CN105164578B - 漏光减少的液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种显示器，该显示器具有上偏振片和下偏振片、滤色器层、液晶层和薄膜晶体管层。滤色器层和薄膜晶体管层可由材料诸如玻璃形成，它们受到应力诱发的双折射的影响。为了减小降低显示器性能的漏光，可向显示器中并入一个或多个双折射补偿层，以帮助补偿任何双折射效应。补偿层可包括附接到滤色器层或薄膜晶体管层的双折射补偿层。一种显示器可包括附接到滤色器层的上补偿层和附接到薄膜晶体管层的下补偿层。补偿层可由具有负光弹性常数的玻璃或聚合物材料形成。

Description

漏光减少的液晶显示器
本专利申请要求于2013年5月6日提交的美国专利申请13/887,904的优先权，该专利申请据此全文以引用方式并入本文。
背景技术
本发明整体涉及电子设备，并且更具体地涉及具有显示器的电子设备。
电子设备通常包括显示器。例如，蜂窝电话和便携式计算机通常包括用于向用户呈现信息的显示器。电子设备可具有外壳，诸如由塑料或金属形成的外壳。电子设备的部件诸如显示器部件可安装在外壳中。
将显示器并入到电子设备的外壳中具有挑战性。尺寸和重量通常是设计电子设备时的重要考虑因素。在一些安装配置中，支架、外壳壁、显示器边框和其他结构可能会压到显示器上，从而导致弯曲。如果不小心，光学效应诸如应力诱发的双折射可能会在显示器处于暗态时使得显示器表现出不期望的漏光。
因此期望能够为电子设备提供改善的显示器。
发明内容
本发明公开了可具有显示器的电子设备。显示器可具有上偏振片和下偏振片。滤色器层、液晶层和薄膜晶体管层可插置在上偏振片和下偏振片之间。背光单元可提供穿过显示器层的背光。
滤色器层和薄膜晶体管层可由材料诸如玻璃形成，在显示器被安装在电子设备的外壳中时，它们受到应力诱发的双折射的影响。可通过在上偏振片和下偏振片之间向显示器中并入一个或多个内部层来减少漏光，以帮助确保通过显示器的线性偏振背光不会被不期望地转换成椭圆偏振光。
显示器的内部层可包括一个或多个双折射补偿层。双折射补偿层可以是产生偏振的变化的透明显示层，该偏振的变化补偿由显示器的其他层所产生的偏振的对应变化。
双折射补偿层可以是光弹性常数的符号与薄膜晶体管层的光弹性常数和/或滤色器层的光弹性常数相反的玻璃层。可使用粘合剂诸如光学透明的粘合剂，将这种类型的双折射补偿层附接到薄膜晶体管层或滤色器层。然而，这仅是示例性的。
在另一个实施例中，双折射补偿层可由聚合物材料诸如聚苯乙烯膜形成。可将聚苯乙烯膜粘结到或涂布到滤色器层和薄膜晶体管层中的一者或两者上。
根据附图以及以下对优选实施例的详细描述，本发明的其他特征、本发明的实质以及各种优点将变得更加显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的示例性电子设备诸如具有显示器的膝上型计算机的透视图。
图2是根据本发明的一个实施例的示例性电子设备诸如具有显示器的手持式电子设备的透视图。
图3是根据本发明的一个实施例的示例性电子设备诸如具有显示器的平板电脑的透视图。
图4是根据本发明的一个实施例的具有显示器的示例性电子设备的示意图。
图5是根据本发明的一个实施例的示例性显示器的横截面侧视图。
图6是示出了在向玻璃层施加张应力时如何可产生应力诱发的双折射的显示层诸如薄膜晶体管层或滤色器层中的玻璃层的横截面侧视图。
图7是示出了在向玻璃层施加压应力时如何可产生应力诱发的双折射的显示层诸如滤色器层的薄膜晶体管层中的玻璃层的横截面侧视图。
图8是诸如已弯曲并且在显示器中呈现出应力诱发的双折射的材料层诸如玻璃层的横截面侧视图。
图9是根据本发明的一个实施例的具有多层玻璃的显示器的横截面侧视图，由于通过在设备外壳中安装显示器所施加的力，玻璃层已弯曲。
图10A是常规液晶显示器中的显示层的横截面图。
图10B是示出了在各层受到应力诱发的双折射的情况下通过图10A的常规显示层来传送时，背光的偏振可能如何变化的Poincare球。
图11A是根据本发明的一个实施例的具有双折射补偿层的液晶显示器中的显示层的横截面图，该双折射补偿层有助于减少由于应力诱发的双折射导致的漏光。
图11B是示出了根据本发明的一个实施例的在一些层中存在应力诱发的双折射的情况下通过图11A的显示层来传送时，背光的偏振可如何变化的Poincare球。
图12是根据本发明的一个实施例的具有附接到滤色器层的双折射补偿层的液晶显示器中的显示层的横截面图。
图13A是根据本发明的一个实施例的具有使用光学透明的粘合剂层附接到薄膜晶体管层的双折射补偿层的液晶显示器中的显示层的横截面图。
图13B是示出了根据本发明的一个实施例的在一些层中存在应力诱发的双折射的情况下通过图13A的显示层来传送时，背光的偏振可如何变化的Poincare球。
图14是根据本发明的一个实施例的具有使用光学透明的粘合剂层附接到滤色器层的双折射补偿层的液晶显示器中的显示层的横截面图。
图15A是根据本发明的一个实施例的具有多个双折射补偿层的液晶显示器中的显示层的横截面图。
