TWI384276B

TWI384276B - 液晶顯示裝置

Info

Publication number: TWI384276B
Application number: TW97121051A
Authority: TW
Inventors: Kousuke Nasu; Yasuhiro Matsushita; Masahide Inoue
Original assignee: Tpo Displays Corp
Priority date: 2007-06-07
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2013-02-01
Also published as: JP2008304673A; TW200848851A; CN101320161B; CN101320161A; JP4798633B2

Description

液晶顯示裝置

本發明係關於一種穿透式或半反穿式液晶顯示器，特別是關於不使用偏光板，而可改善光利用率之穿透式或半反穿式液晶顯示器。

液晶顯示裝置中，目前提供與CRT不相上下之圖像的平面板顯示裝置，使用於個人電腦、電視、行動電話之畫面及各種OA裝置等上，正期待市場進一步擴大。

此種液晶顯示裝置依圖像顯示用之光的入射方法來區別，包含：反射式液晶顯示裝置、穿透式液晶顯示裝置及半反穿式液晶顯示裝置。反射型液晶顯示裝置中，一般而言，為使入射光散射所加工的反射基板與透明基板呈相對狀態方式組合，於其間將顯示材料的液晶封入該反射式液晶元件，且將該吸收型偏光膜貼附至反射式液晶元件之透明基板側之方式構成，不過圖上並未顯示。

另外，穿透式液晶顯示裝置中，如第五圖所示，於相對而組合之二片透明基板，亦即上面透明基板13與下面透明基板14之間封入液晶而形成的液晶層12之兩面，組合貼有上面吸收型偏光膜15及下面吸收型偏光膜16的液晶顯示元件，及在其下側配置為使面內均一之平面光射出而加工的背光11，藉由該液晶顯示元件與背光11之組合，而使液晶顯示元件之上側作為顯示圖像之顯示面。

此外，亦開發出分別使用反射式與穿透式之半反穿式液晶顯示裝置，其係於反射基板之一部分形成開口部，以組成背光。半反穿式液晶顯示裝置藉由陽光、日光燈等外部照明時，用作反射式之裝置，或是安裝背光而用作穿透式之裝置，不過，為了具有兩者之功能，而在反射基板之一部分上設置來自背光之光可通過之開口部。第六圖係顯示半反穿式液晶顯示裝置之例圖，來自背光之透過光藉由通過偏光板21，僅穿透直線偏光成分，並在λ/4板22中轉換成左圓偏光。

上述之穿透式或半反穿式液晶顯示裝置中，來自背光之光中的P偏光成分(與偏光板之偏光軸平行之偏光波)透過吸收型偏光膜，而入射於液晶層，不過，S偏光成分(與偏光板之偏光軸垂直之偏光波)被下側偏光膜吸收，而不入射於液晶元件，光利用率降低。此外，由於偏光膜吸收藍色，因此存在對比降低之問題。

因此，用於防止光利用率降低，而有效使用顯示器內之光的方法，開發有反射型偏光膜(DBEF)(參照下述專利文獻1)。如第七圖所示，DBEF藉由使來自背光之光的P偏光成分穿透，而使S偏光成分反射，以射回背光，再藉由以背光表面或背面反射，而再度通過DBEF。此時，係P偏光成分通過，而反射S偏光成分，藉由反覆該動作，光利用率提高，而可增加亮度。

但是，使用DBEF之問題為液晶模組變厚，成本亦提高。此外，將DBEF貼合於偏光板時，係使用黏合劑等，其產生光吸收，仍然有光利用率降低之問題。再者，併用DBEF與偏光膜時，或單獨使用偏光膜時，如前述，亦有藍色光被偏光膜吸收，而帶紅色之問題。

[專利文獻1]日本特表2003-511826號公報

為了解決偏光膜及DBEF之上述問題，本發明之目的在於不使用偏光膜及DBEF，並將不會色彩附著之鮮明的光提高利用率而適用於顯示器。

本發明係在穿透式或半反穿式液晶顯示裝置中之液晶層內的透過部分之基板上配置繞射光柵，藉由液晶之折射率的關係將前述繞射光柵之光柵間距設為一定寬度以下，且不使用偏光膜及DBEF，並防止因分光造成色彩附著，以提高光利用率。

所謂繞射光柵，係指利用光之繞射現象，而獲得特定波長用之裝置。一般而言，繞射光柵係利用在鏡面加工之板(如金屬板)上，於1mm中平行地製作數千條溝，而使該繞射光柵之反射光彼此相互干擾。本發明可實現使用之繞射光柵係在透明基板上，將不透過光之金屬膜等，以間距寬1μm以下加工成條紋狀。此外，使用繞射光柵時，其溝間之間距寬，使繞射之光分光而色彩附著，因此，需要以不致分光之方式而縮小間距。本發明中，使用繞射光柵以提高光利用率時，求出不致於分光之間距的適切範圍。亦即，本發明提供之穿透式或半反穿式液晶顯示器，包含：一彩色濾光器；一相對該彩色濾光器之基板，該基板上設有一透過部；一液晶層，係設於該彩色濾光器與該基板間；以及一繞射光柵，係置於該透過部上，且靠近該液晶側內面處，並係依液晶之折射率的關係限定光柵之間距寬。

