TW201426141A - 液晶顯示器 - Google Patents

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Abstract

一種液晶顯示器，包括上基板、下基板、設置於上基板與下基板之間的液晶層、設置於上基板之表面並具有第一偏振方向之第一偏振片、設置於下基板之表面並具有第二偏振方向之第二偏振片、以及定義於下基板上之至少一畫素區。液晶層包括具有光學等向性之液晶分子。畫素區包括至少一畫素電極設置於下基板之上，畫素電極係於畫素區內沿著第一方向延伸，並且，畫素電極之邊緣的大部分實質上平行於第一偏振方向與第二偏振方向之其中至少一者。

Description

液晶顯示器
本發明係關於一種液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)，尤指一種包括具光學等向性之液晶分子的液晶顯示器。
液晶顯示器已廣泛應用於許多顯示裝置中，其中液晶層內的液晶分子是液晶顯示器的核心元件之一。在室溫下，習知液晶顯示器的傳統液晶分子具有光學非均向性(optical anisotropicity)，並且呈現橢圓形或橄欖形狀。然而，對液晶顯示器製造商而言，在室溫下具有光學等向性(isotropicity)之液晶分子，如藍相液晶(blue phase liquid crystal,BPLC)分子，是一個新的研究領域，其中，藍相液晶分子例如安息香酸膽固醇脂(cholesteryl benzoate)分子。
一般而言，藍相液晶平面切換型(in-plane switch,IPS)液晶顯示面板中，由於藍相液晶分子具光學等向性，因此在未施加電壓時，顯示面板呈現暗態(black state)，也就是所謂的自然黑(normal black)。相反地，當電壓施加於藍相液晶平面切換型液晶顯示面板之電極上時，藍相液晶分子會變形而具有光學非均向性與雙折射性，使面板呈現亮態。然而，由於在液晶顯示器中，液晶分子會受到擠壓且具有沿著電極排列的特性，所以即使在未施加電壓給電極的狀態下，藍相液晶分子也可能會因為電極發生變形。靠近電極之藍相液晶分子會沿著電極之側壁或邊緣排列，因而呈現橢圓形或橄欖狀並具有光學非均向性與雙折射性。因此當面板為暗態時，沿著電極邊緣或形 狀會發生漏光，進而影響顯示面板的對比度。
本發明之主要目的之一在於透過特定電極形狀之設計而提供一種具有良好對比度之液晶顯示器，其中該液晶顯示器的液晶分子具有光學等向性。
本發明之一實施例提供一種液晶顯示器，其包括上基板、下基板以及設置於上基板與下基板之間的液晶層。液晶層包括具有光學等向性之液晶分子。液晶顯示器更包括具有第一偏振方向之第一偏振片設置於上基板之表面、具有第二偏振方向之第二偏振片設置於下基板之表面以及至少一畫素區定義於下基板。畫素區包括至少一畫素電極設置於下基板上，畫素電極係於畫素區內沿著第一方向延伸，並且，畫素電極之邊緣的大部分係實質上平行於第一偏振方向與第二偏振方向之其中至少一者。
由於畫素電極之大部分邊緣實質上平行於第一偏振方向與第二偏振方向之其中至少一者，鄰近畫素電極的液晶分子亦沿著第一偏振方向與第二偏振方向中之其中至少一者排列。因此，即使通過這些液晶分子的光線會被偏振化，這些光線也難以射出液晶顯示面板，因而解決習知顯示面板之漏光問題，並能進一步提高顯示器的對比度。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧液晶顯示器
101‧‧‧畫素區
101’‧‧‧畫素區
12‧‧‧上基板
12a‧‧‧下表面
12b‧‧‧上表面
14‧‧‧下基板
14a‧‧‧上表面
14b‧‧‧下表面
16‧‧‧液晶層
18‧‧‧液晶分子
181‧‧‧藍相液晶分子
182‧‧‧藍相液晶分子
183‧‧‧藍相液晶分子
20‧‧‧第一偏振片
22‧‧‧第二偏振片
24‧‧‧畫素電極單元
