CN102414588A - 耦合偏光板组件和包括该组件的蓝相液晶模式液晶显示器 - Google Patents

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CN102414588A CN2010800196619A CN201080019661A CN102414588A CN 102414588 A CN102414588 A CN 102414588A CN 2010800196619 A CN2010800196619 A CN 2010800196619A CN 201080019661 A CN201080019661 A CN 201080019661A CN 102414588 A CN102414588 A CN 102414588A
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Abstract

本发明公开了一种耦合偏光板组件，其包括其中层叠了具有特定光学性能的补偿膜的第一耦合偏光板和第二耦合偏光板，以及一种液晶显示器，其能够容易地大规模生产所述耦合偏光板，同时通过将所述耦合偏光板组件应用到蓝相液晶模式确保与已知的其它液晶模式相同或更宽的视角。

Description

耦合偏光板组件和包括该组件的蓝相液晶模式液晶显示器
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器，其通过将特定耦合偏光板组件应用于蓝相液晶模式而能够确保宽视角。
背景技术
由于初期开发阶段的技术问题基本都得以解决，液晶显示器(LCD)正作为大众化的图像显示器得到了广泛的应用。LCD包括液晶显示面板和向液晶显示面板提供亮光的背光源组件。
通过向场产生电极(field generating electrode)施加电压，液晶显示器在液晶层中产生电场，从而确定液晶层的液晶分子的取向并通过控制入射光的偏光来显示图像。
因为液晶层的取向状态决定光的透射率，因此为了迅速地改变取向状态需要液晶层具有快速的响应速度。
人们已经开发出使用所谓蓝相液晶的液晶显示器，其中液晶的状态介于向列模式和各向同性模式之间。蓝相液晶具有约3微秒的相对非常快的响应速度，这是因为蓝相液晶当不施加电场时具有光学各向同性，而在施加电场时具有光学各向异性。
用于面内切换液晶显示器的耦合偏光板组件已被用于确保蓝相液晶显示器的宽视角。该耦合偏光板组件包括各向同性保护膜和具有不同光学性质的两种补偿膜(至少一种补偿膜可以具有延迟性能)。各向同性保护膜和两种补偿膜各自被置于蓝相液晶与任意一个偏光片之间。
发明内容
技术问题
但是当使用用于面内切换液晶显示器的耦合偏光板组件时，因为必须包括两种补偿膜，所以与使用不同液晶型的常规液晶显示器相比，无法减小蓝相液晶显示器的厚度，而且也无法以低成本生产。而且，由于液晶两面的厚度不均匀，因此很有可能由于温度或湿度的变化而发生弯曲。
本发明提供了一种用于蓝相液晶显示器的耦合偏光板组件，其具有简单的结构并易于以较低的价格大规模生产，并且其还可以提供与现有耦合偏光板组件(特别是，用于面内切换液晶显示器的耦合偏光板组件)相同或更佳的宽视角。
本发明还提供了包括本发明的耦合偏光板组件的蓝相液晶显示器。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种耦合偏光板组件，其包括：第一耦合偏光板和第二耦合偏光板，其中第一耦合偏光板和第二耦合偏光板各自按照靠近液晶的顺序由补偿膜、偏光片和保护膜构成，第一耦合偏光板的补偿膜具有15至130nm的面内延迟(R0)和-6.0至-0.1的折射率比(refractive indexratio)(NZ)，其慢轴与相邻偏光片的吸收轴平行，并且第二耦合偏光板的补偿膜具有15至130nm的面内延迟(R0)和1.1至7.0的折射率比(NZ)，其慢轴垂直于相邻偏光片的吸收轴。
根据本发明的另一个方面，提供了一种蓝相液晶显示器，其包括耦合偏光板组件，所述耦合偏光板组件包括作为蓝相液晶模式的上偏光板和下偏光板的第一耦合偏光板和第二耦合偏光板。
有益效果
根据本发明的一个实施方式，所述用于蓝相液晶显示器的耦合偏光板组件具有简单的结构并易于以较低的价格大规模生产，并且其还可以提供与现有耦合偏光板组件(特别是，用于面内切换液晶显示器的耦合偏光板组件)相同或更佳的宽视角。
根据本发明的一个实施方式，蓝相液晶显示器具有与现有面内切换液晶显示器相同或更佳的宽视角。
附图说明
结合附图，由以下详细的说明可以更清楚地理解本发明的上述以及其它目的、特征和其它优点，在附图中：
图1为图示根据本发明的一个实施方式的垂直取向型液晶显示器的结构的透视图；
图2为图示根据本发明的补偿膜的折射率的示意图；
图3为显示用于说明根据本发明的补偿膜和偏光板的展开方向(unrolleddirection)的制备过程中的MD的示意图；
图4为图示本发明的坐标系中Φ和θ表达的示意图；
图5为表示根据本发明的第一实施例中使用的第二补偿膜的全范围波长内的波长色散特性的示意图；
图6为表示根据本发明的第一实施例中使用的第一补偿膜的全范围波长内的波长色散特性的曲线图；
