CN105388659A

CN105388659A - 面内切换模式液晶显示装置以及显示装置

Info

Publication number: CN105388659A
Application number: CN201510530577.8A
Authority: CN
Inventors: 金钉焕; 朴容学; 李宰玄; 黄洙元
Original assignee: LG Display Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2035-08-26
Also published as: US10788711B2; US20160062166A1; KR102191082B1; EP2990862B1; CN105388659B; US20200026111A1; EP2990862A1; KR20160025858A; US10473980B2

Abstract

本发明涉及一种面内切换(IPS)模式液晶显示(LCD)装置以及显示装置。该面内切换(IPS)模式液晶显示(LCD)装置包括：液晶显示面板，具有第一基板、第二基板以及在第一和第二基板之间的液晶层；在第二基板的外表面上的第二偏振器，第二偏振器具有第二偏振元件；以及在第二基板的内表面上的单元内延迟器，其中该单元内延迟器补偿在液晶显示面板的前方向上的光泄漏。

Description

面内切换模式液晶显示装置以及显示装置

技术领域

本说明书涉及面内切换(IPS)模式液晶显示(LCD)装置，更具体而言，涉及具有用于补偿在液晶显示面板的前方向或对角线方向上的光泄漏的单元内(in-cell)延迟器的IPS模式LCD装置以及显示装置。

背景技术

随着对信息显示器的关注以及对便携式信息媒体使用的需求增加，研究和商业化主要集中于重量轻且厚度薄的显示装置。具体地，在这样的显示装置当中，液晶显示(LCD)装置是利用液晶的光学各向异性来显示图像的装置，并且由于其高分辨率、高的色彩呈现性和高图像质量而被广泛地应用于笔记本电脑或台式监视器。

LCD装置大致包括作为第一基板的滤色器基板、作为第二基板的阵列基板、以及在滤色器基板和阵列基板之间的液晶显示面板。

这里，滤色器基板包括：具有用于呈现红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的多个子滤色器的滤色器；隔开子滤色器并且阻挡透过液晶层的光的黑矩阵；以及向液晶层施加电压的透明公共电极。

阵列基板包括：垂直和水平布置以限定多个像素区的多条栅线和数据线；分别形成在栅线和数据线之间的交叉处的作为开关元件的薄膜晶体管(TFT)；以及分别设置在像素区域上的像素电极。

如此配置的滤色器基板和阵列基板通过利用沿着图像显示区域的外边缘提供的密封剂而以面对方式彼此组装，由此配置液晶显示面板。

这里，滤色器基板和阵列基板之间的组装通过形成在滤色器基板或阵列基板上的组装键(assemblingkey)实现。

上述LCD装置指的是其中向列液晶分子被驱动为垂直于基板的扭曲向列(TN)LCD装置。TN模式LCD装置具有大约90°的窄视角的缺点，这由液晶分子的折射各向异性引起，就是说，由平行于基板排列的液晶分子在电压被施加到液晶显示面板时几乎垂直于基板取向引起。

相比较而言，面内切换(IPS)模式LCD装置通过在相对于基板水平的方向上驱动液晶分子而具有170°的改善的视角。在下文中，将参照附图详细描述IPS模式LCD装置。

图1是示意性地示出普通IPS模式LCD装置的阵列基板的一部分的平面图。

LCD装置实际上具有在N条栅线和M条数据线之间的交叉处的M×N个像素。为了简要说明起见，将示例性地示出一个像素。

图2是图1所示的阵列基板的沿线I-I'截取的截面图。这里，图2示出了组装有图1的阵列基板的滤色器基板。

如图1和2所示，透明阵列基板10设置有在垂直和水平方向上布置从而限定像素区域的栅线16和数据线17。作为开关元件的薄膜晶体管(TFT)T设置在栅线16和数据线17之间的交叉处。

这里，TFTT包括连接到栅线16的栅极21、连接到数据线17的源极22、以及通过像素电极线181连接到像素电极18的漏极23。此外，TFTT还包括用于栅极21与源极和漏极22和23之间的绝缘的第一绝缘层15a、以及响应于提供到栅极21的栅极电压而在源极22与漏极23之间形成导电沟道的有源图案24。

作为参考，参考数字25表示在有源图案24的源极/漏极区与源极和漏极22和23之间形成欧姆接触的欧姆接触层。

这里，公共线81和存储电极18s在像素区域内平行于栅线16布置。此外，多个公共电极8和像素电极18在像素区域内产生水平电场90从而切换液晶分子(未示出)，且平行于数据线17布置。

这里，存储电极18s与位于存储电极18s下面的部分公共线81交叠且其间插置有第一绝缘层15a，从而形成存储电容器Cst。

透明滤色器基板5包括：用于防止在TFTT的区域以及在栅线16和数据线17之间的区域的光泄漏的黑矩阵6；和用于呈现红色、绿色和蓝色的滤色器7。

决定液晶分子的初始取向方向的取向层(未示出)分别形成在彼此面对的阵列基板10和滤色器基板5的表面上。偏振器(或偏振板)(未示出)以其透光轴彼此垂直的方式分别布置在阵列基板10和滤色器基板5的外表面上。

普通的面内切换(IPS)模式LCD装置由于以下原因而具有视角改善的优点：公共电极8和像素电极18布置在相同的阵列基板10上以产生平行于阵列基板10的水平电场90，以及液晶分子平行于水平电场90取向。

