TW201423210A - 影像顯示裝置及液晶鏡片 - Google Patents

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Abstract

一種在顯示面板之顯示面側具有液晶鏡片的影像顯示裝置，其特徵在於：液晶鏡片係具有第1基板及第2基板；第1基板及第2基板之間所夾置之液晶層；以及形成於第1基板與液晶層之界面的第1配向膜及形成於第2基板與液晶層之界面的第2配向膜，其中第1配向膜及第2配向膜係藉由預傾角之賦予來將液晶層中之液晶分子以90°扭曲於第1方向而進行配向之方式所配向處理的配向膜，液晶層中之液晶分子係藉由添加旋光劑於液晶層，而在未施加電場之狀態下以90°扭曲於與第1方向為相反方向的第2方向之方式來進行配向。

Description

影像顯示裝置及液晶鏡片
本發明係有關於影像顯示裝置及液晶鏡片
液晶係具有：具有如液體般之流動性，在電性上的光學特性係顯示異向性，且可將分子配向狀態進行各種控制的特徵。已知有將具有此般性質的液晶封入一對基板間，而以控制施加在液晶層之電壓的方式來控制曲折率的分布特性之液晶鏡片。
作為液晶鏡片，已知係在對液晶層未施加電壓的狀態下進行沿面排列，而以施加電壓之方式來達到鏡片效果之狀態者。又，在顯示面板的前面具備有液晶鏡片的影像顯示裝置中，係對於既定位置的觀看者提供2維影像或是3維影像。
另外，日本特開2011-164273號公報，係目的在於提供一種改善相對於施加電壓之透光率變化的急遽性之液晶顯示元件。日本特開2011-164273號公報，係揭示有以一組配向膜之配向處理方向與預傾角的組合所決定之液晶材料的扭曲方向，與藉由旋光劑來誘發之液晶材料的扭曲方向成為相反方向之液晶顯示元件。
此處，圖7係概略地顯示配置於顯示面板PNL的前面(顯示面側)之TN(Twisted Nematic)配向的液晶鏡片LZ之剖面。
圖7A係顯示未施加電場在液晶層LC的狀態，藉由未圖示之配向膜將2個基板間之液晶分子以90度扭曲來進行配向。又，圖7B係顯示施加有電場在第1基板B1側之電極E與第2基板側之電極PE間的狀態，係成為發現有鏡片效果的狀態。又，該等圖所示之TN配向的液晶鏡片LZ中，係 在第1基板B1及第2基板B2間夾置有液晶層LC，而在2個基板的外側配置有第1偏光板PL1及第2偏光板PL2。第1偏光板PL1及第2偏光板PL2係以穿透軸正交之方式來成為正交偏光鏡之配置。
圖7A的狀態中，液晶分子係以TN配向之方式，讓來自顯示面板PNL的影像透過液晶鏡片而成為2維影像顯示，圖7B的狀態中，2個電極E之間係殘留有TN配向來得到曲折率分布而顯示3維影像。又，圖7B之3維影像顯示中，TN配向在與電極E重複的部分中會消失，而減低該部分中之穿透率。
此處，初期配向會成為沿面排列的液晶鏡片中，雖然會因電極E的重複部分所發生之液晶配向的缺陷而對顯示性能帶來不良影響，但是藉由將液晶層LC的初期配向為TN配向，便會減低3維影像顯示時之穿透率而防止配向缺陷的不良影響。
然而，藉由形成在第1基板B1及第2基板B2的液晶層LC側界面之配向膜來TN配向液晶分子之液晶鏡片中，如圖8A及圖8B所示，施加電場時的電極E附近的配向會不一致，而使得曲折率分布成為非對稱者。產生此般之非對稱的曲折率分布時，會使得觀看者之各眼中的右眼用影像與左眼用影像混合，而使得干擾惡化。
