CN1487340A - 液晶显示器件 - Google Patents

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Abstract

本发明的液晶显示器件包括：在黑色显示状态呈现大概垂直对齐状态的液晶层；布置为相互面对的第一和第二偏振片，其透射轴相互垂直；至少一个置于液晶层与第一偏振片和/或第二偏振片之间的第一相位片；至少一个第二相位片，置于第一相位片与第一偏振片或第二偏振片中距第一相位片较远的一个之间；用于通过第一偏振片或第二偏振片用光照明液晶层的照明器。第一相位片具有双轴光学各向异性，并补偿在黑色显示状态下液晶层的厚度方向延迟的部分和抑制由第一偏振片和第二偏振片的透射轴偏离相互垂直的关系而导致的在倾斜视角方向光泄露。第二相位片具有负单轴光学各向异性，并与第一相位片协调来补偿在黑色显示状态中液晶层的厚度方向延迟。

Description

液晶显示器件
发明领域
本发明涉及液晶显示器件，更具体地，涉及一种液晶显示器件，当其液晶层呈现大概的垂直对齐状态时，该液晶显示器件表现出黑色显示。
背景技术
近年来，得益于其显示质量的改善，液晶显示器件的用途非常广泛。但是，对显示质量的进一步提高仍然有强烈的期望。
要求进一步改善的液晶显示器的一种显示属性是减小显示质量对视角的依赖。即，期望开发一种液晶显示器件，即使当在相对于显示平面的法线倾斜的方向上观察时(该方向由视角定义)，也能表现出具有足够高对比率的显示。换句话说，期望液晶显示器的视角更宽。
为了提高液晶显示器件表现的显示对比率，抑制黑色显示状态下的光泄漏很重要。在这方面，当液晶层呈现大概的垂直对齐状态时表现黑色显示的液晶显示器件比较有利。这样的液晶显示器件包括常白模式的TN型液晶显示器件和常黑模式的垂直对齐型液晶显示器件。这些类型的液晶显示器件使用大概成垂直对齐的液晶显示层和一对通过交叉尼科尔斯(crossed-Nicols)状态的液晶层相互面对布置的偏振片来表现出黑色显示。当在与显示平面垂直的方向观察时，由这些液晶显示器件表现的黑色显示较好。但是，当从与垂直于显示平面的方向倾斜的方向(以下将这样的方向称为“倾斜视角方向”)观察时，由于发生光泄漏而使得显示质量降低。
在倾斜视角方向发生光泄漏，是因为(1)当在倾斜视角方向观察垂直对齐状态中的液晶层时，产生双折射，(2)当在倾斜视角方向观察时，置于交叉尼科尔斯状态的一对偏振片的透射轴偏离相互正交的关系(由透射轴构成的角度超过90°)。
例如，日本公开专利出版物No.2000-39610披露了在常黑垂直对齐型液晶显示器件中，可以通过以下手段来抑制倾斜视角方向的光泄漏：(1)用具有负单轴各向异性的光学薄片补偿液晶层在黑色显示状态中的延迟，(2)提供具有双轴各向异性的光学薄片，其可以是具有与偏振片的透射轴(也称偏振轴)平行或垂直的减慢轴(slower axis)的λ/2片(半波片)的等效物。
但是，当根据上述出版物的公开内容设计单轴各向异性和双轴各向异性光学薄片时，发现能够在倾斜视角方向获得良好黑色显示的双轴各向异性光学薄片允许的选择范围很小，以至于该光学薄片的工业应用很困难。
此外，当使用上述出版物中描述的具有190nm或更多面内(in-plane)延迟的双轴各向异性光学薄片时，发现双轴各向异性光学薄片的减慢轴与偏振片的透射轴之间对齐所允许的裕量很小。因此，即使在与显示平面垂直的方向上，轻微的不对齐也将导致光泄露，这将使前对比率退化。
上述出版物还描述了最好使用双轴各向异性光学薄片，其NZ(NZ＝(nx-nz)/(nx-ny)，其中nx、ny和nz分别是该双轴各向异性光学薄片在减慢轴方向、加快轴方向、和厚度方向上的折射率)的范围是0.28-0.67(见图4)。但是，在工业上制造NZ小于1.0(即，nx＞nz＞ny)的双轴各向异性光学薄片很困难。
发明概述
鉴于以上所述，本发明的目的是提供一种液晶显示器件，当其液晶层呈现大概垂直对齐状态时，表现黑色显示，通过使用生产率卓越的双轴相位片，其显示质量得以改善。
本发明的液晶显示器件包括：在黑色显示状态呈现大概垂直对齐状态的液晶层；布置为通过该液晶层相互面对的第一和第二偏振片，使得该偏振片的透射轴相互垂直；至少一个置于液晶层与第一偏振片和/或第二偏振片之间的第一相位片；至少一个第二相位片，置于该至少一个第一相位片与第一偏振片或第二偏振片中距所述至少一个第一相位片较远的一个之间；以及一个照明器，用于通过第一偏振片或第二偏振片用光照明液晶层，其中，所述至少一个第一相位片具有双轴光学各向异性，并具有在黑色显示状态补偿液晶层的厚度方向延迟的部分和抑制由第一偏振片和第二偏振片的透射轴在倾斜视角方向偏离相互垂直的关系而导致的光泄露的功能，至少一个第二相位片具有负单轴光学各向异性，并具有与至少一个第一相位片协调来补偿在黑色显示状态中液晶层的厚度方向延迟的功能。
