TW201222084A - Liquid crystal display - Google Patents

Description

201222084 、 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種具有線柵偏光板（wire grid polarizer)的液晶顯示器。 【先前技術】 液晶顯示器為一種平板顯示器，廣泛用於各種應用裝置， 包括行動電話、筆記型電腦、螢幕、以及電視。當一電氣訊號施 加在液晶面板中兩偏光板間的每一晝素時，液晶顯示器藉由液晶 的排列變化而傳送或阻擋光線。因此，為操作液晶顯示器，需要 一獨立的光源。該單獨的光源對應一背光單元。 在傳統液晶顯示器中’藉由提供吸收式偏光板 (absorptive polarizers )在構成液晶面板的薄膜電晶體 (thin film transistor，TFT)陣列的上基板或下基板上，以 及貼附反射式偏光膜（reflective p〇iarizing films)在該些 吸收式偏光板上而實現一鏡像效應（mirr〇r effect)。同時， 可藉由提供一透光鏡（translucent mirror)在吸收式偏光板上 的方式而實現鏡像效應。 然而，如此的結構係直接暴露在外部環境，造成在高溫和 高濕度時耐久性退化。由於反射式偏光膜藉係由拉伸或以堆疊形 式製成，因此易發生如波紋（m〇ir6)的變形影像。然而，使用 吸收式偏光板則會降低亮度且耗費成本。 4 201222084 此外’在高溫和高濕度時會降低液晶顯示器的可靠性， 使用吸收式偏光膜和透光鏡會明顯減低亮度。再者，額外的製程 和特殊鏡的使用提高了製造成本。 【發明内容】 本發明係針對一液晶顯示器，其中一線柵偏光板包括一第 一栅格層（grid layer)，該第一栅格層具有在一基板上的第一 拇格圖案（grid patterns)、以及形成在該些第一拇格圖案上 的第二栅格圖案（grid patterns) ’且該線柵偏光板係設置在 -液晶顯示H或-背光單元上，藉聽止影像變形和亮度降低， 以及達到雨耐久性。 根據本發明實施例，吸收式偏光板和透光鏡係從液晶顯示 器中移除，且-線柵偏光板係設置在液晶顯示器和一下基板上， ^此即使在高溫和高酸環境下，亦可防歧像變形对保高可 靠度。 j據本發明，具有第—栅格_於基板上的第—拇格層和 =柵格層的線柵偏光健設置麵晶顯4上，或者設置在液 1 曰顯示器㈣光單元上，防止職變形和亮度降低对保高耐久 因古、、w A根據本發賴供麵晶顯示11的軸偏絲可解決 =和㈣度所造成的可靠性降低的 且使用-特殊鏡就可轉造成本的問題。不⑥要額外絲 從結合附圖所得的下列敘述中，本發明特定示範實施例的 201222084 .. 上述和其它方向、特點和優勢將更顯而易見。 【實施方式】 本發明係針對實現-高效率的液晶顯示器，其可藉由在一 液晶面板上或底基板的外部排列一線栅偏光板而可抗溫度和濕度 環境變化、消除影像變形、以及防止亮度降低。 為此目的’根據本發明的液晶顯示器包括一液晶面板具有 -上基板和-下基板，以及_衫個線栅偏光板設置在該上基板 或該下基板上。 以下，將參照附圖詳述本發明的示範實施例。在可能的情 況下，在本說明書中相同的元件符號表示相同的元件，且將省= 重覆的敘述。必須了解，雖然在此處使用Γ第一」、「第二」等 術語描述各種元件，該些元件不應受限於該些術語。該些術語只 用於區分元件。 