专利名称：具有光学补偿膜的ips－lcd设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及板内切换模式液晶显示器(IPS-LCD)设备，以及更具体地说，涉及具有光学补偿膜的IPS-LCD设备。
背景技术：
IPS-LCD设备使用用于在LCD设备的液晶(LC)层中旋转液晶分子的晶向的平行电场。IPS-LCD设备通常包括LC层，包括均匀定向LC分子、在其间夹住LC层的一对衬底，以及分别连接到其外侧上的相应的一个衬底的一对偏光膜。IPS-LCD设备通常设计成LC层中的LC分子的初始晶向表示不施加电压的黑色，以及通过施加电压，使LC层中的LC分子的初始晶向旋转约45度以表示白色。IPS-LCD设备中的LC分子的旋转方向与衬底表面平行，与扭转向列模式LCD设备相比，实现更高视角。
已知在IPS-LCD设备中，以平行或垂直于偏光膜的轴向，即光吸收轴和光透射轴的方位角，能实现高视角。然而，从远离偏光膜的光轴45度的方位角的方向中的不同视角看，根据视角，在IPS-LCD设备中观察到不期望的色度偏移。已知解决根据视角，观察到不期望色度偏移的问题的多域IPS-LCD设备。多域IPS-LCD设备通过抑制其方位角依赖性同时在多个点弯曲电极，抑制涉及根据视角的改变的色度偏移。
由专利公开号JP-A-11-133408提出另一种技术来解决上述问题。该技术使用位于LC层和发光端偏光膜间的光补偿膜。光补偿膜具有正单轴光学各向异性，以及具有垂直于衬底表面的光轴。光补偿膜通过使用光学补偿膜的延迟的变化，抵消包含在视角的变化中的LC层的延迟变化，从而抑制色度偏移。
在IPS-LCD设备中，还提到构成偏光膜部分的保护层具有负单轴光学各向异性，其中，其光轴垂直于衬底表面。这如在倾斜观察方向中所看到的，导致生成延迟。延迟产生通过偏光膜，从背光源入射在LC层上的光改变成椭圆偏振光。IPS-LCD设备中的椭圆偏振光导致穿过LC层的光的偏振改变，从而产生如在倾斜观察方向中所看到的漏光。另外，由于如果在远离光轴的倾斜观察方位角中观察，偏光膜对的光轴不垂直于彼此延伸，在表示屏幕上的黑色上，还产生漏光。如在倾斜方向中所看到的，这些漏光降低IPS-LCD设备的对比率，以及降低对比率的视角特性。
通过采用多域IPS技术以及通过如在所述专利公开内容中所描述的技术，能基本上解决在改变IPS-LCD设备中的倾斜观察方向中的视角时的色度偏移的问题。然而，在解决色度偏移的问题后，注意到作为显著问题的表示屏幕上的黑色时的漏光的问题，尽管该问题迄今不认为是关键问题，即在解决色度偏移问题前。既不能通过多域IPS技术，也不能通过如在所述专利公开内容中描述的技术，解决在黑色的显示上的漏光的问题。因此，现在期望解决在IPS-LCD设备中，黑色的显示时的漏光问题。
发明内容
鉴于上文，本发明的目的是通过抑制在倾斜观察方向中的漏光，提供具有改进的图像质量的IPS-LCD设备。
本发明提供板内切换模式液晶显示器(IPS-LCD)设备，包括包括均匀定向的LC分子的液晶(LC)层；分别位于LC层的光入射端和光出射端附近的第一和第二衬底，LC分子具有基本上零度并平行于为第一衬底和第二衬底的表面的一个的衬底表面对齐的扭绞角；分别位于第一衬底的光入射端和第二衬底的光出射端附近的第一和第二偏光膜；位于第一和第二衬底的一个附近的第一延迟膜，以及位于第二偏光膜的光入射端附近的第二延迟膜，第一和第二延迟膜的折射率满足下述关系0≤(ns1-nz1)/(ns1-nf1)≤0.50≤(ns2-nz2)/(ns2-nf2)≤0.5