在黑色显示状态中液晶层的厚度方向延迟，Δn.d1c(其中Δn是液晶层的双折射率，d1c是液晶层的厚度)最好满足关系式：200nm≤Δn.d1c≤500nm。
优选地，具有双轴各向异性的至少一个第一相位片的减慢轴(x轴)基本上平行于第一偏振片或第二偏振片中与所述至少一个第一相位片相对于液晶层在同一侧的一个的透射轴，并且所述至少一个第一相位片的厚度方向延迟(Rth1＝(nx-nz).d)和面内延迟(Re＝(nx-ny).d)满足关系式：100nm≤Rth1+1.9Re≤500nm，其中，nx、ny和nz分别是该至少一个第一相位片在减慢轴方向、加快轴方向、和厚度方向(d)上的折射率，加快轴在包括减慢轴并平行于液晶层的平面内并垂直于减慢轴。更优选地，厚度方向延迟和面内延迟满足关系式：200nm≤Rth1+1.9Re≤400nm。
至少一个第一相位片的面内延迟Re最好满足关系式：Re＜190nm，更优选地，满足关系式Re≤150nm。
所述至少一个第一相位片最好满足关系式：nx＞ny＞nz。
可选地，本发明的液晶显示器件包括：在黑色显示状态呈现大概垂直对齐状态的液晶层；布置为通过该液晶层相互面对的第一和第二偏振片，使得该偏振片的透射轴相互垂直；至少一个置于液晶层与第一偏振片和/或第二偏振片之间的第一相位片；至少一个第二相位片，置于该至少一个第一相位片与第一偏振片或第二偏振片中距所述至少一个第一相位片较远的一个之间；以及一个照明器，用于通过第一偏振片或第二偏振片用光照明液晶层，其中，液晶层在黑色显示状态的厚度方向延迟，Δn.d1c(其中Δn是液晶层的双折射率，d1c是液晶层的厚度)满足关系式：200nm≤Δn.d1c≤500nm，所述至少一个第一相位片具有双轴光学各向异性，且该至少一个第一相位片的减慢轴基本上平行于第一偏振片或第二偏振片中与所述至少一个第一相位片相对于液晶层在同一侧的一个的透射轴，并且所述至少一个第一相位片的厚度方向延迟(Rth1＝(nx-nz).d)和面内延迟(Re＝(nx-ny).d)满足关系式：100nm≤Rth1+1.9Re≤500nm，和Re＜190nm，其中，nx、ny和nz分别是该至少一个第一相位片在减慢轴方向、加快轴方向、和厚度方向(d)上的折射率，加快轴在包括减慢轴并平行于液晶层的平面内并垂直于减慢轴。
所述至少一个第一相位片最好满足关系式：nx＞ny＞nz。
所述至少一个第一相位片最好满足关系式：0nm＜Rth-Re≤100nm。
可选地，本发明的液晶显示器件包括：在黑色显示状态呈现大概垂直对齐状态的液晶层；布置为通过该液晶层相互面对的第一和第二偏振片，使得该偏振片的透射轴相互垂直；至少一个置于液晶层与第一偏振片和/或第二偏振片之间的第一相位片；至少一个第二相位片，置于该至少一个第一相位片与第一偏振片或第二偏振片中距所述至少一个第一相位片较远的一个之间；以及一个照明器，用于通过第一偏振片或第二偏振片用光照明液晶层，其中，液晶层在黑色显示状态的厚度方向延迟，Δn.d1c(其中Δn是液晶层的双折射率，d1c是液晶层的厚度)满足关系式：200nm≤Δn.d1c≤500nm，所述至少一个第一相位片具有双轴光学各向异性，且该至少一个第一相位片的减慢轴(x轴)基本上平行于第一偏振片或第二偏振片中与所述至少一个第一相位片相对于液晶层在同一侧的一个的透射轴，并且所述至少一个第一相位片的厚度方向延迟(Rth1＝(nx-nz).d)和面内延迟(Re＝(nx-ny).d)满足关系式：100nm≤Rth1+1.9Re≤500nm，和nx＞ny＞nz，其中，nx、ny和nz分别是该至少一个第一相位片在减慢轴方向、加快轴方向、和厚度方向(d)上的折射率，加快轴在包括减慢轴并平行于液晶层的平面内并垂直于减慢轴。
该至少一个第一相位片的面内延迟Re最好满足关系式：Re≤150nm。
上述液晶显示器件最好还包括一个附加第二相位片，该第二相位片具有负单轴光学各向异性，置于第一偏振片和第二偏振片之间，其中，所述至少一个第一相位片的厚度方向延迟(Rth1)大于该附加第二相位片的厚度方向延迟(Rth2’)。
液晶层在黑色显示状态的厚度方向延迟Δn.d1c与多个存在于第一偏振片和第二偏振片之间的相位片的总的厚度方向延迟(Rtht)之间的差(ΔRth＝Δn.d1c-Rtht)最好满足关系式：-100nm≤ΔRth≤100nm，更优选地，满足关系式：-50nm≤ΔRth≤50nm。
