CN104040414B - 液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液晶显示器。所述液晶显示器包括：包含封装在第一基板和第二基板之间的垂直取向的液晶的液晶面板；堆叠在所述第一基板一面上的第一补偿层；堆叠在所述第一补偿层一面上的第一偏振层；堆叠在所述第二基板一面上的第二补偿层；和堆叠在所述第二补偿层一面上的第二偏振层。所述第一补偿层由聚酰亚胺类共聚物形成。所述聚酰亚胺类共聚物为包含马来酰亚胺化合物和芳族乙烯基化合物的单体混合物的共聚物。因此，所述垂直取向的液晶显示器的侧视角可得到明显改善。

Description

液晶显示器
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器，并且更具体地涉及包括能够改善视角的补偿层的垂直取向液晶显示器。
背景技术
目前，液晶显示器(LCD)是最广泛使用的平板显示器之一。通常，液晶显示器具有封装在薄膜晶体管阵列基板和彩色滤光片基板之间的液晶层。当对阵列基板和彩色滤光片基板上的电极施加电场时，封装在上述基板之间的液晶层的液晶分子重新排列，从而显示图像。液晶显示器包括阵列基板和彩色滤光片基板外部的偏振膜(偏振板)。偏振膜可通过允许从背光单元发射的光中沿着特定方向传播并已经通过液晶层的光选择性传输而控制光的偏振。偏振板通常包括能够使光在特定方向上偏振的偏振器、保护层和补偿膜。
由于液晶的折射率的各向异性，液晶显示器具有视角方面的基本问题。为了改善现存的扭曲向列模式的视角，已经采用了诸如垂直取向模式和水平取向模式(IPS、FFS)等广视角技术。
水平取向模式液晶具有响应速率慢的缺点，但可提供良好的对比率和良好的倾斜角度的视角。相反地，垂直取向模式液晶提供快响应速率和优异的正面对比率。但是，由于在倾斜角度偏振状态的严重波动，垂直取向模式液晶呈现了低视角特性。因此，采用垂直取向模式液晶以改善视角特性对于液晶显示器而言是非常重要的，并且用于改善视角的补偿膜对采用垂直取向模式液晶的液晶显示器很关键。
在传统的采用垂直取向模式液晶的液晶显示器中，通过双轴延长操纵慢轴(slow axis)。但是，当通过双轴延长操纵慢轴时，慢轴必须设置在宽度方向上，这使得横向上的单独延长成为必要，从而难以操纵轴并增加生产成本。
发明内容
【技术问题】
本发明的一个目的是提供可以明显改善视角(对比率)的液晶显示器。
本发明的另一个目的是提供包括单轴定向的补偿层的液晶显示器，所述单轴定向的补偿层可促进轴操纵，并降低成本。
本发明的再一个目的是提供垂直取向液晶显示器，其提供了极大改善的侧视角(对比率)。
【技术方案】
本发明的一方面提供一种液晶显示器。所述液晶显示器包括：包含封装在第一基板和第二基板之间的垂直取向液晶的液晶面板；堆叠在所述第一基板一面上的第一补偿层；堆叠在所述第一补偿层一面上的第一偏振层；堆叠在所述第二基板一面上的第二补偿层；和堆叠在所述第二补偿层一面上的第二偏振层，其中所述第一补偿层包含聚酰亚胺共聚物。这里，所述聚酰亚胺共聚物为包含马来酰亚胺化合物和芳族乙烯基化合物的单体混合物的共聚物。
在一个实施方式中，所述单体混合物可进一步包含马来酸酐。
在一个实施方式中，所述单体混合物可进一步包含马来酸酐和乙烯基氰化合物。
在一个实施方式中，所述聚酰亚胺共聚物可包含由通式1-1表示的单元、由通式1-2表示的单元、由通式1-3表示的单元以及由通式1-4表示的单元。
[通式1-1]
[通式1-2]
[通式1-3]
[通式1-4]
在所述通式1-1中，R为氢、取代或未取代的C1-C6烷基、或者取代或未取代的C6-C12芳基；并且
在所述通式1-2中，Ar各自独立地为取代或未取代的C6-C12芳基。
