TWI529462B - 具有降低漏光之液晶顯示器 - Google Patents

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TWI529462B
TWI529462B TW103114421A TW103114421A TWI529462B TW I529462 B TWI529462 B TW I529462B TW 103114421 A TW103114421 A TW 103114421A TW 103114421 A TW103114421 A TW 103114421A TW I529462 B TWI529462 B TW I529462B
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顧明霞
陳巍
陳宬
梁英喆
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Description

具有降低漏光之液晶顯示器
本申請案主張2013年5月6日申請的美國專利申請案第13/887,904號的優先權，該專利申請案之全文係據此以引用方式併入本文中。
本發明大體上係關於電子裝置，且更特定言之，係關於具有顯示器之電子裝置。
電子裝置常常包括顯示器。舉例而言，蜂巢式電話及攜帶型電腦常常包括用於將資訊呈現至使用者之顯示器。電子裝置可具有外殼，諸如由塑膠或金屬形成之外殼。用於電子裝置之組件(諸如，顯示組件)可安裝於外殼中。
將顯示器併入至電子裝置之外殼中可具有挑戰性。在設計電子裝置時，大小及重量常常為至關重要之考慮因素。在一些安裝組態中，支座、外殼壁、顯示器帶槽框及其他結構可壓在顯示器上，從而導致彎曲。若不小心，則諸如應力誘發性雙折射之光學效應可導致顯示器在顯示器處於暗態中時展現不當漏光。
因此，將需要能夠提供用於電子裝置之經改良顯示器。
一種電子裝置可具備一顯示器。該顯示器可具有上部偏光器及下部偏光器。一彩色濾光片層、一液晶層及一薄膜電晶體層可插入於該上部偏光器與該下部偏光器之間。一背光單元可提供穿過該顯示器 之該等層的背光。
該彩色濾光片層及該薄膜電晶體層可由諸如玻璃之材料形成，當將該顯示器安裝於用於該電子裝置之一外殼中時，該等材料經受應力誘發性雙折射。藉由在該上部偏光器與該下部偏光器之間將一或多個內部層併入至該顯示器中，以幫助確保穿過該顯示器之線性偏振背光並未不當地轉換成橢圓偏振光，可降低漏光。
該顯示器之該等內部層可包括一或多個雙折射補償層。一雙折射補償層可為一透明顯示層，其產生補償由該顯示器之其他層產生的對應偏光變化的一偏光變化。
該雙折射補償層可為一玻璃層，其具有正負號相反於該薄膜電晶體層之光彈性常數及/或該彩色濾光片層之光彈性常數的一光彈性常數。可使用諸如光學清透黏著劑之黏著劑將此類型之雙折射補償層附接至該薄膜電晶體層或該彩色濾光片層。然而，此情況僅係說明性的。
在另一實施例中，該雙折射補償層可由諸如一聚苯乙烯膜之一聚合物材料形成。該聚苯乙烯膜可黏合至或塗佈至該彩色濾光片層及該薄膜電晶體層中之一者或兩者上。
本發明之另外特徵、本發明之本質及各種優勢將自隨附圖式及較佳實施例之以下詳細描述而更顯而易見。
10‧‧‧電子裝置
12‧‧‧外殼
12A‧‧‧上部外殼
12B‧‧‧下部外殼
14‧‧‧顯示器
16‧‧‧鍵盤
18‧‧‧觸控板
20‧‧‧鉸鏈結構
22‧‧‧方向
24‧‧‧旋轉軸線
26‧‧‧按鈕
28‧‧‧控制電路系統
29‧‧‧揚聲器埠
30‧‧‧輸入輸出電路系統
32‧‧‧通信電路系統
34‧‧‧輸入輸出裝置
36‧‧‧感測器及狀態指示器
38‧‧‧音訊組件
40‧‧‧按鈕及其他輸入輸出組件
42‧‧‧背光單元/背光結構
44‧‧‧背光
46‧‧‧顯示層
48‧‧‧觀察者
50‧‧‧方向
52‧‧‧液晶(LC)層
54‧‧‧上部偏光器層
56‧‧‧顯示層/彩色濾光片層/彩色濾光片(CF)玻璃/彩色濾光片基板
58‧‧‧顯示層/薄膜電晶體層/TFT玻璃/表面TFT基板
60‧‧‧下部偏光器層/薄膜電晶體層
62‧‧‧顯示驅動積體電路
64‧‧‧可撓性印刷電路
66‧‧‧印刷電路
68‧‧‧組件/電路系統
70‧‧‧光學膜
72‧‧‧光源
74‧‧‧光
76‧‧‧邊緣表面
78‧‧‧光導板
80‧‧‧反射器
82‧‧‧薄膜電晶體層驅動器突出部分
90‧‧‧末端
92‧‧‧玻璃層
94‧‧‧向外方向
96‧‧‧向內方向
98‧‧‧頂表面/上表面
100‧‧‧下表面
102‧‧‧光軸
104‧‧‧光軸
106‧‧‧密封劑
108‧‧‧光軸
110‧‧‧光軸
112‧‧‧背光
114‧‧‧薄膜電晶體層
116‧‧‧液晶層
118‧‧‧彩色濾光片層
120‧‧‧光軸/液晶層軸線
122‧‧‧光軸/薄膜電晶體軸線
124‧‧‧光軸/彩色濾光片層軸線
130‧‧‧赤道線
132‧‧‧點
134‧‧‧點
140‧‧‧線
142‧‧‧線
144‧‧‧線
150‧‧‧光軸
151‧‧‧光軸
151'‧‧‧光軸
151"‧‧‧光軸
152‧‧‧光軸
154‧‧‧光軸
156‧‧‧線
158‧‧‧線
160‧‧‧線
162‧‧‧線
170‧‧‧雙折射補償層
170L‧‧‧下部雙折射補償層
170U‧‧‧上部雙折射補償層
172‧‧‧黏著劑/黏著層
174‧‧‧黏著層
174L‧‧‧下部黏著層
174U‧‧‧上部黏著層
176‧‧‧線
178‧‧‧線
