VA显示模式补偿架构及VA显示模式液晶显示装置

技术领域

本发明涉及液晶显示装置，尤其涉及一种VA（垂直配向）显示模式补偿架构及VA显示模式液晶显示装置。

背景技术

TFT(Thin Film Transistor)-LCD即薄膜晶体管LCD，是有源矩阵类型液晶显示器(AM-LCD)中的一种。液晶平板显示器，特别TFT-LCD，是目前唯一在亮度、对比度、功耗、寿命、体积和重量等综合性能上全面赶上和超过CRT的显示器件，它的性能优良、大规模生产特性好，自动化程度高，原材料成本低廉，发展空间广阔，将迅速成为新世纪的主流产品，是21世纪全球经济增长的一个亮点。

但是，随着TFT-LCD的观察角度增大，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。如果只有一位观看者的话，这个问题可以忽略，例如笔记本显示屏，但是如果有超过一位以上的观看者，例如想要展示某个画面给客人看或是多人一起玩游戏机，大概只能一直听他们抱怨显示器的质量有多糟糕。

制作液晶显示器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（extraordinaryray）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LCΔnd来衡量，也称为光程差，Δn为双折射率，d为液晶盒厚度，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略为分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延迟（补偿）值Ro（通常也称为Re），在厚度方向上的厚度延迟（补偿）值Rth（面外延迟），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）。

目前，制造商们为了改善液晶显示器的视角特性，提出了多种宽视角技术，例如面内切换（IPS，IN-PLANE-SWITCHING）、多区域垂直配向（MVA，MULTI-DOMAIN VERTICAL ALIGNMENT）、图案垂直配向（PVA，PATTERNED VERTICAL ALIGNMENT）、TN+FILM（扭曲向列型TFT-LCD+光学补偿膜）等，这些技术都能把液晶显示器的视角增加到160度，甚至更多。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。

参见图1A及图1B，其为目前针对VA显示模式常用的补偿架构。图1A所示为现有技术中针对VA显示模式的单层Biaxial（双轴补偿膜）补偿架构，由上至下主要包括TAC （三醋酸纤维素，Triacetyl Cellulose)层11，PVA（聚乙烯醇）层12，TAC层13，PSA（压敏胶）层14，垂直配向液晶盒（VA cell）15，PSA层16，双轴补偿膜（Biaxial）17，PVA层18，及TAC层19，仅具有一层双轴补偿膜17。图1B所示为现有技术中针对VA显示模式的双层Biaxial（双轴补偿膜）补偿架构，由上至下主要包括层叠设置的TAC层21，PVA层22，双轴补偿膜23，PSA层24，垂直配向液晶盒25，PSA层26，双轴补偿膜27，PVA层28，及TAC层29，具有两层双轴补偿膜23、双轴补偿膜27。图1A及图1B主要显示了补偿架构，因此省略了玻璃基板之类的结构，实际上垂直配向液晶盒是封装于两基板之间。PSA层主要起粘贴连接作用。PVA层即为由聚乙烯醇制成的偏光层，其具体配置可用其吸收轴角度来确定。TAC层主要用于保护PVA层，提升PVA层的机械性能，防止PVA层回缩，各TAC层还分别具有面外延迟值Rth。

参见图2A及图2B，图2A为图1A所示补偿架构的暗态漏光分布示意图，图2B为图1B所示补偿架构的暗态漏光分布示意图。对于垂直配向液晶盒来说，暗态时即为液晶驱动电压为0时。图2A及图2B中漏光分布以亮度随视角的变化来表示，图中4个同心圆由内至外分别表示垂直视角20度，40度，60度，及80度；80度同心圆外面标注的数字表示水平视角的大小。由于光学补偿膜不像液晶一样会随着电压而变化，因此，不可能使所有灰度级都得到补偿，因此通常是选择液晶暗态进行补偿，提高其在大视角的对比度。

如图3所示，其为图1A所示补偿架构的慢轴、吸收轴角度设定示意图，显示了现行单层双轴补偿膜补偿架构及其慢轴、吸收轴角度设定。TAC层11、PVA层12、TAC层13、PSA层14、垂直配向液晶盒15、PSA层16、双轴补偿膜17、PVA层18及TAC层19由上至下顺序层叠设置，以垂直配向液晶盒15的水平视角0度方向为基准，PVA层12的吸收轴呈0度设置，TAC层13的慢轴呈90度设置，双轴补偿膜17的慢轴呈0度设置，PVA层18的吸收轴呈90度设置。表一、图2A中单层双轴补偿膜架构补偿暗态使用的LCΔnd和补偿值

