CN103869538A - 液晶面板的补偿架构及液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液晶面板的补偿架构，包括依次叠层设置的第一保护膜、第一偏光膜、双轴补偿膜、液晶面板、第二保护膜、第二偏光膜以及第三保护膜，所述液晶面板设置有包括多个液晶分子的液晶层，所述液晶层的折射率各向异性为Δn，厚度为d，液晶分子的预倾角为θ；所述双轴补偿膜的厚度补偿值为Rth1；所述第二保护膜的厚度补偿值为Rth2，其中：287.3nm≤Δn×d≤305.7nm；85°≤θ＜90°；180nm≤Rth1≤260nm；Y1nm≤Rth2≤Y2nm；Y1=-0.885×Rth1+241.9；Y2=-0.006638×（Rth1）²+1.95×Rth1-6.3。本发明还公开了一种液晶显示装置，包含了采用如上所述的补偿架构进行补偿的液晶显示面板。

Description

液晶面板的补偿架构及液晶显示装置

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域,尤其涉及一种用于液晶面板的补偿架构以及液晶显示装置。

背景技术

液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD），为平面超薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置于光源或者反射面前方。液晶显示器功耗很低，并且具有高画质、体积小、重量轻的特点，因此倍受大家青睐，成为显示器的主流。目前液晶显示器是以薄膜晶体管（Thin Film Transistor，TFT）液晶显示器为主。

随着TFT-LCD的面积越来越大，其观察角度不断增大，画面的对比度不断降低，画面的清晰度下降，这是液晶层中液晶分子的双折射率随观察角度变化发生改变的结果。对于普通的液晶显示屏来说，当从某个角度观看普通的液晶显示屏时，将发现它的亮度急遽的损失（变暗）及变色。传统的液晶显示器通常只有90度的视角，也就是左/右两边各45度。制作液晶显示面板的线状液晶是一种具有双折射率Δn的物质，当光线通过液晶分子后，可分成寻常光线（ordinary ray）与非常光线（extraordinary ray）两道光，如果光线是斜向入射液晶分子，便会产生两道折射光线，双折射率Δn=ne-no，ne表示液晶分子对寻常光线的折射率，no表示液晶分子对非常光线的折射率。因此当光线经过上下两片玻璃所夹住的液晶后，光线就会产生相位延迟(phase retardation)的现象。液晶盒的光线特性通常用相位延迟Δn×d来衡量，也称为光程差，Δn为双折射率，d为液晶盒的厚度，液晶盒不同视角下相位延迟的不同是其产生视角问题的由来。良好的光学补偿膜的相位延迟可以跟线状液晶的相位延迟互相抵消，就可以增广液晶面板的可视角度。光学补偿膜的补偿原理一般是将液晶在不同视角产生的相位差进行修正，让液晶分子的双折射性质得到对称性的补偿。采用光学补偿膜进行补偿，可以有效降低暗态画面的漏光，在一定视角内能大幅度提高画面的对比度。光学补偿膜从其功能目的来区分则可分为单纯改变相位的位相差膜、色差补偿膜及视角扩大膜等。使用光学补偿膜能降低液晶显示器暗态时的漏光量，并且在一定视角内能大幅提高影像之对比、色度与克服部分灰阶反转问题。衡量光学补偿膜特性的主要参数包括在平面方向上的面内补偿值Ro，在厚度方向上的厚度补偿值Rth，折射率N，以及膜厚度D，满足如下关系式：

Ro=（Nx-Ny）×D；

Rth=[（Nx+Ny）/2-Nz]×D；

其中，Nx是膜平面内沿着慢轴（具有最大折射率的轴，也就是光线具有较慢传播速率的振动方向）的折射率，Ny是膜平面内沿着快轴（具有最小折射率的轴，也就是光波具有较快传播速率的振动方向，垂直于Nx）的折射率，Nz是膜平面方向的折射率（垂直于Nx和Ny）。

