專(zhuān)利名稱(chēng)：液晶顯示補(bǔ)償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶顯示裝置的設(shè)計(jì)，特別是一種使顯示視場(chǎng)為最大的技術(shù)。
由于穿過(guò)液晶薄層的光線受到液晶層雙折射的影響，而這可由穿過(guò)該層的電壓控制，所以液晶常用于電子顯示裝置中。液晶顯示裝置比較適用是由于控制從外光源(包括自然光)反射或透射的光線所需的電源功率要比在其它顯示裝置中發(fā)光材料所需的功率小得多。目前，廣泛應(yīng)用于數(shù)字式手表、計(jì)算器、袖珍計(jì)算機(jī)以及其它多種電子設(shè)備中的液晶顯示裝置具有壽命長(zhǎng)、工作電壓低及功率小等優(yōu)點(diǎn)。
許多液晶顯示的信息被表示成一行數(shù)字或字符，它們由若干排列成一圖案的分段電極所產(chǎn)生。各段由單獨(dú)的接頭連接到驅(qū)動(dòng)電路上，它將電壓加到電極段的適當(dāng)組合上，通過(guò)控制透過(guò)電極段的光線來(lái)顯示所需的信息。圖象信息或電視畫(huà)面可通過(guò)象素陣列來(lái)得到，象素由兩個(gè)相互垂直的導(dǎo)體間的X-Y順序?qū)ぶ贩绞蕉嗷ミB接。更為先進(jìn)的尋址方案采用薄膜晶體管陣列來(lái)控制各象素處的驅(qū)動(dòng)電壓。這種方案主要用于扭曲向列相液晶顯示裝置中，但也應(yīng)用于高性能的超扭曲型液晶顯示裝置。
對(duì)比度是確定液晶顯示裝置質(zhì)量的最重要的因素之一。限制液晶顯示裝置對(duì)比度的主要因素是在暗態(tài)下通過(guò)顯示器泄漏的光線量。在明亮的環(huán)境中，例如在陽(yáng)光下，有大量反射及散射背景光時(shí)，這個(gè)問(wèn)題更加突出。此外，液晶裝置所產(chǎn)生圖象的清晰度與視角有關(guān)，在具有大量掃描電極的陣列尋址式裝置中尤其如此。典型的液晶顯示裝置的圖象對(duì)比度在相對(duì)于垂直入射線很小的視角內(nèi)為最大值，而在視角增加時(shí)對(duì)比度下降。這種對(duì)比度損失是由于在大視角下透過(guò)暗態(tài)象素泄漏的光線造成的。在彩色液晶顯示器中，光線泄漏也會(huì)造成飽和顏色和灰度顏色的嚴(yán)重色偏離。這些限制對(duì)于航空電子學(xué)應(yīng)用來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，因?yàn)楦瘪{駛員對(duì)駕駛員顯示器的觀察是很重要的。這樣，提供一種可在寬視場(chǎng)中產(chǎn)生高質(zhì)量高對(duì)比度圖象的液晶顯示器就將是對(duì)已有技術(shù)的重要改進(jìn)。
通過(guò)在液晶顯示器中裝入的特殊設(shè)計(jì)的多層薄膜;并補(bǔ)償在這種顯示器中固有的相位延遲，本發(fā)明可對(duì)該顯示裝置在傾斜視角上的觀察對(duì)比度及彩色效果作出驚人的改進(jìn)。
按照本發(fā)明的液晶顯示器包括一個(gè)起偏層，一個(gè)檢偏層，一個(gè)置于該起偏層及檢偏層之間的液晶層，一個(gè)鄰近液晶層第一主表面的第一電極，以及一個(gè)鄰近于液晶層第二主表面的第二電極。當(dāng)電極被連到電壓源時(shí)，它們可施加一個(gè)穿過(guò)液晶層的電壓。在起偏層和檢偏層之間設(shè)置一個(gè)多層薄膜補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器包括第一組膜層，每層具有第一折射率和第一厚度，它們與第二組膜層相互交插，而第二組膜層的每層具有第二折射率和第二厚度。第一和第二折射率及厚度的數(shù)值使得在一定視角范圍內(nèi)多層薄膜的相位延遲與同向排列狀態(tài)下的液晶層的相位延遲大小相等而符號(hào)相反。
在更特定的實(shí)施例中，液晶層具有厚度dL及雙折射△nL，而多層補(bǔ)償器厚度及雙折射為dC及△nC，且｜△nL｜dL＝｜△nC｜dC。為了在寬視角范圍內(nèi)提供最佳補(bǔ)償而設(shè)計(jì)的實(shí)施例中，液晶層的o光折射率及e光折射率為noL及neL，而多層薄膜的o光折射及e光折射率分別為noC及neC，neC＝neL，noC＝neL，且dL＝dC。此外，多層薄膜的等效折射率滿(mǎn)足下式