然而，在形成黑状态时，在普通IPS模式LCD装置中在对角线方向上有光泄漏，因此降低了对比度。

图3A和3B是示出在普通IPS模式LCD装置中在黑状态中的亮度和视角特性的示例性视图。

这里，图3A示出了在黑状态中的亮度和视角特性的模拟结果，图3B示出了在黑状态中的亮度和视角特性的测量结果。

图3A和3B示例性地示出当0-RT(厚度方向延迟值Rth接近0nm的醋酸三纤维素)膜应用在偏振器的聚乙烯醇(PVA)层和液晶层之间时在黑状态中的亮度和视角特性。

下偏振器的光吸收轴排列为正交于上偏振器的光吸收轴，液晶层的光轴平行于下偏振器的光吸收轴。

如图3A和3B所示，在黑状态中在对应于液晶显示面板的对角线方向的45°、135°、225°和315°的角度存在大量光泄漏，因此亮度增加。因此，IPS模式LCD装置的对比度降低。

然而，此问题不是由IPS模式LCD装置引起而是通常因利用偏振器引起。也就是，类似于IPS模式LCD装置，IPS模式可以决定液晶的初始取向状态，使得光的偏振状态不能在所有方向上受液晶影响。在此情况下，光泄漏由偏振器引起。

图4A示意性地示出上和下偏振器的透光轴，当从前方向看时，上和下偏振器的透光轴彼此正交。

图4B示意性地示出上和下偏振器的透光轴，当在对角线方向上看时，上和下偏振器的透光轴彼此正交。

这里，在图4A和4B中示出的实线表示上偏振器的光吸收轴的方向，虚线表示下偏振器的光吸收轴的方向。

参照图4A和4B，即使偏振器的光吸收轴彼此正交，两个偏振器的正交性随着视角被打破。也就是，如图4A所示，当从前方向看液晶显示面板时，上和下偏振器的光吸收轴形成90°的角度从而实现黑状态。

然而，如图4B所示，当在对角线方向上看液晶显示面板时，上和下偏振器的光吸收轴形成大于90°的角度。因此，两个偏振器的正交性被打破，并由此导致光泄漏。

因而，IPS模式LCD装置采用向液晶层施加水平电场的方式。因此，IPS模式LCD装置表现出随着电压在液晶的相位延迟方面较少的变化，并且由上和下偏振器的光轴引起的优良视角保持在水平和垂直方向上彼此垂直。然而，在两个偏振器的正交性被打破的对角线方向上导致光泄漏，并因此降低了图像质量。

同时，即使当从前方向看液晶显示面板时，可能由于施加到液晶显示面板的外部应力而导致光泄漏，因为玻璃基板由于支撑液晶显示面板的结构与液晶显示面板之间的干涉以及在阵列工艺和滤色器工艺期间施加到其上的应力而获得了折射各向异性。

具有理想的各向异性的玻璃产生与在制造工艺期间施加的应力F成比例的延迟值(Re＝β×t×F)，因此获得折射各向异性。这里，β和t分别表示玻璃的光弹性系数和厚度。

发明内容

因此，本发明旨在提供一种面内切换(IPS)模式液晶显示(LCD)装置以及显示装置，基本上消除了由于现有技术的限制和缺点而导致的一个或多个问题。

本发明的一个目的是提供一种面内切换(IPS)模式液晶显示(LCD)装置和显示装置，能够防止在黑状态下中在前方向和对角线方向上的光泄漏。

本发明的附加的特征和优点将在以下的描述中阐述，且部分从该描述将变得很清楚或者可以通过对本发明的实践而习知。本发明的目的和其它优点将通过在文字描述和权利要求书以及在附图中具体指出的结构来实现和获得。

为了实现这些和其它优点并且根据本说明书的意图，如此处具体化和广义描述的，一种面内切换(IPS)模式液晶显示(LCD)装置包括：液晶显示面板，具有第一基板、第二基板以及在所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层；在所述第二基板的外表面上的第二偏振器，所述第二偏振器具有第二偏振元件；以及在所述第二基板的内表面上的单元内延迟器，其中所述单元内延迟器可被配置为补偿在所述液晶显示面板的前方向上的光泄漏。

