TWI421583B - Variable angle of the liquid crystal display - Google Patents

Description

可變視角的液晶顯示器

本發明是有關於一種顯示器，特別是指一種可以播放視訊的可變視角的液晶顯示器。

「液晶顯示器(LCD)」具有輕、薄、色澤豔麗…等特性，已逐漸取代傳統CRT顯示器，成為每一家庭生活中不可或缺電子產品設備。由於液晶顯示器必須仰賴背光模組提供所需的背光源，因此，雖然背光模組已採用省電、體積小、壽命長的發光二極體(ED)取代冷陰極管(CCFL)做為光源，惟，背光模組仍然是耗用能量的最大主因。

參閱圖1，以一般直下式的背光模組1為例，主要包含有用於擴散光線的一擴散片11、設置在該擴散片11後方的數個光源12(發光二極體或冷陰極管)，及設置在該擴散片11前方且用於修正光線的數個稜鏡片13。由於直下式背光模組1不需要導光板之微結構來破壞光線全反射現象，因此，具有結構簡易，及高輝度、良好的出光視角、光利用效率高…等優點，但是，該擴散片11在折射、反射與散射光線的過程中，雖然可以達到光學的擴散效果，卻也糢糊了光線，使光的指向性較差，因此必須用該等稜鏡片13來修正光線的水平與垂直方向。

惟，跨國公司3M為稜鏡片13的全球獨家供應商，擁有多項相關專利，且該等稜鏡片13佔該背光模組1總成本約3~4成，導致該背光模組1成本無法有效降低。

再者，家庭中觀看顯示器的成員，有時候是一群人觀賞，但有時候只是獨自一人觀賞，而傳統可變視角的液晶顯示器通常是為多人收看所設計，所以背光源視角較廣，惟，當獨自一人觀看顯示器時，其實只需要較窄的背光源視角，就可以滿足觀看的需求，此時，其它視角的光線能量就會形成浪費，而造成不必要的耗電能量。

因此，本發明之目的，即在提供一種可以達到節能省電需求的可變視角的液晶顯示器。

本發明之另一目的，即在提供一種可以節省材料成本的可變視角的液晶顯示器的背光模組。

於是，本發明的可變視角的液晶顯示器，包含一液晶顯示模組、一背光模組，及一微透鏡陣列模組。該背光模組是位於該液晶顯示模組一後方，用於供應該液晶顯示模組所需的光源。該微透鏡陣列模組是與該背光模組作用產生面光源，並具有可改變曲率的數個微透鏡，使面光源依據前述曲率改變出光視角。

本發明背光模組是應用於一可變視角的液晶顯示器，包含一擴散片、至少一發光元件，及一透鏡單元。該擴散片是用於擴散光源。該發光元件是設置在該擴散片一後方且相對該擴散片發散光源。該透鏡單元是設置在該擴散片與該發光元件間，是用於導引光向產生平行光源進入該擴散片。

本發明的功效是在滿足一人或多人觀看需求的情形下 ，適當的改變出光視角，調整耗用的光線能量，達到節省能源的效果。

本發明的另一功效是能以該透鏡單元取代一般稜鏡片的功能，達到降低材料成本的目的。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖2，本發明可變視角的液晶顯示器的一較佳實施例包含一液晶顯示模組2、一背光模組3(如圖5)，及一微透鏡陣列模組4。

該液晶顯示模組2具有相互層疊的一第一基板21、一彩色濾光片22、一第一透明導電膜23、一液晶層24、一第二透明導電膜25、一第二基板26，及一第一偏光片27。該彩色濾光片22的每一個次畫素具有紅、綠、藍三個色點221、222、223。

參閱圖5，該背光模組3是位於該液晶顯示模組2一後方，並具有用於擴散光線的一擴散片31、設置在該擴散片31一後方且相對該擴散片發散光源的數發光元件32，及設置在該擴散片31與該等發光元件32間的一透鏡單元33。該等發光元件32在本較佳實施例分別為一發光二極體。該透鏡單元33具有數量對應該等發光元件32且用於導引光向產生平行光源進入該擴散片31的數第一透鏡331，及數量對應該等第一透鏡331且用於導引光源進入該第一透鏡 331的數第二透鏡332。該第一透鏡331在本較佳實施例中為一曲率半徑R=3mm的平凸透鏡。該第二透鏡332在本較佳實施例中為一曲率半徑R=17mm的平凸透鏡，可與該發光二極體(發光元件)封裝為一體，做為該發光二極體的燈罩。

