CN1975528A - 液晶显示器 - Google Patents

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金熙燮
李昶勋
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Abstract

本发明公开了一种液晶显示器，其包括：发光的背光组件；液晶面板，设置在背光组件上，使用从背光组件发射的光显示图像并具有至少一个配向膜；光学片，夹在背光组件和液晶面板之间，具有包含棱镜图案的表面，棱镜图案包括会聚从背光组件发射的光的棱镜，其中棱镜图案的长边基本上与至少一个配向膜的摩擦方向相同；以及上壳体单元和下壳体单元，容纳背光组件、光学片和液晶面板。

Description

液晶显示器
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器，更特别地，本发明涉及一种能改善视角和亮度并且在所有方向提供对称的视角的液晶显示器。
背景技术
液晶显示器一种最广泛使用的平板显示器。液晶显示器包括设置有电极的两块基板(板)以及夹置在它们之间的液晶层。液晶显示器通过对所述电极施加电压以在液晶层中产生电场来显示图像，该电场将液晶层中的液晶分子重排以调整入射光的透射率。
液晶显示器可以包括用于切换施加在一个板上的电极的电压的薄膜晶体管(TFT)。除了TFT之外，这样的TFT板还包括栅极线和数据线、从外部源接收栅极信号和数据信号以及向栅极线和数据线传送所接收的栅极信号和数据信号的栅极焊垫和数据焊垫。像素电极设置在由栅极线和数据线之间的交叉所定义的像素区域，并且电连接到TFT。
人们已经提出了多种改善液晶显示器的响应速度和视角的方法。一种改善液晶显示器的响应速度和视角的方法是光学补偿弯曲(OCB)模式液晶显示器。
OCB模式液晶显示器包括具有各种电极的两块相对的面板、夹置在这两块面板之间的液晶层、设置在这两块面板各自的内表面上的配向膜、以及设置在这两块面板各自的外表面上的偏振板，配向膜使得液晶分子相对于两块面板水平地排列。
在OCB模式液晶显示器中，通过对两块面板之间的空间略微施加电压可以观察到白色显示，而通过对两块面板之间的空间施加较高的电压可以观察到黑色显示。在OCB模式液晶显示器中，将两块面板的配向膜在同样的方向摩擦，并且最初施加的高电压使得液晶分子垂直于两块面板的表面并且具有弯曲配向。
OCB模式液晶显示器在垂直于摩擦方向的方向上具有宽且对称的视角，而在摩擦方向上具有窄的视角。
在这样的包括两块面板的液晶显示器中，通过分别对这两块面板的像素电极和公共电极施加数据电压和公共电压，可以在液晶层中产生电场。通过调节该电场的强度来控制穿过液晶层的光的透射率从而创建所希望的图像。为了防止长时间对液晶层施加单向的电场所导致的图像劣化，以每帧、每行或每个像素将数据电压相对于公共电压的极性反向。
但是，将数据电压的极性反向时，使液晶分子的响应速度下降了。因此，液晶电容器需要长时间来到达目标电压水平，由此导致图像模糊的现象。为了解决该问题，开发了脉冲驱动，脉冲驱动在正常的图像之间短时间地插入黑色图像。
脉冲驱动包括周期性关闭背光灯以产生黑色图像的背光切换型驱动，以及包括对像素在除了基本上参与图像显示的正常数据电压之外周期性施加黑色数据电压的液晶切换型驱动。
根据背光切换型驱动或液晶切换型驱动，由于背光或占空比的“OFF”周期，所以不可避免地发生亮度减小。
为了克服上述视角和亮度的问题，传统的液晶显示器包括光学片。但是，虽然获得了亮度的些许增加，但是对视角的改善有限。对此，当使用更多的光学片以改善视角时，制造成本增加，并且从制造成本来看，使得液晶显示器无效。
发明内容
