CN100376938C

CN100376938C - 可调视角液晶显示器

Info

Publication number: CN100376938C
Application number: CNB2005100038743A
Authority: CN
Inventors: 吴明洲; 林永伦; 蔡孟璋; 陈伯纶
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AUO Corp
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2025-01-19
Also published as: CN1645195A

Abstract

本发明提供一种可调视角液晶显示器，其包含一第一基板、一第二基板以及一液晶层填充于第一基板与第二基板之间。第一基板包含一第一共享电极。第二基板包含一像素电极、一第二共享电极以及一绝缘层形成于像素电极与第二共享电极之间。其中可调视角液晶显示器于像素电极提供一驱动电压，使第一共享电极接地，以及使第二共享电极浮接，以提供一窄视角模式。此外，可调视角液晶显示器于像素电极提供一驱动电压，使第二共享电极接地，以及使第一共享电极浮接，以提供一广视角模式。

Description

可调视角液晶显示器

技术领域

本发明涉及一种可调视角液晶显示器，尤指一种利于广视角与窄视角两种模式间切换的可调视角液晶显示器。

背景技术

随着液晶显示器的尺寸逐渐增加，传统的扭转向列型(twisted nematictype，TN type)液晶显示器普遍具有视角上的限制，亦即仅能由某些角度才看得见影像。为了改善液晶显示器在视角上的限制，以便使用者从各个角度均能观赏到清晰且未被扭曲的影像，现有技术中已有许多关于扩增视角的讨论，例如贴附视角补偿膜(viewing angle compensation film)、于一像素区域中形成不同的液晶预倾角方向(pre-tilt angle direction)，乃至于平面切换型(in-plane switching type，IPS type)液晶显示器的提出。

尽管视角扩增技术已成为提高液晶显示器对比度的必然趋势，在某些液晶显示器的应用中却希望能够限制视角，限制使用者必须由特定的角度才能看到影像。举例来说，当使用者在操纵银行的自动提款机或是在公开的场合使用笔记型计算机时，在安全性或隐密性的考虑下，便需要利用视角窄化技术来限制使用者仅能由显示器正前方看到有用的信息(清晰的影像)，并且避免其它人经由使用者旁边或是上方等其它角度窥见影像内容。

关于视角窄化技术的讨论，在美国专利第6,445,434B2号中提出控制液晶显示器中的配向方向(orientation direction)，例如将配向层(alignment layer)分割为多个区域，并且于相邻区域中形成不同的配向方向，由于不同的配向方向导致灰阶反转等光学特性差异较大，因此观察者在大视角处观察到的影像便变得非常模糊而无法辨识。此外，在美国专利第6,239,853B1号与第6,398,370B1号中提出一种于液晶显示器外加一滤光装置，只有特定方向的光线才能穿透滤光装置，达到窄视角的目的。

虽然视角窄化技术可以满足使用者在安全性以及隐密性的需求，然而却也相对地牺牲了可观赏的视角范围以及使用上的便利性。为了提供使用者更多元的选择性，在美国专利第5,877,829号提出一种可调整视角的液晶显示器，其利用两个光学元件设于液晶显示器的两侧来分别控制进入以及射出液晶显示器的光线方向，其中靠近背光源的光学元件会限制进入液晶显示器的背光方向，靠近使用者的光学元件，实际上为另一液晶层，则可以调整光线的穿透率(或散射率)，以达到调整视角的目的。

前述可调整视角的液晶显示器虽然允许使用者依据视角需求调整光线穿透率，然而其必须多增加一液晶层，在实际制作以及操作上均有一定的难度。因此，如何降低液晶显示器结构的复杂性并提供更便利的视角调整方式，便成为一项重要的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可调视角液晶显示器，使视角可以在广视角与窄视角两种模式中作简易的切换。

在本发明的优选实施例中，可调视角液晶显示器包含一第一基板、一第二基板以及一液晶层填充于第一基板与第二基板之间。第一基板包含一第一共享电极。第二基板包含一像素电极、一第二共享电极以及一绝缘层形成于像素电极与第二共享电极之间。其中，于窄视角模式时，可调视角液晶显示器于像素电极提供一驱动电压，使第一共享电极接地，以及使第二共享电极浮接；于广视角模式时，可调视角液晶显示器于像素电极提供一驱动电压，使第二共享电极接地，以及使第一共享电极浮接。

