集成宽视角膜和使用该集成宽视角膜的面内转换液晶显示器

摘要

本发明提供了一种集成宽视角膜，其包括：具有位于面内的光轴的第一层膜；和具有位于其厚度方向并在面内方向以预定角度倾斜的光轴的第二层膜。使用所述集成宽视角膜的IPS－LCD可显著提高对角线方向上的对比度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成宽视角膜，特别涉及一种在面内转换液晶显示器(IPS-LCD)中使用的且能够改善对角线方向的对比度的集成宽视角膜。

背景技术

面内转换液晶显示器(IPS-LCD)具有初始平行于玻璃基板且对于电极以预定的角度取向的液晶，和平行于玻璃基板取向的磁场。IPS-LCD显示出液晶折射率随视角的变化较小，且与液晶是垂直取向的扭曲向列(TN)模式相比显示出更宽阔的视角。

IPS-LCD根据包括电极对的有源矩阵驱动电极分为面内转换(IPS)、超级面内转换(超级IPS)和边缘场开关(FFS)。然而，本发明的IPS-LCD被解释为包括所有这些种类。

如上所述，IPS-LCD具有平行方向取向的液晶，因此显示出折射率随视角的变化很小。但是，从侧面观察时，IPS-LCD具有不对称排列的液晶，从而发生左、右两边的色彩偏移。此外，IPS-LCD在倾斜角度上具有高度光泄露，从而在倾斜角度显示出低对比度。

韩国专利公开No.2005-0073221披露了一种IPS-LCD器件，其中包含负双轴膜和+C板的宽视角膜被置于液晶盒和偏振板之间以改善在正面和在倾斜角度上的对比度特性，且使色彩偏移最小化。然而，此相关技术仍然显示出在对角线方向上的低对比度。

发明内容

技术问题

本发明已解决现有技术的上述问题，因此本发明的一个实施方式是提供一种集成宽视角膜和使用该集成宽视角膜的IPS-LCD，所述集成宽视角膜提高了填充有具有正介电各向异性的液晶的面内转换液晶显示器在正面和包括对角线方向的侧面的对比度特性。

技术方案

为了实现上述目标，本发明的发明人进行了反复研究，并发现可通过利用具有在面内延迟的负双轴延迟膜或单轴延迟膜(它们被用于增强正面对比度(front contrast ratio))上堆叠的单轴液晶+C膜的集成宽视角膜来改善IPS-LCD在对角线方向上的对比度特性。在此，单轴液晶+C膜具有在厚度方向上且在面内(in-plane)方向以预定的角度倾斜的光轴。基于这些发现，发明人完成了本发明。

根据本发明的一个实施方式，本发明提供了一种集成宽视角膜，其包括：具有位于面内的光轴的第一层膜；和具有位于其厚度方向并在面内方向以预定角度倾斜的光轴的第二层膜。

第二层膜可具有对于垂直方以向-5°～+5°，特别是以-3°～+3°的角度倾斜的光轴。

第一层膜可以是满足n_x＞n_y＝n_z的+A膜，且第二层膜可以是满足n_x＝n_y＜n_z的+C膜。+A膜可在550nm波长处具有50nm～150nm的面内延迟，+C膜可在550nm波长处具有50nm～250nm的厚度延迟。

+A膜可以这样放置，即+A膜的光轴垂直于与+A膜邻近的偏振板的吸收轴。+A膜可具有平行于与+A膜邻近的偏振板的吸收轴而设置的光轴。

第一层膜是满足n_x＞n_y＞n_z的-B膜，且第二层膜是满足n_x＝n_y＜n_z的+C膜。-B膜可在550nm波长处具有50nm～150nm的面内延迟和-50～-200nm的厚度延迟，+C膜可在550nm波长处具有50nm～250nm的厚度延迟。

