CN102759818B - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

显示装置包括光源模块，具有指向性光线；显示模块，设置在光源模块上方且具有垂直电场，包括第一基板、第二基板及显示介质。第一基板具有第一内表面及第一外表面。第二基板位于第一基板的对向且具有第二内表面及第二外表面，垂直电场形成于第二内表面与第一内表面间。显示介质位于第一基板与第二基板之间，具有光学等向性，受垂直电场驱动时具有光学异向性，且指向性光线于进入显示模块时指向性光线不垂直于第一外表面，且指向性光线于射出显示模块时指向性光线不垂直于第二外表面；导向光学膜，位于第二基板的第二外表面上且具有入光面及出光面，指向性光线自入光面进入导向光学膜并自出光面射出形成射出光线，射出光线与出光面间具有夹角。

Description

显示装置
技术领域
本发明是有关于一种显示装置，且特别是有关于一种液晶显示装置。
背景技术
随着显示科技的蓬勃发展，消费大众对于显示器显像品质的要求越来越高。消费大众除了对显示器的解析度(resolution)、对比(contrast ratio)、视角(viewing angle)、灰阶反转(grey level inversion)、色饱和度(color saturation)的规格有所要求外，对显示器的反应时间(response time)的规格要求亦日渐提高。
为了因应消费大众的需求，显示器相关厂商纷纷投入具有快速应答特性的蓝相(blue phase)液晶显示器的开发。以蓝相(blue phase)液晶材料为例，一般需要横向电场来进行操作以使其具有光阀的功能。目前已经有人采用共面转换IPS(In-Plane Switching)显示模块的电极设计来驱动蓝相(blue phase)液晶显示器中的蓝相液晶分子。
然而，在典型的IPS显示模块的电极设计中，其电极上方有许多区域不具有横向电场，而使得蓝相液晶显示器中有许多液晶分子无法被顺利驱动，进而导致显示模块的穿透率偏低。如果为了提高IPS显示模块的穿透率而提高驱动电压，虽可使穿透率提升，但是所衍生的问题就是过于耗电。因此，如何改善蓝相液晶显示器中的低穿透率以及高驱动电压的问题，实为研发者所欲解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题为提供一种显示装置，其可以解决传统将蓝相液晶应用于IPS显示模块时所存在的低穿透率以及高驱动电压的问题。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，其包括光源模块、显示模块以及导向光学膜。光源模块具有指向性光线。显示模块设置在光源模块上方且具有垂直电场，此显示模块包括第一基板、第二基板以及显示介质。第一基板具有第一内表面以及第一外表面。第二基板位于第一基板的对向且具有第二内表面以及第二外表面，其中垂直电场形成于第二内表面与第一内表面间。显示介质位于第一基板与第二基板之间，其中显示介质具有光学等向性(opticallyisotropic)，而显示介质受垂直电场驱动时具有光学异向性(opticallyanisotropic)，且指向性光线于进入显示模块时，指向性光线不垂直于第一外表面，且指向性光线于射出显示模块时，指向性光线不垂直于第二外表面。导向光学膜位于显示模块的第二基板的第二外表面上且具有入光面以及出光面，指向性光线自入光面进入导向光学膜并自出光面射出以形成射出光线，其中射出光线与出光面间具有夹角。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，其中该夹角为60度～120度。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，其中该夹角为90度。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，其中该光源模的该指向性光线于射入该显示模块时的一入射方向与该第一基板的该第一外表面实质上不相互垂直。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，其中该光源模块的该指向性光线于射入该显示模块时的入射方向与该第一基板的该第一外表面之间具有一夹角，其介于5度～45度。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，更包括：一第一光学膜，设置在该第一基板的该第一外表面上，该第一光学膜具有多个第一光学结构，这些第一光学结构可使该指向性光线于通过时实质上不产生全反射；以及一第二光学膜，设置在该第二基板的该第二外表面上，其中该第二光学膜具有多个第二光学结构，这些第二光学结构可使该指向性光线于通过时实质上不产生全反射。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，其中这些第一光学结构、这些第二光学结构以及这些光学结构的尺寸各自为5微米～100微米。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，其中该第一光学膜具有一第一表面以及相对于该第一表面的一第二表面，该第一表面是面向该光源模块，该第二表面是面向该第一基板的该外表面，且这些第一光学结构是位于该第一表面上。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，其中这些第一光学结构分别为一凹槽结构，每一凹槽结构具有一第一侧壁以及一第二侧壁，且所述光线于通过该第一光学膜时的一第二入射向方向与该第一侧壁实质上垂直，且该第二入射向方向与该第二侧壁实质上平行。