TWI519831B - 圓形偏光板及包含其之反射式液晶顯示器 - Google Patents

圓形偏光板及包含其之反射式液晶顯示器 Download PDF

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Description

圓形偏光板及包含其之反射式液晶顯示器
本發明係關於一種用於反射式液晶顯示器之圓形偏光板，尤指一種具優秀可見度與白平衡之圓形偏光板及含該圓形偏光板之反射式液晶顯示器。
一般而言，液晶顯示器(LCD)可分類為使用背光作為光源之透射式LCD、以及不使用背光但使用外界自然或人工光作為光源之反射式LCD。
對於透射式LCD而言，即使在黑暗的外界環境下，使用背光作為光源仍可獲得明亮影像。不過，在光亮的地方則難以辨識影像，而且也會消耗大量電力。相反地，由於反射式LCD使用外部自然或人工光作為光源，因此減少電力消耗。此外，既然反射式LCD不使用背光，便可讓反射式LCD變薄變輕。據此，於如行動電話之可攜式終端產品中，使用反射式LCD成為近來趨勢。
習知技術之反射式LCD包括透明材料構成之上下基板、設置於上下基板之間的液晶單元、設置在下基板下或於下基板與液晶單元之間的反射板、設置在上基板上之1/4相位差板、以及設置在1/4相位差板上之偏光板。
然而，在習知技術之反射式LCD中，由於反射光相較透色光會容易發生路程差而造成色差，故會發生螢幕帶有黃色調的黃化現象，造成色調變差；此外，亦會減少透光度，造成亮度降低(當相較於透射式LCD)。
本發明之一態樣在於提供一種圓形偏光板，其可獲得經改善的透光性及色調，以及一種包括該圓形偏光板之反射式液晶顯示器。
根據本發明之一態樣，提供一種反射式液晶顯示器用之圓形偏光板，包括：一偏光板，包括一偏光膜，其中相較於液晶單元(liquid crystal cell)之液晶配向方向，吸收軸的角度為約85度至約95度；以及一1/4波長板，其中相較於液晶單元之液晶配向方向，光學軸的角度為約130度至約140度。
其中，該偏光膜由聚乙烯醇膜構成。該偏光膜之透光度約為43%至47%。於CIE座標中，色彩「a」為約-1至約-0.6且色彩「b」為約0.3至約2.5。
該1/4波長板可包括一單軸配位膜(monoaxial oriented film)，其於約550 nm波長中之平面內相位差(in-plane phase difference)為約120 nm至170 nm。
本發明另一態樣提供一種反射式液晶顯示器，包括：一上基板；一下基板，以一預定距離面對該上基板；一液晶單元，設置於該上基板與該下基板之間；一反射板，設置於該下基板與該液晶單元之間或於該下基板下；以及一圓形偏光板，設置於該上基板上，其中該圓形偏光板包括：一偏光板，包括一偏光膜，其中相較於液晶顯示單之液晶配向方向，吸收軸的角度為約85度至約95度；以及一1/4波長板，其中相較於液晶單元之液晶配向方向，光學軸的角度為約130度至約140度。
其中，該偏光膜由聚乙烯醇膜構成。該偏光膜之透光度約為43%至47%。於CIE座標中，色彩「a」為約-1至約-0.6且色彩「b」為約0.3至約2.5。
該1/4波長板可包括一單軸配位膜，其於約550 nm波長中之平面內相位差為約120 nm至170 nm。
該反射式液晶顯示器之運作為平面內切換型(in plane switching(IPS) mode)或電控雙折射型(electrically controlled birefringence(ECB) mode)。
在進行改善反射式液晶顯示器(LCD)可見度與色調之研究後，可以了解當使用圓形偏光板(其中偏光膜的吸收軸與1/4波長板的光學軸，被設置在相對於液晶單元之液晶配向方向的特定角度上)時，可以大幅改善反射式LCD可見度與色調。
根據研究結果，當偏光膜的吸收軸與1/4波長板的光學軸分別被設置在相對於液晶單元之液晶配向方向的約85度至約95度以及約130度至約135度，則可觀察到白光的顏色由黃光範圍偏移至藍光範圍，明顯改善可見度與色調。
