CN101344669A - 液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液晶显示装置且涉及应用于一半透射半反射液晶显示器的广视角宽频带圆偏振板的设备、装置、系统及方法。液晶显示装置的架构具有两叠置的圆偏振板，各具有一线性偏振板、一半波片及一四分之一波片，其中两线性偏振板相互交错，两半波片由具有相反的光学双折射的单光轴A板所制成(一者为正型式，另一者为负型式)，而两四分之一波片由具有相反的光学双折射的单光轴A板所制成(一者为正型式，另一者为负型式)。以此架构的液晶显示装置能具有广视角宽频带的特性，且适用于使用圆偏振板的显示装置。

Description

液晶显示装置

技术领域

本发明涉及一种液晶显示装置，具体而言，涉及一种使用圆偏振板的半透射半反射显示器，且特别涉及一种能用于半透射半反射显示器中的广视角及宽频带的圆偏振板的设备、装置、系统及方法。

背景技术

半透射半反射(transflective)液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)通常仰赖圆偏振板以使光线透射。半透射半反射液晶显示器广泛地应用于各种便携装置，原因在于此种显示器具有高图像品质以及卓越的强光可视性(sunlight readability)。通常来说，在半透射半反射LCD装置中，各像素划分为一透射区(T)以及一反射区(R)。反射区R使用一宽频带圆偏振板来达到优选的暗态(dark state)。为了在反射模式下提供一正常暗态，将液晶单元的透射区T夹置于两个叠置(stack)的圆偏振板。宽频带圆偏振板通常涵盖整个可视频谱。

请参照图1A，其绘示一已知的典型宽频带圆偏振板。此圆偏振板可应用于许多现行的半透射半反射LCD，其由一线性偏振板、一单色调半波片及单色调四分之一波片，此三者呈现一特别的排列结构，并记载于S.Pancharatnam(“Achromatic combinations of birefringent plates：part I.Anachromatic circular polarizer，”in Proc.Indian Academy of Science，vol.41，sec.A，1955，pp.130-136)。两薄膜皆由延伸聚合物(stretched polymer)薄膜或均匀液晶薄膜所构成的单光轴正型A板(Aplate)。非常光折射率ne对位于x-y平面，且大于两薄膜的常光折射率no(“Analytical solutions foruniaxial-film-compensated wide-view liquid crystal displays”by X.Zhu et al，Journal of Display Technology，vol.2，pages 2-20，2006)。

前述已知的架构具有一缺点，即于透射模式中的视角过窄。如图1B所示的两叠置的圆偏振板于离轴方向(off-axis)上的漏光进一步地绘示于图1C中，其中对应地计算出朝向不同视角(方位角与极方向角)所泄漏的光线。计算结果根据两平行对位的线性偏振板于垂直方向的最大可能输出值来予以正规化。

在图1C中，两叠置的宽频带圆偏振板于离轴方向上，漏光的问题尤为严重。举例来说，低于10％的漏光出现于40度的光锥(cone)内，这表示为了提供10∶1的对比值，两叠置的圆偏振板必需被限制于约40度的范围内。此欠佳的视角归因于正型半波A板及正型四分之一波A板于离轴方向所累积的相位延迟。

为了解决两叠置的圆偏振板视角过窄的缺点，Lin等人提出的方案(“Extraordinary wide-view and high-transmittance vertically aligned liquidcrystal displays，”Applied Physics Letter，vol.90，page 151112(2007))如图2A所绘示。此处，一液晶层，例如一垂直配向单元(Vertically Alignment Cell)，夹置于两个交错的圆偏振板(cross circular polarizer)。各圆偏振板由一线性偏振板、一单色调四分之一波片、以及一薄型单光轴A板所组成。单色调四分之一波片的光轴相对于线性偏振板的吸收轴设定为45度，而薄型单光轴A板的光轴则正交于与其相邻的线性偏振板的吸收轴。顶端与底端的薄型单光轴A板仅用以补偿两交错的圆偏振板的漏光，而有异于半波片所具备的功能。其中，A板的延迟远小于一个半波长，且光线在通过各线性偏振板与其所邻接的A板后，将不会改变光线于垂直入射(normal incidence)下的偏振状态。通过此架构，视角即使扩大至超过80度，亦能提供10∶1的对比值。

然而，若将此圆偏振板的架构应用至一半透射半反射LCD时，上述的方案具有一缺点，亦即，在反射模式中具有窄频带的性能，如图2B所示。兹以多个因素将产生此性能的主要原因说明如下。(a)由于各圆偏振板使用一单色调四分之一波片与一线性偏振板，而位于各侧且夹置于偏振板与四分之一波片之间的两个A板，仅用以补偿两个线性偏振板于离轴方向所泄漏的光线，而不同于半波片所具有的广展频带的功能；(b)在反射模式下，光线于相同的顶端通过液晶单元两次，每次可视为相同型式的四分之一波片(两次皆为正型式，如图2B所示)，因此，反射的光线在通过相同型式的四分之一波片后，无法得到补偿。图2C显示出于图2B的架构下的波长相依漏光。

如上所述，优选的方案为：提供一新圆偏振板的结构，能用于半透射半反射液晶装置，且具有广视角及宽频带的特性。因此，如何解决现有技术所面临的问题，乃吾人所需致力的方向。

