TWI546576B - 耦合偏光板組和包含該耦合偏光板組的平面轉換模式液晶顯示器 - Google Patents

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Description

耦合偏光板組和包含該耦合偏光板組的平面轉換模式液晶顯示器
本發明關於應用於平面轉換模式液晶顯示器時能減小色彩失真並確保廣視角的耦合偏光板組，以及包含該耦合偏光板組平面轉換模式液晶顯示器。
液晶顯示器(LCD)是一般常用的影像顯示器。雖有各種優良特性，然而窄視角為其缺點。
液晶顯示器的模式由液晶的起始排列、電極結構、液晶性質來區分，目前液晶顯示器的常用模式是扭轉向列(twisted nematic,TN)、垂直排列(vertical arrangement,VA)、平面轉換(in-plane switching,IPS)模式。再者，根據是否透光而不接收電壓而分為黑底和白底模式，VA模式分成PVA(Patterned VA)、SPVA(Super PVA)、MVA(Multidomain VA)模式，IPS模式依據液晶的起始排列和域而分成S-IPS(Super IPS)或FFS(Fringe領域Switching，邊緣電場轉換)模式。
當液晶分子不活化時，平面轉換模式的排列均勻，大致平行於基板表面。因此，由於當下偏光板穿透軸和液晶分子快軸在前表面的相同方向時，穿透軸和液晶快軸即使在傾斜表面也因液晶光學特性而在相同方向，故即使光在通過下偏光板後行經液晶，也不改變偏極狀態，可穿過液晶層而不改變。結果，藉由基板上下表面上的偏光板排列，可在不活化狀態顯示預定黑狀態。此平面轉換模式液晶顯示器通常可實現廣視角而不用光學膜，具有在整個螢幕上提供均勻影像和視角的優點，同時確保透射比。因此，平面轉換模式液晶顯示器主要用於18吋以上的高階顯示器。
使用習知平面轉換模式的液晶顯示器在包含液晶的液晶胞外需要偏光板來偏光，TAC(TriAcetyl Cellulose，三醋酸纖維素)膜所形成的保護膜塗在偏光板的一或二表面上以保護偏光片。此組態中，當液晶顯示黑狀態時，下板上之偏光片所偏極的光不會偏極在前平面上，而由三醋酸纖維素偏極在傾斜平面，使得橢圓偏極光在液晶胞的偏極增加，結果，光穿透且具有各種色彩。
再者，近年來，大的影像顯示裝置需要廣視角，諸如使用平面轉換模式的大尺寸電視。於是，平面轉換模式液晶顯示器中，藉由將等向保護層而非TAC膜置於液晶胞與液晶胞一偏光板的PVA之間，並堆疊具有不同光學性質的二個以上的補償層，或將一Z軸對位(在厚度方向對位)膜置於液晶胞與另一偏光板的偏光片之間，製成液晶顯示器，以確保廣視角。
習知補償視角之平面轉換模式液晶顯示器的詳細組態如下。依據具有平面轉換模式的液晶顯示器結構，從前面看時，當不施加電壓時，液晶垂直(90°)對位，包含在背光側下偏光板之偏光片的吸收軸角度為90°，等向保護膜位於偏光板與液晶胞之間。再者，包含在顯示側偏光板之偏光片的吸收軸角度為0°，在液晶胞側，下述光學膜在偏光片與液晶胞之間。
已有包含負C板和正雙軸板的液晶顯示器(韓國專利申請號2008-118531)；包含正A板和正雙軸板的液晶顯示器(韓國專利申請號2008-118532)；包含負雙軸板和正雙軸板的液晶顯示器(韓國專利申請號2008-123002)；包含正A板和正C板的液晶顯示器；包含負雙軸板和正C板的液晶顯示器；包含正C板和負雙軸板的液晶顯示器；包含負A板和負雙軸板的液晶顯示器(韓國專利申請號2008-27107)；包含正雙軸板和負雙軸板的液晶顯示器(韓國專利申請號2008-43414)；包含負A板和負C板的液晶顯示器(韓國專利申請號2008-2190)；包含正雙軸板和負C板的液晶顯示器(韓國專利申請號2008-26831)；包含Z軸對位膜和正C板的液晶顯示器；包含一片Z軸對位膜的液晶顯示器。
有利量產的軸對軸(roll-to-roll)方法可製成這些組態。
然而，習知液晶顯示器使用三個補償膜式耦合偏光板(一下等向膜+二上補償層)，在製程中使用收縮膜，在液晶層一側堆疊具有不同光學性質的二層，或因低經濟效率和必要的收縮處理而難以具有大面積的Z軸對位膜所形成。
因此，習知技藝中，因使用疊有三補償膜的耦合偏光板，故難以製造薄的產品，因液晶胞二側厚度不同，故溫度或濕度的改變會產生彎曲，因使用昂貴補償膜的不佳價格競爭力而使用途限於高價平面轉換模式液晶顯示器。
