專利名稱：具有平行排列型的液晶層的液晶顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有平行排列型的液晶層的液晶顯示設(shè)備。
背景技術(shù)：
已經(jīng)提出了一種具有平行排列型液晶層作為光學(xué)調(diào)制裝置的反射型液晶顯示設(shè)備。(例如，參見專利文獻(xiàn)1)。
日本專利申請公開No.249126/99號(例如，段落 ～ )。
該公開中公開的液晶光學(xué)元件包括平行排列型液晶層、分別置于其前后側(cè)的偏振片和鏡面電極、和插入在平行排列型液晶層和偏振片之間的兩類相差板，并且用于在該元件的寬視角范圍上獲得明亮的和高對比度顯示，并且使相差板和液晶層的遲延值最優(yōu)化。
然而，該最優(yōu)化同樣適用于使用HAN(混合排列向列)型液晶層和彎曲排列型液晶層的結(jié)構(gòu)，并且因此其并非專用于使用平行排列型液晶層的結(jié)構(gòu)，并且不能認(rèn)為其完全利用了平行排列型液晶層的優(yōu)點。
本發(fā)明人已注意到在平行排列型或均質(zhì)排列型(在下文中其將被稱為“平行排列型”)的液晶層中，所有的液晶分子基本上平行排列，上和下基板表面夾著液晶層，并且在預(yù)定的參考電場(例如，無電場)下處于相同的方向中，或者換言之，液晶分子的指向矢的方向與基板表面基本上平行，并且因此相比于其他的型，可以更加精確地和容易地識別出液晶分子的平均傾斜角。而且，本發(fā)明人還注意到，平行排列型液晶層不需要額外的排列控制條件，諸如例如，彎曲排列型液晶層所需要的偏壓，并且其能夠采用相對容易的排列控制模式。這樣，由這些觀點，本發(fā)明人認(rèn)識到，僅專用于利用平行排列型的這些優(yōu)點的平行排列型的最優(yōu)化方法，允許使用平行排列型液晶層的顯示設(shè)備最有效地獲得所需的視角特性。
而且，盡管期望通過與上文提及的專利文獻(xiàn)中描述的不同的方法采取措施獲得所需的視角特性，但是也預(yù)期到，在將平行排列型液晶層應(yīng)用于除了反射型以外的液晶顯示設(shè)備的情況中，可達(dá)到該最優(yōu)化，諸如近來已實際使用的所謂透射反射(transflective)式型液晶顯示設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明已考慮到上文描述的情況，并且其目的在于提供一種液晶顯示設(shè)備，其能夠充分利用平行排列型液晶層的優(yōu)點，并且同時可獲得所需的視角特性。
本發(fā)明另一目的在于提供能夠充分利用平行排列型液晶層的優(yōu)點并且獲得所需視角特性的反射型、透射型和透射反射型液晶顯示設(shè)備。
技術(shù)方案為了達(dá)到上文所述目的，根據(jù)本發(fā)明一個方面的液晶顯示設(shè)備是一種具有如下配置的液晶顯示設(shè)備前線性偏振片、第一遲延膜、第二遲延膜、第三遲延膜、液晶層、第四遲延膜、第五遲延膜、第六遲延膜和后線性偏振片依照該順序自該顯示設(shè)備前側(cè)開始排列，其中該液晶層由平行排列型的液晶材料組成，該液晶材料的雙折射狀態(tài)可根據(jù)施加于其的電場改變；第三和第四遲延膜具有負(fù)雙折射，以及在未施加電場的條件下基本上與液晶層的液晶分子的指向矢平行的光軸；第二和第五遲延膜均具有平行于指向矢的慢軸，并且均由Nz值為1或更小的材料組成，該值是通過方程式Nz＝(nx-nz)/(nx-ny)獲得的，其中nx是在慢軸方向上膜的折射率，ny是在垂直于慢軸的快軸上膜的折射率，并且nz是在垂直于慢軸和快軸的方向上膜的折射率；暗狀態(tài)中的液晶層的遲延值同第二至第五遲延膜的遲延值的和，基本上對應(yīng)于入射光的波長的一半；并且第一和第六遲延膜均由Nz值(通過所述方程式獲得)為1或更小的材料組成，且均具有基本上對應(yīng)于入射光的波長的一半的延遲。
這樣，可以確定第一和第二遲延以及第五和第六遲延膜的雙軸性，由此使處于一偏振狀態(tài)(其中光在平行于前偏振片的吸收軸的方向上振動)的光分量以預(yù)定的視角出現(xiàn)在顯示設(shè)備的暗狀態(tài)中的可能性最大(或者使其相對較高)，確保了在暗狀態(tài)中光在預(yù)定視角處受到前偏振片遮擋，并且實現(xiàn)了良好的黑顯示。而且，第三和第四遲延膜可以消除遲延變化相對于平行排列型液晶層所呈現(xiàn)的視角變化的偏差，并且因此可以連同上文描述的良好的黑顯示一起，擴(kuò)展高反差比的范圍，其還擴(kuò)展無半色調(diào)反轉(zhuǎn)的范圍并且改進(jìn)視角特性。
