带延迟板的液晶显示器的制作方法

专利名称：带延迟板的液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有改进视角特性的液晶显示器。
背景技术：
众所周知，液晶显示器在倾斜视角时的图像显示对比度与正面视角(视角特性)时的图像显示对比度是不同的。因此就需要一种带有改进视角特性的液晶显示器。
日本未经审查专利公开NO.1-270024和NO.2000-29010公开了一种液晶显示器它包括一个垂直排列型液晶单元，第一和第二个偏振片分别排列在液晶单元的两边，一个第一λ/4波片排在液晶单元和第一偏振片之间，一个第二λ/4波片排在液晶单元和第二偏振片之间。当偏振片和λ/4波片做上述排列时，有可能在斜视图像的情形下改善视角特性。
然而，尽管带有偏振片和λ/4波片的液晶显示器的视角特性可以得到改善，观察者可以获得高对比度显示的视角仍然是相当小的。
同样，作为改进液晶显示器视角特性的技术，有一种分开排列技术。在分开排列技术中，一个象素被分成多个区域或范围，它们的排列状态彼此不同，因此观察者即使是在倾斜视角的情况下也可以获得和直视视角相当的显示对比度。特别是，本申请的受让人建议了一种垂直排列型液晶显示器，它有一些线性延伸在衬底上的电极上或电极中的结构或缝隙，在它们中间插入液晶层。
在这种液晶显示器里，大多数液晶分子在没加电压的情况下是基本与衬底表面垂直排列的。然而，与结构或缝隙邻近的液晶分子趋于和结构或缝隙壁表面作垂直排列，相对于衬底表面预倾斜。加上电压的时候，位于结构或缝隙邻近的液晶分子根据预倾斜作倾斜，以便可以向预定的方向倾斜。由此，大多数的液晶分子是根据位于结构或缝隙邻近的液晶分子作倾斜。
位于结构或缝隙一侧的液晶分子的排列方向和位于结构或缝隙另一侧的液晶分子的排列方向是相反的。因此，其排列方向彼此不同的两个区域在结构或缝隙的每一侧形成了。因此即使是在液晶显示器上不作研磨，也可以实现和借助研磨提供预倾斜的液晶显示器一样的排列分开。因此当分开排列如上所述被引入时，就可能获得宽的视角以及高的图像对比度。带有分开排列的液晶显示器被披露在例如日本未经审查专利公开。NO.11-352489。
日本专利NO.2945143公布了一种液晶显示器，在它当中一个聚合物分散型液晶显示器在以交叉尼科耳(Cross Nicol)排列的偏振片中被插入。日本未经审查专利公开NO.2000-347174公布了一种网状聚合物分散型液晶显示器。
在以上描述的分开排列的液晶显示器中，一个象素中的大多数液晶分子的排列状况在加电压情况下是根据预定的结构或缝隙被近似控制的。但是有些时候，一个象素中的一部分液晶分子的排列状况不能根据预定的结构或缝隙被控制。例如，位于象素外围的总线附近的液晶分子趋近于和总线的壁表面垂直排列。因此液晶分子的排列状况和根据预定结构或缝隙作控制排列的状况不同，它可能是光亮度变坏的原因。预定结构或缝隙上的液晶分子是和预定结构或缝隙作平行排列的。偏振片被排列成当加上电压的时候，偏振轴与液晶分子的导向之间可以形成45°角。然而，一部分液晶分子变得和偏振轴平行，它可能是导致亮度变坏的一个原因。

发明内容
本发明的一个目的在于提供一种液晶显示器，通过它观察者可以在宽的视角内看到优质的画面，而且可以提供高的亮度。
根据本发明的第一个方面，提供了一种液晶显示器，它包括一个液晶单元，液晶单元包括一对衬底和一个在两个衬底间排列的液晶层，在液晶单元两边排列的第一第二偏振片，在液晶单元和第一偏振片之间排列的第一延迟板，位于液晶单元和第二偏振片之间排列的第二延迟板。每个第一第二延迟板有与衬底表面面平行的光轴，一个基本上为λ/4的延迟。第一个延迟板的光轴与第二个延迟板的光轴垂直，第一第二偏振片有与第一第二延迟板光轴成45°的偏振轴。液晶单元如此排列使得液晶分子的排列状况在加电压时可以伴随着极角的变化和/或方位角的变化而变化。
根据以上的排列，就可能提供一种液晶显示器，通过它观察者可以在宽的视角内看到优质的画面，而且可以提供高的亮度。
同样，如果当液晶分子与衬底表面水平或倾斜时在液晶分子的排列状况中提供一个方位角分布，那么透过率就可以提高。
根据本发明的第二个方面，提供了一种液晶显示器，它包括一个液晶单元，液晶单元包括一对衬底和一个在两个衬底间排列的液晶层，在液晶单元两边排列的第一第二偏振片，在液晶单元和第一偏振片之间排列的第一延迟板，位于液晶单元和第二偏振片之间排列的第二延迟板。每个第一第二延迟板有与衬底表面面平行的光轴，一个基本上λ/4的延迟。第一个延迟板的光轴与第二个延迟板的光轴垂直，第一第二个偏振片有与第一第二延迟板光轴成45°的偏振轴。液晶单元的液晶是垂直排列类型，液晶单元包括排列在至少一个衬底的一个电极上或电极中的结构或缝隙，排列在结构或缝隙两侧的液晶分子的排列状况是不相同的。至少其中一个衬底有电传导线性结构。
根据以上的排列，就可能提供一种液晶显示器，通过它观察者可以在宽的视角内看到优质的画面，而且可以提供高的亮度。
根据本发明的第三个方面，提供了一种液晶显示器，它包括一个液晶单元，液晶单元包括一对衬底和一个在两个衬底间排列的液晶层，在液晶单元两边排列的第一第二偏振片，在液晶单元和第一偏振片之间排列的第一延迟板，位于液晶单元和第二偏振片之间排列的第二延迟板。每个第一第二延迟板有与衬底表面面平行的光轴，一个基本上为λ/4的延迟。第一个延迟板的光轴与第二个延迟板的光轴垂直，第一第二个偏振片有与第一第二延迟板光轴成45°的偏振轴。液晶单元的液晶是垂直排列型，液晶单元包括排列在至少一个衬底的一个电极上或电极中的结构或缝隙，排列在结构或缝隙两侧的液晶分子的排列状况是不相同的。该延迟板平面的延迟不少于120μm不大于160μm。
根据以上的排列，就可能提供一种液晶显示器，通过它观察者可以在宽的视角内看到优质的画面，而且可以提供高的亮度。
根据本发明的第四个方面，提供了一种液晶显示器，它包括一个液晶单元，液晶单元包括一对衬底和一个在两个衬底间排列的液晶层以及一个让光线向特定方向发散的膜层。液晶单元的液晶是垂直排列型，液晶单元包括排列在至少一个衬底的一个电极上或电极中的结构或缝隙，排列在结构或缝隙两侧的液晶分子的排列状况是不相同的。
根据以上的排列，就可能提供一种液晶显示器，通过它观察者可以在宽的视角内看到优质的画面，而且可以提供高的亮度。
根据本发明的第五个方面，提供了一种液晶显示器，它包括一个液晶单元，液晶单元包括一对衬底和一个在两个衬底间排列的液晶层，在液晶单元两边排列的第一第二偏振片，在液晶单元和第一偏振片之间排列的第一延迟板，位于液晶单元和第二偏振片之间排列的第二延迟板。每个第一第二延迟板有与衬底表面面平行的光轴，一个基本上λ/4的延迟。第一个延迟板的光轴与第二个延迟板的光轴垂直，第一第二个偏振片有与第一第二延迟板光轴成45°的偏振轴。液晶单元的液晶层包括液晶和与液晶共存的树脂。
根据以上的排列，就可能提供一种液晶显示器，通过它观察者可以在宽的视角内看到优质的画面，而且可以提供高的亮度。
根据本发明的第六个方面，提供了一种液晶显示器，它包括一个液晶单元，液晶单元包括一对衬底和一个在两个衬底间排列的液晶层，在液晶单元两边排列的第一第二偏振片，在液晶单元和第一偏振片之间排列的第一延迟板，位于液晶单元和第二偏振片之间排列的第二延迟板。每个第一第二延迟板有与衬底表面面平行的光轴，一个基本上λ/4的延迟。第一个延迟板的光轴与第二个延迟板的光轴垂直，第一第二个偏振片有与第一第二延迟板光轴成45°的偏振轴。液晶单元的液晶是垂直排列型，一个聚合物网络在液晶单元的液晶层中形成。液晶分子的预倾斜和液晶分子在应用电压下的倾斜方向是受聚合物网络调节的。
根据以上的排列，就可能提供一种液晶显示器，通过它观察者可以在宽的视角内看到优质的画面，而且可以提供高的亮度。


通过参考附图，本发明从以下优选实施方案的描述中将显得更为明显。
图1是第一个实施方案的液晶显示器概略2是图1的一个液晶单元横截面示意3是图2中液晶单元的线性结构和液晶分子的示意平面图；图4是图3中A部分的详尽图示；图5是图2中液晶单元一种变型的横截面示意简图；图6是图5中液晶单元的示意平面图；图7是液晶单元的一种变型的横截面示意简图；图8是图7中液晶单元的示意平面图；图9是图8中部分的详尽示意图；图10是液晶单元一种变型的横截面示意简图；图11是图9中液晶单元的示意平面图；图12是液晶单元一种变型的横截面示意简图；图13是图11中液晶单元的示意平面图；图14是图13中部分的详尽示意图；图15A示意了第一第二偏振片的偏振轴、第一第二延迟板的光轴和一个液晶层方向之间的关系，用于解释延迟板(λ/4)的行为；
