TWM626513U - 偏光板組與液晶顯示元件 - Google Patents

Abstract

本創作有關於一種偏光板組與包含此偏光板組之液晶顯示元件。此偏光板組包含第一光偏振單元與第二光偏振單元。其中，第一光偏振單元設於液晶單元之出光側，且第二光偏振單元設於液晶單元之背光側，且第二光偏振單元設置於液晶單元與背光單元之間。第二光偏振單元包含光偏振轉換層或λ/2波板。藉由第二光偏振單元之設置，本創作之偏光板組可有效提升大尺寸液晶顯示元件之對比度。

Description

偏光板組與液晶顯示元件

本創作係有關一種偏光板組，特別是提供一種可提升大尺寸液晶顯示元件之對比度的偏光板組與含其之液晶顯示元件。

液晶顯示元件具有良好之顯示品質與製程良率，故液晶顯示元件仍為目前之主力顯示設備。隨著顯示需求之精進，大尺寸液晶顯示元件已成為主流之研發方向。其中，液晶顯示元件係藉由對其中之液晶單元施加電壓，以改變液晶分子之排列狀態，而可改變光線之光軸方向，進而達到切換亮態與暗態之效果。為實現液晶顯示元件之暗態，液晶單元須與偏光板組結合，其中偏光板組包含光吸收軸係彼此垂直之上偏光層和下偏光層，且液晶單元係設置於上偏光層與下偏光層之間。

然而，當偏光板組應用於大尺寸液晶顯示元件時，由於上偏光層和下偏光層之光吸收軸須彼此垂直，故受限於偏光層之原料膜材的尺寸和設備能力，如果不改變製程或添購超大幅寬的設備，上偏光層和下偏光層之其中一者將無法完整覆蓋液晶顯示元件，而具有幅寬不足之缺陷。另外，大尺寸液晶顯示元件的對比度亦無法有效被提升，其中尤以使用VA液晶之液晶顯示元件的對比度較低。

有鑑於此，亟須提供一種偏光板組與液晶顯示元件，以改進習知偏光片因幅寬不足，而無法應用於大尺寸液晶顯示元件，以及大尺寸液晶顯示元件之對比度不佳的缺陷。

因此，本創作之一態樣是在提供一種偏光板組，其包含具有特定膜層之第二光偏振單元，而可解決習知偏光層幅寬不足之缺陷，並提升液晶顯示元件之對比度。

本創作之另一態樣是在提供一種液晶顯示元件，其包含前述之偏光板組。

根據本創作之一態樣，提出一種偏光板組。此偏光板組適用於液晶單元，且此液晶單元包括出光面及背光面。此偏光板組包含第一光偏振單元與第二光偏振單元。第一光偏振單元包含第一黏結層、第一保護層、相位補償層與第一偏光層。第一光偏振單元係藉由第一黏結層與液晶單元結合。相位補償層係相鄰於第一黏結層。第一偏光層係設於第一保護層與相位補償層之間，且第一偏光層具有第一光吸收軸。第二光偏振單元設置於液晶單元之背光面，且液晶單元設置於第一光偏振單元與第二光偏振單元之間。第二光偏振單元包含至少一光偏振轉換層或至少一λ/2波板。

依據本創作之一些實施例，前述光偏振轉換層之數量係不小於2。

依據本創作之一些實施例，前述光偏振轉換層之每一者之光透過軸係平行於第一偏光層之第一光吸收軸。

依據本創作之一些實施例，前述λ/2波板之每一者之慢軸係平行於第一偏光層之第一光吸收軸。

依據本創作之一些實施例，第二光偏振單元可選擇性地包含第二黏結層、第二保護層與第二偏光層。第二黏結層與液晶單元的背光面結合，並與至少一λ/2波板相鄰。第二偏光層係相鄰且設於λ/2波板與第二保護層之間。第二偏光層具有第二光吸收軸，且第二光吸收軸與第一光吸收軸平行。

依據本創作之一些實施例，前述λ/2波板之數量係不大於2。

依據本創作之一些實施例，前述之偏光板組不包含λ/4波板或正C板。

根據本創作之另一態樣，提出一種液晶顯示元件。此液晶顯示元件包含前述之偏光板組，且此液晶顯示元件係不小於100吋。

依據本創作之一些實施例，前述液晶顯示元件之對比度係不小於30。

依據本創作之一些實施例，前述液晶顯示元件之液晶單元是VA液晶面板。

應用本創作之偏光板組與液晶顯示元件，其藉由設置含有至少一光偏振轉換層或至少一λ/2波板之第二光偏振單元來取代習知光吸收軸互相垂直之下偏光層，而可解決偏光層應用於大尺寸液晶顯示元件時幅寬不足之缺陷，並提升液晶顯示元件之對比度，而可滿足大尺寸顯示之應用需求。

