TW486595B - Liquid crystal display - Google Patents

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A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明說明（ =同=同。若對於㈣线純彳m、，财不考慮視 角的影響下’同樣可以顯示出資訊，亦即，在相同狀況下， 可使2個或更？人韻該如今，對於和停止不動的 圖形有別之改變的圖案’具有更多的要求；顯示之低反應 速率造成了先前的影像，即維持顯示之切換，而成一殘留 影像。 =前述所揭示，一種LCD，可於平行於基板之方向提 供電場至液晶層，以控制液晶之排列是可完成的，如日 本專利公開公報第56-88n9號與6-2738〇3號所揭示者； 但是，於日本專利公開公報第56 —88179號中揭露之LCD 具有一問題·當由主動矩陣組織所驅動時，掃瞄線與訊號 線應平行排列或垂直於電極；但是，液晶之排列被該線之 電位所破壞，使得LCD之顯示特性亦遭到破壞。而於曰本 專利公開公報第6-273803號所揭露的LCD則使得液晶分 子於平行於基板之平面上做旋轉，因此儘可能的降低了源 於視角之通過率變動，以致得到一理想的視角特性。但是， 此種LCD之問題在於：液晶分子於平行於基板之平面上旋 轉之時’有太大的負載作用於該液晶分子上，因而降低了 反應之速率。 與本發明之相關技術亦揭示於日本專利公開公報第 6-160878 號與第 7-56148 號，及 “Proceedings of 19th Liquid Crystal Forum，ρρ·308-309, September 1993 ” 上。 因此，本發明的一個目標係提供主動矩陣LCD，其具 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） n ϋ ϋ ϋ ϋ i^i 1_1 1 1_ · ϋ ϋ .^1 ϋ ϋ ϋ i^i ί ， ϋ a— I n ·ϋ I - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7

486595 五、發明說明（3 ) 有寬廣的視角及高反應速率。 本發明的一種LCD包括一對相對之基板，且至少其中 =一為透明的。而一液晶組合物係介於此相對之基板間； 掃目苗線及訊號線係以矩陣的圖形排列於-基板上；每一像 素電極構成-個像素；每一開關裝置係位於一掃瞒線及一 汛號線互相父又的部分，以控制相關像素電壓的運用。一 般電極則形成於另一基板上；當電壓未加入時，此液晶組 合物具有正的介電常數，且其方位係垂直於基板相對的表 面。一般電極則平行於像素電極，且位於該像素電極之兩 側0 為讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂， 下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如 下： 圖式之簡單說明： 第1圖與第2圖顯示習知之LCD ; 第3圖為一平面圖，顯示本發明之lcd其實施例； 第4A與4B圖個別為沿著第3圖之A-A與b—b切線 之剖面圖； 第5圖為流程圖，表示第3圖中LCD之動作； 第6A與6B圖為依據第4B圖之概略圖，顯示上述 實施例的動作； 第7圖為平面圖，顯示依據本發明之相關實施例； 第8 A與8B圖個別為沿著第7圖之A-A與b-b切線 之剖面圖；以及 -^ --------訂---^------線"5^· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

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範圍，以致起因於電場強度變動之色調及溫度的變動趨於 穩定。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第2A-2D圖顯示前述之LCD，於公開公報第6一273803 號所揭露的；第2A與2B圖係個別為電壓加入LCD的狀態 下之截面圖與平面圖；如圖所示，此LCD包括一對基板2〇 1 與202，且其間充滿液晶組合物203， 此基板201與202係與一偏振片206及一配向膜207 —同 提供。如第2A與2B圖所示之狀況，一液晶分子203之方 位大約與電極204與205平行；而如第沈與汕圖所示之 狀況，一外加於LCD之電壓造成分子2〇3以平行於電場E1〇 之方向旋轉，亦即垂直於電極204與205。因此，藉由在 事先選定的方向上排列偏振片206,改變相關之電壓傳導 是可能的。由於液晶分子203與基板201和202呈平行面 旋轉’呈現良好的視角特性，而設有—般技藝液晶分子與 基板成垂直方向旋轉，產生各個視角不同的透過率問題。 因此，不需要為了補償各個方向視角有不同透過率，而將 同一畫素液晶分子的排列分割成上下或左右方向。

