TWI332585B - Compensation films for lcds - Google Patents

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1332585 玖、發明說明：， 【發明所屬之技術領域】 ，本’X明是有關於#應用在液晶顯示器上很有用的光 學補償薄膜’尤其是扭曲向列型液晶顯示器。該光學補償 薄膜包括二薄層，該等薄層具有在預設範圍内的不同傾斜 角以及不同阻滯值。 底下用詞的定義說明如下。 在此是指讓傳播光線不會看到雙折射性的那一方向。 、〇-平_^在此分別是光軸所在的平板平 面、與光軸垂直的平板、與光軸傾斜的平板平面。 兔莲在此是指將電磁波偏極化的單元。一般接 近光源的是稱作偏極片，而接近觀測者的稱作分析片。 在此是定義成如圖i所示相對於液晶顯示琴ι〇ι 的-組觀測極角α以及觀測方位角p。觀測極角#由顯示 垂直方向1_始量測的角度’而觀測方位角ρ是在頻干表 面m中的適當參考方向105以及箭頭109落在顯示表面又 107上的投影108之間所失的角度。不同顯示影像的特性， ^如對比比例、色彩以及亮度，都是角度α與β的函數。’ 在此是用來指定光軸的方向。對於偏 極片與分析片的傳送方向，當傾斜角Θ為零時/只有使用 到方位角p。圖2顯示方位角p與傾斜角㊀的定義’指定用 光軸201相對於乂彳^座標系統2〇3的 出 •X "T面是平杆

於顯示器表面107，z軸是平行於顯示器垂直方向i们。 位角史是從X㈣光轴201落在x_y平面上投影之間的I 〇 \88\88848 〇〇〇 !332585 度。傾斜角Θ是光軸2〇1到17平面之間的角度。 狀態在此是指施加（沒有施加）電場到液晶顯示器 1〇1時的狀態。 σ 在此顯示出從不同觀測方向上的對比比例之改 變。在對比比例是常數（比如10、50與100)的該等對比線 上，以極座標晝出等對比線。同心圓是對應到觀測極角 -^。，。，。與…最外圓卜而輕線是表示觀測方位 角 0=〇。'45。、9〇。、135。、18〇、225。、27〇。與315。。比 如用對比比例為10之等對比線所包圍的區域是具有對比 比例為1 0或更大對比比例的觀測角範圍。 種Α在此是指結合二層或更多層薄膜來製造出單一片薄 膜的方法。 【先前技術】 液晶已被廣泛的使用於電子顯示器上。在這些顯示器系 統中，液晶胞通常是在一對偏極片與分析片之間。被偏極 片偏極化的入射光穿過液晶胞並受到液晶分子定向的影 響，可以施加電場跨越到該液晶胞上來改變液晶的分子定 向。改變後的光線進入分析片。應用該原理，可以到控制 從外部光源而來的光線穿透率，包括周圍的光線。達到這 種控制所需要的能量一般是遠小於如陰極射線管（CRT)之 其它顯示器型式中所使用到的發光材料的所需能量❶因 此’液晶技術被應用到許多電子影像裝置上，包括數位手 錶、計算機、可攜式電腦、電子遊樂器，但並不受限於此， 而對於這些裝置來說，質量輕、低耗電且長操作時限都是

O:\88\88848.DOC 1332585 重要的特點。· 對於使用液晶技術的電子顯示器來說，對比、色彩再現 性、穩定灰階強度都是重要的品質特性。限制液晶顯示器 (LCD)對比的主要因素是光線經由暗或"黑，，像素狀態之液 晶胞或單元而"外洩"的傾向。此外，該外洩以及液晶顯示 器的對比也都取決於液晶顯示器的觀測方向。通常只有在 垂直入射（α=0° )到顯示器附近的某一窄觀測角度範圍内 才會觀察到最佳對比，並且隨著觀測極角α的增加而快速 的降低。在彩色顯示器中，外洩問題不只會讓對比變差， 而且還會造成色彩或色度偏移，伴隨著色彩再現性變差。 對於桌上型電服以及其它辦公室或家用裝置來說，Lcd 會很快取代掉CRT而當作監視器用。而且預期到，具大尺 寸顯示幕的LCD電視監視器的數量在最近將會急速增 加。然而，除非能解決與觀測角有關的問題，比如配色、 對比變差、亮度反相，否則用乙(：：1：)取代傳統CRT的應用將 會受到限制。 在不同的LCD模式中，扭曲向列型（tn)lcD是最普遍的 其中之一。圖3八是丁义1^〇313的示意圖。液晶胞301被定 位在偏極片303與分析片305之間。其穿透軸307、309相互 父越’亦即’偏極片與分析片的穿透（或相對等的吸收）軸 會形成9〇±1〇。角。在液晶胞内，液晶光軸顯示出在〇FF狀 癌下’跨越液晶胞厚度方向上會有9〇。的方位旋轉。在圖 3八中’液晶胞表面上的液晶光軸311方向是用單箭頭來表 不°在該表面上’液晶光軸311相對於液晶胞表面具有微

