液晶顯示裝置及其制造方法

專利名稱：液晶顯示裝置及其制造方法
技術領域：
本發明實施例涉及圓偏振器的設計，更具體地，涉及透射和/或透射反射(transflective)液晶顯示器中寬視角圓偏振器的設備、裝置、系統和方法。

背景技術：
液晶顯示器(LCD)被廣泛地應用于電視、臺式監視器、筆記本和便攜電子設備，這歸因于其尺寸緊湊、重量輕、圖像質量高并且功率消耗低。對于LCD，寬視角和高亮度(高的光效率)是兩個需求。此外，在一些LCD應用中，面板可能具有透射和反射功能以獲得室內和室外的可讀性，該LCD被主要稱作透射反射LCD。
目前，對于透射和透射反射LCD，多疇垂直配向(multi-domain verticalalignment，MVA)已經變成了主流寬視角顯示技術。在如圖1(像素的截面圖)所示的MVA單元中，液晶分子118夾在兩塊玻璃基板110a和110b之間，并當下電極112a和上電極112b之間未施加電壓時，初始配向大體垂直于基板。MVA單元120進一步插在兩個線偏振器100a和100b之間。在上基板110b上，形成突起116，使附近的液晶分子具有小的預取向。在下基板110a上，在電極112a上開狹縫114。當上和下電極之間施加高電壓時，由于狹縫和突起，將產生圖1B中短劃線122所示的電場。因此，狹縫左側和右側的液晶分子將向不同的方向傾斜，形成x-z平面內的雙疇分布。為了進一步擴展視角，為MVA開發人字形的突起和狹縫結構，如圖1C所示(像素的俯視圖，在x-z平面內)。這里，形成在上基板上的突起116和形成在下基板上的狹縫114在x-y平面內具有兩個部分一個在上半x-y平面內，另一個在下半x-y平面內。因此，液晶分子被分布在四個主要的疇中130和132在下部分中，134和136在上部分中。該四疇結構以45°、135°、225°和315°形成，如圖1D所示。兩個線偏振器的透射軸150a和150b設定在0°和90°，以獲得最大光效率。
在正交的線偏振器條件下，具有總相位延遲值δ并且其光軸在相對于一個線偏振器的透射軸的角度φ的延遲膜的透射率表示為 因此，透射度極大取決于液晶疇的取向角φ。由方程(1)，T在

135°、225°和315°具有最大值。然而，在傳統MVA單元的電壓開啟狀態下，在如圖1C所示的疇過渡區域140中的液晶分子將不會沿著四個主要方向(45°、135°、225°和315°)被嚴格地限制。因此，與具有使用平面電極的單疇的傳統扭曲向列LCD相比，正交的線偏振器條件下的MVA單元的光效率降低。另一方面，當使用圓偏振器，MVA單元的透射率將僅僅依賴于相位延遲值，如 因此，在疇過渡區域140中的這些分子也將有助于整個透射率，導致更高的光效率。
傳統顯示器201的示意性結構示于圖2A。典型的圓偏振器280a(或280b)包括線偏振器200a(或200b)和四分之一波片(quarter-wave plate)260a(或260b)，該四分之一波片260a(或260b)具有相對于線偏振器的透射軸沿45°配向的光軸。兩個四分之一波片通常由相同類型的單軸A片制成，例如正單軸A片或負A片。在這樣的構造條件下，當沒有電壓施加至MVA單元時，如圖2B所示，液晶分子218全部垂直配向，在垂直方向沒有顯示出相位延遲。來自于下背光單元290的入射光將首先變成平行于下偏振器200a的透射軸201a的線偏振光205；在第一四分之一波片260a的光軸離透射軸210a為45°的情形，線偏振光205將隨后被轉變成具有第一手性(即，左旋圓偏振)的圓偏振光215。光215在穿過垂直配向液晶單元220后仍保持其偏振狀態。然后，上四分之一波片260b將光215轉變回線偏振光215，該偏振光215的偏振方向垂直于上線偏振器200b的透射軸201b，從而該偏振光215被遮擋，導致黑的狀態。
另一方面，如圖2C所示，當高電壓施加至液晶單元220時，全部液晶分子將向下傾斜，使得單元220像半波片一樣工作。在這樣的條件下，來自于下圓偏振器280a的具有第一手性(例如，左旋圓偏振)的圓偏振光215將被轉變為具有第二手性(例如，右旋圓偏振)的圓偏振光235。上四分之一波片進一步將具有第二手性的光235轉變成線偏振光245，該偏振光245的偏振方向平行于上線偏振器200b的透射軸201b，導致亮的狀態。
然而，在這樣的條件下，只有正入射，該設計中的圓偏振器才可以產生最小化的光泄漏。當觀察離軸入射時，光泄漏嚴重并且由兩個原因導致1)兩個正交線偏振器的有效角度的改變，即，在大多數的離軸觀察方向下和上線偏振器的透射軸將不再彼此垂直；2)來自于兩個相同類型的單軸四分之一波片的不能補償的離軸相位延遲。可以通過在鮑英卡勒偏振球(Poincarésphere)上跡線穿過該系統的入射光的偏振狀態來描述光泄漏的原因。
在該類型的正交圓偏振器中，離軸光泄漏嚴重。僅僅來自于兩個圓偏振器的這樣的光泄漏就可以在35°附近達到1％，在60°附近達到10％，這使MVA的視角(定義為圓錐形，具有對比率≥10∶1)變窄至60°，這對于要求寬視角的LCD來說是不夠的。
