TWI377408B

TWI377408B - Liquid crystal display device having biaxial refractive compensating film and manufacturing method thereof

Info

Publication number: TWI377408B
Application number: TW097149521A
Authority: TW
Inventors: Zhibing Ge; Ruibo Lu; Thomas Xinzhang Wu; Shin-Tson Wu; Chao Lien Lin; Nai Chin Hsu
Original assignee: Chi Mei Optoelectronics Corp; Univ Central Florida Res Found
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2012-11-21
Also published as: TW200944891A; CN101539685A; CN101539685B; US20090161044A1

Description

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TW5172PA 六、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明是有關於一種圓偏振器的設計，更具體地，涉及透射和/或半穿反（transflective )液晶顯示裝置中寬視角圓偏振器的設備、裝置、系統和方法。【先前技術】液晶顯示裝置（LCD)被廣泛地應用於電視、臺式監視器、筆記本和可攜式電子設備，這歸因於其尺寸小、重量輕、圖像品質高並且功率消耗低。對於LCD，寬視角和高亮度（高的光效率）是兩個需求。此外，在一些LCD 應用中，面板可能具有透射和反射功能以獲得室内和室外的可讀性，該LCD被主要稱作半穿反LCD。目前，對於透射和半穿反LCD，多顯示域垂直配向 (multi-domain vertical alignment, MVA )已經變成了主流寬視角顯示技術。在如第1A圖（像素的截面圖）所示的 MVA單元中’液晶分子118夾在兩塊玻璃基板I〗⑽和Η 〇b 之間’並當下電極112a和上電極112b之間未施加電壓時，初始配向大抵垂直於基板。MVA單元120進一步插在兩個線偏振片100a和l〇〇b之間。在上基板110b上，形成凸塊U6’使附近的液晶分子具有小的預傾角。在下基板11〇这上’在電極112a上開狭縫114。當上和下電極之間施加高電廢時，由於狹縫和凸塊，將產生第1B圖中虛線122所示的電場°因此’狹縫左側和右侧的液晶分子將向不同的方向傾斜，形成x-z平面内的雙顯示域分佈。為了進一步 1377408 1 戶

TW5172PA 擴展視角，為MVA開發人字形的凸塊和狹縫結構，如第 1C圖所示（像素的俯視圖，在x_y平面内）。這裏，形成 ^在上基板上的凸塊116和形成在下基板上的狹缝114在x_y 平面内具有兩個部分：一個在上半x_y平面内，另一個在下半χ-y平面内。因此，液晶分子被分佈在四個主要的顯示域中：顯示域130和132在下部分中，134和136在上部分中。該四個顯示域結構以45。、135。、225。和315。形成，如第1D圖所示。兩個線偏振片的穿透軸15〇&和i5〇b • 設定在〇°和90。，以獲得最大光效率。在正交的線偏振片條件下，具有總相位延遲值5並且其光軸在相對於一個線偏振片的穿透軸的角度φ的延遲膜的透射率表示為： T = sm2 (1φ)ύΆ2 (―) 2 (1) 因此’透射度主要取決於液晶顯示域的角度ρ。由方程式 (：l ) ’ Τ 在 φ=45。、135。、225。和 315。具有最大值。然而’， • 在傳統MVA單元的電壓開啟狀態下，在如第1(：圖所示的顯示域過渡區域140中的液晶分子將不會沿著四個主要方向（45。、135。、225。和315。）被嚴格地限制。因此，與具有使用平面電極的單顯示域的傳統扭轉向列LCD相比，正交的線偏振片條件下的MVA單元的光效率降低。另一方面，當使用圓偏振器，MVA單元的透射率將僅僅依賴於相位延遲值，如： Γ = sin2 ("—) 5 1377408

TW5172PA 因此，在顯示域過渡區域140中的這些分子也將有助於整個透射率，導致更高的光效率。傳統顯示裝置201的示意性結構示於第2A圖。典型的圓偏振器280a(或280b)包括線偏振片200a(或200b) 和四分之一波片（quarter-wave plate ) 260a (或 260b )，該四分之一波片260a (或260b)具有相對於線偏振片的穿透軸沿45°配向的光軸。兩個四分之一波片通常由相同類型的單軸A片製成，例如正單轴A片或負A片。在這樣的構造條件下，當沒有電壓施加至MVA單元時，如第2B 圖所示，液晶分子218全部垂直配向，在垂直方向沒有顯示出相位延遲。來自於下背光單元290的入射光將首先變成平行於下偏振器200a的穿透軸201a的線偏振光205 ; 在第一四分之一波片260a的光軸離穿透軸201a為45。的情形’線偏振光205將隨後被轉變成具有左旋圓偏振的圓偏振光215。圓偏振光215在穿過垂直配向液晶單元220 後仍保持其偏振狀態。然後，上四分之一波片260b將偏振光215轉變回線偏振光225，該偏振光225的偏振方向垂直於上線偏振片200b的穿透軸201b，從而該偏振光225 被遮擋，導致黑的狀態。另一方面’如第2C圖所示，當高電壓施加至液晶單元220時’全部液晶分子將向下傾斜，使得液晶單元220 具有類似半波片之特性。在這樣的條件下，來自於下圓偏振器280a的具有左旋圓偏振的圓偏振光215將被轉變為具有右旋圓偏振的圓偏振光235。上四分之一波片進一步將具有右旋圓偏振的圓偏振光235轉變成線偏振光245， 1377408 ' }

