TWI525374B - A method for improving the display of a bluetooth of a liquid crystal display and a liquid crystal device thereof - Google Patents

Description

改善液晶顯示器顯示殘影之方法及其液晶裝置

本發明係與液晶顯示方法有關，尤指一種改善液晶顯示器顯示殘影之方法及其液晶裝置。

按，薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD)目前在顯示器應用中，不論是尺寸、解析度、使用壽命、對比度、視角、響應時間及耗電量，已達到符合一般大眾之需求，故TFT-LCD成為目前顯示器市場之主流。有鑑於此，現今對於液晶顯示器之研究與開發，研發具備更佳的顯示品質之液晶顯示器為重要的議題。其中，為克服液晶材料之離子效應所導致之畫面殘影及烙印問題，設法降低液晶材料之離子濃度乃極為重要的研究。

液晶顯示器中顯示殘影主要形成原因乃在於液晶面板中帶有離子電荷，而離子電荷會在液晶面板施予電壓時，產生離子效應，並於液晶層中形成內建電場，且進而屏蔽外加電場，導致液晶層實際感受之有效電場異於外加電場。如此將使各面板(Panel)無法準確顯示畫面，且每幀(Frame)畫面對各像素所形成之內建電場不同，亦將影響下一幀畫面顯示情形，導致顯示殘影[1-2]。

目前解決顯示殘影之技術主要採驅動電路控制方式[3]，或採取改善配向膜對離子電荷之吸附及脫離特性[4] 來達到。惟，前述兩種技術雖可達到降低顯示殘影，但仍無法針對問題根源著手，即對存在於液晶層之離子電荷進行改善。中原大學李偉教授提出利用摻有短碳奈米管之液晶主體(Host)，可降低液晶主體中離子電荷[5]。但碳奈米管之長成困難，且需藉由強烈的剪應力(Shear Stress)攪拌以縮短碳奈米管長度，導致原料製成不易。

相關先前技術：

[1] K. H. Yang, Kenichi Tajima, Atsushi Takenaka and Hideo Takano, “Charge Trapping Properties of uv-Exposed Polyimide Films for the Alignment of Liquid Crystals.” Jpn. J. Appl. Phys. 35, L561 - L563 (1996).

[2] Yasuharu Tanaka, Yoko Goto and Yasufumi Iimura, “Mechanism of DC Offset Voltage Generation in Hybrid-Aligned Nematic Liquid Crystal Displays.” Jpn. J. Appl. Phys. 38, L1115 - L1117 (1999).

[3]廖培鈞，張庭瑞，劉品妙，廖乾煌，陳予潔，“改善液晶顯示器線性殘影之方法”，ROC Patent No. I382391 (September 1, 2009).

[4]張立心，林冠銘，賴銘智，“液晶配向劑”，ROC Patent No. 201241088 (October 16, 2012).

[5]李偉，陳惠玉，克拉克 諾葳爾 安東尼，“具有快速光電反應特性之液晶複合物與裝置”，ROC Patent No. 200838991 (October 1, 2008).

[6] O. Pishnyak, S. Tang, J. Kelly, S. Shiyanovskii, and O. Lavrentovich, Phys. Rev. Lett. 99, 127802 (2007).

本發明之主要目的，在於提供一種改善液晶顯示器顯示殘影之方法及其液晶裝置，其具有可有效改善液晶顯示器顯示殘影之功效。

為達前述目的，本發明提供一種改善液晶顯示器顯示殘影之方法及其液晶裝置與液晶複合物，包含有：一液晶配方(composition)，該液晶配方係做為主體(host)；以及複數個二氧化矽奈米粒子，該二氧化矽奈米粒子分散摻雜於該液晶配方中，其中該二氧化矽奈米粒子之摻雜濃度係介於0.01-0.9wt%之間，且該二氧化矽奈米粒子之平均長度係小於或等於100奈米。

