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TWI254829B - Optically compensated splay mode LCD - Google Patents

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TWI254829B
TWI254829B TW089113008A TW89113008A TWI254829B TW I254829 B TWI254829 B TW I254829B TW 089113008 A TW089113008 A TW 089113008A TW 89113008 A TW89113008 A TW 89113008A TW I254829 B TWI254829 B TW I254829B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
liquid crystal
crystal molecules
crystal display
lcd
optically compensated
Prior art date
Application number
TW089113008A
Other languages
English (en)
Inventor
Seung-Ho Hong
Hyang-Yul Kim
Seung-Hee Lee
Original Assignee
Boe Hyids Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Boe Hyids Technology Co Ltd filed Critical Boe Hyids Technology Co Ltd
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Description

五、發明說明（l) 恭明之領域 本發明係關於液晶顯示器，特別是可增進光與$ 光學補償傾斜模式液晶顯示器。 子扣 > 的 路明之背景 雖然扭轉向列型（TN)液晶顯示器的視角太窄，但 為筆記型電腦所應用。但若要取代陰極射線管所佔: 視機市埸，還是必須考量寬視角的液晶顯示器。 、“ μ 扭轉向列型(TN)液晶顯示器的視角，發 展了雙域的扭轉向列型液晶顯示器以及共平面 1發 (IPS)液晶顯不器。下述即為形成雙域扭 示器的技術：（1)多重擦拭方法，（2)多重準直/*/\曰曰顯 ⑻邊緣場方法，以及⑷平行邊緣場方法直層方法， 方法^ = 。例如，多重擦拭 影程序。…準直層；法；步驟及光顯 蝕刻步驟。在平行邊 要-道基板的對準及 璃(ITO)上圖案的步驟“二法中，需要在遽光板上導電玻 膜、供烤、上圖案1旦：丄方法中的步驟還包括鑛 拭方法需要另—層擦栻光阻過程。另外，多重擦 鍍膜程序；平行邊緣/曰二-，夕重準直層方法需要另一層 序。因此，雙域扭轉1則需要在遽光板上進行钱刻程 域製程更複雜，花f : J151液晶顯示器的技術比起傳統單 也並非斜稱。 、也更大。此外，多重擦拭方法的視角 、’開關型（IPS)液晶顯示器雖然有較好的 第5頁 2002. 07. 09. 005 1254829 -- —_案5虎 89113QQ8__年月曰 修正_ 五、發明說明（2)
