TWI497168B - 對稱擴散膜及其平面顯示器之應用 - Google Patents

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Description

對稱擴散膜及其平面顯示器之應用
本發明是關於一種對稱擴散膜及其平面顯示器的應用方法，並且特別包括了應用對稱擴散膜技術的廣視角平面顯示器。
液晶顯示器(LCD)係利用液晶(LCs)能調節發光的性質而可構成一種平面顯示器、電子視覺顯示器，及影像顯示器。由於液晶顯示器在絕大多數應用上具有更簡潔、更輕盈、可攜帶、更低價、更高可靠度、以及讓眼睛更舒適的功能，液晶顯示器已取代了陰極射線管顯示器(CRT)。現在液晶顯示器成為最廣泛使用的顯示器，同時提供多樣性的選擇，包括尺寸、形狀、解析度，以及型號，同時也廣泛應用在電腦螢幕、電視、儀器儀表板、飛機座艙螢幕，以及招牌等。
現今市場上有幾種知名的液晶顯示器型式，例如邊緣電場切換型(FFS)、垂直配向型(VA)、扭轉向列型(TN)，以及光學補償彎曲型(OCB)液晶顯示器。邊緣電場切換型(FFS)液晶顯示器具有廣視角、高成本、低良率，以及低穿透率的特性。傳統垂直配向型(VA)液晶顯示器必須搭配昂貴的優化補償器，因此增加了成本。同時，垂直配向型液晶顯示器在廣視角的功能上表現並不好，在某些角度下會出現泛白褪色(white wash-out)的現象，導致影像的對比率 降低。扭轉向列型(TN)型液晶顯示器擁有簡單的結構，但是在廣視角功能上表現不佳。光學補償彎曲型(OCB)液晶顯示器具有非常快速的反應時間，然而，光學補償彎曲型液晶顯示器必須具備優化補償器造成造價昂貴。不論採用何種液晶顯示器，消費者始終追求著低價同時擁有理想畫面的液晶顯示器，例如廣視角功能、減小灰階反轉、減小色差、減小色相偏移(hue shift)等功能。
本發明揭露一種對稱擴散膜及其平面顯示器的應用方法，其中特別包括了應用對稱擴散膜技術的廣視角平面顯示器。實施例之平面顯示器結構應用了對稱擴散膜及不包括視角補償膜的偏光板。實施例之顯示器擁有一簡單且低價製造的結構，同時，顯示在平面顯示器上的影像品質也有大幅提升。
一實施例係提供一種適用於平面顯示器之對稱擴散膜，此對稱擴散膜中至少包括兩種不同物質，包括混合之具第一折射率之第一物質和具第二折射率之第二物質，且第一折射率不等於第二折射率。
另一實施例中提供一種平面顯示器，此平面顯示器配置一面板用以顯示影像，其中上偏光板設置在面板上。在其較佳實施例中，平面顯示器包括對稱擴散膜，對稱擴散膜設置在上偏光板之一側，同時上偏光板中並不含有補償膜。對稱擴散膜含有最少兩種物質，其中具有混合之第一 物質和第二物質；第一物質具有第一折射率，第二物質具有第二折射率，其中第一折射率不相等於第二折射率。
另一實施例中提供一種平面顯示器，此平面顯示器中包括液晶面板，液晶面板中包括液晶層；其中上偏光板設置於液晶層上且不包括補償膜；前述之對稱擴散膜設置於上偏光板之一側，其中一準直光(collimated light)通過液晶面板。在一實施例中，被對稱擴散膜散射之準直光的一半高寬值(half-width at half-maximum，HWHM)係在5度到20度的範圍內。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本發明之實施例中提供一種對稱擴散膜(Symmetric diffusion film，SDF)及其廣視角平面顯示器的應用。實施例之平面顯示器結構(例如液晶顯示器)利用了對稱擴散膜和不包括視角補償膜之偏光板構成此顯示器。製造平面顯示器的成本也因為省去高價的補償膜而降低。實施例中平面顯示器係具有簡單結構且可以低價成本製造。因此實施例之平面顯示器適合大量生產。同時，本實施例中之平面顯示器能解決傳統顯示器面對深視角時發生色差問題，例如影像泛白褪色或是泛黃的問題。本實施例中之平面顯示器在影像品質上有大幅的進步，在影像顯示上擁有如廣視角、無灰階反轉、微小色差、微小色相偏移等許多優點。