第一层膜可以是拉伸聚合物膜，第二层膜可以是液晶膜。

根据本发明的一个实施方式，本发明提供了一种面内转换液晶显示器(IPS-LCD)，其包括：包含上基板、下基板和以具有正介电各向异性的液晶填充的液晶盒盒的液晶面板；和分别位于液晶面板两侧的第一和第二偏振板，其中在液晶盒中的液晶具有位于面内的平行于偏振板的光轴，第一和第二偏振板的吸收轴互相垂直，其中，IPS-LCD包括在液晶面板和第二偏振板之间形成的集成宽视角膜，其中，集成宽视角膜包括具有位于面内的光轴的第一层膜；和具有位于其厚度方向并在面内方向以预定角度倾斜的光轴的第二层膜。

液晶盒在550nm波长处具有300nm～400nm的延迟。

第一和第二偏振板均可使用各向同性膜作为保护膜。

各向同性膜可以是无延迟的环烯烃聚合物(COP)膜或零TAC膜。

第二层膜可具有相对于垂直方向以-5°～+5°，特别是以-3°～+3°的角度倾斜的光轴。

液晶盒可具有八字形取向(splay orientation)的液晶，第一层膜为满足n_x＞n_y＝n_z的+A膜，第二层膜为满足n_x＝n_y＜n_z的+C膜，且第一层膜的光轴垂直于第二偏振板的吸收轴。

液晶盒可具有均一取向的液晶，第一层膜为满足n_x＞n_y＝n_z的+A膜，第二层膜为满足n_x＝n_y＜n_z的+C膜，且第一层膜平行于第二偏振板的吸收轴而放置。

液晶盒可具有八字形取向的液晶，第一层膜可以是满足n_x＞n_y＞n_z的-B膜，第二层膜可以是满足n_x＝n_y＜n_z的+C膜。

有益效果

本发明的面内转换液晶显示器(IPS-LCD)使用了一种集成宽视角膜，其包含具有在厚度方向并以预定角度倾斜的光轴的膜，从而无论液晶在液晶盒中的取向如何都确保具有宽视角。

此外，使用本发明的集成宽视角膜的IPS-LCD提高了对角线方向上的对比度，且没有色彩偏移。

附图说明

本发明的上述和其他目的、特点和其他优势将通过以下结合附图的详细描述更加清楚地被理解，其中：

图1图示说明了面内转换液晶显示器(IPS-LCD)的基本结构；

图2图示说明了用于补偿视角的延迟膜的折射率；

图3A～3C图示说明了根据本发明示例性实施方式的集成宽视角膜；

图4A和4B图示说明了IPS-LCD的液晶的取向；

图5A和5B分别图示说明了根据本发明示例性实施方式的IPS-LCD；

图6A和6B分别图示说明了根据本发明的另一示例性实施方式的IPS-LCD；

图7A和7B分别图示说明了根据本发明的再一个示例性实施方式的IPS-LCD；

图8是本发明的发明实施例1的模拟结果；

图9是本发明的发明实施例2的模拟结果；以及

图10是本发明的发明实施例3的模拟结果。

具体实施方式

现将在下文中参考附图更完备地描述本发明。

首先，将给出通常的面内转换液晶显示器(IPS-LCD)的基本结构、光轴的排列和延迟膜与折射率之间关系的说明。

图1图示说明了IPS-LCD的基本结构。如图1所示，IPS-LCD包括第一偏振板10，第二偏振板30和液晶面板20。液晶面板20包括由具有正介电各向异性的、在两个基板21和23之间以平行方向取向的液晶填充的液晶盒22。

此外，如图1所示，第一偏振板10的吸收轴(用表示)和第二偏振板30的吸收轴(用◎表示)互相垂直。此外，第一偏振板10的吸收轴(用表示)和液晶盒22的光轴(用<-->表示)互相平行。一般来说，背光位于第一偏振板10邻近，其中，液晶盒22的光轴与第一偏振器10平行放置。

同时，第一偏振板10和第二偏振板30各包括偏振膜(未显示)和附到偏振膜(未显示)的两个表面的至少一个上的保护膜(未显示)。偏振膜是一个非常薄的拉伸膜，且容易因外部机械和物理外力损坏。这就是将保护膜附到偏振膜上的原因。此保护膜通常使用三醋酸纤维素(TAC)膜、聚降冰片烯(PNB)膜、环烯烃(COP)膜等。

