CN101308278A - 液晶显示装置及增加其发光效率的方法 - Google Patents

Abstract

一种液晶显示装置包括第一偏光板、半波长相位延迟板、液晶单元及第二偏光板。其中液晶显示装置还具有背光模块，且背光模块产生第一偏振光；第一偏光板与背光模块相对而设，且第一偏光板具有穿透轴；半波长相位延迟板设置在背光模块及第一偏光板之间，第一偏振光经由半波长相位延迟板而产生平行于穿透轴的第二偏振光；第二偏光板与第一偏光板相对而设；液晶单元设置在第一偏光板及第二偏光板之间，第二偏振光经由第一偏光板、液晶单元及第二偏光板而射出液晶显示装置。

Description

液晶显示装置及增加其发光效率的方法

技术领域

本发明涉及一种液晶显示装置及增加其发光效率的方法，特别涉及一种具有半波长相位延迟板的液晶显示装置，并据以增加其发光效率的方法。

背景技术

目前液晶显示装置的使用越来越普遍，除了作为一般台式电脑显示器及笔记本电脑显示器之外，目前液晶电视的应用也迅速地发展。然而，虽然液晶显示器越来越普及，却也存在着一些技术上需进一步解决的问题，例如广视角问题、对比度问题、色彩饱和度问题、反应时间速度以及发光效率等问题。

随着技术的发展，上述问题逐渐都获得显著的改善，但在发光效率问题上仍有改善的空间。请参照图1A所示，一般而言，液晶显示装置具有背光模块11、液晶显示单元12，其中液晶显示单元12还包含有下偏光板121、液晶单元122及上偏光板123。

请再参照图1B所示，一般而言，下偏光板121的结构依序包括保护层121a、第一TAC层121b、PVA层121c、第二TAC层121d、补偿层121f及离形膜121h，其中在第二TAC层121d及补偿层121f之间通过第一黏着剂121e将其黏合，而在补偿层121f及离形膜121h之间通过第二黏着剂121g将其黏合。其中，TAC为三醋酸纤维素(Triacetyl Cellulose)，而PVA为聚乙烯醇。

就上述结构而言，背光模块11由光源产生光线111，在光线111经过下偏光板121、液晶单元122及上偏光板123之后，即可令使用者观看由各种颜色组成的影像画面。然而，背光模块11的光源所产生的光线111为杂散光，即不具特定偏振态的偏振光，其可能包含线偏振光、圆偏振光及椭圆偏振光。当光线111通过下偏光板121时，仅有偏振方向与下偏光板121的穿透轴平行的光线111得以通过，因此将损失相当多的光效率，而导致液晶显示装置的发光效率不佳。

假设背光模块11分别产生红R、绿G、蓝B三色的光线，且平行于穿透轴的红R、绿G、蓝B的光线分别为T_R∥＝0.996；T_G∥＝0.994；T_B∥＝0.992，而垂直于穿透轴的红R、绿G、蓝B的光线分别为T_R⊥＝0.004；T_G⊥＝0.006；T_B⊥＝0.008，则其穿透率如下式所示：

$P_{//}=R:G:B=\frac{(T_{R//}^2+T_{R\⊥}^2)}{2}:\frac{(T_{G//}^2+T_{G\⊥}^2)}{2}:\frac{(T_{B//}^2+T_{B\⊥}^2)}{2}=0.496:0.494:0.492$

$T=(\frac{0.496}{1}+\frac{0.494}{1}+\frac{0.492}{1})/3=0.494$

由上式可发现若不考虑液晶的吸收效应时，其光穿透率为49.4％，亦即浪费了一半以上的光线，致使液晶显示装置的发光效率不佳。

因此，如何提供一种可增加发光效率的液晶显示装置及增加其发光效率的方法，实属当前重要课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种可增加发光效率的液晶显示装置，及增加其发光效率的方法。

为达上述目的，根据本发明的一种液晶显示装置包括第一偏光板(Polarizer)、半波长相位延迟板(Half-wavelength plate)、液晶单元及第二偏光板。其中液晶显示装置具有背光模块，且背光模块产生第一偏振光；第一偏光板与背光模块相对而设，且第一偏光板具有穿透轴(transmission axis)；半波长相位延迟板设置于背光模块及第一偏光板之间，第一偏振光经由半波长相位延迟板而产生平行于穿透轴的第二偏振光；第二偏光板与第一偏光板相对而设；以及液晶单元设置于第一偏光板及第二偏光板之间，第二偏振光经由第一偏光板、液晶单元及第二偏光板而射离液晶显示装置。

