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CN101169561A - 液晶显示设备、光学膜和终端设备 - Google Patents

液晶显示设备、光学膜和终端设备 Download PDF

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CN101169561A CNA2007101678341A CN200710167834A CN101169561A CN 101169561 A CN101169561 A CN 101169561A CN A2007101678341 A CNA2007101678341 A CN A2007101678341A CN 200710167834 A CN200710167834 A CN 200710167834A CN 101169561 A CN101169561 A CN 101169561A
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retardation
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Abstract

本发明公开了液晶显示设备、光学膜和终端设备。其中，第一偏振器和第二偏振器具有近似彼此垂直延伸的相应吸收轴，并且第一延迟片和第三延迟片具有近似彼此垂直延伸的相应慢轴。第一延迟片和第三延迟片具有近似彼此相等的相应延迟，并且具有近似彼此相等的相应Nz系数。透射显示区域中的第二延迟片和液晶层具有分别近似彼此垂直延伸的慢轴和取向轴。透射显示区域中的第二延迟片和液晶层具有近似彼此相等的相应延迟。

Description

液晶显示设备、光学膜和终端设备
技术领域
本发明涉及液晶显示设备、用于所述液晶显示设备中的光学膜、以及结合了所述液晶显示设备的终端设备。更具体地，本发明涉及具有优秀倾斜观看角度特征的液晶显示设备、用于所述液晶显示设备的光学膜以及结合了所述液晶显示设备的终端设备。
背景技术
侧面薄、重量轻、尺寸小和功率要求低的采用了液晶的显示设备近年来已经被广泛地应用于各种终端设备，包括诸如监视器、电视机等大尺寸终端设备，诸如笔记本个人计算机、自动提款机、自动售货机等之类的中型尺寸终端设备，以及诸如个人电视机、PDA(个人数字助手)、移动电话、便携游戏机等之类的小尺寸终端设备。
因为液晶分子本身不发光，所以采用液晶的显示设备需要使用光源以使用户能够观看所显示的信息。通常，将液晶显示设备分类为透射型、反射型和结合使用透射光和反射光的半透射型。反射液晶显示设备因为使用外部光源用于显示，所以可以是低功率要求的。然而，因为反射液晶显示设备具有比透射液晶显示设备较差的诸如对比度之类的显示性质，目前透射液晶显示设备和半透射液晶显示设备是主流液晶显示设备。透射液晶显示设备和半透射液晶显示设备具有设置在液晶显示面板后边的光源单元，用于基于通过光源单元发出的光来显示信息。具体地，因为用户将中尺寸和小尺寸液晶显示设备带来带去并且用在各种环境中，将它们构造为半透射液晶显示设备，所述半透射液晶显示设备通过允许用户在明亮的地方观看反射显示的图像而在昏暗的地方观看透射显示的图像来提供极高的图像可见性。
在ECB(电控双折射)模式和能够实现较高图像质量和较宽观看角度的多畴垂直对齐模式中已经使用了在半透射液晶显示设备中使用的液晶面板。最近已经有这样的尝试，即对半透射液晶显示设备应用原理上提供宽观看角度的横向电场模式。
下面将描述在本发明描述中使用的Nz系数和延迟的角度依赖性。
Nz系数定义如下：
Nz＝(nx-nz)/(nx-ny)    ···(1)
其中nx表示沿延迟片的双折射介质的膜平面内部的最大折射率的方向(慢轴)的折射率，ny表示沿与所述方向垂直的平面内方向的折射率，以及nz是沿厚度方向的折射率。