图15B示意了透过第一偏振片、第一延迟板、液晶层、第二延迟板和第二偏振片的光的状态；图16A到16C示意了在液晶层的延迟是λ/2时透过液晶层的偏振光；图17A到17C示意了在液晶层的延迟是λ/4时透过液晶层和延迟板(λ/4)的偏振光；图18是一个分开排列的传统液晶显示器的图像显示区域的例图；图19是一个分开排列的同时排列有第一第二延迟板的液晶显示器的图像显示区域的例图；图20A示意了所加电压和液晶显示器透过率之间的关系，液晶显示器根据传统方式和本发明采用了分开排列；图21B是透过率和响应速度之间关系的示图；图21是另一种分开排列例子的示图；图22仍是另一种分开排列例子的示图；图23仍是另一种分开排列例子的示图；图24仍是另一种分开排列例子的示图；图25是图24所示的分开排列情况下可获得的透过率和上升时间的关系图；图26是平行线性结构型的分开排列情况下单元厚度和透过率之间关系图；图27是栅型分开排列情况下单元厚度和透过率之间关系图；图28是鱼骨型分开排列情况下单元厚度和透过率之间关系图；图29是另一个液晶单元的横截面示图；图30是图29的液晶单元的平面示图；图31是一种液晶单元的示图，该液晶单元有本发明的第二个实施方案的液晶显示的电导线性结构；图32是在采用图31中液晶单元的情况下液晶排列状况的一个示图；图33是另一种带有电导线性结构液晶单元的实施方案的横截面示图；图34是在采用图33中液晶单元的情况下液晶排列状况的一个示图；图35是另一种带有电导线性结构液晶单元的实施方案的示图；图36是在图35中液晶单元使用的情况下液晶排列状况的一个示图；图37A是本发明第三种实施方案的液晶显示器的示图；图38是应用于图37A中分开排列的例图；图39A到39C是图37A到图37C中液晶显示器的一种变型的示图；图40A和图40B是图37A和图37B中液晶显示器的一种变型的示图；图41A到图41C是图37A到图37C中液晶显示器的一种变型的示图；图42A到图42C是图37A到图37C中液晶显示器的一种变型的示图；图43A到图43C是图37A到图37C中液晶显示器的一种变型的示图；图44A到图44C是图37A到图37C中液晶显示器的一种变型的示图；图45A到图45C是图37A到图37C中液晶显示器的一种变型的示图；图46A到图46C是图37A到图37C中液晶显示器的一种变型的示图；图47A到图47C是图37A到图37C中液晶显示器的一种变型的示图；图48A到图48C是图37A到图37C中液晶显示器的一种变型的示图；图49A到图49C是图37A到图37C中液晶显示器的一种变型的示图；图50A到图50C是图37A到图37C中液晶显示器的一种变型的示图；图51A到图51C是图37A到图37C中液晶显示器的一种变型的示图；图52A到图52C是图37A到图37C中液晶显示器的一种变型的示图；图53A和图53B是图37A和图37B中液晶显示器的一种变型的示图；图54是图37A中液晶显示器的一种变型的示图；图55是当偏振片交叉于图54中的液晶显示中时在前表面上传输光线数量的一个分布示图；图56是本发明第四个实施方案的液晶显示器的示图。
图57A和图57B是解释图56中特殊方向光线散射膜层行为的示图。
图58A到图58C是显示分开排列的液晶显示器的液晶分子排列和传输情况的示图。
图59是图56中液晶显示器的一种变型的示图；图60是图56中液晶显示器的一种变型的示图；图61是本发明第五个实施方案的液晶显示器的示图。
图62是解释图61中液晶显示器的偏振片的偏振轴和延迟板的光轴的示图；图63是显示图63中的液晶滴中液晶分子排列状况的示图；图64是显示如图63中液晶分子排列情况下显示器情况的示65是一个传统液晶显示器显示情况的示图；图66是本发明第六个实施方案的液晶显示器的示图；图67是解释图66中液晶显示器的偏振片的偏振轴和延迟板的光轴的示图；图68是显示图66中液晶单元稳定性处理的示图；
图69是显示液晶显示器应用时色调与响应速度之间关系的示图；图70A到图70D是显示图66中液晶显示器一种分开排列结构的示图；具体实施方式
参考附图，本发明的实施方案将在下面做解释。
图1是本发明的第一个实施方案的液晶显示器示图。液晶显示器10包括一个液晶单元12。液晶单元12包括一对带电极的衬底14和16与排列在对衬底14和16之间的一个液晶层18。此外，液晶显示器10包括排列在液晶单元12两边的第一第二偏振片20和22，一个排列在液晶单元12和第一偏振片20之间的第一延迟板24，和一个排列在液晶单元12和第二偏振片22之间的第二延迟板26。
每个第一第二延迟板24和26有一个与衬底表面面平行的光轴24A和26A，具有一个基本上λ/4的延迟。第一延迟板24的光轴24A与第二延迟板26的光轴26A是垂直的。第一偏振片20和第二偏振片22的偏振轴20A和22A与第一延迟板24和第二延迟板26的光轴24A和26A成45°排列。
液晶单元12的液晶18是垂直排列类型。液晶单元12被组成为液晶分子的排列状况当加电压时随着极角的变化和方位角的变化而变化。
图2是显示图1中液晶单元12横截面的示意图，图3是显示图2中液晶单元12的线性结构和液晶分子的示意平面图。第一衬底14有一个电极28和在电极28上形成的用电介质材料做成的线性结构(肋)30。第二衬底16有一个电极32和在电极32上形成的用电介质材料做成的线性结构(肋)34。此外，第一衬底14和第二衬底16相应的有垂直排列膜层(没有示出)，液晶18有一个负的介电常数各向异性。第一衬底14的电极28和第二衬底16的电极34其中的一个是公共电极，另一个电极包括和各个TFT一起形成的象素电极。另外，有公共电极的衬底有一个颜色滤波器。
仅有第一衬底14的两个线性结构30被画了出来，但是有可能按期望数目平行排列线性结构。仅有第二衬底16的一个线性结构34被画了出来，但是有可能按期望数目平行排列线性结构。如图3所示，线性结构28和34交替排列使得当它们在一个平面视图中被观看时它们彼此平行。
在垂直排列型液晶显示器中，一般而言，当不加电压时，液晶分子与衬底表面基本平行的排列，当加上电压时，液晶分子相对衬底表面倾斜。当线性结构30和34排列时，大多数液晶分子在不加电压的情况下与衬底表面基本垂直的排列，但靠近线性结构30和34的液晶分子18X和18Y趋向于和线性结构30和34的壁表面垂直排列，同时和衬底表面预倾斜。因此加有电压时，靠近线性结构30和34的液晶分子18X和18Y根据预倾斜向预定方向倾斜，因此大多数液晶分子根据这些液晶分子18X和18Y倾斜。
位于线性结构34一边的液晶分子18X的排列方向和位于线性结构34另一边的液晶分子18Y的排列方向是相反的，因此排列方向相反的两个区域在线性结构34的两边形成。这对线性结构30同样适用。因此，即使液晶显示器10不加研磨，也可能实现以研磨所能带来的同样的预倾斜方式实现分开排列。通过分开排列，就可能获得在宽的视角范围内高对比度的优良的显示角特性。
就是说，在普通液晶显示器中，当观察者在倾斜的液晶分子主轴方向看图像时，图像区域看起来是发黑色的。当观察者在与倾斜的液晶分子主轴垂直的方向看图像时，图像区域看起来是发白色的。在分开排列中，在一个象素中液晶分子18X向一边倾斜，液晶分子18Y向另一个方向倾斜，因此白图像和黑图像在图像区域是均衡的，相应的，观察者就有可能即使在所有的倾斜方向也可以看到高对比度的图像，就如同观察者在正面观看。这样，在垂直排列型液晶显示器中，分开排列可以实现优良的视角特性。
图4是图3中A部分的详尽示图。在排列被如此划分的液晶显示器中，在一个象素中大多数液晶分子的排列状况在加电压的情况下是根据预定的结构30和34来完全控制的。也就是说，在加压的情况下，根据极角的变化，液晶分子的排列状况从液晶分子与衬底表面基本垂直到液晶分子与衬底表面倾斜。
但是在一些情况下，一部分液晶分子的排列状况，在加压的情况下不能仅仅被预定的结构30或34来完全控制。例如，如上所述，液晶分子18X，它相对于结构30或34倾斜到一边，还有液晶分子18Y，它相对于结构30或34倾斜到另一边，它们必须不断的彼此排列。所以在液晶分子18X和18Y中间位于结构30或34上的液晶分子18P和18Q与结构30或34平行排列。例如与液晶分子18P和18Q相邻近的液晶分子18R和18S排列成与结构30或34形成45°角。
偏振片20和22以这么一种方式排列使得在加压时偏振轴20A和22A与液晶分子的导向(director)之间形成了45°角。图4中所示的液晶分子18X，18Y，18P和18Q的导向与偏振轴20A和22A之间形成了45°角。但是液晶分子18R和18S的导向变得与偏振轴20A和22A平行。所以，当应该显示白色时，显示出黑色来了，参考数字36表征的黑线出现了。也就是说，有亮度变坏的问题。
此外，由于在结构30或34上的液晶分子18R和18S的倾斜方向不能被控制，在结构30或34上的部分液晶分子18R和在结构30或34上的另外部分液晶分子18S在加压之后是彼此相反排列的。加压后一段特定时间过后，彼此相对排列的液晶分子18R和18S在图4(排列状况根据方位角的变化而变化)的纸张平面内旋转。因此在结构30或34上的大多数液晶分子18R和18S朝向相同的方向并稳定下来。响应时间是在液晶分子18R和18S的排列状况稳定下来的时间点确定下来的。相应的，根据液晶分子18R和18S的方位角的改变而进行的排列状况的改变导致了液晶显示器响应变坏的问题。
