CN1904698A - 偏振补偿膜和具有其的显示面板组件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种偏振补偿膜、具有该偏振补偿膜的显示面板组件和该偏振补偿膜的制造方法。所述显示面板组件包括显示面板、设置在该显示面板上方的第一偏振板、设置在该显示面板下方的第二偏振板、和设置在该第一偏振板上方的偏振补偿膜。该偏振补偿膜包括偏振棱镜膜和相差膜。该偏振棱镜膜把自然光波分为具有第一偏振态的正常波和具有第二偏振态的异常波。该相差膜把异常波的第二偏振态转变为第一偏振态。

Description

偏振补偿膜和具有其的显示面板组件及其制造方法

技术领域

本发明的实施例涉及一种偏振补偿膜、具有该偏振补偿膜的显示面板组件及其制造方法。更具体而言，本发明的实施例涉及一种能提高光效率的偏振补偿膜、和具有该偏振补偿膜的显示面板组件及其制造方法。

背景技术

通常，便携信息装置例如移动通讯终端、数码相机、电子日程机(electronic scheduler)等包括用于显示图像的显示装置。虽然各种类型的显示装置可以用作该显示装置，但通常使用具有小尺寸和轻重量的平显示装置，因为便携信息装置也通常具有小尺寸和轻重量。特别是，广泛使用了利用液晶来显示图像的液晶显示器(LCD)装置。该LCD装置与其他显示装置相比具有相对薄的厚度和轻重量、低驱动电压和低功耗。

LCD装置可以分为透射LCD装置或反射LCD装置。透射LCD装置使用由背光单元产生的内部光来显示图像。反射LCD装置使用例如阳光的外部光来显示图像。

透射LCD装置采用从透射LCD装置中产生的内部光，所以透射LCD装置具有能在黑暗的室内环境中使用的优点。另一方面，透射LCD装置需要高功耗来产生内部光并在户外使用时由于外部光的反射而不利地具有低图像质量。

反射LCD装置不使用内部光从而反射LCD装置有利地具有低功耗和高图像质量。另一方面，不利的是，反射LCD装置不能在黑暗的室内环境中使用。

因此，对能够在室内和户外显示高质量图像信息的透反LCD装置进行了活跃的研究。

透反LCD装置包括液晶显示面板和背光单元。液晶显示面板可以使用内部光和外部光显示图像。背光单元可以向液晶显示面板提供内部光。

液晶显示面板包括显示图像的多个单元像素。每个单元像素具有透明区和反射区。透明区可以使用内部光显示图像。反射区可以使用外部光显示图像。

因此，透反LCD装置可以在透射模式或反射模式中操作。在透射模式中，内部光可以穿透透射区以显示图像。在反射模式中，外部光可以从反射区反射从而可以显示图像。因此，透射模式可以用在黑暗区域中，且反射模式可以用在明亮区域中。

同时，偏振板设置在液晶显示面板上方和下方。该偏振板允许在特定方向上振荡的一部分光穿过偏振板并吸收在其他方向上振荡的其他部分的光。

因此，当透反LCD装置为作反射模式时，外部光的一部分穿透偏振板且外部光的其他部分被偏振板吸收。因此，光效率降低，从而透反LCD装置的亮度可能减小。

发明内容

本发明的实施例提供了一种偏振补偿膜，其能够允许期望的偏振光穿过偏振补偿膜，并将不期望的偏振光转变为期望的偏振光，然后允许该变化的偏振光穿过该偏振补偿膜，因此提高光效率。

本发明的实施例提供了具有上述偏振补偿膜的显示面板组件。

本发明的实施例提供了具有上述显示面板组件的显示装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种偏振补偿膜。该偏振补偿膜包括偏振棱镜膜和相差膜。该偏振棱镜膜将入射自然光波分为具有第一偏振态的正常波和具有第二偏振态的异常波，所述异常波沿关于所述正常波倾斜的方向传播。该相差膜将从所述偏振棱镜膜入射的所述异常波的第二偏振态转变为第一偏振态。

在本发明的实施例中，偏振棱镜膜可以包括第一层和与第一层组合的第二层。该第一层和第二层具有彼此不同的折射率。第一层和第二层之间的界面可以具有棱镜形状。正常波在界面处可以直线行进，且异常波从界面处相对于正常波以预定角度折射。第二层可以包括具有双折射特性的液晶层。第一层可以包括透明树脂层。

相差膜可以包括具有双折射特性的液晶层。包含在液晶层中的液晶可以在x-z平面上关于x轴倾斜设置。这里，z轴代表基本平行于正常波传播方向的方向，x轴代表基本平行于具有第一偏振态的正常波的振荡方向的方向，且y轴代表基本垂直于x-z平面的方向。包含在液晶层中的液晶可以设置得在x-z平面上关于z轴以约0°到约90°的角度连续变化。

相差膜可以包括至少两个具有双折射特性的液晶层。包含在每个液晶层中的液晶设置得在x-z平面上关于z轴以约0°到90°的角度连续改变。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造偏振膜的方法。该制造偏振棱镜膜的方法包括：形成具有棱镜形上部分的透明树脂层；在所述透明树脂层上形成下配向层；摩擦所述下配向层；在所述下配向层上形成具有双折射特性的液晶层；和硬化所述液晶层。

在本发明的实施例中，形成所述透明树脂层可以包括：制备基膜；和在所述基膜上形成具有棱镜形状的棱镜层。制造偏振棱镜膜的方法还可以包括在形成下配向层之后热退火下配向层。下配向层被沿着基本平行于或垂直于所述棱镜形上部分的长度方向的方向摩擦。液晶层被紫外线硬化。

根据本发明的另一方面，提供了一种显示面板组件。该显示面板组件包括：显示面板，显示图像；第一偏振板，设置在所述显示面板上方；第二偏振板，设置在所述显示面板下方；和偏振补偿膜，设置在所述第一偏振板上方。该偏振补偿膜包括偏振棱镜膜和相差膜。偏振棱镜膜将入射自然光波分为具有第一偏振态的正常波和具有第二偏振态的异常波，所述异常波相对于所述正常波形成预定角度。相差膜将从所述偏振棱镜膜入射的所述异常波的第二偏振态转变为第一偏振态。显示装置包括设置在第二偏振板下面的背光单元，向第二偏振板提供光。显示面板可以包括反射面板或透反面板。