优选地，所述至少一个第一相位片包括一个第一相位片，所述至少一个第二相位片包括一个第二相位片。在这种情况下，当液晶显示器件还包括一个置于第一相位片与第一偏振片或第二偏振片中与所述第一相位片相对于液晶层位于同一侧的一个之间的具有负单轴光学各向异性的附加第二相位片时，第一相位片的厚度方向延迟(Rth1)最好大于附加第二相位片的厚度方向延迟(Rth2”)。
优选地，所述液晶层包括具有负介电各向异性的液晶材料，并表现常黑模式的显示。
优选地，照明器用通过第二偏振片的光照亮液晶层，并且所述至少一个第一相位片之一置于第一偏振片与液晶层之间。
用于通过第一偏振片或第二偏振片用光照亮液晶层的照明器和该照明器通过其照亮液晶层的偏振片可以用发出平行于被替代的偏振片的透射轴的线性偏振光的偏振光照明器代替。
附图简述
图1A和1B是本发明实施例的液晶显示器件100A和100B的图形表示；
图2是本发明另一实施例的液晶显示器件200的图形表示；
图3是表示适用于本发明实施例的液晶显示器件中的第一相位片16的面内延迟Re与厚度方向延迟Rth1之间的关系的曲线；
图4是表示适用于本发明实施例的液晶显示器件的第一相位片16的面内延迟Re和厚度方向延迟Rth1的优选范围的曲线；
发明详述
以下参考相关附图描述本发明的优选实施例。
参考图1A和1B，描述本发明实施例的液晶显示器件100A和100B的构造和功能。
液晶显示器件100A和100B分别包括一个液晶层10，在黑色显示状态中呈现大概垂直对齐状态。图1A和1B示出黑色显示状态的液晶层10，其中，液晶层10的液晶分子10a相对于显示平面(平行于液晶层的表面)大体上垂直对齐。
液晶层的对齐状态通过在相互面对的电极11a和11b间施加电压来控制，其间有液晶层10。液晶层10与电极11a和11b构成液晶盒11。液晶盒11可以包括已知的组件，如对齐薄膜、滤色层、以及用于在要求时向电极11a和/或11b提供预定电压的互连和开关元件。
例如，当具有正介电各向异性的液晶材料用于构成一个90度扭曲的液晶层如液晶层10时，可以通过作用一个等于或大于饱和电压的电压来获得大概垂直对齐的状态。当具有负介电各向异性的向列液晶材料用于液晶层10，并且用一个垂直对齐薄膜等垂直对齐时，在没有电压作用期间可以获得大概垂直对齐的状态。注意，此处所用的“大概垂直对齐的状态”包括这样的状态：其中几乎整个液晶层，不包括固定在对齐薄膜等上的液晶分子层，处于垂直对齐的状态。例如，用于在液晶层10两端作用电压的电极11a和11b可以是有源矩阵液晶显示器件中的像素电极和计数器电极。
液晶层10在黑色显示状态在厚度方向上的延迟(厚度方向延迟)Δn.d1c(其中Δn是液晶层的双折射率，d1c是液晶层的厚度)最好满足关系式：200nm≤Δn.d1c≤500nm。通过将液晶层10在黑色显示状态的厚度方向延迟Δn.d1c设置为上述范围内的值，可以用下面描述的第一和第二相位片16和18有效补偿所述延迟，从而可以呈现良好的黑色显示。
特别地，最好使用具有负介电各向异性的向列液晶材料作为液晶层10的材料，并用垂直对齐薄膜等垂直对齐该材料。通过使用在黑色显示状态中不具有面内延迟的该液晶层，可以用相位片满意地补偿所述延迟，从而可以达到高质量的常黑模式显示。
第一和第二偏振片12和14布置为彼此面对，液晶层10位于二者之间，使得其透射轴(偏振轴)PA相互垂直。用于在透射模式下执行显示的液晶显示器件100A和100B分别备有一个照明器(未示出)，用于通过第一或第二偏振片12或14用光照亮液晶层10。此处假设该照明器置于从图1A和1B看第二偏振片14的下侧。例如，已知的荧光灯可以用作该照明器。
通常在市场上可以买到的偏振片包括一个具有偏振功能的层(偏振层)和用于支持该偏振层的层(支持层)。在有些情况下，支持层(和/或偏振层)可以具有光学各向异性。在下面的说明中，为了简化说明，假设偏振片12和14只有允许线性偏振光透过的功能，该光的振动平面平行于透射轴PA。下文中将详细描述考虑具有光学各向异性的偏振片12和14的支持层。
液晶显示器件100A和100B分别包括位于一对偏振片12和14之间具有双轴各向异性的第一相位片16和具有负单轴各向异性的第二相位片18。正确设置第一相位片16的光学各向异性(延迟)，使得该第一相位片16具有以下功能：补偿液晶层10在黑色显示状态下的部分厚度方向延迟，和抑制由于第一和第二偏振片12和14的透射轴偏离相互垂直的关系而引起的在倾斜视角方向观察时的光泄漏。同样，正确设置第二相位片18的光学各向异性(延迟)，使得该第二相位片18具有以下功能：与第一相位片16协调，补偿液晶层10在黑色显示状态下的厚度方向延迟。
