TWI412845B - 光學補償彎曲型液晶顯示器 - Google Patents

Description

光學補償彎曲型液晶顯示器

本發明與一種光學補償彎曲(optical compensated bend；OCB)模式液晶顯示器(OCB mode LCD)有關，特別是一種能加速液晶分子從斜展(splay)狀態轉換到彎曲(bend)狀態的顯示器面板。

液晶顯示器由於具備了輕薄、省電、無幅射線等優點，而大量的應用於個人數位助理器(PDA)、筆記型電腦、數位相機、攝錄影機、行動電話等各式電子產品中。再加上業界積極的投入研發以及採用大型化的生產設備，使液晶顯示器的品質不斷提昇，且價格持續下降，更使得液晶顯示器的應用領域迅速擴大。

為了進一步提高液晶層的反應速率並增廣視角，目前液晶顯示器製作中，針對液晶分子的材料特性，設計出三種主要的改善方式。這三種改善方式包括：(1)採用垂直配向(Vertical Alignment；VA)的液晶模式；(2)開發低黏度的液晶分子；以及(3)採用光學補償彎曲(OCB)模式。

垂直配向的方式係藉由改變配向膜的表面形狀，使液晶分子沿著配向膜表面排列分佈，如此一來，當施加電壓於畫素電極(pixel electrode)時，液晶分子能迅速的轉動而呈現垂直的排列。開發低黏度液晶材料的方式則是著眼於液晶反應時間與液晶分子的黏度呈現正比關係；當液晶分子的黏度降低時，其反應時間便會縮短。

對採用OCB模式的液晶顯示器而言，分佈於上、下玻璃基板表面的液晶分子係平行配向，但內層的液晶分子不扭曲，只是在一個平面內彎曲排列，此種排列方式會使光線產生雙折射，是以加上雙軸相位差膜(Biaxial Retardation Film)可補償各個軸向的相差，並克服視角受到液晶分子傾斜造成光學特性變化的影響，因此可提供寬視角的效果。除此之外，由於OCB模式內的液晶分子只是彎曲排列，不用像TN模式的液晶分子一樣，需要克服改變扭曲排列的回流(Backflow)延滯，因此採用OCB模式可使液晶顯示器的反應時間縮減至1~10 ms，遠小於傳統TN液晶模式的反應時間(約50 ms)。

值得注意的是，儘管OCB模式的液晶顯示器具有上述優點，但在應用上仍有許多缺陷。例如，現有的OCB模式液晶顯示器往往需要一段較長的熱機(warm-up)時間，才能使液晶層中的液晶分子由斜展(splay)狀態轉換到真正要進行操作的彎曲(bend)狀態。請參照第一A圖與第一B圖，分別顯示液晶分子10在斜展狀態與彎曲狀態下的排列情形。在共通電極12與畫素電極14之間施加一預定電壓時，會驅使液晶分子10從第一A圖所示初始的斜展狀態，經過扭轉(twist)而排列成第一B圖所示的彎曲狀態，以供顯示畫面之用。

為了加速液晶分子由斜展狀態轉換到彎曲狀態，目前的OCB模式液晶顯示器設計中，往往會在液晶層兩端的共通電極12與像素電極14間施加一高電壓，加速驅迫液晶分子的轉動；但此種方法並無法均勻且快速的使整個顯示器面板中液晶分子都立即達到所需的彎曲狀態。在此情況下，顯示器依舊無法正常地顯示影像。

更者，為了在畫素電極12與共通電極14之間產生一個較大跨壓，需要改變顯示面板之驅動晶片的高壓製程規格，或是變更整個畫素的圖案設計，而導致整體成本與設計難度的增加。因此，對此領域的設計業者或生產業者而言，嘗試提供一種易於生產實作的顯示面板設計，來加速OCB模式液晶顯示器之液晶分子由斜展狀態轉移至彎曲狀態，已成為相關人士所致力之方向。

為此，本發明提出一種光學補償彎曲(OCB)型液晶顯示器，其中的液晶分子可迅速自斜展狀態轉移至彎曲狀態，以進行影像顯示的操作。

上述光學補償彎曲型液晶顯示器包括一畫素電極、一彩色濾光片、一共通電極以及一液晶層。畫素電極製作於光學補償彎曲型液晶顯示器的第一基板上。彩色濾光片製作於光學補償彎曲型液晶顯示器的第二基板上，並與前述畫素電極上下相對。共通電極則製作於彩色濾光片表面。

液晶層位於畫素電極與共通電極之間，當畫素電極與共通電極兩者之間產生電場時，液晶層中的液晶分子即受電場影響，由初始的斜展狀態經過扭轉而排列成彎曲狀態。

而值得注意的是，上述第二基板表面設有階梯狀結構。藉由此階梯狀結構的設置，可使得液晶分子在初始狀態時，即與配向膜造成的配向方向夾有夾角，而保持在一個近似扭轉的狀態。並且，此階梯狀結構亦會影響畫素單元裡面的電場分佈，使液晶分子受到此改變後的電場影響，而具有預傾角。

