CN109856842A - 液晶显示装置 - Google Patents
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Abstract
一种液晶显示装置，具有一显示区以及一透镜区，且包括上基板、上偏光层、上电极、下基板、下偏光层、下电极、液晶层以及图像感测模块。上偏光层位于上基板上，且覆盖上基板的显示区以及透镜区。上电极位于上基板的透镜区。下基板面对上基板。下偏光层位于下基板上，且覆盖下基板的显示区。下偏光层于透镜区具有开口。下电极位于下基板的透镜区。液晶层位于上基板以及下基板之间。图像感测模块对应于该下基板的该透镜区设置。
Description
技术领域
本发明涉及一种液晶显示装置，尤其涉及一种具有显示区以及透镜区的液晶显示装置。
背景技术
随着科技的进展，显示面板的边框宽度逐渐减小，全屏显示装置已成为各家厂商急欲发展的技术。在一些具有照相功能的全屏显示装置中，如：手机、平板电脑等，会于设备中设置前置镜头。在设置前置镜头时，往往需要先对液晶显示装置进行钻孔工艺，接着再将前置镜头置入所钻出的孔洞中。然而，在液晶显示装置上进行钻孔工艺会导致许多问题，如：玻璃载板碎裂、镜头尺寸受限于钻孔器具以及液晶漏出等。因此，目前亟需一种可以解决前述问题的方法。
发明内容
本发明提供一种液晶显示装置，可以不需要对液晶显示装置的基板进行钻孔工艺也可以有良好的图像感测品质。
本发明的至少一实施例提供一种液晶显示装置，具有一显示区以及一透镜区，且包括上基板、上偏光层、上电极、下基板、下偏光层、下电极、液晶层以及图像感测模块。上偏光层位于上基板上，且覆盖上基板的显示区以及透镜区。上电极位于上基板的透镜区。下基板面对上基板。下偏光层位于下基板上，且覆盖下基板的显示区。下偏光层于透镜区具有开口。下电极位于下基板的透镜区。液晶层位于上基板以及下基板之间。图像感测模块对应于下基板的透镜区设置。
本发明的有益效果在于，液晶显示装置的透镜区中的液晶层具有液晶透镜的功能，因此，不需要将镜头模块设置于液晶显示装置中也可以有良好的图像感测品质，由此能省去钻孔工艺，避免了液晶显示装置因为钻孔工艺而产生的问题。
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，并配合说明书附图作详细说明如下。
附图说明
图1A是依照本发明的一实施例的一种液晶显示装置的上基板的主视示意图。
图1B是依照本发明的一实施例的一种液晶显示装置的下基板的主视示意图。
图1C是沿着图1A剖面线aa’的剖面示意图。
图2A是依照本发明的一实施例的一种下电极及其对应的导线的示意图。
图2B是依照本发明的一实施例的一种上电极及其对应的导线的示意图。
图3是依照本发明的一实施例的一种上电极及其对应的导线的示意图。
图4是依照本发明的一实施例的一种上电极及其对应的导线的示意图。
图5A是依照本发明的一实施例的一种液晶显示装置的透镜区的剖面示意图。
图5B是依照本发明的一实施例的一种液晶显示装置的透镜区的剖面示意图。
图6是依照本发明的一实施例的一种液晶显示装置的透镜区的剖面示意图。
图7是依照本发明的一实施例的一种液晶显示装置的透镜区的剖面示意图。
图8是依照本发明的一实施例的一种液晶显示装置的剖面示意图。
图9是依照本发明的一实施例的一种液晶显示装置的剖面示意图。
图10是依照本发明的一实施例的一种液晶显示装置的剖面示意图。
附图标记如下：
10、20、30、40、50、60、70：液晶显示装置
AA：显示区
AL：像素阵列
b：蓝色滤光图案
C1、C2、C3：导线
CE：中央电极
CF：滤光元件
CS：图像感测模块
E：电场
E1：上电极
E2：下电极
ER：电极环
g：绿色滤光图案
H：开口
HR：高阻值材料
L：液晶层
L1：第一液晶材料层
L2：第二液晶材料层
LA：透镜区
LC：液晶分子
LS：镜头模块
O1：开口
O2：开孔
OC、PL：绝缘层
P1：上偏光层
P2：下偏光层
PI1、PI2：配向层
r：红色滤光图案
SB1：上基板
SB2：下基板
SL：框胶
s1：表面
X、X1、X2：厚度
具体实施方式
图1A是依照本发明的一实施例的一种液晶显示装置的上基板的主视示意图。图1B是依照本发明的一实施例的一种液晶显示装置的下基板的主视示意图。图1C是沿着图1A剖面线aa’的剖面示意图。为了方便说明，图1A、图1B以及图1C分别省略了显示面板的部分构件。