图7为显示根据本发明第一实施例的从全部光线方向的透射率的模拟结果示意图；
图8为显示本发明第一实施例中在庞加莱偏振球(Poincare Sphere)上的倾斜面(θ＝60°和Φ＝45°)方向上发出的光的偏光状态变化的图；
图9为显示本发明的液晶型采用用于面内切换液晶显示器的耦合偏光板组件时从全部光线方向的透射率的模拟结果的示意图；
图10为显示根据本发明第二实施例的从全部光线方向的透射率的模拟结果示意图；
图11为显示本发明第二实施例中在庞加莱偏振球上的倾斜面(θ＝60°和Φ＝45°)方向上发出的光的偏光状态变化的图；
图12为显示根据本发明第三实施例的从全部光线方向的透射率的模拟结果示意图；
图13为显示本发明第三实施例中在庞加莱偏振球上的倾斜面(θ＝60°和Φ＝45°)方向上发出的光的偏光状态变化的图；
图14为显示根据本发明第四实施例的从全部光线方向的透射率的模拟结果示意图；
图15为显示本发明第四实施例中在庞加莱偏振球上的倾斜面(θ＝60°和Φ＝45°)方向上发出的光的偏光状态变化的图；
图16为显示根据本发明第五实施例的从全部光线方向的透射率的模拟结果示意图；
图17为显示本发明第五实施例中在庞加莱偏振球上的倾斜面(θ＝60°和Φ＝45°)方向上发出的光的偏光状态变化的图；
图18为显示根据本发明第六实施例的从全部光线方向的透射率的模拟结果示意图；
图19为显示本发明第六实施例中在庞加莱偏振球上的倾斜面(θ＝60°和Φ＝45°)方向上发出的光的偏光状态变化的图；
图20为显示根据本发明第七实施例的从全部光线方向的透射率的模拟结果示意图；
图21为显示本发明第七实施例中在庞加莱偏振球上的倾斜面(θ＝60°和Φ＝45°)方向上发出的光的偏光状态变化的图；
图22为显示根据本发明第八实施例的从全部光线方向的透射率的模拟结果示意图；
图23为显示本发明第八实施例中在庞加莱偏振球上的倾斜面(θ＝60°和Φ＝45°)方向上发出的光的偏光状态变化的图；
图24为显示根据本发明第九实施例的从全部光线方向的透射率的模拟结果示意图；
图25为显示本发明第九实施例中在庞加莱偏振球上的倾斜面(θ＝60°和Φ＝45°)方向上发出的光的偏光状态变化的图；
图26为显示根据本发明第十实施例的从全部光线方向的透射率的模拟结果示意图；
图27为显示本发明第十实施例中在庞加莱偏振球上的倾斜面(θ＝60°和Φ＝45°)方向上发出的光的偏光状态变化的图；
图28为显示根据本发明第一对比实施例的从全部光线方向的透射率的模拟结果示意图；
图29为显示根据本发明第二对比实施例的从全部光线方向的透射率的模拟结果示意图；
图30为显示根据本发明第三对比实施例的从全部光线方向的透射率的模拟结果示意图；
图31为显示根据本发明第四对比实施例的从全部光线方向的透射率的模拟结果示意图；
图32为显示根据本发明第五对比实施例的从全部光线方向的透射率的模拟结果示意图；
图33为显示根据本发明第六对比实施例的从全部光线方向的透射率的模拟结果示意图。
具体实施方式
本发明涉及包括其中分别层叠了具有特定光学性能的补偿膜的第一耦合偏光板和第二耦合偏光板的耦合偏光板组件。具体而言，所述耦合偏光板组件的第一耦合偏光板和第二耦合偏光板按照靠近液晶的顺序各自由补偿膜、偏光片和保护膜构成。
所述第一耦合偏光板的补偿膜具有15～130nm的面内延迟(R0)和-6.0～-0.1的折射率比(NZ)，以及所述第二耦合偏光板的补偿膜具有15～130nm的面内延迟(R0)和1.1～7.0的折射率比(NZ)。此时，第一耦合偏光板的补偿膜的慢轴与相邻偏光片的吸收轴平行，以及第二耦合偏光板的补偿膜的慢轴与相邻偏光片的吸收轴垂直。
对于在可见光区内的所有波长，本发明的补偿膜的光学性能由下面的公式1～3所定义。
如果光源的波长没有特别声明，则描述的是589nm处的光学性能。在此，在图2中，Nx为具有在面内方向上振动(oscillate)的光的最大折射率的轴的折射率，Ny是在面内方向上与Nx垂直的方向上振动的光的折射率，以及Nz为在厚度方向上振动的光的折射率，其表达如下：
【公式1】
Rth＝[(Nx+Ny)/2-Nz]×d
(其中，Nx和Ny是面内方向上振动的光的折射率，且Nx≥Ny，Nz是在膜的厚度方向上振动的光的折射率，以及d为膜的厚度)。
【公式2】
R0＝(Nx-Ny)×d
(其中，Nx和Ny为面内方向上振动的光的折射率，以及d为膜的厚度，且Nx≥Ny)。
【公式3】
NZ＝(Nx-Nz)/(Nx-Ny)＝Rth/R0+0.5
(其中，Nx和Ny是面内方向上振动的光的折射率，且Nx≥Ny，Nz是在膜的厚度方向上振动的光的折射率，以及d为膜的厚度)。
Rth为厚度延迟，其显示与在厚度方向上的面内平均折射率的相位差，并且其不是实际的相位差，而是参考值，R0为面内延迟，当光以正交方向(垂直方向)透过膜时，其为实际的相位差。
此外，NZ为折射率比，根据其可以分辨出补偿膜的板的类型。补偿膜的板的类型称作：当在膜的面内方向上存在无相位差的光轴时为A-板，当在与面的垂直方向上存在光轴时为C-板，以及当存在两个光轴时为双轴板。
