TWI270700B - Liquid-crystal display - Google Patents

Description

1270700 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域] 本發明係有關於液晶顯示裝置（liquid-crystal display ;以下稱之為LCD )中用以改善光視角特性的液晶 顯示裝置。 【先前技術】 本發明係有關於一種液晶顯示裝置，具體而言係有關 於一種使具有負或正介電率異方性液晶之垂直配向液晶顯 示裝置（vertically aligned liquid-crystal display, VA-LCD )的黑狀態色彩變化最小化，而來改善正面傾斜角 之光視角特性的雙軸相位差膜層之垂直配向液晶顯示裝置 (以下稱之為“ VA-LCD” ）。 最近，在平面顯示器領域中，最被廣為使用的液晶.顯示 裝置（LCD)中的最大缺點之一是視角狹窄，在液晶顯示 裝置中因視角之不同而看到不同影像的原因有：第一，因 液晶之異方性而起的，第二’因偏光板之不完全性而起的。 為了改善這樣之液晶顯示裝置其中缺點之一的光視角 問遞’需達成完全黑之狀態（dark state)與均勻亮度 (brightness )的要求，尤其是，與TN模式相異之液晶初 期配向為垂直方向的VA-LCD中，使視角特性降低之問題 點可舉較大的二個例子，第一為直交偏光板之視角相關 性，第二為VA-LCD面板之複折射特性的視角相關性。 隨著這樣的要求與問題’進行多種用以改善液晶顯示裝 5

1270700 置之光視角的試驗，具體的改善方法可舉例如使用 償膜，其可補償一因應角度所致And (複折射與試 之積）變化而產生的狹窄視角；另一種是使用多重 方式，亦即將像素分成多數個領域，而使其視角提 使用視角補償膜來改善VA-LCD之光視角的具骨 美國專利4,889,4 1 2號中揭示的VA-LCD，在未施加 狀態下，使用一用以補償VA-LCD之黑狀態（dark 的-C-plate補償膜（將面方向中之 X軸方向折射 nx，Y軸方向折射率設為ny，Z轴方向折射率設為 nx = ny>nz )，然而，因僅含有-C-plate補償膜的VA-辦法作到完全補償，因而在傾斜角會有漏光之缺點 此外，美國專利第6，141，075號中揭露一種含有-補償膜與A-plate補償膜的補償膜例，其與習知相 施加電壓之狀態下的VA-LCD黑狀態（dark state ) 佳之補償，但在此場合下，黑狀態中在傾斜角70度 小對比度只有 2 0 : 1，若要有更佳的視角補償，則 正面傾斜角中的對比度，且同時必須改善黑狀態下 變化。 【發明内容】 本發明之目的在於提供一種在 VA-LCD之正面 度中可獲得高對比特性，且藉由使傾斜角中之黑狀 變化最小化而改善VA-LCD之視角特性的液晶顯示 為了達成前述目的，本發明提供一種液晶顯示裝 視角補 片間隔 領域的 高。 I例：如 電壓之 state ) 率設為 nz時， LCD沒 〇 C-plate 較，未 雖有較 時之最 要改善 之色彩 傾斜角 態的色 良置。 置，其 6 1270700

特徵在於包含有：二片上下側玻璃基板；位於該二片玻璃 基板間，且光吸收軸相互垂直的二片偏光板；位於該二片 偏光板之間，且具有介電率異方性為負或正值的一垂直配 向面板；以及一相位差膜，此相位差膜滿足下述數學式1、 2及3之條件，位於該二片偏光板之間，且具有位於與相 鄰偏光板之吸收軸垂直位置上的二光軸，其在可見光範圍 内，波長增加，則平面内之相位差值（R i η )因具有逆波長 分散特性而增加，而厚度方向之相位差值（Rth )的絕對值 因具有正常波長分散特性的負值而減少，在可見光之範圍 内，其平面内之相位差值（Rin)與厚度方向之相位差值 (Rth )的總和於3 0〜1 5 Onm之範圍，且比例於波長，該垂 直配向面板之液晶分子的方向子在該二片玻璃基板間未施 加電壓之狀態時係呈7 5〜9 0度之預傾角。 [數學式1] nx>ny>nz (式中，該ηχ為膜之平面内X軸方向的折射率，ny為膜 之平面内的y轴方向的折射率，nz為膜之厚度方向的折射 率。） [數學式2]

