TW548463B - Liquid crystal display device - Google Patents

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TW548463B
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light
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Takashi Sato
Noriko Watanabe
Shigeaki Mizushima
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Sharp Kk
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Description

548463 A7 B7 _ 五、發明説明（1 ) 發明背景 發明領域 本發明是有關於一種液晶顯示裝置以及給該液晶顯示裝 置用的透鏡片’尤其是有關於一種給辦公室自動化（0A)設 備用的直視型液晶顯示裝置，比如文字處理器與筆記型個 人電腦，不同的影像設備，遊戲機，T V接收器以及類似 裝置，以及有關一種比如給液晶顯示裝置用的透鏡片。 習用技術説明 傳統上，常常使用CRTs當作個人電腦，文字處理器， T V接收器以及類似裝置的顯示裝置。近年來，隨著這些 電子裝置對縮小尺寸，厚度與重量的需求，已經增加對平 面顯示裝置的使用。其中，具有低耗電優點的液晶顯示裝 置已經有很廣泛的應用領域。 施加電場到顯示裝置的任何顯示單元，或是讓電流流 過，改變落顯示單元的光線透射性或反射性，利用電光效 應，包括液晶分子的光學非等向性（折射率非等向性），向 位特性，可流動性與介電非等向性，而讓液晶顯示裝置顯 示出影像來。液晶顯示裝置被分類成直視型顯示裝置與投 射型顯示裝置，其中直視型顯示裝置能讓人直接觀看到顯 示到顯示裝置上的影像，而投射型顯示裝置是讓從前面或 背面而來的影像投射到螢幕上，而讓人觀看到該投射影 像。 直視型顯示裝置具有不同的顯示模式，比如動態散射模 式，扭曲向列模式，超扭曲向列模式，高分子分散模式， -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 548463 A7 B7 五、發明説明（2 ) 鐵電液晶顯示模式，異質同晶性模式以及客主模式。對於 驅動直視型顯示裝置，已經發展出驅動設計，比如段落驅 動，簡單矩陣驅動與主動矩陣驅動。這些模式與驅動設計 中，當顯示單元的數目很少時，常使用段落驅動中的扭曲 向列模式，而當顯示單元的數目很多時，常使用簡單矩陣 驅動中的超扭曲向列模式。 液晶顯示裝置會顯示出如罕元與圖案的資訊。近年來， 隨著對增加顯示容量的需求，常會使用所謂的點矩陣顯示 形式，其中細小的顯示單元是以行列方式排列，來顯示出 任何的資訊。 直視型顯示裝置包括液晶單元，反射保護膜，以及所需 的類似結構，該液晶單元具有光學快門功能，當作與照亮 用之背光源結合在一起的核心，而反射保護膜能保護前端 表面避免反射外部光線。 已經許多^極小化顯示品質變化的技術被提出來，利用液 晶顯示裝置的觀看方向以及視角的變寬，而提供良好的顯 示品質。這些技術粗步分類成二類：改善液晶顯示單元内 部結構的方法以及改善液晶顯示單元外部結構的方法。前 者的實例包括：液晶分子被改質掉的方法；將偏光單元位 置，液晶分子向位方向與類似特性最佳化的方法；將複數 個雙折射率薄膜安置在液晶顯示裝置内部的方法；在基底 内形成細小凹面與凸面部分的方法；以及將驅動設計最佳 化的方法。後者的實例是一種將液晶顯示單元結合透鏡， 控制光線透射方向的單元以及類似單元的方法。 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董） 548463 A7 B7 五、發明説明（3 ) 如同將液晶顯示單元結合如控制光線透射方向之透鏡的 發散光單元而讓視角變寬的方法，其中該透鏡是安置在液 晶顯示單元的觀察者側，以下的方法都是已知的方法。有 一種是在曰本專利特許公開申請案第8-2〇1796號中揭示出 來’其中藉適當的設定背光源的光線方向，液晶層與細小 單元透鏡之間的距離，細小單元透鏡陣列方向上液晶顯示 單元之顯示單元的間距，從而降低因透鏡存在所產生的影 像模糊。其它方法是揭示於日本專利特許公開申請案第7_ 120743號中r其中適當的設定透鏡高度，透鏡間距，以及 如果液晶顯示單元與透鏡凸面部分是用黏接劑或黏接層而 貼合在一起時的貼合部分寬度，從而降低從透鏡而來外部 光線的反射。 