TWI422914B - 液晶顯示裝置 - Google Patents

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TWI422914B TW096116042A TW96116042A TWI422914B TW I422914 B TWI422914 B TW I422914B TW 096116042 A TW096116042 A TW 096116042A TW 96116042 A TW96116042 A TW 96116042A TW I422914 B TWI422914 B TW I422914B
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Takashi Sugiyama
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Stanley Electric Co Ltd
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Description

液晶顯示裝置
本發明係關於單純矩陣驅動之垂直配向型之液晶顯示裝置，尤其係關於於液晶層之相位延遲為600nm以上具備有效之視角補償手段的液晶顯示裝置。
以垂直配向型液晶顯示裝置之視角補償手段而言，已有提出使用具有各種光學特性之視角補償板者。
於下述之專利文獻1中係揭示一種液晶顯示裝置，其具備垂直配向型之液晶胞、及配設在此液晶胞兩側之屬正交尼可耳(crossed nicol)的第1、第2偏光板，且在此等第1、第2偏光板之任一偏光板與液晶胞之間設有視角補償手段。
而且揭示，上述視角補償手段係採用視角補償板，該視角補償板具有3個主折射率，主折射率的其中1個小於其他2個主折射率，且對應於最小主折射率的軸係與補償板之法線方向平行。
除此之外亦揭示：以視角補償板而言，光軸與補償板之法線方向平行的負的單軸補償板之所謂的C板較為有效，此外，以補償板而言，其為雙軸異向性媒體，以其最小主折射率的軸與補償板之法線方向平行的雙軸補償板，亦即雙軸板較為有效。
與上述相同地，於下述之專利文獻2中亦揭示一種設在液晶胞與一方之偏光板之間的視角補償手段。
揭示於此視角補償手段係採用：具有3個主折射率，主折射率的其中1個小於其他2個主折射率，且對應於此最小主折射率的軸與補償板之法線方向平行的視角補償板之所謂的雙軸板，此外，前述其他2個主折射率中之折射率較大的主折射率，亦即以與視角補償板面內之遲相軸相鄰接的偏光板之吸收軸呈大致平行或大致垂直的方式作配設，而且面內之相位延遲的值為120nm以下時較為有效。
與上述相同地，於下述之專利文獻3中亦揭示一種設在液晶胞與一方之偏光板之間的視角補償手段。
揭示出此視角補償手段係組合在面內具有光軸且折射率異向性為正的單軸補償板之所謂的A板、及光軸與補償板之法線方向平行且折射率異向性為負的單軸補償板之所謂的C板，而且，由液晶胞側依序配設A板、C板、偏光板，A板之相位延遲的值為120nm以下時較為有效。
於下述之專利文獻4中係揭示一種於施加電壓時，每隔複數個液晶區域以軸對稱狀進行配向之類型的垂直配向型液晶顯示裝置，其係揭示以此液晶顯示裝置所配置之視角補償手段而言，以如專利文獻1、2所示之所謂雙軸板、或如專利文獻3所示之疊合所謂A板與C板之視角補償板較為有效。
如上所述，專利文獻2、3、4係提出一種根據由專利文獻1所揭示之垂直配向型液晶顯示裝置中所配置之視角補償手段的原理，設定更為有效之視角補償條件的光學補償板。
另一方面，在專利文獻1中，關於液晶之複折射率與液晶胞厚度的乘積，亦即關於液晶層之相位延遲，並未特別限定，但在專利文獻2、3、4中顯示在一定之相位延遲的範圍內可獲得效果。
具體而言，於專利文獻2、3中係揭示液晶層之相位延遲為80nm以上、400nm以下，於專利文獻4中係揭示液晶層之相位延遲為300nm以上、550nm以下。
