TWI468821B

TWI468821B - 雙畫面液晶顯示裝置

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Publication number: TWI468821B
Application number: TW101128938A
Authority: TW
Original assignee: Univ Nat Changhua Education
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2015-01-11
Also published as: TW201407246A

Description

雙畫面液晶顯示裝置

本發明係有關一種液晶顯示裝置，尤指一種可於左側視角及右側視角顯示不同畫面之雙畫面液晶顯示裝置。

薄膜電晶體液晶顯示裝置(TFT-LCD)目前在顯示裝置應用中，不論是尺寸、解析度、使用壽命、對比度、視角、響應時間及耗電量，已達到符合一般大眾之需求，故TFT-LCD成為目前顯示裝置市場之主流。有鑑於此，現今對於液晶顯示裝置之研究與開發，除了追求上述條件更佳的表現之外，研發具備特殊應用功能之顯示裝置亦為重要的議題。其中，雙畫面液晶顯示裝置之開發即為其一。

所謂雙畫面液晶顯示裝置，係指利用單一顯示裝置即具有在不同視場(Viewing field)顯示不同畫面的能力，以達到雙畫面顯示之功能性而提供不同位置之使用者各自觀賞不同畫面，習知能提供此功能性之設計包含視差屏障式(Parallax Barrier)及柱狀透鏡式(Lenticular Lenses)，前者可見於「D.U.Kean,D.J.Montgomery,G.Bourhill,and J.Mather,“Parallax Barrier and Multiple View display,”US patent 7154653B2(2006)」之文獻中，後者可見於「M.P.C.M.Krijn,S.T. de Zwart,D.K.G.De Boer,O.H.Willemsen,and M.Sluijter,“2-D/3-D displays based on switchable lenticulars,”J.Soc.Inf.Disp.16(8),847-855(2008)」之文獻中。

如第6圖所示，為習知視差屏障式示意圖，液晶顯示裝置之面板90由許多右子像素900及左子像素901組成，藉由視差屏障之光學膜902遮蔽，可分別使右側觀測者903僅看到右子像素900對顯示畫面的貢獻，而左側觀測者904僅看到左子像素901對顯示畫面的貢獻，如此可使顯示裝置左側及右側的使用者觀看不同畫面。

又如第7圖所示，為習知柱狀透鏡式示意圖，液晶顯示裝置之面板91亦由許多右子像素910及左子像素911組成，藉由柱狀透鏡之光學膜912將光線折射，亦可分別使右側觀測者913僅看到右子像素910對顯示畫面的貢獻，而左側觀測者914僅看到左子像素911對顯示畫面的貢獻。

前述兩種技術雖可達到將不同畫面顯示於不同視場之能力，但分別需於液晶顯示裝置中額外使用視差屏障或柱狀透鏡等光學膜，除增加顯示裝置製造成本外，視差屏障及柱狀透鏡之光學膜使用皆須經過複雜的光學計算，方能得到其結構參數。

另於「C.P.Chen,J.H.Lee,T.H.Yoon,and J.C.Kim,“Mono View/dual-View switchable liquid crystal display,”Opt.Lett.34(14),2222-2224(2009)」論文(以下稱C.P.Chen論文)中，揭露一種利用液晶元件之視角特性達到雙畫面液晶顯示裝置之功能性，而不需額外使用視差屏障或柱狀透鏡等光學膜。

如第8圖所示，係C.P.Chen論文中提出之雙畫面液晶顯示裝置，其面板92由第一偏光板921、第一1/4波板923、第一基板925、第一電極930、第一配向膜927、液晶層94、第二配向膜928、第二電極931、第二基板926、第二1/4波板924及第二偏光板922組成。該液晶層94可因第一配向膜927及第二配向膜928使用多域配向(multi-domain alignment)技術而可區分為右子像素95及左子像素96，其中右子像素95的液晶分子950，及左子像素96液晶分子960會因配向方向而在外加電壓時往不同方向旋轉。