上述傳統方法具有以下問題。在日本專利特許公開申請 案第8-201796號中，揭示出可以增加該行中顯示單元的間 距’減少液晶層與細小單元透鏡之間的距離，以及加強背 光源的光線方向性，而讓影像模糊變得不可察覺。然而， 沒有揭露出細小單元透鏡的特性。因此，當使用該技術且 加強背光源的光線方向性時，如果細小單元透鏡具有光學 特性中的扭曲時，這種在顯示裝置内視角特性的扭曲會被 反射出來，而無法得到令人滿意的顯示效果。例如，即使 可以成功的製造出具有最理想光學特性的細小單元透鏡， 但是該透鏡來必須利用黏接層而貼合到液晶顯示單元上。 這種貼合中，黏接層與透境之間的接觸狀態很容易被改 變，因此細小單元透鏡不可避免的會在光學特性中被扭曲 -6- 本紙张尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 548463 A7 B7 五、發明説明（4 ) 掉。理由是，既然黏接層的折射率大約與透鏡的相同，所 以細小單元透鏡的尖端部分是被埋在黏接層内，而沒有像 透鏡的正常功能。此時，如果背光源的光線方向性很高， 則細小單元透鏡的光學特性被扭曲會影響到液晶顯示装置 的顯示特性。 依據日本專利特許公開申請案第7-12〇743號中所揭示的 技術，即使在背光源的光線方向性很高時，透鏡光學特性 也沒有扭曲會發生。然而實際上，爲了達到依據文獻中技 術的沒有扭曲之透鏡光學特性，透鏡間距對貼合部分寬度 的比例必須爲5或更大。很難控制貼合部分的寬度而達成 此結構。 本發明的目的在於提供一種在使用高方性之光源時，具 有I視角與高顯示品質的液晶顯示裝置，以及提供一種給 液晶顯示裝置用的透鏡片。 發明摘要 本發明的透射型液晶顯示裝置包括：液晶顯示單元，該 液曰曰顯示卓元係包括一對的透明絕緣基底，透明電極與液 晶材料，其中該對透明絕緣基底是安置成互相面對面且其 間具有間隙，透明電極是在基底内部表面上形成，而液晶 材料疋注入到該間隙内；安置在液晶顯示單元背面的光 源；以及安置在液晶顯示單元前面的發散光單元，其中液 晶顯示裝置滿足以下表示式
本紙張尺度適用中國國家標準(CMS) A4規格(210 X 297公釐) 548463 A7 ______B7 五、發明説明（5 ) 其中BL(e)是發光角θ-光源的強度特性，亦即光源亮度是 發光角θ的函數，Lc(e)是對液晶顯示單元的入射角-照亮 狀態時液晶顯示單元的透射率特性，亦即液晶顯示單元的 透射率是發光角Θ的函數，而Dif(a，Θ)是對發散光單元的入 射角-光接收角a時的發散光單元的透射率特性，亦即發散 光單元的透射率是發光角Θ的函數。 可以調整BL(0)與Dif(a，Θ)來滿足該表示式。 較佳實施例中，黏接層是在發散光單元與液晶顯示單元 之間形成’發散光單元是透鏡片，該透鏡片包括具第一高 度之凸面部分的第一單元透鏡部分以及具第二高度之凸面 部分的第二單元透鏡部分，該第二高度是小於第—高度， 而該透鏡片是貼合到第一單元透鏡部分上的黏接層。 較佳實施例中，透鏡片的第一單元透鏡部分是貼合到黏 接層’而第一單元透鏡邵分是遠離黏接層，且透鏡片具有 光學特性mf(a，θ)=η X g(a，θ)+(1-η) X f(a，Θ)，其中 g(a θ) 是第一單元透鏡部分的光學特性，η是第一單元透鏡部八 對整個透鏡片的面積比例，f(a，㊀）是第二單元透鏡部八的 光學特性，而1 -η是第二單元透鏡部分對整個透鎊 ^ 兄冇的面 積比例。 較佳實施例中，光源具有發射光角度是15。或更f ^ h的方 向性，在該方向上，其亮度是垂直於液晶顯示單元， 可端 表面的一半亮度。 較佳實施例中，光源具有發射光角度是5。或更」^ &小的方 向性，在該方向上，其亮度是垂直於液晶顯示單元之 -8 -
548463 A7 B7
五、發明説明（6 發散光單7L具有光學特性D丨f ( 〇 面的一半亮度 10° )/Dif(〇°，〇° )是 0.4或更大 本發明的透射型液晶顯示裝置包括：液晶顯示單元，該 液晶顯示單元係包括-對的透明絕緣基底，透明電極與； 晶材料，纟對透明絕緣基底是安置成互相面對面且其 間具有間隙，透明電極是在基底内部表面上形成，而液:日' 材料是注入刻該間隙内；安置在液晶顯示單元背面的2 源；以及經由黏接層而安置在液晶顯示單元前面的透鏡 片。該透鏡片包括·具第一高度之凸面部分的第一單元透 鏡部分，以及具第二高度之凸面部分的第二單元透鏡部 分，該第二高度是小於第一高度，其中具第一高度的凸面 部分與具第二高度的凸面部分都面對著黏接層，第一單元 透鏡部分是貼合到黏接層上，而第二單元透鏡部分是遠離 該黏接層。 