專利名稱：常白扭曲向列模式lcd設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶顯示(LCD)設(shè)備，特別涉及一種包括具有大約90度的扭曲角的液晶(LC)分子的常白扭曲向列模式(TN模式)LCD設(shè)備。
背景技術(shù)：
一般地，從光入射側(cè)觀看時(shí)，TN模式LC設(shè)備包括按下列順序設(shè)置的第一偏振膜、第一玻璃基板、LC層、第二玻璃基板和第二偏振膜。LC層在其中包括LC分子，其在沒(méi)有施加電場(chǎng)時(shí)具有平行于基板表面取向的長(zhǎng)軸，并且LC分子在其長(zhǎng)軸上從第一基板到第二基板扭曲90度。在常白TN模式LCD設(shè)備中，設(shè)置第一和第二偏振膜，使其偏振軸彼此垂直設(shè)置，因而LCD設(shè)備沒(méi)有施加電場(chǎng)時(shí)表現(xiàn)出白色。
對(duì)于偏振膜的偏振軸的設(shè)置與LC分子的取向之間的關(guān)系，這里有兩種模式的TN模式LCD設(shè)備e-模式，其中偏振膜的透射軸平行于LC層與偏振膜附近的基板之間的界面上的LC分子的長(zhǎng)軸；和o-模式，其中偏振膜的透射軸垂直于LC層與偏振膜附近的基板之間的界面上的LC分子的長(zhǎng)軸。
視角特性公知是LCD設(shè)備的性能的一個(gè)重要指標(biāo)，其中視角特性表示LCD設(shè)備獲得特定或以上對(duì)比度的視角范圍。例如，作為在印刷紙片上測(cè)量的白色對(duì)黑色的亮度比，使用的特定對(duì)比度為10∶1，其中用黑墨印刷高質(zhì)量的白紙片。例如，在LCD設(shè)備的目錄中，為每個(gè)LCD設(shè)備列出了垂直方向和水平方向的視角特性，LCD設(shè)備的垂直方向設(shè)定為平行于在顯示白色時(shí)基板之間的LC層的中部的LC分子的長(zhǎng)軸，水平方向設(shè)定為平行于該長(zhǎng)軸。
在TN模式LCD設(shè)備中，LC層的折射率各向異性減小了在傾斜觀看方向上的對(duì)比度，惡化了LCD設(shè)備的視角特性，這是公知的。專利公開(kāi)No.JP-A-5(1993)-19249描述了一種使用光學(xué)補(bǔ)償膜來(lái)解決折射率各向異性的問(wèn)題的方法。圖7以分解圖示出了所述的LCD設(shè)備。LCD設(shè)備200包括在其中具有LC層的LC單元10，其中LC層夾在一對(duì)玻璃基板之間；延遲膜13、14，其在光入射側(cè)偏振膜(在下文中稱作偏振器)11與LC單元10之間和光出射側(cè)偏振膜(在下文中稱作分析器)12與LC單元10之間。
偏振器11和分析器12的透射軸P1、P2彼此垂直。LC單元10中的LC層在偏振器11附近具有平行于偏振器11的透射軸P1的取向A0。LC層在分析器12附近還具有平行于分析器12的透射軸P2的取向B。此外，LC層的光入射側(cè)取向A0基本上平行于延遲膜13的慢軸R1，而LC層的光出射側(cè)取向B基本上平行于延遲膜14的慢軸R2。在該專利公開(kāi)中敘述了LC層的取向與延遲之間的關(guān)系的設(shè)定，因而抑制了在傾斜觀看方向上對(duì)比度的減小，由此改善了LCD設(shè)備的視角特性。

發(fā)明內(nèi)容
(a)本發(fā)明要解決的問(wèn)題在常白TN模式LCD設(shè)備200中，在顯示黑色時(shí)給LC單元10施加一電場(chǎng)，以使在LC單元10中的LC分子傾斜。然而，由于存在固定與其接觸的LC分子的取向的取向膜(沒(méi)有示出)，所以在LC層與光入射側(cè)或光出射側(cè)上的基板之間的界面上的LC分子不會(huì)傾斜。
如果顯示黑色時(shí)施加給LC層的電壓足夠高，則除界面上的LC分子以外，施加電壓能使界面附近的LC分子傾斜到理想的傾斜角。因而，如在該專利公開(kāi)中所述，通過(guò)將延遲膜13、14的慢軸設(shè)定為平行于界面上的LC分子的取向A0、B，則可通過(guò)延遲膜13、14來(lái)補(bǔ)償LC單元10的殘余延遲。
注意，在正常情況下顯示黑色時(shí)施加電壓Vw最多是LC的閾值電壓Vth的三到四倍。這里使用的LC的閾值電壓Vth可由下面的公式表示Vth=πK11+(K33-2K22)/4ϵ0Δϵ,]]>其中K11、K22和K23分別是LC分子的擴(kuò)張形變、扭曲形變和彎曲形變的彈性系數(shù)，ε0和Δε分別是LC的電常數(shù)(electric constant)和介質(zhì)常數(shù)各向異性。實(shí)際上，這種大約是閾值電壓Vth三到四倍的施加電壓Vw很難使每個(gè)界面附近的LC分子傾斜到理想的傾斜角。因而，LC分子產(chǎn)生了延遲，其不能通過(guò)施加電壓Vw傾斜到理想的傾斜角，由此在LC單元10中導(dǎo)致了殘余延遲。