请参考图1A、图1B以及图1C，液晶显示装置10具有显示区AA以及透镜区LA。透镜区LA的位置、形状以及大小可以根据需求而进行调整，图1A与图1B中透镜区LA的位置、形状以及大小只是用于示意。在一些实施例中，显示区AA周围还可以具有周边区，但本发明不以此为限。液晶显示装置10包括上基板SB1、上偏光层P1、上电极E1、下基板SB2、下偏光层P2、下电极E2、液晶层L以及图像感测模块CS。下基板SB2面对上基板SB1。液晶层L位于上基板SB1以及下基板SB2之间。在本实施例中，液晶显示装置10还包括滤光元件CF、像素阵列AL、绝缘层OC、绝缘层PL、配向层PI1、配向层PI2以及镜头模块LS。
上偏光层P1位于上基板SB1上，且覆盖上基板SB1的显示区AA以及透镜区LA。下偏光层P2位于下基板SB2上，且覆盖下基板SB2的显示区AA。下偏光层P2于透镜区LA具有开口O1。虽然在本实施例中，上偏光层P1与下偏光层P2分别位于上基板SB1与下基板SB2的外侧，但本发明不以此为限。在其他实施例中，上偏光层P1及下偏光层P2中的至少一个位于上基板SB1与下基板SB2之间。
滤光元件CF位于上基板SB1以及下基板SB2之间。举例来说，本实施例中的滤光元件CF位于上基板SB1上，但本发明不在此限，于其它实施例中，滤光元件CF也可位于下基板SB2上。滤光元件CF例如包括红色滤光图案r、绿色滤光图案g以及蓝色滤光图案b。在一些实施例中，滤光元件CF还可以包括其他颜色的滤光图案。在一些实施例中，黑色矩阵位于不同颜色的滤光图案之间。
滤光元件CF于透镜区LA具有开孔O2。因此，从表面s1的透镜区LA进入液晶显示装置10的光线比较不容易被滤光元件CF改变颜色。
绝缘层OC位于滤光元件CF上。在本实施例中，以绝缘层OC覆盖上基板SB1的显示区AA以及透镜区LA为例，但本发明不以此为限。在其他实施例中，绝缘层OC可以不用覆盖上基板SB1的透镜区LA，也可以说绝缘层OC可以暴露出滤光元件CF的开孔O2。
上电极E1位于上基板SB1的透镜区LA。在本实施例中，上电极E1位于绝缘层OC上，但本发明不以此为限。在其他实施例中，绝缘层OC可以位于上电极E1与液晶层L之间。在其他实施例中，透镜区LA中未设置绝缘层OC，上电极E1设置于上基板SB1上，且位于滤光元件CF的开孔O2中。
像素阵列AL位于上基板SB1以及下基板SB2之间。举例来说，本实施例中的像素阵列AL位于下基板SB2上，但本发明不在此限，于其它实施例中，像素阵列AL也可位于上基板SB1上。像素阵列AL例如包括多条扫描线、多条数据线以及多个像素结构。在本实施例中，像素阵列AL设置于下基板SB2的显示区AA上，且不设置于透镜区LA上，由此，可以避免像素阵列AL干扰图像感测模块CS接收图像，然而本发明不以此为限。
虽然在本实施例中，是以滤光元件CF与像素阵列AL分别位于上基板SB1与下基板SB2上为例，但本发明不以此为限。在其他实施例中，滤光元件CF与像素阵列AL可皆位于上基板SB1或下基板SB2上，并构成彩色滤光层于像素阵列上(color filter on array,COA)的结构。
绝缘层PL位于下基板SB2上，且位于下基板SB2的透镜区LA。在一些实施例中，绝缘层PL例如是与像素阵列AL中的绝缘层一起形成。举例来说，像素阵列AL包含用来分隔不同导电元件的绝缘层，且像素阵列AL中的绝缘层可以自显示区AA延伸至透镜区LA，以构成绝缘层PL。
下电极E2位于下基板SB2的透镜区LA。在本实施例中，绝缘层PL位于下电极E2与下基板SB2之间，但本发明不以此为限。在其他实施例中，绝缘层PL可以位于下电极E2与液晶层L之间。在其他实施例中，下基板SB2的透镜区LA上未设置绝缘层PL，且下电极E2设置于下基板SB2上。上电极E1与下电极E2之间夹有部分液晶层L。
在一些实施例中，下电极E2例如是与像素阵列AL中的像素电极一起形成。
在一些实施例中，液晶显示装置10还包括配向层PI1以及配向层PI2。配向层PI1位于上基板SB1上，且覆盖上基板SB1的显示区AA以及透镜区LA。配向层PI1位于上电极E1与液晶层L之间。配向层PI2位于下基板SB2上，且覆盖下基板SB2的显示区AA以及透镜区LA。配向层PI2位于下电极E2与液晶层L之间。在本实施例中，由于上电极E1与液晶层L之间仅具有配向层PI1，且下电极E2与液晶层L之间仅具有配向层PI2，因此，仅需对上电极E1及/或下电极E2施加较小的电压就可以操控液晶层L中的液晶分子的转动方向。
