I第0'96106727號專利申請案說明書替換本日期:100年7月11曰 九、發明說明: C發明所屬之技術領域3 相關申請案之交互參照 本申請案係根據並主張2006年3月29日申請之日本專 5 利申請案第2006-091816號的優先權,該專利之完整内容在 此以參照方式併入本說明書。 發明領域 本發明係有關於液晶顯示器,特別是垂直配向型液晶 顯示器。 ίο 【先前技相e】 相關技藝之說明 所謂的垂直配向型液晶顯示器(LCD)具有兩個透明基 板和·^個爽於s玄基板之間的液晶層’並將液晶分子配置成 與該液晶層和該基板之間之邊界平面垂直或者從與該邊界 15 平面垂直之平面輕微傾斜。此一液晶層在電壓未被施加之 狀態下自前側檢視時的延遲為零或接近零。因此,如果兩 個極化器以直交偏光配置方式被設置於液晶元件之外側 上,由於被直交偏光配置之該兩極化器的綷熄性能,具有 良好黑色顯示品質之正常黑色型顯示器是可行的。 20 具有良好視角特性之垂直配向型LCD的習知範例之一 為多象限垂直配向型LCD,其控制液晶分子配向以使其在 單一像素中具有複數個配向。 多象限係透過在設置於該基板之内表面上的電極中形 成狹縫以在上、下基板之間產生一傾斜電場的方式(比方 5 1352858 第096106727號專利申請案說明書替換本曰期:100年7月1'1曰 說,參照日本專利公報號數2507122)或者透過在基板平面 上形成突出部的方式(比方說,參照日本專利公報號數 2947350)實現。 這些實現多象限的方法因為像素中設有狹縫或突出部 5 而具有降低開口率及降低LCD光透射率的缺點,雖然其並 不需要確實執行配向製程,比方說對基板表面執行刷磨作 業0 垂直配向型LCD避免降低開口率及壓抑光透射率降低 之習知範例之一為單象限預傾垂直配向型LCD,基於LCD 10 具有類似傳統TN-LCD之電極結構且其基板表面並不規 律,單象限預傾垂直配向型LCD透過確實執行均勻配向製 程而具有一均勻的預傾角度。 第7圖為一單象限預傾垂直配向型LCD之概略分解透 祝圖。 15 該單象限預傾垂直齡向型LCD係由一組基板(上基板 31及下基板32)與一夾於該基板之間之液晶層39組成。該上 基板31及該下基板32包括以比方說透明平行玻璃基板做成 之上、下透明基板33、34,形成於該上、下透明基板33、 34之對立平面上並以透明傳導材料如氧化銦錫(ITO)做成 2〇 真具有預設圖案的上、下透明電極35、36,以及覆蓋該上、 下透明電極35、36之上、下垂直配向薄膜37、38。 該組基板(上基板31及下基板32)被配置成大致平行,使 該#直配向薄膜37、38互相面對面,且該液晶層39被夾於 该#直配向薄膜37、38之間。一電壓施加構件43被連接於 6 1352858 . 該透明電極35 ' 36上且可施加期望電壓至介於該透明電極 35、36之間之4液晶層39。第7圖顯示該液晶層财電壓未 被施加至該透明電極35、36時的狀態。 έ亥上配向薄膜37、該下配向薄膜38、或該上、下配向 5薄膜37、38兩者被經受一均勻配向製程(提供一均句預傾角 度),以形成一零缺陷單象限LCD。 配向方法包括⑴藉由二氧化矽無機氧化金屬之傾斜氣 相沉積或藉由連續式濺鍍(比方說,參照 JP-A-HEI-11-160707)形成一具有非等方性表面之基板,然 10後在該非等方性基板表面上形成一表面活性劑薄膜以使其 做為極化器薄膜使用(比方說,參照Jp_A_HEI_n_16〇7〇6)、 (ii)使备、外線沿一相對於該薄膜表面之傾斜方向照射至感 光垂直極化器的光學配向法(比方說,參照曰本專利公報號 數2872628)、(iii)在適當條件下刷磨一具有適當表面自由能 15 量之垂直極化器薄膜,以及其他方法。 上、下極化器41、42以直交偏光配置方式被設置於該 組基板(上基板31及下基板32)之外側上並呈大致平行。該極 化器41、42之傳輸軸方向以箭頭表示。各該極化器41、42 僅傳輸在該傳輸軸方向上被極化之光線。 2〇 在無施加電壓之狀態下,沿顯示法線向上入射之光線 在與箭頭方向平行之方向上被該下極化器42極化、傳經該 液晶層39、並由該上極化器41攔截。因此,該垂直配向型 LCD顯示“黑色”。 在施加電壓之狀態下,液晶分子39a之配向狀態與沒有 7 第096106727號專利申請案說明書替換本曰期:1〇〇年7月ΰ日 施加電壓時之狀態不同。從該下極化器42側入射之光線在 該上極化器41之傳輸轴方向上具有光學零件並傳經該上極 化器41。因此,LCD顯示“白色’’。 如第7圖所示’ X及Y方向(箭頭方向為正向)被界定成在 該上基板31及該下基板32之面内方向上呈垂直。