在一个实施方式中，所述聚酰亚胺共聚物可由通式1表示：
[通式1]
在所述通式1中，R为氢、取代或未取代的C1-C6烷基、或者取代或未取代的C6-C12芳基；Ar各自独立地为取代或未取代的C6-C12芳基；并且M和N各自独立地为2至8的整数。
在一个实施方式中，所述第一补偿层可具有反向的(reversed)波长色散特性。
在一个实施方式中，所述第一补偿层可具有约-0.7至约-0.2的Cs，在550nm处约40nm至约100nm的Re，以及在550nm处约100nm至约150nm的Rth。
在一个实施方式中，所述第二补偿层可为双轴膜或C-片(C-plate)。
在一个实施方式中，所述双轴膜可具有在平面的x和y方向上的折射率(nx，ny)以及在厚度方向上的折射率(nz)，并满足关系：nx>ny>nz，Re大于0(Re>0)，且Rth小于0(Rth<0)。所述双轴膜可为环烯烃聚合物(COP)、三乙酰纤维素(TAC)或聚醚砜(PES)补偿膜。
在一个实施方式中，所述C-片可为COP或丙烯酸补偿膜，所述补偿膜具有在平面的x和y方向上的折射率(nx，ny)以及在厚度方向上的折射率(nz)的，并满足关系：nx＝ny<nz，且Rth大于0(Rth>0)。
在一个实施方式中，所述第一补偿层可具有与所述第二补偿层的慢轴垂直的慢轴。这里，所述第一补偿层的慢轴可垂直于所述第一偏振层的吸收轴，并且所述第二补偿层的慢轴可垂直于所述第二偏振层的吸收轴。
【有益效果】
本发明具有的发明效果提供了包括单轴定向的补偿层的液晶显示器，所述单轴定向的补偿层可明显改善视角(对比率)，促进轴的操纵，并降低成本，而且更具体地，还提供了垂直取向液晶显示器，所述液晶显示器可提供极大改善的侧视角(对比率)。
附图说明
图1是根据本发明一个实施方式的液晶显示器的截面图；
图2是阐释根据本发明一个实施方式的液晶显示器的光学轴的概念图；
图3和图4显示了使用白光模拟的实施例1和2的垂直取向模式液晶显示器在每个经度角的对比率模拟结果。
具体实施方式
【最佳方式】
下面，将参照附图详细地说明本发明的实施方式。
图1是根据本发明一个实施方式的液晶显示器的截面图。图1中，根据本发明的一个实施方式的液晶显示器100包括液晶面板，液晶面板包含封装在第一基板104和第二基板106之间的液晶层102，其中第一光学膜110堆叠在第一基板104的一面上(上面)，并且第二光学膜120堆叠在第二基板106的一面上(下面)。
如文中使用，术语“上面”和“下面”是为了便于参照附图的上下两面命名的，而不必指上部和下部。
在一个实施方式中，第一基板104可为彩色滤光片(CF)基板(上基板)，并且第二基板106可为薄膜晶体管(TFT)基板(下基板)。
第一基板104和第二基板106可为玻璃基板或塑料基板。塑料基板可用于柔性显示器并且可包括选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚芳酯(PAR)和环烯烃共聚物(COC)组成的组中的至少一种聚合物，但不限于此。
本发明的第一光学膜110可包含第一补偿层112和第一偏振层114。第一光学膜110可进一步包含第一保护层116等。即，第一光学膜110可为包含偏振层(偏振器)的偏振板。
第一补偿层112可包含聚酰亚胺(PI)共聚物。聚酰亚胺共聚物可为单体混合物的共聚物，该单体混合物包含马来酰亚胺化合物和芳族乙烯基化合物。例如，单体混合物可进一步包含马来酸酐。优选地，单体混合物进一步包含马来酸酐和乙烯基氰化合物。