本发明的示范性实施例包括一种液晶显示器，其包括：发光的背光组件；液晶面板，设置在背光组件上，使用从背光组件发射的光显示图像并具有至少一个配向膜；光学片，夹在背光组件和液晶面板之间，具有包含棱镜图案的表面，棱镜图案包括会聚从背光组件发射的光的棱镜，其中棱镜图案的长边基本上与至少一个配向膜的摩擦方向相同；以及上壳体单元和下壳体单元，容纳背光组件、光学片和液晶面板。
本发明的示范性实施例包括一种液晶显示器，其包括：发光的背光组件；液晶面板，设置在背光组件上，使用从背光组件发射的光显示图像，并具有包括配向膜的成对的显示板以及夹在显示板之间的光学补偿弯曲模式液晶显示层；光学片，夹在背光组件和液晶面板之间，具有包含棱镜图案的表面，棱镜图案包括会聚从背光组件发射的光的棱镜，其中棱镜图案的长边基本上与至少一个配向膜的摩擦方向相同；以及上壳体单元和下壳体单元，容纳背光组件、光学片和液晶面板。
附图说明
参考附图，通过详细地说明本发明的示范性实施例，本发明的上述和其它优点和特征将变得更加清楚，在附图中：
图1示出了根据本发明实施例的液晶显示器的分解透视图；
图2A示出了图1的液晶面板的布图；
图2B示出了沿图2A的线IIb-IIb’截取的剖面图；
图3A示出了图1的液晶显示器的示意性剖面图；
图3B示意性图示了图3A的液晶面板的配向膜的摩擦方向、偏振膜的透射轴以及第一棱镜片的棱镜图案的棱镜的长边方向；
图4A是图示从图3A的液晶显示器发出的光的亮度分布的示意图；
图4B是图示图4A的液晶面板的横向和纵向上相对于视角的亮度的示意图；以及
图4C图示图4A的液晶面板的左对角线和右对角线上相对于视角的亮度的示意图。
具体实施方式
通过参考附图和详细的说明，本发明的示范性实施例及其实现方法将更容易理解。但是，本发明可以以多种不同的方法实现，而不应该解释为这里所阐述的实施例。在说明书中，类似的参考标号表示类似的元件。
图1示出了根据本发明实施例的液晶显示器的分解透视图。参考图1，液晶显示器100包括液晶面板组件130、背光组件140、上壳体单元110和下壳体单元160。
液晶面板组件130包括液晶面板136、液晶层(未示出)、栅极带载封装131、数据带载封装132和印刷电路板135，液晶面板136包括薄膜晶体管板133和公共电极板134。
薄膜晶体管板133包括栅极线(未示出)、数据线(未示出)、薄膜晶体管阵列(未示出)和像素电极(未示出)。公共电极板134包括黑矩阵(未示出)、公共电极(未示出)，并且面向薄膜晶体管板133。
栅极带载封装131连接到形成在薄膜晶体管板133中的栅极线，并且数据带载封装132连接到形成在薄膜晶体管板133中的数据线。
分别向栅极带载封装131和数据带载封装132提供栅极信号和数据信号的各种驱动元件安装在印刷电路板135上。
背光组件140包括光学片141、光学板142、灯143和反射板144。
灯143可以是发光二极管(LED)、冷阴极荧光灯(CCFL)或外部电极荧光灯(EEFL)。灯143从外部电源接收灯驱动电压并且产生光。灯143可以彼此间隔开预定距离并且同相地并联。灯143可以是直接型灯。灯143可以布置在液晶面板136的横向以维持均匀的放电气体分布并且因此获得亮度均匀性。虽然未示出，但是灯座设置在最外侧的灯143处以支撑灯143。
光学板142可以设置在灯143的上侧，并且增强从灯143发射的光的亮度和亮度均匀性。
反射板144设置在灯143的下侧以反射通过灯143下侧发射的光束。反射板144可以与下壳体单元160的底部整体形成。即，当下壳体单元160由比如铝(Al)或其合金的高反射性材料制成时，它可以提供反射功能。光学片141设置在光学板142的上侧，并且散射和会聚从灯143发射的光。光学片141包括散射片、第一棱镜片和第二棱镜片。
该散射片设置在灯143的上侧，并且增强从灯143发射的光的亮度均匀性。