241‧‧‧畫素電極
241a‧‧‧側邊
241b‧‧‧側邊
241c‧‧‧四方體
242‧‧‧畫素電極條
26‧‧‧共通電極單元
261‧‧‧共通電極
261a‧‧‧側邊
261b‧‧‧側邊
261c‧‧‧四方體
262‧‧‧共通電極條
28‧‧‧薄膜電晶體
30‧‧‧資料線
31‧‧‧閘極線
32‧‧‧保護層
34‧‧‧凹穴
34’‧‧‧凹穴
34”‧‧‧凹穴
36‧‧‧絕緣層
38‧‧‧溝槽結構
H1‧‧‧高度
H2‧‧‧高度
t1‧‧‧厚度
t2‧‧‧厚度
X‧‧‧第二方向
Y‧‧‧第一方向
P1‧‧‧第一偏振方向
P2‧‧‧第二偏振方向
第1圖繪示了本發明之液晶顯示器的剖面示意圖。
第2圖繪示了第1圖所示液晶顯示器之畫素區的上視示意圖。
第3圖係沿第2圖中之剖面線3-3'所繪示之畫素區的剖面示意圖。
第4圖繪示了未施加電壓時畫素電極與共通電極之間的藍相液晶分子之排列方式。
第5圖繪示了習知藍相液晶平面切換型液晶顯示器以及本發明具有菱形電極的藍相液晶平面切換型液晶顯示器在暗態下的穿透亮度。
第6圖繪示了習知藍相液晶平面切換型液晶顯示器與本發明中具有菱形電極的藍相液晶平面切換型液晶顯示器的對比度(contrast,CR)。
第7圖為本發明第一實施例的第一變化實施例對應於第2圖剖面線3-3'所繪示之畫素電極與共通電極之剖面示意圖。
第8圖為本發明第一實施例的第二變化實施例對應於第2圖剖面線3-3'所繪示之畫素電極與共通電極之剖面示意圖。
第9圖繪示了本發明之第二實施例之液晶顯示器之畫素區的上視示意圖。
第10圖為沿第9圖中之剖面線10-10'所繪示之畫素區的剖面示意圖。
請參考第1圖，第1圖繪示了本發明之液晶顯示器的剖面示意圖。根據第一實施例，液晶顯示器10是平面切換型液晶顯示器，包括上基板12、設置於上基板12下側之下基板14以及設置於上基板與下基板之間的液晶層16。液晶層16包括具有光學等向性之液晶分子18。在本實施例中，液晶分子18係藍相液晶分子，例如安息香酸膽固醇脂，在室溫下呈現球體形狀。液晶顯示器10更包括具有第一偏振方向P1之第一偏振片20以及具有第二偏振方向P2之第二偏振片22。第一偏振片20與第二偏振片22分別鄰設於上基板12與下基板14。例如，第一偏振片20係設置於上基板12的上表面12b上，第二偏振片22係設置於下基板14的下表面14b上。在本實施例中，第一偏振方向P1垂直於第二偏振方向P2，但並不以此為限。在其它實施例中，第一偏振方向P1亦可平行於第二偏振方向P2。
請參考第2圖以及第3圖，第2圖繪示了第1圖中所示之液晶顯示器10的一畫素區的上視示意圖，而第3圖係沿第2圖中之剖面線3-3'所繪示之畫素區的剖面示意圖。液晶顯示器10包括至少一畫素區101定義於下基板14上。較佳地，液晶顯示器10可包括複數個畫素區101呈矩陣排列(圖未示)。畫素區101包括至少一資料線31沿著第一方向Y延伸、至少一閘極線30沿著第二方向X延伸。薄膜電晶體28係設置於閘極線30與資料線31的相交部分。畫素區101更包括至少一畫素電極241，沿著第一方向Y延伸。在本實施例中，畫素區101包括複數個畫素電極241。例如，第2圖繪示了在一畫素區101中設有三個畫素電極241。畫素電極241係藉由沿著第二方向X延伸的畫素電極條242而彼此電連接。在同一畫素區101中的畫素電極241以及畫素電極條242可以視為一畫素電極單元24。由於液晶顯示器10是平面切換型液晶顯示器，因此畫素區101亦可包括複數個共通電極261，沿著第一方向Y延伸。共通電極261係藉由沿著第二方向X延伸的共通電極條262而彼此電連接。同一畫素區101之共通電極261以及共通電極條262可以視為一共通電極單元26。在本實施例中，資料線31、閘極線30、薄膜電晶體28、畫素電極單元24以及共通電極單元26皆設置於下基板14的上表面14a上，但並不以此為限。例如，在其它實施例中，共通電極單元26亦可設置於上基板12的下表面12a上。
