专利名称：具有中性暗态的液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学显示器，更具体地涉及和偏振器一起使用的改进型液晶显示器。
背景技术：
液晶显示器(LCD)是应用在例如便携式计算机、手持式计算器和数码手表等设备中的光学显示器。典型的液晶显示器包括布置于一对吸收性偏振器之间的液晶显示器层和电极矩阵。对于颜色显示器，液晶显示器通常还包括滤色镜。通过利用电极矩阵施加电场，改变液晶显示器单元部分的光学状态。改变了的液晶光学状态和偏振器的结合，导致在液晶显示器上出现偏振光的像素，以形成预期的图像。
典型的液晶显示器包括靠近观察者的前偏振器和远离观察者的液晶显示器另一侧上的后偏振器。这些偏振器是平面偏振器，它们对一个偏振定向的光的吸收程度比对与该偏振定向正交的偏振定向的光的吸收程度更强。在液晶显示器内，前偏振器的透射轴通常与后偏振器的透射轴交叉。
许多的商业性关注集中在平板显示器的研制和改进上，尤其是薄的、紧凑的平板显示器。在塑料平板显示器的设计中，遇到的一个问题是“黑点”的出现，“黑点”是穿过塑料显示器材料渗入的气体在液晶材料中形成的气泡产生的。另一个与塑料平板显示器相关的问题是，液晶显示器单元的湿气污染。在传统的液晶显示器中，通过使用低渗透性玻璃基片替代塑料来避免这些问题。至于塑料平板显示器，通过向液晶显示器结构和/或塑料基片添加额外的气体和湿气阻挡解决这些问题。然而，添加这种气体和湿气阻挡层增加了显示器的厚度、重量以及成本。
合成偏振膜形式的偏振器比较容易制造和加工。通常，吸收性偏振膜优选地吸收其电矢量沿着称为吸收偏振态的方向的光，和透射与所述吸收偏振态正交偏振的、称为透射偏振态的偏振光。这个特性被称为二向色性。
吸收性偏振器包括H-型(碘)偏振器和染料偏振器(dyestuffpolarizer)。例如，H-型偏振器是包括聚乙烯乙醇-碘复合体的合成二向色性偏振膜。这种化学复合体被称为发色团。H-型偏振器的原材料为水溶性高分子重量物质，并且产生的膜具有相对较低的湿度和热阻，当其暴露于周围大气环境时，趋向于卷曲、脱落或者以其它方式翘曲。另外，H-型偏振器固有地不稳定，在偏振器的两侧都需要保护覆层(三乙酸纤维素层)，以防止在正常工作环境中偏振器的性能下降。H-型偏振器一般用于液晶显示器。
发明内容
要求H-型偏振器包括保护覆层增加了液晶显示器的厚度。在一些情形中，该保护覆层还显示了不期望类型的双折射率，导致了显示器的暗态带有颜色，还导致显示器的有用视角减小。因此，需要改进与某些液晶显示器一起使用的类型的偏振器，以减小厚度、使暗态的颜色更加中性以及保持显示器的大的视角。
本发明涉及偏振器与液晶显示器(LCD)单元的一起使用，其中该液晶显示器单元的液晶分子在单元的平面内切换(面内切换SIP)。面内切换的液晶显示器具有与其它类型的液晶显示器单元不同的双折射特性。因此，引进双折射特性的吸收性偏振器与面内切换的液晶显示器一起使用降低了图像对比度，并且引进了不期望的色偏。低双折射率偏振器与面内切换的液晶显示器单元的一起使用保持了图像对比度，并且未引进色偏。
在一个实施例中，本发明涉及包括面内切换(SIP)的液晶显示器(LCD)单元的液晶显示器。第一吸收性偏振器被布置在液晶显示器单元的第一侧上。第一吸收性偏振器包括对偏振敏感的吸收材料层，并且位于对偏振敏感的吸收材料层与液晶显示器单元之间的材料层无三乙酸纤维素(TAC)。
