本发明提供一种新的液晶显示器装置，尤其是一种有关于使显示器具有高穿透率特性的广视角液晶显示装置。本发明的液晶显示器装置结构是包括：至少一定向装置，使液晶分子在显示区域内形成连续区域(Continuous domain)排列或多区域(Multi-domain)排列，进而在光学上具有广视角特性；一液晶层，为掺入手性剂(Chiral)的向列型液晶(Nematic liquid crystal)材料，并找出液晶的Δnd与d/p的最佳条件，使得在各方向排列的液晶分子结构，可达到最佳穿透率，藉此形成广视角与高穿透率的液晶显示器。
1.一种液晶显示装置，其至少包含一显示区域，其特征在于，包含：一第一基板，其具有一共同电极；
一第二基板，其具有至少一像素单元，该像素单元是具有一像素电极，且该像素电极是位于该显示区域；
一第二偏光片，配置于第二基板下方，且其偏光轴与第一偏光片的偏光轴互为垂直；
至少一定向装置，配置于第一基板与第二基板间，使该定向装置上的液晶分子朝向显示区域内部或外部倾倒；以及一掺入手性剂的液晶层，配置于第一基板与第二基板间，并选择最佳Δnd及d/p参数，所述最佳Δnd及d/p参数的选择，根据下列步骤：(1).依所使用的液晶材料、手性剂材料浓度、液晶层厚度与定向装置的几何配置，利用理论计算或实验量测，找出不同α角条件下，其各种Δnd及d/p参数所对应的穿透率T分布图；
(2).选择一适合应用的最小穿透率Tmin，则在该穿透率T分布图中必可找到一对应的Δnd及d/p参数范围，使得在该参数范围中的穿透率满足T≥Tmin；
使α角为任意角度时，其穿透率T皆可大于一最小穿透率Tmin，其中Δn为液晶材料双折射系数，d为液晶层厚度，p为掺入手性剂的节距，α角的定义为位于液晶层中间液晶分子排列方向与其中一偏光片的偏光轴的夹角。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，所述最佳Δnd及d/p参数的选择步骤更包括下列步骤：(1).选取当α＝0°时，满足T≥Tmin所对应的Δnd及d/p参数范围为第一参数范围；
(2).选取当α＝45°时，满足T≥Tmin所对应的Δnd及d/p参数范围为第二参数范围；
(3).选取第一参数范围与第二参数范围的交集为最佳Δnd及d/p的参数范围。
3.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述定向装置进一步包含：一第一定向装置，设置于该第一基板或该第二基板，使显示区域内的液晶分子在外加电压后呈现连续区域的对称排列。
4.根据权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第一定向装置由一凸块结构所构成，且该结构环绕于像素电极外四周。
5.根据权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第一定向装置由一电极图纹结构所构成，且该结构可在共同电极与像素电极之间形成一环绕像素电极四周的斜向场分布。
6.根据权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第一定向装置同时由一凸块结构及一电极图纹结构设置在于同一基板所构成。
7.根据权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第一定向装置由一凹陷结构所构成，且该结构环绕于像素电极外四周。
8.根据权利要求4、5或6所描述的液晶显示装置，其特征在于，可使用凸块或电极间隙的结构进一步将像素电极区隔为两个以上的显示区域。
9.根据权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于，可使用凹陷结构进一步将像素电极区隔为两个以上的显示区域。
10.根据权利要求3所述的液晶显示装置，其特征在于，进一步包含一第二定向装置，设置于该第一基板或该第二基板，使由第一定向装置所产生的液晶分子对称排列的对称中心位于该显示区域的几何中心附近。
11.根据权利要求10所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第二定向装置为一凸块结构，且其几何形状可以为正方形、圆形或其它对称形状。