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，其中该第二光学膜具有一第一表面以及相对于该第一表面的一第二表面，该第一表面是面向该第二基板的该外表面，且这些第二光学结构是位于该第二表面上。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，其中这些第二光学结构分别为一凹槽结构，每一凹槽结构具有一第一侧壁以及一第二侧壁，且所述光线于通过该第二光学膜时的一第三入射向方向与该第一侧壁实质上垂直，且该第二入射向方向与该第二侧壁实质上平行。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，其特征在于，更包括：一下偏光片，位于该第一基板的该第一外表面上；以及一上偏光片，位于该第二基板的该第二外表面上，其中该上偏光片位于该第二基板与该导向光学膜之间，或是该导向光学膜位于该上偏光片与该第二光学膜之间。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，其中该下偏光片的传送轴与该上偏光片的传送轴具有一夹角，其中该夹角为5度～175度。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，其中该导向光学膜具有一第一表面以及相对于该第一表面的一第二表面，该第一表面是面向该第二基板的该外表面，且于该导向光学膜的该第一表面上具有多个导向光学结构。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，其中这些导向光学结构分别为一凹槽结构，每一凹槽结构具有一第一侧壁以及一第二侧壁，且该指向性光线于这些导向光学结构的这些第一侧壁产生全反射以形成该射出光线。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，其中每一凹槽结构的该第一侧壁以及该第二侧壁皆为平面侧壁。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，其中每一凹槽结构的该第一侧壁为一曲面侧壁且该第二侧壁为一平面侧壁。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，其中这些曲面侧壁分别具有一曲率半径，且这些曲面侧壁的曲率半径完全相同或是不完全相同。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，其中每一曲面侧壁具有多个曲率半径，且越靠近该凹槽结构的底部的该曲面侧壁的曲率半径越小。
为达上述目的，本发明提出一种显示装置，其中该显示模块更包括至少一配向图案，设置在该第一基板以及该第二基板至少其中之一。
本发明是于第一基板与第二基板之间产生垂直电场以驱动显示模块的显示介质。特别是，由于光源模块所产生的光线于射入显示介质时的入射方向与第一基板的内表面不相互垂直，因此能使显示介质被驱动成光学异向性时相对于光源模块的光线仍具有双折射性质。基于上述，因本发明的显示装置可以采用垂直电场来驱动所述显示介质，因此可以解决传统采用横向电场驱动蓝相液晶时所存在的低穿透率以及高驱动电压的问题。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的显示装置的剖面示意图；
图2A为显示介质在无电场条件下光学等向性的示意图；
图2B为显示介质在有电场中具有光学异向性的示意图；
图3A以及图3B是根据本发明的实施例的显示装置的剖面示意图；
图4A是根据本发明一实施例的显示装置中的第一光学膜的剖面示意图；
图4B是图4A的第一光学膜的立体示意图；
图5A是根据本发明一实施例的显示装置中的第二光学膜的剖面示意图；
图5B是图5A的第二光学膜的立体示意图；
图6A是根据本发明一实施例的显示装置中的光学膜的剖面示意图；
图6B是图6A的光学膜的立体示意图；
图7为根据本发明一实施例的光线通过第一光学膜、第二光学膜及光学膜的光路图；
图8A是根据本发明另一实施例的显示装置中的光学膜的剖面示意图；
图8B是图8A的光学膜的立体示意图；
图9A是根据本发明又一实施例的显示装置中的光学膜的剖面示意图；
图9B是图9A的光学膜的立体示意图；
图10A是根据本发明又一实施例的显示装置中的光学膜的剖面示意图；
图10B是图10A的光学膜的立体示意图；
图11及图12是根据本发明多个实施例的显示装置的剖面示意图；
图13是以传统IPS显示模块的横向电场驱动蓝相液晶的电压与穿透度的关系图；
图14A以及图14B是以本发明的显示装置的垂直电场驱动蓝相液晶的电压与光线角度的关系图；
图15是以传统IPS显示模块的横向电场驱动蓝相液晶的电压与穿透度的关系图；
图16是以本发明的显示装置的垂直电场驱动蓝相液晶的电压与穿透度的关系图；
图17是以传统IPS显示模块的横向电场驱动蓝相液晶的迟滞现象的测量结果；
图18是以本发明的显示装置的垂直电场驱动蓝相液晶的迟滞现象的测量结果；
图19是本发明的显示装置的显示介质厚度与电压之间的关系图；
图20是本发明的显示装置在不同显示介质的厚度条件下，其电压与穿透率之间的关系图。
其中，附图标记：
100：显示装置        P：显示模块
B：光源模块          21b：第一基板
22b：像素阵列        231：补偿膜
24b：第一光学膜      23b：下偏光片
