CN107065291A - 一种增亮偏光片及其彩色液晶显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明采用彩色滤光片及反射矩阵层组成的彩色滤光模组，可使显示器切换为完全反射或完全穿透时，具有高亮度灰阶模式或高彩度穿透模式的作用。同时，如上所述，利用多个液晶层偏光和变色的增亮偏光片，克服死角偏振出光问题，提高显示亮度和效果；并且简化彩色显示结构，利于薄型化和节约成本。
Description
技术领域：
本发明是有关一种增亮偏光片，特别是一种利用多个液晶层偏光和变色的增亮偏光片及其彩色液晶显示器。
背景技术：
一般半反射式彩色液晶显示器是同时具备有反射模式及穿透模式的彩色显示。然而，半反射式彩色液晶显示器普遍具有在反射模式下太暗，同时在穿透模式下又有色纯度不足的问题。主要原因在于彩色滤光片的色纯度受限于反射模式的反射率要求，不能使用高纯度的色块；但另一方面，即使牺牲了色纯度，反射率却还是无法达到高亮度的反射式彩色显示，仍然不能令人满意。
需要在半反射层的反射与穿透率之间做一取舍，同时也配合彩色滤光片的色纯度的选择，尽量取得平衡点；更甚者，亦有调整彩色滤光片的色块位在反射区与穿透区的厚度，以增进反射及穿透的效能，然而，这些作法对于高反射率及高彩度二者兼顾的要求仍不尽理想，无法有效提升半反射式彩色液晶显示器的显示效能。
半反射式彩色液晶显示器其中的偏光片在偏光成像过程中起到了关键的作用，但是在角度过大，甚至称为死角的方向，光线透过偏光片后的亮度明显降低，影响到了观看效果，同时图像有模糊感，清晰度下降。
另外彩色液晶显示器使用的彩色显示矩阵，方法复杂，成本昂贵，同时占有一定厚度，也影响了薄型液晶显示器的发展。
因此，本发明是针对上述的困扰，提出一种可切换黑白及彩色模式的彩色液晶显示器，同时增强了显示亮度和清晰度，简化了彩色显示结构，降低了成本。
发明内容：
本发明的一个目的，是要提供一种利用多个液晶层偏光和变色的增亮偏光片及其彩色液晶显示器，藉由透明色块配合反射层的配置，并通过独立控制的机制，使显示器可切换为完全反射或完全穿透，进而达成兼具高亮度灰阶反射模式与高彩度彩色穿透模式的双重功效。
本发明的另一目的，是要提供一种利用多个液晶层偏光和变色的增亮偏光片及其彩色液晶显示器，克服死角偏振出光问题，提高显示亮度和效果；并且简化彩色显示结构。
本发明的上述目的是这样实现的：
一种利用多个液晶层偏光和变色的增亮偏光片及其彩色液晶显示器，具有二上下透明基板和液晶层，该两基板是以平行间隔的关系配置，该液晶层设置在所述二上下透明基板之间；
还包括：
一增亮偏光片，设置在所述二上下透明基板之间，
其中，该增亮偏光片由多个液晶层和一个负型补偿膜、二个1/8λ膜组成，具体结构是沿光线方向分别是一1/8λ膜、多个双折射率不同的含有光致变色色素的可固化向列相液晶层、一1/8λ膜和一负型 补偿膜；
一反射矩阵层，设置在所述液晶层下方，该反射矩阵层是由复数个反射单元组成，且每一该反射单元的位置是对应于所述每一反射区块，以反射穿过所述液晶层的外界光线；
一导光板，设置在所述反射矩阵层上方，
一激光背光源，设置在所述导光板的侧方。
进一步地，所述增亮偏光片通过独立控制的驱动电极，实现了偏光功能和光致变色功能，并且增强了透光亮度，实现了无死角入射。
进一步地，包括一光散射薄膜，其层叠在所述增亮偏光片的一表面上，且该光散射薄膜具有非平坦表面，以将入射光散射为非特定方向的光。
优选地，该光散射薄膜的Ra介于1.7至1.8间。
进一步地，所述反射区块是不透光区块，且该不透光区块是由黑框材质填满所构成。
进一步地，所述反射矩阵层的该等反射单元是由高反射率材料所组成。
进一步地，所述液晶层是采用可固化向列相液晶结构。
优选地，所述液晶层是采用超扭绞丝状结构。