TW5172PA 該偏振光245的偏振方向平行於上線偏振片2〇〇b的穿透軸201b ’導致亮的狀態。然而’在這樣的條件下，只有正入射，該設計中的圓偏振器才可以產生最小化的光洩漏。當觀察離轴入射時，光戌漏嚴重並且由兩個原因導致：（1 )兩個正交線偏振片的有效角度的改變’即’在大多數的離軸觀察方向，下和上線偏振片的穿透軸將不再彼此垂直；（2)來自於兩個相同類型的單轴四分之一波片的不能補償的離轴相位延鲁遲了以藉由在跑英卡勒偏振球（p〇incarg Sphere)上跡線穿過該系統的入射光的偏振狀態來描述光洩漏的原因。在該類型的正交圓偏振器中，離轴光洩漏嚴重。僅僅 •來自於兩個圓偏振器的這樣的光漁漏就可以纟35。附近達到1%，在60。附近達到10% ’這使MVA的視角（定義為 18錐形’具有對tb率giG : 〇變窄至6G。，這對於要求寬視角的LCD來說是不夠的。其他結構使用多個雙軸膜來擴展視角。然而，這些膜鲁會使得這樣的設計更複雜，成本更高，並且難以精確控制雙轴膜的形成。一另一方面，多顯示域垂直配向（MVA)也被廣泛的用於半穿反LCD，其中採用圓偏振器來實現反射模式的黑狀 I如第3圖所具有分開的透射區495a和反射區495b 的半穿反MVA單元496被夾在兩個圓偏振器4·和⑽ 之間因此迷射部分495a也被夾在兩個圓偏振器之間。基於上述的分析，目前關於圓偏振器結構的方法並不倉匕滿足使用夕顯示域垂直配向液晶的具有寬視角的透射 7 1377408

TW5172PA 及半穿反顯示裝置。【發明内容】本發明之實施例將提供可以使透射和半穿反液晶顯示裝置具有寬視角的圓偏振器的設備、裝置、系統和方法。該設備、裝置、系統和方法也可以提高使用多顯示域垂直配向液晶的液晶顯示裝置的亮度。根據本發明，提供了一種液晶顯示裝置。該液晶顯示裝置包括：第一圓偏振器，包括第一線偏振片和第一四分 --- . 叫啊训、w ^ ^ ^ 师挪，I ^ 7Γ 之一波片；第二圓偏振器’包括第二線偏振片、雙軸膜和第二四分之一波片，該雙軸膜插在該第二線偏振片和該第二四分之一波片之間；液晶單元，插在該第一圓偏振器和該第二圓偏振器之間；至少一個光延遲補償膜，配置在該第一圓偏振器和該第二圓偏振器之間，其中該光延遲補償犋部分地補償該液晶單元的相位延遲。該第一線偏振片和該第二線偏振片具有彼此基本垂直的吸收轴，該第一四分之一波片和該第二四分之一波片由具有光折射率心、~和 =的早軸A膜形成，且該第一四分之一波片的光軸^旯 =直於該第二四分之一波片的光軸〜，並膜二有光折射率ηχ〜ηζ。芰釉膜具為讓本發明之上述内容能更明顯易懂，下施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：、較佳【實施方式】 ’可以理解的是在詳細解釋本發明彼露的實施例之前 1377408 I >

TW5172PA 本發明在其應用方面不局限於所示的具體佈置細節，因為本發明還可以有其他實施方式。同樣地，這裡使用的術語是出於描述的目的，而不是限定的目的。第一實施例第4A圖是具有寬視角圓偏振器之MVA型LCD構造 510的第一實抱例的截面示意圖。MVA LCD單元520可以包括兩個玻璃基板、垂直配向液晶層、和電極，其細節並 _ 未在第4A圖的實施例中繪示出。為了能夠獲得不同的灰度，例如轉換電路的轉換裝置可以耦合至LCD單元520, 在大約零和半波片值之間轉換液晶層的相位延遲。液晶單元520可以夾在第一圓偏振器580a和第二圓偏振器580b 之間，其中第一圓偏振器580a包括第一線偏振片500a和第一單軸膜基四分之一波片560a，第二圓偏振器580b包括第二線偏振片500b、第二單轴膜基四分之一波片560b、和夾在第二線偏振片500b和第二四分之一波片560b之間 • 的雙轴膜570。雙轴膜570可以用來補償離轴光洩漏，並可以具有等於：

Nz =

的Nz係數，其中nx、ny、和nz是主座標中的折射率，在該主座標中z軸垂直於支撐玻璃基板（和圓偏振器）。雙軸膜570可以由二維拉伸的聚合膜製成，並可以具有與第一線偏振片500a和第二線偏振片500b的吸收轴之一平行 9 1377408

TW5172PA 配向的nx軸。線偏振片5〇〇a和500b可以包括分色聚合物膜’例如聚乙烯醇基膜。負的雙折射C片550 (其中nx、 %>112’即，（1^+%)/2>112，並且^11(；=112_(11}{+%)/2)插在MVA單元520 (相似於正C片，其中nx=ny<nz，並且 △ n=nz -nx)和第二圓偏振器580b之間，部分地補償來自於MVALC單元的相位延遲。LCD面板由背光單元590 照亮。每層的光軸配向示於第4B圖。第一線偏振片500a 的穿透軸501a設定為零度，作為基準方向，第二線偏振片500b的穿透軸501b設定為垂直於第一線偏振片的穿透軸。第一單軸四分之一波片560a和第二單轴四分之一波片560b都由相同類型的單轴膜製成，例如具有拉伸的聚合物膜的聚合物層或者均勻的液晶膜。根據膜的類型’兩個膜可以是正單軸A膜，nx>ny=nz，或者兩個膜可以是負A膜，nx < ny=nz。這樣的單轴四分之一波片可以具有 450 nm至600 nm範圍内的中心波長。這裡，第一和第^一四分之一波片彼此垂直，並且同時每個四分之一波片具有光轴，該光轴離同一圓偏振器組中的線偏振片的穿透軸大約45°。更具體地，第一四分之一波片560a的光軸561a 設定為約45。，第二四分之一波片560b的光軸561b設定為約135。，離第二（上）線偏振片500b的穿透軸501b大約45。。雙軸膜570的心軸571設定為0。，垂直於上線偏振片500b的穿透軸501b。根據本發明的第一實施例，當沒有電壓施加至MVA LC單元時，液晶分子大致上是垂直於玻璃基板。也就是’ 1377408 * >