實施例中之平面顯示器之結構可廣泛的被應用在穿透式(transmissive)、反射式，以及半穿透半反射式等液晶顯示器。同時，平面顯示器也適用於多種液晶顯示器，例如邊緣電場切換型(FFS)、垂直配向型(VA)、扭轉向列型(TN)，以及光學補償彎曲型(OCB)液晶顯示器。
以下係提出液晶顯示器之實施例與所附圖式詳細敘述本發明之實施例。然實施例所提出的細部結構是為舉例說明，並非限縮保護範圍之用。相關領域之技術者可在不悖離揭露精神之情況下跟據實際應用所需做修飾與變化。
第一實施例-穿透式液晶顯示器
請參照第1A圖及第1B圖，其為依照本發明第一實施例之兩種穿透式液晶顯示器之簡示圖。
穿透式液晶顯示器10或10’包括液晶面板101(內含一液晶層)；背光系統102設置在液晶面板101下方，用以提供一準直光通過液晶面板101；上偏光板104、下偏光板105、及對稱擴散膜107設置在上偏光板104之一側；液晶面板101設置在上偏光板104和下偏光板105之間；上偏光板104和下偏光板105彼此正交產生一交叉極化現象(cross-polarization effect)。穿透式液晶顯示器10以及10’的差異在於對稱擴散膜107位置不同。請參照第1A圖，對稱擴散膜107設置於上偏光板104之背面，並夾置於上偏光板104以及液晶面板101之間。請參照第1B圖，對 稱擴散膜107設置於上偏光板104之上方(如上表面)。第一實施例中，上偏光板104及下偏光板105中並無存在補償膜，例如廣視角補償膜(wide view film)。
在第一實施例中，背光系統102設置在液晶面板101下，背光系統102提供一準直光通過液晶面板101，準直光之半高寬值(HWHM)範圍大約5度到15度之間。第2A圖顯示一理想背光系統之對比率(CR)；第2B圖顯示以半峰半寬半高寬為函數的對比率；如第2B圖中所示，當半高寬值範圍大約5度到15度之間時，其對比率大約介於0.1至1之間。對比率是顯示器所能產生的亮度，介於最亮的白色和最暗的黑色中的比例，對比率同時也是另一接收影像品質的主要因素。擁有較高對比率的影像比起低對比率的影像看起來其輪廓會較明顯清楚。
同時，設置兩組準直背光系統用來檢測背光表現。第3A圖顯示系統1中角度相關的垂直和水平方向的亮度分佈；第3B圖顯示系統2中角度相關的垂直和水平方向的亮度分佈。第3B圖中，水平方向和垂直方向的半高寬值分別是18度和8度。第3A圖中，水平方向和垂直方向的半高寬值分別是15度和10度。
為改善影像模糊的問題，應使液晶層到擴散膜的距離越短越好，或是由背光系統射出的光線其散射色角度越小越好的光，或是讓液晶層和擴散膜越薄可以改善模糊的問題。舉例來說，使用更薄的玻璃、更薄的偏光板，或是放置在適當位置的擴散膜都可以用來減低減少液晶層和擴 散膜之間的距離。再者，所揭露之實施例係使用準直光。第4A圖簡示液晶顯示器結構在有無擴散膜的情況下，影像模糊的程度。根據此實施例(例如：第4A圖左半部之結構)，對稱擴散膜207設置在上偏光板204上，背光系統射出之準直光(擴散角α)穿透下基板玻璃201、液晶層202、上基板玻璃203、和上偏光板204，之後被對稱擴散膜207散射(散射角β)，。散射角β也會隨著對稱擴散膜207的厚度變動。第4B圖簡示液晶顯示器結構其影像模糊的程度，其中玻璃與其膜層205代表一上玻璃基板和一個擴散膜。每個畫素P含有3個有色子畫素，包括藍色子畫素202B、綠色子畫素202G，以及紅色子畫素R。若要能辨識單一色線，則需滿足以下方程式： 其中，d為1/3個畫素尺寸，t為玻璃與其膜層205之厚度，α角為對應玻璃與其膜層205厚度t之背光(半高寬)的擴散角。
在一實施例中，對稱擴散膜設置在上偏光板之一側，同時被該對稱擴散膜207散射後之光線其半高寬出散一射角範圍約在5度到20度之的光。在一實施例中，當該對稱擴散膜207之半高寬大約在20度時，而可應用之玻璃厚度約200μm，然本發明並不限制於此。
根據此實施例，對稱擴散膜含有最少兩種物質，其中包括第一物質和第二物質，第一物質和第二物質混合而成 該對稱擴散膜；第一物質具有第一折射率n1，第二物質具有第二折射率n2，其中第一折射率n2不相等於第二折射率n2。在一實施例中，第一折射率n1和第二折射率n2之差大於0而不大於0.1。第二物質可以是粒子型態散佈在第一物質中，而粒徑尺寸在0.1μm到10μm之間。
