TWI444728B - 高對比液晶顯示器 - Google Patents

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Ming Xu
Cheng Chen
Young Bae Park
John Z Zhong
Wei Chen
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Description

高對比液晶顯示器
本發明大體而言係關於液晶顯示器(LCD)面板，且更明確而言，係關於高對比LCD面板。
此部分意欲向讀者介紹可與下文所描述及/或主張的本發明之各種態樣有關之技術的各種態樣。據信此論述有助於向讀者提供背景資訊以促進更好地理解本發明之各種態樣。因此，應理解，應根據本發明而非作為先前技術之承認而閱讀此等敍述。
液晶顯示器(LCD)通常被用作用於廣泛多種電子裝置的螢幕或顯示器，該等電子裝置包括諸如電視、電腦及手持型裝置(例如，蜂巢式電話、音訊及視訊播放器、遊戲系統等等)之消費型電子裝置。此等LCD裝置通常在適合於在多種電子商品中使用的相對薄封裝中提供平面顯示器。此外，此等LCD裝置通常使用比相當的顯示器技術少的電力，從而使其適合於在電池供電式裝置中或在希望將用電降至最低之其他情況下使用。
LCD裝置通常包括排列成矩陣之複數個像元(像素)以顯示影像。當施加電場至每一像素中之液晶材料時，LCD裝置之個別像素可按可變方式准許光穿過。此電場可由像素電極與共同電極之間的電壓差產生。施加至像素電極之使像素透射最少量光之電壓可被稱作灰度級(gray scale level)0電壓(G0)。隨著灰度級電壓增加而超過G0，液晶材料應逐漸允許更多光穿過像素。然而，在一些情況下，隨著灰度級電壓增加而超過G0，在被稱為灰度反轉或灰反轉之狀況下，穿過像素的光之量可能會首先減少。LCD面板中的灰反轉狀況可減小對比且在低灰度電壓位準下產生影像假影。
以下闡明本文中所揭示之特定實施例的概述。應理解，僅為了給讀者提供此等特定實施例之簡要概述而呈現此等態樣且此等態樣並不意欲限制本發明之範疇。實際上，本發明可涵蓋下文可能未闡明之多種態樣。
本發明之實施例係關於與高對比液晶顯示器(LCD)有關之裝置及方法。舉例而言，此電子裝置可包括一LCD，該LCD具有互不對稱之兩個液晶對準層以及分別在該等對準層上方及下方之上部及下部偏光層。通過複數個像素之透光度可隨灰度電壓單調增加。該顯示器可使用比該顯示器之一最小灰度級0電壓能力高的一灰度級0電壓而操作。此外或替代地，該兩個對準層之液晶分子對準軸線可相互偏斜並非180度之倍數的一角度。此外或替代地，該上部偏光層之一第一偏光軸線或該下部偏光層之一第二偏光軸線或兩者可能既不平行於也不垂直於該等液晶分子對準軸線中之一者。
在閱讀以下詳細描述且參考圖式後，將更好地理解本發明之各種態樣。
以下將描述一或多個特定實施例。為了提供此等實施例之簡明描述，說明書中未描述一實際實施之所有特徵。應瞭解，在任何此實際實施之開發中，如在任何工程或設計項目中，必須做出眾多對於實施為特定的決策以達成開發者之特定目的，諸如，符合與系統有關及與商務有關之約束，其可隨實施不同而不同。此外，應瞭解，此開發努力可為複雜且耗時的，然而對於受益於本發明的一般技術者而言將為設計、生產及製造中之常規任務。
此等實施例係關於一種高對比液晶顯示器(LCD)面板。詳言之，此高對比LCD面板之開發、生產及/或使用可包括將LCD面板之灰階零(G0)設定成引起透射率最小值之電壓。此外或替代地，頂部或底部偏光層之軸線可自LCD面板之一或兩個對準層之液晶分子對準軸線偏斜，而非平行或垂直於液晶分子對準軸線。術語「液晶分子對準軸線」亦可被稱作「摩擦軸線(rubbing axis)」或「指向矢軸線(director axis)」，且在本文中使用時通常指代在無電場之情況下，當對準層平坦時對準層將使液晶分子對準之角度。在一些實施例中，液晶對準層之頂部及底部液晶分子對準軸線甚至可相互偏斜以使液晶指向矢在低灰階電壓下更有效地排除光。此等實施例(單獨或以組合方式)可使LCD面板之像素隨灰階電壓增加而單調增加(例如，無減少地增加)透光度，從而減少灰反轉(例如，當低灰度級電壓引起比較高灰度級電壓大的透射率時)以及增強同軸對比。
如下文所論述，據信此等實施例藉由考量由某些現代LCD面板中的液晶對準層之不平坦性引起之變形而致能高對比率。當像素電極佔據該等對準層中之一或多者下方的空間，從而使對準層突出至由液晶材料佔據之空間內時，可能會出現此不平坦性。在某些共平面切換/邊緣場切換(IPS/FFS)LCD面板中，像素電極常常可佔據此空間，而在某些其他LCD面板中，共同電極可佔據此空間。
通常，視LCD面板之操作模式而定，當像素上方及下方的偏光層之軸線分別垂直於及平行於LCD面板之液晶分子對準軸線或平行於及垂直於LCD面板之液晶分子對準軸線時，可達成高對比。然而，據信當頂部及底部偏光器軸線垂直於或平行於LCD面板之液晶分子對準軸線時，某些LCD面板中的對準層之不平坦性可在突起之位點附近產生液晶材料之變形。據信此變形會誘發沿著或垂直於液晶分子對準軸線方向予以偏光的光之延遲，從而導致在同軸光之暗態下的顯著漏光，若不加以校正，則其可有效地減小LCD面板之對比率。
