專利名稱：具有寬視角的液晶顯示器的制作方法
本申請(qǐng)以1999年6月30日提交的日本專利申請(qǐng)JP11-185974為基礎(chǔ)并要求該專利的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的內(nèi)容在此引為參考。
本發(fā)明涉及一種具有寬視角的液晶顯示器。
傳統(tǒng)的液晶顯示器一般采用TN(扭曲向列相)或STN(超扭曲向列相)型裝置。
這些液晶顯示器都包括一個(gè)具有液晶層的液晶盒，盒中液晶分子以預(yù)定的扭曲角在前后側(cè)上的一對(duì)透明基底之間扭曲，在每個(gè)透明基底的內(nèi)表面上有透明電極，還包括一對(duì)夾在液晶盒中的前后偏振片。
但TN型或STN型液晶顯示器有較窄的視角范圍，即可以觀察到的具有令人滿意的顯示對(duì)比度的視角。
更具體地說(shuō)，在傳統(tǒng)的TN型液晶顯示器中，相對(duì)于垂直入射的光斜入射到液晶顯示器上的光在穿過(guò)液晶層有一個(gè)根據(jù)入射角而改變的光路長(zhǎng)。為此產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于入射角的延遲，并且透射率依據(jù)光入射的方向即觀察方向而改變。因此，觀察角，即可得到滿意的顯示對(duì)比度的視角變窄，并且顯示輕微著色。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種能夠獲得寬視角的液晶顯示器。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種液晶顯示器，包括一個(gè)液晶盒，有準(zhǔn)直膜和液晶層，準(zhǔn)直膜分別形成在一對(duì)有電極形成于其內(nèi)表面的前后基底的相對(duì)表面上，以致于在預(yù)定的方向上被準(zhǔn)直，液晶層設(shè)置在該對(duì)基底之間；一對(duì)偏振片，分別布置在作為液晶盒觀察面的前側(cè)和作為對(duì)面的后側(cè)上，以致于吸收軸相對(duì)于形成在相鄰基底上的準(zhǔn)直膜的準(zhǔn)直處理方向有預(yù)定的角度；一個(gè)第一延遲膜，被插在液晶盒和液晶盒前側(cè)上的偏振片之間，使得在關(guān)于膜平面的法線以預(yù)定方向傾斜的方向上有一個(gè)軸向方向，在該軸向方向上的折射率最小，并還有一個(gè)沿膜平面在軸向的方向分量，其沿形成在液晶盒前側(cè)的基底上的準(zhǔn)直膜的準(zhǔn)直處理方向被設(shè)置；一個(gè)第二延遲膜，被插在液晶盒和液晶盒后側(cè)上的偏振片之間，以使在關(guān)于膜平面的法線以預(yù)定方向傾斜的方向上有一個(gè)軸向方向，該軸向中的折射率最小，并還有一個(gè)沿膜平面在軸向的方向分量，其沿形成在液晶盒后側(cè)基底上的準(zhǔn)直膜的準(zhǔn)直處理方向設(shè)置；和一個(gè)第三延遲膜，具有在膜平面上的折射率各向異性，被插在第一延遲膜和前偏振片之間的一個(gè)位置或第二延遲膜和后偏振片之間的一個(gè)位置中的至少一個(gè)位置，以使折射率在膜平面中降為最小的一個(gè)方向基本上平行于或垂直于相鄰偏振片的吸收軸。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的液晶顯示器，當(dāng)向夾著液晶層的電極施加電壓時(shí)，可以通過(guò)第一和第二延遲膜補(bǔ)償由于在接近液晶層前后基底的作用方向沒(méi)有充分準(zhǔn)直的液晶分子的影響而產(chǎn)生的剩余延遲，和當(dāng)穿過(guò)一個(gè)偏振片的光穿過(guò)液晶層時(shí)，根據(jù)入射角而變化的延遲差通過(guò)第三延遲膜補(bǔ)償。
因此，本發(fā)明的液晶顯示器可以實(shí)現(xiàn)在寬視角范圍內(nèi)的亮顯示和暗顯示，并且還可以實(shí)現(xiàn)以高對(duì)比度作為最大透射率和最小透射率之比的顯示。
在本發(fā)明的液晶顯示器中，第一和第二延遲膜均包括一個(gè)盤(pán)形(discotic)液晶層，層中的液晶分子被準(zhǔn)直以逐漸從沿一個(gè)表面的準(zhǔn)直態(tài)、從第一或第二延遲膜的一個(gè)表面向另一個(gè)表面上升，并具有在盤(pán)形(discotic)液晶層厚度方向中的中間方向上盤(pán)形(discotic)液晶分子的平均分子軸向的方向上的軸向，折射率在該方向上最小，并且沿膜平面在第一和第二延遲膜每個(gè)軸向的方向分量設(shè)置成平行于對(duì)應(yīng)相鄰基底的準(zhǔn)直處理方向。
根據(jù)此液晶顯示器，第一和第二延遲膜的盤(pán)形(discotic)液晶層可補(bǔ)償由于接近前后基底的液晶分子而產(chǎn)生的剩余延遲。
在本發(fā)明的液晶顯示器中，液晶盒具有被基底夾著的扭曲液晶層，液晶盒中形成在前基底上的準(zhǔn)直膜的準(zhǔn)直處理方向垂直于形成在后基底上的準(zhǔn)直膜的準(zhǔn)直處理方向，該對(duì)偏振片具有平行于形成在液晶盒相鄰基底上的準(zhǔn)直膜的準(zhǔn)直處理方向的吸收軸；和第三延遲膜具有基本上平行于相鄰偏振片吸收軸的方向，在該方向上膜平面中的折射率最小。
根據(jù)這種液晶顯示器，當(dāng)穿過(guò)一個(gè)偏振片的光穿過(guò)液晶層時(shí)，入射角之差導(dǎo)致的延遲差可以通過(guò)第三延遲膜補(bǔ)償，使得透射率不依據(jù)入射角而改變。另外，當(dāng)向夾著液晶層的電極施加電壓時(shí)，第一延遲膜補(bǔ)償由接近前基底的液晶分子的準(zhǔn)直所致的剩余延遲，并且第二延遲膜補(bǔ)償由接近后基底的液晶分子的準(zhǔn)直所致的剩余延遲。因此可以避免由于剩余延遲所致的對(duì)比度下降。
具體地說(shuō)，相對(duì)于液晶盒的法向傾斜入射到液晶層上的光的延遲不同于以法向入射到液晶層上的光的延遲。當(dāng)此延遲差幾乎可以通過(guò)光穿過(guò)該膜時(shí)第三延遲膜的膜平面上折射率的各向異性來(lái)消除時(shí)，可以補(bǔ)償光穿過(guò)液晶層時(shí)產(chǎn)生的延遲差。
因此，無(wú)論入射角如何，當(dāng)給電極施加電壓時(shí)，透過(guò)后偏振片的光被在幾乎平行于前偏振片吸收軸的方向上起偏、振蕩使得光被吸收。當(dāng)不給電極施加電壓時(shí)，光在垂直于前偏振片吸收軸的方向上起偏、振蕩，使得光可以透過(guò)前偏振片。
另外，當(dāng)給夾著液晶層的電極施加電壓時(shí)，第一和第二延遲膜補(bǔ)償在沿著接近基底的基底表面準(zhǔn)直的液晶分子中的剩余延遲，不包括液晶層的中間部分，液晶分子在那兒沿作用方向被準(zhǔn)直。從一個(gè)偏振片入射的光穿過(guò)第一和第二延遲膜，同時(shí)保持線性偏振并被其他偏振片的吸收軸吸收，使得顯示變暗。
