CN101573656A - 透射型液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种显示特性波动小、显示图像明亮、对比度高且视角相关性小的透射型液晶显示装置。该透射型液晶显示装置至少包含：背光；偏光器；550nm波长时延迟为50－180nm的第二光学各向异性层；550nm波长时延迟为20－140nm的第一光学各向异性层；包含彼此面向的上和下衬底以及夹在上和下衬底之间的液晶层的均匀取向液晶单元；550nm波长时延迟为50－200nm的第三光学各向异性层；以及偏光器，它们从背光开始以该次序堆叠安排，其中，该第一光学各向异性层至少包含具有固定向列混合液晶定向结构的液晶膜。

Description

透射型液晶显示装置
[技术领域]
本发明涉及用于办公自动化(OA)设备(例如文字处理器和个人计算机、诸如个人数字助理和移动电话的移动信息终端、或者装配有液晶监视器的便携式摄像放像一体机)的透射型液晶显示装置。
[背景技术]
液晶显示装置典型地包含液晶单元、偏光器和光学补偿板(延迟板)。透射型液晶显示装置包括一对偏光器、夹在其间的液晶单元、置于液晶单元与偏光器的任意一个或全部两个之间的单个或多个光学补偿板。
液晶单元包括棒状液晶分子、用于封闭分子的一对衬底以及用于将电压施加到分子的电极层。液晶单元的模式的实例包括TN(扭曲向列)、STN(超扭曲向列)、ECB(电控双折射)、IPS(面内转换)、VA(垂直取向)、OCB(光学补偿双折射)、HAN(混合取向向列)、ASM(轴对称取向微单元)、半色调灰度级模式、域分割模式以及使用铁电液晶和反铁电液晶的显示模式。
透射型液晶显示装置不能避免当倾斜观看时因液晶分子的折射率各向异性而出现的关于视角的问题，例如减小的显示对比度，显示颜色的变化以及颠倒的灰度级，从而要求在这些方面进行改进。
对于使用TN模式的透射型液晶显示装置(液晶的扭转角是90度)，已经提出并实际使用解决这些问题的方法，其中光学补偿膜置于液晶单元与上和下偏光器的每个之间。
例如，已经存在一些结构，其中由混合取向盘状液晶或向列混合取向液晶聚合物构成的光学补偿膜置于液晶单元与上和下偏光器的每个之间(下面专利文献1-3)。
但是，TN模式可以改进对比度加宽的范围，但是灰度级颠倒的范围宽，从而在视角特性方面不一定足够。这是因为灰度级颠倒的范围由倾斜高达90度方向的液晶单元中的分子加宽，因为液晶层以90度扭曲。
由于上述原因，液晶单元的模式优选地是使用ECB模式的显示模式，其中液晶分子以零度角扭曲并且在使得灰度级颠倒的范围变窄的意义上均匀取向。提出一种改进ECB模式的视角的方案，其中布置两个向列混合取向光学补偿膜和两个单轴延迟膜，使得补偿膜的每个和延迟膜的每个分别位于均匀液晶单元的上面和下面(专利文献4)。
但是，该方法不能解决当倾斜观看液晶显示装置时出现的关于视角的问题，例如减小的显示对比度，显示颜色的变化以及颠倒的灰度级，并且留下包括因每个膜的参数的变化而引起的显示特性的大波动，增加的总膜厚度，以及因单元上面和下面总共四个膜的使用而引起的较低装置可靠性的问题，这些全部要求加以改进。
(1)专利文献1：日本专利公开号2640083
(2)专利文献2：日本专利申请公开号11-194325
(3)专利文献3：日本专利申请公开号11-194371
(4)专利文献4：日本专利申请公开号2005-2020101
[发明内容]
本发明目的在于解决上述问题并且提供一种显示特性波动较小、显示图像明亮、对比度高并且视角相关性较小的透射型液晶显示装置。
根据本发明的第一方面，提供一种透射型液晶显示装置，其包含至少：
背光；
偏光器；
550nm波长时延迟为50-180nm的第二光学各向异性层；
550nm波长时延迟为20-140nm的第一光学各向异性层；
包含彼此面向的上和下衬底以及夹在上和下衬底之间的液晶层的均匀取向液晶单元；
550nm波长时延迟为50-200nm的第三光学各向异性层；以及
偏光器，它们从背光开始以该次序堆叠安排，
其中该第一光学各向异性层至少包含具有固定向列混合液晶取向结构的液晶膜。
根据本发明的第二方面，提供一种透射型液晶显示装置，其包含至少：
背光；
偏光器；
550nm波长时延迟为50-200nm的第三光学各向异性层；
包含彼此面向的上和下衬底以及夹在上和下衬底之间的液晶层的均匀取向液晶单元；
550nm波长时延迟为20-140nm的第一光学各向异性层；
550nm波长时延迟为50-180nm的第二光学各向异性层；以及
偏光器，它们从背光开始以该次序堆叠安排，
其中该第一光学各向异性层至少包含具有固定向列混合液晶取向结构的液晶膜。
根据本发明的第三方面，提供一种透射型液晶显示装置，其包含至少：
背光；
偏光器；
550nm波长时延迟为20-140nm的第一光学各向异性层；