图像感测模块CS对应于下基板SB2的透镜区LA设置。图像感测模块CS对应于下偏光层P2的开口O1而设置。在本实施例中，液晶显示装置10还包括位于图像感测模块CS与下基板SB2之间的镜头模块LS，但本发明不以此为限。
在本实施例中，上电极E1与下电极E2可以控制液晶层L中液晶分子的转向，使得透镜区LA中的液晶层L具有凸透镜或凹透镜的功能。外界的光线从表面s1进入液晶显示装置10，接着被上偏光层P1转化为极化光。极化光通过透镜区LA中的液晶层L以及镜头模块LS，接着被图像感测模块CS所接收。
在本实施例中，由于透镜区LA中的液晶层L具有凸透镜或凹透镜的功能，因此，透镜区LA中的液晶层L可以与镜头模块LS搭配使用。镜头模块LS可以设置于下基板SB2的外侧，因此不需要额外于透镜区LA钻孔来设置镜头模块LS。换句话说，本实施例可以不需要对液晶显示装置10进行钻孔工艺也可以有良好的图像感测品质。在一些实施例中，透镜区LA中的液晶层L可以直接取代镜头模块LS，进一步缩小液晶显示装置10的厚度。
图2A是依照本发明的一实施例的一种下电极及其对应的导线的俯视示意图。图2B是依照本发明的一实施例的一种上电极及其对应的导线的仰视示意图。在此必须说明的是，图2A和图2B的实施例沿用图1A～图1C的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。
请参考图2A与图2B，上电极E1包括电极环ER以及中央电极CE，至少部分中央电极CE位于电极环ER中心。
在本实施例中，电极环ER以及中央电极CE分别与导线C1以及导线C2电性连接。电极环ER具有对应于导线C2的开口H。电极环ER以及中央电极CE彼此分隔，且可以施加有不同的电压。下电极E2大致上重叠于电极环ER以及中央电极CE，且下电极E2与导线C3电性连接。电极环ER以及中央电极CE可以是由同一导电材料层图案化所形成，但本发明不以此为限。
虽然在本实施例中，是以上电极E1包括电极环ER以及中央电极CE，但本发明不以此为限。在其他实施例中，下电极E2包括电极环ER以及中央电极CE。换句话说，上电极E1与下电极E2的形状可以彼此对调。
图3是依照本发明的一实施例的一种上电极及其对应的导线的仰视示意图。在此必须说明的是，图3的实施例沿用图2A、图2B的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。
请参考图3，在本实施例中，上电极E1还包括高阻值材料HR。高阻值材料HR位于电极环ER中间。举例来说，高阻值材料HR位于电极环ER以及中央电极CE之间。
高阻值材料HR有助于使上电极E1产生渐变的电场。高阻值材料HR例如为无机物，举例来说，如氧化铌(Nb2Ox)或其他合适的材料。在一些实施例中，高阻值材料HR例如为有机物，举例来说，如包括聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)的材料或其他合适的材料。在一些实施例中，高阻值材料HR例如为有机物与无机物的混合物。
虽然在本实施例中，是以上电极E1包括电极环ER、中央电极CE以及高阻值材料HR为例，但本发明不以此为限。在其他实施例中，下电极E2包括电极环ER、中央电极CE以及高阻值材料HR。换句话说，上电极E1与下电极E2的形状可以彼此对调。
图4是依照本发明的一实施例的一种上电极的仰视示意图。在此必须说明的是，图4的实施例沿用图3的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。
请参考图4，在本实施例中，上电极E1不包括中央电极CE，且电极环ER包括封闭的环状电极。
在本实施例中，高阻值材料HR上的电场随者相对于电极环ER的位置的变化而逐渐改变，也可以说高阻值材料HR有助于使上电极E1形成渐变的电场。因此，可以不用额外的设置中央电极CE就能产生渐变的电场。
虽然在本实施例中，是以上电极E1包括封闭的环状电极以及高阻值材料HR为例，但本发明不以此为限。在其他实施例中，下电极E2包括封闭的环状电极以及高阻值材料HR。换句话说，上电极E1与下电极E2的形状可以彼此对调。
图5A是依照本发明的一实施例的一种液晶显示装置的透镜区的剖面示意图。图5B是依照本发明的一实施例的一种液晶显示装置的透镜区的剖面示意图。图5A和图5B的实施例沿用图2A和图2B的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。