之所以如上所示關於相位延遲予以數值限定，係因為專利文獻2、3、4所揭示之液晶顯示裝置為以TFT－LCD為代表之主動矩陣型液晶顯示裝置之故。
【專利文獻1】日本專利特公平7－69536號公報【專利文獻2】日本專利第3330574號公報【專利文獻3】日本專利第3027805號公報【專利文獻4】日本專利特開2000－19518號公報
與上述專利文獻2、3、4所揭示之垂直配向型液晶顯示裝置相比較，本發明係提出一種配置在液晶層之相位延遲的值較高且具有600nm以上之相位延遲之此類液晶顯示裝置中，可獲得更大之視角特性改善效果的視角補償手段。
構成視角補償手段的視角補償板係使用降冰片烯(norbornene)系樹脂材予以延伸加工而形成，但在目前的技術中，並無法加大補償板之厚度方向的相位延遲。
根據目前之製作技術，關於補償板之厚度方向的相位延遲的最大值，若雙軸板、C板均考慮到穩定的量產，即為250nm左右，而即便在已知會降低良率等相當勉強的情形下，也頂多為270nm左右。
因此，基於以上情形，在上述專利文獻2、3、4中，係揭示一種在液晶胞兩側設置視角補償板的構成。
其中，適於用以進行視角補償之視角補償板之厚度方向的相位延遲係形成與液晶顯示裝置之液晶層的相位延遲大致相等的值。
然而，當於將液晶層之相位延遲設為600nm以上的液晶顯示裝置中進行最適視角補償時，假設已在液晶胞兩側配置視角補償板，視角補償板之厚度方向的相位延遲亦不足。
因此，考慮在液晶胞兩側疊層配置2片以上視角補償板，且就此等視角補償板，合計厚度方向的相位延遲以加大相位延遲，但是，即使僅構成為如上所示，當左右視角傾斜例如40度以上時，會產生黑底形成漏光等問題。
因此，本發明所欲解決之課題在提供一種於液晶層之相位延遲為600nm以上之垂直配向型之液晶顯示裝置中，解決以習知之視角補償手段並無法解決之微妙的視角特性上的問題點俾提高精度之視角補償手段。
為了解決上述課題，在本發明中，以第1發明而言，係提出一種液晶顯示裝置，係具備垂直配向型之液晶胞、配設在此液晶胞兩側之屬正交尼可耳(crossed nicol)的第1、第2偏光板、及單純矩陣驅動構成之液晶顯示裝置，其特徵為：前述液晶胞係將液晶層之相位延遲構成為600nm以上，並且分別在此液晶胞與第1偏光板之間設置以折射率nx、ny、nz而言為nx>ny>nz特性之雙軸板，在前述液晶胞與第2偏光板之間設置nx=ny>nz特性之C板，此外， 關於前述第1、第2偏光板，係以使其吸收軸相對於藉施加臨界電壓以上的電壓而使液晶分子傾倒的方向具有預定角度的方式作配設，關於前述雙軸板，係以使面內之遲相軸與第1偏光板之吸收軸正交的方式作配設。
以第2發明而言，係提出一種液晶顯示裝置，係具備垂直配向型之液晶胞、配設在此液晶胞兩側之屬正交尼可耳的第1、第2偏光板、及單純矩陣驅動構成之液晶顯示裝置，其特徵為：前述液晶胞係將液晶層之相位延遲構成為600nm以上，並且分別在此液晶胞與第1偏光板之間，設置以折射率nx、ny、nz而言為nx>ny=nz特性之A板與nx=ny>nz特性之C板，在前述液晶胞與第2偏光板之間設置nx=ny>nz特性之C板，此外，關於前述第1、第2偏光板，係以使其吸收軸相對於藉施加臨界電壓以上的電壓而使液晶分子傾倒的方向具有預定角度的方式作配設，關於設在液晶胞與第1偏光板之間的前述A板與C板，係以將C板配設在液晶胞側並使A板之光軸與第1偏光板之吸收軸正交的方式作配設。
以第3發明而言，係提出一種於上述第1發明之液晶顯示裝置中，將雙軸板之面內的相位延遲設為100nm以下的液晶顯示裝置。
以第4發明而言，係提出一種於上述第2發明之液晶顯示裝置中，將A板之面內的相位延遲設為100nm以下的液晶顯示裝置。
以第5發明而言，係提出一種於上述第1至4任一發明之液晶顯示裝置中，將配設在液晶胞與第2偏光板之間的C板構成為2片以上之疊層板的液晶顯示裝置。
根據第1、第2發明，即使液晶層之相位延遲為600nm以上之垂直配向型之液晶顯示裝置，亦可以較高精度進行視角補償。
此外，根據第3、第4發明，可以最適條件進行視角補償，根據第5發明，則形成在實施化方面更為容易之液晶顯示裝置。
