CN103513485A - 使用铁电型液晶的显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种使用铁电型液晶的显示器，其包括：一背光模块，发出的光与该背光模块的表面形成偏折；一第一基板，设置于该背光模块之上，且该第一基板的上侧面具有一第一偏光板；多个长条状第一电极，彼此平行且共平面地设置于该第一基板之上；一第二基板，设置于该第一基板及该第一电极之上，且该第二基板的下侧面具有一第二偏光板，该第一及第二偏光板的吸收轴方向彼此垂直；一液晶层，由铁电型液晶组成，该液晶层设置于该第一基板与该第二基板之间，且该铁电型液晶垂直配向地排列于该第一基板上；以及一偏折层，设置于该第二基板之上，用以将被该液晶层作用的该背光模块的发光偏折向垂直于该第二基板表面的方向。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶显示技术，特别是一种使用铁电型液晶的显示器。
背景技术
由于铁电型液晶(ferroelectric liquid crystal,FLC)广视角显示、及应答速度快等特性，已逐渐应用于液晶显示器的技术领域。垂直配向铁电型液晶的层状方向会平行基板表面，且其分子运动方向为圆锥(cone)模式，只能在其虚拟圆锥内运动或分布。铁电型液晶分子的对掌中心(chiral center)因电子云密度分布不均匀，而产生永久偶极矩的极化场，此极化场的方向或称为自发性极化(spontaneous polarization)向量，其垂直于液晶分子的倾斜平面；当施加电场以驱动铁电型液晶时，其自发性极化方向将顺着电场方向在同一平面偏转。
目前的垂直配向铁电型液晶显示器大多为水平电压驱动的模式，其原因为液晶分子的倾斜受到虚拟锥角的限制而无法完全躺在基板水平面上，并且液晶分子所受到的水平电场分布非均匀，皆导致显示元件的亮态穿透率不高或驱动电压过高的问题。因此，有必要发展新的垂直配向铁电型液晶显示器技术以对治及改善。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种新的垂直配向铁电型液晶显示器。为达成此目的，根据本发明的一方面，一实施例提供一种使用铁电型液晶的显示器，其包括：一背光模块，发出的光与该背光模块的表面形成偏折；一第一基板，设置于该背光模块之上，且该第一基板的上侧面具有一第一偏光板；多个长条状第一电极，彼此平行且共平面地设置于该第一基板之上；一第二基板，设置于该第一基板及该第一电极之上，且该第二基板的下侧面具有一第二偏光板，该第一及第二偏光板的吸收轴方向彼此垂直；一液晶层，由铁电型液晶组成，该液晶层设置于该第一基板与该第二基板之间，且该铁电型液晶垂直配向地排列于该第一基板上；以及一偏折层，设置于该第二基板之上，用以将被该液晶层作用的该背光模块的发光偏折向垂直于该第二基板表面的方向。
在本发明的另一方面，另一实施例提供一种使用铁电型液晶的显示器，其包括：一背光模块，发出的光垂直于该背光模块的表面；一第一基板，设置于该背光模块之上，该第一基板的上侧面具有一第一偏光板，且该第一基板的下侧面具有一第一偏折层，用以偏折将该背光模块发出的光；多个长条状第一电极，彼此平行且共平面地设置于该第一基板之上；一第二基板，设置于该第一基板及该第一电极之上，且该第二基板的下侧面具有一第二偏光板，该第一及第二偏光板的吸收轴方向彼此垂直；一液晶层，由铁电型液晶组成，该液晶层设置于该第一基板与该第二基板之间，且该铁电型液晶垂直配向地排列于该第一基板上；以及一第二偏折层，设置于该第二基板之上，用以将被该液晶层作用的该背光模块的发光偏折向垂直于该第二基板表面的方向。
与现有技术相比，本发明提出的使用铁电型液晶的显示器可提高液晶显示器的亮态穿透率，并且能够提供更大的偏折角或较佳的影像色彩效能，同时降低液晶显示器的驱动电压。
附图说明
图1为根据本发明第一实施例的垂直配向铁电型液晶显示器的结构剖面图。
图2A及2B分别为液晶盒间隙内铁电型液晶分子的排列分布以及其自发性极化向量；其中图2A无外加电场，图2B有外加电场。
图3为根据本发明第二实施例的垂直配向铁电型液晶显示器的结构剖面图。
图4为根据本发明第三实施例的垂直配向铁电型液晶显示器的结构剖面图。
附图标记说明：100/200/300-显示器；110/310-背光模块；120-第一基板；125-第一偏光板；130-第一电极；135-第二电极；140-液晶层；122-液晶分子；124-虚拟圆锥；126-自发性极化向量；150-第二基板；155-第二偏光板；160-偏折层/第二偏折层；162/164-棱镜；365-第一偏折层。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