26a：导光板          26b：光源
20：显示介质         21a：第二基板
22a：对向电极        24a：第二光学膜
25：光学膜           23a：上偏光片
27：扩散膜           29：眼睛
281、282：指向性光线 283：射出光线
V：垂直轴线          D1、D2、D3：方向
S1～S10：表面       θ、θ1、θ1’、θ2、θ3～θ8：角度
W1～W6、W5’、W5”、W5-1、W5-2、W6’：侧壁
T1～T3、T3’：光学结构        p1～p4：尺寸
60、80：配向狭缝图案          70：配向突起图案
具体实施方式
图1是根据本发明一实施例的显示装置的剖面示意图。请参照图1，本实施例的显示装置100包括显示模块P、光源模块B以及导向光学膜25。
显示模块P包括第一基板21b、第二基板21a以及显示介质20。
第一基板21b具有内表面S1以及外表面S2，且第一基板21b的内表面S1上设置有像素阵列22b。第一基板21b的材质可为玻璃、石英、有机聚合物、或是其它可适用的材料。根据本实施例，像素阵列22b包括多条扫描线、多条数据线以及多个像素单元，其中每一像素单元包括主动元件以及与主动元件电性连接的像素电极，且像素单元的主动元件与对应的一条数据线以及对应的一条扫描线电性连接。上述的主动元件可为底部栅极型薄膜晶体管或顶部栅极型薄膜晶体管。
第二基板21a位于第一基板21b的对向，第二基板21a具有内表面S3以及外表面S4，且第二基板21a的内表面S3上设置有对向电极22a。类似地，第二基板21a的材质可为玻璃、石英、有机聚合物、或是其它可适用的材料。对向电极22a是全面地覆盖在第二基板21a的内表面S3。根据本实施例，对向电极22a为透明电极，其材质包括金属氧化物，其可以是铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、铟锗锌氧化物、或其它合适的金属氧化物、或者是上述至少二者的堆叠层。
值得一提的是，在上述第一基板21b或第二基板21a上还可进一步设置彩色滤光阵列，以使得显示模块P可显示彩色影像。但是，本发明不限于此。
显示介质20位于第一基板21b的像素阵列22b与第二基板21a的对向电极22a之间。特别是，所述显示介质20在无电场的环境之下具有光学等向性质(optically isotropic)，如图2A所示。而当显示介质20在有电场201的环境之下则具有光学异向性质(optically anisotropic)，如图2B所示。换言之，当像素阵列22b与对向电极22a之间无电场产生时，显示介质20是呈现光学等向性质。当像素阵列22b与对向电极22a之间形成有垂直电场201时，显示介质20是呈现光学异向性质。根据本实施例，上述的显示介质20包括蓝相液晶，其可以是聚合物稳定型蓝相液晶(polymer-stabilized blue phase liquid crystals)或是聚合物稳定型等向相液晶(polymer-stabilized isotropic phase liquid crystals)等等。由于显示介质20是透过电场的形成而使显示介质20在光学等向性与光学异向性之间转换，以使显示介质20发挥光阀的作用，因此此种显示介质20的反应速度相较于传统向列型液晶分子的扭转反应速度要快上许多。
光源模块B设置在显示模块P的第一基板21b的外表面S2的下方，其产生指向性光线281，其中指向性光线281指具有特定的投光方向及特定的光束角度，在本实施例中指向性光线281仅集中在特定的范围内，亦即具有方向性，而非传统一般散射性光源，其光线向四面扩散，不具任何方向性。上述的光源模块B可以是侧边入光式光源模块，其包括导光板26a以及光源26b。当然，光源模块B还可进一步包括光学膜片组、框架等等元件。本实施例的光源模块B是以侧边入光式光源模块为例来说明，然本发明不限于此，根据其他实施例，光源模块B还可以是其他种形式的光源模块，可以是直下式光源模块。
承上所述，由于显示介质20在有电场的环境时具有光学异向性质。因此，当于显示模块P的像素阵列22b与对向电极22a之间形成垂直电场201时，显示介质20除了呈现光学异向性质之外，显示介质20还会顺着垂直电场201而呈现直立式排列，如图1以及图2A所示。为了使直立式排列的光学异向性显示介质20对于来自光源模块B的光线具有双折射性，本实施例对光源模块B的光线的传递方向做了特殊的设计，如下所述。
根据本实施例，光源模块B所产生的指向性光线281于射入显示模块P时具有入射方向D1，且入射方向D1与第一基板21b的外表面S2彼此不相互垂直。换言之，光源模块B所产生的指向性光线281并非垂直地射入显示模块P中，而是以特定的倾斜角度射入显示模块P中。要使光源模块B所产生的指向性光线281以特定的倾斜角度射出光源模块B，可以透过于导光板26a上设计特殊的光学微结构，或者是在导光板26a上设置一层具有特殊的光学微结构的光学膜片。如此一来，便能使光源26b所产生的光线于通过导光板26a(或光学膜片)时，能使得光线的传递方向产生改变，以达到使光源模块B所产生的指向性光线281以特定的倾斜角度射出的目的。根据本实施例，由于光源模块B所产生的指向性光线281是以特定的倾斜角度射出，因此指向性光线281的入射方向D1与第一基板21b的外表面S2之间的夹角θ1可以是5度～45度。换言之，光源模块B所产生的指向性光线281的倾斜角度θ1’可以是45度～85度。所述的倾斜角度θ1’指的是指向性光线281的入射方向D1与垂直轴线V之间的夹角。
