CN102422187B - 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

Abstract

本发明公开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，其中层叠有具有特定光学性质的补偿膜，并且还公开了一种液晶显示器，该液晶显示器能够容易地大规模生产耦合偏光板，同时通过向蓝相液晶模式应用所述耦合偏光板组件而确保与已知其它液晶模式相同或更佳的宽视角。

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，通过将特定的耦合偏光板组件应用于蓝相液晶模式使其能够确保宽视角。

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，这是因为蓝相液晶在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。

人们已经使用了用于面内切换液晶显示器的耦合偏光板组件，以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两种具有不同光学性质的补偿膜(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按照靠近液晶的顺序各自由补偿膜、偏光片和保护膜构成，第一耦合偏光板的补偿膜具有50至140nm的面内延迟(R0)和1.1至7.0的折射率比值(refractive indexratio)(NZ)，其慢轴垂直于相邻偏光片的吸收轴，

其中折射率比值=(Nx-Nz)/(Nx-Ny)=Rth/R0+0.5

其中，Nx为具有在面内方向上振动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，且Nx≥Ny，Nz是在膜的厚度方向上振动的光的折射率，Rth为所述补偿膜的厚度延迟，R0为所述补偿膜的面内延迟，

并且第二耦合偏光板的补偿膜具有0至10nm的面内延迟(R0)以及-330至-80nm的厚度延迟(Rth)。

所述的耦合偏光板组件中所述第一耦合偏光板的补偿膜具有70至140nm的面内延迟和1.1至3.0的折射率比值。

所述的耦合偏光板组件中所述第一耦合偏光板的补偿膜具有80至140nm的面内延迟和1.1至2.0的折射率比值。

所述的耦合偏光板组件中所述第二耦合偏光板的补偿膜具有0至5nm的面内延迟和-220至-80nm的厚度延迟。

所述的耦合偏光板组件中所述第二耦合偏光板的补偿膜具有0至3nm的面内延迟和-160至-80nm的厚度延迟。

所述的耦合偏光板组件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三乙酰纤维素、环烯烃聚合物、环烯烃共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种制成。

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。

所述的蓝相模式液晶显示器中所述蓝相液晶在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。

所述的蓝相模式液晶显示器，其中在倾斜角为θ=60°和Φ=45°的观察方向上观察到的蓝相模式液晶显示器的最大透过率为0.05%以下。

有益效果

根据本发明的一个实施方式，所述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，并且能够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，所述蓝相液晶显示器提供了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，本发明的上述以及其它目的、特征和优点由以下详细的说明可以被更清楚地理解，在附图中：

图1为表示根据本发明的一个实施方式的垂直取向型液晶显示器结构的透视图；

图2为表示根据本发明的补偿膜的折射率的示意图；

图3为表示制备过程中的MD的示意图，用于说明根据本发明的补偿膜和偏光板的展开方向(unrolled direction)；

图4为表示根据本发明的坐标系中Φ和θ的表达的示意图；

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波长范围内的波长色散特性的曲线图；

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波长范围内的波长色散特性的曲线图；

图7为表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为表示向本发明的液晶模式施加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为显示根据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为显示根据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为显示根据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为显示根据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为显示根据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21为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22为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23为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24为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25为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质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。

第一耦合偏光板的补偿膜具有50至140nm的面内延迟(R0)和1.1至7.0的折射率比值(NZ)，并且第二耦合偏光板的补偿膜具有0至10nm的面内延迟(R0)以及-330至-80nm的厚度延迟(Rth)。此时，第一耦合偏光板的补偿膜具有与相邻偏光片的吸收轴垂直的慢轴。

对于在可见光范围内的所有波长，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。其中，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是在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为在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是在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，其表示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，当光在法线方向上(垂直方向)透过膜时，其为实际的相位差。

此外，NZ为折射率比值，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，当在与面垂直的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，折射率具有如下关系Nx>Nz>Ny，称作Z-轴取向膜；对于NZ=0，折射率具有如下关系Nx=Nz>Ny，称作负A-板；对于NZ<0，折射率具有如下关系Nz>Nx>Ny，称作正双轴A-板；对于NZ=∞，折射率具有如下关系Nx=Ny>Nz，称作负C-板；对于NZ=-∞时，折射率具有如下关系Nz>Nx=Ny，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-板的折射率比值的大致范围和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50～140nm，而折射率比值(NZ)为1.1～7.0。随着面内延迟(R0)和折射率比值(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。