包含彼此面向的上和下衬底以及夹在上和下衬底之间的液晶层的均匀取向液晶单元；
550nm波长时延迟为50-180nm的第二光学各向异性层；
550nm波长时延迟为50-200nm的第三光学各向异性层；以及
偏光器，它们从背光开始以该次序堆叠安排，
其中该第一光学各向异性层至少包含具有固定向列混合液晶取向结构的液晶膜。
根据本发明的第四方面，提供一种透射型液晶显示装置，其包含至少：
背光；
偏光器；
550nm波长时延迟为50-200nm的第三光学各向异性层；
550nm波长时延迟为50-180nm的第二光学各向异性层；
包含彼此面向的上和下衬底以及夹在上和下衬底之间的液晶层的均匀取向液晶单元；
550nm波长时延迟为20-140nm的第一光学各向异性层；以及
偏光器，它们从背光开始以该次序堆叠安排，
其中该第一光学各向异性层至少包含具有固定向列混合液晶取向结构的液晶膜。
根据本发明的第五方面，提供一种透射型液晶显示装置，其包含至少：
背光；
偏光器；
550nm波长时延迟为50-180nm的第二光学各向异性层；
包含彼此面向的上和下衬底以及夹在上和下衬底之间的液晶层的均匀取向液晶单元；
550nm波长时延迟为20-140nm的第一光学各向异性层；
550nm波长时延迟为50-200nm的第三光学各向异性层；以及
偏光器，它们从背光开始以该次序堆叠安排，
其中该第一光学各向异性层至少包含具有固定向列混合液晶取向结构的液晶膜。
根据本发明的第六方面，提供一种透射型液晶显示装置，其包含至少：
背光；
偏光器；
550nm波长时延迟为50-200nm的第三光学各向异性层；
550nm波长时延迟为20-140nm的第一光学各向异性层；
包含彼此面向的上和下衬底以及夹在上和下衬底之间的液晶层的均匀取向液晶单元；
550nm波长时延迟为50-180nm的第二光学各向异性层；以及
偏光器，它们从背光开始以该次序堆叠安排，
其中该第一光学各向异性层至少包含具有固定向列混合液晶取向结构的液晶膜。
根据本发明的第七方面，提供根据上述方面中任一项的透射型液晶显示装置，其中第二和第三光学各向异性层的每个包含含有聚碳酸酯树脂或聚(环状烯烃)树脂的热塑性聚合物。
根据本发明的第八方面，提供根据上述方面中任一项的透射型液晶显示装置，其中第二和第三光学各向异性层的每个是通过在当物质处于液晶态时形成的向列取向中对表现出光学正单轴性的液晶物质进行固定而产生的液晶膜。
根据本发明的第九方面，提供根据上述方面中任一项的透射型液晶显示装置，其中偏光器和第三光学各向异性层叠合使得前者的吸收轴垂直或者平行于后者的慢轴。
根据本发明的第十方面，提供根据上述方面中任一项的透射型液晶显示装置，其中形成第一光学各向异性层的液晶膜的混合方向的投影到其衬底平面的倾斜方向与液晶层的摩擦方向限定的角度在30度以下的范围内。
根据本发明的第十一方面，提供根据上述方面中任一项的透射型液晶显示装置，其中形成第一光学各向异性层的液晶膜的混合方向的投影到其衬底平面的倾斜方向与第二光学各向异性层的慢轴限定的角度在70度以上且110度以下的范围内。
根据本发明的第十二方面，提供根据上述方面中任一项的透射型液晶显示装置，其中偏光器的吸收角与形成第一光学各向异性层的液晶膜的混合方向的投影到其衬底平面的倾斜方向限定的角度在30度以上且60度以下的范围内。
根据本发明的第十三方面，提供根据上述方面中任一项的透射型液晶显示装置，其中第一光学各向异性层是通过在当物质处于液晶态时形成的向列混合取向中对表现出光学正单轴性的液晶物质进行固定而产生的液晶膜，该向列混合取向的平均倾斜角在5-45度的范围内。
[发明效果]
本发明的透射型液晶显示装置具有显示图像明亮、对比度高并且视角相关性较小的特性。
[具体实施方式]
将在下面更详细地描述本发明。
本发明的透射型液晶显示装置具有选自下列六种型式的构造，并且如果必要的话可以包含附加组件例如光扩散层、光控制膜、导光板和棱镜片，不对其施加特殊限制。可以使用构造型式(1)-(6)中任一项以便获得具有较小视角相关性的光学特性。
(1)偏光器/第三光学各向异性层/液晶单元/第一光学各向异性层/第二光学各向异性层/偏光器/背光
(2)偏光器/第二光学各向异性层/第一光学各向异性层/液晶单元/第三光学各向异性层/偏光器/背光
(3)偏光器/第三光学各向异性层/第二光学各向异性层/液晶单元/第一光学各向异性层/偏光器/背光
(4)偏光器/第一光学各向异性层/液晶单元/第二光学各向异性层/第三光学各向异性层/偏光器/背光
(5)偏光器/第三光学各向异性层/第一光学各向异性层/液晶单元/第二光学各向异性层/偏光器/背光
(6)偏光器/第二光学各向异性层/液晶单元/第一光学各向异性层/第三光学各向异性层/偏光器/背光
下面将描述用于本发明的液晶单元。
