TWI680326B - 顯示器 - Google Patents

Abstract

一種顯示器，其包含顯示層、光閘層以及背光模組。顯示層包含第一液晶層、複數個第一像素電極以及彩色濾光層，其中第一像素電極與彩色濾光層分別位於第一液晶層的相對兩側面，或者，第一像素電極與彩色濾光層分別位於第一液晶層的同一側面。光閘層包含第二液晶層、複數個第二像素電極與共通電極層，且第二液晶層夾設於第二像素電極與共通電極層之間，其中光閘層分割出複數個調光區域，每一調光區域內的第二像素電極的電位相同。背光模組提供光線於光閘層與顯示層，且光閘層與顯示層分別位於背光模組的同一側面。

Description

顯示器

本揭露有關於一種顯示器。

目前的顯示器在對比度上受到硬體本身的限制而難以有進一步的突破，而導致在特定應用情境下對比度過低而使螢幕內容無法辨識。舉例而言，在高亮度的環境中，顯示器可能會反射外部光線，而使得整體畫面過亮。基於成本考量，現有的硬體本身又難以再進一步突破，而使得上述問題難以克服。

本揭露有關於一種顯示器，其包含顯示層、光閘層以及背光模組。顯示層包含第一液晶層、複數個第一像素電極以及彩色濾光層，其中第一像素電極與彩色濾光層分別位於第一液晶層的相對兩側面，或者，第一像素電極與彩色濾光層分別位於第一液晶層的同一側面。光閘層包含第二液晶層、複數個第二像素電極與共通電極層，且第二液晶層夾設於第二像素電極與共通電極層之間，其中光閘層分割出複數個調光區域，每一調光區域內的第二像素電極的電位相同。背光模組提 供光線於光閘層與顯示層，且光閘層與顯示層分別位於背光模組的同一側面。

本揭露之另一面向亦有關於一種顯示器，其包含顯示模組、光閘層以及電壓線。顯示模組包含彩色結構層。光閘層疊設於顯示模組，且光閘層包含液晶層、複數個像素電極與共通電極層。液晶層設置於像素電極與共通電極層之間，其中光閘層分割出複數個三角形區域。每一該些三角形區域內的所有該些像素電極共用一條該些電壓線。

總結而言，本揭露所提出之顯示器於顯示層上疊設一層光閘層，進一步改善顯示器先天所具有的暗態漏光問題。此外，藉由將光閘層內各個像素區域組合為調光區域，降低了製作光閘層所需的配線數量。最後，藉由將調光區域設計為不同的幾何形狀，以適於不同的顯示內容，有利於顯示器的顯示品質。

100‧‧‧顯示器

110‧‧‧顯示層

111‧‧‧第一液晶層

112‧‧‧第一像素電極層

112a‧‧‧第一像素電極

113‧‧‧第一共通電極層

114‧‧‧彩色濾光層

120‧‧‧光閘層

121‧‧‧第二液晶層

122‧‧‧第二像素電極層

122a‧‧‧第二像素電極

123‧‧‧第二共通電極層

130‧‧‧背光模組

C1、C2‧‧‧圓圈圖像

DR‧‧‧調光區域

G1、G2...Gm‧‧‧閘極線

P1、P2‧‧‧像素區域

S1、S2...Sn‧‧‧源極線

第1圖繪示依據本揭露一實施方式之顯示器的正視示意圖。

第2圖繪示第1圖中顯示器的剖面圖。

第3圖繪示第2圖所示之第一像素電極層的電性示意圖。

第4圖繪示依據本揭露一實施方式之顯示層與光閘層在空間上的像素排列示意圖。

第5A圖繪示依據本揭露一實施方式之光閘層中每個調光 區域所包含的像素區域之示意圖。

第5B圖繪示第5A圖所示之實施方式之另一種態樣。

第5C圖繪示依據本揭露另一實施方式之光閘層中每個調光區域所包含的像素區域之示意圖。

第6圖繪示依據本揭露一實施方式之顯示器的顯示畫面示意圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。並且，除非有其他表示，在不同圖式中相同之元件符號可視為相對應的元件。這些圖式之繪示是為了清楚表達這些實施方式中各元件之間的連接關係，並非繪示各元件的實際尺寸。