12.根据权利要求10所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第二定向装置为一电极图纹结构，且其几何形状可以为正方形、圆形或其它对称形状。
13.根据权利要求10所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第二定向装置为一凹陷结构，且其几何形状可以为正方形、圆形或其它对称形状。
14.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述定向装置进一步包含：一第一定向装置，设置于该第一基板或该第二基板；以及
第二定向装置为一与第一定向装置结构相应而设的结构，并与第一定向装置设置于同一基板，且结合第一定向装置及第二定向装置的结构将可使显示区域内的液晶分子在外加电压后呈现连续区域的对称排列。
15.根据权利要求14所述的液晶显示装置，其特征在于，对称排列的电极与电极间隙结构，其最佳电极与电极间隙宽度为3～5微米。
16.根据权利要求14所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第二定向装置是由凸块结构所构成，且该结构环绕于像素电极外四周。
17.根据权利要求14所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第二定向装置是由凹陷结构所构成，且该结构环绕于像素电极外四周。
18.根据权利要求14所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第二定向装置是由四周电极图纹所构成，且该四周电极图纹在共同电极与像素电极之间形成一环绕像素电极四周的斜向场分布。
19.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述定向装置进一步包含：一第一定向装置，设置于该第一基板或该第二基板；以及
第二定向装置为一与第一定向装置结构相应而设的结构，
且结合第一定向装置及第二定向装置的结构将可使显示区域内的液晶分子在外加电压后呈现多重区域的对称排列。
20.根据权利要求19所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第一定向装置是由复数个凸块结构所构成，且设置于同一基板。
21.根据权利要求19所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第一定向装置是由复数个电极间隙结构所构成，且设置于同一基板。
22.根据权利要求19所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第一定向装置是同时由复数个凸块结构与复数个电极间隙结构所构成，且设置于同一基板。
23.根据权利要求19所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第二定向装置为复数个凸块结构，且设置于第一定向装置的另一基板。
24.根据权利要求19所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第二定向装置为复数个电极间隙结构，且设置于第一定向装置的另一基板。
25.根据权利要求19所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第二定向装置同时包含复数个凸块结构与复数个电极间隙结构，且设置于第一定向装置的另一基板。
26.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述定向装置为摩擦配向装置，可将显示区域内的液晶分子定向排列为对称排列。
27.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述定向装置为光配向装置，可将显示区域内的液晶分子定向排列为对称排列。
28.根据权利要求3至7与或9至13中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，所述定向装置为摩擦配向装置，可将显示区域内的液晶分子定向排列为对称排列。