參閱圖1，根據本發明的液晶顯示器可包括一液晶面板八其 包括一上基板g或一下基板6，以及一或多個線柵偏光板1〇〇、 200設置在該上基板或該下基板上。 特別是’在此情況下，該些線柵偏光板1〇〇、2〇〇可包括一 第一柵格層，其具有一或多個第一栅格圖案在該基板上、以及第 二栅格圖案（grid patterns)形成在該些第一柵格圖案上。 具體而言，根據本發明的液晶顯示器具有一結構，在其中 該液晶面板係設置在一上方部份，而一背光單元B係設置在下方 部份°該液晶面板A包括設置在該上基板9和該下基板6之間的 201222084 .. 液晶LC、以及氧化銦錫（ιτο) 7、8用來驅動液晶LC。特別 是’一彩色濾片形成在上基板9上，且一薄膜電晶體陣列（TFT array)形成在下基板6上。背光單元b係設置在液晶面板A的下 方且包括一導光板2導光向上、一反射板1、一擴散片3、以及 一增光片 4 (brightness enhancement film，BEF)。 習知的液晶顯示器藉由提供吸收式偏光板在構成液晶面板A 的薄膜電晶體陣列的下基板6下表面上以及在構成彩色濾片陣列 的上基板9的上表面、且貼附反射式偏光膜在該些吸收式偏光片 上而實現一鏡像效應（mirror effect)。同時，習知的液晶顯示 器藉由提供一穿透鏡(translucent mirror)在一吸收式偏光片上 而實現鏡像效應。然而，根據本發明，提供了一線柵偏光板，即 使在南溫和尚濕度環境下可防止影像變形以及確保高可靠度。 根據較佳實施例，一第一線栅偏光板100可提供在液晶面 板A上。根據另一實施例，一第二線栅偏光板2〇〇可進一步地提 供在該液晶面板和背光單元B間。在後文中，將敘述具有該第一 線柵偏光板和該第二線栅偏光板之一結構來作為範例。 此外’根據本發明的液晶面板A包括上基板9和下基板6， 而薄臈電晶體陣列基板7包括氧化銦錫（〖το)設置在該下基板 6上。彩色濾片8和液晶LC設置在上玻璃基板9的之下方。由 於一般液晶面板適用於本發明，其詳述將省略。再者，在液晶面 板A之下方的背光單元B可以-包括一導光向上的導光板2、一 擴散片3、以及各種增光片4的一般背光單元結構來實現。 圖2和圖3緣示參照圖1的上述結構之修正範圍。 201222084 圖2與圖1之結構不同點在於：一線栅偏光板200與一下 基板6分開’而一偏光板P1貼附至該下基板的表面。 圖3與圖2之結構不同點在於：一偏光板P2設置在一上基 板9和一第一線栅偏光板1〇()之間，進而改善本發明的效率。 作為本發明的較佳實施例，根據本發明圖2的第一線柵偏 光板100可設置在上基板9上，或者可進一步提供與該液晶面板 下基板6的下表面貼附或分開的第二線栅偏光板2〇〇。在此例 中，設置在該液晶面板上基板的第一線栅偏光板1〇〇包括具有高 反射性的金屬圖案，藉此獲得優良的鏡像效應。同時，由於提供 了配置有金屬®案的栅格贿’因此改善了抗高溫和抗高濕度環 境的能力。 此外’當设置有第二線柵偏光板2〇〇的情況下，可偏極化 從-光源發出的光。亦即，傳送P波，反射s波。被反射的s波 再被使用為P波，進而增加亮度。 現將敘述根據本發明的第一和第二線拇偏光板的結構並請 參考圖4。 根據本發明的線栅偏秘可包括—第—栅格層i2G，其具有 -或多個第-柵格圖案121在-基板11G上、以及—或多個第二 柵格圖案130由一金屬所形成於第一柵格圖案i2i上。 可於該些第二栅格圖案⑽上進4提供-保護層 (passivati〇n layer) C，護層C可形成來覆蓋該些第二栅格 圖案130整個側面和上表面。