CN115167043A - 平面内切换模式的薄膜晶体管液晶显示器及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种平面内切换模式的薄膜晶体管液晶显示器及制备方法，该平面内切换模式的薄膜晶体管液晶显示器包括：第一偏振结构；液晶单元，设置于第一偏振结构的一侧表面上，液晶单元内部填充有正介电各向异性或负介电各向异性的液晶，液晶的光轴位于与第一偏振结构所在的平面平行的平面中，且液晶单元的光轴与第一偏振结构的吸收轴平行；NRZ型双轴延迟膜，设置于液晶单元上；第二偏振结构，设置于NRZ型双轴延迟膜上，第二偏振结构的吸收轴与第一偏振结构的吸收轴垂直；背光源，设置于第一偏振结构远离液晶单元的一侧或者设置于第二偏振结构远离NRZ型双轴延迟膜的一侧。

Description

平面内切换模式的薄膜晶体管液晶显示器及制备方法
技术领域
本发明涉及一种液晶显示装置领域，特别涉及平面转换液晶显示器及制备方法。
背景技术
随着薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)的普及，其应用领域和使用模式逐渐增加。根据包括一对电极的有源矩阵驱动电极的模式，液晶显示器可以被分为平面内切换(In-Plain Switching，IPS)模式、超平面内切换(Super-In-Plain switching，Super-IPS)模式、边缘场切换(Fringe Field Switching，FFS)模式。IPS模式在暗态倾斜角度相对较大处存在光泄漏，因此不含视角补偿膜的IPS模式TFT-LCD具有低对比度的缺点。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的实施例提出一种平面内切换模式的薄膜晶体管液晶显示器及制备方法，实现了增大薄膜晶体管体管液晶显示器视角的效果。
根据本发明的实施例，作为本发明的第一个方面，提供了一种平面内切换模式的薄膜晶体管液晶显示器，包括：
第一偏振结构；
液晶单元，设置于第一偏振结构的一侧表面上，液晶单元内部填充有正介电各向异性或负介电各向异性的液晶，液晶的光轴位于与第一偏振结构所在的平面平行的平面中，且液晶单元的光轴与第一偏振结构的吸收轴平行；
NRZ型双轴延迟膜，设置于液晶单元上；
第二偏振结构，设置于NRZ型双轴延迟膜上，第二偏振结构的吸收轴与第一偏振结构的吸收轴垂直；
背光源，设置于第一偏振结构远离液晶单元的一侧或者设置于第二偏振结构远离NRZ型双轴延迟膜的一侧；
其中，在电场作用下，液晶在与第一偏振结构所在的平面平行的平面中转动，NRZ型双轴延迟膜的光轴与第二偏振结构的吸收轴垂直，NRZ型双轴延迟膜的平面内延迟值与液晶的延迟值的和为背光源波长的整数倍，并且，在550nm波长处，NRZ型双轴延迟膜的平面内延迟值在50nm～350nm的范围。
根据本发明的实施例，NRZ型双轴延迟膜的主体材料为纤维素酯。
根据本发明的实施例，第一偏振结构包括：
第一保护膜；
第一偏振片，设置于第一保护膜上；
第二保护膜，设置于第一偏振片上，第二保护膜设置于第一偏振片与液晶单元之间。
根据本发明的实施例，第一保护膜和第二保护膜沿各自厚度方向的延迟值为零。
根据本发明的实施例，第一保护膜和第二保护膜的材料选自未拉伸的纤维素酯、环烯烃和聚降冰片烯中的一种。
根据本发明的实施例，第二偏振结构包括：
第三保护膜，设置于NRZ型双轴延迟膜上；
第二偏振片，设置于第三保护膜上；
第四保护膜，设置于第二偏振片上；
根据本发明的实施例，第三保护膜和第四保护膜沿各自厚度方向的延迟值为零。
根据本发明的实施例，第三保护膜和第四保护膜的材料选自未拉伸的纤维素酯、环烯烃和聚降冰片烯中的一种。
根据本发明的实施例，第二偏振结构包括：
第二偏振片，设置于NRZ型双轴延迟膜上；
第四保护膜，设置于第二偏振片上。
根据本发明的实施例，第四保护膜的材料选自未拉伸的纤维素酯、环烯烃和聚降冰片烯中的一种。
根据本发明的实施例，第四保护膜沿厚度方向的延迟值为零。
根据本发明的实施例，在550nm波长处液晶单元的延迟值在200nm～400nm的范围。
作为本发明的第二个方面，还提供了如上的薄膜晶体管液晶显示器的制备方法，包括：
在第一偏振结构上制作液晶单元；
在液晶单元上制作NRZ型双轴延迟膜；
