CN101546058B - 显示装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种显示装置，包括：下部基板，其上具有多个反射式像素电极、上部基板以及液晶层形成在上述基板之间。在上部基板上设置有光源，用以穿过液晶层而照光至反射式像素电极。此排列提供了位于液晶显示结构内的上部光源的整合结构。可有效地将照光传递至反射式像素电极。如此意味着可提供具有较小发光区域的光源图案。

Description

显示装置及其控制方法
技术领域
本发明关于显示装置，且特别是关于一种具有照明光源的显示装置。
背景技术
液晶(liquid crystal，LC)显示技术为当今最广泛应用的显示技术。用于移动式产品(mobile products)的液晶显示装置需在极广的亮度范围下及尽量低的耗能下操作。
若显示装置为完全穿透式，则为因应户外使用，需要使用极强的背光(backlights)。如此，反射式(reflective)显示装置与半穿透半反射式(transflective)显示装置便因应而生。
反射式显示装置利用环境照光，因而无法在低照光环境下使用，其解决方案之一为提供额外的上部光源(top light)，其可在低照光环境下开启使用。然而，前述的上部光源的光照均匀度不佳而不适用于高性能显示装置。因此，市面上大多数的显示装置均为半穿透半反射式显示装置，其采用了适用在低照光环境下的背光光源，除此之外其亦可在环境光照下使用。
前述设计可提供相当低的能量消耗，但无法提供适当的影像品质。显然地，最佳选择即为具有高品质上部光源的全反射式显示装置，其内的亮度可根据环境亮度与影像内容而进一步调节。
发明内容
本发明提供了用以提供均匀照光的上部光源。
依据本发明，提供了一种显示装置，包括：
下部基板，具有显示像素区，包括多个显示像素与多个显示像素电极；上部基板；以及液晶层，设置在下部基板与上部基板之间，其中显示装置还包括光源，光源设置在上部基板上，借由穿越液晶层而照光至显示像素电极。
上述排列提供了位于液晶显示结构内的上部光源的整合结构。借由将上部光源整合设置在显示装置中，可有效地将照光传递至像素电极。如此意味着光源图案可用以提供较小的光源区域(相较于像素尺寸)，且可避免光源图案所造成的不透光区域(因光源经过适当遮蔽，而使用者并不会看到光源，因此仅有反射光作为影像输出之用)，而对显示输出的品质具有良好效果。
光源可为发光二极管(LED)光源。举例来说，光源可包括不透光电极层、位于不透光电极层之上及不透光电极层面向液晶层的侧边上的发光二极管层、以及位于发光二极管层面向液晶层的侧边上的透光电极层。
在一实施例中，不透光电极层、透光电极层与发光二极管层经过图案化而具有多个光源部。在另一实施例中，不透光电极层经过图案化而具有多个光源部，而透光电极层与发光二极管层则延伸在显示像素区的整个表面之上。因此，光源可依照数种不同方式而轻易地予以分段。此分段化可用以施行卷轴效果，借以改良传统的动态显示(至少当光源在低至中亮度的情形下可决定装置的输出时)。
在一实施例中，该光源包括多个条状物，其中这些条状物之一或多个系对应于这些显示像素的各列。这些条状光源可随着如逐列偏压方式而随着显示寻址而同步作动。
上部基板或下部基板上可包括彩色滤光片阵列。上部基板可还包括偏光板，其提供液晶显示面板的部分功能。
上部基板还包括公共电极，借以控制液晶层。而下部基板还包括对应于这些显示像素电极的多个有源阵列像素电路以及分别连结到该些像素电路的多个行与列寻址导线。
因此，上述光源设置可整合在传统液晶显示器的设置中。显示像素电极可包括反射性材料，并可经过曲折化以改善其照光的均匀度。
本发明亦提供了一种显示装置的控制方法，包括：
在高环境光照情形下，利用由多个反射式显示像素电极所形成的反射环境光作为显示输出，其中这些反射式像素电极设置在下部基板上，且反射环境光通过液晶层并经液晶层调节而穿透上部基板；以及在低环境光照的情形下，操作设置在上部基板上的光源，以穿过液晶层而照光至这些显示像素电极。
为了让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：
