CN101681062B - 透射式液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种显示特性波动小、显示图像亮、对比度高并且视角依赖性小的透射式液晶显示装置，该液晶显示装置包括：背光；偏振器；第二光学各向异性层；第一光学各向异性层；均匀配向的液晶单元，其包括相互面对的上下基板和夹在上下基板之间的液晶层；以及偏振器，它们从背光开始按该顺序堆叠设置，其中形成第一各向异性层的液晶膜、形成第二各向异性层的液晶膜和液晶单元具有预定的双折射波长色散关系，在施加用于黑图像显示的电压时，第一光学各向异性层、第二光学各向异性层和液晶单元具有预定的延迟关系，并且第一光学各向异性层包括具有固定的向列混合取向的液晶膜。

Description

透射式液晶显示装置
技术领域
本发明涉及透射式液晶显示装置，其用于诸如字处理器和个人计算机之类的办公室自动化(OA)设备、诸如个人数字助理和移动电话之类的移动信息终端或装有液晶监视器的可携式摄像机。
背景技术
液晶显示装置通常包括液晶单元、偏振器和光学补偿片(延迟板)。透射式液晶显示装置包括：一对偏振器、夹在它们之间的液晶单元、设置在液晶单元和一个或两个偏振器之间的单个或多个光学补偿片。
液晶单元包括杆状液晶分子、用于封住所述分子的一对基板、以及用于向所述分子施加电压的电极层。液晶单元的模式的例子包括：TN(扭转向列)、STN(超扭转向列)、ECB(电控双折射)、IPS(面内切换)、VA(竖直配向)、OCB(光学补偿双折射)、HAN(混合配向向列)、ASM(轴对称配向微胞)、半色调灰阶模式、区域分割模式、和使用铁电液晶和反铁电液晶的显示模式。
透射式液晶显示装置无法避免当倾斜观看时由于液晶分子的折射率各向异性而发生的涉及视角的问题，例如显示对比度的降低、显示颜色变化和灰度(gradation)反转，因此已经要求对这些方面进行改进。
对于使用TN模式(液晶的扭转角是90度)的透射式液晶显示装置，已经提出并实际使用了一种解决这些问题的方法，其中将光学补偿膜设置在液晶单元和上下偏振器中的每一个之间。
例如，已知一些结构，其中包括混合配向盘状液晶或向列混合配向液晶聚合物的光学补偿膜设置在液晶单元和上下偏振器中的每一个之间(以下的专利文献1～3)。
然而，TN模式可以增大对比度加宽的范围，但是灰度反转的范围宽，因此在视角特性中不一定是足够的。这是因为，由于液晶层扭转90度而导致液晶单元中的分子倾斜高达90度方向，使得灰度反转的范围被加宽。
出于上述原因，在使灰度反转的范围变窄的意义上，液晶单元的模式优选地为使用ECB模式的显示模式，其中液晶分子扭转0度的角度，并且均匀地配向。提出了用于增大ECB模式的视角的配置，其中设置两个向列混合配向光学补偿膜和两个单轴延迟膜，使得每一个补偿膜和每一个延迟膜分别位于均匀液晶单元的上下(专利文献4)。
然而，这种方法无法解决当倾斜观看液晶显示装置时所发生的涉及视角的问题，例如显示对比度的降低、显示颜色变化和灰度反转，并且还留下了以下问题，包括：由于每个膜的参数变化而导致显示特性的波动大，总膜厚增大，以及由于在单元上下总共使用4个膜使得装置的可靠性较低，所有的这些问题都要求改进。
(1)专利文献1：日本专利特许No.2640083
(2)专利文献2：日本专利申请特开平No.11-194325
(3)专利文献3：日本专利申请特开平No.11-194371
(4)专利文献4：日本专利申请特开No.2005-202101
发明内容
本发明旨在解决上述问题，并且提供显示特性波动小、显示图像亮、对比度高并且视角依赖性小的透射式液晶显示装置。
根据本发明的第一方面，提供一种透射式液晶显示装置，其至少包括：
背光；
偏振器；
第二光学各向异性层；
第一光学各向异性层；
均匀配向的液晶单元，其包括相互面对的上下基板和夹在上下基板之间的液晶层；以及
偏振器，
它们从背光开始按照该顺序堆叠设置，其中
当在波长λ＝450nm和λ＝590nm下的各向异性折射率Δn的比率由双折射波长色散D定义(D＝Δn(450)/Δn(590))时，形成第一光学各向异性层的液晶膜的双折射波长色散D1、形成第二光学各向异性层的液晶膜的双折射波长色散D2和液晶单元的双折射波长色散DLC在如下定义的范围内：
D1＞D2，
D1＝1.00～1.20，
D2＝0.80～1.10，
|(DLC+D1)/2-D2|＜0.5，以及
当第一光学各向异性层的厚度为d1、第一层的平面方向主折射率为Nx1和Ny1、第一层的厚度方向主折射率为Nz1、第一层的面内延迟Re1定义为Re1＝(Nx1-Ny1)×d1[nm]，以及第二光学各向异性层的厚度为d2、第二层的平面方向主折射率为Nx2和Ny2、第二层的厚度方向主折射率为Nz2、第二层的面内延迟Re2定义为Re2＝(Nx2-Ny2)×d2[nm]时，各自在550nm的波长下，在施加用于黑图像显示的电压时，第一光学各向异性层的延迟Re1、第二光学各向异性层的延迟Re2和液晶单元的延迟Re(LC)在如下定义的范围内：
|Re1+Re(LC)-Re2|＜30nm，
Re1＝20～140nm，
Re2＝50～180nm，
第一光学各向异性层至少包括具有固定的向列混合取向的液晶膜。
根据本发明的第二方面，提供一种透射式液晶显示装置，其至少包括：
背光；
偏振器；
