TWI410721B - 水平驅動型液晶顯示裝置 - Google Patents

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TWI410721B TW098134472A TW98134472A TWI410721B TW I410721 B TWI410721 B TW I410721B TW 098134472 A TW098134472 A TW 098134472A TW 98134472 A TW98134472 A TW 98134472A TW I410721 B TWI410721 B TW I410721B
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Description

水平驅動型液晶顯示裝置
本發明係有關一種水平驅動型液晶顯示裝置，亦即關於一種由複數像素排列組成之液晶顯示裝置，各像素具有設置於基板上且彼此上、下對應的二電極，以在與基板平行之平面上變更液晶分子之配向。
對於顯示裝置(特別是液晶顯示裝置)而言，通常要求較廣的視角以便從各個角度看見顯示內容。但是，如行動電話、個人數位助理(PDA)、筆記型個人電腦(PC)、行動式遊戲機、或DVD燒錄器等個人攜帶型設備，往往不希望使用者本人以外的第三者看到顯示內容。因此，為了因應此等使用需求，近年來漸漸開發出可變更有效顯示視角之液晶顯示裝置。
以變更有效顯示視角的最簡單方法而言，例如有在液晶顯示部黏貼利用偏光特性之薄片的方法。另外，以電性方式變更有效顯示視角的方法而言，例如，在垂直配向型(Virtical Alignment;VA)、扭轉向列型(Twisted Nematic;TN)、或電控雙折射型(Electrically Controlled Birefringence;ECB)等垂直驅動型液晶顯示裝置中，利用珈瑪(ν)特性之變化的方法；或者是，如日本特表2007-503603號公報中所揭示之具備用於控制視角的一對面板之顯示裝置等。
另外，在平面切換型(In-Plane Switching;IPS)或邊緣場切換型(Fringe Field Switching;FFS)等水平驅動型(或橫電場方式)之液晶顯示裝置中，由於可保持理想的珈瑪特性(ν=2.2)，因此無法如垂直驅動型一樣利用珈瑪特性的變化對有效顯示視角加以改變。
本發明提供一種可變更有效顯示視角的水平驅動型液晶顯示裝置。
根據本發明之水平驅動型液晶顯示裝置，係由複數像素排列組成，各像素包含設置於基板上且彼此上、下對應之第一電極與第二電極，以在與基板平行之平面上變更液晶分子的配向。各像素更包含第三電極與基板對向設置，其中，一包含液晶分子的液晶層係夾置於基板與第三電極之間。第一電極及第三電極係可在液晶層內垂直於基板之方向上產生電場。
如此，藉由可對基板產生垂直方向電場之構造，根據本發明之液晶顯示裝置在欲變更有效顯示視角時，液晶分子的配向不僅可在水平方向變更，亦可在垂直方向變更。液晶配向於垂直方向之變更將導致視角特性變差，因此有效顯示視角變窄。
以下將參照附圖說明本發明之較佳實施形態。
第1圖係習知水平驅動型液晶顯示裝置之像素構造。
第1圖所示之像素100係具有：基板10、液晶層12、像素電極14、及共同電極16。在基板10上以一定間隔平行地配置具有一定寬度的複數個像素電極14。另外，於基板10的下方以覆蓋基板10的下側表面之方式設置共同電極16。液晶層12係設置於基板10及像素電極14之上方。本發明之液晶顯示裝置係包括複數具有此等構造之像素所配置成的矩陣狀排列。
基板10可以使用玻璃基板、透明塑膠基板、或透明薄膜等。