第5圖顯示本實施例揭露之對稱擴散膜。第5圖中對稱擴散膜30含有3種不同物質，包括第一物質301、第二物質302、第三物質303，分別具有第一折射率n1、第二折射率n2、第三折射率n3。第三折射率n3和第一折射率及第二折射率並不相同。第二物質和第三物質可以是粒子型態般散佈在第一物質中，第三折射率n3和第二折射率n2之差，和第三折射率n3和第一折射率n1之差皆不大於0.1。舉例中之第三物質之粒徑尺寸例如是0.1μm到10μm之間。對稱擴散膜折射率例如是n1=1.6，n2=1.5，n3=1.5，和n1=1.6，n2=1.5，n3=1.4。
在一實施例中，第一物質301可以是有機材料，例如膠水、黏著劑或是樹脂(例如聚對苯二甲酸乙二酯，PET)。第二物質和第三物質之組成可分別獨立的自無機材料(例如矽氧玻璃SiOx、矽氮玻璃SiNx)，和透明導電材料(例如銦錫氧化物(ITO)、銦鋁鋅氧化物(IAZO)、銦鎵鋅氧化物(GZO))中選擇。再者，實施例之對稱擴散膜之厚度例如是在20μm到200μm之間，然其並非用以限定本發明。
多種不同製造方法皆可用來製造對稱擴散膜，並不以實施例揭露內容為限。在一實施例中，對稱擴散膜30係 由第二物質及第三物質之粒子依任意比例散佈入第一物質，之後再固化第一物質以與第二物質或/及第三物質混合。舉例來說，在足夠高的溫度下液化一有機材料(例如膠水、黏著劑、PET...)，再加入任意比例之第二物質粒子及/或第三物質粒子進入該熔化的有機材料中，並且攪拌混合均勻，再固化此混合物。
相關實驗及結果
以下係以三種不同的M型垂直配向類型(M-VA)液晶顯示器結構以研究液晶顯示器之性能，例如觀察珈瑪曲線、灰階反轉(GSI)，以及色彩偏移(color shift)。根據實驗，實施例提供一不具有補償膜之M型垂直配向類型(M-VA)液晶顯示器結構(如第1A圖)，同時對稱擴散膜之半高寬值為18度，而準直光背光系統2也被應用在實驗中。在實驗中，本實施例中之擁有補償膜之M型垂直配向類型(M-VA)液晶顯示器(例如現今垂直配向顯示器，不含對稱擴散膜)和沒有補償膜之M型垂直配向類型(M-VA，不含對稱擴散膜)液晶顯示器係被拿來作為比較。
第6A圖到第6G圖係為具補償膜之M型垂直配向類型(M-VA)液晶顯示器(例如現今垂直配向顯示器，不含對稱擴散膜)，在量測結果上的比較。
第6A圖顯示關於明亮強度和位於八種不同視角之灰階(其中視角為0度、10度、20度、30度、40度、50度、60度，以及70度)，在極座標角度(Φ)為0度時之珈瑪曲 線(其中視角為0度、10度、20度、30度、40度、50度、60度，以及70度)，其中標準冪次曲線(其中γ=2.2)也呈現於圖示中。同理，第6B圖顯示關於明亮強度和位於八種不同視角之灰階，在極座標角度為45度時之珈瑪曲線。第6C圖顯示關於明亮強度和位於八種不同視角之灰階，在極座標角度為90時之珈瑪曲線。第6D圖顯示關於明亮強度和位於八種不同視角之灰階，在極座標角度為135度時之珈瑪曲線。第6E圖顯示關於明亮強度和位於八種不同視角之灰階，在極座標角度為180度時之珈瑪曲線。在第6A圖到第6E圖中顯示的珈瑪曲線，代表了有補償膜之M型垂直配向類型(M-VA，不含對稱擴散膜)液晶顯示器(例如現今垂直配向顯示器，不含對稱擴散膜)之表現，同時也顯現了和γ=2.2之標準冪次曲線的顯著差異。
第6F圖顯示在從灰階0(黑色)到灰階255(白)之間不同灰階等級之等對比率曲線。擁有補償膜之M型垂直配向類型(M-VA)液晶顯示器(例如現有垂直配向類型(M-VA)液晶顯示器，不含有對稱擴散膜)之灰階反轉(GSI)大約發生在50度時。
另外，第6G圖為在不同視角介於0~70度時，同時極座標φ角度為0度、45度、90度、135度、180度、225度、225度、270度，以及315度所繪製之CIE之色度直角座標圖。在CIE之色度直角座標圖中，每一點代表一單一波長之純色相。由於人類眼睛具有對應3種不同波長的感測器，所有可見顏色的完整色點將會構製成一立體圖 像。而顏色可分成兩種概念的組合：明亮度(brightness)及色度(chromaticity)。舉例來說，白色是一種明亮的顏色，而灰色對比於白色則成為一較暗的白色。換句話說，白色和灰色在色度中是相同的但在亮度上是不同的。第6G圖中清楚呈現擁有補償膜之M型垂直配向類型(M-VA)液晶顯示器(例如現有垂直配向類型(M-VA)液晶顯示器，不含有對稱擴散膜)，在視角下產生大幅度的色相偏移，使顯示影像之白色及橘色看起來偏黃。