顯示黑色時(shí)產(chǎn)生的殘余延遲可由等效折射率橢圓表示。因?yàn)長(zhǎng)C分子在LC層中扭曲，所以投影到基板表面上的等效折射率橢圓的長(zhǎng)軸(光軸)不會(huì)與偏振器11的透射軸(或吸收軸)或分析器12的透射軸(或吸收軸)一致。因而，即使延遲膜13或14的慢軸平行于界面上的LC分子的取向A0或B，延遲膜13、14也不能很好地補(bǔ)償LC單元10中的殘余延遲，結(jié)果導(dǎo)致不能充分提高視角特性。
鑒于上面的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種LCD設(shè)備，其能獲得如下視角特性，即相對(duì)于屏幕至少80度的視角使LCD設(shè)備在屏幕上提供了10∶1或更高的對(duì)比度。
(b)發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種常白液晶顯示(LCD)設(shè)備，其包括第一偏振膜、第一光學(xué)補(bǔ)償膜、第一基板、第一透明電極、第一取向膜、扭曲向列液晶(LC)層、第二取向膜、第二透明電極、第二基板、第二光學(xué)補(bǔ)償膜和第二偏振膜，它們順序地設(shè)置在光透射的方向上，其中第一偏振膜具有垂直于第二偏振膜的偏振軸的偏振軸；投影到第一或第二基板的基板表面上的第一光學(xué)補(bǔ)償膜的光軸基本上平行于投影到基板表面上的第一等效折射率橢圓的長(zhǎng)軸，通過(guò)在第一透明基板與第二透明基板之間施加第一電壓以確定LC層中的LC分子的取向，第一等效折射率橢圓表示顯示黑色時(shí)LC層與第一基板的第一界面附近的LC層的殘余延遲；以及投影到基板表面上的第二光學(xué)補(bǔ)償膜的光軸基本上平行于投影到基板表面上的第二等效折射率橢圓的長(zhǎng)軸，第二等效折射率橢圓表示顯示黑色時(shí)LC層與第二基板的第二界面附近的LC層的殘余延遲。
根據(jù)本發(fā)明的LCD設(shè)備，投影到基板表面上的第一(第二)光學(xué)補(bǔ)償膜的光軸基本上平行于顯示黑色時(shí)第一(第二)界面附近的LC層的殘余延遲的等效折射率橢圓的長(zhǎng)軸，該結(jié)構(gòu)使顯示黑色時(shí)LC層的殘余延遲得到補(bǔ)償，由此提高了正視的對(duì)比度，從而尤其在水平方向上改善了LCD設(shè)備的視角特性。
在本發(fā)明的LCD設(shè)備中，第一電壓可以是LC層的閾值電壓Vth的三到四倍，閾值電壓Vth表示LC層中的LC的Freedericksz轉(zhuǎn)換點(diǎn)。在該結(jié)構(gòu)中，施加電壓很可能沒(méi)有將界面上的LC分子傾斜到理想的傾角，從而在界面附近發(fā)生了殘余延遲。每個(gè)光學(xué)補(bǔ)償膜的光軸都與殘余延遲的相應(yīng)等效折射率橢圓的長(zhǎng)軸一致，該結(jié)構(gòu)可使發(fā)生的殘余軸被有效地補(bǔ)償，由此提高了LCD設(shè)備的對(duì)比度。
優(yōu)選地，下列關(guān)系成立0.5×θTw-47.5≤Δθ2≤0.5×θTw-43.8其中θTw是LC層的扭曲角，Δθ2(Δθ2＞0)是從投影到基板表面上的第一光學(xué)補(bǔ)償膜的光軸到第一偏振膜的偏振軸測(cè)量到的角度，-Δθ2是從投影到基板表面上的第二光學(xué)補(bǔ)償膜的光軸到第二偏振膜的偏振軸測(cè)量到的角度，假定當(dāng)沿光透射方向觀看在順時(shí)針?lè)较蛏蠝y(cè)量時(shí)，該角度是正的。使用該結(jié)構(gòu)可使提供10∶1或以上對(duì)比度的視角達(dá)到80度或更高。
還優(yōu)選地，下列關(guān)系成立Δθ2＜Δθ1假定，在投影到基板表面上的第一界面附近的LC層的取向與第一偏振膜的偏振軸之間的角度為-Δθ1(Δθ1＞0)，并且投影到基板表面上的第二界面附近的LC層的取向與第二偏振膜的偏振軸之間的角度為Δθ1。一般地，等效折射率的長(zhǎng)軸在LC層的扭曲角內(nèi)。其中Δθ2小于Δθ1的結(jié)構(gòu)可使投影到基板表面上的第一光學(xué)補(bǔ)償膜的光軸與投影到基板表面上的光學(xué)補(bǔ)償膜的光軸之間的角度小于扭曲角，由此能夠有效地補(bǔ)償顯示黑色時(shí)的殘余延遲。