其它結構使用多個雙軸膜來擴展視角。然而，這些膜會使得這樣的設計更復雜，成本更高，并且難以精確控制雙軸膜的形成。
另一方面，多疇垂直配向(MVA)也被廣泛的用于透射反射LCD，其中采用圓偏振器來實現反射模式的黑狀態。如圖3所示，具有分開的透射區域495a和反射區域495b的透射反射MVA單元496被夾在兩個圓偏振器490a和490b之間。因此，透射部分495a也被夾在兩個圓偏振器之間。
基于上述的分析，目前關于圓偏振器結構的方法并不能滿足使用多疇垂直配向液晶的具有寬視角的透射及透射反射顯示器。


發明內容
實施例將提供可以使透射和透射反射液晶顯示器具有寬視角的圓偏振器的設備、裝置、系統和方法。該設備、裝置、系統和方法也可以提高使用多疇垂直配向液晶的液晶顯示器的亮度。
根據本發明的實施例，提供了一種液晶顯示裝置。該液晶顯示裝置包括第一圓偏振器，包括第一線偏振器和第一四分之一波片；第二圓偏振器，包括第二線偏振器、雙軸膜和第二四分之一波片，該雙軸膜插在該第二線偏振器和該第二四分之一波片之間；液晶單元，插在該第一圓偏振器和該第二圓偏振器之間；至少一個光延遲補償器，配置在該第一圓偏振器和該第二圓偏振器之間，其中該光延遲補償器要部分地補償該液晶單元的相位延遲。該第一線偏振器和該第二線偏振器具有彼此基本垂直的吸收軸，該第一四分之一波片和該第二四分之一波片由具有光折射率nx、ny和nz的單軸A膜形成，且該第一四分之一波片的光軸nx基本垂直于該第二四分之一波片的光軸nx，并且該雙軸膜具有光折射率nx≠ny≠nz。
本發明進一步的目標和優勢將從下面對優選實施例的詳細描述而變得顯而易見，其中優選實施例在附圖中被示意性地示出。



圖1A是現有技術的多疇垂直配向液晶單元在截止狀態的截面視圖。
圖1B是現有技術的多疇垂直配向液晶單元在導通狀態的截面視圖。
圖1C是現有技術的多疇垂直配向液晶單元的俯視圖。
圖1D是多疇的圖示。
圖2A是MVA單元的圓偏振器的傳統結構。
圖2B示出黑的狀態的機制。
圖2C示出亮的狀態的機制。
圖3是透射反射MVA單元的圓偏振器的示意性結構。
圖4A是本發明第一實施例的MVA單元的圓偏振器的示意性結構。
圖4B示出第一實施例中每個層的光軸取向。
圖5A示出第一實施例的黑的狀態的機制。
圖5B示出第一實施例的亮的狀態的機制。
圖6示出觀察方向定義。
圖7A示出在一個離軸方向的第一實施例的補償機制。
圖7B示出在另一個離軸方向的第一實施例的補償機制。
圖8A是角光泄漏(angular light leakage)。
圖8B是角對比率(angular contrast ratio)。
圖9示出在一個離軸方向的第一實施例的補償機制。
圖10示出角光泄漏。
圖11是一個單軸膜的光譜相位延遲值。
圖12是應用至具有透射和反射功能的透射反射MVA單元的圓偏振器的示意性結構。
圖13是本發明第二實施例的MVA單元的圓偏振器的示意性結構。
圖14A示出在一個離軸方向的第二實施例的補償機制。
圖14B示出在另一個離軸方向的第二實施例的補償機制。
圖15A是角光泄漏。
圖15B是角光泄漏。
圖16是本發明另一個實施例的MVA單元的圓偏振器的示意性結構。
圖17是根據本發明實施例的方法的流程示意圖。

具體實施例方式 在詳細解釋本發明披露的實施例之前，可以理解的是本發明在其應用方面不局限于所示的具體布置細節，因為本發明還可以有其它實施方式。同樣地，這里使用的術語是出于描述的目的，而不是限定的目的。
實施例1 圖4A是MVA型LCD的寬視角圓偏振器構造510的第一實施例的截面示意圖。MVA LCD單元520可以包括兩個玻璃基板、垂直配向液晶層、和電極，其細節并未在圖4A的實施例中示出。為了能夠獲得不同的灰度，例如轉換電路的轉換裝置可以耦合至LCD單元520，在大體零和半波片值之間轉換液晶層的相位延遲。液晶單元520可以夾在第一圓偏振器580a和第二圓偏振器580b之間，其中第一圓偏振器580a包括第一線偏振器500a和第一單軸膜基四分之一波片560a，第二圓偏振器580b包括第二線偏振器500b、第二單軸膜基四分之一波片560b、和夾在第二線偏振器500b和第二四分之一波片560b之間的雙軸膜570。
雙軸膜570可以用來補償離軸光泄漏，并可以具有等于的Nz系數，其中nx、ny、和nz是主坐標中的折射率，在該主坐標中z軸垂直于支撐玻璃基板(和圓偏振器)。雙軸膜570可以由二維拉伸的聚合膜制成，并可以具有與第一線偏振器500a和第二線偏振器500b的吸收軸之一平行配向的nx軸。線偏振器500a和500b可以包括分色聚合物膜，例如聚乙烯醇基膜。負的雙折射C膜550(其中nx、ny＞nz，即，(nx+ny)/2＞nz，并且Δnc＝nz-(nx+ny)/2)插在MVA單元520(相似于正C膜，其中nx＝ny＜nz，并且Δn＝nz-nx)和第二圓偏振器580b之間，部分地補償來自于MVA LC單元的相位延遲。LCD面板由背光單元590照亮。