Rin = d X (nx-ny) (式中，該Rin為膜之平面内的相位差值，該nx為膜之 平面内X軸方向的折射率，ny為膜之平面内的y軸方向的 折射率，該d為膜之厚度。） [數學式3] 7 1270700

Rth = (nz-ny) x d (式中’該Rth為膜之厚度方向的相位差值，nz為膜之 厚度方向的折射率，^為膜之平面内之y軸方向的折射 率’該d為膜之厚度。） 該預傾角為87〜90度，而以89〜90度較佳。 該垂直配向面板之液晶層的相位差值在55〇nm波長下 為80〜400nm，而以80nm〜300nm較佳。 在施加電壓時，該垂直配向面板之液晶分子的方向子 (director)與該偏光板之吸收軸呈45度。 在40〇nm、5 50nm、700nm之波長下之各別平面内相位 差值 Rin，4〇0、Rin，5 5 0、Rin，7 0 0 為：二波長 4〇〇nm、55〇nm 中 之波長分散特性Rin，400/Rin，55()於〇·4〜〇 9之範圍，而二波 長55〇nm、700nm中之波長分散特性Rin 7〇()/Rin 55〇則於ι」 〜1 · 8之範圍。 400nm、5 50nm、700nm波長下之各別厚度方向之相位 差值 Rth，4〇〇、Rth，5 5 0、Rth，7 0 0 為：二波長 4〇〇nm、55〇nm 中 之波長为政特性Rth，40〇/R，550於1·〇5〜1.4之範圍，而二波 長55〇nm、700nm中之波長分散特性Rth 7〇〇/Rth 55〇則於〇·5 〜0 · 9 5之範圍。 5 50nm波長下之該厚度方向相位差值（)於 -50nm〜- 500nm之範圍。 該相位差膜係藉由將習用之具有正複折射率之一第一 單體’以及習用之具有負複折射率之一第二單體，進行共 t合或此合之方法而製成之聚合物，加以延伸製作而成。 8 1270700 内 性 及 如 配 、 度 是 晶 -> 光 面 光 面 該相位差膜亦可藉由至少二片以上對應波長其平面 之相位差值（Rin )與厚度方向之相位差值（Rth )相關 不同的相位差膜層積而製作成。 前述本發明之目的與特徵以及優點，藉由所附之圖面 以下之詳細說明，將可以更容易了解。 以下，即參考附圖，就本發明之構成及作用詳細說明 下。

【實施方式】 第1圖至第3圖例示出一依據本發明而現之VA-LCD 該V A _ L C D液晶胞係由吸收轴相互垂直之二偏光板1 0 0 11 0，配置於該二偏光板之間的垂直配向面板2 0 0，以及 置於該二偏光板與垂直配向面板之間的的相位差膜 3 0 0 3 1 0所構成。其中，該偏光板1 00、1 1 0具有一具習用厚 方向之相位差值的TAC(triacetate cellulose)保護膜，或 一無厚度方向之相位差值的其它保護膜。 第1圖與第2圖為一根據實施例1而成之VA-LCD液 胞構造，其使用具有雙軸之相位差膜300或310中之一名 將其配置於與垂直配向面板200相互垂直之二上下方偏 板1 1 0、1 00之間，並保持3〜8 // m之間隔。 第1圖為實施例1，將相位差膜3 0 0配置於垂直配向 板200與下方偏光板100之間。其中該相位差膜3 00之 軸垂直於該下方偏光板1 0 0之吸收軸。 第2圖為實施例2，將相位差膜3 1 0配置於垂直配向 9