具体而言，对于NZ＝1，折射率符合Nx＞Ny＝Nz，称作正A-板；对于1＜NZ，折射率符合Nx＞Ny＞Nz，称作负双轴A-板；对于0＜NZ＜1，折射率具有Nx＞Nz＞Ny的关系，称作Z-轴取向膜；对于NZ＝0，折射率具有Nx＝Nz＞Ny的关系，称作负A-板；对于NZ＜0，折射率具有Nz＞Nx＞Ny的关系，称作正双轴A-板；对于NZ＝∞，折射率具有Nx＝Ny＞Nz的关系，称作负C-板；以及对于NZ＝-∞时，折射率具有Nz＞Nx＝Ny的关系，称作正C-板。
然而，按照理论的定义，在现实世界的方法中难以完美地制备A-板和C-板。因此，在一般的方法中，通过设定A-板的折射率比的大致范围和C-板的面内延迟的范围内的预定值来区分A-板和C-板。设定预定值在应用于根据拉伸而具有不同的折射率的所有其它材料时存在局限。因此，本发明的上和下偏光板中包括的补偿膜用带数字的NZ、R0和Rth等表示，其为板的光学性能，而不是根据折射率的各向同性。
这些补偿膜通过拉伸而具有相位差，其中在拉伸方向折射率增加的膜具有正(+)折射率性能，而在拉伸方向折射率降低的膜具有负(-)折射率性能。具有正(+)折射率性能的补偿膜可以由选自TAC(三乙酰纤维素)、COP(环烯烃聚合物)、COC(环烯烃共聚物)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PP(聚丙烯)、PC(聚碳酸酯)、PSF(聚砜)和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)中的一种制成，以及具体而言，具有负(-)折射率的补偿膜可以由改性PS(聚苯乙烯)或改性PC(聚碳酸酯)制成。
此外，赋予补偿膜光学性能的拉伸方法分为固定端拉伸和自由端拉伸，其中，所述固定端拉伸为在膜的拉伸过程中固定除了拉伸方向以外的长度，而自由端拉伸为在膜的拉伸过程中除了拉伸方向以外还要在另一方向上提供自由度。一般而言，在拉伸过程中，膜在除了拉伸方向以外的其它方向上收缩，但是Z-轴取向膜需要特殊的收缩处理而不是拉伸处理。
图3显示了卷绕的原膜(raw film)的方向，其中，卷绕膜的展开方向称作MD(机器方向)，以及垂直于MD的方向称作TD(横向)。此外，在该过程中，膜在MD上的拉伸称作自由端拉伸，而在TD上的拉伸称作固定端拉伸。
根据拉伸方法(当仅应用第一种方法时)总结NZ和板的类型，通过自由端拉伸具有正(+)折射率性能的膜可以制备正A-板；通过固定端拉伸具有正(+)折射性能的膜可以制备负双轴A-板；通过自由端拉伸，接着固定端收缩具有正(+)折射性能或负(-)折射性能的膜可以制备Z-轴取向膜；通过自由端拉伸具有负(-)折射性能的膜可以制备负A-板；以及通过固定端拉伸具有负(-)折射性能的膜可以制备正双轴A-板。
除了上述方法外，通过应用其它方法可以控制慢轴的方向、相位差和NZ值，以及所述其它方法为在包括本发明的领域内通常采用的许多方法之一而不受特别限制。
根据本发明的耦合偏光板组件包括第一耦合偏光板和第二耦合偏光板，其各自由补偿膜、偏光片和保护膜构成。
所述第一耦合偏光板的补偿膜的面内延迟(R0)为15～130nm，以及折射率比(NZ)为-6.0～-0.1。随着面内延迟(R0)和折射率比(NZ)的绝对值在上述范围内分别增加和减少，偏振状态的色散特性趋于下降。因此，可以确保更优异的宽视角。根据折射率比(NZ)可以适当地选择面内延迟(R0)。
如果折射率比(NZ)小于-6.0，表示穿过具有最佳的视角效果的液晶显示器(由第一补偿膜、液晶盒和第二补偿膜构成)后取决于波长的偏振状态差异的色散特性就会变得过大，使得尽管补偿了参比波长，但是其它波长没有正常地被补偿。因此，难以实现本发明的效果。如果折射率比(NZ)大于-0.1，所述补偿膜的慢轴方向和MD(机器方向)就会互不相同。因此，难以应用于辊对辊方法(roll-to-roll process)中。
优选地，面内延迟(R0)为40～130nm，以及折射率比(NZ)为-2～-0.1，并且这些范围是考虑到光学特性和制备过程的设备而确定的。最小面内延迟值应该保持在40nm以上以制备现在可以通用于液晶显示器中且具有均匀的延迟值(目标值±5nm)和延迟角(±0.5)的补偿膜。此外，-0.2～-0.1的折射率比(NZ)为仅通过TD单轴拉伸可以制备的本发明所需的补偿膜的范围。更优选地，由于为了在实际过程中易于制备具有均匀的延迟值和延迟角的补偿膜的最小延迟值为50nm以上，因此优选面内延迟(R0)为50～130nm，以及为了在实际过程中易于TD单轴拉伸的折射率比(NZ)保持在-1.0～-0.1。TD单轴拉伸的过程比双轴拉伸过程简单，因而降低了制造成本。
设置第一耦合偏光板的补偿膜使得慢轴平行于相邻偏光片的吸收轴。
第二耦合偏光板的补偿膜具有15～130nm的面内延迟(R0)和1.1～7.0的折射率比(NZ)，折射率比的绝对值越小，越易于确保更优异的宽视角，以及可以根据折射率比(NZ)适当地结合所述面内延迟(R0)。此外，考虑到补偿膜和第一耦合偏光板的光学特性，使用易于确保宽视角的组合。
优选地，面内延迟(R0)为40～130nm，以及折射率比(NZ)为1.1～3.0，且更优选地，面内延迟(R0)为50～130，以及折射率比(NZ)为1.1～2.0。与所述第一耦合偏光板的补偿膜类似，这些范围也是考虑到光学特性和制备过程的设备而确定的。
