專利名稱：液晶顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示器件，更具體地說(shuō)，涉及能以反射模式顯示圖象的液晶顯示器件。
背景技術(shù)：
液晶顯示器件因其優(yōu)良的特性，諸如重量輕，結(jié)構(gòu)薄以及耗電省而被廣泛地用作PDA(個(gè)人數(shù)字助理)的顯示器。在各種其他類型的液晶顯示器中，反射型的或透射反射型的液晶顯示器件能用由液晶層背面的反射層發(fā)射的環(huán)境光顯示圖象(反射模式顯示器)。因此，可以消除或減少使用在透射型液晶顯示器件中必不可少的背光，從而進(jìn)一步減小功耗。
圖21中顯示的反射型液晶顯示器300在技術(shù)上已眾所周知。反射型液晶顯示器300在液晶元件310的觀看者一側(cè)包括一塊相位板320和一塊偏振板330。液晶元件310包括一個(gè)在一對(duì)基板301和302之間的具有單一取向的液晶層308以及用于向液晶層308的兩端施加電壓的一個(gè)反射電極303和一個(gè)透明電極305。
已經(jīng)通過(guò)偏振板330的線偏振光再通過(guò)相位板(例如λ/4波片)320和液晶層308，在這里光得到一個(gè)光程差(一個(gè)長(zhǎng)度上的數(shù)量，通過(guò)將相位差轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)而獲得)。光程差的數(shù)值取決于相位板320的光程差和液晶層308的光程差。該光程差被表達(dá)為液晶層308的雙折射Δn及其厚度d(也被稱為“元件間隙”)的乘積(Δn·d)，并且隨著雙折射(Δn)因液晶分子的取向改變而發(fā)生變化的同時(shí)也發(fā)生變化。因此，通過(guò)控制施加的電壓以及因此而控制液晶層308的光程差，就可以控制將給予通過(guò)偏振板330，相位板320和液晶層308，然后由反射電極303反射以再次通過(guò)液晶層308和相位板320的光的光程差。這樣，通過(guò)控制施加的電壓，可以控制通過(guò)偏振板330，然后由反射電極303反射以再次通過(guò)偏振板330的光的數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)灰度顯示。
但是，即使相位板320和液晶層308的光程差為黑白顯示的特定波長(zhǎng)(例如在400nm到700nm的可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍中的550nm的波長(zhǎng)，在該波長(zhǎng)上光有最高的可見(jiàn)度)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，光程差也將在其他的波長(zhǎng)上從優(yōu)化的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移，因?yàn)橄辔话?20和液晶層308的光程差具有波長(zhǎng)發(fā)散，因此光的泄漏和變色將非常明顯，尤其在黑顯示中更是如此，導(dǎo)致顯示質(zhì)量的實(shí)質(zhì)上的下降。
有鑒于此，日本公開(kāi)專利公報(bào)2001-356336號(hào)披露了一種液晶顯示器件，該液晶顯示器件在液晶層的光程差小的狀態(tài)下產(chǎn)生黑顯示，并應(yīng)用一個(gè)其光程差隨光的波長(zhǎng)λ的增加而單調(diào)增加的相位補(bǔ)償器，從而提高了黑顯示的質(zhì)量。日本公開(kāi)專利公報(bào)2001-356336號(hào)披露一種二乙酰基纖維素的單相位板的相位補(bǔ)償器以及一種通過(guò)將兩塊聚乙烯基醇的相位板層壓在一起獲得的層壓相位補(bǔ)償器。
在使用單相位板的地方，相位板被設(shè)置成使偏振板的透射軸和相位板的慢軸之間的角度為45°，以及相位板的慢軸垂直于或平行于液晶層中的液晶分子的平均取向(靠近上表面的液晶分子和靠近下表面的液晶分子的取向之間的中間的方位方向)，如圖22A和圖22B所示。技術(shù)上已經(jīng)確信，只要通過(guò)這樣的設(shè)置就能適當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生白顯示和黑顯示。因此，相位板的光程差及其波長(zhǎng)發(fā)散由于這樣的設(shè)置而得到優(yōu)化。
日本公開(kāi)專利公報(bào)10-68816號(hào)披露了一種通過(guò)將一個(gè)λ/4波片和一個(gè)λ/2波片層壓在一起獲得的層壓相位補(bǔ)償器，兩波片的引導(dǎo)軸線處于一個(gè)適當(dāng)?shù)慕嵌?，從而便于控制光程差的波長(zhǎng)發(fā)散。
發(fā)明內(nèi)容
但是由本發(fā)明人進(jìn)行的深入研究揭示了有關(guān)應(yīng)用日本公開(kāi)專利公報(bào)2001-356336號(hào)發(fā)明的單相位板的設(shè)置的一個(gè)問(wèn)題。也即，及時(shí)如上所述地設(shè)置相位板，變色仍不能充分地得到抑制，因?yàn)檫@里不存在一種能實(shí)現(xiàn)理想的波長(zhǎng)發(fā)散的材料，從而在中間灰等級(jí)顯示和黑顯示中發(fā)生強(qiáng)烈的紫色變。
應(yīng)用在日本公開(kāi)專利公報(bào)2001-356336和10-68816中披露的層壓相位補(bǔ)償器相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)發(fā)散，因此色散能充分得到抑制。但是，使用多個(gè)相位板增加了生產(chǎn)的成本。
