专利名称：喷墨式胆固醇液晶显示器/彩色滤光片及其制作方法
技术领域：
本发明涉及液晶显示器与彩色滤光片，具体是涉及利用胆固醇液晶喷墨方法制作高显示品质的全彩胆固醇液晶显示器以及利用胆固醇液晶喷墨方法制作高出光效率的彩色滤光片。
背景技术：
胆固醇液晶显示器因有双稳态特性(Bistability)液晶分子可以在两个态下稳定存在，不需连续电压来维持画面，有其省电的功效，故使用者只需在更新画面时供给电压即可。胆固醇液晶显示器相较于一般反射式的STN或TFT它能较省电，所以非常适合应用于任何静态画面的显示器，包括大型显示器(如广告看板，价物表)、可携式显示器(如电子书电子像框)和可绕式显示器(电子纸张)等等。
胆固醇型液晶有存储的功效，所以此显示器的功率损耗会低于STN或TN液晶显示器。于表1归纳出在不同显示技术的VGA、6.3时全彩显示器于同一电池(5.4瓦-小时)所能持续的时间。由表1中可以很明显地看出，随着不同阅读速率，双稳态胆固醇型液晶显示器的电池所需再充电时间也不同，以5分钟/页的速率其电池使用时间可达1350小时，而主动矩阵寻址、50％像素转换的反射式双稳态胆固醇型液晶显示器甚至可达3200小时，远高于画面实时更新式显示器。所以胆固醇液晶虽然不适合用于动态画面显示器方面，但应用于静态画面的显示器，这优异的省电特性，在阅读电子书上较STN和主动矩阵的液晶显示器拥有更佳的性能。
表1.一个VGA，6.3时使用不同显示技术的全彩显示器其电池所需再充电时间
胆固醇型液晶虽然具备诸多优点，非常适合应用于静态画面的显示器上，然而传统的胆固醇显示器大部分是单色，所以在显示色彩方面不及主动矩阵的液晶显示器，故鲜为市场上所采用。
根据布拉格反射(Bragg Reflection)反射色带频谱Δλ与螺距p及双折射率差Δn的关系为Δλ＝pΔn，而目前一般液晶分子层的双折射率差Δn约0.1～0.2，故反射特定波长的红、蓝、绿单色胆固醇型液晶已经开发出来。虽然胆固醇液晶可以反射特定波长，但要制作全彩的显示器，其技术很复杂、昂贵，对欲走低价位的胆固醇显示器其成本考量上非常不适合。
对于传统的彩色滤光片不仅制作成本昂贵，动辄光罩费用上百万且出光效率因本身损耗的出光率约28％，加上上下偏光板的损耗约到50％左右，故传统的液晶显示器只能有7％的出光效率。而胆固醇液晶本身具有旋光性(Polarity)，所以不需要外加偏光片，故其出光效率可以达26.8％，远高于传统的液晶显示器的7％。
对于液晶显示器的现有专利，其一如US 6,377,321，主要是叠积红、绿、蓝三原色的液晶层。然而视差会限制该装置的分辨率，为了要减少视差，基板的厚度必须要小于0.3厘米。除此之外，像素的大小也是另一个考量的因素。而这叠加的步骤无庸置疑地会增加工艺的时间和费用。其二如US 6,061,107是利用照射不同的UV光强度于液晶层上，控制液晶分子的螺距来达成三原色混光的效果。这一过程复杂，不能在单一光罩上完成。其三如US 5,949,513则是利用添加不同的旋转子(Chiral)来达成混光的效果。可知这方法是掺杂不同的旋转子于液晶层中，改变液晶分子的螺距。但这就必须在不同的颜色区块之间建构隔板并添加相异的旋转子。其四如中国台湾专利公告578925则是利用高双折射率差(High birefringence difference-Δn))的液晶材质和简单的彩色滤光片(Color filter)来设置一个全彩的胆固醇型液晶显示器。但传统彩色滤光片工艺成本昂贵且高双折射率差的液晶不仅不容易取得且较传统单频液晶昂贵。
