CN101833197A - 液晶显示器 - Google Patents

Abstract

一种液晶显示器，包含彼此相向的一第一及一第二透明基板、一液晶层、一第一及一第二偏光板、一第一及一第二1/2波长相位差板、一第一正型C板及一第二正型C板。第一偏光板设置于第一透明基板相对液晶层的外侧，且第二偏光板设置于第二透明基板相对液晶层的外侧。第一1/2波长相位差板设置于第一透明基板与第一偏光板间，第二1/2波长相位差板设置于第二透明基板与第二偏光板间，第一正型C板设置于第一1/2波长相位差板与第一透明基板间，且第二正型C板设置于第二1/2波长相位差板与第二透明基板间。

Description

液晶显示器

技术领域

本发明关于一种具有常态黑(normally black)显示模式的液晶显示器。

背景技术

图1显示一具有常态黑(normally black)显示模式的已知半透式液晶显示器100。如图1所示，一种液晶显示器包含一双间隙液晶盒(dual-cell-gap LCcell)102、一第一偏光板104、一第二偏光板106、一第一1/2波长单轴相位差板(uniaxial halfwave plate)108及一第二1/2波长单轴相位差板110。双间隙液晶盒102具有一透射区及一反射区，且反射区与透射区具有不同的液晶层间隙厚度，其两侧设有一第一偏光板104及一第二偏光板106，第一偏光板与双间隙液晶盒间夹设一第一1/2波长单轴相位差板108，第二偏光板与双间隙液晶盒间夹设一第二1/2波长单轴相位差板110，以使液晶显示器具有一常态黑显示模式。此一已知结构虽有减少厚度及降低成本的优势，但其视角特性仍有极大的改善空间。

发明内容

本发明提供一种具有常态黑(normally black)显示模式的液晶显示器，其具有良好的光电特性及广视角效果。

于一实施例中，一种具常态黑显示模式的液晶显示器包含彼此相向的一第一及一第二透明基板、一液晶层、一第一及一第二偏光板、一第一及一第二1/2波长相位差板、及一第一正型C板。液晶层设于第一及第二透明基板之间，第一偏光板设置于第一透明基板相对液晶层的外侧，且第二偏光板设置于第二透明基板相对液晶层的外侧。第一1/2波长相位差板设置于第一透明基板与第一偏光板间，第二1/2波长相位差板设置于第二透明基板与第二偏光板间，且第一正型C板设置于第一1/2波长板与第一透明基板间。

于一实施例中，一种具常态黑显示模式的液晶显示器包含一第一及一第二偏光板、一双间隙液晶盒(dual-cell-gap LC cell)、一第一及一第二1/2波长相位差板、一第一正型C板及一第二正型C板。双间隙液晶盒具有一反射区及一透射区，且反射区及透射区具有不同的液晶层间隙厚度。第一及第二偏光板相向设置于该双间隙液晶盒的两侧，第一1/2波长相位差板设置于第一偏光板与双间隙液晶盒间，且第二1/2波长相位差板设置于第二偏光板与双间隙液晶盒间。第一正型C板设置于第一1/2波长相位差板与双间隙液晶盒间，第二正型C板设置于第二1/2波长相位差板与双间隙液晶盒间。

于一实施例中，一种具常态黑显示模式的液晶显示器包含彼此相向的一第一及一第二透明基板、一液晶层、一第一及一第二偏光板、一第一及一第二1/2波长相位差板。液晶层设于第一及第二透明基板之间，第一偏光板设置于第一透明基板相对液晶层的外侧，且第二偏光板设置于第二透明基板相对液晶层的外侧。第一1/2波长相位差板设置于第一透明基板与第一偏光板间，第二1/2波长相位差板设置于第二透明基板与第二偏光板间，且其中第一及第二1/2波长相位差板的至少其一为一双轴(biaxial)相位差板。

于一实施例中，当第一偏光板的穿透轴方位角设为p1、第一1/2波长相位差板的慢轴方位角设为r1、液晶显示器的定向视向方位角设为α、第二偏光板的穿透轴方位角设为p2、且第二1/2波长相位差板的慢轴方位角设为r2时，该些角度参数满足如下关系式：

2r2-2α+2r1-p1-p2＝90°+N*180°(N为任意整数)。

于一实施例中，当一正型C板于X轴方向上的折射系数为n_x，于Y轴方向上的折射系数为n_y，于厚度方向上的折射系数为n_z且其薄膜厚度为d时，该正型C板的厚度方向相位差值(thickness retardation value)R_th满足如下关系式：