在本发明中使用的液晶单元的模式是均匀取向单元模式。在这里使用的均匀取向单元是具有基本上零度扭转角的单元。术语“基本上零度”指零度以上且5度以下的角度。液晶单元的延迟(Δnd)优选地为200-400nm，更优选230-350nm。偏离这些范围的延迟是不优选的，因为将引起不期望的着色或减小的亮度。
对于液晶单元的驱动模式不存在特殊限制，因此其可以是在STN-LCD中使用的无源矩阵模式，使用有源电极(例如TFT(薄膜晶体管)电极和TFD(薄膜二极管)电极)的有源矩阵模式，以及等离子寻址模式。
液晶单元包括夹在彼此面向布置的两个透明衬底之间的液晶层(观看者一侧的衬底可以称作“上衬底”而背光一侧的衬底可以称作“下衬底”)。
对于形成液晶层的材料不存在特殊限制。材料的实例包括各种低分子量液晶物质，聚合液晶物质及其混合物，其可以构成各种液晶单元。液晶材料可以与染料、手性掺杂剂或非液晶物质在它们不防止液晶物质表现出液晶性的程度上混合。液晶单元可以提供有上述各种液晶单元模式所必需的各种组件或者下面描述的各种组件。
对于形成液晶单元的透明衬底不存在特殊限制，只要它们可以在特定取向方向上取向形成液晶层的液晶材料。更具体的实例包括自身具有使液晶材料取向的性质的那些或者自身不具有取向的能力但是提供有能够使液晶材料取向的取向层的那些。液晶单元的电极可以是任何常规电极，例如ITO。电极可以通常设置在透明衬底的表面上，该表面接触液晶层。在使用具有取向层的透明衬底的情况下，电极可以提供在取向层与衬底之间。
对于在本发明中使用的偏光器不存在特殊限制，只要可以实现本发明的目的。因此，偏光器可以是通常在液晶显示装置中使用的任何常规偏光器。具体的实例包括基于PVA的偏光膜(例如聚乙烯醇(PVA)和部分缩醛化的PVA)，例如通过拉伸包含乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的部分皂化产物的亲水聚合膜并且吸收碘和/或二色性染料而产生的那些的偏光膜，以及包括多烯定向膜(例如聚氯乙烯的脱氯产物)的那些。作为替代，可以使用反射型偏光器。
这些偏光器可以单独使用或者与为了增加强度、抗潮和抗热而提供在偏光器的一个或两个表面上的透明保护层结合使用。保护层的实例包括通过直接在偏光器上或通过粘合层在偏光器上叠合透明塑料膜(例如聚酯、三乙酰基纤维素或环状烯烃聚合物)而形成的那些；透明树脂的覆盖层；以及基于丙烯酸类或环氧类的光固化型树脂层。当保护层涂覆在偏光膜的全部两个表面上时，它们可以彼此相同或不同。
接下来，将依次描述在本发明中使用的光学各向异性层。
首先，将描述第二和第三光学各向异性层。
对于在本发明中使用的第二或第三光学各向异性层不存在特殊限制，只要其在透明性和均匀性方面出色。但是，该层优选地是聚合拉伸膜或由液晶材料形成的光学膜。聚合拉伸膜的实例包括由基于纤维素、聚碳酸酯、聚芳酯、聚砜、聚丙烯酰、聚醚砜或环状烯烃的聚合物形成的单轴或双轴延迟膜。在这里举例说明的第二和第三光学各向异性层可以单独由聚合拉伸膜或液晶材料形成的光学膜构成或者由其组合构成。在这些聚合拉伸膜中，优选的是基于聚碳酸酯的聚合物和基于环状烯烃的聚合物，因为它们成本低并且可以因它们的膜均匀性和小的双折射波长分散而抑制图像品质的颜色调制的变化。
由液晶材料形成的光学膜的实例包括由主链和/或侧链型的各种液晶聚合化合物构成的那些光学膜，例如液晶聚酯、液晶聚碳酸酯、液晶聚丙烯酸酯，或者可以在取向之后通过交联等聚合的具有反应性的低分子量液晶化合物。这些膜可以是具有自支撑性的单层膜或者在透明支撑衬底上形成的单层膜。
当x和y方向处在平面方向内且厚度方向定义为z方向时，正单轴光学各向异性层具有由nx＞ny＝nz定义的折射率关系。正双轴光学各向异性层具有由nx＞nz＞ny定义的折射率关系。负单轴光学各向异性层具有由nx＝ny＞nz定义的折射率关系。负双轴光学各向异性层具有由nx＞ny＞nz定义的折射率关系。
当第二光学各向异性层的厚度定义为d2时，平面中的主折射率定义为Nx2和Ny2，厚度方向的主折射率定义为Nz2，Nx2＞Nz2≥Ny2，从而关于波长为550nm的光，平面内的延迟值定义为Re2＝(Nx2-Ny2)×d2[nm]，第二光学各向异性层的平面内的延迟值(Re2)通常是50-180nm，优选地70-160nm，更优选100-140nm。如果Re2值偏离这些范围，那么当倾斜观看时可能不会获得足够的视角改进效果或可能发生多余着色。
第三光学各向异性层用于补偿以相互正交关系设置的两个偏光器的视角。当第三光学各向异性层的厚度定义为d3时，平面中的主折射率定义为Nx3和Ny3，厚度方向的主折射率定义为Nz3，Nx3＞Nz3≥Ny3，从而关于波长为550nm的光，平面内的延迟值定义为Re3＝(Nx3-Ny3)×d3[nm]，第三光学各向异性层的平面内的延迟值(Re3)通常是50-200nm，优选地70-180nm，更优选100-140nm。如果Re3值偏离这些范围，那么当倾斜观看时可能不会获得足够的视角改进效果或可能发生多余着色。