根据本发明的再一方面，提供了一种显示面板组件。该显示装置包括：显示面板，显示图像；第一偏振板，设置在所述显示面板上方；第二偏振板，设置在所述显示面板下方；偏振补偿膜，设置在所述第二偏振板下方；和背光单元，设置在所述第二偏振板下方，向所述第二偏振板提供光。偏振补偿膜包括偏振棱镜膜和相差膜。偏振棱镜膜将从所述背光单元入射的自然光波分为具有相应于第二偏振板的光透射轴的第一偏振态的正常波和具有第二偏振态的异常波，所述异常波相对于所述正常波形成预定角度传播。相差膜将从所述偏振棱镜膜入射的所述异常波的第二偏振态转变为第一偏振态。这里，显示面板可以包括透射面板。

根据本发明，偏振补偿膜实际上透射具有期望偏振态的光。偏振补偿膜将具有不期望偏振态的光转变为具有期望偏振态的光，然后透射该具有期望偏振态的光。通过使用偏振补偿膜，光效率可以提高且显示装置的总亮度可以增加。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的偏振补偿膜的剖面图。

图2是示出图1的偏振补偿膜的功能的概念图。

图3是具体示出图1的偏振棱镜膜的剖面图。

图4是示出制造根据本发明实施例的偏振棱镜膜的工艺的流程图。

图5到9是示出如图4所示制造偏振棱镜膜的工艺的剖面图。

图10是示出制造根据本发明实施例的偏振棱镜膜的工艺的流程图。

图11是示出在如图10所示的流程图中制造偏振棱镜膜的工艺的剖面图。

图12是示出图2的相差膜的透视图。

图13是示出在图12中的x-z平面上的液晶的排列的剖面图。

图14是示出设置在图12的x-z平面上的液晶的形状的剖面图。

图15是示出设置在图12的y-z平面上的液晶的形状的剖面图。

图16是示出在液晶的预倾斜角约为60°时的透射率比值的曲线图。

图17是示出在液晶的预倾斜角约为70°时的透射率比值的曲线图。

图18是示出在根据本发明另一实施例的相差膜中的液晶排列的剖面图。

图19是示出在使用图18中的相差膜时的透射率比值的曲线图。

图20是示出根据本发明的实施例的相差膜的剖面图。

图21到22是示出包含在图20中的液晶层中的液晶的排列的剖面图。

图23是示出根据本发明的实施例的显示装置的剖面图。

图24是具体示出图23中的显示面板的平面图。

图25是沿图24的线I-I’所取的剖面图。

图26是示出根据本发明实施例的显示装置的剖面图。

图27是示出当电场不施加到图26所示的显示面板组件的显示面板时的光路的概念图。

图28是示出当电场施加到图26所示的显示面板组件的显示面板时的光路的概念图。

图29是示出根据本发明实施例的显示装置的剖面图。

具体实施方式

参考示出了本发明实施例的附图详细描述了本发明。然而，本发明可以实施为许多不同的形式，且不应理解为限于此处提出的实施例。

这里，参考作为本发明的理想实施例(及中间结构)的示意图的剖面图描述了本发明的实施例。因此，本发明的实施例不应理解为限于这里示出的区域的特定形状，而是形状可以包括例如由制造导致的形状的变化。

图1是示出根据本发明的实施例的偏振补偿膜的剖面图。图2是示出图1中的偏振补偿膜的功能的概念图。

参考图1和2，根据本发明实施例的偏振补偿膜100包括偏振棱镜膜200和相差膜300。

偏振棱镜膜200把从外部入射的自然光波NW分为具有第一偏振态的正常波OW和具有沿基本垂直于正常波OW的振荡方向振荡的第二偏振态的异常波EW。这里，在穿过偏振棱镜膜200之后，正常波OW直线行进，而异常波EW以相对于正常波OW的θ1的角度被折射。

相差膜300设置在偏振棱镜膜200的发射面上。相差膜300可以与偏振棱镜膜200的发射面整体组合，或者与偏振棱镜膜200的发射表面分离。

相差膜300原样发射从偏振棱镜膜200入射的具有第一偏振态的正常波OW。另一方面，相差膜300把从偏振棱镜膜200入射的异常波的第二偏振态转变为第一偏振态，并发射具有第一偏振态的异常波。

因此，自然光波NW通过穿过偏振补偿膜100而被转变为具有第一偏振态的波。这里，偏振补偿膜100改变具有第二偏振态的异常波EW和具有第一偏振态的正常波OW为具有第一偏振态的波。因此，从偏振补偿膜100传送的具有第一偏振态的波的数量基本双倍增加。

图3是具体示出图1中的偏振棱镜膜200的剖面图。

参考图3，偏振棱镜膜200包括第一层210和与第一层210组合的第二层220。第一和第二层210和220具有彼此不同的折射率。

第一层210包括透明树脂层。例如，第一层210可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚碳酸酯(PC)。第二层220包括具有双折射特性的液晶层。包含在液晶层中的液晶具有双折射特性，其中液晶的主轴的折射率不同于液晶短轴的折射率。液晶在液晶层中沿预定方向设置。

第一层210和第二层220之间的界面具有棱镜形状。具体地，第一层210与第二层220之间的界面在图3中的偏振棱镜膜的剖面图上具有连续三角形图案。

基本垂直入射在偏振棱镜膜200上的自然光波NW在界面处被分为具有第一偏振态的正常波OW和具有第二偏振态的异常波EW。具有第一偏振态的正常波OW沿基本垂直于图3中的平面的方向振荡。具有第二偏振态的异常波EW沿图3中的平面振荡。

因此，正常波OW在界面处直线行进，而异常波EW从界面以相对于正常波为θ1的角度折射。

或者，通过改变包含在第二层220中的液晶的排列，基本垂直入射到偏振棱镜膜200上的自然光波NW可以被分为具有沿图3中的平面振荡的第二偏振态的正常波OW和具有沿基本垂直于图3中的平面的方向振荡的第一偏振态的异常波EW。