本发明的另一个实施例涉及一种液晶显示器，该液晶显示器包括面内切换(SIP)的液晶显示器单元和布置在液晶显示器单元第一侧上的第一吸收性偏振器。第一吸收性偏振器具有包括至少吸收性偏振器层的一个或多个层。第一吸收性偏振器和液晶显示器单元各自平行于由正交的x-轴和y-轴限定的x-y平面。z-轴与x-轴和y-轴都正交。第一吸收性偏振器限定了光穿过第一吸收性偏振器透射的透射偏振方向。透射偏振方向与x-轴平行。第一吸收性偏振器的x-z延迟系数bxz total由如下公式限定bxz total＝∑(nxi-nzi)li其中，nxi是平行于第一吸收性偏振器的第i层中的x-轴偏振的光的折射率，nzi是平行于第一吸收性偏振器的第i层中的z-轴偏振的光的折射率，li是第一吸收性偏振器的第i层在z-方向的厚度，i是表示第一吸收性偏振器的不同层的整数。bxz total＝∑(nxi-nzi)li的绝对值小于20纳米。
本发明的另一个实施例涉及一种液晶显示器，该液晶显示器包括面内切换(SIP)的液晶显示器(LCD)单元；和布置在液晶显示器单元第一侧上的第一吸收性偏振器。第一吸收性偏振器具有吸收性偏振器层。第一吸收性偏振器和液晶显示器单元各自平行于由正交的x-轴和y-轴限定的x-y平面，z-轴与x-轴和y-轴都正交。第一吸收性偏振器限定了光透射穿过第一吸收性偏振器的透射偏振方向。透射偏振方向与x-轴平行。平行于吸收性偏振器层中的x-轴偏振的光的折射率为nx，平行于吸收性偏振器层中的z-轴偏振的光的折射率为nz。Δnxz＝nx-nz的绝对值小于0.0005。
本发明上述概要未打算描述本发明每个示出的实施例或每一个应用。下面的附图和详细的描述更具体地说明了这些实施例。
结合附图考虑到下面关于本发明不同实施例的详细描述可以更完整地理解本发明，其中附图1示意性地示出了使用H-型吸收性偏振器的现有技术的液晶显示器(LCD)；附图2示意性地示出了面内切换(SIP)的液晶显示器；附图3示意性地示出了根据本发明原理使用内部偏振器的面内切换的液晶显示器的实施例；附图4示意性地示出了材料层内的双折射；附图5A展示了在不同角度穿过根据本发明原理使用内部偏振器的面内切换的液晶显示器的光的计算透射；附图5B展示了在不同角度穿过使用带有三乙酸纤维素层的偏振器的面内切换的液晶显示器的光的计算透射；附图6展示了对于各种颜色，具有偏振器的面内切换的液晶显示器的颜色分布的试验结果，其中所述偏振器都带有或都不带有三乙酸纤维素层。
本发明可以具有各种变型和替代形式，其中的特例通过附图中的实例示出并被详细描述。然而，应当理解，本发明不限于描述的具体实施例。相反，本发明将覆盖落入由所附权利要求书限定的本发明的实质和范围内的所有变型、等同物和替代物。
具体实施例方式
本发明可应用于液晶显示器(LCD)，特别可应用于其液晶在显示器平面内切换的液晶显示器。与使用具有三乙酸纤维素层的吸收性偏振器的液晶显示器相比，使用双折射率减少的吸收性偏振器改善了视角，并且保持了在暗态的颜色的中性。
在附图1中示意性地示出使用H-型偏振器的传统液晶显示器(LCD)层叠结构100。液晶显示器单元102通常由夹在两个玻璃板之间的液晶(LC)层形成。液晶显示器单元102的上表面和下面表提供有粘合剂层104、106，如压敏粘合剂，以将偏振器结构108和110固定在液晶显示器单元各个表面上。H-型偏振器108和110各自包括含有碘的吸收性偏振器层109、111，还包括三乙酸纤维素(TAC)层112、114、116、118，作为涂在或层压在吸收性偏振器层109和111的两个表面上的保护覆层。液晶显示层叠结构100还可以包括透射反射器或反射器120，用于提高液晶显示器的亮度和对比度。透射反射器或反射器120可以通过粘合剂层122，如压敏粘合剂，连接到显示器的背面，透射反射器或反射器的作用是提高液晶显示器的亮度和对比度。吸收性偏振器层109和111各自通常具有大约20微米的厚度，而三乙酸纤维素层112、114、116、118各自典型有大约80微米厚，且压敏粘合剂层122通常具有大约25微米的厚度。
