CN103018962B - 一种液晶显示屏及显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种液晶显示屏及显示设备，涉及液晶显示技术，在液晶两侧各设置一个光学补偿膜，通过第一光学补偿膜，将光线非垂直射入第一偏光层得到的偏振光，补偿成振动方向与光线沿90度方位角射入第一偏光层得到的偏振光振动方向相同的椭圆偏振光，并借助液晶的相位延迟作用，将第一椭圆偏振光转化为振动方向相同，旋转方向相反的第二椭圆偏振光，通过第二光学补偿膜将第二椭圆偏振光补偿成能够被第二偏光层完全吸收的偏振光，实现对E模式液晶显示屏和O模式液晶显示屏以及E模式和O模式混合的多畴模式的液晶显示屏漏光现象的补偿。

Description

一种液晶显示屏及显示设备
技术领域
本发明涉及液晶显示技术，尤其涉及一种液晶显示屏及显示设备。
背景技术
平面转换（In-Plane switching，IPS）技术是一种液晶显示屏广视角技术，被广泛的使用在液晶电视的制造上，能有效改善视角，其电极结构如图1所示，包括第一电极101，第二电极102，IPS模式显示屏的液晶在不加电压时平行排列。
高级超维场转换（Advanced Super Dimension Switch，ADS）技术为一种平面电场宽视角核心技术，通过同一平面内狭缝电极边缘所产生的电场以及狭缝电极层与板状电极层间产生的电场形成多维电场，使液晶盒内狭缝电极间、电极正上方所有取向液晶分子都能够产生旋转，从而提高了液晶工作效率并增大了透光效率。ADS技术可以提高TFT-LCD产品的画面品质，具有高分辨率、高透过率、低功耗、宽视角、高开口率、低色差、无挤压水波纹等优点。针对不同应用，ADS技术的改进技术有高透过率I-ADS技术、高开口率H-ADS和高分辨率S-ADS技术等。ADS模式液晶显示屏的电极结构如图2所示，包括彩色滤光片（Color Filter，CF）基板201，位于CF基板201下方的第二电极202，第二电极202下方的绝缘层203，绝缘层203下方的第一电极204，以及第一电极204下方的薄膜晶体管（Thin Film Transistor，TFT）基板205，ADS模式液晶屏的液晶在不加电情况下与IPS模式一样，也是平行排列。
IPS、ADS模式液晶显示屏的第一偏光层的透过轴与第二偏光层的透过轴相互垂直，与第二偏光层的吸收轴平行，在不加电的情况下，通过第一偏光层的偏振光会完全被第二偏光层吸收，然而，IPS、ADS模式显示屏都存在漏光现象，例如在入射光与偏光层成45度的方位角、且入射光与偏光层间极角为60度时，漏光现象最明显，其原理图可参考图3。原因是当光线沿这个方向传播时，上下偏光层的透过轴不再正交，液晶的光轴方向也会发生一定的变化。
下面通过邦加球来解释这种变化，邦加球是1892年邦加莱发明的一种数学模型，在斯托克斯空间引入归一化半径S0=1；S02=S12+S22+S32，S1，S2，S3分别对应x，y，z坐标轴的立体球面，表示光的偏振态。球面上的任意一点与单位强度全偏振光的偏振态一一对应。邦加球赤道上的点代表线偏振光，上下极点分别对应着右旋圆偏振光和左旋圆偏振光，其它点对应椭圆偏振光，邦加球上经度相同的点对应的偏振光的偏振方向相同。
如图3所示，当入射光以极角60度，方位角45射入第一偏光层时，TFT基板一侧的第一偏光层的透过轴将偏转到图中T的位置，而CF基板一侧的第二偏光层的吸收轴偏转到图中A的位置，由于第一偏光层的透过轴与第二偏光层的吸收轴不再一致，同时，液晶的光轴也发生一定的偏转，因此透过第一偏光层的偏振光不能完全被第二偏光层吸收，出现漏光现象。