本發明提供一種耦合偏光板組，包含具有特定光學性質以在任何觀看方向減小色彩失真並在平面轉換模式確保廣視角的補償膜，以及包含耦合偏光板組並由減小色彩失真來提供高品質影像的經濟輕薄的平面轉換模式液晶顯示器，這是因為邦加球(Poincare Sphere)上的偏極狀態分布程度小，同時確保廣視角。
本發明提供耦合偏光板組，包含：從上依序具有保護膜、偏光片、第一補償膜的上偏光板；和從上依序具有第二補償膜、偏光片、保護膜的下偏光板，其中第一補償膜的平面延遲(R0)為50至200nm，折射率比(NZ)為-1至-0.01，其慢軸平行於上偏光的偏光片吸收軸，第二補償膜的平面延遲(R0)為50至250nm，折射率比(NZ)為-2至-0.5，其慢軸垂直於下偏光板的偏光片吸收軸，第一補償膜和第二補償膜的平面延遲總和為200至350nm。
此外，本發明提供包含上述耦合偏光板組的平面轉換模式液晶顯示器。
依據本發明的耦合偏光板組，當用於平面轉換模式液晶顯示器時，因邦加球上的偏極狀態分布程度小，故可減小任何觀看方向的色彩失真，並確保相當於習知使用三片補償膜所達成之水準的廣視角。再者，能以上偏光板和下偏光板的一片補償膜來確保廣視角，而能以高良率(降低外物或雜質造成的缺陷比)實現薄液晶顯示器的量產。
本發明關於耦合偏光板組及包含耦合偏光板的平面轉換模式液晶顯示器，包含具有特定光學性質的補償膜，以在用於平面轉換模式液晶顯示器時確保廣視角和影像清晰。
本發明的耦合偏光板組包含從上依序具有保護膜、偏光片、第一補償膜的上偏光板，和從上依序具有第二補償膜、偏光片、保護膜的下偏光板。
第一補償膜具有50至200nm平面延遲(R0)和-1至-0.01折射率比(NZ)的光學性質，第二補償膜具有50至250nm平面延遲(R0)和-2至-0.5折射率比的光學性質，第一補償膜和第二補償膜的平面延遲總和為200至350nm。再者，第一補償膜的慢軸平行於上偏光板的偏光片吸收軸，第二補償膜的慢軸垂直於下偏光板的偏光片吸收軸。
本發明的補償膜光學性質由關於可見光區域內之所有波長的以下公式1至3來界定。
若未特別指明光源波長，則說明589nm的光學性質，其中Nx是在平面方向具有最大折射率之軸的折射率，Ny是在平面方向之Nx之垂直方向的折射率，Nz是在厚度方向的折射率，表示如下，圖2中：
[公式1]
Rth=[(Nx+Ny)/2-Nz]×d
其中Nx和Ny是平面折射率且，Nz是在膜厚度方向振盪之光的折射率，d是膜厚度；
[公式2]
R0=(Nx-Ny)×d
其中Nx和Ny是補償膜的平面折射率，d是膜厚度，；
[公式3]
NZ=(Nx-Nz)/(Nx-Ny)=Rth/R0+0.5
其中Nx和Ny是平面折射率且，Nz是在膜厚度方向振盪之光的折射率，d是膜厚度。
此處，Rth是厚度方向延遲，顯示對厚度方向之平面平均折射率的相差(並非實質相差而是參考值)，R0是平面延遲，是光在法線方向(垂直方向)穿過膜時的實質相差。
再者，NZ是折射率比，可藉其區分補償膜的板種類。補償膜的板種類在膜平面方向有光軸者稱為A板(光傳播方向沒有相差)，在平面之垂直方向有光軸者稱為C板，二光軸存在時稱為雙軸板。
詳言之，折射率對NZ=1滿足Nx>Ny=Nz，稱為正A板，折射率對1<NZ滿足Nx>Ny>Nz，稱為負雙軸A板，折射率對0<NZ<1具有Nx>Nz>Ny關係，稱為Z軸對位膜，折射率對NZ=0具有Nx=Nz>Ny關係，稱為負A板，折射率對NZ<0具有Nz>Nx>Ny關係，稱為正雙軸A板，折射率對NZ=∞具有Nx=Ny>Nz關係，稱為負C板，折射率對NZ=-∞具有Nz>Nx=Ny關係，稱為正C板。
然而，在真實世界製程中遵循理論定義也無法完美製造A板和C板。因此，一般製程中，對A板設定折射率比近似範圍並對C板在平面延遲範圍內設一預定值，來區分A板和C板。設定預定值限於因延伸而有不同折射率之所有其他材料的應用。因此，包含在本發明上下偏光板的補償膜由板之光學性質的NZ、R0、Rth等等代表，而非依據折射率同向性。
這些補償膜因延伸而有相差，其中折射率在延伸方向增加的膜具有正(+)折射率性質，折射率在延伸方向減少的膜具有負(-)折射率性質。具有正(+)折射率性質的補償膜可選自由TAC(TriAcetyl Cellulose，三醋酸纖維素)、COP(Cyclo-Olefin Polymer，環烯烴聚合物)、COC(Cyclo-Olefin Copolymer，環烯烴共聚物)、PET(Polyethylene Terephthalate，聚乙烯對苯二甲酸酯)、PP(Polypropylene，聚丙烯)、PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)、PSF(Polysulfone，聚碸)、PMMA(Poly Methylmehacrylate)所組成的群類中，具有負(-)折射率的補償膜可由modified-PS(Polystyrene，聚苯乙烯)或modified-PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)製成。
