专利名称：液晶显示器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示器，且尤其涉及一种使用光学镜片而无彩色滤光片的液 晶显示器及其制造方法。
背景技术：
传统的液晶显示器利用彩色滤光片将来自背光模块的白光分成红、绿、蓝(RGB) 三种光，并利用红、绿、蓝(RGB)三种光混色，达到全彩的显示效果。参阅图1，其是显示传统 的液晶显示器的剖面示意图，背光模块10设置于液晶显示面板14的下方，在背光模块10 与液晶显示面板14之间具有下偏光片12，在液晶显示面板14上则设置彩色滤光片16，彩 色滤光片16具有三种颜色的色阻，分别为红色色阻16R、绿色色阻16G以及蓝色色阻16B， 来自背光模块10的白光通过下偏光片12及液晶显示面板14后，经由彩色滤光片16产生 红、绿、蓝(RGB)三种颜色的光。由于彩色滤光片16的色阻会吸收大部分的光能量，通过彩色滤光片16后的光能 量约只剩下原来入射光能量的30%，使得传统的液晶显示器的光能量利用率低。此外，由于 彩色滤光片的成本高，使得传统的液晶显示器的制造成本无法降低。因此，业界亟需一种液晶显示器，其可以不需要彩色滤光，并达到全彩的显示效^ ο
发明内容
本发明提供一种液晶显示器，包括液晶显示面板，具有多个像素；背光模块设置 于液晶显示面板之下；以及光学镜片设置于液晶显示面板与背光模块之间，其中光学镜片 具有多个结构设置于光学镜片的上下表面，使得来自背光模块的光色散成多道七彩光源， 每道七彩光源由红色至紫色连续光谱的色光所组成，且对应至像素。本发明又提供一种液晶显示器的制造方法，该方法包括提供液晶显示面板，具 有多个像素；提供背光模块，设置于液晶显示面板下方；以及提供光学镜片贴附于液晶显 示面板下方，面对背光模块，其中光学镜片具有多个结构形成于光学镜片的上下表面，使得 来自背光模块的光色散成多道七彩光源，每道七彩光源由红色至紫色连续光谱的色光所组 成，且对应至像素。为了让本发明的上述目的、特征、及优点能更明显易懂，以下结合附图，作详细说 明如下。
图1显示传统的液晶显示器的剖面示意图；图2A显示依据本发明的一实施例，液晶显示器的剖面示意图；图2B显示依据本发明的另一实施例，液晶显示器的剖面示意图；图3显示依据本发明的一实施例，光学镜片的剖面示意图，以及光线由背光模块进入光学镜片的示意图；图4显示依据本发明的另一实施例，光学镜片的剖面示意图，以及光线由背光模 块进入光学镜片的示意图。
具体实施例方式本发明提供一种液晶显示器，其不需要彩色滤光片，利用光学镜片即可达到全彩 的显示效果。参阅图2A，其显示本发明一实施例的液晶显示器的剖面示意图。首先，提供液晶显 示面板沈，液晶显示面板沈包含上下基板，以及设置在上下基板之间的液晶层，上下基板 可以是玻璃基板，在下基板上形成薄膜晶体管阵列(TFT Array)，以及多条互相交错的扫描 线(scan line)与数据线(data line)，任两条相邻的扫描线与任两条相邻的数据线之间定 义一个次像素(sub-pixel)。在一实施例中，一个像素(pixel)可以由三个次像素组成，且 三个次像素分别为红色、绿色及蓝色，液晶显示面板26具有多个像素(未绘出)。在另一实 施例中，一个像素(pixel)可以由三个以上的次像素组成，例如分别为红色、绿色、蓝色及 黄色的次像素。在液晶显示面板沈的下方设置背光模块20，在一实施例中，背光模块20可提供白 光至液晶显示面板26。另外，液晶显示器还包含一对上下偏光片观及22夹设液晶显示面 板26。依据本发明的一实施例，在液晶显示面板沈与下偏光片22之间具有光学镜片24， 光学镜片M的上下表面具有多个结构，可以将来自背光模块20的白光色散成多道七彩光 源，每道七彩光源由红色至紫色连续光谱的色光所组成，且每道七彩光源对应至液晶显示 面板26的一个像素。在一实施例中，每个像素包含三个次像素，且每道七彩光源在每个像 素的各次像素中分别呈现红、绿、蓝色，藉此达到全彩的显示效果。