TWI418905B - 藍相液晶顯示面板及其驅動方法 - Google Patents

Description

藍相液晶顯示面板及其驅動方法

本發明是有關於一種液晶顯示面板及其驅動方法，且特別是有關於一種藍相液晶顯示面板(blue phase liquid crystal display panel)及其驅動方法。

西元1888年，Friedrich Reinitzer將膽固醇型苯甲酸鹽(Cholesteric benzoate)置於偏光顯微鏡中，觀察到膽固醇型苯甲酸鹽在勻相(Isotropic)與膽固醇相(Cholesteric)會呈現出不同顏色(藍紫色和藍色)，勻相與膽固醇相之間的顏色變化現象僅存在於很小的溫度區間(約只有1℃溫度區間)。西元1970年，許多科學家利用容積分析、高解析度示差掃描熱卡計等方法，證實前述現象是一種新的熱力學穩定相，並稱其為藍相。

藍相具有三種不同相的存在，這三種相表示為BP I、BP II、BP III，而BP III存在的溫度是三個相中最高的，在文獻中提到的BP III是〝fog phase〞。相較於BP I與BP II的立方體結構(cubic)，BP III是無定型(amorphous)。在偏光顯微鏡下觀察，BP III通常是無任何結構的模糊影像，因此很難於偏光顯微鏡下觀察。

而BP I、BP II之結構已被證實，構成BP I、BP II的基本單元為〝雙扭轉圓柱狀〞(DTC：double twist cylinder)，這樣的排列方式具有最小的自由能。此外，雙 扭轉圓柱管在空間的排列是互相垂直，這樣的排列導致缺陷(defect)的晶格，而且被認為是由液晶相進入膽固醇相的預轉換現象(pre-transitional phenomena)。因此，藍相被歸類為無效相(frustrated phases)。利用布拉格散射、Kossel繞射圖、光學組織、晶體成長等實驗性的研究發現，BP II是簡單立方結構(SC：simple cubic)(Mol.Cryst.Liq.Cryst.,Vol.465,pp.283-288,2007)、BP I是體心立方結構(BCC：body-centered cubic)。不同於其他液晶相，如向列相(nematic)、層列相(smectic)、勻相(isotropic)，通常BP I、BP II在偏光顯微鏡下會顯示許多板狀(platelet texture)的彩色圖形(J.A.C.S,2008,130,6326 Kikuchi et.al.)，這是因為晶格週期在可見光波長範圍造成布拉格反射所致。

一般的液晶具有光學異相性(optically anisotropic)，但是藍相卻是具有光學等向性(optically isotropic)。換言之，藍相具有非常低或者甚至不具有複折射性(Birefringence)。

由於藍相的晶格週期為可見光波長的函數，故會產生選擇性"布拉格反射"(selective Bragg reflection)。這種特性使得藍相液晶具有應用在快速應答之光閥(fast light modulators)。但是，無論在理論上的預測還是在實驗上的觀察，藍相液晶僅出現在具備有高純度、高旋光性的分子材料中，因此藍相液晶僅存在於很小的溫度區間內(小於2℃之溫度區間)。因此，藍相液晶通常僅在學術上被討論，但在實際應用上並未受到重視。

近十年來，為了使液晶顯示面板的顯示品質臨駕於陰 極射線管的顯示品質，具有快速應答特性的藍相又受到學術以及產業界的重視。為了應用上的需要，藍相液晶必須具備有寬廣的溫度應用範圍，因此不同的技術發展相繼被提出。例如，利用高分子穩定的特性(產生高分子網狀結構)以產生能夠存在於寬廣溫度區間內的藍相(Nature materials,2002,1,64)。此外，在2002年，Kikuchi等人將少量的分子單體及光阻劑加入藍相液晶中，並在藍相溫度範圍內照光產生如凝膠結構的穩定藍相，成功的產生出溫度區間約為60℃的藍相。

雖然藍相液晶具有快速應答時間與光學等向性等優點，但卻有驅動電壓較高之缺點，其驅動電壓高達55伏。就量產的角度來看，藍相液晶的高驅動電壓是亟需解決的問題之一。

本發明提供一種藍相液晶顯示面板，其具有輔助電極層以降低驅動電壓。

本發明提供一種藍相液晶顯示面板的驅動方法，以有效降低藍相液晶顯示面板之驅動電壓。

本發明提供一種藍相液晶顯示面板，其包括一第一基板、一第二基板、一輔助電極層以及一藍相液晶層。第一基板具有多個顯示單元，每一顯示單元包括一畫素電極以及一共通電極。畫素電極具有多個第一條狀圖案，共通電極與畫素電極電性絕緣，而共通電極具有多個第二條狀圖案，且第一條狀圖案與第二條狀圖案係交替排列。第二基 板與第一基板相對配置，輔助電極層配置在第二基板上並且面對顯示單元，輔助電極層與畫素電極以及共通電極電性絕緣，且輔助電極層提供一橫向定電場(lateral constant electric field)。藍相液晶層配置於第一基板與第二基板之間。