承上所述，当指向性光线281以倾斜角度θ1’射入显示模块P之后，便形成了指向性光线282，而于显示模块P内的指向性光线282仍维持相同的方向前进以贯穿显示介质20。换言之，光源模块B所产生的指向性光线281于射入显示介质20时为指向性光线282，且指向性光线282具有入射方向D2，且入射方向D2与第一基板21b的内表面S1彼此不相互垂直。因此，指向性光线282的入射方向D2与第一基板21b的内表面S 1之间的夹角θ不等于90度。根据本实施例，指向性光线282的入射方向D2与第一基板21b的内表面S1之间的夹角θ可以是5度～45度。
之后，当指向性光线282通过显示介质20并穿出第二基板21a之后，指向性光线282会被导向光学膜25导向成具有射出方向D3的射出光线283，且所述射出方向D3与导向光学膜25的表面(射出面)实质上夹有60度至120度的夹角。在本实施例中，射出光线283是垂直地射出导向光学膜25，因此射出方向D3与导向光学膜25的表面(射出面)实质为90度的夹角，以使得使用者的眼睛29接收到的射出光线283为正向光。故，射出光线283的射出方向D3与导向光学膜25的表面(射出面)之间的夹角θ2实质上等于90度。
在本实施例中，为了使指向性光线281于进入显示介质20之前尽量维持相同的前进/传递方向，可进一步在第一基板21b的外表面S2上设置第一光学膜24b。另外，为了使指向性光线282于离开显示介质20的后尽量维持相同的前进/传递方向，可进一步在第二基板21b的外表面S4上设置第二光学膜24a。
请同时参照图1以及图4A、图4B，第一光学膜24b是设置在第一基板21b的外表面S2上。特别是，第一光学膜24b具有多个第一光学结构T1，且第一光学结构T1可使指向性光线281通过时实质上不产生全反射，即，指向性光线281于通过第一光学膜24b的第一光学结构T1时是直接穿透。倘若指向性光线281于通过第一光学膜24b的第一光学结构T1时是直接穿透而不产生全反射或是其他折射，那么第一光学膜24b对于指向性光线281的耗损可以减至最低，亦即避免指向性光线281因为反射而耗损在空气与第一基板21b的界面。如此指向性光线281便可以尽可能地以相同的传递方向通过第一光学膜24b。
根据本实施例，第一光学膜24b具有第一表面S5以及相对于第一表面S5的第二表面S6，第一表面S5是面向光源模块B，第二表面S6是面向第一基板21b的外表面S2，且第一光学结构T1是位于第一表面S5上。换言之，本实施例的第一光学膜24b的第二表面S6是平坦的平面，但本发明不限于此。另外，第一光学膜24b的第一表面S5上的第一光学结构T1可使得光源模块B的指向性光线281尽可能地直接穿透第一光学膜24b。
根据本实施例，上述的第一光学结构T1为凹槽结构，其具有第一侧壁W1以及第二侧壁W2，如图4A所示。指向性光线281于通过第一光学膜24b时的入射向方向D1与第一侧壁W1实质上垂直，且入射向方向D1与第二侧壁W2实质上平行。更详细来说，在本实施例的第一光学结构(凹槽结构)T1中，凹槽结构T1的第一侧壁W1为短侧壁且第二侧壁W2为长侧壁，且短侧壁W1与指向性光线281的入射向方向D1实质上垂直。另外，第一光学膜24b的折射率与第一基板21b的折射率相近。如此一来，指向性光线281于通过第一光学结构(凹槽结构)T1时，指向性光线281于短侧壁W1可直接穿透而不产生全反射或折射，以使指向性光线281能够尽可能地直接穿透第一光学膜24b。在本实施例中，第一光学结构(凹槽结构)T1的尺寸p1约为5微米～100微米。第一光学结构(凹槽结构)T1的第一侧壁W1与垂直轴线V之间夹角θ4约为5度～45度。第一光学结构(凹槽结构)T1的第二侧壁W2与垂直轴线V之间夹角θ3约为45度～85度。
接着，请同时参照图1以及图5A、图5B，第二光学膜24a是设置在第二基板21a的外表面S4上。特别是，第二光学膜24a具有多个第二光学结构T2，且第二光学结构T2可使指向性光线282于通过时实质上不产生全反射，即，指向性光线282于通过第二光学膜24a的第二光学结构T2时是直接穿透。倘若指向性光线282于通过第二光学膜24a的第二光学结构T2时是直接穿透而不产生全反射，那么第二光学膜24a对于指向性光线282的耗损可以减至最低，即避免指向性光线282因为反射而耗损在空气与第二光学膜24a的界面。如此指向性光线282便可以尽可能地以相同的传递方向射出第二光学膜24a。
根据本实施例，第二光学膜24a具有第一表面S7以及相对于第一表面S7的第二表面S8，第一表面S7是面向第二基板21a的外表面S4，且第二光学结构T2是位于第二表面S8上。换言之，第二光学膜24a的第一表面S7是平坦的平面，但本发明不限于此。而第二光学膜24a的第二表面S8上的第二光学结构T2可使得指向性光线282尽可能地直接穿透第二光学膜24a。
根据本实施例，上述的第二光学结构T2为凹槽结构，其具有第一侧壁W3以及第二侧壁W4，如图5A所示。指向性光线282于通过第二光学膜24a时的入射向方向D2与第一侧壁W3垂直，且第三入射向方向D2与第二侧壁W4平行。更详细来说，在本实施例的第二光学结构(凹槽结构)T2中，第一侧壁W3为短侧壁且第二侧壁W4为长侧壁，且短侧壁W3与指向性光线282的入射向方向D2实质上垂直。另外，第二光学膜24a的折射率与第二基板21a的折射率相近。如此一来，指向性光线282于通过第二光学结构(凹槽结构)T2时，指向性光线282于短侧壁W3可直接穿透而不产生全反射或折射，以使指向性光线282尽可能地直接穿透第二光学膜24a。在本实施例中，第二光学结构(凹槽结构)T2的尺寸p2约为5微米～100微米。第二光学结构(凹槽结构)T2的第一侧壁W3与垂直轴线V之间夹角θ6约为5度～45度。第二光学结构(凹槽结构)T2的第二侧壁W4与垂直轴线V之间夹角θ5约为45度～85度。
