專利名稱：液晶顯示器的顯示單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廣視角的液晶顯示器的顯示單元。特別涉及一種具有無(wú)窮多個(gè)區(qū)塊(domain)的顯示單元。
隨著顯示器(monitor)以及筆記型計(jì)算機(jī)(notebook)的發(fā)展，LCD的市場(chǎng)也變的越來(lái)越大。當(dāng)大尺寸以及高分辨率的LCD要取代桌上型顯示器時(shí)，廣視角以及高反應(yīng)速度便是LCD所必須達(dá)到的需求。而且，除了由不同視角所影響的色彩對(duì)比外，LCD的灰階呈現(xiàn)度、色彩飽和度以及光學(xué)反應(yīng)度等都是非常重要的課題。當(dāng)然，除了設(shè)計(jì)一個(gè)高品質(zhì)的LCD之外，往往LCD的制造成本也必須加以考量。
大部分傳統(tǒng)的LCD為90度的扭轉(zhuǎn)(twisted)向列式(nematic)LCD。扭轉(zhuǎn)向列式LCD包含有一個(gè)LCD面板以及兩片貼在LCD面板兩側(cè)的交錯(cuò)的偏光板(polarizer)。眾所皆知，傳統(tǒng)的LCD的缺點(diǎn)為窄視角(垂直方向?yàn)椤?0度而水平方向?yàn)椤?0度)、非常慢的反應(yīng)速度(大約50ms)以及高度的色散。所以，要制作高品質(zhì)的LCD是非常困難的。同時(shí)，在量產(chǎn)時(shí)，控制液晶配向的摩擦(rubbing)制程也有可能對(duì)LCD造成靜電放電破壞以及微粒污染。
為了應(yīng)對(duì)LCD的廣視角的需求，具有多重區(qū)塊結(jié)構(gòu)的垂直配向LCD已經(jīng)被提出了。如此的LCD面板有擴(kuò)散板以及交錯(cuò)的偏光板貼在LCD面板兩側(cè)。每個(gè)區(qū)塊中的液晶將會(huì)隨著區(qū)塊的不同而有些許角度不同的垂直配向。如此，廣視角與低色散就可以被達(dá)成。此外，因?yàn)椴⒉恍枰心Σ林瞥?，所以這種LCD將不會(huì)有靜電放電破壞以及微粒污染的問(wèn)題。
目前已經(jīng)有許多種顯示單元的多重區(qū)塊結(jié)構(gòu)。譬如說(shuō)，IBM(internationalbusiness machine)就提出了一種脊邊效應(yīng)垂直配向的(ridge and fringe fieldhomeotropic aligned)結(jié)構(gòu)。如

圖1所示，Y與反Y型的凸塊(bump)結(jié)構(gòu)形成在像素電極的中間位置。而富士通的多重區(qū)塊的垂直配向結(jié)構(gòu)，如圖2所示，有W型凸塊設(shè)于上下基板上。雖然摩擦制程可以省略了，但是，要在上下基板制作出凸塊的結(jié)構(gòu)也會(huì)增加制程上的成本。此外，凸塊與電極都設(shè)于像素的中央，如此將會(huì)減低了顯示單元的開口率(aperture)。
IPS(in-plane switching)模式的LCD也有許多種多重區(qū)塊的結(jié)構(gòu)。其基本精神都是在顯示單元中以電極切割成許多個(gè)區(qū)塊，每一個(gè)區(qū)塊在施加電壓時(shí)，其中的液晶排列方向會(huì)隨著區(qū)塊的不同而有些許的差異，以此達(dá)到廣視角的目的。但是，由于電極是設(shè)于顯示單元中，所以會(huì)減少光線的通過(guò)。也就是公知的IPS模式LCD會(huì)有開口率小，亮度不夠的問(wèn)題。
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的，在于提供一種具有高開口率以及無(wú)窮多個(gè)區(qū)塊的顯示單元，可以達(dá)到超廣視角以及高開口率的目的。