每個層的光軸配向示于圖4B。第一線偏振器500a的透射軸501a設定為零度，作為基準方向，第二線偏振器500b的透射軸501b設定為垂直于第一線偏振器的透射軸。第一單軸四分之一波片560a和第二單軸四分之一波片560b都由相同類型的單軸膜制成，例如具有拉伸的聚合物膜的聚合物層或者均勻的液晶膜。根據膜的類型，兩個膜可以是正單軸A膜，nx＞ny＝nz，或者兩個膜可以是負A膜，nx＜ny＝nz。這樣的單軸四分之一波片可以具有450nm至600nm范圍內的中心波長。這里，第一和第二四分之一波片彼此垂直，并且同時每個四分之一波片具有光軸，該光軸離同一圓偏振器組中的線偏振器的透射軸大約45°。更具體地，第一四分之一波片560a的光軸561a設定為約45°，第二四分之一波片560b的光軸561b設定為約135°，離上線偏振器500b的透射軸501b大約45°。雙軸膜570的nx軸571設定為0°，垂直于上線偏振器500b的透射軸501b。
根據本發明的一個實施例，當沒有電壓施加至MVA LC單元時，液晶分子大體垂直于玻璃基板。也就是，液晶層是具有負介電各向異性的垂直配向液晶單元，其中液晶分子大體垂直于基板地初始配向。因此，正入射光將經歷可忽略的相位延遲。正如圖5A所示，當來自下背光單元590的入射光穿過第一線偏振器時，它將變成與第一線偏振器500a的透射軸501a平行的線偏振光505；在它透射過第一四分之一波片560a后，它將變成左旋圓偏振光515；由于正入射時來自LC單元(相似于正C膜，其中nx＝ny＜nz，并且Δn＝nz-nx)和負C片(其中nx、ny＞nz，即，(nx+ny)/2＞nz，并且Δnc＝nz-(nx+ny)/2)的可忽略的相位延遲，左旋圓偏振光515將一直保持其手性到第二四分之一波片506b，并將被第二四分之一波片506b改變回到垂直于上線偏振器500b的透射軸的線偏振光525，并由此被遮擋導致黑的狀態。
當高電壓經由薄膜晶體管(TFT)陣列(這里未示出)施加至液晶單元，使其等效于約半波片時，單元將呈現白的狀態。正如圖5B所示，穿過下線偏振器的來自背光590的入射光將具有第一線偏振狀態，成為光505；在它穿過第一四分之一波片560a后，它將變成第一左旋圓偏振光515；并且該左旋圓偏振光515將被液晶單元變成右旋圓偏振光535；并且當它透射上四分之一波片560b時，它變成平行于上偏振器500b的透射軸的線偏振光545，從而實現亮的狀態。這里，在兩個正入射的情形下，到達雙軸膜570下表面的光的偏振狀態為平行于或垂直于雙軸膜的nx軸，從而其對處于這些偏振狀態的光的偏振改變沒有影響。
圖6示出對于觀察者來說光的觀察方向511定義。在顯示器510的不同方位角方向ψinc和極角方向θinc，觀察者將看到光的不同偏振變化。如上所述，兩個原因導致光從使用圓偏振器的MVA單元泄漏1)下和上線偏振器的有效角變化；和2)來自于兩個四分之一波片的離軸延遲。為了最小的光泄漏，ψinc＝0°和ψinc＝-45°的兩個不同方向的補償需要被考慮。
本發明采用如下方法來抑制顯示器510的離軸光泄漏。這里，兩個四分之一波片560a和560b設定為彼此垂直。當在ψinc＝0°且θinc＝70°的方向觀察時，下偏振器500a的透射軸和上線偏振器500b的吸收軸在任何極角都相互垂直。然而，兩個四分之一波片的光軸在該離軸方向不再彼此垂直，這成為光泄漏的主要原因。在本實施例中，液晶單元520和負C片550一起工作以補償兩個四分之一波片的該相對的角變化。當在ψinc＝0°且θinc＝70°的方向觀察時，鮑英卡勒偏振球上的偏振變化示于圖7A。在該方向，位于點T的下線偏振器的透射軸和位于點A的上線偏振器的吸收軸在鮑英卡勒偏振球上彼此交疊。在此情形下，穿過第一線偏振器500a的光將具有位于T的偏振狀態，然后被四分之一波片560a移動至點B；液晶層520和負C膜550(負C膜設計為部分地補償來自于液晶層的相位差)一起像正C膜地工作，這將光從位于B點的偏振狀態轉移至點C；最后上四分之一波片560b將光從點C移動至點A。在該方向，上雙軸膜的nx軸與點A和點T交疊，它將不會改變具有位于點A的偏振方向的光的偏振狀態。因此，該方向的光泄漏被顯著地抑制。
