1379127 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明與一光學補償膜有關，該補償膜可用於液晶顯示 器，尤其是常時亮態之-般模態正常白扭轉向列型液晶顯 示器。其包括兩層，具有在規定限制内之延遲值及不同傾 斜角。 ' 【先前技術】 以下名詞定義說明如下。 光轴在此指傳導光無法進行雙折射之方向。 A-板、C-板及〇-板在此各為板平面之光軸、與板垂直之光 軸及與板平面傾斜之光軸。 偏光板及分析儀在此指使電磁波偏光之元件。靠近光來源 之几件稱為偏光板，靠近觀看者之元件稱為分析儀。偏光 元件在此指偏光板及分析儀。 觀看方向在此定義為圖丨所示之一組與一液晶顯示器ι〇ι相 關之相對視角α及方位視角卢。相對視角α由顯示器法線方向 103計算，而方位視角沒介於一顯示器表面1〇7平面之適當參 考方向105及顯示器表面107之箭頭1〇9投射1〇8間。各種顯 不影像屬性，如對比率、顏色及亮度都是(^及泛的作用。 方位角沪及傾斜角0在此用以說明一光軸之方向。偏光板 及分析儀之傳輸軸僅使用方位角ρ，因為其傾斜角0為 零。圖2顯示方位角φ及傾斜角θ之定義，以說明與”_ζ 座標系203有關之光軸2〇1方向。x_y平面與顯示器表面丨〇7 平仃’ Z軸與顯示器法線方向1G3平行。方位^為X轴及投 91681.doc 1379127 射進入x-y平面之光軸201投射間之角度。傾斜角0為光軺 201及x-y平面間之角度。 開（關）狀態在此指液晶顯示器1〇1有（無）一供電區。 等對比圓在此顯示不同觀看方向之一對比率之改變。等對 比線上之對比率固定（如1〇、5〇及1〇〇),並以相對形式繪製 圖示。同心圓符合相對視角^20。、4〇。、6〇。及8〇。（最外部 圓），放射線則顯示方位視角0=0。、45。、9〇。、135。、18〇。、 225 、270°及315°。例如，對比率1〇之等對比線涵蓋範圍 是對比率10或更高之視角範圍。 壓合製程在此指一製程，將兩片或更多片膜結合製成一單 一薄片。 一般模態正常白扭轉向列型液晶顯示器在此指一扭轉向列 型液晶顯示H ’其晶元表面31 i (或3 12)之液晶光軸方向幾乎 與相連之偏光元件307(或309)傳輸軸方向垂直。 液晶廣泛用於電子顯示器。在這些顯示器系統中，一液 晶晶元通常設置於一對偏光板及分析儀間。由偏光板偏光 之-入射光通過液晶日日日丨，受到液晶分子定向影響，此過 程可應用-電壓通過晶元來改變。改變後的光會射入分析 儀。藉使用此原則，由一外部來源進入的光傳導，包括周 圍的光，都可控制。達到控制所需之能量基本上遠低於陰 極射線管（⑽）等其他顯示器類型之冷光材料所需之能 量。因此，液晶技術可用於多種電子影像元件，此等包括 數位手錶、計算機、攜帶型電腦及電子遊戲機，其中重量 輕、低耗能及操作時間長是主要特色。 91681.doc 1379127 對比、顏色重現及穩定之灰階強度是電子顯示器之重要 品質特性，其中電子顯示器採用液晶技術。限制一液晶顯 示器（LCD)對比之首要因素’是光滲透液晶元件或晶元之傾 向’其中液晶元件及晶元為處於黑色或黑色映像點狀態。 另外，光漏及一液晶顯示器之對比依據觀看顯示器之方向 來決定。當垂直射入角（α=〇。）進入顯示器，而集中於一狹 小視角範圍時，對比率最高。當相對視角α增加時，對比率 則快速降低。在彩色顯示器中，光漏問題不僅會使對比率 降低，也會造成色彩或色澤改變，因而使色彩重現度降低。 LCD快速:取代CRT成為桌上型電腦及其他辦公室及家用 設備之螢幕。同時預計大X寸LCD電視螢幕之數量在不久 將急遽增加。然而，除非視角依賴性之問題，例如色澤歪 曲、對比率下降及一亮度反轉等問題獲得解決，應用[CD 作為CRT之替代品將仍受限。 在眾多LCD型態中，扭轉向列（TN)LCD最為普遍。圖3a 為一 TN-LCD 313之正視圖。一液晶晶元3〇1設置於一偏光 板303及一分析儀305間。其傳輸軸3〇7、309交又，表示一 偏光板及分析儀傳輸（或吸收）軸在液晶晶元内形成9〇±1〇。。 在液晶晶兀内，液晶光軸在關閉狀態時與晶元厚度方向成 90°方位角。在圖3A，晶元表面液晶光軸31卜312之方向以 -單箭頭顯示。在表面，液晶光軸311、312與晶元表面成 一小傾斜角匕’以防止反向扭轉。也就是，傾斜角與晶元 厚度方向液晶光軸方位角旋轉方向（順時針或反時針方向） 一致。偏光板303之傳輸軸307及最靠近晶元表面之液晶光 91681.doc -9- 轴311間之方位角為9〇。。分析儀3〇5之傳輸轴_及晶元表 面之液β曰光軸312亦是如此。