TWI461804B - 藍相液晶顯示面板 - Google Patents

Description

藍相液晶顯示面板

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

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)、BPI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)，但是藍相液晶卻是具有光學等向性(optically isotropic)。換言之，藍相液晶具有非常低或者甚至不具有雙折射性(Birefringence)。

由於藍相液晶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可被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，且其藍相的顏色變化僅存在於很小的溫度區間內。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凌駕於陰極射線管的顯示品質，具有快速應答特性的藍相液晶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(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等人將少量的高分子單體及光起始劑加入藍相液晶中，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(可達55伏特)之缺點。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，其包括輔助材料層以降低驅動電壓。

本發明提供一種藍相液晶顯示面板，其包括第一基板、第二基板、藍相液晶層以及輔助材料層。第一基板具有多個畫素驅動單元。每一畫素驅動單元包括畫素電極與對向電極，以提供電場。第二基板與第一基板相對配置。藍相液晶層密封於第一基板與第二基板之間。藍相液晶層具有多個藍相液晶分子，且藍相液晶分子被電場驅動。輔助材料層配置在第二基板上，位於第二基板與藍相液晶層之間，且輔助材料層不配置在第一基板與藍相液晶層之間。

在本發明之一實施例中，前述之輔助材料層之材質包括聚醯胺酸(polyamic acid，PAA)、聚亞醯胺(polyimide，PI)、聚矽烷(polysilane)、聚矽氧烷(polysiloxane)、烷硫醇(alkanethiol)或氨基烷硫醇(aminoalkanethiol)。

在本發明之一實施例中，前述之畫素電極具有多個第一條狀圖案。對向電極與畫素電極相互電性絕緣，且畫素電極與對向電極位於同一平面上。對向電極具有多個第二條狀圖案，而第一條狀圖案與第二條狀圖案係交替排列。

在本發明之一實施例中，前述之藍相液晶顯示面板，可進一步包括輔助電極。輔助電極位於畫素電極以及對向電極下方，且輔助電極與畫素電極以及對向電極相互電性絕緣。

在本發明之一實施例中，前述之畫素電極具有多個第一條狀圖案。對向電極與畫素電極相互電性絕緣，且畫素電極與對向電極位於不同平面上。對向電極具有多個第二條狀圖案，而第一條狀圖案與第二條狀圖案係交替排列。

在本發明之一實施例中，前述之畫素電極具有多個第一條狀圖案。所述之第一條狀圖案位於同一平面上。對向電極位於畫素電極下方，且畫素電極與對向電極相互電性絕緣。

在本發明之一實施例中，前述之第一基板包括薄膜電晶體陣列基板，而第二基板包括彩色濾光基板。

在本發明之一實施例中，前述之第一基板包括彩色濾光整合薄膜電晶體陣列基板，而第二基板包括對向基板。

在本發明之一實施例中，前述之畫素電極與的材質包括金屬、導電高分子、透明導電材料以及其組合。

在本發明之一實施例中，前述之對向電極的材質包括金屬、導電高分子、透明導電材料以及其組合。

由於本發明之藍相液晶顯示面板的單一基板上具有輔助材料層，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。

[第一實施例]

圖1為本發明第一實施例之藍相液晶顯示面板的剖面示意圖。圖2是圖1之藍相液晶顯示面板之第一基板的上視圖。特別是，圖1是對應圖2之剖面線A-A’的剖面圖。請參照圖1及圖2，本實施例之藍相(Blue Phase)液晶顯示面板100包括第一基板110、與第一基板110相對配置的第二基板120、密封在第一基板110與第二基板120之間的藍相液晶層130以及輔助材料層140。在本實施例中，第一基板110例如為薄膜電晶體(Thin film transistor，TFT)陣列基板，而第二基板120例如為彩色濾光(Color filter，CF)基板。但本發明不限於此，在其他實施例中，第一基板110亦可為彩色濾光整合於薄膜電晶體陣列上(Color filter on Array，COA)基板，或是薄膜電晶體陣列整合於彩色濾光層上(Array on Color filter，AOC)基板，而第二基板120亦可為對向基板。然而，本發明不以上述為限。

