CN101539685B - 液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液晶显示装置及其制造方法。本发明公开了在透射以及透射反射显示器中的宽视角圆偏振器的装置、设备、系统和方法。一种液晶显示构造可以包括两个堆叠的圆偏振器、液晶层、和在圆偏振器之一与液晶层之间的补偿器以部分地或完全地补偿该液晶层。一个圆偏振器由线偏振器和单轴四分之一波片形成，另一个圆偏振器由线偏振器、单轴四分之一波片和插在它们之间的双轴膜形成。本发明的实施例可以获得宽视角的圆偏振器。

Description

液晶显示装置及其制造方法

技术领域

本发明实施例涉及圆偏振器的设计，更具体地，涉及透射和/或透射反射(transflective)液晶显示器中宽视角圆偏振器的设备、装置、系统和方法。

背景技术

液晶显示器(LCD)被广泛地应用于电视、台式监视器、笔记本和便携电子设备，这归因于其尺寸紧凑、重量轻、图像质量高并且功率消耗低。对于LCD，宽视角和高亮度(高的光效率)是两个需求。此外，在一些LCD应用中，面板可能具有透射和反射功能以获得室内和室外的可读性，该LCD被主要称作透射反射LCD。

目前，对于透射和透射反射LCD，多畴垂直配向(multi-domain verticalalignment，MVA)已经变成了主流宽视角显示技术。在如图1(像素的截面图)所示的MVA单元中，液晶分子118夹在两块玻璃基板110a和110b之间，并当下电极112a和上电极112b之间未施加电压时，初始配向大体垂直于基板。MVA单元120进一步插在两个线偏振器100a和100b之间。在上基板110b上，形成突起116，使附近的液晶分子具有小的预取向。在下基板110a上，在电极112a上开狭缝114。当上和下电极之间施加高电压时，由于狭缝和突起，将产生图1B中短划线122所示的电场。因此，狭缝左侧和右侧的液晶分子将向不同的方向倾斜，形成x-z平面内的双畴分布。为了进一步扩展视角，为MVA开发人字形的突起和狭缝结构，如图1C所示(像素的俯视图，在x-z平面内)。这里，形成在上基板上的突起116和形成在下基板上的狭缝114在x-y平面内具有两个部分：一个在上半x-y平面内，另一个在下半x-y平面内。因此，液晶分子被分布在四个主要的畴中：130和132在下部分中，134和136在上部分中。该四畴结构以45°、135°、225°和315°形成，如图1D所示。两个线偏振器的透射轴150a和150b设定在0°和90°，以获得最大光效率。

在正交的线偏振器条件下，具有总相位延迟值δ并且其光轴在相对于一个线偏振器的透射轴的角度φ的延迟膜的透射率表示为：

$T={\sin }^2\left(2\mathrm{\φ}\right){\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\δ}}{2}\right)---\left(1\right)$

因此，透射度极大取决于液晶畴的取向角φ。由方程(1)，T在

135°、225°和315°具有最大值。然而，在传统MVA单元的电压开启状态下，在如图1C所示的畴过渡区域140中的液晶分子将不会沿着四个主要方向(45°、135°、225°和315°)被严格地限制。因此，与具有使用平面电极的单畴的传统扭曲向列LCD相比，正交的线偏振器条件下的MVA单元的光效率降低。另一方面，当使用圆偏振器，MVA单元的透射率将仅仅依赖于相位延迟值，如：

$T={\sin }^2\left(\frac{\mathrm{\δ}}{2}\right)$

因此，在畴过渡区域140中的这些分子也将有助于整个透射率，导致更高的光效率。

传统显示器201的示意性结构示于图2A。典型的圆偏振器280a(或280b)包括线偏振器200a(或200b)和四分之一波片(quarter-wave plate)260a(或260b)，该四分之一波片260a(或260b)具有相对于线偏振器的透射轴沿45°配向的光轴。两个四分之一波片通常由相同类型的单轴A片制成，例如正单轴A片或负A片。在这样的构造条件下，当没有电压施加至MVA单元时，如图2B所示，液晶分子218全部垂直配向，在垂直方向没有显示出相位延迟。来自于下背光单元290的入射光将首先变成平行于下偏振器200a的透射轴201a的线偏振光205；在第一四分之一波片260a的光轴离透射轴210a为45°的情形，线偏振光205将随后被转变成具有第一手性(即，左旋圆偏振)的圆偏振光215。光215在穿过垂直配向液晶单元220后仍保持其偏振状态。然后，上四分之一波片260b将光215转变回线偏振光215，该偏振光215的偏振方向垂直于上线偏振器200b的透射轴201b，从而该偏振光215被遮挡，导致黑的状态。

另一方面，如图2C所示，当高电压施加至液晶单元220时，全部液晶分子将向下倾斜，使得单元220像半波片一样工作。在这样的条件下，来自于下圆偏振器280a的具有第一手性(例如，左旋圆偏振)的圆偏振光215将被转变为具有第二手性(例如，右旋圆偏振)的圆偏振光235。上四分之一波片进一步将具有第二手性的光235转变成线偏振光245，该偏振光245的偏振方向平行于上线偏振器200b的透射轴201b，导致亮的状态。

然而，在这样的条件下，只有正入射，该设计中的圆偏振器才可以产生最小化的光泄漏。当观察离轴入射时，光泄漏严重并且由两个原因导致：1)两个正交线偏振器的有效角度的改变，即，在大多数的离轴观察方向下和上线偏振器的透射轴将不再彼此垂直；2)来自于两个相同类型的单轴四分之一波片的不能补偿的离轴相位延迟。可以通过在鲍英卡勒偏振球(Poincarésphere)上迹线穿过该系统的入射光的偏振状态来描述光泄漏的原因。

