CN101395503B - 用于改善tn-lcd的视角的整合型o膜及包括该膜的偏光板和tn-lcd - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于改善TN-LCD的视角的整合型O膜及包括该膜的偏光板和TN-LCD。本发明还公开了一种补偿膜及包括该膜的偏光板和TN-LCD，该补偿膜能够改善在前侧和倾角处的对比特性，并且在暗态中使根据视角的色彩变化减至最少。所述整合型O膜包括横向拉伸的负双轴(B)膜和层压于该横向拉伸的负B膜上的正O膜。

Description

用于改善TN-LCD的视角的整合型O膜及包括该膜的偏光板和TN-LCD

技术领域

本发明涉及一种用于改善扭曲向列型液晶显示器(TN-LCD)的视角的整合型O膜及包括该膜的偏光板和TN-LCD，且更具体而言，涉及一种补偿膜及包括该补偿膜的偏光板和TN-LCD，该补偿膜能够改善在前侧和倾角处的对比特性并且能够在暗态使根据视角的色彩变化减至最小。

背景技术

液晶显示器(LCD)是一种通过利用液晶的偏振现象选择性地传输来自背光源发射的光而呈现所需图像的显示装置。

图1显示了在广泛使用的TN-LCD中选择性地传输光的现象。如图1A中所示，在光源侧偏光板10与观察者侧偏光板20之间的偏振轴(polarization axes)间的角为90°。在两个偏光板之间填充向列型液晶分子30，并且靠近偏光板的液晶分子30以与该偏光板的偏振轴相同的方向排列。因此，靠近两个偏光板的液晶分子的排列方向与偏光板相似是互相垂直的。另外，在中间部分的液晶分子被如图中所示扭曲。

因此，由光源侧偏光板偏振化了的光40通过向列型液晶分子旋转90°，结果，通过观察者侧偏光板。

然而，在向液晶分子30施加电场时，如图1B中所示，液晶分子30以平行于电场方向排列。因此，通过光源侧偏光板10的光40不旋转并以由光源侧偏光板偏振化了的方向到达观察者侧偏光板20，致使光不经由对于光源侧偏光板10旋转90°的观察者侧偏光板20传输。

LCD通过利用上述现象选择性地施加电场至各个像素而控制光的传输和阻断。

在LCD中，当光无误地被传输和阻断造成亮态和暗态出现时对比特性被改善。特别是，当暗态中的漏光减至最少时，可以改善对比特性。在从前侧观察显示装置时，不引起对比特性的问题，但是在倾角处观察显示装置时，不可能在暗态完全避免漏光。如上所述，在LCD中，通过利用偏振现象在观察者侧设置传输轴与线性偏振化了的光垂直的偏光板而阻断光。然而，当到达观察者侧偏光板的光没有完全线性偏振化时，一部分光会漏出。

当光以倾斜方向(观察者的方向)而不是以垂直方向传播时，会发生这种现象。就是说，如图1B中所示，当向列型液晶分子以与光的传输方向平行排列时，完全实现暗状态。因此，因为当光以倾斜方向传输时，液晶分子的排列方向与光的传输方向彼此没有完全平行，所以出现额外的相位变化，从而光没有被完全阻断。

如图2中所示，在暗态出现漏光的另一原因是：因为在取向膜与液晶之间的边界(即偏光板侧)，液晶分子以等同于取向膜的取向的水平方向而不是以平行于电场的方向排列，并且随着离开取向膜与液晶之间的边界，液晶分子变成以平行于电场方向排列。因此，引起所谓的液晶分子的倾角从取向膜与液晶之间的边界到液晶层的中心逐渐增大到接近90°的斜展取向(splay alignment)。

在暗态，光不会被液晶层的斜展取向而完全阻断。

通常，为了阻止漏光提出了多种技术。例如，韩国专利公开号10-0376378公开了使用O膜(O film)改善灰度特性和减少漏光的技术。在该技术中，通过具有倾角的O-板补偿器(O-plate compensator)将灰度中随视角的漏光变化量减至最少。在该技术中，因为可根据视角适当地控制漏光量，所以可以制造具有高灰度特性而不受视角影响的LCD。