較佳實施i例-中，第一高度對第二高度的比例是3/5，而第 一單元透鏡部分對整個透鏡片的面積比例約〇.2。 較佳實施例中，光源具有發射光角度是1 5。或更小的方 向性，在該方向上，其亮度是垂直於液晶顯示單元之前端 表面的一半亮度。 較佳實施例中’光源具有發射光角度是5 °或更小的方 向性’在該方向上’其亮度是垂直於液晶顯示單元之前端 表面的一半亮度，且透鏡片具有光學特性，Dif(〇。，i 〇。y Dif(0°，0° )爲0·4或更大，而Dif(a，Θ)是對透鏡片的入射角 Θ -光線接收角a時的透鏡片透射率特性。 -9- 548463 A7 B7 五、發明説明（7 ) 本發明的透鏡片是經由黏接層而貼合到液晶顯示單元的 前端側面。透鏡片包括：具第一高度之凸面部分的第一單 元透鏡部分，以及具第二高度之凸面部分的第二單元透鏡 部分，該第二高度是小於第一高度，其中具第一高度的凸 面部分與具第二高度的凸面部分都面對著黏接層。 透鏡片最好是具有光學特性，Dif(〇。，1〇。）/Dif(0。，〇° ) 爲0.4或更大，而Dif(a，Θ)是對透鏡片的入射角（_光線接收 角a時的透鏡片透射率特性。 較佳實施外中，第一高度對第二高度的比例是3/5，而第 一單元透鏡部分對整個透鏡片的面積比例約〇.2。 圖式的簡單説明 圖1顯示出經過背光源，液晶顯示單元與散光單元的外 離光學路徑。 圖2A與2B顯示出背光源的亮度特性實例。 圖2C與2B顯示出發散光單元的光學特性實例。 圖2E顯示出液晶顯示單元的透射率特性實例。 圖2F，2G，2H與21顯示出結合背光源，液晶顯示單元 與散光單元所得之液晶顯示裝置的透射率特性，特別顯示 出當具有圖2A或2B所示特性之背光源，具有圖2E所示特 性之液晶顯示單元以及具有圖2C或2D所示特性之散光單 元被結合在一起時，所得到的亮度特性。 圖3是顯示出將背光源之半角（BL半角）結合到散光單元 之光學特性以及顯示品質之間的關係。 圖4是具不同高度之單元透鏡的雙凸透鏡片剖示圖。 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 548463 A7
發明説明 圖5顯示出第二偏光單元
黏接層與具不同高度之單元 透鏡的透鏡片的設計結構之主要部分剖示圖_ 圖6是顯示出圖4整個透鏡片之光學特性如何視透鏡貼合 固刀（先學特性以及透鏡貼合部分的比例η而改變的曲線 =其中y轴代表Dif(0。，10。贿(〇。，〇。），當作整個透 ’見片的光學特性，而χ軸代表比例η 〇 圖7是顯示出傳統液晶顯示裝置之主要部分的剖示圖。 圖8是顯示出本發明實施例液晶顯示裝置之主要部分的 到示圖。 - 圖9Α是顯示出實施例液晶顯示裝置中對比比例盥視角之 相關性的曲線圖。圖叩是顯示出實施例液晶顯示裝置中每 個灰階之允度與視角之相關性的曲線圖。 圖10Α是顯示出比較實例液晶顯示裝置中對比比例與視 角之相關性的曲線圖。圖10Β是顯示出比較實例液晶顯示 裝置中每個u灰階之亮度與視角之相關性的曲線圖。 發明的詳細說明 首先’將參閲相關圖式來説明本發明的基本原理。 如圖1所示，從背光源i以發射角㊀所射出t之光線是以入 射角爲Θ而射到液晶顯示單元2上，穿過液晶顯示單元2， 並以發射角Θ射出（亦即外離）。然後該光線是以入射角爲θ 而射到發散光單元3上。然後以入射角爲Θ而射到發散光單 元3的入射光會以不同角度穿透過去。假設以入射角爲㊀而 射到發散光單元3上的入射光強度比上以發射角爲a而從發 散光單元3射出的發射光強度，其比例是Dif(a，θ)，以及假 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 548463 A7 B7 五、發明説明（9 ) 設入射角Θ之光線在液晶顯示單元2的透射率特性是 Lc(e)。還假設發射角θ之光線在背光源1的亮度特性爲 BL(0)，是用來代表光源1的方向性。 上述狀態中，以角度b所觀察到的亮度可以表示成 亮度（b)= ί 90。BL(e)xLC(0)xDif(b，Θ)(1Θ -90° 亦即，可以得到降低亮度的視角相依性之理想的顯示裝 置，當角度（b+10° )的亮度比上角度b的亮度，亦即發射面 (b+10° )的亮度/發射面（b)的亮度是更接近1。本發明人利 用視覺辨識評估過在顯示裝置爲缺陷時該比例的程度。結 果發現到，所需的該比例爲0.5或更大。 液晶顯示裝置中，主要重點是放在從前端（b = 0° )所觀察 到的以及鄰近區域的顯示特性上。以此觀之，本發明人已 ^ 經發現到，爲了得到具較佳特性之液晶顯示裝置，則背光 源1之方向性，液晶顯示單元2之透射性以及發散光單元3 之光學特孤都比須滿足以下表示式。 0.5^