未偏光處理之入射光會由偏光 板如進行偏光，其偏光平面在進入液晶晶元如時會旋轉 從曰曰元301射出之偏光平面與分析儀305之傳輸軸309 平行、，在電壓足夠時，除了在接界平面附近外，液晶會與 曰曰元平面垂直。在開啟狀態時，已偏光之射入光基本上不 曰進仃雙折射’因此會被分析儀阻擋。在這樣電源關閉時 呈亮態，開啟時卻呈暗態之模式，符合了晶元表面液晶光 抽與偏光元件傳輸軸形成角度之條件，稱為一般模態正常 白扭轉向列液晶顯示器（〇_m〇de 。另一方面， 若偏光元件之傳輸軸與最靠近晶元表面之液晶光軸平行， 該顯示器則稱為£光常時亮態扭轉向列液晶顯示器。現有之 常時亮態液晶顯示器多為〇光。 “在顯不盗垂直觀看方向（α=0。），開啟及關閉狀態間對比 率同不過，备由一斜角觀看顯示器，傳導光會在開啟狀 態中進行雙折射，所以不會完全被分析儀阻稽。顯示器313 之等對比圖示於圖3Β。線315、317、319各為對比率1〇、5〇、 1〇〇之等對比線。方位角尽由一參考方向105(示於圖丨）測量， 預設為與偏光板303之傳輸軸307成45。（也就是，和45。、225<> 線與307—致）。顯示器無法在許多應用所需範圍内維持對 比率10或更高。當等對比率為1〇之線315涵蓋範圍小，因此 對比率10或更南之視角範圍會受限。等對比率丨〇之線在水 平視角方向以0Ρ：43。角度通過（|3=0。、180。）。在垂直視角方 向，炉30。、80。，和90。、27〇。。線315外之視角範圍，開 91681.doc -10- 1379127 啟及關閉狀態間之對比率變成小於1 〇 β 用以改善TN-LCD視角特性之常用方法為使用補償膜。在 某些情況下，補償膜由設置於基板之光學各向異性層組 成。基板可為有彈性之薄片，如三醋酸纖維，或為硬質， 如玻璃。光學各向異性層基本上由液晶聚合物製成。因為 必須將液晶聚合物光轴對準到想要之方向（使光學各向異 性層成為A、C或〇-板），一對準層通常設置於光學各向異性 層及基板間，或再兩光學各向異性層間。各向異性層之厚 度依據其組成材料特性及其應用之LCD來決定。補償膜通 常會置入液晶晶元及偏光板間。一般來說，補償膜之功能 疋減少傳導光進入液晶晶元後受到之延遲。在〇_光 NW-TN-LCD電源開啟狀態下使用補償膜，可消除傾斜射入 之傳導光受到之雙折射。這提供了固定暗態，使視角特色 改善。 過去曾建議了多種補償方法。美國專利案號5,619,352揭 示一種〇-板組合之使用。其基本概念為利用一疊〇_板來補 償TN-LCD之開啟狀態，該疊〇-板有相似或互補之開啟狀雖 液晶晶元之光學對稱性。以三個代表部分模擬CD之開 啟狀癌.接近晶元接界平面之兩區域及晶元中間部分。在 晶元中間部分，液晶光軸幾乎與晶元平面垂直，該晶元平 面之液晶光韩方位角有極大改變。在接近晶元接界平面區 域’液晶光軸之傾斜小，且具有幾乎固定之方位角。與先 前補償技術作比較，灰階穩定度及視角特性都有改善。 歐洲專利申請案1143271A2揭示一種補償膜，其中包括兩 9l681.doc -11 - ij/9127 光軸之傾斜角在第_〇_板之補償膜厚度方向 或逐步增加，但在第二〇.板卻持續或逐步減少。此兩化 板設置於具有負C-板特性之基板上，或靠近負C·板之雙轴 2面，且具光學待性之雙轴平面上。在負c•板，尋常折射 率大於非尋f折射率，光軸與平面垂直。補償膜用於液晶 晶兀之m板之平均傾斜角可得不同值。㈣及“ 分別使用平均傾斜角42。及31。、及2〇。及89。之組合。
Van de Witte等人亦於w〇 97/44彻揭示—方法，將兩〇_ 板之組合用以補償扭轉向列顯示器。補償臈用於液晶晶元 兩側。在此例中，兩〇_板也有不同傾斜角，例如4〇。及5〇。。 傾斜角以大於1 〇。，但小於-7〇。較佳。 在EP 0854376中揭示-方法，使用混合對準補償膜來補 償0-光NW-TN-LCD。圖4A顯示具有置於液晶晶元4〇9之兩 混合對準補償膜407、415之〇-光NW-TN-LCD 421。在混合 對準補償膜407、415中，光軸423、424依補償膜厚度方向 逐漸改變其傾斜角，而方位角維持固定不變。傾斜角改變 至80 ，因此平均傾斜角接近4〇。。放置一組混合對準補償 膜407、415 ’使補償膜光轴間方<立角及最靠近晶元表面之 液晶光軸411、413成90。。分析儀4〇1及偏光板417傳輸軸 403、419之方位角，分別等於補償膜4〇7、415之光軸方位 角。補償膜407、415之厚度方向為〇.42 μιη，相位延遲為 100 nm。負C-板405代表三醋酸纖維基板之光學特性。