其中，ns1、nf1和nz1分别表示在第一延迟膜的平面内慢轴、平面内快轴和厚度的方向中的折射率，以及ns2、nf2和nz2分别表示在第二延迟膜的平面内慢轴、平面内快轴和厚度的方向中的折射率，第一和第二延迟膜的慢轴平行于衬底表面延伸，第一延迟膜的快轴平行于投射在衬底表面上的LC层的初始晶向的方向延伸，第二延迟膜的慢轴平行于投射在衬底表面的LC层的初始晶向的方向延伸，第一和第二延迟膜的板内延迟满足下述关系240nm≤I1≤425nm，以及200nm≤I2≤(0.75×I1+61)nm或下述关系500nm≤I1≤730nm，以及(0.6×I1-272)nm≤I2≤180nm其中，I1和I2分别表示第一和第二延迟膜的板内延迟，并由下述定义I1＝(ns1-nf1)×d1；以及I2＝(ns2-nf2)×d2d1和d2为第一和第二延迟膜的相等厚度。
根据本发明的IPS-LCD设备，第一和第二补偿膜的延迟间的特定关系提供降低在IPS-LCD设备的屏幕上显示黑色时的漏光。
在此使用的薄膜的术语“等效厚度(equivalent thickness)”表示根据具有与薄膜延迟相同的延迟的LC层的厚度定义的薄膜厚度。
参考附图，从下述描述，本发明的上述和其他目的、特征和优点将更显而易见。
图1是根据本发明的第一实施例的IPS-LCD设备的剖视图。
图2A和2B是图1的IPS-LCD设备的部件的剖视图。
图3是在本发明中，表示方位角和视角的定义的典型的LCD设备的透视图。
图4是表示在光补偿膜的延迟的定义中的符号的光补偿膜的透视图。
图5是表示光补偿膜的延迟的组合和倾斜观察方向中的漏光间的关系的三维图。
图6是表示光补偿膜的延迟的组合和倾斜观察方向中的漏光间的关系的二维图。
图7是表示在屏幕上显示黑色后，实现最佳降低漏光的光补偿膜的组合的范围的图。
图8是根据本发明的第二实施例的IPC-LCD设备的剖视图。
具体实施例方式
现在，参考附图，更具体地描述本发明，其中类似组件由类似的标记表示。
参考图1，通常由数字100表示、根据本发明的第一实施例的IPS-LCD包括第一(光入射端)偏光膜101、第一光补偿膜117、TFT衬底102、LC层103、CF(颜色滤光器)衬底104、第二光补偿膜118和第二偏光膜105，从背光源，或从图的底部看，按此顺序连续地排列。在本文中，第一和第二偏光膜101和105可以分别称为光入射端偏光膜和光出射端偏光膜。
LC层103具有约0度的扭绞角，以及包括均匀定向的LC分子112，具有平行于衬底表面，或TFT或CF衬底的表面延伸的更长轴。LC层103可以是正型LC层或负型LC层。在LC层103和TFT衬底102和CF衬底104的每一个间，提供晶向膜111或113。
TFT衬底102包括玻璃衬底体106、绝缘膜107和每个包括TFT108、像素电极109和公用电极110的像素阵列。绝缘膜107包括有机层和氮化硅层。TFT108控制施加到相应的像素电极109上的电势。在图1的该IPS-LCD设备100中，在TFT衬底102上形成的像素电极109和公用电极110由于其间的电势差，将横向电场施加到LC层103中的LC分子112上。
CF衬底104包括彩色层114、光屏蔽膜115和玻璃衬底体116。根据像素，彩色层114将三个原色施加到穿过LC层103的光。相对于光，光屏蔽膜115屏蔽TFTs108和在图中未示出的信号线。