之后，请同时参照图1以及图6A、图6B，导向光学膜25是设置在第二光学膜24a上。导向光学膜25具有多个导向光学结构T3，且导向光学结构T3可使所述指向性光线282于导向光学结构T3上实质上产生全反射而形成射出光线283，以使射出光线283于穿出导向光学膜25之后的射出方向D3与导向光学膜25的表面(射出面)S10之间具有60～120度的夹角。在本实施例中，射出光线283于穿出导向光学膜25之后的射出方向D3与导向光学膜25的表面(射出面)S10之间是实质上相互垂直。换言之，指向性光线282在导向光学膜25的导向光学结构T3上是尽可能地产生全反射而形成射出光线283。换言之，导向光学膜25的导向光学结构T3的设计主要是要将自光源模块B射出的指向性光线281、282于通过导向光学膜25之后改变其传递/前进方向。如此便能使射出光线283垂直地射出导向光学膜25，以使使用者的眼睛20接收。
根据本实施例，导向光学膜25具有第一表面S9(又称之为入光面)以及相对于第一表面S9的第二表面S10(又可称为出光面)，第一表面S9是面向第二基板21a的外表面S4，且导向光学结构T3是位于第一表面S9上。换言之，导向光学膜25的第二表面S10是平坦的平面，但本发明不限于此。而导向光学膜25的第一表面S9上的导向光学结构T3可使得指向性光线282尽可能地产生全反射以形成射出光线283。
根据本实施例，导向光学结构T3为凹槽结构，其具有第一侧壁W5以及第二侧壁W6，如图6A所示。在本实施例中，凹槽结构T3的第一侧壁W5以及第二侧壁W6皆为平面侧壁。更详细来说，在本实施例的光学结构(凹槽结构)T3中，第一侧壁W5与垂直轴线V之间夹角θ7约为5度～60度，第二侧壁W6与垂直轴线V之间夹角θ8约为15度～45度。因此，当指向性光线282射至光学膜片25时，指向性光线282可于导向光学结构T3的第一侧壁W5产生全反射以形成射出光线283，而使得射出光线283能垂直地射出导向光学膜25。此外，在本实施例中，光学结构(凹槽结构)T3的尺寸p3约为5微米～100微米。
图7绘示了光源模块B的指向性光线281、282于通过第一光学膜24b、第二光学膜24a以及通过导向光学膜25形成射出光线283的光路，为了清楚地绘示出指向性光线281、指向性光线282、射出光线283分别于通过第一光学膜24b、第二光学膜24a以及导向光学膜25的光路，图7仅绘示出第一光学膜24b、第二光学膜24a以及导向光学膜25，即省略绘示显示模块P及其他膜层。
承上所述，如图7所示，指向性光线281于通过第一光学膜24b时是尽可能地直接穿透而不产生全反射或折射。接着，指向性光线282于通过第二光学膜24a时也是尽可能地直接穿透而不产生全反射或折射。之后，指向性光线282在导向光学膜25的导向光学结构T3上是尽可能地产生全反射，以形成射出光线283。透过上述第一光学膜24b、第二光学膜24a以及导向光学膜25的设置，便可使得光源模块B的光线以斜向方向入射显示模块P，再以正向方向射出导向光学膜25。
请再参照图1，本实施例的显示装置100除了上述显示模块P、光源模块B以及导向光学膜25之外，还可进一步包括下偏光片23b以及上偏光片23a。下偏光片23b设置在第一基板21b与第一光学膜24b之间，且上偏光片23a设置在第二基板21a与第二光学膜24a之间。下偏光片23b以及上偏光片23a可采用双色性聚合物薄膜(dichroic polymer films)，其可以是聚乙烯醇类的薄膜(polyvinyl-alcohol-based film)。下偏光片23b的传送轴(transmission axis与上偏光片23a的传送轴(transmission axis)之间的角度可为5度至175度。
此外，为了使显示模块P具有更佳的显示品质，本实施例的显示模块P更包括补偿膜231以及扩散膜27。补偿膜231是设置在下偏光片23b以及上偏光片23a之间。在本实施例中，补偿膜231是设置在下偏光片23b与第一基板21b之间为例来说明。换言之，补偿膜(未绘示)也可以设置在上偏光片23a与第二基板21a之间，或者是在下偏光片23b与第一基板21b之间设置补偿膜231并且在上偏光片23a与第二基板21a之间设置补偿膜(未绘示)。设置补偿膜231可以增加显示模块P的对比表现以及增加显示模块P的视角。此外，扩散膜27是设置在上偏光片23a的上方，以使射出光线283于通过时产生扩散作用，进而使显示模块P具有较佳的显示品质。然，本发明不限制必须使用扩散膜27以及补偿膜231。在其他实施例中，也可以省略扩散膜27以及补偿膜231两者或是其中之一。
承上所述，由于本实施例的显示模块P的显示介质20是透过像素阵列22b与对向电极22a之间的垂直电场201来驱动，因此可以解决传统IPS显示模块采用横向电场驱动蓝相液晶时所存在的低穿透率以及高驱动电压的问题。此外，由于本实施例的光源模块B所产生的指向性光线281以及指向性光线282于射入显示介质20时的入射方向D2与第一基板21b的表面不相互垂直，因此能使显示介质20被驱动成光学异向性时相对于光源模块B的指向性光线282仍具有双折射性质，进而使显示模块P能够显示影像。
在上述图1的实施例中，上偏光片23a是设置在第二基板21a与第二光学膜24a之间。如此一来，可以使得指向性光线282偏振态比较不会受到第二光学膜24a以及导向光学膜25的影响。但是，本发明不限于此。根据其他实施例，上偏光片23a也可以设置在第二光学膜24a或是导向光学膜25的上方，如图3A所示。