第7A圖到第7G圖顯示不含補償膜之M型垂直配向類型(M-VA，不含對稱擴散膜)液晶顯示器的量測結果，以做比較之用。
第7A圖顯示關於明亮強度和位於八種不同視角之灰階，在極座標角度(Φ)為0度時之珈瑪曲線(其中視角為0度、10度、20度、30度、40度、50度、60度，以及70度)，其中標準冪次曲線(其中γ=2.2)也呈現於圖示中。第7B圖顯示關於明亮強度和位於八種不同視角之灰階，在極座標角度為45度時之珈瑪曲線。第7C圖顯示關於明亮強度和位於八種不同視角之灰階，在極座標角度為90度時之珈瑪曲線。第7D圖顯示關於明亮強度和位於八種不同視角之灰階，在極座標角度為135度時之珈瑪曲線。第7E圖顯示關於明亮強度和位於八種不同視角之灰階，在極座標角度為180度時之珈瑪曲線。和第6A圖到第6E圖相似，在第7A圖到第7E圖中顯示的珈瑪曲線，代表了不含補償膜和不含對稱擴散膜之M型垂直配向類型(M-VA)液 晶顯示器之表現，同時也顯現了和γ=2.2之標準冪次曲線的顯著差異。
第7F圖顯示在灰階0(黑色)到灰階255(白)之間之等對比率曲線。不含補償膜之M型垂直配向類型(M-VA)液晶顯示器(不含有對稱擴散膜)在視角θ大約60度時發生灰階反轉。
另外，第7G圖顯示由視角θ介於0~70度時從不同顏色獲得之CIE色度直角座標圖，其中，極座標Φ角度為0度、45度、90度、135度、180度、225度、225度、270度，以及315度。在CIE色度直角座標圖中，每一點代表一單一波長之純色相。類似於第6G圖，第7G圖清楚顯示不含補償膜和不含對稱擴散膜之M型垂直配向類型液晶顯示器在視角改變時產生大幅度色相偏移，並且呈現的影像色彩產生不良變化。
第8A圖到第8G圖顯示實施例中不含補償膜，擁有對稱擴散膜(其半高寬值為18度)以及具準直光背光模組之M型垂直配向類型液晶顯示器的測量結果。
第8A圖顯示關於明亮強度和位於八種不同視角之灰階，在極座標角度為0時之珈瑪曲線(其中視角θ為0度、10度、20度、30度、40度、50度、60度，以及70度)，其中標準冪次曲線(其中γ=2.2)也呈現於圖示中。第8B圖顯示關於明亮強度和位於八種不同視角之灰階，在極座標角度為45度時之珈瑪曲線。第7C圖顯示關於明亮強度和位於八種不同視角之灰階，在極座標角度為90度時之 珈瑪曲線。第7D圖顯示關於明亮強度和位於八種不同視角之灰階，在極座標角度為135度時之珈瑪曲線。第7E圖顯示關於明亮強度和位於八種不同視角之灰階，在極座標角度為180度時之珈瑪曲線。和第6A圖-第6E圖，及第7A圖-第7E圖相比，第8A圖-第8E圖顯示的珈瑪曲線，代表了實施例之M型垂直配向類型(含有對稱擴散膜但不含補償膜)液晶顯示器之表現，同時也顯現了和γ=2.2之標準冪次曲線有較小的強度差異。
第8F圖顯示在灰階0(黑色)到灰階255(白色)之間之等對比率曲線。結果顯示實施例之M型垂直配向類型(M-VA)液晶顯示器(含有對稱擴散膜但不含補償膜)，並沒有發生灰階反轉現象。
另外，第8G圖顯示視角θ介於0~70度時從不同顏色獲得之CIE色度直角座標圖，其中極座標Φ角度為0度、45度、90度、135度、180度、225度、225度、270度，以及315度。在CIE色度直角座標圖中，每一點代表一單一波長之純色相。和第6G圖及第7G圖不同，第8G圖清楚顯示當視角改變時色相偏移很小，特別是白色偏移很小。因此實施例之M型垂直配向類型液晶顯示器(不含補償膜和含有對稱擴散膜)在影像品質上得到很大的改善。
第9圖顯示實施例中傳統型背光系統及準直光背光系統之白亮度分佈。圖中結果顯示：在不同視角θ下，實施例之背光系統的亮度和傳統背光系統的亮度基本上並無分別。