本發明之目的係有鑑於以上之課題，而以提供一種具備有改善干擾之TN配向的液晶鏡片之影像顯示裝置，或是提供一種改善干擾之TN配向的液晶鏡片為目的。本發明之前述及其他目的之新穎特徵，由本說明書之記述或是添附圖式便可加以明瞭。
本發明相關之影像顯示裝置，係有鑑於上述課題，而為具有：具有配置為陣列狀之複數畫素的顯示面板；以及配置於該顯示面板的顯示面側之液晶鏡片的影像顯示裝置；其中該液晶鏡片，係具有：第1基板及第2基板；夾置在該第1基板及第2基板之間的液晶層；以及形成在該第1基板與該液晶層之界面的第1配向膜，以及，形成在該第2基板與該液晶層之界面的第2配向膜；該第1配向膜與該第2配向膜係藉由預傾角之賦予來將在該液晶層中之液晶分子以90°扭曲於第1方向而進行配向之方式來配向處理之配向膜；該液晶層中之液晶分子係藉由添加旋光劑於該液晶層，而 在未施加電場之狀態下以90°扭曲於與第1方向為相反方向的第2方向之方式來進行配向。
又，本發明相關之影像顯示裝置的一樣態中，該第1基板係形成有於既定方向延伸之複數電極；在該第1基板與該第2基板之間施加有電場的情況，在該複數電極之間會形成有曲折率的分布；將在該複數電極中之電極寬度為w，將在該複數電極中之電極的間距為p，將該液晶層厚度為d的情況，則成立為3.5≦(p-w)/d≦4.5。
又，本發明相關之影像顯示裝置的一樣態中，該第1配向膜中之配向方向係與該既定方向形成為40度以上50度以下之角度；該第2配向膜中之配向方向係以與該第1配向膜中之配向方向相反的方向，來與該既定方向形成為40度以上50度以下之角度。
本發明相關之影像顯示裝置，係有鑑於上述課題，而為具有：具有配置為陣列狀之複數畫素的顯示面板；以及配置於該顯示面板的顯示面側之液晶鏡片的影像顯示裝置；其中該液晶鏡片，係具有：第1基板及第2基板；夾置在該第1基板及第2基板之間的液晶層；以及形成在該第1基板與該液晶層之界面的第1配向膜，以及，形成在該第2基板與該液晶層之界面的第2配向膜；該第1配向膜與該第2配向膜係經光配向處理之配向膜；該液晶層中之液晶分子係藉由添加旋光劑於該液晶層，在未施加電場的狀態下以90°扭曲的狀態之方式來進行配向。
又，本發明相關之液晶鏡片，係有鑑於上述課題，而具有：第1基板及第2基板；夾置在該第1基板及該第2基板之間的液晶層；以及形成在該第1基板與該液晶層之界面的第1配向膜，以及，形成在該第2基板與該液晶層之界面的第2配向膜；其中該第1配向膜及該第2配向膜係藉由預傾角之賦予來將在該液晶層中之液晶分子以90°扭曲於第1方向而進行配向之方式來配向處理之配向膜；該液晶層中之液晶分子係藉由添加旋光劑於該液晶層，而在未施加電場之狀態下以90°扭曲於與第1方向為相反方向的第2方向之方式來進行配向。
依據本發明，便可提供一種具備有改善干擾之TN配向的液晶鏡片之影像顯示裝置，或是，提供一種改善干擾之TN配向的液晶鏡片。
DP‧‧‧影像顯示裝置
LZ‧‧‧液晶鏡片
PL1‧‧‧第1偏光板
PL2‧‧‧第2偏光板
B1‧‧‧第1基板
B2‧‧‧第2基板
LC‧‧‧液晶層
PNL‧‧‧顯示面板
圖1係本發明第1實施形態相關之影像顯示裝置的概略圖。
圖2係俯視第1實施形態之液晶鏡片中的電極構造的概略圖。
圖3A係顯示第1實施形態之液晶鏡片剖面的模樣之圖式。
圖3B係顯示第1實施形態之液晶鏡片剖面的模樣之圖式。
圖3C係顯示第1實施形態之液晶鏡片剖面的模樣之圖式。
圖4A係概略地顯示施加電場於第1實施形態之液晶層時的2個第1電極間之穿透率分布的圖表。
