TWI422916B - 液晶顯示器 - Google Patents

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TWI422916B
TWI422916B TW098104414A TW98104414A TWI422916B TW I422916 B TWI422916 B TW I422916B TW 098104414 A TW098104414 A TW 098104414A TW 98104414 A TW98104414 A TW 98104414A TW I422916 B TWI422916 B TW I422916B
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Yu Cheng Liu
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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顯示一具有常態黑(normally black)顯示模式的習知半透式液晶顯示器100。如圖1所示，一種液晶顯示器包含一雙間隙液晶盒(dual-cell-gap LC cell)102、一第一偏光板104、一第二偏光板106、一第一1/2波長單軸相位差板(uniaxial half wave plate)108及一第二1/2波長單軸相位差板110。雙間隙液晶盒102具有一透射區及一反射區，且反射區與透射區具有不同的液晶層間隙厚度，其兩側設有一第一偏光板104及一第二偏光板106，第一偏光板與雙間隙液晶盒間夾設一第一1/2波長單軸相位差板108，第二偏光板與雙間隙液晶盒間夾設一第二1/2波長單軸相位差板110，以使液晶顯示器具有一常態黑顯示模式。此一習知結構雖有減少厚度及降低成本的優勢，但其視角特性仍有極大的改善空間。
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及廣視角效果。
於一實施例中，一種具常態黑顯示模式之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、一第一及一第二偏光板、一第一及一第二1/2波長相位差板、及一第一正型C板。液晶層設於第一及第二透明基板之間，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波長相位差板設置於第一透明基板與第一偏光板間，第二1/2波長相位差板設置於第二透明基板與第二偏光板間，且第一正型C板設置於第一1/2波長板與第一透明基板間。
於一實施例中，一種具常態黑顯示模式之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)、一第一及一第二1/2波長相位差板、一第一正型C板及一第二正型C板。雙間隙液晶盒具有一反射區及一透射區，且反射區及透射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，第一1/2波長相位差板設置於第一偏光板與雙間隙液晶盒間，且第二1/2波長相位差板設置於第二偏光板與雙間隙液晶盒間。第一正型C板設置於第一1/2波長相位差板與雙間隙液晶盒間，第二正型C板設置於第二1/2波長相位差板與雙間隙液晶盒間。
於一實施例中，一種具常態黑顯示模式之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、一第一及一第二偏光板、一第一及一第二1/2波長相位差板。液晶層設於第一及第二透明基板之間，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波長相位差板設置於第一透明基板與第一偏光板間，第二1/2波長相位差板設置於第二透明基板與第二偏光板間，且其中第一及第二1/2波長相位差板的至少其一為一雙軸(biaxial)相位差板。
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波長相位差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波長相位差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，當一正型C板於X軸方向上的折射係數為nx ，於Y軸方向上的折射係數為ny ，於厚度方向上的折射係數為nz 且其薄膜厚度為d時，該正型C板的厚度方向相位差值(thickness retardation value)Rth 滿足如下關係式：
於一實施例中，當一1/2波長雙軸相位差板於X軸方向上的折射係數為nx ，於Y軸方向上的折射係數為ny ，於厚度方向上的折射係數為nz 時，該1/2波長雙軸相位差板的折射率延伸比例可定義為如下關係式：
藉由上述各個實施例之設計，僅需在既有之常態黑顯示模式結構下，設置一片或兩片的正型C板或利用雙軸材料製造1/2波長相位差板，即可提升其視角特性。
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590nm)且液晶分子扭轉角設為φ時，穿透區Tr的相位差值Δnd須滿足下列關係式：
Δnd(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波長相位差板(half wave plate)且反射區Re可等效成一1/4波長相位差板(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波長單軸相位差板(uniaxial half wave plate)18，第二偏光板16與雙間隙液晶盒12間夾設一第二1/2波長單軸相位差板22，第一1/2波長單軸相位差板18與雙間隙液晶盒12間夾設一第一正型C板23，第二1/2波長相位差板22與雙間隙液晶盒12間夾設一第二正型C板25。
