TW201403197A - 液晶顯示面板、其驅動方法及包含其之液晶顯示器 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於一種液晶顯示面板、其驅動方法及包含其之液晶顯示器，其中，本發明之液晶顯示面板包括：一第一基板，設有一第一電極層；一第二基板，設有一第二電極層，且該第一電極層係與該第二電極層相對設置；一藍相液晶層，設置於第一基板與第二基板間；以及一遮光區，係設置於第二基板上；其中，藉由對第一電極層與第二電極層間施加一偏壓，使該藍相液晶層產生折射率梯度分布，以將通過藍相液晶層之光源聚焦於遮光區。

Description

液晶顯示面板、其驅動方法及包含其之液晶顯示器
本發明係關於一種液晶顯示面板、其驅動方法及包含其之液晶顯示器，尤指一種以藍相液晶層作為折射率梯度透鏡之液晶顯示面板、其驅動方法及包含其之液晶顯示器。
液晶顯示器為一平面薄型之顯示裝置，因其具有薄型化之優勢，故近年來已取代傳統之陰極射線管顯示器，而成為目前最為普及化之顯示裝置之一。
其中，液晶顯示器主要包括一液晶顯示面板及一背光模組，而背光模組主要係設置在液晶顯示面板下方，即薄膜電晶體基板一側，以提供一光源至液晶顯示面板。經由控制畫素的顯示，而可於液晶顯示器上呈現影像。
目前之液晶顯示面板中所使用之液晶分子多為細長型棒狀結構，其長軸方向具有極性，故當外加電場於液晶分子時，可使液晶分子轉動而有不同的排列情形。此外，由於一般的背光源為非極化光，故目前之液晶顯示面板之薄膜電晶體基板一側需設置有一偏光片，以將背光進入液晶層前將非極化光轉換成偏極化光；而後再透過液晶分子的轉動，可調整通過液晶層之偏極化光是否可通過彩色濾光片基板側之偏光片，而達到控制亮暗態之目的。
然而，於光線通過偏光片之過程中，至少有50%之背光會被設置在薄膜電晶體基板一側之偏光片所吸收，而導致多半的背光造成浪費。
因此，目前亟需發展一種無需使用偏光片之液晶顯示面板及包含其之顯示器，以提升背光之利用率，進而達到低耗能之目的。
本發明之主要目的係在提供一種液晶顯示面板及包含其之液晶顯示器，其無須設置一偏光片，故可提高背光之利用率。
本發明之另一目的係在提供一種液晶顯示面板之驅動方法，俾能達到無須使用偏光片即可達到控制亮暗態之目的。
為達成上述目的，本發明之液晶顯示面板，包括：一第一基板，係設有一第一電極層；一第二基板，係設有一第二電極層，且該第一電極層係與該第二電極層相對設置；一藍相液晶層，包括一藍相液晶，且藍相液晶層係設置於第一基板與第二基板間；以及一遮光區，係設置於第二基板上。其中，藉由對第一電極層與第二電極層間施加一偏壓，使藍相液晶層產生折射率梯度分布，以將通過藍相液晶層之光源聚焦於遮光區。在此，第一基板為薄膜電晶體側基板，而第二基板則為彩色濾光片側基板。
更具體而言，第一電極層與第二電極層係分別具有一第一表面及一第二表面，且第一表面與第二表面係相互對應。此外，第一電極層之第一表面與第二電極層之第二表面於一第一區域中之距離係與於一第二區域中之距離不同；因此，當由第一基板之一側照射一光源至藍相液晶層中時，於第一電極層與第二電極層間所施加之偏壓會於藍相液晶層間產生非均勻電場，而使藍相液晶層產生折射率梯度分布。
此外，本發明亦提供一種前述液晶顯示面板之驅動方法，包括下列步驟：(A)提供前述之液晶顯示面板；以及(B)施加一偏壓於第一電極層與第二電極層間，利用在藍相液晶層中產生之非均勻場，可在藍相液晶層產生折射率梯度分布，以將通過藍相液晶層之光源聚焦於遮光區。
本發明之液晶顯示面板及其驅動方法，當未於第一電極層與第二電極層間施加偏壓或偏壓為零時，藍相液晶層中之藍相液晶具有光學等向性，此時元件各處折射率相等，且等效折射率橢球係為球體，故此時通過藍相液晶層之光源不會產生偏折。因此，於此情形下，當由第一基板之一側照射一光源至藍相液晶層中時，光源不會被藍相液晶聚焦，而顯示面板呈現亮態。
然而，當於第一電極層與第二電極層間施加偏壓後，隨著電場的增加，等效折射率橢球垂直方向與水平方向之軸長度差異也隨之增加，且長軸方向係平行於電場方向。因此，當由第一基板之一側照射一光源至藍相液晶層中 時，因第一電極層之第一表面與第二電極層之第二表面於不同區域之距離不同，故當施加一電壓於第一電極層與第二電極層時，於藍相液晶層中所形成之非均勻場，此非均勻場，除了可改變ne外，更可改變no，使元件各處的ne及no呈梯度變化。因此，藍相液晶層所形成之折射率梯度透鏡(GRIN Lens)，可造成光源之行進路徑偏折，並聚焦於遮光區上，而顯示面板呈現暗態。
