《可實現視角切換的液晶顯示裝置》是崑山龍騰光電有限公司於2014年8月26日申請的專利，該專利的申請號為2014104242599，公布號為CN104155808A，授權公布日為2014年11月19日，發明人是蘇子芳、姜麗梅、許雅琴、朱曉妮。
《可實現視角切換的液晶顯示裝置》提供一種可實現視角切換的液晶顯示裝置，該液晶顯示裝置包括第一基板、與該第一基板相對設定的第二基板以及位於該第一基板與該第二基板之間的液晶層。該液晶層內的液晶分子為負性液晶分子。該第二基板上設定有像素電極和公共電極，該第一基板朝向該液晶層的表面上設定有第一電極。該液晶層鄰近該第一基板的液晶分子的初始預傾角的範圍為大於或等於30度且小於90度，該液晶層鄰近該第二基板的液晶分子為水平配向。該液晶顯示裝置可在不增加液晶顯示器的厚度及背光裝置成本的條件下實現廣視角與窄視角切換的目的。
2018年12月20日，《可實現視角切換的液晶顯示裝置》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《可實現視角切換的液晶顯示裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：可實現視角切換的液晶顯示裝置
- 公布號：CN104155808A
- 授權日：2014年11月19日
- 申請號：2014104242599
- 申請日：2014年8月26日
- 申請人：崑山龍騰光電有限公司
- 地址：江蘇省蘇州市崑山市龍騰路1號
- 發明人：蘇子芳、姜麗梅、許雅琴、朱曉妮
- Int.Cl.：G02F1/1337(2006.01)I、G02F1/1343(2006.01)I
- 代理機構：上海波拓智慧財產權代理有限公司
- 代理人：彭柳眉
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
由於液晶顯示裝置具有輕薄、節能、無輻射等諸多優點，廣泛套用於電視、個人電腦、平板電腦、個人數字助理（PDA）付嚷協旋、手機、數位相機等電子設備中。截至2014年8月，廣視角屬於液晶顯示裝置的主流發展方向，人們從不同的方向觀看廣視角液晶顯示裝置的螢幕均可以看到完整且不失真的畫面。但是，當涉及個人隱私以及重要信息時，廣視角的顯示裝置在有些場合下的使用也會使人們感到不便。
比如，一方面，對於筆記本電腦、個人數字助理、平板電腦、手機等廣視角的攜帶型電子設備，人們可以據以隨時隨地進行撥打電話、收發信息、上網、處理檔案等事務，不管是跟日常生活相關的事務還是工作上的事務，利用這些攜帶型電子設備處理起來非常方便，並且，還可以與其他人一起欣賞電影、分享照片等。然而，另一方面，由於廣視角的攜帶型電子設備可以希禁承在公共場合或者開放性空間使用，利用廣視角的攜帶型電子設備處理事務時難以保障使用者的隱私，比如，在車站等車時，使用者旁邊以及後方的人極有可能窺見使用者的廣視挨屑霸定角的攜帶型電子設備的螢幕上的內容。
因此，除了廣視角的需求之外，在需要防窺的場合下，能夠將顯示器切換或者調整到窄視角模式的顯示器也逐漸發展起來。截至2014年8月，主要有兩種方式對顯示器的廣視角與窄視角進行切換：第一種是通過百葉遮擋膜來實現，當需要進行防窺時，利用百葉遮擋膜遮住螢幕即可縮小視角，但是這種方式需要額外準備百葉遮擋膜，且需要棗員漏使用者隨身攜帶，給使用者造成極大的不便；第二種是在液晶顯示器中設定雙光源背光系統用於調節液晶顯示器的視角。該雙光源背光系統由兩層層疊的導光板結合反稜鏡片構成，頂層導光板（LGP-T）結合反稜鏡片改變光線的走向使得光線限制在比較窄的角度範圍，實現液晶顯示器的窄視角，而底部導光板（LGP-B）結合反稜鏡片的功能則實現液晶顯示器的廣視角。但是，此種雙光源背光系統會導致液晶顯示器的厚度及成本均增加，不符合液晶顯示器輕薄化的發展趨勢。
發明內容
專利目的
《可實現視角切換的液晶顯示裝置》的目的包括提供一種液晶顯示裝置，以在無需使用遮擋膜且不增加液晶顯示器的厚度及背光裝置成本的條件下實現廣視角與窄視角切換的目的。
技術方案
《可實現視角切換的液晶顯示裝置》實施例提供一種可實現視角切換的液晶顯示裝置，該液晶顯示裝置包括第一基板、與該第一基板相對設定的第二基板以及位於該第一基板與該第二基板之間的液晶層。該液晶層內的液晶分子為負性液晶分子。該第二基板上設定有像素電極和公共電極，該第一基板朝向該液晶層的表面上設定有第一電極。該液晶層鄰近該第一基板的液晶分子的初始預傾角的範圍為大於或等於30度且小於90度，該液晶層鄰近該第二基板的液晶分子為水平配向。
優選地，該第一電極為透明電極，當該宙駝第一電極被提供偏置電壓以在該第一、第二基板之間形成垂直電場時，該液晶顯示裝置為廣視角顯示模式；當該第糠幾漿一電極沒有被提供偏置電壓時，該液晶顯示裝置為窄視角顯示模式。
優選地，該偏置電壓的極性與該公共電極的極性相反。
優選地，該第一基板朝向該液晶層的表面上設定有配向膜，該配向膜為利用水平配向的聚亞醯胺液和垂直配向的聚亞醯胺液按照一定比例混合經烘烤之後形成的具有納米結構表面（nano structured surfaces）的配向膜。
優選地，該第一基板朝向該液晶層的表面上設定有多個突起結構，每個突起結構的橫截面形狀為等腰三角形，該等腰三角形的底邊設定在該第一基板上，該等腰三角形的底角的範圍為大於0度且小於或者等於60度，該多個突起結構朝向該液晶層的表面設定有垂直配向膜。