因此本發(fā)明的目的是提供一種以低成本生產(chǎn)的，能充分抑制黑顯示和中間灰等級(jí)顯示中的色變的液晶顯示器件。
本發(fā)明的液晶顯示器件包括一個(gè)液晶層；液晶層設(shè)置在兩者之間的互相面對(duì)的一個(gè)第一基板和一個(gè)第二基板；一個(gè)設(shè)置在液晶層靠近第一基板的一側(cè)的反射板；一個(gè)設(shè)置在液晶層靠近第二基板的一側(cè)的偏振板；一個(gè)設(shè)置在液晶層和偏振器之間，在平行于液晶層的平面中有一個(gè)慢軸的相位補(bǔ)償器；和向液晶層的兩端施加電壓的至少一對(duì)電極，其中液晶顯示器件包括一個(gè)反射區(qū)域，在該區(qū)域中，通過(guò)應(yīng)用從器件靠近第二基板的一側(cè)進(jìn)入器件，以這樣的次序通過(guò)偏振器，相位補(bǔ)償器和液晶層并由反射層反射的光產(chǎn)生顯示；相位補(bǔ)償器的慢軸從相對(duì)于偏振器的透射軸成45°角的方向發(fā)生傾斜。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，液晶顯示器件不包括所述相位補(bǔ)償器以外的相位補(bǔ)償器。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，相位補(bǔ)償器是一塊單相位板。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，相位補(bǔ)償器的慢軸從由存在于液晶層厚度方向的中心周?chē)囊壕Х肿拥娜∠蚍较虻姆轿唤窍薅ǖ姆较虬l(fā)生傾斜。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，相位補(bǔ)償器的慢軸和偏振器的吸收軸之間的角度θ滿足20°＜θ＜40°。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，用于具有λ(nm)波長(zhǎng)的光的相位補(bǔ)償器的平面內(nèi)光程差Re(λ)滿足98nm≤Re(450)≤158nm，140nm≤Re(550)≤175nm和141nm≤Re(650)≤210nm。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，用于具有λ(nm)波長(zhǎng)的光的相位補(bǔ)償器的平面內(nèi)光程差Re(λ)滿足0.7＜Re(450)/Re(550)＜0.9和1.01＜Re(650)/Re(550)＜1.2。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，用于具有λ(nm)波長(zhǎng)的光的相位補(bǔ)償器的平面內(nèi)光程差Re(λ)隨著λ在400nm≤λ≤700nm的范圍上的增加而單調(diào)地增加。
另一種本發(fā)明的液晶顯示器件包括一個(gè)液晶層；液晶層設(shè)置在兩者之間的互相面對(duì)的一個(gè)第一基板和一個(gè)第二基板；一個(gè)設(shè)置在液晶層靠近第一基板的一側(cè)的反射板；一個(gè)設(shè)置在液晶層靠近第二基板的一側(cè)的偏振板；一個(gè)設(shè)置在液晶層和偏振器之間的相位補(bǔ)償器；和向液晶層的兩端施加電壓的至少一對(duì)電極，其中液晶顯示器件包括一個(gè)反射區(qū)域，在該區(qū)域中，通過(guò)應(yīng)用從器件靠近第二基板的一側(cè)進(jìn)入器件，以這樣的次序通過(guò)偏振器，相位補(bǔ)償器和液晶層并由反射層反射的光產(chǎn)生顯示；在鮑恩凱亞(Poincare)球上相位補(bǔ)償器繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)從器件靠近第二基板的一側(cè)進(jìn)入器件并通過(guò)偏振器的線偏振光，該旋轉(zhuǎn)軸從包括鮑恩凱亞(Poincare)球上代表線偏振光的點(diǎn)和鮑恩凱亞(Poincare)球的球心的直線發(fā)生傾斜。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在旋轉(zhuǎn)軸和直線之間的角度θ’滿足40°＜θ’＜80°。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，定義為液晶層的雙折射Δn和液晶層在反射區(qū)域的厚度d的乘積的光程差Δn·d在Δn1·d≤Δn·d≤Δn2·d的范圍上根據(jù)施加在電極對(duì)之間的電壓的值而發(fā)生變化，其中當(dāng)Δn·d＝Δn1·d時(shí)產(chǎn)生黑顯示。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在L*a*b*彩色系統(tǒng)中來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光體D65的光和從偏振器向觀看者輸出的光之間的色差ΔE*ab在被反射層反射以后為5或更小。
在本發(fā)明的液晶顯示器件中，相位板在平行于液晶層的平面中的慢軸從相對(duì)于偏振板的透射軸成45°角的方向發(fā)生傾斜(和該方向既不平行也不垂直)，從而可以減小不同波長(zhǎng)的光學(xué)透射中的變化。因此，可以抑制在黑顯示和中間的灰等級(jí)顯示中的色變以及實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的顯示。另外，液晶顯示器件不需要多個(gè)不同類型的相位板(在光程差設(shè)定和慢軸設(shè)置方面互相不同)，因此實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)成本的減少。
