TWI465805B - 顯示裝置 - Google Patents

Description

顯示裝置

本發明是有關於一種顯示裝置，且特別是有關於一種液晶顯示裝置。

隨著顯示科技的蓬勃發展，消費大眾對於顯示器顯像品質的要求越來越高。消費大眾除了對顯示器之解析度(resolution)、對比(contrast ratio)、視角(viewing angle)、灰階反轉(grey level inversion)、色飽和度(color saturation)之規格有所要求外，對顯示器之反應時間(response time)之規格要求亦日漸提高。

為了因應消費大眾之需求，顯示器相關業者紛紛投入具有快速應答特性之藍相(blue phase)液晶顯示器的開發。以藍相(blue phase)液晶材料為例，一般需要橫向電場來進行操作以使其具有光閥之功能。目前已經有人採用共面轉換IPS(In-Plane Switching)顯示模組之電極設計來驅動藍相(blue phase)液晶顯示器中的藍相液晶分子。

然而，在典型的IPS顯示模組之電極設計中，其電極上方有許多區域不具有橫向電場，而使得藍相液晶顯示器中有許多液晶分子無法被順利驅動，進而導致顯示模組的穿透率偏低。如果為了提高IPS顯示模組之穿透率而提高驅動電壓，雖可使穿透率提升，但是所衍生的問題就是過於耗電。因此，如何改善藍相液晶顯示器中之低穿透率以及高驅動電壓的問題，實為研發者所欲解決的問題。此外，藍相(blue phase)液晶顯示器的對比率以及視角仍需進一步的提升。

本發明提供一種顯示裝置，其可以解決傳統將藍相液晶應用於IPS顯示模組時所存在的低穿透率以及高驅動電壓的問題。

本發明提出一種顯示裝置，其包括光源模組、顯示模組、導向光學膜、第一補償膜以及第二補償膜。光源模組具有指向性光線。顯示模組設置在光源模組上方，此顯示模組包括第一基板、第二基板以及顯示介質。第一基板具有第一內表面以及第一外表面。第二基板位於第一基板的對向且具有第二內表面以及第二外表面。顯示介質位於第一基板與第二基板之間，其中顯示介質具有光學等向性(optically isotropic)，而顯示介質受電場驅動時具有光學異向性(optically anisotropic)，且指向性光線於進入顯示模組時，指向性光線不垂直於第一外表面，且指向性光線於射出顯示模組時，指向性光線不垂直於第二外表面。導向光學膜位於顯示模組之第二基板的第二外表面上且具有入光面以及出光面，指向性光線自入光面進入導向光學膜並自出光面射出以形成射出光線，其中射出光線與出光面間具有夾角。第一補償膜位於第一基板之第一外表面上。第二補償膜位於第二基板與導向光學膜之間。

本發明於顯示裝置的上偏光片以及下偏光片之間設置補償膜。補償膜的設置可以調整入射至顯示模組中的指向性光線的偏振態，使指向性光線的偏振態符合上偏光片的吸收軸的方向。如此一來，可以減少漏光現象的產生，以提高顯示裝置的對比率並增加顯示裝置的視角。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是根據本發明一實施例之顯示裝置的剖面示意圖。請參照圖1，本實施例之顯示裝置100包括顯示模組P、光源模組B以及導向光學膜25。

顯示模組P包括第一基板21b、第二基板21a以及顯示介質20。

第一基板21b具有內表面S1以及外表面S2，且第一基板21b之內表面S1上設置有畫素陣列22b。第一基板21b之材質可為玻璃、石英、有機聚合物、或是其它可適用的材料。根據本實施例，畫素陣列22b包括多條掃描線、多條資料線以及多個畫素單元，其中每一畫素單元包括主動元件以及與主動元件電性連接的畫素電極，且畫素單元之主動元件與對應的一條資料線以及對應的一條掃描線電性連接。上述之主動元件可為底部閘極型薄膜電晶體或頂部閘極型薄膜電晶體。

第二基板21a位於第一基板21b的對向，第二基板21a具有內表面S3以及外表面S4，且第二基板21a之內表面S3上設置有對向電極22a。類似地，第二基板21a之材質可為玻璃、石英、有機聚合物、或是其它可適用的材料。對向電極22a是全面地覆蓋在第二基板21a之內表面S3。根據本實施例，對向電極22a為透明電極，其材質包括金屬氧化物，其例如是銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鍺鋅氧化物、或其它合適的金屬氧化物、或者是上述至少二者之堆疊層。

值得一提的是，在上述第一基板21b或第二基板21a上還可進一步設置彩色濾光陣列，以使得顯示模組P可顯示彩色影像。然，本發明不限於此。

顯示介質20是位於第一基板21b之畫素陣列22b與第二基板21a之對向電極22a之間。特別是，所述顯示介質20在無電場之環境之下具有光學等向性質(optically isotropic)，如圖2A所示。而當顯示介質20在有垂直電場201之環境之下則具有光學異向性質(optically anisotropic)，如圖2B所示。換言之，當畫素陣列22b與對向電極22a之間無電場產生時，顯示介質20是呈現光學等向性質。當畫素陣列22b與對向電極22a之間形成有垂直電場201時，顯示介質20是呈現光學異向性質。根據本實施例，上述之顯示介質20包括藍相液晶，其例如是聚合物穩定型藍相液晶(polymer-stabilized blue phase liquid crystals)或是聚合物穩定型等向相液晶(polymer-stabilized isotropic phase liquid crystals)等等。由於顯示介質20是透過電場的形成而使顯示介質20在光學等向性與光學異向性之間轉換，以使顯示介質20發揮光閥之作用，因此此種顯示介質20的反應速度相較於傳統向列型液晶分子之扭轉反應速度要快上許多。

光源模組B設置在顯示模組P之第一基板21b之外表面S2的下方，其產生指向性光線281，其中指向性光線281係指具有特定的投光方向及光特定的光束角度，在本實施例中指向性光線281係僅集中在特定的範圍內，亦即具有方向性，而非傳統一般散射性光源，其光線係向四面擴散，不具任何方向性。上述之光源模組B例如是側邊入光式光源模組，其包括導光板26a以及光源26b。當然，光源模組B還可進一步包括光學膜片組、框架等等元件。本實施例之光源模組B是以側邊入光式光源模組為例來說明，然本發明不限於此，根據其他實施例，光源模組B還可以是其他種形式之光源模組，例如是直下式光源模組。

承上所述，由於顯示介質20在有電場之環境時具有光學異向性質。因此，當於顯示模組P之畫素陣列22b與對向電極22a之間形成垂直電場201時，顯示介質20除了呈現光學異向性質之外，顯示介質20還會順著垂直電場201而呈現直立式排列，如圖1以及圖2B所示。為了使直立式排列的光學異向性顯示介質20對於來自光源模組B之光線具有雙折射性，本實施例對光源模組B之光線的傳遞方向做了特殊的設計，如下所述。

根據本實施例，光源模組B所產生的指向性光線281於射入顯示模組P時具有入射方向D1，且入射方向D1與第一基板21b之外表面S2彼此不相互垂直。換言之，光源模組B所產生的指向性光線281並非垂直地射入顯示模組P中，而是以特定的傾斜角度射入顯示模組P中。要使光源模組B所產生的指向性光線281以特定的傾斜角度射出光源模組B，可以透過於導光板26a上設計特殊的光學微結構，或者是在導光板26a上設置一層具有特殊的光學微結構之光學膜片。如此一來，便能使光源26b所產生的光線於通過導光板26a(或光學膜片)時，能使得光線的傳遞方向產生改變，以達到使光源模組B所產生的指向性光線281以特定的傾斜角度射出之目的。根據本實施例，由於光源模組B所產生的指向性光線281是以特定的傾斜角度射出，因此指向性光線281之入射方向D1與第一基板21b之外表面S2之間之夾角θ1例如是5度～45度。換言之，光源模組B所產生的指向性光線281的傾斜角度θ1’例如是45度～85度。所述之傾斜角度θ1’指的是指向性光線281之入射方向D1與垂直軸線V之間的夾角。

承上所述，當指向性光線281以傾斜角度θ1’射入顯示模組P之後，便形成了指向性光線282，而於顯示模組P內的指向性光線282仍維持相同的方向前進以貫穿顯示介質20。換言之，光源模組B所產生的指向性光線281於射入顯示介質20時為指向性光線282，且指向性光線282具有入射方向D2，且入射方向D2與第一基板21b之內表面S1彼此不相互垂直。因此，指向性光線282之入射方向D2與第一基板21b之內表面S1之間之夾角θ不等於90度。根據本實施例，指向性光線282之入射方向D2與第一基板21b之內表面S1之間之夾角θ例如是5度～45度。