這里，對于本實施例，四分之一波片定中心于550nm。由上面的分析，負C片550從而部分地消除來自于MVA單元520的相位延遲，并當液晶單元和負C膜一起像正C片(其中，nx＝ny＜nz，并且Δn＝nz-nx)地工作時，光泄漏在該方向被最小化，該正C片的全部相位延遲dΔn/λ在大約0.1到0.2之間。液晶單元的相位延遲值可以由亮狀態的需要來決定。在亮狀態，液晶單元應該像半波片地工作。對于典型的MVA單元，位于邊界的液晶分子不能被預設的導通狀態的施加電壓完全地傾斜。因此，LC單元的初始相位延遲值dΔn/λ(其中，Δn＝ne-no，ne和no是液晶材料的非尋常折射率和尋常折射率，λ是入射光的波長)不會被設定為精確的半波片，例如，dΔn/λ＝1/2或者對于λ＝550nm，dΔn＝275nm。通常地，MVA單元將具有大約0.45到0.70的初始dΔnl/λ，或者λ＝550nm時，dΔnl在大約247.5nm到385nm之間。以上述的LC單元延遲，負C膜(其中nx、ny＞nz，即，(nx+ny)/2＞nz，并且Δnc＝nz-(nx+ny)/2)的相位延遲dΔnc/λ被設定在大約-0.60到-0.25之間(或者，λ＝550nm時，dΔn在大約-330到-137.5nm之間)，以確保液晶單元和負C膜的整體相位延遲相似于正C片(其中nx＝ny＜nz，并且Δn＝nz-nx)，dΔn/λ在大約0.1到0.2之間，即，相位延遲值的比，也就是負C片的相位延遲dΔn絕對值比LC層的相位延遲絕對值在55.6％到85.7％的范圍。這些數字的總結列于表1中。
表I *在λ＝550nm 另一方面，當從ψinc＝-45°且θinc＝70°的方向觀察時，這兩個單軸四分之一波片將一直彼此垂直，它們本身就可以部分地補償它們的離軸相位延遲；并且兩個線偏振器的有效角變化是光泄漏的主要原因。在ψinc＝-45°且θinc＝70°的方向，穿過顯示器510的入射光的相位變化示于圖7B中。在該方向，下線偏振器的透射軸由鮑英卡勒偏振球上的點T表示，而上線偏振器的吸收軸由點A表示。這兩個點彼此分離。在本實施例中，通過包括雙軸膜570，該膜構造將自動補償該差別并抑制可能的光泄漏。穿過第一線偏振器500a的光將具有位于點T的第一線偏振狀態；它然后被第一四分之一波片560a移動至點B。液晶單元520、隨后的負C膜550、和第二四分之一波片560b一起將光從點B改變回到點C；最后雙軸膜570將光從點C移動到為上線偏振器500b的吸收方向的點A。從而，該方向的光泄漏也能被很好地抑制。
從該偏振跡線，一旦兩個四分之一波片、液晶單元、及負C膜的相位延遲值被固定，則點C的位置也將固定。從而雙軸膜570的參數可以調節為將光從點C移動至點A。對于圖7B中弧AC的形狀，雙軸膜570的優化參數為Nz系數大約為0.35、面內延遲d(nx-ny)/λ大約為0.35、并且nx＞ny，盡管本發明的范圍不局限于此。在各實施例中，液晶單元是透射液晶單元，其中液晶顯示設備的圖像由背光單元照亮。
圖8A示出本實施例的角光泄漏。可以看出，在整個觀察圓錐上，0.001的光泄漏(標準化至兩塊平行線偏振器之間的最大透射率)擴展至超過60°，最大光泄漏小于0.0012。圖8B示出本實施例的等對比度(iso-contrast)圖，其中在整個觀察圓錐上實現了大于100∶1的對比率。
然而，雙軸膜可以有另一個方案，將光從點C沿另一個方向移動至點A。如果nx＜ny，通過設定Nz系數大約為0.35、而面內延遲d(nx-ny)/λ大約為0.65，則上雙軸膜可以將光從點C沿著與圖7B相比相反的方向旋轉至點A。在鮑英卡勒偏振球上的偏振變化跡線示于圖9中，且其對應的角光泄漏示于圖10中，其中也可以實現小的光泄漏。
除了該設計的寬視角之外，在圓偏振器下的MVA單元的亮度也被顯著改善。它產生大約30.5％的整體透射率，相比于使用單獨的正交線偏振器時的23.3％的值。
此外，這里在圖4B中，第一四分之一波片560a的光軸561a也可以設定為-45°，這是在下線偏振器500a的透射軸501a之后的45°。相應地，第二四分之一波片560b的光軸561b設定為45°，這是在上線偏振器500b的透射軸501b之后的45°。在這樣的條件下，也可以得到圓偏振，一旦光穿過線偏振器和隨后的四分之一波片。
這里，使用負C膜550(其中nx、ny＞nz，即，(nx+ny)/2＞nz，并且Δnc＝nz-(nx+ny)/2)以使得LC層(LC層相似于正C膜，其中nx＝ny＜nz，并且Δn＝nz-nx)和負C膜一起具有相似于正C膜(其中nx＝ny＜nz，并且Δn＝nz-nx)的整體相位延遲。因此，負C膜不局限于僅僅放置在MVA單元520和上圓偏振器580b之間；此外它也不局限于僅有一個C膜，也可以添加在MVA單元下方的附加的C膜，只要來自于這些C膜和液晶層的整體相位延遲接近于上述的優化值。