視角特性，但其傳播及孔徑值相當低且反應時間相當慢。 因此，本發明採用光學補償雙折射液晶顯示器來獲得均勻 視角以及反應時間特性，而不須要多次擦拭步驟（參見s j D 文摘 277 頁，Y.Yamaguchi，T.Miyashii：a，T.Uchida 所著" 使用偏形準直液晶格點的主動矩陣液晶顯示器寬視角顯示 模式π ) 一第1 Α圖至第1 C圖描述傳統光學補償之彎曲模式液晶顯 示器（OCB LCD)架構及操作的截面圖。 如第1A圖所示，下基板1〇及上基板15可互相置於一定 距離。含大量液晶分子1 8 a的液晶顯示層1 8可夾層於下基 板1 0及上基板1 5。在此，液晶分子1 8 a有正介電非均向 性。下基板1 0及上基板1 5之内侧、晝素電極11以及用來驅 動液晶分子18a的反電極16。另外，第一準直層12可置於 含電極11液晶層1 8以及下基板1 〇之間、第二準直層1 7可置 於液晶層1 8及含反電極1 6的較上基板1 5之間。第一及第二 準直層12、17為含在1〇〇C以下，以預先角度先擦拭一平此 平行方向的均勻準直層。第一及第二極化板丨9a、i9b可置 於下基板10及上基板15的外表面。在此，第一及第二極化 板1 9a、1 9b的極化方向可安排為互相交錯，且極化軸可 根據擦拭的方向形成，例如4 5度或丨3 5度。 光補償之彎曲模式液晶顯示器（〇CB LCD)的運作模式 如下：首先如第1A圖所示，當晝素電極11及反電極ι6之間 無電壓差時，液晶分子18a可依據第一及第二準直層12、 1 7的影響而傾斜排列。因此，透過液晶顯示器的入射光極
第6頁 2002· 07· 09. 006 1254829 〜 案5虎 89113008 五、發明說明（3) A_η 曰 修正 :狀態改變’且當通過第二極化板i9b時，可讓光線漏 第二：第it:::於畫素電極的電壓超過臨界電壓，則如 著電場方向。、结果液晶分子之傾斜狀態排列 +雷二μ二=曲狀態排列。在此，第1β圖描述當施加於畫 第1C圖粑：Ϊ為臨界電壓Vs時’⑯晶分子的排列狀態，而 I田’〔备施加於畫素電極的電壓超過臨界電壓乂5時， 液晶分子的排列狀態。 ♦ γ:ί壓鈿加時，〉夜晶分子的傾斜狀態改變為其長軸與 ::千仃的彎曲狀態，®為電場所施於中間層的力量已益 法承受。 、、、 另外，當施加於晝素電極的電壓超過臨界電壓VS時， =晶分子lja不再只位於中間層部位，而是環繞著準直 、曰、並延著平行電場的長軸排列，來降低穿透光的量，而 逐，變暗。此時，當施加於畫素電極的電壓超過臨界 s、\，光補償之彎曲模式液晶顯示器（〇CB LCD)採用 狀態通過最大量光為”亮”狀態，而光補償之彎曲模式 ，不器（OCB LCD)採用偏轉狀態通過最小量光為”暗，，狀阳 =。這也就是說，不採用電壓小於臨界電壓vs時的顯示狀 由於液晶顯示器分子1 8 a在電場施加時，分別上下 對於中間層對稱地形成，而使得光線從下基板丨〇通過目 達較上基板1 5時，液晶分子的相位可自然補償。另外，、者 臨# t壓施加時，可獲得"暗”狀態，並不會產味= 二二— -----------------之回流《 2002· 〇7. 09. 〇〇7 1254829 案號 89113008 年 月 曰 修正 五、發明說明（4) 狀態，並獲得相當快的反應時間。 第7-1頁 2002.07.09.008 1254829
f 光補償之彎曲模式液晶顯示器（OCB LCD)有以 般的/夜晶顯示螢幕包含圓形或橢圓形阻隔 二。spr=r)(未顯示）置於液晶顯示螢幕内來形成格點間 μ Y曰八’傳統光補償之彎曲模式液晶顯示器（OCB LCD) λ = H刀ϊ子可排列成偏斜態，並在電場施加時延著空間的 Α Λ 4歹丨。正如同第2圖所示，液晶分子1 8a可延著阻隔壁 …排列，邮壁上的液晶分子排列並非為；定^ 心、^此剛開始液晶分子排列並非為固定狀態，而電壓 超過=界電壓時，液晶分子由傾斜狀態轉為彎曲狀態為 、更進步如第3圖所示，畫素電極1 1可形成圖案並形 成了步1¾，第一準直層12可在畫素電極n上形成。