因此，在本發(fā)明的液晶顯示器中，由于向液晶盒入射的角度之差或施加電壓時(shí)接近基底的液晶層部分中液晶分子產(chǎn)生的剩余延遲所致的液晶層中的延遲差被補(bǔ)償，所以由于向液晶盒入射的角度之差所致的透射率的變化減到最小。另外，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)控制將要施加給液晶層的電壓而很好地控制透射率，所以可以在較寬的視角范圍內(nèi)提高作為最大透射率與最小透射率之比的對(duì)比度。
較好是把第三延遲膜插到前偏振片和第一延遲膜之間的一個(gè)位置以及后偏振片和第二延遲膜之間的一個(gè)位置中的至少一個(gè)位置。
對(duì)于第三延遲膜，如果s軸代表膜平面中折射率最大的方向，f軸表示垂直于膜平面中s軸的方向，z軸表示膜平面的法線方向，令ns為沿s軸的折射率，nf為沿f軸的折射率，nz為沿z軸的折射率，折射率較好應(yīng)滿足下式0＜(ns-nz)／(ns-nf)≤1雙折射率和液晶盒的液晶層厚度d之積Δnd值最好處于300至500nm的范圍內(nèi)，并令d’為第三延遲膜的厚度，第三延遲膜所具有的延遲使得(ns-nf)d’處于250至450nm的范圍內(nèi)，和(ns-nz)d’處于70至450nm的范圍內(nèi)。
第三延遲膜可能放置成膜平面中折射率為最大的方向基本上垂直于相鄰偏振片的吸收軸。
在下列的敘述中將提出本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)，也有部分目的和優(yōu)點(diǎn)將從說(shuō)明書(shū)的描述中變得明顯或通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而獲知。本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)可利用以下指定的手段及其組合而實(shí)現(xiàn)。
結(jié)合到本說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成本發(fā)明一部分的附圖舉例說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并與以上給出的一般描述以及以下給出的對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的液晶顯示器分解透視圖；圖2是液晶顯示器的局部截面圖；圖3是用于液晶顯示器中的光學(xué)各向異性膜的截面示意圖；圖4是采用第三延遲膜的液晶顯示器的視角范圍的視圖，其中，第三延遲膜具有(ns-nz)／(ns-nf)=1、(ns-nf)d’=260nm以及(ns-nz)d’=260nm的特性，并具有一個(gè)平行于前偏振片吸收軸的s軸；圖5是采用第三延遲膜的液晶顯示器的視角范圍的視圖，其中，第三延遲膜具有(ns-nz)／(ns-nf)=1、(ns-nf)d’=260nm以及(ns-nz)d’=260nm的特性，并具有一個(gè)垂直于前偏振片吸收軸的s軸；圖6是采用第三延遲膜的液晶顯示器的視角范圍的視圖，其中，第三延遲膜具有(ns-nz)／(ns-nf)=1、(ns-nf)d’=350nm以及(ns-nz)d’=350nm的特性，并具有一個(gè)平行于前偏振片吸收軸的s軸；圖7是是采用第三延遲膜的液晶顯示器的視角范圍的視圖，其中，第三延遲膜具有(ns-nz)／(ns-nf)=1、(ns-nf)d’=350nm以及(ns-nz)d’=350nm的特性，并具有一個(gè)垂直于前偏振片吸收軸的s軸；圖8是采用第三延遲膜的液晶顯示器的視角范圍的視圖，其中，第三延遲膜具有(ns-nz)／(ns-nf)=1、(ns-nf)d’=440nm以及(ns-nz)d’=440nm的特性，并具有一個(gè)平行于前偏振片吸收軸的s軸；圖9是采用第三延遲膜的液晶顯示器的視角范圍的視圖，其中，第三延遲膜具有(ns-nz)／(ns-nf)=1、(ns-nf)d’=440nm以及(ns-nz)d’=440nm的特性，并具有一個(gè)垂直于前偏振片吸收軸的s軸；圖10是采用第三延遲膜的液晶顯示器的視角范圍的視圖，其中，第三延遲膜具有(ns-nz)／(ns-nf)=0．3、(ns-nf)d’=205nm以及(ns-nz)d’=80nm的特性，并具有一個(gè)平行于前偏振片吸收軸的s軸；圖11是采用第三延遲膜的液晶顯示器的視角范圍的視圖，其中，第三延遲膜具有(ns-nz)／(ns-nf)=0．3、(ns-nf)d’=205nm以及(ns-nz)d’=80nm的特性，并具有一個(gè)垂直于前偏振片吸收軸的s軸；圖12是采用第三延遲膜的液晶顯示器的視角范圍的視圖，其中，第三延遲膜具有(ns-nz)／(ns-nf)=0．3、(ns-nf)d’=350nm以及(ns-nz)d’=105nm的特性，并具有一個(gè)平行于前偏振片吸收軸的s軸；圖13是采用第三延遲膜的液晶顯示器的視角范圍的視圖，其中，第三延遲膜具有(ns-nz)／(ns-nf)=0．3、(ns-nf)d’=350nm以及(ns-nz)d’=105nm的特性，并具有一個(gè)垂直于前偏振片吸收軸的s軸；圖14是采用第三延遲膜的液晶顯示器的視角范圍的視圖，其中，第三延遲膜具有(ns-nz)／(ns-nf)=0．3、(ns-nf)d’=420nm以及(ns-nz)d’=126nm的特性，并具有一個(gè)平行于前偏振片吸收軸的s軸；圖15是采用第三延遲膜的液晶顯示器的視角范圍的視圖，其中，第三延遲膜具有(ns-nz)／(ns-nf)=0．3、(ns-nf)d’=420nm以及(ns-nz)d’=126nm的特性，并具有一個(gè)垂直于前偏振片吸收軸的s軸；圖16是不用第三延遲膜的比較裝置的視角范圍的視圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的液晶顯示器分解透視圖；圖18是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的液晶顯示器分解透視圖。
下面將參考附圖對(duì)作為本發(fā)明實(shí)施例的液晶顯示裝置進(jìn)行描述。[第一實(shí)施例]圖1至15表示本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖1是液晶顯示器的分解透視圖。圖2是液晶顯示器的局部截面圖。
如圖1和2所述，本實(shí)施例的液晶顯示器有一個(gè)液晶盒1和夾著液晶盒1的前、后偏振片11、12。第一延遲膜13被插在液晶盒1和前偏振片11之間。第二延遲膜14被插在液晶盒1和后偏振片12之間。第三延遲膜19被插在第一延遲膜13和相鄰的前偏振片11之間。
在液晶盒1中，向列相液晶層9形成于前后側(cè)上的一對(duì)透明基底2和3之間，一對(duì)基底通過(guò)框架形的密封材料(未示出)連結(jié)，液晶層因而存在于由密封材料包圍的區(qū)域中?；?和3的內(nèi)表面上分別有透明電極4和5。
