TWI497163B - 具有觸控螢幕功能的液晶顯示器裝置 - Google Patents

Description

具有觸控螢幕功能的液晶顯示器裝置

本發明關於具有觸控螢幕功能的液晶顯示器(LCD,“Liquid crystal display”)裝置，尤指一種可有效改善戶外可見度及觀視角度特性之具有觸控螢幕功能之LCD裝置。

概言之，影像顯示裝置包括一電致發光(EL,“Electroluminescent”)面板，一陰極射線管(CRT,“Cathode ray tube”)、一發光二極體(LED,“Light emitting diode”)、一電漿顯示面板(PDP,“Plasma display panel”)、及一液晶顯示器(LCD)裝置。

在這些影像顯示裝置當中，一LCD裝置藉由施加一電場到具有一非等向性介電常數之一液晶材料而到得一想要的影像信號，該液晶材料係填入在於其上形成有薄膜電晶體(TFT,“Thin film transistor”)之陣列基板與一彩色濾光器基板之間；並調整該電場的強度來調整穿透該基板之光線量。

這種LCD裝置為一平板顯示裝置，其好處為小型尺寸以及低的電力消耗，並廣為用於例如膝上型電腦之攜帶式電腦、辦公室自動化設備、及音訊/視訊設備。

一數位化器安裝在一LCD裝置中，其提供輸入一電子繪圖信號在要顯示一影像的螢幕之上的功能。這種數位化器稱之為一電子繪圖輸入面板(EGIP,“Electric graphic input panel”)或一觸控面板。安裝在一LCD裝置中的數位化器亦稱之為一觸控螢幕或數位板。

近年來，因為LCD裝置由於LCD技術的快速發展而已實現高解析度，高解析度繪圖處理即可實行，而一數位化器甚至可用於膝上型電腦中做為一輸入裝置。

第1圖為一習用具有觸控螢幕之LCD裝置的橫截面圖。

請參照第1圖，習用具有觸控螢幕功能之LCD裝置為一平面上切換(IPS,“In-plane switching”)模式之LCD裝置，並包含一液晶面板層LP，其中包括彼此相對的第一基板1與第二基板2，且一液晶層3填入在第一基板1與第二基板2之間，A板4及C板5依序形成在第一基板1上，一第一偏光板6形成在C板5上，一第二偏光板7形成在第二基板2之下，且一觸控面板8形成在第一偏光板6上。

第一基板1為一彩色濾光器(C/F,“Color filter”)基板，其通常包括一光線遮蔽層(黑矩陣，BM,“Black matrix”)，用於防止光線洩漏，以及紅(R)、綠(G)及藍(B)之彩色濾光層，用於實現一彩色影像，雖然在圖中未示出。

第二基板2為一TFT陣列基板，其通常包括用於定義一單元像素之閘極與資料線，形成在該閘極與資料線之交會處的TFT，一共用電極，及一像素電極，雖然在圖面中未示出。

該觸控面板8係例如為一電阻式數位化器，且包括一薄膜型式的一上方基板8a，在其上形成一上方電極(未示出)，一下方基板8b，在其上形成一下方電極(未示出)，及一間隔器8c，其提供上方基板8a與下方基板8b之間一預定的間隔。

如果一預定輸入手段(例如手指或筆)接觸到上方基板8a上的某個點，形成在上方基板8a上的上方電極與形成在下方基板8b的下方電極彼此電氣連接。此時，一控制單元讀取在該接觸點處由一電阻值改變的一電壓值以及根據電位差異之改變的針點位置座標。

然而，上述之這種具有觸控螢幕功能之LCD裝置之問題在於因為設置在觸控面板8內側之間隔器8c而存在一空氣隙，其會增加表面反射率，因此降低了戶外可見度。

本發明關於一種具有觸控螢幕功能之LCD裝置，其中藉由於既有觸控面板內側所形成的一空氣隙區域中形成一相位補償手段或一偏光手段而移除一空氣隙，所以可以有效改善戶外可見度及觀視角度特性。

根據本發明一種態樣，具有觸控螢幕功能的液晶顯示器(LCD)裝置包括有：一液晶面板層，其包括填入在第一與第二基板間的一液晶層；及一觸控面板層，其係形成在該第一基板上，其包括堆疊在其中的至少一相位補償手段，並在當由於外部壓力而一上方電極與一下方電極彼此接觸到時偵測一接處點，其中該相位補償手段被圖案化，所以該上方電極與該下方電極能夠彼此接觸。