z方向被界 定成沿與該上基板31及該下基板32垂直之方向延伸並具有 一從該下基板32朝該上基板31之正向,以加入右手座標系 統。基板面内逆時鐘方向(朝負X方向的旋轉方向)上的角度 座標被界定成正Y方向為0度方位角。在這些角度座標中, 負X方向為一 90度之方位角,負γ方向為一 18〇度之方位 角,而正X方向則為一270度之方位角。 該上極化器41之傳輸軸的方位角(箭頭所指之方位角) 為一45至225度之方位角,而該下極化器42之傳輸軸的方位 角則為一 135至315度之方位角。 由於以相對於基板法線之深極角檢視時的光學穿透, 該垂直配向型LCD具有降低對比之問題。光學穿透所致之 視角特性的惡化在無電壓施加狀態下尤其嚴重。形成光學 穿透可能有兩種因素:液晶延遲之增加所致的雙折射效 應;以及極化器之視角依附性。 極化器之視角依附性所致的光學穿透以下列方式發 生。在該極化器以直交偏光配置方式被設置於該上、下美 板外側的狀態下,當觀察極角在該極化器之該傳輸軸戋吸 收軸以外的方向上變深時,該上、下極化器之明顯佈局從 直交偏光狀態偏移。在極端範例中,完美的平行偏光狀熊 1352858 第0'96106727號專利申請案說明書替換本日期:100年7月11日 發生於從基板面内方向(觀察極角=90度)檢視之時。換句話 說,當該觀察極角從法線方向變深時,該極化器之直交偏 光狀態會削弱使得光學穿透發生。 5 延遲增加所致之光學穿透可以藉由使用一視角補償板 改善之,該視角補償板在,舉例來說,該液晶層具有正向 單軸光學非等方性時係由具有可抵銷該正向光學非等方性 之負向光學非等方性的透明媒介做成。 第8圖為一具有視角補償板之單象限預傾垂直配向型 LCD的概略分解透視圖。 10 此一LCD與第7圖中所示之該LCD不同之處在於,一視 角補償板45被設置於一上透明基板33與一上極化器41之 間。該視角補償板45可以插於一該基板與一該極化器之 間,如第8圖所示,或插於所有該極化器與該基板之間。 15 第9圖顯示使用該視角補償板(第8圖中所示之該垂直 配向型LCD)與未使用該視角補償板(第7圖中所示之該垂直 配向型LCD)時光透射率之觀察極角依附性。 該觀察極角依附性在無電壓施加狀態中於Rth w _ _ i40 nm的條件下位於〇至18〇度之方位角(從右至左方位 角),其中Rth為該視角補償板之延遲,而編(如:液晶材 料雙折射、1該液晶層39之厚度)則為該液晶層外之延遲。 橫座標代表單位為“。(度),,之觀察角度(極角)。此-圖表 顯示從正Ζ方向朝正丫方向(◦度之方位角)或朝負γ方向_ 度之方位角)的傾斜角度(觀察角度、極角)。從正Z方向朝正 γ方向(〇度之方位角)的傾斜角度以正值表示,而從正2方向 9 ^書替換本曰ΙΓΠοο 年7 月 ι·ι 日 朝負Υ方向(180度之方位角)的傾斜角度則以負值表示。負 觀察角度之絕對值等於從正2方向朝負Υ方向(18〇度之方位 角)的傾斜角度》 縱座標代表單位為“ %,’之各個觀察角度的光透射率。 5 曲線a顯示未使用該視角補償板之垂直配向型LCD(第 7圖中所示之該垂直配向型LCD)中觀察角度與光透射率之 間的關係,而曲線b則顯示使用該視角補償板之垂直配向型 LCD(第8圖中所示之該垂直配向型lcd)中觀察角度與光透 射率之間的關係。 10 未使用該視角補償板之LCD的光透射率(曲線a)在大約 20度之極角處接近零,從大約2〇度之極角處逐漸增加,在 60度之極角處為3 %或更大。 使用該視角補償板之L C D的光透射率(曲線b)小於未使 用該視角補償板之LCD的光透射率(曲線a),特別是在大約 15 20度或更大之極角處,且在60度之極角處為其一半或更 小。從此一圖表可見,透過使用該視角補償板,光學穿透 可以被抑制且良好的顯示品質可以被實現,特別是在深觀 察角度處。 然而,如曲線b所示,即使是透過使用該視角補償板之 20該垂直配向型LCD ’光學穿透仍無法被完美地解決。這是 因為存在該極化器之視角依附性所致的光學穿透。 有一種可以避免液晶層之延遲以及極化器視角依附性 所致之光學穿透的LCD(比方說,參照JP-A-HEI-11-258605) 提案。 10 1352858 第0’96106727號專利申請案說明書替換本日期:100^7 ^ 11日 第10A至10E圖為LCD之概略分解透視圖。 參考第10A圖。第10A圖中所示之LCD與第7圖中所示 之LCD不同之處在於,一 C板46被附加設置於_上基板31 與一上極化器41之間且一 A板47被附加設置於_下基板32 5 與一下極化器42之間。 互相垂直之X軸與Y軸被界定於一光學薄膜(相差板)之 面内方向上且一 Z軸被界定於一厚度方向上。