其中nO是多層薄膜的等效O光折射率，ne是多層薄膜的等效e光折射率，n1為第一折射率，n2為第二折射率，d1為第一厚度，d2為第二厚度，而∧＝d1+d2為多層薄膜的周期。


圖1是在各種狀態(tài)下液晶器件各位置上液晶分子傾斜角度的曲線圖;
圖2是表示在施加強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)在液晶器件間隙中液晶定向元取向的示意圖;
圖3是表示典型的白色扭曲向列型器件在大角度下隨所加電壓的光透射曲線圖;
圖4是扭曲向列型透射式液晶顯示裝置的側(cè)面截面圖;
圖5是圖4中多層薄膜部分的放大圖。
在平板顯示器中廣泛采用幾種典型的液晶器件。主動(dòng)式陣列尋址使得這種顯示裝置可以在可觀的更換速度下產(chǎn)生高分辨率的全色圖象。當(dāng)正對(duì)著液晶顯示器觀看時(shí)可看到高質(zhì)量圖象，但在大視角時(shí)圖象變差且對(duì)比度下降。這是由于液晶器件是通過(guò)液晶介質(zhì)的雙折射效應(yīng)工作的，液晶介質(zhì)含有大量各向異性的液晶分子。這種材料為正單軸雙折射(ne＞no，即e光折射率ne大于O光折射率no)，而e光折射率與長(zhǎng)分子軸的排列相關(guān)。材料對(duì)透光的相位延遲效果隨著光線的傾角而改變，使得在大視角時(shí)圖象質(zhì)量較差(參見(jiàn)Penz所著"ViewingCharacteristicsoftheTwistedNematicDisplay"，ProceedingoftheS.I.D，19卷，第43頁(yè)(1978);Grinberg等人所著"TransmissionCharacteristicsofaTwistedNematicLiquid-CrystalLayer"，JournaloftheOpticalSocietyofAmerica，66卷，第1003頁(yè)(1976))。但是，對(duì)液晶器件采用一種光學(xué)補(bǔ)償元件就可以校正不需要的角度效果，從而盡可能在大視角上保持高對(duì)比度。
所需的光學(xué)補(bǔ)償類(lèi)型是根據(jù)所用的顯示器類(lèi)型(常黑或常白)而確定的。在常黑顯示器中，扭曲向列器件置于光軸相互平行的兩個(gè)偏振器之間，且偏振器光軸在器件背面(即遠(yuǎn)離觀察者的一側(cè))與液晶定向元取向相同。在未加電壓狀態(tài)下，從背光源垂直入射的光線被第一偏振器起偏振，并在通過(guò)器件時(shí)偏振方向由器件的扭曲角度而轉(zhuǎn)動(dòng)。這由絕熱跟隨(也稱(chēng)為波導(dǎo)效應(yīng))而引起。扭曲角度定為90°以使光線被輸出偏振器阻擋。當(dāng)對(duì)器件加電壓時(shí)，液晶分子被迫按電場(chǎng)而趨于排列，消除了扭曲向列型對(duì)稱(chēng)性。在這種取向下，器件的光軸(C軸)垂直于器件壁。液晶層對(duì)垂直入射光線顯示各向同性，消除了波導(dǎo)效應(yīng)，從而光線穿過(guò)液晶層時(shí)偏振態(tài)不變，這樣光線可穿過(guò)輸出偏振器?？赏ㄟ^(guò)在待照亮區(qū)域選擇性地施加電壓就可以在顯示器上繪以圖案。
但在大角度觀察時(shí)，常黑顯示器的暗區(qū)(未加電壓區(qū))將出現(xiàn)光線，這是由于在這種角度下穿過(guò)液晶層的光線所產(chǎn)生的角相關(guān)延遲效應(yīng)而造成的，即非正入射光線產(chǎn)生偏振態(tài)的角相關(guān)變化?？刹捎霉鈱W(xué)對(duì)稱(chēng)性與扭曲單元相似但可反轉(zhuǎn)其效應(yīng)的補(bǔ)償元件來(lái)恢復(fù)對(duì)比度。一種方法是在工作的液晶層后面設(shè)置一個(gè)螺旋相反的扭曲器件。另一方法是采用一個(gè)或多個(gè)A-板補(bǔ)償器。這些補(bǔ)償方法起作用是由于補(bǔ)償元件與扭曲向列型器件的光學(xué)對(duì)稱(chēng)性一致，兩者都是單軸雙折射材料，其e光光軸垂直于法向入射光傳播方向。由于易于得到具有所需光學(xué)對(duì)稱(chēng)性的材料，這些補(bǔ)償方法被廣泛應(yīng)用。采用液晶和A-板延遲器的反相扭曲器件可由拉伸聚合物(例如聚乙烯醇(PVA))來(lái)制成。