$R_{\mathrm{th}}=(\frac{n_x+n_y}{2}-n_z)*d.$

于一实施例中，当一1/2波长双轴相位差板于X轴方向上的折射系数为n_x，于Y轴方向上的折射系数为n_y，于厚度方向上的折射系数为n_z时，该1/2波长双轴相位差板的折射率延伸比例可定义为如下关系式：

$\mathrm{Nz}=\left(\frac{n_x-n_z}{n_x-n_y}\right).$

根据上述各个实施例的设计，仅需在既有的常态黑显示模式结构下，设置一片或两片的正型C板或利用双轴材料制造1/2波长相位差板，即可提升其视角特性。

附图说明

图1显示一具有常态白显示模式的已知半透式液晶显示器；

图2为说明一双间隙液晶盒的光学特性示意图；

图3为依本发明一实施例的液晶显示器示意图；

图4为一示意图，显示双间隙液晶盒的一结构实施例；

图5为依图3设计的一例的反射率对电压V-R特征曲线图；

图6为依图3设计的一例的透射率对电压V-T特征曲线图；

图7及图8为依图3设计的一例的视角特性图；

图9为对比图3的设计显示未加正型C板的一视角特性图；

图10为依本发明另一实施例的示意图；

图11为依本发明另一实施例的示意图；

图12为依本发明另一实施例的液晶显示器示意图；

图13及图14为依图12设计的一例的视角特性图；

图15为依本发明另一实施例的示意图；

图16为依本发明另一实施例的示意图；

图17为一模拟图，说明于一实施例中液晶盒搭配1/2波长相位差板的相位差值选择方式。

附图标号

10  液晶显示器

12  双间隙液晶盒

14  第一偏光板

16  第二偏光板

18  第一1/2波长单轴相位差板

18′  第一1/2波长双轴相位差板

22  第二1/2波长单轴相位差板

22′  第二1/2波长双轴相位差板

23  第一正型C板

24  切换元件

25  第二正型C板

26  液晶层

32、42  透明基板

34  滤色片

36  共同电极

38  第一配向膜

44  像素电极

46  第二配向膜

48  反射像素电极

52  垫高层

100  半透式液晶显示器

102  双间隙液晶盒

104  第一偏光板

106  第二偏光板

108  第一1/2波长单轴相位差板

110  第二1/2波长单轴相位差板

I  入射光

p1、p2  穿透轴方位角

r1、r2  慢轴方位角

α  定向视向方位角

φ  液晶分子扭角

λ  波长

Δnd、Δnd_CELL、Δnd_WP  相位差

Re   反射区

Tr   透射区

n_x   X轴方向折射系数

n_y   Y轴方向折射系数

n_z   厚度方向折射系数

Nz   折射率延伸比例

R_th  厚度方向相位差值

具体实施方式

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例并配合附图，作详细说明如下。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图2为说明一双间隙液晶盒的光学特性示意图。于一双间隙液晶盒(dual-cell-gap LC cell)的光学参数设计中，当入射光I为可见光(平均波长λ约为590nm)且液晶分子扭转角设为φ时，穿透区Tr的相位差值Δnd须满足下列关系式：

Δnd(nm)＝280+N*560±15％(N为任意整数)

由于穿透区Tr与反射区Re的液晶层间隙厚度比约为2∶1，所以穿透区Tr可等效成一1/2波长相位差板(half wave plate)且反射区Re可等效成一1/4波长相位差板(quarter wave plate)。因此，请参照图3，依本发明一实施例的液晶显示器10设计中，一双间隙液晶盒(dual-cell-gap LC cell)12的两侧设有一第一偏光板14及一第二偏光板16，第一偏光板14与双间隙液晶盒12间夹设一第一1/2波长单轴相位差板(uniaxial half wave plate)18，第二偏光板16与双间隙液晶盒12间夹设一第二1/2波长单轴相位差板22，第一1/2波长单轴相位差板18与双间隙液晶盒12间夹设一第一正型C板23，第二1/2波长相位差板22与双间隙液晶盒12间夹设一第二正型C板25。

考虑一正型C板的面内折射率，假设X轴方向上的折射系数为n_x，Y轴方向上的折射系数为n_y，厚度方向上的折射系数为n_z，且薄膜厚度设为d，则该第一及第二正型C板23、25符合n_x＝n_y＜n_z的条件，且于一实施例中，第一及第二正型C板23、25的厚度方向相位差值(thickness retardation value)R_th均满足如下关系式：

