TWI738465B

TWI738465B - 顯示裝置

Info

Publication number: TWI738465B
Application number: TW109127711A
Authority: TW
Inventors: 陳明倫; 林義文; 陳政傳; 林晉安; 田堃正
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2020-08-14
Filing date: 2020-08-14
Publication date: 2021-09-01
Also published as: CN112526783A; CN112526783B; TW202206908A

Abstract

一種顯示裝置，包括一液晶模組以及一背光模組。液晶模組包括一雙域式液晶層、一下偏光片以及一上偏光片。下偏光片具有沿一第一方向的穿透軸。背光模組包括一出光模組、一第一稜鏡片、一第二稜鏡片、一反射式偏極化膜片以及一擴光膜。反射式偏極化膜片具有沿一第三方向的穿透軸，其中第三方向與第一方向之間的夾角落在0±5度的範圍內。擴光膜具有多個沿一第一延伸方向延伸的第一微結構。由出光模組所發出的光經過光學板的出光面射出，再依序經過第一稜鏡片、第二稜鏡片、反射式偏極化膜片、擴光膜與液晶模組，以形成一影像光。

Description

顯示裝置

本發明是有關於一種光學模組，且特別是有關於一種顯示裝置。

由於電視、電腦、筆記型電腦、行動裝置、智慧型手機等電子產品的發展，顯示裝置的使用體驗的提升已經成為市場上的趨勢。現有的顯示裝置例如使用多域垂直配向式（Vertical Alignment, VA）液晶層來改善顯示裝置所呈現的顯示畫面在大視角時的色偏問題（color washout）。此外，為了改善顯示畫面在大視角時的伽瑪（Gamma）值不佳的問題，顯示裝置可使用多域共面切換式（In-Plane-Switching, IPS）液晶層，或顯示裝置可在多域垂直配向式液晶層上設置微結構膜。

然而，設置微結構膜的成本較高，使得顯示裝置的整體成本提高，且使得顯示裝置顯示畫面的對比度不佳。再者，液晶層的區域（domains）數越高雖能減少顯示畫面的色偏問題，但也造成顯示裝置的光能利用率較差而使得顯示畫面的輝度不佳。反之，液晶層的區域數較少的顯示裝置，例如雙域式液晶層，顯示裝置也因各膜層的搭配方式而存在顯示裝置的背光模組所提供的面光源的光形不對稱的問題，以及在最低灰階時也存在垂直視角及水平視角的大視角漏光的問題。

本發明提供一種顯示裝置，其能有效地減少面光源的光形不對稱的問題以及降低顯示裝置所呈現的顯示畫面在最低灰階時的大視角漏光的問題。

本發明的一實施例的顯示裝置包括一液晶模組以及一背光模組。液晶模組包括一雙域式液晶層、一下偏光片以及一上偏光片。雙域式液晶層的液晶分子在未施加電壓時沿一水平排列方向排列。下偏光片具有沿一第一方向的穿透軸，其中第一方向與水平排列方向之間的夾角落在45±5度的範圍內。上偏光片具有沿一第二方向的穿透軸。下偏光片、雙域式液晶層與上偏光片在一排列方向上依序排列。背光模組用以提供一面光源。背光模組包括一出光模組、一第一稜鏡片、一第二稜鏡片、一反射式偏極化膜片以及一擴光膜。出光模組包括一光學板以及一光源。光學板具有一出光面以及一入光面。光源設置在光學板的入光面的一側。反射式偏極化膜片具有沿一第三方向的穿透軸，其中第三方向與第一方向之間的夾角落在0±5度的範圍內。擴光膜具有多個沿一第一延伸方向延伸的第一微結構。出光模組、第一稜鏡片、第二稜鏡片、反射式偏極化膜片、擴光膜與液晶模組在排列方向上依序排列。由出光模組所發出的光經過光學板的出光面射出，再依序經過第一稜鏡片、第二稜鏡片、反射式偏極化膜片、擴光膜與液晶模組，以形成一影像光。

基於上述，在本發明的一實施例的顯示裝置中，由於反射式偏極化膜片上設置了擴光膜，以及顯示裝置中各膜層的搭配，因此，顯示裝置的背光模組所提供的面光源的光形較佳，且顯示裝置的顯示效果較佳。