第一棱镜片设置在散射片上，并且第一棱镜片的表面具有由三角形断面棱镜的预定阵列构成的棱镜图案，用于会聚从散射片散射的光，并将会聚的光输出。第一棱镜片可以是亮度增强膜。液晶显示器的亮度和视角可以沿着在第一棱镜片的表面上形成的棱镜图案的棱镜的长边方向得到增强。
第二棱镜片设置在第一棱镜片上，并且是多层的反射型偏振棱镜片，用于会聚、偏振和输出光。第二棱镜片可以是双亮度增强膜。如果通过仅使用第一棱镜片就可以足够地确保液晶显示器的亮度和视角，那么就可以省略第二棱镜片。
液晶面板组件130设置在光学片141的上侧。液晶面板组件130和背光组件140一起容纳在下壳体单元160中，同时由容纳框架150支撑。容纳框架150是具有侧壁的矩形框架。容纳框架150的侧壁靠内的部分具有台阶部分或凸出用于支撑液晶面板组件130和背光组件140。下壳体单元160是矩形的，并且具有沿上边缘的侧壁，由此在由侧壁界定的容纳空间中容纳液晶面板组件130和背光组件140。下壳体单元160也防止包括多个片的背光组件140弯曲。液晶面板组件130的印刷电路板135沿着下壳体单元160的侧壁靠外的部分折叠以装配在下壳体单元160的底部中。下壳体单元160的形状可以根据在下壳体单元160中放置液晶面板组件130和背光组件140的方法而改变。
下壳体单元160与上壳体单元110相结合以覆盖容纳在下壳体单元160中的液晶面板组件130的上表面。将液晶面板组件130向外暴露的窗口(未示出)形成在上壳体单元110的上表面。
上壳体单元110可以钩到和/或螺纹连接到下壳体单元160。
图2A示出了图1的液晶面板的布图，图2B示出了沿图2A的线IIb-IIb’截取的剖面图。参考图2A和2B，并结合图1，液晶面板136包括薄膜晶体管板133、公共电极板134、夹置在薄膜晶体管板133和公共电极板134之间的液晶层3、附着到薄膜晶体管板133和公共电极板134各自外表面的补偿膜210、附着到补偿膜210各外表面的偏振膜212。
在薄膜晶体管板133中，栅极线22横向地形成在绝缘基板10上，栅极电极126连接到突出形式的栅极线22尚。栅极线22和栅极电极26构成栅极布线。
栅极布线优选由比如Al和Al合金的含Al金属、Ag和Ag合金的含Ag金属、Cu和Cu合金的含Cu金属、Mo和Mo合金的含Mo金属、Cr、Ti或Ta制成。另外，栅极布线可以具有多层结构，包括具有不同物理特性的两层导电膜(未示出)。两层膜之一优选由含Al金属、含Ag金属、含Cu金属的低电阻率金属制成，以减小栅极布线中的信号延迟或电压降。另一层优选由比如含Mo金属、Cr、Ti或Ta的材料制成，该材料与比如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)的其它材料具有良好的物理、化学和电接触特性。两层膜的组合的示例为下Cr膜和上含Al膜以及下含Al膜和上含Mo膜。但是，栅极布线可以由各种金属或导体制成。
另外，在横向上平行于栅极线22延伸的存储电极布线(未示出)可以形成在绝缘基板10上。存储电极布线的预定部分与像素电极82重叠，由此形成存储电容。存储电极的形状和布置可以变化。像素电极82可以与在前的栅极线22重叠以形成存储电容，这被称为单独布线类型。
栅极绝缘层30形成在栅极布线上。栅极绝缘层30由比如氮化硅(SiNx)或氧化硅(SiOx)的绝缘材料形成。
由氢化非晶硅或多晶硅制成的半导体层40形成在栅极绝缘层30上。半导体层40可以形成为各种形状，比如岛状或条状，并且例如可以形成为在数据线62之下、在栅极电极26之上延伸的岛状。当半导体层40形成为条状时，它可以设置在数据线62之下并且向上延伸到栅极电极26。