为达上述目的，根据本发明的一种增加液晶显示装置发光效率的方法包括下列步骤：由背光模块产生第一偏振光；将第一偏振光转换成平行于第一偏光板的穿透轴的第二偏振光；以及将第二偏振光依序经由第一偏光板、液晶单元及第二偏光板而射离液晶显示装置。

另外，为达上述目的，根据本发明的一种液晶显示装置包括V-cut薄膜、第一偏光板、半波长相位延迟板、第二偏光板以及液晶单元。其中液晶显示装置具有背光模块，且背光模块产生光线。V-cut薄膜设置于背光模块中，且V-cut薄膜将光线转换为第一偏振光；第一偏光板与背光模块相对而设，且第一偏光板具有穿透轴；半波长相位延迟板设置于背光模块及第一偏光板之间，其中第一偏振光经由半波长相位延迟板而产生平行于穿透轴的第二偏振光；第二偏光板与第一偏光板相对而设；以及液晶单元设置于第一偏光板及第二偏光板之间，其中第二偏振光经由第一偏光板、液晶单元及第二偏光板而射离液晶显示装置。

此外，为达上述目的，根据本发明的一种液晶显示装置包括第一偏光板、半波长相位延迟板、液晶单元及第二偏光板。液晶显示装置具有背光模块，其产生第一偏振光。第一偏光板与背光模块相对而设，且第一偏光板具有穿透轴；半波长相位延迟板具有慢轴，其角度约为第一偏振光的角度与第一偏光板的穿透轴的角度之和的二分之一，且半波长相位延迟板设置于背光模块及第一偏光板之间，第一偏振光经由半波长相位延迟板而产生平行于穿透轴的第二偏振光；第二偏光板与第一偏光板相对而设；以及液晶单元设置于第一偏光板及第二偏光板之间，第二偏振光经由第一偏光板、液晶单元及第二偏光板而射离液晶显示装置。

综上所述，因根据本发明的一种液晶显示装置及增加其发光效率的方法，是利用半波长相位延迟板将第一偏振光转换成与第一偏光板的穿透轴平行的第二偏振光，换言之，第二偏振光具有特定方向，以使通过第一偏光板的光效率得以提升，进而增加液晶显示装置的发光效率。

附图说明

图1A为显示已知液晶显示装置的部分分解图；

图1B为显示已知液晶显示装置的偏光板结构的示意图；

图2为显示根据本发明优选实施例的液晶显示装置的部分分解图；

图3A及图3B为显示根据本发明优选实施例的液晶显示装置的偏振光的示意图；

图4A至图4D为显示根据本发明优选实施例的液晶显示装置的偏振光、半波长相位延迟板及第一偏光板的穿透轴的关系图；

图5A至图5E为显示根据本发明优选实施例的液晶显示装置的第一偏光板与半波长相位延迟板的构造示意图；以及

图6为显示根据本发明优选实施例的增加液晶显示装置的发光效率的方法流程图。

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明根据本发明优选实施例的液晶显示装置及增加其发光效率的方法，其中相同的元件将以相同的附图标记加以说明。

请参照图2所示，本发明优选实施例的液晶显示装置包括第一偏光板22、半波长相位延迟板23、第二偏光板24及液晶单元25，且液晶显示装置具有背光模块21，其产生第一偏振光211。其中，背光模块21至少具有光源LS及V-cut薄膜212，且依照该光源LS位置不同，可将背光模块21区分为直下式或侧边入光式背光模块。光源LS产生至少光线，而光线在通过V-cut薄膜212之后，即会产生第一偏振光211。在本实施例中，第一偏振光211为椭圆偏振光。

第一偏光板22与背光模块21的出光面相对而设，且第一偏光板22具有穿透轴221。

半波长相位延迟板23设置于背光模块21与第一偏光板22之间，且第一偏振光211在通过半波长相位延迟板23之后，即会转换为平行于第一偏光板22的穿透轴221的第二偏振光213。其中，半波长相位延迟板23具有快轴及慢轴，而光线沿快轴行进的光速度较快，而沿慢轴行进的光速度较慢。在本实施例中，第二偏振光213与第一偏振光211相同，为椭圆偏振光。如图3A所示，需注意者，由于椭圆具有长轴AL及短轴AS，在此所述的平行于第一偏光板22的穿透轴221的第二偏振光(椭圆偏振光)213，指椭圆的长轴AL与第一偏光板22的穿透轴221平行。换言之，即是将偏振光中具有最大向量的光线旋转至与穿透轴平行，以提升光使用效率。

请再参照图2所示，第二偏光板24与第一偏光板22相对配置于液晶单元25的两侧。其中液晶单元25至少包括两电极及设置在两电极之间的液晶层(图中未显示)。在本实施例中，第二偏振光213经由第一偏光板22、液晶单元25及第二偏光板24，而射离液晶显示装置。

