TWI417370B - 液晶材料及光學補償彎曲型模式液晶顯示器 - Google Patents

Description

液晶材料及光學補償彎曲型模式液晶顯示器

本發明是有關於一種液晶材料與應用前述液晶材料的光學補償彎曲型模式液晶顯示器，且特別是有關於一種具有較低的亮態驅動電壓及較快的應答速度的液晶材料與應用前述液晶材料的光學補償彎曲型模式液晶顯示器。

由於液晶顯示器具有高畫質、高度的空間利用率、低電壓操作、無輻射線散射的特性，因此液晶顯示器逐漸成為近年來市場上的主流。而且，為符合市場需求，液晶顯示器逐漸朝向大尺寸以及廣視角的方向發展。

習知技術為了能符合廣視角的需求，通常採用扭轉向列(Twisted Nematic，TN)型液晶顯示面板搭配廣視角膜、橫共平面切換(in－plane switching,IPS)型液晶顯示面板、邊際場切換(fringe field switching)型液晶顯示面板、以及多重區域垂直排列(Multi－domain Vertical Alignment，MVA)型液晶顯示面板。因此，液晶顯示面板為了能符合廣視角的需求，多半是在液晶顯示面板上做特殊的設計。但是，在液晶顯示面板上做特殊的設計會增加製作的困難度以及製作成本。

為了克服上述問題，近年來開發出一種光學補償彎曲型模式液晶顯示器(Optical Compensated Bend Mode Liquid Crystal Display,OCB Mode LCD)。光學補償彎曲型模式液晶顯示器在進行顯示時，其所具有的光學補償彎 曲型模式液晶分子在玻璃基板的上下表面平行排列，而在玻璃基板之間的光學補償彎曲型模式液晶分子則是在同一平面內彎曲排列而呈現彎曲狀態(bend)。此種排列模式，可克服習知技術中在液晶顯示器的視角較大之處，因受液晶分子傾斜而造成的光學特性變化。因此，光學補償彎曲型模式液晶顯示器具有廣視角的優點，且不需在液晶顯示面板上做特殊的設計，故可適用一般液晶顯示器的製程而不會對製作成本造成負擔。

然而，當光學補償彎曲型模式液晶顯示器為關閉的狀態時(即光學補償彎曲型模式液晶分子在無電場的狀態時)，光學補償彎曲型模式液晶分子呈現伸展狀態(splay)，也就是光學補償彎曲型模式液晶分子皆平行於面板。因此，每次驅動光學補償彎曲型模式液晶顯示器時，需要較長的預置時間或是較高的亮態驅動電壓以使光學補償彎曲型模式液晶分子由伸展狀態轉換成彎曲狀態。也因此，降低光學補償彎曲型模式液晶分子由伸展狀態轉換成彎曲狀態所需要的預置時間或是亮態驅動電壓，已成為目前首要改善的課題。

本發明關於一種液晶材料，其由伸展狀態轉換成彎曲狀態時所需要的亮態驅動電壓較低，且具有較快的應答速度。

本發明另關於一種光學補償彎曲型模式液晶顯示器，具有較低的亮態驅動電壓以及較快的應答速度。

為具體描述本發明之內容，在此提出一種液晶材料，而此種液晶材料包括一光學補償彎曲型模式液晶分子以及一彎曲型分子。其中，彎曲型分子具有式(1)所表示之結構： 而在式(1)中，A代表下列其中一分子式： 其中，L代表氫或氟，而r值為1,2,3,4,5,6,7或8。此外，X代表酯基(COO)或氰基(CN)，而B則代表下列其中一分子式： 其中，L代表氫或氟，而r值為1,2,3,4,5,6,7或8。此外，C代表烷基(alkyl)、烷氧基(alkoxyl)、烷羰基(alkylcarbonyl)或具有1~12個碳原子的酯化物群(alkoxycarbonyl group)。

為具體描述本發明之內容，在此提出一種光學補償彎曲型模式液晶顯示器，而此種光學補償彎曲型模式液晶顯示器包括一主動元件陣列基板、一對向基板以及一液晶材料。其中，對向基板具有一對向電極，而液晶材料配置於主動元件陣列基板與對向基板之間。液晶材料包括一光學補償彎曲型模式液晶分子以及一彎曲型分子。其中，彎曲型分子具有式(1)所表示之結構：

