CN2684229Y - 一种应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置，包括：一上位相偏差补偿组，该上位相偏差补偿组具有复数层位相偏差补偿层；一下位相偏差补偿组，该下位相偏差补偿组具有复数层位相偏差补偿层；上位相偏差补偿组与下位相偏差补偿组之间具有一液晶芯片层。本实用新型利用该上、下位相偏差补偿组所组成的偏光板，应用于高对比与超广视角的多区域垂直排列的液晶显示器(MVA－LCD)，即可补偿和达到提高产品的对比与视角的位相偏差。

Description

一种应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置

技术领域

本实用新型提供一种应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置，尤指一种利用其偏光板应用于高对比与超广视角的多区域垂直排列的液晶显示器(MVA-LCD)，即可补偿和达到提高产品的对比与视角的位相偏差。

背景技术

近十年来，由于光电产业的蓬勃发展，计算机相关设备也随着光电产业的发展朝向轻量化、薄型化、省电与低辐射等方向发展。而传统的CRT显示器由于体积过于庞大与笨重，更因有辐射的问题，对于现今一切朝向轻量化、薄型化与健康考虑等的社会而言，实属一过时的产品。液晶显示器(Liquid Crystal Display；以下简称LCD)就是为了针对此目的而开发的显示技术。最初的液晶显示器，由于位相差的补偿技术未臻成熟，因此甚会有所谓的″鬼影″出现，颜色也会相互渗染，在显相的技术上可以说是极度失真。所谓的″位相差″可大致解释为由于LCD屏幕的中间层<LC晶粒层>在通电后，晶粒的排列呈现倾斜状，进而有光的绕射、通过不同介质所生的折射等现象而造成的位相偏移状态。然而随着个人数字助理(PDA)、平板型计算机(TabletPC)，甚至液晶电视的出现，高画质LCD显示器的需求正与日剧增。

LCD目前最受人指责的缺点为它狭窄的观看角度与严重的色偏现象。针对这个问题，研究人员近几年已经发展出几种不同的显示方式来改善狭窄观看的角度。其中的一为多区域垂直排列(MVA；Multi-domain Vertical Alignment))的薄膜晶体液晶显示器(TFT LCD；ThinFilm Transistor Liquid Crystal Display)是一种新垂直排列的概念，他们提供一个在视觉方面的宽视角，显示颜色方面高对比、高色彩饱和度和显示方面的快速反应时间。

以下将就Mr.Yoshio Koike与Dr.Kenji Okamoto所著述的文献″Super High Quality MVA TFT Liquid Crystal Display″提及的已知技术中大略的三种LCD系统进行介绍。请参阅图1-1至图1-3所示，为三种已知LCD的单一晶粒排列示意图，这三种LCD图1-1所示的TN(Twisted Nematic；扭转向列型)系统的LCD、图1-2所示的IPS(In-plane-switching；面内转换型)系统的LCD和图1-3所示的VA(VerticallyAligned；垂直排列型)系统的LCD，然而都是根据不同的操作原理。在传统的扭转向列型内，没有通电时，即图1-1虚线左边的图式，LC晶粒的排列几乎与前基材和后基材是在相同的平面。然而，数个棒状晶粒在两基材间排列时，是呈现相互倾斜的，而其渐渐倾斜的角度从上基材到下基材时总共呈现90°的倾斜偏差。当没有电场通过时，光线可以通过上基材的偏光板、该上下基材间的晶粒层与下基材的偏光板，于是光线在显示器上是呈现白色的。当有电场通过时，倾斜扭曲的晶粒排列结构被破坏，晶粒变得对基材几乎垂直，进入的偏极光现在没有被旋转就通过晶粒层，即因没有旋转，光再通过下基材后的偏光板时会被阻绝，于是产生黑色在显示器上。在TN LCD里，即使当全部的电压施于其上，如图1-1虚线右边的图式，LC晶粒亦不完全垂直。因此，在暗状态时，黑色不够黑，即有漏光现象产生。而且，当施以一中间电压时，LC晶粒在多元的极化排列中从不同的角度会产生不同的影像。也就是说，观察者从正面以外的角度观察时会失真。