因此，當畫素電極與共通電極之間產生電場時，液晶層中的液晶分子即可均勻且快速的自斜展狀態扭轉至彎曲狀態。

為進一步彰顯本發明之上述及其他優點，茲配合圖式作詳細說明如後。

請參閱第二圖，其係為一光學補償彎曲(OCB)型液晶顯示器2第一實施例之剖面圖。液晶顯示器2係由第一基板20與第二基板21上下重疊組裝而成，並在第一基板20與第二基板21之間夾持有一液晶層L。光學補償彎曲型液晶顯示器2另包括畫素電極22、彩色濾光片23以及共通電極24。

如第二圖所示，畫素電極22製作於光學補償彎曲型液晶顯示器的第一基板上。在一般的情況下，第一基板20上尚會設有諸如掃瞄線、資料線、薄膜電晶體、共用線等元件，並且依據掃瞄線所輸入之電性訊號來開啟或關閉薄膜電晶體，使資料線上的電壓訊號施加至畫素電極22。

彩色濾光片23製作於光學補償彎曲型液晶顯示器的第二基板21上，並與前述畫素電極22上下相對。

共通電極24製作於彩色濾光片23之表面。當畫素電極22與共通電極24兩者之間產生電場時，液晶層L中的液晶分子即受電場影響，由初始的斜展狀態經過扭轉而排列成彎曲狀態。

值得注意的是，第二基板21表面處係具有一階梯狀結構S。藉由階梯狀結構S的設置，可使液晶層L中鄰近階梯狀結構S的液晶分子受到階梯狀結構S的影響，而使液晶分子的初始狀態保持在一個容易快速扭轉的斜展狀態。此外，藉由液晶分子之間的相互推擠，可將鄰近階梯狀結構S的液晶分子之排列狀態擴散至整個液晶層L中，使整個液晶層L中的每一個液晶分子皆保持在容易快速扭轉的狀態；當畫素電極22與共通電極24之間形成電場時，液晶層L中的液晶分子即可均勻且快速地自斜展狀態扭轉至彎曲狀態。

以下將進一步說明上述階梯狀結構S。請一併參閱第三A圖及第三B圖，其分別根據本發明繪示第二基板之俯視示意圖，以及第三A圖中沿剖面線A-A’的剖面圖。

如第三B圖所示，在第二基板21上方製作有黑色矩陣(Black Matrix；BM)25，並在黑色矩陣25上方製作彩色濾光片23，使得黑色矩陣25位於第二基板21與彩色濾光片23之間。共通電極24則製作於彩色濾光片23上。

在共通電極24的表面設有凸起物26。在較佳實施例中，凸起物26的分佈圖案如第三A圖的俯視圖所示，其以鋸齒狀圖案26a分佈沿伸於共通電極24表面上，而在共通電極24的表面構成一階梯狀結構S(第三B圖)。凸起物26可由有機材料或類似材料製成。

藉上述結構可使分佈於凸起物26週邊的液晶分子沿著凸起物26之表面形狀排列，並使液晶分子的初始狀態保持在容易快速扭轉的斜展狀態；同時，此種狀態可擴散至整個液晶層中，使整個液晶層中的液晶分子皆保持在容易快速扭轉的狀態，進而縮短液晶分子自斜展狀態轉換至彎曲狀態的時間。

需注意的是，凸起物26所構成之階梯狀結構S的分佈設置方式並不限於前述鋸齒狀圖案26a。舉例而言，凸起物26所構成之階梯狀結構S的分佈設置方式亦可如第三C圖所示，其中凸起物26係以多段彎折的連續圖案26b分佈沿伸於共通電極24表面上。需注意的是，雖然第三C圖中的多段彎折的連續圖案26b係繪示成直角狀的多段齒狀彎折圖案，但本發明之實施例實則涵蓋非直角狀的多段彎折圖案或單段圖案。

第四A圖為本發明之光學補償彎曲(OCB)型液晶顯示器第二實施例中的第二基板之俯視圖。第四B圖為前述第四A圖中的第二基板沿剖面線A-A’的剖面圖。

一般而言，彩色濾光片23具有複數塊色阻(color resistor)(例如紅色色阻、綠色色阻、藍色色阻)，並藉由不同顏色的色阻將光線過濾成所需的色光來顯示彩色影像。在本實施例中，階梯狀結構S係由至少兩塊相鄰色阻23a、23b彼此重疊而構成。確切而言，第二基板21上方製作有黑色矩陣25，在黑色矩陣25的上方另先後製作有色阻23a以及色阻23b而堆疊成階梯狀結構S。在本實施例中，色阻23b係重疊於色阻23a的上方，且色阻23b的側邊具有鋸齒狀圖案分佈。

