專利名稱：能獲得高視角的光學(xué)補(bǔ)償偏振膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)補(bǔ)償偏振膜和液晶顯示(LCD)器件，尤其涉及一種能提高有關(guān)對(duì)比度和色度的視角特性的光學(xué)補(bǔ)償偏振膜，和使用這種光學(xué)補(bǔ)償偏振膜的均勻取向型LCD器件。
背景技術(shù)：
已經(jīng)提出了一種IPS(面內(nèi)開關(guān))模式的LCD器件，其中在像素電極和公共電極之間產(chǎn)生平行于基板的電場。IPS模式的LCD器件公知地比TN模式LCD器件的視角寬。IPS模式的LCD器件一般具有一對(duì)基板、夾在該對(duì)基板之間的液晶層和分別粘附到基板外表面上的第一和第二偏振層。在LCD器件中，在最初取向時(shí)偏振膜和液晶層的取向是這樣的，即當(dāng)在電極之間沒有施加電場時(shí)顯示黑色。改變液晶層的取向方向，從而當(dāng)施加電場時(shí)獲得λ/4的光程，由此顯示白色。
在該LCD器件中，偏振膜用于控制由液晶取向改變而產(chǎn)生的光透射。每個(gè)偏振膜一般通過在偏振層上層疊透明保護(hù)膜(TAC三醋酸纖維素)來構(gòu)成。偏振層是將入射光分為兩個(gè)彼此垂直的偏振分量的光學(xué)元件。具有平行于偏振層透射軸的振動(dòng)方向的一個(gè)分量穿過LCD器件。具有平行于偏振層吸收軸的振動(dòng)方向的另一個(gè)分量被吸收或擴(kuò)散。
通過在單元厚度方向上從兩側(cè)的偏振膜之間插入液晶單元來構(gòu)成具有均勻取向液晶層的LCD器件，包括透射的IPS型。一般地，如此定位兩側(cè)的偏振層，即透射軸彼此垂直。其中透射軸彼此垂直設(shè)置的一對(duì)偏振層稱作正交偏振器。
一般來說，正交偏振器的特性依賴于視角。當(dāng)光從傾斜于正交偏振器的方向進(jìn)入時(shí)，透射軸的方向改變。因此，即使第一和第二偏振層如此層疊，即這些層的透射軸垂直于入射光，但對(duì)于傾斜入射光的交叉角度也從正角偏離。結(jié)果，已經(jīng)穿過第一偏振層的偏振光具有在平行于第二偏振層偏振軸方向上的分量。該分量穿過第二偏振層，導(dǎo)致光泄漏。
如上所述，正交偏振器對(duì)于視角的依賴性不利地影響LCD器件屏幕的亮度和對(duì)比度，并成為使能獲得適宜色度的可視范圍(視角)變窄的因素。為了實(shí)現(xiàn)具有較寬視角的LCD器件，如下面所述，發(fā)展光學(xué)補(bǔ)償偏振膜是必需的。就是說，光學(xué)補(bǔ)償偏振膜必須抑制正交偏振器對(duì)于視角的依賴性，從而提高沒有感覺到光泄漏的可視范圍(視角)。對(duì)于這種光學(xué)補(bǔ)償偏振膜已經(jīng)有了幾種提議。
JP-A-2001-242462描述了一種在均勻取向LCD器件，如IPS模式的LCD器件中限制如上所述光泄漏的技術(shù)。在所述技術(shù)中，雙軸雙折射膜(光學(xué)補(bǔ)償膜)用于獲得補(bǔ)償，從而平行于第二偏振器透射軸的傾斜入射光的分量變得垂直于第二偏振器透射軸，由此抑制了光泄漏。

發(fā)明內(nèi)容
1.本發(fā)明要解決的問題然而，在上述常規(guī)的技術(shù)中，盡管僅通過添加單個(gè)層而對(duì)于特定波長期待了顯著的優(yōu)點(diǎn)，但類似于液晶層，對(duì)波長具有依賴性并添加于其上的光學(xué)補(bǔ)償膜不能對(duì)所有的波長進(jìn)行光學(xué)補(bǔ)償。這不能解決發(fā)生光泄漏的問題。此外，偏振膜由偏振層和透明保護(hù)層構(gòu)成。該透明保護(hù)層具有與其厚度相對(duì)應(yīng)的延遲。因而，通過光入射側(cè)偏振膜轉(zhuǎn)換成線性偏振光的傾斜入射光通過該透明保護(hù)層轉(zhuǎn)換成橢圓偏振光，并在液晶層處進(jìn)一步導(dǎo)致偏振變化。這引入了一個(gè)問題，即屏幕上的光泄漏和著色。
鑒于上述常規(guī)技術(shù)的上述問題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種光學(xué)補(bǔ)償偏振膜對(duì)，其具有使傾斜入射并穿過偏振層的光的偏振變?yōu)榈葍r(jià)于垂直入射并穿過偏振層的光的偏振，并在較寬的波長范圍上補(bǔ)償偏振膜光學(xué)特性變化的功能。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種通過使用上述光學(xué)補(bǔ)償偏振膜而具有寬視角的LCD器件。
2.解決問題的方式本發(fā)明提供了一種光學(xué)補(bǔ)償偏振膜對(duì)，其包括第一補(bǔ)償偏振膜，其包括按下面順序設(shè)置的第一保護(hù)層、第一偏振層、第一延遲膜和負(fù)單軸第二延遲膜，和第二補(bǔ)償偏振膜，其與所述第一補(bǔ)償偏振膜成對(duì)使用，并包括按下面順序設(shè)置的第二保護(hù)層、第二偏振層和第三延遲膜。