在所述第一基板的外表面上可进一步设置第一偏振器，所述第一偏振器具有第一偏振元件。

所述第一偏振元件的吸收轴和所述第二偏振元件的吸收轴可彼此垂直。

所述液晶层的光轴可平行于所述第一偏振元件的吸收轴。

所述第一基板可以是阵列基板，所述第二基板可以是滤色器基板。所述液晶层可设置在所述阵列基板和所述滤色器基板之间。

所述装置还可包括在所述第二基板和所述第二偏振元件之间的第一光学补偿膜和第二光学补偿膜。

所述第一光学补偿膜可包括正双轴膜，所述第二光学补偿膜可包括负双轴膜。

所述负双轴膜可在所述正双轴膜和所述第二偏振元件之间。

所述第二光学补偿膜可布置在所述第一光学补偿膜和所述第二偏振元件之间。

所述第二偏振元件的吸收轴可平行于经由在前方向上的所述第一基板、所述液晶层、所述单元内延迟器和所述第二基板透过第一光学补偿膜和第二光学补偿膜的光的偏振状态。

到达所述第二偏振元件的光的吸收轴可平行于在对角线方向上透过所述第一光学补偿膜和所述第二光学补偿膜的光的偏振状态。

所述装置还可包括在所述第二基板的内表面上的取向层，所述单元内延迟器在所述取向层上。

所述装置还可包括在所述单元内延迟器上的黑矩阵和滤色器。

所述单元内延迟器可包括具有156±20nm的延迟值的正A板反应性液晶基元。

所述单元内延迟器可具有156±20nm的延迟值。

所述第二偏振器还可包括由不具有延迟性的保护膜形成的支撑主体。

当从所述前方向观看所述液晶显示面板时，经由所述第一基板、所述液晶层、所述单元内延迟器和所述第二基板透过第一光学补偿膜和第二光学补偿膜的光可具有与所述第二偏振元件的吸收轴相对应的偏振状态。

当在对角线方向上观看所述液晶显示面板时，所述第二偏振元件的偏振状态利用所述第一光学补偿膜和所述第二光学补偿膜可平行于所述第二偏振元件的吸收轴。

在另一个方面，一种显示装置包括：液晶显示面板，具有第一基板、第二基板以及在所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层；在所述第二基板的外表面上的第二偏振器，所述第二偏振器具有第二偏振元件；以及至少两个光学补偿膜，位于所述第二基板和所述第二偏振元件之间。因此，能够改善所述液晶显示面板的对角线方向的视角。考虑到所述液晶层的偏振状态，至少两个光学补偿膜可包括正双轴膜和负双轴膜。

当在所述对角线方向上观看所述液晶显示面板时，所述第二偏振元件的偏振状态利用所述第一光学补偿膜和所述第二光学补偿膜可平行于所述第二偏振元件的吸收轴，以防止所述液晶显示面板的对角线方向的光泄漏。

所述装置还可包括在所述第二基板的内表面上的单元内延迟器。

所述单元内延迟器可具有156±20nm的延迟值以防止在所述液晶显示面板的前方向或对角线方向上的光泄漏。

在具有所述单元内延迟器的所述显示装置中，与不具有单元内延迟器的显示装置相比，在所述液晶显示面板的前方向或对角线方向上的光泄漏相对减少。

将理解的是，上述的大体描述以及以下的详细描述均是示例性及解释性的，其旨在对所要求保护的本发明提供进一步解释。

附图说明

给本发明提供进一步理解并且并入本申请组成本申请一部分的附图图解了本发明的示例性实施方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是示意性地示出普通IPS模式LCD装置的阵列基板的一部分的平面图；

图2是图1所示的阵列基板的沿线I-I'截取的截面图；

图3A和3B是示出在普通IPS模式LCD装置中在黑状态中的亮度和视角特性的示例性视图；

图4A是示出当从前方向看时，上和下偏振器的彼此正交的透光轴的示意图；

图4B是示出当在对角线方向上看时，上和下偏振器的彼此正交的透光轴的示意图；

图5是示例性地示出根据本发明示例实施方式的IPS模式LCD装置的截面图；

图6是示意性地示出根据本发明实施方式的图5所示的IPS模式LCD装置中采用单元内延迟器的液晶显示面板的结构的截面图；

图7A和7B是示出根据本发明实施方式的IPS模式LCD装置中的作为光学补偿膜的正双轴膜和负双轴膜的视图；

图8A和8B是示出在正交坐标系中的任意椭圆偏振和相应的庞加莱矢量的视图；

图9是示出庞加莱球的视图，其中呈现了当从前方向看IPS模式LCD装置时经过每个光学元件的光的偏振状态；

图10A和10B分别是示出庞加莱球的视图，其中呈现了当在对角线方向看IPS模式LCD装置时经过每个光学元件的光的偏振状态；

图11是示出庞加莱球的视图，其中呈现了由于外部应力导致的光泄漏；

图12A和12B是示出庞加莱球的视图，其中呈现了通过应用根据本发明实施方式的单元内延迟器而实现的光泄漏的减少状态；

图13是示出根据本发明实施方式的IPS模式LCD装置中在黑(或暗)状态中的亮度和视角特性的模拟结果的示例性视图；

图14A和14B是示出当在前方向和对角线方向看IPS模式LCD装置时根据单元内延迟器的厚度的光泄漏的曲线图；以及

图15A、15B和15C是示出基于单元内延迟器的延迟值的光的示例性视图。

具体实施方式

现在将参照附图给出根据本发明的面内切换(IPS)模式液晶显示(LCD)装置和显示装置的优选实施方式的详细描述，使得本发明所属领域的普通技术人员能够容易地实践。

本发明的优点和特征以及其实现方法将参照附图和将被详细说明的示例性实施方式得到清楚的理解。然而，本发明构思的示例性实施方式可以具体化为多种不同形式，而不应被理解为局限于此处阐述的实施方式；而是，提供这些实施方式使得本公开全面和完整，并将示例性实施方式的构思全面地传达给本领域的普通技术人员。在整个说明书中相同/类似的参考符号指的是相同/类似的部件。在附图中，为了清晰，夸大了层和区域的厚度。

将理解，当一元件被称为“在”另一元件“上”时，此元件可以位于所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。与此相对照，当一元件被称为“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。