圖4B係概略地顯示施加電場於第1實施形態之液晶層時的2個第1電極間之穿透率分布的圖表。
圖5A係顯示以單元間隙規格化後之第1電極間的距離，與曲折率分布與二次曲線的相關值之間的關係之圖表。
圖5B係顯示以單元間隙規格化後之第1電極間的距離與干擾的發生量之關係的圖表。
圖6係顯示形成於第1基板的第1配向膜之配向方向，與液晶鏡片中所發現之曲折率分布與二次曲線之間的相關值之關係的圖表。
圖7A係概略地顯示TN配向的液晶鏡片之剖面的圖式。
圖7B係概略地顯示TN配向的液晶鏡片之剖面的圖式。
圖8A係顯示TN配向的液晶鏡片中，在施加電場時電極E附近之配向會紊亂而產生非對稱之液晶配向的模樣之圖式。
圖8B係顯示TN配向的液晶鏡片中，在施加電場時電極E附近之配向會紊亂而產生非對稱之液晶配向的模樣之圖式。
以下，就本發明之各實施形態，參照圖式來進行說明。
[第1實施形態]
圖1係本發明第1實施形態相關之影像顯示裝置DP的概略圖。影像顯示裝置DP係包含有顯示面板PNL，以及配置於顯示面板PNL的觀看者側(前面，顯示面側)之液晶鏡片LZ而加以構成。又，第1實施形態中之影像顯示裝置係具有切換3維影像的顯示及2維影像的顯示之機能。
液晶鏡片LZ係包含有第1基板B1、第2基板B2、第1偏光板PL1、第2偏光板PL2以及液晶層LC而加以構成。又，第1偏光板PL1及第2偏光板PL2係以穿透軸正交之方式來加以配置。
液晶鏡片LZ係在施加電場於液晶層LC時形成具有複數鏡片部之鏡片組。本實施形態之液晶鏡片係在施加電場於液晶層LC時提供觀看者3維顯示，在未施加電場的狀態下提供2維顯示。
顯示面板PNL係具有陣列狀配置之複數畫素所加以構成，而形成有液晶鏡片LZ之各鏡片部係對應於顯示面板PNL中輸出左眼用顯示之畫素列及輸出右眼用顯示之畫素列。
圖2係俯視第1實施形態之液晶鏡片中的電極構造的概略圖，係對應於從觀看者側觀看影像顯示裝置DP的情況。第1基板B1上係配置有從觀看者所視分別延伸於上下方向而形成為短冊狀之複數電極(第1電極E1)。又，第2基板B2上係配置有以對應於顯示面板PNL的顯示區域之方式而形成為平板狀之第2電極E2。從而，本實施形態的液晶鏡片LZ中，係以施加電場於第1電極E1及第2電極E2間之方式，來形成具有複數圓柱透鏡狀之鏡片部的鏡片組。又本實施形態中，鏡片組中之各鏡片部係以對應於顯示面板PNL中之2列的畫素列之方式來加以形成。另外，作為第1電極E1，亦可讓在上下方向延伸之各電極連結於液晶鏡片LZ之上部或是下部而形成為櫛齒狀。
又，第1基板B1之液晶層LC側的界面中，係形成有未圖示之配向膜(第1配向膜)，而第2基板B2之液晶層LC側的界面中，也形成有未圖示之配向膜(第2配向膜)。又，圖2中之箭頭P1及P2係分別顯示第1配向膜與第2配向膜中之配向方向者，並相對於第1電極E1之延伸方向而成為45度的角度，而以第1配向膜之配向方向與第2配向膜之配向方向為相互垂直地交叉之方式來加以設定。液晶層LC之液晶分子係藉由被配向處理之配向膜來賦予預傾角，在未施加電壓的初期配向狀態中，係在第1基板B1的近側及第2基板B2的近側使得液晶分子的長軸方向對齊於箭頭P1及P2的方向。
又，在第1電極E1與第2電極E2之間，係藉由配線來連接顯示切換 機構CM。顯示切換機構CM係藉由來自外部的輸入來切換ON狀態與OFF狀態，在ON狀態的情況，係輸入電壓於第1電極E1及第2電極E2間而控制液晶層LC的配向。