图2A和2B是表示图1的IPS-LCD设备的零部件的详细情况的放大图。如图2B所示，连接到TFT衬底102的玻璃衬底体106上的第一偏光膜101具有三层结构，其中，偏光层120夹在第一保护层121和第二保护层122间。类似地，连接到CF衬底104的玻璃衬底116上的第二偏光膜105具有三层结构，其中，偏光层120夹在第三保护层123和第四保护层124间。
偏光层120是由例如聚乙烯醇(PVA)制成，以及将入射光改变成基本上线性的偏振光。保护层121至124的每一个由例如三醋酸纤维(TAC)制成，以及充当在其厚度方向具有光轴和负单轴光学各向异性的延迟膜。在此假定每个保护层的折射率椭圆体具有三个正交光弹性轴，包括具有最大折射率nx的第一轴、具有第二大折射率ny的第二轴以及具有最小折射率nz的第三轴。在本实施例中，nx的值基本上等于ny的值，以及具有折射率nz的第三轴基本上垂直于衬底表面。
第一和第二光补偿膜117和118构成延迟膜和具有各自的光学特性。光补偿膜117或118可以通过连接到或涂在例如玻璃衬底体106或116形成。每个光补偿膜117或118的三个光弹性轴包括平行于衬底表面的平面内慢轴和平面内快轴，以及垂直于衬底表面的另一轴。
第一光补偿膜117具有负单轴光学各向异性，以及位于第一偏光膜101和TFT衬底102间。第一光补偿膜117可以由包括具有平面内光轴和负单轴光学各向异性的碟状LC层的特殊膜，或具有类似的特性的另一膜。第一光补偿膜117的光轴设计成基本上与LC层103的慢轴对齐，其中，其间的偏差应当最好在±2度内。
当光通过第一偏光膜101时，由于第一偏光膜101的偏光层120的功能，光首先假定线性偏振光，然后由于第一偏光膜101的保护层122的功能，假定稍微椭圆的偏振光。在稍微椭圆形的偏振光通过LC层103后，由于延迟波长色散，在具有各个波长的不同偏振分量的情况下，光达到第二偏光膜105。由于第一光补偿膜117具有与LC层103的正单轴光学各向异性相反的负单轴光学各向异性，第一光补偿膜117补偿由LC层103引起的延迟波长色散，更具体地说，补偿波长分量间的延迟。因此，第二偏光膜105接收具有所需偏振的补偿光。
第二光补偿膜118具有双轴光学各向异性或负单轴光学各向异性，以及位于第二偏光膜105的光入射端附近。第二光补偿膜118可以通过挤压延长膜的膜形成，只要该膜具有例如双轴光学各向异性。第二光补偿膜118的慢轴设计成与LC层103的慢轴对齐，其中，两个慢轴间的偏差应当最好在±2度内。
如果在为远离偏光膜101和105的光轴、相对于法线方向，远离有效视角45度的方位角方向中观察到诸如图1所示的100的典型LCD设备，那么观察到偏光膜101和105的光轴偏离直角。光补偿膜118补偿离由根据观察方向，不同双折射引起的直角的偏差。
通过如上所述的光补偿膜117和118的功能，入射在第二偏光膜105上的光具有所需偏振，从而能抑制如在所有方向中观察到的出现的漏光和色度偏移。特别地，能将在黑色显示上的漏光抑制到所需水平。
在此还注意到使用第二光补偿膜118的光补偿可包含漏光和色度偏移问题，由于第二光补偿膜118生成延迟波长色散，从而生成由波长而定的不同偏光分量。然而，在这种情况下，第一光补偿膜117控制入射在第二光补偿膜118上的光的偏振，从而通过第二光补偿膜118出射的光具有均匀偏振。尽管入射在第二偏光膜105上的光可以通过第三光补偿膜123，改变偏振，第二光补偿膜118控制入射在第二偏光膜105的偏光层120上的光的偏振，从而对齐通过第三保护层123出射的光的偏振。