接著，按照圖式說明本發明之實施形態。
第1圖係作為第1實施形態所顯示之液晶顯示裝置之概略構成圖。
此液晶顯示裝置係以1/4以上之工作比(duty ratio)的單純矩陣驅動法進行驅動。
如圖所示，在液晶胞11兩側設置2個偏光板12、13，並分別在液晶胞11與偏光板12之間設置雙軸板14，在液晶胞11與偏光板13之間設置2個C板15、16。
此外，上述之液晶胞11、偏光板12、13、雙軸板14、C板15、16係形成與背光單元17、驅動電路板18等一起藉由樹脂製蓋件19覆蓋而構成一個液晶顯示裝置之顯示單元。
其中，在以下說明中，將背光單元17所存在之側稱為背面側，偏光板12所存在之側稱為正面側。
第2圖係上述液晶胞11之簡略剖面圖。
此液晶胞11係藉由形成有透明電極20、21之一對透明基板(例如玻璃基板)22、23來夾持液晶24。
此外，透明電極20、21係在此等透明電極相對向的面設有配向膜25、26。
此液晶胞11係構成為垂直配向型液晶胞，使用日本日產化學工業(股)製之垂直配向膜SE－1211作為配向膜25、26，使用嫘縈(rayon)製之擦摩布(rubbing cloth)朝第3圖之箭號方向擦摩，而對液晶分子賦予預傾角(Pretilt Angle)θ。
此外，透明基板22、23係中間介有直徑5 μm之間隙控制材而相疊合，在此等之間係注入有默克(Merck)(股)公司製之複折射率△n為0.16且介電異向性(dielectric anisotropy)為負(藉由施加電壓而使液晶分子由垂直方向傾倒)的液晶24。
因此，液晶層之相位延遲(retardation)為800nm。
其中，液晶24係藉由密封材27將透明電極20、21的周圍接著，而封入於透明基板22、23之間。
第4圖係顯示由液晶胞11、偏光板12、13、雙軸板14、C板15、16所構成之顯示單元之具體構成例之剖面圖。
如圖所示，在液晶胞11之正面側係包夾雙軸板14而使偏光板12接合，而且，在液晶胞11之背面側係包夾2個C板15、16而接合有偏光板13。
偏光板12、13係配設在顯示單元之最前側與後側且具有正交尼可耳(crossed nicol)關係之偏光板，係以此等偏光板之吸收軸與藉由擦磨而使液晶分子傾倒之方向具有45度角的方式作配設。
其中，在此所謂正交尼可耳係指偏光板12、13的吸收軸以90度之角度正交，但實際上由於有時會進行調整等，因而亦包含以90度±△α度的角度交叉的情形。
雙軸板14係具有以折射率nx、ny、nz而言為nx>ny>nz特性之相位差板。
此雙軸板14的面內相位延遲為50nm、厚度方向之相位延遲為240nm，係以與面內之遲相軸所鄰接之正面側的偏光板12的吸收軸正交的方式作配置。
C板15、16係分別為具有以折射率nx、ny、nz而言為nx＝ny>nz特性之相位差板，形成為相位延遲220nm，此等C板係使2片相疊層而配置。
第5圖係顯示上述液晶胞11、偏光板12、13、雙軸板14、C板15、16之光學特性，第5(a)圖係顯示正面側偏光板12之吸收軸12a；第5(b)圖係顯示雙軸板14之面內遲相軸14a；第5(c)圖係顯示液晶胞11之擦磨方向(虛線11a箭號為正面側基板之擦磨方向，實線11b為背面側基板之擦磨方向)；第5(d)、(e)圖係顯示C板15、16之光軸15a、16a(光軸係面法線方向)；第5(f)圖係顯示背面側偏光板13之吸收軸13a。
第6圖係作為第2實施形態所顯示之與第4圖相同之顯示單元之剖面圖，第7圖係構成該顯示單元之液晶胞11、偏光板12、13、雙軸板14、光學板38之光學特性圖。
與實施形態之第1實施形態相比較，本實施形態係針對C板加以改良者，其他構件並未改變。
亦即，在本實施形態中，在液晶胞11與背面側偏光板13之間配置有由具有比可見波長短之扭矩(twist pitch)的膽固醇狀(cholesteric)液晶聚合物所構成的光學板38。
如此構造之光學板38已知具有與C板相同的光學作用，藉由管理膽固醇狀液晶之複折射率與液晶層之厚度，可製作具有以降冰片烯(norbornene)系樹脂之延伸加工並無法獲得之較大的相位延遲的C板。