$R_{\mathrm{th}}=(\frac{n_x+n_y}{2}-n_z)*d$

再者，当入射光为可见光(平均波长λ约为590nm)时，第一及第二正型C板23、25的厚度方向相位差值R_th的一较佳范围为大于-200nm且小于-50nm。

根据图3的光学架构，当满足下式可产生常态黑(normally black)显示模式：

2r2-2α+2r1-p1-p2＝90°+N*180°(N为任意整数)其中p1代表第一偏光板14的穿透轴方位角，r1代表第一1/2波长单轴相位差板18的慢轴方位角，α代表液晶显示器10的定向视向方位角，p2代表第二偏光板16的穿透轴方位角，r2代表第二1/2波长单轴相位差板22的慢轴方位角。上述的定向视向方位角采如下定义：当视向为3点钟方向，扭转角为0度时定向视向方位角均为0度，而扭转角为30度时因定向方向对称于视向方向，所以定向视向方位角依然为0度。当视向为12点钟方向，扭转角为0度或是其他角度时，定向视向方位角则均为90度。需注意上式是针对不同波长皆能获得无色差(acromatic)结果的理想状况推导出，故于非理想状况时，满足上式的各个角度参数解可容许±5度内的公差范围，仍可产生常态黑显示模式，且于该±5度内的公差范围内中必定存在一角度参数的最佳解。

图4为一示意图，显示双间隙液晶盒12的一结构实施例。如图4所示，透明基板32上连续迭设滤色片34、共同电极36及第一配向膜38。透明基板42设置透明导电膜构成的透明像素电极44、第二配向膜46、及例如薄膜晶体管的切换元件24。透明基板32与透明基板42彼此相对，且中间夹设一液晶层26。反射像素电极48形成于一垫高层52上，以使反射区Re与透射区Tr具有不同的液晶层间隙厚度。

根据上述实施例的设计，设置于双间隙液晶盒12与1/2波长相位差板18、22间的正型C板23、25可使具常态黑显示模式的液晶显示器10具有良好的视角特性。

图5至图8为依图3设计的一实施例的光学特性表现图，其中图5为反射率对电压的V-R特征曲线图，图6为透射率对电压的V-T特征曲线图，图7为反射区视角特性图且图8为透射区视角特性图。图5至图8的模拟条件为穿透轴方位角p1＝75°、p2＝5°，慢轴方位角r1＝60°、r2＝115°，定向视向方位角α＝0°且正型C板厚度方向相位差值R_th为-100nm。

由图5及图6所示可知，透射区Tr及反射区Re均可得到最佳化的匹配效果，当未施加电压时透射区Tr及反射区Re均可获得全黑的常态黑显示模式。再者，图9为未加入正型C板23、25时，于相同模拟条件下透射区的视角表现图。比较图8的本发明实施例与图9未加入正型C板两者的视角特性可知，本实施例在3点钟、6点钟、12点钟三个方向上于对比值等于10(同心圆最外圈)的条件下均可得到大于80度的视角表现，且在9点钟方向上仍可维持50度左右的视角。反之，如图9所示未加入正型C板时，于对比值等于10的条件下仅能获得平均约40度左右的视角，即使表现最佳的九点钟方向上视角也只能达到约50度。可知本实施例加入正型C板的设计，可大幅提高一具常态黑显示模式的液晶光学架构的视角。

再者，于一实施例中，可仅使用一片正型C板，同样可获得提高视角的效果。例如图10所示仅设置一片正型C板25于双间隙液晶盒12下方，或如图11所示仅设置一片正型C板23于双间隙液晶盒12上方均可。

再者，除了在1/2波长相位差板与双间隙液晶盒间加入正型C板外，我们也可通过改变1/2波长相位差板的材料特性达到广视角的效果。请参照图12，依本发明一实施例的液晶显示器10设计中，一双间隙液晶盒(dual-cell-gapLC cell)12的两侧设有一第一偏光板14及一第二偏光板16′，第一偏光板14与双间隙液晶盒12间夹设一第一1/2波长双轴相位差板18′，第二偏光板16与双间隙液晶盒12间夹设一第二1/2波长双轴相位差板22′。

于一1/2波长相位差板中，假设X轴方向上的折射系数为n_x，Y轴方向上的折射系数为n_y，厚度方向上的折射系数为n_z，则该第一及第二1/2波长双轴相位差板，符合n_x＞n_y且n_z＞n_y的条件，因为双轴材料特性可提高n_z值而在z轴产生补偿效果以增加视角，且于一实施例中，第一及第二1/2波长双轴相位差板的折射率延伸比例可定义为如下关系式：