優選地，該第一基板朝向該液晶層的表面上設定有多個突起結構，每個突起結構的橫截面形狀為直角三角形，該直角三角形的一個直角邊設定在該第一基板上，該直角三角形的斜邊與設定在該第一基板上的該直角邊的夾角的範圍為大於0度且小於或者等於60度，該多個突起結構朝向該液晶層的表面設定有垂直配向膜。
優選地，該液晶層鄰近該第一基板的液晶分子在預傾角的作用下朝一個方向傾斜。
優選地，該液晶層鄰近該第一基板的液晶分子在預傾角的作用下朝兩個方向傾斜。
優選地，該液晶層鄰近該第二基板的液晶分子的初始預傾角的範圍為大於或等於0度且小於或等於5度。
優選諒禁滲地，該液晶層鄰近該第二基板的液晶分子的初始預傾角為2度。
改善效果
由於《可實現視角切換的液晶顯示裝置》實施例所提供的上述液晶顯示裝置通過在平面內旋轉的顯示架構中設定混合配向的液晶層，當未在該第一電極上施加偏置電壓時，由於鄰近該第一基板處的液晶分子的預傾角比鄰近第二基板處的液晶分子的預傾角大，使在該液晶顯示裝置的螢幕斜視方向上產生漏光，以實現窄視角顯示模式；當在該第一電極上施加偏置電壓以產生垂直電場時，該垂直電場可減少鄰近該第一基板處的液晶分子的預傾角，而使在該液晶顯示裝置的螢幕斜視方向上的漏光現象相應減少，因此增大該液晶顯示裝置的視角，以實現廣視角顯示模式。因此該液晶顯示裝置無需使用遮擋膜且不用設定兩種背光裝置，因此可在不增加液晶顯示器的厚度及背光裝置成本的條件下實現廣視角與窄視角切換的目的。
附圖說明
圖1是《可實現視角切換的液晶顯示裝置》的第一實施例提供的一種液晶顯示裝置的剖面結構示意圖。
圖2是圖1所示的液晶顯示裝置在窄視角顯示模式下的套用示意圖。
圖3是圖1所示的液晶顯示裝置在廣視角顯示模式下的套用示意圖。
圖4a至4f是圖1所示的液晶顯示裝置在窄視角顯示模式下的視角模擬示意圖。
圖5a和5b是圖1所示的液晶顯示裝置在廣視角顯示模式下的視角模擬示意圖。
圖6是傳統的邊緣電場切換型液晶顯示裝置的視角模擬示意圖。
圖7a是當灰階為0時，圖1所示的液晶顯示裝置的液晶分子的旋轉狀態示意圖。
圖7b是當灰階為0時，圖1所示的液晶顯示裝置分別在廣視角與窄視角顯示模式下的鄰近第一基板的液晶分子的預傾角的變化對比示意圖。
圖8a是當灰階為255時，圖1所示的液晶顯示裝置的液晶分子的旋轉狀態示意圖。
圖8b是當灰階為255時，圖1所示的液晶顯示裝置分別在廣視角與窄視角顯示模式下的鄰近第一基板的液晶分子的預傾角的變化對比示意圖。
圖9是圖1所示的液晶顯示裝置在窄視角顯示模式下的顯示效果示意圖。
圖10是圖1所示的液晶顯示裝置在廣視角顯示模式下的顯示效果示意圖。
圖11是《可實現視角切換的液晶顯示裝置》第二實施例提供的一種液晶顯示裝置的剖面結構示意圖。
圖12是《可實現視角切換的液晶顯示裝置》第三實施例提供的一種液晶顯示裝置的剖面結構示意圖。
技術領域
《可實現視角切換的液晶顯示裝置》涉及液晶顯示裝置，特別涉及一種可以實現廣視角與窄視角切換的液晶顯示裝置。
權利要求
1.一種可實現視角切換的液晶顯示裝置，包括第一基板、與該第一基板相對設定的第二基板以及位於該第一基板與該第二基板之間的液晶層，該第二基板上設定有像素電極和公共電極，其特徵在於，該液晶層內的液晶分子為負性液晶分子，該第一基板朝向該液晶層的表面上設定有第一電極，該液晶層鄰近該第一基板的液晶分子的初始預傾角的範圍為大於或等於30度且小於90度，該液晶層鄰近該第二基板的液晶分子為水平配向；該第一電極為透明電極，當該第一電極被提供偏置電壓以在該第一、第二基板之間形成垂直電場時，該液晶顯示裝置為廣視角顯示模式；當該第一電極沒有被提供偏置電壓時，該液晶顯示裝置為窄視角顯示模式。
2.根據權利要求1所述的液晶顯示裝置，其特徵在於，該偏置電壓的極性與該公共電極的極性相反。
3.根據權利要求1所述的液晶顯示裝置，其特徵在於，該第一基板朝向該液晶層的表面上設定有配向膜，該配向膜為利用水平配向的聚亞醯胺液和垂直配向的聚亞醯胺液按照一定比例混合經烘烤之後形成的具有納米結構表面（nanostructuredsurfaces）的配向膜。
4.根據權利要求1所述的液晶顯示裝置，其特徵在於，該第一基板朝向該液晶層的表面上設定有多個突起結構，每個突起結構的橫截面形狀為等腰三角形，該等腰三角形的底邊設定在該第一基板上，該等腰三角形的底角的範圍為大於0度且小於或者等於60度，該多個突起結構朝向該液晶層的表面設定有垂直配向膜。
5.根據權利要求1所述的液晶顯示裝置，其特徵在於，該第一基板朝向該液晶層的表面上設定有多個突起結構，每個突起結構的橫截面形狀為直角三角形，該直角三角形的一個直角邊設定在該第一基板上，該直角三角形的斜邊與設定在該第一基板上的該直角邊的夾角的範圍為大於0度且小於或者等於60度，該多個突起結構朝向該液晶層的表面設定有垂直配向膜。
6.根據權利要求1所述的液晶顯示裝置，其特徵在於，該液晶層鄰近該第一基板的液晶分子在預傾角的作用下朝一個方向傾斜。
7.根據權利要求1所述的液晶顯示裝置，其特徵在於，該液晶層鄰近該第一基板的液晶分子在預傾角的作用下朝兩個方向傾斜。
8.根據權利要求1所述的液晶顯示裝置，其特徵在於，該液晶層鄰近該第二基板的液晶分子的初始預傾角的範圍為大於或等於0度且小於或等於5度。
9.根據權利要求8所述的液晶顯示裝置，其特徵在於，該液晶層鄰近該第二基板的液晶分子的初始預傾角為2度。