在本发明的实施例说明中，对于一元素被描述是在另一元素的「上面/上」或「下面/下」，是指直接地或间接地在该元素的上或下的情况，而包含设置于其间的其他元素。为了说明上的便利和明确，图式中各膜层的厚度或尺寸，是以夸张或省略或概略的方式表示，且各构成要素的尺寸并未完全为其实际的尺寸。
图1为根据本发明第一实施例的垂直配向铁电型液晶显示器的结构剖面图。本实施例的液晶显示器是使用垂直配向螺旋形变(Deformed helix)铁电型液晶(VA-DHFLC)显示模式作为影像显示的操作之用。如图1所示，该显示器100包含一背光模块110、一第一基板120、多个第一电极130、一液晶层140、一第二基板150、及一偏折层160。
该第一基板120、该液晶层140及该第二基板150共同组合成该显示器100中液晶分子的操作单元，藉以接受外加电压或电场的驱动或控制。本实施例所采用的液晶为铁电型液晶，其充填于该第一基板120与该第二基板150之间所形成的液晶盒间隙(LC cell gap)；而在本实施例的液晶显示器应用中，该铁电型液晶可垂直配向地排列于该第一基板120上，而使铁电型液晶分子122各自在其虚拟圆锥124的边缘呈现螺旋形规则的旋转分布排列，如图2A左侧的透视图所示；例如，可在该第一基板120的上表面涂布一垂直配向层(未图示)，以使该铁电型液晶垂直配向排列于该第一基板120上。此外，该等液晶分子122的自发性极化向量126亦随之有方向上的旋转分布，如图2A右侧的剖面图所示。如上所述，图2A可作为该液晶分子122的初始排列状态或未受外加电场影响时的排列状态。
该第一基板120及该第二基板150可由透明材料(例如，玻璃)组成，用以支承该液晶显示器100的机械结构，并具有透光性而不致造成光路径上不必要的亮度损耗。由于上述充填于该第一基板120与该第二基板150之间的液晶分子在受到不同的外加电场或外加电场的施加与否的作用下，将会改变所经过光的极化状态；因此，必须对该液晶层140的入射光的极化方向加以预先设定，并对该液晶层140的射出光的极化方向加以对应处理。由此，该第一基板110的上侧面可设置有一第一偏光板125，藉以设定该液晶层140入射光的极化方向；而该第二基板150的下侧面可设置有一第二偏光板155，藉以对该液晶层140射出光的极化方向作对应的处理，例如，取出上述射出光的某特定方向的极化分量。在本实施例中，该第一偏光板125与该第二偏光板155的吸收轴方向彼此垂直，且该第一偏光板125与该第二偏光板155分别为形成于该第一基板110的上侧面与该第二基板150的下侧面的膜状物；但不以此为限，该第一偏光板125与该第二偏光板155亦可以是彼此的极化方向设定为某特定角度的极化片，而分别设置于该第一基板110之上与该第二基板150之下。
上述液晶分子的初始排列状况造成该液晶层140的平均光轴垂直于该第一基板120表面，且由于该第一偏光板125与该第二偏光板155的吸收轴方向彼此垂直，入射光在经过该第一基板120、该液晶层140及该第二基板150之后，将无法产生射出光输出，而实现显示器光学上的「暗态(Off state)」效果。另一方面，当该液晶层140中的液晶分子受到平行该第一基板120表面的电场作用时，该等液晶分子122会受到水平电场牵引而朝向垂直该第一基板120表面的方向排列，如图2B左侧的透视图所示；而该等液晶分子122的自发性极化向量126亦随之而朝向平行该电场的方向，如图2A右侧的剖面图所示。如上所述，图2B可作为该液晶分子122的受到外加电场时的排列状态。倘若该第一偏光板125所提供的是45度角的线性极化，藉以使入射光的二个彼此正交的极化分量相同，则此入射光在经过该第一基板120及该液晶层140之后，将会在上述正交的极化分量之间产生相位差，而使得光可以通过该第二偏光板155及该第二基板150而输出，此即显示器光学上的「亮态(On state)」效果。通常，光在亮态时的穿透率会随着上述正交极化分量的相位差的增大而增大，或随之减小而减小。
为了施加电场给该液晶层140，该等第一电极130可设置于该第一基板120之上。此外，由于本实施例所施加的电场平行该第一基板120表面，因此该等第一电极130可为彼此平行的长条状电极，共平面地设置于该第一基板120上，而形成交趾状(inter-digital)电极。在本实施例中，该等第一电极130的组成材料可为ITO透明导电层，且各个第一电极130与其邻接的下一个第一电极130被驱动以相反电性的电压；换言之，该等第一电极130被施以正负电性交替的电压。