現將詳細地參考本發明的示範性實施例，示範性實施例的實例說明於附圖中。只要有可能，相同元件符號在圖式和描述中用來表示相同或相似部分。

應當理解，當諸如層、膜、區域或基板的元件被稱為在另一元件“上”或“連接到”另一元件時，其可以直接在另一元件上或與另一元件連接，或者中間元件可以也存在。相反，當元件被稱為“直接在另一元件上”或“直接連接到”另一元件時，不存在中間元件。如本文所使用的，“連接”可以指物理及/或電性連接。再者，“電性連接”或“耦合”係可為二元件間存在其它元件。

本文使用的“約”、“近似”、或“實質上”包括所述值和在本領域普通技術人員確定的特定值的可接受的偏差範圍內的平均值，考慮到所討論的測量和與測量相關的誤差的特定數量（即，測量系統的限制）。例如，“約”可以表示在所述值的一個或多個標準偏差內，或±30％、±20％、±10％、±5％內。再者，本文使用的“約”、“近似”或“實質上”可依光學性質、蝕刻性質或其它性質，來選擇較可接受的偏差範圍或標準偏差，而可不用一個標準偏差適用全部性質。

除非另有定義，本文使用的所有術語（包括技術和科學術語）具有與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的相同的含義。將進一步理解的是，諸如在通常使用的字典中定義的那些術語應當被解釋為具有與它們在相關技術和本發明的上下文中的含義一致的含義，並且將不被解釋為理想化的或過度正式的意義，除非本文中明確地這樣定義。

圖1是依據本發明的一實施例的顯示裝置的立體爆炸圖。請參考圖1，本發明的一實施例的顯示裝置10包括一液晶模組100以及一背光模組200。液晶模組100包括一雙域式（two domains）液晶層110、一下偏光片120以及一上偏光片130。下偏光片120、雙域式液晶層110與上偏光片130在一排列方向A上依序排列。背光模組200包括一出光模組210、一第一稜鏡片220、一第二稜鏡片230、一反射式偏極化膜片240以及一擴光膜250。出光模組210、第一稜鏡片220、第二稜鏡片230、反射式偏極化膜片240、擴光膜250與液晶模組100在排列方向A上依序排列。

詳細來說，本實施例的雙域式液晶層110的液晶分子在未施加電壓時沿一水平排列方向H排列。下偏光片120具有沿一第一方向D1的穿透軸，其中第一方向D1與水平排列方向H之間的夾角落在45±5度的範圍內。上偏光片130具有沿一第二方向D2的穿透軸，其中上偏光片130的第二方向D2與下偏光片120的第一方向D1之間的夾角落在90±5度的範圍內。在一實施例中，第二方向D2與第一方向D1較佳是互相垂直。

在本實施例中，背光模組200用以提供一面光源。具體來說，背光模組200得出光模組210包括一光學板212以及一光源214。光學板212具有一出光面212S1以及一入光面212S2。光源214設置在光學板212的入光面212S2的一側。再者，光源214例如是發光二極體（Light-emitting diode, LED）光源、次毫米發光二極體（mini LED）光源或其他合適的光源。由出光模組210所發出的光經過光學板212的出光面212S1射出，再依序經過第一稜鏡片220、第二稜鏡片230、反射式偏極化膜片240、擴光膜250與液晶模組100，以形成一影像光。圖1示意了光學板212的出光面212S1相鄰於入光面212S2。也就是說，圖1的光學板212可為導光板，但本發明不以此為限。在一實施例中，光學板可為擴散板，且出光面相對於入光面。也就是說，光源設置於光學板的下方。在本發明的一實施例的顯示裝置10中，當光學板212為導光板時，顯示裝置10的整體體積較小；當光學板為擴散板時，由於光源設置於光學板的下方，背光模組的出光光形可藉由光源設置的位置來調整，因此背光模組的出光光形較為均勻。

在一實施例中，背光模組200更包括設置於光學板212上的一量子點（quantum dots）層260，且光源214包括藍光光源。量子點層260設置於光學板212與第一稜鏡片220之間。在另一實施例中，量子點層260可直接設置於光學板212的出光面212S1上。在本發明的一實施例的顯示裝置10中，由於背光模組200包括了量子點層260，因此，背光模組200所提供的面光源的演色性較佳。