因此希望能获得一种价廉、制作容易、且能达成全彩目的的胆固醇型液晶显示器及高效率彩色滤光片的技术。本发明达成了此目的。
发明内容
本发明的目的为提供一种能够容易将所要求的红、绿、蓝胆固醇图案均匀涂敷在不受尺寸限制的玻璃或塑料基板上，以快速且价廉地制作出高亮度、省电的全彩液晶显示器及高出光效率的彩色滤光片的装置和方法。
本发明的喷墨式胆固醇液晶显示器依序包括上基板、上配向层、下配向层、下基板，以及位于该上基板与该上配向层之间的上透明电极，和位于该下配向层与该下基板之间的下透明电极与吸收层。本发明的全彩胆固醇液晶显示器其特征为利用喷墨方式，将不同材料的胆固醇液晶分别喷出于该下配向层上的各挡墙区域内形成像素。
本发明的喷墨式胆固醇液晶彩色滤光片，依序包括下配向层、下基板、上基板、上配向层，其特征为利用喷墨方式将不同材料的胆固醇液获得一种价廉、制作容易、且能达成全彩目的的胆固醇型液晶显示器晶分别喷出于该下配向层上的各个挡墙区域内，形成像素。
本发明于喷出胆固醇液晶之前先提升胆固醇液晶的温度使其黏度降低到需求范围内。
本发明具有两个特殊的优点其一为因为喷墨技术主要的特点为不需要使用任何传统半导体工艺，只需要利用计算机程序控制特定的喷墨区域即可以达到想要喷墨的范围，所以光罩数和传统工艺费用的减少，代表工艺的成本也大幅降低；此外，喷墨技术可以往大尺寸基板作最有效率及可靠的制造并可高效率利用喷洒材料。其二为根据布拉格反射(Bragg Reflection)原理，胆固醇液晶本身具有旋光性，因此不需要任何偏光片，故提升出光效率及出光亮度，并且在色彩方面，胆固醇液晶已经可以透过液晶本身的机制，借着调整胆固醇液晶螺距呈现出不同反射波长的颜色，亦即目前胆固醇液晶可以呈现的颜色从红外光波段到可见光波段甚到紫外光波段，故在颜色的表现方面非常优异。
由阅读以上的详细说明，并参照所附图式，本发明的上述和其它优点将变得更为清楚，其中图1为本发明应用于胆固醇液晶显示器实施例的示意图。
图2为胆固醇液晶温度和黏度关系图。
图3为利用胆固醇液晶喷墨法的胆固醇液晶顺利喷射出的情形。
图4为利用胆固醇液晶喷墨方式形成的点图案。
图5为利用胆固醇液晶喷墨方式形成的线图案。
图6为本发明应用于高效率彩色滤光片实施例的示意图。
图7为通过胆固醇液晶喷墨方式形成的(a)全彩图案与(b)绿色(c)蓝色的单色胆固醇液晶显示器。
具体实施例方式
本发明中利用喷墨的方式，将三种不同颜色(红、绿、蓝)的胆固醇液晶喷洒在玻璃或塑料基板上的特定挡墙内，因此结合了喷墨技术的特点及胆固醇液晶的特性而达成喷墨式胆固醇液晶技术，制作出一个全彩的胆固醇型液晶显示器和高效率彩色滤光片。
本发明应用于胆固醇型液晶显示器方面，其实施例构造及原理如图1中所示，其中1为喷头(喷墨系统)、2为挡墙、3为下玻璃或塑料基板、4为胆固醇液晶材料、5为下配向层、6为吸收层、7为上透明电极、8为上配向层、9为上玻璃或塑料基板、10为下透明电极。上透明电极7位于该上基板9与该上配向层8之间，各挡墙2位于下基板3的上分隔出各像素区域，而于所述像素区域内于下基板3的上依序叠着吸收层6、下透明电极10、和下配向层5。于本实施例利用喷墨方式，将不同材料的胆固醇液晶分别喷出于各个挡墙区域内该下配向层5上。