由于本发明可以利用第一共享电极与第二共享电极的电位切换来选择窄视角模式或广视角模式，因此在操作上极为便利。而且相较于其它需要两层液晶层的可调视角液晶显示器，本发明的液晶显示器显然具有结构简单化以及制造成本上的优势，有利于可调视角液晶显示器的发展与应用。

附图说明

图1为本发明一可调视角液晶显示器的剖面示意图；

图2为本发明一可调视角液晶显示器的光偏振方向以及配向方向的示意图；

图3为本发明另一实施例的一可调视角液晶显示器的光偏振方向以及配向方向的示意图；

图4与图5为本发明一可调视角液晶显示器于一窄视角模式的亮暗态操作示意图；

图6与图7为本发明一可调视角液晶显示器于一广视角模式的亮暗态操作示意图；

图8为本发明另一实施例的一可调视角液晶显示器的配向方向的示意图。

附图标记说明

10、20 基板

12、26 共享电极

22 像素电极

24 色缘层

30 液晶层

32、34 光偏振方向

36、38、40、42、44、46 配向方向

a、b 区域

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明一可调视角液晶显示器的剖面示意图。如图1所示，本发明的可调视角液晶显示器包含有二平行基板10、20，以及一液晶层30填充于基板10与基板20之间。在本发明的优选实施例中，基板10为一彩色滤光片基板，其包含多个红色滤光片、绿色滤光片、蓝色滤光片以及黑色矩阵等结构(未显示于图中)，以使光线得以穿透其中产生红色、绿色以及蓝色等三原色，进而组成彩色影像。基板20为一薄膜晶体管基板，其包含阵列式排列的薄膜晶体管、电容以及互相垂直交错的扫描线以及信号线等元件(未显示于图中)，以驱动像素电极以及控制液晶转向。然而本发明并不限定于此，基板20亦可为一COA(color filter on array)基板或是一AOC(array on color filter)基板，即基板20可以包含彩色滤光片以及薄膜晶体管等结构，至于基板10则可以为不包含彩色滤光片的玻璃或塑料基板。

此外，基板10表面包含一共享电极12，基板20表面包含一像素电极22，一绝缘层24覆盖于像素电极22表面，以及一共享电极26设于绝缘层24上方。在本发明的优选实施例中，共享电极12、像素电极22以及共享电极26均为一透明电极，例如由氧化铟锡(ITO)或是氧化铟锌(IZO)等透明导电层形成。绝缘层24可为一透明的保护层，例如二氧化硅、氮化硅或有机材料层。由于本发明的可调视角液晶显示器提供一种类似平面切换型的广视角模式，因此共享电极26的优选配置仅形成于部分的像素电极22上方，例如共享电极26可以包含多条沿一第一方向排列的突起物(protrusion)，且二相邻的共享电极26间隔一预定距离，以暴露出部分的像素电极22表面。

请参考图2，图2为本发明一可调视角液晶显示器的光偏振方向以及配向方向的示意图。其中图左部分显示液晶显示器于一暗态时的液晶转向，图右部分则显示液晶显示器于一亮态时的液晶转向，至于液晶显示器于不同的视角模式下的亮暗态操作情形则介绍于本发明的图4至图7中。如图2所示，在本发明的优选实施例中，基板10提供一以实线标示的光偏振方向(polarizing direction)32以及一以虚线标示的配向方向(rubbing direction)36，基板20提供一以实线标示的光偏振方向34以及一以虚线标示的配向方向38，且其中光偏振方向32与光偏振方向34互相平行，配向方向36与配向方向38平行但相反方向，且配向方向36与光偏振方向32间形成一夹角，优选介于0-90度，配向方向38与光偏振方向34间亦形成一夹角，优选介于0-90度。

请参考图3，图3为本发明另一实施例之一可调视角液晶显示器的光偏振方向以及配向方向的示意图。其中图左部分显示液晶显示器于一亮态时的液晶转向，图右部分则显示液晶显示器于一暗态时的液晶转向，至于液晶显示器于不同的视角模式下的亮暗态操作情形则介绍于本发明的图4至图7中。本实施例与图2所示实施例间的差异在于，图3所示的光偏振方向32与光偏振方向34互相垂直，图2所示的光偏振方向32与光偏振方向34则为互相平行，此一差异亦导致液晶于亮态与暗态时的转向改变。