图2图示说明了用于补偿视角的延迟膜的折射率。为方便起见，在延迟膜x轴方向的折射率标记为n_x，在y轴方向的折射率标记为n_y，在z轴方向的折射率标记为n_z。延迟膜的特性根据折射率的量级确定。在此，在三个轴方向中的两个具有不同折射率的情况下，延迟膜被称为单轴延迟膜。此外，在所有三个轴方向中具有都不同的折射率的情况下，延迟膜被称为双轴延迟膜。

单轴膜包含满足n_x≠n_y＝n_z的A膜和满足n_x＝n_y≠n_z的C膜。在此，把满足n_x＞n_y＝n_z的单轴膜称为+A膜。此外，把满足n_x＜n_y＝n_z的单轴膜称为-A膜。此外，把满足n_x＝n_y＜n_z的单轴膜称为+C膜并把满足n_x＝n_y＞n_z的单轴膜称为-C膜。

与此同时，把双轴膜用B膜表示。特别地，把满足n_x＞n_y＞n_z的双轴膜称为-B膜。

为了表示延迟膜的特性，通常使用面内延迟R_in和厚度延迟R_th。面内延迟和厚度延迟分别根据以下公式1和2定义：

面内延迟R_in＝(n_x-n_y)×d...公式1

其中，d是膜的厚度。

厚度延迟R_th＝(n_z-n_y)×d...公式2

其中，d是膜的厚度。

以下将参考附图描述集成宽视角膜。

图3A～3C图示说明了根据本发明的不同实施方式的集成宽视角膜。如图3A～3C所示，本发明的集成宽视角膜包括具有位于面内的光轴的第一层膜和具有位于其厚度方向并在面内方向以预定角度倾斜的光轴的第二层膜。

更具体地说，如图3A和3C所示，集成宽视角膜可利用+A膜和+C膜。如图3B所示，集成宽视角膜可采用-B膜和+C膜。在此，+A膜和-B膜具有位于面内的光轴，+C膜具有位于厚度方向上且在面内方向以预定的角度倾斜的光轴。

在本发明中，其中+C膜具有在面内方向以预定的角度倾斜的光轴的结构与IPS-LCD的液晶盒中液晶的取向有关。如上所述，IPS-LCD的特征在于液晶在液晶盒中以平行方向取向。然而，实际上不可能将IPS-LCD中的液晶彼此完全横向取向。大多数的IPS-LCD有5°或更小的预倾角。图4图示说明了IPS-LCD内的液晶的取向。根据玻璃基板的摩擦方向，IPS-LCD的液晶盒可配置为如图4A所示的均一取向或如图4B所示的八字形取向。无论形成哪种类型的液晶盒，液晶都未以完全平行的方向取向。如上所述，液晶未以完全平行的方向取向，而是有一个预倾角。这将导致延迟的不对称，其中当光线从侧面通过液晶，延迟不同。

在此基础上，根据本发明，具有厚度延迟的+C膜的光轴被设计为以预定的角度倾斜，从而由于在液晶盒中的液晶预倾斜导致的延迟不对称可被光补偿。

在此，+C膜具有相对于垂直方向以-5°～+5°，特别是以-3°～+3°的角度倾斜的光轴。+C膜的光轴的角度可根据IPS-LCD的液晶盒的预倾角而变化，但光轴的角度超过±5°会导致由膜引起的附加的不对称延迟，从而降低性能。与此同时，在±3°范围内的光轴的角度确保了优异的对比度。

同时，在此实施方式中，第一层膜，即+A膜或-B膜可由拉伸的聚合物膜形成。例如，+A膜可以是单轴拉伸的TAC膜，单轴拉伸的压克力膜或单轴拉伸的COP膜。-B膜可以是双轴拉伸的TAC膜，双轴拉伸的压克力膜或双轴拉伸的COP膜。

