一种液晶显示器及用于补偿液晶显示器中的相位延迟的方法技术

常态白色液晶显示器包括具有相垂直的吸收轴的偏振层及检偏层；液晶层，放置在它们之间且有通过该层呈角度扭转的导向子；第一及第二电极，接近液晶层的第一及第二主表面；置于偏振层及液晶层间的第一负双折射补偿层，其光轴基本上平行于在驱动状态中的该液晶层的中间标称各向同性区域中的光轴平均方向；放置在检偏层及液晶层之间的第二负双折射补偿层，其双折射率基本同于第一补偿层且其光轴基本平行于第一补偿层的光轴。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液晶显示器的设计，尤其是涉及利用在宽视角上保持高对比度使这种显示器的视野达到最大的技术。液晶可用于电子显示器，这因为穿过液晶薄膜的偏振光受到膜的二次光折射的影响并且该二次光折射可利用施加给膜的电压来控制。液晶显示器变得适合需要，这是因为从一个外部光源，包括环境光在内的光的发射或反射可以受到其所需功率比其它显示器中发光材料所需功率小得多的液晶装置的控制。其后果是液晶显示器现在普遍地被用于各种应用，例如数字式手表，计算器，袖珍式计算机及许多其它类型的电子装置，在这些应用中表现出长寿命，重量轻及低功耗工作的优点。许多液晶显示器中的信息是以一行数字或字母的形式表示的，这些数字或字母是由排列成一图案的多个分段电极产生的。这些电极段利用各自的导线连接到驱动电子部分上，后者对电极段适当的组合施加电压并利用控制电极段透射的光显示所需信息。图表信息或电视显示可利用一个被在两组垂直的导体之间的X-Y寻址电路连接的象素矩阵来获得。更先进的寻址电路使用薄膜晶体管阵列控制单个象素处的驱动电压。这后一电路主要应用于扭转向列的液晶显示器。对比度是确定一种液晶显示器质量的最重要的标志之一。限制在一液晶显示器中可获得的对比度的首要因素是在黑态中漏过显示器的光量。这个问题在强背景光环境中更为加重，该强背景光环境例如为直接的阳光，其中有大量的反射光及散射的背景光。此外，液晶装置的对比度也依赖于视角。一个典型的液晶显示器中的对比度仅在集中在垂直入射角周围的一个窄视角范围中有其最大值，当视角增大时对比度减弱。这种对比度的削弱是由于在大视角上漏过黑态象素单元的光引起的。在彩色液晶显示器中，这种漏光还引起严重的色偏移，对于饱和彩色及灰度彩色均如此。这种限度对于需要高质量显示器的应用是极为重要的，例如作为航空电子设备，其中从主驾驶员及副驾驶员座位位置来观察航空电子设备是很重要的。在该
中如能提供一种具有高质量、在宽视野上具有强对比度图象的液晶显示器，将会是一重大的改进。在Yeh等人的美国专利5，196，956号“用于液晶显示器的补偿器…”中，公开了一种用于这种液晶显示器中的一种补偿器的新颖结构，可在斜视角上使这种显示器的视觉对比度及彩色重显作出可观的改进。然而在对比度及视角上对这种显示器的进一步改进仍是客观需要的。本专利技术的一种常态白色液晶显示器包括一个具有一吸收轴的偏振层及具有基本与该偏振层的吸收轴相垂直的吸收轴的检偏层(analyzer)。一个液晶层放置在偏振层及检偏层之间，它具有通过该层呈角度扭转的导向子(director)。第一个电极接近于该液晶层的第一主表面，第二个电极接近于该液晶层的第二主表面，当这些电极与一个电位源相连接时，第一及第二电极适于对液晶层提供电压。其光轴基本平行于在驱动状态的该液晶层的中间标称各向同性(homeotropic)区域中的光轴平均方向的第一负双折射补偿层被放置在偏振层及检偏层之间。还可以包括第二负双折射补偿层，在该情况下，第一补偿层被置于偏振层及液晶层之间。第二补偿层呈现的双折射率基本上同于第一补偿层的双折射率并且其光轴方向基本平行于第一补偿层的光轴，第二补偿层被放置在检偏层及液晶层之间。在一个更具体的实施例中，第一及第二补偿层基本上平行于偏振层及检偏层，而液晶层相对第一及第二补偿层是倾斜的，以致于第一补偿层的光轴基本平行于在其被驱动状态时该液晶层的中间标称各向同性区域中的光轴的平均方向。另一个实施例包括第一和第二补偿层，它们相对于偏振层、检偏层和液晶层倾斜以使该第一补偿层的光轴基本平行于在其被驱动状态时该液晶层的中间标称各向同性区域中的光轴的平均方向。另一可能的实施例包括偏振层及检偏层，它们的吸收轴基本上垂直于第一补偿层的异常轴。