TWI302623B - Method and apparatus for aligning ferroelectric liquid crystal device - Google Patents

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Description

1302623 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種鐵電液晶元件（ferroelectric liquid crystal device)的配向方法與裝置，且特別是有關於 一種不需提供電壓之配向鐵電液晶元件的均勻配向方法 與裝置。 【先前技術】 近年來，應用鐵電液晶介質（ferroelectric liquid crystal medium，FLC medium)之顯示器、記憶體等產品已 變成眾所矚目的焦點，其在響應速度及其他特性上呈現 出良好的效能。 與一般鐵電液晶不同之處在於，連續指向旋轉鐵電 液晶（continuous director rotation FLCs，CDR FLCs)具有 結晶型SmC*(對掌性層列c)-N*(對掌性向列)-不具有層列 A(SmA*)相之均質相轉換。 另外，與一般鐵電液晶不同之處在於，連續指向旋 轉鐵電液晶（CDR FLCs)具有書架狀結構（bookshelf structure)，因此其具有高光線效率，且不會有鋸齒缺陷。 此外，連續指向旋轉鐵電液晶（CDR FLCs)具有單穩態 (mono-stable)結構，但不具有雙穩態(bi_stabie)結構，因此 具有類比灰階(analog gray scale)的優點。 同時，連續指向旋轉鐵電液晶的配向動作可藉由提 供適當的電壓至〉夜晶，其溫度係接近妒(對掌性向列 換為SmC*(對掌性層列c)相之相轉換溫度。 當提供-電壓於-上電極與—晝素電極之間時，液 15684pif 5 1302623 晶的自發性極化現象與電壓所產生的電場會互相影響， 因此可使液晶分子沿著單一方向進行配向（請參考τ. Konuma 等人所提出之 US. 5，164,852、US 5,798,814，以 及 J.S· Partel 等人所提出之 j Appl· Phys· 59，2355 (1986))。 在上述的電場配向方法中，外加電壓會於晝素電極 與上電極之間產生一平行電場，且晝素電極與框膠 (sealant)之間的外部區域内的邊緣電場(fringe fidd)十分 微弱。因此’晝素電極與框膠之間的液晶很難進行配向 的動作。 圖1繪不為傳統之配向方法中所使用的鐵電液晶元 件配向裝置，其係利用電壓對鐵電液晶元件進行配向。 缺陷會延伸至主動區域， 毅，但仍舍佶思祜田、、六日 透過連接至（直流或交流）電源供應器19之上電極 接腳墊17以及晝素電極接腳墊18，鐵電液晶元件可藉由 上電極12與晝素電極15之間的電壓進行配向。在此情況 下，若畫素電極15與框膠14之間（區域A)所需的電壓 =，即使液晶元件之巾央區域驗晶13已被均勻配向， 息素電極15與框膠之間的液晶13仍無法被均句配向，因 而形成缺陷，進而使得操作時的影像品質不佳。前述之 =仍會使得使歸晶元件的產品（_電晶體液晶 顯示面板或架構於矽基板上的液晶面板）
l5684pif ，即使這些缺陷會被黑矩陣所遮 6 1302623 與各個液晶顯示面批 須針對每-種液^連接，以對液晶進行配向。由於必 次處理-片液晶^；:板準備不_夾具，且僅能一 曰曰々不面板，所以此配向方法拫昂貴。 (2002^^^4^ Y' MUmkami #Λ (IDW 165, 是在上基板與下^祕電場的液晶配向方法，其主要 咖咖的配向膜1 g上使用具有不同錫向能(anch〇ring 均勻的配向狀態。^ ^板之間的知向此差異可達成 配向膜會導致嚴重的表面電荷累積，進 口口貝變差及影像殘留（image sticking)等問 因此’傳統的配向方法很難應用於量產。 【發明内容】 夕月提供—種配向方法，即使在晝素電極與框膠 θ ‘區域内’此方法仍可對液晶進行均勻的配向動 另外’本發明亦提供—種配向裝置以進行前述之配 向方法。 