图4是示出制造根据本发明实施例的偏振棱镜膜的工艺的流程图。图5到9是示出如图4所示的制造偏振棱镜膜的工艺的剖面图。

参考图4和5，为了制造偏振棱镜膜200，在步骤S10中，形成透明树脂210，其上部分具有棱镜形状。例如，透明树脂层210通过在基膜212上形成具有棱镜形状的棱镜层214而形成。

基膜212和棱镜层214包括透光的透明材料。例如，基膜212和棱镜层214包括例如PET或PC的材料，其具有良好的透射性和柔性。棱镜层214可以由丙稀基材料或聚合物基材料形成。

透明树脂层210的折射率可以基本上与包含在形成于透明树脂层210上方的液晶层中的液晶的短轴折射率相同。

在棱镜层214的界面处分开的正常波与异常波之间的角度θ1根据液晶的双折射率和形成在棱镜层214中的棱镜形状的倾斜角θ2而确定。因此，正常波与异常波之间的角度θ1变宽，而双折射率和倾斜角θ2变大。

由于液晶具有固有双折射率，为了使角度θ1较宽，有利的是使倾斜角θ2较宽。然而，当倾斜角θ2变得太宽时，由菲涅耳反射引起的界面反射可以变大，从而透射率可以降低。

因此，倾斜角θ2用于展宽正常波与异常波之间的角度θ1，而不降低透射率。例如，当使用具有约0.204的双折射率的液晶时，棱镜形状的倾斜角θ2位于约60°到约70°范围，且正常波与异常波之间的角度θ1处于约9.8°到约13.5°的范围。

棱镜形状之间的间距P通过考虑装置的可生产性和后续工艺容易进行而确定。例如，棱镜形状之间的间距P位于约10μm到20μm的范围。

参考图4和6，在步骤S11中，在透明树脂层210形成之后，在透明树脂层210上形成配向层216。例如，下配向层216包括聚酰亚胺(PI)。

在下配向层216形成之后，可以额外进行下配向层216的热处理工艺。该热处理工艺可以在不超过约130℃的温度下进行，以防止透明树脂层210的变形。

参考图4和7到9，在步骤S12中，在下配向层216形成在透明树脂层210上之后，下配向层216被摩擦。

接着，在步骤S13中，具有双折射特性的液晶层220形成在被摩擦的下配向层216上。

通过摩擦工艺形成在下配向层216上的液晶排列使得液晶的主轴基本平行于下配向层216的摩擦方向。

如图7所示，根据本发明的一个实施例，摩擦工艺在基本平行于棱镜形状的上部分的长度方向的第一方向进行。当摩擦工艺在基本平行于棱镜形状的上部分的长度方向的第一方向进行时，液晶222的长轴在基本平行于棱镜形状的上部分的长度方向的方向上排列，如图8所示。

当液晶222如图8所示排列时，形成Rochon偏振棱镜膜。如图3所示，Rochon偏振棱镜膜将基本垂直地入射到液晶层220上的自然光NW分为具有第一偏振态的正常波OW和具有第二偏振态的异常波EW。具有第一偏振态的正常波OW沿垂直于图3的平面振荡。具有第二偏振态的异常波EW在图3的平面上振荡。

根据本发明的另一实施例，如图7所示，摩擦工艺可以在基本垂直于棱镜形状的上部分的长度方向的第二方向进行。当摩擦工艺在基本垂直于棱镜形状的上部分的长度方向的第二方向进行时，液晶222的长轴在基本垂直于棱镜形状的上部分的长度方向的方向排列，如图9所示。

当液晶222如图9所示排列时，形成Senarmont偏振膜。该Senarmont偏振膜把基本垂直入射在液晶层220上的自然光波NW分为具有第二偏振态的正常波OW和具有第一偏振态的异常波EW。具有第二偏振态的正常波OW在图3的平面上振荡。具有第一偏振态的异常波EW在垂直于图3的平面的方向振荡。

在步骤S14中，在液晶层220形成之后，通过紫外线硬化液晶层220。因此，在氮气气氛下，具有约365nm波长的紫外线照射在液晶层220中，以通过光聚合反应硬化液晶层220。包含在液晶层220中的液晶222的排列通过硬化工艺而固定。

图10是示出制造根据本发明实施例的偏振棱镜膜的工艺的流程图。

图11是示出图10的流程图所示的制造偏振棱镜膜的工艺的剖面图。

参考图10和11，制造根据本发明另一实施例的偏振棱镜膜的工艺包括：在步骤S20中形成透明树脂层210的工艺；在步骤S21中在透明树脂层210上形成下配向层216的工艺；在步骤S22中摩擦该下配向层216的工艺；在步骤S23中在下配向层216上形成液晶层220的工艺；在步骤S24中形成上面板230的工艺，该上面板被沿着与下配向层216的摩擦方向基本相同的方向摩擦；在步骤S25中，组合上面板230与透明树脂层210的工艺，该液晶层220设置在上面板230与透明树脂层210之间；以及在步骤S26中硬化该液晶层220的工艺。

从在步骤S20中形成透明树脂层210到在步骤S23中形成液晶层220的工艺基本上与图4中从步骤S10到步骤S13所示的相同。

在形成上面板230的工艺中，在上面板230的任何一个面上形成上配向层232之后，沿预定方向摩擦上配向层232，从而完成被摩擦的上面板230。

在完成被摩擦的上面板230之后，被摩擦的上面板230设置在液晶层220上方，从而上面板230的摩擦面面对液晶层220。这里，摩擦的上面板230设置在液晶层220上方，使得形成在上面板230上的上配向层232的摩擦方向与形成在透明树脂层210上的下配向层216的方向匹配。

在上面板230与液晶层220组合之后，液晶层220在步骤S26中硬化。硬化液晶层220的工艺基本与图4所示的步骤S15相同。

因此，当包含在液晶层220中的液晶同时通过形成在透明树脂层210上的下配向层216和形成在上层230上的上配向层232排列时，配向液晶的能力与下配向层216仅形成透明树脂层210上的情况相比进一步提高了。