BL(0)xLC(0)xDif(1O# %θ)άθ ⑴
BL(0)XLC(0)xDrf(〇· χ θ)άθ 在此，將參閱圖2Α至21來説明特定的實例。 圖2Α與2Β顯示出背光源1的亮度特性之實例，圖2C與 2D顯示出發散光單元3的光學特性（本實例中的發散光特性） 之實例，圖2Ε顯示出液晶顯示單元2的透射率特性之實 例。如圖2Ε所示液晶顯示單元2表現出等於一半最大透射 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 548463 五、發明説明（10 ) 率以上之透射率時的入射角約爲80。（_35。至45。 背=’2:有Γ與21顯示出將具有圖2A42B所示特性之 2C二1广所示特性之液晶顯示單元以及具有圖 二Γ 散光單元結合在-起時，所得到的亮 -争性。特別是，圖2F對應到結合具圖2厶所示之亮度特 性的背光源’亦即具如圖2A所示之較低方向性的背光源_ 具圖2E所不透射率特性的液晶顯示單元-具圖2C所示之發 散光特性的發散光單元。圖2G是對應到結合具如圖…斤 示之較低方向性的背光源.具圖2£所示透射率特性的液晶 顯不早兀-具圖2D所示之發散光特性的發散光單元，亦即 具有更高發散光特性扭曲的發散光單元。圖扭是對應到 結合具如圖2B所示之較高方向性的背光源-具圖2E所示透 射率特性的液晶顯示單元-具圖2〇：所示之發散光特性的發 散光單元。圖21是對應到結合具如圖2B所示之較高方向性 的背光源-具《 2E所示透射率特性的液晶顯示單元-具圖2〇 所示之發散光特性的發散光單元。 、由上述圖式中可以觀察到，當從背光源所發射出光線的 方向性（此後稱作背光源的光線方向性）較高且發散光單元 具有更高的扭曲特性時，液晶顯示裝置的亮度更爲扭曲。 從結果上可以發現到，發散光特性的扭曲會被背光源的光 線方向性比及發散光單元的發散光特性影響到。 圖3疋顯TF出爲達到良好的面板亮度特性時背光源的光 線方向性與發散光單元的發散光特性之間的關係。圖3所 7F的曲線中，貫線以上的範圍是液晶顯示裝置之亮度爲良 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公董) 548463 A7 __________ B7 五、發明説明（11 ) 好時的區域，亦即在該區域内，是滿足上述的表示式（1)而 且表現出良好的顯示特性。 圖3的X轴是代表其亮度是角度〇。方向（此後該角度稱作 B L半角”）上之一半亮度的角度。“ b l半角，，是對應到具 角度〇°時最大値之尖峰的HWHM(最大値一半時的半寬）。 B L半角是代表背光源的光線方向性的參數。在b乙半角較 大時該方向性會較低。 圖3的y轴代表入射角1〇。之光線與從面板前端（〇。）接收 •^光線的強度比上入射角〇。之光線與從面板前端（〇。）接收 之光線的強度的比例，亦即Dif(；0。，10。）/Dif(〇。，〇。）。隨 著該比例變大，發散光單元的發散光特性之扭曲會變小。 本説明書中，“發散光單元的發散光特性之扭曲，，是表示 入射角之透射率對發散光單元的相依性。當透射率視入射 角而大幅改變時，發散光單元的扭曲會很大。另一方面， 當透射率視—入射角而稍微改變時，發散光單元的扭曲會很 小 〇 從圖3中發現到，當bL半角是約大於15。時，發散光單 元的發散光特性不會影響顯示品質太厲害^相反的，當 B L半角是等於或約小於15。時，發散光單元的發散光特 性便會影響到顯示品質。隨著B l半角變小，亦即背光源 的方向係變得較高時，是需要較低發散光特性之扭曲的發 散光單元。特別的是，從圖3中發現到，藉調整發散光單 =的光學特性，讓Dif(0。，1〇。）/Dif(0。，〇。）爲或〇 4更 同’可以得到良好的顯示特性，即使背光源是具有B L半 -14 - 本紙張尺石？f a國f鮮(CNS) A4規格(21GX297公董) 548463 A7 _____B7 發明説明（12~~) "~ 角約小於5 或更小的這種高方向性時。 藉此，將説明犯滿足這些條件的發散光單元。 如上所述，即使具最理想光學特性之發散光單元能成製 造出來，但疋發散光單元的光學特性無可避免的還是會被 扭曲掉，因爲發散光單元的透鏡尖端部分是在將發散光單 元貼合到黏接層時被埋在黏接層内，而且埋値部分不再有 透鏡的功能。因此，爲了提供具滿足上述條件降低光學特 4生扭曲之發散光單元給液晶顯示裝置，所以讓發散光單元 與黏接層之間的貼合區域（貼合部分的寬度）變窄會是很有 效的。