配向膜及第二配向膜之间，其中该液晶层的液晶材料是为强诱电性液晶(铁电液晶)(ferroelectric liquid crystal，FLC)或反强诱电性液晶(反铁电液晶)(antiferroelectric liquid crystal，AFLC)。
此外，为进一步增加扭转(twisted)水平配向强诱电性液晶显示装置的配向均匀性，本发明所述的配向处理包含：1.利用高分子网状聚合物设置于液晶层中，以维持该液晶材料规则排列；2.在液晶材料的相变过程中，藉由施加交流电压，辅助该液晶层的液晶材料配向；3.使该配向膜具有预倾角(pretilt angle)，以增加液晶材料配向的均匀性。
【附图说明】
第1图是显示习知FLC显示面板因锯齿状壁的排列缺陷而产生的漏光现象。
第2图是显示本发明较佳实施例所述的扭转(twisted)水平配向强诱电性液晶显示装置的剖面结构示意图。
第3a图是显示本发明所述的扭转水平配向强诱电性液晶显示装置在未外加电压(V＝0)下，其液晶分子与第一及第二配向膜的相对关系。
第3b图是显示本发明所述的扭转水平配向强诱电性液晶显示装置在饱和电压(V＝Vsat)下，其液晶分子与第一及第二配向膜的相对关系。
第4图是显示对三种不同的强诱电性液晶FLC-10855、R3206、与R2301分别利用电场辅助配向，所得的电压及穿透度的关系图。
第5图是为一系列照片，显示利用FLC-10855液晶，在液晶相变(Ch->Sm*C)过程中，调控方波的波高跟波宽，达到一系列(1～10V)灰阶显示。
【主要组件符号说明】
扭转水平配向强诱电性液晶显示装置～100；
第一基板～101； 第二基板～102；
第一电极～103； 第二电极104；
第一配向膜105； 第一配向膜的配向方向105a；
第二配向膜106； 第二配向膜的配向方向106a；
液晶层107； 液晶材料108；
光线110； 第一偏光板111；
第二偏光板112。
为使本发明的上述目的、特征能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
【实施方式】
请参阅第2图，是显示符合本发明所述的扭转水平配向强诱电性液晶显示装置100的较佳实施例。
如图，该扭转水平配向强诱电性液晶显示装置100包含第一基板101与第二基板102。该第一基板101及第二基板102其上分别配置有第一电极103及第二电极104，而该第一电极103及第二电极104之上是分别配置有第一配向膜105及第二配向膜106。该第一基板101及第二基板102是相隔特定距离且平行配置并以封装胶封合，以在第一配向膜105及第二配向膜106之间构成空腔，其中该空腔是用来注入液晶材料108，以形成液晶层107。值得注意的是，在该第一及该第二配向膜105及106在形成之后，是进一步对配向层施以施以单轴平行定向处理(例如：摩擦制程(rubbingtreatment))，且该第一配向膜105的配向方向与该第二配向膜106的配向方向大体上是垂直的。本发明的主要特征之一是为该液晶层107是经配向处理，且该液晶层107的液晶材料108是为强诱电性液晶(ferroelectric liquidcrystal，FLC)或反强诱电性液晶(antiferroelectric liquid crystal，AFLC)。该配向膜是包含聚酰亚胺(polyimide)。该第一电极及该第二电极包含铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)、铟锌氧化物(indium zinc oxide，IZO)、镉锡氧化物(cadmium tin oxide，CTO)、氧化锡(stannum dioxide，SnO2)或氧化锌(zinc oxide，ZnO)。该第一基板及该第二基板包含玻璃基板、绝缘基板或塑料基板。
第3a图是显示本发明所述的扭转水平配向强诱电性液晶显示装置在未外加电压(V＝0)下，其液晶分子108与第一及第二配向膜105及106的相对关系。由图中可知，由于第一配向膜105的配向方向105a(单轴平行定向处理方向)与第二配向膜106的配向方向106a(单轴平行定向处理方向)是为互相垂直，因此当光线110(由背光模块提供)由第一偏光板111(位于该第一基板101的外侧)射入时，经由扭转的液晶分子108，将其扭转90度，再藉由与第一偏光板111偏光方向成九十度的第二偏光板112(位于该第二基板102的外侧，且该第一偏光板及该第二偏光板的光穿透轴方向相互垂直)射出至外界，所以当未外加电压的状况下，该扭转水平配向强诱电性液晶显示装置是为亮态。请参照第3b图，当施以饱和电压(V＝Vsat)时，该光线110由第一偏光板111射入时，由于液晶分子偏转方向相同，因此该光线110方向并未经改变，因此无法藉由第二偏光板112(与第一偏光板111偏光方向成九十度)射出至外界，所以当施以饱合电压的状况下，该扭转水平配向强诱电性液晶显示装置是为暗态。该背光模块包含顺序光源，该顺序光源具有红光、绿光及蓝光。该液晶显示面板更包括：彩色滤光片，是设置于该第二基板及该第二配向膜之间。