29.根据权利要求3至7或第9至13中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，所述定向装置为光配向装置，可将显示区域内的液晶分子定向排列为对称排列。
30.根据权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于，所述定向装置为摩擦配向装置，可将显示区域内的液晶分子定向排列为对称排列。
31.根据权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于，所述定向装置为光配向装置，可将显示区域内的液晶分子定向排列为对称排列。
32.根据权利要求14至18中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，所述定向装置为摩擦配向装置，可将显示区域内的液晶分子定向排列为对称排列。
33.根据权利要求14至18中任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，所述定向装置为光配向装置，可将显示区域内的液晶分子定向排列为对称排列。
34.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述掺入手性剂的液晶层材料为负型扭转垂直配向型液晶材料，且其在第一基板表面及第二基板表面的倾倒方向的夹角介于0°至90°之间。
35.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述掺入手性剂的液晶层材料为正型扭转水平配向型液晶材料，且其在第一基板表面及第二基板表面的倾倒方向的夹角为90°。
液晶显示装置
技术领域
[0001] 本发明是关于一种液晶显示装置，特别是指一种具有高穿透率特性的广视角液晶显示装置。
背景技术
[0002] 液晶显示装置是利用液晶分子在不同排列状态下，对于光线具有不同的偏振或折射效果的特性来控制光线的穿透量，进而使液晶显示装置得以产生影像。传统扭转向列型(Twisted Nematic，TN)液晶显示装置，具有非常好的穿透特性，但受到液晶分子结构与光学特性的影响，相对其视角非常狭窄。因此如何让显示器同时兼具广视角与高的光利用率，将对面板显示技术造成新的突破。
[0003] 为了解决此问题，近来业者已开发出其他种形态的广视角液晶显示装置，例如：图形垂直配向型(Patterned Vertical Alignment，PVA)液晶显示装置、多区域垂直配向型(Multi-domain Vertical Alignment，MVA)液晶显示装置等；其中PVA型是利用边缘场效应及补偿板达到广视角的目的。至于MVA型则是将一个像素分隔成多个区域，并使用突起物或ITO的特定图形结构，使位于不同区域的液晶分子能够朝不同方向倾倒，因此可以同时达到广视角与提升穿透率的作用。
[0004] 目前广为使用的广视角技术，皆以垂直配向型为主，并使液晶分子形成多区域分布；然而，不管是使用MVA或PVA的结构，其两区域之间的突起物或特定ITO电极图形结构之间隙上，皆存在着因液晶分子不受电场影响而不倾倒的非连续线(disconnection line)。此现象造成各像素中存在奇异点(singular point)，使得液晶显示装置呈现的影像有所瑕疵。
[0005] 有鉴于此，如何避免像素中因多重区域所产生的光学暗纹，发展出一种广视角且具高穿透率特性的液晶显示装置，是当前显示器技术的重要课题。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种广视角且同时具有高穿透率特性的液晶显示装置。为达上述的目的，本发明揭露一种结合习知技术的优点，并使用掺入手性剂(Chiral)的液晶材料，使分子如MVA、PVA等为多重区域或连续区域的排列方式，开发出兼具高穿透率与广视角的显示器。
[0007] 本发明所采用的技术特点在于：
[0008] (1).使用掺入手性剂的向列型液晶材料，并找出Δnd与d/p的条件，让各方位角的穿透率皆可达90％以上。
[0009] (2).在如实施例所提的架构下，使液晶分子形成多区域排列或连续区域排列。