圖3係顯示本實施形態之液晶鏡片LZ的剖面模樣之圖式。圖3A及圖3B係顯示未施加電場於液晶層LC的狀態，圖3A係顯示相當於圖2中之A-A位置的剖面，圖3B係顯示相當於圖2中之B-B位置的剖面。又，圖3C係顯示施加電場於液晶層LC而呈現鏡片機能的狀態，並為相當於圖2中A-A位置的剖面。
此處，本實施形態之液晶鏡片LZ的液晶層LC係添加旋光劑，會使得形成於第1基板B1與第2基板B2與液晶層LC的界面之配向膜(圖3的各圖中未圖示)的配向處理方向與以預傾角之組合所決定之液晶分子的扭曲方向(第1方向)誘發成為相反方向之扭曲方向(第2方向)。本實施形態中，藉由添加此般之旋光劑於液晶層LC，來讓液晶層LC之初期配向狀態成為以90度扭曲於第2方向之TN(Twisted Nematic)配向。
圖3A及圖3B之液晶鏡片LZ的狀態中，由於在2個基板間TN配向有液晶分子，故穿透第1偏光板PL1之光線的偏光狀態會90度旋轉，來穿透第2偏光板。從而，在未施加電場於2個基板間之狀態中，原則上係不改變來自顯示面板PNL之光線行進方向，來顯示來自顯示面板PNL的影像。
另一方面，圖3C之液晶鏡片LZ的狀態中，液晶分子的配向係在2個第1電極E1間慢慢地變化，而隨著朝中央前進來使得液晶分子傾倒。因此，2個第1電極E1中便會發生曲折率的分布而發現晶片機能，並改變穿透第1偏光板PL1之光線的行進方向。又，顯示面板PNL係在施加電場於液晶鏡片LZ時，從2維影像用之顯示切換為3維影像用之顯示，而以左眼用及右眼用畫素顯示左眼用影像與右眼用影像的方式來加以控制。藉此，影像顯示裝置PD便會分別提供左眼用影像及右眼用影像給既定位置的觀看者的左眼及右眼來輸出立體影像。
本實施形態之影像顯示裝置DP係以添加上述之旋光劑於液晶鏡片LZ的液晶層LC的方式，來抑制各鏡片部的曲折率分布之非對稱性產生。如圖3A所示，即便為存在有第1配向膜與第2配向膜之預傾角的情況，仍會藉 由將液晶分子扭曲來配向於與因此等所發生之扭曲方向為相反之方向，來抑制形成有第1電極E1之第1基板B1側中所發生的液晶分子配列的紊亂，而防止施加電場時之曲折率分布的非對稱性。然後，以抑制曲折率分布的非對稱性之方式，會對觀看者的左眼及右眼容易正確地提供分別對應之影像進而連繫到干擾的改善。
圖4係概略地顯示施加電場於本實施形態之液晶層LC時的2個第1電極E1間之穿透率的分布與曲折率的分布之圖表。圖4A及圖4B的橫軸係對應於2個第1電極E1間的位置，圖4A的縱軸係顯示穿透率，圖4B的縱軸係顯示曲折率。
第1電極E1上，如圖3C中所示由於液晶分子的分子長軸係配向於垂直方向，故會因旋光劑使得液晶分子的TN配向成為消除的狀態。因此，如圖4A所示，第1電極E1的位置中之穿透率會變低，而隨著從第1電極E1遠離而電場的影響變小，因旋光劑使得液晶分子的扭曲被誘發而提高穿透率。又，如圖4B中所示，第1電極E1間區域的曲折率分布，係隨著從第1電極E1遠離而朝鏡片部的中央前進，而提高曲折率，並且，該變化會變得緩和。
又，作為誘發與藉由形成在第1基板B1與第2基板B2的配向膜所引發之液晶分子LC之扭曲方向為相反方向之扭曲的旋光劑，在常溫(具體而言為0度以上~40度以下的範圍)中，旋光間距c與單元間隙d的關係係以滿足0<d/c<1/2之方式來加以設定。在偏離該範圍時，發生朝第1方向之液晶配向的扭曲，或是，朝第2方向之液晶配向以270度扭曲的可能性會變高而較不為所望。
接著，就顯示本實施形態的液晶層LC厚度之單元間隙d與第1電極E1間的距離之關係進行說明。