1270700 板2 〇 〇斑u 4* 〃上方偏光板11 〇之間。其中該相位差 幸由垂直於兮w ^ 々、通上方偏光板11 〇之吸收軸相。 第3圖為根據實施例3而成之VA-LCD液晶 使用一個相位差膜3 1 0、3 0 0，將其分別配置於 @板200相互垂直之二上下方偏光板110、100 持3〜8 " m之間隔。第3圖所示係將一個相位 置於垂直配向面板2〇〇與下方偏光板1〇〇之間 才目位差膜310配置於垂直配向面板200與上方 之間者。其中，配置於該垂直配向面板200與 1 〇〇之間的相位差膜3 〇〇其光軸係垂直於下方 之吸收軸’而配置於垂直配向面板2 〇 〇與上方 之間的相位差膜3丨〇其光軸係垂直於該上方偏 吸收軸。 本發明中之相位差膜 300、310具有 nx>ny 率。其中，nx表示與膜之表面相平行之x軸方向 表示與膜之表面相平行之y軸方向的折射率 直於膜之表面之厚度方向的折射率。 該等相位差膜其有以下之主要特性。 该專相位差膜之平面内相位差值（in-plane value，Rin = dx(nx-ny)，其中 d為膜厚度）具有i (reversed wavelength dispersion )特性，在可 之波長增加時相位差值亦增加。 該等相位差膜之厚度方向的 (Rth = dx(nz-ny)，其中d為膜厚度）係一負值 臈31〇之光 胞構造，其 與垂直配向 之間，並保 差膜300配 ’將另一個 偏光板110 下方偏光板 偏光板100 偏光板1 0 0 光板1 1 0之 >nz之折射 的折射率， ，nz表示垂 retardation £波長分散 見光範圍内 :目位差值 ，且必須具 10 1270700 有正 Φ 逆波長分散（normal wavelength dispersion)特性， 在可見光範圍内波長增加時，厚度方向之相位差值的絕對 值減少。 第4圖係本發明所揭相位差膜之相位差值隨著波長而 ’艾之相關性參考圖，其係顯示出該相位差膜之厚度方向的 相位差值波長分散特性（Rth x/Rth 55())，以及平面内之相位 差值波長分散特性（Rin；i/Rin，55())。 根據第4圖所示，在本發明所揭相位差膜中’平面内相 位差值之適當波長分散特性，係指二波長400nm、55〇nm 之相對相位差比值（Rin 4〇〇/Rin 55〇 )於〇.4〜〇·9之範圍； 而一波長55〇nm、70〇nm之相對相位差比值（Rin，7〇〇/Rin，55〇) 必須於I·1〜1 ·8之範圍。其中，Rin，4〇o係指400nm波長下 平面内相位差值’而係指波長下之平面内 相位差值，Rin，7G0係指70〇nm波長下之平面内相位差值。 本發明之相位差膜的平面内相位差值Κη，？⑽=dx(n^ny) 之適當範圍，係5 50nm波長下於3〇nm〜 15〇nm。 又，本發明之相位差膜的厚度方向上的相位差值之適當 波長分散特性，係指二波長4〇〇nm、55〇nm之相對相位差 比值（Rth，4〇〇/Rth，55〇)於之範圍；而二波長 W〇nm、700nm之相對相位差比值（Rth，_/Rth 55〇)必須於 〇·5〜0.95之範圍。 月J述厚度方向的相位差值Rth，55〇= dx(nz_ny)之適當範 圍’係5 50nm波長下於-50nm〜_500nm。 因此，若使用本發明之相位差膜，來製作第丨圖至第3 1270700 圖 之 化 下 補 比 狀 所示之液晶顯示裝置，在傾斜角下，可完全補償Va_lcd 黑狀態，且可使黑狀態、明狀態、RGB色之色變化最小

