1261124 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種具多重膜補償（irmlti-film c〇mpensati〇n) 之廣視角液晶顯示器，特別是有關於-種具廣視角的液晶顯示器，藉由提 供-正性雙折解軸膜及—貞性雙折射單健麵，以改善暗態時㈣光 現象。 【先前技術】 ^晶顯示器(LCD)已廣泛地使用於資訊顯示領域。由於液晶材料本身的 光學異向性(anis〇tropy)，於不同方向觀看時，造成入射光看到不_有效雙 曲折(birefringence)。因此，傳統的液晶顯示器的視角並不如自發光顯示器， 例如陰極射線管(CRT)、有機電激發光顯示器(〇LED)及電_示器(pDp)的 11^： 1 n , ^ t ^(lateral electric field) 驅動液晶分子類型的顯示器已被提出，例如橫向電場驅動(in_plane switchingIPS)型及邊緣電i琢驅動衡ngegel(Jswitcj1ing_Fps)型。上述二者類 型之液晶顯示器驗晶層，於電壓關⑽略。_態時，皆均質地配向於 玻璃基板或瓣基板之間。上職板的表面塗㈣氧化銦錫(ιτ〇)層，其上 再佈以聚亞醯胺(polyixnide)配向膜。聚亞醯胺膜的表面經過反平行 (anti-parallel)方向研磨以形成均質的配向。顯示器面板夾置於兩交錯偏光膜 之間，且液晶分子的平行或垂直於其鄰近的偏光賴穿透軸。在電壓 開(voltage-on)的狀怨下’液晶分子由梳形電極所產生的電場驅動而扭轉於 平行基板辭面巾。因此從顯示H面板的另—方向觀之，人射光經歷幾近 相同之雙曲折以及由此可獲得一相對廣視角且對稱之影像。 然而，當自離軸(off-axis)的斜方向觀之，兩正交的交錯偏光膜(㈣㈣ polarizer)便不再彼此垂直，尤其是自交錯之偏光膜的二等分刺▲㈣方向 觀之。第1A及1B圖顯示上、下交錯偏光膜的吸收轴1〇、2〇自正向(如第 0773-A30506TWF(5.0) 5 1261124 一 1A圖）或自二等分線傾斜極角(polar angle)0方向(如第1B圖)觀看的示意 圖。如第1B圖所示，此兩交錯偏光膜間所形成的角度為2tan-i(c〇sQ)，端賴 所觀看之極角Θ而定。顯然地，隨著觀看之極角θ增加，兩交錯偏光膜之間 的角度會更偏離90。。因而，導致隨著極角θ增加，漏光亦隨之增加。例如， 第2圖中所顯示典型的兩交錯偏光膜的視角圖。由45。、135。、225。及315。 等方位角(azimuthal angle)觀看，當極角Θ增加至70◦時，漏光即變得明顯(漏 光比值從0.0001增加為0·015)。對傳統橫向電場驅動(IPS)型液晶顯示器而 言’廣視角即顯示於第3A至3C圖中。在電壓關的狀態下，由45。、135。、 φ 225°及315。等方位角觀看，對比1〇 ·· 1的輪廓線被限定於70。之極角Θ。 為了解決交錯偏光膜的漫光問題，習知技藝已提出數種補償方式。例 如’於 SID 98 Digest，ρρ·315-318 “Optimum Film Compensation Modes for TNand VALCDs”中Chen等人提出藉由一正性雙曲折〇補償膜(ηχ=%<ηζ， ^ Ζ•軸係沿膜的厚度方向)加上一正性雙曲折Α-補償膜(nx>ny=nz)。於Jpn. j.
