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TWI395019B - 液晶顯示器 - Google Patents

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TWI395019B
TWI395019B TW098133828A TW98133828A TWI395019B TW I395019 B TWI395019 B TW I395019B TW 098133828 A TW098133828 A TW 098133828A TW 98133828 A TW98133828 A TW 98133828A TW I395019 B TWI395019 B TW I395019B
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Yi Chun Wu
Yu Chen Liu
Chun Chi Chi
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Wintek Corp
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Description

液晶顯示器
本發明是有關於一種顯示裝置，且特別是有關於一種具有垂直配向型液晶層的液晶顯示器。
液晶顯示器受限於其顯示原理，仍有一些亟待改善的現象，如液晶顯示器的視角範圍過窄，會使得液晶顯示器在觀看角度過大時，顯示品質有所下降，如對比度、色彩飽和度以及亮度等，都不如正視液晶顯示器時的表現。
圖1A為習知之垂直配向型液晶顯示器的結構示意圖。請參照圖1A，此垂直配向型液晶顯示器100的組成可大致分為一薄膜電晶體(Thin Film Transistor,TFT)陣列基板110、一彩色濾光(Color Filter,CF)基板120、第一偏光板(polarizer)130、第二偏光板140以及垂直配向型液晶層150。
如圖1所示，薄膜電晶體陣列基板110位於第一偏光板130上，而彩色濾光片基板120位於薄膜電晶體陣列基板110上。第二偏光板140位於彩色濾光片基板120上，而垂直配向型液晶層150則位於薄膜電晶體基板110與彩色濾光片基板120之間。垂直配向型液晶層150依據薄膜電晶體陣列基板110以及彩色濾光片基板120之間的電壓差而作不同程度的偏轉，藉此控制光線的透過率，因而使得垂直配向型液晶顯示器100產生顯示效果。
為了進一步提昇習知垂直配向型液晶顯示器的顯示品質，通常會加入一些光學膜片來進一步提昇液晶顯示器的視角。
圖1B為習知一種垂直配向型液晶顯示器的對比視角圖。請參照圖1B，光學膜片的加入可以提昇垂直配向型液晶顯示器(vertical alignment liquid crystal display,VA-LCD)在上下左右等基準方向的視角。然而，如圖1B所示，加入光學膜片之垂直配向型液晶顯示器在顯示面的對角方向上的視角仍顯不足，因而具有很大的改善空間。因此，如何全面增廣垂直配向型液晶顯示器各方向的可觀看視角、提昇垂直配向型液晶顯示器的顯示品質成了液晶顯示器日前的一大課題。
本發明提供一種液晶顯示器，藉由雙軸光學補償板來全面提昇液晶顯示器的視角以及顯示品質。
本發明提出一種液晶顯示器，此液晶顯示器包括液晶顯示面板、第一偏光板與第二偏光板、第一水平相位延遲板與第二水平相位延遲板、雙軸光學補償板以及第一垂直相位延遲板。液晶顯示面板具有垂直配向型液晶層。第一偏光板與第二偏光板分別位於液晶顯示面板的兩側。第一水平相位延遲板與第二水平相位延遲板分別位於液晶顯示面板與第一偏光板之間以及液晶顯示面板與第二偏光板之間。雙軸光學補償板位於第一水平相位延遲板與第一偏光 板之間或是位於第二水平相位延遲板與第二偏光板之間，其中雙軸光學補償板具有多個主軸折射率nx、ny以及nz，且主軸折射率nx、ny、nz滿足下列關係式：Nz=(nx-nz)/(nx-ny)，其中nx>ny，且-0.5<Nz<1。第一垂直相位延遲板位於液晶顯示面板與第一水平相位延遲板之間或是位於液晶顯示面板與第二水平相位延遲板之間。