該相位補償手段可形成為一單一平板(或層)或是多重平板(或複數層)所形成。一平板代表一獨立結構被插入其中的型式，而一層代表使用像是沉積的技術堆疊在一下方結構上的型式。例如，如果插入一單一平板，其可堆疊一A板或一C板，且如果插入兩個平板，該A板與該C板皆被堆疊。在此處，該相位補償手段可被圖案化，所以該上方與下方電極能夠彼此接觸。

該相位補償手段可以包括一A板、一C板、A及C板、一λ/4相位遲滯薄膜、及一λ/2相位遲滯薄膜中至少一項。一偏光手段可被加入到至少一相位補償手段。此代表例如一單一相位遲滯平板(λ/4)及一偏光板可被加在一起。

如果該相位補償手段形成為A及C板所形成，一偏光板更可進一步形成在該第二基板之下。該偏光板可以包括一聚合物偏光媒體層，用於偏移入射光線，及一ORT(Zero Retardation TAC)保護層，其形成在該聚合物偏光媒體層之上表面之上。

同時，該觸控面板層可以包括一分離下方基板，但其更有效率地使用該第一基板做為該觸控面板層之下方基板。

如果對應於一空氣隙之高度的間隔並未固定，一保護層可被加入來確保對應於一空氣隙之高度的一間隔。例如，如果一空氣隙為3μm到5μm，且該相位遲滯板為0.2μm，整體厚度藉由加入一預定厚度的保護層即可調整。在此例中，該保護層可被圖案化，使得該上方與下方電極能夠彼此接觸。

又，如果該相位補償手段為一相位遲滯板，該觸控面板層包括：一觸控板，其包括形成在該第一基板上之一第一電極，及形成與該第一基板之上表面隔開，並相對於該第一電極之一第二電極；及一偏光層，其形成在該第一基板與該觸控板之間，並堆疊在該第一基板之上表面之上。該偏光層可形成與該相位遲滯板為相同形狀。

該相位遲滯板可以包括一λ/4相位遲滯膜，且該偏光層可形成在對應於該液晶面板層之像素區域的位置處。該偏光層可以包括一薄膜型式的聚合物偏光媒體層，用於偏移入射光線，而一偏光板更可進一步形成在該第二基板之下。該偏光板可以包括一聚合物偏光媒體層，其形成在中央處來偏移入射光線，及一對保護層，其形成在該聚合物偏光媒體層之兩側之上。

根據本發明另一種態樣，一液晶顯示器(LCD)裝置包括：一液晶面板層，其包括填入在第一與第二基板間的一液晶層；及一觸控面板層，其係形成在該第一基板上，其包括堆疊在其中的一偏光手段，並在當由於外部壓力而一上方電極與一下方電極彼此接觸到時偵測一接觸點，其中該偏光手段被圖案化，所以該上方電極與該下方電極能夠彼此接觸。

該第一基板之功能做為該觸控面板層之下方基板。

一圖案化保護層可形成在該偏光手段之上或之下，且該偏光手段可形成為單一平板(或層)或是多重平板(或複數層)。

以下將參照附屬圖面詳細說明本發明之示例性具體實施例。本發明配合其示例性具體實施例做顯示及說明，本技藝專業人士將可瞭解到在不悖離本發明之精神與範圍之下進行不同的修改。

(第一示例性具體實施例)

第2圖為根據本發明第一示例性具體實施例之具有一觸控螢幕功能之LCD裝置的橫截面圖，而第3圖為根據本發明第一示例性具體實施例的一觸控面板層之平面圖。

請參照第2圖及第3圖，根據本發明第一示例性具體實施例之具有一觸控螢幕功能之LCD裝置包括一液晶面板層LP，其包括彼此相對的第一基板100與第二基板200，及填入在第一基板100與第二基板200之間的一液晶層300，形成在第一基板100上的一觸控面板層400，形成在觸控面板層400上一第一偏光板500，及形成在第二基板200之下的一第二偏光板600。