图15B是示出了根据本发明的一个实施例的在一些层中存在应力诱发的双折射的情况下通过图15A的显示层来传送时，背光的偏振可如何变化的Poincare球。
图16是根据本发明的一个实施例的具有由薄膜晶体管层和滤色器层的表面上的聚合物膜形成的双折射补偿层的液晶显示器中的显示层的横截面图。
具体实施方式
电子设备可包括显示器。显示器可用于向用户显示图像。图1、图2和图3中示出了可具有显示器的示例性电子设备。
图1示出了电子设备10如何可具有膝上型计算机的形状，该膝上型计算机具有上部外壳12A和带有部件诸如键盘16和触摸板18的下部外壳12B。设备10可具有铰链结构20，该铰链结构允许上部外壳12A相对于下部外壳12B在方向22上围绕旋转轴线24旋转。显示器14可安装在上部外壳12A中。上部外壳12A有时可称为显示器外壳或盖，可通过围绕旋转轴线24朝向下部外壳12B来旋转上部外壳12A来将其放置于闭合位置中。
图2示出了电子设备10如何可为手持式设备诸如蜂窝电话、音乐播放器、游戏设备、导航单元或其他紧凑型设备。在针对设备10的该类型的配置中，外壳12可具有相对的前表面和后表面。显示器14可安装在外壳12的正面上。如果需要的话，显示器14可具有包括部件诸如按钮26的开口的显示器覆盖层或其他外部层。开口也可在显示器覆盖层或其他显示层中形成以容纳扬声器端口(参见例如图2的扬声器端口29)。
图3示出了电子设备10如何可为平板电脑。在图3的电子设备10中，外壳12可具有相对的平坦前表面和后表面。显示器14可安装在外壳12的前表面上。如图3中所示，显示器14可具有包含开口的覆盖层或其他外部层以容纳(例如)按钮26。
图1、图2和图3中所示出的针对设备10的示例性配置仅为示例性的。一般来讲，电子设备10可为膝上型计算机、包含嵌入式计算机的计算机监视器、平板电脑、蜂窝电话、媒体播放器或其他手持式或便携式电子设备，较小的设备(诸如手腕表设备、挂式设备、耳机或听筒设备或其他可佩戴式设备或微型设备)、电视机、不包含嵌入式计算机的计算机显示器、游戏设备、导航设备、嵌入式系统诸如其中具有显示器的电子设备安装在信息亭或汽车中的系统、实现这些设备中的两个或更多个设备的功能的设备，或其他电子设备。
设备10的外壳12有时被称为壳体，其可由材料诸如塑料、玻璃、陶瓷、碳纤维复合物和其他基于纤维的复合物、金属(例如加工的铝、不锈钢或其他金属)、其他材料或这些材料的组合形成。设备10可使用一体式结构形成，在一体式结构中大多数或所有外壳12由单一结构元件(例如，一块加工的金属或一块模制的塑料)形成，或可由多个外壳结构(例如，已安装到内部框架元件的外部外壳结构或其他内部外壳结构)形成。
显示器14可为包括触摸传感器的触敏显示器，或可为对触摸不敏感的。显示器14的触摸传感器可由电容性触摸传感器电极的阵列、电阻式触摸阵列，基于声学触摸、光学触摸或基于力的触摸技术的触摸传感器结构或其他合适的触摸传感器部件形成。
设备10的显示器通常可包括由发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、等离子单元、电润湿像素、电泳像素、液晶显示器(LCD)部件或其他合适的图像像素结构形成的图像像素。在一些情况下，可能期望使用LCD部件来形成显示器14，因此显示器14为液晶显示器的显示器14的配置在本文中有时被描述作为实例。还可能希望为显示器诸如显示器14提供背光结构，因此包括背光单元的显示器14的配置在本文中有时可被描述作为实例。
显示器覆盖层可覆盖显示器14的表面，或者显示层诸如滤色器层或显示器的其他部分可被用作显示器14中的最外面(或几乎最外面)的层。显示器覆盖层或其他外部显示层可由透明玻璃片、透光塑料层、或其他透明构件形成。
可在显示器覆盖层的下侧形成触摸传感器部件，诸如由透明材料诸如氧化铟锡形成的电容性触摸传感器电极的阵列，该触摸传感器部件可形成在独立显示层诸如玻璃或聚合物触摸传感器衬底上，或者可集成到其他显示层中(例如，衬底层诸如薄膜晶体管层)。
图4中示出了可用于电子设备10的示例性配置的示意图。如图4中所示，电子设备10可包括控制电路28。控制电路28可包括用于控制设备10的操作的存储和处理电路。控制电路28例如可包括存储装置，诸如硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(例如闪存存储器或可配置为形成固态驱动器的其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(诸如静态或动态随机存取存储器)等。控制电路28可包括基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器、电源管理单元、音频编解码芯片、专用集成电路等的处理电路。
可使用控制电路28在设备10上运行软件，诸如操作系统软件和应用软件。使用这种软件，控制电路28可在显示器14上向电子设备10的用户呈现信息。当在显示器14上向用户呈现信息时，控制电路28在对用于显示器14的背光照明强度进行调节时可使用传感器信号和其他信息。