具負 C-板特性之基板405延遲Rsub，以Rsub = (nes_n〇s)ds表示， 為-60nm。其中neJnos為非尋常及尋常折射率，ds為基板 91681.doc -12- 1379127 尽度。圖4B顯示顯示器421之等對比圖。線427、429及43 1 各為對比率10、50及1〇〇之等對比線。當水平視角（/?=〇。及18〇。） 灰階反轉改善（圖9,與EP0854376之圖1〇相比），與未補償 之顯示器313相比，等對比圖之改善受限。 申請中的美國專利申請案序號1〇/318,773揭示之補償 膜，使用兩層具不同延遲值及不同傾斜角之補償膜，其中 延遲值及傾斜角都在預設限制範圍當中。其大大改善 NW-TN-LCD之視角。然而，該申請中揭示之補償膜在匕光 NW-TN-LCD上應用會有限制。而該補償膜應用於〇_光 NW-TN-LC0時，無法給予良好之視角特性。 先如技術之補償膜使用〇-板，藉由減少〇_光nw_tN_lcd 在開啟狀態中之光漏，來改善視角特性。然而，視角特性 仍不夠良好《例如’圖4A所示先前技術之顯示器421在大視 角範圍.中，仍維持對比率1〇或更低。（也就是，圖4A所示先 前技術之顯示器421之圖4B所示等對比圖中對比率為1〇之 線427外區域）。這樣視角特性之顯示器絕對無法用於 LCD-TV，或其他需要大視角範圍之應用，例如航空電子顯 示器。同時，先前技術並未著重於將參數作系統化之最佳 设定，例如延遲、傾斜角及基板光學特性。因此，可提供 〇-光NW-TN-LCD功能性補償膜之參數範圍會受限。所以必 須有新型補償膜，來提供〇_光NW_TN_LCD比先前技術之補 償臈所能提供之更高廣角範圍對比率。同時，也必須有一 更廣之補償膜參數範圍，來達成更靈活之製造條件。 【發明内容】 9168l.doc -13- 1379127 之==:種一般模態正常白扭轉向列型液晶顯示器 一第一及^ 、包括含#設置於基板上之正雙折射材料之 居^異性層；其中該第—光學各向里性 ==一平面間之平均傾斜角為1〇。到6°。之間;該 到::Γ異性層之光轴與第二平面間之平均傾斜角為〇 朗之間。該第一光學各向異性層與該第 二生層之平均傾斜角不同，該第一及第二平面與該光學補償 膜平面垂直，與該第-及第二平面之角度為㈣〇'·該第 一先學各向異性層之延遲以(―示，介於60⑽到 =0 nm之間，而該第二光學各向異性層之延遲以（叫肋晶 ^不’介於85n_2l0nm之間。叫及叫分別為該第一光 子各向異性層之正雙折射材料之非尋常及尋常折射率> „該第二光學各向異性層之正雙折射材料之非 尋常及尋常折射率。djd2分別為該第—及第二光學各向異 性層之厚度。 該補償膜配合一 用以改善視角特性 器。 般模態正常白扭轉向列型液晶顯示器使 ，本發明也包括具有本發明之膜之顯示 【實施方式】 現將對®輯行參考說明，其巾本發明多種元件會以數 字標明，另將討論本發明，以幫助熟諳此藝者製造及使用 本發明。4 了解未特別顯示及描述之元件可能有其他已為 熟諳此藝者熟知之形式。 般模先、正*白之—般模態正常白扭轉向列型液晶顯示 9168l.doc -14- 丄J /岁丄// R光學補償膜，包括含有設置於基板上之正雙折射材料 =-第：及第二光學各向異性層；其中該第一光學各向異 層之光軸與第一平面間之平均傾斜角為10。到60。之間. ^二料各向異性層之光軸㈣二平面間之平均傾斜角 =j 〇之間。該第-光學各向異性層與該第二光學各向 異性層之平均傾斜角 及第二平面與該光學補 + ’與該第-及第二平面之角度為90±10。；該 到各向異性層之延遲以(—Μ1表示，介於6〇-nm之間，而該第二光學各向異性層之延遲以 (吨-叫地表示’介於85 n_21〇⑽之間。叫及叫分別 為該第-光學各向異性層之正雙折射材料之非尋常及尋常 ^率―及叫分別為該第二光學各向異性層之正雙折射 材料之非尋常及尋常折射率。+及1分別為該第—及第二光 學各向異性層之厚度。接下來將對本發明作詳細說明。 圖5A顯示光學補償膜5⑽之正視圖，其包括一正雙折射材 料，由其傾斜於一平面之Φ缸中a 疋向，而該平面與補償膜平 面垂直。兩雙折射材科層或光學各向異性層5〇卜503設置 於基板509上，該基板5〇9與補償膜平面平行。第—層训 及第二層503在絲上有不同平均傾斜角。平均傾斜二i 為光學各向異性層厚度上之傾斜角平均，亦即·· [θ{ζ)άζ 其中Θ⑻為光學各向異性層5〇卜5〇3及厚度d厚度方向測 之高度2之傾斜角。若傾斜角在各向異性層之厚度方向中固 定不變’也就是Θ(Ζ"。’則我們便有I，。