X、¥及2袖之 反射係數分別以nx、ny及nz表示。該A板具有nx > ny = nz 之反射係數分配,而該C板則具有nx « ny > nz之反射係數 10 分配。 該A板47為一具有正向单轴光學非等方性及一位於面 内之光轴的光學薄膜(相差板)’而該C板46則為一具有負 向、接近單軸光學非等方性及一位於厚度方向上之光軸的 光學薄膜(相差板)。 15 透過使用5亥A板47及該C板46 ’我們可以避免該液晶層 之延遲與該極化器所致之光學穿透。這是因為該。板私(負 向單軸光學非等方性)具有在傾斜觀察時抵鎖(補償)該液晶 層之延遲(正向單轴光學非等方性)的功能,而該錄47在連 同該C板46使用時可以實現解決該極化器之視角依附性的 2〇光學功能。光學薄膜(相差板)之面内方向延遲&以Re = (nx-ny) xd界定’其中d為該光學薄膜之厚度,而厚度方 向延遲Rth則以Rth = [i(nx + ny)/2} — ηζ] χ d界定。 如第i〇c圖所示’堆疊在—起之該A板與該c板可以設 置於該上基板之上表面上或設置於該下基板之下表面上。 11 1352858 I第 096106727 號說明書本日期:ιοό^ΐΐΐίΐΐ 在此一範例中,類似第10Α圖之優點可以被獲得,即使該C 板被設置於靠近該元件之平面上且該A板被設置於靠近該 極化器之平面上。 參考第10B圖。第10B圖中所示之LCD與第7圖中所示 5 之LCD不同之處在於,一雙軸薄膜48被附加設置於一上基 板31與一上極化器41之間。 該雙軸薄膜48為一具有負向雙轴光學非等方性並在一 單一光學薄膜中集合該A板與該C板之功能的光學薄膜。換 言之’負向雙軸薄膜為一由nx>ny>nz界定之光學薄膜。 10透過使用該雙軸薄膜48,類似使用該A板47及該C板46可獲 得之優點可以被達成。 第10B圖顯示第1 〇C圖中減少光學薄膜數量的結構,且 此一結構可以提供與第10C圖大致相當的光學特性。 如第10D及10E圖所示,即使第i〇A及10C圖中所使用之 15 該A板被該雙軸薄膜取代,仍可獲致類似的優點。 當第7圖中所示之該單象限預傾垂直配向型LCD以深 觀察極角被觀察時,我們發現,在無電壓施加狀態下或在 一接近臨界電壓之電壓(相當於在簡易矩陣驅動中未選擇 電壓)被施加至LCD以行低明視度發射之狀態下,〇度與18〇 20度之方位角處的明視度(光透射率)不同之現象將出現。舉例 來說’在一區段顯示型簡易矩陣驅動顯示器中,當顯示區 域處於非選擇狀態(關閉區段)時,不同的明視度(光透射率) 將依不同的觀察方位角出現。在無電壓施加狀態下,我們 從第9圖中可以看出,比方說6〇度之極角在〇度方位角與 12 1352858 第0‘96106727 ^·利申請案說明書替換本日期:loo年 方位角處的光透射率明顯不同。 5 本發明之發明人以預傾角度做為參數模擬單象限預傾 垂直配向型LCD在無電壓施加條件下以及在接近臨界電壓 之電壓施加條件下的光透射率。模擬標的LCD具有之結構 如下:做為視角補償板之C板被插於第7圖中所示之該單象 限預傾垂直配向型LCD的該下基板與該下極化器之間。使 用之觀察方位角為參照第7圖所述之該0度及180度方位 角,且該觀察極角設定為50度(從該基板法線方向朝該基板 面内方向傾斜50度之角度)。 10 模擬係透過使用Thing Tech Co. Ltd公司所生產之LCD 模擬器LCD主機6執行。當本說明書中所述之其他模擬被執 行時,該模擬器亦被使用。 15 該模擬標的LCD之該下基板的配向製程方向(刷磨方 向)被設定於270度方位角,且該上基板的配向製程方向被 設定於90度方位角,以實現該上、下基板之間的非平行配 向。該液晶層係由具有負向介電常數非等方性(Δε < 〇),詳 言之Δε = -5.1之液晶材料做成,以將延遲ΔικΙ設定在大約 0.36微米。掌性材料未添加。卩〇以6(:1111〇(1!〇.,1^.公司所生 產之SHC125U被做為該上、下極化器使用。該上、下極化 器之傳輸軸的方位角分別設定在45至225度方位角及135至 315度方位角。該C板係由冰片烯樹脂做成並具有220奈米之 厚度延遲Rth。 第1圖顯示模擬結果。 該圖之橫座標代表單位為“。(度)”之預傾角度而縱座標 13 1352858 Ρ~^~6106727號專利申請案說明書替換本日期:1¾)年7月i’ii 則代表單位為“ %”之光透射率。 曲線cl顯示在無電壓施加狀態下從〇度方位角觀察時 預傾角度與光透射率之間的關係。曲線c2顯示在無電壓施 加狀態下從18 0度方位角觀察時預傾角度與光透射率之間 5 的關係。曲線dl及d2顯示在接近臨界電麼之電壓施加狀態 下分別從0度及180度方位角觀察所得的關係。 