在該方面中，前線性偏振片的吸收軸、第一遲延膜的慢軸、第六遲延膜的慢軸和后線性偏振片的吸收軸可在其平面圖上分別基本上以角度87°、66°、-66°、3°與指向矢相交，第一和第六遲延膜均可具有基本上為1的Nz值，并且第二和第五遲延膜均可具有基本上為0.6的Nz值，或者，前線性偏振片的吸收軸、第一遲延膜的慢軸、第六遲延膜的慢軸和后線性偏振片的吸收軸可在其平面圖上分別基本上以角度87°、66°、-66°、3°與指向矢相交，第二和第五遲延膜均可具有基本上為1的Nz值，并且第一和第六遲延膜均可具有基本上為0.3的Nz值。這使得可以達(dá)到更精確的最優(yōu)化。
上文提及的方面的目的在于，實現(xiàn)用于執(zhí)行透射型的液晶顯示的配置或設(shè)備，但本發(fā)明也適用于反射型。在反射型的情況中，所提供的方面是，一種具有下述配置的液晶顯示設(shè)備，其中前線性偏振片、第一遲延膜、第二遲延膜、第三遲延膜、液晶層和光學(xué)反射層依照該順序自該顯示設(shè)備前側(cè)開始排列，其中液晶層由平行排列型的液晶材料組成，該液晶材料的雙折射狀態(tài)可根據(jù)施加于其的電場改變；第三遲延膜具有負(fù)雙折射，和在未施加電場的條件下基本上與液晶層的液晶分子的指向矢平行的光軸；第二遲延膜具有平行于指向矢的慢軸，其由Nz值為1或更小的材料組成，該值是通過方程式Nz＝(nx-nz)/(nx-ny)獲得的，其中nx是膜在慢軸方向上的折射率，ny是膜在垂直于慢軸的快軸上的折射率，而nz是膜在垂直于慢軸和快軸的方向上的折射率；暗狀態(tài)中的液晶層的遲延值同第二和第三遲延膜的遲延值的和，基本上對應(yīng)于入射光的波長的四分之一；并且第一遲延膜由Nz值(通過上述方程式獲得)為1或更小的材料組成，且具有基本上對應(yīng)于入射光的波長的一半的延遲。
該方面也可以獲得與上文所述的透射型相似的優(yōu)點。而且，在透射模式和反射模式中都執(zhí)行顯示的透射反射型液晶顯示設(shè)備，具有上文所述的兩方面的特性。
同樣地，前線性偏振片的吸收軸和第一遲延膜的慢軸可在其平面圖上分別基本上以角度87°、66°與指向矢相交，第一遲延膜可以具有基本上為1的Nz值，并且第二遲延膜可以具有基本上為0.6的Nz值；或者，前線性偏振片的吸收軸和第一遲延膜的慢軸可在其平面圖上分別基本上以角度87°、66°與指向矢相交，第二遲延膜可以具有基本上為1的Nz值，并且第一遲延膜可以具有基本上為0.3的Nz值，增加了高水平最優(yōu)化的可能性。


圖1是透視圖，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的透射液晶顯示設(shè)備的一般結(jié)構(gòu)；圖2是應(yīng)用于本發(fā)明的平行排列型液晶層的結(jié)構(gòu)的示意性透視圖；圖3是示出了圖1的液晶顯示設(shè)備中的液晶層的遲延的視角依賴性的示圖；圖4是示出了在堆疊第三和第四遲延膜的情況中視角相對于遲延的特性曲線圖；圖5是示出了視角相對于具有第三遲延膜、液晶層和第四遲延膜的三層構(gòu)造的遲延的特性曲線圖；圖6是在Poincare球中示出了第一情況中的顯示設(shè)備中的光的偏振狀態(tài)的示圖；圖7是在Poincare球中示出了第二情況中的顯示設(shè)備中的光的偏振狀態(tài)的示圖；圖8是示出了在比較示例、圖6的示例和圖7的示例中的反差比的分布和色調(diào)反轉(zhuǎn)區(qū)域的分布的示圖；圖9是透視圖，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的反射液晶顯示設(shè)備的一般結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
現(xiàn)將借助于實施例，并且參考附圖，更詳細(xì)地解釋本發(fā)明的上文所述的方面和其他模式。
圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的液晶顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
該液晶顯示設(shè)備100是透射型液晶顯示設(shè)備，并且包括(依照從作為顯示屏幕側(cè)的前側(cè)開始的順序)線性偏振片(Pol)11、作為半波(λ/2)片的第一遲延膜(Ret1)12、第二遲延膜(Ret2)13、第三遲延膜(Ret3)14、液晶層(LC)15、第四遲延膜(Ret4)24、第五遲延膜(Ret5)23、第六遲延膜(Ret6)22和線性偏振片(Pol)21。線性偏振片11和第一至第三遲延膜12～14形成了基本上具有右圓偏振功能和左圓偏振功能之一的裝置，第四～第六遲延膜24～22和線性偏振片21形成了基本上具有右圓偏振功能和左圓偏振功能中的另一個功能的裝置。背光20置于線性偏振片21后面。這里，為了簡化解釋，只示出了主要部件，但是實際上其他的部件可以包括在顯示設(shè)備100中。