實施方式
參照圖1，圖1是《可實現視角切換的液晶顯示裝置》第一實施例提供的一種液晶顯示裝置的剖面結構示意圖。如圖1所示，液晶顯示裝置10包括第一基板11、與該第一基板11相對設定的第二基板12以及位於第一基板11與第二基板12之間的液晶層13。該液晶顯示裝置10適用於平面內切換（In-Plane Switching，IPS）型、邊緣電場切換（Fringe Field Switching，FFS）型等在施加顯示用的電場時液晶分子在與基板平行的平面內旋轉的液晶顯示裝置。在該實施例中，該液晶顯示裝置10以邊緣電場切換型為例進行說明。
第一基板11為彩色濾光片基板，第二基板12為薄膜電晶體陣列基板。第一基板11背向液晶層13的表面設定有第一偏光片110，第二基板12背向液晶層13的表面設定有第二偏光片120，該第一偏光片110與該第二偏光片120的透光軸方向相互垂直。
第一基板11朝向液晶層13的表面依次設定有第一電極112與第一配向膜114。該第一電極112為透明電極。該第一配向膜114為利用水平配向的聚亞醯胺液和垂直配向的聚亞醯胺（Poly imide，PI）液按照一定比例混合經烘烤之後形成的具有納米結構表面（nano structured surfaces）的配向膜，其中，該垂直配向和水平配向的混合聚亞醯胺液中，垂直配向的聚亞醯胺的濃度為0％～23％（質量）。
第二基板12朝向液晶層13的表面依次設定有第二電極122、絕緣層124、第三電極126與第二配向膜128，並使得第二配向膜128的刷磨方向平行於第二偏光片120的透光軸方向，同時第一配向膜114的刷磨方向與第二配向膜128的刷磨方向垂直。該第二電極122與第三電極126均為透明電極。在該實施例中，該第二電極122為面狀電極結構，該第三電極126包括多個相互平行的條狀子電極（未標示），在其他實施例中，該第二電極122也可包括多個相互平行的條狀子電極，並且第二電極122的條狀子電極與該第三電極126的條狀子電極可絕緣相交。在該實施例中，該第二電極122為像素電極，該第三電極126為公共電極，在其它實施例中，該第二電極122也可為公共電極，該第三電極126為像素電極。
該液晶層13鄰近第一基板11的液晶分子的初始預傾角θ的範圍為大於或等於30度且小於90度，即：30°≦θ﹤90°；該液晶層13鄰近第二基板12的液晶分子為水平配向，在實際套用中，該液晶層13鄰近第二基板12的液晶分子的初始預傾角θ的範圍可為大於或等於0度且小於或等於5度，即：0°≦θ≦5°，優選為2度。在該實施例中，該液晶層13鄰近該第一基板11的液晶分子在預傾角的作用下朝一個方向傾斜。
液晶層13內的液晶分子為負性液晶分子，由於負性液晶分子沿著與電場方向垂直的方向旋轉，因此在該液晶顯示裝置10中施加顯示用的電場時，液晶層13內的負性液晶分子會在與第一基板11、第二基板12平行的平面內轉動，並且短軸方向與電場方向平行，使液晶層13的透光性更佳。
液晶顯示裝置10可在廣視角與窄視角顯示模式之間切換。參照圖2，圖2是圖1所示的液晶顯示裝置10在窄視角顯示模式下的套用示意圖。如圖2所示，該第一電極112上未被提供偏置電壓，由於鄰近該第一基板11處的液晶分子的預傾角比鄰近第二基板12處的液晶分子的預傾角大，因此當該液晶顯示裝置10進行顯示時，在該液晶顯示裝置10的螢幕斜視方向上，穿過液晶分子的光線由於相位延遲與偏光片不再匹配，出現漏光現象，導致從該液晶顯示裝置10的螢幕斜視方向上觀看螢幕時，螢幕上的對比度降低，影響觀看效果，從而實現窄視角顯示模式。
參照圖3，圖3是圖1所示的液晶顯示裝置10在廣視角顯示模式下的套用示意圖。如圖3所示，提供一定的偏置電壓（如5伏）給第一電極112，該偏置電壓的極性與該公共電極的極性相反，從而在第一、第二基板11、12之間形成垂直電場。由於負性液晶分子的長軸在電場作用下沿垂直於電場的方向旋轉，因此，由於該垂直電場的存在，液晶層13的中的液晶分子在該垂直電場的作用下，鄰近該第一基板11處的液晶分子的預傾角會隨之減小，當減少至與鄰近第二基板12處的液晶分子的預傾角接近時，在該液晶顯示裝置10的螢幕斜視方向上的漏光現象會相應減少，因此該液晶顯示裝置10的視角隨之增大，從而實現廣視角顯示模式。
以下將以利用TechWiz軟體進行模擬的視角、效果圖進一步對該液晶顯示裝置10進行說明。
圖4a至4f是圖1所示的液晶顯示裝置10在窄視角顯示模式下的視角模擬示意圖。其中，圖4a、4b、4c、4d、4e和4f分別示出了當該第一電極112上未被提供偏置電壓時，該液晶層13鄰近第一基板11的液晶分子的初始預傾角θ分別為30度、40度、50度、60度、70度以及80度時，該液晶顯示裝置10的模擬視角。從圖4a至4f可以看出，隨著初始預傾角θ的增加，該液晶顯示裝置10在水平方向上視角會逐漸減少，如當初始預傾角θ為40度時，水平方向上可以觀看螢幕的有效視角範圍約為-30度到30度，符合窄視角顯示的需求。
請參閱下表，該表所示為初始預傾角θ為40度時，該第一電極112上提供的偏置電壓分別為0伏（即未提供偏置電壓）、2伏、3伏、4伏、5伏、6伏、7伏、8伏、9伏和10伏時該液晶顯示裝置10在上、下、左、右方向上的模擬視角。