如图1-2所示，在IPS系统中，晶粒的排列与基材在同一面上，且其倾斜或旋转的角度视施与的电压多少而定，如此，也解决了因多极化晶粒排列所衍生出视角过窄的问题。同样地，图1-2虚线右边通电状态，虚线左边未通电状态。但是，在IPS里，存在一些不可避免的波长散布着，因此透射度也因不同的颜色而不同。也就是说，有一些颜色会因视角与施以的电压不同而不同。此外，该系统的反应很慢，因为LC晶粒是在一电场相当弱的两基材面间上旋转的，该电场是由一对精密模具化的电极所形成。该二电极之间隔较两个基材之间隔开大，如此可求得已知LCD的反应速度。

如图1-3所示，VA系统不同于TN和IPS系统。在VA系统内，当没有施予电压时，即图1-3虚线左边的图式，LC晶粒排列是与基材垂直的，产生一黑色影像在LCD显示器上。当使用电压时，即图1-3虚线右边的图式，晶粒移动到一个水平的位置，产生一幅白色的影像。没有电压时，所有LC晶粒，包括那些在基材边界上的皆是完全垂直。在这样的状态下，偏极光信道通过该上下基材间的LC晶粒层是不会被中断的，但却会被前偏光板阻隔，由于这是一种完全性光线的阻隔，故所产生的黑色是一种纯黑且由上下左右视角观之皆是同样程度的黑。该系统具有快速的反应速度却没有扭曲或倾斜的结构，并且具有LC晶粒仅仅在垂直与水平调整之间改变的特性。但是，如同一般的TNLCD，VA系统的视角大小仅属中间等级。

请参阅图2-1及图2-2所示，已知技术的单一区域垂直排列LCD单一晶粒与已知技术的多区域垂直排列LCD单一晶粒的比较示意图。图2-1的已知技术的VA技术均匀地倾斜LC晶粒以展示出一个中间灰度。因为是均匀地倾斜排列，所以亮度取决于视角。当从前面观看时，观众看见的光仅仅是一部分，因为若是从前面观的，倾斜的晶粒其双折射效应也祗造成部份的视觉而已。如果由倾斜方向观察这个基层组织，双折射效应随即消失，且这块区域也变黑。另一方面，若由与倾斜角垂直的方向观察，双折射效应会发挥到最大，并产生高亮度。

为了解决这个问题，多区域(domain)技术于焉产生。图2-2中，左右两侧的晶粒被安排在相反的方向倾斜，若定义朝相同方向倾斜的区域是一极小区域，结合这些小区域将使得亮度与视角提高很多。参阅图3-1至图3-2所示，已知技术的多区域LC晶粒层排列示意图。目前已经发展出一种不需要摩擦配向(rubbing)的一新LC排列技术。新技术即在基材上设置复数个凸起(ridge)，以达成使晶粒倾斜排列的条件。当电位差穿过两个基材时，在凸起周围的倾斜电场中会使LC晶粒倾斜，如图3-1所示。这方法提供一种形成区域的模式，因为倾斜电场与凸起上的倾斜排列晶粒在方向上是相合的。利用此种方法，LC晶粒自动区分为成为二块区域，并具有相反视角的特性，因此产生了具有宽视角的晶粒组织(cell)。这种排列技术称为″区域自动形成组态(ADF；Automatic Domain Formation)″。请参阅图3-2，为了更进一步稳定LC区域，分别在上下两基材设置复数个凸起。有了这技术，经由更改凸起在基材上的配置使得任何LC区域的获得将是轻而易举的一件事，特别是一种具复数条带状凸起结构。图3-2的上层图未通电的LC晶粒排列状态，而图3-2的下层图通电的LC晶粒排列状态。然而，藉由制造凸起而至各种区域的分格式一种设计，也有在基材上制造出一或复数个凹槽的设计，该凹槽设计具有异曲同工的妙。近年来，更有将两种设计合并使用，以其达到更好的效果。

请参阅图4所示，已知技术中应用于TFT-LCD的复数条带状凸起示意图。对我们已经发展的MVA LCD来说，四块区域可以使VALCD的性能最大化。此种锯齿形的凸起设计，得到一种四区域型式的MVA-LCD。以此为例，介于偏极片的吸收轴与LC晶粒的长轴的角度是45°，因此，光的使用效率是最大的。