用于本實(shí)施例中的液晶盒1采用有源矩陣型方案。形成在后基底3(圖2中的較低的基底)內(nèi)表面上的電極5包括多個(gè)分布在行和列方向從而形成一個(gè)矩陣的象素電極。形成在前基底2內(nèi)表面上的電極4為膜狀反電極，與多個(gè)象素電極5相對(duì)。在后基底3的內(nèi)表面上形成分別與多個(gè)象素電極5對(duì)應(yīng)的多個(gè)TFT(薄膜晶體管)6。在基底3內(nèi)表面上還形成多條柵極互連線和多條數(shù)據(jù)互連線(均未示出)，柵極互連線用于向行的TFT6提供柵極信號(hào)，數(shù)據(jù)互連線用于向列的TFT6提供數(shù)據(jù)信號(hào)。多個(gè)象素電極5分別與相應(yīng)的TFT6連結(jié)。雖然圖2中列舉了每個(gè)TFT6，但它包括一個(gè)形成在基底3上的柵電極，一個(gè)形成在基底3的幾乎整個(gè)表面、從而覆蓋柵電極的透明柵絕緣膜，一個(gè)形成在柵絕緣膜上并與柵電極相對(duì)的I型半導(dǎo)體膜，以及通過(guò)n型半導(dǎo)體膜形成在I型半導(dǎo)體膜兩側(cè)面部分的源電極和漏電極。在一對(duì)基底2和3的內(nèi)表面上分別有覆蓋電極4和5的準(zhǔn)直膜7和8。準(zhǔn)直膜7和8通過(guò)在預(yù)定的方向上摩擦它們的膜平面而準(zhǔn)直。
本實(shí)施例的液晶顯示器是TN型液晶顯示器。通過(guò)形成在一對(duì)基底2和3內(nèi)表面上的準(zhǔn)直膜7和8的準(zhǔn)直來(lái)調(diào)節(jié)接近基底2和3的準(zhǔn)直方向。液晶分子在基底2和3之間以90°的扭曲角被扭曲。前偏振片11和后偏振片12被布置成其吸收軸11a和12a(圖1)彼此幾乎垂直。
分別被插在液晶盒1和前偏振片11之間以及液晶盒1和后偏振片12之間的第一和第二延遲膜13和14具有負(fù)的光學(xué)各向異性，折射率由此在相對(duì)于膜平面法線傾斜預(yù)定角的方向降為最小。
圖3是第一和第二延遲膜13和14的截面示意圖。用于本實(shí)施例中的第一和第二延遲膜13和14由盤(pán)形(discotic)液晶層17形成，其中，沿膜平面準(zhǔn)直的盤(pán)形(discotic)液晶分子18被混合準(zhǔn)直，從一個(gè)表面向另一個(gè)表面逐漸上升。
均包括盤(pán)形(discotic)液晶層17的第一和第二延遲膜13、14都由下列方法制作在透明基膜15通過(guò)傾斜淀積SiO(氧化硅)形成一個(gè)在一個(gè)方向上以均勻的預(yù)傾角傾斜盤(pán)形(discotic)液晶分子18的準(zhǔn)直處理膜16，例如，在準(zhǔn)直處理膜16的表面施加預(yù)定厚度的光固盤(pán)形(discotic)聚合物液晶，然后從上表面?zhèn)仁┘与妶?chǎng)或磁場(chǎng)以混合準(zhǔn)直傾斜的盤(pán)形(discotic)液晶分子18，使得它們逐漸從上表面向基膜15的液晶層表面上升，并且在這種狀態(tài)下盤(pán)形(discotic)聚合物液晶被光輻射固化。
第一和第二延遲膜13和14沿混合準(zhǔn)直傾斜的盤(pán)形(discotic)液晶分子18的傾斜方向有負(fù)光學(xué)各向異性。折射率在沿盤(pán)形(discotic)液晶層17的中間層的盤(pán)形(discotic)液晶分子18的平均分子軸18a方向和朝著盤(pán)形(discotic)液晶分子18傾斜準(zhǔn)直的表面(基膜15一側(cè)上的表面)即圖3中箭頭N所述的方向減小。折射率減小的方向N將被稱作第一或第二延遲膜的軸向。
第一和第二延遲膜13和14分別被插在液晶盒1和前偏振片11之間和液晶盒1和后偏振器12之間，這兩個(gè)延遲膜有預(yù)定軸向方向N，在該方向N折射率減到最小。
如圖1所述，第三延遲膜19有一個(gè)折射率在膜平面上增加到最大的s軸，一個(gè)f軸，該f軸垂直于膜平面中的s軸，和一個(gè)z軸，該z軸沿膜平面的法線。假設(shè)ns，nf和nz為沿各個(gè)軸的折射率。第三延遲膜19是一具有ns＞nz≥nf的折射率關(guān)系的單軸(ns＞nz=nf)延遲膜或雙軸(ns＞nz＞nf)延遲膜。第三延遲膜19沿預(yù)定方向被插在第一延遲膜13和相鄰的前偏振片11之間，具有在膜平面中折射率增到最大的s軸向方向。
圖1表示根據(jù)本實(shí)施例的液晶顯示器的元件配置圖和元件的配置方向圖。
從前側(cè)看時(shí)，液晶盒1設(shè)置成前基底2的準(zhǔn)直處理方向2a相對(duì)于顯示屏的橫坐標(biāo)，即由長(zhǎng)短交替的線段表示的x軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)45°，后基底3的準(zhǔn)直處理方向3a相對(duì)于顯示屏的橫坐標(biāo)x順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)45°。因此，從前側(cè)看時(shí)液晶盒1的液晶層9中液晶分子從后基底3向前基底2幾乎逆時(shí)針90扭轉(zhuǎn)°，如圖1中的虛線箭頭所示。
從前側(cè)看時(shí)，第一延遲膜13設(shè)置成沿折射率減小的膜平面中軸向N的方向分量相對(duì)于x軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)45°。第二延遲膜14設(shè)置成從前側(cè)看時(shí)，沿折射率減小的膜平面中軸向N的方向分量相對(duì)于x軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)45°。
因此，第一延遲膜平面13沿折射率減小的膜平面中軸向N的方向分量和前基底2的準(zhǔn)直處理方向2a幾乎在相反的方向相互平行。第二延遲膜14沿折射率減小的膜平面中軸向N的方向分量和后基底3的準(zhǔn)直處理方向3a幾乎在相反的方向相互平行。
只需要第一和第二延遲膜13和14沿折射率減小的膜平面中軸向N的方向分量平行于準(zhǔn)直處理方向2a和3a。對(duì)著液晶盒1的表面既可能是基膜15一側(cè)上的表面，其上的盤(pán)形(discotic)液晶分子18沿膜平面被準(zhǔn)直，也可能是其上的盤(pán)形(discotic)液晶分子18相對(duì)于基膜15的表面上升的表面。
前偏振片11設(shè)置成當(dāng)從前側(cè)看時(shí)，吸收軸11a相對(duì)于橫軸x逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)45°，以致于幾乎平行前基底2的準(zhǔn)直處理方向2a。后偏振片12設(shè)置成當(dāng)從前側(cè)看時(shí)，吸收軸12a相對(duì)于橫軸x順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)45°，以致于幾乎平行后基底3的準(zhǔn)直處理方向3a。因此，前、后偏振片11和12的吸收軸11a和12a彼此垂直。
