TWI294983B - Liquid crystal display device - Google Patents

Description

J294983

I 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 -本發明係關於液晶顯示裝置，特別是關於在單一之顯 不用液晶面板上可進行雙畫面顯示的液晶顯示裝置。 【先前技術】 迄今，使用顯示用的液晶面板（LCD: Liquid Crystal • Display，本文中簡稱為LCD)之液晶顯示裝置已知係應用 .於搭载有顯示裝置之電視機或通訊裝置等。關於此液晶顯 不裝置，隨著近年來通訊裝置的多樣化發展，不只是一般 的單晝面顯示，亦期望實麟單—之顯示用⑽上互異^ 兩個顯示圖像可供複數個觀察者分別檢視的雙晝面顯示 (dual picture mQde)、或可進行立體檢視之三維顯示⑽ 顯不）（three dimensional mode)等多用途顯示模式。 而與本案相關之技術文獻，可列舉如下所列之專利文 獻。 [專利文獻1]日本專利特開第2004_280042號 [發明所欲解決之課題]

然而，於單一之顯示用LCD上具有雙晝面顯示或3D 顯示等顯示模式的液晶顯示襄置’其開發仍不夠充分，有 更進一步發展的需求。此外’亦殷切期望開發出能夠任意 切換雙晝面顯示或3D顯示等不同的顯示模式的液晶顯/ 裝置。 、 【發明内容】 [解決課題之手段] 317872 5 .1294983 * , %

I 有繁於先前技術的上述問題，本發明之液晶顯示裝置 =括·1光用光源；將直線偏光由該光源之光線抽出的 =-偏光板；由-對透明電極所包夾且分割成複數行之液 =層所構叙分別控制各行液晶層之光學相位差的偏光控 ?液晶兀件：沿著該液晶層之行配置的微凸透鏡；分割 成複數列且具備第一光學相位差的列與具備異於第一光學 •相位差之光學相位差的列呈交互配置之第一相位差板；顯 用液晶面板；以及包夾該顯示用液晶面板之第二及第三 偏光板。

