CN1210279A - 液晶显示器 - Google Patents
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Abstract
一种液晶显示器,包括:由一对电极基片和夹在电极基片之间的空间中的液晶层构成的一个液晶显示单元,在电极基片各自面对的表面上设有透明电极和取向膜;一对偏振器,在液晶显示单元的每一侧设置一个偏振器;以及至少一个光延迟板,设置在液晶显示单元和一个偏振器之间。每一光延迟板具有负各向异性量并具有倾斜的折射率椭圆。在此液晶显示器中,使液晶层的液晶分子在每一象素分成不相等面积的多个液晶层分部的每一个中沿不同的方向取向,并且将响应光波长的(i)液晶层的液晶材料的折射率各向异性量和(ii)光延迟板的各向异性量的各变化值设定在使依赖视角的液晶屏的着色不出现的范围内。
Description
本发明涉及一种液晶显示器，更具体地说，涉及一种将液晶显示单元与光延迟板组合以改善显示屏与视角的关系的液晶显示器。
在过去，将使用向列液晶显示单元的液晶显示器广泛地用于手表、计算器等的数字分段显示器中，但是，最近已将它们用于如文字处理器、便携式个人计算机、以及车中液晶电视之类的装置中。
通常，液晶显示单元包括一个其上设有使象素通和断的电极线等的透明基片。例如，在有源矩阵型显示器中，除电极线之外，在基片上还设有如薄膜晶体管之类的有源单元，作为有选择地驱动象素电极的开关器件，象素电极将电压加到液晶上。另外，在能够彩色显示的液晶显示器中，也可在基片上设置例如红、绿、和蓝色的彩色滤光片层。
对于在这类液晶显示单元中使用的液晶显示方法，可按照需要，根据液晶的扭转角选择不同的方法。两个众所周知的例子是扭转向列液晶显示方法(以后称为“TN方法”)和超扭转向列液晶显示方法(以后称为“STN方法”)，扭转向列液晶显示方法是一种有源驱动方法，超扭转向列液晶显示方法是一种多路驱动方法。
在TN方法中，向列液晶分子沿扭转90°的分布对准，并通过沿扭转的方向导引光来进行显示。另一方面，STN方法利用下列事实：通过使液晶分子的扭转角增加到大于90°，使光透射率在液晶的所加电压阈值的周围发生突变。
由于STN方法利用液晶的双折射效应，彩色干涉使显示屏的背景具有醒目的颜色。为了补偿这种缺陷并实现使用STN方法的黑-白显示，认为使用光补偿板是有效的。能将使用光补偿板的显示方法大致分为双层的超扭转向列相补偿方法(以后称为“D-STN方法”和提供具有光各向异性膜的薄膜型相补偿方法(以后称为“加膜方法”)。
D-STN方法使用由一个用于显示的液晶盒和另一个扭转取向的液晶盒构成的双层结构，扭转取向的液晶盒的扭转角方向与用于显示的液晶盒的方向相反。另一方面，加膜方法使用带有光各向异性的膜的结构。从费用和重量的角度考虑，认为加膜方法更优越。由于通过采用这类相位补偿方法已改善了黑-白显示特性，所以也已实现彩色STN液晶显示器，它使用STN方法通过在显示器中设置彩色滤光片层能进行彩色显示。
另一方面，能大致地将TN方法分成常黑和常白方法。使用常黑方法，将两个偏振板设置成使其偏振方向相互平行，并且在ON电压没有加到液晶上时(OFF状态)显示黑色。使用常白方法，将两个偏振板设置成使其偏振方向相互垂直，并且OFF状态显示白色。从显示对比度、色彩可重复性、和显示对视角的依赖性等因素的角度考虑，常白方法更优。
然而，用TN液晶显示器，由于液晶分子具有折射率各向异性量Δn，并且由于使液晶分子取向为相对于上基片和下基片倾斜，所以显示图象的对比度随观察的角度和方向而变；因而，视角依赖性较大。
图12以截面图示意地表示了TN液晶显示单元31的结构。该图表示正施加用于显示灰色色调的电压的一个状态，并且液晶分子32略向上倾斜。在TN液晶显示单元31中，在基片33和34表面的法线方向传播的线性偏振光线35、相对于法线倾斜传播的线性偏振光线36和37以不同的相应角度穿过液晶分子32。由于液晶分子32具有折射率各向异性量Δn，在液晶分子32中通过的每一方向的线性偏振光线35、36和37形成普通光线和异常光线，并且由于它们存在相位差使线性偏振光线35、36和37转变为椭圆偏振光。这就是视角依赖性的起因。
另外，在有源液晶层，在基片33、34之间的中点周围的液晶分子32的倾斜角与基片33或34附近的液晶分子的倾斜角不同，并且液晶分子32也沿法线方向的轴扭转90°。
由于这些原因，线性偏振光线35、36和37在液晶分子32中通过时易发生取决于其传播方向和角度的各种双折射现象，并呈现复杂的视角依赖性。
尤其是，视角依赖性如同例如下列现象那样明显。当视角沿标准视角方向(在显示屏的法线方向的下方)渐渐倾斜时，高于法线方向某一角度将发生如显示图象着色(以后称为着色现象)和黑与白反转(以后称为反转现象)之类的现象。而且，当视角在相反的视角方向(在显示屏的法线方向的上方)上渐渐倾斜时，对比度急剧变坏。
此外，上述液晶显示器存在着当显示屏尺寸增加时视角埸减少的的问题。如果直接从屏幕前面近距离地观看较大液晶显示屏，会出现视角依赖性引起显示屏的上部分和下部分呈现不同色彩的情形。这是因为增加了观察屏的周围部分需要的实际观察角，它与从一个更加倾斜的视角观察屏幕等效。
为了改进这种视角依赖性，例如，日本末审查专利出版物第55-600/1980号(Tokukaisho55-600)和56-97318/1981(Tokukaisho56-97318)号已提议，将光延迟板(光延迟膜)作为具有光各向异性的光学元件***液晶显示单元和一个偏振板之间。
用此方法，在液晶分子中通过的从线性偏振光已转变为椭圆偏振光的光线(具有折射率各向异性)通过光延迟板。因此，补偿了取决于视角引起的普通光和异常光之间的相位差，并使椭圆偏振光再转变为线性偏振光。从而改善视角依赖性。
日本末审查专利出版物第5-313159(Tokukaihei5-313159)公开了这种光延迟板的一个例子，其中折射率椭圆的一个主折射率方向与光延迟板表面的法线方向平行。但是，使用这样的光延迟板仅仅有限地改善了沿标准视角方向的反转现象。
为此，美国专利5,506,706(与日本末审查专利出版物第6-75116/1994(Tokukaihei6-75116)对应)提出了一种使用其折射率椭圆的一个主折射率方向相对于光延迟板表面的法线方向倾斜的光延迟板。在这种方法中，使用下面两种类型的光延迟板。
其中之一是这样的一个光延迟板，在其折射率椭圆的三个主折射率中，最小的主折射率的方向与板的表面平行，两个剩下的主折射率之一的方向相对于板表面的法线方向倾斜一个角度θ，另一主折射率的方向也相对于板表面的法线方向倾斜角度θ。在这里，θ的值满足关系式20°≤θ≤70°。
另一种类型的光延迟板为这样的一个光延迟板，其折射率椭圆的三个主折射率na、nb和nc满足关系式na=nc＞nb，并且主折射率nb的方向和主折射率nc或na的方向沿顺时针或逆时针方向相对于主折射率na或nc方向的一个轴倾斜，其中主折射率nb的方向与光延迟板表面的法线方向平行，主折射率nc或na的方向在相对于光延迟板表面的平面内。换句话说，折射率椭圆倾斜。
对于上述两类光延迟板的第一个，可使用单轴或双轴板。而且，对于上述的第二个，可以仅使用一个板，或者是其各自的主折射率nb相互倾斜90°的两个板的组合。
在构造成至少一个具有倾斜椭圆折射率的光延迟板设置在液晶显示单元和一个偏振板之间的液晶显示器中，对于其折射率椭圆的主折射率方向没有相对于板表面的法线方向倾斜的光延迟板能改善取决于视角出现的对比度变化、着色现象和反转现象。
此外，已经提出了解决反转现象的各种技术，例如，在日本末审查专利出版物No.57-186735/1982(Tokukaisho57-186735)中公开的所谓象素分开方法，其中将每一显示图案(象素)分成多个部分，并进行取向控制以便使每一部分具有独立的视角特性。用此方法，由于液晶分子在每一部分以不同的方向向上倾斜，所以能改善在视角向下或向上倾斜时的视角依赖性。
另外，在日本末审查专利出版物No.6-118406/1994(Tokukaihei6-118406)和No.6-194645/1994(Tokukaihei6-194645)中公开了将上述象素分开方法与使用光延迟板相组合的技术。