请参阅图5所示，已知技术的单一区域垂直排列LCD与已知技术的多区域垂直排列LCD的视角与对比值的比较示意图。图5的左图的单一区域垂直排列LCD显示在视角为0°时，对比值是50，当视角为80°，对比值为10；右图的多区域垂直排列LCD显示在视角为0°时，对比值是300，当视角为80°，对比值为10。而右图的深灰色与浅灰色的区域分布非常平均，代表着位相差很平均，在屏幕显示上，不同的角度所显示的颜色差距不大。反观左图，其深灰色与浅灰色的区域分布非常地不平均。

如上所述，为了增进现有的多区域垂直排列LCD(MVA-LCD；Multi-domain Vertical Alignment Liquid Crystal Display)的视角与对比，偏光板大多利用双轴延伸偏光板来进行位相差补偿，其光学量测结果显示对比可以有效地提升，对比(CR)为10的区域具有扩展至视野角80°的效果。然而，现有光学补偿方法虽然可以将视角扩展至全视角，但是对比分布还是无法达到有效的扩展，特别在于视角45°-225°方向与135°-315°方向依然无法有效提升至对比大于20，造成依此方向观看时，依然会有对比相对不足情形产生。因此，如何研发出一种位相差补偿的结构，以提高上述两个视角范围其对比大于20，是本实用新型所进行研讨与揭示的技术。

发明内容

本实用新型的主要目的提供一种应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置，以利用其偏光板应用于高对比与超广视角的MVA-LCD，即可达到提高产品的对比与视角的目的。例如，广视角屏幕与液晶电视，可被提升至视角45°-225°方向与135°-315°方向的对比值达到20以上。

为达上述目的，本实用新型采用的技术手段如下：

一种应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置，其特征在于，包括：

一上位相偏差补偿组，该上位相偏差补偿组具有复数层位相偏差补偿层；

一下位相偏差补偿组，该下位相偏差补偿组具有复数层位相偏差补偿层；

上位相偏差补偿组与下位相偏差补偿组之间具有一液晶芯片层。

综合而言，本实用新型包括一上位相偏差补偿组，该上位相偏差补偿组具有复数层位相偏差补偿层，其排列由上而下可以如一透明基材、一偏极组件、一透明基材；一下位相偏差补偿组，该下位相偏差补偿组具有复数层位相偏差补偿层，其排列由上而下可以如第一层双轴延伸膜、第二层双轴延伸膜、一偏极组件、透明基材；上位相偏差补偿组与下位相偏差补偿组之间具有一液晶芯片层，且上位相偏差补偿组与下位相偏差补偿组的最外层更分别加置有一层表面处理层。

通过上述技术特征，本实用新型的有益效果表现为，该应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置具有增加视角、提高全视角时的对比与提高饱和度的功能。其该二层双轴延伸膜的补偿，使得在暗态时的辉度降低，尤其在45°-225°与135°-315°方向补偿为较佳，于是可达到于全视角时对比值大于20，另一方面，通过二层双轴延伸膜的补偿也使得色饱和度相对提高。

本实用新型还包括其它技术特征，兹通过下述具体实施例，并配合所示附图，对本实用新型详加说明。

附图说明

图1-1至图1-3为三种已知LCD的单一晶粒排列示意图。

图2-1、2-2为已知技术的单一区域垂直排列LCD单一晶粒与已知技术的多区域垂直排列LCD单一晶粒的比较示意图。

图3-1、3-2为已知技术的多区域LC晶粒层排列示意图。

图4为已知技术中应用于TFT-LCD的复数条带状凸起示意图。

图5为已知技术的单一区域垂直排列LCD与已知技术的多区域垂直排列LCD的视角与对比值的比较示意图。

图6-1至6-6为补偿膜的物理特性示意图。

图7-1、7-2为多区域LC晶粒排列示意图。

图8为本实用新型的一较佳实施例。

图中编号说明

11上表面处理层

12第一TAC(三醋酸纤维)

13第一PVA(聚乙烯醇)

14第二TAC(三醋酸纤维)

15LC晶粒层

16第一双轴延伸膜

17第二双轴延伸膜

18第二PVA(聚乙烯醇)