可以以不同的方式選擇用于顯示的部件。作為一個實例，可以首先選擇液晶單元、四分之一波片和雙軸膜，然后相應地選擇負C片。另一個選擇方式是首先選擇液晶單元、四分之一波片和負C片，然后選擇雙軸膜。我們可以使用定中心于550nm的相同的四分之一波片。例如，圖11示出了單軸膜的延遲值和波長之間的關系。液晶單元的相位延遲值可以由亮狀態的需要來決定。在亮狀態時，液晶單元應該相似于半波片地工作。對于商業MVA單元(例如由Merck提供的Δnl＝0.0934的液晶材料，并且單元間隙為4μm)，將具有初始dΔnl/λ大約為0.679，λ＝550nm時dΔnl為373.6nm。當然，本領域的技術人員可以調節同一液晶材料的單元間隙以獲得不同的MVA單元的延遲值(例如，當該液晶材料的單元間隙通常為4.0～4.2±0.05μm時，dΔnl/λ將從0.671到0.721)。例如，商業單軸膜(例如，Sumitomo’s S-sina系列，Zeonor)具有初始dΔnA/λ大約為0.255(140nm/550nm)，這是λ＝550nm時dΔnA＝R0＝(nx-ny)×d＝140nm(550nm時nx＝1.5358，ny＝1.5316，nz＝1.5316)。商業雙軸膜(例如，Nitto的涂層C系列)具有初始面內延遲dΔnb/λ大約為0.491(270nm/550nm)，其中λ＝550nm時dΔnb＝270nm，Nz系數大約為0.5。
一旦兩個四分之一波片、液晶單元和雙軸膜的相位延遲值固定，則負C片的厚度調節可以被優化以對于顯示器來說在不同的視角獲得最佳的對比率。負C膜550的優化參數是Rthnm(Rth＝[(nx+ny)/2-nz]×d)大約為242nm，面內延遲Rth/λ大約為0.44(242/550)。在各種實施例中，液晶單元是透射液晶單元，其中背光單元照亮液晶顯示裝置的圖像。以上述的LC單元延遲，負C膜(其中nx、ny＞nz，即，(nx+ny)/2＞nz，并且Δnc＝nz-(nx+ny)/2)的相位延遲dΔnc/λ被設定在大約-0.645到-0.3之間(或者，在λ＝550nm時dΔnc大約在-355到-165nm之間)以確保液晶裝置在85°的整體對比率大于10，例如可使用的配置。同樣地，負C膜的相位延遲dΔnc/λ被設定在大約-0.40到-0.48之間(或者，在λ＝550nm時dΔnc大約在-265到-218之間)以確保液晶裝置在所有的視角的整體對比率都大于10，例如建議的配置。另外，負C膜的相位延遲dΔnc/λ被設定在-0.44(或者，在λ＝550nm時dΔnc大約在-242nm)以使得液晶裝置的在所有視角的整體對比率都大于18并且液晶裝置在85°的整體對比率大于30，例如最優配置。因此，由上述討論，液晶單元和負C膜的整體相位延遲相似于正C片(其中，nx＝ny＜nz，并且Δn＝nz-nx)，dΔn/λ大約在0.03到0.38之間，即相位延遲值的比率，也就是負C片的相位延遲dΔn絕對值比LC層的相位延遲絕對值，在～44％到95％的范圍。這些條件及相應數字的總結列于表II中。
表II *對于雙軸膜R0＝(nx-ny)×d＝270nm；NZ＝(nx-nz)/(nx-ny)＝0.5； 第二單軸膜基四分之一波片R0＝(nx-ny)×d＝140nm； LC單元550nm時Δnld＝373.6nm，以及 第一單軸膜基四分之一波片R0＝(nx-ny)×d＝140nm。
根據表I和表II中的上述描述，在550nm的波長時，具有從247.5nm到392.3nm的Δnd的不同LC單元，負C膜(其中nx、ny＞nz，即，(nx+ny)/2＞nz，并且Δnc＝nz-(nx+ny)/2)的相位延遲dΔnc/λ將被設定在從-0.645到-0.25以確保寬的視角。這里，對于550nm時具有從355到137.5nm的Rth的負C片，可以具有不同的建議條件。并且負C片部分地消除LC單元的相位延遲，使得它們一起在顯示器中相似于正C片。
此外，MVA液晶單元也可以是具有透射和反射功能的透射反射液晶單元，其中通常地通過添加反射器至液晶層的底表面來實現反射功能。具體的顯示器構造示于圖12，其中每個小的像素區被分成透射區511a和具有金屬反射器530的反射區511b。在這樣的情形下，上圓偏振器對于反射模式(當圖像由背景光顯示時)可以產生常黑狀態。當沒有電壓施加至液晶單元520時，所有的分子基本上都垂直于基板，導致正入射時的可忽略相位延遲。在來自于觀察者側的入射背景光透過上線偏振器500b之后，它首先變成具有平行于上線偏振器的透射軸501b的偏振的線偏振光。在它穿過上四分之一波片560b之后，它變成第一圓偏振光。這里，雙軸膜對于線偏振入射光沒有影響，這是由于雙軸膜的nx垂直于透射軸501b的事實。在正入射時，光穿過C膜和液晶單元經歷可忽略的相位延遲，從而一直保持圓偏振，直到反射器的表面。金屬反射器530將反射入射光并反轉入射圓偏振光的手性(例如，從左手性至右手性，反之亦然，但是傳播方向也被反轉)。在它被反射回上四分之一波片560b并再次透過上四分之一波片560b之后，它將被轉變成平行于上線偏振器500b的吸收方向的線偏振光，由此被阻擋，并導致反射模式的黑狀態。另一方面，如果LC層調節為顯示出等效于四分之一波片的相位變化，來自于上圓偏振器580b的入射圓偏振光(作為第一圓偏振)將在它到達反射器表面之前被液晶層轉變成線偏振光。一旦它被反射器反射回液晶層520并穿過液晶層520，它將被轉變回到圓偏振狀態，其中在穿過上四分之一波片之后，該圓偏振轉變成平行于上線偏振器的透射軸的線偏振。因此，該反射光可以透過上圓偏振器以獲得亮的狀態。