附图说明
图1为显示依据本发明第一实施例的显示装置示意图；
图2为显示沿图1内线段II-II的剖面示意图；
图3为显示沿图1内线段III-III的剖面示意图；
图4为显示依据本发明的显示装置内的光源设置示意图；
图5为显示依据本发明第二实施例的显示装置示意图；
图6为显示依据本发明第三实施例的显示装置示意图；
图7为显示依据本发明第四实施例的显示装置示意图；以及
图8为显示依据本发明第五实施例的显示装置示意图。
主要元件符号说明
2～黑罩幕区域；
4～行电极；
6～上部光源/LED装置；
6a、6b～条状LED装置；
11～无源面板基板；
13～彩色滤光层；
14a、14b～平坦层；
15～ITO层/公共电极；
16～像素电极；
17～液晶材料；
18～有源阵列膜层；
19～有源面板玻璃基板；
21～反光片；
22～偏光层/平坦层；
40～像素；
60～金属电极层；
61～发光二极管层；
62～透明电极层；
R～由红色的垂直条状物所形成的像素；
G～由绿色的垂直条状物所形成的像素；
B～由蓝色的垂直条状物所形成的像素。
具体实施方式
本发明提供了一种液晶显示装置，其包括有源面板(active plate)、无源面板(passive plate)以及夹置在其间的液晶层(liquid crystal layer)，而无源面板内的一部分内则整合有一光源，以透过液晶层而照明显示电极。上述光源为形成在液晶单元的无源面板的内侧表面上的图案化白光光源。在部分的无源面板上亦可形成有传统的偏光片(polarizer)。
图1显示了依据本发明第一实施例的显示装置。
上述显示装置包括一彩色液晶显示面板。图1内显示了一显示像素区，其包括了由典型的红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的垂直条状物(vertical strips)所形成的像素(显示像素)布局(pixel layout)情形。
这些像素包括用于定义此三种色彩的彩色滤光片。黑罩幕(black mask)区域2则设置在此些彩色滤光片之间，且在图1内亦显示了多个行电极4。
用于本发明的显示装置的像素布局与技术可采用传统像素布局与技术。举例来说，液晶显示装置可包括有源面板与无源面板，其间夹置有液晶显示材料。有源面板包括由晶体管开关元件组成的阵列，通常显示器的各像素对应于一晶体管。各像素也对应于位于有源面板上的一像素电极，而该像素电极可施加用于控制各像素亮度的信号。位于有源面板上的列与行寻址导线则与像素电路连结。显示装置亦包括行与列寻址电路(即所谓的行驱动电路与列驱动电路)。上述构件均为用于有源阵列显示装置的标准构件，因此这些构件将不在下文中进一步显示或描述。
依据本发明，显示装置内形成有上部光源6，而此上部光源6垂直地跨越了各列的像素。此上部光源可为一图案化的发光二极管(LED)(如有机发光二极管)光源。
图2为一示意图，显示了沿图1内线段II-II的水平剖面情形，而图3为一示意图，显示了沿图1内线段III-III的垂直剖面情形。
请参照图2，无源面板基板(即上部面板)11上设置有LED装置6。LED装置6包括了金属电极层60(可为不透光材料)、白光发光二极管层61以及透明电极层62，如ITO。
可视需求，在平坦层14a与14b之间选择性地夹置有彩色滤光层13。这些平坦膜层之一可包括一单元内偏光片(in-cell polarizer)且能为一种多层次堆叠结构。
无源面板的ITO层15用以定义作为控制液晶显示装置的公共电极(common electrode)。
在有源面板之上则形成有多个反射金属像素电极16，且这些反射金属像素电极16用于控制液晶材料17。行电极4则位于有源阵列之内，如图所示，这些行电极4可埋设在像素电极的下方，以降低未经调节(non-modulated)的反射。
区域18则显示了有源阵列膜层(采用块状示意)，其作为像素电路(pixelcircuit)，且亦可包括列导线(column conductor)。其内亦可形成有平坦层(planarisation layers)。有源面板玻璃基板19包括对应于显示像素电极16的有源阵列像素电路。
