TWI416226B - Biaxial compensation film - Google Patents

Description

雙軸補償膜

本發明是有關於一種光學膜(Optical film)，特別是指一種補償膜(Optical Compensator film)。

參閱圖1，現有的液晶顯示裝置包含一上偏光板11、一下偏光板12、一夾置於該上、下偏光板11、12之間的液晶13，及一設置於該下偏光板12遠離該液晶13之一側的背光源14；該上、下偏光板11、12由朝向該液晶13方向分別依序具有一保護膜111、121，及一偏光膜112、122，該液晶13具有負誘電異方性，當由背光源14提供光時，入射光依序穿越過該下偏光板11、液晶13，及該下偏光板12時，入射光會受到該上、下偏光板11、12的極化，及該液晶13偏振狀態的不同，而令該液晶顯示裝置顯示出亮態及暗態的視覺感受。

然而，由於該液晶13具有雙光軸的特性，因此入射光於穿過該液晶13時會產生一相位差(Δnd)，使得液晶在亮、暗態或灰階轉換過程中，因為不同波長的入射光會隨著視角的變化而產生漏光的情形，特別是在暗態時，隨著不同視角的變化暗態漏光問題更為清楚。

一般在解決上述液晶顯示裝置暗態漏光的光學補償問題，大都是以兩個部份進行修正：一是修正在不同視角上液晶顯示器之上、下兩片偏光板之吸光軸在非正交時所產生的漏光現象，另一是修正液晶分子於不同視角下所造成 的相位差(Δnd)值。

其中，用以修正液晶分子於不同視角下所造成的相位差(Δnd)值的光學補償方法，大都是在上、下兩片偏光板的兩側設置具有適當光學補償值之光學補償膜加以修正，例如：在上、下偏光板11、12與液晶13之間分別增加一由雙折射率材料所構成的雙軸補償膜(Biaxial Compensator)15、16，形成如圖2所示具有雙軸補償膜之液晶顯示裝置，利用雙軸補償膜15、16補償入射光於穿越過該液晶13時產生的相位差，以提高側視角的對比值，減低暗態漏光的程度，而可呈現較佳的視角表現。

參閱圖3，圖3是雙軸補償膜沿各方向之折射率、視角及方位角示意圖。目前設計以雙軸補償膜進行光學補償的方式，是以下列式(A)得到一與液晶之相位差值相互補償的補償參數後N_z後，再以該具有補償參數N_z的雙軸補償膜來降低液晶顯示器之暗態漏光。

n _x 、n _y 、n _z 分別為雙軸補償膜沿兩兩相互垂直之x、y、z方向之折射率。

然而以上述方式所設計的雙軸補償膜實際應用於液晶顯示裝置進行光學補償時，由於光線折射角度會隨著不同材料而改變，因此，往往換了不同雙軸補償膜的材料之後，同樣的補償值就無法得到相同的光學補償結果。

參閱圖4與附件1，圖4是將圖2所示之液晶顯示裝置 在選定入射波長(λ)為545nm，液晶層的相位差(Δnd)為310nm，在方位角(ψ)=45°之位置時，固定雙軸補償膜的補償參數N_z為3，量測該雙軸補償膜在不同平均折射率(n=(n _x +n _y +n _z )/3)下的暗態大視角漏光圖；附件1為上述補償參數N_z=3的雙軸補償膜在不同平均折射率(n)下之全視角對比圖，附件1中深黑線部分為對比度(Contrast Ratio，CR)=500的等對比線；由圖4及附件1中清楚可知：當補償參數N_z值固定時，大視角漏光的特性會隨著不同的平均折射率而有不一樣的漏光程度。

由上述結果可知，目前被設計來解決暗態大視角漏光問題的雙軸補償膜，在折射率改變時其光學補償效果也會跟著改變，所以當雙軸補償膜的使用材料改變時均須經過不斷的實驗才可得到一具有適當補償參數之雙軸補償膜，不僅耗時且會使製程成本增加，因此如何尋求一可適用於不同折射率之雙軸補償膜，使暗態漏光情形得到最佳改善一直是相關業者不斷尋求解決的方向。

因此，本發明之目的是在提供一種雙軸補償膜，可供改善暗態漏光，且其光學補償效果不會受到折射率的不同而有所變化，該雙軸補償膜具有分別沿x、y、z方向，且x、y、z方向為彼此相互垂直之折射率n _x 、n _y ，及，n _z ，定義一補償參數P，P介於-0.07~-1.76之間，且符合式(I)之公式。

本發明之功效在於：利用具有光學補償參數P介於-0.07~-1.76之間，且P符合上述式I所示的雙軸補償膜進行光學補償，其光學補償效果不會受到雙軸補償膜折射率的不同而有所變化，且對不同折射率之雙軸補償膜材料，均可得到相同的暗態漏光改善效果。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

本發明的雙軸補償膜可與偏光板或液晶等結合，或直接運用於需要光學補償之顯示裝置，而可用於改善因為入射光於穿越液晶時產生相位差所導致的漏光問題，於本較佳實施例中是將該雙軸補償膜直接運用於液晶顯示裝置為例作說明。