然而’爲滿足上述的表示式（丨），貼合區域必須控制 到非常窄。很難穩定的達成。 爲了克服上述問題，在本實施例中當作發散光單元來用 的透鏡片，具有當作貼合部分用之透鏡部分以及當作非貼 合部分用之透鏡部分。讓整個透鏡片的光學特性設計成能 滿足上述的_條件。 圖4顯示出透鏡片3的實例，是當作適合本發明液晶顯示 裝置使用的發散光單元。透鏡片3是具不同高度之單元透 鏡的雙凸透鏡片，如圖4所示。具有非常大高度（1^)的透鏡 單元是用來將透鏡片3，經由在第二偏光單元2j的前端（觀 察者側）上形成之黏接層4，而貼合到第二偏光單元2j，如 圖5所示。其它具很小高度（h2(<：hi))的透鏡單元最好是在實 質上沒有接觸到黏接層4。 貼合部分（形成具有很大高度（h 〇的單元透鏡）以及非貼 合部分（形成具有很小高度（h2)的單元透鏡）都具有互相不 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
装 訂
548463 A7 B7 五 發明説明（13 同的光學特性。因此，將貼合部分的光學特性與非貼合部 分的光學特性與重疊在一起，而得到整個透鏡片的光學特 性。這表示，藉改變貼合部分比上非貼合部分的比例，而 可以担制住發散光單元3的光學特性。因此，比較上來說 很谷易達到滿足上述表示式（丨）的發散光單元3。 更特別的是，整個透鏡片的光學特性是表示成η X g(a， θ)+(1-η) x f(a，Θ)，其中g(a，0)是貼合部分内單元透鏡的 光學特性，η是貼合部分對整個透鏡片的比例（面積），f(a， ㊀）疋非貼合部分内單元透鏡部分的光學特性，而卜η是非 貼合邵分對整個透鏡片的比例。如果滿足表示式（丨），則當 上述整個透鏡片的光學特性取代表示式（1)内的Dif(a，θ) 時，是可以達成具良好品質的液晶顯示裝置。 圖6特別顯示出整個透鏡片的光學特性如何視貼合部分 内之單元透鏡的光學特性以及比例η而改變。圖6曲線圖的 y抽是代表，Dif(0'10。）/Dif(0°，〇° )，當作整個透鏡片的 光學特性，而X軸代表比例η。要注意的是，方程式Dif(a θ)=η X g(a，θ) + (1-η) X f(a，Θ)已經在該曲線圖中建立起 來。
Dif(0°，1〇° )/Dif(0°，0° )的數値是取決於背光源的BI^ 角。如圖3所示，BL半角是10° ，Dif(〇。，1〇。）/〇叫〇。 〇。） 是0.2或更大。 當貼合部分内單元透鏡的光學特性g(0。，10。）/g(〇。〇。）已 經被決定出，便能藉調整比例η，而控制整個透鏡片的光 學特性Dif(0。，1〇° )/Dif(〇°，〇° )。假設貼合部分内單元透 -16- 本紙張尺度適用中國國家搮準(CNS) A4規格(210 X 297公爱) 548463 A7 ____ B7 五、發明説明（14 ) 鏡的光學特性g(〇。，10。）/g(〇。，〇。）是01。然後從圖6中發 現到，Dif(〇。，10。）/Dif(0。，〇。）是 〇 2 或更大，當ns〇 7。 如果是使用圖4所示的透鏡片，整個透鏡片的光學特 性，亦即Dif(〇。，1〇。）/Dif(0。，〇。）的數値可以藉適當選取 比例η而變大，即使是在貼合部分内單元透鏡的光學特性 g(〇 ，l〇° )/g(〇°，〇° )很小時（比如 0 05)。 相反的，如果是使用基本上具有相同高度之單元透鏡的 傳統透鏡片（n=l)，便必須增加g(〇。，1〇。）/g(〇。，〇。）的數 値（比如0.2或—更大），如圖6中所示。爲達此，透鏡片必須 貼合到黏接層，讓透鏡尖端部分與黏接層之間的接觸區非 常小。在實際上這是很重要的。結果，使用傳統透鏡片是 很難滿足表示式（1)。 曰接著，將比較本發明實施例的液晶顯示裝置與傳統的液 晶顯π裝置。要注意的是，本發明液晶顯示裝置的結構並 不受限於在-此的説明。 首先，將説明圖7所示的傳統液晶顯示裝置。傳統液晶 顯示裝置包括背光源i，液晶顯示單元2與發散光層3。^ 光源1基本上是包括從冷陰極螢光燈1&將光線均勻輸出到 平面的導光組件lb，會將傳送到裝置背面並朝前端外離表 面而去的光線反射的散光反射片le，以及將發射光線收敛 在一起的羽板窗片Id。 液晶顯示單元2包括：主動矩陣基底21，具有矩陣形 膜電晶體（TFTS)2b，透明電極〜以及在透明玻璃基底^上 形成的對齊薄膜2d ;彩色濾光基底22，具有透明電極“， -17-
548463