這樣，本發(fā)明提供了一種能以低成本生產(chǎn)的，能充分抑制黑顯示和中間灰等級(jí)顯示中的色變的液晶顯示器件。
圖1是示意性地說(shuō)明本發(fā)明的反射型液晶顯示器件的剖面圖。
圖2示意性地顯示了在本發(fā)明的反射型液晶顯示器件中使用的相位板和偏振板的設(shè)置。
圖3是顯示在白顯示中液晶層的光程差的波長(zhǎng)發(fā)散特性(波長(zhǎng)依賴性)曲線的曲線圖。
圖4是顯示相位板的光程差的波長(zhǎng)發(fā)散特性(波長(zhǎng)依賴性)曲線的曲線圖。
圖5顯示一個(gè)鮑恩凱亞(Poincare)球。
圖6顯示在常規(guī)設(shè)置中相位板的功能。
圖7顯示透射比和在偏振板的透射軸的方位方向上從鮑恩凱亞(Poincare)球上的點(diǎn)的距離(偏移)之間的關(guān)系。
圖8顯示在常規(guī)設(shè)置中入射光的偏振怎樣變化。
圖9顯示在本發(fā)明的反射型液晶顯示器件中入射光的偏振怎樣變化。
圖10顯示在本發(fā)明的反射型液晶顯示器件中相位板的慢軸，偏振板的吸收軸和液晶層的平均取向方向的示例設(shè)置。
圖11顯示在圖10顯示的設(shè)置下的黑顯示中入射光的偏振怎樣變化。
圖12顯示在圖10顯示的設(shè)置下的中間灰等級(jí)顯示中入射光的偏振怎樣變化。
圖13顯示在圖10顯示的設(shè)置下的白顯示中入射光的偏振怎樣變化。
圖14顯示在相位板的慢軸和液晶層的平均取向方向互相平行的比較實(shí)例的黑顯示中入射光的偏振怎樣變化。
圖15顯示在相位板的慢軸和液晶層的平均取向方向互相平行的比較實(shí)例的中間灰等級(jí)顯示中入射光的偏振怎樣變化。
圖16顯示在相位板的慢軸和液晶層的平均取向方向互相平行的比較實(shí)例的白顯示中入射光的偏振怎樣變化。
圖17顯示在相位板的慢軸和液晶層的平均取向方向互相垂直的比較實(shí)例的黑顯示中入射光的偏振怎樣變化。
圖18顯示在相位板的慢軸和液晶層的平均取向方向互相垂直的比較實(shí)例的中間灰等級(jí)顯示中入射光的偏振怎樣變化。
圖19顯示在相位板的慢軸和液晶層的平均取向方向互相垂直的比較實(shí)例的白顯示中入射光的偏振怎樣變化。
圖20是顯示在L*a*b*彩色系統(tǒng)中從本發(fā)明的反射型液晶顯示器件輸出的光和來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光體D65的光和之間的色差ΔE*ab的曲線圖。
圖21是示意性地說(shuō)明常規(guī)的反射型液晶顯示器件的剖面圖。
圖22A和圖22B都示意性地顯示了常規(guī)的反射型液晶顯示器件中相位板的慢軸的設(shè)置。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖敘述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。雖然本發(fā)明的下述實(shí)施例為反射型的液晶顯示器件，但本發(fā)明本發(fā)明并不限于此，而是可在各種液晶顯示裝置中廣泛應(yīng)用，在各種液晶顯示裝置中，每個(gè)相應(yīng)于顯示的最小單位的像素區(qū)域都包括一個(gè)以反射模式產(chǎn)生顯示的反射區(qū)域。例如，本發(fā)明可以在透射反射型的液晶顯示器件或用半透射薄膜(半透鏡)的半透射型的液晶顯示器件中得到應(yīng)用。在本文說(shuō)明的反射型液晶顯示器件中，相位板的光程差的設(shè)計(jì)，相位板的慢軸的設(shè)置等和常規(guī)的器件不同。另外，也應(yīng)用了技術(shù)上已知的結(jié)構(gòu)。還有，只要偏振板，相位板，液晶層和反射層從觀看者的一側(cè)以這樣的次序設(shè)置，對(duì)于這些部件相對(duì)于基板的位置都不存在限制。
圖1示意性地說(shuō)明了本實(shí)施例的反射型液晶顯示器件100。反射型液晶顯示器件100包括一個(gè)液晶單元110，設(shè)置在液晶單元110的觀看者一側(cè)的一個(gè)相位板120和一個(gè)偏振板130。液晶單元110包括互相相對(duì)的一對(duì)基板(例如玻璃基板)101和102，設(shè)置在兩基板之間的液晶層108，以及用于向液晶層108兩端施加電壓的一個(gè)反射電極(例如Al層)和一個(gè)透明電極(例如ITO層)。反射型液晶顯示器件100通過(guò)利用從器件的靠近基板102一側(cè)(觀看者一側(cè))進(jìn)入器件，以這樣的次序通過(guò)偏振板130，相位板120和液晶層108并由反射電極103反射的光產(chǎn)生顯示。
在反射型液晶顯示器件100中，定義為液晶層108的雙折射Δn和液晶層108的厚度d的乘積的光程差Δn·d在Δn1·d≤Δn·d≤Δn2·d的范圍上根據(jù)施加在反射電極103和透明電極105之間的電壓的值而發(fā)生變化，其中當(dāng)Δn·d＝Δn1·d時(shí)產(chǎn)生黑顯示。這樣，當(dāng)液晶層108的光程差小的時(shí)候反射型液晶顯示器件100產(chǎn)生黑顯示。
當(dāng)液晶層108的光程差小的時(shí)候產(chǎn)生黑顯示的構(gòu)型比當(dāng)液晶層108的光程差大的時(shí)候(即Δn·d＝Δn2·d時(shí))產(chǎn)生黑顯示的構(gòu)型在生產(chǎn)率方面更有利。在當(dāng)液晶層108的光程差大的時(shí)候產(chǎn)生黑顯示的構(gòu)型中，如果液晶層108的厚度(單元間隙)從設(shè)計(jì)值發(fā)生偏離，液晶層108在黑顯示中的光程差將從設(shè)計(jì)值發(fā)生顯著偏離(因?yàn)棣2＞Δn1)，從而在黑顯示中光將不被充分阻擋，因此得不到充分的對(duì)比度。因此，為了產(chǎn)生理想的黑顯示，必須高精度地控制單元間隙，在生產(chǎn)工藝上幾乎不留下余地，但這樣會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)率很低。相反，在當(dāng)液晶層108的光程差小的時(shí)候產(chǎn)生黑顯示的構(gòu)型中，相對(duì)于單元間隙(液晶層108的厚度)的偏離，顯示質(zhì)量的下降小，因此在生產(chǎn)率方面這樣的構(gòu)型更有利。