再者，進一步研究和討論四種不同液晶顯示器之灰階反轉、對比率及色差現象，包括實施例之液晶顯示器(不含補償膜、含有對稱擴散膜)、含有補償膜之M型垂直配向類型(M-VA)液晶顯示器(例如現今垂直配向類型液晶顯示器，其中不含有對稱擴散膜)、不含補償膜之M型垂直配向類型(M-VA)液晶顯示器(也不含有對稱擴散膜)，以及邊緣電場切換型液晶顯示器。其結果顯示於第10圖~第13B圖。
第10圖顯示四種液晶顯示器結構在極座標角度Φ為45度時，亮度和灰階值之間之珈瑪曲線，其中包括：實施例之不含補償膜及含有對稱擴散膜型之液晶顯示器、含補償膜之M型垂直配向類型(M-VA)液晶顯示器(不含有對稱擴散膜)、不含補償膜之M型垂直配向類型(M-VA)液晶顯示器(不含有對稱擴散膜)，以及邊緣電場切換型液晶顯示器。由結果得知，本實施例之液晶顯示器(不含補償膜及含有對稱擴散膜)結構僅有程度很小的灰階反轉。
第11A圖顯示四種在左-右方向之方位角/極座標角度為0度-180度的液晶顯示器對比率，其對比率以視角θ為函數。第11B圖顯示四種方位角為45度-225度的液晶顯示器之對比率，其對比率以視角θ為函數。結果顯示，第11A圖及第11B圖中曲線代表本實施例M型垂直配向類型(M-VA)液晶顯示器結構(不含補償膜、含有對稱擴散膜)之曲線實質上為對稱曲線，特別是第11B圖中之曲線。
第12A圖顯示實施例中液晶顯示器(不含補償膜及含 有對稱擴散膜)之等對比圖。第12B圖顯示傳統液晶顯示器結構之等對比圖。比較第12A圖及第12B圖可以發現，本實施例中液晶顯示器結構之等對比圖有顯著改善，特別是在方位角45度到225度之間。
第13A圖顯示四種液晶顯示器中橘色的CIE色度直角座標圖。第13B圖顯示四種液晶顯示器中白色的CIE色度直角座標圖。第13A圖及第13B圖之結果證明：實施例之液晶顯示器結構其色差和色相偏移皆很小。
表1總結比較四種液晶顯示器之性能，包括實施例之液晶顯示器(不含補償膜及含有對稱擴散膜)、含補償膜之M型垂直配向類型(M-VA)液晶顯示器(不含有對稱擴散膜)、不含補償膜之M型垂直配向類型(M-VA)液晶顯示器(不含有對稱擴散膜)，以及邊緣電場切換型液晶顯示器。
第二實施例-反射式液晶顯示器
反射式液晶顯示器是將穿透式液晶顯示器中之背光模組以擴散式反射層取代。反射式液晶顯示器價格最便宜，但需要外部亮光作為光源。反射式液晶顯示器在暗室或夜晚的戶外都很難辨識螢幕。本實施例之結構可應用於反射式液晶顯示器，以增進液晶顯示器之性能並且降低製造成本。第14A圖及第14B圖簡示第二實施例中兩種反射式液晶顯示器之結構。
如第14A圖及第14B圖所示，反射式液晶顯示器40或40’，最少包括一液晶(LC)面板，由一液晶層401、一鏡面反射層402、一上偏光板404、及一對稱擴散膜(SDF)407組成。鏡面反射層402設置在液晶層401下方，用來反射周圍區域的環境光(穿越液晶層401到鏡面反射器402)到觀看者。對稱擴散膜(SDF)407係設置在上偏光板404之一側。下偏光板(未顯示)可設置在鏡面反射器402上。反射式液晶顯示器40及40’中之結構差異在於對稱擴散膜(SDF)407之位置。第14A圖中，對稱擴散膜(SDF)407係設置在上偏光板404之背面，同時夾置於上偏光板404及液晶層401之間。第14B圖中，對稱擴散膜(SDF)407係設 置在上偏光板404上表面(前表面)。根據第二實施例，上偏光板404並不需要補償膜，例如廣視角膜，而鏡面反射器402具有一平坦表面。
在第二實施例中，光自對稱擴散膜407散射後其半高寬(HWHM)範圍在5度到20度之間。請參照第一實施例內容中對稱擴散膜(SDF)407之結構、組成，以及材料等性質。類似於第一實施例，在第二實施例中利用不含補償膜之對稱擴散膜(SDF)及偏光板，可具有減低製造成本、增進影像品質例如增進對比率、減小廣視角時色彩偏移的優點。
此外，第二實施例中之反射式液晶顯示器也可以選擇性的包括其他結構。本發明對此並不多做限制。