在本實施例中，反射式偏極化膜片240具有沿一第三方向D3的穿透軸，其中第三方向D3與第一方向D1之間的夾角落在0±5度的範圍內。在一實施例中，第三方向D3與第一方向D1較佳是互相平行。

圖2是依據本發明的一實施例的顯示裝置的擴光膜的剖面圖。請同時參考圖1與圖2，在本實施例中，擴光膜250具有多個沿一第一延伸方向E1延伸的第一微結構252。具體來說，擴光膜250包括基板254，且第一微結構252設置於基板254在相對於光學板212的上表面254S上，但本發明不以此為限。再者，第一微結構252具有多個第一轉折區252F。第一轉折區252F為第一微結構252在相對於光學板212的表面252S的每一局部極值處與其相鄰的局部極值處之間於沿著排列方向A上的高度差L’落在0至10%的範圍內的區域，其中高度為第一微結構252的表面252S與基板254的上表面254S之間的距離。第一轉折區252F的延伸方向垂直於第一微結構252的排列的方向。附帶一提，在圖2的第一轉折區252F1中，第一轉折區252F1包括了局部極值LM2、LM3、LM4。局部極值LM2的第一轉折區為與其相鄰的局部極值LM1和LM3之間的高度差落在0至10%的範圍內的區域。同理，局部極值LM3的第一轉折區為與其相鄰的局部極值LM2和LM4之間的高度差落在0至10%的範圍內的區域，且局部極值LM4的第一轉折區為與其相鄰的局部極值LM3和LM5之間的高度差落在0至10%的範圍內的區域。因此，為了方便示意，圖2的第一轉折區252F1包括了前述的局部極值LM2、LM3、LM4的三個第一轉折區。

在本實施例中，第一轉折區252F在擴光膜250相對於光學板212的上表面254S的投影面積與第一微結構252在擴光膜250的上表面254S的投影面積的比值大於等於30%且小於等於60%。

圖3是依據本發明的一實施例的顯示裝置的輝度增益率相對於第一微結構之間的平均高度L/平均間距P的曲線圖。請同時參考圖2與圖3，在本實施例中，擴光膜250的第一微結構252還滿足以下條件：4%≦L/P≦25%，其中L為第一微結構252的平均高度差，且P為第一微結構252的平均間距。圖3示意了不同的L/P產生了不同的輝度增益率。在一較佳的實施例中，L/P=4%。

圖4是依據本發明的一實施例的顯示裝置的上偏光片的剖面圖。請同時參考圖1與圖4，在本實施例中，上偏光片130具有多個沿一第二延伸方向E2的第二微結構132，其中第二延伸方向E2與水平排列方向H之間的夾角小於等於20度。具體來說，上偏光片130包括基板134，且第二微結構132設置於基板134在相對於光學板212的上表面134S上，但本發明不以此為限。再者，第二微結構132具有多個第二轉折區132F。第二轉折區132F為第二微結構132在相對於光學板212的表面132S的每一局部極值處與其相鄰的局部極值處之間於沿著排列方向A上的高度差L’落在0至10%的範圍內的區域，其中高度為第二微結構132的表面132S與基板134的上表面134S之間的距離。第二轉折區132F的延伸方向垂直於第二微結構132的排列的方向。

在本實施例中，第二轉折區132F在上偏光片130相對於光學板212的上表面134S的投影面積與第二微結構132在上偏光片130的上表面134S的投影面積的比值大於等於85%且小於等於93%。

圖5A是依據本發明的一實施例的顯示裝置中，上偏光片未設置第二微結構在垂直視角方向的伽瑪值相對於灰階的曲線圖。圖5B是依據本發明的一實施例的顯示裝置中，上偏光片設置第二微結構在垂直視角方向的伽瑪值相對於灰階的曲線圖。請參考圖5A與圖5B，在圖5A中，曲線C1、C3、C5分別為在垂直視角方向上的視角為30、45、60度的伽瑪值相對於灰階的曲線圖；在圖5B中，曲線C2、C4、C6分別為在垂直視角方向上的視角為30、45、60度的伽瑪值相對於灰階的曲線圖。其中，曲線C1的平均伽瑪值約為1.2，且曲線C2的平均伽瑪值約為1.3；曲線C3的平均伽瑪值約為0.5，且曲線C4的平均伽瑪值約為0.8；曲線C5的平均伽瑪值約為-0.1，且曲線C6的平均伽瑪值約為0.5。也就是說，當在本發明的一實施例的顯示裝置10中的上偏光片130設置了第二微結構132時，顯示裝置10的整體的伽瑪值較佳，且第二微結構132的設置也克服了顯示裝置在垂直視角方向上的大視角處的灰階反轉的問題。