第一基板100為一彩色濾光器(C/F,“Color filter”)基板，且通常包括一光線遮蔽層(黑矩陣，BM,“Black matrix”)，用於防止光線洩漏，以及紅(R)、綠(G)及藍(B)之彩色濾光層，用於實現一彩色影像，雖然在圖中未示出。

第二基板200為一TFT陣列基板，且通常包括用於定義一單元像素之閘極與資料線，形成在該閘極與資料線之交會處的TFT，一共用電極，及一像素電極，雖然在圖面中未示出。

液晶層300填入在第一基板100與第二基板200之間，並具有雙折射性，其中液晶分子之長軸方向與短軸方向在折射係數上有所不同。因為該折射係數由於雙折射性而根據該LCD裝置之觀視位置而有所不同，當一偏光狀態於線性偏光光線穿過該液晶而改變時，即發生一相位差，因此由前方觀視時的光線量不同於由在前方之外的其它位置處觀視時的光線量。

也就是說，使用一液晶材料之LCD裝置根據觀視角度會發生像是對比度改變、色彩偏移及灰階倒反的現象，以及不想要的光線洩漏。

為了解決以上問題，利用一相位差補償薄膜做為一種補償發生在該液晶面板層LP中之相位差的方法。為此目的，在根據本發明之第一示例性具體實施例的LCD裝置中，在觸控面板400內側形成有一A板430，用於補償液晶層300之水平折射係數的差異，及形成有一C板440，用於補償液晶層300之垂直折射係數的差異。

觸控面板400包括上方基板410與下方基板420，及A板430與C板440，其係形成在上方基板410與下方基板420之間，其依序堆疊在下方基板420之上。

觸控面板層400為一電阻式數位化器，其類似於習用的觸控面板(第1圖中的元件符號8)，並包括一薄膜型式的上方基板410，在其上形成有一上方電極(第3圖中的元件符號415)，下方基板420，在其上形成有一下方電極(第3圖中的元件符號425)，及A板430與C板440，其依序形成在上方基板410與下方基板420之間。

上方電極415與下方電極425形成為晶格型式，其中複數金屬線設置成固定間隔而彼此交錯。較佳地是，上方電極415形成為與一閘極線為相同方向，且下方電極425形成為與一資料線為相同方向。

上方電極415與下方電極425可由具有絕佳的光線穿透性之一透明導電金屬製成，像是氧化銦錫(ITO,“Indium tin oxide”)或氧化銦鋅(IZO,“Indium zinc oxide”)。

A板430與C板440為補償薄膜，用於補償發生在液晶面板層LP中的相位差。一液晶之折射係數由三個向量nx,ny及nz所指明。A板430為一種補償nx與ny之間差異的薄膜，也就是說，水平折射係數的差異，而C板440為一種補償nz與ny之間差異的薄膜，也就是說，垂直折射係數的差異。

A板430與C板440亦與設置在習用觸控面板8內側的間隔器(第1圖中元件符號8c)為相同角色。

A板430與C板440之相位差值可根據一液晶模式而改變。同時，如第3圖所示，A板430與C板440較佳地是形成在對應於一液晶單元區域，也就是一像素區域(P)的一位置處。

因此，因為該等A板與C板可形成在該觸控面板之內側，即可達到成本降低的效果，且因為該觸控面板之內側填入有一媒體，即可降低表面反射性，因此可以有效地改善戶外可見度。

執行圖案化使得A板430與C板440僅形成在ITO互連接之內側(即由上方電極415與下方電極425所形成的內部區域)，因此上方電極415與下方電極425由於觸碰而造成ITO互相接觸。A板430與C板440之圖案化可使用例如一微影技術來進行。

如果一預定輸入手段，例如手指或筆，其接觸觸控面板層400之上方基板410上的某個點，形成在上方基板410上的上方電極415電氣連接至形成在下方基板420上的下方電極425。此時，一控制單元讀取在該接觸點處由一電阻值改變的一電壓值以及根據電位差異之改變的針點位置座標。

第一偏光板500與第二偏光板600為拉伸的薄膜，其附著於液晶面板層LP之兩個最外側邊，並包括多重薄膜，例如三醋酸纖維素薄膜(TAC,“Triacetate cellulose”)、聚乙烯醇(PVA,“Polyvinyl alcohol")薄膜、保護膜及釋放膜。第一偏光板500與第二偏光板600提供偏移的光線，其藉由僅穿透在360度之全方位振盪平面之自然光線當中具有某個方向之振盪平面之光線並吸收剩餘的光線。