在本發明之一實施例中，上述之第一垂直相位延遲板提供一垂直方向之第一相位延遲量，且垂直方向之第一相位延遲量Rth例如實質上為215奈米(nanometer,nm)±100 nm。
本發明之液晶顯示器具有滿足特定關係的雙軸光學補償板，使得入射光通過液晶顯示面板後適當地被調整相位、避免液晶顯示器產生色偏限向。因此，本發明之液晶顯示器可以增廣液晶顯示器的視角，提昇液晶顯示器的顯示品質。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
本發明之液晶顯示器利用滿足特定關係的雙軸光學補償板來補償光線通過垂直配向型液晶層時的光學效果，使得光線在通過雙軸光學補償板時藉由主軸折射率之間的特殊關係而獲得增廣視角的光學效果。
第一實施例
圖2A繪示本發明之第一實施例之液晶顯示器的示意圖。請參照圖2A，本實施例之液晶顯示器200包括液晶顯示面板210、第一偏光板220與第二偏光板230、第一水平相位延遲板240與第二水平相位延遲板250、雙軸光學補償板260以及第一垂直相位延遲板270。液晶顯示面板210例如是由一薄膜電晶體陣列基板212、一彩色濾光基板214以及一夾設於上述二基板212、214間的垂直配向型液晶層216所構成。由於垂直配向型液晶層之液晶分子具有固有的光學各向異性(optical anisotropy)，因而可能影響液晶顯示器整體的顯示效果。本發明藉由雙軸光學補償板260搭配第一水平相位延遲板240與第二水平相位延遲板250以及第一垂直相位延遲板270來補償垂直配向型液晶層216中液晶分子之光學各向異性所造成的視角限制、色偏現象或是漏光等現象，而達到增廣視角、改善色偏以及減少漏光等現象。在本實施例中，上述之垂直配向型液晶層216的相位延遲量實質上例如是介於340奈米(nanometer,nm)±100nm。
詳言之，如圖2A所示，第一偏光板220與第二偏光板230分別位於液晶顯示面板210的兩側，而第一偏光板220與第二偏光板230分別具有一偏光軸，當光線通過第一偏光板220或第二偏光板230時，會隨著其偏光軸的方向而偏轉，而形成偏振化的光線。此外，第一水平相位延遲板240位於液晶顯示面板210與第一偏光板220之間，而第二水平相位延遲板250位於液晶顯示面板210與第二 偏光板230之間。在本實施例中，第一水平相位延遲板240、雙軸光學補償板260以及第一垂直相位延遲板270位於液晶顯示面板210與第一偏光板220之間，通過第一偏光板220的線偏振光依序經由雙軸光學補償板260、第一水平相位延遲板240以及第一垂直相位延遲板270的疊層進行相位補償後再進入液晶顯示面板210。第二水平相位延遲板250則位於液晶顯示面板210與第二偏光板230之間，自液晶顯示面板210出射的光線將通過第二水平相位延遲板250進一步進行相位補償後再自第二偏光板230出射。
值得一提的是，第一水平相位延遲板240與第二水平相位延遲板250例如是單軸光學補償薄膜。舉例而言，第一水平相位延遲板240與第二水平相位延遲板250並且為滿足nx≠ny nz之需求的A板，換句話說，nx例如為薄膜平面內慢軸方向(x方向)中之折射率，ny例如為垂直於薄膜平面內x方向之y方向中的折射率，nz例如為薄膜垂直方向(z方向)中之折射率，且d為薄膜之厚度。並且，第一水平相位延遲板240與第二水平相位延遲板250分別提供平面方向之第一相位延遲量以及平面方向之第二相位延遲量。實務上，平面方向之第一相位延遲量以及平面方向之第二相位延遲量例如分別實質上為140nm±50nm，在本實施例中，平面方向之第一相位延遲量以及平面方向之第二相位延遲量例如分別實質上為140nm±50nm。
此外，在本實施例中，如圖2A所示，第一垂直相位 延遲板270例如是位於液晶顯示面板210與第一水平相位延遲板240之間。第一垂直相位延遲板270例如是單軸光學補償薄膜，舉例來說，第一垂直相位延遲板270例如是滿足nx ny≠nz之需求的C板，其中nx例如為薄膜平面內慢軸方向(x方向)中之折射率，ny例如為垂直於薄膜平面內x方向之y方向中的折射率，nz例如為薄膜垂直方向(z方向)中之折射率，且d為薄膜之厚度。第一垂直相位延遲板270提供垂直方向之第一相位延遲量，其中垂直方向之第一相位延遲量例如實質上為215 nm±100nm，在本實施例中，垂直方向之第一相位延遲量例如是實質上為215nm。值得一提的是，本發明之第一垂直相位延遲板270的設置位置以及設置數目可以依據需求而有所調配，有關第一垂直相位延遲板270的設置位置以及設置數目的其他設置樣態將舉例陳述餘下述各實施例中，本發明並不以此為限。