具有基本上為入射光波長λ的一半(即λ/2值)的固定遲延的雙軸膜或單軸膜，應(yīng)用于相對于液晶層15設(shè)置在最外側(cè)位置的第一和第六遲延膜12、22。假定該入射光具有近似380nm～780nm的波長。分別假定第二遲延膜13和第三遲延膜14的組，以及第四遲延膜24和第五遲延膜23的組，作為整體具有λ/4的遲延，并且雙軸膜或單軸膜應(yīng)用于第二和第五遲延膜13、23。具有負(fù)雙折射的單軸膜應(yīng)用于第三和第四遲延膜14、24。如后文所將說明的，存在這樣的情況，當(dāng)?shù)谝缓偷诹t延膜是雙軸的時候，第二和第五遲延膜是單軸的；當(dāng)?shù)谝缓偷诹t延膜是單軸的時候，第二和第五遲延膜是雙軸的；以及，所有這些遲延膜都是雙軸的。
液晶層15具有如上文所述的平行排列型的液晶材料。更具體地，液晶層15具有如圖2所示的分子順序，并且其所有液晶分子基本上沿上和下取向?qū)?7、18的磨擦方向19排列，所述取向?qū)哟_定液晶分子15m的初始取向。換言之，液晶分子15m的(折射)率橢球的所有主軸平行于磨擦方向19排列，即液晶分子15m的指向矢平行于磨擦方向19排列。這里，取向?qū)?7、18的磨擦方向19被假設(shè)為液晶層15取向的方向((初始)排列方向)，但也可以采用除磨擦以外的其他技術(shù)規(guī)定排列方向。在圖1的液晶層15上，上和下取向?qū)拥哪ゲ练较蚍謩e由實心箭頭及點狀箭頭表示。
第二和第五遲延膜13、23的慢軸，以及第三和第四遲延膜14、24的光軸，被設(shè)定為與液晶層15的指向矢平行。另一方面，第一和第六遲延膜12、22的慢軸在平面圖上以預(yù)定角度同指向矢相交，并且在該實施例中，這些角度被設(shè)定為66°、-66°的銳角。而且，偏振片11、21的吸收軸分別以角度87°、3°同指向矢相交。
第二～第五遲延膜13、14、24、23和液晶層15被設(shè)定為，在設(shè)備100的黑顯示操作(暗狀態(tài))期間，作為整體基本上具有入射光波長的1/2(λ/2)的遲延。如上文所述，第二和第三遲延膜13、14的組，以及第四和第五遲延膜24、23的組，整體上均呈現(xiàn)λ/4的遲延，并且因此，液晶層15被控制成在其暗狀態(tài)中呈現(xiàn)等于0的遲延。更具體地，將具有預(yù)定強(qiáng)度的電場施加到液晶層15，并且如圖2所示的液晶分子15m的主軸垂直取向，由此產(chǎn)生了具有足夠小雙折射的狀態(tài)。
如圖1中的線Lb所示，從背光20入射到液晶顯示設(shè)備100上的光首先通過線性偏振片21，從而變?yōu)榫€性偏振光，并且隨后通過第六遲延膜22，以經(jīng)歷λ/2的遲延并且變?yōu)榫€偏振光，其偏振方向變?yōu)轭A(yù)定方向。隨后，該線偏振光進(jìn)入第五和第四遲延膜23、24，以變成右旋(或左旋)橢圓偏振光，并且被引導(dǎo)至液晶層15。在黑顯示操作(暗狀態(tài))過程中，液晶層15的遲延基本上變?yōu)?(然而在該示例中，遲延被設(shè)定為近似60nm，以實現(xiàn)圓偏振光)，并且入射在液晶層15上的橢圓偏振光被引導(dǎo)至第三遲延膜14，該橢圓偏振光保持基本上相同的偏振方向。第三和第二遲延膜14、13將到目前為止透射的該橢圓偏振光轉(zhuǎn)換為預(yù)定偏振方向上的線偏振光，并且該線偏振光被引導(dǎo)至前偏振片11，通過第一遲延膜12給出的λ/2的遲延使其偏振方向進(jìn)一步改變。由于線性偏振片11具有恰好平行于此線偏振光的偏振方向的吸收軸，因此從第一遲延膜12進(jìn)入的光被阻隔(吸收)，并且防止從設(shè)備100的屏幕出射，以形成黑顯示。
另一方面，在白顯示操作(亮狀態(tài))過程中，如圖1中的線Lw所示出的，右旋(或左旋)橢圓偏振光同樣進(jìn)入液晶層15。然而，此時液晶層15呈現(xiàn)了λ/2的遲延(近似300nm)，并且將與入射在液晶層15上的橢圓偏振光的方向相反的方向上的橢圓偏振光引導(dǎo)至第三遲延膜14。第三和第二遲延膜14、13將該橢圓偏振光轉(zhuǎn)換為偏振方向垂直于在黑顯示過程中所示偏振方向的線偏振光，并且將其引導(dǎo)至第一遲延膜12。被引導(dǎo)至第一遲延膜12的該光，被轉(zhuǎn)換為線偏振光，其偏振方向由這里給出的λ/2遲延進(jìn)一步改變，并且被引導(dǎo)至前偏振片11。偏振片11具有垂直于該線偏振光的偏振方向的吸收軸和與之平行的透射軸，并且因此從第一遲延膜12進(jìn)入的光通過偏振片11并且離開設(shè)備100的屏幕，以形成白顯示。