[0010] 具体而言，本发明的液晶显示装置，其至少包含一显示区域，其包含：
[0011] 一第一基板，其具有一共同电极；
[0012] 一第二基板，其具有至少一像素单元，该像素单元是具有一像素电极，且该像素电极是位于该显示区域；
[0013] 一第一偏光片，配置于第一基板上方；
[0014] 一第二偏光片，配置于第二基板下方，且其偏光轴与第一偏光片的偏光轴互为垂直；
[0015] 至少一定向装置，配置于第一基板与第二基板间，使该定向装置上的液晶分子朝向显示区域内部或外部倾倒；以及
[0016] 一掺入手性剂的液晶层，配置于第一基板与第二基板间，并选择最佳Δnd及d/p参数，使α角为任意角度时，其穿透率T皆可大于一最小穿透率Tmin，其中Δn为液晶材料双折射系数，d为液晶层厚度，p为掺入手性剂的节距，α角的定义为位于液晶层中间液晶分子排列方向与其中一偏光片的偏光轴的夹角。
[0017] 其中，最佳Δnd及d/p参数的选择，乃根据下列步骤：
[0018] (1).依所使用的液晶材料、手性剂材料浓度、液晶层厚度与定向装置的几何配置，利用理论计算或实验量测，找出不同α角条件下，其各种Δnd及d/p参数所对应的穿透率T分布图；
[0019] (2).选择一适合应用的最小穿透率Tmin，则在该穿透率T分布图中必可找到一对应的Δnd及d/p参数范围，使得在该参数范围中的穿透率满足T≥Tmin；
[0020] (3).选取当α＝0°时，满足T≥Tmin所对应的Δnd及d/p参数范围为第一参数范围；
[0021] (4).选取当α＝45°时，满足T≥Tmin所对应的Δnd及d/p参数范围为第二参数范围；
[0022] (5).选取第一参数范围与第二参数范围的交集为最佳Δnd及d/p的参数范围。
[0023] 本发明所采用技术的效果在于：
[0024] (1).当Δnd 与d/p 的条件满足最大偏极光扭转效应(polarizationrotation effect)，本结构在光学上将不会产生暗纹，并具有高穿透率特性。
[0025] (2).当分子朝结构中心形成多区域或连续区域的排列，本结构在光学上具有广视角的特性。
[0026] (3).在负型液晶搭配适当手性剂的条件下，可使本结构兼具高对比特性。
[0027] 为进一步了解本发明，以下举较佳的实施例，配合图示、图号，将本发明的具体构成内容及其所达成的功效详细说明如后：
附图说明
[0028] 图1为本发明的液晶分子结构在正方形显示区；
[0029] 图2为本发明扭转垂直配向型液晶分子在施加电压后，高灰阶电压条件下的分子排列结构侧视图；
[0030] 图3为α角定义的示意图；
[0031] 图4A及图4B分别为当上下基板液晶分子配向方向相同时，在不同的Δnd与d/p的条件下，α＝45°(4A)及α＝0°(4B)的穿透率分布等高线图，此穿透率分布是以550nm波长的入射光源、上下基板分子预倾角同为89.5°且在高灰阶电压条件下，经由有限元分析法模拟得到的数值计算结果；
[0032] 图4C及图4D为当上下基板液晶分子配向方向互相垂直时，在α＝45°及α＝0°时各种Δnd与d/p参数所对应的穿透率T分布的等高线图。
[0033] 图4E及4F为使用液晶为正型扭转向列型液晶时，当上下基板为水平配向且配向方向互为垂直时，在α＝45°及α＝0°时各种Δnd与d/p参数所对应的穿透率T分布的等高线图；
[0034] 图5为为负型扭转向列型液晶，其上下基板表面液晶分子的定向方向相同，且d/p＝0.278时，穿透率T在不同的α角条件下随着不同Δnd参数变化的曲线图；
[0035] 图6A至6B是以本发明的扭转垂直配向型液晶层为例，在d/p＝0.278且Δnd＝0.4675(6A)与Δnd＝0.53(6B)的条件下，改变不同的α角所模拟出的穿透率-电压关系图(T-V curves)；
[0036] 图7为四周突起结构达到定向效果的结构示意图；
[0037] 图8A及8B为Δnd＝0.56的条件下，使用3D有限元分析法模拟图7结构在施加电压后扭转垂直配向液晶分子排列的侧视图(8A)与中间层的正视图(8B)；
[0038] 图8C及8D为本发明的实际实验量测结果，分别为是低灰阶电压(8C)与高灰阶电压(8D)操作下所得到的偏光图；