喷墨系统1中使用压电式(piezoelectric)喷写头，(如型号为SE-128，当然亦可以使用气泡喷墨方式、连续喷墨方式)，而测试用的胆固醇液晶材料4的反射波长首先用550nm的绿色液晶。为了喷射出稳定且高品质的材料液滴，此喷写头要求喷洒材料的黏度范围需在1～15cps。然而，一般胆固醇液晶黏度过高，不符合型号SE-128喷写头的要求。因此我们利用提升温度的方式，目的是将胆固醇液晶黏度降低到需求范围内，进而喷射出稳定且高品质的液滴材料。从实验发现，胆固醇液晶黏度和加热温度呈现反比的曲线，如图2中所示，随着温度的上升，胆固醇液晶黏度从极大掉到5～10cps。当选择60℃时，此时胆固醇液晶黏度为10cps，符合喷写头的黏度范围。在达到黏度需求后，利用喷墨系统1即可以使胆固醇液晶顺利喷射出，如图3所示，其中1a为喷口。此图为间隔每15微秒的快照，从图上可看见胆固醇液晶喷滴的轮廓非常清晰，不会有残影现象，故喷写头可以藉由升温的方式喷射出高稳定的胆固醇液晶材料。图4为喷成的点图案(Dot pattern)的胆固醇液晶，每点的直径为120微米，而横向和纵向间距则分别为300微米和508微米。之后，藉由连续喷出点图案的胆固醇液晶，得到如图5所示的长条图案(Strip pattern)，其直径为120微米，而纵向间距则508微米。从图4～5中可以清处看见周围没有出现卫星喷滴(satellite droplet)，因此藉由喷墨的方式胆固醇液晶可以稳定地喷射在基板3上的下配向层5上，不会有材料和喷写头不兼容的情况发生。
如上述的将绿色的胆固醇液晶用喷墨的方式在基板上喷射出两种(点状及长条)图案，而亦可以同样方式在不同控制条件下喷射出其它颜色(例如红色和蓝色)及任何图案(如马赛克或三角形)的胆固醇液晶。所述胆固醇液晶材料为可反射宽色带频谱的高双折射率差反射式胆固醇液晶材料，亦为可反射窄色带频谱的反射式胆固醇液晶材料。本发明为可反射式胆固醇液晶显示器，亦为可穿透式胆固醇液晶显示器，或为可透反式胆固醇液晶显示器。本发明达成了使用胆固醇喷墨技术制造出有效率且节省成本、具有高亮度、高对比、省电、有存储性、广视角、不闪烁等优点的全彩胆固醇液晶显示器的目的。
为了实现新的全彩反射式液晶显示器的工艺方法，经过初步的基板及挡墙制作，我们成功地将RGB三种颜色的胆固醇液晶喷布在限定挡墙的单元(cell)内，如图7.(a)所示，并且用同样的挡墙设计的面板(panel)，喷印出160×160×3像素(pixels)7×7cm2的单色面版，如图7.(b)(c)所示。此结果实现了我们最基本的全彩构想。
由以上实施例制成的使用胆固醇喷墨技术制成的全彩胆固醇液晶显示器其不仅价廉、制法简单，而其最大的优点就是节省能源，平均用电量只需要穿透式液晶面板的1/50或者更少，相较于一般反射式的全彩STN或TFT它能较省电。因为胆固醇液晶具有存储功能故用胆固醇液晶做成的电子书，只有在翻页时才需耗电，画面静止时不必用到电力，就算拔掉插头或电池，也能持续呈现该页的内容。这也就是为什么本发明的喷墨式胆固醇全彩液晶面板亦非常适合用来做户外看板、或是需要省电的掌上型电子产品的原因。
本发明应用于高效率彩色滤光片方面，其构造及原理如图6中所示，其中11为喷头(喷墨系统)、12为挡墙、13为下配向层、14为胆固醇液晶材料、15为上配向层、16为上基板、17为下基板。于本实施例中使用喷墨系统11对红、绿、蓝胆固醇液晶进行喷洒在玻璃或塑料的下基板17上的下配向层13上的挡墙12内，其喷洒方法系相同于上述制造全彩胆固醇型液晶显示器者，因此不再赘述。而喷成的红、蓝、绿结构各点状配置可以为正方形、三角形、线条形、或马赛克形等。