參考該曲線cl及c2。在90度之預傾角度處,從〇度及180 度方位角觀察所得的光透射率沒有差異。然而,當該預傾 角度變小時’光透射率在0度方位角呈線性增加,而光透射 10 率在180度方位角呈線性減少。因此,該預傾角度越小,則 〇度與180度方位角之間之光透射率差異就越大。 參考該曲線dl及d2。同樣在接近臨界電壓之電壓施加 狀態下,在90度之預傾角度處,從〇度及180度方位角觀察 所得的光透射率相同。此一光透射率與在無電壓施加狀態 15下從〇度及180度方位角觀察所得的光透射率一樣。然而, 當該預傾角度變小時,光透射率在0度方位角呈線性增加, 而光透射率在180度方位角呈線性減少。增加率及減少率大 於在無電壓施加狀態下之速率。因此,該極角方位角越傾 斜’則0度與180度方位角之間之光透射率差異就越大,且 20 該差異大於在無電壓施加狀態下之差異。 模擬結果與LCD之外部觀察相符。 在第1圖所示之圖示中,從0度方位角觀察所得之光透 射率大於從180度方位角觀察所得之光透射率的原因在於 單軸預傾配向以及視角補償板被非對稱地設置於該液晶元 14 1352858 第096106727¾¾申請案說明書替換: 1〇〇年:7月 件之上、下側。如果具有接近相同特性之視角補償板被設 置於該液晶元件之上、下側,則在〇度及18〇度方位角處有 可能獲得相同的光透射率,無論該液晶層中之預傾角度為 何。然而’使用之光學薄膜數量增加,導致成本上的缺點。 5藉由改變該上、下極化器之傳輸軸方位角或將該C板從該元 件之下側移至該元件之上側,在180度方位角處之透射率可 以逆轉為在0度方位角處之透射率。 發明人復又透過使用具有雙軸薄膜以替代上述模擬標 的之該C板的LCD’研究在無電壓施加狀態下雙軸薄膜之面 10内方向延遲與最小光透射率之間的關係,換句話說,所使 用之新模擬標的具有一雙軸薄膜以做為視角補償板,其中 該雙軸薄膜被插於第7圖中所示之該單象限預傾垂直配向 型LCD的該下基板與該下極化器之間。 做為該新模擬標的使用之LCD與上述模擬標的不同之 15 處在於,該C板被一雙軸薄膜取代且該液晶層之延遲被設定 至大約0.38微米之And。該雙轴薄膜之厚度方向延遲被設 定至250奈米且一面内方向延遲相軸被設定於一 135至315 度之方位角。 類似上述模擬地,一觀察方位角被設定至〇度及180度 20 之方位角,且一觀察極角被設定成50度。 第2圖顯示模擬結果。 該圖之橫座標代表單位為“奈米”之雙軸薄膜的面内方 向延遲Re而縱座標則代表單位為“ %,,之光透射率。 曲線el顯示從0度方位角以90度之預傾角度觀察時面 15 第096106727號專利申請案說明書替換本日期:100年7月1‘1日 内方向延遲Re與最小光透射率之間的關係。曲線e2顯示從 180度方位角以90度之預傾角度觀察時面内方向延遲Re與 最小光透射率之間的關係。曲線el及e2兩者相同且被繪製 成互相疊置。 曲線fl及f2顯示從〇度及180度方位角以89度之預傾角 度觀察時兩者之間的關係。 曲線gl及g2顯示從〇度及180度方位角以88度之預傾角 度觀察時兩者之間的關係。 曲線hi及h2顯示從〇度及180度方位角以85度之預傾角 度觀察時兩者之間的關係。 參考各組曲線el及e2、fl及f2、gl及g2、以及hi及h2, 下列說明將針對各組之間的比較做成。從0度及18〇度方位 角以90度之預傾角度觀察時,光透射率之Re依附性幾乎相 同。然而,以90度以外之預傾角度觀察時,〇度方位角上之 光透射率的Re依附性與18〇度方位角上之光透射率的5^依 附性不同。該兩方位角在相同Re下之光透射率之間的差異 將隨該預傾角度變小而變大。 各該4組曲線中一者的一曲線與另一曲線在接近5〇奈 米之Re處交又。在此一交叉點上,LCD可以從〇度及18〇度 方位角在相同的光透射率下被觀察。 從各該組曲線el及e2、fl及f2、gl及g2、以及hi及h2 之間之交叉點,我們可以看見,當該預傾角度變小時,該 父又點(從右側及左側檢視時光透射率相同之點)的光透射 率將變大。根據本發明之發明人的研究結果,此一傾向亦 1352858 第096106727號專利申請案說明書替換本日期:1〇〇年7月11曰 發生於使用A及C板之組合以取代該雙軸薄膜的LCD上。這 些模擬結果與LCD之外部觀察相符。 具有C板以做為第7圖中所示之該單象限預傾垂直配向 型LCD的該下基板與該下極化器之間之視角補償板的 5 LCD,其透射率在0度及180度方位角處以50度之極角被模 擬,且該液晶層之延遲And被改變。該C板之厚度方向延遲 Rth被調整成Rth = And - 140奈米。