為了考量此等漏光假影，一些實施例包含執行某種伽瑪校正以確保面板之透射率隨灰階電壓單調增加。此等實施例可包含(例如)判定產生最小透射率之電壓及將灰階0(G0)電壓設定成等於該最小透射率電壓。該等實施例亦可包含首先選擇預設伽瑪設定及針對灰反轉狀況測試某些低灰電壓位準(例如，G0、G3及G7)。若偵測到灰反轉狀況，則可選擇新的伽瑪設定，且可再次在低灰電壓位準下針對灰反轉測試LCD面板。此模式可重複，直至不再偵測到灰反轉，其可暗示灰度級0電壓(G0)接近LCD面板之透射率最小值。當灰度級0電壓(G0)接近LCD面板之透射率最小值時，LCD顯示器之對比通常可達到最大值。
或者，或除了用於選擇LCD面板之伽瑪設定之技術之外，可設計LCD面板以使得頂部或底部偏光器軸線自LCD面板之對準層的液晶分子對準軸線偏斜。據信，若使偏光器軸線自液晶分子對準軸線偏斜，則可校正由像素電極或共同電極至液晶材料內之突起引起的輕微變形。類似地，在一些實施例中，上部對準層之液晶分子對準軸線可不同於下部對準層之液晶分子對準軸線。據信，使頂部及底部對準層之各別液晶分子對準軸線偏斜可導致對LCD面板之變形的類似校正。以本文中描述之方式使偏光器軸線及/或液晶分子對準軸線偏斜預期會產生透射率關於灰階電壓之實質上單調的函數。
記住前述內容，圖1表示使用此高對比顯示器18的電子裝置10之方塊圖。其中，電子裝置10可包括處理器12、記憶體14、非揮發性儲存器16、顯示器18、輸入結構20、輸入/輸出(I/O)介面22、網路介面24及/或電源26。在替代實施例中，電子裝置10可包括更多或更少的組件。圖1中展示之各種功能塊可包括硬體元件(包括電路)、軟體元件(包括儲存於電腦可讀媒體上之電腦程式碼)或硬體與軟體元件兩者之組合。應進一步注意，圖1僅為特定實施之一實例，且意欲說明可存在於電子裝置8中的組件之類型。
一般而言，處理器12可控管電子裝置10之操作。在一些實施例中，基於自非揮發性儲存器16載入至記憶體14內的指令，處理器12可對經由顯示器18進行的使用者觸摸手勢輸入作出回應。除了此等指令之外，非揮發性儲存器16亦可儲存多種資料。藉由實例說明，非揮發性儲存器16可包括硬碟機及/或固態儲存器(諸如，快閃記憶體)。
顯示器18可為諸如本文中所提供之高對比液晶顯示器(LCD)。詳言之，儘管顯示器18中的對準層為不平坦性質，顯示器18還是可基於本文中提供之技術在低灰階電壓下不展現灰度反轉或展現較少的灰度反轉及/或可展現高的同軸對比。顯示器18亦可表示輸入指令20中之一者。其他輸入指令20可包括(例如)按鍵、按鈕及/或開關。電子裝置10之I/O埠22可使電子裝置10能夠將資料傳輸至其他電子裝置10及/或各種周邊裝置(諸如，外部鍵盤或滑鼠)且自其他電子裝置10及/或各種周邊裝置(諸如，外部鍵盤或滑鼠)接收資料。網路介面24可致能個人區域網路(PAN)整合(例如，藍芽)、區域網路(LAN)整合(例如，Wi-Fi)及/或廣域網路(WAN)整合(例如，蜂巢式3G或4G)。電子裝置10之電源26可為任一合適的電源，諸如，可充電鋰聚合物(鋰聚)電池及/或交流(AC)電源轉換器。
圖2說明呈手持型裝置30(此處為蜂巢式電話)之形式的電子裝置10。應注意，雖然在蜂巢式電話之情況下提供手持型裝置30，但亦可將其他類型之手持型裝置(諸如，用於播放音樂及/或視訊之媒體播放器、個人資料行事曆、手持型遊戲平台及/或此等裝置之組合)合適地提供為電子裝置10。另外，手持型裝置30可併入有一或多種類型之裝置(諸如，媒體播放器、蜂巢式電話、遊戲平台、個人資料行事曆等等)之功能性。
舉例而言，在所描繪之實施例中，手持型裝置30呈可提供各種額外功能性(諸如，拍照片、記錄音訊及/或視訊、聽音樂、玩遊戲等等之能力)的蜂巢式電話之形式。如關於圖1之一般電子裝置所論述，手持型裝置30可允許使用者連接至網際網路或其他網路(諸如，區域或廣域網路)及經由網際網路或經由其他網路(諸如，區域或廣域網路)而通信。手持型裝置30亦可使用諸如藍芽及/或近場通信(NFC)之短程連接與其他裝置通信。藉由實例說明，手持型裝置30可為可購自Apple Inc.(Cupertino,California)的iPod或iPhone之一機型。
手持型裝置30可包括外殼32或主體，其保護內部組件免遭實體損壞且屏蔽內部組件免遭電磁干擾。外殼32可由任一合適的材料(諸如，塑膠、金屬或複合材料)形成，且可允許電磁輻射之特定頻率穿過而到達手持型裝置30內之無線通信電路以促進無線通信。外殼32亦可包括使用者輸入結構20，經由該等使用者輸入結構20，使用者可介接於該裝置。每一使用者輸入結構20可經組態以幫助控制一裝置功能(當已致動時)。舉例而言，在蜂巢式電話實施中，一或多個輸入結構20可經組態以：調用待顯示之「主」畫面或選單，在休眠模式與喚醒模式之間切換，使響鈴無聲(對於蜂巢式電話應用)，增大或減小音量輸出等等。
顯示器18可顯示允許使用者與手持型裝置30互動之圖形使用者介面(GUI)。可經由顯示器18中所包括之觸控式螢幕選擇GUI之圖符，或可藉由一或多個輸入結構20(諸如，輪或按鈕)選擇GUI之圖符。手持型裝置30亦可包括允許手持型裝置30連接至外部裝置之各種I/O埠22。舉例而言，一I/O埠22可為允許在手持型裝置30與另一電子裝置(諸如，電腦)之間傳輸及接收資料或命令之埠。此I/O埠22可為來自Apple Inc.之專屬埠，或可為開放標準I/O埠。另一I/O埠22可包括耳機插孔以允許耳機34連接至手持型裝置30。