值得注意的是，本發明之雙軸光學補償板260具有多個主軸折射率nx、ny以及nz，其中nx、ny、nz為定義例如與前述之平面相位延遲板以及垂直方向延遲板類似，nx例如為薄膜平面內慢軸方向(x方向)中之折射率，ny例如為垂直於薄膜平面內x方向之y方向中的折射率，nz例如為薄膜垂直方向(z方向)中之折射率。換言之，光線在雙軸光學補償板260中的行進速率依據光線在膜層中不同行進方向而有不同的表現。並且，本發明之雙軸光學補償板260的主軸折射率nx、ny、nz滿足下列關係式： Nz=(nx-nz)/(nx-ny)，其中nx>ny，且-0.5<Nz<1。Nz定義為nx-nz與nx-ny之比值。
進一步而言，雙軸光學補償板260可視為具有雙折射(birefringence)性質的雙軸光學補償板260，令雙軸光學補償板260所提供之平面方向之相位延遲量(Rin)與垂直方向之相位延遲量(Rth)分別滿足關係式(1)與關係式(2)：Rin=(nx-ny)×d (1)
Rth=(nz-ny)×d (2)
設計者可以利用選擇不同的垂直方向之相位延遲量Rth以及平面方向之相位延遲量Rin來調變顯示影像的偏振方向，藉此增加液晶顯示器200所顯示影像的光學品質，例如抑制暗態漏光、擴大視角、補償影像色差、改善色偏問題等。此外，設計者尚可以在滿足-0.5<Nz<1之關係式的條件下利用選擇不同的nx-nz以及nx-ny來調變光線的偏振方向，藉此增加光線通過液晶顯示面板210之顯示影像的光量。
在本實施例中，雙軸光學補償板260的設置位置是位於第一偏光板220與第一水平相位延遲板240之間，當然，雙軸光學補償板260的設置位置亦可以設置於第二偏光板230與第二水平相位延遲板250之間，如圖2A中箭號所指的位置P處，本發明並不以此為限。
在實際運作上，使雙軸光學補償板260之主軸折射率滿足-0.5<Nz<1.0時，則雙軸光學補償板260的光學參數可以有效補償垂直配向型液晶顯示器200的相位延遲，而 有效抑制暗態漏光，進而提昇液晶顯示器200的可觀看視角。
圖2B為圖2A之液晶顯示器結構的對比視角光學圖。請參照圖2B，在本實施例中，平面方向之第一相位延遲量與平面方向之第二相位延遲量實質上分別為140nm，垂直方向之第一相位延遲量實質上為215nm，而垂直配向型液晶層216的相位延遲量實質上為340m，雙軸光學補償板260的光學參數配合上述元件的相位延遲量而設計。在本實施例中，雙軸光學補償板260的Nz值實質上為0.275，且雙軸光學補償板260的相位延遲量實質上為170nm。如圖2B所示，相較於習知之液晶顯示器100的對比視角光學圖(如圖1B所示)，本實施例之液晶顯示器200在不僅可以有效提昇上下左右的視角，亦大幅提昇液晶顯示器200在對角方向上的視角。
第二實施例
圖3A繪示本發明之第二實施例之液晶顯示器的示意圖。請參照圖3A，液晶顯示器300與第一實施例之液晶顯示器200類似，在液晶顯示器300中同樣地僅設置一片垂直相位延遲板。惟，在本實施例中，第一垂直相位延遲板270是單獨地設置在液晶顯示面板210與第二水平相位延遲板250之間。同樣地，雙軸光學補償板260亦可以抑制液晶顯示器200的暗態漏光，並擴大視角而提昇光學品質。
圖3B為圖3A之液晶顯示器結構的對比視角光學圖。請參照圖3B，在本實施例中，雙軸光學補償板260的Nz 值實質上為0.275，而第一水平相位延遲板240、第二水平相位延遲板250、雙軸光學補償板260以及第一垂直相位延遲板270的相位延遲量與第一實施例類似。由圖3B可知，本實施例之液晶顯示器300相較於習知不僅可以有效提昇上下左右的視角，亦大幅提昇液晶顯示器在對角方向上的視角。
第三實施例