针对不同的液晶显示模式，也即不同的液晶盒类型，使用的光学补偿膜也不同，而且Ro和Rth值也需调节为合适的值。现有大尺寸液晶电视使用的光学补偿膜大多是针对VA（垂直配向）显示模式，早期使用的有Konica(柯尼卡)公司的N-TAC，后来不断发展形成OPTES（奥普士）公司的Zeonor，富士通的F-TAC系列，日东电工的X-plate等。

现有的补偿方式中，一般采用单层双轴补偿架构或双层双轴补偿架构，单层双轴补偿架构只需要在液晶面板的其中一侧设置有补偿膜，而双层双轴补偿架构则需要在液晶面板的两侧均设置有补偿膜，仅仅通过调整双轴补偿膜的补偿值进行补偿。参阅图1a、1b、2a和2b，图1a是经现有的一种单层双轴补偿架构补偿后的液晶面板的暗态全视角等亮度轮廓分布图；图1b是前述单层双轴补偿架构补偿后的液晶面板的全视角等对比度轮廓分布图；图2a是经现有的一种双层双轴补偿架构补偿后的液晶面板的暗态全视角等亮度轮廓分布图；图2b是前述双层双轴补偿架构补偿后的液晶面板的全视角等对比度轮廓分布图。从图1a和1b可以看出，采用现行的单层双轴补偿架构进行补偿，在水平视角phi=20～40°、phi=140～160°、phi=200～220°以及phi=310～330°的位置漏光严重，即液晶面板的暗态漏光严重的视角更接近于水平视角；从图2a和2b可以看出，采用现行双层双轴补偿架构进行补偿，液晶面板的暗态漏光严重的视角在水平与垂直视角中间。由于观众与TV的相对位置决定了接近水平视角的区域更容易被观众看到，所以接近水平视角的对比度、清晰度对观看效果的影响最大，而接近垂直视角的区域因为不容易被看到，对观众的影响较小，随着电视尺寸的增大，这种效应会更加明显，因此有必要把暗态漏光区域限定在近垂直视角附近。

因此，在现行的单层双轴补偿架构或双层双轴补偿架构模式中，虽然采用双层双轴补偿架构补偿后，液晶面板的暗态漏光严重的视角在水平与垂直视角中间，相对于单层双轴补偿架构的方式略有改善，但是双层双轴补偿架构的价格比较昂贵，不利于降低成本，而且改善程度有限。而采用单层双轴补偿架构进行补偿虽然可以有效地降低成本，但是液晶面板在接近水平的视角暗态漏光严重，对比度低，影响观看效果。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种液晶面板的补偿架构，通过合理的设置补偿值，能够将液晶面板的暗态漏光严重的角度由近水平视角区域往近垂直视角区域偏转；并且能够从总体上有效地减弱液晶面板的暗态漏光并且保证漏光集中在较小的范围内。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种液晶面板的补偿架构，包括依次叠层设置的第一保护膜、第一偏光膜、双轴补偿膜、液晶面板、第二保护膜、第二偏光膜以及第三保护膜，其中，所述液晶面板设置有包括多个液晶分子的液晶层，所述液晶层的折射率各向异性为Δn，厚度为d，液晶分子的预倾角为θ；所述双轴补偿膜的厚度补偿值为Rth1；所述第二保护膜的厚度补偿值为Rth2，其中：

287.3nm≤Δn×d≤305.7nm；

85°≤θ＜90°；

180nm≤Rth1≤260nm；

Y1nm≤Rth2≤Y2nm；

Y1=-0.885×Rth1+241.9；

Y2=-0.006638×（Rth1）²+1.95×Rth1-6.3。

优选地，290nm≤Δn×d≤303nm。

优选地，200nm≤Rth1≤240nm；59nm≤Rth2≤88.5nm。

优选地，所述第二保护膜的厚度补偿值Rth2的取值为59nm。

优选地，所述第一偏光膜和第二偏光膜的材料为聚乙烯醇。

优选地，所述第一保护膜、第二保护膜以及第三保护膜的材料均为三醋酸纤维素。

优选地，所述第一偏光膜的吸光轴与所述双轴补偿膜的慢轴的夹角为90°。

优选地，所述液晶面板为垂直配向模式的液晶面板。

本发明的另一方面是提供一种液晶显示装置，包括液晶显示面板及背光模组，所述液晶显示面板与所述背光模组相对设置，所述背光模组提供显示光源给所述液晶显示面板，以使所述液晶显示面板显示影像，其中，所述液晶显示面板采用具有如上所述的补偿架构的液晶面板。