此结构即为传统的液晶显示装置结构，但在装置结构中整合有LED光源，并将其作为上部光源。如此可形成不具背光光源(backlight)的全反射式显示像素结构。
图3则显示了相同的膜层，并以更详细的方式显示LED装置6的图案结构。如图3所示，两电极层60，62以及LED层61经过图案化以定义多个条状光源。
图4显示了条状LED装置6的代表性比例尺寸，并显示可由条状LED装置6适当且均匀地照射的各像素40(例如具有100μm的像素间距)。完美的照光均匀度并非必须，且更重要的是所有的像素均以相同方式照射。
在此，条状LED装置6的宽度为显示为15μm，约占15％的像素区域。然而，当不需于像素电极内形成开口以使得来自背光光源的光线进入时，像素的表现(特别是像素开口率)可较半穿透半反射式像素设计为佳。条状LED装置6距像素电极的高度为显示为15μm，此为根据传统液晶显示装置内的液晶层厚度以及膜层所设计。发自条状LED装置6的光线可涵盖约100μm的宽度。
在前述范例中，仅示出了延伸并跨越各像素的一条状发光物。图5则示出了在像素内形成具有多个条状LED装置的众多可能型式的一种，且显示了具有两条状LED装置6a与6b的一实施例。如此可改善照光均匀度或改善使用黑罩幕而得到的更多优点。此外，在RGBW或其他多重基色(multi-primary)布局方面，此实施例亦显现优势。
条状LED装置可一起驱动，以作为全面式背光光源，或者其可依照个别的行、条列或交错条列等方式而片段地驱动。如此的应用即为降低采样保持效应(sample and hold effects)的卷轴照光。卷轴照光的概念为传统，而本发明的照光设置可达相似的照光效果。
图6显示了有源面板上的彩色滤光片13的另一种结构。在此设置有透光像素电极，并在彩色滤光片13的下方设置外部反光片21。在无源面板上则设置有偏光层/平坦层22。
在前述实施例中，LED结构的所有膜层经过图案化。图7显示透光ITO电极62以及LED层61为未经过图案化而设置，并延伸在显示像素区的整个表面之上，因而具有较少的高ITO阻抗问题，且可改善阶梯覆盖及良品率等问题。
图8显示利用曲折化的有源面板保护层所形成的曲折化反光物(即像素电极)，用以改善横跨像素的光线的方向性或者发光均匀度。如此，像素电极的表面不是平坦表面，而是具有局部正交于不同方向的表面。反射物的角度选择为能提供自反射物表面离开的反射光线至期望方向的角度。如图所示，可以选择垂直方向，以使来自条状光源的照光依此方向反射，以降低其角度散布范围。如此改善了光线输出方向。位于电极下方的膜层的图案化，可采用能定义出期望的像素电极的方式所形成，因而具有位于其上的顺应像素电极层。
本发明显示装置的控制方法则包括以下步骤：
当在高环境光照情形下，则可利用由前述的数个反射式显示像素电极所形成的反射环境光作为显示输出，其中这些反射式像素电极设置在下部基板上，且反射环境光通过液晶层并经此液晶层调节而穿透上部基板。另外，当在低环境光照情形下，操作设置在上部基板上的光源，以穿过液晶层而照光至这些显示像素电极。
本发明特别适用于移动式显示产品。本发明提供了具低功率光源的解决方案，且可显出高品质的反射式影像。
形成液晶显示装置结构的多个膜层，特别是形成有源面板的晶体管与行与列导线等多个膜层，在文中并未做详细解说。这是因为这些设计部分均为传统，且具有多种可能的不同设计。本发明关于将光源整合在无源面板之中。
前述经图案化的LED光源也可以传统的LED设计为基础。举例来说，其可使用有机LED(OLED)装置。其亦可具有两种基本类型，即所谓的小分子OLED(small molecular OLED)以及高分子LED(polymer LED)。
小分子OLED可包括最多约4层的高分子LED，具有约为0.01～0.1μm的厚度。这些膜层可包括空穴注入层(hole injection layer，HIL)、空穴传输层(hole transport layer，HTL)、发射层(emissive layer，EML)以及电子传输层(electron transport layer，ETL)。顶部金属层通常为Li或LiF与Al的双膜层(bi-layer)。