參考隨後圖示，以下將詳細說明本發明示例性具體實例。本發明之圓形偏光板包括(i)包括一偏光膜之偏光板以及(ii) 1/4波長板。本發明偏光膜之吸收軸角度，相較於液晶單元之液晶配向方向，設於約85度至約95度，尤其設在約90度。1/4波長板光學軸的角度，相較於液晶單元之液晶配向方向，設於約130度至約140度，尤其是設在約135度。其中，偏光膜之吸收軸，係代表偏光膜製造時，聚乙烯醇(後文以PVA表示)膜染色碘在吸收光之軸向延長之光學軸。1/4波長板之光學軸，係代表傳遞給1/4波長板之光，其正交分量具有相同電場強度之軸代表。例如，對於相位差膜而言，1/4波長板之光學軸代表相位差膜在造成相位差之一軸或兩軸上延長時延長方向之軸。
偏光膜代表只傳遞特定方向偏振光之光學裝置。一般而言，偏光膜的結構中，PVA系聚合物鏈會排列在某方向。偏光膜含碘系化合物或二色性偏光材料。以碘或二色性染劑對PVA系膜染色，再於某方向延展PVA系膜並交聯，以製出這類偏光膜。其中，PVA的聚合程度沒有限制，不過在考慮到組成材料之分子自由移動及均勻混合，PVA聚合程度可約1,000至約10,000，尤其約1,500至約5,000。
偏光膜的透光度可為約43%至約47%。於CIE座標中，色彩「a」可為約-1至約-0.6，且色彩「b」可為約0.3至約2.5。
其中，色彩「a」與色彩「b」代表CIE座標中表示色彩的數值。此外，使用等式：a=500[(X/Xn)1/3-(Y/Yn)1/3]計算色彩「a」，其中+a代表紅色，-a代表綠色，而且使用等式：b=200[(Y/Yn)1/3-(Z/Zn)1/3]計算色彩「b」，其中+b代表黃色，-b代表藍色，其中Xn、Yn及Zn為對應X、Y及Z座標之白色參考座標。
偏光膜的透光度可透過適當調整染色製程中碘濃度來控制，在偏光板製程之互補色步驟中調整KI的濃度，可以生產出可吸收短波長光之碘離子種類，而且可以調整碘離子種類的含量來控制偏光膜的顏色。
當使用具有上述透光度與色彩「a」與「b」之偏光膜，則相較於習知技術可具有更佳的白平衡。
既然偏光膜的厚度薄，則可將保護膜貼附在偏光膜的一表面或兩表面，以製出偏光板，其中三醋酸基纖維素(TAC)膜主要可用作保護膜；或者，使用黏著劑將TAC膜貼附於偏光膜。此外，除了保護膜之外，諸如廣角板(wide-viewing angle plate)或增亮膜(brightness enhanced film)等功能膜，也可額外貼附至偏光板，以改善其他功能。
1/4波長板可將線形偏振光轉變成圓形偏振光。如同上述，可將本發明1/4波長板之光學軸的角度，設置在相對於液晶單元之液晶配向方向約135度上。
1/4波長板可包括環烯烴聚合物(COP)系膜、聚碳酸酯膜或液晶膜，其可在一軸方向上延長。具體而言，這些膜中，1/4波長膜可包括單軸配位膜。
其中，本發明1/4波長板於約500 nm波長之平面內相位差可為約120 nm至約170 nm，可使用以下等式計算平面內相位差，其中nz、ny與nz分別代表厚度方向上x軸、y軸與z軸方向(厚度方向)，d代表1/4波長板之厚度。
平面內相位差Rin=(nx-ny)×d　等式
本發明反射式LCD將說明如下。
本發明反射式LCD包括一上基板、一下基板、一液晶單元、一反射板、以及一圓形偏光板。
其中，上基板與下基板可含由透明材料製成之基板，例如玻璃或光透射塑膠基板。
上與下基板兩者之間以一預定距離相互面對，且驅動液晶單元的切換裝置可設置於上與下基板面對的表面上。
液晶單元可設置在上基板與下基板之間，且液晶單元可由具有正介電異向性(dielectric anisotropy)之液晶組成，驅動形式可根據液晶單元內液晶之驅動狀態與排列而變換。反射式LCD之運作可諸如扭轉向列(TN)型、超扭轉向列(STN)型、聚合物分散液晶(PDLC)型、電控雙折射(ECB)型與平面內切換(IPS)型等各種不同型式。當比較視角時，反射式LCD之運作可為ECB或ISP型，但不侷限於此。
於本發明中，LCD液晶單元的間隔可為約2.0 μm(微米)至2.4 μm。當LCD液晶單元的間隔落於約2.0 μm至2.4 μm之範圍時，可以明顯改善白色。
反射板可將由LCD外部入色的光反射而作為光源之反射光，且反射板設置於下基板與液晶單元之間或於下基板下，反射板可經由如鋁或銀等導電金屬材料沉積而成。