日本末审查专利出版物No.6-118406/1994中公开的液晶显示器旨在通过在一个液晶面板与一个偏振板之间设置一个光各向异性膜(光延迟板)来改善对比度等。而且，日本末审查专利出版物No.6-194645/1994中公开的补偿板(光延迟板)被设置成几乎没有平面内折射率(沿与补偿板的表面平行的方向)，并且使沿与补偿板表面垂直的方向的折射率比平面内折射率小。因而，这种补偿板具有负折射率。因此，能补偿施加电压时在液晶显示单元中产生的正折射率，并能减少视角依赖性。
但是，在目前，当需要具有较宽视角埸和较好显示质量的液晶显示器时，需进一步地改进视角依赖性。因此，使用具有倾斜折射率椭圆的光延迟板，如上述美国专利5,506,706(日本末审查专利出版物No.6-75116/1994)中的光延迟板，并不总是有效，并且仍然有要改进的地方。
另外，尽管解决反转现象的上述象素分开方法不可否认地能在视角向上或向下倾斜时改善视角依赖性，但是，此时，对比度变坏，黑色显示具有白色色调，因而呈灰色。另一个缺点是当视角向左或右倾斜时产生视角依赖性。
再者，用上述将象素分开方法和使用光延迟板组合的方法，当视角倾斜时，着色现象出现在45°倾斜角。另外，由于上述方法使用将每一象素分成相等面积的两个分部的液晶显示单元，所以只是有限地抑制当视角向上或向下倾斜时的对比度变坏。这是因为如下的原因。
用上述象素分开方法，由于每一象素分成面积相等的两个分部，所以在标准视角方向(当从与屏幕垂直的方向观看时，显示对比度得到改善的方向)和在相反视角方向(当从与屏幕垂直的方向观看时，显示对比度变坏的方向)上的视角特性相同。然而，由于沿标准视角方向的实际视角特性与沿相反视角方向的实际视角特性是相反的，即使将使用光延迟板与象素分开方法组合，也难以均匀地抑制当视角向上或向下倾斜时对比度的变坏。特别是，当沿标准视角方向倾斜视角时，会出现反转现象和屏幕熄灭。
本发明的目的是在具有倾斜折射率椭圆的光延迟板的补偿作用基础上进一步地改进视角依赖性，特别是，使当视角向上方或向下方倾斜时出现的反转现象最小，均匀地抑制对比度变坏和在这种情况下出现的显示图象呈白色的趋势，以及有效地改善着色现象。
为了达到上述目的，根据本发明的液晶显示器包括：由一对透明基片和装在透明基片之间的空间中的液晶层构成的一个液晶显示单元，在透明基片各自面对的表面上设有透明电极和取向膜；一对偏振器，在液晶显示单元的每一侧设置一个偏振器；以及至少一个光延迟板，设置在液晶显示单元和一个偏振器之间，每一光延迟板具有倾斜的折射率椭圆；其中，取向膜使液晶在每一象素分成不相等面积的多个液晶层分部的每一个中沿不同的方向取向，并且将响应光的波长的(ⅰ)液晶层的液晶材料的折射率各向异性量和(ⅱ)光延迟板(一个或多个)的各向异性量的各自的变化内容设定在使依赖视角的液晶屏的着色不出现的范围内。
使用上述结构，当线性偏振光通过具有双折射的液晶层时，产生普通光和异常光，因而，将线性偏振光转变成椭圆偏振光，但是，由具有倾斜折射率椭圆的光延迟板补偿了线性偏振光。
然而，当需要进一步地改善视角依赖性时，就不能仅依靠上述的补偿作用。因此，作为进一步的研究结果，本发明人发现，依赖视角的显示屏的着色受随光的波长而变化的(ⅰ)液晶层的液晶材料的折射率各向异性量和(ⅱ)光延迟板的各向异性量的各个值的影响。
为此，在具有上述结构的液晶显示器中，将随光的波长而变化的(ⅰ)液晶层的液晶材料的折射率各向异性量和(ⅱ)光延迟板的各向异性量的各个值设定在使依赖视角的液晶屏的着色不出现的范围内。
在上述液晶显示器中使用这种方案，除光延迟板单独的补偿作用之外，能较好地防止屏的着色，并且还能改善对比度波动和反转现象。
进一步地，根据本结构的液晶显示器使用分开的液晶层，在每一象素中将液晶层分成面积不相等的两个分部，在每一分部使液晶分子沿不同的方向取向。
在上述液晶显示器中采用这种方案，能消除在标准视角方向和相反视角方向上的反向视角特性之间的差别，并能使两个视角方向上的视角特性更一致。因此，在上述液晶显示器中，能几乎一致地抑制当视角向上或向下倾斜时出现的对比度变坏和显示图象呈白色的趋势，尤其是，能比较清楚地显示黑色。
此外，为了达到上述目的，根据本发明第二结构的液晶显示器包括：由一对透明基片和装在透明基片之间的空间中的液晶层构成的一个液晶显示单元，在透明基片各自面对的表面上设有透明电极和取向膜，液晶层扭转90°取向；一对偏振器，在液晶显示单元的每一侧设置一个偏振器；以及至少一个光延迟板，设置在液晶显示单元和一个偏振器之间，每一光延迟板具有其主折射率na、nb和nc满足关系式na=nc＞nb的折射率椭圆，折射率椭圆因为(a)主折射率nb的方向；和(b)主折射率nc或na的方向沿顺时针或逆时针方向相对于沿折射率na或nc方向的一个轴倾斜而倾斜，其中主折射率nb的方向与光延迟板表面的法线方向平行，主折射率nc或na的方向在相对于光延迟板表面的平面内；其中，取向膜使液晶材料在每一象素分成不相等面积的多个液晶层分部的每一个中沿不同的方向取向，并且将随光的波长而变化的(ⅰ)液晶层的液晶材料的折射率各向异性量和(ⅱ)光延迟板的各向异性量的各值设定在使依赖视角的液晶屏的着色不出现的范围内。
使用上述结构，当线性偏振光通过具有双折射的液晶层时，产生普通光和异常光，因而，将线性偏振光转变成椭圆偏振光，而且，由光延迟板补偿线性偏振光，光延迟板具有满足关系式na=bc＞nb的主折射率na、nb和bc，并具有其短轴相对于光延迟板的法线方向倾斜的折射率椭圆，所述短轴包括主折射率nb。
然而，当需要进一步地改善视角依赖性时，就不能仅依靠上述的补偿作用。因此，作为进一步的研究结果，本发明的发明人发现，依赖视角的显示屏的着色受随光的波长而变化的(ⅰ)液晶层的液晶材料的折射率各向异性量和(ⅱ)光延迟板的折射率各向异性量的各个值的影响。
为此，在具有上述结构的液晶显示器中，将随光的波长而变化的(ⅰ)液晶层的液晶材料的折射率各向异性量和(ⅱ)光延迟板的折射率各向异性量的各个值设定在使依赖视角的液晶屏的着色不出现的范围内。
在上述液晶显示器中使用这种方案，除光延迟板单独的补偿作用之外，能较好地防止屏的着色，并且还能改善对比度波动和反转现象。
进一步地，根据本结构的液晶显示器使用分开的液晶层，将每一象素中的液晶层分成面积不相等的两个分部，在每一分部使液晶分子沿不同的方向取向。
在上述液晶显示器中采用这种方案，能消除在标准视角方向和相反视角方向上的反向视角特性之间的差别，并能使两个视角方向上的视角特性更一致。因此，在上述液晶显示器中，能几乎一致地抑制当视角向上或向下倾斜时出现的对比度变坏和显示图象呈白色的趋势，尤其是，能比较清楚地显示黑色。
下面将具体地说明在具有上述第一和第二结构的液晶显示器中不出现依赖视角的液晶屏着色现象的变量值的范围。换句话说，使比值ΔnL(450)/ΔnL(550)和比值ΔnF(450)/ΔnF(550)满足如下关系式：
其中，比值ΔnL(450)/ΔnL(550)是响应450nm波长光的液晶层的液晶分子的折射率的各向异性量ΔnL(450)与响应550nm波长光的液晶材料的折射率的各向异性量ΔnL(550)的比值；比值ΔnF(450)/ΔnF(550)是响应450nm波长光的光延迟板(一个或多个)的折射率各向异性量ΔnF(450)与响应550nm波长光的光延迟板(一个或多个)的折射率各向异性量ΔnF(550)的比值。
另外，比值ΔnL(650)/ΔnL(550)是液晶层的液晶材料响应650nm波长光的折射率各向异性量ΔnL(650)与液晶材料响应550nm波长光的折射率的各向异性量ΔnL(550)的比值；比值ΔnF(650)/ΔnF(550)是光延迟板响应650nm波长光的折射率各向异性量ΔnF(650)与光延迟板响应550nm波长光的折射率各向异性量ΔnF(550)的比值，使比值ΔnL(650)/ΔnL(550)和比值ΔnF(650)/ΔnF(550)满足如下关系式：
如果采用至少上述范围之一，根据本发明的液晶显示器在50°视角将呈现出少量的着色，50°视角是普通液晶显示器所要求的视角埸，但当无论从什么方向观察时，都能满足使用的要求。
在70°的较宽视角埸的液晶显示器中，最好使变量值的范围满足： 或者满足：
通过采用至少一个上述范围，当无论从什么方向观察时，根据本发明的液晶显示器在70°的视角将不出现着色现象，70°的视角是宽视角埸液晶显示器所要求的视角埸。
进一步地，在具有上述第一和第二结构的液晶显示器中，最好是将液晶层的液晶材料响应550nm波长光的折射率各向异性量ΔnL(550)设定在大于0.060并小于0.120的范围内。