[0039] 图9为本发明的扭转垂直配向液晶利用斜向场作用形成的分子排列侧视图[0040] 图10为本发明的第一定向装置各延伸结构；
[0041] 图11为本发明于显示区中心加入第二定向装置的结构示意图；
[0042] 图12为本发明于显示区域下板电极结构示意图；
[0043] 图13A及13B分别为本发明的扭转垂直配向液晶之中间层分子排列情形(13A)以及其所对应的穿透率分布图(13B)；
[0044] 图14为本发明的多重区域排列的各延伸结构；
[0045] 图15为本发明的定向方法为表面配向方式示意图。
[0046] 附图标记说明：
[0047] 101-正方形显示区；102-液晶分子；701-单一像素显示区域；702-凸块；1001-薄膜晶体管；1002-凸块结构；1003、1006、1010-中间凸块结构；1004、1007、1011-ITO电极间隙；1005、1009-斜向电场；1008-凸块；1012-凹陷结构；1013-中间凹陷结构；1101-凸块结构；1102-上基板；1406-电极间隙；1103、1113-凸块结构；1104、1114-电极图纹结构；1105、1107、1110、1112-第二定向装置；1106-第一定向装置；1108、1109、1111-凹陷结构；1201-斜向电场结构；1202-下基板电极；L1-下基板定向电极；L2-ITO电极蚀刻间隙；1401-上基板；1402-下基板；1403、1405-凸块结构；1404、1407-电极间隙结构。
具体实施方式
[0048] 以下实施方式是以穿透型(Transmissive)液晶显示装置说明，但半穿反型(Trans-reflective)液晶显示装置也可适用。
[0049] 本发明的技术特征在于将定向装置在显示区内做对称设计，使得掺入手性剂的向列型液晶，其液晶分子在显示区内形成连续区域或多重区域的排列，并经由单一或多个显示区组成单一像素，其中每一个显示区的几何形状可为正方形或长方形。如图1所示为本发明的液晶分子结构的示意图，以正方形显示区101为例，图中液晶分子102排列由一基板逐渐扭转至另一基板，并且在显示区101内产生对称排列；由于在此架构下液晶分子102长轴分布于各方位上，故具有广视角的特性。此外，由于液晶分子102本身的扭转，使整体排列不会出现奇异点，因而在光学上也可通过找出液晶相位与液晶分子扭转角之间的最佳比率，使显示区101内不会形成暗纹，达到高穿透率的目的。
[0050] 上述定向装置可以通过在基板表面形成凸块(Protrusion)、凹陷、ITO电极图纹(ITO pattern)或在表面配向膜进行多重区域配向(Multi-domain alignment)等方式，并在显示区内做对称配置。由于定向装置可使液晶分子产生倾倒，几何上对称的配置将可驱使液晶分子也形成对称排列。不过在实际应用上，由于每一像素均具有薄膜晶体管(TFT)结构，其表面并非平整，可能破坏分子排列的对称性及稳定性。因此必须在显示区中心加入一些结构大小大于液晶层厚度的定向结构，以加强液晶分子排列的稳定度；上述定向装置将于实施例详细说明。
[0051] 本发明的液晶层所使用的液晶分子为向列型液晶材料，其可为负型向列型液晶，亦可为正型向列型液晶。而在垂直配向的负型向列型液晶层中掺入手性剂(Chiral)之后，将使液晶分子沿一轴向扭转而具有旋光性，因此该结构又简称为扭转垂直配向型(Twisted Vertical Alignment；TVA)液晶，其中分子扭转角度可通过调整手性剂浓度来决定。若以d表示液晶层厚度，并以p表示手性剂节距(Chiral pitch)，则液晶分子扭转量可以d/p比值来表示。图2为高灰阶电压驱动下，扭转垂直配向型液晶分子排列的侧视图。液晶分子是从一基板至另一基板逐渐扭转，而且逐渐倾倒至水平后又逐渐站立。随驱动电压提升，分子完全倾倒呈水平排列的范围也随的扩大。