較佳地，該液晶配方主體為向列相液晶E7，而該二氧化矽奈米粒子係為AEROSIL R812。

再者，本發明亦提供一種液晶裝置，其包含有：由一第一基板、一第二基板、一第一電極、一第二電極、一第一配向膜、一第二配向膜所組成之液晶盒，及一注入於該液晶盒中以形成液晶層之液晶複合物，而該液晶複合物包含有一液晶配方做為主體，以及複數個分散摻雜於該液晶配方中之二氧化矽奈米粒子，其中該二氧化矽奈米粒子之 摻雜濃度係介於0.01-0.9wt%之間，且該二氧化矽奈米粒子之平均長度係小於或等於100奈米。

另，本發明依據上述所之液晶裝置更提供亦一種改善液晶顯示器顯示殘影之方法，該方法為：對該液晶層施予一介於20~50V，60Hz~1kHz間之交流高壓，令該第一基板、第二基板附近的液晶導軸分佈畸變，以將該二氧化矽奈米粒子推向該第一基板與該第二基板，且該二氧化矽奈米粒子移動過程中，可吸附該液晶層中之雜質離子。

而本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入了解。

111‧‧‧第一基板

112‧‧‧第二基板

121‧‧‧第一電極

122‧‧‧第二電極

131‧‧‧第一配向膜

132‧‧‧第二配向膜

1‧‧‧液晶分子

2‧‧‧離子電荷

3‧‧‧二氧化矽奈米粒子

5‧‧‧交流高壓

第1圖係本發明之液晶材料配置示意圖。

第2圖係本發明之二氧化矽奈米粒子的摻雜濃度與離子電荷密度關係圖。

第3圖係本發明針對未摻雜(pure E7)與摻雜0.3wt%二氧化矽奈米粒子液晶盒之光電特性比較圖。

第4圖係本發明針對摻雜0.3wt%二氧化矽奈米粒子液晶盒進行未以交流高壓處理及經交流高壓處理之光電特性比較圖。

本發明提供一種改善液晶顯示器顯示殘影之方法，主要係利用添加有適量的二氧化矽(Silica)奈米粒子(Nanoparticle)之液晶複合物於液晶中，並藉由施予一交流高壓(ACHV)，將二氧化矽奈米粒子推向兩側基板，以吸 附液晶中多數離子雜質，而液晶中的離子雜質經二氧化矽奈米粒子吸附後，並隨二氧化矽奈米粒子固定於兩側基板，成為非自由離子，即無法於面板中產生離子效應，而可有效解決液晶顯示器中顯示殘影問題。

而本發明上述之液晶複合物，主要包含有：一液晶配方(composition)，該液晶配方係做為主體(host)；以及複數個二氧化矽奈米粒子，該二氧化矽奈米粒子分散摻雜於該液晶配方中，其中該二氧化矽奈米粒子之摻雜濃度係介於0.01-0.9wt%之間，且該二氧化矽奈米粒子之平均長度係小於或等於100奈米。

請參照第1圖，第1圖為本發明所提出之改善液晶顯示器顯示殘影之液晶材料的配置方法。

傳統液晶盒主要由第一基板111與第二基板112對組而成。兩基板內側皆鍍有銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)作為透明電極，分別為第一電極121及第二電極122。為控制液晶盒內液晶分子1初始排列狀態，亦會在液晶層與基板間鍍上配向膜，分別為第一配向膜131及第二配向膜132。液晶盒之第一基板111與第二基板112為保持相等間距，通常會使用固定大小之間隙子(Spacer)撐開兩基板，加以框膠固定後，形成液晶空盒，即可待注入液晶材料。

本發明則是於液晶材料注入液晶空盒前先摻雜特定濃度之二氧化矽奈米粒子(約0.01wt%~0.9wt%)，並加以混和，使其均勻散佈於液晶材料中以構成本發明之液晶複合 物。完成摻雜後，即可將摻有二氧化矽奈米粒子之液晶複合物注入液晶空盒中，形成液晶層。

