显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示装置。

背景技术

目前，市面上的液晶显示面板大部分都具有上基板、下基板以及位于两个基板之间的液晶层。一般而言，会将两片偏光片分别贴于液晶显示面板的上基板上以及下基板上，并通过转动液晶层中的液晶分子来改变光线的极化方向，由此控制光线的通过与否。

发明内容

本发明的目的在于提供一种显示装置，能改善显示画面亮度不均匀的问题。

本发明的至少一实施例提供一种显示装置。显示装置包括液晶面板、第一偏光片、第二偏光片、栅线偏光层以及背光模块。液晶面板包括第一基板、第二基板以及位于第一基板与第二基板之间的液晶层。液晶面板位于第一偏光片以及第二偏光片之间。第一偏光片的穿透轴垂直于第二偏光片的穿透轴。栅线偏光层位于第一偏光片以及第二偏光片之间。栅线偏光层包括第一栅线结构以及第二栅线结构。第一栅线结构在第一基板的法线方向上重叠于液晶层、第一偏光片以及第二偏光片。第二栅线结构在第一基板的法线方向上重叠于第二偏光片且不重叠于第一偏光片。第一栅线结构的穿透轴垂直于第二栅线结构的穿透轴。背光模块在第一基板的法线方向上重叠于第一偏光片、液晶面板、栅线偏光层以及第二偏光片。

基于上述，通过栅线偏光层的设置，可以改善偏光片在长时间使用后或受热后收缩所导致的显示画面亮度不均匀的问题。

附图说明

图1是依照本发明的一实施例的一种显示装置的局部剖面示意图。

图2是依照本发明的一实施例的一种显示装置的第一基板的俯视示意图。

图3是依照本发明的一实施例的一种显示装置的局部剖面示意图。

图4是依照本发明的一实施例的一种显示装置的局部剖面示意图。

图5是依照本发明的一实施例的一种显示装置的第一基板的局部俯视示意图。

图6是依照本发明的一实施例的一种显示装置的局部剖面示意图。

图7是图6的盖板在不同穿透区的穿透率的曲线图。

图8A至图8D是依照本发明的一实施例的一种栅线偏光层的制造方法的局部剖面示意图。

图9是依照本发明的一些实施例的栅线偏光层与聚乙烯醇偏光片的可靠度试验数据图。

附图标记如下：

10,20,30,40:显示装置

11:画面显示区

12:情境灯区

100:液晶面板

110:第一基板

112,122:载板

114:像素阵列

116,119:驱动电路

118:扇出线路

120:第二基板

124:彩色滤光元件

130:液晶层

140:框胶

210:第一偏光片

220:第二偏光片

300:栅线偏光层

300’:金属材料层

310:第一栅线结构

312,322:金属栅线

320:第二栅线结构

410:保护层

420:光学胶层

500:背光模块

501:第一发光区

502:第二发光区

503:第三发光区

504:第四发光区

505:第五发光区

510:第一电路板

512:白色发光元件

520:第二电路板

522,524,526:彩色发光元件

600:盖板

611:第一穿透区

612:第二穿透区

613:第三穿透区

614:第四穿透区

615:第五穿透区

700:光学膜

D1:第一方向

D2:第二方向

DL:数据线

M:模具

ND:法线方向

P1:第一光刻胶条

P2:第二光刻胶条

PH:间距

PR光刻胶层

PR’:固化后的光刻胶图案

SL:扫条线

T:厚度

TP:转接信号线

W:宽度

具体实施方式

图1是依照本发明的一实施例的一种显示装置10的局部剖面示意图。请参考图1，显示装置10包括液晶面板100、第一偏光片210、第二偏光片220、栅线偏光层300以及背光模块500。在本实施例中，显示装置10还包括保护层410、光学胶层420、盖板600以及光学膜700。

液晶面板100包括第一基板110、第二基板120以及位于第一基板110与第二基板120之间的液晶层130。第一基板110以及第二基板120通过框胶140而结合在一起。

第一基板110为像素阵列基板，且包括载板112、像素阵列114、驱动电路116以及扇出线路118。像素阵列114、驱动电路116以及扇出线路118设置于载板112上。第二基板120包括载板122以及彩色滤光元件124。彩色滤光元件124设置于载板122上。在图1中，像素阵列114、驱动电路116、扇出线路118以及彩色滤光元件124皆简单的以矩形示意，本发明并不限制像素阵列114、驱动电路116、扇出线路118以及彩色滤光元件124的具体结构。