根據(jù)上述的目的，本發(fā)明提出一種液晶顯示器的顯示單元。本發(fā)明的顯示單元包含有一液晶分子容納空間以及至少一對(duì)端點(diǎn)對(duì)端點(diǎn)(end-to-end)的電極。液晶分子容納空間夾于二透明基板之間，收納有以一預(yù)設(shè)液晶分子排列方式排列的多個(gè)液晶分子。該等電極大約設(shè)于該液晶分子容納空間的平面，之間有一距離，用以在該液晶分子容納空間的平面提供一電場(chǎng)以改變?cè)撘壕Х肿尤菁{空間中的液晶分子的方向。
為實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供一種液晶顯示器的顯示單元，包含有一第一透明基板；一第二透明基板，該第二透明基板是與該第一透明基板相對(duì)，該第一透明基板與該第二透明基板間具有一液晶分子容納空間；多個(gè)液晶分子收納于該液晶分子容納空間，該多個(gè)液晶分子以一預(yù)設(shè)液晶分子排列方式排列；一第一電極設(shè)于該液晶分子容納空間中，且該第一電極具有一第一端點(diǎn)；以及一第二電極設(shè)于該液晶分子容納空間中，且該第二電極具有一第二端點(diǎn)，該第一端點(diǎn)與該第二端點(diǎn)間具有一放電間隙，當(dāng)外加一電壓差在該第一電極與該第二電極間時(shí)，會(huì)在該液晶分子容納空間提供一電場(chǎng)以改變?cè)撘壕Х肿尤菁{空間中的該多個(gè)液晶分子的排列方向。
在未加電場(chǎng)之前，本發(fā)明的顯示單元中的液晶分子排列方式可以是垂直配向或是水平配向，也就是本發(fā)明的顯示單元可以為IPS模式或是VA(verticalaligned)模式。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，端點(diǎn)對(duì)端點(diǎn)的電極對(duì)可以產(chǎn)生一個(gè)隨著位置不同而變化的電場(chǎng)。如果以公知的一個(gè)電場(chǎng)方向即是一個(gè)區(qū)塊的觀念來(lái)說(shuō)，本發(fā)明即提供了無(wú)窮多個(gè)電場(chǎng)。因此，可以達(dá)到超廣視角的目的。另一方面，電極僅僅占據(jù)了顯示單元的小部分，所以開口率可以大幅增加，增加LCD面板的亮度。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下面特舉一較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明。
圖1為一種公知的脊邊效應(yīng)垂直配向結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為一多重區(qū)塊的垂直配向結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3為本發(fā)明的LCD的顯示單元的立體圖；圖4A為圖3的上視圖；圖4B為沿著圖4A的bb′線的剖面圖；圖4C為沿著圖4A的aa′線的剖面圖；圖5A為以水平配向?qū)嵤┍景l(fā)明的顯示單元，在電極對(duì)未加電壓時(shí)的液晶分子排列示意圖；圖5B為圖5A施加電壓后的液晶分子排列示意圖；圖6A為以垂直配向?qū)嵤┍景l(fā)明的顯示單元，在電極對(duì)未加電壓時(shí)的液晶分子排列示意圖；圖6B為圖6A施加電壓后的液晶分子排列示意圖；圖7A至圖7D為本發(fā)明的4種可能的電極對(duì)圖形；圖8A為本發(fā)明以多對(duì)電極對(duì)實(shí)施的上視圖；圖8B為沿著圖8A中的aa′線的剖面示意圖；圖9A為本發(fā)明中的電極對(duì)放置在顯示單元中間部位的實(shí)施例；圖9B為本發(fā)明中的電極對(duì)放置于顯示單元的四個(gè)角落的實(shí)施例；圖10A至圖10B為本發(fā)明以兩相互垂直的電極對(duì)實(shí)施的示意圖；圖11A至11B為本發(fā)明的另一種電極配置方式；以及圖12為一種本發(fā)明的顯示單元的電極對(duì)的立體示意圖。