这是因为已经发现，当液晶材料响应550nm波长光的折射率各向异性量ΔnL(550)设定为0.060或更少或者为0.120或更多时，出现依赖于视角方向的反转现象、对比度系数等。因此，在上述液晶显示器中，通过将液晶材料响应550nm波长光的折射率各向异性量ΔnL(550)设定在大于0.060并小于0.120的范围内，能分辨在液晶显示单元中产生的对应于视角的相位差，并且，不仅改善了在液晶屏中出现的取决于视角的着色现象，而且还进一步地改善了对比度波动、沿右和左视角方向的反转现象等。
在这种情况下，在上述液晶显示器中，最好将液晶层的液晶材料响应550nm波长光的折射率各向异性量ΔnL(550)设定在大于0.070并小于0.095的范围内。
用这种方案，在上述液晶显示器中，能更有效地分辨在液晶显示单元中产生的对应于视角的相位差，并且因而能确实改善对比度波动、沿右和左视角方向的反转现象、和着色现象，
此外，在具有上述第一和第二结构的液晶显示器中，最好将每一光延迟板的折射率椭圆的倾斜角设定在15°至75°的范围内。
通过将设置在液晶显示器中的每一光延迟板的折射率椭圆的倾斜角设定在15°至75°的范围内，确实能实现光延迟板的补偿相位差的上述作用。
另外，在具有上述第一和第二结构的液晶显示器中，对每一光延迟板，最好是将(na-nb)×d设定在80nm至250nm的范围内，(na-nb)×d是主折射率na和nb之差与光延迟板的厚度d的乘积。
对于设置在液晶显示器中的每一光延迟板，通过将(na-nb)×d设定在80nm至250nm的范围内，(na-nb)×d是主折射率na和nb之差与光延迟板的厚度d的乘积，确实能实现光延迟板的补偿相差的上述作用。
另外，在具有上述第一和第二结构的液晶显示器中，最好是这样设置每一光延迟板，在一给定象素中的液晶层的最大分部中，使取向膜的内表面的附近的液晶分子在透明电极施加电压时倾斜的方向与折射率椭圆的倾斜方向相反。
在上述结构中，如果，在一给定象素中的液晶层的最大分部中，光延迟板的折射率椭圆的倾斜方向与液晶分子在施加电压时倾斜的方向相反，能使由液晶分子引起的光特性与由折射率椭圆引起的即由光延迟板引起的光特性相反。因此，在上述液晶显示器中，光延迟板能补偿由取向膜的内表面附近液晶分子即使在施加电压时也不向上倾斜所引起的光特性偏差。
用种方案，能抑制当视角沿标准视角方向倾斜时的反转现象，能获得没有熄灭发生的良好显示图象。而且，能抑制沿相反视角方向倾斜时的对比度变坏，因而能获得不呈现白色的好的显示图象。另外，能抑制沿右和左视角方向的反转现象。
另外，在具有上述第一和第二结构的液晶显示器中，当液晶层分部为第一液晶层分部和第二液晶层分部时，最好将第一液晶层分部与第二液晶层分部的尺寸的比值设定在6∶4至19∶1的范围内。
用这一方案，在具有特定倾斜方向的折射率椭圆的上述结构的液晶显示器中，能进一步地改善视角特性。
在此情况下，通过第一液晶层分部与第二液晶层分部的尺寸的比值设定在7∶3至9∶1的范围内，能改善上述液晶显示器的视角特性，以获得沿上和下视角方向平衡的良好视角特性。
通过下面的描述，使本发明的附加目的，特点以及实力一目了然。另外，由下面参照附图的描述，本发明的优点将是明显的。
图1是一个分解横截面图，表示根据本发明的一个实施例的液晶显示器的结构。
图2是一个描述预倾斜角的解释性的示意图，预倾斜角是液晶分子的长轴和取向膜之间形成的角度。
图3是一个透视图，表示上述液晶显示器的光延迟板的主折射率。
图4是一个分解透视图，表示上述液晶显示器的偏振板和光延迟板的光学设置。
图5是一个解释图，表示设在上述液晶显示器中的一个象素的液晶分子的预倾斜角。
图6是一个曲线图，表示用在上述液晶显示器中的一种液晶材料和一种光延迟板的Δn(λ)/Δn(550)与波长的状态关系。
图7是一个透视图，表示测量上述液晶显示器的视角依赖性的测量***。
图8(a)、8(b)和8(c)是曲线图，表示根据例1的液晶显示器的光透射率/所加电压特性，液晶层取向分部比值分别为6∶4、17∶3和19∶1。
图9是曲线图，表示根据例1的对比例的液晶显示器的光透射率/所加电压特性，液晶层取向分部比值为1∶1。
图10(a)至10(c)是曲线图，表示根据例4的液晶显示器的光透射率/所加电压特性。
图11(a)至11(c)是曲线图，表示根据例4的对比例的液晶显示器的光透射率/所加电压特性。
图12是一个示意表示TN液晶显示单元的液晶分子的扭转取向的图。
下面将参考图1至11描述本发明的一个实施例。
如图1所示，根据本发明的液晶显示器包括一个液晶显示单元1，一对光延迟板2和3，以及一对偏振板4和5(偏振器)。
液晶显示单元1包括彼此相对而置的电极基片6、7和夹在电极基片之间的空间的液晶层8。在电极基片6中，在玻璃基片9(透明电极)面向液晶层8的表面上依次设有由ITO(铟锡氧化物)制成的透明电极10和取向膜11。在电极基片7中，在玻璃基片12(透明电极)面向液晶层8的表面上依次设有由ITO制成的透明电极13和取向膜14。
为了简单起见，图1表示一个象素的结构。对于整个液晶显示单元1，分别在透明基片9和12上以预定的间隔设置具有预定宽度的带状透明电极10和13，从而，当沿与基片表面垂直的方向观看时带状透明电极10和13相互垂直。透明电极10与透明电极13相交的区域对应一个进行显示的象素，并以矩阵的方式在整个液晶显示器中设置象素。通过密封树脂15将电极基片6和7连接在一起，并且在由电极基片6、7和密封树脂15所围成的空间中装有液晶层8。通过透明电极10和13将取决于驱动电路17的显示数据的电压加到液晶层8上。
在本液晶显示器中，由液晶显示单元1、光延迟板2和3、以及偏振板4和5形成的单元就是液晶盒16。
每一取向膜11和14都有两个取向状态不同的畴。因此，控制液晶层8的液晶分子的取向状态，使面对两个前述畴的第一分部8A(液晶层分部，第一液晶层分部)和第二分部8B(液晶层分部，第二液晶层分部)不同。通过将不同的预倾斜角作用于两个上述畴中的液晶分子、通过改变与基片的表面相垂直的平面的预倾斜方向等，取向膜11和14可使液晶分子处于不同的取向态。如图2所示，预倾斜角为由液晶分子20的长轴和取向膜14(或11)形成的角度φ，并且通过摩擦取向膜11、14与液晶材料的组合作用来确定预倾斜角。
此外，正如下面将要详细讨论的，在根据本发明的液晶显示器中，为了改善当视角水平或垂直倾斜时的视角特性，使液晶层8所分成的两分部面积不相等。
分别在液晶显示单元与偏振板4和5之间设置光延迟板2、3。光延迟板2和3由透明有机聚合物形成的支撑体构成，并涂有discotic液晶，该聚合物是倾斜或混合取向的并且与支撑体交联。由此，将每一光延迟板2和3的折射率椭圆(下面将要讨论)设置成与板的表面倾斜。
作为光延迟板2和3的支撑体，通常用作偏振板的三乙酰纤维素(TAC)是适用的，并具有高可靠性。另外，例如聚碳酸酯(PC)、聚乙烯对酞酸酯(PET)等之类的具有优良耐环境和化学性的有机聚和物膜也是适用的。
如图3所示，每一光延迟板2和3都有三个主折射率na、nb和nc，并且每一个都有不同方向。在相互垂直的的三个轴x、y和z中，主折射率na的方向与y轴的方向一致。主折射率nb的方向相对于与表面垂直的z轴(相对于屏幕的光延迟板2或3表面的法线方向)沿箭头A的方向倾斜θ角。主折射率nc的方向相对于x轴(表面)沿箭头B的方向倾斜θ角。
在光延迟板2和3中，三个主折射率满足关系式na=nc＞nb。因此，由于仅有一个光轴，所以光延迟板2和3是单轴的，并且折射率的各向异性量为负。在每一光延迟板2和3中，由于na=nc，第一延迟值(nc-na)×d接近于0nm。把第二延迟值(nc-nb)×d设定为80nm至250nm范围内的所需值。通过将第二延迟值(nc-nb)×d设定在此范围内，确实能实现光延迟板2和3的补偿相位差的功能。前面所述的nc-na和nc-nb表示折射率的各向异性量Δn，而d是光延迟板2或3的厚度。
通常，在如液晶和光延迟板(光延迟膜)之类的光各向异性体中，上述三维的主折射率na、nb和nc用一个折射率椭圆表示。折射率的各向异性量Δn是一个随观察折射率椭圆的方向而变化的值。
另外，在光延迟板2和3中，将主折射率nb的倾斜角θ，即，折射率椭圆的倾斜角θ设定为在15°≤θ≤75°范围内的一个所需值。通过将倾斜角θ设定在此范围内，无论折射率椭圆的倾斜方向是沿顺时针还是沿逆时针，确实能实现光延迟板2和3的补偿相位差的功能。