如上所述，解释了带有结构30和34的液晶显示器。但是，同样的解释可以用于液晶显示器缝隙，它将替代结构30和34在后面被解释。不仅仅是在结构30和34上的液晶分子18R和18S的排列状况与在结构30和34每一边的18X和18Y的排列状况不同，位于象素边缘的液晶分子的排列状况也与在结构30和34每一边的18X和18Y的排列状况不同，它们可能是一个导致亮度变坏的原因。
发明者已经发现带有如上分开排列的液晶显示器的响应和亮度变坏问题通过排列如图1所示的第一延迟板(λ/4)24和第二延迟板(λ/4)26可以得到解决。
图15A和图15B是解释延迟板(λ/4)24行为的视图。在图15A，第一第二偏振片20和22的偏振轴20A和22A彼此垂直，第一第二延迟板24和26的光轴(慢轴)24A和26A彼此垂直。第一第二偏振片20和22的偏振轴20A和22A和第一第二延迟板24和26的光轴(慢轴)24A和26A彼此成45°角排列。在图15A中，假定第一延迟板24的光轴24A穿过y轴，第二延迟板26的光轴26A穿过x轴。液晶层18具有作为整体的导向18D。第一第二偏振片20和22的偏振轴20A和22A相对液晶层18的导向18D成45°角排列。
图15B示意了透过第一偏振片20、第一延迟板24、液晶层18、第二延迟板26和第二偏振片22的光的状态；入射到第一偏振片20的光变为线性偏振光；入射到第一延迟板24的线性偏振光变为逆时针方向圆偏振光；入射到液晶层18的圆偏振光变为顺时针方向圆偏振光；入射到第二延迟板26的圆偏振光变为线性偏振光；入射到第二偏振片22的线性偏振光穿过第二偏振片22。在这种情况下，液晶层18的延迟是λ/2。
图16A到图16C显示了液晶层18的延迟是λ/2的情况。图16A显示了液晶层18的导向18D1与y轴平行的一种情况，图16B显示了液晶层18的导向18D2与x轴平行的一种情况，图16C显示了液晶层18的导向18D3与x轴成45°角的情况。如在图16A到图16C中可以看到的，所有穿过液晶层18的光线变为圆偏振光，而不考虑液晶层18的导向18D的方向。相应的最终穿过第二偏振片22的光线透过率也不取决于液晶层18的导向18D的方向。
图17A到图17C显示了液晶层18的延迟是λ/4的情况。图17A显示了液晶层18的导向18D1与y轴平行的一种情况，图17B显示了液晶层18的导向18D2与x轴平行的一种情况，图17C显示了液晶层18的导向18D3与x轴成45°角的情况。在图17A中，在液晶层18的延迟是λ/4和液晶层18的导向18D1与y轴平行的情况下，穿过第一延迟板24的圆偏振光穿过液晶层18变为线性偏振光。在这个线性偏振光穿过第二延迟板26时，它变为圆偏振光。沿y轴方向的圆偏振光的分量(L22)穿过第二偏振片22。
在图17B中，在液晶层18的延迟是λ/4和液晶层18的导向18D2与x轴平行的情况下，穿过第一延迟板24的圆偏振光穿过液晶层18变为线性偏振光。在这个线性偏振光穿过第二延迟板26时，它变为圆偏振光。沿y轴方向的圆偏振光的分量(L22)穿过第二偏振片22。
在图17C中，在液晶层18的延迟是λ/4和液晶层18的导向18D3与x轴成45°角的情况下，穿过第一延迟板24的圆偏振光穿过液晶层18变为线性偏振光。在这个线性偏振光穿过第二延迟板26时，它变为线性偏振光。沿y轴方向的圆偏振光分量(L22)穿过第二偏振片22。
这样，穿过第二延迟板26的偏振光的偏振方向彼此不一样，但最终穿过第二偏振片22的光透过率不依赖于液晶层18的导向18D的方向。
在液晶层18的延迟不同于λ/2或λ/4时，入射到液晶层18的圆偏振光穿过液晶层18变为椭圆偏振光。同样在此情况下，穿过第二延迟板26和第二偏振片22的光透过率不依赖于液晶层18的导向18D的方向。
相应的，即使当液晶单元12有包括液晶分子18X，18Y，18P，18Q，18R和18S的微小部分，如借助图4解释的那样，它们的导向是不同的，圆偏振光以同样的方式穿过液晶层18和第二偏振片22，不受导向变化的影响。因此亮度变坏可以得到防止。
就响应性能而言，透过率不依赖于导向的事实是有利的。也就是说，加上电压一段特定时间后，方向彼此相反的液晶分子18R和18S在图4(排列状况根据方位角的变化而变化)纸张平面内旋转。在结构30和34上的大多数液晶分子18R和18S朝向相同的方向并稳定下来。按照常规，响应是在液晶分子18R和18S的排列状况稳定下来的时候决定的。但是在本发明中，穿过第二偏振片22的偏振光的强度在位于结构30和34上的液晶分子18R和18S向相反方向倾斜的时候就变为了恒定，因此就没有必要等待根据液晶分子18R和18S方位角的变化而作的排列状况的变化。相应的，液晶显示器的响应时间就可以减少了。
图18是一个带有分开排列的传统液晶显示器的图像区域示例图。在图18中，出现了黑线36，借助图4对它进行过解释。黑线36可以成为一个亮度变坏的原因。
图19是带有分开排列和第一第二延迟板26的液晶显示器的图像显示区域的例图。在图18中，出现了黑线36，借助图4对它进行过解释。在图19中，出现在图18中的黑线消失了。
图20A显示了所加电压和应用了现有技术和本发明的分开排列的液晶显示器的透过率之间的关系。黑点划出的曲线与传统液晶显示器相关，白点划出的曲线与本发明的液晶显示器相关。在两种情况下，分开排列是通过线性结构30和缝隙38(示于图5和图6)的结合实现的。在5.4V的电压下，透过率增加了1.19倍。图20B显示响应速度改善了。
图5到图14显示了液晶单元12的变型，其中应用了图2到图4的分开排列技术。图5到图14中显示的液晶单元12可被采纳为图1中的液晶单元12，图5到图14中显示的液晶单元12提供了借助图15到20解释的作用。
在图5到6中，第一衬底14有电极28和在电极28上用电介质材料做成的线性结构(肋排)30。第二衬底16有电极32和在电极32上形成的缝隙38。缝隙38包括一个缝隙基础部分38a，它以图3中线性结构34的方式延伸，还包括微缝隙部分38b，它在与缝隙基础部分38a延伸基本垂直的方向延伸。缝隙基础部分38a和图3中线性结构34有相同的作用。由于微缝隙部分38b位于形成了一个显示区域的部分，电场应变的影响高速的传输给构成显示区域的液晶分子，就可能改善中间色调的响应性能。特别是，当微缝隙部分38b的形状以图6中三角形组的方式形成，所以微缝隙部分38b在与衬底平行的方向延伸，响应速度能很大的改善。
在图7到9中，第一衬底14包括电极28和在电极28上用电介质材料做成的线性结构(肋排)30。第二衬底16包括电极32和在电极32上形成的线性结构(肋排)34。在这个例子中，在第一衬底14上的线性结构30以栅形图案排列，在第二衬底16上的线性结构34以栅形图案排列但是偏移于第一衬底14上的线性结构30。这样，四个液晶排列区域包括液晶分子18A，18B，18C，18D在线性结构30和34的交叉部分形成了。在这种情况下，既然液晶分子18A，18B，18C，18D的排列方向在四个液晶排列区域不同，通过分开排列获得的效果可以更好的提高。在这种情况下，第一第二偏振片20和22的偏振轴20A和22A与线性结构30和34平行排列，但是液晶分子18P和18Q存在于线性结构30和34中，它们在平行与线性结构30和34的方向延伸，在方向上彼此相反排列。液晶分子18P和18Q将导致黑线36和使响应变坏。在本发明中，有可能通过提供第一第二延迟板24和26用前面描述的方式改善亮度和响应。
在图10和11中，第一衬底14有电极28，没有线性结构或是缝隙。第二衬底16有电极32和在电极32中以鱼骨图案形成的缝隙38。缝隙38有缝隙基础部分38a和微缝隙部分38b组成。液晶分子18A和18B以彼此不同方向排列。液晶分子18R位于缝隙基础部分38a上。
在图12到图14中，第一衬底14有电极28，没有线性结构或是缝隙。第二衬底16有电极32和在电极32中以鱼骨图案形成的缝隙38。缝隙38有缝隙基础部分38a和微缝隙部分38b组成。微缝隙部分38b的尾部变得较窄。液晶分子18A和18B以彼此不同方向排列。液晶分子18R位于缝隙基础部分38a上。
图21是应用了分开排列的液晶单元12的另外一个例图。液晶单元12以这么一种方式组成使得液晶层18在第一衬底14和第二衬底16之间排列。第一第二延迟板24和26和第一第二偏振片20和22分别在液晶单元12的两边排列(见图1)。第一衬底14是一个颜色过滤衬底，第二衬底16是一个TFT衬底。液晶单元12包括一个15英寸XGA的液晶面板，象素宽度是297μm.