由其中高度掺杂n型杂质的硅化物或n+非晶硅制成的欧姆接触层55和56在半导体层40上。欧姆接触层55和56可以具有各种形状，比如岛状或条状。例如，欧姆接触层55和56可以岛状地形成在漏极电极66和源极电极65之下。当欧姆接触层55和56形成为条状时，它们可以设置在数据线62之下延伸。
数据线62和漏极电极66形成在欧姆接触层55和56和栅极绝缘层30上。数据线62在纵向延伸并与栅极线22相交。源极电极65在半导体层40上方延伸，并形成为数据线62的分支。漏极电极66与源极电极65隔开并形成在半导体层40上，就栅极电极26而言与源极电极65相对。漏极电极66包括在半导体层40上的杆形图案和具有从杆形图案延伸的较大区域和在其中的接触孔76的漏极电极延伸部分。数据线62、源极电极65和漏极电极66构成了数据布线。
数据布线优选由选自铝(Al)、铬(Cr)、钼(Mo)、铊(Ta)和钛(Ti)中的至少一种材料制成的单层或多层形成。例如，数据布线和存储电极67优选由比如Cr、含Mo的金属、Ta或Ti的难熔金属制成。或者，数据布线和存储电极67可以具有多层结构，包括由下难熔金属膜制成的下膜(未示出)和低电阻上膜(未示出)。多层结构的示例包括具有下Cr膜和上含Al膜的双层结构，具有下含Mo膜和上含Al膜的双层结构，以及具有下Mo膜、中Al膜及上Mo膜的三层结构。
至少部分源极电极65与半导体层40重叠，漏极电极66就栅极电极26而言与源极电极65相对，并且至少部分漏极电极66与半导体层40重叠。这里，欧姆接触层55和56夹在下面的半导体层40以及源极电极65和漏极电极66之间，以减小它们之间的接触电阻。
钝化层70由有机绝缘层形成在数据布线、存储电极67和半导体层40的暴露部分上。这里，钝化层70优选由比如氮化硅或氧化硅的无机绝缘体、具有好平坦性的感光有机绝缘材料或由等离子增强化学气相沉积(PECVD)形成的比如a-Si:C:O和a-Si:O:F的低介电绝缘材料制成。
暴露数据线焊垫54的接触孔74和暴露漏极电极66的第一接触孔72形成在钝化层70上。
像素电极82沿着像素的形状形成在钝化层70上。像素电极82经接触孔76电连接到漏极电极66。像素电极82由比如ITO或IZO或比如Al的反射性导体制成。
能够排列液晶层3的配向层(未示出)涂敷在像素电极82上。
在公共电极板134中，防止光泄漏的黑矩阵94设置在由比如玻璃制成的透明绝缘材料制成的绝缘基板96上。黑矩阵94部分地覆盖栅极线22、数据线62、和薄膜晶体管板133的薄膜晶体管。
滤色器98设置在绝缘基板96的部分和黑矩阵94上，对应于每个像素，而且由顺序布置的红、绿和蓝部件构成。
由比如氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)的透明导电材料制成的公共电极90设置在滤色器98上。这里，公共电极90对于多个像素是公共的。
使得液晶层3的液晶分子在相对于绝缘基板96的表面的预定方向上排列的配向膜(未示出)设置在公共电极90上。
当公共电极板134和薄膜晶体管板133以它们之间的预定间隙结合时，插入在公共电极板134和薄膜晶体管板133之间的液晶层3具有预定的单元间隙。
将液晶层3的液晶分子排列，使得液晶显示器以光学补偿弯曲(OCB)模式驱动。即，在OCB模式中，向列液晶在初始状态设定为外张排列，并且当将电压施加到液晶单元时，外张排列转变为弯曲排列，通过施加的电压来控制光的透射率。配向膜(未示出)形成在像素电极82和公共电极90的表面上并且被摩擦，因此液晶分子在预定方向排列。形成在像素电极82和公共电极90的表面上的配向膜被在相同方向上摩擦，从而液晶分子设定为外张排列。配向膜基本上以相对于液晶面板136的横向方向约45度或约135度角的方向上被摩擦，以减小偏振膜212的制造成本并获得所有方向上对称的视角。