請參見第1圖，其繪示依據本揭露一實施方式之顯示器100的正視示意圖。如第1圖所示，本實施方式之顯示器100可設置於一般汽車之駕駛座前方，並顯示各種行車相關資訊，如時間、車速、剩餘油量、車內溫度等。相較於過往的指針式儀表板，顯示器100能更靈活的呈現不同資訊。具體而言，本實施方式中的顯示器100為液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)，但在其他實施方式中亦可替換為任何具有顯 示功能的顯示模組。舉例而言，顯示模組內可包含有彩色結構層，而彩色結構層可為包含彩色濾光片的濾光層、包含有機發光二極體(organic light emitting diode,OLED)的有機發光層、包含發光二極體(light emitting diode,LED)的發光層，或上述任一者之其一或組合。

接下來請參照第2圖，其繪示第1圖中顯示器100的剖面圖。如第2圖所示，顯示器100主要包含顯示層110、光閘層120以及背光模組130。顯示層110包含第一液晶層111、第一像素電極層112、第一共通電極層113以及彩色濾光層114，其中第一像素電極層112與彩色濾光層114分別位於第一液晶層111的相對兩側面。光閘層120包含第二液晶層121、第二像素電極層122以及第二共通電極層123，其中第二液晶層121夾設於第二像素電極層122與第二共通電極層123之間。背光模組130提供光線至顯示層110與光閘層120，且顯示層110與光閘層120分別位於背光模組130的同一側面。

第2圖中所繪示的疊構圖僅為舉例，本揭露並不以此為限。舉例而言，顯示器100亦可採用陣列上彩色濾光片(color filter on array,COA)結構。在此情形下，第一像素電極層112與彩色濾光層114將位於第一液晶層111的同一側面。

接下來請參照第3圖，其繪示第2圖所示之第一像素電極層112的電性示意圖。如第2圖以及第3圖所示，第一像素電極層112內包含有多個第一像素電極112a(在第3圖中未實際繪示)、多個薄膜電晶體(thin film transistor,TFT)、多條閘極線G1、G2...Gm以及多條源極線S1、S2...Sn。在本實 施方式中，閘極線與源極線彼此垂直設置，呈矩陣式排列，其中矩陣的每一格為一個像素區域P1，其內設置有一個第一像素電極112a以及一個薄膜電晶體。薄膜電晶體電性連接至對應的閘極線、源極線以及第一像素電極112a。於圖3之實施例中，閘極線與源極線分別為直線，且彼此實質上正交，然而，本發明不以此為限，舉例來說，於另一實施例中，閘極線可為直線設計，而源極線則為類似鋸齒形線條(zigzag)，使得閘極線與源極線彼此相交後，形成多個平行四邊形或類似平行四邊形的像素區域P1。

如第2圖以及第3圖所示，當一個薄膜電晶體所連接的閘極線與源極線同時受電壓驅動，則其連接之第一像素電極112a亦將改變電位，促使夾設於第一像素電極層112與第一共通電極層113之間的第一液晶層111內之液晶分子改變排列方向，以此改變由背光模組130所發出光線的穿透率。透過上述方法，將能控制每個像素區域P1的灰階值(gray-scale)。

在本實施方式中，顯示層110的每個像素區域P1的灰階值共有256階。具體而言，顯示層110可以透過調整每個第一像素電極112a的電位，來控制每個像素區域P1的透光率；而在一些實施方式中，可以藉由一單位時間內每個第一像素電極112a的明暗時間比，來控制每個像素區域P1所呈現的平均明暗值。

如第2圖所示，彩色濾光層114與背光模組130位於第一液晶層111的相對兩側。彩色濾光層114內包含有多種顏色的濾光片，如紅色(r)、綠色(g)以及藍色(b)的濾光片。在 一些實施方式中，彩色濾光層114中包含有紅色、綠色、藍色以及白色的濾光片。在本實施方式中，每個濾光片覆蓋住一個像素區域P1，因此彩色濾光層114能將通過每個像素區域P1的光線轉換為不同的顏色。如此一來，顯示器100整體可藉由空間混色的方式，呈現出彩色的畫面。