关于一个象素电极19(电极32)第一衬底的线性结构30以弯曲形状形成，第二衬底16的缝隙38以弯曲形状形成。在这种情况下，区域分成四部分的分开排列就可以实现了。线性结构30由丙烯酸的感光材料(例如，PC-335由JSR制造)制成，线性结构30的宽度是10μm，线性结构30的高度是1.2μm。缝隙38的宽度是10μm。缝隙38在象素电极19中形成，缝隙38是不连续的形成所以电流可以流过象素电极19。
线性结构30和缝隙38之间的间距是25μm。液晶单元12的厚度是4.64μm。第一第二延迟板(λ/4片)24和26由PC(聚碳酸酯，例如，NRF-RF01A由Nitto Denko Co.制造)制成。在这种情况下，延迟是140nm。但是，可以使用由其它材料(例如，arton薄膜由JSR制造生产)做成的延迟板。第一第二偏振片20和22由Nitto Denko Co.生产的G1220DU制成。
在偏振片20和22做十字或加号排列的情况下(偏振轴20A和22A在图21的纸张上垂直和水平排列，在这个例子中，偏振轴20A和22A相对于主液晶导向形成了45°角)，白色透过率是6.43％。在相同的排列下，当偏振轴20A和22A做45°角排列时(例如在图21中，偏振轴20A和22A相对垂直和水平成45°角)，白色透过率是6.58％。在这种连接中，偏振片20和22的排列不限制于做加号排列和45°角排列，偏振片20和22可以任意排列。另一个方面，在传统的液晶显示器没有延迟板24或26的情况下，在加号排列的情况下，白色透过率是5.05％。
在该实施方案中，线性结构30和缝隙38之间的间距是25μm，但是这个间距可以改变。在带有分开排列和不带第一第二延迟板(λ/4片)24和26的传统液晶显示情况下，可能遇到以下一些问题如果间距减小则响应速度提高但是透过率降低。如果间距增大则透过率提高而响应速度降低。这个问题是由于液晶分子排列方位角的变化而造成的，或者透过率的降低或恶化与液晶分子排列的方位角变化有关系。在本发明中，既然透过率不依赖于液晶分子排列的方位角，那么随着间距的变化而产生的透过率的降低或响应速度的降低的影响与传统排列比较就没有这么强烈。因此，就可能对液晶显示器根据是动画卡通应用还是好的亮度应用来采用宽的间距或是小的间距，而这却不能应用于常规技术。
图22是另一个带有分开排列的液晶单元实施方案的示图。关于一个象素电极19，第一衬底14的线性结构30以弯曲形状形成，第二衬底16的缝隙38以弯曲形状形成。缝隙38以与图6中相同的方式形成。在这种情况下，分成四个区域的分开排列就实现了。线性结构30和缝隙38的宽度是10μm，微缝隙部分的间距是6μm，长度是15μm。
液晶单元12是在与图21中液晶单元基本相同的条件下生产的，除了液晶单元12的厚度是4.26μm不相同。在偏振片20和22以加号排列方式排列时，白色透过率是5.74％。在偏振片20和22以45°角排列布置时，白色透过率为5.88％。另一个方面，没有延迟板24和26的传统液晶显示器，在偏振片20和22以加号排列方式排列时，白色透过率是4.47％。在这个例子中，既然单元厚度比图21中例子的厚度小，那么液晶层18的延迟就降低了，透过率的绝对值也稍微低了些，但是通过提供延迟板而获得改善的影响和图21例子的影响是一样高的。
图23是带有分开排列的液晶显示器的另一个实施方案。第一衬底14有线性结构30，第二衬底16有缝隙38。线性结构30和缝隙38以和图9中液晶单元12的线性结构30和34相同的栅图案排列。线性结构30的宽度是8μm，线性结构30的高度是0.75μm。缝隙38的宽度是8μm。单元的厚度是4.02μm。当偏振片20和22以加号方式排列时，白色透过率是5.86％。当偏振片20和22以45°角排列时，白色透过率是5.78％。另一个方面，在传统液晶显示器没有延迟板24和26的情况下，当偏振片20和22以加号方式排列时，白色透过率是4.48％。
图24是带有分开排列的液晶显示器的另一个实施方案。这个例子包括两个鱼骨方式排列的缝隙38A和38B，它们和图11中所示的缝隙38的鱼骨方式相近。单元厚度是3.86μm。其它情况和图21中例子的情况一样。当偏振片20和22以加号方式排列时，白色透过率是6.26％。在相同的结构中，当偏振片20和22以45°角排列时，白色透过率是6.06％。另外一个方面，在传统液晶显示器没有延迟板24和26的情况下，当偏振片20和22以加号方式排列时，白色透过率是5.12％。
图25是显示在图24所显示的分开排列的情况下，可获得透过率和上升时间关系的示图。用黑三角描绘的曲线显示了一种情况，在该情况下，图24中的分开排列被应用但不带延迟板。用白三角描绘的曲线显示了一种情况，在该情况下，图24中的分开排列被应用同时带延迟板。传统的，在这个系统中，包括中间色调的所有灰度上的反应时间是几百ms。因此，例如这个系统不适用于拿液晶显示器做液晶监视器。但是当本发明应用于这个系统时，高速响应就可以如下所述的那样实现了。从黑色到白色的响应时间是2ms，即使是从黑色到中间色调(25％)的时间是90ms。因此这个系统可以应用于例如一个液晶监视器的液晶显示器。
图26到28是单元厚度和透过率之间关系的示图。图26显示了单元厚度和通过平行线性结构实现分开排列情况下(例如图21)的透过率之间的关系。图27显示了单元厚度和通过栅图案实现分开排列情况下(例如图23)的透过率之间的关系。图28显示了单元厚度和通过鱼骨图案实现分开排列情况下(例如图24)的透过率之间的关系。
在这些示图中，用方块描绘的曲线显示了一种情况，该情况下，延迟板(λ/4)没有用，偏振片以加号方式排列。用三角形描绘的曲线显示了一种情况，该情况下，用了延迟板(λ/4)，偏振片以加号方式排列。用黑圈描绘的曲线显示了一种情况，该情况下，用了延迟板(λ/4)，偏振片以45°角排列。
在图26用方块描述的曲线中，当单元厚度是4.2μm时，透过率是4.4％，该数值和本申请的液晶显示器的相应数值一样。根据三角和黑圈描绘的曲线，当单元厚度是4.2μm时，透过率是5.8％。此外，根据图27中黑圈描绘的曲线，当单元厚度是4.2μm时，透过率是6.2％。根据图28中黑圈描绘的曲线，当单元厚度是4.2μm时，透过率是6.9％。如上描述，根据如上所述的本发明，可能提高透过率。
图29是另一个带有分开排列的液晶单元实施方案的横截面示图。图30是图29中液晶单元的平面视图。液晶单元12包括一对带电极的衬底14和16和排列在衬底14和16之间的一个液晶层18。该液晶单元12和图1中的第一第二偏振片20和22以及第一第二延迟板24和26一起使用。在这个实施方案中，液晶层18不限制做垂直排列，而可以使用水平排列类型的液晶层18。但液晶层18以这么一种方式组成，液晶分子18H的排列状况根据加压情况下极角的变化和方位角的变化而变化。对衬底14和16而言没有必要有用于排列控制的线性结构(肋)30和34以及缝隙38。
图31是本发明第二个实施方案的液晶显示器的示图，该液晶显示器有带电导线性结构的液晶单元。液晶显示器10包括一个液晶单元12，液晶单元12包括排列在第一第二衬底14和16之间的液晶层18，第一第二偏振片20和22，和第一第二延迟板24和26(见图1)。
第一衬底14有线性结构30，第二衬底16有线性结构34。线性结构30和34如前解释的那样交替彼此平行排列，例如如图3所示。线性结构30和34可以以栅方式或是鱼骨形状排列。
线性结构30和34是导电性结构。在图31中，线性结构30和第一衬底14的电极28一样由相同的金属材料制成，线性结构34和第一衬底16的电极32一样由相同的金属材料制成。例如，衬底上的线形突起形成在电极28和32形成之前，电极28和32在衬底上通过ITO形成。作为选择，线性结构30和34通过导电性树脂在电极28和32上形成，导电性树脂是诸如其中混合了碳导电颗粒的树脂。线性结构30和34的高度是0.1μm到单元厚度的一半。作为一个例子，线性结构的高度是1.5μm。一个垂直排列的薄膜涂覆在电极32和线性结构30和34上。