像素電極14或共同電極16可使用ITO等透明電極或金屬電極等。
像素電極14及共同電極16係與電源110連接，當打開電源110時，在像素電極14和共同電極16之間產生電位差。藉由該電位差，在液晶層12內於平行基板10之方向上產生電場(水平方向電場)。當產生水平方向電場時，液晶層12的液晶分子(圖未顯示)之配向可在與基板10平行之平面上變更。亦即，液晶分子垂直方向之配向相對於基板10而言為0度。
共同電極16係為基準電位或接地。以共同電極16之電位為基準，從電源110對像素電極14施加的電壓之值一般可於0至4.5伏特之範圍內變更。當電壓值變更時，因為在液晶層12所產生的水平方向電場的大小也改變，所以液晶分子的配向亦改變。
第2圖係根據本發明第一實施例的水平驅動型液晶顯示裝置之像素構造。
第2圖所示的像素200除了具有基板20、液晶層22、像素電極24、及共同電極26之外，另具有視角變更用電極28。視角變更用電極28係與基板20相對設置而夾住液晶層22。例如，可使用ITO等透明電極做為視角變更用電極28。
像素電極24及共同電極26係與第一電源210連接，當第一電源210開啟時，像素電極24和共同電極26之間產生一電位差。藉由該電位差可在液晶層22產生水平方向電場。因此，液晶層22液晶分子(圖未顯示)之配向可在與基板20平行之平面上產生變更。
視角變更用電極28係與第二電源220連接。從第二電源220供給至視角變更用電極28的電壓係藉由控制部230來控制。控制部230係可接受來自使用者輸入要求視角變更之訊號而開啟第二電源220。當第二電源220為未打開之狀態，亦即，在一般顯示時，視角變更用電極28為浮動電位。又，控制部230可變更第二電源220的供給電壓，以使視角變更用電極28和像素電極24之間的電位差成為3伏特以上。如上所述，從第一電源210往像素電極24施加的電壓之值係以共同電極26的電位為基準，一般可在0至4.5伏特的範圍內變更。此時，從第二電源220往視角變更用電極28施加的電壓之值係以相同的共同電極26的電位為基準，至少可在3至7.5伏特的範圍內變更。另外，像素電極24及共同電極26的配置亦可為相反之設置。此時，由於共同電極26係與一定的基準電位或接地連接，因此只要施加至視角變更用電極28的電壓與共同電極26的電位相對為3伏特以上的一定電位即可，而不需要變更。
藉由視角變更用電極28和像素電極24或共同電極26之間的電位差，於液晶層22內垂直於基板20的方向上產生電場(垂直方向電場)。當產生垂直方向電場時，液晶層22的液晶分子(圖未顯示)的配向與基板20之間產生相對傾斜。
一般而言，水平驅動型液晶顯示裝置的透射率T係以如下之式子表示：
T=sin2 (△nd/λ‧π)‧sin2 (2ψ)
在此，△nd係表示液晶分子的配向狀態(一般亦稱為相位差(retardation))，以如下的式子顯示：
Δnd=(ne -no )‧d
ne 為與液晶分子的長軸方向平行的折射率，no 為與長軸方向垂直的折射率，d為液晶層的厚度。ψ為液晶的導軸(director)與偏光板的吸收軸或透過軸所構成的角度。當顯示黑色時，ψ為0°或90°。
第3圖係說明一般的水平驅動型液晶顯示裝置的視角特性之圖。
在第3圖中，(a)係從正面觀看液晶顯示器40a時的液晶分子42a和偏光板之間的位置關係。在此種情況下，由圖可清楚得知ψ為0°或90°。(b)為液晶分子42b與基板平行配向時，傾斜觀看液晶顯示器40b時的液晶分子42b和偏光板之間的位置關係。此時，相較於從正面觀看液晶顯示器40b之情況而言，因為液晶分子42b和偏光板之間的位置關係大致沒有變化，所以視角特性相當優良。但是，當液晶分子具有與基板相對之一預傾角而配向時，雖然從正面觀看液晶顯示器時之ψ為0°或90°，但當傾斜觀看時，如(c)所示，其關係被破壞，珈瑪特性脫離理想值，而視角特性變差。亦即，有效顯示視角變窄。