以上簡介了顯示器100之顯示層110呈現彩色畫面的技術手段，然而肇因於液晶本身的特性，在未施加電壓的情形下，仍然會允許小部分的光線穿過，因此顯示層110可能會產生暗態漏光的現象。暗態漏光使顯示出的畫面對比度降低，在某些應用情境下會造成內容無法辨識。以應用於行車環境中的顯示器100為例，陽光可能會直射於顯示器100最上層的蓋板玻璃，而被蓋板玻璃反射的光線又進一步使顯示畫面的對比度劣化至無法辨識的程度。

在本實施方式中，顯示器100中所包含的光閘層120可以改善上述暗態漏光的問題。如第2圖所示，光閘層120的第二像素電極層122內包含有多個第二像素電極122a，每個第二像素電極122a對應至一個像素區域P2(可參考第4圖)。藉由改變第二像素電極122a的電壓來改變第二液晶層121的方向，即可控制光閘層120內不同像素區域P1的光線穿透率。藉由調整光閘層120內各像素區域P2的光線穿透率，將能控制顯示層110在暗態時所溢漏出的光線，改善顯示器100整體因暗態漏光所導致的對比度降低。

具體而言可參考第4圖，其繪示依據本揭露一實施方式之顯示層110與光閘層120在空間上的像素排列示意 圖。如第4圖所示，顯示層110中具有多個像素區域P1，而光閘層120中具有多個像素區域P2。在本實施方式中，像素區域P1與像素區域P2皆為矩形，並以矩陣式排列，且兩者尺寸相同。在一些實施方式中，亦可採用不同形狀的像素區域P1與像素區域P2。舉例而言，像素區域P1與像素區域P2本身可為三角形、六角形或其他多邊形的設計。在一些實施方式中，像素區域P1與像素區域P2的尺寸可以是相異的，且兩者之間可以對齊設置或交錯設置。也就是說，顯示層110與光閘層120的像素結構彼此之間可以是獨立的，本領域人士可以依據實務需求進行各種更動。

舉例而言，可以依據顯示器100的使用情境，來調整光閘層120的像素結構。以本實施方式為例，在應用於行車狀態下的顯示器100，顯示的資訊以文字及簡圖為主，對比度的重要性更甚於解析度。權衡製作成本之下，光閘層120中像素區域P2的密度可以小於顯示層110中像素區域P1的密度，仍然能夠在維持一定清晰度的前提下提升顯示器100的明暗對比。

在解析度需求更低的情形下，還可以進一步將光閘層120內的複數個像素區域P2組合成一個調光區域DR以作為光閘層120的基本像素單元，來達成製作成本上的優勢。具體而言請參照第5A圖，其繪示依據本揭露一實施方式之光閘層120中每個調光區域DR所包含的像素區域P2之示意圖。

如第5A圖所示，在一些實施方式中，光閘層120中可以進一步分割出多個調光區域(dimming region,DR)， 而每個調光區域DR內涵蓋有多個像素區域P2。在本實施方式中，每個調光區域DR近似於等腰三角形。同時參照第2圖可以了解，每個調光區域DR在垂直投影至像素區域P2上的位置對應於數量為一個以上之第二像素電極122a。此外，同一個調光區域DR中所有像素區域P2內之第二像素電極122a彼此電性連接而維持為同電位。若對一個調光區域DR內之一個第二像素電極122a施加外部電壓，調光區域DR內所有的第二像素電極122a將會同時改變電位，並同時改變對應至該調光區域DR的第二液晶層121之透光率。也就是說，在這樣的實施方式中，光閘層120的最小像素單元並非像素區域P2，而是由複數個像素區域P2所組成的調光區域DR。

在設計有調光區域DR的實施方式，大幅減少了閘極線以及源極線的數量，並縮減對應控制板的成本。舉例而言，在第5A圖所示的實施方式中，每九個像素區域P2組成一個調光區域DR，而此調光區域DR僅需一條對應的閘極線以及源極線進行控制。換句話說，所使用的閘極線以及源極線的數量縮減為原先的三分之一。