此外，在本实施例的液晶显示器中，正如上面所讨论的，使液晶层8分成第一分部8a和第二分部8b，将随光波长而变化的(ⅰ)液晶层的液晶材料的折射率的各向异性量Δn和(ⅱ)光延迟板的折射率的各向异性量Δn的各值设定在一个范围内，从而不出现依赖于视角的液晶显示屏的着色现象。
正如下面将要详细讨论的，通过采用能满足上述范围的光延迟板2和3与液晶层8的组合，能有效地实现光延迟板2和3补偿相位差的功能。
顺便说说，对于光延迟板2和3的设置，也可以是仅提供光延迟板2和3之一的结构，或者是将两个光延迟板2和3层叠在液晶显示单元的一侧的结构。另外，也可以使用三个或更多个光延迟板。
如图4所示，在本液晶显示器中，这样设置液晶显示单元1的偏振板4和5，使其各吸收轴AX1和AX2与接触取向膜11和14的液晶分子的长轴L1和L2分别垂直(见图1)。在本液晶显示器中，由于各个长轴L1和L2相互垂直，所以各吸收轴AX1和AX2也相互垂直。
如图3所示，投影在光延迟板2或3的表面的、沿光延迟板2和3呈现各向异性量的方向倾斜的主折射率nb的方向由D来表示。如图4所示，将光延迟板2设置成其方向(方向D1)与长轴L1平行，将光延迟板3设置成其方向(方向D2)与长轴L2平行。
由于按上面所述方式设置光延迟板2、3和偏振板4和5，本液晶显示器进行通常所说的常白显示，其中，在断开状态发光，因而显示白色。
下面将详细地解释上述液晶层8的分部。
如上所述，在液晶层8中，为了改善当视角垂直或水平倾斜时的视角特性，将每一象素中的液晶分成不相等面积的第一分部8a和第二分部8b。具体地，将第一分部8a与第二分部8b的面积之比设定在6∶4至19∶1的范围内。
另外，如图5所示，在每一第一分部8a和第二分部8b中，取向膜11使液晶分子沿一预定倾斜方向对准，该方向与取向膜14使液晶分子对准的方向垂直。在取向膜11中，将第一分部8a和第二分部8b的预倾斜方向P1和P2设置成方向相互相反。在取向膜14中，将第一分部8a和第二分部8b的预倾斜方向P3和P4也设置成方向相互相反。顺便说说，可以沿透明电极10或透明电极13的纵向将液晶层8分开。
通过将具有这类液晶层8的液晶显示单元1与光延迟板2和3组合，能获得适合于沿标准和相反视角方向的视角特性的取向状态。由此，能抑制在视角向上或向下倾斜时出现的反差变坏和显示图象呈白色的趋势。从而，能清楚和更真实地显示特别易受变坏的对比度影响的黑色。
进一步地，在液晶显示单元1中，使折射率椭圆相对于光延迟板2和3倾斜的方向分别与取向膜11或14附近的液晶分子的预倾斜方向相反为更好。
用这种方法，光延迟板2和3能补偿由在电压加到液晶显示单元1的期间因取向膜的作用而处于倾斜状态的液晶分子所引起的光学特性的偏差。
因而，能抑制当视角沿标准视角方向偏向时的反转现象，并能获得不易熄灭的良好的显示图象。此外，由于能抑制当视角在相反的视角方向倾斜时对比度变坏，能获得不呈现白色的良好的显示图象。另外，还能抑制当视角向右或向左倾斜时的反转现象。
此外，为了获得液晶层8和具有补偿相位差的功能的光延迟板2和3的最佳组合，将随光波长变化的(ⅰ)液晶层8的液晶材料的折射率的各向异性量Δn和(ⅱ)光延迟板2和3的折射率的各向异性量Δn的各值设定在一个范围内，从而使依赖于视角的液晶显示屏的着色不出现。
具体而论，如果使用满足至少下列(1)和(2)之一的设定范围的条件的光延迟板2、3和液晶材料的组合就足够了。下列(1)和(2)之一的设定范围对按前面所述比例将液晶层8分成的所有分部是公用的。
(1)比值ΔnL(450)/ΔnL(550)是响应450nm波长光的液晶层8的液晶分子的折射率的各向异性量ΔnL(450)与响应550nm波长光的液晶材料的折射率的各向异性量ΔnL(550)的比值；比值ΔnF(450)/ΔnF(550)是响应450nm波长的光的光延迟板2、3的折射率的各向异性量ΔnF(450)与响应550nm波长光的光延迟板的折射率的各向异性量ΔnF(550)的比值，使比值ΔnL(450)/ΔnL(550)和比值ΔnF(450)/ΔnF(550)满足如下关系式： 或者，满足如下关系式更好：
(2)比值ΔnL(650)/ΔnL(550)是液晶层8的液晶分子响应650nm波长的光的折射率的各向异性量ΔnL(650)与液晶材料响应550nm波长光的折射率的各向异性量ΔnL(550)的比值；比值ΔnF(650)/ΔnF(550)是光延迟板2、3响应650nm波长的光的折射率的各向异性量ΔnF(650)与光延迟板响应550nm波长光的折射率的各向异性量ΔnF(550)的比值，使比值ΔnL(650)/ΔnL(550)和比值ΔnF(650)/ΔnF(550)满足如下关系式： 或者，满足如下关系式更好：
通过使用设计成至少满足上述(1)和(2)之一的液晶材料和光延迟板，光延迟板2和3补偿相位差的功能可改善依赖于观察显示屏角度而产生的对比度的波动和反转现象，特别是，能有效地改善依赖于观察显示屏角度而产生的着色现象。
更详细地说，通过满足至少上述(1)和(2)之一的较宽范围，能获得这样一种液晶显示器，即，在普通液晶显示器所要求的50°视角，即使存在某些着色，但当无论从什么方向观看时其使用状态都是能完全接收的一种液晶显示器。
此外，通过满足至少上述(1)和(2)之一的更优选的范围，能获得这样一种液晶显示器，即，在70°视角，当无论从什么方向观看时都不存在着色现象的一种液晶显示器。
此外，通过满足至少上述(1)和(2)之一，能比当仅仅依靠光延迟板2和3的补偿作用更好地改善对比度波动和反转现象。
图6表示在液晶层8中可使用的一种液晶材料和可用作本发明液晶显示器的光延迟板2和3的一种光延迟板的Δn(λ)/Δn(550)与光波长(λ)的关系。由实线表示的曲线a是液晶材料的Δn(λ)/Δn(550)与光波长(λ)的关系，由点划线表示的曲线b是一种光延迟板的Δn(λ)/Δn(550)与光波长(λ)的关系。
另外，在本实施例的液晶显示器中，最好用响应550nm光波的折射率各向异性量ΔnL(550)大于0.060并小于0.120的液晶材料作为液晶层8，或ΔnL(550)大于0.070并小于0.095的液晶材料作为液晶层8更好。
用这种方法，除补偿相差的光延迟板2和3的作用并通过将响应光波变化的(ⅰ)液晶层8的液晶材料的折射率各向异性量Δn和(ⅱ)光延迟板2和3的折射率各向异性量Δn的各值设置在前述范围之一内实现补偿作用外，能进一步地改善在相反视角方向上的对比度变坏和左、右方向的反转现象。
正如上面所讨论的，分别在液晶显示单元1与偏振板4、5之间为本实施例的液晶显示器设有两个光延迟板2和3。每一光延迟板2、3都有其三个主折射率na、nb和nc满足关系na=nc＞nb的一个折射率椭圆，主折射率nb的方向相对于表面的法线方向倾斜。在上述液晶显示器中，将每一象素的液晶层8分成两个面积不相等的分部，在每一分部中液晶分子沿不同的方向取向，并且将响应光波变化的(ⅰ)液晶层8的液晶材料的折射率各向异性量Δn和(ⅱ)光延迟板2和3的折射率各向异性量Δn的各个值设定在一个范围之内，以便不出现依赖视角的液晶屏的着色现象。
因而，由于光延迟板2和3补偿与视角对应的出现在液晶显示单元1中的相位差的作用、将液晶层8分开的补偿作用、以及通过将响应光波的(ⅰ)液晶层8的液晶材料的折射率各向异性量Δn和(ⅱ)光延迟板2和3的折射率各向异性量Δn的变化的各个值设定在上述的一个范围内(在此范围内光延迟板的补偿作用能获得最佳组合)，尤其能抑制当视角向上或向下倾斜时反转现象的出现，并且能几乎均匀地抑制在此情况下对比度变坏和显示图象以白色出现的趋势，并且能特别有效地改善依赖视角的显示图象的着色，从而能显示高质量图象。
顺便说说，本实施例介绍了进行常白显示的一种液晶显示器的一个例子，但是，用进行常黑显示的液晶显示器，通过按如上所述的方式将液晶显示层8分开、利用光延迟板2和3的补偿功能、以及通过将响应光波的(ⅰ)液晶层8的液晶材料的折射率各向异性量Δn和(ⅱ)光延迟板2和3的折射率各向异性量Δn的变化的各个值设定在不出现依赖视角的显示屏着色的一个范围内，也能获得与上述效果等同的效果。
另外，本实施例描述了一个简单矩阵型液晶显示器，但是，也能将本发明应用到使用例如TFT的有源开关元件的有源矩阵型液晶显示器中。
下面将与对比例一起描述根据本实施例的液晶显示器的一个更详细例子。〖例1〗