Appl. Phys. Part 1? V〇L 37, pp.4822-4828(1998) 'Optimum Film Compensation Modes of Viewing Angle of Contrast in In-Plane-Switching-Mode Liquid Crystal Display”中Saitoh等人使用單一雙軸膜(nx>ny>nz)以補償交錯偏光膜 _ 的漏光。以及於 IDW，〇1，ρρ·485-488(2001) “A Wide Viewing Angle Polarizer and a Quarter-Wave Plate with a Wide Wavelength Range for Extremely High Quality LCDs”中Ishmabe等人使用兩雙軸膜以補償於長波長範圍的漏光。 然而，C-補償膜及雙軸補償膜的成本通常遠高於A_補償膜的成本。此外， 結合C-補償膜及A-補償膜或雙軸膜通常無法達到對稱的視角。 有鑑於此，本發明利用彭卡瑞(P〇incar0)球極化狀態(sphere state)表不法兰析交錯偏光膜的漏光問題。基於分析的結果，本發明提出補 彳貞液晶頒示态具有液晶層於電壓關(v〇ltage_〇f〇狀態時均質地配向，且於電 壓開(voltage-on)狀悲時由横向電場驅動，例如橫向電場驅動(Ips)型及邊緣 電場驅動(FFS)型液晶顯示器。 6 0773-A30506TWF(5.0) 1261124 【發明内容】 ^鑑於此’树明的目的在於提供—具有廣視角之液晶顯示器，適用 於大螢幕尺寸的咼解析電視(HDTV)或監視器。 /發明之另-目的在於提供—補償方法崎低交錯偏細的漏光及因 此得到具廣視角的偏光膜。 2達成上述目的，本發明提供—種液晶顯示器，包括—第—基板，具 有-弟-配偷。-第二基板，具有—第二配向膜。一液晶層，夾置於第 φ -基板與第二基板之間。—第—偏光膜，層疊於第—基板的相，於液晶 層之反側。-第二偏光膜，層疊於第二基板的外側，於液晶層之反側，以 及-正性雙曲料軸離補膜，ηχ>%=ηζ)及—貞性雙崎單補Α_補償 膜，Wnz)設置於第二基板與第二偏光膜之間或第一基板與第一偏光膜之 •間。其中，當無外加電壓時，液晶層實質上均質地配向於第一基板與第二 、土板之間《及其巾’液aB層貫質上由梳型電極或交指狀電極所產生之橫 向電場所驅動。 ~ 為達成上述目的，本發明提供一種廣視角的交錯偏光膜，包括一第一 偏細、-第二偏光膜，錢—正性雙續單軸膜(A_補償膜，nx>ny=^及 攀-負性雙曲折單轴膜(A_補償膜，ηχ<%=ηζ)設置於第一偏光膜與第二偏光膜 之間。 以下配合圖式以及較佳實施例，以更詳細地說明本發明。 【實施方式】 自法線方向觀看時，正交性的交錯偏光膜能產生極佳的暗態。因而許 多液晶顯示器面板使用交錯偏光膜以產生良好的暗態。傳統用於液晶顯示 為偏光膜的製作方式係以抽拉高分子膜，例如摻雜蛾或有機染料之聚乙烯 醇(PVA)。偏光膜的光學性質相當於一單軸吸收膜，其吸收軸平形於偏光膜 0773-A30506TWF(5.0) 7 1261124 的光軸(optical axis)。自法線方向觀看正交性的交錯偏光膜，彼此的吸收軸 相互垂直·下偏光膜的吸收軸P〇L(A)垂餘上偏光朗吸收軸ana(a)，如 第4A圖所示。於彭卡瑞(p〇mcar0)球極化狀態表示法，下偏光膜的穿透轴 P〇L(T)與上偏光膜的吸收軸ana(a)完全重疊，如第4B圖所示。因此，無 漏光發生且可獲致良好的暗態。然而，自離轴的斜方向觀之，兩正交性的 父錯偏光膜便不再彼此垂直，尤其是自交錯偏光膜的二等分線方向觀之。 第5A圖顯示自二等分線傾斜方向觀看交錯偏光膜的示意圖。於穸卡瑞 ㈣福蝴中，可清楚地看到下偏光膜的穿透軸p〇L(T)與上偏光膜的吸收 軸ANA(A)彼此偏離，如帛5B圖所示。因此，導致如第2圖所示交錯偏 膜的漏光。 對於液晶顯示器，具有液晶層於電麈關狀態時均質地配向，且於電壓 開狀態時由橫向電場驅動，例如橫向電場酬IPS)型及邊緣電場驅動㈣) 型液晶顯示器’暗態之漏光主要軸於交錯偏光膜的漏光。