TWI662112B - 藍相液晶顯示器、其製造方法、以及其所使用的對掌性材料 - Google Patents

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Abstract

藍相液晶顯示器，包含第一基板、電極層、第二基板、第一介面層及藍相液晶層。電極層位於第一基板的表面上。第二基板相對於第一基板。第一介面層位於第二基板的表面上，第一介面層包含對掌性材料。藍相液晶層位於第一基板與第一介面層之間。第一介面層中的對掌性材料與藍相液晶層的交互作用，增加靠近第二基板側之藍相液晶分子的螺旋節距，提升了相位延遲，進而提升了光穿透率。

Description

藍相液晶顯示器、其製造方法、以及其所使用的對掌性材料
本發明涉及顯示器領域，尤其是藍相液晶顯示器及其製造方法。
在室溫下，一般的液晶相具有光學異相性(optical anisotropicity)，但是藍相液晶(Blue Phase Liquid Crystal，BPLC)卻是具有光學等向相性(optical isotropicity)。因此，藍相液晶在未施加電壓時，呈現暗態、施加電壓後呈現亮態，因而具有優異的電壓驅動效果。此外，藍相液晶的應答速率(response time，RT)在毫秒(ms)至微秒(um)之間，具有應答快速的優點。基於上述的優異效果，被譽為未來顯示器的新趨勢。
十年來，為了將LCD顯示器發展至CRT的水準，具快速應答速率特性的藍相液晶又受到學術及產業界的重視。藍相液晶目前已透過添加反應型單體(reactive monomer)或利用配方的改變擴張藍相液晶的操作溫度範圍，克服了傳統上操作溫度區間過短的缺點，從而能夠應用於目前的液晶顯示器中。
此外，為了適用於液晶顯示器的驅動條件，在藍相液晶分 子中添加對掌性物質(Chrial dopant)，使藍相液晶分子形成雙螺旋結構。在對掌性物質添加的濃度提高時，因繞射、反射所產生的光線之波長會落入紫外光區，這可以減少了暗態透光的問題。同時地，藍相液晶分子之間的螺旋節距會縮短、相對地，操作電壓會因此提升。相反的，對掌性物質添加的濃度不夠時，雖然可以降低操作電壓，但因繞射、反射所產生的光線之波長會落入可見光區，這使得未施加電壓時，可能產生漏光。
隨著液晶顯示器的技術提升，目前的驅動電極可以僅設置於單側，例如平面式開關(in-plane switch，IPS)電極。但由於此類型電極產生的電場，通常會產生靠近電極側的電場強度大、遠離電極側的電場強度小的不均性。這容易造成藍相液晶分子在遠離電極側的相位延遲(phase retardation)降低，換言之，在電場驅動下，遠離電極側的藍相液晶分子受電場驅動的偏轉角度小於靠近電極側的偏轉角度，因而減少了透光率，同時造成藍相液晶顯示器的光學品質降低。
為了解決藍相液晶顯示器穿透率下降及光學品質降低的現象。在一實施例中，本申請案提供一種藍相液晶顯示器，藍相液晶顯示器包含第一基板、電極層、第二基板、第一介面層及藍相液晶層。電極層位於第一基板的表面上。第二基板相對於第一基板。第一介面層位於第二基板的表面上，第一介面層包含對掌性材料(chiral)。藍相液晶層位於第一基板與第一介面層之間。第一介面層的對掌性材料與藍相液晶層的互相影響，增加了靠近第二基板側之藍相液晶分子的螺旋節距(helical pitch)，造成靠近第二基板側之藍相液晶分子的驅動電壓下降，進而提升了相位延遲(phase retardation)，而提升了光穿透率。換言之，第一介面層之掌性 材料與藍相液晶層之間的交互作用，造成靠近第二基板側之藍相液晶分子之間的內聚力減少，因此，在同樣的電場驅動下產生較大的液晶偏轉，從而靠近第二基板側之藍相液晶分子能充分偏轉，以達到較高的穿透率。