为进一步增加扭转(twisted)水平配向强诱电性液晶显示装置的配向均匀性，本发明是在第一基板101与第二基板102进行组装之后，进一步将该液晶层107施以配向处理。该配向处理包含：1.利用高分子网状聚合物设置于液晶层中，以维持该液晶材料规则排列；2.在液晶材料的相变过程中，藉由施加交流电压，辅助该液晶层的液晶材料配向；3.使该配向膜具有预倾角(pretilt angle)，以增加液晶材料配向的均匀性，以下将逐一说明该等配向处理方式。
利用高分子网状聚合物设置于液晶层中，以维持该液晶材料规则排列的方法是包含以下步骤：首先，将复数个感旋光性单体与该液晶材料108相混合，并注入该液晶层107中。接着，经由紫外光线(ultra violet light，UV)照光法后聚合该等感旋光性单体。感旋光性单体经紫外光线照射后将产生化学反应，聚合成该高分子网状聚合物，并且在液晶层107中以支链连接第一配向膜105及第二配向膜106。如此一来，将可以维持液晶分子108的排列规则。该感旋光性单体的含量为2wt％～20wt％，以该液晶层的总重(液晶分子108与感旋光性单体的总重)为基准。感旋光性单体包含液晶原属苯及联苯类的烃化物及氟化物。并且，感旋光性单体的氟化物包含M个氟原子，M的值为0～8的整数。再者，感旋光性单体是以线状脂肪烃炼作为连结基，线状脂肪烃炼的化学式为(CH2)n，n的值为0～22的整数。上述的感旋光性单体是可以是下列化学式[1]及[2]所示的单体结构：
此外，在液晶材料的相变过程中，藉由施加交流(直流)电压，亦可以辅助该液晶层的液晶材料配向。例如，在第一电极103及第二电极104间施加电压的波形为正电压、零电压及负电压相互交替的交流方波，使得此些第一电极103及此些第二电极部104所形成的电场方向垂直于第一基板101的表面。
其中，液晶显示面板的穿透率决定于此方波的波高跟波宽，且此方波在时间区间内平均值为零。上述选定的正方波与负方波的时间宽度均大于液晶分子对外加电压的反应上升时间(rising time，Tr)，且零电压的时间宽度小于液晶分子对外加电压的反应下降时间(decay time，Td)。
请参照第4图，是显示对三种不同的强诱电性液晶(FLC-10855(由Rolic生产制造)、R3206(由Clariant生产制造)、与R2301(由Clariant生产制造)分别利用电场辅助配向，所得的电压及穿透度的关系图。由图可知，本发明所述的液晶显示器其可利用驱动电压方波的波高跟波宽，来调控穿透率，因此，可轻易达到灰阶显示，如第5图，是显示利用FLC-10855(由Rolic生产制造)液晶，在液晶相变(Ch->Sm*C)过程中，调控方波的波高跟波宽，达到一系列(1～10V)的灰阶显示(液晶层间距为2.369μm)。
再者，本发明所述的扭转(twisted)水平配向强诱电性液晶显示装置其配向均匀性，亦可使该配向膜具有预倾角(pretilt angle)，以增加液晶材料配向的均匀性，其中，该预倾角是藉于6度至15度之间，关于预倾角的形成方式，可为习知之用来配向膜形成预倾角的任何方式。
本发明上述实施例所揭露液晶显示面板，采用扭转(twisted)水平配向结构，可使用较厚的液晶层的厚度(Cell gap)，且本发明利用扭转水平配向的强诱电性液晶显示装置，可配合目前的生产技术，调整层列液晶层的液晶分子均匀排列及配向，避免层列液晶层的液晶分子产生锯齿状壁的排列缺陷，且防止液晶显示器因锯齿状壁的排列缺陷而产生漏光现象，大大地提升液晶显示器的对比度。
另外，本实施例的液晶显示面板利用驱动交流方波的波高或波宽控制液晶显示器的穿透率的设计，可以配合液晶显示器的生产技术，而不需要传统的画素面积分割法、画面时间分割法及驱动电压分割法等灰阶显示方式，避免面临传统上应用画素面积分割法、画面时间分割法及驱动电压分割法等灰阶显示方式时所会产生的问题。且本发明本质上即具备平面旋转(In-Plane-Switching)广视角显示效果，不需要额外的广视角技术来改视角特性。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
Claims (22)
1.一种液晶显示装置，包含：
第一基板，其上具有第一电极；
第二基板，其上具有第二电极，其中该第二基板是与该第一基板平行设置，且该第一电极是与该第二电极相对；
第一配向膜及第二配向膜，是分别形成于该第一电极与该第二电极之上，其中该第一配向膜的配向方向与该第二配向膜的配向方向垂直；