其中，A代表下列其中一分子式：

其中，L代表氫或氟，而r值為1,2,3,4,5,6,7或8。此外，X代表酯基(COO)或氰基(CN)，而B則代表下列其中一分子式：

其中，L代表氫或氟，而r值為1,2,3,4,5,6,7或8。另外，C代表烷基(alkyl)、烷氧基(alkoxyl)、烷羰基(alkylcarbonyl)或具有1~12個碳原子的酯化物群(alkoxycarbonyl group)。

在本發明之一實施例中，對向基板更包括一彩色濾光層，而且彩色濾光層配置於對向電極的下方。

在本發明之一實施例中，主動元件陣列基板包括多條掃描線、多條資料線、多個薄膜電晶體以及多個畫素電極。其中，薄膜電晶體分別與其中一掃描線以及與其中一資料線電性連接。畫素電極則分別與其中一薄膜電晶體電性連 接。

以下舉出同時適用於上述的液晶材料以及光學補償彎曲型模式液晶顯示器的實施例。

在本發明之一實施例中，彎曲型分子結構具有下列式(2)~式(6)所表示之結構至少其中之一：

在本發明之一實施例中，彎曲型分子與光學補償彎曲型模式液晶分子的重量比例介於0.01%~5%之間。

在本發明之一實施例中，彎曲型分子與光學補償彎曲型模式液晶分子的重量比例為0.5%。

綜上所述，本發明之液晶材料的彎曲型分子可有效降 低液晶材料的亮態驅動電壓，並且還可提高液晶材料的應答速度。

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

本發明提出一種液晶材料以及一種應用前述液晶材料的光學補償彎曲型模式液晶顯示器，其中液晶材料包括光學補償彎曲型模式液晶分子以及彎曲型分子。當此種液晶材料應用在光學補償彎曲型模式液晶顯示器時，彎曲型分子可以有助於此種液晶材料具有較低的亮態驅動電壓以及較快的應答速度。

本發明一實施例之液晶材料包括一光學補償彎曲型模式液晶分子以及一彎曲型分子。其中，彎曲型分子具有式(1)所表示之結構： 而在式(1)中，A代表下列其中一分子式： 其中，L代表氫或氟，而r值為1,2,3,4,5,6,7或8。X代表酯基(COO)或氰基(CN)，且X可接在A的1,3位置，以使得彎曲型分子具有彎曲的分子結構。B代表下列其中一分子式： 其中，L代表氫或氟，而r值為1,2,3,4,5,6,7或8。C則代表烷基(alkyl)、烷氧基(alkoxyl)、烷羰基(alkylcarbonyl)或具有1~12個碳原子的酯化物群(alkoxycarbonyl group)。

具體而言，彎曲型分子結構例如為下列式(2)~式(6)所表示之結構至少其中之一： ，然本發明不限於此，亦即本發明之彎曲型分子還可以是其他具有式(1)所表示之結構的彎曲型分子。

彎曲型分子與光學補償彎曲型模式液晶分子的重量比例可以是介於0.01%~5%之間，然本發明不限於此。在一較佳實施例中，彎曲型分子與光學補償彎曲型模式液晶分子的重量比例為0.5%。

以下則將介紹將本發明之彎曲型分子與光學補償彎曲型模式液晶分子以不同重量百分比混合成本發明之液晶材料時，液晶材料所具有的亮態驅動電壓以及應答速度。

於本實施例中，是將式(2)、式(3)、式(4)、式(5)或式(6)的彎曲型分子以0 wt%、0.1 wt%、0.5 wt%、 1 wt%或5 wt%五種不同的比例與光學補償彎曲型模式液晶分子(例如採用ZCE－5096液晶分子，默克公司所生產)混合以形成液晶材料。接著，將液晶材料注入具有配向層的液晶盒(美相公司，液晶盒間距為4.25 μm)中。然後，對液晶盒交替施加正負10伏特的電壓，使液晶盒中的液晶材料保持在彎曲狀態約3分鐘。之後，逐漸降低施加於液晶盒的電壓，並記錄施加於液晶盒的電壓與相對應的液晶盒的光穿透度，當液晶盒的光穿透度達最大時，此時施加於液晶盒的電壓即為亮態驅動電壓，而實驗結果如表1所示。表1列示出式(2)、式(3)、式(4)、式(5)以及式(6)的彎曲型分子以0 wt%、0.1 wt%、0.5 wt%、1 wt%或5 wt%五種不同的比例與光學補償彎曲型模式液晶分子混合而形成的液晶材料的亮態驅動電壓。