发明内容

根据本发明的第一方面，提出一种设备、装置、系统及方法，用于一圆偏振板，使其于应用在半透射半反射液晶显示器下，能具有广视角及宽频带的特性。

根据本发明的第二方面，提出一种创新的设备、装置、系统，用于一半透射半反射液晶显示器，使其能具有广视角及宽频带的效能。

在一优选实施例中，液晶显示装置包括一第一透明基板、一第二透明基板、一液晶单元、一第一圆偏振板、一第二圆偏振板、至少一光学延迟(retardation)补偿器、及一切换手段。液晶单元具有夹置于第一与第二透明基板之间的一液晶层。第一圆偏振板设置于该液晶层的一观测者侧的后方，其中第一圆偏振板还包括一第一线性偏振板、一第一半波片及一第一四分之一波片。第二圆偏振板，设置于液晶层的观测者侧，其中第二圆偏振板包括一第二线性偏振板、一第二半波片及一第二四分之一波片。至少一光学延迟补偿器设置于第一圆偏振板与该第二圆偏振板之间。其中，第一半波片与该第一四分之一波片定位于第一线性偏振板与液晶层的内表面，第一半波片较第一四分之一波片靠近该第一偏振板，第二半波片与第二四分之一波片定位于第二线性偏振板与液晶层的内表面，第二半波片较第二四分之一波片靠近该第二偏振板。其中，第一半波片与第二半波片由单光轴A板(uniaxial A plate)所制成，且具有相反的光学双折射，第一四分之一波片与第二四分之一波片由单光轴A板所制成，且具有相反的光学双折射。切换手段应用于液晶层，用以切换液晶层的相位延迟于一零值与一半波片值之间，以获得不同的灰阶。

第一线性偏振板与第二线性偏振板包括多个二向色(dichroic)聚合物薄膜，且其透射轴(transmission axis)为相互垂直。二向色聚合物薄包括一聚乙稀醇(polyvinyl-alcohol-based)的薄膜。

远离观测者的第一圆偏振板的第一半波片包括一正型(positive)单光轴A板，第一四分之一波片包括一负型(negative)单光轴A板，第二半波片包括一负型单光轴A板，第二四分之一波片包括一正型单光轴A板。正型与负型单光轴A板包括至少一聚合物层或一均匀液晶薄膜。

远离该观测者的第一圆偏振板的第一半波片包括一负型单光轴A板，第一四分之一波片包括一正型单光轴A板，第二半波片包括一正型单光轴A板，第二四分之一波片包括一负型单光轴A板。正型与负型单光轴A板包括至少一聚合物层或一均匀液晶薄膜。

第二半波片的光轴相对于靠近观测者的第二线性偏振板的透射轴设定以-30度至-5度的角度，第二四分之一波片的光轴相对于第二线性偏振板的透射轴以设定以约-15度至+35度的角度，第一半波片的光轴相对于第二线性偏振板的透射轴设定以约-30度至-5度的角度，且第一四分之一波片的光轴相对于第二线性偏振板的透射轴设定以约-15度至+35度的角度。

第二半波片的光轴相对于靠近观测者的第二线性偏振板的透射轴设定以+5度至+30度的角度，第二四分之一波片的光轴相对于第二线性偏振板的透射轴对应地设定以约-35度至+15度的角度，第一半波片的光轴相对于第二线性偏振板的透射轴设定以约+5度至+30度的角度，且第一四分之一波片的光轴相对于第二线性偏振板的透射轴设定以约-35度至+15度的角度。

第一半波片包括一正型单光轴A板，第一四分之一波片包括一正型单光轴A板，第二半波片包括一负型单光轴A板，第二四分之一波片包括一负型单光轴A板。正型与负型单光轴A板包括至少一聚合物层或一均匀液晶薄膜。

第一半波片包括一负型单光轴A板，第一四分之一波片包括一负型单光轴A板，第二半波片包括一正型单光轴A板，第二四分之一波片包括一正型单光轴A板。正型与负型单光轴A板包括至少一聚合物层或一均匀液晶薄膜。

第二半波片的光轴相对于靠近观测者的第二线性偏振板的透射轴设定以-30度至-5度的角度，第二四分之一波片的光轴相对于远离观测者的第一线性偏振板的透射轴对应地设定以约-15度至+35度的角度，第一半波片的光轴相对于第二线性偏振板的透射轴设定以约-30度至-5度的角度，且第一四分之一波片的光轴相对于第一线性偏振板的透射轴设定以约-15度至+35度的角度。

第二半波片的光轴相对于靠近观测者的第二线性偏振板的透射轴设定以+5度至+30度的角度，第二四分之一波片的光轴相对于远离观测者的第一线性偏振板的透射轴对应地设定以约-35度至+15度的角度，第一半波片的光轴相对于第二线性偏振板的透射轴设定以约+5度至+30度的角度，且第一四分之一波片的光轴相对于第一线性偏振板的透射轴设定以约-35度至+15度的角度。

第至少一光学延迟补偿器层压(laminate)于液晶层与第一及第二圆偏振板的其中之一之间。

光学延迟补偿器包括一负型C薄膜(C film)，具有介于约-400nm至-250nm的一总相位延迟值(dΔn)。

液晶单元为一透射液晶单元。液晶层选自于一垂直配向单元、一电性控制双折射单元及一光学补偿双折射单元所组成的组。

液晶单元为一半透射半反射液晶显示器，显示器包括多个像素电路。像素电路介于第一及该第二基板之间，各像素电路具有一透射部及一反射部，其中反射部包括一反射器，用以反射外部光线，透射部包括一透射器，用以调控由一内部光源所产生的光线。