19第三TAC(三醋酸纤维)

20下表面处理层

具体实施方式

请参阅图6-1至图6-6所示，补偿膜的物理特性示意图。如图6-1所示，一坐标定位图，定义出x、y与z的方向，且显示x轴的折射率、y轴的折射率与z轴的折射率为一标准图式，因此以nx＝ny＝nz表示的。一般而言，补偿膜具有三种膜，一种A-plate，如图6-2与图6-3，一种C-plate，如图6-5与图6-6，而另一种双轴延伸膜(biaxial plate)，如图6-4。而A-plate又区分为p-A-plate(positive A-plate)，图6-2所示，与n-A-plate(negative A-plate)，图6-3所示，其所具有的物理特性如下：

p-A-plate：nx>ny＝nz，n-A-plate：nz＝nx>ny；

C-plate又区分为p-C-plate(positive C-plate)，如图6-6所示，与n-C-plate(negative C-plate)，如图6-5所示，其所具有的物理特性如下：

p-C-plate：nz>nx＝ny，n-C-plate：nx＝ny>nz；

双轴延伸膜(biaxial plate)，如图6-4所示，所具有的物理特性：nx>ny>nz。其中nxx轴的折射率，nyy轴的折射率，nzz轴的折射率。由此，以下的公式定义出平面折射R0与厚度折射Rth，即：

R0＝(nx-ny)*d，Rth＝(((nx+ny)/2)-nz)*d或Rth＝(nx-nz)*d；其中，d光线通过一介质的路径长度。

由以上所述可知，p-A-plate在x方向的折射率最大，y与z方向的折射率相等；n-A-plate在z与x方向的折射率相等，y方向的折射率最小；p-C-plate在z方向的折射率最大，x与y方向的折射率相等；n-C-plate在x与y方向的折射率相等，z方向的折射率最小；双轴延伸膜则在x方向的折射率最大，y方向的折射率其次，z方向的折射率最小。

请参阅图7-1及图7-2所示，多区域LC晶粒层排列示意图。此为MVA-LCD晶粒层中晶粒垂直与倾斜的状态。当没有通以电流时，如图7-1所示，即无电场存在，每一个晶粒皆以近乎垂直的角度直立着，此时也是呈现暗态的状态；而若通以电流，如图7-2所示，即有电场存在时，每一个晶粒皆以倾斜的角度立着，此时也是呈现亮态的状态。

请参阅图8所示，本实用新型的一较佳实施例。图6中所提及的LC晶粒层此时位于中间部位的一LC晶粒层15，本实用新型即在对LC晶粒层15于亮态与暗态时所产生的位相偏差作补偿。本实施例的主要排列组合成一液晶屏幕显示层，组成的顺序是一上表面处理层11；一上偏光板，共包括一第一TAC(三醋酸纤维)12、一第一PVA(聚乙烯醇)13、一第二TAC(三醋酸纤维)14；LC晶粒层15；一下偏光板，共包括一第一双轴延伸膜16、一第二双轴延伸膜17、一第二PVA(聚乙烯醇)18、一第三TAC(三醋酸纤维)19；一下表面处理层20。当LC晶粒层15呈现暗态时，晶粒是直立的，此时即产生了厚度方面的折射，必须依靠其它补偿膜将其厚度方面的折射补偿回来，即Rth的部分。于是，所配置的第二TAC(三醋酸纤维)14、第一双轴延伸膜16与第二双轴延伸膜17可将LC晶粒层15产生的Rth补偿；当LC晶粒层15呈亮态时，晶粒是倾斜的，此时即产生了平面方面的折射，必须依靠其它补偿膜将其平面方面的位相差补偿回来，即R0的部分。于是，所配置的第一双轴延伸膜16与第二双轴延伸膜17可将LC晶粒层15产生的R0补偿，如此，所有的折射误差都可补偿回来。其它相关组件，如上表面处理层11与下表面处理层20具有保护性、抗眩性、抗反射性、防刮性、防污性、防静电性等；第一TAC(三醋酸纤维)12与第三TAC(三醋酸纤维)19具有保护性；第一PVA(聚乙烯醇)13与第二PVA(聚乙烯醇)18偏光板，具有过滤光线的效果，能达成纯化光线的目的。