除了圖2之手持型裝置30之外，電子裝置10亦可呈電腦或其他類型之電子裝置的形式。此電腦可包括通常可攜帶之電腦(諸如，膝上型電腦、筆記型電腦及/或平板電腦)及/或通常在一處使用之電腦(諸如，習知桌上型電腦、工作站及/或伺服器)。在特定實施例中，呈電腦之形式的電子裝置10可為可購自Apple Inc.之MacBook、MacBookPro、MacBook Air、iMac、Macmini或Mac Pro之一機型。在另一實施例中，電子裝置10可為平板計算裝置，諸如，可購自Apple Inc.之iPad。藉由實例說明，圖3中說明膝上型電腦36，且膝上型電腦36表示根據本發明之一實施例的電子裝置10之一實施例。其中，電腦36包括外殼38、顯示器18、輸入結構20及I/O埠22。
在一實施例中，輸入結構22(諸如，鍵盤及/或觸控板)可致能與電腦36之互動，諸如，開始、控制或操作在電腦36上執行之GUI或應用程式。舉例而言，鍵盤及/或觸控板可允許使用者導覽顯示於顯示器18上之使用者介面或應用程式介面。同樣如所描繪，電腦36亦可包括各種I/O埠22以允許連接額外裝置。舉例而言，電腦36可包括適合於連接至另一電子裝置(投影機、補充顯示器等等)的一或多個I/O埠22，諸如，USB埠或其他埠。此外，電腦36可包括網路連接性、記憶體及儲存能力，如關於圖1所描述。
如上文簡要地指出，圖1至圖3之實施例中所表示之顯示器18可為液晶顯示器(LCD)。圖4表示根據一實施例的此類顯示器18之電路圖。如所示，顯示器18可包括一LCD顯示面板40，該LCD顯示面板40包括安置於像素陣列或矩陣中之單位像素42。在此陣列中，每一單位像素42可由列與行之相交予以界定，此處分別藉由所說明之閘極線44(亦被稱作「掃描線」)及源極線46(亦被稱作「資料線」)表示列及行。為了簡單起見，僅展示六個單位像素42a至42f。然而，應理解，在實際實施中，每一源極線46及閘極線44可包括數千個此等單位像素42。
如本實施例中所示，每一單位像素42包括用於切換儲存於各別像素電極50上之資料信號的一薄膜電晶體(TFT)48。在所描繪之實施例中，每一TFT 48之源極52可電連接至源極線46，且每一TFT 48之閘極54可電連接至閘極線44。每一TFT 48之汲極56可電連接至各別像素電極50。每一TFT 48充當一切換元件，可在預定週期內基於掃描信號在TFT 48之閘極54處的各別存在或不存在而啟動及撤銷啟動(例如，接通及斷開)該切換元件。
當已啟動時，TFT 48可將經由各別源極線46接收到之影像信號儲存為其相應像素電極50上之電荷。由像素電極50儲存之影像信號可用以在各別像素電極50與共同電極(圖5中未展示)之間產生電場。各別像素電極50與共同電極之間的電場可更改單位像素42上方的液晶層之極性。該電場可使液晶層內之液晶分子對準以調變光透射。隨著電場改變，光之量可增加或減少。一般而言，光可按對應於所施加電壓之強度穿過單位像素42(例如，自相應源極線46)。然而，如以下將論述，據信頂部液晶對準層與底部液晶對準層之間的不對稱會引起某種變形，該變形可能會不利地影響像素電極50之電壓與像素42之透射率之間的此關係。
顯示器18亦可包括一源極驅動器積體電路(IC)58，該源極驅動器IC可包括一藉由自處理器12接收影像資料60及將相應影像信號發送至面板40之單位像素42來控制顯示面板40的晶片(諸如處理器或ASIC)。源極驅動器IC 58亦可耦接至一閘極驅動器IC 62，該閘極驅動器IC 62可經由閘極線44啟動或撤銷啟動各列單位像素42。因而，源極驅動器IC 58可將時序資訊(此處由參考數字64展示)發送至閘極驅動器IC 62以促進各列像素42之啟動/撤銷啟動。在其他實施例中，可按某種其他方式將時序資訊提供至閘極驅動器IC 62。
在操作中，源極驅動器IC 58自處理器12或單獨的顯示器控制器接收影像資料60，且基於接收到之資料而輸出信號以控制像素42。舉例而言，為了顯示影像資料60，源極驅動器IC 58可一次一列地調整像素電極50之電壓。為了存取各列像素42，閘極驅動器IC 62可將啟動信號(例如，啟動電壓)發送至與該列像素42相關聯的TFT 48，從而致使該定址列的TFT 48導電。源極驅動器IC 58可經由各別源極線46將某些資料信號傳輸至該定址列的單位像素42。其後，閘極驅動器IC 62可藉由施加撤銷啟動信號(例如，比啟動電壓低的電壓，諸如，接地)來撤銷啟動該定址列中之TFT 48，藉此阻止該列內之像素42改變狀態，直至其下一次被定址。可對面板40中之每一列像素42重複上述過程以在顯示器18上將影像資料60再現為可檢視之影像。
顯示器18之像素42可包括若干層，其中許多層示意性地說明於圖5中之分解圖中。每一像素42可包括上部偏光層66及下部偏光層68以對來自背光組件70或反光表面之光進行偏光。下部基板72可安置於偏光層68上，且通常由諸如玻璃、石英及/或塑膠之透光材料形成。
