专利名称：液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示器(LCD)，尤其涉及一种可以从LCD板中除去光导板、并且在LCD板中放置有偏振片的LCD。
背景技术：
一般地，LCD由于其厚度小且重量轻等特点而被广泛地用作便携式信息终端。LCD板是一种本身不会发光的无源装置，且在其后侧设置有反光板。对于这种LCD板，有采用外部光作为光源的反射型LCD板、投射型LCD板和半投射型LCD板。投射型LCD板和半投射型LCD板的每一种均在其后侧具有一个背光总成。
因为LCD板可以以极低的电压驱动，例如几伏的电压，所以反射型LCD具有低功耗特性，但它不能用在黑暗环境下。另外，因为使用滤色片的彩色LCD板具有极低的光效率，所以有一个缺点，即反射型LCD不能显示光的颜色。
无论使用的光源类型如何，例如自然光源或人工光源，使用只沿一个方向振动的光。为此目的，将偏振片粘接到LCD板的两个外表面上。
光是一种电磁波，以正弦函数的波形振动，且具有垂直于其传播方向的振动方向。此振动方向在任何方向上以相同的机率存在，而没有任何的方向性。偏振片只透过沿选定的某一方向振动的光，并利用适当的媒质吸收或反射沿未选定方向振动的其余光。结果，偏振片起到使光沿特定方向振动的作用。
为了提高光效率，把偏振片粘接到LCD板的两个外表面上。作为这些偏振片，有尿素基偏振片(urea-based polarizing plate)和染料基偏振片(dye-based polarizing plate)。
尿素基偏振片通过使聚乙烯醇吸收具有高度各向异性的尿素基溶液并沿特定的方向拉伸合成的聚乙烯醇而制备。尿素基薄膜具有例如优良的偏振性能和高对比度等优点，但它会因高温和高湿度环境下碘分子的高度升华而导致问题。
染料基的偏振片通过类似于尿素基偏振片的制造方法制造，即通过用聚乙烯醇作为偏振介质来吸收具有二色性的染料，并拉伸所得的聚乙烯醇，使得氯分子沿拉伸方向分布而制得。作为所用的染料类型，有直接染料(direct dye)和酸染料。但是这种染料基偏振片与尿素基的偏振片相比，因为染料本身的低各向异性，所以具有低的极性，但对具有高温和高湿度的环境有很强的抵抗力。
图1是显示一种其中使用偏振片的常规LCD的简图。参见图1，偏振片40和50分别粘接在上玻璃衬底和下玻璃衬底40和50的外表面上。背光总成90放置在设置于下玻璃衬底20之下的光导板侧表面附近。液晶层30夹在上玻璃衬底10和下玻璃衬底20之间。
在图1中，附图标记32表示密封剂，附图标记80表示LCD板。
图2是显示图1的LCD中使用的偏振片的构成的截面图。参见图2，聚乙烯醇层43的聚合物偏振介质以偏振片为中心，三乙酰基纤维素(triacetyl cellulous)(TAC)制成的支撑层42和44粘接在聚乙烯醇层43的两个表面上。上保护膜41附着在上支撑层42上，且粘合剂层45和下保护膜46按所述顺序粘接在下支撑层44上。
此处，支撑层42和44用于确保耐久性、机械强度、耐热性、抗湿性等，并且粘合剂层45用于把偏振片40和50粘结到玻璃衬底10和20上。
在前述元件中，光导板和偏振片是决定LCD板总厚度的重要因素。
因此，需要通过减小光导板和偏振片的厚度来减小LCD板的总厚度。
发明内容
因此，本发明将满足上述需求，并且本发明的目的在于提供一种能够通过从LCD中除去光导板并在LCD板内放置偏振片而减小LCD总厚度的LCD。