特別是，第一偏光板500基本上包括複數薄膜。也就是說，用於偏移入射光線之聚合物偏光媒體層500a設置在中央處，且第一保護層500b與第二保護層500c在聚合物偏光媒體層500a之兩側上形成為一支撐層。

同時，第一保護層500b及第二保護層500c可由例如一TAC層所形成。該TAC層可由不同種類的補償薄膜來取代。

第二偏光板600基本上包括複數薄膜。也就是說，用於偏移入射光線的一聚合物偏光媒體層600a設置在中央處，一第三保護層600b附著於聚合物偏光媒體層600a之上表面，及一第四保護層600c，其附著於聚合物偏光媒體層600a之底表面。

第三保護層600b之功能同時做為A板430及TAC層。也就是說，第三保護層600b為一零遲滯TAC(ORT,“Zero Retardation TAC”)層。

第四保護層600c類似於第一保護層500b與第二保護層500c，可由一TAC層所形成。該TAC層可由不同種類的補償薄膜來取代。

第一偏光板500之光線穿透軸相對於第二偏光板600之光線穿透軸具有90°的角度。

同時，在上述之本發明的第一示例性具體實施例中，觸控面板400之下方基板420設置在液晶面板層LP的第一基板100之上，但本發明並不限於此。例如，不具有下方基板420的觸控面板層400可直接附著於第一基板100之上表面。也就是說，觸控面板400的下方基板420可由液晶面板層LP之第一基板100所取代。

(第二示例性具體實施例)

第4圖為根據本發明一第二示例性具體實施例中具有一觸控螢幕功能之LCD裝置的橫截面圖。

請參照第4圖，根據本發明第二示例性具體實施例具有一觸控螢幕功能的LCD裝置包括一液晶面板層LP，其包括彼此相對的第一基板1000與第二基板2000，及一液晶層3000，其填入在第一基板1000與第二基板2000之間，一第一相位遲滯板4000，其插入在第一基板1000與液晶層3000之間，一第二相位遲滯板5000，其形成在第一基板1000之上，一偏光層6000，其形成在第二相位遲滯板5000之上，一觸控板7000，其形成在偏光層6000之上，及一偏光板8000，其形成在第二基板2000之下。

第一基板1000、第一相位遲滯板4000、偏光層6000及觸控板7000執行與本發明之第一示例性具體實施例中應用的觸控面板層(第2圖中的元件符號400)具有相同的功能。觸控板7000對應於觸控面板層400之上方基板(第2圖中的元件符號410)，並具有與上方電極(第3圖中的元件符號415)相同的一上方電極(未示出)。

第一基板1000同時執行觸控面板層400之下方基板(第2圖中的元件符號420)的功能，及液晶面板層LP之第一基板(第2圖中的元件符號100)的功能，其係應用在本發明的第一示例性具體實施例中。

也就是說，第一基板1000為一彩色濾光器(C/F,“Color filter”)基板，並包括一光線遮蔽層(黑矩陣，BM,“Black matrix”)，用於防止光線洩漏，以及紅(R)、綠(G)及藍(B)之彩色濾光層，用於實現一彩色影像，雖然在圖中未示出。同時，一下方電極(未示出)形成在第一基板1000上，類似於觸控面板層400之下方基板420。

第一相位遲滯板4000與第二相位遲滯板5000用於改變光線的偏光狀態。例如，做為第一相位遲滯板4000與第二相位遲滯板5000，其可使用利用具有一相位差λ/4(λ=550nm)的一四分之一波板(QWP,“Quarter wave plate”)來轉換圓形偏光的入射光線成為線性偏光光線或轉換線性偏光光線成為圓形偏光光線的一λ/4相位遲滯膜，及藉由旋轉一預定角度轉換圓形偏光的入射光線成為圓形偏光光線或藉由旋轉一預定角度轉換線性偏光光線成為圓形偏光光線的一λ/2相位遲滯膜。