第三延遲膜19設(shè)置成當(dāng)從前側(cè)看時(shí)，膜平面中折射率增加到最大的方向(s軸)相對(duì)于橫軸x逆時(shí)針或順時(shí)針(圖1中的逆時(shí)針)轉(zhuǎn)動(dòng)45°。
因此，第三延遲膜19的s軸幾乎平行于鄰近第三延遲膜19的前偏振片11的吸收軸11a，并且還平行或垂直于前基底2的準(zhǔn)直處理方向2a。第三延遲膜19的s-，f-和z-軸方向中的折射率ns，nf和nz有下列關(guān)系0＜(ns-nz)／(ns-nf)≤1膜平面中折射率的各向異性(ns-nf)等于或大于膜厚度方向上的折射率的各向異性(ns-nz)。
第三延遲膜19的延遲對(duì)應(yīng)于雙折射率Δn和液晶盒1的液晶層9厚度d的乘積Δnd。在此實(shí)施例中，當(dāng)液晶盒1的Δnd值落在300至500nm的范圍內(nèi)時(shí)，并且用d’代表第三延遲膜19的厚度時(shí)，有下列延遲
(ns-nf)d’的值處于250～450nm的范圍內(nèi)，并且(ns-nz)d’的值處于70～450nm的范圍內(nèi)。
具有上述布局的液晶顯示器可以在很寬的視角內(nèi)獲得很高的顯示對(duì)比度，因?yàn)樵谝壕Ш?和前偏振片11之間以及在液晶盒1和后偏振片12之間分別插入了第一和第二延遲膜13和14，而第一和第二延遲膜13和14具有負(fù)的光學(xué)各向異性，利用這些延遲膜，折射率在關(guān)于膜平面的法向傾斜到預(yù)定方向的軸向N減到最小，使得折射率減小的軸向N指向預(yù)定的方向，并且第三延遲膜19被插在第一延遲膜13和鄰近的前偏振片11之間。
具體地說(shuō)，在傳統(tǒng)的TN型液晶顯示器中，當(dāng)不給夾著液晶層的兩電極施加電壓時(shí)，入射到液晶盒的液晶層并穿過(guò)入射側(cè)偏振片的光根據(jù)其入射角改變其延遲，以致根據(jù)光入射的方向改變透射率。
當(dāng)給夾著液晶層的兩電極施加電壓時(shí)，雖然接近基底的液晶分子不能完全準(zhǔn)直到施加電壓的方向，但液晶層中間部分的液晶分子在施加電壓的方向準(zhǔn)直。為此，由于接近基底的液晶分子的影響而保留延遲，其中液晶分子平行或傾斜于基底而被準(zhǔn)直。由于此保留的延遲，透射率不能充分地降低，并且即使施加電壓，對(duì)比度也降低。
相反，在本實(shí)施例的液晶顯示器中，第一和第二延遲膜13和14分別插入液晶盒1與前、后偏振片11和12之間，使得膜平面中沿折射率減小的軸向N的方向分量被分別沿基底2和3的準(zhǔn)直處理方向2a和3a設(shè)置。另外，第三延遲膜19被插在前偏振片11和第一延遲膜13之間，使得膜平面中具有折射率各向異性并且膜平面中折射率最大的方向(s-軸)變成平行于前偏振片11的吸收軸11a。為此，可以補(bǔ)償由光入射角度之差產(chǎn)生的延遲差，其中入射光相對(duì)于液晶顯示器的法向傾斜入射并穿過(guò)液晶層9，還可以補(bǔ)償當(dāng)給夾著液晶層9的電極5和6施加電壓時(shí)在接近液晶層9的基底2和3的液晶分子中產(chǎn)生的剩余延遲。
下面將描述當(dāng)不給夾著液晶層9的電極5和6施加電壓時(shí)穿過(guò)液晶顯示器的光。
從液晶顯示器法向入射的光穿過(guò)后偏振片12。光穿過(guò)第二延遲膜14，同時(shí)在垂直于膜平面中折射率減小的軸向N的方向分量的方向上振蕩。光還以扭曲準(zhǔn)直穿過(guò)液晶層9并同時(shí)幾乎改變振蕩方向90°。振蕩方向垂直于前基底2的準(zhǔn)直處理方向。然后，光穿過(guò)第一延遲膜13，同時(shí)在垂直于沿膜平面中折射率減到最小的軸向N的方向分量的方向上振蕩，并從第一延遲膜13射出。偏振光以幾乎垂直于s軸地入射到第三延遲膜19上，而s軸平行于準(zhǔn)直處理方向2a。處于線性偏振態(tài)的光穿過(guò)第三延遲膜19而不改變振蕩方向。光最后穿過(guò)具有平行于s軸的吸收軸11a的前偏振片11并從液晶顯示器射出。
相對(duì)于液晶顯示器的法線方向傾斜入射的光從液晶層9射出，同時(shí)獲得不同于光從法向入射時(shí)的延遲，因?yàn)樵谕ㄟ^(guò)液晶層期間液晶層9的厚度有明顯的變化。然后，光穿過(guò)第一延遲膜13并沿s軸入射到第三延遲膜。入射到第三延遲膜并同時(shí)在既不平行也不垂直于s軸的方向上振蕩的光受第三延遲膜膜平面的折射率各向異性(ns-nf)的影響。為此，通過(guò)折射率各向異性消除入射光和從法向入射的光之間的延遲差，使得光通過(guò)前偏振片11。
下面將描述當(dāng)向夾著液晶層9的兩電極5和6施加電壓時(shí)穿過(guò)液晶顯示器的光。從法向入射到液晶顯示器上的光穿過(guò)后偏振片12。光穿過(guò)第二延遲膜14的同時(shí)在垂直于沿膜平面中折射率減到最小的軸向N的方向分量的方向振蕩。
對(duì)于入射到液晶盒1上的光，由液晶層9中接近基底3的沿基底3的內(nèi)表面準(zhǔn)直的液晶分子產(chǎn)生的剩余延遲通過(guò)第二延遲膜補(bǔ)償，第二延遲膜沿膜平面中軸向N的方向分量平行于準(zhǔn)直處理方向3a。光在液晶層9的中間部分通過(guò)液晶分子，不改變振蕩方向，而液晶分子準(zhǔn)直在電壓的施加方向。由液晶層9中接近基底2的沿基底2的內(nèi)表面準(zhǔn)直的液晶分子產(chǎn)生的剩余延遲通過(guò)布置在液晶盒1前面的第一延遲膜13補(bǔ)償，第一延遲膜沿膜平面中軸向N的方向分量平行于準(zhǔn)直處理方向2a。
因此，以法向入射到液晶顯示器的光成為偏振光，該偏振光穿過(guò)第二延遲膜14和第一延遲膜13之間的部分但不改變其垂直于后偏振片12的吸收軸12a的振蕩方向傳播。偏振光幾乎垂直于s軸地入射到第三延遲膜上，第三延遲膜的s軸被布置成平行于準(zhǔn)直處理方向2a。處于線性偏振態(tài)的偏振光通過(guò)第三延遲膜但不改變振蕩方向，即具有垂直于后偏振片12的吸收軸12a的振蕩分量。偏振光被前偏振片11的吸收軸11a吸收，前偏振片11的吸收軸11a垂直于后偏振片12的吸收軸12a。
如前所述，不給夾著液晶層9的電極施加電壓時(shí)，對(duì)于相對(duì)于液晶顯示器的法向傾斜入射的光，傾斜通過(guò)液晶層9產(chǎn)生的延遲和以法向通過(guò)液晶層9產(chǎn)生的延遲之差由第三延遲膜19補(bǔ)償。為此，入射到第二延遲膜14上的光可以從第三延遲膜19上射出而幾乎不改變振蕩方向，并被前偏振片11的吸收軸11a吸收，前偏振片11的吸收軸11a垂直于后偏振片12的吸收軸12a。
因此，當(dāng)給夾著液晶層9的電極5和6施加電壓時(shí)，對(duì)于入射到液晶顯示器上的光，液晶層9中接近基底2和3的液晶分子產(chǎn)生的剩余延遲由第一和第二延遲膜13和14，即內(nèi)盤(pán)形(discotic)液晶層18補(bǔ)償。另外，由入射角之差導(dǎo)致的延遲差通過(guò)第三延遲膜補(bǔ)償。為此，可以獲得不依賴于光入射角的低透射率的充分地暗顯示。