为了实现本发明的第一目的，提供一种包括LCD板的液晶显示器(LCD)。在上述LCD中，LCD板包括一对透明衬底和一个夹在其间的液晶层。LCD板通过施加在电极上的电压来改变液晶层液晶分子的排列并由此显示图像，其中，该电极形成在衬底的彼此面对的内表面上。照明单元向LCD板提供光。该对衬底中的任何一个还有光导板的作用，用以把光源发出的线光束转变成面光束。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括LCD板的液晶显示器。在上述LCD中，LCD板包括一对透明衬底和一个夹在其间的液晶层。LCD板通过施加在电极上的电压来改变液晶层液晶分子的排列并由此显示图像，其中该电极形成在衬底的彼此面对的内表面上。照明单元向LCD板提供光线。该对衬底中的至少一个还有光导板的作用，用以把光源发出的线光束转变成面光束，且第一偏振片夹在具有光导板作用的衬底和液晶层之间。
根据本发明的另一方面，提供一种液晶显示器。在上述LCD中，第一衬底包括像素电极。开关元件形成在第一衬底的内表面上，并开启或关闭像素电极。第一偏振片粘结在第一衬底的外表面上。第二衬底面对第一衬底，并包括用于显示彩色图像的滤色层。公共电极形成在滤色层上。第二衬底把经过第二衬底的一个侧面输入的线光束转变成面光束。液晶层夹在第一衬底和第二衬底之间。第二偏振片设置在液晶层和第二衬底之间，并把经第二衬底转变的面光束转变成沿特定方向振动的光。第二偏振片包括设置在中间层上的聚合物偏振介质的聚乙烯醇层，以及设置在聚乙烯醇层两个外表面上的两个三乙酰基纤维素支撑层。
通过参考附图对其优选实施例的详细描述，本发明的上述目的和其它优点将更加清楚，其中图1是根据现有技术的LCD的简化的截面图；图2是图1所示偏振片的截面图；图3是根据本发明一实施例的LCD的简化截面图；图4是根据本发明另一优选实施例的LCD的简化截面图；图5是应用到本发明实施例中的下偏振片的简化截面图；图6是应用到本发明实施例中的上偏振片的简化截面图；图7是应用到本发明实施例中的另一上偏振片的简化截面图；以及图8是说明图7所示上偏振片的驱动机理的简图。
具体实施例方式
现在，参考附图对本发明的优选实施例进行详细描述。
图3是根据本发明一实施例的LCD的简化截面图。
参见图3，在LCD的可见侧(观察者侧)设置一个具有粘结在其外表面上的偏振片(或第一偏振片)140的上衬底(或第一衬底)。第一衬底包括一个第一透明衬底102。在第一透明衬底102的内表面上，形成有像素电极104和用于开关像素电极104的开关元件，如薄膜晶体管(TFT)。在像素电极104和开关元件下面形成一个上部取向膜(或第一取向膜)。
下衬底(或第二衬底)面对第一衬底布置。下衬底包括一个用于把线光源转变成面光源的第二透明衬底112。在第二透明衬底112的内表面上形成一个滤色层114、一个只透射在特定方向上振动的光束的下部偏振片(或第二偏振片)150、一个用于与形成在第一透明衬底102上的像素电极104一起产生电场的公共电极118，以及一个用于与形成在第一透明衬底102内表面上的第一取向膜106一起确定液晶层130的液晶分子预倾角的下部取向膜(或第二取向膜)120。
光源170布置在一侧表面附近，以将线光束提供到第二透明衬底112内。虽然发射光束的如荧光板、发光二极管(LED)、有机电致发光元件(EL)、小尺寸白炽灯等的所有类型的光源都可以用作光源170，但不需要如逆变器电路等特殊装置的且在低电压下驱动的LED、有机EL、小尺寸白炽灯等更适合低功耗。优选地，采用能够减小LCD自身尺寸的发光二极管(LED)。
为了把从LED 170入射的线光束转变成面光束，在第二透明衬底112的外表面上形成多个反射点160。在第二透明衬底112下面，设置一个用于把经第二透明衬底112泄漏的光向第一衬底侧反射的反射片190。