該上、下基板上之預傾角 度被修正至89度。 模擬結果顯示於第11圖中。我們可以看出,當延遲And 10 變大時,0度方位角上之透射率增加且180度方位角上之透 射率減少,使兩者之間的差異變大。 我們可以看出,在0.58微米或更大之△!!(!下,〇度及180 度方位角上之透射率差異為兩倍或更大。換句話說,我們 可以看出,當延遲And變大時,0度及180度方位角上之透射 15 率差異從外部觀察而言亦是顯而易見的。在Δικ! 2 0.58微米 下更是明顯。此一現象在90度預傾角度下完全沒有發生。 相反地,當預傾角度變小時,此一現象具有更顯著的效果。 此一現象亦發生於該雙軸薄膜或該Α及C板之組合被做為 該視角補償板時。 2〇 本發明之發明人在JP-A-2004-267160中指出,均勻的單
象限配向無法在設置於經受如第7圖所示之配向製程的單 象限預傾垂直配向型LCD厚度方向上之液晶層中央的液晶 分子之90至89.5度預傾角度下被獲得,且因此,在其基板 之一或兩者經受該配向製程之單象限預傾垂直配向型LCD 17 1352858 第0961^6727號專利申請案說明書替換本日期:100年7月ίΐ日 的液晶層之中央區域中,宜將該預傾角度設定於89.5度或 更小。如果該預傾角度被設定成大約90度,則配向製程方 法與配向薄膜材料將受限,使其從緊縮LCD生產利潤之角 度看來不受歡迎。 鑒於JP-A-2004-267160中之指出以及上述模擬結果,生 產具有高對比且在右側及左側具有光透射率對稱性之LCD 可能被視為困難之事。 C 明内3 發明概要 10 本發明之目的之一為提供一種具有良好顯示品質之液 晶顯示器。 根據本發明之一態樣,一液晶顯示器包括:一第一基 板’該第一基板具有一電極圖案並經受一具有88 5度或較 大至89.5度或較小之預傾角度的配向製程;一與該第一基 15板大致平行之第二基板,該第二基板具有一電極圖 案並經 受一具有88.5度或較大至89.5度或較小之預傾角度的配向 製程;一擠壓於該第一基板與該第二基板之間之液晶層, 該液晶層具有厚度d並以液晶分子材料做成,依據該第一基 板及該第二基板所經受之該配向製程,該液晶分子材料在 2〇無電壓施加狀態下與該第一基板及該第二基板大致垂直配 向且在施加電壓之狀態下具有一扭曲角度在16〇度或較大 至240度或較小之範圍内的扭曲結構,含有掌性材料之該液 晶層具有掌性螺距p,其中d/p為0 2或較大至〇_74或較小; 第一極化器,該第一極化器面向該第一基板之與該液晶 18 1352858 第096106727·號專利申請案說明書替換本日期:100年7月11曰 層對立的平面且具有一做為傳輸轴方向之第一方向;一第 二極化器,該第二極化器面向該第二基板之與該液晶層對 立的平面且具有一做為傳輸軸方向之第二方向,從該第一 基板與該第二基板之法線方向檢視時,該第二方向與該第 5 一方向具有85度或更大至95度或更小之角度;以及一光學 非等方性板,該光學非等方性板具有一與該第一及第二極 化器大致平行之面内方向且至少被設置於該第一基板與該 第一極化器之間或者該第二基板與該第二極化器之間。 根據本發明,可以提供具有良好顯示品質之液晶顯示 10 器。 圖式簡單說明 第1圖顯示模擬結果; 第2圖顯示模擬結果; 第3圖為顯示使用於模擬標的之LCD内部結構範例的 15 概略分解透視圖; 第4圖顯示模擬結果; 第5圖顯示模擬結果; 第6圖顯示模擬結果; 第7圖為一單象限預傾垂直配向型LCD之概略分解透 20 視圖; 第8圖為一具有視角補償板之單象限預傾垂直配向型 LCD的概略分解透視圖; 第9圖顯示使用該視角補償板(第8圖中所示之該垂直 配向型LCD)與未使用該視角補償板(第7圖中所示之該垂直 19 1352858 蔓096106727號專利申請案說明書替換本二1〇〇年7-β_η日 配向型LCD)時光透射率之觀察極角依附性; 第10A至10E圖為LCD之概略分解透視圖’ 第11圖顯示延遲與光透射率之間的關係;以及 第12圖顯示在50度極角下扭曲角度與光透射率之間的 關係。 C實施方式:j 較佳實施例之說明 本發明之發明人業已深入研究以期實現即使是在無電 壓施加狀態下或者是在接近臨界電壓之電壓施加狀態下皆 10 能實現具有對稱視角特性之LCD。 發明人首先模擬液晶分子之扭曲角度與光透射率之間 的關係。 第3圖為顯示做為模擬標的使用之L C D内部結構範例 的概略分解透視圖。該模擬標的為具有C板被插於第7圖中 15 所示之該單象限預傾垂直配向型LCD的該下基板與該下極 化器之間以做為該視角補償板45之結構的LCD。此一LCD 與用以獲得第1圖中所示結果之模擬標的使用的LCD相同。 上、下極化器,極化器之傳輸軸佈局,C板之材料,其 厚度方向延遲Rth ’液晶層之延遲And,及介電常數非等方 2〇 性值Δε皆被設定成與用以獲得第1圖中所示結果之模擬標 的使用的LCD所設定者相同。 液晶分子之扭曲角度透過改變該上、下基板之配向方 向(刷磨方向)被改變。該上、下基板之配向方向被做成使位 於液晶厚度方向中央之液晶分子的配向方向位在27〇度方 20 1352858