以下仔細討論本創作實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的創作概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本創作之範圍。

本創作之偏光板組係應用於大尺寸(如不小於100吋)之液晶顯示元件，而可解決習知製程與設備限制所導致偏光層幅寬不足的缺陷，且可有效提升大尺寸液晶顯示元件之顯示品質。本創作之液晶顯示元件係藉由偏光板組來改變背光單元之光線的偏振方向，而可提升大尺寸液晶顯示元件之對比度(即亮態與暗態的差異)至不小於30。其中，為解決習知偏光層幅寬不足之缺陷，本創作之下偏振單元(即鄰近背光單元之第二光偏振單元)可具有或不具有偏光層。當本創作之下偏振單元具有偏光層時，可理解的，為解決習知偏光層幅寬不足之缺陷，下偏振單元之偏光層的光透過軸係平行於上偏振單元之偏光層的光透過軸，故為降低顯示元件暗態之亮度，下偏振單元包含額外之偏振波板，以使穿透過下偏振單元之光的光軸方向垂直於上偏振單元之偏光層的光透過軸。本創作之偏光板組詳述如下。

請參照圖1，其係繪示依照本創作之一些實施例之偏光板組、液晶單元與背光單元之示意圖。偏光板組101係設置於背光單元103之出光面的一側，且偏光板組101包含第一光偏振單元120與第二光偏振單元130。液晶單元110係設置於第一光偏振單元120和第二光偏振單元130之間。液晶單元110係由液晶材料所製成之面板單元。在一些實施例中，此液晶材料可例如包含但不限於垂直排列(vertical alignment；VA)液晶材料與/或其他適當之液晶材料。其中，液晶單元110之構件與製作方法係所屬技術領域具有通常知識者熟知，故在此不另贅述。

第一光偏振單元120可包含黏結層121、相位補償層123、偏光層125與保護層127，其中藉由黏結層121，第一光偏振單元120可與液晶單元110相結合。相位補償層123係相鄰於黏結層121，且偏光層125設置於相位補償層123和保護層127之間。在一些實施例中，在不影響顯示效果之條件下，第一光偏振單元120可選擇性地包含其他適當之光學膜片(如：相位偏振板及/或補償膜等)。在此些實施例中，可理解的，光學膜片係設置於黏結層121和保護層127之間。

黏結層121可由黏性材料(如感壓膠(pressure sensitive adhesive；PSA)等)來製成。相位補償層123可用以補償光線經過液晶單元110所產生之相位差，而進一步提升顯示品質。在一些具體例中，相位補償層123之平面相位差值(in-plane retardation；R0值)可例如為45 nm至55 nm，而平面外相位差值(out-of-plane retardation；Rth)可為120 nm至151 nm。偏光層125係由聚乙烯醇(polyvinyl alcohol；PVA)所製成，且其製作方法係具有通常知識者所熟知，故在此不另贅述。保護層127係由三醋酸纖維素(tri-acetyl cellulose；TAC)所製成，且其製作方法亦係具有通常知識者所熟知。

在一些實施例中，基於習知偏光層之幅寬限制，第二光偏振單元130可不包含偏光層，惟為降低暗態之亮度，第二光偏振單元130包含光偏振轉換層(advanced polarization conversion film；APCF)，以改變光線之偏振方向。舉例而言，當液晶單元110係由VA液晶材料所製成，且液晶單元110未通電驅動(即暗態)時，第二光偏振單元130之光偏振轉換層的光軸方向係平行於第一光偏振單元120之偏光層125的光吸收軸，以有效降低液晶顯示元件之暗態亮度。在一些實施例中，光偏振轉換層係允許背光單元103之光線的P波可通過第二光偏振單元130。

在一些實施例中，前述之第二光偏振單元130亦可包含偏光層，惟可理解的，為避免習知偏光層之幅寬缺陷，此偏光層之光吸收軸係平行於第一光偏振單元120之偏光層125的光吸收軸。據此，於暗態時，背光單元103之光線仍可穿透偏光板組101。在此些實施例中，為降低暗態之亮度，第二光偏振單元130包含λ/2波板，以改變透過第二光偏振單元130之光線的偏振方向。其中，λ/2波板之慢軸係平行於偏光層125之光吸收軸。

