双轴延迟补偿膜和使用该双轴延迟补偿膜的垂直排列的液晶显示器

摘要

本发明涉及一种使用双轴延迟补偿膜的垂直排列的LCD(VA－LCD)，其中该膜的平面内折射率(n

说明书

技术领域

本发明涉及能够改善视角特性的双轴延迟补偿膜和使用该双轴延迟补偿膜的垂直排列的液晶显示器(以下称作“VA-LCD”)。

背景技术

本领域技术人员已知-C-板补偿膜和A-板补偿膜已被用于补偿在施用低驱动电压条件下的VA-LCD的黑暗状态(black state)。美国专利第4,889,412号公开了一种使用-C-板补偿膜的常规VA-LCD。

然而，使用-C-板补偿膜的常规VA-LCD未完全补偿黑暗状态，因此具有如在视角处的光线泄漏的缺点。

此外，美国专利第6,141,075号公开了一种包括-C-板补偿膜和A板补偿膜的常规VA-LCD。

上述包括-C-板补偿膜和A-板补偿膜的VA-LCD较完全地实现了补偿在使用低驱动电压下的黑暗状态。

然而，为了完全补偿黑暗状态，上述VA-LCD需要改进在正面和倾角处的对比度和显色。

发明内容

因而，考虑到上述问题，提出了本发明，并且，本发明的目的是提供一种双轴延迟补偿膜、以及使用该双轴延迟补偿膜的消色差的VA-LCD，其中在填充具有正或负介电各向异性的液晶的VA-LCD的正面和倾角处的对比度被改进，并且处于黑暗状态的倾角处显色被最小化，因此改善了视角特性。

为了实现上述目的，本发明提供一种满足n_x＞n_y＞n_z、R_in＝(n_x-n_y)×d＞0并且R_th＝(n_z-n_y)×d＜0的双轴延迟补偿膜，其中n_x和n_y为平面内折射率，n_z为厚度折射率，R_in为平面内延迟值，R_th为厚度延迟值，以及d为厚度。

该双轴延迟补偿膜在400nm和550nm的波长下具有在0.4～0.9的范围内的波长色散(R_in，400/R_in，550)，并且在700nm和550nm的波长下具有在1.1～1.8的范围内的波长色散(R_in，700/R_in，550)。

在550nm的波长下，双轴延迟补偿膜的平面内延迟值(R_in)在30～150nm的范围内。

在400nm和550nm的波长下，双轴延迟补偿膜具有在1.05～1.4的范围内的波长色散(R_th，400/R_th，550)，并且在700nm和550nm的波长下具有在0.5～0.95的范围内的波长色散(R_th，700/R_th，550)。

在550nm处，双轴延迟补偿膜的厚度延迟值(R_th)在-50～-500nm的范围内。

通过延伸经第一单体和第二单体的共聚合而制备的聚合物以制备双轴延迟补偿膜，其中第一单体具有典型的正双折射、第二单体具有典型的负双折射。

通过延伸经混合第一单体和第二单体而制备的聚合物以制备所述双轴延迟补偿膜，其中第一单体具有典型的正双折射、第二单体具有典型的负双折射。

通过叠压多于两层的具有不同的平面内延迟值(R_in)和厚度延迟值(R_th)的相依性的薄片而制备所述双轴延迟补偿膜。

并且，提供了具有双轴延迟补偿膜的使用多域模式或手性添加剂的垂直排列的LCD(VA-LCD)，其中，通过向上、下玻璃基底之间的空隙中注入具有负介电各向异性(Δε＜0)或正介电各向异性(Δε＞0)的液晶而形成垂直排列板，并且上、下偏振板被置于VA-板的上、下表面之上，从而偏振板的光吸收轴互相垂直，以VA-板为中间体，并且在3μm～8μm范围内的单元间隙被维持，通过将双轴延迟补偿膜置于垂直排列板和上、下偏振板之间而制备液晶单元，其中双轴延迟补偿膜的平面内折射率(n_x，n_y)和厚度折射率(n_z)为n_x＞n_y＞n_z。

