专利名称：蓝相液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种显示装置，特别是涉及一种蓝相液晶显示装置。
背景技术：
近年来，为了提升液晶显示器的显示品质，具有快速应答特性的蓝相液晶材料渐渐受到重视，其中蓝相(Blue Phase)是一种介于等向状态(Isotropic)以及胆固醇 (Cholesteric)相之间的液晶相，其存在于非常狭窄的温度范围，温度区间大约只有1°C。蓝相主要存在有第一蓝相(BPI)、第二蓝相(BPII)以及第三蓝相(BPIII)，其中第一蓝相和第二蓝相为立方体结构，而第三蓝相则是无定型结构，第三蓝相存在的温度高于其他两者。图IA和图IB绘示了第一蓝相液晶的晶格结构示意图与向错线(disclination line)示意图。图IC和图ID绘示了第二蓝相液晶的晶格结构示意图与向错线示意图。如图IA和图IC所示，第一蓝相液晶与第二蓝相液晶结构的基本单元为双扭转圆柱状结构 (double twist cylinder，DTC) 100，亦即其中的双扭转圆柱管在空间中是互相垂直排列。 此外，第一蓝相液晶是体心立方结构(body-centered cubic, BCC)，而第二蓝相液晶则是简单立方结构(simple cubic，SC)。另外，第一蓝相液晶与第二蓝相液晶的向错线102如图IB和图ID所示，不同于向列型(nematic)液晶、层列型(smectic)液晶与等向型液晶等其他液晶相，第一蓝相液晶与第二蓝相液晶在偏光显微镜下会显示许多小板状(platelet texture)的彩色图形。此外，以正型蓝相液晶而言，其必须利用电极产生的横向电场引发本身的折射率改变，进而使光线穿透液晶后产生亮暗态的变化。正型蓝相液晶在未加横向电场的情况下， 其理想状态是具有光学等方向性(Isotropic)，并呈现暗态(Normally Black)。另一方面， 当外加横向电场于正型蓝相液晶时，则蓝相液晶具有光学异向性(Anisotropic)，且其折射率会因此改变，使得光线可穿透蓝相液晶而呈现亮态。目前，蓝相液晶层中主要可包含蓝相液晶分子以及旋性分子等组成成分，其中，旋性分子(Chiral dopant)可用以诱导蓝相液晶分子主体形成前述的双扭转圆柱状结构。在材料特性上，蓝相液晶的晶格周期为可见光波长的函数，因而会对不同波长的可见光产生选择性的布拉格反射(selective Bragg reflection)。也就是说，蓝相液晶分子本身的材料特性上具有特定的反射波段。未掺杂的蓝相液晶分子的反射波段落在可见光的光谱区间中，因此，蓝相液晶分子在该反射波段上便有暗态漏光的问题产生。目前为了减少漏光增加对比，目前的用于显示器的蓝相液晶层皆添加高浓度旋性分子，请参阅图2，其绘示了现有技术中在蓝相液晶层中添加高浓度旋性分子情况下反射光线强度与波长之间的对照图。如图2所示，在添加了高浓度旋性分子后，已使蓝相液晶层的反射波段102由可见光范围104改为落到可见光之外的紫外线范围106。在蓝相液晶层中添加高浓度旋性分子，虽可使蓝相液晶层的反射波段102由可见光范围104往紫外线范围106移动，然而，添加愈高浓度旋性分子将导致蓝相液晶层的所需的操作电压因而提高。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种蓝相液晶显示装置，于一实施例中，蓝相液晶显示装置的蓝相液晶层中可采用较低浓度的旋性分子，藉此降低蓝相液晶面板的操作电压。 于此情况下，蓝相液晶层的反射波段将可能进入可见光的范围中，此时，本发明中蓝相液晶显示装置的背光模块不采用全波段的背光源，而是采用多个光源分别产生不同的基色波段的色光，并使蓝相液晶层的反射波段介于背光模块产生的两个基色波段之间。如此一来，蓝相液晶显示装置可具有较低的操作电压，并且同时维持高的对比效果。