如第3圖所示，共通電極261以及畫素電極241係交替排列並互相平行，因此於共通電極261以及畫素電極241之間形成複數個凹穴34。畫素電極241以及共通電極261係設置於下基板14的上表面14a上，並且，保護層32可設置於畫素電極241以及共通電極261與下基板14之間。畫素電極單元24以及共通電極單元26可由同一層導電層所形成，其較佳為一透明導電層，並具有高度H1。液晶分子18可填滿具高度H1之凹穴34。舉例而 言，當驅動畫素區101時，可將一共通電壓(例如為帶有-1.5伏特之負電壓)施加於共通電極261，並將一驅動電壓(例如為帶有1.5伏特的正電壓)施加於畫素電極241，以於畫素電極241以及共通電極261之間產生側向電場，特別是在凹穴34中產生側向電場，如此會使液晶分子18變形而具有雙折射性，因而將通過液晶層16之光線偏振化。
如第2圖所示，本實施例之第一偏振方向P1與第二偏振方向P2具有90°之夾角。以第二方向X為0°坐標軸為例，則第一偏振方向P1與第二方向X之間的夾角為45°，而第二偏振方向P2與第二方向X之間的夾角為135°。此外，第一偏振方向P1以及第二偏振方向P2也分別與第一方向Y有約45°之夾角。請參考第4圖與第2圖，其中第4圖是第2圖所示之畫素電極241與共通電極261之局部放大示意圖。各畫素電極241係由畫素區101中接續排列成一直行的複數個四方體241c所構成，其中該直行平行於第一方向Y。各四方體241c至少有一部分與同一直行中相鄰之另一四方體241c重疊，如細虛線所示。四方體241c較佳為平行四邊形立方體，各四方體241c之兩相對側邊241a互相平行，且平行於第二偏振方向P2，而另外之兩相對側邊241b亦互相平行，且平行於第一偏振方向P1。因此，各四方體241c中的任兩相鄰之側邊241a以及側邊241b有90°之夾角。在較佳實施例中，四方體241c係菱形立方體或正立方體，亦即側邊241a與側邊241b具有相同的長度。因此，各畫素電極241之邊緣的大部分(即畫素電極241的大部分邊緣)係實質上平行於第一偏振方向P1與第二偏振方向P2之其中至少一者。具體而言，根據本實施例，上述各畫素電極241之大部分邊緣的其中一半係平行於第一偏振方向P1，如側邊241b，並且，各畫素電極241之大部分邊緣的另一半係平行於第二偏振方向P2，例如側邊241a。類似地，各共通電極261係由在畫素區101中接續排列成一直行的複數個四方體261c所構成，其中該直行平行於第一方向Y。各四方體261c至少有一部分與同一直行中相鄰之另一四方體 261c重疊。各四方體261c之兩相對側邊261a皆平行於第二偏振方向P2，且另外之兩相對側邊261b皆平行於第一偏振方向P1。較佳地，四方體261c係菱形立方體或正立方體，亦即側邊261a與側邊261b具有相同的長度。更佳地，四方體261c與四方體241c大小相同。
此外，第4圖繪示了在未施加電壓時畫素電極241與共通電極261之間的藍相液晶分子181、182、183之排列方式。藍相液晶分子181、182、183與四方體241c以及四方體261c在第4圖中的相對尺寸、大小與數量僅以說明為目的，但本發明並不以此為限，實際之尺寸、大小與數量可依設計需求而調整。那些沒有鄰設於畫素電極241與共通電極261之藍相液晶分子181或較遠離畫素電極241與共通電極261邊緣的藍相液晶分子181會具有其一般狀態下的球狀形態並具有光學等向性，而設置於靠近畫素電極241大部分邊緣(側邊241a與側邊241b)與靠近共通電極261大部分邊緣(側邊261a與側邊261b)之藍相液晶分子182、183會沿著電極邊緣變形而具有光學非均向性。例如，靠近側邊241a之藍相液晶分子182會變形而具有順著側邊241a排列之長軸，意即具有平行於第二偏振方向P2之長軸。另一方面，靠近側邊241b之藍相液晶分子183也會變形而具有順著側邊241b排列之長軸，意即具有平行於第一偏振方向P1之長軸。若由液晶顯示器10下側射出之光線先穿過第二偏振片22而成為具有第二偏振方向P2之偏振光，由於藍相液晶分子182以及183的長軸係沿第一偏振方向P1或第二偏振方向P2配向，那麼通過藍相液晶分子182以及183之偏振光仍會維持第二偏振方向P2，因而可有效抑制習知液晶顯示面板於暗態下在電極邊緣附近發生漏光之問題。