此外，第二层膜，即具有在厚度方向上设置且以预定的角度倾斜的光轴的+C膜可由固化液晶制备。也就是说，为了制造根据本发明的集成宽视角膜，将配向膜应用在由聚合物膜形成的第一层膜上，且将液晶取向以具有想要的预倾角以及将液晶涂覆以形成第二层膜。

在此实施方式中，优选地，+A膜在550nm波长处具有50nm～150nm的面内延迟，+C膜在550nm波长处具有50nm～250nm的厚度延迟。优选地，-B膜在550nm波长处具有50～150nm的面内延迟和-50～-200nm的厚度延迟。

此外，还提供了使用根据本发明的集成宽视角膜的IPS-LCD。

本发明的IPS-LCD包括：包括上基板、下基板和以具有正介电各向异性的液晶填充的液晶盒的液晶面板。IPS-LCD还包括分别位于液晶面板两侧的第一和第二偏振板。在液晶盒中的液晶分别具有位于面内的平行于偏振板的光轴。第一和第二偏振板的吸收轴互相垂直。在此，IPS-LCD包括在液晶面板和第二偏振板之间形成的集成宽视角膜。集成宽视角膜包括第一层膜和第二层膜。第一层膜具有位于面内的光轴。第二层膜具有位于其厚度方向并在面内方向以预定角度倾斜的光轴。

图5～7图示说明了根据本发明示例性实施方式的IPS-LCD。以下，将参考附图描述本发明的实施方式。

首先，参照图5A和5B，IPS-LCD包括第一偏振板10，液晶面板20和第二偏振板30。液晶面板20包括上基板21和以预定距离设置的下基板23以及位于上基板21和下基板23之间并以具有正介电各向异性的液晶填充的液晶盒22。在此，第一偏振板10的吸收轴垂直于第二偏振板30的吸收轴。此外，IPS-LCD包括位于液晶面板20和第二偏振板30之间且具有在第二偏振板30上依次堆叠的+A膜和+C膜的集成宽视角膜。

液晶面板的液晶盒22可以为如图5A所示的均一取向和如图5B所示的八字形取向。此外，液晶盒22在550nm波长处具有300nm～400nm的延迟。

同时，配置集成宽视角膜以使+A膜和+C膜依次堆叠在第二偏振板上。在此，+C膜具有位于厚度方向上并相对于垂直偏振板表面的方向以-5°～+5°，特别是以-3°～+3°的角度倾斜的光轴。此外，+A膜具有垂直于第二偏振板的吸收轴(用●表示)的光轴。

+A膜在550nm波长处具有50nm～150nm的面内延迟，+C膜在550nm波长处具有50nm～250nm的厚度延迟。

图6A和6B分别图示说明了根据本发明的另一个示例性实施方式的IPS-LCD。

如图6A和6B所示，本发明的IPS-LCD装置包括第一偏振板10，液晶面板20和第二偏振板30。液晶面板20包括以预定距离放置的两个基板21和23以及位于上基板21和下基板23之间并以具有正介电各向异性的液晶填充的液晶盒22。在此，第一偏振板10的吸收轴垂直于第二偏振板30的吸收轴。此外，IPS-LCD包括置于液晶面板20和第二偏振板30之间且包含在第二偏振板30上依次堆叠的+C膜和+A膜的集成宽视角膜。

在此，+A膜具有平行于第二偏振板30的吸收轴(用●表示)的光轴。此外，+C膜具有位于厚度方向上并在垂直偏振板表面的方向上以±5°，特别是以±3°的角度倾斜的光轴。

同时，液晶面板的液晶盒22可以为如图6A所示的均一取向和如图6B所示的八字形取向。此外，液晶盒22在550nm波长处具有300nm～400nm的延迟。

+A膜在550nm波长处具有50nm～150nm的面内延迟。+C膜在550nm波长处具有50nm～250nm的厚度延迟。

图7A和7B分别图示说明了根据本发明的再一个示例性实施方式的IPS-LCD。

如图7A和7B所示，本发明的IPS-LCD包括第一偏振板10，液晶面板20和第二偏振板30。液晶面板20包括以预定距离放置的上基板和下基板21和23以及位于上基板和下基板之间并以具有正介电各向异性的液晶填充的液晶盒22。第一偏振板10的吸收轴垂直于第二偏振板30的吸收轴。此外，IPS-LCD包括置于液晶面板20和第二偏振板30之间且包含在第二偏振板上依次堆叠的-B膜和+C膜的集成宽视角膜。