O:\8S\88848 OOC 1332585 小的傾斜角es’以避免反向扭曲。亦即，該傾斜是與液晶 胞厚度方向上液晶光軸之方位旋轉的方式（順時針或逆= 針方向）一致。未偏極化的入射光被偏極片3〇3進行線性偏 極化，且其極化平面旋轉9〇、並在液晶胞3〇1内行進。從 液晶胞301出去的射出光之極化平面是平行於分析片3㈦ 的穿透軸309’並將穿透過分析片305。利用足夠的外加高 電壓，液晶會變成垂直於液晶胞平面，除了邊界平板的^ 鄰附近以外。在ON狀態下，入射偏極化光基本上不會看 到雙折射性，並且會被分析片阻擋住。該模式（亮〇ff^離 與暗ON狀態）稱作垂直白扭曲向列型液晶顯示 (NW-TN-LCD)模式。 在顯示器垂直觀測方向（α=〇。）上，可以在0N與〇ff狀態 之間得到高對比。然而，當顯示器是從傾斜方向來觀測 時，傳播光線在ON狀態時會看到雙折射性，因此不會被 分析片完全阻擋住。顯示器313的等對比圖顯示於圖胃化 中。等對比線分別是對比比例1〇、5〇、ι〇〇 的等對比線。方位角β是從參考方向1〇5(顯示於圖丨中）量 測起，被選取成45。相對於偏極片3〇3的穿透軸3〇7(亦即 β = 45、225。都是對應到穿透軸3〇7)。在許多應用的所需 範圍内，顯示器無法保持對比比例為1 〇或吏高的對比比 例。因為等對比線1〇、3 15所包圍的區域很小所以讓具 有對比為10或更高對比的觀測角範圍被限制住。等對比線 W穿過α = 50。的水平觀測方向（β=〇。、18〇。卜在垂直方向 上，當β = 90。、27(Γ時，分別是^3〇。、兄。。在等對比線 O:\S8\88848 〇〇r 1332585 315外部的觀測角範圍π，〇_〇ff狀態之間的對比比例 會變成小於！0,或者更差而發生灰階反轉。 ▲改善TN-LCD觀刺角特性的共同方法之_是使用補償薄 =。在某些情形中，補償薄臈包括沉積在基板上的光學非 寺方向性層。該基板可以是如三醋酸纖維的可捷曲薄膜， 或如玻璃的硬質薄膜。該光學非等方向性層一般是由液晶 聚合物做成。因A必須將液晶聚合物的光軸對齊到所需二曰 $向上（製造出如A、C或〇-平板的非等方向性層），所以常 节會在光學非等方向性層與基板之間或是在二光學非等 方向性層之間沉積出對齊層。非等方向性層的厚度是取決 於^之材料的特性以及所應用到的LCD特性。補償薄膜 通*是被插到液晶胞與偏極片之間。補償薄膜的功能一般 疋讓穿過液晶胞行進之傳播光線所經歷的阻滞消失掉。藉 使用NW-TN-LCD之0N狀態τ的補償薄膜，斜向傳播光^ 所經歷的雙折射性會被該薄膜消除掉。這給我們均一的暗 狀態’造成對觀測角特性的改善。 _已經有許多補償方法被提出來。美國專利編號第 5,619,352案揭示出使用結合數片平板。其基本觀念是， 藉一疊的0-平板來補償TN_LCD之〇N狀態，該疊〇平板具 有ON狀態液晶胞的相類似或互補光學對稱可以用三個 代表性部分近似到TN_LCD2〇N狀態來完成：靠近液晶胞 邊界平板的二區域以及液晶胞中間區段。在液晶胞中間區 段中，液晶光軸幾乎垂直於液晶胞平面，而在液晶光轴的 方位角上有很大的變化。在邊界平板附近，液晶光軸的傾

〇A88«8848 DOC 1332585 斜很小，具有幾乎是固定的方位角。與先前的補償技術比 較起來，灰階穩定度以及觀測角特性都獲得改呈。 歐洲專利申請案1U3271A2揭示出包括二片〇平板的 補償薄膜。第-〇·平板中，光軸的傾斜角在薄膜厚度方向 上持續或步階式的增加’而在第二〇·平板中會持續或步階 式的減少。這二個〇.平板是被安置在具有負^平板特性的 基板上，或是被安置在具有接近負c_平板之光學特性的雙 轴平板上。在貞C·平板常規折射率是大於非常規折射 率，而且光軸是垂直於平板。二〇_平板的平均傾斜角可以 假設成不同值。例如，實例8與16分別使用結合平均傾斜 角 42°與31。 、 20。與89。。

Van de Witte等人也在W0 97/444〇9揭示出使用結合二 片〇-平板來補償扭曲向列型顯示器。在液晶胞的二側上都 加上補饴薄膜。此時，該二〇_平板可以有不同的傾斜角， 例如40。與50。。傾斜角最好是大於1〇。但不超過7〇β。

Chen 等人建議（SID99，pp.98_1(H，„Wideviewingangie ph〇t〇-aligned plastic films f〇r TN_LCDs")，使用交越的 〇· 平板來補償NW-TN-LCD的暗狀態。圖4A顯示具〇_平板4〇3 之NW-TN-LCD 441的結構（也稱作光學非等方向性層）。除 了液晶胞401以外，四片〇_平板被安置在交越的偏極片4ιι 與分析片413之間。所有四片〇-平板403中的光軸415相對 於平板平面都傾斜相同的角度，20。。而且〇_平板4〇3的阻 滯（或相對等的厚度，如果所有的〇_平板403都是用相同材 料做成）都相同，而且是6〇nm。負C-平板421代表三醋酸纖

〇A83V88S48 OOC -12- 1332585 維基板的光學特、性。由Rsub唯es_n〇s)ds定義，具負平板 特性之基板的阻滯Rsub是被設定成_6〇 nm，其中與⑽ 分別是基板的非常規折射率與常規折射率，而d 似的厚度。括號内是分析片與偏極片之光軸與穿的 方位角。〇-平板的方位角等於偏極片411或分析片413之穿 透軸423、425的方位角。圖4B顯示出顯示器441的等對比 圖。等對比線427、429、431分別是對比比例為1〇、％、 丨_夺的等對比線。利用〇_平板的補償，觀測角特性會改 善。與圖3B中等對比圖之對等部分比較起來對比比例為 或更高對比例的觀測角範圍（或由圖犯等對比圖中之等 對比線10、427所包圍的區域）會擴大。 吳國申請專利序號第1〇/281，595案中所揭示的補償薄 膜，與顯示器441比較起來’是使用較小的傾斜角以及較 高阻滞值的〇-平板（例如10。傾斜角以及1〇〇nm的阻滯）。這 種取代改善顯示器44 1的垂直觀測特性。 習用技術使用Ο -平板的補償器會藉降低〇 N狀態時的光 線外/¾纟改善觀測角特性。然而，觀測角特性仍舊不令 人滿意。例如，在圖4A之習用技術的顯示器441中對比 比例為10或更小對比比例依舊是大觀測角範圍（亦即圖 習用技術顯示器之圖4 B中等對比圖的等對比線i 〇、4 2 7以 外的區域）具有該觀測角特性的顯示器一定不適合應用 到LCD-TV或需要大觀測角範圍的應用，比如航太顯示 器。而且，習用技術無法專注在參數的對稱最佳化，比如 阻/咿與傾斜角’以及結合基板的光學特性。因此，提供功