第一圖顯示本發明之液晶顯示裝置的光之行進路線。在與彩色濾光器3相對之玻璃基板1上的透過部中之液晶層側配置有繞射光柵4。來自背光(圖上未顯示)之光線中的S偏光成分被繞射光柵反射，並經背光反射後，作為自然光而再度入射於繞射光柵。此處，再度入射於繞射光柵4之自然光僅反射S偏光成分，而P偏光成分則穿透。如此，藉由反覆光之再循環，可使液晶顯示面板表面亮度提高。

此外，先前之半反穿式液晶顯示裝置中，於反射模式時，透過部分無助於反射，而本發明中，由於在透過部分配置有繞射光柵，因此，於反射模式中亦可使透過部分反射。

採用本發明時，因為不使用偏光膜及DBEF，因此，可提供厚度薄、成本低，且色調鮮明、而亮度高之顯示裝置。此外，將本發明適用於半反穿式液晶顯示裝置時，於反射模式時，透過部分亦可有助於反射，而可提供反射模式時明亮之半反穿式液晶顯示裝置。

其次，求出配置繞射光柵時，通過繞射光柵之光不致分光的條件。

第二圖中，波長λ之平行光以入射角θ₁ 自折射率n₁ 之物質入射於繞射光柵，在折射率n₂ 之物質中，m次之透過光在角度θ₂ 方向繞射時，此時繞射條件如下述公式：2π/λ‧n₁ ‧sin(θ₁ )=2π/λ‧n₂ ‧sin(θ₂ )+m‧G(I)

其中，G=2π/d。

此時，因為光柵間距d大時，多次光(亦即，m≠0)分光，所以可看出色彩附著，此外，即使擴大入射角，仍射出多次光。因此，為了求出不論任何入射角，均不射出多次光用之光柵間距的最大值，而將θ₁ =90∘，θ₂ =-90∘，m=+1帶入上述公式(I)時，得到：d_T12 =λ/(n₁ +n₂ )　　　(II)

其次，第二圖中，波長λ之平行光以入射角θ₁ 自折射率n₁ 之物質入射於繞射光柵，m次之反射光在反射角θ₃ 方向繞射時，得到其次之關係：2π/λ‧n₁ ‧sin(θ₁ )=2π/λ‧n₁ ‧sin(θ₃ )+m‧G(III)

其中，G=2π/d。

與透過繞射光之情況同樣地，反射繞射光亦因光柵間距d大時，多次光(亦即，m≠0)分光，所以可看出色彩附著，此外，即使擴大入射角，仍射出多次光。因此，為了求出不論任何入射角，均不射出多次光用之光柵間距的最大值，而將θ₁ =+90∘，θ₃ =-90∘，m=+1帶入上述公式(III)時，得到：d_R12 =λ/2n₁ 　　　(IV)

其次，如第三圖所示，考慮波長λ之光線自折射率n₂ 之物質透過繞射於折射率n₁ 之物質的情況時，得到其次之關係式：2π/λ‧n₂ ‧sin(θ₂ )=2π/λ‧n₁ ‧sin(θ₁ )+m‧G(V)

其中，G=2π/d。

與上述情況同樣地，為了求出不論任何入射角，均不射出多次光用之最大值，而將θ₁ =+90∘，θ₁ =-90∘，m=+1帶入上述公式(V)時，得到：d_T21 =λ/(n₁ +n₂ )　　　(VI)

最後，第三圖中，考慮波長λ之光線自折射率n₂ 之物質反射繞射之情況時，得到其次之關係：2π/λ‧n₂ ‧sin(θ₂ )=2π/λ‧n₂ ‧sin(θ₃ )+m‧G(VII)

其中，G=2π/d。

與上述情況同樣地，為了求出不論任何入射角，均不射出多次光用之最大值，而將θ₂ =+90∘，θ₃ =-90∘，m=+1帶入上述公式(V)時，得到：d_TR21 =λ/2n₂ 　　　(VIII)

此時，在行動電話及小型、中型或大型液晶模組中，由於背光光源多使用模擬白色LED，因此，檢討採用模擬白色LED作為光源之情況。由於模擬白色LED包含第四圖所示之發光光譜，因此，求出λ=0.40μm、0.46μm、0.47μm、0.50μm之各個情況的d_T12 (d_T21 )、d_R12 、d_R21 時，分別成為表1、表2、表3、及表4的結果。此時，n₁ 為玻璃之折射率n₁ =1.59，n₂ 為液晶之折射率n₂ =1.45~1.65。

雖然使用之光源的波長愈長，間距條件愈緩和，但是，因為考慮模擬白色LED背光有第二光強度峰值者最大為0.5μm程度，所以本發明使用考慮之最大波長為0.5μm時不產生分光之繞射光柵的間距寬，並特別設定波長分別為0.47μm、0.46μm、0.40μm時亦不會產生分光之繞射光柵的間距寬。