作为前述第一和第二透明衬底102和112，可以采用例如玻璃的无机透明材料、片型或薄膜型聚合物、或者其复合物。
允许第二透明衬底112具有作为光导板的功能的反射点160可以通过玻璃材料注模、热固塑料或光致固化塑料蚀刻，以及点型薄膜或塑料层在透明塑料衬底或玻璃衬底上的粘结或设置等方法中的任何一种方法形成。除了支撑液晶层这一基本功能之外，具有反射点的衬底112还具有高效传导并辐射光源光束的光导板的功能。
于是，因为上述LCD中的第二透明衬底112还有光导板的功能，所以LCD的总厚度减小了一个值，该值对应于常规LCD光导板的厚度。另外，因为第二偏振片150设置在液晶层130和第二透明衬底112之间，即位于LCD板内侧，所以，与偏振片粘结在LCD板外表面上的常规情形相比，图2所示的TAC膜42和44的厚度可以减小。结果，LCD板的总厚度可以减小。
而且，因为第二偏振片150可以通过涂覆法形成，而不用粘结到第二透明衬底112上，所以，与图2那样不同，排除了将偏振片粘结到玻璃衬底上的粘合剂层的使用。因此，可以使LCD板的总厚度减小一个粘合剂层的厚度。
图4是根据本发明另一优选实施例的LCD板的简化截面图。
与图3所示的LCD相比，图4的LCD在偏振片的布置上与图3所示的不同。具体地，第二偏振片150设置在滤色层114和透明公共电极118之间。
图4所示的LCD与常规的LCD相比，图4的LCD的总厚度减小一个值，该值对应于常规LCD光导板厚度。另外，第二偏振片放置在滤色层114和透明公共电极层118之间，即位于LCD板的内侧，图2所示的TAC膜42和44的厚度与常规的情形相比可以减小，常规的情形是，偏振片粘结在LCD板的外表面上。结果，LCD板的总厚度可以减小。
另外，因为它可以不采用第二偏振片与第二透明衬底112的连结法、而采用涂覆法来形成第二偏振片150，所以排除了使用图2中公开的粘合剂层45，使得LCD的总厚度可以减小粘合剂层45的厚度。
图5是显示应用到本发明第一和第二实施例中的第二偏振片150的结构截面图。
当将图5的第二偏振片与图2中的相比时，可以看出，图5的第二偏振片没有粘合剂层45。
在提及应用到本发明中的第二偏振片的具体叙述之前，将参见图2回顾常规的上和下部偏振片的结构。
参见图2，聚合物偏振介质的聚乙烯醇层43具有大约30±5.0μm的厚度，位于两外表面上的每个支撑层具有大约80±5.0μm的厚度，上部保护膜41具有大约63±5.0μm的厚度，粘合剂层43具有大约25±5.0μm的厚度，下部保护膜46具有大约38±5.0μm的厚度。
此处，粘结上部保护膜41和下部保护膜46以保护聚乙烯醇层43免遭异质，并且因为在偏振片的粘结过程中去除了保护膜，所以偏振片的实际厚度对应于将聚乙烯醇层43的厚度、两个支撑层42和44的厚度及粘合剂层45的厚度加起来的厚度。总厚度大致达到215μm。
因此，作为一个例子，如果图5的第二偏振片150通过上述的涂覆法形成，则第二偏振片150将具有这样的结构，在该结构中，聚合物偏振介质的聚乙烯醇层143的厚度保持与图2的聚乙烯醇层43的厚度一致，两支撑层152和154的厚度与常规的两个支撑层的厚度相比减小大约50μm，结果为大约30±5.0μm，并且图2所示的粘合剂层45被去除。
结果，第二偏振片的厚度变为大约130±5.0μm，与常规的第二偏振片的厚度215μm相比，减小大约85μm。
通过减小如上两个支撑层的厚度，可以制备一种第二偏振片的厚度仅为130μm的纤薄的LCD。
另外，作为第二个实例，提供一种从图5的结构中去除下支撑层154的第二偏振片。此时，上部支撑层152的厚度和聚乙烯醇层153的厚度与常规第二偏振片的相同。
结果是，通过将第二实例应用到LCD中，可以制备一种纤薄的LCD板，其中第二偏振片150的厚度仅为110μm。