在上述的实施方案中，线性结构30和34由电介质材料制成。在线性结构由电介质材料制成的情况下，加在电极28和29之间的部分电压被电介质材料吸收，所以应用于液晶的电压变低了。所以，加压时液晶分子不充分倾斜，透过率变低了。在这个实施方案中，既然线性结构30和34是导电性的，加在电极28和32之间的部分电压没有被吸收，应用于液晶的电压没有变低，因此加压时液晶分子充分倾斜，透过率没有降低。
图32是在图31中的液晶单元被应用的情况下液晶排列状况的一个示图。可以理解当加上电压时，液晶分子就充分倾斜或是平放。
图33是另一个带有电导线性结构的液晶单元的实施方案示图。第一衬底14有线性结构30和缝隙38。第二衬底16没有线性结构或是没有缝隙。但是可以采用这么一种排列，第一衬底14有线性结构30，第二衬底16有缝隙38。
图34是在图33中的液晶单元被应用的情况下液晶排列状况的一个示图。可以理解当加上电压时，靠近缝隙38的液晶分子不充分倾斜，但是靠近线性结构30的液晶分子充分倾斜。当采用图33中的排列时，有可能实现优良的分开排列，透过率进一步提高。
图35是另一个带有电导线性结构的液晶单元的实施方案示图。第一衬底有线性结构30M和线性结构30D。第二衬底16没有线性结构或是没有缝隙。线性结构30M是导电性的，线性结构30D是电介质的。当线性结构30M以长间隔排列时，线性结构30D排列在线性结构30M之间。
图36是在图35中的液晶单元被应用的情况下液晶排列状况的一个示图。可以理解当加上电压时，靠近线性结构30D的液晶分子不充分倾斜，但靠近线性结构30M的液晶分子充分倾斜。当采用图35中的排列时，有可能实现优良的分开排列，透过率进一步提高。
图37A到图37C是本发明第三个实施方案的液晶显示器的示图。图37A显示了液晶显示器的一种排列，图37B显示了观察者采用倾斜视角观察时显示的对比度，图37C显示了所加电压和传输光线数量之间的关系。如图37A所示，液晶显示器10包括一个液晶单元12，第一第二偏振片20和22，第一第二延迟板24和26。
第一第二延迟板24和26各有与衬底表面面平行的光轴24A和26A，光轴24A和26A之间的延迟大约是λ/4。第一延迟板24的光轴24A和第二延迟板26的光轴26A垂直。第一第二偏振片20和22的偏振轴20A和22A各自分别与第一第二延迟板24和26的光轴24A和26A成45°角排列。第一第二延迟板24和26的面内延迟不小于120nm不多于160nm。更好的是第一第二延迟板24和26面内的延迟不少于130nm不多于145nm。
第一偏振片20包括一个偏振层(例如，PVA+碘)20p和覆盖在偏振层20p两侧的保护层(例如，TAC；三醋酸基纤维素)20q和20r。以同样的方式，第二偏振片22包括一个偏振层(例如，PVA+碘)22p和覆盖在偏振层22p两侧的保护层(例如，TAC；三醋酸基纤维素)22q和22r。
液晶单元12包括排列在图1中第一第二衬底14和16之间的液晶单元18。同样，液晶单元18包括垂直排列类型的液晶。液晶单元包括至少在一个衬底的电极上或电极中的结构或缝隙。位于结构或缝隙一边的液晶分子的排列状况与位于结构或缝隙另一边的液晶分子的排列状况不相同。关于结构或缝隙，所有以前解释的结构或缝隙都可以用。
图38是图37中实施的分开排列的一个例图。分开排列包括第一衬底14的电极上提供的弯曲线性结构30，和第一衬底14的电极中提供的弯曲线性结构38。在这个分开排列中，液晶分子在四个方向排列，如箭头18C，18D，18E，和18F所示。也就是说，在分开排列中实现了一个象素分成四个区域。在图38中，栅母线40，数据母线42，TFTs44和辅助电容电极46都示出了。偏振片20和22以加号方式排列。
在图37A和38示意的排列中，对比度在图37B中画出，在其中可获得最高对比度的方位角从垂直方向向水平方向逆时针旋转30°角。关于视角特性，可获得对比度不小于10°的倾斜视角范围不小于40°角。
图39A到39C是图37A到图37C中液晶显示器的变型示图。图39A显示了LCD的排列，图39B显示了对比度，图39C显示了T-V特性，与图37A到图37C相对应。这对图40A到图53B的下述变型同样适用。图39A中所示的液晶显示器10和图37A中的液晶显示器以基本相同的方式排列，但是一个带有负延迟的补偿薄膜(例如，一个TAC片)48被排列或是被层叠在第一延迟板(λ/4)24和液晶单元12之间，一个带有负延迟的补偿薄膜(例如，一个TAC片)50被排列或是被层叠在第二延迟板(λ/4)和液晶单元12之间，还有补偿片48和50被层叠，液晶层18的负延迟被补偿，一个对比度不小于5的范围如图39B中那样延伸。对比度不小于10的视角范围可以延伸，即使倾斜视角增大至50°，对比度也保持不小于10。但是，在图39C中的T-V特性中，当电压增加时，亮度趋于降低。结果，倾向于发生灰度反转。
图40A到40B显示了这么一种情形，该情形下，带有负延迟的补偿薄膜48和50不是靠近液晶单元12而是远离液晶单元12。尽管加了补偿薄膜48和50，但视角特性改善程度不如图39A到39C中的改善。由于前面所述，可以发现将带有负延迟的补偿薄膜靠近液晶单元12更有利。
图41A到41C是图37A到图37C中液晶显示器的变型示图。偏振片20和22的设置角从图37A中示意的数值变化而来。偏振片20和22设置为方位角为45°和135°，λ/4片24和26以加号方式排列。在这种情况下，对比度曲线表示出对比度不小于5的范围如图41B所示，它和图37B中的实施方案相比较延伸。根据T-V特性，可以理解高电压侧亮度的降低没有这么多，灰度特性优良，如图41C所示。
图42A到42C是图37A到图37C中液晶显示器的变型示图。在该排列中，TAC膜作为副补偿膜48和50分别在液晶单元12和λ/4片24和26之间排列。由于前面所述，可能在获得高对比度(根据图41B和42B描述的数据)的情况下扩展视角范围。但是，在T-V特性中，高压侧亮度变低，倾向于发生灰度反转。
图43A到43C是图37A到图37C中液晶显示器的变型示图。在该排列中，偏振片20和22的角度被优化，使得对比度最大情况下的方位视角被设置在垂直和水平。在这种情况下，假设延迟板(λ/4)24和26是理想的单轴薄膜来计算。在入射侧的偏振片22的吸收轴22A的方向被设置在方位角145°，采用交叉尼科耳(Cross-Nicol)排列进行排列。靠近偏振片22的延迟板26的慢轴26A的方向被设置在方位角10°，也就是，靠近偏振片22的延迟板26的慢轴26A的方向被设置成和入射侧的偏振片22的吸收轴22A成45°角。延迟板24的慢轴24A被设置在方位角100°，也就是，延迟板24的慢轴24A被设置成使得延迟板24和26的慢轴24A和26A彼此垂直。在该排列中，没有提供补偿薄膜。
图44A到44C是图43A到43C中液晶显示器的变型示图。在该排列中，在偏振片20和22和延迟板24和26之间形成的角相对于图43A到43C中的角混合，TAC薄膜作为负补偿层48和50分别被层压在液晶单元12和延迟板24和26中间。由于前面所述，视角范围相比于图43A到43C中所示的视角范围扩展。延迟板24(26)和48(50)可以是一个板，或者是板24(26)可以有负延迟，延迟数值几乎和延迟板24(26)和延迟板48(50)的负延迟之和相等。
在前述的实施方案中，关于一个象素分成四个区域的分开排列做了解释。下面对一个象素分成两个区域的分开排列进行解释。关于两分分开排列，排列被分成了两部分，也就是说，垂直的上和下部分。液晶分子加压的情况下，象素上半部分的液晶分子向下方位角倾斜，象素下半部分的液晶分子向上方位角倾斜。
图45A到45C是图37A到图37C中液晶显示器的变型示图。偏振片20和22做交叉设置，延迟板24和26分别设置在方位角45°和135°。
图46A到46C是图45A到45C中液晶显示器的变型示图。图37A到图37C显示了四分分开排列的情况。另一方面，图46A到46C显示了两分分开排列的情况。偏振片和膜的排列与图37A中的排列相同。作为负补偿层48和50的薄膜被分别层压在液晶单元12和延迟板24和26之间。
