TWI381233B - 光學補償雙折射型液晶顯示面板 - Google Patents

光學補償雙折射型液晶顯示面板 Download PDF

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Cho Ying Lin
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Description

光學補償雙折射型液晶顯示面板
本發明是有關於一種液晶顯示面板，且特別是有關於一種光學補償雙折射(optically compensated birefringence mode,OCB)型液晶顯示面板。
因應液晶顯示器之動態影像品質需求，各類快速反應液晶顯示技術不斷地被提出，其中一種即為光學補償雙折射(OCB)型液晶顯示器。由於OCB液晶顯示器具備廣視角及快速反應(小於5ms)等特性，所以一些針對OCB在驅動與暗態補償之相關技術已經被廣泛研究。
但是目前OCB最大的缺點就是需要經過一個斜展(splay)態至彎曲(bend)態的轉換過程才能到達顯示器的驅動區間，這使得一般OCB需要一高電壓進行轉態動作，才能開始進行顯示驅動；而較高的電壓除了使液晶顯示面板之製造過程面臨需要較高的成本外，也可能會對液晶顯示面板造成的傷害。因此，於西元1997年所提出的美國專利US6437844 B1提供一種OCB種晶(seed)的設計，主要是在面板中設計一些較高預傾角區域來當作OCB液晶盒的種晶，以加速OCB的前述轉換。不過，這種OCB液晶盒仍然需要較高電壓來使液晶盒內的液晶由斜展態轉換至彎曲態，並仍須使用較高的操作電壓。而且，需使用蝕刻顯影等步驟製作高預傾角區域，所以這個專利之製程非常 繁複。
在西元2002年所提出的美國專利US6597424 B2另提供一種OCB種晶的設計，主要是在面板中的電極區邊緣設計一些側向的突出物(protrusion)來當作OCB液晶盒的種晶，以加速OCB之前述轉換。不過，這種OCB液晶盒仍然需要較高電壓來使液晶盒內的液晶由斜展態轉換至彎曲態，並仍須使用較高的操作電壓。而且，這種方式所形成的種晶數目有限，且均勻度不佳。
此外，在西元2001年所提出的美國專利US6710832 B2還提供一種OCB種晶的設計，是在面板的內表面設計一些“非均勻的配向表面”，而使部分區域的液晶排列角度(預傾角)較大，以致液晶盒在進行驅動時，能增加轉換種晶(Transition Seed)產生的機會，進而加速斜展態至彎曲態的轉換。然而，這種方式仍然需要較高電壓來使液晶盒內的液晶由斜展態轉換至彎曲態，並仍須使用較高的操作電壓。而且除了不能量化控制所形成的種晶數目以外，也很容易造成漏光的現象。
再者，於西元2002年所提出的美國專利US6859246 B2則提供一種OCB種晶的設計，是在面板中的非顯示區設計一些“由陣列傾斜(Slant Surface)結構組合成的鋸齒狀表面(Saw-Tooth)”，使得在此區域的液晶排列為高預傾角排列，並在液晶盒驅動時當作OCB液晶盒的種晶，以加速OCB的前述轉換。不過，這種OCB液晶盒仍然需要較高電壓來使液晶盒內的液晶由斜展態轉換至彎曲態，並仍 須使用較高的操作電壓。而且，此一專利需使用蝕刻顯影等步驟，所以製程非常繁複。
同樣地，在西元2002年所提出的美國專利US7215397 B2也提供一種OCB種晶的設計，是利用顯影蝕刻的技術在配向膜表面進行“二次配向”，造成單一配向膜表面上有不同的配向方向，而在面板組裝後產生某些“水平扭轉(Twist)90度”的區域來當成OCB的種晶，以加速OCB的前述轉換。不過，這種OCB液晶盒仍然需要較高電壓來使液晶盒內的液晶由斜展態轉換至彎曲態，並仍須使用較高的操作電壓。而且，需使用蝕刻顯影等步驟，所以製程非常繁複。
換言之，雖目前已有提出多種加速OCB型液晶由斜展態轉換至彎曲態的技術，但除了仍然需要斜展態至彎曲態的轉換過程外，也依舊需要較高的轉換電壓才能到達顯示器的驅動區間。
本發明提出一種光學補償雙折射型液晶顯示面板，其可以加快或省去液晶分子由斜展(splay)態轉換至彎曲(bend)態之操作。
本發明提供一種光學補償雙折射型液晶顯示面板，包括一第一基板、點狀液晶聚合物圖案、一第二基板以及一液晶材料。第一基板具有一第一經配向處理之膜層，第二基板具有一第二經配向處理之膜層，且所述點狀液晶聚合 物圖案位於第一經配向處理之膜層以及第二經配向處理之膜層上，其中每一點狀液晶聚合物圖案的面積介於1~225 μm2。第二基板位於第一基板之對向。液晶材料位於第一基板與第二基板之間。