O:\88\88848DOC -13· 1332585 能性補償薄膜的參數範圍會受 償、^ . 又引限制。所以报需要新的補 m冲 1貝，專膜的顯不器，能針對育 靦涮角乾圍提供更加高的對比。 料姐.s 條件的、±、^ 一 而且，針對導致彈性製造 條件的刻員缚膜，需要具有較寬的參數範圍。 【發明内容】 本發明提供-種用於液晶顯示器的光學 :顯示器包括-第-光學非等方向性層與一第二光學: 2方：性層’該等光學非等方向性層包含被安置在基板上 的正雙折射率材料，其中該第— 疋于非寺方向性層的光軸 第—平面上傾斜’平均傾斜角在25。與70。之間，而节第 二光學非等方向性層的光轴在第二平面上傾斜，平均傾斜 角在0與4〇之間，該第一光學非等方向性層的平均傾斜 角以及該第二光學非等方向性層的平均傾斜角不相同而 且該第;一平面與該第二平面是垂直於該光學補償薄膜的平 面而。亥第一平面與該第二平面之間的傾斜角為90土 1 〇。， 由（nemWi所定義的該第_光學非等方向性層的阻滞是 在50聰與16〇 nm之間，而由（η~·η〇2池所定義的該第二光 學非等方向性層的阻滞是在Gnm與80 nm之間，該第—光 學非等方向性層@阻滞以及該第2光學非等方向性層的 阻ΛΤ不相同，其争_與_分別是該第一光學非.等方向性 層的正雙折射率材料之非常規折射率與常規折射率，ne2 與n〇2分別是該第二光學非等方向性層的正雙折射率材料 之非常規折射率與常規折射率，山與(12分別是該第-與第 二光學非等方向性層的厚度。

O:\8S\8S848.DOC -14- 1332585 3補k 4膜可以.結合改善觀測角特性的扭曲向列型液晶 .·.·頁不β -起使用。本發明也包括—種結合本發明薄膜的顯 示器。 【實施方式】 見在將參考圖式，其中本發明的許多單元將會給定參考 數號而且將會#論本發明，以便讓熟知該技術領域的人 士此使用本發明。要了解的是，對於熟知該技術領域的人 士來說’沒有特別顯示出來或說明的該等單元是可以有不 同的型式。 針對本心明液晶顯不器的光學補償薄膜包括__第—光 千非等方向性層與_第二光學非等方向性層，該等光學非 等方向性層包含被安置在一基板上的正雙折射率材料，其 中該第一光學非等方向性層的光軸在第一平面上傾斜’平 均傾斜角在25。與70»之間，而該第二光學非等方向性層的 光軸在第二平面上傾斜，平均傾斜角在(Γ與40。之間，該 第-光學非等方向性層的平均傾斜角以及該第二光學非 等方向性層的平均傾斜角不相同，而且該第一平面與該第 二平面是垂直於該光學補償薄膜的平面，而該第-平面與 該第二平面之間的傾斜角為9_。，由（叫-mMd,所定義 的該第-光學非等方向性層的阻滞是在Μ啦與⑽㈣ 間，而由（ne2_n〇2)d2所定義的該第二光學非等方向性層的 阻滞是在Onm與80 nm之間’該第—光學非等方向性層的 阻滯以及該第二光學非笙古a ω a [ 疋干非寺方向性層的阻滯不相同，其中 W與no,分別是該第-光學非等方向性層的正雙折射率材

〇 \88\88848 DOC 15 1332585 ;斗非7規折射，率與常規折射率，％與分別是該第二 :千非等方向性層的正雙折射率材料之非常規折射率與 力規斤射_ ^與02分別是該第-與第二光學非等方向性 s的厚度在底下g兒明中，將更加詳細解釋本發明。 ”圖5A顯示出光學補償薄膜5〇〇的高度圖 <，該光學補償 厚膜500包括正雙折射率材料，該正雙折射率材料會定向 成讓其光軸與垂直於薄膜平面的某一平面會有傾斜。二雙 折射率材料層或光學非等方向性層5〇1、5〇3都是沉積在^ 板5〇9上，該基板509平行於薄膜平面。第一層501盘第二 層5〇3在光軸與阻滞都具有不同的平均傾斜角。平均傾斜 角θ3ν是光學非等方向性声屋痄 ,'-ρ(邮 ㈣層厚度上的傾斜角平均值，亦即 ~~ν~ ’其中Θ⑴是從光學非等方向性層5〇1、5〇3的厚度 :向上量測到之高度2的傾斜角，厚度^。如 …等方向性層的厚度方向上是定常數，亦即 ⑷鳴，則。如果傾斜角在整個非等方向性層的严 :方向上疋線性變化’則I等於z=〇與z=d時的平均傾斜 ’因此eav’(z=0)+e(z=d)}/2。光學非等方向性層的阻 布是定義成在波長55〇 nm下的（ne ， ^ -C ^ ^ ^ '、rne與 no 分別 率材料的非常規折射率與常規折射率，而岐 ^折射率材料層或光學非等方向性層的厚度。所以，呈相 冰的二光學非等方向性層之厚度必須相同，只要其雙 折射性（ne-no)相同。會有許多種的情形，其中該二光:非 等方向性層包含不同的正雙折射率材料。亦即二

O:\88\88848.DOC 16 丄川385 非等方向性層包含且右 二光學非等方二1與n〇1的正雙折射率材料，而第 料。 向性層包含具有叫與叫的正雙折射率材 如習用技針眾朝知的，光學材料心 不同的主要折射率，並且以這 二-達二種 方向性或㈣方向性。當所有_ 時，該 一個主要折射率都相同 μ爿便“方向性。#輯料是料方向 可以是單軸性或雙軸性。 ，則 ^j, 果有—個主要折射率相闾，目丨丨 該材料稱作單純。單純㈣的 门貝！ 折射率，溢你 l 特徵疋，具有常規 ^常規折射率ne以及描述其M、ne 釉之向位的二個角度。當 折射性… “e大於n〇時’早軸性材料是正雙 性。备ne小於„〇時，單軸性材料是 雙折射的行為#於朵風一 、又折射性。控制 ㈣仃為對於先學溥膜的製造以及應用尤其有用。卷 所有這二個主要折射率都 田 由1主要折射车 都不相同時，則該材料是雙輪性， .率nX°、町。、ηζ。，以及三個向位角特別 出來。草此雒鲇枓从土丨a 议月符別標定 折射出弱雙純，㈣三個主要 折射率的其中二個非常接近，常常被視為等同 2 料的常規折射率。底下，"光學非等 •材 雙折射率材料層。 層疋用來指出 基板509的功能是機械性支撑，並具有 性。基板的材料可以是$八物 ’、、光學特 其把 疋♦合物或其它的光學透明材料。哕 基板可以是可撓曲或硬質形式，只要在製造過 = 應用時具有足夠的強度即可。以光學㈣度來看^ = 負C-平板的特性，亦即具有心叫關係 ：有 双再中nes

