透射型液晶显示设备的制作方法

专利名称：透射型液晶显示设备的制作方法
透射型液晶显示设备[技术领域本发明涉及用于办公自动化(OA)装备(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)的透射型液晶显示设备。[背景技术液晶显示设备通常包括液晶单元、偏光器和光学补偿板(延迟 板)。透射型液晶显示设备包括一对偏光器、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 (平面转换)、VA (垂直排列)、OCB (光学补偿双折射)、HAN (混合排列向列)、ASM (轴对称排列微单元)、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。透射型液晶显示设备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改进。对于使用TN模式的透射型液晶显示设备(液晶的扭转角是卯度)，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，其中由混合排列盘状液晶或向列混合排 列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(下面专利文献号l-3)。5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。由于上迷原因，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 义上均匀排列。提出一种改进ECB模式的视角的方案，其中布置两个 向列混合排列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(专利文献号4 )。但是，该方法不能解决当倾斜观看液晶显示设备时出现的关于视角 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H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设 备可靠性的问题，这些全部要求改进。(1)专利文献号1:日本专利发表号2640083(2 )专利文献号2:日本公开发表号11-194325(3 )专利文献号3:日^/>开发表号11-194371(4 )专利文献号4:日^>开发表号2005-202101[发明内容l本发明目的在于解决上述问题并且提供一种显示特性变化较小、显 示图像明亮、对比度高并且视角相关性小的透射型液晶显示设备。根据本发明的第一方面，提供一种透射型液晶显示设备，其包括至 少背光；偏光器；550nm波长时延迟为50-l40nm的第一光学各向异 性层；具有负延迟的第二光学各向异性层；包括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定向液晶单元；550nm波长时 延迟为130-210nm的第三光学各向异性层；以及偏光器，它们从背光开 始以该次序堆叠排列，该第一光学各向异性层至少包括具有固定向列混 合液晶定向结构的液晶膜。根据本发明的第二方面，提供一种透射型液晶显示设备，其包括至少背光；偏光器；550nm波长时延迟为50-140nm的第一光学各向异 性层；包括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 均匀定向液晶单元；具有负延迟的第二光学各向异性层；550mn波长时 延迟为130-210nm的第三光学各向异性层；以及偏光器，它们从背光开 始以该次序堆叠排列，该第一光学各向异性层至少包括具有固定向列混 合液晶定向结构的液晶膜。根据本发明的第三方面，提供一种透射型液晶显示设备，其包括至 少背光；偏光器；550nm波长时延迟为130-210nm的第三光学各向 异性层；具有负延迟的第二光学各向异性层；包括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定向液晶单元；550nm波长 时延迟为50-140nm的第一光学各向异性层；以及偏光器，它们从背光 开始以该次序堆叠排列，该第一光学各向异性层至少包括具有固定向列 混合液晶定向结构的液晶膜。根据本发明的第四方面，提供一种透射型液晶显示设备，其包括至 少背光；偏光器；550nm波长时延迟为13(KU0iim的第三光学各向 异性层；包括彼此面向的上和下衬底以及夹在上和下村底之间的液晶层 的均匀定向液晶单元；具有负延迟的第二光学各向异性层；550nm波长 时延迟为50-140nm的第一光学各向异性层；以及偏光器，它们从背光 开始以该次序堆叠排列，该第一光学各向异性层至少包括具有固定向列 混合液晶定向结构的液晶膜。根据本发明的第五方面，提供根据第一至第四方面的任何一个的透 射型液晶显示设备，其中第二光学各向异性层具有Ornn至30nm范围 内的平面方向延迟(Re)以及-200nm至-30nm范围内的厚度方向延迟 (Rth)， 二者都在550nm的波长时，当主折射率、(Re)和(Rth)的 关系分别由公式(1) - (3)表示时 (1) nx^ny>nz (2 ) Re=(nx-ny)xd (3 ) Rth={nz-(nx+ny)/2}xd其中nx和iiy表示光学各向异性层的平面方向主折射率，nz表示光学 各向异性层的厚度方向主折射率，并且d表示其厚度(nm )。