在该类型的正交圆偏振器中，离轴光泄漏严重。仅仅来自于两个圆偏振器的这样的光泄漏就可以在35°附近达到1％，在60°附近达到10％，这使MVA的视角(定义为圆锥形，具有对比率≥10∶1)变窄至60°，这对于要求宽视角的LCD来说是不够的。

其它结构使用多个双轴膜来扩展视角。然而，这些膜会使得这样的设计更复杂，成本更高，并且难以精确控制双轴膜的形成。

另一方面，多畴垂直配向(MVA)也被广泛的用于透射反射LCD，其中采用圆偏振器来实现反射模式的黑状态。如图3所示，具有分开的透射区域495a和反射区域495b的透射反射MVA单元496被夹在两个圆偏振器490a和490b之间。因此，透射部分495a也被夹在两个圆偏振器之间。

基于上述的分析，目前关于圆偏振器结构的方法并不能满足使用多畴垂直配向液晶的具有宽视角的透射及透射反射显示器。

发明内容

实施例将提供可以使透射和透射反射液晶显示器具有宽视角的圆偏振器的设备、装置、系统和方法。该设备、装置、系统和方法也可以提高使用多畴垂直配向液晶的液晶显示器的亮度。

根据本发明的实施例，提供了一种液晶显示装置。该液晶显示装置包括：第一圆偏振器，包括第一线偏振器和第一四分之一波片；第二圆偏振器，包括第二线偏振器、双轴膜和第二四分之一波片，该双轴膜插在该第二线偏振器和该第二四分之一波片之间；液晶单元，插在该第一圆偏振器和该第二圆偏振器之间；至少一个光延迟补偿器，配置在该第一圆偏振器和该第二圆偏振器之间，其中该光延迟补偿器要部分地补偿该液晶单元的相位延迟。该第一线偏振器和该第二线偏振器具有彼此基本垂直的吸收轴，该第一四分之一波片和该第二四分之一波片由具有光折射率n_x、n_y和n_z的单轴A膜形成，且该第一四分之一波片的光轴n_x基本垂直于该第二四分之一波片的光轴n_x，并且该双轴膜具有光折射率n_x≠n_y≠n_z。

本发明进一步的目标和优势将从下面对优选实施例的详细描述而变得显而易见，其中优选实施例在附图中被示意性地示出。

附图说明

图1A是现有技术的多畴垂直配向液晶单元在截止状态的截面视图。

图1B是现有技术的多畴垂直配向液晶单元在导通状态的截面视图。

图1C是现有技术的多畴垂直配向液晶单元的俯视图。

图1D是多畴的图示。

图2A是MVA单元的圆偏振器的传统结构。

图2B示出黑的状态的机制。

图2C示出亮的状态的机制。

图3是透射反射MVA单元的圆偏振器的示意性结构。

图4A是本发明第一实施例的MVA单元的圆偏振器的示意性结构。

图4B示出第一实施例中每个层的光轴取向。

图5A示出第一实施例的黑的状态的机制。

图5B示出第一实施例的亮的状态的机制。

图6示出观察方向定义。

图7A示出在一个离轴方向的第一实施例的补偿机制。

图7B示出在另一个离轴方向的第一实施例的补偿机制。

图8A是角光泄漏(angular light leakage)。

图8B是角对比率(angular contrast ratio)。

图9示出在一个离轴方向的第一实施例的补偿机制。

图10示出角光泄漏。

图11是一个单轴膜的光谱相位延迟值。

图12是应用至具有透射和反射功能的透射反射MVA单元的圆偏振器的示意性结构。

图13是本发明第二实施例的MVA单元的圆偏振器的示意性结构。

图14A示出在一个离轴方向的第二实施例的补偿机制。

图14B示出在另一个离轴方向的第二实施例的补偿机制。

图15A是角光泄漏。

图15B是角光泄漏。

图16是本发明另一个实施例的MVA单元的圆偏振器的示意性结构。

图17是根据本发明实施例的方法的流程示意图。

具体实施方式

在详细解释本发明披露的实施例之前，可以理解的是本发明在其应用方面不局限于所示的具体布置细节，因为本发明还可以有其它实施方式。同样地，这里使用的术语是出于描述的目的，而不是限定的目的。

实施例1

图4A是MVA型LCD的宽视角圆偏振器构造510的第一实施例的截面示意图。MVA LCD单元520可以包括两个玻璃基板、垂直配向液晶层、和电极，其细节并未在图4A的实施例中示出。为了能够获得不同的灰度，例如转换电路的转换装置可以耦合至LCD单元520，在大体零和半波片值之间转换液晶层的相位延迟。液晶单元520可以夹在第一圆偏振器580a和第二圆偏振器580b之间，其中第一圆偏振器580a包括第一线偏振器500a和第一单轴膜基四分之一波片560a，第二圆偏振器580b包括第二线偏振器500b、第二单轴膜基四分之一波片560b、和夹在第二线偏振器500b和第二四分之一波片560b之间的双轴膜570。

双轴膜570可以用来补偿离轴光泄漏，并可以具有等于 $N_z=\frac{n_x-n_z}{n_x-n_y}$ 的Nz系数，其中n_x、n_y、和n_z是主坐标中的折射率，在该主坐标中z轴垂直于支撑玻璃基板(和圆偏振器)。双轴膜570可以由二维拉伸的聚合膜制成，并可以具有与第一线偏振器500a和第二线偏振器500b的吸收轴之一平行配向的n_x轴。线偏振器500a和500b可以包括分色聚合物膜，例如聚乙烯醇基膜。负的双折射C膜550(其中n_x、n_y＞n_z，即，(n_x+n_y)/2＞n_z，并且Δn_c＝n_z-(n_x+n_y)/2)插在MVA单元520(相似于正C膜，其中n_x＝n_y＜n_z，并且Δn＝n_z-n_x)和第二圆偏振器580b之间，部分地补偿来自于MVA LC单元的相位延迟。LCD面板由背光单元590照亮。