TW5172PA 液晶層是具有負介電各向異性的垂直配向液晶單元，其中液晶分子大致上垂直於基板的初始配向。因此，正入射光將經歷可忽略的相位延遲。正如第5A圖所示，當來自下背光單元590的入射光穿過第一線偏振片時，它將變成與第一線偏振片500a的穿透軸501a平行的線偏振光505 ; 在它透射過第一四分之一波片560a後，它將變成左旋圓偏振光515 ;由於正入射時來自LC單元（相似於正C片，其中nx=ny<nz，並且Δη=ηζ -nx)和負C片（其中nx、 • ny > nz，即，（nx+ny)/2> nz，並且△ nc= nz -(nx+ny)/2 )的可忽略的相位延遲，左旋圓偏振光515將一直保持其旋性到第二四分之一波片506b，並將被第二四分之一波片506b 改變回到垂直於第二（上）線偏振片500b的穿透轴的線偏振光525，並由此被遮擋住而導致黑（關閉）的狀態。當高電壓經由薄膜電晶體（TFT)陣列（這裡未繪示出）施加至液晶單元，使其等效於約半波片時，單元將呈現白的狀態。正如第5B圖所示，來自背光單元590的入 • 射光穿過下線偏振片後將具有第一線偏振狀態，成為光 505 ;在它穿過第一四分之一波片560a後，它將變成第一左旋圓偏振光515;並且該左旋圓偏振光515將被液晶單元變成右旋圓偏振光535;並且當它透射上四分之一波片 560b時’它變成平.行於第二（上）線偏振片500b的穿透軸的線偏振光545，從而實現亮（開啟）的狀態。這裡，在兩個正入射的情形下，到達雙軸膜570下表面的光的偏振狀態為平行於或垂直於雙軸膜的、轴，從而其對處於這些偏振狀態的光的偏振改變沒有影響。 1377408

TW5172PA έ 第6圖不出對於觀察者來說光的觀察方向511定義。在顯示裝置51G的不同方位角方向^和極角方向‘，觀察者將看到光的不同偏振變化。如上所述，兩個原因導致光從使用圓偏振H的MVA單元&漏：⑴下和上線偏振片的有效角變化；和⑵來自於兩個四分之一波片的離軸延遲。為了使光制的程度降低，^和〜^ -45的兩個不同方向的補償需要被考慮。本發月採用如下方法來抑制顯示裳置5^〇的離轴光泡漏。這裡’兩個四分之—波片560a和560b設定為彼此垂直。當在(^ine=G°且0ine=7G。的方向觀察時，第一（下）線偏振片50〇a的穿透轴和第二（上）線偏振片5_的吸收軸在任何極角都相互垂直。然而，兩個四分之一波片的光軸在該離軸方向不再彼此垂直，這成為錢關主要原因。在本實施例中，液晶單元520和負C片550 —起搭配以補償兩個四分之一波片的相對角變化。當在少inc=〇〇且 einc=7〇°的方向觀察時，鮑英卡勒偏振球上的偏振變化示於第7A圖。在該方向，位於點τ的下線偏振片的穿透軸鲁和位於點A.的上線偏振片的吸收轴在鮑英卡勒偏振球上彼此父疊。在此情形下，穿過第一線偏振片5〇〇a的光將具有位於τ的偏振狀態，然後被四分之一波片56〇a移動至點B ;液晶層520和負c片.550 (負C片設計為部分地補償來自於液晶層的相位差）一起搭配則很像運用正c片的設計，這將光從位於B點的偏振狀態轉移至點c;最後上四分之一波片560b將光從點C移動至點八。在該方向，上雙轴膜的nx軸與點A和點τ交疊，它將不會改變具有 12 1377408 » ，

TW5172PA 位於點A的偏振方向的光的偏振狀態。因此，該方向的光泡漏被顯著地抑制住。這裡’對於本實施例，四分之一波片適用波長的中心選於550 nm。由上面的分析，負c片550從而部分地消除來自於MVA單元520的相位延遲，並當液晶單元和負C 片一起搭配而運作如一正C片（其令，nx = ny < nz，並且 △η = nz-nx)時’光洩漏在該方向被最小化，該正c片的全部相位延遲（1Δη/λ在大約〇.1到〇.2之間。液晶單元的相位 • 延遲值可以由亮狀態的需求來決定。在亮狀態，液晶單元應該像半波片地運作《對於典型的MVA單元，位於邊界的液晶分子不能被預設的導通狀態的施加電壓完全地傾斜。因此’ LC早元的初始相位延遲值dAn/λ (其中，Δη = ne-n。’ ne和η。是液晶材料的非尋常折射率和尋常折射率’ λ是入射光的波長）不會被設定為精確的半波片，例如 ’ άΔϋ/λ= 1/2 或者對於λ=550 nm，dAn = 275 nm。通常地’ MVA單元將具有大約0.45到0.70的初始dAnA，或鲁者λ=550 nm時，dAn丨在大約247.5 nm到385 nm之間。以上述的LC單元延遲，負C片（其中ηχ、％>ηζ，即， (nx+ny)/2 > nz，並且△ nc = nz -(nx+ny)/2 )的相位延遲（ίΔι^/λ 被設定在大約-0.60到-0.25之間（或者，λ=550 nm時，dAn 在大約-330到-137.5 nm之間）’以確保液晶單元和負c片的整體相位延遲相似於正C片（其令nx=ny<nz，並且Δη η；ζ—ηχ) ’ ί^Δη/λ在大約0.1到0.2之間，即’相位延遲值的比’也就是負C片的相位延遲d △ η絕對值比LC層的相位延遲絕對值在55.6%到85.7%的範圍。這些數字的總結 13 1377408 TW5172PA 列於表1中。表I LC單元的dAn丨/λ * 0.70 0.45 LC單元的（ΙΔη丨* 385 nm 247.5 nm 負C片的dAnc/λ (d Δ nc=[nz-(nx+ny)/2] xd)* -0.60 到 -0.50 -0.35 到-0.25 負C片的（!△ nc (dA nc=[nz-(nx+ny)/2]xd)* -330 nm 到 -275 nm -192.5 nm 到 -137.5 nm 負C片的Rth /LC單元的 And (%) (Rth(nin)=[(nx+ny)/2-nz]xd ) 71.4% 到 85.7% 55.6% 到 77.8% 組合相位延遲值Δηά/λ* 0.1 到 0.2 0.1 到 0.2 剩餘And/LC單元的And (%) 14.3% 到 28.6% 22.2% 到 44.4% *:在λ=550ηιη 另一方面，當從pinc=-45°且0inc=7〇°的方向觀察時，這兩個單轴四分之一波片將一直彼此垂直，它們本身就可以部分地補償它們的離轴相位延遲；並且兩個線偏振片的有效角變化是光漏的主要原因。在Pinc^ _45°且0jnc = 70°的方向，穿過顯示裝置510的入射光的相位變化繪示於第7B圖中。在該方向，下線偏振片的穿透軸由鲍英卡勒偏振球上的點T表示，而上線偏振片的吸收軸由點A表示，這兩個點彼此分離。在本實施例中，通過包括雙轴膜 570，該膜構造將自動補償該差別並抑制可能的光洩漏。 1377408 t ·，