进一步地，在所述二上、下透明基板之间且位于所述液晶层下方，更设有一薄膜晶体管元件驱动层，其包括复数个主动驱动单元对应于所述彩色滤光片的该等区块，每一该主动驱动单元用以独立控制每一该区块，从而切换彩色液晶显示器的图像模式。
本发明还提出了一种特定的增亮偏光片，其主要用于上述彩色液晶显示器。
本发明由于采取了上述技术方案，其具有如下有益效果：
本发明采用彩色滤光片及反射矩阵层组成的彩色滤光模组，可使显示器切换为完全反射或完全穿透时，具有高亮度灰阶模式或高彩度穿透模式的作用。同时，如上所述，利用多个液晶层偏光和变色的增亮偏光片，克服死角偏振出光问题，提高显示亮度和效果；并且简化彩色显示结构，利于薄型化和节约成本。
附图说明：
图1为本发明增亮偏光片的结构示意图。
图2为本发明增亮偏光片针对的亮度降低入射的原理示意图。
图3为本发明彩色液晶显示器切换模式的结构示意图。
图4为黑色反射区块的示意图。
图5a及图5b分别为本发明每一象素的四区块为直条型配置及其氧化铟锡矩阵控制布局走线示意图。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明的内容作进一步说明。
参见附图2，理解本发明增亮偏光片针对的亮度降低入射的原理。当光线通过相差薄膜时，通过死角的某些光线无法被完全转换成线性偏振光，而被转换成接近线性偏振光的椭圆偏振光。因此，当该光线通过一线性偏光片时，该偏光片透射轴上的光线分量可能通过该偏光片，但其他的光线分量则会被吸收掉，而使该些光线的强度降低。因此，当角度增加时，亮度会随之降低。基于亮度会降低般的相同 理由，透射光的颜色也会因入射角而改变。眼睛所见的光线颜色，是由红、绿、蓝三原色光的量所决定。有鉴于上述内容解释了亮度降低的原因，由于不同颜色的光线在液晶薄膜与相差薄膜中具有不同的双折射，最终通过该线性偏光片的光线强度是依其角度而改变，从而也改变了该光线的颜色。为了解决有关角度的问题，可使用一种与液晶薄膜的双折射率(birefringence)相反的补偿薄膜。该液晶薄膜在其薄膜表面上为等向性(isotropic)，但为一种负型补偿膜(negtive C-plate)，负型补偿膜在厚度方向上的折射系数小于在该薄膜表面上的折射系数。也就是说，若使用一种其薄膜表面为等向性且具有较高的厚度方向折射系数的薄膜时，可挽救因液晶薄膜的双折射所造成的相位延迟。液晶薄膜与补偿薄膜的相位延迟叠加时，则可使因向角度所造成的相位延迟几乎消失。也就是说，当光线垂直或从死角通过该薄膜时，两种情形的相位延迟都几乎消失，使得该光线的偏振状态不改变。
一种利用多个液晶层偏光和变色的增亮偏光片及其彩色液晶显示器100，具有二上下透明基板和液晶层，该两基板是以平行间隔的关系配置，该液晶层设置在所述二上下透明基板之间；
还包括：
一增亮偏光片，设置在所述二上下透明基板之间，
其中，该增亮偏光片由多个液晶层和一个负型补偿膜、二个1/8λ膜组成，具体结构是沿光线方向分别是一1/8λ膜、多个双折射率不同的含有光致变色色素的可固化向列相液晶层、一1/8λ膜和一负型补偿膜；
一反射矩阵层，设置在所述液晶层下方，该反射矩阵层是由复数个反射单元组成，且每一该反射单元的位置是对应于所述每一反射区块，以反射穿过所述液晶层的外界光线；
一导光板，设置在所述反射矩阵层上方，
一激光背光源，设置在所述导光板的侧方。
所述增亮偏光片通过独立控制的驱动电极，实现了偏光功能和光致变色功能，并且增强了透光亮度，实现了无死角入射。
包括一光散射薄膜，其层叠在所述增亮偏光片的一表面上，且该光散射薄膜具有非平坦表面，以将入射光散射为非特定方向的光，该光散射薄膜的Ra介于1.7至1.8间。
所述反射区块是不透光区块，且该不透光区块是由黑框材质填满所构成。所述反射矩阵层的该等反射单元是由高反射率材料所组成。
所述液晶层是采用可固化向列相液晶结构。所述液晶层是采用超扭绞丝状结构。
在所述二上、下透明基板之间且位于所述液晶层下方，更设有一薄膜晶体管元件驱动层，其包括复数个主动驱动单元对应于彩色滤光片的该等区块，每一该主动驱动单元用以独立控制每一该区块，从而切换彩色液晶显示器的图像模式。