另外，根据另一实施例，显示模块P中也可以省略第二光学膜24b，如图3B所示。如此一来，可以使得指向性光线282偏振态比较不会受到第二光学膜24a的影响。但是，本发明不限于此。
另外，在上述图1的实施例中，显示模块P的光学膜片25是采用如图6A以及图6B所示的结构。然而，本发明不限于此。根据其他实施例，显示装置100的光学膜片25还可以采用其他种形式或结构，如下所述。
图8A是根据本发明另一实施例的显示装置中的光学膜的剖面示意图。图8B是图8A的光学膜的立体示意图。请参照图8A以及图8B，本实施例的导向光学膜25的导向光学结构T3’为凹槽结构，光学结构(凹槽结构)T3的第一侧壁W5’为曲面侧壁，且光学结构(凹槽结构)T3’的第二侧壁W6’为平面侧壁。因此，当指向性光线282射至光学膜片25时，指向性光线282可于导向光学结构T3的第一侧壁(曲面侧壁)W5’产生全反射而形成射出光线283，而使得射出光线283能垂直地射出导向光学膜25。特别是，由于第一侧壁W5’为曲面侧壁，因此指向性光线282除了于第一侧壁(曲面侧壁)W5’产生全反射以形成射出光线283之外，有一部分产生全反射的射出光线283被反射至第一侧壁(曲面侧壁)W5’上之后，因入射角度小于全反射角，而以折射的形式射出光学膜片25。因此，如果光学结构(凹槽结构)T3’的第一侧壁W5’是采用曲面侧壁的结构，将可以使得射出光线283的射出方向与射出面具有60度～120度的夹角，即射出光线283可以发散形式射出，以使得影像品质较佳。类似地，在本实施例中，光学结构(凹槽结构)T3’的尺寸p4约为5微米～100微米。
在上述图8A以及图8B的实施例中，导向光学膜25的所有导向光学结构T3’的曲面侧壁W5’的曲率半径都相同，因此，图8A以及图8B的实施例的导向光学膜25的每一个导向光学结构T3’都是相同的凹槽图案。然而，本发明不限于此，根据其他实施例，导向光学膜25的光学结构也可以是不完全相同的图案，如图9A以及图9B所示。
图9A是根据本发明另一实施例的显示装置中的光学膜的剖面示意图。图9B是图9A的光学膜的立体示意图。请参照图9A以及图9B，在本实施例中，导向光学膜25的每一个导向光学结构T3’具有一个平面侧壁以及一个曲面侧壁，但所述导向光学结构T3’的曲面侧壁曲率侧壁的曲率半径不完全相同。可以，本实施例的导向光学结构T3’的曲面侧壁W5’的曲率半径不同于曲面侧壁W5”的曲率半径，且具有较大曲率半径的曲面侧壁W5’的导向光学结构T3’以及具有较小曲率半径的曲面侧壁W5”的导向光学结构T3’是彼此交替设置。
图10A是根据本发明另一实施例的显示装置中的光学膜的剖面示意图。图10B是图10A的光学膜的立体示意图。请参照图10A以及图10B，在本实施例中，导向光学膜25的每一个导向光学结构T3’具有一个平面侧壁以及一个曲面侧壁，且每一个导向光学结构T3’的曲面侧壁有多个曲率半径，而且越靠近凹槽结构T3’的底部的曲面侧壁的曲率半径逐渐变小。举例来说，导向光学膜25的凹槽结构T3’的第一侧壁为曲面侧壁，其包括曲面侧壁W5-1以及曲面侧壁W5-2，且曲面侧壁W5-1的曲率半径小于曲面侧壁W5-2的曲率半径。在此，为了清楚的说明，本实施例是以两个不同曲率的曲面侧壁W5-1与W5-2为例来说明，然事实上导向光学膜25的凹槽结构T3’的第一侧壁为连续曲面。
承上所述，当指向性光线282射至导向光学膜25时，指向性光线282除了于曲面侧壁W5-1、W5-2产生全反射以形成射出光线283之外，部分射出光线283可进一步被反射至曲面侧壁W5-1上之后再以折射的形式射出光学膜片25。由于越靠近凹槽结构T3’的底部的曲面侧壁W5-1的曲率半径越小，因而曲面侧壁W5-1的切线与射出光线283的传递方向之间的夹角就越小，如此便能使射出光线283被反射至该处之后较容易产生折射而射出光学膜片25。换言之，具有较小曲率半径的曲面侧壁W5-1可使更多的射出光线283于此产生折射而射出光学膜片25。换言之，图10A及图10B的导向光学膜25的光发散的角度以及分布会比图8A及图8B的实施例来得更大且更广。
图11及图12是根据本发明多个实施例的显示装置的剖面示意图。图11以及图12的实施例与上述图1的实施例相似，因此相同的元件以相同的符号表示，且不再重复说明。图11的实施例与图1的实施例不同的处在于，像素阵列221b具有配向狭缝图案60，且在对向电极221a上设置有配向突起图案70。在像素阵列221b设置配向狭缝图案60以及对向电极221a上设置配向突起图案70可以使得垂直电场202的分布产生变化，进而达到对显示介质20产生多域配向的作用。类似地，图12的实施例与图1的实施例不同之处在于，像素阵列221b具有配向狭缝图案60，且对向电极221a具有配向狭缝图案80。在像素阵列221b设置配向狭缝图案60以及在对向电极221a设置配向狭缝图案80同样可以使得垂直电场202的分布产生变化，进而达到对显示介质20产生多域配向的作用。
上述图11以及图12的实施例是在像素阵列221b以及对向电极221a上设置配向图案(可以是配向狭缝图案或配向突起图案)，然本发明不限于此。根据其他实施例，也可以仅在像素阵列221b设置配向图案(可以是配向狭缝图案或配向突起图案)，或者是仅在对向电极221a设置配向图案(可以是配向狭缝图案或配向突起图案)。此外，于像素阵列221b以及对向电极221a上的配向图案的组合也不限于图11与图12的实施例。换言之，也可以于像素阵列221b设置配向突起图案且对向电极221a上设置配向狭缝图案，或者是于像素阵列221b设置配向突起图案且对向电极221a上设置配向突起图案。