由於C.P.Chen論文提出之裝置需使用多域配向技術，該技術以目前顯示面板產業之技術條件仍難以達到，造成該雙畫面液晶顯示裝置量產困難性增加。因此，如何解決上述習用液晶顯示裝置之問題者，即為本發明之主要重點所在。

本發明之主要目的，在於解決上述的問題而提供一種雙畫面液晶顯示裝置，藉以達到液晶顯示裝置在製造面上具有成本相對較低、製程相對簡易、以及得以量產之功效。

為達前述之目的，本發明係包括：一液晶層設於二配向膜之間，二配向膜皆在外側至少疊設一第一基板及一第二基板，顯示裝置之顯示螢幕以眾多像素構成，各像素由至少兩組子單元構成，各子單元包含一左子像素及一右子像素；該第一基板設有條狀結構的圖形化電極，包含複數共電極及複數第三電極交替排列，該第二基板亦設有條狀結構的圖形化電極，包含複數第一電極及複數第二電極交替排列；該第一基板與第二基板組裝時，第二基板之第一電極及第二電極位於第一基板之共電極與第三電極的中間位置，該共電極、第一電極、第三電極及第二電極之相對位置於液晶層中區分出該複數左子像素及該複數右子像素；該共電極輸入公用電壓、第一電極輸入左子像素資料電壓、第二電極輸入右子像素資料電壓、第三電極輸入左子像素資料電壓及右子像素資料電壓加總之電壓，該共電極與第一電極之壓差形成電場施予於左子像素的液晶分子旋轉，該第一電極與第三電極之壓差形成電場施予於右子像素的液晶分子旋轉，該第二電極與第三電極之壓差形成電場施予於左子像素的液晶分子旋轉，該第二電極與共電極之壓差形成電場施予於右子像素的液晶分子旋轉。

本發明之上述及其他目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入了解。

當然，本發明在某些另件上，或另件之安排上容許有所不同，但所選用之實施例，則於本說明書中，予以詳細說明，並於附圖中展示其構造。

(習用部分)

90‧‧‧面板

900‧‧‧右子像素

901‧‧‧左子像素

902‧‧‧光學膜

903‧‧‧右側觀測者

904‧‧‧左側觀測者

91‧‧‧面板

910‧‧‧右子像素

911‧‧‧左子像素

912‧‧‧光學膜

913‧‧‧右側觀測者

914‧‧‧左側觀測者

92‧‧‧面板

921‧‧‧第一偏光板

922‧‧‧第二偏光板

923‧‧‧第一1/4波板

924‧‧‧第二1/4波板

925‧‧‧第一基板

926‧‧‧第二基板

927‧‧‧第一配向膜

928‧‧‧第二配向膜

930‧‧‧第一電極

931‧‧‧第二電極

94‧‧‧液晶層

95‧‧‧右子像素

950‧‧‧液晶分子

96‧‧‧左子像素

960‧‧‧液晶分子

(本發明部分)