在二上、下透明基板之间且位于液晶层下方设有一薄膜晶体管(TFT)液晶显示器驱动元件层，其是在一平坦层内配置复数个主动驱动单元，每一主动驱动单元对应于上方的彩色滤光片的每一区块，以藉此使彩色滤光片的每一象素中的RGB三色块及反射区块各由一独立的主动驱动单元控制。
另，在上、下透明基板的外表面上更分别设有二上、下偏光板，在该二偏光板的相对表面上并分别设有二上、下象差补偿片，且在上象差补偿片的下表面覆设有一散射层；一激光背光源设置在下透明基板下方而位于彩色滤光片的背光位置，提供穿透模式下彩色显示的背光源。
其中，上述液晶层的结构通常是包括有二平行配置的上、下透明导电层，透明导电层的导电物质常用者为氧化铟锡，且在上、下透明导电层的相对二表面分别设有一配向层，配向层通常为聚亚醯胺(Polyimide，PI)的涂层，另有一液晶分子层夹置于上、下透明导电层之间，以利用二透明导电层作为透明电极来驱动液晶分子产生排列方向变化。由于透明导电层与配向层为常见习知技术的细节，故不再赘述。
通过控制电路的控制，上述液晶显示器的切换行为具有四种模式，分别为完全反射、完全穿透、半反射式彩色以及全黑，详述于下：
(1)反射模式：反射区块开(on)、三色块关(off)。在此，开与关指的是显示与不显示，不显示时驱动线路控制液晶层使区块一直保持全黑，显示时驱动线路根据意欲显示的画面，控制个别区块的穿透率，以下的开、关亦同，故以下不再赘述。在此反射模式下，由于反射区块为透明区块，因此反射光线完全不会损失在色块上，可达成高亮度的灰阶显示效果。此时的显示效果是可媲美习知技艺的反射式灰阶显示效果。
(2)穿透模式：反射区块关(off)、三色块开(on)，此时背光源的光线是充分穿透过彩色滤光片36的色块而由上透明基板射出。由于三色块的色纯度不需受限于反射模式的反射率要求，故可使用高纯度的色块，因此本发明的穿透模式具有高彩度的优点；另，亮度方面则可藉由背光模组48的光源的强度设计即可轻易达成高亮度效果。此时的显示效果是可媲美习知技艺的穿透式彩色显示效果。
(3)半反射式彩色模式：反射区块开(on)、三色块开(on)。此时的显示效果类似习知技艺的半穿透式彩色显示效果，色纯度介于上述反射模式及穿透模式之间。
(4)全黑模式：反射区块关(off)、三色块关(off)，此时类似为关机状态，通常此模式较少使用。
上述液晶显示器应用于可携式装置如手机的屏幕时，通过控制IC的控制，是可于黑白灰阶的反射模式及高彩度的穿透模式间进行切换；此外，亦支持该两模式同时开启时的半反射式彩色模式。故本发明将反射的区域独立出来，藉由在RGB三穿透色块之外增设一反射区块，使每一画素包含有四区块，且反射区块与RGB色块一样是由独立的驱动元件所控制，藉此使显示器于反射模式下具有高亮度，且在穿透模式下可兼具高彩度及高亮度的需求。因此，本发明不仅可有效克服习知缺失，更是在控制成本的前提下，提供一种高市场价值的可切换模式液晶显示器。
上述实施例是一薄膜晶体管液晶显示器，且彩色滤光片的位置是位在液晶层的上方，以使外界光线经过透明区块而由反射层完全反射。一般TFT液晶显示器亦可将彩色滤光片设置于液晶层下方，但较不常见。然而，无论彩色滤光片于显示器中的配置位置为何，为了让反射光受到液晶层的控制，反射矩阵层必须设置在液晶层下方。另外，若反射矩阵层已具有散射效果，则在上偏光板及补偿片的系统中便无需再建置散射层。又，除了使用TFT结构之外，本发明另一实施例本发明的液晶层亦可采用超扭绞丝状(super twistednematic，STN)液晶结构，STN与TFT显示器使用的液晶结构皆为习知的技艺，该二液晶结构最大的不同处在于STN液晶结构的色块下方并无主动驱动元件，只有透明导电层，一般为超扭绞丝状，由于其余结构同于上述实施例的结构，故不再赘述。另外，液晶层除了可以采用超扭绞丝状液晶结构之外，亦可使用双稳态或多稳态的记忆型液晶结构，例如双稳态向列型(BiNem)液晶结构、胆固醇型液晶或铁磁性液晶结构。