本发明的一态样是提供一种蓝相液晶显示装置，其包含背光模块以及蓝相液晶显示面板。背光模块至少具有一第一光源与一第二光源，该第一光源与该第二光源分别产生一第一基础色光以及一第二基础色光，其中该第一基础色光具有一第一基色波段，该第二基础色光具有一第二基色波段。蓝相液晶显示面板其包含蓝相液晶层，蓝相液晶层具有多个蓝相液晶分子与多个旋性分子，该蓝相液晶层具有一反射波段，该反射波段介于该第一基色波段与该第二基色波段之间。根据本发明的一实施例，其中第一光源与第二光源包含发光二极管或有机发光二极管。根据本发明的一实施例，其中该第一基础色光与该第二基础色光分别为一蓝色光
与一黄色光。根据本发明的一实施例，其中该蓝相液晶层包含一高分子稳定蓝相液晶层。于此实施例中，高分子稳定蓝相液晶层还包含一高分子稳定化聚合物。根据本发明的一实施例，其中这些蓝相液晶分子包含一正型蓝相液晶分子。于此实施例中，蓝相液晶面板还包含一共平面切换显示元件阵列，用于控制所述正型蓝相液晶分子。根据本发明的一实施例，其中该反射波段在一可见光范围内。根据本发明的一实施例，其中该反射波段与该旋性分子的掺杂浓度相关。根据本发明的一实施例，其中该旋性分子的掺杂浓度为3至10重量百分比。根据本发明的一实施例，其中该反射波段介于该第一基色波段与该第二基色波段之间，是指该反射波段的顶峰波长大致为该第一基色波段与该第二基色波段的顶峰波长的中间值。根据本发明的一实施例，其中该反射波段介于该第一基色波段与该第二基色波段之间，是指该反射波段的半波宽区间位于该第一基色波段与该第二基色波段的半波宽区间之间，且该反射波段的半波宽区间未重迭该第一基色波段或该第二基色波段的半波宽区间。根据本发明的一实施例，其中该背光模块还包括一第三光源，产生一第三基础色光，其中该第三基础色光具有一第三基色波段。根据本发明的一实施例，其中该第三光源包含一发光二极管或一有机发光二极管。根据本发明的一实施例，其中该第一基础色光、该第二基础色光分别为一蓝色光、一绿色光，且该第三基础色光为一红色光。于此实施例中，其中该反射波段的顶峰波长大致可为475奈米。根据本发明的一实施例，其中该第一基础色光、该第二基础色光分别为一绿色光、 一红色光，且该第三基础色光为一蓝色光。于此实施例中，其中该反射波段的顶峰波长大致可为580奈米。
为使本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，
如下图IA与图IB绘示了第一蓝相液晶的晶格结构示意图与向错线示意图；图IC与图ID绘示了第二蓝相液晶的晶格结构示意图与向错线示意图；图2绘示了现有技术中在蓝相液晶层中添加高浓度旋性分子情况下反射光线强度与波长之间的对照图；图3绘示了根据本发明的一实施例中一种蓝相液晶显示装置的结构示意图；图4绘示了图3中蓝相液晶层其反射波段的示意图；图5绘示了在不同旋性分子浓度下蓝相液晶层的反射波段的波峰波长与操作电压之间的对照图；图6绘示了图4中反射波段与两个基色波段以及基色波段的示意图；图7绘示了图4中反射波段与两个基色波段以及基色波段的示意图；图8绘示了根据本发明的另一实施例中一种蓝相液晶显示装置的结构示意图；图9绘示了图8中蓝相液晶层其反射波段的示意图；图10绘示了另一实施例中蓝相液晶层其反射波段的示意图；图11绘示了本发明的实施例与比较例的蓝相液晶显示装置其反射光线强度与波长之间的对照图；以及图12绘示了本发明的实施例与比较例的蓝相液晶显示装置其光穿透率与操作电压之间的对照图。附图符号说明100 双扭转圆柱状结构102:向错线104:可见光范围106 紫外线范围300，500 蓝相液晶显示装置；340，讨0 蓝相液晶显示面板；342，讨2 蓝相液晶层344，M4 共平面切换显示元件阵列323, 325, 523, 525, 527 基色波段Lb, Ly, Lg, Lr 基础色光320，520 背光模块304，504 可见光范围