在半色調(diào)顯示情況中，液晶層15呈現(xiàn)出根據(jù)待顯示的半色調(diào)色彩或亮度的遲延，并且將對應(yīng)振動分量的橢圓偏振光引導(dǎo)至第三遲延膜14。這允許，垂直于偏振片11的吸收軸的線偏振光的分量以同所述色彩或亮度對應(yīng)的量進(jìn)入偏振片11，隨后離開屏幕，由此實現(xiàn)半色調(diào)顯示。
該實施例基于下列考慮，通過不僅規(guī)定各個層的上述光軸和遲延等，而且還規(guī)定第三遲延膜14、液晶層15和/或第四遲延膜24的結(jié)構(gòu)，以及第一和第二遲延膜12、13與第五和第六遲延膜23、22的雙軸性，改善視角特性。
圖3是示出了液晶層15的遲延的視角依賴性的示圖，其中水平軸示出了視角，垂直軸示出了遲延值，并且在下述情況中表示視角值，其中假設(shè)恰好沿法線N從前方觀看屏幕的點是(參見圖1)0°，在相對于該點的屏幕垂直方向上以不同視角觀看屏幕。這里，圖1頂部示出的90°和270°表示屏幕的上、下方向，而180°和0°表示屏幕的左、右方向。視角由法線N和視線所形成的角x表達(dá)。
該圖描述了在將4V、4.5V、5V電壓施加到液晶層15以產(chǎn)生暗狀態(tài)時，視角相對于遲延的特性曲線。由該圖中，可理解的是，遲延具有相對于視角0°不對稱的視角依賴性，并且遲延在負(fù)視角區(qū)域中具有大的正值。
圖4中的曲線圖示出了在堆疊第三遲延膜14和第四遲延膜24時，視角相對于遲延的相同情況的特性曲線。由該圖中，可理解的是，遲延在負(fù)視角區(qū)域具有大的負(fù)值。
假定x是視角的變量。這樣，如圖3中所示的液晶層15的遲延可由函數(shù)f(x)表達(dá)，并且如圖4所示的第三和第四遲延膜14、24的遲延可分別由函數(shù)g1(x)、g2(x)表示。由這些層和膜14、15、24構(gòu)成的三層構(gòu)造獲得的遲延由h(x)＝f(x)+g1(x)+g2(x)表達(dá)，并且如圖5中示出。圖5也示出了在將4V、4.5V、5V電壓施加到液晶層15時的代表情況。
此時，優(yōu)選的是，將第三遲延膜14、液晶層15和/或第四遲延膜24配置成，在相對于屏幕法線N以正視角(x1)觀察屏幕時，遲延h(x1)變?yōu)榈扔谠谝载?fù)視角(-x1)觀察屏幕時的遲延h(-x1)，即保持h(x1)＝h(-x1)?；旧希谌偷谒倪t延膜14、24被構(gòu)造成，圖3中的特性曲線和圖4中的特性曲線具有互補(bǔ)的關(guān)系。在該示例中，液晶層15具有偏差的特性，其中延遲在如圖3所示的負(fù)視角區(qū)域中具有大的正值，并且因此第三和第四遲延膜14、24被構(gòu)造成，在相同的負(fù)視角區(qū)域中具有大的負(fù)遲延，如圖4中所示，以便于能夠消除該偏差。為此，第三和第四遲延膜14、24具有負(fù)雙折射，并且具有基本上平行于液晶層15的液晶分子的指向矢的光軸。而且，基于圖5中的實際特性，如果在液晶層15的暗狀態(tài)中施加的電壓被設(shè)定為4.1V，則可更準(zhǔn)確地使h(x1)等于h(-x1)。
因此，置于液晶層15之上和之下的第三和第四遲延膜14、24可以使上和下視角特性對稱。
第一和第二遲延膜12、13以及第五和第六遲延膜23、22的雙軸性通過進(jìn)行如下定義最優(yōu)化。
圖6在Poincare球中指出了顯示設(shè)備100中的光的偏振狀態(tài)，并且示出了表示投射到Poincare球中的S1-S2平面上的光的偏振狀態(tài)的位置。水平軸示出了在Poincare球的S1軸方向上離開原點的距離，而垂直軸示出了在S2軸方向上離開原點的距離。這里，S1軸表示在Poincare球中橫向振動的光分量同縱向振動的光分量之間的偏振狀態(tài)的程度，并且意味著，隨著離開原點的距離的增加，橫向或縱向振動方向上線偏振光分量變得更主要。S2軸垂直于Poincare球中的S1軸，并且其表示在45°角度(其恰好是橫向和縱向振動方向之間的中間角度)處對角振動的光分量，與在135°角度(其也恰好是中間角度)處對角振動的光分量之間的偏振狀態(tài)的程度，并且意味著，隨著離開原點的距離的增加，在對角方向上的線偏振光分量變得更主要。S3軸垂直于S1軸和S2軸，其表示右旋圓偏振光分量和左旋圓偏振光分量之間的偏振狀態(tài)的程度，并且意味著，隨著離開原點的距離的增加，在真實圓形軌道中振動的分量變得更主要。圖6中所示的單點劃線表示Poincare球的赤道，即包括S1軸及S2軸的圓形平面的邊緣。