作为第三实例，提供一种从图5的结构中去除下支撑层154的第二偏振片。此时，聚乙烯醇层153的厚度与常规第二偏振片的厚度相同，并且上部支撑层152的厚度约为30±5.0μm，这比常规的上支撑层的厚度薄50μm。
结果是，通过将第三实例用于LCD，可以制备一种纤薄的LCD板，其中第二偏振片150的厚度仅60μm。
如上述三个实例所提供的那样，通过减小第二偏振片150的厚度，并且还使第二衬底112具有光导板的功能，可以制得纤薄的LCD。
同时因为以相对于LCD板倾斜入射的光的双折射效果不同于垂直于LCD板入射的光的双折射效果，所以出现LCD板中视角的依赖性。为此，需要一种光学装置，在该装置中，双折射效果随光的入射角改变，以通过在LCD板上叠置光学装置来根据观察位置补偿双折射的差异。对于上述光学装置，采用相位差膜(phase difference film)。
相位差膜用在与偏振片耦合的状态下。例如，在偏振片的下部支撑层44和图2所示的粘合剂层45之间，插入一个由厚度约为2μm的圆片形液晶(discotic liquid crystal)(一种与向列型液晶相比其每个分子具有长度更短的结构的液晶)制成的补偿膜。为了支撑并粘结补偿膜，依次放置一个厚度约为25±5.0μm的粘合剂层(第二粘合剂层)和厚度约为100±10μm的支撑层(第二支撑层)。
但是，当通过对LCD应用作为第一偏振片的上述结构的偏振片而进行可靠性测试时，产生严重的边缘部分的光泄漏故障，这种故障在没有相位差膜的一般偏振片中不会发生。这被理解成，当为制造相位差膜而增加的第二粘合剂层在高温下由于集中在LCD板边缘部分上的热而变形时，第二粘合剂层下面的第二支撑层和补偿膜被扭曲和收缩，使得这种故障发生。
图6是显示用于消除光泄漏的光学补偿偏振片的结构的截面图。
参见图6，光学补偿偏振片240有这样一种结构，在该结构中，保护膜(以下称作“第一保护膜”)247具有大约38±5.0μm的厚度，粘结层246具有大约25±5.0μm的厚度，圆片形液晶制成的补偿膜具有大约2μm的厚度，支撑层(以下称作“第一支撑层”)244具有大约100±10μm的厚度，偏振器件层243具有大约30±5.0μm的厚度，支撑层(以下称作“第二支撑层”)242具有大约60±5.0μm的厚度，保护层(以下称作“第二保护层”)241具有大于60±5.0μm的厚度并且进行了静电防护处理，这些层依次叠置。
与常规的增加了相位补偿膜的结构相比，图6的光学补偿偏振片240具有这样的结构，在该结构中，从常规的结构中去除厚度约为80±10μm的下支撑层和厚度约为25±5μm的粘合剂层，使得偏振片的厚度从440±57μm下降到335±42μm，因此可以制成纤薄的LCD。
另外，作为另一实施例，在LCD板的内侧形成第二偏振片，并且如图7所示，第一偏振片340以这样的结构制作，在该结构中，从常规的相位差膜结构中去除厚度约为25±5μm的粘合剂层和厚度约为100±10μm的支撑层，并且圆片形液晶制成的补偿膜只夹在常规偏振片的下支撑层344和粘合剂层346之间，使得可以制备一种具有纤薄的光学补偿偏振膜的无扭曲缺陷或收缩缺陷的LCD。
因而，通过将前述的光学补偿偏振片用作上部偏振片，可以基本上避免LCD板边缘部分的光泄漏故障，实现纤薄的LCD并降低偏振片的制造成本。
图8是用于说明当把上述结构的光学补偿片应用于LCD时的光学补偿原理的示意图。图8中，附图标记130表示一个液晶单元(cell)区，附图标记240和340表示相位补偿区，附图标记180表示液晶单元区130与相位补偿区240和340之间的边界。