所述第一延遲膜具有面內(nèi)延遲為35到245nm的雙折射，折射率滿足下面的關(guān)系式n1≥nz＞n2，給出的n1和n2是在所述第一延遲膜內(nèi)彼此垂直延伸的光軸的折射率，給出的nz是所述第一延遲膜的厚度方向折射率，所述第一延遲膜的所述光軸之一具有垂直于所述第一偏振層的吸收軸延伸的所述折射率n1；所述第二延遲膜具有面內(nèi)延遲為0到15nm的雙折射，厚度方向延遲為50到123nm，所述第二延遲膜具有垂直于所述第一偏振層的表面的光軸；所述第三延遲膜具有面內(nèi)延遲為0到10nm的雙折射，厚度方向延遲為0到35nm。
在本發(fā)明的光學(xué)補(bǔ)償偏振膜對(duì)和LCD器件中，可減小LCD器件中在顯示黑色過程中在傾斜觀察中的光泄漏。此外，可抑制正觀察(前面觀察)與傾斜觀察之間的色度變化，由此提高了LCD器件的圖像質(zhì)量。
本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例采用了存在于光入射側(cè)偏振膜的液晶層一側(cè)上的偏振膜保護(hù)層的厚度方向上的較小延遲。優(yōu)選地，厚度方向上的延遲(厚度方向延遲)應(yīng)設(shè)為17nm或更小，由此抑制保護(hù)偏振層的保護(hù)層將傾斜進(jìn)入液晶層的光轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓偏振光。結(jié)果，抑制了由液晶層導(dǎo)致的依賴于波長的相位變化，由此可以與線偏振類似的狀態(tài)進(jìn)行光透射。
包括第一和第二延遲層并設(shè)置在光發(fā)射側(cè)偏振層與液晶層之間的光學(xué)補(bǔ)償膜具有下面的功能。該光學(xué)補(bǔ)償膜通過具有負(fù)單軸光學(xué)特性并具有在與偏振層表面垂直的方向上延伸的光軸的第二延遲膜(nc)用于一次將從液晶層發(fā)射的線性偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓偏振光。光學(xué)補(bǔ)償膜通過具有負(fù)單軸或雙軸光學(xué)特性、具有最小折射率和具有平行于偏振層表面的光軸的第一延遲膜(na)還用于將從第二延遲膜(nc)發(fā)射的橢圓偏振光再次轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性偏振光。
對(duì)于經(jīng)歷偏振變化的偏振光，從液晶層發(fā)射的偏振光的偏振軸方向與從第一延遲膜(na)發(fā)射之后的偏振光的偏振軸方向不同。通過將第一延遲膜(na)的面內(nèi)延遲設(shè)在35到245nm內(nèi)并通過將第二延遲膜(nc)厚度方向上的延遲設(shè)在50到123nm內(nèi)，該偏振光用于消除正交偏振器對(duì)視角的依賴性，對(duì)于傾斜入射光來說，該依賴性導(dǎo)致相交角度從正交偏離，就是說，偏振軸變?yōu)楣獍l(fā)射側(cè)偏振膜的吸收軸方向。在該光學(xué)補(bǔ)償膜中，如果通過單個(gè)雙軸延遲膜在一個(gè)方向執(zhí)行光學(xué)補(bǔ)償(例如線性地)，則雙折射的波長依賴性直接反映在色分散上。另一方面，通過兩個(gè)延遲膜的組合在兩個(gè)方向上進(jìn)行光學(xué)補(bǔ)償(例如，具有較短波長并對(duì)波長具有較強(qiáng)依賴性的光具有較長的光程)，波長依賴性就會(huì)在光發(fā)射側(cè)消除，由此降低了色分散。
結(jié)果，減小了液晶層和光學(xué)補(bǔ)償膜的雙折射的波長依賴性。因而抑制了在顯示黑色過程中在傾斜方向上的光泄漏。同時(shí)，光學(xué)補(bǔ)償可在較寬的波長范圍上進(jìn)行而沒有著色。因而改善了視角特性。


圖1是依照本發(fā)明第一個(gè)和第二實(shí)施例的LCD器件的截面圖；圖2A和2B每個(gè)都是顯示圖1中所示第一個(gè)實(shí)施例的LCD器件100放大部分的截面圖；圖3是顯示延遲膜的延遲的透視圖；圖4是顯示延遲膜117和119與透射率之間關(guān)系的圖表；圖5是顯示延遲膜117與透射率之間關(guān)系的圖表；圖6是顯示延遲膜119面內(nèi)延遲范圍的圖表，其中減小了在顯示黑色過程中的光泄漏；圖7是顯示延遲膜117和119與色度比率之間關(guān)系的圖表；圖8是顯示延遲膜117和119在厚度方向上延遲的圖表，其中透射率為0.5或更小，色度比率是1或更??；和圖9A和9B每個(gè)都是顯示依照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的LCD器件放大部分的截面圖。