图47A到47B是图37A到图37B中液晶显示器的变型示图。在该排列中，偏振片20和22和延迟板24和26的角度设置被改变使得视角特性相对于水平方向和垂直方向被做成对称的。入射侧偏振片22的吸收轴22A设置在方位角120°。与偏振片22相近的延迟板26的慢轴26A被设置在方位角75°，延迟板24的慢轴24A设置在方位角-15°，射出侧偏振片20的吸收轴20A被设置在方位角30°。
图48A到48C是图47A到47B中液晶显示器的变型示图。TAC薄膜作为负补偿层，48和50分别被层压在液晶单元12和延迟板24和26中间。入射侧偏振片22的吸收轴22A设置在方位角155°。与它相近的延迟板26的慢轴26A被设置在方位角20°，延迟板24的慢轴24A设置在方位角110°，射出侧偏振片20的吸收轴20A被设置在方位角65°。由于前面的描述，对称性失去了，但是，可能实现宽范围的对比度。
图49A到49C是图37A到图37C中液晶显示器的变型示图。设计出这种排列使得液晶层18的延迟彻底取消了，偏振片20和22的视角范围被最大化，进一步，由于延迟板24和26造成的光泄漏最小化了。排列从在背光一侧的偏振片开始解释。偏振片22的吸收轴22A的一个角度设置在方位角135°，λ/4板26的慢轴26A被设置在方位角0°，四分分开排列的液晶单元12的排列方向被设置在方位角45°，135°，225°和315°。接下来，为了彻底的取消垂直排列的液晶层18的双折射，设置了一个带有坐垫轮廓形状折射率的光层52(And和液晶层的完全相同)。λ/4板24的慢轴24A被设置在方位角90°，设置了一个单轴光层(在图中描述的就象是橄榄球型)，它带一个与衬底垂直的慢轴。接着，薄膜56，它是一个单轴薄膜其延迟是140nm，它设置成使慢轴56A被设置在方位角135°，然后偏振片20如此排列使得吸收轴20A被设置在方位角45°。在这种情况下，就获得了相对垂直方向和水平方向的对称特性，进一步，即使倾斜角度45°的方位角，对比度不小于10的倾斜视角的范围是50°。在该情况下，更可取的情形是，象座垫的轮廓的光层52的延迟，和液晶层18的延迟一样。当延迟设置在±10％的范围内，可以延伸好的对比度的范围。
图50A到50C是图49A到49C中液晶显示器的变型示图。该变型和作偏振片20和24角度设置的图49A中的实施方案不同。排列将从位于背光侧的偏振片22解释。偏振片22的吸收轴22A设置在方位角0°，λ/4板26的慢轴26A设置在方位角45°，液晶单元12的四分分开排列的排列方向设置在方位角45°，135°，225°和315°。接下来，为了彻底的取消垂直排列的液晶层的双折射，设置了一个带有座垫的轮廓形式折射指数的光层52(Δnd和液晶层的完全相同)，然后，λ/4板24的慢轴24A设置在方位角135°。接下来，设置了单轴光层54，它的轮廓在图中表示的如橄榄球形，它的慢轴和衬底垂直。接下来，设置了薄膜56，它是一个单轴薄膜，其延迟是140nm，其慢轴56A设置在方位角0°。然后，偏振片20以其吸收轴20A作方位角为90°设置的方式作了设置。在这种情况下，对比度最高时的方位角被置换，它是与垂直和水平成45°，但是对比度变为5的情形下倾斜视角在最坏的情形下是75°，就可能实现宽视角范围。
图51A到51C是图37A到图37C中液晶显示器的变型示图。在图49A到图49C中的实施方案中，排列被分成四，但是在这个实施方案中，排列被分成了二。基本上，和图49A到49C中实施方案相比，该实施方案以这么一种方式组成排列的方向是90°和270°，也就是，排列被分成了2部分，偏振片20和22的排列，用于改进视角的薄膜52，54和56以及λ/4板和图49A到49C中的一样。当检查视角特性时，关于对比度比率的视角特性，该实施方案的特性比图49A到49C中实施方案的特性好。另一个方面，当检查T-V特性时，加压应用情况下T-V特性的波动比图49C中的变大。所以，可以理解在显示一个中间色调时的视角特性是差的，但是可以考虑到二分分开排列的排列容易比四分分开排列的排列制造。
图52A到52C是图37A到图37C中液晶显示器的变型示图。和图50A到50C中所示实施方案相比，在该实施方案中，偏振片20和22以及补偿薄膜52，54和56的角度设置没有改变，液晶层12的排列被分成了2部分，其排列方位角设置在90°和270°。
图53A到53C是图37A到图37C中液晶显示器的变型示图。在前面描述的实施方案中，一个单轴定向膜，特别是一个光单轴膜，被用于λ/4板24和26。另一个方面，在本实施方案中，一个薄膜，其负延迟(＝(nx+ny)/2-nz)为0，被用于λ/4板24和26。当检查该情况下对比度比率的视角特性时(示于图53B)，对比度10的线看不见，在方位倾斜角80°的范围内可以实现优良的视角特性。关于薄膜，其负延迟为0，可以使用Nitto Denko Co.生产的NZ薄膜，和市场上有售的Sumitomo Kagaku Co.生产的SZ薄膜。关于负延迟(＝(nx+ny)/2-nz)，当它设置在0±20nm，就可能实现一个特别宽的视角。此外，当位于一侧的偏振片的吸收轴和相位薄膜56的慢轴被设置成彼此垂直时，相位薄膜56靠近偏振片20设置。关于相位薄膜56表面上延迟的数值，当相位薄膜56靠近一对偏振片排列时，数值设置在不小于25nm和不大于70nm的范围。当相位薄膜56仅在一侧靠近偏振片排列时，数值设置在不小于60nm和不大于160nm的范围(在该例子中140nm)。此外，在垂直方向有正性光各向异性的薄膜52被放在衬底上，位置在λ/4板26和偏振片22之间。在这种情况下，延迟的数值被设置在不小于80nm和不大于300nm的范围内。数值最好设置在90nm±10nm。在该情况下，就可能实现如图53B所示的特别宽的视角。板54的延迟[＝{(nx+ny)/z-nz}×d]几乎等于垂直排列的2C单元12(Δn.d)的延迟。
图54显示了实现四分分开排列的调整方向和此时实现的液晶分子的排列方向之间的关系。实线箭头18I和18J显示了在TFT衬底侧的液晶分子倾斜的方位角，虚线箭头18K和18L显示了在CF衬底侧的液晶分子倾斜的方位角。通过这些排列调节手段，倾斜液晶分子的作用被施加为如粗线18C，18D，18E和18F所示。调节排列方位角所获得的结果用粗线18M标示出来。在这种情况下，特征的东西是粗线18C，18D，18E和18F的方向和粗线18M的方向不一致。在该情形下，在通过粗线18C，18D，18E和18F标示的排列调节方位角的中间区域，液晶分子的排列被导向这样的方位角使得排列调节方位角的中间区域可以均衡的分为两个。所以，当观看全部的象素时，它就朝象素的中间倾斜，就像是郁金香的花瓣。也就是说，它向象素的中间倾斜就像是盛开的郁金香的花瓣方向朝外。
图55是当偏振片设置形成十字形时正面传输光线数量的分布示图。如图所示，一个黑色十字区域存在于象素的中心。所以，可能获得一个亮的显示。这种情况下当λ/4板设置在液晶层的两侧时，可能实现亮显示。
关于图54中调节排列的方法，已经使用光排列方法和研磨方法。如上所解释，当本发明使用时，就可能实现亮显示，就可能实现具有宽视角的液晶显示器。
图56是本发明的第四实施方案的液晶显示器示图。图57A和57B是用于解释图56中特殊方向光线散射薄膜行为的示图。图58A到58C是显示液晶分子排列和排列被分开的液晶显示器的透过率的示图。在图56中，液晶显示器10包括一个液晶单元12，第一第二偏振片20和22，一个特殊方向光线散射薄膜60，和视角改进薄膜62。偏振片20和22由偏振层20p和22p以及保护层20q，20r，22q和22r组成，如图39A示。示于图56的保护层20r包含一部分偏振片20。
液晶单元12包括排列在第一第二衬底中间的液晶层18，如图1示。液晶层18由一个垂直排列型液晶组成。液晶单元12被分开排列。也就是说，液晶单元12包括至少在一个衬底的电极上提供的结构或缝隙，所以在结构或缝隙一侧的液晶分子的排列状况与在结构或缝隙另一侧的液晶分子的排列状况不同。关于结构或缝隙，可以运用所有的前面已经解释过的结构或缝隙。