TW5172PA 穿過第一線偏振片500a的光將具有位於點T的第一線偏振狀態；它然後被第一四分之一波片560a移動至點6。液晶單元520、隨後的負C片550、和第二四分之一波片560b 一起將光從點B改變回到點C ;最後雙軸膜570將光從點 C移動到為第二（上）線偏振片500b的吸收方向的點A。從而’該方向的光茂漏也能被很好地抑制。從該偏振跡線’一旦兩個四分之一波片、液晶單元、及負c片的相位延遲值被固定，則點c的位置也將固定。鲁從而雙軸膜57〇的參數可以調節為將光從點c移動至點 A。對於第7B圖中弧AC的形狀，雙轴膜570的優化參數為*Nz係數（ΝΖ —ΐϊΤ^)大約為0.35、面内延遲d(nx-ny)a 大約為0.35、並且nx>ny，儘管本發明的範圍不局限於此。在各實施例中，液晶單元是遷射液晶單元，其中液晶顯示設備的圖像由背光單元照亮。 • 帛8A圖繪示出本實施例的角光泡漏。可以看出，在整個觀察圓錐上’0.001的光冷漏（標準化至兩塊平行線偏振片之間的最大透射率）擴展至超過60。，最大光泡漏小於0.0012。第8B目#會示出本實施例的等對比度 (iS〇-C〇ntraSt )圖，其中在整個觀察圓錐上實現了大於 100:1的對比率。然而’雙軸膜可以有另1方案，將光從點C沿另-個方向移動至點A。如果ηχ、，通過設定Nz係數 15 1377408

TW5172PA (Nz = η" _ n')大約為0.35、而面内延遲d(nx-ny)a大約為0.65，則上雙軸膜可以將光從點C沿著與第7B圖相比相反的方向旋轉至點A。在鲍英卡勒偏振球上的偏振變化跡線繪示於第9圖中，且其對應的角光洩漏繪示於第10 圖中，其中也可以實現讓光洩漏減少之目的。除了該設計的寬視角之外，在圓偏振器下的MVA單元的亮度也被顯著改善。它產生大約30.5 %的整體透射率’相比於使用單獨的正交線偏振片時的23.3%的值。 φ 此外，這裡在第4B圖中，第一四分之一波片560a 的光軸561a也可以設定為一 45。，這是在第一（下）線偏振片500a的穿透軸501a之後的45。。相應地，第二四分之一波片560b的光轴561b設定為45。，這是在第二（上）線偏振片500b的穿透軸501b之後的45。。在這樣的條件 ’ 下’一旦光穿過線偏振片和隨後的四分之一波片，也可以得到圓偏振。這裡’使用負C片550(其中nx、ny>nz，即，（nx+ny)/2 鲁 >nz，並且△nfriz-h+ny；^)以使得Lc層（lc層相似於正C片’其中nx=ny < nz，並且An = nz -nx )和負c片一起具有相似於正C片（其中nx=ny<nz，並且的整體相位延遲。因此，負c片不局限於僅僅放置在mva 單元520和上圓偏振器58〇b之間；此外它也不局限於僅有一個C片’也可以添加在MVA單元下方的附加的c片，只要來自於這些C片和液晶層的整體相位延遲接近於上述 16 1377408 • f

TW5172PA 的優化值。可以以不同的方式選擇用於顯千沾、、评顯不的部件。作為一個實例，可以首先選擇液晶單元、四分之一波片和雙轴膜然後相應地選擇負C片。另-個選擇方式是首先選擇液晶單元、四分之-波片和負C片，然後選擇雙轴膜。我們可以使用適用波長中心於550nm的相同的四分之—波片。例如’第U圖繪示出了單轴膜的延遲值和波長之間的關係。液晶單元的相位延遲值可以由亮狀態的需要來決定。在亮 •狀態時，液晶單元應該相似於半波片地工作/對於商^ MVA單元（例如由Merck提供的的液晶材料並且單元間隙為4μιη)’將具有初始4Δηι/λ大約為〇 679， λ=550ηιη時，dAn丨為373.6nm。當然，本領域的技術人員可以調節同一液晶材料的單元間隙以獲得不同的MVA單元的延遲值（例如’當該液晶材料的單元間隙通常為 4.〇〜4.2士〇.〇50111時，么111/人將從〇.671到〇.721)。例如，商業單軸膜（例如，Sumitomo’sS-sina系列，Zeonor)具有春初始 <1ΔηΑ/λ大約為 0.255 ( 140nm/550nm)，這是人=550nm 時（1ΔηΑ= R0= (nx-ny)xd= 140 nm ( 550nm 時 nx=1.5358, ny=1.5316, nz=1.5316)。商業雙軸膜（例如，Nitto的塗層 C系列）具有初始面内延遲dAnb/a大約為0.491 (270nm/550nm)，其中 λ= 550 nm 時（ΙΔηρ 270 nm .，

Nz 係數（Nz = — -n-2 )大約為 0.5。 nx _ny 一旦兩個四分之一波片、液晶單元和雙軸膜的相位延遲值固定，則負C片的厚度調節可以被優化以對於顯示裝 17 1377408