當提供有保護層c的情況下，可提 201222084 供如薄膜電晶體陣列基板7或類似物在該保護層c上，如上所述 並參考圖3。 堆疊在基板110上表面的第一栅格層12〇可由高分子聚合 物（polymer)所形成。為具有固定週期的突出圖案之該些第一 概格圖案121最好是形成在由一高分子聚合物所形成的第一栅格 層的表面上。 亦即’第-柵格層12〇係定義為—層，其中為具有固定週 期的突出®案之複數個第—栅格贿121係被提供在由—高分子 聚合物所組成的-樹脂層的表面上。特別是，顯然根據本發明的 第-栅格層12〇可以由其折射率（时赠-index)低於、高 於或等於該基板折射率的—高分子聚合物卿成，視使用目的而 定。 此外’第-柵格圖案121寬度與高度的比例最好在 至1:5的範圍，而且第一柵格圖案121的寬度（w)最好在1〇 η了咖的範圍’第一栅格圖案121的高度㈦… 25〇nm_l 咖案賴可在咖™至 微突案咖具有—結構，其中由-金屬所形成的細 格圖宰丨…酿，軸獅成在第-構 二：：突起結構可使用選自_)、鉻 〔）銀（Ag)、鋼（Cu)、錦（ =或其合金所形成。該週_指_ 二= 案）和-相鄰金屬麵格圖案（第二拇格圖案）之間的(距第離-柵格圖 201222084 在^圖丨所示的第—線栅偏光板⑽的情況下，由如銘 *金屬^形摘第二栅格圖案㈣現傾得優越鏡像效應 以？對於尚溫和高濕度下的可靠性變得可行。 ，一卜第一柵格圖案13〇的剖面可為各種形狀，例如，長 方形、二角形、梯形、平行四邊形、和半圓形，或者可具有一金 屬線狀，其部份形成在以三角形、矩形、或正弦波（Si_idal 匿:案化之—基板的部份。亦即，可使雜何金屬線桃 格，只要其在一方向以一固定週期排列，而不論其剖面結構。 一在此例中，該週期可等於或小於所使用光線之波長的一 半。因此’藉由形成週期範圍在1〇〇 nm至25〇咖的拇格，可確 保可見光區域的平衡且維持白平衡。如果該週期超過咖⑽，紅 光、綠光、和白光則不平衡。 再者，根據本發明的線柵偏光板，可依據該二個栅格（第 一和第二柵格圖案）的高度和寬度而調整透光度 (transmittance)。如果該栅格寬度以相同間距變寬，則減低 透光度而增加偏振消光比（polarization extinction ratio)。為確保最大偏振效率，當間距減少，偏振特性則增 加。在柵格以相同間距和相同高度形成的情況了，栅格寬度增加 則改善偏振特性。在此例巾，第_栅格的寬度最好為第二柵格寬 度的〇. 2至1. 5倍。再者’第二柵格圖案13〇的寬度高度比例可 在1:0.5至1:1.5的範圍。特別是，第一栅格圖案與第二栅格圖 案的寬度比可在1:0.2至1:1·5的範圍^具體而言，第二柵格圖 10 201222084 案的寬度範圍可以從2nm至300nm。在此方式下可最大化偏振特 性0 此外，當第二柵格圖案130為金屬栅格的上方表面暴露出 的情況下，可藉由使用選自由聚曱基丙烯酸甲脂（pj|MA)、三醋 酸纖維（TAC)、聚乙烯醇（PVA)、聚亞醯胺(pi)、乙烯對苯二 甲酸酯（PET)、聚乙烯（pen)、聚醚（PES)、聚碳酸酯 (PC)、和環烯烴高分子（c〇p)的任一者形成保護層c而確保 使用耐久性。 當具有根據本發明上述結構的線柵偏光板設置在液晶面板 或液ΒΘ顯示器下基板外部的情況下，可改善反射性^增加了對抗 環境的能力。因此’可藉由線柵偏光板設置在織晶面板和背光 單元之間而改善亮度。 以下將4¾述根據本發明設置在液晶顯示財線柵偏光板的 各種修改範例。 (1)奈米光學圖案形成在基板下的結構 、圖5繪示根據本發明線栅偏光板的另—示範例。