在一些實施方式中，調光區域DR的數量較少，每個調光區域DR可以分別電性連接至一條電壓線，外部控制板可以直接藉由各條電壓線控制每個調光區域DR的透光率。在一些情況下，光閘層120的解析度僅需達到顯示層110的解析度的1/40，仍可達成本揭露所闡述之效果。以採用解析度為720*1280的顯示層110為例，光閘層120則包含了18*32個調光區域DR，總共僅需576條電壓線即可，在邊框配線上亦不 會造成問題。單純使用電壓線控制調光區域DR，可以省略薄膜電晶體的成本，在製造成本上有顯著的優勢。在這種實施方式中，第二共通電極層123還可對應製作為一整面的電壓板，進一步簡化製造程序。

如第5A圖所示，在本實施方式中，每個等腰三角形以頂點對頂點，底邊對底邊的方式銜接。也就是說，三角形的調光區域DR各自的底邊共同形成一直線，且每六個三角形的調光區域DR共用一個頂點。

在其他實施方式中，等腰三角形可以以其他方式銜接。舉例而言，可參考第5B圖，其繪示第5A圖所示之實施方式之另一種態樣。在第5B圖中，調光區域DR的三角形頂點在直列方向上彼此對齊。在此情形下，每三個三角形的調光區域DR共用一個頂點，而該頂點位於另一個三角形之調光區域DR的底邊上。在其他實施方式中，調光區域DR亦可近似為正三角形、直角三角形或其他能夠鋪滿整個光閘層120之平面之三角形。

在不同的實施方式中，三角形的尺寸可依據實務需求設計。舉例而言，若等腰三角形中一個邊長為L，則另外兩個邊的長度可介於0.85L~1.15L之間。

接下來請參考第5C圖，其繪示依據本揭露另一實施方式之光閘層120中每個調光區域DR所包含的像素區域P2之示意圖。在第5C圖所示的實施方式中，每個調光區域DR近似為正六邊形，而該些正六邊形彼此蜂巢式地銜接。

上述第5A圖至第5C圖簡介了不同調光區域DR 的形狀。在第5A圖至第5C圖中，調光區域DR僅由10至12個像素區域P2組成，因此光閘層120具有很高的解析度。然本揭露並不以上述為限，本領域人士可以依據顯示器100實際尺寸的大小，以及顯示層110對應的解析度來調整每個調光區域DR的尺寸。

舉例而言，在前述的實施方式中，光閘層120的解析度為顯示層110的解析度的1/40。也就是說，光閘層120中可以由40個像素區域P2組合出一個調光區域DR。由較多像素區域P2所組合出的調光區域DR可以組合出很趨近於實際正三角形、正四邊形、正六邊形或甚至其他幾何形狀的調光區域DR。

在此可以參照第6圖。第6圖繪示依據本揭露一實施方式之顯示器100的顯示畫面示意圖。在第6圖中，為了簡潔起見而省略了顯示層110，而僅繪示出光閘層120與顯示層110所顯示出的圖像(圓圈圖像C1)的對應關係。

如第6圖所示，光閘層120由複數個正三角形的調光區域DR組成，而該些調光區域DR依據顯示層110顯示的圖像改變調光區域DR的光線穿透率。舉例而言，在第6圖中顯示層110顯示出一個圓圈圖像C1，光閘層120則使圓圈圖像C1通過的調光區域DR的穿透率增加，而在光閘層120上產生了圓圈圖像C2。如第6圖所示，由於顯示層110的解析度較高，因此產生之圓形圖像C1具有很平滑的輪廓，而光閘層120的解析度較低，因此產生之圓形圖像C2的輪廓有部分呈現鋸齒型。在本實施方式中，圓圈圖像C2完整涵蓋了圓圈圖像C1，而使 得圓圈圖像C1能夠由通過光閘層120而顯示出來。