盡管這些補(bǔ)償技術(shù)有效果，但對(duì)于常黑工作狀態(tài)該方法還有缺陷。常黑顯示器的圖象與器件間隙很有關(guān)系。這樣，為了保持均勻的黑圖象就應(yīng)使液晶器件很厚，這導(dǎo)致了液晶反映時(shí)間太長(zhǎng)，或在Gooch-Tarry極小值狀態(tài)下工作(參見(jiàn)Gooch等所著“TheOpticalPropertiesofTwistedNematicLiquidCrystalStructureswithTwistAngles≤90°"，JournalofPhysicsD，8卷，第1575頁(yè)(1975))然而這種方法使得液晶器件間隙的制造公差難于達(dá)到。另外，反相扭曲補(bǔ)償技術(shù)需要在光路中插入第二個(gè)液晶器件，大大增加了成本、重量及體積。由于這些原因，很需要補(bǔ)償常白顯示器以避免這些缺點(diǎn)。
在常白顯示器結(jié)構(gòu)中，90°扭曲向列型器件被置于正交的偏振器之間，使得各偏振器的透射軸與鄰近它的區(qū)域中液晶分子的定向元取向相平行。這與常黑顯示器相比其亮與暗的區(qū)域相反。在常白顯示器中未加電壓的區(qū)域呈現(xiàn)亮態(tài)，而加電壓區(qū)域呈現(xiàn)暗態(tài)。雖然在大角度觀察時(shí)仍然存在在表觀暗區(qū)透光的問(wèn)題，但造成這個(gè)問(wèn)題的原因不同，而它的校正需要另一種光學(xué)補(bǔ)償元件。在加電壓區(qū)域液晶分子隨所加電場(chǎng)而排列。若這種排列是理想的，則器件中所有液晶分子的長(zhǎng)軸均垂直于玻璃基板。這種稱(chēng)為同向構(gòu)造的排列具有正雙折射C-板的光學(xué)對(duì)稱(chēng)性。在加電壓狀態(tài)下常白顯示器對(duì)垂直入射光顯示各向同性，則光線被正交的偏振器阻斷。
在以一定角度觀察時(shí)產(chǎn)生對(duì)比度損失是由于同向液晶層對(duì)非正入射光不顯現(xiàn)各向同性。由于該層的雙折射，以一定角度入射的光以?xún)煞N模式傳輸，而兩種模式間的相移隨光線的入射角度而增加。位相對(duì)入射角度的相關(guān)性產(chǎn)生了橢圓偏振態(tài)，而它不能被第二偏振器完全消除，則產(chǎn)生了光線泄漏。由于C-板對(duì)稱(chēng)性，這種雙折射沒(méi)有水平相關(guān)性。顯然光學(xué)補(bǔ)償元件所需的也是C-板對(duì)稱(chēng)性，但具有負(fù)雙折射(ne＜no)。這種補(bǔ)償器產(chǎn)生的相移與液晶層產(chǎn)生的相移符號(hào)相反，從而恢復(fù)原始偏振態(tài)，使光線被輸出偏振器阻斷。過(guò)去沒(méi)有采用這種技術(shù)是由于很難或不可能構(gòu)成具有所需光學(xué)對(duì)稱(chēng)性的C-板補(bǔ)償器。過(guò)去沒(méi)有發(fā)現(xiàn)拉伸或壓縮聚合物以形成具有負(fù)C-板光學(xué)對(duì)稱(chēng)性的大面積均勻薄膜的方法，也不可能用藍(lán)寶石等負(fù)雙折射晶體來(lái)制作補(bǔ)償器。為使這種補(bǔ)償器有效，該板的相位延遲數(shù)值必須與液晶產(chǎn)生的相位延遲相同，而且相位延遲隨視角的變化速度也必須與液晶相同。這些限制意味著負(fù)補(bǔ)償板的厚度應(yīng)為10微米數(shù)量級(jí)，這使這種方法很難于實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樾枰獟伖庖粋€(gè)極薄的具有正確(負(fù))雙折射的板，同時(shí)要求板的表面保持平行。由于這種顯示器尺寸較大，這種尺寸的負(fù)雙折射晶體的獲取也是主要困難之一。已有的補(bǔ)償技術(shù)采用正交的A-板補(bǔ)償器。然而這種構(gòu)造不能產(chǎn)生具有水平(C-板)對(duì)稱(chēng)性的補(bǔ)償器。由于這些困難，本領(lǐng)域中傾向采用常黑顯示器，盡管常白顯示器若有適當(dāng)補(bǔ)償器便可產(chǎn)生高質(zhì)量圖象。本發(fā)明第一次提出了這種補(bǔ)償器的解決方案。