[0052] 由于液晶分子具双折射(Birefringence)特性，当偏极光通过液晶层，将会造成光学相位延迟(Phase retardation)；若以Δn表示液晶的双折射系数(亦即快轴及慢轴之间的折射率差)，而液晶层厚度为d，入射光光波长为λ，则光通过液晶层的光学相位延迟可表示为 而Δnd为其光程差。为了寻找扭转垂直配向型液晶最佳的光程差Δnd与d/p的条件，使光学上具有最大偏极光扭转效应(Polarization rotation effect)，进而在不同的α角条件下(α角定义如图3所示，为液晶中间层分子排列方向与其中一偏光片的偏光轴的夹角)，其入射偏极光皆可顺着分子扭转并在另一基板获得极大穿透率，因此我们利用有限元分析法(Finite Element.Method)，在单一区域(single domain)的结构下，以数值模拟各种配向方向及灰阶电压条件，并分析在不同α角的条件下，各种Δnd与d/p参数所对应的穿透率分布。图4A至4F是以550nm波长的入射光源、分子预倾角为89.5°且在高电压(9V)条件下，经由有限元分析法模拟得到的数值计算结果。图4A及4B是分别为α＝45°及α＝0°时且上下基板液晶分子配向方向相同时，在各种Δnd与d/p参数条件下的穿透率T分布等高线图。其中红点处所对应的参数，即为满足极大穿透率(Tmax＝0.5)的条件。
[0053] 根据实际应用需求，我们可进一步定义适用的穿透率范围，因此可以在不同的α角条件下找到其所对应的Δnd与d/p的范围，即为本发明适用的最佳参数范围。举例说明，若实际应用上穿透率T需达到极大穿透率Tmax的90％，亦即T≥0.9Tmax，则由图4A及4B的穿透率分布图，可分别找到在α＝45°及α＝0°条件下所对应的Δnd与d/p参数范围，而其参数范围的交集即为最佳条件。因此，当液晶材料在上下基板表面的液晶分子配向方向相同时(如图4A及4B所示)，其T≥0.9Tmax的最佳Δnd范围为0.465～0.620，而最佳d/p苊围则为0.222～0.354。图4C及4D为当上下基板液晶分子配向方向互相垂直时，在α＝45°及α＝0°时各种Δnd与d/p参数所对应的穿透率T分布的等高线图。由该图亦可找到T≥0.9Tmax的最佳Δnd范围为0.470～0.620，而最佳d/p范围则为0.235～0.360。图4E及4F为使用的液晶为正型扭转向列型液晶时，当上下基板为水平配向且配向方向互为垂直时，各种Δnd与d/p参数所对应的穿透率T分布的等高线图。同样由该等高线分布图可以发现，T≥0.9Tmax的最佳Δnd范围为0.415～0.540，而最佳d/p范围则为
0.194～0.313。
[0054] 接着我们再针对极大穿透率条件进行讨论。图5为当参数d/p固定在一最佳参数时，穿透率T在不同的α角条件下随着不同Δnd参数变化的曲线图。图中为扭转垂直配向型液晶，其上下基板表面液晶分子的配向方向相同，且在d/p＝0.278时的穿透率T随着Δnd参数变化的曲线。由该图可以发现，当Δnd＝0.53时，各种α角条件皆可达到极大穿透率T＝Tmax。同理当上下基板表面液晶分子的配向方向互为垂直，且其所对应的参数条件为Δnd＝0.556及d/p＝0.292时，各α角条件皆可达到极大穿透率T＝Tmax，在此参数条件下模拟穿透率T随着Δnd参数变化的曲线特性与图5相似。当为正型扭转向列型液晶，上下基板为水平配向且配向方向互为垂直，其极大穿透率参数条件为Δnd＝0.476及d/p＝0.25，在此参数条件下模拟穿透率T随着Δnd参数变化的曲线特性与图5相似。
[0055] 对于本发明的多重区域(multi-domain)或连续区域(continuous domain)排列的液晶分子而言，各个方向排列的液晶分子可视作各α角条件所对应的光学效应，因此把上述最佳Δnd及d/p参数套用至本发明架构，即可获得极大穿透率的特性。此外扭转垂直配向型液晶在暗态时仍保有垂直配向型特性，具有极低的穿透率，故也有具有高对比特点。
[0056] 图6A是以本发明的扭转垂直配向型液晶层为例，在d/p＝0.278时(如图5所示)，于Δnd＝0.53的条件下，改变不同的α角所模拟的穿透率-电压关系图(T-V curves)。图6B为一般垂直配向液晶层在不同α角所计算的穿透率-电压关系图。若比较各条件最大穿透率变化，从图6A中可知当Δnd＝0.53时为一极大穿透率条件，且在不同α角皆可达最高穿透率。反观图6B，由于一般垂直配向液晶层并没有偏极光扭转效应(polarization rotation effect)，因此即使α＝±45°可达到最大穿透率，但随α变化，穿透率T也大幅度的改变，甚至当液晶分子与其中一偏光片穿透轴平行时(α＝0°)，将出现暗态。因此由一般垂直配向所形成的多重区域(multi-domain)或连续区域(continuous domain)的排列，显示区将在α＝0°的区域出现暗纹，因而大幅降低整体穿透率。