之後，當指向性光線282於通過顯示介質20並穿出第二基板21a之後，指向性光線282會被導向光學膜25導向成具有射出方向D3之射出光線283，且所述射出方向D3與導向光學膜25之表面(射出面)實質上夾有60度至120度之夾角。在本實施例中，射出光線283是垂直地射出導向光學膜25，因此射出方向D3與導向光學膜25之表面(射出面)實質為90度之夾角，以使得使用者之眼睛29接收到之射出光線283為正向光。故，由於射出光線283之射出方向D3與導向光學膜25之表面(射出面)之間之夾角θ2實質上等於90度。

在本實施例中，為了使指向性光線281於進入顯示介質20之前盡量維持相同的前進/傳遞方向，可進一步在第一基板21b之外表面S2上設置第一光學膜24b。另外，為了使指向性光線282於離開顯示介質20之後盡量維持相同的前進/傳遞方向，可進一步在第二基板21b之外表面S4上設置第二光學膜24a。

請同時參照圖1以及圖4A、圖4B，第一光學膜24b是設置在第一基板21b之外表面S2上。特別是，第一光學膜24b具有多個第一光學結構T1，且第一光學結構T1可使指向性光線281於通過時實質上不產生全反射，亦即，指向性光線281於通過第一光學膜24b之第一光學結構T1時是直接穿透。倘若指向性光線281於通過第一光學膜24b之第一光學結構T1時是直接穿透而不產生全反射或是其他折射，那麼第一光學膜24b對於指向性光線281的耗損可以減至最低，亦即避免指向性光線281因為反射而耗損在空氣與第一基板21b之界面。如此指向性光線281便可以盡可能地以相同的傳遞方向通過第一光學膜24b。

根據本實施例，第一光學膜24b具有第一表面S5以及相對於第一表面S5的第二表面S6，第一表面S5是面向光源模組B，第二表面S6是面向第一基板21b之外表面S2，且第一光學結構T1是位於第一表面S5上。換言之，本實施例之第一光學膜24b之第二表面S6是平坦之平面，但本發明不限於此。另外，第一光學膜24b之第一表面S5上之第一光學結構T1可使得光源模組B之指向性光線281盡可能地直接穿透第一光學膜24b。

根據本實施例，上述之第一光學結構T1為凹槽結構，其具有第一側壁W1以及第二側壁W2，如圖4A所示。指向性光線281於通過第一光學膜24b時之入射向方向D1與第一側壁W1實質上垂直，且入射向方向D1與第二側壁W2實質上平行。更詳細來說，在本實施例之第一光學結構(凹槽結構)T1中，凹槽結構T1之第一側壁W1為短側壁且第二側壁W2為長側壁，且短側壁W1與指向性光線281之入射向方向D1實質上垂直。另外，第一光學膜24b之折射率與第一基板21b之折射率相近。如此一來，指向性光線281於通過第一光學結構(凹槽結構)T1時，指向性光線281於短側壁W1可直接穿透而不產生全反射或折射，以使指向性光線281能夠盡可能地直接穿透第一光學膜24b。在本實施例中，第一光學結構(凹槽結構)T1的凹槽寬度p1約為5微米～100微米。第一光學結構(凹槽結構)T1的第一側壁W1與垂直軸線V之間夾角θ4約為5度～45度。第一光學結構(凹槽結構)T1的第二側壁W2與垂直軸線V之間夾角θ3約為45度～85度。

接著，請同時參照圖1以及圖5A、圖5B，第二光學膜24a是設置在第二基板21a之外表面S4上。特別是，第二光學膜24a具有多個第二光學結構T2，且第二光學結構T2可使指向性光線282於通過時實質上不產生全反射，亦即，指向性光線282於通過第二光學膜24a之第二光學結構T2時是直接穿透。倘若指向性光線282於通過第二光學膜24a之第二光學結構T2時是直接穿透而不產生全反射，那麼第二光學膜24a對於指向性光線282的耗損可以減至最低，亦即避免指向性光線282因為反射而耗損在空氣與第二光學膜24a之界面。如此指向性光線282便可以盡可能地以相同的傳遞方向射出第二光學膜24a。

根據本實施例，第二光學膜24a具有第一表面S7以及相對於第一表面S7的第二表面S8，第一表面S7是面向第二基板21a之外表面S4，且第二光學結構T2是位於第二表面S8上。換言之，第二光學膜24a之第一表面S7是平坦之平面，但本發明不限於此。而第二光學膜24a之第二表面S8上之第二光學結構T2可使得指向性光線282盡可能地直接穿透第二光學膜24a。

根據本實施例，上述之第二光學結構T2為凹槽結構，其具有第一側壁W3以及第二側壁W4，如圖5A所示。指向性光線282於通過第二光學膜24a時之入射向方向D2與第一側壁W3垂直，且第三入射向方向D2與第二側壁W4平行。更詳細來說，在本實施例之第二光學結構(凹槽結構)T2中，第一側壁W3為短側壁且第二側壁W4為長側壁，且短側壁W3與指向性光線282之入射向方向D2實質上垂直。另外，第二光學膜24a之折射率與第二基板21a之折射率相近。如此一來，指向性光線282於通過第二光學結構(凹槽結構)T2時，指向性光線282於短側壁W3可直接穿透而不產生全反射或折射，以使指向性光線282盡可能地直接穿透第二光學膜24a。在本實施例中，第二光學結構(凹槽結構)T2的凹槽寬度p2約為5微米～100微米。第二光學結構(凹槽結構)T2的第一側壁W3與垂直軸線V之間夾角θ6約為5度～45度。第二光學結構(凹槽結構)T2的第二側壁W4與垂直軸線V之間夾角θ5約為45度～85度。

之後，請同時參照圖1以及圖6A、圖6B，導向光學膜25是設置在第二光學膜24a上。導向光學膜25具有多個導向光學結構T3，且導向光學結構T3可使所述指向性光線282於導向光學結構T3上實質上產生全反射而形成射出光線283，以使射出光線283於穿出導向光學膜25之後之射出方向D3與導向光學膜25之表面(射出面)S10之間具有60～120度之夾角。在本實施例中，射出光線283於穿出導向光學膜25之後之射出方向D3與導向光學膜25之表面(射出面)S10之間是實質上相互垂直。換言之，指向性光線282在導向光學膜25之導向光學結構T3上是盡可能地產生全反射而形成射出光線283。換言之，導向光學膜25之導向光學結構T3的設計主要是要將自光源模組B射出的指向性光線281、282於通過導向光學膜25之後導正其傳遞/前進方向。如此便能使射出光線283能垂直地射出導向光學膜25，以使使用者的眼睛20接收。

根據本實施例，導向光學膜25具有第一表面S9(又稱之為入光面)以及相對於第一表面S9的第二表面S10(又可稱為出光面)，第一表面S9是面向第二基板21a之外表面S4，且導向光學結構T3是位於第一表面S9上。換言之，導向光學膜25之第二表面S10是平坦之平面，但本發明不限於此。而導向光學膜25之第一表面S9上之導向光學結構T3可使得指向性光線282盡可能地產生全反射以形成射出光線283。

根據本實施例，導向光學結構T3為凹槽結構，其具有第一側壁W5以及第二側壁W6，如圖6A所示。在本實施例中，凹槽結構T3之第一側壁W5以及第二側壁W6皆為平面側壁。更詳細來說，在本實施例之光學結構(凹槽結構)T3中，第一側壁W5與垂直軸線V之間夾角θ7約為5度～60度，第二側壁W6與垂直軸線V之間夾角θ8約為15度～45度。因此，當指向性光線282射至光學膜片25時，指向性光線282可於導向光學結構T3之第一側壁W5產生全反射以形成射出光線283，而使得射出光線283能垂直地射出導向光學膜25。此外，在本實施例中，光學結構(凹槽結構)T3的凹槽寬度p3約為5微米～100微米。

圖7繪示了光源模組B之指向性光線281、282於通過第一光學膜24b、第二光學膜24a以及通過導向光學膜25形成射出光線283之光路，為了清楚地繪示出指向性光線281、指向性光線282、射出光線283分別於通過第一光學膜24b、第二光學膜24a以及導向光學膜25之光路，圖7僅繪示出第一光學膜24b、第二光學膜24a以及導向光學膜25，即省略繪示顯示模組P及其他膜層。

承上所述，如圖7所示，指向性光線281於通過第一光學膜24b時是盡可能地直接穿透而不產生全反射或折射。接著，指向性光線282於通過第二光學膜24a時也是盡可能地直接穿透而不產生全反射或折射。之後，指向性光線282在導向光學膜25之導向光學結構T3上是盡可能地產生全反射，以形成射出光線283。透過上述第一光學膜24b、第二光學膜24a以及導向光學膜25之設置，便可使得光源模組B之光線以斜向方向入射顯示模組P，再以正向方向射出導向光學膜25。