通过沿平面内的主轴方向的折射率nx、ny之间的差和延迟片的厚度d来确定相对于来自延迟片的法线方向的光的延迟Re(0)，由以下等式(2)表示：
Re(0)＝(nx-ny)×d    ···(2)
如从延迟片倾斜地观看，与法线方向成角度的光不但受到由nx、ny确定的延迟的影响，而且受到沿厚度方向的主轴折射率nz以及通过与法线方向的倾斜提供的增加的光程的影响。在本描述中，来自膜平面的法线方向的光的延迟简称为延迟或Re(0)，按照与膜平面的法线方向成θ角度从空气传播至延迟片的光的延迟称为斜视延迟或Re(θ)。具体地，如果倾斜θ是沿向着慢轴的方向，那么延迟称作Rex(θ)，而如果倾斜θ是沿与慢轴垂直的平面内方向，延迟称作Rey(θ)。
至于在液晶显示设备中使用的延迟片，已知Re(0)、Rex(θ)和Rey(θ)之间的关系依赖于Nz系数如下：至于其中根据等式(1)Nz＝1、nz＝ny的延迟片，折射率椭球是在当从基板的法线方向观看时沿慢轴最长的橄榄球形状。此时，Re(0)＞Rex(θ)并且Re(0)＜Rey(θ)。
至于其中根据等式(1)Nz＝0、Nz＝Nx的延迟片，并且折射率椭球是沿慢轴和厚度方向最长的形状。此时，Re(0)＜Rex(θ)并且Re(0)＞Rey(θ)。
至于其中Nz＝0.5、nz＝(nx+ny)/2的延迟片，折射率椭球具有其中Nz＝1的延迟片的形状和其中Nz＝0的延迟片的形状之间的形状。当倾斜θ是沿朝着慢轴的方向时，在θ的较宽范围内Re(0)Rex(θ)并且Re(0)Rey(θ)。
图1是在JP2005-106967A中公开的与本发明有关的横向电场半透射液晶显示设备的示意性透视图。在图1中，将XYZ正交坐标系统建立如下：将从液晶层2006a到偏振器2002的方向定义为+Z方向，并且将相反的方向定义为-Z方向。将图1中的横向方向定义为X轴方向，具体是将朝右的方向定义为+X方向，将朝左的方向定义为-X方向。+Y方向由根据右手坐标系统的方向来表示。具体地，当人的右手拇指指向+X方向并且食指指向+Y方向时，那么中指指向+Z方向。在图1中所示的液晶显示设备的示意性透视图中，液晶显示设备包括偏振器、延迟片、液晶层和反射器。延迟片的布置角度(disposition angle)表示为在延迟片的慢轴和X轴之间形成的角度。将反时针方向定义为正。类似地，将偏振器的布置角度表示为在偏振器的吸收轴和X轴之间形成的角度。类似地，将水平取向的液晶层的布置角度表示为当没有向液晶施加电压时在液晶层的取向轴和X轴之间形成的角度。
液晶层2006a、2006b包括两个区域，所述区域包括透射区和具有反射器的反射区。从显示表面观看时的液晶显示设备的透射显示区包括按照以下顺序依次排列的偏振器2002、其中Nz＝1的半波片2005、液晶层2006a、其中Nz＝0的延迟片2004、其中Nz＝0的半波片2003和偏振片2001。当从显示表面观看时液晶显示设备的反射显示区域包括按照以下顺序依次排列的偏振器2002、其中Nz＝1的半波片2005、液晶层2006b以及反射器2007。
反射显示区域和透射显示区域中的液晶层2006a、2006b是水平取向的。反射显示区域中的液晶层2006b的延迟由四分之一波长表示，并且透射显示区域中的液晶层2006a的延迟由略微小于反射显示区域中的延迟的2倍，即1.7至1.9倍的值表示。如果一个波长是550nm，那么将透射显示区域中的液晶层2006a的延迟设定为从233.8nm至261.2nm范围的值。
偏振器2002的布置角度是90°。其中Nz＝1的半波片2005的布置角度是15°。液晶层2006a、2006b的布置角度是75°。其中Nz＝0的延迟片2004的布置角度是165°。其中Nz＝0的半波片2003的布置角度是105°。偏振器2001的布置角度是0°。偏振器2002、其中Nz＝1的半波片2005、以及反射显示区域中的液晶层2006b共同地组成宽可见波长范围的圆偏振器(称作宽范围圆偏振器)。