为了便于描述，可以在此使用空间关系术语，诸如“在……下面”、“在……下方”、“下”、“在……上方”、“上”等等，以描述一个元件或特征与其它元件或特征如图中所示的关系。将理解，除了图中所描绘的取向之外，空间关系术语还旨在涵盖装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果在图中的装置被翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“下方”或“下面”的元件将被取向为“在”所述其它元件或特征“上方”。因而，示例性术语“在……下方”可以涵盖上和下两种取向。

在此使用的术语仅用于描述具体实施方式，而不旨在限制示例实施方式。还将理解，如果在此使用，术语“包括”和/或“包含”表示所描述的步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。

图5是示例性地示出根据本发明示例实施方式的面内切换(IPS)模式LCD装置的截面图。图6是示意性地示出根据本发明实施方式的图5所示的IPS模式LCD装置中采用单元内延迟器的液晶显示面板的结构的截面图。

图5和6显示了液晶显示装置作为显示装置的一示例。然而，本发明可以不限于液晶显示装置。

如图5和6所示，根据本发明实施方式的IPS模式LCD装置100可以包括用于输出图像的液晶显示面板110、在液晶显示面板110下方的第一偏振器105、以及在液晶显示面板110上方的第二偏振器115。

这里，液晶显示面板110包括滤色器基板101、阵列基板111以及在滤色器基板101和阵列基板111之间的液晶层(未示出)。

液晶层可以包括在没有产生电场时单一取向的向列液晶。液晶层可以表现出nx>ny＝nz的折射率分布(这里，在平面内的折射率被称为nx和ny，在厚度方向上的折射率被称为nz)。这里，在本说明书中，ny＝nz的情形包括ny和nz彼此完全相同的情形以及ny和nz彼此基本上相同的情形。

利用具有上述折射率分布的液晶层的驱动模式可以包括例如面内切换(IPS)模式、边缘场切换(FFS)模式等等。

这里，IPS模式是利用电控双折射(ECB)效应通过由像素电极和公共电极形成的水平电场来驱动在没有电场时单一取向的向列液晶的模式。

此外，FFS模式是根据与IPS模式基本上相同的方法驱动液晶的模式。这里，FFS模式的水平电场被称为边缘场。边缘场可以通过将由透明导电材料形成的像素电极和公共电极之间的间隔设置为比上基板和下基板之间的间隔窄而形成。

这里，像素电极和公共电极可具有笔直的(线性)形状或Z字形形状。或者，像素电极和公共电极的其中之一可具有笔直的形状，而另一个可具有Z字形形状。或者，像素电极和公共电极的其中之一可具有笔直的或Z字形的形状，而另一个可具有矩形形状。也就是，本发明可以不限于像素电极和公共电极的这些形状。

像素电极和公共电极可以由透明的导电材料形成。或者，像素电极和公共电极的其中之一可以由不透明的导电材料例如铜(Cu)、Cu合金等形成。也就是，本发明可以不限于形成像素电极和公共电极的材料。

这里，本发明的实施方式示出了IPS模式LCD装置的一示例。然而，本发明可以不限于此，而可应用于FFS模式、超IPS模式、或反向TNIPS模式LCD装置。

滤色器基板101包括：具有用于呈现红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的多个子滤色器的滤色器107；以及隔开子滤色器并且阻挡透过液晶层的光的黑矩阵106。

由有机材料形成的涂覆层108可以形成在具有滤色器107和黑矩阵106的滤色器基板101上。涂覆层108可以防止染料的流动并且平坦化滤色器107的表面。或者，滤色器107、涂覆层108和黑矩阵106可以顺序地形成在滤色器基板101上。

滤色器107和黑矩阵106可以形成为Z字形形状。也就是，本发明可以不限于滤色器107和黑矩阵106的形状。

虽然为了说明起见没有示出，但是阵列基板111可以包括：水平和垂直地布置以限定多个像素区域的多条栅线和数据线；形成在栅线和数据线之间的每个交叉处的作为开关元件的TFT；以及形成在每个像素区域上以产生水平电场的像素电极和公共电极。

所配置的滤色器基板101和阵列基板111通过利用沿着图像显示区域的外边缘提供的密封剂140而以面对的方式彼此组装(或接合)，因此配置液晶显示面板110。这里，用于液晶层的取向的取向层109和119被分别设置在滤色器基板101和阵列基板111的内表面上。

这里，根据本发明实施方式的液晶显示面板110包括具有正A板且在滤色器基板101和液晶层之间的单元内延迟器(或者称为集成式延迟器)152，以防止在前方向上的光泄漏。图6示例性地示出单元内延迟器152形成在滤色器基板101的下层上的情形，但是本发明可以不限于此。

单元内延迟器152可以位于取向层151上。根据本发明实施方式的单元内延迟器152可以包括其延迟值是大约156±20nm的正A板型反应性液晶基元(RM)。

如前述的，第一偏振器105和第二偏振器115分别贴附在液晶显示面板110的下部分和上部分上。

第一偏振器105包括第一支撑主体102、第二支撑主体104以及在第一支撑主体102和第二支撑主体104之间的第一偏振元件103。第二偏振器115包括第三支撑主体112、第一和第二光学补偿膜120和130、以及在第三支撑主体112与第一和第二光学补偿膜120和130之间的第二偏振元件113。