在本发明中使用的第一光学各向异性层是至少包含通过如下方式产生的液晶膜的层：在当液晶聚合化合物或组合物处于液晶态时形成的平均倾斜角为5-45度的向列混合取向中，固定表现出光学正单轴性的液晶聚合物，更具体地，表现出光学正单轴性的聚合液晶化合物或者包含选自聚合液晶化合物的至少一种类型并且表现出光学正单轴性的聚合液晶组合物。
在这里使用的术语“向列混合取向”指液晶分子取向成向列取向的取向结构，其中液晶分子的指向矢相对于膜上表面和膜下表面的角度彼此不同。因此，因为由指向矢与膜平面形成的角度在膜的上和下界面附近之间不同，向列混合取向可以称作角度在上和下膜表面之间连续变化的取向。
在具有固定向列混合取向结构的液晶膜中，液晶分子的指向矢在膜厚度方向上在所有位置中指向不同的角度。因此，当膜被视为整个膜结构时光轴不再存在。
在这里使用的术语“平均倾斜角”指在液晶膜的厚度方向上，在液晶分子的指向矢与膜平面之间限定的角度的平均值。在本发明中使用的液晶膜中，由膜表面之一附近的指向矢与膜表面形成的角度的绝对值通常是20-90度，优选地40-80度，更优选50-60度，而由该指向矢与另一个膜表面形成的角度的绝对值通常是0-20度，优选地0-10度。平均倾斜角的绝对值通常是5-45度，优选地20-45度，更优选25-40度。如果偏离上述范围，平均倾斜角将使得当从倾斜方向观看装置时所得液晶显示装置的对比度减小。平均倾斜角可以通过应用晶体旋转法确定。
形成在本发明中使用的第一光学各向异性层的液晶膜包含如上所述具有固定向列混合取向和特定平均倾斜角的液晶聚合化合物或液晶聚合组合物，但是可以由任何液晶材料形成，只要该材料可以取向成向列混合取向并且满足关于特定平均倾斜角的要求，如上所述。例如，膜可以是通过允许低分子量液晶材料处于液晶态，然后将材料取向成向列混合取向并且通过光或热交联固定已取向的取向而产生的液晶膜。在这里使用的术语“液晶膜”指通过将液晶物质(例如低分子量或聚合液晶物质)形成膜而产生的那些，不管液晶膜自身是否表现出液晶性。
在具有固定向列混合取向结构的液晶膜中，关于当从其法线方向观看时形成第一光学各向异性层的液晶膜平面中的表观延迟(apparentretardation)值，与指向平行的方向上的折射率(ne)不同于与指向矢垂直的方向上的折射率(no)，因此，假设由从ne中减去no而获得的值(ne-no)是表观双折射率(apparent birefringence)，表观延迟值由表观双折射和绝对膜厚度的乘积给出。该延迟值由偏振光学测量(例如椭圆偏振计测量)而容易地获得。用作光学各向异性层的液晶膜的延迟值相对于550nm的单色光是20-140nm。小于20nm的延迟值将导致无法获得足够的视角加宽效果。大于140nm的延迟值将引起当倾斜观看时液晶显示装置上的多余着色。
形成第一光学各向异性层的液晶膜的平均倾斜角和延迟值必须在上述范围内。膜的厚度根据形成第一光学各向异性层的液晶聚合物或液晶化合物的物理性质而变化，然而通常为0.2-10μm，优选0.3-5μm，特别优选0.5-2μm。小于0.2μm的膜厚度将不能获得足够的补偿效果。大于10μm的膜厚度将在液晶显示装置中引起多余着色的图像。
将更详细地描述本发明的液晶显示装置中光学各向异性层的安排的具体情形。为了描述具体的安排情形，由液晶膜形成的光学各向异性层的上和下平面以及倾斜方向，以及液晶单元的预先倾斜方向使用图1-3如下定义。
当由液晶膜形成的光学各向异性层的上和下平面由膜界面附近的液晶分子的指向矢与膜平面形成的角度定义时，在与指向成锐角的一侧形成20-90度的角度的平面定义为“b平面”，而在与指向成锐角的一侧形成0-20度的角度的平面定义为“c平面”。当从b平面透过光学各向异性层观看c平面时，液晶分子的指向矢与其到c平面的投影之间的角度是锐角并且平行于投影的方向定义为“倾斜方向”(参看图1和2)。
接下来，在液晶单元的单元界面上，用于驱动液晶单元的低分子量液晶通常不平行于单元界面并且以某个角度倾斜，该角度通常称作“预先倾斜角”。但是，其中沿着该方向单元界面上液晶分子的指向矢与其投影形成锐角并且平行于投影的方向在这里定义为“液晶单元的预先倾斜方向”(参看图3)。
第一、第二和第三光学各向异性层和偏光器可以经由粘合剂或粘性粘合层相互附着。
对于形成粘合层的粘合剂没有特殊限制，只要它们具有对光学各向异性层的足够粘着性且不破坏其光学特性。粘合剂的实例包括基于丙烯酸类树脂、甲基丙烯酸类树脂、环氧树脂、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、橡胶、氨基甲酸酯、聚乙烯醚的粘合剂及其混合物，以及例如热固化和/或光固化型以及电子辐射固化型的各种反应性粘合剂。粘合剂可以是具有保护光学各向异性层的透明保护层的功能的粘合剂。