除此之外，藉由調整施加於第一電極層與第二電極層之電壓大小，除了可轉換亮暗態外，更可因光線聚焦程度不同而呈現灰階狀態。在此，電壓大小並無特殊限制，只要能夠達到轉換亮暗態之功效即可。
由於本發明之液晶顯示面板及其驅動方法，利用電壓可改變藍相液晶層之折射率，即可控制顯示器之亮暗態，而無須使用偏光片。因此，相較於以往之液晶顯示面板，本發明之液晶顯示面板可防止偏光片吸收光線之缺點，進而提升背光利用率，而達到節省能源之功效。
於本發明之液晶顯示面板及其驅動方法中，第一電極層與第二電極層係為一透明電極。於本發明中，透明電極可為本技術領域常用之透明電極，如ITO電極、IZO電極、或TCO電極。此外，第一基板與第二基板較佳為一透光基板，且可為一塑膠基板或一玻璃基板。
第一電極層與第二電極層之形狀並無特殊限制，只要於提供電壓時，可於第一電極層與第二電極層層間形成非均勻場即可。較佳為，第一電極層係為一平板電極，而第 二電極層係為一圖案化電極；反之亦可；或者第一電極層與第二電極層均為平板電極，但第一區域及第二區域係有不同電阻。更佳為，第一電極層係為一平板電極，而第二電極層係為一圖案化電極。此外，圖案化電極之形狀並無特殊限制，可為波浪電極、彎曲電極、條狀電極、或具有開口之電極。較佳為，圖案化電極係為具有一開口之電極；其中，開口之圖案並無特殊限制，可為圓形、矩形、三角形、梯形、十字架型、彎曲形等。較佳為，開口係為一圓形開口。
於本發明之液晶顯示面板及其驅動方法中，遮光區之設置位置只要是當提供電壓時，光線所聚集的位置(即焦點位置)即可。遮光區之設置位置之例子包括，但不限於：第二基板之任一表面上、於第二基板上方且距離第二基板一特定距離、或彩色濾光片之黑色矩陣。較佳為，遮光區係設於第二基板上，且位於第二電極層之該開口中。更佳為，遮光區係設於第二基板之相對於第一電極層之表面上，且位於第二電極層之該開口中。
此外，遮光區可為一吸光層、或一反射層。當遮光區為一吸光層時，則可直接將聚焦於遮光區之光效吸收；而當遮光區為一反射層時，則可將聚焦於遮光區之光反射回背光源，而更加提升背光之利用率。
再者，因藍相液晶存在的溫度範圍較窄，故藍相液晶層可更包括一穩定藍相液晶之聚合物，以使藍相液晶之藍相存在溫度範圍增加。
於本發明之液晶顯示面板及其驅動方法中，液晶顯示面板可更包括一介電層一微透鏡陣列，係設於該第二電極層上，且相對於第一電極層；藉此，可幫助通過藍相液晶層之光線的聚焦。
為了減少第一電極層與該第二電極層間反射的情形，該第一電極層及該第二電極層之厚度係為重要關鍵因素之一。其中，當夾置電極層之兩側材料之折射率同時較電極層材料折射率高或低時，更具體而言，電極層係設置在兩個折射率均較電極層材料高之材料間、或兩個折射率均較電極層材料低之材料間時，電極層之厚度之計算係如下式(I)所示。然而，當電極層一側材料之折射率係較電極層材料低而另一側材料之折射率較電極層材料高時，電極層之厚度之計算係如下式(II)所示。
電極層厚度=(入射光波長)/(2x電極材料折射率) 式(I)
電極層厚度=(入射光波長)/(4x電極材料折射率) 式(II)
因人眼對於光線波長靠近綠色光波長最為敏感，故電極層厚度之計算主要係依據入射光波長為接近綠色光範圍為較佳。在此，入射光波長範圍可為460nm至620nm；較佳為530nm至570nm；更佳為接近綠色光波長範圍之約550nm，特別是設計上會希望越接近550nm的波長範圍的穿透率最高，以獲得較佳的顯示效果。以折射率為1.9之ITO作為電極層材料且入射光波長為550 nm為例。當ITO電極係設置在兩個折射率均較ITO材料高之材料間、或兩個折射率均較ITO材料低之材料間時，ITO電極之厚度約為145 nm； 而當ITO電極一側材料之折射率係較電極層材料低而另一側材料之折射率較ITO電極材料高時，ITO電極之厚度約為72 nm。
上述電極層厚度係用以舉例說明，然而，第一電極層與第二電極層之厚度並非一定值，且與電極層及其兩側材料之折射率相關。