從表中可以看出，在該第一電極112上提供的偏置電壓為0伏、也就是未被提供偏置電壓時，該液晶顯示裝置10在左右方向（即水平方向）上的最大視角分別-30度和30度，符合窄視角顯示的需求。而偏置電壓從2伏往上增加時，視角也隨之變大，並且從4伏開始到10伏，上下左右方向的有效視角均能達到85度，且幾乎沒有變化。由此可見，提供4伏的偏置電壓即可實現廣視角顯示的需求，然而，考慮到穿透率等其他因素，以5伏的偏置電壓為佳，也就是說，5伏的偏置電壓不僅可實現廣視角顯示的需求，而且能滿足穿透率等其他顯示條件。
圖5a、5b是圖1所示的液晶顯示裝置在廣視角顯示模式下的視角模擬示意圖。其中，圖5a是當該液晶層13鄰近第一基板11的液晶分子的初始預傾角θ為40度，且提供給第一電極112的偏置電壓為5伏時該液晶顯示裝置10的模擬視角，圖5b是當該液晶層13鄰近第一基板11的液晶分子的初始預傾角θ為40度，且提供給第一電極112的偏置電壓為10伏時該液晶顯示裝置10的模擬視角。從圖5a和圖5b圖可以看出，在對比度為10的條件下（圖5a和圖5b中所示的白色虛線即為對比度為10的等對比線），偏置電壓分別為5伏和10伏時，該液晶顯示裝置10在上下左右方向上的有效視角均可達到85度，且二者的中心對比差異不大，因此，偏置電壓選為5伏即可符合廣視角顯示的需求。
參照圖6，圖6是傳統的邊緣電場型液晶顯示裝置的視角模擬示意圖。其中，圖6表示的是傳統的邊緣電場型液晶顯示裝置的液晶分子在鄰近第一、第二基板處的初始預傾角均為2度時該液晶顯示裝置的模擬視角。比較圖5a與圖6，可以看出，該液晶顯示裝置10在上下左右方向上的有效視角均可達到85度，且與傳統的邊緣電場型液晶顯示裝置的中心對比差異不大，因此，偏置電壓選為5伏的液晶顯示裝置10可實現接近於傳統的邊緣電場型液晶顯示裝置的顯示效果。
參照圖7a和圖7b，圖7a是當灰階為0時，圖1所示的液晶顯示裝置10的液晶分子的旋轉狀態示意圖，圖7b是當灰階為0時，圖1所示的液晶顯示裝置10分別在廣視角與窄視角顯示模式下的鄰近第一基板11的液晶分子的預傾角的變化對比示意圖。具體而言，圖7b所示為當該液晶顯示裝置10的液晶盒厚度為3.5微米時取距離第二基板12的高度為3.2微米處（在距離第二基板12的高度範圍為2.5微米～3.5微米內均可以取值，在此選取的是3.2微米）的液晶分子（如圖7a所示）在廣視角與窄視角顯示模式下沿液晶顯示裝置10的橫截面的不同位置處預傾角的變化，可以看出，當灰階為0時，提供5伏的偏置電壓後的鄰近第一基板11的液晶分子的預傾角明顯低於提供0伏的偏置電壓時的預傾角。
參照圖8a和圖8b，圖8a是當灰階為255時，圖1所示的液晶顯示裝置10的液晶分子的旋轉狀態示意圖，圖8b是當灰階為255時，圖1所示的液晶顯示裝置10分別在廣視角與窄視角顯示模式下的鄰近第一基板11的液晶分子的預傾角的變化對比示意圖。具體而言，圖8b所示為當該液晶顯示裝置10的液晶盒厚度為3.5微米時取與圖7a所示的相同位置處的液晶分子在廣視角與窄視角顯示模式下沿液晶顯示裝置10的橫截面的不同位置處預傾角的變化，可以看出，當灰階為255時，提供5伏的偏置電壓後的鄰近第一基板11的液晶分子的預傾角明顯低於未提供偏置電壓時的預傾角。因此，圖7b和圖8b也可以證明，在窄視角顯示模式下，鄰近第一基板11的液晶分子的預傾角較大，而在施加偏置電壓後，鄰近第一基板11的液晶分子的預傾角明顯減少，從而可實現廣視角顯示的目的。
參照圖9，圖9是圖1所示的液晶顯示裝置10在窄視角顯示模式下的顯示效果示意圖。其中，在該液晶層13鄰近第一基板11的液晶分子的初始預傾角為40度時，可從圖9可以明顯看出，至少在水平方向上，從45度以上的斜視角度觀看的圖像效果比從螢幕正方觀看的圖像效果較差，因此符合窄視角顯示的需求，可有效起到防窺的效果。
參照圖10，圖10是圖1所示的液晶顯示裝置10在廣視角顯示模式下的顯示效果示意圖。其中，在該液晶層13鄰近第一基板11的液晶分子的初始預傾角為40度時，可從圖10可以明顯看出，在上下左右方向上，從45度的斜視角度觀看的圖像效果均與從螢幕正方觀看的圖像效果相差無幾，因此符合廣視角顯示的需求。
綜上所述，上述液晶顯示裝置10通過在平面內旋轉的顯示架構中設定混合配向的液晶層，當未在該第一基板11上施加偏置電壓時，由於鄰近該第一基板11處的液晶分子的預傾角比鄰近第二基板12處的液晶分子的預傾角大，使在該液晶顯示裝置10的螢幕斜視方向上產生漏光，以實現窄視角顯示模式；當在該第一基板11上施加偏置電壓以產生垂直電場時，該垂直電場可減少鄰近該第一基板11處的液晶分子的預傾角，而使在該液晶顯示裝置10的螢幕斜視方向上的漏光現象相應減少，因此增大該液晶顯示裝置10的視角，以實現廣視角顯示模式。因此該液晶顯示裝置10無需使用遮擋膜且不用設定兩種背光裝置，因此可在不增加液晶顯示器的厚度及背光裝置成本的條件下實現廣視角與窄視角切換的目的。
參照圖11，圖11是《可實現視角切換的液晶顯示裝置》第二實施例提供的一種液晶顯示裝置的剖面結構示意圖。如圖11所示，該液晶顯示裝置20與第一實施例提供的液晶顯示裝置10的區別主要在於實現液晶層23鄰近第一基板21的液晶分子的配向的方式不同。該第一基板21朝向該液晶層23的表面上設定有多個突起結構210，該突起結構210可為相互平行的長條形結構，該突起結構210的橫截面形狀為等腰三角形，該等腰三角形的底邊設定在該第一基板21上，該等腰三角形的底角α的範圍為大於0度且小於或者等於60度，從而使得鄰近該第一基板的液晶分子的初始預傾角的範圍為大於或等於30度且小於90度，該多個突起結構210朝向該液晶層23的表面上設定有垂直配向膜212，從而根據該突起結構210和垂直配向膜212的配合以實現液晶層23鄰近第一基板21的液晶分子的初始預傾角的範圍為大於或等於30度且小於90度。