實(shí)際上，即使施加高電壓也不能使顯示器件中液晶分子獲得理想的同向排列。這是因?yàn)橐壕Х肿痈街诓ＡЩ迳系姆绞奖苊饬瞬ＡЦ浇姆肿觾A斜以隨電場(chǎng)排列。但離基板較遠(yuǎn)的分子基本上隨電場(chǎng)而排列，所以液晶層的總體光學(xué)對(duì)稱(chēng)性可被認(rèn)為是正雙折射C-板。圖1是在扭曲向列型液晶器件中各位置上傾斜角的曲線圖，表示在無(wú)外加電場(chǎng)(粗虛線)、強(qiáng)電場(chǎng)(實(shí)線)、及理想同向(短虛線)狀態(tài)下整個(gè)液晶層中分子傾斜角的典型分布。該傾斜角是分子長(zhǎng)軸(定向元)與玻璃基板表面的角度。應(yīng)注意到在強(qiáng)電場(chǎng)條件下大部分分子近似為同向排列。
圖2是在器件間隙中外加強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)液晶定向元取向的示意圖。連續(xù)的變化可被分解為三個(gè)液晶區(qū)，每一區(qū)都具有各自的光學(xué)對(duì)稱(chēng)性?？拷鞑ＡЩ逄帪閷?duì)稱(chēng)性為A-板的區(qū)域，其e光光軸按基板磨擦方向排列。在其間是一個(gè)具有正C-板對(duì)稱(chēng)性的較大區(qū)域。負(fù)C-板補(bǔ)償器是用來(lái)校正通過(guò)該區(qū)域的光線產(chǎn)生的角度相關(guān)的相移。有效的程度取決于該區(qū)域的光學(xué)對(duì)稱(chēng)性在液晶器件某一特定狀態(tài)中是否占主導(dǎo)地位，即分子隨電場(chǎng)而排列的程度。這意味著在選定狀態(tài)中采用強(qiáng)電場(chǎng)可使補(bǔ)償有效，因?yàn)樗狗肿痈咏谕蚺帕小?br> 未經(jīng)補(bǔ)償?shù)娜壕э@示器一般在視場(chǎng)范圍內(nèi)具有較大的顏色變化。相應(yīng)地，在垂直角度觀察時(shí)具有一種顏色的區(qū)域在大角度觀察時(shí)也許會(huì)顯示不飽和色，或甚至顯現(xiàn)出它的補(bǔ)色。其成因于與導(dǎo)致大角度對(duì)比度下降，即表觀暗區(qū)漏光相同的物理機(jī)制。
全色顯示是通過(guò)在顯示象素處設(shè)置紅、綠、藍(lán)透射濾光器而實(shí)現(xiàn)的。在常白型彩色顯示器中，通過(guò)選擇(加電壓于)藍(lán)色及綠色象素以使它們不透光，同時(shí)使紅色象素處于未選擇狀態(tài)來(lái)顯示出紅色區(qū)域。在垂直觀察時(shí)這種方案可以正常工作，但在大角度時(shí)藍(lán)色及綠色象素開(kāi)始透光，從而使紅色被沖掉。在常白顯示器中通過(guò)C-板補(bǔ)償器可以減小這種效果。通過(guò)減小暗態(tài)漏光可消除顏色不飽和性。
圖3是在大角度觀察典型的常白扭曲向列型器件時(shí)光透射隨外加電壓變化的曲線圖。該實(shí)例畫(huà)出在水平面偏離法線40°且在垂直平面偏離法線8°的視角下所獲得的數(shù)據(jù)。圖中畫(huà)出了未補(bǔ)償(實(shí)線)及C-板補(bǔ)償(虛線)兩種顯示器的透射曲線。在補(bǔ)償顯示器中變化趨勢(shì)有反轉(zhuǎn)，所以在高電壓下的透射率可超過(guò)中等電壓時(shí)的數(shù)值。在顯示器以灰度方式工作時(shí)，即采用中等電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)亮區(qū)以便顯示較低照度時(shí)，這尤其會(huì)帶來(lái)麻煩。在選擇電壓以使亮區(qū)具有很低的照度時(shí)，名義上為暗象素的透光率也許會(huì)超過(guò)該亮區(qū)的透光率。