TWI461795B - 液晶顯示器 - Google Patents

Description

液晶顯示器

本發明係關於一種具有線柵偏光板(wire grid polarizer)的液晶顯示器。

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畫素時，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 polarizing films)在該些吸收式偏光板上而實現一鏡像效應(mirror 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(moir)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。

此外，在高溫和高濕度時會降低液晶顯示器的可靠性，且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。

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柵格層(grid layer)，該第一柵格層具有在一基板上的第一柵格圖案(grid patterns)、以及形成在該些第一柵格圖案上的第二柵格圖案(grid patterns)，且該線柵偏光板係設置在一液晶顯示器或一背光單元上，藉此防止影像變形和亮度降低，以及達到高耐久性。

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，且一線柵偏光板係設置在液晶顯示器和一下基板上，藉此即使在高溫和高濕度環境下，亦可防止影像變形且確保高可靠度。

根據本發明，具有第一柵格圖案於基板上的第一柵格層和第二柵格層的線柵偏光板僅設置在液晶顯示器上，或者設置在液晶顯示器和背光單元上，防止影像變形和亮度降低且確保高耐久性。

再者，根據本發明提供在液晶顯示器的線柵偏光板可解決因高溫和高濕度所造成的可靠性降低的問題。不需要額外製程，且使用一特殊鏡就可解決製造成本的問題。

從結合附圖所得的下列敘述中，本發明特定示範實施例的上述和其它方向、特點和優勢將更顯而易見。

本發明係針對實現一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柵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。

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，且將省略重覆的敘述。必須了解，雖然在此處使用「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A其包括一上基板9或一下基板6，以及一或多個線柵偏光板100、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100、200可包括一第一柵格層，其具有一或多個第一柵格圖案在該基板上、以及第二柵格圖案(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之間的液晶LC、以及氧化銦錫(ITO)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，即使在高溫和高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，一第一線柵偏光板100可提供在液晶面板A上。根據另一實施例，一第二線柵偏光板200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柵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，而薄膜電晶體陣列基板7包括氧化銦錫(ITO)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可以一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繪示參照圖1的上述結構之修正範圍。

圖2與圖1之結構不同點在於：一線柵偏光板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和一第一線柵偏光板100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柵偏光板200。在此例中，設置在該液晶面板上基板的第一線柵偏光板100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圖案的柵格圖案，因此改善了抗高溫和抗高濕度環境的能力。

此外，當設置有第二線柵偏光板200的情況下，可偏極化從一光源發出的光。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柵偏光板的結構並請參考圖4。

根據本發明的線柵偏光板可包括一第一柵格層120，其具有一或多個第一柵格圖案121在一基板110上、以及一或多個第二柵格圖案130由一金屬所形成於第一柵格圖案121上。

可於該些第二柵格圖案130上進一步提供一保護層(passivation layer)C。保護層C可形成來覆蓋該些第二柵格圖案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上表面的第一柵格層120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柵格圖案121最好是形成在由一高分子聚合物所形成的第一柵格層的表面上。

亦即，第一柵格層120係定義為一層，其中為具有固定週期的突出圖案之複數個第一柵格圖案121係被提供在由一高分子聚合物所組成的一樹脂層的表面上。特別是，顯然根據本發明的第一柵格層120可以由其折射率(refractive index)低於、高於或等於該基板折射率的一高分子聚合物所形成，視使用目的而定。

此外，第一柵格圖案121寬度與高度的比例最好在1:0.2至1:5的範圍，而且第一柵格圖案121的寬度(w)最好在10 nm至200 nm的範圍，第一柵格圖案121的高度(h)在10 nm至500 nm的範圍。再者，第一柵格圖案的週期可在100 nm至250 nm的範圍。

第二柵格圖案130具有一結構，其中由一金屬所形成的細微突起圖案以固定週期排列。特別是，利用沉積所形成在第一柵格圖案121上表面的一突起結構可使用選自由鋁(Al)、鉻(Cr)、銀(Ag)、銅(Cu)、鎳(Ni)、和鈷(Co)的任一種金屬或其合金所形成。該週期意指一金屬柵格圖案(第二柵格圖案)和一相鄰金屬柵格圖案(第二柵格圖案)之間的距離。

在如圖1所示的第一線柵偏光板100的情況下，由如鋁(Al)的金屬所形成的第二柵格圖案的出現使獲得優越鏡像效應以及改善對於高溫和高濕度下的可靠性變得可行。

此外，第二柵格圖案130的剖面可為各種形狀，例如，長方形、三角形、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(sinusoidal wave)形圖案化之一基板的部份。亦即，可使用任何金屬線柵格，只要其在一方向以一固定週期排列，而不論其剖面結構。

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100 nm至250nm的柵格，可確保可見光區域的平衡且維持白平衡。如果該週期超過250nm，紅光、綠光、和白光則不平衡。

再者，根據本發明的線柵偏光板，可依據該二個柵格(第一和第二柵格圖案)的高度和寬度而調整透光度(transmittance)。如果該柵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下，柵格寬度增加則改善偏振特性。在此例中，第一柵格的寬度最好為第二柵格寬度的0.2至1.5倍。再者，第二柵格圖案130的寬度高度比例可在1:0.5至1:1.5的範圍。特別是，第一柵格圖案與第二柵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。