均匀配向的液晶单元，其包括相互面对的上下基板和夹在上下基板之间的液晶层；
第一光学各向异性层；
第二光学各向异性层；以及
偏振器，
它们从背光开始按照该顺序堆叠设置，其中
当在波长λ＝450nm和λ＝590nm下的各向异性折射率Δn的比率由双折射波长色散D定义(D＝Δn(450)/Δn(590))时，形成第一光学各向异性层的液晶膜的双折射波长色散D1、形成第二光学各向异性层的液晶膜的双折射波长色散D2和液晶单元的双折射波长色散DLC在如下定义的范围内：
D1＞D2，
D1＝1.00～1.20，
D2＝0.80～1.10，
|(DLC+D1)/2-D2|＜0.5，以及
当第一光学各向异性层的厚度为d1、第一层的平面方向主折射率为Nx1和Ny1、第一层的厚度方向主折射率为Nz1、第一层的面内延迟Re1定义为Re1＝(Nx1-Ny1)×d1[nm]，以及第二光学各向异性层的厚度为d2、第二层的平面方向主折射率为Nx2和Ny2、第二层的厚度方向主折射率为Nz2、第二层的面内延迟Re2定义为Re2＝(Nx2-Ny2)×d2[nm]时，各自在550nm的波长下，在施加用于黑图像显示的电压时，第一光学各向异性层的延迟Re1、第二光学各向异性层的延迟Re2和液晶单元的延迟Re(LC)在如下定义的范围内：
|Re1+Re(LC)-Re2|＜30nm，
Re1＝20～140nm，
Re2＝50～180nm，第一光学各向异性层至少包括具有固定的向列混合取向的液晶膜。
根据本发明的第三方面，提供一种透射式液晶显示装置，其至少包括：
背光；
偏振器；
第一光学各向异性层；
均匀配向的液晶单元，其包括相互面对的上下基板和夹在上下基板之间的液晶层；
第二光学各向异性层；以及
偏振器，
它们从背光开始按照该顺序堆叠设置，其中
当在波长λ＝450nm和λ＝590nm下的各向异性折射率Δn的比率由双折射波长色散D定义(D＝Δn(450)/Δn(590))时，形成第一光学各向异性层的液晶膜的双折射波长色散D1、形成第二光学各向异性层的液晶膜的双折射波长色散D2和液晶单元的双折射波长色散DLC在如下定义的范围内：
D1＞D2，
D1＝1.00～1.20，
D2＝0.80～1.10，
|(DLC+D1)/2-D2|＜0.5，以及
当第一光学各向异性层的厚度为d1、第一层的平面方向主折射率为Nx1和Ny1、第一层的厚度方向主折射率为Nz1、第一层的面内延迟Re1定义为Re1＝(Nx1-Ny1)×d1[nm]，以及第二光学各向异性层的厚度为d2、第二层的平面方向主折射率为Nx2和Ny2、第二层的厚度方向主折射率为Nz2、第二层的面内延迟Re2定义为Re2＝(Nx2-Ny2)×d2[nm]时，各自在550nm的波长下，在施加用于黑图像显示的电压时，第一光学各向异性层的延迟Re1、第二光学各向异性层的延迟Re2和液晶单元的延迟Re(LC)在如下定义的范围内：
|Re1+Re(LC)-Re2|＜30nm，
Re1＝20～140nm，
Re2＝50～180nm，
第一光学各向异性层至少包括具有固定的向列混合取向的液晶膜。
根据本发明的第四方面，提供一种透射式液晶显示装置，其至少包括：
背光；
偏振器；
第二光学各向异性层；
均匀配向的液晶单元，其包括相互面对的上下基板和夹在上下基板之间的液晶层；
第一光学各向异性层；以及
偏振器，
它们从背光开始按照该顺序堆叠设置，其中
当在波长λ＝450nm和λ＝590nm下的各向异性折射率Δn的比率由双折射波长色散D定义(D＝Δn(450)/Δn(590))时，形成第一光学各向异性层的液晶膜的双折射波长色散D1、形成第二光学各向异性层的液晶膜的双折射波长色散D2和液晶单元的双折射波长色散DLC在如下定义的范围内：
D1＞D2，
D1＝1.00～1.20，
D2＝0.80～1.10，
|(DLC+D1)/2-D2|＜0.5，以及
当第一光学各向异性层的厚度为d1、第一层的平面方向主折射率为Nx1和Ny1、第一层的厚度方向主折射率为Nz1、第一层的面内延迟Re1定义为Re1＝(Nx1-Ny1)×d1[nm]，以及第二光学各向异性层的厚度为d2、第二层的平面方向主折射率为Nx2和Ny2、第二层的厚度方向主折射率为Nz2、第二层的面内延迟Re2定义为Re2＝(Nx2-Ny2)×d2[nm]时，各自在550nm的波长下，在施加用于黑图像显示的电压时，第一光学各向异性层的延迟Re1、第二光学各向异性层的延迟Re2和液晶单元的延迟Re(LC)在如下定义的范围内：
|Re1+Re(LC)-Re2|＜30nm，
Re1＝20～140nm，
Re2＝50～180nm，
第一光学各向异性层至少包括具有固定的向列混合取向的液晶膜。
根据本发明的第五方面，提供根据第一到第四方面中的任意一个的透射式液晶显示装置，其中第二光学各向异性层是延展的聚合物膜。
根据本发明的第六方面，提供根据第一到第四方面中的任意一个的透射式液晶显示装置，其中第二光学各向异性层是通过将表现光学正单轴性的液晶物质固定为该物质处于液晶状态时所形成的向列取向而产生的光学膜。
根据本发明的第七方面，提供根据第一到第六方面中的任意一个的透射式液晶显示装置，其中形成第一光学各向异性层的液晶膜的混合方向投影到基板平面上的倾斜方向和液晶层的摩擦方向所形成的角度在小于等于30度的范围内。