碳 ( 度 在 補 果 黑 揭 及 著 差 弟5圖為應用本發明所揭相位差膜 隨視角而變之穿透度（a)，以及應用習用雙轴性相位差 償膜之VA-LCD在黑狀態下隨視角而變之穿透度（b)的 較結果，從中可以獲知應用本發明所揭相位差膜者在黑 態下之補償特性較為優秀。 在此供參考的是，既有之雙軸性相你* 1上 又竿由『生相位差補償膜係使用聚 酸S旨相位差膜’其波長分散特性儀「’、、K t h，4 0 〇 / R t h，5 5 0 )= Rin，40〇/Rin，550) =1.15 0 第6圖所示，係方位角〇〜7 〇廑銘 、 度軌圍之傾斜角每變更2 並使用白色光時’應用本發明所据, 所揭相位差膜之VA-LCD 黑狀態下之色變化情形（a)，以及庫 次應用習用雙軸性相位差 償膜之VA-LCD在黑狀態下之色變化情形的比μ :其中可以了解應用本發明所揭相位差膜者有最小之在 狀態下的色變化。 與使用現有雙軸性相位差補償膜. 貝胰者相較，使用本發明所 相位差膜時，之所以能夠在黑狀態 ^心下有較低之穿透度以 在黑狀態下有較小之色變化，係因 u為其牙透度變化係隨 波長而保持一定之故。 至於製作本發明所揭相位差膜 乂古 万法，則可藉由將相位 值之波長相關性不同之現有層膜-_ 9 二片而成。 乂’本發明所揭相位差膜當然亦 」错由將習知之正複折 12 1270700 射率之第一單體，與習知之負複折射率之第二單體共聚合 製作而成之聚合物，或是將該第一單體與第二單體相混合 製作而成之聚合物加以延伸製作而成。 使用本發明之相位差膜，以補償VA-LCD的例子係如下 所示。 <實施例1 >

本例係如第 1圖所示，應用具雙軸之相位差膜的 VA-LCD，含有一垂直配向面板，其具有3 // m之間隙。且 使用一預傾角為89度，介電率異方性為Δε = -4.9、折射率 異方性Δη = 0.0979、波長分散特性Δη4〇〇/Αη55〇=1.096的 VA-LCD。因此，垂直配向面板之厚度方向的相位差值為 Rva，55〇 = 297nm。相位差膜係由聚碳酸酯系列材料所製 成，厚度方向之相位差值Rth(550nm)=-270nm。平面内相 位差值 Rin(550nm) = 67nm。厚度方向之相位差值的波長分 散特性Rth(450nm)/Rth(550nm)=1.15。平面内相位差值之波 長分散特性 Rin(450nm)/Rin(550nm) = 0.652。 使用該相位差膜作補償之 VA-LCD的對比度特性的模 擬結果顯示於第8圖中，使用該相位差膜作補償之VA-LCD 的黑狀態色變化則顯示於第6圖之（a )中。 <實施例2 > 本例係如第 2 圖所示，使用具雙軸之相位差膜的 VA-LCD，含有一垂直配向面板，其具有3 // m之間隙。且 使用一預傾角為89度，介電率異方性為Δε = -4.9、折射率 異方性Δη = 0.0979、波長分散特性Δη4〇〇/Δη55〇=1.096的 13 1270700 VA-LCD。因此，垂直配向面板之厚度方向的相位差值為 Rva，55〇 = 297nm ° 相位差膜係由TAC ( triacetate cellulose )系列材料所 製成，厚度方向之相位差值Rth(5 5 Onm) = -24 1 nm。平面内 相位差值 Rin(550nm) = 44nm。 厚度方向之相位差值之波長分散特性 Rth(450nm)/Rth(550nm)=1.12。平面内相位差值之波長分散 特性 Rin(450nm)/Rin(5 50nm) = 0.61。

