TW420763B - Improved LCD with wide viewing angle - Google Patents

Description

經濟部中央標窣局貝工消費合作社印取 420763 五、發明説明（丨） 本發明是有關於一種液晶顯不器（liquid crystal display，簡稱LCD)之領域，且特別是有關於一種改進 具有廣視角能力之響應時間（response time)，特別是關 於將向列式液晶（nematic liquid crystal，簡稱NLC)與旋 光性摻質（chiral dopant)與單體（monomer)混合。 扭轉型向列式（twisted nematic，簡稱TN)與超扭轉 型向列式（super twisted nematic，簡稱STN)係廣泛被使 用於液晶顯示器中。然而，就特性上而言，當應用到大 面板時，他們會遭遇到視角過窄的問題。顯示器的視角 的定義如第1C圖所示。如果視角有完美的特性的話， 無論從哪個角度來看顯示器，其光學效能會有相同的特 性。 NLC是一種單軸性（uniaxial)物質，其折射率可以由 —具有如第1A圖所示之三個主軸、ηι與的橢圓 體來表示。橢圓體最長的軸稱爲光軸。第1Β圖顯示在 —NLC中有兩個光行進方向的本徵模式（eigen-modes)。 其一是折射率爲η_ι_的尋常波（ordinary wave)，而其光的 電場分量係垂直於光軸與傳播方向。另一爲折射率爲neff 的非尋常波（extraordinary wave)，其折射率範圍從η丄到η II，端視電場的方向、光在與光軸同一平面的電場分量 以及行進方向而定。如果光線通過NLC與光軸之間的角 度爲4的話，非尋常波之折射率爲 neff =n I, · η丄 /( n2 h sin2 0 +n2丄cos2 0 )1/2 其顯而易見的是neff2ni。因爲尋常波與非尋常波之 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規梢（210X 297公> (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^"