由于当上述的入射光为斜向射入而非以垂直该第一基板120表面的方向射入该液晶层140时，该等液晶分子122将对该入射光造成相对比较大的正交极化分量的相位差。因此，在本实施例中，该背光模块110用以提供该液晶显示器100一斜向的入射光，例如，该背光模块110的发光与该背光模块的表面形成约20-45度的偏折角，如图1所示；但本发明并不对此加以限制，且上述偏折角的最适角度需视该铁电性液晶的倾斜角度而定。藉此，可提高该液晶显示器100的亮态穿透率。
此外，上述的斜向光源将会使得入射光在经过该第一基板120、该液晶层140及该第二基板150之后，其输出亦为相同偏向角的斜向射出光。为了补偿此斜向输出，该液晶显示器100可设置该偏折层160于该第二基板150之上，用以将被该液晶层140作用的该斜向光偏折回垂直于该第二基板150表面的方向，也就是由该液晶显示器100的正面输出影像光。在本实施例中，该偏折层160可包含一个阵列的棱镜162组合，其组成材料可为透明的塑胶或玻璃，且各棱镜162的棱镜角可依据该背光模块110的斜向光源的偏折角而作合适的设计。此外，在另一实施例中，该偏折层160可包含二个(含)以上的棱镜层162及164的堆迭，各个棱镜层162及164分别包含一棱镜阵列，且不同的棱镜层具有彼此不同的棱镜阵列，藉以提供更大的偏折角或较佳的影像色彩效能。
此外，在上述的第一实施例中，该等第一电极130被施加电压后，所产生的电场强度会随着远离该第一基板120表面而减小；因此，靠近该第二基板150的液晶层140所受的电场强度将相对比较小，使得此处的液晶分子贡献于上述入射光的正交极化分量的相位差亦相对比较小。在此情况下，若欲产生相同的亮态穿透率，则必须施加相对比较大的电压予该等第一电极130，但这可能造成显示器的驱动电压过大。为了进一步改善此状况，图3为根据本发明第二实施例的垂直配向铁电型液晶显示器的结构剖面图。该显示器200包含一背光模块110、一第一基板120、多个第一电极130、一液晶层140、多个第二电极135、一第二基板150、及一偏折层160。如图3所示，除了该等第二电极135设置于该第二基板150下之外，本实施例的液晶显示器200的其他元素(背光模块110、第一基板120、第一电极130、液晶层140、第二基板150及偏折层160)皆与上述第一实施例相同，在此不再赘述。
该等第二电极135亦可为彼此平行的长条状电极，共平面地设置于该第二基板150之下，而形成交趾状电极。在本实施例中，该等第二电极135的组成材料可为ITO透明导电层，且各个第二电极135与其邻接的下一个第二电极135被驱动以相反电性的电压；换言之，该等第二电极135被施以正负电性交替的电压。如图3所示，该等第二电极135上下线性对准该等第一电极130，且上下对应的该第一电极130及该第二电极135被驱动以相同电性的电压或是该第一电极130及该第二电极135被驱动以相反电性的电压。藉此，在施以相同电压的情况下，该第二实施例(具有第一电极130及第二电极135)可提供该第一实施例(只具有第一电极130)大约二倍的电场强度；或者，在所需电场强度相同的情况下，该第二实施例只须施以该第一实施例大约一半的驱动电压。因此，可达到降低该液晶显示器200驱动电压的优点。
如上所述，斜向的入射光源可提高该液晶显示器的亮态穿透率，而此类光源亦可以其他的方式来实现。图4为根据本发明第三实施例的垂直配向铁电型液晶显示器的结构剖面图。该显示器300包含一背光模块310、一第一偏折层365、一第一基板120、多个第一电极130、一液晶层140、多个第二电极135、一第二基板150、及一第二偏折层160。如图4所示，除了该背光模块310为正向面发光的光源、以及该第一偏折层365设置于该第一基板120的下侧面之外，本实施例的液晶显示器300的其他元素(第一基板120、第一电极130、液晶层140、第二基板150及第二偏折层160)皆与上述第二实施例相同，在此不再赘述。
在本实施例中，该背光模块310与该第一偏折层365的组合是为了提供该液晶显示器300一斜向的入射光，例如，上述的斜向入射光与该第一基板120的上侧面形成约20-45度的偏折角；但本发明并不对此加以限制，且上述偏折角的最适角度需视该铁电性液晶的倾斜角度而定。该第一偏折层365可包含一个阵列的棱镜组合，其组成材料可为透明的塑胶或玻璃，且各棱镜的棱镜角可依据上述斜向入射光的偏折角而作合适的设计。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，当不能以之限制本发明的范围。即大凡依本发明申请专利范围所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的之要义所在，亦不脱离本发明之精神和范围，故都应视为本发明的进一步实施状况。