相比于现有技术，本发明中，通过合理的设置双轴补偿膜以及第二保护膜的补偿值，能够将液晶面板的暗态漏光严重的角度由近水平视角区域往近垂直视角区域偏转；并且能够从总体上有效地减弱液晶面板的暗态漏光并且保证漏光集中在较小的范围内。采用单层双轴补偿膜和第二保护膜结合进行补偿，既能解决了单纯采用单层双轴补偿膜补偿存在的问题，而相对于采用双层双轴补偿膜的补偿方式，本发明则降低生产成本。

附图说明

图1a是经现有的一种单层双轴补偿膜补偿后的液晶面板的暗态全视角等亮度轮廓分布图。

图1b是如图1a所示的液晶面板的全视角等对比度轮廓分布图。

图2a是经现有的一种双层双轴补偿膜补偿后的液晶面板的暗态全视角等亮度轮廓分布图。

图2b是如图2a所示的液晶面板的全视角等对比度轮廓分布图。

图3是本发明实施例提供的液晶显示装置的示例性图示。

图4是本发明实施例提供的单层双轴补偿架构的示例性图示。

图5是本发明实施例的液晶显示装置在液晶光程差为287.3nm，预倾角θ为89°，暗态漏光集中在大视角时的漏光量随补偿值变化趋势图。

图6是本发明实施例的液晶显示装置在液晶光程差为290nm，预倾角θ为89°，暗态漏光集中在大视角时的漏光量随补偿值变化趋势图。

图7是本发明实施例的液晶显示装置在液晶光程差为303nm，预倾角θ为89°，暗态漏光集中在大视角时的漏光量随补偿值变化趋势图。

图8是本发明实施例的液晶显示装置在液晶光程差为305.7nm，预倾角θ为89°，暗态漏光集中在大视角时的漏光量随补偿值变化趋势图。

图9a是一具体实施例中补偿后的液晶面板的暗态全视角等亮度轮廓分布。

图9b是如图9a所示的液晶面板的全视角等对比度轮廓分布图。

图10a是另一具体实施例中补偿后的液晶面板的暗态全视角等亮度轮廓分布图。

图10b是如图10a所示的液晶面板的全视角等对比度轮廓分布图。

图11a是另一具体实施例中补偿后的液晶面板的暗态全视角等亮度轮廓分布图。

图11b是如图11a所示的液晶面板的全视角等对比度轮廓分布图。

图12a是另一具体实施例中补偿后的液晶面板的暗态全视角等亮度轮廓分布图。

图12b是如图12a所示的液晶面板的全视角等对比度轮廓分布图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面将结合附图用实施例对本发明做进一步说明。

如图3所示，本实施例提供的液晶显示装置，包括液晶显示面板100及背光模组200，所述液晶显示面板100与所述背光模组200相对设置，所述背光模组200提供显示光源给所述液晶显示面板100，以使所述液晶显示面板100显示影像，其中，所述液晶显示面板100为采用了具有补偿架构进行补偿的液晶面板。