如果折射率比值(NZ)大于7.0，表示穿过具有最佳的视角效果的液晶显示器（其中所述液晶显示器是由第一补偿膜、液晶盒和第二补偿膜构成）之后取决于波长的偏振状态差异的色散特征就会变得太大，使得尽管补偿了参比波长，但是其它波长没有正常地补偿。因此，难以实现本发明的效果。如果折射率比值(NZ)小于1.1，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。

尽管在模拟中面内延迟(R0)的延迟值在40nm至小于50nm时，可以显示出预期效果，但为了在实际工艺中制备具有恒定或均一的延迟值(目标值±5nm)和恒定或均一的延迟角(目标值±0.5°)的补偿膜，第一耦合偏光板的补偿膜的面内延迟(R0)的最小延迟值应该为50nm。

优选地，面内延迟(R0)在70～140nm的范围内，而折射率比值(NZ)在1.1～3.0的范围内，因为在上述范围内，色散度小，因而可以大规模生产。因为可以根据折射率比值(NZ)决定面内延迟(R0)，因此当第一耦合偏光板的补偿膜的折射率比值(NZ)在1.1～3.0的范围内时，第一耦合偏光板的补偿膜的面内延迟(R0)在70～140nm的范围内。第二耦合偏光板的补偿膜的光学性能也应被加以考虑。

更优选地，面内延迟(R0)在80～140nm的范围内，而折射率比值(NZ)在1.1～2.0的范围内，因为在实际工艺中，上述范围内的TD单轴拉伸特别容易进行。如果可以TD单轴拉伸，则可以降低生产成本。因为可以根据折射率比值(NZ)决定面内延迟(R0)，因此当第一耦合偏光板的补偿膜的折射率比值(NZ)在1.1～2.0的范围内时，第一耦合偏光板的补偿膜的面内延迟(R0)在80～140nm的范围内。第二耦合偏光板的补偿膜的光学性能也应被加以考虑。

第一耦合偏光板的补偿膜的慢轴平行于相邻偏光片(第一耦合偏光板的偏光片)的吸收轴。

第二耦合偏光板的补偿膜具有0至10nm的面内延迟(R0)和-330至-80nm的厚度延迟(Rth)。为了确保蓝相液晶显示器的宽视角，可以考虑第一耦合偏光板的补偿膜的光学性能。

优选地，当考虑到第一耦合偏光板的补偿膜的光学性质的优选范围和由优选范围带来的工业优势时，第二耦合偏光板的补偿膜的面内延迟(R0)在0～5nm的范围内，而第二耦合偏光板的补偿膜的厚度延迟(Rth)在-220至-80nm的范围内。更优选，第二耦合偏光板的补偿膜的面内延迟(R0)在0～3nm的范围内，第二耦合偏光板的补偿膜的厚度延迟(Rth)在-160至-80nm的范围内。

由于第二耦合偏光板的补偿膜没有慢轴，无需考虑具体相邻偏光片(第二耦合偏光板的偏光片)的吸收轴方向来设置补偿膜。

本发明的补偿膜可以具有正常波长色散特征或反向波长色散特征。通常，补偿膜具有根据入射光的波长而不同的相差。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(normaldispersive 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反向色散特征(inverse dispersivecharacteristic)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反向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。在液晶盒的更远侧，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，并且其是特别有效的，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材料。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包括第一耦合偏光板和第二耦合偏光板分别作为上和下偏光板的耦合偏光板组件的液晶显示器。在盖液晶显示器中，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。

所述蓝相液晶当没有施加电场时具有光学各向同性；而当施加电场时具有光学各向异性。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 twist cylinder）（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的中心轴在DTC中具有方向性（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被排列成体心立方结构（其为一种晶格结构），以及在第二蓝相中，DTC被排列成简单立方结构。由于在蓝相中，所述DTC被排列成晶格结构，所以在3个相邻的DTC相交的位置发生向错（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（luminance），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的液晶显示器中，从所有光方向的最大透光率在黑色模式下符合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前面亮度显示大约10000尼特（nit）。在以60°倾斜角为视角的辉度（brightness）大约为10000尼特cos60°，以及对应于0.05%的辉度的亮度为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模式的液晶显示器的透光率。