目前的ADS、IPS液晶显示屏的宽视角光学补偿已经被广泛应用，但是目前的光学补偿方法方式都是对显示模式有要求的，ADS、IPS液晶显示屏分为E模式和O模式及多畴模式，其中，E模式的液晶的慢轴方向与TFT一侧的偏光层透过轴一致，O模式的液晶的慢轴方向与CF一侧的偏光层透过轴一致，多畴模式为E模式与O模式的混合模式，对于E模式的显示屏，补偿膜需要设置在TFT一侧的偏光层上，对于O模式的显示屏，补偿膜需要设置在CF一侧的偏光层上，对于多畴模式，目前还没有相应的光学补偿方法，具体原因分析如下：
如果是E模式液晶，由于液晶的慢轴与第一偏光层的透过轴一致，光轴与第一液晶的光轴将会偏转到图3中的A点，此时只需将由TFT一侧入射的偏振光在经过液晶之前从T位置补偿到A位置即可，此时液晶在不加电压的情况下不会起改变偏振光的偏振方向的作用，而直接被CF一侧的偏光层吸收。补偿之后的结构如图4所示。
如果是O模式液晶，液晶的光轴将会偏转到图3中的T点，由TFT一侧入射的偏振光经过液晶之后依然在T点，液晶在不加电压的情况下不起改变偏振光的偏振方向的作用，因此在光线经过液晶之后再由T点补偿到A点，则可保证由下偏光层入射的光线可以完全被吸收。补偿之后的结构如图5所示。
IPS、ADS模式的多畴模式液晶分为两种形式，一种形式的液晶的初始取向有两种，并且相互垂直，需要用光取向的方式来实现；另一种形式的液晶初始取向一致，电极存在一定的夹角，普通的膜材取向和光取向均可以实现。不管是哪种形式的多畴模式液晶，由于是E模式与O模式的混合模式，目前还没有对其漏光现象进行光学补偿的方法。
综上，目前的对E模式和O模式的液晶漏光现象需要用不同的方式进行光学补偿，而且，对于E模式与O模式混合的多畴模式液晶的漏光现象，目前还没有对应的光学补偿方法。
发明内容
本发明实施例提供一种液晶显示屏及显示设备，以实现对E模式和O模式以及E模式和O模式混合的多畴模式的液晶显示屏漏光现象的补偿。
一种液晶显示屏，包括薄膜晶体管TFT基板，彩色滤光片CF基板，位于TFT基板与CF基板之间的液晶，位于TFT基板外侧的第一偏光层，位于CF基板外侧的第二偏光层，还包括：
第一光学补偿膜，位于第一偏光层与TFT基板之间，其慢轴与第一偏光层的透过轴平行或垂直，用于将光线非垂直射入第一偏光层后得到的偏振光补偿成第一椭圆偏振光，第一椭圆偏振光的振动方向与光线沿90度方位角射入第一偏光层后得到的偏振光的振动方向相同；
第二光学补偿膜，位于第二偏光层与CF基板之间，其慢轴与第一光学补偿膜的慢轴垂直，折射率及相位延迟量与第一光学补偿膜相同；
液晶，用于将第一椭圆偏振光转化为振动方向相同，旋转方向相反的第二椭圆偏振光。
一种显示设备，包括本发明实施例提供的液晶显示屏。
本发明实施例提供一种液晶显示屏及显示设备，利用液晶不会改变沿90度方位角射入第一偏光层后得到的偏振光的振动方向的特性，以及当光线射入第一偏光层时，第一偏光层的透过轴与第二偏光层的吸收轴发生的偏转方向相反，偏转值相同的特性，在液晶两侧各设置一个光学补偿膜，通过第一光学补偿膜将光线非垂直射入第一偏光层得到的偏振光，补偿成振动方向与光线沿90度方位角射入第一偏光层后得到的偏振光的振动方向相同的椭圆偏振光，同时借助液晶的相位延迟作用，将第一椭圆偏振光转化为振动方向相同，旋转方向相反的第二椭圆偏振光，再通过第二光学补偿膜将第二椭圆偏振光补偿成能够被第二偏光层完全吸收的偏振光，实现对E模式和O模式以及E模式和O模式混合的多畴模式的液晶显示屏漏光现象的补偿。
附图说明
图1为现有技术提供的IPS模式显示屏的电极结构；
图2为现有技术提供的ADS模式显示屏的电极结构；
图3为现有技术提供的入射光以极角60度方位角45度射入第一偏光层时第一偏光层的透过轴及第二偏光层的吸收轴偏转示意图；