其中’該偏光控制用液晶元件係以垂直配向模式 (vertical alignment mode，VA =制用：晶：件之上表面及下表面係各自具備具有第二光 :二t弟一相位差板及第三相位差板。或者，該偏光 &制用液日日日元件係以電場控制雙折射模式（心咖 controUed birefringence _e，ECB _e)來驅動時， 該偏光控制用液晶元件之下表面係具備第二相位差板，且 =第二相位差板具有與於該液晶層施加電墨時所產生的光 學相位差相同之第二光學相位差。 [發明的效果] 根據本發明之液晶顯示裝置，依觀察者的期望而需要 不同的顯示圖像時’可將互異之兩個顯示圖像顯示在單一 之顯不用面板上’以供各觀察者分別地檢視（亦即，雙主面 顯不）。其結果將可提昇顯示圖像之情報傳達的效率。一 此外，藉由調整偏光控制用液晶元件和微凸透鏡的配 317872 6 P94983 1 · ^ =位置，不只上述二維的雙畫面顯示，亦能夠於液晶顯示 ^置側任思地切換二維的單晝面顯示和三維的單晝面顯 不 〇 【實施方式】 窃一=下，芩照圖面說明關於本發明第一實施形態之液晶 』丁衣置。第1圖係說明關於本實施形態之液晶顯示裝置 •的截面圖。此外，第2圖及第4圖係說明關於本實施形態 \之，晶顯示裝置的側視圖。另外，第3(A)圖係說明本實施 形態之液晶顯示裝置的偏光控制用LCD20的平面圖，而第 3(B)圖為沿第3(A)圖之χ—χ線所截之截面圖。此外，第1 圖及第2圖中，係省略下述第二及第三相位差板23Α、23β 2圖示，且第2圖中，係省略第三偏光板13的圖示。又， 第j圖中，係省略下述第三偏光板13、微凸透鏡3〇、以及 顯示用LCD50的圖示。 如第1圖及第2圖所示，將直線偏光由來自光源的全 方位光抽出的第一偏光板U係與背光用光源BL為對向配 置。藉由第一偏光板11所抽出的直線偏光的偏光軸的角度 (位於與直線偏光的行進方向直交，或稱為正 父）的平面上的偏光軸的角度）而控制光學相位差的偏光控 制用LCD20係配置於第一偏光板丨1之觀察者侧。 此偏光控制用LCD20係由一對透明電極24所包夾、而 以垂直配向模式驅動之液晶層所構成、而該液晶層係由區 分成複數行的第一液晶部21和第二液晶部22所構成。其 中，於第一液晶部21和第二液晶部22中，藉由以控制電 317872 7 .1294983 1 4 路（未圖示）控制是否施加電壓於一對透明電極24的方 式，而控制液晶分子所產生的既定光學相位差。當入射之 直線偏光的波長為λ時，若此既定光學相位差為又，則 入射之直線偏光的偏光軸的角度會旋轉9〇度。 此％，雖然於電壓施加時經垂直配向之液晶分子必須 具有既定之傾斜度，如第3(A)圖之平面圖以及沿第3(Α) •，之X-X線所截之截面圖第3(Β)圖所示，該傾斜度較佳係 •藉由於一對透明電極24 (形成於一對透明基板）之至少一 方形成犬起部或狹縫部而構成的配向控制部25賦予。或 者，該傾斜度亦可藉由其他的配向處理賦予。 此外，於偏光控制用LCD20的觀察者側，沿著第一及 第二液晶部21、22的各行係平行地配置有凸面為連續的微 凸透鏡30。於各第一及第二液晶部2卜22中偏光軸角度 相異之直線偏光，係經由此微凸透鏡3〇而折射至各自相異 的兩個方向亦即朝向第一觀察者Α的第一方向、及朝向、 第二觀察者Β的第二方向。 於與此微凸透鏡3〇對向的位置，係配置有第一相位差 板40此第相位差板40係分割成複數列、且由交互配 置之，備第一光學相位差的第一列41(例如：奇數列）及具 備與第一光學相位差相異之光學相位差的第二列42之（例 如··偶數列）所構成。例如，第一列41 相位差為第二列42所具備之與第—光學相=差^ 之先學相位差為零。此第—相位差板40係與由第二偏光板 12和第三偏光板13(未圖示於第2圖中）所包爽的顯示用 317872 8 ,1294983 1 * , LCD50相接合。 其中’第二偏光板12係具有與第一偏光板11相同之 偏光軸的角度（例如：45度）。此外，第三偏光板13係與 '第二偏光板12呈直交偏光（cross nicol)配置（偏光軸的角 .度係互相地直交的配置）。另外，顯示用LCD50的顯示像素 的像素節距（pixel pitch)係與上述第一相位差板4〇的第 一及第二列41、42的節距一致。 \ 而且，於本實施形態中，如第4圖所示，上述構成中 .偏光控制用LCD20的兩面係配置有具備第二光學相位差的 第二相位差板23A和第三相位差板23B。當由背光用光源 BL所分出的直線偏光的波長為λ時，此第二光學相位差會 變為；1/4的光學相位差。亦即，第二相位差板23Α和第三 相位差板23Β所具有的遲相軸係相對於第一偏光板丨丨的穿 透軸（偏光轴）偏離45度。此外，第二相位差板23Α和第三 相位差板23Β的遲相軸係互相直交。 .以下，參照圖面說明本實施形態之液晶顯示裝置的動 作。第5圖係說明本實施形態之液晶顯示裝置的動作之概 念圖。 如第5圖所示，首先，來自背光用光源BL的全方位光 •係藉由第-偏光板U而抽出直線偏光。此直線偏光藉由穿 ，過配置成使遲㈣㈣於第—偏絲11的料軸（偏光軸） 而配置成45度之第二相位差板23Α而變成圓偏光 (ular polarization)，然後人射至偏^控制用⑽ 20此日才，入射至具有既定又/2光學相位差的第一液晶部 317872 9 J294983 1 » 21的光的偏光軸的角度，會因該光學相位差而旋轉90度。 再且由》亥液晶層射出的光，即入射至具有與第二相位差 板似的遲相軸直交的遲相轴之第三相位差板23β後，再 ’ 火受成直線偏光而射出。 、 $即，此偏光軸的角纟變成與第-及第二偏光板U、 12的偏光軸直父的角度。另一方面，入射至未施加電壓而 • 生光车相位差的第二液晶部22的直線偏光，則以保持 • •其原有之偏光轴的角度之狀態而射出。亦即，此偏光轴的 '角度與第一及第二偏光板11、12為相同角度。 此時，藉由上述第二及第三相位差板23Α、23β，可去 除由於在偏光控制用LCD内所產生的雙折射而造成的不必 要的光學相位差，即使於液晶層的液晶分子的配向方向不 均勻一致的狀況，亦可獲得良好的穿透特性。 其次，由偏光控制用IXD射出且與上述光學相位差不 同的兩種直線偏光，藉由穿透未圖示之微凸透鏡30而折射 _至各自相異的兩個方向（第一方向及第二方向），而後入射 至第一相位差板40。 在此，於第一相位差板40的複數個列中，穿透具有第 光學相位差；I /2之第一列41 (例如··奇數列）之上述兩種 •直線偏光’其偏光軸的角度係旋轉90度而入射至第二偏光 ，板12。此時，上述兩種直線偏光中，穿透偏光控制用LCD20 的第一液晶部21之第一方向的直線偏光，因其偏光軸的角 度與第二偏光板12的偏光軸一致，該直線偏光會穿透第二 偏光板12而入射至顯示用LCD50。另一方面，穿透第二液 317872 10 J294.983 晶部2 2之第二方向的直線偏光，則因其偏光軸的角度與第 二偏光板12的偏光軸直交，無法穿透第二偏光板12,而 無法入射至顯示用LCD50。 此外，於第一相位差板4〇的複數個列中，穿透不具光 2相位差（或是具有異於第一光學相位差之光學相位差）之 弟一列42(例如··偶數列）之上述兩種直線偏光，即保持該 •偏光軸的原有角度而人射至第二偏光板12。此時，上述兩 •種f線偏光中，穿透偏光控制用LCD20的第一液晶部21 之第一方向的直線偏光，因其偏光軸的角度與第二偏光板 12的偏光軸直交，無法穿透第二偏光板12，而無法入射至 =用LCD。另一方® ’穿透偏光控制用LCD20的第二液 晶部22之第二方向的直線偏光，則因其偏光軸的角度與第 二偏光板12的偏光軸—致，該直線偏光會穿透第二偏光板 12而入射至顯示用[CD。