因?yàn)榈谝缓偷诙舆t膜13和14通過(guò)準(zhǔn)直盤(pán)形(discotic)液晶分子18而形成，所以垂直于膜平面方向的分量的折射率各向異性很小。為此，第一和第二延遲膜13和14可以只補(bǔ)償液晶層9中接近基底2和3處產(chǎn)生的剩余延遲，不產(chǎn)生任何補(bǔ)償光傾斜穿過(guò)液晶層9時(shí)依據(jù)入射角產(chǎn)生的延遲的延遲。
無(wú)論第三延遲膜19的s軸平行還是垂直于前偏振片11的吸收軸11a和準(zhǔn)直處理方向2a，都可以獨(dú)立地補(bǔ)償入射角之差產(chǎn)生的延遲差。在任何情況下，由光入射角度之差產(chǎn)生的延遲差通過(guò)膜平面的折射率各向異性(ns-nf)補(bǔ)償。
在用于本實(shí)施例的第三延遲膜19中，在s-，f-和z-軸方向的折射率ns，nf和nz有下列關(guān)系0＜(ns-nz)／(ns-nf)≤1因?yàn)槟て矫嬷姓凵渎实母飨虍愋?ns-nf)等于或大于膜厚度方向上的折射率的各向異性(ns-nz)，所以既非平行也非垂直于s軸入射的光可以橢圓偏振。為此，可以通過(guò)第三延遲膜19補(bǔ)償延遲差，并且視角范圍可以充分地寬。
如上所述，當(dāng)液晶盒1的Δnd值落在例如300至500nm的范圍內(nèi)時(shí)，最好采用有下列延遲的第三延遲膜19(ns-nf)d’的值處于250～450nm的范圍內(nèi)，并且(ns-nz)d’的值處于70～450nm的范圍內(nèi)。
當(dāng)采用具有這種特性的第三延遲膜19時(shí)，視角范圍可以充分地寬，并且可以得到顏色令人滿意的幾乎沒(méi)有顏色帶的高對(duì)比度顯示。
圖4至15表示本實(shí)施例的液晶顯示器視角范圍的測(cè)量數(shù)據(jù)的視圖。圖16是作為沒(méi)有第三延遲膜的比較例的液晶顯示器視角范圍測(cè)量數(shù)據(jù)的視圖。這些特征表示可以觀察到對(duì)比度CR為20或大于20的顯示的視角范圍的視圖。
參見(jiàn)圖4至15和16，由虛線表示的多個(gè)同心圓代表關(guān)于液晶顯示器屏幕的法線(0°)有20°、40°、60°和80°夾角的觀察角。外周的角度代表顯示觀察方向，其中0°指水平方向中屏幕的右側(cè)，90°指垂直方向中屏幕的上方，180°指水平方向中屏幕的左側(cè)，270°指垂直方向中屏幕的下方。
在這些測(cè)量數(shù)據(jù)中，第三延遲膜19的特性、第三延遲膜19相對(duì)于前偏振片11的吸收軸11a的設(shè)置方向和視角范圍(可以得到對(duì)比度CR為20或大于20的屏幕的垂直和水平角范圍)如下模式1·在模式1中，第三延遲膜19有下列特點(diǎn)(ns-nz)／(ns-nf)=1，
(ns-nf)d’=26nm，(ns-nz)d’=260nm，s軸被布置成平行于前偏振片11的吸收軸11a。
如圖4所示，模式1中的視角范圍為40°(上)至50°(下)，和46°(左)至50°(右)。模式2·在模式2中，第三延遲膜19有下列特點(diǎn)(ns-nz)／(ns-nf)=1，(ns-nf)d’=260nm，(ns-nz)d’=260nm，s軸被布置成垂直于前偏振片11的吸收軸11a。
如圖5所示，模式2中的視角范圍為30°(上)至50°(下)，和50°(左)至50°(右)。模式3·在模式3中，第三延遲膜19有下列特點(diǎn)(ns-nz)／(ns-nf)=1，(ns-nf)d’=350nm，(ns-nz)d’=350nm，s軸被布置成平行于前偏振片11的吸收軸11a。
如圖6所示，模式3中的視角范圍為36°(上)至58°(下)，和60°(左)至50°(右)。模式4·在模式4中，第三延遲膜19有下列特點(diǎn)(ns-nz)／(ns-nf)=1，(ns-nf)d’=350nm，(ns-nz)d’=350nm，s軸被布置成垂直于前偏振片11的吸收軸11a。
如圖7所示，模式4中的視角范圍為40°(上)至50°(下)，和80°(左)至50°(右)。模式5·在模式5中，第三延遲膜19有下列特點(diǎn)(ns-nz)／(ns-nf)=1，(ns-nf)d’=440nm，(ns-nz)d’=440nm，s軸被布置成平行于前偏振片11的吸收軸11a。
如圖8所示，模式5中的視角范圍為30°(上)至54°(下)，和52°(左)至46°(右)。模式6·在模式6中，第三延遲膜19有下列特點(diǎn)(ns-nz)／(ns-nf)=1，(ns-nf)d’=440nm，(ns-nz)d’=440nm，s軸被布置成垂直于前偏振片11的吸收軸11a。
如圖9所示，模式6中的視角范圍為45°(上)至45°(下)，和80°(左)至60°(右)。模式7·在模式7中，第三延遲膜19有下列特點(diǎn)(ns-nz)／(ns-nf)=0．3，(ns-nf)d’=205nm，(ns-nz)d’=80nm，s軸被布置成平行于前偏振片11的吸收軸11a。
如圖10所示，模式7中的視角范圍為38°(上)至60°(下)，和80°(左)至54°(右)。模式8·在模式8中，第三延遲膜19有下列特點(diǎn)(ns-nz)／(ns-nf)=0．3，(ns-nf)d’=205nm，(ns-nz)d’=80nm，s軸被布置成垂直于前偏振片11的吸收軸11a。
如圖11所示，模式8中的視角范圍為38°(上)至60°(下)，80°(左)至58°(右)。模式9·在模式9中，第三延遲膜19有下列特點(diǎn)(ns-nz)／(ns-nf)=0．3，(ns-nf)d’=350nm，(ns-nz)d’=105nm，s軸被布置成平行于前偏振片11的吸收軸11a。
如圖12所示，模式9中的視角范圍為30°(上)至50°(下)，和50°(左)至50°(右)。模式10·在模式10中，第三延遲膜19有下列特點(diǎn)(ns-nz)／(ns-nf)=0．3，(ns-nf)d’=350nm，(ns-nz)d’=105nm，’s軸被布置成垂直于前偏振片11的吸收軸11a。
如圖13所示，模式10中的視角范圍為58°(上)至36°(下)，和65°(左)至80°(右)。模式11·在模式11中，第三延遲膜19有下列特點(diǎn)(ns-nz)／(ns-nf)=0．3，(ns-nf)d’=420nm，
(ns-nz)d’=126nm，s軸被布置成平行于前偏振片11的吸收軸11a。
如圖14所示，模式11中的視角范圍為28°(上)至38°(下)，和48°(左)至44°(右)。模式12·在模式12中，第三延遲膜19有下列特點(diǎn)(ns-nz)／(ns-nf)=0．3，(ns-nf)d’=420nm，(ns-nz)d’=126nm，s軸被布置成垂直于前偏振片11的吸收軸11a。
如圖15所示，模式12中的視角范圍為56°(上)至34°(下)，和70°(左)至80°(右)。
在圖16所示的比較裝置中，可以得到的對(duì)比度CR為20或大于20的顯示屏垂直和水平視角范圍為40°(上)至40°(下)，和44°(左)至46°(右)，如圖16所示。但是，在上述模式的每種液晶顯示器中，具有第一實(shí)施例的第三延遲膜19，對(duì)于可以得到20或大于20的對(duì)比度CR的顯示屏的垂直和水平視角范圍，顯示屏的水平視角比比較裝置的寬。