图5A与图5B分别为以不同的方式操作液晶显示装置20中的上电极E1以及下电极E2。液晶层L中的液晶分子LC会随着电场E的变化而转动。在本实施例中，以液晶层L包括正性液晶为例。于本实施例中，液晶具有寻常光折射率(no)以及非寻常光折射率(ne)，也就是具有双折射率(Δn，ne-no)。当正性液晶受到垂直电场E作用而旋转，由于渐变电场E的作用，液晶分子LC于透镜区LA边缘处与中央处的折射率因而具有差异，进而形成透镜效果。当正性液晶的双折射(Δn)率越大，越能使于透镜区LA边缘处至中央处的液晶层L具有更大的折射率差异，进而使透镜区LA中的液晶层L能变化的焦距范围越广。
图5A是透镜区LA中的液晶层L为凹透镜模式的示意图，请参考图5A，对中央电极CE施加第一电压，对电极环ER施加第二电压，且对下电极E2施加第三电压。第一电压大于第二电压与第三电压。举例来说，第二电压与第三电压例如是0伏特，第一电压例如是5伏特，但本发明不以此为限。透镜区LA中的液晶层L在凹透镜模式可以扩增收光视角，以获得广视角的效果。
图5B是透镜区LA中的液晶层L为凸透镜模式的示意图，请参考图5B，对中央电极CE施加第一电压，对电极环ER施加第二电压，且对下电极E2施加第三电压。第二电压大于第一电压与第三电压。举例来说，第一电压与第三电压例如是0伏特，第二电压例如是5伏特，但本发明不以此为限。透镜区LA中的液晶层L在凸透镜模式可以协助镜头模块LS进行变焦，使镜头模块LS的变焦及微距效果更佳。
在一些实施例中，当对中央电极CE、电极环ER以及下电极E2施加相同电压时，透镜区LA中的液晶层L为平面透镜模式。举例来说，对中央电极CE、电极环ER以及下电极E2施加0伏特。
图6是依照本发明的一实施例的一种液晶显示装置的透镜区的剖面示意图。图6的实施例沿用图5A和图5B的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。
图6的液晶显示装置30与图5A的显示面板20的主要差异在于：液晶显示装置30的透镜区LA中不具有绝缘层OC以及绝缘层PL。
由于透镜区LA中不具有绝缘层OC以及绝缘层PL，液晶显示装置30的透镜区LA中的液晶层L可以有较大的厚度X。并且在本实施例中，由于上电极E1与液晶层L之间仅具有配向层PI1，且下电极E2与液晶层L之间仅具有配向层PI2，因此，仅需对上电极E1及/或下电极E2施加较小的电压就可以操控液晶层L中的液晶分子的转动方向。
图7是依照本发明的一实施例的一种液晶显示装置的透镜区的剖面示意图。图7的实施例沿用图5A和图5B的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。
图7的液晶显示装置40与图5A的显示面板20的主要差异在于：液晶显示装置40的绝缘层OC位于上电极E1与配向层PI1之间，且绝缘层PL位于下电极E2与配向层PI2之间。
绝缘层OC位于上电极E1与配向层PI1之间，且绝缘层PL位于下电极E2与配向层PI2之间，因此，在对配向层PI1与配向层PI2进行刷磨配向(Rubbing Alignment)时，比较不容易损伤到上电极E1与下电极E2，由此提升液晶透镜的品质。
图8是依照本发明的一实施例的一种液晶显示装置的剖面示意图。图8的实施例沿用图1A～图1C的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。
图8的液晶显示装置50与图1C的显示面板10的主要差异在于：显示面板50的液晶层L于显示区AA中的厚度X1不同于液晶层L于透镜区LA中的厚度X2。
液晶透镜的焦距变化范围会因为液晶层厚度的不同而影响。在本实施例中，可以通过调整透镜区LA中绝缘层OC及/或绝缘层PL的厚度来调整液晶层L于透镜区LA中的厚度X2。
在一些实施例中，由于液晶层L于显示区AA中的厚度X1不同于液晶层L于透镜区LA中的厚度X2，配向层PI1与配向层PI2在显示区AA与透镜区LA的交界处会出现断差。在一些实施例中，可以使用光配向技术来对配向层PI1与配向层PI2进行配向，以避免使用毛布或滚轮进行刷磨配向时，因断差导致配向不佳的问题。
图9是依照本发明的一实施例的一种液晶显示装置的剖面示意图。图9的实施例沿用图8的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。
图9的液晶显示装置60与图8的显示面板50的主要差异在于：液晶显示装置60的液晶层L包括位于显示区AA中的第一液晶材料层L1以及位于透镜区LA中的第二液晶材料层L2。