使用上述優(yōu)選的結(jié)構(gòu)可使LCD設(shè)備具有如下視角特性，其中在水平方向上的80度視角提供10∶1或以上的對(duì)比度，并且其中在上或下方向上的80度視角提供10∶1或以上的對(duì)比度。
優(yōu)選地，第一光學(xué)補(bǔ)償膜補(bǔ)償?shù)谝换甯浇囊徊糠諰C層的延遲，第二光學(xué)補(bǔ)償膜補(bǔ)償?shù)诙甯浇牧硪徊糠諰C層的延遲。該結(jié)構(gòu)對(duì)于減小傾斜觀看方向上的光泄漏尤其有效，因而提高了在傾斜觀看方向上的對(duì)比度。
優(yōu)選地，第一和第二光學(xué)補(bǔ)償膜每個(gè)都具有負(fù)的單軸光學(xué)特性，其中其光軸從基板表面傾斜特定角度。在該結(jié)構(gòu)中，使光學(xué)補(bǔ)償膜的光軸傾斜以基本上與等效折射率橢圓的長(zhǎng)軸的傾斜一致，這有效地補(bǔ)償了殘余延遲。
優(yōu)選地，第一和第二光學(xué)補(bǔ)償膜每個(gè)都包括多個(gè)(n個(gè))層，多個(gè)(n個(gè))層的每一層都包括負(fù)的單軸光學(xué)特性。在該結(jié)構(gòu)中，通過(guò)使投影到基板表面上的LC層的n個(gè)虛擬薄膜的每一個(gè)的殘余延遲的等效折射率橢圓的長(zhǎng)軸與投影到基板表面上的n個(gè)盤(pán)狀層的相應(yīng)一個(gè)的光軸一致，可特別有效地補(bǔ)償殘余延遲。
在其中每個(gè)光學(xué)補(bǔ)償膜都包括多個(gè)(n個(gè))層的上述結(jié)構(gòu)中，n個(gè)層中的m個(gè)層(0≤m＜n)的每一個(gè)都可以具有垂直于基板表面的光軸。n個(gè)層中的一些層可以從基板表面的法線傾斜。
可以使用下述結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中除m個(gè)層之外的n個(gè)層中的(n-m)個(gè)層由(n-m)個(gè)盤(pán)狀層構(gòu)成，其每一個(gè)都具有負(fù)的單軸光學(xué)特性。可選擇地，所有n個(gè)層都是盤(pán)狀LC層。
優(yōu)選地，LCD設(shè)備是有源矩陣驅(qū)動(dòng)LCD設(shè)備，其在每個(gè)像素中都包括開(kāi)關(guān)器件，并且開(kāi)關(guān)器件是TFT(薄膜晶體管)或MIM(金屬-絕緣體-金屬)開(kāi)關(guān)器件。
本發(fā)明上述和其他的目的，特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面參照附圖的描述中變得更加清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的LCD設(shè)備的截面圖。
圖2是圖1的LCD設(shè)備的示意性截面圖，其示出了顯示黑色時(shí)LC分子的排列和光學(xué)補(bǔ)償膜的光學(xué)特性。
圖3是圖1的LCD設(shè)備的示意圖，其示出了LC分子的取向和投影到基板表面上的光學(xué)補(bǔ)償膜的有效光軸。
圖4是通過(guò)模擬獲得的圖表，示出了在將LC層的扭曲角和光學(xué)補(bǔ)償膜的光軸與偏振膜的偏振軸之間的角Δθ2組合的情形中，正視的對(duì)比度。
圖5是通過(guò)模擬獲得的圖表，示出了在LC層的扭曲角與角Δθ2組合時(shí)獲得理想視角特性的范圍。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的LCD設(shè)備的示意性截面圖。
圖7是現(xiàn)有LCD設(shè)備的分解透視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參照附圖更加具體地描述本發(fā)明，其中在整個(gè)附圖中相似的組成元件用相似的參考標(biāo)記表示。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的LCD設(shè)備，一般用標(biāo)記100表示。LCD設(shè)備100是常白扭曲向列模式的，并且包括第一偏振膜101、第一光學(xué)補(bǔ)償膜102、第一玻璃基板103、第一取向膜104、LC層105、第二取向膜106、第二玻璃基板107、第二光學(xué)補(bǔ)償膜108和第二偏振膜109。本實(shí)施例的LCD設(shè)備的結(jié)構(gòu)與圖7中所示的結(jié)構(gòu)類(lèi)似。