补偿膜210设置在薄膜晶体管板133和公共电极板134各自的外表面上，并且偏振膜212设置在补偿膜210的外表面上。
两个偏振膜212的偏振轴(或透射轴)彼此垂直并且相对于配向膜的摩擦方向形成为约45度或约135度角。
补偿膜210的补偿特性基于绿光优化。每个补偿膜210由支撑以及盘状(discotic)层构成。
支撑是在维持补偿膜210的形状中起主要作用的层。因此，三乙酸纤维素(TAC)膜主要用作支撑。盘状层是具有补偿混合排列液晶分子的效应的混合结构的补偿层。
现在将参考图3A到4C说明配向膜的摩擦方向、偏振膜210的透射轴以及第一棱镜片的棱镜图案的棱镜的长边方向之间的关系。
图3A示出了图1的液晶显示器的示意性剖面图，图3B示意性图示了图3A的液晶面板的配向膜的摩擦方向、偏振膜的透射轴以及第一棱镜片的棱镜图案的棱镜的长边方向。图4A是图示从图3A的液晶显示器发出的光的亮度分布的示意图，图4B是图示图4A的液晶面板的横向和纵向上相对于视角的亮度的示意图，图4C图示图4A的液晶面板的左对角线和右对角线上相对于视角的亮度的示意图。
参考图3A和3B，液晶显示器包括由彼此相对的薄膜晶体管板133和公共电极板134构成的液晶面板136。如上所述，配向膜分别设置在像素电极和公共电极上。配向膜相对于液晶面板136的横向的约45度方向上被摩擦，如虚线箭头标记“R”所指示的。
具有正介电各向异性的液晶层(未示出)夹在薄膜晶体管板133和公共电极板134之间。在电压OFF状态，液晶分子具有朝向摩擦方向R的预定预倾斜角度，并且相对于薄膜晶体管板133和公共电极板134水平对齐。另一方面，在电压ON状态，液晶分子具有弯曲排列。即，当电场充分地施加在薄膜晶体管板133和公共电极板134之间时，由于液晶分子的正介电各向异性，液晶分子的长轴基本上平行于电场对齐，即基本上垂直于薄膜晶体管板133和公共电极板134对齐。
偏振膜212附着到薄膜晶体管板133和公共电极板134的外表面。两个偏振膜212的透射轴P基本上彼此垂直，并且基本上相对于薄膜晶体管板133和公共电极板134的配向膜的摩擦方向R形成约45度或约135度角。即，透射轴P基本上平行于液晶面板136的横向或纵向方向。偏振膜212可以使用拉长工艺形成。与具有平行于液晶面板的对角方向的透射轴的偏振膜相比，具有平行于矩形液晶面板的横向或纵向方向的透射轴的偏振膜可以减小制造成本。
例如第一棱镜片的光学片141在薄膜晶体管板133的下侧设置在偏振膜212以下。在传统OCB模式液晶显示器中，在垂直于配向膜的摩擦方向上的方向(即，相对于液晶面板的横向约135度和约315度的方向)中的视角及视角的对称性优异，然而在摩擦方向中的视角减小。参考图3A和图3B，将第一棱镜片设置来使得由箭头标识“BEF”指示的形成在第一棱镜片的棱镜图案的棱镜的长边方向基本上与摩擦方向R相同。这样，从散射片散射的光束在基本上垂直于摩擦方向的第一棱镜片的区域上被会聚，但是却没有在平行于摩擦方向R的第一棱镜片的区域上被会聚。因此，可以获得宽的视角，由此获得对称的视角。如上所述，根据本发明的液晶显示器仅使用单个的第一棱镜片就可以产生足够的视角，由此导致制造成本的下降。
而且，当白色显示的亮度没有到达所希望的水平时，可以使用第二棱镜片导致亮度增加。当白色显示的亮度到达所希望的水平时，省略第二棱镜片，由此进一步减小了制造成本。
参考图4A，其中图示了根据本发明实施例的液晶显示器的亮度分布，可以在所有方向上获得对称的视角。摩擦方向R基本上与第一棱镜片的棱镜图案的棱镜的长边方向相同，因此可以在摩擦方向R上产生足够的视角。
参考图4B，液晶面板的纵向(例如，90度方向)的亮度分布A基本上与该液晶面板的横向(例如，0度方向)的亮度分布B相同。亮度分布A和B都相对于大约0度的视角对称。因此，根据本发明的液晶显示器可以在水平和垂直方向上提供宽且对称的视角。