根据本发明的第六方面，提供根据第五方面的透射型液晶显示设 备，其中第二光学各向异性层由选自液晶化合物、三乙酰基纤维素、聚 酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚醚酮、聚酰胺酰亚胺、聚酯酰亚胺和环状烯 烃聚合物的至少一种类型的材料形成。根据本发明的第七方面，提供根据第一至第四方面的任何一个的透 射型液晶显示设备，其中第三光学各向异性层是拉伸聚合物膜。根据本发明的第八方面，提供根据第一至第四方面的任何一个的透 射型液晶显示设备，其中第三光学各向异性层是通过在当物质处于液晶早膜曰曰j根据本发明的第九方面，提供根据第一至第四方面的任何一个的透 射型液晶显示设备，其中形成第一光学各向异性层的液晶膜的混合方向 的投影到平面的倾斜方向与液晶层的摩擦方向限定的角度在0±30度的 范围内。根据本发明的第十方面，提供根据第一至第四方面的任何一个的透 射型液晶显示设备，其中形成第一光学各向异性层的液晶膜的混合方向 的投影到平面的倾斜方向与第三光学各向异性层的慢轴限定的角度在70 度或更大且小于110度的范围内。根据本发明的第十一方面，提供根据第一至第四方面的任何一个的 透射型液晶显示设备，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定向中固定表现出光学正单轴性的液晶物质而产 生的液晶膜，并且向列混合定向的平均倾斜角在5-45度的范围内。[具体实施方式
本发明将在下面更详细地描述。本发明的透射型液晶显示设备具有选自下面四种型式的构造，并且 如果必要的话可以包含组件例如光扩散层、光控制膜、导光板和棱镜片。但是，对于除了使用由具有固定向列混合定向的液晶膜形成的第一光学各向异性层之外的构造不存在特殊限制。可以使用构造式(A)-(D )的任何一个以便获得具有较小视角相关性的光学特性。(A )偏光器/第三光学各向异性层/液晶单元/第二光学各向异性层/ 第一光学各向异性层/偏光器/背光(B )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(C )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(D )偏光器/第一光学各向异性层/第二光学各向异性层/液晶单元/ 第三光学各向异性层/偏光器/背光将描述在本发明中使用的构成元件。 首先，将给出在本发明中使用的液晶单元的描述。 在本发明中使用的液晶单元的模式是均匀排列单元模式。在这里使 用的均匀排列单元是具有基本上零度扭转角的单元。术语"基本上零度，， 指零度或更大且5度或更小的角度。液晶单元的延迟Und)优选地为 200-400nm，更优地250-350nm。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，以及等离子选 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,，)。对于形成液晶层的液晶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 定排列方向上排列形成液晶层的液晶材料。更具体的实例包括自身具有 排列液晶材料的性质的那些或者自身不具有排列的能力但是提供有能够 排列液晶材料的排列层的那些。液晶单元的电极可以是任何常规电极，例如ITO。电极可以通常排列在透明衬底的表面上，该表面接触液晶 层。在使用具有排列层的透明衬底的情况下，电极可以提供在排列层与 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设备中使用的任何常规 偏光器。具体的实例包括基于PVA的偏光膜(例如聚乙烯醇(PVA) 和部分乙缩醛化的PVA)，例如通过拉伸包括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/或二向色染料而产生的那些 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。 作为选择，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强强度、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。透明保护层的实 例包括通过直接在偏光器上或通过粘合层在偏光器上层压透明塑料膜(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；以及基于丙烯酸或环氧的光固化型树脂层。当保护层覆 在偏光膜的全部两个表面上时，它们可以彼此相同或不同。在本发明中使用的第一光学各向异性层是至少包括通过在当液晶聚 合化合物或合成物处于液晶态时形成的平均倾斜角为5-45度的向列混 合定向中，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合成物而产生的液晶膜的 层。