TWI384056B - 液晶顯示器及其製造方法 - Google Patents

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Description

液晶顯示器及其製造方法
本發明係有關於一種液晶顯示器，特別有關於一種具有左右旋膽固醇液晶之液晶顯示器以及其製造方法。
反射式膽固醇液晶顯示器是一種具有高亮度、高對比、省電、廣視角及高反射率等特點之顯示器，其所使用的膽固醇液晶(cholesteric liquid crystal)可以反射特定波長的光波，尤其是可以反射與膽固醇液晶相同對掌性之圓偏極光，而讓另一對掌性之圓偏極光通過。
通常膽固醇液晶係藉由在向列型液晶主體中添加旋光添加物(chiral dopant)而形成，旋光添加物具有反射左旋光或右旋光的特性，當光線進入具有反射左旋光特性的膽固醇液晶時，約有50%的光線會被反射，另外50%的右旋光則會穿透膽固醇液晶，因此如果要使光線被100%反射，則需要利用左旋及右旋的膽固醇液晶堆疊來提高反射率。
歐洲專利號EP1058147中提及一種利用左右旋膽固醇液晶堆疊的方式提高反射率之液晶顯示器，其中所使用的左右旋膽固醇液晶為高分子分散型液晶(polymer－dispersed liquid crystal，簡稱PDLC)，其為一種膠囊化的膽固醇液晶，膽固醇液晶被包覆成球狀，塗佈在液晶顯示器的液晶盒(liquid crystal cell)中。另外，美國專利號US 6359673中也揭露了一種利用左右旋膽固醇液晶堆疊之液晶顯示器， 其中左右旋膽固醇液晶也是以膠囊化的形式分散在液晶盒中。
然而，上述先前技術之膽固醇液晶的驅動電壓較大，而且在上述先前技術中皆未提及左右旋膽固醇液晶中之旋光添加物的化學結構，也未提及旋光添加物對於左右旋膽固醇液晶之驅動電壓的影響。
本發明提供一種液晶顯示器，包括第一基板以及與第一基板對向設置之第二基板，至少兩層以上的膽固醇液晶層設置於第一基板與第二基板之間，其中該些膽固醇液晶層中分別添加不同旋光性之旋光添加物，且該些旋光添加物具有相同的化學結構。
此外，本發明又提供一種液晶顯示器的製造方法，包括提供第一基板，並提供第二基板與第一基板對向設置。提供液晶材料主體，將不同旋光性的旋光添加物分別加入相同的液晶主體中，以形成至少兩種以上的膽固醇液晶材料，其中該些旋光添加物具有相同的化學結構。然後，將該些膽固醇液晶材料設置於第二基板與第一基板之間，形成至少兩層以上的膽固醇液晶層。
為了讓本發明之上述目的、特徵、及優點能更明顯易懂，以下配合所附圖式，作詳細說明如下：
本發明係利用相同化學結構但不同旋光性的旋光添加 物(chiral dopant)與相同的液晶主體(host)混和調配出左旋及右旋的膽固醇液晶，將左旋及右旋的膽固醇液晶分層堆疊，形成液晶顯示器之液晶層。
請參閱第1圖，其係顯示依據本發明一實施例之液晶顯示器的剖面圖，在此實施例中，液晶顯示器包含第一基板10，以及與第一基板對向設置的第二基板20，第一基板及第二基板可以是玻璃或塑膠基板。在第一基板上具有第一電極層12，第一電極層12為透明的導電材料，例如銦錫氧化物(ITO)。第一基板10和第二基板20之間至少具有兩層膽固醇液晶層14和16，其中膽固醇液晶層14可以為左旋的膽固醇液晶層，而膽固醇液晶層16則為右旋的膽固醇液晶層。在另一實施例中，膽固醇液晶層14可以為右旋的膽固醇液晶層，而膽固醇液晶層16則為左旋的膽固醇液晶層。另外，第一基板10和第二基板20之間也可以設置兩層以上的膽固醇液晶層。在一實施例中，膽固醇液晶層16和14可以利用塗佈的方式依序形成於第二基板20上，然後在膽固醇液晶層14上覆蓋第一基板10。此外，在另一實施例中，也可以在第一基板10和第二基板20之間形成液晶盒，然後再將膽固醇液晶層16和14分別注入液晶盒中。
上述之左旋的膽固醇液晶層係藉由在一液晶主體(host)中添加左旋性的旋光添加物而形成，而右旋的膽固醇液晶層則是在與左旋的膽固醇液晶層相同的液晶主體(host)中添加右旋性的旋光添加物而形成，其中液晶主體可為向列 型(Nematic)液晶、層列型(Smectic)液晶或盤狀(discotic)液晶。本發明之特徵在於膽固醇液晶層中的左旋性旋光添加物以及右旋性旋光添加物具有相同的化學結構，如下式(I)所列：