输入-输出电路30可用于允许将数据提供至设备10以及允许将数据从设备10提供至外部设备。输入-输出电路30可包括通信电路32。通信电路32可包括用于使用设备10中的数据端口支持通信的有线通信电路。通信电路32还可包括无线通信电路(例如，用于使用天线来传输和接收无线射频信号的电路)。
输入-输出电路30还可包括输入-输出设备34。用户可通过输入-输出设备34提供命令来控制设备10的操作，并且可使用输入-输出设备34的输出资源来从设备10接收状态信息和其他输出。
输入-输出设备34可包括传感器和状态指示器36，诸如环境光传感器、接近传感器、温度传感器、压力传感器、磁传感器、加速度计和发光二极管，以及用于采集关于设备10进行操作所在的环境的信息并向设备10的用户提供关于设备10的状态的信息的其他部件。
音频部件38可包括用于向设备10的用户呈现声音的扬声器和声调发生器，以及用于采集用户音频输入的麦克风。
可使用显示器14来为用户呈现图像，诸如文本、视频和静止图像。传感器36可包括被形成为显示器14中的各个层中的一层的触摸传感器阵列。
可使用按钮和其他输入-输出部件40诸如触摸板传感器、按钮、操纵杆、点击轮、滚轮、触摸传感器诸如显示器14中的传感器36、小键盘、键盘、振动器、相机和其他输入-输出部件来采集用户输入。
在图5中示出了可用于设备10的显示器14(例如，用于图1、图2或图3的设备或其他合适的电子设备的显示器14)的示例性配置的横截面侧视图。如图5中所示，显示器14可包括背光结构诸如用于产生背光44的背光单元42。在操作期间，背光44向外传播(在图5的取向上在Z维度上竖直向上)并且穿过显示层46中的显示器像素结构。这照亮了由该显示器像素所产生的用于供用户观看的任何图像。例如，背光44可照亮显示层46上的由观看者48在方向50上正在观看的图像。
显示层46可安装在底架结构诸如塑料底架结构和/或金属底架结构中以形成用于安装在外壳12中的显示模块，或者显示层46可直接安装在外壳12中(例如，通过将显示层46堆叠到外壳12的凹陷部分中)。显示层46可形成液晶显示器或者可用于形成其他类型的显示器。
在形成液晶显示器时使用显示层46的配置中，显示层46可包括液晶层诸如液晶层52。液晶层52可被夹在显示层诸如显示层58和56之间。层56和58可插置在下偏振层60和上偏振层54之间。
层58和56可由透明衬底层形成，诸如透光玻璃层或塑料层。层56和58可为层诸如薄膜晶体管层和/或滤色器层。可将导电迹线、滤色器元件、晶体管和其他电路和结构形成在层58和56的衬底上(例如，形成薄膜晶体管层和/或滤色器层)。还可将触摸传感器电极并入到层诸如层58和56中和/或可将触摸传感器电极形成在其他衬底上。
在一种示例性配置中，层58可为包括用于对液晶层52应用电场从而将图像显示在显示器14上的薄膜晶体管的阵列和相关联的电极(显示器像素电极)的薄膜晶体管层。层56可为包括用于为显示器14提供显示彩色图像的能力的滤色器元件的阵列的滤色器层。如果需要，层58可以是滤色器层，并且层56可以是薄膜晶体管层。
在设备10中的显示器14的操作期间，控制电路28(例如，一个或多个集成电路诸如图5的印刷电路66上的部件68)可用于生成要在显示器14上显示的信息(例如，显示数据)。可使用信号路径诸如由柔性印刷电路64(作为实例)中的导电金属迹线形成的信号路径来从电路68向显示驱动器集成电路62传输要显示的信息。
显示驱动器集成电路62可安装在薄膜晶体管层驱动器凸部82上或设备10中的其他地方。可将柔性印刷电路电缆诸如柔性印刷电路64用于在印刷电路66和薄膜晶体管层60之间路由信号。如果需要，可在印刷电路66或柔性印刷电路64上安装显示驱动器集成电路62。印刷电路66可由刚性印刷电路板(例如，填充玻璃纤维的环氧树脂层)或柔性印刷电路(例如，聚酰亚胺的柔性片或其他柔性聚合物层)形成。
背光结构42可包括导光板诸如导光板78。导光板78可由透明材料诸如透光玻璃或塑料形成。在背光结构42的操作期间，光源诸如光源72可生成光74。例如，光源72可为发光二极管阵列。
来自光源72的光74可被耦合到导光板78的边缘表面76中并且由于全内反射的原理可在X和Y维度上分布在整个导光板78上。导光板78可包括光散射特征部诸如凹坑或凸起。光散射特征部可位于导光板78的上表面上和/或位于相对的下表面上。
来自导光板78的在Z方向上向上散射的光74可用作显示器14的背光44。向下散射的光74可通过发射器80在向上方向上反射回来。发射器80可由反射材料诸如白色塑料层或其他有光泽材料层形成。
为了提高背光结构42的背光性能，背光结构42可包括光学膜70。光学膜70可包括用于有助于对背光44进行均匀化从而减少热点的扩散层、用于增强偏轴观看的补偿膜，以及用于校准背光44的增亮膜(有时也称为车削膜)。光学膜70可与背光单元42中的其他结构诸如导光板78和反射器80重叠。例如，如果导光板78在图5的X-Y平面中具有矩形占有面积，则光学膜70和反射器80可具有匹配的矩形占有面积。