具體實(shí)施例方式
之后，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是顯示依照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的LCD器件的截面圖。LCD器件100構(gòu)造為具有均勻取向液晶層的IPS模式的LCD器件。LCD器件100具有光入射側(cè)的第一偏振層101、薄膜晶體管陣列基板(TFT基板)102、液晶層103、濾色器(CF)基板104和光發(fā)射側(cè)的第二偏振層105，這些器件從背光光源一側(cè)按該順序設(shè)置。在液晶層103與TFT基板102之間設(shè)置有取向膜111。在液晶層103與CF基板104之間設(shè)置有另一個(gè)取向膜113。TFT基板102包括玻璃基板106、和形成在玻璃基板上并配置有絕緣膜107、TFT108、像素電極109和對(duì)向電極110的層疊結(jié)構(gòu)。
TFT108每個(gè)都控制施加給像素電極109的電位。在LCD器件100中，像素電極109和對(duì)向電極110形成在TFT基板102上。液晶層103中的液晶分子112施加有橫向方向的電場。絕緣膜107包括氮化硅膜。CF基板104包括濾色器114、遮光層115和玻璃基板116。濾色器114使穿過液晶層103的光以三個(gè)基色的任意一個(gè)著色。遮光層115遮蔽TFT108、未示出的數(shù)據(jù)線等。在單色LCD器件的情形中，該結(jié)構(gòu)省略了濾色器114。
圖2A和2B每個(gè)都示出了圖1中所示LCD器件的放大部分。圖2A顯示了在光發(fā)射側(cè)中的第二偏振層105、延遲膜117和118、和包含玻璃基板116的CF基板104。圖2B顯示了光入射側(cè)的第一偏振層101、延遲膜119和包含玻璃基板106的TFT基板102。光入射側(cè)的第一偏振層101包括例如由PVA(聚乙烯醇)形成的偏振層120和例如由TAC形成的保護(hù)層121，如圖2B中所示。光發(fā)射側(cè)的第二偏振層105包括偏振層120和保護(hù)層124，如圖2A中所示。
如圖2A中所示，在光發(fā)射側(cè)的玻璃基板116和第二偏振層105之間設(shè)置有具有預(yù)定光學(xué)特性的延遲膜117和118。如圖2B中所示，在光入射側(cè)的玻璃基板106和第一偏振層101之間設(shè)置有具有預(yù)定光學(xué)特性的延遲膜119。常規(guī)的偏振膜使用將偏振層兩側(cè)夾持在保護(hù)層(TAC)之間的偏振層。
本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)是這樣的，即用延遲膜117和118取代玻璃基板一側(cè)的光發(fā)射側(cè)偏振膜105的保護(hù)層，且用延遲膜119取代玻璃基板一側(cè)的光入射側(cè)偏振膜101的保護(hù)層。延遲膜具有保護(hù)偏振層的功能。保護(hù)層121和124每個(gè)都用作負(fù)單軸延遲膜，其光軸在垂直于偏振膜表面的方向上延伸。保護(hù)層121和124分別具有與層121和124相對(duì)應(yīng)的延遲。例如通過粘附或涂布膜來形成延遲膜117，118和119。如果延遲膜119厚度方向上的延遲為0nm，則即使當(dāng)沒有保護(hù)層的情況下偏振膜直接粘附到玻璃基板，偏振光也不會(huì)產(chǎn)生相位變化。因此，達(dá)到了類似的效果。
在上面，使構(gòu)成LCD器件100的光學(xué)補(bǔ)償偏振膜經(jīng)過采用圖2A和2B中所示結(jié)構(gòu)的模擬。對(duì)于包括延遲膜117，118和119的延遲的光學(xué)特性，可以將在顯示黑色過程中傾斜觀察中的光泄漏情況減小到不明顯的等級(jí)。在模擬之前，將常規(guī)IPS模式LCD器件中背光的亮度逐漸降低來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而確定當(dāng)亮度降低時(shí)，在什么樣的背光亮度等級(jí)處，在顯示黑色過程中傾斜觀察中的光泄漏將不顯著影響圖像質(zhì)量。作為該試驗(yàn)的結(jié)果確定了下面的情況。當(dāng)背光亮度是正常亮度的1/2時(shí)，在顯示黑色過程中傾斜觀察中的光泄漏變得對(duì)顯示影響較小。當(dāng)背光亮度為1/4時(shí)，在顯示黑色過程中傾斜觀察中的光泄漏基本不被察覺。因此，作為在顯示黑色過程中從傾斜觀察獲得圖像的情形中光泄漏不被察覺的等級(jí)，可以采用這樣的等級(jí)，即泄漏光的強(qiáng)度減小到參考亮度的一半，其中參考亮度是在從傾斜方向上觀察正交偏振器的情形中確定的。