匕才”第相位差板4〇的第一列41相對應之顯示 用LCD50的列（例如：奇數列）之複數個顯示像素，藉由未 圖示之驅動電路’依第一顯示圖像而控制其驅動狀態。此 外’與第二列42相對應之顯示用LCD50的列（例如：偶數 列）之複數個顯示像素，則依第二顯示圖像而控制其驅動狀 此外，穿透第一相位差板40的第 —八币一乃<第一方向 的=偏光’在通過與第一列41相對應之顯示用刪〇 的列（例如.奇數列）之複數個顯示像素後，經由第三偏光 板13 ’供第—觀察者A僅檢視到其第-顯示圖像。此外， 317872 11 J294983 I » 牙透第一列42之第二方向的直線偏光，則在通過與第二列 4_2 =應之顯示用L⑽Q的列（例如：偶數列）之複數個顯 、後^由弟二偏光板13，供第二觀察者b僅檢視到 ”弟二顯示圖像。根據上述說明，本領域之技術人士可容 易地理解，在單—之顯示用LCD5q上，可於第—方向和第 二方向各自檢視互異的兩個畫面。 又，在上述實施形態中，偏光控制用LCD2〇的第一液 晶部21以及第二液晶部22 ’雖係經由垂直配向模式加以 驅動’本發明並非以此為限’亦可具有下列第二實施形態 所不之構成。以下，參照圖面說明本發明之第二實施形態。 第f圖係說明本實施形態之液晶顯示裝置之側視圖。又， 於第6圖中’係省略掉第三偏光板13、微凸透鏡、以及 顯示用LCD50的圖示。 本實施形態之液晶顯示裝置中，與第一實施形態不同 地，偏光控制用LCD20的第一液晶部21以及第二液晶部 籲22,係以電場控制雙折射（ECB; birefringence)模式加以驅動。其中，第一液晶部2i所產 生的光學相位差R為任意值，假設例如為λ/4。此外，第 二液晶部22所產生的光學相位差則假設為R+久/2。又， -第一液晶部21和第二液晶部22的透明電極（未圖示），並 ，不一定如第3圖一般必定要形成配向控制部託。 關於其他的構成，與第1圖和第2圖所示之第一實施 形態相同。此外’以第一相位差板4〇的第一列41為偶數 列、而第二列42為奇數列進行說明。又，此等第一列41 317872 12 ,1294983 蠢 瓤 ^^^弟 ^ϊ| A 〇 ^ 、第一實施形態相同地，由各列射出的直線 、的偏光軸係形成互相直交的狀態。