第15圖中顯示第二實施例中反射式液晶顯示器裡其中一種應用。如第15圖所示，反射式液晶顯示器50包括一第一玻璃基板501a、一第二玻璃基板501b、一多晶矽層502形成在第一玻璃基板501a上、一金屬匯流排線503、一液晶層505位於一第一銦錫氧化物(ITO)506a及一第二銦錫氧化物(ITO)506b之間、一彩色濾光層507位於第二玻璃基板501b及第二銦錫氧化物(ITO)506b之間、一鏡面反射層508形成於第一銦錫氧化物(ITO)506a上用來反射環境光來照明顯示器、一上偏光板514位在第二玻璃基板501b上，和一對稱擴散膜517位於上偏光板514及液晶層505之間(例如：設置在上偏光板514之背面)。寄生電容504發生在第一銦錫氧化物(ITO)506a和金屬匯流排 線503之間。
傳統反射式液晶顯示器中，一銦錫氧化物和設置在銦錫氧化物上方的反射層(如第15圖中第一銦錫氧化物(ITO)506a和鏡面反射層508的位置)，會形成高低不平之凸塊狀表面，因而產生不穩定的寄生電容。對反射式液晶顯示器而言，特別是具有畫素記憶功能(MIP)的液晶顯示器，不穩定的寄生電容效應會對顯示器運作的穩定性產生很大影響。同時，儲存電容設計必須因應凸塊狀表面(bumpy surface design)而改變，生產成本也會因為製造凸塊狀表面而增加(例如光罩及製程)。第二實施例中，由於鏡面反射層508具有一平坦表面而不需製作凸塊狀表面；如此設計可在液晶顯示器中產生均勻一致的寄生電容，可解決傳統液晶顯示器中寄生電容不穩定的問題。第16圖顯示反射式液晶顯示器在有無不平表面反射層結構的情況下，取樣多次所量測之畫素電壓之參考電壓容限(Vref margin)和畫素電壓之差值；其中方形符號□代表無不平表面反射層器之反射式液晶顯示器中，取樣多次所量測之參考電壓容限和樣本畫素電壓之差值的曲線；圓形符號●代表具有不平表面反射層之反射式液晶顯示器中，取樣多次所量測之參考電壓容限的曲線。第16圖清楚顯示沒有不平反射器之反射式液晶顯示器具有較穩定的量測參考電壓差值。
此外，白偏光板可應用在第二實施例中反射式液晶顯示器中之上偏光板404/514上，用來增進影像品質，例如 解決反射式液晶顯示器中影像泛黃的問題。
第三實施例-半穿透半反射式之液晶顯示器
半穿透半反射式之液晶顯示器係反射式液晶顯示器和穿透式液晶顯示器之結合。背光被用來當做穿透功能，同時反射鏡也被用來反射周圍光。半穿透半反射式液晶顯示器合併應用在所有光照條件下之背光。當周圍有足夠光照，或是有剩餘電力時，背光可以暫時關閉。在黑暗環境中，背光被開啟提供照明。實施例中之結構可以同時和半穿透半反射式液晶顯示器結合，減低製造成本，並且增進液晶顯示器的功能。第17A圖和第17B圖簡示兩種第三實施例中半穿透半反射式液晶顯示器。
如第17A圖及第17B圖所示，半穿透半反射式液晶顯示器60或60’至少包括一液晶面板，含有包括部分平坦反射器之液晶層601，下偏光板603，上偏光板604，一對稱擴散膜(SDF)607設置在上偏光板604上，和一背光系統609設置在液晶面板下，用以提供準直光給液晶面板；半穿透半反射式液晶顯示器60及60’之差別在於對稱擴散膜(SDF)607之位置。第17A圖中，對稱擴散膜(SDF)607設置在上偏光板604之背面，同時被上偏光板604及液晶層601夾在其中。第17B圖中，對稱擴散膜(SDF)607設置在上偏光板604之上(例如上表面)。第三實施例中，上偏光板604及下偏光板603皆不具有例如是廣視角膜之補償膜。
第18圖顯示第三實施例中半穿透半反射式液晶顯示器裡其中一種應用。如第18圖所示，半穿透半反射式液晶顯示器70包括第一玻璃基板701a及第二玻璃基板701b，一多晶矽層702在第一玻璃基板701a上，一金屬匯流排線703，一液晶層705位在第一銦錫氧化物(ITO)706a及第二銦錫氧化物(ITO)706b之間；一彩色濾光層707位在第二玻璃基板701b及第二銦-錫-氧化物(ITO)706b之間；一鏡面反射器708部分形成於第一銦錫氧化物(ITO)706a用以反射周圍光照明顯示器(功能等同反射型液晶顯示器)；一背光系統709設置在液晶面板下，用以提供一準直光供給液晶面板(功能等同反射式液晶顯示器)；一上偏光板714位於第二玻璃基板701b上；一對稱擴散膜(SDF)717位於上偏光板714和液晶層705之間(例如設置在上偏光板714背面)；寄生電容704產生於第一銦錫氧化物(ITO)706a及金屬匯流排線703之間。