當(dāng)液晶層108的光程差小的時(shí)候產(chǎn)生黑顯示的構(gòu)型可以是例如使用具有正電介質(zhì)各向異性的液晶材料的正常白(NW)模式或使用具有負(fù)電介質(zhì)各向異性的液晶材料的正常黑(NB)模式。本實(shí)施例的反射型液晶顯示器件100在使用具有正電介質(zhì)各向異性的液晶材料的正常白(NW)模式中產(chǎn)生顯示。
下面將參考圖2敘述反射型液晶顯示器件100的相位板120。如圖2所示，相位板120在平行于液晶層108的平面中有其慢軸SL。相位板120的慢軸SL相對(duì)于和偏振板130的透射軸TR成45°角的方向D1傾斜。這樣，相位板120的慢軸和方向D1既不平行也不垂直，也不和偏振板130的透射軸TR成45°角。
在本發(fā)明的反射型液晶顯示器件100中，相位板120的慢軸SL如上所述地設(shè)置，從而可以抑制黑顯示和中間灰等級(jí)顯示中的色變，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的顯示。有關(guān)于此的原因敘述如下。
已經(jīng)從觀看者一側(cè)進(jìn)入器件并通過(guò)偏振板130的線偏振光通過(guò)相位板120和液晶層108，在通過(guò)時(shí)被給予光程差，該光程差的值取決于相位板120的光程差和液晶層108的光程差。圖3和圖4分別顯示了白顯示中液晶層108的光程差Δn2·d以及相位板120的光程差Re的示范的波長(zhǎng)發(fā)散特性(波長(zhǎng)依賴性)曲線。請(qǐng)注意圖3中的垂直軸代表具有λ(nm)波長(zhǎng)的光的光程差Δn2·d(λ)，并以具有550nm波長(zhǎng)的光的光程差Δn2·d(550)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。同樣，圖4中的垂直軸代表具有λ(nm)波長(zhǎng)的光的光程差Re(λ)，并以具有550nm波長(zhǎng)的光的光程差Re(550)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
液晶層108的光程差Δn2·d顯示了波長(zhǎng)依賴性，例如，如圖3所示，光程差隨波長(zhǎng)λ的增加單調(diào)下降。相位板120的光程差Re顯示了波長(zhǎng)依賴性，例如，如圖4所示，光程差隨波長(zhǎng)λ的增加一度增加，然后再下降。
液晶層108在黑顯示中的光程差Δn2·d最好接近于零。但實(shí)際上，在黑顯示中，因?yàn)閬?lái)自已經(jīng)經(jīng)受了摩擦處理的表面(通常為對(duì)準(zhǔn)薄膜的表面)的錨固效應(yīng)而將有一個(gè)小的光程差。該光程差被稱為“殘余光程差”。
通常，如果包括液晶層108的殘余光程差Δn1·d和相位板的光程差Re的全部光程差對(duì)于所有可見(jiàn)光波長(zhǎng)都為λ/4，則可以獲得理想的沒(méi)有色變的黑顯示。但請(qǐng)注意，因?yàn)橐壕?08的殘余光程差Δn1·d明顯小于相位板120的光程差ΔRe，黑顯示中的顯示質(zhì)量決定性地受到相位板120的光程差ΔRe的波長(zhǎng)依賴性的影響。因此，如果相位板120的光程差ΔRe對(duì)于所有可見(jiàn)光波長(zhǎng)基本上都為λ/4，則就可以產(chǎn)生色變得到充分抑制的黑顯示。但實(shí)際上不存在實(shí)現(xiàn)如此理想的波長(zhǎng)依賴性的相位板材料，僅通過(guò)優(yōu)化相位板120的光程差ΔRe的波長(zhǎng)依賴性不能產(chǎn)生理想的黑顯示。請(qǐng)注意，在圖22A和圖22B中顯示的常規(guī)的設(shè)置中，包括液晶層108的殘余光程差Δn1·d和相位板120的光程差Re的全部光程差可以表達(dá)為液晶層108的殘余光程差Δn1·d和相位板120的光程差Re之間的簡(jiǎn)單的算術(shù)和(或算術(shù)差)，其中適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)相位板120的光程差Re相對(duì)地更容易些，這也被確信為是圖22A和圖22B中所示的設(shè)置在技術(shù)上被應(yīng)用的一個(gè)原因。
在本發(fā)明的反射型液晶顯示器件100中，相位板120的慢軸和偏振板130的透射軸的設(shè)置和常規(guī)的器件不同，從而實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的黑顯示和高質(zhì)量的中間灰等級(jí)顯示。
現(xiàn)在，參考圖5到圖9，通過(guò)應(yīng)用“鮑恩凱亞(Poincare)球”敘述常規(guī)的設(shè)置和反射型液晶顯示器件100中的相位板的功能之間的差別。
如圖5所示，“鮑恩凱亞(Poincare)球”是由Stokes參數(shù)S0，S1，S2和S3定義的球，代表光的偏振。參數(shù)S1，S2和S3分別相應(yīng)于直角坐標(biāo)系中的不同的坐標(biāo)軸(分別為圖5中的x軸，y軸和z軸)，參數(shù)S0(強(qiáng)度)是球的半徑。光的偏振被描述為鮑恩凱亞(Poincare)球的球面上的一個(gè)點(diǎn)。