第的6!06^727號專利申請案說明書替換本日期:rggTXHT 位角上。因此,舉例來說,180度之扭曲角度可以藉由將該 上、下基板之配向方位角設定在0度(平行配向)之方式實 現。扭曲方向被設定成向左扭曲。 為了實現45度或更大的扭曲角度,左掌性材料被添加 至液晶材料中以將液晶層厚度d與掌性螺距p之d/p比設定 成0.25。該上、下基板之預傾角度皆被設定成89度。 10 發明人模擬該模擬標的在無電壓施加狀態下與接近臨 界電壓之電壓施加狀態下之光透射率的扭曲角度依附性。 觀察方位角被設定在〇度及180度方位角而觀察極角則被設 定在50度。 第4圖顯示模擬結果。 §亥圖之橫座標代表單位為“(度)”之扭曲角度而縱座標 則代表單位為“% ”之光透射率。 15 曲線il顯示在無電壓施加狀態下從〇度方位角觀察時 扭曲角度與光透射率之間的關係。曲線i2顯示在無電壓施 加狀態下從180度方位角觀察時扭曲角度與光透射率之間 的關係。曲線jl及j2顯示在接近臨界電壓之電壓施加狀態下 分別從0度及180度方位角觀察所得的關係。 參考該曲線il及i2。無論扭曲角度為何,右側及左側 (180度-0度)方位角上之光透射率之間沒有很大的差異,且 光透射率的扭曲角度依附性不甚明顯。當扭曲角度從〇度變 大時’右侧及左側上之光透射率之間的差異將變小,且在 大約210度之扭曲角度處差異為零。就超出21〇度之扭曲角 度’光透射率之強度在〇度與180度方位角處將為相反,且 21 1352858 第096106727號專利申請案說明書替換本曰期:100 3 “日 當扭曲角度變大時,光透射率之間的差異將再度增加。 參考該曲線jl及j2。在接近臨界電壓之電壓施加狀態 下,右側及左側(180度-0度)方位角上之光透射率之間具有 很大的差異,且光透射率的扭曲角度依附性甚為明顯。 5 在大約0度至90度之扭曲角度下,光透射率在右側及左 側方位角上大致不變,故右側及左側方位角上之光透射率 差異亦大致不變。 10 在超出90度之扭曲角度範圍内,當扭曲角度變大時, 從〇度方位角觀察所得之光透射率與從18〇度方位角觀察所 得之光透射率之間的差異變小。 在160度或更大之扭曲角度下,右側及左側方位角上之 光透射率差異約為沒有該扭曲結構(扭曲角度為〇度)時右側 及左側方位角上之光透射率差異的一半或更小。 15 在180度或更大之扭曲角度下,右側及左側方位角上之 光透射率差異約為沒有該扭曲結構(扭曲角度為〇度)時右側 及左側方位角上之光透射率差異的丨/3或更小。 在大約210度之扭曲角度下,右側及左側方位角上之光 透射率差異為零。 在超出210度之扭曲角度下,光透射率之強度在〇度與 180度方位角處將為相反,且當扭曲角度變大時光透射率 之間的差異將再度增加。 在大約240度之扭曲角度下,右側及左側方位角上之光 透射率差異再度為沒有該扭曲結構(扭曲角度為〇度)時右側 及左側方位角上之光透射率差異的大約1/3。 22 1352858 第096106727號專利申請案說明書替換本日期:100年7月"日 如第11圖所示,在扭曲角度為0度下,當該液晶層之延 遲Δη(1變大時,0度與180度方位角(右側及左側方位角)之間 的光透射率差異將變大。發明人模擬And之強度增加時第4 圖中0度與180度方位角處之光透射率的扭曲角度依附性將 5 如何改變。在模擬中,Δικί被設定在825奈米且該C板之該厚 度方向延遲Rth被設定成And-140奈米。 計算結果如第12圖所示。其傾向大約等於第4圖中And 在大約0.36微米處所顯示的結果。在從〇度到90度之扭曲角 度範圍内,50度極角處之光透射率幾乎沒有改變,而在更 10 大的扭曲角度處,光透射率大幅改變^在大約210度之扭曲 角度下,〇度與180度方位角之間的光透射率差異為零。 在大約160度或更大之扭曲角度下,右側及左側方位角 上之光透射率差異為扭曲角度為0度時右侧及左側方位角 上之光透射率差異的一半或更小。在大約180度或更大至 15 240度或更小之扭曲角度下,右側及左側方位角上之光透射 率差異為扭曲角度為0度時的1/3或更小。因此,宜將扭曲 角度設定成160度或更大,且最好是180度或更大及240度或 更小,無論Δηίΐ為何。 