在該實施例中，如圖11所示，該液晶層23鄰近該第一基板21的液晶分子在預傾角的作用下朝兩個方向傾斜，即垂直於該突起結構210的等腰三角形橫截面的兩個腰的方向。
參照圖12，圖12是《可實現視角切換的液晶顯示裝置》第三實施例提供的一種液晶顯示裝置的剖面結構示意圖。如圖11所示，該液晶顯示裝置30與第一實施例提供的液晶顯示裝置10的區別主要在於實現液晶層33鄰近第一基板31的液晶分子的配向的方式不同。該第一基板31朝向該液晶層33的表面上設定有多個突起結構310，該突起結構310可為相互平行的長條形結構，該突起結構310的橫截面形狀為直角三角形，該直角三角形的一個直角邊設定在該第一基板31上，該直角三角形的斜邊與設定在該第一基板31上的該直角邊的夾角β的範圍為大於0度且小於或者等於60度，從而使得鄰近該第一基板的液晶分子的初始預傾角的範圍為大於或等於30度且小於90度，該多個突起結構310朝向該液晶層33的表面設定有垂直配向膜312，從而根據該突起結構310和垂直配向膜312的配合以實現液晶層33鄰近第一基板31的液晶分子的初始預傾角的範圍為大於或等於30度且小於90度。
在該實施例中，如圖12所示，該液晶層33鄰近該第一基板31的液晶分子在預傾角的作用下朝一個方向傾斜，即垂直於該突起結構310的直角三角形橫截面的斜邊的方向。
榮譽表彰
2018年12月20日，《可實現視角切換的液晶顯示裝置》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
發明內容
專利目的
《可實現視角切換的液晶顯示裝置》的目的包括提供一種液晶顯示裝置，以在無需使用遮擋膜且不增加液晶顯示器的厚度及背光裝置成本的條件下實現廣視角與窄視角切換的目的。
技術方案
《可實現視角切換的液晶顯示裝置》實施例提供一種可實現視角切換的液晶顯示裝置，該液晶顯示裝置包括第一基板、與該第一基板相對設定的第二基板以及位於該第一基板與該第二基板之間的液晶層。該液晶層內的液晶分子為負性液晶分子。該第二基板上設定有像素電極和公共電極，該第一基板朝向該液晶層的表面上設定有第一電極。該液晶層鄰近該第一基板的液晶分子的初始預傾角的範圍為大於或等於30度且小於90度，該液晶層鄰近該第二基板的液晶分子為水平配向。
優選地，該第一電極為透明電極，當該第一電極被提供偏置電壓以在該第一、第二基板之間形成垂直電場時，該液晶顯示裝置為廣視角顯示模式；當該第一電極沒有被提供偏置電壓時，該液晶顯示裝置為窄視角顯示模式。
優選地，該偏置電壓的極性與該公共電極的極性相反。
優選地，該第一基板朝向該液晶層的表面上設定有配向膜，該配向膜為利用水平配向的聚亞醯胺液和垂直配向的聚亞醯胺液按照一定比例混合經烘烤之後形成的具有納米結構表面（nano structured surfaces）的配向膜。
優選地，該第一基板朝向該液晶層的表面上設定有多個突起結構，每個突起結構的橫截面形狀為等腰三角形，該等腰三角形的底邊設定在該第一基板上，該等腰三角形的底角的範圍為大於0度且小於或者等於60度，該多個突起結構朝向該液晶層的表面設定有垂直配向膜。
優選地，該第一基板朝向該液晶層的表面上設定有多個突起結構，每個突起結構的橫截面形狀為直角三角形，該直角三角形的一個直角邊設定在該第一基板上，該直角三角形的斜邊與設定在該第一基板上的該直角邊的夾角的範圍為大於0度且小於或者等於60度，該多個突起結構朝向該液晶層的表面設定有垂直配向膜。
優選地，該液晶層鄰近該第一基板的液晶分子在預傾角的作用下朝一個方向傾斜。
優選地，該液晶層鄰近該第一基板的液晶分子在預傾角的作用下朝兩個方向傾斜。
優選地，該液晶層鄰近該第二基板的液晶分子的初始預傾角的範圍為大於或等於0度且小於或等於5度。
優選地，該液晶層鄰近該第二基板的液晶分子的初始預傾角為2度。
改善效果
由於《可實現視角切換的液晶顯示裝置》實施例所提供的上述液晶顯示裝置通過在平面內旋轉的顯示架構中設定混合配向的液晶層，當未在該第一電極上施加偏置電壓時，由於鄰近該第一基板處的液晶分子的預傾角比鄰近第二基板處的液晶分子的預傾角大，使在該液晶顯示裝置的螢幕斜視方向上產生漏光，以實現窄視角顯示模式；當在該第一電極上施加偏置電壓以產生垂直電場時，該垂直電場可減少鄰近該第一基板處的液晶分子的預傾角，而使在該液晶顯示裝置的螢幕斜視方向上的漏光現象相應減少，因此增大該液晶顯示裝置的視角，以實現廣視角顯示模式。因此該液晶顯示裝置無需使用遮擋膜且不用設定兩種背光裝置，因此可在不增加液晶顯示器的厚度及背光裝置成本的條件下實現廣視角與窄視角切換的目的。
附圖說明
圖1是《可實現視角切換的液晶顯示裝置》的第一實施例提供的一種液晶顯示裝置的剖面結構示意圖。
圖2是圖1所示的液晶顯示裝置在窄視角顯示模式下的套用示意圖。
圖3是圖1所示的液晶顯示裝置在廣視角顯示模式下的套用示意圖。
圖4a至4f是圖1所示的液晶顯示裝置在窄視角顯示模式下的視角模擬示意圖。
圖5a和5b是圖1所示的液晶顯示裝置在廣視角顯示模式下的視角模擬示意圖。