180‧‧‧線
182‧‧‧線
196‧‧‧線
198‧‧‧線
200‧‧‧線
202‧‧‧線
A‧‧‧點
B‧‧‧點
C‧‧‧點
D‧‧‧點
ER‧‧‧邊緣區域
P‧‧‧點
P1‧‧‧點
P2‧‧‧點
P3‧‧‧點
P4‧‧‧點
P5‧‧‧點
X‧‧‧維度
Y‧‧‧維度
Z‧‧‧維度/方向
α‧‧‧方位角
圖1為根據本發明之一實施例的具有顯示器之說明性電子裝置(諸如，膝上型電腦)之透視圖。
圖2為根據本發明之一實施例的具有顯示器之說明性電子裝置(諸如，手持型電子裝置)之透視圖。
圖3為根據本發明之一實施例的具有顯示器之說明性電子裝置(諸如，平板電腦)之透視圖。
圖4為根據本發明之一實施例的具有顯示器之說明性電子裝置的示意圖。
圖5為根據本發明之一實施例的說明性顯示器之截面側視圖。
圖6為顯示層(諸如，薄膜電晶體層或彩色濾光片層中之玻璃層)之截面側視圖，其展示在將張應力施加至玻璃層之後可如何產生應力誘發性雙折射。
圖7為顯示層(諸如，薄膜電晶體層或彩色濾光片層中之玻璃層)之截面側視圖，其展示在將壓縮應力施加至玻璃層之後可如何產生應力誘發性雙折射。
圖8為顯示器中的已經受彎曲且展現應力誘發性雙折射之材料層(諸如，玻璃層)的截面側視圖。
圖9為根據本發明之一實施例的具有已經受彎曲(歸因於藉由將顯示器安裝於裝置外殼中而賦予的力)之玻璃層的顯示器之截面側視圖。
圖10A為習知液晶顯示器中之顯示層的截面圖。
圖10B為展示當圖10A之習知顯示層經受應力誘發性雙折射時，背光之偏振在穿過該等層時可如何改變的潘卡瑞球。
圖11A為根據本發明之一實施例的具有幫助降低由應力誘發性雙折射引起之漏光的雙折射補償層之液晶顯示器中的顯示層之截面圖。
圖11B為根據本發明之一實施例展示在圖11A之顯示層中之一些中存在應力誘發性雙折射的情況下，背光之偏振在穿過該等顯示層時可如何改變的潘卡瑞球。
圖12為根據本發明之一實施例的具有附接至彩色濾光片層之雙折射補償層的液晶顯示器中之顯示層的截面圖。
圖13A為根據本發明之一實施例的具有使用光學清透黏著劑層附接至薄膜電晶體層之雙折射補償層的液晶顯示器中之顯示層的截面 圖。
圖13B為根據本發明之一實施例展示在圖13A之顯示層中之一些中存在應力誘發性雙折射的情況下，背光之偏振在穿過該等顯示層時可如何改變的潘卡瑞球。
圖14為根據本發明之一實施例的具有使用光學清透黏著劑層附接至彩色濾光片層之雙折射補償層的液晶顯示器中之顯示層的截面圖。
圖15A為根據本發明之一實施例的具有多個雙折射補償層之液晶顯示器中的顯示層之截面圖。
圖15B為根據本發明之一實施例展示在圖15A之顯示層中之一些中存在應力誘發性雙折射的情況下，背光之偏振在穿過該等顯示層時可如何改變的潘卡瑞球。
圖16為根據本發明之一實施例的具有由薄膜電晶體層及彩色濾光片層之表面上的聚合物膜形成之雙折射補償層的液晶顯示器中之顯示層的截面圖。
電子裝置可包括顯示器。顯示器可用於向使用者顯示影像。於圖1、圖2及圖3中展示可具備顯示器之說明性電子裝置。
圖1展示電子裝置10可如何具有膝上型電腦之形狀，該膝上型電腦具有上部外殼12A及具有諸如鍵盤16及觸控板18之組件的下部外殼12B。裝置10可具有允許上部外殼12A圍繞旋轉軸線24相對於下部外殼12B以方向22旋轉之鉸鏈結構20。顯示器14可安裝於上部外殼12A中。藉由圍繞旋轉軸線24將上部外殼12A(其有時可被稱作顯示器外殼或蓋)朝著下部外殼12B旋轉，可使上部外殼12A處於閉合位置中。
圖2展示電子裝置10可如何為諸如蜂巢式電話、音樂播放器、遊戲裝置、導航單元或其他緊湊型裝置之手持型裝置。在裝置10之此類 型組態中，外殼12可具有對置的前表面及後表面。顯示器14可安裝於外殼12之正面上。若需要，顯示器14可具有包括用於諸如按鈕26之組件的開口之顯示器覆蓋層或其他外部層。開口亦可形成於顯示器覆蓋層或其他顯示層中，以容納揚聲器埠(例如，參見圖2之揚聲器埠29)。
圖3展示電子裝置10可如何為平板電腦。在圖3之電子裝置10中，外殼12可具有對置之平坦前表面及後表面。顯示器14可安裝於外殼12的前表面上。如圖3中所展示，顯示器14可具有覆蓋層或其他外部層，該層具有用以容納按鈕26(作為一實例)之開口。
圖1、圖2及圖3中所展示的裝置10之說明性組態僅係說明性的。大體而言，電子裝置10可為膝上型電腦、含有嵌式電腦之電腦監視器、平板電腦、蜂巢式電話、媒體播放器，或其他手持型或攜帶型電子裝置；諸如腕錶裝置、懸掛式裝置、頭戴式耳機或聽筒裝置，或其他可穿戴或小型裝置之較小裝置；電視、不含嵌式電腦之電腦顯示器、遊戲裝置、導航裝置、諸如資訊站或汽車中的安裝有具顯示器之電子設備之系統的嵌式系統、實施此等裝置中之兩者或兩者以上的功能性之設備，或其他電子設備。
裝置10之外殼12(其有時被稱作殼)可由諸如如下各者之材料形成：塑膠、玻璃、陶瓷、碳纖維複合物及其他基於纖維之複合物、金屬(例如，經機器加工之鋁、不鏽鋼或其他金屬)、其他材料，或此等材料之組合。裝置10可使用外殼12之大部分或全部係由單一結構元件(例如，經機械加工金屬片件或經模製塑膠片件)形成的單體式構造形成，或可由多個外殼結構(例如，已安裝至內部框架元件或其他內部外殼結構之外部外殼結構)形成。
顯示器14可為包括觸控感測器之觸敏式顯示器，或可對觸摸不敏感。用於顯示器14之觸控感測器可由以下各者形成：電容性觸控感 測器電極陣列；電阻性觸控陣列；基於聲學觸控、光學觸控或基於力之觸控技術的觸控感測器結構；或其他合適觸控感測器組件。