在此，說明將視角變更用電極28和像素電極24或共同電極26之間的電位差設定為3伏特以上之理由。
第4圖係表示施加在與液晶層垂直之方向上的電壓V和透射率T之關係的圖表。以液晶層夾置於平行配置之偏光板之間的構造，將液晶分子和偏光板所構成的角度設為45°。液晶分子開始具有與基板相對之傾斜的臨限值電壓約2伏特。隨著液晶分子與基板成為垂直而動作，透射率T亦上升。然後，施加電壓在約4.5至5伏特，透射率T成為最大，即使提高大於此之施加電壓，透射率反而會下降。將透射率T最大時之液晶分子的傾斜設為θ，而將透射率T最小(=0)時之液晶分子的傾斜設為(≒0度)。
此時，使有效顯示視角產生變化效果之施加電壓V必須大於液晶分子具有傾斜θmax 的電壓值，其中θmax 以如下之式子所求出：
一般而言，液晶分子具有θmax 的傾斜時，施加之電壓值約3伏特。藉此，視角變更用電極28和像素電極24或共同電極26之間的電位差可設定為3伏特以上。又，因為在液晶層內施加於垂直方向的電壓約4.5至5伏特時透射率T為最大，所以電位差的上限值約4.5至5伏特則足夠，並不需要高於此值之電壓。
第5圖係根據本發明之第二實施例的水平驅動型液晶顯示裝置的像素之構造。
第5圖所示的像素300係包含第一子像素S1及第二子像素S2。第一子像素S1係做為正常之顯示用，而第二子像素S2僅於變更視角時使用。
第一子像素S1及第二子像素S2係共有：基板30、液晶層32、及共同電極36。第一子像素S1更具有像素電極34，其中像素電極34具有一定的寬度，且於基板30上以一定間隔平行配置。另外，第二子像素S2更具有第一視角變更用電極38以及第二視角變更用電極39；其中第一視角變更用電極38係與基板30相對向而設置並共同夾住液晶層32；第二視角變更用電極39係設置於基板30上。例如，可使用ITO等透明電極做為第一及第二視角變更用電極38、39。
與第1圖所示的像素100相同，像素電極34及共同電極36係與第一電源310連接，當打開第一電源310時，於像素電極34和共同電極36之間產生電位差。藉由該電位差，於液晶層32產生水平方向電場。結果，液晶層32之液晶分子(圖未顯示)的配向係在與基板30平行之平面上產生變更。
第一及第二視角變更用電極38、39係與第二電源320連接。從第二電源320供給至視角變更用電極38的電壓係由控制部330控制。控制部330係可接收來自使用者要求變更視角的訊號，而打開第二電源320。又，控制部330係可變更第二電源320的供給電壓，以使第一及第二視角變更用電極38、39之間的電位差成為3伏特以上。藉由該電位差，於液晶層32產生垂直方向電場。當產生垂直方向電場時，液晶層32之液晶分子(未圖示)的配向係與基板30呈現相對傾斜。如上所述，當液晶分子與基板相對具有傾斜時，因應該傾斜，液晶層的透射率產生變化。藉此，第二子像素S2的珈瑪特性脫離理想值。
因為組合具有大致理想的珈瑪特性之第一子像素S1、和視角變更時珈瑪特性會變化的第二子像素S2，像素300全體的視角特性變差，且有效顯示視角變窄。
相較於第2圖所示之第一實施例的像素構造，第5圖所示之第二實施例之像素構造在視角變更時，因為第一子像素S1也可保持大致理想的珈瑪特性，所以可保持顯示裝置所顯示之影像本身的對比。另外，由於必須設置用來變更有效顯示視角的第二子像素S2，故像素的開口率僅縮小所需之部分。但是，當矩陣狀排列像素時，藉著活用存在於像素間的死角來設置第二子像素S2，可拓寬第一子像素S1的面積，並增加像素的開口率。