根据本发明，液晶层10在黑色显示状态下的厚度方向延迟(正单轴光学各向异性)不仅由具有负单轴各向异性的相位片(第二相位片18)补偿，而且具有双轴各向异性的相位片(第一相位片16)也有补偿功能。因此，与前述出版物中描述的双轴各向异性光学薄膜相比，第一相位片16允许的选择范围更宽，因此可以使用工业上很容易获得的相位片达到良好的黑色显示。本发明的液晶显示器件的第一相位片与前述出版物中描述的双轴各向异性光学薄膜的区别在于具有不仅补偿置于交叉尼科尔斯状态的偏振片12和14的透射轴PA偏离从倾斜视角方向观察时相互垂直的关系，而且补偿大概垂直对齐状态的液晶层10的部分厚度方向延迟的功能。
如图1A所示，例如，第一相位片16置于液晶层10与第一偏振片12之间，第二相位片18置于液晶层10与第二偏振片14之间。可选地，如图1B所示，当第一相位片16置于液晶层10与第一偏振片12之间时，第二相位片18可以置于液晶层10与第一偏振片16之间。第二相位片18置于第一相位片16与第一偏振片12或第二偏振片14中距离第一相位片16较远的一个(所示例子中是偏振片14)之间某处。
具有双轴光学各向异性的第一相位片16的减慢轴(定义为x轴)SA基本上平行于相对于液晶层10在同一侧的偏振片12的透射轴PA。此处假设第一相位片16的折射率在减慢轴SA的方向、加快轴FA(定义为y轴)的方向、和厚度(d)方向(平行于液晶层10的厚度方向；定义为z轴)上分别用nx、ny和nz表示。加快轴FA在平行于液晶层10且包括减慢轴SA的平面内，且垂直于减慢轴SA。为了在倾斜视角方向上获得良好的黑色显示，第一相位片16的厚度方向延迟(Rth1＝(nx-nz).d)和面内延迟(Re＝(nx-ny).d)优选地满足关系式：100nm≤Rth1+1.9Re≤500nm，更优选地满足关系式：200nm≤Rth1+1.9Re≤400nm。
第一相位片16的面内延迟Re优选地满足关系式：Re＜190nm，更优选地满足关系式：Re≤150nm。通过将面内延迟Re设置为小于190nm，优选地等于或小于150nm的值，第一相位片16的减慢轴SA和偏振片12(和/或偏振片14)的透射轴PA之间的对齐裕量得以增加。此外，在未对齐的情况下，在垂直于显示平面的方向上(z轴方向)可以观察到的光泄漏被抑制，从而抑制了前对比率的变化。
同样，第一相位片16最好满足关系式：nx＞ny＞nz。一般而言，通过拉伸构成相位片的聚合体薄膜、通过浇铸聚合体溶液到基片表面、或者通过其它方式，从而允许聚合体链排列在一个薄膜平面内(对应于相位片的x-y平面)，就可以赋予相位片光学各向异性。因此，很难使厚度方向(z轴方向)上的折射率nz大于面内折射率nx和ny。鉴于此，与如前述出版物No.2000-39610中所述满足关系式nx＞nz＞ny的相位片相比，满足关系式nx＞ny＞nz的相位片16可以在工业上高效制造。这不仅降低了相位片16的成本，还抑制了相位片16特性的变化。结果，最终的液晶显示器件质量可以提高，显示质量的变化可以抑制。
此外，第一相位片16最好满足关系式0nm＜Rth-Re≤100nm。如果具有双轴光学各向异性的第一相位片16的Rth-Re，即(ny-nz).d超过100nm，则在制造第一相位片16的过程中很难控制光学各向异性。这样可能增加第一相位片16的nx、ny和nz的变化，结果可能导致倾斜视角方向上对比率的降低。发生这种情况的原因是如果要通过例如双轴拉伸制造Rth-Re值超过100nm的第一相位片16，就必须在y轴方向上提供与x轴方向上相同的拉伸度。这使得很难同时将nx和ny调节到预定值。
满足关系式0nm＜Rth-Re＜100nm的第一相位片16可以通过通常称为“卷到卷(roll-to-roll)方法”的方法制造，例如，其中偏振片12和第一相位片16粘结在一起。更具体而言，成卷的长偏振片和成卷的长相位片连续地被粘结在一起，使得偏振片的透射轴和相位片的减慢轴彼此平行。然后，将粘结在一起的偏振片和相位片切割成预定尺寸的片，以获得粘结在一起的偏振片12和第一相位片16。与将事先切割成各自的预定尺寸的第一偏振片12和第一相位片16分别粘结在一起，使得透射轴PA和减慢轴SA相互平行的情况相比，该卷到卷方法生产率很高，并提高了透射轴PA和减慢轴SA之间的对齐精度，减小了光学特性的变化。第一相位片16更优选地满足关系式20nm＜Rth-Re＜80nm。