實施例2 在如圖13所示的本發明的第二實施例中，顯示器610具有被負C膜650(其中nx、ny＞nz，即，(nx+ny)/2＞nz，并且Δnc＝nz-(nx+ny)/2)補償的MVA單元620(包括兩個玻璃基板和垂直配向液晶層，并且該LC層相似于正C片地工作，其中nx＝ny＜nz，并且Δn＝nz-nx)。液晶層和C膜夾在第一圓偏振器680a和第二圓偏振器680b之間。第一圓偏振器680a包括第一線偏振器600a和單軸四分之一波片660a，第二圓偏振器包括第二線偏振器600b、雙軸膜670和第二單軸四分之一波片660b。第一偏振器600a的透射軸601a被設定為0°以作為基準方向，上線偏振器600b的透射軸601b垂直于透射方向601a，即位于90°。
與上述實施例不同，第一單軸四分之一波片660a和第二四分之一波片660b由相反類型的單軸膜制成，例如，具有nx＞ny＝nz的正單軸A膜作為一個四分之一波片660a，具有nx＜ny＝nz的負A膜作為另一個四分之一波片660b，反之亦然。在這樣的條件下，第二四分之一波片660b的光軸661b被設定為平行于第一四分之一波片660a的光軸661a。相似地，每個四分之一波片的光軸相對于其附近線偏振器的透射軸被設定在45°。換句話說，光軸661a和光軸661b均可以被設定為相同，并大約為45°或者大約-45°。雙軸膜671的nx軸垂直于上線偏振器600b的透射軸601b。
與第一實施例中的上述補償方式不同，在該情形下的兩個四分之一波片的光軸在任何的離軸角度都總是彼此平行，以保證完全的自補償。從而，負C膜650被設計為完全地補償MVA單元620的相位延遲。在此情形下，使用圓偏振器的MVA單元的光泄漏主要來自于下和上線偏振器的有效角度變化，該有效角度變化可以被雙軸膜670補償。
圖14示出當ψinc＝0°且θinc＝70°觀察時穿過顯示器610的入射光在鮑英卡勒偏振球上的偏振跡線。在該方向，位于點T的下線偏振器的透射方向與位于點A的上線偏振器的吸收方向交疊。下四分之一波片660a首先將光從點T移動至點B，一旦負C膜650完全消除來自于液晶層620的相位延遲，則上四分之一波片660b可以將光從點B移回至點A。具有同樣位于點T的nx軸的雙軸膜670將不會改變位于點A的光的偏振。因此，該觀察方向的光泄漏被顯著地抑制。
當在ψinc＝-45°且θinc＝70°觀察時，鮑英卡勒偏振球上的偏振跡線示于圖14B。這里，位于點T的下線偏振器的透射方向與位于點A的上線偏振器的吸收方向分離。這里，具有位于點T的初始偏振狀態的光將被第一四分之一波片660a轉變至點B。由于負C膜650被設計為幾乎完全補償液晶層620的相位延遲，光將在穿過液晶層和C膜之后保持其在點B的偏振狀態。由于第二四分之一波片660b具有相反的雙折射，它將偏振從點B移動至點T。最后，雙軸膜將光從點T移動至點A，從而離軸光泄漏被抑制。
相似地，MVA單元的相位延遲值dΔn/λ可以由其亮狀態的需要來決定，也就是，通常在大約0.45到0.70之間，或者λ＝550nm時dΔn大約從247.5nm到385nm。以上述的LC單元延遲，負C膜(其中nx、ny＞nz，即，(nx+ny)/2＞nz，并且Δnc＝nz-(nx+ny)/2)的相位延遲dΔn/λ在-0.8到-0.35之間(或者λ＝550nm時dΔn大約從-440到192.5nm)以確保液晶單元和負C膜的整體相位延遲dΔn/λ大約從-0.1到0.1。且雙軸膜具有大約為0.5的Nz系數并且面內延遲d(nx-ny)/λ大約為0.5，且nx＞ny。對于這些參數，角光泄漏示于圖15A，其中大于0.001的光泄漏被顯著地抑制至超過60°。一旦對于雙軸膜設定nx＜ny，則它也可以補償兩個線偏振器的有效角度，其角光泄漏示于圖15B中。
相似地，負C膜650用于補償LC層的相位延遲。因此，負C膜不局限于僅僅放置在MVA單元620和上圓偏振器680b之間。此外，也不局限于僅僅使用一個C膜；也可以添加在MVA單元的下方的附加的C膜，只要這些C膜和液晶層的整體相位延遲接近于上述的優化值。
此外，MVA液晶單元也可以是具有透射和反射功能的透射反射液晶單元，其中通常通過添加反射器至液晶層的下表面來實現反射功能。施加至透射反射液晶顯示器的圓偏振器的構造機制與上述第一實施例的討論相似。
實施例3 在如圖16所示的本發明的另一個實施例中，顯示器710具有夾在第一圓偏振器780a和第二圓偏振器780b之間的MVA單元720(包括兩個玻璃基板和垂直配向液晶層)，其中第一圓偏振器780a更接近于背光單元790，第二圓偏振器780b更接近于觀察者側。負C膜750夾在MVA單元720和圓偏振器之一之間。