使用Δu’V’表示色度差。在沒有光學(xué)補(bǔ)償?shù)那闆r下在前面觀察方向和傾斜觀察方向之間的色度比率假定為1。當(dāng)從前面觀察方向和傾斜觀察方向觀察時(shí)的色度比率沒有受到光學(xué)補(bǔ)償不利影響的范圍也作為選擇范圍的條件。厚度方向上延遲膜117和119的延遲的選擇范圍的參考設(shè)定為下面的范圍。就是說，在該范圍中，膜117和119一般用作偏振膜保護(hù)層，與使用80μm(厚度方向的延遲＝50nm)的以及具有(n1-n2)0負(fù)單軸光學(xué)特性TAC層的情形相比抑制光泄漏的效果更大。作為這些膜傾斜觀察的方向，采用與偏振膜的光軸成方位角45°和極角45°的方向。
圖3中顯示了延遲膜的延遲的定義，其中包括光學(xué)主軸的面內(nèi)折射率為n1和n2，厚度方向上的折射率(厚度方向折射率)為nz，d[mm]是按照液晶層的厚度，延遲膜的有效厚度。面內(nèi)延遲定義為(n1-n2)×d的絕對(duì)值，厚度方向上的延遲定義為[{(n1+n2)/2}-nz]×d。在該模擬中，使用具有(n1-n2)0負(fù)單軸光學(xué)特性的延遲膜117和119，并使用具有(ns-nz)/(ns-nf)＝0光學(xué)特性的延遲膜118。這里使用的標(biāo)記ns和nf分別是延遲膜118的慢軸和快軸。應(yīng)注意到，折射率n1和nz等于尋常光折射率no，而折射率n2等于非尋常光折射率ne。因而，延遲膜118滿足關(guān)系式no＝n1≥nz＞n1＝n2。
在該模擬中，可將在顯示黑色過程中從方位角45°和極角45°的方向傾斜觀察中的光泄漏抑制到不明顯等級(jí)的范圍根據(jù)下面的條件確定，其中延遲膜117厚度方向上的延遲設(shè)為50nm和80nm；延遲膜118的面內(nèi)延遲設(shè)為130nm；延遲膜119厚度方向上的延遲設(shè)為0到50nm。
圖4中顯示了所得的范圍，其中延遲膜119的厚度方向延遲畫在橫坐標(biāo)上，透射率畫在縱坐標(biāo)上。在延遲膜117的厚度方向延遲為50nm的情形中獲得了由三角形畫出的曲線，在延遲膜的厚度方向延遲為80nm的情形中獲得了由四方形畫出的另一個(gè)曲線，虛線是不使用補(bǔ)償膜的情形，其中延遲膜117和119的延遲等于具有80μm厚度的TAC膜的延遲，且沒有使用延遲膜118。在依照該模擬的范圍內(nèi)，在延遲膜119厚度方向上延遲的整個(gè)范圍中透射率為0.5或更小。因而實(shí)現(xiàn)了光學(xué)補(bǔ)償效果。通過仔細(xì)研究每個(gè)延遲膜的效果，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)延遲膜117厚度方向上的延遲增加時(shí)和延遲膜119厚度方向上的延遲降低時(shí)，透射率降低。
接下來，根據(jù)下面的條件獲得延遲膜117的范圍，其中延遲膜118的面內(nèi)延遲為130nm；延遲膜119厚度方向上的延遲為0nm。圖5中顯示了所得的范圍，其中延遲膜117的厚度方向延遲畫在橫坐標(biāo)上，而透射率畫在縱坐標(biāo)上。在延遲膜119的厚度方向延遲為0nm的情形中獲得了由四邊形畫出的曲線，而虛線是在延遲膜的厚度方向延遲為50nm的情形中獲得的。從該圖可以看出，在延遲膜117厚度方向上的延遲從50到123nm的范圍內(nèi)透射率下降。根據(jù)下面的條件獲得延遲膜118的范圍，其中延遲膜117厚度方向上的延遲為80nm；延遲膜119厚度方向上的延遲為0nm。圖6中顯示了所得的范圍，其中其中延遲膜119的厚度方向延遲畫在橫坐標(biāo)上，而透射率畫在縱坐標(biāo)上。對(duì)于延遲膜117和119的厚度方向延遲分別為80nm和0nm的情形獲得了實(shí)線曲線，對(duì)于不使用光學(xué)補(bǔ)償?shù)那樾潍@得了虛線，其中延遲膜117和119的延遲等于具有80μnm厚度的TAC膜的延遲。從該圖可以理解到，延遲膜118的面內(nèi)延遲在35到245nm的范圍內(nèi)，透射率為0.5或更小。
另一方面，根據(jù)下面的條件獲得在前面觀察方向與傾斜觀察方向之間的色度比率不惡化的范圍，其中延遲膜117厚度方向上的延遲設(shè)為50和80nm；延遲膜118的面內(nèi)延遲為130nm；延遲膜119厚度方向上的延遲為0到50nm。圖7中顯示了所得的范圍，其中延遲膜119的厚度方向延遲畫在橫坐標(biāo)上，而色度比率畫在縱坐標(biāo)上。在延遲膜117的厚度方向延遲為50nm的情形中獲得了由三角形畫出的曲線，對(duì)于延遲膜117的厚度方向延遲為80nm的情形獲得了由四邊形畫出的另一個(gè)曲線，對(duì)于不使用光學(xué)補(bǔ)償?shù)那樾潍@得了虛線，其中延遲膜117和119的延遲等效于具有80μm厚度的TAC膜的延遲，且沒有使用延遲膜118。在該模擬的范圍內(nèi)，當(dāng)延遲膜117厚度方向上的延遲為50nm時(shí)，在延遲膜119厚度方向上的延遲從0到50nm范圍內(nèi)，色度比率為1或更小。接下來，當(dāng)延遲膜117厚度方向上的延遲為80nm時(shí)，在延遲膜119厚度方向上的延遲為35nm或更小的范圍內(nèi)，色度比率為1或更小。當(dāng)延遲膜119的延遲進(jìn)一步降低時(shí)，色度比率降低。