本发明人实施用于具有上述结构的IPS-LCD设备100的光补偿膜117和118的光学特性的模拟，以便获得提供将在屏幕上的黑色显示上的漏光较好地抑制到所需水平的条件。在这些模拟中，假定如图3所示的视角θ和方位角Φ，在处于方位角Φ＝45度的方向角方向中，采用θ＝70度的视角。更具体地说，在图3中，由将表示观察者的视点的任意矢量投射在X-Y平面上获得的虚线和X轴间的角度，定义方位角Φ，而由任意矢量和X-Y平面间的角度定义视角θ。
在本文中，图4表示光补偿膜的延迟的定义。板内延迟通常由下述定义(ns-nf)×d假定ns是平面内慢轴的方向中的折射率，nf是平面内快轴的方向中的折射率，nz是厚度方向中的折射率，以及d是膜的等效厚度。在本文中，术语“延迟”可以称为(Δn·d)或附有(Δn·d)。
用在模拟中的第一光补偿膜117具有用下述表示的光学特性(ns-nz)＝0
而第二光补偿膜118具有用下述表示的光学特性0≤(ns-nz)/(ns-nf)≤0.5本发明人在模拟前，用实验确认在倾斜观察方向中的漏光基本上不降低图像质量，同时降低典型的IPS-LCD设备中的背光单元强度级。实验结果显示普通背光的强度级(标准级)的一半防止倾斜方向中的漏光显著地降低图像质量，以及标准级的四分之一防止感知漏光本身。因此，在倾斜观察方向中的漏光的强度级的模拟中，我们采用标准级的一半作为期望级，在该期望级，漏光基本上不降低用于本发明的IPS-LCD设备的图像质量。
图5是表示光补偿膜117和118的延迟的组合和倾斜观察方向中的漏光的强度间的关系的三维图。在该图中，通过为倾斜观察方向中的普通IPS-LCD设备中的漏光的强度的标准级，规格化漏光的强度。在图5的图中，光补偿膜117的延迟表示为(Δn·d)1，而光补偿膜118的延迟表示为(Δn·d)2。
从图5将理解到等于或低于标准级的一半(0.5)的漏光的强度的所需级能通过采用光补偿膜117和118的特定组合来实现。
图6以二维表示图5的图，表示延迟(Δn·d)1和(Δn·d)2的组合与漏光的规格化强度间的关系。图7表示实现等于或低于标准级的一半的漏光的所需强度、包括近似图6的区域的区域A和B的特定区域。
使用线性公式，能定义实现标准级的一半或更低的图7所示的两个区域(区域A和区域B)。
对区域A，240nm≤(Δn·d)1≤425nm，以及200nm≤(Δn·d)2≤(0.75×(Δn·d)1+61)nm
对区域B，500nm≤(Δn·d)1≤730nm，以及(0.60×(Δn·d)1-272)≤(Δn·d)2≤180nm在本发明的一个实施例中，将光补偿膜117和118的延迟的组合设置成固定在区域A或区域B中，如图7所示，从而实现为标准级的一半或更低的倾斜观察方向中的漏光的所需级。考虑到区域A和B内的延迟的组合的设定值允许光补偿膜117和118抑制由第一偏光膜101中的第二保护层122、LC层103和CF衬底引起的光色散，从而在第二偏光膜105中的偏光层120的表面上，获得少量色散。在本实施例中，由此实现的低漏光级提高了IPS-LCD设备的图像质量。
图8表示根据本发明的第二实施例的IPS-LCD设备。本发明的IPS-LCD类似于第一实施例，除在本实施例中，光补偿膜117位于光补偿膜118和LC层103间的CF衬底104附近外。对本实施例的LCD设备实施的模拟显示与第一实施例中，图5所示类似的结果。因此，光补偿膜117和118的延迟的组合应当确定固定在图7所示的区域A或B内，以降低在显示黑色时，倾斜观察方向中的漏光。
应注意到光补偿膜117可以具有双轴光学各向异性，代替负单轴光学各向异性。在这种情况下，光补偿膜117和118的光学特性应当最好满足下述关系0＜Z1≤Z2≤0.5其中Z1是光补偿膜117的光学特性，并表示为Z1＝(ns1-nz1)/(ns1-nf1)以及Z2是光补偿膜118的光学特性，并表示为Z2＝(ns2-nz2)/(ns2-nf2)在这种情况下，光补偿膜117的双轴光学各向异性最好应当接近负单轴光学各向异性。