若傾斜角依 91681.doc -15- 1379127 照各向異性層之整個厚度方向呈線性變化’則在z=〇及 Z=d時，等於傾斜角平均，因此㈣）}/2。光 學各向異性層之延遲在波長為別nm時，以（ne_n〇)d定義， 其中neh。各為正雙折射材料之非尋常及尋常折射率，而d 為雙折射材料層或光學各向異性層之厚度。因此具有_ 延遲之兩各向異性層之厚度必須相等，如果其雙折射材料 (ne-ηο)相同。有些情形中， 雙折射，也就是,第一光性層含有不同正 材料叫及叫，而第-光與各^異性層含有正雙折射 ne2及n〇2。： 先予各向異性層含有正雙折射材料 如此項技藝中已知的，光學材料可有多達三個不同主要 =率’依擄這些折射率之關聯可分為等向或各向異性。 田—個主要折射率相等，一材 一材料可為單軸或雙^若兩^ 4#向°各向異性時， 飞㈣右兩主要折射率相等，-材料可 ^早轴。—單軸材科十分獨特，具有-尋常折射率，也 Π。，「非尋常折射率-及描述其光轴定向之兩角，ne 材料為負雙折射。控制雙折射作 Γ:!之應用上尤其有用。當三個折射率不同 時，一材料可稱為雙軸，由其 π 明，以及三個定向角。有”轴=率n:、ny。及ηζ。說 示三個主要折射… 出弱雙軸性，表 材料之尋常個非常接近’通常認為與， =之寸，折射率相等。以下「光學 不雙折射材料層。 丨王增」用以表 基板509作為一機械支撐，具有特定光學特性。基板材料 9I681.doc •16- 1379127 可為聚合或其他光學透明材料。基板可為彈性或硬式，只 要有足夠強度進行製程及實際應用^光學上，基板具有負 c-板之一特色，也就是〇板符合條件nes<n〇s，其中nes及n〇s 為基板之非尋常及尋常折射率。基板之面外延遲 RSUb=(nes-nos)ds在波長為 550 nm、厚度為4時，在 _2〇〇 nm 到-60 nm之範圍較佳。一具雙軸光學特性之基板也可使 用。在此例中，基板之光學特性由三個獨立之折射率、 nys及nzs說明，其中nXs為該基板平面上最大折射率，11%為 該基板平面上最小折射率，而nZs為該基板厚度方向之折射 率。作為一基板之雙軸板中，nXs及nys間差距小，也就是 (nXs-nys)/(nXs+nys)£0.05 ,.符合nXs>nys>nZs之條件。在此例 中，面外延遲Rsub在波長為550 nm時定義 基板由複數㈣塗層組成以達到足夠之負Rub值。例如，若 -聚合膜薄片之Rsuv=-60 nm，則將兩片相同之聚合膜薄片 進仃塵合製程，吾人可得Rsub=_12Gnm。如果有必要，負 值不足之聚合膜可覆蓋一有機或無機複合物層。如熟諳此 藝者所熟知的，一特殊聚合層’如聚亞醯胺或圓盤液晶複 :物’具有高負R-值。光學各向異性材料，如玻璃或一些 聚合膜’在塗佈及塵合複數層後，或為有足夠負^值之一 層時，可作為一基板。 對準層505、507可執行預先設定 — 乐—及第一 罕谷 」生層5(H、5()3光軸方位^及傾斜角0。在一典型例中 對準方向以在機械摩擦對準層表面產生。基本上，對準 包括-聚合材料，如聚乙稀醇或聚亞醒胺。藉由改變摩; 91681.doc •17- 1379127 速度、摩擦力及其他可控制參數，可產生第一及第二光學 各向異I·生層501、503之光軸預設角度。同時，對準層或光 對準方法之電磁射線已知可產生光轴之具體定向。在此例 中，光學各向異性詹之光轴方向可由對準層包括之材料、 一暴露量、放射波長、對準層厚度及其他可能參數控制。 對準層必須對放射線之波長十分敏感。紫外線輕射區之一 放射線可用作聚合對準層，包括uv感應功能群組，例 桂酸鹽類。
圖5B顯示補償膜515另一種表面配置。光學各向異性層 則、5〇3夹在兩基板509、511間，兩各向異性層可能相同 也可能不相同。對準層為505及5〇7。當補償膜由壓合兩片 分別設置於兩分開基板之光學各向異性層。壓合介面咬置 於兩光學各向異性層501、503間。其他可能之補償膜壓又合 方法不於圖5C，其中壓合介面現設置於光學各向異性層训 及基板511間。兩基板延遲之總合（5()14R咖，川為U