在另一实施例中，每个像 素包含三个以上的次像素，且每道七彩光源在每个像素的各次像素中分别呈现红、绿、蓝色 及黄色，藉此达到全彩的显示效果。因此，本发明的液晶显示器不需要彩色滤光片，即可达 到全彩的显示效果。另外，参阅图2B，其显示本发明另一实施例的液晶显示器的剖面示意图，其与图 2A的差别在于光学镜片M设置在下偏光片22与背光模块20之间。同样地，来自背光模 块20的白光也会被光学镜片M色散成多道七彩光源，且每道七彩光源对应至液晶显示面 板沈的每个像素，藉此达到全彩的显示效果。接着，参阅图3，其显示依据本发明一实施例的光学镜片M的剖面示意图，以及光 线由背光模块20进入光学镜片M的示意图。在此实施例中，光学镜片M的上下表面24A 及24B分别具有多个N字型的结构30及32。来自背光模块20的光线B例如为白光，其与 光学镜片M光入射面的垂直线的夹角为布儒斯特角θ B，可使得来自背光模块20的光线B 通过光学镜片M的透射率达到最高。布儒斯特角θ Β系由光学镜片M的材料决定，光学 镜片M的材料为透光材料，例如玻璃，玻璃的布儒斯特角9,为56.3度。以背光模块的光 进入光学镜片M光入射面的垂直线的夹角为布儒斯特角θ ,并搭配下偏光片22，可使得横 向磁场(transverse magnetic，简称TM)偏振光的透射率达到最高。由于光学镜片M上下表面的多个结构30及32具有棱镜色散的作用，可以使得来 自背光模块20的白光色散成多道七彩光源40，并对应至液晶显示面板沈的每个像素。每道七彩光源40由红色至紫色连续光谱的色光所组成，包含红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光 (41 至 47)。在一实施例中，光学镜片M上表面的N字型结构30的间距P大抵上等于液晶显 示面板沈一个像素的宽度，N字型结构30的高度Hl则约等于PXtan θ B。光学镜片M 下表面的N字型结构32的间距Q小于一个像素的宽度P，且N字型结构32的高度H2约等 于QXtan ΘΒ。光学镜片M上下表面的N字型结构30及32的表面30a及3 互相平行， 亦即光线B通过光学镜片M的入光面与出光面系互相平行。在一实施例中，N字型结构30 及32的表面30a与3 之间的距离D约介于0. 2至2cm之间，而光学镜片M的厚度H3约 等于(DXcos θ β)+Η1+Η2。依据本发明的一实施例，光学镜片M上下表面的结构可经由微影蚀刻技术形成。 首先提供基底，基底的材料为透光材质，例如玻璃，接着在基底的上下表面涂布光阻，提供 灰度掩膜(gray level mask)对基底上下表面的光阻进行曝光、显影工艺，在基底上下表面 形成光阻图案，分别对应至光学镜片M上下表面的结构，然后经由光阻图案蚀刻基底的上 下表面，形成如图3所示的N字型结构。接着，将光阻除去，即完成光学镜片M的制作。在另一实施例中，光学镜片M上下表面的结构由光阻所制成。首先提供透光的基 底，例如玻璃，接着选用与玻璃基底折射率相当的光阻涂布于基底的上下表面，利用灰度掩 膜对基底上下表面的光阻进行曝光及显影工艺，所形成的光阻图案即为光学镜片M上下 表面的结构。在此实施例中，光阻图案不移除而留在基底上下表面，形成光学镜片M上下 表面的结构。在本发明的实施例中，液晶显示面板沈的每个像素包含三个或三个以上的次像 素，且这些次像素可分别为红、绿、蓝色或黄色等，因此，七彩光源40中除了各次像素所需 的色光以外的其它色光需要被遮蔽。在本发明的一实施例中，于液晶显示面板沈中形成黑 色矩阵层(black matrix ；BM)(未绘出)，使得七彩光源40中不需要的色光可以被黑色矩 阵层遮蔽。另外，在光学镜片M下表面24B的多个N字型结构32之间还形成遮光材料层34， 遮光材料层34例如为吸收光的材料或反射光的材料，其可以隔绝多道七彩光源40，避免因 多道七彩光源40彼此相隔太近而相互混光。