大體而言，用於裝置10之顯示器可包括由發光二極體(LED)、有機LED(OLED)、電漿胞元、電潤濕像素、電泳像素、液晶顯示器(LCD)組件或其他合適影像像素結構形成之影像像素。在一些情況中，可需要使用LCD組件形成顯示器14，因此，本文中有時將用於顯示器14之組態(其中顯示器14為液晶顯示器)描述為一實例。亦可需要提供具有背光結構之顯示器(諸如，顯示器14)，因此，本文中有時可將用於包括背光單元之顯示器14的組態描述為一實例。
顯示器覆蓋層可覆蓋顯示器14之表面，或諸如顯示器之彩色濾光片層或其他部分的顯示層可用作顯示器14中之最外部(或幾乎最外部)層。顯示器覆蓋層或其他外顯示層可由透明玻璃薄片、清透塑膠層或其他透明部件形成。
觸控感測器組件(諸如，由諸如氧化銦錫之透明材料形成的電容性觸控感測器電極陣列)可形成於顯示器覆蓋層之底面上、可形成於諸如玻璃或聚合物觸控感測器基板之單獨顯示層上，或可整合至其他顯示層(例如，諸如薄膜電晶體層之基板層)中。
於圖4中展示可用於電子裝置10的說明性組態之示意圖。如圖4中所展示，電子裝置10可包括控制電路系統28。控制電路系統28可包括用於控制裝置10之操作的儲存及處理電路系統。控制電路系統28可(例如)包括儲存器，諸如硬碟機儲存器、非揮發性記憶體(例如，快閃記憶體或經組態以形成固態硬碟之其他電可程式化唯讀記憶體)、揮發性記憶體(例如，靜態或動態隨機存取記憶體)等。控制電路系統28可包括基於一或多個微處理器、微控制器、數位信號處理器、基頻處理器、電力管理單元、音訊編解碼器晶片、特殊應用積體電路等之處理電路系統。
控制電路系統28可用於在裝置10上運行軟體，諸如作業系統軟體及應用程式軟體。使用此軟體，控制電路系統28可在顯示器14上將資訊呈現至電子裝置10之使用者。當在顯示器14上將資訊呈現至使用者時，感測器信號及其他資訊可由控制電路系統28使用以對用於顯示器14之背光照明的強度進行調整。
輸入輸出電路系統30可用於允許將資料供應至裝置10及允許將資料自裝置10提供至外部裝置。輸入輸出電路系統30可包括通信電路系統32。通信電路系統32可包括用於支援使用裝置10中之資料埠的通信之有線通信電路系統。通信電路系統32亦可包括無線通信電路(例如，用於使用天線來傳輸及接收無線射頻信號的電路系統)。
輸入輸出電路系統30亦可包括輸入輸出裝置34。使用者可藉由經由輸入輸出裝置34供應命令來控制裝置10之操作，且可使用輸入輸出裝置34之輸出資源來接收來自裝置10之狀態資訊及其他輸出。
輸入輸出裝置34可包括感測器及狀態指示器36，諸如環境光感測器、近接感測器、溫度感測器、壓力感測器、磁性感測器、加速計及發光二極體，及用於收集關於裝置10操作所處之環境的資訊並將關於裝置10之狀態的資訊提供至裝置10之使用者的其他組件。
音訊組件38可包括用於將聲音呈現至裝置10之使用者的揚聲器及音調產生器，及用於收集使用者音訊輸入之麥克風。
顯示器14可用於為使用者呈現影像，諸如文字、視訊及靜態影像。感測器36可包括形成為顯示器14中之層中的一者之觸控感測器陣列。
可使用按鈕及其他輸入輸出組件40來收集使用者輸入，諸如觸控板感測器、按鈕、搖桿、點選輪、捲動輪、諸如顯示器14中之感測器36的觸控感測器、小鍵盤、鍵盤、振動器、攝影機及其他輸入輸出組件。
於圖5中展示可用於裝置10之顯示器14(例如，用於圖1、圖2或圖3之裝置或其他合適電子裝置的顯示器14)的說明性組態之截面側視圖。如圖5中所展示，顯示器14可包括諸如用於產生背光44之背光單元42的背光結構。在操作期間，背光44向外行進(在圖5之定向中以維度Z垂直向上)，並穿過顯示層46中之顯示像素結構。此背光照明由顯示像素產生的任何影像以供使用者觀察。舉例而言，背光44可照明正由觀察者48以方向50觀察的顯示層46上之影像。
顯示層46可安裝於底盤結構(諸如塑膠底盤結構及/或金屬底盤結構)中以形成用於安裝於外殼12中之顯示模組，或顯示層46可直接安裝於外殼12中(例如，藉由將顯示層46堆疊成至外殼12中之凹陷部分中)。顯示層46可形成液晶顯示器，或可用於形成其他類型之顯示器。
在顯示層46用於形成液晶顯示器之組態中，顯示層46可包括諸如液晶層52之液晶層。液晶層52可包夾於顯示層(諸如，顯示層58及56)之間。層56及58可插入於下部偏光器層60與上部偏光器層54之間。
層58及56可由諸如清透玻璃層或塑膠層之透明基板層形成。層56及58可為諸如薄膜電晶體層及/或彩色濾光片層之層。導電跡線、彩色濾光片元件、電晶體及其他電路及結構可形成於層58及56之基板上(例如，以形成薄膜電晶體層及/或彩色濾光片層)。觸控感測器電極亦可併入至諸如層58及56之層中，及/或觸控感測器電極可形成於其他基板上。
關於一個說明性組態，層58可為包括用於將電場施加至液晶層52且籍此在顯示器14上顯示影像之薄膜電晶體陣列及相關聯電極(顯示像素電極)的薄膜電晶體層。層56可為包括用於為顯示器14提供顯示彩色影像之能力之彩色濾光片元件陣列的彩色濾光片層。若需要， 層58可為彩色濾光片層且層56可為薄膜電晶體層。
在裝置10中之顯示器14的操作期間，控制電路系統28(例如，諸如圖5之印刷電路66上之組件68的一或多個積體電路)可用於產生待顯示於顯示器14上之資訊(例如，顯示資料)。可使用信號路徑(諸如，由可撓性印刷電路64(作為一實例)中之導電金屬跡線形成的信號路徑)將待顯示之資訊自電路系統68輸送至顯示驅動積體電路62。