需注意的是，由於受到製程限制(process limitation)、製程寬裕度(process window,PW)與成形誤差(formation inaccuracy)的影響，在實際製成之產品中，畫素電極241之側邊241a與側邊241b之間或共通電極261 之側邊261a與側邊261b之間可能不一定都能具有如第2圖或第4圖所示的尖銳頂角。例如，經過微影製程與顯影製程後，側邊241a與側邊241b之間的夾角以及側邊261a與側邊261b之間的夾角皆可能是圓角。因此，前述有關畫素電極241之大部分邊緣(或邊緣的大部分)以及共通電極261之大部分邊緣(或邊緣的大部分)係實質上或大體上平行於第一偏振方向P1或第二偏振方向P2係表示側邊241a以及側邊261a可與第二偏振方向P2有小於或等於±4°之夾角，而側邊241b以及側邊261b可與第一偏振方向P1有小於或等於±4°之夾角。換句話說，畫素電極241以及共通電極261之邊緣與第二偏振方向P2以及第一偏振方向P1之間的角度若為0°±4°，應仍符合前述「實質上平行」的描述。另一方面，當畫素電極241的大部分邊緣之切線或共通電極261的大部分邊緣之切線平行於第一偏振方向P1以及第二偏振方向P2其中至少一者，或其夾角小於或等於±4°時，應亦可描述為「畫素電極241的大部分邊緣與共通電極261的大部分邊緣實質上平行於第一偏振方向P1以及第二偏振方向P2的其中至少一者」。
第5圖繪示了習知藍相液晶平面切換型液晶顯示器以及本發明具有菱形電極的藍相液晶平面切換型液晶顯示器在暗態下的穿透亮度。如第5圖所示，在自然黑模式下，習知藍相液晶平面切換型液晶顯示器具有超過1.2*10-4尼特(nit)之穿透亮度。而本發明第一實施例中具有菱形電極的平面切換型液晶顯示器，其穿透亮度小於5*10-4尼特。第6圖進一步繪示出習知藍相液晶平面切換型液晶顯示器與本發明具有菱形電極的藍相液晶平面切換型液晶顯示器的對比度(contrast,CR)。如第6圖所示，習知藍相液晶平面切換型液晶顯示器的對比度小於3*103，而本發明第一實施例中具有菱形電極的藍相液晶平面切換型液晶顯示器的對比度高於8*103。因此，相較於習知藍相液晶平面切液晶換型顯示器，本發明之藍相液晶平面切換型液晶顯示器不論是在解決漏光問題或顯示對比度上，皆具有較好的表現。此外，由於畫素電 極241與共通電極261皆具有彎曲之邊緣，因而可使液晶分子18具有多區域效果(multi-domain effect)，能進一步改善伽瑪(gamma)曲線的偏移(gamma shift)問題。根據本發明之第一實施例，伽瑪偏移的最大值為7%左右，最大灰階反轉(the maximum gray level inversion)為約5%。因此，本發明液晶顯示器10不僅具有良好的對比度，也能降低伽瑪偏移。
本發明之液晶顯示器結構並不以上述實施例為限。下文將繼續揭示本發明之其它實施例或變化形，然為了簡化說明並突顯各實施例或變化形之間的差異，下文中使用相同標號標注相同元件，並不再對重覆部分作贅述。