O:\88\88848.DOC 17 1332585 與nos分別是基板的非常規折射率與常規折射率。在波長 550 nm與厚度ds下所定義的基板之出平面阻滞 Rsub_(nes_nos) ds’ 最好是在- 250 nm 至-80 nm的範圍内。 也可以使用具雙軸光學特性的基板。此時，基板的光學特 性是被三個獨立的折射率nxs、nys、nzs標定出來，其中nXs 是最大折射率，nys*最小折射率’二者都是在基板平面 上，而nzs是在基板厚度方向上的折射率。對於當作基板 用的雙軸平板，間的差異很小，亦即（nXs_nys)/ (nxs+nys)$ 0.05，滿足nXs>nys>nZs的關係。此時，尺灿是 定義成Rsub={nzs-(nxs-nys)/2}，波長550 nm。該基板可以 包括多個薄層或多個塗佈層，以達到足夠負值的^例 如，如果一片聚合物薄膜是Rsub=_6〇nm，則可以將二片相 同的薄膜層積在一起而得到Rsub=_12〇 nm。或是如有必 要，在具有不足負值Rsub的薄膜上可以塗佈上一層有機或 無機化合物。如熟知該技術領域之人士所周知的，一層特 別的聚合物，比如聚乙醯胺或圓盤液晶化合物，會有高負 值的Rsub。當用數個薄層或用—層具有足夠負值的薄 層塗佈上去或層積上去時，比如玻璃或某些聚合物薄膜的 光學等方向性材料可以是基板。 層奶、5〇7會加強第—光學非等方向性層训與第 光子非等方向性層5〇3上光轴的預設方位角中與傾斜角 θ在般情形下，機械性的摩擦對齊層表面來產生對齊 ^向通常’對齊層包含聚合物材料，比如聚氣乙稀醇或 胺。藉改變摩擦料、摩擦壓力與其它可控制參

ΟΛ88\88848 DOC 1332585 數，可以在第一·光學非等方向性層5〇1與第二光學非等方 向I·生層503上產生光軸的預設角。而且’已知對齊層的電 磁輕射或光對齊方法會產生蚊的光轴向位。此時:光學 非等方向性層巾的光軸方向是被包含在對齊層内的材 料、曝光量、輻射波長、對齊層厚度以及其它可能參數所 控制。對齊層必需對輕射波長很敏感。通常，紫外光區的 輻射是給包含有紫外線敏感官能團的聚合物對齊層用，比 如桂酸鹽團。 圖湖示另-補償薄膜515的組合。光學非等方向性層 5〇1、5〇3都是被夹在二片基板5〇9、5U之間，而該二片基 板509 51 1可以是相同或不相同。對齊層是5〇5與。將 安置在二片分離基板上的二分離光學非等方向性層層積 在-起而製造出補償薄膜時，便有可能會發生這種情形。 層積界面是位於二非等方向性層5〇1、5〇3之間。補償薄膜 517的其它可能層積情形則顯示於圖5C中。層積界面現在 是位於光學非等方向性層5〇1與基板5ιι之間。二片基板 U5〇9以及Rsu^5u)的阻滞之灿最 好疋在250 nm至·8〇 nm的範圍内。而且有可能將基板側 邊上的二層薄膜層積在-起，亦即，層積界面是位於二片 基板的側邊之間。 ' 如圖5〇所示，不具對齊層5〇5、5〇7的補償薄膜519也是 可能的。光學非對黧古a β 對4方向性層501、503中的光軸方向是由 外加細;力控制，比^ 電％、磁場、或剪流力。例如，雖然 有施加外在的力場，作县 … 仁疋先軸方向會被光學非等方向性層

O:\88\88848.DOC 的聚合作用或冷卻作 用而固疋住。而且，如習用技術中所 承知的，用笨此4、 a成乂 '、—，以及條件而沉積出來的無機化合物 層：更會有所需的光軸方向以及阻滯。 /等方向性層的特徵是折射率、阻滞（或相對等的 )—光轴方向。光轴方向是由其傾斜角Θ與方位角p 來標疋圖6A與圖6B是以示意圖方式顯示出薄膜500的結 構。第-光學非等方向性層⑷的光車由在第一平面_上是 傾斜的，而第二光學非等方向性層603的光抽在第二平面 上是傾斜的。第―平面608與第二平面6G7都是垂直於 薄膜平面或基板609。第—平面⑽與第二平_7之間形 [θ{ζ)άζ 成的角度疋90±1〇。最好，在LCD内使用補償薄膜使得 第一平面608包含有會將電磁波偏極化之相鄰單元的穿透 軸(偏極片或分析片）。平面6〇8也包含有最接近補償薄膜 之液晶胞表面上的液晶光軸。因此，偏極單元的穿透軸是 平行於相鄰到偏極單元之液晶胞表面上的液晶光軸。在穿 透軸與液晶光輪之間具有這種特別角度關係的模式稱作 非常規模式。該二光學非等方向性層6(H、6〇3是被安置在 對齊層605上❹基板6〇9支撐整個結構，並提供必要的光學 特性給補償薄膜。箭頭標示出光學非等方向性層的光軸方 向。光學非等方向性層的光軸在垂直於液晶胞平面以及基 板609平面的平面中是傾斜的。傾斜角㊀可以如同％,與 是定常數（圖6A)，或是隨光學非等方向性層的厚度方向而 在㊀…至㊀”或在θν3至θνΜ變動。在變動的情形中，是使用 平均傾斜角θα 而非整個傾斜角θ(ζ)來標定出光學 O:\88\88848.DOC -20- 非等方向性層内的傾斜角。從具有定常數傾斜角％的光學 非等方向性層以及具有ue之變動傾斜角的光學非等方 向性層中可以得到同等的光學特性。 3雖…具有如圖5A至圖6B中所示相類似結構的補償薄膜 疋眾所周知的’但是本發明的補償薄膜5〇〇具有結合不同 光轴U斜角以及二光學非等方向性層之間的阻滯，該二光 學非等方向性層是在底下所给定之特定範圍内。結合給定 範：内之傾斜角與阻滯會提供更加改善的tn_lcd觀測角 性能。在圖6A中所示定常數傾斜角的情形下，第一光學 非等方向性層601的傾斜角Θ(：1最好是在25 β $$ 7(r的 範圍内，或是在4〇。$%460。的範圍内則更好。是另一 方面，第二光學非等方向性層603的傾斜角最好是在〇。 $θ(：2$40的範圍内，或是在〇。$%2$2〇。的範圍内則更 好。如果是圖6Β的變動傾斜角，則第一層6〇1的平均傾斜角 eav丨最好是在25^eavl$7〇。的範圍内，或是在40。幺θ