上述習知之LCD皆具有先前所提到的問題，且最後並 無法解決之。 W 參考第3，4A與4B圖，顯示依據本發明之LC])的實 施例；此LCD包括一對透明的玻璃基板i與2，此玻璃基 板1與2係由一大約為5微米（μπι)的間隙（卿）相隔， 且具液晶組合物3介於其間。此液晶組合物3具有異方性 (aniSotropy)折射率Λη，其值大約為〇11 ('589咖；2〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} --------訂—.------糸· 8 A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ----------------- 五、發明說明（6 ) " C )以及介電常數△ ε，其值大約為+11 ( 20°c )。掃瞒 線4排歹j於基板1上’且每—掃目苗線係以銦錫氧化物（11。） 與鉻的雙層形式作為一閘極電極。此掃目苗線4之排列大約 為30微米長，且其寬度約5微米；一絕緣薄膜5形成於 土板1之上，而覆蓋住掃瞄線4，且係以氧化石夕與氮化石夕 作為雙層的構造；藉由非晶矽的使用 ，於絕緣薄膜5之上 方=成一半導體層8。甚且，訊號線6之形成大約為5微 米寬，30微米長，且皆以低阻抗之銦錫氧化物與鉻之雙 層形式作為一汲極電極。此掃瞄線4與訊號線6於矩陣圖 形中互相垂直交叉；同時，以銦錫氧化物形成之像素電極 7則當作源極，因而形成一薄膜電晶體形式之開關裝置。 在：瞄線4歸屬於相關之開關裝置之前，該像素電極”系 沿著掃猫線4延伸，以被快速掃猫，此外，該像素電極7 並覆蓋上述之掃瞄線4 ; 一氮化矽保護膜9形成於像素電 極7之上，且被一聚醯亞胺垂直配向膜1〇所覆蓋。 —另一方面，一光遮蔽層11係形成於玻璃基板2其覆 蓋開關裝置20，掃瞄線4，訊號線6，以及像素電極7的 部分。而此光遮蔽層11由丙烯酸樹脂，帶有碳黑散佈於 其間所形成，因此稱為樹脂黑。一顏色層12則藉使用由 顏料著色過的丙烯酸樹脂形成於光遮蔽層u之下方，在 此注意該顏色層12於此黑-白顯示的例子中並非必需；一 氮化矽保護層13形成於顏色層12之下方，而一般電極η 藉銦錫氧化物形成於此保護層13之下方，並以一大約 微米之間隙與像素電極7相隔；在附近的一般電極丨^亦10 ,-----i —— f (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂- -------線-

本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4 k格⑵G X 297公釐1 A7

以相同的間隔而與邊覆蓋掃瞒線的像素電極相距，亦即此 -般電極係位於此掃瞄線之二側。在第3圖之圖案中，用 虛線所框住的部分15構成一單一像素15，且一配向膜ι〇 係以聚醯亞胺垂直配向膜1〇的形勢所形成。偏振“則 黏著於玻板1與2之相，且充滿著光學薄膜。當此 二偏振片16之吸收軸互相垂直時，此偏振片16之吸收軸 遂與掃瞄線4偏移45。；每一偏振片16可能有雙層的構 造，此構造係個別由上層與下層構成偏振片與相差薄膜。 而此相差薄膜係用於：如從一傾斜之視角觀看時4，降低 黑色與白色顛倒顯示的情形。 參考第5，6A與6B圖，以描述該實施例之動作；第 6A圖顯示其像素電極7與一般電極14間之電位差太小， 而無法造成液晶組合物3之移動的情況；第6B圖則顯示 其他狀況，亦即上述之電位差夠大，以使得液晶組合物3 移動。 將注意力放在第4圖中的掃瞄線4a ;當產生一、、ON" (導通）的訊號至此掃瞄線4a，亦即產生一足夠高之電 壓以導通此與掃瞄線4a相關連之開關裝置20，此掃瞄線 4a上的訊號係傳導至一像素電極7a。如第6A圖所示，假 設由訊號線6上的訊號而來的像素電極7a之電壓與一般 電極14a與14b間之電壓差太小，而無法使此組合物3移 動’則液晶分子3a與3b係維持在垂直或原始之方位，此 時，光遂於一異方性狀態下通過液晶層而傳播。但是，由 於偏振片16之特殊排列，透過的光大部分被吸收，而使 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) t IT——.------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