彩色濾光片e.f與對齊薄膜2g ;以及液晶層2h，包括扭曲向 列（TN)液晶材料，而該扭曲向列液晶材料具有約％度的扭 曲角，被密封在透明基底21與22之間。液晶材料具有介電 常數非等方向性。一對的偏光板2丨與幻是安置在透明基底 2 1與22之間。 一 發散光層3是雙凸透鏡片，對一側邊上具有透鏡效應。 發散光層3基本上是包括透鏡支撑片3a，透鏡部分补以及 避免反$反射的吸光層3c。發散光層3是經由黏接層4而安 置在觀察者上偏光板2j的外部表面，並將液晶顯示單元 2所輸出的光線發散開。所使用的液晶顯示單元2是具有15 吋對角線螢幕尺寸（228.6mm X 304.8mm)，水平640(每個 R，G，B)(垂直480個像素的帶狀陣列，以及約〇i59mm的 水平像素間距與約〇.476mm的垂直像素間距1^。雙凸透鏡 片所安置的方向是取決於使用的目的而定。例如，當需要 加寬垂直妒向上的視角時，透鏡片是安置成讓透鏡片的單 元透鏡所延伸的方向，相對於液晶顯示單元來說是水平 的。 改變液晶分子之向位狀態的調變控制單元，是連接到透 明電極上。液晶分子之向位狀態是用當作外部電場的電場 所控制，該外部電場是由所施加之顯示電壓來產生，進而 控制光線強度的調變。 接著，將説明圖8所示本發明實施例的液晶顯示装置。 在以下觀點中’該實施例的液晶顯示裝置與圖7的傳統液 晶顯示裝置是不同的。雙凸透鏡片3具有第一單元透鏡（例
548463 A7 _ _ B7 五、發明説明（16 ) 淺口高度爲0.025mm)及具有一高度小於第一單元透鏡之第二 單元透鏡（例如高度爲〇.〇15mm)。只有高度較高之單元透 鏡可接觸到黏接層4。其它結構都與圖7相同，因此在此省 去説明。 將説明本實施例液晶顯示裝置的製造方法。首先，互連 線’電極與彩訴濾光片都是在透明基底2丨與22上形成。本 實施例中，具〇.5mm厚度的玻璃板（Glass c〇de 7059, Corning Glass Works所製造）是用來當作透明基底21與22， 而IT0薄膜是—用濺鍍方法所沉積出來，而形成透明電極。 已知的方法可以用來形成互連線，電極與彩色濾光片。因 此’在此省去這些方法的詳細説明。本實施例中，彩色濾 光片是在形成相反電極的基底22上形成。另一方式是，彩 ’色濾光片可以在基底21上形成，而非不在基底22上。 *作對齊薄膜用的聚乙醯氨對齊薄膜是用印刷，i t ,烘乾以及磨-擦而形成的。所形成的對齊薄膜具有9〇度的扭 曲角。因此，爲了保持給液晶層2h用之基底間有固定的距 離，所以具直徑4·5μηι的玻璃纖維間隔片會被散射掉。而 且，當作液晶密封層用的黏接密封組件，包含有直徑 5·3μιη的玻璃纖維間隔片，是利用過篩印刷而形^的，: f個基底是貼合在一起。然後利用眞空抽氣的方式，將液 晶材料汪入到二基底之間的空間内，形成TN液晶單元。 然後形成具有0.25mm厚度的偏光板以與2』。然後在偏光板 上形成紫外光可熟化的亞克力黏接劑。發散光層3是貼 合到黏接劑上，然後利用紫外光照射黏接劑，而讓樹脂熟 -19- 本紙張尺度適用中國國家榇準(CNS) A4規格(210 X 297公發) 548463 A7 -----------51 五、發明説明（17 ) 化。 :散光層3是用以下方式來㈣。紫外光可熟化的樹脂 (止0卜折射率η吐59)，由皿c〇·，Ltd(日本公司）所製 ^ /皮/主入到以重複凹洞邵分之形狀的模具内。然後用 J/cm的紫外力照射紫外光可熟化的樹冑，將要用來洗癖而 :成具重複凹洞部分的透鏡片。當作透鏡支稱片h是使用 由JSRCo·，Ltd所製造的術⑽薄膜。透鏡片的形成方法 並不雙限於上述的說明，可以利用樹脂薄膜的熱壓陷或是 亞克力樹脂的射出成形，而在透明基底上形成透鏡片。否 則，可以在玻璃基底上使用離子交換法或玻璃蝕刻法來形 成。重複的形成具不同高度之單元透鏡，而形成雙凸透鏡 片，以便在平行於液晶顯示單元2中像素的水平方向上延 伸，〇.〇6mm的高度間距P，0.025mm高度的較長單元透 鏡，〇.〇15mm高度的較短單元透鏡（較短高度比上較長高度 的比例是3A5)·，約〇.25mm的焦距。貼合部分内單元透鏡的 面積例η約爲0.2。 一 ^實施例中，雙凸透鏡片的單元透鏡是在平行於液晶顯 不單兀2螢幕（水平方向上延伸。單元透鏡的安置並不受 限於此，而可以是在平行於液晶顯示單元2螢幕之垂直方 向上延伸。要被安置的發散光單元並不受限於雙凸=鏡 片’可以安置具有一些半球形微透鏡的微透鏡陣列。 背光源1基本上包括冷陰極螢光燈la，導光組件ib，散 光反射片1 c以及羽板窗片1 d。導光組件丨b是契形，入射面 的厚度tin=4mm，相反面的厚度t〇ut=2mm。讓與導光組件^ -20-