同时，在通过硬化液晶层220完成液晶的配向之后，可以除去上面板230。

图12是示出图2的相差膜300的透视图，且图13是示出图12中位于x-z平面上的液晶的排列的剖面图。

参考图12和13，相差膜300包括液晶层310，该液晶层均匀排列有具有双折射特性的液晶312。例如，液晶层310由设置在相差膜300的下部分中的下支持板320和设置在相差膜300的上部分中的上支持板330保护。

根据本发明的一个实施例，包含在液晶层310中的液晶312具有双折射特性，其中主轴的折射率不同于短轴。液晶312排列在液晶层310中的预定方向。

包含在液晶层310中的液晶312被定位以相对于x-z平面上的x轴形成预定角θ3。这里，z轴代表基本平行于从偏振棱镜膜200入射的正常波OW的传播方向的方向，x轴代表基本平行于具有第一偏振态的正常波OW的振荡方向的方向，且y轴代表基本垂直于x-z平面的方向。

x轴代表平行于偏振棱镜膜200中的棱镜形上部分的长度方向的方向。因此，液晶312设置得相对于沿着偏振棱镜膜200中的棱镜形上部分的长度方向的x轴形成预定角度θ3的预倾斜角。例如，液晶和x轴之间的预倾斜角θ3在约60°到约70°的范围。

图14是示出设置在x-z平面上的液晶形状的剖面图，且图15是示出设置在y-z平面上的液晶形状的剖面图。

参考图12和14，液晶312设置得使液晶312的主轴相对于x-z平面上的x轴形成预定角度θ3。

在穿过偏振棱镜膜200之后，正常波OW入射在相差膜300上，并具有基本平行于z轴的传播方向。这里，由于正常波OW具有在x-z平面上振荡的第一偏振态，正常波OW在穿过液晶312时不存在相位延迟，从而正常波OW以第一偏振态穿过相差膜300。

参考图12和15，液晶312沿基本平行于y-z平面上的z轴的方向设置。

在穿过偏振棱镜膜200之后，异常波EW入射在相差膜300上，其传播方向相对于z轴形成预定角θ4。这里，由于异常波具有在y-z平面上振荡的第二偏振态，异常波EW在穿过液晶312时存在相位差，因此异常波EW的偏振态通过液晶312的双折射特性转变为第一偏振态。

在异常波EW中由相差膜300引起的相位移动根据液晶312的双折射和液晶层310的厚度而确定。这里，液晶312的双折射是根据液晶类型的固有值。因此，通过控制液晶层310的厚度使得相位差为180°，异常波的第二偏振态转变为第一偏振态。

因此，相差膜300发射由偏振棱镜膜200分开的具有第一偏振态的正常波为第一偏振态，并将具有第二偏振态的异常波转变为具有第一偏振态，并把异常波发射为第一偏振态。因此，通过偏振播出膜100发射的具有第一偏振态的波的数量基本两倍增加。通过使第一偏振态的偏振方向与贴附到液晶显示器(LCD)面板的偏振板的透射轴相匹配，从而可以提高光效率。

图16是示出在液晶的预倾斜角为约60°时的透射率比值的曲线图，且图17是示出当液晶的预倾斜角为约70°时的透射率比值的曲线图。在图16和17中，图中的x轴代表入射在偏振补偿膜上的自然光波的入射角，且y轴代表在穿过贴附到偏振补偿膜的下部分的偏振板之后的光透射率。在图16和17中，G1是作为液晶层的约2μm的厚度，G2是约2.5μm的厚度，G3是约3μm的厚度，G4是约3.5μm的厚度，G5是约4μm的厚度，G6是约4.5μm的厚度，G7是约5μm的厚度，G8是约5.5μm的厚度。在图16和17中，透射率比值示为具有偏振补偿膜的透射率相对于没有偏振补偿膜的透射率的比值。例如，当仅使用偏振板没有偏振补偿膜时，透射率比值为1。

参考图16和17，当液晶312的预倾斜角θ3为约70°而不是60°时，透射率比值较高。

当自然光波的入射角在约0°到约40°范围时，透射率比值提高。另一方面，当自然光波的入射角超过约40°时，透射率比值下降。

例如，在图16和17中当在任何特定入射角下透射率为1.5时，仅采用偏振板时透射率约为43％，且与偏振板一起使用偏振补偿膜时，透射率超过约60％。因此，透射率提高了约50％。

因此，当液晶312的预倾斜角θ3为约70°且液晶层310的厚度位于约4μm到约4.5μm范围时，相差膜300具有最有效的透射。

图18是示出在根据本发明另一实施例的相差膜中液晶排列的剖面图。

参考图12和18，相差膜300包括液晶层310。在液晶层310中，具有双折射特性的液晶312沿预定方向排列。例如，液晶层310由分别设置在相差膜300的下部分和上部分的下面板320和上面板330保护。

包含在液晶层310中的液晶312具有双折射特性，其中液晶312的主轴折射率不同于液晶312的短轴折射率，且液晶312在液晶层310中沿预定方向排列。

包含在液晶层310中的液晶312设置得在x-y-z坐标系的x-z平面上相对于z轴以约0°到约90°的角度连续变化。这里，z轴代表基本平行于从偏振棱镜膜200入射的正常波OW的传播方向的方向，x轴代表基本平行于具有第一偏振态的正常波OW的振荡方向的方向，且y轴底部基本垂直于x-z平面的方向。

x轴代表基本平行于偏振棱镜膜200中的棱镜形上部分的长度方向的方向。因此，液晶312沿偏振棱镜膜200中的棱镜形上部分的长度方向排列。

图19是示出使用图18的相差膜时的透射率比值的曲线图。在图19中，图中的x轴代表入射在偏振补偿膜上的自然光波的入射角，且y轴代表在穿过贴附到偏振补偿膜的下部分的偏振板之后光的透射率比值。在图19中，G1是作为液晶层的约6μm的厚度，G2是作为液晶层的约8μm的厚度，G3是作为液晶层的约10μm的厚度，G4是作为液晶层的约12μm的厚度，G5是作为液晶层的约14μm的厚度，G6是作为液晶层的约16μm的厚度，G7是作为液晶层的约18μm的厚度，G8是作为液晶层的约20μm的厚度。在图19中，透射率比值示出为具有偏振补偿膜的透射率相对于没有偏振补偿膜的透射率的比值。例如，当仅使用偏振板没有偏振补偿膜时，透射率比值为1。