因此， 在第一驅動電極“上的液晶分子18a可平行第一準直層 12。然而，在驅動電極u步階附近的液晶分子18&則平行 步階表面，造成反向傾斜。 當液晶分子的準直不完全時或發生反向傾斜，畫素畫 質會降低，將即使施加電壓超過臨界電壓，也很難將液晶 分子的傾斜狀態轉為彎曲狀態。 更嚴重的是，即使施加電壓超過臨界電壓，也須要一 段時間將液晶分子的傾斜狀態轉為彎曲狀態。每個畫素的 改變也不均勻，因而必須施加超過臨界電壓的不均勻電壓 來快速地將液晶分子的傾斜狀態轉為彎曲狀態。 發明之總論
1254829 ^ 3—曰 修正
質的液晶顯 _案號 89113008 五、發明說明（6) 此，本發明之目的為提供寬視角及高畫 因 示器。 匕液日日顯不|§包含：上下基板相隔 一定間距，並在内表面含嗯私Φ & 、，⑷A ^ 3 ^動電極，並將含大量液晶分子 、液晶層夾於上下基板間。當驅動電極不施加電壓時，液 晶分子排列成彎曲狀態；而當驅動電極施加電壓超過臨界 電壓時，液晶分子排列成相對於中間層對稱的傾斜狀態。 另外，此液晶顯示器包含：上下基板相隔一定間距，並在 内表面含驅動電極，並將含大量液晶分子的液晶層夾於上 了基板間；第一及第二準直層可置於上下基板内表面；以及 第一及第一極化層可置於上下基板外表面，其中液晶分子 為負介電異向型，以及第一及第二準直層有預先擦拭成互 相平行且小於9 0度方向。第一及第二極化軸可依據擦拭方 向形成一特定角度。 本發明之液晶顯示器還包含：上下基板相隔一定間 距，並在内表面含驅動電極，並將含大量液晶分子的液晶 層夾於上下基板間；第一及第二準直層可置於上下基板内 表面；以及第一及第二極化層可置於上下基板外表面；以及 置於上基板及弟二極化板或是介於下基板及第一極化板 之間的相位補償板，其中液晶分子為負介電異向型，且極 化狀態互相垂直，而第一及第二準直層有預先擦拭成互相 平行且小於90度方向。第一及第二極化軸可依據擦拭方向 形成一特定角度。 <較佳具體實施例之詳細描述>
1254829 一月 修正 曰 _____案號 89113008 五、發明說明（7) 參考第4A圖，下基板3〇及上基板託相隔 基板3。及上基板35最好由透明絕緣層構成。 子的液晶層38a夾於下基板3〇及上基板35間。在此里，液s曰曰为 層38的介電異向性為負值，亦即，介電異向值介=曰曰 。另外’液晶層38及雙折射，亦即，相位延遲5率〜△ 最好在-0. 2 _〜2 _。此外，液晶分子最好由彎 大約1 · 5 X 1 〇-11牛頓的材料構成。 驅動電極的晝素電極31可在下基板3〇内表面形 反電極36可在上基板35内表面形成，而反電極36 ^在上基 板35内表面形成。此時，畫素電極31及反電極“可由 $ 導體形成，ITO就是一種不錯的選擇。另外，第一準直層 32可在含晝素電極31的下基板3〇内表面形成，而第二準曰直 層37可在含反電極36的上基板35内表面形成。在此了第一 準直層32及第二準直層36有小於90度的預斜角，最好設定 在45度〜90度之間，並施以相同的擦拭方向。 同時，第一極化板39a可置於下基板30的外表面，而 第二極化板39b可置於上基板35的外表面。在此，第一極 化板39a的極化軸可橫跨第二極化板39b，且這些極化軸可 形成一相對擦拭角的固定角度，大約為3 0〜5 0度，最好在 45度或是大約為120〜140度，最好在135度。其原因在於 藉由當電壓超過臨界電壓時，安排極化軸與中間層液晶長 軸的極化角度為35〜55度（或120〜140度）獲得最大穿透 量，特別是角度為45度（或135度）。另外，相位補償板4〇 可置於上基板35及第二極化板39b來達到顯示目的。相位
