TWI470319B - 液晶顯示器 - Google Patents

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Description

液晶顯示器
本發明是有關於一種液晶顯示器，且特別是有關於一種具有廣視角之液晶顯示器。
目前商用的大尺寸液晶顯示器，最常見的是扭轉向列型(Twisted Nematic，TN)顯示器、橫向電場切換(In-Plane Switching，IPS)顯示器、多區域垂直配向(Multi-Domain Vertical Alignment，MVA)顯示器。TN顯示器的最大問題在於視角太窄，尤其是在下視角，大約30度左右就會有灰階反轉(grey level inversion)現象。然而，與TN顯示器相較，IPS顯示器或MVA顯示器雖然可提供較廣的視角，但製造成本高於TN顯示器，且IPS顯示器或MVA顯示器的透光率只有TN顯示器的6~8成，因而必須增加背光模組的亮度，造成背光模組的成本上升及功耗增加，並產生散熱不佳的問題。
另外，解決TN顯示器之視角問題的另一方案為使用廣視角光學補償膜(Wide Viewing Compensation Film)，其雖可將左右視角增加到140度以及上下視角增加到120度，但是沒有解決灰階反轉的問題。在大型戶外廣告看板的應用上，觀看者主要是位於顯示器下方，因此顯示器只需要朝下側顯示廣告內容的功能，而不需要廣視角的功能，尤其大型戶外廣告看板需要更高的亮度，因此背光模組中燈管的散熱問題便顯得更加重要。
本發明係有關於一種液晶顯示器，其具有偏折入射光至特定方位的影像光線偏折裝置，例如是具有微結構之光學膜，藉以提供特定視角的顯示功能，並可配合不同視角之顯示而具有廣視角的顯示功能，以解決上述習知技術的缺點。
根據本發明之一方面，提出一種液晶顯示器，包括一顯示面板、一光學膜以及一背光模組。光學膜配置於顯示面板上，光學膜具有複數個微結構，面對顯示面板排列在光學膜上，且此些微結構之排列週期介於90μm~3μm之間。背光模組與光學膜分別配置於顯示面板的相對兩側，其中背光模組用以發射一光線，此光線穿透顯示面板而入射至光學膜，並藉由光學膜之此些微結構偏折光線，以使光線相對於其出光平面之法線偏折20~70度後出光。
根據本發明之一方面，提出一種液晶顯示器，包括一顯示面板、一光學膜以及一背光模組。光學膜配置於顯示面板上，光學膜具有複數個微結構，且此些微結構之排列週期介於90μm~3μm之間。背光模組與光學膜分別配置於顯示面板的相對兩側，背光模組用以發射一光線。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本實施例所揭露之液晶顯示器，係利用配置於顯示面板上之光學膜，將出射角約在0~20度(正視角定義為0 度)間的正常影像資訊，經光學膜偏折部分光到其他視角(大於20度以上)，使得在更大視角上亦可看到原本在0~20度間出射的正常影像資訊。此外，本實施例之光學膜可以有不同的設計，使得不同比例的正射光被轉向到更大的視角上。例如：(一)光學膜可以佈滿微結構，使得大部份的光都被折射到大視角；或(二)為了維持正視角影像的光強度，可以降低微結構在光學膜上的面積比例來調整正視角的出光比例；或(三)調整微結構頂角部分的形狀或底面分佈之形狀，來提高正視角之出光比例。
以下係提出各種實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。
第一實施例
請參照第1圖，其繪示依照本發明一實施例之液晶顯示器及其光學膜的分解示意圖。液晶顯示器100包括一顯示面板110、一背光模組130以及一光學膜120。背光模組130與光學膜120分別配置於顯示面板110的相對兩側。以穿透式液晶顯示面板為例，背光模組130配置於顯示面板110的入光面，而光學膜120配置於顯示面板110的出光面。背光模組130發出之光線(以正視角入射之光線L為例)可穿過顯示面板110而到達光學膜120，再經光學膜120偏折到其他視角。也就是說，光線L經由光學膜120偏折之後會射往至特定方位(例如下視方位)，如此人眼102在更大視角上亦可看到原本入射角在0~20度間才看得到的影像資訊，以解決習知技術遇到的窄視角問 題。