本發明上述圓形偏光板可用於反射式LCD。如上所述，本發明圓形偏光板包括：一偏光板，其含一偏光膜，其中相較於液晶單元之液晶配向方向，吸收軸的角度為約85度至約95度，尤其可為約90度；以及一1/4波長板，其中相較於液晶單元之液晶配向方向，光學軸的角度為約130度至約140度，尤其可為約135度。其中，偏光膜可由PVA膜製成，且透光度約為43%至47%。於CIE座標中，色彩「a」為約-1至約-0.6，且色彩「b」為約0.3至約2.5。此外，1/4波長板可為一單軸配位膜，其於約550 nm波長中之平面內相位差為約120 nm至170 nm。既然圓形偏光板的功能與構造與前述圓形偏光板相同，便省略其詳細描述。
後文，以具體實例詳細說明本發明。
製 造例
PVA膜(Kuraray Co. Ltd.製造且聚合度：2,400)浸入清洗浴與膨潤浴中，再以含I2與KI的水溶液染色。然後，在含硼酸與KI的水溶液中將PVA膜延展5倍，以製得偏光元件，其中I2的濃度與染浴的溫度如下表1所示。此外，於互補色製程中將KI溶液調整到約2%至4%，以控制各偏光元件的顏色。
而後，厚度約為60μm之TAC膜設置於偏光元件兩表面，並在偏光元件與TAC膜之間注入PVA系黏著溶液，使用層壓器使其層疊在一起，然後所得結構在約80℃的溫度下約乾燥8分鐘，以製得偏光板。1/4波長相位差膜設置於所製得之偏光板的平面上，之後使用黏著膜使1/4波長相位差膜之光學軸設置與偏光板吸收軸方向夾約45度角，然後層疊所得結構以製得具高透光度的圓形偏光板。
實驗例1
使用分光光度計(N&K Technology,Inc.製造)測量製造例製得的偏光板之透光度與顏色，測得結果如下表1所示，此外圖1顯示偏光板之單體透光度(single transmittances，Ts)與碘濃度之關係圖。
參考表1與圖1，可以看出偏光板透光度可透過調整碘濃度來適度調整。
實驗例2
透光度各約為47%且具有平面內相位差值約為130 nm之1/4相位差板之兩圓形偏光板樣本，以相互不同方向的方式層壓在反射式LCD表面，然後以人眼視覺觀察測量與比較其色調，圖2顯示測量結果。圖2(A)表示在偏光板之吸收軸與液晶單元之液晶配向方向夾約90度、且1/4波長板之光學軸與液晶單元之液晶配向方向夾約135度的情況下，圓形偏光板樣本所測量之結果；圖2(B)表示在偏光板之吸收軸與液晶單元之液晶配向方向夾約45度、且1/4波長板之光學軸與液晶單元之液晶配向方向夾約90度的情況下，圓形偏光板樣本所測量之結果。
當電力供應至LCD時，如圖2所示，偏光板之吸收軸以及1/4波長板之光學軸與液晶單元之液晶配向方向夾角於上述夾角範圍內(即樣本A情況下)，則可以維持白與黑色調。反之，偏光板之吸收軸以及1/4波長板之光學軸與液晶單元之液晶配向方向夾角於上述夾角範圍外(即樣本B情況下)，則會使白與黑色調失真而獲得帶藍色調，此表示沒有適當設置1/4波長板之光學軸以改變光偏振狀態的情況下，便會發生色偏移現象(color shift phenomenon)。
實驗例3
不同透光度且具有不同平面內相位差值之1/4相位差板之圓形偏光板樣本，層壓在反射式LCD表面，然後以人眼視覺觀察測量與比較其視覺感知特性，圖3顯示測量結果。
於圖3中，設置在最遠左側之樣本A代表相關領域圓形偏光板，其中一1/4相位差板與一1/4相位差板層壓在透光度約為42%之偏光元件。圖上中間部分之樣本B1至B3，代表使用本發明高透光度之偏光板與平面內相位差約為130 nm之1/4相位差板的圓形偏光板，自頂面貼合在透光度約為45%、46%與47%之偏光元件。圖上最右側之樣本C1至C3，代表使用平面內相位差約為110 nm之1/4相位差板的圓形偏光板，自頂面貼合在透光度約為45%、46%與47%之偏光元件。
如圖3所示，可以了解相較於使用現存圓形偏光板，在使用具有高透光度之圓形偏光板B1至B3的情況下，可獲得更為中性白色調。不過，就算各個圓形偏光板B1至B3具有高透光度，在圓形偏光板之相位差約為110 nm(C1至C3)時，但仍可發現在帶紅色方向上發生色彩偏移，相對減少色彩印象。
相較於使用相關領域圓形偏光板，當反射式LCD採用本發明圓形偏光板時，可以改善對比率，以加強可見度。此外，可以減低黃色調，達到更佳的白平衡。
雖然已經顯示與描述本發明示例性具體實例，但本領域通常知識者仍可清楚了解在不背離本發明隨後申請專利範圍所述之精神與範疇下，仍可進行修飾與改變。