本發明利用點狀液晶聚合物圖案來加快OCB液晶分子由斜展態至彎曲態的轉換，甚至可以省去OCB液晶分子由斜展態至彎曲態的轉換。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為根據本發明一實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板的剖面示意圖。圖2A為圖1之光學補償雙折射型液晶顯示面板之第一基板的上視示意圖，圖2B為圖1之光學補償雙折射型液晶顯示面板之第二基板的上視示意圖。請同時參考圖1、圖2A以及圖2B，本實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板200包括第一基板210a、位於第一基板210a對向側的第二基板210b、位於第一基板210a上的點狀液晶聚合物圖案230a、位於第二基板210b上的點狀液晶聚合物圖案230b以及位於第一基板210a與第二基板210b之間的光學補償雙折射型液晶材料240。
在一實施例中，第一基板210a與第二基板210b其中之一為一主動元件陣列基板，且第一基板210a與第二基板210b之另一為一彩色濾光基板。在本實施例中，是以第一 基板210a為一彩色濾光基板，且第二基板210b為主動元件陣列基板為例來說明，但本發明不限於此。在其他的實施例中，第一基板210a可為一主動元件陣列基板，且第二基板210b為一彩色濾光基板。一般而言，如圖2A所示，彩色濾光基板上包括設置有遮光圖案層260以及彩色濾光陣列250。遮光圖案層260之材質可為金屬或是遮光樹脂，彩色濾光層260可包括紅色、綠色以及藍色濾光圖案，其各自位於遮光圖案層260所定義出的區域內。此外，如圖2B所示，主動元件陣列基板上包括設置有資料線DL、掃描線SL、與資料線DL以及掃描線SL電性連接的主動元件T以及與主動元件T電性連接的畫素電極。一般來說，遮光圖案層260會與掃描線SL以及資料線DL對應設置，因此遮光圖案層260與掃描線SL以及資料線DL所設置之區域一般又可稱為遮光區。而畫素電極P會與彩色濾光250對應設置，因此畫素電極P會與彩色濾光層250所在之處又可稱為畫素區。因此畫素區為遮光圖案層260所包圍的區域，並且為相鄰兩掃描線SL以及相鄰兩資料線DL所包圍的區域。
在本實施例中，第一基板210a上設置有一經配向處理之膜層220a。另外，第二基板210b上可設置有另一經配向處理之膜層220b。上述之經配向處理之膜層220a,220b可分別為一經配向處理的有機材料層或是一經配向處理的無機材料層。上述經配向處理的無機材料層可為一經配向處理的電極層或是一經配向處理的絕緣層，因此無 機材料層包括類鑽石碳膜(diamond-like carbon，DLC)、氧化銦錫(ITO)、氧化矽(SiOx)、氮化矽(SiNx)等適合的薄膜。另外，上述經配向處理的有機材料層可為一經配向處理的配向材料層、一經配向處理的彩色濾光層、一經配向處理的平坦層等等，因此有機材料層包括聚醯亞胺(polyimide)、聚醯胺酸(polyamic acid，PAA)、聚醯胺(polyamide)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)或聚乙烯醇肉桂酸酯(polyvinyl cinnamate，PVCi)或其他類高分子薄膜。此外，對有機材料層或是無機材料層進行配向處理的方式例如為離子束配向(ion beam alignment)、紫外光配向(UV alignment)、電漿配向(plasma alignment)、SiO2斜向蒸鍍或摩擦配向(rubbing)。
另外，點狀液晶聚合物圖案230a位於第一基板210a之經配向處理之膜層220a上，點狀液晶聚合物圖案230b位於第二基板210b之經配向處理之膜層220b上。在本實施例中，點狀液晶聚合物圖案230a,230b分別位於遮光圖案層260以及資料線DL上方。然而，本發明不限於此，在其他的實施例中，點狀液晶聚合物圖案230a,230b也可以設置在遮光圖案層260以及掃描線SL上方。此外，點狀液晶聚合物圖案230a,230b是彼此對應設置，較佳的是彼此對齊設置。
特別是，每一點狀液晶聚合物圖案230a,230b的面積介於1~225 μm2。另外，點狀液晶聚合物圖案230a,230b可為矩形、正方形、圓形、不規則形或是其他多邊形。
於經配向處理之膜層220a,220b上形成點狀液晶聚合物圖案230a,230b的方法例如是先在基板的表面結構上塗佈一反應性液晶單體層(reactive liquid crystal monomer layer)，其中塗佈反應性液晶單體材料層的方式例如旋轉塗佈(spin coating)、網印、凸板印刷、噴墨印刷、狹縫式塗佈(slot die coating)或是奈米壓印(nano-imprinting)。這種反應性液晶單體層能使液晶分子進行垂直排列。隨後，對反應性液晶單體層中選擇性的區域進行曝光聚合。接著，將反應性液晶單體層中之未曝光的區域移除，以在表面結構上形成一垂直排列型液晶聚合體圖案，其中將反應性液晶單體層中之未曝光的區域移除的方法例如溶劑清洗或雷射蝕刻，而前述溶劑譬如是去離子水、乙醇、異丙醇、丙酮、丁酮或顯影液等化學液體。