請再參照圖1，本實施例之顯示裝置100除了上述顯示模組P、光源模組B以及導向光學膜25之外，還可進一步包括下偏光片23b以及上偏光片23a。下偏光片23b設置在第一基板21b與第一光學膜24b之間，且上偏光片23a設置在第二基板21a與第二光學膜24a之間。下偏光片23b以及上偏光片23a可採用雙色性聚合物薄膜(dichroic polymer films)，其例如是聚乙烯醇類之薄膜(polyvinyl-alcohol-based film)。下偏光片23b之傳送軸(transmission axis與上偏光片23a之傳送軸(transmission axis)之間的角度可為5度至175度。

此外，為了使顯示模組P具有更佳的顯示品質，本實施例之顯示模組P更包括補償膜231以及擴散膜27。補償膜231是設置在下偏光片23b以及上偏光片23a之間。在本實施例中，補償膜231是設置在下偏光片23b與第一基板21b之間為例來說明。換言之，補償膜(未繪示)也可以設置在上偏光片23a與第二基板21a之間，或者是在下偏光片23b與第一基板21b之間設置補償膜231並且在上偏光片23a與第二基板21a之間設置補償膜(未繪示)。設置補償膜231可以增加顯示模組P之對比表現以及增加顯示模組P之視角。此外，擴散膜27是設置在上偏光片23a之上方，以使射出光線283於通過時產生擴散作用，進而使顯示模組P具有較佳的顯示品質。然，本發明不限制必須使用擴散膜27。

承上所述，由於本實施例之顯示模組P之顯示介質20是透過畫素陣列22b與對向電極22a之間的垂直電場201來驅動，因此可以解決傳統IPS顯示模組採用橫向電場驅動藍相液晶時所存在的低穿透率以及高驅動電壓的問題。此外，由於本實施例之光源模組B所產生的指向性光線281以及指向性光線282於射入顯示介質20時之入射方向D2與第一基板21b之表面不相互垂直，因此能使顯示介質20被驅動成光學異向性時相對於光源模組B之指向性光線282仍具有雙折射性質，進而使顯示模組P能夠顯示影像。

在上述圖1之實施例中，上偏光片23a是設置在第二基板21a與第二光學膜24a之間。如此一來，可以使得指向性光線282偏振態比較不會受到第二光學膜24a以及導向光學膜25的影響。但是，本發明不限於此。根據其他實施例，上偏光片23a也可以設置在第二光學膜24a或是導向光學膜25的上方，如圖3A所示。

另外，根據另一實施例，顯示模組P中也可以省略第二光學膜24b，如圖3B所示。如此一來，可以使得指向性光線282偏振態比較不會受到第二光學膜24a的影響。但是，本發明不限於此。

另外，在上述圖1之實施例中，顯示模組P之光學膜片25是採用如圖6A以及圖6B所示之結構。然而，本發明不限於此。根據其他實施例，顯示裝置100之光學膜片25還可以採用其他種形式或結構，如下所述。

圖8A是根據本發明另一實施例之顯示裝置中之光學膜之剖面示意圖。圖8B是圖8A之光學膜的立體示意圖。請參照圖8A以及圖8B，本實施例之導向光學膜25之導向光學結構T3’為凹槽結構，光學結構(凹槽結構)T3之第一側壁W5’為曲面側壁，且光學結構(凹槽結構)T3’之第二側壁W6’為平面側壁。因此，當指向性光線282射至光學膜片25時，指向性光線282可於導向光學結構T3之第一側壁(曲面側壁)W5’產生全反射而形成射出光線283，而使得射出光線283能垂直地射出導向光學膜25。特別是，由於第一側壁W5’為曲面側壁，因此指向性光線282除了於第一側壁(曲面側壁)W5’產生全反射以形成射出光線283之外，有一部分產生全反射的射出光線283被反射至第一側壁(曲面側壁)W5’上之後，因入射角度小於全反射角，而以折射的形式射出光學膜片25。因此，如果光學結構(凹槽結構)T3’之第一側壁W5’是採用曲面側壁的結構，將可以使得射出光線283之射出方向與射出面具有60度～120度之夾角，亦即射出光線283可以發散形式射出，以使得影像品質較佳。類似地，在本實施例中，光學結構(凹槽結構)T3’的凹槽寬度p4約為5微米～100微米。

在上述圖8A以及圖8B之實施例中，導向光學膜25之所有導向光學結構T3’的曲面側壁W5’之曲率半徑都相同，因此，圖8A以及圖8B之實施例之導向光學膜25之每一個導向光學結構T3’都是相同的凹槽圖案。然而，本發明不限於此，根據其他實施例，導向光學膜25之光學結構也可以是不完全相同的圖案，如圖9A以及圖9B所示。

圖9A是根據本發明另一實施例之顯示裝置中之光學膜之剖面示意圖。圖9B是圖9A之光學膜的立體示意圖。請參照圖9A以及圖9B，在本實施例中，導向光學膜25之每一個導向光學結構T3’具有一個平面側壁以及一個曲面側壁，但所述導向光學結構T3’之曲面側壁曲率側壁之曲率半徑不完全相同。例如，本實施例之導向光學結構T3’的曲面側壁W5’之曲率半徑不同於曲面側壁W5”之曲率半徑，且具有較大曲率半徑之曲面側壁W5’之導向光學結構T3’以及具有較小曲率半徑之曲面側壁W5”之導向光學結構T3’是彼此交替設置。

圖10A是根據本發明另一實施例之顯示裝置中之光學膜之剖面示意圖。圖10B是圖10A之光學膜的立體示意圖。請參照圖10A以及圖10B，在本實施例中，導向光學膜25之每一個導向光學結構T3’具有一個平面側壁以及一個曲面側壁，且每一個導向光學結構T3’之曲面側壁有多個曲率半徑，而且越靠近凹槽結構T3’之底部的曲面側壁之曲率半徑逐漸變小。舉例來說，導向光學膜25之凹槽結構T3’之第一側壁為曲面側壁，其包括曲面側壁W5-1以及曲面側壁W5-2，且曲面側壁W5-1之曲率半徑小於曲面側壁W5-2之曲率半徑。在此，為了清楚的說明，本實施例是以兩個不同曲率之曲面側壁W5-1與W5-2為例來說明，然事實上導向光學膜25之凹槽結構T3’之第一側壁為連續曲面。

承上所述，當指向性光線282射至導向光學膜25時，指向性光線282除了於曲面側壁W5-1、W5-2產生全反射以形成射出光線283之外，部分射出光線283可進一步被反射至曲面側壁W5-1上之後再以折射的形式射出光學膜片25。由於越靠近凹槽結構T3’之底部的曲面側壁W5-1之曲率半徑越小，因而曲面側壁W5-1之切線與射出光線283之傳遞方向之間的夾角就越小，如此便能使的射出光線283被反射至該處之後較容易產生折射而射出光學膜片25。換言之，具有較小曲率半徑之曲面側壁W5-1可使更多的射出光線283於此產生折射而射出光學膜片25。換言之，圖10A及圖10B之導向光學膜25之光發散的角度以及分佈會比圖8A及圖8B之實施例來得更大且更廣。

圖11及圖12是根據本發明數個實施例之顯示裝置的剖面示意圖。圖11以及圖12之實施例與上述圖1之實施例相似，因此相同的元件以相同的符號表示，且不再重複說明。圖11之實施例與圖1之實施例不同之處在於，畫素陣列221b具有配向狹縫圖案60，且在對向電極221a上設置有配向突起圖案70。在畫素陣列221b設置配向狹縫圖案60以及對向電極221a上設置配向突起圖案70可以使得垂直電場202的分佈產生變化，進而達到對顯示介質20產生多域配向之作用。類似地，圖12之實施例與圖1之實施例不同之處在於，畫素陣列221b具有配向狹縫圖案60，且對向電極221a具有配向狹縫圖案80。在畫素陣列221b設置配向狹縫圖案60以及在對向電極221a設置配向狹縫圖案80同樣可以使得垂直電場202的分佈產生變化，進而達到對顯示介質20產生多域配向之作用。

上述圖11以及圖12之實施例是在畫素陣列221b以及對向電極221a上設置配向圖案(例如是配向狹縫圖案或配向突起圖案)，然本發明不限於此。根據其他實施例，也可以僅在畫素陣列221b設置配向圖案(例如是配向狹縫圖案或配向突起圖案)，或者是僅在對向電極221a設置配向圖案(例如是配向狹縫圖案或配向突起圖案)。此外，於畫素陣列221b以及對向電極221a上之配向圖案之組合也不限於圖11與圖12之實施例。換言之，也可以於畫素陣列221b設置配向突起圖案且對向電極221a上設置配向狹縫圖案，或者是於畫素陣列221b設置配向突起圖案且對向電極221a上設置配向突起圖案。