圖6是傳統的邊緣電場切換型液晶顯示裝置的視角模擬示意圖。
圖7a是當灰階為0時，圖1所示的液晶顯示裝置的液晶分子的旋轉狀態示意圖。
圖7b是當灰階為0時，圖1所示的液晶顯示裝置分別在廣視角與窄視角顯示模式下的鄰近第一基板的液晶分子的預傾角的變化對比示意圖。
圖8a是當灰階為255時，圖1所示的液晶顯示裝置的液晶分子的旋轉狀態示意圖。
圖8b是當灰階為255時，圖1所示的液晶顯示裝置分別在廣視角與窄視角顯示模式下的鄰近第一基板的液晶分子的預傾角的變化對比示意圖。
圖9是圖1所示的液晶顯示裝置在窄視角顯示模式下的顯示效果示意圖。
圖10是圖1所示的液晶顯示裝置在廣視角顯示模式下的顯示效果示意圖。
圖11是《可實現視角切換的液晶顯示裝置》第二實施例提供的一種液晶顯示裝置的剖面結構示意圖。
圖12是《可實現視角切換的液晶顯示裝置》第三實施例提供的一種液晶顯示裝置的剖面結構示意圖。
技術領域
《可實現視角切換的液晶顯示裝置》涉及液晶顯示裝置，特別涉及一種可以實現廣視角與窄視角切換的液晶顯示裝置。
權利要求
1.一種可實現視角切換的液晶顯示裝置，包括第一基板、與該第一基板相對設定的第二基板以及位於該第一基板與該第二基板之間的液晶層，該第二基板上設定有像素電極和公共電極，其特徵在於，該液晶層內的液晶分子為負性液晶分子，該第一基板朝向該液晶層的表面上設定有第一電極，該液晶層鄰近該第一基板的液晶分子的初始預傾角的範圍為大於或等於30度且小於90度，該液晶層鄰近該第二基板的液晶分子為水平配向；該第一電極為透明電極，當該第一電極被提供偏置電壓以在該第一、第二基板之間形成垂直電場時，該液晶顯示裝置為廣視角顯示模式；當該第一電極沒有被提供偏置電壓時，該液晶顯示裝置為窄視角顯示模式。
2.根據權利要求1所述的液晶顯示裝置，其特徵在於，該偏置電壓的極性與該公共電極的極性相反。
3.根據權利要求1所述的液晶顯示裝置，其特徵在於，該第一基板朝向該液晶層的表面上設定有配向膜，該配向膜為利用水平配向的聚亞醯胺液和垂直配向的聚亞醯胺液按照一定比例混合經烘烤之後形成的具有納米結構表面（nanostructuredsurfaces）的配向膜。
4.根據權利要求1所述的液晶顯示裝置，其特徵在於，該第一基板朝向該液晶層的表面上設定有多個突起結構，每個突起結構的橫截面形狀為等腰三角形，該等腰三角形的底邊設定在該第一基板上，該等腰三角形的底角的範圍為大於0度且小於或者等於60度，該多個突起結構朝向該液晶層的表面設定有垂直配向膜。
5.根據權利要求1所述的液晶顯示裝置，其特徵在於，該第一基板朝向該液晶層的表面上設定有多個突起結構，每個突起結構的橫截面形狀為直角三角形，該直角三角形的一個直角邊設定在該第一基板上，該直角三角形的斜邊與設定在該第一基板上的該直角邊的夾角的範圍為大於0度且小於或者等於60度，該多個突起結構朝向該液晶層的表面設定有垂直配向膜。
6.根據權利要求1所述的液晶顯示裝置，其特徵在於，該液晶層鄰近該第一基板的液晶分子在預傾角的作用下朝一個方向傾斜。
7.根據權利要求1所述的液晶顯示裝置，其特徵在於，該液晶層鄰近該第一基板的液晶分子在預傾角的作用下朝兩個方向傾斜。
8.根據權利要求1所述的液晶顯示裝置，其特徵在於，該液晶層鄰近該第二基板的液晶分子的初始預傾角的範圍為大於或等於0度且小於或等於5度。
9.根據權利要求8所述的液晶顯示裝置，其特徵在於，該液晶層鄰近該第二基板的液晶分子的初始預傾角為2度。
實施方式
參照圖1，圖1是《可實現視角切換的液晶顯示裝置》第一實施例提供的一種液晶顯示裝置的剖面結構示意圖。如圖1所示，液晶顯示裝置10包括第一基板11、與該第一基板11相對設定的第二基板12以及位於第一基板11與第二基板12之間的液晶層13。該液晶顯示裝置10適用於平面內切換（In-Plane Switching，IPS）型、邊緣電場切換（Fringe Field Switching，FFS）型等在施加顯示用的電場時液晶分子在與基板平行的平面內旋轉的液晶顯示裝置。在該實施例中，該液晶顯示裝置10以邊緣電場切換型為例進行說明。
第一基板11為彩色濾光片基板，第二基板12為薄膜電晶體陣列基板。第一基板11背向液晶層13的表面設定有第一偏光片110，第二基板12背向液晶層13的表面設定有第二偏光片120，該第一偏光片110與該第二偏光片120的透光軸方向相互垂直。
第一基板11朝向液晶層13的表面依次設定有第一電極112與第一配向膜114。該第一電極112為透明電極。該第一配向膜114為利用水平配向的聚亞醯胺液和垂直配向的聚亞醯胺（Poly imide，PI）液按照一定比例混合經烘烤之後形成的具有納米結構表面（nano structured surfaces）的配向膜，其中，該垂直配向和水平配向的混合聚亞醯胺液中，垂直配向的聚亞醯胺的濃度為0％～23％（質量）。
第二基板12朝向液晶層13的表面依次設定有第二電極122、絕緣層124、第三電極126與第二配向膜128，並使得第二配向膜128的刷磨方向平行於第二偏光片120的透光軸方向，同時第一配向膜114的刷磨方向與第二配向膜128的刷磨方向垂直。該第二電極122與第三電極126均為透明電極。在該實施例中，該第二電極122為面狀電極結構，該第三電極126包括多個相互平行的條狀子電極（未標示），在其他實施例中，該第二電極122也可包括多個相互平行的條狀子電極，並且第二電極122的條狀子電極與該第三電極126的條狀子電極可絕緣相交。在該實施例中，該第二電極122為像素電極，該第三電極126為公共電極，在其它實施例中，該第二電極122也可為公共電極，該第三電極126為像素電極。