本电月之目的在於提供—種鐵電液晶的配向方法， 此方法包括下列步驟：將紅元件置於轉㈣定溫度 下之腔體，加熱液晶元件之下基板至—溫度，在此溫度 下液晶會改變為勻相；提供丨―1〇〇kpa的壓力於液晶元件 上丄以及緩慢地冷卻液晶元件的下基板。藉由上述方法 進仃配向的液晶元件，在整個面板上的配向很均勻。 本發明之另一目的在於提供一種鐵電液晶的配向裝 置二此配向裝置包括一適於維持在固定溫度下之腔體； 壓力供應工具，適於提供壓力至位於腔體中之鐵電液 15684pif 7 1302623 晶元件的上基板上；以及一加熱工具，適於加 體中之鐵魏晶元件的下基板。 .、、、位於腔 使用前述之鐵電液晶元件的配向方法以及實施爷· 向方法的配向裝置，可在不提供電壓的情況下 面板上獲得均勻之配向（unif〇rm alignment)。 正 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明 ”'、員易('董，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式， 細說明如下。 【實施方式】
以下，本發明將更詳細地描述說明用之實施例，1 並非用以限定本發明。 、 /、 本务明之鐵電液晶的配向方法包括下列步驟：將液 晶元件置於維持在固定溫度下之腔體；加熱液晶元件之 下基板至一溫度，在此溫度下液晶會改變為句相；提供 100 kPa的壓力於液晶元件上；以及緩慢地冷卻液晶元件 的下基板。藉由上述方法進行配向的液晶元件，在整個 面板上的配向很均勻。
根據上述之方法，會促使液晶元件中上基板與下基 板之間產生溫度差異，進而導致人為地上、下曲展變形 (artificially bending-spray deformation up and down)，因而 產生撓曲電性極化現象(flexoelectric polarization)。撓曲電 性極化現象可被誘發在相同方向，可視為一種自發性極 化現象，且此極化現象所產生的表面電荷會形成用以對 液晶分子配向的電場。由於前述之電場係藉由液晶分子 本身所產生，不需使用任何電壓，因此液晶元件中所有 15684pif 8 1302623 =上:液衫子皆可以均勻地被配向。此處，提供至 化^果t的動會施予固^的應力以增進撓曲電性極 提J=!溫度一般係維持固定，且為了此目的，可 器;：度維:J:二(=具；如加熱器。前述之加熱 的任何溫产。在 b temperature)與40〇c之間 ’之後再藉由壓力供應工 力供應夾具或是一加壓氣 液晶元件係放置於腔體内 具加壓至一固定壓力。 壓力供應工具例如為一壓 /擴〇壓力供應纽的尺寸對於量產成本的減少是有 很大助^的，因為大尺寸之壓力供應夾具可同時將均勻 的壓力提供至多個液晶元件上。 前述之加壓氣體例如為氬氣、氮氣等。 此處，所提供的壓力為1 — 1〇〇kPa。在本實施例中， 低於lkPa的壓力對於增進撓曲電性極化之效果幫助很 小，而大於lOOkPa的壓力則有可能會損壞基板。 對液晶元件24的下基板24a (繪示於圖2)進行加熱 與加壓的動作，直到液晶24b到達一固定溫度。 下基板24a例如可藉由一加熱工具(heating means)， 如熱壓合板25，進行加熱。 下基板24a係被加熱至一溫度，而在此溫度下液晶會 改變為勻相，且此勻相係依據液晶元件的特性而有所不 同。一般而言，溫度係介於l〇〇°C - 150°C。 15684pif 9 1302623 之後，液晶元件24的下基板24a之溫度會緩慢地逐漸 降低至上基板24c的溫度。當觀測到液晶晶相轉變的同 時，此晶相為對掌性層列C相(chiral smectic C phase)。 上基板24a與下基板24c之間的溫度差異係從約70QC 變化至〇QC。 不論有或無晝素電極，可藉由前述的配向方法使液 晶元件24中所有區域上的液晶24b均勻地配向。此外，前 述之配向製程很簡易，且其成本低於傳統的配向方法。 值得注意的是，本發明可增加壓力供應夾具的尺寸，以 使得壓力供應夾具所提供之壓力能夠同時提供至多個液 晶顯示面板，進而使得本發明更利於量產。 