液晶显示装置60还包括框胶SL位于显示区AA与透镜区LA之间。框胶SL将第一液晶材料层L1与第二液晶材料层L2分隔开来。
在本实施例中，第一液晶材料层L1的材料可不同于第二液晶材料层L2的材料。
在一些实施例中，第一液晶材料层L1的双折射率(Δn)不同于第二液晶材料层L2的双折射率(Δn)。使用双折射率(Δn)较大的第二液晶材料层L2可以提升液晶透镜的变焦范围。
在一些实施例中，第二液晶材料层L2包括正性液晶，且第一液晶材料层L1包括负性液晶。使用正性液晶作为透镜区LA中的第二液晶材料层L2，由于正性液晶的双折射率较大，因此可以提升液晶透镜的变焦范围。使用负性液晶作为显示区AA中的第一液晶材料层L1，可以提升液晶显示装置60的显示区AA的对比度。
图10是依照本发明的一实施例的一种液晶显示装置的剖面示意图。图10的实施例沿用图1A～图1C的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。
图10的液晶显示装置70与图1C的显示面板10的主要差异在于：液晶显示装置70不包括镜头模块LS。
通过调整上电极E1以及下电极E2的操作电压可以使透镜区LA中的液晶层L具有变焦功能，因此，液晶显示装置70的液晶层L可以直接取代镜头模块的功能，有助于缩小装置的整体尺寸，且液晶透镜具有快速变焦(电控变焦)的优点。
综上所述，在本发明的至少一实施例中，液晶显示装置的透镜区中的液晶层具有液晶透镜的功能，因此，不需要将镜头模块设置于液晶显示装置中也可以有良好的图像感测品质，由此能省去钻孔工艺，避免了液晶显示装置因为钻孔工艺而产生的问题。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视随附的权利要求所界定为准。
Claims (16)
1.一种液晶显示装置，具有一显示区以及一透镜区，且包括：
一上基板；
一上偏光层，位于该上基板上，且覆盖该显示区以及该透镜区；
一上电极，位于该上基板的该透镜区；
一下基板，面对该上基板；
一下偏光层，位于该下基板上，且覆盖该显示区，该下偏光层于该透镜区具有一开口；
一下电极，位于该下基板的该透镜区；
一液晶层，位于该上基板以及该下基板之间；以及
一图像感测模块，对应于该下基板的该透镜区设置。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该液晶层包括正性液晶。
3.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该液晶层包括位于该显示区的一第一液晶材料层以及位于该透镜区的一第二液晶材料层，该第一液晶材料层的材料不同于该第二液晶材料层的材料。
4.如权利要求3所述的液晶显示装置，其中该第一液晶材料层的双折射率不同于该第二液晶材料层的双折射率。
5.如权利要求3所述的液晶显示装置，其中该第一液晶材料层系为负性液晶，且该第二液晶材料层系为正性液晶。
6.如权利要求3所述的液晶显示装置，还包括一框胶，位于该显示区与该透镜区之间。
7.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该液晶层于该显示区中的厚度不同于该液晶层于该透镜区中的厚度。
8.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该上电极与该下电极中的其中一个包括一电极环。
9.如权利要求8所述的液晶显示装置，其中该上电极与该下电极中的该其中一个还包括一中央电极，至少部分该中央电极位于该电极环中心。
10.如权利要求8所述的液晶显示装置，其中该上电极与该下电极中的该其中一个还包括一高阻值材料，该电极环围绕该高阻值材料。
11.如权利要求8所述的液晶显示装置，其中该电极环系为封闭环形。
12.如权利要求1所述的液晶显示装置，还包括一滤光元件，位于该上基板以及该下基板之间，其中该滤光元件于该透镜区具有一开孔。
13.如权利要求1所述的液晶显示装置，还包括一配向层，位于该上电极与该液晶层之间。
14.如权利要求13所述的液晶显示装置，还包括一绝缘层，位于该上电极与该配向层之间。
15.如权利要求1所述的液晶显示装置，还包括一配向层，位于该下电极与该液晶层之间。
16.如权利要求15所述的液晶显示装置，还包括一绝缘层，位于该下电极与该配向层之间。
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