第三實施例中，背光系統709提供一準直光給予液晶面板，及半高寬範圍大約在5度到15度的準直光。第三實施例中，對稱擴散膜607/717散射出散一射角範圍在5度到20度之半高寬的光。請參照第一實施例中關於對稱擴散膜(SDF)607/717結構、組成，及成分之細節。
類似於第一及第二實施例，第三實施例中半穿透半反射式液晶顯示器，利用對稱擴散膜(SDF)及不含補償膜之偏光板，可同時具有反射型及穿透式液晶顯示器之優點，例如低製造成本及高品質影像，例如改善對比率，減小廣 視角之色差。同時，第三實施例中具有一平坦表面(例如不需不平表面)之鏡面反射器708部分形成於第一銦錫氧化物(ITO)706a上，如此設計在顯示器中產生一均勻寄生電容，在反射式顯示器的運作中提供更穩定參考電壓差值。另外，一白偏光板可選擇性應用在第三實施例中半穿透半反射式液晶顯示器中上偏光板604/614上，用來增進影像品質，例如解決反射式液晶顯示器中影像泛黃的問題
綜上所述，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，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。
10、10’‧‧‧穿透式液晶顯示器
40、40’、50‧‧‧反射式液晶顯示器
60、60’、70‧‧‧半穿透半反射式液晶顯示器
506A、706A‧‧‧第一銦錫氧化物(ITO)
506b、706b‧‧‧第二銦錫氧化物(ITO)
503、703‧‧‧金屬匯流排線
507、707‧‧‧彩色濾光層
501a、701a‧‧‧第一玻璃基板
501b、701b‧‧‧第二玻璃基板
502、702‧‧‧多晶矽層
402、502、708‧‧‧鏡面反射器
301‧‧‧第一物質
302‧‧‧第二物質
303‧‧‧第三物質
205‧‧‧玻璃與其膜層
30、107、207、407、517、607、717‧‧‧對稱擴散膜SDF
105、603‧‧‧下偏光板
104、204、404、514、604、714‧‧‧上偏光板
102、609、709‧‧‧背光系統
202、401、505、601、705‧‧‧液晶層
101‧‧‧液晶層
504、704‧‧‧寄生電容
第1A圖及第1B圖繪示本發明第一實施例之兩種穿透式液晶顯示器簡示圖。
第2A圖顯示理想背光系統之對比率(CR)；第2B圖顯示以半高寬為函數的對比率。
第3A圖顯示系統1中垂直和水平方向的亮度分佈；第3B圖顯示系統2中垂直和水平方向的亮度分佈。
第4A圖簡示液晶顯示器結構在有無擴散膜的情況下，影像模糊的程度。
第4B圖簡示液晶顯示器結構其影像模糊的程度
第5圖顯示本實施例之對稱擴散膜。
第6A圖到第6G圖顯示具有補償膜之M型垂直配向類型(M-VA，不含補償膜)液晶顯示器在量測結果上的比較。
第7A圖到第7G圖顯示不含補償膜之M型垂直配向類型(M-VA，不含補償膜)液晶顯示器在量測上的結果。
第8A圖到第8G圖顯示實施例中不含補償膜，而擁有補償膜之M型垂直配向類型液晶顯示器，以及準直光背光的測量結果。
第9圖顯示實施例中傳統型背光系統及準直光背光系統之白亮度分佈。
第10圖顯示實施例中4種液晶顯示器結構在極座標角度Φ為45度時，亮度和灰階之間之珈瑪曲線。
第11A圖顯示四種左-右方向在方位角/極座標角度為0度-180度的液晶顯示器對比率，其對比率以視角θ為函數。
第11B圖顯示四種方位角為45度-225度的液晶顯示器之對比率，其對比率以視角θ為函數。
第12A圖顯示實施例中液晶顯示器(不含補償膜及含有對稱擴散膜)之等對比率等高線。第12B圖顯示傳統液晶顯示器結構之等對比率等高線。
第13A圖顯示四種液晶顯示器中橘色CIE色度直角座標圖。第13B圖顯示四種液晶顯示器中白色CIE色度直角座標圖。
第14A圖及第14B圖簡示第二實施例中兩種反射式液晶顯示器。
第15圖中顯示第二實施例中反射式液晶顯示器之應用。
第16圖顯示反射式液晶顯示器在有無不平反射器結構的情況下，量測參考電壓(Vref)和樣本畫素電壓之差值；第17A圖和第17B圖簡示兩種第三實施例中半穿透半反射式液晶顯示器。
第18圖顯示第三實施例中半穿透半反射式液晶顯示器之應用。
10‧‧‧穿透式液晶顯示器