特別值得一提的是，在本實施例中，如圖2A,2B所示，點狀液晶聚合物圖案230a,230b分別是緊密地排列成多條直線結構232a,232b，而且所述直線結構232ab彼此平行排列。在一較佳實施例中，上述直線結構232a,232b的延伸方向D1與經配向處理之表面220a的配向方向D2不相同或是相同，在本實施例中，延伸方向D1與配向方向D2是彼此垂直。但根據其他實施例，延伸方向D1與配向方向D2可以是夾有其他角度或是平行。另外，在本實施例中，兩相鄰點狀液晶聚合物圖案230a之間的距離為1-25 μm，且兩相鄰點狀液晶聚合物圖案230b之間的距離為1-25 μm。而且每一點狀液晶聚合物圖案230a,230b 之面積介於1-225 μm2。另外，兩條相鄰直線結構232a之間的距離d介於50-200 μm，兩條相鄰直線結構232b之間的距離d介於50-200 μm。在圖2A,2B之實施例中，相鄰的兩條直線結構232a,232b之間相距一個畫素區的距離。然而，本發明不限於此，在其他的實施例中，相鄰的兩條直線結構232a,232b之間相距可為兩個畫素區、三個畫素區(如圖3之實施例所示)，或更多的畫素區。
值得一提的是，請參照圖1,2A,2B，本實施例之點狀液晶聚合物圖案230a,230b是緊密地排列成直線結構，而位於點狀液晶聚合物圖案230a,230b上方之液晶分子240在未施加電壓時是呈現彎曲態或垂直排列狀態，而在其他區域之液晶分子240則是呈現斜展態。因此，當對此液晶顯示面板施加電壓之後，呈現彎曲態或垂直排列狀態之液晶分子240會誘使原本斜展區域之液晶分子240呈現彎曲之排列效果，因而可使顯示區250內之液晶分子250不需要斜展態至彎曲態之轉換。由圖8之電壓-穿透率關係圖可知，本實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板不需對液晶分子進行斜展態至彎曲態之轉換。
根據本發明之另一實施例，上述點狀液晶聚合物圖案230a,230b之排列密度亦可以作些微調整。如圖4A及圖4B所示，本實施例之顯示面板結構與上述圖2A及圖2B之實施例之顯示面板結構相似，不同之處在於點狀液晶聚合物圖案的設置方式。因此，以下之說明僅針對本實施例與第一實施例不相同之處作詳細說明。圖4A為根據本發 明一實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板的第一基板的上視示意圖，圖4B為根據本發明一實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板的第二基板的上視示意圖。請參照圖4A及圖4B，在此實施例中，點狀液晶聚合物圖案230a,230b的設置密度較低。因此，在此實施例中，點狀液晶聚合物圖案230a,230b之間的間距較大；或者是每一點狀液晶聚合物圖案230a,230b具有較小的面積，或者點狀液晶聚合物圖案230a,230b之間的間距較大且同時每一點狀液晶聚合物圖案230具有較小的面積。雖然本實施例之點狀液晶聚合物圖案230a,230b之密度較低，然，兩相鄰點狀液晶聚合物圖案230a之間的距離仍介於1-25 μrm，且兩相鄰點狀液晶聚合物圖案230b之間的距離介於1-25 μm。每一點狀液晶聚合物圖案230a,230b之面積介於1-225 μm2。另外，兩條相鄰直線結構232a之間的距離d介於50-200 μm，兩條相鄰直線結構232b之間的距離d介於50-200 μm。
此外，上述實施例之點狀液晶聚合物圖案是排列成直線結構，但本發明不限於此，在其他的實施例中，亦可排列成環狀結構。如圖5A及圖5B所示，本實施例之顯示面板結構與上述圖2A及圖2B之實施例之顯示面板結構相似，不同之處在於點狀液晶聚合物圖案的設置方式。因此，以下之說明僅針對本實施例與第一實施例不相同之處作詳細說明。圖5A為根據本發明一實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板的第一基板的上視示意圖，圖5B為根據 本發明一實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板的第二基板的上視示意圖。請參照圖5A及圖5B，本實施例之點狀液晶聚合物圖案230b可排列成多個環狀結構232b，點狀液晶聚合物圖案230b可排列成多個環狀結構232b。點狀液晶聚合物圖案230b可配置於遮光圖案層260與掃描及SL及資料線DL的上方。類似地，在本實施例中，兩相鄰點狀液晶聚合物圖案230a之間的距離仍介於1-25 μm，且兩相鄰點狀液晶聚合物圖案230b之間的距離介於1-25 μm。每一點狀液晶聚合物圖案230a,230b之面積介於1-225 μm2。