并且，使双轴延迟补偿膜的光轴被安排垂直于相邻偏振板的吸收轴，双轴延迟补偿膜具有其中平面内延迟值随可见光范围内的波长的增加成而比例的增加的反波长色散、并具有其中厚度延迟值的绝对值随可见光范围内的波长的增加而成比例的降低的正常波长色散。

在根据本发明的垂直排列的LCD的实施例1中，通过将双轴延迟补偿膜置于垂直排列板和上偏振板之间、或垂直排列板与下偏振板之间的其中之一的位置而制备液晶单元。

在根据本发明的垂直排列的LCD的实施例2中，通过将双轴延迟补偿膜之一分别置于垂直排列板和上偏振板之间、或垂直排列板和下偏振板之间而制备液晶单元。

特别地，被用于垂直排列的LCD中的包括垂直排列板和双轴延迟补偿膜的总厚度延迟值以可见光范围内波长的比例在30～150nm的范围内。

并且，在根据本发明的各上述实施例中，在不对VA-板施压的条件下的上、下玻璃基底之间的VA-板的液晶聚合物的指矢向可以具有75°～90°范围内的预倾角。预倾角优选在87°～90°、更优选在89°～90°的范围内。

并且，在根据本发明的各上述实施例中，在550nm的波长下，在VA-板上形成的液晶层具有80nm～400nm、优选80nm～300nm范围内的延迟值。

在不对VA-板施压的条件下的VA-板的液晶的摩擦指矢向与偏振板的光吸收轴之间具有45°角。

附图说明

通过以下结合附图的详细说明，更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点，其中

图1为在根据本发明的实施例1中的包括双轴延迟补偿膜的VA-LCD单元的透视图；

图2为在根据本发明的实施例2中的包括双轴延迟补偿膜的VA-LCD单元的透视图；

图3为根据本发明的双轴延迟补偿膜的折射率的参考图；

图4为说明用于本发明的双轴延迟补偿膜的厚度延迟值的波长色散和平面内延迟值的波长色散的相依性的图表。

图5为说明模拟(a)在使用根据本发明的双轴延迟补偿膜的VA-LCD在黑暗状态中根据视角的透射率、和(b)在使用常规双轴延迟补偿膜的VA-LCD在黑暗状态中根据视角的透射率的结果的图表。

图6为说明模拟(a)在使用根据本发明的双轴延迟补偿膜的VA-LCD在黑暗状态中显色变化、和(b)在使用常规延迟补偿膜的VA-LCD在黑暗状态中显色变化的结果的图表。

图7为说明模拟(a)使用根据本发明的双轴延迟补偿膜的VA-LCD在黑暗状态中根据波长的透射率、和(b)使用常规双轴延迟补偿膜的VA-LCD在黑暗状态中根据波长的透射率的结果的图表。

图8为说明模拟当使用白光时实施例1中VA-LCD的结构在所有方位角范围内的倾角处的对比度的结果的图表。

图9为说明模拟当使用白光时实施例1变型实施例中的VA-LCD的结构在所有方位角内的0°～80°范围内的倾角处的对比度的结果的图表。

图10为说明模拟当使用白光时、以45°方位角处的以2°间隔变化的0°～80°范围内的倾角处，实施例1的变型实施例中的VA-LCD的结构在黑暗状态中的颜色变化的结果的图表。

图11为模拟说明当使用白光时、在所有方位角处的0°～80°范围内的倾角处，实施例2的VA-LCD的结构的对比度的结果的图表。

图12为说明模拟当使用白光时、在45°方位角处的以2°间隔变化的0°～80°范围内的倾角处，实施例2的VA-LCD的结构的黑暗状态中的颜色变化的结果的图表。

具体实施方式

现在，根据附图详细地说明本发明的优选实施例。

图1a、1b和图2说明了根据本发明的VA-LCD的各实施例，其中通过将双轴延迟补偿膜14、14a、14b置于两个偏振板11、12之间制备VA-LCD单元，从而吸收轴互相垂直，以VA-板13为中间体。此处，偏振板11、12可以包括具有典型的厚度延迟值的TAC(三醋酸纤维素)保护膜或其它不具有厚度延迟值的保护膜。