在该例子中，用象图7所示的测量***测量液晶显示器的视角关系，该***由光探测器21、放大器22、和记录器23构成。将液晶盒16放置成使其上表面16a(玻璃基片9一侧)与三个相互垂直轴xyz的标准平面x-y重合。光探测器21是一个以固定的立体光接收角探测光的元件，并且沿相对于z轴成角度(视角)φ的方向与轴的相交处相隔预定距离，z轴与表面16a垂直。
在测量期间，在将液晶盒16放在测量***中之后，波长为550nm的单色光投射到液晶盒16的对着表面16a的表面。通过液晶盒16的单色光部分投射到光探测器21中，在由放大器22将光探测器21的输出放大到预定电平之后，把该输出记录在记录器23中，记录器23是例如波形存储器或记录器之类的器件。
在此，制备了在如图1所示的液晶显示器的液晶盒16中使用的样品#1至#3，取向膜11和14由Nippon Synthetic RubberCo.product Optomer-AL制造，在液晶层8中使用第一分部8a与第二分部8b的面积比分别为6∶4、17∶3、19∶1的液晶材料，并且液晶盒间隙(液晶层8的厚度)为5μm。
在样品#1至#3中，所用的光延迟板2和3由discotic液晶涂覆的如三乙酰纤维素(TAC)之类的透明支撑体来形成，使discotic液晶分子沿倾斜的取向对准，并使它们与支撑体交联。在所用的光延迟板2和3中，上述第一和第二延迟值分别为0nm和100nm。另外，在所用的光延迟板2和3中，主折射率nb的方向相对于图3所示的三个轴xyz的z轴沿箭头A的方向倾斜约20°；主折射率nc的方向相对于x轴沿箭头B的方向倾斜约20°(即，折射率椭圆的倾斜角θ约为20°)。
上述样品#1至#3的每一个都放在如图7所示的测量***中，并且，光探测器21以固定角φ固定，测量光探测器21响应加到每一样品#1-#3上的电压的输出电平。
假定y方向是屏的顶部，x方向是屏的左侧，由位于上方、下方、左侧、以及右侧的光探测器21进行测量，光探测器的角度固定在30°。此外，也可用定位于Z轴方向的光探测器21进行测量。
用图8(a)至8(c)表示测量结果。图8(a)至8(c)表示的是样品#1至样品#3的光透射率与所加电压的关系曲线(光透射率/所加电压的特性曲线)。图8(a)表示样品#1的测量结果，分部比为6∶4；图8(b)表示样品#2的测量结果，分部比为：17∶3；图8(c)表示样品#3的测量结果，分部比为：19∶1。
在图8(a)至8(c)中，由实线表示的曲线L1表示在Z轴方向上的特性；由虚线表示的曲线L2表示向下方向的特性；由点线表示的曲线L3表示右侧的特性；由点划线表示的曲线L4表示向上方向的特性；由两点一划线表示的曲线L5表示左侧的特性。
正如从图8(b)所看到的，在分部比为17∶3的样品#2中，对于灰色色调显示范围的光透射率/所加电压特性，曲线L2、L3、L4、以及L5接近于曲线L1。因此，在灰色色调显示范围，无论视角是向顶部、底部、右侧或左侧倾斜都能获得基本上相同的视角特性。
在ON状态，在较下方向的测量发现，光透射率保持在约7％的较低固定值，并且，反转现象不明显。而且，在ON状态，在较上方向的测量发现，其光透射率比较下方向的低，这进一步地证实充分地减少了光透射率。
至于样品#1和#3，如图8(a)和8(c)分别表示的，发现视角特性的改善基本上与上面所述的相同。
具体来说，如图8(a)所示，当分部比为6∶4时，在灰色色调显示和在ON状态，曲线L2(向下方向)和曲线L4(向上方向)开始相互接近，并且，这种趋势随着分部比的增加而变强。另一方面，如图8(c)所示，当分部比为19∶1时，曲线L2(向下方向)和曲线L1(Z轴方向)开始相互接近，并且，这种趋势随着分部比的减少而变强。因此，在向下方向(标准视角方向)，能抑制显示图象的熄灭。
另外，作为分部比少量变化的调查结果，发现当分部比设定在7∶3至9∶1的范围内时，能获得与向上和向下方向平衡的优良改善的视角特性。
给本发明的液晶显示器设置两个光延迟板2和3，在液晶显示单元1的每一侧设置一个，但是，也能由单一光延迟板获得与前面所述相同的视角特性。当仅用一个光延迟板时，能获得向上和向下方向平衡的改善的视角特性，但是，左和右侧的视角特性在改善的范围之外。然而，当使用两个光延迟板时，不仅与使用一个光延迟板时一样能改善向上方向和向下方向上的视角特性，而且左和右侧的视角特性也在改善范围内，并且能象向上和向下方向那样得到改善。
在此，为了比较，制备了第一分部8a和第二分部8b的比为1∶1的对比样品#101，将其放在如图7所示的测量***中，并测量视角关系。图9表示所测得的光透射率/所加电压的曲线。
在图9中，由实线表示的曲线L11表示在Z轴方向上的特性；由虚线表示的曲线L12表示较下方向上的特性；由点线表示的曲线L13表示右侧的特性；由点划线表示的曲线L14表示向上方向的特性；由两点一划线表示的曲线L15表示左侧的特性。
正如结果所表明的，在右和左方向，在ON状态下的光透射率是相当低的，不存在视角特性的问题。然而，在向上和向下的方向上，证明在ON状态下并没有使光透射率足够地减少。因而，根据本对比例的液晶显示器在向上和向下方向上易发生视角相关性。〖例2〗
在本例子中，制备了样品#11到#15，其中在如图1中所示的液晶显示器的液晶盒16中，使用分部比为17∶3的液晶层8，液晶盒间隙(厚度)为5μm，并且对于使用的液晶材料和光延迟板2和3，将下列方程(1)所示的关系式的值分别设定为0,0.10,0.17,0.20，以及0.23。在此，ΔnL(450)是响应450nm波长光的液晶分子的折射率的各向异性量，ΔnL(550)响应550nm波长光的液晶材料的折射率的各向异性量的比值，ΔnF(450)是响应450nm波长光的光延迟板2、3的折射率的各向异性量，Δnf(550)是响应550nm波长光的光延迟板的折射率的各向异性量。
此外，在样品#11至样品#15中使用的光延迟板2和3与在例1中的光延迟板2和3是相同的，具有倾斜取向的discotic液晶。
而且，作为对比例，制备了对比样品#201至#203，其中在图1所示的液晶显示器的液晶盒16中，使用的液晶层8的分部比为17∶3，并且对于使用的液晶材料和光延迟板2和3，将上述方程(1)所示的关系式的值分别设定为0.25,0.50，以及0.60。另外，对比样品#201至#203与本例中的样品是相同的。
表1示出了上述样品#11至#15和对比样品#201至#203在白光下的观察测试的结果。
(TABLE1)
○：没有着色；△有一些着色，但还能使用；×着色到了不能使用的程度
样品#11至#13具有良好的图象质量，在高达70°的视角从任何方向观看时都没有着色。样品#14具有良好的图象质量，并且在高达50°的视角从任何方向观看时都没有着色，但是，在60°的视角，当从右和左方观察时发现有少量的着色。不过这种着色在使用允许的范围内。样品#15具有良好的图象质量，并且在高达50°的视角从任何方向观看时都没有着色，但是，在60°的视角，当从右和左方观察时发现着色到了对于使用来说不能接收的程度。
可是，对于样品#201至#203，即使在50°的视角，当从右和左方观察时发现黄色或橙色着色到了对于使用来说不能接收的程度。
另外，除由在透明支撑体上的混合取向的discotic液晶制成的光延迟板2和3外，用与样品#11至#15和对比样品#201至#203相同的样品和对比样品获得了与上面相同的结果。〖例3〗
在本例子中，制备了样品#21到#25，其中在如图1中所示的液晶显示器的液晶盒16中，所用的液晶层8的分部比为17∶3，液晶盒间隙(厚度)为5μm，并且，对于使用的液晶材料和光延迟板2和3，将下列方程(2)所示的关系式的值分别设定为0,0.10,0.18,0.20，以及0.23。在此，ΔnL(650)是响应650nm波长光的液晶材料的折射率各向异性量，ΔnL(550)是响应550nm波长光的液晶材料的折射率各向异性量的比值，ΔnF(650)是响应650nm波长光的光延迟板2、3的折射率的各向异性量，ΔnF(550)是响应550nm波长光的光延迟板2和3的折射率的各向异性量。
此外，在样品#21至样品#25中使用的光延迟板2和3与在例1中的光延迟板2和3是相同的，具有倾斜取向的discotic液晶。
而且，作为对比例，制备了对比样品#301至#303，其中在图1所示的液晶显示器的液晶盒16中，所用的液晶层8的分部比为17∶3，并且对于使用的液晶材料和光延迟板2和3，将上述方程(2)所示的关系式的值分别设定为0.25,0.50，以及0.60。另外，对比样品#301至#303与本例中的样品是相同的。