再者，提供補償膜光學性質延伸方法分成固定端延伸和自由端延伸，其中固定端延伸是在膜延伸時固定延伸方向除外的長度，自由端延伸是在膜延伸時在延伸方向之外的方向提供自由度。大體上，膜在延伸方向之外的方向收縮，但Z軸對位膜需要特定收縮製程而非延伸。
圖3顯示捲繞生膜的方向，其中捲繞膜的未捲繞方向稱為MD(Machine direction，加工方向)，垂直於MD的方向稱為TD(Transverse direction，橫向)。再者，製程中，在MD的膜延伸稱為自由端延伸，在TD的延伸稱為固定端延伸。
總結依據延伸方法(只用第一製程時)的板種類和NZ，正A板可由自由端延伸具有正(+)折射率性質的膜來製造，負雙軸A板由固定端延伸具有正(+)折射性質的膜，Z軸對位膜由自由端延伸然後固定端收縮具有正(+)折射性質或負(-)折射性質的膜，負A板由自由端延伸具有負(-)折射性質的膜，正雙軸A板由固定端延伸具有負(-)折射性質的膜。
應用上述製程之外的其他製程也可控制慢軸方向、相差、NZ值，其他製程通常用於包含本發明的領域而無特殊限制。
本發明的耦合偏光板組包含從上依序具有保護膜、偏光片、第一補償膜的上偏光板；及從上依序具有第二補償膜、偏光片、保護膜的下偏光板。
第一補償膜的平面延遲(R0)為50至200nm，折射率比(NZ)為-1至-0.01，第二補償膜的平面延遲(R0)為50至250nm，折射率比(NZ)為-2至-0.5。
依據本發明的第一和第二補償膜，邦加球上的偏極狀態應在紅圓內的區域內改變，如圖5，為減小所有觀看方向的色彩失真，確保包含第一和第二補償膜之平面轉換液晶顯示器的廣視角。此組態中，紅圓的半徑由光在Φ=45°和θ=60°視角時與邦加球上之偏極狀態的距離來界定，550nm的短波長穿過下偏光板的偏光片成為光吸入上偏光板之吸收軸最多的偏極狀態。
因此，藉由調整補償膜相對於另一補償膜的光學性質以保持紅圓內的區域，第一和第二補償膜控制偏極狀態。本發明相對於第二補償膜選擇並使用第一補償膜，使得所有偏極狀態保持在紅圓內的區域。
詳言之，參照圖5，50nm(它是第二補償膜之平面延遲(R0)的最小限制)是補償膜製程可達成高良率的值，其中滿足本發明之(紅圓)的液晶顯示器最小折射率比(NZ)為-2(4號紅圓)。其後，產生紅圓的接觸點，直到折射率比(NZ)從-2增加到-0.7，其中最大平面延遲為250nm(3、2、1號紅圓)。再者，當折射率比(NZ)超過-0.7時，不產生圓的接觸點，而應保持在不發生右圓形偏極的-0.5以下，以滿足平面延遲應保持在250nm對液晶胞的補償條件，其中第二補償膜所造成之邦加球上的偏極狀態不在上半球體[S3為正(+)]。
結果，如圖5，當通過由邦加球上之偏極狀態(紅色)之最大改變區域的第二補償膜光學性質所決定的偏極狀態[紅色1、2、3、4]和液晶[藍色1、2、3、4]時，選擇可滿足本發明補償條件的第一補償膜，接近黑點F。雖然具有接近黑點F之光學性質的任何東西都可做為第一補償膜，但最好保持折射率比(NZ)在-1至-0.01內以便於在邦加球上進行模擬，可在該折射率比內接近點F的平面延遲(R0)為50至200nm。
雖然滿足上述光學性質的任何東西可用於第一補償膜和第二補償膜，但最好製造第一補償膜是將一個以上固定端延伸用於具有負(-)折射率的膜，TD的延伸比MD多，而使慢軸在MD。這是用於上偏光板吸收軸在MD的軸對軸製程；因此，第一補償膜慢軸應保持在MD。再者，製造第二補償膜是將一個以上固定端延伸用於具有負(-)折射率的膜，MD的延伸比TD多，而使慢軸保持在TD。
第一補償膜的慢軸平行於上偏光板的偏光片吸收軸，第二補償膜的慢軸垂直於下偏光板的偏光片吸收軸。
包含液晶和補償膜的大部分光學系統依據光源波長而有不同相差(徑度)，而使通過光學系統後的偏極狀態隨波長改變。大部分光學系統在短波長的相差(徑度)大，在長波長的相差(徑度)小，使得在短波長的偏極狀態改變大於長波長，於是，產生分布。分布造成隨觀看方向的色彩失真，而影響液晶顯示器影像品質。本發明由控制分布來減小色彩失真，由改變邦加球上的偏極狀態來控制分布。