在这里使用的术语"向列混合定向"指液晶分子排列在向列定向中的 定向结构，其中液晶分子的指向相对于膜上表面和下膜表面的角度彼此不同。因此，因为由指向与膜平面形成的角度在膜的上和下界面附近之 间不同，向列混合定向可以称作角度在上和下膜表面之间连续变化的定 向。在具有固定向列混合定向结构的液晶膜中，液晶分子的指向在膜厚 度方向上在所有位置中以不同的角度指向。因此，可以说在整个膜结构 中不再存在光轴。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，由膜表面的一个附近的指向与膜表面形成的角度的绝对值通常是20-90度，优选地40-85度，更优地70-80度，而由指向与另一个膜表面 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，更优地25-43度，最优地36-40 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设备时作 为结果的液晶显示设备的对比度减小。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括如上所述 具有固定向列混合定向和特定平均倾斜角的液晶聚合化合物或液晶聚合 合成物，但是可以由任何液晶材料形成，只要材料可以在向列混合定向 中排列并且满足关于特定平均倾斜角的需求，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，然后将材料排列在向列混合 定向中并且通过光或热交联固定排列定向而产生的液晶膜。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。使得膜可以表现出更适合于液晶显示设备的视角改进效果所必需的 膜的厚度依赖于使用膜的设备的模式或者各种光学参数而变化，从而不 能确切地确定。但是，膜厚度通常是0.2-10nm,优选地0.3-5nm，特别 优选地0.5-2nm。小于0.2nm的膜厚度将不能获得足够的补偿效果。大 于10pm的膜厚度将引起液晶显示设备中的多余着色图像。在具有固定向列混合定向结构的液晶膜中，关于当从其垂直方向观看时液晶膜平面中的视延迟(apparent retardation)值，与指向平行的 方向上的折射率(ne)不同于与指向垂直的方向上的折射率(n。)，因 此，假设由从ne中减去n。而获得的值(ne-no)是视双折射率 (apparent birefringence),视延迟值由视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是50-140nm，优选地70-120nm，相对于550nm的单色光。小于50nm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 显示设备上的多余着色。将更详细地描述本发明的液晶显示设备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-卯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平面通过光学各向异性层观看c平面时，液晶分子的指向与 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l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)。在本发明中使用的第二光学各向异性层的折射率各向异性为负，也 就是，满足由下面公式(1)限定的要求，并且优选地，第二光学各向 异性层的nx和ny基本上彼此相等。第二光学各向异性层的由下面^^式 (2)限定的Rth (厚度方向上的延迟)也优选地为-200至-30nm,更优地，-ISO至-S0nm,而第二光学各向异性层的由下面公式(3)限定的 Re (平面方向上的延迟)优选地为0-30nm，更优地0-10nm:(1) nx^iiy>nz(2) Rth={nz-(nx+ny)/2}xd (3 ) Re=(nx-ny)xd其中nx和ny表示光学各向异性层的平面方向主折射率，nz表示光学 各向异性层的厚度方向主折射率，并且d表示其厚度(nm )， Re和Rth 是波长为550nm时测量的值。在本发明中，第二光学各向异性层可以由单层或多层形成，只要它 满足由公式(1) - (3)限定的要求。第二光学各向异性层可以是表现 出光学各向异性的聚合物膜，或者通过排列液晶分子表现出光学各向异 性的那些的任何一个。当第二光学各向异性元件是聚合物膜时，其实例 包括三乙酰基纤维素、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚醚酮、聚酰胺酰亚 胺、聚酯酰亚胺，以及改性的聚碳酸酯。对于这些材料不存在特殊限 制，并且可以使用除了这些材料之外的任何材料，如果它可以呈现聚合 物分子链的排列态，像前述材料的分子链的排列态的情况一样。在这些 材料中，优选的是由三乙酰基纤维素形成的聚合物膜。聚合物膜可以双 轴地拉伸以便束现出期望的Rth。作为选择，Rth可以通过将添加剂添 加到聚合物而调节。日本专利公开发表号2000-111914和2001-166144 公开用于调节三乙酰基纤维素的Rth的技术。