因此，解決交 錯偏光膜的漏光的問題即可大幅地增加橫向電場驅動(Ips)型及邊緣電場驅 動(FFS)型液晶顯示器的視角。第6A _示自傾斜角觀看由一正性a铺 膜與-負性A-補償膜所構成的交錯偏光膜。正性A_補償臈係單轴雙曲折= 其光軸平行於該膜表面且雙曲折㈣或的 ne-nx、ny或ηζ ’ η〇=%、&或ηχ) ’而負性A_補償膜係單轴雙曲折膜直光轴 情槐絲面且雙曲折如⑽。♦以下針對補償膜的原料細敛述。請 麥閱弟6B ® ’當入射光通過下偏光膜時，其轉換成線性偏光且座落於點 ^〇L(T)。在通過正性八_補償膜後，其極化狀態將順時針方向轉至b點。接 著在過負)4 A-谢貝膜後，其極化狀態將順時針方向轉至a職(a)點。 因此，人射光會完全地被上偏光朗魏而無漏光發生 Γ由向嫩看結果不變，正性Α·補償膜與負性A-補償膜的I轴應3 、下偏光艇或上偏光膜的吸收軸。第7 _示由正性&補償麟負性A 補償膜所構成較錯偏光膜的觀看視賴。相較於無補償的結果，如第2 〇773-A30506TWF(5.0) 8 1261124 圖所示，最大的漏光降低30倍。根據本發明另一實施方式，正性A-補償膜 與負性A-補償膜的位置可互換。其示佈置示意圖及彭卡瑞(p〇incar0)球極化 狀態表示法如第8A及8B圖所示，以及補償的結果如第9圖所示。 將上述補償原理擴展至液晶顯示器，具有初始地均質配向的液晶層， 液晶層的配向、補償膜及偏光膜的位向均應適當地設定。更重要的是，補 償膜的相延遲(phaseretardation)需使其最佳化。電腦模擬所需的參數表列於 表1。 表1 模擬參數 數值 ne 1.5621(λ=550ηιη) n〇 1.4771(λ=550ηιη) 14.7 εν 4.4 _Κη __ 9.2x1 〇·12Ν κ22 6.1χ10"12Ν 14.6χ10'12Ν 液晶盒間隙 4·0μπι 預傾角 Γ 實施例一 第10圖顯示具多重膜補償之橫向電場驅動(IPS)型液晶顯示器1〇〇a的 結構不意圖。對於邊緣電場驅動(FFS)型液晶顯示器亦可同樣地適用。一第 一基板122，例如玻璃或塑膠基板，具有第一配向膜(研磨角度〇。”做為顯 不斋之下基板122。一第二基板124，具有一第二配向膜(研磨角度〇。），做 為顯示器之上基板。一液晶層125，夹置於第一基板122與第二基板124之 間。第-基板122、液晶層125及第二基板124構成一液晶盒12〇。一第一 偏光膜110 (穿透軸角度90。），層疊於第一基板122的外側，於液晶層125 0773-A30506TWF(5.0) 9 1261124 之反側一第二偏光膜15〇(穿透轴角度〇。），層疊於第二基板124的外側， 於液晶層125之反側。以及-正性雙曲折單轴A_補償膜13G (光轴角度如。) 及-負性雙曲折單軸A-補償膜140 (光軸角度〇。)設置於第二基板124盘第 =偏光膜15〇之間。正性雙曲折單軸A.補償膜13〇設置於第二基板124盘 第二偏光膜150之間以及負性雙曲折單轴A_補償膜14〇設置於正性雙曲折 單軸A_補健13G與第二偏光膜15Q之間。#無外 上均質地配向於第-基板122與第二基板124之間以及液晶層實質 型電極或交指狀電極所產生之橫向電場所驅動。 根據本發明之較佳實财式，第—偏光膜⑽的穿透減第二偏光膜 150的穿透軸之間的角度大於85。且小於％。俩者為大於撕且小於奶。 弟-偏光膜U0的穿透軸與液晶層的配向之間的角度大於％。且小於％。， 較佳者為大於88。且小於92。。正性雙曲折單軸A爾膜 介於W/k〇.25，較祕^ 遲犯圍 具中λ為入射光的波長， d為該膜的膜厚，◦為該膜的雙曲折。 