請參閱圖2A，其係繪示依照本創作之一些實施例之偏光板組與液晶單元的示意圖。偏光板組201a之結構大致上與前述之偏光板組101相同，故液晶單元210與第一光偏振單元220在此不另贅述。偏光板組201a與偏光板組101的差異在於偏光板組201a之第二光偏振單元230包含兩層光偏振轉換層231與233。其中，光偏振轉換層231與233可選用市售之商業產品(如：3M公司製作，且型號為APCF或DBEF之產品)。在一些實施例中，光偏振轉換層231與233可具有相同或不同之規格。藉由光偏振轉換層231與233之多層相互堆疊且具雙折射率的高分子膜，將非光透過軸方向的偏振光反射回背光單元，進而將非光透過軸方向的偏振光轉換成光透過軸方向的偏振光。

在一些實施例中，第二光偏振單元230包含不少於二層之光偏振轉換層。當光偏振轉換層之層數不小於2，暗態之亮度可有效被降低，而提升液晶顯示元件之對比度。舉例而言，當液晶單元210係選用VA液晶材料，且第二光偏振單元230包含光偏振轉換層231與233時，雖透過光偏振轉換層231與233之光線的偏振方向係平行於偏光層225之光吸收軸，惟當光線通過光偏振轉換層231與233，平行於光透過軸的平行光線可通過光偏振轉換層231與233，而垂直於光透過軸的垂直光線將會被光偏振轉換層231與233反射。經反射之垂直光線可再被背光單元反射，而改變其偏振方向為平行於光偏振轉換層231與233之光透過軸，進而增加於暗態穿透過第二光偏振單元230的光線。因此，藉由不少於二層之光偏振轉換層，前述垂直光線所增加之暗態亮度可被有效降低，而提升本創作之液晶顯示元件之對比度。

請參閱圖2B，其係繪示依照本創作之一些實施例之偏光板組與液晶單元的示意圖。偏光板組201b之結構大致上與前述之偏光板組201a相同，兩者之差異在於偏光板組201b之第二光偏振單元230包含三層光偏振轉換層231、233與235。其中，光偏振轉換層235可相同或不同於光偏振轉換層231與233。較佳地，光偏振轉換層231、233與235具有相同之規格。

在一些實施例中，本創作之偏光板組的第二光偏振單元較佳可包含不小於四層之光偏振轉換層，且更佳包含六層之光偏振轉換層。在一些具體例中，當第二光偏振單元包含兩層光偏振轉換層時，其於亮態之亮度為281.625 cd/m ²，於暗態之亮度為4.834 cd/m ²，故對比度為58.3；當第二光偏振單元包含四層光偏振轉換層時，其於亮態之亮度為276.564 cd/m ²，於暗態之亮度為1.225 cd/m ²，故對比度為225.8；當第二光偏振單元包含六層光偏振轉換層時，其於亮態之亮度為264.932 cd/m ²，於暗態之亮度為0.532 cd/m ²，故對比度為497.7。

請參閱圖3A，其係繪示依照本創作之一些實施例之偏光板組與液晶單元的示意圖。偏光板組301a之結構大致上與前述圖1之偏光板組101相同，故液晶單元310與第一光偏振單元320在此不另贅述。偏光板組301a與偏光板組101的差異在於偏光板組301a之第二光偏振單元330包含黏結層331、λ/2波板333、偏光層335與保護層337。第二光偏振單元330係藉由黏結層331結合液晶單元310，λ/2波板333係相鄰於黏結層331，且偏光層335係設於λ/2波板333和保護層337之間。其中，黏結層331、偏光層335與保護層337係相同於前述之黏結層121、偏光層125與保護層127，故在此不另贅述。

可理解的，為了避免習知偏光層的幅寬限制，偏光層325之光吸收軸係平行於第一光偏振單元320之偏光層325的光吸收軸，故使其於未施加電壓時無法呈現暗態。據此，為了呈現暗態，第二光偏振單元330包含可改變光偏振方向之λ/2波板333，以改變通過偏光層335之線偏振光的偏振方向，而使通過第二光偏振單元330之光線可被第一光偏振單元320之偏光層325濾除，藉以降低暗態之亮度，其中λ/2波板333之慢軸係平行於偏光層325之光吸收軸。在一些具體例中，λ/2波板333之R0可為200 nm至300 nm。

請參閱圖3B，其係繪示依照本創作之一些實施例之偏光板組與液晶單元的示意圖。偏光板組301b之結構大致上與前述之偏光板組301a相同，兩者之差異在於偏光板組301b包含兩層λ/2波板333a與333b。λ/2波板333a係設置於黏結層331和λ/2波板333b之間，且λ/2波板333b係設置於λ/2波板333a和偏光層335之間。在一些實施例中，λ/2波板333a與333b可具有與前述λ/2波板333相同之規格，且λ/2波板333a與333b之每一者的慢軸係平行於偏光層325之光吸收軸。