在一實施例中，第一介面層為一聚醯亞胺層，其中聚醯亞胺與至少一具有掌性結構之側鏈基化合物鍵結。
在一實施例中，藍相液晶顯示器更包含第二介面層。第二介面層鄰近藍相液晶層，且第二介面層位於第一基板的表面上，第二介面層與第一介面層具有相同的對掌性材料。藉此，可藉由第一介面層與第二介面層與鄰近藍相液晶分子的相互影響，進一步地在高驅動電壓時，具有較佳的穿透率。
在一實施例中，第一介面層中的對掌性材料，其中對掌性材料由聚醯亞胺層與具有掌性結構之側鏈基所組成，其中掌性結構之側鏈基包括烷基醇(alkylalcohol)衍生物、烷基n二醇(alkyl-1,n-diol)衍生物、異山梨酯(isosorbide)衍生物、乳酸(lactic acid)衍生物、聯萘(binaphthyl)衍生物、1,2聯苯-1,2乙二胺(1,2 diphenyl-1,2 diaminoethane)衍生物、環己基氨基醇(cyclohexylaminoalcohol)衍生物、膽固醇(cholesterol)衍生物、β雌二醇(β-estradiol)衍生物、及三乙苯二醇(triphenylethane-1,2-diol)衍生物的至少其中之一。
進一步地，基醇衍生物包含化學結構式(1)及化學結構式(2)的官能基的至少其中之一；烷基n二醇衍生物包含化學結構式(3)的官能基；異山梨酯衍生物包含化學結構式(4)的官能基；乳酸衍生物包含化學結構式(5)的官能基；聯萘衍生物包含化學結構式(6)的官能基；1,2聯苯-1,2乙二胺衍生物包含化學結構式(7)及化學結構式(8)的官能基的至少其中之一；環己基氨基醇衍生物包含化學結構式(9)的官能基；膽固醇衍生 物包含化學結構式(10)的官能基；β雌二醇衍生物包含化學結構式(11)的官能基；以及三乙苯二醇衍生物包含化學結構式(12)的官能基，其中： ，其中R1為CH3或CF3， n=2-12； ； ；以及
在一實施例中，電極層係平面式開關(in plane-switching，IPS)電極，電極層產生的電場方向平行於第一基板的表面。在此，第一基板為陣列基板、而第二基板為彩色濾光基板。
在一實施例中，第一介面層中的對掌性材料與藍相液晶層中的第二對掌性材料的旋性相反。在此，相互影響或交互作用係指對掌性材料旋性的交互作用，尤其是旋性相消產生的解旋作用。第一介面層與藍 相液晶層之間的解旋作用增加了靠近第二基板側之藍相液晶分子的螺旋節距(helical pitch)，降低了靠近第二基板側之藍相液晶分子的驅動電壓，因此在相同的電場驅動下，靠近第二基板側之藍相液晶分子能充分偏轉，使得穿透率提升。
在一實施例中，本申請案更提供一種藍相液晶顯示器的製造方法。藍相液晶顯示器的製造方法包含：形成電極層於第一基板的表面上；形成第一介面層於第二基板的表面上，第一介面層包含對掌性材料；以及填充藍相液晶層於第一基板與第一介面層之間。
在一實施例中，藍相液晶顯示器的製造方法，更包含在填充藍相液晶層的步驟之前，形成第二介面層於第一基板的表面上，其中第二介面層與第一介面層具有相同的對掌性材料，在形成藍相液晶層的步驟之後，第二介面層鄰近於藍相液晶層。