^ 3 V I 60°的範圍内則更好。對於第二光學非等方向性層6〇3，平 均傾斜角eaV2最好是在〇。$0^2$4〇。的範圍内，或是在〇。 $θ3ν2$2〇°的範圍内則更好。假設傾斜角0ci與％2(或是相 對等的9avl與θ^2)是不相同。該二角度的差距，或 是相對等的eavl-eaV2) ’最好是不小於10。，而不小於3〇。且 不大於60則更好❶不同的組合，比如第一光學非等方向 性層601的變動傾斜角以及第二光學非等方向性層6〇3的 定常數傾斜角，都會有相同的補償薄膜功能。 第一光學非等方向性層的阻滯心是定義成（nei_n〇|)di， 0 \88\S8S48 〇〇ς -21 - 1332585 其中d,是第一光學非等方向性層的厚度。第二光學非等方 向性層的阻滯112是定義成（ne2,2：)d2。Ri是在5()n^R4 160nm的範圍内，而&是在〇 nmsR2$8〇細的範圍内。 R#r2不相同’且其差額最好是不小於1〇 nm，而不小於 20 nm且不大於1〇〇 nm則更好。對於給定的Rsu而言，第 一光學非等方向性層601與第二光學非等方向性層6〇3之 最佳阻滯值匕與尺2，是取決於雙方以及該二層6〇ι與 之間角度ecl與eC2(或是相對等的υθ"2)的組合。圖 7Α、圖7Β、圖7C、圖7D與圖7Ε顯示出針對如表艸所列 某，”口疋、，且δ之傾斜角與Rsub、Ri與R_2的較佳值範圍。 U °重十應、到圖7A至圖7E的傾斜角與Rsub數值。 θ(：1(或 0avl) 0C2(或 θ3 V9) Rsub(nm) 圖7A 40° 10° -160 圖7B 50。 5。 -160 圖7C 50。 30° -160 -160 圖7D 60° Γΐ〇。 圖7E 60° 10° -180 — 1 在斜線區内具心與尺2的補償薄膜會讓對比比例ι〇的等 對比線延伸㈣測極角α=6()。或更高的制極角，而觀測 方位角 β = 0。、90。、18〇。、270。。 圖8八是依據本發明具補償薄膜500之NW_TN_LCD 85工 的不意圖。光學非等方向性屢8〇1與803(分別對應到圖6八 與圖6B的光學非等方向性層6〇1與6〇3)分別被安置在基板 8^9上。對齊層在圖8A中並沒有顯示出來。τΝ液晶胞， 是在二對光學非等方向性層803之間。箭頭819指出液晶胞 表面上的液晶光軸方‘光學非等方向性層中的光轴方向

O:\88\88a48.DOC -22- 是由箭頭811表示。在圖式中，第-光學非等方向性層801 與第二。光學非等方向性層803的光軸傾斜角是定常數， Ci50 θ(：2 一5。然而如上所述的，可以用具eavl=Gcl=50。、 θ—av2=ec2=5°之變動傾斜角的光學非等方向性層來取代。第 一光學非等方向性層8〇1的阻滯為R丨= 100 nm，而第二光學 非等方向性層803的阻滯為尺2=4〇 nm。基板829是具有 (nes-n〇s)ds叫6〇nm的負c_平板。雙箭頭M3、奶分別顯示 出偏極片831與分析片833的穿透軸，135。（或315。）的方位 角Φ與45 (或225。)的方位角φ。括號内是光軸與穿透軸 的方位角。光學非等方向性層801與803的光軸具有相同的 方位角Ρ (45或135。）’如同偏極片與分析片的穿透軸。 另方面，可以使用具圖5Β所示結構的補償薄膜5丨5。相 對應的顯示器855是顯示於圖8(：中。在第二光學非等方向 性層803與液晶胞809之間有額外的基板層853。光學非等 方向性層801與803的傾斜角與阻滯都是與圖8八的顯示器 851相同。基板829與853的阻滞分別是Rsub|_1〇6 nm# RSUb2=-54 nm ’ 因此Rsub=_16〇 ηιη。 圖8B與圖8D分別是圖8A與圖8C中顯示器851以及顯示 器855的對比圖。等對比線837與839分別是對比比例為5〇 與100的等對比線。 ’ 為了比較起見’圖4B顯示出具有習用技術之補償薄膜的 顯示器441之等對比圖（顯示於圖4A)，其中光學非等方向 性層403具有傾斜角θ=20。，阻滞60 nm，而基板Rsub=-6〇 nm。曲線427、429、431分別是對比比例為！〇、50、1〇〇 0\R8\88848D〇C ·23· 1332585 的等對比線。 在圖8B與圖8D中都可以看出，由等對比線1〇〇與839所 包圍的區域遠大於由圖4B等對比圖中等對比線43丨所包圍 的區域。事貫上，顯示器85 1幾乎在每個觀測角上都具有 高於100的對比比例。與習用技術的顯示器441比較起來， ，示器853已經達到在對比比例5()或更高的對比比例下更 寬的觀測角。另-方面，習用技術的顯示器441在位於圖 4B等對比線中的等對線1〇之外，仍舊具有對比小於1〇的明 顯觀測角部分。 表2顯示出針對圖4A之習用技術顯示器441(習用技術顯 不器丨），依據共同申請之美國專利申請序號第10/281，595 案之習用技術顯示器(習用技術顯示器2)，以及圖8Α的顯 示器85 1 ’對應到特定對比比例（5〇、100、200)的平均觀 7角（在β = 0。、90。、180。、27〇。時觀測極角_平均值）。 習用技術顯示器2是與習用技術顯示器1(441)相同，除了 〇-平板具有傾斜㈣。以及時1GGn喊外^具較佳觀列 角特性的顯示器在相同對比下會具有較大的平均觀測角 ^已經證實，對於相同的對比比例，與習用技術顯示器1 與2比較起來，本發明的顯示器851具有非常寬的觀測角範 圍例如，具對比例1 〇〇或更高對比比例的平均觀测角

