TWI421582B - 液晶顯示器 - Google Patents

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TWI421582B TW097129473A TW97129473A TWI421582B TW I421582 B TWI421582 B TW I421582B TW 097129473 A TW097129473 A TW 097129473A TW 97129473 A TW97129473 A TW 97129473A TW I421582 B TWI421582 B TW I421582B
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Yu Cheng Liu
Chun Chi Chi
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Description

液晶顯示器
本發明關於一種具有常態黑(normally black)顯示模式之液晶顯示器。
圖1顯示一具有常態白(normally white)顯示模式的習知半透式液晶顯示器100。如圖1所示，一雙間隙液晶盒(dual-cell-gap LC cell)102的兩側設有一第一偏光板104及一第二偏光板106，雙間隙液晶盒102具有一穿透區及一反射區，且反射區與穿透區具有不同的液晶層間隙厚度。第一偏光板104與雙間隙液晶盒102間夾設一第一1/2波長板108及一第一1/4波長板112，第二偏光板106與雙間隙液晶盒102間夾設一第二1/2波長板110及一第二1/4波長板114。
藉由上述各個偏光板及相位差板的搭配，該半透式液晶顯示器100可具有常態白顯示模式。然而，該半透式液晶顯示器100需要四片的相位差板來提供常態白顯示模式，如此整體厚度及製造成本難以縮減。
本發明提供一種具有常態黑(normally black)顯示模式之液晶顯示器，其具有良好的光電特性且可有效減少厚度及製造成本。
於一實施例中，一種液晶顯示器包含彼此相向之一第一及一第二透明基板、一液晶層、一第一偏光板、一第二偏光板、及一第一1/2波長板。液晶層介設於第一及第二透明基板間，第一偏光板設置於第一透明基板相對液晶層之外側，且第二偏光板設置於第二透明基板相對液晶層之外側。第一1/2波長板設置於第一透明基板與第一偏光板 間，以使液晶顯示器具有一常態黑顯示模式。
於一實施例中，當第一偏光板的穿透軸方位角設為p1、第一1/2波長板的慢軸方位角設為r、液晶顯示器之定向視向方位角設為α、且第二偏光板的穿透軸方位角設為p2時，該些角度參數滿足如下關係式以提供常態黑顯示模式：2α-2r+p1-p2=90°+N * 180°(N為任意整數)。
於一實施例中，液晶顯示器更包含設置於第二透明基板與第二偏光板間的一第二1/2波長板。當第一偏光板的穿透軸方位角設為p1、第一1/2波長板的慢軸方位角設為r1、液晶顯示器之定向視向方位角設為α、第二偏光板的穿透軸方位角設為p2、且第二1/2波長板的慢軸方位角設為r2時，該些角度參數滿足如下關係式：2r2-2α+2r1-p1-p2=90°+N * 180°(N為任意整數)。
於一實施例中，一種液晶顯示器包含一第一及一第二偏光板、一雙間隙液晶盒(dual-cell-gap LC cell)、及一第一1/2波長板。雙間隙液晶盒具有一反射區及一穿透區，且反射區及穿透區具有不同的液晶層間隙厚度。
第一及第二偏光板相向設置於該雙間隙液晶盒的兩側，且第一1/2波長板設置於第一偏光板與雙間隙液晶盒間，以使該液晶顯示器具有一常態黑顯示模式。
於一實施例中，液晶顯示器更包含設置於第二偏光板與雙間隙液晶盒間的一第二1/2波長板。