更詳細地說，本實施例之第一基板110具有多個畫素驅動單元112。每一畫素驅動單元112包括畫素電極112a與對向電極112b。畫素電極112a與對向電極112b可設置在第一基板110上共同提供電場E。電場E可驅動藍相液晶層130中的多個藍相液晶分子132。本實施例之電場E例如為橫向電場。意即，本實施例之電場E的方向主要分布在平行於第一基板110及第二基板120的方向上。在本實施例中，藍相液晶132可使用高雙折射率(birefringence)以及高介電係數(dielectric constant)之液晶材料，藉以降低藍相液晶顯示面板的驅動電壓。舉例而言，藍相液晶分子132之雙折射率與藍相液晶分子132之介電係數之乘積可大於等於0.5。

在本實施例中，如圖2所示，畫素電極112a可具有多個第一條狀圖案112a’。對向電極112b與畫素電極112a相互電性絕緣，且畫素電極112a與對向電極112b可位於同一平面上。對向電極112b可具有多個第二條狀圖案112b’，而第一條狀圖案112a’與第二條狀圖案112b’係交替排列。換言之，本實施例之藍相液晶顯示面板100以共平面切換(In-Plane Switching，IPS)式顯示面板為例進行說明，熟習該項技藝者亦可作等效的設計變更。在本實施例中，畫素電極112a的材質以及對向電極112b的材質包括金屬(例如鋁、鈦、鉬)、導電高分子、透明導電材料(例如銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鍺鋅氧化物)以及其組合。

值得一提的是，本實施例之藍相液晶顯示面板100包括輔助材料層140。輔助材料層140配置在第二基板120上，且位於第二基板120與藍相液晶層130之間，並且，輔助材料層140不配置在第一基板110與藍相液晶層130之間。本實施例之輔助材料層140可選擇性地具有配向(Alignment)方向，或者不具有配向方向。若欲將輔助材料層140設計為具有配向方向，則輔助材料層140的配向方向可視實際的需求做調整。在本實施例中，輔助材料層140之材質包括聚醯胺酸(polyamic acid，PAA)、聚亞醯胺(polyimide，PI)、聚矽烷(polysilane)、聚矽氧烷(polysiloxane)、烷硫醇(alkanethiol)、氨基烷硫醇(aminoalkanethiol)、其他具有氮、碳、氧之高分子材料、或自組裝單分子膜材料(Self Assembling Monolayer,SAM)。

需特別說明的是，本實施例之輔助材料層140可降低藍相液晶顯示面板100之驅動電壓，使藍相液晶顯示面板100之驅動電壓對穿透率曲線(Voltage-Transmittance Curve，V-T Curve)往低電壓之方向移動(即向左移動)。換言之，對相同的穿透率輔助材料層140可使藍相液晶顯示面板100之驅動電壓降低。以下將配合圖3詳細地說明上述之現象。

圖3為示出本實施例之藍相液晶顯示面板100的驅動電壓(Driving Voltage)與穿透率(Transmittance)之間的關係(以曲線S100代表)，且示出兩比較例之藍相液晶顯示面板的驅動電壓與穿透率之間的關係(分別以曲線S110、S120代表)。請參照圖3，圖3之曲線S100示出本實施例之藍相液晶顯示面板的驅動電壓與穿透率之間的關係，輔助材料層140配置在第二基板120上，且位於第二基板120與藍相液晶層130之間，並且輔助材料層140不配置在第一基板110與藍相液晶層130之間。圖3之曲線S110示出第一比較例之藍相液晶顯示面板的驅動電壓與穿透率之間的關係，第一比較例之藍相液晶顯示面板與本實施例之藍相液晶顯示面板100不同之處僅在於第一比較例之藍相液晶顯示面板的第一基板110與第二基板120均不具有輔助材料層。圖3之曲線S120示出第二比較例之藍相液晶顯示面板的驅動電壓與穿透率之間的關係，第二比較例之藍相液晶顯示面板與本實施例之藍相液晶顯示面板100的不同之處在於第二比較例之藍相液晶顯示面板的第一基板110與第二基板120均具有輔助材料層，此兩輔助材料層分別位於第一基板與藍相液晶層之間以及第二基板與藍相液晶層之間。