图1a和1b为根据实施例1的VA-LCD单元的结构，通过将一层双轴延迟补偿膜14置于垂直于垂直排列板13的上、下两个偏振板11、12之间、以维持3～8μm的单元间隙从而制备该VA-LCD单元的结构。

图1a说明了实施例1的基本形式，其中双轴延迟补偿膜14被置于垂直排列板13和下偏振板11之间，其中使双轴延迟补偿膜14的光轴14c垂直于下偏振板11的吸收轴11c。

图1b说明实施例1的另一变型实施例，其中双轴延迟补偿膜14被置于垂直排列板13和上偏振板12之间，其中使双轴延迟补偿膜14的光轴14c垂直于上偏振板12的吸收轴12c。

图2为根据实施例2的VA-LCD单元的结构，通过将两个双轴延迟补偿膜14a、14b置于垂直于垂直排列板13的上、下两个偏振板11、12之间、以维持3～8μm的单元间隙从而制备该VA-LCD单元的结构。

图2说明实施例2的VA-LCD单元，其中一双轴延迟补偿膜14a被置于垂直排列板13和下偏振板11之间、另一双轴延迟补偿膜14b被置于垂直排列板13和上偏振板12之间，其中使置于垂直排列板13和下偏振板11之间的双轴延迟补偿膜14a的光轴14c垂直于下偏振板11的吸收轴11c、并且使置于垂直排列板13和上偏振板12之间的双轴延迟补偿膜14b的光轴14c垂直于上偏振板12的吸收轴12c。

图3说明了根据本发明的双轴延迟补偿膜的折射率。

如图3所示，根据本发明的双轴延迟补偿膜14具有n_x＞n_y＞n_z的折射率，其中n_x和n_v为平面内折射率、n_z为厚度折射率。

双轴延迟补偿膜具有下面重要的特征。

双轴延迟补偿膜的平面内延迟值(R_in＝d×(n_x-n_y)，其中d为膜的厚度)具有其中延迟值随可见光范围内的波长的增加而成比例的增加的反波长色散。

双轴延迟补偿膜的厚度延迟值(R_th＝d×(n_z-n_y)，其中d为膜的厚度)为负值，并且具有其中延迟值随可见光范围内的波长的增加而成比例的增加的反波长色散。

图4为说明根据本发明的双轴延迟补偿膜的延迟值随波长的相依性的参考图，该图显示了双轴延迟补偿膜的厚度延迟值的波长色散(R_{th，>/Rth，550)、和平面内延迟值的波长色散(Rin，λ/Rin，550)。}

如图4所示，在400nm和550nm波长下，在根据本发明的双轴延迟补偿膜中，平面内延迟值的适当的波长色散应具有0.4～0.9范围内的相对延迟值比(R_in，400/R_in，550)、以及在700nm和550nm波长处应具有1.1～1.8范围内的相对延迟值比(R_in，700/R_in，550)，其中R_in，400为在400nm波长处的平面内延迟值、R_in，550为在550nm波长处的平面内延迟值、以及R_in，700为在700nm波长处的平面内延迟值。

在550nm波长下，根据本发明的双轴延迟补偿膜的平面内延迟值的适当范围在30～150nm的范围内。

而且，在400nm和550nm的波长处，根据本发明的双轴延迟补偿膜的厚度延迟值的适当的波长色散应具有1.05～1.4范围内的相对延迟比(R_th，400/R_th，550)，并且在700nm和550nm的波长处，应具有0.5～0.95范围内的相对延迟比(R_th，700/R_th，550)。

在550nm下，厚度延迟值(R_th＝d×(n_z-n_y))的适当的范围在-50～-550nm的范围内。

因此，当通过使用根据本发明的双轴延迟补偿膜制备图1a、1b和图2所示的垂直排列的LCD时，对在倾角处的VA-LCD的黑暗状态的完全补偿是可能的，并且黑暗状态、明亮状态和RGB颜色的颜色变化可被最小化。