Rsubl+Rsub2=Rsub介於-200 nm到_60nm間較佳。也可將兩補 償膜壓合在基板兩侧，也就是壓合介面在兩基板面之間。 如圖5D所示，也可能有無對準層5〇5及5〇7之補償膜…。 光學各向異性層5〇1、503之光軸方向由—外部力量控制， 如電、磁區及剪流。之後使用外部區域時，光轴方向由光 學各向異性層之聚合作用或急速冷卻作用凍結。同時，如. 吾人所熟知，無機複合物層由特定方法沉積，並設定光軸 方向及延遲等條件。 -光學各向異性層具有折射率、延遲（或等於厚度）及光 91681.doc •18· 1379127 軸方向之特性。光轴方向由其傾斜角0及方位角0說明。 圖6Α、圖6Β及圖6C以圖表顯示補償膜5〇〇之結構。第一光 學各向異性層6〇1之光轴與一第—平面_傾斜，而第二光 學各向異性層603之光軸與一第 二平面607傾斜。第一平面 608及第二平面607都與補償膜平面或基板_垂直。第一平 面608與第二平面6〇7間之角度為_〇。。當補償膜設置於 偏光7L件及液晶晶元之間，第一平面最好含有最靠近補償 膜之ΒΒ元表面液晶光軸。兩光學各向異性層6〇1、6们設置 於對準層605。基板6〇9支撐整個結構，並給予補償膜必要 之光學特性。箭頭指4光學各向異性層之光轴彳向。光學 各向異性層之光轴傾斜於半面，該平面與液晶晶元平面及 基板609平面垂直。傾斜角Θ可能固定不變，及0C1 = 0C2(圖 6Α及圖6C)，或依光學各向異性層之光軸厚度方向而變化， 從θνί到〜或〜到^々（圖犯）。在傾斜角變化之例中，平均 ^ 6{z)dz 傾斜角為θβν = -—，而非以整個傾斜曲線0(2)來說明光 學各向異性層之傾斜角。可由一具有一固定傾斜角度~之 光學各向異性層，及具有變化傾斜角度θ3ν=〜之一光學各 向異性層’取得比較光學特性。 雖然一具有如圖5Α到6C所示類似結構之補償膜已為吾 人所熟知，本發明之補償膜500具有延遲值之組合，且兩光 學各向異性層之光軸傾斜角度不同，該傾斜角度在一特定 範圍内’列於下方。該特定範圍内之傾斜角及延遲之組合， 提供〇-光NW-TN-LCD更好之視角性能。圖从及圖6C所示之 91681.doc -19- 1379127 固疋傾斜角一例中’第一光學各向異性層00 1之傾斜角 C1在10 MciS6〇之範圍較佳，15。£(9狀1£50。之範圍更佳。 另方面，第二光學各向異性層603之傾斜角0 C2£3〇。 之範圍較佳，〇 £0av2S2〇。之範圍更佳。圖6B所示之變化傾 /角例中，第一光學各向異性層601之傾斜角0avl在1 〇。 -θ3ν$6〇之範圍較佳，15Hvi^〇。之範圍更佳。第二光 T各向異性看603之傾斜角^^在〇 Hvd3〇。之範圍較 乜’ 0 S0 av2S20°之範圍更佳。傾斜角0以及0 c2(或0 ^丨及0 Μ) 之預設值不同。更好的是，兩角間之差異θα-θα(或θ2ν1_ Θμ)大於lei ，但不超過6〇、不同之組合，如第一光學各 向異性層601之變化傾斜角及第二光學各向異性層603之固 定傾斜角同時可作為一補償膜。圖6Α及圖6Β所示之補償膜 為左向扭轉，代表光軸6〇1以反時針方向轉動至光軸⑼3， 即光軸跟著一箭頭613所示之厚度增加方向。如果光軸依圖 6C所不之厚度方向反時針轉動，則稱為右向扭轉。光軸 依箭頭613所不厚度增加方向反時針轉向6〇3。補償膜及 液晶晶元之扭轉方向最好一致。 第一光學各向異性層之延遲RiJMnei_n〇i)di定義其中1 為第-光學各向異性層之厚度。第二光學各向異性層之延 遲R2以（ne2 no2)d2定義。Ri值在6〇 nmns2〇〇腿間，尺2則
在85 nm£Rd10 _之範圍間。因Rsub值已預設，第一6(H 及第二603光學向異性屉夕& 財 盾之較佳延遲值1^及112,需根據彼此 及兩各向異性層6〇1、6〇飞門a命。Λ _間角度及&(或I及θ&ν2) 來決定。圖7Α、圖7Β、固 圖7C、圖7D、圖7Ε及圖7F顯示R, 91681.doc •20· 1379127 及h之較佳延遲值，一傾斜角度組合及尺^列於表卜 查1 ·圖7A子圖7E之傾斜角度及Rsuh值 圖7A θα(4θαν1) 15° 〜/八丄、SU(j |£L 0〇2(或θ』 0° -RSUb(nm) -1 20 圖7B 25° 0〇 -120 圖7C 40° 0。 -120 圖7D 40° 10° -120 圖7E 45° 15° -140 圖7F 40° 0〇 -160 陰影區内具心及尺2之補償膜，允許一對比率1〇線在方位 角/3=0°、180。及270。時，延伸至相對視角α=6〇。或更高。 圖8Α為本發明之一具補償膜5〇〇之〇_光nw-TN-LCD 85 1 圖示。光學各向異性層801及803(分別為圖6八及此所示之光 學各向異性層601、603)分別設置於基板829上。對準層未 示於圖8Α。ΤΝ液晶晶元809設置於兩對光學各向異性層8〇3 間。茹頭819指出晶元表面液晶光軸之方向。光學各向異性 層801及803之光軸方向分別以箭頭811及8丨3表示。