TW5172PA 置來說在不同的視角獲得最佳的對比率。負C片5 5Ό的優化參數是 Rthnm (Rth=[(nx+ny)/2_nz]xd)大約為 242 nm，面内延遲RthA大約為0.44 (242/550)。在各種實施例中，液晶單元是透射液晶單元，其中背光單元照亮液晶顯示裝置的圖像。以上述的LC單元延遲，負c片（其中ηχ、％ > nz，即，（nx+ny)/2 > nz，並且=nz _(nx+ny)/2 )的相位延遲dAne/λ被設定在大約-〇·645到-0.3之間（或者，在λ =550nm時d^nc大約在-355到-165nm之間）以確保液晶裝·置在85的整體對比率大於1〇’例如可使用的配置。同樣地，負C片的相位延遲dAnca被設定在大約·〇 4〇到-〇 48 之間（或者’在λ=550ιπη時dAnc大約在_265到_218之間）以確保液晶裝置在所有的視角的整體對比率都大於 10，例如建議的配置。另外，負c片的相位延遲d^nc/入被設定在-0.44(或者，在λ=550 ηιη時dAnc大約在_242nm) 以使得液晶裝置的在所有視角的整體對比率都大於18並且液晶裝置在85。的整體對比率大於3〇，例如最優配置。因此，由上述討論，液晶單元和負C片的整體相位延遲相似於正C片（其中，nx=ny<nz，並且大約在0.03到0.38之間，即相位延遲值的比率，也就是負C片的相位延遲(ΙΔη絕對值比LC層的相位延遲絕對值，在〜44%到95%的範圍。這些條件及相應數字的總結列於表II中。

表II 可用建議最優建議可用 — 配置配置配置配置配置 1377408 « 泰 TW5172PA 負C片的厚度（μιη) 6 4.5 4.1 3.7 2.8 負C片的dAncA (dAnc=[nz-(nx+ny)/2]xd)* -0.645 -0.482 -0.44 -0.396 -0.3 負C片的Rth (Rth(nm)=[(nx+ny)/2-nz]xd ) 355 265 242 218 165 負C片的Rth / LC單元的 Anid (%) 95% 71% 65% 58% 44% 來自於負C片和LC單元的整體剩餘And(nm) 18.6 108.6 131.6 155.6 208.6 組合相位延遲值Δικί/λ (550nm 時） 0.03 0.2 0.24 0.28 0.38 剩餘And/LC單元的And (%) 5% 29% 34% 42% 56% *對於雙軸膜：R〇=(nx-ny)xd=270nm; Nz=(nx-nz)/(nx-ny)=0.5 ；第二單軸膜基四分之一波片：R〇=(nx-ny)xd=140nm; ® LC 單元：550nm 時 Δη丨d=373.6nm，以及第一單軸膜基四分之一波片：R〇=(nx-ny)xd=140nm。根據上述表I和表II中的描述，在550nm的波長時，具有從247.5nm到392.3nm的Δικ!的不同LC單元，負C 片（其中 nx、ny > ηζ，即，（nx+ny)/2 > ηζ，並且△〜= ηζ -(nx+ny)/2)的相位延遲dAnc/λ將被設定在從-0.645到 -0.25以確保寬的視角。這裏，對於55〇nm時具有從355 到137.5nm的Rth的負C片，可以具有不同的建議條件。 19 1377408

TW5172PA 並且負C片部分地消除LC單元的相位延遲，使得它們搭配使用時在顯示裝置中是相似於正C片之運作。此外，MVA液晶單元也可以是具有透射和反射功能的半穿反液晶單元，其中通常是藉由添加反射器至液晶層的底表面來實現反射功能。具體的顯示裝置構造繪示於第 12圖，其中每個小的像素區被分成透射區511a和具有金屬反射器530的反射區511b。在這樣的情形下，上圓偏振器對於反射模式（當圖像由背景光顯示時）可以產生常黑狀態。當沒有電麼施加至液晶單元520時，所有的分子基省本上都垂直於基板’導致正入射時的可忽略相位延遲。在來自於觀察者側的入射背景光透過第二（上）線偏振片 500b之後，它首先變成具有平行於上線偏振片的穿透軸 501b的偏振的線偏振光。在它穿過上四分之一波片.560b 之後’它變成第一圓偏振光。這裡，雙轴膜對於線偏振入射光沒有影響’這是由於雙軸膜的nx垂直於穿透轴501b 的事實。在正入射時’光穿過C片和液晶單元經歷可忽略的相位延遲’從而一直保持圓偏振，直到反射器的表面。《金屬反射器530將反射入射光並反轉入射圓偏振光的旋性 (例如’從左旋性至右旋性’反之亦然，但是傳播方向也被反轉）。在它被反射回四分之一波片560b並再次穿透四分之一波片560b之後’它將被轉變成平行於第二（上）線偏振片500b的吸收方向的線偏振光，由此被阻擋，並導致反射模式的黑狀態。另一方面，如果LC層調節為顯示出等效於四分之一波片的相位變化，來自於上圓偏振器 580b的入射圓偏振光（作為第一圓偏振）將在它到達反射 20 1377408 « i

TW5172PA 器表面之前被液晶層轉變成線偏振光。一旦它被反射器反射回液晶層520並穿過液晶層52〇，它將被轉變回到圓偏振狀態’其中在穿過上四分之一波片之後，該圓偏振轉變成平行於上線偏振片的穿透轴的線偏振。因此，該反射光可以透過上圓偏振器以獲得亮的狀態。第二實施例在如第13圖所示的本發明的第二實施例中，顯示裝 φ 置 610 具有被負 C 片 650 (其中 nx、ny>nz，即，（nx+ny)/2 〉nz ’並且△nenz^nx+ny)/〗）補償的MVA單元620 (包括兩個玻璃基板和垂直配向液晶層，並且該LC層具有與正C片相似之特性，其中nx=ny< nz，並且An = nz -nx)。液晶層和C片夾在第一圓偏振器680a和第二圓偏振器 680b之間。第一圓偏振器680a包括第一線偏振片600a和單軸四分之一波片660a，第二圓偏振器包括第二線偏振片 600b、雙轴膜670和第二單轴四分之一波片660b。第一偏 • 振器600a的穿透軸601a被設定為0°以作為基準方向，第二（上）線偏振片600b的穿透轴601b垂直於透射方向 601a，即位於90°。與上述實施例不同，第一單轴四分之一波片660a和第二四分之一波片660b由相反類型的單轴膜製成，例如，具有nx > ny = 1的正單轴A膜作為一個四分之一波片 660a’具有nx<ny = nz的負A膜作為另一個四分之一波片 660b，反之亦然。在這樣的條件下，第二四分之一波片660b 的光轴661b被設定為平行於第一四分之一波片660a的光 21 1377408