在一實施例中，本申請案更提供一種藍相液晶顯示器所使用的對掌性材料。對掌性材料包含烷基醇(alkylalcohol)衍生物、烷基n二醇(alkyl-1,n-diol)衍生物、異山梨酯(isosorbide)衍生物、乳酸(lactic acid)衍生物、聯萘(binaphthyl)衍生物、1,2聯苯-1,2乙二胺(1,2 diphenyl-1,2 diaminoethane)衍生物、環己基氨基醇(cyclohexylaminoalcohol)衍生物、膽固醇(cholesterol)衍生物、β雌二醇(β-estradiol)衍生物、及三乙苯二醇(triphenylethane-1,2-diol)衍生物的至少其中之一。
綜上所述，以上實施例藉由在介面層中添加的對掌性材料與藍相液晶層的相互影響，對於單側電極的藍相液晶顯示器，增加了遠離電極層之藍相液晶分子的螺旋節距、減少了驅動電壓，進而能達到提升遠離電極層處之藍相液晶的相位延遲，進而提升透光率，改善藍相液晶顯示 器的光學品質的效果。
1‧‧‧藍相液晶顯示器
10‧‧‧第一基板
15‧‧‧電極層
20‧‧‧第二基板
30‧‧‧第一介面層
35‧‧‧第二介面層
40‧‧‧藍相液晶層
41‧‧‧藍相液晶分子
S1‧‧‧藍相液晶顯示器的製造方法
S10‧‧‧形成電極層於第一基板的表面
S15‧‧‧形成第二介面層於第一基板的表面上
S20‧‧‧形成第一介面層於第二基板的表面上
S30‧‧‧填充藍相液晶層於第一基板與第一介面層之間
[圖1]係藍相液晶顯示器一實施例的剖面示意圖。
[圖2]係藍相液晶顯示器另一實施例的剖面示意圖。
[圖3(a)]係鄰近介面層之藍相液晶分子螺旋節距(helical pitch)的示意圖。
[圖3(b)]係不鄰近介面層之藍相液晶分子螺旋節距(helical pitch)的示意圖。
[圖4]係藍相液晶顯示器製造方法的流程圖。
[圖5(a)]係本申請一實施例之藍相液晶顯示器與現有藍相液晶顯示器的穿透率-驅動電壓比較圖。
[圖5(b)]係本申請一實施例之藍相液晶顯示器與現有藍相液晶顯示器的電壓保持率-充電時間比較圖。
參閱圖1，藍相液晶顯示器一實施例的剖面示意圖。如圖1所示，藍相液晶顯示器1包含第一基板10、電極層15、第二基板20、第一介面層30以及藍相液晶層40。電極層15位於第一基板10的表面上、第二基板20相對於第一基板10。在此，藍相液晶顯示器1可以適用於單側電極的各種形式，例如，第一基板10為陣列(array)基板、第二基板20為彩色濾光(color filter，CF)基板，電極層15係位於第一基板10表面的平面式開關(in-plane switch，IPS)電極，且以透明導電材料所製成，電極層15產生的電場方向平行於第一基板10的表面，以上僅為示例，但不限於此。
第一介面層30位於第二基板20的表面上，並且面向第一基板10。第一介面層30為透明，且包含對掌性材料(Chiral)。舉例而言，第一介面層30的主體為聚醯亞胺(polyimide，PI)，其中聚醯亞胺包括含有至少一具有掌性結構之側鏈基化合物。藍相液晶層40位於第一基板10與第一介面層30之間，包含複數個藍相液晶分子41。詳細而言，複數個藍相液晶分子41也摻雜對掌性材料(Chiral dopant)，其中第一介面層30的對掌性材料(Chiral)與複數個藍相液晶分子41中摻雜對掌性材料(Chiral dopant)不相同。
更詳細地，第一介面層30中的對掌性材料由聚醯亞胺層與具有掌性結構之側鏈基所組成，其中掌性結構之側鏈基包括烷基醇衍生物、烷基n二醇衍生物、異山梨酯衍生物、乳酸衍生物、聯萘衍生物、1,2聯苯-1,2乙二胺衍生物、環己基氨基醇衍生物、膽固醇衍生物、β雌二醇衍生物、及三乙苯二醇衍生物的至少其中之一。舉例而言，化學結構式(1)、化學結構式(2)、化學結構式(3)、化學結構式(4)、以及化學結構式(5)所標示＊為掌性中心(chiral center)，且掌性結構之側鏈基不具有對稱平面。