將薄膜電晶體(TFT)層74描繪為安置於下部基板72上。為了說明之簡單性，在圖5中將TFT層74描繪為一般化結構。實務上，TFT層74自身可包含各種導電、不導電及半導電層及結構，該等層及結構通常形成驅動像素42之操作的電裝置及路徑。舉例而言，在像素42為IPS/FFS LCD面板之部分的實施例中，TFT層74可包括像素42之各別資料線、掃描線、像素電極及共同電極(以及其他導電跡線及結構)。可使用諸如氧化銦錫(ITO)之透明導電材料在像素之透光部分中形成此等導電結構。此外，TFT層74可包括由合適的透明材料(諸如，氧化矽)形成之絕緣層(諸如，閘極絕緣膜)及由合適的半導體材料(諸如，非晶矽)形成之半導電層。一般而言，各別導電結構及跡線、絕緣結構及半導體結構可經合適地安置以形成用來操作像素42之各別像素及共同電極、TFT以及各別資料及掃描線，如以上參看圖4所論述。
在無電場之情況下，具有聚醯亞胺(PI)或其他合適材料之下部對準層76及上部對準層82可通常使液晶層78之分子與其液晶分子對準軸線對準。可按任一合適方式形成下部對準層76及上部對準層82之液晶分子對準軸線。舉例而言，藉由用纖維布摩擦下部對準層76及/或上部對準層82，使用偏光紫外線(UV)光在下部對準層76及/或上部對準層82上產生光對準，及/或使用具有傾斜沈積之無機材料(諸如氧化矽(SiOx)或類鑽碳)的下部對準層76及/或上部對準層82，可形成液晶分子對準軸線。
在像素電極50與共同電極之間存在電場之情況下，液晶層78之液晶粒子可在並非液晶分子對準軸線之方向上被定向或對準。液晶層78之液晶粒子的定向可使穿過液晶層78之光按允許該光穿過上部偏光層66之方式受到偏光。因此，調變施加至液晶層78之電場可調變透射穿過像素42的光之量。
下部對準層76與上部對準層82可能不完全對稱。據信下部對準層76與上部對準層82之間的不對稱性會產生液晶分子之某種變形，此變形在低電壓下可能會引起灰度反轉。為了考量此不對稱性，在一些實施例中，可選擇比最小裝置電壓高的灰階電壓0(G0)，其可防止灰度反轉且增加對比。此外或替代地，在一些實施例中，偏光層66及68之軸線可能不完全平行於或垂直於下部對準層76及上部對準層82之液晶分子對準軸線，而可能偏斜了足以減少或消除灰度反轉且增加對比之一量。在一些實施例中，下部對準層76及上部對準層82之液晶分子對準軸線可能相互偏斜了足以減少或消除灰度反轉且增加對比之一特定量。
上覆彩色濾光片86可為紅色、綠色或藍色濾光片，使得當光自背光組件70透射穿過液晶層78時，像素42對應於原色。彩色濾光片86可由可限定像素42之透光部分之不透光光罩或基質(例如，黑光罩88)所環繞。舉例而言，在特定實施例中，黑光罩88可經設定大小及成形以在液晶層78上方且圍繞彩色濾光片86界定一透光孔徑並覆蓋或遮蔽像素42之不透射光的部分，諸如，掃描線及資料線驅動電路、TFT及/或像素42之周邊。在所描繪之實施例中，上部基板92可安置於黑光罩88及彩色濾光片86與偏光層66之間。在此實施例中，上部基板92可由透光玻璃、石英及/或塑膠形成。
如上文所提及，據信若下部對準層76及上部對準層82之表面皆平坦及/或對稱，則在無電場之情況下且當上部偏光層66及下部偏光層68之軸線分別平行於及垂直或垂直於及平行於下部對準層76及上部對準層82之液晶分子對準軸線(視顯示器18之操作模式而定)時，將出現像素42之最小透光度。然而，如圖6之像素選擇100(其表示像素42之一部分)所展示，下部對準層76及/或上部對準層82可能既不對稱也不平坦。
像素選擇100可表示像素42之自TFT層74至黑光罩層88之一部分。具體言之，圖6可說明像素選擇100之側視圖A及俯視圖B兩者。如圖6之側視圖A中可見，TFT層74可包括玻璃基板102、共同電極104及像素電極50之指狀物。像素電極50之指狀物可引起下部對準層76至液晶材料78內之突起108。如下文所論述，據信此等突起108及在下部對準層76與上部對準層82之間的所得不對稱性會影響光透射穿過像素42之方式。
下部對準層76及/或上部對準層82之液晶分子對準軸線110可通常使液晶層78之某些分子對準。在一些實施例中，下部對準層76及上部對準層82兩者之液晶分子對準軸線110可相同或相互偏斜180°。在其他實施例中，下部對準層76之液晶分子對準軸線110可稍微自上部對準層82之液晶分子對準軸線110偏斜。可使用任一合適方法判定液晶分子對準軸線110，例如，可將其設定為83°之角度。視設計約束而定，液晶分子對準軸線110可成不同角度。液晶分子對準軸線110(本文中亦被稱作對準軸線)可通常使液晶層78之液晶分子在液晶分子對準軸線110方向上得以對準。
然而，據信此等液晶層78分子之實際對準方向可能不完全匹配不平坦對準層(諸如，具有突起108之下部對準層76)之液晶分子對準軸線110。詳言之，據信至液晶材料78內的突起108之存在可在像素電極106附近引起某些變形。若顯示器18中存在如其他組態(例如，在下部對準層76或上部對準層82下方之共同電極104及/或在上部對準層82下方之像素電極50)所引起之其他突起108，則可預期會出現類似的效應。
如圖7之曲線圖120中所模型化，據信當下部對準層76包括由像素電極50之指狀物引起的突起108但上部對準層82仍然平坦時，液晶層78之液晶指向矢(單位向量對準方向)在更接近突起108之位點處可稍微自液晶分子對準軸線110偏離。在曲線圖120中，縱座標122表示以度為單位的液晶指向矢方位角，且橫座標124表示自下部對準層76至上部對準層82的以微米(μm)為單位的液晶材料之深度。自曲線圖120可看出，像素腔內的液晶指向矢之方位角在較小深度(較接近偏離108之位置)處自液晶分子對準軸線110的角度偏離得較多，且在較深度處較多地對準於液晶分子對準軸線110。