现有的彩色滤光片是液晶显示器关键零组件中成本最高者，其光罩费用动辄上百万，但是其出光效率却因本身损耗的出光率约28％，加上上下偏光板的损耗约到50％左右，故传统的液晶显示器只能有7％的出光效率。比起传统的彩色滤光片，胆固醇液晶本身具有旋光性(Polarity)，所以不需要外加偏光片，故其出光效率可以达26.8％，估算如下穿透率(％)＝背光源×喷墨胆固醇液晶彩色滤光片×像素电路×下偏振片＝100％×30％×94％×95％＝26.8％总结来说，使用本发明制成的喷墨式胆固醇液晶显示/彩色滤光片有下列几项优点1.利用喷墨的方式能轻易达到要求图案和不受限于尺寸，且较传统的工艺快速且节省成本，如不需使用传统半导体工艺(节省光罩费用)，借着计算机程序达到特定喷墨的范围的挡墙内，近而达成所设计的喷墨图案。
2.高亮度和全彩化，此胆固醇液晶不需使用偏振片且可以透过液晶本身的机制，可以呈现出不同波长的颜色，故可以利用于达成全采胆固醇液晶显示器时(不仅省电)，其出光效率较STN、TFT-LCD等液晶显示器为优。此外，在彩色滤光片应用方面因不需使用偏振片，可以达到高出光效率，且RGB的颜色也可以透过液晶本身即可以达成。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
权利要求
1.一种喷墨式胆固醇液晶显示器，依序包括上基板、上配向层、下配向层、下基板，以及位于所述上基板与所述上配向层之间的上透明电极，和位于所述下配向层与所述下基板之间的下透明电极与吸收层，其特征在于胆固醇液晶利用喷墨方式分别喷出于所述下配向层上的各个挡墙区域内，以形成像素。
2.如权利要求1所述的喷墨式胆固醇液晶显示器，其特征在于，喷出所述不同材料的胆固醇液晶于所述挡墙区域内时，通过喷出红、蓝、绿三种窄频颜色带材料的胆固醇液晶，而于所述挡墙区域内得到红、蓝、绿三种颜色的子像素，为全彩胆固醇液晶显示器。
3.如权利要求1所述的喷墨式胆固醇液晶显示器，其特征在于，胆固醇液晶喷出于所述挡墙区域内，是通过喷出宽频或窄频颜色带的胆固醇液晶，而于所述挡墙区域内得到宽频或窄频颜色带的子像素，以形成单色胆固醇液晶显示器。
4.如权利要求1所述的喷墨式胆固醇液晶显示器，其特征在于，所述挡墙区域内，各含有所述下配向层、所述下透明电极与所述吸收层，不同材料的胆固醇液晶通过喷墨方式分别喷出于所述下配向层上不与所述下透明电极接触的面上。
5.如权利要求1所述的喷墨式胆固醇液晶显示器，其特征在于，所述胆固醇液晶材料为可反射宽色带频谱的高双折射率差反射式胆固醇液晶材料。
6.如权利要求1所述的喷墨式胆固醇液晶显示器，其特征在于，所述胆固醇液晶材料为可反射窄色带频谱的反射式胆固醇液晶材料。
7.如权利要求1所述的喷墨式胆固醇液晶显示器，其特征在于，为可反射式胆固醇液晶显示器。
8.如权利要求1所述的喷墨式胆固醇液晶显示器，其特征在于，为可穿透式胆固醇液晶显示器。
9.如权利要求1所述的喷墨式胆固醇液晶显示器，其特征在于，为可透反式胆固醇液晶显示器。
10.一种喷墨式胆固醇液晶彩色滤光片，依序包括下配向层、下基板、上基板、上配向层，其特征在于不同材料的胆固醇液晶利用喷墨方式分别喷出于该下配向层上的各个挡墙区域内，形成像素。
11.如权利要求10所述的喷墨式胆固醇液晶彩色滤光片，其特征在于，所述不同材料的胆固醇液晶喷出于所述挡墙区域内，是通过喷出红、蓝、绿三种材料的胆固醇液晶，于所述挡墙区域内得到红、蓝、绿三种颜色的子像素。
12.如权利要求10所述的喷墨式胆固醇液晶彩色滤光片，其特征在于，所述不同材料的胆固醇液晶是喷于不与该下基板面接触的该下配向层面上。
13.如权利要求10所述的喷墨式胆固醇液晶彩色滤光片，其特征在于，该彩色滤光片的红、蓝、绿结构各点状配置为正方形配置。
14.如权利要求10所述的喷墨式胆固醇液晶彩色滤光片，其特征在于，该彩色滤光片的红、蓝、绿结构各点状配置为三角形配置。