附图说明图1为在一个扭转向列液晶单元中作为位置(作为沿水平轴的深度的分数Z)的函数的倾角(沿垂直轴的角度)的图形;图2为对同一单元的相关的图形，用于显示作为单元中位置的函数的液晶分子的扭转角;图3为表示对一液晶层的分子施加强电场的倾斜及扭转组合作用的横截面图;图4为根据本专利技术构成的一个扭转向列透射型常态白色液晶显示器(LCD)的侧视横截面图;图5为对于图6-8光轴(或对偏振层和检偏层为吸收轴)方向作说明用的惯用图;图6-8为在根据本专利技术构成的液晶显示器的特定实施例中表明各元件之间关系的放大图。如在Yeh等人的题为“用于液晶显示器的补偿器…”的美国专利5，196，953号中所解释的，当直接观察一液晶显示器时具有高质量的输出，但是在大视角时图象变差并呈现弱对比度(该专利中的技术教导结合在本申请中作为参考)。这是由于这样一种材料对通过它的光线的相位延迟作用是随光的倾斜角固有地变化的，故导致在大视角时的低图象质量。然而，通过引入光补偿元件与液晶单元相结合，即可能校正不希望有的角度效应，并由此在大视角时可比其它可能的尝试保持更强的对比度。所需的光补偿器的类型取决于所使用的显示器类型，视其是常态黑色或是常态白色而定。在常态黑色显示器中，扭转向列液晶单元被放置在偏振层之间，这些偏振层的透射轴彼此平行并平行于该单元后方(即离开观察者的单元侧)的液晶导向子的方向。在未激励状态(未施加电压)时，由显示器的背光垂直入射的光被第一偏振器偏振并且在通过该单元时它的偏振方向转过单元的扭转角度。这是由绝热跟随(adiabatic following)引起的，它也被称为波导效应。该扭转角被设为90°，因而光被输出偏振器阻挡了。当将电压施加于该单元的一部分时，液晶分子被迫十分地接近与电场一致的方向，并消除了扭转向列对称性。在该取向中，该单元的平均导向子接近垂直于该单元的侧壁。液晶层于是对垂直入射光呈各向同性，消除了波导效应，以致通过液晶层的传播未使光的偏振状态改变并且该光可通过输出偏振器。利用选择地将电压供给显示器的一部分，可以在显示器中写入图案，显示器的该部分将呈现光亮状态。然而，当在大角度上观察时，常态为黑色的显示器的黑区域(未激励)将出现光亮，这是因为对于在这种角度上对通过液晶层的光的依赖角度的延迟效应引起的，也即非垂直的入射光感受到折射率依赖角度的变化。利用一个补偿元件可使对比度恢复，该补偿元件具有与扭转单元相似的光对称性，但效应与其相反。一种补偿方法是将反螺旋形的扭转单元加在基于有源液晶层的显示器结构上。另一种补偿方法指出使用一个或多个A-板延迟补偿器(A-板是其异常轴(即它的c轴)平行于该板表面的单轴二次折射板)。这些补偿方法能起作用是因为每个补偿元件与扭转向列单元具有同样的光对称性;也即两者都是具有垂直于正常光传播方向的一个异常轴的单轴双折射材料。这些用于补偿的方法已具有广泛的应用，因为具有所需光对称性的材料是容易得到的。反扭转单元使用的液晶反扭转层及A-板延迟器利用聚合物如聚乙烯醇(PVA)的延展可以方便地制造。例如Clerc在其美国专利4，701，028号中描述了一种改善垂直准直向列或电控制双折射液晶显示器的视角的补偿方法。它限于用在常态黑色显示器上，该种显示器中液晶分子基本上在无电场时定向在各向同性方向(与单元表面垂直)上，及在其中从一个单元表面到另一表面的排列是均匀的。该补偿器由一个或多个负双折射单元轴或双轴板组成，其中主对称轴平行于液晶分子。黑态对称性被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种常态白色液晶显示器，包括： 一个具有一吸收轴的偏振层； 一个具有基本与偏振层的吸收轴垂直的吸收轴的检偏层； 一个液晶层放置在偏振层及检偏层之间，它具有通过该层呈角度扭转的导向子； 第一电极，接近于该液晶层的第一主平面； 第二电极，接近于该液晶层的第二主平面，当这些电极与一个电位源相连接时，第一及第二电极适于对液晶层施加电压；及 其光轴基本上平行于在驱动状态中的该液晶层的中间标称各向同性区域中的光轴平均方向的第一负双折射补偿层，被放置在偏振层及液晶层之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁斯K温克耳，威廉J冈宁三世，唐纳德B泰伯，
申请(专利权)人：罗克韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]