一般主要要求液晶顯示器有寬的水平視角。第一實(shí)施例的模式1至12中的每個(gè)液晶顯示器有充分寬的水平視角，它們除了有第一和第二延遲膜13和14之外，還附加有第三延遲膜19。
在模式1至12的每種液晶顯示器中，在CIE色度圖上顯示器的彩色顯示從無(wú)色點(diǎn)有微小的色度移動(dòng)。因此，可以得到令人滿意的色澤并幾乎沒(méi)有彩色色澤的高對(duì)比度顯示。
如同在本實(shí)施例的液晶顯示器中一樣，是一種液晶盒1的前后基底2和3的準(zhǔn)直處理方向2a和3a繞顯示屏橫軸x轉(zhuǎn)動(dòng)45°，并且液晶盒1中的液晶分子在基底2和3之間以大約90°的扭曲角扭曲的液晶顯示器。
第一和第二延遲膜13和14在膜平面中沿軸向N的方向分量幾乎平行于準(zhǔn)直處理方向2a和3a之處，前偏振片11的吸收軸11a幾乎平行于準(zhǔn)直處理方向2a，后偏振片12的吸收軸12a幾乎平行于準(zhǔn)直處理方向3a，第三延遲膜19設(shè)置成具有在膜平面中折射率各向異性并且膜平面中折射率增為最大的方向變成幾乎平行于或垂直于相鄰前偏振片11的吸收軸11a，第三延遲膜19在s-，f-和z-軸方向的折射率ns，nf和nz有下列關(guān)系0＜(ns-nz)／(ns-nf)≤1液晶盒1的Δnd值落在例如300至500nm的范圍內(nèi)，并且第三延遲膜19有下列延遲(ns-nf)d’的值處于250～450nm的范圍內(nèi)，并且(ns-nz)d’的值處于70～450nm的范圍內(nèi)。
至少顯示屏的水平視角可以充分地寬，并且可以得到色澤令人滿意的幾乎沒(méi)有彩色色澤的高對(duì)比度顯示。
下面將對(duì)模式1、3、5、7、9和11中利用具有相同特性的第三延遲膜19把s軸設(shè)置成平行于前偏振片11的吸收軸11a的情形與模式2、4、6、8、10和12中把s軸設(shè)置成垂直于前偏振片11的吸收軸11a的情形做一比較。從圖4和圖5、圖6和圖7、圖8和圖9、圖10和圖11、圖12和圖13、圖14和圖15之間的比較以及液晶顯示器的視角范圍可以清楚地看到，如果延遲特性相同，則當(dāng)s軸設(shè)置成垂直于前偏振片11的吸收軸11a時(shí)，視角范圍趨于變寬。
下面將對(duì)模式1至12中的視角特性做一比較。特別是，在示于圖6中的模式3、示于圖7中的模式4、示于圖9中的模式6、示于圖10中的模式7、示于圖11中的模式8、示于圖13中的模式10和示于圖15中的模式12中，水平視角寬于比較裝置的沒(méi)有第三延遲膜19的裝置，并且垂直視角也充分地寬。對(duì)于水平視角，示于圖11中的(模式8)、示于圖13中的(模式10)和示于圖15中的(模式12)特性非常優(yōu)異。特別是示于圖13(模式10)中的特性最令人滿意。
也即優(yōu)選模式是3、4、6、7、8、10和12。更好的優(yōu)選模式是8、10和12。最好的優(yōu)選模式是10。
把優(yōu)選模式3、4、6、7、8、10和12應(yīng)用到第三延遲膜19的特性。當(dāng)膜平面中折射率變?yōu)樽畲蟮膕軸設(shè)置成幾乎平行于相鄰前偏振片11的吸收軸11a時(shí)，最好把滿足(ns-nz)／(ns-nf)=1并且(ns-nf)d’和(ns-nz)d’的值接近350nm的單軸延遲膜用作第三延遲膜19。
當(dāng)s軸設(shè)置成幾乎垂直于相鄰前偏振片11的吸收軸11a時(shí)，最好把滿足(ns-nz)／(ns-nf)=1并且(ns-nf)d’和(ns-nz)d’的值接近350nm至440nm的單軸延遲膜用作第三延遲膜19。
在模式7、8、10和12中，最好把滿足(ns-nz)／(ns-nf)=0．3并且(ns-nf)d’的值接近265nm至420nm、(ns-nz)d’的值接近80至126nm的雙軸延遲膜用作第三延遲膜19，如在模式4和6中。
在這些優(yōu)選模式的更好的優(yōu)選模式8、10和12中，最好把s軸設(shè)置成幾乎垂直于前偏振片11的吸收軸11a、滿足(ns-nz)／(ns-nf)=0．3，并且具有(ns-nf)d’的值接近265nm至420nm、(ns-nz)d’的值接近80至126nm，并且最好(ns-nf)d’的值接近350nm、(ns-nz)d’的值接近105nm的雙軸延遲膜用作第三延遲膜19。
上述實(shí)施例中使用的液晶盒1采用有源矩陣方案。但液晶盒1可能采用簡(jiǎn)單的矩陣方案，在一對(duì)基底2和3中一個(gè)的內(nèi)表面上沿行方向形成多個(gè)掃描電極，在另一基底的內(nèi)表面上沿列方向形成多個(gè)信號(hào)電極。液晶盒1可能利用多種顏色的彩色濾波器，如對(duì)應(yīng)于多個(gè)象素區(qū)域的三色(紅、綠和蘭)既可以顯示單色圖象，也可以顯示多色圖象。
上述實(shí)施例的液晶顯示器是一種TN型液晶顯示器，其中液晶盒1的液晶分子被準(zhǔn)直成大約90°的扭曲角。但本發(fā)明也可以應(yīng)用到例如STN型液晶顯示器，液晶分子被準(zhǔn)直成180°至270°(通常為220°至250°)的扭曲角，或應(yīng)用到類(lèi)似液晶顯示器。在這種情形中，也是在液晶盒和前、后偏振片之間插入第一和第二延遲膜，軸向沿基底的準(zhǔn)直處理方向設(shè)置，并且在至少第一和第二延遲膜之一和相鄰的偏振片之間插入第三延遲膜19，第三延遲膜沿s-,f-和z-軸的折射率滿足關(guān)系ns＞nz≥nf,由此當(dāng)光傾斜入射時(shí)，可以補(bǔ)償液晶層中接近基底處產(chǎn)生的剩余延遲和入射角之差在液晶層中產(chǎn)生的延遲差。[第二實(shí)施例]圖17是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的液晶顯示器分解透視圖。在本實(shí)施例中，第三延遲膜19’被插在第二延遲膜14和相鄰的后偏振片12之間。此液晶顯示器與第一實(shí)施例的液晶顯示器的不同之處僅在于第三延遲膜19’的插入位置。在第二實(shí)施例的相同部位采用與第一實(shí)施例相同的標(biāo)號(hào)，并且省去對(duì)其的詳細(xì)描述。
在第二實(shí)施例的液晶顯示器中，液晶盒1的前基底2和后基底3的準(zhǔn)直處理方向2a和3a、液晶分子的扭曲角、第一延遲膜13和第二延遲膜14的折射率減小的軸向N以及前偏振片11和后偏振片12的吸收軸11a和12a的方向等都與第一實(shí)施例的相同。
被插在第二延遲膜14和后偏振片12之間的第三延遲膜19’有一個(gè)膜平面中折射率各向異性和膜平面中折射率增到最大的方向。膜平面中折射率增到最大的方向被設(shè)置得幾乎成平行或垂直于相鄰后偏振片12的吸收軸12a。
同樣在此實(shí)施例中，對(duì)于第三延遲膜19’，沿膜平面中折射率增到最大的s軸、垂直于膜平面中s軸的f軸和處于膜平面法向的z軸的折射率ns，nf和nz有下列關(guān)系ns＞nz≥nf,并且最好0＜(ns-nz)／(ns-nf)≤1。