每个层的光轴配向示于图4B。第一线偏振器500a的透射轴501a设定为零度，作为基准方向，第二线偏振器500b的透射轴501b设定为垂直于第一线偏振器的透射轴。第一单轴四分之一波片560a和第二单轴四分之一波片560b都由相同类型的单轴膜制成，例如具有拉伸的聚合物膜的聚合物层或者均匀的液晶膜。根据膜的类型，两个膜可以是正单轴A膜，n_x＞n_y＝n_z，或者两个膜可以是负A膜，n_x＜n_y＝n_z。这样的单轴四分之一波片可以具有450nm至600nm范围内的中心波长。这里，第一和第二四分之一波片彼此垂直，并且同时每个四分之一波片具有光轴，该光轴离同一圆偏振器组中的线偏振器的透射轴大约45°。更具体地，第一四分之一波片560a的光轴561a设定为约45°，第二四分之一波片560b的光轴561b设定为约135°，离上线偏振器500b的透射轴501b大约45°。双轴膜570的n_x轴571设定为0°，垂直于上线偏振器500b的透射轴501b。

根据本发明的一个实施例，当没有电压施加至MVA LC单元时，液晶分子大体垂直于玻璃基板。也就是，液晶层是具有负介电各向异性的垂直配向液晶单元，其中液晶分子大体垂直于基板地初始配向。因此，正入射光将经历可忽略的相位延迟。正如图5A所示，当来自下背光单元590的入射光穿过第一线偏振器时，它将变成与第一线偏振器500a的透射轴501a平行的线偏振光505；在它透射过第一四分之一波片560a后，它将变成左旋圆偏振光515；由于正入射时来自LC单元(相似于正C膜，其中n_x＝n_y＜n_z，并且Δn＝n_z-n_x)和负C片(其中n_x、n_y＞n_z，即，(n_x+n_y)/2＞n_z，并且Δn_c＝n_z-(n_x+n_y)/2)的可忽略的相位延迟，左旋圆偏振光515将一直保持其手性到第二四分之一波片506b，并将被第二四分之一波片506b改变回到垂直于上线偏振器500b的透射轴的线偏振光525，并由此被遮挡导致黑的状态。

当高电压经由薄膜晶体管(TFT)阵列(这里未示出)施加至液晶单元，使其等效于约半波片时，单元将呈现白的状态。正如图5B所示，穿过下线偏振器的来自背光590的入射光将具有第一线偏振状态，成为光505；在它穿过第一四分之一波片560a后，它将变成第一左旋圆偏振光515；并且该左旋圆偏振光515将被液晶单元变成右旋圆偏振光535；并且当它透射上四分之一波片560b时，它变成平行于上偏振器500b的透射轴的线偏振光545，从而实现亮的状态。这里，在两个正入射的情形下，到达双轴膜570下表面的光的偏振状态为平行于或垂直于双轴膜的n_x轴，从而其对处于这些偏振状态的光的偏振改变没有影响。

图6示出对于观察者来说光的观察方向511定义。在显示器510的不同方位角方向ψ_inc和极角方向θ_inc，观察者将看到光的不同偏振变化。如上所述，两个原因导致光从使用圆偏振器的MVA单元泄漏：1)下和上线偏振器的有效角变化；和2)来自于两个四分之一波片的离轴延迟。为了最小的光泄漏，ψ_inc＝0°和ψ_inc＝-45°的两个不同方向的补偿需要被考虑。

本发明采用如下方法来抑制显示器510的离轴光泄漏。这里，两个四分之一波片560a和560b设定为彼此垂直。当在ψ_inc＝0°且θ_inc＝70°的方向观察时，下偏振器500a的透射轴和上线偏振器500b的吸收轴在任何极角都相互垂直。然而，两个四分之一波片的光轴在该离轴方向不再彼此垂直，这成为光泄漏的主要原因。在本实施例中，液晶单元520和负C片550一起工作以补偿两个四分之一波片的该相对的角变化。当在ψ_inc＝0°且θ_inc＝70°的方向观察时，鲍英卡勒偏振球上的偏振变化示于图7A。在该方向，位于点T的下线偏振器的透射轴和位于点A的上线偏振器的吸收轴在鲍英卡勒偏振球上彼此交叠。在此情形下，穿过第一线偏振器500a的光将具有位于T的偏振状态，然后被四分之一波片560a移动至点B；液晶层520和负C膜550(负C膜设计为部分地补偿来自于液晶层的相位差)一起像正C膜地工作，这将光从位于B点的偏振状态转移至点C；最后上四分之一波片560b将光从点C移动至点A。在该方向，上双轴膜的n_x轴与点A和点T交叠，它将不会改变具有位于点A的偏振方向的光的偏振状态。因此，该方向的光泄漏被显著地抑制。

这里，对于本实施例，四分之一波片定中心于550nm。由上面的分析，负C片550从而部分地消除来自于MVA单元520的相位延迟，并当液晶单元和负C膜一起像正C片(其中，n_x＝n_y＜n_z，并且Δn＝n_z-n_x)地工作时，光泄漏在该方向被最小化，该正C片的全部相位延迟dΔn/λ在大约0.1到0.2之间。液晶单元的相位延迟值可以由亮状态的需要来决定。在亮状态，液晶单元应该像半波片地工作。对于典型的MVA单元，位于边界的液晶分子不能被预设的导通状态的施加电压完全地倾斜。因此，LC单元的初始相位延迟值dΔn/λ(其中，Δn＝n_e-n_o，n_e和n_o是液晶材料的非寻常折射率和寻常折射率，λ是入射光的波长)不会被设定为精确的半波片，例如，dΔn/λ＝1/2或者对于λ＝550nm，dΔn＝275nm。通常地，MVA单元将具有大约0.45到0.70的初始dΔn_l/λ，或者λ＝550nm时，dΔn_l在大约247.5nm到385nm之间。以上述的LC单元延迟，负C膜(其中n_x、n_y＞n_z，即，(n_x+n_y)/2＞n_z，并且Δn_c＝n_z-(n_x+n_y)/2)的相位延迟dΔn_c/λ被设定在大约-0.60到-0.25之间(或者，λ＝550nm时，dΔn在大约-330到-137.5nm之间)，以确保液晶单元和负C膜的整体相位延迟相似于正C片(其中n_x＝n_y＜n_z，并且Δn＝n_z-n_x)，dΔn/λ在大约0.1到0.2之间，即，相位延迟值的比，也就是负C片的相位延迟dΔn绝对值比LC层的相位延迟绝对值在55.6％到85.7％的范围。这些数字的总结列于表1中。