具体地，前述的补偿架构为单层双轴补偿架构，如图4所示，该补偿架构包括由下而上（当然从相反的顺序，即由上而下也是可以的）依次叠层设置的第一保护膜14、第一偏光膜11、双轴（Biaxial）补偿膜13、液晶面板10、第二保护膜15、第二偏光膜12以及第一保护膜16。其中，所述液晶面板10为垂直配向模式的液晶盒（Vertical Alignment Cell，VA Cell）,第一偏光膜11和第二偏光膜12的材料为聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol，PVA）,第一偏光膜11的吸光轴与双轴补偿膜的慢轴的夹角设置为90°，第一保护膜14、第二保护膜15以及第三保护膜16的材料均为三醋酸纤维素（Triacetyl Cellulose，TAC），TAC保护膜14、15、16的作用之一是用于保护PVA偏光膜11、12，提升PVA偏光膜11、12的机械性能，防止PVA偏光膜11、12回缩。液晶面板10设置有包括多个液晶分子的液晶层，所述液晶层的折射率各向异性为Δn，厚度为d，液晶分子的预倾角（Pritiltangle）为θ；在以上的补偿架构中，双轴补偿膜13的厚度补偿值采用Rth1表示，第二保护膜15的厚度补偿值采用Rth2表示。

在以上的架构中，其目的是通过合理的设置双轴补偿膜13以及第二保护膜15的补偿值，达到将液晶面板的暗态漏光严重的角度由近水平视角区域往近垂直视角区域偏转的目的。

在模拟的过程中，进行了如下设定：

一、液晶层设定：

1、预倾角θ为85°≤θ＜90°；

2、四个象限液晶倾角分别为45°、135°、225°以及315°；

3、光程差Δn×d为287.3nm≤Δn×d≤305.7nm。

二、背光源设定：

1、光源：蓝光–钇铝石榴石发光二极管（Blue-YAG LED）光谱；

2、光源中央亮度定义为100尼特（nit）；

3、光源分布为朗伯分布（Lambert’s distribution）。

参阅图5-8，图5是本实施例的液晶显示装置在液晶光程差为287.3nm，预倾角θ为89°，暗态漏光集中在大视角时的漏光量随补偿值变化趋势图；图6是本实施例的液晶显示装置在液晶光程差为290nm，预倾角θ为89°，暗态漏光集中在大视角时的漏光量随补偿值变化趋势图；图7是本实施例的液晶显示装置在液晶光程差为303nm，预倾角θ为89°，暗态漏光集中在大视角时的漏光量随补偿值变化趋势图；图8是本实施例的液晶显示装置在液晶光程差为305.8nm，预倾角θ为89°，暗态漏光集中在大视角时的漏光量随补偿值变化趋势图。附图中，Ro表示双轴补偿膜13的面内补偿值。由此，通过图5-8，在不同的预倾角下搭配不同的补偿值进行模拟，可获得在287.3nm≤Δn×d≤305.7nm，85°≤θ＜90°的范围内，暗态漏光小于0.2nit时，双轴补偿膜13的厚度补偿值Rth1和第二保护膜12的厚度补偿值Rth2的范围分别为：180nm≤Rth1≤260nm；Y1nm≤Rth2≤Y2nm；其中，