在本發明之一實施例中，前述之顯示單元可進一步包括一開關元件，且此開關元件與畫素電極電性連接。

在本發明之一實施例中，前述之輔助電極層包括一第一電極以及一第二電極，其中第一電極具有多個第三條狀圖案，第二電極具有多個第四條狀圖案，且第三條狀圖案與第四條狀圖案係交替排列。

在本發明之一實施例中，前述之第一條狀圖案與第二條狀圖案的寬度為L1，各個第一條狀圖案與相鄰之第二條狀圖案的間隔為S1，第三條狀圖案與第四條狀圖案的寬度為L2，各個第三條狀圖案與相鄰之第四條狀圖案的間隔為S2，而L1實質上等於L2，且S1實質上等於S2。

在本發明之一實施例中，前述之第一條狀圖案與第二條狀圖案的寬度為L1，各個第一條狀圖案與相鄰之第二條狀圖案的間隔為S1，第三條狀圖案與第四條狀圖案的寬度為L2，各個第三條狀圖案與相鄰之第四條狀圖案的間隔為S2，且L1/S1不等於L2/S2。

在本發明之一實施例中，前述之第三條狀圖案與第四條狀圖案的固定電壓差低於藍相液晶層的啟始電壓(threshold voltage，Vth)。

本發明另提供一種藍相液晶顯示面板的驅動方法，適 於驅動前述之藍相液晶顯示面板。此藍相液晶顯示面板的驅動方法包括：驅動輔助電極層，以使輔助電極層產生橫向定電場；以及驅動畫素電極與共通電極，以使藍相液晶層顯示一影像。

在本發明之一實施例中，前述之輔助電極層包括一第一電極以及一第二電極，第一電極具有多個第三條狀圖案，第二電極具有多個第四條狀圖案，第三條狀圖案與第四條狀圖案係交替排列，而驅動輔助電極層的方法包括：令第三條狀圖案與第四條狀圖案維持一固定電壓差。

在本發明之一實施例中，前述之橫向定電場係於驅動畫素電極與共通電極之前形成。

在本發明之一實施例中，前述之橫向定電場係於驅動畫素電極與共通電極的同時形成。

由於本發明之藍相液晶顯示面板具有輔助電極層，因此本發明之藍相液晶顯示面板的驅動電壓可以進一步地被降低。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖1為本發明一實施例之藍相液晶顯示面板之剖面示意圖，而圖2為本發明一實施例之輔助電極層、畫素電極以及共通電極層之示意圖。請參照圖1與圖2，本實施例之藍相液晶顯示面板100包括一第一基板110、一第二基 板120、一輔助電極層130以及一藍相液晶層140。第一基板110具有多個顯示單元112，每一顯示單元112包括一畫素電極112a以及一共通電極112b。畫素電極112a具有多個第一條狀圖案P1，共通電極112b與畫素電極112a電性絕緣，而共通電極112b具有多個第二條狀圖案P2，且第一條狀圖案P1與第二條狀圖案P2係交替排列。第二基板120與第一基板110相對配置，輔助電極層130配置在第二基板120上並且面對顯示單元112，輔助電極層130與畫素電極112a以及共通電極112b電性絕緣，且輔助電極層130提供一橫向定電場E1。此外，藍相液晶層140配置於第一基板110與第二基板120之間。

在本實施例中，第一基板110例如為一主動元件陣列基板，詳言之，第一基板110上之各個顯示單元112進一步包括一開關元件112c，且此開關元件112c與畫素電極112a電性連接。舉例而言，前述之開關元件112c為薄膜電晶體。此外，為了將顯示資料順利地寫入畫素電極112a上，開關元件112c例如係與對應之掃描線以及資料線連接。