这里，第一光学补偿膜120和第二光学补偿膜130可以顺序地位于液晶显示面板110上。

第一偏振元件103和第二偏振元件113可以由聚乙烯醇(PVA)形成。

第一支撑主体102和第三支撑主体112可以由无延迟或不具有延迟性的保护膜例如醋酸三纤维素(TAC)形成。此外，第二支撑主体104可以由用于保护PVA层的无延迟的保护膜形成。例如，第二支撑主体104可以由0-RT(表示其Rth接近0nm且也被称为0-TAC的变形的TAC)或环烯烃聚合物(COP)形成。

第一偏振元件103和第二偏振元件113表示可以将自然光或偏振光转换成任意偏振光的膜。这里，第一偏振元件103和第二偏振元件113可具有在将入射光划分为两个正交偏振分量时透射一种偏振分量的功能以及吸收、反射和/或散射另一偏振分量的功能。

虽然不限制用于第一偏振元件103和第二偏振元件113的光学膜，但是这样的光学膜的示例可以包括：聚合物拉伸膜，该聚合物拉伸膜具有含有碘或二色性染料的PVA基树脂作为主要组分；其中具有二色性材料和液晶化合物的液晶组成物在预定方向上取向的O型偏振元件；其中溶致液晶在预定方向上取向的E型偏振元件等等。

这里，第一偏振元件103的吸收轴基本上正交于第二偏振元件113的吸收轴。这里，液晶层的光轴平行于第一偏振元件103的光吸收轴。另一方面，如上述的，当第一偏振器105位于液晶显示面板110上方并且第二偏振器115位于液晶显示面板110下方时，液晶层的光轴平行于第二偏振元件113的吸收轴。

这里，在本发明中，为了改善当在对角线方向上观看LCD装置时的视角特性，第一光学补偿膜120和第二光学补偿膜130设置在第二偏振元件113和液晶显示面板110之间。这里，第一光学补偿膜120包括正双轴膜，第二光学补偿膜130包括负双轴膜。

在下文中，将参照附图给出作为第一光学补偿膜120和第二光学补偿膜130的正双轴膜和负双轴膜的详细描述。优选地，第二偏振元件113的吸收轴平行于经由在前方向上的阵列基板、液晶层、单元内延迟器和滤色器基板透过第一光学补偿膜和第二光学补偿膜的光的偏振状态。还优选地，到达第二偏振元件113的光的吸收轴平行于在对角线方向上透过第一光学补偿膜和第二光学补偿膜的光的偏振状态。

图7A和7B是示出根据本发明实施方式的IPS模式LCD装置中的用作光学补偿膜的正双轴膜和负双轴膜的视图。也就是，图7A和7B是分别示出关于正双轴膜和负双轴膜的折射率的视图。

延迟膜根据光轴的数目被分为单轴膜和双轴膜，并且根据在光轴方向上的折射率与在其它方向上的折射率之间的差异还被分为正性膜和负性膜。例如，延迟膜被分为在存在单一光轴时的单轴膜和在存在两个光轴时的双轴膜。而且，延迟膜被分为当在光轴方向上的折射率大于在其它方向上的折射率时的正性膜以及当在光轴方向上的折射率小于在其它方向上的折射率时的负性膜。

延迟膜可以由在xyz坐标系中的每个方向上的折射率表示。例如，当延迟膜位于xy平面上时，x和y轴表示延迟膜的平面内方向，延迟膜具有根据x、y和z轴的折射率nx、ny和nz。

这里，Re(或Rin)指的是面内延迟值(或面内相位差或延迟)，Rth指的是厚度方向延迟值(或厚度方向上的相位差或延迟)。此外，Nz指的是表示延迟膜的双轴性程度的指数(index)。这可以根据以下的等式1限定。

等式1

Re＝(nx-ny)·d

Rth＝(nx-nz)·d

Nz＝Rth/Re

这里，d表示膜的厚度。

正双轴膜(或+B板)是具有小于0的Nz的光学膜，具有nz>nx>ny的关系并因而其光轴位于nz和ny之间。

此外，负双轴膜(或-B板)是具有大于1.0的Nz的光学膜，具有nx>ny>nz的关系并因而其光轴位于nz和nx之间。

这里，可以被用作正双轴膜和负双轴膜的膜的示例可以包括单轴拉伸TAC、单轴拉伸聚降冰片烯(PNB)、双轴拉伸聚碳酸酯(PC)、双轴拉伸COP、双轴LC膜等等。

根据第一实施方式的具有这样的光学条件的第一光学补偿膜120和第二光学补偿膜130补偿在对角线方向上第一和第二偏振器105和115的被打破的正交性，由此减少在对角线方向上的光泄漏。这将利用庞加莱球详细说明。

使用偏振状态的庞加莱球以用几何学分析透明介质的光学特性。

首先，琼斯矢量能够仅表现出完整偏振。为了表现出更普通的部分偏振，使用根据以下等式2限定的斯托克斯参数。

等式2

S₀=<|E_x|²>+<|E_y|²>

S₁＝<|E_x|²>-<|E_y|²>

S₂＝2|E_x||E_y|<cos(φ_x-φ_y)>

S₃＝2|E_x||E_y|<sin(φ_x-φ_y)>

这里，<>表示时间平均。在这四个变量之间建立不等式其等式仅满足完整偏振。

对于完整偏振，在通过由光亮度S₀划分S₁、S₂和S₃而获得的标准化变量s₁、s₂和s₃之间建立等式3。

等式3

s_{1}^{2} + s_{2}^{2} + s_{3}^{2} = 1

这是在三维空间中具有半径为1的庞加莱球的等式。这里，(s₁,s₂,s₃)表示庞加莱球的正交坐标的点。

这里，在庞加莱球中，赤道(equator)上的所有点对应于(表示)线偏振。北极对应于右旋圆偏振，南极对应于左旋圆偏振。此外，北半球的所有点对应于右旋椭圆偏振，南半球的所有点对应于左旋椭圆偏振。