在此，液晶面板的液晶盒22可以为如图7A所示的均一取向和如图7B所示的八字形取向。此外，液晶盒22在550nm波长处具有300nm～400nm的延迟。

同时，-B膜具有垂直于第二偏振板的吸收轴(用●表示)的光轴。+C膜具有位于厚度方向上并在垂直方向以±5°，特别是以±3°的角度倾斜的光轴。

此外，-B膜在550nm波长处可具有50～150nm的面内延迟和50～200nm的厚度延迟。+C膜可在550nm波长处具有50nm～250nm的厚度延迟。

IPS-LCD的视角补偿也受到用于保护偏振膜的保护膜的影响。例如，在保护膜使用具有厚度延迟的膜的情况下，IPS-LCD补偿视角的能力稍差。因此，在本发明中，用于第一偏振板和第二偏振板的保护膜采用了各向同性膜如无延迟未拉伸COP膜、TAC膜和未拉伸压克力膜以确保视角的优异的补偿。

该保护膜可放置于偏振膜的至少一个表面，特别是两个表面上。然而，对于第二偏振板，由各向同性膜形成的保护膜仅设置在偏振膜的一个表面。也就是说，集成宽视角膜堆叠的偏振膜的表面上没有设置额外的保护膜，而是集成宽视角膜直接堆叠在偏振膜上充当保护膜。