液晶對位方向和補償膜慢軸方向顯示邦加球上的偏極狀態改變方向。當液晶對位方向和補償膜慢軸方向水平時，其偏極狀態造成相同偏極和光分布增加，當垂直時，其偏極狀態造成反向的偏極方向，而防止光分布。分布增加意味隨觀看方向的色彩改變增加，其中因產生色彩失真，故分布愈小愈好。本發明中，液晶對位方向垂直於補償膜慢軸，因而其偏極狀態造成反向的偏極，於是分布小於當軸水平時。
再者，當液晶對位方向和補償膜慢軸方向所造成的偏極改變彼此相反時，保持第一補償膜和第二補償膜的平面延遲總和在類似於液晶的相差範圍內，可更有效防止分布。平面延遲此因素影響在各觀看方向的偏極狀態改變；因此，可由限制平面延遲範圍在類似於液晶的範圍內來減小光分布。詳言之，用於本發明之液晶胞的相差(△n×d)在589nm波長為300至330nm範圍，由保持第一補償膜和第二補償膜的平面延遲總和在300至330nm的上述範圍內來減小分布。然而，由於本發明的目標是減小分布同時確保廣視角，故第一補償膜和第二補償膜的平面延遲總和應為200至350nm，以同時滿足目標。
大體上，補償膜相差隨入射光波長而異。相差在短波長大，在長波長小，具有這些性質的補償膜稱為具有正常波長分布的補償膜。再者，在短波長具有小相差而長波長具有大相差的膜稱為具有反轉波長分布的補償膜。補償膜分布由通常用於此領域之780nm光源之相差對380nm光源之相差來表示。在對所有波長可實現相同偏極狀態之具有完全反轉波長分布的補償膜，[R0(380nm)/R0(780nm)]=0.4872。
雖然本發明可使用所有補償膜而不管分布，但最好使用[R0(380nm)/R0(780nm)>1的補償膜，以減少光穿過上偏光板的偏光片前偏極狀態的波長依賴性。詳言之，光穿過上偏光板的偏光片前偏極狀態的波長依賴性小意味觀看方向的色彩改變在黑模式小。滿足此光學性質的任何材料可用於本發明。
PVA(Polyvinyl Alcohol，聚乙烯醇)層(是由延伸和染而有偏極功能的偏光片)置於上下偏光板的偏光片上，保護膜分別置於下偏光板PVA層上和上偏光板PVA層上在液晶胞反側。上下偏光板可由通常用於此領域的方法製成，詳言之，可使用軸對軸製程和片對片(sheet-to-sheet)製程。考慮製程中的良率和效率，最好使用軸對軸製程，詳言之，因PVA偏光片吸收軸方向一直固定在MD，故有效。
此組態中，在下偏光板保護膜和上偏光板保護膜，折射率差異的光學性質不影響視角，因而折射率在本發明未特別限制。通常用於此領域的材料可用於上下偏光板的保護膜，詳言之，可使用TAC(TriAcetyl Cellulose，三醋酸纖維素)、COP(Cyclo-Olefin Polymer，環烯烴聚合物)、COC(Cyclo-Olefin Copolymer，環烯烴共聚物)、PET(Polyethylene Terephthalate，聚乙烯對苯二甲酸酯)、PP(Polypropylene，聚丙烯)、PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)、PSF(Polysulfone，聚碸)、PMMA(Poly Methylmethacrylate)。
再者，本發明關於包含耦合偏光板組的平面轉換模式液晶顯示器。上偏光板吸收軸垂直於下偏光板的偏光片吸收軸。
當液晶對位為90°而不接收電壓時，液晶胞是平面轉換液晶，其中以下公式4所決定的面板相差(Δn×d)在589nm波長為300nm至330nm，本發明的組態中，最好約310至320nm。這是因為當電壓施加於IPS-LCD面板(平面轉換模式液晶顯示器)時，IPS-LCD面板的液晶胞相差應為589nm波長(人感覺為亮的單色光)一半，以使穿過下偏光板後之水平方向的線性偏極光藉由穿過液晶胞後在垂直方向線性偏極而變成白狀態。在此情形，可調整成比白色的半波長稍長或稍短。
[公式4]
(Δn×d)=(ne-no)×d
其中ne是液晶的異常光折射率，no是尋常光折射率，d是胞間隙；Δn和d是純量，非向量。
本發明之液晶顯示器的光學條件是在黑模式來自所有光方向的最大透射比為0.2%以下，最好是0.05%以下。
本發明中，當光通過各光學層時改變邦加球上的偏極狀態，可瞭解傾斜表面補償原理。圖6顯示在Φ=45°和θ=60°視角依據本發明的液晶顯示器偏極狀態。詳言之，當Φ方向的表面在正面繞Φ+90°的軸轉動θ到顯示側時，顯示光在正向離開之邦加球上的偏極狀態改變。當S3軸的座標在邦加球上為正(+)時，出現右圓形偏極，其中當某一偏極水平分量為Ex而偏極垂直分量為Ey時，右圓形偏極意味Ex分量相對於Ey分量的光相位延遲大於而小於半波長。再者，依據本發明的液晶顯示器中，當在Φ=45°和θ=60°視角具有550nm短波長的光通過邦加球上的各光學層時，各偏極狀態在一圓中改變，其半徑是從光穿過下偏光板偏光片後的偏極狀態至光吸入上偏光板吸收軸最多的偏極狀態。這是圖5之紅圓內的區域，其中當任一偏極狀態在範圍外時，可實現本發明目標之來自所有光方向的透射比，但隨視角的色彩改變很大，使得液晶顯示器的色彩在傾斜表面失真。