结合如上表一，按照所示LCΔnd和补偿值配置图2A中的单层双轴补偿膜架构。垂直配向液晶盒15的LCΔnd（相位延迟）为352.1nm，双轴补偿膜17的面内延迟Ro为72nm，双轴补偿膜17的厚度延迟Rth为240nm，TAC层13的厚度延迟Rth为35.4nm。可知在水平视角phi=20~40度，phi=140~160度，phi=200~220度，phi=310~330度的位置漏光严重，即接近水平位置的视角暗态漏光严重。因此，现行单层双轴补偿膜补偿架构暗态漏光严重的视角接近水平视角。

通过图2A及图2B可看出，采用现行双层双轴补偿膜补偿，暗态漏光严重的视角在水平与垂直视角中间；采用现行单层双轴补偿膜补偿，相对于双层双轴补偿膜补偿，暗态漏光严重的视角更接近水平视角，而观众与液晶显示屏的相对位置决定了接近水平的视角更容易被观众看到，所以这些视角的对比度、清晰度对观看效果的影响最大。而大视角因为不容易被看到，对观众的影响较小，所以我们希望把漏光区域限定在近垂直视角附近。为了提高观看效果，应该采用双层双轴补偿膜补偿，但是它的价格比较昂贵，不利于降低成本。而采用单层双轴补偿膜补偿虽然可以有效的降低成本，但是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

因此，本发明的目的在于提供一种VA显示模式补偿架构，能够使暗态漏光严重的视角往垂直视角偏转，增加近水平视角的对比度和清晰度。

本发明的另一目的在于提供一种VA显示模式液晶显示装置，其暗态漏光严重的区域接近上下垂直视角，降低接近水平视角的暗态漏光以有效的提高接近水平视角的对比度和清晰度。

为实现上述目的，本发明提供了一种VA显示模式补偿架构，包括由上至下顺序配置的第一TAC层、第一偏光层、双轴补偿膜、垂直配向液晶盒、第二TAC层、第二偏光层及第三TAC层，以该垂直配向液晶盒也即VA液晶显示器的水平视角0度方向为基准，该第一偏光层的吸收轴呈0度设置，该双轴补偿膜的慢轴呈90度设置，该第二TAC层的慢轴呈0度设置，该第二偏光层的吸收轴呈90度设置。

其中，所述第一偏光层和第二偏光层为PVA层。

其中，所述垂直配向液晶盒的上下两侧分别设有PSA层。

其中，所述垂直配向液晶盒的相位延迟LCΔnd为342.8~361.4nm。

其中，所述垂直配向液晶盒的预倾角范围为[85,90）度。

其中，所述双轴补偿膜的面内延迟Ro为54~78nm，所述双轴补偿膜的厚度延迟Rth为180~260nm。

其中，所述垂直配向液晶盒为多区域垂直配向液晶盒。

其中，所述垂直配向液晶盒为四区域或八区域垂直配向液晶盒。

本发明还提供了一种VA显示模式液晶显示装置，包括由上至下顺序配置的第一TAC层、第一偏光层、双轴补偿膜、第一基板、垂直配向液晶盒、第二基板、第二TAC层、第二偏光层及第三TAC层，以该垂直配向液晶盒也即该VA显示模式液晶显示装置的水平视角0度方向为基准，该第一偏光层的吸收轴呈0度设置，该双轴补偿膜的慢轴呈90度设置，该第二TAC层的慢轴呈0度设置，该第二偏光层的吸收轴呈90度设置。

本发明的VA显示模式补偿架构能够使暗态漏光严重的视角往垂直视角偏转，增加近水平视角的对比度和清晰度，可以通过合理的搭配单层双轴补偿膜的补偿值和TAC层的补偿值来达到理想的暗态漏光效果。本发明的VA显示模式液晶显示装置其暗态漏光严重的区域接近上下垂直视角，接近水平视角的暗态漏光明显降低，有效的提高接近水平视角的对比度和清晰度。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。