根据本发明的第八方面，提供根据第一到第七方面中的任意一个的透射式液晶显示装置，其中形成第一光学各向异性层的液晶膜的混合方向投影到基板平面上的倾斜方向和第二光学各向异性层的慢轴所形成的角度在大于等于70度并且小于110度的范围内。
根据本发明的第九方面，提供根据第一到第八方面中的任意一个的透射式液晶显示装置，其中形成第一光学各向异性层的液晶膜是通过将表现光学正单轴性的液晶物质以该物质处于液晶状态时所形成的向列混合取向进行固定而产生的液晶膜，并且向列混合取向的平均倾斜角从5度到45度。
根据本发明的第十方面，提供根据第一到第九方面中的任意一个的透射式液晶显示装置，其中偏振器的吸收轴和形成第一光学各向异性层的液晶膜的混合方向投影到基板平面上的倾斜方向所形成的角度在大于等于30度并且小于等于60度的范围内。
根据本发明的第十一方面，提供根据第一到第十方面中的任意一个的透射式液晶显示装置，其中在没有施加电压时，均匀配向液晶单元的延迟从200nm到400nm。
[发明的效果]
本发明的透视式液晶显示装置具有以下的特性：显示图像亮、对比度高并且视角依赖性小。
附图说明
图1是用于说明液晶分子的倾斜和扭转角度的概念图。
图2是用于说明形成第二光学各向异性层的液晶膜的配向结构的概念图。
图3是用于说明液晶单元的预倾斜方向的概念图。
图4是示例1的液晶显示装置的示意性横截面图。
图5是表示示例1中的偏振器的吸收轴、液晶单元的预倾斜方向、聚合延展膜的慢轴和液晶膜的倾斜方向的角度关系的平面图。
图6是表示当从所有方向观看示例1的液晶显示装置时的对比度比率的图。
图7是表示当从所有方向观看比较示例的液晶显示装置时的对比度比率的图。
图8是示例2的液晶显示装置的示意性横截面图。
图9是表示示例2中的偏振器的吸收轴、液晶单元的预倾斜方向、聚合延展膜的慢轴和液晶膜的倾斜方向的角度关系的平面图。
图10是表示当从所有方向观看示例2的液晶显示装置时的对比度比率的图。
图11是示例3的液晶显示装置的示意性横截面图。
图12是表示示例3中的偏振器的吸收轴、液晶单元的预倾斜方向、聚合延展膜的慢轴和液晶膜的倾斜方向的角度关系的平面图。
图13是表示当从所有方向观看示例3的液晶显示装置时的对比度比率的图。
图14是示例4的液晶显示装置的示意性横截面图。
图15是表示示例4中的偏振器的吸收轴、液晶单元的预倾斜方向、聚合延展膜的慢轴和液晶膜的倾斜方向的角度关系的平面图。
图16是表示当从所有方向观看示例4的液晶显示装置时的对比度比率的图。
(附图标记说明)
1、2：基板；3：透明电极；4：对向电极；5：液晶层；6：液晶单元；7、8：偏振器；9：第一光学各向异性层；10：第二光学各向异性层；11：背光
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明。
本发明的透射式液晶显示装置具有从以下四种方案中(1)～(4)中选择的配置，并且在需要时可以包含诸如光漫射层、光控制膜、光导板和棱镜片之类的附加元件，对其不强加特别的限制。可以使用配置方案(1)～(4)中的任意一种，以便获得视角依赖性小的光学特性。
(1)偏振器/液晶单元/第一光学各向异性层/第二光学各向异性层/偏振器/背光
(2)偏振器/第二光学各向异性层/第一光学各向异性层/液晶单元/偏振器/背光
(3)偏振器/第二光学各向异性层/液晶单元/第一光学各向异性层/偏振器/背光
(4)偏振器/第一光学各向异性层/液晶单元/第二光学各向异性层/偏振器/背光
将依次描述用于本发明的构成元件。
首先，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配向单元模式。这里使用的均匀配向单元是扭转角基本为0度的单元。术语“基本为0度”是指大于等于0度并且小于等于5度的角度。当没有电压施加时，液晶单元的延迟(Δnd)优选地从200nm到400nm，更优选地，从230nm到350nm。偏离这些范围的延迟由于会引起不希望的着色或亮度降低，因此并不是优选的。
对于液晶单元的驱动模式并没有特别的限制，因此，它可以是在STN-LCD中使用的无源矩阵模式，使用诸如TFT(薄膜晶体管)电极和TFD(薄膜二极管)电极之类的有源电极的有源矩阵模式，以及电浆定址(plasma address)模式。
液晶单元包括夹在两个透明基板之间的液晶层，所述两个透明基板被设置为相互面对(观看者侧基板可被称为“上基板”，而背光侧基板可被称为“下基板”)。
对于形成液晶层的材料没有特别的限制。材料的例子包括可以构成各种液晶单元的各种低分子量液晶物质，聚合液晶物质，及其混合物。液晶材料可以与染料(dye)、手征性掺杂剂(chiral dopoant)或非液晶物质混合到其不阻止液晶物质表现液晶性的程度。液晶单元可以具有上述各种液晶单元模式所需的各种元件或下述各种元件。
对于形成液晶单元的透明基板没有特别的限制，只要它们可以以特定的配向方向对形成液晶层的液晶材料进行配向即可。更具体的例子包括自身具有配向液晶材料的特性的基板和自身不具有配向能力但是被设置有能够配向液晶材料的配向层的基板。液晶单元的电极可以是任意的传统电极，例如ITO。电极通常可以设置在透明基板的表面上，该表面接触液晶层。在使用具有配向层的透明基板的情况下，可以在配向层和基板之间设置电极。