表2示出了上述样品#21至#25和对比样品#301至#303在白光下的观察测试的结果。(TABLE2)
○：没有着色；△有一些着色，但还能使用；×着色到了对于使用来说不能接收的程度
样品#21至#23具有良好的图象质量，在高达70°的视角从任何方向观看时都没有着色。样品#24具有良好的图象质量，并且在高达50°的视角从任何方向观看时都没有着色，但是，在60°的视角，当从右和左方观察时发现有少量的着色。不过这种着色在使用允许的范围内。样品#25具有良好的图象质量，并且在大于50°的视角从任何方向观看时都没有着色，但是，在60°的视角，当从右和左方观察时发现着色到了对于使用来说不能接收的程度。
可是，对于样品#301至#303，即使在50°的视角，当从右和左方观察时发现黄色或橙色着色到了对于使用来说不能接收的程度。
另外，除由在透明支撑体上的混合取向的discoric液晶制成的光延迟板2和3外，用与样品#21至#25和对比样品#301至#303相同的样品和对比样品获得了与上面相同的结果。〖例4〗
在本例子中，制备了样品#31到#35，其中在如图1中所示的液晶显示器的液晶盒16中，所用的取向膜11和14由NipponSynthetic Rubber Co.product Optomer-AL制造，液晶层8具有5μm的液晶盒间隙(厚度)和17∶3的分部比，并由相对于取向膜11和14的预倾斜角为6°的液晶材料制成，响应550nm波长光的折射率各向异性量ΔnL(550)分别为0.070,0.080，以及0.095。
为了测量预倾斜角，制备一个填充有每一样品#31至#33的液晶材料的均匀液晶盒，并用预倾斜角测量器NSMAP-3000进行测量。
此外，在样品#31至#33中使用的光延迟板2和3与用在例1中的光延迟板2和3相同，具有倾斜取向的discotic液晶。
上述样品#31至#33的每一个都放在如图7所示的测量***中，并且，光探测器21以固定角φ固定，测量光探测器21响应加到每一样品#31至#33上的电压的输出电平。
假定y方向是屏的左侧，x方向是屏的底部(标准的视角方向)，由位于向上(相反的视角)方向、向下(标准视角)方向、左侧、以及右侧的光探测器21进行测量，光探测器21的角度φ固定在50°。
用图10(a)至10(c)表示测量结果。图10(a)至10(c)表示的是样品#31至样品#33的光透射率与所加电压的关系曲线(光透射率/所加电压特性曲线)。
在图10(a)至10(c)中，由点划线表示的曲线L21、L24和L27表示样品#31的结果，该样品用在液晶材料的ΔnL(550)=0.070的液晶层8中；由实线表示的曲线L22、L25和L28表示样品#32的结果，该样品用ΔnL(550)=0.080的液晶材料；由虚线表示的曲线L23、L26和L29表示样品#33的结果，该样品用ΔnL(550)=0.095的液晶材料。
而且，作为对比例，制备了对比样品#401和#402，其中在如图1所示的液晶显示器的液晶盒16中，所用的液晶层8的分部比为17∶3，并使用响应550波长的光的折射率各向异性量ΔnL(550)分别为0.060和0.120的液晶材料。另外，对比样品#401和#402与本例中的样品相同。每一对比样品#401和#402放在如图7所示的测量***中，并且，光探测器21以固定角φ固定，测量光探测器21响应加到每一对比样品#401和#403上的电压的输出电平。
假定y方向是屏的左侧，x方向是屏的底部(标准的视角方向)，用与样品相同的方法，由位于向上(相反的视角)方向、向下(标准视角)方向、左侧、以及右侧的光探测器21进行测量，光探测器21的角度φ固定在50°。
用图11(a)至11(c)表示测量结果。图11(a)至11(c)表示的是对比样品#401和样品#403的光透射率与所加电压的关系曲线(光透射率/所加电压特性曲线)。
图11(a)表示在图5的向上方向测量的结果，图11(b)表示在图5的右侧的测量的结果，图11(c)表示在图5的左侧的测量的结果。
在图11(a)至11(c)中，由实线表示的曲线L30、L32和L34表示对比样品#401的结果，该样品用在液晶材料的ΔnL(550)=0.060的液晶层8中；由虚线表示的曲线L31、L33、和L35表示对比样品#402的结果，该样品用ΔnL(550)=0.120的液晶材料。
将本例的样品和对比样品在向上方向的光透射率/所加电压特性相比较，从图10(a)的曲线L21、L22和L23中能看出，在样品#31至33中，光透射率随电压的增加面显著地减少。可是，在对比样品#402中，正如通过将图11(a)中的曲线L31与图10(a)的曲线L21、L22和L23相比较可看到的，光透射率随着电压的增加没有显著地减少。另外，从曲线L30可看出，对比样品#401呈现反转现象，当电压增加时，光透射率首先减少，但然后再增加。
采用相同的方法，将本例的样品和对比样品在右向的光透射率/所加电压特性相比较，从图10(b)的曲线L24、L25和L26中可看出，在样品#31至33中，光透射率随着电压的增加而减少到几乎为零。另外，图11(b)的曲线L32表示，在对比样品#401中，光透射率随着电压的增加而减少到几乎为零，正如图10(b)所示，但象曲线L33所表示的那样，对比样品#402易发生反转现象。
采用相同的方法，将本例的样品和对比样品在向左的光透射率/所加电压特性相比较，从图10(c)的曲线L27、L28、L29和图11(c)中的曲线L34可看出，在样品#31至33中和对比样品#401中，光透射率随着电压的增加而减少到几乎为零。然而，如图11(c)的曲线L35所示，对比样品#402易发生反转现象。
另外，在白光照射下对样品#31至#33和对比样品#401、#402进行观察确认。
样品#31至#33和对比样品#401具有良好的图象质量，并且当在大于50°的视角从任何方向观看时都没有着色。可是，对于对比样品#402，在50°的视角，当从右和左方观察时发现了黄色或橙色着色。
由上述结果可看出，正如图10(a)至10(c)所示，当用在液晶层8中的液晶材料响应550nm波长的光的折射率各向异性量ΔnL(550)分别为0.070,0.080或0.095时，光透射率随所加电压的增加而显著减少，并且反转现象不明显，从而可以扩大视角埸，而且由于没有出现着色现象，大大地改善了液晶显示器的显示质量。
另一方面，如图11(a)至11(c)所示，可看出，当用在液晶层8中的液晶材料响应550nm波长的光的折射率各向异性量ΔnL(550)为0.060或0.120，并没有充分地改善视角特性。
另外，除由在透明支撑体上混合取向的discotic液晶制成的光延迟板2和3外，用与样品#31至#33和对比样品#401、#402相同的样品和对比样品获得了与上述相同的结果。
此外，通过改变光延迟板2和3的折射率椭圆的倾斜角θ，能研究光透射率/所加电压特性曲线对倾斜角θ的依赖关系。这一研究表明，将倾斜角θ设置在15°≤θ≤75°范围内，特性曲线基本保持不变，与光延迟板2和3中的discotic液晶的取向无关。顺便说说，已发现，如果倾斜角θ在上述范围之外，在相反视角方向不扩大视角埸。
此外，通过改变第二延迟值，能研究光透射率/所加电压特性曲线对光延迟板2和3的第二延迟值的依赖关系。这一研究表明，将第二延迟值设置在80nm至250nm范围内，特性曲线基本保持不变，与光延迟板2和3中的discotic液晶的取向无关。顺便说说，已发现，如果第二延迟值在上述范围之外，在水平(右和左)视角方向不扩大视角埸。
而且，基于对比样品#401和#402的观察检测结果，制备了样品#34至#36，其中在如图1所示的液晶显示器的液晶盒16中，所用的液晶层8由具有响应550nm波长的光的折射率各向异性量ΔnL(550)分别为0.065，0.100和0.115的液晶材料制成。另外，样品#34至#36与在本例中的其它样品相同。使用如图7所示的测量***，并且，光探测器21以固定角φ固定，测量光探测器21响应加到样品#34至#36上的电压的输出电平。也进行在白光下对每一样品的观察确认。
结果是，对于射率各向异性量ΔnL(550)分别为0.100和0.115的样品#35和#36，在角φ为50°时，右方和左方的光透射率在电压增加时略有增加。但是，当观察时，没有反转现象，光透射率的增加量对于使用是可以接收的。对于样品#35或#36，在向上方向没有问题。