附图中，

图1A为现有技术中针对VA显示模式的单层双轴补偿膜补偿架构示意图；

图1B为现有技术中针对VA显示模式的双层双轴补偿膜补偿架构示意图；

图2A为图1A所示补偿架构的暗态漏光分布示意图；

图2B为图1B所示补偿架构的暗态漏光分布示意图；

图3为图1A所示补偿架构的慢轴、吸收轴角度设定示意图；

图4为本发明VA显示模式补偿架构及其慢轴、吸收轴角度设定的示意图；

图5为图4所示补偿架构的暗态漏光分布示意图；

图6为本发明VA显示模式液晶显示装置的架构示意图；

图7为LCΔnd=342.8nm暗态漏光集中在大视角时漏光随补偿值变化趋势示意图；

图8为LCΔnd=361.4nm暗态漏光集中在大视角时漏光随补偿值变化趋势示意图；

图9为应用本发明VA显示模式补偿架构改善后的暗态漏光分布示意图。

具体实施方式

如图4所示，其为本发明VA显示模式补偿架构及其慢轴、吸收轴角度设定的示意图。本发明的VA显示模式补偿架构主要包括由上至下顺序配置的第一TAC层41、第一PVA层42、双轴补偿膜43、垂直配向液晶盒45、第二TAC层47、第二PVA层48及第三TAC层49，以该垂直配向液晶盒45的水平视角0度方向为基准，该第一PVA层42的吸收轴呈0度设置，该双轴补偿膜43的慢轴呈90度设置，该第二TAC层47的慢轴呈0度设置，该第二PVA层48的吸收轴呈90度设置。该较佳实施例改变了现行单层双轴补偿膜的补偿架构，使暗态漏光视角往垂直视角偏转，作为一种补偿架构，其可应用于各种类型的采用垂直配向液晶盒的液晶显示装置中。垂直配向液晶盒45的上下两侧可以分别设有第一PSA层44及第二PSA层46，可用于粘接玻璃基板等结构。

参见图5，对图4所示补偿架构使用如前述表一的补偿参数，得到如图5所示的暗态漏光分布示意图。图5中漏光分布以亮度随视角的变化来表示，图中4个同心圆由内至外分别表示垂直视角20度，40度，60度，及80度；80度同心圆外面标注的数字表示水平视角的大小。由图5可以看出，暗态漏光严重的区域已经接近上下垂直视角，而接近水平视角的暗态漏光明显降低，这样就可以有效的提高接近水平视角的对比度和清晰度。

参见图6，其为本发明VA显示模式液晶显示装置的架构示意图。本发明的VA显示模式液晶显示装置主要包括由上至下顺序配置的第一TAC层61、第一PVA层62、双轴补偿膜63、第一基板64、垂直配向液晶盒65、第二基板66、第二TAC层67、第二PVA层68及第三TAC层69，以该垂直配向液晶盒65的水平视角0度方向为基准，该第一PVA层62的吸收轴呈0度设置，该双轴补偿膜63的慢轴呈90度设置，该第二TAC层67的慢轴呈0度设置，该第二PVA层68的吸收轴呈90度设置。图6仅举例说明将本发明的VA显示模式补偿架构应用于VA显示模式液晶显示装置的情况，仅包括了液晶显示装置的主要结构，实际上还可以包括液晶盒驱动电路等结构，垂直配向液晶盒65上下两侧可分别设有PSA层。

对于本发明的VA显示模式补偿架构及VA显示模式液晶显示装置，为了保证漏光集中在上下垂直视角附近，并且进一步保证漏光量和漏光范围要尽量小，可以通过搭配不同的单层双轴补偿膜补偿值和TAC补偿值来模拟暗态漏光，然后找出需要的暗态漏光对应的补偿值范围。

下面以图6所示的架构为例，通过调整双轴补偿膜63及第二TAC层67的补偿值（延迟值）来模拟暗态漏光，然后找出需要的暗态漏光对应的补偿值范围。垂直配向液晶盒65的预倾角（Pre-tilt）设定为[85,90）度；垂直配向液晶盒65设定为四区域（4domain）垂直配向液晶盒，液晶倾角为45度，135度，225度，315度；相位延迟LCΔnd在[342.8，361.4]nm区间。所使用的光源设定为：模拟使用蓝色钇铝石榴石（Blue-YAG LED）LED光谱；中央亮度定义为100尼特；光源分布为朗伯分布（Lambert’s distribution）。