如上所述，色度比率依賴于延遲膜117厚度方向上的延遲。因此，在下述范圍內(nèi)執(zhí)行模擬，即所述范圍包括延遲膜117在厚度方向上的延遲為50到123nm的范圍，其有效減小了亮度。圖8中獲得和顯示了能提供1或更小色度比率的延遲膜117和119延遲的組合，其中延遲膜119的厚度方向延遲畫在橫坐標(biāo)上，延遲膜117的厚度方向延遲畫在縱坐標(biāo)上，色度比率用輪廓線表示。圖8中所示的兩個(gè)輪廓線表示1和0.5的色度比率。
從該圖發(fā)現(xiàn)了下面的內(nèi)容。其中選擇透射率為0.5或更小和色度比率為1或更小的部分而提供了圖8中所示的矩形區(qū)域，即其中延遲膜119厚度方向的延遲在0到35nm范圍內(nèi)下降，延遲膜117厚度方向上的延遲在50到123nm范圍內(nèi)下降。
在圖8所示的結(jié)果中，這里選擇將色度比率減到一半的范圍作為對(duì)減小色度比率有效的范圍。在延遲膜119厚度方向上的延遲nil在0到17nm范圍內(nèi)時(shí)，延遲膜117厚度方向上的延遲ncl應(yīng)落入下面的范圍。
57.0-0.23×nil+0.11×nil2≤ncl≤120.0-0.42×nil-0.08×nil2因而，延遲膜119厚度方向上的延遲減小到小于用于常規(guī)偏振膜中保護(hù)層的TAC厚度方向上的延遲。由此減小了液晶層中偏振的變化。因此，通過在均勻取向LCD器件中使用該光學(xué)補(bǔ)償膜，可將亮度比率和色度比率減到一半的值。
作為在顯示黑色過程中抑制傾斜方向上的光泄漏的結(jié)果，前方向上的對(duì)比度提高了，從而提供了較高清晰度的圖像。在為了提高LCD器件可視性而已經(jīng)經(jīng)過霧化處理的偏振膜上進(jìn)行表面處理，在不使用光學(xué)補(bǔ)償?shù)那闆r下，該表面處理可在顯示黑色過程中導(dǎo)致傾斜方向上較大的光泄漏，這是公知的。在該情形中，出現(xiàn)了問題，即由于該表面處理，在傾斜方向上發(fā)射的光在前方向上發(fā)射出去，由此惡化了對(duì)比度。為了解決該問題，通過執(zhí)行光學(xué)補(bǔ)償來抑制由于表面處理而在前方向上發(fā)射出去的傾斜方向上的光，從而降低在顯示黑色過程中前方向上的亮度。
在本實(shí)施例中，延遲膜117和119延遲的組合設(shè)定在由圖8中的粗線框架表示的范圍內(nèi)，延遲膜118的透射率設(shè)定在如圖6中所示的0.5或更小的范圍內(nèi)。這樣，在顯示黑色過程中傾斜觀察中的光泄漏被減小到不明顯的等級(jí)，在前觀察方向和傾斜觀察方向之間的色度比率沒有惡化。這可認(rèn)為是下面的原因。通過將延遲膜117，118和119的延遲設(shè)定為與上述范圍內(nèi)的組合相一致，則可通過延遲膜117和118抑制由液晶層103和CF基板104導(dǎo)致的光擴(kuò)散。結(jié)果，在構(gòu)成光發(fā)射側(cè)的第二偏振層105的偏振層120位置處產(chǎn)生較小的光擴(kuò)散狀態(tài)。在本實(shí)施例中，如上所述可減小在顯示黑色過程中傾斜觀察中的光泄漏，由此提高了LCD器件的圖像質(zhì)量。
接下來，將描述本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例。依照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的LCD器件具有與圖1中所示截面結(jié)構(gòu)相似的截面結(jié)構(gòu)，將參照?qǐng)D1描述。在本實(shí)施例中，LCD器件100A也構(gòu)造為具有均勻取向液晶層的IPS模式的LCD器件。LCD器件100A具有光入射側(cè)的第一偏振層101、薄膜晶體管陣列基板(TFT基板)102、液晶層103、濾色器(CF)基板104和光發(fā)射側(cè)的第二偏振層105，這些器件從背光光源一側(cè)按該順序設(shè)置。在液晶層103與TFT基板102之間設(shè)置有取向膜111。在液晶層103與CF基板104之間設(shè)置有另一個(gè)取向膜113。TFT基板102包括玻璃基板106、絕緣膜107、TFT108、像素電極109和對(duì)向電極110。