圖6中示出的赤道上的點p0表示平行于線性偏振片11的吸收軸振動的光的偏振狀態(tài)的位置。當(dāng)處于對應(yīng)于該點p0的偏振狀態(tài)中的光進(jìn)入偏振片11時，原則上全部光均被阻隔(吸收)，使得可以產(chǎn)生最暗的狀態(tài)。因此，可以通過將在顯示設(shè)備100的暗狀態(tài)中從第一遲延膜12入射在偏振片11上的光放置在點p0處，使對比度最優(yōu)化。
為了使即將進(jìn)入偏振片11之前的光的狀態(tài)接近點p0，調(diào)整第一和第二遲延膜12、13以及第五和第六遲延膜23、22的雙軸性的程度。作為指示雙軸性程度的參數(shù)，使用方程式Nz＝(nx-nz)/(nx-ny)，其中nx是在平行于膜的主平面的慢軸方向上的折射率，ny是在平行于膜的主平面且垂直于慢軸的快軸上的折射率，而nz是在垂直于慢軸和快軸的方向上的折射率。
圖6以點的形式示出了以60°視角入射在偏振片11上的光的狀態(tài)，其是在第一和第六遲延膜12、22的Nz值是1時，通過從1到0逐漸改變第二和第五遲延膜13、23的Nz值而獲得的?？梢杂^察到，隨Nz值的該改變，如曲狀箭頭指出的偏振狀態(tài)呈現(xiàn)出變化。還可以觀察到，當(dāng)?shù)诙偷谖暹t延膜13、23的Nz值近似為0.6時，其最接近點p0。因此，當(dāng)?shù)谝缓偷诹t延膜12、22的Nz值被設(shè)定為1并且第二和第五遲延膜13、23的Nz值被設(shè)定為接近0.6時，在暗狀態(tài)中形成了最大黑顯示。
相反地，圖7以點的形式示出了以60°視角入射在偏振片11上的光的狀態(tài)，其是在第二和第五遲延膜13、23的Nz值是1時，通過從1到0逐漸改變第一和第六遲延膜12、22的Nz值而獲得的。可以觀察到，由曲狀箭頭指出的偏振狀態(tài)呈現(xiàn)出隨著Nz值的該變化而變化，并且當(dāng)?shù)谝缓偷诹t延膜12、22的Nz值近似為0.3時，其最接近點p0。因此，當(dāng)?shù)诙偷谖暹t延膜13、23的Nz值被設(shè)定為1，并且第一和第六遲延膜12、22的Nz值設(shè)定為接近0.3時，在暗狀態(tài)中形成了最大黑顯示。
應(yīng)當(dāng)注意，Nz的值為1意味著該膜是單軸的，否則(Nz≠1)，該膜是雙軸的。由于當(dāng)Nz值是1或更小的時候更接近點p0，因此遲延膜13、23、12、22的Nz值可規(guī)定為1或更小?？赡艽嬖谶@樣的情況，其中Nz值大于1，但是Nz值應(yīng)被設(shè)定為1或更小，以便于使偏振狀態(tài)充分地接近點p0。還可能存在這樣的情況，其中Nz值是1或更小，但是由于曲線遠(yuǎn)離點p0，因此未采用此示例。因此，可以規(guī)定0＜Nz≤1。簡而言之，Nz的值用于規(guī)定第一和第二遲延膜以及第五和第六遲延膜的雙軸性，以便于使處于光在平行于偏振片11的吸收軸方向上振動的偏振狀態(tài)中的光分量在顯示設(shè)備100的暗狀態(tài)中以預(yù)定視角(這里為60°)出現(xiàn)的可能性最大(或使其相對較高)。此外應(yīng)當(dāng)注意，第一和第二遲延膜以及第五和第六遲延膜中的任何一個均可被形成為滿足雙軸性的條件，即Nz＜1。在該情況中，各個遲延膜具有滿足0＜Nz＜1的中間值。
圖8示出了在屏幕上的所有方向上的視角特性，其中(A1)、(B1)和(C1)示出了比較示例、上文圖6的示例和上文圖7的示例的各自的反差比的分布，并且(A2)、(B2)和(C2)示出了比較例、上文圖6的示例和上文圖7的示例的各自的色調(diào)反轉(zhuǎn)區(qū)域的分布。對于比較例，使用了K.Hosaki等人的文獻(xiàn)“Novel Ultra-Thin Hybrid AlignedNematic Compensators for Wide-Viewing-Angle Transflective TFT-LCDs”(SID 03 DIGEST，P-122，pp.692-695，2003年5月20日)中描述的結(jié)構(gòu)。
所有圖均示出了關(guān)于逆時針方向360°的特性，假設(shè)圖在水平方向中的右端為0°。該圖示出了通過使用等高線在所有角度方向上將視線移離圖中圓心(對應(yīng)于直視屏幕)，獲得的反差比或色調(diào)反轉(zhuǎn)程度。即，如果假設(shè)0°方向?qū)?yīng)于屏幕的水平方向的右邊緣，例如在0°方向的情況中，則這些值是通過使視線自從前方觀察屏幕的狀態(tài)移動到屏幕水平方向中的右側(cè)而獲得的。同樣地在其他角度方向上獲得值，并且具有這些值的等高線從在所有角度方向上取得的值獲得。