在類似的 方式下’魏栅偏光板包括第—栅格層12()，其具有—或多個第 ，柵格圖案121在基板11()上、以及—或多個第二柵格圖案⑽ ^成在該二第柵格圖案121上。特別是，該線拇偏光板可進一 V ^括-聚合物層14〇包含複數個光學圖案⑷形成在下玻璃基 。藉由提供該聚合物層’在其中光學圖娜成在金 W案形成所在的該基板的相反表面，可減少光入射時的光 201222084 * 損失。因此，增加傳送的光量且穩定顏色座標（col〇r coordinate) ° 在此例中，最好是，形成在第二柵格圖案13〇形成所在的 基板表面的相反表面的聚合物層丨4〇係具有複數個奈米尺寸的圖 案。在此例中，該聚合物層可使用一紫外光樹脂或熱固性 (thermosetting)樹脂；但本發明並非限定於此。顯然，可應 用具有高光穿透性的聚合物樹脂。 在形成在聚合物層140表面的光學圖案中，從該聚合物層 上表面突起的突起圖案可為規則或不規則排列。該些突起圖案的 寬度可在10nm至200nm的範圍。該些光學圖案可具有如突起圖 案的各種3D結構。舉例而言，該些光學圖案可具有各式結構， 例如’圓錐形、圓柱狀、棱形、或光柵形（gratis此叩6)， 其垂直截面的形狀為矩形、三角形、或半圓形。 此外，當該聚合物層形成在該基板上的情況下，可藉由在 圖案形成所在之處使用一模具加壓而形成該些光學圖案。較佳的 疋，根據本發明的聚合物層可由具有折射係數低於該基板折射係 數的-材料所形成。在此方式下，增加了入射光L1的臨界角 (critical angle)，且藉由減少光入射平面的表面反射而可改 善透光度。在該光入射平面上之奈米尺寸光學圖案的出現增加了 光入射區域，進而改善透光性。再者，聚合物層14〇亦可作為一 保護層以保護基板110，進而增加基板的刮痕抗性（觀她 resistance)。 (2)保護層的結構 12 201222084 · 此外’不同於上述，圖6繪示-示範例，當其中一表面處 理層Y形成在第一柵格圖案121或第二栅格圖案13丨上。 表面處理層Y可形成在第一栅格圖案或第二柵格圖案上， 且表面處理層γ的結構可藉由大氣壓電聚處理（atm〇spheHc pressure Plasma treatment)、真空電漿處理（抑⑶服ρΐ^胍 treatment)、過氧（per0Xide)處理、促氧化（pr〇_〇xidant) 處理、耐蝕性（antiC0rr0Sive)處理、以及自組單分子層 (self-assembly mon〇iayer，SAM)塗層中任一者的表面處理而 形成。 特別是，如圖6 _，當軸絲面處理層γ難全部的 第二柵格圖案和介於該些第-柵格圖案121和該些第二拇格圖案 131之間的貼附區Ζ的情況下，可提供不會造成每—栅格圖案表 面變形且改善耐久性的-氧化膜或類似表面處理膜，以實現不會 降低光學躲缝雜質，且改衫二柵格_和第-栅格圖案 的聚合物層之間的附著度。 雖然已參閱示範實施例展示並描述本發明，熟習此項技藝 者應理解，在不絲本發_精神及範叙騎帽專利範圍的 定義内，在形式和細節上可有各種變化。因此，本發明的齡並 非上述說騎訂定’岐由卿的帽專撕定，*且在本範圍 内所有的差異應被解釋為已包括在本發明中。 【圖式簡單說明】 13 201222084 圖1至3為繪示根據本發明在液晶顯示器中液晶面板、背光單 元、以及線栅偏光板的排列之示意圖； 圖4繪示根據本發明線柵偏光板的主要部份之示竟圖. 