本发明可调视角液晶显示器提供的窄视角模式为一反转视角模式，在大视角处形成严重的灰阶反转等光学特性差异，使观察者在大视角处观察到的影像变得非常模糊而无法辨识。为了达到上述目的，本发明的可调视角液晶显示器于窄视角模式时利用共享电极12与像素电极22提供一垂直电场方向，例如于像素电极22提供一驱动电压V，使共享电极12接地，以及使共享电极26浮接，以控制液晶的转向。

请参考图4与图5，图4与图5为进一步说明本发明可调视角液晶显示器于窄视角模式的亮暗态操作示意图。如图4所示，在未施加电场的情形下，由于液晶层30的液晶分子依配向方向36、38排列，且配向方向36与光偏振方向32间、以及配向方向38与光偏振方向34间均具有夹角，因此控制上述夹角使配向方向36与光偏振方向32不平行以及配向方向38与光偏振方向34不平行，便会造成相位延迟，使光的线性偏极态改变。在光偏振方向32与34平行的情况下(即图2所示的实施例)，光线穿透基板20、液晶层30后并无法通过基板10外侧的偏振片(未显示于图中)，因此，位于基板10上方的观察者看不到任何光线，此即为液晶显示器的暗态。如图5所示，由于液晶层30为正型液晶，其在外加电场供给下会倾向依电场方向直立排列，在光偏振方向32与34平行的情况下(即图2所示的实施例)，液晶排列方向会垂直于光偏振方向32、34，使光线穿透基板20、液晶层30后不会产生相位延迟以及光的线性偏极态改变的情形，因此可以通过基板10外侧的偏振片(未显示于图中)，以利位于基板10上方的观察者看到光线，此即为液晶显示器的亮态。此外，当光偏振方向32、34如图3的配置互相垂直时，亮暗态则刚好相反，亦即图4的情形为亮态，图5的情形则为暗态。然而，受到液晶分子的预倾角以及电场分布均匀性等因素影响，观察者于亮态时仅在液晶显示器的正前方方能辨识影像，在大视角处由于严重的灰阶反转并无法辨识影像，此即为窄视角模式，又称为反转视角模式(inverse viewing anglemode)。

此外，本发明的可调视角液晶显示器的广视角模式利用共享电极26与像素电极22提供一横向电场方向，例如于像素电极22提供一驱动电压V，使共享电极12浮接，以及使共享电极26接地，以控制液晶的转向。

请参考图6与图7，图6与图7为进一步说明本发明可调视角液晶显示器于广视角模式的亮暗态操作示意图。如图6所示，在未施加电场的情形下，由于液晶层30的液晶分子依配向方向36、38排列，且配向方向36与光偏振方向32间、以及配向方向38与光偏振方向34间均具有夹角，因此控制上述夹角使配向方向36与光偏振方向32不平行以及配向方向38与光偏振方向34不平行，便会造成相位延迟，使光的线性偏极态改变。在光偏振方向32与34平行的情况下(即图2所示的实施例)，光线穿透基板20、液晶层30后，并无法通过基板10外侧的偏振片(未显示于图中)，因此，位于基板10上方的观察者看不到任何光线，此即为液晶显示器的暗态。如图7所示，由于液晶层30为正型液晶，其在外加电场供给下会倾向依电场方向平行排列，在光偏振方向32与34平行的情况下(即图2所示的实施例)，液晶排列方向会平行于光偏振方向32或34，使光线穿透基板20、液晶层30后不会产生相位延迟以及光的线性偏极态改变的情形，因此可以通过基板10外侧的偏振片(未显示于图中)，以利位于基板10上方的观察者看到光线，此即为液晶显示器的亮态。此外，当光偏振方向32、34如图3的配置互相垂直时，亮暗态则刚好相反，亦即图6的情形为亮态，图7的情形则为暗态。由于共享电极26类似平面切换模式的电极结构设计，以改变液晶分子的排列方向，并提供类似平面切换模式的广视角效果，观察者可以从各个角度观赏到清晰且未被扭曲的影像。