所述第二耦合偏光板的补偿膜的慢轴垂直于相邻的偏光片的吸收轴。
一般而言，补偿膜具有根据入射光的波长而不同的相位差。在短波长时相位差大，而在长波长时相位差小，具有这些性能的补偿膜称作具有正常色散特征(normal dispersive characteristic)的补偿膜。此外，在短波长时具有小的相位差且在长波长时具有大的相位差的膜称作具有相反色散特征(inversedispersive characteristic)的补偿膜。
在本发明中，如在本领域中通常所用的那样，所述补偿膜的色散特征表示为380nm的光源的相位差与780nm的光源的相位差的比率。作为参考，在能够对所有的波长实现相同的偏振状态的具有完全相反波长色散特征的补偿膜中，[R0(380nm)/R0(780nm)]＝0.4872。
第一和第二耦合偏光板的各偏光片可以具有通过拉伸和染色PVA(聚乙烯醇)而制备的偏振功能层(polarizing functional layer)。在距离液晶盒的更远侧，所述偏光片分别具有保护膜。可以通过本领域中常用的方法制备第一和第二耦合偏光板，具体而言，可以使用辊对辊法和片对片(sheet-to-sheet)法。考虑到制备过程中的产率和效率，优选使用辊对辊法，以及特别地，其是有效的，因为PVA偏光片的吸收轴的方向总是固定在MD上。
所述第一和第二耦合偏光板的保护膜可以为在本领域中通常使用的物品。优选地，对于保护膜而言具有尽可能少地影响视角的光学性能。用于保护膜的材料可以为选自TAC(三乙酰基纤维素)、COP(环烯烃聚合物)、COC(环烯烃共聚物)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PP(聚丙烯)、PC(聚碳酸酯)、PSF(聚砜)和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)中的一种。
此外，本发明涉及一种包括蓝相液晶面板和耦合偏光板组件的液晶显示器，所述耦合偏光板组件包括分别作为上和下偏光板的第一耦合偏光板和第二耦合偏光板。在液晶显示器中，可以将所述第一耦合偏光板设置作为上偏光板，以及可以将第二耦合偏光板设置作为下偏光板，或者可以将第二耦合偏光板设置作为上偏光板，以及可以将第一耦合偏光板设置作为下偏光板。所述第一耦合偏光板的偏光片的吸收轴垂直于第二耦合偏光板的偏光片的吸收轴。
当没有施加电场时，所述蓝相液晶具有光学各向同性特征；而当施加电场时，其具有光学各向异性。所述液晶形成柱形阵列(cylindrical array)，其中分子被扭曲且以3D螺旋状排列。这种取向结构称作双扭柱(double twistcylinder)(下文中，称作‘DTC’)。所述蓝相液晶可以进一步被扭转至DTC的中心轴外。也就是说，所述蓝相液晶以如下的扭转状态排列：在DTC中两个扭转轴相互垂直以基于DTC的中心轴具有方向性(directionality)。
所述蓝相液晶包括第一蓝相、第二蓝相和第三蓝相。所述排列结构取决于DTC中的蓝相的类型。在第一蓝相中，DTC以体心立方结构(其为一种晶格结构)排列，以及在第二蓝相中，DTC以简单立方结构排列。由于在蓝相中，所述DTC以晶格结构排列，所以在3个相邻的DTC会合的位置发生向错(disclination)。所述向错为液晶没有规则方向性地不规则排列的部分并形成向错线。
所述蓝相液晶的各向异性折射率根据施加的电压强度而与施加电压的平方成比例地变化。当向各向同性的偏光材料施加电场时，其中折射率与施加电压的平方成比例地变化的光学效应称作克尔效应(Kerr effect)。由于液晶显示器通过使用蓝相液晶的克尔效应显示图像，所以提高了响应速率。
此外，在形成电场的各区域测量蓝相液晶的折射率。当连续地形成电场形成区域时，所述液晶显示器具有均匀的亮度，而不受液晶盒间隙(cell gap)的均匀性的影响，因而提高了液晶显示器的显示特性。
在本发明的光学条件下形成液晶显示器中，从所有光方向的最大透光率符合黑色模式的0.05％以下的补偿关系，优选0.02％以下的补偿关系。目前通过使用垂直取向(VA)模式制备的液晶显示器的最高的前面亮度显示大约10000尼特(nit)。在以60°的斜角的视角的亮度大约为10000尼特cos60°，以及对应于0.05％的辉度(brightness)的亮度为2.5尼特。因此，本发明将实现所有光方向的透光率等于或大于采用VA型液晶显示器的透光率。
图1为图示使用根据本发明的蓝相液晶液晶显示器的一个基本结构的透视图，下面将进行描述。
在该蓝相液晶液晶显示器中，第二保护膜13、第二偏光片11、第二补偿膜14、蓝相液晶盒30、第一补偿膜24、第一偏光片21、和第一保护膜23依次从背光源单元40开始层叠。当从显示器的观察者方向观察时，第一偏光片21和第二偏光片11的吸收轴12和22相互垂直，第一补偿膜的慢轴平行于第一偏光片的吸收轴，以及第二补偿膜的慢轴垂直于第二偏光片的吸收轴。更特别地，如图1(a)所示，将第一耦合偏光板设置在该耦合偏光板组件的上部作为上偏光板，其中，第一补偿膜24的慢轴25平行于第一偏光片21的吸收轴22，以及第二补偿膜14的慢轴15垂直于第二偏光片11的吸收轴12。同时，如图1(b)所示，将第一耦合偏光板设置在该耦合偏光板组件的下部作为下偏光板，其中，第一补偿膜24的慢轴25平行于第一偏光片21的吸收轴22，以及第二补偿膜14的慢轴15垂直于第二偏光片11的吸收轴12。