载板112,122例如为硬质基板(rigid substrate)，且其材质可为玻璃、石英、有机聚合物或是其他可适用的材料。然而，本发明不以此为限，在其它实施例中，载板112,122也可以是可挠式基板(flexible substrate)或是可拉伸基板。举例来说，可挠式基板以及可拉伸基板的材料包括聚酰亚胺(polyimide，PI)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)、聚乙烯对苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate，PEN)、聚酯(polyester，PES)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚胺酯(polyurethanePU)或其他合适的材料。

在本实施例中，框胶140为环状的，且像素阵列114、彩色滤光元件124以及液晶层130设置于框胶140的内侧，但本发明不以为限。在其他实施例中，部分彩色滤光元件124延伸至框胶140外侧。在本实施例中，驱动电路116及/或扇出线路118部分重叠于框胶140。在一些实施例中，框胶140包括透明材料，但本发明不以此为限。

栅线偏光层300位于第一基板110上。在本实施例中，栅线偏光层300位于载板112背对液晶层130的一侧，但本发明不以此为限。在其他实施例中，栅线偏光层300位于载板112朝向液晶层130的一侧。栅线偏光层300包括第一栅线结构310以及第二栅线结构320。第一栅线结构310的穿透轴垂直于第二栅线结构320的穿透轴。举例来说，第一栅线结构310包括沿着第一方向延伸的多条金属栅线，且第二栅线结构320包括沿着第二方向延伸的多条金属栅线，其中第一方向垂直于第二方向。在一些实施例中，栅线偏光层300的材料为单层或多层结构，且包括铝、、其他金属材料或前述材料的堆叠层。

保护层410位于载板112背对液晶层130的一侧。在本实施例中，部分保护层410覆盖栅线偏光层300，但本发明不以此为限。在其他实施例中，保护层410不覆盖栅线偏光层300。在一些实施例中，保护层410的厚度为500埃至1500埃。

液晶面板100位于第一偏光片210以及第二偏光片220之间。第一偏光片210与第二偏光片220分别设置于第一基板110以及第二基板120之上。在本实施例中，第一偏光片210设置于保护层410上，且栅线偏光层300位于第一偏光片210以及第二偏光片220之间。在本实施例中，第一偏光片210的面积小于第二偏光片220的面积。第一栅线结构310在第一基板110的法线方向ND上重叠于液晶层130、第一偏光片210以及第二偏光片220。第二栅线结构320在第一基板110的法线方向ND上重叠于第二偏光片220且不重叠于第一偏光片210。

在本实施例中，第一偏光片210以及第二偏光片220包括聚乙烯醇(PolyvinylAlcohol，PVA)偏光膜、三醋酸纤维素薄膜(Triacetate Cellulose film，TAC)偏光膜或其他类型的高分子材料偏光膜。第一偏光片210的穿透轴垂直于第二偏光片220的穿透轴。

背光模块500设置于液晶面板100的背面，且在第一基板110的法线方向ND上重叠于第一偏光片210、液晶面板100、栅线偏光层300以及第二偏光片220。

背光模块500包括第一电路板510、第二电路板520、白色发光元件512以及彩色发光元件522,524,526。在本实施例中，白色发光元件512设置于第一电路板510上，且彩色发光元件522,524,526设置于第二电路板520上。在一些实施例中，第一电路板510与第二电路板520彼此分离。在其他实施例中，白色发光元件512以及彩色发光元件522,524,526设置于同一个电路板上。白色发光元件512以及彩色发光元件522,524,526例如为发光二极管。换句话说，白色发光元件512为白光发光二极管，且彩色发光元件522,524,526为彩色发光二极管。在一些实施例中，彩色发光元件522,524,526分别为红色发光二极管、绿色发光二极管以及蓝色发光二极管。