在半透射半反射液晶显示器中，当显示装置操作于一透射模式时，一部分的液晶层用以调控光线，且当显示器操作于一反射模式时，相同的部分的液晶层用以调控光线。

第一半波片与第一四分之一波片定位于第一线性偏振板与液晶层的内表面，且第一半波片较靠近第一线性偏振板。第二半波片与第二四分之一波片定位于第二线性偏振板与液晶层的内表面，且第二半波片较靠近第二线性偏振板。第一半波片与第二半波片由单光轴A板所制成，且具有相反的光学双折射，第一四分之一波片与第二四分之一波片由单光轴A板所制成，且具有相反的光学双折射。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合所附图示，作详细说明如下。

附图说明

图1A绘示为一传统已知的宽频带圆偏振板的结构图。

图1B绘示为图1A的两叠置的传统圆偏振板的示意图

图1C绘示用以说明两叠置的传统圆偏振板的角度相依漏光。

图2A绘示为一已知的广视角圆偏振板在透射模式下的示意图。

图2B绘示为使用图2A的圆偏振板的一反射显示装置的架构。

第2C图绘示为使用图2A的圆偏振板的一反射装置的波长相依漏光。

图3A绘示依照本发明的一第一实施例的结构图。

图3B绘示为图3A的第一实施例中各层的光轴排列。

图4A绘示为各宽频带圆偏振板在潘卡瑞球体(PoincaréPhere)上的一偏振路径。

图4B绘示为在潘卡瑞球体于上的一暗态机制。

图4C绘示为在潘卡瑞球体于上的一亮态机制。

图5A绘示本发明的第一实施例的波长相依透射漏光，其中

且

图5B绘示本发明的第一实施例的波长相依反射漏光，其中

且

图6绘示本发明的第一实施例的波长相依透射漏光，其中

且

图7A绘示两叠置的宽频带圆偏振板的角度相依漏光，其中

且

图7B绘示两叠置的宽频带圆偏振板的角度相依漏光，其中

且

图8绘示为于本发明的第一实施例的架构下等对比值的标绘图。

图9A绘示本发明的一第二实施例的结构图。

图9B绘示为图9A的第二实施例中各层的光轴排列。

图10绘示为第二实施例的两叠置的宽频带圆偏振板于离轴方向的漏光。

图11绘示为于本发明的第二实施例的架构下等对比值的标绘图。

图12A绘示为本发明的一第三实施例的结构图。

图12B绘示为图12A的第三实施例中各层的光轴排列。

图13A绘示为各宽频带圆偏振板在潘卡瑞球体上的一偏振路径。

图13B绘示为在潘卡瑞球体上的一暗态机制。

图13C绘示为在潘卡瑞球体上的一亮态机制。

图14A绘示本发明的第三实施例中的波长相依透射漏光，其中

且

图14B绘示本发明的第三实施例中的波长相依反射漏光，其中

且

图15绘示本发明的第三实施例中的波长相依透射漏光，其中

且

图16A绘示本发明的第三实施例中两叠置的宽频带圆偏振板于离轴方向的漏光，其中

且

图16B绘示本发明的第三实施例中两叠置的宽频带圆偏振板于离轴方向的漏光，其中

且

图17绘示为于本发明的第四实施例的架构下等对比值的标绘图。

图18A绘示本发明的一第四实施例的结构图。

图18B绘示为图18A的第四实施例中各层的光轴排列。

图19绘示为第四实施例的两叠置的宽频带圆偏振板于离轴方向上的漏光。

图20绘示为于本发明的第四实施例的架构下等对比值的标绘图。

附图标记说明

100a、200a、300a、400a：第一线性偏振板

110a、210a、310a、410a：半波片

120a、220a、320a、420a：四分之一波片

130a、230a、330a、430a：第一圆偏振板

100b、200b、300b、400b：第二线性偏振板

110b、210b、310b、410b：半波片

111a、111b、121a、121b、211a、211b、221a、221b、311a、311b、321a、321b、411a、411b、421a、421b：光轴

120b、220b、320b、420b：四分之一波片

130b、230b、330b、430b：第二圆偏振板

150、250、350、450：液晶单元

152、252、352、452：延迟薄膜

155a、155b、255a、255b、355a、355b、455a、455b：TFT玻璃基板

具体实施方式

在详细说明本发明所披露的实施例之前，需知本发明非限定于为说明所显示特定的安排而为的应用，本发明适用于其它的实施方式。再者，此处所使用的字词以说明目的所用，并非用以限制本发明。

第一实施例

请参照图3A，其绘示为第一实施例的广视角及宽频带圆偏振板的剖视图，且架构于一半透射半反射式LCD或用于一纯透射式LCD。一液晶层150，例如是一垂直配向液晶单元，夹置于一第一玻璃基板155a及一第二玻璃基板155b之间，其中一薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)阵列例如记载于下列的美国专利中：U.S.Patents.5,528,055 to Komori；6,424,396 to Kim et al.；and 6,760,087。上述的各专利合并参考。一TFT阵列可形成于底部的基板155a，以提供驱动电压来调控位于其间的液晶层。

液晶层与两个玻璃基板之间更置入两叠置的宽频带圆偏振板130a及130b，其中，此两个圆偏振板相互补偿，来降低于离轴方向所泄漏的光线。第一圆偏振板130a由一第一线性偏振板100a、一第一半波片110a及一第一四分之一波片120a所组成，其中半波片110a层压(laminate)于偏振板100a与四分之一波片120a之间。第一半波片110a由一正型单光轴A板所制成(例如：延伸聚合物薄膜或均匀液晶薄膜)，第一半波片的非常光折射率ne对位于x-y平面，并大于其的常光折射率no。第一四分之一波片120a由负型单光轴A板所制成，第一四分之一波片的非常光折射率ne对位于x-y平面，并小于其的常光折射率no。