圖3為本發(fā)明的LCD的顯示單元的立體圖；圖4A為圖3的上視圖；圖4B為沿著圖4A的bb′線的剖面圖；以及圖4C為沿著圖4A的aa′線的剖面圖。本發(fā)明的顯示單元10包含有兩個(gè)透明基板12與14、一液晶分子容納空間16以及一對(duì)電極18。透明基板12與14的外側(cè)可以貼上偏光板與擴(kuò)散板等，液晶分子容納空間16夾于透明基板12與14之間，以收納多個(gè)液晶分子17。而電極對(duì)18，包含二電極(18a，18b)；該二電極18a，18b以端點(diǎn)對(duì)端點(diǎn)的方式設(shè)置于該液晶分子容納空間16中。該二電極18a，18b間具有一距離。當(dāng)外加偏壓于該二電極18a，18b上時(shí)，會(huì)在該液晶分子容納空間16提供一電場(chǎng)，以改變液晶分子容納空間16中的液晶分子的排列方向。
亦即，本發(fā)明所揭露的液晶顯示器的顯示單元10，包含有第一透明基板12與第二透明基板14。該第二透明基板14是與該第一透明基板12相對(duì)，該第一透明基板12與該第二透明基板14間具有液晶分子容納空間16。多個(gè)液晶分子17以“預(yù)設(shè)排列方式”排列在該液晶分子容納空間16。第一電極18a設(shè)于該第二透明基板14上，且該第一電極18a具有第一端點(diǎn)19a；以及第二電極18b設(shè)于該第二透明基板14上，且該第二電極具有一第二端點(diǎn)19b。該第一端點(diǎn)19a與該第二端點(diǎn)19b間具有放電間隙20。當(dāng)外加電壓差在該第一電極18a與該第二電極18b間時(shí)，在該液晶分子容納空間16會(huì)形成電場(chǎng)；利用該電場(chǎng)以改變?cè)撘壕Х肿尤菁{空間16中該多個(gè)液晶分子17的排列方向。在該“預(yù)設(shè)排列方式”時(shí)，液晶分子17長(zhǎng)軸于該第一透明基板12或該第二透明基板14表面上的排列方向，可以是與該第一透明基板12或該第二透明基板14的表面垂直或是平行。
透明基板12與14可以由玻璃所構(gòu)成。電極對(duì)18可以由不透明電極，如(Cr)或是由透明電極，如ITO所構(gòu)成，ITO為較佳的選擇，因其透明的特性，可以增進(jìn)開口率。液晶分子容納空間16中的液晶分子17在透明基板表面上的排列方向可以是水平配向或是垂直配向，其相對(duì)應(yīng)的操作將于以下說(shuō)明。
圖5A為以水平配向?qū)嵤┍景l(fā)明的顯示單元，當(dāng)電極對(duì)未外加電壓時(shí)，液晶分子17排列的頂視示意圖。圖5B則為圖5A施加電壓后，液晶分子排列的頂視示意圖。
本發(fā)明可以運(yùn)用于IPS模式的LCD。假定液晶的介電系數(shù)差Δε(＝ε∥-ε)大于零，也就是液晶分子的長(zhǎng)軸會(huì)與電場(chǎng)的方向一致。當(dāng)電極對(duì)18未加上電壓時(shí)，在基板表面上液晶分子的長(zhǎng)軸延著起初摩擦的方向，呈現(xiàn)水平配向，如圖5A所示。當(dāng)電極對(duì)18加上電壓時(shí)，液晶分子容納空間16將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)。由一般的電磁學(xué)中可知，電極對(duì)18所產(chǎn)生的電場(chǎng)將會(huì)如圖5B中的虛線所示，呈現(xiàn)橄欖球狀。電場(chǎng)使液晶分子容納空間16中的液晶分子產(chǎn)生了轉(zhuǎn)向，進(jìn)而使光線可以穿透液晶分子容納空間16。