此外，當第二柵格圖案130為金屬柵格的上方表面暴露出的情況下，可藉由使用選自由聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、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(COP)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晶顯示器下基板外部的情況下，可改善反射性且增加了對抗環境的能力。因此，可藉由線柵偏光板設置在該液晶面板和背光單元之間而改善亮度。

以下將描述根據本發明設置在液晶顯示器中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繪示根據本發明線柵偏光板的另一示範例。在類似的方式下，該線柵偏光板包括第一柵格層120，其具有一或多個第一柵格圖案121在基板110上、以及一或多個第二柵格圖案130形成在該些第一柵格圖案121上。特別是，該線柵偏光板可進一步包括一聚合物層140包含複數個光學圖案141形成在下玻璃基板110的背面。藉由提供該聚合物層，在其中光學圖案形成在金屬柵格圖案形成所在的該基板的相反表面，可減少光入射時的光損失。因此，增加傳送的光量且穩定顏色座標(color coordinate)。

在此例中，最好是，形成在第二柵格圖案130形成所在的基板表面的相反表面的聚合物層140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(grating shape)，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。較佳的是，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一材料所形成。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140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(scratch resistance)。

(2)保護層的結構

此外，不同於上述，圖6繪示一示範例，當其中一表面處理層Y形成在第一柵格圖案121或第二柵格圖案131上。

表面處理層Y可形成在第一柵格圖案或第二柵格圖案上，且表面處理層Y的結構可藉由大氣壓電漿處理(atmospheric pressure plasma treatment)、真空電漿處理(vacuum plasma treatment)、過氧(peroxide)處理、促氧化(pro-oxidant)處理、耐蝕性(anticorrosive)處理、以及自組單分子層(self-assembly monolayer，SAM)塗層中任一者的表面處理而形成。

特別是，如圖6所示，當形成的表面處理層Y覆蓋全部的第二柵格圖案和介於該些第一柵格圖案121和該些第二柵格圖案131之間的貼附區Z的情況下，可提供不會造成每一柵格圖案表面變形且改善耐久性的一氧化膜或類似表面處理膜，以實現不會降低光學特性的物理性質，且改善第二柵格圖案和第一柵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，在不偏離本發明的精神及範疇及所附申請專利範圍的定義內，在形式和細節上可有各種變化。因此，本發明的範疇並非上述說明所訂定，而是由所附的申請專利所定，而且在本範圍內所有的差異應被解釋為已包括在本發明中。

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．．．第一柵格圖案

130．．．第二柵格圖案

131．．．第二柵格圖案

140．．．聚合物層

141．．．光學圖案

200．．．第二線柵偏光板

C．．．保護層

LC．．．液晶

P、P1、P2．．．偏光板

P1．．．偏光板

Y．．．表面處理層

Z．．．貼附區

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、以及線柵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意圖；

圖5繪示根據本發明線柵偏光板的主要部份之示意圖；以及

圖6為繪示根據本發明線柵偏光板的另一實現示範例之示意圖。

1．．．反射板

2．．．導光板

3．．．擴散片

4．．．增光片

6．．．下基板

7．．．薄膜電晶體陣列基板

8．．．彩色濾片

9．．．上基板

100．．．第一線柵偏光板

200．．．第二線柵偏光板

LC．．．液晶

Claims (17)

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，其中該些線柵偏光板包括：一第一柵格層具有一或多個第一柵格圖案在一基板上；多個第二柵格圖案形成在該些第一柵格圖案上；以及一聚合物層具有複數個光學圖案形成在該基板的背面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該線柵偏光板為一第一線柵偏光板設置在該上基板上。
3. 如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示器，其中該第一線柵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，更包括一偏光板設置在該第一線柵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，其中該第二線柵偏光板設置在一結構中，在其中該線柵偏光板的該基板貼附至該下基板。
8. 如申請專利範圍第5項所述之液晶顯示器，其中該線柵偏光板包括一保護層覆蓋該第二柵格圖案的上表面。
9. 如申請專利範圍第8項所述之液晶顯示器，其中該保護層形成來覆蓋該第二柵格圖案的整個側面和上表面。
10. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該第一柵格層由具有與該基板相同折射係數的一高分子聚合物所形成。
11. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該第二柵格圖案由選自鋁、鉻、銀、銅、鎳、和鈷的任一金屬或該些金屬的合金所形成。
12. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該第一柵格圖案的寬度高度比例在1：0.2至1：5的範圍。
13. 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對該第二柵格圖案的寬度比在1：0.2至1：1.5的範圍。
14. 如申請專利範圍第12項所述之液晶顯示器，其中該第一柵格圖案的寬度在10nm至200nm的範圍，且第一柵格圖案的高度在10nm至500nm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2nm至300nm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100nm至250nm的範圍。
17. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，更包括一表面處理層在該線柵偏光板的該些第一柵格圖案或該些第二柵格圖案上。