在液晶层150的另一侧，第二圆偏振板130b由一第二线性偏振板100b、一第二半波片110b及一第二四分之一波片120b所组成。第二半波片110b由一负型单光轴A板所制成，第二四分之一波片120b由一正型单光轴A板所制成。至少一延迟薄板152，例如为一负型C板，分别层压于液晶层150与顶端及底端的圆偏振板。

请参照图3B，其绘示各层的光轴排列，其中线性偏振板100a的透射轴101a设定为x轴。第一半波片110a的光轴111a相对于线性偏振板100a的透射轴101a设定以一角度

四分之一波片120a的光轴121a相对于线性偏振板100a的透射轴101a设定以一角度

第二线性偏振板100b的透射轴101b直交于第一线性偏振板的透射轴101a。半波片110b的光轴111b相对于第一线性偏振板100a的透射轴101a设定以一角度

而四分之一波片120b的光轴121b相对于第一线性偏振板100a的透射轴101a设定以一角度

因为此些波片皆由单光轴A板所制成，且这些的非常光轴皆对位于x-y平面，所以在x-y平面上，排列以

的光轴角度相同于排列以

的角度。举例来说：具有

约等于80度的A薄膜相同于方位角

约等于-100度的A薄膜。于是，为了统一定义A板的排列方向，将排列角度定义于(-π/2，π/2]的范围内，以表示所有可能的数值。

为了在半透射半反射LCD中达到广视角及宽频带圆偏振板的功能，此些A薄膜的排列角度需符合特定的关系。一般来说，需要符合以下三种条件。

靠近观测者的顶端半波片与顶端的线性偏振板的透射轴的角度需相差约为±15度，以使反射模式成为一宽频带模式；

在各圆偏振板中，半波片与四分之一波片的方位角需符合特定的关系，以使各圆偏振板成为一宽频带圆偏振板；

对应的半波片(或四分之一波片)需实质上相互平行对位，以补偿于离轴方向上所泄漏的光线。兹以多个例子详细说明如下。

为了使图3B的结构达到广视角及宽频带圆偏振板的功能，各圆偏振板(130a及130b)的各单光轴A板的排列角度需符合特定关系。第一，顶端半波片的角度

相对于底端圆偏振板的透射轴设定成约75度，且与顶端偏振板的透射轴101b的方向相差约为-15度。如此，底端半波片同样需设定其角度

为约75度，以符合前述的条件。

请参照图4A，其绘示为偏振状态的变化，并以光线于垂直入射下通过此两叠置的圆偏振板时，在潘卡瑞球体(PoincaréPhere)(球体上的赤道代表线性偏振，而两轴极代表圆偏振，并具有不同的路线(handiness))上所行经的路线。在潘卡瑞球体上，以点T表示为偏振板100a的透射轴101a，且还代表入射光于通过底端线性偏振板100a的偏振状态。由于顶端和底端偏振板相互交错，故在潘卡瑞球体上，以点A表示为顶端偏振板的透射轴，其中∠AOT＝2×90度＝约180度。

在图3B中，因为第一半波片110a的光轴相对于透射轴101a设定于角度

故在潘卡瑞球体上，点H(代表为半波片110a的光轴111a)相对于OT轴具有一角度

亦即相仿地，在潘卡瑞球体上，点Q(代表为四分之一波片120a的光轴121a)相对于OT轴具有一角度

亦即

在此架构下，通过线性偏振板100a的光线于点T上会先具有一偏振状态(线性偏振)。接着，通过半波片110a，光线会在潘卡瑞球体的表面上旋转半圈(等于在潘卡瑞球体上产生λ/2的改变)，以延着OH轴来到点C，此时光线仍保持为一线性偏振状态，并具有角度

为了转换光线为圆偏振(将偏振状态由点C移动至点D)，四分之一波片的OQ轴需要直交于OC轴，亦即∠QOT＝±90度，或需符合后述的关系：

为了使此单一圆偏振板具有宽频带的特性，偏振改变的路径必需维持于半球体的同一顶端或底端。因此，在半波片使用正型A板、而具有

的四分之一波片使用负型A板的情况下，前述的关系必需为：

亦即

相仿地，顶端半波片120b与顶端四分之一波片110b的光轴角度必需符合其中

更广泛地来说，这些的光轴角度必需符合此处的m为等于0或等于±1的正整数，而

的值介于(-π/2，π/2]之间，此处的m等于-1。

请参照图4B，其绘示为透射区在潘卡瑞球体上的暗态机制。半波片110b的光轴代表为点I，且

且四分之一波片120b的光轴代表为点R，且

在此架构下，通过底端圆偏振板130a的光线首先会具有一第一圆偏振状态，如图4A的点D。若液晶单元150不会产生光线于垂直方向的相位延迟，通过液晶单元后的光线将会维持光线的偏振状态。因为半波片的光轴与顶端四分之一波片符合

如图4B所绘示，故圆偏振光将会通过四分之一波片由点D移动至点E，并通过半波片110b由点E移动至T。

因为顶端线性偏振板100b的吸收轴101b平行于底端偏振板100a的透射轴101a，所以光线将会受到阻隔而被顶端线性偏振板100b所吸收。故能达到暗态。在反射模式下，亦可应用相仿于透射模式的分析，以达到一正常暗态。