發明人在上述模擬中所獲得之較佳扭曲角度範圍内製 20作LCD原型,且確認其顯示狀態。該原型係於該較佳範圍 之上、下限數值’即180度及240度之扭曲角度下製成。 對於該原型’誘發垂直配向之有機配向薄膜材料被使 用且配向製程被執行以透過刷磨提供一大約88.5度之均勻 的預傾角度。該原型係在d/p比=0.25下製成。 23 1352858 第096106727號專利申請案說 年7月1.1曰 該原型在180度之扭曲角度下展現良好的顯示品質且 右側及左側顯示對稱性相較於不具有該扭曲結構(扭曲角 度為0度)之LCD係確認有所改進。 對於在24G度之扭曲角度下的原型,無法設定期 望的扭 5曲角度,且右側及左侧顯示對稱性無法改善。此一原型之 光電特性經分析發現其扭曲方向為逆向6〇度之扭曲。 發明人透過改變原先被設定在〇 252d/p比觀察該24〇 度扭曲原型之顯示狀態。良好的顯示品質在〇.4或更大與 0.74或更小之d/p比範圍内被獲得。發明人發現當d/p比變小 10 時’刷磨條紋等配向缺點可以輕易看出。 發明人透過改變d/p比觀察具180度扭曲角度之該原型 的顯示狀態’且條紋配向缺點在0.15或更小之d/p比下被認 出。 在180度或更大至240度或更小之扭曲角度範圍内,d/p 15 比宜為0.2或更大至0.74或更小。 接下來發明人使用預傾角度做為參數模擬一具有和該 原型相同結構之模擬標的LCD在180度之扭曲角度與0.25之 d/p比下於無電壓施加狀態下與接近臨界電壓之電壓施加 狀態下的光透射率。觀察方位角為〇度及180度方位角且觀 2〇 察極角為50度。 第5圖顯示模擬結果。 該圖之橫座標代表單位為“(度)”之預傾角度而縱座標 則代表單位為“ %”之光透射率。 曲線kl顯示在無電壓施加狀態下從〇度方位角觀察時 24 1352858 第096106727號專利申請案書替換本 預傾角度與光透射率之間的關係。曲線“顯示在無電壓施 加狀態下從180度方位角觀察時預傾角度與光透射率之間 的關係。曲線11及12顯示在接近臨界電壓之電壓施加狀態下 分別從〇度及180度方位角觀察所得的關係。 5 比較第5圖中之圖表與第1圖中之圖表。 就所有被模擬之預傾角度而言,曲線kl所示之增加率 (光透射率之增加量相較於預傾角度之單位增加量)約為第i 圖中曲線cl所示之增加率的1/3或更小。 就所有被模擬之預傾角度而言,曲線k2所示之減少率 10 (光透射率之減少量相較於預傾角度之單位減少量)約為第i 圖中曲線c2所示之減少率的1/3或更小。 就所有被模擬之預傾角度而言’曲線11所示之增加率 約為第1圖中曲線dl所示之增加率的1/3或更小。 就所有被模擬之預傾角度而言,曲線12所示之減少率 15 約為第1圖中曲線d2所示之減少率的1/3或更小。 因此,就所有被模擬之預傾角度而言,在扭曲角度為 180度且d/p比為0.25之條件下,右側及左側之光透射率差異 約為沒有該扭曲結構(扭曲角度為〇度)時的1/3或更小。 為了確说實際LCD之顯不品質的預傾角度依附性,發 20 明人以大約89.8度、89度及88.5度之預傾角度在扭曲角度為 180度且d/p比為0.25之條件下製作3個原型LCD,並比較該 LCD之顯示品質。該3個原型LCD使用相同的配向薄臈材 料。在賦予預傾角度時,透過在刷磨製程中於基板與刷磨 布料之間使用空隙,不同的預傾角度被設定至各該LCD。 25 1352858 第096106727號專利申請案說明書替換本曰期:100年7月ίΐ曰 我們不能說僅有具大約89.8度之預傾角度的LCD具有 良好的顯示品質。此一原型在電壓施加期間需要時間以安 定液晶分子之配向。無法決定良好顯示品質之原因可以歸 因於液晶層之高速回應未被實施。 5 從該原型之觀察結果可以看出,該預傾角度宜設定在 89.5度或更小。 宜將預傾角度設定在88度或更大,最好是88.5度或更 大。這是因為良好的對比可以在前側觀察中被實現且良好 的顯示品質可以在簡易矩陣驅動器中被獲得。 10 15 發明人確認不僅是使用該C板做為具有以嚴格直交佈 局(垂直直交)配置之上、下極化器的視角補償板之LCD,具 有與該直交佈局偏斜配置,比方說偏斜正5度或負5度(亦 即’該上極化器之傳輸軸與該下極化器之傳輸軸之間的角 度從該基板之法線方向檢視時為85度至95度)之上、下極化 器之LCD,亦可獲致類似的優點。 與使用該C板可獲得者類似的優點經確認亦可由該右 側及左側方位角(180度至0度方位角)實現,如果該c板由2 個A板取代。在此一情況下,該兩a板具有一雙倍於該^板 之該厚度方向延遲Rth的面内方向延遲Re,並被接合在一起 使延遲相軸垂直且各該A板之該延遲相轴的方向為與位於 該液晶層在厚度方向上之中央的液晶分子之配向方向平行 或垂直的方向。發明人發現,類似的優點可以透過使該上、 下極化器以正5度或負5度從該直交狀態偏斜配置之方式被 獲得。 26