而且，对于折射率各向异性量ΔnL(550)为0.065的样品#34，和用图11(a)所示的对比样品#401一样，向上方向增加电压导致光透射率首先减少并然后增加的曲线。但是，这种光透射率的增加比在对比样品#401的情况下小，并且对于使用是可以接收的。对于样品#34在右和左方没有问题。
另外，在观察研究中发现，样品#34和#36有少许黄色或橙色着色，但不足以成为问题。对于样品#34，发现略有浅蓝色。但是，这种少量的蓝色并不是一个问题。
此外，作为补充对比，在加有大约1V电压的白色显示期间，对样品#34和对比样品#401测量了液晶盒16法线方向上的光透射率。结果是，对于对比样品#401，发现光透射率的减少对于使用是不能接收的。可是，对于样品#34，发现光透射率略有减少，但这种减少为使用能接收的程度。
正如上面所讨论的，根据本发明第一结构的液晶显示器包括：由一对透明基片和装在透明基片之间的空间中的液晶层构成的一个液晶显示单元，在透明基片各自面对的表面上设有透明电极和取向膜；一对偏振器，在液晶显示单元的每一侧设置一个偏振器；以及至少一个光延迟板，设置在液晶显示单元和一个偏振器之间，每一光延迟板具有倾斜的折射率椭圆；其中，取向膜使液晶材料在每一象素分成不相等面积的多个液晶层分部的每一个中沿不同的方向取向，并且将响应光波的(ⅰ)液晶层的液晶材料的折射率各向异性量和(ⅱ)光延迟板的各向异性量的各自的变化内容设定在使依赖视角的液晶屏的着色不出现的范围内。
通过在上述液晶显示器中采用这种方案，除光延迟板的补偿作用之外还能改善液晶显示单元相位差的波动，并能较好地防止屏幕的着色现象。另外能消除在标准视角方向和相反视角方向上的反向视角特性之间的差别，并能使两个视角方向上的视角特性更一致。因此，能几乎一致地抑制当视角向上或向下倾斜时出现的对比度变坏和显示图象呈白色的趋势。
因而，由于在黑-白显示期间对比度之比不受观察者视角的影响，所以与常规液晶显示器相比，使用上述液晶显示器具有大大改善显示图象质量的效果。
另外，根据本发明第二结构的液晶显示器包括：由一对透明基片和装在透明基片之间的空间中的液晶层构成的一个液晶显示单元，在透明基片各自面对的表面上设有透明电极和取向膜，液晶层扭转90°取向；一对偏振器，在液晶显示单元的每一侧设置一个偏振器；以及至少一个光延迟板，设置在液晶显示单元和一个偏振器之间，每一光延迟板具有其主折射率na、nb和nc满足关系式na=nc＞nb的折射率椭圆，折射率椭圆因(a)主折射率nb的方向和(b)主折射率nc或na的方向沿顺时针或逆时针方向相对于为折射率na或nc方向的一个轴倾斜而倾斜，其中主折射率nb的方向与光延迟板表面的法线方向平行，主折射率nc或na的方向在相对于光延迟板表面的平面内；其中，取向膜使液晶材料在每一象素分成不相等面积的多个液晶层分部的每一个中沿不同的方向取向，并且将响应光波长的(ⅰ)液晶层的液晶材料的折射率各向异性量和(ⅱ)光延迟板的各向异性量的各自的变化内容设定在使依赖视角的液晶屏的着色不出现的范围内。
通过在上述液晶显示器中采用这种方案，除光延迟板的补偿作用之外还能改善液晶显示单元相位差的波动，并能较好地防止屏幕的着色现象。另外能消除在标准视角方向和相反视角方向上的反向视角特性之间的差别，并能使两个视角方向上的视角特性更一致。因此，能几乎一致地抑制当视角向上或向下倾斜时出现的对比度变坏和显示图象呈白色的趋势。
因而，由于在黑-白显示期间对比度之比不受观察者视角的影响，所以与常规液晶显示器相比，使用上述液晶显示器具有大大改善显示图象质量的效果。
进一步地，在具有上述第一和第二结构的液晶显示器中，比值ΔnL(450)/ΔnL(550)是响应450nm波长光的液晶层的液晶分子的折射率的各向异性量ΔnL(450)与响应550nm波长光的液晶材料的折射率的各向异性量ΔnL(550)的比值；比值ΔnF(450)/ΔnF(550)是响应450nm波长光的光延迟板2、3的折射率各向异性量ΔnF(450)与响应550nm波长光的光延迟板的折射率各向异性量ΔnF(550)的比值，使比值ΔnL(450)/ΔnL(550)和比值ΔnF(450)/ΔnF(550)满足如下关系式：
通过在上述液晶显示器中采用此方案，以普通液晶显示器要求的50°视角，当无论从什么方向观察时，都能将液晶屏的着色抑制到对于使用来说能完全接收的程度。
另外，将上述的液晶显示器构造成也满足：
通过在上述液晶显示器中采用此方案，以70°的较宽视角，当无论从什么方向观察时，都能获得完全没有液晶屏着色的显示。
另外，在具有上述第一和第二结构的液晶显示器中，比值ΔnL(650)/ΔnL(550)是液晶层8的液晶分子响应650nm波长光的折射率各向异性量ΔnL(650)与液晶材料响应550nm波长光的折射率的各向异性量ΔnL(550)的比值；比值ΔnF(650)/ΔnF(550)是光延迟板2、3响应650nm波长光的折射率各向异性量ΔnF(650)与光延迟板响应550nm波长光的折射率各向异性量ΔnF(550)的比值，使比值ΔnL(450)/ΔnL(550)和比值ΔnF(450)/ΔnF(550)满足如下关系式：
通过在上述液晶显示器中采用此方案，以普通液晶显示器要求的50°视角，当无论从什么方向观察时，都能将液晶屏的着色抑制到对于使用来说能完全接收的程度。
另外，将上述的液晶显示器构造成也满足：
通过在上述液晶显示器中采用此方案，以70°的较宽视角，当无论从什么方向观察时，都能获得完全没有液晶屏着色的显示。
进一步地，在具有上述第一和第二结构的液晶显示器中，将液晶层的液晶材料响应550nm波长光的折射率各向异性量ΔnL(550)设定在大于0.060并小于0.120的范围内。
用这种方案，能消除在液晶显示单元中出现的对应于视角的相位差，因而，不仅能进一步地改善出现在液晶屏中的依赖于视角的着色现象，而且还能进一步地改善对比度波动和沿右和左视角方向的反转现象等。
因此，使用上述液晶显示器具有进一步地改善显示图象质量的效果。
另外，在上述液晶显示器中，将液晶层的液晶材料响应550nm波长光的折射率各向异性量ΔnL(550)设定在大于0.070并小于0.095的范围内，从而能进一步地改善取决于视角的对比度波动和沿右和左视角方向的反转现象等，具有实现优良显示图象质量的效果。
此外，在具有上述第一和第二结构的液晶显示器中，将每一光延迟板的折射率椭圆的倾斜角设定在15°至75°的范围内。
通过将设置在液晶显示器中的每一光延迟板的折射率椭圆的倾斜角设定在15°至75°的范围内，确实能实现补偿相位差的光延迟板的上述作用，具有明显地改善根据本发明的液晶显示器的清晰度的效果。
另外，在具有上述第一和第二结构的液晶显示器中，对每一光延迟板，将(na-nb)×d设定在80nm至250nm的范围内，(na-nb)×d是主折射率na和nb之差与光延迟板的厚度d的乘积。
对于设置在液晶显示器中的每一光延迟板，通过将(na-nb)×d设定在80nm至250nm的范围内，(na-nb)×d是主折射率na和nb之差与光延迟板的厚度d的乘积，确实能实现补偿相位差的光延迟板的上述作用，具有明显地改善根据本发明的液晶显示器的清晰度的效果。
另外，在具有上述第一和第二结构的液晶显示器中，这样设置每一光延迟板，在一给定象素中的液晶层的最大分部，使取向层的内表面的附近的液晶分子在透明电极施加电压时倾斜的方向与折射率椭圆的倾斜方向相反。
用这种方案，在上述液晶显示器中，光延迟板能补偿由取向层的内表面附近液晶分子即使在施加电压时也不向上倾斜所引起的光特性偏差。
因而，能抑制当视角沿标准视角方向倾斜时的反转现象，能获得没有熄灭现象的良好显示图象。而且，能抑制在视角沿相反的视角方向倾斜时的对比度变坏，因而能获得不呈现白色的好的显示图象。另外，能抑制沿右和左视角方向的反转现象。
所以，使用上述液晶显示器，具有较大程度地改善本发明的液晶显示器的视角特性的作用。
另外，在具有上述第一和第二结构的液晶显示器中，将第一液晶层分部与第二液晶层分部的尺寸折比值设定在7∶3至9∶1的范围内，这将具有改善视角特性作用，从而获得在向上和向下视角方向上平衡的良好视角特性。
在前面详细描述本发明中所讨论的实施例和实施的具体例子仅仅用于描述本发明的技术内容，不应该将本发明狭隘地解释为限定在这些具体例子的范围内，而是适用在不脱离本发明精神和不偏离下列专利权利要求的范围内的各种修改。