然而，在该技术中，因为O膜直接形成于玻璃基板上，所以产率降低。就是说，为了制造O-板补偿器，在玻璃基板上形成低预倾取向膜和高预倾取向膜。在这种情况下，在玻璃基板上形成多层的过程要花费大量时间并且难以处理基板。

另外，在常规方法中，能够减少由液晶分子的向外张开取向产生的漏光。然而，不可能减少由于液晶分子的+C排列产生的漏光(即，因为液晶分子以平行于电场的方向排列，可以阻止光向前侧漏出。但是，当光以倾斜方向传输时，出现延迟而因此不会出现完全的暗态)。

当光以倾角到达偏光板时，在偏光板中出现微小的相位延迟，从而引起漏光。然而，在韩国专利公开号10-0376378中，由于这样的多方面的原因，难以完全阻止光漏出。

发明内容

技术问题

为了解决现有技术的前述问题进行了本发明，因此本发明的一个技术方案提供了一种整合型O膜及包括该膜的偏光板和TN-LCD，该整合型O膜通过阻止引起漏光的各种因素来改善具有改善的对比特性、灰度特性或色彩特性的TN-LCD的视角。

技术方案

根据本发明的一个技术方案，提供一种整合型O膜，该整合型O膜包括横向拉伸的负双轴(B)膜(transversely-stretched negative biaxial(B)film)和层压于该横向拉伸的负B膜上的正O膜(positive O film)。

根据本发明的另一技术方案，提供一种偏光板，该偏光板包括：偏振膜；以及层压于该偏振膜上的整合型O膜，其中，所述整合型O膜包括横向拉伸的负双轴(B)膜和层压于该横向拉伸的负B膜上的正O膜，并且其中所述偏振膜与横向拉伸的负B膜的面内光轴(in-plane optical axis)为相互垂直的。

根据本发明的另一技术方案，提供一种扭曲向列型液晶显示器(TN-LCD)，该显示器包括：一对彼此相对的玻璃板；填充在所述玻璃板之间的扭曲向列型液晶；贴附在玻璃板外侧的偏光板，其中，每个偏光板包括偏振膜和层压于该偏振膜上的整合型O膜，其中所述整合型O膜包括横向拉伸的负双轴(B)膜和层压于该横向拉伸的负B膜上的正O膜。

由公式1表示的负B膜的N_z值可为0.1～2。

公式1

$N_z=\left|\left(\frac{n_z-n_y}{n_x-n_y}\right)\right|$

其中，n_x、n_y和n_z分别表示x、y和z方向的折射率。

负膜的厚度延迟值可为-50～-150nm。

更优选地，负B膜的N_z值可为0.3～1。

由公式2表示的正O膜的平均倾角可为30°～50°并且倾角的最大值可为50°～90°。

公式2

其中，d表示膜的厚度，并且θ(z)表示膜垂直位置z中的倾角。

正O膜的面内延迟值可为50～150nm。

正O膜可包括向列型液晶。

可进一步包括在负B膜与正O膜之间设置的取向膜。

取向膜可为基于丙烯酸的取向膜。

取向膜可为具有通过偏振化紫外线照射的取向特性的光学取向膜。

取向膜可包含聚降冰片烯肉硅酸酯或聚酰亚胺肉硅酸酯。

有益效果

如上所述，通过在最优条件下层压正O膜和负B膜而制造根据本发明的整合型O膜。因此，可以阻止所有方向上的漏光，并且可通过使用根据本发明的整合型O膜制造能够改善对比特性、灰度特性和色彩特性的TN-LCD。