將鮑恩凱亞(Poincare)球與地球比較，因?yàn)榫暥缺硎緝杀队跈E圓率角的值，具有零度橢圓率角的光，即線偏振光，的位置沿赤道分布，圓偏振光在南極或北極，橢圓偏振光在赤道和兩極之間。右旋偏振光分布在北半球，左旋偏振光分布在南半球。在北極的點(diǎn)代表右旋圓偏振光，在南極的點(diǎn)代表左旋圓偏振光。另外，因?yàn)榻?jīng)度表示兩倍于橢圓長(zhǎng)軸的方位角，其中在鮑恩凱亞(Poincare)球和正側(cè)(靠近箭頭的頭的一側(cè))上的x軸之間的一個(gè)交點(diǎn)上經(jīng)度假設(shè)為零，正側(cè)交點(diǎn)代表在水平方向振蕩的線偏振光，在鮑恩凱亞(Poincare)球和x軸(靠近箭頭的尾的一側(cè))之間的負(fù)側(cè)交點(diǎn)代表在垂直方向振蕩的線偏振光。另外，在鮑恩凱亞(Poincare)球和y軸之間的正側(cè)交點(diǎn)代表在45°方向(從水平方向逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)45°的方向)振蕩的線偏振光，在鮑恩凱亞(Poincare)球和y軸之間的負(fù)側(cè)交點(diǎn)代表在-45°方向(從水平方向順時(shí)針偏轉(zhuǎn)45°的方向)振蕩的線偏振光。
在鮑恩凱亞(Poincare)球上相位板的功能是繞通過(guò)Poincare球的球心的一定的旋轉(zhuǎn)軸將由鮑恩凱亞(Poincare)球上的點(diǎn)代表的偏振光旋轉(zhuǎn)一個(gè)預(yù)先確定的角度。旋轉(zhuǎn)的角度取決于相位板的光程差的值，旋轉(zhuǎn)軸被限定為連接鮑恩凱亞(Poincare)球的球心和沿赤道上相應(yīng)于相位板的慢軸的方位角兩倍的值的經(jīng)度上的點(diǎn)的直線。
圖6顯示在常規(guī)的液晶顯示器件，即偏振板的透射軸和相位板的慢軸成45°角的設(shè)置中的相位板的功能。在該設(shè)置中使用的相位板的光程差Re具有如圖4顯示的波長(zhǎng)依賴性，并且相位板被設(shè)計(jì)成滿足對(duì)于有550nm波長(zhǎng)的光的λ/4的條件。在從觀看者一側(cè)進(jìn)入器件并通過(guò)偏振板的線偏振光相應(yīng)于鮑恩凱亞(Poincare)球和y軸之間的負(fù)側(cè)交點(diǎn)A的地方，其慢軸和偏振板的透射軸成45°角的相位板繞x軸旋轉(zhuǎn)該線偏振光。因?yàn)橄辔话鍧M足對(duì)于有550nm波長(zhǎng)的光的λ/4的條件，由點(diǎn)A代表的有550nm波長(zhǎng)的線偏振光正好繞x軸旋轉(zhuǎn)90°，以便轉(zhuǎn)換成由北極上的點(diǎn)B代表的右旋圓偏振光。但是，相位板不總是滿足對(duì)于短與或長(zhǎng)于550nm波長(zhǎng)的λ/4的條件，其中有450nm波長(zhǎng)的光或有600nm波長(zhǎng)的光旋轉(zhuǎn)大于或小于90°的角度，以至被轉(zhuǎn)換成從在北極的點(diǎn)B偏轉(zhuǎn)的由點(diǎn)C或點(diǎn)D代表的橢圓偏振光。
為了產(chǎn)生理想的黑顯示和理想的白顯示，通過(guò)偏振板以后在相位板上入射的線偏振光必須在由反射層反射以后在偏振板上入射的時(shí)刻之前轉(zhuǎn)換到其偏振方向垂直于(黑顯示中)或平行于(白顯示中)對(duì)于設(shè)計(jì)波長(zhǎng)的初始偏振方向的線偏振光，而且對(duì)于其他的波長(zhǎng)，最好呈現(xiàn)出和設(shè)計(jì)波長(zhǎng)基本相同的透射比。還有，在灰等級(jí)顯示中，對(duì)于包括設(shè)計(jì)波長(zhǎng)的所有(可見(jiàn)光)波長(zhǎng)最好呈現(xiàn)相同的透射比。
如圖7所示，在鮑恩凱亞(Poincare)球上，當(dāng)一定偏振的光通過(guò)偏振板時(shí)呈現(xiàn)的透射比取決于代表光的點(diǎn)和相應(yīng)于偏振板的透射軸的方位方向的點(diǎn)(該點(diǎn)和代表從觀看者一側(cè)進(jìn)入器件并通過(guò)偏振板的線偏振光的點(diǎn)重合)之間的“距離”。請(qǐng)注意該“距離”不是兩點(diǎn)之間的簡(jiǎn)單的距離，而是兩者之間在沿相應(yīng)于偏振板的透射軸的方位方向的點(diǎn)和鮑恩凱亞(Poincare)球的球心之間的直線的方向(在所示實(shí)例中為沿y軸的方向)上的“偏離”。
圖8顯示了常規(guī)設(shè)置中從觀看者一側(cè)進(jìn)入器件并通過(guò)偏振板的線偏振光以這樣的次序通過(guò)相位板，液晶層和相位板時(shí)偏振怎樣變化。圖9顯示了在本發(fā)明的反射型液晶顯示器件100中從觀看者一側(cè)進(jìn)入器件并通過(guò)偏振板130的線偏振光以這樣的次序通過(guò)相位板120，液晶層108和相位板120時(shí)偏振怎樣變化。請(qǐng)注意在圖8和圖9中，旋轉(zhuǎn)軸A表示沿相位板的旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸B表示沿液晶層的旋轉(zhuǎn)軸。另外，“α”指首次通過(guò)相位板后的光，“β”指通過(guò)液晶層后的光，“γ”指再次通過(guò)相位板后的光。另外，每個(gè)實(shí)心符號(hào)指在鮑恩凱亞(Poincare)球的北半球上的光，而每個(gè)空心符號(hào)指在鮑恩凱亞(Poincare)球的南半球上的光。
在相位板的慢軸和偏振板的透射軸成45°角的常規(guī)設(shè)置中，沿相位板的旋轉(zhuǎn)軸A(該軸和x軸重合)垂直于包括代表偏振板的透射軸的方位方向的點(diǎn)和鮑恩凱亞(Poincare)球的球心的直線(該直線和y軸重合)，如圖8所示。因此，由于相位板的光程差的波長(zhǎng)依賴性引起的旋轉(zhuǎn)角度的偏離最可能在沿y軸的方向上在“偏離”中被反射。這樣，對(duì)于不同的波長(zhǎng)光學(xué)透射比更明顯地發(fā)生變化，因此在顯示中更可能發(fā)生色變。尤其在中間灰等級(jí)顯示中發(fā)生強(qiáng)烈的色變。