6
322，324，522，524，526 光源343, 543a，543b 反射波段323a, 325a, 343a 顶峰波长323b，325b，343b 半波宽区间
具体实施例方式下文结合附图对例举实施例详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。其中附图仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。请参阅图3，其绘示根据本发明的一实施例中一种蓝相液晶显示装置300的结构示意图。于此实施例中，蓝相液晶显示装置300包含背光模块320以及蓝相液晶显示面板 340。背光模块320并非采用可见光全波段的背光源(如白光光源)，而是包含多个光源分别产生不同的基色波段的色光。另一方面，使蓝相液晶显示面板340的反射波段介于背光模块320产生的两个基色波段之间，如此一来，蓝相液晶显示装置可具有较低的操作电压， 并且同时维持高的对比效果，详细作法请见下列段落说明。如图3所示，背光模块320至少包含波长相异的两光源(光源322与光源324)， 光源322用以产生基础色光Lb，光源3 用以产生基础色光Ly。于此实施例中，光源 322可为蓝光发光二极管(light-emitting diode, LED)或有机发光二极管(organic light-emitting diode, 0LED)用以产生蓝色的基础色光Lb，而光源3 可为黄光发光二极管(light-emitting diode,LED)或有机发光二极管(organic light-emitting diode, 0LED)用以产生黄色的基础色光Ly，但本发明并不以蓝光与黄光为限，于其他实施例中，亦可采用不同的两组相异色光，且光源322、3M亦可以使用彩色滤光片搭配白色光源来替代。其中，当背光模块320使用LED作为光源时，其可为直下式背光模块或是侧向入光式背光模块，但并不限于此。蓝相液晶显示面板340包含蓝相液晶层342，蓝相液晶层342中具有多个蓝相液晶分子与多个旋性分子(Chiral dopant)。在材料特性上，蓝相液晶的晶格周期为可见光波长的函数，因而会对不同波长的可见光产生选择性的布拉格反射(selective Bragg reflection)。也就是说，蓝相液晶层342中的蓝相液晶分子具有特定的反射波段。请一并参阅图3与图4，图4绘示图3中蓝相液晶层342其反射波段343的示意图。图4中所示，光源322产生的蓝色的基础色光Lb具有基色波段323，光源3M产生的黄色的基础色光Ly具有基色波段325。请参阅图5，其绘示在不同旋性分子浓度下蓝相液晶层的反射波段的波峰波长与操作电压之间的对照图。如图5所示，为了使反射波段的波峰波长落在可见光波长区间(380nm到740nm) 之外，蓝相液晶层的操作电压大约需要55伏特上下，不利于实际的电路应用。降低旋性分子的浓度可明显降低操作电压，但会使反射波段的波长进入可见光波长区间，造成漏光并降低亮暗对比。
其中，蓝相液晶层342的反射波段343其波长数值大小与蓝相液晶层342中旋性分子的掺杂浓度相关。于此实施例中，可藉由调整旋性分子的掺杂浓度，使得蓝相液晶层 342的反射波段343介于蓝色的基色波段323与黄色的基色波段325之间，举例来说，实际应用中蓝相液晶层342的旋性分子的掺杂浓度可大致为3至10重量百分比，藉此可形成图 4的实施例中反射波段343。在此情况下，虽然蓝相液晶层342的反射波段343位于可见光范围304之内，由于本实施例中蓝相液晶层342的反射波段343位于背光模块320产生的两个基色波段323， 325之间，藉此可避免暗态漏光的情况发生，使蓝相液晶显示装置300维持高的对比效果。