图8A和8B是分别示出在正交坐标系中的任意椭圆偏振和相应的庞加莱矢量的视图。

如图8A和8B所示，对于庞加莱矢量P，相应于其中长轴的方位角是Ψ并且椭圆角是x的椭圆偏振，纬度角是2x，方位角是2Ψ并且正交坐标是(cons(2Ψ)cons(2x),sin(2Ψ)cos(2x),sin(2x))。如果此点位于北半球上，则电场矢量在顺时针方向上旋转；如果此点位于南半球上，则电场矢量在逆时针方向上旋转。这里，庞加莱球上的相对极(antipodes)表示正交偏振状态。

此外，表示光经过透明介质时偏振状态的变化的一元琼斯矩阵(unitaryJonesmatrix)可以通过在庞加莱球上的旋转转换来分析。

图9是示出庞加莱球的视图，其中呈现了当从前侧看IPS模式LCD装置时经过每个光学元件的光的偏振状态。

图10A和图10B是分别示出庞加莱球的视图，其中呈现了当在对角线方向看IPS模式LCD装置时经过每个光学元件的光的偏振状态的。

这里，图10B是利用图10A所示的庞加莱球示出光路补偿机制的二维视图。也就是，图10B是示出当从前侧观看庞加莱球时图10A所示的庞加莱球的视图。虽然图10B以二维表述利用箭头示出了在偏振状态的变化之前和之后的点的位移，但是光的偏振状态的任何变化可以通过绕具体轴旋转具体角度而显示在庞加莱球上，其中相应于每个光学特性确定具体轴。

这里，如上述的，庞加莱球表示在球面上光的所有偏振状态。因此，如果已知光学元件的光轴和延迟值，可以通过利用庞加莱球容易地预知偏振状态。

在庞加莱球中，赤道上的所有点表示线偏振。北极S3对应于右旋圆偏振，南极-S3对应于左旋圆偏振。此外，另一区域的北半球的所有点对应于右旋椭圆偏振，南半球的所有点对应于左旋椭圆偏振。

这里，参照图9，点A和点A'指的是当从前方向观看LCD装置时下偏振器的吸收轴和上偏振器的透射轴。点B和点B'指的是下偏振器的透射轴和上偏振器的吸收轴。上和下偏振器的偏振状态关于庞加莱球的中心0对称，因而彼此垂直，由此实现黑(或暗)状态。也就是，如上述的，庞加莱球上的相对极点A和B'表示正交偏振状态。

然而，参照图10A和10B，当在对角线方向上观看LCD装置时，上偏振器的透射轴A'和下偏振器的透射轴B向S₂轴移动预定距离，上偏振器的吸收轴B'和下偏振器的吸收轴A向-S₂轴移动预定距离。这里，因为点A和点B'关于中心0不对称，所以上和下偏振器的偏振状态彼此不垂直。

因此，根据此处公开的实施方式的光学补偿膜可以被使用，使得入射在上偏振器上的光的光轴可以匹配上偏振器的吸收轴。这里，透过下偏振器的入射光的偏振状态对应于点B，已经被上偏振器的吸收轴吸收的光的偏振状态对应于点B'。

也就是，当入射光透过下偏振器时，其中下偏振器的吸收轴在庞加莱球上的A点，光被线偏振并因而存在于B点。线偏振光透过均质液晶层。因为液晶层的取向方向正交于线偏振光的偏振方向，所以在液晶层内线偏振光在相位上不变化。因此，透过液晶层的光保持在相同的线偏振状态，由此具有对应于点B的偏振状态。

以此方式，在IPS模式LCD装置中，由于脱离对角线方向上的轴的偏振状态导致的光泄漏由点B和B'之间的偏振状态的不匹配引起。因此，使用本发明的光学补偿膜以实现入射光的偏振状态从点B变化到点B'的变化以及液晶层的偏振状态的变化。

因而，当在对角线方向上观看根据本发明实施方式的IPS模式LCD装置时，透过每个光学元件的光的偏振状态如下表示。

首先，当光透过作为第一光学补偿膜的正双轴膜时光的偏振状态从点B旋转到点C，然后当光透过作为第二光学补偿膜的负双轴膜时从点C旋转到点B'。因此，入射在上偏振器上的光的偏振状态(点B')变得与上偏振器的吸收轴一致，因此光被吸收，由此实现优良的黑状态。

详细地，当非偏振光从LCD装置的背光入射在第一偏振器上时，光被线偏振。大部分线偏振光在第一偏振器的吸收轴(点A)被吸收，透过第一偏振器的光的偏振状态位于点B。也就是，第一偏振器的透射轴位于点B。这里，第二偏振器的吸收轴位于点B'从而与第一偏振器的透射轴间隔开一距离。