顯示驅動積體電路62可安裝於薄膜電晶體層驅動器突出部分82上或裝置10中之別處。可撓性印刷電路纜線(諸如，可撓性印刷電路64)可用於在印刷電路66與薄膜電晶體層60之間路由信號。若需要，顯示驅動積體電路62可安裝於印刷電路66或可撓性印刷電路64上。印刷電路66可由剛性印刷電路板(例如，玻璃纖維填充之環氧樹脂層)或可撓性印刷電路(例如，聚醯亞胺之可撓性薄片或其他可撓性聚合物層)形成。
背光結構42可包括諸如光導板78之光導板。光導板78可由諸如清透玻璃或塑膠之透明材料形成。在背光結構42之操作期間，諸如光源72之光源可產生光74。光源72可為(例如)發光二極體陣列。
來自光源72之光74可耦合至光導板78之邊緣表面76中，且歸因於全內反射原理而可在維度X及Y上遍及光導板78分佈。光導板78可包括諸如凹點或凸塊之光散射特徵。光散射特徵可位於光導板78之上表面上及/或對置下表面上。
以方向Z自光導板78向上散射之光74可充當用於顯示器14之背光44。向下散射之光74可由反射器80以向上方向反射回。反射器80可由諸如白色塑膠層或其他有光澤材料層之反射性材料形成。
為增強背光結構42之背光效能，背光結構42可包括光學膜70。光學膜70可包括用於幫助均勻化背光44且籍此降低熱點之漫射器層、用於增強軸外觀察之補償膜，及用於準直背光44之亮度增強膜(有時 亦被稱作轉向膜)。光學膜70可重疊背光單元42中之其他結構(諸如，光導板78及反射器80)。舉例而言，若光導板78在圖5之X-Y平面上具有矩形佔據面積，則光學膜70及反射器80可具有匹配之矩形佔據面積。
當顯示器14係安裝於外殼中時，諸如薄膜電晶體層58及彩色濾光片層56的顯示器14之層(例如，顯示器之玻璃層)可經受應力。當顯示器14係安裝於外殼12內(例如，使用支座、外殼壁、內部框架結構、顯示器帶槽框、黏著劑及其他安裝及支撐結構)時，藉由彎曲顯示器14之該等層可賦予應力。顯示器14之該等層在彎曲時的光學行為取決於用於形成該等顯示層之材料的類型。
如圖6中所展示，當諸如玻璃層92之玻璃層藉由以相反的向外方向94拉玻璃層92之末端90而經受張應力時，玻璃層可展現雙折射，使得玻璃之光軸(異常軸)平行於應力方向而延伸(亦即，在圖6之定向中在頁面內水平)。玻璃層之普通軸可在玻璃層92之平面中垂直於光軸而延伸。
如圖7中所展示，當諸如玻璃層92之玻璃層藉由以相反的向內方向96推玻璃層92之末端90而經受壓縮應力時，玻璃層可展現雙折射，使得玻璃之光軸(異常軸)平行於應力方向而延伸(亦即，在圖6之定向中進入頁面中)。普通軸可在層92之平面中垂直於異常軸而延伸。
諸如圖8之玻璃層92的彎曲玻璃層可展現沿著頂表面98(例如，靠近玻璃層92之邊緣)之壓縮應力，且可展現沿著下表面100之張應力。結果，玻璃層92之特性可在於沿著上表面98延伸至圖8之頁面中的光軸(諸如，光軸102)，及沿著下表面100平行於圖8之頁面延伸的光軸(諸如，光軸104)。
如圖9中所展示，當顯示器14之層(諸如，彩色濾光片層56及薄膜電晶體層58)係安裝於裝置外殼12中時，此等層可變得彎曲(例如，由 於當將顯示器14安裝於外殼12中時所引入的力)。層56及58之彎曲可引起應力誘發性雙折射。若不小心，則當由使用者觀察顯示器時，此雙折射可藉由在顯示器暗態下導致漏光而不利地影響顯示器之效能。
層56及58可為玻璃層，或具有關於圖6、圖7及圖8所描述的類型之光學特性之其他材料之層。諸如密封劑106(例如，黏著劑珠粒)之密封劑之層可插入於彩色濾光片層56與薄膜電晶體層58之間。密封劑106可以矩形環圍繞顯示器14之周邊敷設，且可環繞並封閉液晶材料52。密封劑106之存在可黏合層52與層58，使得層52及58在彎曲時充當單一主體。由於層52及58之中性軸在密封劑106之中心處，因此，當如所展示地彎曲時，層52具有淨壓縮應力，而層56具有淨張應力。此等淨應力可導致靠近層56之邊緣(例如，在邊緣區域ER中)的層56之光軸108指向圖9之頁面中，且可導致靠近層58之邊緣(例如，在邊緣區域ER中)的層58之光軸110位於層58之平面中(位於頁面內且指向圖9之實例中的右方)。層58及56之垂直光軸(特定言之，普遍在邊緣區域ER中)可引起穿過此等層之背光之偏振狀態之變化，該等變化在習知顯示器中導致漏光。
圖10A為具有可經受應力誘發性雙折射之玻璃層的習知顯示器之截面側視圖。如圖10A中所展示，圖10A之顯示器為液晶顯示器，其中液晶層116包夾於薄膜電晶體層114與彩色濾光片層118之間。顯示器具有分別位於圖10A之層之上及之下的上部偏光器及下部偏光器。背光可產生以方向Z垂直向上行進通過顯示器之背光112。在穿過下部偏光器(亦即，於圖10A之點A處)之後，背光112可經線性偏振(亦即，下部偏光器可賦予背光112線性偏振)。接著，可藉由自點A經由薄膜電晶體層114(其展現應力誘發性雙折射)傳遞至點B、藉由自點B經由液晶116(其係雙折射的)傳遞至點C及且藉由自點C經由彩色濾光片層118(其展現應力誘發性雙折射)傳遞至點D而影響光112之偏振。顯示 器中之上部偏光器及下部偏光器通常並不展現應力誘發性雙折射，且未在圖10A中未加以展示。
以圖10B之潘卡瑞球說明當背光112行進通過圖10A之習知顯示器的層時的背光112之偏振狀態。在潘卡瑞球中，由赤道線130上之點表示線性偏振狀態。點132表示右手圓偏振光。點134表示左手圓偏振光。潘卡瑞球上之中間點表示各種類型之橢圓偏振光。