在未補(bǔ)償?shù)那闆r下，灰度顏色會(huì)顯現(xiàn)補(bǔ)色，而不是簡(jiǎn)單地沖掉原色。例如，正入射時(shí)為暗紅色的區(qū)域在一定角度觀察時(shí)會(huì)顯現(xiàn)青色。通過(guò)在透射曲線消除這種變化趨勢(shì)的反轉(zhuǎn)，在常白顯示器中C-板補(bǔ)償器可減小顏色的反轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)顯著特征是采用由不同折射率的材料的交替薄膜構(gòu)成的層疊介質(zhì)來(lái)獲得所需的補(bǔ)償。這種層疊結(jié)構(gòu)可以作為一種人造雙折射薄板來(lái)使用。按此方式構(gòu)成的多層薄膜補(bǔ)償器可以顯示負(fù)雙折射，此外，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)哪雍穸燃安牧?，可以精確地設(shè)計(jì)多層薄膜結(jié)構(gòu)所需的雙折射性能。這種薄膜結(jié)構(gòu)提供了一種用于有效地補(bǔ)償液晶顯示器中同向排列狀態(tài)下產(chǎn)生的不利相位延遲的有力手段。
現(xiàn)在介紹本發(fā)明的光學(xué)理論基礎(chǔ)，考慮一個(gè)偏離法線的60°視角，液晶材料的正雙折射產(chǎn)生的相位延遲Γ約為Γ＝ 1/2 (2π)/(λ) (neL-noL)dL(1)
其中neL和noL為同向排列的液晶折射率，dL為液晶器件的厚度，λ為光線波長(zhǎng)(應(yīng)注意neL隨視角而變化)。例如，假定液晶的dL＝6微米，而neL-noL＝0.1，則對(duì)于波長(zhǎng)為0.6微米的光線來(lái)說(shuō)相位延遲為Π。這種相位延遲數(shù)值使得液晶在傾斜視角上產(chǎn)生嚴(yán)重漏光。
一種周期性分層介質(zhì)顯示C-板對(duì)稱(chēng)性的雙折射特性。對(duì)于光傳輸來(lái)說(shuō)，這種介質(zhì)的性質(zhì)類(lèi)似于均勻單軸雙折射材料。在波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于膜層厚度時(shí)，對(duì)于雙材料多層薄膜來(lái)說(shuō)，其等效折射率no和ne由下式確定
其中n1和n2為第一及第二膜層材料的折射率，d1是由第一材料構(gòu)成膜層的厚度，d2是由第二材料構(gòu)成膜層的厚度，∧＝d1+d2為多層薄膜的周期(見(jiàn)Yeh所著“Optical Waves in Layered Media”，第135頁(yè)(Wiley 1988))。應(yīng)注意由(2)、(3)式給出的近似僅適用于光波波長(zhǎng)遠(yuǎn)離于λ/4結(jié)構(gòu)的主反射帶，因?yàn)檫@些表達(dá)式?jīng)]有考慮四分之一波帶的色散?？梢钥吹竭@種周期性結(jié)構(gòu)在其周期遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)其雙折射總是負(fù)的(即no＞ne)。通過(guò)選擇具有適當(dāng)折射率和厚度的膜層材料，復(fù)合的多層薄膜的no和ne均可被精確設(shè)定。
在將這種分層介質(zhì)加入液晶顯示器件后，同向排列的液晶所產(chǎn)生的相位延遲可被補(bǔ)償。若noL和neL為同向排列的液晶的O光折射率及e光折射率，為獲得最佳補(bǔ)償，膜層材料應(yīng)選擇得使液晶層的雙折射與其厚度之積與多層薄膜的雙折射與其厚度之積相等且相反。為了在所有角度上獲得對(duì)相位延遲的最佳補(bǔ)償，C-補(bǔ)償器的折射率應(yīng)設(shè)定為neC＝noL及noC＝neL(4)其中nec和noc為補(bǔ)償器的e光和O光折射率。此外，對(duì)于所有角度上，最有效的補(bǔ)償來(lái)說(shuō)，C-補(bǔ)償器的厚度應(yīng)當(dāng)?shù)扔谝壕拥暮穸?。