除上述之液晶顯示面板及其驅動方法外，本發明更提供一種應用上述液晶顯示面板及其驅動方法之液晶顯示裝置，包括前述之液晶顯示面板；且可更包括一背光模組，係設置於液晶顯示面板下方，即第一基板側。其中，背光模組可為本技術領域已知之背光模組，故在此不再贅述。較佳為，本發明之液晶顯示裝置中所使用之背光模組，係為可提供準直背光源之背光模組。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可針對不同觀點與應用，在不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更。
實施例1
圖1係本實施例之液晶顯示面板之施加偏壓後之剖面示意圖，圖2係本實施例之液晶顯示面板之施加偏壓前之立體分解示意圖。
請同時參考圖1之圖2，本實施例之液晶顯示面板包括：一第一基板11，係設有一第一電極層12，且第一電極層12係具有一第一表面121；一第二基板15，相對於第一基板11平行配置，第二基板15係設有一第二電極層14，第二電極層14具有一第二表面141，且第二表面141係與第一電極層12之第一表面121相互對應；一藍相液晶層13，包括一藍相液晶，且藍相液晶層13係設置於第一基板11與第二基板15間；以及一遮光區16，係設置於第二基板15之相對於第一電極層12之表面上。其中，第一電極層12之第一表面121與第二電極層14之第二表面141於一第一區域R1中之距離L1係與第一電極層12之第一表面121與第二基板15於一第二區域R2中之距離L2不同。其中第二電極層14之圖案化形狀，可為波浪電極、彎曲電極、條狀電極、或具有開口之電極，只需第一區域R1與第二區域R2之電極層圖案不同即可。較佳為，圖案化電極係為具有一開口之電極；其中，開口之圖案並無特殊限制；而L1和L2會因電極圖案或開口圖案不同而有不同之變化，故而不限制第一電極層或第二電極層是否為均勻厚度，此時L2之距離則以電極層之平均厚度為基準，只要L1和L2距離不同即可達成不同之折射率變化，符合設計需求即可。因此，當由第一基板11之一側照射一光源至藍相液晶層13中時，藉由對第一電極層12與 第二電極層14間施加一偏壓，以對藍相液晶層13產生折射率梯度分布，以將通過藍相液晶層13之光源聚焦於遮光區16。在此，第一基板11為薄膜電晶體側基板，而第二基板15則為彩色濾光片側基板。於本實施例中，遮光區16設置於開口142中，但於其他實施例中，遮光區16亦可設置於非開口142中而較不會影響開口率，例如為彩色濾光片之黑色矩陣。端視其第一區域R1及第二區域R2之位置設計以及設定聚焦之位置而定。
於本實施例中，第一基板11與第二基板15均為玻璃基板，第一電極層12與第二電極層14均為ITO電極。其中，第一電極層12係為一平板電極，而第二電極層14係為一圖案化電極，第二電極層14具有一形狀為圓形之開口142，且遮光區16係位於第二電極層14之開口142中且為通電壓後光線所聚集的位置。此外，藍相液晶層13除了藍相液晶外，更包括一穩定藍相液晶之聚合物。
如圖2所示，當未於第一電極層與第二電極層間施加電壓時，藍相液晶層13中之藍相液晶具有光學等向性，此時通過藍相液晶層之光源不會產生偏折。因此，當由第一基板11之一側照射一光源至藍相液晶層13中時(請參考圖1之箭號所示)，光源不會被藍相液晶聚焦而呈現亮態。
如圖1所示，當於第一電極11層與第二電極層14間施加偏壓後，因第二電極層14具有一開口142，故所形成之非均勻場可造成藍相液晶層13有折射率梯度的變化，而可作為一折射率梯度透鏡，使得由第一是板11之一側所提供之光 源(如箭號所示)行進路徑偏折，並聚焦於遮光區16上呈現暗態。於本實施例中，當施加偏壓後，折射率的變化係為外圍折射率較小，且越往開口142中心處折射率越大。但於其他實施例中，折射率之變化亦可自中心處越往外圍折射率越小，端視設計需求。
因此，本實施例之液晶顯示面板，藉由形成一非均勻場，可利用藍相液晶所形成之折射率梯度透鏡，調整光線聚焦程度，而使顯示面板呈現亮態、暗態或灰階狀態。藉此，相較於習知之液晶顯示面板，本實施例之液晶顯示面板無須另外使用偏光片，故可避免偏光片吸光的情形，而提升背光模組使用效率。
實施例2
圖3係本實施例之液晶顯示面板之施加偏壓前之立體示意圖。如圖3所示，本實施例之液晶顯示面板之結構及驅動方法係與實施例1相同，除了於第二電極層14下方且相對於第一電極層12更設有一微透鏡陣列17；藉此可幫助通過藍相液晶層13之光線的聚焦。於其他實施例中，該微透鏡陣列亦可設置於第二電極層14與第二基板15之間，端視設計之需求。