由于上述实施例仅描述为例子，本发明不限于上述实施例以及本领域的技术人员很容易做出各种改进或改变，而不背离本发明的范围。
权利要求
1.一种板内切换模式液晶显示器(IPS-LCD)设备，包括包括均匀定向的LC分子的液晶(LC)层；分别位于所述LC层的光入射端和光出射端附近的第一和第二衬底，所述LC分子具有基本上零度并平行于为所述第一衬底和第二衬底的表面的一个的衬底表面对齐的扭绞角；分别位于所述第一衬底的光入射端和所述第二衬底的光出射端附近的第一和第二偏光膜；位于所述第一和第二衬底的一个附近的第一延迟膜，以及位于所述第二偏光膜的光入射端附近的第二延迟膜，所述第一和第二延迟膜的折射率满足下述关系0≤(ns1-nz1)/(ns1-nf1)≤0.50≤(ns2-nz2)/(ns2-nf2)≤0.5其中，ns1、nf1和nz1分别表示在所述第一延迟膜的平面内慢轴、平面内快轴和厚度的方向中的折射率，以及ns2、nf2和nz2分别表示在所述第二延迟膜的平面内慢轴、平面内快轴和厚度的方向中的折射率，所述第一和第二延迟膜的所述慢轴平行于所述衬底表面延伸，所述第一延迟膜的所述快轴平行于投射在所述衬底表面上的所述LC层的初始晶向的光轴的方向延伸，所述第二延迟膜的所述慢轴平行于投射在所述衬底表面的所述LC层的初始晶向的光轴的方向延伸，所述第一和第二延迟膜的板内延迟满足下述关系240nm≤I1≤425nm，以及200nm≤I2≤(0.75×I1+61)nm其中，I1和I2分别表示所述第一和第二延迟膜的板内延迟，并由下述定义I1＝(ns1-nf1)×d1；以及I2＝(ns2-nf2)×d2d1和d2为所述第一和第二延迟膜的等效厚度。
2.如权利要求1所述的IPS-LCD设备，其中下述关系成立Z1≤Z2其中，Z1＝(ns1-nz1)/(ns1-nf1)以及Z2＝(ns2-nz2)/(ns2-nf2)。
3.如权利要求1所述的IPS-LCD设备，其中所述第一延迟膜具有双轴光学各向异性或负单轴光学各向异性。
4.如权利要求1所述的IPS-LCD设备，其中所述第二延迟膜具有双轴光学各向异性或负单轴光学各向异性。
5.如权利要求1所述的IPS-LCD设备，其中相对于投射在所述衬底的表面上的所述LC层的所述初始晶向的所述光轴的所述方向的所述第一延迟膜的所述快轴的角度在±2度内。
6.如权利要求1所述的IPS-LCD设备，其中相对于投射在所述衬底的表面上的所述LC层的所述初始晶向的所述光轴的所述方向的所述第二延迟膜的所述慢轴的角度在±2度内。
7.如权利要求1所述的IPS-LCD设备，其中所述第一和第二偏光膜的每一个包括具有将入射光转换成线性偏振光的功能的偏光层，以及在其间夹所述偏光层的一对保护层，所述保护层的每一个的折射率椭圆体具有三个正交光弹性轴，包括具有最大折射率nx的第一轴、具有第二大折射率ny的第二轴，以及具有最小折射率nz的第三轴，所述nx基本上等于所述ny，所述第三轴基本上平行于所述衬底表面延伸。
8.如权利要求1所述的IPS-LCD设备，其中所述LC层包括正型LC。
9.如权利要求1所述的IPS-LCD设备，其中所述LC层包括负型LC。