負性雙曲折單軸A_補償膜14〇的光軸與該膜的平面平行，以及負性雙 曲折單軸^補償膜的光軸與第二偏光膜的穿透轴之間的角度大於。且二 於於f。且小於+2。。貞刚折單軸朗她遲範圍介於 一 ·’較佳者為— 〇·14，其中λ為入射光的波 長’ Cl為忒膜的膜厚，。為該膜的雙曲折。 橫向電場驅動_型液晶顯示器隐的補償原理如第n圖所示。各 =光通過下偏光断，其轉換成雜偏光^由於液晶層的配向係沿下: 先^吸收㈣向，因此上述線性偏光在通過液晶層後並不會改變其極化 狀態’b’本實施例可應用純粹交錯之偏光膜的法則，在順利通過正性 A-補償膜及負性A4|償膜後，其極化狀態將順時針方向轉至崩雄)點， 域2。心A-12C _示具正性A_補伽及纽a销膜之橫向電場驅 0773-A30506TWF(5.0) 10 1261124 動(IPS)型液晶顯示器的模擬結果。在±8〇。的視角錐中，對比率可達大於 表2 膜的形式 膜厚(μιη) 膜的雙曲^ Δη=ηε-η, 正性A-補償膜 59.0 0.0015 負性A-補償膜 59.5 -0.0015 膜的相延遲dAn 88.5 • 實施例二 實施例二主要係根據實施例一的設計而設置，不同處在於第二實施例 之液晶顯不器獅’其正性A_補償膜13〇 (光軸角度〇。)及負性A_補償膜 140(光軸角度90。)的位置互換。其結構示意圖如第13圖所示，並且其補償 -原理如第14圖中彭卡瑞_臟0)球所示。最佳化之正性A_補償膜及負性 —A-補伽參數表列於表3。帛队況圖顯示具正性A_補償膜及負性A_ 補償膜之橫向電場驅動(IPS)型液晶顯示器的模擬縣。在调。得視角錐 中’對比率可達大於200 : 1。 表 3 膜的形式 膜厚(μιη) 膜的雙曲折 膜的相延遲dAn Δη=ινη0 償膜 56.5 0.0015 84.8 補償膜 6L5 -0.0015 -92.3 補償膜亦可設置於下基板與下偏光膜之間。第16圖顯示本實施例橫向 包场驅動(IPS)型液晶顯示器100c的結構示意圖。第一偏光膜110(穿透軸角 度〇。）’層疊於第一基板122的外側，於液晶層125之反側。第二偏光膜150 〇773-A3〇5〇6TWF(5.〇) n 1261124 ‘（穿透軸角度9〇。），層疊於第二基板m的外側，於液晶層125之反侧一 正性雙曲折單軸A-補償膜130 (光軸角度〇。)及一負性雙曲折單軸補償膜 光轴角度90。)設置於第-基板m與第一偏光膜11〇之間。正性雙曲 折單軸A-樹員膜130设置於第一基板122與第一偏光膜11〇之間以及負性 雙曲折單軸A-補償膜140設置於正性雙曲折單軸補償膜13〇與第一基板 ⑵士之間。補償膜可設置於下基板與下偏細之間_由為，#光通過補償 膜％ ’其轉換成線性偏光，沿著上偏細的吸錄Ί液晶層並未改變 其極化狀恶，於電壓關狀恶之漏光就可避免。其補償的原理如第Η圖中彭 •卡瑞(P〇mCar6)球所示。最佳化之正性A·補償膜及 A删賞膜參數表列= 表4。第18A-18C圖顯示具正性A·補償膜及負性^補償膜之橫肖電場驅動 (=)型液晶顯示器的模擬結果。於本實施例中，對比率稍小於實施例一與 貝她例一。然而，在土8〇。得視角錐中，對比率仍可達大於: 1。
膜厚(μιη) 正性Α-補償膜 膜的雙曲折 △n=ne-n0 膜的相延遲dAn