在本實(shí)施例的液晶顯示器中，第一和第二延遲膜13和14分別被布置在液晶盒1的前后側(cè)。另外，前偏振片11和后偏振片12被布置在第一和第二延遲膜13和14的外側(cè)。第三延遲膜19’被插在第二延遲膜14和后偏振片12之間。
入射到液晶顯示器上的光穿過(guò)后偏振片12。然后，在垂直于偏振片12的吸收軸的方向振蕩的偏振光以對(duì)應(yīng)于膜平面中折射率增到最大的s軸的角度以及相對(duì)于液晶顯示器法線的入射角進(jìn)入第三延遲膜19’。當(dāng)光線以法向入射液晶顯示器時(shí)，偏振光的振蕩方向垂直于s軸，因而光不改變振蕩方向的穿過(guò)第三延遲膜。當(dāng)光線相對(duì)于法線方向的入射角變大時(shí)，從偏振光的振蕩方向垂直于s軸的狀態(tài)的轉(zhuǎn)變變大。因此，橢圓偏振光入射到第三延遲膜19’并從那兒射出，同時(shí)具有相應(yīng)于入射角的延遲差。光線以相同的入射角穿過(guò)液晶層9時(shí)新產(chǎn)生的延遲差可以通過(guò)光線穿過(guò)第三延遲膜19’時(shí)產(chǎn)生的延遲差補(bǔ)償。為此，當(dāng)不給夾著液晶層9的電極施加電壓時(shí)，可以與入射角度無(wú)關(guān)地得到高的透射率。
另外，與第一實(shí)施例的液晶顯示器一樣，由于液晶層9中接近基底2和3的液晶分子所致的剩余延遲通過(guò)第一和第二延遲膜13和14補(bǔ)償。當(dāng)給液晶層9施加電壓時(shí)，穿過(guò)后偏振片12的光在平行于前偏振片11的吸收軸11a的方向上振蕩并因而被吸收軸11a吸收。由此可以得到低透射率的黑顯示。
因此，在本液晶顯示器中，當(dāng)不給夾著液晶層9的電極施加電壓時(shí)，可以與入射角度無(wú)關(guān)地得到高的透射率，并當(dāng)給夾著液晶層9的電極施加電壓時(shí)，可以得到低透射率的顯示，因此可以在寬視角范圍的視圖內(nèi)得到高對(duì)比度的顯示。[第三實(shí)施例]圖18表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的液晶顯示器分解透視圖。在本實(shí)施例中，第三延遲膜19和19’分別被插在第一延遲膜13和前偏振片11之間以及第二延遲膜14和后偏振片12之間。此液晶顯示器與第一實(shí)施例中液晶顯示器的不同之處僅在于第三延遲膜19’的插入位置。在本實(shí)施例中與第一實(shí)施例相同的部位用相同的標(biāo)號(hào)表示，并在此省去詳細(xì)的描述。
在第三實(shí)施例的液晶顯示器中，液晶盒1的前基底2和后基底3的準(zhǔn)直處理方向2a和3a、液晶分子的扭曲角、第一延遲膜13和第二延遲膜14的折射率減到最小的軸向N以及前偏振片11和后偏振片12的吸收軸11a和12a的方向等都與第一實(shí)施例的相同。
被插在第一延遲膜13和前偏振片11之間的第三延遲膜19被布置成膜平面中具有折射率各向異性和膜平面中折射率增到最大的方向幾乎被設(shè)定得平行于或垂直于相鄰前偏振片11的吸收軸11a。
被插在第二延遲膜14和后偏振片12之間的第三延遲膜19’被布置成膜平面中具有折射率各向異性和膜平面中折射率增到最大的方向被設(shè)定得幾乎平行于或垂直于相鄰后偏振片12的吸收軸12a。
同樣在此實(shí)施例中，對(duì)于第三延遲膜19和19’，沿膜平面中折射率增到最大的s軸、垂直于膜平面中s軸的f軸和處于膜平面法向的z軸的折射率ns，nf和nz有下列關(guān)系ns＞nz≥nf，并且最好0＜(ns-nz)／(ns-nf)≤1。
在本實(shí)施例的液晶顯示器中，第一和第二延遲膜13和14分別被布置在液晶盒1的前后側(cè)上。另外，前偏振片11和后偏振片12被布置在第一和第二延遲膜13和14的外側(cè)。第三延遲膜19被插在第一延遲膜13和前偏振片11之間。第三延遲膜19’被插在第二延遲膜14和后偏振片12之間。因此，與第一實(shí)施例的液晶顯示器一樣，由于液晶層9中接近基底2和3的液晶分子所致的剩余延遲通過(guò)第一和第二延遲膜13和14補(bǔ)償。當(dāng)給夾著液晶層9的電極施加電壓時(shí)，穿過(guò)后偏振片12的光在平行于前偏振片11的吸收軸11a的方向上振蕩并因而被吸收軸11a吸收。由此可以得到低透射率的黑顯示。
對(duì)于此液晶顯示器，在s-，f-，z-軸方向的折射率及第三延遲膜19和19’每個(gè)的厚度設(shè)置成當(dāng)光線穿過(guò)液晶層9時(shí)，相應(yīng)于從液晶顯示器的法向入射的入射角而產(chǎn)生的延遲差可以通過(guò)當(dāng)光穿過(guò)位于液晶盒1前后側(cè)的第三延遲膜19和19’其中相應(yīng)的一個(gè)時(shí)產(chǎn)生的延遲差補(bǔ)償。利用這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)給夾著液晶層9的電極5和6施加電壓時(shí)，可以與光線入射角無(wú)關(guān)地得到高透射率的顯示。
更具體地說(shuō)，入射到此液晶顯示器上的光穿過(guò)后偏振片12。然后，在垂直于偏振片12吸收軸的方向上振蕩的偏振光變成以相應(yīng)于s軸和入射角的角度入射到第三延遲膜19’上。當(dāng)光線從法向到達(dá)液晶顯示器時(shí)，偏振光的振蕩方向垂直于s軸，光因而不改變振蕩方向地穿過(guò)第三延遲膜。當(dāng)相對(duì)于法向的入射角變大時(shí)，從偏振光的振蕩方向垂直于s軸的狀態(tài)的轉(zhuǎn)變變大。因此，以橢圓偏振光入射到第三延遲膜19’并從那兒射出，同時(shí)具有相應(yīng)于入射角的延遲差。
光線穿過(guò)液晶層9時(shí)相應(yīng)于關(guān)于法向的入射角產(chǎn)生的延遲差可以通過(guò)光線關(guān)于法向傾斜穿過(guò)第三延遲膜19’時(shí)產(chǎn)生的延遲差以及光穿過(guò)布置在液晶盒1前側(cè)上的第三延遲膜19時(shí)橢圓偏振光產(chǎn)生的延遲差補(bǔ)償，如同對(duì)第一實(shí)施例的液晶顯示器的描述一樣。
因此，在本液晶顯示器中，當(dāng)不給夾著液晶層9的電極5和6施加電壓時(shí)，可以與入射角度無(wú)關(guān)地得到高的透射率，并當(dāng)給夾著液晶層9的電極5和6施加電壓時(shí)，可以得到低透射率的顯示，因此可以在寬視角范圍內(nèi)得到高對(duì)比度的顯示。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易理解出現(xiàn)另外的優(yōu)點(diǎn)和改型。因此，本發(fā)明在其較寬范圍界限方面并不局限于具體細(xì)節(jié)和在此顯示并描述的各種實(shí)施例。因此，在不脫離由所附的權(quán)利要求及等同物限定的本發(fā)明一般原理的實(shí)質(zhì)和范圍的前提下可以做各種修改。