圖4A與4B分別繪示本發明第三實施例之一種液晶顯示器的示意圖。請參照圖4A以及4B，液晶顯示器400、500與第一實施例之液晶顯示器200類似。惟，本實施例之液晶顯示器400、500更包括第二垂直相位延遲板280，且第一垂直相位延遲板270與第二垂直相位延遲板280分別鄰接於液晶顯示面板210的兩側，亦即在本實施例中，同時使用兩片的垂直相位延遲板。詳言之，第二垂直相位延遲板280位於液晶顯示面板210與第二水平相位延遲板250之間。圖4A與圖4B之間的差異為雙軸光學補償板260的配置位置，其中圖4A之液晶顯示器400的雙軸光學補償板260是設置在第一偏光板220與第一水平相位延遲板240之間，而圖4B之液晶顯示器500中的雙軸光學補償板260是設置在第二偏光板230與第二水平相位延遲板250之間。
值得一提的是，在本實施例中，第一垂直相位延遲板270以及第二垂直相位延遲板280所提供之垂直方向之相位延遲量的總和實質上等於第一實施例或是第一實施例之單獨使用第一垂直相位延遲板270所提供之垂直方向之相 位延遲量。換句話說，本實施例同時使用第一垂直相位延遲板270以及第二垂直相位延遲板280所提供之垂直方向之相位延遲量的總和實質上等於未包括第二垂直相位延遲板280時而單獨使用第一垂直相位延遲板270所提供之垂直方向之相位延遲量。具體而言，第一實施例之第一垂直相位延遲板270所提供之垂直方向之相位延遲量例如是215nm。在本實施例中，第一垂直相位延遲板270所提供之垂直方向的相位延遲量例如是107.5nm，第二垂直相位延遲板280所提供之垂直方向的相位延遲量例如是107.5nm。
在本實施例中，平面方向之第一相位延遲量與平面方向之第二相位延遲量實質上分別為140nm，垂直方向之第一相位延遲量實質上為107.5nm，而垂直方向之第二相位延遲量實質上為107.5nm，垂直配向型液晶層216的相位延遲量實質上為340m，雙軸光學補償板260的光學參數配合上述元件而設計，在本實施例中，雙軸光學補償板260的Nz值實質上為0.275，且雙軸光學補償板260的相位延遲量實質上為170nm。
圖5A與圖5B分別為圖4A與圖4B之液晶顯示器結構的對比視角光學圖。由圖5A與5B可知，本實施例之液晶顯示器400、500相較於習知不僅可以有效提昇上下左右的視角，亦大幅提昇液晶顯示器在對角方向上的視角。
依據前述，本發明之液晶顯示器除了具有全面增廣液晶顯示器之視角的功效之外，對於大視角色差的現象亦具有大幅的改善效果。圖6A與6B分別繪示習知液晶顯示器 以及本發明一實施例之液晶顯示器在不同視角觀測下的色度座標圖實測結果。如圖6A與6B所示，本實施例之液晶顯示器在不同視角下所觀測到的紅色表現R、綠色表現G以及藍色表現B較為集中地分佈在色度座標圖上，因此，本發明之液晶顯示器可以改善大視角色差。
綜上所述，本發明藉由滿足特定關係之雙軸光學補償板，適當將液晶顯示面板之顯示影像的偏振方向加以調變，以增進光學效果。並且，相較於習知，本發明之液晶顯示器可以增加有效抑制暗態漏光，全面地增加視角，以及大幅改善大視角色差，提昇液晶顯示器的顯示品質。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧垂直配向型液晶顯示器
110、212‧‧‧薄膜電晶體陣列基板
120、214‧‧‧彩色濾光基板
130、220‧‧‧第一偏光板
140、230‧‧‧第二偏光板
150、216‧‧‧垂直配向型液晶層
200、300、400、500‧‧‧液晶顯示器
210‧‧‧液晶顯示面板
240‧‧‧第一水平相位延遲板
250‧‧‧第二水平相位延遲板
260‧‧‧雙軸光學補償板
270‧‧‧第一垂直相位延遲板
280‧‧‧第二垂直相位延遲板
d‧‧‧雙軸光學補償板的厚度
nx、ny、nz‧‧‧主軸折射率
圖1A為習知之垂直配向型液晶顯示器的結構示意圖。
圖1B為習知一種垂直配向型液晶顯示器的對比視角圖。
圖2A繪示本發明之第一實施例之液晶顯示器的示意圖。
圖2B為圖2A之液晶顯示器結構的對比視角光學圖。
圖3A繪示本發明之第二實施例之液晶顯示器的示意圖。
圖3B為圖3A之液晶顯示器結構的對比視角光學圖。
圖4A與4B分別繪示本發明第三實施例之一種液晶顯示器的示意圖。
圖5A與圖5B分別為圖4A與圖4B之液晶顯示器結構的對比視角光學圖。