第一和第二偏振膜101、109每個(gè)都具有如下功能使具有沿其偏振軸取向的偏振的光穿過(guò)其中的功能。第一和第二偏振膜101和109具有彼此垂直的偏振軸(和吸收軸)。例如，第一玻璃基板103構(gòu)成TFT(薄膜晶體管)基板，而第二玻璃基板108構(gòu)成彩色濾光器基板或相對(duì)基板。LC層105在其中包括TN模式的LC，且具有例如94度的扭曲角。第一和第二玻璃基板103、107上裝配有各自的透明電極110、111，它們被施加電壓以對(duì)LC分子施加電場(chǎng)。
第一取向膜104控制LC層105與第一玻璃基板103之間的界面上的LC分子的取向。第二取向膜106控制LC層105與第二玻璃基板107之間的界面上的LC分子的取向。由于各取向膜104和106的功能，LC層105與第一玻璃基板103及第二玻璃基板108的界面上的LC分子相對(duì)于基板表面升起或傾斜特定的預(yù)傾角。
第一和第二光學(xué)補(bǔ)償膜102，108每個(gè)都具有負(fù)的單軸折射率各向異性，并具有從基板表面的法線傾斜特定角度的有效光軸。第一和第二光學(xué)補(bǔ)償膜102、108可以是負(fù)的單軸延遲膜，例如由Fuji film inc提供的WV(商標(biāo))膜，其包括傾斜取向的盤(pán)狀LC層和具有平行于基板表面的法線的光軸的負(fù)的單軸延遲層?？蛇x擇地，第一和第二光學(xué)補(bǔ)償膜102、108可通過(guò)以不同旋轉(zhuǎn)速度的輥?zhàn)訚L動(dòng)延伸聚合物膜來(lái)形成，如在JP-A-6(1994)-222213中所描述的。構(gòu)成第一和第二光學(xué)補(bǔ)償膜的折射率橢圓投影的長(zhǎng)軸可通過(guò)用Oji-Metering-Equipmentinc提供的KOBRA-21DH(商標(biāo))測(cè)量的Rth值和傾角β值來(lái)確定。
圖2示意性地示出了顯示黑色時(shí)LC層105中的LC分子的排列和第一及第二光學(xué)補(bǔ)償膜102、108的光學(xué)特性。在該圖中，省略了第一和第二玻璃基板103、107的描述，并忽略了LC分子的扭曲角。
圖2示出了施加電壓為大約三到四倍的閾值電壓的情況，該閾值電壓即LC的Freederickzs轉(zhuǎn)換點(diǎn)Vth。在該情形中，LC層105與第一及第二玻璃基板之間的界面附近的LC分子不會(huì)升起到特定的傾角，由此產(chǎn)生了由LC分子導(dǎo)致的殘余延遲。LC層105被繪制為具有三個(gè)部分，包括從光透射方向觀看時(shí)以此順序設(shè)置的后部，中部和前部。
在圖2中，能夠根據(jù)LC的物理特性和LC單元的結(jié)構(gòu)來(lái)確定LC層中產(chǎn)生的殘余延遲的方向，其中LC的物理特性包括其彈性系數(shù)K11、K22、K33，LC單元的結(jié)構(gòu)包括LC單元的間隙，即LC層105的厚度。使用2002年，第390-399頁(yè)，標(biāo)題為“Liquid Crystal Vol.6，No.4”的文獻(xiàn)中描述的方法能夠測(cè)量LC的彈性系數(shù)。在第295-302頁(yè)(2002年)，標(biāo)題為“LC，vol.6，No.3”的文獻(xiàn)中描述了用于確定LC折射率和旋轉(zhuǎn)粘性的方法?？墒褂肗abishi的LCA-LU4A(商標(biāo))來(lái)測(cè)量LC單元的結(jié)構(gòu)，例如LC的扭曲角和LC層的厚度及預(yù)傾角。通過(guò)測(cè)量驅(qū)動(dòng)電壓可直接測(cè)量顯示黑色時(shí)的施加電壓。
殘余延遲可通過(guò)下述方法計(jì)算給如Sintec Inc.的LCD master的LCD模擬器施加如此獲得的物理特性和單元參數(shù)，以計(jì)算LC單元中LC分子的排列；提取LC層的排列，該LC層具有由此計(jì)算的LC層的一半厚度；由具有LCD模擬器中一半厚度的LC層形成LC層模型；將線偏振光在垂直方向上投射到LC層模型上；分析通過(guò)LC層模型的光的偏振；對(duì)其進(jìn)行光學(xué)計(jì)算。
例如，投影到基板表面上的折射率橢圓的長(zhǎng)軸方向如下確定LCD模擬器中，將線偏振光在垂直于的基板表面的方向上投射到LC層模型上；在投射的光離開(kāi)LC層模型后分析投射的光的偏振；并提取出射光的偏振中S參量的S3分量假定為零的方向。