圖10A之層中的每一者具有以不同方向對準之光軸。在表示發生漏光的顯示器之部分的圖10B之潘卡瑞球表示中，薄膜電晶體層114之特性在於光軸122，彩色濾光片層118之特性在於光軸124，且液晶層116之特性在於光軸120。然而，此情況僅係說明性的。光軸120可表示用於液晶顯示器(諸如，共平面切換型(IPS)LCD顯示器或邊緣場切換型(FFS)LCD顯示器)之e模式光軸。然而，可使用其他LCD模式。對於其他LCD模式，LCD光軸可不同。
在潘卡瑞球上，向量至赤道線130上之每一點P的方位角α等於2θ，其中θ等於實際實體角度(例如，實際空間中的與顯示層之光軸的定向相關聯之方位角，或與穿過顯示器之光(諸如，光112)的偏振相關聯之角)。結果，在圖10B之潘卡瑞球中看上去彼此垂直之一對軸線(諸如，薄膜電晶體軸線122及液晶層軸線120)在顯示器之實際使用座標系統內相對於彼此以45°角定向。類似地，在圖10B之潘卡瑞球中看上去分離180°之一對軸線(諸如，薄膜電晶體軸線122及彩色濾光片層軸線124)在顯示器之實際使用座標系統內相對於彼此以90°角定向(亦即，軸線124垂直於軸線122)。
光112之偏振行為受每一光軸之定向及圖10A之顯示器中的每一層之厚度影響。如圖10B中所展示，光112最初係線性偏振的(點A)。在穿過層114之後，由圖10B之潘卡瑞球上的點B來表示光112之偏振(亦即，歸因於層114之應力誘發性雙折射，光112自線性偏振光變換 為橢圓偏振光)。在視覺上地，沿著潘卡瑞球之表面上的線140自點A至點B之轉變係與點A在球之表面上圍繞薄膜電晶體層光軸122之旋轉相關聯。在光112穿過層114之後，光112穿過液晶層116。層116導致光112之偏振沿著圖10B之潘卡瑞球上的線142自點B移動至點C(圍繞液晶層光軸120旋轉)。
在行進通過液晶層116之後，光112穿過層118。層118之雙折射導致光112之偏振沿著圖10B之潘卡瑞球的線144自點C所表示之偏振狀態改變至點D所表示之偏振狀態(圍繞彩色濾光片層光軸124旋轉)。
若液晶層116尚不存在，則與線144及140相關聯之偏振狀態變化可彼此抵消，從而導致光112之線性偏振之最小變化(亦即，光112可以點A所表示之偏振狀態保持線性偏振，且顯示器可令人滿意地進行操作)。然而，由於存在液晶層116及光112之偏振狀態自點B至點C之相關聯轉變，因此，點D處之光112(亦即，離開圖10A之彩色濾光片層118之上表面之光112)係實質上橢圓偏振的，而非按需要線性偏振的。當此橢圓偏振光穿過透射軸垂直於下部偏光器之上部偏光器時，即使在施加至液晶層116之電場試圖顯示黑色顯示像素時，光在垂直於上部偏光器之方向上並不線性偏振之事實(正如預期的)允許光中之一些自顯示器之上表面經由上部偏光器漏出。因此，在顯示器之層中存在應力誘發性雙折射的情況下，習知顯示器中之顯示效能受限於習知顯示器不能令人滿意地顯示黑色影像。
於圖11A、圖12、圖13A、圖14、圖15A及圖16中展示具有解決習知顯示器在處置應力誘發性雙折射時之缺點的設計之說明性顯示器組態。
如圖11A之實例中所展示，顯示器14可具備諸如層170之雙折射補償層。雙折射補償層170可由具有光彈性常數之材料形成，該光彈性常數之正負號相反於TFT玻璃58及彩色濾光片(CF)玻璃56之光彈性 常數。可使用具有相對較高量值之光彈性常數的補償層材料，以便降低補償層170之厚度。
舉例而言，TFT玻璃58及彩色濾光片玻璃56可具有介於3.0布魯斯特(Brewster)與3.6布魯斯特之間的光彈性常數。在此類型之組態中，雙折射補償層170可由具有介於-3.0布魯斯特與-3.6布魯斯特之間的光彈性常數之玻璃(作為一實例)形成。補償層170可為具有介於0.1mm與0.9mm之間、介於0.2mm與0.4mm之間、介於0.1mm與0.4mm之間、小於1mm或大於0.1mm(作為實例)之厚度的玻璃層。TFT玻璃58及彩色濾光片玻璃56可各自具有介於0.1mm與0.9mm之間、介於0.5mm與0.9mm之間、介於0.6mm與0.8mm之間、小於1mm或大於0.1mm(作為實例)之厚度。
補償層170可為具有實質上等於層56之厚度及/或實質上等於層58之厚度的厚度之玻璃層。然而，此情況僅係說明性的。若需要，補償層170可為具有不同於層56及/或58之厚度的厚度之玻璃層，或補償層170可由除了玻璃以外之材料形成，諸如聚合物材料(例如，聚苯乙烯膜、聚碸材料，或諸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)之熱塑性聚合物)。
在層170由除了玻璃以外之材料形成之組態中，層170為具有介於0.001微米與300微米之間、介於0.001微米與10微米之間、介於0.001微米與100微米之間、介於10微米與300微米之間、大於0.001微米、小於1000微米或介於100微米與300微米之間(作為實例)的厚度之聚合物雙折射補償層。可基於聚合物材料之光彈性常數及聚合物材料之楊氏模數以及TFT層58及彩色濾光片層56之厚度來選擇層170之厚度。
雙折射補償層170可具有諸如楊氏模數之其他性質。雙折射補償層170可具有經選擇以使得在應力下，層170導致諸如光44的光之偏振變化(其補償由層56及/或層58造成的光44之偏振變化)的厚度、楊氏模 數及光彈性常數(有時被稱作應力光學常數)。