另一方面，若液晶层受玻璃基板的TFT阵列所提供的特定电压的驱动下，而具有相似于半波片的功能的话，将可达到一亮态。在此情况下，通过底端圆偏振板的光线将会成为一圆偏振光。在潘卡瑞球体上，此圆偏振光代表为位于北极轴点D。液晶会通过其所具有的相仿于相位延迟的功能，来改变光线的路线，以从北极轴D移动至南极轴F。然后，四分之一波片120b会将光轴从点F移动至点G。点G于EO轴上相对于点E。最后，半波片110b由点G移动至点A。点A为顶端偏振板100b的透射轴的位置。如此，便能够达到一亮态。

请参照图5A，其绘示为前述图3B的架构下，在暗态时所泄漏的透射光线，其中于可见谱频的波长为λ＝约380～780nm。在λ＝589nm处，正型A板的非常光折射率ne及常光折射率no大约设定成no＝约1.5866，且ne＝约1.5902，而负型A板则设定为no＝约1.60，且ne＝约1.50。并且，中心波长设定于约莫550nm处。这些的光轴排列为：

且

从图示中可以看出，此偏振板具有相当宽的频带，且于整个可见频谱的漏光小于0.5％。请参照图5B，其绘示为在仅使用顶端圆偏振板130b与一反射器的架构下，在暗态时的反射漏光。我们可以从中发现，透射区仍保持为具有宽频带的特性，而波长介于约450～700nm之间的漏光小于0.5％，并且，于相同的谱频下的反射区小于约2％，故适合用于半透射半反射LCD的透射模式及反射模式。

此外，如图5A所示，此处的架构还显示出其具有的一广视角的特性。在入射极角度约为80度之处，在透射模式下的波长相依漏光几近相同于垂直方向的漏光，有别于传统于40度之处甚至还会产生大量的漏光。并且，在此例中，在反射模式下的离轴方向上的波长相依漏光相较于传统的漏光，亦具有优选的表现，如图5B所示。

对于互补的底端与顶端延迟波片而言，其光轴角度并不必然得精确地设定为约75度。请参照图6，其绘示为漏光相对于波长的相依性，其中

且

在整个约450～700nm的频谱中，在透射模式下的漏光小于0.1％，在反射模式下则小于6％。图6包含液晶层与C薄板的相位延迟。

分别通过两半波片与两四分之一波片之间的互补的光学折射率，可有效地抑制离轴方向的漏光。请参照图7A，其绘示后述架构下的漏光，其中

且

图7显示出，超过40度的漏光增加了约1％，此结果优选于全使用正型A板的架构。

请试想，若液晶层的分子在暗态时实质上平行于基板，例如是一具有正常黑模式的垂直配向单元(VA cell)夹置于前述架构下的圆偏振板，则可增置一额外的负型C薄膜152(这些的非常光折射率ne对位于z轴，且非常光折射率ne小于常光折射率no)于垂直配向单元的两侧，用来补偿液晶单元在离轴方向上所具有的相位延迟，如图3A所示。

请参照图8，其绘示为在本发明的第一实施例的架构下等对比值的标绘图。在计算上，液晶单元设为约莫4μm，并使用由德国默克(Merck)所提供的负型介电异向性(dielectric anisotropy)的液晶材料MLC-6608。此材料具有以下的参数：平行介电常数ε//＝3.6；垂直介电常数ε⊥＝约7.8；弹性系数K11＝约16.7pN；K33＝约18.1pN；于λ＝约589nm下的非常光折射率ne＝约1.5578、常光折射率no＝约1.4748。负型C薄膜的非常光折射率ne＝约1.49288、常光折射率no＝约1.50281。

C薄膜的相位延迟值dΔn约为-360nm。半波片与四分之一波片的光轴角度为：

且

请参照图7B，其绘示前述的排列角度与延迟薄板的架构的漏光。于图7B中，可有效地降低在离轴方向上的漏光并使其低于0.015，而改进了图7A所绘示的例。请参照图8，其绘示为等对比值的标绘图，其中具有10∶1的对比值扩展至整个视野光锥，此结果大大地改善了全使用正型A板的情况。

另一方面，顶端半波片的方位角相对于底端线性偏振板的透射轴101a亦可排列为约-75度，且与透射轴101b相差约为+15度。因此，在反射模式下，可确保具有宽频带的特性。在此情况下，通过使用潘卡瑞球体，半波片与四分之一波片的角度必需符合

其中m为等于0或±1的整数。举例来说，

且

其中m＝+1。

在本实施例中，LCD装置亦可为一纯透射式的LCD。而液晶层不被限定成一初始具有正常黑的垂直配向单元，亦可使用一正常白的电性控制双折射(Electrically Controlled Birefringence，ECB)单元、或一光学补偿双折射(Optically Compensated Birefringence，OCB)单元，其中液晶分子在远大于其材料的临界电压的驱动下，呈现实质上的垂直配向。此外，虽未于此处介绍用于液晶单元的额外补偿薄膜，然于未脱离本发明的精神下，亦非以之作为本发明的限制。