所述第一耦合偏光板20和第二耦合偏光板10可以通过采用有利于大规模生产的辊对辊法制备。图3为图示在辊对辊制备方法中的MD的示意图。参照图3，下面将描述图1(a)的结构。
所述第一耦合偏光板20和第二耦合偏光板10是通过使多个光学膜结合而制备的，并且各光学膜在粘附到耦合偏光板之前以卷状(roll state)存在。使膜从辊上展开或在辊上卷曲的方向称作机器方向(MD)。在第二耦合偏光板10的情况下，只有当第二偏光片11的吸收轴12与第二补偿膜14的慢轴15的MD互相一致而不管第二保护膜13的方向时，辊对辊制备法才是可行的。类似地，在第一耦合偏光板20的情况下，只有当第一偏光片21和第一补偿膜的24的MD相互一致而不管第一保护膜23的方向时，辊对辊制备法才是可行的。
此外，当靠近背光源单元的第二偏光片11的吸收轴12为垂直方向时，穿过第二耦合偏光板10的光在水平方向上被偏振。在这种情况下，当光穿过施加了使其成为明亮模式的板电压的液晶盒时，光为垂直方向并穿过位于显示侧的具有水平吸收轴的第一耦合偏光板20。此时，在显示侧的佩带具有水平吸收轴的偏光太阳镜(偏光太阳镜的吸收轴为水平方向)的人也可以看见从液晶显示器发出的光。如果靠近背光源单元的第二偏光片11的吸收轴12为水平方向时，佩带偏光太阳镜的人不能看到图像。此外，在大尺寸的液晶显示器的情况下，为了在显示侧更好地观看图像，由于人的主要观察范围(primary viewing range)在水平方向上比垂直方向宽，除了特别用途的液晶显示器(例如，广告液晶显示器等)，通常的液晶显示器制成4∶3或16∶9的形式。因此，当从显示器的观察者观看时，第二偏光片的吸收轴为垂直方向，以及第一偏光片的吸收轴为水平方向。
可以通过庞加莱偏振球描述本发明的视角补偿效果。由于庞加莱偏振球是表现以预定角度的偏振状态的变化的非常有用的工具，当以预定视角发出的光穿过通过使用偏光作用显示图像的液晶显示器的光学元件时，庞加莱偏振球可以表现偏振状态的变化。在本发明中，预定视角为示于图4的半圆形坐标系(hemicircular coordinate system)的θ＝60°和Φ＝45的方向，并且从这个方向发出的光的偏振状态的变化将基于550nm的光(人感觉的最亮的光的波长)进行描述。具体而言，其显示当Φ方向的表面以θ角度在前平面中绕Φ+90°的轴旋转至观察者方向时，从前面方向出来的光在庞加莱偏振球上的偏振状态的变化。当S3轴的坐标在庞加莱偏振球上为正(+)时，出现了右旋圆偏振，其中，当某偏振水平分量为Ex，以及偏振垂直分量为Ey时，右旋圆偏振表示：Ex分量相对于Ey分量的光的相位延迟大于0且小于波长的一半。
在下文中，在上述构造中，通过实施例和对比实施例描述在没有施加电压时在所有的视角实现黑态的效果。尽管通过下面的实施例可以更容易理解本发明，但是下面的实施例仅是作为本发明的实例而提供，而非限定由所附权利要求所要求的本发明的保护范围。
实施例
通过使用TECH WIZ LCD 1D(Sanayi System有限公司，韩国)进行模拟来比较宽视角效果，该仪器是下面的第一至第十实施例和第一至第六对比实施例的LCD模拟系统。
第一实施例
将根据本发明的各光学膜、液晶盒和背光源的实际测量的数据用于具有图1(a)所示的层叠结构的TECH WIZ LCD 1D(Sanayi System有限公司，韩国)。下面将详细描述图1(a)的结构。
从背光源单元40开始，设置第二保护膜13、第二偏光片11、第二补偿膜14、蓝相液晶盒30、第一补偿膜24、第一偏光片21和第一保护膜23，其中，当从显示侧观察时，所述第二偏光片11的吸收轴12在垂直方向上，且所述第一偏光片21的吸收轴22在水平方向上。因此，第一和第二偏光片21和11的吸收轴12和22相互垂直，第一补偿膜24的慢轴25和第一偏光片21的吸收轴22相互平行，以及所述第二补偿膜14的慢轴15和第二偏光片11的吸收轴12相互垂直。
当未向液晶盒施加电场时，液晶盒的折射率是各向同性的，而当向液晶盒施加电场时，在电场施加方向上的折射率增加。使用蓝相液晶(三星电子有限公司，SID 2008)作为液晶模式的样品产品。当采用液晶时，并不需要初始液晶取向，因此简化了液晶盒的制作工艺。
同时，用于第一实施例中的各光学膜和背光源单元具有如下的光学性能。
首先，第一和第二偏光片11和21通过用碘染色拉伸的PVA被赋予偏振功能，以及被赋予在370～780nm的可见光区内具有99.9％以上的亮度偏振度(luminance degree of polarization)和41％以上的亮度组透光率(luminancegroup transmittance)的偏振性能。亮度偏振度和亮度组透光率由如下公式4～8所定义，当根据波长的透光轴的透光率为TD(λ)，根据波长的吸收轴的透光率为MD(λ)，以及在JIS Z 8701：1999中定义的亮度补偿值(luminancecompensation value)为