至于第二相位片18，厚度方向(图1A和1B中的NA)上的负延迟Rth2优选地设置为使得液晶层10的厚度方向延迟Δn.d1c与第一相位片16的厚度方向延迟Rth1和第二相位片18的厚度方向延迟Rth2的总和(Rtht)之间的差(ΔRth＝Δn.d1c-Rtht)满足关系式-100nm≤ΔRth≤100nm。更优选地，设置第二相位片18使得该差满足关系式-50nm≤ΔRth≤50nm。
在第一和第二偏振片12和14之间提供另一个具有负单轴各向异性的第二相位片(未示出)(具有厚度方向延迟Rth2’)的情况下，总的厚度方向延迟Rtht将是第一和第二偏振片12和14之间存在的所有相位片的厚度方向延迟的总和(Rtht＝Rth1+Rth2+Rth2’)。
在上述例子中，提供每一个相位片作为第一和第二相位片16和18。可选地，如图2所示的液晶显示器件200，可以提供两个第一相位片16a、16b和两个第二相位片18a、18b。在如液晶显示器件200中使用两个第一相位片的情况下，第一相位片16a和16b布置为使得各自的减慢轴SA分别平行于布置在相对于液晶层10的同一侧的偏振片12和14的透射轴PA。在所示例子中，第一相位片16a的减慢轴SA平行于第一偏振片12的透射轴PA，而第一相位片16b的减慢轴SA平行于第二偏振片14的透射轴PA。因此，第一相位片16a和16b的减慢轴SA相互垂直，从而上述定义延迟关系的x轴和y轴分别在两个第一相位片16a和16b之间成直角。以上参考图1A和1B描述的第一相位片16的厚度方向延迟(Rth1＝(nx-nz).d)和面内延迟(Re＝(nx-ny).d)分别对应于根据图2中的各个第一相位片16a和16b的nx、ny和nz以及厚度d的值计算的总和Rth1和总和Re。优选地，两个第一相位片16a和16b的nx、ny和nz的值分别相等，但也可以彼此不同。在该情况下，第一相位片16a和16b的nx、ny和nz的值也最好满足关系式nx＞ny＞nz。
同样，上述第二相位片18的厚度方向延迟Rth2对应于两个具有负单轴光学各向异性的第二相位片18a和18b的总和Rth2。
如上所述，第一和第二相位片各自可以提供多个。但是，相位片的数量最好较小。数量的增加将增加用偏振片12和/或偏振片14的透射轴对齐相应的相位片的光学轴(减慢轴和加快轴)的步骤。这样可能引起由于未对准和在相位片之间或粘结在一起的相位片与偏振片之间进入灰尘而导致的质量下降。
特别地，最好具有单个具有双轴光学各向异性的第一相位片。最好也有单个具有负单轴各向异性的第二相位片。但是，广泛用于偏振片12和14的支持层的三乙酰-纤维素(TAC)层具有负单轴各向异性(大约20nm-70nm的厚度方向延迟)，因此，起第二相位片的作用。因此，事实上，液晶显示器件总共包括三个第二相位片。偏振片12和14(包括TAC层)常常用于各种液晶显示器件。因此，图1A和1B所示构造的第二相位片18的厚度方向延迟(Rth2)优选地应当根据液晶显示器件的类型正确设置。为每个偏振层12和14提供TAC层。因此，在设置上述第二相位片18的厚度方向延迟Rth2中应当考虑的条件(ΔRth＝Δn.d1c-Rtht)中的Rtht，例如，包括第一相位片16的Rth1、第二相位片18的Rth2、和偏振片12和14的TAC层的总的延迟(Rth2’)。
如图1A和1B所示，第二相位片18最好置于第一相位片16与第一偏振片12或第二偏振片14中距离第一相位片16较远的一个(所示例子中是偏振片14)之间某处。换句话说，第二相位片18最好不置于第一相位片16与第一偏振片12或第二偏振片14中相对于液晶层10与该第一相位片16在同一侧的一个(所示例子中是偏振片12)之间。
原因在于如果具有大于第一相位片16的厚度方向延迟Rth1的延迟Rth2的第二相位片18置于第一相位片16与距离该第一相位片16较近的偏振片12之间，则改善倾斜视角方向的黑色显示的质量的效果会降低。因此，用Rth2”表示的位置比较靠近第一相位片16的偏振片12的TAC层的延迟最好满足关系式Rth1＞Rth2”。通常，偏振片12和14(支持层)的延迟为70nm或更小。因此，TAC层不会发生上述问题。偏振片12和14的TAC层的总的延迟Rth2’最好小于第一相位片16的厚度方向延迟Rth1和第二相位片18的厚度方向延迟Rth2的总和(Rth1+Rth2＞Rth2′)。
考虑到相位片的耐热性，第一和第二相位片16和18最好相对于液晶层10置于与照明器(未示出)相反的一侧。特别地，具有双轴各向异性的第一相位片16最好相对于液晶层10置于与照明器相反的一侧。