附图说明

结合附图，从以下详细说明中将更加清楚地理解本发明的上述和其他方面、特征及其他优点，其中：

图1A和1B分别为显示TN-LCD的亮态与暗态的图；

图2为显示当向TN-LCD施加电场时液晶分子的斜展取向的示意图；

图3为显示正O膜的斜展取向状态的示意图；

图4为显示根据本发明实施例1的TN-LCD的对比特性分布的图；

图5为显示根据本发明实施例1的TN-LCD的色彩特性分布的图；

图6为显示根据本发明实施例2的TN-LCD的对比特性分布的图；

图7为显示根据本发明实施例2的TN-LCD的色彩特性分布的图；

图8为显示为了与本发明比较，包括负O膜的TN-LCD的对比特性分布的图；以及

图9为显示为了与本发明比较，包括负O膜的TN-LCD的色彩特性分布的图。

具体实施方式

在下文中，将详细描述本发明。

如上所述，由于被光源侧偏光板偏振化的光在到达观察者侧偏光板之前经受延迟，从而光不能以与观察者侧偏光板的传输轴垂直的完全线性偏振化状态到达观察者侧偏光板，因此产生漏光。

引起漏光的延迟分为如下三种类型：

1)当TN-LCD垂直竖立时，视角与液晶分子的排列方向不是平行的，从而光以视角传输，产生延迟；

2)由TN-LCD的斜展取向部分(靠近取向膜的一部分液晶分子或灰态中的液晶分子可以斜展取向方式排列)产生的延迟；以及

3)当光倾斜进入偏光板时产生的延迟。

因此，为了阻止漏光，必须补偿全部上述延迟。

本发明的发明人对这些问题进行研究并且证实当在适当条件下设置正O膜和负双轴(B)膜时可以补偿各种类型产生的全部延迟。在下文中，整合型O膜指正O膜与负B膜的叠层，以及O膜指O膜层。

在膜中，O膜补偿如下产生的延迟(即由斜展取向产生的延迟)：因为向液晶分子施加电场，所以在取向膜与液晶之间的边界处液晶分子不是垂直排列的，即，液晶分子以平行于取向膜的取向方向排列，并且在电场方向液晶分子逐渐地更加倾斜。

如图3中所示，O膜的分子优选为斜展取向。在O膜分子的斜展取向中，由公式3定义的平均倾角θ_平均值为30°～50°的范围内，并且最大倾角优选为50°～90°的范围内，并且更优选为60°～90°的范围内。

公式3

其中，d表示膜的厚度，并且θ(z)表示膜在垂直位置z中的倾角。

此时，O膜优选地由向列型液晶形成。就是说，为了斜展或倾斜取向，O膜由液晶形成。当O膜由盘状液晶形成时，出现光轴分离角(optical axis separation angle)。光轴分离角表示液晶分子的排列方向与排列液晶分子的摩擦方向间的角。当出现光轴分离角时，前方的对比度和色彩特性恶化。就是说，当出现光轴分离角时，在前侧出现漏光，并且尤其是蓝光漏出显著增加。因此，前方颜色变蓝并且对比恶化。为了阻止对比和颜色因光轴分离角引起的不足，光轴分离角应控制在±0.5°以内。然而，因为盘状液晶分子具有硬币形状并且在各方向均为对称，所以盘状液晶分子不可能以均一方向排列，因此不适于控制光轴分离角。相反，因为向列型液晶分子具有棒状形状，所以向列型液晶分子易于以摩擦方向排列而适于控制光轴分离角。因此，优选使用向列型液晶。

负B膜为当x、y和z方向的折射率分别为n_x、n_y和n_z时，具有以下关系的各向异性膜。

公式4

n_x≠n_y＞n_z

负B膜在方向c(垂直于膜的表面)和方向c(平行于膜的表面)分别具有光轴，并且通过方向c的光轴分量实现与负C板相似的功能。因此，由液晶形成的正C板在倾角处发光而引起的延迟通过负C板抵消。

作为负B膜的另外的光轴的方向a用于抵消当光以倾角进入偏光板时可能产生的延迟。

负B膜可优选为横向拉伸的膜。可以使用双轴拉伸的环烯烃聚合物(COP)膜、双轴拉伸的聚碳酸酯(PC)膜、单轴拉伸的三醋酸纤维素(TAC)与聚降冰片烯膜作为横向拉伸的膜。也可以使用双轴液晶。