在将显示器14安装于外壳中时，显示器14的各层诸如薄膜晶体管层58和滤色器层56(例如显示器的玻璃层)可能受到应力的影响。可能在将显示器14安装在外壳12内(例如，使用支架、外壳壁、内部框结构、显示器边框、粘合剂和其他安装与支撑结构)时，通过使显示器14的层弯曲来施加应力。在弯曲时显示器14的层的光学行为取决于形成显示层时所使用的材料的类型。
如图6中所示，通过沿相反的向外方向94拉玻璃层92的末端90而使玻璃层诸如玻璃层92受到张应力时，玻璃层可能表现出双折射，使得玻璃的光轴(异常轴)平行于应力方向延伸(即，沿着图6的取向水平进入页面)。玻璃层的正常轴可垂直于玻璃层92的平面中的光轴延伸。
如图7中所示，通过沿相反的向内方向96推玻璃层92的末端90，使得玻璃层诸如玻璃层92受到压应力时，玻璃层可能表现出双折射，使得玻璃的光轴(异常轴)平行于应力方向延伸(即，沿着图6的取向进入页面)。正常轴可垂直于层92的平面中的异常轴延伸。
弯曲玻璃层诸如图8的玻璃层92可沿着顶表面98表现出压应力(例如，在玻璃层92的边缘附近)，并可沿着下表面100表现出张应力。作为结果，玻璃层92可通过光轴来表征，该光轴诸如沿着上表面98延伸到图8的页面中的光轴102，以及诸如沿着下表面100平行于图8的页面延伸的光轴104。
如图9中所示，在设备外壳12中安装显示器14的各个层诸如滤色器层56和薄膜晶体管层58时，这些层可能会变得弯曲(例如，因为在外壳12中安装显示器14时引入的力)。层56和58的弯曲可能会导致应力诱发的双折射。如果不小心，双折射可能会在用户观看显示器时在显示器处于暗态的情况下导致漏光，从而不利地影响显示器的性能。
层56和58可以是具有结合图6、7和8所述类型的光学特性的玻璃层或其他材料层。可在滤色器层56和薄膜晶体管层58之间插置密封剂层，该粘合剂诸如密封剂106(例如粘合剂珠)。密封剂106可在矩形环中围绕显示器14的周边延伸并可围绕和包封液晶材料52。密封剂106的存在可粘结层52和58，使得层52和58在弯曲中充当单个主体。由于层52和58的中性轴在密封剂106的中心，因此在如图所示弯曲时，层52具有净压应力，而层56具有净张应力。这些净应力可能使得层56的边缘附近的层56的光轴108(例如，在边缘区域ER中)指向图9的页面中，并可能使得层58的边缘附近的层58的光轴110(例如，在边缘区域ER中)位于层58的平面中(位于页面中并指向图9的实例中的右侧)。层58和56的垂直光轴(在边缘区域ER中尤其普遍)可能导致通过这些层的背光的偏振态的变化，从而导致常规显示器中的漏光。
图10A是具有可能受到应力诱发的双折射影响的玻璃层的常规显示器的横截面侧视图。如图10中所示，图10A的显示器为液晶显示器，其中液晶层116夹在薄膜晶体管层114和滤色器层118之间。显示器具有分别位于图10的各个层上方和下方的上偏振片和下偏振片。背光源可产生背光112，其在方向Z上通过显示器向上垂直行进。在通过下偏振片传送时(即，在图10的点A处)，背光112可以是线性偏振的(即，下偏振片可对背光112赋予线性偏振)。然后，光112的偏振可受到从点A到点B通过薄膜晶体管层114(其表现出应力诱发的双折射)，从点B到点C通过液晶116(其为双折射的)，以及从点C到点D通过滤色器层118(其表现出应力诱发的双折射)传送的影响。显示器中的上偏振片和下偏振片通常不会呈现出应力诱发的双折射，并且在图10A中未示出。
在图10B的Poincare球中示出了在背光112通过图10A的常规显示器的层行进时的背光112的偏振态。在Poincare球中，线性偏振态由赤道线130上的点表示。点132表示右旋圆偏振光。点134表示左旋圆偏振光。Poincare球上的中间点表示各种类型的椭圆偏振光。
图10A的每层都具有在不同方向对准的光轴。在表示显示器中发生漏光的部分的图10B的Poincare球表示中，薄膜晶体管层114通过光轴122来表征，滤色器层118通过光轴124来表征，以及液晶层116通过光轴120来表征。然而，这仅是示例性的。光轴120可表示针对液晶显示器，诸如面内切换(IPS)LCD显示器或边缘场切换(FFS)LCD显示器的e模式光轴。然而，可使用其他LCD模式。对于其他LCD模式，LCD光轴可不同。
在Poincare球上，指向赤道线130上的每个点P的矢量的方位角α等于2θ，其中θ等于实际的物理角度(例如，与显示层的光轴的取向相关联的真实空间中的方位角或与通过显示器的光诸如光112的极化的相关联的角度)。作为结果，一对轴诸如在图10B的Poincare球的表示中看起来彼此垂直的薄膜晶体管轴122和液晶层轴120在显示器的现实坐标系中彼此以45°角进行取向。类似地，一对轴诸如在图10B的Poincare球的表示中看起来分开180°的薄膜晶体管轴122和滤色器层轴124在显示器的现实坐标系中彼此以90°角进行取向(即，轴124垂直于轴122)。