該液晶層13鄰近第一基板11的液晶分子的初始預傾角θ的範圍為大於或等於30度且小於90度，即：30°≦θ﹤90°；該液晶層13鄰近第二基板12的液晶分子為水平配向，在實際套用中，該液晶層13鄰近第二基板12的液晶分子的初始預傾角θ的範圍可為大於或等於0度且小於或等於5度，即：0°≦θ≦5°，優選為2度。在該實施例中，該液晶層13鄰近該第一基板11的液晶分子在預傾角的作用下朝一個方向傾斜。
液晶層13內的液晶分子為負性液晶分子，由於負性液晶分子沿著與電場方向垂直的方向旋轉，因此在該液晶顯示裝置10中施加顯示用的電場時，液晶層13內的負性液晶分子會在與第一基板11、第二基板12平行的平面內轉動，並且短軸方向與電場方向平行，使液晶層13的透光性更佳。
液晶顯示裝置10可在廣視角與窄視角顯示模式之間切換。參照圖2，圖2是圖1所示的液晶顯示裝置10在窄視角顯示模式下的套用示意圖。如圖2所示，該第一電極112上未被提供偏置電壓，由於鄰近該第一基板11處的液晶分子的預傾角比鄰近第二基板12處的液晶分子的預傾角大，因此當該液晶顯示裝置10進行顯示時，在該液晶顯示裝置10的螢幕斜視方向上，穿過液晶分子的光線由於相位延遲與偏光片不再匹配，出現漏光現象，導致從該液晶顯示裝置10的螢幕斜視方向上觀看螢幕時，螢幕上的對比度降低，影響觀看效果，從而實現窄視角顯示模式。
參照圖3，圖3是圖1所示的液晶顯示裝置10在廣視角顯示模式下的套用示意圖。如圖3所示，提供一定的偏置電壓（如5伏）給第一電極112，該偏置電壓的極性與該公共電極的極性相反，從而在第一、第二基板11、12之間形成垂直電場。由於負性液晶分子的長軸在電場作用下沿垂直於電場的方向旋轉，因此，由於該垂直電場的存在，液晶層13的中的液晶分子在該垂直電場的作用下，鄰近該第一基板11處的液晶分子的預傾角會隨之減小，當減少至與鄰近第二基板12處的液晶分子的預傾角接近時，在該液晶顯示裝置10的螢幕斜視方向上的漏光現象會相應減少，因此該液晶顯示裝置10的視角隨之增大，從而實現廣視角顯示模式。
以下將以利用TechWiz軟體進行模擬的視角、效果圖進一步對該液晶顯示裝置10進行說明。
圖4a至4f是圖1所示的液晶顯示裝置10在窄視角顯示模式下的視角模擬示意圖。其中，圖4a、4b、4c、4d、4e和4f分別示出了當該第一電極112上未被提供偏置電壓時，該液晶層13鄰近第一基板11的液晶分子的初始預傾角θ分別為30度、40度、50度、60度、70度以及80度時，該液晶顯示裝置10的模擬視角。從圖4a至4f可以看出，隨著初始預傾角θ的增加，該液晶顯示裝置10在水平方向上視角會逐漸減少，如當初始預傾角θ為40度時，水平方向上可以觀看螢幕的有效視角範圍約為-30度到30度，符合窄視角顯示的需求。
請參閱下表，該表所示為初始預傾角θ為40度時，該第一電極112上提供的偏置電壓分別為0伏（即未提供偏置電壓）、2伏、3伏、4伏、5伏、6伏、7伏、8伏、9伏和10伏時該液晶顯示裝置10在上、下、左、右方向上的模擬視角。
從表中可以看出，在該第一電極112上提供的偏置電壓為0伏、也就是未被提供偏置電壓時，該液晶顯示裝置10在左右方向（即水平方向）上的最大視角分別-30度和30度，符合窄視角顯示的需求。而偏置電壓從2伏往上增加時，視角也隨之變大，並且從4伏開始到10伏，上下左右方向的有效視角均能達到85度，且幾乎沒有變化。由此可見，提供4伏的偏置電壓即可實現廣視角顯示的需求，然而，考慮到穿透率等其他因素，以5伏的偏置電壓為佳，也就是說，5伏的偏置電壓不僅可實現廣視角顯示的需求，而且能滿足穿透率等其他顯示條件。
圖5a、5b是圖1所示的液晶顯示裝置在廣視角顯示模式下的視角模擬示意圖。其中，圖5a是當該液晶層13鄰近第一基板11的液晶分子的初始預傾角θ為40度，且提供給第一電極112的偏置電壓為5伏時該液晶顯示裝置10的模擬視角，圖5b是當該液晶層13鄰近第一基板11的液晶分子的初始預傾角θ為40度，且提供給第一電極112的偏置電壓為10伏時該液晶顯示裝置10的模擬視角。從圖5a和圖5b圖可以看出，在對比度為10的條件下（圖5a和圖5b中所示的白色虛線即為對比度為10的等對比線），偏置電壓分別為5伏和10伏時，該液晶顯示裝置10在上下左右方向上的有效視角均可達到85度，且二者的中心對比差異不大，因此，偏置電壓選為5伏即可符合廣視角顯示的需求。
參照圖6，圖6是傳統的邊緣電場型液晶顯示裝置的視角模擬示意圖。其中，圖6表示的是傳統的邊緣電場型液晶顯示裝置的液晶分子在鄰近第一、第二基板處的初始預傾角均為2度時該液晶顯示裝置的模擬視角。比較圖5a與圖6，可以看出，該液晶顯示裝置10在上下左右方向上的有效視角均可達到85度，且與傳統的邊緣電場型液晶顯示裝置的中心對比差異不大，因此，偏置電壓選為5伏的液晶顯示裝置10可實現接近於傳統的邊緣電場型液晶顯示裝置的顯示效果。