遮光材料层34覆盖在N字型结构32之间的 侧壁以及部分下表面24B上，其中具有遮光材料层34覆盖的部分下表面24B的宽度L约与 次像素之间的黑色矩阵层(BM)的宽度相当。依据本发明的一实施例，光学镜片M下表面的结构上的遮光材料层34可经由微 影蚀刻技术形成。首先在光学镜片M下表面的结构上涂布遮光材料，接着在遮光材料上涂 布光阻，提供掩膜对光学镜片M下表面的光阻进行曝光、显影工艺，在遮光材料上形成光 阻图案，对应至遮光材料层34的图案，然后经由光阻图案蚀刻遮光材料，形成如图3所示的 遮光材料层34。在图3的实施例中，每道七彩光源40对应至液晶显示面板沈的每个像素，由于七 彩光源40中的各色光需要与液晶显示面板沈中的各次像素产生精确对位，因此，在本发明 的一实施例中，于光学镜片M与液晶显示面板沈的下基板上形成多个对位记号，利用机械 对位的方式将光学镜片M与液晶显示面板沈的对位记号对准后，再将光学镜片M贴附至 液晶显示面板沈下方。
当对位不精准的问题发生时，在液晶显示面板沈的各次像素中将会呈现非预期 的色光，例如红色次像素的色光往长波长移动，使得红色次像素掺混部分的橙光，而造成色 偏现象。为了降低对位问题造成色偏的影响，本发明提供另一种光学镜片，参阅图4，其显示 依据本发明另一实施例的光学镜片M的剖面示意图，以及光线由背光模块20进入光学镜 片M的示意图。图4的光学镜片M与图3的光学镜片M的差别在于其上下表面24A及 24B的结构36及38为V字型的结构。同样地，来自背光模块20的白光B与光学镜片M光 入射面的垂直线的夹角为布儒斯特角ΘΒ。在一实施例中，光学镜片M上表面的V字型结构36的间距P约等于液晶显示面板 26 一个像素的宽度，V字型结构30的高度Hl则约等于PX tan θ Β。光学镜片M下表面的 V字型结构38的间距Q小于一个像素的宽度P，且V字型结构38的高度Η2约等于QX tan θ Β。光学镜片M上下表面的V字型结构36及38的表面36a与38a互相平行，且V字型结 构36及38的表面36b与38b也互相平行，亦即光线B通过光学镜片M的入光面与出光面 互相平行。在一实施例中，V字型结构36及38的表面36a与38a之间的距离D约介于0. 3 至2cm之间，而光学镜片M的厚度H3约等于(DX cos θ Β)+Η1+Η2。另外，在光学镜片M下表面MB的多个V字型结构38之间以及V字型结构38的 尖端具有遮光材料层34，遮光材料层34例如为吸收光的材料或反射光的材料，其可以区分 隔绝多道七彩光源40Α及40Β，避免多道七彩光源40Α及40Β彼此混光，光学镜片M的下表 面24Β上具有遮光材料层34覆盖的部分的宽度L与次像素之间的黑色矩阵层(BM)的宽度 相当。在图4的实施例中，使用两道七彩光源40Α及40Β对应至液晶显示面板沈的每个 像素，来自背光模块20的白光B经由光学镜片M的V字型结构分光后，形成两道七彩光源 40Α及40Β，此两道七彩光源40Α及40Β中的红色光41互相邻接。在此实施例中，液晶显示 面板沈的每个像素具有6个次像素，且这6个次像素为对称结构，例如分别为蓝、绿、红、 红、绿及蓝色。由于对位问题发生时，右区的红色次像素的色光会往长波长移动，而左区的 红色次像素的色光则会往短波长移动，将右区与左区的次像素视为一体时，则可以达到补 偿的效果，使得色偏现象降低，此种补偿称为原色内的混色补偿。另外，利用图4的光学镜 片结构也可以达到其它波段混色补偿的效果，因此，可以降低各次像素的色偏现象。综上所述，本发明的液晶显示器可使用光学镜片达到分开光波长的效果，因此可 将来自背光模块的白光色散成多道七彩光源，并利用七彩光源中的红、绿、蓝光达到全彩显 示效果，藉此取代彩色滤光片，达到无彩色滤光片的液晶显示器的目的。