配向处理的液晶层，配置于该第一配向膜及第二配向膜之间，其中该液晶层的液晶材料是为强诱电性液晶(ferroelectric liquid crystal，FLC)或反强诱电性液晶(antiferroelectric liquid crystal，AFLC)。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该配向处理是利用高分子网状聚合物设置于液晶层中，以维持该液晶材料规则排列。
3.如权利要求2所述的液晶显示装置，其中该高分子网状聚合物是由混在该液晶层中的复数个感旋光性单体经由紫外光线照光法后聚合而完成。
4.如权利要求3所述的液晶显示装置，其中该感旋光性单体包含液晶原属苯及联苯类的烃化物及氟化物。
5.如权利要求4所述的液晶显示装置，其中该感旋光性单体的氟化物包含M个氟原子，M的值为0～8的整数。
6.如权利要求4所述的液晶显示装置，其中该感旋光性单体是以线状脂肪烃链作为连结基，该线状脂肪烃链的化学式为(CH2)n，n的值为0～22的整数。
7.如权利要求3所述的液晶显示装置，其中该感旋光性单体的含量为2wt％～20wt％，以该液晶层的总重为基准。
8.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该配向处理是在液晶材料的相变过程中，藉由施加交流电压，辅助该液晶层的液晶材料配向。
9.如权利要求8所述的液晶显示装置，其中该交流电压的波形为正电压、零电压及负电压相互交替的交流方波，且该交流方波的波高是用以决定该液晶显示面板的穿透率。
10.如权利要求8所述的液晶显示装置，其中该交流电压的波形为正电压、零电压及负电压相互交替的交流方波，且该交流方波的波宽是用以决定该液晶显示面板的穿透率。
11.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该配向处理是在液晶材料的相变过程中，由施加直流电压，辅助该液晶层的液晶材料配向。
12.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该配向处理是使该配向膜具有预倾角(pretilt angle)，以增加液晶材料配向的均匀性。
13.如权利要求12所述的液晶显示装置，其中预倾角是于6度至15度之间。
14.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该液晶层的厚度是介于1.5μm至4μm之间。
15.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该配向膜是被施以单轴平行定向处理。
16.如权利要求15所述的液晶显示装置，其中该单轴平行定向处理是为摩擦处理。
17.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该配向膜是包含聚酰亚胺。
18.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该第一电极及该第二电极包含铟锡氧化物、铟锌氧化物、镉锡氧化物、氧化锡或氧化锌。
19.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该第一基板及该第二基板包含玻璃基板、绝缘基板或塑料基板。
20.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中，该背光模块包含顺序光源，该顺序光源具有红光、绿光及蓝光。
21.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中，该第一偏光板及该第二偏光板的光穿透轴方向相互垂直。
22.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中，该液晶显示面板还包括：彩色滤光片，是设置于该第二基板及该第二配向膜之间。
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Cited By (2)
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| CN102346336A (zh) * | 2010-07-30 | 2012-02-08 | 索尼公司 | 液晶显示装置及其制造方法 |
| CN105527753A (zh) * | 2016-02-14 | 2016-04-27 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种背光模组、显示装置、照明设备 |
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