藉由上述各個實施例之設計，僅需提供一至二片相位差板即可產生具良好光電特性的常態黑顯示模式，故可大幅縮減製造成本及整體厚度。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得 到進一步的了解。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例並配合所附圖式，作詳細說明如下。
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實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
圖2為說明一雙間隙液晶盒之光學特性示意圖。於一雙間隙液晶盒(dual-cell-gap LC cell)之光學參數設計中，當入射光I為可見光(平均波長λ約為560nm)且液晶分子扭轉角設為φ時，穿透區Tr的相位差值△nd須滿足下列關係式： △nd(nm)=280+N * 560±15%(N為任意整數)，由於穿透區Tr與反射區Re的液晶層間隙厚度比約為2：1，所以穿透區Tr可等效成一1/2波長板(half wave plate)且反射區Re可等效成一1/4波長板(quarter wave plate)。因此，請參照圖3，依本發明一實施例之液晶顯示器10設計中，一雙間隙液晶盒(dual-cell-gap LC cell)12的兩側設有一第一偏光板14及一第二偏光板16，第一偏光板14與雙間隙液晶盒12間夾設一第一1/2波長板18，第二偏光板16與雙間隙厚度液晶盒12間夾設一第二1/2波長板22。藉由此一光學架構，當滿足下式可產生常態黑(normally black)顯示模式：2r2-2α+2r1-p1-p2=90°+N * 180°(N為任意整數)，其中p1代表第一偏光板14的穿透軸方位角，r1代表第一1/2波長板18的慢軸方位角為r1，α代表液晶顯示器10的定向視向方位角， p2代表第二偏光板16的穿透軸方位角，r2代表第二1/2波長板22的慢軸方位角。上述之定向視向方位角採如下定義：當視向為3點鐘方向，扭轉角為0度時定向視向方位角為0度，而扭轉角為30度時因定向方向對稱於視向方向，所以定向視向方位角依然為0度。當視向為12點鐘方向，扭轉角為0度或是其他角度時，定向視向方位角則均為90度。需注意上式是針對不同波長皆能獲得無色差(acromatic)結果的理想狀況推導出，故於非理想狀況時，滿足上式的各個角度參數解可容許±5度內的公差範圍，仍可產生常態黑顯示模式，且於該±5度內的公差範圍內中必定存在一角度參數的最佳解。
圖4為一示意圖，顯示雙間隙液晶盒12的一結構實施例。如圖4所示，第一透明基板32上連續疊設濾色片34、共同電極36及第一配向膜38。第二透明基板42設置透明導電膜構成之透明像素電極44、第二配向膜46、及例如薄膜電晶體之切換元件24。第一透明基板32與第二透明基板42彼此相對，且中間介設一液晶層26。反射像素電極48形成於一墊高層52上，以使反射區Re與穿透區Tr具有不同的液晶層間隙厚度。
藉由上述實施例之設計，僅需在偏光板14、16與雙間隙液晶盒12間加入兩片1/2波長板18、22，即可產生常態黑視效的顯示模式，故和圖1需四片相位差板才能產生特定顯示模式的習知設計相較，本實施例可大幅縮減製造成本及整體厚度。
圖5為依圖3設計之一例的反射率對電壓V-R特徵曲線圖，圖6為依圖3設計之一例的穿透率對電壓V-T特徵曲線圖，其中模擬條件為穿透軸方位角p1=75°、p2=5°，慢軸方位角r1=60°、r2=115°，定向視向方位角α=0°，液晶分子扭轉角φ=0°且穿透區相位差值△nd=280nm。由圖5及圖6所示可知，圖3加入兩個1/2波長板的設 計具有極佳的光電特性，即穿透區Tr及反射區Re均可得到最佳化的匹配效果，當未施加電壓時穿透區Tr及反射區Re均可獲得全黑的常態黑顯示模式。