须进一步说明，上述实施例有关反射波段343介于基色波段323与基色波段325 之间的描述，请进一步参阅图6与图7，图6与图7分别绘示图4中反射波段343、基色波段 323以及基色波段325的示意图。于一实施例中，反射波段343介于基色波段323与基色波段325间的定义，如图6 所示，可为反射波段343的顶峰波长343a大致为基色波段323的顶峰波长323a与基色波段325的顶峰波长32 的中间值。于另一实施例中，反射波段343介于基色波段323与基色波段325间的定义，如图 7所示，可为反射波段343的半波宽区间34 位于基色波段323的半波宽区间32 与基色波段325的半波宽区间32 之间，且反射波段343的半波宽区间34 未重迭基色波段 323的半波宽区间32 或基色波段325的半波宽区间32恥。现有技术中蓝相液晶层须添加高浓度的旋性分子，用以将蓝相液晶层的反射波段调整至可见光范围之外的紫外光范围，但将导致蓝相液晶显示装置300的操作电压大幅提高。本实施例中的蓝相液晶层342相较现有技术的作法，可降低旋性分子的掺杂浓度，因此，蓝相液晶显示装置300可具有较低的操作电压。实际应用中，蓝相液晶层342除了包含先前提到的蓝相液晶分子与旋性分子， 可包含其他物质以改良蓝相液晶层342的光学或材料特性。举例来说，于部份实施例中蓝相液晶层342还包含高分子稳定化聚合物，如高分子单体(monomer)及感光起始剂 (photo-initiator)等聚合而成，于此例中，蓝相液晶层可为高分子稳定蓝相液晶层。此为本领域的技术人员所熟知，因此不再赘述。此外，于实际应用中，蓝相液晶层342中的蓝相液晶分子可采用正型蓝相液晶分子，蓝相液晶面板340还包含共平面切换αη-Plane Switching, IPS)显示元件阵列；344，共平面切换显示元件阵列344可用以控制上述正型蓝相液晶分子。在变化实施例中，蓝相液晶分子亦可采用负型蓝相液晶分子，搭配垂直配向显示元件阵列亦可达到相同的效果。上述部份为本领域的技术人员所熟知，因此不再赘述。综上所述，本发明中的蓝相液晶显示装置300可具有较低的操作电压，并且同时维持高的对比效果。于前述实施例中，蓝相液晶显示装置300的背光模块320中可包含两组光源(光源322与光源324)，但本发明并不以此为限。请参阅图8以及图9，图8绘示根据本发明的另一实施例中一种蓝相液晶显示装置500的结构示意图。如图8所示，蓝相液晶显示装置500包含背光模块520以及蓝相液晶显示面板M0。于此实施例中，本发明中的蓝相液晶显示装置500的背光模块520共包含三组光源，如光源522、光源524以及光源526。图9绘示图8中蓝相液晶层542其反射波段讨3&的示意图。于此实施例中，光源522可产生蓝色光的基础色光Lb，光源5M可产生绿色光的基础色光Lg，光源5 可产生红色光的基础色光Lr，光源522、光源5M与光源5 可分别为发光二极管或有机发光二极管，但本发明并不以蓝色光、绿色光与红色光为限，于其他实施例中，亦可采用不同的三组相异色光，或者采用四组或是六组异色光，其可增加蓝青色、黄色或是洋红色。图9中所示，第一光源522产生的蓝色光的基础色光Lb具有基色波段523，第二光源5 产生的绿色光的基础色光Lg具有基色波段525，第三光源5 产生的红色光的基础色光Lr具有基色波段527。蓝相液晶显示面板540其包含蓝相液晶层M2，蓝相液晶层542具有多个蓝相液晶分子与多个旋性分子，如图9所示，蓝相液晶层542具有反射波段543a，于此实施例中，反射波段介于蓝色基础色光Lb的基色波段523与绿色基础色光Lg的基色波段525之间。 在此实施例中，蓝色基础色光Lb与绿色基础色光Lg分别为第一与第二基础色光，红色基础色光Lr为第三基础色光。反射波段介于上述两基色波段523，525之间的描述，于一实施例中，是指反射波段的顶峰波长大致为基色波段523与基色波段525的顶峰波长的中间值，实际应用中，反射波段的顶峰波长可大致为475奈米。或于另一实施例中，是指反射波段 543a的半波宽区间位于基色波段523与基色波段525的半波宽区间之间，且反射波段