在本实施例中，背光模块500具有第一发光区501、第二发光区502、第三发光区503、第四发光区504以及第五发光区505。第一发光区501在法线方向ND上重叠于第一偏光片210、像素阵列114、液晶层130以及第二偏光片220，且不重叠于栅线偏光层300。第二发光区502在法线方向ND上重叠于第一偏光片210、像素阵列114、第一栅线结构310、液晶层130以及第二偏光片220，且不重叠于第二栅线结构320。第三发光区503以及第四发光区504在法线方向ND上重叠于第二栅线结构320以及第二偏光片220，且第三发光区503以及第四发光区504不重叠于第一栅线结构310。在本实施例中，第三发光区503还重叠于驱动电路116，且第四发光区504还重叠于扇出线路118。第五发光区505在法线方向ND上不重叠于第一偏光片210、栅线偏光层300以及第二偏光片220。

在本实施例中，第一发光区501以及第二发光区502位于显示装置10的画面显示区中，而第三发光区503、第四发光区504以及第五发光区505则位于显示装置10的情境灯区中。在一些实施例中，发光二极管(即彩色发光元件522,524,526)在第二发光区502、第三发光区503、第四发光区504以及第五发光区505中的分布密度小于液晶面板100的像素阵列214中的像素的分布密度。

在本实施例中，通过栅线偏光层300的设计，可以改善偏光片在高温高湿的环境中产生的问题对显示画面所造成的影响。具体地说，第一偏光片210以及第二偏光片220在受到高温后可能会往内收缩，导致部分的第二发光区502中的第一偏光片210出现偏移，且部分的第四发光区504中的第二偏光片220出现偏移。由于栅线偏光层300比较不容易受热收缩，因此可以通过栅线偏光层300的设置改善偏光片收缩所导致的显示画面亮度不均匀的问题。此外，相较于偏光片，栅线偏光层300的极化率比较不容易受温度与湿度所影响，因此，通过栅线偏光层300的设置还可以改善因为偏光片极化率下降而产生的问题。

在一些实施例中，独立的偏光片以及独立的栅线偏光层各自的穿透率皆约为40％。若将偏光片与栅线偏光层堆叠在一起，且偏光片与栅线偏光层具有平行的穿透轴，则穿透率只会由约40％下降至由约36％(意即，还能保留约九成的穿透率)。换句话说，将具有平行的穿透轴的偏光片与栅线偏光层堆叠在一起，对穿透率的影响不大。在本实施例中，在第二发光区502上方，第一栅线结构310的穿透轴平行于第一偏光片210的穿透轴；在第三发光区503以及第四发光区504上方，第二栅线结构320的穿透轴平行第二偏光片220的穿透轴。因此，可以减少栅线偏光层300对显示装置10的穿透率所造成的影响。即使第一偏光片210受热收缩而使部分的第一栅线结构310不重叠于第一偏光片210，显示装置10对应于第二发光区502的位置的亮度也不会有太大的变化。类似地，即使第二偏光片220受热收缩而使部分的第二栅线结构320不重叠于第二偏光片220，显示装置10对应于第四发光区504的位置的亮度也不会有太大的变化。

光学膜700可选择地设置于背光模块500与液晶面板100之间。光学膜700例如为单层或多层结构，光学膜700例如为量子点增色膜(Quantum Dot Enhancement Film，QDEF)、荧光膜(phosphor film)、扩散膜(Diffuser film)、扩散板(Diffuser plate)、导光膜(Light guide film)、棱镜膜(Prism film)、增亮膜(Dual Brightness EnhancementFilm，DBEF)、绕射膜(Diffraction film)或其他光学薄膜或上述光学薄膜的组合。

盖板600位于液晶面板100的正面。在本实施例中，盖板600通过光学胶层420而贴于第二偏光片220上。盖板600的材料包括玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯或其他合适的材料。在本实施例中，调整盖板600的成分，使盖板600包含具有不同穿透率的多个穿透区。在本实施例中，盖板600包括具有不同穿透率的第一穿透区611、第二穿透区612、第三穿透区613、第四穿透区614以及第五穿透区615。在本实施例中，其中第一穿透区611、第二穿透区612、第三穿透区613、第四穿透区614以及第五穿透区615分别重叠于第一发光区501、第二发光区502、第三发光区503、第四发光区504以及第五发光区505。

在本实施例中，显示装置10的穿透率会因为会受很多因素影响。举例来说，偏光片、栅线偏光层、线路的开口率、彩色滤光元件等都会影响显示装置10的穿透率。在本实施例中，显示装置10的配置如下表1所示。