请参照图4A至图4C所示，在本实施例中，若通过V-cut薄膜212之后的出光偏振态为接近线性偏振，且假设最大偏振强度的角度θ_V如图4A所示，而第一偏光板22的穿透轴221的角度θ_P如图4B所示，则半波长相位延迟板23的慢轴231的最佳角度θ_1/2如图4C所示，为θ_1/2＝(θ_P+θ_V)/2，换言之，半波长相位延迟板23的慢轴231的角度约为第一偏振光211的角度以及第一偏光板22的穿透轴221的角度之和的1/2(如图4D所示)。另外，最佳的半波长相位延迟板23具有相位差色散特性：R(λ)/R(550nm)≈1。

在本实施例中，请参照图5A所示，液晶显示装置还包括有扩散膜26，其可设置于第一偏光板22与半波长相位延迟板23之间，并可直接与半波长相位延迟板23贴合。

另外，如图5B所示，在图5A中的第一偏光板22亦可与半波长相位延迟板23形成复合光学膜片22a，而扩散膜26设置在复合光学膜片22a与背光模块21之间。复合光学膜片22a依序包括保护层222a、半波长相位延迟板23、第一TAC层222b、PVA层222c、第二TAC层222d、补偿层222e以及离形膜222f，其中第二TAC层222d与补偿层222e之间通过第一黏着剂222g接合，而补偿层222e与离形膜222f之间通过第二黏着剂222h接合。其中保护层222a的表面更可经过加工处理后直接作为扩散膜26使用(如图5C所示)，而可省略扩散膜26的成本。

另外，请再参照图5D及5E所示，半波长相位延迟板23还可取代第一偏光板22的第一TAC层222b而直接与PVA层222c贴合，成为另一复合光学膜片22b。

请参照图6所示，本发明优选实施例的增加液晶显示装置的发光效率的方法包括步骤S1-S3。

请再参照图2所示，步骤S1是由背光模块21产生第一偏振光211；步骤S2是将第一偏振光211转换成平行于第一偏光板22的穿透轴221的第二偏振光213；以及将第二偏振光213依序经由第一偏光板22、液晶单元25及第二偏光板24而射出液晶显示装置。其中，第一偏振光211通过半波长相位延迟板23之后，而转换成第二偏振光213。由于增加液晶显示装置发光效率的方法，已揭露于上述实施例中，为免于赘述，在此则不再多加说明。

以下，将以一实例来说明本发明优选实施例的增加液晶显示装置的发光效率的方法的原理。以对亮度贡献最大的绿光最优化时(即绿色椭圆偏振光的长轴AL平行于第一偏光板22的穿透轴221)，假设椭圆偏振光是包括红R、绿G、蓝B三色的光线，且平行于第一偏光板22的穿透轴221的红R、绿G、蓝B的光线分别为T_R∥＝0.996；T_G∥＝0.994；T_B∥＝0.992；垂直于穿透轴的红R、绿G、蓝B的光线分别为T_R⊥＝0.004；T_G⊥＝0.006；T_B⊥＝0.008；红色椭圆偏振光与绿色椭圆偏振光的夹角为θ₁＝10°，蓝色椭圆偏振光与绿色椭圆偏振光的夹角为θ₂＝10°(如图3B所示)；椭圆偏振光的长轴AL＝1.2、短轴AS＝0.8(如图3A所示)，则其穿透率如下式所示：

$R:G:B$

$=\frac{\{{[{\left(1.2\cos {\mathrm{\θ}}_1\right)}^2+{\left(0.8\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)}^2]}^{1/2}\×T_{R//}^2+{[{\left(1.2\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)}^2+{\left(0.8\cos {\mathrm{\θ}}_1\right)}^2]}^{1/2}\×T_{R\⊥}^2\}}{2}$

$:\frac{({1.2T}_{G//}^2+0.8T_{G\⊥}^2)}{2}$

$:\frac{\{{[{\left(1.2\cos {\mathrm{\θ}}_2\right)}^2+{\left(0.8\sin {\mathrm{\θ}}_2\right)}^2]}^{1/2}\×T_{B//}^2+{[{\left(1.2\sin {\mathrm{\θ}}_2\right)}^2+{\left(0.8\cos {\mathrm{\θ}}_2\right)}^2]}^{1/2}\×T_{B\⊥}^2\}}{2}$