对于形成粘性粘合层的粘性粘合剂没有特殊限制。可以使用适当地选自包含聚合物(例如丙烯酸类聚合物、基于有机硅的聚合物、聚酯、聚氨酯、聚酰胺、聚醚、基于氟或橡胶的聚合物)作为基础聚合物的那些粘性粘合剂中的任何粘性粘合剂。特别地，优选地使用在光学透明性、气候耐受性和抗热性方面出色并且易于调节润湿性、粘聚性和粘着性的粘性粘合剂例如丙烯酸类粘性粘合剂。
粘合层或粘性粘合层(下文中可能统称为“粘性/粘合层”)可以由任何适当方法形成。方法的实例包括其中将基础聚合物或其组合物溶解或分散在单独或组合包含甲苯或乙酸乙酯的溶剂中，从而制备包含10-40质量百分比的粘合剂的粘性/粘合层溶液，该溶液然后通过适当展开方法例如流延或涂覆而直接覆盖于上述光学各向异性层之上的方法，或者其中根据上述方法在分隔物上形成粘性/粘合层，然后转移到光学各向异性层上的方法。粘性/粘合层可以包含添加剂，例如天然或合成树脂特别是包含填料或颜料的赋予粘性的树脂、玻璃纤维、玻璃珠、金属粉末和其他无机粉末、染料和抗氧化剂。粘性/粘合层可以包含微细颗粒以便表现出光扩散性。
当光学各向异性层经由粘性/粘合层相互附着时，它们可以经受表面处理以便改善它们与粘性/粘合层的粘着性。对于表面处理的方法不存在特殊限制。可以适当地使用能维持液晶膜表面的透明性的表面处理例如电晕放电、溅射、低压UV照射或等离子处理。在这些表面处理中，电晕放电处理是出色的。
接下来，将给出根据本发明包括上述元件的液晶显示装置的构造的描述。
本发明的液晶显示装置的构造必须选自如图4，7，10，13，16和19中显示的下列六种型式：
(1)偏光器/第三光学各向异性层/液晶单元/第一光学各向异性层/第二光学各向异性层/偏光器/背光
(2)偏光器/第二光学各向异性层/第一光学各向异性层/液晶单元/第三光学各向异性层/偏光器/背光
(3)偏光器/第三光学各向异性层/第二光学各向异性层/液晶单元/第一光学各向异性层/偏光器/背光
(4)偏光器/第一光学各向异性层/液晶单元/第二光学各向异性层/第三光学各向异性层/偏光器/背光
(5)偏光器/第三光学各向异性层/第一光学各向异性层/液晶单元/第二光学各向异性层/偏光器/背光
(6)偏光器/第二光学各向异性层/液晶单元/第一光学各向异性层/第三光学各向异性层/偏光器/背光
由液晶单元中的液晶层的预先倾斜方向与由其中向列混合取向固定的液晶膜形成的第一光学各向异性层的倾斜方向形成的角度优选地是0-30度，更优选0-20度，特别优选地0-10度。大于30度的角度将不能获得足够的视角补偿效果。
由第二光学各向异性层的慢轴与第一光学各向异性层的倾斜方向形成的角度优选地是70度以上且110度以下，更优选80度以上且100度以下。大于110度或小于70度的角度将引起正面对比度的减小。
由第一光学各向异性层的倾斜方向与偏光器的吸收轴形成的角度优选地是30度以上且60度以下，更优选40度以上且50度以下。大于60度或小于30度的角度将引起正面对比度的减小。
由第二光学各向异性层的慢轴与偏光器的吸收轴形成的角度优选地是30度以上且60度以下，更优选40度以上且50度以下。大于60度或小于30度的角度将引起正面对比度的减小。
由第三光学各向异性层的慢轴与偏光器的吸收轴形成的角度优选地正交或平行。即，正交通常为80-100度，优选85-95度，更优选在约90度的范围内。平行通常在10度以下的范围内，优选地5度以下，更优选约0度。当该角度偏离这些范围时，正面对比度将减小且将引起图像品质下降。
对于上述光扩散层、背光、光控制膜、导光板和棱镜片不存在特殊限制，其可以是已经常规使用的那些。
不同之处在于上述组件之外，本发明的液晶显示装置可以提供有其他另外的组件。例如，滤色器的使用使得能够产生可以提供具有增加色纯度的多色或全色显示图像的彩色液晶显示装置。
[工业应用性]
本发明的垂直取向型液晶显示装置具有显示图像明亮，正面对比度高且视角相关性较小的特性从而适合用于办公自动化(OA)设备，例如文字处理器和个人计算机、诸如个人数字助理和移动电话的移动信息终端、或者装配有液晶监视器的便携式摄像放像一体机。
[实施例]
将进一步在下面的实施例中描述本发明，但是本发明不应当解释为局限于此。实施例中的延迟(Δnd)是波长为550nm时的值，除非另外陈述。
(1)膜厚度测量
使用由SLOAN公司制造的SURFACE TEXTURE ANALYSIS SYSTEMDektak 3030ST实施膜厚度测量。还使用了其中由干涉测量(“Ultraviolet Visible Near-Infrared Spectrophotometer V-570”)和折射率数据确定膜厚度的方法。
(2)液晶膜的参数测量