的半波宽区间未重迭基色波段523或基色波段525的半波宽区间，详细定义及说明可参考先前实施例及图6与图7的说明内容，在此不另赘述。其中，蓝相液晶层542的反射波段数值大小与蓝相液晶层542中旋性分子的掺杂浓度相关。于此实施例中，可藉由调整旋性分子的掺杂浓度，使得蓝相液晶层542的反射波段介于蓝色的基色波段523与绿色的基色波段525之间，举例来说，实际应用中蓝相液晶层542的旋性分子的掺杂浓度可大致为3至10重量百分比，藉此形成图9的实施例中反射波段^3a。在此情况下，虽然蓝相液晶层M2的反射波段位于可见光范围504之内，由于本实施例中蓝相液晶层M2的反射波段位于背光模块520产生的两个基色波段 523,525之间，藉此可避免暗态漏光的情况发生，使蓝相液晶显示装置500维持高的对比效^ ο然而，本发明中蓝相液晶层M2的反射波段并不限定介于蓝色的基色波段523与绿色的基色波段525之间，请参阅图10，图10绘示另一实施例中蓝相液晶层542其反射波段讨北的示意图。于图10的实施例中，反射波段讨北介于绿色的基色波段525与红色的基色波段527之间，亦可避免暗态漏光的情况发生，并使蓝相液晶显示装置500维持高的对比效果。其他元件与说明请对照参考图8与图9的说明。在此实施例中，绿色基础色光Lg 与红色基础色光Lr分别为第一与第二基础色光，蓝色基础色光Lb为第三基础色光。于图10的实施例中，蓝相液晶层542的反射波段讨北数值大小与蓝相液晶层讨2 中旋性分子的掺杂浓度相关。于此实施例中，可藉由调整旋性分子的掺杂浓度，使得蓝相液晶层542的反射波段讨北介于绿色的基色波段525与红色的基色波段527之间，举例来说， 实际应用中蓝相液晶层542的旋性分子的掺杂浓度可大致为3至10重量百分比，藉此形成图10的实施例中反射波段讨北，其中反射波段讨北的顶峰波长可大致为580奈米。上述反射波段介与讨北并不限于上述波长范围，仅需调整至可见光内，且大部份跟基础色光不重迭即可，至于其适当的波长则依照光源的选择进行调整。以下为一组实验例以例示性说明，本发明中所提出的蓝相液晶显示装置实施例与比较例的对照关系。在实验范例中，比较例的蓝相液晶层中的旋性分子(例如是CHISSO公司的ZLI4572)的掺杂浓度可大致为12至20重量百分比，而本发明实施例的蓝相液晶层中的旋性分子(例如是CHISSO公司的ZLI4572)的掺杂浓度可大致为3至10重量百分比。为便于对照，比较例与实施例的蓝相液晶层皆采用30至50重量百分比的蓝相液晶分子主体 (例如是CHISSO公司的JC-1041XX或5CB)，并添加5至10重量百分比的高分子单体(例如是CHISSO公司的RM257或TMPTA)。请参阅图11与图12，图11绘示本发明实施例与比较例的蓝相液晶显示装置其反射光线强度与波长之间的对照图，图12绘示本发明实施例与比较例的蓝相液晶显示装置其光穿透率与操作电压之间的对照图。如图11与图12所示，比较例的旋性分子掺杂浓度较高，其反射波段的波峰波长大致落在350nm，为可见光范围之外，但需要采用较大的操作电压才能改变光穿透率，约需要 53伏特才能将光穿透率调至0. 14。本发明实施例采用的旋性分子掺杂浓度较低，其反射波段的波峰波长大致落在约 472nm至478nm，仅需要37伏特的操作电压就能将光穿透率调至0. 14，并且本发明实施例中背光模块采用两组光源的波段可设计与反射波段不相重迭，如此便可避免暗态漏光并提高对比效果。综上所述，本发明中蓝相液晶显示装置的蓝相液晶层中采用较低浓度的旋性分子，藉此降低蓝相液晶面板的操作电压。与此同时，本发明中蓝相液晶显示装置的背光模块不采用全波段的背光源，而是采用多个光源分别产生不同的基色波段的色光，并使蓝相液晶层的反射波段介于背光模块产生的两个基色波段之间，且大部份跟两个基色波段不重迭。如此一来，蓝相液晶显示装置可具有较低的操作电压，并且同时维持高的对比效果。虽然本发明已以实施方式揭示如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围是以本发明的权利要求为准。