换句话说，第一补偿层112的共聚物可包含由马来酰亚胺化合物(N取代的马来酰亚胺)衍生的通式1-1的重复单元：其中R为氢、取代或未取代的C1-C6烷基、或者取代或未取代的C6-C12芳基；以及由芳族乙烯基化合物衍生的通式1-2的重复单元：其中Ar为取代或未取代的C6-C12芳基，并且可选地包含由马来酸酐衍生的通式1-3的重复单元：以及由乙烯基氰化合物衍生的通式1-4的重复单元：当上述共聚物包含由马来酸酐衍生的重复单元时，构成第一偏振层114的水溶性聚乙烯醇(PVA)的粘附性可得到改善。
在一个实施方式中，聚酰亚胺共聚物可为单体混合物的共聚物，该单体混合物包含马来酰亚胺化合物和芳族乙烯基化合物，以及可选地包含马来酸酐和乙烯基氰化合物。上述共聚物可通过自由基聚合反应共聚上述单体混合物而制备也可商业获得。例如，上述共聚物可通过同时将所有要用来制备共聚物的单体引入聚合反应器中然后共聚所得混合物而制备。
在另一个实施方式中，可通过共聚包含马来酰亚胺化合物、芳族乙烯基化合物和可选地马来酸酐的单体混合物，随后混合所制备的共聚物与芳族乙烯基化合物和乙烯基氰化合物的共聚物，而制备聚酰亚胺共聚物。
在另一个实施方式中，可通过共聚包含马来酰亚胺化合物、芳族乙烯基化合物和可选地马来酸酐的单体混合物，随后混合所制备的共聚物与芳族乙烯基聚合物和乙烯基氰聚合物，而制备聚酰亚胺共聚物。
聚酰亚胺的具体实例可包括由通式1表示的共聚物，但不限于此。
[通式1]
在通式1中，R为氢、取代或未取代的C1-C6烷基、或者取代或未取代的C6-C12芳基；Ar各自独立地为取代或未取代的C6-C12芳基；并且M和N各自独立地为2至8的整数。
由通式1表示的共聚物是指聚酰亚胺共聚物，其通过共聚包含马来酰亚胺化合物、芳族乙烯基化合物和马来酸酐的单体混合物，随后将所制备的共聚物与芳族乙烯基化合物和乙烯基氰化合物的共聚物混合，或者与芳族乙烯基聚合物和乙烯基氰聚合物混合而制备，其中上述共聚物的各重复单元的含量和重均分子量与常规的共聚物几乎相同，但不限于此，并且其中芳族乙烯基化合物与乙烯基氰化合物之间的含量比为约2:8至约8:2。
包含聚酰亚胺的补偿层(补偿膜)可受到单轴延长以提供横向光学轴(transverse optical axis)。即，经延长，慢轴可通过共轭双键定向在横向上得到控制，这样可消除单独TD延长的必要，从而在显著降低制造成本的同时便于补偿层的制造。
补偿层(补偿膜)可根据光学轴的数量分为单轴补偿层和双轴补偿层。即，当补偿层具有单一的光学轴时，称为单轴补偿层，而当补偿层具有两个光学轴时，称为双轴补偿层。另外，补偿层(补偿膜)可根据在光学轴方向上的折射率与在另一方向上的折射率之间的差异称为正补偿层和负补偿层。即，如果在光学轴方向上的折射率大于在其他方向上的折射率，则称为正补偿层。如果在光学轴方向上的折射率小于在其他方向上的折射率，则称为负补偿层。
液晶显示器中使用的补偿膜具有相位延迟值并因此用于抵消或增加由液晶单元引起的相位延迟。相位延迟值的种类包括两种，即平面内(in-plane)相位延迟值(Re)和厚度方向上的相位延迟值(Rth)，以上两种相位延迟值由等式1定义。
[等式1]
Re＝(nx-ny)×d
Rth＝(nz-(nx+ny)/2)×d
Cs＝(nx-ny)/(nz-ny)
其中，nx、ny和nz分别表示在x-轴、y-轴和z-轴(厚度)方向上的折射率，d表示膜的厚度，并且Cs表示平面内折射率轴与垂直方向轴之间的折射率之比。这里，x-轴是指沿着此方向平面内折射率变成最大值的方向，y-轴是指垂直于x-轴的方向，并且z-轴是指厚度方向。
第一补偿层112可为包含聚酰亚胺共聚物的双轴膜，例如，聚酰亚胺和聚苯乙烯的共聚物，并且具体为由通式1表示的共聚物。更具体地，第一补偿层可为负双轴膜，其中在平面的x和y方向上的折射率nx、ny和在厚度方向上的折射率nz满足关系：nz>nx>ny。