圖7為顯示本發明另一實施例之示意圖。如圖7所示，液晶顯示器20的光學架構與圖3類似，差異在於僅使用一片1/2波長板18，當滿足下式同樣可產生常態黑顯示模式：2α-2r+p1-p2=90°+N * 180°(N為任意整數)，其中p1代表第一偏光板14的穿透軸方位角，r代表1/2波長板18的慢軸方位角，α代表液晶顯示器20的定向視向方位角，p2代表第二偏光板16的穿透軸方位角。需注意上式是針對不同波長皆能獲得無色差結果的理想狀況推導出，故於非理想狀況時，滿足上式的各個角度參數解可容許±5度內的公差範圍，仍可產生常態黑顯示模式，且於該±5度內的公差範圍內中必定存在一角度參數的最佳解。
圖8為依圖7設計之一例的反射率對電壓V-R特徵曲線圖，圖9為依圖7設計之一例的穿透率對電壓V-T特徵曲線圖。圖8及圖9的模擬條件為穿透軸方位角p1=45°、p2=135°，慢軸方位角r=90°，定向視向方位角α=0°，液晶分子扭轉角(twist angle)φ=0°且穿透區相位差值△nd=280nm。
圖10及圖11分別為依圖7之設計之另一V-R特徵曲線圖及V-T特徵曲線圖，其中模擬條件為穿透軸方位角p1=75°、p2=-135°，慢軸方位角r=60°，定向視向方位角α=0°，液晶分子扭轉角φ=0°且穿透區相位差值△nd=280nm。
由圖8至圖11可知，圖7僅具有單片1/2波長板的實施例，同樣可產生常態黑顯示模式及良好的對比效果，但於不同的光學匹配條件下，當穿透區Tr的對比度最佳化時(圖9)，反射區Re的對比度並 非最佳狀態(圖8)。反之當反射區Re的對比度最佳化時(圖10)，穿透區Tr的對比度並非最佳狀態(圖11)。因此與圖3雙片1/2波長板實施例其穿透區Tr及反射區Re均可得到最佳化匹配效果比較，圖7的單片1/2波長板實施例雖然光電特性略差，但因僅需單片1/2波長板故可獲得進一步減少厚度及製造成本的效果。
如下之列表值為依本發明實施例之常態黑模式液晶顯示器，及習知常態白模式液晶顯示器兩者光電特性的比較。如下表所示，無論是對比、亮度、反射率等，提供常態黑模式的雙片1/2波長板、單片1/2波長板架構均與習知常態白模式液晶顯示器的表現接近，但本發明實施例可明顯減少相位差板的數量進而減少厚度及製造成本。
另外，比較本發明不同實施例可看出，雖然雙片1/2波長板架構較單片1/2波長板架構的光電特性略佳，但單片1/2波長板架構可獲得更進一步減少厚度及製造成本的效果。
圖12為一模擬圖，說明於一實施例中液晶盒搭配1/2波長板的相位差值△nd選擇方式。圖12顯示於採用相位差值△ndWP=275nm的1/2波長板條件下，液晶盒穿透區的相位差值△ndCELL分別為255nm、275nm、295nm的V-T特徵曲線。由圖12可看出，若液晶盒相位差值△ndCELL(例如255nm)小於1/2波長板的相位差值△ndWP(275nm)時，V-T特徵曲線中的反黑區段將不會出現而造成對比度下降。因此，於一實施例中，可將液晶盒穿透區的相位差值△ndCELL設為大於1/2波長板的相位差值△ndWP，且兩者相位差值的較佳範圍為 0-30nm(30nm>△ndCELL-△ndWP>0nm)，以獲得較穩定的光電特性。舉例而言，若同時考慮製程公差可將液晶盒穿透區的相位差值△ndCELL選擇為大於1/2波長板相位差值△ndWP20nm左右。再者，該1/2波長板相位差值△ndWP的一較佳範圍為大於200nm且小於360nm。
另外，雖然前述各個實施例以雙間隙液晶盒為例說明，但其並不限定，例如前述各個實施例亦可用於一純穿透液晶顯示器以產生常態黑顯示模式。
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，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
10、20‧‧‧液晶顯示器
12‧‧‧雙間隙液晶盒
14‧‧‧第一偏光板
16‧‧‧第二偏光板
18‧‧‧第一1/2波長板