考慮一正型C板之面內折射率，假設X軸方向上的折射係數為nx ，Y軸方向上的折射係數為ny ，厚度方向上的折射係數為nz ，且薄膜厚度設為d，則該第一及第二正型C板23、25符合nx =ny <nz 的條件，且於一實施例中，第一及第二正型C板23、25的厚度方向相位差值(thickness retardation value)Rth 均滿足如下關係式：
再者，當入射光為可見光(平均波長λ約為590nm)時，第一及第二正型C板23、25的厚度方向相位差值Rth 的一較佳範圍為大於-200nm且小於-50nm。
藉由圖3之光學架構，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波長單軸相位差板18的慢軸方位角，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波長單軸相位差板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均為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，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。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。透明基板32與透明基板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與透射區Tr具有不同的液晶層間隙厚度。
藉由上述實施例之設計，設置於雙間隙液晶盒12與1/2波長相位差板18、22間的正型C板23、25可使具常態黑顯示模式的液晶顯示器10具有良好的視角特性。
圖5至圖8為依圖3設計之一例的光學特性表現圖，其中圖5為反射率對電壓的V-R特徵曲線圖，圖6為透射率對電壓的V-T特徵曲線圖，圖7為反射區視角特性圖且圖8為透射區視角特性圖。圖5至圖8的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°且正型C板厚度方向相位差值Rth 為-100nm。
由圖5及圖6所示可知，透射區Tr及反射區Re均可得到最佳化的匹配效果，當未施加電壓時透射區Tr及反射區Re均可獲得全黑的常態黑顯示模式。再者，圖9為未加入正型C板23、25時，於相同模擬條件下透射區的視角表現圖。比較圖8之本發明實施例與圖9未加入正型C板兩者的視角特性可知，本實施例在3點鐘、6點鐘、12點鐘三個方向上於對比值等於10(同心圓最外圈)的條件下均可得到大於80度的視角表現，且在9點鐘方向上仍可維持50度左右的視角。反之，如圖9所示未加入正型C板時，於對比值等於10的條件下僅能獲得平均約40度左右的視角，即使表現最佳的九點鐘方向上視角也只能達到約50度。可知本實施例加入正型C板的設計，可大幅提高一具常態黑顯示模式之液晶光學架構的視角。
再者，於一實施例中，可僅使用一片正型C板，同樣可獲得提高視角的效果。例如圖10所示僅設置一片正型C板25於雙間隙液晶盒12下方，或如圖11所示僅設置一片正型C板23於雙間隙液晶盒12上方均可。
再者，除了在1/2波長相位差板與雙間隙液晶盒間加入正型C板外，我們也可藉由改變1/2波長相位差板的材料特性達到廣視角的效果。請參照圖12，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波長雙軸相位差板18’，第二偏光板16與雙間隙液晶盒12間夾設一第二1/2波長雙軸相位差板22’。
於一1/2波長相位差板中，假設X軸方向上的折射係數為nx ，Y軸方向上的折射係數為ny ，厚度方向上的折射係數為nz ，則該第一及第二1/2波長雙軸相位差板，符合nx >ny 且nz >ny 的條件，因為雙軸材料特性可提高nz 值而在z軸產生補償效果以增加視角，且於一實施例中，第一及第二1/2波長雙軸相位差板的折射率延伸比例可定義為如下關係式：
再者，當入射光為可見光(平均波長λ約為590nm)時，第一及第二1/2波長雙軸相位差板的折射率延伸比例Nz的一較佳範圍為大於-1且小於1。
藉由圖12之光學架構，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波長雙軸相位差板18’的慢軸方位角，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波長雙軸相位差板22’的慢軸方位角。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。
藉由上述實施例之設計，藉由改變1/2波長相位差板的材料特性，亦即由單軸材料的相位差板改為雙軸材料的相位差板，可使具常態黑顯示模式的液晶顯示器10具有良好的視角特性。
圖13為依圖12設計之一例的透射區視角特性圖，圖14為反射區視角特性圖。圖13與圖14的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°且第一及第二1/2波長雙軸相位差板的折射率延伸比例Nz為0.2727。比較圖13的雙軸相位差板與圖9的單軸相位差板兩者的視角特性可知，圖12的實施例在1.5點鐘、4.5點鐘、7.5點鐘及10.5點鐘四個方向上於對比值等於10(同心圓最外圈)的條件下可得到大於80度的視角表現，即使在最差的情況下也可維持50度以上的視角。反之如圖9所示，當使用單軸相位差板時，於對比值等於10的條件下僅能獲得平均約40度左右的視角，即使表現最佳的九點鐘方向上視角也只能達到約50度。因此，本實施例藉由改變1/2波長相位差板的材料特性，可大幅提高一具常態黑顯示模式之液晶光學架構的視角。