对于在本发明中使用的偏振器没有特别的限制，只要可以实现本发明的目的即可。因此，偏振器可以是通常在液晶显示装置中使用的任意的传统偏振器。具体的例子包括：诸如聚乙烯醇(PVA)和部分缩醛化PVA之类的基于PVA的偏振膜，诸如通过延展包括乙烯-乙燃基醇共聚物(ehtylene-vinyl acetate copolymer)的部分皂化产物的亲水聚合膜并吸收碘和/或二向色性染料产生的偏振膜之类的偏振膜，以及包括诸如聚氯乙稀的去氯产物之类的多烯定向(polyene-oriented)膜的偏振膜。作为选择，可以使用反射型偏振器。
这些偏振器可以单独使用，或者为了增加强度、抗湿性和抗热性，结合设置在偏振器的一个或两个表面上的透明保护层一起使用。保护层的例子包括通过将诸如聚酯、三醋酸纤维或环烯烃聚合物之类的透明塑料膜直接或通过粘合剂层层压在偏振器上形成的保护层；透明树脂的涂覆层；以及基于丙烯酸或环氧的光固定型树脂层。当保护层涂覆在偏振膜的两个表面上时，它们可以彼此相同或者不同。
对于在本发明中使用的第二光学各向异性层没有特别的限制，只要其具有极好的透射率和均匀性即可。然而，该层优选地为由液晶材料形成的光学膜或聚合延展膜。聚合延展膜的例子包括：由基于纤维素、聚碳酸酯、聚芳酯、聚砜、聚丙烯、聚醚砜或环烯烃聚合物形成的单轴或双轴延迟膜。这里举例说明的第二光学各向异性层可以包括由液晶材料单独形成或其组合形成的光学膜或聚合延展膜。由液晶材料形成的光学膜的例子包括由各种主链和/或侧链型液晶聚合化合物，例如液晶聚酯、液晶聚碳酸酯、液晶聚丙烯酸酯或在配向之后可以通过交叉接合等聚合的具有反应性的低分子量液晶化合物构成的光学膜。这些膜可以是具有自支持性的单层膜或在透明支持基板上形成。
当在平面方向中取x和y方向，并将厚度方向定义为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。
在本发明中使用的第一光学各向异性层是至少包括液晶膜的层，该液晶膜通过将表现光学正单轴性的液晶聚合物，更具体地说，表现光学正单轴性的聚合液晶化合物，或包含从聚合液晶化合物中选择的至少一种并表现光学正单轴性的聚合液晶合成物，以具有液晶聚合化合物或合成物处于液晶状态时形成的5～45度的平均倾斜角度的向列混合配向固定而产生。
这里使用的术语“向列混合配向”是指液晶分子以其中相对于膜的上表面和膜的下表面液晶分子的指向矢(director)的角度互不相同的向列配向进行配向的配向结构。因此，由于该指向矢和膜平面所形成的角度在膜的上界面附近和下界面附近之间不同，因此向列混合配向可以指其中角度在膜的上表面和膜的下表面之间连续变化的配向。
在具有固定向列混合配向结构的液晶膜中，液晶分子的指向矢在膜厚度方向的所有位置指向不同的角度。因此，当膜被看作整个膜结构时，光轴不再存在。
这里使用的术语“平均倾斜角度”是指在液晶膜的厚度方向在液晶分子的指向矢和膜平面之间定义的角度的平均值。在本发明中使用的液晶膜中，由在膜表面中的一个附近的指向矢和膜表面形成的角度的绝对值通常从20度到90度，优选地从40度到80度，更优选地从50度到70度，而由指向矢和另一膜表面形成的角度的绝对值通常从0度到20度，优选地从0度到10度。平均倾斜角度的绝对值通常从5度到50度，优选地从20度到45度，更优选地从25～45度。
如果平均倾斜角度偏离以上范围，那么将导致从倾斜方向观看所产生的液晶显示装置时装置的对比度下降。通过应用晶体旋转法可以确定平均倾斜角度。
本发明中使用的形成第一光学各向异性层的液晶膜包括如上所述的具有固定的向列混合配向和特定的平均倾斜角度的液晶聚合化合物或液晶聚合合成物，但是如上所述也可以由任意的液晶材料形成，只要该材料可以以向列混合配向进行配向并满足涉及特定的平均倾斜角度的要求即可。例如，该膜可以是通过使低分子量液晶材料处于液晶状态，然后以向列混合配向对该材料进行配向，并通过光或热交叉接合固定所配向的配向而产生的液晶膜。这里使用的术语“液晶膜”指通过将诸如低分子量或聚合的液晶物质之类的液晶物质形成为膜而产生的液晶膜，而与液晶膜自身是否表现液晶性无关。
关于从其法线方向观看时形成第一光学各向异性层的液晶膜的平面中的视在延迟值，在具有固定的向列混合取向结构的液晶膜中，在平行于指向矢的方向上的折射率(ne)不同于在垂直于指向矢的方向上的折射率(no)，因此，假定从ne中减去no所所获得的值(ne-no)为视在双折射率，给出作为视在双折射率和绝对膜厚之积的视在延迟值。通过诸如偏振光椭圆率测量仪之类的偏振光学测量可容易地获得该延迟值。
将更详细地描述在本发明的液晶显示装置中的光学各向异性层的具体的配置条件。为了描述具体的配置条件，如下使用附图1～3定义液晶膜形成的光学各向异性层的上下平面和倾斜方向以及液晶单元的预倾斜方向。
当液晶膜形成的光学各向异性层的上下平面通过膜界面附近处的液晶分子的指向矢和膜平面形成的角度定义时，在相对于指向矢的锐角侧形成20～90度角的平面被定义为“b平面”，而在相对于指向矢的锐角侧形成0～20度角的平面被定义为“c平面”。
当通过光学各向异性层从b平面看c平面时，其中液晶分子的指向矢和其向c平面的投影之间的角度为锐角并且平行于投影的方向定义为“倾斜方向”(参见图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，并以特定的角度倾斜，该角度通常称为“预倾斜角度”。然而，在单元界面上液晶分子的指向矢和其投影形成锐角并且平行于投影的方向，在这里被定义为“液晶单元的预倾斜方向”(参见图3)。