当通过第一偏振器线偏振的光透过正双轴膜(其光轴位于nz和ny之间的预定区域)时，光的偏振状态绕正双轴膜的光轴在逆时针方向上旋转，从而从点B移动到点C。

也就是，线偏振光绕正双轴方向的光轴在逆时针方向上旋转2π倍的值(此值通过由绿色波长(550nm)划分正双轴膜的可用延迟值而获得)，这影响亮度。因此，线偏振光在点C变成椭圆偏振光。然后，椭圆偏振光入射在作为第二光学补偿膜的负双轴膜上。

当利用正双轴膜而椭圆偏振的光透过位于nz和nx之间的预定区域的负双轴膜时，光的偏振状态绕负双轴膜的光轴在逆时针方向上旋转。然后光的偏振状态从点C移到点B'。

也就是，椭圆偏振光绕正双轴方向的光轴在逆时针方向上旋转2π倍的值，此值通过由绿色波长(550nm)划分负双轴膜的可用延迟值而获得。因此，椭圆偏振光在点B'变成线偏振光。这里，因为点B'表示上偏振器的吸收轴，入射光被上偏振器完全吸收，从而实现优良的黑状态。

以此方式，在本发明的实施方式中，光的偏振状态可以利用正双轴膜和负双轴膜调整，以防止在对角线方向上的光泄漏，由此防止对比度降低。

同时，如上述的，即使从前方向观看液晶显示面板时，由于施加到液晶显示面板的外部应力而导致光泄漏。这起因于玻璃基板由于结构与液晶显示面板之间的干涉以及在阵列工艺和滤色器工艺期间施加的应力而获得折射各向异性。

图11是示出庞加莱球的视图，其中示出了由于外部应力导致的光泄漏。

如图11所示，当从前方向观看没有采用单元内延迟器的IPS模式LCD装置时，透过每个光学元件的光的偏振状态如下表示。

首先，当透过下玻璃基板(即，阵列基板)时，光从点B移到点D。这是由玻璃基板的起因于外部应力的折射各向异性引起。玻璃基板的这样的延迟值(～10nm)使得光路从点B移到点D。

之后，光由于具有在280至350nm范围内的延迟值的液晶层而从点D移到点E，然后由于上玻璃基板(即，滤色器基板)从点E移到点F。

这里，因为液晶层具有280至350nm的延迟值但是其取向方向垂直于已经在下偏振器被线偏振的光的偏振方向，所以线偏振光在液晶层内在相位上不变化。然而，当玻璃基板具有折射各向异性时，在下偏振器线偏振的光在到达液晶层之前由于玻璃基板的延迟值而变成椭圆偏振光(然后移到点D)。然后，透过液晶层的光由于液晶层的延迟值而被椭圆偏振，此后移到点E。

当透过作为光学补偿膜的正双轴膜和负双轴膜时，光从点F移到点G。因此，到达上偏振器的光的偏振状态与上偏振器的吸收轴(点B)不一致(或不匹配)，这导致光泄漏。

图12A和12B是示出庞加莱球的视图，其中呈现了通过应用根据本发明实施方式的单元内延迟器而实现的光泄漏的减少。

这里，图12B是示出利用图12A所示的庞加莱球的光路补偿机制的二维视图。

如图12A和12B所示，当在前方向上观看根据本发明实施方式的具有单元内延迟器的IPS模式LCD装置时，透过每个光学元件的光的偏振状态如下表示。

首先，当光透过下玻璃基板(即，阵列基板)时，其路径从点B移到点D。

之后，如上述的，光由于具有280至350nm的延迟值的液晶层而从点D移动到点E。

然后，光由于根据实施方式的单元内延迟器而从点E移动到点F'(＝点D)，然后由于上玻璃基板(即，滤色器基板)而从点F'移动到点G'(＝点B)。

这里，单元内延迟器由正A板型(其延迟值是大约156±20nm)的RM(反应性液晶基元)形成。

当利用液晶层而椭圆偏振的光透过其光轴位于nx的预定区域处的正A板时，光的偏振状态绕正A板的光轴在逆时针方向上旋转。因此，光的偏振状态从点E移动到点F'。

也就是，利用液晶层而椭圆偏振的光绕正A板的光轴在逆时针方向上旋转2π倍的值，由此移到点F'，其中此值通过由绿色波长(550nm)划分正A板的可用延迟值获得。

当透过作为正双轴膜和负双轴膜时，由于上玻璃基板而移到点G'(＝点B)的光保持偏振状态最终移到点B。因此，入射光被完全吸收在上偏振器，由此在前方向上表现出优良的黑状态。

根据本发明，由于玻璃基板而偏移(变化)的光路可以由于单元内延迟器而得以补偿，使得光可以具有与玻璃基板是各向同性时的光路相同的光路。

图13是示出在根据本发明实施方式的IPS模式LCD装置中在黑状态中的亮度和视角特性的模拟结果的示例性视图。这里，下偏振器和上偏振器布置为使得其光吸收轴彼此垂直正交并且液晶层的光轴平行于下偏振器的光吸收轴。

图14A和14B是示出当在前方向和对角线方向看液晶显示面板时根据单元内延迟器的厚度的光泄漏的曲线图。

如图13、14A和14B所示，单元内延迟器的延迟值可以根据光泄漏模拟结果调整156nm。

延迟值是在前方向和对角线方向上具有最小光泄漏的延迟值。可以注意到，在前方向上在167nm的延迟值处观察到最小的光泄漏，在对角线方向上在145nm的延迟值处观察到最小的光泄漏。