相反，在反射型液晶顯示器件100中，相位板120的慢軸從和偏振板的透射軸成45°角的方向傾斜(既不平行又不垂直)，因此，沿相位板120的旋轉(zhuǎn)軸A從包括代表偏振板的透射軸的方位方向的點(diǎn)和鮑恩凱亞(Poincare)球的球心的直線(該直線和y軸重合)傾斜(既不平行又不垂直)，如圖9所示。這樣，在鮑恩凱亞(Poincare)球上，反射型液晶顯示器件100的相位板120繞從包括代表偏振板的透射軸的方位方向的點(diǎn)和鮑恩凱亞(Poincare)球的球心的直線(在所說(shuō)明的實(shí)例中為y軸)傾斜的旋轉(zhuǎn)軸(在所說(shuō)明的實(shí)例中為A軸)旋轉(zhuǎn)從觀看者一側(cè)進(jìn)入器件并通過(guò)偏振板130的線偏振光。因此，由于相位板120的光程差的波長(zhǎng)依賴性引起的旋轉(zhuǎn)角度的偏離最少可能在沿y軸(包括代表入射偏振光的點(diǎn)和鮑恩凱亞(Poincare)球的球心的直線)的方向上在“偏離”中被反射，只導(dǎo)致對(duì)于不同的波長(zhǎng)在光學(xué)透射比上極不明顯的變化。因此可以抑制在黑顯示和中間灰等級(jí)顯示中的色變，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的顯示。
另外，反射型液晶顯示器件100不需要多個(gè)不同類型(在光程差設(shè)定方面和慢軸的設(shè)置方面互相不同)的相位板，這樣，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)成本的減少。請(qǐng)注意，雖然在本實(shí)施例中單片的相位板120被用作相位補(bǔ)償器，相位補(bǔ)償器不是必須為整體的單片相位板。只要設(shè)置在液晶層108和偏振板130之間的相位補(bǔ)償器在平行于液晶層108的平面中限定了單慢軸，色變就可以通過(guò)如上所述地設(shè)置慢軸而得到抑制。然而，考慮到生產(chǎn)成本的問(wèn)題，最好還是使用單相位板。
如果相位板120的慢軸從和偏振板130的透射軸成45°的方向傾斜，就可以如上所述地得到有利的效果。作為進(jìn)一步深入研究的結(jié)果，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果相位板120的慢軸和偏振板130的吸收軸(通常垂直與透射軸)之間的角度θ滿足20°＜θ＜40°，即如果旋轉(zhuǎn)軸和上述定義的直線之間的角度θ’滿足40°＜θ’＜80°，就可以更可靠地得到該有利的效果。
請(qǐng)注意，因?yàn)樵诒景l(fā)明的反射型液晶顯示器件100中相位板的慢軸和偏振板的透射軸的設(shè)置和常規(guī)的器件中的設(shè)置不同，相位板的光程差也可以和常規(guī)的器件不同。這是因?yàn)閷⒂上辔话褰o予線偏振光的光程差的值取決于線偏振光的偏振方向和相位板的慢軸之間的關(guān)系。
在相位板120的慢軸和偏振板130的吸收軸之間的角度θ滿足20°＜θ＜40°的地方，最好相位板120對(duì)于具有λ(nm)波長(zhǎng)的光的平面內(nèi)光程差Re(λ)滿足例如98nm≤Re(450)≤158nm，140nm≤Re(550)≤175nm，以及141nm≤Re(650)≤210nm。
請(qǐng)注意相位板120不限于有單軸光學(xué)各向異性的相位板。它只要求相位板具有至少在平面內(nèi)方向上的光程差，以及它可以具有在正交方向上的光程差。雖然在正交方向上的光程差影響觀看角度特性等，在本文中不必將其考慮在內(nèi)。因此，相位板120可以另外選擇為具有雙軸光學(xué)各向異性的相位板。
如上所述，在反射型液晶顯示器件100中，相位板120的慢軸從和偏振板的透射軸成45°角的方向發(fā)生傾斜，因此對(duì)于不同波長(zhǎng)的旋轉(zhuǎn)角度的偏離極少可能在透射率的變化中被反射。如果相位板120的平面內(nèi)光程差Re具有波長(zhǎng)依賴性，使對(duì)于不同的波長(zhǎng)只有小的旋轉(zhuǎn)角度上的偏離，則色變可更有效地抑制。更具體地說(shuō)，最好對(duì)于具有λ(nm)波長(zhǎng)的光相位板120的平面內(nèi)光程差Re(λ)具有波長(zhǎng)依賴性，使Re(λ)/λ在400nm≤λ≤700nm的范圍內(nèi)基本恒定，以及最好相位板120的平面內(nèi)光程差Re(λ)隨著λ在400nm≤λ≤700nm的范圍內(nèi)的增加而單調(diào)地增加。另外，最好相位板120的平面內(nèi)光程差Re(λ)滿足0.7＜Re(450)/Re(550)＜0.9和1.01＜Re(650)/Re(550)＜1.2。
相位板120可以通過(guò)應(yīng)用作為相位板生產(chǎn)方法的在技術(shù)上已知的方法而生產(chǎn)。在反射型液晶顯示器件100中，因?yàn)橄辔话?20的慢軸從和偏振板130的透射軸成45°角的方向發(fā)生傾斜，相位板120的慢軸通常從液晶層108的平均取向方向傾斜。液晶層108的平均取向方向是由在液晶層108厚度方向的中心周?chē)嬖诘囊壕Х肿拥娜∠蚍较虻姆轿唤窍薅ǖ姆较颍⑶沂强拷壕?08的上表面(靠近透明電極105)的液晶分子和靠近液晶層108的下表面(靠近反射電極103)的液晶分子的取向方向之間的中間的方位方向。因此，包括液晶層108的殘余光程差Δn1·d和相位板120的平面內(nèi)光程差Re的全部光程差不能被表達(dá)為兩者之間的簡(jiǎn)單的算術(shù)和(或算術(shù)差)。但是，一旦相位板120的慢軸的設(shè)置被確定，所需要的平面內(nèi)光程差的值可以根據(jù)慢軸的設(shè)置進(jìn)行計(jì)算。