选取LCΔnd=342.8nm，361.4nm；预倾角=89度为例进行说明，通过搭配不同的单层双轴补偿膜补偿值和TAC补偿值进行模拟，选出了较小的暗态漏光量和漏光范围对应的最佳补偿值范围。模拟结果参见图7和图8，图7为LCΔnd=342.8nm暗态漏光集中在大视角时漏光随补偿值变化趋势示意图，图8为LCΔnd=361.4nm暗态漏光集中在大视角时漏光随补偿值变化趋势示意图。

在模拟中，可发现不同预倾角下，单层双轴补偿膜和TAC的补偿值对暗态漏光的影响趋势是一致的。即不同预倾角下，暗态漏光最小时对应的补偿值范围是一样的。如下表二所示，根据模拟找到了LCΔnd在[342.8，361.4]nm区间，预倾角在[85,90）度区间，暗态漏光小于0.2尼特（预倾角=89度时模拟出的暗态漏光值，非实测值）时对应的单层双轴补偿膜和TAC的补偿值范围。

表二、暗态漏光小于0.2尼特（预倾角=89度）时对应的单层双轴补偿膜和TAC的补偿值范围

对于TAC层的Rth值范围，其中，Y₁=0.0042x²-2.6516x+445.88，Y₂=-0.0021x²-0.0169x+218.3，x为单层双轴补偿膜Rth值。

本发明的VA显示模式补偿架构及VA显示模式液晶显示装置，针对LCΔnd区间[342.8，361.4]nm，预倾角区间[85,90）度，通过改变现行单层双轴补偿膜补偿的架构，让暗态漏光严重的角度往垂直视角偏转。同时进一步通过改变单层双轴补偿值和TAC层的补偿值来减弱暗态漏光并且保证漏光集中在较小的范围。即垂直配向液晶盒的相位延迟LCΔnd在[342.8，361.4]nm区间，预倾角在[85,90）度区间时，可以通过合理的搭配单层双轴补偿膜的补偿值和TAC层的补偿值来达到理想的暗态漏光效果。

找到了合适的补偿值范围，又知道补偿值Ro、Rth和折射率N、厚度d的关系如下：

Ro=（Nx—Ny）×d；

Rth=[（Nx+Ny）/2Nz]×d。

在实际设计时，可以通过以下三种方法来改变补偿值：

1、在现行单层双轴补偿膜和TAC层折射率N的基础上，改变厚度d来改变补偿值；

2、在现行单层双轴补偿膜和TAC层厚度d的基础上，改变折射率N来改变补偿值；

3、在保证单层双轴补偿膜和TAC层补偿值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。

从而可以改善现行单层双轴补偿膜补偿造成的近水平视角暗态漏光严重现象，增加近水平视角的对比度和清晰度，同时减弱漏光并使漏光区域集中在较小的视角范围内。

例如，可以选取LCΔnd=352.1nm，预倾角=89度，单层双轴补偿膜的补偿值Ro=66nm，Rth=220nm，TAC层补偿值Rth=82.6nm，从而得到如图9所示的应用本发明VA显示模式补偿架构改善后的暗态漏光分布示意图，图9中漏光分布以亮度随视角的变化来表示，图中4个同心圆由内至外分别表示垂直视角20度，40度，60度，及80度；80度同心圆外面标注的数字表示水平视角的大小。

由图9和图2A对比，可以直观的看到，改善后单层双轴补偿膜补偿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单层补偿造成的暗态漏光。

本发明的VA显示模式补偿架构及VA显示模式液晶显示装置限制的是补偿膜的补偿值范围，而非针对特定补偿膜，其它补偿膜的补偿值如果在权利要求的限定范围内，也应属于权利要求保护的范围。

综上所述，本发明的VA显示模式补偿架构能够使暗态漏光严重的视角往垂直视角偏转，增加近水平视角的对比度和清晰度，可以通过合理的搭配单层双轴补偿膜的补偿值和TAC层的补偿值来达到理想的暗态漏光效果。本发明的VA显示模式液晶显示装置其暗态漏光严重的区域接近上下垂直视角，接近水平视角的暗态漏光明显降低，有效的提高接近水平视角的对比度和清晰度。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。