548463 A7 B7 五、發明説明（18 ) 之外離光表面相反的表面進行顆粒印刷處理，而散光反射 片1C是安置在接近該表面處。接近導光組件以之外離光表 面的羽板窗片Id是使用3M有限公司所製造的羽板窗片。 以上述方式製造的本發明實施例液晶顯示裝置以及傳統 液晶顯示裝置的顯示特性’是藉前端亮度與離前端1〇。之 壳度的比例來進行評估。結果顯示於下表工。 背光源的 BL半角 發散光單元的 Dif(0〇，10〇 )/ Dif(0o，0〇 ) 液晶顯示裝置的 LC(0。，1〇〇 )/ LC(0o，0〇 ) 視覺 辨識 _習用技術1 5° 0.34 0.4 不良 習用技術2 10° 0.1 0.35 不良 麥發明1 5° 0.45 0.6 良好 +發明2 10° 0.34 0.7 良好 因此可以確信的是，依據本發明即使是使用具較高方向 性的背光源- r ·設計背光源與發散光單元能達到良好的顯示 待性，讓背光源的方向性，發散光單元的發散光特性以及 液晶顯示單元的透射特性都能滿足表示式（1)。 上述實施例中，發散光單元（發散光層3)是貼合到偏光板 2 j。本發明並不受限於該結構。發散光單元可以直接貼合 到構成不具偏光板之液晶顯示單元的透明基底上，或是可 以貼合到偏光板以外的光學組件（光學薄膜）上。否則，發 散光單元可以固定到透明支撑片上或是類似結構上，以形 成堆疊薄膜，而且該堆疊薄膜可以貼合到液晶顯示單元 上。 -21 - 本紙張f度適財㈣家鮮(CNS) A4規格(21G X 297公釐) 548463
一因此如上所述，相對於前端亮度來説，本發明的液晶顯 丁 f置會改善離前端土 i 0。的亮度，即使背光源的方向性 很高，因此能表現出優良的顯示特性。 藉此，將礼明依據本發明實施例液晶顯示裝置的視角特 I*生以及圖8液日％顯不裝置（比較性實例）的比較，該比較性實 例疋具有與：r施例相同的結構，除了不具有本發明實施例 液晶顯示裝置的發散光層3以外，而且該比較性實例包括 圖2E所示的液晶顯示單元2。 首先’將參'閱圖9 A與1 〇 A來説明對比與視角的相依性。 圖9A與1 〇A分別是顯示出對比對於本實施例與比較性實例 中液晶顯不裝置之視角的相依性曲線圖。如圖1 〇 A所 不’比較性實例之對比等於或大於丨〇〇時，其視角約爲 66 (_43。至23。）。另一方面，如圖9A所示，實例之對比 等於或大於100時，其視角約爲86。（-58。至28。）。因此 要了解的是-，-發散光層3會降低對比對於液晶顯示裝置之 視角的相依性。 接著參閱圖9B與10B，將説明每個灰階中亮度與視角的 相依性。圖9B與1 〇B分別是顯示出本實施例與比較性實例 中每個灰階亮度與視角的相依性曲線圖。 如圖10B所示，比較性實例的液晶顯示裝置顯示在_5〇。 至-60。與40°至60°視角範圍内的灰階反轉。灰階反轉 是指出亮度是不會依照灰階次序（8，7，6，5，4，3，2， 1)而增加的現象。另一方面，本實施例的液晶顯示裝置在 整個量測範圍内並沒有灰階反轉。因此可以確信的是，藉 -22 - 548463 A7 _ B7 _ 五、發明説明（2Q ) 發教光層3可以避免發生灰階反轉。 此外，依據本發明實施例，液晶顯示裝置中亮度對視角 的相依性也會降低，如圖2F，2G與2H所示。本實施例液 晶顯示裝置的亮度會有小於0.5的改變，而視角改變丨〇。。 另一方面，包括有扭曲之傳統發散光單元的傳統液晶顯示 裝置，其亮度會隨視角而有戲劇化改變，如圖21所示。度 會有大於0.5的改變，而視角改變10。因此要了解的是，本 實施例液晶顯示裝置亮度的角度相依性已經改呈。 依據本發阱的透鏡片，在經由黏接層而貼合到光學組件 上後，光學特性的扭曲會較少。相對於前端亮度，這是會 改善離前端土 10。時的亮度，即使該透鏡片是安置在具有 方向性很高之背光源的液晶顯示裝置的前端。 雖然已經在較佳實施例中對本發明做了說明，但是對於 熟知該技社領域的人士來説，很明顯的，所揭示的2發明 '可以用許多一方式做修改，而且除了上述中特別提出來2傲 説明的以外，還可以假設出許多實施例。因此，所附的申 請專利範圍是要涵蓋在本發明精神與範圍内之所有本發明 -23- 本紙張尺度適A4規格(210X297公釐）

Claims (1)

  1. 548463-------- 丨公號專利申請案 •利範圍替換本(92年2月) A B c D 申請專ίί範国