为了说明本发明的显示装置相较于传统IPS显示装置来说具有较低的驱动电压以及较佳的穿透度，以下以多个实例来与传统IPS显示装置作比较。
驱动电压的比较I
图13是以传统IPS显示模块的横向电场驱动蓝相液晶的电压与穿透度的关系图。请参照图13，图13的横轴表示电压(V)，且纵轴表示显示模块的穿透度。由图13可知，以传统IPS显示模块驱动蓝相液晶时，其驱动电压需高达52V才具有较佳的穿透度，也就是，当驱动电压需达52V时可使显示模块具有克尔常数值(Kerr constant)为12.68nm/V2。
图14A以及图14B是以本发明的显示装置的垂直电场驱动蓝相液晶的电压与光线角度的关系图。图14A以及图11B的横轴表示光源模块的光线的倾斜角度(也就是图1所示的角度θ1’)，且纵轴表示显示模块的穿透度。
请先参照图14A，此显示装置中的显示模块的显示介质厚度(又称晶胞间隙)为3.5微米，且图14A的显示模块具有克尔常数值(Kerr constant)为12.68nm/V2。由图14A可知，图14A的显示模块所需的驱动电压(15V以下)远低于图13的IPS显示模块的驱动电压(52V)。此外，在图14A的显示装置中，当光源模块的光线的倾斜角度越大时，其驱动电压越小。
请先参照图14B，此显示装置中的显示模块的显示介质厚度(又称晶胞间隙)为5微米，且图14B的显示模块同样具有克尔常数值(Kerr constant)为12.68nm/V2。由图14B可知，图14B的显示模块所需的驱动电压(18V以下)，其仍远低于图13的IPS显示模块的驱动电压(52V)。类似地，在图14B的显示装置中，当光源模块的光线的倾斜角度越大时，其驱动电压越小。
驱动电压的比较II
图15是以传统IPS显示模块的横向电场驱动蓝相液晶的电压与穿透度的关系图。请参照图15，图15的横轴表示电压(V)，且纵轴表示显示模块的穿透度。在图15中，是以633nm的激光作为光源模块的光线，且所述激光是以垂直方向射入IPS显示模块中。由图15可知，当驱动电压高达193Vrms时可使显示模块具有最大的穿透度。
图16以本发明的显示装置的垂直电场驱动蓝相液晶的电压与穿透度的关系图。请参照图16，图16的横轴表示电压(V)，且纵轴表示显示模块的穿透度。在图16中，是以633nm的激光作为光源模块的光线，t表示显示介质厚度(又称晶胞间隙)，且θ表示光源模块的光线倾斜角度(也就是图1所示的角度θ1’)。由图16可知，在不同的介质厚度(又称晶胞间隙)与不同的光线倾斜角度的组合之下，可得到四种电压与穿透度的关系曲线。但是，在上述四曲线中，要使显示模块具有最高穿透度的条件下所需的驱动电压都远小于传统IPS显示模块所需的驱动电压(193Vrms)。
磁滞现象(Hysteresis)的比较
一般蓝相液晶存在有磁滞现象，而当将蓝相液晶应用在显示装置的显示介质时，通常需要抑制或是降低其磁滞现象，以避免蓝相液晶的迟滞现象影响显示模块的灰阶的操控准确度。
图17是以传统IPS显示模块的横向电场驱动蓝相液晶的迟滞现象的测量结果。图18是以本发明的显示装置的垂直电场驱动蓝相液晶的迟滞现象的测量结果。一般来说，蓝相液晶的迟滞现象的测量方法是，逐渐向上升压以测量出电压与穿透度曲线M、M’，并且逐渐向下降压以测量电压与穿透度曲线N、N’。然后计算出两曲线M、N(M’、N’)在一半穿透度的条件下两者的电压差。倘若两曲线M、N(M’、N’)的电压差越大表示蓝相液晶的迟滞现象越明显。反之，倘若两曲线M、N(M’、N’)的电压差越小表示蓝相液晶的迟滞现象越小。
由图17以及图18可知，以传统IPS显示模块的横向电场驱动蓝相液晶的迟滞现象较高，因为曲线M、N(图17)在一半穿透度的条件下的电压差明显大于曲线M’、N’(图18)在一半穿透度的条件下的电压差。
显示介质厚度对于驱动电压的影响
图19是本发明的显示装置的显示介质厚度与电压之间的关系图。图19的横轴表示显示介质的厚度(或称晶胞间隙)，且纵轴表示电压(V)。在图19中，是以550nm的激光作为光源模块的光线，θ表示光源模块的光线倾斜角度(也就是图1所示的角度θ1’)，且图19的四曲线皆为可使显示模块具有克尔常数值(Kerrconstant)为10.2nm/V2。由图19可知，当显示介质的厚度(或称晶胞间隙)越小时，所需的驱动电压也就越小。
图20是本发明的显示装置在不同显示介质的厚度条件下，其电压与穿透率之间的关系图。图20的横轴表示电压(V)，且纵轴表示穿透度。在图20中，显示介质的厚度(或称晶胞间隙)分别为1、2、5微米，且其是以550nm的激光作为光源模块的光线，而且光源模块的光线倾斜角度为70度(也就是图1所示的角度θ1’)。由图20可知，本发明的显示装置的驱动电压与显示介质的厚度有关。
综上所述，由于本发明的显示模块是于像素阵列以及电极层之间产生垂直电场以驱动显示模块的显示介质。特别是，由于光源模块所产生的光线于射入显示介质时的入射方向与第一基板的内表面不相互垂直，因此能使显示介质被驱动成光学异向性时相对于光源模块的光线仍具有双折射性质。基于上述，因本发明的显示装置可以采用垂直电场来驱动所述显示介质，因此可以解决传统采用横向电场驱动蓝相液晶时所存在的低穿透率以及高驱动电压的问题。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作适当改变，故本发明的保护范围当以权利要求书为准。