圖11A中所展示的顯示器14之該等層可包夾於諸如上部偏光器54及下部偏光器60的上部偏光器與下部偏光器(圖11A中未展示)之間。在圖11A之實例中，補償層170係使用黏著劑172附接至表面TFT基板58。黏著劑172可由相同於黏著密封劑106之材料形成，或可由另一黏著材料形成。黏著劑172可在補償層170與薄膜電晶體層58之間以矩形環圍繞顯示器14之周邊敷設。黏著劑172之存在可使補償層170上之張應力類似於層58上之任何張應力。以此方式，由補償層170產生之雙折射效應可至少部分抵消由薄膜電晶體層58產生之雙折射效應。
諸如光44之顯示器背光的偏振行為受顯示器14中之每一層的每一光軸之定向、光彈性常數及厚度影響。圖11B之光軸150可與可展現應力誘發性雙折射之薄膜電晶體層(TFT玻璃)58相關聯。圖11B之光軸152可與液晶(LC)層52相關聯。圖11B之光軸151可與可展現應力誘發性雙折射之雙折射補償層170相關聯。光軸154可與可展現應力誘發性雙折射之彩色濾光片層56相關聯。
如圖11B中所展示，光44最初係線性偏振的(點P1)。在穿過雙折射補償層170之後，光44之偏振可由圖11B之潘卡瑞球上的點P2表示(亦即，歸因於層170之應力誘發性雙折射，光44可自線性偏振光變換為橢圓偏振光)。沿著圖11B之潘卡瑞球之表面上的線156自點P1至點P2之轉變係與圍繞補償層(補償玻璃)光軸151之旋轉相關聯。在光44穿過層58之後，光44之偏振可由點P3表示。因為層170具有實質上相反於層58之光彈性常數的光彈性常數，所以由層58中之雙折射引起的光44之偏振變化可消除當光44穿過層170時發生的偏振變化之一些或全部。光44之偏振狀態自點P2經由圖11A之層58至P3之轉變由沿著線158的圖11B中自偏振狀態P2至偏振狀態P3之轉變來表示。
歸因於存在補償層170，偏振狀態P3下之光44在穿過層52及56之 後將比在習知顯示配置中橢圓偏振較少(線性偏振較多)。如圖11B中所展示，光44在自點P3經由圖11A之液晶層52行進至點P4時的偏振狀態之轉變可由線160表示，且光44在自點P4經由彩色濾光片層56行進至點P5時的偏振狀態轉變可由線162表示。儘管光44在點P5處經橢圓偏振，但點P5處之光44比圖10A及圖10B之點D處的習知光線性偏振較多，籍此降低漏光並改良顯示器14之效能。
雙折射補償層170附接至薄膜電晶體層58的圖11A之實例僅係說明性的。若需要，層170可附接至彩色濾光片層56，如圖12中所展示。如圖12中所展示，可使用黏著劑172將層170附接至彩色濾光片基板56。在此類型之組態中，黏著劑172可在補償層170與彩色濾光片層56之間以矩形環圍繞顯示器14之周邊敷設。黏著劑172之存在可導致補償層170上之張應力類似於層56上之任何張應力。以此方式，由補償層170產生之雙折射效應可至少部分抵消由層56產生之雙折射效應(以及由層52及58產生之效應)。
圖13A為可用於顯示器14的在上部偏光器54與下部偏光器60之間的中間層的另一說明性組態之圖。如圖13A中所展示，可使用諸如黏著層174之光學清透黏著劑層將補償層170附接至層58。黏著層174可實質上填充層170與層58之間的間隙，使得層170之實質上全部表面附接至層58。
黏著層174可(例如)由壓敏黏著劑形成。黏著劑174可由具有大於100MPa之強度或其他合適黏結強度的材料形成以用於將層58上之張應力有效地轉換成層170上之匹配應力。
如圖13B中所展示，光44最初係線性偏振的(如圖13B之點P1所指示)。在穿過雙折射補償層170之後，光44之偏振可由圖13B之潘卡瑞球上的點P2表示。沿著圖13B之潘卡瑞球之表面上的線176自點P1至點P2之轉變係與圍繞補償層(補償玻璃)光軸151之旋轉相關聯。 在光44穿過黏著層174及薄膜電晶體層58之後，光44之偏振可由點P3表示。光44在自點P2經由圖13A之層58至P3時的偏振狀態之轉變由圖13B中沿著線178自偏振狀態P2至偏振狀態P3之轉變表示。因為圖13A之層170係由延長黏著層174附接至層58，所以相比於上文關於圖11B所描述之補償，由層58中之雙折射引起的光44之偏振變化可由光44穿過層170時發生的偏振變化較嚴密地補償。
如圖13B中所展示，光44在自點P3經由圖13A之液晶層52行進至點P4時之偏振狀態之轉變可由線180表示，且光44在自點P4經由彩色濾光片層56行進至點P5時之偏振狀態轉變可由線182表示。儘管光44在點P5處可仍為橢圓偏振的，但因為層170沿著層58之實質上整個表面附接至層58，所以圖13B之點P5處的光44可比圖11B之點P5處的光44更線性偏振。
使用黏著層174將雙折射補償層170附接至薄膜電晶體層58的圖13A之實例僅係說明性的。若需要，黏著層174可將層170附接至彩色濾光片層56，如圖14中所展示。如圖14中所展示，黏著層174可實質上填充補償層170與彩色濾光片層56之間的空間，籍此將層170之實質上全部表面附接至層56之表面。相比於圖12之黏著劑172，黏著層174之存在在將層56上之張應力轉移至補償層170方面可更有效率。因此，用於顯示器14的圖14之組態在降低自顯示器14之漏光方面可比習知顯示器更有效率，且在降低漏光方面可比圖12中所展示的類型之顯示器更有效率。