15.如权利要求10所述的喷墨式胆固醇液晶彩色滤光片，其特征在于，该彩色滤光片的红、蓝、绿结构各点状配置为线条形配置。
16.如权利要求10所述的喷墨式胆固醇液晶彩色滤光片，其特征在于，该彩色滤光片的红、蓝、绿结构各点状配置为马赛克形配置。
17.一种制造喷墨式胆固醇型液晶显示器的方法，包括下列步骤(1)将液晶显示器的各像素设置挡墙；(2)在所述挡墙区域内先制作吸收层；(3)利用喷墨方式将宽频或窄频颜色的胆固醇液晶分别喷出在所述挡墙区域内以呈现全彩或单色的影像。
18.如权利要求17所述的制造喷墨式胆固醇型液晶显示器的方法，其特征在于，该利用喷墨方式是将红、蓝、绿胆固醇液晶分别喷出在所述挡墙区域内，还包含下列步骤(a)提升温度，将所述胆固醇液晶黏度降低到需求范围内；(b)喷出所述适当黏度的胆固醇液晶于所述挡墙区域内以呈现全彩的影像。
19.如权利要求17所述的制造喷墨式胆固醇型液晶显示器的方法，其特征在于，该利用喷墨方式将窄频色带或宽频色带的胆固醇液晶分别喷出在所述挡墙区域内，还包含下列步骤(a)提升温度，将所述胆固醇液晶黏度降低到需求范围内；(b)喷出所述适当黏度的胆固醇液晶于所述挡墙区域内以呈现单色的影像。
20.如权利要求17所述的制造喷墨式胆固醇型液晶显示器的方法，其特征在于，该显示器为一宽色带胆固醇型液晶显不器。
21.如权利要求17所述的制造喷墨式胆固醇型液晶显示器的方法，其特征在于，所述喷墨方式为用气泡喷墨方式喷出所述胆固醇液晶材料。
22.如权利要求17所述的制造喷墨式胆固醇型液晶显示器的方法，其特征在于，所述喷墨方式为用连续喷墨方式喷出所述胆固醇液晶材料。
23.如权利要求17所述的制造喷墨式胆固醇型液晶显示器的方法，其特征在于，所述喷墨方式为用压电喷墨方式喷出所述胆固醇液晶材料。
24.一种制造喷墨式胆固醇型液晶彩色滤光片的方法，包括下列步骤(1)将基板上的诸像素设置挡墙；(2)利用喷墨方式将红、蓝、绿胆固醇液晶分别喷出在各挡墙区域内以呈现全彩的影像。
25.如权利要求24所述的制造喷墨式胆固醇型液晶彩色滤光片的方法，其特征在于，该利用喷墨方式将红、蓝、绿胆固醇液晶分别喷出在所述挡墙区域内，还包含下列步骤(2a)提升温度，将所述胆固醇液晶黏度降低到需求范围内；(2b)喷出所述适当黏度的胆固醇液晶于所述挡墙区域内以呈现全彩的影像。
26.如权利要求24所述的制造喷墨式胆固醇型液晶彩色滤光片的方法，其特征在于，所述喷墨方式为用气泡喷墨方式喷出所述胆固醇液晶材料。
27.如权利要求24所述的制造喷墨式胆固醇型液晶彩色滤光片的方法，其特征在于，所述喷墨方式为用连续喷墨方式喷出所述胆固醇液晶材料。
28.如权利要求24所述的制造喷墨式胆固醇型液晶彩色滤光片的方法，其特征在于，所述喷墨方式为用压电喷墨方式喷出所述胆固醇液晶材料。
全文摘要
本发明提供一种喷墨式胆固醇液晶显示器/彩色滤光片及其制作方法，该喷墨式胆固醇液晶显示器依序包括上基板、上配向层、下配向层、下基板，以及位于该上基板与该上配向层之间的上透明电极，和位于该下配向层与该下基板之间的下透明电极与吸收层，利用喷墨方式，将红、蓝、绿材料的胆固醇液晶分别喷出在该下配向层上的各挡墙区域内形成像素，而于喷洒之前先提升胆固醇液晶温度使其黏度降低到需求范围内，以获得一种价廉、制作容易、且能达成全彩目的的胆固醇型液晶显示器。
文档编号G02F1/1335GK1963610SQ200510110139
公开日2007年5月16日 申请日期2005年11月9日 优先权日2005年11月9日
发明者黄肇恒, 吕志平 申请人:上海德瑞金属制品有限公司