当第二光学各向异性层由液晶分子形成时，它由优选地盘状液晶分 子或胆甾型液晶分子，更优地盘状液晶分子形成。盘状液晶分子相对于 衬底基本上水平排列使得能够形成表现出负光学各向异性的层。这种排 列技术在日本专利公开发表号11-352328中公开，并且也可以在本发明 中使用。术语"基本上水平，，意思是由盘状液晶分子的光轴与衬底的垂直 方向形成的平均角度在0±10度的范围内。盘状液晶分子可以以非0度 的平均倾斜角(具体地在0±10度的范围内)倾斜地排列或者可以在倾 斜角逐渐变化的混合定向中排列。作为选择，前述排列态可以通过添加 手性掺杂剂或施加剪应力而变形为扭曲。胆甾型液晶分子具有它们的螺旋扭曲定向而表现出负光学各向异 性。螺旋地排列胆齒型液晶分子并且控制扭转角或延迟值使得能够获得 期望的光学特性。可以使用常规方式将胆甾型液晶分子排列在扭曲定向 中。液晶分子优选地固定在排列态中且更优地通过聚合固定在那里。将给出形成第二光学各向异性层的优选盘状液晶分子的描述。盘状液晶分子优选地与聚合物膜平面基本上水平排列(0-10度范围内的平均倾斜角)。盘状液晶分子可以倾斜地排列或者可以排列使得倾斜角将逐 渐地变化(混合定向)。对于倾斜定向或混合定向的任何一个，平均倾斜角优选地为0-40度。盘状液晶分子在各种文献(MoI. Cryst. Liq. Cryst.， vol.71 ， 111页(1981), C. Destrade等人;化学测量季刊，No. 22，液晶的化学性质，第5章，第10章，第2节(1994)，日本化学协 会编辑；Angew. Chem. Soc. Chem. Comm. ， 1794页(1985 )， B. Kohne等人；J. Am. Chem. Soc.， vol. 116， 2页，655 ( 1994 )， J. Zhang等人)中描述。盘状液晶分子的聚合在日本专利公开发表号8-27284中描述。为了通过聚合固定盘状液晶分子，可聚合基团应当结合 到盘状液晶分子的盘状核心。但是，如果可聚合基团直接结合到盘状核 心，在聚合反应时保持排列是困难的。因此，连接基团引入在盘状核心 与可聚合基团之间。具有可聚合基团的盘状液晶分子在日本专利公开发 表号2001-4387中描述。对于在本发明中使用的第三光学各向异性层不存在特殊限制，只要 它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、多芳基化合物、聚砜、聚丙烯腈、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三光学各向异性层可以单独 由聚合拉伸膜或由液晶材料形成的光学膜或者其组合构成。在这些聚合 拉伸膜中，优选的是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歉而抑制图像质量的颜色调节的 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，例如液晶聚酯、液晶聚碳酸酯、液晶聚丙烯酸酯，或者可以在排列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形成在透明支撑 衬底上。波长为550mn时第三光学各向异性层的延迟值如此调节为130-210nm。延迟值优选地为140-180nm。上述第一、第二和第三光学各向异性层可以经由粘合剂或粘性粘合 层连接到彼此。对于形成粘合层的粘合剂没有特殊限制，只要它们具有到光学各向 异性层的足够粘着性而不破坏其光学特性。粘合剂的实例包括基于丙烯 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、 尿烷、聚乙烯醚的粘合剂及其混合物，以及例如热固和/或光固型以及 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)作为基础聚合物的那些的 任何粘性粘合剂。特别地，优选地使用在光学透明性、气候抵抗性和抗 热性方面出色并且表现出粘性特性(例如适度润湿性、粘聚性和粘着 性)的例如丙烯酸粘性粘合剂的粘性粘合剂。粘合层或粘性粘合层可以由任何适当方法形成。方法的实例包括其 中基础聚合物或其组成溶解或^ft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重量百分比的粘性粘合剂或粘合剂的粘性 粘合剂或粘合剂溶液，该溶液然后通过适当展开方法例如铸造或涂覆而 直接置于上述光学各向异性层上的方法，或者其中粘性粘合剂或粘合剂 层根据上述方法在分隔物上形成，然后转印到光学各向异性层上的方 法。粘性粘合剂或粘合剂层可以在包含赋予粘性的树脂、玻璃纤维、玻 璃珠、金属粉末和其他无机粉末、染料和抗氧化剂的特定填料或颜料 中，包含添加剂例如天然或合成树脂。粘性粘合剂或粘合剂层可以包含 细微颗粒以<￡^现出光扩散性。当光学各向异性层经由粘性粘合剂或粘合剂层连接到彼此时，它们 可以经历表面处理以便提高它们到粘性粘合剂或粘合剂层的粘着性。对 于表面处理的方法不存在特殊限制。可以适当地使用可以维持液晶膜表面的透明性的表面处理例如电晕放电、濺射、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设备的构造的描述。