本實施例之第二基板120例如為一彩色濾光片，而配置於第二基板120上的輔助電極層130包括一第一電極132以及一第二電極134，其中第一電極132具有多個第三條狀圖案P3，第二電極134具有多個第四條狀圖案P4，且第三條狀圖案P3與第四條狀圖案P4係交替排列。如圖2所示，第一條狀圖案P1的延伸方向例如係與第二條狀圖案P2的延伸方向平行，第三條狀圖案P3的延伸方向例如 係與第四條狀圖案P4的延伸方向平行，而各個第一條狀圖案P1實質上對準於對應之第三條狀圖案P3，且各個第二條狀圖案P2實質上對準於對應之第四條狀圖案P4。換言之，第一條狀圖案P1與第二條狀圖案P2的寬度為L1，各個第一條狀圖案P1與相鄰之第二條狀圖案P2的間隔為S1，第三條狀圖案P3與第四條狀圖案P4的寬度為L2，各個第三條狀圖案P3與相鄰之第四條狀圖案P4的間隔為S2，而L1實質上等於L2，且S1實質上等於S2。

為了不影響藍相液晶顯示面板的暗態顯示品質，本實施例令第三條狀圖案P3與第四條狀圖案P4之間維持一固定電壓差，且此固定電壓差通常需低於藍相液晶層140的啟始電壓(threshold voltage，Vth)。此處，藍相液晶層140的啟始電壓可定義為藍相液晶層140的穿透率開始不為0時，所對應到的驅動電壓值。舉例而言，前述之固定電壓差例如係介於0.1伏至20伏之間，較佳是介於0.5伏至10伏之間，且更佳是介於1伏至7伏之間，而前述之藍相液晶層140的厚度例如係介於3.8微米至4微米之間。第三條狀圖案31與第四條狀圖案P4可以橫跨同一列的多個顯示單元112，以提供相同的固定電壓差，或是由開關元件(未繪示)獨立控制每各顯示單元第三條狀圖案P3與第四條狀圖案P4之間的固定電壓差。

本實施例令第三條狀圖案P3與第四條狀圖案P4之間維持一固定電壓差之主要目的為進一步降低藍相液晶顯示面板100的驅動電壓。在驅動藍相液晶顯示面板100時，可先驅動輔助電極層130，以使輔助電極層130產生橫向 定電場E1，之後再驅動畫素電極112a與共通電極112b以產生橫向電場E2，進而使藍相液晶層140顯示一影像。當然，此領域具有通常知識者亦可在驅動畫素電極112a與共通電極112b的同時，驅動輔助電極層130以產生橫向定電場E1。值得注意的是，橫向定電場E1與橫向電場E2共同決定藍相液晶層140的排列方式，且在橫向定電場E1存在的情況下，由畫素電極112a與共通電極112b所提供之橫向電場E2可以被進一步降低，進而達成降低驅動電壓的效果。

圖3繪示出本發明之實施例具有輔助電極層之藍相液晶顯示面板以及比較例不具有輔助電極層之藍相液晶顯示面板的驅動電壓-穿透率曲線(V-T curves)。請參照圖3，在比較例之不具有輔助電極層之藍相液晶顯示面板(習知技術)中，其比較例之顯示單元為習知的平面轉換型畫素單元(In-Plane Switching pixel units)，僅具有畫素電極與共通電極，不具有輔助電極層。相對地，本發明之實施例在具有輔助電極層之藍相液晶顯示面板(本實施例)中，顯示單元具有輔助電極層、畫素電極以及共通電極，輔助電極層是藉由一4伏的電壓差來驅動，而藍相液晶層的厚度例如約為3.8微米。從圖3中的二關係曲線可知，在相同穿透率的情況下，具有輔助電極層之藍相液晶顯示面板(本實施例)所需之驅動電壓低於具有輔助電極層之藍相液晶顯示面板(習知技術)，因此輔助電極層所提供的橫向定電場有助於驅動電壓的降低。

圖4為本發明另一實施例之藍相液晶顯示面板之剖面 示意圖。請參照圖4，本實施例可以適度地更動第一條狀圖案P1與第二條狀圖案P2的寬度L1、各個第一條狀圖案P1與相鄰之第二條狀圖案P2的間隔S1、第三條狀圖案P3與第四條狀圖案P4的寬度L2以及各個第三條狀圖案P3與相鄰之第四條狀圖案P4的間隔S2，以使L1/S1不等於 L2/S2。換言之，此領域具有通常知識者僅需更動間隔S1、間隔S2、寬度L1、寬度L2中至少一者，便可以改變L1/S1以及L2/S2進而獲得所需之橫向定電場。舉例而言，此領域具有通常知識者可將間隔S2設計為間隔S1之n或1/n倍(n為正整數)。

由於本發明之藍相液晶顯示面板具有輔助電極層，因此本發明之藍相液晶顯示面板的驅動電壓可以進一步地被降低。

雖然本發明已以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，當可作些許之更動與潤飾，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為準。