在圖2中，第一補(bǔ)償膜102補(bǔ)償?shù)谝谎a(bǔ)償膜102附近的后部的LC的殘余延遲。第一光學(xué)補(bǔ)償膜102包括盤(pán)狀LC部分102a和TAC(三乙酰基-纖維素)膜102b，盤(pán)狀LC部分102a中具有不同光軸方向的多個(gè)盤(pán)狀LC層彼此疊加。在該示例的情形中，盤(pán)狀LC部分102a包括三個(gè)盤(pán)狀LC層，在顯示黑色時(shí)，最接近LC層105的一個(gè)盤(pán)狀LC層具有如下光軸，該光軸基本上平行于三個(gè)虛擬薄LC膜中最接近第一光學(xué)補(bǔ)償膜102的一個(gè)中的LC分子的長(zhǎng)軸，由此補(bǔ)償了該虛擬薄LC膜的殘余延遲。
設(shè)置第一光學(xué)補(bǔ)償膜102的中間盤(pán)狀LC層，使得在顯示黑色時(shí)，其光軸基本上平行于LC層105的后部的中間虛擬薄LC膜中的LC分子的長(zhǎng)軸，由此補(bǔ)償該中間虛擬薄LC膜的殘余延遲。設(shè)置最接近TAC膜102b的盤(pán)狀LC層，使其光軸基本上平行于LC層105的后部的前虛擬薄LC膜中的LC分子的長(zhǎng)軸，由此補(bǔ)償其殘余延遲。
TAC膜102b具有負(fù)的單軸光學(xué)特性，且具有垂直于基板表面的光軸，由此補(bǔ)償LC層105的中部的LC分子的殘余延遲。
在顯示黑色時(shí)，第二光學(xué)補(bǔ)償膜108補(bǔ)償?shù)诙鈱W(xué)補(bǔ)償膜108附近的LC層105的前部的殘余延遲。第二光學(xué)補(bǔ)償膜108包括盤(pán)狀LC部分108a和TAC膜108b，在盤(pán)狀LC部分108a中，具有不同光軸方向的多個(gè)盤(pán)狀LC層彼此疊加。如圖2中示例地所示，盤(pán)狀LC部分108a包括三個(gè)盤(pán)狀LC層，在顯示黑色時(shí)，最接近LC層105的一個(gè)盤(pán)狀LC層具有如下光軸，該光軸基本上平行于三個(gè)虛擬薄LC膜中最接近第二光學(xué)補(bǔ)償膜108的一個(gè)中的LC分子的長(zhǎng)軸，由此補(bǔ)償了其殘余的延遲。
設(shè)置第二光學(xué)補(bǔ)償膜108的中間盤(pán)狀LC層，使得在顯示黑色時(shí)，其光軸基本上平行于在LC層105的前部的中間虛擬薄LC膜中的LC分子的長(zhǎng)軸，由此補(bǔ)償該中間虛擬薄LC膜的殘余延遲。設(shè)置最接近TAC膜108b的盤(pán)狀LC層，使其光軸基本上平行于LC層105的前部的后虛擬薄LC膜中的LC分子的長(zhǎng)軸，由此補(bǔ)償其殘余的延遲。
TAC膜108b具有負(fù)的單軸光學(xué)特性，且具有垂直于基板表面的光軸，由此補(bǔ)償LC層105的中部的LC分子的殘余延遲。
圖3示出了LC分子的取向與以投影到基板表面上的狀態(tài)示出的第一和第二光學(xué)補(bǔ)償膜102和108的等效光軸之間的關(guān)系。在圖3中，α0和α1分別表示第一和第二偏振膜102和108的等效光軸，β0和β1分別表示在施加零電壓時(shí)，LC層105與第一和第二基板103和107的界面上的LC分子的長(zhǎng)軸，γ0和γ1分別表示第一和第二偏振膜101和109的偏振軸。
如圖2中所示，從第一偏振膜的偏振軸γ0與投影到基板表面上的LC分子的長(zhǎng)軸β0測(cè)量到的角度設(shè)為-Δθ1(Δθ1＞0)。該文本中假定當(dāng)沿著光透射方向觀看時(shí)用于測(cè)量從一個(gè)軸到另一個(gè)軸的角的順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎D(zhuǎn)，其提供了具有正號(hào)的通過(guò)旋轉(zhuǎn)測(cè)得的角度。從第二偏振膜109的偏振軸γ1到投影到基板表面上的LC層的長(zhǎng)軸β1測(cè)量的角度設(shè)為Δθ1，從第一偏振膜102的偏振軸γ0到第一光學(xué)補(bǔ)償膜的有效光軸α0測(cè)量到的角度設(shè)為-Δθ2(Δθ2＞0)，以及從第二光學(xué)偏振膜109的偏振膜γ1到投影到基板表面上的第二光學(xué)補(bǔ)償膜的光軸α1測(cè)量到的角度設(shè)為Δθ2。
圖4示出了將LC層的扭曲角θTw與光學(xué)補(bǔ)償膜的有效光軸和偏振膜的偏振軸之間的角Δθ2組合的情形中，正面觀看到的對(duì)比度的模擬結(jié)果。在圖4中，扭曲角θTw畫(huà)在橫坐標(biāo)上，而角Δθ2畫(huà)在縱坐標(biāo)上。因?yàn)榈谝黄衲?01的偏振軸α0垂直于第二偏振膜109的偏振軸α1，如圖3中所示，所以可用下式表示LC層105的扭曲角θTwθTw＝90+Δθ1。