以及 示意圖 圖5繪示根據本發明線栅偏光板的主要部份之示立· 圖6為繪示根據本發明線栅偏光板的另一督 只現不範例之 【主要元件符號說明】 1 反射片 2 導光板 3 擴散片 4 增光片 6 下基板 7 TFT陣列基板 8 彩色濾片 9 上基板 100 第一線柵偏光板 110 基板 120 第一柵格層 121 第一栅格圖案 130 第二柵格圖案 131 第一拇格圖案 140 聚合物層 141 光學圖案 201222084 200 第二線柵偏光板 C 保護層 LC 液晶 P ' PI ' P2 偏光板 PI 偏光板 γ 表面處理層 Ζ 貼附區 15

Claims (1)

1. 201222084 七、申請專利範圍： 1. 一種液晶顯示器包括： 一液晶面板包括一上基板和一下基板；以及 一或多個線柵偏光板設置在該上基板或該下基板上，其 中該些線栅偏光板包括： 一第一栅格層具有一或多個第一栅格圖案在一基板上； 以及 多個第二栅格圖案形成在該些第一栅格圖案上。 2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該線拇偏光 板為一第一線柵偏光板設置在該上基板上。 3. 如申請專娜圍第2項所述之液晶顯示H，其巾該第一線樹 偏光板直接貼附在該上基板的上表面。 4. 如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示器，更包括—偏光板 設置在該第一線栅偏光板和該上基板之間。 5. 如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示器，更包括一第二線 柵偏光板設置在該下基板的下方。 6. 如申請專利範圍第5項所述之液晶顯示器，更包括一偏光板 設置在該第二線柵偏光板和該下基板之間。 7·如申請專利範圍第5項所述之液晶顯示器，其中該第二線拇 偏光板設置在-結構中，在其中該線栅偏光板的該基板貼附 至該下基板。- 16 201222084 8.如申請專利範圍帛5項所述之液晶顯示器，其中該線拇偏光 板包括一保護層覆蓋該第二柵格圖案的上表面。 9·如申睛專利綱第8項所述之液晶顯示器，其中該保護層形 成來覆蓋該第二栅格圖案的整個侧面和上表面。 认如申請專利範圍第i項所述之液晶顯示器，其中該第一拇格 層由具有_基板_折_數的—高分子聚合物所形成。 U·如申請專鄕㈣丨項所狀減顯㈣，射該第二拇格 圖案由選自IS、鉻、銀、銅、錦、和㈣任_金屬或該些金 屬的合金所形成。 12·如申請專利範圍第i項所述之液晶顯示器，其中該第一拇格 圖案的寬度高度比例在1 :〇· 2至1:5的範圍。 认如申請專利翻第12項所述之液晶顯示器，其中該第一拇 格圖案對該第二栅格圖案的寬度比在1:Q 2至1:15的範 圍。 14·如申請專利範圍第12項所述之液晶顯示器，其中該第一栅 格圖案的寬度在1〇 nm至200 nm的範圍，且第一柵格圖^ 的高度在10 nm至500 nm的範圍。 ’、 15·如申請專利範圍第12項所述之液晶顯示器，其中該第二柵 格圖案的寬度在2 nm至300 nm的範圍。 16·如申請專利範圍第12項所述之液晶顯示器，其中該第一柵 格圖案的週期在100 nm至250 nm的範圍。 17 201222084 17. 如申請專利範圍筮彳 _ 第1項所述之液晶顯示器，其中該線柵偏光 板更可包括—聚合物層具有複數個光學圖案形成在該基板的 背面。 18. 如申請專利範圍第丨項所述之液晶顯示器，更包括一表面處 理層在该線柵偏光板的該些第一栅格圖案或該些第二栅格圖 案上。