参考图19，图18所示的混合型相差膜的透射率比值略低于图13所示的预倾斜型相差膜。

然而，混合型相差膜与预倾斜型相差膜相比，根据液晶层310的厚度具有相对低的透射率比值变化。混合型相差膜在整个入射角范围具有大于1的透射率比值，因此混合型相差膜更能用于提高透射率比值。

制造混合型相差膜比制造预倾斜型相差膜更容易。

图20是示出根据本发明实施例的相差膜的剖面图。图21和22是示出包含在图20所示的液晶层中的液晶的排列的剖面图。

参考图20到22，相差膜400包括具有双折射特性的至少两层液晶层410。

包含在液晶层410中的液晶具有双折射特性，其中液晶的主轴方向的折射率不同于液晶短轴方向的折射率，且液晶在液晶层410中沿预定方向排列。

粘结层420形成在液晶层410之间以组合液晶层410。粘结层420由透明材料形成以透射光。

包含在每个液晶层410中的液晶412设置得在x-y-z坐标系的x-z平面上相对于z轴以约0°到90°的角度连续变化。这里，z轴代表基本平行于从偏振棱镜膜200入射的正常波OW的传播方向的方向，x轴代表基本平行于具有第一偏振态的正常波OW的振荡方向的方向，且y轴代表基本垂直于x-z平面的方向。

x轴代表基本平行于偏振棱镜膜200中的棱镜形上部分的长度方向的方向。因此，液晶412沿偏振棱镜膜200中的棱镜形上部分的长度方向排列。

如图21所示，包含在每个液晶层410中的液晶412在相邻液晶层410之间对称排列。因此，在相差膜400中，设置在液晶层410a中的液晶412a和设置在液晶层410b中的液晶412b基于粘结层420连续排列。

或者，如图22所示，包含在每个液晶层410中的液晶412可以基本相同地排列在所有液晶层410中。因此，在相差膜400中，设置在液晶层410a中的液晶412a和设置在液晶层410b中的液晶412b可以基于粘结层420不连续排列。

因此，通过堆叠多层薄液晶层410而制造的相差膜400与使用单层厚液晶层410制造的相差膜400具有基本相同的光学性质，且通过堆叠多层薄液晶层410而制造相差膜400可以比使用单层厚液晶层410制造相差膜400更容易地进行。

通过堆叠多层液晶层410而制造的相差膜400根据堆叠的液晶层410的数量和液晶层410的厚度而具有不同的透射特性。

堆叠较少数目的相对厚的液晶层410可能比堆叠大量相对薄的液晶层410更有效地提高透射率。例如，堆叠具有4μm厚度的2层液晶层410比堆叠具有1μm厚度的8层液晶层410更有效。

包含在堆叠的液晶层410中的液晶412具有图21所示的连续排列，比具有图22所示的液晶412的不连续排列更有效地提高透射率。

因此，当堆叠2或3层液晶层410且液晶412连续排列的液晶层410中时，相差膜400具有提高最大的透射率。

图23是示出根据本发明另一实施例的显示装置的剖面图。

参考图23，根据本发明实施例的显示装置500包括显示面板组件510和背光单元700。

显示面板组件510包括显示图像的显示面板600、设置在显示面板600上方的第一偏振板512、设置在显示面板600下方的第二偏振板514、和设置在第一偏振板512上方的偏振补偿膜100。

在本实施例中，偏振补偿膜100具有基本与参考图1到22所述的任何一个实施例相同的结构。

显示面板600可以形成为反射面板或透反面板，使用外部自然光显示图像。在本实施例中，此后将透反面板作为非限定例子来描述。

显示面板600包括下基板610、组合以面对该下基板610的上基板620和设置在该下基板610和上基板620之间的液晶层630。

下基板610包括反射从第一偏振板512入射的光的反射区RR和透射从第二偏振板514入射的光的透射区TR。因此显示面板600利用外部光和内部光显示图像。外部光通过偏振补偿膜100和第一偏振膜512来提供。内部光通过第二偏振板514从背光单元700提供。

第一偏振板512和第二偏振板514分别设置在显示面板600上方和下方，透射在一个特定方向振荡的光并吸收在其他方向振荡的光。例如，第一偏振板512和第二偏振板514设置从而使光透射轴彼此垂直。

在本实施例中，第一偏振板512设置得具有相应于从偏振补偿膜100入射的光的第一偏振态的光透射轴。如图1到22所示，当外部光穿过偏振补偿膜100时，从偏振补偿膜100的上侧提供的外部光被分为具有第一偏振态的正常波和具有第二偏振态的异常波。接着，具有第二偏振态的异常波转变为具有第一偏振态的异常波。

因此，从偏振补偿膜100发射的正常波和异常波均具有第一偏振态。通过使第一偏振的传播方向与光透射轴相匹配，提高了光效率且提高了显示装置的总体亮度。

背光单元700设置在第二偏振板514下方并向显示面板组件510提供光。从背光单元700提供的光通过下基板610的透射区TR穿透显示面板600，并对显示图像有影响。

图24是具体示出图23中的显示面板的平面图。图25是沿图24中的线I-I’所取的剖面图。

参考图24和25，显示面板600包括下基板610、组合以面对下基板610的上基板620和设置在下基板610与上基板620之间的液晶层630。

下基板610包括反射从下基板610的上侧入射的光的反射区RR和透射从下基板610的下侧入射的光的透射区TR。

下基板610包括透明基板611、栅极线612、数据线613、开关装置614、透明电极615和反射电极616。

透明基板611包括透明材料以透射光。例如，透明基板611包括玻璃。

栅极线612形成在透明基板611上。栅极线612形成为沿第二方向延伸。

栅极绝缘层617形成在具有栅极线612的透明基板611上。例如，栅极绝缘层617包括氮化硅层或氧化硅层。

有源层618形成在栅极绝缘层617上，用于制造开关装置614。有源层618包括半导体层618a和欧姆接触层618b。半导体层618a包括非晶硅且欧姆接触层618b包括高掺杂n型杂质的非晶硅。