由於傳統的TN顯示器的可視角較窄，因此用於戶外廣告看板的顯示器多採用廣視角技術之IPS顯示器或MVA顯示器。但是，本實施例之光學膜120應用在TN顯示器上可解決窄視角問題，尤其是克服下視角大於30左右度時產生的灰階反轉現象，使得位於顯示器下方的觀看者，仍能清楚看到朝下側顯示之廣告內容。採用TN顯示器的好處在於：TN顯示器的製造成本低，且其透光率大於IPS顯示器或MVA顯示器的透光率，因而不需為了增加背光模組130的亮度，造成背光模組130的成本上升及功耗增加，故可克服背光模組130散熱不佳的問題。但本實施例之光學膜120除了用在TN顯示器之外，亦可應用在IPS顯示器或MVA顯示器上。
第2圖繪示光學膜120配置於顯示面板110上的立體示意圖。在第2圖中，光學膜120之微結構122例如呈條狀排列之三角柱，其柱軸方向A1大致上與顯示面板110的上/下視軸A2垂直，以偏折入射光至下視方位或上視方位。然而，本實施例之光學膜120不限定偏折入射光至下視方位或上視方位，亦可朝左視方位、右視方位或往其他方位偏折，本發明對此不加以限制。但需說明的是，光學膜120上各個微結構122的排列方向與光線L的偏折方向直接相關，若欲偏折光線L至上視/下視方位，光學膜120上各個微結構122的排列方向係垂直於顯示面板110的上/下視軸A2(如第2圖所示)；若欲偏折光線L至左視/右視方位，光學膜120上各個微結構122的排列方向係垂直 於顯示面板110的左/右視軸。在第2圖中，微結構122亦可直接形成在透光基板上，不限定與光學膜120合為一體，因此上述之光學膜120可替換為透光基板。
第3圖繪示第2圖中微結構122的放大示意圖。在第3圖中，微結構122位於基板(或光學膜120)下方，亦即面對顯示面板110。微結構122之截面形狀例如為頂角60度之非等腰三角形。假設微結構122的斜邊與S2的夾角為θ，當光線L入射至微結構122之入光平面S1時，入光平面S1之法線N1與入射光之間的夾角為入射角(也是θ)，之後，光線L經由光學膜120的出光平面S2出光，出光平面S2之法線N2與出射光之間的夾角為偏轉角β，經由公式(1)可知，入射角θ與偏轉角β之間的關係為：
其中，n為微結構122之折射率。
針對不同材料的折射率n，將偏轉角β對不同折射率的微結構122之入射角θ進行模擬可得第4圖之圖表，折射率n例如介於1.4~1.8之間。從第4圖之圖表可知，當入射角θ約60度時，通過折射率為1.4之微結構122，光線相對於出光平面的偏轉角β約為30度，而入射光之臨界角在88度左右。當入射角θ約35度時，通過折射率為1.8之微結構122，光線相對於出光平面的偏轉角β約為30度，而入射光之臨界角在70度左右。也就是說，無論折射率高或低，當入射角超過30度時，離入射光之臨界角還有一定的角度範圍。因此，其他更大角度之入射光 仍可以從微結構122出射，故可避免光線L在微結構122中發生全反射而無法出射。故，在本實施例中，偏轉角β範圍介於20~70度，微結構折射率介於1.4~1.8之間，微結構122之頂角範圍例如介於135~40度之間，可達到改善窄視角的缺點。
接著，第5圖繪示第2圖中光學膜120之微結構122的放大示意圖。在第5圖中，微結構122位於光學膜120下方，亦即面對顯示面板110。微結構122之截面形狀例如為頂角60度、底角60度之正三角形。為了避免被人眼感覺出微結構122存在，造成影像的扭曲，微結構122的大小通常小於100μm，但是若小到接近入射光之波長，則容易發生光的繞射而容易看到環境光的反射彩色分光。所以，本實施例將微結構122的排列週期設計在90μm~3μm之間。如第5圖所示，若以10μm之週期P為例，透過光學模擬軟體比較入射光進入光學膜120前的光形(參見第6圖)與入射光進入光學膜120後的光形(參見第7圖)，可得到0~30度的光線經過光學膜120偏折之後的結果。此時，原本0度出射的光線(正視角)大致上會被偏折到上、下視角為38度左右的方位，進而改善大視角時發生灰階反轉的問題。
接著，第8圖繪示依照本發明另一實施例之光學膜的示意圖。在第8圖中，光學膜120’藉由降低微結構122’在光學膜120’上的面積比例來調整光線於正視角的出光比例。舉例來說，以底角60度之三角形微結構122’的分佈面積約佔整個光學膜120’面積的比例為20%為例，單一 週期T中配置微結構122的面積只有單一週期T的面積0.2倍，如此正視角影像的亮度可以維持為放置光學膜120前的80%以上，以維持正視角影像的光強度。上述之實施例可依照實際情況調整微結構122’所佔的比例，使其介於20%~100%之間。