曲線126表示沿著像素選擇100之x方向在像素電極50指狀物處或附近之一位置處的液晶層78之液晶指向矢之方位角。曲線128表示沿著像素選擇100之x方向在遠離像素電極50指狀物之一位置處的液晶層78之液晶指向矢之方位角。在較靠近下部對準層76(由於突起108，下部對準層76不平坦)之深度處，液晶指向矢方位角可增加至84°以上，或比液晶分子對準軸線110之角度(此處展示為83°)高一度以上。在較靠近平坦的上部對準層82之深度處，液晶指向矢方位角可收斂至液晶分子對準軸線110之角度(此處展示為83°)。
比較曲線126與曲線128，進一步表明突起108造成了造成液晶指向矢方位角自液晶分子對準軸線110之角度之偏離。詳言之，應回想起，曲線126表示在液晶層78中之x方向上接近突起108之一位置，且曲線128表示在液晶層78中之x方向上較遠離突起108之一位置。模型化之液晶指向矢方位角經展示為在曲線126中(較接近突起108)比在曲線128中(較遠離突起108)中偏離得多。
據信液晶指向矢方位角之此等偏離會誘發沿著或垂直於液晶分子對準軸線110方向予以偏光的光之延遲，從而引起在同軸光之暗態下的顯著漏光。不管原因如何，某些LCD面板可能會展現出為圖8中所說明之方式的灰反轉。亦即，如模型化通過像素42之透射率(該透射率隨灰度電壓而變)的圖8之曲線圖140所展示，此透射率可能最初隨電壓下降而非單調增加。此灰反轉效應亦可導致對比減小，因為最低灰階電壓將允許比通過像素42之真實透射率最小值大的透射率。
曲線圖140包括表示以吸光度單位(AU)為單位之透射率之縱座標142及表示以伏特(V)為單位之灰度電壓之橫座標144。在曲線圖140中，將橫座標144模型化為開始於0 V，因為將顯示器18模型化為能夠將0 V供應至像素電極50。然而，應理解，其他實施例可具有此等其他實施例可能能夠提供之其他最小電壓。
曲線146表示隨灰度電壓而變的通過像素142之透射率。如可看出，當電壓最初自顯示器18所能夠提供之最小電壓增加時，發生灰反轉148。在點150處，透射率達到真實透射率最小值，透射率開始單調增加。此灰反轉148可能成問題，因為在給定灰度級電壓下的顯示器18之像素42可比在較高灰度級電壓下之像素42亮(例如，G0可比G3亮)。
灰反轉148亦可影響顯示器18之對比率，因為可能未將最低灰度級電壓設定成顯示器18之真實透射率最小值150。因而，圖9及圖10呈現用於藉由選擇在真實透射率最小值150處或附近之一點的灰度級0電壓(G0)來產生高對比顯示器18的方法之實施例之流程圖。因此，顯示器18之透射率可隨灰度級電壓單調增加。
轉至圖9，流程圖160表示用於選擇導致顯示器18之高對比的灰度級0電壓(G0)之方法之一實施例。流程圖160可開始於將初始電壓施加至顯示器18之像素42之像素電極50(步驟162)時。可使用任一合適的光計量裝置測試此等像素之所得透射率(步驟164)。可增加當前施加至像素電極50之電壓(步驟166)，然後再一次測試像素42之透射率(步驟168)。
接下來，可比較與原始電壓及增加之電壓相關聯的透射率，且若透射率不隨電壓增加(決策步驟170)，則可理解正在發生灰反轉。因此，可再次增加施加至像素電極50之電壓(步驟166)且可再次測試像素42之透射率(步驟168)。此過程可重複，直至透射率不再增加(決策步驟170)，此時可理解，先前電壓可近似於真實透射率最小值150。亦可理解，隨施加至像素電極50之電壓而變的透射率可為自該電壓向前單調的。因此，可將灰度級0電壓(G0)設定成等於該先前電壓。
判定灰度級0電壓(G0)之另一方式可包含針對灰度反轉測試一或多個已定義之伽瑪設定。如圖10之流程圖180所展示，可首先藉由使顯示器18根據預設伽瑪設定操作來校準顯示器18(步驟182)。此預設伽瑪設定可定義各種灰度級電壓(例如，對於8位元灰度，G0至G255)。接著，可將某些低灰度級電壓施加至顯示器18的像素42之像素電極50，且可測試所得透射率。舉例而言，可將G0、G3及G7電壓施加至顯示器18的像素42之像素電極50，且可按任一合適方式測試所得透射率(步驟184至194)。
若G3電壓產生的透射率比G0電壓產生的透射率低，或G7電壓產生的透射率比G0或G3電壓產生的透射率低，則顯示器18可能正在展現灰反轉，其很可能是由於以上所論述之原因。若判定此灰反轉正在發生(決策步驟196)，則可改為選擇用於顯示器18之新伽瑪設定(步驟198)。此新伽瑪設定通常可包含比先前伽瑪設定之灰度級0電壓(G0)高的G0值。實際上，增加之電壓可等於或超過0.2 V，且在一些情況下，可等於或超過0.3 V(例如，以致於達到如圖7中之真實透射率最小值150)。
在選擇新伽瑪設定後，可再次將某些低灰度級電壓施加至顯示器18的像素42之像素電極50，且可測試所得透射率(步驟184至194)。若灰反轉仍正在發生(決策步驟196)，則可選擇再一伽瑪設定(步驟198)。此過程可重複，直至灰反轉不再發生(決策步驟196)，在該情況下，流程圖180可結束200。當流程圖180結束200時，選定之伽瑪設定可產生單調灰度而無灰度反轉。