若需要，顯示器14可具備多個雙折射補償層，如圖15A中所展示。在圖15A之實例中，顯示器14包括下部雙折射補償層170L及上部雙折射補償層170U。可使用諸如黏著層174L之下部黏著層將下部雙折射補償層170L附接至薄膜電晶體層58。可使用諸如黏著層174U之上部黏著層將上部雙折射補償層170U附接至彩色濾光片層56。 雙折射補償層174U及174L可由具有負光彈性常數之玻璃形成，諸如介於-3.0布魯斯特與-3.6布魯斯特之間、介於0布魯斯特與-3.6布魯斯特之間、介於-0.1布魯斯特與-0.3布魯斯特之間、介於-0.1布魯斯特與3.0布魯斯特之間或小於零布魯斯特(作為實例)之光彈性常數。大體而言，可以任何合適組合來選擇補償層170L及170U之光彈性常數及厚度，以用於補償由層56及58中之應力引起的雙折射效應。圖15A中所展示的顯示器14之層可包夾於諸如上部偏光器54及下部偏光器60的上部偏光器與下部偏光器(圖15A中未展示)之間。
下部黏著層174L可實質上填充層170L與層58之間的間隙。上部黏著層174U可實質上填充層170U與層56之間的間隙。黏著層174U及174L可(例如)由諸如壓敏黏著劑之黏著材料形成。作為實例，黏著層174U及174L可為具有介於190MPa與210MPa之間、介於150MPa與250MPa、大於150MPa、大於190MPa之強度或其他合適黏著強度的壓敏黏著劑。然而，此等實例僅係說明性的。若需要，任何合適黏著材料可用以將補償層170L及170U分別附接至層58及56。
如圖15B中所展示，光44最初係線性偏振的(如圖15B之點P1所指示)。在穿過下部雙折射補償層170L之後，光44之偏振可由圖15B之潘卡瑞球上的點P2表示。沿著圖15B之潘卡瑞球之表面上的線196自點P1至點P2之轉變係與圍繞底部補償層(底部補償玻璃)光軸151'之旋轉相關聯。
在光44穿過下部黏著層174L及薄膜電晶體層58之後，光44之偏振可由點P3表示。光44之偏振狀態自點P2經由圖15A之層58至P3之轉變係由圖15B中的沿著線198自偏振狀態P2至偏振狀態P3之轉變表示。
因為點P3處之光已穿過薄膜電晶體層58及下部補償層170L兩者，所以光44在穿過液晶層52時可經歷最小或可忽略旋轉。光44在自 點P3經由圖15A之彩色濾光片層56行進至點P4時之偏振狀態轉變可由線200表示。光44在自點P4經由上部雙折射補償層170U行進至點P5時之偏振狀態轉變可由圍繞頂部補償層(頂部補償玻璃)光軸151"之線202表示。因為圖15A之顯示器14具備上部雙折射補償層及下部雙折射補償層，所以點P5處之光44可為實質上線性偏振的，籍此將漏光降低至可忽略位準並改良顯示器14之效能。
使用黏著劑將雙折射補償層170附接至層56及/或58的圖11A、圖12、圖13A、圖14及圖15A之實例僅係說明性的。若需要，雙折射補償層(諸如，圖16之雙折射補償層170U及170L)可由聚合物塗層或黏合聚合物材料(諸如，塗佈或層壓至層56及/或58之聚苯乙烯膜)形成。
在圖16之實例中，補償層170L及170U由聚合物材料(例如，聚苯乙烯膜、聚碸材料、諸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)之熱塑性聚合物或其他合適聚合物材料)形成。此類型之聚合物雙折射補償層可具有介於0.1mm與0.6mm之間、介於0.05mm與0.3mm之間、介於0.05mm與0.4mm之間、介於0.3mm與0.6mm之間、小於1mm或大於1微米(作為實例)之厚度。
若需要，圖16中所展示的類型之聚合物雙折射補償層可具有應力光學係數、厚度及楊氏模數，該等特性經組態以在層56及/或層58受應力時產生補償由層56及/或層58造成的光44之偏振變化的光44之偏振變化。
作為實例，層56及58可具有介於3.0布魯斯特與3.6布魯斯特之間的應力光學係數，及介於65千兆帕斯卡(GPa)與85GPa之間的楊氏模數。在一個合適實例中，聚合物補償層170U及170L可由應力光學係數介於-45布魯斯特與-65布魯斯特之間且楊氏模數介於3.0GPa與3.6GPa之間的聚苯乙烯層形成。在另一實例中，聚合物補償層170U及170L可由應力光學係數介於-45布魯斯特與-65布魯斯特之間且楊氏模 數介於2.0GPa與10GPa之間的聚碸層形成。在第三實例中，聚合物補償層170U及170L可由應力光學係數介於-1布魯斯特與-4.5布魯斯特之間且楊氏模數介於1.0GPa與4.0GPa之間的PMMA材料形成。大體而言，諸如聚合物補償層170U及170L之聚合物補償層可具有小於-10布魯斯特之負光彈性常數，及小於40GPa之楊氏模數。
顯示器14包括兩個聚合物雙折射補償層的圖16之實例僅係說明性的。若需要，顯示器14可具備單一聚合物雙折射補償層，諸如，圖16之聚合物補償層170U及170L中所選定之一者。
根據一實施例，提供一種顯示器，其包括一上部偏光器、一下部偏光器、一液晶層、插入於該上部偏光器與該液晶層之間的一第一玻璃層、插入於該下部偏光器與該液晶層之間的一第二玻璃層，及位於該上部偏光器與該下部偏光器之間的一第三玻璃層。
根據另一實施例，該第一玻璃層包括一彩色濾光片層。
根據另一實施例，該第二玻璃層包括一薄膜電晶體層。
根據另一實施例，該第三玻璃層附接至該薄膜電晶體層。
根據另一實施例，該第三玻璃層附接至該彩色濾光片層。
根據另一實施例，該顯示器包括附接至該薄膜電晶體層之一第四玻璃層。
根據另一實施例，該顯示器包括位於該上部偏光器與該下部偏光器之間的一第四玻璃層。