使用由Oji Scientific Instrument s制造的自动双折射分析仪KOBRA21ADH实施测量。
(实施例1)
将分别参考图4和5描述实施例1的液晶显示装置的构造和轴安排。
由高度透射材料例如ITO形成的透明电极3安排在衬底1上，而由高度透射材料例如ITO形成的反电极4安排在衬底2上。由表现出正介电各向异性的液晶材料形成的液晶层5夹在透明电极3与反电极4之间。第三光学各向异性层11和偏光器7安排在与反电极4形成于其上的一侧相对的衬底2的一侧上，而第一光学各向异性层9、第二光学各向异性层10和偏光器8安排在与透明电极3形成于其上的一侧相对的衬底1的一侧上。背光12安排在偏光器8的从观看者一侧来看的后侧。
根据日本专利申请公开号6-347742的公开内容，制备第一光学各向异性层9(Δnd：120nm)，该层由具有固定向列混合取向的0.69μm厚的液晶膜形成，其中膜厚度方向上的平均倾斜角为28度。生产液晶显示装置以便具有如图5中所示的轴安排。
在该实施例中使用的液晶单元6使用由Merck Ltd制造的ZLI-1695作为液晶材料产生，使得液晶层厚度为4.9μm。两个单元界面的预先倾斜角是3度，而液晶单元的Δnd近似为320nm。
由Sumitomo化学工业有限公司制造的SQW-062(厚度：约100m)用作偏光器7，8。
由单轴拉伸聚碳酸酯膜形成的聚合拉伸膜用作第二光学各向异性层10(Δnd：约170nm)。
第三光学各向异性层11是由基于降冰片烯的膜(由ZEONCORPORATION制造的ZEONOR，Δnd：约100nm)形成的聚合拉伸膜。
偏光器7，8的吸收轴、两个界面处的单元6的预先倾斜方向、液晶膜9的倾斜方向以及聚合拉伸膜10，11的慢轴如图5中所示定向。
图6显示由白色图像0V和黑色图像5V“(白色图像)/(黑色图像)”的透射率限定的来自所有方向的对比度。
从图6中证实，液晶显示装置具有出色的视角特性。以20度的间隔绘制同心圆。因此，最外面的圆指示从中心开始80度。对比度等值线指示从最里面开始的50，30，10和2(这同样适用于后续附图)。
(实施例2)
将分别参考图7和8描述实施例2的液晶显示装置的构造和轴安排。
使用实施例1的液晶单元6。在与反电极4形成于其上的一侧相对的衬底2的一侧上安排第一光学各向异性层9、第二光学各向异性层10和偏光器7。在与透明电极3形成于其上的一侧相对的衬底1的一侧上安排了第三光学各向异性层11和偏光器8。在偏光器的后面安排背光12。
偏光器7，8、第一光学各向异性层9、第二光学各向异性层10和第三光学各向异性层11与在实施例1中使用的相同。
偏光器7，8的吸收轴、两个界面处的单元6的预先倾斜方向、液晶膜9的倾斜方向以及聚合拉伸膜10，11的慢轴如图8中所示定向。
图9显示由白色图像0V和黑色图像5V“(白色图像)/(黑色图像)”的透射率限定的来自所有方向的对比度。
从图9中证实，该液晶显示装置具有出色的视角特性。
(实施例3)
将分别参考图10和11描述实施例3的液晶显示装置的构造和轴安排。
使用与实施例1相同的程序制备该实施例的液晶显示装置，不同之处在于第二光学各向异性层10的位置从第一光学各向异性层9和偏光器8之间移到第三光学各向异性层11和衬底2之间。
图12显示由白色图像0V和黑色图像5V“(白色图像)/(黑色图像)”的透射率限定的来自所有方向的对比度。
从图12中证实，该液晶显示装置具有出色的视角特性。
(实施例4)
将分别参考图13和14描述实施例4的液晶显示装置的构造和轴安排。
使用与实施例2相同的程序制备该实施例的液晶显示装置，不同之处在于第二光学各向异性层10的位置从第一光学各向异性层9和偏光器7之间移到第三光学各向异性层11和衬底1之间。
图15显示由白色图像0V和黑色图像5V“(白色图像)/(黑色图像)”的透射率限定的来自所有方向的对比度。
从图15中证实，该液晶显示装置具有出色的视角特性。
(实施例5)
将分别参考图16和17描述实施例5的液晶显示装置的构造和轴安排。
使用与实施例1相同的程序制备该实施例的液晶显示装置，不同之处在于第一光学各向异性层9的位置从衬底1和第二光学各向异性层10之间移到第三光学各向异性层11和衬底2之间。
图18显示由白色图像0V和黑色图像5V“(白色图像)/(黑色图像)”的透射率限定的来自所有方向的对比度。
从图18中证实，该液晶显示装置具有出色的视角特性。
(实施例6)
将分别参考图19和20描述实施例6的液晶显示装置的构造和轴安排。
使用与实施例2相同的程序制备该实施例的液晶显示装置，不同之处在于第一光学各向异性层9的位置从衬底2和第二光学各向异性层10之间移到第三光学各向异性层11和衬底1之间。
图21显示由白色图像0V和黑色图像5V“(白色图像)/(黑色图像)”的透射率限定的来自所有方向的对比度。