第一和第二光学各向异性层可以通过粘合剂(adhesive)或黏性粘合剂(tacky adhesive)层相互附着。
对于形成粘合剂层的粘合剂没有特别的限制，只要它们对于光学各向异性层具有足够的粘性并且不损害其光学特性即可。粘合剂的例子包括基于丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、橡胶、氨基甲酸乙酯、聚乙烯醚的粘合剂和其混合物，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粘合剂。粘合剂可以是具有用于保护光学各向异性层的透明保护层的功能的粘合剂。
对于形成黏性粘合剂层的黏性粘合剂没有特别的限制。可以使用从包含诸如丙烯酸聚合物、基于硅酮的聚合物、聚酯、聚氨酯、聚酰胺、聚醚、基于氟或橡胶的聚合物之类的作为基础聚合物的聚合物中适当地选择的任意的黏性粘合剂。具体地说，优选地使用诸如丙烯酸黏性粘合剂之类的黏性粘合剂，其光学透明度、抗气候性和抗热性极好，并且容易调节湿润性、凝集性和粘性。
可以通过任意适当的方法形成粘合剂层或黏性粘合剂层(以下可以统称为“黏性/粘合剂层”)。所述方法的例子包括以下方法，其中基础聚合物或其成分溶解或分散在只包含甲苯或乙酸乙酯或其组合的溶剂中，从而制备包含10～40％的粘合剂质量的黏性/粘合剂溶剂，然后通过例如浇铸或涂覆之类的适当的形成方法，将该溶剂直接覆盖在上述光学各向异性层上；或者方法的例子包括以下方法，其中在分隔器上按照上述方法形成黏性/粘合剂层，然后将其转移到光学各向异性层上。黏性/粘合剂层可以包含诸如天然或合成树脂之类的添加剂，具体地说，诸如包含黏性施加树脂、玻璃纤维、玻璃珠、金属粉末和其它无机粉末的填充剂或颜料、染料和抗氧化剂之类的添加剂。黏性/粘合剂层可以包含细颗粒，从而表现光漫射性。
当光学各向异性层通过黏性/粘合剂层相互附着时，可以对它们进行表面处理，从而提高它们对黏性/粘合剂层的粘合性。对于表面处理的方法没有特别的限制。可以适当地使用诸如电晕放电、溅射、低压UV辐射或等离子体处理之类的表面处理，它们能够保持液晶膜表面的透明度。在这些表面处理中，电晕放电处理极好。
接下来，将对根据本发明的包含上述组成部件的液晶显示装置的配置进行说明。
本发明的液晶显示装置的配置需要从如图4、8、11和14所示的以下四种方案中选择：
(1)偏振器/液晶单元/第一光学各向异性层/第二光学各向异性层/偏振器/背光；
(2)偏振器/第二光学各向异性层/第一光学各向异性层/液晶单元/偏振器/背光；
(3)偏振器/第二光学各向异性层/液晶单元/偏振器/第一光学各向异性层/背光；以及
(4)偏振器/第一光学各向异性层/液晶单元/第二光学各向异性层/偏振器/背光。
现在，将以以上结构(1)为例，参照图4说明根据本发明实施例的液晶显示器的显示原理。
在基板1上设置由例如ITO之类的高透射性材料形成的透明电极3，而在基板2上设置由例如ITO之类的高透射性材料形成的对向电极。由表现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和对向电极4之间。偏振器7设置在基板2的一侧(与在其上形成对向电极4的一侧相对)上，而第一光学各向异性层9、第二光学各向异性层10和偏振器8设置在基板1的一侧(与在其上形成透明电极3的一侧相对)上。如观看者所看到的，背光11设置在偏振器8的后侧。
由液晶单元中的液晶层的预倾斜方向，和由其中向列混合配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从0度到30度，更优选地从0度到20度，特别优选地从0度到10度。大于30度的角度将无法获得足够的视角补偿效果。
由第二光学各向异性层的慢轴和第一光学各向异性层的倾斜方向形成的角度优选地为大于等于70度并且小于110度，更优选地，大于等于80度并且小于100度。大于等于110度或小于70度的角度将导致正面对比度的降低。
由第一光学各向异性层的倾斜方向和偏振器的吸收轴形成的角度优选地为大于等于30度并且小于60度，更优选地，大于等于40度并且小于50度。大于等于60度或小于30度的角度将导致正面对比度的降低。
由第二光学各向异性层的慢轴和偏振器的吸收轴形成的角度优选地为大于等于30度并且小于60度，更优选地，大于等于40度并且小于50度。大于等于60度或小于30度的角度将导致正面对比度的降低。
分别定义为ΔnLC、Δn1和Δn2的上述液晶单元中使用的液晶材料、第一光学各向异性层和第二光学各向异性层的各向异性折射率相对于波长λ一般具有依赖性，并具有以下特性，即它们相对于波长λ一般具有负的趋势。在波长λ＝450nm和λ＝590nm下的各向异性折射率(以下指定为“Δn(450)”和“Δn(590)”)的比率由双折射波长色散D定义，即
D＝Δn(450)/Δn(590)
如果液晶材料相同，D相同；但是即使在液晶材料不同时D也可能相同。液晶单元、第一光学各向异性层和第二光学各向异性层的双折射波长色散分别被指定为DLC、D1和D2。
使从背光11照射的光通过偏振器8入射到第二光学各向异性层10。在上述配置中，第一光学各向异性层9的慢轴基本上平行于液晶单元6的摩擦方向，而第二光学各向异性层10的慢轴基本上垂直于第一光学各向异性层9的慢轴和液晶单元6的摩擦方向。