对于应用在如液晶电视和桌面显示器中的更大的显示板来说，液晶显示器单元目前的发展趋势提出了增加视角的需求。这导致了采用不同于标准扭转向列(TN)或超级扭转向列(STN)液晶显示器单元的液晶显示器。在这里，一类液晶显示器被称为面内切换(SIP)的液晶显示器。面内切换的液晶显示器单元在很多重要方面不同于其它类型的液晶显示器单元，现在参考附图2进行描述。面内切换的液晶显示器单元200由布置在两个覆层204和206之间的液晶(LC)分子层202形成，其中所述覆层通常为玻璃板。吸收性偏振器205通常安装在玻璃板204和206的外侧。电极208安装在玻璃板204和206之一上。电极208位于彼此相同的平面内，不象在例如标准扭转向列显示器或超级扭转向列显示器中，互补电极安装在两个不同的玻璃板上。
示出了未转换状态的液晶分子柱210，此时在电极208a和208b之间没有电压。分子210定向为其长轴平行于玻璃板204和206，但是方向朝向附图中平面外。液晶分子的这种定向的原因是例如通过使用单元200内部的配向层，板204和206中至少一个被动地将分子在该方向上排列。
当电压被施加到一对电极上时，例如电极208c和208d，在电极之间产生电场示意性显示的电场线214用于示出电极208c和208d之间的电场的方向。如液晶分子柱212所示，液晶分子的长轴沿着平行于玻璃板平面内的方向朝着电场线214的方向定向，并且平行于附图平面。不象标准扭转向列液晶显示器，当电压施加到电极对上时，面内切换的液晶显示器的液晶分子并不锚定在下板204上，因此可自由转过90°。液晶分子使其自身与施加的电场对齐，同时保持平行于玻璃板204和206。
该行为不同于例如标准扭转向列液晶显示器的行为，在标准扭转向列液晶显示器中，液晶分子链的一端锚定在玻璃板中的一个上，其它液晶分子尝试着与玻璃板成直角地使自身与在玻璃板之间施加的电场对齐。在标准扭转向列液晶显示器中，所产生的不同位置的液晶分子的定向使标准扭转向列液晶显示器的光学特性随着视角而变化。另一方面，在面内切换的液晶显示器中，由于液晶分子平行于玻璃板的平面，所以在标准扭转向列液晶显示器中具有不同深度的液晶分子的定向变化小。从而，与标准扭转向列液晶显示器相比，面内切换的液晶显示器的光学特性在大得多的视角范围内基本保持不变。面内切换的液晶显示器在所有方向上的视角可高达160°，或更大。
上述的术语面内切换(SIP)的液晶显示器包括按照与参考附图2描述的原理类似的原理操作的、通过更常用的术语表示的多种液晶显示器，所述更常用的术语例如是但不限于面内切换(IPS)的液晶显示器，超面内切换的液晶显示器，边缘场切换(FFS)液晶显示器，超级边缘场切换液晶显示器，铁电液晶显示器及反铁电液晶显示器。
一些偏振器基于光与用于形成偏振片本身的原材料的固有化学结构的交互作用。这些偏振器被称为内偏振器。这种行为与H-型偏振器和其它吸收性偏振器(如色料偏振器)形成对照，这些偏振器需要为偏振片矩阵使用二向色性添加剂。内偏振器还通常薄并且耐用。
一种内偏振器为K-型偏振器，其通常包括基于具有稳定的光吸收发色团浓度的分子定向聚乙烯醇(PVA)片或膜的合成二向色性平面偏振器。K-型偏振器的二向色性来源于其矩阵的光吸收特性，而不是来源于颜料添加剂、着色剂或悬浮结晶物质的光吸收特性。因此，K-型偏振器可以同时具有良好的偏振效率和良好的抗热以及抗湿能力。K-型偏振器在颜色方面还可以非常中性。
被称为KE偏振器的改进的K-型偏振器是3M Company，Norwood，Mass制造的。KE偏振器改进了在恶劣环境条件(如高温和高湿)下的偏振器稳定性。H-型偏振器的光吸收特性是由于在聚乙烯醇和三碘化铁之间形成发色团，与H-型偏振器相比，KE偏振器是通过酸催化加热脱水反应使聚乙烯醇发生化学反应而制成的。生成的发色团包括聚次亚乙烯，生成的聚合物可以被称为乙烯醇和次亚乙烯基的嵌段共聚物。