根據另一實施例，該第三玻璃層具有一負光彈性常數。
根據另一實施例，該負光彈性常數具有小於-3.0布魯斯特之一值。
根據一實施例，提供一種顯示器，其包括一上部偏光器、一下部偏光器、一液晶層、插入於該上部偏光器與該液晶層之間的一第一玻璃層、插入於該下部偏光器與該液晶層之間的一第二玻璃層、插入 於該上部偏光器與該第一玻璃層之間的一第一聚合物層，及插入於該下部偏光器與該第二玻璃層之間的一第二聚合物層。
根據另一實施例，該第一聚合物層包括選自由以下各者組成之群組的一聚合物材料：聚苯乙烯、聚碸及聚甲基丙烯酸甲酯。
根據另一實施例，該第一聚合物層及該第二聚合物層各自具有一負光彈性常數。
根據另一實施例，該第一玻璃層及該第二玻璃層各自具有一正光彈性常數。
根據另一實施例，該第一聚合物層及該第二聚合物層中之每一者的該負光彈性常數小於-10布魯斯特。
根據另一實施例，該第一聚合物層及該第二聚合物層各自具有小於30GPa之一楊氏模數。
根據另一實施例，該第一玻璃層包括一彩色濾光片層。
根據另一實施例，該第一聚合物層形成於該彩色濾光片層上。
根據一實施例，提供一種顯示器，其包括一第一偏光器、一第二偏光器、一液晶層、插入於該第一偏光器與該液晶層之間的一第一透明層、插入於該第二偏光器與該液晶層之間的一第二透明層，及位於該第二透明層與該第二偏光器之間的一雙折射補償層，該雙折射補償層經組態以補償該第一透明層及該第二透明層中之應力誘發性雙折射。
根據另一實施例，該第一透明層包括一玻璃彩色濾光片層，且該第二透明層包括一玻璃薄膜電晶體層。
根據另一實施例，該雙折射補償層包括玻璃。
根據另一實施例，該顯示器包括將該雙折射補償層附接至該玻璃薄膜電晶體層之黏著材料，該黏著材料在該雙折射補償層與該玻璃薄膜電晶體層之間形成黏著劑之一矩形環。
根據另一實施例，該顯示器包括將該雙折射補償層附接至該玻璃薄膜電晶體層之一光學清透黏著劑材料層。
根據另一實施例，該雙折射補償層包括聚合物材料。
根據另一實施例，該顯示器包括位於該第一透明層與該第一偏光器之間的一額外雙折射補償層。
上述內容僅說明本發明之原理，且在不脫離本發明之範疇及精神的情況下，可由熟習此項技術者作出各種修改。
52‧‧‧液晶(LC)層
54‧‧‧上部偏光器層
56‧‧‧顯示層/彩色濾光片層/彩色濾光片(CF)玻璃/彩色濾光片基板
58‧‧‧顯示層/薄膜電晶體層/TFT玻璃/表面TFT基板
60‧‧‧下部偏光器層/薄膜電晶體層
106‧‧‧密封劑
170L‧‧‧下部雙折射補償層
170U‧‧‧上部雙折射補償層

Claims (17)

  1. 一種顯示器，其包含：一上部偏光器；一下部偏光器；一液晶層；一第一玻璃層，其插入於該上部偏光器與該液晶層之間；一第二玻璃層，其插入於該下部偏光器與該液晶層之間；及一第三玻璃層，其位於該上部偏光器與該第一玻璃層之間，該第三玻璃層經組態以補償該第一玻璃層及該第二玻璃層中之應力誘發性雙折射。
  2. 如請求項1之顯示器，其中該第一玻璃層包含一彩色濾光片層。
  3. 如請求項2之顯示器，其中該第二玻璃層包含一薄膜電晶體層。
  4. 如請求項3之顯示器，其進一步包含：一第四玻璃層，其附接至該薄膜電晶體層，其中該第三玻璃層附接至該彩色濾光片層。
  5. 如請求項1之顯示器，其進一步包含位於該上部偏光器與該下部偏光器之間的一第四玻璃層。
  6. 如請求項1之顯示器，其中該第三玻璃層具有一負光彈性常數，且其中該負光彈性常數具有小於-3.0布魯斯特之一值。
  7. 一種顯示器，其包含：一上部偏光器；一下部偏光器；一液晶層；一第一玻璃層，其插入於該上部偏光器與該液晶層之間； 一第二玻璃層，其插入於該下部偏光器與該液晶層之間；及一第三玻璃層，其插入於該下部偏光器與該第二玻璃層之間，該第三玻璃層經組態以補償該第一玻璃層及該第二玻璃層中之應力誘發性雙折射。
  8. 如請求項7之顯示器，其中該第三玻璃層具有一負光彈性常數。
  9. 如請求項8之顯示器，其中該第一玻璃層及該第二玻璃層各自具有一正光彈性常數。
  10. 如請求項8之顯示器，其中該第三玻璃層的該負光彈性常數小於-3布魯斯特。
  11. 如請求項8之顯示器，其中該第一玻璃層包含一彩色濾光片層且該第一聚合物層形成於該彩色濾光片層上。
  12. 一種顯示器，其包含：一第一偏光器；一第二偏光器；一液晶層；一第一透明層，其插入於該第一偏光器與該液晶層之間；一第二透明層，其插入於該第二偏光器與該液晶層之間；一雙折射補償層，其位於該第二透明層與該第二偏光器之間，該雙折射補償層經組態以補償該第一透明層及該第二透明層中之應力誘發性雙折射；及黏著材料，其將該雙折射補償層附接至該第二透明層，其中該黏著材料在該雙折射補償層與該第二透明層之間形成黏著劑之一矩形環。
  13. 如請求項12之顯示器，其中該第一透明層包含一玻璃彩色濾光片層，且其中該第二透明層包含一玻璃薄膜電晶體層。
  14. 如請求項13之顯示器，其中該雙折射補償層包含玻璃。
  15. 如請求項14之顯示器，其中該黏著材料包含將該雙折射補償層附接至該玻璃薄膜電晶體層之一光學清透黏著材料層。
  16. 如請求項13之顯示器，其中該雙折射補償層包含聚合物材料。
  17. 如請求項12之顯示器，其進一步包含位於該第一透明層與該第一偏光器之間的一額外雙折射補償層。
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