第二实施例

请参照图9A，其绘示本发明的一第二实施例的结构图。对应至图3A的架构，此处的各A板设定为具有相反的双光折射。液晶单元250夹置于第一玻璃基板255a与一第二玻璃基板255b之间，其中一TFT阵列(未绘示于图9A)可形成于底部的基板255a，以提供驱动电压来调控位于其间的液晶层。液晶层与两个玻璃基板之间更置入两叠置的圆偏振板230a及230b。第一圆偏振板230a还包括一第一线性偏振板200a、一第一半波片210a及一第一四分之一波片220a，第二圆偏振板230b还包括一第二线性偏振板200b、一第二半波片210b及一第二四分之一波片220b。请参照图9B，其绘示各层的光轴排列。

如第一实施例所述，当各圆偏振板的半波片与四分之一波片具有相反的光学双折射时(例如：其中一波片使用正型A板，另一波片使用负型A板)，其等光轴的角度必需符合

此处的m为0或±1的整数，且各

的值介于(-π/2，π/2]之间。此时，若

则需符合

举例来说，

且m＝-1。并且，另一方面来说，若则需符合

举例来说，

且m＝+1。

请参照图10所绘示的漏光，其中底端偏振板的

且

而顶端偏振板的

且

在此情况下，与第一实施例不同之处是，反射的环境光会先进入一正型半波片，接着进入一负型四分之一波片。相仿地，在离轴方向的漏光能被大大地降低，以于超过40度之处具有漏光约大于1％的视野光锥。

请参照图11所绘示的视角的标绘图，其中

且C薄板的dΔn设定约为-270nm，而在超过80度的大部分的方向上，对比值可大于10∶1。相仿地，半波片与四分之一波片的角度可设定为：

及以符合

第三实施例

请参照图12A，其绘示为本发明的一第三实施例的结构图。另在此例所提出的适用于半透射半反射式LCD的广视角及宽频带的圆偏振板的结构中，虽然各圆偏振板的半波片与四分之一波片具有相同的型式(例如：两者皆为正型A板或负型板)，但对应至不同圆偏振板的半波片或四分之一波片则具有相反的型式。于图12A中，具有宽频带与广视角特性的第一圆偏振板330a由一第一线性偏振板300a、一第一半波片310a、及一第一四分之一波片320a所形成。第一圆偏振板的各半波片与四分之一波片由正型A板所制成，其中第一线性偏振板300a的透射轴301a对位于x轴上，而波片310a及320a的光轴分别设定为

及

另一方面，具有宽频带与广视角的特性的第二圆偏振板330b由一第二线性偏振板300b、一第二半波片310b、及一第二四分之一波片320b所形成。此处的两个波片皆由负型A板所制成，其中第二线性偏振板300b的透射轴301b直交于第一线性偏振板300a的透射轴，而波片310b及320b的光轴分别设定为

及

液晶350介于两TFT玻璃基板355a及355b之间，并夹置于圆偏振板之间，以进行暗态及亮态的切换。请参照图12B，其绘示为图12A的第三实施例中各层的光轴排列。

请参照图13A，其绘示为在潘卡瑞球体中，具有相同型式薄膜的各圆偏振板所需的光轴排列。相仿地，顶端半波片的角度相对于底端圆偏振板的透射轴设定成约75度，且与顶端偏振板的透射轴301b的方向相差约为-15度。并且，底端半波片的角度设定以同样的数值。如此，举例来说，在潘卡瑞球体上，以点T’表示为底端偏振板300a的透射轴，并以点H’表示为半波片310a的光轴，而相对于OT轴的角度为

点Q’表示为四分之一波片320a的光轴，而相对于OT’轴的角度为

通过偏振板300a的光线在点T’上将会具有一偏振状态。接着，半波片将会移动光线至点C’，此时仍为线性偏振且具有角度

然后，四分之一波片会将线性偏振由点C’移动至极轴D’。

此时，为了使路径全位于相同半球体的上方或下方，则需符合

其中m可为等于0或±1。相仿地，对于顶端圆偏振板而言，需符合

来达成宽频带的特性。因此，吾人可由此决定各角度的数值如下：

且m＝+1。

图13B绘示了当液晶层350不会使光线于垂直方向产生相位延迟时的暗态机制。在潘卡瑞球体上，通过底端圆极偏器330a的光线在点D’上会具有一圆偏振。接着，圆偏振会通过四分之一波片320b旋转回至点E’，并成为一线性偏振，此处的四分之一波片320b由一负型A板所制成。然后，更通过负型半波A板而移动至点T’。由于顶端偏振板300b的透射轴301b垂直于底端线性偏振板300a的透射轴301a，因此，光线将会受顶端偏振板300b阻隔。

若将于透射区的液晶改为具有等效于半波片的功能的话，液晶单元将呈现为亮态，如图13C所绘示。通过底端圆偏振板330a的光线于点D’上会先具有圆偏振状态。然后，液晶层将会改变其路径至点F’。在通过四分之一波片320b之后，偏振光将会被移至点G’，并通过半波片310b更移动至点A’。此处的点A’于潘瑞卡球体上，表示为顶端偏振板300b的透射轴301b。如此，便能够达到一亮态。

请参照图14A，其绘示于本实施例中的波长相依漏光，其中

且

从图示中可以看出，于可视频谱的范围内，透射区于垂直方向的漏光小于0.5％。

请参照图14B，其绘示了于反射架构下圆偏振板330b的对应的漏光。宽频带的特性仍存在。而且，这些的角度可设定为不同的数值，例如：

且

并且，在所有可视光线的频谱范围内(即波长位于约450～700nm的范围内)，透射模式下的漏光仍皆小于1％，而反射模式则小于8％，如图15所示。故知，反射区在暗态时仍具有宽频带的特性。