T 05 A7 B7 經濟部中央橾隼局員工消费合作社印製 五、發明説明（>) 折射率不同，所以存在一延遲相位5(0)，其爲η#_ηι 的函數，其定義爲尋常波與非尋常波在NLC中之光徑的 差値。在正交極化片的情況之下，延遲相位主要決定了 透射率（transmittance)。 第1C圖顯示，當從不同的視角來觀看一加偏壓的丁N LCD時，其延遲相位是不相同的。偏壓驅使液晶分子頃 斜一個相對於垂直方向的傾角必。當入射角爲-分或必， 其相對應的非尋常波折射率爲neff(2<j6)或ηι。如上述所 提’從角度-0來看，其延遲相位6(2 0)，從角度0來看， 其延遲相位<5(0)，此兩者是不相同的。因此，從從角度-令與從角度4來看，其透射率也不相同。再者，當沿著 一傾斜方向來看顯示器面板時，對比會減緩且灰階會反 轉。習知之TN LCD的視角以對比率大於10以及在上下 觀看方向的灰階反轉而限制於+ 15°到-30°之間。 一種解決TN LCD視角問題的方式爲使用負型液晶 (negative丨iquid crystal)之廣視角LCD，負型液晶係塡滿 稱爲凸狀晶格之封閉柱狀物的陣列。同時，習知技藝可 以由利用在一玻璃基底上以垂直邊界條件之一負型NLC 來獲得高反差。除了不必用摩擦配向就可使NLC形成對 稱排列外’封閉柱狀物（凸狀晶格)也可以減低灰階反轉。 在凸狀晶格模式中，降低高度的晶格隆起物被使用， 期望能降低因NLC繞著隆起物排列而引嗥的漏光以及能 加大顯示器的開口率。然而，僅藉由配向膜不易獲取穩 定的液晶排列，並且此模式的光學響應不夠快以致無法 4 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) *ΐτ 姊 本紙張尺度適用中國國家標芈（CNS > Α4現格（210Χ297公浼） 0 5. Α7 Β7 五、發明説明（》） 使顯示器完美地顯示動態畫面。 在查詢習知技藝時’發現下面的參考資料是令人感 到興趣的。Handschy等人在美國專利案號4,8ί3,771，丨9的 年三月，揭露一利用鐵電（ferroelectric)液晶之電-光學 (electro-optic)開關元件。Bos之美國專利案號5,410,422， 1995年四月，揭露一具有廣視角之灰階LCD。Kanemoto 等人在美國專利案號5,243,451 ’ 1993年九月’揭露一具 有膽固醇液晶電場致雙折射（birefringent)層之LCD。 Mazaki等人在美國專利案號5,491，001，1996年二月，揭 露一用在液晶顯示器產生視角補償器的方法。 本發明的主要目的在提供一種方法用來製造液晶顯 示器，使具有廣視角與快速響應時間。 首先添加少量雙丙烯酸酯或單丙烯酸酯的單體以及 旋光性摻質到液晶之中。一但此顯示器被組成，施加一 約5V的導通電壓》在液晶的排列穩定後，液晶以紫外 光照射數秒。這會導致溶解的單體適當地聚合化形成高 分子聚合物。之後，結束紫外線照光與施加電壓。下次 在加電壓時，液晶排列不穩定的問題就不會在發生，顯 示器的光學響應爲數毫秒。除了添加單體外，添加光起 始劑是選擇性材料。 爲讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易 懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細 說明如下： 圖式之簡單說明： 5 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 炉 經濟部中央橾嗥局員工消费合作社印聚 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS > Μ規格（210Χ297公釐） ^ ^9sTS3〇〇5 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 五、發明说明（+) 第1A圖、第1B圖與第1C圖顯示$0何決:定光行進 穿過一液晶之原理； 第2A圖與第2B圖繪示在一負型NLC中，有施電 壓與未施電壓之情形下，液晶如何被排列； 第3A圖與第3B圖繪示偏光片位置的截面圖以及分 別有施電壓與未施電壓之電場產生的外觀； 第4圖係第3圖部分的平面圖； 第5圖與第6圖繪示兩種類的雙两烯酸酯單體的化 學式； 第7圖與第8圖一種類的單丙烯酸酯的化學式； 第9圖繪示依據本發明之方法穩定液晶之時間響應 圖；以及 第10圖繪示數個旋光性摻質的例子’分別列出其商 用名稱與其結構。 實施例. 用來做爲本發明的液晶顯示器的例子包括台灣默克 (MERCK)公司出品之 95-465、95-720'ZLI-2806'ZLI-2857 以及ZLI-4788-000。參考第2A圖’其分別提供一上基 板1與下基板2，中間夾入一負型NLC 4。既使其間沒 有電場存在，液晶’如3 ’皆排列向上並且指向基板的 法線方向’乃因爲一特別的配向層（如圖示標號28)用來 驅使所有的液晶分子以與該層夾90度之方向排列向上。 當施加一電場（第2B圖中之箭頭5)時’液晶本身嘗 試著要垂直外加電場的方向。在每一基板表面的液晶分 6 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本 -β ^^7度逍用中國國家標羋（CNS ) Λ4規格（210X297公楚) 經濟部t央搮準局員工消费合作社印氧 2?sQX?