其中R為C1－6 之烷基，例如CH3 ~C6 H13 。
在本發明之一實施例中，膽固醇液晶層中的液晶主體可約佔90~96重量百分比，左旋或右旋的旋光添加物可約佔4~10重量百分比，藉由調整旋光添加物的添加比例，可形成具有不同反射波長之膽固醇液晶。
在本發明之一實施例中，右旋的旋光添加物之分子立體結構可如下所示：
其中R的定義同式(I)。
而左旋的旋光添加物則具有與右旋的旋光添加物相同之化學結構，其分子立體結構可如下所示： 其中R的定義同式(I)。
在本發明一實施例之液晶顯示器中，於膽固醇液晶層 14和16之間還可以設置隔離膜24，隔離膜24可以是玻璃基板或可撓式的塑膠基板，其可以避免左旋及右旋膽固醇液晶層14和16之間產生消旋現象。另外，在第二基板20面對第一基板10的表面上具有第二電極層18，第二電極層18的材料可以是透明的導電材料，例如銦錫氧化物(ITO)。
本發明之液晶顯示器可以是反射式膽固醇液晶顯示器，且光線可由第一基板10進入液晶顯示器。此時，光線中50%的左旋光會被左旋的膽固醇液晶層14反射，另外50%的右旋光則會被右旋的膽固醇液晶層16反射，藉此提高反射式膽固醇液晶顯示器的反射率。此外，在本發明一實施例之液晶顯示器中，還可以在第二基板20背對第一基板10的表面上形成吸光材料層22，吸光材料層22為不反射光線之材料層，例如為消光漆或含有黑色顏料的材料層。另外，在本發明一實施例中，第二電極層18也可以是吸光的電極層，此時於第二基板20背對第一基板10的表面上可以不需設置另一吸光材料層22。
以下詳述本發明各實施例與比較例之膽固醇液晶材料層的組成，以及其反射率測試結果和驅動電壓曲線。
【比較例1】
比較例1為添加右旋性旋光添加物(－)－YN－0885－133(Merck公司產品)的單層膽固醇液晶層，(－)－YN－0885－133的分子結構如下所示： ，其中液晶主體為向列型液晶BL087(Merck公司產品)，旋光添加物(－)－YN－0885－133的添加量為4.8重量%。利用紫外光/可見光光譜儀(UV/Visible spectrometer)JASCO V－550量測比較例1之單層膽固醇液晶層的反射率對波長曲線，其係將膽固醇液晶層設置於兩片玻璃基板之間，使用單一波長為光源照射膽固醇液晶層，量測各波長之反射率，結果如第2圖中的曲線A所示，其反射率為48%。另外，利用Autronics DMS－803儀器量測比較例1之單層膽固醇液晶層的反射率對電壓曲線，其係將膽固醇液晶層注入液晶盒內，使用全波長的光源照射膽固醇液晶層，對膽固醇液晶層施加電壓後關閉，量測各施加電壓之反射率，結果如第4圖中的曲線F所示。
【比較例2】
比較例2為添加左旋性旋光添加物(＋)－YN－0885－133(Merck公司產品)的單層膽固醇液晶層，(＋)－YN－0885－133的分子結構如下所示： ，其中液晶主體同比較例1，旋光添加物(＋)－YN－0885－133的添加量為8重量%。利用紫外光/可見光光譜儀 (UV/Visible spectrometer)JASCO V－550量測比較例2之單層膽固醇液晶層的反射率對波長曲線，其結果如第2圖中的曲線B所示，反射率為43%。另外，利用Autronics DMS－803儀器量測比較例2之單層膽固醇液晶層的反射率對電壓曲線，其結果如第4圖中的曲線G所示。
【比較例3】
比較例3為添加左旋性旋光添加物(＋)－1011(Merck公司產品)的單層膽固醇液晶層，(＋)－1011的分子結構如下所示： ，其中液晶主體同比較例1，旋光添加物(＋)－1011的添加量為6.9重量%。利用紫外光/可見光光譜儀(UV/Visible spectrometer)JASCO V－550量測比較例3之單層膽固醇液晶層的反射率對波長曲線，其結果如第2圖中的曲線C所示，反射率為39%。另外，利用Autronics DMS－803儀器量測比較例3之單層膽固醇液晶層的反射率對電壓曲線，其結果如第4圖中的曲線H所示。
【實施例1】