下面將敘述反射型液晶顯示器件100的更具體的實(shí)例及其顯示特性。
在所說(shuō)明的實(shí)例中，相位板120的平面內(nèi)光程差(550)對(duì)于具有550nm波長(zhǎng)的光為155nm。如圖10所示，相位板120的慢軸和偏振板130的吸收軸之間的角度為33°，相位板120的慢軸和液晶層108的平均取向方向之間的角度為57°。液晶層108為具有5μm厚度的均一取向類型的液晶層。液晶層108在黑顯示中的光程差Δn1·d約為28nm，液晶層108在白顯示中的光程差Δn2·d約為164nm。
圖11，圖12和圖13顯示了入射光的偏振怎樣隨其示范設(shè)置而變化。圖11對(duì)于黑顯示，圖12對(duì)于中間灰等級(jí)顯示，圖13對(duì)于白顯示。作為對(duì)比實(shí)例，圖14，圖15和圖16顯示了在相位板的慢軸和液晶層的平均取向方向如圖22B所示互相平行的情況下入射光的偏振怎樣變化，圖17，圖18和圖19顯示了在相位板的慢軸和液晶層的平均取向方向如圖22A所示互相垂直的情況下入射光的偏振怎樣變化。圖14和圖17對(duì)于黑顯示，圖15和圖18對(duì)于中間灰等級(jí)顯示，圖16和圖19對(duì)于白顯示。
通過(guò)互相對(duì)比這些圖可看出，本發(fā)明的反射型液晶顯示器件100在黑顯示和中間灰等級(jí)顯示中在透射率上有極不明顯的變化(在y軸方向由“γ”指出的光的變化)，表明和常規(guī)的設(shè)置相比色變受到抑制?？梢钥闯?，在中間灰等級(jí)顯示中，本發(fā)明在減小透射率的變化以及因此在抑制色變方面尤其有效。
色變程度的一個(gè)指標(biāo)是在L*a*b*彩色系統(tǒng)中來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光體D65(和太陽(yáng)光有基本相同色溫的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光體)的光的色差ΔE*ab。圖20顯示來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光體D65和從具有如圖10所示的設(shè)置的反射型液晶顯示器件100輸出的光之間的色差ΔE*ab，以及來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光體D65和從圖17到圖19顯示入射光的偏振怎樣變化的具有常規(guī)設(shè)置的液晶顯示器件輸出的光之間的色差ΔE*ab的模擬結(jié)果。從圖20可看出，在本發(fā)明的反射型液晶顯示器件100中，對(duì)于所有灰等級(jí)色差ΔE*ab為5或更小，表明尤其在中間灰等級(jí)顯示中抑制色變的強(qiáng)烈效果。
請(qǐng)注意，雖然根據(jù)本發(fā)明在黑顯示和中間灰等級(jí)顯示中色變得到抑制，但取決于液晶顯示器件的規(guī)格，白顯示呈現(xiàn)出稍許的淡黃色。在這樣的情況下，在藍(lán)波長(zhǎng)范圍比其他波長(zhǎng)傳遞稍許更多光的偏振板可以被用以將整體色調(diào)轉(zhuǎn)向藍(lán)，這樣可防止白顯示變黃。另外，通過(guò)這樣的偏振板，中間灰等級(jí)顯示的色調(diào)(其可稍許變紫)也可被轉(zhuǎn)向藍(lán)，從而減少紅色，實(shí)現(xiàn)對(duì)人眼更自然的色調(diào)。
本發(fā)明提供了能以低成本生產(chǎn)的并在黑顯示和中間灰等級(jí)顯示中色變被充分抑制的液晶顯示器件。
本發(fā)明可廣泛地應(yīng)用于各種液晶顯示裝置，在這些液晶顯示裝置中，每個(gè)相應(yīng)于顯示的最小單位的像素區(qū)域都包括一個(gè)以反射模式產(chǎn)生顯示的反射區(qū)域。例如，本發(fā)明可以在透射反射型的液晶顯示器件或用半透射薄膜(半透鏡)的半透射型的液晶顯示器件中得到應(yīng)用。
雖然本發(fā)明在優(yōu)選的實(shí)施例中得到解釋，但對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域熟練的人員顯而易見(jiàn)的是，所披露的發(fā)明可以以多種方式進(jìn)行修改，并且可以呈現(xiàn)許多上文的具體敘述以外的實(shí)施例。因此，附后的權(quán)利要求將涵蓋落入本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍中的對(duì)于本發(fā)明的所有的修改。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示器件，包括一個(gè)液晶層；互相相對(duì)的一個(gè)第一基板和一個(gè)第二基板，液晶層被設(shè)置在兩者之間；一個(gè)設(shè)置在液晶層靠近第一基板一側(cè)的反射層；一個(gè)設(shè)置在液晶層靠近第二基板一側(cè)的偏振器；一個(gè)設(shè)置在液晶層和偏振器之間并在和液晶層平行的平面中具有一個(gè)慢軸的相位補(bǔ)償器；和至少一對(duì)用于向液晶層兩端施加電壓的電極，其中液晶顯示器件包括一個(gè)通過(guò)應(yīng)用從器件靠近第二基板一側(cè)進(jìn)入器件，以這樣的次序通過(guò)偏振器，相位補(bǔ)償器和液晶層，并由反射層反射的光產(chǎn)生顯示的反射區(qū)域；和相位補(bǔ)償器的慢軸從和偏振器的透射軸成45°角的方向傾斜。