/3〇5 五、發明说明（Γ ) 子（如圖中之標號6)被配向層限制住’使得液晶排列的 變化緩慢發生，在基板中間之液晶分子（如3)達到最大 的偏轉。一般而言，電壓差約在0V〜5V之間。 如上之討論，第2B圖所示之設計具有一窄視角（因 爲LC分子的不對稱對準），習知技藝係嘗試用一類似第 3圖所示之凸狀晶格來解決。第3A圖係一顯示器的截面 圖，其顯示入射光束21如何穿過極化器22’下基板24， 光阻層27(形成凸狀晶格），ITO 26，配向層28，液晶4， 配向層28，上基板25以及檢偏器23。在此例（液晶對準 於基板的法線）之中，施加於電板間之電壓v爲0，所以 沒有光得以通過檢偏器23 »當V大約爲5V時，如第3B 圖所示，新的液晶排列形成，所以現在光會通過檢偏器 23並且出現光束29。此種結構使得視角至70°時仍有 好的光學特性，此乃因爲它對暗的狀態利用垂直排列， 這使得對比非常高。此外，其對稱性排列可以減低灰階 反轉區域。基板24與25間的距離約爲1與10微米之 間。 第4圖是經由上基板25往下看下基板24之平面圖。 特別是，可以看到位在基板24之內表面的條狀物126 以及與其垂直的條狀物36。這些條狀物由光阻所構成， 並且以覆層物質用來形成一凸狀晶格。他們的寬度33 係在約1到50微米之間。ITO之後被鍍在其上。條狀物 的厚度介於約0.1到5微米之間。 如上述之方法，有許多液晶排列的向錯或奇點會在 7 本紙张尺度適用中關巧^ ( CNS ) Λ4^—(__2Κ)Χ297公势） {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央搮準局貞工消费合作社印製 420763 2951twf/00 5 A7 ____ _B7 五、發明説明（& ) ' 瞬加電IM時產生，以致本類液晶顯示器的響應時間較 慢》'液晶排列經由向錯重組而彼此互相消滅才能達到最 後液晶的平衡排列。這花了長達2.5秒的時間，使得此 系統用來做爲顯示器時變得較沒有用處。 我們以下面的方法來克服這問題： 首先加入少釐的適當單體（約Ο」到10重量百分比） 到液晶中。我們同時也發現若少量的旋光性摻質也加入 的話’液晶的方向可以更快速地達到穩定性。後者的重 量百分比只要少於約5%就足夠了。在我們所發現適合 的單體之中包括單丙烯酸酯與雙丙烯酸酯。第5圖與第 6圖顯示兩個雙丙烯酸酯的一般例子，而第7圖顯示一 種單丙烯酸酯的例子，其中Ph代表酚基。在第10圖中， 我們提出幾種適合用於本發明之旋光性摻質的例子。 之後顯示器灌注入上述之液晶混合物並施加電壓〇 到5V於上下基板之間。利用適當的電壓波形使液晶形 成對稱排列於凸起晶格陣列中，此時液晶以紫外線（波長 約300nm與約600nm之間）照光約0.1分鐘到約60分鐘 之間。其間便發生單體光聚合化反應形成聚合物。當電 場移除，液晶排列便爲聚合物網絡所穩定’由於聚合物 網絡是在對稱的液晶排列時形成，網絡內的單體分子會 保留住此對稱排列的特性，因此當此顯示器再用任何方 式施加電壓，其液晶受聚合物網絡的影響都會立刻形成 對稱排列，而不會再有向錯或奇點發生° 雖然上述的過程可發現可以執行的很好’但額外的 & n ΊΪ n U 訂 n - - r (請先閱讀背面之洼意事項再填舄本頁} 本紙錶尺度適用中國國家梯準（CNS ) Λ4規格（210X297公犮） 420763 2951twf/005 A7 B7 經濟部中央橾準局貝工消资合作社印* 五、發明説明（） 添加物，包括光起始劑’如對苯二酣（hydroquinone)或 八18>1(2.2’-偶氮二（異丁基晴），2.2’-2〇1^(15〇1)1^>^〇1^1*^16)) 可以使用。使用光起始劑的優點是它可以迅速地起始光 聚合化反應，藉以降低曝光時間。光起始劑的有@4發 現約爲〇到5%重量百分比。 如第8圖所示，其用來說明本發明的有效性，曲線 81係一穿透率對電壓的關係圖（圖示爲％穿透率與施加電 壓的圖此圖顯示從暗狀態到完全透射的亮態發生在一 約3V到5V的範圍之中。第9圖顯示根據本發明之方法 來達到穩定液晶排列好的響應時間。曲線91係MERCK 之95-465加上雙丙烯酸酯單體（日本火藥公司，Nippon Kayoku Corp.，R-712)與做爲光起始劑之0.1%的對苯二 酚的透射比與時間的關係圖。在施加0.1秒的5V電壓， 之後在0.2秒移除。如圖所見，響應時間（上升.與衰退時 間的和）約爲20毫秒。若不用高分子聚合網絡穩定液晶 排列，則液晶的響應時間介於約100到500秒之間。 綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上， 然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫 離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾， 因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定 者爲準。 9 本紙張尺度逍用中國國家梯準（CNS ) A4規格（2丨Οχ 297公楚〉 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