在本實施例中，倘若點狀液晶聚合物圖案230的設置密度較低，液晶聚合物圖案230可以降低液晶分子240自斜展態至彎曲態之轉換所需的電壓，並且加快液晶分子240自斜展態至彎曲態之轉換速度。舉例來說，傳統操作光學補償雙折射型液晶顯示面板時，要將液晶分子240自斜展態至彎曲態之轉換所需的電壓約為15~25伏特。而本實施例因設置有點狀液晶聚合物圖案230，其所需的轉換電壓僅需3~4伏特。由於本實施例可在快速且低電壓條件下將液晶分子240自斜展態轉換至彎曲態，因此本實施例可與現有光學補償雙折射型液晶顯示面板之所有結構相容，也就是不需更改顯示面板之補償膜或是其他光學膜之特性。
圖6A為根據本發明一實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板的第一基板的上視示意圖。圖6B為根據本發 明一實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板的第二基板的上視示意圖。請參照圖6A及6B，在此實施例中，點狀液晶聚合物圖案230a,230b是分別緊密地排列成環狀結構232a,232b。類似地，在本實施例中，兩相鄰點狀液晶聚合物圖案230a之間的距離仍介於1-25 μm，且兩相鄰點狀液晶聚合物圖案230b之間的距離介於1-25 μm。每一點狀液晶聚合物圖案230a,230b之面積介於1-225 μm2。外，在圖6A及圖6B之實施例中，每一環狀結構232a,232b是包圍一個畫素區。然而，本發明不限於此，在其他的實施例中，每一環狀結構232a,232b可包圍兩個畫素區、三個畫素區250(如圖7A及圖7B之實施例所示)，或更多的畫素區。
在本實施例中，因點狀液晶聚合物圖案230a,230b是緊密地排列成環狀結構232a,232b，此種排列形式可以應用於初始Pi-扭轉排列(initial Pi-Twist)操作模式的顯示器，藉以省去液晶分子從斜展態至彎曲態之轉換動作。更詳細來說，通常光學補償雙折射型液晶分子之操作方式是需先使液晶分子從斜展態轉換至彎曲態，接著使液晶分子從彎曲態進行180度的扭轉。而由於本實施例在顯示面板中設置有緊密地排列成環狀結構的點狀液晶聚合物圖案230a,230b，其可使液晶分子形成初始Pi-扭轉排列狀態。因此液晶分子在最初始的自斜展態至彎曲態之轉換之後，便可以維持在彎曲態與180度的扭轉之間的轉換，換言之，可省去液晶分子重複自斜展態轉換至彎曲態之操作。 而且，液晶分子在彎曲態與180度的扭轉之間的轉換非常的快速。
綜上所述，本發明利用點狀液晶聚合物圖案來排列成緊密的直線結構或是緊密的環狀結構，其可以省去OCB液晶分子由斜展態至彎曲態的轉換。若是將點狀液晶聚合物圖案來排列成非緊密或是密度較疏的直線結構或是緊密的環狀結構，可以達到加快OCB液晶分子由斜展態至彎曲態的轉換之目的。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200‧‧‧液晶顯示面板
210a,210b‧‧‧基板
220a,220b‧‧‧經配向處理之膜層
230a,230b‧‧‧點狀液晶聚合物圖案
232a,232b‧‧‧直線結構或環狀結構
240‧‧‧液晶材料
250‧‧‧彩色濾光層
260‧‧‧遮光圖案層
D1,D2‧‧‧方向
D‧‧‧距離
SL‧‧‧掃描線
DL‧‧‧資料線
T‧‧‧主動元件
P‧‧‧畫素電極
圖1是根據本發明一實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板之剖面示意圖。
圖2A為圖1之光學補償雙折射型液晶顯示面板之第一基板的上視示意圖。
圖2B為圖1之光學補償雙折射型液晶顯示面板之第二基板的上視示意圖。
圖3A為根據本發明一實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板的第一基板的上視示意圖。
圖3B為根據本發明一實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板的第二基板的上視示意圖。
圖4A為根據本發明一實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板的第一基板的上視示意圖。