貫施例四 、實施例四主要雜據實關三的設計而設置，不同處在料四實施例 之液晶顯示器_，其正性A_補償膜13G (光轴角度如。)及負性補償膜 140 (光軸角度〇。)的位置互換。其結構示意圖如第19圖所示，並甫j ，中彭卡瑞(ρ·罐所示。最佳化之正性續膜及‘ 、、=腰茶數表列於表5。第21A_21C圖顯示具正性Α_補償膜及負性Α_ 補償膜之辦電場轉㈣迦晶赫_丽賴赌果，在 的視角錐中，對比率仍可達大於1〇〇 ·· j。 0773-A30506TWF(5.0) 12 1261124 表 膜的形式 膜厚(μπι) 正性Α-補償膜 負性A-補償膜 56.0 63.0 膜的雙曲折 膜的相延遲dAn -Δη^νηο 0.0015 84.0 -0.0015 --—----- -94.5 將本發明的特徵結果與習知技術比較，結果敘述如下。第22圖顯示習 知技術之具正性C-補償膜260及負性a，償膜23〇 (光軸角度〇。)補償之橫 籲向迅场驅動(IPS)型液晶顯不器200的結構示意圖。第-偏光膜21〇(穿透軸 角度90。），層疊於第一基板222的外側，於液晶層级之反侧。第二偏光 膜250 (牙透轴角度〇 )，層疊於第二基板224的外側，於液晶層您之反侧。 -負性雙曲折單軸A.補償膜23〇 (光軸歧〇。)及一正性〇補償膜26〇設置 •於第一基板222與第一偏光膜210之間。第20圖顯示其補償原理以彭卡瑞 _ (Pomcar0)球表示。冑佳化之正性A_補伽及正性⑽償膜參數表列於 表6。其暗態視角圖、明態穿透視角圖以及對比視角圖分別顯示於第 24A-24C圖巾。於第24A ®巾，最大的漏光大抵為33%高於本發明如第l2A 圖所示。再次比較第24A圖與第i2A圖，本發明對應於對比率大於2〇〇 ·· i 的視角，較習知技術的視角大了 10。。更重要的是，負性A_補償膜的成本 退低於C-補償膜的成本。本發明提供低成本且性能較佳的補伽能使橫向 電場驅動(IPS)型及邊緣電場驅動(FFS)型液晶顯示器的視角變寬。 表 6 膜的形式 膜厚(μηι) ρ膜的雙曲折 膜的相延遲dAn - ..Δη=ηε-ηπ 正性A-補償膜 87.0 0.0015 130.5 Γ正性C-補償膜"ί 56.5 --—--- 0.0015 84.8 ----—---- 〇773-A30506TWF(5.0) 13 1261124 [本案特徵及效果] 本么明之特徵與效果係利用多重膜補償方法降低交錯之偏光膜 得職視角的偏細。藉由提供低成本且性紐佳的補償膜，使 /、D电场驅動(IPS)型及邊緣電場驅動(FFS)型液晶顯示器的視角變寬。 雖然本發明已以較佳實施例減如上，然其並M赌定杯明 何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範_，t可作更動與潤御， 因此本發明之保護範圍當視後附之巾請專纖圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1A-1B圖分別顯示交錯之偏光膜自法線方向及自二等分線傾斜極 Θ方向觀看的示意圖； 第2圖顯示典型的兩交錯之偏光膜的視角圖，其中 0·0001，0·0005，···，0·015代表暗態時的漏光比值； 第从-3C圖分別顯示習知電場驅動㈣型液晶顯示器的暗態漏光比 值、明悲壳度比值以及亮度對比與視角關係圖； 第4Α圖顯不本發明自法線方向觀看正交性的交錯偏光膜，彼此的吸收 軸相互垂直； 第4Β圖顯示彭卡瑞(Poinc㈣球極化狀態表示法，下偏光膜的穿透轴 POL(T)與上偏光膜的吸收軸anA(A)完全重疊； 第5A圖顯不本發明自二等分線傾斜方向觀看正交性地交錯偏光膜； 第5B圖顯示彭卡瑞(Poincar0)球極化狀態表示法，下偏光膜的穿透轴與 上偏光膜的吸收軸彼此偏離； /' 第6A圖顯示本發明自傾斜角觀看由正性A_補償膜與負性A_補償膜所 構成的交錯偏光膜； 第6B圖顯示彭卡瑞(Ρ〇—)球極化狀態表示法，入射光會完全地被上 偏光膜所吸收而無漏光發生； 〇773-A30506TWF(5.0) 14 1261124 . 