22‧‧‧第二1/2波長板
24‧‧‧切換元件
26‧‧‧液晶層
32‧‧‧第一透明基板
34‧‧‧濾色片
36‧‧‧共同電極
38‧‧‧第一配向膜
42‧‧‧第二透明基板
44‧‧‧像素電極
46‧‧‧第二配向膜
48‧‧‧反射像素電極
52‧‧‧墊高層
100‧‧‧半透式液晶顯示器
102‧‧‧雙間隙液晶盒
104‧‧‧第一偏光板
106‧‧‧第二偏光板
108‧‧‧第一1/2波長板
110‧‧‧第二1/2波長板
112‧‧‧第一1/4波長板
114‧‧‧第二1/4波長板
I‧‧‧入射光
p1、p2‧‧‧穿透軸方位角
r、r1、r2‧‧‧慢軸方位角
α‧‧‧定向視向方位角
φ‧‧‧液晶分子扭轉角
λ‧‧‧波長
△nd、△ndCELL、△ndWP‧‧‧相位差
Re‧‧‧反射區
Tr‧‧‧穿透區
圖1顯示一具有常態白顯示模式的習知半透式液晶顯示器。
圖2為說明一雙間隙液晶盒之光學特性示意圖。
圖3為依本發明一實施例之液晶顯示器示意圖。
圖4為一示意圖，顯示雙間隙液晶盒的一結構實施例。
圖5為依圖3設計之一例的反射率對電壓V-R特徵曲線圖。
圖6為依圖3設計之一例的穿透率對電壓V-T特徵曲線圖。
圖7為顯示本發明另一實施例之示意圖。
圖8為依圖7設計之一例的反射率對電壓V-R特徵曲線圖，圖9為依圖7設計之一例的穿透率對電壓V-T特徵曲線圖。
圖10為依圖7設計之另一例的反射率對電壓V-R特徵曲線圖， 圖11為依圖7設計之另一例的穿透率對電壓V-T特徵曲線圖。
圖12為一模擬圖，說明於一實施例中液晶盒搭配1/2波長板的相位差值選擇方式。
10‧‧‧液晶顯示器
12‧‧‧雙間隙液晶盒
14‧‧‧第一偏光板
16‧‧‧第二偏光板
18‧‧‧第一1/2波長板
22‧‧‧第二1/2波長板

Claims (14)

  1. 一種液晶顯示器，包含：彼此相向之一第一及一第二透明基板；一液晶層，介設於該第一及該第二透明基板間；一第一偏光板，設置於該第一透明基板相對該液晶層之外側；一第二偏光板，設置於該第二透明基板相對該液晶層之外側；及一第一1/2波長板(half wave plate)，設置於該第一透明基板與該第一偏光板間以使該液晶顯示器具有一常態黑(normally black)顯示模式，其中當該第一偏光板的穿透軸方位角設為p1、該第一1/2波長板的慢軸方位角設為r、該液晶顯示器之定向視向方位角設為α、且該第二偏光板的穿透軸方位角設為p2時，該些角度參數滿足如下關係式以提供該常態黑顯示模式：2α-2r+p1-p2=90°+N * 180°(N為任意整數)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該第一1/2波長板之相位差值大於200nm且小於360nm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，更包含一第二1/2波長板，且該第二1/2波長板設置於該第二透明基板與該第二偏光板間。
  4. 一種液晶顯示器，包含：彼此相向之一第一及一第二透明基板；一液晶層，介設於該第一及該第二透明基板間；一第一偏光板，設置於該第一透明基板相對該液晶層之外側；一第二偏光板，設置於該第二透明基板相對該液晶層之外側；及一第一1/2波長板，設置於該第一透明基板與該第一偏光板間；及 一第二1/2波長板，設置於該第二透明基板與該第二偏光板間；其中當該第一偏光板的穿透軸方位角設為p1、該第一1/2波長板的慢軸方位角設為r1、該液晶顯示器之定向視向方位角設為α、該第二偏光板的穿透軸方位角設為p2、且該第二1/2波長板的慢軸方位角設為r2時，該些角度參數滿足如下關係式：2r2-2α+2r1-p1-p2=90°+N * 180°(N為任意整數)。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之液晶顯示器，其中該第一1/2波長板及該第二1/2波長板之相位差值均大於200nm且小於360nm。