图5为比较对于使用根据本发明的双轴延迟补偿膜的VA-LCD的黑暗状态中的根据视角的透射率(a)和对于使用常规双轴延迟补偿膜的VA-LCD的黑暗状态中的根据视角的透射率(b)的结果。可以看出根据本发明的双轴延迟补偿膜具有优于常规双轴延迟补偿膜的极佳的对黑暗状态的补偿。

用于参考，常规双轴延迟补偿膜为聚碳酸酯延迟膜，其波长色散(R_th，400/R_th，550)＝(R_in，400/R_in，550)为1.15。

图6为比较使用根据本发明的双轴延迟补偿膜的VA-LCD的黑暗状态中的颜色变化(a)和在使用常规延迟补偿膜的VA-LCD的黑暗状态中的颜色变化(b)的结果。可以看出在本发明的双轴延迟补偿膜黑暗状态中颜色变化大大小于在常规双轴延迟补偿膜的黑暗状态中的颜色变化。

当使用本发明的双轴延迟补偿膜时，黑暗状态中的低透射率和较小的颜色变化的原因为随波长的透射率变化是平缓的。

根据本发明的双轴延迟补偿膜可以通过层压2～3层具有不同的延迟值对波长的相依性的常规膜而被制备。

而且，可以通过伸展经第一单体和第二单体的共聚合而制备的聚合物、或者通过伸展经混合第一单体和第二单体而制备的聚合物以制备双轴延迟补偿膜，其中第一单体具有典型的正双折射，第二单体具有典型的负双折射。

实施例1

通过将一个双轴延迟补偿膜14置于垂直排列板13和互相垂直的上、下两个偏振板11、12之间制备VA-LCD，从而维持3～8μm的单元间隙。

图1a说明了实施例1的基本形式，其中双轴延迟补偿膜14被置于垂直排列板13和下偏振板11之间，其中使双轴延迟补偿膜14的光轴14c垂直于下偏振板11的吸收轴11c。

图1b说明实施例1的另一变型实施例，其中双轴延迟补偿膜14被置于垂直排列板13和上偏振板12之间，其中使双轴延迟补偿膜14的光轴14c垂直于上偏振板12的吸收轴12c。

实施例2

通过将两个双轴延迟补偿膜14a、14b置于垂直于垂直排列板13的上、下两个偏振板之间、以维持3～8μm的单元间隙从而制备的图2所示的VA-LCD单元的结构。

即，在该实施例2中，两个双轴延迟补偿膜被使用，其中一双轴延迟补偿膜14a被置于垂直排列板13和下偏振板11之间、另一双轴延迟补偿膜14b被置于垂直排列板13和上偏振板12之间，其中使置于垂直排列板13和下偏振板11之间的双轴延迟补偿膜14a的光轴14c垂直于下偏振板11的吸收轴11c、并且使置于垂直排列板13和上偏振板12之间的双轴延迟补偿膜14b的光轴14c垂直于上偏振板12的吸收轴12c。

以下，将描述测试选自上述使用本发明双轴延迟补偿膜的VA-LCD例子的样品的对比度特性的实验实施例。通过以下实验实施例将容易地理解各实施例中的对比度特性的改进。出于说明的目的，公开以下实验实施例，但并不限制本发明的主题。

实验实施例1

在该实验实施例中，使用由实施例1制备的一层双轴延迟补偿膜的图1(a)的VA-LCD被用作样品。

VA-LCD包括具有3μm的单元间隙的VA-板，其中倾角为89°，介电各向异性(Δε)为-4.9，折射各向异性(Δn)为0.0979，以及波长色散(Δn₄₀₀/Δn₅₀₀)为1.096。因此，VA-板在550nm的波长下的厚度延迟值(R_VA，550)为297nm。

使用聚碳酸酯系列制备双轴延迟补偿膜，其中厚度延迟值(R_th(550nm))为-270nm，平面内延迟值(R_in(550nm))为67nm，厚度延迟值的波长色散(R_th(450nm)/R_th(550nm))为1.15，以及平面内延迟值的波长色散(R_in(450nm)/R_in(550nm))为0.652。