參閱圖2，及圖3、圖4所示，該微透鏡陣列模組4是與該液晶顯示模組2的第一基板21疊合，並具有相互層疊的一第三透明導電膜41、一親水層42、以微陣列方式對應每一色點221、222、223形成在該親水層42上且可以改變曲率的一微透鏡單元43，及一第二偏光片44。該微透鏡單元43是以曲率可變的微透鏡陣列技術達到改變曲率半徑的目的，前述可變焦透鏡陣列技術之驅動方式可分成兩大類：以改變薄膜或介面的曲率達到變焦的目的，或以改變材料本身的特性達到變焦的目的。在本較佳實施例中，是參考先前技術(S.Kuiper and B.H.W.Hendriks,“Variable-focus liquid lens for miniature cameras,”Appl.Phys.Lett.,vol.85,no.7,pp.1128-1130,08 2004.)模擬第一種方式，改變該微透鏡單元43的曲率半徑，該微透鏡單元43具有由塗佈在該第二偏光片44上的一光阻層431經軟烤、蝕刻、顯影等製程形成數個凹槽432，再經硬烤、塗佈一第四透明導電膜433、一疏水層434，及加入水滴後，與該液晶顯示模組2封裝為一體。該疏水層434具有疏水的特性，可以使水滴聚集拱起而形成數個微透鏡435。當該第三、第四透明導電膜41、433導電後，該等微透鏡435內的水分子會產 生極化反應，進而加大該等微透鏡435的曲率半徑，且隨著電壓大小的不同，達到改變曲率半徑的目的。由於此一微透鏡陣列之尺寸約為數十微米，故表面附著力與表面張力之效應遠大於重力(約1000：1)，所以可以忽略地心引力之影響。

參閱附件1所示，以下即針對本發明結合前述較佳實施例說明如下：光度學公式：

L：輝度，I ₀ ：光強度，A：被照面面積，Φ：光通量，dω ：立體角，ds _o ：發光面積，cosθ：觀察者觀察方向與發光面積法線方向之夾角。

依據前述光度學公式可知，光通量Φ變大時，光強度I ₀ 及光輝度L 也會提升，且就實務上而言，該等微透鏡435的曲率半徑小，光源方向會更加集中，使正前方單位立體角dω 之光通量Φ上升，參閱附件1，因此，當光通量Φ維持不變時，光強度I ₀ 及光輝度會隨著正前方單位立體角變小而提升，此時，該等微透鏡435的曲率半徑會有愈來愈小的趨勢，惟，當光輝度L 到達620nit時，已超過一般市場上可變視角的液晶顯示器的需求(約400~600nit)，參閱附件2，所以，若維持光輝度L 為500nit、光強度I ₀ 為1.25cd，可以發現，使該等微透鏡41的曲率半徑由5mm減小至0.5mm時，可以縮減光通量Φ由221m下降至6.541m，及縮小背光源視角由100°下降為42°，且隨著光通量Φ減小，用電量也會隨之下降，而能達到節省能源的效果。

參閱圖5、圖6，及附件3所示，藉此，當該等發光元件31發散光源時，該等第二透鏡332可收集光源導入該等第一透鏡331，使等第一透鏡331導引光向產生平行光源進入該擴散片31，擴散成均勻的面光源，再透過前述可變焦微透鏡陣列技術，驅動該等微透鏡435改變曲率半徑的大小，使背光源視角擴增到適合多人觀看的100°，提昇觀看時的清析度與舒適度，或縮減到適合一個人觀看的42°，進而滿足觀看需求，並達到節能省電的效果。