光112的偏振行为受到每个光轴的取向和图10A的显示器中的每个层的厚度的影响。如图10B中所示，光112初始是线性偏振的(点A)。在通过层114之后，由图10B的Poincare球上的点B表示光112的偏振(即，由于层114的应力诱发的双折射，将光112从线性偏振光转换成椭圆偏振光)。视觉上，沿Poincare球的表面上的线140从点A到点B的过渡与点A围绕球的表面上的薄膜晶体管层光轴122的旋转相关联。在光112通过层114之后，光112通过液晶层116。层116使得光112的偏振沿着图10B的Poincare球上的线142从点B移动到点C(围绕液晶层光轴120旋转)。
在行进通过液晶层116之后，光112通过层118。层118的双折射使得光112的偏振沿着图10B的Poincare球的线144从点C表示的偏振动态变为点D表示的偏振态(围绕滤色器层光轴124旋转)。
如果不存在液晶层116，则与线144和140相关联的偏振态变化将会彼此抵消，从而使得光112的线性偏振的变化最小(即，光112将保持为由点A表示的偏振态的线性偏振，并且显示器会令人满意地工作)。然而，因为存在液晶层116和与光112的偏振态从点B到点C的相关联的过渡，所以点D处的光112(即，从图10A的滤色器层118的上表面射出的光112)基本是椭圆偏振的，而不是所希望的线性偏振。在这种椭圆偏振光通过其透射轴垂直于下偏振片的上偏振片时，如预期的那样，光在垂直于上偏振片的方向上不是线性偏振的事实允许一些光通过上偏振片从显示器的上表面漏出，即使在施加于液晶层116的电场试图显示黑色显示器像素时也是如此。因此，在显示器层中存在应力诱发的双折射时，常规显示器中的显示性能受到常规显示器不能令人满意地显示黑色图像的限制。
图11A、图12、图13A、图14、图15A和图16中示出了具有在处理应力诱发的双折射时解决常规显示器的缺点的设计的示例性显示器配置。
如图11A的实例所示的，显示器14可提供双折射补偿层诸如层170。双折射补偿层170可由光弹性常数的符号与TFT玻璃58和滤色器(CF)玻璃56的光弹性常数相反的材料形成。可使用具有相对更高大小的光弹性常数的补偿层材料以减小补偿层170的厚度。
例如，TFT玻璃58和滤色玻璃56可具有3.0布儒斯特和3.6布儒斯特之间的光弹性常数。在这种配置中，双折射补偿层170可由光弹性常数介于-3.0布儒斯特和-3.6布儒斯特(作为实例)之间的玻璃形成。补偿层170可以是厚度介于0.1mm和0.9mm之间、0.2mm和0.4mm之间、0.1mm和0.4mm之间，小于1mm或大于0.1mm(作为实例)的玻璃层。TFT玻璃58和滤色玻璃56均可有介于0.1mm和0.9mm之间、0.5mm和0.9mm之间、0.6mm和0.8mm之间，小于1mm或大于0.1mm的厚度(作为实例)。
补偿层170可以是厚度基本上等于层56的厚度和/或基本上等于层58的厚度的玻璃层。然而，这仅是示例性的。如果需要，补偿层170可以是厚度与层56和/或58的厚度不同的玻璃层，或者补偿层170可由除玻璃之外的材料形成，诸如聚合物材料(例如，聚苯乙烯膜、聚砜材料或热塑性聚合物，诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))。
在层170由玻璃之外的材料形成的配置中，层170可以是聚合物双折射补偿层，其厚度(例如)介于0.001微米和300微米之间、0.001微米和10微米之间、0.001微米和100微米之间、10微米和300微米之间、大于0.001微米、小于1000微米或介于100微米和300微米之间。可基于聚合物材料的光弹性常数和聚合物材料的杨氏模量以及TFT层58和滤色器层56的厚度来选择层170的厚度。
双折射补偿层170可具有其他属性诸如杨氏模量。双折射补偿层170可具有厚度、杨氏模量和光弹性常数(有时称为应力-光学常数)，它们被选择，使得在应力下层170使得光诸如光44的偏振发生变化，该变化补偿由层56和/或层58造成的光44的偏振的变化。
图11A中示出的显示器14的层可夹在上偏振片和下偏振片(图11A中未示出)之间，诸如上偏振片54和下偏振片60之间。在图11A的实例中，使用粘合剂172将补偿层170附接到表面TFT衬底58。粘合剂172可由与粘合密封剂106相同的材料形成，或者可由另一种粘合材料形成。粘合剂172可以矩形环在补偿层170和薄膜晶体管层58之间围绕显示器14的周边延伸。粘合剂172的存在可能在补偿层170上导致张应力，以类似于层58上的任何张应力。通过这种方式，可由补偿层170所产生的双折射效应至少部分地抵消由薄膜晶体管层58所产生的双折射效应。
显示器背光诸如光44的偏振行为受到每个光轴的取向、光弹性常数和显示器14中的每层的厚度的影响。图11B的光轴150可与薄膜晶体管层(TFT玻璃)58相关联，该薄膜晶体管层可呈现出应力诱发的双折射。图11B的光轴152可与液晶(LC)层52相关联。图11B的光轴151可与双折射补偿层170相关联，该双折射补偿层可呈现出应力诱发的双折射。光轴154可与滤色器层56相关联，该滤色器层可呈现出应力诱发的双折射。