第一补偿层112可具有反向的波长色散特性。反向的波长色散意味着，随着在可见光范围内的波长增加时，平面内相位延迟值(Re)也增加。如果补偿层具有反向的波长色散特性，则可补偿垂直取向液晶的正波长色散，从而改善在侧面上的侧对比度和色移。
第一补偿层112可具有在550nm处约40nm至约100nm的Re，优选为约45nm至约95nm。第一补偿层112可具有在550nm处约100nm至约150nm的Rth，优选为约105nm至约145nm。在这个范围内，侧视角可得到显著地改善，具体地，可明显改善垂直取向模式液晶的侧对比率。
由两个常规的双轴膜形成的补偿膜具有约-0.5至约-0.3的Cs。相反地，包含聚酰亚胺共聚物的第一补偿层112具有约-0.7至约-0.2的Cs，这能够制造具有更宽范围内的Cs值的补偿层(膜)。
第一补偿层112可以膜的形状形成并且与第一偏振层114堆叠。第一补偿层可具有约5μm至约10μm的厚度。补偿层的厚度可根据液晶的种类(物理性质)和液晶层的厚度等适当调节。
第一偏振层114可包含偏振器，通过用例如碘的二色性材料给聚乙烯醇(PVA)膜染色，随后拉伸该膜而制备该偏振器。聚乙烯醇膜可商业获得或者通过溶剂浇铸和熔融挤出等制备。在溶剂浇铸中，可通过在溶剂中溶解树脂以形成溶液，将所得溶液涂布到浇铸辊或浇铸带上，并干燥涂布物而制备上述膜。在熔融挤出中，可通过将树脂加热至熔融温度以熔融树脂，在冷却辊中挤出熔融物，并冷却熔融物而制备上述膜。
制备膜的溶液可进一步包含增塑剂以增强聚乙烯醇膜的柔性的，还包含表面活性剂以使干燥的聚乙烯醇膜从带或鼓上脱离。如此制备的聚乙烯醇膜或常规的聚乙烯醇膜可被拉伸以制备偏振器(偏振层)。详细地，聚乙烯醇可经过冲洗/溶胀、染色、交联、拉伸和补色处理。
偏振器包含在聚乙烯醇膜的拉伸方向上排列成排的烃的长链环。链环因给其染色的碘分子而具有导电性。由于具有平行于链环的电场矢量的光可被吸收，拉伸方向变成光吸收轴，而垂直于吸收轴的轴被称为透射轴。
第一保护层116可包括，例如，如三乙酰纤维素(TAC)的乙酸酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚烯烃、聚酯、聚醚砜和聚丙烯(PP)膜。优选地，使用TAC膜。
此外，压敏粘合剂可在第一补偿层112下形成，即，在第一基板104与第一补偿层112之间。表面处理层(未显示)可在第一保护层116的一面(上侧)上形成。表面处理层可为防闪光(AG)层或防反射涂层(ARC)。
本发明的第二光学膜120可包含第二补偿层122和第二偏振层124。另外，第二光学膜120可包含第二保护层126。第二偏振层124与第一偏振层114相同并且可为由同样方法制造的偏振器(偏振层)，前提是第二偏振层124和第一偏振层114可在切割工艺中被切割以使偏振器的光学轴(吸收轴)互相垂直(90°)。
第二补偿层122可为双轴膜或C-片。双轴膜可为正双轴膜，其中在平面的x和y方向上的折射率(nx，ny)和在厚度方向上的折射率(nz)满足关系nx>ny>nz。优选地，第二补偿层为环烯烃聚合物(COP)膜、三乙酰纤维素(TAC)膜或聚醚砜(PES)膜。
C-片可为正C-片，其中在平面的x和y方向上的折射率nx和ny以及在厚度方向上的折射率nz满足关系nx＝ny<nz且Rth>0。C-片可由垂直取向(homeotropic)液晶制成并且可为COP或丙烯酸C-片。
液晶层102可为包含垂直取向(VA)模式液晶的液晶层。垂直取向模式的实例包括多畴(multi-domain)垂直取向模式(其中在第一基板和第二基板上包含电极对的脊(ridge)在邻近液晶层的表面上形成，以形成多畴)、图像化垂直取向模式(其中多畴结构通过向图像化的电极施加电压而形成)、使用手性添加剂等的垂直取向模式(其中液晶单元的单元间隙可为约2μm至8μm。