K54829 修正 ' ---案號 89mmi« 五、發明說明（8) 。二折射率的液晶分子’且位於相位補 相位補斤1二刀子在電壓施加時可排列成傾斜態。此外， 晶分子^的善的*液晶分±子可排列成其長軸垂直於中間層液 及Μ 由。此時，相位補償板40可夾於下基板30 ΐ :?化板…或是上基板35及第二極化議之間。在 ^疋相位補償板40可在下基板3〇及上基板35外表面形 相位補償板40的相位延遲率△最好在—〇· 2_〜2_。 相位、,Γ立補償板可在下基板30及上基板35外表面形成， j位補彳貞板40的相位延遲率△最好在_〇1_〜〇8_。整 固相位補償板40的相位延遲率最好等於液晶層38。 液晶顯示器的操作如下述所示。 =第4a圖所示，當畫素電極31及反電極36之間沒有外 力電％時，液晶分子38a依據第一及第二準直層μ及37， 而排列成彎曲狀態。由於通過第一極化板3 9 a及液晶層3 8 的光線並不會改變其極化態，光線因而可被第二極化板 3 9b阻隔住。因此，螢幕變暗。 第5圖為根據預斜角的自由能圖示。如圖所示，當預 斜角超過50度時’液晶分子在彎曲態時更固定。因此，本 貫施例的液晶顯示器液晶分子3 8 a並在電埸施加時固定排 列。 另外’當液晶分子3 8 a可在電埸施加前排列成彎曲 悲’在阻隔壁之液晶分子3 8 a可延著阻隔壁的曲面自然地 形成彎曲態。因此，不會有其它光線漏進來。 另外，如同晝素電極3 2的步階差，液晶分子可可排列
1254829 ^-__案號 89113008_年月日____ 五、發明說明（9) 成相對基板表面小於9 〇度的角度。如此一來，不會產生如 同光補償之斜面模式液晶顯示器（〇CB LCD)的反向傾斜 角。此時，液晶分子3 8 a會相對中間層對稱地上下排列， 這是由於第一及第二準直層32、37有相同的預斜角並以相 同方向擦拭。 同時’如第4B圖所示，當超過臨界電壓的電壓vs施加 於晝素電極31時，在晝素電極31及反電極36之間形成電埸 E3 °接著’負介電異向性的液晶分子38a扭轉至其長軸垂 直於電埸E3。結果，液晶分子38a可排列成傾斜態。此 時’中間層M L的液晶分子3 8 a a與擦拭方向同向，且與第 一、第二極化板3 9 a、3 9 b的極化方向交會，其中極化方向 與擦拭方向大致夾3 5〜5 5度，因而使光線透過。所以當電 壓超過臨界電壓時，穿透量最大處表示切換至”亮狀態”的 電壓；而穿透量最小處表示切換至，，暗狀態”的電壓。此 時，相位補償板4 〇可作為補償”暗狀態"的電壓。 亦即’當施加臨界電壓時，液晶層38的液晶分子38a 可排列成相對於中間層ML對稱的傾斜態。結果使得液晶分 子38a的雙折射可自行補償’因而大大地改善視角，亦即 極化角問M。另外，相位補償板40的液晶分子長軸與中間 層ML液晶分子38aa互相#吉 m t 孟直’因而可大大地改善方位角的 如本發明所示，液晶顯 射可自行補償，並在電埸施 光學補伯之斜面模式液晶顯 示器液晶層3 8液晶分子的雙折 加前排列在傾斜態，因而稱為 示器。
1254829
案號 89Π3008 五、發明說明（10) 在此，當小於臨界電壓的電壓施加於畫素電極Μ及反 電極時，建議施加週期性高電壓使得傾斜態排列八 子可轉為彎曲態。 欣日日刀 第6圖為根據本發明液晶顯示器電壓自由能之 圖。參考第6圖，當電壓超過3V，光學補償之斜面^ 晶顯示器傾斜態排列的液晶分子可從彎曲態轉為傾斜式 因此’光學補償之斜面模式液晶顯示器在過： 維持在傾斜態。 時， 第7圖為顯示隨時間變化的穿透圖。來 補償之斜面模式液晶顯示器的延遲時㈣:丑= =N)液晶顯示器相當快。