本发明的液晶显示设备的构造一定选自如图4， 7， 10和13中显示 的下面四种型式(A )偏光器/第三光学各向异性层/液晶单元/第二光学各向异性层/ 第一光学各向异性层/偏光器/背光(B )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(C )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(D )偏光器/第一光学各向异性层/第二光学各向异性层/液晶单元/ 第三光学各向异性层/偏光器/背光由液晶单元中的液晶层的预先倾斜方向与由具有固定向列混合定向 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，更优地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。由第三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度或更大且小于110度，更优地80度或更大且小 于100度。110度或更大或者小于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度或更大且60度或更小，更优地40度或更大且50度或更 小。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是30度或更大且小于60度，更优地40度或更大且小于50度。60度或 更大或者小于30度的角度将引起正面对比度的减小。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。除了上述组件之外，本发明的液晶显示设备可以提供有其他另外的 组件。例如，滤色器的^^H吏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设备。[发明效果l本发明的液晶显示设备具有它可以提供明亮图像并且正面对比度高 且视角相关性较小的特征。[实例I本发明将进一步在下面的实例中描述，但是本发明不应当解释为局 限于此。实例中的延迟(And)是波长为550nm的值，除非另外陈迷。 (第二光学各向异性层11的制备)重量平均分子量(Mw)为70000且An大约为0.04的聚酰亚胺从 2，2，-二(3，4-二羧基苯)六氟代丙烷二酐(6FDA)和2,2，-二 (三氟代甲 基)_4，4'-二氨基联苯(TFMB)中合成。使用环己酮作为溶剂制备的 25重量百分比的聚酰亚胺的溶液涂覆在80fim厚的三乙酰基纤维素上。 涂覆的三乙酰基纤维素在150。C的温度下加热5分钟从而产生完全透明 的平滑膜11。膜具有平面内延迟Re-lnm，厚度方向上延迟Rth=-<formula>formula see original document page 17</formula>，并且nx ， ny>nz。 (实例1)实例1的液晶显示设备的构造和轴安排将分别参考图4和5描述。 由高度透明材料例如ITO形成的透明电极3安排在衬底1上，而 由高度透明材料例如ITO形成的反电极4位于衬底2上。由表现出正 电介质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9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，而第二光学各向异性层ll、第一光学各 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的作为>^0 见看者一侧观看的 后侧。根据日本专利公开发表号6-347742的公开内容，制备第一光学各 向异性层10，该层由具有固定向列混合定向的0.77nm厚的液晶膜形 成，其中膜厚度方向上的平均倾斜角为33度。生产液晶显示设备以《更 具有如图5中所示的轴安排。在该实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4.9jim。两个单元界面的预先倾 斜角是2度，而液晶单元的And近似为320nm。偏光器7 (厚度大约lOOftm;由Sumitomo化学工业有限公司制 造的SQW-062 )置于液晶单元6的观看者一侧(图4中的上部)。由单 轴拉伸聚碳酸酯膜形成的聚合拉伸膜置于偏光器7与液晶单元6之间作 为第三光学各向异性层9。聚合拉伸膜9的And近似为170nm。在从观看者一侧观看的液晶单元6的后侧，安排有上面产生的具有 Rth=-130nin的负膜作为第二光学各向异性层11，液晶膜作为第一光学 各向异性层10，偏光器8安排在其背面。具有固定向列混合定向的液晶 膜10的And是120nm。偏光器7, 8的吸收轴、聚合拉伸膜9的慢轴、两个界面处液晶单 元6的预先倾斜方向以及液晶膜10的倾斜方向如图5中所示定向。图6显示当背光点亮时，由白色图像0V和黑色图像5V"(白色图 像)/ (黑色图《象)，，的透射率限定的来自所有方向的对比度。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。从图6中证实，液晶显示设备具有出色的视角特性。 (实例2 )实例2的液晶显示设备的构造和轴安排将分别参考图7和8描述。 该实例的液晶显示设4^吏用与实例l相同的程序生产，除了第二光 学各向异性层11的位置从液晶单元的背光一侧(图7中的下部)移动到其观看者一侧(图7中的上部)。图9显示当背光点亮时，由白色图^^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。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。从图9中证实，液晶显示设备具有出色的视角特性。 (实例3)实例3的液晶显示设备的构造和轴安排将分别参考图10和11描述。使用实例1的液晶单元6。第一光学各向异性层10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。第二光学各向 异性层11、第三光学各向异性层9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的后侧。偏光器7， 8、第一光学各向异性层IO、第二光学各向异性层ll和 第三光学各向异性层9与实例1中使用的那些相同。偏光器7置于液晶单元6的观看者一侧(图10中的上部)。液晶膜 置于偏光器7与液晶单元6之间作为第一光学各向异性层10。具有固定 混合向列定向的液晶膜10的And近似为120nm。在从观看者一侧观看的液晶单元6的后侧，安排有上面产生的具有 Rth=-140nm的负膜作为第二光学各向异性层11，以及由拉伸聚碳酸酯 膜形成的聚合拉伸膜作为第三光学各向异性层9，偏光器8安排在其背 面。聚合拉伸膜9的And是120nm。偏光器7， 8的吸收轴、聚合拉伸膜9的慢轴、两个界面处液晶单 元6的预先倾斜方向以及液晶膜10的倾斜方向如图11中所示定向。图12显示当背光点亮时，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。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。从图12中证实，液晶显示设备具有出色的视角特性。 (实例4)实例4的液晶显示设备的构造和轴安排将分别参考图13和14描述。该实例的液晶显示设备使用与实例3相同的程序生产，除了第二光 学各向异性层11的位置从液晶单元的背光一侧(图13中的下部)移动 到其观看者一侧(图13中的上部)。图15显示当背光点亮时，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。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。从图15中证实，液晶显示设备具有出色的视角特性。 (比较实例1)比较实例1的液晶显示设备的构造将参考图16描述。该实例的液 晶显示设备使用与实例l相同的程序生产，除了不包括笫二光学各向异 性层11。图17显示当背光点亮时，由白色图《象0V和黑色图〗象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。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。关于视角特性，将实例1与比较实例1相比较。比较图6和17中显示的对比度等值线，证实使用第二光学各向异 性层11的视角特性显著地改进。在这些实例中，没有使用滤色器进行实验。当然，液晶单元中滤色 器的提供可以提供出色的多色或全色图像。[工业适用性根据本发明，提供有一种可以提供明亮图像并且正面对比度高且视 角相关性较小的液晶显示设备。附图i兌明图l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排列结构的概念视图。图3是描述液晶单元的预先倾斜方向的概念视图。图4是实例1的液晶显示设备的示意横截面视图。图5是指示实例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例1的液晶显示设备时的对比度的 视图。图7是实例2的液晶显示设备的示意横截面视图。图8是指示实例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例2的液晶显示设备时的对比度的视图。图IO是实例3的液晶显示设备的示意横截面视图。图11是指示实例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例3的液晶显示设备时的对比度的视图。图13是实例4的液晶显示i殳备的示意横截面视图。图14是指示实例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例4的液晶显示设备时的对比度的视图。图16是比较实例1的液晶显示设备的示意横截面视图。 图17是指示当从所有方向观看比较实例1的液晶显示设备时的对 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:第三光学各向异性层10:第一光学各向异性层11:第二光学各向异性层12:背光
权利要求