權(quán)利要求
1．一種液晶顯示器，包括一個(gè)液晶盒，有準(zhǔn)直膜和液晶層，準(zhǔn)直膜分別形成在一對(duì)相對(duì)的前后基底的內(nèi)表面上，以致于在預(yù)定的方向上校準(zhǔn)，液晶層形成在該對(duì)基底之間；一對(duì)偏振片，分別布置在作為上述液晶盒觀察面的前側(cè)和作為對(duì)面的后側(cè)上，以致于吸收軸相對(duì)于形成在相鄰基底上的準(zhǔn)直膜的準(zhǔn)直處理方向有預(yù)定的角度；一個(gè)第一延遲膜，被插在上述液晶盒和液晶盒前側(cè)上的上述偏振片之間，以使在關(guān)于膜平面的法線以預(yù)定方向傾斜的方向上有一個(gè)軸向方向，該軸向上的折射率最小，并還有一個(gè)沿膜平面在軸向的方向分量，其沿形成在上述液晶盒前側(cè)的基底上的準(zhǔn)直膜的準(zhǔn)直處理方向被設(shè)置；一個(gè)第二延遲膜，被插在上述液晶盒和上述液晶盒后側(cè)上的上述偏振片之間，以使在關(guān)于第二延遲膜的膜平面的法線以預(yù)定方向傾斜的方向上有一個(gè)軸向方向，該軸向上的折射率最小，并還有一個(gè)沿膜平面在軸向的方向分量，其沿形成在上述液晶盒后側(cè)基底上的準(zhǔn)直膜的準(zhǔn)直處理方向被設(shè)置；和一個(gè)第三延遲膜，在一膜平面上具有折射率的各向異性，并被插在上述第一延遲膜和前偏振片之間的一個(gè)位置和上述第二延遲膜和上述后偏振片之間的一個(gè)位置中的至少一個(gè)位置處，以使折射率在膜平面中降為最小的一個(gè)方向基本上平行于或垂直于上述相鄰偏振片的吸收軸。
2．如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中上述第一和第二延遲膜均包括一個(gè)盤(pán)形(discotic)液晶層，該層中的液晶分子被準(zhǔn)直以逐漸從沿一個(gè)表面的準(zhǔn)直態(tài)、從所述膜的一個(gè)表面向另一個(gè)表面上升，并具有沿上述盤(pán)形(discotic)液晶層厚度方向中的中間方向上盤(pán)形(discotic)液晶分子的平均分子軸向的方向上的軸向方向，折射率在該方向上最小，并且沿膜平面在上述第一和第二延遲膜每個(gè)的軸向的方向分量被設(shè)置成平行于相應(yīng)相鄰基底的準(zhǔn)直處理方向。
3．如權(quán)利要求2所述的顯示器，其中上述液晶盒具有被基底夾著的扭曲液晶層，液晶盒中形成在前基底上的準(zhǔn)直膜的準(zhǔn)直處理方向垂直于形成在后基底上的準(zhǔn)直膜的準(zhǔn)直處理方向，上述一對(duì)偏振片具有平行于形成在上述液晶盒相鄰基底上的準(zhǔn)直膜的準(zhǔn)直處理方向的吸收軸；和上述第三延遲膜具有基本上平行于上述相鄰偏振片吸收軸的方向，在該方向上膜平面中的折射率最小。
4．如權(quán)利要求3所述的顯示器，其中上述第三延遲膜被設(shè)置在上述前偏振片和上述第一延遲膜之間。
5．如權(quán)利要求3所述的顯示器，其中上述第三延遲膜被設(shè)置在上述后偏振片和上述第二延遲膜之間。
6．如權(quán)利要求3所述的顯示器，其中上述第三延遲膜分別被設(shè)置在上述前偏振片和上述第一延遲膜之間以及上述后偏振片和上述第二延遲膜之間。
7．如權(quán)利要求3所述的顯示器，其中對(duì)于上述第三延遲膜，如果s軸代表在第三延遲膜的膜平面中折射率最大的方向，f軸表示垂直于膜平面中s軸的方向，和z軸表示垂直于膜平面的方向，令ns為沿s軸的折射率，nf為沿f軸的折射率，和nz為沿z軸的折射率，這些折射率最好滿足下式0＜(ns-nz)／(ns-nf)≤1。
8．如權(quán)利要求7所述的顯示器，其中雙折射率和上述液晶盒的液晶層厚度d之Δnd值處于300至500nm的范圍內(nèi)，并令d’為上述第三延遲膜的厚度，上述第三延遲膜所具有的延遲使得(ns-nf) d’值處于250至450nm的范圍內(nèi)，和(ns-nz)d’值處于70至450nm的范圍內(nèi)。
9．如權(quán)利要求2所述的顯示器，其中上述液晶盒具有被基底夾著的扭曲液晶層，液晶盒中形成在前基底上的準(zhǔn)直膜的準(zhǔn)直處理方向垂直于形成在后基底上的準(zhǔn)直膜的準(zhǔn)直處理方向，所述對(duì)偏振片具有平行于形成在上述液晶盒相鄰基底上的準(zhǔn)直膜的準(zhǔn)直處理方向的吸收軸；和上述第三延遲膜具有基本上垂直于上述相鄰偏振片吸收軸的方向，在該方向上膜平面中的折射率最大。
10．如權(quán)利要求9所述的顯示器，其中上述第三延遲膜被設(shè)置在上述前偏振片和上述第一延遲膜之間。
11．如權(quán)利要求9所述的顯示器，其中上述第三延遲膜被設(shè)置在上述后偏振片和上述第二延遲膜之間。
12．如權(quán)利要求9所述的顯示器，其中上述第三延遲膜分別被設(shè)置在上述前偏振片和上述第一延遲膜之間以及上述后偏振片和上述第二延遲膜之間。
13．如權(quán)利要求9所述的顯示器，其中對(duì)于上述第三延遲膜，如果s軸代表膜平面中折射率最大的方向，f軸表示垂直于膜平面中s軸的方向，和z軸表示垂直于膜平面的方向，令ns為沿s軸的折射率，nf為沿f軸的折射率，和nz為沿z軸的折射率，這些折射率最好滿足下式0＜(ns-nz)／(ns-nf)≤1。
14．如權(quán)利要求13所述的顯示器，其中雙折射率和上述液晶盒的液晶層厚度d之積Δnd值處于300至500nm的范圍內(nèi)，并令d’為上述第三延遲膜的厚度，上述第三延遲膜所具有的延遲使得(ns-nf)d’值處于250至450nm的范圍內(nèi)，和(ns-nz)d’值處于70至450nm的范圍內(nèi)。
全文摘要
在具有寬視角范圍的液晶顯示器中,在關(guān)于膜平面法線以預(yù)定方向傾斜的軸向的折射率有負(fù)的光學(xué)各向異性的第一和第二延遲膜分別被插在包括一對(duì)基底的液晶盒和前偏振片之間以及液晶盒和后偏振片之間,使得沿膜平面中軸向的方向分量沿液晶盒的準(zhǔn)直處理方向被設(shè)置。在膜平面中有折射率各向異性的第三延遲膜被布置在第一延遲膜和相鄰的前偏振片之間,使得膜平面中折射率最大的方向平行于或垂直于前偏振片的吸收軸。由光相對(duì)于法向傾斜入射到液晶顯示器上的光產(chǎn)生的延遲差通過(guò)第三延遲膜補(bǔ)償。接近液晶層的基底的液晶分子中產(chǎn)生的剩余延遲通過(guò)第一和第二延遲膜補(bǔ)償。因此,可以獲得與入射角無(wú)關(guān)的在寬視角內(nèi)的高對(duì)比度顯示。
文檔編號(hào)G02F1/13363GK1281157SQ00126959
公開(kāi)日2001年1月24日 申請(qǐng)日期2000年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月30日
發(fā)明者坂本克仁 申請(qǐng)人:卡西歐計(jì)算機(jī)株式會(huì)社