圖1是透視圖，顯示依據本發明的平面轉換模式液晶顯示器基本結構，以下將說明。
依據本發明的平面轉換模式液晶顯示器包含背光單元40、下偏光板10、平面轉換液晶胞30、上偏光板20。下偏光板10從上依序具有第二補償膜14、偏光片11、保護膜13，上偏光板20從上依序具有保護膜23、偏光片21、第一補償膜24。上偏光板偏光片21和下偏光板偏光片11的吸收軸12和22彼此垂直，從前方看時，下偏光板偏光片11的吸收軸12應垂直定位。
詳言之，當接近背光單元的下偏光板吸收軸在垂直方向時，穿過下偏光板的光在水平方向偏極，當光通過施以面板電壓的液晶胞來實現白狀態時，光垂直行進並穿過在水平方向具有吸收軸之顯示側的上偏光板。即使戴著吸收軸在顯示側之水平方向的偏光太陽眼鏡(偏光太陽眼鏡的吸收軸在水平方向)，也可看到來自液晶顯示器的光。若接近背光單元的下偏光板吸收軸在水平方向，則戴著偏光太陽眼鏡無法看到影像。
再者，對大尺寸液晶顯示器，考量人的主視角在水平方向比垂直方向寬，故除了廣告等等用的特定液晶顯示器外，一般液晶顯示器製成4：3或16：9類型，以使影像可從顯示側良好顯示。因此，從顯示側的正面看時，下偏光板的吸收軸位於垂直方向，上偏光板吸收軸位於水平方向。
第一補償膜24的慢軸25和偏光片21的吸收軸22在上偏光板彼此平行，第二補償膜14的慢軸15和偏光片11的吸收軸12在下偏光板彼此垂直。
本發明的視角補償效果可由邦加球來解釋。邦加球用來顯示在特定視角的偏極狀態改變，在使用偏極來顯像的液晶顯示器沿著特定視角行進的光通過液晶顯示器內的各光學元件時，可顯示偏極狀態改變。本發明的特定視角在圖4之半球體座標系統的Φ=45°和θ=60°方向，由顯示對所有波長在此方向離開之光之邦加球上的偏極狀態改變，可看到波長分布。
下文中，在上述組態，經由實例和比較例來說明不施加電壓時在所有視角實現黑狀態的效果。雖然經由以下實施例更易明瞭本發明，但以下實施例只做為本發明的實例，而不限制申請專利範圍所主張之本發明的保護範疇。
實例
使用TECH WIZ LCD 1D(韓國Sanayi System公司)經由模擬來比較廣視角效果，這是以下實例1-3和比較例1-4的LCD模擬系統。
實例1
依據本發明之光學膜、液晶胞、背光的實際測量資料用於TECH WIZ LCD 1D(韓國Sanayi System公司)，具有圖1的堆疊結構。以下說明圖1的結構。
從背光單元40，設置下偏光板10、具有90°液晶對位的平面轉換模式液晶胞30(從顯示側的正面看而不接收電壓時)、上偏光板20，其中下偏光板10從背光單元40堆疊保護膜13、偏光片11、第二補償膜14而成，上偏光板20從平面轉換模式液晶胞30堆疊第一補償膜24、偏光片21、保護膜23而成。
液晶胞用於LG Display公司所生產之42吋面板的LC420WU5。
另一方面，用於此實例的光學膜和背光單元各有以下光學性質。
首先，將延伸的PVA染上碘而使下偏光板10和上偏光板20的偏光片11和21設有偏極功能，偏光片偏極性能在370至780nm可見光區域內具有99.9%以上的偏極亮度程度(luminance degree of polarization)和41%以上的亮度群透射比(luminance group transmittance)。當隨波長之透射軸的透射比為TD(λ)，隨波長之吸收軸的透射比為MD(λ)，定義於JIS Z 8701：1999的亮度補償值為時，偏極亮度程度和亮度群透射比由以下公式5至9定義，其中S(λ)是光源光譜，光源是C光源。
[公式5]
[公式6]
[公式7]
[公式8]
[公式9]
依據在各膜方向的內折射率差異所產生的光學性質，對589.3nm光源，使用具有150nm平面延遲(R0)和-0.1折射率比(NZ)的第一補償膜24，具有70nm平面延遲(R0)和-1.2折射率比的第二補償膜14。在此情形，偏光片21的吸收軸22和第一補償膜24的慢軸25在上偏光板20彼此平行，偏光片11的吸收軸12和第二補償膜14的慢軸15在下偏光板10彼此垂直。第一補償膜24和第二補償膜14的平面延遲總和為220nm。
應用三重共擠壓來製成第一補償膜24和第二補償膜14，使得具有負折射率的PS(Polystyrene，聚苯乙烯)層位於二PMMA(Poly Methylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)間，然後經由延伸依序置放補償膜(I-Film，日本Optes公司)。