和H-型偏振器不同，K-型偏振器(如KE偏振器)不需要夹在三乙酸纤维素片之间。因为发色团在聚合物分子内部，所以KE偏振器的聚次亚乙烯发色团是非常稳定的化学个体。该发色团是热稳定的，也对多种溶剂和化学制品有耐腐蚀力。
K-型偏振器(如KE偏振器)相比H-型偏振器具有几个另外的优点。K-型偏振器更薄，并且可以设计成具有可变的透射水平。最值得注意的是，K-型偏振器(如KE偏振器)可以用于需要在恶劣的环境条件下长时间提供高性能的应用中，所述恶劣的环境条件包括高温和高湿，如85℃和85％的相对湿度。在这样极端的环境条件下，H-型偏振器的稳定性大大降低，从而限制了它们在使用于苛刻环境条件下的平板显示器中的应用。
由于K-型偏振器固有的化学稳定性，很多种粘合剂配方(包括压敏粘合剂)能够直接应用于K-型偏振器。而且，单侧塑料支撑就足以为K-型偏振器提供物理支撑，并且因为该支撑能位于液晶显示器模块的光路之外，因此它不需要是光学各向同性的，并且低成本的基片(如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))也是可接受的替代物。此外，能够构造单侧层压制品允许光学结构更薄，使平板显示器元件的设计和制造具有更大的灵活性。另外，通常与H-型偏振器一起使用的三乙酸纤维素覆层引入了双折射。另一方面，K-型偏振器不需要使用三乙酸纤维素层，所以没有将双折射引入显示系统。
附图3示出了根据本发明原理的液晶显示器层叠结构300的一个具体实施例。面内切换的液晶显示器单元302包括布置在两个覆盖层302b之间的液晶层302a，并且可以被涂上粘合剂层304和306，例如压敏粘合剂如Polatechno AD-20，以将偏振器结构固定在液晶显示器单元302上。吸收性偏振器308(例如内偏振器如K-型偏振片或KE偏振片)布置在液晶显示器层叠结构300的观看侧上。吸收性偏振器308可以通过粘合剂层306连接到液晶显示器单元302上。吸收性偏振器308不包括三乙酸纤维素层。K-型偏振片通常具有大约20微米的厚度。重要的是，要减小对偏振敏感的吸收材料层和液晶显示器之间的材料层(如粘合剂层304)的双折射率。然而，因为在对偏振敏感的吸收材料层和液晶显示器覆盖层302b之间的空间之外引入的延迟不如在该空间之内引入的延迟重要，所以在偏振器308的外面可以有三乙酸纤维素层。
除K-型偏振器外，还可以使用其它类型的吸收性偏振器。例如，吸收性偏振器可以是在对偏振敏感的吸收偏振器层和液晶显示器覆盖层之间没有三乙酸纤维素层的H-型偏振器。该吸收性偏振器还可以是有涂层的偏振器，例如如由Optiva Inc.，South San Francisco，CA以产品标签TCFTM制造的带涂层的液晶偏振片。可以使用的其它类型的偏振器包括剪切偏振器(shearing polarizer)和染料偏振器(dye polarizer)。
偏振器308还可以包括支撑基片，支撑基片的形式为面向液晶显示器层叠结构300的观看侧的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)支撑层310。聚对苯二甲酸乙二醇酯支撑层310通常具有大约25-180微米的厚度；可以用作显示器的外盖。然而，该层叠结构300不需要支撑基片，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)支撑层310。例如，KE偏振膜可以自身连接到显示器上。
第二吸收性偏振器312例如是内偏振器(如K-型偏振膜或KE偏振膜)或上述其它类型的偏振器，布置在液晶显示器单元302的另一侧。第二吸收性偏振器312还可以至少在对偏振敏感的吸收材料层和液晶显示器单元302之间没有三乙酸纤维素层，并且可以使用粘合剂层304连接到液晶显示器单元302上。内偏振器312也通常具有大约20微米的厚度。透射反射器或反射器314可以布置在内偏振器312背面，以提高液晶显示器的亮度和对比度。