TW5172PA 轴661a。純地’每個四分之1片的絲相對於其附近線偏振片的穿透軸被設定在45。。換句話說光轴仙和光轴661b均可以被設定為相同，並大約為u。或者大約 -45。。雙轴膜670的η鲕67ι子+ χ軸671垂直於第二（上）線偏振片 600b的穿透軸601b。與，實施例中的上述補償方式不同，在該情形下的兩:固四刀t ，片的光軸在任何的離轴角度都總是彼此平行’以保證完全的自補償。抑^ 怖頂從而，負C片650被設計為

完全地補償MVA單元620的相/ 们相位延遲。在此情形下，使用圓偏振器的MVA單元的井漏主要來自於下和上線偏振片的有效角度變化，該有效备由 ’欢角度變化可以被雙轴膜670 補償。，第14 A圖緣示出當$ ^ #姐^ ^ 0且einc=7〇o觀察時穿過顯示裝置610的入射光在跑英卡、下勒偏振球上的偏振跡線。在該方向，位於點T的下線偏据神振片的透射方向與位於點A的上線偏振片的吸收方向交疊。τ ^ 下四分之一波片660a首先

將光從點T移動至點B，一曰色η，，旦負C片650完全消除來自於液晶層620的相位延遲，則μ J上四分之一波片660b可以將光從點B移回至點八。具右闩接/从机π ，、有问樣位於點ΊΓ的〜轴的雙軸膜670將不會改變位於點a的也认拍4£ m 八的光的偏振。因此，該觀察方向的光洩漏被顯著地抑制。當在〜nc=-一45。且einc===7〇。觀察時，飽英卡勒偏振球上的偏振跡線繪示於第14B圖。這裏，位於點τ的下線偏振片的透射方向與位於點Α的上線偏振片的吸收方向分離。這裏，具有位於點T的初始偏振狀態的光將被第一四 22 1377408 • >

TW5172PA 分之一波片660a轉變至點B。由於負c片650被設計為幾乎完全補償液晶層620的相位延遲，光將在穿過液晶層和C片之後保持其在點b的偏振狀態。由於第二四分之一波片660b具有相反的雙折射’它將偏振從點b移動至點 T。最後，雙軸膜將光從點τ移動至點a，從而離軸光洩漏被抑制。相似地，MVA單元的相位延遲值dAn/χ可以由其亮狀態的需要來決定’也就是，通常在大約〇 45到0.70之間， • 或者λ= 550ηηι時（!Δη大約從247.5 nm到385 nm。以上述的LC單元延遲’負c片（其中nx、ny>nz，即，（nx+ny)/2 >nz’並且△ncsnz -(nx+ny)/2)的相位延遲 dAn/λ在-0.8 到-0.35之間（或者x= 550nm時dAn大約從-440到 192.5nm)以確保液晶單元和負c片的整體相位延遲（1Δη/λ 大約從-0.1到0.1。且雙軸膜具有大約為0.5的Νζ係數（Νζ=^χ3^ )，並且面内延遲 nx uy φ d(nx-ny)a大約為0.5，且nx>ny。對於這些參數，角光洩漏繪示於第15A圖，其中大於0.001的光洩漏被顯著地抑制至超過60°。一旦對於雙軸膜設定nx < ny，則它也可以補償兩個線偏振片的有效角度，其角光洩漏示於第15B圖中。 • · . 相似地，負C片650用於補償LC層的相位延遲。因此，負C片不局限於僅僅放置在MVA單元620和上圓偏振器680b之間。此外，也不局限於僅僅使用一個C片；也可以添加在MVA單元的下方的附加的C片，只要這些 23 1377408

TW5172PA C片和液晶層的整體相位延遲接近於上述的優化值。此外’ MVA液晶单元也可以是具有透射和反射功能的半穿反液晶單元’其中通常通過添加反射器至液晶層的下表面來實現反射功能。施加至半穿反液晶顯示裝置的圓偏振器的構造機制與上述第一實施例的討論相似。第三實施例在如第16圖所示的本發明的另一個實施例中，顯示裝置710具有夾在第一圓偏振器780a和第二圓偏振器 780b之間的MVA單元720 (包括兩個玻璃基板和垂直配向液晶層）’其中第一圓偏振器780a更接近於背光單元 790，第二圓偏振器780b更接近於觀察者側。負C片750 夾在MVA單元720和圓偏振器之一之間。第一圓偏振器780a包括第一線偏振片700a、雙轴膜 770和第一單轴四分之一波片760a，第二圓偏振器780b 包括第二線偏振片700b和第二四分之一波片760b。與討論了的實施例不同，這裡，雙轴膜770放置在更接近背光單元790的第一線偏振片700a和第一四分之一波片760a 之間。這兩個線偏振片具有彼此垂直的穿透轴。雙軸膜770 被用來補償當從離轴方向觀察時由第一線偏振片70〇a的透射方向和第二線偏振片700b的吸收軸的偏離所導致的離軸相位延遲。兩個四分之一波片760a和760b ’以及c 片750和液晶層720.被用來透過自身補償其相位延遲。相似地，負C片不局限於僅僅放置在MVA單元720 和下圓偏振器780a之間；此外’也不局限於僅僅有一個c 24 1377408 • y