  6. 一種液晶顯示器，包含：一雙間隙液晶盒(dual-cell-gap LC cell)，該雙間隙液晶盒具有一反射區及一穿透區，且該反射區及該穿透區具有不同的液晶層間隙厚度；一第一及一第二偏光板，相向設置於該雙間隙液晶盒的兩側；及一第一1/2波長板，設置於該第一偏光板與該雙間隙液晶盒間以使該液晶顯示器具有一常態黑顯示模式，其中當入射至該雙間隙液晶盒之光線為可見光且液晶分子扭轉角設為φ時，該穿透區的相位差值△nd滿足如下關係式： △nd(nm)=280+N * 560±15%(N為任意整數)。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示器，其中該第一1/2波長板之相位差值大於200nm且小於360nm。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之液晶顯示器，其中該雙間隙厚度液晶盒之該穿透區的相位差大於該第一1/2波長板的相位差，且兩 者之相位差的差值小於30nm。
  9. 一種液晶顯示器，包含：一雙間隙液晶盒，該雙間隙液晶盒具有一反射區及一穿透區，且該反射區及該穿透區具有不同的液晶層間隙厚度；一第一及一第二偏光板，相向設置於該雙間隙液晶盒的兩側；及一第一1/2波長板，設置於該第一偏光板與該雙間隙液晶盒間以使該液晶顯示器具有一常態黑顯示模式，其中當該第一偏光板的穿透軸方位角設為p1、該第一1/2波長板的慢軸方位角設為r、該液晶顯示器之定向視向方位角設為α、且該第二偏光板的穿透軸方位角設為p2時，該些角度參數滿足如下關係式以提供該常態黑顯示模式：2α-2r+p1-p2=90°+N * 180°(N為任意整數)。
  10. 一種液晶顯示器，包含：一雙間隙液晶盒，該雙間隙液晶盒具有一反射區及一穿透區，且該反射區及該穿透區具有不同的液晶層間隙厚度；一第一及一第二偏光板，相向設置於該雙間隙液晶盒的兩側；及一第一1/2波長板，設置於該第一偏光板與該雙間隙液晶盒間以使該液晶顯示器具有一常態黑顯示模式，其中該雙間隙厚度液晶盒之該穿透區的相位差大於該第一1/2波長板的相位差，且兩者之相位差的差值小於30nm。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之液晶顯示器，更包含一第二1/2波長板，且該第二1/2波長板設置於該第二偏光板與該雙間隙液晶盒間。
  12. 一種液晶顯示器，包含：一雙間隙液晶盒，該雙間隙液晶盒具有一反射區及一穿透區，且 該反射區及該穿透區具有不同的液晶層間隙厚度；一第一及一第二偏光板，相向設置於該雙間隙液晶盒的兩側；及一第一1/2波長板，設置於該第一偏光板與該雙間隙液晶盒間；及一第二1/2波長板，設置於該第二偏光板與該雙間隙液晶盒間；其中當該第一偏光板的穿透軸方位角設為p1、該第一1/2波長板的慢軸方位角設為r1、該液晶顯示器之定向視向方位角設為α、該第二偏光板的穿透軸方位角設為p2、且該第二1/2波長板的慢軸方位角設為r2時，該些角度參數滿足如下關係式：2r2-2α+2r1-p1-p2=90°+N * 180°(N為任意整數)。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之液晶顯示器，其中該第一1/2波長板及該第二1/2波長板之相位差值均大於200nm且小於360nm。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之液晶顯示器，其中該液晶盒之該穿透區的相位差大於該第一及該第二1/2波長板的相位差，且該穿透區的相位差分別與該第一及該第二1/2波長板之相位差的差值均小於30nm。
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