图4为现有技术提供的一种E模式液晶显示屏结构示意图；
图5为现有技术提供的一种O模式液晶显示屏结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种液晶显示屏结构示意图；
图7为本发明实施例提供的E模式液晶显示屏光学补偿邦加球示意图之一；
图8为本发明实施例提供的O模式液晶显示屏光学补偿邦加球示意图之一；
图9为本发明实施例提供的E模式液晶显示屏光学补偿邦加球示意图之二；
图10为本发明实施例提供的O模式液晶显示屏光学补偿邦加球示意图之二。
具体实施方式
本发明实施例提供一种液晶显示屏及显示设备，利用液晶不会改变沿90度方位角射入第一偏光层后得到的偏振光的振动方向的特性，以及当光线射入第一偏光层时，第一偏光层的透过轴与第二偏光层的吸收轴发生的偏转方向相反，偏转值相同的特性，在液晶两侧各设置一个光学补偿膜，通过第一光学补偿膜将光线非垂直射入第一偏光层得到的偏振光，补偿成振动方向与光线沿90度方位角射入第一偏光层后得到的偏振光的振动方向相同的椭圆偏振光，同时借助液晶的相位延迟作用，将第一椭圆偏振光转化为振动方向相同，旋转方向相反的第二椭圆偏振光，再通过第二光学补偿膜将第二椭圆偏振光补偿成能够被第二偏光层完全吸收的偏振光，实现对E模式和O模式以及E模式和O模式混合的多畴模式的液晶显示屏漏光现象的补偿。
如图6所示，本发明实施例提供一种液晶显示屏，包括TFT基板601，CF基板602，位于TFT基板601与CF基板602之间的液晶603，位于TFT基板601外侧的第一偏光层604，位于CF基板602外侧的第二偏光层605，还包括：
第一光学补偿膜606，位于第一偏光层604与TFT基板601之间，其慢轴与第一偏光层604的透过轴平行或垂直，用于将光线非垂直射入第一偏光层604后得到的偏振光补偿成第一椭圆偏振光，第一椭圆偏振光的振动方向与光线沿90度方位角射入第一偏光层604后得到的偏振光的振动方向相同；
第二光学补偿膜607，位于第二偏光层605与CF基板602之间，其慢轴与第一光学补偿膜606的慢轴垂直，折射率及相位延迟量与第一光学补偿膜606相同；
液晶603用于将第一椭圆偏振光转化为振动方向相同，旋转方向相反的第二椭圆偏振光。
由于在不加电压的情况下，液晶603不会改变沿90度方位角射入第一偏光层604后得到的偏振光的振动方向，因此，在第一偏光层604与TFT基板601之间设置慢轴与第一偏光层604的透过轴垂直或平行的第一光学补偿膜606，要求第一光学补偿膜606能够将光线非垂直射入第一偏光层604后得到的偏振光补偿成第一椭圆偏振光，第一椭圆偏振光的振动方向与光线沿90度方位角射入第一偏光层604后得到的偏振光的振动方向相同，则液晶603不会改变该第一椭圆偏振光的振动方向。同时借助液晶603的相位延迟作用，将第一椭圆偏振光转化为振动方向相同，旋转方向相反的第二椭圆偏振光。并且，由于第一偏光层604的透过轴与第二偏光层605的吸收轴平行，当光线非垂直射入第一偏光层604时，第一偏光层604的透过轴发生的偏转与第二偏光层605的吸收轴发生的偏转方向相反，偏转值相同，因此，与第一光学补偿膜606折射率相同，相位延迟量相等的第二光学补偿膜607，可以将第二椭圆偏振光补偿成能够被第二偏光层605完全吸收的偏振光，实现漏光现象的光学补偿。