图58A到58C显示了在四种不同排列状况下的液晶分子18c，18d，18e和18f，以及所加电压和透射光线的数量之间的关系。图58A显示了当施加了一个相对低的电压，例如如58C中的电压V1，以及沿法线方向观看图像区域时，液晶分子18c，18d，18e和18f的排列状况。图58B显示了当施加了同样的电压V1和在倾斜的方向观看时，液晶分子18c，18d，18e和18f的排列状况。在图58C中曲线TA是图58B中的液晶分子18c和18e的排列的T-V曲线，曲线TF是图58B中的液晶分子18d和18f的排列的T-V曲线，曲线TN是图58A中的所有液晶分子平均排列的T-V曲线。从图58C中可以看到，当施加一个相当低的电压V1和在倾斜的方向观看图像区域时，亮度比在法线方向观看时变得亮了。在施加一个相对低的电压V1的情况下，预计相对于层次或灰度的相对暗的显示能实现，但是显示在一定的视角内变白了。这种现象在视角改进薄膜62被包括时变的显著了。
示于图56中的液晶显示器10适于通过提供一个特殊方向光散射薄膜60来解决上述问题。通过一个特殊方向光散射薄膜60，光在一个特定的方向散射，光线在其他的方向轻微散射。一个特殊方向光散射薄膜60的例子就是由Sumitomo Kagaku Co.生产的Nimisty。
图57A显示了一种情况，该情况下没有特殊方向光散射薄膜60的液晶显示器10被在倾斜方向观看，图57B显示了一种情况，该情况下有特殊方向光散射薄膜60的液晶显示器10被在倾斜方向观看。在图57A所示的情况下，倾斜穿过液晶层12的光线进入观察者的眼睛。该情形下观察者看到如上所描述的白色显示。在图57B所示的情况下，与特殊方向光散射薄膜60在法线方向入射的光线被在倾斜向上的方向散射。所以，在法线方向穿过液晶层12的光线，和倾斜穿过液晶层12的光线同时进入观察者的眼睛。相应的，对观察者而言就可能基本象在法线的方向下观察的那样看到图像区域。为了减小在法线方向下穿过液晶层12的光线中和倾斜穿过液晶层12的光线之间的视差，将特殊方向光散射薄膜60放置在靠近偏振片20光射出一侧比较有利。
例如，视角改进薄膜62是上面实施方案中描述的延迟板(λ/4板)24和26。当偏振片20和22以及延迟板(λ/4板)24和26彼此结合起来，就产生了圆偏振，亮度也如上所述提高了。在这种连接中，在图56所示的排列中，视角改进薄膜62仅仅在一个衬底14上提供，但是当然视角改进薄膜62可以在另一个衬底16上提供。进一步，视角改进薄膜62可以是图39到图53所示的薄膜48，50，52，54，和56中的一个。也就说，视角改进薄膜62由一个单轴定向薄膜，一个双轴定向薄膜或一个带负延迟的薄膜组成。
图59是图56中所示液晶显示器的一个变型的示图。在图56中，特殊方向光散射薄膜60在靠近偏振片20光射出一侧排列，视角改进薄膜62靠近衬底14排列。另一个方面，在图59中，特殊方向光散射薄膜60靠近衬底14排列，视角改进薄膜62在靠近偏振片20光射出一侧排列。该实施方案的作用和图59中实施方案的作用一样。
关于特殊方向光散射薄膜排列的位置，当视角改进薄膜靠近液晶层排列，和光散射薄膜排列在该视角改进薄膜和偏振薄膜之间排列时，可以提供一个特别好的视角特性。基本上，视角改进薄膜用于消除液晶相对于液晶层倾斜入射光线的光效应。但是，当光散射薄膜在靠近液晶层排列时，与液晶层垂直入射的光线被散射，倾斜透过视角改进薄膜。在这种情况下，尽管与液晶层垂直入射的光线不受液晶层的光行为影响，但视角改进薄膜展示出了光效应。也就是，它起作用造成光泄漏，这使情况变得更坏。
图61是第五个实施方案的液晶显示器示图。图62是解释图61中的液晶显示器的偏振片的偏振轴和延迟板的光轴的示图。液晶显示器10包括一个液晶单元12，第一第二偏振片20和22，第一第二延迟板24和26。每个第一第二延迟板24和26有一个与衬底表面面平行的光轴24A和26A，延迟是基本上λ/4。第一延迟板24的光轴24A和第二延迟板26的光轴26A垂直。第一第二偏振片20和22的偏振轴20A和22A与第一第二延迟板24和26的光轴24A和26A成45°排列。电压加在电极28和32之间。
液晶单元12有一个介于第一第二衬底14和16之间的液晶层18。液晶层18包括在树脂72中分散的液晶滴70。有液晶滴70和树脂72制成的液晶层的液晶显示器，被称为聚合物分散型液晶显示器。但是，应当指出的是本发明不仅仅限制于聚合物分散型液晶显示器，本发明可以被应用到液晶层中液晶滴70共存于树脂72中的另一种类型的液晶显示器。
图63是不加电压时液晶滴70中的液晶分子的排列状态的示图。液晶分子向所有的排列方向排列。当这种状态下加压时，液晶分子在液晶滴70中与衬底表面垂直排列。
图64是不加电压时图63中显示的液晶分子的排列状况下的一个显示示图。液晶分子相对衬底表面完全自由排列。所以当偏振片20和22以一个交叉尼科耳排列和λ/4板排列时，一个白色显示产生了。
图65是一个带有偏振片20和22但没有延迟板24和26的传统液晶显示器的示图。如图63所示，液晶分子在液晶滴70a中所有的排列方向排列，偏振片20和22的吸收轴20A和22A彼此垂直排列。所以，在液晶分子与吸收轴20A和22A同方向排列的部分，显示变黑，和图4和9中的黑线36一样。
根据本发明，通过提供延迟板24和26，可以消除图65中黑色显示部分，实现一个图64中亮的显示。
为了实现聚合物分散型液晶显示面板，尝试这样的方法，氟树脂和一种紫外线型固化树脂以8∶2的比例彼此混合，使液晶滴的大小可以增长得尽可能的大。可以使用带有正电介常数各向异性的液晶。选择性的，可能使用带有负电介常数各向异性的液晶。在应用带有正电介常数各向异性液晶的情况下，希望在不加压时，液晶分子平躺。所以，没有必要涂一个排列薄膜并且树脂和液晶混合物被填充进洗过的衬底之间。在应用带有负电介常数各向异性液晶的情况下，加压时液晶分子平躺。所以不加压时，对于液晶分子有必要在垂直方向排列。由于前述的，一个带有垂直排列性能的聚酰亚胺膜被涂覆在衬底上。
当填充了带有树脂的液晶混合物以后，照射紫外线使树脂固化。在这个过程中，液晶和树脂彼此分开液晶滴70形成。
图66是本发明的第六个实施方案的液晶显示器示图。图67是解释图66中液晶显示器的偏振片的偏振轴和延迟板的光轴的示图。液晶显示器10包括一个液晶单元12，第一第二偏振片20和22，第一第二延迟板24和26。每个第一第二延迟板24和26都有一个与衬底表面面平行的光轴24A和26A，延迟基本上是λ/4。第一延迟板24的光轴24A和第二延迟板26的光轴26A垂直。第一第二偏振片20和22的偏振轴20A和22A与第一第二延迟板24和26的光轴24A和26A成45°排列。电压加在电极28和32之间。
液晶单元12包括一个排列在第一第二衬底14和16中间的液晶层18。液晶层18包括分散在一个聚合体网络76中的液晶74。带有由液晶74和聚合体网络76组成液晶层18的液晶显示器，称为聚合物网络型液晶显示器。液晶是带有负电介常数各向异性垂直排列型的液晶。第一衬底14是一个颜色过滤衬底，第二衬底16是一个TFT衬底。
在应用如上所述的垂直排列型液晶和线性结构30和34以及缝隙38的分开排列中，可能会遇到这种问题，当一部分液晶分子和偏振片的偏振轴在加压情况下彼此重合时，亮度可能会降低。所以提供了延迟板(λ/4)，亮度可以被提高。但是，当这种技术应用于个人笔记本型电脑时，图像区域必须变得更亮。如果在显示区域提供线性结构30和34以及缝隙38，显示区域开口率降低，就变得不可能提供足够高的亮度了。所以，当仅仅在总线和辅助电容线上提供线性结构30和34以及缝隙38时，显示区域开口比率上升，就变得有可能提供充分高的亮度。但是，在该情形下，在线性结构30和线性结构34之间的间隔或是线性结构30和缝隙38之间的间隔延伸得太长，液晶的倾斜花长时间扩散。结果，响应的速度变低了。这个问题可以通过该实施方案解决。
形成聚合体网络76使得液晶74的液晶分子的预倾斜和加压情况液晶分子的倾斜方向可以调控，它被称作聚合体稳定化。聚合体网络76是一个聚合化结构，当一个液晶型或非液晶型单体通过紫外光或热的作用被聚合时，这种聚合结构就形成了。聚合体网络76作为一个结构被固化，该结构在聚合化的过程中有特定的排列。因此，在聚合体网络76中，当液晶滴74的液晶分子伴随着预倾斜在垂直方向基本上排列并且电压加到液晶分子的情形下时，液晶分子在一定方向(预倾斜方向)倾斜，它被聚合体网络76以很快的响应调节。