Figure BPA00001454637100121
其中，S(λ)为光源频谱，以及光源为C-光源。
【公式4】
T TD = K ∫ 380 780 S ( λ ) y ‾ ( λ ) TD ( λ ) dλ
【公式5】
T MD = K ∫ 380 780 S ( λ ) y ‾ ( λ ) MD ( λ ) dλ
【公式6】
K = 100 ∫ 380 780 S ( λ ) y ‾ ( λ ) dλ
【公式7】
Figure BPA00001454637100132
【公式8】
Figure BPA00001454637100133
在589.3nm的波长下，这里使用面内延迟(R0)为80nm且折射率比(NZ)为1.1的第二耦合偏光板的第二补偿膜14，以及面内延迟(R0)为90nm且折射率比(NZ)为-0.11的第一耦合偏光板的第一补偿膜24。
对于第二补偿膜14的全范围波长的波长色散特性如图5所示，且面内延迟(波长380nm)/面内延迟(波长780nm)之比＝[R0(380nm)/R0(780nm)]为0.862。对于第一补偿膜24的全范围波长的波长色散特性如图6所示，且面内延迟(波长380nm)/面内延迟(波长780nm)之比＝[R0(380nm)/R0(780nm)]为1.197。
将对于589.3nm的入射光具有50nm的厚度延迟(Rth)的光学性能的TAC(三乙酰纤维素)膜用于每个第一和第二保护膜23和13以保护第一和第二偏光片。将装配在46英寸的液晶TV PAVV(LTA460HR0)型(三星电子有限公司)中的背光源的实际测量光谱数据用于背光源单元。
图7显示在层叠如图1(a)所示的光学部件后进行所有光方向的透光率的模拟获得的结果。在参考视角(θ＝60°且Φ＝45°)下在550nm波长处，偏振状态的改变如图8所示。在庞加莱偏振球上通过第二偏光片11时的偏振状态由1表示，通过第二补偿膜14时的偏振状态和通过液晶盒时的偏振状态由2表示，且通过第一补偿膜24时的偏振状态由3表示。
图7显示当在屏幕上显示黑态时所有光方向的透光率的分布，其中，在标度的范围内，当显示黑态时，透光率为0％～0.05％，超过0.05％透光率的部分以红颜色表示，低透光率部分以蓝颜色表示。在这种情况下，可以看出，在中心的蓝色部分越宽，通过指示更宽的视角而越容易确保更宽的视角。
因此可以看出图7显示出了视角补偿效果，该视角补偿效果比在将用于面内转换液晶显示器(I Plus Pol配置，东友精细化工有限公司(DONGWOOFINE-CHEM)，韩国)的偏光板被应用在本发明所述的液晶模式时显示所有光方向上的透光率的图9的视角补偿效果更好。
第二实施例
尽管与在第一实施例中的配置一样，但是在589.3nm波长下，通过采用具有35nm的面内延迟(R0)和6.9的折射率比(NZ)的第二补偿膜14和具有35nm的面内延迟(R0)和-5.9的折射率比(NZ)的第一补偿膜24制备蓝相液晶的液晶显示器。
图10显示当在屏幕上显示黑态时所有光方向的透光率的分布，其中，在标度的范围内，当显示黑态时，透光率为0％～0.05％，超过0.05％透光率的部分以红颜色表示，低透光率部分以蓝颜色表示。在这种情况下，可以看出，在中心的蓝色部分越宽，通过显示视角而越容易确保更宽的视角。
因此可以看出显示出了视角补偿效果，该视角补偿效果与在将用于面内转换液晶显示器(I Plus Pol配置，东友精细化工有限公司(DONGWOOFINE-CHEM)，韩国)的偏光板被应用在本发明所述的液晶模式时显示在所有光方向上的透光率的图9的视角补偿效果一样好。
图11显示出第二实施例在庞加莱偏振球上的光学补偿原理，以及图8显示出第一实施例在庞加莱偏振球上的光学补偿原理。从图中可以看出，在庞加莱偏振球上的两条路径之间存在无数可补偿的路径，且光学性能不能仅通过第一和第二补偿膜14和24提高，但第一补偿膜24的最佳的光学性能是根据第二补偿膜14的光学性能而确定的。
第三实施例
尽管与在第一实施例中的配置一样，但是在589.3nm波长下，通过采用具有129nm的面内延迟(R0)和1.1的折射率比(NZ)的第二补偿膜14和具有17nm的面内延迟(R0)和-5.9的折射率比(NZ)的第一补偿膜24制备蓝相液晶的液晶显示器。
图12显示当在屏幕上显示黑态时所有光方向分布的透光率的分布。从该图中可以看出确保了宽视角。图13显示在本发明的参考视角(θ＝60°且Φ＝45°)下在550nm波长处的偏振状态的改变。
第四实施例
尽管与在第一实施例中的配置一样，但是在589.3nm波长下，通过采用具有17nm的面内延迟(R0)和6.9的折射率比(NZ)的第二补偿膜14和具有129nm的面内延迟(R0)和-0.11的折射率比(NZ)的第一补偿膜24制备蓝相液晶的液晶显示器。
图14显示当在屏幕上显示黑态时所有光方向分布的透光率的分布。从该图中可以看出确保了宽视角。图15显示在本发明的参考视角(θ＝60°且Φ＝45°)下在550nm波长处的偏振状态的改变。
第五实施例