由于光线沿0度极角射入第一偏光层604后得到的偏振光的偏振方向与光线沿90度方位角射入第一偏光层604后得到的偏振光振动方向相同，因此第一光学补偿膜606不会对该偏振光进行补偿，而由于光线沿0度极角射入第一偏光层604后得到的偏振光未发生偏转，也不需要被补偿，不会产生漏光现象。因此，本发明实施例提供的液晶显示屏对光线非垂直射入第一偏光层604后得到的偏振光进行补偿，就可以实现对漏光现象进行光学补偿。特别的，由于光线沿极角60度，方位角45度方向射入第一偏光层604后得到的偏振光偏转现象最严重，因此，可以根据光线沿极角60度，方位角45度方向射入第一偏光层604后得到的偏振光对第一光学补偿膜606进行设计，从而得到最佳的补偿效果。
由于第一光学补偿膜606、第二光学补偿膜607以及液晶603的设置对O模式液晶，E模式液晶的漏光现象都有补偿作用，因此对O模式与E模式混合的多畴模式液晶的漏光现象也能起到补偿作用，因此本发明实施例提供的液晶显示屏中的液晶603的慢轴方向可以与所述第一偏光层透过轴一致；或者液晶603的慢轴方向可以与所述第二偏光层透过轴一致；或者液晶603为慢轴方向与所述第一偏光层透过轴一致的液晶与慢轴方向与所述第二偏光层透过轴一致的液晶的混合液晶。即液晶603可以为O模式液晶、E模式液晶，也可以为O模式与E模式混合的多畴模式液晶。
进一步，可以通过设置第一光学补偿膜606及第二光学补偿膜607的折射率，相位延迟量，以及液晶603的相位延迟量，令第一光学补偿膜606能够将光线非垂直射入第一偏光层604后得到的偏振光补偿成第一椭圆偏振光，令液晶603能够将第一椭圆偏振光转化为振动方向相同，旋转方向相反的第二椭圆偏振光。
实际应用中，第一光学补偿膜606及第二光学补偿膜607的折射率、相位延迟量，以及液晶603的相位延迟量，可以通过经验值来确定，只要能够使得第一光学补偿膜606能够将光线非垂直射入第一偏光层604后得到的偏振光补偿成第一椭圆偏振光，液晶603能够将第一椭圆偏振光转化为振动方向相同，旋转方向相反的第二椭圆偏振光即可。
较佳的，当第一光学补偿膜606的慢轴与第一偏光层604的透过轴平行时，第一光学补偿膜606的折射率大于或等于0.25，相位延迟量为20nm~280nm；液晶603的相位延迟量为270nm~560nm。
接下来通过邦加球来分析这种设置对E模式液晶及O模式液晶的漏光现象的补偿作用。
对于E模式的液晶，如图7所示，Ｔ点代表光线由方位角45度入射第一偏光层604后得到的偏振光的偏振方向，Ａ点代表光线由45度入射第一偏光层604时，第二偏光层605的吸收轴对应的偏振方向，O点代表光线沿90度方位角射入第一偏光层604后得到的偏振光的振动方向，AO与OT在赤道上的距离相等，在T点的偏振光通过第一光学补偿膜606后，得到的偏振光的偏振态偏转到达B点，B点代表与O点偏振方向相同的椭圆偏振光，当偏振态处于B点的偏振光经过E模式的液晶603时，其偏振态轨迹变化如弧BC所示，到达C点，C点代表与B点偏振方向相同，旋转方向相反的椭圆偏振光；处于C点的偏振光经过第二光学补偿膜607后，偏振态到达A点，从而完全被吸收，不会引起漏光。
对于O模式的液晶，如图8所示，Ｔ点代表光线由方位角45度入射第一偏光层604后得到的偏振光的偏振方向，Ａ点代表光线非垂直射入第一偏光层604时，第二偏光层605的吸收轴对应的偏振方向，O点代表光线沿90度方位角射入第一偏光层604后得到的偏振光的振动方向，AO与OT在赤道上的距离相等，在T点的偏振光通过第一光学补偿膜606后，得到的偏振光的偏振态偏转到达B点，B点代表与O点偏振方向相同的椭圆偏振光，当偏振态处于B点的偏振光经过E模式的液晶603时，其偏振态轨迹变化如弧BC所示，到达C点，C点代表与B点偏振方向相同，旋转方向相反的椭圆偏振光；处于C点的偏振光经过第二光学补偿膜607后，偏振态到达A点，从而完全被吸收，不会引起漏光。