而且’如第6圖所示，偏光控制用LCD20的第一偏光 板U風側係、配置有第四相位差板23C。此第四相位差板23C .之光學相位差係與上述第-液晶部21所具有之光學相位 差R相同。 • x下參照圖面說明本實施形態之液晶顯示裝置的動 _ V 囷係況明本實施形態之液晶顯示裝置的動作之概 念圖。 如第7圖所示，首先，以第一偏光板u從來自背光用 光源BL的全方位光係藉由抽出直線偏光。此直線偏光入射 至第四相位差板23C，其偏光軸的角度依光學相位差R而 旋轉（胙又/4時會變成圓偏光），然後入射至偏光控制用 LCD20。其中，入射至偏光控制用lcd20的第一液晶部21 的圓偏光的偏光軸的角度，會依該光學相位差R==又/4而變 春成與第一及第二偏光板Π、12的偏光軸相同的角度。另一 方面，入射至第二液晶部22的圓偏光的偏光軸的角度，則 依該光學相位差R+又/2，多旋轉90度，而變成與第一及 第二偏光板11、12的偏光軸直交的角度。 11 此時’猎由上述第四相位差板23C，可去除因偏光# ,制用LCD20内所產生的雙折射而造成的不必要光學相位 差。 其次’由偏光控制用LCD20射出且與上述光學相位差 不同的兩種直線偏光’藉由穿透未圖示之微凸透鏡3 Q而折 317872 13 ,1294983 * 籬 射至各自相異的兩個方向（第一 I弟方向及弟一方向），而後入 射至弟一相位差板40。 在此，於第一相位差板40的複數個列中，穿透不具 :相位差(或是具有異於第一光學相位差之光學相位差)之 弟一列41(例如··偶數列）之上述兩種直線偏光，乃保 偏光軸的原有角度而入射至第二偏光板12。此時，上述兩 種直線偏光中，？透偏光控制用LCD20 W第-液晶部21 .之第-方向的直線偏光’因其偏光軸的角度與第二偏光板 12的偏光軸一致，該直線偏光會穿透第二偏光板a而入 ，至顯示用LCD50。另-方面’穿透偏光控制用LCD2〇的 弟二，晶部22之第二方向的直線偏光，則因其偏光轴的角 度與第二偏光板12的偏光軸直交，而無法穿透第二偏光板 12° 此外，於第一相位差板4〇的複數個列中，穿透具有第 一光學相位差Λ/2之第二列42(例如··奇數列）之上述兩種 _直線偏光，其偏光軸的角度係旋轉9〇度而入射至第二偏光 板12此日守，上述兩種直線偏光中，穿透偏光控制用LCD20 的第-液晶部21之第一方向的直線偏光，因其偏光轴的角 度與第二偏光板12的偏光軸直交，而無法穿透第二偏光板 12。另一方面，穿透第二液晶部22之第二方向的直線偏 .光，則因其偏光軸的角度與第二偏光板12的偏光軸一致， 忒直線偏光會牙透第二偏光板而入射至顯示用lcd5〇。 此打，與第一相位差板4〇的第一列41相對應之顯示 用LCD50的列（例如··偶數列）之複數個顯示像素，藉由未 317872 14 1294983 % 圖不之驅動電路，依第一顯示圖像而控制其驅動狀態。此 外’與第二列42相對應之顯示用LCD50的列（例如：奇數 列）之複數個顯示像素，則依第二顯示圖像而控制其驅動狀 • 態0 此外，穿透第一相位差板4〇的第一列41之第一方向 的直線偏光’在通過第一列41所對應之顯示用LCD50的列 •(例如：偶數列）之複數個顯示像素後，經由第三偏光板 .1—3，供第一觀察者僅檢視到其第一顯示圖像。此外，穿透 第一列42之第二方向的直線偏光，在通過第二列42所對 應之顯示用LCD50的列（例如：奇數列）之複數個顯示像素 後，經由第三偏光板13，供第二觀察者僅檢視到其第二顯 不圖像。藉此，在單-之顯示用LCD5〇上，可於第一方向 和第二方向各自檢視互異的兩個晝面。