尽管与在第一实施例中的配置一样，但是如图1(b)中所示，从背光源单元40开始，设置第一保护膜23、第一偏光片21、第一补偿膜24、蓝相液晶盒30、第二补偿膜14、第二偏光片11和第二保护膜13。当从显示侧观看时，第一偏光片21的吸收轴22是垂直方向的，且当从显示侧观看时，第二偏光片11的吸收轴12是水平方向的。因此，第一和第二偏光片21和11的吸收轴22和12相互垂直，第二补偿膜14的慢轴15垂直于第二偏光片11的吸收轴12，以及第一补偿膜24的慢轴25与第一偏光片21的吸收轴22相互平行。
根据由各膜方向上的内折射率的差异产生的光学性能，在589.3nm的波长下，这里使用面内延迟(R0)为80nm且折射率比(NZ)为1.1的第二补偿膜14，和面内延迟(R0)为90nm且折射率比(NZ)为-0.11的第一补偿膜24。
对于第二补偿膜14的全范围波长的波长色散特性显示了如图5所示的全波长的色散特性度(dispersive characteristic degree of full wavelength)，其中，面内延迟(波长380nm)/面内延迟(波长780nm)＝[R0(380nm)/R0(780nm)]为0.862。对于第一补偿膜24的全范围波长的波长色散特性显示了如图6所示的全波长的色散特性度，其中，面内延迟(波长380nm)/面内延迟(波长780nm)＝[R0(380nm)/R0(780nm)]为1.197。
图16显示在层叠如图1(b)所示的光学部件后进行所有光方向的透光率的模拟获得的结果。在参考视角(θ＝60°且Φ＝45°)下在550nm波长处，偏振状态的改变如图17所示。在庞加莱偏振球上通过第一偏光片21时的偏振状态由1表示，通过第一补偿膜24时的偏振状态和通过液晶盒时的偏振状态由2表示，且通过第二补偿膜14时的偏振状态由3表示。
图16显示当在屏幕上显示黑态时所有光方向的透光率的分布，其中，在标度的范围内，当显示黑态时，透光率为0％～0.05％，超过0.05％透光率的部分以红颜色表示，低透光率部分以蓝颜色表示。在这种情况下，可以看出，在中心的蓝色部分越宽，通过指示更宽的视角而越容易确保更宽的视角。
因此可以看出图16显示出了视角补偿效果，该视角补偿效果比在将用于面内转换液晶显示器(I Plus Pol配置，东友精细化工有限公司(DONGWOOFINE-CHEM)，韩国)的偏光板被应用在本发明所述的液晶模式时显示在所有光方向上的透光率的图9的视角补偿效果更好。
第六实施例
尽管图1(b)的组件以与在第五实施例中相同的方式层叠，但是在589.3nm波长下，通过采用具有35nm的面内延迟(R0)和6.9的折射率比(NZ)的第二补偿膜14和具有35nm的面内延迟(R0)和-5.9的折射率比(NZ)的第一补偿膜24制备蓝相液晶液晶显示器。
图18显示当在屏幕上显示黑态时所有光方向分布的透光率的分布。从该图中可以看出确保了宽视角。图19显示在本发明的参考视角(θ＝60°且Φ＝45°)下在550nm波长处的偏振状态的改变。
第七实施例
尽管图1(b)的组件以与在第五实施例中相同的方式层叠，但是在589.3nm波长下，通过采用具有129nm的面内延迟(R0)和1.1的折射率比(NZ)的第二补偿膜14和具有17nm的面内延迟(R0)和-5.9的折射率比(NZ)的第一补偿膜24制备蓝相液晶液晶显示器。
图20显示当在屏幕上显示黑态时所有光方向分布的透光率的分布。从该图中可以看出可以确保宽视角。图21显示在本发明的参考视角(θ＝60°且Φ＝45°)下在550nm波长处的偏振状态的改变。
所述配置的所有光方向的透光率示于图16中。图17显示在本发明的参考视角(θ＝60°且Φ＝45°)下在550nm波长处的偏振状态的改变。
第八实施例
尽管图1(b)的组件以与在第五实施例中相同的方式层叠，但是在589.3nm波长下，通过采用具有17nm的面内延迟(R0)和6.9的折射率比(NZ)的第二补偿膜14和具有129nm的面内延迟(R0)和-0.11的折射率比(NZ)的第一补偿膜24制备蓝相液晶液晶显示器。
图22显示当在屏幕上显示黑态时所有光方向分布的透光率的分布。从该图中可以看出可以确保宽视角。图23显示在本发明的参考视角(θ＝60°且Φ＝45°)下在550nm波长处的偏振状态的改变。
第九实施例
尽管与在第一实施例中的配置一样，但是在589.3nm波长下，通过采用具有49nm的面内延迟(R0)和3的折射率比(NZ)的第二补偿膜14和具有49nm的面内延迟(R0)和-1.9的折射率比(NZ)的第一补偿膜24制备蓝相液晶液晶显示器。
图24显示当在屏幕上显示黑态时所有光方向分布的透光率的分布。从该图中可以看出可以确保宽视角。图25显示在本发明的参考视角(θ＝60°且Φ＝45°)下在550nm波长处的偏振状态的改变。
第十实施例
尽管与在第一实施例中的配置一样，但是在589.3nm波长下，通过采用具有60nm的面内延迟(R0)和2的折射率比(NZ)的第二补偿膜14和具有60nm的面内延迟(R0)和-0.9的折射率比(NZ)的第一补偿膜24制备蓝相液晶液晶显示器。
图26显示当在屏幕上显示黑态时所有光方向分布的透光率的分布。