10‧‧‧第一偏光板

11‧‧‧第二偏光板

12‧‧‧第一1/4波板

13‧‧‧第二1/4波板

14‧‧‧第一基板

15‧‧‧第二基板

16‧‧‧第一配向膜

17‧‧‧第二配向膜

20‧‧‧液晶層

21‧‧‧左子像素

210‧‧‧液晶分子

22‧‧‧右子像素

220‧‧‧液晶分子

30‧‧‧共電極

31‧‧‧第一電極

32‧‧‧第二電極

33‧‧‧第三電極

E_R‧‧‧右子像素電場

E_L‧‧‧左子像素電場

第1圖係本發明之圖形化電極式的雙畫面液晶顯示裝置之示意圖。

第2圖係本發明之較佳實施例的水平均向排列構造示意圖。

第3圖係本發明之圖形化電極式雙畫面液晶顯示裝置之左右兩側穿透率對應於右子像素資料電壓之曲線圖。

第4圖係本發明之圖形化電極式雙畫面液晶顯示裝置之左右兩側穿透率對應於像素位置之曲線圖。

第5圖係本發明之雙畫面液晶顯示裝置之測試示意圖。

第6圖係習知視差屏障式液晶顯示裝置之示意圖。

第7圖係習知柱狀透鏡式液晶顯示裝置之示意圖。

第8圖係習知利用液晶元件之視角特性的雙畫面液晶顯示裝置。

請參閱第1圖至第6圖，圖中所示者為本發明所選用之實施例結構，此僅供說明之用，在專利申請上並不受此種結構之限制。

請參照第1圖，為本發明提出之雙畫面液晶裝置。如第1圖所示，本裝置係由第一偏光板10、第一1/4波板12、第一基板14、共電極30、第三電極33、第一配向膜16、液晶層20、第二配向膜17、第一電極31、第二電極32、第二基板15、第二1/4波板13及第二偏光板11組成，該液晶層20設於第一配向膜16及第二配向膜17之間，該第一配向膜16外側由內至外依序設該第一基板14、第一1/4波板1 2以及第一偏光板10，而該第二配向膜17外側由內至外依序設該第二基板15、第二1/4波板13以及第二偏光板11。在不同實施態樣中，第一配向膜16及第二配向膜17可為水平配向或為垂直配向，且該液晶層20使用介電異向性小於0之液晶，或使用介電異向性大於0之液晶。本發明之雙畫面液晶裝置，其顯示螢幕以眾多像素構成，各像素由至少兩組子單元構成。

如第1圖所示，該第一基板14上側有2組條狀結構的圖形化電極，包含複數共電極30及複數第三電極33交替排列；該第二基板15下側亦有2組條狀結構的圖形化電極，包含複數第一電極31及複數第二電極32交替排列，此述共電極30、第一電極31、第二電極32及第三電極33可選擇以銦錫氧化物之透明導電材料所構成。

如第1圖所示，該第一基板14與第二基板15組裝時，第二基板15之第一電極31及第二電極32位於第一基板14之共電極30與第三電極33中間位置上方，如此可將液晶層20區分出2組子單元，各子單元包含一左子像素21及一右子像素22。

本發明之結構可使左子像素21與右子像素22中產生的右子像素電場E_R與左子像素電場E_L之電場方向相對，進而使左子像素液晶分子210與右子像素液晶分子220分別以逆時鐘或順時鐘方向旋轉。該右子像素電場E_R與相鄰左子像素電場E_L之垂直方向分量同向，該右子像素電場E_R與相鄰左子像素電場E_L之水平方向分量反向；或者，該右子像素電場E_R亦可與相鄰左子像素電場E_L之垂直方向分量反向，且該右子像素電場E_R與相鄰左子像素電場E_L之水平方向分量同向。

當欲施與左子像素資料電壓V_L於左子像素21，且右子像素資料電壓V_R於右子像素22時，即可分別於共電極30輸入公用電壓V_com；第一電極31輸入左子像素資料電壓V_L；第二電極32輸入右子像素資料電壓V_R；第三電極33則輸入(V_L+V_R)之電壓，如此可使2組左子像素21中皆受壓差V_L驅動，而2組右子像素22中皆受壓差V_R驅動。

在每幅(frame)畫面中，可藉由使左子像素資料電壓V_L之電極性(Voltage polarity)與右子像素資料電壓V_R之電極性相反，如此可使第三電極33輸入之電壓免於過大。舉例來說，當左子像素資料電壓V_L為5V，且右子像素資料電壓V_R為3V時，若使用相反極性，使第一電極31輸入電壓為+5V，並使第二電極32輸入電壓為-3V，則第三電極33輸入電壓則僅需為(+5V)+(-3V)=+2V，而非8V。此驅動方法仍能使2組左子像素21皆受到壓差5V驅動，而2組右子像素22皆受到壓差3V驅動。