實施例3
圖4係本實施例之液晶顯示面板之施加偏壓後之剖面示意圖。如圖4所示，本實施例之液晶顯示面板之結構及驅動方法係與實施例1相同，除了於第二電極層14下方且相對於第一電極層12更設有一介電層19，以幫助通過藍相液晶 層13之光線的聚焦。此外，本實施例之液晶顯示面板未設有實施例1之遮光區，而是將穿過藍相液晶層13之光線聚焦於彩色濾光片18之黑色矩陣上，以黑色矩陣達到吸收光線之功效。
實施例4
圖5係本實施例之液晶顯示面板之第二基板上之第二電極層之立體示意圖。由於本實施例之液晶顯示面板之結構及驅動方法係與實施例1相同，故圖式僅揭示與實施例1不同之處。如圖5所示，本實施例之第二基板15上之第二電極層14之開口142，係為一十字型開口。於此實施例中，遮光區可設置於開口中(圖未示)。於其他實施例中，遮光區可設置於電極層外圍(圖未示)，而不影響開口率。
實施例5
圖6係本實施例之液晶顯示面板之第二基板上之第二電極層之立體示意圖。由於本實施例之液晶顯示面板之結構及驅動方法係與實施例1相同，故圖式僅揭示與實施例1不同之處。如圖5所示，本實施例之第二基板15上之第二電極層14之開口142，係為一ㄑ字型開口，係如一迴力棒型開口。於此實施例中，遮光區可設置於開口中(圖未示)。於其他實施例中，遮光區可設置於電極層外圍(圖未示)，而不影響開口率。
實施例6
圖7為本實施例之之液晶顯示裝置示意圖，其中本實施例之之液晶顯示裝置7係包括前述之液晶顯示面板。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
11‧‧‧第一基板
12‧‧‧第一電極層
121‧‧‧第一表面
13‧‧‧藍相液晶層
14‧‧‧第二電極層
141‧‧‧第二表面
142‧‧‧開口
15‧‧‧第二基板
16‧‧‧遮光區
17‧‧‧微透鏡陣列
18‧‧‧彩色濾光片
19‧‧‧介電層
7‧‧‧液晶顯示裝置
R1‧‧‧第一區域
R2‧‧‧第二區域
L1,L2‧‧‧距離
圖1係本發明實施例1之液晶顯示面板之施加偏壓後之剖面示意圖。
圖2係本發明實施例1之液晶顯示面板之施加偏壓前之立體分解示意圖。
圖3係本發明實施例2之液晶顯示面板之施加偏壓前之立體示意圖。
圖4係本發明實施例3之液晶顯示面板之施加偏壓後之剖面示意圖。
圖5係本發明實施例4之液晶顯示面板之第二基板上之第二電極層之立體示意圖。
圖6係本發明實施例5之液晶顯示面板之第二基板上之第二電極層之立體示意圖。
圖7係本發明實施例6之液晶顯示裝置示意圖。
11‧‧‧第一基板
12‧‧‧第一電極層
121‧‧‧第一表面
13‧‧‧藍相液晶層
14‧‧‧第二電極層
141‧‧‧第二表面
142‧‧‧開口
15‧‧‧第二基板
16‧‧‧遮光區
R1‧‧‧第一區域
R2‧‧‧第二區域
L1,L2‧‧‧距離

Claims (20)

  1. 一種液晶顯示面板，包括：一第一基板，係設有一第一電極層；一第二基板，係設有一第二電極層，且該第一電極層係與該第二電極層相對設置；一藍相液晶層，包括一藍相液晶，且該藍相液晶層係設置於該第一基板與該第二基板間；以及一遮光區，係設置於該第二基板上；其中，藉由對該第一電極層與該第二電極層間施加一偏壓，使該藍相液晶層產生折射率梯度分布，以將通過該藍相液晶層之一光源聚焦於該遮光區。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示面板，其中該第一電極層係為一平板電極，且該第二電極層係為一圖案化電極。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示面板，其中該第二電極層係具有一開口。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之液晶顯示面板，其中該遮光區係設於該第二基板上，且位於該第二電極層之該開口中。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示面板，其中該遮光區係為一吸光層、或一反射層。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示面板，更包括一介電層或一微透鏡陣列，係設於該第二電極層上。