在此，更以相同的條件測得單純的光學補償彎曲型模式液晶分子的亮態驅動電壓為1.9伏特。由表1可知，混 合式(2)、式(3)、式(4)、式(5)或式(6)的彎曲型分子與光學補償彎曲型模式液晶分子所形成的液晶材料的亮態驅動電壓都小於1.9伏特，因而將光學補償彎曲型模式液晶分子混入了彎曲型分子之後，其亮態驅動電壓確實變小了。如此，可證明本發明之液晶材料的彎曲型分子可有效降低液晶材料的亮態驅動電壓。

另外，於本實施例中，還量測液晶材料的應答時間。也就是對液晶材料持續施加一第一正負電壓，使液晶材料的穿透度為最小值。然後，對液晶材料施加一第二正負電壓，而使液晶材料的穿透度由最小值轉變成最大值。然後，再次對液晶材料施加第一正負電壓，使得液晶材料的穿透率由最大值轉變為最小值。前述液晶材料穿透度由最小值轉變成最大值，以及由最大值轉變為最小值的過程所需的總時間即為應答時間。表2列示出式(2)、式(3)、式(4)、式(5)或式(6)的彎曲型分子以0.1 wt%、0.5 wt%、1 wt%或5 wt%四種不同的比例與光學補償彎曲型模式液晶分子混合而形成的液晶材料的應答時間。

在此，也以相同的條件測得單純的光學補償彎曲型模式液晶分子的應答時間為4.57毫秒。由表2可知，混合式(2)、式(3)、式(4)、式(5)或式(6)的彎曲型分子與光學補償彎曲型模式液晶分子所形成的液晶材料的應答時間皆低於4.57秒，因而加入了彎曲型分子的光學補償彎曲型模式液晶分子的應答時間確實縮短了。也就是，本發明之液晶材料的應答速度較光學補償彎曲型模式液晶分子的應答速度快。如此，可證明本發明之液晶材料的彎曲型分子可有效提升液晶材料的應答速度。

承上所述，本發明之液晶材料的彎曲型分子可有效降低液晶材料的亮態驅動電壓且提升液晶材料的應答速度。

圖1為本發明一實施例之光學補償彎曲型模式液晶顯示器的剖面圖，而圖2為圖1中主動元件陣列基板的上視圖。請參照圖1，光學補償彎曲型模式液晶顯示器100包括一主動元件陣列基板110、一對向基板120以及一液晶材料130。其中，對向基板120具有一對向電極122。液晶材料130配置於主動元件陣列基板110與對向基板120之間。值得注意的是，液晶材料130與前述液晶材料相同。

此外，請同時參照圖1與圖2，主動元件陣列基板110包括多條掃描線112與多條資料線114、多個薄膜電晶體116以及多個畫素電極118。薄膜電晶體116與其中一掃描線112以及其中一資料線114電性連接。畫素電極118與其中一薄膜電晶體116電性連接，且畫素電極118與此一薄膜電晶體116可構成一畫素單元P。此外，可配置一晶 片210於主動元件陣列基板110上，且晶片210可與掃描線112與資料線114電性連接。如此，可藉由晶片210控制主動元件陣列基板110的畫素電極118，使畫素電極118具有一電壓。同時，也對對向基板120的對向電極122通電，使對向電極122具有另一電壓，進而可在主動元件陣列基板110與對向基板120之間形成一電場(也就是對液晶材料130施加一電壓)，以控制液晶材料130。

另外，對向基板120還可包括一彩色濾光層124。其中，彩色濾光層124配置於對向電極122下方。此外，對向基板120更可包括一保護層126，且保護層126位於彩色濾光層124與對向電極122之間。

於其他實施例中，上述彩色濾光層124並非一定在設置於對向基板120上，其亦可以設置在主動元件陣列基板110上，且彩色濾光層124可位於畫素單元P的上方或下方。

於其他實施例中，光學補償彎曲型模式液晶顯示器還可包括一背光模組(未繪示)，並配置於主動元件陣列基板110或是對向基板120的一側。

承上所述，由於本發明之光學補償彎曲型模式液晶顯示器100的液晶材料130與前述之液晶材料相同，因此，光學補償彎曲型模式液晶顯示器100的亮態驅動電壓較低且應答速度較快。如此一來，光學補償彎曲型模式液晶顯示器100由於所需的亮態驅動電壓較低，因此光學補償彎曲型模式液晶顯示器100的電子元件(如：薄膜電晶體 116、晶片210等)將不易在驅動時因承受高電壓而損壞，故可延長光學補償彎曲型模式液晶顯示器100的電子元件的使用壽命。另外，由於光學補償彎曲型模式液晶顯示器100的應答速度較快，因此當光學補償彎曲型模式液晶顯示器100顯示動態畫面時，不易有殘影等因應答速度偏慢而產生的問題。