表I

LC单元的dΔnl/λ*	0.70	0.45
			LC单元的dΔnl *	385nm	247.5nm
负C片的dΔnc/λ(dΔnc＝[nz-(nx+ny)/2]×d)*	-0.60到-0.50	-0.35到-0.25
			负C片的dΔnc(dΔnc＝[nz-(nx+ny)/2]×d)*	-330nm到-275nm	-192.5nm到-137.5nm
负C片的Rth/LC单元的Δnd(％)(Rth(nm)＝[(nx+ny)/2-nz]×d)	71.4％到85.7％	55.6％到77.8％
			组合相位延迟值Δnd/λ*	0.1到0.2	0.1到0.2
剩余Δnd/LC单元的Δnd(％)	14.3％到28.6％	22.2％到44.4％

^*：在λ＝550nm

另一方面，当从ψ_inc＝-45°且θ_inc＝70°的方向观察时，这两个单轴四分之一波片将一直彼此垂直，它们本身就可以部分地补偿它们的离轴相位延迟；并且两个线偏振器的有效角变化是光泄漏的主要原因。在ψ_inc＝-45°且θ_inc＝70°的方向，穿过显示器510的入射光的相位变化示于图7B中。在该方向，下线偏振器的透射轴由鲍英卡勒偏振球上的点T表示，而上线偏振器的吸收轴由点A表示。这两个点彼此分离。在本实施例中，通过包括双轴膜570，该膜构造将自动补偿该差别并抑制可能的光泄漏。穿过第一线偏振器500a的光将具有位于点T的第一线偏振状态；它然后被第一四分之一波片560a移动至点B。液晶单元520、随后的负C膜550、和第二四分之一波片560b一起将光从点B改变回到点C；最后双轴膜570将光从点C移动到为上线偏振器500b的吸收方向的点A。从而，该方向的光泄漏也能被很好地抑制。

从该偏振迹线，一旦两个四分之一波片、液晶单元、及负C膜的相位延迟值被固定，则点C的位置也将固定。从而双轴膜570的参数可以调节为将光从点C移动至点A。对于图7B中弧AC的形状，双轴膜570的优化参数为：Nz系数( $\mathrm{Nz}=\frac{n_x-n_z}{n_x-n_y}$ )大约为0.35、面内延迟d(n_x-n_y)/λ大约为0.35、并且n_x＞n_y，尽管本发明的范围不局限于此。在各实施例中，液晶单元是透射液晶单元，其中液晶显示设备的图像由背光单元照亮。

图8A示出本实施例的角光泄漏。可以看出，在整个观察圆锥上，0.001的光泄漏(标准化至两块平行线偏振器之间的最大透射率)扩展至超过60°，最大光泄漏小于0.0012。图8B示出本实施例的等对比度(iso-contrast)图，其中在整个观察圆锥上实现了大于100∶1的对比率。

然而，双轴膜可以有另一个方案，将光从点C沿另一个方向移动至点A。如果n_x＜n_y，通过设定Nz系数( $\mathrm{Nz}=\frac{n_x-n_z}{n_x-n_y}$ )大约为0.35、而面内延迟d(n_x-n_y)/λ大约为0.65，则上双轴膜可以将光从点C沿着与图7B相比相反的方向旋转至点A。在鲍英卡勒偏振球上的偏振变化迹线示于图9中，且其对应的角光泄漏示于图10中，其中也可以实现小的光泄漏。

除了该设计的宽视角之外，在圆偏振器下的MVA单元的亮度也被显著改善。它产生大约30.5％的整体透射率，相比于使用单独的正交线偏振器时的23.3％的值。

此外，这里在图4B中，第一四分之一波片560a的光轴561a也可以设定为-45°，这是在下线偏振器500a的透射轴501a之后的45°。相应地，第二四分之一波片560b的光轴561b设定为45°，这是在上线偏振器500b的透射轴501b之后的45°。在这样的条件下，也可以得到圆偏振，一旦光穿过线偏振器和随后的四分之一波片。

这里，使用负C膜550(其中n_x、n_y＞n_z，即，(n_x+n_y)/2＞n_z，并且Δn_c＝n_z-(n_x+n_y)/2)以使得LC层(LC层相似于正C膜，其中n_x＝n_y＜n_z，并且Δn＝n_z-n_x)和负C膜一起具有相似于正C膜(其中n_x＝n_y＜n_z，并且Δn＝n_z-n_x)的整体相位延迟。因此，负C膜不局限于仅仅放置在MVA单元520和上圆偏振器580b之间；此外它也不局限于仅有一个C膜，也可以添加在MVA单元下方的附加的C膜，只要来自于这些C膜和液晶层的整体相位延迟接近于上述的优化值。