請參考第7圖，第7圖係本發明第一實施例的第一變化實施例對應於第2圖剖面線3-3'所繪示之畫素電極241與共通電極261的剖面示意圖。在第一變化實施例中，畫素區101具有一溝槽結構38。溝槽結構38之形成係因設置於畫素電極241與共通電極261下方之保護層32具有複數條狹縫，且該等狹縫係對應於彼此相鄰之畫素電極241與共通電極261之間的間隙。換句話說，保護層32的狹縫邊緣對齊於畫素電極241以及共通電極261的邊緣。因此，設置於畫素電極241與共通電極261之間的凹穴34’的高度H2為畫素電極241以及共通電極261的厚度t1與保護層32的厚度t2之總合。例如，厚度t1為約400埃(angstrom,Å)，厚度t2為約2000埃，因此溝槽結構38的高度H2為約2400埃，但並不以此為限。在一些實施例中，高度H2為約0.04至5微米(micrometer,μm)，更佳地為約1至1.5微米。在其它實施例中，保護層32的厚度t2可超過2000埃，或者，厚度t1可小於1微米。
請參考第8圖，第8圖係本發明第一實施例的第二變化實施例對應於第2圖剖面線3-3'所繪示之畫素電極241與共通電極261的剖面示意圖。在第二變化實施例中，畫素區101具有一突起結構40，其中第二變化實施例 的畫素電極241以及共通電極261的厚度皆大於第一實施例中的厚度。因此，在畫素電極241與共通電極261之間的凹穴34“之高度H3大於第3圖中的高度H1。例如，在第二變化實施例中，畫素電極241與共通電極261的厚度可分別為約0.04至5微米，較佳地為約1至1.5微米。在一些實施例中，高度H3約為第3圖所示的高度H1的兩倍，因而形成突起結構40。
在第一變化實施例與第二變化實施例中，相較於第3圖中的凹穴34，凹穴34’與凹穴34”具有較高的高度H2與高度H3，因而可容納更多的藍相液晶分子。因此，當施加電壓於畫素電極241以及共通電極261時，在畫素電極241與共通電極261之間形成的有效側向電場將覆蓋較大之範圍，以驅動藍相液晶分子，從而降低所施加的電壓。例如，施加於畫素電極241與共通電極261的電壓可小於前述第一實施例中之電壓，以節省電力。
第9圖繪示了本發明之第二實施例之液晶顯示器10之畫素區的上視示意圖。第10圖係沿第9圖中之剖面線10-10'所繪示之畫素區的剖面示意圖。在本實施例中，液晶顯示器是一邊緣電場切換式(fringe field switching,FFS)液晶顯示器。單一畫素區101’可以僅包括一平板式之共通電極261覆蓋於下基板14上並設置於畫素電極241之下。另外，絕緣層36或其他介電層係設置於畫素電極241與共通電極261之間。當驅動液晶顯示器時，共通電極261與畫素電極241分別被施加不同之電壓，以於共通電極261與畫素電極241之間形成電場，進而驅動液晶分子18。由於畫素電極241的大部分邊緣實質上仍平行於第一偏振方向P1或第二偏振方向P2，因此具有畫素區101’的本發明邊緣電場切換式液晶顯示器可以提供良好的顯示對比度，並具有低伽瑪偏移。此外，本發明邊緣電場切換式液晶顯示器之畫素區101’也可具有類似於第7圖之凹穴34”的溝槽結構或第8圖之凹穴34’的突起結構。
綜上所述，在本發明包含具光學等向性液晶分子之液晶顯示器中，由於畫素電極之大部分邊緣或側壁係平行於第一偏振片或第二偏振片之偏振方向，因此可有效改善漏光問題與伽馬偏移，進而具有較高的顯示對比度並提供較好的顯示效果。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
101‧‧‧畫素區
24‧‧‧畫素電極單元
241‧‧‧畫素電極
242‧‧‧畫素電極條
26‧‧‧共通電極單元
261‧‧‧共通電極
262‧‧‧共通電極條
28‧‧‧薄膜電晶體
30‧‧‧資料線
31‧‧‧閘極線
X‧‧‧第二方向
Y‧‧‧第一方向
P1‧‧‧第一偏振方向
P2‧‧‧第二偏振方向

Claims (18)

  1. 一種液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)，包括：一上基板；一下基板；一液晶層，設置於該上基板與該下基板之間，並且包括具有光學等向性(optical isotropicity)之複數個液晶分子；一第一偏振片，設置於該上基板之一表面上，並具有一第一偏振方向；一第二偏振片，設置於該下基板之一表面上，並具有一第二偏振方向；以及至少一畫素區定義於該下基板上，其中，該畫素區包括至少一畫素電極設置於該下基板上，該畫素電極係於該畫素區內沿著一第一方向延伸，且該畫素電極之邊緣的一大部分係實質上平行於該第一偏振方向與該第二偏振方向之其中至少一者。