由附件2可看出，本發明可以有效減少能量消耗高達70%，且值得一提的是，本發明之可變視角的液晶顯示器可配合一遙控器(圖未示)的”+”、”-”按鍵(圖未示)，直接增、減前述可變視角的液晶顯示器的出光視角，或搭載一個偵測裝置(圖未示)確認觀看人數，可程式控制前述可變視角的液晶顯示器改變該等微透鏡41曲率半徑，調整出光視角。

據上所述可知，本發明之可變視角的液晶顯示器具有下列優點及功效：

1、由於本發明是以該透鏡單元33結合該擴散片31，達到修正光向的目的，因此，本發明除了不需要設置稜鏡片外，且能有效降低成本。

2、本發明可以藉由改變該等微透鏡41的曲率半徑，使視角由多人觀看的廣域角度變化至適合單人觀看的窄域角度，進而調整所需的能量(光通量)，有效減少能量消耗高達70%，使本發明達到節能省電的環保需求。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧液晶顯示模組

21‧‧‧第一基板

22‧‧‧彩色濾光片

221‧‧‧色點

222‧‧‧色點

223‧‧‧色點

23‧‧‧第一透明導電膜

24‧‧‧液晶層

25‧‧‧第二透明導電膜

26‧‧‧第二基板

27‧‧‧第一偏光片

3‧‧‧背光模組

31‧‧‧擴散片

32‧‧‧發光元件

33‧‧‧透鏡單元

331‧‧‧第一透鏡

332‧‧‧第二透鏡

4‧‧‧微透鏡陣列模組

41‧‧‧第三透明導電膜

42‧‧‧親水層

43‧‧‧微透鏡單元

431‧‧‧光阻層

432‧‧‧凹槽

433‧‧‧第四透明導電膜

434‧‧‧疏水層

435‧‧‧微透鏡

44‧‧‧第二偏光片

圖1是一示意圖，說明一般直下式的背光模組；圖2是一示意圖，說明本發明可變視角的液晶顯示器的一較佳實施例；圖3是該較佳實施例中一微透鏡單元曲率半徑變大的一剖視示意圖；圖4是該較佳實施例中該微透鏡單元曲率半徑變小的一剖視示意圖；圖5是該較佳實施例擴大視角的一剖視示意圖；及圖6是該較佳實施例縮小視角的一剖視示意圖。

【附件簡單說明】

附件1：在相同光通量值下，不同光輝度的結果比較圖；附件2：在相同光輝度值下，不同光通量的結果比較圖；及附件3：由光學模擬軟體建構的光源示意圖。

2‧‧‧液晶顯示模組

21‧‧‧第一基板

22‧‧‧彩色濾光片

221‧‧‧色點

222‧‧‧色點

223‧‧‧色點

23‧‧‧第一透明導電膜

24‧‧‧液晶層

25‧‧‧第二透明導電膜

26‧‧‧第二基板

27‧‧‧第一偏光片

3‧‧‧背光模組

31‧‧‧擴散片

32‧‧‧發光元件

33‧‧‧透鏡單元

331‧‧‧第一透鏡

332‧‧‧第二透鏡

4‧‧‧微透鏡陣列模組

435‧‧‧微透鏡

44‧‧‧第二偏光片

Claims (5)

1. 一種可變視角的液晶顯示器，包含：一液晶顯示模組；一背光模組，具有用於擴散光線的一擴散片、位於該液晶顯示模組一後方且供應該液晶顯示模組所需光源的至少一發光元件，及至少一第一透鏡，該第一透鏡是用於導引光向產生平行光源進入該擴散片；及一微透鏡陣列模組，是與該背光模組作用產生面光源，並具有以可變焦微透鏡陣列技術改變曲率的數個微透鏡，使面光源依據前述曲率改變出光視角。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之可變視角的液晶顯示器，其中，該發光元件可以是發光二極體、陰極射線管其中一種。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之可變視角的液晶顯示器，其中，該背光模組更具有至少一第二透鏡，該第二透鏡是用於導引該發光元件的光源進入該第一透鏡。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之可變視角的液晶顯示器，其中，該微透鏡陣列模組是位於該液晶顯示模組的一前方。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之可變視角的液晶顯示器，其中，該等微透鏡是以陣列方式排列。