使用該相位差膜作補償之VA-LCD的對比度特性的模 擬結果顯示於第9圖中，使用該相位差膜作補償之VA-LCD 的黑狀態色變化則顯示於第1 〇圖中。 <實施例3 > 本例係如第3圖所示，使用二片具雙軸之相位差膜的 VA-LCD，含有一垂直配向面板，其具有3 /z m之間隙。且 使用一預傾角為89度，介電率異方性為Αε= _4.9、折射率 異方性Δη = 0.0979、波長分散特性Ari4〇〇/An55〇=l.096的 VA-LCD。因此，垂直配向面板之厚度方向的相位差值為 Rva，5 5〇 = 29 7nm。該二片相位差膜分別由聚碳酸酯系列材 料所製成，厚度方向之相位差值Rth(550nm)=-119nm。平 面内相位差值Rin(550nm) = 44nm。 厚度方向之相位差值的波長分散特性 Rth(450nm)/Rth(550nm)=1.24。平面内相位差值之波長分散 特性 Rin(450nm)/Rin(550nm) = 0.585 〇 使用該相位差膜作補償之 VA-LCD的對比度特性的模 14 1270700 擬結果顯示於第 11圖中，使用該相位差膜作補償之 VA-LCD的黑狀態色變化貝J顯示於第12圖中。 根據該第8、9圖及第1 1圖，可確認本發明之液晶顯示 裝置中，在任何方位角下都具有高對比度特性；又根據該 第1 0圖及第1 2圖，可確認本發明之液晶顯示裝置中，傾 角中之黑狀態的色變化係最小化。

實施本發明可知，在具有雙軸性相位差補償膜之 VA-LCD中，可達成VA-LCD之傾斜角的完全黑狀態補償， 並可使黑狀態、明狀態及RGB狀態中之色變化情形最小化 而提高視角特性。 本發明雖己就所記載之具體例為中心作詳細說明，但在 本發明之範疇及技術思想範圍内，理所當然可以為熟於此 技人士作多樣之變形與修改，這些變形與修改亦當然都在 所附申請專利範圍内。 15 1270700 【圖式簡單說明】 第1圖為含有本發明實施例1之相位差膜之VA-LCD液 晶胞之立體圖。 第2圖為含有本發明實施例2之相位差膜之VA-LCD液 晶胞之立體圖。 第3圖為含有本發明實施例3之相位差膜之VA-LCD液 晶胞之立體圖。

第 4圖為本發明中所應用之相位差膜在厚度方向之相 位差值的波長分散特性，及在平面内之相位差膜的波長分 散特性間之相關性的圖示。 第5圖為應用本發明所揭相位差膜之VA-LCD在黑狀態 下，因應其視角之穿透度（a )，以及應用一般雙軸性相位 差膜之VA-LCD在黑狀態下，因應其視角之穿透度（b)的 模擬結果。 第6圖為45度方位角内，0〜70度範圍内之傾斜角每 變更2度並使用白色光時，應用了本發明所揭相位差膜之 VA-LCD的黑狀態色變化情形（a )，以及應用一般雙軸性 相位差膜之 VA-LCD在黑狀態下的色變化情形的模擬結 果。 第7圖為應用本發明所揭相位差膜之VA-LCD在黑狀態 下因應波長而變之穿透度（a )，以及應用一般雙軸性相位 差膜之VA-LCD在黑狀態下因應波長而變之穿透度（b)的 模擬結果。 第8圖為對於實施例1所揭VA-LCD構造，在使用白色 16 1270700 光下，對於任何方位角之0〜8 0度範圍之傾斜角，其對比 度比值的模擬結果。 第9圖為對於實施例2所揭VA-LCD構造，在使用白色 光下，對於任何方位角之0〜8 0度範圍之傾斜角，其對比 比值的模擬結果。 第10圖為對於實施例2所揭VA-LCD構造，在使用白 ' 色光下，對於45度方位角之0〜80度範圍之傾斜角，每次 變更2度，其黑狀態下之色變化情形的模擬結果。 # 第1 1圖為對於實施例3所揭VA-LCD構造，在使用白 色光下，對於任何方位角之〇〜80度範圍之傾斜角，其對 比比值的模擬結果。 第12圖為對於實施例3所揭VA-LCD構造，在使用白 色光下，對於45度方位角之0〜80度範圍之傾斜角，每次 變更2度，其黑狀態下之色變化情形的模擬結果。 【主要元件符號說明】 100 偏光板