在NRZ型双轴延迟膜上制作第二偏振结构；
在第一偏振结构远离液晶单元的一侧或者在第二偏振结构远离NRZ型双轴延迟膜的一侧制作背光源；
其中，NRZ型双轴延迟膜的平面内延迟值与液晶的延迟值的和为所述背光源波长的整数倍，并且，在550nm波长处，NRZ型双轴延迟膜的平面内延迟值在50nm～350nm的范围。
根据本发明的实施例，通过在液晶单元和第二偏振结构之间设置NRZ型双轴延迟膜，同时使得NRZ型双轴延迟膜的光轴与第二偏振结构的吸收轴垂直、在550nm波长处，NRZ型双轴延迟膜3的平面内延迟值在50nm～350nm的范围，能够减小平面内切换模式的薄膜晶体管液晶显示器在黑暗状态中的倾斜角度处的光泄漏，提高对比度进而扩大了屏幕视角。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明实施例提供的平面内切换模式的薄膜晶体管液晶显示器的剖视图；
图2示意性示出了根据本发明实施例提供的NRZ型双轴延迟膜的光轴的方向与第二偏振片吸收轴的方向的关系；
图3A、图3B分别示意性示出了根据本发明实施例提供的背光源在不同位置时薄膜晶体管液晶显示器的原理图；
图4示意性示出了根据本发明实施例提供的NRZ型双轴延迟膜的折射率的不同方向的示意图；
图5示意性示出了根据本发明实施例提供的另一种第二偏振结构的剖视图。
附图标记说明
1 第一偏振结构
11 第一保护膜
12 第一偏振片
13 第二保护膜
2 液晶单元
3 NRZ型双轴延迟膜
4 第二偏振结构
41 第三保护膜
42 第二偏振片
43 第四保护膜
5 背光源
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1示意性示出了根据本发明实施例提供的平面内切换模式的薄膜晶体管液晶显示器的剖视图。
如图1所示，薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)包括：第一偏振结构1、液晶单元2、NRZ型双轴延迟膜3、第二偏振结构4和背光源5。
液晶单元2设置于第一偏振结构的一侧表面上，液晶单元内部填充有正介电各向异性(Δε>0)或负介电各向异性((Δε<0))的液晶，液晶的光轴位于液晶平面中，该液晶平面与第一偏振结构所在的平面平行，且液晶单元的光轴与第一偏振结构的吸收轴平行。NRZ型双轴延迟膜3设置于液晶单元上。第二偏振结构4设置于NRZ型双轴延迟膜上，第二偏振结构的吸收轴与第一偏振结构的吸收轴垂直。背光源5设置于第一偏振结构远离液晶单元的一侧或者设置于第二偏振结构远离NRZ型双轴延迟膜的一侧。
其中，在电场作用下，液晶在与第一偏振结构1所在的平面平行的平面中转动，如图2所示，NRZ型双轴延迟膜3的光轴与第二偏振结构4的吸收轴垂直，NRZ型双轴延迟膜3的平面内延迟值与液晶的延迟值的和为背光源波长的整数倍，并且，在550nm波长处，NRZ型双轴延迟膜3的平面内延迟值在50nm～350nm的范围。根据本发明的实施例，通过在液晶单元2和第二偏振结构4之间设置NRZ型双轴延迟膜3，同时使得NRZ型双轴延迟膜3的光轴与第二偏振结构4的吸收轴垂直、在550nm波长处，NRZ型双轴延迟膜3的平面内延迟值在50nm～350nm的范围，能够减小平面内切换液晶显示器在黑暗状态中的倾斜角度处的光泄漏，提高对比度进而扩大了屏幕视角。根据本发明的实施例，NRZ型双轴延迟膜3的光轴方向与吸收轴互相垂直排列的第一偏振结构1以及第二偏振结构4所产生的光泄漏相关。即，为了使得第一偏振结构1以及第二偏振结构4的光泄漏最小化，NRZ型延迟膜3的光轴必须与相邻的偏振板的吸收轴垂直设置。
图3A、图3B分别示意性示出了根据本发明实施例提供的背光源在不同位置时薄膜晶体管液晶显示器的原理图。
如图3A、图3B所示，当平面内切换模式的薄膜晶体管液晶显示器中的两个偏振板的吸收轴分别以0°和90°的角度方向排列时，如果在沿45°方位角的方向改变倾斜视角，利用观测器检查黑暗状态下的平面内切换液晶显示器，则可以发现光泄漏随倾斜视角的增加而增加。这是因为随倾斜视角增加，两个偏振板的等效吸收轴之间的角度较大地偏离了垂直状态。那么为了使光泄漏最小化，则偏振光必须以偏离垂直状态的角度而转动。背光源5发射的光线在经过笫一个偏振板后被线性地偏振，而且线性偏振光的转动角度必须随倾斜角增加。为了使线性偏振光旋转，则NRZ型延迟膜3的光轴必须垂直排列于相邻偏振板的吸收轴。同时，为了使线性偏振光与笫二偏振板的吸收轴对应于倾斜角的增加而同步转动，则设定NRZ型延迟膜3的平面内延迟值为50nm～350nm之间。