在用于背光模式时，可以用光源320为显示器层叠结构300提供光。来自光源320的光可以通过光导322直接引导到面内切换的液晶显示器单元302。在入射到透射反射器层314上之前，从光导322侧面出来的光可以通过一个或多个可选的光处理层324。光处理层的实例包括亮度提高层，如可从3M Company，St.Paul，Mineesota获得的BEF和DBEF。控制器326可以连接到液晶显示器单元302上，以控制加在通过液晶显示器单元302的光上的图像。
在液晶显示器层叠结构中使用内偏振器消除了对偏振器保护覆层的需要。用于其它类型偏振器(如H-型偏振器的)的覆层包括布置在偏振器每侧上的三乙酸纤维素层。避免使用三乙酸纤维素保护覆层，导致了液晶显示器层叠结构厚度显著减小。例如，在附图3中示出的包括聚对苯二甲酸乙二醇酯支撑层310和透射反射器或反射器314的液晶显示器层叠结构300，可以比附图1中所示的使用三乙酸纤维素层的对应液晶显示器层叠结构100薄大约300微米。
当与面内切换的液晶显示器一起使用偏振器时，如KE偏振器，会带来其它重要的优点。这些优点发生在视角和图像光的色偏中。现在参考示出了材料层402的附图4进行解释。层402平行于x-y平面。层402的厚度被定义为在z-平面内的尺寸。具有平行于x、y和z平面的电矢量的光的折射率分别被定义为nx、ny和nz。当nx＝ny＝nz时，材料为各向同性的。换句话说，传播通过材料层的光经历相同的折射率，与光的偏振状态和入射角无关。折射率的绝对值不必精确相等以达到各向同性，折射率之间可以具有微小的差别。
延迟系数b被定义为层的厚度与折射率中的两个折射率之差的乘积。例如，如果在折射率nx和nz之间存在差别Δnxz，那么x-z延迟系数bxz如下bxz＝(nx-nz)l＝Δnxzl(1)其中，Δnxz为x-z双折射率，l为层402的厚度。
三乙酸纤维素(TAC)是双折射的，如果层402由三乙酸纤维素制成，那么其起到负C-板(negative C-plate)的作用。换句话说，平行于x-轴偏振的光的折射率为nx，平行于y-轴偏振的光的折射率为ny，其中nx＝ny。然而，平行于z-轴偏振的光的折射率nz≠nx，ny。因此，三乙酸纤维素层402只对垂直入射到膜402上的光被看作各向同性。对非垂直入射到三乙酸纤维素层402上的光，光的一个分量经历折射率nz。因此，三乙酸纤维素层402对非垂直入射到三乙酸纤维素层402上的光是双折射的，把延迟引进了非垂直光。对于三乙酸纤维素的一个具体样品，x-z双折射率由Δnxz＝nx-nz＝1.4923-1.4915＝0.0008给定。
双折射率的值可以是负的或正的，依赖于nx和nz的相对大小。这里描述的延迟和双折射率的数值被定义为数量的绝对值，不管它们是正还是负。从而提供的为0.0008的双折射率值既表示nx-nz＝0.0008，又表示nz-nx＝0.0008。
在吸收性偏振器一侧的三乙酸纤维素层可以为大约50μm厚，因此使用上面表达式(1)计算出的三乙酸纤维素层的延迟系数为40纳米。对一些液晶显示器单元来说，这样高的x-z双折射率对补偿液晶显示器单元自身中偏轴残留双折射是有用的。然而，对面内切换r液晶显示器单元来说，由于液晶分子包含在平行于x-y平面的液晶层平面内，所以偏轴残留双折射是可忽略的。因此，由于三乙酸纤维素层混合了通过三乙酸纤维素层的光的偏振状态，而不是提高对比度，所以三乙酸纤维素层的x-z双折射率用来减小面内切换的液晶显示器单元的对比度。
因此，更优选的是，使用面内切换的液晶显示器单元以具有比使用具有三乙酸纤维素层的H-型偏振器所通常经历的更小的x-z延迟系数，以保持图像的对比度。尤其是在大视角时这是正确的。可以通过减小吸收性偏振层的厚度，以及减少吸收性偏振器与液晶层之间任何双折射材料的厚度，来获得减小的延迟系数。从而，可以减小三乙酸纤维素层厚度，以减小x-z延迟系数。