高分子LED通常具有两层的高分子膜层，形成在ITO上的PEDOT(poly(3，4-ethylenedioxy)thiophene)膜层，分别作为空穴注入层与发射层。这些膜层的厚度通常约0.01～0.1μm。另外，顶部金属层为双膜层，例如为Ca与Al或Ba与Al的双膜层。
在这两种设计中，反射性金属的厚度为薄的(通常介于0.05～0.1μm)，而用于导电的Al的厚度为厚的(通常为0.5μm)。
发射层可经过掺合，以提供适当的白光输出。
如前所述，光源的图案可以是列方向式，具有沿着各列显示像素通过的一或多个列状物。优选地，像素按照列方向而排列RGB子像素，如图所示，以使各条状照光光源能照射至所有的子像素。然而，光源可采用不同型态设置，以对应于各种子像素设计。举例来说，光源可设置为行方向的条状光源，或者甚至设置成更为复杂的网状图案，以符合各种子像素布局，并确保可照射至所有的子像素。
光源可经过控制而作为形成全面性照光的独一单元或可单独地开启的个别部分图案，举例来说，如前所述的转轴背光。如此仅需要在显示区域的边缘设置驱动器，将其与各光源部分的尾端连结(类似于有源面板的行或列驱动器)。光源的其中一个电极可为公共电极，而另一个电极可用以驱动所选择的部分光源。当以透光电极作为公共电极时，则不需如同前述的一实施例般将透光电极予以图案化。其实施方式可完全按照传统技术而达成。
本领域技术人员可依据本发明的精神而实施各种变形。
虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种显示装置，包括：
一下部基板，包括一显示像素区，具有多个显示像素与多个显示像素电极；
一上部基板；
一液晶层，设置在该下部基板与该上部基板之间，其中该显示装置还包括一光源，该光源设置在该上部基板上，借由穿越该液晶层而照光至该些显示像素电极；以及
在该下部基板外侧设置一外部反光片；
所述多个显示像素电极是多个反射金属像素电极，且这些反射金属像素电极用于控制液晶层，行电极埋设在所述像素电极的下方，以降低未经调节的反射。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中该光源包括一发光二极管光源。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其中该光源包括一不透光电极层、位于该不透光电极层之上及该不透光电极层面向该液晶层的一侧边上的一发光二极管层、以及位于该发光二极管层面向该液晶层的该侧边上的一透光电极层。
4.根据权利要求3所述的显示装置，其中该不透光电极层、该透光电极层与该发光二极管层经过图案化而具有多个光源部。
5.根据权利要求3所述的显示装置，其中该不透光电极层经过图案化而具有多个光源部，而该透光电极层与该发光二极管层则延伸在该显示像素区的整个表面之上。
6.根据权利要求1所述的显示装置，其中该光源包括多个条状物，其中该些条状物的一或多个对应于该些显示像素的各列。
7.一种显示装置的控制方法，包括：
一下部基板，包括一显示像素区，具有多个显示像素与多个显示像素电极；
一上部基板；
一液晶层，设置在该下部基板与该上部基板之间，其中该显示装置还包括一光源，该光源设置在该上部基板上，借由穿越该液晶层而照光至该些显示像素电极；
在该下部基板外侧设置一外部反光片；
在一高环境光照情形下，利用由该外部反光片所形成的一反射环境光穿越该些显示像素电极作为一显示输出，且该反射环境光通过一液晶层并经该液晶层调节而穿透一上部基板；以及
在一低环境光照情形下，操作设置在该上部基板上的一光源，以穿过该液晶层而照光至该些显示像素电极；
所述多个显示像素电极是多个反射金属像素电极，且这些反射金属像素电极用于控制液晶层，行电极埋设在所述像素电极的下方，以降低未经调节的反射。
8.根据权利要求7所述的显示装置的控制方法，其中该光源包括一不透光电极层、位于该不透光电极层之上及该不透光电极层面向该液晶层的一侧边上的一发光二极管层、以及位于该发光二极管层面向该液晶层的该侧边上的一透光电极层。
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