再者，對589.3nm入射光具有50nm Rth光學性質的TAC(TriAcetyl Cellulose，三醋酸纖維素)用於外保護膜13和23，做為上和下偏光板10和20的保護層。裝在32吋電視LC320WX4機型(LG. PHILIPS LCD公司)的實際測量資料用於背光單元40。
圖6顯示在堆疊光學分量後來自所有光方向的透射比模擬結果，如圖1。圖6顯示當黑狀態呈現在螢幕上時來自所有光方向的透射比，其中顯示黑狀態時，透射比為0%至0.2%，紅色顯示超過0.02%透射比的部分，藍色顯示低透射比部分。在此情形，可看到在中心的藍色部分愈寬，則愈容易確保較廣視角。這是因為邦加球上的偏極狀態改變以穿透最多光的視角(Φ=45°和θ=60°)顯示於圖7。
實例1中，在Φ=45°和θ=60°視角具有短波長550nm之光的偏極改變顯示於圖7。圖7中，右起點的第一偏極狀態是光穿過下偏光板偏光片時的偏極狀態，第二偏極狀態是光穿過下偏光板第二補償膜時的偏極狀態，第三偏極狀態是光穿過液晶胞時的偏極狀態，第四偏極狀態是光穿過上偏光板第一補償膜時的偏極狀態。實例1中，在上述條件下之層的所有偏極狀態在紅圓中，屬於本發明的範疇內。
實例2
雖然組態與實例1相同，但第一補償膜24的平面延遲(R0)為100nm，折射率比(NZ)為-0.1，第二補償膜14的平面延遲(R0)為150nm，折射率比(NZ)為-0.7。第一補償膜24和第二補償膜14的平面延遲總和為250nm。
做為來自所有光方向的透射比模擬結果，得到圖10的結果。圖10顯示當黑狀態呈現在螢幕上時來自所有光方向分布的透射比，其中顯示黑狀態時，透射比為0%至0.2%，紅色顯示超過0.02%透射比的部分，藍色顯示低透射比部分。在此情形，可看到在中心的藍色部分愈寬，則愈容易確保較廣視角。這是因為邦加球上的偏極狀態改變以穿透最多光的視角(Φ=45°和θ=60°)顯示於圖11。
實例2中，在Φ=45°和θ=60°視角具有短波長550nm之光的偏極改變顯示於圖11。圖11中，右起點的第一偏極狀態是光穿過下偏光板偏光片時的偏極狀態，第二偏極狀態是光穿過下偏光板第二補償膜時的偏極狀態，第三偏極狀態是光穿過液晶胞時的偏極狀態，第四偏極狀態是光穿過上偏光板第一補償膜時的偏極狀態。
再者，實例2的液晶顯示器中，在可見光380nm至780nm範圍內之10nm波長增量的光偏極狀態顯示於圖12。
從實例2可看到，如圖11，在550nm短波長的偏極狀態應在邦加球上具有本文所述之範圍的圓(紅圓)內改變，以實現本發明的效果。
依據實例1和2的圖7和11中，有關對550nm光源的偏極狀態改變，滿足偏極改變在紅圓時之第一和第二補償膜的光學條件有許多。亦即，可使用任何東西，只要滿足本發明中提出的特定光學性質，且包含它之液晶顯示器的偏極狀態改變在一圓中，其半徑界定為從光穿過下偏光板偏光片後之偏極狀態至光可吸入上偏光板吸收軸最多之偏極狀態的距離。
實例3
雖然組態與實例1相同，但第一補償膜24的平面延遲(R0)為50nm，折射率比NZ為-0.1，第二補償膜14的平面延遲(R0)為250nm，折射率比為-0.7。第一補償膜24和第二補償膜14的平面延遲總和為300nm。
做為來自所有光方向的透射比模擬結果，得到圖13的結果。圖13顯示當黑狀態呈現在螢幕上時來自所有光方向分布的透射比，其中顯示黑狀態時，透射比為0%至0.2%，紅色顯示超過0.02%透射比的部分，藍色顯示低透射比部分。在此情形，可看到在中心的藍色部分愈寬，則愈容易確保較廣視角。這是因為邦加球上的偏極狀態改變以穿透最多光的視角(Φ=45°和θ=60°)顯示於圖14。
實例3中，在Φ=45°和θ=60°視角具有短波長550nm之光的偏極改變顯示於圖14。圖14中，右起點的第一偏極狀態是光穿過下偏光板偏光片時的偏極狀態，第二偏極狀態是光穿過下偏光板第二補償膜時的偏極狀態，第三偏極狀態是光穿過液晶胞時的偏極狀態，第四偏極狀態是光穿過上偏光板第一補償膜時的偏極狀態。
再者，實例3的液晶顯示器中，在可見光380nm至780nm範圍內之10nm波長增量的光偏極狀態顯示於圖15。
從實例3可看到，如圖15，在550nm短波長的偏極狀態應在邦加球上具有本文所述之範圍的圓(紅圓)內改變，以實現本發明的效果。
比較例1