同样，x-z双折射率也可以被减小。由于大部分y-偏振光被吸收了，所以在偏振器中被吸收的处于偏振状态的光的折射率ny的值不如nx和nz重要。因此，ny的值可以与nx和nz相同，但这不是必需的，也可以与nx和nz不同。在KE偏振器的一个具体实施例中，nx＝1.5078和nz＝1.5075，所以Δnxz＝0.0003。因此，偏振器的x-z双折射率可以小于0.0005。
x-z延迟系数可以通过既减小双折射层的厚度又减小x-z双折射率来减小。例如，KE偏振器的厚度通常为约20μm，因此由上面表达式(1)计算的KE偏振器的x-z延迟系数为6纳米。从而，典型的KE偏振器的双折射系数的值比典型的三乙酸纤维素层的延迟系数小一个数量级以上。大约15μm的更薄的KE偏振器层具有大约4.5纳米的x-z延迟系数。
注意到，吸收性偏振器层和液晶层之间的每一层的x-z延迟系数都可以对在显示器内传播的光经历的总的双折射率有贡献。例如，在附图1中示出的显示器中，层109、114和104可以每个都对在液晶显示器单元102内的液晶层与吸收性偏振器层109之间通过的光的延迟有贡献。然而，粘合剂层(如层104)通常是各向同性的。从而，对于由多个层组成的偏振器来说，总的x-z延迟系数bxztotal可以通过总计各层的延迟系数被计算出。这样，总的x-z延迟系数bxztotal可以如下计算bxztotal＝∑bxzi＝∑(nxi-nzi)li＝∑Δnxzili(2)其中，下标i指吸收性偏振器的第i层。这样，如果吸收性偏振器包括两个三乙酸纤维素层，每个三乙酸纤维素层具有64纳米的x-z延迟系数的，那么该吸收性偏振器总的x-z延迟系数最少为128纳米。
使用较薄的双折射层和具有较低的x-z双折射率的材料允许减小总的x-z延迟系数。例如，参考附图3中示出的显示器，在吸收性偏振器层308和液晶显示器单元302内的液晶层之间传播的光的总的x-z延迟系数，与偏振器308的x-z延迟系数相等，对于20μm厚的KE偏振器的具体实例，该值为6纳米。因此，在液晶显示器单元302内的粘合剂层306和玻璃层都是各向同性的，并且都不对总的x-z延迟系数产生贡献。
这样，使双折射层更薄和减小x-z双折射率的方法可以分开使用或者结合使用，以使吸收性偏振器的总的x-z延迟系数bxztotal减小到小于H-型偏振器的总的延迟系数的值。例如，总的x-z延迟系数bxztotal可以是小于20纳米，优选的可以是小于10纳米，或更优选的可以是小于5纳米。
可以参考附图5A和5B中示出的锥光镜图更清楚地看到偏振器双折射的效果，该锥光镜图示出了面内切换(IPS)的液晶显示器的计算数据。这些图示出了以各种角度入射在偏振器/液晶显示器单元上的光通过具有十字形KE偏振器的面内切换的液晶显示器单元的计算暗态透射率。照明光被假定为550纳米。在附图5A中，假定在液晶显示器单元的每一侧都没有三乙酸纤维素层。1％等高线502(即代表可能透射的光中有99％的光被透射的角度的等高线)具有为大约60°的最小角度值。
在附图5B中，假定在面内切换的液晶显示器单元的每一侧都具有三乙酸纤维素层，每个三乙酸纤维素层引入了40纳米的延迟。对于越来越偏轴的光，双折射混合了光的偏振状态，导致1％等高线504具有为大约54°的最小角度值。换句话说，光向着比没有三乙酸纤维素层的模型更接近垂直透射的方向透射通过附图5B中作为模型的液晶显示器单元。如果包括了三乙酸纤维素层，那么这转变成面内切换的液晶显示器的有用视角减小。该行为定性地类似于其它类型的面内切换的液晶显示器。