比較曲線S100與曲線S110、曲線S120可知，當本實施例之藍相液晶顯示面板100包括配置於第二基板120與藍相液晶層130之間的輔助材料層140，而不包括配置於第一基板110與藍相液晶層130之間的輔助材料層時，本實施例之藍相液晶顯示面板100的驅動電壓對穿透率之曲線S100較第一比較例及第二比較例之驅動電壓對穿透率曲線S110、S120都來的偏向彽電壓方向(即偏左)，亦即以較低的驅動電壓即可達到相同的穿透度。此外，本實施例之藍相液晶顯示面板100的臨界電壓(即使藍相液晶顯示面板由暗態轉為亮態時的驅動電壓)，例如為5伏特，亦相較於第一比較例及第二比較例之藍相液晶顯示面板(分別對應曲線S110、S120)之臨界電壓(10伏特)來的低。並且，本實施例之藍相液晶顯示面板100使其穿透率為最大穿透率(約0.175)之50%(約0.0875)時的驅動電壓為23.7伏特，相較於第一比較例之藍相液晶顯示面板(對應曲線S110)之使其穿透率為最大穿透率(約0.162)之50%(約0.081)時的驅動電壓(28.5伏特)來的低。此外，本實施例之藍相液晶顯示面板100在60伏特驅動電壓下之穿透率為0.174，相較於第一比較例之藍相液晶顯示面板(對應曲線S110)在60伏特驅動電壓下之穿透率0.162來的高。意即，在藍相液晶顯示面板100之單一基板上(第二基板120)配置輔助材料層140有助於進一步地降低藍相液晶顯示面板之驅動電壓及增加藍相液晶顯示面板之穿透率。

[第二實施例]

圖4為本發明第二實施例之藍相液晶顯示面板的剖面示意圖。圖5是圖4之藍相液晶顯示面板之第一基板的上視圖。特別是，圖4是對應圖5之剖面線B-B’的剖面圖。請參照圖4及圖5，本實施例之藍相液晶顯示面板100A與第一實施例之藍相液晶顯示面板100相似。惟本實施例之第一基板110A的形式與第一實施例之第一基板110的形式有所不同。以下僅就此處做說明，兩者相同之處便不再重述。

本實施例之藍相液晶顯示面板100A包括具有多個畫素驅動單元112之第一基板110A、與第一基板110A相對配置之第二基板120、密封於第一基板110A與第二基板120之間的藍相液晶層130以及配置在第二基板120上且位於第二基板120與藍相液晶層130之間的輔助材料層140。本實施例之輔助材料層140不配置在第一基板110A與藍相液晶層130之間。在本實施例之藍相液晶顯示面板100A中，輔助材料層140亦具有使藍相液晶顯示面板100A之驅動電壓降低之功效。

如圖4所示，本實施例之第一基板110A具有多個畫素驅動單元112。每一畫素驅動單元112包括畫素電極112a與對向電極112b。畫素電極112a與對向電極112b共同提供電場E。電場E可驅動藍相液晶層130中的多個藍相液晶分子132。如圖5所示，在本實施例中，畫素電極112a具有多個第一條狀圖案。對向電極112b與畫素電極112a相互電性絕緣。對向電極112b具有多個第二條狀圖案112b’，而第一條狀圖案112a’與第二條狀圖案112b’係交替排列。與第一實施例不同的是，如圖4所示，在本實施例中，畫素電極112a與對向電極112b係位於不同平面。詳言之，本實施例之畫素電極112a位於對向電極112b之上，且畫素電極112a與對向電極112b間配置有絕緣層114。但本發明不限於此，在其他實施例中，對向電極112b亦可位於畫素電極112a之上。本實施例之藍相液晶顯示面板100A與第一實施例之藍相液晶顯示面板100具有類似的功效及優點，於此便不再重述。

[第三實施例]

圖6為本發明第三實施例之藍相液晶顯示面板的剖面示意圖。圖7是圖6之藍相液晶顯示面板之第一基板的上視圖。特別是，圖6是對應圖7之剖面線C-C’的剖面圖。請參照圖6及圖7，本實施例之藍相液晶顯示面板100B與第一實施例之藍相液晶顯示面板100相似。惟本實施例之第一基板110B的形式與第一實施例之第一基板110的形式有所不同。以下僅就此處做說明，兩者相同之處便不再重述。