圖6A是依據本發明的一實施例的顯示裝置的第一稜鏡片或第二稜鏡片的剖面圖。請同時參考圖1與圖6A，在圖1中，為了清楚呈現第一稜鏡微結構222與第二稜鏡微結構232的結構，圖1僅繪示了一個第一稜鏡微結構222與第二稜鏡微結構232。在本實施例中，第一稜鏡片220具有多個沿一第三延伸方向E3延伸的第一稜鏡微結構222，其中第三延伸方向E3與第一方向D1之間的夾角落在90±20度的範圍內。第二稜鏡片230具有多個沿一第四延伸方向E4延伸的第二稜鏡微結構232，其中第四延伸方向E4與第一方向D1之間的夾角小於等於20度。在一實施例中，第三延伸方向E3與第四延伸方向E4較佳是互相垂直。

在本實施例中，擴光膜250的第一延伸方向E1與第二稜鏡片230的第四延伸方向E4之間的夾角落在45±10度的範圍內。

具體來說，本實施例的第一稜鏡片220包括基板224，且第一稜鏡微結構222設置於基板224在相對於光學板212的上表面224S1上，但本發明不以此為限。再者，第一稜鏡微結構222具有多個第三轉折區222F。第三轉折區222F為第一稜鏡微結構222在相對於光學板212的表面222S的每一局部極值處與其相鄰的局部極值處之間於沿著排列方向A上的高度差L’落在0至10%的範圍內的區域，其中高度為第一稜鏡微結構222的表面222S與基板224的上表面224S1之間的距離。第三轉折區222F的延伸方向垂直於第一稜鏡微結構222的排列的方向。

在本實施例中，第三轉折區222F在第一稜鏡片220相對於光學板212的上表面224S1的投影面積與第一稜鏡微結構222在第一稜鏡片220的上表面224S1的投影面積的比值大於等於21%且小於等於25%。

相同的，本實施例的第二稜鏡片230包括基板234，且第二稜鏡微結構232設置於基板234在相對於光學板212的上表面234S1上，但本發明不以此為限。再者，第二稜鏡微結構232具有多個第四轉折區232F。第四轉折區232F為第二稜鏡微結構232在相對於光學板212的表面232S的每一局部極值處與其相鄰的局部極值處之間於沿著排列方向A上的高度差L’落在0至10%的範圍內的區域，其中高度為第二稜鏡微結構232的表面232S與基板234的上表面234S1之間的距離。第四轉折區232F的延伸方向垂直於第二稜鏡微結構232的排列的方向。

在本實施例中，第四轉折區232F在第二稜鏡片230相對於光學板212的上表面234S1的投影面積與第二稜鏡微結構232在第二稜鏡片230的上表面234S1的投影面積的比值大於等於21%且小於等於25%。

圖6B是圖6A在第一稜鏡微結構或第二稜鏡微結構的局部放大圖。請參考圖6B，在本實施例中，第一稜鏡微結構222與第二稜鏡微結構232的在相對於光學板212的稜鏡尖端222T與232T可為圓角。再者，每一第二稜鏡微結構232的稜鏡尖端232T的曲率半徑R2小於等於每一第一稜鏡微結構222的稜鏡尖端232T的曲率半徑R1。