由32。與36。延伸到67。。 T 表2°比較習用補償薄膜以及依據本發明之補 平均觀測角。 膜的

O:\88\88848.DOC -24- 1332585 θα 或 θ3ν1 0C2 或 〇av2 Ri(nm) R2(nm) RSUb(nm) 圖9A 50。 50。 60 — 60 -60 圖9B 5〇 5〇 60 60 -60 圖9C 20。 20。 100 100 -60 圖9D 50。 5° 100 ^ 100 卜-160 圖9E 50。 5〇 40 ~~ 40 -160 圖9F 50。 50。 100 40 -160 圖9A至圖9F顯示出傾斜角％〖與％2(或相對等的㊀…與 eaV2)同時改變並不一定會改善顯示器的性能。與圖4A的習 用技術顯示器441比較起來，它們都不具有較寬的觀測角 範圍。這已經從在圖9A與圖9B中由等對比線1〇、9〇1所包 圍的區域都比較小的事實而被證實。在圖9八中，等對比 線 10在 β = 0°、90°、180。、270。下分別是α=4Γ、43。、41。、 39、很清楚的，對於實際應用來說是不夠的。圖9β顯示 出比圖9Α稍佳的性能。然而，在垂直方向上較差的性能 會讓該情形不令人滿意。 當傾斜角ecl與θα(或相對等的是保持在2〇。 且1與尺2改變時，則觀測角還不會對習用技術的顯示器 441展現出大幅的改善。圖9C所顯示的實例是將心與心設 定成lOOnm。顯示於圖9C中的等對比圖，曲線％〗内所包 圍住的區域幾乎等於曲線427内所包圍的區域。 結合相同心與心值但較大心^值下的不同角度顯示出 在顯示器性3b上並 >又有报大的變化。這已經在圖與圖 9E中所示的等對比圖獲得證實。肖習用技術的顯示器441 比較起來，圖9D在對角觀測方向（p：=45。、135。、225。、315。） 上展現出某種改善，同時，在卜〇e、9〇。、18〇。' 時

0\8S\88848.DOC -26 - 1332585 等對比比例卻變彳于很差。例如，在圖叩中等對比比 例10的曲線901在㈣。、90。、180。、270。下分別是α=46。、 35 、46°、S7。。£ 七二 l 力一方面，在圖9Β中是α=59。、55。、59。、 圖9Ε顯示出對習用技術的顯示器441在寬的觀測方位 角 ίΕ(圍(〇、PS 205。’ 337。盔 “36(Γ(=0。))上有改善，然 而卻顯示出在以β=270。為中心的觀測角範圍内其主要對 比變差。 雖然保持相同的傾斜角eci與(或相對等的與

eav2)，但是採用不同的心與尺2卻只有很有限的改善。圖9F 是個貫例。此時，其性能會比習用技術的顯示器44丨還 好。然而，比起圖8A與圖8C的顯示器851與855卻差得很 多，如同比較圖8B、圖8D以及圖9F的等對比圖中可以清 楚的看出來。 某些習用技術的補償薄膜設計喜歡一疊相同的二片〇_平 板’其中該二片平板的光軸之間具有90。的方位角。因此由

Chen 等人（SID99, PP.98-101，"Wide-view-angle ph〇t〇-aligned plastic films for TN-LCDs")發現到具有傾斜角0=90。以及阻 滞為60 nm的補償薄膜並不意外。也在美國專利案編號第 5,619,352號中發現到具有在25。與65。之間更高傾斜角的 補償薄膜。歐洲專利申請案第1 143271A2號以及w〇 97/44409案都討論到二片〇_平板之間不同傾斜角的組 合。然而令人驚訝的結果是，二傾斜角0C1與θα(或相對等 的eavi與θ&ν：2)、阻滞r,與尺2、基板阻滯Rsub的組合會在觀測 角範圍中造成不可預知且巨大的改善。 O:\88\8S848 00C -27- 1332585 本發明的額外好處是，提供寬範圍的補償薄膜參數 與％2(或相對等的eavl與eav2)、r,、R2、Rsub，該補償薄膜 比起習用技術的顯示器具有較佳的性能，比如圖4八的顯 示器441。對於某些組合的傾斜角，提供較寬的心與心容 。如圖7B所示，當。時，R^R2的可 能範圍是給定成6〇 nmgR|gl4〇 11爪且15 nmSR2g6〇 nm。也在傾斜角中達成該寬範圍。對於Ri = i〇〇nm且心=45 的組合，eci與θϋ2(或相對等的的可允許範 圍疋4〇各eci各6〇以及〇 $eci<5、所以本發明提供絕 佳的製造彈性。 本發明實施例所包括的那些實例，其中 補償薄膜包括包含有適當材料的對齊層，該適當的材料 會讓光對背法來進行疋向或讓機械摩擦來進行定向；該第 -與第二光學非等方向性層中有至少一光學非等方向性 層包含有聚合物液晶；該補償薄膜是將二薄膜層積在—起 而產生，每個薄膜都包括一安置在基板上的光學非等方向 性層’其中在該二薄膜的光學非等方向性層表面之間或在 : 亥-缚膜之第一薄膜的光學非等方向性層表面以及該二 ㈣之第一薄膜的基板表面之間完成該層積處理；. 該二薄膜之基板的出平面阻滯 ’ 1吓之和是在-250 nmn至-80 nm之間；傾斜角是固定變 “数’其中ne々ne2實質上是相同 的而ηοι與n〇2實質上也是相同的； 該第一光學非等方向性層 學非等方向性層的平均傾斜 的平岣傾斜角以及該第二光 角之差是不小於10。，而且該