其中Nz＝0的延迟片2004、其中Nz＝0的半波片2003和偏振器2001分别与透射显示区域中的液晶层2006a、其中Nz＝1的半波片2005和偏振器2002配对。具体地，其中Nz＝0的延迟片2004的延迟与透射显示区域中的液晶层2006a的延迟相同，并且其中Nz＝0的延迟片2004的慢轴与透射显示区域中的液晶层2006a的取向方向垂直。因此，其中Nz＝0的延迟片2004的延迟和透射显示区域中的液晶层2006a的延迟彼此抵消。
如果将其中Nz＝1的双折射介质和其中Nz＝0的双折射介质配置为它们的慢轴沿基板的法线方向彼此垂直，那么其中Nz＝1的双折射介质和其中Nz＝0的双折射介质的慢轴沿任意视觉方向保持彼此垂直。因为它们的延迟在宽观看角度范围中彼此抵消，增加了观看角度。
因为透射显示区域中的液晶层2006a水平取向，并且向列液晶通过nx＞ny＝nz来表示，透射显示区域中的液晶层2006a具有Nz＝1。因此，其中Nz＝0的延迟片2004的延迟和透射显示区域中的液晶层2006a的延迟不但沿基板的法线方向彼此抵消，而且在较宽的观看角度范围内彼此抵消。
其中Nz＝0的半波片2003的延迟和与所述半波片2003配对的其中Nz＝1的半波片2005的延迟相同，并且其中Nz＝0的半波片2003的慢轴与其中Nz＝1的半波片2005的慢轴垂直。因此，其中Nz＝0的半波片2003和其中Nz＝1的半波片2005的延迟在较宽的观看角度范围内彼此抵消。
当没有向在JP2005-106967A中公开的横向电场半透射液晶显示设备的液晶施加电压时，通过共同组成圆偏振器的偏振器2002、其中Nz＝1的半波片2005和反射显示区域中的液晶层2006b的光是圆偏振的。当通过反射器2007反射光时，将所述光转换为反向圆偏振光，并且所述光不能通过圆偏振器。因此，当没有施加电压时反射显示区域显示黑色。当向液晶施加电压时，因为改变了反射显示区域中的液晶层的双折射，偏振器2002、其中Nz＝1的半波片2005和反射显示区域中的液晶层2006b不会作为圆偏振器，并且因为光被透过而显示白色。因此，液晶显示设备操作为正常的黑色反射显示设备。
在当没有向液晶施加电压时的透射显示区域中，当在偏振器2001和偏振器2002之间存在的两个双折射介质的延迟在较宽的观看角度范围内彼此抵消时，偏振器2001和偏振器2002之间的介质提供接近各向同性的相位。因为偏振器2001和偏振器2002的透射轴彼此垂直，透射显示区域将理想地显示黑色。当向液晶施加电压时，因为改变了透射显示区域中液晶层2006a中的双折射，光通过其中，显示白色。因此，液晶显示设备操作为正常的黑色透射显示设备。
JP2005-106967A记载了可以组合其中Nz＝1的半波片来代替其中Nz＝0的半波片2003，并且可以组合其中Nz＝0的半波片来代替其中Nz＝1的半波片2005。
如上所述，在JP2005-106967A中公开了一种半透射液晶显示设备，其中横向电场模式电极用作反射显示区域，并且横向电场模式电极之间的介质用作透射显示区域。
然而，上述液晶显示设备存在以下问题：没有增加反射显示区域的观看角度特征，并且因为使用具有增加特征类型的延迟片导致制造成本较高。此外，因为配对的延迟片的类型彼此不同，可能减小透射显示器的对比度。下面将详细描述这三个问题。
其反射显示区域包括圆偏振器的液晶显示设备的观看角度特征通过圆偏振器的观看角度特征来确定。在以上液晶显示设备中，偏振器2002、其中Nz＝1的半波片2005(或其中Nz＝0的半波片)以及反射显示区域中的液晶层2006b共同地组成了宽范围圆偏振器。至于来自基板法线方向的光，这些装置用作宽范围圆偏振器以减小光的泄漏，以当显示黑色时使能够实现更高的对比度。至于相对于法线方向倾斜的角度的光，即当倾斜地观看光时，所述光受到沿厚度方向的主轴折射率nz以及通过相对于法线的倾斜而提供的增加的光程的影响。因此当倾斜地观看光时，其中Nz＝1的半波片2005(或者其中Nz＝0的半波片)和反射显示区域中的液晶层2006b与宽范围圆偏振器的设计值背离，导致当显示黑色时光增加泄漏以及对比度的减小。因此，以上液晶显示设备不利的是没有增加反射显示区域的观看角度特征。