圖4B為根據本發明一實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板的第二基板的上視示意圖。
圖5A為根據本發明一實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板的第一基板的上視示意圖。
圖5B為根據本發明一實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板的第二基板的上視示意圖。
圖6A為根據本發明一實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板的第一基板的上視示意圖。
圖6B為根據本發明一實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板的第二基板的上視示意圖。
圖7A為根據本發明一實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板的第一基板的上視示意圖。
圖7B為根據本發明一實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板的第二基板的上視示意圖。
圖8為根據本發明一實施例之光學補償雙折射型液晶顯示面板的電壓-穿透區關係圖。
230a‧‧‧點狀液晶聚合物圖案
232a‧‧‧直線結構
250‧‧‧彩色濾光層
260‧‧‧遮光圖案層
D1,D2‧‧‧方向

Claims (12)

  1. 一種光學補償雙折射型液晶顯示面板，其具有多個畫素區，該光學補償雙折射型液晶顯示面板包括：一第一基板，其中該第一基板具有一第一經配向處理之膜層；一第二基板，位於該第一基板之對向，其中該第二基板具有一第二經配向處理之膜層；多個點狀液晶聚合物圖案，位於該第一經配向處理之膜層以及該第二經配向處理之膜層上，其中每一點狀液晶聚合物圖案的面積介於1~225 μm2；以及一光學補償雙折射型液晶材料，位於該第一基板與該第二基板之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學補償雙折射型液晶顯示面板，其中該些點狀液晶聚合物圖案排列成多條直線結構。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光學補償雙折射型液晶顯示面板，其中該些直線結構彼此平行排列。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之光學補償雙折射型液晶顯示面板，其中相鄰的兩條直線結構之間相距至少一個畫素區。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之光學補償雙折射型液晶顯示面板，其中相鄰的兩直線結構之間的距離介於50-200 μm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光學補償雙折射型液 晶顯示面板，其中該些點狀液晶聚合物圖案排列成多個環狀結構。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之光學補償雙折射型液晶顯示面板，其中每一環狀結構包圍至少一個畫素區。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光學補償雙折射型液晶顯示面板，其中該些點狀液晶聚合物圖案之間的距離為1-25 μm。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之光學補償雙折射型液晶顯示面板，其中該第一基板與該第二基板其中之一為一主動元件陣列基板，且該第一基板與該第二基板之另一為一彩色濾光基板。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之光學補償雙折射型液晶顯示面板，其中該第一經配向處理之膜層及該第二經配向處理之膜層分別包括一經配向處理的有機材料層或是一經配向處理的無機材料層。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之光學補償雙折射型液晶顯示面板，其中所述經配向處理的有機材料層包括聚醯亞胺、聚醯胺酸、聚醯胺、聚乙烯醇或聚乙烯醇肉桂酸酯。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之光學補償雙折射型液晶顯示面板，其中所述經配向處理的無機材料層包括類鑽石碳膜、氧化銦錫、氧化矽或氮化矽。
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