具体的，随着第一光学补偿膜606折射率的增加，第一光学补偿膜606的相位延迟量逐渐变小，液晶603的相位延迟量逐渐变小，当第一光学补偿膜606的折射率为0.25时，相位延迟量为270nm~280nm；液晶603的相位延迟量为540nm~560nm；当第一光学补偿膜606的折射率为1时，相位延迟量为80nm~110nm；液晶603的相位延迟量为340nm~370nm。当第一光学补偿膜606的折射率为3.5时，相位延迟量为35nm~60nm；液晶603的相位延迟量为280nm~320nm。
当然，当第一光学补偿膜606的慢轴与第一偏光层604的透过轴平行时，本领域的技术人员可以采用其他可行方式设置第一光学补偿膜606的折射率，相位延迟量以及液晶603的相位延迟量，此处不再一一叙述。
较佳的，当第一光学补偿膜606的慢轴与第一偏光层604的透过轴垂直时，可以设置成第一光学补偿膜606的折射率小于或等于0.25，相位延迟量为20nm~280nm；液晶603的相位延迟量为270nm~560nm。
接下来通过邦加球来分析这种设置对E模式液晶603及O模式液晶603的漏光现象的补偿作用。
对于E模式的液晶603，如图9所示，Ｔ点代表光线由方位角45度入射第一偏光层604后得到的偏振光的偏振方向，Ａ点代表光线由45度入射第一偏光层604时，第二偏光层605的吸收轴对应的偏振方向，O点代表光线沿90度方位角射入第一偏光层604后得到的偏振光的振动方向，AO与OT在赤道上的距离相等，在T点的偏振光通过第一光学补偿膜606后，得到的偏振光的偏振态偏转到达B点，B点代表与O点偏振方向相同的椭圆偏振光，当偏振态处于B点的偏振光经过E模式的液晶603时，其偏振态轨迹变化如弧BC所示，到达C点，C点代表与B点偏振方向相同，旋转方向相反的椭圆偏振光；处于C点的偏振光经过第二光学补偿膜607后，偏振态到达A点，从而完全被吸收，不会引起漏光。
对于O模式的液晶603，如图10所示，Ｔ点代表光线非垂直射入第一偏光层604后得到的偏振光的偏振方向，Ａ点代表光线由45度入射第一偏光层604时，第二偏光层605的吸收轴对应的偏振方向，O点代表光线沿90度方位角射入第一偏光层604后得到的偏振光的振动方向，AO与OT在赤道上的距离相等，在T点的偏振光通过第一光学补偿膜606后，得到的偏振光的偏振态偏转到达B点，B点代表与O点偏振方向相同的椭圆偏振光，当偏振态处于B点的偏振光经过E模式的液晶603时，其偏振态轨迹变化如弧BC所示，到达C点，C点代表与B点偏振方向相同，旋转方向相反的椭圆偏振光；处于C点的偏振光经过第二光学补偿膜607后，偏振态到达A点，从而完全被吸收，不会引起漏光。
具体的，随着第一光学补偿膜606折射率的减小，第一光学补偿膜606的相位延迟量逐渐变小，液晶603的相位延迟量逐渐变小，当第一光学补偿膜606的折射率为0时，相位延迟量为80nm~110nm；液晶603的相位延迟量为340nm~370nm；当第一光学补偿膜606的折射率为-2.85时，相位延迟量为35nm~60nm；液晶603的相位延迟量为280nm~320nm。
当然，当第一光学补偿膜606的慢轴与第一偏光层604的透过轴垂直时，本领域的技术人员可以采用其他可行方式设置第一光学补偿膜606的折射率，相位延迟量以及液晶603的相位延迟量，此处不再一一叙述。
本发明实施例还进一步提供一种显示设备，其包括上述液晶显示屏。所述显示设备可以为：液晶面板、电子纸、OLED面板、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