因此，所述正O膜与负B膜用来抵消三种延迟。但是，必须通过以下适当结合使用所述正O膜与负B膜以便能获得本发明的效果。

使用O膜与B膜的叠层。在叠层中，O膜的光轴与B膜的光轴(平行于两个光轴之外的膜的表面的光轴)需为相互垂直。

在叠层中，O膜与B膜具有适当的延迟值以抵消因倾角引起的延迟作用。

就是说，每个膜具有根据公式5的面内延迟值和根据公式6的厚度延迟值，其都处于各自适当的范围内。在公式中，d表示膜的厚度，并且n_x、n_y和n_z表示x、y和z方向的折射率。

公式5

面内延迟值(R_in)＝d×(n_x-n_y)

公式6

厚度延迟值(R_th)＝d×(n_z-n_y)

本发明人获得了以下研究结果：当光以倾角到达偏光板时，用于阻止漏光的B膜的面内延迟值R_in应为150～250nm。如果面内延迟值小于150nm，则漏光显著增加，从而对比度降低。相反，如果面内延迟值大于250nm，则暗态的色彩不适宜地改变。

如果B膜的面内延迟值在上述范围内，则由公式7表示的N_z值优选在0.1～2范围内以进一步改善对比度。如果N_z值小于0.1，则对比度下降。相反，如果N_z值大于2，则暗态的色彩不适宜地增加。更优选N_z值为0.3～1范围内。

公式7

$N_z=\left|\left(\frac{n_z-n_y}{n_x-n_y}\right)\right|$

公式7表示厚度延迟值R_th与面内延迟值R_in的比。因此，因为面内延迟值R_in的优选范围在前已获得，所以厚度延迟值R_th的范围可由公式5得到。

为进一步改善对比度，满足公式7的B膜的厚度延迟值为-50～-150nm。

通过在B膜上层压O膜形成整合型O膜。O膜的延迟值应考虑B膜的延迟值而确定。根据本发明人研究的结果，优选O膜的适当的面内延迟值为50～150nm，并且厚度延迟值为50～150nm。

通过正O膜与负B膜的结合可以抵消各种延迟。因此，可在宽视角中得到优良的对比特性、色彩特性和灰度特性。

在整合型O膜中，为了在B膜上以所需方向排列O膜，可进一步在B膜基底上形成取向膜。此时，取向膜优选为基于丙烯酸的取向膜，例如，包含五丙烯酸酯与改性的聚乙烯醇(PVA)的混合物的取向膜。可使用具有由偏振化的紫外线照射的取向特性的光学取向膜作为取向膜代替基于丙烯酸的取向膜。光学取向膜的实例可包括聚降冰片烯肉硅酸酯或聚酰亚胺肉硅酸酯。

本发明提供一种包括整合型O膜的偏光板和TN-LCD，该整合型O膜包括O膜和B膜。

在所述偏光板中，偏振膜、B膜和O膜以偏振膜、B膜和O膜的顺序层压，或者以偏振膜、O膜和B膜的顺序层压(即整合型O膜层压于偏振膜上)。层压B膜以使B膜的面内光轴与偏光板的吸收轴垂直。层压O膜以使O膜的光轴与B膜的面内光轴垂直。

层压于偏光板上的整合型O膜可具有根据本发明的整合型O膜的特性。

本发明还提供一种TN-LCD，其包括：一对彼此相对的玻璃板；填充在玻璃板之间的扭曲向列型液晶；以及贴附在玻璃板外侧的偏光板。就是说，根据本发明的TN-LCD包括偏光板、玻璃板、液晶、玻璃板和偏光板，全部以此顺序排列。根据本发明的TN-LCD包括具有上述叠层的特性的偏光板。

因此，作为包括在偏光板中的叠层的整合型O膜包括根据本发明的整合型O膜的全部特性。

当使用上述TN-LCD时，由于整合型O膜的延迟补偿作用可以使漏光减至最少。

实施例

实施例1

制造介电各向异性为Δε＞0且液晶的折射率为n_e＝1.595和n_o＝1.5且包括厚度为4.8μm的LCD显示屏和补偿膜的LCD。偏振膜以与LCD显示屏的水平方向成45°角排列，并且偏振膜的吸收轴与LCD显示屏的光轴平行。在LCD显示屏与偏振膜之间设置整合型O膜。