上述实施例假设使用发出没有偏振的光的照明器，如荧光灯。在使用发出线性偏振光的情况下，照明器和偏振片12或14中距离该照明器较近的一个可以用偏振光照明器代替，该偏振光照明器发出平行于被代替的偏振片的透射轴的线性偏振光。
下面，结合其构造与特性之间的关系，更具体描述图1A所示的液晶显示器件100A。下文中，为了***说明实施例的特征，将根据仿真结果进行讨论。注意，仿真的正确性经过了实验的证实。
关于偏振片12和14，所使用的是各自包括一个TAC层并具有负单轴各向异性的偏振片。TAC层的厚度方向延迟假设各自为50nm，即，总共100nm。关于照明器，使用一种已知的具有荧光灯的背照，其置于从图1A看偏振片14的下面。
具有负介电各向异性的向列液晶材料用作液晶层10，对三种情况下液晶层10在黑色显示状态下的厚度方向延迟进行了检验：249nm、369nm和408nm。
通过仿真使用偏振片12和14、液晶层10、以及具有不同延迟值的第一和第二相位片16的构造的各种情况，对黑色显示状态下，倾斜视角方向上的光泄漏(光透射比)进行了测量。观察显示平面的方向设置为使得到观察者侧的偏振片12的透射轴PA的方位角为45°，视角(从法线到显示平面的角)为60°。
下表1示出各种构造情况的细节，仿真结果发现在黑色显示状态下在倾斜视角方向光泄漏很少，包括液晶层10的厚度方向延迟Δn.d、面内延迟Re、和第一相位片16的厚度方向延迟Rth1、第二相位片16的厚度方向延迟Rth2、偏振片12和14的TAC层的总延迟Rth2’、相位片(包括TAC层)的总的厚度方向延迟Rtht、以及Δn.d和Rtht之间的差。
                                                 表1
液晶层 双轴相位片 负单轴相位片 TAC×2     总的Rth(Rth1+Rth2+Rth2’) Δn.d-Rtht
  Δn.d     Re   Rth1     Rth2   Rth2’     Rtht   ΔRth
  249249249249249     75758585105     160150140130100     20305060110     100100100100100     280280290290310     -31-31-41-41-61
  369369369369369369369     757580909095105     160150140130120110100     130140150170180190210     100100100100100100100     390390390400400400410     -21-21-21-31-31-31-41
  408408408408408     75808585105     160150140130100     150170180190240     100100100100100     410420420420440     -2-12-12-12-32
图3示出提供上述结果的构造中，在黑色显示状态中光泄漏最小的构造的第一相位片16的Re和Rth1的绘图结果。
从图3的结果发现，当第一相位片16的Re和Rth1满足由直线表示的关系式：Rth1+1.9′Re＝300(nm)时，光泄漏最少。表1和图3所示的构造在黑色显示状态下在法线方向的光泄漏也小，因此，前对比率高。
根据上述结果，确定了在上述观察方向(方位角45°，视角60°)能够获得对比率等于或大于10的显示的第一相位片14的Re和Rth1的范围。
除了可以获得对比率等于或大于10的Re和Rth1的范围(本发明)外，图4还示出前述出版物No.2000-39610中描述的双轴各向异性光学片的延迟(对应于Re和Rth1)的优选范围(现有技术)。
如图4所示。对于常规的双轴各向异性光学片。面内延迟为190nm或以上，优选范围是满足nx＞nz＞ny的范围(图4中虚线以下的部分)。因此，现有技术具有能够表现良好的黑色显示的双轴各向异性光学片的允许选择范围窄的问题，因而很难在工业上制造一个具有nx＞nz＞ny的折射率各向异性的光学片。现有技术还有问题，即在黑色显示状态，在法线方向往往发生光泄漏，因为面内延迟达190nm或更大。
根据本发明适当使用的与常规双轴各向异性光学片不同的第一相位片16的Re和Rth1的范围能够抑制/防止发生上述问题。即，根据本发明，能够表现良好的黑色显示的第相位片16允许的选择范围较宽，并且有可能使用工业上容易制造的具有nx＞ny＞nz的光学各向异性的相位片。