如图11B中所示，光44初始是线性偏振(点P1)的。在通过双折射补偿层170之后，可由图11B的Poincare球上的点P2来表示光44的偏振(即，由于层170的应力诱发的双折射，将光44从线性偏振光转换成椭圆偏振光)。沿着图11B的Poincare球的表面上的线156从点P1到点P2的过渡与围绕补偿层(补偿玻璃)光轴151的旋转相关联。在光44通过层58之后，可由点P3来表示光44的偏振。因为层170的光弹性常数与层58的光弹性常数基本上相反，所以由于层58中的双折射导致的光44的偏振的变化可消除在光44通过层170时发生的一些或全部偏振变化。光44的偏振态通过图11A的层58从点P2到点P3的过渡由沿着线158从图11B中的偏振态P2到偏振态P3的过渡来表示。
由于存在补偿层170，所以处于偏振态P3的光44将在通过层52和56时比在常规显示器布置中得到更少的椭圆偏振(更多线性偏振)。如图11B中所示，通过图11A的液晶层52从点P3行进到点P4时光44的偏振态的过渡可由线160来表示，并且通过滤色器层56从点P4到点P5行进时光44的偏振态的过渡可由线162来表示。尽管光44在点P5处是椭圆偏振的，但点P5处的光44比常规光在图10A和10B的点D处具有更多线性偏振，由此减少了漏光并改善了显示器14的性能。
在图11A的实例中，其中双折射补偿层170附接到薄膜晶体管层58仅是示例性的。如果需要，可将层170附接到滤色器层56，如图12中所示。如图12中所示，可使用粘合剂172将层170附接到滤色器衬底56。在这种配置中，粘合剂172可以矩形环在补偿层170和滤色器层56之间围绕显示器14的周边延伸。粘合剂172的存在可能在补偿层170上导致张应力，以类似于层56上的任何张应力。通过这种方式，可由补偿层170所产生的双折射效应至少部分地抵消由层56所产生的双折射效应(以及由层52和58所产生的效应)。
图13A是另一种示例性配置的图示，可将其用于显示器14的介于偏振片54和下偏振片60之间的中间层。如图13A中所示，可使用光学透明的粘合剂层诸如粘合剂层174来将补偿层170附接到层58。粘合剂层174可基本上填充层170和层58之间的间隙，使得将层170的基本上全部表面都附接到层58。
例如，粘合剂层174可由压敏粘合剂形成。粘合剂174可由强度大于100MPa或其他适当粘合强度的材料形成，以用于有效地将层58上的张应力传送到层170上的匹配应力中。
如图13B中所示，光44初始是线性偏振的(如图13B的点P1所示)。在通过双折射补偿层170之后，可由图13B的Poincare球上的点P2来表示光44的偏振。沿着图13B的Poincare球的表面上的线176从点P1到点P2的过渡与围绕补偿层(补偿玻璃)光轴151的旋转相关联。
在光44通过粘合剂层174和薄膜晶体管层58之后，可由点P3来表示光44的偏振。光44的偏振态在通过图13A的层58从点P2到点P3的过渡由沿着线178从图13B中的偏振态P2到偏振态P3的过渡来表示。因为图13A的层170通过扩展粘合剂层174附接到层58，所以与上文结合图11B所述的补偿相比，可由光44通过层170时发生的偏振变化更密切地补偿由于层58中的双折射造成的光44的偏振的变化。
如图13B中所示，通过图13A的液晶层52从点P3行进到点P4时的光44的偏振态的过渡可由线180来表示，并且通过滤色器层56从点P4行进到点P5时光44的偏振态的过渡可由线182来表示。尽管光44在点P5处仍然可以是椭圆偏振的，但因为层170沿着层58的基本上整个表面附接到层58，所以图13B的点P5处的光44可比图11B的点P5处的光44具有更多线性偏振。
在图13A的实例中，其中使用粘合剂层174将双折射补偿层170附接到薄膜晶体管层58仅是示例性的。如果需要，粘合剂层175可将层170附接到滤色器层56，如图14中所示。如图14中所示，粘合剂层174可基本上填充补偿层170和滤色器层56之间的空间，由此将层170的基本上整个表面都附接到层56的表面。粘合剂层174的存在可比图12的粘合剂172更有效地将层56上的张应力传送到补偿层170。图14的针对显示器14的配置因此可比常规显示器更有效地减少显示器14的漏光，并可比图12中所示类型的显示器更有效地减小漏光。
如果需要，可为显示器14提供多个双折射补偿层，如图15A中所示。在图15A的实例中，显示器14包括下双折射补偿层170L和上双折射补偿层170U。可使用下粘合剂层诸如粘合剂层174L将下双折射补偿层170L附接到薄膜晶体管层58。可使用上粘合剂层诸如粘合剂层174U将上双折射补偿层170U附接到滤色器层56。