$\mathrm{Nz}=\left(\frac{n_x-n_z}{n_x-n_y}\right).$

再者，当入射光为可见光(平均波长λ约为590nm)时，第一及第二1/2波长双轴相位差板的折射率延伸比例Nz的一较佳范围为大于-1且小于1。

根据图12的光学架构，当满足下式可产生常态黑(normally black)显示模式：

2r2-2α+2r1-p1-p2＝90°+N*180°(N为任意整数)其中p1代表第一偏光板14的穿透轴方位角，r1代表第一1/2波长双轴相位差板18′的慢轴方位角，α代表液晶显示器10的定向视向方位角，p2代表第二偏光板16的穿透轴方位角，r2代表第二1/2波长双轴相位差板22′的慢轴方位角。需注意上式是针对不同波长皆能获得无色差(acromatic)结果的理想状况推导出，故于非理想状况时，满足上式的各个角度参数解可容许±5度内的公差范围，仍可产生常态黑显示模式，且于该±5度内的公差范围内中必定存在一角度参数的最佳解。

根据上述实施例的设计，通过改变1/2波长相位差板的材料特性，亦即由单轴材料的相位差板改为双轴材料的相位差板，可使具常态黑显示模式的液晶显示器10具有良好的视角特性。

图13为依图12设计的一例的透射区视角特性图，图14为反射区视角特性图。图13与图14的模拟条件为穿透轴方位角p1＝75°、p2＝5°，慢轴方位角r1＝60°、r2＝115°，定向视向方位角α＝0°且第一及第二1/2波长双轴相位差板的折射率延伸比例Nz为0.2727。比较图13的双轴相位差板与图9的单轴相位差板两者的视角特性可知，图12的实施例在1.5点钟、4.5点钟、7.5点钟及10.5点钟四个方向上于对比值等于10(同心圆最外圈)的条件下可得到大于80度的视角表现，即使在最差的情况下也可维持50度以上的视角。反之如图9所示，当使用单轴相位差板时，于对比值等于10的条件下仅能获得平均约40度左右的视角，即使表现最佳的九点钟方向上视角也只能达到约50度。因此，本实施例通过改变1/2波长相位差板的材料特性，可大幅提高一具常态黑显示模式的液晶光学架构的视角。

再者，于一实施例中，可仅改变其中一片1/2波长相位差板的材料特性，同样可获得提高视角的效果。例如图15所示，仅将双间隙液晶盒12下方的第二1/2波长相位差板设为一双轴波长相位差板22′，或如图16所示仅将双间隙液晶盒12上方的第一1/2波长相位差板设为一双轴波长相位差板18′均可。

图17为一模拟图，说明于一实施例中液晶盒搭配1/2波长相位差板的相位差值Δnd选择方式。图17显示于采用相位差值Δnd_WP＝275nm的1/2波长相位差板条件下，液晶盒透射区的相位差值Δnd_CELL分别为255nm、275nm、295nm的V-T特征曲线。由图17可看出，若液晶盒相位差值Δnd_CELL(例如255nm)小于1/2波长相位差板的相位差值Δnd_WP(275nm)时，V-T特征曲线中的反黑区段将不会出现而造成对比度下降。因此，于一实施例中，可将液晶盒透射区的相位差值Δnd_CELL设为大于1/2波长相位差板的相位差值Δnd_WP，且两者相位差的差值的一较佳范围为0-30nm(30nm＞Δnd_CELL-Δnd_WP＞0nm)，以获得较稳定的光电特性。

举例而言，若同时考虑工艺公差可将液晶盒透射区的相位差值Δnd_CELL选择为大于1/2波长相位差板相位差值Δnd_WP 20nm左右。再者，该1/2波长相位差板相位差值Δnd_WP的一较佳范围为大于200nm且小于360nm。

另外，虽然前述各个实施例以双间隙液晶盒为例说明，但其并不限定，例如前述各个实施例亦可用于一纯透射液晶显示器以产生具良好视角特性的常态黑显示模式。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，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，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视前附的权利要求书所界定范围为准。另外，本发明的任一实施例或权利要求书不须达成本发明所揭露的全部目的、优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种液晶显示器，其特征在于，所述液晶显示器具有一常态黑显示模式且包括：