100‧‧‧藍相液晶顯示面板

110‧‧‧第一基板

120‧‧‧第二基板

112‧‧‧顯示單元

112a‧‧‧畫素電極

112b‧‧‧共通電極

112c‧‧‧開關元件

130‧‧‧輔助電極層

132‧‧‧第一電極

134‧‧‧第二電極

140‧‧‧藍相液晶層

P1‧‧‧第一條狀圖案

P2‧‧‧第二條狀圖案

P3‧‧‧第三條狀圖案

P4‧‧‧第四條狀圖案

L1、L2‧‧‧寬度

S1、S2‧‧‧間隔

E1‧‧‧橫向定電場

E2‧‧‧橫向電場

圖1為本發明一實施例之藍相液晶顯示面板之剖面示意圖。

圖2為本發明一實施例之輔助電極層、畫素電極以及共通電極層之示意圖。

圖3繪示出本發明實施例之具有輔助電極層之藍相液晶顯示面板以及比較例不具有輔助電極層之藍相液晶顯示 面板的驅動電壓-穿透率曲線(V-T curves)。

圖4為本發明另一實施例之藍相液晶顯示面板之剖面示意圖。

100‧‧‧藍相液晶顯示面板

110‧‧‧第一基板

120‧‧‧第二基板

112‧‧‧顯示單元

112a‧‧‧畫素電極

112b‧‧‧共通電極

112c‧‧‧開關元件

130‧‧‧輔助電極層

132‧‧‧第一電極

134‧‧‧第二電極

140‧‧‧藍相液晶層

P1‧‧‧第一條狀圖案

P2‧‧‧第二條狀圖案

P3‧‧‧第三條狀圖案

P4‧‧‧第四條狀圖案

L1、L2‧‧‧寬度

S1、S2‧‧‧間隔

E1‧‧‧橫向定電場

E2‧‧‧橫向電場

Claims (7)

1. 一種藍相液晶顯示面板，包括：一第一基板，具有多個顯示單元，每一顯示單元包括：一畫素電極，該畫素電極具有多個第一條狀圖案；以及一共通電極，與該畫素電極電性絕緣，該共通電極具有多個第二條狀圖案，而該些第一條狀圖案與該些第二條狀圖案係交替排列；一第二基板，與該第一基板相對配置；一輔助電極層，配置在該第二基板上，且面對該些顯示單元，該輔助電極層與該畫素電極以及該共通電極電性絕緣，且該輔助電極層提供一橫向定電場，其中該輔助電極層包括：一第一電極，具有多個第三條狀圖案；以及一第二電極，具有多個第四條狀圖案，且該些第三條狀圖案與該些第四條狀圖案係交替排列，其中該些第三條狀圖案與該些第四條狀圖案的固定電壓差低於該藍相液晶層的啟始電壓；以及一藍相液晶層，配置於該第一基板與該第二基板之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示單元，更包括一開關元件，與該畫素電極電性連接。
3. 如申請專利範圍第項所述之顯示單元，其中該些第一條狀圖案與該些第二條狀圖案的寬度為L1，各該第一條狀圖案與相鄰之第二條狀圖案的間隔為S1，該些第三條狀 圖案與該些第四條狀圖案的寬度為L2，各該第三條狀圖案與相鄰之第四條狀圖案的間隔為S2，而L1實質上等於L2，且S1實質上等於S2。
4. 如申請專利範圍第項所述之顯示單元，其中該些第一條狀圖案與該些第二條狀圖案的寬度為L1，各該第一條狀圖案與相鄰之第二條狀圖案的間隔為S1，該些第三條狀圖案與該些第四條狀圖案的寬度為L2，各該第三條狀圖案與相鄰之第四條狀圖案的間隔為S2，且L1/S1不等於L2/S2。
5. 一種藍相液晶顯示面板的驅動方法，適於驅動申請專利範圍第1項所述之藍相液晶顯示面板，該藍相液晶顯示面板的驅動方法包括：驅動該輔助電極層，以使該輔助電極層產生該橫向定電場；以及驅動該畫素電極與該共通電極，以使該藍相液晶層顯示一影像，其中，驅動該輔助電極層的方法包括：令該些第三條狀圖案與該些第四條狀圖案維持一固定電壓差，其中該固定電壓差低於該藍相液晶層的啟始電壓。
6. 如申請專利範圍第5項所述之顯示單元的驅動方法，其中該橫向定電場係於驅動該畫素電極與該共通電極之前形成。
7. 如申請專利範圍第5項所述之顯示單元的驅動方 法，其中該橫向定電場係於驅動該畫素電極與該共通電極的同時形成。