為了說明本發明之顯示裝置相較於傳統IPS顯示裝置來說具有較低的驅動電壓以及較佳的穿透度，以下以數個實例來與傳統IPS顯示裝置作比較。

驅動電壓之比較I

圖13是以傳統IPS顯示模組之橫向電場驅動藍相液晶的電壓與穿透度之關係圖。請參照圖13，圖13之橫軸表示電壓(V)，且縱軸表示顯示模組之穿透度。由圖13可知，以傳統IPS顯示模組驅動藍相液晶時，其驅動電壓需高達52V才具有較佳的穿透度，也就是，當驅動電壓需達52V時可使顯示模組具有克爾常數值(Kerr constant)為12.68nm/V² 。

圖14A以及圖14B是以本發明之顯示裝置之垂直電場驅動藍相液晶的電壓與光線角度之關係圖。圖14A以及圖14B之橫軸表示光源模組之光線的傾斜角度(也就是圖1所示之角度θ1’)，且縱軸表示電壓(V)。

請先參照圖14A，此顯示裝置中之顯示模組的顯示介質厚度(又稱晶胞間隙)為3.5微米，且圖14A之顯示模組具有克爾常數值(Kerr constant)為12.68nm/V² 。由圖14A可知，圖14A之顯示模組所需的驅動電壓(15V以下)遠低於圖13之IPS顯示模組的驅動電壓(52V)。此外，在圖14A之顯示裝置中，當光源模組之光線的傾斜角度越大時，其驅動電壓越小。

請先參照圖14B，此顯示裝置中之顯示模組的顯示介質厚度(又稱晶胞間隙)為5微米，且圖14B之顯示模組同樣具有克爾常數值(Kerr constant)為12.68nm/V² 。由圖14B可知，圖14B之顯示模組所需的驅動電壓(18V以下)，其仍遠低於圖13之IPS顯示模組的驅動電壓(52V)。類似地，在圖14B之顯示裝置中，當光源模組之光線的傾斜角度越大時，其驅動電壓越小。

驅動電壓之比較II

圖15是以傳統IPS顯示模組之橫向電場驅動藍相液晶的電壓與穿透度之關係圖。請參照圖15，圖15之橫軸表示電壓(V)，且縱軸表示顯示模組之穿透度。在圖15中，是以633nm的雷射光線作為光源模組之光線，且所述雷射光線是以垂直方向射入IPS顯示模組中。由圖15可知，當驅動電壓高達193 Vrms時可使顯示模組具有最大的穿透度。

圖16以本發明之顯示裝置之垂直電場驅動藍相液晶的電壓與穿透度之關係圖。請參照圖16，圖16之橫軸表示電壓(V)，且縱軸表示顯示模組之穿透度。在圖16中，是以633nm的雷射光線作為光源模組之光線，t表示顯示介質厚度(又稱晶胞間隙)，且θ表示光源模組之光線傾斜角度(也就是圖1所示之角度θ1’)。由圖16可知，在不同的介質厚度(又稱晶胞間隙)與不同的光線傾斜角度之組合之下，可得到四種電壓與穿透度之關係曲線。然，在上述四曲線中，要使顯示模組具有最高穿透度之條件下所需的驅動電壓都遠小於傳統IPS顯示模組所需的驅動電壓(193 Vrms)。

磁滯現象(Hysteresis)之比較

一般藍相液晶存在有磁滯現象，而當將藍相液晶應用在顯示裝置之顯示介質時，通常需要抑制或是降低其磁滯現象，以避免藍相液晶之遲滯現象影響顯示模組之灰階的操控準確度。

圖17是以傳統IPS顯示模組之橫向電場驅動藍相液晶之遲滯現象的量測結果。圖18是以本發明之顯示裝置之垂直電場驅動藍相液晶之遲滯現象的量測結果。一般來說，藍相液晶之遲滯現象的量測方法是，逐漸向上升壓以量測出電壓與穿透度曲線M、M’，並且逐漸向下降壓以量測電壓與穿透度曲線N、N’。然後計算出兩曲線M、N(M’、N’)在一半穿透度之條件下兩者之電壓差。倘若兩曲線M、N(M’、N’)之電壓差越大表示藍相液晶之遲滯現象越明顯。反之，倘若兩曲線M、N(M’、N’)之電壓差越小表示藍相液晶之遲滯現象越小。

由圖17以及圖18可知，以傳統IPS顯示模組之橫向電場驅動藍相液晶之遲滯現象較高，因為曲線M、N(圖17)在一半穿透度之條件下之電壓差明顯大於曲線M’、N’(圖18)在一半穿透度之條件下之電壓差。

顯示介質厚度對於驅動電壓之影響

圖19是本發明之顯示裝置之顯示介質厚度與電壓之間的關係圖。圖19之橫軸表示顯示介質的厚度(或稱晶胞間隙)，且縱軸表示電壓(V)。在圖19中，是以550nm的雷射光線作為光源模組之光線，θ表示光源模組之光線傾斜角度(也就是圖1所示之角度θ1’)，且圖19之四曲線皆為可使顯示模組具有克爾常數值(Kerr constant)為10.2 nm/V² 。由圖19可知，當顯示介質的厚度(或稱晶胞間隙)越小時，所需的驅動電壓也就越小。

圖20是本發明之顯示裝置在不同顯示介質之厚度條件下，其電壓與穿透率之間的關係圖。圖20之橫軸表示電壓(V)，且縱軸表示穿透度。在圖20中，顯示介質的厚度(或稱晶胞間隙)分別為1、2、5微米，且其是以550nm的雷射光線作為光源模組之光線，而且光源模組之光線傾斜角度為70度(也就是圖1所示之角度θ1’)。由圖20可知，本發明之顯示裝置之驅動電壓與顯示介質的厚度有關。

承上所述，由於本發明之顯示模組是於畫素陣列以及電極層之間產生垂直電場以驅動顯示模組之顯示介質。特別是，由於光源模組所產生的光線於射入顯示介質時之入射方向與第一基板之內表面不相互垂直，因此能使顯示介質被驅動成光學異向性時相對於光源模組之光線仍具有雙折射性質。基於上述，因本發明之顯示裝置可以採用垂直電場來驅動所述顯示介質，因此可以解決傳統採用橫向電場驅動藍相液晶時所存在的低穿透率以及高驅動電壓的問題。

此外，本發明之顯示裝置更可以包括多個補償膜，並藉由多個補償膜的設置來增加顯示裝置的顯示品質。以下將列舉第一實施例至第七實施例來說明設置補償膜之優點。須說明的是，下列實施例中的顯示裝置與上述圖1之實施例相似，因此相同的元件以相同的符號表示，且不再重複說明，省略的部分請參考前述實施例。以下將針對其不同之處作進一步的說明。

第一實施例

圖21是根據本發明第一實施例之顯示裝置的剖面示意圖。請參照圖21，顯示裝置100a與圖1之實施例的不同之處在於：顯示裝置100a包括第一補償膜28b以及第二補償膜28a，且未包括補償膜231。詳言之，第一補償膜28b位於第一基板21b之外表面S2上，第二補償膜28a位於第二基板21a與導向光學膜25之間。

在本實施例中，下偏光片23b位於第一基板21b之外表面S2上，上偏光片23a位於第二基板21a之外表面S4上。根據本實施例，下偏光片23b位於第一補償膜28b以及第一光學膜24b之間，上偏光片23a位於第二補償膜28a以及第二光學膜24a之間，且第二光學膜24a位於導向光學膜25以及上偏光片23a之間。根據本實施例，指向性光線282會依序經過下偏光片23b、第一補償膜28b、第二補償膜28a以及上偏光片23a。

根據本實施例，第一補償膜28b以及第二補償膜28a可用來調整位於顯示模組P中的指向性光線282的偏振態，並使指向性光線282的偏振態於調整後符合上偏光片23a之吸收軸的方向。據此，可以減少指向性光線282形成出射光線283時所產生的漏光現象，進一步提升顯示裝置100a於暗態的對比率(contrast ratio)。

為進一步說明第一補償膜28b以及第二補償膜28a的功效，以下將以龐加萊球(Poincarsphere)來說明第一補償膜28b以及第二補償膜28a的補償過程。在此之前，為清楚定義指向性光線281以及指向性光線282的方向，以及上偏光片23a、下偏光片23b、第一補償膜28b以及第二補償膜28a吸收軸角度，以下將使用偏振角Ψ(polar angle)以及定位角Φ作定義，詳細的說明如下。