[符號描述]
圖2(A)表示在偏光板之吸收軸與液晶單元之液晶配向方向夾約90度、且1/4波長板之光學軸與液晶單元之液晶配向方向夾約135度的情況下，圓形偏光板樣本所測量之結果；圖2(B)表示在偏光板之吸收軸與液晶單元之液晶配向方向夾約45度、且1/4波長板之光學軸與液晶單元之液晶配向方向夾約90度的情況下，圓形偏光板樣本所測量之結果。
圖3(A)代表相關領域圓形偏光板，其中一1/4相位差板與一1/4相位差板層壓在透光度約為42%之偏光元件。圖3(B1)至3(B3)代表使用本發明高透光度之偏光板與平面內相位差約為130 nm之1/4相位差板的圓形偏光板，自頂面貼合在透光度約為45%、46%與47%之偏光元件。圖3(C1)至3(C3)，代表使用平面內相位差約為110 nm之1/4相位差板的圓形偏光板，自頂面貼合在透光度約為45%、46%與47%之偏光元件。
由以下詳細描述與隨後圖式，將更為清楚了解本發明上述及其他態樣、特徵與其他優點，其中：
圖1係說明本發明製造例偏光板之單體透光度與碘濃度之關係圖。。
圖2係說明色調根據圓形偏光板之安排而變化之照片。
圖3係說明根據圓形偏光板之透光度與相位差值的視覺感知特性照片。

Claims (11)

  1. 一種反射式液晶顯示器用之圓形偏光板，包括：一偏光板，包括一偏光膜，其中相較於液晶單元之液晶配向方向，吸收軸的角度為約85度至約95度，且於CIE座標中，色彩「a」為約-1至約-0.6且色彩「b」為約0.3至約2.5；以及一個1/4波長板，其中相較於液晶單元之液晶配向方向，光學軸的角度為約130度至約140度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之圓形偏光板，其中，該偏光膜由聚乙烯醇膜構成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之圓形偏光板，其中，該偏光膜之透光度約為43%至47%。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之圓形偏光板，其中，該1/4波長板包括一單軸配位膜。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之圓形偏光板，其中，該1/4波長板於約550nm波長中之平面內相位差為約120nm至170nm。
  6. 一種反射式液晶顯示器，包括：一上基板；一下基板，以一預定距離面對該上基板；一液晶單元，設置於該上基板與該下 基板之間；一反射板，設置於該下基板與該液晶單元之間或於該下基板下；以及一圓形偏光板，設置於該上基板上，其中該圓形偏光板包括：一偏光板，包括一偏光膜，其中相較於液晶單元之液晶配向方向，吸收軸的角度為約85度至約95度，且於CIE座標中，色彩「a」為約-1至約-0.6且色彩「b」為約0.3至約2.5；以及一1/4波長板，其中相較於液晶單元之液晶配向方向，光學軸的角度為約130度至約140度。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之反射式液晶顯示器，其中，該偏光膜由聚乙烯醇膜構成。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之反射式液晶顯示器，其中，該偏光膜之透光度約為43%至47%。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之反射式液晶顯示器，其中，該1/4波長板包括一單軸配位膜。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之反射式液晶顯示器，其中，該1/4波長板於約550nm波長中之平面內相位差為約120nm至170nm。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之反射式液晶顯示器，其中，該反射式液晶顯示器之運作為平面內切換型或電控雙折射型。
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