请参照图16A，其绘示于离轴方向上的漏光，其中

且

在所有方位角且极角度超过40度的光锥中，能仍有效地降低漏光，并使其低于1％。换句话说，由于此架构能大大地降低于离轴方向上的泄露光线，故两圆偏振板具有宽频带与广视角的特性。

相仿地，请试想，若液晶层的分子在暗态时实质上平行于基板，则可增置具有延迟值dΔn＝-362.5nm的一额外的负型C薄膜，来补偿液晶单元的相位延迟、以及二线性偏振板于离轴方向所泄漏的光线。

请参照图16B，其绘示于本实施例中使用负型C板的漏光，其中

且

相较于图16A，在离轴方向上的漏光可得有效且优选的改善效果。此外，如图17所绘示，在大部分的方向上，视野光锥可扩展至超过80度，且仍能具有大于10∶1的对比值。

相仿地，液晶层不被限定成一初始具有正常黑的垂直配向的液晶单元，亦可使用一正常白的(Electrically Controlled Birefringence，ECB)单元、或一光学补偿双折射(Optically Compensated Birefringence，OCB)单元，其中液晶分子在远大于其材料的临界电压的驱动下，呈现实质上的垂直配向。

另一方面，顶端半波片的方位角相对于底端线性偏振板的透射轴301a亦可对位至约莫-75度，且与透射轴301b的方向则相差约为-15度。因此，在反射模式下，可确保具有宽频带的特性。在此情况下，通过使用潘卡瑞球体，半波片与四分之一波片的角度必需符合

其中m为等于0或±1的整数。举例来说，

且其中m＝+1。

第四实施例

在第四实施例中，顶端圆偏振板的两单光轴半波及四分之一波片皆由正型单光轴A板所制成，而底端圆偏振板的两波片则由负型单光轴A板所制成。请参照图18A，其绘示本发明的一第四实施例的结构图。液晶单元450夹置于两圆偏振板430a与430b之间。第一圆偏振板430a还包括一第一线性偏振板400a、一第一半波片410a及一第一四分之一波片420a，第二圆偏振板430b还包括一第二线性偏振板400b、一第二半波片410b及一第二四分之一波片420b。请参照图18B，其绘示各层的光轴排列。

因为各圆偏振板的各A板的双折射率为相同(例如：其中一波片使用正型A板，另一波片亦使用正型A板)，当

时，这些的光轴角度必需符合

此处的m为0或±1的整数，且各

的值的值介于(-π/2，π/2)之间。

请参照图19所绘示的漏光，其中底端偏振板的

而顶端偏振板的

在此情况下，与第三实施例不同之处是，反射的环境光会进入同为正型的一半波片与正型的四分之一波片。

相仿地，在离轴方向的漏光能被大大地降低，以在超过40度之处具有漏光约大于1％的视野光锥。请参照图20，其绘示为具有一液晶层的视角标绘图。在超过80度的大部分的方向上，对比值可大于约10∶1。相仿地，半波片与四分之一波片的角度可设定为：及

以符合

总之，依照本发明披露的各种实施例的结构，可达成广视角及宽频带的圆偏振板。本发明所提出的广视角及宽频带的圆偏振板对于广视角、全彩、半透射半反射的液晶显示器的应用极有助益。

综上所述，虽然本发明已以一些优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims (25)

1.一种液晶显示装置，包括：

一第一透明基板；

一第二透明基板；

一液晶单元，具有夹置于该第一与该第二透明基板之间的一液晶层；

一第一圆偏振板，设置于该液晶层的一观测者侧的后方，其中该第一圆偏振板还包括一第一线性偏振板、一第一半波片及一第一四分之一波片；

一第二圆偏振板，设置于该液晶层的该观测者侧，其中该第二圆偏振板包括一第二线性偏振板、一第二半波片及一第二四分之一波片；

至少一光学延迟补偿器，设置于该第一圆偏振板与该第二圆偏振板之间；

其中，该第一半波片与该第一四分之一波片定位于该第一线性偏振板的内表面与该液晶层之间，该第一半波片较该第一四分之一波片靠近该第一偏振板，该第二半波片与该第二四分之一波片定位于该第二线性偏振板的内表面与该液晶层之间，该第二半波片较该第二四分之一波片靠近该第二偏振板；

其中，该第一半波片与该第二半波片由单光轴A板所制成，且具有相反的光学双折射，该第一四分之一波片与该第二四分之一波片由单光轴A板所制成，且具有相反的光学双折射；以及

一开关装置，应用于该液晶层，用以控制该液晶层的相位延迟于一零值与一半波片值之间，以获得不同的灰阶。

2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该第一线性偏振板与该第二线性偏振板包括多个二向色聚合物薄膜，且其透射轴相互垂直。

3.如权利要求2所述的液晶显示装置，其中该些二向色聚合物薄包括：

一聚乙稀醇的薄膜。

4.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中远离该观测者的该第一圆偏振板的该第一半波片包括一正型单光轴A板，该第一四分之一波片包括一负型单光轴A板，该第二半波片包括一负型单光轴A板，该第二四分之一波片包括一正型单光轴A板。

5.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中远离该观测者的该第一圆偏振板的该第一半波片包括一负型单光轴A板，该第一四分之一波片包括一正型单光轴A板，该第二半波片包括一正型单光轴A板，该第二四分之一波片包括一负型单光轴A板。