圖22是根據本發明之顯示裝置中的光源模組以及顯示模組的立體示意圖。請參照圖22，以顯示模組P的中心為基準，任意方向D4於XY平面上的投影線與X方向的夾角即為定位角Φ。任意方向D4與Z方向之間的夾角即為偏振角Ψ。舉例而言，方向D5的偏振角Ψ為90度且定位角Φ為0度；方向D6的偏振角Ψ為90度且定位角Φ為90度；方向D7的偏振角Ψ為90度且定位角Φ為180度；方向D8的偏振角Ψ為90度且定位角Φ為270度。

圖23是根據本發明第一實施例之顯示裝置使用補償膜於暗態時之補償過程的龐加萊球示意圖。請參照圖23，當指向性光線282的偏振角Ψ為70度且方向角Φ為270度時，下偏光片23b與上偏光片23a之間有效角度改變，因此，指向性光線282的穿透態P₁ 與上偏光片23a的吸收軸的A₁ 狀態分離，造成漏光現象。根據本實施例，第一補償膜28b可以將指向性光線282的偏振態由P₁ 狀態旋轉至P₀ 狀態，第二補償膜28a可以將指向性光線282的偏振態由P₀ 狀態旋轉至A₁ 狀態。據此，當指向性光線282經過第一補償膜28b以及第二補償膜28a之後，指向性光線282的偏振態可以由P₁ 狀態旋轉至A₁ 狀態，因此可以避免漏光現象發生。

表一是顯示裝置100a中各構件的參數設定資料，其中Nz是折射率異向比，其計算式如下：

Nz=(n_x -n_z )/(n_x -n_y )

其中，n_x 為x軸折射率、n_y 為y軸折射率，n_z 為z軸折射率。d(nx-ny)為位相差值，入射光線即為指向性光線281。圖24是圖21之顯示裝置依表一參數設定所測之對比率等高線圖。

請參照圖24，由外側到內側的四條等高線分別表示對比率為100、200、500以及1000的等高線。從圖24可知，對比率大於1000:1的視角錐(viewing cone)大約是20度的，其中20度的視角錐在垂直電場轉換VFS(Vertical Field Switching)的藍相液晶顯示器中對於準直的指向性光線282來說是足夠的。為了廣化視角，可以使用前方擴散膜27或是曲型的導向光學膜25來散佈準直的背光源以達到廣視角。然，本發明不限於此。以下列舉其他參數設定以得到優化的對比率。

表二是顯示裝置100a中各構件的參數設定資料。圖25是圖21之顯示裝置依表二參數設定所測之對比率等高線圖。

圖25中對比率為1000:1的等高線的面積較圖24中對比率為1000:1的等高線的面積大。然而，較小的入射光線的偏振角會造成較高的驅動電壓。

表三是顯示裝置100a中各構件的參數設定資料。圖26是圖21之顯示裝置依表三參數設定所測之對比率等高線圖。

表四是顯示裝置100a中各構件的參數設定資料。圖27是圖21之顯示裝置依表四參數設定所測之對比率等高線圖。圖27顯示偏振角Ψ為70度且定位角Φ為270度的入射光線的優化的對比率之等高線。

表五是顯示裝置100a中各構件的參數設定資料。圖28是圖21之顯示裝置依表五參數設定所測之對比率等高線圖。圖28是偏振角Ψ為70度且定位角Φ為270度的入射光線的優化的對比率之等高線。

表六是顯示裝置100a中各構件的參數設定資料。圖29是圖21之顯示裝置依表六參數設定所測之對比率等高線圖。圖29顯示偏振角Ψ為60度且定位角Φ為270度的入射光線的優化的對比率之等高線。

第二實施例

圖30是根據本發明第二實施例之顯示裝置的剖面示意圖。請參照圖30，本實施例之顯示裝置100b與第一實施例之顯示裝置100a相似，其不同之處在於：顯示裝置100b更包括第三補償膜31b以及第四補償膜31a。第三補償膜31b位於第一補償膜28b以及下偏光片23b之間，第四補償膜31a位於第二補償膜28a以及上偏光片23a之間。

根據本實施例，第三補償膜31b以及第四補償膜31a例如分別為雙軸性補償膜。第三補償膜31b以及第四補償膜31a可依據不同的定位角Φ來設計，以補償上偏光片23a與下偏光片23b之間角度的差異。根據本實施例，指向性光線282會依序經過下偏光片23b、第三補償膜31b、第一補償補28b、第二補償膜28a、第四補償膜31a以及上偏光片23a。

圖31是根據本發明第二實施例之顯示裝置使用補償膜於暗態時之補償過程的龐加萊球示意圖。請參照圖31，在本實施例中，P₂ 狀態由P₁ 狀態中偏離而出，其中P₂ 狀態表示定位角Φ為300度時的偏振態，P₁ 狀態表示定位角Φ為270度時的偏振態。在本實施例中，第三補償膜31b可以將偏振態由P₂ 狀態旋轉至P₁ 狀態。接著，第一補償膜28b以及第二補償膜28a可以將偏振態由P₁ 狀態旋轉至A₁ 狀態。之後，第四補償膜31a可以將偏振態由A₁ 狀態旋轉至符合上偏光片23a的吸收軸的A₂ 狀態。

表七是顯示裝置100b中各構件的參數設定資料。圖32是圖30之顯示裝置依表七參數設定所測之對比率等高線圖。

第三實施例

圖33是根據本發明第三實施例之顯示裝置的剖面示意圖。請參照圖33，本實施例之顯示裝置100c與第二實施例之顯示裝置100b相似，其不同之處在於：在顯示裝置100c中，第三補償膜31b位於第一補償膜28b以及第一基板21b之間，第四補償膜31a位於第二補償膜28a以及第二基板21a之間。

根據本實施例，第三補償膜31b以及第四補償膜31a例如分別為雙軸性補償膜。第三補償膜31b以及第四補償膜31a可依據不同的定位角Φ來設計，以補償上偏光片23a與下偏光片23b之間角度的差異。根據本實施例，指向性光線282會依序經過下偏光片23b、第一補償膜28b、第三補償膜31b、第四補償膜31a、第二補償膜28a以及上偏光片23a。

圖34是根據本發明第三實施例之顯示裝置使用補償膜於暗態時之補償過程的龐加萊球示意圖。請參照圖34，在本實施例中，第一補償膜28b將偏振態由P₁ 狀態旋轉至P₀ 狀態。接著，第三補償膜31b將偏振態由線型偏振態(linear polarization state)的P₀ 狀態旋轉至圓型偏振(circular polarization state)的C₁ 狀態。之後，第四補償膜31a將偏振態由圓型偏振的C₁ 狀態旋轉至線型偏振態的P₀ 狀態。之後，第二補償膜28a將偏振態由P₀ 狀態旋轉至符合上偏光片23a的吸收軸的A₁ 狀態。由於圓型偏振光線不受藍相液晶材料的定位角的影響，因此圓型偏振光線可以改善用於VFS藍相液晶顯示器的視角。

表八是顯示裝置100c中各構件的參數設定資料。圖35是圖33之顯示裝置依表八參數設定所測之對比率等高線圖。

表九是顯示裝置100c中各構件的參數設定資料。圖36是圖33之顯示裝置依表九參數設定所測之對比率等高線圖。圖36顯示偏振角Ψ為60度且定位角Φ為270度的指向性光線281的優化的對比率之等高線。

第四實施例

圖37是根據本發明第四實施例之顯示裝置的剖面示意圖。請參照圖37，本實施例之顯示裝置100d與第二實施例之顯示裝置100b相似，其不同之處在於：在顯示裝置100d中，下偏光片23b例如為絲網形式(wire-grid polarizer)之偏光片。

在本實施例中，第一補償膜28b、第二補償膜28a、第三補償膜31b以及第四補償膜31a皆設置在上偏光片23a以及絲網形式的下偏光片23b之間。根據本實施例，指向性光線282會依序經過絲網形式的下偏光片23b、第三補償膜31b、第一補償補28b、第二補償膜28a、第四補償膜31a以及上偏光片23a。

圖38是根據本發明第四實施例之顯示裝置使用補償膜於暗態時之補償過程的龐加萊球示意圖。請參照圖38，在本實施例中，絲網形式的下偏光片23b的吸收軸的定位角Φ為90度，上偏光片23a的吸收軸的定位角Φ為0度。當指向性光線282經過絲網形式的下偏光片23b之後，指向性光線282會由P₁ 狀態旋轉成線偏振的P₀ 狀態。