双折射补偿层174U和174L可由具有负光弹性常数的玻璃形成，该负光弹性常数诸如以下范围内的负光弹性常数：介于-3.0布儒斯特和-3.6布儒斯特之间，介于0布儒斯特和-3.6布儒斯特之间，介于-0.1布儒斯特和-0.3布儒斯特之间，介于-0.1布儒斯特和3.0布儒斯特之间，或小于0布儒斯特(作为实例)。通常可以任何适当的组合来选择补偿层170L和170U的光弹性常数和厚度，以用于补偿层56和58中的应力导致的双折射效应。图15A中示出的显示器14的层可夹在上偏振片和下偏振片(图15A中未示出)之间，诸如上偏振片54和下偏振片60之间。
下粘合剂层174L可基本上填充层170L和层58之间的间隙。上粘合剂层174U可基本上填充层170U和层56之间的间隙。例如，粘合剂层174U和174L可由粘合剂材料诸如压敏粘合剂形成。例如，粘合剂层174U和174L可以是强度介于190MPa和210MPa之间、150MPa和250MPa之间，大于150MPa，大于190MPa或其他适当粘合强度的压敏粘合剂。然而，这些实例仅是示例性的。如果需要，可使用任何适当的粘合材料来将补偿层170L和170U分别附接到层58和56。
如图15B中所示，光44初始是线性偏振的(如图15B的点P1所示)。在通过下双折射补偿层170L之后，可由图15B的Poincare球上的点P2来表示光44的偏振。沿着图15B的Poincare球的表面上的线196从点P1到点P2的过渡与围绕下补偿层(下补偿玻璃)光轴151'的旋转相关联。
在光44通过下粘合剂层174L和薄膜晶体管层58之后，可由点P3来表示光44的偏振。光44的偏振态通过图15A的层58从点P2到点P3的过渡由沿着线198从图15B中的偏振态P2到偏振态P3的过渡来表示。
因为点P3处的光已通过薄膜晶体管层58和下补偿层170L，所以光44可能在通过液晶层52时发生最小或可忽略的旋转。光44在通过图15A的滤色器层56从点P3行进到点P4时的偏振态的过渡可由线200来表示。光44在通过上双折射补偿层170U从点P4行进到点P5时的偏振态的过渡可由上补偿层(上补偿玻璃)光轴151”附近的线202来表示。因为图15A的显示器14具有上双折射补偿层和下双折射补偿层，所以点P5处的光44可基本上是线性偏振的，由此将漏光减小到可忽略的水平，并改善了显示器14的性能。
图11A、图12、图13A、图14和图15A的实例中使用粘合剂将双折射补偿层170附接到层56和/或58仅是示例性的。如果需要，双折射补偿层诸如图16的双折射补偿层170U和170L可由聚合物涂层或粘合聚合物材料形成，诸如涂布或层压到层56和/或58上的聚苯乙烯膜。
在图16的实例中，补偿层170L和170U由聚合物材料(例如聚苯乙烯膜、聚砜材料、热塑性聚合物，诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或其他适当的聚合物材料)形成。这种类型的聚合物双折射补偿层的厚度可介于0.1mm和0.6mm之间、0.05mm和0.3mm之间、0.05mm和0.4mm之间，0.3mm和0.6mm之间，小于1mm或大于1微米(作为实例)。
如果需要，图16中所示类型的聚合物双折射补偿层可具有被配置为生成光44的偏振变化的应力光学系数、厚度和杨氏模量，该偏振变化补偿当层56和/或层58受应力时层56和/或层58导致光44发生的偏振变化。
例如，层56和58可具有介于3.0布儒斯特和3.6布儒斯特之间的应力光学系数和介于65吉帕(GPa)和85GPa之间的杨氏模量。在一个适当的实例中，聚合物补偿层170U和170L可由应力光学系数介于-45布儒斯特和-65布儒斯特之间并且杨氏模量介于3.0GPa和3.6GPa之间的聚苯乙烯层形成。在另一个实例中，聚合物补偿层170U和170L可由应力光学系数介于-45布儒斯特和-65布儒斯特之间并且杨氏模量介于2.0GPa和10GPa之间的聚砜层形成。在第三个实例中，聚合物补偿层170U和170L可由应力光学系数介于-1布儒斯特和-4.5布儒斯特之间并且杨氏模量介于1.0GPa和4.0GPa之间的PMMA材料形成。通常，聚合物补偿层诸如聚合物补偿层170U和170L可具有小于-10布儒斯特的负光弹性常数和小于40GPa的杨氏模量。
在图16的实例中显示器14包括两个聚合物双折射补偿层仅是示例性的。如果需要，可为显示器14提供单个聚合物双折射补偿层，诸如图16的聚合物补偿层170U和170L中的所选择的一者。
根据一个实施例，提供了一种显示器，该显示器包括上偏振片、下偏振片、液晶层、插置于上偏振片和液晶层之间的第一玻璃层、插置于下偏振片和液晶层之间的第二玻璃层，以及位于上偏振片和下偏振片之间的第三玻璃层。
根据另一个实施例，第一玻璃层包括滤色器层。
根据另一个实施例，第二玻璃层包括薄膜晶体管层。
根据另一个实施例，第三玻璃层附接到薄膜晶体管层。
根据另一个实施例，第三玻璃层附接到滤色器层。
根据另一个实施例，显示器包括附接到薄膜晶体管层的第四玻璃层。
根据另一个实施例，显示器包括位于上偏振片和下偏振片之间的第四玻璃层。
根据另一个实施例，第三玻璃层具有负光弹性常数。