图4示意性示出了根据本发明实施例提供的NRZ型双轴延迟膜的折射率的不同方向的示意图。
根据本发明的实施例，NRZ型双轴延迟膜3在不同的方向具有不同的折射率，NRZ型双轴延迟膜3具有如下性质：
nx>nz>ny (1)
Rin＝(nx-ny)×d (2)
Figure BDA0003764129890000061
Figure BDA0003764129890000062
其中，nx为NRZ型双轴延迟膜3的平面内折射率的最大值，x为nx的方向，y为垂直于x的方向，ny为NRZ型双轴延迟膜3在y方向的平面内折射率。d为双轴延迟膜3的厚度，Rin为NRZ型双轴延迟膜的平面内延迟值、Rth为NRZ型双轴延迟膜的平面内延迟值。NRZ型延迟膜3的平面内延迟值可以根据NRZ型延迟膜3的厚度延迟值而改变
根据本发明的实施例，该NRZ型双轴延迟膜3的主体材料为纤维素酯。纤维素酯材料的NRZ型双轴延迟膜3具有透明性好的优点，能够使得平面内切换液晶显示器的画面清晰度高。
根据本发明的实施例，第一偏振结构包括：第一保护膜11；第一偏振片12，设置于所述第一保护膜11上，所述第一偏振片设置于所述第一保护膜与液晶单元2之间；第二保护膜13，设置于第一偏振片12上。第一保护膜11和第二保护膜13适用于保护第一偏振片12。
根据本发明的实施例，第一保护膜11、第二保护膜13优选沿各自厚度方向的延迟值为零，以进一步减少平面内切换液晶显示器在黑暗状态中的倾斜角度处的光泄漏。
根据本发明的实施例，第一保护膜11、第二保护膜13的材料选自未拉伸的纤维素酯、环烯烃和聚降冰片烯中的一种。
根据本发明的实施例，如图5所示，第二偏振结构4可以包括第三保护膜41、第二偏振片42、第四保护膜43。第三保护膜41设置于NRZ型双轴延迟膜3上。第二偏振片42设置于第三保护膜41上。第四保护膜43。设置于第二偏振片42上。第三保护膜和第四保护膜沿各自厚度方向的延迟值为零。第三保护膜和第四保护膜的材料选自未拉伸的纤维素酯、环烯烃和聚降冰片烯中的一种。
继续参考图1，第二偏振结构4可以包括：第二偏振片42和第四保护膜43。第二偏振片42设置于NRZ型双轴延迟膜上。第四保护膜43设置于第二偏振片42上。第四保护膜43的材料选自未拉伸的纤维素酯、环烯烃和聚降冰片烯中的一种。第四保护膜沿厚度方向的延迟值为零。结合图5可以看出，NRZ型双轴延迟膜3可以替代第三保护膜41，起到减厚的作用。
根据本发明的实施例，在550nm波长处液晶单元2的延迟值在200nm～400nm的范围。液晶单元2的延迟值表达式为：
RLC＝(nu,LC-nv,LC)×dLC (5)
其中，RLC为液晶单元2的延迟值，dLC为液晶单元2的厚度。nu,LC和nv,LC均为液晶单元2的面内折射率，nu,LC为液晶单元2的平面内折射率的最大值，u为nu,LC的方向。v为与x垂直的方向，nv,LC为液晶单元2在y方向的折射率。
根据本发明的实施例，还提供了一种平面转换液晶显示器的制备方法，包括步骤S1-步骤S4：
步骤S1：在第一偏振结构1上制作液晶单元2。
步骤S2：在液晶单元2上制作NRZ型双轴延迟膜3。
步骤S3：在NRZ型双轴延迟膜3上制作第二偏振结构4。
步骤S4：在所述第一偏振结构1远离所述液晶单元2的一侧或者在所述第二偏振结构4远离所述NRZ型双轴延迟膜3的一侧制作背光源。
其中，NRZ型双轴延迟膜3的平面内延迟值与液晶的延迟值的和为背光源波长的整数倍，并且，在550nm波长处，NRZ膜的平面内延迟值在50nm～350nm的范围。
根据本发明的一个具体实施例，表1为根据图3A中所示的平面内切换模式的薄膜晶体管(即IPS模式TFT-LCD)液晶显示器结构的第一偏振片保护膜(即第一保护膜11和第二保护膜12)和纤维素酯NRZ型双轴延迟膜的设计值(面内延迟值和面外延迟值)在45°方位角以及60°倾角处的视角特性的模拟结果。
表1
Figure BDA0003764129890000081