其中，本发明关于STN显示器的架构亦有两种做法，即将彩色滤光片设置在液晶层上方，抑或 将彩色滤光片设置在液晶层下方。彩色滤光片是设置在液晶层下方而位于液晶层与下透明基板’之间，且反射矩阵层是设置在彩色滤光片的上表面上，反射单元下方的区块虽然基本上是使用透明的区块(T)364，可是因为反射单元具有高反射率，基本上不需要透光，因此在此结构配置下，不需使用透明的区块，直接以黑框(Black matrix，BM)材质填满区块即可，故此结构配置可节省一道制程及其成本，是兼具成本与效能考量的结构。
又，反射矩阵层亦可设置在彩色滤光片的下表面上，亦即透明区块(T)的下方，此配置结构亦可达到同等效果。
本发明的超扭绞丝状液晶结构，在红、绿、蓝穿透色块之外加上一个反射区块；在驱动线路上，反射区块被视为一个独立的色块，驱动IC可以控制只启动反射或只启动穿透模式。在上述各实施例中，每一象素360中的四个区块的安排是采用基本的直条型(stripetype)，但本发明在区块的安排上，不限于直条型，该四个区块的排置关系亦可为马赛克式或四方形等排列方式。图5a是本发明的彩色滤光片的每一象素中的RGB三色块及反射区块的各种配置形式，图5b则为该等区块配置形式的ITO布局走线，为了表现走线的间隔，尺寸比率与区块配置图不完全一致。
在上述象素的区块配置结构中，无论何种排列，每一个区块都是独立控制的。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种彩色液晶显示器，具有二上下透明基板和液晶层，该两基板是以平行间隔的关系配置，该液晶层设置在所述二上下透明基板之间；其特征在于：还包括：
一增亮偏光片，设置在所述二上下透明基板之间，
其中，该增亮偏光片由多个液晶层和一个负型补偿膜、二个1/8λ膜组成，具体结构是沿光线方向分别是一1/8λ膜、多个双折射率不同的含有光致变色色素的可固化向列相液晶层、一1/8λ膜和一负型补偿膜；
一反射矩阵层，设置在所述液晶层下方，该反射矩阵层是由复数个反射单元组成，且每一该反射单元的位置是对应于所述每一反射区块，以反射穿过所述液晶层的外界光线；
一导光板，设置在所述反射矩阵层上方，
一激光背光源，设置在所述导光板的侧方。
2.根据权利要求1所述的彩色液晶显示器，其特征在于：所述增亮偏光片通过独立控制的驱动电极，实现了偏光功能和光致变色功能，并且增强了透光亮度，实现了无死角入射。
3.根据权利要求1或2所述的彩色液晶显示器，其特征在于：包括一光散射薄膜，其层叠在所述增亮偏光片的一表面上，且该光散射薄膜具有非平坦表面，以将入射光散射为非特定方向的光。
4.根据权利要求3所述的彩色液晶显示器，其特征在于：该光散射薄膜的Ra介于1.7至1.8间。
5.根据权利要求3所述的彩色液晶显示器，其特征在于：所述反射区块是不透光区块，且该不透光区块是由黑框材质填满所构成。
6.根据权利要求5所述的彩色液晶显示器，其特征在于：所述反射矩阵层的该等反射单元是由高反射率材料所组成。
7.根据权利要求3所述的彩色液晶显示器，其特征在于：所述液晶层是采用可固化向列相液晶结构。
8.根据权利要求7所述的彩色液晶显示器，其特征在于：所述液晶层是采用超扭绞丝状结构。
9.根据权利要求4～8任一项所述的彩色液晶显示器，其特征在于：在所述二上、下透明基板之间且位于所述液晶层下方，更设有一薄膜晶体管元件驱动层，其包括复数个主动驱动单元对应于彩色滤光片的该等区块，每一该主动驱动单元用以独立控制每一该区块，从而切换彩色液晶显示器的图像模式。
10.一种增亮偏光片，其特征在于，用于权利要求1～9任一项所述的彩色液晶显示器。
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