圖6A與6B分別繪示習知液晶顯示器以及本發明一實施例之液晶顯示器在不同視角觀測下的色度座標圖實測結果。
210‧‧‧液晶顯示面板
212‧‧‧薄膜電晶體陣列基板
214‧‧‧彩色濾光基板
216‧‧‧垂直配向型液晶層
220‧‧‧第一偏光板
230‧‧‧第二偏光板
240‧‧‧第一水平相位延遲板
250‧‧‧第二水平相位延遲板
260‧‧‧雙軸光學補償板
270‧‧‧第一垂直相位延遲板
280‧‧‧第二垂直相位延遲板
400‧‧‧液晶顯示器

Claims (11)

  1. 一種液晶顯示器，包括：一液晶顯示面板，具有一垂直配向型液晶層；一第一偏光板與一第二偏光板，分別位於該液晶顯示面板的兩側；一第一水平相位延遲板與一第二水平相位延遲板，分別位於該液晶顯示面板與該第一偏光板之間以及該液晶顯示面板與該第二偏光板之間；一雙軸光學補償板，位於該第一水平相位延遲板與該第一偏光板之間或是位於該第二水平相位延遲板與該第二偏光板之間，其中該雙軸光學補償板具有多個主軸折射率nx、ny以及nz，且該些主軸折射率nx、ny、nz滿足下列關係式：Nz=(nx-nz)/(nx-ny)；其中，nx>ny，且-0.5<Nz<1；以及一第一垂直相位延遲板，位於該液晶顯示面板與該第一水平相位延遲板之間或是位於該液晶顯示面板與該第二水平相位延遲板之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該第一垂直相位延遲板提供一垂直方向之第一相位延遲量，且該垂直方向之第一相位延遲量實質上為215 nm±100nm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，更包括一第二垂直相位延遲板，其中該第一垂直相位延遲板與該第二垂直相位延遲板分別鄰接於該液晶顯示面板的兩側。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之液晶顯示器，其中該第一垂直相位延遲板以及該第二垂直相位延遲板所提供之垂直方向之相位延遲量的總和實質上等於未包括該第二垂直相位延遲板時之該第一垂直相位延遲板所提供之垂直方向之相位延遲量。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之液晶顯示器，其中該第一垂直相位延遲板提供一垂直方向之第一相位延遲量，該第二垂直相位延遲板提供一垂直方向之第二相位延遲量，且該垂直方向之第一相位延遲量以及該垂直方向之第二相位延遲量實質上分別為107.5 nm±50nm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該第一水平相位延遲板提供一平面方向之第一相位延遲量，該第二水平相位延遲板提供一平面方向之第二相位延遲量，且該平面方向之第一相位延遲量以及該平面方向之第二相位延遲量實質上分別為140nm±50nm。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該第一水平相位延遲板以及該第二水平相位延遲板分別為單軸光學補償薄膜。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該Nz實質上為0.275。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該雙軸光學補償板提供一垂直方向之相位延遲量以及一平面方向之相位延遲量。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之液晶顯示器，其中該 雙軸光學補償板所提供的該平面方向之相位延遲量Rin實質上滿足Rin=(nx-ny)×d的關係，其中d為該雙軸光學補償板的厚度，且該平面方向之相位延遲量R實質上為170nm±100nm。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之液晶顯示器，其中該垂直配向型液晶層的相位延遲量實質上介於340nm±100nm。
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