表1

由表1可以得知，通过盖板600的设置可以使显示装置10在不同区域的穿透率较一致，由此提升图像的连续性。在本实施例中，第二穿透区612的穿透率大于第一穿透区611的穿透率，第一穿透区611的穿透率大于第三穿透区613的穿透率，第三穿透区613的穿透率大于第四穿透区614的穿透率，第四穿透区614的穿透率大于第五穿透区615的穿透率。在一些实施例中，盖板600的穿透率为渐变的。具体地说，不同的穿透区之间的穿透率为渐变的。

图2是依照本发明的一实施例的一种显示装置的第一基板的俯视示意图。举例来说，图2例如是图1的第一基板110的俯视示意图。

请参考图2，第一基板110为像素阵列基板，且包括载板112、像素阵列114、驱动电路116、扇出线路118以及驱动电路119。像素阵列114、驱动电路116、扇出线路118以及驱动电路119上。在本实施例中，像素阵列114中的每个像素包括储存电容以及薄膜晶体管。驱动电路116为栅极驱动电路，且形成于载板112上。驱动电路116通过扫条线SL而电性连接至像素阵列114。驱动电路119例如为外接的芯片及/或电路板。驱动电路119通过数据线DL而电性连接至像素阵列114。

在本实施例中，部分像素阵列114位于显示装置的画面显示区11，且另一部分像素阵列114位于显示装置的情境灯区12中。此外，驱动电路116、扇出线路118以及驱动电路119也位于情境灯区12中。

图3是依照本发明的一实施例的一种显示装置20的局部剖面示意图。在此必须说明的是，图3的实施例沿用图1的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。

图3的显示装置20与图1的显示装置10的主要差异在于：显示装置20的彩色滤光元件124延伸至框胶140外侧。

请参考图3，在本实施例中，背光模块500的第一发光区501至第四发光区504皆重叠于彩色滤光元件124。显示装置20的配置如下表2所示。

表2

由表2可以得知，通过盖板600的设置可以使显示装置20在不同区域的穿透率较一致，由此提升图像的连续性。在本实施例中，第三穿透区613的穿透率大于第四穿透区614的穿透率，第四穿透区614的穿透率大于第二穿透区612的穿透率，第二穿透区612的穿透率大于第一穿透区611的穿透率，第一穿透区611的穿透率大于第五穿透区615的穿透率。

图4是依照本发明的一实施例的一种显示装置30的局部剖面示意图。在此必须说明的是，图4的实施例沿用图1的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。

图4的显示装置30与图1的显示装置10的主要差异在于：显示装置30的第一基板110的驱动电路116并未设置于像素阵列114的两侧(如图5所示)。

请参考图4，在本实施例中，背光模块500的第二发光区502邻近第四发光区504设置。显示装置30的配置如下表3所示。

表3

由表3可以得知，通过盖板600的设置可以使显示装置30在不同区域的穿透率较一致，由此提升图像的连续性。在本实施例中，第二穿透区612的穿透率大于第一穿透区611的穿透率，第一穿透区611的穿透率大于第四穿透区614的穿透率，第四穿透区614的穿透率大于第五穿透区615的穿透率。

图5是依照本发明的一实施例的一种显示装置的第一基板的局部俯视示意图。举例来说，图5例如是图4的第一基板110的俯视示意图。

请参考图5，第一基板110为像素阵列基板，且包括载板112、像素阵列114、驱动电路116、扇出线路118以及驱动电路119。像素阵列114、驱动电路116、扇出线路118以及驱动电路119上。在本实施例中，像素阵列114中的每个像素包括储存电容以及薄膜晶体管。驱动电路116通过转接信号线TP而电性连接至扫条线SL，并通过扫条线SL电性连接至像素阵列114。驱动电路119例如为外接的芯片及/或电路板。驱动电路119通过数据线DL而电性连接至像素阵列114。在本实施例中，驱动电路116设置于像素阵列114与驱动电路119之间，由此减小显示装置的边框宽度。

图6是依照本发明的一实施例的一种显示装置40的局部剖面示意图。在此必须说明的是，图6的实施例沿用图4的实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同或近似的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，在此不赘述。