在圖 中，第一 801及第二803光學各向異性層之光轴傾斜角顯示 為一固定0C1=4O。及0C2=1O。。然而，如先前所述，其可由 具變化傾斜角<9 avl= 0 cl=40及0 av2= 0 C2=i〇 »之各向異性層 取代。各向異性層801之延遲R1 = 140 nm，各向異性層8〇3 之延遲1 = 120 nm。基板829為一負C_板，具有延遲 (nes-n〇s)ds = -120 nm。雙箭頭823及825顯示偏光板831及分 析儀833之傳輸軸，其各具方位角p45。（或225。）及135。（戋 91681.doc -21- 1379127 315°)。偏光元件傳輸軸及最靠近偏光元件之晶元表面液晶 光軸間之方位角為90。。因此顯示器851為一 〇-光 NW-TN-LCD。絲及傳輸軸之方位角示於括號巾。第—光 千各向異性層801之光軸811與平面傾斜，該平面包括最靠 近晶元表面之液晶光軸。另可以圖5B所示結構使用補償 膜。相對顯示器855示於圖8C。再此顯示器中，傾斜角為 0av丨=θα=40。及0av2=0C2=〇。，各向異性層8〇1之相位延遲 為14〇nm，各向異性層803之相位延遲1為12〇11111。第二 各向異性層803及液晶晶元809間有另一基板層853。基板 829 及 853 之延遲各為 Rsubl=-6〇 nm&Rsub2=_6〇 nm，因此 Rsub=-120 nm 〇 圖8B及圖8D分別為圖8A及圖8C之顯示器851及855之等 對比圖。線835、837及839分別為對比率1〇、5〇及1〇〇之等 對比線。 作為一比較，圖4B顯示具先前技術補償膜之顯示器 421(示於圖4A)之等對比圖，其中具混合對準4〇7、415之光 學各向異性層，具有傾斜角0=4〇。，厚度〇.42 μιη，相位延 遲值 100 nm，基板延遲 Rsub=-60 nm。線 427、429、431 分別 為對比率10、50及100之等對比線。 在圖8B及圖8D中’對比率1〇之線835涵蓋之範圍比圖斗^ 所示等對比圖之線427涵蓋範圍大上許多。顯示器851在廣 角範圍有一超過50之對比率。顯示器855在對比率1〇或更高 時’與先前技術之顯示器421相比’達到更廣之視角範圍。 另一方面先前技術之顯示器42 1在對比率小於丨〇時，有明顯 9168l.doc -22· 1379127 之視角部分，位於圖4B所示等對比圖之對比率1〇之線外。 表2顯示圖4A中先前技術之顯示器421(先前技術之顯示 器）及圖8A之顯示器851特定對比率（5〇、1〇〇及2〇〇)下之 平均現角（相對視角〇;在/3=0。、90。、18〇。及27〇。時之平均 .值）。具有一較佳視角特色之一顯示器在同樣對比率下，有 一較大平均視角《。目前證明本發明之顯示器851與先前技 術之顯示器421相比，在相同對比率時，視角範圍明顯更 廣。例如，對比率100或更高時平均視角範圍可由23。擴展 到 41 0 〇 堯土夫前k術及本發明之補償膜平始鉑角比較。 等對比 ，— ▼ "μ .只听，少 平均視角 〜优月t匕敕。 平均視角 先前技術之補償膜 本發明之補儅膜 50 29° 49° 100 23° 41 ° 200 20° 35° 圖7A、圖7B、圖7C、圖7D、圖7E及圖7F清楚顯示第一 及第二光學各向異性層之延遲心及尺2、傾斜角及基板延遲 Rsub必須同時具備。因Rsub值已預設，延遲心及尺2需依據彼 此來決定，而其範圍因一不同傾斜角度組合而不同。例如 根據圖7C，在Rsub=-120nm時，若第一層之平均傾斜角為4〇。， 第二層為0°，心為120_，則尺2之較佳值介於9〇llmsRd16〇nm 之間。若角度（9 C1及0 C2(或β avl及0 av2)分別為4〇。及i 〇。， 1 = 120 nm，則較佳範圍為115 nmSR2u45 nm，如圖71)所 示。圖7C及7F之比較顯示Rsub在相同傾斜角度時對適宜之 91681.doc -23- 1379127
Ri及R2值。同時具借#此久* 町，、侑k些條件之必要性在圖9 A到9 D之對比 圖中清楚證明。 ，、…圖4Α及圖8Α顯示之〇_光1^貿_1^_[(：1) 之等對比圖’但且右如主_ 有如表3所不之不同傾斜角及0c2(或0 avl及θ-2)、延遲R1及I、及“參數。在圖9八至91)，線901、 903及905分別為對比率10、观丨⑼之等對比線。 表圖9A至9D等對比圖之光學各向異性層延遲及傾斜 角度值