液晶单元区130的液晶134具有双折射效应，其中，短轴方向的折射率不同于长轴方向的折射率。由此双折射，液晶可以分成非常折射率(extraordinary refractivity)ne大于正常折射率(ordinary refractivity)no、即Δn＝ne-no＞0的正型液晶，以及非常折射率ne小于正常折射率no、即Δn＝ne-no＜0的负型液晶。
折射率是决定光通过光学介质的速度，和描述光在介质中的行进机制的重要因素。因此，当从LCD板的正面看时，光主要受非常折射率的影响，而当相对于LCD板的正面以一倾角观看时，光主要受正常折射率的影响，使得在光折射率上出现差异，从而在偏振状态的变化率上出现差异，同时通过液晶层，偏振状态也从线偏振态变为面偏振态，并且从而使得LCD板正面上的光量和颜色特性不同于LCD板正面以外的位置上的光量和颜色特性。
因此，如果考虑到用于补偿LC单元区130中产生的相位差的理想原理，则采用相位差膜240和340，该相位差膜的非常折射率与LC单元区130的正常折射率相等，且其正常折射率与LC单元区的非正常折射率也相等，即ne＝no′和no＝ne′。
为了利用相位差膜240和340补偿相位差，LC单元的延迟，即Δn(＝ne-no)·d(LC单元的厚度)，以及相位差膜的延迟，即Δn′(＝ne′-no′)·d′(相位差膜的厚度)应该彼此相同，因而LC单元的厚度d应该等于相位差膜的厚度d′。
因而，因为LC单元中的相变Δn·d具有与相位差膜内的相变Δn′·d′相同的值，但却具有相反的方向，所以它们补偿彼此的相位差。但是，在实扭曲向列LC单元(real twisted nematic LC cell)的情形中，因为平行于玻璃衬底表面排列的液晶垂直排列的程度随灰度级别而变化，所以相位差膜具有三维折射率，并且折射率随光的波长变化，把它们的关系当作ne＝no′和no＝ne′是不正确的想法。
因此，虽然图6和图7中相位差膜的厚度限定在一个特定的范围内，但并不仅局限于这一范围。换言之，应该通过考虑到Δn、单元间隙、光波长等的拟合而在一优化范围内确定该厚度。
如上所述，本发明的LCD没有光导板，但有一个建立在LCD板内侧的偏振片，从而使偏振片更薄，使得可以获得纤薄的LCD。
另外，可以减少制造光导板和偏振片中所使用的原材料的量，以节约制造成本。
虽然已经详细描述了本发明，但在不脱离本发明实质和范围的前提下可以对其进行各种改变、替换和更改。
权利要求
1.一种液晶显示器，包括液晶显示板，该板包括一对透明衬底和一个夹在其间的液晶层，液晶显示板通过施加到电极上的电压来改变液晶层中液晶分子的排列从而显示图像，其中该电极形成在衬底的彼此面对的内表面上；以及照明机构，用以向液晶显示板提供光线，其中，透明衬底中的一个执行光导板的作用，以将光源发出的线光束转变成面光束。
2.如权利要求1所述的液晶显示器，其中，该对衬底包括相对于观察者侧而设置在上侧的薄膜晶体管衬底和设置在下侧的滤色衬底，滤色衬底包括具有光导板功能的在其下表面上形成有光散射点的第一衬底。
3.如权利要求2所述的液晶显示器，还包括设置在滤色衬底下面的反光板，用于把经第一衬底泄漏的光反射向薄膜晶体管衬底。
4.如权利要求2所述的液晶显示器，其中，照明机构建立在第一衬底的一侧边缘上，并且是发光二极管。
5.一种液晶显示器，包括液晶显示板，该板包括一对透明衬底和一个夹在其间的液晶层，液晶显示板通过施加到电极上的电压来改变液晶层的液晶分子的排列从而显示图像，其中，电极形成在衬底的彼此面对的内表面上；以及照明机构，用以向液晶显示板提供光线，其中，至少一个衬底执行光导板的功能，以将光源发出的线光束转变成面光束，且第一偏振片夹在具有光导板功能的该衬底和该液晶层之间。