雖然以上參看圖9及圖10所論述之技術可校正在顯示器18中發生之灰度反轉，但以下揭示之實施例可減少此灰度反轉或首先防止其發生，並且改良同軸對比。如上文所指出，廣泛接受以下情況為習知認知：視顯示器18之操作模式而定，偏光層66及68應分別平行於或垂直於液晶分子對準軸線110。然而，本案的發明者提出，此習知認知不正確。實際上，如下文進一步論述，本案的發明者提出，可藉由使上部偏光層66之軸線及/或下部偏光層68之軸線自下部對準層76及上部對準層82之液晶分子對準軸線110偏斜某一角度來改良同軸對比及/或減少或消除灰度反轉。此外或替代地，一些實施例可包含使下部對準層76之液晶分子對準軸線110自上部對準層82之液晶分子對準軸線110偏斜某一角度。據信使偏光層66及/或68之軸線及/或液晶分子對準軸線110偏斜可考量可能由下部對準層76之(例如，如突起108所引起之)不平坦性質引起的變形。
具體言之，由於像素電極50之指狀物所引起之突起108，下部對準層76之表面拓撲不平坦且因此與上部對準層82不對稱。由於此不對稱的對準狀況，據信液晶層78之液晶指向矢在整個像素42內並非均一地沿著液晶分子對準軸線110對準，而是在其接近像素電極50時可自頂部至底部偏離(例如，如圖6中所模型化)。據信此等偏離會誘發沿著或垂直於液晶分子對準軸線110方向予以偏光的光之延遲。舉例而言，由於傳播通過稍有扭轉之液晶結構之線性偏光可經歷相位延遲且受到橢圓偏光，故穿過未校正之像素42之此光可逃逸出上部偏光層66。雖然此效應可能非常小，但應注意，灰度級0電壓(G0)之暗態透射率亦非常小，且即使最小的改變也可能顯著地減小對比率。在此等情況下，僅僅圖9及圖10之技術可減小或消除灰反轉，但可能不能夠使同軸對比率最大化。
因此，如圖11中所示，上部偏光層66之軸線及/或下部偏光層68之軸線可稍微自其與液晶分子對準軸線110之習知垂直或平行組態偏斜。具體言之，可使用任一合適方法判定液晶分子對準軸線110。此處，已判定液晶分子對準軸線110為83°。接著可使上部偏光層66及/或下部偏光層68中之一者或兩者自其相對於液晶分子對準軸線110之習知組態偏斜。
舉例而言，圖11表示O模式組態，其中下部偏光層68之軸線204可自平行於液晶分子對準軸線110的組態偏斜一特定量，且可經由實驗及/或模擬予以判定，且可表示在顯示器18所能夠提供之最低灰度級電壓下使最少量的光透射穿過像素42之一角度。在一些實施例中，可使下部偏光層68之軸線204偏斜相對小的量，諸如介於0.3°與1°之間，但如經由實驗及模擬所判定，該偏斜量可更小或更大。可在朝向平行於像素電極50之指狀物之軸線的方向上使軸線204之角度偏斜(例如，較接近90°)。如所說明，下部偏光層68之軸線204可具有大致83.3°之角度。
在一些實施例中，亦可使上部偏光層66之軸線206自與液晶分子對準軸線110垂直202的組態偏斜，而非與液晶分子對準軸線110垂直202。軸線206之偏角可經由實驗及/或模擬予以判定，且可表示在顯示器18所能夠提供之最低灰度級電壓下使最少量的光透射穿過像素42之一角度。在一些實施例中，可使上部偏光層66之軸線206偏斜相對小的量，諸如介於0.3°與1°之間，但如經由實驗及模擬所判定，該偏斜量可更小或更大。可在朝向垂直於像素電極50之指狀物之軸線的方向上使軸線206之角度偏斜(例如，較接近0°)。如所說明，下部偏光層68之軸線204可具有大致-16.7°之角度。雖然將軸線204及206之偏角說明為相同，但在一些實施例中，偏角可基於實驗及模擬而有所不同。
在圖11之實施例中，下部偏光層68之軸線204及上部偏光層66之軸線206皆可自液晶分子對準軸線110偏斜。在替代實施例中，視操作模式(例如，O模式或E模式)而定，此等軸線204或206中僅一者可自其預設組態偏斜。又，雖然圖11之實施例係關於用於O模式顯示器18操作之組態，但其他實施例可關於用於E模式之組態。舉例而言，下部偏光層68之軸線204可自與液晶分子對準軸線110垂直202的組態偏斜某一角度，及/或上部偏光層66之軸線206可自與液晶分子對準軸線110平行的組態偏斜某一角度。
除了以上參看圖9及圖10所論述之實施例及以上參看與圖11相關聯之圖所論述之實施例之外，或替代該等實施例，藉由使下部對準層76及上部對準層82之液晶分子對準軸線110偏斜，可減少或消除灰度級反轉且可改良同軸對比。如圖12中所示，與下部對準層76相關聯之下部液晶分子對準軸線110A可自與上部對準層82相關聯之上部液晶分子對準軸線110B偏斜。詳言之，可按任一合適方式判定離下部對準層76之突起108相對遠的上部液晶分子對準軸線110B。如圖12中所說明，上部液晶分子對準軸線110B之角度大致為83°。由於圖12說明O模式組態，故下部偏光層68之軸線204平行於上部液晶分子對準軸線110B，而上部偏光層66之軸線206垂直於上部液晶分子對準軸線110B。