基醇衍生物包含化學結構式(1)及化學結構式(2)的官能基的至少其中之一，其中：化學結構式(1)為；以及 化學結構式(2)為，其中R1為CH3或CF3，n=2-12。
烷基n二醇衍生物包含化學結構式(3)的官能基，其中： 化學結構式(3)為
異山梨酯衍生物包含化學結構式(4)的官能基，其中：化學結構式(4)為
乳酸衍生物包含化學結構式(5)的官能基，其中： 化學結構式(5)為
聯萘衍生物包含化學結構式(6)的官能基，其中：化學結構式(6)為
1,2聯苯-1,2乙二胺衍生物包含化學結構式(7)、及化學結構式(8)的官能基的至少其中之一，其中：化學結構式(7)為；以及化學結構式(8)為
環己基氨基醇衍生物包含化學結構式(9)的官能基，其中：化學結構式(9)為
膽固醇衍生物包含化學結構式(10)的官能基，其中：化學結構式(10)為。
β雌二醇衍生物包含化學結構式(11)的官能基，其中：化學結構式(11)為。
三乙苯二醇衍生物包含化學結構式(12)的官能基，其中：化學結構式(12)為
進一步地，藍相液晶層40中含有第二對掌性材料，其目的是使藍相液晶分子41形成雙螺旋結構。在此，藍相液晶層40與第一介面層30的相互影響或交互作用，主要是指對掌性材料與第二對掌性材料之旋性的交互作用。第一介面層30中的對掌性材料，可以選擇與藍相液晶層40中的第二對掌性材料旋性相反的對掌性材料。例如，第二對掌性材料的旋性為左旋時，選擇右旋的對掌性材料添加於第一介面層30中；而當第二對掌性材料的旋性為右旋時，選擇左旋的對掌性材料添加於第一介面層30中。以上僅為示例，但不限於此，實際上並不限於旋性相反的選擇方式。當選擇旋性相反的對掌性材料時，第一介面層30與藍相液晶層40中對掌性材料之間產生解旋現象(racemic effect)，使得遠離電極層15之藍相液晶分 子41之間的內聚力減少，進而使得遠離電極層15之藍相液晶分子41的螺旋節距(helical pitch)增加，從而提升了相位延遲，也就是，較容易受電壓驅動偏轉。
參閱圖2，藍相液晶顯示器另一實施例的剖面示意圖。在另一實施例中，藍相液晶顯示器1更包含第二介面層35。第二介面層35鄰近藍相液晶層40，第二介面層35位於第一基板10的表面上，第二介面層35亦為透明，第二介面層35與第一介面層30具有相同的對掌性材料，第二介面層35亦可選擇與第一介面層30旋性相同的對掌性材料，而相異於第一介面層30的對掌性材料。更詳細地，第二介面層35的主體為聚醯亞胺(polyimide，PI)，其中聚醯亞胺包括含有至少一具有掌性結構之側鏈基化合物。在此，第二介面層35可以覆蓋電極層15，亦可填充於圖案化的電極層15之間。此實施例在高驅動電壓的條件下，可以使藍相液晶顯示器1具有較高的穿透率。
參閱圖3(a)及圖3(b)，分別為鄰近介面層之藍相液晶分子螺旋節距(helical pitch)的示意圖與不鄰近介面層之藍相液晶分子螺旋節距(helical pitch)的示意圖。同時參閱圖1及圖2，圖3(a)所示的為鄰近第一介面層30或鄰近於第二介面層35的藍相液晶分子41、而圖3(b)為不鄰近第一介面層30及第二介面層35的藍相液晶分子41。由於第一介面層30與第二介面層35中的對掌性材料會與藍相液晶分子41的相互影響，主要是對掌性材料之旋性的影響，使得鄰近第一介面層30或鄰近於第二介面層35的藍相液晶分子41的螺旋節距(helical pitch)相較於不鄰近第一介面層30及第二介面層35的藍相液晶分子41增加。換句話說，鄰近第一介面層30或鄰近於第二介面層35的藍相液晶分子41的內聚力減少。因而，當施加電場時，鄰近於第一介面層30或鄰近於第二介面層35的藍相液晶分子41的相位延 遲提升，也就是，較為容易受電壓驅動偏轉。因而，可以解決單側設置電極層15造成電場不均勻，從而解決透光率及光學品質不佳的問題。