O:\88\88848DOC •28· 1332585 【圖式簡單說明】 雖然本說明書疋以特別指定出來的專利主張以及明確 主張本發明之主要事項來做完結，但是據信，從底下的說 明以及結合所附的圖式中，能更加了解本發明，其中： 圖1顯示觀測角方向的定義； 圖2顯示指定出光軸方向的傾斜與方位角的定義； 圖3A是不具補償功能的習用技術nw-TN-LCD ; 圖3B是圖3A中習用技術NW_TN_LCD的等對比圖； 圖4A是具有20傾斜角與6〇 nm阻滯之〇_平板補償薄膜 的習用技術NW-TN-LCD。該基板具有1心=_6〇 nm的阻滞; 圖4B是圖4A習用技術NW_TN_LCD的等對比圖； 圖5A、圖5B、圖5C、圖⑺是補償薄膜的高度示意圖； 圖6A與圖6B是顯示出補償薄膜結構的圖式，其中光軸 的傾斜是常數而且在跨越厚度的方向上是變動的； 圖7A至圖7E是顯示出針對傾斜角、與^(或相對等的 ‘!與eav2)以及Rsub不同結合下之R,與&阻滞範圍的圖式。 斜線區内具R1與R 2的補償薄膜會讓在觀測方位角β = 〇。、 :、、270。上的對比比例1〇之等對比線延伸到觀測 極角α=60。或更高； 圖8Α是依據本發明呈右免 ‘ ，、有參數、θ<:2=5。（或相對等 ^ aVl；50； θ- = 5〇)'^— — n^Rsub=.I6〇 nm之補償薄膜的NW-TN-LCD · 圖8B是圖8A中跡加咖的等對比圖，· 圖8C是具有參數θ ec2—5 (或相對等的、

O:\S8\88848.DOC -30- 1332585 eav2=5。）、R丨= 100 麵、R2=40 麵之^ 償薄臈的 NW TN LCD 〇 —基板具有不同的阻滯Rsubl=·!^^ nmJ^及1心=54 nm ; 圖8D是圖8c中NW-TN-LCD的等對比圖； 圖9A是具有參數ecl=50。、0。2=5〇。（或相對等的、丨=5〇。、 θ3ν2=50。）、Rl=60 nm、r2 = 60 nm、Rsub= 6〇 nm之補償薄 膜的 NW-TN-LCD ; 圖9B是具有參數心=5。、θγ5。（或相對等的eavi=5。、 eav2=5》、Rl=60nm、R2=60nm、Rsub= 6〇nm之補償薄膜 的 NW-TN-LCD ; 圖9C是具有參數ecl=20。ϋ(或相對等的κ〇。、 eav2=2(〇、Rl=100 nm、R2=100 nm' Rsub= 6〇 nm之補償 薄膜的 NW-TN-LCD ; 圖9d疋具有參數ecl=5〇。、ec2=5°(或相對等的θ&ν|=5(Γ、 eav2=5-)、Rl=100 nm、R2=100 nm、Rsub=_i6〇 nm之補償 薄膜的 NW-TN-LCD ; 圖9e疋具有參數ecl=5〇。、ec2=5。（或相對等的‘丨=5〇。、 eav2=m=4〇 nm、R2=40 nm、Rsub= l6〇 ㈣之補償薄 膜的 NW-TN-LCD ; ec2=5〇°(或相對等的θ3νΐ=5〇。、 圖9F是具有參數Qcl = 5〇 nm之補償 Θ3ν2 = 50°) . R! = l〇〇 nm . R =40 nm . R _ ^ ^sub'-160 薄膜的 NW-TN-LCD。 【圖式代表符號說明】 1〇1 液晶顯示器 103 顯示器表面之垂直方向 OI ·

O:\i8\88848.DOC Ιό'ό'Ζ^ 105 方位角之方位參考方向 107 顯示器表面 108 頁丁器表面上觀測角箭頭的投影 109 指出觀測角方向的箭頭 201 由方位角Ρ與傾斜角Θ所指定的光軸方向 203 χ-y-z座標系統 301 液晶胞 303 偏極片 305 分析片 307 偏極片的穿透軸 309 分析片的穿透軸 311 液晶胞表面上的液晶光軸 313 習用技術扭曲向列液晶顯示器（TN-LCD) 315 對應到等對比例為1 〇的等對比線 317 對應到等對比例為50的等對比線 319 對應到等對比例為1 〇〇的等對比線 401 液晶胞 403 〇-平板或光學非等方向性層 411 偏極片 413 分析片 ’ 415 光學非等方向性層403的光軸方向 421 代表基版的C-平板 423 偏極片的穿透轴 425 分析片的穿透軸 O:\88\88S48.00C ‘32- 1332585 427 對應到等對比例為1 〇的等對比線 429 對應到等對比例為50的等對比線 431 對應到等對比例為1 〇〇的等對比線 441 依據習用技術的NW-TN-LCD 500 補償薄膜 501 第一光學非等方向性層 503 第二光學非等方向性層 505 對齊層 507 對齊層 509 基板 511 基板 515 補償薄膜 517 補償薄膜 519 補償薄膜 601 第一光學非等方向性層 603 第二光學非等方向性層 605 對齊層 607 第二平面 608 第一平面 609 基板 801 第一光學非等方向性層 803 第二光學非等方向性層 809 液晶胞 811 非等方向性層的光軸 O:\88\88848 ίΧΧ： -33- 819 液晶胞表面上的液晶光軸 823 偏極片的穿透轴 825 分析片的穿透轴 829 基板 831 偏極片 833 分析片 837 對應到等對比例為50的等對比線 839 對應到等對比例為100的等對比線 851 依據本發明的NW-TN-LCD 853 基板 855 依據本發明的NW-TN-LCD 901 對應到等對比例為10的等對比線 903 對應到等對比例為50的等對比線 905 對應到等對比例為100的等對比線 d 光學非等方向性層的厚度 d, 第一光學非等方向性層的厚度 d2 第二光學非等方向性層的厚度 ds 基板厚度 ne 正雙折射率材料的非常規折射率 no 正雙折射率材料的常規折射率 ’ nei 第一光學非等方向性層的正雙折射率材料 常規折射率 n〇i 第-光學非等方向性層的正雙折射率材料 規折射率 ’ O:\88\88S4S.OOC 麵34- 1332585 ne2 第二光學非等方向性層 常規折射率 的正雙折射率材料的非 no2 第二光學非等方向性層的正雙折射率材料 規折射率 的常 nes 基板的非常規折射率 n〇s 基板的常規折射率 叫具雙軸光學特性之基板平面t的最大折射率 nys具雙軸光學特性之基板平面t的最小折射率 nzs纟雙軸光學特性之基板厚度方向中的折射率 R, 第一光學非等方向性層的阻滞 r2 第二光學非等方食 Rsub 基板的阻滯 K-sub 1 基板的阻滯 Rsub2 基板的阻滯 α 觀測極角 β 觀測方位角 φ 光軸的方位角 θ 光軸的傾斜角 θα 光學非等方向性層 θ3ν 光學非等方向性層 θ〇 ι 第一光學非等方向 θ〇2 第二光學非等方向 θ a ν 1 第一光學非等方向 θ a ν2 第二光學非等方向 性層的阻滞 的定常數光轴傾斜角 的平均光軸傾斜角 性層的定常數光軸傾斜角 性層的定常數光轴傾斜角 性層的平均光轴傾斜角 性層的平均光軸傾斜角