以上所述，本發明之第一種形態的特徵為：從白色光源使用λ=0.50μm之波長時的表4之結果，係使用液晶之折射率未達1.60時，光柵之間距寬設為0.1572μm以下，液晶之折射率為1.60以上時，光柵之間距寬設為0.1515μm以下的繞射光柵。

其次，本發明之第二種形態的特徵為：從白色光源使用λ=0.47μm之波長時的表3之結果，係使用液晶之折射率未達1.60時，光柵之間距寬設為0.1478μm以下，液晶之折射率為1.60以上時，光柵之間距寬設為0.1424μm以下的繞射光柵。

此外，本發明之第三種形態的特徵為：從白色光源使用λ=0.46μm之波長時的表2之結果，係使用液晶之折射率未達1.60時，光柵之間距寬設為0.1447μm以下，液晶之折射率為1.60以上時，光柵之間距寬設為0.1394μm以下的繞射光柵。

最後，本發明之第四種形態的特徵為：從白色光源使用λ=0.40μm之波長時的表1之結果，係使用液晶之折射率未達1.60時，光柵之間距寬設為0.1258μm以下，液晶之折射率為1.60以上時，光柵之間距寬設為0.1212μm以下的繞射光柵。

本發明中，亦可依需要在光之入射側併用偏光板。偏光板除了碘系者之外，可使用一般偏光板所使用之材料。

1‧‧‧透明玻璃基板

2‧‧‧透明玻璃基板

3‧‧‧彩色濾光器

4‧‧‧繞射光柵

5‧‧‧反射膜

11‧‧‧背光

12‧‧‧液晶層

13‧‧‧上面透明基板

14‧‧‧下面透明基板

15‧‧‧上面吸收型偏光膜

16‧‧‧下面吸收型偏光膜

17‧‧‧透過型液晶顯示裝置

21‧‧‧偏光板

22‧‧‧λ/4複折射膜

23‧‧‧玻璃基板

24‧‧‧光反射膜

25‧‧‧絕緣膜

31‧‧‧導光板

32‧‧‧下側偏光膜

33‧‧‧上側偏光膜

34‧‧‧液晶顯示器

35‧‧‧反射型偏光膜(DBEF)

36‧‧‧反射膜

d‧‧‧繞射光柵之間距寬

n₁ ‧‧‧折射率

n₂ ‧‧‧折射率

θ₁ ‧‧‧來自n₁ 之物質的入射角或對n₁ 之物質的繞射角

θ₂ ‧‧‧來自n₂ 之物質的入射角或對n₂ 之物質的繞射角

第一圖顯示光在本發明之液晶顯示裝置中的行進路線。

第二圖顯示光自折射率n₁ 之物質透過繞射或反射繞射時的行進路線。

第三圖顯示光自折射率n₂ 之物質透過繞射或反射繞射時的行進路線。

第四圖顯示模擬白色LED之發光光譜。

第五圖顯示穿透式液晶顯示裝置之構造。

第六圖顯示半反穿式液晶顯示裝置之構造。

第七圖顯示反射型偏光膜(DBEF)之原理。

1‧‧‧透明玻璃基板

2‧‧‧透明玻璃基板

3‧‧‧彩色濾光器

4‧‧‧繞射光柵

5‧‧‧反射膜

Claims

一種穿透式或半反穿式液晶顯示裝置，包含：一彩色濾光器；一相對該彩色濾光器之基板，該基板上設有一透過部；一液晶層，係設於該彩色濾光器與該基板間；以及一繞射光柵，係置於該透過部上，且靠近該液晶側內面處，並係依液晶之折射率的關係限定光柵之間距寬。
如申請專利範圍第1項之穿透式或半反穿式液晶顯示裝置，其中前述繞射光柵係液晶之折射率未達1.60時，光柵之間距寬設為0.1572μm以下，液晶之折射率為1.60以上時，光柵之間距寬設為0.1515μm以下。
如申請專利範圍第1項之穿透式或半反穿式液晶顯示裝置，其中前述繞射光柵係液晶之折射率未達1.60時，光柵之間距寬設為0.1478μm以下，液晶之折射率為1.60以上時，光柵之間距寬設為0.1424μm以下者。
如申請專利範圍第1項之穿透式或半反穿式液晶顯示裝置，其中前述繞射光柵係液晶之折射率未達1.60時，光柵之間距寬設為0.1447μm以下，液晶之折射率為1.60以上時，光柵之間距寬設為0.1394μm以下者。
如申請專利範圍第1項之穿透式或半反穿式液晶顯示裝置，其中前述繞射光柵係液晶之折射率未達1.60 時，光柵之間距寬設為0.1258μm以下，液晶之折射率為1.60以上時，光柵之間距寬設為0.1212μm以下者。
如申請專利範圍第1至5項中任一項之穿透式或半反穿式液晶顯示裝置，其中進一步在基板內之光的入射側配置偏光板。
如申請專利範圍第1至5項中任一項之穿透式或半反穿式液晶顯示裝置，其中背光之光源係使用模擬白色LED。
如申請專利範圍第6項之穿透式或半反穿式液晶顯示裝置，其中背光之光源係使用模擬白色LED。