在等對比度特性曲線圖中，呈現(xiàn)出極高反差比(100或更高)的范圍以點的形式表達(dá)，同時呈現(xiàn)出極低反差比的范圍以陰影線表達(dá)。而且，在色調(diào)反轉(zhuǎn)特性曲線圖中，其中發(fā)生色調(diào)反轉(zhuǎn)的范圍(在半色調(diào)的8級情況中)用x表達(dá)。
如由這些圖顯而易見的，與比較例相比，根據(jù)本實施例的(B1)和(C1)呈現(xiàn)出具有基本上對稱的形狀的高反差比的寬廣區(qū)域，并且(B2)和(C2)示出了色調(diào)反轉(zhuǎn)的狹窄范圍。
圖8中的左、右、頂部和底部對應(yīng)于屏幕的左、右、頂部及底部。因此，根據(jù)本實施例，當(dāng)視線極度傾斜至屏幕的左、右、上、下時，色調(diào)反轉(zhuǎn)可能發(fā)生，但是也可以通過旋轉(zhuǎn)如圖1中所示的各個層和膜的軸，例如在屏幕對角線方向上旋轉(zhuǎn)色調(diào)反轉(zhuǎn)區(qū)域。
圖9示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的液晶顯示設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
該液晶顯示設(shè)備200是反射型液晶顯示設(shè)備，對應(yīng)于圖1所示部件的部件被分配相同的附圖標(biāo)記，并且其詳細(xì)描述已在上文中給出，因此其將被省略。
在該實施例中，光反射層(Ref)16置于液晶層15后面，代替第四～第六遲延膜24～22、偏振片21和背光20。線性偏振片11和第一～第三遲延膜12～14基本上形成了具有右旋圓偏振或左旋圓偏振功能的裝置。
如由圖9中的線Lb所指出的，入射在液晶顯示設(shè)備200上的外部光通過線性偏振片11，從而變?yōu)榫€偏振光，然后通過第一遲延膜12以經(jīng)歷λ/2的遲延并且變?yōu)榫€偏振光，其偏振方向在預(yù)定方向上改變。然后，該線偏振光進(jìn)入第二和第三遲延膜13、14，以變成右旋(或左旋)橢圓偏振光，并且被引導(dǎo)至液晶層15。在黑顯示操作(暗狀態(tài))過程中，液晶層15的遲延基本上是0(然而在該示例中，其被設(shè)定為近似30nm，以實現(xiàn)圓偏振光)，并且右旋(或左旋)圓偏振光到達(dá)反射層16處(到目前為止的接近路線)。在返回路線中，來自液晶層15的光在反射層16上反射，在此處該光變成反轉(zhuǎn)偏振方向上的左旋(或右旋)圓偏振光，并且進(jìn)入液晶層15。當(dāng)光再次通過液晶層15時，該光變?yōu)闄E圓偏振光，其偏振方向與在接近路線中進(jìn)入液晶層15的橢圓偏振光的偏振方向反向，并且進(jìn)入第三和第二遲延膜14、13。第三和第二遲延膜14、13將該反射的橢圓偏振光轉(zhuǎn)換為線偏振光，該線偏振光的偏振方向垂直于接近路線中入射在第二遲延膜13上的線偏振光的偏振方向。當(dāng)該線偏振光通過第一遲延膜12時，其經(jīng)歷λ/2遲延，并且被轉(zhuǎn)換成為線偏振光，該線偏振光的偏振方向垂直于接近路線中已入射在第一遲延膜12上的線偏振光的偏振方向，并且被引導(dǎo)至偏振片11。偏振片11具有恰好平行于該線偏振光的偏振方向的吸收軸，并且因此自第一遲延膜12進(jìn)入的光被阻隔(吸收)，并且防止其從裝置100的屏幕出射，由此形成黑顯示。
另一方面，在白顯示操作(亮狀態(tài))過程中，如圖1中線Lw所示，右旋(或左旋)橢圓偏振光同樣進(jìn)入液晶層15，但是液晶層15產(chǎn)生λ/4(近似150nm)的遲延，并且因此預(yù)定偏振方向上的線偏振光被引導(dǎo)至反射層16(到目前為止的接近路線)。在返回路線中，反射層16反射該光，但是由于該光是線偏振光，因此該光按原來的樣子回到液晶層15而未改變其偏振方向。液晶層15通過其遲延，將該反射的線偏振光轉(zhuǎn)換為與接近路線中入射在液晶層上的橢圓偏振光相同的方向上的右旋(或左旋)橢圓偏振光，并且將該光引導(dǎo)至第三和第二遲延膜14、13。第三和第二遲延膜14、13將該反射光轉(zhuǎn)換為與接近路線中入射在膜13上的線偏振光相同的偏振方向上的線偏振光，并且將該光引導(dǎo)至第一遲延膜12。第一遲延膜12也將該光轉(zhuǎn)換為與接近路線中入射在膜12上的線偏振光相同的偏振方向上的線偏振光，并且使該光返回線偏振片11。偏振片11的吸收軸垂直于該線偏振光的偏振方向，且透射軸與其平行，并且因此自第一遲延膜12進(jìn)入的光被允許通過偏振片11并離開裝置100的屏幕，由此形成白顯示。