O:\88\88848.DOC 1332585 Θ v 1 光轴傾斜角 Θ V2 光轴傾斜角 Θ V3 光軸傾斜角 〇V4 光軸傾斜角 θ5 表面上的液晶傾斜角 O:\88\88848.DOC •36-

Claims (1)

1332585 第092129148號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(99年7月）拾、申請專利範圍：

月曰修正本 1. -種用於液晶顯示器的光學補償薄膜，該光學補償薄膜 包括-第-光學非等方向性層與一第二光學非等方向性 層，該等光學非等方向性層包含被安置在一基板上的正 雙折射率材料，其中該第—㈣非等方向性層的光轴在 第-平面中以25。與70。之間之平均倾斜角傾斜，而該第二 光學非等方向性層的光轴在第二平面中以〇。與4〇。之間之 平均傾斜角傾斜’該第—光學非等方向性層的平均傾斜 角與該第二光學非等方向性層的平均傾斜角不同，該第 -平面與第二平面是垂直於該光學補償薄膜的平面，而 該第-平面與第二平面是夹角為9〇±1〇。，由（叫㈣地所 疋義的第-光學非等方向性層之阻滯是在8〇⑽旬 ⑽之間’而由（ne2_nQ2)d2所定義的第：光學非等方向性層 之阻滯是在Onm與60 nm之間，該第一光學非等方向性層 的阻滞與該第二光學非等方向性層的阻滞不同，其中^ 與叫分別是該第-光學非等方向性層的正雙折 料 的非常規折射率與常規折射率，％與叫分別是該第二光 學非等方向性層的正雙折射率材料的料規折射率盘常 分別是該第—與第二光學非等方向性層 的厚度。 2. 如申請專利範圍中第i項之光學補償薄膜其中該第一平 =含相鄰單元的穿透細及相鄰於該補償薄膜之液晶 =面上的液晶光軸’該相鄰單元會將電磁波偏極化。 3. 如申請專利範圍中第2項之光學補償薄 88848-990726.doc 第二光學非等方向性層都是安置在基板上。 4.:申請專利範圍中第3項之光學補償薄膜，其中該第一光 卜等方向H層疋安置在該基板上’而該第二光學非等 方向性層是安置在該第一光學非等方向性層上。 5·如申請專利範圍中第2項之光學補償薄膜，其中該基板是 —負c-平板，而且由（nes_n〇s)ds所定義該基板的出平面阻 滯是在-250請與_8〇 nm之間，其中％與叫分別是該基板 的非常規折射率與常規折射率，以及七是該基板的厚度。 如申'•月專利範圍中第2項之光學補償薄膜，其中該基板是 雙軸平板’滿足關係式（1)與（2): 關係式（1) nxs>nys>nzs 關係式（2) (nxs-nys)/(nxs+nys)^ 〇.〇5 , 其中nXs是該基板平面中的最大折射率，nys是該基板平面 中的最小折射率，nZs是該基板厚度方向中的折射率，由 {nzs-(nXs+nys)/2}所定義的出平面阻滯是在_25〇 ^^與 nm之間。 7. 如申請專利範圍中第3項之光學補償薄膜，其中該第一光 學非等方向性層的二側之至少其中之一側安置有一對齊 層。 8. 如申請專利範圍中第2項之光學補償薄膜，其中該第一光 學非等方向性層的平均傾斜角是在於4〇。至6〇。間，而該第 二光學非等方向性層的平均傾斜角是在於〇。至2〇。間。 88848-990726.doc 9·如申凊專利範圍中第2 與 一 學非耸太先干補賴溥膜，其中該第一光 向性層的光轴方位角是定常數±1。。，而該第二 光子非打向㈣的妹方位角是定常數±10。。 •包=用=晶顯示器的光學補償薄臈，該光學補償薄膜 弟—先學非等方向性層與一第二光學非等方向性 亥等光學非等方向性層包含被安置在—基板上的正 t率材料’其中該第—光學非等方向性層的光轴在 ，平面中以25。與70。之間之平均傾斜角傾斜而該第二 光學非等方向性層的光軸在第二平面中以〇。與4〇。之間之 平均傾斜角傾斜，該第—光學非等方向性層之平均傾斜 角與該第二光學#驾;a 。 子非寺方向性層之平均傾斜角的差不小於 …忒第平面與該第二平面垂直於該光學補償薄膜的 平面而忒第一平面與該第二平面是夾角為9〇±1〇。，且 6亥第一光學非等方向性層的阻滯是在80 nm與丨2〇 nmi Μ而及弟一光學非等方向性層的阻滯是在〇 nm與60 nm 之間。 11· ^申請專利範圍中第1G項之光學補償薄膜，其中該基板 疋一雙軸平板，滿足關係式（1)與（2): 關係式（1) nxs>nys>nzs 關係式（2) (nxs-nys)/(nxs+nys)^ 〇.〇5 , 其中nxs*該基板平面中的最大折射率，nys是該基板平面 中的最小折射率，nZs*該基板厚度方向中的折射率，由 88848-990726.doc 1332585 {nzs-(nxs+nys)/2}所定義的出平面阻滞是在- 250 nm與-80 nm之間。 12. 一種顯示器，該顯示器包括a) —扭曲向列型液晶胞、b) 至少一偏極單元以及c) 一如申請專利範圍中第1項的光學 褚償薄膜。 88848-990726.doc