由圖5B中可知，液晶分子容納空間16中的液晶分子排列方向?qū)?huì)隨著電場(chǎng)的方向不同而不同。如果以公知的一個(gè)電場(chǎng)方向表示一區(qū)塊來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的顯示單元10將會(huì)造成無(wú)窮多個(gè)不同方向的液晶排列區(qū)塊；而越多異方向的液晶排列區(qū)塊則意味著從不同視角觀看該液晶顯示單元，則肉眼所感受到視覺效果的差異性會(huì)降低。因此本發(fā)明的顯示單元會(huì)有超廣的視角。另一方面，本發(fā)明的電極對(duì)18僅僅占有顯示單元10非常小的區(qū)域，因此該電極對(duì)18所遮蔽的光線穿透量較低。因此，與公知的IPS模式LCD要形成多重區(qū)塊而以電極切割顯示單元相比較下，本發(fā)明將可以大幅提高開口率。
圖6A為以垂直配向?qū)嵤┍景l(fā)明的顯示單元，當(dāng)電極對(duì)未外加電壓時(shí)，液晶分子17排列的剖視示意圖。圖6B則為圖6A施加電壓時(shí)，液晶分子排列的剖視示意圖。
本發(fā)明可以運(yùn)用于VA(vertical aligned)模式的LCD。假定液晶的介電系數(shù)差Δε(＝ε∥-ε)大于零，也就是液晶分子的長(zhǎng)軸會(huì)與電場(chǎng)的方向一致。如圖6A所示，當(dāng)電極對(duì)18未加上電壓時(shí)，液晶分子17的長(zhǎng)軸延著透明基板的表面呈現(xiàn)垂直配向。如圖6B所示，當(dāng)電極對(duì)18加上電壓時(shí)，液晶分子容納空間16將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)。由一般的電磁學(xué)理論可得知，電極對(duì)18所產(chǎn)生的電場(chǎng)將會(huì)如圖6B中的虛線所示，呈現(xiàn)圓凸起的圖形。電場(chǎng)使液晶分子容納空間16中的液晶分子17產(chǎn)生了轉(zhuǎn)向，進(jìn)而使光線可以穿透液晶分子容納空間16。
除了如圖5A與圖5B的超廣視角與高開口率的好處之外，圖6A中本發(fā)明的實(shí)施例將會(huì)有一個(gè)反應(yīng)速度高的好處。如同熟悉液晶顯示器的人士所知，若進(jìn)行如圖5A與5B所示的水平方向扭轉(zhuǎn)，液晶分子的反應(yīng)速度大約為50-60ms；若進(jìn)行如圖6A與6B所示的垂直與水平方向間的扭轉(zhuǎn)，則其反應(yīng)速度大約為5ms左右而已。
為了達(dá)到盡可能在每個(gè)視角的亮度都可以平均，所以除了端點(diǎn)對(duì)端點(diǎn)的條件外，電極對(duì)的形狀也必須適當(dāng)?shù)募右栽O(shè)計(jì)。圖7A至圖7D為4種可能的電極對(duì)圖形?；旧?，兩個(gè)電極對(duì)的輪廓最好要一致，也就是兩電極對(duì)稱于其間的一水平中心線H，這是為了上下方向視角的考慮。另一方面，為了左右方向的視角考慮，每一個(gè)電極本身最好要左右對(duì)稱，即是對(duì)稱于兩端點(diǎn)連結(jié)所形成的垂直中心線V。
每一個(gè)顯示單元也可以有多對(duì)平行的端點(diǎn)對(duì)端點(diǎn)電極對(duì)，如圖8A與圖8B所示。圖8A為本發(fā)明以多對(duì)電極對(duì)實(shí)施的上視圖。圖8B為沿著圖8A中的aa′線的剖面示意圖。由圖中代表電場(chǎng)的虛線可知，每一對(duì)的電極對(duì)都可以提供超廣視角的好處。