以上液晶显示设备的延迟片包括：其中Nz＝0的半波片2003；其中Nz＝0的延迟片2004，设计用于匹配液晶层2006a的从233.8nm至261.2nm的延迟；以及其中Nz＝1的半波片2005。因此，液晶显示设备要求三种类型的延迟片，并且因此制造昂贵。
其中Nz＝0的半波片2003和其中Nz＝1的半波片2005需要彼此配对以抵消它们的延迟，以便防止透射显示器的对比度降低。例如，聚苯乙烯公知为其中Nz＝0的延迟片的材料，聚碳酸酯公知作为其中Nz＝1的延迟片材料。依次，其中Nz＝0的延迟片的材料和其中Nz＝1的延迟片的材料彼此不同。因此，其中Nz＝0的半波片2003和其中Nz＝1的半波片2005具有不同的折射率波长布置，并且它们的延迟没有充分地抵消。如果其中Nz＝0的半波片2003的延迟Re(0)和其中Nz＝1的半波片2005的延迟没有充分地彼此抵消，那么降低了透射显示器的对比度。
发明内容
本发明的示范性目的是提出一种在使用更少类型的延迟片的同时具有优秀的斜视角度特征的液晶显示设备，一种用于所述液晶显示设备中的光学膜，以及一种结合了所述液晶显示设备的终端设备。
根据本发明的示范性方面，提出了一种液晶显示设备，包括第一和第二基板以及夹在所述第一和第二基板之间的液晶层，并且包括反射显示区域和透射显示区域作为像素区域，所述结构使得当平行于所述基板的平面施加电压时可以在横向电场模式中驱动至少所述透射显示区域中的所述液晶层，其中：
将第一延迟片和第一偏振器按照接近所述第一基板的次序堆叠在所述第一基板的远离所述液晶层的表面上，并且将第二延迟片、第三延迟片以及第二偏振器按照接近所述第二基板的次序堆叠在所述第二基板的远离所述液晶层的表面上；
所述第一延迟片和所述第三延迟片分别具有基本彼此垂直延伸的慢轴，并且所述透射显示区域中的所述第二延迟片和所述液晶层分别具有基本上彼此垂直延伸的慢轴和取向轴；
将对从所述第一延迟片的法线方向向所述第一延迟片施加的光的延迟定义为Re1(0)，将对按照从所述第一延迟片的法线方向到所述第一延迟片的慢轴的40°的角度从空气向所述第一延迟片施加的光的延迟定义为Re1x(40)，并且将对按照从所述第一延迟片的法线方向到与所述第一延迟片的慢轴垂直的方向的40°的角度从空气向所述第一延迟片施加的光的延迟定义为Re1y(40)；
将对从所述第二延迟片的法线方向向所述第二延迟片施加的光的延迟定义为Re2(0)，将对按照从所述第二延迟片的法线方向到所述第二延迟片的慢轴的40°的角度从空气向所述第二延迟片施加的光的延迟定义为Re2x(40)，并且将对按照从所述第二延迟片的法线方向到与所述第二延迟片的慢轴垂直的方向的40°的角度从空气向所述第二延迟片施加的光的延迟定义为Re2y(40)；
将对从所述第三延迟片的法线方向向所述第三延迟片施加的光的延迟定义为Re3(0)，将对按照从所述第三延迟片的法线方向到所述第三延迟片的慢轴的40°的角度从空气向所述第三延迟片施加的光的延迟定义为Re3x(40)，并且将对按照从所述第三延迟片的法线方向到与所述第三延迟片的慢轴垂直的方向的40°的角度从空气向所述第三延迟片施加的光延迟定义为Re3y(40)；
将对从所述透射显示区域中的所述液晶层的法线方向向所述液晶层施加的光的延迟定义为ReLC(0)，将对按照从所述液晶层的法线方向到所述液晶层的取向轴的40°的角度从空气向所述液晶层施加的光的延迟定义为ReLCx(40)，并且将对按照从所述液晶层的法线方向到与所述液晶层的取向轴垂直的方向的40°的角度从空气向所述液晶层施加的光延迟定义为ReLCy(40)；以及