實施例1為添加4.8重量%之右旋性旋光添加物(－)－YN－0885－133的膽固醇液晶層與添加8重量%之左旋性旋光添加物(＋)－YN－0885－133的膽固醇液晶層堆疊而成之雙層左右旋膽固醇液晶層，其中液晶主體同比較例1。利 用紫外光/可見光光譜儀(UV/Visible spectrometer)JASCO V－550量測實施例1之雙層左右旋膽固醇液晶層的反射率對波長曲線，其結果如第3圖中的曲線D所示，反射率為95%。另外，利用Autronics DMS－803儀器量測實施例1之雙層左右旋膽固醇液晶層的反射率對電壓曲線，其結果如第5圖中的曲線I所示。
【比較例4】
比較例4為添加4.8重量%之右旋性旋光添加物(－)－YN－0885－133的膽固醇液晶層與添加6.9重量%之左旋性旋光添加物(＋)－1011的膽固醇液晶層堆疊而成之雙層左右旋膽固醇液晶層，其中液晶主體同比較例1。利用紫外光/可見光光譜儀(UV/Visible spectrometer)JASCO V－550量測比較例4之雙層左右旋膽固醇液晶層的反射率對波長曲線，其結果如第3圖中的曲線E所示，反射率為73%。另外，利用Autronics DMS－803儀器量測比較例4之雙層左右旋膽固醇液晶層的反射率對電壓曲線，其結果如第5圖中的曲線J所示。
由第3圖之曲線D與曲線E比較可得知，本發明實施例1的反射率為95%，較比較例4的反射率73%提高約23%，這表示本發明之利用化學結構相同但不同旋光性的旋光添加物所形成的雙層左右旋膽固醇液晶層可大幅地提升反射率。另外，由第2圖與第3圖之反射率可得知，第2圖之旋光添加物(＋)－YN－0885－133與(＋)－1011所形成的單層膽固醇液晶層之反射率相差約9%，而本發明實施例1 的反射率卻較比較例4的反射率提升約23%，這表示本發明之利用化學結構相同但不同旋光性的旋光添加物所形成的雙層左右旋膽固醇液晶層對於反射率的提升效果有加成作用。
此外，由第4圖與第5圖之反射率對電壓曲線可得知，本發明實施例1之驅動電壓曲線I與比較例1及2之驅動電壓曲線F和G一致，而且比較例4之驅動電壓曲線與本發明實施例1之驅動電壓曲線相較之下往高電壓偏移，這表示本發明之利用化學結構相同但不同旋光性的旋光添加物所形成的雙層左右旋膽固醇液晶層具有一致的驅動電壓，而且也可以降低驅動電壓。
雖然本發明已揭露較佳實施例如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。
10‧‧‧第一基板
12‧‧‧第一電極層
14‧‧‧左旋膽固醇液晶層
16‧‧‧右旋膽固醇液晶層
18‧‧‧第二電極層
20‧‧‧第二基板
22‧‧‧吸光材料層
24‧‧‧隔離膜
第1圖為依據本發明一實施例之液晶顯示器的剖面示意圖。
第2圖為依據本發明比較例1~3之單層膽固醇液晶層的反射率對波長曲線圖。
第3圖為依據本發明實施例1與比較例4之雙層左右旋膽固醇液晶層的反射率對波長曲線圖。
第4圖為依據本發明比較例1~3之單層膽固醇液晶層的反射率對電壓曲線圖。
第5圖為依據本發明實施例1與比較例4之雙層左右旋膽固醇液晶層的反射率對電壓曲線圖。
10‧‧‧第一基板
12‧‧‧第一電極層
14‧‧‧左旋膽固醇液晶層
16‧‧‧右旋膽固醇液晶層
18‧‧‧第二電極層
20‧‧‧第二基板
22‧‧‧吸光材料層
24‧‧‧隔離膜

Claims (22)

  1. 一種液晶顯示器，包括：一第一基板；一第二基板，與該第一基板對向設置；以及一左旋的膽固醇液晶層與一右旋的膽固醇液晶層，雙層堆疊地設置於該第一基板與該第二基板之間，其中該左旋的膽固醇液晶層中添加一左旋的旋光添加物，該右旋的膽固醇液晶層中添加一右旋的旋光添加物，且該左旋的旋光添加物與該右旋的旋光添加物具有一相同的化學結構。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該左旋與該右旋的旋光添加物的該化學結構如下所列： 其中R為C1-6 之烷基。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該右旋的旋光添加物的分子立體結構如下所列： 其中R為C1-6 之烷基。