以下，將參考所附圖示對本發明之配向裝置進行詳 細之描述。 本發明之鐵電液晶的配向裝置包括一適於維持在固 定溫度下之腔體21 ; —壓力供應工具，適於提供壓力至 位於腔體中之鐵電液晶元件的上基板上；以及一加熱工 具，適於加熱位於腔體中之鐵電液晶元件的下基板。 圖2繪示為依照本發明一實施例鐵電液晶元件的配 向裝置。 由於腔體21必須維持在一定溫度，因此腔體具有 一加熱工具，且此加熱工具例如為一加熱器。 腔體21具有一氣體入口 22，透過此氣體入口 22可提 供氬氣或是氮氣至腔體21中。 壓力供應夾具23係用以作為提供一固定壓力至液曰曰 元件24上的工具。雖然本發明並不特別限定壓力供應: 15684pif 10 1302623 具23的尺寸，但較佳係採用大尺寸的壓力供應夾具23， 以同時處理多個液晶元件。在本實施例中，j — 1〇〇 kpa 的壓力係藉由壓力供應夾具23提供至液晶元件24上。 提供一熱壓合板25於液晶元件24的下基板24a下 方，以作為加熱下基板24a的加熱工具。液晶元件24的下 基板24a係藉由熱壓合板25加熱至液晶的勻相溫度 (isotropic phase temperature)，之後再緩慢地冷卻至一溫度 以對液晶進行配向，而在此溫度下液晶為為對掌性層列c 相（chiral smectic C phase) 〇 本發明將參考下述做更詳細的描述。後述例子係用 以舉例说明之用，並非用以限定本發明之範圍。 範例 1 將一鐵電液晶顯示器放置於腔體中的熱壓合板匕， 且腔體係維持在室溫。緩慢地提高熱壓合板的溫度至液 曰曰的勻相溫度，此時液晶的相變化可藉由顯微鏡觀測。 可觀測到液晶改變為勻相之溫度約為110〇C。藉由壓力供 應夾具提供1·14 kPa的壓力至液晶顯示器樣本上。液晶顯 示裔的下基板溫度會隨著壓力緩慢地下降至室溫。此 時，液晶的晶相為對掌性層列C相。將壓力移開，並藉由 顯微鏡觀測液晶顯示器樣本，以檢驗液晶的配向狀態， 其結果如圖4所示中。 範例 2〜6 除了壓力供應夾具所提供的壓力分別為L27kPa、 1.42kPa、1.77kPa以及1.96kPa之外，液晶顯示器係採用範 例1的方式進行四次的配向動作，之後再藉由顯微鏡觀測 15684pif 1302623 液晶的配向狀態，其結果如圖4所示中。
SMJL 將一架構於砂基板上的液晶面板(LC〇S panel)放置 於腔體中的熱壓合板上，且腔體係維持在室溫。緩慢地 - k局熱壓合板的溫度至液晶的勻相溫度，此時液晶的相 、交1 匕可藉由顯微鏡觀測。藉由壓力供應夾具提供5.75 kPa 的壓力至架構於矽基板上的液晶面板(LCoS panel)樣本 上。架構於矽基板上的液晶面板(LCoS panel)的下基板溫 度=隨著壓力緩慢地下降至室溫。此時，液晶的晶相為 鲁 對莩〖生層列C相。將壓力移開，並藉由顯微鏡觀測架構於 矽基板上的液晶面板(LC〇Spanel)樣本，以檢驗液晶的配 向狀態，其結果如圖5所示中。 範例8〜17 除了壓力供應夾具所提供的壓力分別為6.48kPa、 8’l^Pa、l〇.i3kPa以及丨2.66kPa之外，架構於矽基板上的 液晶面板(LCoS panel)係採用範例7的方式進行四次的配 向動作，之後再藉由顯微鏡觀測液晶的配向狀態，其結 果如圖5所示中。 馨 一杀構於石夕基板上的液晶面板(Lc〇s panei)之溫度會 升咼至110〇c，在此溫度下液晶會轉變為勻相，之後再緩 之後’、ik即提供-3伏特的電壓於上電極接腳墊與晝素電 =腳墊之間。當溫度到達低於晶相轉換溫度齡。C〜-C時’移開所提供的電壓，此時液晶可藉由將架構於石夕 I5684pif 1302623 的液晶面板之溫度降低至⑽或室溫配向 如圖由賴織職晶的_狀態，其結果 書辛trrf示，傳、㈣㈣魏行配向的液晶⑽在 =由圖4與圖5可清楚得知：明之配向 均脚2)所製備的液晶在整個面板上皆可
、…當顯示面板使用連續指向旋轉鐵電液晶(cdr孔& 場進行配向時’位於晝素電極與框膠之間的夕I Μ域會有影像品#不佳的問題， 區域内影傻口晳又杜认叫阳门 U不佳的問題。因此，依照本發明之配沒 法所製備出的薄膜電晶體液晶顯示面板（TF丁丄c[ _el)或架構於石夕基板上的液晶面板(lc〇s panei)在所肩 區域上皆可被均勻地配向，且相較於傳統面板，本發胡 所製做出的面板更為可靠。