110 吸收軸與偏光板1 0 0垂直之偏光板 200 垂直配向面板 300 具有雙軸之相位差膜 310 吸收軸與雙軸相位差膜 3 00垂直之具有雙軸之相位 差膜 17

Claims (1)

1270700 十、申請專利範爵： 1. 一種液晶顯示裝置，其特徵在於包含有： 二片上下側玻璃基板； 位於該二片玻璃基板間，且光吸收轴相互垂直的二片 偏光板； 位於該二片偏光板之間，且具有介電率異方性為負或 正值的一垂直配向面板；以及

一相位差膜，該相位差膜滿足下述數學式1、2及3 之條件，位於該二片偏光板之間，且具有位於與相鄰偏 光板之吸收軸垂直位置上的二光軸，其在可見光範圍 内，波長增加，則平面内之相位差值（Rin )因具有逆 波長分散特性而增加，而厚度方向之相位差值（Rth ) 的絕對值因具有正常波長分散特性的負值而減少，在可 見光之範圍内，其平面内之相位差值（Rin)與厚度方 向之相位差值（R t h )的總和於3 0〜1 5 0 n m之範圍，且 比例於波長，該垂直配向面板之液晶分子的方向子在該 二片玻璃基板間未被施加電壓之狀態時係呈75〜90度 之預傾角； [數學式1] Πχ>Πγ〉Πζ 該ηχ為膜之平面内X軸方向的折射率， 該ny為膜之平面内的y軸方向的折射率， 該nz為膜之厚度方向的折射率， [數學式2] 18 1270700 Rin = d x (nx-ny) 該Rin為膜之平面内的相位差值， 該nx為膜之平面内X軸方向的折射率， 該ny為膜之平面内的y軸方向的折射率， 該d為膜之厚度， [數學式3] v Rth = (nz-ny) x d 該Rth為膜之厚度方向的相位差值， ® 該nz為膜之厚度方向的折射率， 該ny為膜之平面内之y軸方向的折射率， 該d為膜之厚度。 2.如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該預 傾角為8 7〜9 0度。 3 .如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該預 傾角為89〜90度。

4.如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該垂 直配向面板之液晶層的相位差值在 550nm 波長下為 80nm〜400nm 〇 5 ·如申請專利範圍第4項所述之液晶顯示裝置，其中該垂 直配向面板之液晶層的相位差值在 550nm波長下為 19 1270700 80nm〜300nm之範圍。 6.如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中在施 加電壓時，該垂直配向面板之液晶分子的方向子 (director)與該偏光板之吸收軸呈45度。

7.如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中在 400nm、 550nm、7 00nm波長下之各別平面内相位差值 Rin，400、Rin，55〇、Rin，700 為：二波長 400nm、550nm 中之 波長分散特性Rin,40〇/Rin，550介於〇·4〜0.9之範圍，而二 波長5 5 0nm、70 0nm中之波長分散特性Rin，7 0 0/Rin，5 5 0則 介於1.1〜1.8之範圍。 8.如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中在 400nm、550nm、700nm波長下之各別厚度方向之相位差 值 Rth，4 0 0、Rth，55〇、Rth，7 0 0 為：二波長 400nm、5 5 0nm 中 之波長分散特性Rth,4〇〇/R，55〇介於1.05〜1.4之範圍，而 二波長5 5 0nm、700nm中之波長分散特性Rth,7 0 0 /Rth，550 則介於〇 · 5〜0.9 5之範圍。 9.如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中在 550nm 波長下之該厚度方向相位差值 （Rth) 於 -50nm〜- 500nm之範圍。 20 1270700 1 0.如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該 相位差膜係藉由習用之具有正複折射率之一第一單體， 以及習用之具有負複折射率之一第二單體，進行共聚合 或混合之方法而製成之聚合物，加以延伸製作而成。

1 1 ·如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示裝置，其中該 相位差膜藉由至少二片以上之其平面内之相位差值 (Rin )與厚度方向之相位差值(Rth )因應波長而變之 相關性不同的相位差膜層積而製作成。

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