2.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于，該液晶顯示器件不包括上述相位補(bǔ)償器以外的其他相位補(bǔ)償器。
3.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于，其中相位補(bǔ)償器是一種單相位板。
4.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于，其中相位補(bǔ)償器的慢軸從由存在于液晶層厚度方向的中心周?chē)囊壕Х肿拥娜∠蚍较虻姆轿唤窍薅ǖ姆较虬l(fā)生傾斜。
5.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于，其中相位補(bǔ)償器的慢軸和偏振器的吸收軸之間的角度θ滿足20°＜θ＜40°。
6.如權(quán)利要求5所述的液晶顯示器件，其特征在于，其中用于具有λ(nm)波長(zhǎng)的光的相位補(bǔ)償器的平面內(nèi)光程差Re(λ)滿足98nm≤Re(450)≤158nm，140nm≤Re(550)≤175nm和141nm≤Re(650)≤210nm。
7.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于，其中用于具有λ(nm)波長(zhǎng)的光的相位補(bǔ)償器的平面內(nèi)光程差Re(λ)滿足0.7＜Re(450)/Re(550)＜0.9和1.01＜Re(650)/Re(550)＜1.2。
8.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于，其中用于具有λ(nm)波長(zhǎng)的光的相位補(bǔ)償器的平面內(nèi)光程差Re(λ)隨著λ在400nm≤λ≤700nm的范圍上的增加而單調(diào)地增加。
9.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于，其中定義為液晶層的雙折射Δn和液晶層的厚度d的乘積的光程差Δn·d在Δn1·d≤Δn·d≤Δn2·d的范圍上根據(jù)施加在電極對(duì)之間的電壓的值而發(fā)生變化，其中當(dāng)Δn·d＝Δn1·d時(shí)產(chǎn)生黑顯示。
10.如權(quán)利要求1所述的液晶顯示器件，其特征在于，其中在L*a*b*彩色系統(tǒng)中來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光體D65的光和從偏振器向觀看者輸出的光之間的色差ΔE*ab在被反射層反射以后為5或更小。
11.一種液晶顯示器件，包括一個(gè)液晶層；互相相對(duì)的一個(gè)第一基板和一個(gè)第二基板，液晶層被設(shè)置在兩者之間；一個(gè)設(shè)置在液晶層靠近第一基板一側(cè)的反射層；一個(gè)設(shè)置在液晶層靠近第二基板一側(cè)的偏振器；一個(gè)設(shè)置在液晶層和偏振器之間的相位補(bǔ)償器；和至少一對(duì)用于向液晶層兩端施加電壓的電極，其中液晶顯示器件包括一個(gè)通過(guò)應(yīng)用從器件靠近第二基板一側(cè)進(jìn)入器件，以這樣的次序通過(guò)偏振器，相位補(bǔ)償器和液晶層，并由反射層反射的光產(chǎn)生顯示的反射區(qū)域；和在鮑恩凱亞(Poincare)球上相位補(bǔ)償器繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)從器件靠近第二基板的一側(cè)進(jìn)入器件并通過(guò)偏振器的線偏振光，該旋轉(zhuǎn)軸從包括鮑恩凱亞(Poincare)球上代表線偏振光的點(diǎn)和鮑恩凱亞(Poincare)球的球心的直線發(fā)生傾斜。
12.如權(quán)利要求11所述的液晶顯示器件，其特征在于，其中在旋轉(zhuǎn)軸和直線之間的角度θ’滿足40°＜θ’＜80°。
13.如權(quán)利要求11所述的液晶顯示器件，其特征在于，其中定義為液晶層的雙折射Δn和液晶層的厚度d的乘積的光程差Δn·d在Δn1·d≤Δn·d≤Δn2·d的范圍上根據(jù)施加在電極對(duì)之間的電壓的值而發(fā)生變化，其中當(dāng)Δn·d＝Δn1·d時(shí)產(chǎn)生黑顯示。
14.如權(quán)利要求11所述的液晶顯示器件，其特征在于，其中在L*a*b*彩色系統(tǒng)中來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光體D65的光和從偏振器向觀看者輸出的光之間的色差ΔE*ab在被反射層反射以后為5或更小。
全文摘要
一種液晶顯示器件，包括一個(gè)液晶層；互相相對(duì)的一個(gè)第一基板和一個(gè)第二基板，液晶層被設(shè)置在兩者之間一個(gè)設(shè)置在液晶層靠近第一基板一側(cè)的反射層；一個(gè)設(shè)置在液晶層靠近第二基板一側(cè)的偏振器；一個(gè)設(shè)置在液晶層和偏振器之間并在和液晶層平行的平面中具有一個(gè)慢軸的相位補(bǔ)償器；和至少一對(duì)用于向液晶層兩端施加電壓的電極。本發(fā)明的液晶顯示器件包括一個(gè)通過(guò)應(yīng)用從器件靠近第二基板一側(cè)進(jìn)入器件，以這樣的次序通過(guò)偏振器，相位補(bǔ)償器和液晶層，并由反射層反射的光產(chǎn)生顯示的反射區(qū)域。相位補(bǔ)償器的慢軸SL從和偏振器的透射軸TR成45°角的方向D1傾斜。
文檔編號(hào)G02F1/13363GK1598666SQ200410079770
公開(kāi)日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月18日
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