Claims (23)
1、一种液晶显示器，它包括：
一个液晶显示单元，包括一对透明基片和一个填充在透明基片之间的空间中的液晶层，在透明基片各自面对的表面上设有透明电极和取向膜；
一对偏振器，在液晶显示单元的每一侧设置一个偏振器；
以及至少一个光延迟板，设置在液晶显示单元和一个偏振器之间，具有倾斜的折射率椭圆；其中：
所说取向膜使所说液晶层的液晶分子在每一象素分成不相等面积的多个液晶层分部的每一个中沿不同的方向取向；以及
随光的波长变化的(ⅰ)液晶层的液晶材料的折射率各向异性量和(ⅱ)光延迟板的各向异性量的各值设定在使在所说液晶显示单元上显示的图象的依赖视角的着色不出现的范围内。
2、如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于，在每一所述的光延迟板中，折射率椭圆的主折射率na、nb和nc满足关系式na=nc＞nb，主折射率nb相对于所述光延迟板表面的法线方向倾斜。
3、如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于：比值ΔnL(450)/ΔnL(550)是响应450nm波长光的所述液晶层的液晶分子的折射率的各向异性量ΔnL(450)与响应550nm波长光的液晶材料的折射率的各向异性量ΔnL(550)的比值；比值ΔnF(450)/ΔnF(550)是响应450nm波长光的所述光延迟板的折射率各向异性量ΔnF(450)与响应550nm波长光的所述光延迟板的折射率各向异性量ΔnF(550)的比值，使比值ΔnL(450)/ΔnL(550)和比值ΔnF(450)/ΔnF(550)满足如下关系式：
4、如权利要求3所述的液晶显示器，其特征在于：比值ΔnL(450)/ΔnL(550)是响应450nm波长光的所述液晶层的液晶分子的折射率的各向异性量ΔnL(450)与响应550nm波长光的液晶材料的折射率的各向异性量ΔnL(550)的比值；比值ΔnF(450)/ΔnF(550)是响应450nm波长光的所述光延迟板的折射率各向异性量ΔnF(450)与响应550nm波长光的所述光延迟板的折射率各向异性量ΔnF(550)的比值，使比值ΔnL(450)/ΔnL(550)和比值ΔnF(450)/ΔnF(550)满足如下关系式：
5、如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于：比值ΔnL(650)/ΔnL(550)是响应650nm波长光的所述液晶层的液晶分子的折射率的各向异性量ΔnL(650)与响应550nm波长光的液晶材料的折射率的各向异性量ΔnL(550)的比值；比值ΔnF(650)/ΔnF(550)是响应650nm波长光的所述光延迟板的折射率各向异性量ΔnF(650)与响应550nm波长光的所述光延迟板的折射率各向异性量ΔnF(550)的比值，使比值ΔnL(650)/ΔnL(550)和比值ΔnF(650)/ΔnF(550)满足如下关系式：
6、如权利要求5所述的液晶显示器，其特征在于：比值ΔnL(650)/ΔnL(550)是响应650nm波长光的所述液晶层的液晶分子的折射率的各向异性量ΔnL(650)与响应550nm波长光的液晶材料的折射率的各向异性量ΔnL(550)的比值；比值ΔnF(650)/ΔnF(550)是响应650nm波长光的所述光延迟板的折射率各向异性量ΔnF(650)与响应550nm波长光的所述光延迟板的折射率各向异性量ΔnF(550)的比值，使比值ΔnL(650)/ΔnL(550)和比值ΔnF(650)/ΔnF(550)满足如下关系式：
7、如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于：将液晶层的液晶材料响应550nm波长光的折射率各向异性量ΔnL(550)设定在大于0.060并小于0.120的范围内。
8、如权利要求3所述的液晶显示器，其特征在于：将液晶层的液晶材料响应550nm波长光的折射率各向异性量ΔnL(550)设定在大于0.060并小于0.120的范围内。
9、如权利要求5所述的液晶显示器，其特征在于：将液晶层的液晶材料响应550nm波长光的折射率各向异性量ΔnL(550)设定在大于0.060并小于0.120的范围内。
10、如权利要求7所述的液晶显示器，其特征在于：将液晶层的液晶材料响应550nm波长光的折射率各向异性量ΔnL(550)设定在大于0.070并小于0.095的范围内。
11、如权利要求8所述的液晶显示器，其特征在于：将液晶层的液晶材料响应550nm波长光的折射率各向异性量ΔnL(550)设定在大于0.070并小于0.095的范围内。
12、如权利要求9所述的液晶显示器，其特征在于：将液晶层的液晶材料响应550nm波长光的折射率各向异性量ΔnL(550)设定在大于0.070并小于0.095的范围内。
13、如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于：在每一所述光延迟板中，将折射率椭圆的倾斜角设定在15°至75°的范围内。
14、如权利要求3所述的液晶显示器，其特征在于：在每一所述光延迟板中，将折射率椭圆的倾斜角设定在15°至75°的范围内。
15、如权利要求5所述的液晶显示器，其特征在于：在每一所述光延迟板中，将折射率椭圆的倾斜角设定在15°至75°的范围内。
16、如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于：在每一所述光延迟板中，将(na-nb)×d设定在80nm至250nm的范围内，(na-nb)×d是主折射率na和主折射率nb之差与所述光延迟板的厚度d的乘积。
17、如权利要求3所述的液晶显示器，其特征在于：在每一所述光延迟板中，将(na-nb)×d设定在80nm至250nm的范围内，(na-nb)×d是主折射率na和主折射率nb之差与所述光延迟板的厚度d的乘积。
18、如权利要求5所述的液晶显示器，其特征在于：在每一所述光延迟板中，将(na-nb)×d设定在80nm至250nm的范围内，(na-nb)×d是主折射率na和主折射率nb之差与所述光延迟板的厚度d的乘积。
19、如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于：这样设置每一光延迟板，在一给定象素中的液晶层的最大分部，使取向层的内表面的附近的液晶分子在透明电极施加电压时倾斜的方向与折射率椭圆的倾斜方向相反。
20、如权利要求19所述的液晶显示器，其特征在于：所述液晶层分部为第一液晶层分部和比所述第一液晶层分部小的第二液晶层分部，并且将所述第一液晶层分部的面积与所述第二液晶层分部的面积的比值设定在6∶4至19∶1的范围内。
21、如权利要求20所述的液晶显示器，其特征在于：将所述第一液晶层分部的面积与所述第二液晶层分部的面积的比值设定在7∶3至9∶1的范围内。
22、如权利要求1所述的液晶显示器，其特征在于：使所述液晶层的液晶分子扭转约90°取向。
23、一种液晶显示器，它包括：
一个液晶显示单元，包括一对透明基片和一个填充在透明基片之间的空间中的液晶层，在透明基片各自面对的表面上设有透明电极和取向膜，并使液晶层的的液晶分子扭转约90°取向；
一对偏振器，在液晶显示单元的每一侧设置一个偏振器；
以及至少一个光延迟板，设置在液晶显示单元和一个偏振器之间，每一光延迟板具有其三个主折射率na、nb和nc满足关系式na=nc＞nb的折射率椭圆，折射率椭圆因为(a)主折射率nb的方向和(b)主折射率nc或na的方向沿顺时针或逆时针方向相对于为折射率na或nc方向的一个轴倾斜而倾斜，其中主折射率nb的方向与光延迟板表面的法线方向平行，主折射率nc或na的方向在相对于光延迟板表面的平面内；其中：
所述取向膜使所述液晶层的液晶分子在每一象素分成不相等面积的多个液晶层分部的每一个中沿不同的方向取向；以及
将响应光波长的(ⅰ)所述液晶层的液晶材料的折射率各向异性量和(ⅱ)所述光延迟板的各向异性量的各变化值设定在使在所说液晶单元上显示的图象的依赖视角的液晶屏的着色不出现的范围内。
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