权利要求
1.一种蓝相液晶显示装置，包含一背光模块，该背光模块具有至少一第一光源与一第二光源，该第一光源与该第二光源分别产生一第一基础色光以及一第二基础色光，其中该第一基础色光具有一第一基色波段，该第二基础色光具有一第二基色波段；以及一蓝相液晶显示面板，其包含一蓝相液晶层具有多个蓝相液晶分子与多个旋性分子， 该蓝相液晶层具有一反射波段，该反射波段介于该第一基色波段与该第二基色波段之间。
2.如权利要求1所述的蓝相液晶显示装置，其中该第一光源与该第二光源包含一发光二极管或一有机发光二极管。
3.如权利要求1所述的蓝相液晶显示装置，其中该第一基础色光与该第二基础色光分别为一蓝色光与一黄色光。
4.如权利要求1所述的蓝相液晶显示装置，其中该蓝相液晶层包含一高分子稳定蓝相液晶层。
5.如权利要求4所述的蓝相液晶显示装置，其中该高分子稳定蓝相液晶层还包含一高分子稳定化聚合物。
6.如权利要求1所述的蓝相液晶显示装置，其中该些蓝相液晶分子包含一正型蓝相液晶分子。
7.如权利要求6所述的蓝相液晶显示装置，其中该蓝相液晶面板还包含一共平面切换显示元件阵列，用于控制该些正型蓝相液晶分子。
8.如权利要求1所述的蓝相液晶显示装置，其中该反射波段在一可见光范围内。
9.如权利要求1所述的蓝相液晶显示装置，其中该反射波段与该旋性分子的掺杂浓度相关。
10.如权利要求1所述的蓝相液晶显示装置，其中该旋性分子的掺杂浓度为3至10重量百分比。
11.如权利要求1所述的蓝相液晶显示装置，其中该反射波段介于该第一基色波段与该第二基色波段之间，是指该反射波段的顶峰波长大致为该第一基色波段与该第二基色波段的顶峰波长的中间值。
12.如权利要求1所述的蓝相液晶显示装置，其中该反射波段介于该第一基色波段与该第二基色波段之间，是指该反射波段的半波宽区间位于该第一基色波段与该第二基色波段的半波宽区间之间，且该反射波段的半波宽区间未重迭该第一基色波段或该第二基色波段的半波宽区间。
13.如权利要求1所述的蓝相液晶显示装置，其中该背光模块还包括一第三光源，产生一第三基础色光，其中该第三基础色光具有一第三基色波段。
14.如权利要求13所述的蓝相液晶显示装置，其中该第三光源包含一发光二极管或一有机发光二极管。
15.如权利要求13所述的蓝相液晶显示装置，其中该第一基础色光与该第二基础色光分别为一蓝色光与一绿色光，且该该第三基础色光为一红色光。
16.如权利要求15所述的蓝相液晶显示装置，其中该反射波段的顶峰波长大致为475 奈米。
17.如权利要求13所述的蓝相液晶显示装置，其中该第一基础色光与该第二基础色光分别为一绿色光与一红色光，且该第三基础色光为一蓝色光。
18.如权利要求17所述的蓝相液晶显示装置，其中该反射波段的顶峰波长大致为580 奈米。
全文摘要
本发明揭示一种蓝相液晶显示装置，其包含背光模块以及蓝相液晶显示面板。背光模块具有多个光源，多个光源分别产生不同波段的多个基础色光。蓝相液晶显示面板其包含蓝相液晶层，蓝相液晶层具有多个蓝相液晶分子与多个旋性分子，该蓝相液晶层具有一反射波段，该反射波段介于两个相邻的基础色光其波段之间。
文档编号F21Y101/02GK102393580SQ20111036914
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年10月4日
发明者蔡正晔, 黄泰翔 申请人:友达光电股份有限公司