該λ/4相位遲滯膜用於遲滯穿透光線的相位λ/4，而該λ/2相位遲滯膜用於遲滯穿透光線的相位λ/2。

偏光層6000較佳地是由一聚合物偏光媒體層所形成，其係以薄膜型式設置在第二遲滯板5000之上表面之上來偏移入射光線。

在此處，一保護膜(未示出)可設置在偏光層6000之上，其位在偏光層6000與第二相位遲滯板5000之間及/或位在第二相位遲滯板5000與第二基板1000之間。

第二相位遲滯板5000與形成在第一基板1000與觸控板7000之間的偏光層6000可以形成在對應於液晶面板層LP的一像素區域P(參見第3圖)之位置處。

偏光板8000具有與應用在本發明之第一示例性具體實施例中的第一偏光板500相同的結構。也就是說，用於偏移入射光線之聚合物偏光媒體層8000a設置在中央處，且第一保護層8000b與第二保護層8000c在聚合物偏光媒體層8000a之兩側上形成為一支撐層。

第一保護層8000b與第二保護層8000c例如可由一TAC層所形成。該TAC層可由不同種類的補償薄膜來取代。

元件符號9000代表一被覆層，其為一低反射性層，且施加抗反射(AR,“Anti-reflection”)表面處理到其表面，並形成在觸控板7000之上。

該抗反射表面處理為一種重複被覆不同無機介電材料的方法，以造成入射光線與反射線之間的非破壞性干擾，藉以降低反射的光線。這種抗反射處理方法主要分類成多重被覆不同種類的金屬氧化物之方法，其藉由沉積而彼此具有不同的光學反射係數，以及被覆像是氟化合物之低折射係數的材料在一偏光板表面之方法。

相較於被覆一低折射係數之材料的方法，藉由沉積之多重被覆的方法成本很高，但表面反射性較低，而效能甚佳。

如上所述，根據本發明之一種具有觸控螢幕功能之LCD裝置的好處在於藉由於既有觸控面板內側所形成的一空氣隙區域中形成一相位補償手段或一偏光手段而移除一空氣隙，藉此可以有效改善戶外可見度及觀視角度特性。

且根據本發明，並不需要一分離間隔器製程。

此外，根據本發明，因為一相位差補償膜或一偏光板係形成在該觸控面板之內，不僅可達到成本降低的效果，該LCD裝置亦可變得更小型化，且因為該觸控面板之內側填入有一媒體，即可有效地降低表面反射性。

所屬技術領域中具有通常知識者將可瞭解到在不悖離本發明之精神或範圍之下可對上述本發明之示例性具體實施例進行不同的修改。因此，其係要本發明可涵蓋所有在所附申請專利範圍及其同等者之內所提供之所有這些修改。

例如，在本發明之示例性具體實施例中，一觸控螢幕應用到一典型IPS模式之LCD裝置，但本發明並不限於此，並可應用到所有的LCD裝置，例如一條紋場域切換(FFS,“Fringe field switching”)模式以及一垂直對準向列(VAN,“Vertically aligned nematic”)模式、一複合式對準向列(HAN,“Hybrid aligned nematic”)模式、或使用一向列式液晶之光學補償的雙折射(OCB,“Optically compensated birefringence”)模式。