从图21中证实，该液晶显示装置具有出色的视角特性。
(比较实施例1)
将分别参考图22和23描述比较实施例1的液晶显示装置的构造和轴安排。
使用与实施例1相同的程序制备该实施例的液晶显示装置，不同之处在于第一光学各向异性层9的位置和第二光学各向异性层10的位置互换。
图24显示由白色图像0V和黑色图像5V“(白色图像)/(黑色图像)”的透射率限定的来自所有方向的对比度。
关于视角特性，将实施例1和比较实施例1进行比较。
作为图6和24中显示的对比度等值线的比较结果，证实当将第二光学各向异性层10置于液晶单元的背光侧(附图的低侧)时视角特性显著地改进。
(比较实施例2)
将分别参考图25和26描述比较实施例2的液晶显示装置的构造和轴安排。
使用与实施例2相同的程序制备该实施例的液晶显示装置，不同之处在于第一光学各向异性层9的位置和第二光学各向异性层10的位置互换。
图27显示由白色图像0V和黑色图像5V“(白色图像)/(黑色图像)”的透射率限定的来自所有方向的对比度。
关于视角特性，将实施例2和比较实施例2进行比较。
作为图9和27中显示的对比度等值线的比较结果，证实当将第二光学各向异性层10置于液晶单元的背光侧(附图的低侧)时视角特性显著地改进。
(比较实施例3)
将分别参考图28和29描述比较实施例3的液晶显示装置的构造和轴安排。使用与实施例3相同的程序制备该实施例的液晶显示装置，不同之处在于不包括第三光学各向异性层11。
图30显示由白色图像0V和黑色图像5V“(白色图像)/(黑色图像)”的透射率限定的来自所有方向的对比度。
关于视角特性，将实施例3和比较实施例3进行比较。
作为图6和30中显示的在所有方向上的对比度等值线的比较结果，证实通过加入第三光学各向异性层11视角特性极大地改进。
在这些实施例中，在没有使用滤色器的情况下进行实验。当然，在液晶单元中提供滤色器可以提供出色的多色或全色图像。
[附图说明]
图1是描述液晶分子的倾斜和扭转角的概念视图。
图2是描述形成第二光学各向异性层的液晶膜的取向结构的概念视图。
图3是描述液晶单元的预先倾斜方向的概念视图。
图4是实施例1的液晶显示装置的示意横截面视图。
图5是指示实施例1中偏光器的吸收轴、液晶单元的预先倾斜方向、聚合拉伸膜的慢轴以及液晶膜的倾斜方向的角度关系的平面图。
图6是指示当从所有方向观看实施例1的液晶显示装置时的对比度的视图。
图7是实施例2的液晶显示装置的示意横截面视图。
图8是指示实施例2中偏光器的吸收轴、液晶单元的预先倾斜方向、聚合拉伸膜的慢轴以及液晶膜的倾斜方向的角度关系的平面图。
图9是指示当从所有方向观看实施例2的液晶显示装置时的对比度的视图。
图10是实施例3的液晶显示装置的示意横截面视图。
图11是指示实施例3中偏光器的吸收轴、液晶单元的预先倾斜方向、聚合拉伸膜的慢轴以及液晶膜的倾斜方向的角度关系的平面图。
图12是指示当从所有方向观看实施例3的液晶显示装置时的对比度的视图。
图13是实施例4的液晶显示装置的示意横截面视图。
图14是指示实施例4中偏光器的吸收轴、液晶单元的预先倾斜方向、聚合拉伸膜的慢轴以及液晶膜的倾斜方向的角度关系的平面图。
图15是指示当从所有方向观看实施例4的液晶显示装置时的对比度的视图。
图16是实施例5的液晶显示装置的示意横截面视图。
图17是指示实施例5中偏光器的吸收轴、液晶单元的预先倾斜方向、聚合拉伸膜的慢轴以及液晶膜的倾斜方向的角度关系的平面图。
图18是指示当从所有方向观看实施例5的液晶显示装置时的对比度的视图。
图19是实施例6的液晶显示装置的示意横截面视图。
图20是指示实施例6中偏光器的吸收轴、液晶单元的预先倾斜方向、聚合拉伸膜的慢轴以及液晶膜的倾斜方向的角度关系的平面图。
图21是指示当从所有方向观看实施例6的液晶显示装置时的对比度的视图。
图22是比较实施例1的液晶显示装置的示意横截面视图。
图23是指示比较实施例1中偏光器的吸收轴、液晶单元的预先倾斜方向、聚合拉伸膜的慢轴以及液晶膜的倾斜方向的角度关系的平面图。
图24是指示当从所有方向观看比较实施例1的液晶显示装置时的对比度的视图。
图25是比较实施例2的液晶显示装置的示意横截面视图。
图26是指示比较实施例2中偏光器的吸收轴、液晶单元的预先倾斜方向、聚合拉伸膜的慢轴以及液晶膜的倾斜方向的角度关系的平面图。
图27是指示当从所有方向观看比较实施例2的液晶显示装置时的对比度的视图。
图28是比较实施例3的液晶显示装置的示意横截面视图。
图29是指示比较实施例3中偏光器的吸收轴、液晶单元的预先倾斜方向、聚合拉伸膜的慢轴以及液晶膜的倾斜方向的角度关系的平面图。
图30是指示当从所有方向观看比较实施例3的液晶显示装置时的对比度的视图。
(附图标记描述)
1，2：衬底；3：透明电极；4：反电极；5：液晶层；6：液晶单元；7，8：偏光器；9：第一光学各向异性层；10：第二光学各向异性层；11：第三光学各向异性层；12：背光