彼此相向的一第一及一第二透明基板；

一液晶层，设于所述第一及所述第二透明基板之间；

一第一偏光板，设置于所述第一透明基板相对所述液晶层的外侧；

一第二偏光板，设置于所述第二透明基板相对所述液晶层的外侧；

一第一1/2波长相位差板，设置于所述第一透明基板与所述第一偏光板间；

一第二1/2波长相位差板，设置于所述第二透明基板与所述第二偏光板间；及

一第一正型C板，设置于所述第一1/2波长相位差板与所述第一透明基板间。

2.如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，当所述第一偏光板的穿透轴方位角设为p1、所述第一1/2波长相位差板的慢轴方位角设为r1、所述液晶显示器的定向视向方位角设为α、所述第二偏光板的穿透轴方位角设为p2、且所述第二1/2波长相位差板的慢轴方位角设为r2时，所述这些角度参数满足如下关系式：

2r2-2α+2r1-p1-p2＝90°+N*180°，这里N为任意整数。

3.如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，当所述第一正型C板于一X轴方向上的折射系数为n_x，于一Y轴方向上的折射系数为n_y，于厚度方向上的折射系数为n_z且其薄膜厚度为d时，所述第一正型C板的厚度方向相位差值R_th满足如下关系式：

$R_{\mathrm{th}}=(\frac{n_x+n_y}{2}-n_z)*d$

且其中所述第一正型C板的所述厚度方向相位差值R_th为大于-200nm且小于-50nm。

4.如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，所述液晶显示器还包括一第二正型C板，且所述第二正型C板设置于所述第二1/2波长相位差板与所述第二透明基板间。

5.如权利要求4所述的液晶显示器，其特征在于，当所述第一偏光板的穿透轴方位角设为p1、所述第一1/2波长相位差板的慢轴方位角设为r1、所述液晶显示器的定向视向方位角设为α、所述第二偏光板的穿透轴方位角设为p2、且所述第二1/2波长相位差板的慢轴方位角设为r2时，所述这些角度参数满足如下关系式：

2r2-2α+2r1-p1-p2＝90°+N*180°，这里N为任意整数。

6.如权利要求4所述的液晶显示器，其特征在于，当所述第一或所述第二正型C板于一X轴方向上的折射系数为n_x，于一Y轴方向上的折射系数为n_y，于厚度方向上的折射系数为n_z且其薄膜厚度为d时，所述第一或所述第二正型C板的厚度方向相位差值R_th满足如下关系式：

$R_{\mathrm{th}}=(\frac{n_x+n_y}{2}-n_z)*d$

且其中所述第一或所述第二正型C板的所述厚度方向相位差值R_th为大于-200nm且小于-50nm。

7.如权利要求1或4所述的液晶显示器，其特征在于，所述第一1/2波长相位差板及所述第二1/2波长相位差板的相位差值均大于200nm且小于360nm。

8.一种液晶显示器，其特征在于，所述液晶显示器具有一常态黑显示模式且包括：

一双间隙液晶盒，所述双间隙液晶盒具有一反射区及一透射区，且所述反射区及所述透射区具有不同的液晶层间隙厚度；

一第一及一第二偏光板，相向设置于所述双间隙液晶盒的两侧；

一第一1/2波长相位差板，设置于所述第一偏光板与所述双间隙液晶盒间；

一第二1/2波长相位差板，设置于所述第二偏光板与所述双间隙液晶盒间；及

一第一正型C板，设置于所述第一1/2波长相位差板与所述双间隙液晶盒间。

9.一种液晶显示器，其特征在于，所述液晶显示器具有一常态黑显示模式且包括：

彼此相向的一第一及一第二透明基板；

一液晶层，设于所述第一及所述第二透明基板之间；

一第一偏光板，设置于所述第一透明基板相对所述液晶层的外侧；

一第二偏光板，设置于所述第二透明基板相对所述液晶层的外侧；

一第一1/2波长相位差板，设置于所述第一透明基板与所述第一偏光板间；

一第二1/2波长相位差板，设置于所述第二透明基板与所述第二偏光板间；

其中所述第一及所述第二1/2波长相位差板的至少其一为一双轴相位差板。

10.如权利要求9所述的液晶显示器，其特征在于，当所述第一1/2相位差板或所述第二1/2波长相位差板于一X轴方向上的折射系数为n_x，于一Y轴方向上的折射系数为n_y，于厚度方向上的折射系数为n_z且其薄膜厚度为d时，所述1/2波长相位差板的折射率延伸比例Nz可定义为如下关系式：

$\mathrm{Nz}=\left(\frac{n_x-n_z}{n_x-n_y}\right)$

且所述折射率延伸比例Nz为大于-1且小于1。

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