如第四B圖所示，階梯狀結構S上另製作有共通電極24。在較佳實施例中，階梯狀結構S上方的共通電極24可與階梯狀結構S形成共形結構(conformal structure)。

第五A圖為本發明之光學補償彎曲(OCB)型液晶顯示器第三實施例的第二基板之俯視圖。第五B圖為前述第五A圖中的第二基板沿剖面線A-A’的剖面圖。

如前所述，彩色濾光片包括複數個色阻，其中至少有一色阻具有開口圖案23c而構成階梯狀結構S。如第四B圖所示，當色阻製作於黑色矩陣25上後，可將其挖鑿出開口圖案23c而曝露出部份黑色矩陣25表面。然後再製作共通電極24於其上。

在第五A圖所示之實施例中，分佈於色阻23上的開口圖案23c係為鋸齒狀圖案23c1。在其他實施方式中，分佈於色阻23上的開口圖案23c可如第五C圖所示之齒狀圖案23c2。

需注意的是，雖然第三A圖、第三C圖、第四A圖、第五A圖及第五C圖所示開口圖案為連續的齒狀或鋸齒狀圖案，但本發明之實施例包括非連續的圖案，且形狀亦不以齒狀或鋸齒狀為限。

綜觀上述各實施例可知，本發明之光學補償彎曲(OCB)型液晶顯示器，藉由其中所具有的階梯狀結構，使其中的液晶分子的初始排列狀態，保持在可快速扭轉的狀態下；當共通電極與畫素電極之間產生電場時，液晶分子即可快速且均勻地自斜展狀態扭轉彎曲狀態，以進行影像之顯示操作，並可大幅縮短光學補償彎曲(OCB)型液晶顯示器的熱機時間。此外，根據本發明，不需大幅改變原有的製程即可輕易生產製作階梯狀結構，因而具有高度的實用價值。

以上所述係利用不同實施例詳細說明本發明，其並非用以限制本發明之範圍，並且熟習該項技藝者皆能明瞭，適當做些微的修改仍不脫離本發明之精神及範圍。

10．．．液晶分子

12．．．共通電極

14．．．畫素電極

20．．．第一基板

21．．．第二基板

22．．．畫素電極

23．．．彩色濾光片

23a．．．色阻

23b．．．色阻

23C．．．開口圖案

23C1．．．鋸齒狀圖案

23C2．．．連續齒狀圖案

24．．．共通電極

25．．．黑色矩陣

26．．．凸起物

26a．．．鋸齒狀圖案

26b．．．連續齒狀圖案

S．．．階梯狀結構

L．．．液晶層

第一A圖與第一B圖分別顯示在光學補償彎曲(OCB)型液晶顯示器中，液晶分子在斜展狀態與彎曲狀態下的排列情形。

第二圖為一光學補償彎曲(OCB)型液晶顯示器第一實施例之剖面圖。

第三A圖及第三B圖分別為本發明之第一實施例中，第二基板之俯視示意圖，以及第三A圖中沿剖面線A-A’的剖面圖。

第三C圖係顯示本發明之階梯狀結構於第二基板上分佈設置之圖案。

第四A圖及第四B圖分別為本發明之第二實施例中第二基板之俯視示意圖，以及第四A圖中沿剖面線A-A’的剖面圖。

第五A圖及第五B圖分別為本發明之第二實施例中第二基板之俯視示意圖，以及第五A圖中沿剖面線A-A’的剖面圖。

第五C圖係顯示本發明之階梯狀結構於第二基板上分佈設置之另一圖案。

23．．．彩色濾光片

24．．．共通電極

25．．．黑色矩陣

26a．．．鋸齒狀圖案

Claims (4)

1. 一種光學補償彎曲(OCB)型液晶顯示器，包括：第一基板；第二基板；一畫素電極，製作於該第一基板上；一黑色矩陣，製作於該第二基板上；一彩色濾光片，製作於該第二基板上，並與該黑色矩陣部分重疊，其中該彩色濾光片具有複數塊色阻(color resistor)，且其中之一色阻具有一開口圖案，該開口圖案位於該黑色矩陣上方且該開口圖案係為一鋸齒狀圖案；一共通電極，製作於該彩色濾光片表面；及一液晶層，位於該畫素電極與該共通電極之間。
2. 如申請專利範圍第1項之光學補償彎曲型液晶顯示器，其中該開口圖案曝露出部份該黑色矩陣之表面。
3. 如申請專利範圍第1項之光學補償彎曲型液晶顯示器，其中該開口圖案係為一連續齒狀圖案。
4. 如申請專利範圍第1項之光學補償彎曲型液晶顯示器，其中位於該開口圖案上方之共通電極與該開口圖案形成共形結構(conformal structure)。