图2是阐释根据本发明一个实施方式的液晶显示器的光学轴的概念图。如图2所示，第一补偿层112的慢轴112a可垂直于第一偏振层的吸收轴114a；第一补偿层的慢轴112a可垂直于第二补偿层122的慢轴122a；并且第二补偿层122的慢轴122a可垂直于第二偏振层124的吸收轴124a。当如上所述排列时，两个相位延迟膜呈现了优异的波长色散特性，如良好的折射率，从而明显改善视角特性。具体地，侧视角(对比率)得到了显著改善。
如光学轴排列的描述中使用的术语“垂直”意味着其包括光学轴排列基本上垂直于另一个轴的情况。例如，第一偏振层114的吸收轴114a垂直于第二偏振层124的吸收轴124a，其中垂直度数包括约90°±约2.0°，优选为约90°±约1.0°，更优选为约90°±约0.5°。
液晶显示器具有垂直于光的传播方向的慢轴和快轴并且这两个轴互相垂直。第一补偿层112和第二补偿层122用来改变入射光的相位速度以使沿着慢轴传播的偏振的光速度变慢。
【发明方式】
接下来，将参照一些实施例更详细地阐释本发明。提供这些实施例仅用于说明，而不应以任何方式解释为限制本发明。
实施例
实施例1至7
将彩色滤光片基板用作上基板，即，第一基板。作为第一补偿层，PI补偿膜粘附于第一基板。第一偏振层和第一保护层以此顺序堆叠至第一补偿层的一面。将TFT基板用作下基板，即第二基板。作为第二补偿层，双轴或C-片补偿膜粘附于第二基板的一面。另外，第二偏振层和第二保护层以次顺序堆叠至第二补偿层的一面，从而制造垂直取向模式液晶显示器。第一补偿层和第二补偿层在表1中列出。
对比例1至4
以与实施例1的相同的方法制造垂直取向模式液晶显示器，不同在于如表1中所列改变了第一补偿层和第二补偿层。
表1
*PI补偿膜：PI补偿膜包含由通式1表示的共聚物，并且具有在平面的x和y方向上的折射率nx和ny以及在厚度方向上的折射率nz，并满足关系nz>nx>ny，Re为40nm至100nm，以及Rth为100nm至150nm。在实施例1、3和7中使用的PI补偿膜为在550nm处满足Re/Rth＝50/135nm的补偿膜。在实施例2、4至6中使用的PI补偿膜为在550nm处满足Re/Rth＝40/125nm的补偿膜。
*双轴补偿膜：使用具有在平面的x和y方向上的折射率nx和ny以及在厚度方向上的折射率nz，并满足关系：nx>ny>nz，Re>0，且Rth<0的双轴膜(Zeon Inc.)。
*C-片补偿膜：使用具有在平面的x和y方向上的折射率nx和ny以及在厚度方向上的折射率nz，并满足关系：nx＝ny<nz，且Rth>0的补偿膜(JSR Inc.)。
*A-片补偿膜：使用具有在平面的x和y方向上的折射率nx和ny以及在厚度方向上的折射率nz，并满足关系：nx>ny＝nz，且Re>0的补偿膜(JSR Inc.)。
光学性质评价
将表1中所示的实施例1至7和对比例1至4的补偿膜粘附于垂直取向模式液晶平板并就其光学性质进行评价。使用SR3仪器测量白场和黑场亮度。另外，根据在45°的方位角(Φ)和60°极角(θ)的白场/黑场亮度来计算侧对比率。结果在表2中总结。
图3和图4为在使用白光模拟的实施例1和2的垂直取向模式液晶显示器的每个共边角(coterminal angle)的对比率模拟结果。
表2
从表2明显可以看出实施例1至7中的液晶显示器的平均侧对比率为137.4，而对比例1至4中的液晶显示器的平均侧对比率为92.3，也就是说，实施例1至7的液晶显示器的平均侧对比率比对比例1至4中的液晶显示器的平均侧对比率高49％。

Claims (15)

1.一种液晶显示器，包括：