本實施例之藍相液晶顯示面板100B包括具有多個畫素驅動單元112之第一基板110B、與第一基板110B相對配置之第二基板120、密封於第一基板110B與第二基板120之間的藍相液晶層130以及配置在第二基板120上且位於第二基板120與藍相液晶層130之間的輔助材料層140。本實施例之輔助材料層140不配置在第一基板110B與藍相液晶層130之間。在本實施例之藍相液晶顯示面板100B中，輔助材料層140亦具有使藍相液晶顯示面板100B之驅動電壓降低之功效。

如圖6所示，本實施例之第一基板110B具有多個畫素驅動單元112。每一畫素驅動單元112包括畫素電極112a與對向電極112b。畫素電極112a與對向電極112b共同提供電場E。電場E可驅動藍相液晶層130中的多個藍相液晶分子132。在本實施例中，如圖7所示，畫素電極112a具有多個第一條狀圖案112a’。如圖6所示，這些第一條狀圖案112a’位於同一平面上。對向電極112b位於畫素電極112a下方，且畫素電極112a與對向電極112b相互電性絕緣。換言之，本實施例之藍相液晶顯示面板100B為邊緣電場切換(Fringe Field Switching，FFS)式顯示面板。在本實施例中，畫素電極112a與對向電極112b間可配置有絕緣層114，以使畫素電極112a與對向電極112b彼此電性絕緣。本實施例之藍相液晶顯示面板100B與第一實施例之藍相液晶顯示面板100具有類似的功效及優點，於此便不再重述。

[第四實施例]

圖8為本發明第三實施例之藍相液晶顯示面板的剖面示意圖。圖9是圖8之藍相液晶顯示面板之第一基板的上視圖。特別是，圖8是對應圖9之剖面線D-D’的剖面圖。請參照圖8及圖9，本實施例之藍相液晶顯示面板100C與第一實施例之藍相液晶顯示面板100相似。惟本實施例之第一基板110C的形式與第一實施例之第一基板110的形式有些許的不同。以下僅就此處做說明，兩者相同之處便不再重述。

本實施例之藍相液晶顯示面板100C包括具有多個畫素驅動單元112之第一基板110C、與第一基板110C相對配置之第二基板120、密封於第一基板110C與第二基板120之間的藍相液晶層130以及配置在第二基板120上且位於第二基板120與藍相液晶層130之間的輔助材料層140。本實施例之輔助材料層140不配置在第一基板110C與藍相液晶層130之間。在本實施例之藍相液晶顯示面板100C中，輔助材料層140亦具有使藍相液晶顯示面板100C之驅動電壓降低之功效。

如圖8所示，本實施例之第一基板110C具有多個畫素驅動單元112。每一畫素驅動單元112包括畫素電極112a與對向電極112b。畫素電極112a與對向電極112b共同提供電場E。電場E可驅動藍相液晶層130中的多個藍相液晶分子132。在本實施例中，如圖9所示，畫素電極112a具有多個第一條狀圖案112a’。如圖8所示，對向電極112b與畫素電極112a相互電性絕緣，且畫素電極112a與對向電極112b位於同一平面上。如圖9所示，對向電極112b具有多個第二條狀圖案112b’，而第一條狀圖案112a’與第二條狀圖案112b’係交替排列。

與第一實施例不同的是，本實施例之藍相液晶顯示面板100C可進一步包括輔助電極116。輔助電極116位於畫素電極112a及對向電極112b下方，且輔助電極116與畫素電極112a以及對向電極112b相互電性絕緣。本實施例之輔助電極116可為浮置(floating)電極，即輔助電極116之電壓準位可為0伏特。換言之，本實施例之藍相液晶顯示面板100為邊緣共平面切換(Fringe In-plane Switching，FIS)式顯示面板。在本實施例中，畫素電極112a、對向電極112b與輔助電極116間可配置有絕緣層114(繪於圖8)，以使畫素電極112a、對向電極112b與輔助電極116電性絕緣。本實施例之藍相液晶顯示面板100C與第一實施例之藍相液晶顯示面板100具有類似的功效及優點，於此便不再重述。

綜上所述，本發明之藍相液晶顯示面板藉由在單一基板上設置輔助材料層，特別是將輔助材料層設置在彩色濾光基板或對向基板上，可明顯地降地藍相液晶顯示面板之驅動電壓並提高藍相液晶顯示面板之穿透率。