    禋迓射型液晶顯示裝置 1 . 一 液晶顯示單元，該液晶顯示單元係包栝/對的透# 絕緣基底，透明電極與液晶材料，其中該對透明絕續 基底疋士置成互相面對面且其間具有間隙，透明電福 是在基底内部表面上形成，而液晶材料是注入到該間 隙内； 安置在液晶顯示單元背面的光源；以及 安置在液晶顯示單元前面的發散光單元， 其中該液晶顯示裝置滿足以下表示式 0.5^ ：BL(0)xLC(0)xDff(〇· ^euQ 其中BL(e)是發光角Θ-光源的亮度特性，LC(e)是對液 晶顯示單元的入射角-照亮狀態時液晶顯示單元的透射 率特性，而D1f(a，Θ)是對發散光單元的入射角-光接收 角a時的發教光單元的透射率特性。 2·如申請專利範圍第！項之液晶顯示裝置，其中藉調整 Βί(θ)與Dif(a，Θ)來滿足該表示式。 3.如申請專利範圍第i項之液晶顯示裝置，並 〒一黏接層 是在發散光單元與液晶顯示單元之間形成的， 該發散光單元是包括第一單元透鏡部分以及第二單 元透鏡部分的透鏡片，該第一單元透鏡部分具有 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 向度之凸面部分，而該第二單元透鏡部分具有第二高 度之凸面部分，該第二高度是小於第一高度，以及 该透鏡片是在第一單元透鏡部分貼合到黏接層上。 如申請專利範圍第3項之液晶顯示裝置，其中該透鐃片 的第一單元透鏡部分是貼合到黏接層上，而第二單元 透鏡部分是遠離黏接層，以及 該透鏡片具有光學特性Dif(a，θ)=η χ g(a，θ)+(ρη) X f(a，θ)，其中g(a，θ)是第一單元透鏡部分的光學特性， η是第一單元透鏡部分對整個透鏡片的面積比例，f(a， θ)疋第二單元透鏡部分的光學特性，而l-n是第二單元 透鏡部分對整個透鏡片的面積比例。 如申巧專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中該光源具 有發射光角度是15。或更小的方向性，在該方向上， 其亮度是垂直於液晶顯示單元之前端表面的一半亮 度。 口中請專利範圍第5項之液晶顯示裝置，其中該光源具 有發射光角度是5。或更小的方向性，在該方向上，其 売度是垂直於液晶顯示單元之前端表面的一半亮戶了 而且發散光單元具有光學特性Dif(〇。，1〇。_ 是0.4或更大。 ’ 一種透射型液晶顯示裝置，包括·· 液晶顯示單元，該液晶顯示單元係包括一 絕緣，底’透明電極與液晶材料’其中該對透明=月 基展是安置成互相面對面且其間具有 ’巴緣 ，、及明電柘 548463 A8 B8
    是在基底内部表面上形成 隙内； 而液晶材料是注入到該間 安置在液晶顯示單元背面的光源；以及 ;:層而安置在液晶顯示單元前面的透鏡片， 該透知片包括具第一高度之凸面部分的第—單 部分以及具第二高度之凸面部分的第二單元透鏡部 分广第二高度是小於第—高度，其中該具有第一 Μ的凸面部分以及具有第二高度的凸面部分都是面 對者黏接層，第一單元透鏡部分是貼合到黏接層上， 而該第二單元透鏡部分是遠離黏接層。 " 8.如申請專利範園第7項之液晶顯示裝置，其中該第一高 度對該第二高度的比例為3/5，而該第_單元透鏡部： 對整個透鏡片的面積比例為〇 2。 9.如申請專利範圍第7項之液晶顯示裝置，其中該光源具 有方向性，其發射光角度是15。或更小，在該方^ 上，其亮度是垂直於液晶顯示單元之前端表面的一半 亮度。 10·如申請專利範圍第7項之液晶顯示裝置，其中該光源具 有方向性，其發射光角度是5。或更小，在該^向二 其亮度是垂直於液晶顯示單元之前端表面的一半亮 度，以及 J 透鏡片具有光學特性’ Dif(〇。，i〇。）/Di((〇。〇。）為 0.4或更大，而Dif(a，Θ)是對透鏡片的入射角㊀·光線接收 角a時的透鏡片透射率特性。 -3 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董) A B c D 548463 六、申請專利一範圍 11. 一種經由黏接層而貼合到液晶顯示單元前端侧面的透 鏡片，該透鏡片係包括： 具第一高度之凸面部分的第一單元透鏡部分；以及 具第二高度之凸面部分的第二單元透鏡部分，其中 第二高度小於第一高度， 其中具第一高度的凸面部分與具第二高度的凸面部 分都面對著黏接層。 12. 如申請專利範圍第11項之透鏡片，其中該透鏡片具有 Dif(0。，10。）/Dif(0。，0° )為0.4或更大的光學特性，而 Dif(a，Θ)是對透鏡片的入期角θ_光線接收角a時的透鏡 片透射率特性。 13. 如申請專利範圍第11項之透鏡片，其中該第一高度對 該第二高度的比例為3/5，而該第一單元透鏡部分對整 個透鏡片的面積比例為0.2。 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐）
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