但本領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道，液晶的同向排列部分的等效長(zhǎng)度(即圖2中標(biāo)為“C-對(duì)稱(chēng)”的部分)應(yīng)當(dāng)憑經(jīng)驗(yàn)確定。這樣，對(duì)于給定的液晶器件，多層薄膜C-補(bǔ)償器的最佳厚度最好由實(shí)驗(yàn)確定。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的扭曲向列型透射式常白液晶顯示器(LCD)的截面示意圖。該顯示器包括起偏器層402和檢偏器層404，它們之間設(shè)置有由向列相液晶材料構(gòu)成的液晶層406。對(duì)于常白顯示器，由標(biāo)號(hào)408(表示偏振方向處于圖面表面)標(biāo)出的起偏器和檢偏器的偏振方向相互成90°。在鄰近于液晶層相對(duì)的兩表面處設(shè)置第一透明電極412及第二透明電極414，從而可通過(guò)電壓源416施加穿過(guò)液晶層的電壓。此外液晶層被夾在一對(duì)玻璃板418，420之間。如下所述，玻璃板418、420鄰近液晶層406的內(nèi)表面通過(guò)擦拭而進(jìn)行物理處理?；?22、424對(duì)顯示器的上述膜層提供支撐。
在LCD領(lǐng)域都知道(例如參見(jiàn)Kahn所著“TheMolecularPhysicsofLiquid-CrystalDevices”，PhysicsToday，等68頁(yè)(5月，1982年))，當(dāng)液晶層406的材料處于向列相而板418和420的內(nèi)表面(靠近液晶層406的表面)被擦拭，且擦拭方向相互垂直的情況下，在未加任何電壓時(shí)，液晶材料的定向元n在靠近板418和420的區(qū)域內(nèi)會(huì)隨擦拭方向而排列。此外，定向元沿層406中的路徑從靠近板418的第一主表面到靠近板420的第二主表面平滑地扭轉(zhuǎn)90°角。這樣，在未加外電場(chǎng)時(shí)，輸入的偏振光在穿過(guò)液晶層時(shí)其偏振方向被轉(zhuǎn)動(dòng)90°。當(dāng)玻璃板和液晶層置于正交的偏振器(例如起偏器408及檢偏器410)之間時(shí)，由起偏器408起偏振并通過(guò)顯示器的光線(如光線426所代表)將沿檢偏器410的偏振方向排列，并通過(guò)檢偏器。但在電極418及420上加以足夠大的電壓后，外加電場(chǎng)使液晶材料的定向元轉(zhuǎn)而平行于電場(chǎng)排列。當(dāng)液晶材料處于這種狀態(tài)時(shí)，通過(guò)起偏器408的光線(由光線428表示)會(huì)被檢偏器410阻擋掉。這樣，加電壓的電極對(duì)會(huì)產(chǎn)生顯示的暗區(qū)域，而光線通過(guò)未加電場(chǎng)的區(qū)域會(huì)產(chǎn)生照亮區(qū)域。在LCD領(lǐng)域都知道，采用以選定的結(jié)合方式驅(qū)動(dòng)的適當(dāng)電極圖案就可以顯示字符或圖象信息。
本發(fā)明的顯著特征是提供了在顯示器中置于起偏層和檢偏層之間的多層薄膜補(bǔ)償器430，以在寬視角范圍內(nèi)提高液晶顯示器的觀察特性。該補(bǔ)償器包括具有第一折射率的第一組膜層，它與具有第二折射率的第二組膜層相互交插。第一和第二折射率數(shù)值以及第一組和第二組膜層的厚度應(yīng)當(dāng)選擇為使得多層薄膜的相位延遲與液晶層的相位延遲大小相等但符號(hào)相反。在圖5中畫(huà)出了多層薄膜430的放大截面?zhèn)纫晥D。圖中示出具有第一厚度d1的第一組膜層432、434、436……，以及具有第二厚度d2的第二組膜層438、440、442……。光學(xué)薄膜領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚，為了有效地表示出本發(fā)明的概念，膜層的厚度相對(duì)于多層薄膜的實(shí)際尺寸來(lái)說(shuō)被夸大了，而且畫(huà)出的膜層數(shù)目低于在實(shí)際的多層薄膜中一般采用的數(shù)目，如多層薄膜中部的虛線所示。