在本實施形態中，係配置有由上述第1實施形態之C板2片份，亦即具有440nm之相位延遲之膽固醇狀液晶聚合物所形成之光學板38。
其中，如第7(d)圖所示，此光學板38之光軸38a係形成面法線方向。
第8圖係作為第3實施形態所顯示之與第4圖相同之顯示單元之剖面圖。
本實施形態係在液晶胞11與正面側偏光板12之間配置A板39與C板40者，其他則形成與第1實施形態相同之構成。
A板39係為以折射率nx、ny、nz而言為nx>ny＝nz特性之相位差板，其係形成70nm之相位延遲。
C板40的相位延遲為200nm。
第9圖係本實施形態之液晶胞11、偏光板12、13、A板39、C板40、15、16之光學特性圖，第9(b)圖係顯示A板39之光軸39a，第9(c)圖係顯示C板40之光軸40a(面法線方向)。
第10圖係作為第4實施形態所顯示之與第4圖相同之顯示單元。
本實施形態的特徵在於將為實施形態之第3實施形態的C板15、16替換成上述之光學板38，其他則未改變。
第11圖係本實施形態之液晶胞11、偏光板12、13、光學板38、A板39、C板40之光學特性圖。
第12圖係作為參考例所顯示之與第4圖相同之顯示單元之剖面圖。
此參考例係根據專利文獻2所揭示之液晶顯示裝置而僅使用雙軸板構成視角補償手段者。
其中，如上所示構成時，由於在降冰片烯系樹脂以延伸加工所得之厚度方向的相位延遲值有所限制，因此使用3片雙軸板。
如圖所示，上述參考例係在具有800nm之相位延遲之液晶胞11與正面側偏光板12之間配置有雙軸板41。
此雙軸板41的面內相位延遲為50nm，厚度方向的相位延遲為200nm，而且，以使面內之遲相軸係與正面側偏光板12之吸收軸正交的方式作配設。
此外，在液晶胞11與背面側偏光板13之間，配設有面內相位延遲25nm、厚度方向之相位延遲200nm之2片雙軸板42、43。
接著，此等雙軸板42、43係以使面內之遲相軸呈平行的方式疊層，係以與此遲相軸相鄰接之背面側偏光板13之吸收軸正交的方式作配設。
其中，第13圖係本參考例之液晶胞11、偏光板12、13、雙軸板41、42、43之光學特性圖，第13(b)圖係顯示雙軸板41之遲相軸41a，第13(d)、(e)圖係顯示雙軸板42、43之遲相軸42a、43a，其他則與以上所述者相同。
第14圖係液晶顯示裝置之視角特性圖。
於此圖中，曲線A係作為第1實施形態(第4圖、第5圖)所實施之液晶顯示裝置之視角特性，曲線B係作為第3實施形態(第8圖、第9圖)所實施之液晶顯示裝置之視角特性。
另一方面，曲線C係顯示參考例(第12圖、第13圖)之液晶顯示裝置之視角特性。
此視角特性圖係顯示當將藉由施加電壓而使液晶分子傾倒之方向設為時鐘盤之12點方向時，在液晶顯示裝置之左右方向，亦即在時鐘盤之9點與3點的方向使視角改變時之未施加電壓時(黑底)之透過率變化。
由上述視角特性圖之C曲線可知，在如參考例所示之構成中，雖然將面內之相位延遲值與厚度方向之相位延遲值形成為最適者，但是當傾斜至左右視角40度以上時，則透過率會提高。亦即，可知黑底會漏光。
此外，透過率之數值雖為非常小的值，但由於伴隨著色調變化，因此外表看起來會形成此變化較大者。
再者，由此視角特性圖可知，左右之視角特性形成非對稱。
尤其，可知當視角朝左方向(時鐘盤之9點方向)傾斜時，會產生較大的透過率變化。
對於上述參考例之液晶顯示裝置，本實施形態之液晶顯示裝置係如曲線A、B所示，於較深之角度中，透過率低的程度、對稱性均優。
以上，係就各實施形態加以說明，但相對於具有800nm之相位延遲之垂直配向型液晶胞，各補償板之相位延遲值係形成可得最佳之視角特性的值。
其中，在上述實施形態中，係顯示使用藉由擦磨法之單疇(monodomain)型LCD之例，惟本發明係有關未施加電壓時之光學特性者，因此於多疇(multidomain)型LCD中亦可有效實施。
(產業利用可能性)
可利用於具備具有600nm以上之相位延遲之液晶層，且藉由1/4以上之工作比(duty ratio)的單純矩陣驅動法予以驅動之垂直配向型液晶顯示裝置。