现在，当第一光学各向异性层的厚度为d1、第一层的平面方向主折射率为Nx1和Ny1、第一层的厚度方向主折射率为Nz1、第一层的面内延迟Re1定义为Re1＝(Nx1-Ny1)×d1[nm]，以及第二光学各向异性层的厚度为d2、第二层的平面方向主折射率为Nx2和Ny2、第二层的厚度方向主折射率为Nz2、第二层的面内延迟Re2定义为Re2＝(Nx2-Ny2)×d2[nm]时，各自在550nm的波长下，在施加用于黑图像显示的电压时，第一光学各向异性层的延迟Re1、第二光学各向异性层的延迟Re2和液晶单元的延迟Re(LC)被调整为满足以下的关系：
|Re1+Re(LC)-Re2|＜30nm    (1)
Re1＝20～140nm    (2)
Re2＝50～180nm    (3)
因此，通过第一光学各向异性层和液晶单元的光学各向异性抵消了第二光学各向异性层的光学各向异性。结果，由于使通过偏振器8的光入射到偏振器7而基本上不受延迟的影响，因此可以获得黑显示图像。偏离由以上公式(1)定义的范围的Re1、Re2和Re(LC)并不是优选的，这是因为正面对比度会减小。如果Re1偏离由以上公式(2)定义的范围，在倾斜观看显示装置时，无法获得改进效果的足够的视角，或者可能发生不必要的着色。如果Re2偏离以上由公式(3)定义的范围，无法获得足够的补偿效果。
为了获得极好的黑显示图像，第二光学各向异性层的双折射波长色散D2、第一光学各向异性层的双折射波长色散D1和液晶单元的双折射波长色散DLC优选地调整为满足以下关系：
D1＞D2(4)
D1＝1.00～1.20(5)
D2＝0.80～1.10(6)
|(DLC+D1)/2-D2|＜0.5(7)
调整各光学各向异性层和液晶单元的色散使得宽波长范围的可见光满足以上公式(1)，并使得第二光学各向异性层、第一光学各向异性层和液晶单元的光学各向异性能够被抵消。结果，可以获得极好的黑显示图像。如果每个光学各向异性层和液晶单元的色散偏离以上定义的范围，则对比度会降低或者会在显示器上发生不必要的着色。
由于对于光漫射层、光控制膜、光导板或棱镜片没有特别的限制，因此可以使用传统上的那些。
除了上述元件，本发明的液晶显示装置可以设置有其它附加元件。例如，使用彩色滤光片(color filter)，使得可以产生彩色液晶显示装置，其可以提供具有增大的颜色纯度的多或全色显示图像。
[示例]
将以下面的示例进一步描述本发明，但不应解释为本发明限制于此。除非另外说明，示例中的延迟(Δnd)是在550nm波长下的值。
(1)膜厚测量
使用SLOAN Co.制造的表面纹理分析系统Dektak 3030ST进行膜厚测量。还使用通过干涉测量(可从JASCO公司获得的“紫外可见近红外分光光度计V-570”)和折射率数据确定膜厚的方法。
(2)液晶膜的参数测量
使用Oji Scientific Instruments制造的自动双折射分析仪KOBRA21ADH进行测量。
[示例1]
将分别参照图4和图5，描述示例1的液晶显示装置的结构和轴配置。
在基板1上设置由例如ITO之类的高透射性材料形成的透明电极3，而在基板2上设置由例如ITO之类的高透射性材料形成的对向电极4。由表现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和对向电极4之间。偏振器7设置在基板2的一侧(与在其上形成对向电极4的一侧相对)上，而第一光学各向异性层9、第二光学各向异性层10和偏振器8设置在基板1的一侧(与在其上形成透明电极3的一侧相对)上。如观看者所看到的，背光11设置在偏振器8的后侧。
根据日本专利申请特开平No.6-347742的公开，制备各种第一光学各向异性层9(Δnd：10～160nm)，该层由具有固定的向列混合配向的各种厚度的液晶膜形成，其中在膜厚方向的平均倾斜角度是28度。生产液晶显示装置，使其具有如图5所示的轴配置。
在该示例中使用的液晶单元6使用由Merck Ltd制造的ZLI-1695作为液晶材料生产，使得液晶层厚度为4.9μm。在两个单元界面处的预倾斜角度为3度。液晶单元的Δnd约为320nm，而色散DLC约为1.03。
偏振器7(厚度：约100μm；由Sumitomo Chemical IndustryCo.，Ltd制造的SQW-062)设置在液晶单元6的观看者侧(图4的上部)。
如观看者所看到的，在液晶单元6的后侧，设置作为第一光学各向异性层9的液晶膜9，作为第二光学各向异性层10的由单轴延展的ZEONOR膜(商品名称，由ZEON CORPORATION生产)形成的聚合延展膜10，并且在其后侧设置偏振器8。
ZEONOR膜的色散约为1.02，而第一光学各向异性层的色散约为1.16。
偏振器7、8的吸收轴，单元6在两个界面处的预倾斜方向，液晶膜9的倾斜方向，和聚合延展膜10的慢轴，如图5所示取向。
图6示出当背光打开(透射模式)，并且第一光学各向异性层9和ZEONOR膜的Δnd分别为90nm和140nm时，白图像0V和黑图像5V的透射率比率“(白图像)/(黑图像)”所定义的来自所有方向的对比度比率(CR)。
从图6中确认，液晶显示装置具有极好的视角特性。以20度的间隔画出同心圆。因此，最外面的圆表示距离中心80度(相同的方法应用于后面的附图)。