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該左旋的旋光添加物的分子立體結構如下所列： 其中R為C1-6 之烷基。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其為一反射式膽固醇液晶顯示器，且光線由該第一基板進入該反射式膽固醇液晶顯示器。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之液晶顯示器，更包括一吸光材料層設置於該第二基板上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示器，其中該吸光材料層包括一吸光的電極層，面對該第一基板設置該第二基板上。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示器，其中該吸光材料層包括一消光漆或一含有黑色顏料之材料層，背對該第一基板設置該第二基板上。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該第一基板和該第二基板包括一玻璃基板或一塑膠基板。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該些膽固醇液晶層具有一致的驅動電壓。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，更包括一隔離膜設置於該些膽固醇液晶層之間。
  12. 一種液晶顯示器的製造方法，包括：提供一第一基板；提供一第二基板與該第一基板對向設置；提供一液晶主體； 將一左旋的旋光添加物及一右旋的旋光添加物分別加入該液晶主體中，形成一左旋與一右旋的膽固醇液晶材料，其中該左旋的旋光添加物與該右旋的旋光添加物具有一相同的化學結構；以及將該左旋與該右旋的膽固醇液晶材料設置於該第二基板與該第一基板之間，形成雙層堆疊的一左旋的膽固醇液晶層與一右旋的膽固醇液晶層。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之液晶顯示器的製造方法，其中該左旋與該右旋的旋光添加物的該化學結構如下所列： 其中R為C1-6 之烷基。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之液晶顯示器的製造方法，其中該右旋的旋光添加物的分子立體結構如下所列： 其中R為C1-6 之烷基。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之液晶顯示器的製造方法，其中該左旋的旋光添加物的分子立體結構如下所列： 其中R為C1-6 之烷基。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之液晶顯示器的製造方法，其中該液晶顯示器為一反射式膽固醇液晶顯示器，且光線由該第一基板進入該反射式膽固醇液晶顯示器。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之液晶顯示器的製造方法，更包括形成一吸光材料層於該第二基板上。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之液晶顯示器的製造方法，其中該吸光材料層包括一吸光的電極層，面對該第一基板形成於該第二基板上。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之液晶顯示器的製造方法，其中該吸光材料層包括一消光漆或一含有黑色顏料之材料層，背對該第一基板形成於該第二基板上。
  20. 如申請專利範圍第12項所述之液晶顯示器的製造方法，其中該第一基板和該第二基板包括一玻璃基板或一塑膠基板。
  21. 如申請專利範圍第12項所述之液晶顯示器的製造方法，其中該些膽固醇液晶層具有一致的驅動電壓。
  22. 如申請專利範圍第12項所述之液晶顯示器的製造方法，更包括形成一隔離膜於該些膽固醇液晶層之間。
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