11．．．液晶胞
11a．．．虛線
11b．．．實線
12、13．．．偏光板
12a、13a．．．吸收軸
14、41、42、43．．．雙軸板
14a、41a、42a、43a．．．遲相軸
15、16、40．．．C板
15a、16a、38a、39a、40a．．．光軸
17．．．背光單元
18．．．驅動電路板
19．．．蓋件
20、21．．．透明電極
22、23．．．透明基板
24．．．液晶
25、26．．．配向膜
27．．．密封材
38．．．光學板
39．．．A板
第1圖係作為第1實施形態所顯示之液晶顯示裝置之概略構成圖。
第2圖係上述第1實施形態之液晶胞之簡略剖面圖。
第3圖係顯示擦磨方向之上述液晶胞之局部放大剖面圖。
第4圖係顯示上述第1實施形態之顯示單元之放大剖面圖。
第5圖係構成上述顯示單元之液晶胞、偏光板、雙軸板、C板之光學特性圖。
第6圖係作為第2實施形態所顯示之與第4圖相同之顯示單元之放大剖面圖。
第7圖係構成第2實施形態之顯示單元之液晶胞、偏光板、雙軸板、光學板之光學特性圖。
第8圖係作為第3實施形態所顯示之與第4圖相同之顯示單元之放大剖面圖。
第9圖係構成第3實施形態之顯示單元之液晶胞、偏光板、A板、C板之光學特性圖。
第10圖係作為第4實施形態所顯示之與第4圖相同之顯示單元之放大剖面圖。
第11圖係構成第4實施形態之顯示單元之液晶胞、偏光板、A板、C板之光學特性圖。
第12圖係作為參考例所顯示之與第4圖相同之顯示單元之放大剖面圖。
第13圖係構成上述參考例之顯示單元之液晶胞、偏光板、雙軸板之光學特性圖。
第14圖係液晶顯示裝置之視角特性圖。
11．．．液晶胞
12、13．．．偏光板
14．．．雙軸板
15、16．．．C板
20、21．．．透明電極
22、23．．．透明基板
24．．．液晶
25、26．．．配向膜
27．．．密封材

Claims (5)

  1. 一種液晶顯示裝置，係具備垂直配向型之液晶胞、配設在此液晶胞兩側之屬正交尼可耳的第1、第2偏光板、及單純矩陣驅動構成之液晶顯示裝置，其特徵為：前述液晶胞係將液晶層之相位延遲構成為600nm以上，並且分別在此液晶胞與第1偏光板之間設置以折射率nx、ny、nz而言為nx>ny>nz特性之雙軸板，在前述液晶胞與第2偏光板之間設置nx=ny>nz特性之C板，此外，前述第1、第2偏光板，係配設成使前述第1、第2偏光板的吸收軸在平面方向與配向處理方向呈45°，前述雙軸板，係配設成使前述雙軸板的面內之遲相軸與第1偏光板之吸收軸正交，前述液晶胞被施作以與正面側的基板和背面側的基板對向的朝向且呈平行的配向處理。
  2. 一種液晶顯示裝置，係具備垂直配向型之液晶胞、配設在此液晶胞兩側之屬正交尼可耳的第1、第2偏光板、及單純矩陣驅動構成之液晶顯示裝置，其特徵為：前述液晶胞係將液晶層之相位延遲構成為600nm以上，並且分別在此液晶胞與第1偏光板之間，設置以折射率nx、ny、nz而言為nx>ny=nz特性之A板與nx=ny>nz特性之C板，在前述液晶胞與第2偏光板之間設置nx=ny>nz特性之C板， 此外，前述第1、第2偏光板，係配設成使其吸收軸在平面方向與配向處理方向呈45°，設在液晶胞與第1偏光板之間的前述A板與C板為，C板配設在液晶胞側並使前述A板之光軸與前述第1偏光板之吸收軸正交，前述液晶胞被施作以與正面側的基板和背面側的基板對向的朝向且呈平行的配向處理。
  3. 如申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中，將雙軸板之面內的相位延遲設為100nm以下。
  4. 如申請專利範圍第2項之液晶顯示裝置，其中，將A板之面內的相位延遲設為100nm以下。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之液晶顯示裝置，其中，將配設在液晶胞與第2偏光板之間的C板構成為2片以上之疊層板。
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