包含封装在第一基板和第二基板之间的垂直取向液晶的液晶面板；
堆叠在所述第一基板一面上的第一补偿层；
堆叠在所述第一补偿层一面上的第一偏振层；
堆叠在所述第二基板一面上的第二补偿层；和
堆叠在所述第二补偿层一面上的第二偏振层，
其中所述第一补偿层包含聚酰亚胺共聚物，所述聚酰亚胺共聚物为包含马来酰亚胺化合物和芳族乙烯基化合物的单体混合物的共聚物，
其中所述第一补偿层具有反向的波长色散特性。
2.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中所述单体混合物进一步包含马来酸酐。
3.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中所述单体混合物进一步包含马来酸酐和乙烯基氰化合物。
4.根据权利要求3所述的液晶显示器，其中所述聚酰亚胺共聚物包含由通式1-1表示的单元、由通式1-2表示的单元、由通式1-3表示的单元以及由通式1-4表示的单元：
[通式1-1]
[通式1-2]
[通式1-3]
[通式1-4]
在所述通式1-1中，R为氢、取代或未取代的C1-C6烷基、或者取代或未取代的C6-C12芳基；并且
在所述通式1-2中，Ar各自独立地为取代或未取代的C6-C12芳基。
5.根据权利要求3所述的液晶显示器，其中所述聚酰亚胺共聚物由通式1表示：
[通式1]
在所述通式1中，R为氢、取代或未取代的C1-C6烷基、或者取代或未取代的C6-C12芳基；Ar各自独立地为取代或未取代的C6-C12芳基；并且M和N各自独立地为2至8的整数。
6.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中所述第一补偿层具有-0.7至-0.2的Cs。
7.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中Re于550nm处在40nm至100nm的范围内。
8.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中Rth于550nm处在100nm至150nm的范围内。
9.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中所述第二补偿层为双轴膜或C-片。
10.根据权利要求9所述的液晶显示器，其中所述双轴膜具有在平面的x和y方向上的折射率nx和ny以及在厚度方向上的折射率nz，并满足关系：nx>ny>nz，Re大于0，且Rth小于0。
11.根据权利要求9所述的液晶显示器，其中所述双轴膜为COP、TAC或PES补偿膜。
12.根据权利要求9所述的液晶显示器，其中所述C-片为COP或丙烯酸补偿膜，所述补偿膜具有在平面的x和y方向上的折射率nx和ny以及在厚度方向上的折射率nz，并满足关系：nx＝ny<nz，且Rth大于0。
13.根据权利要求1所述的液晶显示器，其中所述第一补偿层具有与所述第二补偿层的慢轴垂直的慢轴，所述第一补偿层的慢轴垂直于所述第一偏振层的吸收轴，所述第二补偿层的慢轴垂直于所述第二偏振层的吸收轴。
14.一种补偿膜，包含由马来酰亚胺化合物衍生的重复单元、由芳族乙烯基化合物衍生的重复单元、由马来酸酐衍生的重复单元以及由乙烯基氰化合物衍生的重复单元，其中所述补偿膜具有反向的波长色散特性。
15.根据权利要求14所述的补偿膜，其中所述补偿膜具有-0.7至-0.2的Cs、在550nm处的40nm至100nm的Re、和在550nm处的100nm至150nm的Rth。
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