以上所述本实用新型一较佳实施例，然而，第一TAC(三醋酸纤维)12、第一PVA(聚乙烯醇)13、第二TAC(三醋酸纤维)14、第一双轴延伸膜16、第二双轴延伸膜17、第二PVA(聚乙烯醇)18、第三TAC(三醋酸纤维)19仍有其它的排列组合，即不同的实施例，如一第二实施例的上偏光板由上而下依序为：TAC(三醋酸纤维)、PVA(聚乙烯醇)、第一层双轴延伸膜、TAC(三醋酸纤维)；下偏光板由上而下依序为：第二层双轴延伸膜、PVA(聚乙烯醇)、TAC(三醋酸纤维)。一第三实施例的上偏光板由上而下依序为：TAC(三醋酸纤维)、PVA(聚乙烯醇)、第一层双轴延伸膜、第二层双轴延伸膜；下偏光板由上而下依序为：TAC(三醋酸纤维)、PVA(聚乙烯醇)、TAC(三醋酸纤维)。

甚者，第一较佳实施例中，因为该下位相偏差补偿组具有二层双轴延伸膜，该位相偏差补偿装置具有增加视角、提高全视角时的对比与提高饱和度的功能。其该二层双轴延伸膜的补偿，使得在暗态时的辉度降低，尤其在45°-225°与135°-315°方向补偿为较佳，于是可达到于全视角时对比值大于20，另一方面，通过二层双轴延伸膜的补偿也使得色饱和度相对提高。

虽然本实用新型以一较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围以所述的说明书及权利要求书的内容为准。

Claims (13)

1.一种应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置，其特征在于，包括：

一上位相偏差补偿组，该上位相偏差补偿组具有复数层位相偏差补偿层；

一下位相偏差补偿组，该下位相偏差补偿组具有复数层位相偏差补偿层；

上位相偏差补偿组与下位相偏差补偿组之间具有一液晶芯片层。

2.如权利要求1所述的一种应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置，其特征在于，该上位相偏差补偿组的上面更可设置一表面处理层。

3.如权利要求1所述的一种应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置，其特征在于，该下位相偏差补偿组的上面更可设置一表面处理层。

4.如权利要求2或3所述的一种应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置，其特征在于，该表面处理层为抗眩性处理层。

5.如权利要求2或3所述的一种应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置，其特征在于，该表面处理层为抗反射性处理层。

6.如权利要求2或3所述的一种应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置，其特征在于，该表面处理层为防刮性处理层。

7.如权利要求2或3所述的一种应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置，其特征在于，该表面处理层为防污性处理层。

8.如权利要求2或3所述的一种应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置，其特征在于，该表面处理层为抗静电性处理层。

9.如权利要求1所述的一种应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置，其特征在于，该上位相偏差补偿组的复数片位相偏差补偿层其排列方式由上而下依序为：透明基材、偏极组件、透明基材；该下位相偏差补偿组的复数片位相偏差补偿层其排列方式由上而下依序为：第一层双轴延伸膜、第二层双轴延伸膜、偏极组件、透明基材。

10.如权利要求1所述的一种应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置，其特征在于，该上位相偏差补偿组的复数片位相偏差补偿层其排列方式由上而下依序为：透明基材、偏极组件、第一层双轴延伸膜、透明基材；该下位相偏差补偿组的复数片位相偏差补偿层其排列方式由上而下依序为：第二层双轴延伸膜、偏极组件、透明基材。

11.如权利要求1所述的一种应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置，其特征在于，该上位相偏差补偿组的复数片位相偏差补偿层其排列方式由上而下依序为：透明基材、偏极组件、第一层双轴延伸膜、第二层双轴延伸膜；该下位相偏差补偿组的复数片位相偏差补偿层其排列方式由上而下依序为：透明基材、偏极组件、透明基材。

12.如权利要求9、10或11所述的一种应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置，其特征在于，该透明基材的材质为三醋酸纤维TAC、聚碳酸脂PC、环烯共聚合物COC。

13.如权利要求9、10或11所述的一种应用于液晶显示装置的位相偏差补偿装置，其特征在于，该偏极组件的材质为聚乙烯醇PVA。

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