Y1=-0.885×Rth1+241.9；

Y2=-0.006638×（Rth1）²+1.95×Rth1-6.3。

由于补偿膜的补偿值Ro、Rth，折射率N以及厚度D具有如下关系：

Ro=（Nx-Ny）×D；

Rth=[（Nx+Ny）/2-Nz]×D；

因此可以通过以下三种方法来改变补偿值：

1、在现行双轴补偿膜13和第二保护膜15折射率N不变的基础上，改变厚度D来改变补偿值；

2、在现行双轴补偿膜13和第二保护膜15厚度D不变的基础上，改变折射率N来改变补偿值；

3、在保证双轴补偿膜13和第二保护膜15的厚度补偿值Rth范围的基础上，同时改变厚度D和折射率N来改变补偿值。

下面选择一具体的补偿值并测试相应的补偿结果，进一步具体说明本发明的技术方案所取得的技术效果。

参阅图9a和图9b，图9a是本具体实施例中补偿后的液晶面板的暗态全视角等亮度轮廓分布图，图9b是本具体实施例中补偿后的液晶面板的全视角等对比度轮廓分布图。图9a和图9b的设定条件为：光程差Δn×d=287.3nm，预倾角θ=89°，Ro=60nm，Rth1=200nm，Rth2=88.5nm。由图9a与图1a和2a对比，可以直观的看到，经以上参数的补偿架构补偿后的液晶面板，暗态漏光集中在垂直视角附近，漏光范围集中在较小的视角范围内，且漏光量明显低于现行的单层Biaxial补偿造成的暗态漏光。由图9b与图1b和2b对比，可以直观的看到，经以上参数的补偿架构补偿后的液晶面板，全视角对比度分布明显优于现行单层Biaxial补偿的全视角对比度分布，特别是在近水平视角区域的对比度得到了有效地改善。而在取得如上更优效果的情况下，相比于采用双层双轴补偿膜的补偿方式，本发明则减少了补偿膜的使用，降低生产成本。

参阅图10a和图10b，图10a是本具体实施例中补偿后的液晶面板的暗态全视角等亮度轮廓分布图，图10b是本具体实施例中补偿后的液晶面板的全视角等对比度轮廓分布图。图10a和图10b的设定条件为：光程差Δn×d=290nm，预倾角θ=89°，Ro=60nm，Rth1=200nm，Rth2=88.5nm。由图10a与图1a和2a对比，可以直观的看到，经以上参数的补偿架构补偿后的液晶面板，暗态漏光集中在垂直视角附近，漏光范围集中在较小的视角范围内，且漏光量明显低于现行的单层Biaxial补偿造成的暗态漏光。由图10b与图1b和2b对比，可以直观的看到，经以上参数的补偿架构补偿后的液晶面板，全视角对比度分布明显优于现行单层Biaxial补偿的全视角对比度分布，特别是在近水平视角区域的对比度得到了有效地改善。而在取得如上更优效果的情况下，相比于采用双层双轴补偿膜的补偿方式，本发明则减少了补偿膜的使用，降低生产成本。

参阅图11a和图11b，图11a是本具体实施例中补偿后的液晶面板的暗态全视角等亮度轮廓分布图，图11b是本具体实施例中补偿后的液晶面板的全视角等对比度轮廓分布图。图11a和图11b的设定条件为：光程差Δn×d=303nm，预倾角θ=89°，Ro=72nm，Rth1=240nm，Rth2=59nm。由图11a与图1a和2a对比，可以直观的看到，经以上参数的补偿架构补偿后的液晶面板，暗态漏光集中在垂直视角附近，漏光范围集中在较小的视角范围内，且漏光量明显低于现行的单层Biaxial补偿造成的暗态漏光。由图11b与图1b和2b对比，可以直观的看到，经以上参数的补偿架构补偿后的液晶面板，全视角对比度分布明显优于现行单层Biaxial补偿的全视角对比度分布，特别是在近水平视角区域的对比度得到了有效地改善。而在取得如上更优效果的情况下，相比于采用双层双轴补偿膜的补偿方式，本发明则减少了补偿膜的使用，降低生产成本。

参阅图12a和图12b，图12a是本具体实施例中补偿后的液晶面板的暗态全视角等亮度轮廓分布图，图12b是本具体实施例中补偿后的液晶面板的全视角等对比度轮廓分布图。图11a和图11b的设定条件为：光程差Δn×d=305.7nm，预倾角θ=89°，Ro=72nm，Rth1=240nm，Rth2=59nm。由图12a与图1a和2a对比，可以直观的看到，经以上参数的补偿架构补偿后的液晶面板，暗态漏光集中在垂直视角附近，漏光范围集中在较小的视角范围内，且漏光量明显低于现行的单层Biaxial补偿造成的暗态漏光。由图12b与图1b和2b对比，可以直观的看到，经以上参数的补偿架构补偿后的液晶面板，全视角对比度分布明显优于现行单层Biaxial补偿的全视角对比度分布，特别是在近水平视角区域的对比度得到了有效地改善。而在取得如上更优效果的情况下，相比于采用双层双轴补偿膜的补偿方式，本发明则减少了补偿膜的使用，降低生产成本。