參閱圖4，藍相液晶顯示器製造方法的流程圖。如圖4所示，藍相液晶顯示器製造方法S1包含形成電極層於第一基板的表面上的步驟S10、形成第一介面層於第二基板的表面上的步驟S20及填充藍相液晶層於第一基板與第一介面層之間的步驟S30。舉例來說，電極層15為透明導電材料，形成電極層於第一基板的表面上的步驟S10可以利用蒸鍍、濺鍍、物理氣相沉積(Physical vapor deposition，PVD)，或是化學氣相沉積(chemical vapor deposition，PVD)等方式沉積於第一基板10的表面。形成第一介面層於第二基板的表面上的步驟S20中，可以將第一介面層30的材料，如聚醯亞胺(PI)與對掌性材料預先形成凝膠態，以旋塗、滾塗或噴塗等方式於第二基板20的表面，再經過乾燥而在第二基板20的表面形成第一介面層30。
在此，形成電極層於第一基板的表面上的步驟S10與形成第一介面層於第二基板的表面上的步驟S20可以同時進行，也可以先後進行。同時參考圖1，也就是，可以預先形成電極層15於第一基板10上、形成第一介面層30於第二基板20上而製成二組半成品，再將半成品之間進行以灌注方式填充藍相液晶層40。
更進一步地，同時參閱圖2，在填充藍相液晶層於第一基板與第一介面層之間的步驟S30之前，更包含形成第二介面層35於第一基板的10表面上的步驟S15，其中第二介面層35與第一介面層30具有相同的對掌性材料，亦可選擇與第一介面層35旋性相同的對掌性材料，而相異於第一介面層35的對掌性材料。第二介面層35的主體為聚醯亞胺(polyimide，PI)，其中聚醯亞胺包括含有至少一具有掌性結構之側鏈基化合物。更詳 細第，第二介面層35中的對掌性材料由聚醯亞胺層與具有掌性結構之側鏈基所組成。在填充藍相液晶層於第一基板與第一介面層之間的步驟S30之後，第二介面層35鄰近於藍相液晶層40。也就是，可以預先形成電極層15及第二介面層35於第一基板10上、形成第一介面層30於第二基板20上而製成二組半成品，再將半成品之間進行填充藍相液晶層40。
參閱圖5(a)及圖5(b)，圖5(a)是本申請一實施例之藍相液晶顯示器與現有藍相液晶顯示器的穿透率-驅動電壓曲線比較圖。而圖5(b)是本申請一實施例之藍相液晶顯示器與現有藍相液晶顯示器的電壓保持率-充電時間比較圖。本申請案實施例以掌性材料之第一介面層30的實施例為例。如圖5(a)所示，實線呈現的是本案實施例之藍相液晶顯示器的穿透率-驅動電壓曲線，而虛線呈現的是現有之藍相液晶顯示器的穿透率-驅動電壓曲線。值得注意的是，在驅動電壓超過40V以上的區段，現有藍相液晶顯示器的穿透率-驅動電壓出現平緩，本案實施例之相液晶顯藍示器仍呈持續上升的趨勢，穿透率明顯高於現有藍相液晶顯示器。整體而言，本案實施例之藍相液晶顯示器的穿透率，約高於現有藍相液晶顯示器的穿透率13%。
如圖5(b)所示，各直線圖右側為是本申請一實施例之藍相液晶顯示器的電壓保持率，而左側為現有藍相液晶顯示器的電壓保持率，分別對應不同的充電時間，在此時間單位為微秒(μs)。值得注意的是，在不同的充電時間，本案實施例之藍相液晶顯示器的電壓保持率(Voltage Holding Ratio，VHR)都高於現有藍相液晶顯示器的電壓保持率，整體的電壓保持率能提升2%。