如果角Δθ1從-3度改變到+5度，從而將扭曲角θTw從84度改變到100度，且如果第一光學(xué)補(bǔ)償膜(或第二光學(xué)補(bǔ)償膜)的有效光軸與第一偏振膜(或第二偏振膜)之間的角Δθ2在-2度和+5度之間變化，則正面的對(duì)比度如圖4中所示變化。注意，從正面獲得的較高對(duì)比度意味著在所有視角中的較高對(duì)比度。因而，正面的對(duì)比度的提高導(dǎo)致了在水平方向上和上或下方向上傾斜觀看的改善。
陰影范圍的上限和下限可依方向由θTw和Δθ2的近似公式表示，由此改善了視角特性。
圖5示出了在水平方向上及上或下方向上獲得理想視角特性的扭曲角θTw和角Δθ2組合的區(qū)域的模擬結(jié)果，其中80度或以上的視角提供了10∶1或以上的對(duì)比度。在下述條件中進(jìn)行該模擬，即扭曲角θTw在84度和100度之間變化，且第二光學(xué)補(bǔ)償膜(或第一光學(xué)補(bǔ)償膜)的有效光軸與第二偏振膜(第一偏振膜)的偏振軸之間的角Δθ2在-2度和+5度之間變化。在由圖5中的這些角范圍定義的區(qū)域之間，獲得理想視角特性的陰影區(qū)域上限線Δθ2＝0.5×θTw-43.8 (1)；和下限線Δθ2＝0.5×θTw-47.5 (2)。
因此，由下面關(guān)系定義的Δθ2的范圍在包括左和右方向的水平方向上以及在垂直方向上的上或下方向上獲得了理想的視角特性，其中Δθ2的范圍是0.5×θTw-47.5≤Δθ2≤0.5×θTw-43.8 (3)。
在本實(shí)施例的LCD設(shè)備100中，如圖2中所示，顯示黑色時(shí)施加給LC層105的電場(chǎng)使得在LC層105的中部的LC分子傾斜到LC分子垂直于基板表面的方向上。然而，在LC層與第一基板或第二基板的界面上的LC分子被取向膜限制，幾乎不從基板表面的方向傾斜。設(shè)置在該界面和LC層105的中部之間的LC分子如下排列，即這些LC分子具有連續(xù)插在界面和中部的傾角之間的傾角，如圖2中所示，從而這些LC分子從界面向中部逐漸扭曲。這在一般驅(qū)動(dòng)條件中引起了顯示黑色時(shí)的殘余延遲。
如果顯示黑色時(shí)的殘余延遲用等效折射率橢圓來(lái)表示，則在與第一基板103的界面附近，長(zhǎng)軸，即投影到基板表面上的折射率橢圓的光軸存在于在扭曲方向上從由第一取向膜104取向的LC層105中的LC分子的取向β0(圖3中)稍微向右移的方向中。在與第二基板107的界面附近，該長(zhǎng)軸也存在于在扭曲方向上從由第二取向膜106取向的LC層105中的LC分子的取向β1(圖3中)稍微向左移的方向中。
圖5顯示了角度，即第二光學(xué)補(bǔ)償膜108相對(duì)于偏振軸109的偏移角Δθ2對(duì)每個(gè)扭曲角的作圖。在圖5中，上面的虛線表示公式(1)，下面的虛線表示公式(2)，線(a)表示折射率橢圓的長(zhǎng)軸相對(duì)于偏振膜的吸收軸(偏振軸)的偏移角，線(b)表示界面附近中的LC分子相對(duì)于偏振膜的吸收軸的偏移角。
從圖5可以看出，表示折射率橢圓的長(zhǎng)軸的偏移角的線(a)存在于分別表示上限和下限的上虛線和下虛線之間，用于在水平方向上以及上或下方向上獲得視角特性。這意味著通過(guò)如下方法，可獲得在80度或以上視角內(nèi)得到10∶1或以上對(duì)比度的視角特性，該方法是將第一光學(xué)補(bǔ)償膜102的光軸α0與顯示黑色時(shí)LC層105和第一基板103的界面附近產(chǎn)生的殘余延遲的折射率橢圓的光軸對(duì)準(zhǔn)，并將第二光學(xué)補(bǔ)償膜108的光軸α1與LC層和第二基板107的界面附近產(chǎn)生殘余延遲的折射率橢圓的光軸對(duì)準(zhǔn)。
在圖5中，如上所述，表示界面上的LC分子的長(zhǎng)軸與偏振軸之間的角的線(b)也對(duì)每個(gè)預(yù)傾角作圖。比較線(a)和線(b)，線(b)存在于上虛線或理想視角特性的上限附近，揭示了用于獲得理想視角特性的較窄的制造裕度。更具體地說(shuō)，如果使用其中第一光學(xué)補(bǔ)償膜(或第二光學(xué)補(bǔ)償膜)的光軸平行于界面上的LC分子的長(zhǎng)軸的結(jié)構(gòu)，則由于制作工藝中的變化，光學(xué)補(bǔ)償膜相對(duì)于偏振軸的偏移角Δθ2可能超過(guò)由公式(1)表示的上限。在這種情形中，不能獲得在水平方向上在80度或以上視角內(nèi)達(dá)到10∶1或以上對(duì)比度的理想的視角特性。