參照圖7a和圖7b，圖7a是當灰階為0時，圖1所示的液晶顯示裝置10的液晶分子的旋轉狀態示意圖，圖7b是當灰階為0時，圖1所示的液晶顯示裝置10分別在廣視角與窄視角顯示模式下的鄰近第一基板11的液晶分子的預傾角的變化對比示意圖。具體而言，圖7b所示為當該液晶顯示裝置10的液晶盒厚度為3.5微米時取距離第二基板12的高度為3.2微米處（在距離第二基板12的高度範圍為2.5微米～3.5微米內均可以取值，在此選取的是3.2微米）的液晶分子（如圖7a所示）在廣視角與窄視角顯示模式下沿液晶顯示裝置10的橫截面的不同位置處預傾角的變化，可以看出，當灰階為0時，提供5伏的偏置電壓後的鄰近第一基板11的液晶分子的預傾角明顯低於提供0伏的偏置電壓時的預傾角。
參照圖8a和圖8b，圖8a是當灰階為255時，圖1所示的液晶顯示裝置10的液晶分子的旋轉狀態示意圖，圖8b是當灰階為255時，圖1所示的液晶顯示裝置10分別在廣視角與窄視角顯示模式下的鄰近第一基板11的液晶分子的預傾角的變化對比示意圖。具體而言，圖8b所示為當該液晶顯示裝置10的液晶盒厚度為3.5微米時取與圖7a所示的相同位置處的液晶分子在廣視角與窄視角顯示模式下沿液晶顯示裝置10的橫截面的不同位置處預傾角的變化，可以看出，當灰階為255時，提供5伏的偏置電壓後的鄰近第一基板11的液晶分子的預傾角明顯低於未提供偏置電壓時的預傾角。因此，圖7b和圖8b也可以證明，在窄視角顯示模式下，鄰近第一基板11的液晶分子的預傾角較大，而在施加偏置電壓後，鄰近第一基板11的液晶分子的預傾角明顯減少，從而可實現廣視角顯示的目的。
參照圖9，圖9是圖1所示的液晶顯示裝置10在窄視角顯示模式下的顯示效果示意圖。其中，在該液晶層13鄰近第一基板11的液晶分子的初始預傾角為40度時，可從圖9可以明顯看出，至少在水平方向上，從45度以上的斜視角度觀看的圖像效果比從螢幕正方觀看的圖像效果較差，因此符合窄視角顯示的需求，可有效起到防窺的效果。
參照圖10，圖10是圖1所示的液晶顯示裝置10在廣視角顯示模式下的顯示效果示意圖。其中，在該液晶層13鄰近第一基板11的液晶分子的初始預傾角為40度時，可從圖10可以明顯看出，在上下左右方向上，從45度的斜視角度觀看的圖像效果均與從螢幕正方觀看的圖像效果相差無幾，因此符合廣視角顯示的需求。
綜上所述，上述液晶顯示裝置10通過在平面內旋轉的顯示架構中設定混合配向的液晶層，當未在該第一基板11上施加偏置電壓時，由於鄰近該第一基板11處的液晶分子的預傾角比鄰近第二基板12處的液晶分子的預傾角大，使在該液晶顯示裝置10的螢幕斜視方向上產生漏光，以實現窄視角顯示模式；當在該第一基板11上施加偏置電壓以產生垂直電場時，該垂直電場可減少鄰近該第一基板11處的液晶分子的預傾角，而使在該液晶顯示裝置10的螢幕斜視方向上的漏光現象相應減少，因此增大該液晶顯示裝置10的視角，以實現廣視角顯示模式。因此該液晶顯示裝置10無需使用遮擋膜且不用設定兩種背光裝置，因此可在不增加液晶顯示器的厚度及背光裝置成本的條件下實現廣視角與窄視角切換的目的。
參照圖11，圖11是《可實現視角切換的液晶顯示裝置》第二實施例提供的一種液晶顯示裝置的剖面結構示意圖。如圖11所示，該液晶顯示裝置20與第一實施例提供的液晶顯示裝置10的區別主要在於實現液晶層23鄰近第一基板21的液晶分子的配向的方式不同。該第一基板21朝向該液晶層23的表面上設定有多個突起結構210，該突起結構210可為相互平行的長條形結構，該突起結構210的橫截面形狀為等腰三角形，該等腰三角形的底邊設定在該第一基板21上，該等腰三角形的底角α的範圍為大於0度且小於或者等於60度，從而使得鄰近該第一基板的液晶分子的初始預傾角的範圍為大於或等於30度且小於90度，該多個突起結構210朝向該液晶層23的表面上設定有垂直配向膜212，從而根據該突起結構210和垂直配向膜212的配合以實現液晶層23鄰近第一基板21的液晶分子的初始預傾角的範圍為大於或等於30度且小於90度。
在該實施例中，如圖11所示，該液晶層23鄰近該第一基板21的液晶分子在預傾角的作用下朝兩個方向傾斜，即垂直於該突起結構210的等腰三角形橫截面的兩個腰的方向。
參照圖12，圖12是《可實現視角切換的液晶顯示裝置》第三實施例提供的一種液晶顯示裝置的剖面結構示意圖。如圖11所示，該液晶顯示裝置30與第一實施例提供的液晶顯示裝置10的區別主要在於實現液晶層33鄰近第一基板31的液晶分子的配向的方式不同。該第一基板31朝向該液晶層33的表面上設定有多個突起結構310，該突起結構310可為相互平行的長條形結構，該突起結構310的橫截面形狀為直角三角形，該直角三角形的一個直角邊設定在該第一基板31上，該直角三角形的斜邊與設定在該第一基板31上的該直角邊的夾角β的範圍為大於0度且小於或者等於60度，從而使得鄰近該第一基板的液晶分子的初始預傾角的範圍為大於或等於30度且小於90度，該多個突起結構310朝向該液晶層33的表面設定有垂直配向膜312，從而根據該突起結構310和垂直配向膜312的配合以實現液晶層33鄰近第一基板31的液晶分子的初始預傾角的範圍為大於或等於30度且小於90度。
在該實施例中，如圖12所示，該液晶層33鄰近該第一基板31的液晶分子在預傾角的作用下朝一個方向傾斜，即垂直於該突起結構310的直角三角形橫截面的斜邊的方向。
榮譽表彰
2018年12月20日，《可實現視角切換的液晶顯示裝置》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