第一圓偏振器780a包括第一線偏振器700a、雙軸膜770和第一單軸四分之一波片760a，第二圓偏振器780b包括第二線偏振器700b和第二四分之一波片760b。與討論了的實施例不同，這里，雙軸膜770放置在更接近背光單元的第一線偏振器和第一四分之一波片之間。這兩個線偏振器具有彼此垂直的透射軸。雙軸膜被用來補償當從離軸方向觀察時由第一線偏振器的透射方向和第二線偏振器的吸收軸的偏離所導致的離軸相位延遲。兩個四分之一波片760a和760b，以及C膜750和液晶層720被用來通過自身補償其相位延遲。
相似地，負C膜不局限于僅僅放置在MVA單元720和下圓偏振器780a之間；此外，也不局限于僅僅有一個C膜；也可以添加在MVA單元的下方的附加的C膜，只要這些C膜和液晶層的整體相位延遲接近于上述的優化值。
此外，MVA液晶單元也可以是具有透射和反射功能的透射反射液晶單元，其中通常通過添加反射器至液晶層的下表面來實現反射功能。施加至透射反射液晶顯示器的圓偏振器的構造機制與上述第一實施例的討論相似。
現在，參考圖17，所示的是根據本發明實施例的方法的流程示意圖。更具體地，圖17示出了根據這里所討論的技術的形成LCD顯示裝置的方法800。應該知道的是，盡管以圖17中的具體步驟示出，但是本發明的范圍并不局限于此，可以執行各種其它的工藝來獲得根據本發明實施例的具有寬視角圓偏振器的LCD裝置。
如圖17所示，可以通過形成第一和第二圓偏振器(方塊810)來開始方法800。更具體地，可以形成兩個圓偏振器，其一個包括線偏振器、單軸四分之一波片和雙軸膜，而第二個圓偏振器僅僅包括線偏振器和單軸四分之一波片。接著，可以形成具有預定相位延遲值的負C膜(方塊820)。更具體地，可以形成負C膜，具有基于形成的第一和第二圓偏振器的決定的給定相位延遲值。也就是，如上所述，取決于單軸四分之一波片是彼此垂直配向或者彼此平行配向，負C膜的相位延遲值可以不同，以使得負C膜部分地或者完全地補償MVA單元的相位延遲。更具體地，當四分之一波片彼此垂直時，可以提供部分補償，而當四分之一波片彼此平行時，可以提供完全的相位延遲補償。
仍然參考圖17，MVA單元可以插在負C片和第一與第二偏振器中的一個之間(方塊830)。如上所述，負C片可以插在MVA單元和第一或者第二偏振器的任一之間。最后，為了完成工作的LCD顯示裝置，形成的面板可以與背光單元相關聯(方塊840)。盡管在圖17的實施例中以具體的執行方式示出，但是本發明的范圍不局限于此。
因此，本發明的實施例可以獲得寬視角的圓偏振器，這對于寬視角、全色透射和透射以及反射LCD也具有相當的期望。
盡管以具體實施例或者修改的各種方式已經描述、披露、例舉并示出了本發明，但認為在實際上，本發明的范圍并不旨在或者應當被認為局限于此，通過這里的教導而可能被建議的其它修改和實施例也被具體地保留，尤其當它們落在這里所附的權利要求的寬度和范圍內時。
盡管已經以有限數目的實施例描述了本發明，但是本領域的技術人員將由此意識到大量的修改和變化。所附的權利要求旨在覆蓋了所有這樣的修改和變化，這是因為它們落在本發明的實質精神和范圍內。
權利要求
1、一種液晶顯示裝置，包括
第一圓偏振器，包括第一線偏振器和第一四分之一波片；
第二圓偏振器，包括第二線偏振器、雙軸膜和第二四分之一波片，該雙軸膜插在該第二線偏振器和該第二四分之一波片之間；
液晶單元，插在該第一圓偏振器和該第二圓偏振器之間；
至少一個光延遲補償器，配置在該第一圓偏振器和該第二圓偏振器之間，其中該光延遲補償器部分地補償該液晶單元的相位延遲；
其中該第一線偏振器和該第二線偏振器具有彼此基本垂直的吸收軸，該第一四分之一波片和該第二四分之一波片由具有光折射率nx、ny和nz的單軸A膜形成，且該第一四分之一波片的光軸nx基本垂直于該第二四分之一波片的光軸nx，并且該雙軸膜具有光折射率nx≠ny≠nz。
2、如權利要求1所述的顯示裝置，其中設定該第一四分之一波片的光軸nx離該第一線偏振器的吸收軸大約為45°。
3、如權利要求1所述的顯示裝置，其中該第一四分之一波片和該第二四分之一波片的中心波長的范圍在大約450nm到600nm之間。
4、如權利要求1所述的顯示裝置，其中該液晶單元包括具有負介電各向異性的垂直配向液晶層，其中該液晶層的液晶分子基本垂直于該第一圓偏振器和該第二圓偏振器地進行初始配向。
5、如權利要求1所述的顯示裝置，其中該液晶單元的相位延遲值dΔnl/λ設定在0.45和0.72之間。
6、如權利要求1所述的顯示裝置，其中該第一圓偏振器和該第二圓偏振器之間的該光延遲補償器至少包括具有光折射率的負單軸C膜，并且該光延遲補償器的絕對相位延遲值dΔnc/λ小于該液晶單元的相位延遲值。
7、如權利要求1所述的顯示裝置，其中該液晶單元和在該第一圓偏振器與該第二圓偏振器之間的該光延遲補償器的組合相位延遲值dΔn/λ在大約0.03到0.38的范圍內。
8、如權利要求1所述的顯示裝置，其中在該第一圓偏振器和該第二圓偏振器之間的該光延遲補償器的相位延遲值dΔnc/λ的絕對值比液晶單元相位延遲值dΔnl/λ在大約44％到95％的范圍內。