[0057] 为了进一步阐述本发明的实施方式，以下将具体说明四种不同的实施方式：
[0058] 实施方式一：
[0059] 本实施方式是在非摩擦配向(Non-rubbing)架构下，使用凸块或边缘电场的定向装置。如图7所示即为扭转垂直配向液晶在单一像素显示区域701内，利用四周凸块702达到定向效果的结构示意图。在图7的示意图中，并未施加电压于液晶层，而所使用的扭转垂直配向液晶则是负型向列液晶材料，同时也混入适当手性剂，使Δnd与d/p符合最佳参数条件。初始液晶分子藉垂直配向膜使的垂直于基板表面，而靠近凸块结构的液晶分子会朝特定方向倾斜形成预倾角。图8A至8D为Δnd＝0.56与d/p＝0.278的条件下，使用3D有限元分析法模拟上述结构的结果。图8A为施加电压后液晶分子排列的侧视图，图8B则为中间层分子排列的正视图。从图中可知显示区域周围凸块结构附近的液晶分子会顺着预倾角方向倾倒，驱使液晶分子最终往显示区域中心倾倒，呈现连续区域的排列。在此结构中，两偏光片的偏光轴分别为0°与90°。在本发明的扭转垂直配向液晶结构中可发现，不同区域分布皆可达到最大穿透率值，且无暗纹；反观传统垂直配向液晶结构中，在接近与偏光平行处出现暗纹，因此降低整体的穿透率。图8C及8D为本发明的实际样品结果，分别为是低灰阶电压与高灰阶电压操作下所得到的偏光图。在本结构中，利用四周凸块的定向结构，使液晶形成连续区域(continuous domain)的排列，同时在高灰阶电压条件下不会产生暗纹，使穿透率大幅提升，因而量测到整体面板光利用率可大于7％。
[0060] 四周凸块结构也可以利用适当的电极图纹设计来取代，使电极图纹产生边缘斜向电场分布，提供四周液晶倾倒方向。图9即为本发明的扭转垂直配向液晶，在单一像素由斜向电场提供液晶分子倾倒方向的侧视结构示意图。当上基板电极与下基板电极之间未加电压时，分子皆垂直排列；当外加电压V后，若电压大于等于一临界电压Vth时，因上下基板电极面积大小不一致，在像素周围会形成斜向电场(fringe field)分布，并驱使附近液晶产生倾倒，如图9所示。最后，由斜向电场所造成的液晶分子排列同样将形成如图8B所示由四周凸块结构所产生的分子排列结果。
[0061] 上述的实施方式是以一个显示区域做为单一像素；实际应用上，也可以进一步延伸，同时由二个以上的显示区域组成单一像素，亦可达到相同的显示效果。图10即为利用本实施方法的四周凸块或电极图纹所延伸的多显示区域定向结构，薄膜晶体管1001配置于显示区角落。如图10所示的结构(1)、(2)及(3)是在像素四周以凸块结构1002作为定向结构，而其中结构(2)及(3)则是利用一中间凸块结构1003或是利用制作一ITO电极间隙1004，将单一像素切割成两个显示区域。当然，此结构也可以进一步延伸，以ITO电极间隙将单一像素切割成两个以上的显示区域，可视实际需求做调整。如图10所示的结构(4)、(5)及(6)是利用四周边缘斜向电场1005，提供液晶倾倒方向的结构，而其中结构(5)及(6)则是分别利用一中间凸块结构1006或利用一ITO电极间隙1007，将单一像素切割成两个显示区域。结构(7)、(8)及(9)则是同时利用四周凸块1008与边缘斜向电场1009，使液晶分子产生倾倒的排列。同样地，此结构也可以一中间凸块结构1010或一ITO电极间隙1011产生2个以上显示区，如结构(8)及(9)所示。除了利用凸块结构与边缘斜向电场，凹陷结构也同样具有定向及切割显示区域的功能。结构(10)及(11)即为利用凹陷结构1012的延伸结构。在像素四周制作凹陷结构将使液晶分子往外倾倒，进而产生连续区域(continuous domain)的排列。同样地，利用一中间凹陷结构1013也可以将像素切割成多个显示区域。