组成聚合体网络76的单体是由紫外可固化型或是热设定型单体制成。更可取的是组成聚合体网络76的单体是一个双功能性丙烯酸脂或是一个双功能性丙烯酸脂和单功能性丙烯酸脂彼此混合的混合物。更可取的是被聚合体网络76调节的液晶分子的预倾斜角度不小于80°。
聚合体网络76的稳定化处理用图68中的方法进行。液晶单元12以这么一种方式组成使得液晶单体被插在衬底14和16之间。当电压加在液晶单元12的电极28和32上时，液晶单元12被紫外线(uv)照射，使液晶单体经历光聚合作用。这样，液晶单体被聚合。由于加压时，聚合被引入，液晶分子就以和通常分开排列型的液晶显示器相同的方式向线性结构30和34以及缝隙38排列。
当为稳定化处理而引入的电压施加被停止时，液晶分子被固化的聚合体所调节，保持在一个预定方向排列的状态。这样，液晶就预倾斜。在这种情形下，即使不提供线性结构30和34以及缝隙38，总线和辅助电容电极的突起以和线性结构30和34以及缝隙38相同的方式起作用。所以，液晶分子被预倾斜，在此情况下，液晶分子的行为不被响应速度影响。所以，液晶分子可以花费一个相对长的时间做预倾斜。
在该连接中，尽管聚合体网络76被设置成固化状态，但它不是一个完全的固体。所以，在液晶显示器应用中，当电压加在聚合体网络76上时，液晶分子根据预倾斜相对于衬底表面做倾斜。在这个时候，全部的液晶分子都已经预倾斜了。所以响应速度很高。
预倾斜的角度取决于要加入的单体的数量，光聚合起始剂量，以及照射紫外线的数量和所加的电压。为了保持垂直排列型液晶的特性，更可取的是预倾斜角度不小于80°。
图69是液晶显示器应用情况下灰度响应速度之间关系的示图。曲线X显示了本发明情形下的响应速度，曲线Y显示了聚合体网络76不受稳定化处理情形下的响应速度。液晶单体是1.8wt％，为稳定化所加的电压是5.4V。根据本发明，液晶显示器用于显示的响应性能相当大的提高了。
图70A到70D是一个用于图66中所示液晶显示器的分开排列的结构的示图。提供了带有电极28和32以及垂直排列薄膜29和33的颜色滤波衬底14和TFT衬底16。尽管排列薄膜没有在上述的实施方案中示出，但提供了和图70中垂直排列薄膜相似的排列薄膜。此外，栅总线40和辅助电容电极46在图70中示出。
在图70A所示的结构中，没有提供线性结构30和34以及缝隙38。这种情况下的稳定化管理，栅总线40和辅助电容电极46担当突起结构的作用。在图70B中，仅在颜色滤波衬底14上提供了线性结构30。线性结构30在与辅助电容电极46相应的位置被提供。所以，线性结构30对显示区域开口比率没有影响。
在图70C中，在颜色滤波衬底14上提供了线性结构30，在TFT衬底16上提供线性结构34。线性结构30在与辅助电容电极46相应的位置被提供，线性结构34在与栅总线40相应的位置被提供。所以，它们在显示区域开口比率上没有影响。
在图70D中，在颜色滤波衬底14上提供了线性结构30，在TFT衬底16上提供了缝隙38。线性结构30和缝隙38以小于图70C中所示实施方案中的间隔的间隔进行排列。例如，线性结构30和缝隙38可以按照图38中所示的图案或其他的图案排列。
如上面解释的，根据本发明，就可能提供一种高亮度的液晶显示器，通过它观察者可以在一个宽的视角范围内看到优秀的图像区域。
权利要求
1.一种液晶显示器，包括包含一对衬底和在一对衬底之间排列的液晶层的液晶单元；排列在液晶单元两侧的第一和第二偏振片；排列在液晶单元和第一偏振片之间的第一延迟板；排列在液晶单元和第二偏振片之间的第二延迟板；第一和第二延迟板的每一个具有一个与衬底表面面平行的光轴和一个基本上为λ/4的延迟，第一延迟板的光轴和第二延迟板的光轴垂直；第一和第二偏振片有与第一和第二延迟板的光轴成45°角排列的偏振轴；液晶单元具有多个象素，多个象素如此布置使得每一象素至少包括第一和第二区域，其中在第一区域的液晶排列不同于在第二区域的液晶排列；液晶单元的液晶为垂直排列型，液晶单元包括至少在一个衬底的电极上或电极中排列的结构或缝隙，由于提供所述结构或缝隙，每一象素被至少划分为所述第一和第二区域，使得位于结构或缝隙一侧的液晶分子的排列状况和位于结构或缝隙另一侧的液晶分子的排列状况不同；成对衬底至少其中一个具有导电线性结构，该导电线性结构相对于电极的基本平坦的表面凸起。
2.一种液晶显示器，包括包含一对衬底和在一对衬底之间排列的液晶层的液晶单元；排列在液晶单元两侧的第一和第二偏振片；排列在液晶单元和第一偏振片之间的第一延迟板；排列在液晶单元和第二偏振片之间的第二延迟板；第一和第二延迟板的每一个具有一个与衬底表面面平行的光轴和一个基本上为λ/4的延迟，第一延迟板的光轴和第二延迟板的光轴垂直；第一和第二偏振片有与第一和第二延迟板的光轴成45°角排列的偏振轴；液晶单元具有多个象素，多个象素如此布置使得每一象素至少包括第一和第二区域，其中在第一区域的液晶排列不同于在第二区域的液晶排列；液晶单元的液晶为垂直排列型，液晶单元包括至少在一个衬底的电极上或电极中排列的结构或缝隙，由于提供所述结构或缝隙，每一象素被至少划分为所述第一和第二区域，使得位于结构或缝隙一侧的液晶分子的排列状况和位于结构或缝隙另一侧的液晶分子的排列状况不同；在延迟板的面内延迟不小于120nm且不大于160nm。
3.根据权利要求2的液晶显示器，其中偏振片的吸收轴和液晶分子的排列方向或倾斜方向之间的角度不小于5°，对比率的视角特性相对于水平和/或垂直方向对称。
4.根据权利要求2的液晶显示器，其中，至少一个带负延迟的光层排列在延迟板和液晶单元之间或是延迟板和偏振片之间。
5.一种透射型液晶显示器，包括包含一对衬底和在一对衬底之间排列的液晶层的液晶单元；设置在液晶单元每一侧的第一和第二偏振片；设置在衬底之一和偏振片之一之间或设置在偏振片外侧、造成入射光线在特定方向各向异性地散射的薄膜；液晶单元具有多个象素，多个象素如此布置使得每一象素至少包括第一和第二区域，其中在第一区域的液晶排列不同于在第二区域的液晶排列；以及液晶单元的液晶为垂直排列型，液晶单元包括在至少一个衬底的电极上或电极中排列的结构或缝隙，由于提供所述结构或缝隙，每一象素被至少划分为所述第一和第二区域，使得位于结构或缝隙一侧的液晶分子的排列状况和位于结构或缝隙另一侧的液晶分子的排列状况不同。
6.根据权利要求5的液晶显示器，进一步包括单轴延伸薄膜、双轴延伸薄膜、和带负延迟的薄膜中的至少一个，使得液晶显示器的视角特性可以被改善。
7.一种液晶显示器，包括包含一对衬底和在一对衬底之间排列的液晶层的液晶单元，液晶单元的液晶为垂直排列型；布置在液晶单元两侧的第一和第二偏振片；排列在液晶单元和第一偏振片之间的第一延迟板；排列在液晶单元和第二偏振片之间的第二延迟板；第一和第二延迟板的每一个具有一个与衬底表面面平行的光轴和一个基本上为λ/4的延迟，第一延迟板的光轴和第二延迟板的光轴垂直，延迟板的负延迟((nx+ny)/2-nz)基本为零；设置在液晶单元上或液晶单元附近、具有nx＝ny＞nz的折射率关系的第一光学板，第一光学板具有与液晶层的延迟数值相同符号相反的延迟；具有nx＝ny＜nz的折射率关系的第二光学板，所述第二光学板或其一部分设置在第一偏振片上或附近；以及设置在第二偏振片上或第二偏振片附近、具有nx＞ny＝nz的折射率关系的第三光学板。
8.根据权利要求7的液晶显示器，其中，第二光学板的延迟不小于80nm且不大于300nm。
9.根据权利要求7的液晶显示器，其中，第三光学板的延迟不小于25nm且不大于160nm。
全文摘要
一种液晶显示器包括一个液晶单元，偏振片，排列在液晶单元和第一偏振片之间的第一延迟板，和排列在液晶单元和第二偏振片之间的第二延迟板。每个延迟板有一个和衬底表面面平行的光轴和基本上λ/4的延迟。一个延迟板的光轴和另一个延迟板的光轴垂直。偏振片的偏振轴和延迟板的光轴成45°角排列。液晶单元排列成使得液晶分子排列状况在加压情况下随着极角的变化和/或方位角的变化而变化。
文档编号G02F1/1337GK1690800SQ20041009733
公开日2005年11月2日 申请日期2002年3月13日 优先权日2001年4月4日
发明者吉田秀史, 冈元谦次, 千田秀雄, 佐佐木贵启, 花冈一孝, 田昭清治, 仲西洋平, 井上雄一 申请人:富士通显示技术株式会社