图8显示了模拟通过使用上述双轴延迟补偿膜进行补偿的VA-LCD的对比度的结果，图6显示了通过使用上述双轴延迟补偿膜进行补偿的VA-LCD在黑暗状态中的颜色变化。

实施例1的修改实施例

在该实验实施例中，使用由实施例1制备的一层双轴延迟补偿膜的图1(b)的VA-LCD被用作样品。

VA-LCD包括具有3μm的单元间隙的VA-板，其中倾角为89°，介电各向异性(Δε)为-4.9，折射各向异性(Δn)为0.0979，以及波长色散(Δn₄₀₀/Δn₅₀₀)为1.096。因此，VA-板在550nm的波长下的厚度延迟值(R_VA，550)为297nm。

使用三醋酸纤维素(TAC)系列制备双轴延迟补偿膜，其中厚度延迟值(R_th(550nm))为-241nm，平面内延迟值(R_in(550nm))为44nm，厚度延迟值的波长色散(R_th(450nm)/R_th(550nm))为1.12，以及平面内延迟值的波长色散(R_in(450nm)/R_in(550nm))为0.61。

图9显示了模拟VA-LCD的结构的对比度的结果，并且图10显示了模拟VA-LCD结构在黑暗状态中的颜色变化的结果。

表1对比地说明了实验实施例1的修改实施例所使用的样品(以下被称作“第一样品”)和用作对比例子的样品(以下被称作“第二样品”)的对比。此处，在第一样品中，VA-板在550nm处的延迟值(R_VA)、双轴延迟补偿膜的厚度延迟值(R_th)、两个延迟值(R_VA，R_th)的总延迟值(R_TOTAL)、和双轴延迟补偿膜的平面内延迟值(R_in)分别为297、-240、+46和90。另一方面，在第二样品中，VA-板在550nm下的延迟值(R_VA)、双轴延迟补偿膜的厚度延迟值(R_th)、两个延迟值(R_VA，R_th)的总延迟值(R_TOTAL)、和双轴延迟补偿膜的平面内延迟值(R_in)分别为297、-100、+197和0。并且，第一和第二样品在70°倾角处的最小对比度分别为160和5。

表1

  R_VA  R_th  R_TOTAL  R_in  最小对比度(在70°倾角处) 第一样品(实 验实施例)  297  -240  +46  395  160 第一样品(对 比实施例) 297  -100  +197  460  5

在表1中，第一和第二样品在70°倾角处的最小对比度为160和5。由于70°倾角具有最小对比度，因此除了70°倾角的其它倾角具有高于最小对比度的对比度。因此，在除了70°倾角的其它倾角处的对比度高于最小对比度。

实验实施例2

在该实验实施例中，使用由实施例2制备的双层双轴延迟补偿膜的图2的VA-LCD被用作样品。

VA-LCD包括具有3μm的单元间隙的VA-板，其中倾角为89°，介电各向异性(Δε)为-4.9，折射各向异性(Δn)为0.0979，以及波长色散(Δn₄₀₀/Δn₅₀₀)为1.096。因此，VA-板在550nm的波长下的厚度延迟值(R_VA，550)为297nm。

使用聚碳酸酯系列制备两层双轴延迟补偿膜，其中厚度延迟值(R_th(550nm))为-119nm，平面内延迟值(R_in(550nm))为44nm，厚度延迟值的波长色散(R_th(450nm)/R_th(550nm))为1.24，以及平面内延迟值的波长色散(R_in(450nm)/R_in(550nm))为0.585。

图11显示了模拟VA-LCD结构的对比度的结果，并且图12显示了模拟VA-LCD结构在黑暗状态中的颜色变化的结果。

工业应用性

由以上说明显然可知，本发明提供了一种包括双轴延迟补偿膜的VA-LCD，该双轴延迟补偿膜补偿VA-LCD在倾角处的黑暗状态、以及最小化处于黑色、白色和RGB状态的显色，因此改善了视角特性。

尽管为了说明的目的本发明的优选实施例已经被公开，但是本领域普通技术人员可以理解各种修饰、添加和替代是可能的，而不偏离由附加的权利要求所公开的本发明的范围和精神。