以上實施例主要是藉由藍相液晶顯示器在結構的變化，能改善單側電極的藍相液晶顯示器的光學品質。主要的變化在於在遠離電極 層的基板上藍相液晶分子與第一介面層中的掌性材料相互影響，增加了遠離電極層之藍相液晶分子的螺旋節距、減少了驅動電壓，從而在以同樣電場驅動時，提升遠離電極層之藍相液晶分子的相位延遲提升，也就是增加偏轉角度，進而提升透光率及改善藍相液晶顯示器的光學品質。
雖然較佳實施例揭露如上所述，然其並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明的範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (8)

  1. 一種藍相液晶顯示器，包含：一第一基板；一電極層，位於該第一基板的一表面上；一第二基板，相對於該第一基板；一第一介面層，位於該第二基板的表面上，該第一介面層包含一對掌性材料；以及一藍相液晶層，位於該第一基板與該第一介面層之間，且該藍相液晶層包含一第二對掌性材料，且該第一介面層中的該對掌性材料與該第二對掌性材料的旋性相反。
  2. 如請求項1所述之藍相液晶顯示器，其中該第一介面層為一聚醯亞胺層，其中聚醯亞胺包括含有至少一具有掌性結構之側鏈基化合物。
  3. 如請求項1所述之藍相液晶顯示器，其中該對掌性材料包括烷基醇衍生物、烷基n二醇衍生物、異山梨酯衍生物、乳酸衍生物、聯萘衍生物、1,2聯苯-1,2乙二胺衍生物、環己基氨基醇衍生物、膽固醇衍生物、β雌二醇衍生物、及三乙苯二醇衍生物的至少其中之一。
  4. 如請求項3所述之藍相液晶顯示器，其中該烷基醇衍生物包含化學結構式(1)及化學結構式(2)的官能基的至少其中之一；該烷基n二醇衍生物包含化學結構式(3)的官能基；該異山梨酯衍生物包含化學結構式(4)的官能基；該乳酸衍生物包含化學結構式(5)的官能基；該聯萘衍生物包含化學結構式(6)的官能基；該1,2聯苯-1,2乙二胺衍生物包含化學結構式(7)及化學結構式(8)的官能基的至少其中之一；該環己基氨基醇衍生物包含化學結構式(9)的官能基；該膽固醇衍生物包含化學結構式(10)的官能基；該β雌二醇衍生物包含化學結構式(11)的官能基；以及該三乙苯二醇衍生物包含化學結構式(12)的官能基，其中： ，其中R1為CH3或CF3，n=2-12； ；以及
  5. 如請求項1所述之藍相液晶顯示器，更包含：一第二介面層，鄰近該藍相液晶層而該第二介面層位於該第一基板的表面上，該第二介面層與第一介面層具有相同的該對掌性材料。
  6. 如請求項1所述之藍相液晶顯示器，其中該電極層係一平面式開關電極，該電極層產生的一電場方向平行於該第一基板的表面。
  7. 一種藍相液晶顯示器的製造方法，包含：形成一電極層於一第一基板的表面上；形成一第一介面層於一第二基板的表面上，該第一介面層包含一對掌性材料；以及填充一藍相液晶層於一第一基板與該第一介面層之間，其中該藍相液晶層包含一第二對掌性材料，且該第一介面層中的該對掌性材料與該第二對掌性材料的旋性相反。
  8. 如請求項7所述之藍相液晶顯示器的製造方法，更包含：在填充該藍相液晶層的步驟之前，形成一第二介面層於該第一基板的一表面上，其中該第二介面層與該第一介面層具有相同的該對掌性材料，在形成該藍相液晶層的步驟之後，該第二介面層鄰近於該藍相液晶層。
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