TW5172PA 片；也可以添加在MVA單元的下方的附加的c片，只要這些C片和液晶層的整體相位延遲接近於上述的優化值。此外’ MVA液晶單元也可以是具有透射和反射功能的半穿反液晶單元’其中通常透過添加反射器至液晶層的下表面來實現反射功能。施加至半穿反液晶顯示裝置的圓偏振器的構造機制與上述第一實施例的討論相似。現在’參考第17圖，所示的是根據本發明實施例的方法的流程示意圖。更具體地，第Π圖示出了根據這裡 _ 所討論的技術的形成LCD顯示裝置的方法800。應該知道的是，儘管以第17圖中的具體步驟示出，但是本發明的範圍並不局限於此，可以執行各種其他的工藝來獲得根據，本發明實施例的具有寬視角圓偏振器的LCD裝置。如第17圖所示’可以透過形成第一和第二圓偏振器之步驟810來開始方法800。更具體地，可以形成兩個圓偏振器，其中一個圓偏振器包括線偏振片、單轴四分之一波片和雙軸膜，而另一個圓偏振器僅僅包括線偏振片和單鲁軸四分之一波片。接著，可以形成具有預定相位延遲值的負C片’如步驟820所示。更具體地，可以形成負c片，具有基於形成的第一和第二圓偏振器所決定的給定相位延遲值。也就是，如上所述，取決於單轴四分之一波片是彼此垂直配向或者彼此平行配向，負C片的相位延遲值可以不同，以使得負C片部分地或者完全地補償MVA單元的相位延遲。更具體地，當二個四分之一波片彼此垂直時，可以提供部分補償’而當二個四分之一波片彼此平行時’可以提供完全的相位延遲補償。 25 1377408

TW5172PA 繼續參考第17圖，MVA單元可以插在負C片和第一與第二偏振器之一之間，如步驟830所示。如上所述，負 C片可以插在MVA單元和第一或者第二圓偏振器之間。最後，為了完成工作的LCD顯示裝置，形成的面板可以與背光單元相結合，如步驟840所示。儘管在第17圖的實施例中以具體的執行方式示出，但是本發明的範圍不局限於此。本發明的實施例可以獲得寬視角的圓偏振器，這對於寬視角、全色透射和透射以及反射LCD也具有相當的期望。綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。【圖式簡單說明】第1A圖是習知技術的多顯示域垂直配向液晶單元在截止狀態的截面視圖。第1B圖是習知技術的多顯示域垂直配向液晶單元在導通狀態的截面視圖。第1C圖是習知技術的多顯示域垂直配向液晶單元的俯視圖。第1D圖是多顯示域的圖示。第2A圖是MVA單元的顯示裝置的傳統結構。第2B圖繪示出黑的狀態的機制。 26 1377408 . ρ

TW5172PA 第2C圖繪示出亮的狀態的機制。第3圖是半穿反MVA單元的顯示裝置的示意性結構。第4A圖是本發明第一實施例的具有寬視角圓偏振器之MVA型LCD的示意性結構。第4B圖繪示出第一實施例中每層的光軸取向。第5A圖繪示出第一實施例的黑的狀態的機制。第5B圖繪示出第一實施例的亮的狀態的機制。第6圖繪示出觀察方向定義。 φ 第7A圖繪示出在一個離轴方向的第一實施例的補償機制。第7B圖繪示出在另一個離轴方向的第一實施例的補償機制。第 8A 圖是角光洩漏（angular light leakage )。第 8B 圖是角對比率（angular contrast ratio )。第9圖繪示出在一個離軸方向的第一實施例的補償機制。 • 第10圖繪示出角光洩漏。第11圖是一個單轴膜的光譜相位延遲值。第12圖是應用至具有透射和反射功能的半穿反MVA 單元的顯示裝置的示意性結構。第13圖是本發明第二實施例的MVA單元的顯示裝置的示意性結構。第14A圖繪示出在一個離軸方向的第二實施例的補償機制。第14B圖繪示出在另一個離軸方向的第二實施例的 27 1377408

TW5172PA 補償機制。第15A圖是角光洩漏。第15B圖是角光洩漏。第16圖是本發明另一個實施例的MVA單元的顯示裝置的示意性結構。第17圖是根據本發明實施例的方法的流程示意圖。【主要元件符號說明】 100a、100b、200a、200b :線偏振片 110a :下基板 110b :上基板 112a :下電極 112b :上電極 114 :狹縫 116 :凸塊 118、218 :液晶分子 120 : MVA 單元 122 :虛線 130、132、134、136 :顯示域 140 :顯示域過渡區域 150a、150b、201a、201b、501a、501b、601a、601b : 穿透軸 201 :傳統顯示裝置 205、225、245 :線偏振光 215、235 :圓偏振光 28 1377408 • *

TW5172PA 220 :液晶單元 260a、260b :四分之一波片 280a、280b、490a、490b :圓偏振器 290、590 ' 790 :背光單元 495a、511a :透射區 495b、511b :反射區 496 :半穿反MVA單元 500a、600a、700a :第一線偏振片 500b、600b、700b :第二線偏振片 510、610、710 :顯示裝置 511 :觀察方向 515 :左旋圓偏振光 520、620、720 : MVA LCD 單元 525、545 :線偏振光 530 :反射器 535 :右旋圓偏振光、 550、650、750 ··負 C 片 560a、660a、760 a:第一單軸膜基四分之一波片 560b、660b、760b :第二單軸膜基四分之一波片 561a、561b :光軸 570、 670、770 :雙軸膜 571、 671 : 1^轴 580a、680a、780a:第一圓偏振器 580b、680b、780b:第二圓偏振器 29