Claims (1)

1. 42076 3 ^-SL5.ltwf/nos

   A8 B8 C8 D8 O' _ 胁各 1. —S条樂來降低一液晶排列穩定化時包括’· 加一份量~之4_固化單體到該液晶中； 置放該液晶於兩個彼此平行之導體表面之間，並間 隔分開一距離； 施加一電壓於該些表面之間； 照射該液晶，係以一紫外光照射一段時間，並保持 住該電壓；以及 結束施加該電壓15 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該單體 係一雙丙烯酸酯。 3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該雙丙 烯酸酯係甲基雙丙烯酸酯。 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該單體 係一單丙烯酸酯》 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該單丙 燦酸酯單體係甲基雙丙烯酸酯與日本火藥公司之R-712 之中擇一。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 装. ,τι L ,里寄年 _-ik*#^lljrsarx.宵奢 #sf±，f汉 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該添加 單體之份量係介於0.1到10重量百分比。 7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括添加 一光起始劑於該液晶中。 8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該光起 始劑係選擇對苯二酚與AIBN構成之群組的其中之一物 質分 本紙张从通用+國國家榇準（CNS ) ( 210χ297公瘦） t ? 4^^3〇5 A8 Βδ C8 D8 申請專利範圍 9.如申請專利範圍第1項所述之方法’其中該力瓜 兩導體表面間的距離介於m,到&10微米之間。 ίο.如申請專利範圍第所述之方法，其中該施加 電壓係介於#0V到綠10V之間。 如申請專利範圍第I項所述之方法，其中該液晶 以該紫外光照射之該一段時間係介於德^0.1分鐘到翁"60 分鐘β I2,如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該紫外 光之波長係介於綠3〇Onm到:fer600nm之間。 13‘一種方法用以製造一液晶顯示器，該液晶顯示器 具有廣視角與一短的穩定化時間，該方法包括： 提供一第一與一第二透明介電質基板； 沉積K介電物質於該第一基板上，該介電質厚度變 化介於籍0.1微米與5微米之間，之後圖案化並触刻該 介電質，用以形成凸狀晶格平行的複數條條狀物，該些 條狀物具有一寬度與一間隔距離： 沉積一層透明的導體物質於各該些基板上，該層透 明的導體物質的厚度變化從介於Κ>·1微米與1微米之 間且係直接沉積於該些條狀物之上；~ 使用一間隙子於該些基板之間形成固定間隙，之後 對該些基板壓合，使得該些沉積層相對且彼此平行且具 固定空間，並且使該第一基板上的該些條狀物與在該第 二基板上的該些條狀物互相正交： 永久地以一液晶塡充於該空間之中，該空間中亦添 C請先鬩讀背面之注意事項再填寫本f > 0, .11 「 本紙張尺度逋用中國國家榡準（CNS ) Α4规格（210X297·公釐）

   六、申請專利範園 加一份量的非固化單體與一份量之一旋光性摻質； 施加一電壓於該些液晶層之間； 以紫外光照射該液晶一段時間，並保持住該電壓； 結束施加該電壓；以及 裝置該些基板於複數個正交偏光片之間。 14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該透 明導電材料係銦錫氧化物。 15. 如申請專利範圍第13項所述之方法，更包括添 加選擇對苯二酚與AIBN構成之群組其中之一的一光起 始劑於該液晶中。 16. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中各該 些條狀物的該寬度係介於^FITHO微米之間。* 17. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該些 條狀物之該間隔距離係介於1〇與200微米之間。 18. 如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中該添 加單體份量係介於0.1與翁之重量百分比。 19. 如申請專利範圍第、3項所述之方法’其中該添 加旋光性摻質份量係少於掬^5之重量百分比。 20. 如申請專利範圍Λ'Ί3項所述之方法，其中該液 晶係Merck之95-465與具負介電非同向性之液晶兩者 擇一。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逋用中國國家標率（CNS >八4规格（210Χ297公釐）