图1为显示用于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，从背光源单元40依次层叠第二保护膜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。当从显示器的观察者方向观察，第一偏光片21和第二偏光片11的吸收轴12和22相互垂直，并且第一补偿膜的慢轴平行于第一偏光片的吸收轴。在图1(a)中，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，并且第一补偿膜24的慢轴25垂直于第一偏光片21的吸收轴22垂直，而在图1(b)中，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，并且第一补偿膜24的慢轴25垂直于第一偏光片21的吸收轴22。

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为显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，并且在粘附到耦合偏光板之前各光学膜均为卷状（roll state）。将膜从辊上展开或卷绕在辊上的方向称作机器方向(MD)。在第二耦合偏光板10的情况下，第二保护膜13和第二补偿膜14的方向对光学性能没有影响，并且辊对辊制备法是可行的，而在第一耦合偏光板20的情况下，只有当第一偏光片21和第一补偿膜24的MD互相一致且不管第一保护膜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面板电压的液晶盒时，光为垂直方向并穿过位于显示侧的且具有水平吸收轴的第一耦合偏光板20。此时，在显示侧的戴着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，戴着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，由于人在水平方向上的主要观察范围（primary viewingrange）比垂直方向宽，为了在显示侧更好地观看图像，除了特别用途的液晶显示器（例如，广告液晶显示器等）外，通常的液晶显示器制备成4:3或16:9的模式。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示在预定角度下偏振状态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，庞加莱偏振球可以用于表达偏振状态的变化。在本发明中，预定的视角为示于图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（人感觉最亮的波长）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，当某一偏振水平分量为Ex，以及偏振垂直分量为Ey，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，在上述配置中，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(black state)的效果。尽管通过下面的实施方式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 LCD1D(Sanayi System有限公司，韩国)进行模拟来比较宽视角的效果，该仪器是下面的实施例1-6和对比实施例1-6的LCD模拟系统。

实施例1

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 LCD1D(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，第二偏光片11的吸收轴12在垂直方向上，而第一偏光片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彼此垂直，并且第一补偿膜24的慢轴25与第一偏光片21的吸收轴22彼此垂直。

在未向液晶盒施加电场时，液晶盒的折射率为各向同性，而在向液晶盒施加电场时，在施加的电场方向上的折射率提高。作为液晶模式的样品产品，使用蓝相液晶(三星电子有限公司，SID2008)。当采用液晶时，不需要初始化液晶取向，因此简化了液晶盒的制造过程。

同时，在实施例1中使用的各个光学膜和背光源单元具有如下光学性质。

首先，通过用碘染色拉伸的PVA使第一偏光片11和第二偏光片21具有偏振功能，以及所述偏光片的偏振性能为在370～780nm的可见光范围内具有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(luminance group transmittance)。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 Z8701:1999中定义的亮度补偿值(luminance compensation value)为

，其中，S(λ)为光源光谱，以及光源为C-光源。

【公式4】

$T_{\mathrm{TD}}=K{\&Integral;}_{380}^{780}S\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\stackrel{-}{y}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\mathrm{TD}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\mathrm{d\&lambda;}$

【公式5】

$T_{\mathrm{MD}}=K{\&Integral;}_{380}^{780}S\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\stackrel{-}{y}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\mathrm{TD}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\mathrm{d\&lambda;}$

【公式6】

$K=\frac{100}{{\&Integral;}_{380}^{780}S\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\stackrel{-}{y}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)\mathrm{d\&lambda;}}$

【公式7】

【公式8】

这里使用在波长589.3nm处面内延迟(R0)为2nm且厚度延迟(Rth)为91nm的第二耦合偏光板的第二补偿膜14以及面内延迟(R0)为129nm和折射率比值(NZ)为1.1的第一耦合偏光板的第一补偿膜24。

对于第二补偿膜14的全波长范围内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)=[R0(380nm)/R0(780nm)]的比值为0.862。对于第一补偿膜24的全波长范围内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)=[R0(380nm)/R0(780nm)]的比值为1.197。