第7圖顯示由正性A-補償膜與負性A-補償膜所構成的交錯偏光膜之觀 看視角圖，其中0·0001，0·0002，···代表漏光比值； 第8Α圖顯示本發明另一實施例自傾斜角觀看由正性補償膜與負性 Α-補犒膜所構成的交錯偏光膜，其中正性補償膜與負性Α_補償膜位置互 換； 、、 第8Β圖顯示本發明另一實施例之彭卡瑞(p〇incar0)球極化狀態表示 法，其中正性A-補償膜與負性A-補償膜位置互換； 第9圖顯示本發明另一實施例由正性A-補償膜與負性A_補償膜所構成 • 的交錯偏光膜之觀看視角圖，其中0·0001，0·0002，···代表漏光比值，其正性 Α-補償膜與負性Α-補償膜位置互換； 第10圖顯示根據本發明第一實施例具多重膜補償之橫向電場驅動(IPS) 型液晶顯示器的結構示意圖； • 第11圖顯示根據本發明第一實施例具多重膜補償之橫向電場驅動(IPS) . 型液晶顯示器之彭卡瑞(P〇incar0)球極化狀態表示法； 第12A-12C圖顯示根據本發明第一實施例具多重膜補償之橫向電場驅 動(IPS)型液晶顯示器的暗態漏光比值、明態亮度比值以及亮度對比與視角 關係圖； ® 第13圖顯示根據本發明第二實施例具多重膜補償之橫向電場驅動(ips) 型液晶顯示器的結構示意圖； 第14圖顯示根據本發明第二實施例具多重膜補償之橫向電場·驅動(jpg) 型液晶顯示器之彭卡瑞(P〇incar6)球極化狀態表示法； 第15A-15C圖顯示根據本發明第二實施例具多重膜補償之橫向電場驅 動(IPS)型液晶顯示器的暗態漏光比值、明態亮度比值以及亮度對比與視角 關係圖； 第16圖顯示根據本發明第三實施例具多重膜補償之橫向電場驅動(ips) 型液晶顯示器的結構示意圖； 0773-A30506TWF(5.0) 15 1261124 % 。 第17圖顯示根據本發明第三實施例具多重膜補償之橫向電場驅動(IPS) 型液晶顯示器之彭卡瑞(P〇incar0)球極化狀態表示法； 第18A-18C圖顯示根據本發明第三實施例具多重膜補償之橫向電場驅 動(IPS)型液晶顯示器的暗態漏光比值、明態亮度比值以及亮度對比與視角 關係圖； ~ 第19圖顯示根據本發明第四實施例具多重膜補償之橫向電場驅動(正幻 型液晶顯示器的結構示意圖； 第20圖顯不根據本發明第四實施例具多重膜補償之橫向電場驅動(正s) 型液日日綠不為之％卡瑞(P〇incar0)球極化狀態表示法； 第21A-21C圖顯示根據本發明第四實施例具多重膜補償之橫向電場驅 動(IPS)型液晶顯示器的暗態漏光比值、明態亮度比值以及亮度對比與視角 關係圖； ’ 帛22圖顯不習知具正性C_補償膜及負性A-補償膜補償之橫向電場驅 _ 動(IPS)型液晶顯示器的結構示意圖； 第23醜不習知具正性〇補償膜及負性A-補償膜補償之橫向電場驅 動(IPS)型液晶顯示器之彭卡瑞(poincar0)球極化狀態表示法；以及 帛24A_24C圖顯示習知具正性C_補償膜及負性A-補償膜補償之橫向電 場驅動(IPS)型液晶顯示器的暗態漏光比值、明態亮度比值以及亮度對比與 視角關係圖。 【主要元件符號說明】 10、10’、20〜偏光膜的穿透轴； 100a、100b、100c、100d、200〜液晶顯示器； 110、210〜第一偏光膜； 120、220〜液晶盒； 122、222〜第一基板； 0773-A30506TWF(5.0) 16 1261124 124、 224〜第二基板； 125、 225〜液晶層； 130〜正性雙曲折單轴A-補償膜； 140、230〜負性雙曲折單軸A-補償膜； 260〜正性C-補償膜； 150、250〜第二偏光膜。
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