不同形狀之調光區域DR適合表現不同輪廓形狀之圖像，因此本領域人士可以依據顯示層110實際的顯示內容，使顯示器100搭載適當的光閘層120。舉第6圖所示的實施方式為例，顯示器100搭載了具有正三角形調光區域DR的光閘層120，正三角形的調光區域DR可以更好的顯示出圓圈圖像C1，此乃肇因於正三角形或在平面上斜向拼接，因此更適於顯示具有斜向延伸線條之圖形。同樣地，採用正六邊形的調光區域DR亦具有上述效果，於此便不重複繪示。

在第6圖所示的實施方示中，每個調光區域DR的灰階值共有2階。也就是說，依據顯示層110所顯示的圖像，每個調光區域DR的透光率為100%或0%。在一些實施方式中，光閘層120的灰階值可以超過2，以此進一步調整顯示層110所顯示畫面的明暗對比。舉例而言，若灰階值為3，每個調光區域DR的透光率可以為100%、50%或0%，如此一來在第6圖的實施方式中，可以依據圓圈圖像C1在每個調光區域DR所佔據的比例，來決定每個調光區域DR的透光率。如此一來，可以使顯示層110所呈現的圖像邊緣達成漸層效果，視覺上較為柔和。

總結而言，本揭露所提出之顯示器於顯示層上疊設一層光閘層，進一步改善顯示器先天所具有的暗態漏光問題。此外，藉由將光閘層內各個像素區域組合為調光區域，降低了製作光閘層所需的配線數量。最後，藉由將調光區域設計為不同的幾何形狀，以適於不同的顯示內容，有利於顯示器的 顯示品質。

本揭露已由範例及上述實施方式描述，應了解本發明並不限於所揭露之實施方式。相反的，本發明涵蓋多種更動及近似之佈置(如，此領域中之通常技藝者所能明顯得知者)。因此，附加之請求項應依據最寬之解釋以涵蓋所有此類更動及近似佈置。

Claims (11)

1. 一種顯示器，包含：一顯示層，包含一第一液晶層、複數個第一像素電極以及一彩色濾光層，其中該些第一像素電極與該彩色濾光層分別位於該第一液晶層的相對兩側面，或者，該些第一像素電極與該彩色濾光層分別位於該第一液晶層的同一側面；一光閘層，包含一第二液晶層、複數個第二像素電極與一共通電極層，且該第二液晶層夾設於該些第二像素電極與該共通電極層之間，其中該光閘層分割出複數個調光區域，且每一該些調光區域包含複數個像素區域，且每一該些像素區域包含該些第二像素電極的其中一者，且每一該些調光區域內的該些第二像素電極的電位相同；以及一背光模組，提供一光線於該光閘層與該顯示層，且該光閘層與該顯示層分別位於該背光模組的同一側面。
2. 如請求項1所述之顯示器，其中該些調光區域之每一者為三角形，其三角形任一邊長為L，另兩邊長為0.85L~1.15L，且其三角型亦可為等腰三角型或正三角型。
3. 如請求項2所述之顯示器，其中每一排的該些等腰三角形各自的底邊共同形成一直線。
4. 如請求項3所述之顯示器，其中每六個該些等腰三角形共用一頂點。
5. 如請求項3所述之顯示器，其中每三個該些等腰三角形共用一頂點，且該頂點位於該些等腰三角形中一者之一底邊上。
6. 如請求項1所述之顯示器，其中該些調光區域為三角形、正三角形或正六邊形。
7. 如請求項1所述之顯示器，更包含複數個電壓線，每一該些調光區域內的所有該些第二像素電極共用至少一之該些電壓線。
8. 一種顯示器，包含：一顯示模組，包含一彩色結構層；以及一光閘層，疊設於該顯示模組，並該光閘層包含一液晶層、複數個像素電極與一共通電極層，且該液晶層設置於該些像素電極與該共通電極層之間，其中該光閘層分割出複數個三角形區域；複數個電壓線，每一該些三角形區域內的所有該些像素電極共用至少一之該些電壓線。
9. 如請求項8所述之顯示器，其中該些三角形區域為等腰三角形。
10. 如請求項8所述之顯示器，其中每一該些三角形區域在垂直投影方向上的位置對應於數量為一個以上之該像素電極。
11. 如請求項8所述之顯示器，其中該彩色結構層可為一濾光層、一有機發光層、一發光二極體之其中擇一或其組合。