再者，本发明的可调视角液晶显示器除了依据图2、图3所示设计来安排光偏振方向与液晶层的配向方向，在本发明的其它实施例中亦可以应用类似扭转向列模式的设计来安排光偏振方向与液晶层的配向方向。请参考图8，图8为本发明另一实施例之一可调视角液晶显示器的配向方向的示意图。如图8所示，在本实施例中，基板10表面划分为多个不同的区域a和b，且在每一区域a及其邻近的区域b均具有不同的配向方向，例如区域a的配向方向40与区域b的配向方向42平行但相反方向，且基板10的光偏振方向(未显示于图中)平行于配向方向40、42。类似的，另一基板20表面亦划分为多个不同的区域a和b，且在每一区域a及其邻近的区域b均具有不同的配向方向，例如区域a的配向方向44与区域b的配向方向46平行但相反方向，且基板20的光偏振方向(未显示于图中)平行于配向方向44、46。依据扭转向列模式的理论，基板10的光偏振方向与基板20的光偏振方向互相垂直的，也就是说基板10上的配向方向40、42与基板20上的配向方向44、46互相垂直的，因此本实施例可以依据类似扭转向列模式的设计来安排光偏振方向与液晶层的配向方向，应用于如图1所示的电极结构设计，并利用共享电极12与共享电极26的电位切换，达到选择窄视角模式(扭转向列模式)或广视角模式(平面切换模式)的目的。

相较于现有无法提供视角切换选择的广视角液晶显示器或窄视角液晶显示器，本发明可以利用二基板的共享电极电位的切换来选择窄视角模式或广视角模式，例如于液晶显示器外壳上提供一电连接至控制上述共享电极电位切换电路的按钮，以利于使用者依据视角需求自行于广视角与窄视角两种模式间进行切换，因此在操作上极为便利。而且相较于其它需要两层液晶层的可调视角液晶显示器，本发明的液晶显示器显然具有结构简单化以及制造成本上的优势，有利于可调视角液晶显示器的发展与应用

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims

1.一种可调视角液晶显示器，其包含：

一第一基板，该第一基板包含一第一共享电极；

一第二基板，该第二基板平行于该第一基板，且该第二基板包含一像素电极，以及一第二共享电极设于该像素电极上方，其中该第二共享电极包含多条沿第一方向排列的突起物，且各该突起物之间均包含一间隔距离；以及

一液晶层填充于该第一基板与该第二基板之间；

其中该第一共享电极与该像素电极于一窄视角模式下会提供一垂直电场方向，且该第二共享电极与该像素电极于一广视角模式下会产生一横向电场，以分别于不同的视角模式下驱动该液晶层内的液晶分子转向；以及

一绝缘层形成于该像素电极与该第二共享电极之间。

2.如权利要求1的可调视角液晶显示器，其中该第一基板包含一彩色滤光片基板。

3.如权利要求1的可调视角液晶显示器，其中该第二基板包含一薄膜晶体管基板。

4.如权利要求1的可调视角液晶显示器，其中该第一基板提供一第一光偏振方向，该第二基板提供一第二光偏振方向，且该第一光偏振方向平行于该第二光偏振方向。

5.如权利要求4的可调视角液晶显示器，其中该第一基板提供一第一配向方向，该第二基板提供一第二配向方向，且该第一配向方向平行于该第二配向方向。

6.如权利要求5的可调视角液晶显示器，其中该第一配向方向与该第一光偏振方向间的夹角介于0-90度。

7.如权利要求1的可调视角液晶显示器，其中该第一共享电极、该第二共享电极以及该像素电极均为一透明电极。

8.如权利要求1的可调视角液晶显示器，其中该第一基板提供一第一光偏振方向，该第二基板提供一第二光偏振方向，且该第一光偏振方向垂直于该第二光偏振方向。

9.如权利要求8的可调视角液晶显示器，其中该第一基板提供一第一配向方向，且该第一配向方向平行于该第一光偏振方向。

10.如权利要求8的可调视角液晶显示器，其中该第二基板提供一第二配向方向，且该第二配向方向平行于该第二光偏振方向。