从该图中可以看出可以确保宽视角。图27显示在本发明的参考视角(θ＝60°且Φ＝45°)下在550nm波长处的偏振状态的改变。
第一对比实施例
尽管与在第一实施例中的配置一样，但是通过采用具有普通的TAC的光学性能(面内延迟(R0)为2nm和厚度延迟(Rth)为52nm)的第二补偿膜14和第一补偿膜24制备蓝相液晶液晶显示器。
该液晶显示器的所有光方向的透光率的模拟结果示于图28中。如下面的图28所示，可以看出由于在黑态中倾斜表面的透光率高，所以视角狭窄。
第二对比实施例
尽管与在第一实施例中的配置一样，但是通过采用具有在低价的面内转换液晶显示器中使用的0-TAC的第一和第二补偿膜14和24(面内延迟(R0)为1nm且厚度延迟(Rth)为2nm)制备蓝相液晶液晶显示器。
该液晶显示器的所有光方向的透光率的模拟结果示于图29中。如下面的图29所示，可以看出由于在黑态中倾斜表面的透光率高，所以视角狭窄。
第三对比实施例
尽管与在第一实施例中的配置一样，但是通过布置第一补偿膜24的慢轴25与第一偏光片21的吸收轴22相互垂直来制备蓝相液晶显示器。
该液晶显示器的所有光方向的透光率的模拟结果示于图30中。如下面的图30所示，可以看出由于在黑态中倾斜表面的透光率高，所以视角狭窄。
第四对比实施例
尽管与在第一实施例中的配置一样，但是在589.3nm波长下，通过采用具有80nm的面内延迟(R0)和1.1的折射率比(NZ)的第二补偿膜14和具有150nm的面内延迟(R0)和-0.1的折射率比(NZ)的第一补偿膜24制备蓝相液晶液晶显示器。
该液晶显示器的所有光方向的透光率的模拟结果示于图31中。如下面的图31所示，可以看出由于在黑态中倾斜表面的透光率高，所以视角狭窄。
第五对比实施例
尽管与在第一实施例中的配置一样，但是在589.3nm波长下，通过采用具有10nm的面内延迟(R0)和8.0的折射率比(NZ)的第二补偿膜14和具有55nm的面内延迟(R0)和-6.0的折射率比(NZ)的第一补偿膜24制备蓝相液晶液晶显示器。
该液晶显示器的所有光方向的透光率的模拟结果示于图32中。如下面的图32所示，可以看出由于在黑态中倾斜表面的透光率高，所以视角狭窄。
第六对比实施例
尽管与在第一实施例中的配置一样，但是在589.3nm波长下，通过采用具有100nm的面内延迟(R0)和5.0的折射率比(NZ)的第二补偿膜14和具有10nm的面内延迟(R0)和-7.0的折射率比(NZ)的第一补偿膜24制备蓝相液晶液晶显示器。
该液晶显示器的所有光方向的透光率的模拟结果示于图33中。如下面的图33所示，可以看出由于在黑态中倾斜表面的透光率高，所以视角狭窄。
工业实用性
如上所述，由于可以提供宽视角，所以根据本发明的蓝相液晶液晶显示器可以应用于需要高光学级别的大屏幕液晶显示器中。

Claims (9)

1.一种耦合偏光板组件，其包括：
第一耦合偏光板；和
第二耦合偏光板，
其中，第一耦合偏光板和第二耦合偏光板按照靠近液晶的顺序各自由补偿膜、偏光片和保护膜构成，所述第一耦合偏光板的补偿膜具有15至130nm的面内延迟(R0)和-6.0至-0.1的折射率比(NZ)，其慢轴平行于所述第一耦合偏光板的偏光片的吸收轴，并且
第二耦合偏光板的补偿膜具有15至130nm的面内延迟(R0)和1.1至7.0的折射率比(NZ)，其慢轴垂直于所述第二耦合偏光板的偏光片的吸收轴。
2.根据权利要求1所述的耦合偏光板组件，其中，所述第一耦合偏光板的补偿膜的面内延迟(R0)为40～130nm，以及折射率比(NZ)为-2.0～-0.1。
3.根据权利要求1所述的耦合偏光板组件，其中，所述第一耦合偏光板的补偿膜的面内延迟(R0)为50～130nm，以及折射率比(NZ)为-1.0～-0.1。
4.根据权利要求1所述的耦合偏光板组件，其中，所述第二耦合偏光板的补偿膜的面内延迟(R0)为40～130nm，以及折射率比(NZ)为1.1～3.0。
5.根据权利要求1所述的耦合偏光板组件，其中，所述第二耦合偏光板的补偿膜的面内延迟(R0)为50～130nm，以及折射率比(NZ)为1.1～2.0。
6.根据权利要求1所述的耦合偏光板组件，其中，所述第一耦合偏光板和第二耦合偏光板的补偿膜和保护膜独立地由选自TAC(三乙酰纤维素)、COP(环烯烃聚合物)、COC(环烯烃共聚物)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PP(聚丙烯)、PC(聚碳酸酯)、PSF(聚砜)和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)中的一种制成。
7.一种蓝相模式液晶显示器，其包括耦合偏光板组件和蓝相液晶，所述耦合偏光板组件包括权利要求1所述的第一耦合偏光板和第二耦合偏光板作为上偏光板和下偏光板。
8.根据权利要求7所述的蓝相模式液晶显示器，其中，所述蓝相液晶在没有施加电场时具有光学各向同性，在施加电场时具有光学各向异性。
9.根据权利要求7所述的蓝相模式液晶显示器，其中，在倾斜角(q＝60°且Φ＝45°)的观察方向上的最大透光率为0.05％以下。
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