这里，可以理解的是，与没有单元内延迟器的情形相比，在前方向上光泄漏减少了大约73％，在对角线方向上光泄漏减少了大约34％。

这里，图15A、5B和15C分别显示了在120nm、150nm和220nm延迟值处的光泄漏量。此外，在图15A、5B和15C中，光泄漏量可以与阴影内使用的点的密度成比例。

参照图15A、5B和15C，可以理解的是，在150nm的延迟值处观察到最小的光泄漏。在此情形下，可以理解的是，与以上模拟结果相比，光泄漏减少了大约56％。也就是，可以理解的是，具有较高点密度的区域在150nm的延迟值处最小。因而，光泄漏被最小化。

根据如本文描述的本发明的一个示例实施方式，面内切换(IPS)模式LCD装置和显示装置可以通过采用具有正A板的单元内延迟器而补偿光路。因此，在前方向上由于外部应力导致的光泄漏可以减少73％或更多，由此改善图像质量。

对于本领域的技术人员来说，显然可以在本发明的面内切换(IPS)模式LCD装置和显示装置中进行各种变形和变化而不脱离本发明的精神或范围。因而，本发明意欲涵盖落入所附权利要求书的范围及其等同范围内的对本发明的所有变形和变化。

Claims

1.一种面内切换(IPS)模式液晶显示(LCD)装置，包括：

液晶显示面板，具有第一基板、第二基板以及在所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层；

在所述第二基板的外表面上的第二偏振器，所述第二偏振器具有第二偏振元件；以及

在所述第二基板的内表面上的单元内延迟器，其中所述单元内延迟器补偿在所述液晶显示面板的前方向上的光泄漏。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括：在所述第一基板的外表面上的第一偏振器，所述第一偏振器具有第一偏振元件。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一偏振元件的吸收轴和所述第二偏振元件的吸收轴彼此垂直。

4.根据权利要求2所述的装置，其中所述液晶层的光轴平行于所述第一偏振元件的吸收轴。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一基板包括阵列基板，所述第二基板包括滤色器基板。

6.根据权利要求1所述的装置，还包括在所述第二基板和所述第二偏振元件之间的第一光学补偿膜和第二光学补偿膜。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述第一光学补偿膜包括正双轴膜，所述第二光学补偿膜包括负双轴膜。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述负双轴膜在所述正双轴膜和所述第二偏振元件之间。

9.根据权利要求6所述的装置，其中所述第二光学补偿膜布置在所述第一光学补偿膜和所述第二偏振元件之间。

10.根据权利要求6所述的装置，其中所述第二偏振元件的吸收轴平行于经由在前方向上的所述第一基板、所述液晶层、所述单元内延迟器和所述第二基板透过第一光学补偿膜和第二光学补偿膜的光的偏振状态。

11.根据权利要求6所述的装置，其中到达所述第二偏振元件的光的吸收轴平行于在对角线方向上透过所述第一光学补偿膜和所述第二光学补偿膜的光的偏振状态。

12.根据权利要求1所述的装置，还包括在所述第二基板的内表面上的取向层，所述单元内延迟器在所述取向层上。

13.根据权利要求1所述的装置，还包括在所述单元内延迟器上的黑矩阵和滤色器。

14.根据权利要求1所述的装置，其中所述单元内延迟器包括具有156±20nm的延迟值的正A板反应性液晶基元。

15.根据权利要求1所述的装置，其中所述单元内延迟器具有156±20nm的延迟值。

16.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二偏振器还包括由不具有延迟性的保护膜形成的支撑主体。

17.根据权利要求6所述的装置，其中当从所述前方向观看所述液晶显示面板时，经由所述第一基板、所述液晶层、所述单元内延迟器和所述第二基板透过第一光学补偿膜和第二光学补偿膜的光具有与所述第二偏振元件的吸收轴相对应的偏振状态。

18.根据权利要求6所述的装置，其中当在对角线方向上观看所述液晶显示面板时，所述第二偏振元件的偏振状态利用所述第一光学补偿膜和所述第二光学补偿膜而平行于所述第二偏振元件的吸收轴。

19.一种显示装置，包括：

至少两个光学补偿膜，位于所述第二基板和所述第二偏振元件之间以改善所述液晶显示面板的对角线方向的视角。

20.根据权利要求19所述的装置，其中考虑到所述液晶层的偏振状态，至少两个光学补偿膜包括正双轴膜和负双轴膜。

21.根据权利要求20所述的装置，其中当在所述对角线方向上观看所述液晶显示面板时，所述第二偏振元件的偏振状态利用所述第一光学补偿膜和所述第二光学补偿膜而平行于所述第二偏振元件的吸收轴，以防止所述液晶显示面板的对角线方向的光泄漏。

22.根据权利要求19所述的装置，还包括在所述第二基板的内表面上的单元内延迟器。

23.根据权利要求22所述的装置，其中所述单元内延迟器具有156±20nm的延迟值以防止在所述液晶显示面板的前方向或对角线方向上的光泄漏。

24.根据权利要求22所述的装置，其中在具有所述单元内延迟器的所述显示装置中，与不具有单元内延迟器的显示装置相比，在所述液晶显示面板的前方向或对角线方向上的光泄漏相对减少。