圖9A為本發(fā)明中的電極對(duì)放置在顯示單元中間部位的實(shí)施例。圖9B為本發(fā)明中的電極對(duì)放置于顯示單元的四個(gè)角落的實(shí)施例。除了像圖9A將電極對(duì)放置于顯示單元中央部位之外，本發(fā)明也可以將圖9A中的電極對(duì)延著端點(diǎn)對(duì)端點(diǎn)的線對(duì)切以形成兩個(gè)電極時(shí)，也就是形成四個(gè)電極，并分別設(shè)置于顯示單元的四個(gè)角落，如圖9B所示。相較之下，圖9B的實(shí)施例比圖9A的實(shí)施例至少有下列二優(yōu)點(diǎn)。
1.高開口率由于一般顯示單元的四周都有設(shè)置一垂直或水平的導(dǎo)線，此垂直或水平的導(dǎo)線會(huì)形成一非透光區(qū)30，如圖9A所示，而非透光區(qū)30都會(huì)減低開口率。將電極設(shè)于角落，如圖9B所示，也就是原本就比較會(huì)被非透光區(qū)30遮到的位置，就比較不會(huì)影響到開口率；以及2.電場(chǎng)不影響到鄰近的顯示單元由圖9A中的電場(chǎng)(虛線)可知，其為開放性的電場(chǎng)。假使一個(gè)如圖9A的顯示單元的電極對(duì)有施加電壓，左右兩個(gè)顯示單元的電極對(duì)沒有施加電壓，其電場(chǎng)將如圖9A所示。如此，左右兩個(gè)顯示單元的液晶分子容納空間容易受中央顯示單元的影響而些許的透光。然而，如果顯示單元以圖9B結(jié)構(gòu)制作，則中央顯示單元的電極對(duì)所形成的電場(chǎng)將會(huì)被左右顯示單元的電極對(duì)所隔絕而無(wú)法擴(kuò)張到鄰近的顯示單元，如圖9B所示。因此，比較不會(huì)影響到鄰近的顯示單元。
如圖10A頂視圖與圖10B剖視圖所示，本發(fā)明亦可以使用兩對(duì)的電極對(duì)-電極對(duì)32與電極對(duì)34；該兩對(duì)電極對(duì)設(shè)于液晶分子容納空間16中，且分別形成在上玻璃基板12與下玻璃基板14上。每一個(gè)電極所施加的電壓都不一樣，如圖10上所示的分別為7V、5V、-5V以及-7V。利用每?jī)呻姌O之間的電位差都不同，以產(chǎn)生不規(guī)則方向的電場(chǎng)，使液晶分子容納空間16中的液晶分子17向不同方向偏轉(zhuǎn)。
如圖11A頂視圖與圖11B剖視圖所示，本發(fā)明電極對(duì)的形狀、位置可以隨著設(shè)計(jì)以及制程上的方便性加以改變。圖11A中的電極18a，18b分別為二塊狀電極；而如圖11B所示，電極18a設(shè)于下玻璃基板12上，電極18b設(shè)上玻璃基板14上。
為了使三度空間的電場(chǎng)更為均勻或?qū)ΨQ，也可以在電極的立體形狀上作修飾。圖12為一種本發(fā)明的顯示單元的電極對(duì)的立體示意圖。圖12中的電極對(duì)，在兩電極18a與18b最接近的端點(diǎn)處的厚度較薄，而于兩電極18a與18b距離最遠(yuǎn)處的厚度較厚。只是，如此形狀的電極對(duì)在制程上將會(huì)比較復(fù)雜。
總而言之，本發(fā)明以一個(gè)端點(diǎn)對(duì)端點(diǎn)的電極對(duì)，來(lái)產(chǎn)生無(wú)窮多個(gè)區(qū)塊?？梢酝瑫r(shí)達(dá)到高品質(zhì)LCD的廣視角、高開口率以及高亮度的需求。
本發(fā)明雖以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求范圍所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示器的顯示單元，包含有一第一透明基板；一第二透明基板，該第二透明基板是與該第一透明基板相對(duì)，該第一透明基板與該第二透明基板間具有一液晶分子容納空間；多個(gè)液晶分子收納于該液晶分子容納空間，該多個(gè)液晶分子以一預(yù)設(shè)液晶分子排列方式排列；一第一電極設(shè)于該液晶分子容納空間中，且該第一電極具有一第一端點(diǎn)；以及一第二電極設(shè)于該液晶分子容納空間中，且該第二電極具有一第二端點(diǎn)，該第一端點(diǎn)與該第二端點(diǎn)間具有一放電間隙，當(dāng)外加一電壓差在該第一電極與該第二電極間時(shí)，會(huì)在該液晶分子容納空間提供一電場(chǎng)以改變?cè)撘壕Х肿尤菁{空間中的該多個(gè)液晶分子的排列方向。