第6圖係根據本發明實施例之水平驅動型液晶顯示裝置的有效顯示視角之圖表。(a)係表示正常顯示時的有效顯示視角，(b)係表示視角變更時的有效顯示視角。從第6圖可知，在視角變更時，與正常顯示時相比，左右的視角變窄。藉此，正對顯示裝置的使用者以外之第三者不容易看到顯示內容。
本發明亦可應用於被動型或主動型中任一型式的液晶顯示裝置。
雖然本案是以若干最佳實施例做說明，但精於此技藝者能在不脫離本案精神與範疇下做各種不同形式的改變。以上所舉實施僅用以說明本案而已，非用以限制本案之範圍。舉凡不違本案精神所從事的種種修改或變化，俱屬本案申請專利範圍。
例如，在參照第5圖而說明之本發明第二實施例中，雖然該像素具有兩個子像素，但亦可具有兩個以上之子像素，且藉著使用其中至少一個子像素做為變更顯示視角用，可獲得本發明的功效。
再者，或可不需要全面性同時驅動視角變更用電極，而僅驅動欲使視角變窄的部分。又，藉著部分驅動，當傾斜觀看時可顯示圖案，藉由該圖案亦可使顯示內容不易被看見。
10，20，30．．．基板
12，22，32．．．液晶層
14，24，34．．．像素電極
16，26，36．．．共同電極
28，38，39．．．視角變更用電極
100，200，300．．．像素
110，210，220，310，320．．．電源
230，330．．．控制部
第1圖係習知水平驅動型液晶顯示裝置之像素構造。
第2圖係根據本發明第一實施例之水平驅動型液晶顯示裝置的像素構造。
第3圖係說明一般水平驅動型液晶顯示裝置之視角特性。
第4圖係表示施加在與液晶層垂直之方向上的電壓V和透射率T之關係的圖表。
第5圖係根據本發明第二實施例的水平驅動型液晶顯示裝置的像素之構造。
第6圖係根據本發明的實施例之水平驅動型液晶顯示裝置的有效顯示視角之圖表。
20．．．基板
22．．．液晶層
24．．．像素電極
26．．．共同電極
28．．．視角變更用電極
200．．．像素
210，220．．．電源
230．．．控制部

Claims (5)

  1. 一種水平驅動型液晶顯示裝置，包含複數像素，各像素包含一第一電極與一第二電極設置於一基板上，該第一電極與該第二電極係彼此上、下對應，以在與該基板平行之一平面上產生電場，變更複數液晶分子之配向，該水平驅動型液晶顯示裝置之特徵為：各像素係包含：一第三電極，與該基板對向設置，其中，一包含該等液晶分子的液晶層係夾置於該基板與該第三電極之間；其中，該第一電極及該第三電極係於該液晶層內垂直於該基板之方向上產生電場；且其中該第一電極係設置於該基板上方，該第二電極係設置於該基板下方，以在與該基板平行之平面上變更該等液晶分子的配向。
  2. 如申請專利範圍第1項之水平驅動型液晶顯示裝置，其中，各像素係包含兩個以上的子像素；該兩個以上的子像素中至少一個子像素，係包含該第一電極與該第二電極，以在與該基板平行之平面上變更該等液晶分子的配向；該兩個以上的子像素中至少一個其他子像素，係包含該第一電極與該第三電極，以在該液晶層內垂直於該基板之方向上產生電場。
  3. 如申請專利範圍第1項之水平驅動型液晶顯示裝置，更具有：一電源，供給電壓至該第三電極；以及 一控制部，控制由該電源供給至該第三電極的電壓，以在該液晶層內垂直於該基板之方向上產生電場；除了在該液晶層內垂直於該基板之方向上產生電場時之外，該第三電極之電位係為浮動電位。
  4. 如申請專利範圍第3項之水平驅動型液晶顯示裝置，其中，該控制部係控制從該電源供給至該第三電極的電壓，以使該第一電極和該第三電極之間產生一電壓差。
  5. 如申請專利範圍第1項之水平驅動型液晶顯示裝置，其中，該第一電極係共同電極或像素電極。
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