通过用斜展取向的液晶膜(O膜)涂布负B膜制造整合型O膜。O膜的光轴与B膜的光轴垂直。偏振膜的吸收轴与O膜的光轴平行，并且偏振膜的吸收轴与负B膜的光轴垂直。

在LCD显示屏的外侧设置反向偏振膜(counter polarization film)。反向偏振膜的吸收轴以与LCD显示屏的水平方向成135°角排列，并且在LCD显示屏与反向偏振膜之间设置整合型O膜。与上述偏振膜相似，反向偏振膜的吸收轴与O膜的光轴平行且与负B膜的光轴垂直。

包括在整合型膜中的O膜的面内延迟值为R_in＝60nm并且由向列型液晶形成。O膜的斜展取向中，由公式3表示的平均倾角为45°。负B膜的面内延迟值为R_in＝190nm，且其厚度延迟值为R_th＝-100nm。

图4中显示对比特性并且图5中显示色彩特性。在图中，线1表示对比度为15∶1以上的区域的边界，线2表示对比度为20∶1以上的区域，以及线3表示对比度为30∶1以上的区域。从图中可以看出，对比度为15∶1以上的区域广泛分布，并且色彩特性的变异为Δu＜0.015和Δv＜0.15，即非常小。

实施例2

除了包括在整合型O膜中的B膜的面内延迟值为180nm且其厚度延迟值为100nm之外，实施例2的TN-LCD与实施例1的TN-LCD相似。评价实施例2的TN-LCD的光学特性与色彩特性。

图6中显示对比特性并且图7中显示色彩特性。在图中，线1表示对比度为15∶1以上的区域的边界，线2表示对比度为20∶1以上的区域，以及线3表示对比度为30∶1以上的区域。从图中可以看出，对比度为15∶1以上的区域广泛分布，并且色彩特性的变化比实施例1的变异稍微大些，但仍非常小。

比较实施例1

除了使用WV-EA补偿膜(富士胶片株式会社制造)作为补偿膜之外，比较实施例1的TN-LCD与实施例1的TN-LCD相似。评价比较实施例1的TN-LCD的光学特性与色彩特性。

图8中显示对比特性并且图9中显示色彩特性。从图8中可以看出，通过比较实施例1制造的补偿膜与本发明的实施例具有相同的对比特性。但是，存在如图9中所示的前方色彩特性恶化的现象。就是说，在比较实施例中，光轴分离角广泛分布，并且图9中所示的色彩特性的变异为Δv＞0.2和Δu＞0.03，其比图5和7中所示的变异大。线1随视角发生变化。

色坐标改变的原因推测为因为使用了负O膜。就是说，在负O膜中，使用盘状液晶作为O膜中含有的液晶。如上所述，与正O膜中所用的向列型液晶相比，盘状液晶更加不可能沿取向轴排列。结果，光轴分离角出现。

工业实用性

因此，使用负O膜的比较实施例的色彩特性比本发明实施例的色彩特性差。

如上所述，通过在最优条件下层压正O膜与负B膜制造根据本发明的整合型O膜。因此，利用根据本发明的整合型O膜可以阻止各个方向的漏光并且整合型可以制造能够改善对比特性、灰度特性和色彩特性的TN-LCD。

虽然出于说明目的已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域技术人员将理解：没有偏离如所附权利要求书中所公开的本发明的范围和实旨的各种修改、添加和取代是可能的。

Claims (20)