在本實(shí)施例中，如上所述，光學(xué)補(bǔ)償膜相對(duì)于偏振軸的偏移角Δθ2滿足關(guān)系(3)，從而光學(xué)補(bǔ)償膜的光軸基本與顯示黑色時(shí)產(chǎn)生殘余延遲的等效折射率對(duì)準(zhǔn)。此外，使投影到基板表面上的第一光學(xué)補(bǔ)償膜102的光軸與投影到基板表面上的第二光學(xué)補(bǔ)償膜108的光軸之間的角小于扭曲角θTw，從而光學(xué)補(bǔ)償膜的光軸與殘余延遲的等效折射率橢圓的殘余延遲對(duì)準(zhǔn)。該結(jié)構(gòu)使得顯示黑色時(shí)LC層的殘余延遲由光學(xué)補(bǔ)償膜102、108來(lái)補(bǔ)償，由此能夠獲得理想的視角特性，其中在包括左和右方向的水平方向上以及在上或下方向上獲得了達(dá)到10∶1對(duì)比度的80度或以上的視角。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的LCD設(shè)備中的第一和第二光學(xué)補(bǔ)償膜的功能。本實(shí)施例的LCD設(shè)備的結(jié)構(gòu)與圖1中所示的LCD設(shè)備的結(jié)構(gòu)相似，本實(shí)施例中的第一和第二光學(xué)補(bǔ)償膜的功能與第一實(shí)施例中的不同。在本實(shí)施例中，第一和第二光學(xué)補(bǔ)償膜102c、108c每個(gè)都具有負(fù)的單軸光學(xué)特性，其中其單個(gè)光軸從基板表面傾斜特定角度。
設(shè)置第一光學(xué)補(bǔ)償膜102c，使其光軸基本上平行于LC層105與第一基板103的界面附近的LC分子的平均光軸，由此補(bǔ)償該界面附近的LC層105的殘余延遲。類(lèi)似地，設(shè)置第二光學(xué)補(bǔ)償膜108c，使其光軸基本上平行于LC層105與第二基板107的界面附近的LC分子的平均光軸，由此補(bǔ)償該界面附近的LC層105的殘余延遲。從第一偏振膜101的偏振軸γ0到投影到基板表面上的第一光學(xué)補(bǔ)償膜102c的光軸α0測(cè)量的角度設(shè)為-Δθ2，如圖2中所示。從第二偏振膜109的偏振軸γ1到投影到基板表面上的第二光學(xué)補(bǔ)償膜108c的光軸α1測(cè)量的角度設(shè)為Δθ2。
在第一和第二偏振膜102c、108c每個(gè)都具有負(fù)的單軸光學(xué)特性的結(jié)構(gòu)中，通過(guò)將光學(xué)補(bǔ)償膜102c、108c的光軸相對(duì)于偏振軸的偏移角設(shè)為滿足關(guān)系(3)的±Δθ2，更優(yōu)選地通過(guò)使光學(xué)補(bǔ)償膜的光軸與顯示黑色時(shí)殘余延遲的等效折射率橢圓的長(zhǎng)軸一致，則可通過(guò)第一和第二光學(xué)補(bǔ)償膜102c、108c補(bǔ)償殘余延遲，由此能夠獲得理想的視角特性。
在本實(shí)施例中，偏振膜的吸收軸基本上平行于LC層105與相鄰基板的界面上的LC分子的取向，由此透射軸基本上垂直于LC分子的取向，從而獲得了o-模式。然而，該結(jié)構(gòu)不是必需的，也可以使用e-模式，其中吸收軸基本上垂直于界面附近的LC分子的取向，因而透射軸基本上平行于取向。
盡管僅僅為了舉例而描述了上面的實(shí)施例，但本發(fā)明并不限于上面的實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易做各種修改和替換。
權(quán)利要求
1.一種常白液晶顯示(LCD)設(shè)備，其包括第一偏振膜、第一光學(xué)補(bǔ)償膜、第一基板、第一透明電極、第一取向膜、扭曲向列液晶(LC)層、第二取向膜、第二透明電極、第二基板、第二光學(xué)補(bǔ)償膜和第二偏振膜，它們順序地設(shè)置在光透射的方向上，其中所述第一偏振膜具有垂直于所述第二偏振膜的偏振軸的偏振軸；投影到所述第一或第二基板的基板表面上的所述第一光學(xué)補(bǔ)償膜的光軸基本上平行于投影到所述基板表面上的第一等效折射率橢圓的長(zhǎng)軸，通過(guò)在所述第一透明基板與所述第二透明基板之間施加第一電壓以確定所述LC層中LC分子的取向，所述第一等效折射率橢圓表示顯示黑色時(shí)所述LC層與所述第一基板的第一界面附近的所述LC層的殘余延遲；以及投影到所述基板表面上的所述第二光學(xué)補(bǔ)償膜的光軸基本上平行于投影到所述基板表面上的第二等效折射率橢圓的長(zhǎng)軸，所述第二等效折射率橢圓表示顯示黑色時(shí)所述LC層與所述第二基板的第二界面附近的所述LC層的殘余延遲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LCD設(shè)備，其中所述第一電壓是所述LC層的閾值電壓Vth的三到四倍，所述閾值電壓Vth表示所述LC層中的LC的Freederickzs轉(zhuǎn)換點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