亦即，本發明之 ^(TN) „ , M,,. ^14ms ,37ms 〇 S ^ 面模式液晶顯不器的反應時間特性優 斜 (TN)液晶顯示器。 ”生杬於傳統扭轉向列型 第8圖為本發明液晶顯示器的視角的 弟8圖所示，榮幕所有區域的對比率為1〇。胃比。參考 写視圖ΓΓ !9圖為傳統扭轉向列型(tn)液晶顯干 器可提供較寬的視角。 予補仏之斜面摈式液晶顯示 由前所述，本發明可基於特定實 液晶分子在電壓施加前可排列 =所描述。 轉為對稱於中間層的傾斜態。 :B \、、施加後可 自行補償，來，因而大，▲晶分子的雙折射可 大大地改善傳統扭轉向列型（TN)液曰 第13頁 2002省· G9· 〇u 1254829案號89113008_年月曰 修正_ 五、發明說明（11) 顯示器的視角特性。因外，其反應時間特性也相當好。因 此液晶分子在電壓施加前處於彎、曲態，而阻隔壁曲面的液 晶分子延著曲面排列，使得傾斜角處的不良對準不會在步 階處發生。 本發明任何實施例之不同的改良及結合及其它發明之 實施例。因此，上述實施例為作描述，而非限制此發明， 若依照本發明之精神所作之改變，仍應該在本發明的申請 專利範圍之内，謹先陳明。
第14頁 2002.07.09.015 1254829 案號 89113008 年 月 曰 修正 圖式簡單說明 第1 A圖至第1 C圖描述傳統光補償之斜面模式液晶顯示 器（OCB LCD)。 第2圖為簡單描述阻隔壁置於傳統光補償之斜面模式 液晶顯示器（0 C B L C D )的截面圖。 第3圖為傳統光補償之彎曲模式液晶顯示器（OCB LCD) 的下基板之截面圖。 第4A圖至第4B圖描述本發明之示意圖。 第5圖為液晶顯示器預斜角之自由能關係圖。 第6圖為液晶顯示器電壓之自由能關係圖。 第7圖為時間與穿透量變化關係圖。 第8圖為目前液晶顯示器視角i so對比 (iso-contrast) 〇 第9圖為目前傳統扭轉向列型（TN)液晶顯示器的equal 對比（equal-contrast) 〇 第10圖為簡單描述阻隔壁置於目前液晶顯示器（0CB LCD)的截面圖。 第11圖為傳統光補償之彎曲模式液晶顯示器（0CB LCD)的下基板之截面圖。 圖式中元件名稱與符號 1 0、3 0 :下基板 1 5、3 5 :上基板 1 8 a、3 8 a ·液晶分子 1 8、3 8 ·液晶層 1 1、31 :晝素電極
第15頁 2002.07.09.016
第16頁 2002.07.09.017

Claims (1)

1254829 案號 89113008 年 修正 六、申請專利範圍 j 1. 一種光學補償之傾斜模式液晶顯示，（OCS LCD )，包 括： 下基板及上基板，互相間隔置於一定距離，並在其内 侧表面含有驅動電極； 一在下基板及上基板之間所夾持著的一含大量液晶分 子的液晶層； 面的相位補償板；以及 一及第二準直層； 向性； 於90度之預先擦拭角； 子可排列成彎曲態，且 ，液晶分子可轉為上下對稱 板外表 面的第 介電異 具有小 液晶分 電壓後 一在上基板或下基 置於上下基板内表 其中液晶分子為負 準直層 第一及 而在電 其中電 壓施加前 壓超過臨界 於中間層的傾斜態。 2. —種光學補償之傾斜模式液晶顯示器（OCS LCD)，包 括： 下基板及上基板，互相置於一定距離，並在其内侧含 驅動電極； 在下基板及上基板之間所夾之一含有大量液晶分子的 其中液晶分子為 液晶層； 第一及第二準直層，置於 第一及第二極化板，置於 一置於上基板及第二極化 一極化板之間一部份或更多部 介電異 上下基板内表面； 上下基板外表面；以及 板之間或是介於下基板及第 份的相位補償板， 向型，且極化狀態互相垂
第17頁 案號 8911300S 1254829