1.一种透射型液晶显示设备，包括至少背光；偏光器；550nm波长时延迟为50-140nm的第一光学各向异性层；具有负延迟的第二光学各向异性层；包括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定向液晶单元；550nm波长时延迟为130-210nm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排列，该第一光学各向异性层至少包括具有固定向列混合液晶定向结构的液晶膜。
2. —种透射型液晶显示i殳备，包括至少背光； 偏光器；550nm波长时延迟为50-140nm的第一光学各向异性层； 包括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 匀定向液晶单元；具有负延迟的第二光学各向异性层；550nm波长时延迟为130-210nm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排列，该第 一光学各向异性层至少包括具有固定向列混合液晶定向结构的 液晶膜。
3. —种透射型液晶显示设备，包括至少背光；偏光器；550nm波长时延迟为130-210nm的第三光学各向异性层；具有负延迟的第二光学各向异性层；包括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定向液晶单元；550nm波长时延迟为50-140nm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排列，该第一光学各向异性层至少包括具有固定向列混合液晶定向结构的 液晶膜。
4. 一种透射型液晶显示设备，包括至少背光； 偏光器；550nm波长时延迟为130-210nm的第三光学各向异性层； 包括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 匀定向液晶单元；具有负延迟的第二光学各向异性层；550nm波长时延迟为50-140nm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排列，该第 一光学各向异性层至少包括具有固定向列混合液晶定向结构的 液晶膜。
5. 根据权利要求1-4的任何一个的透射型液晶显示设备，其中第 二光学各向异性层具有Onm至30nm范围内的平面方向延迟(Re)以 及-200nm至-30nm范围内的厚度方向延迟(Rth)， 二者都在550nm的 波长时，当主折射率、(Re)和(Rth)的关系分别由公式(1) - (3) 表示时(1) nx^ny>nz(2) Re-(nx画ny)xd(3) Rth={nz-(nx+ny)/2}xd其中nx和ny表示光学各向异性层的平面方向主折射率，nz表示光学 各向异性层的厚度方向主折射率，并且d表示其厚度(nm )。
6. 根据权利要求5的透射型液晶显示设备，其中第二光学各向异 性层由选自液晶化合物、三乙酰基纤维素、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚醚酮、聚酰胺酰亚胺、聚酯酰亚胺和环状烯烃聚合物的至少一种类型 的材料形成。
7. 根据权利要求1-4的任何一个的透射型液晶显示设备，其中第 三光学各向异性层是拉伸聚合物膜。
8. 根据权利要求1-4的任何一个的透射型液晶显示设备，其中第 三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定向中固定 表现出光学正单轴性的液晶物质而产生的液晶膜。
9. 根据权利要求1-4的任何一个的透射型液晶显示设备，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平面的倾斜方向与 液晶层的摩擦方向限定的角度在0±30度的范围内。
10. 根据权利要求1-4的任何一个的透射型液晶显示设备，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平面的倾斜方向与 第三光学各向异性层的慢轴限定的角度在70度或更大且小于110度的 范围内。
11. 根据权利要求1-4的任何一个的透射型液晶显示设备，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定向中 固定表现出光学正单轴性的液晶物质而产生的液晶膜，并且向列混合定 向的平均倾斜角在5-45度的范围内。
全文摘要
一种实现减小的显示性能波动、明亮显示、高对比度和减小的视角相关性的透射型液晶显示设备。提供一种透射型液晶显示设备，其包括至少，从背光一侧顺序排列，偏光板，550nm波长时50-140nm相差值的第一光学各向异性层，负光学各向异性的第二光学各向异性层，具有置于相对安排的上衬底与下衬底之间的液晶层的均匀排列液晶单元，550nm波长时130-210nm相差值的第三光学各向异性层，以及偏光板，其中该第一光学各向异性层至少包括具有固定于其中的向列混合定向结构的液晶膜。
文档编号G02B5/30GK101336389SQ200680052449
公开日2008年12月31日 申请日期2006年11月2日 优先权日2006年2月13日
发明者上坂哲也 申请人:新日本石油株式会社