特别地，满足关系式0nm＜Rth-Re≤100nm的第一相位片16可以高效率地制造，光学各向异性的变化小。此外，通过采用卷到卷方法，不仅可以提高生产率，而且可以提高对准精度。通过该方法，第一相位片16可以与第一偏振片12形成整体。这有助于液晶显示器件100A的显示质量的改善。
此外，通过设置第一相位片16的面内延迟Re小于190nm，可以抑制前对比率的变化。
关于具有负单轴各向异性的第二相位片18，通过设置厚度方向延迟，使其满足关系式-100nm≤ΔRth≤100nm，在上述观察方向上可以获得10或更大的对比率。为了进一步提高对比率，更优选地将厚度方向延迟设置为满足关系式-50nm≤ΔRth≤50nm。自然，最理想的ΔRth值是0。
尽管上述说明中采用了用于图1A所示的液晶显示设备100A的仿真结果，上述的延迟关系也适用于参考图1B和2所描述的构造。尽管液晶层10优选地是具有负介电各向异性的垂直对齐的液晶层，在大概垂直对齐状态表现黑色显示的其它类型的液晶层也可以采用，如TN液晶层。
根据本发明，通过采用生产率卓越的双轴相位片，可以改善当其液晶层处于大概垂直对齐的状态时呈现黑色显示的液晶显示器件。
具有良好显示质量的本发明液晶显示器件特别适合要求高分辨率的应用，如液晶监视器和液晶电视。
尽管在优选实施例中描述了本发明，但是本领域的技术人员很清楚，可以以各种方式改变所披露的发明，并且可以设想出不同于以上具体提出的很多实施例。因此，所附权利要求将覆盖落入本发明实质和范围内的全部修改。

Claims (23)

1.一种液晶显示器件，包括：
在黑色显示状态呈现大概垂直对齐状态的液晶层；
布置为通过该液晶层相互面对的第一和第二偏振片，使得该偏振片的透射轴相互垂直；
至少一个置于液晶层与第一偏振片和/或第二偏振片之间的第一相位片；
至少一个第二相位片，置于该至少一个第一相位片与第一偏振片或第二偏振片中距所述至少一个第一相位片较远的一个之间；以及
一个照明器，用于通过第一偏振片或第二偏振片用光照明液晶层，
其中，所述至少一个第一相位片具有双轴光学各向异性，并具有补偿在黑色显示状态下液晶层的厚度方向延迟的部分和抑制由第一偏振片和第二偏振片的透射轴偏离相互垂直的关系而导致的在倾斜视角方向光泄露的功能，且
至少一个第二相位片具有负单轴光学各向异性，并具有与至少一个第一相位片协调来补偿在黑色显示状态中液晶层的厚度方向延迟的功能。
2.权利要求1的液晶显示器件，其中，所述至少一个第一相位片的面内延迟Re满足关系式Re＜190nm。
3.权利要求1的液晶显示器件，其中，所述液晶层包括具有负介电各向异性的液晶材料，并呈现常黑模式的显示。
4.权利要求1的液晶显示器件，其中，所述照明器通过第二偏振片用光照亮液晶层，且至少一个第一相位片之一置于第一偏振片与液晶层之间。
5.权利要求1的液晶显示器件，其中，用于通过第一偏振片或第二偏振片用光照亮液晶层的照明器和该照明器通过其照明液晶层的偏振片用发出线性偏振光的偏振光照明器代替，该偏振光照明器发出的偏振光平行于被代替的偏振片的透射轴。
6.一种液晶显示器件，包括：
在黑色显示状态呈现大概垂直对齐状态的液晶层；
布置为通过该液晶层相互面对的第一和第二偏振片，使得该偏振片的透射轴相互垂直；
至少一个置于液晶层与第一偏振片和/或第二偏振片之间的第一相位片；
至少一个第二相位片，置于该至少一个第一相位片与第一偏振片或第二偏振片中距所述至少一个第一相位片较远的一个之间；以及
一个照明器，用于通过第一偏振片或第二偏振片用光照明液晶层，
其中，液晶层在黑色显示状态的厚度方向延迟，Δn.d1c(其中Δn是液晶层的双折射率，d1c是液晶层的厚度)满足关系式200nm≤Δn.d1c≤500nm，
所述至少一个第一相位片具有双轴光学各向异性，且该至少一个第一相位片的减慢轴基本上平行于第一偏振片或第二偏振片中与所述至少一个第一相位片相对于液晶层在同一侧的一个的透射轴，并且
所述至少一个第一相位片的厚度方向延迟(Rth1＝(nx-nz).d)和面内延迟(Re＝(nx-ny).d)满足关系式：100nm≤Rth1+1.9Re≤500nm，和Re＜190nm，其中，nx、ny和nz分别是该至少一个第一相位片在减慢轴方向、加快轴方向、和厚度方向(d)上的折射率，加快轴在包括减慢轴并平行于液晶层的平面内并垂直于减慢轴。
7.权利要求6的液晶显示器件，其中，所述至少一个第一相位片满足关系式nx＞ny＞nz。
8.权利要求6的液晶显示器件，还包括一个具有负单轴光学各向异性的附加第二相位片，置于第一偏振片与第二偏振片之间，