接著，第9圖繪示依照本發明另一實施例之光學膜的示意圖。在第9圖中，微結構222為條狀排列之柱狀體，而光學膜220藉由調整微結構222之形狀為梯形來調整光線於正視角的出光比例。舉例來說，以高度為原來三角形結構(亦即，具有與梯形微結構222相同底面與相同底角之三角形)高度h的0.16~0.2h倍的梯形微結構222為例，正視角影像的亮度可以維持為放置光學膜220前的80%以上，以維持正視角影像的光強度；以高度為原來三角形結構高度h的0.1h~0.08h倍的梯形微結構222為例，正視角影像的亮度可以維持為放置光學膜220前的90%以上。是以，當正視角影像的亮度需為放置光學膜220前的50%~90%之間，則梯型高度需維持在原高度的0.5h~0.08h之間。
接著，第10A及10B圖分別繪示依照本發明另一實施例之光學膜的示意圖。在第10A圖中，光學膜320藉由調整微結構322之頂角形狀為弧形323來調整光線於正視角的出光比例。在第10B圖，光學膜320’除了改變微結構322a及322b之頂角形狀為弧形323，更改變微結構322b之底角，使得部分微結構322b的底角小於相鄰之其他微結構322a的底角，其中微結構322a之底角與微結構322b之底 角差值約為5~60度之間。如此，部分微結構322b的底面分佈面積佔整個光學膜320面積的比例增加，進而改變正視角影像的光強度。
請參照第11A圖，其繪示光學膜420a以膠材412a配置於顯示面板410上的示意圖。在本實施例中，由於膠材412a塗佈在光學膜420a上時，會填補原有的微結構422之間的空隙，因而改變設計好的光行進方向。針對此點，本實施例重新調整微結構422的角度，以及選取適當的微結構折射率與膠材412a的折射率。舉例來說，將微結構422之形狀調整為例如頂角40度的等腰三角形，微結構422折射率=1.8，膠材折射率=1.49，模擬後的結果如第12圖所示。從第12圖可看出來，調整過後之光形可以達到跟原設計之光形(第7圖)接近的結果。
請參照第11B圖，其繪示光學膜420b以膠材412b配置於顯示面板410上的示意圖。在本實施例中，微結構422b例如為第9圖之梯型結構，將膠材412b塗佈在梯型微結構422b面對且接近顯示面板410之平面423上，藉由膠材412b將微結構422b與顯示面板410結合。其中梯型微結構422b與梯形微結構422b之間的空隙413可以空氣填滿，但並不塗佈膠材。本實施例係使光線傳輸在微結構422b與空隙413的空氣之間，並不經由膠材的情況下，故更可達到光線折射到大角度的效果。
本實施例雖以微結構面對顯示面板配置為例，但當微結構背對顯示面板配置時亦可達到改善窄視角、增加視角的效果。當微結構背對顯示面板配置時，微結構亦可具有 如上實施例之不同週期、不同形狀等配置。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明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，當可作各種之更動與潤飾。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。
100‧‧‧液晶顯示器
102‧‧‧人眼
110、410‧‧‧顯示面板
120、120’、220、320、320’、420a、420b‧‧‧光學膜
122、122’、222、322a、322b、422、422b‧‧‧微結構
130、430‧‧‧背光模組
412a、412b‧‧‧膠材
A1‧‧‧柱軸方向
A2‧‧‧視軸
L‧‧‧光線
S1‧‧‧入光平面
S2‧‧‧出光平面
N1、N2‧‧‧法線
θ‧‧‧入射角
β‧‧‧偏轉角
第1圖繪示依照本發明一實施例之液晶顯示器及其光學膜的分解示意圖。
第2圖繪示光學膜配置於顯示面板上的立體示意圖。
第3圖繪示第2圖中光學膜之微結構的放大示意圖。
第4圖為偏轉角對於不同折射率之微結構之入射角的模擬圖。
第5圖繪示第2圖中光學膜之微結構的放大示意圖。
第6圖繪示0~30度的光線進入光學膜前的光形圖。
第7圖繪示0~30度的光線進入光學膜後的光形圖。
第8圖繪示依照本發明另一實施例之光學膜的示意圖。
第9圖繪示依照本發明另一實施例之光學膜的示意圖。