此外上述第-及第二實施形態，依需求而定，藉由 相對於偏光控制用LCD2()調整微凸透鏡㈣配置位置，可 任意變化直線偏光的行財向（亦即第—方向及第二方 地’若各自配合—個觀察者的左眼和右眼而 D弟及第方向I將立體檢視用的兩個顯示圖像分 別顯桃顯示㈣50的奇數列和偶數列，則可任意地切 換至二維顯不核式。 ’依累求而定，稽由控制是否施加電壓而使第一 及第二液晶部21、22全部成為相同的光學相位差，以使直 線偏光只朝向某-方向行進，而可任意地切換成僅供某一 方向的觀察者檢視（二維顯示模式）。 /、 317872 15 .1294983 ► 再且，依需求而定，藉由在第三偏光板13上或顯示用 LCD50上配置具有用以擴大視角（view angie)之光學相位 差之光學補領膜（optical compensation film)(未圖示）， 可擴大上述各顯示模式之顯示用LCD50所對應之視角。 【圖式簡單說明】 以下結合圖示加以詳細說明，將可更清楚了解本發明 之上述及其他目的、特徵、及其他優點。 - 第1圖係說明關於第一實施形態之液晶顯示裝置的戴 k面圖； 第2圖係說明關於第一實施形態之液晶顯示裝置的側 視圖； 第3(A)圖係說明第一實施形態之液晶顯示裝置的平 面圖； 第3(B)圖為沿第3(a)圖之X-X線所截之截面圖； 第4圖係說明關於第一實施形態之液晶顯示裝置的側 |視圖； 第5圖係說明第—實施形態之液晶顯示裝置的動作之 概念圖； 第6圖係說明關於第二實施形態之液晶顯示裝置的 視圖； ^ 第7圖係說明第二實施形態之液晶顯示裝置的動作 概念圖。 【主要元件符號說明】 11 第一偏光板 12 第二偏光板 317872 16 J294983 » > . 13 第三偏光板 20 偏光控制用LCD 21 第一液晶部 22 第二液晶部 23A 第二相位差板 23B 第三相位差板 23C 第四相位差板 24 透明電極 25 配向控制部 30 微凸透鏡 40 第一相位差板 41 第一列 42 第二列 50 顯示用LCD A 第一觀察者 B 第二觀察者 BL 背光用光源 17 317872

Claims (1)