1.一种整合型O膜，该膜包括负B膜、设置于该负B膜上的取向膜和正O膜，

其中，所述负B膜为当x、y和z方向的折射率分别为n_x、n_y和n_z时，具有以下公式4的关系的各向异性膜，

以及其中，所述正O膜是其分子为斜展取向的膜，

公式4

n_x≠n_y＞n_z。

2.根据权利要求1所述的整合型O膜，其中，所述负B膜的面内延迟值为150～250nm。

3.根据权利要求2所述的整合型O膜，其中，由公式8表示的负B膜的N_z值为0.1～2，

公式8

$N_z=\left|\left(\frac{n_z-n_y}{n_x-n_y}\right)\right|.$

4.根据权利要求3所述的整合型O膜，其中，所述负B膜的厚度延迟值为-50～-150nm。

5.根据权利要求3所述的整合型O膜，其中，所述负B膜的N_z值为0.3～1。

6.根据权利要求1所述的整合型O膜，其中，由公式9表示的正O膜的平均倾角为30°～50°，并且所述倾角的最大值为50°～90°，

公式9

其中，d表示膜的厚度，并且θ(z)表示该膜在垂直位置z中的倾角。

7.根据权利要求2～6中任一项所述的整合型O膜，其中，所述正O膜的面内延迟值为50～150nm。

8.根据权利要求1所述的整合型O膜，其中，所述取向膜为基于丙烯酸的取向膜。

9.根据权利要求1所述的整合型O膜，其中，所述取向膜为由偏振化紫外线照射而具有取向特性的光学取向膜。

10.根据权利要求9所述的整合型O膜，其中，所述取向膜包含聚降冰片烯肉硅酸酯或聚酰亚胺肉硅酸酯。

11.一种偏光板，其包括：

偏振膜；和

层压于该偏振膜上的整合型O膜，

其中，所述整合型O膜包括负B膜、设置于该负B膜上的取向膜和正O膜，并且

其中，所述负B膜的面内光轴与偏光板的吸收轴垂直，

其中，所述负B膜为当x、y和z方向的折射率分别为n_x、n_y和n_z时，具有以下公式4的关系的各向异性膜，

以及其中，所述正O膜是其分子为斜展取向的膜，

公式4

n_x≠n_y＞n_z。

12.根据权利要求11所述的偏光板，其中，所述负B膜的面内延迟值为150～250nm。

13.根据权利要求12所述的偏光板，其中，由公式10表示的负B膜的N_z值为0.1～2，

公式10

$N_z=\left|\left(\frac{n_z-n_y}{n_x-n_y}\right)\right|.$

14.根据权利要求11所述的偏光板，其中，由公式11表示的正O膜的平均倾角为30°～50°，并且所述倾角的最大值为50°～90°，

公式11

其中，d表示膜的厚度，并且θ(z)表示该膜在垂直位置z中的倾角。

15.根据权利要求11所述的偏光板，其中，依次形成所述偏振膜、负B膜、取向膜和O膜。

16.一种扭曲向列型液晶显示器(TN-LCD)，其包括：

一对彼此相对的玻璃板；

填充在所述玻璃板之间的扭曲向列型液晶；以及

贴附在所述玻璃板外侧的偏光板，

其中，每个偏光板包括偏振膜和层压于该偏振膜上的整合型O膜，并且

其中，所述整合型O膜包括负B膜、设置于该负B膜上的取向膜和正O膜，并且所述负B膜的面内光轴与偏光板的吸收轴垂直，

其中，所述负B膜为当x、y和z方向的折射率分别为n_x、n_y和n_z时，具有以下公式4的关系的各向异性膜，

以及其中，所述正O膜是其分子为斜展取向的膜，

公式4

n_x≠n_y＞n_z。

17.根据权利要求16所述的TN-LCD，其中，依次设置所述偏振膜、B膜、取向膜、O膜、玻璃板和向列型液晶。

18.根据权利要求16所述的TN-LCD，其中，所述负B膜的面内延迟值为150～250nm。

19.根据权利要求16所述的TN-LCD，其中，由公式12表示的负B膜的N_z值为0.1～2，

公式12

$N_z=\left|\left(\frac{n_z-n_y}{n_x-n_y}\right)\right|.$

20.根据权利要求16所述的TN-LCD，其中，由公式13表示的正O膜的平均倾角为30°～50°，并且所述倾角的最大值为50°～90°，

公式13

其中，d表示膜的厚度，并且θ(z)表示该膜在垂直位置z中的倾角。

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