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、100A、100B、100C‧‧‧藍相液晶顯示面板

110、110A、110B、110C‧‧‧第一基板

112‧‧‧畫素驅動單元

112a‧‧‧畫素電極

112b‧‧‧對向電極

112a’、112b’‧‧‧條狀圖案

114‧‧‧絕緣層

116‧‧‧輔助電極

120‧‧‧第二基板

130‧‧‧藍相液晶層

132‧‧‧藍相液晶分子

140‧‧‧輔助材料層

E‧‧‧電場

S100、S110、S120‧‧‧曲線

圖1為本發明第一實施例之藍相液晶顯示面板之剖面示意圖。

圖2為本發明第一實施例之藍相液晶顯示面板之第一基板的上視圖。

圖3示出本發明一實施例之藍相液晶顯示面板的驅動電壓與穿透率之間的關係以及兩比較例之藍相液晶顯示面板的驅動電壓與穿透率之間的關係。

圖4為本發明第二實施例之藍相液晶顯示面板之剖面 示意圖。

圖5為本發明第二實施例之藍相液晶顯示面板之第一基板的上視圖。

圖6為本發明第三實施例之藍相液晶顯示面板之剖面示意圖。

圖7為本發明第三實施例之藍相液晶顯示面板之第一基板的上視圖。

圖8為本發明第四實施例之藍相液晶顯示面板之剖面示意圖。

圖9為本發明第四實施例之藍相液晶顯示面板之第一基板的上視圖。

100．．．藍相液晶顯示面板

110．．．第一基板

112．．．畫素驅動單元

112a．．．畫素電極

112b．．．對向電極

120．．．第二基板

130．．．藍相液晶層

132．．．藍相液晶分子

140．．．輔助材料層

E．．．電場

Claims (10)

1. 一種藍相液晶顯示面板，包括：一第一基板，具有多個畫素驅動單元，每一畫素驅動單元包括一畫素電極與一對向電極，以提供一電場；一第二基板，與該第一基板相對配置；一藍相液晶層，密封於該第一基板與該第二基板之間，該藍相液晶層具有多個藍相液晶分子，且以該電場驅動；以及一輔助材料層，配置在該第二基板上，位於第二基板與該藍相液晶層之間，且不配置在該第一基板與該藍相液晶層之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之藍相液晶顯示面板，其中該輔助材料層之材質包括聚醯胺酸(polyamic acid，PAA)、聚亞醯胺(polyimide，PI)、聚矽烷(polysilane)、聚矽氧烷(polysiloxane)、烷硫醇(alkanethiol)或氨基烷硫醇(aminoalkanethiol)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之藍相液晶顯示面板，其中：該畫素電極具有多個第一條狀圖案；以及該對向電極，與該畫素電極相互電性絕緣，且該畫素電極與該對向電極位於同一平面上，該對向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。
4. 如申請專利範圍第3項所述之藍相液晶顯示面板， 更包括：一輔助電極，位於該畫素電極以及該對向電極下方，且該輔助電極與該畫素電極以及該對向電極相互電性絕緣。
5. 如申請專利範圍第1項所述之藍相液晶顯示面板，其中：該畫素電極具有多個第一條狀圖案；以及該對向電極，與該畫素電極相互電性絕緣，且該畫素電極與該對向電極位於不同平面上，該對向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。
6. 如申請專利範圍第1項所述之藍相液晶顯示面板，其中：該畫素電極具有多個第一條狀圖案，位於同一平面上；以及該對向電極，位於該畫素電極下方，且該畫素電極與該對向電極相互電性絕緣。
7. 如申請專利範圍第1項所述之藍相液晶顯示面板，其中該第一基板包括一薄膜電晶體陣列基板，該第二基板包括一彩色濾光基板。
8. 如申請專利範圍第1項所述之藍相液晶顯示面板，其中該第一基板包括一彩色濾光整合薄膜電晶體陣列基板，該第二基板包括一對向基板。
9. 如申請專利範圍第1項所述之藍相液晶顯示面板， 其中該畫素電極的材質包括金屬、導電高分子、透明導電材料以及其組合。
10. 如申請專利範圍第1項所述之藍相液晶顯示面板，其中該對向電極的材質包括金屬、導電高分子、透明導電材料以及其組合。