圖9A及圖9B顯示傾斜角〜及〜（或^〗及u同時改 變不一定會使視角特性效能較好。該兩傾斜角在卢=〇。、9〇。、 180及270時，亦無可延伸至炉⑼。之等對比率1〇之線。 圖8A中具較大負RSUb值之顯示器851使用之兩傾斜角組 合及心與尺2，與顯示器851及855相比，顯示效能較差。這 已在圖9C之等對比圖中證明。 圖9D為一具補償膜之〇-光NW-TN-LCD之等對比圖，其中 補償膜具參數^及0C2(或等於θαν1及0av2)，而R!、r2、r3 在適合E光NW-TN-LCD之範圍中，該E-光NW-TN-LCD於申 请中之美國專利申請案序號10/3 1 8,773中揭示。很明顯一具 有適合E-光之補償膜參數之簡單應用，使用於〇_光時，無 法給予良好之視角特性。圓9D之等對比圖顯示出對角方向 91681.doc -24· 1379127 (/3=45。、135。、225。及315。）有比先前技術之顯示器42丨更好 之視角特性，但在水平方向（|3=〇。、180 )及垂直方向（/3=90 °、 270 °)時，卻沒有顯示改善。效能明顯比顯示器85 1及855差。 EP專利申請1143271A2及WO97/44409討論了兩0板堅不 同傾斜角之組合。然而，兩傾斜角Θ C1及0 C2 (或0 av 1及0 av2)、 延遲1^及112及基板延遲Rsub之特定組合可使視角範圍達到 無法預見之顯著改善。 本發明之另一優點是其可提供補償膜更廣之參數及 Θ C2(或0 avi及0 av2)、心及R2、Rsub之範圍’可提供比先前技 術之顯示器：，如圖4A所示之顯示器421更優越之效能。其在 某些傾斜角之組合下，可提供更廣之1^及尺2容限。如圖7C 所示，當 0C1=4O。及 0C2=〇。（或 0avl=4〇。及 0av2=〇。），1^及112 可月b之範圍非別為70 nmSRiSiQO nm及90 nm^_R25_l70 nm。傾斜 角θα及0C2(或<9av丨及eav2)在一組已設定之尺丨、尺2及匕以下 也是如此。例如，當Rl = 12〇 nm、r2=10〇 nm 及 Rsub=-120 nm， 傾斜角可能之範圍分別為25\0avi^5〇。及〇ί2^10。。因此 本發明可提供優越之製造靈活度。 此說明中提及之本專利及其他申請案之完整内容在此於 參考項目中列入。 【圖式簡單說明】 雖然本專利說明書最後之專利申請範圍特別指出並分別 申咕本發明各項物件’但咸信以下說明搭配圖示，將可幫 助更了解本發明，其中： 圖1顯示一視角方向之定義。 91681.doc -25· 1379127 圖2顯示傾斜角及方位角之定義，以說明一光軸之方向。 圖3A為一先前技術，無補償膜之0-光NW-TN-LCD。 圖3B為圖3A所示一先前技術，無補償膜之0-光 NW-TN-LCD之等對比圖。 圖4A是一先前技術，具混合對準補償膜之0-光 NW-TN-LCD，該補償膜之平均傾斜角為40 °，厚度0.42 μπι， 相位延遲100 nm。基板之延遲為Rsub=-60 nm。 圖4B為圖4A所示先前技術Ο-光NW-TN-LCD之等對比 圖。 圖5A、圖'5B、圖5C及圖5D為補償膜之正視圖概要。 圖6A、圖6B及圖6C為圖示，顯示補償膜之結構。在圖6A 及圖6C中，光軸之傾斜角固定不變，而在圖6B中，光軸之 傾斜角依照補償膜厚度方向改變。圖6A及圖6B顯示左側補 償膜，圖6C顯示一右側補償膜。 圖7A到7F為圖表，顯示不同傾斜角0〇及ΘΏ(或等於θ3ν1 及θ3ν2)之不同組合之延遲1^及112範圍與Rsub。陰影區内具 1^及112之補償膜，允許一對比率10線在方位角|8=0°、90°、 180°及270°時，延伸至相對視角α=60°或更高。 圖8Α為本發明之一具補償膜之0-光NW-TN-LCD圖示，其 中補償膜具參數0ci=4〇°、0C2 = 1O°(或等於 0avl=4〇°及 θ3ν2=10°)、 Ri = 140 nm、R2 = 120 nm及 RSUb=-120 nm。 圖8B為圖8A所示O-光NW-TN-LCD之一等對比圖。 圖8C為一具補償膜之0-光NW-TN-LCD，其中補償膜具參 數 θα =40。、0C2 = O° (或等於 0avl=4〇° 及 0av2 = 〇°)、1 = 140 91681.doc -26- 1379127 nm、R2=120 rnn。兩基板具不同延遲Rsubi = _6〇 Rsub2=-60 nm。 圖8D為圖8C所示O-光NW-TN-LCD之一等對比圖。 圖9A為一具補償膜之〇-光NW-TN-LCD之等對比圖 補償膜具參數0C1=4O。、0C2=4(T(或等於0狀1=4〇。及0狀2 = 1 = 140 nm、R2 = 140 nm及 Rsub=_12〇 nm。 