根据另一个实施例，该负光弹性常数具有小于-3.0布儒斯特的值。
根据一个实施例，提供了一种显示器，该显示器包括上偏振片、下偏振片、液晶层、插置于上偏振片和液晶层之间的第一玻璃层、插置于下偏振片和液晶层之间的第二玻璃层，插置于上偏振片和第一玻璃层之间的第一聚合物层，以及插置于下偏振片和第二玻璃层之间的第二聚合物层。
根据另一个实施例，第一聚合物层包含选自由以下各项组成的组的聚合物材料：聚苯乙烯、聚砜和聚甲基丙烯酸甲酯。
根据另一个实施例，第一聚合物层和第二聚合物层各自具有负光弹性常数。
根据另一个实施例，第一玻璃层和第二玻璃层各自具有正光弹性常数。
根据另一个实施例，第一聚合物层和第二聚合物层中的每个聚合物层的负光弹性常数小于-10布儒斯特。
根据另一个实施例，第一聚合物层和第二聚合物层各自具有小于30GPa的杨氏模量。
根据另一个实施例，第一玻璃层包括滤色器层。
根据另一个实施例，第一聚合物层形成在滤色器层上。
根据一个实施例，提供了一种显示器，该显示器包括第一偏振片、第二偏振片、液晶层、插置于第一偏振片和液晶层之间的第一透明层、插置于第二偏振片和液晶层之间的第二透明层，以及位于第二透明层和第二偏振片之间的双折射补偿层，该双折射补偿层被配置为补偿第一透明层和第二透明层中的应力诱发的双折射。
根据另一个实施例，第一透明层包括玻璃滤色器层，并且第二透明层包括玻璃薄膜晶体管层。
根据另一个实施例，双折射补偿层包含玻璃。
根据另一个实施例，显示器包含将双折射补偿层附接到玻璃薄膜晶体管层的粘合剂材料，该粘合剂材料形成位于双折射补偿层和玻璃薄膜晶体管层之间的粘合剂的矩形环。
根据另一个实施例，显示器包含光学透明的粘合剂材料层，该光学透明的粘合剂材料层将双折射补偿层附接到玻璃薄膜晶体管层。
根据另一个实施例，双折射补偿层包含聚合物材料。
根据另一个实施例，显示器包括位于第一透明层和第一偏振片之间的附加的双折射补偿层。
以上所述仅是本发明的原理的例示，并且在不脱离本发明的范围和实质的情况下，本领域的技术人员可作出各种修改。

Claims (12)

1.一种显示器，包括：
上偏振片；
下偏振片；
液晶层；
第一玻璃层，所述第一玻璃层插置于所述上偏振片和所述液晶层之间；
第二玻璃层，所述第二玻璃层插置于所述下偏振片和所述液晶层之间；
第三玻璃层，所述第三玻璃层位于所述上偏振片和第一玻璃层之间，其中第三玻璃层具有负光弹性常数以补偿所述第一玻璃层和所述第二玻璃层中的应力诱发的双折射；和
粘合剂材料，将所述第三玻璃层附接到所述第一玻璃层，其中所述粘合剂材料形成位于所述第三玻璃层和所述第一玻璃层之间的粘合剂的矩形环。
2.根据权利要求1所述的显示器，其中所述第一玻璃层包括滤色器层。
3.根据权利要求2所述的显示器，其中所述第二玻璃层包括薄膜晶体管层。
4.根据权利要求3所述的显示器，其中所述第三玻璃层附接到所述滤色器层。
5.根据权利要求3所述的显示器，还包括：
第四玻璃层，所述第四玻璃层附接到所述薄膜晶体管层，其中所述第三玻璃层附接到所述滤色器层。
6.根据权利要求1所述的显示器，还包括第四玻璃层，所述第四玻璃层位于所述上偏振片和所述下偏振片之间。
7.根据权利要求1所述的显示器，其中所述第三玻璃层具有负光弹性常数，并且其中所述负光弹性常数具有小于-3.0布儒斯特的值。
8.一种显示器，包括；
上偏振片；
下偏振片；
液晶层；
第一玻璃层，所述第一玻璃层插置于所述上偏振片和所述液晶层之间；
第二玻璃层，所述第二玻璃层插置于所述下偏振片和所述液晶层之间；
第三玻璃层，插置于所述下偏振片和第二玻璃层之间，所述第三玻璃层具有负光弹性常数以补偿所述第一玻璃层和所述第二玻璃层中的应力诱发的双折射；和
粘合剂材料，将所述第三玻璃层附接到所述第二玻璃层，其中所述粘合剂材料形成位于所述第三玻璃层和所述第二玻璃层之间的粘合剂的矩形环。
9.一种显示器，包括：
第一偏振片；
第二偏振片；
液晶层；
第一玻璃层，所述第一玻璃层插置于所述第一偏振片和所述液晶层之间；
第二玻璃层，所述第二玻璃层插置于所述第二偏振片和所述液晶层之间；
玻璃双折射补偿层，所述玻璃双折射补偿层位于所述第二玻璃层和所述第二偏振片之间，所述玻璃双折射补偿层被配置为补偿所述第一玻璃层和所述第二玻璃层中的应力诱发的双折射；和
粘合剂材料，所述粘合剂材料将所述玻璃双折射补偿层附接到所述第二玻璃层，其中所述粘合剂材料形成位于所述玻璃双折射补偿层和所述第二玻璃层之间的粘合剂的矩形环。
10.根据权利要求9所述的显示器，其中所述第一玻璃层包括滤色器层，并且其中所述第二玻璃层包括薄膜晶体管层。
11.根据权利要求10所述的显示器，其中所述粘合剂材料是光学透明的粘合剂材料层，所述光学透明的粘合剂材料层将所述双折射补偿层附接到所述薄膜晶体管层。
12.根据权利要求9所述的显示器，还包括附加的双折射补偿层，所述附加的双折射补偿层位于所述第一玻璃层和所述第一偏振片之间。
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