9、如權利要求1所述的顯示裝置，其中在該第二圓偏振器中的該雙軸膜具有平行于該第一線偏振器和該第二線偏振器的一個吸收軸配向的nx軸，并且該雙軸膜是存在于該顯示裝置中的僅有的雙軸膜。
10、如權利要求9所述的顯示裝置，其中該雙軸膜具有在大約0.1和0.6之間的Nz系數和在大約0.2和0.8之間的面內相位延遲值。
11、如權利要求1所述的顯示裝置，其中該液晶單元是透射液晶單元，并且該液晶顯示裝置的圖像由背光單元照亮。
12、如權利要求1所述的顯示裝置，其中該液晶單元是透射反射液晶單元，其中該液晶顯示裝置具有透射和反射功能，并且該液晶顯示裝置的圖像由該透射模式的背光單元和該反射模式的背景光照亮。
13、如權利要求1所述的顯示裝置，其中該單軸A膜包括具有光折射率nx＞ny＝nz的正A膜。
14、一種液晶顯示器，包括
第一圓偏振器，具有第一線偏振器和第一四分之一波片；
第二圓偏振器，具有第二線偏振器、雙軸膜和第二四分之一波片，該雙軸膜插在該第二線偏振器和該第二四分之一波片之間；
第一基板；
第二基板；
液晶單元，夾在該第一基板和第二基板之間，其中該液晶單元和該基板還插在該第一圓偏振器和該第二圓偏振器之間；
至少一個光延遲補償器，配置在該第一圓偏振器和該第二圓偏振器之間；
轉換電路，耦合至該液晶單元以基本在零和半波片值之間轉換該液晶單元的液晶層的相位延遲，其中該第一線偏振器和該第二線偏振器具有彼此基本垂直的吸收軸，該第一四分之一波片和該第二四分之一波片的一個由具有光折射率nx＞ny＝nz的單軸正A膜制成且另一個由具有光折射率nx＜ny＝nz的單軸負A膜制成，該第一四分之一波片的光軸nx基本平行于該第二四分之一波片的光軸nx，并且該雙軸膜具有光折射率nx≠ny≠nz。
15、如權利要求14所述的液晶顯示器，其中設定該第一四分之一波片的光軸nx離該第一線偏振器的吸收軸大約為45°。
16、如權利要求14所述的液晶顯示器，其中該液晶層的相位延遲值dΔn/λ設定在0.45和0.70之間。
17、如權利要求16所述的液晶顯示器，其中該第一圓偏振器和該第二圓偏振器之間的該光延遲補償器至少包括具有光折射率的負單軸C膜，并且其中該負單軸C膜的相位延遲值基本上消除了該液晶層的相位延遲值。
18、如權利要求14所述的液晶顯示器，其中該液晶層和在該第一圓偏振器與該第二圓偏振器之間的該光延遲補償器的組合相位延遲值在大約-0.1到0.1的范圍內。
19、如權利要求14所述的液晶顯示器，在該第二圓偏振器中的該雙軸膜具有平行于該第一線偏振器和該第二線偏振器的一個吸收軸配向的nx軸，并且該雙軸膜是存在于該顯示裝置中的僅有的雙軸膜。
20、如權利要求19所述的液晶顯示器，其中該雙軸膜具有在大約0.3和0.7之間的Nz系數和在大約0.35和0.65之間的面內相位延遲值。
21、一種液晶顯示裝置的制造方法，包括
形成第一圓偏振器，其具有第一線偏振器和第一四分之一波片；
形成第二圓偏振器，其具有第二線偏振器、雙軸膜和第二四分之一波片，該雙軸膜插在該第二線偏振器和該第二四分之一波片之間；
在該第一圓偏振器和該第二圓偏振器之間插入負補償膜，其具有光折射率(nx+ny)/2＞nz；
在該負補償膜和該第一圓偏振器與該第二圓偏振器的一個之間插入液晶單元以形成液晶顯示器，其中該負補償膜要部分地補償該液晶單元的相位延遲。
22、如權利要求21所述的方法，其中該液晶單元的液晶層的相位延遲值dΔn/λ設定在大約0.45和0.70之間，并且該液晶層和該負補償膜的組合相位延遲值在大約0.03到0.38的范圍內。
23、如權利要求11所述的方法，還包括使該雙軸膜的nx軸平行于該第一線偏振器和該第二線偏振器的一個吸收軸配向，其中該雙軸膜是存在于該液晶顯示裝置中的僅有的雙軸膜。
24、如權利要求23所述的方法，還包括形成該雙軸膜，其具有在大約0.1和0.7之間的Nz系數和在大約0.2和0.8之間的面內相位延遲值。
25、如權利要求21所述的方法，還包括形成具有背光單元的液晶顯示裝置，其中該背光單元緊鄰該第二圓偏振器，并且該液晶單元插在該第二圓偏振器和該負補償膜之間。
全文摘要
本發明提供了一種液晶顯示裝置及其制造方法。本發明公開了在透射以及透射反射顯示器中的寬視角圓偏振器的裝置、設備、系統和方法。一種液晶顯示構造可以包括兩個堆疊的圓偏振器、液晶層、和在圓偏振器之一與液晶層之間的補償器以部分地或完全地補償該液晶層。一個圓偏振器由線偏振器和單軸四分之一波片形成，另一個圓偏振器由線偏振器、單軸四分之一波片和插在它們之間的雙軸膜形成。本發明的實施例可以獲得寬視角的圓偏振器。
文檔編號G02F1/13363GK101539685SQ20081018534
公開日2009年9月23日 申請日期2008年12月22日 優先權日2007年12月21日
發明者葛志兵, 呂瑞波, 吳新章, 吳思聰, 林肇廉, 許乃今 申請人:奇美電子股份有限公司, 中佛羅里達大學研究基金會