六、申請專利範圍 直， 且小於90度 向形成一特 第二及第=準直層有預先擦拭成互相平行 方向，第一及第二極化軸的一個可依據擦 定角度。 ^ 3 ·如申請專利範圍第2 示器（OCS LCD)，其中第— 角。 項之光學補償之傾斜 及第二準直層含45〜 模式液晶 7 〇度預斜
4·如申請專利範i第3項之光學補償 示器（OCS LCD)，其中還包括互相交會的=斜模式液晶顯 板。 —及第二極化 5·如申請專利範圍第4項之光 示器（OCS LCD)，其中擦栻軸及第一及傾斜模式液晶顯 度大約為3 5〜5 5度之間。 —拖化板之間的角 一」·如申凊專利範圍第2項之光學補償 示器（OCS LCD)，還包括含負介電異向性，日^模式液晶顯 液晶分子排列成其長轴垂吉 且相位補償板的 轴。 直與液晶層中間層液晶分子的長 晶顯 〜2 · 0 7 ·如申清專利範圍第6 示器（OCS LCD)，其中相位 輝之間。 項之光學補償之傾斜模式液 補償板的延遲率範圍在-0.2 8 ·如申請專利範圍第6 3 示器（OCS LCD)，其中相俊、索告光學補償之傾斜模式液晶顯 板之間，以及下基板及第一^仏板可用在上基板及第二極化 遲率範圍在-0 · 1〜-〇 . 8 亟化板之間，相位補償板的延 • t間。
1254829案號89113008_年月日_魅_ 六、申請專利範圍 9.如申請專利範圍第2項之光學補償之傾斜模式液晶顯 示器（OCS LCD)，其中液晶層的延遲率範圍在0· 2〜2· 0 _之 間。 1 0.如申請專利範圍第2項之光學補償之傾斜模式液晶 顯示器（OCS LCD)，其中液晶分子的介電異向率範圍為 -2〜1 5之間。 1 1 . 一種光學補償之傾斜模式液晶顯示器（OCS LCD)， 包括： 下基板及上基板，互相置於一定距離，並在其内侧含 驅動電極； 在下基板及上基板之間所夾之一含有大量液晶分子的 液晶層； 第一及第二準直層，置於上下基板内表面； 第一及第二極化板，置於上下基板外表面；以及 一置於上基板及第二極化板或是介於下基板及第一極 化板之間的相位補償板， 其中液晶分子為負介電異向型， 其中極化板的極化軸互相垂直； 而第一及第二準直層有預先擦拭成互相平行且小於9 0 度方向，且第一及第二極化轴可依據擦拭方向形成一特定 角度。 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項之光學補償之傾斜模式液晶 顯示器（OCS LCD)，其中第一及第二準直層含45〜90度預斜 角。
第19頁 1254829 案號 89113008 年 月 曰 修正 六、申請專利範圍 1 3.如申請專利範圍第1 2項之光學補償之傾斜模式液晶 顯示器（OCS LCD)，其中擦拭轴及第一及第二極化板之間的 角度大約為3 5〜5 5度之間。 1 4.如申請專利範圍第1 1項之光學補償之傾斜模式液晶 顯示器（OCS LCD)，其中相位補償板包括含負介電異向性的 液晶分子，相位補償板的液晶分子排列成其長轴垂直與液 晶層中間層液晶分子的長轴。
1 5.如申請專利範圍第1 4項之光學補償之傾斜模式液晶 顯示器（OCS LCD)，其中相位補償板的延遲率範圍在-0. 2〜 -1 · 5 _之間。 1 6.如申請專利範圍第1 1項之光學補償之傾斜模式液晶 顯示器（OCS LCD)，其中液晶層的延遲率範圍在0. 2〜1. 5輝 之間。 1 7.如申請專利範圍第1 1項之光學補償之傾斜模式液晶 顯示器（OCS LCD)，其中液晶分子的介電異向率範圍為-2〜 -1 5之間。
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