1. ,1294983 i 、 十、申請專利範園： 1 · 一種液晶顯示袋置，包含·· 光源； 第一偏光板，配置於該光源上； 偏光控制用液晶疋件，係由一對透明電極所包夹、 由分割成配列於第-方向之複數直條部分之液晶層所 構成、配置於該第-偏光板上、用以控制該直條部分之 個別光學相位差； 微凸透鏡陣列（lenticular lens array)，沿著該 第-=向配列的方式配置於該偏光控制用液晶元件上; 第一相位差板，係配置於該微凸透鏡上、且具有交 互地配置之第-直條部分與第二直條部分，其中該第一 直，部分係具備第-光學妹差且配將第二方向，而 該第二直條部分係具備相異於第一光學相位差之第二 光學相位差且配列於第二方向； 液晶面板，係配置於該第一相位差板上； 第二偏光板及第三偏光板，係包夹該液晶面板； "第二相位差板，係具有第三光學相位差且配置於該 第一偏光板與該偏光控制用液晶元件之間； 第三相位差板’其係具有該第三光學相位差且配置 於該偏光控制用液晶元件與該第一相位差板之間。 .如申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中 制用液晶元件於垂直配向模式時，不施加_於約半^ 之該直條部分，另-半之該直條部分則施加有對應於該 317872 18 J294983 光源所發射之光的波長的二分之一的光學相位差之電 壓，且该第二相位差板之該第三光學相位差為該發射光 的波長之四分之一。 3·如申請專利範圍第2項之液晶顯示裝置，其中，構成該 偏光控制用液晶元件的該一對透明電極之至少一方係 配置有用以控制該液晶層之液晶分子配向的配向控制 部。 4·如申明專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中該微透鏡 陣列，係配置於使其偏光之一種類朝向該液晶面板上之 既定方向的位置。 5·如申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中於該液晶 面板的表面上、或該第二或第三偏光板的表面上，設置 有用以擴大視角之光學補償膜。 6· —種液晶顯示裝置，其係包含： 光源； 第一偏光板，配置於該光源上； 偏光控制用液晶元件，係由一對透明電極所包夾、 由分割成配列於第一方向之複數直條部分之液晶層所 構成、配置於該第一偏光板上、且用以控制該直條部分 之個別光學相位差； 微凸透鏡陣列，沿著該第一方向配列的方式配置於 該偏光控制用液晶元件上； 第一相位差板，係配置於該微凸透鏡上、且具有交 互地配置之第一直條部分與第二直條部分，其中該第一 317872 19 1294983 l f條部分係具備第一光學相位差且配列於第二方向，該 弟二直條部分係具備相異於第一光學相位差之第二光 學相位差且配列於第二方向； =晶面板’係配置於該第—相位差板上； f二偏光板及第三偏缺，係包夾該液晶面板； 第-相位差板，係具有第三光學相位差且配置於該 ， 第一偏光板與該第一相位差板之間。 ，，7.如中請專職圍第6項之液晶顯示裝置，其中該偏光控 制用液晶it件於電場控制雙折射模式時，不施加電壓於 約半數之該直條部分，俾產生該光源所發射之光的波長 的二分之-的光學相位差；另—半之該直條部分則施加 有對應於該發射光之其他光學相位差之電壓；且該第二 相位差板之該第三光學相位差係與該發射光之其他光 學相位差相同。 如申"月專利fe圍第6項之液晶顯示裝置，其中該微凸透 鏡陣列，係配置於使其偏光之—種類為朝向該液晶面板 上之既定方向的位置。 9.如申請專利範圍第6項之液晶顯示裝置，其中於該液晶 面板的表面上、或該弟二或第三偏光板的表面上，設置 有用以擴大視角之光學補償膜。 317872 20 •1294983 » ι » 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（1 )圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 11 第一偏光板 12 第二偏光板 13 第三偏光板 20 偏光控制用LCD 21 第一液晶部 22 第二液晶部 30 微凸透鏡 40 第一相位差板 50 顯示用LCD A 第一觀察者 B 第二觀察者 BL 背光用光源 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：

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