以上具体实施例中提供的光程差Δn×d、预倾角θ以、Rth1以及TAC Rth2的具体取值，仅仅是作为例子进行说明。经过实践证明，当这些参数的取值在以下范围内时都可以达到与上述具体例子相同或近似的技术效果：287.3nm≤Δn×d≤305.7nm；85°≤θ＜90°；180nm≤Rth1≤260nm；Y1nm≤Rth2≤Y2nm；Y1=-0.885×Rth1+241.9；Y2=-0.006638×（Rth1）²+1.95×Rth1-6.3。180nm≤Rth1≤260nm；Y1nm≤Rth2≤Y2nm；其中，Y1=-0.885×Rth1+241.9；Y2=-0.006638×（Rth1）²+1.95×Rth1-6.3。特别是当双轴补偿膜13的厚度补偿值Rth1的取值在200～240nm、第二保护膜的厚度补偿值Rth2的取值在59～88.5nm的范围内时，该方案可以获得更优的技术效果。

综上所述，本发明中，通过合理的设置双轴补偿膜以及第二偏光膜的补偿值，能够将液晶面板的暗态漏光严重的角度由近水平视角区域往近垂直视角区域偏转；并且能够从总体上有效地减弱液晶面板的暗态漏光并且保证漏光集中在较小的范围内。采用单层双轴补偿膜和第二保护膜结合进行补偿，既能解决了单纯采用单层双轴补偿膜补偿存在的问题，而相对于采用双层双轴补偿膜的补偿方式，本发明则降低生产成本。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种液晶面板的补偿架构，包括依次叠层设置的第一保护膜（14）、第一偏光膜（11）、双轴补偿膜（13）、液晶面板（10）、第二保护膜（15）、第二偏光膜（12）以及第一保护膜（16），其特征在于，所述液晶面板（10）设置有包括多个液晶分子的液晶层，所述液晶层的折射率各向异性为Δn，厚度为d，液晶分子的预倾角为θ；所述双轴补偿膜（13）的厚度补偿值为Rth1；所述第二保护膜（15）的厚度补偿值为Rth2，其中：

287.3nm≤Δn×d≤305.7nm；

85°≤θ＜90°；

180nm≤Rth1≤260nm；

Y1nm≤Rth2≤Y2nm；

Y1=-0.885×Rth1+241.9；

Y2=-0.006638×（Rth1）²+1.95×Rth1-6.3。

2.根据权利要求1所述的补偿架构，其特征在于，290nm≤Δn×d≤303nm。

3.根据权利要求1所述的补偿架构，其特征在于，200nm≤Rth1≤240nm；59nm≤Rth2≤88.5nm。

4.根据权利要求1所述的补偿架构，其特征在于，所述第二保护膜（15）的厚度补偿值Rth2的取值为59nm。

5.根据权利要求1-4任一所述的补偿架构，其特征在于，所述第一偏光膜（11）和第二偏光膜（12）的材料为聚乙烯醇。

6.根据权利要求5所述的补偿架构，其特征在于，所述第一保护膜（14）、第二保护膜（15）以及第三保护膜（16）的材料均为三醋酸纤维素。

7.根据权利要求5所述的补偿架构，其特征在于，所述第一偏光膜（11）的吸光轴与所述双轴补偿膜（13）的慢轴的夹角为90°。

8.根据权利要求6所述的补偿架构，其特征在于，所述液晶面板（10）为垂直配向模式的液晶面板。

9.根据权利要求7所述的补偿架构，其特征在于，所述液晶面板（10）为垂直配向模式的液晶面板。

10.一种液晶显示装置，包括液晶显示面板（100）及背光模组（200），所述液晶显示面板（100）与所述背光模组（200）相对设置，所述背光模组（200）提供显示光源给所述液晶显示面板（100），以使所述液晶显示面板（100）显示影像，其特征在于，所述液晶显示面板（100）采用如权利要求1-9任一所述的补偿架构的液晶面板。

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