圖5係用以說明藉由單元間隙d而規格化後之第1電極E1間的距離與干擾的發生量之關係的圖表。圖5A圖表的縱軸係顯示曲折率分布及二次曲線的相關值，而在第1電極E1間的距離成為約單元間隙d的4倍時，曲折率分布係顯示最靠近於二次曲線。又，圖5B之圖表的縱軸係顯示干擾的發生量，而提升曲折率分布及二次曲線的相關值會使得干擾的發生量變低。
本實施形態中，將第1電極E1的電極寬度w為10μm，將第1電極E1間之間距p為160μm，將單元間隙為25μm，而與未添加旋光劑的情況比較，干擾約減低2%。
又，就液晶層LC之單元間隙d與第1電極E1間的距離(亦即，p-w)之關係，如圖5B等所示，係適合成為3.5≦(p-w)/d≦4.5。如圖5B所示，將(p-w)/d設定在3以下，或是，5以上時由於干擾會急遽變大，故以設定第1電極E1間的距離在上述之範圍的方式可抑制干擾在5%以下。
又，作為液晶層LC的單元間隙d，較佳地係採用18μm以上27μm以下，或是20μm以上25μm的數值，作為第1電極E1的電極寬度w較佳地係8μm以上20μm以下，或是10μm以上15μm以下。又，作為第1電極E1間的間距p，較佳地係100μm以上200μm以下。
接著，就第1電極E1延伸的方向與形成在液晶層LC界面之配向膜的配向處理之方向的關係來進行說明。
圖6係顯示第1基板B1中所形成之第1配向膜的配向方向(初期配向方向)與液晶鏡片LZ中所發現之曲折率分布與二次曲線間的相關值之關係的圖表。圖6的橫軸所示之第1配向膜的配向處理方向，係顯示第1電極E1的延伸方向作為基準的角度，圖6之圖表中，第2基板B2中所形成之第2配向膜的配向方向為-45度。如同圖所示，第1電極E1與第1配向膜的配向方向所形成之角度為45度的情況，曲折率分布與二次曲線間的相關值為最高。
曲折率分布與二次曲線間的相關值為較低時，會使得3維顯示時的液晶鏡片LZ的干擾惡化。從圖5來考量，相關值在0.8以下時，干擾大概為5%以上。從而，最好是作為第1配向膜的配向方向，係將第1電極E1延伸的方向作為基準而設定為40以上50度以下，作為第2配向膜的配向方向，係與第1配向膜的配向方向成為反向之方向，而相對於第1電極E1之延伸方向以成為40度以上50度以下之方式來加以設定。
[第2實施形態]
上述之第1實施形態中，係在液晶層LC的界面形成第1配向膜與第2配向膜，而如圖2所示，以配向方向垂直交叉之方式來加以設定，以在2 個配向膜之初期配向方向與預傾角所決定之扭曲方向為相反方向發生扭曲之方式，來賦予旋光劑。另一方面，第2實施形態中，係在將液晶層LC界面之第1配向膜與第2配向膜作為光配向膜，而以旋光間距c與單元間隙d的關係係滿足0<d/c<1/2的條件之方式來添加旋光劑的這點與第1實施形態有所差異。
第2實施形態的影像顯示裝置DP的液晶層LC中在未添加旋光劑的情況，係隨著從第1基板B1朝第2基板B2側前進，而會混合有使得分子長軸為順時針旋轉之液晶配向與分子長軸為逆時針旋轉之液晶配向，因此會產生區域而使得干擾惡化。
然而，隨著從第1基板B1朝第2基板B2側前進，藉由將誘發順時針或是逆時針旋轉之分子長軸的扭曲之旋光劑添加於液晶層LC之方式，便可減少干擾的發生。
另外，上述各實施形態中之第1電極E1與第2電極E2之電極圖案亦可替換。又，上述各實施形態中，雖第2電極E2係平板狀之電極形狀，但只要可在2個第1電極E1間發現有鏡片機能之形狀，則亦可為其他的形狀。