傳統液晶盒常有離子電荷污染的情形，這些離子電荷主要來自於液晶材料或配向膜材料本身。而對配向膜進行摩擦配向的過程中，亦容易因摩擦產生離子電荷(雜質離子)。液晶材料注入液晶盒後，離子電荷通常會被釋放至液晶層中，並在顯示器操作過程中，受外加電場驅使而自由移動，並導致場屏蔽效應(filed-screening effect)，而影響液晶層實際感受之電場大小，造成顯示器中顯示的問題。

而本發明將二氧化矽奈米粒子3摻雜於液晶配方主體中，二氧化矽奈米粒子3即可局部吸附(local adsorption)周邊離子電荷2，如圖1(a)所示。再藉由對該液晶層施予交流高壓5(Alternating Current High Voltage,ACHV)，令該第一、第二基板111、112附近的液晶導軸分佈畸變(Distortion)，產生前揭相關先前技術[6]之抬生作用力(Lifting Force)，而可將二氧化矽奈米粒子3推向兩側之第一、第二基板111、112。且在二氧化矽奈米粒子3往兩側之第一、第二基板111、112移動過程中，將更有效吸附液晶材料中多數雜質離子，如圖1(b)所示。

以下，茲以一較佳實施例詳細說明本發明，但並不以該實施例而限定地解釋本發明。

本發明實施例使用粒徑大小為7nm之二氧化矽奈米粒子(AEROSIL R812)，摻雜濃度分別為0.1wt%、0.2wt%、 0.3wt%、0.6wt%及0.9wt%，並將其摻雜於液晶配方主體中。本實施例使用之液晶配方主體為常見之向列相液晶E7(△n=0.2255,△ε=+14.1)，液晶盒間隙為5.7μm。

液晶複合物注入液晶盒後，進一步以本發明所提出之交流高壓(ACHV)處理，使二氧化矽奈米粒子受液晶導軸分佈畸變所產生之抬生作用力而往兩側基板移動，並藉以吸附液晶材料中多數雜質離子。其中，該交流高壓(ACHV)處理之交流電壓可為20~50V，60Hz~1kHz，而本實施例中，交流高壓處理為施予40V,1kHz之方波，施予時間為90秒。

本實施例使用Uemura等人所發展之介電頻譜法來量測液晶盒中的離子電荷密度。在分析離子對高分子材料的影響時，離子電荷對高分子材料之介電常數實部及介電常數虛部的關係為：

其中，ε’為介電常數實部，ε”為介電常數虛部，ε0為真空中介電常數，n為離子濃度，D為離子的擴散常數，q為基本電荷量，k為波茲曼常數，d為液晶層厚度，T為絕對溫度，f為電場頻率。

根據上述理論模型，可藉由量測液晶盒中液晶複合物之介電常數實部及虛部，進一步計算而得液晶複合物所含 之離子電荷密度。

第2圖為本實施例所量測之二氧化矽奈米粒子的摻雜濃度與離子電荷密度關係圖。其中，空心圖標◇為僅摻雜二氧化矽奈米粒子但未以交流高壓(ACHV)處理之液晶盒離子電荷密度。由圖中可以發現，離子電荷密度已明顯因摻雜二氧化矽奈米粒子而下降，此乃因二氧化矽奈米粒子局部吸附周邊離子電荷所致。圖中亦可發現，未以交流高壓處理之離子電荷密度會在摻雜濃度高於0.3wt%後上升，此乃二氧化矽奈米粒子之摻雜過程中，因摻雜濃度較高而發生粒子群聚之現象，較無法均勻分布於液晶主體中，導致局部吸附周邊離子電荷能力受限。第2圖中實心圖標■為摻雜二氧化矽奈米粒子並以交流高壓(ACHV)處理之液晶盒離子電荷密度。由圖中可以明顯注意到經交流高壓處理之離子電荷密度可大幅降低，其離子電荷密度約僅有未摻雜二氧化矽奈米粒子之2%。於實施例中，0.3wt%則被選為於E7液晶中二氧化矽奈米粒子的最佳摻雜濃度。