可以以不同的方式选择用于显示的部件。作为一个实例，可以首先选择液晶单元、四分之一波片和双轴膜，然后相应地选择负C片。另一个选择方式是首先选择液晶单元、四分之一波片和负C片，然后选择双轴膜。我们可以使用定中心于550nm的相同的四分之一波片。例如，图11示出了单轴膜的延迟值和波长之间的关系。液晶单元的相位延迟值可以由亮状态的需要来决定。在亮状态时，液晶单元应该相似于半波片地工作。对于商业MVA单元(例如由Merck提供的Δn_l＝0.0934的液晶材料，并且单元间隙为4μm)，将具有初始dΔn_l/λ大约为0.679，λ＝550nm时dΔn_l为373.6nm。当然，本领域的技术人员可以调节同一液晶材料的单元间隙以获得不同的MVA单元的延迟值(例如，当该液晶材料的单元间隙通常为4.0～4.2±0.05μm时，dΔn_l/λ将从0.671到0.721)。例如，商业单轴膜(例如，Sumitomo’s S-sina系列，Zeonor)具有初始dΔn_A/λ大约为0.255(140nm/550nm)，这是λ＝550nm时dΔn_A＝R₀＝(n_x-n_y)×d＝140nm(550nm时n_x＝1.5358，n_y＝1.5316，n_z＝1.5316)。商业双轴膜(例如，Nitto的涂层C系列)具有初始面内延迟dΔn_b/λ大约为0.491(270nm/550nm)，其中λ＝550nm时dΔn_b＝270nm，Nz系数( $\mathrm{Nz}=\frac{n_x-n_z}{n_x-n_y}$ )大约为0.5。

一旦两个四分之一波片、液晶单元和双轴膜的相位延迟值固定，则负C片的厚度调节可以被优化以对于显示器来说在不同的视角获得最佳的对比率。负C膜550的优化参数是R_thnm(R_th＝[(n_x+n_y)/2-n_z]×d)大约为242nm，面内延迟R_th/λ大约为0.44(242/550)。在各种实施例中，液晶单元是透射液晶单元，其中背光单元照亮液晶显示装置的图像。以上述的LC单元延迟，负C膜(其中n_x、n_y＞n_z，即，(n_x+n_y)/2＞n_z，并且Δn_c＝n_z-(n_x+n_y)/2)的相位延迟dΔn_c/λ被设定在大约-0.645到-0.3之间(或者，在λ＝550nm时dΔn_c大约在-355到-165nm之间)以确保液晶装置在85°的整体对比率大于10，例如可使用的配置。同样地，负C膜的相位延迟dΔn_c/λ被设定在大约-0.40到-0.48之间(或者，在λ＝550nm时dΔn_c大约在-265到-218之间)以确保液晶装置在所有的视角的整体对比率都大于10，例如建议的配置。另外，负C膜的相位延迟dΔn_c/λ被设定在-0.44(或者，在λ＝550nm时dΔn_c大约在-242nm)以使得液晶装置的在所有视角的整体对比率都大于18并且液晶装置在85°的整体对比率大于30，例如最优配置。因此，由上述讨论，液晶单元和负C膜的整体相位延迟相似于正C片(其中，n_x＝n_y＜n_z，并且/Δn＝n_z-n_x)，dΔn/λ大约在0.03到0.38之间，即相位延迟值的比率，也就是负C片的相位延迟dΔn绝对值比LC层的相位延迟绝对值，在～44％到95％的范围。这些条件及相应数字的总结列于表II中。

表II

	可用配置	建议配置	最优配置	建议配置	可用配置
						负C片的厚度(μm)	6	4.5	4.1	3.7	2.8
负C片的dΔnc/λ(dΔnc＝[nz-(nx+ny)/2]×d)*	-0.645	-0.482	-0.44	-0.396	-0.3
						负C片的Rth(Rth(nm)＝[(nx+ny)/2-nz]×d)	355	265	242	218	165
负C片的Rth/LC单元的Δnld(％)	95％	71％	65％	58％	44％
						来自于负C片和LC单元的整体剩余Δnd(nm)	18.6	108.6	131.6	155.6	208.6
组合相位延迟值Δnd/λ(550nm时)	0.03	0.2	0.24	0.28	0.38
						剩余Δnd/LC单元的Δnd(％)	5％	29％	34％	42％	56％

^*对于双轴膜：R₀＝(n_x-n_y)×d＝270nm；N_Z＝(n_x-n_z)/(n_x-n_y)＝0.5；

第二单轴膜基四分之一波片：R₀＝(n_x-n_y)×d＝140nm；

LC单元：550nm时Δn_ld＝373.6nm，以及

第一单轴膜基四分之一波片：R₀＝(n_x-n_y)×d＝140nm。

根据表I和表II中的上述描述，在550nm的波长时，具有从247.5nm到392.3nm的Δnd的不同LC单元，负C膜(其中n_x、n_y＞n_z，即，(n_x+n_y)/2＞n_z，并且Δn_c＝n_z-(n_x+n_y)/2)的相位延迟dΔn_c/λ将被设定在从-0.645到-0.25以确保宽的视角。这里，对于550nm时具有从355到137.5nm的R_th的负C片，可以具有不同的建议条件。并且负C片部分地消除LC单元的相位延迟，使得它们一起在显示器中相似于正C片。