與下部對準層76相關聯之下部液晶分子對準軸線110A可自與上部對準層82相關聯之上部液晶分子對準軸線110B偏斜某一角度。換言之，下部液晶分子對準軸線110A並非與上部液晶分子對準軸線110B相差僅180°，而是可偏斜某一角度(例如，小於或大於180°之倍數)。偏角可藉由實驗及/或模擬予以判定，且可表示在顯示器18所能夠提供之最低灰度級電壓下使最少量的光透射穿過像素42之一角度。在一些實施例中，可使下部液晶分子對準軸線110A自上部液晶分子對準軸線110B偏斜相對小的量，諸如介於0.3°與1°之間。視實驗及/或模擬之結果而定，此偏角可更小或更大。在一些實施例中，如圖12所說明，可在朝向垂直於像素電極50之指狀物之軸線的方向上(例如，較接近0°)使下部液晶分子對準軸線110A自上部液晶分子對準軸線110B偏斜。如所說明，下部液晶分子對準軸線110A可具有大致82.7°之角度。
雖然圖12之實施例係關於用於O模式顯示器18操作之組態，但其他實施例可關於用於E模式操作之組態。舉例而言，下部偏光層68之軸線204可平行於上部液晶分子對準軸線110B，且上部偏光層66之軸線206可垂直於上部液晶分子對準軸線110B。
應理解，可組合以上參看圖11及圖12所描述之實施例。亦即，即使當下部液晶分子對準軸線110A自上部液晶分子對準軸線110B偏斜某一角度時，下部偏光層68之軸線204及上部偏光層66之軸線206中之一或兩者可自其與上部液晶分子對準軸線110B之預設組態偏斜某一角度。
視突起108之大小及效應而定，與圖11及圖12相關聯之實施例可導致由圖13之曲線圖210表示的像素42透射率與灰度電壓之單調函數。在曲線圖210中，縱座標212表示以吸光度單位(AU)為單位之透射率且橫座標214表示以伏特(V)為單位之灰度電壓。將橫座標210模型化為開始於0 V，因為將顯示器18模型化為能夠將0 V供應至像素電極50。然而，應理解，其他實施例可具有此等其他實施例可能能夠提供之其他最小電壓。
曲線216表示隨灰度電壓而變的通過像素142之透光度。如可自曲線216看出，隨灰度電壓而變的透射率實質上單調。因而，真實透射率最小值218可在顯示器18所能夠提供之最小電壓下開始。另一方面，若在與圖11及/或圖12相關聯之實施例中確實發生灰度反轉，且隨灰度電壓而變的通過像素42之透光度不單調，則可按諸如以上參看圖9及圖10所論述之方式選擇灰度級0電壓(G0)。
已藉由實例展示以上描述之特定實施例，且應理解，此等實施例可易於有各種修改及替代形式。應進一步理解，申請專利範圍並不意欲限於所揭示之特定形式，而是涵蓋屬於本發明之精神及範疇的所有修改、均等物及替代物。
10．．．電子裝置
12．．．處理器
14．．．記憶體
16．．．非揮發性儲存器
18．．．顯示器
20．．．輸入結構
22．．．輸入/輸出(I/O)介面
24．．．網路介面
26．．．電源
30．．．手持型裝置
32．．．外殼
34．．．耳機
36．．．電腦
38．．．外殼
40．．．顯示面板
42．．．單位像素
42a．．．單位像素
42b．．．單位像素
42c．．．單位像素
42d．．．單位像素
42e．．．單位像素
42f．．．單位像素
44．．．閘極線
46．．．源極線
48．．．薄膜電晶體(TFT)
50．．．像素電極
52．．．源極
54．．．閘極
56．．．汲極
58．．．源極驅動器積體電路(IC)
60．．．影像資料
62．．．閘極驅動器積體電路(IC)
64．．．時序資訊
66．．．上部偏光層
68．．．下部偏光層
70．．．背光組件
72．．．下部基板
74．．．薄膜電晶體(TFT)層
76．．．下部對準層
78．．．液晶層
82．．．上部對準層
86．．．彩色濾光片
88．．．黑光罩
92．．．上部基板
100．．．像素選擇
102．．．玻璃基板
104．．．共同電極
108．．．突起
110．．．液晶分子對準軸線
110A．．．下部液晶分子對準軸線
110B．．．上部液晶分子對準軸線
圖1為根據本發明之態樣的電子裝置之例示性組件之方塊圖；
圖2為根據本發明之態樣的手持型電子裝置之前視圖；
圖3為根據本發明之態樣的電腦之視圖；
圖4為根據本發明之態樣的LCD像素之切換及顯示電路之電路圖；
圖5為根據本發明之態樣的液晶顯示器(LCD)面板之像素之例示性層的分解圖；
圖6為根據本發明之態樣的LCD像素之一部分之示意圖；
圖7為根據本發明之態樣的模型化液晶指向矢變形之曲線圖，該變形隨遠離像素中之像素電極之深度而變；
圖8為根據本發明之態樣的模型化隨電壓而變的像素之透射率之曲線圖，該透射率隨電壓而變；
圖9及圖10為描述用於藉由選擇接近透射率最小值之灰階0電壓而致能高對比LCD面板的方法之實施例之流程圖；
圖11為根據本發明之態樣的具有自液晶分子對準軸線偏斜之偏光器以改良灰階電壓之單調性的像素之示意圖；
圖12為根據本發明之態樣的具有偏斜的頂部及底部液晶分子對準軸線以改良灰階電壓之單調性的像素之示意圖；及
圖13為根據本發明之態樣的模型化圖11或圖12之像素之透射率的曲線圖，該透射率隨灰階電壓而變。
(無元件符號說明)

Claims (16)

  1. 一種電子裝置，其包含：一液晶顯示器，其具有複數個像素，該複數個像素具有安置於互不對稱之兩個液晶對準層之間的一液晶材料，且具有分別在該兩個液晶對準層上方及下方之上部及下部偏光層，其中通過該複數個像素之透光度隨灰度電壓增加而單調增加，且其中：該液晶顯示器經組態以使用比該液晶顯示器之一最小灰度級0電壓能力高的一灰度級0電壓而操作；或該兩個液晶對準層之液晶分子對準軸線相互偏斜並非180度之一倍數的一偏角；或與該上部偏光層相關聯之一第一偏光軸線及與該下部偏光層相關聯之一第二偏光軸線中的至少一者不平行而且不垂直於該兩個液晶對準層之該等液晶分子對準軸線中之一者，以便防止或減少如果該第一偏光軸線及該第二偏光軸線之至少一者是平行或垂直於該第一液晶分子對準軸線或該第二液晶分子對準軸線時所發生的灰度級反轉；或上述情況之任一組合。