參閱圖5，本發明該具有雙軸補償膜的液晶顯示裝置的一較佳實施例包含：一上偏光板2、一下偏光板3、一液晶4、一雙軸補償膜5，及一背光源6。

該上偏光板2，設置在該液晶4的一側面具有朝鄰近該液晶4方向依序形成的一保護膜21、一偏光膜22，及一相位差補償膜23。

該下偏光板3，設置在該液晶4相對該上偏光板2的另一側面，具有朝鄰近該液晶4方向依序形成的一保護膜31 ，及一偏光膜32。

由於該偏光膜22、32、該保護膜21、22及該相位差補償膜23的構成材料及種類選擇是本技術領域者所週知，因此不再多加說明，於本實施例中該偏光膜22、32是由聚乙烯醇所構成，該保護膜21、22是由三醋酸纖維素所構成，且該相位差補償膜23為C-plate。

該液晶4由具有負誘電異方性的材料所構成，且相位差值介於270~400nm之間。

配合參閱圖6，該雙軸補償膜5為設置在該上偏光板2與該液晶4之間，由雙重折射率材料所構成，其構成材料是選自三醋酸纖維素、環烯烴共聚物、環烯烴聚合物、熱可塑性樹脂，或其中之一組合，具有分別沿x、y、z方向，且x、y、z方向為彼此相互垂直之折射率n _x 、n _y ，及，n _z ，及一介於-0.07~-1.76之間的補償參數P，且

該背光源6設置在該下偏光板3遠離該液晶4的一側。

當由該背光源6提供入射光依序穿越過該下偏光板3及該液晶4時，由於該液晶分子具有雙光軸的特性，因此入射光於穿過該液晶4時會產生一相位差(Δnd)，而當產生相位差的光線在穿過該液晶4進入該雙軸補償膜5時，則利用該雙軸補償膜5補償入射光於穿越過該液晶4時產生 的相位差，而可提高液晶面板側視角的對比值，減低暗態漏光的程度；且由於本發明該雙軸補償膜5的光學補償特性不受到該雙軸補償膜5的折射率影響，因此當換用不同之雙軸補償膜5材料時，只要固定預定之補償參數，即可得到相同之光學補償效果，所以可改善習知因變換不同材料時即需再耗時尋求不同之補償參數的問題，而可更簡便使用，且可降低因尋求不同之補償參數所耗費的時間及材料成本。

該雙軸補償膜5的光學補償參數P在以下的說明後應可更清楚表示。

參閱圖6，雙軸補償膜在不同視野角的相位差值可由下列式B求得：

當上式(D)ψ=0度時，可將其簡化成式C。

上式(E)當θ=0度時，可將其簡化成式C-2，得到一軸上的平面補償值R_o。

R(θ=0,ψ=0)=d(n _x -n _y )=R_o..........(C-2)

上式(E)當θ=90度時，可將其簡化成式C-2，得到一軸上的縱向補償值R_th`。

其中本發明之雙軸補償膜的補償參數P=R_th`/R_o，且

要說明的是，本發明之雙軸補償膜會對應不同液晶產生之相位差而具有一補償參數P，由於該補償參數P即為該雙軸補償膜的軸上縱向補償值R_th`與該軸上平面補償值R_o的比值，因此當該雙軸補償膜的材料改變使得n _x 、n _y ，及，n _z 亦跟著變化時，補償參數P不會因n _x 、n _y ，及，n _z 的不同而有所改變；較佳地，該雙軸補償膜的補償參數P是介於-0.07~-1.76之間，且適用相位差介於270nm~400nm之間的液晶，更佳地，該雙軸補償膜的補償參數P是介於-0.35~-0.75之間，且適用相位差介於300nm~350nm之間的液晶。

參閱圖7、8與附件2，圖7是以相位差(Δnd)介於270~400nm之間的液晶分子與補償參數P之作圖結果，圖8是本發明該較佳實施例選定在入射光波長(λ)為545nm，液晶分子的相位差(Δnd)為330nm，在方位角(ψ)=45°的位置時，補償參數值固定為-0.99，雙軸補償膜的軸上平面補償值R_o為62~79nm的條件下，具有不同平均折射率(n)的雙軸補償膜的暗態大視角漏光圖；附件2為具有不同平均折射率(n)的雙軸補償膜之全視角對比圖，附件2中深黑線部分為對比度(Contrast Ratio，CR)=500的等對比線。

由圖7可知，本發明該雙軸補償膜的補償參數P在符合上述式(I)之公式之限定條件下，在不同的相位差(Δnd)時均可對應出一特定之補償參數值，且由圖8、附件2得知當固定該雙軸補償膜的補償參數值時，即使改變雙軸補償膜的平均折射率(n)，其在不同視野角的暗態漏光情形均可得到相同之改善，即本發明該雙軸補償膜的補償特性不受到該雙軸補償膜本身材料之折射率的影響，均可對液晶顯示器的暗態大視角漏光得到相同的改善，而可解決習知因雙軸補償膜之材料的折射率不同時，大視角暗態漏光的特性亦會隨著不同材料的平均折射率(n)而有不一樣的漏光程度的缺點。