第10A及10B圖分別繪示依照本發明另一實施例之光學膜的示意圖。
第11A及11B圖分別繪示光學膜以膠材配置於顯示面 板上的示意圖。
第12圖繪示0~30度的光線進入光學膜後的光形圖。
100‧‧‧液晶顯示器
102‧‧‧人眼
110‧‧‧顯示面板
120‧‧‧光學膜
122‧‧‧微結構
130‧‧‧背光模組
L‧‧‧光線

Claims (18)

  1. 一種液晶顯示器，包括：一顯示面板；一光學膜，配置於該顯示面板上，該光學膜具有複數個微結構，面對該顯示面板排列在該光學膜上，且該些微結構之排列週期介於90μm~3μm之間；以及一背光模組，其與該光學膜分別配置於該顯示面板的相對兩側，該背光模組用以發射一光線；其中，該光線穿透該顯示面板而入射至該光學膜，並藉由該光學膜之該些微結構偏折該光線後出光，以使該光線相對於出光平面之法線偏折20~70度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該些微結構為條狀排列之三角柱。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示器，其中該些微結構之形狀為等腰三角形、非等腰三角形或正三角形。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示器，其中該些微結構之頂角介於135度~40度之間。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示器，其中該些微結構之排列方向與該光線之偏折方位所在的軸線垂直。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示器，其中該些微結構之頂角形狀為弧形。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示器，其中 部分該些微結構的底角小於相鄰之其他該些微結構的底角。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該些微結構的分佈面積佔整個光學膜面積的比例為20%以上。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中各該週期中配置該些微結構的面積佔各該週期的面積0.2倍以上。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該些微結構之折射率介於1.4~1.8之間。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，更包括一膠材，該膠材黏著於該些微結構與該顯示面板之間。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該些微結構為條狀排列之柱狀體。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之液晶顯示器，其中該些微結構之形狀為梯形。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之液晶顯示器，更包括一膠材，配置在該些梯形微結構接近該顯示面板之一平面上。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之液晶顯示器，當具有與該梯形微結構相同底面與相同底角之三角形高度為h時，則該梯形微結構之高度約在0.08h與0.5h之間。
  16. 一種液晶顯示器，包括：一顯示面板； 一光學膜，配置於該顯示面板上，該光學膜具有複數個微結構，且該些微結構之排列週期介於90μm~3μm之間；以及一背光模組，其與該光學膜分別配置於該顯示面板的相對兩側，該背光模組用以發射一光線。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之液晶顯示器，其中該些微結構係面對該顯示面板。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之液晶顯示器，其中該些微結構係背對該顯示面板。
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