107‧‧‧對稱擴散膜SDF
105‧‧‧下偏光板
104‧‧‧上偏光板
102‧‧‧背光系統
101‧‧‧液晶層

Claims (19)

  1. 一種對稱擴散膜，係應用在一平面顯示器，至少由兩種不同物質組成，包括具有一第一折射率之一第一物質和具有一第二折射率之一第二物質，且該第一折射率不等於該第二折射率，且被該對稱擴散膜散射之一準直光之一半高寬值介於5度到20度之範圍。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之對稱擴散膜，其中該第一折射率和該第二折射率的差值大於0且不大於0.1。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之對稱擴散膜，其中該第二物質由尺寸在0.1μm到10μm的複數個粒子組成，且該第二物質散佈在該第一物質中。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之對稱擴散膜，其中該第一物質係為一有機材料，而該第二物質係為一無機材料，或是一透明導電材料。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之對稱擴散膜，其中該第一物質係為一黏著劑或是一樹脂。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之對稱擴散膜，其具有一介於20μm到200μm的厚度。
  7. 一種平面顯示器，至少包括一液晶面板，具有一液晶層；一上偏光板，不包括一補償膜，設置在該液晶面板上；以及一對稱擴散膜，設置在該上偏光板之一側，該對稱擴散膜至少包括兩種不同物質，包括混合之具有一第一折射率之一第一物質和具有一第二折射率之一第二物質，其且 該第一折射率與該第二折射率不相等；其中，一半高寬值介於5度到15度之範圍之準直光通過該液晶面板，且被該對稱擴散膜散射之該準直光之半高寬值介於5度到20度之範圍。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之平面顯示器，更包括一背光系統設置在該液晶面板下方，用以提供該準直光射向該液晶面板。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之平面顯示器，更包括一下偏光板，該液晶面板設置於該下偏光板及該上偏光板之間，其中該上偏光板及該下偏光板皆無補償膜。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之平面顯示器，更包括一反射層，該反射層設置於該液晶層下方。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之平面顯示器，其中該反射層係為具有一平面之一鏡面反射器。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之平面顯示器，其中該上偏光板係為一白偏光板。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之平面顯示器，其中該對稱擴散膜設置於該上偏光板之上方。
  14. 如申請專利範圍第7項所述之平面顯示器，其中該對稱擴散膜設置於該上偏光板及該液晶面板之間。
  15. 如申請專利範圍第7項所述之平面顯示器，其中該第一折射率和該第二折射率之差值大於0而不大於0.1。
  16. 如申請專利範圍第7項所述之平面顯示器，其中該第二物質由尺寸在0.1μm到10μm的複數個粒子組成，且該第二物質散佈在該第一物質中。
  17. 如申請專利範圍第7項所述之平面顯示器，其中該第一物質係為一有機材料，而該第二物質係為一無機材料或是一透明導電材料。
  18. 如申請專利範圍第7項所述之平面顯示器，其中該第一物質係一黏著劑或是一樹脂。
  19. 如申請專利範圍第7項所述之平面顯示器，其中該對稱擴散膜具有一介於20μm到200μm的厚度。
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