双折射层(如三乙酸纤维素层)与面内切换的液晶显示器中的偏振器一起使用还减少了暗态颜色的中性。利用取自Hitachi ModelNo.181 SXW液晶显示器监视器的面内切换的液晶显示器进行了试验，如参考附图1所述，该面内切换的液晶显示器被制造成在每一面都有具有H-型偏振器，带有三乙酸纤维素层。一半屏幕上的偏振器用20μm厚的KE-型偏振器替代。屏幕具有双折射三乙酸纤维素层的原始一侧称为未改的，具有KE偏振器的另一侧称为更改的。这样，在屏幕的更改的一侧的结构与附图3中示出的相类似。
更改后，显示器被驱动以显示不同的颜色，并且对于屏幕各侧的有代表性的点，测量发射光的颜色。在全部360°方位角上，在与离垂直方向成60°的角度观测时，进行颜色测量。利用EldimEZContrast锥光镜进行颜色测量，以测量作为方位角函数的屏幕红、蓝、绿和暗态的色度坐标(CIE，1931)。
实验结果在附图6中展示。未改的屏幕的测量点被显示为灰点，更改的屏幕的测量点被显示为黑点。第一圆602示出了用蓝光操作的更改的和未改的屏幕的测量点。灰点和黑点之间基本上重叠，表明更改的屏幕的蓝色与未改的屏幕的蓝色相类似。同样地，第二圆604示出用绿光操作的屏幕的测量点。在灰点(未改的屏幕)和黑点(更改的屏幕)之间再次基本上重叠，表明更改的屏幕的绿色与未改的屏幕的绿色基本上相同。第三圆606示出了用红光操作的屏幕的测量点。在灰点(未改的屏幕)和黑点(更改的屏幕)之间再次基本上重叠，表明更改的屏幕的红色与未改的屏幕的红色基本上相同。灰点与黑点的重叠使得难以区分圆602、604和606内的黑点和灰点。
然而，对于更改的屏幕和未改的屏幕来说，操作在暗(黑)态的屏幕的颜色不同。椭圆608内的黑点表示未改的屏幕操作在暗态时发射的光的测量结果。如图所示，由于未改的屏幕的偏振器中的三乙酸纤维素层的双折射率产生的色偏，所以暗态点的颜色中具有相当大的偏移。该暗态扩展到色度图的蓝色和红色区域内，因此当从不同角度观察时，该暗态呈现相当大的色偏。
以灰点显示的对应更改的屏幕的结果的集合表明，在比色图表上的颜色分布小得多。这意味着，当操作在暗态时，不带双折射三乙酸纤维素层操作的面内切换的液晶显示器单元的暗态显示了与角度相关程度低的色偏。因此，当与导致较低的总x-z延迟系数的层一起操作时，该暗态比带有双折射三乙酸纤维素层操作时颜色更加中性。
用在液晶显示器层叠结构中的内偏振器(如K-型偏振器)还可以为液晶显示器单元中的液晶材料提供有效的气体和湿气渗透屏障。从而，在液晶显示器单元的每侧都布置有K-型偏振器的液晶显示器结构中，不需要额外的屏障层或覆层以获得期望的渗透性规格。具体地，湿气透过率(MVTR)的标准ASTM F1249小于20克/平方米/天，氧气透过率(02GTR)的标准ASTM D3985小于1毫升/平方米/天。已经表明，利用KE偏振器形成的液晶显示器结构(包括PTE支撑结构)具有4.6克/平方米/天或更小的湿气透过率，和小于0.005毫升/平方米/天的氧气透过率(在20℃和90％相对湿度下测试)。
面内切换的液晶显示器可以包括许多种不同结构的K-型偏振器或KE-型偏振器，其中的一些申请人共同拥有的美国专利No.6,630,970 B2中被更进一步描述。这些不同的结构可以包括硬涂层、扩散器、扩散粘合剂层、抗反射涂层、四分之一波长延迟器层等。
本发明不应当被认为限于上述具体实施例，而是应当被理解为包括如在所附的权利要求书中清楚地陈述的本发明的所有方面。通过阅读本说明书，本发明所属技术领域的技术人员很容易看出，本发明可具有各种变型、等同处理和多种结构。权利要求书包括这种变型和设计。
权利要求
1.一种液晶显示器，包括面内切换(SIP)的液晶显示器(LCD)单元；以及第一吸收性偏振器，其布置在所述液晶显示器单元的第一侧上，所述第一吸收性偏振器包括对偏振敏感的吸收材料层，位于所述对偏振敏感的吸收材料层和所述液晶显示器单元之间的材料层没有三乙酸纤维素(TAC)。