另外，上述之各實施形態中，作為顯示面板PNL，可使用液晶顯示面板，亦可使用有機EL顯示面板。使用液晶顯示面板的情況，進一步地，會在顯示面板的背面配置有背光源。另外，上述之第1實施形態的液晶鏡片LZ中，第1配向膜及第2配向膜的配向方向，係以90度交叉之方式來加以設定，進一步地，雖然係以誘發90度之扭曲於第2方向的TN配向之方式來添加旋光劑，但關於此並不僅限定為90度的情況，而容許有製造上的誤差等。
本發明係不限定於上述之實施形態而可構成有各種變形。例如，各實施形態中所說明之構成，係可以實質上達成相同的構成，相同的作用效果的構成，或是可達成相同目的的構成來加以替換。
DP‧‧‧影像顯示裝置
LZ‧‧‧液晶鏡片
PL1‧‧‧第1偏光板
PL2‧‧‧第2偏光板
B1‧‧‧第1基板
B2‧‧‧第2基板
LC‧‧‧液晶層
PNL‧‧‧顯示面板

Claims (5)

  1. 一種影像顯示裝置，係具有：具有配置為陣列狀之複數畫素的顯示面板；以及配置於該顯示面板的顯示面側之液晶鏡片；其中該液晶鏡片，係具有：第1基板及第2基板；夾置在該第1基板及第2基板之間的液晶層；以及形成在該第1基板與該液晶層之界面的第1配向膜，以及，形成在該第2基板與該液晶層之界面的第2配向膜；該第1配向膜與該第2配向膜係藉由預傾角之賦予來將在該液晶層中之液晶分子以90°扭曲於第1方向而進行配向之方式來配向處理之配向膜；該液晶層中之液晶分子係藉由添加旋光劑於該液晶層，而在未施加電場之狀態下以90°扭曲於與第1方向為相反方向的第2方向之方式來進行配向。
  2. 如專利申請範圍第1項之影像顯示裝置，其中該第1基板係形成有於既定方向延伸之複數電極；在該第1基板與該第2基板之間施加有電場的情況，在該複數電極之間會形成有曲折率的分布；將在該複數電極中之電極寬度為w，將在該複數電極中之電極的間距為p，將該液晶層厚度為d的情況，則成立為3.5≦(p-w)/d≦4.5。
  3. 如申請專利範圍第2項之影像顯示裝置，其中該第1配向膜中之配向方向係與該既定方向形成為40度以上50度以下之角度； 該第2配向膜中之配向方向係以與該第1配向膜中之配向方向相反的方向，來與該既定方向形成為40度以上50度以下之角度。
  4. 一種影像顯示裝置，係具有：具有配置為陣列狀之複數畫素的顯示面板；以及配置於該顯示面板的顯示面側之液晶鏡片；其中該液晶鏡片，係具有：第1基板及第2基板；夾置於該第1基板及第2基板之間的液晶層；以及形成在該第1基板與該液晶層之界面的第1配向膜，以及，形成在該第2基板與該液晶層之界面的第2配向膜；該第1配向膜及該第2配向膜係經光配向處理之配向膜；該液晶層中之液晶分子係藉由添加旋光劑於該液晶層，在未施加電場的狀態下以90°扭曲的狀態之方式來進行配向。
  5. 一種液晶鏡片，係具有：第1基板及第2基板；夾置在該第1基板及該第2基板之間的液晶層；以及形成在該第1基板與該液晶層之界面的第1配向膜，以及，形成在該第2基板與該液晶層之界面的第2配向膜；其中該第1配向膜及該第2配向膜係藉由預傾角之賦予來將在該液晶層中之液晶分子以90°扭曲於第1方向而進行配向之方式來配向處理之配向膜；該液晶層中之液晶分子係藉由添加旋光劑於該液晶層，而在未施加電場之狀態下以90°扭曲於與第1方向為相反方向的第2方向之方式來進行配向。
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