雖然組態與實例1相同，但液晶顯示器是堆疊上偏光板和下偏光板而成，上偏光板是堆疊具有60nm平面延遲(R0)和-1.3折射率比(NZ)的正雙軸A板、具有70nm平面延遲(R0)和1.7折射率比(NZ)的正單軸A板、偏光片、保護膜而成，下偏光板是堆疊具有0nm平面延遲(R0)和0nm厚度方向延遲(Rth)的等向保護層、偏光片、保護膜而成。此組態中，正單軸A板和正雙軸A板的各慢軸平行於偏光板的偏光片吸收軸。
做為平面轉換模式液晶顯示器之來自所有光方向模擬的透射比結果，得到圖16的結果。
第一比較例中，在Φ=45°和θ=60°視角具有短波長550nm之光的偏極改變顯示於圖17。圖17中，右起點的第一偏極狀態是光穿過下偏光板偏光片時的偏極狀態，第二偏極狀態是光穿過下偏光板第二補償膜時的偏極狀態，第三偏極狀態是光穿過液晶胞時的偏極狀態，第四偏極狀態是光穿過上偏光板第一補償膜(正雙軸A板)時的偏極狀態，第五偏極狀態是光穿過上偏光板第二補償膜(正單軸A板)時的偏極狀態。
再者，實例1和比較例1的液晶顯示器中，在可見光380nm至780nm範圍內之10nm波長增量的光偏極狀態顯示於圖8和18。大體上，光穿過上偏光板偏光片前的偏極狀態在各波長相同，而使液晶顯示器對視角呈現較少色彩改變，因此可對可見光區域內的所有波長在邦加球上預期來自偏極狀態分布程度的色彩改變。亦即，比對圖8的實例1與圖18的比較例1，可看到色彩分布程度在實例1小，使得色彩改變小。
為詳細確認色彩改變，實例1和比較例1之液晶顯示器之黑模式中之所有觀看方向的色彩座標(CIE 1931,XY)顯示於圖9和19。如圖9和19，可看到依據本發明之實例1的色彩改變遠小於比較例1的現有平面轉換液晶顯示器。
如上述，可從實例1看到，為實現本發明的效果，在550nm短波長的偏極狀態應在本文所述範圍(紅圓)內改變，如圖7。
比較例2
雖然組態與實例1相同，但在實例1之第一和第二補償膜的各處使用正常TAC(對589.3nm入射光具有50nm Rth的三醋酸纖維素)來製成平面轉換液晶顯示器。
來自平面轉換液晶顯示器之所有光方向的透射比顯示於圖20，色彩座標(CIE 1931,XY)顯示於圖21。結果，相較於實例1，可看到光透射比對傾斜表面大，色彩改變也大。
比較例3
雖然組態與實例1相同，但在實例1之第一和第二補償膜的各處使用等向保護膜(平面延遲(R0)為0nm，厚度方向延遲(Rth)為0nm)來製成平面轉換液晶顯示器。
來自平面轉換液晶顯示器之所有光方向的透射比顯示於圖22。結果，相較於實例1，可看到對比在傾斜表面低，使得影像不清楚。
比較例4
雖然組態與實例1相同，但第一補償膜24的平面延遲(R0)為150nm，折射率比(NZ)為-0.1，第二補償膜14的平面延遲(R0)為250nm，折射率比為-0.7。第一補償膜24和第二補償膜14的平面延遲總和為400nm。
來自平面轉換液晶顯示器之所有光方向的透射比顯示於圖23。結果，相較於實例1，可看到對比在傾斜表面低，使得影像不清楚。
如上述，依據本發明的平面轉換液晶顯示器因對所有觀看方向　可提供優良影像品質，故可用於需要高視角性質的液晶顯示器。
10．．．下偏光板
11．．．偏光片
12．．．吸收軸
13．．．保護膜
14．．．第二補償膜
15．．．慢軸
20．．．上偏光板
21．．．偏光片
22．．．吸收軸
23．．．保護膜
24．．．第一補償膜
25．．．慢軸
30．．．平面轉換液晶胞
40．．．背光單元
圖1是透視圖，顯示依據本發明之平面轉換液晶顯示器(IPS-LCD)的結構；
圖2是示意圖，顯示依據本發明的補償膜折射率；
圖3是示意圖，顯示製程中的加工方向以繪示補償膜和偏光板的未捲繞方向；
圖4是示意圖，顯示本發明之座標系統中Φ和θ的表示；
圖5顯示依據本發明在Φ=45°和θ=60°觀看方向藉由第一補償膜、液晶胞、第二補償膜在邦加球上之偏極狀態的改變區域；
圖6顯示來自本發明實例1之所有觀看方向的透射比模擬結果；
圖7顯示在本發明實例1之Φ=45°和θ=60°觀看方向之邦加球上之偏極狀態的改變；
圖8顯示在本發明實例1之380nm至780nm的可見光區域內之10nm波長增量之光的偏極狀態；
圖9顯示依據本發明實例1在黑模式所有觀看方向的之色彩座標；
圖10顯示來自本發明實例2之所有觀看方向的透射比模擬結果；
圖11顯示在本發明實例2之Φ=45°和θ=60°觀看方向及550nm短波長的偏極狀態改變範圍和包含在本發明之邦加球上的偏極狀態範圍；
圖12顯示在本發明實例2之380nm至780nm可見光區域內之10nm波長增量的光偏極狀態；
圖13顯示來自本發明實例3之所有觀看方向的透射比模擬結果；