根据理论可知，如果IPS模式TFT-LCD在45°方位角以及60°倾角处具有大于30:1的对比度，则表明所有视角处都可以获得高于30：1的对比度，从而得到视角特性的显著改进。表l说明了根据第一偏振片保护膜、第二偏振片保护膜和NRZ型双轴延迟膜的设计值在视角特性方面的改进。不使用视角补偿膜的IPS模式TFT-LCD具有约7:1的最小对比度，根据表1可以看出，本发明实施例的平面内切换液晶显示器则表明所有视角处都可以获得高于30：1的对比度，从而得到视角特性的显著改进。此外，很据表1也可以看出，第二偏振片保护膜的材料可变。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种平面内切换模式的薄膜晶体管液晶显示器，包括：
第一偏振结构；
液晶单元，设置于所述第一偏振结构的一侧表面上，所述液晶单元内部填充有正介电各向异性或负介电各向异性的液晶，所述液晶的光轴位于与所述第一偏振结构所在的平面平行的平面中，且所述液晶单元的光轴与所述第一偏振结构的吸收轴平行；
NRZ型双轴延迟膜，设置于所述液晶单元上；
第二偏振结构，设置于所述NRZ型双轴延迟膜上，所述第二偏振结构的吸收轴与所述第一偏振结构的吸收轴垂直；
背光源，设置于所述第一偏振结构远离所述液晶单元的一侧或者设置于所述第二偏振结构远离所述NRZ型双轴延迟膜的一侧；
其中，在电场作用下，所述液晶在与所述第一偏振结构所在的平面平行的平面中转动，所述NRZ型双轴延迟膜的光轴与所述第二偏振结构的吸收轴垂直，所述NRZ型双轴延迟膜的平面内延迟值与所述液晶的延迟值的和为所述背光源波长的整数倍，并且，在550nm波长处，所述NRZ型双轴延迟膜的平面内延迟值在50nm～350nm的范围。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示器，其中，所述NRZ型双轴延迟膜的主体材料为纤维素酯。
3.如权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示器，其中，所述第一偏振结构包括：
第一保护膜；
第一偏振片，设置于所述第一保护膜上；
第二保护膜，设置于所述第一偏振片上，所述第二保护膜设置于所述第一偏振片与所述液晶单元之间。
4.如权利要求3所述的薄膜晶体管液晶显示器，其中，所述第一保护膜和所述第二保护膜沿各自厚度方向的延迟值为零。
5.如权利要求3所述的薄膜晶体管液晶显示器，其中，所述第一保护膜和所述第二保护膜的材料选自未拉伸的纤维素酯、环烯烃和聚降冰片烯中的一种。
6.如权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示器，其中，
所述第二偏振结构包括：
第三保护膜，设置于所述NRZ型双轴延迟膜上；
第二偏振片，设置于所述第三保护膜上；
第四保护膜，设置于所述第二偏振片上；
优选的，所述第三保护膜、第四保护膜沿各自厚度方向的延迟值为零；
优选的，所述第三保护膜和所述第四保护膜的材料选自未拉伸的纤维素酯、环烯烃和聚降冰片烯中的一种。
7.如权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示器，其中，所述第二偏振结构包括：
第二偏振片，设置于所述NRZ型双轴延迟膜上；
第四保护膜，设置于所述第二偏振片上。
8.如权利要求7所述的薄膜晶体管液晶显示器，其中，所述第四保护膜的材料选自包括未拉伸的纤维素酯、环烯烃和聚降冰片烯中的一种；
优选的，所述第四保护膜沿厚度方向的延迟值为零。
9.如权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示器，其中，在550nm波长处所述液晶单元的延迟值在200nm～400nm的范围。
10.如权利要求1-9任一项所述的薄膜晶体管液晶显示器的制备方法，包括：
在第一偏振结构上制作液晶单元；
在所述液晶单元上制作NRZ型双轴延迟膜；
在所述NRZ型双轴延迟膜上制作第二偏振结构；
在所述第一偏振结构远离所述液晶单元的一侧或者在所述第二偏振结构远离所述NRZ型双轴延迟膜的一侧制作背光源；
其中，所述NRZ型双轴延迟膜的平面内延迟值与所述液晶的延迟值的和为所述背光源波长的整数倍，并且，在550nm波长处，所述NRZ型双轴延迟膜的平面内延迟值在50nm～350nm的范围。
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