Claims (13)

1.一种透射型液晶显示装置，包含至少：
背光；
偏光器；
550nm波长时延迟为50-180nm的第二光学各向异性层；
550nm波长时延迟为20-140nm的第一光学各向异性层；
包含彼此面向的上和下衬底以及夹在上和下衬底之间的液晶层的均匀取向液晶单元；
550nm波长时延迟为50-200nm的第三光学各向异性层；以及
偏光器，它们从背光开始以该次序堆叠安排，
其中，该第一光学各向异性层至少包含具有固定向列混合液晶取向结构的液晶膜。
2.一种透射型液晶显示装置，包含至少：
背光；
偏光器；
550nm波长时延迟为50-200nm的第三光学各向异性层；
包含彼此面向的上和下衬底以及夹在上和下衬底之间的液晶层的均匀取向液晶单元；
550nm波长时延迟为20-140nm的第一光学各向异性层；
550nm波长时延迟为50-180nm的第二光学各向异性层；以及
偏光器，它们从背光开始以该次序堆叠安排，
其中，该第一光学各向异性层至少包含具有固定向列混合液晶取向结构的液晶膜。
3.一种透射型液晶显示装置，包含至少：
背光；
偏光器；
550nm波长时延迟为20-140nm的第一光学各向异性层；
包含彼此面向的上和下衬底以及夹在上和下衬底之间的液晶层的均匀取向液晶单元；
550nm波长时延迟为50-180nm的第二光学各向异性层；
550nm波长时延迟为50-200nm的第三光学各向异性层；以及
偏光器，它们从背光开始以该次序堆叠安排，
其中，该第一光学各向异性层至少包含具有固定向列混合液晶取向结构的液晶膜。
4.一种透射型液晶显示装置，包含至少：
背光；
偏光器；
550nm波长时延迟为50-200nm的第三光学各向异性层；
550nm波长时延迟为50-180nm的第二光学各向异性层；
包含彼此面向的上和下衬底以及夹在上和下衬底之间的液晶层的均匀取向液晶单元；
550nm波长时延迟为20-140nm的第一光学各向异性层；以及
偏光器，它们从背光开始以该次序堆叠安排，
其中，该第一光学各向异性层至少包含具有固定向列混合液晶取向结构的液晶膜。
5.一种透射型液晶显示装置，包含至少：
背光；
偏光器；
550nm波长时延迟为50-180nm的第二光学各向异性层；
包含彼此面向的上和下衬底以及夹在上和下衬底之间的液晶层的均匀取向液晶单元；
550nm波长时延迟为20-140nm的第一光学各向异性层；
550nm波长时延迟为50-200nm的第三光学各向异性层；以及
偏光器，它们从背光开始以该次序堆叠安排，
其中，该第一光学各向异性层至少包含具有固定向列混合液晶取向结构的液晶膜。
6.一种透射型液晶显示装置，包含至少：
背光；
偏光器；
550nm波长时延迟为50-200nm的第三光学各向异性层；
550nm波长时延迟为20-140nm的第一光学各向异性层；
包含彼此面向的上和下衬底以及夹在上和下衬底之间的液晶层的均匀取向液晶单元；
550nm波长时延迟为50-180nm的第二光学各向异性层；以及
偏光器，它们从背光开始以该次序堆叠安排，
其中，该第一光学各向异性层至少包含具有固定向列混合液晶取向结构的液晶膜。
7.根据权利要求1到6中任一项的透射型液晶显示装置，其中第二和第三光学各向异性层各自包含含有聚碳酸酯树脂或聚(环状烯烃)树脂的热塑性聚合物。
8.根据权利要求1到6中任一项的透射型液晶显示装置，其中第二和第三光学各向异性层各自是通过在当物质处于液晶态时形成的向列取向中对表现出光学正单轴性的液晶物质进行固定而产生的液晶膜。
9.根据权利要求1到8中任一项的透射型液晶显示装置，其中偏光器和第三光学各向异性层叠合使得前者的吸收轴垂直或者平行于后者的慢轴。
10.根据权利要求1到9中任一项的透射型液晶显示装置，其中形成第一光学各向异性层的液晶膜的混合方向的投影到其衬底平面的倾斜方向与液晶层的摩擦方向限定的角度在30度以下的范围内。
11.根据权利要求1到10中任一项的透射型液晶显示装置，其中形成第一光学各向异性层的液晶膜的混合方向的投影到其衬底平面的倾斜方向与第二光学各向异性层的慢轴限定的角度在70度以上且110度以下的范围内。
12.根据权利要求1到11中任一项的透射型液晶显示装置，其中偏光器的吸收角与形成第一光学各向异性层的液晶膜的混合方向的投影到其衬底平面的倾斜方向限定的角度在30度以上且60度以下的范围内。
13.根据权利要求1到12中任一项的透射型液晶显示装置，其中第一光学各向异性层是通过在当物质处于液晶态时形成的向列混合取向中对表现出光学正单轴性的液晶物质进行固定而产生的液晶膜，该向列混合取向的平均倾斜角在5-45度的范围内。
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