第一和第二保护膜23和13均使用对于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)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)所示的光学部件后通过对所有光方向的透光率进行模拟得到的结果。在参考视角(θ=60°且Φ=45°)下在550nm波长处，偏振状态的变化如图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%透光率的部分以红色表示，低透光率部分以蓝色表示。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显示了视角补偿效果，该视角补偿效果比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。

实施例2

尽管与在实施例1中的配置一样，通过使用在波长589.3nm处面内延迟(R0)为2nm且厚度方向延迟(Rth)为-328nm的第二补偿膜14以及面内延迟(R0)为51nm且折射率比值(NZ)为6.9的第一补偿膜24来制备蓝相液晶液晶显示器。

图10表示当在屏幕上显示黑态时，来自所有光方向的透光率的分布。其中，当在标度的范围内显示黑态时，透光率为0%至0.05%，超出0.05%的透光率部分用红色表示，低透光率部分用蓝色表示。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。

因而，可以看出，图10展示了视角补偿效果，该视角补偿效果与将面内转换液晶显示器的偏光片(I Plus Pol配置，东友精细化工有限公司，韩国)用于本发明的液晶模式中显示所有光方向的透过率的图9的视角补偿效果相同。

图11表示在庞加莱偏振球上实施例2的光学补偿原理，而图8表示在庞加莱偏振球上实施例1的光学补偿原理。在这些图中，可以看出在庞加莱偏振球上的两条途径之间有无数补偿途径，且仅通过第一和第二补偿膜14和24没有提高光学性能，但第一补偿膜24的最佳光学性能由第二补偿膜14的光学性质决定。

实施例3

尽管与在实施例1中的配置一样，但如图1(b)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。当从显示侧观察时，第一偏光片21的吸收轴22在垂直方向上，而第二偏光片11的吸收轴12在水平方向上。因此，第一和第二偏光片21和11的吸收轴22和12彼此垂直，并且第一补偿膜24的慢轴25与第一偏光片21的吸收轴22彼此垂直。

根据由各个膜方向上内部折射率的不同而产生的光学性能，使用在589.3nm波长处面内延迟(R0)为2.0nm且厚度方向延迟(Rth)为-91nm的第二补偿膜14以及面内延迟(R0)为129nm且折射率比值(NZ)为1.1的第一补偿膜24。

对于第二补偿膜14的全波长范围内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)=[R0(380nm)/R0(780nm)]的比值为0.862。对于第一补偿膜24的全波长范围内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)=[R0(380nm)/R0(780nm)]的比值为1.197。

图12显示在层叠如图1(b)所示的光学部件后对所有光方向的透光率进行模拟的结果。在参考视角(θ=60°且Φ=45°)下在550nm波长处，偏振状态的变化如图13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12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%透光率的部分以红色表示，低透光率部分以蓝色表示。在这种情况下，可以看出，在中心的蓝色部分越宽，通过显示出宽视角而越容易确保更宽的视角。

因此可以看出，图12显示了视角补偿效果，该视角补偿效果比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，韩国)的偏光板应用在本发明所述的液晶模式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。

实施例4

尽管以实施例3中的相同方式层叠图1(b)中的部件，但通过使用在波长589.3nm处面内延迟(R0)为2.0nm且厚度方向延迟(Rth)为-328nm的第二补偿膜14以及面内延迟(R0)为51nm且折射率比值(NZ)为6.9的第一补偿膜24来制备蓝相液晶液晶显示器。

图14表示当在屏幕上显示黑态时，来自所有光方向的透光率的分布。在该图中，可以看出能够确保宽视角。图15展示本发明的在参考视角(θ=60°和Φ=45°)处550nm波长的偏振状态的变化。

实施例5

尽管与在实施例1中的配置一样，但通过使用在波长589.3nm处面内延迟(R0)为2nm且厚度方向延迟(Rth)为-210nm的第二补偿膜14以及面内延迟(R0)为80nm且折射率比值(NZ)为2.9的第一补偿膜24来制备蓝相液晶液晶显示器。