6.如权利要求5所述的液晶显示器，其中，第一偏振片包括设置为中间层的聚合物偏振介质聚乙烯醇层，以及两个设置在聚乙烯醇层的两个外表面上的三乙酰基纤维素支撑层。
7.如权利要求5所述的液晶显示器，其中，该对衬底包括相对于观察侧而设置在上侧的薄膜晶体管衬底和布置在下侧的滤色衬底，滤色衬底包括具有光导板功能的在其下表面上形成有光散射点的第一衬底。
8.如权利要求7所述的液晶显示器，其中，薄膜晶体管衬底包括第二偏振片，该第二偏振片具有这样的结构，在该结构中，粘合剂层直接粘结在薄膜晶体管衬底的外表面上，且在该粘合剂层上依次粘结第一支撑层、聚合物偏振介质层和第二支撑层。
9.如权利要求7所述的液晶显示器，其中，薄膜晶体管衬底包括第二偏振片，该第二偏振片具有这样的结构，在该结构中，粘合剂层直接粘结在薄膜晶体管衬底的外表面上，并且在该粘结层上依次粘结相位补偿膜、第一支撑层、聚合物偏振介质层和第二支撑层。
10.如权利要求7所述的液晶显示器，还包括设置在滤色衬底下面的反光板，用于把经第一衬底泄漏的光反射向薄膜晶体管衬底。
11.一种液晶显示器，包括第一衬底，该衬底包括像素电极、形成在其内表面上用于开关像素电极的开关元件，以及粘结在其外表面上的第一偏振片；第二衬底，该衬底面对第一衬底，并包括用于显示彩色图像的滤色层和形成在滤色层上的公共电极，该第二衬底把经过其一个侧面入射的线光束转变成面光束；夹在第一衬底和第二衬底之间的液晶层；以及设置在液晶层和第二衬底之间的第二偏振片，用于把经第二衬底转变的面光束转变成沿特定方向振动的光，其中，第二偏振片包括设置为中间层的聚合物偏振介质聚乙烯醇层和两个设置在聚乙烯醇层的两个外表面上的三乙酰基纤维素支撑层。
12.如权利要求11所述的液晶显示器，其中，第二偏振片设置在滤色层和公共电极之间。
13.如权利要求11所述的液晶显示器，其中，第二偏振片设置在滤色层和第二衬底的内表面之间。
14.如权利要求11所述的液晶显示器，还包括设置在第二衬底下面的反光板，用于把经第二衬底泄漏的光反射向第一衬底。
15.如权利要求11所述的液晶显示器，其中，线光束从设置在第二衬底一侧上的发光二极管提供。
16.如权利要求11所述的液晶显示器，其中，第一偏振片具有这样的结构，在该结构中，粘合剂层直接粘结在第一衬底的外表面上，并且在粘合剂层上依次粘结第一支撑层、聚合物偏振介质层和第二支撑层。
17.如权利要求11所述的液晶显示器，其中，第一偏振片具有这样的结构，在该结构中，粘合剂层直接粘结在第一衬底的外表面上，并且在该粘合剂层上依次粘结相位补偿膜、第一支撑层、聚合物偏振介质层和第二支撑层。
18.如权利要求11所述的液晶显示器，其中，第二衬底包括形成在其外表面上的多个反射点，用于把线光束转变成面光束。
全文摘要
本发明公开了一种能够用于如蜂窝电话的手持终端的超薄LCD。在上述LCD中，第一衬底包括像素电极。开关元件形成在第一衬底的内表面上，并开启或关闭像素电极。第一偏振片粘结在第一衬底外表面上。第二衬底面对第一衬底，并包括用于显示彩色图像的滤色层。公共电极形成在滤色层上。第二衬底把经过第二衬底的一个侧面入射的线光束转变成面光束。液晶层夹在第一衬底和第二衬底之间。第二偏振片设置在液晶层和第二衬底之间，并把经第二衬底转变的面光束转变成沿特定方向振动的光。第二偏振片包括分布在中间层上的聚合物偏振介质的聚乙烯醇层，以及两个设置在聚乙烯醇层两个外表面上的三乙酰基纤维素支撑层。
文档编号G02F1/1335GK1412609SQ0210738
公开日2003年4月23日 申请日期2002年3月19日 优先权日2001年10月5日
发明者山村信幸 申请人:三星电子株式会社