此外，本发明的液晶显示器还具有下述优点，由于彩色滤光片会大量损耗光能量， 其光能量利用率约为30%，而本发明的液晶显示器不需要使用彩色滤光片，使用光学镜片 在白光分光过程中损失的光能量极小，且来自背光模块的光与光学镜片光入射面的垂直线 的夹角为布儒斯特角θ β时，几乎不损耗光能量，因此本发明的液晶显示器的光能量利用率 可达到70%以上。另外，由于彩色滤光片中的染料分子会影响光极化的形式，进而影响液晶显示器 的对比，而本发明的液晶显示器不需要彩色滤光片，因此可提升显示器的对比。此外，虽然上述实施例是以利用七彩光源中的红、绿、蓝及黄光作为例子说明，然 而，七彩光源中的其它色光也可以应用在本发明的液晶显示器中，因此可提高显示器的色域(color gamut)。 虽然本发明已揭露优选实施例如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当 视后附的权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种液晶显示器，包括液晶显示面板，具有多个像素；背光模块，设置于所述液晶显示面板之下；以及光学镜片，设置于所述液晶显示面板与所述背光模块之间，其中所述光学镜片具有多 个结构设置于所述光学镜片的上下表面，将来自所述背光模块的光色散成多道七彩光源， 每个所述七彩光源由红色至紫色连续光谱的色光所组成，且对应至每个所述像素。
2.如权利要求1所述的液晶显示器，还包括一对上下偏光片夹设所述液晶显示面板， 其中所述下偏光片面对所述背光模块。
3.如权利要求2所述的液晶显示器，其中所述光学镜片设置于所述液晶显示面板与所 述下偏光片之间。
4.如权利要求2所述的液晶显示器，其中所述光学镜片设置于所述下偏光片与所述背 光模块之间。
5.如权利要求1所述的液晶显示器，其中来自所述背光模块的光与所述光学镜片光入 射面的垂直线的夹角为布儒斯特角ΘΒ。
6.如权利要求1所述的液晶显示器，其中光通过所述光学镜片的所述上下表面的所述 多个结构的入光面与出光面互相平行。
7.如权利要求6所述的液晶显示器，其中所述入光面与所述出光面之间的距离介于 0.2 M 2cm 之间。
8.如权利要求1所述的液晶显示器，其中所述光学镜片的所述上表面的所述多个结构 的间距大抵上等于一个所述像素的宽度，且所述光学镜片的所述下表面的所述多个结构的 间距小于一个所述像素的宽度。
9.如权利要求1所述的液晶显示器，其中所述光学镜片的所述上下表面的所述多个结 构的形状包括N字型或V字型的锯齿状。
10.如权利要求1所述的液晶显示器，其中所述液晶显示面板还包括黑色矩阵层，且所 述七彩光源中的部分色光被所述黑色矩阵层遮蔽。
11.如权利要求10所述的液晶显示器，其中在所述光学镜片的所述下表面的所述多个 结构之间设置有遮光材料层。
12.如权利要求11所述的液晶显示器，其中所述遮光材料层的宽度等于所述黑色矩阵 层的宽度。
13.如权利要求11所述的液晶显示器，其中所述多个结构的形状为N字型的锯齿状，且 所述遮光材料层覆盖于所述多个N字型的结构之间。
14.如权利要求11所述的液晶显示器，其中所述多个结构的形状为V字型的锯齿状，且 所述遮光材料层覆盖于所述V字型的结构之间以及所述V字型的结构的尖端。
15.如权利要求1所述的液晶显示器，其中所述多个结构的形状为N字型的锯齿状，且 每个N字型的结构产生一个所述七彩光源对应至每个所述像素。
16.如权利要求15所述的液晶显示器，其中每个所述像素包括三个或三个以上的次像 素，且所述次像素的颜色分别为红、绿及蓝色或红、绿、蓝及黄色。
17.如权利要求1所述的液晶显示器，其中所述多个结构的形状为V字型的锯齿状，且 每个V字型的结构产生两个所述七彩光源对应至每个所述像素。
18.如权利要求17所述的液晶显示器，其中每个所述像素包括六个次像素，且所述六 个次像素的颜色分别为蓝、绿、红、红、绿及蓝色。