m595 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 B7 、發明說明（8) 得顯示變為黑色。 如第6B圖所示，當上述之電位差夠高，而能使得組 合物3移動，垂直方向的組合物分子3a與3b偏斜，且個 別平行於由一般電極14a與14b所形成的電場E1與E3。 此時，由於液晶層之雙折射率，此透過的光開始從偏振片 之吸收軸偏移，所以，光遂通過偏振片。此即，增加亮度 且顯示出色調。因為電場E1與E3具有相同的大小，所以 分子3a與3b對於基板以相同的角度偏斜，但方向相反。 總結而論，在第3圖之像素15中，方向是有兩種的，而 像素電極7a中，傳導之變動依存於視角被降低且校正。 這成功地降低了視角的依存性，且因此而確定理想之視角 特性。甚且’因為分子3a與3b對於TN系統並沒有特殊 之扭曲的角度，所以迅速地傾斜並確定一理想的顯示特性 包括快速反應及一最小殘留影像。 液晶組合物與LCD間之關係如下；像素ι5具其區域係 由訊號線6之長度以及每一像素電極7和兩個相鄰之一般 電極14間之距離所決定；上述之距離係受限於設計之型 態，而依存於此液晶組合物之誘電率異方性之大小；隨 著此液晶組合物之誘電率異方性的降低，可以降低場的強 度。因為場的強度係與電極間之電位差成正比，而與電極 間之距離成反比’只要驅動電S為定值，隨著誘電率里方 性的增加’此電極間之距離亦會增加。電極間較大的距離 理想地導入一較大之開口率及較大的通過率。藉由增加電 極間之距離，是有可能降低排列於單一像素内，電極之數 J.-------------------訂---^------線 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁}

五、發明說明（9 ) 顯示較暗，但 此開口率與通 目；當電極數目增加，會遮蔽透過光而使得 若電極間的距離增加且若電極之數目減少， 過率會增加。 只要注思此圖示之實施例有兩種方位， 的視角特性，上述排列於每—像素之單—像素電㈣= 電極中的構造為最佳，而該—般電極則與鄰近^ 用。若電極間的距離夠大而可用以驅動，則誘電率显方ς 可以快速增加以降低該驅動電壓。由能量儲存觀點觀之， 低的驅動電壓是理想的。 由於液晶元件具有正或負的誘電率異方性，則介電常 數之絕對值較大那-端為正端；基於此因素，該圖示之實 施例係使用具有正的誘電率異方性之液晶元件端。該圖示 實施例在垂直方向係獲得迅速的反應，如同前述之。更甚 於此，垂直方向在良好的透過性及變動具有較佳之顯示特 性，亦即較高常數係可達到能夠於像素電極與另一基板之 一般電極間產生電場之電極構造與具有正的誘電率異方性 之液晶兀件端之結合。再次參考第3圖，將要更詳細地敘 述像素電極，掃瞄線與驅動系統的構造；掃瞄線4b係被 像素電極7a所覆蓋。此圖形表像素電極7a於像素丨5之 中點處動作，並平分此液晶組合物之排列區域，且遮蔽了 由此掃瞒線所形成的電場，以及具有最高的電壓值，以降 低對此排列之傷害。但是，由於相同的理由，當被開關裝 置20所操控的像素電極7施加至屬於該開關裝置2〇之掃 瞒線4 ’此像素電極7並不能保持一穩定的電壓。特別是