綜上所述，本發明之液晶材料的彎曲型分子可有效降低液晶材料的亮態驅動電壓，並且還可提高液晶材料的應答速度。而當本發明之液晶材料應用在光學補償彎曲型模式液晶顯示器中時，也具有相同的優點。如此一來，光學補償彎曲型模式液晶顯示器由於所需的亮態驅動電壓較低，因此光學補償彎曲型模式液晶顯示器的電子元件將不易在驅動時因承受高電壓而損壞，故可延長光學補償彎曲型模式液晶顯示器的電子元件的使用壽命。另外，由於光學補償彎曲型模式液晶顯示器的應答速度較快，因此當光學補償彎曲型模式液晶顯示器顯示動態畫面時，不易有殘影等因應答速度偏慢而產生的問題。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬領域中具有通常知識者，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‧‧‧光學補償彎曲型模式液晶顯示器

110‧‧‧主動元件陣列基板

112‧‧‧掃描線

114‧‧‧資料線

116‧‧‧薄膜電晶體

118‧‧‧畫素電極

120‧‧‧對向基板

122‧‧‧對向電極

124‧‧‧彩色濾光層

126‧‧‧保護層

130‧‧‧液晶材料

210‧‧‧晶片

P‧‧‧畫素單元

圖1為本發明一實施例之光學補償彎曲型模式液晶顯示器的剖面圖。

圖2為圖1中主動元件陣列基板的上視圖。

100‧‧‧光學補償彎曲型模式液晶顯示器

110‧‧‧主動元件陣列基板

118‧‧‧畫素電極

120‧‧‧對向基板

122‧‧‧對向電極

124‧‧‧彩色濾光層

126‧‧‧保護層

130‧‧‧液晶材料

Claims (8)

1. 一種液晶材料，包括：一光學補償彎曲型模式液晶分子；以及一彎曲型分子，具有式(1)所表示之結構： 其中，A代表下列其中一分子式： 其中，L代表氫或氟，而r值為1,2,3,4,5,6,7或8；X代表酯基(COO)或氰基(CN)；B代表下列其中一分子式： 其中，L代表氫或氟，而r值為1,2,3,4,5,6,7或8；C代表烷基(alkyl)、烷氧基(alkoxyl)、烷羰基(alkylcarbonyl)或具有1~12個碳原子的酯化物群(alkoxycarbonyl group)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶材料，其中該彎曲型分子與該光學補償彎曲型模式液晶分子的重量比例介於0.01%~5%之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶材料，其中該彎曲型分子與該光學補償彎曲型模式液晶分子的重量比例為0.5%。
4. 一種光學補償彎曲型模式液晶顯示器，包括：一主動元件陣列基板；一對向基板，該對向基板具有一對向電極；以及一液晶材料，配置於該主動元件陣列基板與該對向基板之間，其中該液晶材料包括：一光學補償彎曲型模式液晶分子；以及一彎曲型分子，具有式(1)所表示之結構： 其中，A代表下列其中一分子式： 其中，L代表氫或氟，而r值為1,2,3,4,5,6,7或8；X代表酯基(COO)或氰基(CN)；B代表下列其中一分子式： 其中，L代表氫或氟，而r值為1,2,3,4,5,6,7或8；C代表烷基(alkyl)、烷氧基(alkoxyl)、烷羰基 (alkylcarbonyl)或具有1~12個碳原子的酯化物群(alkoxycarbonyl group)。
5. 如申請專利範圍第4項所述之光學補償彎曲型模式液晶顯示器，其中該彎曲型分子與該光學補償彎曲型模式液晶分子的重量比例介於0.01%~5%之間。
6. 如申請專利範圍第4項所述之光學補償彎曲型模式液晶顯示器，其中該彎曲型分子與該光學補償彎曲型模式液晶分子的重量比例為0.5%。
7. 如申請專利範圍第4項所述之光學補償彎曲型模式液晶顯示器，其中該對向基板更包括一彩色濾光層，配置於該對向電極的下方。
8. 如申請專利範圍第4項所述之光學補償彎曲型模式液晶顯示器，其中該主動元件陣列基板包括：多條掃描線與多條資料線；多個薄膜電晶體，其分別與其中一該些掃描線與其中一該些資料線電性連接；以及多個畫素電極，其分別與其中一該些薄膜電晶體電性連接。