此外，MVA液晶单元也可以是具有透射和反射功能的透射反射液晶单元，其中通常地通过添加反射器至液晶层的底表面来实现反射功能。具体的显示器构造示于图12，其中每个小的像素区被分成透射区511a和具有金属反射器530的反射区511b。在这样的情形下，上圆偏振器对于反射模式(当图像由背景光显示时)可以产生常黑状态。当没有电压施加至液晶单元520时，所有的分子基本上都垂直于基板，导致正入射时的可忽略相位延迟。在来自于观察者侧的入射背景光透过上线偏振器500b之后，它首先变成具有平行于上线偏振器的透射轴501b的偏振的线偏振光。在它穿过上四分之一波片560b之后，它变成第一圆偏振光。这里，双轴膜对于线偏振入射光没有影响，这是由于双轴膜的n_x垂直于透射轴501b的事实。在正入射时，光穿过C膜和液晶单元经历可忽略的相位延迟，从而一直保持圆偏振，直到反射器的表面。金属反射器530将反射入射光并反转入射圆偏振光的手性(例如，从左手性至右手性，反之亦然，但是传播方向也被反转)。在它被反射回上四分之一波片560b并再次透过上四分之一波片560b之后，它将被转变成平行于上线偏振器500b的吸收方向的线偏振光，由此被阻挡，并导致反射模式的黑状态。另一方面，如果LC层调节为显示出等效于四分之一波片的相位变化，来自于上圆偏振器580b的入射圆偏振光(作为第一圆偏振)将在它到达反射器表面之前被液晶层转变成线偏振光。一旦它被反射器反射回液晶层520并穿过液晶层520，它将被转变回到圆偏振状态，其中在穿过上四分之一波片之后，该圆偏振转变成平行于上线偏振器的透射轴的线偏振。因此，该反射光可以透过上圆偏振器以获得亮的状态。

实施例2

在如图13所示的本发明的第二实施例中，显示器610具有被负C膜650(其中n_x、n_y＞n_z，即，(n_x+n_y)/2＞n_z，并且Δn_c＝n_z-(n_x+n_y)/2)补偿的MVA单元620(包括两个玻璃基板和垂直配向液晶层，并且该LC层相似于正C片地工作，其中n_x＝n_y＜n_z，并且Δn＝n_z-n_x)。液晶层和C膜夹在第一圆偏振器680a和第二圆偏振器680b之间。第一圆偏振器680a包括第一线偏振器600a和单轴四分之一波片660a，第二圆偏振器包括第二线偏振器600b、双轴膜670和第二单轴四分之一波片660b。第一偏振器600a的透射轴601a被设定为0°以作为基准方向，上线偏振器600b的透射轴601b垂直于透射方向601a，即位于90°。

与上述实施例不同，第一单轴四分之一波片660a和第二四分之一波片660b由相反类型的单轴膜制成，例如，具有n_x＞n_y＝n_z的正单轴A膜作为一个四分之一波片660a，具有n_x＜n_y＝n_z的负A膜作为另一个四分之一波片660b，反之亦然。在这样的条件下，第二四分之一波片660b的光轴661b被设定为平行于第一四分之一波片660a的光轴661a。相似地，每个四分之一波片的光轴相对于其附近线偏振器的透射轴被设定在45°。换句话说，光轴661a和光轴661b均可以被设定为相同，并大约为45°或者大约-45°。双轴膜671的n_x轴垂直于上线偏振器600b的透射轴601b。

与第一实施例中的上述补偿方式不同，在该情形下的两个四分之一波片的光轴在任何的离轴角度都总是彼此平行，以保证完全的自补偿。从而，负C膜650被设计为完全地补偿MVA单元620的相位延迟。在此情形下，使用圆偏振器的MVA单元的光泄漏主要来自于下和上线偏振器的有效角度变化，该有效角度变化可以被双轴膜670补偿。

图14示出当ψ_inc＝0°且θ_inc＝70°观察时穿过显示器610的入射光在鲍英卡勒偏振球上的偏振迹线。在该方向，位于点T的下线偏振器的透射方向与位于点A的上线偏振器的吸收方向交叠。下四分之一波片660a首先将光从点T移动至点B，一旦负C膜650完全消除来自于液晶层620的相位延迟，则上四分之一波片660b可以将光从点B移回至点A。具有同样位于点T的n_x轴的双轴膜670将不会改变位于点A的光的偏振。因此，该观察方向的光泄漏被显著地抑制。

当在ψ_inc＝-45°且θ_inc＝70°观察时，鲍英卡勒偏振球上的偏振迹线示于图14B。这里，位于点T的下线偏振器的透射方向与位于点A的上线偏振器的吸收方向分离。这里，具有位于点T的初始偏振状态的光将被第一四分之一波片660a转变至点B。由于负C膜650被设计为几乎完全补偿液晶层620的相位延迟，光将在穿过液晶层和C膜之后保持其在点B的偏振状态。由于第二四分之一波片660b具有相反的双折射，它将偏振从点B移动至点T。最后，双轴膜将光从点T移动至点A，从而离轴光泄漏被抑制。

相似地，MVA单元的相位延迟值dΔn/λ可以由其亮状态的需要来决定，也就是，通常在大约0.45到0.70之间，或者λ＝550nm时dΔn大约从247.5nm到385nm。以上述的LC单元延迟，负C膜(其中n_x、n_y＞n_z，即，(n_x+n_y)/2＞n_z，并且Δn_c＝n_z-(n_x+n_y)/2)的相位延迟dΔn/λ在-0.8到-0.35之间(或者λ＝550nm时dΔn大约从-440到192.5nm)以确保液晶单元和负C膜的整体相位延迟dΔn/λ大约从-0.1到0.1。且双轴膜具有大约为0.5的N_z系数( $\mathrm{Nz}=\frac{n_x-n_z}{n_x-n_y}$ )，并且面内延迟d(n_x-n_y)/λ大约为0.5，且n_x＞n_y。对于这些参数，角光泄漏示于图15A，其中大于0.001的光泄漏被显著地抑制至超过60°。一旦对于双轴膜设定n_x＜n_y，则它也可以补偿两个线偏振器的有效角度，其角光泄漏示于图15B中。

相似地，负C膜650用于补偿LC层的相位延迟。因此，负C膜不局限于仅仅放置在MVA单元620和上圆偏振器680b之间。此外，也不局限于仅仅使用一个C膜；也可以添加在MVA单元的下方的附加的C膜，只要这些C膜和液晶层的整体相位延迟接近于上述的优化值。