第三補償膜31b不改變定位角Φ為270度時的偏振態。第一補償膜28b將線型光線由P0狀態旋轉成圓型偏振光線的C₁ 狀態。第二補償膜28a將圓型偏振光線由C₁ 狀態旋轉成符合上偏光片23a的吸收軸的A₀ 狀態。因此，可以得到優良的暗態表現。

然而，當指向性光線282的定位角Φ不同時(例如為300度)，偏振態P₁ 狀態由P₀ 狀態中偏離而出，此時，第三補償膜31b可以不同的定位角Φ(例如是從225度至315度)將P₁ 狀態旋轉回P₀ 狀態。接著，第一補償膜28b以及第二補償膜28a將偏振態由P₀ 狀態經由C₁ 狀態旋轉成P₂ 狀態。之後，第四補償膜31a將線型的偏振光線由P₂ 狀態偏移成符合上偏光片23a的吸收軸的A₁ 狀態，且沒有漏光現象發生。

表十是顯示裝置100d中各構件的參數設定資料。圖39是圖37之顯示裝置依表十參數設定所測之對比率等高線圖。圖39顯示偏振角Ψ為70度且定位角Φ為270度的指向性光線281的優化的對比率之等高線。

由於絲網形式的下偏光片23b具有非常好的消光比(extinction ratio)，因此可以得到又高又廣的對比等高線。此外，絲網形式的下偏光片23b對於指向性光線281的角度不敏銳且具有小的色散效應(dispersion effect)。因此，絲網形式的下偏光片23b適合用於VFS藍相液晶顯示器。

第五實施例

圖40是根據本發明第五實施例之顯示裝置的剖面示意圖。請參照圖40，本實施例之顯示裝置100e與第二實施例之顯示裝置100b相似，其不同之處在於：在顯示裝置100e中，上偏光片23a位於導向光學膜25以及擴散膜27之間，且第四補償膜31a包括A板補償膜31a-1以及C板補償膜31a-2。

在本實施例中，第一補償膜28b、第二補償膜28a以及第三補償膜31b為雙軸性補償膜。第三補償膜31b位於下偏光片23b以及第一補償膜28b之間，且第一光學膜24b位於第三補償膜31b以及第一補償膜28b之間。另外，第四補償膜31a位於第二補償膜28a以及上偏光片23a之間，且第二光學膜24a位於第四補償膜31a以及上偏光片23a之間。更詳細來說，第四補償膜31a-1中的A板補償膜31a-1位於C板補償膜31a-2以及第二光學膜24a之間。根據本實施例，指向性光線282會依序經過下偏光片23b、第三補償膜31b、第一光學膜24b、第一補償補28b、第二補償膜28a、C板補償膜31a-2、A板補償膜31a-1以及第二光學膜24a。接著，指向性光線282在通過導向光學膜25後會形成射出光線283並通過上偏光片23a。

圖41是根據本發明第五實施例之顯示裝置使用補償膜於暗態時之補償過程的龐加萊球示意圖。請參照圖41，在本實施例中，下偏光片23b與上偏光片23a的定位角Φ分別為0度與90度。根據本實施例，對於入射角度為偏振角Ψ為70度且定位角Φ為270度的指向性光線281來說，當指向性光線281穿過下偏光片23b時，指向性光線281的偏振態為P₀ 狀態。然而，當指向性光線281的定位角Φ改變時(例如為300度)，指向性光線281的偏振態會從P₀ 狀態偏離成P₁ 狀態。

在本實施例中，第三補償膜31b不會改變定位角Φ為270度時的偏振態P₀ 狀態，但是可以在定位角Φ為200度時，將偏振態由P₁ 狀態偏移成P₀ 狀態。第一補償膜28b將線型光線由P₀ 狀態旋轉成C₁ 狀態的圓型光線。第二補償膜28a將圓型光線由C₁ 狀態旋轉成P₀ 狀態的線型光線。因為偏振態可能會因為與上偏光片23a對應的導向光學膜25而改變，因此，C板補償膜31a-2是設計用來將偏振態由P₀ 狀態旋轉成P₂ 狀態，且A板補償膜31a-1是用來將偏振態由P₂ 狀態旋轉成符合上偏光片23a的吸收軸的A₁ 狀態。

表十一是顯示裝置100e中各構件的參數設定資料，其中n_o 為快軸折射率，n_e 為慢軸折射率，d為厚度。圖42是圖40之顯示裝置依表十一參數設定所測之對比率等高線圖。圖42顯示偏振角Ψ為70度且定位角Φ為270度的指向性光線281的優化的對比率之等高線，其中由外側到內側的等高線分別代表對比率為100、200、500以及1000的等高線。圖43是圖40之顯示裝置依表十一參數設定所測之亮態的等高線圖，其中由外側到內側的等高線分別代表穿透率為0.2、0.25、0.3、0.35以及0.4的等高線。

然而，本發明不限於此。在使用本實施例的架構之下，可以有另一種補償過程，如下所述。

圖44是根據本發明第五實施例之顯示裝置使用補償膜於暗態時之補償過程的龐加萊球示意圖。請參照圖44，在本實施例中，第三補償膜31b用於在不同的定位角中將偏振態由P₁ 狀態補償成P₀ 狀態。第一補償膜28b將P₀ 狀態偏移成P₂ 狀態。第二補償膜將P₂ 狀態偏移回P₀ 狀態。C板補償膜31a-2將P₀ 狀態偏移成P₃ 狀態，且A板補償膜31a-1將將P₃ 狀態偏移成符合上偏光片23a的吸收軸的A₁ 狀態。

表十二是顯示裝置100e中各構件的參數設定資料。圖45是圖40之顯示裝置依表十二參數設定所測之對比率等高線圖。圖45顯示偏振角Ψ為70度且定位角Φ為270度的指向性光線281的優化的對比率之等高線，其中由外側到內側的等高線分別代表對比率為100、200、500以及1000的等高線。圖46是圖40之顯示裝置依表十二參數設定所測之亮態的等高線圖，其中由外側到內側的等高線分別代表穿透率為0.2、0.25、0.3、0.35以及0.4的等高線。

由圖43以及圖46可知，圖43中的亮態面積比圖46中的亮態面積大。上述的結果是因為在圖41的補償過程中，於藍相液晶材料中，指向性光線282的偏振態為圓型偏振光線。由於圓型偏振光線不受定位角的影響，因此有助於改善對比率的等高線。

第六實施例

圖47是根據本發明第六實施例之顯示裝置的剖面示意圖。請參照圖47，本實施例之顯示裝置100f與第五實施例之顯示裝置100e相似，其不同之處在於：在顯示裝置100f中，第三補償膜31b位於下偏光片23b以及第一補償膜28b之間，且下偏光片23b位於第一光學膜24b與第三補償膜31b之間。

根據本實施例，第四補償膜31a位於第二補償膜28a以及上偏光片23a之間，且第二光學膜24a位於第四補償膜31a以及上偏光片23a之間。在本實施例中，第一補償膜28b、第二補償膜28a以及第三補償膜31b為雙軸性補償膜，且第四補償膜31a包括A板補償膜31a-1以及C板補償膜31a-2。根據本實施例，指向性光線282會依序經過下偏光片23b、第三補償膜31b、第一補償膜28b、第二補償膜28a、C板補償膜31a-2、A板補償膜31a-1以及第二光學膜24a。接著，指向性光線282在通過導向光學膜25後會形成射出光線283並通過上偏光片23a。

圖48是根據本發明第六實施例之顯示裝置使用補償膜於暗態時之補償過程的龐加萊球示意圖。請參照圖48，在本實施例中，指向性光線281的偏振角例如為70度，定位角例如為270度，當背光線經過下偏光片23b後，指向性光線282的偏振態為P₀ 狀態。當指向性光線282的定位角改變時，例如是定位角為300度時，指向性光線282的偏振態會由P₀ 狀態偏離成P₁ 狀態。第三補償膜31b在定位角為270度時不會改變偏振態的P₀ 狀態，但在定位角為300度時可將偏振光線由P₁ 狀態偏移回P₀ 狀態。第一補償膜28b將P₀ 狀態的線型偏振光線偏移成C₁ 狀態的圓型偏振光線第二補償膜28a將C₁ 狀態的圓型偏振光線偏移成P₀ 狀態。藉由導向光學膜25的去偏振，上偏光片23a的吸收軸移動至A₁ 狀態。之後，指向性光線282藉由C板補償膜31a-2從P₀ 狀態偏移成P₂ 狀態，且藉由A板補償膜31a-1從P₂ 狀態偏移成符合上偏光片23a的吸收軸的A₁ 狀態。