LCD設(shè)備，其中下面的關(guān)系成立0.5×θTw-47.5≤Δθ2≤0.5×θTw-43.8，其中θTw是所述LC層的扭曲角，Δθ2是從投影到所述基板表面上的所述第一光學(xué)補(bǔ)償膜的所述光軸到所述第一偏振膜的所述偏振軸測(cè)量到的角度，其中Δθ2＞0，-Δθ2是從投影到所述基板表面上的所述第二光學(xué)補(bǔ)償膜的所述光軸到所述第二偏振膜的所述偏振軸測(cè)量到的角度，假定當(dāng)沿所述光透射方向觀看在順時(shí)針?lè)较蛏蠝y(cè)量時(shí)，該角度是正的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LCD設(shè)備，其中下面的關(guān)系成立Δθ2＜Δθ1，假定投影到所述基板表面上的所述第一界面的所述附近的所述LC層的所述取向與所述第一偏振膜的所述偏振軸之間的角度為-Δθ1，其中Δθ1＞0，投影到所述基板表面上的所述第二界面的所述附近的所述LC層的所述取向與所述第二偏振膜的所述偏振軸之間的角度為Δθ1。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LCD設(shè)備，其中在水平方向上至少80度的視角提供10∶1或以上的對(duì)比度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LCD設(shè)備，其中在上或下方向上至少80度的視角提供10∶1或以上的對(duì)比度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LCD設(shè)備，其中所述第一光學(xué)補(bǔ)償膜補(bǔ)償所述第一基板附近的一部分所述LC層的延遲，所述第二光學(xué)補(bǔ)償膜補(bǔ)償所述第二基板附近的另一部分所述LC層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LCD設(shè)備，其中所述第一和第二光學(xué)補(bǔ)償膜每個(gè)都具有負(fù)的單軸光學(xué)特性，其中所述其單個(gè)光軸從所述基板表面傾斜特定角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的LCD設(shè)備，其中所述第一和第二光學(xué)補(bǔ)償膜每個(gè)都包括多個(gè)(n個(gè))層，其每一層都包括負(fù)的單軸光學(xué)特性。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的LCD設(shè)備，其中所述n個(gè)層中的m個(gè)層的每一個(gè)都具有垂直于所述基板表面的光軸，其中0≤m＜n。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的LCD設(shè)備，其中除所述m個(gè)層之外的所述n個(gè)層中的(n-m)個(gè)層由(n-m)個(gè)盤(pán)狀層構(gòu)成，每一個(gè)盤(pán)狀層都具有負(fù)的單軸光學(xué)特性。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LCD設(shè)備，其中所述LCD設(shè)備是有源矩陣驅(qū)動(dòng)LCD設(shè)備，其在每個(gè)像素中都包括開(kāi)關(guān)器件，所述開(kāi)關(guān)器件是TFT(薄膜晶體管)或MIM(金屬-絕緣體-金屬)開(kāi)關(guān)器件。
全文摘要
常白扭曲向列模式LCD設(shè)備包括在光入射側(cè)偏振膜和LC單元之間的第一光學(xué)補(bǔ)償膜；以及在光出射側(cè)偏振膜和LC單元之間的第二光學(xué)補(bǔ)償膜。投影到基板表面上的第一或第二光學(xué)補(bǔ)償膜的光軸基本上平行于顯示黑色時(shí)光入射側(cè)或光出射側(cè)基板附近的LC層的殘余延遲的等效折射率橢圓的長(zhǎng)軸。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK1776500SQ20051012671
公開(kāi)日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2005年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月17日
發(fā)明者池野英德, 佐佐木洋一 申請(qǐng)人:Nec液晶技術(shù)株式會(huì)社