参考图4C，液晶面板的上左对角方向(例如，135度方向)的亮度分布C基本上与该液晶面板的上右对角方向(例如，45度方向)的亮度分布D在有效视角范围内相同。亮度分布C和D都相对于大约0度的视角对称。因此，根据本发明的液晶显示器可以在左对角方向和右对角方向上提供宽且对称的视角。
就OCB模式液晶显示器的视角以及对称视角方面对本发明的上述实施例进行了说明。但是，本发明不限于上述图示的示例，而是还可以应用于在特定方向上具有非对称视角的液晶显示器。
尽管结合本发明的典型实施例描述了本发明，但是对于本领域的普通技术人员，进行各种形式和细节的修改和改变而不会偏离由权利要求所限定的本发明的范围和精神。

Claims (18)

1、一种液晶显示器，包括：
发光的背光组件；
液晶面板，设置在所述背光组件上，使用从所述背光组件发射的光显示图像并具有至少一个配向膜；
光学片，夹在所述背光组件和所述液晶面板之间，具有包含棱镜图案的表面，所述棱镜图案包括会聚从所述背光组件发射的光的棱镜，其中所述棱镜图案的长边基本上与所述至少一个配向膜的摩擦方向相同；以及
上壳体单元和下壳体单元，容纳所述背光组件、光学片和液晶面板。
2、根据权利要求1的液晶显示器，其中，所述液晶显示器包括成对的彼此相对的显示板和夹在所述成对的显示板之间的液晶层，并且所述至少一个配向膜以基本相同的摩擦方向形成在每个所述显示板上。
3、根据权利要求1的液晶显示器，其中，所述至少一个配向膜的摩擦方向相对于所述液晶面板的横向形成约45度或约135度角。
4、根据权利要求1的液晶显示器，还包括附着在所述液晶面板的外表面上的成对的偏振膜。
5、根据权利要求4的液晶显示器，其中，所述偏振膜的透射轴基本上彼此垂直，并且相对于所述至少一个配向膜的摩擦方向形成约45度或约135度角。
6、根据权利要求4的液晶显示器，其中，所述偏振膜的透射轴基本上平行于所述液晶面板的横向或纵向。
7、根据权利要求1的液晶显示器，其中，所述棱镜片是亮度增强膜。
8、根据权利要求1的液晶显示器，其中，所述光学片还包括会聚、偏振和输出从所述背光组件发射的光的多层的反射棱镜片。
9、根据权利要求8的液晶显示器，其中，所述反射棱镜片是双亮度增强膜。
10、一种液晶显示器，包括：
发光的背光组件；
液晶面板，设置在所述背光组件上，使用从所述背光组件发射的光显示图像，并具有包括配向膜的成对的显示板以及夹在所述显示板之间的光学补偿弯曲模式液晶显示层；
光学片，夹在所述背光组件和所述液晶面板之间，具有包含棱镜图案的表面，所述棱镜图案包括会聚从所述背光组件发射的光的棱镜，其中所述棱镜图案的长边基本上与所述至少一个配向膜的摩擦方向相同；以及
上壳体单元和下壳体单元，容纳所述背光组件、光学片和液晶面板。
11、根据权利要求10的液晶显示器，其中，所述配向膜的摩擦方向基本上相同。
12、根据权利要求10的液晶显示器，其中，所述配向膜的摩擦方向相对于所述液晶面板的横向形成约45度或约135度角。
13、根据权利要求10的液晶显示器，还包括附着在所述液晶面板的外表面上的成对的偏振膜。
14、根据权利要求13的液晶显示器，其中，所述偏振膜的透射轴基本上彼此垂直，并且相对于所述摩擦方向形成约45度或约135度角。
15、根据权利要求13的液晶显示器，其中，所述偏振膜的透射轴基本上平行于所述液晶面板的横向或纵向。
16、根据权利要求10的液晶显示器，其中，所述棱镜片是亮度增强膜。
17、根据权利要求10的液晶显示器，其中，所述光学片还包括会聚、偏振和输出从所述背光组件发射的光的多层的反射棱镜片。
18、根据权利要求17的液晶显示器，其中，所述反射棱镜片是双亮度增强膜。
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