TFT108每個(gè)都控制施加給像素電極109的電位。在LCD器件100A中，像素電極109和對(duì)向電極110形成在TFT基板102上。液晶層103中的液晶分子112施加有橫向方向的電場。絕緣膜107包括氮化硅膜。CF基板104包括濾色器114、遮光層115和玻璃基板116。濾色器114使穿過液晶層103的光以三個(gè)基色的任意一個(gè)著色。遮光層115遮蔽TFT108、未示出的數(shù)據(jù)線等。然而在單色LCD器件的情形中，省略了濾色器114。
圖9A和19B每個(gè)都示出了依照本實(shí)施例的LCD器件100A的放大部分。圖9A顯示了在光發(fā)射側(cè)中的第二偏振層105、延遲膜118、125和123、和包含玻璃基板116的CF基板104。圖9B顯示了光入射側(cè)的第一偏振層101、延遲膜119和包含玻璃基板106的TFT基板102。延遲膜123和125是具有在垂直于偏振膜表面的方向上的光軸的負(fù)單軸延遲膜。這兩個(gè)延遲膜123和125結(jié)合到一起，從而具有與第一個(gè)實(shí)施例中延遲膜117相似的光學(xué)特性。這兩個(gè)延遲膜123和125之一用作具有負(fù)單軸光學(xué)特性的延遲膜，其具有垂直于作為延遲膜117的偏振膜的光軸，類似于一般用作偏振膜保護(hù)層的TAC。獲得了與第一個(gè)實(shí)施例類似的優(yōu)點(diǎn)，由此通過另一個(gè)延遲膜補(bǔ)償了由TAC導(dǎo)致的延遲不足。
在下面，將一起描述延遲膜123和125，盡管可用延遲膜117代替這些膜。光入射側(cè)的第一偏振層101具有例如由PVA形成的偏振層120，如圖9B中所示，和例如由TAC形成的保護(hù)層121。還有，光發(fā)射側(cè)的第二偏振層105包括偏振層120和保護(hù)層124，如圖9A中所示。常規(guī)的偏振膜使用將偏振層兩側(cè)夾持在保護(hù)層(TAC)之間的偏振層。然而，在本實(shí)施例中，玻璃基板中光發(fā)射側(cè)偏振膜的保護(hù)層被延遲膜117和118取代，玻璃基板中光入射側(cè)偏振膜的保護(hù)層被延遲膜119取代。延遲膜具有保護(hù)偏振層的功能。保護(hù)層121和124每一個(gè)都與具有在垂直于偏振膜表面方向上延伸的光軸的負(fù)單軸延遲膜的功能相似。保護(hù)層121和124分別具有對(duì)應(yīng)于它們厚度的延遲。
如圖9A中所示，在光發(fā)射側(cè)的玻璃基板116和第二偏振層105之間設(shè)置有具有預(yù)定光學(xué)特性的延遲膜117和118。如圖9B中所示，在光入射側(cè)的玻璃基板106和第一偏振層101之間設(shè)置有具有預(yù)定光學(xué)特性的延遲膜119。例如通過粘附或涂布形成延遲膜117，118和119。如果延遲膜119厚度方向上的延遲為0nm，即使當(dāng)沒有保護(hù)層的情況下偏振膜直接粘附到玻璃基板，也可達(dá)到類似的效果。
使構(gòu)成LCD器件100A的光學(xué)補(bǔ)償偏振膜經(jīng)過采用圖9A和9B中所示結(jié)構(gòu)的模擬。對(duì)于包括延遲膜117，118和119的延遲的光學(xué)特性，可以將在顯示黑色過程中傾斜觀察中的光泄漏情況減小到不明顯的等級(jí)。在模擬之前，通過將常規(guī)IPS模式LCD器件中背光的亮度逐漸降低來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而確定當(dāng)亮度降低時(shí)，在什么樣的背光亮度等級(jí)處，在顯示黑色過程中傾斜觀察中的光泄漏將不顯著影響圖像質(zhì)量。作為該試驗(yàn)的結(jié)果確定了下面的情況。當(dāng)背光亮度是正常亮度的1/2時(shí)，在顯示黑色過程中傾斜觀察中的光泄漏變得對(duì)顯示影響較小。當(dāng)背光亮度為1/4時(shí)，在顯示黑色過程中傾斜觀察中的光泄漏基本不被察覺。因此，作為在顯示黑色過程中從傾斜觀察獲得圖像的情形中光泄漏不明顯的等級(jí)，可以采用這樣的等級(jí)，即泄漏光數(shù)量減小到參考等級(jí)的一半。
當(dāng)從前面觀察方向和傾斜觀察方向觀察時(shí)的色度比差沒有受到光學(xué)補(bǔ)償不利影響的范圍也作為選擇適宜范圍的條件。在該模擬中，假定在沒有光學(xué)補(bǔ)償?shù)那闆r下在前面觀察方向和傾斜觀察方向之間的色度比率為1，其作為參考，色度比率用Δu’V’表示。厚度方向上延遲膜117和119延遲的選擇范圍的參考設(shè)定為下面的范圍。就是說，膜117和119一般用作偏振膜保護(hù)層，與使用在厚度方向上具有50nm延遲的80μm厚的以及具有(n1-n2)0負(fù)單軸光學(xué)特性的TAC層的情形相比，抑制光泄漏的效果更大。作為這些膜傾斜觀察的方向，采用與偏振膜的光軸成方位角45°和極角45°的方向。