圖9B為一具補償膜之〇·光NW_TN_LCD之等對比圖 補償膜具參數0C1=O。、0〇=〇。（或等於0狀丨=〇。及0av2= R1 = 120 nm、R2=120 nm及 Rsub=_12〇 nm 〇 圖9C為一具補償膜之〇_光NW_TN_LCD之等對比圖 補償膜具參數0C1=4〇。、0口 = 1〇。（或等於0^=4〇。及0^= ReMO nm、R2=l2〇 nm&Rsub=_2〇〇 nm。 圖9D為一具補償膜之〇_光1^评_1^丄(：1)之等對比圖 補償膜具參數0C1=5O。、0C2=5°(或等於0avi=5〇。及 RFlOO nm、R2=40 nn^Rsub=_16〇 紐。 【圖式代表符號說明】 101 液晶顯示器 103 顯示器表面之法線方向 105 方位角之基準方向 107 顯不益表面 108 投射於顯示器表面之視角方向 109 箭頭顯示視角 201 以方位角P及傾斜角Θ表示之光軸方向 203 x-y-z座標系 9l681.doc nm及 ，其中 40。）、 ，其中 :0。）、 ，其中 10。）、 ，其中 =5。）、 -27- 1379127 301 液晶晶元 303 偏光板 305 分析儀 307 偏光板之傳輸軸 309 分析儀之傳輸軸 311 液晶晶元表面之液晶光轴 312 液晶晶元表面之液晶光轴 313 先前技術0-光NW-TN-LCD 315 符合對比率10之等對比線 317 轉合對比率50之等對比線 319 符合對比率100之等對比線 401 分析儀 403 分析儀401之傳輸軸 405 負C-板代表基板 407 補償膜 409 液晶晶元 411 晶元表面液晶光轴 413 晶元表面液晶光軸 415 補償膜 417 偏光板 419 偏光板417之傳輸軸 421 0-光 NW-TN-LCD 423 補償膜407之光軸 424 補償膜415之光軸 916Sl.doc -28- 1379127 427 符合對比率10之等對比線 429 符合對比率50之等對比線 431 符合對比率100之等對比線 500 補償膜 501 第一光學各向異性層 503 第二光學各項異性層 505 對準層 507 對準層 509 基板 511 基板 515 補償膜 517 補償膜 519 補償膜 601 第一光學各向異性層 603 第二光學各向異性層 605 對準層 607 第二平面 608 第一平面 609 基板 613 箭頭顯示補償膜厚度漸增之方向 801 第一光學各向異性層 803 第二光學各向異性層 809 液晶晶元 811 各向異性層8 01之光轴 91681.doc -29- 各向異性層803之光軸 液晶晶元表面之液晶光轴 偏光板之傳輸軸 分析儀之傳輸轴 基板 偏光板 分析儀 符合對比率10之等對比線 符合對比率50之等對比線 待合對比率100之等對比線 根據本發明之〇-光NW-TN-LCD 基板 根據本發明之0-光NW-TN-LCD 符合對比率10之等對比線 符合對比率50之等對比線 符合對比率100之等對比線 光學各向異性層之厚度 第一光學各向異性層之厚度 第二光學各向異性層之厚度 ( 基板厚度 正雙折射材料之非尋常折射率 正雙折射材料之尋常折射率 第一光學各向異性層正雙折射材料之非尋 常折射率 -30- 1379127 η〇ι 第一光學各向異神爲 兵層正雙折射材料之尋常 ne2 折射率 第 '一光學各向異,恩m Aft J·/ 兵性層正雙折射材料之非尋 n〇2 常折射率 第二光學各向異性層正雙折射材料之尋常 nes 折射率 基板之非哥常折射率 nos 基板之尋常折射率 nxs 具雙轴光學特性之基板平面之最大折射率 nys 具雙軸光學特性之基板平面之最小折射率 nzs 具雙轴光學特性之基板厚度方向之折射率 Ri 第一光學各向異性層之延遲 r2 第一光學各向異性層之延遲 Rsub 基板之延遲 Rs ub I 基板之延遲 Rs u b 3 基板之延遲 A 相對視角 B φ 方位視角 光轴之方位角 θ 光軸之傾斜角 u c Θ a 光干各向異性層光軸之固定傾斜角 av θ Cl 光學各向異性層光軸之平均傾斜角 Θ C2 第一光學各向異性層光軸之固定傾斜角 /gju 9_.d〇〇 —光學各向異性層光軸之固定傾斜角 -31 - 1379127 Θ av 1 第一光學各向異性層光軸之平均傾斜角 θ av2 第二光學各向異性層光軸之平均傾斜角 0 VI 光軸之傾斜角 θ V2 光軸之傾斜角 θ V3 光軸之傾斜角 θ V4 光軸之傾斜角 6»s 表面之液晶傾斜角 91681.doc - 32 -