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ------— B7 五、發明說明（1〇) " ’當開關裝置20被一外加至掃瞄線4之高電壓打開，而 :象素電極7充電’並由供應至相同的掃瞒線4之低電屢 所關上，以維持電極7之電壓。但是，因為在充電過後掃 瞒線4之電位下降，則由該像素電極7所保持的電壓係被 由掃瞄線4與像素電極7之間所形成的電場所吸收。 二如上述之第3圖所揭示，在掃瞄線4a歸入開關裝置 之刖，此屬於一給定之開關元件2〇之像素電極化覆蓋住 被迅速掃瞄之掃瞄線4b，因此，掃瞄線4b係在電壓加入 像素電極7之時免除電壓，而使得像素電極7能穩定電壓。 隨之而來的是兩種排列之單一像素構造係加入主動矩陣驅 動系統，其具有高的清晰度。 在此圖不之實施例中，此液晶組合物其折射率△ e高 至大約為+11，使得驅動電壓低至約6伏特，而使其對比 度大約為140。一液晶組合物其折射率^£低至約為已， 即使驅動電壓咼至大約丨〇伏特，而無法使其對比度為 140。當此組合物之誘電率異方性共高於1〇，此係具 低的驅動電壓與高的對比度；一習知之丁^^型主動矩陣 其視角（具有對比度為5)在25。以上或於5(rc前後， 且其反應速率為80毫秒（ms)(由白色顯示轉換為黑色 顯示及黑色顯示轉換為白色顯示所需之時間和）。藉由對 比，此圖示之實施例係注意改善其顯示特性，亦即在各方 向上之視角大於50。且反應時間低於40毫秒， 參考第7，8A與8B圖，將要敘述本發明之一相關實 施例；除了每個像素電極7皆以字母η的形式表示，本實 ： , --------i ^-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ---------B7 五、發明說明（u ) — '~' ~—— 苑例係與前述之實施力相同。如圖所示，位於一給定之 開關裝置20開始延伸之像素電極7該部分，係於鄰近像 素處形成-遮蔽線；該鄰近像素係配置電極7且訊號線6 位於該像素之兩側。這樣的相關配置成功地穩定了像素中 之電場分佈及理想的兩種排列；此實施例使對比度為大約 180，甚至比則述之實施例所能達到的對比度還要高。 在上述之實施例中，基板間之間隔4約為5微门米；像 素電極與-般電極之寬度皆大約為5微米；像素電極與 一般電極間之間隔L大約為1 〇微米。因此， tan (d/(w+L))約為10 ，並滿足下列理想顯示特性所表 示之狀況： 10° <1&1^((1/^+1〇)<30。 當上述之L大約為10〜30微米，亦即當 tarT^d/Xw+L))約為8° ，此驅動電壓係高於1〇伏特，且 影響此開關裝置的抵抗電壓到此主動矩陣驅動不可實行的 程度’甚且’當上述之L大約為8微米，亦即當tan_ Kd/U+L))約為32° ，此視角係低於30。左右且此顯示之 品質下降。因此’決定一種高清晰度，且具一理想之視角 特性之矩陣驅動LCD係可達成’只要滿足下列狀況： 10° < tan_1(d/(w+L)) < 30。 參考第9圖，以描述液晶組合物之雙折射率 △ ε以及此基板間之距離d之最佳化；第9圖於其橫座標 顯示此組合物之雙折射率△ £與此基板間之距離d的乘 積，而在其縱座標顯示其通過率；特別的是，於此圖示實 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮)' ---- ^ --------訂---Γ------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 486595 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ~ " 〇7 --------__ 五、發明說明（12 ) ~-- 施例中，關於該驅動電壓6伏特及1〇伏特，雙折射率△ ε是變動的’以量測通過率。如圖所示，當驅動電壓為1〇 伏特，於開關裝置之抵抗電壓範圍内，當Δη與d的乘積 在350mn以下減少，通過率係突然地下降；而當驅動電壓 為6伏特，最大通過率移動至“與d的乘積增加的那一 側，且Δη與d的乘積增加至7〇〇nm以上，通過率係突然 地減小。當驅動電壓低於6伏特，最大通過率移動至Δη 與d的乘積增加的那-側更明顯，但因為液晶組成物之排 列傾斜下降，此視角遂下降，因此，必須設定Δη與d於 下列條件： 3 5 0 run < △ η · d < 7 0 0 run 在此圖示之實施例中，Δη· d係設定為55〇nm，並確 定此最佳透過特性之驅動電壓為6伏特。 扼要說明，可以得知本發明係提供一種LCD，其具有 各種從前所沒有的優點，茲列舉如下： (1)此LCD具有理想之特點包括一視角；詳細言之， 在每一像素中，源於電場而使得液晶組合物傾斜的方向是 有兩種，以降低依存於視角之通過率變動；因此，降低色 調轉換的依存性，色調變動，以及視角…等等。 (2 )當切換顯示時，可得到一最小殘留影像，係因 液晶組合物具有垂直排列，有別於扭曲排列，且因而加強 了快速反應。 τ-----y-------------訂 —------線# (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (3 )此LCD達到一高通過率及明亮度；詳細說明， 此LCD之液晶組合物具有正的誘電率異方性，且大於