本发明实施例提供一种液晶显示屏及显示设备，利用液晶不会改变沿90度方位角射入第一偏光层后得到的偏振光的振动方向的特性，以及当光线沿45度方位角射入第一偏光层时，第一偏光层的透过轴与第二偏光层的吸收轴发生的偏转方向相反，偏转值相同的特性，在液晶两侧各设置一个光学补偿膜，通过第一光学补偿膜将光线非垂直射入第一偏光层得到的偏振光，补偿成振动方向与光线沿90度方位角射入第一偏光层后得到的偏振光的振动方向相同的椭圆偏振光，同时借助液晶的相位延迟作用，将第一椭圆偏振光转化为振动方向相同，旋转方向相反的第二椭圆偏振光，再通过第二光学补偿膜将第二椭圆偏振光补偿成能够被第二偏光层完全吸收的偏振光，实现对E模式和O模式以及E模式和O模式混合的多畴模式的液晶显示屏漏光现象的补偿。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种液晶显示屏，包括薄膜晶体管TFT基板，彩色滤光片CF基板，位于所述TFT基板与所述CF基板之间的液晶，位于所述TFT基板外侧的第一偏光层，位于所述CF基板外侧的第二偏光层，其特征在于，还包括：
第一光学补偿膜，位于所述第一偏光层与所述TFT基板之间，其慢轴与所述第一偏光层的透过轴平行或垂直，用于将光线非垂直射入第一偏光层后得到的偏振光补偿成第一椭圆偏振光，所述第一椭圆偏振光的振动方向与光线沿90度方位角射入第一偏光层后得到的偏振光的振动方向相同；
第二光学补偿膜，位于所述第二偏光层与所述CF基板之间，其慢轴与所述第一光学补偿膜的慢轴垂直，折射率及相位延迟量与所述第一光学补偿膜相同；
所述液晶用于将所述第一椭圆偏振光转化为振动方向相同，旋转方向相反的第二椭圆偏振光。
2.如权利要求1所述的液晶显示屏，其特征在于，所述液晶的慢轴方向与所述第一偏光层透过轴一致；或者
所述液晶的慢轴方向与所述第二偏光层透过轴一致；或者
所述液晶为慢轴方向与所述第一偏光层透过轴一致的液晶与慢轴方向与所述第二偏光层透过轴一致的液晶的混合液晶。
3.如权利要求1所述的液晶显示屏，其特征在于，当所述第一光学补偿膜的慢轴与所述第一偏光层的透过轴平行时，所述第一光学补偿膜的折射率大于或等于0.25，相位延迟量为20nm~280nm；所述液晶的相位延迟量为270nm~560nm。
4.如权利要求3所述的液晶显示屏，其特征在于，所述第一光学补偿膜的折射率为0.25，相位延迟量为270nm~280nm；所述液晶的相位延迟量为540nm~560nm。
5.如权利要求3所述的液晶显示屏，其特征在于，所述第一光学补偿膜的折射率为1，相位延迟量为80nm~110nm；所述液晶的相位延迟量为340nm~370nm。
6.如权利要求3所述的液晶显示屏，其特征在于，所述第一光学补偿膜的折射率为3.5，相位延迟量为35nm~60nm；所述液晶的相位延迟量为280nm~320nm。
7.如权利要求1所述的液晶显示屏，其特征在于，当所述第一光学补偿膜的慢轴与所述第一偏光层的透过轴垂直时，所述第一光学补偿膜的折射率小于或等于0.25，相位延迟量为20nm~280nm；所述液晶的相位延迟量为270nm~560nm。
8.如权利要求7所述的液晶显示屏，其特征在于，所述第一光学补偿膜的折射率为0，相位延迟量为80nm~110nm；所述液晶相位延迟量为340nm~370nm。
9.如权利要求7所述的液晶显示屏，其特征在于，所述第一光学补偿膜的折射率为-2.85，相位延迟量为35nm~60nm；所述液晶的相位延迟量为280nm~320nm。
10.一种显示设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的液晶显示屏。
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