在半色調(diào)顯示情況中，液晶層15具有對應(yīng)于待顯示的半色調(diào)色彩或亮度的延遲，并且使具有對應(yīng)的振動分量的橢圓偏振光返回到第三遲延膜14。這允許垂直于偏振片11的吸收軸的線偏振光分量以與該色彩或亮度對應(yīng)的量進(jìn)入偏振片11并離開屏幕，由此實現(xiàn)半色調(diào)顯示。
與上文類似，該實施例還通過規(guī)定第三遲延膜14和液晶層15的結(jié)構(gòu)以及第一和第二遲延膜12、13的雙軸性，改善視角特性。即，前面實施例中的第四遲延膜24的功能，在該實施例中由光的返回路線中的第三遲延膜14承擔(dān)，并且因此可以將堆疊的兩個第三遲延膜14的形式應(yīng)用于圖4和5的考慮中，并據(jù)此設(shè)定膜的遲延的視角依賴性和在黑顯示過程中施加到液晶層15的電壓值。而且，前面實施例中的第五和第六遲延膜23、22的功能，在該實施例中由光的返回路線中的第二和第一遲延膜13、12承擔(dān)，并且因此如果在暗狀態(tài)中通過下述方式選擇最有效的Nz值，則可以獲得幾乎相同的效果將第一遲延膜12的Nz值被設(shè)定為1時的第二遲延膜13的Nz值應(yīng)用到圖6的考慮中，或者將第二遲延膜13的Nz值被設(shè)定為1時的第一遲延膜12的Nz值應(yīng)用到圖7的考慮中。
由于已處理的光具有接近和返回路線并且兩次通過液晶層15，因此液晶層15的遲延是透射型顯示設(shè)備的一半。出于相同的原因，暗狀態(tài)中液晶層15的遲延值與第二和第三遲延膜的遲延值的和，是暗狀態(tài)中透射型顯示設(shè)備中的液晶層15的遲延值與第二～第五遲延膜的遲延值的和的一半。
目前為止已經(jīng)解釋了透射型和反射型的液晶顯示設(shè)備，但是本發(fā)明同樣適用于所謂的透射反射型液晶顯示設(shè)備。即，其基本上是透射型液晶顯示設(shè)備100的結(jié)構(gòu)，配備有光反射層，該光反射層部分插入在液晶層15和第四遲延膜24之間。而且，可以通過下述方式設(shè)計該情況中的光反射層，即反射區(qū)域形成在其相應(yīng)的像素中，并且其它的區(qū)域構(gòu)成透射區(qū)域。而且，光反射層31可被形成為還用作像素電極。透射反射型液晶顯示設(shè)備層的這種光反射層的結(jié)構(gòu)可參考M.Kubo等人的文獻(xiàn)“Development of Advanced TFT with Good Legibility underAny Intensity of Ambient Light”(IDW′99，Proceedings of The SixthInternational Display Workshops，AMD3-4，第183-186頁，1999年12月1日，由ITE和SID贊助)等等。
在該情況中，光在反射區(qū)域中的行為如圖9中所解釋，而光在透射區(qū)域中的行為如圖1中所解釋，并且因此可以預(yù)見到在反射和透射這兩種模式中與上文所述相似的效果。
假設(shè)偏振片21和第四～第六遲延膜24～22形成右旋圓偏振裝置，解釋了圖1中示出的透射型顯示設(shè)備，但是這些也可以被修改，從而形成左旋圓偏振裝置。在該情況中，偏振片11和第一～第三遲延膜12～14將形成左旋圓偏振裝置。即，在從上面和下面夾住液晶層15的一個和另一個圓偏振裝置中，如果其中一個起右旋圓偏振的作用，則另一個起左旋圓偏振的作用。
到目前為止已解釋了本發(fā)明的實施例，但本發(fā)明毫無疑問地可以通過不同的方法修改，并且也可以通過將額外的部件添加到液晶顯示設(shè)備而實現(xiàn)。而且，使用包括“慢軸”、“快軸”、“指向矢”、“排列方向”、“垂直”、“平行”等術(shù)語，表達(dá)了專用于發(fā)明的技術(shù)特征，但是也可以使用其他的術(shù)語表達(dá)該特征，并且因此應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明針對這些術(shù)語真正表示的技術(shù)細(xì)節(jié)。
而且，本發(fā)明沒有必要限于上文所述的實施例，并且毫無疑問地，在不偏離權(quán)利要求中描述的精神的前提下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以得到不同的修改方案。
附圖標(biāo)記列表100～透射型液晶顯示設(shè)備11～線性偏振片12～第一遲延膜13～第二遲延膜14～第三遲延膜15～液晶層20～背光21～線性偏振片22～第六遲延膜23～第五遲延膜24～第四遲延膜15m～液晶分子17、18～取向?qū)?9～磨擦方向200～反射型液晶顯示設(shè)備16～光學(xué)反射層