圖7是依據本發明的一實施例的顯示裝置中，第一稜鏡片的第一稜鏡微結構的稜鏡尖端的曲率半徑大於及小於第二稜鏡片的第二稜鏡微結構的稜鏡尖端的曲率半徑在最低灰階時且水平視角方向的相對輝度值相對於視角的曲線圖。圖7中的曲線C7為第一稜鏡微結構222的稜鏡尖端222T的曲率半徑R1小於第二稜鏡微結構232的稜鏡尖端232T的曲率半徑R2，其中R1為0.5微米，且R2為7微米；曲線C8為第一稜鏡微結構222的稜鏡尖端222T的曲率半徑R1大於第二稜鏡微結構232的稜鏡尖端232T的曲率半徑R2，其中R1為7微米，且R2為0.5微米。請參考圖7，在本發明的一實施例的顯示裝置10中，當第二稜鏡微結構232的稜鏡尖端232T的曲率半徑R2小於等於第一稜鏡微結構222的稜鏡尖端232T的曲率半徑R1時，顯示裝置10在最低灰階時的大視角漏光的問題被改善了。

在本實施例中，第二稜鏡片230的稜鏡折射率大於等於第一稜鏡片220的稜鏡折射率。圖8是依據本發明的一實施例的顯示裝置中，第一稜鏡片的稜鏡折射率大於及小於第二稜鏡片的稜鏡折射率在最低灰階時且水平視角方向的相對輝度值相對於視角的曲線圖。圖8中的曲線C9示意了第一稜鏡片220的稜鏡折射率為1.65，且第二稜鏡片230的稜鏡折射率為1.52；曲線C10示意了第一稜鏡片220的稜鏡折射率為1.52，且第二稜鏡片230的稜鏡折射率為1.65。請參考圖8，在本發明的一實施例的顯示裝置10中，當第二稜鏡片230的稜鏡折射率大於等於第一稜鏡片220的稜鏡折射率時，顯示裝置10在最低灰階時的大視角漏光的問題也被改善了。

請再參考圖6A，在一實施例中，第一稜鏡片220與第二稜鏡片230分別在朝向光學板212的下表面224S2、234S2具有一第一霧化結構層226與一第二霧化結構層236，其中第二霧化結構層236的霧度較佳是小於等於第一霧化結構層226的霧度。圖9是依據本發明的一實施例的顯示裝置中，第一稜鏡片的第一霧化結構層的霧度大於及小於第二稜鏡片的第二霧化結構層的霧度在最低灰階時且水平視角方向的相對輝度值相對於視角的曲線圖。圖9中的曲線C11示意了第一霧化結構層226的霧度為3%，且第二霧化結構層236的霧度為8%；曲線C12示意了第一霧化結構層226的霧度為8%，且第二霧化結構層236的霧度為3%。請參考圖9，在本發明的一實施例的顯示裝置10中，當第二霧化結構層236的霧度小於等於第一霧化結構層226的霧度時，顯示裝置10在最低灰階時的大視角漏光的問題也被改善了。

圖10A是依據本發明的一實施例的顯示裝置的出光光形的一種示例。圖10B是依據本發明的一實施例的顯示裝置的背光模組的出光光形的一種示例。圖10A與圖10B示意了顯示裝置10與背光模組200的擴光膜250的第一延伸方向E1在軸向0度，反射式偏極化膜片240的第三方向D3在軸向45度，第二稜鏡片230的第四延伸方向E4在軸向45度，且第一稜鏡片220的第三延伸方向E3在軸向135度。請參考圖10A與圖10B，在本發明的一實施例的顯示裝置10中，由於顯示裝置10各模層的設置，背光模組200的出光光形較為對稱且準直，且顯示裝置10所呈現的顯示畫面的光形也較為對稱。

圖11A是依據本發明的一實施例的顯示裝置在最低灰階時且水平視角方向的相對輝度值相對於視角的曲線圖。圖11B是依據本發明的一實施例的顯示裝置在最低灰階時且垂直視角方向的相對輝度值相對於視角的曲線圖。圖11A與圖11B中的曲線C13與C15為顯示裝置未設置擴光膜，且其反射式偏極化膜片的第三方向在軸向45度，第二稜鏡片的第四延伸方向在軸向150度，以及第一稜鏡片的第三延伸方向在軸向60度；曲線C14與C16為顯示裝置的擴光膜250的第一延伸方向E1在軸向0度，反射式偏極化膜片240的第三方向D3在軸向45度，第二稜鏡片230的第四延伸方向E4在軸向45度，且第一稜鏡片220的第三延伸方向E3在軸向135度。請參考圖11A與圖11B，在本發明的一實施例的顯示裝置10中，由於顯示裝置10各模層的設置，顯示裝置10在最低灰階時的垂直視角及水平視角於大視角的峰值減少了40%，因此，顯示裝置10在最低灰階時的垂直視角及水平視角的大視角漏光的問題有效地被改善了。