此外，MVA液晶单元也可以是具有透射和反射功能的透射反射液晶单元，其中通常通过添加反射器至液晶层的下表面来实现反射功能。施加至透射反射液晶显示器的圆偏振器的构造机制与上述第一实施例的讨论相似。

实施例3

在如图16所示的本发明的另一个实施例中，显示器710具有夹在第一圆偏振器780a和第二圆偏振器780b之间的MVA单元720(包括两个玻璃基板和垂直配向液晶层)，其中第一圆偏振器780a更接近于背光单元790，第二圆偏振器780b更接近于观察者侧。负C膜750夹在MVA单元720和圆偏振器之一之间。

第一圆偏振器780a包括第一线偏振器700a、双轴膜770和第一单轴四分之一波片760a，第二圆偏振器780b包括第二线偏振器700b和第二四分之一波片760b。与讨论了的实施例不同，这里，双轴膜770放置在更接近背光单元的第一线偏振器和第一四分之一波片之间。这两个线偏振器具有彼此垂直的透射轴。双轴膜被用来补偿当从离轴方向观察时由第一线偏振器的透射方向和第二线偏振器的吸收轴的偏离所导致的离轴相位延迟。两个四分之一波片760a和760b，以及C膜750和液晶层720被用来通过自身补偿其相位延迟。

相似地，负C膜不局限于仅仅放置在MVA单元720和下圆偏振器780a之间；此外，也不局限于仅仅有一个C膜；也可以添加在MVA单元的下方的附加的C膜，只要这些C膜和液晶层的整体相位延迟接近于上述的优化值。

此外，MVA液晶单元也可以是具有透射和反射功能的透射反射液晶单元，其中通常通过添加反射器至液晶层的下表面来实现反射功能。施加至透射反射液晶显示器的圆偏振器的构造机制与上述第一实施例的讨论相似。

现在，参考图17，所示的是根据本发明实施例的方法的流程示意图。更具体地，图17示出了根据这里所讨论的技术的形成LCD显示装置的方法800。应该知道的是，尽管以图17中的具体步骤示出，但是本发明的范围并不局限于此，可以执行各种其它的工艺来获得根据本发明实施例的具有宽视角圆偏振器的LCD装置。

如图17所示，可以通过形成第一和第二圆偏振器(方块810)来开始方法800。更具体地，可以形成两个圆偏振器，其一个包括线偏振器、单轴四分之一波片和双轴膜，而第二个圆偏振器仅仅包括线偏振器和单轴四分之一波片。接着，可以形成具有预定相位延迟值的负C膜(方块820)。更具体地，可以形成负C膜，具有基于形成的第一和第二圆偏振器的决定的给定相位延迟值。也就是，如上所述，取决于单轴四分之一波片是彼此垂直配向或者彼此平行配向，负C膜的相位延迟值可以不同，以使得负C膜部分地或者完全地补偿MVA单元的相位延迟。更具体地，当四分之一波片彼此垂直时，可以提供部分补偿，而当四分之一波片彼此平行时，可以提供完全的相位延迟补偿。

仍然参考图17，MVA单元可以插在负C片和第一与第二偏振器中的一个之间(方块830)。如上所述，负C片可以插在MVA单元和第一或者第二偏振器的任一之间。最后，为了完成工作的LCD显示装置，形成的面板可以与背光单元相关联(方块840)。尽管在图17的实施例中以具体的执行方式示出，但是本发明的范围不局限于此。

因此，本发明的实施例可以获得宽视角的圆偏振器，这对于宽视角、全色透射和透射以及反射LCD也具有相当的期望。

尽管以具体实施例或者修改的各种方式已经描述、披露、例举并示出了本发明，但认为在实际上，本发明的范围并不旨在或者应当被认为局限于此，通过这里的教导而可能被建议的其它修改和实施例也被具体地保留，尤其当它们落在这里所附的权利要求的宽度和范围内时。

尽管已经以有限数目的实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将由此意识到大量的修改和变化。所附的权利要求旨在覆盖了所有这样的修改和变化，这是因为它们落在本发明的实质精神和范围内。

Claims (25)

1.一种液晶显示装置，包括：

第一圆偏振器，包括第一线偏振器和第一四分之一波片；

第二圆偏振器，包括第二线偏振器、双轴膜和第二四分之一波片，该双轴膜插在该第二线偏振器和该第二四分之一波片之间；

液晶单元，插在该第一圆偏振器和该第二圆偏振器之间；

至少一个光延迟补偿器，配置在该第一圆偏振器和该第二圆偏振器之间，其中该光延迟补偿器部分地补偿该液晶单元的相位延迟；

其中该第一线偏振器和该第二线偏振器具有彼此基本垂直的吸收轴，该第一四分之一波片和该第二四分之一波片由具有光折射率n_x、n_y和n_z的单轴A膜形成，且该第一四分之一波片的光轴基本垂直于该第二四分之一波片的光轴，并且该双轴膜具有光折射率n_x≠n_y≠n_z。

2.如权利要求1所述的显示装置，其中设定该第一四分之一波片的光轴离该第一线偏振器的吸收轴大约为45°。

3.如权利要求1所述的显示装置，其中该第一四分之一波片和该第二四分之一波片的中心波长的范围在450nm到600nm之间。

4.如权利要求1所述的显示装置，其中该液晶单元包括具有负介电各向异性的垂直配向液晶层，其中该液晶层的液晶分子基本垂直于该第一圆偏振器和该第二圆偏振器地进行初始配向。