如圖3中所示，為了定義延遲膜的延遲，包括光學(xué)主軸的面內(nèi)折射率為n1和n2，厚度方向上的折射率為nz，d[mm]是按照液晶層的厚度的延遲膜的有效厚度。面內(nèi)延遲定義為(n1-n2)×d的絕對(duì)值，厚度方向上的延遲定義為[{(n1+n2)/2}-nz]×d。在該模擬中，使用具有(n1-n2)0負(fù)單軸光學(xué)特性的延遲膜117和119，并使用具有(ns-nz)/(ns-nf)＝0光學(xué)特性的延遲膜118。延遲膜118滿足關(guān)系式no＝n1≥nz＞n1＝n2。
在該模擬中，可將在顯示黑色過程中從方位角45°和極角45°的方向傾斜觀察中的光泄漏抑制到不明顯等級(jí)的范圍根據(jù)下面的條件確定，其中延遲膜117厚度方向上的延遲設(shè)為50nm和80nm 延遲膜118的面內(nèi)延遲設(shè)為130nm；延遲膜119厚度方向上的延遲設(shè)為0到50nm。所得的范圍與圖4中所示的那些相似。在依照該模擬的范圍內(nèi)，在延遲膜119厚度方向上延遲的整個(gè)范圍中透射率為0.5或更小。因而實(shí)現(xiàn)了光學(xué)補(bǔ)償效果。通過仔細(xì)研究每個(gè)延遲膜的效果，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)延遲膜117厚度方向上的延遲增加時(shí)和延遲膜119厚度方向上的延遲降低時(shí)，透射率降低。
接下來，根據(jù)下面的條件獲得延遲膜117的范圍，其中延遲膜118的面內(nèi)延遲為130nm；延遲膜119厚度方向上的延遲為0nm。所得的范圍與圖5中所述相似。從該圖可以看出，在延遲膜117厚度方向上的延遲從50到123nm的范圍內(nèi)透射率下降。根據(jù)下面的條件獲得延遲膜118的范圍，其中延遲膜117厚度方向上的延遲為80nm；延遲膜119厚度方向上的延遲為0nm。所得的范圍與圖6中所示的相似。結(jié)果，延遲膜118的面內(nèi)延遲在35到245nm的范圍內(nèi)，透射率為0.5或更小。
另一方面，根據(jù)下面的條件獲得在前面觀察方向與傾斜觀察方向之間的色度比率不惡化的范圍，其中延遲膜117厚度方向上的延遲設(shè)為50和80nm；延遲膜118的面內(nèi)延遲為130nm；延遲膜119厚度方向上的延遲為0到50nm。所得的范圍與圖7中所示相似。在該模擬的范圍內(nèi)，當(dāng)延遲膜117厚度方向上的延遲為50nm時(shí)，在延遲膜119厚度方向上的延遲從0到50nm范圍內(nèi)，色度比率為1或更小。接下來，當(dāng)延遲膜117厚度方向上的延遲為80nm時(shí)，在延遲膜119厚度方向上的延遲為35nm或更小的范圍內(nèi)，色度比率為1或更小。當(dāng)延遲膜119的延遲進(jìn)一步降低時(shí)，色度比率降低。
如上所述，色度比率依賴于延遲膜117厚度方向上的延遲。因此，在下述范圍內(nèi)執(zhí)行模擬，即所述范圍包括延遲膜117在厚度方向上的延遲為50到123nm的范圍，其有效減小了亮度。獲得能使色度比率為1或更小的延遲膜117和119延遲的組合，所得的結(jié)果與圖8中所示的相似。從該圖發(fā)現(xiàn)了下面的內(nèi)容，選擇透射率為0.5或更小和色度比率為1或更小的部分而提供了圖8中所示的矩形區(qū)域，即其中延遲膜119厚度方向的延遲在0到35nm范圍內(nèi)下降，延遲膜117厚度方向上的延遲在50到123nm范圍內(nèi)下降。
在圖8所示的結(jié)果中，這里選擇將色度比率減到一半的范圍作為對(duì)減小色度差有效的范圍。在延遲膜119厚度方向上的延遲nil在0到17nm范圍內(nèi)時(shí)，延遲膜117厚度方向上的延遲ncl應(yīng)落入下面的范圍。
57.0-0.23×nil+0.11×nil2≤ncl≤120.0-0.42×nil-0.08×nil2因而，延遲膜119厚度方向上的延遲減小到小于用于常規(guī)偏振膜中保護(hù)層的TAC厚度方向上的延遲。由此減小了液晶層中偏振的變化。因此，通過在均勻取向LCD器件中使用該光學(xué)補(bǔ)償膜，可將亮度比率和色度比率減到一半的值。
作為在顯示黑色過程中抑制傾斜方向上的光泄漏的結(jié)果，前方向上的對(duì)比度提高了，從而提供了較高清晰度的圖像。在為了提高LCD器件可視性而在已經(jīng)經(jīng)過霧化處理的偏振膜上進(jìn)行的表面處理中，出現(xiàn)了問題，即由于該表面處理，在傾斜方向上發(fā)射的光在前方向上發(fā)射出去，由此惡化了對(duì)比度。為了解決該問題，通過執(zhí)行光學(xué)補(bǔ)償來抑制由于表面處理而在前方向上發(fā)射出去的傾斜方向上的光，從而降低在顯示黑色過程中前方向上的亮度。