1．．．第一基板

2．．．第二基板

3．．．液晶層

4．．．A板

5．．．C板

6．．．第一偏光板

7．．．第二偏光板

8．．．觸控面板

8a．．．上方基板

8b．．．下方基板

8c．．．間隔器

100．．．第一基板

200．．．第二基板

300．．．液晶層

400．．．觸控面板層

410．．．上方基板

415．．．上方電極

420．．．下方基板

425．．．下方電極

430．．．A板

440．．．C板

500．．．第一偏光板

500a．．．聚合物偏光媒體層

500b．．．第一保護層

500c．．．第二保護層

600．．．第二偏光板

600a．．．聚合物偏光媒體層

600b．．．第三保護層

600c．．．第四保護層

1000．．．第一基板

2000．．．第二基板

3000．．．液晶層

4000．．．第一相位遲滯板

5000．．．第二相位遲滯板

6000．．．偏光層

7000．．．觸控板

8000．．．偏光板

8000a．．．聚合物偏光媒體層

8000b．．．第一保護層

8000c．．．第二保護層

9000．．．被覆層

LP．．．液晶面板層

P．．．像素區域

第1圖為一習用具有觸控螢幕之LCD裝置的橫截面圖。

第2圖為根據本發明之一第一示例性具體實施例中具有一觸控螢幕功能之LCD裝置的橫截面圖。

第3圖為根據本發明之一第一示例性具體實施例之一觸控面板層之平面圖。

第4圖為根據本發明之一第二示例性具體實施例中具有一觸控螢幕功能之LCD裝置的橫截面圖。

100．．．第一基板

200．．．第二基板

300．．．液晶層

400．．．觸控面板層

410．．．上方基板

420．．．下方基板

430．．．A板

440．．．C板

500．．．第一偏光板

500a．．．聚合物偏光媒體層

500b．．．第一保護層

500c．．．第二保護層

600．．．第二偏光板

600a．．．聚合物偏光媒體層

600b．．．第三保護層

600c．．．第四保護層

LP．．．液晶面板層

Claims (11)

1. 一種具有觸控螢幕功能之液晶顯示器(LCD)裝置，該裝置包含：一液晶面板層，其包括填入在第一與第二基板間的一液晶層；及一觸控面板層，其形成在該第一基板之上，該觸控面板層包括一下方電極、一相位補償手段及一上方電極，其中該相位補償手段係堆疊在形成該下方電極的一層上，以及該上方電極係形成於形成該相位補償手段的一層上；其中該下方電極及該上方電極被圖案化，使得在一平面圖中該上方電極與該下方電極彼此交錯，以及該相位補償手段被圖案化於一區域，該區域係為該平面圖中未形成該下方電極及該上方電極的區域，因此該觸控面板層偵測一接觸點，該接觸點係由於外部壓力而該上方電極與該下方電極彼此接觸之位置。
2. 如申請專利範圍第1項之液晶顯示器裝置，其中該第一基板之功能做為該觸控面板層之一下方基板。
3. 如申請專利範圍第1項之液晶顯示器裝置，其中該觸控面板層更進一步包括一偏光手段，其形成在其中，並與該相位補償手段的圖案相同地被圖案化。
4. 如申請專利範圍第1項之液晶顯示器裝置，其中該相位補償手段可以包括一A板、一C板、A及C板、一λ/4相位遲滯薄膜、及一λ/2相位遲滯薄膜中至少一項。
5. 如申請專利範圍第4項之液晶顯示器裝置，其中當該相位補 償手段由該等A及C板所形成，一偏光板形成在該第二基板之下，且該偏光板包括一聚合物偏光媒體層，用於偏移入射光線，及一ORT(Zero Retardation TAC)保護層，其形成在該聚合物偏光媒體層之一上表面之上。
6. 如申請專利範圍第1項之液晶顯示器裝置，其中與該相位補償手段之圖案相同地圖案化之一保護層更進一步形成在該相位補償手段之上或之下。
7. 如申請專利範圍第1項之液晶顯示器裝置，其中該相位補償手段被圖案化而形成在對應於該液晶面板層之一像素區域的位置處。
8. 一種液晶顯示器(LCD)裝置，其包含：一液晶面板層，其包括填入在第一與第二基板間的一液晶層；及一觸控面板層，其形成在該第一基板之上，該觸控面板層包括一下方電極、一偏光手段及一上方電極，其中該偏光手段係堆疊在形成該下方電極的一層上，以及該上方電極係形成於形成該偏光手段的一層上；其中該下方電極及該上方電極被圖案化，使得在一平面圖中該上方電極與該下方電極彼此交錯，以及該偏光手段被圖案化於一區域，該區域係為該平面圖中未形成該下方電極及該上方電極的區域，因此該觸控面板層偵測一接觸點，該接觸點係由於外部壓力而該上方電極與該下方電極彼此接觸之位置。
9. 如申請專利範圍第8項之液晶顯示器裝置，其中該第一基板 之功能做為該觸控面板層之一下方基板。
10. 如申請專利範圍第8項之液晶顯示器裝置，其中該偏光手段被形成在對應於該液晶面板層之一相素區域的位置處。
11. 如申請專利範圍第8項之液晶顯示器裝置，其中與該偏光手段之圖案相同地圖案化之一保護層更進一步形成在該偏光手段之上或之下。