五、發明說明（13) 素齊傷電極所含括的面積。此外ΓΓΓΓΓ，以降低像 m此外此組合物之雙折射率及 基板間之距離皆是最佳的狀態。 ⑷此Lm最少之能源’因為該具有正的誘 電率異方性之液晶組合物使其增加至超過1G，且因此使 該組合物係由低電壓所驅動。 (5)此IXD達到-高清晰度係因其配置主動矩陣驅 動設計為單一開關裝置歸於每一像素、 基於上述之優點，本發明之LCD於影像品質及顯示 特性皆較習知之TN形式的主動矩陣LCD為理想，且因此 希望能取代陰極射線管（CRT)。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明’任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍内，當可作更動與潤飾，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。

Claims (1)

1. 、申請專利範圍 1一種液晶顯示器，包括·· :對相對之基板，且至少其中之—為透明； —液晶組合物，介於該對基板之間； 掃晦線與訊號線，以矩陣圖案排列於該對基板 一基板上； 像素電極，以構成像素，· 、開關裝置’置於該掃瞒線與該訊號線互相交又處， 以控制-電塵加入該相關之像素電極；以及 -般電極，形成於該另一基板上，其中，該液晶組 “勿具有正的誘電率異方性，當電壓未加入時，其方位係 =直於4對基板相對的表面，其中，該—般電極係平行於 言"像素電極，且位於該像素電極之兩側。 、 上2.如申請專利範圍第i項所述之液晶顯示器，其中， j像素電極在鄰近之該掃晦線與相關之開㈣置相連以 以 前，皆與該相關之開關裝置相連，並延伸至該掃瞄線， 被快速掃瞄。 ^ 3·如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示器，其中 °亥像素電極與該鄰近之掃瞄線係相對，且互相平行。 4·如申請專利範圍第3項所述之液晶顯示器，其中 要滿足一種狀況： iO。〈tairkdaw+I^^KSO。 電 極 上述之d為或對基板間的距離，w為前述之每—項像素 極與一般電極之寬度，且L為該一般電極與該像素電 17 本紙張尺度家標準（C1^._規格⑽X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4^6595 A8 B8 g___ 六、申請專利範圍 間之距離。 5·如申請專利範圍第4項所述之液晶顯示器，其中， 要滿足一種狀況： 350nm< A η · d< 700nm 上述之△n為該液晶組合物之雙折射率。 6·如申請專利範圍第5項所述之液晶顯示器，其中， 該液晶組合物具有誘電率異方性△ ε，滿足： Δ ε > 1〇 7·如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示器，其中， 係滿足： ^ 10。CtairXw+L))。。。 上述之d為該對基板間的距離，w為前述之每一項像素電 極/、般電極之寬度，且L為該一般電極與該像素電極 間之距離。 8·如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示器，其中， 要滿足下列狀況： 350nm< Δ η · d< 700nm 上述之△n為該液晶組合物之雙折射率，且d為該 對基板間的距離。 9·如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示器，其中， 該液晶組合物具有誘電率異方性△ ε，滿足： △ ε > 10 10·如申請專利範圍第丨項所述之液晶顯示器，其中， ---------------------訂---------線一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 18 4^6595

   、申請專利範圍 係滿足一種情形： 10。〈tan-Yd/Cw+IOKSO。 上述之d為該對基板間的距離，w為前述之每一 極與一般電極之寬度，且L為該一般電 、素電 間之距離。 一為像素電極 11 ·如申請專利範圍第1項所述之液晶 係滿足一種情形： D。，其中， 350nm< An · d< 700nm 上述之Δη為該液晶組合物之雙折射率，且 對基板間的距離。 ”、、該 12 ·如申晴專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中， 該液晶組合物具有誘電率異方性△ £，滿足： △ ε > 1〇 〇 · .1,..4 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線 V 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）