$=0.5902:0.5928:0.585$

$T=(\frac{0.5902}{1}+\frac{0.5928}{1}+\frac{0585}{1})/3=0.589$

由上式可发现若不考虑液晶的吸收效应时，其光穿透率为58.9％，与现有的49.4％相比较，本发明的液晶显示装置的光穿透率提升了20％的增益值，亦即根据本发明的液晶显示装置可提升其发光效率。

综上所述，因根据本发明的一种液晶显示装置及增加其发光效率的方法，是将经由V-cut薄膜之后所产生的椭圆偏振光，经由半波长相位延迟板，而将椭圆偏振光的长轴旋转至与第一偏光板的穿透轴平行，换言之，通过第一偏光板的光线较多而使得光效率得以提升，进而增加液晶显示装置的发光效率。

以上所述仅为举例性，而非为限制性的。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于后附的权利要求中。

Claims (17)

1、一种液晶显示装置，其具有背光模块，且该背光模块产生第一偏振光，该液晶显示装置包含：

第一偏光板，与该背光模块相对而设，且该第一偏光板具有穿透轴；

半波长相位延迟板，设置在该背光模块及该第一偏光板之间，该第一偏振光经由该半波长相位延迟板而产生平行于该穿透轴的第二偏振光；

第二偏光板，与该第一偏光板相对而设；以及

液晶单元，设置在该第一偏光板及该第二偏光板之间，该第二偏振光经由该第一偏光板、该液晶单元及该第二偏光板而射出该液晶显示装置。

2、如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该背光模块包含V-cut薄膜。

3、如权利要求2所述的液晶显示装置，其中该背光模块还包含光源，其产生光线，该光线经由该V-cut薄膜而转换成该第一偏振光。

4、如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该第一偏振光为椭圆偏振光。

5、如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该第二偏振光为椭圆偏振光。

6、如权利要求5所述的液晶显示装置，其中该椭圆偏振光的长轴平行于该第一偏光板的该穿透轴。

7、如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该半波长相位延迟板具有慢轴，其角度约为该第一偏振光的角度与该第一偏光板的该穿透轴的角度之和的二分之一。

8、如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该第一偏光板与该半波长相位延迟板形成复合光学膜片。

9、一种增加液晶显示装置发光效率的方法，包含以下步骤：

由背光模块产生第一偏振光；

将该第一偏振光转换成平行于第一偏光板的穿透轴的第二偏振光；以及

将该第二偏振光依序经由该第一偏光板、液晶单元及第二偏光板而射出该液晶显示装置。

10、如权利要求9所述的增加发光效率的方法，其中该第一偏振光经由半波长相位延迟板，而转换成该第二偏振光。

11、如权利要求10所述的增加发光效率的方法，其中该半波长相位延迟板具有慢轴，其角度约为该第一偏振光的角度与该第一偏光板的该穿透轴的角度之和的二分之一。

12、如权利要求9所述的增加发光效率的方法，其中该第一偏振光是由该背光模块的光源所产生的光线经由V-cut薄膜而产生。

13、如权利要求9所述的增加发光效率的方法，其中该第一偏振光为椭圆偏振光。

14、如权利要求9所述的增加发光效率的方法，其中该第二偏振光为椭圆偏振光。

15、如权利要求14所述的增加发光效率的方法，其中该椭圆偏振光的长轴平行于该第一偏光板的该穿透轴。

16、一种液晶显示装置，其具有背光模块，且该背光模块产生光线，该液晶显示装置包含：

V-cut薄膜，设置于该背光模块中，该V-cut薄膜将该光线转换为第一偏振光；

第一偏光板，与该背光模块相对而设，且该第一偏光板具有穿透轴；

半波长相位延迟板，设置在该背光模块及该第一偏光板之间，该第一偏振光经由该半波长相位延迟板而产生平行于该穿透轴的第二偏振光；

第二偏光板，与该第一偏光板相对而设；以及

液晶单元，设置在该第一偏光板及该第二偏光板之间，该第二偏振光经由该第一偏光板、该液晶单元及该第二偏光板而射出该液晶显示装置。

17、一种液晶显示装置，其具有背光模块，且该背光模块产生第一偏振光，该液晶显示装置包含：

第一偏光板，与该背光模块相对而设，且该第一偏光板具有穿透轴；

半波长相位延迟板，具有慢轴，其角度约为该第一偏振光的角度与该第一偏光板的该穿透轴的角度之和的二分之一，且该半波长相位延迟板设置在该背光模块及该第一偏光板之间，该第一偏振光经由该半波长相位延迟板而产生平行于该穿透轴的第二偏振光；

第二偏光板，与该第一偏光板相对而设；以及

液晶单元，设置在该第一偏光板及该第二偏光板之间，该第二偏振光经由该第一偏光板、该液晶单元及该第二偏光板而射出该液晶显示装置。

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