除此之外，在本實施例中，影像光在沿著液晶模組10的60度視角的32至192灰階值的範圍內的伽瑪平均值於水平視角方向大於垂直視角方向。

綜上所述，在本發明的一實施例的顯示裝置中，由於反射式偏極化膜片上設置了擴光膜，以及顯示裝置中各膜層的搭配，因此，顯示裝置的背光模組所提供的面光源的光形較為對稱且準直，以及顯示裝置在最低灰階時的垂直視角及水平視角的大視角漏光的問題有效地被改善了。此外，顯示裝置採用雙域式液晶層，因此顯示裝置的輝度表現較佳。

10:顯示裝置

100:液晶模組

110:雙域式液晶層

120:下偏光片

130:上偏光片

132:第二微結構

132F:第二轉折區

132S、252S、222S、232S:表面

134、224、234、254:基板

134S、224S1、234S1、254S:上表面

200:背光模組

210:出光模組

212:光學板

212S1:出光面

212S2:入光面

214:光源

220:第一稜鏡片

222:第一稜鏡微結構

222F:第三轉折區

222T、232T:尖端

224S2、234S2:下表面

226:第一霧化結構層

230:第二稜鏡片

232:第二稜鏡微結構

232F:第三轉折區

236:第二霧化結構層

240:反射式偏極化膜片

250:擴光膜

252:第一微結構

252F、252F1:第一轉折區

260:量子點層

A:排列方向

C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16:曲線

D1:第一方向

D2:第二方向

D3:第三方向

E1:第一延伸方向

E2:第二延伸方向

E3:第三延伸方向

E4:第四延伸方向

H:水平排列方向

L’:高度差

LM1、LM2、LM3、LM4、LM5:局部極值

P:間距

R1、R2:曲率半徑

圖1是依據本發明的一實施例的顯示裝置的立體爆炸圖。圖2是依據本發明的一實施例的顯示裝置的擴光膜的剖面圖。圖3是依據本發明的一實施例的顯示裝置的輝度增益率相對於第一微結構之間的平均高度L/平均間距P的曲線圖。圖4是依據本發明的一實施例的顯示裝置的上偏光片的剖面圖。圖5A是依據本發明的一實施例的顯示裝置中，上偏光片未設置第二微結構在垂直視角方向的伽瑪值相對於灰階的曲線圖。圖5B是依據本發明的一實施例的顯示裝置中，上偏光片設置第二微結構在垂直視角方向的伽瑪值相對於灰階的曲線圖。圖6A是依據本發明的一實施例的顯示裝置的第一稜鏡片或第二稜鏡片的剖面圖。圖6B是圖6A在第一稜鏡微結構或第二稜鏡微結構的局部放大圖。圖7是依據本發明的一實施例的顯示裝置中，第一稜鏡片的第一稜鏡微結構的稜鏡尖端的曲率半徑大於及小於第二稜鏡片的第二稜鏡微結構的稜鏡尖端的曲率半徑在最低灰階時且水平視角方向的相對輝度值相對於視角的曲線圖。圖8是依據本發明的一實施例的顯示裝置中，第一稜鏡片的稜鏡折射率大於及小於第二稜鏡片的稜鏡折射率在最低灰階時且水平視角方向的相對輝度值相對於視角的曲線圖。圖9是依據本發明的一實施例的顯示裝置中，第一稜鏡片的第一霧化結構層的霧度大於及小於第二稜鏡片的第二霧化結構層的霧度在最低灰階時且水平視角方向的相對輝度值相對於視角的曲線圖。圖10A是依據本發明的一實施例的顯示裝置的出光光形的一種示例。圖10B是依據本發明的一實施例的顯示裝置的背光模組的出光光形的一種示例。圖11A是依據本發明的一實施例的顯示裝置在最低灰階時且水平視角方向的相對輝度值相對於視角的曲線圖。圖11B是依據本發明的一實施例的顯示裝置在最低灰階時且垂直視角方向的相對輝度值相對於視角的曲線圖。