数据线613形成在栅极绝缘层617上。数据线613沿第一方向形成以交叉栅极线612。

开关装置614连接到栅极线612和数据线613。开关装置614的栅极端子G连接到栅极线612，且开关装置614的源极端子S连接到数据线613。开关装置614的漏极端子D连接到透明电极615和反射电极616。

有机层619形成在形成有数据线613和开关装置614的栅极绝缘层617上。接触孔619a通过有机层619形成，使得漏极端子D电连接到透明电极615和反射电极616。

透明电极615形成在由栅极线612和数据线613所限定的像素区。透明电极615通过接触孔619a连接到开关装置614的漏极端子D，该接触孔通过有机层619形成。

透明电极615包括透明材料以透射光。例如，该透明电极615包括氧化铟锌(IZO)或氧化铟锡(ITO)。

反射电极616形成在透明电极615上，并形成反射区RR。暴露透明电极615的透射窗口TW形成在反射电极616中以形成透射区TR。

反射电极616包括具有高反射率的导电材料以反射光。例如，反射电极616包括单反射层或双反射层。单反射层包括铝钕(AlNd)层。双反射层包括铝钕(AlNd)层和钼钨(MoW)层。

反射电极616的透射窗口TW提供透射区TR。透射区TR允许从设置在显示面板600下方的背光单元700提供的光穿过显示面板600。同时，反射电极616提供反射区RR以反射从显示面板600上侧提供的外部光。

上基板620包括透明基板621、滤色器层622和公共电极623。

透明基板621包括透明材料以透射光。例如，透明基板621包括玻璃。

滤色器层622形成在透明基板621面对下基板610的相对表面上。滤色器622包括红、绿和蓝色像素以产生颜色。或者，滤色器层622可以形成在下基板610上。

公共电极623形成在滤色器层622上以面对下基板610的透明电极615和反射电极616。公共电极623包括透明导电材料以透射光。例如，公共电极623包括氧化铟锌(IZO)或氧化铟锡(ITO)。

液晶层630具有其中液晶排列在预定方向的结构，该液晶具有光学性质和电学性质例如各向异性折射率、各向异性介电常数等。包含在液晶层630中的液晶的排列通过形成在公共电极623与透明电极615之间或公共电极623与反射电极616之间的电场而改变。穿过液晶层639的光的透射根据液晶的排列的变化而控制。

在显示面板600中，当栅极信号通过栅极线612施加到栅极端子G时，开关装置614导通。根据开关装置614的导通，通过数据线613接收的数据信号通过源极端子S和漏极端子D施加到透明电极615和反射电极616。公共电压施加到上基板620的公共电极623。

因此，相应于数据信号与公共电压之间的电势差的电场形成在透明电极615与公共电极623之间或者在反射电极615与公共电极之间。根据由电场引起的液晶的排列变化，改变了从显示面板的上侧或下侧提供的光的透射率，从而显示具有期望灰阶的图像。

图26是示出根据本发明另一实施例的显示装置的剖面图。在图26中，除了光控膜812和λ/4膜814之外的元件基本与图2中所述的相同。

参考图26，显示装置800包括显示面板组件810和背光组件700。

显示面板组件810包括显示面板600、设置在显示面板600上方的第一偏振板512、设置在显示面板600下方的第二偏振板514和设置在第一偏振板512上方的偏振补偿膜100。显示面板组件810还包括设置在偏振补偿膜100上方的光控膜812。

光控膜812把从任何方向入射的自然光波的光路转变为垂直于偏振补偿膜100的方向。

通常，自然光波可以从任何方向入射到显示面板组件810上。当入射到偏振补偿膜100上的自然光波的入射角度改变时，通过偏振补偿膜从自然光波中分出的正常波不受影响，而通过偏振补偿膜从自然光波中分出的异常波根据自然光波的入射角而受影响。因此，当光控膜812设置在偏振补偿膜100上时，自然光波在穿透光控膜812之后基本垂直地入射在偏振补偿膜100上。

因此，通过允许自然光波基本垂直地入射在偏振补偿膜上，偏振补偿膜100的偏振补偿效率可以提高。

显示面板组件810还可以包括设置在显示面板600与第一偏振板512之间的λ/4膜814。

该λ/4膜814把入射光波的圆偏振变为线偏振，把入射光波的线偏振变为圆偏振，从而λ/4膜814发射具有改变的偏振态的光。

此后，将描述根据本发明实施例的显示面板组件的光路。

图27是示出当电场不施加到图26所示的显示面板组件的显示面板时的光路的概念图。

参考图27，从外部入射的自然光波NW通过偏振补偿膜100的偏振棱镜膜200分为具有第一偏振态的正常波OW和具有第二偏振态的异常波EW。第一偏振态和第二偏振态的振荡方向基本彼此垂直。正常波OW保持第一偏振态穿透偏振补偿膜100的相差膜300，而具有第二偏振态的异常波EW在穿透相差膜300时变为具有第一偏振态。因此，在穿透偏振补偿膜100之后，正常波OW和异常波EW均具有第一偏振态。

由于第一偏振板512具有与第一偏振态相同的透射轴，因此在穿透偏振补偿膜100之后，具有第一偏振态的正常波OW和异常波EW均穿透第一偏振板512。

具有上述正常波OW和异常波EW的波在穿过λ/4膜814时相位改变λ/4。结果，该波具有逆时针旋转的圆偏振态。

此后，具有圆偏振态的波在穿过显示面板600中的液晶层630时转变为线偏振态。

在穿过液晶层630之后，具有线偏振态的波被下基板610的反射电极616反射。被下基板610反射的具有线偏振态的波在穿过液晶层630时转变为具有逆时针旋转的圆偏振态。

具有逆时针旋转的圆偏振态的波在穿过λ/4膜814时转变为具有第一偏振态的波，该第一偏振态具有与第一偏振板512相同的透射轴。该波穿过第一偏振板512，保持第一偏振态。此后，该波通过偏振补偿膜100被发射到外部，保持第一偏振态。