  2. 如請求項1之電子裝置，其中該液晶顯示器之該兩個液晶對準層中之至少一者不平坦。
  3. 如請求項1之電子裝置，其中該液晶顯示器之該兩個液晶對準層中之一第一者平坦，且該液晶顯示器之該兩個液晶對準層中之一第二者不平坦，其中該液晶材料之一 液晶指向矢方位角對準於與該兩個液晶對準層中之該第一者相關聯的一第一液晶分子對準軸線，但不對準於與該兩個液晶對準層中之該第二者相關聯的一第二液晶分子對準軸線。
  4. 一種電子顯示器，其包含：一像素，該像素包含：一下部偏光層，其經組態以在一第一偏光軸線上對光進行偏光；一下部液晶對準層，其安置於該下部偏光層上方，且經組態以在無一電場之情況下通常沿著一第一液晶分子對準軸線對準液晶分子；一液晶層，其安置於該下部液晶對準層上方，包括該等液晶分子；一上部液晶對準層，其安置於該液晶層上方，且經組態以在無一電場之情況下通常沿著一第二液晶分子對準軸線對準液晶分子，其中該第二液晶分子對準軸線等於該第一液晶分子對準軸線或與該第一液晶分子對準軸線相差180度；及一上部偏光層，其安置於該上部液晶對準層上方，且經組態以在一第二偏光軸線上對光進行偏光；其中該第一偏光軸線及該第二偏光軸線中之至少一者不平行而且不垂直於該第一液晶分子對準軸線或該第二液晶分子對準軸線，以便防止或減少如果該第一偏光軸線及該第二偏光軸線之至少一者是平行或垂直 於該第一液晶分子對準軸線或該第二液晶分子對準軸線時所發生的灰度級反轉。
  5. 如請求項4之電子顯示器，其中不平行而且不垂直於該第一液晶分子對準軸線或該第二液晶分子對準軸線的該第一偏光軸線及該第二偏光軸線中之該至少一者自平行於或垂直於該第一液晶分子對準軸線或該第二液晶分子對準軸線的組態偏斜一角度，該角度經組態以使該像素在無一電場之情況下透射的光之一量與當該第一偏光軸線及該第二偏光軸線皆平行於或垂直於該第一液晶分子對準軸線及該第二液晶分子對準軸線時該像素在無該電場之情況下將透射的光之一量相比有所減少。
  6. 如請求項4之電子顯示器，其中不平行於而且不垂直於該第一液晶分子對準軸線或該第二液晶分子對準軸線的該第一偏光軸線及該第二偏光軸線中之該至少一者自平行於或垂直於該第一液晶分子對準軸線或該第二液晶分子對準軸線的組態偏斜一小於五度之角度。
  7. 如請求項4之電子顯示器，其中不平行於而且不垂直於該第一液晶分子對準軸線或該第二液晶分子對準軸線的該第一偏光軸線及該第二偏光軸線中之該至少一者自平行於或垂直於該第一液晶分子對準軸線或該第二液晶分子對準軸線的組態偏斜一大於0.3度且小於1度之角度。
  8. 如請求項4之電子顯示器，其中該下部液晶對準層包含至該液晶層內之突起，且其中當該液晶顯示器經組態以在一O模式下操作時，該第一偏光軸線在一朝向更平行 於該等突起之方向上自平行於該第一液晶分子對準軸線或該第二液晶分子對準軸線的組態偏斜。
  9. 如請求項4之電子顯示器，其中該下部液晶對準層包含至該液晶層內之突起，且其中當該液晶顯示器經組態以在一O模式下操作時，該第二偏光軸線在一朝向更垂直於該等突起之方向上自垂直於該第一液晶分子對準軸線或該第二液晶分子對準軸線的組態偏斜。
  10. 如請求項4之電子顯示器，其中該下部液晶對準層包含至該液晶層內之突起，且其中當該液晶顯示器經組態以在一E模式下操作時，該第一偏光軸線在一朝向更垂直於該等突起之方向上自垂直於該第一液晶分子對準軸線或該第二液晶分子對準軸線的組態偏斜。
  11. 如請求項4之電子顯示器，其中該下部液晶對準層包含至該液晶層內之突起，且其中當該液晶顯示器經組態以在一E模式下操作時，該第二偏光軸線在一朝向更平行於該等突起之方向上自平行於該第一液晶分子對準軸線或該第二液晶分子對準軸線的組態偏斜。
  12. 如請求項4之電子顯示器，其中該下部液晶對準層與該上部液晶對準層不對稱。
  13. 一種液晶顯示器，其包含：一像素，該像素包含：一第一液晶對準層，其具有一第一液晶分子對準軸線；一第二液晶對準層，其具有一第二液晶分子對準軸 線，其中該第二液晶分子對準軸線自該第一液晶分子對準軸線偏斜並非180度之一倍數的一偏角，以便防止或減少如果該第二液晶分子對準軸線沒有自該第一液晶分子對準軸線偏斜並非180度之一倍數的一偏角時所發生的灰度級反轉；及一液晶層，其安置於該第一液晶對準層與該第二液晶對準層之間；其中該第一液晶對準層或該第二液晶對準層或其一組合至少部分不平坦。
  14. 如請求項13之顯示器，其中該第一液晶對準層或該第二液晶對準層或其一組合包括至該液晶層內之複數個突起。
  15. 如請求項14之顯示器，其中該複數個突起由在該第一液晶對準層或該第二液晶對準層或其該組合下方的像素電極之指狀物或一共同電極引起。
  16. 如請求項13之顯示器，其中該第一液晶對準層平坦，且其中該像素包含一第一偏光層，該第一偏光層具有一垂直於或平行於該第一液晶分子對準軸線之軸線。
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