  2. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中該畫素區更包括至少一共通電極設置於該下基板上，該共通電極係於該畫素區內沿著該第一方向延伸，且該共通電極之邊緣的一大部分係實質上平行於該第一偏振方向與該第二偏振方向之其中至少一者。
  3. 如請求項2所述之液晶顯示器，更包括複數個共通電極以及複數個畫素電極設置於該畫素區內，其中該等共通電極與該等畫素電極係交替排列並互相平行，該等共通電極係藉由一共通電極條而互相電性連接，且該等畫素電極係藉由一畫素電極條而互相電性連接。
  4. 如請求項3所述之液晶顯示器，其中該液晶顯示器係為一平面切換型(in-plane switch,IPS)液晶顯示器。
  5. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中該畫素區更包括：至少一共通電極，設置於該畫素電極與該下基板之間；以及一絕緣層設置於該畫素電極與該共通電極之間。
  6. 如請求項5所述之液晶顯示器，其中該液晶顯示器係為一邊緣電場切換式(fringe field switching,FFS)液晶顯示器。
  7. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中該畫素電極係由在該畫素區中接續排列成一直行的複數個四方體所構成，該直行平行於該第一方向，且各該四方體之至少一部分係與同一該直行之相鄰該四方體重疊。
  8. 如請求項7所述之液晶顯示器，其中各該四方體之兩側邊平行於該第一偏振方向以及該第二偏振方向之其中一者，而該四方體之另外兩側邊平行於該第一偏振方向以及該第二偏振方向之另一者。
  9. 如請求項7所述之液晶顯示器，其中各該四方體係一菱形立方體。
  10. 如請求項7所述之液晶顯示器，其中各該四方體的任兩相鄰之側邊之間具有一夾角，該夾角實質上為90度。
  11. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中當該畫素區被施加一電場時，該等液晶分子會變形並具有光學非均向性(optical anisotropicity)。
  12. 如請求項11所述之液晶顯示器，其中該等液晶分子為藍相液晶(blue phase liquid crystal,BPLC)分子。
  13. 如請求項11所述之液晶顯示器，其中當該畫素區被施加該電場時，該畫素區顯示一亮態。
  14. 如請求項11所述之液晶顯示器，其中該電場為一側向電場(lateral electrical field)。
  15. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中鄰近該畫素電極之邊緣之該大部分的該等液晶分子係沿著該畫素電極之邊緣變形而具有光學非均向性。
  16. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中該第一方向不平行於該第一偏振方向以及該第二偏振方向。
  17. 如請求項16所述之液晶顯示器，其中該第一偏振方向與該第二偏振方向之至少一者與該第一方向之間具有一夾角，該夾角實質上為45度。
  18. 如請求項1所述之液晶顯示器，其中該畫素區更包括一保護層設置於該畫素電極與該下基板之間，該保護層具有至少一狹縫對應於該畫素電極之邊緣，且具有該狹縫之該保護層與該畫素電極構成一溝槽結構。
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