因此，当电场不施加到显示面板600时，通过偏振补偿膜100提高了光效率，因此显示面板600的反射率提高了。

图28是示出当电场施加到图26所示的显示面板组件的显示面板时的光路的概念图。

参考图28，从外部入射的自然光波NW通过偏振补偿膜100被分为具有第一偏振态的正常波OW和具有第二偏振态的异常波EW。

在穿透偏振补偿膜100之后，正常波和异常波具有与第一偏振板512基本相同的透射轴，因此正常波和异常波均穿透第一偏振板512。

在穿透第一偏振板512之后，当穿过λ/4膜814时，包括上述正常波OW和异常波EW的波的相位改变λ/4。结果，该波具有逆时针旋转的圆偏振态。

当电场施加到显示面板600时，通过液晶层630不发生相位改变。因此，该波在穿透液晶层630时保持圆偏振态。

在穿透液晶层630之后，具有圆偏振态的该波被下基板610的反射电极616反射，且圆偏振态的方向从逆时针转变为顺时针。

具有顺时针旋转的圆偏振态的该波穿透液晶层630，不改变偏振态。当穿透λ/4膜814时，具有圆偏振态的该波变为线偏振态，其具有垂直于第一偏振板512的透射轴。因此，在穿透λ/4膜814之后，当该波穿透第一偏振膜512时，该波在第一偏振膜512中被吸收。

因此，当显示面板组件810处于反射模式时，偏振补偿膜100提高光效率并增加显示面板600的反射率。另一方面，当显示面板组件810处于透射模式时，偏振补偿膜100不影响显示面板组件810。

图29是示出根据本发明另一实施例的显示装置的剖面图。

参考图29，根据本发明另一实施例的显示装置900包括显示面板组件910和背光单元920。

显示面板组件910包括显示图像的显示面板930、设置在该显示面板930上方的第一偏振板940、设置在该显示面板930下方的第二偏振板950和设置在第二偏振板950下方的偏振补偿膜960。

在本实施例中，偏振补偿膜960具有与图1到22所示的任何一个实施例基本相同的结构。

显示面板930包括利用来自背光单元920的光显示图像的透射面板。

显示面板930包括下基板931、组合以面对下基板931的上基板932、和设置在下基板931和上基板932之间的液晶层933。

在本实施例中，第二偏振板950设置得具有相应于第一偏振态的光透射轴。如图1到22所示，从背光单元920向偏振补偿膜960提供的光波被分为具有第一偏振态的正常波和具有第二偏振态的异常波。具有第二偏振态的异常波在光穿透偏振补偿膜960时变为具有第一偏振态。

因此，从偏振补偿膜960发射的正常波OW和异常波EW均具有第一偏振态。通过把第一偏振态的振荡方向与第二偏振板950的透射轴相匹配，从背光单元920提供的光效率提高且整体亮度增加。

根据本发明，偏振补偿膜原样透射具有期望偏振态的波。偏振补偿膜把具有不期望偏振态的波转变为具有期望偏振态的波，然后透射具有期望偏振态的波。通过使用偏振补偿膜，光效率可以提高且总体亮度可以提高。

通过在反射或透反显示面板上设置偏振补偿膜，可以提高光效率。

通过在透射显示面板下方设置偏振补偿膜，可以提高提供到背光单元的光效率。

上述内容是本发明的示例而不应理解为局限于此。虽然已经描述了本发明的一些实施例，但本领域的技术人员容易理解，在实质上不脱离本发明的新颖教导和优点的情况下，可以在本实施例中进行许多改进。因此，所有这些改进旨在包括在由所附权利要求所限定的本发明的范畴内。因此，应该理解，上述内容是本发明的示例而不应理解为限制于所公开的具体实施例，且对所公开的实施例以及其他实施例的改进旨在包括在权利要求的范畴内。本发明由权利要求所限定，其中包括权利要求的等同物。

Claims (47)

1、一种偏振补偿膜，包括：

偏振棱镜膜，将入射自然光波分为具有第一偏振态的正常波和具有第二偏振态的异常波，所述异常波沿相对于所述正常波倾斜的方向传播；和

相差膜，将从所述偏振棱镜膜入射的所述异常波的第二偏振态转变为第一偏振态。

2、根据权利要求1所述的偏振补偿膜，其中所述偏振棱镜膜包括具有彼此不同的折射率的第一层和第二层。

3、根据权利要求2所述的偏振补偿膜，其中所述第一层和第二层之间的界面具有棱镜形状。

4、根据权利要求3所述的偏振补偿膜，其中所述正常波在界面处直线行进，且其中所述异常波从界面处以预定角度折射。

5、根据权利要求2所述的偏振补偿膜，其中所述第二层包括具有双折射特性的液晶层。

6、根据权利要求2所述的偏振补偿膜，其中所述第一层包括透明树脂层。

7、根据权利要求1所述的偏振补偿膜，其中所述相差膜包括具有双折射特性的液晶层。

8、根据权利要求7所述的偏振补偿膜，其中包含在所述液晶层中的液晶在x-z平面上相对于x轴倾斜设置，其中z轴代表基本平行于正常波传播方向的方向，x轴代表基本平行于具有第一偏振态的正常波的振荡方向的方向，且y轴代表基本垂直于x-z平面的方向。

9、根据权利要求7所述的偏振补偿膜，其中所述液晶沿棱镜形上部分的长度方向排列。

10、根据权利要求8所述的偏振补偿膜，其中液晶膜相对于x轴形成的角度在约60°到约70°范围。

11、根据权利要求9所述的偏振补偿膜，其中所述液晶层的厚度在约4μm到约4.5μm范围。

12、根据权利要求7所述的偏振补偿膜，其中包含在液晶层中的液晶设置得在x-z平面上相对于z轴以约0°到90°的角度连续改变，其中z轴代表基本平行于正常波传播方向的方向，x轴代表基本平行于具有第一偏振态的正常波振荡方向的方向，且y轴代表基本垂直于x-z平面的方向。

13、根据权利要求12所述的偏振补偿膜，其中所述液晶沿棱镜形上部分的长度方向排列。

14、根据权利要求13所述的偏振补偿膜，其中所述液晶层的厚度在约6μm到约20μm范围。

15、根据权利要求1所述的偏振补偿膜，其中所述相差膜包括至少两个具有双折射特性的液晶层，且其中包含在每个液晶层中的所述液晶设置得在x-z平面上相对于z轴以约0°到90°的角度连续改变，其中z轴代表基本平行于正常波传播方向的方向，x轴代表基本平行于具有第一偏振态的正常波振荡方向的方向，且y轴代表基本垂直于x-z平面的方向。