Claims (16)
1.一种使用铁电型液晶的显示器，其包括：
一背光模块，发出的光与该背光模块的表面形成偏折；
一第一基板，设置于该背光模块之上，且该第一基板的上侧面具有一第一偏光板；
多个长条状第一电极，彼此平行且共平面地设置于该第一基板之上；
一第二基板，设置于该第一基板及该第一电极之上，且该第二基板的下侧面具有一第二偏光板，该第一及第二偏光板的吸收轴方向彼此垂直；
一液晶层，由铁电型液晶组成，该液晶层设置于该第一基板与该第二基板之间，且该铁电型液晶垂直配向地排列于该第一基板上；以及
一偏折层，设置于该第二基板之上，用以将被该液晶层作用的该背光模块的发光偏折向垂直于该第二基板表面的方向。
2.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，该背光模块发出的光与该背光模块的表面形成的偏折角介于20度-45度之间。
3.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，各个第一电极与其邻接的下一个第一电极被驱动以相反电性的电压。
4.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，进一步包括：
多个长条状第二电极，彼此平行且共平面地设置于该第二基板之下，且该等第二电极平行于该等第一电极。
5.根据权利要求4所述的显示器，其特征在于，该等第二电极上下线性对准该等第一电极。
6.根据权利要求5所述的显示器，其特征在于，各个第一电极与其邻接的下一个第一电极被驱动以相反电性的电压，各个第二电极与其邻接的下一个第二电极被驱动以相反电性的电压，且上下对应的该第一及第二电极被驱动以相同电性的电压。
7.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，该偏折层包含一棱镜阵列。
8.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于，该偏折层包含多个棱镜层的堆迭，各个棱镜层分别包含一棱镜阵列，且不同的棱镜层具有彼此不同的棱镜阵列。
9.一种使用铁电型液晶的显示器，其特征在于，包括：
一背光模块，发出的光垂直于该背光模块的表面；
一第一基板，设置于该背光模块之上，该第一基板的上侧面具有一第一偏光板，且该第一基板的下侧面具有一第一偏折层，用以偏折将该背光模块发出的光；
多个长条状第一电极，彼此平行且共平面地设置于该第一基板之上；
一第二基板，设置于该第一基板及该第一电极之上，且该第二基板的下侧面具有一第二偏光板，该第一及第二偏光板的极化方向彼此垂直；
一液晶层，由铁电型液晶组成，该液晶层设置于该第一基板与该第二基板之间，且该铁电型液晶垂直配向于该第一基板上；以及
一第二偏折层，设置于该第二基板之上，用以将被该液晶层作用的该背光模块的发光偏折向垂直于该第二基板表面的方向。
10.根据权利要求9所述的显示器，其特征在于，该第一偏折层将该背光模块发出的光偏折介于20度-45度之间的角度。
11.根据权利要求9所述的显示器，其特征在于，各个第一电极与其邻接的下一个第一电极被驱动以相反电性的电压。
12.根据权利要求9所述的显示器，其特征在于，进一步包括：
多个长条状第二电极，彼此平行且共平面地设置于该第二基板之下，且该等第二电极平行于该等第一电极。
13.根据权利要求12所述的显示器，其特征在于，该等第二电极上下线性对准该等第一电极。
14.根据权利要求13所述的显示器，其特征在于，各个第一电极与其邻接的下一个第一电极被驱动以相反电性的电压，各个第二电极与其邻接的下一个第二电极被驱动以相反电性的电压，且上下对应的该第一及第二电极被驱动以相同电性的电压。
15.根据权利要求9所述的显示器，其特征在于，该第一偏折层包含一第一棱镜阵列，该第二偏折层包含一第二棱镜阵列。
16.根据权利要求9所述的显示器，其特征在于，该第二偏折层包含多个棱镜层的堆迭，各个棱镜层分别包含一棱镜阵列，且不同的棱镜层具有彼此不同的棱镜阵列。
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