[发明专利]改善液晶显示器灰度性能的光学补偿器

说明书

本发明与液晶显示器的设计有关，特别地涉及在宽的观察角范围上，采用保持高对比度和在相对灰度等级中的最小方差，使这样的显示器的观察范围最大的技术。

液晶可用于电子显示器，因为穿过液晶层的偏振光受到该层的双折射的影响，而该层的双折射能够由利用跨于该层的电压来变化。由于应用此效应，来自外部源的光，包括环境光的传递或反射能够以比用于其它型式显示器中的发光材料所要求的小得多的功率进行控制。因此，液晶显示器现在通常应用于各种各样的应用中，例如，象数字手表，计算器，便携式计算机，和许多其它型式的电子设备，在这些应用中呈现出很长寿命，很轻的重量和低运行的优点。

在许多液晶显示器中的信息内容是以多行数字或文字的形式出现的，这些数字或文字是由按图样设置在显示器上的分段的电极产生的。该电极段用专用的导线与电子驱动电路连接，采用将电压加于适当的段的组合，借此控制穿过各段的光的传播的方法，使所希望的信息得到显示。使用在显示器中的象素矩阵，并用在两组垂直导线之间的X—Y顺序寻址图连接象素的方法，可实现图形和电视显示。主要适用于扭转向列相液晶显示器的较为先进的寻址图使用薄膜晶体管阵列，以控制在各个象素上的驱动电压。

相对灰度强度的对比度和稳定度，在确定液晶显示的质量中，是重要的特性。限制在液晶显示器中能达到的对比度的主要因素在于在黑色状态中漏过显示器的光的多少。此外，液晶器件的对比度还取决于观察角度。在典型的液晶显示器中的对比度只在以法向入射为中心的窄的观察角之内为最大值，并且当观察角增加时减小。此对比度的损失是由于在大观察角时漏过黑色状态象素元件的光所引起的。在彩色液晶显示器中，这样的漏泄还导致鲜纯色和灰度彩色的严重的彩色变换。在典型的已有技术的扭转向列相液晶显示器中，容许的灰度稳定度的观察区严重地受到限制，除了由于黑色状态漏泄引起的彩色改变之外，这是因为液晶分子的光学各向异性导致在灰度等级传递中大的变化，也就是，作为观察角函数的亮度—电压特性曲线的位移。该变化是相当严重的，足以在极限垂直角处，某些灰度等级反转了它们的传输等级。这些限制对于要求很高质量的显示的应用，例如航空电子技术是特别重要的，这里，从驾驶员和副驾驶员座位上观察驾驶显示器是主要的事。象这样高信息内容的显示器要求相对灰度等级的传输，相对于观察角，尽可能不变。提供一种能在宽的观察范围上，呈现高质量、高对比图象的液晶显示器，是在该技术领域中重大的改进。

本发明的补偿器设计，包括有特定取向的正双折射O—板层，使得在宽的观察角范围上，在液晶显示器的灰度特性和对比度方面的重大改进成为可能。用于在相对于垂直显示器的法向轴线的不同角度进行观察的液晶显示器包括有一吸收轴的起偏振器层，有一实质上垂直于起偏振器层的吸收轴的吸收轴的检偏振器层，置于起偏振器层和检偏振器层之间并有表示通过层相对于法向轴的方位扭转的指向矢的液晶层，贴紧于液晶层的第一主表面的第一电极，贴紧于液晶层的第二主表面的第二电极，该第一和第二电极当与电压源相连时是适于跨越液晶层加电压的，和一补偿器，包括一置于起偏振器层和检偏振器层之间、其主对称轴以相对于法向轴实质上斜角取向的正双折射O—板补偿器层。

在一较为特定的实施例中，O—板层的主对称轴进一步取向，近似垂直于在液晶层的BV特性曲线的灰度过渡区域的电压下、在液晶层的中心区域中、平均液晶指向矢的取向。

在另一个可供选择的实施例中，O—板层的主对称轴进一步以相对于法向轴的一角度取向，该角度近似等于相对于在液晶层的BV特性曲线的灰度过渡区域的电压下、在液晶层的中心区域中、平均液晶指向矢的法向轴的取向角，并且在那里O—板层的主对称轴对法向轴的方位取向是相对于平均液晶指向矢的方位取向近似旋转180°。

该补偿器也可包括一个或多个正双折射A—板补偿层，每一A—板层以其光轴相对于O—板层的光轴取向，使得在法向入射通过补偿器的光的阻滞是最小。

此外，一个或多个负双折射的C—板补偿层可加到该补偿器上。

O—板层可以用带有以相对于法向轴的实质上斜角取向的光轴的第二正双折射O—板补偿层来接合，以致第一和第二O—板层的方位角是相交的，两个O—板从而构成交叉的O—板。

下面是附图的说明。

图1画出了坐标系，用于在本发明的说明书中规定组件的取向。

图2是按照本发明构造的90°扭转向列型，透过式正常白色液晶器(LCD)的横截面示意侧向视图。

图3是在90°扭转向列型液晶晶粒中，作为位置的函数(沿水平轴深度的分数Z)的指向矢的倾斜角(沿垂直轴按度)的曲线图。