19.一种液晶显示器的制造方法，包括 提供液晶显示面板，具有多个像素；提供背光模块，设置于所述液晶显示面板下方；以及提供光学镜片，贴附于所述液晶显示面板下方，面对所述背光模块，其中所述光学镜片 具有多个结构形成于所述光学镜片的上下表面，将来自所述背光模块的光色散成多道七彩 光源，每个所述七彩光源由红色至紫色连续光谱的色光所组成，且对应至每个所述像素。
20.如权利要求19所述的液晶显示器的制造方法，其中所述光学镜片的所述多个结构 的形成方法包括提供玻璃基底；在所述玻璃基底的上下表面分别涂布光阻；提供灰度掩膜于所述光阻上方，经由曝光、显影方式，在所述玻璃基底的所述上下表面 分别形成光阻图案；以及经由所述光阻图案蚀刻所述玻璃基底的所述上下表面，形成所述多个结构。
21.如权利要求19所述的液晶显示器的制造方法，其中所述光学镜片的所述多个结构 的形成方法包括提供玻璃基底；在所述玻璃基底的上下表面分别涂布光阻；提供灰度掩膜于所述光阻上方，经由曝光、显影方式，在所述玻璃基底的所述上下表面 分别形成光阻图案以形成所述多个结构。
22.如权利要求21所述的液晶显示器的制造方法，其中所述光阻的折射率与所述玻璃 基底的折射率大抵相等。
23.如权利要求19所述的液晶显示器的制造方法，还包括形成黑色矩阵层于所述液晶 显示面板内，且所述七彩光源中的部分色光被所述黑色矩阵层遮蔽。
24.如权利要求23所述的液晶显示器的制造方法，还包括在所述光学镜片的所述下表 面的所述多个结构之间形成遮光材料层。
25.如权利要求M所述的液晶显示器的制造方法，其中所述遮光材料层的宽度等于所 述黑色矩阵层的宽度。
26.如权利要求M所述的液晶显示器的制造方法，其中所述遮光材料层的形成方法包括在所述光学镜片的所述下表面上涂布遮光材料； 在所述遮光材料上涂布光阻；提供掩膜于所述光阻上方，经由曝光、显影方式，在所述遮光材料上形成光阻图案；以及经由所述光阻图案蚀刻所述遮光材料，形成所述遮光材料层。
27.如权利要求19所述的液晶显示器的制造方法，其中所述光学镜片的所述贴附步骤 包括在所述光学镜片及所述液晶显示面板上形成多个对位记号；以及将所述光学镜片及所述液晶显示面板上的所述多个对位记号对准后进行贴合。
28.如权利要求19所述的液晶显示器的制造方法，其中来自所述背光模块的光与所述 光学镜片光入射面的垂直线的夹角为布儒斯特角ΘΒ。
29.如权利要求19所述的液晶显示器的制造方法，其中所述多个结构的形状包括N字 型或V字型的锯齿状。
30.如权利要求四所述的液晶显示器的制造方法，其中所述多个结构的形状为N字型 的锯齿状，每个N字型的结构产生一个所述七彩光源对应至每个所述像素，且其中每个所 述像素包括三个或三个以上的次像素，所述次像素的颜色分别为红、绿及蓝色或红、绿、蓝 及黄色。
31.如权利要求四所述的液晶显示器的制造方法，其中所述多个结构的形状为V字型 的锯齿状，每个V字型的结构产生两个所述七彩光源对应至每个所述像素，且其中每个所 述像素包括六个次像素，所述六个次像素的颜色分别为蓝、绿、红、红、绿及蓝色。
32.如权利要求19所述的液晶显示器的制造方法，其中光通过所述光学镜片的所述上 下表面的所述多个结构的入光面与出光面互相平行，且所述入光面与所述出光面之间的距 离介于0.2至2cm之间。
33.如权利要求19所述的液晶显示器的制造方法，其中所述光学镜片的所述上表面的 所述多个结构的间距大抵上等于一个所述像素的宽度，且所述光学镜片的所述下表面的所 述多个结构的间距小于一个所述像素的宽度。
全文摘要
本发明提供一种液晶显示器及其制造方法，包括液晶显示面板，具有多个像素，背光模块设置于液晶显示面板之下，以及光学镜片设置于液晶显示面板与背光模块之间，其中光学镜片的上下表面具有多个结构，将来自背光模块的光色散成多道七彩光源，每道七彩光源由红色至紫色连续光谱的色光所组成，且对应至像素。
文档编号G02F1/1333GK102129137SQ201010002190
公开日2011年7月20日 申请日期2010年1月13日 优先权日2010年1月13日
发明者吴正佳, 施威彤 申请人:瀚宇彩晶股份有限公司