图16展示该配置的所有光方向上的透光率。图17展示本发明的在参考视角(θ=60°和Φ=45°)处550nm波长的偏振状态的变化。

实施例6

尽管与在实施例1中的配置一样，但通过使用在波长589.3nm处面内延迟(R0)为2.0nm且厚度方向延迟(Rth)为-150nm的第二补偿膜14以及面内延迟(R0)为90nm且折射率比值(NZ)为1.9的第一补偿膜24来制备蓝相液晶液晶显示器。

图18展示该配置的所有光方向上的透光率。图19展示本发明的在参考视角(θ=60°和Φ=45°)处550nm波长的偏振状态的变化。

对比实施例1

尽管与在实施例1中的配置一样，但通过采用具有一般TAC光学性质(面内延迟(R0)为2nm且厚度方向延迟(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。

来自该液晶显示器的所有光方向上的透光率的模拟结果在图20中展示。如下图20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。

对比实施例2

尽管与在实施例1中的配置一样，但通过采用在低价面内切换液晶显示器中使用的具有0-TAC的第一和第二补偿膜14和24(面内延迟(R0)为1nm且厚度方向延迟(Rth)为2nm)制备蓝相液晶液晶显示器。

来自该液晶显示器的所有光方向上的透光率的模拟结果在图21中展示。如下图21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。

对比实施例3

尽管与在实施例1中的配置一样，但通过将第一补偿膜24的慢轴25设置成与第一偏光片21的吸收轴22彼此垂直来制备蓝相液晶液晶显示器。

来自该液晶显示器的所有光方向上的透光率的模拟结果在图22中展示。如下图22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。

对比实施例4

尽管与在实施例1中的配置一样，但通过使用在波长589.3nm处面内延迟(R0)为2nm且厚度方向延迟(Rth)为-90nm的第二补偿膜14以及面内延迟(R0)为150nm且折射率比值(NZ)为1.8的第一补偿膜24来制备蓝相液晶液晶显示器。

来自该液晶显示器的所有光方向上的透光率的模拟结果在图23中展示。如下图23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。

对比实施例5

尽管与在实施例1中的配置一样，但通过使用在波长589.3nm处面内延迟(R0)为2nm且厚度方向延迟(Rth)为-50nm的第二补偿膜14以及面内延迟(R0)为150nm且折射率比值(NZ)为3.0的第一补偿膜24来制备蓝相液晶液晶显示器。

来自该液晶显示器的所有光方向上的透光率的模拟结果在图24中展示。如下图24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。

对比实施例6

尽管与在实施例1中的配置一样，但通过使用在波长589.3nm处面内延迟(R0)为2nm且厚度方向延迟(Rth)为-350nm的第二补偿膜14以及面内延迟(R0)为40nm且折射率比值(NZ)为7.0的第一补偿膜24来制备蓝相液晶液晶显示器。

来自该液晶显示器的所有光方向上的透光率的模拟结果在图25中展示。如下图25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，因为可以提供宽的视角，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从靠近液晶侧由近及远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50至140nm的面内延迟和1.1至7.0的折射率比值，其慢轴垂直于所述第一耦合偏光板的偏光片的吸收轴，

其中折射率比值=(Nx-Nz)/(Nx-Ny)=Rth/R0+0.5

其中，Nx为具有在面内方向上振动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，且Nx≥Ny，Nz是在膜的厚度方向上振动的光的折射率，Rth为所述补偿膜的厚度延迟，R0为所述补偿膜的面内延迟，并且

第二耦合偏光板的补偿膜具有0至10nm的面内延迟以及-330至-80nm的厚度延迟。

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具有70至140nm的面内延迟和1.1至3.0的折射率比值。

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具有80至140nm的面内延迟和1.1至2.0的折射率比值。

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具有0至5nm的面内延迟和-220至-80nm的厚度延迟。

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具有0至3nm的面内延迟和-160至-80nm的厚度延迟。

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三乙酰纤维素、环烯烃聚合物、环烯烃共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜和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，其中所述耦合偏光板组件包括权利要求1中所述的第一耦合偏光板和第二耦合偏光板作为上偏光片和下偏光片。

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。

9.根据权利要求7所述的蓝相模式液晶显示器，其中，在倾斜角为θ=60°和Φ=45°的观察方向上观察到的蓝相模式液晶显示器的最大透过率为0.05%以下。

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