对于以下的情况进行相同的测量，在所述情况中使用示例1的配置改变第一光学各向异性层的延迟。所产生的CR和视角特性总结在下面的表1中。
作为比较示例，图7示出当背光打开(透射模式)，并且第一光学各向异性层9和ZEONOR膜的Δnd分别为10nm和60nm(在本发明定义的范围之外)时，白图像0V和黑图像5V的透射率比率“(白图像)/(黑图像)”所定义的来自所有方向的对比度比率。
根据比较示例和表1所示的结果，正面CR得到改进，但是随着第一光学各向异性层的Δnd减小，视角逐渐变窄，因而由于无法获得足够的视角，小于20nm的Δnd并不是优选的。
此外由于无法获得足够的正面CR，过大的第一光学各向异性层的Δnd也不是优选的。因此，发现第一光学各向异性层的Δnd希望被调整在20nm到140nm的范围内。
表1
Figure G2008800199573D00201
[示例2]
将分别参照图8和图9，描述示例2的液晶显示装置的结构和轴配置。
使用示例1的液晶单元6。在基板2的一侧(与在其上形成对向电极4的一侧相对)上设置第一光学各向异性层9、第二光学各向异性层10和偏振器7。在基板1的一侧(与在其上形成透明电极3的一侧相对)上设置偏振器8。背光11设置在偏振器8后面。
偏振器7、8，第一光学各向异性层9和第二光学各向异性层10与示例1中使用的那些相同。
偏振器7、8的吸收轴，单元6在两个界面处的预倾斜方向，液晶膜9的倾斜方向，和聚合延展膜10的慢轴，如图8所示取向。
图10示出白图像0V和黑图像5V的透射率比率“(白图像)/(黑图像)”所定义的来自所有方向的对比度比率。
从图10中确认，液晶显示装置具有极好的视角特性。
[示例3]
将分别参照图11和图12，描述示例3的液晶显示装置的结构和轴配置。
使用示例1的液晶单元6。在基板2的一侧(与在其上形成对向电极4的一侧相对)上设置第二光学各向异性层10和偏振器7。在基板1的一侧(与在其上形成透明电极3的一侧相对)上设置第一光学各向异性层9和偏振器8。背光11设置在偏振器8后面。
图13示出白图像0V和黑图像5V的透射率比率“(白图像)/(黑图像)”所定义的来自所有方向的对比度比率。
从图13中确认，液晶显示装置具有极好的视角特性。
[示例4]
将分别参照图14和图15，描述示例4的液晶显示装置的结构和轴配置。
除了第二光学各向异性层10的位置和第一光学各向异性层9的位置相互交换之外，以与示例3相同的程序制备该示例的液晶显示装置。
图16示出白图像0V和黑图像5V的透射率比率“(白图像)/(黑图像)”所定义的来自所有方向的对比度比率。
从图16中确认，液晶显示装置具有极好的视角特性。
在这些例子中，在不使用彩色滤光片的情况下进行实验。当然，在液晶单元中提供彩色滤光片可以提供极好的多色或全色图像。

Claims (11)

1.一种透射式液晶显示装置，其至少包括：
背光；
偏振器；
第二光学各向异性层；
第一光学各向异性层；
均匀配向的液晶单元，其包括相互面对的上下基板和夹在上下基板之间的液晶层；以及
偏振器，
它们从背光开始按照该顺序堆叠设置，其中
当在波长λ＝450nm和λ＝590nm下的各向异性折射率Δn的比率由双折射波长色散D定义时，形成第一光学各向异性层的液晶膜的双折射波长色散D1、形成第二光学各向异性层的液晶膜的双折射波长色散D2和液晶单元的双折射波长色散DLC在黑图像显示中在如下定义的范围内：
D1＞D2，
D1＝1.00～1.20，
D2＝0.80～1.10，
|(DLC+D1)/2-D2|＜0.5，
其中，D＝Δn(450)/Δn(590)，以及
当第一光学各向异性层的厚度为d1、第一层的平面方向主折射率为Nx1和Ny1、第一层的厚度方向主折射率为Nz1、第一层的面内延迟Re1定义为Re1＝(Nx1-Ny1)×d1，以及第二光学各向异性层的厚度为d2、第二层的平面方向主折射率为Nx2和Ny2、第二层的厚度方向主折射率为Nz2、第二层的面内延迟Re2定义为Re2＝(Nx2-Ny2)×d2时，各自在550nm的波长下，在施加用于黑图像显示的电压时，第一光学各向异性层的延迟Re1、第二光学各向异性层的延迟Re2和液晶单元的延迟Re(LC)在如下定义的范围内：
|Re1+Re(LC)-Re2|＜30nm，
Re1＝20～140nm，
Re2＝50～180nm，
第一光学各向异性层至少包括具有固定的向列混合取向的液晶膜。
2.一种透射式液晶显示装置，其至少包括：
背光；
偏振器；
均匀配向的液晶单元，其包括相互面对的上下基板和夹在上下基板之间的液晶层；
第一光学各向异性层；
第二光学各向异性层；以及
偏振器，
它们从背光开始按照该顺序堆叠设置，其中
当在波长λ＝450nm和λ＝590nm下的各向异性折射率Δn的比率由双折射波长色散D定义时，形成第一光学各向异性层的液晶膜的双折射波长色散D1、形成第二光学各向异性层的液晶膜的双折射波长色散D2和液晶单元的双折射波长色散DLC在黑图像显示中在如下定义的范围内：
D1＞D2，
D1＝1.00～1.20，
D2＝0.80～1.10，
|(DLC+D1)/2-D2|＜0.5，
其中，D＝Δn(450)/Δn(590)，以及