表十三是顯示裝置100f中各構件的參數設定資料。圖49是圖47之顯示裝置依表十三參數設定所測之對比率等高線圖。圖49顯示偏振角Ψ為70度且定位角Φ為270度的指向性光線282的優化的對比率之等高線，其中由外側到內側的等高線分別代表對比率為100、200、500以及1000的等高線。圖50是圖47之顯示裝置依表十三參數設定所測之亮態的等高線圖，其中由外側到內側的等高線分別代表穿透率為0.2、0.25、0.3、0.35以及0.4的等高線。理想的是，在經過下偏光片23b以及上偏光片23a之後的最大穿透率為0.5。

第七實施例

圖51是根據本發明第七實施例之顯示裝置的剖面示意圖。請參照圖51，本實施例之顯示裝置100g與第一實施例之顯示裝置100a相似，其不同之處在於：在顯示裝置100g中，下偏光片23b例如為O型偏光片(O-type polarizer)，且上偏光片23a例如為E型偏光片(E-type polarizer)。

一般而言，O型偏光片的吸收軸會順著0度定位角Φ。E型偏光片的C軸(即傳送軸)會順著0度定位角Φ。與下偏光片23b(O型偏光片)相較之下，上偏光片23a(E型偏光片)傳送非尋常光(Extraordinary ray)且吸收尋常光(ordinary ray)。上偏光片23a(E型偏光片)使非垂直於C軸傳送的任何方向之光線減弱。在本實施例中，第一補償膜28b以及第二補償膜28a位於上偏光片23a以及下偏光片23b之間。

圖52是根據本發明第七實施例之顯示裝置使用補償膜於暗態時之補償過程的龐加萊球示意圖。請參照圖52，在本實施例中，指向性光線281經過下偏光片23b之後的偏振態為P₁ 狀態。第一補償膜28b將P₁ 狀態的線型偏振光線偏移至C₁ 狀態的圓型偏振光線。由於圓型偏振光線不受定位角的影響，因此將圓型偏振光線應用在顯示介質20中以改善對比表現以及亮態。在指向性光線282經過顯示介質20的材料後，第二補償膜28a將C₁ 狀態的圓型偏振光線偏移回符合上偏光片23a的吸收軸的狀態A₁ ，其中顯示介質20沒有施予電壓且為等向性。

表十四是顯示裝置100g中各構件的參數設定資料。圖53是圖51之顯示裝置依表十四參數設定所測之對比率等高線圖。圖53顯示偏振角Ψ為70度且定位角Φ為270度的指向性光線281的優化的對比率之等高線，其中由外側到內側的等高線分別代表對比率為500、1000、2000以及5000的等高線。圖54是圖51之顯示裝置依表十四參數設定所測之亮態的等高線圖，其中由外側到內側的等高線分別代表穿透率為0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35以及0.4的等高線。

綜上所述，本發明是於顯示裝置的上偏光片以及下偏光片之間設置補償膜。補償膜的設置可以調整入射至顯示模組中的指向性光線的偏振態，使指向性光線的偏振態符合上偏光片的吸收軸的方向。如此一來，可以減少漏光現象的產生以提高顯示裝置的對比率。此外，補償膜的設置也可以將指向性光線的偏振態由線型偏振態轉為圓型偏振態並在顯示介質中傳遞。據此，由於圓型偏振態的光線不受定位角的影響，因此可以增加顯示裝置的視角。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．顯示裝置