Mj^I^6727號專利申請案說明書替日^ΤΥ〇〇年7月lfj] 發明人使用第3圖之LCD並使用具有雙軸薄膜(具有負 向雙軸光學非等方性之光學薄膜)以做為該視角補償板之 結構進行模擬,以檢查該雙軸薄膜之面内方向延遲2^與光 透射率之間在無電壓施加狀態下的關係。 在此一模擬標的中,位於該液晶層在厚度方向上之中 央的液晶分子具有270度之配向方位角。上、下基板表面之 刷磨方位角被設定為〇度方位角’且左側扭曲液晶層被視為 具有180度之扭曲角度。d/p比被設定於0.25。該液晶層之延 遲Δικ!,該雙軸薄膜之厚度方向延遲Rth,該雙軸薄膜之面 内方向延遲相軸的方位角,該上、下極化器之傳輸軸方位 角等被設定成具有與第2圖所示結果所使用之LCD相同的 數值。 觀察方位角為0度及180度方位角且觀察極角為5〇度。 第6圖顯示模擬結果。 該圖之橫座標代表單位為“奈米”之雙軸薄膜的面内方 向延遲Re而縱座標則代表單位為“%,’之光透射率。 曲線vl顯示從〇度方位角以9〇度之預傾角度觀察時面 内方向延遲Re與光透射率之間的關係。曲線v2顯示從18〇 度方位角以90度之預傾角度觀察時面内方向延遲Re與光透 射率之間的關係。曲線vl&v2兩者相同且被繪製成互相疊 置。 曲線wl及w2顯示從〇度及180度方位角以89度之預傾 角度觀察時兩者之間的關係。 曲線xl及x2顯示從〇度及18〇度方位角以88度之預傾角 1352858 第096106727號專利申請案說明書替換本曰期:1〇〇年7月ΰ日 度觀察時兩者之間的關係。 曲線yl及y2顯示從0度及180度方位角以85度之預傾角 度觀察時兩者之間的關係。 所有該8條曲線vl至y2皆互相接近。這意味著該雙轴薄 膜之面内方向延遲Re與光透射率之間的關係具有較小的視 角方位角(0度至180度方位角)依附性與預傾角度依附性。就 所有被模擬之預傾角度而言,可以看出光透射率在大約5〇 奈米之Re下呈現最小且可實現良好的黑色顯示品質。 10 發明人確認,如果雙轴薄膜之光學特性以A板(大約8〇 奈米之Re)與C板之組合實施,類似的結果亦可被獲得。 15 其他組合可為(i)該A板與該C板兩者皆被設置於該上 基板與該上極化器之間及/或該下基板與該下極化器之 間、(ii)該A板與該C板中一者被設置於該上基板與該上極化 器之間且另一者被設置於該下基板與該下極化器之間、(出) 該雙軸薄膜與該C板兩者皆被設置於該上基板與該上極化 器之間及/或該下基板與該下極化器之間、以及(iv)該雙抽 薄膜與該C板中一者被設置於該上基板與該上極化器之間 且另一者被設置於該下基板與該下極化器之間。 本發明業已參照較佳實施例說明如上。本發明不限於 上述實施例。 舉例來說’雖然§亥C板在實施例中被設置於該下基板與 該下極化器之間’該C板亦可被設置於該上基板與該上極化 器之間。 熟悉此項技藝之人士應可理解,其他各種修飾、改良、 28 1352858 第096106727號專利申請案說明書替換本日期:100年7月11曰 組合等是可行的。 本發明適用於垂直配向型LCD,無論LCD為簡易型矩 陣或主動式矩陣。 由於右側及左側顯示品質可以相符,本發明可應用至 5 車用顯示器及可攜式資訊端子顯示器。 【圖式簡單說明】 第1圖顯示模擬結果; 第2圖顯示模擬結果; 第3圖為顯示使用於模擬標的之LCD内部結構範例的 10 概略分解透視圖; 第4圖顯示模擬結果; 第5圖顯示模擬結果; 第6圖顯示模擬結果; 第7圖為一單象限預傾垂直配向型LCD之概略分解透 15 視圖; 第8圖為一具有視角補償板之單象限預傾垂直配向型 LCD的概略分解透視圖; 第9圖顯示使用該視角補償板(第8圖中所示之該垂直 配向型LCD)與未使用該視角補償板(第7圖中所示之該垂直 20 配向型LCD)時光透射率之觀察極角依附性; 第10A至10E圖為LCD之概略分解透視圖; 第11圖顯示延遲與光透射率之間的關係;以及 第12圖顯示在50度極角下扭曲角度與光透射率之間的 關係。 29 1352858 第096106727號專利申請案說明書替換本曰期:100年7月Γ1曰 【主要元件符號說明】 6-..LCD模擬器LCD主機 31, 32…基板 33, 34…透明基板 35, 36···電極 37, 38·.·垂直配向薄膜 39…液晶層 39a···液晶分子 41,42…極化器 43…電壓施加構件 45…視角補償板 46…C板 47…A板 48…雙軸薄膜 30