盡管這里給出的最佳實(shí)施例中包括一種由二種光學(xué)材料構(gòu)成的二組交替膜層形成的多層薄膜補(bǔ)償器，但本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，多層薄膜補(bǔ)償器的概念也可應(yīng)用于更復(fù)雜的多層薄膜結(jié)構(gòu)，它可包括由三種或更多種材料構(gòu)成的周期膜層結(jié)構(gòu)，或者其中某種材料的不同膜層厚度不同。此外，本發(fā)明的概念可應(yīng)用于反射型及透射型液晶顯示器。
另一種可采用本發(fā)明的液晶顯示器是超扭曲向列型器件，它對(duì)電壓的反應(yīng)特性使得它可通過(guò)簡(jiǎn)單的倍增來(lái)尋址，從而避免了主動(dòng)陣列尋址帶來(lái)的成本及制作上的困難。超扭曲結(jié)構(gòu)是通過(guò)在向列型液晶材料中摻入手性添加劑而得到的，它使器件有270°的總扭曲。超扭曲向列型器件一般用于常黑結(jié)構(gòu)中，它經(jīng)常采用上述用于常黑顯示器的補(bǔ)償技術(shù)。然而這種器件也可以在常白方式下工作，這種常白超扭曲顯示器可通過(guò)附加本發(fā)明的多層薄膜補(bǔ)償器來(lái)增強(qiáng)視場(chǎng)。進(jìn)而，本發(fā)明的補(bǔ)償機(jī)制可應(yīng)用于任何一種以同向排列狀態(tài)為其部分工作狀態(tài)的液晶顯示器中。其它類(lèi)型的液晶顯示器，例如鐵電型液晶顯示器則可通過(guò)本發(fā)明在具有C-軸對(duì)稱(chēng)性的排列狀態(tài)下獲得寬視場(chǎng)而得以改進(jìn)。
上面介紹了本發(fā)明的最佳實(shí)施例。但對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，改進(jìn)及其它實(shí)施例都是顯而易見(jiàn)的。例如，另一種實(shí)施例可采用分層介質(zhì)作為顯示器的一個(gè)基板。本發(fā)明也可用于彩色顯示器，其中濾色器置于顯示器的電極陣列。此外，可用等效元件替代這里給出的元件，其部分或相互關(guān)系可以顛倒或交換，而且本發(fā)明的某些特征可以單獨(dú)使用。另外，液晶顯示器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，例如主動(dòng)陣列尋址電路在此設(shè)有進(jìn)行介紹是由于這些細(xì)節(jié)是液晶顯示領(lǐng)域公知的。相應(yīng)地，實(shí)施例僅為示意性而非排它性的，而權(quán)利要求更進(jìn)一步指出本發(fā)明的全部范圍。
上文未堤及的本發(fā)明的參考文獻(xiàn)Kaneko，Lipuid-CrystalMatrixDisplays，inAdvancesinImagePickupandDisplay，Volume4，Pages2-86(B.Kazaned.1981)
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示器，包括一個(gè)起偏層；一個(gè)檢偏層；一個(gè)置于起偏層和檢偏層之間的液晶層；一個(gè)靠近液晶層第一主表面的第一電極；一個(gè)靠近液晶層第二主表面的第二電極；在將第一和第二電極接到電壓源上時(shí)它們可施加一個(gè)穿過(guò)液晶層的電壓；一個(gè)置于起偏層和檢偏層之間的多層薄膜補(bǔ)償器，包括具有第一折射率及第一厚度的第一組膜層，它與具有第二折射率及第二厚度的第二組膜層相互交插，第一和第二折射率和厚度的數(shù)值使得在一定的視角范圍內(nèi)由多層膜產(chǎn)生的相位延遲與同向排列狀態(tài)的液晶層產(chǎn)生的相位延遲大小相等而符號(hào)相反。
2.如權(quán)利要求1的顯示器，其特征在于液晶層厚度為dL，其雙折射為△nL;而多層薄膜厚度為dC，雙折射為△nC;則有｜△nL｜dL＝｜△nC｜dC。
3.如權(quán)利要求2的顯示器，其特征在于液晶層O光折射率為noL，e光折射率為neL;而多層薄膜的O光折射率為noC，其e光折射率為neC;則有neC＝noL;noC＝neL;dL＝dC.
