[发明专利]具有宽视角的灰度液晶显示器

说明书

本发明涉及液晶显示（“LCDS”），特别涉及一种为提供某种灰度级液晶显示的装置和方法，在所述灰度级的液晶显示中，可以在一个宽视角范围内均匀地观察到一些中间层次的透光度。

目前公知的为了改进“双灰度级”的液晶显示视角的装置和方法已有多种，如果一种液晶可以在完全透光状态与基本不透明状态之间切换，则称其为双透光级液晶，而某种“灰度级”液晶显示器则具有中间的附加透光状态。双透光级液晶显示通常用于便携式计算机的显示器，而这种灰度液晶显示则因受到视角过于小的限制只能用于如便携式电视接收机等小屏幕装置。为使彩色灰度液晶显示有效地应用于大屏幕电视机和计算机，有必要增加其视角。

参照图1可以清楚地理解视角的各因素。具有前表面12和后表面14的液晶显示10被位于后表面14后侧的光源16照射。液晶显示10有一个视轴18，视轴18是图中用虚线表示出的通过液晶显示10前表面12中的法线，观察者的眼睛在视轴18上的20位置，以“在轴”方式观看液晶10。如果观察者的眼睛从轴上移开至位置22，则相对于轴18观察液晶10的视角为角24。在环绕观察圆周26上的任一位置上都可以恒定的视角24观看液晶显示10。相对于位于观察圆周26上的参考点30，在观察圆周26上的观察位置的方位角为角28。当观察者观察液晶10的视角与方位角不同时，所看到的光的强度、对比度或颜色也不同。根据液晶10的透光特性和具体场合的要求这个变化的大小可能是不可接受的。

图2A、2B和2C为一种已有技术的扭曲丝状液晶显示的、在其在轴和30度视角时围绕观察圆周26的透光百分率变化曲线，三个图对应的在轴透光度分别为0，36%和100%，理想液晶的透光率曲线应是环绕视轴18的同心圆，对任何视角都应如此。图2A和2C分别显示了接近理想情况的透光曲线32和34，它们分别代表0和100%（双层次）透光度。然而，图2B显示了当在轴透光环36的透光度为36%时，在30度视角的透光特性退化成一不对称的透光率曲线38，环绕观察圆周26，其变化范围从2%至93%。因而，随着在任何位置上从“黑”到“白”的变化过程，观察者都可看到一预期的36%的透光度，很明显，这个变化是不可接受的。

图3示出一种已有技术的扭曲丝状液晶盒40，它具有在图2A，图2B和图2C中所示出的透光特性。图2B所示的那种离轴透光率的变化是由扭曲丝状液晶盒40中的指向矢场41的不对称性而引起的。指向矢场41排列在一对平行电极42A和42B之间，它含有细长的液晶指向矢43A至43G（图中用线段示出），每个指向矢的方向都与线段所指的方向相同。

通过假设一假想的对称平面44（图中用虚线表示）将扭曲丝状液晶盒平分来确定指向矢场的对称或不对称，该假想平面平行于平行电极42A和42B，且与二者等距离。如果指向矢场41是对称的，那么在电极42A与对称平面44之间的指向矢的位置和排列应与相对应的电极42B与对称平面44之间的指向矢的位置和排列成镜像对称。如果在电极42B和对称平面44之间的指向矢场41的这一半，可以翻转叠合在位于电极42A与对称平面44之间的指向矢场的另一半之上，即在两半中相对应的指向矢是立体叠合的，则镜像对称性存在。实际上指向矢43A、43D和43G分别处于平面42A、44和42B上，并相互之间扭转一定角度。很明显，镜像对称是不可能的，因而指向矢场41是不对称的。

可调双折射型仪器也已用于液晶显示装置，其中指向矢通常是未扭转的。相反，指向矢通常与假想的垂直于液晶盒电极的剖面处于同一平面。

图4是这种已有技术的可调双折射液晶显示盒60的剖面放大视图，在它的一对透明电极64之间有一个大体上共面的、不对称的指向矢场64。与透明电极64接触的指向矢称为表面接触指向矢66，其余所有的指向矢称为体指向矢68。在盒60中任意一点的双折射率，进一步说，透光性是光线与相交的指向矢之间夹角的函数。当光线传导方向与相交的指向矢平行时，双折射率最小，而当光线传导方向垂直于相交的指向矢时，双折射率最大。因此，液晶盒60的有效双折射率及有效透光率是光束穿过液晶盒60时，与所经过的所有指向矢的平均夹角的函数。