16、根据权利要求15所述的偏振补偿膜，其中透明粘结层形成在液晶层之间。

17、根据权利要求15所述的偏振补偿膜，其中所述液晶沿棱镜形上部分的长度方向排列。

18、根据权利要求15所述的偏振补偿膜，其中所述液晶对称排列在相邻液晶层之间。

19、根据权利要求15所述的偏振补偿膜，其中所述液晶在每个液晶层中基本排列相同。

20、一种制造偏振膜的方法，包括：

形成具有棱镜形上部分的透明树脂层；

在所述透明树脂层上形成下配向层；

摩擦所述下配向层；

在所述下配向层上形成具有双折射特性的液晶层；和

硬化所述液晶层。

21、根据权利要求20所述的方法，其中形成所述透明树脂层包括：

制备基膜；和

在所述基膜上形成具有棱镜形状的棱镜层。

22、根据权利要求21所述的方法，其中所述棱镜层的折射率基本与包含在所述液晶层中的液晶的短轴的折射率相同。

23、根据权利要求20所述的方法，其中所述棱镜形状的倾斜角度在约60°到70°范围。

24、根据权利要求20所述的方法，其中所述棱镜形状的节距尺寸在约10μm到20μm范围。

25、根据权利要求20所述的方法，还包括热处理所述下配向层。

26、根据权利要求25所述的方法，其中热处理所述下配向层在不超过130℃的温度下进行。

27、根据权利要求20所述的方法，其中所述下配向层被沿着基本平行于所述棱镜形上部分的长度方向的方向摩擦。

28、根据权利要求20所述的方法，其中所述下配向层被沿着基本垂直于所述棱镜形上部分的长度方向的方向摩擦。

29、根据权利要求20所述的方法，其中所述液晶层被紫外线硬化。

30、一种制造偏振膜的方法，包括：

形成具有棱镜形上部分的透明树脂层；

在所述透明树脂层上形成下配向层；

摩擦所述下配向层；

形成具有双折射特性的液晶层；

形成被摩擦的上板，其具有与所述下配向层的摩擦方向基本相同的摩擦方向；

将所述被摩擦的上板与所述透明树脂层组合，所述液晶层设置在所述被摩擦的上板与透明树脂层之间；和

硬化所述液晶层。

31、根据权利要求30所述的方法，还包括除去所述上板。

32、根据权利要求30所述的方法，还包括热处理所述下配向层。

33、一种液晶面板组件，包括：

显示面板，显示图像；

第一偏振板，设置在所述显示面板上方；

第二偏振板，设置在所述显示面板下方；和

偏振补偿膜，设置在所述第一偏振板上方，

其中所述偏振补偿膜包括：

偏振棱镜膜，将入射自然光波分为具有第一偏振态的正常波和具有第二偏振态的异常波，所述异常波相对于所述正常波形成预定角度；和

相差膜，将从所述偏振棱镜膜入射的所述异常波的第二偏振态转变为第一偏振态。

34、根据权利要求33所述的显示面板组件，其中所述偏振棱镜膜包括具有彼此不同的折射率的第一层和第二层，且其中所述第一层和第二层之间的界面具有棱镜形状。

35、根据权利要求34所述的显示面板组件，其中所述正常波在界面处直线行进，且其中所述异常波从界面处相对于所述正常波以预定角度折射。

36、根据权利要求34所述的显示面板组件，其中所述第一层包括透明树脂层，且其中所述第二层包括具有双折射特性的液晶层。

37、根据权利要求33所述的显示面板组件，其中所述相差膜包括具有双折射特性的液晶层。

38、根据权利要求33所述的显示面板组件，其中所述第一偏振板包括相应于第一偏振态的光透射轴。

39、根据权利要求33所述的显示面板组件，其中所述显示面板包括：

下基板，其包括反射从第一偏振板入射的光的反射区和透射从第二偏振板入射的光的透射区；

上基板，组装以面对所述下基板；和

液晶层，设置在所述下基板与上基板之间。

40、根据权利要求39所述的液晶面板组件，其中所述下基板包括：

栅极线；

数据线，与所述栅极线绝缘，所述数据线交叉所述栅极线；

开关装置，与所述栅极线和数据线连接；

透明电极，与所述开关装置连接；和

反射电极，与所述透明电极连接，所述反射电极形成所述反射区。

41、根据权利要求40所述的显示面板组件，其中所述上基板包括：

产生颜色的滤色器层；和

公共电极，形成在所述滤色器层上以面对所述透明电极和反射电极。

42、根据权利要求33所述的显示面板组件，还包括设置在所述偏振补偿膜上方的光控膜，把从任何方向入射的自然光波的光路改变为垂直于所述偏振补偿膜的方向。

43、根据权利要求33所述的显示面板组件，还包括设置在所述显示面板和第一偏振板之间的λ/4膜，把圆偏振态改变为线偏振态，并将线偏振态改变为圆偏振态。

44、根据权利要求33所述的显示面板组件，还包括设置在所述第二偏振板下方的背光单元，向所述第二偏振板提供光。

45、根据权利要求44所述的显示面板组件，其中所述显示面板包括从包含反射板和透反板的组中选择的任何一个。

46、一种显示面板组件，包括：

显示面板，显示图像；

第一偏振板，设置在所述显示面板上方；

第二偏振板，设置在所述显示面板下方；

偏振补偿膜，设置在所述第二偏振板下方；和

背光单元，设置在所述第二偏振板下方，向所述第二偏振板提供光，

其中所述偏振补偿膜包括：

偏振棱镜膜，将从所述背光单元入射的自然光波分为具有相应于第二偏振板的光透射轴的第一偏振态的正常波和具有第二偏振态的异常波，所述异常波相对于所述正常波形成预定角度传播；和

相差膜，将从所述偏振棱镜膜入射的所述异常波的第二偏振态转变为第一偏振态。

47、根据权利要求46所述的显示面板组件，其中所述显示面板包括透射面板。

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