2.如權(quán)利要求1的顯示單元，其中，該預(yù)設(shè)液晶分子在透明基板表面上的排列方式是為垂直排列，該液晶分子具有一長(zhǎng)軸，該長(zhǎng)軸大約垂直于該第一透明基板的表面。
3.如權(quán)利要求1的顯示單元，其中，該預(yù)設(shè)液晶分子在透明基板表面上的排列方式是為垂直排列，該液晶分子具有一長(zhǎng)軸，該長(zhǎng)軸大約垂直于該第二透明基板的表面。
4.如權(quán)利要求1的顯示單元，其中，該預(yù)設(shè)液晶分子排列方式是為水平排列，該液晶分子具有一長(zhǎng)軸，該長(zhǎng)軸大約平行于該第一透明基板的表面且垂直于該第一端點(diǎn)與該第二端點(diǎn)連結(jié)所形成的直線。
5.如權(quán)利要求1的顯示單元，其中，該預(yù)設(shè)液晶分子排列方式是為水平排列，該液晶分子具有一長(zhǎng)軸，該長(zhǎng)軸大約平行于該第二透明基板的表面且垂直于該第一端點(diǎn)與該第二端點(diǎn)連結(jié)所形成的直線。
6.如權(quán)利要求1的顯示單元，其中，該第一電極與該第二電極外形對(duì)稱于該第一端點(diǎn)與該第二端點(diǎn)連結(jié)所形成的直線。
7.如權(quán)利要求1的顯示單元，其中，該顯示單元包含有多對(duì)端點(diǎn)對(duì)端點(diǎn)的電極，對(duì)與對(duì)平行地設(shè)于該第二透明基板上。
8.如權(quán)利要求1的顯示單元，其中，該顯示單元大約為四方型的結(jié)構(gòu)，包含有兩對(duì)稱邊，該顯示單元包含有二對(duì)端點(diǎn)對(duì)端點(diǎn)的電極，其中，一對(duì)端點(diǎn)對(duì)端點(diǎn)的電極設(shè)于一邊，而另一對(duì)端點(diǎn)對(duì)端點(diǎn)的電極設(shè)于另一邊。
9.如權(quán)利要求1的顯示單元，其中，該顯示單元包含有二對(duì)端點(diǎn)對(duì)端點(diǎn)的電極，該二對(duì)端點(diǎn)對(duì)端點(diǎn)的電極分別設(shè)于該液晶分子容納空間中的第一透明基板與第二透明基板的平面。
10.如權(quán)利要求7的顯示單元，其中，該二對(duì)端點(diǎn)對(duì)端點(diǎn)的電極在提供該電場(chǎng)時(shí)，沒有任何二電極的電壓為相等。
11.如權(quán)利要求1的顯示單元，其中，該第一電極設(shè)在該第一透明基板上，該第二電極設(shè)在該第二透明基板上。
全文摘要
一種液晶顯示器的顯示單元,包含液晶分子容納空間以及至少一對(duì)端點(diǎn)對(duì)端點(diǎn)的電極。液晶分子容納空間夾于二透明基板之間,以一預(yù)設(shè)液晶分子排列方式排列。該對(duì)電極設(shè)置在該液晶分子容納空間內(nèi),該對(duì)電極二端點(diǎn)間有一距離,用以在該液晶分子容納空間提供一電場(chǎng)以改變?cè)撘壕Х肿尤菁{空間中的液晶分子的方向。本發(fā)明的顯示單元可以同時(shí)達(dá)到高品質(zhì)LCD的廣視角以及高開口率的需求。
文檔編號(hào)G02F1/1343GK1357785SQ0013536
公開日2002年7月10日 申請(qǐng)日期2000年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月12日
發(fā)明者詹芳惠, 鄭新安 申請(qǐng)人:達(dá)碁科技股份有限公司