在一些實施例中，當本創作之第二光偏振單元包含λ/2波板時，λ/2波板之數量係不大於2。當λ/2波板之數量係不大於2時，所製得之偏光板組可具有良好之對比度。較佳地，本創作之第二光偏振單元包含二層λ/2波板。在一些具體例中，當第二光偏振單元包含一層λ/2波板時，其於亮態之亮度為121 cd/m ²，於暗態之亮度為4 cd/m ²，故對比度為30.3；當第二光偏振單元包含二層λ/2波板時，其於亮態之亮度為118 cd/m ²，於暗態之亮度為0.85 cd/m ²，故對比度為138.8。

在一些實施例中，本創作之偏光板組不具有λ/4波板或正C板，故具有較低之製作成本。

依據前述之說明可知，本創作之偏光板組可有效解決習知偏光層應用於大尺寸液晶顯示元件時幅寬不足之缺陷，並同時提升液晶顯示元件之對比度，而滿足應用之需求。

雖然本創作已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本創作，在本創作所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

101,201a,201b,301a,301b:偏光板組 103:背光單元 110,210,310:液晶單元 120,130,220,230,320,330:光偏振單元 121,221,321:黏結層 123,223,323:相位補償層 125,225,325:偏光層 127,227,327:保護層 231,233,235:光偏振轉換層 331:黏結層 333,333a,333b:λ/2波板 335:偏光層 337:保護層

為了對本創作之實施例及其優點有更完整之理解，現請參照以下之說明並配合相應之圖式。必須強調的是，各種特徵並非依比例描繪且僅係為了圖解目的。相關圖式內容說明如下。 圖1係繪示依照本創作之一些實施例之偏光板組、液晶單元與背光單元之示意圖。 圖2A與圖2B係分別繪示依照本創作之一些實施例之偏光板組與液晶單元的示意圖。 圖3A與圖3B係分別繪示依照本創作之一些實施例之偏光板組與液晶單元的示意圖。

101:偏光板組

103:背光單元

110:液晶單元

120,130:光偏振單元

121:黏結層

123:相位補償層

125:偏光層

127:保護層

Claims (10)

1. 一種偏光板組，適用於一液晶單元，該液晶單元包括一出光面及一背光面，其中該偏光板組包含： 一第一光偏振單元，包含： 一第一黏結層，與該液晶單元的該出光面結合； 一第一保護層； 一相位補償層，相鄰於該第一黏結層；以及 一第一偏光層，設於該第一保護層與該相位補償層之間，且具有一第一光吸收軸；以及 一第二光偏振單元，設於該液晶單元的該背光面，且該液晶單元設於該第一光偏振單元與該第二光偏振單元之間，其中該第二光偏振單元包含至少一光偏振轉換層或至少一λ/2波板。
2. 如請求項1所述之偏光板組，其中該至少一光偏振轉換層之一數量係不小於2。
3. 如請求項1所述之偏光板組，其中該至少一光偏振轉換層之每一者之一光透過軸係平行於該第一偏光層之該第一光吸收軸。
4. 如請求項1所述之偏光板組，其中該至少一λ/2波板之每一者之一慢軸係平行於該第一偏光層之該第一光吸收軸。
5. 如請求項4所述之偏光板組，其中，該第二光偏振單元更包含： 一第二黏結層，與該液晶單元的該背光面結合，並與該至少一λ/2波板相鄰； 一第二保護層；以及 一第二偏光層，相鄰且設於該至少一λ/2波板與該第二保護層之間，且該第二偏光層具有一第二光吸收軸，該第二光吸收軸與該第一光吸收軸平行。
6. 如請求項5所述之偏光板組，其中該至少一λ/2波板之一數量係不大於2。
7. 如請求項1所述之偏光板組，其中該偏光板組不包含一λ/4波板或一正C板。
8. 一種液晶顯示元件，包含： 如請求項1至7中之任一項所述之偏光板組； 一背光單元；以及 一液晶單元，具有面向該背光單元之一背光面與相對於該背光面的一出光面，其中該偏光板組之一第二光偏振單元設於該液晶單元與該背光單元之間。
9. 如請求項8所述之液晶顯示元件，其中該液晶單元是VA液晶面板。
10. 如請求項8所述之液晶顯示元件，其中該液晶顯示元件之尺寸係一對角線不小於100吋，且該液晶顯示元件之一對比度不小於30。

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