当第一光学各向异性层的厚度为d1、第一层的平面方向主折射率为Nx1和Ny1、第一层的厚度方向主折射率为Nz1、第一层的面内延迟Re1定义为Re1＝(Nx1-Ny1)×d1，以及第二光学各向异性层的厚度为d2、第二层的平面方向主折射率为Nx2和Ny2、第二层的厚度方向主折射率为Nz2、第二层的面内延迟Re2定义为Re2＝(Nx2- Ny2)×d2时，各自在550nm的波长下，在施加用于黑图像显示的电压时，第一光学各向异性层的延迟Re1、第二光学各向异性层的延迟Re2和液晶单元的延迟Re(LC)在如下定义的范围内：
|Re1+Re(LC)-Re2|＜30nm，
Re1＝20～140nm，
Re2＝50～180nm，
第一光学各向异性层至少包括具有固定的向列混合取向的液晶膜。
3.一种透射式液晶显示装置，其至少包括：
背光；
偏振器；
第一光学各向异性层；
均匀配向的液晶单元，其包括相互面对的上下基板和夹在上下基板之间的液晶层；
第二光学各向异性层；以及
偏振器，
它们从背光开始按照该顺序堆叠设置，其中
当在波长λ＝450nm和λ＝590nm下的各向异性折射率Δn的比率由双折射波长色散D定义时，形成第一光学各向异性层的液晶膜的双折射波长色散D1、形成第二光学各向异性层的液晶膜的双折射波长色散D2和液晶单元的双折射波长色散DLC在黑图像显示中在如下定义的范围内：
D1＞D2，
D1＝1.00～1.20，
D2＝0.80～1.10，
|(DLC+D1)/2-D2|＜0.5，
其中，D＝Δn(450)/Δn(590)，以及
当第一光学各向异性层的厚度为d1、第一层的平面方向主折射率为Nx1和Ny1、第一层的厚度方向主折射率为Nz1、第一层的面内延迟Re1定义为Re1＝(Nx1-Ny1)×d1，以及第二光学各向异性层的厚度为d2、第二层的平面方向主折射率为Nx2和Ny2、第二层的厚度方向主折射率为Nz2、第二层的面内延迟Re2定义为Re2＝(Nx2-Ny2)×d2时，各自在550nm的波长下，在施加用于黑图像显示的电压时，第一光学各向异性层的延迟Re1、第二光学各向异性层的延迟Re2和液晶单元的延迟Re(LC)在如下定义的范围内：
|Re1+Re(LC)-Re2|＜30nm，
Re1＝20～140nm，
Re2＝50～180nm，
第一光学各向异性层至少包括具有固定的向列混合取向的液晶膜。
4.一种透射式液晶显示装置，其至少包括：
背光；
偏振器；
第二光学各向异性层；
均匀配向的液晶单元，其包括相互面对的上下基板和夹在上下基板之间的液晶层；
第一光学各向异性层；以及
偏振器，
它们从背光开始按照该顺序堆叠设置，其中
当在波长λ＝450nm和λ＝590nm下的各向异性折射率Δn的比率由双折射波长色散D定义时，形成第一光学各向异性层的液晶膜的双折射波长色散D1、形成第二光学各向异性层的液晶膜的双折射波长色散D2和液晶单元的双折射波长色散DLC在黑图像显示中在如下定义的范围内：
D1＞D2，
D1＝1.00～1.20，
D2＝0.80～1.10，
|(DLC+D1)/2-D2|＜0.5，
其中，D＝Δn(450)/Δn(590)，以及
当第一光学各向异性层的厚度为d1、第一层的平面方向主折射率为Nx1和Ny1、第一层的厚度方向主折射率为Nz1、第一层的面内延迟Re1定义为Re1＝(Nx1-Ny1)×d1，以及第二光学各向异性层的厚度为d2、第二层的平面方向主折射率为Nx2和Ny2、第二层的厚度方向主折射率为Nz2、第二层的面内延迟Re2定义为Re2＝(Nx2-Ny2)×d2时，各自在550nm的波长下，在施加用于黑图像显示的电压时，第一光学各向异性层的延迟Re1、第二光学各向异性层的延迟Re2和液晶单元的延迟Re(LC)在如下定义的范围内：
|Re1+Re(LC)-Re2|＜30nm，
Re1＝20～140nm，
Re2＝50～180nm，
第一光学各向异性层至少包括具有固定的向列混合取向的液晶膜。
5.根据权利要求1至4中的任意一个的透射式液晶显示装置，其中第二光学各向异性层是延展的聚合物膜。
6.根据权利要求1至4中的任意一个的透射式液晶显示装置，其中第二光学各向异性层是通过将表现光学正单轴性的液晶物质固定为该物质处于液晶状态时所形成的向列取向而产生的光学膜。
7.根据权利要求1至4中的任意一个的透射式液晶显示装置，其中形成第一光学各向异性层的液晶膜的混合方向投影到基板平面上的倾斜方向和液晶层的摩擦方向所形成的角度在小于等于30度的范围内。
8.根据权利要求1至4中的任意一个的透射式液晶显示装置，其中形成第一光学各向异性层的液晶膜的混合方向投影到基板平面上的倾斜方向和第二光学各向异性层的慢轴所形成的角度在大于等于70度并且小于110度的范围内。
9.根据权利要求1至4中的任意一个的透射式液晶显示装置，其中形成第一光学各向异性层的液晶膜是通过将表现光学正单轴性的液晶物质以该物质处于液晶状态时所形成的向列混合取向进行固定而产生的液晶膜，并且向列混合取向的平均倾斜角从5度到45度。
10.根据权利要求1至4中的任意一个的透射式液晶显示装置，其中两个偏振器中的每一个的吸收轴和形成第一光学各向异性层的液晶膜的混合方向投影到基板平面上的倾斜方向所形成的角度在大于等于30度并且小于等于60度的范围内。
11.根据权利要求1至4中的任意一个的透射式液晶显示装置，其中在没有施加电压时，均匀配向液晶单元的延迟从200nm到400nm。
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