2.液晶显示器，包括面内切换(SIP)的液晶显示器(LCD)单元；以及第一吸收性偏振器，其包括一个或多个包括至少吸收性偏振层的层，并且布置在所述液晶显示器单元第一侧上，所述第一吸收性偏振器和所述液晶显示器单元各自平行于由正交的x-轴和y-轴限定的x-y平面，z-轴与所述x-轴和y-轴都正交，所述第一吸收性偏振器限定了光透射穿过所述第一吸收性偏振器的透射偏振方向，所述透射偏振方向平行于x-轴，其中所述第一吸收性偏振器的x-z延迟系数bxztotal被如下限定bxztotal＝∑(nxi-nzi)li其中nxi是平行于所述第一吸收性偏振器的第i层中的x-轴偏振的光的折射率，nzi是平行于所述第一吸收性偏振器的第i层中的z-轴偏振的光的折射率，li是所述第一吸收性偏振器的第i层在z一方向的厚度，i是表示第一吸收性偏振器的不同层的整数，并且bxztotal＝∑(nxi-nzi)li小于20纳米。
3.一种液晶显示器，包括面内切换(SIP)的液晶显示器(LCD)单元；以及第一吸收性偏振器，其具有吸收性偏振层并布置在所述液晶显示器单元的第一侧上，所述第一吸收性偏振器和所述液晶显示器单元各自平行于由正交的x-轴和y-轴限定的x-y平面，z-轴与x-轴和y-轴都正交，所述第一吸收性偏振器限定了光透射穿过所述第一吸收性偏振器的透射偏振方向，所述透射偏振方向平行于x-轴，其中nx是平行于所述吸收性偏振层中的x-轴偏振的光的折射率，nz是平行于所述吸收性偏振层中的z-轴偏振的光的折射率，Δnxz＝nx-nz的绝对值小于0.0005。
4.如权利要求1、2或3所述的液晶显示器，其特征为所述第一吸收性偏振器为K-型吸收性偏振器或KE-型吸收性偏振器。
5.如权利要求1、2或3所述的液晶显示器，其特征为所述第一吸收性偏振器布置在所述液晶显示器单元的观看侧上。
6.如权利要求1、2或3所述的液晶显示器，其特征为光源布置在所述液晶显示器单元的照明侧上。
7.如权利要求6所述的液晶显示器，其特征为光导、透射反射器和光处理层中的至少一个被布置在所述液晶显示器单元与所述光源之间。
8.如权利要求1、2或3所述的液晶显示器，其特征为控制器被连接到所述液晶显示器单元上，以控制由所述液晶显示器单元加在通过该液晶显示器单元的光上的图像。
9.如权利要求1、2或3所述的液晶显示器，其特征为所述第一吸收性偏振器为所述液晶显示器单元提供小于大约4.6克/平方米/天的湿气透过率和小于大约0.005毫升/平方米/天的氧气透过率。
10.如权利要求2所述的液晶显示器，其特征为bxztotal小于10纳米。
11.如权利要求1或2所述的液晶显示器，其中，所述第一吸收性偏振层的面内折射率nx与所述第一吸收性偏振层的厚度折射率nz之间的差别的绝对值小于0.0005。
全文摘要
偏振器(303，312)和液晶显示器(LCD)单元(302)一起使用，其中液晶显示器单元的液晶分子在单元的平面内切换。该液晶显示器单元具有不同于其它类型液晶显示器单元的双折射特性，并且与其它类型的液晶显示器单元不同，当低双折射率偏振器和面内切换(SIP)的液晶显示器单元一起使用时，在暗态保持了图像对比度，并且色偏小。在一个实施例中，包含在吸收性偏振器内的层的整体x－z延迟小于20纳米。在另一个实施例中，吸收性偏振器的吸收性偏振器层的x－z双折射率小于0.0005。低水平的延迟和双折射率可以通过省略在对偏振敏感的吸收层和液晶显示器之间通常使用的三乙酸纤维素层实现。
文档编号G02F1/1343GK1914546SQ200480041582
公开日2007年2月14日 申请日期2004年12月15日 优先权日2003年12月24日
发明者菲利普·E·沃森, 菲利普·J·拉利, 约翰·J·卡埃尔 申请人:3M创新有限公司