Claims (18)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：一光源模块、一显示模块、一导向光学膜，一第一光学膜，其中：
该光源模块具有一指向性光线；
该显示模块设置在该光源模块上方，且具有一垂直电场，该显示模块包括：一第一基板，具有一第一内表面以及一第一外表面；一第二基板，其位于该第一基板的对向，具有一第二内表面以及一第二外表面，其中该垂直电场形成于该第二内表面与该第一内表面间；以及一显示介质，位于该第一基板与该第二基板之间，其中该显示介质具有一光学等向性，而该显示介质受该垂直电场驱动时具有一光学异向性，且该指向性光线于进入该显示模块时，该指向性光线不垂直于该第一外表面，此外，在该指向性光线于射出该显示模块时，该指向性光线不垂直于该第二外表面；以及
该导向光学膜，位于该显示模块的该第二基板的该第二外表面上，其具有一入光面以及一出光面，该指向性光线自该入光面进入该导向光学膜并自该出光面射出以形成一射出光线，其中该射出光线与该出光面间具有一夹角；
其中，该第一光学膜设置在该第一基板的该第一外表面上，该第一光学膜具有多个第一光学结构，这些第一光学结构可使该指向性光线于通过时实质上不产生全反射；该光源模块的该指向性光线于射入该显示模块时的入射方向与该第一基板的该第一外表面之间具有一夹角，且该入射方向与该第一外表面的该夹角为5度～45度；该射出光线与该出光面间的该夹角为60度～120度。
2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该夹角为90度。
3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该光源模块的该指向性光线于射入该显示模块时的一入射方向与该第一基板的该第一外表面实质上不相互垂直。
4.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，更包括：
一第二光学膜，设置在该第二基板的该第二外表面上，其中该第二光学膜具有多个第二光学结构，这些第二光学结构可使该指向性光线于通过时实质上不产生全反射。
5.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，其中这些第一光学结构、这些第二光学结构的尺寸各自为5微米～100微米。
6.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，其中该第一光学膜具有一第一表面以及相对于该第一表面的一第二表面，该第一表面是面向该光源模块，该第二表面是面向该第一基板的该外表面，且这些第一光学结构是位于该第一表面上。
7.如权利要求6所述的显示装置，其特征在于，其中这些第一光学结构分别为一凹槽结构，每一凹槽结构具有一第一侧壁以及一第二侧壁，且所述光线于通过该第一光学膜时的一第二入射向方向与该第一侧壁实质上垂直，且该第二入射向方向与该第二侧壁实质上平行。
8.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，其中该第二光学膜具有一第一表面以及相对于该第一表面的一第二表面，该第一表面是面向该第二基板的该外表面，且这些第二光学结构是位于该第二表面上。
9.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，其中这些第二光学结构分别为一凹槽结构，每一凹槽结构具有一第一侧壁以及一第二侧壁，且所述光线于通过该第二光学膜时的一第三入射向方向与该第一侧壁实质上垂直，且该第三入射向方向与该第二侧壁实质上平行。
10.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，更包括：
一下偏光片，位于该第一基板的该第一外表面上；以及
一上偏光片，位于该第二基板的该第二外表面上，
其中该上偏光片位于该第二基板与该导向光学膜之间，或是该导向光学膜位于该上偏光片与该第二光学膜之间。
11.如权利要求10所述的显示装置，其特征在于，其中该下偏光片的传送轴与该上偏光片的传送轴具有一夹角，其中该夹角为5度～175度。
12.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该导向光学膜具有一第一表面以及相对于该第一表面的一第二表面，该第一表面是面向该第二基板的该外表面，且于该导向光学膜的该第一表面上具有多个导向光学结构。
13.如权利要求12所述的显示装置，其特征在于，其中这些导向光学结构分别为一凹槽结构，每一凹槽结构具有一第一侧壁以及一第二侧壁，且该指向性光线于这些导向光学结构的这些第一侧壁产生全反射以形成该射出光线。
14.如权利要求13所述的显示装置，其特征在于，其中每一凹槽结构的该第一侧壁以及该第二侧壁皆为平面侧壁。
15.如权利要求13所述的显示装置，其特征在于，其中每一凹槽结构的该第一侧壁为一曲面侧壁且该第二侧壁为一平面侧壁。
16.如权利要求15所述的显示装置，其特征在于，其中这些曲面侧壁分别具有一曲率半径，且这些曲面侧壁的曲率半径完全相同或是不完全相同。
17.如权利要求15所述的显示装置，其特征在于，其中每一曲面侧壁具有多个曲率半径，且越靠近该凹槽结构的底部的该曲面侧壁的曲率半径越小。
18.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，其中该显示模块更包括至少一配向图案，设置在该第一基板以及该第二基板至少其中之一。
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