5.如权利要求1所述的显示装置，其中该液晶单元的相位延迟值dΔn_l/λ设定在0.45和0.72之间。

6.如权利要求1所述的显示装置，其中该第一圆偏振器和该第二圆偏振器之间的该光延迟补偿器至少包括具有光折射率n_x、n_y＞n_z，即(n_x+n_y)/2＞n_z的负单轴C膜，并且该光延迟补偿器的相位延迟值的绝对值dΔn_c/λ小于该液晶单元的相位延迟值，其中Δn_c＝n_z-(n_x+n_y)/2。

7.如权利要求1所述的显示装置，其中该液晶单元和在该第一圆偏振器与该第二圆偏振器之间的该光延迟补偿器的组合相位延迟值dΔn/λ在0.03到0.38的范围内。

8.如权利要求1所述的显示装置，其中在该第一圆偏振器和该第二圆偏振器之间的该光延迟补偿器的相位延迟值dΔn_c/λ的绝对值比液晶单元相位延迟值dΔn_l/λ在44％到95％的范围内。

9.如权利要求1所述的显示装置，其中在该第二圆偏振器中的该双轴膜具有平行于该第一线偏振器和该第二线偏振器的一个吸收轴配向的光轴，并且该双轴膜是存在于该显示装置中的仅有的双轴膜。

10.如权利要求9所述的显示装置，其中该双轴膜具有在0.1和0.6之间的Nz系数和在0.2和0.8之间的面内相位延迟值，其中 $\mathrm{Nz}=\frac{n_x-n_z}{n_x-n_y}.$

11.如权利要求1所述的显示装置，其中该液晶单元是透射液晶单元，并且该液晶显示装置的图像由背光单元照亮。

12.如权利要求1所述的显示装置，其中该液晶单元是透射反射液晶单元，其中该液晶显示装置具有透射和反射功能，并且该液晶显示装置的图像由该透射模式的背光单元和该反射模式的背景光照亮。

13.如权利要求1所述的显示装置，其中该单轴A膜包括具有光折射率n_x＞n_y＝n_z的正A膜。

14.一种液晶显示器，包括：

第一圆偏振器，具有第一线偏振器和第一四分之一波片；

第二圆偏振器，具有第二线偏振器、双轴膜和第二四分之一波片，该双轴膜插在该第二线偏振器和该第二四分之一波片之间；

第一基板；

第二基板；

液晶单元，夹在该第一基板和第二基板之间，其中该液晶单元和该基板还插在该第一圆偏振器和该第二圆偏振器之间；

至少一个光延迟补偿器，配置在该第一圆偏振器和该第二圆偏振器之间；

转换电路，耦合至该液晶单元以基本在零和半波片值之间转换该液晶单元的液晶层的相位延迟，其中该第一线偏振器和该第二线偏振器具有彼此基本垂直的吸收轴，该第一四分之一波片和该第二四分之一波片的一个由具有光折射率n_x＞n_y＝n_z的单轴正A膜制成且另一个由具有光折射率n_x＜n_y＝n_z的单轴负A膜制成，该第一四分之一波片的光轴基本平行于该第二四分之一波片的光轴，并且该双轴膜具有光折射率n_x≠n_y≠n_z。

15.如权利要求14所述的液晶显示器，其中设定该第一四分之一波片的光轴离该第一线偏振器的吸收轴大约为45°。

16.如权利要求14所述的液晶显示器，其中该液晶层的相位延迟值dΔn/λ设定在0.45和0.70之间。

17.如权利要求16所述的液晶显示器，其中该第一圆偏振器和该第二圆偏振器之间的该光延迟补偿器至少包括具有光折射率n_c的负单轴C膜，并且其中该负单轴C膜的相位延迟值dΔn_c/λ的绝对值基本上消除了该液晶层的相位延迟值，其中Δn_c＝n_z-(n_x+n_y)/2。

18.如权利要求14所述的液晶显示器，其中该液晶层和在该第一圆偏振器与该第二圆偏振器之间的该光延迟补偿器的组合相位延迟值在-0.1到0.1的范围内。

19.如权利要求14所述的液晶显示器，在该第二圆偏振器中的该双轴膜具有平行于该第一线偏振器和该第二线偏振器的一个吸收轴配向的光轴，并且该双轴膜是存在于该显示装置中的仅有的双轴膜。

20.如权利要求19所述的液晶显示器，其中该双轴膜具有在0.3和0.7之间的Nz系数和在0.35和0.65之间的面内相位延迟值，其中

21.一种液晶显示装置的制造方法，包括：

形成第一圆偏振器，其具有第一线偏振器和第一四分之一波片；

形成第二圆偏振器，其具有第二线偏振器、双轴膜和第二四分之一波片，该双轴膜插在该第二线偏振器和该第二四分之一波片之间；

在该第一圆偏振器和该第二圆偏振器之间插入负补偿膜，其具有光折射率(n_x+n_y)/2＞n_z；

在该负补偿膜和该第一圆偏振器与该第二圆偏振器的一个之间插入液晶单元以形成液晶显示器，其中该负补偿膜要部分地补偿该液晶单元的相位延迟。

22.如权利要求21所述的方法，其中该液晶单元的液晶层的相位延迟值dΔn/λ设定在0.45和0.70之间，并且该液晶层和该负补偿膜的组合相位延迟值在0.03到0.38的范围内。

23.如权利要求21所述的方法，还包括使该双轴膜的光轴平行于该第一线偏振器和该第二线偏振器的一个吸收轴配向，其中该双轴膜是存在于该液晶显示装置中的仅有的双轴膜。

24.如权利要求23所述的方法，还包括形成该双轴膜，其具有在0.1和0.7之间的Nz系数和在0.2和0.8之间的面内相位延迟值，其中 $\mathrm{Nz}=\frac{n_x-n_z}{n_x-n_y}.$

25.如权利要求21所述的方法，还包括形成具有背光单元的液晶显示装置，其中该背光单元紧邻该第二圆偏振器，并且该液晶单元插在该第二圆偏振器和该负补偿膜之间。

Images