[0062] 上述的本发明定向装置，其目的在于使液晶分子在显示区域内产生对称倾倒的排列，在此称为第一定向装置。为了进一步使液晶分子的定向排列更加稳定，且不受像素内因上下基板的不平整或表面TFT结构的影响，可以在与第一定向装置相同或相对的基板中心加入一第二定向装置来提升整体排列稳定性。图11中即为加入第二定向装置的范例结构。在图11的结构(1)中，其第一定向装置乃由下基板四周凸块结构1101所构成，并由一中间凸块将像素分割成两个显示区域。在此结构中，可以在上基板1102显示区域之中心配置一凸块结构1103或一电极图纹结构1104，做为第二定向装置1105。图11的结构(2)中，其第一定向装置1106与图11的结构(1)相同，而其第二定向装置1107则是在第一定向装置
1106的相同基板上，在显示区域中心处配置一凹陷结构1108。图11的结构(3)及(4)则为另一种配置方式，其中第一配向装置均为四周的凹陷结构1109，且以中心凹陷结构将该像素分割为两个显示区域；第二定向装置1110则可在相对的基板上且位于显示区域中心配置一凹陷结构1111，如图11的结构(3)所示；亦可将第二定向装置1112配置于第一配向装置的相同基板上，于显示区域中心配置一凸块结构1113，或一电极图纹结构1114，如图11的结构(4)所示。
[0063] 在上述第二定向装置，其形状可为正方形或圆形或其他具对称性的形状。当第二定向装置的结构大小尺寸大于或等于液晶层厚度时，即可达到使液晶分子稳定排列的目的。
[0064] 实施方式二：
[0065] 本实施方式亦是在非摩擦配向的架构下，利用电极与电极间隙的周期性结构的电极图纹做为第一定向装置，并搭配四周凸块结构、四周凹陷结构或四周电极图纹结构所形成的边缘斜向电场分布来控制扭转垂直配向液晶分子做特定方向的排列。图12乃以四周边缘斜向电场结构1201为例，并于其显示区域下基板电极1202配置为如结构(1)～(7)的第一定向装置。在上述结构中，下基板定向电极L1与ITO电极蚀刻间隙L2宽度为3-5μm，可提供液晶分子呈现对称排列。同时，又因电极有蚀刻间隙，将造成电极与间隙上分子倾倒的速度不一致，进而驱使液晶分子顺着蚀刻方向排列。此外，也可通过调变a与b两区电极面积来控制液晶分子排列。同样地，也可以在上基板且位于显示区中心配置中心凸块或中心电极图纹做为第二定向装置，进而提升液晶分子排列的稳定性。
[0066] 图13A与13B为三分之一像素大小的显示区域，并利用图12结构(1)与四周电极图纹结构所形成的边缘斜向电场分布做为第一定向装置的数值模拟结果。在此实施例中，显示区域大小并不限定于三分之一像素大小，可依实际需求做调整。图13A为外加电压为9V的模拟条件下，扭转垂直配向液晶之中间层液晶分子的排列情形。从图中看出，在蚀刻的电极间隙结构上的分子确实可顺着蚀刻方向排列。图13B为其相对应的穿透率分布图。在此结构中，上偏光片与下偏光片的偏光轴乃设定在45°与135°的方向上。从图13B的模拟结果也进一步证实，当Δnd与d/p符合最佳参数条件，即使在偏光片光轴方向上也不会产生暗纹，因此具有高穿透率的特性。
[0067] 实施方式三：
[0068] 上述定向装置皆为让液晶分子形成连续区域(continuous domain)排列，进一步延伸也可以让分子形成多区域(multi-domain)的排列。如图14所示即为可使液晶分子形成多重区域排列的定向结构示意图；其中，结构(1)、(2)及(3)是分别在上基板1401及下基板1402，以凸块结构1403或电极间隙结构1404以く字型排列，而结构(4)及(5)则是将凸块结构1405或电极间隙1406以十字型排列，并搭配放射状电极间隙结构1407。上述结构皆可让液晶分子形成多重区域的排列。
[0069] 实施方式四：
[0070] 此实施方式为表面多区域配向法，可利用一般摩擦配向(rubbing)或光配向(photo alignment)的方法，对表面配向膜进行配向。其配向方向为轴对称分布，可使液晶分子形成一多区域(multi-domain)排列或连续区域(continuous domain)排列。图15即为在显示区为三分之一像素大小条件下，各种配向模式的示意图，显示区域大小并不限定于三分之一像素大小，可依实际需求做调整。当液晶材料为扭转垂直配向液晶时，其配向模式可为A B C三种组合，或是将两基板的配向膜配置为相同配向方向(例如：将上下两基板的配向膜皆配置为a1配向方向)，进一步上述配向模式也可搭配实施例一与实施例二的定向结构使分子形成对称排列。对于一般正型扭转向列型液晶而言，则可通过图15的A B C配向模式形成轴对称扭转90°的排列方式。