此外，當採用傳統之電場配向方法時，必須準備多 個月匕，提供電壓至各個面板上之夾具⑴㈡），且此配向力 法僅能在内短路線(inner sh⑽ing bar)被移除之前進行。费 而，本發明之配向方法可在液晶注入後的任何時間钱 行，且不需使用電壓供應夾具，因此已準備進入實施阳 段且十分地經濟。 s本發明之配向方法與配向裝置被應用於量產上 日守’，由於不需提供直流電壓至液晶顯示面板上，因此配 向製程可以纽、製作成本可降到最低，且可增進液晶 15684pif 13 1302623 本身的可靠度。 、，然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用 於艮疋本發明’任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之 ;:月神和範圍内’當可作些許之更動與潤飾，因此本發明 之保4範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1綠示為傳統之配向方法中所使用的鐵電液晶元 件配向裝置。 圖2繪示為依照本發明一實施例鐵電液晶元件的配 向裝置。 圖3為傳統之架構於矽基板上的液晶面板（Lc〇s panel)，其在不同位置之配向狀態的顯微鏡照片。 圖4為依照本發明一實施例薄膜電晶體液晶顯示面 板(TFT_LCD panel)之配向狀態的顯微鏡照片。 圖5為依照本發明另一實施例薄膜電晶體液晶顯示 面板(TFT-LCD panel)之配向狀態的顯微鏡照片。 【主要元件符號說明】 11、16 ·基板 12 ·上電極 13 ·液晶 14 :框膠 15 ·畫素電極 17 :上電極接腳墊 18 :畫素電極接腳墊 19 :電源供應器 15684pif 14 1302623 21 :腔體 22 :氣體入口 23 :壓力供應夾具 24 ·液晶元件 24a :下基板 24b ·液晶 24c :上基板 25 :熱壓合板 34 :框膠 35 :晝素電極 3 6 ·液晶 15684pif 15

Claims (1)

  1. 修正日期：96年5月]]日 十、申請專利範圍： 1. 一種鐵電液晶的配向方法，包括： 將一液晶元件置於維持在一固定溫度下之一腔體； 加熱該液晶元件之一下基板至與上基板溫度不同 之另一溫度，在該溫度下液晶會改變為勻相； 提供一 1 - 100 kPa的壓力於該液晶元件上；以及 緩慢地冷卻該液晶元件的該下基板。 2. 如申請專利範圍第1項所述之鐵電液晶的配向方 法，其中該腔體係維持在一介於室溫與40°C之間的溫度。 3. 如申請專利範圍弟1項所述之鐵電液晶的配向方 法，其中該壓力係藉由一壓力供應夾具所提供。 4. 如申請專利範圍第1項所述之鐵電液晶的配向方 法，其中該壓力係藉由一加壓氣體所提供。 5. 如申請專利範圍第1項所述之鐵電液晶的配向方 法，其中該下基板係藉由一熱壓合板進行加熱。 6. 如申請專利範圍第1項所述之鐵電液晶的配向方 法，其中該下基板係被加熱後再冷卻^以使得該液晶元件 之一上基板與該下基板之間的溫度差異係從約70°c變化 至o〇c。 7. —種鐵電液晶的配向裝置，包括： 一腔體，適於維持在一固定溫度下； 一壓力供應工具，適於提供壓力至位於該腔體中之一 鐵電液晶元件的一上基板上；以及 16 1302623 15684pifl 寿 一加熱工具，適於加熱位於該腔體中之該鐵電液晶元 件的一下基板。 8. 如申請專利範圍第7項所述之鐵電液晶的配向裝 置，其中該壓力供應裝置包括一壓力供應夾具或一加壓氣 體。 9. 如申請專利範圍第7項所述之鐵電液晶的配向裝 置，其中該加熱工具包括一熱壓合板。 10. 如申請專利範圍第7項所述之鐵電液晶的配向裝 置，其中該腔體係維持在一介於室溫與40QC之間的溫度。
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