Claims

1377408 ------------ ------ γ—；—~ > 年月.6日.修 2012/7/13_lst 申復 & 修正七、申請專利範圍： 1. 一種液晶顯示裝置，包括：一第一圓偏振器，包括一第一線偏振片和一第一四分之一波片；一第二圓偏振器，包括一第二線偏振片、一雙軸膜和一第二四分之一波片，該雙軸膜插在該第二線偏振片和該第二四分之一波片之間；一液晶單元，插在該第一圓偏振器和該第二圓偏振器之間；以及至少一個光延遲補償膜，配置在該第一圓偏振器和該第二圓偏振器之間，其中該光延遲補償膜部分地補償該液晶早元的相位延遲，其中，該第一線偏振片和該第二線偏振片具有彼此基本垂直的吸收軸，該第一四分之一波片和該第二四分之一波片各由具有光折射率nx、化和nz的單轴A膜形成，且該第一四分之一波片的光軸基本垂直於該第二四分之一波片的光轴，並且該雙軸膜具有光折射率nx#ny#nz，在該第二圓偏振器中的該雙轴膜具有平行於該第一線偏振片和該第二線偏振片的一個吸收軸配向的1^軸，並且該雙軸膜是存在於該顯示裝置中的僅有的雙轴膜，該雙軸膜具有在大約0.1和0.6之間的Nz係數（Nz = ’ )，和在大 nx -ny 約0.2和0.8之間的面内相位延遲值。 2.如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中設定該第一四分之一波片的光軸離該第一線偏振片的吸收 30 1377408 2012/7/13/申復&修正軸大約為45。。 .如申明專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中兮 :-四分之-波片和該第二四分之一波片的中心波長：乾圍在大約450 nm到600 nm之間。 4. 如申請專利範圍第丨項所述的顯示裝置，其中該液晶單元包括一具有負介電各向異性的垂直配向液晶層’其中該液晶層㈣晶分子基本垂直於該第—圓偏振器和該第一圓偏振器以進行初始配向。 5. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中該液晶單元的相位延遲值^ηι/λ設定在〇45和〇 72之間/ 6·如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中該第一圓偏振器和該第二圓偏振器之間的該光延遲補償膜至>、匕括具有光折射率的負單軸C片，並且該光延遲補償膜的絕對相位延遲值dAneA小於該液晶單元的相位延遲值。 7. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中該液晶單元和在該第一圓偏振器與該第二圓偏振器之間的該光延遲補償臈的組合相位延遲值άΔη/λ在大約〇〇3到 0.38的範圍内。 8. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中在該第一圓偏振器和該第二圓偏振器之間的該光延遲補償膜的相位延遲值dAncA的絕對值比液晶單元相位延遲值 dMA在大約44%到95%的範圍内。 9. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中該液晶單元是透射液晶單元，並且該液晶顯示裝置的圖像由 31 1377408 2012/7/13_ls'申復 & 修正背光單元照亮。 10. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中該液晶單元是一半穿反液晶單元，其中該液晶顯示裝置具有透射和反射功能，並且該液晶顯示裝置的圖像由該透射模式的背光單元和該反射模式的背景光照亮。 11. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中該單轴A膜包括具有光折射率nx>ny = nz的正A膜。 12. —種液晶顯示裝置，包括：一第一圓偏振器，具有一第一線偏振片和一第一四分之一波片；一第二圓偏振器，具有一第二線偏振片、一雙軸膜和一第二四分之一波片，該雙軸膜插在該第二線偏振片和該第二四分之一波片之間；一第一基板；一第二基板；一液晶單元，夾在該第一基板和第二基板之間，其中該液晶單元和該第一基板與該第二基板還插在該第一圓偏振器和該第二圓偏振器之間；至少一個光延遲補償膜，配置在該第一圓偏振器和該第^圓偏振裔之間，以及一轉換電路，耦合至該液晶單元以基本在零和半波片值之間轉換該液晶單元的液晶層的相位延遲，其中該第一線偏振片和該第二線偏振片具有彼此基本垂直的吸收轴，該第一四分之一波片和該第二四分之一波片之其中之一是由具有光折射率11；(>1^ = 112的單軸正八膜製成，而另 32 1377408 2012·」5*申復&修正一個疋由具有光折射率單轴負A膜製成，該第一四分之一波片的光軸基本平行於該第二四分之一波片的光轴’並且該雙軸膜具有光折射率〜扣〆〜；其中在該第二圓偏振器中的該雙軸膜具有平行於該第一線偏振片和該第二線偏振片的一個吸收軸配向的& 轴，並且該雙軸膜是存在於該顯示裝置中的單一雙軸膜，該雙轴膜具有在大約〇·3和0.7之間的Νζ係數 (Nz = ^Iikx nx -ny )’和在大約0.35和0.65之間的面内相位延遲值。 13.如申請專利範圍第12項所述的液晶顯示裝置，其中設定該第一四分之一波片的光軸離該第一線偏振片的吸收軸大約為45。。 14·如申請專利範圍第12項所述的液晶顯示裝置，其中該液晶層的相位延遲值d^n/λ設定在0.45和〇.7〇之間。 _ 15. 如申請專利範圍第14項所述的液晶顯示裝置，其中該第一圓偏振器和該第二圓偏振器之間的該光延遲補賴膜至少包括具有光折射率的負單轴C片，並且其中該負單轴C片的相位延遲值基本上消除了該液晶層的相位延遲值。 16. 如申請專利範圍第12項所述的液晶顯示裝置，其中該液晶層和在該第一圓偏振器與該第二圓偏振器之間的該光延遲補償膜的組合相位延遲值在大約_〇1到的範圍内。 33 1377408 2012/7/13_P申復&修正 Π. —種液晶顯示裝置的製造方法，包括：形成一第一圓偏振器，其具有一第一線偏振片和一第一四分之一波片；形成一第二圓偏振器，其具有一第二線偏振片、一雙，賤和—第二四分之，該雙減插在該第二線偏振和該第二四分之一波片之間；在該第一圓偏振器和該第二圓偏振器之間插入一負補核膜，其具有光折射率（nx+ny)/2 > nz ; 在該負補償膜和該第一圓偏振器與該第二圓偏振器 :其中之-之間插入一液晶單元以形成一液晶顯示裝其中該負補償膜係部分地補償該液晶單元的相位延使該雙軸膜的nx軸平行於該第一線偏振片和該第二線偏振片的一個吸收軸配向，其中該雙軸膜是存晶_示裝置中的僅有的雙減；以及形成該雙軸膜，其具有在大約〇」和〇7之間的Nz 系數（nx -ny )，和在大約〇.2和〇.8之間的面内相位延遲值。 18.如申請專利範圍第17項所述的方法，其中該液晶單元的液晶層的相位延遲值dAn/X設定在大約和 0.70之間，並且該液晶層和該負補償膜的組合相位延遲值在大約0.03到0.38的範圍内。如申請專利範圍第π項所述的方法，還包括形成具有一背光單元的液晶顯示裝置，其中該背光單元緊鄰 34 1377408 ZU1Z/ //1 ：)_厂中復&1珍止該第二圓偏振器，並且該液晶單元插在該第二圓偏振器和該負補償膜之間。 35