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示面板，其中當夾置該第一電極層或該第二電極層之兩側材料之折射率同時較該第一電極層或該第二電極層之電極材料之折射率高或低時，該第一電極層或該第二電極層之厚度係符合下式(I)：厚度=(入射光波長)/(2x電極材料折射率) 式(I)。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示面板，其中當該第一電極層或該第二電極層之一側材料之折射率較該第一電極層或該第二電極層之電極材料之折射率低，而該第一電極層或該第二電極層之另一側材料之折射率較該電極材料之折射率高時，該第一電極層或該第二電極層之厚度係符合下式(II)：厚度=(入射光波長)/(4x電極材料折射率) 式(II)。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示面板，其中該遮光區係為該第二基板外側之黑色矩陣。
  10. 一種液晶顯示面板之驅動方法，包括下列步驟：(A)提供一液晶顯示面板，該液晶顯示面板包括：一第一基板，係設有一第一電極層；一第二基板，係設有一第二電極層，且該第一電極層係與該第二電極層相對設置；一藍相液晶層，包括一藍相液晶，且該藍相液晶層係設置於該第一基板與該第二基板間；以及一遮光區，係設置於該第二基板上；以及 (B)施加一偏壓於該第一電極層與該第二電極層間，以在該藍相液晶層產生折射率梯度分布，以將通過該藍相液晶層之一光源聚焦於該遮光區。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之驅動方法，其中該第一電極層係為一平板電極，且該第二電極層係為一圖案化電極。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之驅動方法，其中該第二電極層係具有一開口。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之驅動方法，其中該遮光區係設於該第二基板上，且位於該第二電極層之該開口中。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之驅動方法，其中該遮光區係為一吸光層、或一反射層。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之驅動方法，其中該液晶顯示面板更包括一介電層一微透鏡陣列，係設於該第二電極層上。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之驅動方法，其中當夾置該第一電極層或該第二電極層之兩側材料之折射率同時較該第一電極層或該第二電極層之電極材料之折射率高或低時，該第一電極層或該第二電極層之厚度係符合下式(I)：厚度=(入射光波長)/(2x電極材料折射率) 式(I)。
  17. 如申請專利範圍第10項所述之驅動方法，其中當該第一電極層或該第二電極層之一側材料之折射率較該第一電極層或該第二電極層之電極材料之折射率低，而該第一 電極層或該第二電極層之另一側材料之折射率較該電極材料之折射率高時，該第一電極層或該第二電極層之厚度係符合下式(II)：厚度=(入射光波長)/(4x電極材料折射率) 式(II)。
  18. 如申請專利範圍第10項所述之驅動方法，其中該遮光區係為該第二基板外側之黑色矩陣。
  19. 一種液晶顯示裝置，包括：一液晶顯示面板，包括：一第一基板，係設有一第一電極層；一第二基板，係設有一第二電極層，且該第一電極層係與該第二電極層相對設置；一藍相液晶層，包括一藍相液晶，且該藍相液晶層係設置於該第一基板與該第二基板間；以及一遮光區，係設置於該第二基板上；其中，藉由對該第一電極層與該第二電極層施加一偏壓，使該藍相液晶層產生折射率梯度分布，以將通過該藍相液晶層之一光源聚焦於該遮光區。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之液晶顯示裝置，其中該第二電極層係具有一開口。
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