发明方式

现将参考附图详述本发明的示例性实施方式。

发明实施例1

模拟如图5B所示结构的IPS-LCD在45°方位角和所有倾斜角上的最低对比度。

模拟条件如下。

(1)液晶盒：盒间距3.3μm，各预倾角1.4°，介电各向异性Δε＝+7，在550nm波长处的双折射Δn＝0.1，八字形取向

(2)第一偏振板和第二偏振板：保护膜厚度＝80μm，无厚度延迟

(3)+A膜：膜厚度＝80μm，R_in＝150nm

(4)+C膜：膜厚度＝1μm，R_th＝100nm，光轴角度+3°

模拟结果在图8中以实线绘制。

对比实施例1

除了对比实施例1使用具有相对于垂直方向倾斜+20°的光轴的+C膜以外，在与发明实施例1相同的条件下进行模拟。

模拟结果在图8中以……线绘制。

对比实施例2

除了对比实施例2使用具有相对于垂直方向倾斜+25°的光轴的+C膜以外，在与发明实施例1相同的条件下进行模拟。

模拟结果在图8中以-··-··-线绘制。

对比实施例3

作为比较，在没有使用集成宽视角膜的IPS-LCD上进行模拟。

<模拟条件>

(1)液晶盒：盒间距3.3μm，各预倾角1.4°，介电各向异性Δε＝+7，在550nm波长处的双折射Δn＝0.1，八字形取向

(2)第一偏振板和第二偏振板：保护膜厚度＝80μm，无厚度延迟模拟结果在图8中以-·-·-线绘制。

对比实施例4

作为比较，在液晶盒中的液晶没有预倾角且以完全平行方向取向的理想的IPS-LCD上进行模拟以在45°方位角和所有倾斜角上测量最低对比度。

<模拟条件>

(1)液晶盒：盒间距3.3μm，各预倾角0°，介电各向异性Δε＝+7，在550nm波长处的双折射Δn＝0.1，八字形取向

(2)第一偏振板和第二偏振板：保护膜厚度＝80μm，无厚度延迟模拟结果在图8中以-----线绘制。

发明实施例2

模拟如图6A所示结构的IPS-LCD在45°方位角和所有倾斜角上的最低对比度。

<模拟条件>

(1)液晶盒：盒间距3.3μm，各预倾角1.4°，介电各向异性Δε＝+7，在550nm波长处的双折射Δn＝0.1，均一取向

(2)第一偏振板：保护膜厚度＝80μm，无厚度延迟

(3)第二偏振板：具有保护膜厚度＝50μm的TAC膜，且Rth＝-30nm

(4)+A膜：膜厚度＝80μm，R_in＝130nm

(5)+C膜：膜厚度＝1μm，R_th＝100nm，光轴角度3°

模拟结果在图9中以实线绘制。

对比实施例5

除了对比实施例5使用具有相对于垂直方向倾斜+20°的光轴的+C膜以外，在与发明实施例2相同的条件下进行模拟。

模拟结果在图9中以……线绘制。

对比实施例6

除了对比实施例6使用具有相对于垂直方向倾斜+25°的光轴的+C膜以外，在与发明实施例2相同的条件下进行模拟。

模拟结果在图9中以-··-··-线绘制。

对比实施例7

作为比较，在没有使用集成宽视角膜的IPS-LCD上进行模拟。

模拟结果在图9中以-·-·-线绘制。

<模拟条件>

(1)液晶盒：盒间距3.3μm，各预倾角1.4°，介电各向异性Δε＝+7，在550nm波长处的双折射Δn＝0.1，均一取向

(2)第一偏振板：保护膜厚度＝80μm，无厚度延迟

(3)第二偏振板：具有保护膜厚度＝50μm的TAC膜，且Rth＝-30nm

对比实施例8

作为比较，在液晶盒中的液晶没有预倾角且以完全平行方向取向的理想的IPS-LCD下进行模拟以在45°方位角和所有倾斜角上测量最低对比度。

模拟结果在图9中以-----线绘制。

<模拟条件>

(1)液晶盒：盒间距3.3μm，各预倾角0°，介电各向异性Δε＝+7，在550nm波长处的双折射Δn＝0.1，均一取向

(2)第一偏振板：保护膜厚度＝80μm，无厚度延迟

(3)第二偏振板：具有保护膜厚度＝50μm的TAC膜，且Rth＝-30nm

发明实施例3

模拟如图7B所示的IPS-LCD在45°方位角和所有倾斜角上的最低对比度。

<模拟条件>

(1)液晶盒：盒间距3.3μm，各预倾角1.4°，介电各向异性Δε＝+7，在550nm波长处的双折射Δn＝0.1，八字形取向

(2)第一偏振板和第二偏振板：保护膜厚度＝80μm，无厚度延迟

(3)-B膜：厚度＝80μm，R_in＝90nm，R_th＝-70nm

(4)+C膜：厚度＝1μm R_th＝100nm，光轴角度3°

模拟结果在图10中以实线绘制。

对比实施例9

作为比较，在没有使用集成宽视角膜的IPS-LCD上进行模拟。

模拟结果在图10中以-·-·-线绘制。

<模拟条件>

(1)液晶盒：盒间距3.3μm，各预倾角1.4°，介电各向异性Δε＝+7，在550nm波长处的双折射Δn＝0.1，八字形取向

(2)第一偏振板和第二偏振板：保护膜厚度＝80μm，无厚度延迟。

对比实施例10

作为比较，在液晶盒中的液晶没有预倾角且以完全平行方向取向的理想的IPS-LCD下进行模拟以在45°方位角和所有倾斜角上测量最低对比度。

模拟结果在图10中以-----线绘制。

<模拟条件>

(1)液晶盒：盒间距3.3μm，各预倾角0°，介电各向异性Δε＝+7，在550nm波长处的双折射Δn＝0.1，八字形取向

(2)第一偏振板和第二偏振板：保护膜厚度＝80μm，无厚度延迟。

图8～10表明，使用本发明的集成宽视角膜的IPS-LCD展示出最接近于理想IPS-LCD的性质。此外，图8和9表明，使用更大的倾斜角的光轴的+C膜时，IPS-LCD的性能下降。

尽管本发明已经就优选的实施方式进行展示和描述，显然对本领域的技术人员来说，在不脱离所附权利要求定义的本发明的实质和范围的条件下，各种变化和修改都是明显的。