图6的显示装置40与图4的显示装置30的主要差异在于：显示装置40的彩色滤光元件124延伸至框胶140外侧。

请参考图6，在本实施例中，背光模块500的第一发光区501、第二发光区502以及第四发光区504皆重叠于彩色滤光元件124。显示装置40的配置如下表4所示。

表4

由表4可以得知，通过盖板600的设置可以使显示装置40在不同区域的穿透率较一致，由此提升图像的连续性。在本实施例中，第四穿透区614的穿透率大于第二穿透区612的穿透率，第二穿透区612的穿透率大于第一穿透区611的穿透率，第一穿透区611的穿透率大于第五穿透区615的穿透率。

图7是图6的盖板在不同穿透区的穿透率的曲线图。请参考图7，在本实施例中，不同穿透区的穿透率为渐变的，且穿透率呈现平滑曲线。图7显示了第一穿透区611、第二穿透区612、第四穿透区614以及第五穿透区615的穿透率。然而，不同穿透区的穿透率可以依照实际需求而进行调整。

图8A至图8D是依照本发明的一实施例的一种栅线偏光层的制造方法的局部剖面示意图。举例来说，图8A至图8D是前述任一实施例中的显示装置的栅线偏光层的制造方法的剖面示意图。

请参考图8A，形成金属材料层300’于载板112上。金属材料层300’可以具有单层或多层结构。形成光刻胶层PR于金属材料层300’上。

请参考图8A与图8B，通过纳米压印技术(Nanoimprint，NIL)将模具M压于光刻胶层PR上，以将模具M的图案转移至光刻胶层PR上。

请参考图8C，固化光刻胶层PR，以形成固化后的光刻胶图案PR’。固化后的光刻胶图案PR’包含沿着第一方向D1延伸的多条第一光刻胶条P1以及沿着第二方向D2延伸的多条第二光刻胶条P2。

请参考图8C与图8D，以固化后的光刻胶图案PR’为掩模，蚀刻金属材料层300’，以形成栅线偏光层300。栅线偏光层300包括第一栅线结构310以及第二栅线结构320。第一栅线结构310的穿透轴垂直于第二栅线结构320的穿透轴。第一栅线结构310包括沿着第一方向D1延伸的多条金属栅线312，且第二栅线结构320包括沿着第二方向D2延伸的多条金属栅线322。

在一些实施例中，金属栅线312与金属栅线322的间距PH为50至150纳米。在一些实施例中，金属栅线312与金属栅线322的宽度W为50至100纳米。在一些实施例中，金属栅线312与金属栅线322的厚度T大于50纳米。

表5提供了本发明的一些实施例的栅线偏光层与聚乙烯醇偏光片的Ts、Tp、消光比(extinction ratio)以及极化率(Polarization ratio)，其中Tp为穿透轴彼此平行的两个重叠的聚乙烯醇偏光片(或两个重叠的栅线偏光层)的穿透光亮度(nits)，且Ts为穿透轴互相垂直的两个重叠的聚乙烯醇偏光片(或两个重叠的栅线偏光层)的穿透光亮度(nits)。极化率＝(Tp-Ts)/(Tp+Ts)，消光比＝Tp/Ts。本发明的实施例中的栅线偏光层与聚乙烯醇偏光片的极化率都大于99.95％。

表5

图9是依照本发明的一些实施例的栅线偏光层与聚乙烯醇偏光片的可靠度试验数据图。在图9中，T0指的是栅线偏光层与聚乙烯醇偏光片还没有开始进行可靠度试验时的极化率，如表5中所示。在图9中，T1000指的是栅线偏光层与聚乙烯醇偏光片经过特定条件(图9中的条件1或条件2)处理1000个小时后的极化率。在图9中，条件1是将栅线偏光层与聚乙烯醇偏光片置于摄氏105℃的环境中，条件2则是将栅线偏光层与聚乙烯醇偏光片置于摄氏85℃且湿度为85％的环境中。

为了减少实验误差，提供了三个具有相同结构的栅线偏光层WGP1,WGP2,WGP3以及三个具有相同结构的聚乙烯醇偏光片POL1,POL2,POL3进行测试。

从图9可以得知，栅线偏光层WGP1,WGP2,WGP3相较于聚乙烯醇偏光片POL1,POL2,POL3更能承受高温与高湿的环境。

综上所述，在本发明的显示装置中，可以通过栅线偏光层的设置改善偏光片收缩所导致的显示画面亮度不均匀的问题，并能解决偏光片在高温高湿的环境中所导致的极化率下降对显示装置所造成的不良影响。