10.一种板内切换模式液晶显示器(IPS-LCD)设备，包括包括均匀定向的LC分子的液晶(LC)层；分别位于所述LC层的光入射端和光出射端附近的第一和第二衬底，所述LC分子具有基本上零度并平行于为所述第一衬底和第二衬底的表面的一个的衬底表面对齐的扭绞角；分别位于所述第一衬底的光入射端和所述第二衬底的光出射端附近的第一和第二偏光膜；位于所述第一和第二衬底的一个附近的第一延迟膜，以及位于所述第二偏光膜的光入射端附近的第二延迟膜，所述第一和第二延迟膜的折射率满足下述关系0≤(ns1-nz1)/(ns1-nf1)≤0.50≤(ns2-nz2)/(ns2-nf2)≤0.5其中，ns1、nf1和nz1分别表示在所述第一延迟膜的平面内慢轴、平面内快轴和厚度的方向中的折射率，以及ns2、nf2和nz2分别表示在所述第二延迟膜的平面内慢轴、平面内快轴和厚度的方向中的折射率，所述第一和第二延迟膜的所述慢轴平行于所述衬底表面延伸，所述第一延迟膜的所述快轴平行于投射在所述衬底表面上的所述LC层的初始晶向的方向延伸，所述第二延迟膜的所述慢轴平行于投射在所述衬底表面的所述LC层的所述初始晶向的方向延伸，所述第一和第二延迟膜的板内延迟满足下述关系500nm≤I1≤730nm，以及(0.60×I1-272)nm≤I2≤180nm其中，I1和I2分别表示所述第一和第二延迟膜的板内延迟，并由下述定义I1＝(ns1-nf1)×d1；以及I2＝(ns2-nf2)×d2d1和d2为所述第一和第二延迟膜的相等厚度。
11.如权利要求10所述的IPS-LCD设备，其中下述关系成立Z1≤Z2其中，Z1＝(ns1-nz1)/(ns1-nf1)以及Z2＝(ns2-nz2)/(ns2-nf2)。
12.如权利要求10所述的IPS-LCD设备，其中所述第一延迟膜具有双轴光学各向异性或负单轴光学各向异性。
13.如权利要求10所述的IPS-LCD设备，其中所述第二延迟膜具有双轴光学各向异性或负单轴光学各向异性。
14.如权利要求10所述的IPS-LCD设备，其中相对于投射在所述衬底的表面上的所述LC层的所述光轴的所述方向的所述第一延迟膜的所述快轴的角度在±2度内。
15.如权利要求10所述的IPS-LCD设备，其中相对于投射在所述衬底的表面上的所述LC层的所述光轴的所述方向的所述第二延迟膜的所述慢轴的角度在±2度内。
16.如权利要求10所述的IPS-LCD设备，其中所述第一和第二偏光膜的每一个包括具有将入射光转换成线性偏振光的功能的偏光层，以及在其间夹所述偏光层的一对保护层，所述保护层的每一个的折射率椭圆体具有三个正交光弹性轴，包括具有最大折射率nx的第一轴、具有第二最大折射率ny的第二轴，以及具有最小折射率nz的第三轴，所述nx基本上等于所述ny，所述第三轴基本上平行于所述衬底表面延伸。
17.如权利要求10所述的IPS-LCD设备，其中所述LC层包括正LC。
18.如权利要求10所述的IPS-LCD设备，其中所述LC层包括负LC。
全文摘要
IPS－LCD设备包括在其间夹LC层的TFT和CF(彩色滤光器)衬底、在其间夹衬底对的第一和第二偏光膜、具有负单轴光学各向异性和夹在TFT衬底和第一偏光膜间的光补偿膜，以及具有双轴光学各向异性和夹在CF衬底和第二偏光膜间的第二光补偿膜。第一光补偿膜的延迟I1和第二光补偿膜的延迟I2满足下述关系240nm≤I1≤425nm，以及200nm≤I2≤(0.75×I1+61)nm或500nm≤I1≤730nm，以及(0.60×I1－272)nm≤I2≤180nm。
文档编号G02F1/1333GK1721940SQ20051008248
公开日2006年1月18日 申请日期2005年7月5日 优先权日2004年7月5日
发明者永井博, 池野英德 申请人:Nec液晶技术株式会社