本發明之結構最左側及最右側皆為共電極30，因此可視單一像素大小之需求，而使該結構於一像素中周期性排列使用。

「較佳實施例」

本發明之較佳實施例由水平均向排列(homogeneous)液晶原件為液晶層表面邊界之配向條件。請參照第2圖，第2圖為本發明實施例之水平均向排列液晶裝置，分別由為第一偏光板10(穿透軸方位角為43°)、第一1/4波板12(光軸方位角為90°)、第一基板14、液晶層20(配向方位角為0°)、第二基板15、黑矩陣層BM、第二1/4波板13(光軸方位角為90°)及第二偏光板11(穿透軸方位角為137°)。本發明實施例中，共電極30、第三電極33、第一電極31及第二電極32之電極寬度為4μm。第一基板14上側之共電極30與第三電極33距離為26μm，且第二基板15下側之第一電極31與第二電極32距離亦為26μm。液晶層20厚度為6.5μm，液晶選用介電異向性(dielectric anisotropy)為-4.8且雙折射率(Birefringence)為0.052之液晶材料。本發明實施例中單一像素大小為180μm，故周期性使用3組提出之圖形化電極式結構，因此其中共包含了6組左子像素21及6組右子像素22。

若使本發明實施例之左子像素資料電壓V_L固定於暗態電壓(V_L為0V)，而右子像素資料電壓V_R由0V至6.5V變化。則位於本發明實施例圖形化電極式雙畫面液晶顯示裝置之左側及右側觀測者所觀測之穿透率(transmittance)如第3圖所示。第3圖為本發明實施例圖形化電極式雙畫面液晶顯示裝置之左右兩側穿透率對應於右子像素資料電壓之曲線圖。如第3圖所示，當右子像素資料電壓V_R由0V至6.5V變化時，右側觀測者所觀測之穿透率明顯隨右子像素資料電壓V_R變化，且左側觀測者所觀測之穿透率仍可一直處於暗態。此結果說明，當右子像素22中的右子像素液晶分子220受右子像素電場E_R 作用而轉動時，並不會於左側視場貢獻穿透光。如此可確保不論右子像素22處於任何灰階狀態(gray scale level)，左側觀測者不會受右子像素22而干擾。

若使本發明實施例之左子像素資料電壓V_L與右子像素資料電壓V_R皆固定於亮態電壓(6.5V)，藉由從左側及右側方向觀測本發明實施例各位置之穿透率，可更清楚得知左子像素21及右子像素22在左右兩側對穿透率之貢獻，其結果如第4圖所示。

第4圖為本發明實施例圖形化電極式雙畫面液晶顯示裝置之左右兩側穿透率對應於像素位置之曲線圖。如第4圖所示，左側觀測之穿透率主要貢獻位置與本發明實施例之左子像素21位置互相對應，其位置分別為30μm~45μm、60μm~75μm、90μm~105μm、120μm~135μm及150μm~165μm。而右側觀測之穿透率主要貢獻位置與本發明實施例之右子像素22位置互相對應，其位置分別為15μm~30μm、45μm~60μm、75μm~90μm、105μm~120μm及135μm~150μm。

附件係本發明之雙畫面液晶顯示裝置測實際測試示意之拍攝圖片，如圖所示在本發明之雙畫面液晶顯示裝置A的右側設一面鏡子B，利用相機拍得之畫面便如所示，鏡子B外面的顯示裝置A的畫面偏左側顯示L，而鏡子B內的顯示裝置A的畫面偏右側顯示R，藉此說明本發明之液晶顯示裝置的雙畫面顯示效能。

由上述之說明不難發現本發明之優點，在於在於利用圖形化電極設計，可在不需額外使用複雜之視差屏障或柱狀透鏡等光學膜前提下，並免去使用多區域配向技術，以目前顯示面板產業之技術條件達到雙畫面液晶顯示裝置之功能性，故可達到令液晶顯示裝置在製造面上的成本相對較低，且液晶顯示裝置的製程相對簡易，並可具有得以量產之功效。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此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。