參閱圖9值得一提的是，本發明該液晶顯示裝置可更包含一設置在該液晶4與該下偏光板3之間的雙軸補償膜7，藉由同時設置在該上下偏光板該的雙軸補償膜5、7可更進一步改善該液晶顯示器的暗態漏光問題。

參閱圖10、11與附件3，圖10是以相位差(Δnd)介於270~400nm之間的液晶分子與補償參數P之作圖結果，圖11、附件3是圖9所示的液晶顯示裝置之暗態漏光量測結果，圖11為選定在入射波長(λ)為545nm，液晶層的相位差(Δnd)為295nm，在方位角(ψ)=45°的位置、固定補償參數值為-0.23，及雙軸補償膜的軸上平面補償值R_o為43~60nm的條件下，不同平均折射率(n)之雙軸補償膜的暗態大視角漏光圖；附件3則為不同平均折射率(n)之雙軸補償膜的全視角對比圖，附件3中深黑線部分為對比度(Contrast Ratio ，CR)=900的等對比線。

由圖10、11，及附件3中清楚可知，當雙軸補償膜的補償參數P在符合上述式(I)之公式的限定條件下，其對具有不同平均折射率的材料在不同視野角的暗態穿透率均低於0.01%，對暗態大視角漏光問題可得到極佳之改善。

綜上所述，本發明利用一具有補償參數P介於-0.07~-1.76的雙軸補償膜，作為改善液晶顯示器的暗態大視角漏光問題，不僅簡便，且在雙軸補償膜的補償參數P為符合上述式(I)之條件下，其補償特性不受到該雙軸補償膜本身材料之折射率的影響，均可對液晶顯示器的暗態大視角漏光得到相同的改善，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例與具體例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧上偏光板

21‧‧‧保護膜

22‧‧‧偏光膜

23‧‧‧相位差補償膜

3‧‧‧下偏光板

31‧‧‧保護膜

32‧‧‧偏光膜

4‧‧‧液晶

5‧‧‧雙軸補償膜

6‧‧‧背光源

7‧‧‧雙軸補償膜

圖1是一示意圖，說明習知垂直配向型液晶顯示裝置；圖2是一示意圖，說明圖1中更包含有雙軸補償膜的態樣；圖3是一示意圖，說明習知之雙軸補償膜的方向及角度；圖4是一曲線圖，說明圖2之光學補償膜與不同的液晶分子相位差(Δnd)之作圖結果； 圖5是一示意圖，說明本發明較佳實施例之液晶顯示裝置；圖6是一示意圖，說明該較佳實施例之雙軸補償膜的方向及角度示意圖；圖7是一曲線圖，說明圖5具有不同之補償參數值的雙軸補償膜與不同的液晶分子相位差(Δnd)之作圖結果；圖8是一暗態大視角漏光圖，說明圖5之液晶顯示裝置的暗態大視角漏光量測結果；圖9是一示意圖，說明本發明該較佳實施例之液晶顯示裝置的另一態樣；圖10是一曲線圖，說明圖9具有不同之補償參數值的雙軸補償膜與不同的液晶分子相位差(Δnd)之作圖結果；及圖11是一暗態大視角漏光圖，說明圖9的暗態大視角漏光量測結果。

【附件簡單說明】

附件1是一全視角對比圖，說明圖2之液晶顯示裝置的全視角對比結果；附件2是一全視角對比圖，說明圖5的全視角對比量測結果；及附件3是一全視角對比圖，說明圖9的全視角對比量測結果。

2‧‧‧上偏光板

21‧‧‧保護膜

22‧‧‧偏光膜

23‧‧‧相位差補償膜

3‧‧‧下偏光板

31‧‧‧保護膜

32‧‧‧偏光膜

4‧‧‧液晶

5‧‧‧雙軸補償膜

6‧‧‧背光源

Claims (4)

1. 一種雙軸補償膜，用於補償入射光於穿過液晶分子時產生之相位差，包含：該雙軸補償膜由雙重折射率之材料所構成，具有分別沿兩兩相互垂直之x、y、z方向的折射率n _x 、n _y 、n _z ，及一介於-0.07與-1.76的補償參數P，且
2. 依據申請專利範圍第1項所述的雙軸補償膜，其中，該雙軸補償膜還具有厚度d，軸上平面補償值R_o，及一軸上縱向補償值R_{th`</sub>，其中，R<sub>o</sub>=d(n <sub>x</sub> -n <sub>y</sub> ) 且P=R<sub>th`}/R_o。
3. 依據申請專利範圍第2項所述的雙軸補償膜，其中，該補償參數P是介於-0.37~-0.75之間。
4. 依據申請專利範圍第1項所述的雙軸補償膜，其構成材料是選自三醋酸纖維素、環烯烴共聚物、環烯烴聚合物、熱可塑性樹脂，或其中之一組合。