在本實(shí)施例中，延遲膜117和119延遲的組合設(shè)定在由圖8中的粗線框架表示的范圍內(nèi)，延遲膜118的透射率設(shè)定在如圖6中所示的0.5或更小的范圍內(nèi)。這樣，在顯示黑色過程中傾斜觀察中的光泄漏被減小到不明顯的等級(jí)，在前觀察方向和傾斜觀察方向之間的色度比率沒有惡化。這可認(rèn)為是下面的原因。通過將延遲膜117，118和119的延遲設(shè)定為與上述范圍內(nèi)的組合相一致，則可通過延遲膜117和118抑制由液晶層103和CF基板104導(dǎo)致的光擴(kuò)散。結(jié)果，在構(gòu)成光發(fā)射側(cè)的第二偏振層105的偏振層120位置處產(chǎn)生較小的光擴(kuò)散狀態(tài)。在本實(shí)施例中，如上所述可減小在顯示黑色過程中傾斜觀察中的光泄漏，由此提高了LCD器件的圖像質(zhì)量。
已經(jīng)根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明。然而，依照本發(fā)明的光學(xué)補(bǔ)償偏振膜和LCD器件并不限于上述的實(shí)施例。對(duì)上面實(shí)施例結(jié)構(gòu)的各種改變和修改應(yīng)認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)補(bǔ)償偏振膜對(duì)，包括第一補(bǔ)償偏振膜，其包括按順序設(shè)置的第一保護(hù)層、第一偏振層、第一延遲膜和負(fù)單軸第二延遲膜，和第二補(bǔ)償偏振膜，其與所述第一補(bǔ)償偏振膜成對(duì)使用，并包括按順序設(shè)置的第二保護(hù)層、第二偏振層和第三延遲膜所述第一延遲膜具有面內(nèi)延遲為35到245nm的雙折射，其折射率滿足下面的關(guān)系式n1≥nz＞n2，給出的n1和n2是在所述第一延遲膜內(nèi)彼此垂直延伸的光軸的折射率，給出的nz是所述第一延遲膜的厚度方向折射率，所述第一延遲膜的所述光軸之一具有垂直于所述第一偏振層的吸收軸延伸的所述折射率n1；所述第二延遲膜具有面內(nèi)延遲為0到15nm的雙折射，厚度方向延遲為50到123nm，所述第二延遲膜具有垂直于所述第一偏振層的表面的光軸；所述第三延遲膜具有面內(nèi)延遲為0到10nm的雙折射，厚度方向延遲為0到35nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)補(bǔ)償偏振膜對(duì)，其中所述第二延遲膜的所述面內(nèi)延遲為0到10nm，對(duì)于所述第三延遲膜的所述面內(nèi)延遲為0到7nm且所述第三延遲膜的所述厚度方向延遲為0到17nm的情形，所述第二延遲膜的所述厚度方向延遲ncl滿足下面的關(guān)系式57.0-0.23×nil+0.11×nil2≤ncl≤120.0-0.42×nil-0.08×nil2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)補(bǔ)償偏振膜對(duì)，其中所述第二延遲膜包括多個(gè)層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)補(bǔ)償偏振膜對(duì)，其中所述第二延遲膜中的所述多個(gè)層的至少一個(gè)構(gòu)造成保護(hù)所述第一偏振層的保護(hù)層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)補(bǔ)償偏振膜對(duì)，其中所述保護(hù)層包括三醋酸纖維素(TAC)。
6.一種液晶顯示(LCD)器件，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)補(bǔ)償膜對(duì)、和夾在所述光學(xué)補(bǔ)償膜對(duì)之間的均勻取向液晶層，其中所述第一偏振層具有與所述第二偏振層的吸收軸垂直的吸收軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的LCD器件，其中具有所述折射率n2的所述第一延遲膜的另一個(gè)所述光學(xué)軸平行于所述均勻取向液晶層的光軸。
全文摘要
LCD器件包括中間夾著均勻取向液晶層的第一和第二補(bǔ)償偏振膜。第一補(bǔ)償偏振膜包括具有35到245nm面內(nèi)延遲的偏振膜，其中n1≥nz＞n2，其中n1和n2是第一延遲膜內(nèi)彼此垂直延伸的光軸的折射率，nz是第一延遲膜的厚度方向折射率。第二補(bǔ)償偏振膜具有保護(hù)層、偏振膜和具有0到10nm面內(nèi)延遲和0到35nm厚度方向延遲的延遲膜。
文檔編號(hào)G02F1/13GK1815335SQ20061000685
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2006年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月31日
發(fā)明者永井博 申請(qǐng)人:Nec液晶技術(shù)株式會(huì)社