其中，所述至少一个第一相位片的厚度方向延迟(Rth1)大于该附加第二相位片的厚度方向延迟(Rth2’)。
9.权利要求6的液晶显示器件，其中，液晶层在黑色显示状态的厚度方向延迟(Δn.d1c)与存在于第一偏振片和第二偏振片之间的多个相位片的总的厚度方向延迟(Rtht)之间的差(ΔRth＝Δn.d1c-Rtht)满足关系式-100nm≤ΔRth≤100nm。
10.权利要求6的液晶显示器件，其中，所述至少一个第一相位片由一个第一相位片构成，所述所述至少一个第二相位片由一个第二相位片构成。
11.权利要求10的液晶显示器件，还包括一个具有负单轴光学各向异性的附加第二相位片，置于第一相位片与第一偏振片或第二偏振片中与所述第一相位片相对于液晶层位于同一侧的一个之间，
其中，所述第一相位片的厚度方向延迟(Rth1)大于该附加第二相位片的厚度方向延迟(Rth2”)。
12.权利要求6的液晶显示器件，其中，所述液晶层包括具有负介电各向异性的液晶材料，并呈现常黑模式的显示。
13.权利要求6的液晶显示器件，其中，所述照明器通过第二偏振片用光照亮液晶层，且至少一个第一相位片之一置于第一偏振片与液晶层之间。
14.权利要求6的液晶显示器件，其中，用于通过第一偏振片或第二偏振片用光照亮液晶层的照明器和该照明器通过其照明液晶层的偏振片用发出线性偏振光的偏振光照明器代替，该偏振光照明器发出的偏振光平行于被代替的偏振片的透射轴。
15.一种液晶显示器件，包括：
在黑色显示状态呈现大概垂直对齐状态的液晶层；
布置为通过该液晶层相互面对的第一和第二偏振片，使得该偏振片的透射轴相互垂直；
至少一个置于液晶层与第一偏振片和/或第二偏振片之间的第一相位片；
至少一个第二相位片，置于该至少一个第一相位片与第一偏振片或第二偏振片中距所述至少一个第一相位片较远的一个之间；以及
一个照明器，用于通过第一偏振片或第二偏振片用光照明液晶层，
其中，液晶层在黑色显示状态的厚度方向延迟，Δn.d1c(其中Δn是液晶层的双折射率，d1c是液晶层的厚度)满足关系式200nm≤Δn.d1c≤500nm，
所述至少一个第一相位片具有双轴光学各向异性，且该至少一个第一相位片的减慢轴(x轴)基本上平行于第一偏振片或第二偏振片中与所述至少一个第一相位片相对于液晶层在同一侧的一个的透射轴，并且
所述至少一个第一相位片的厚度方向延迟(Rth1＝(nx-nz).d)和面内延迟(Re＝(nx-ny).d)满足关系式：100nm≤Rth1+1.9Re≤500nm，和nx＞ny＞nz，其中，nx、ny和nz分别是该至少一个第一相位片在减慢轴方向、加快轴方向、和厚度方向(d)上的折射率，加快轴在包括减慢轴并平行于液晶层的平面内并垂直于减慢轴。
16.权利要求15的液晶显示器件，其中，所述至少一个第一相位片的面内延迟Re满足关系式Re＜190nm。
17.权利要求15的液晶显示器件，还包括一个具有负单轴光学各向异性的附加第二相位片，置于第一偏振片与第二偏振片之间，
其中，所述至少一个第一相位片的厚度方向延迟(Rth1)大于该附加第二相位片的厚度方向延迟(Rth2’)。
18.权利要求15的液晶显示器件，其中，液晶层在黑色显示状态的厚度方向延迟(An.d1c)与存在于第一偏振片和第二偏振片之间的多个相位片的总的厚度方向延迟(Rtht)之间的差(ΔRth＝Δn.d1c-Rtht)满足关系式-100nm≤ΔRth≤100nm。
19.权利要求15的液晶显示器件，其中，所述至少一个第一相位片由一个第一相位片构成，所述所述至少一个第二相位片由一个第二相位片构成。
20.权利要求19的液晶显示器件，还包括一个具有负单轴光学各向异性的附加第二相位片，置于第一相位片与第一偏振片或第二偏振片中与所述第一相位片相对于液晶层位于同一侧的一个之间，
其中，所述第一相位片的厚度方向延迟(Rth1)大于该附加第二相位片的厚度方向延迟(Rth2”)。
21.权利要求15的液晶显示器件，其中，所述液晶层包括具有负介电各向异性的液晶材料，并呈现常黑模式的显示。
22.权利要求15的液晶显示器件，其中，所述照明器通过第二偏振片用光照亮液晶层，且至少一个第一相位片之一置于第一偏振片与液晶层之间。
23.权利要求15的液晶显示器件，其中，用于通过第一偏振片或第二偏振片用光照亮液晶层的照明器和该照明器通过其照明液晶层的偏振片用发出线性偏振光的偏振光照明器代替，该偏振光照明器发出的偏振光平行于被代替的偏振片的透射轴。
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