為證實摻雜二氧化矽奈米粒子並局部吸附周邊離子電荷，可降低離子電荷密度，並影響其光電特性之表現。首先針對未摻雜(pure E7)與摻雜0.3wt%二氧化矽奈米粒子(僅摻雜，未以交流高壓處理)之液晶盒進行光電量測。光電量測方式為對液晶盒施予直流(DC)電壓，量測液晶盒前後貼附穿透軸相互正交之偏振片(Polarizer)下之穿透率，並觀察穿透率隨時間變化之情況，其結果如第3圖所示。由第3圖可以發現，摻雜0.3wt%二氧化矽奈米粒子之液晶盒 的穿透率隨時間變化較為平緩，此乃因其離子電荷密度降低，所產生的場遮蔽現象較為輕微所致。

再來為證實已摻雜二氧化矽奈米粒子之液晶盒，經交流高壓(ACHV)處理後，可大幅降低離子電荷密度，並得到良好的光電特性表現。針對摻雜0.3wt%二氧化矽奈米粒子液晶盒進行未以交流高壓處理及經交流高壓處理之光電特性比較，量測方式與前述量測方式相同，其結果如第4圖所示。由第4圖可以發現，摻雜二氧化矽奈米粒子並經交流高壓處理後，其穿透率幾乎不隨時間改變，代表其中未被二氧化矽奈米粒子吸附之殘餘的離子電荷，所產生的輕微的場遮蔽效應已無法影響液晶盒之光電特性。由此，亦證實本發明所提出之液晶複合物與改善液晶顯示器顯示殘影之方法，確實可有效改善液晶顯示器顯示殘影問題。

再者，本發明於上揭實施例中所使用之二氧化矽奈米粒子係以AEROSIL R812為例，此材料目前已廣泛運用工業界(油漆、密封劑、塗料、化妝品...等)，因此更可具有原料成本便宜之優點，而可大幅提升本發明之市場競爭性。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，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。

111‧‧‧第一基板

112‧‧‧第二基板

121‧‧‧第一電極

122‧‧‧第二電極

131‧‧‧第一配向膜

132‧‧‧第二配向膜

1‧‧‧液晶分子

2‧‧‧離子電荷

3‧‧‧二氧化矽奈米粒子

5‧‧‧交流高壓

Claims (6)

1. 一種液晶裝置，包含有：由一第一基板、一第二基板、一第一電極、一第二電極、一第一配向膜、一第二配向膜所組成之液晶盒，及一注入於該液晶盒中以形成液晶層之液晶複合物，而該液晶複合物包含有一液晶配方做為主體，以及複數個分散摻雜於該液晶配方中之二氧化矽奈米粒子，其中該二氧化矽奈米粒子之摻雜濃度係介於0.01-0.9wt%之間，且該二氧化矽奈米粒子之平均長度係小於或等於100奈米。
2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶裝置，其中，該液晶配方主體係為E7。
3. 如申請專利範圍第2項所述之液晶裝置，其中，該二氧化矽奈米粒子係為AEROSIL R812。
4. 如申請專利範圍第1項所述之液晶裝置，其中，該液晶配方係包含向列相液晶(nematic liquid crystal)。
5. 一種如申請專利範圍第1項所述之液晶裝置之改善液晶顯示器顯示殘影之方法，該方法為：對該液晶層施予一介於20~50V，60Hz~1kHz間之交流高壓，令該第一基板、第二基板附近的液晶導軸分佈畸變，以將該二氧化矽奈米粒子推向該第一基板與該第二基板。
6. 如申請專利範圍第5項所述之改善液晶顯示器顯示殘影之方法，其中，該二氧化矽奈米粒子移動過程中，可吸附該液晶層中之雜質離子。