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示設(shè)備，其具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中前線性偏振片、第一遲延膜、第二遲延膜、第三遲延膜、液晶層、第四遲延膜、第五遲延膜、第六遲延膜和后線性偏振片依照此順序從該顯示設(shè)備前側(cè)排列，其中所述液晶層由平行排列型的液晶材料組成，所述液晶材料的雙折射狀態(tài)可根據(jù)施加于其的電場改變；第三和第四遲延膜具有負(fù)雙折射，以及在未施加電場的條件下基本上與液晶層的液晶分子的指向矢平行的光軸；第二和第五遲延膜均具有平行于指向矢的慢軸，并且均由Nz值為1或更小的材料組成，所述值是通過方程式Nz＝(nx-nz)/(nx-ny)獲得的，其中nx是膜在慢軸方向上的折射率，ny是膜在垂直于慢軸的快軸上的折射率，并且nz是膜在垂直于慢軸和快軸的方向上的折射率；暗狀態(tài)中液晶層的遲延值與第二至第五遲延膜的遲延值的和，基本上對應(yīng)于入射光的波長的一半；并且第一和第六遲延膜均由通過上述方程式獲得的Nz值為1或更小的材料組成，且均具有基本上對應(yīng)于入射光的波長的一半的延遲。
2.權(quán)利要求1的液晶顯示設(shè)備，其中前線性偏振片的吸收軸、第一遲延膜的慢軸、第六遲延膜的慢軸和后線性偏振片的吸收軸在其平面圖上分別基本上以角度87°、66°、-66°、3°與指向矢相交；第一和第六遲延膜均具有基本上為1的Nz值；并且第二和第五遲延膜均具有基本上為0.6的Nz值。
3.權(quán)利要求1的液晶顯示設(shè)備，其中前線性偏振片的吸收軸、第一遲延膜的慢軸、第六遲延膜的慢軸和后線性偏振片的吸收軸在其平面圖上分別基本上以角度87°、66°、-66°、3°與指向矢相交；第二和第五遲延膜均具有基本上為1的Nz值；并且第一和第六遲延膜均具有基本上為0.3的Nz值。
4.一種液晶顯示設(shè)備，其具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中前線性偏振片、第一遲延膜、第二遲延膜、第三遲延膜、液晶層和光學(xué)反射層依照此順序從該顯示設(shè)備前側(cè)排列，其中液晶層由平行排列型的液晶材料組成，所述液晶材料的雙折射狀態(tài)可根據(jù)施加于其的電場改變；第三遲延膜具有負(fù)雙折射，和在未施加電場的條件下基本上與液晶層的液晶分子的指向矢平行的光軸；第二遲延膜具有平行于指向矢的慢軸，其由Nz值為1或更小的材料組成，所述值是通過方程式Nz＝(nx-nz)/(nx-ny)獲得的，其中nx是膜在慢軸方向上的折射率，ny是膜在垂直于慢軸的快軸上的折射率，而nz是膜在垂直于慢軸和快軸的方向上的折射率；暗狀態(tài)中液晶層的遲延值與第二和第三遲延膜的遲延值的和，基本上對應(yīng)于入射光的波長的四分之一；并且第一遲延膜由通過上述方程式獲得的Nz值為1或更小的材料組成，且具有基本上對應(yīng)于入射光的波長的一半的延遲。
5.權(quán)利要求4的液晶顯示設(shè)備，其中前線性偏振片的吸收軸和第一遲延膜的慢軸在其平面圖上分別基本上以角度87°、66°與指向矢相交；第一遲延膜具有基本上為1的Nz值；并且第二遲延膜具有基本上為0.6的Nz值。
6.權(quán)利要求4的液晶顯示設(shè)備，其中前線性偏振片的吸收軸和第一遲延膜的慢軸在其平面圖上分別基本上以角度87°、66°與指向矢相交；第二遲延膜具有基本上為1的Nz值；并且第一遲延膜具有基本上為0.3的Nz值。
全文摘要
透射反射型液晶顯示設(shè)備(100、200)包括一組夾住平行排列型的液晶層(15)的偏振器和補(bǔ)償器，被設(shè)計用于改善設(shè)備的視角特性的目的，特別是暗狀態(tài)(通電狀態(tài))和對比度。在反射部分中，光學(xué)元件的配置包括偏振器(11)、(雙軸或單軸)第一延遲器(12)、(雙軸或單軸)第二延遲器(13)、負(fù)單軸第三延遲器(14)和液晶盒(15)組成，相互之間各光軸的取向良好定義。在透射部分中，在液晶設(shè)備的背光側(cè)以相反的順序重復(fù)如觀察者側(cè)排列的延遲器和偏光器的安排。
文檔編號G02F1/13363GK1957294SQ200580016321
公開日2007年5月2日 申請日期2005年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月21日
發(fā)明者柴崎稔 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司