圖14顯示在本發明實例3之Φ=45°和θ=60°觀看方向及550nm低波長的偏極狀態改變範圍和包含在本發明之邦加球上的偏極狀態範圍；
圖15顯示在本發明實例3之380nm至780nm可見光區域內之10nm波長增量的光偏極狀態；
圖16顯示來自本發明比較例1之所有觀看方向的透射比模擬結果；
圖17顯示在本發明比較例1之Φ=45°和θ=60°觀看方向及550nm短波長的偏極狀態改變範圍和包含在本發明之邦加球上的偏極狀態範圍；
圖18顯示在本發明比較例1之380nm至780nm可見光區域內之10nm波長增量的光偏極狀態；
圖19顯示在本發明比較例1之黑模式之所有觀看方向的色彩座標；
圖20顯示來自本發明比較例2之所有觀看方向的透射比模擬結果；
圖21顯示在本發明比較例2之黑模式之所有觀看方向的色彩座標；
圖22顯示來自本發明比較例3之所有觀看方向的透射比模擬結果；
圖23顯示來自本發明比較例4之所有觀看方向的透射比模擬結果。
10．．．下偏光板
11．．．偏光片
12．．．吸收軸
13．．．保護膜
14．．．第二補償膜
15．．．慢軸
20．．．上偏光板
21．．．偏光片
22．．．吸收軸
23．．．保護膜
24．．．第一補償膜
25．．．慢軸
30．．．平面轉換液晶胞
40．．．背光單元

Claims (4)

  1. 一種平面轉換模式液晶顯示器，包括一上偏光板、一下偏光板及一介於該上偏光板及該下偏光板之間的液晶胞，其中該上偏光板從上依序具有一保護膜、一偏光片、一第一補償膜，該下偏光板從上依序具有一第二補償膜、一偏光片、一保護膜，該第一補償膜的平面延遲(R0)為50至200nm，折射率比(NZ)為-1至-0.01，其慢軸平行於該上偏光板的該偏光片吸收軸，該第二補償膜的平面延遲(R0)為50至250nm，折射率比(NZ)為-2至-0.5，其慢軸垂直於該下偏光板的該偏光片吸收軸，該第一補償膜和該第二補償膜的平面延遲總和為200至350nm，該液晶胞的相差(△n×d)在589nm波長為300至330nm範圍，該第一補償膜和該第二補償膜分別由具有正(+)折射率性質的膜或具有負(-)折射率性質的膜所製成，在黑模式來自所有觀看方向的最大透射比為0.2%以下，在Φ=45°和θ=60°觀看方向具有550nm短波長的光通過每一光學層時，邦加球上的各偏極狀態為一圓，其半徑是從光穿過下偏光板之偏光片後的偏極狀態至光被吸入上偏光板之偏光片吸收軸最多的偏極狀態。
  2. 依據申請專利範圍第1項的平面轉換模式液晶顯示器，其中具有正(+)折射率性質的該第一補償膜和該第二補償膜分別選自由TAC(TriAcetyl Cellulose，三醋酸纖維 素)、COP(Cyclo-Olefin Polymer，環烯烴聚合物)、COC(Cyclo-Olefin Copolymer，環烯烴共聚物)、PET(Polyethylene Terephthalate，聚乙烯對苯二甲酸酯)、PP(Polypropylene，聚丙烯)、PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)、PSF(Polysulfone，聚碸)、PMMA(Poly Methylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)所組成的群類中，其中具有負(-)折射率性質的該第一補償膜和該第二補償膜分別選自由改質(modified)-PS(Polystyrene，聚苯乙烯)或改質-PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)所組成的群類中，且該第一補償膜的慢軸與該偏光片吸收軸皆位於上偏光板的加工方向(Machine direction)，而第二補償膜的慢軸位於橫向(Transverse direction)且該偏光片吸收軸位於下偏光板的加工方向。
  3. 依據申請專利範圍第1項的平面轉換模式液晶顯示器，其中第一補償膜和第二補償膜各依序包含PMMA(Poly Methylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)層、PS(Polystyrene，聚苯乙烯)層、PMMA(Poly Methylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)層。
  4. 依據申請專利範圍第1項的平面轉換模式液晶顯示器，其中液晶的方位方向平行於下偏光板的偏光片吸收軸。
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