P．．．顯示模組

B．．．光源模組

201．．．垂直電場

21b．．．第一基板

22b、221b．．．畫素陣列

231．．．補償膜

24b．．．第一光學膜

23b．．．下偏光片

26a．．．導光板

26b．．．光源

20．．．顯示介質

21a．．．第二基板

22a、221a．．．對向電極

24a．．．第二光學膜

25．．．光學膜

23a．．．上偏光片

27．．．擴散膜

29．．．眼睛

281、282．．．指向性光線

283．．．射出光線

31a．．．第四補償膜

31a-1．．．A板補償膜

31a-2．．．C板補償膜

31b．．．第三補償膜

V．．．垂直軸線

d．．．厚度

D1、D2、D3、D4、D5~D8．．．方向

S1~S10．．．表面

θ、θ1、θ1’、θ2、θ3～θ8．．．角度

Ψ．．．偏振角

Φ．．．定位角

W1~W6、W5’、W5”、W5-1、W5-2、W6’．．．側壁

T1～T3、T3’．．．光學結構

p1～p4．．．凹槽寬度

X、Y、Z．．．方向

60、80．．．配向狹縫圖案

70．．．配向突起圖案

圖1是根據本發明一實施例之顯示裝置的剖面示意圖。

圖2A為顯示介質在無電場條件下為光學等向性之示意圖。

圖2B為顯示介質在有電場中具有光學異向性之示意圖。

圖3A以及圖3B是根據本發明之實施例之顯示裝置的剖面示意圖。

圖4A是根據本發明一實施例之顯示裝置中之第一光學膜之剖面示意圖。

圖4B是圖4A之第一光學膜的立體示意圖。

圖5A是根據本發明一實施例之顯示裝置中之第二光學膜之剖面示意圖。

圖5B是圖5A之第二光學膜的立體示意圖。

圖6A是根據本發明一實施例之顯示裝置中之光學膜之剖面示意圖。

圖6B是圖6A之光學膜的立體示意圖。

圖7為根據本發明一實施例之光線於通過第一光學膜、第二光學膜及光學膜之光路圖。

圖8A是根據本發明另一實施例之顯示裝置中之光學膜之剖面示意圖。

圖8B是圖8A之光學膜的立體示意圖。

圖9A是根據本發明又一實施例之顯示裝置中之光學膜之剖面示意圖。

圖9B是圖9A之光學膜的立體示意圖。

圖10A是根據本發明又一實施例之顯示裝置中之光學膜之剖面示意圖。

圖10B是圖10A之光學膜的立體示意圖。

圖11及圖12是根據本發明數個實施例之顯示裝置的剖面示意圖。

圖13是以傳統IPS顯示模組之橫向電場驅動藍相液晶的電壓與穿透度之關係圖。

圖14A以及圖14B是以本發明之顯示裝置之垂直電場驅動藍相液晶的電壓與光線角度之關係圖。

圖15是以傳統IPS顯示模組之橫向電場驅動藍相液晶的電壓與穿透度之關係圖。

圖16是以本發明之顯示裝置之垂直電場驅動藍相液晶的電壓與穿透度之關係圖。

圖17是以傳統IPS顯示模組之橫向電場驅動藍相液晶之遲滯現象的量測結果。

圖18是以本發明之顯示裝置之垂直電場驅動藍相液晶之遲滯現象的量測結果。

圖19是本發明之顯示裝置之顯示介質厚度與電壓之間的關係圖。

圖20是本發明之顯示裝置在不同顯示介質之厚度條件下，其電壓與穿透率之間的關係圖。

圖21是根據本發明第一實施例之顯示裝置的剖面示意圖。

圖22是根據本發明之顯示裝置中的光源模組以及顯示模組的立體示意圖。

圖23是根據本發明第一實施例之顯示裝置使用補償膜於暗態時之補償過程的龐加萊球示意圖。

圖24是圖21之顯示裝置依表一參數設定所測之對比率等高線圖。

圖25是圖21之顯示裝置依表二參數設定所測之對比率等高線圖。

圖26是圖21之顯示裝置依表三參數設定所測之對比率等高線圖。

圖27是圖21之顯示裝置依表四參數設定所測之對比率等高線圖。

圖28是圖21之顯示裝置依表五參數設定所測之對比率等高線圖。

圖29是圖21之顯示裝置依表六參數設定所測之對比率等高線圖。

圖30是根據本發明第二實施例之顯示裝置的剖面示意圖。

圖31是根據本發明第二實施例之顯示裝置使用補償膜於暗態時之補償過程的龐加萊球示意圖。

圖32是圖30之顯示裝置依表七參數設定所測之對比率等高線圖。

圖33是根據本發明第三實施例之顯示裝置的剖面示意圖。

圖34是根據本發明第三實施例之顯示裝置使用補償膜於暗態時之補償過程的龐加萊球示意圖。

圖35是圖33之顯示裝置依表八參數設定所測之對比率等高線圖。

圖36是圖33之顯示裝置依表九參數設定所測之對比率等高線圖。

圖37是根據本發明第四實施例之顯示裝置的剖面示意圖。

圖38是根據本發明第四實施例之顯示裝置使用補償膜於暗態時之補償過程的龐加萊球示意圖。

圖39是圖37之顯示裝置依表十參數設定所測之對比率等高線圖。

圖40是根據本發明第五實施例之顯示裝置的剖面示意圖。

圖41是根據本發明第五實施例之顯示裝置使用補償膜於暗態時之補償過程的龐加萊球示意圖。

圖42是圖40之顯示裝置依表十一參數設定所測之對比率等高線圖。

圖43是圖40之顯示裝置依表十一參數設定所測之亮態的等高線圖。

圖44是根據本發明第五實施例之顯示裝置使用補償膜於暗態時之補償過程的龐加萊球示意圖。

圖45是圖40之顯示裝置依表十二參數設定所測之對比率等高線圖。

圖46是圖40之顯示裝置依表十二參數設定所測之亮態的等高線圖。

圖47是根據本發明第六實施例之顯示裝置的剖面示意圖。

圖48是根據本發明第六實施例之顯示裝置使用補償膜於暗態時之補償過程的龐加萊球示意圖。

圖49是圖47之顯示裝置依表十三參數設定所測之對比率等高線圖。

圖50是圖47之顯示裝置依表十三參數設定所測之亮態的等高線圖。

圖51是根據本發明第七實施例之顯示裝置的剖面示意圖。

圖52是根據本發明第七實施例之顯示裝置使用補償膜於暗態時之補償過程的龐加萊球示意圖。

圖53是圖51之顯示裝置依表十四參數設定所測之對比率等高線圖。

圖54是圖51之顯示裝置依表十四參數設定所測之亮態的等高線圖。

100a．．．顯示裝置

P．．．顯示模組

B．．．光源模組

21b．．．第一基板

22b．．．畫素陣列

24b．．．第一光學膜

23b．．．下偏光片

26a．．．導光板

26b．．．光源

28b．．．第一補償膜

20．．．顯示介質

21a．．．第二基板

22a．．．對向電極

24a．．．第二光學膜

25．．．導向光學膜

23a．．．上偏光片

27．．．擴散膜

28a．．．第二補償膜

29．．．眼睛

281、282．．．指向性光線

283．．．射出光線

S1、S2、S3、S4．．．表面

Claims (26)

1. 一種顯示裝置，包括：一光源模組，具有一指向性光線；一顯示模組，設置在該光源模組上方，該顯示模組包括：一第一基板，具有一第一內表面以及一第一外表面；一第二基板，其位於該第一基板的對向，具有一第二內表面以及一第二外表面；以及一顯示介質，位於該第一基板與該第二基板之間，其中該顯示介質具有一光學等向性，而該顯示介質受一電場驅動時具有一光學異向性，且該指向性光線於進入該顯示模組時，該指向性光線不垂直於該第一外表面，且在該指向性光線於射出該顯示模組時，該指向性光線不垂直於該第二外表面；一導向光學膜，位於該顯示模組之該第二基板的該第二外表面上，其具有一入光面以及一出光面，該指向性光線自該入光面進入該導向光學膜並自該出光面射出以形成一射出光線，其中該射出光線與該出光面間具有一夾角，其中該夾角為60度~120度；一第一補償膜，位於該第一基板之該第一外表面上；以及一第二補償膜，位於該第二基板與該導向光學膜之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，更包括：一第一光學膜，設置在該第一基板之該第一外表面上，該第一光學膜具有多個第一光學結構，該些第一光學結構可使該指向性光線於通過時實質上不產生全反射；以及一第二光學膜，設置在該第二基板之該第二外表面上，其中該第二光學膜具有多個第二光學結構，該些第二光學結構可使該指向性光線於通過時實質上不產生全反射。
3. 如申請專利範圍第2項所述之顯示裝置，更包括：一下偏光片，位於該第一基板之該第一外表面上；以及一上偏光片，位於該第二基板之該第二外表面上。
4. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該下偏光片位於第一補償膜以及該第一光學膜之間，該上偏光片位於第二補償膜以及該第二光學膜之間，且該第二光學膜位於該導向光學膜以及該上偏光片之間。
5. 如申請專利範圍第4項所述之顯示裝置，其中該第一補償膜的定位角為20度~50度，Nz為0.35~0.75；該第二補償膜的定位角為-20度~-50度，Nz為0.35~0.75。
6. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，更包括：一第三補償膜，位於該第一補償膜以及該下偏光片之 間；以及一第四補償膜，位於該第二補償膜以及該上偏光片之間。
7. 如申請專利範圍第6項所述之顯示裝置，其中該第三補償膜以及該第四補償膜分別為一雙軸性補償膜。
8. 如申請專利範圍第7項所述之顯示裝置，其中該第一補償膜的定位角為20度~40度，Nz為0.25~0.55；該第二補償膜的定位角為-20度~-40度，Nz為0.25~0.55；該第三補償膜的定位角為15度~35度，Nz為0.75~0.95；該第四補償膜的定位角為-15度~-35度，Nz為0.75~0.95。
9. 如申請專利範圍第6項所述之顯示裝置，其中該下偏光片為一絲網形式之偏光片。
10. 如申請專利範圍第9項所述之顯示裝置，其中該第一補償膜的定位角為30度~60度，Nz為0.35~0.65；該第二補償膜的定位角為-30度~-60度，Nz為0.35~0.65；該第三補償膜的定位角為-10度~10度，Nz為0.71~0.91；該第四補償膜的定位角為80度~100度，Nz為 0.71~0.91。
11. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，更包括：一第三補償膜，位於該第一補償膜以及該第一基板之間；以及一第四補償膜，位於該第二補償膜以及該第二基板之間。
12. 如申請專利範圍第11項所述之顯示裝置，其中該第三補償膜以及該第四補償膜分別為一雙軸性補償膜。
13. 如申請專利範圍第12項所述之顯示裝置，其中該第一補償膜的定位角為25度~55度，Nz為0.45~0.75；該第二補償膜的定位角為-25度~-55度，Nz為0.47~0.67；該第三補償膜的定位角為80度~100度，Nz為0.4~0.6；該第四補償膜的定位角為-10度~10度，Nz為0.4~0.6。
14. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該第一補償膜以及該第二補償膜分別為一雙軸性補償膜。
15. 如申請專利範圍第14項所述之顯示裝置，更包括：一第三補償膜，位於該下偏光片以及該第一補償膜之間，且該第一光學膜位於該第三補償膜以及該第一補償膜之間；以及一第四補償膜，位於該第二補償膜以及該上偏光片之間，且該第二光學膜位於該第四補償膜以及該上偏光片之間。
16. 如申請專利範圍第15項所述之顯示裝置，其中該 導向光學膜位於該第二光學膜以及該上偏光片之間。
17. 如申請專利範圍第16項所述之顯示裝置，其中該第三補償膜為一雙軸性補償膜，且該第四補償膜包括一A板補償膜以及一C板補償膜。
18. 如申請專利範圍第17項所述之顯示裝置，其中該第一補償膜的定位角為度100~125度，Nz為0.55~0.8；該第二補償膜的定位角為10度~35度，Nz為0.8~1.0；該第三補償膜的定位角為-10度~10度，Nz為0.6~0.8；該A板補償膜的定位角為-10度~10度，n_o 為1.4~1.6，n_e 為1.4~1.6；該C板補償膜的n_o 為1.4~1.6，n_e 為1.4~1.6。
19. 如申請專利範圍第14項所述之顯示裝置，更包括：一第三補償膜，位於該下偏光片以及該第一補償膜之間，且該下偏光片位於該第一光學膜以及該第三補償膜之間；以及一第四補償膜，位於該第二補償膜以及該上偏光片之間，且該第二光學膜位於該第四補償膜以及該上偏光片之間。
20. 如申請專利範圍第19項所述之顯示裝置，其中該該導向光學膜位於該第二光學膜以及該上偏光片之間。
21. 如申請專利範圍第20項所述之顯示裝置，其中該第三補償膜為一雙軸性補償膜，且該第四補償膜包括一A板補償膜以及一C板補償膜。
22. 如申請專利範圍第21項所述之顯示裝置，其中該第一補償膜的定位角為度-35~-55度，Nz為0.4~0.6；該第二補償膜的定位角為35度~55度，Nz為0.4~0.6；該第三補償膜的定位角為-10度~10度，Nz為0.45~0.65；該A板補償膜的定位角為-10度~10度，n_o 為1.4~1.6，n_e 為1.4~1.6；該C板補償膜的n_o 為1.4~1.6，n_e 為1.4~1.6。
23. 如申請專利範圍第3項所述之顯示裝置，其中該下偏光片包括一O型偏光片，且該上偏光片包括一E型偏光片。
24. 如申請專利範圍第23項所述之顯示裝置，其中該第一補償膜的定位角為-35度~-55度，Nz為0.4~0.6；該第二補償膜的定位角為35度~55度，Nz為0.4~0.6。
25. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該夾為90度。
26. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，更包括一擴散膜，位於該導向光學膜上。