4.如權(quán)利要求2的顯示器，其特征在于多層薄膜的等效折射率滿(mǎn)足下式
其中no是多層薄膜的等效O光折射率，ne是多層薄膜的等效e光折射率，n1為第一折射率，n2為第二折射率，d1為第一厚度，d2為第二厚度，而∧＝d1+d2為多層薄膜的周期。
5.一種液晶顯示器，包括起偏層，檢偏層，置于起偏層和檢偏層之間的液晶層，靠近液晶層第一主表面和第一電極，靠近液晶層第二主表面的第二電極，在將第一電極和第二電極接到電壓源上后它們可以施加穿過(guò)液晶層的電壓，其改進(jìn)包括一個(gè)置于起偏層及檢偏層之間的多層薄膜補(bǔ)償器，包括具有第一折射率及第一厚度的第一組膜層，它與具有第二折射率及第二厚度的第二組膜層相互交插，第一和第二折射率和厚度的數(shù)值使得在一定視角范圍內(nèi)由多層薄膜產(chǎn)生的相位延遲與同向排列狀態(tài)下的液晶層產(chǎn)生的相位延遲大小相等而符號(hào)相反。
6.如權(quán)利要求5的顯示器，其特征在于液晶層的厚度為dL，其雙折射為△nL;而多層薄膜的厚度為dC，雙折射為△nC;則｜△nL｜dL＝｜△nC｜dC。
7.如權(quán)利要求6的顯示器，其特征在于液晶層O光折射率為noL，其e光折射率為neL;多層薄膜的O光折射率為noC，其e光折射率為neC;則有neC＝noL;noC＝neL;dL＝dC.
8.如權(quán)利要求6的顯示器，其特征在于多層薄膜的等效折射率滿(mǎn)足下式
其中no為多層薄膜的等效O光折射率，ne為多層薄膜的等效e光折射率，n1為第一折射率，n2為第二折射率，d1為第一厚度，d2為第二厚度，而∧＝d1+d2為多層薄膜的周期。
9.一種補(bǔ)償液晶顯示器中相位延遲的方法，該顯示器包括一個(gè)起偏器，一個(gè)檢偏器，置于起偏器和檢偏器之間的液晶層，靠近液晶層第一主表面的第一電極，靠近液晶層第二主表面的第二電極，在將第一和第二電極接到電壓源上后它們可施加穿過(guò)液晶層的電壓，該方法包括以下步驟將多層薄膜補(bǔ)償器置于起偏層和檢偏層之間，該多層薄膜補(bǔ)償器包括具有第一折射率和第一厚度的第一組膜層，它與具有第二折射率和第二厚度的第二組膜層相互交插，第一和第二折射率和厚度的數(shù)值使得在一定的視角范圍內(nèi)由多層薄膜產(chǎn)生的相位延遲與同向排列狀態(tài)的液晶層產(chǎn)生的相位延遲大小相等而符號(hào)相反。
10.如權(quán)利要求9的方法，其特征在于液晶層厚度為dL，其雙折射為△nL;多層薄膜的厚度為dC，雙折射為△nC;則｜△nL｜dL＝｜△nC｜dC。
11.如權(quán)利要求10的方法，其特征在于液晶層的O光折射率為noL，e光折射率為neL，而多層薄膜的O光折射率為noC，而e光折射率為neC;則有neC＝noL;noC＝neL;dL＝dC.
12.如權(quán)利要求10的方法，其特征在于對(duì)第一和第二折射率及厚度進(jìn)行選擇以使其滿(mǎn)足下式n02=d1∧n12+d2∧n221ne2=d1∧1nI2+d2∧1n22]]>其中no為多層薄膜的等效O光折射率，ne為多層薄膜的等效e光折射率，n1為第一折射率，n2為第二折射率，d1為第一厚度，d2為第二厚度，而∧＝d1+d2為多層薄膜的周期。
全文摘要
液晶顯示器包括起偏層，檢偏器，它們之間的液晶層，靠近液晶層第一主表面的第一電極及靠近液晶層第二主表面的第二電極。將第一和第二電極接在電壓源上后可施加穿過(guò)液晶層的電壓。在起偏器和檢偏器之間設(shè)置多層薄膜補(bǔ)償器，它包括具有第一折射率和第一厚度的第一組膜層，它與具有第二折射率和第二厚度的第二組膜層相互交插。第一和第二折射率及厚度數(shù)值使得在一定視角范圍內(nèi)由多層薄膜產(chǎn)生的相位延遲與同向排列的液晶層所產(chǎn)生的大小相等符號(hào)相反。
文檔編號(hào)G02F1/133GK1090651SQ93102538
公開(kāi)日1994年8月10日 申請(qǐng)日期1993年2月2日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月2日
發(fā)明者波齊·A·耶赫, 威廉·J·鞏寧, 小約翰·P·艾波倫, 毛森·克霍什那姍 申請(qǐng)人:洛克威爾國(guó)際有限公司