再者，於一實施例中，可僅改變其中一片1/2波長相位差板的材料特性，同樣可獲得提高視角的效果。例如圖15所示，僅將雙間隙液晶盒12下方之第二1/2波長相位差板設為一雙軸波長相位差板22’，或如圖16所示僅將雙間隙液晶盒12上方之第一1/2波長相位差板設為一雙軸波長相位差板18’均可。
圖17為一模擬圖，說明於一實施例中液晶盒搭配1/2波長相位差板的相位差值Δnd選擇方式。圖17顯示於採用相位差值ΔndWP =275nm的1/2波長相位差板條件下，液晶盒透射區的相位差值ΔndCELL 分別為255nm、275nm、295nm的V-T特徵曲線。由圖17可看出，若液晶盒相位差值ΔndCELL (例如255nm)小於1/2波長相位差板的相位差值ΔndWP (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，可將液晶盒透射區的相位差值ΔndCELL 設為大於1/2波長相位差板的相位差值ΔndWP ，且兩者相位差之差值的一較佳範圍為0-30nm(30nm>ΔndCELL -ΔndWP >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透射區的相位差值ΔndCELL 選擇為大於1/2波長相位差板相位差值ΔndWP 20nm左右。再者，該1/2波長相位差板相位差值ΔndWP 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透射液晶顯示器以產生具良好視角特性的常態黑顯示模式。
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．．．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波長單軸相位差板
18’．．．第一1/2波長雙軸相位差板
22．．．第二1/2波長單軸相位差板
22’．．．第二1/2波長雙軸相位差板
23．．．第一正型C板
24．．．切換元件
25．．．第二正型C板
26．．．液晶層
32、42．．．透明基板
34．．．濾色片
36．．．共同電極
38．．．第一配向膜
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波長單軸相位差板
110．．．第二1/2波長單軸相位差板
I．．．入射光
p1、p2．．．穿透軸方位角
r1、r2．．．慢軸方位角
α．．．定向視向方位角
φ．．．液晶分子扭角
λ．．．波長
Δnd、ΔndCELL 、ΔndWP ．．．相位差
Re．．．反射區
Tr．．．透射區
nx ．．．X軸方向折射係數
ny ．．．Y軸方向折射係數
nz ．．．厚度方向折射係數
Nz．．．折射率延伸比例
Rth ．．．厚度方向相位差值
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設計之一例的透射率對電壓V-T特徵曲線圖。
圖7及圖8為依圖3設計之一例的視角特性圖。
圖9為對比圖3之設計顯示未加正型C板的一視角特性圖。
圖10為依本發明另一實施例的示意圖。
圖11為依本發明另一實施例的示意圖。
圖12為依本發明另一實施例之液晶顯示器示意圖。
圖13及圖14為依圖12設計之一例的視角特性圖。
圖15為依本發明另一實施例的示意圖。
圖16為依本發明另一實施例的示意圖。
圖17為一模擬圖，說明於一實施例中液晶盒搭配1/2波長相位差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波長單軸相位差板
22．．．第二1/2波長單軸相位差板
23．．．第一正型C板
25．．．第二正型C板

Claims (4)

  1. 一種液晶顯示器，該液晶顯示器具有一常態黑顯示模式且包含：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透射區，且該反射區及該透射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；一第一1/2波長相位差板，設置於該第一偏光板與該雙間隙液晶盒間；一第二1/2波長相位差板，設置於該第二偏光板與該雙間隙液晶盒間；一第一正型C板，設置於該第一1/2波長相位差板與該雙間隙液晶盒間；及一第二正型C板，設置於該第二1/2波長相位差板與該雙間隙液晶盒間，其中該雙間隙液晶盒之該透射區的相位差大於該第一及該第二1/2波長相位差板的相位差，且該透射區的相位差分別與該第一及該第二1/2波長相位差板之相位差的差值均小於30nm。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，當該第一及該第二正型C板於一X軸方向上的折射係數為nx ，於一Y軸方向上的折射係數為ny ，於厚度方向上的折射係數為nz 且其薄膜厚度為d時，該第一及該第二正型C板的厚度方向相位差值Rth 均滿足如下關係式：
  3. 如申請專利範圍第2項所述之液晶顯示器，其中該第一及該 第二正型C板之該厚度方向相位差值均為大於-200nm且小於-50nm。
  4. 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波長相位差板及該第二1/2波長相位差板之相位差值均大於200nm且小於360nm。
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