6.如权利要求4或5所述的液晶显示装置，其中该些正型与该些负型单光轴A板包括：

至少一聚合物层或一均匀液晶薄膜。

7.如权利要求4或5所述的液晶显示装置，其中该第二半波片的光轴相对于靠近该观测者的该第二线性偏振板的透射轴设定以-30度至-5度的角度，该第二四分之一波片的光轴相对于该第二线性偏振板的透射轴以设定为约-15度至+35度的角度，该第一半波片的光轴相对于该第二线性偏振板的透射轴设定以约-30度至-5度的角度，且该第一四分之一波片的光轴相对于该第二线性偏振板的透射轴设定以约-15度至+35度的角度。

8.如权利要求4或5所述的液晶显示装置，其中该第二半波片的光轴相对于靠近该观测者的该第二线性偏振板的透射轴设定以+5度至+30度的角度，该第二四分之一波片的光轴相对于该第二线性偏振板的透射轴设定以约-35度至+15度的角度，对应地，该第一半波片的光轴相对于该第二线性偏振板的透射轴设定以约+5度至+30度的角度，且该第一四分之一波片的光轴相对于该第二线性偏振板的透射轴设定以约-35度至+15度的角度。

9.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该第一半波片包括一正型单光轴A板，该第一四分之一波片包括一正型单光轴A板，该第二半波片包括一负型单光轴A板，该第二四分之一波片包括一负型单光轴A板。

10.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该第一半波片包括一负型单光轴A板，该第一四分之一波片包括一负型单光轴A板，该第二半波片包括一正型单光轴A板，该第二四分之一波片包括一正型单光轴A板。

11.如权利要求9或10所述的液晶显示装置，其中该些正型与该些负型单光轴A板包括：

至少一聚合物层或一均匀液晶薄膜。

12.如权利要求9或10所述的液晶显示装置，其中该第二半波片的光轴相对于靠近该观测者的该第二线性偏振板的透射轴设定以-30度至-5度的角度，该第二四分之一波片的光轴相对于远离该观测者的该第一线性偏振板的透射轴对应地设定以约-15度至+35度的角度，该第一半波片的光轴相对于该第二线性偏振板的透射轴设定以约-30度至-5度的角度，且该第一四分之一波片的光轴相对于该第一线性偏振板的透射轴设定以约-15度至+35度的角度。

13.如权利要求9或10所述的液晶显示装置，其中该第二半波片的光轴相对于靠近该观测者的该第二线性偏振板的透射轴设定以+5度至+30度的角度，该第二四分之一波片的光轴相对于远离该观测者的该第一线性偏振板的透射轴对应地设定以约-35度至+15度的角度，该第一半波片的光轴相对于该第二线性偏振板的透射轴设定以约+5度至+30度的角度，且该第一四分之一波片的光轴相对于该第一线性偏振板的透射轴设定以约-35度至+15度的角度。

14.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该至少一光学延迟补偿器层压于该液晶层与该第一及该第二圆偏振板的其中之一之间。

15.如权利要求14所述的液晶显示装置，其中该光学延迟补偿器包括一负型C薄膜。

16.如权利要求14所述的液晶显示装置，其中该光学延迟补偿器包括一负型C薄膜，具有介于约-400nm至-250nm的一总相位延迟值。

17.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该液晶单元为一透射液晶单元。

18.如权利要求17所述的液晶显示装置，其中该液晶层选自于一垂直配向单元、一电性控制双折射单元及一光学补偿双折射单元所组成的组。

19.如权利要求1所述的液晶显示装置，其中该液晶单元为一半透射半反射液晶单元。

20.如权利要求19所述的液晶显示装置，其中该半透射半反射液晶单元包括：

多个像素电路，介于该第一及该第二基板之间，各该些像素电路具有一透射部及一反射部，其中该反射部包括一反射器，用以反射外部光线，该透射部包括一透射器，用以调控由一内部光源所产生的光线。

21.如权利要求19所述的液晶显示装置，其中当该显示装置操作于一透射模式时，一部分的该液晶层用以调控光线，且当该显示器操作于一反射模式时，相同的该部分的该液晶层用以调控光线。

22.如权利要求20或21所述的液晶显示装置，其中该第一半波片与该第一四分之一波片定位于该第一线性偏振板的内表面与该液晶层之间，该第一半波片较靠近该第一线性偏振板，该第二半波片与该第二四分之一波片定位于该第二线性偏振板的内表面与该液晶层之间，该第二半波片较靠近该第二线性偏振板，该第一半波片与该第二半波片由单光轴A板所制成，且具有相反的光学双折射，该第一四分之一波片与该第二四分之一波片由单光轴A板所制成，且具有相反的光学双折射。

23.一种液晶显示装置，包括：

一第一宽频带圆偏振板；

一第二宽频带圆偏振板，该第一宽频带圆偏振板叠置于该第二宽频带圆偏振板之上；

一液晶单元；以及

一光学延迟补偿器，其中该液晶单元与该光学延迟补偿器夹置于该第一及该第二宽频带圆偏振板之间。

24.如权利要求23所述的液晶显示装置，其中各该第一及该第二宽频带圆偏振板包括：

一线性偏振板；

一半波片；以及

一四分之一波片，其中该半波片介于该线性偏振板与该四分之一波片之间，且该二个半波片由具有相反的光学双折射的单光轴A板所制成，且该二个四分之一波片由具有相反的光学双折射的单光轴A板所制成。

25.如权利要求23所述的液晶显示装置，还包括：

一切换手段，应用于该液晶层，用以切换该液晶层的相位延迟于一零值与一半波片值之间，以获得不同的灰阶。

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