Re1(0)和Re3(0)近似彼此相等，Re1(0)、Re1x(40)、Re1y(40)、Re3(0)、Re3x(40)和Re3y(40)近似彼此相等，Re2(0)和ReLC(0)近似彼此相等，Re2x(40)和ReLCy(40)近似彼此相等，以及Re2y(40)和ReLCx(40)近似彼此相等°
附图说明
图1是涉及本发明的横向电场半透射液晶显示设备的示意性透视图；
图2A是根据本发明第一示范性实施例的液晶显示设备的示意性剖面图；
图2B是根据本发明第一示范性实施例的液晶显示设备和光学膜的示意性透视图；
图3是根据结构示例1的液晶显示设备和光学膜的示意性剖面图；
图4是示出了根据结构示例1的液晶显示设备的透射显示区域的观看角度特征的估计结果的等对比度图；
图5是示出了根据结构示例1的液晶显示设备的反射显示区域的观看角度特征的估计结果的等对比度图；
图6是示出了其中Nz＝0.5的半波片5的慢轴的偏差与透射显示器上的正面对比度之间的关系的示意图；
图7是示出了液晶层6a的取向轴的偏差与透射显示器上的正面对比度之间的关系的示意图；
图8是示出了其中Nz＝0的半波片4的慢轴的偏差与透射显示器上的正面对比度之间的关系的示意图；
图9是示出了其中Nz＝0.5的半波片3的慢轴的偏差与透射显示器上的正面对比度之间的关系的示意图；
图10是示出了其中Nz＝0.5的半波片5的延迟偏移与透射显示器上的正面对比度之间的关系的示意图；
图11是示出了液晶层6a的延迟偏移与透射显示器上的正面对比度之间的关系的示意图；
图12是示出了其中Nz＝0的半波片4的延迟偏移与透射显示器上的正面对比度之间的关系的示意图；
图13是示出了其中Nz＝0.5的半波片3的延迟偏移与透射显示器上的正面对比度之间的关系的示意图；
图14是示出了关于半波片3的Nz系数(-0.3，-0.2，0)的、在透射显示器上60°的极角处方位角与正面对比度之间的关系的示意图；
图15是示出了关于半波片3的Nz系数(0.2，0.4，0.5)的、在透射显示器上60°的极角处方位角与正面对比度之间的关系的示意图；
图16是示出了在半波片5和半波片3的Nz系数彼此相等的情况下关于半波片5和半波片3的Nz系数(0.2，0.3，0.5)的、在透射显示器上60°的极角处方位角与正面对比度之间的关系的示意图；
图17是示出了在半波片5和半波片3的Nz系数彼此相等的情况下关于半波片5和半波片3的Nz系数(0.6，0.8，0.9)的、在透射显示器上60°的极角处方位角与正面对比度之间的关系的示意图；
图18是示出了关于半波片5的Nz系数(0，0.5，1.0)的、在反射显示器上60°的极角处方位角与正面对比度之间的关系的示意图；
图19是示出了当在结构示例1和结构示例2-1至2-7中显示黑色时反射光强度的波长依赖性的示意图；
图20是示出了根据比较性结构示例1的液晶显示设备的透射显示区域的观看角度特征的估计结果的等对比度示意图；
图21是示出了根据比较性结构示例1的液晶显示设备的反射显示区域的观看角度特征的估计结果的等对比度示意图；以及
图22是示出了结合了根据本发明的第二示范性实施例的液晶显示设备的移动终端设备的透视图。
具体实施方式
第一示范性实施例：
图2A剖面地示出了根据本发明第一示范性实施例的液晶显示设备。下面将参考图2A描述根据本发明第一示范性实施例的液晶显示设备。
如图2A所示，根据第一示范性实施例的液晶显示设备13包括：观察者一侧基板17和背光一侧基板16，所述基板通过其间的小空间按照彼此面对的方式间隔开；液晶层25a、25b，将所述液晶层25a、25b保持在观测者一侧基板17和背光一侧基板16之间。将两种类型的电极即像素电极18和公共电极19设置在面对液晶层25a、25b的背光一侧基板16的表面上。像素电极18和公共电极19处于梳齿状形式，并且沿与梳齿的纵向垂直的方向(Y方向)交替地排列。像素电极18和公共电极19由诸如ITO(氧化铟锡)等之类的透明电导体构成。将反射器26和绝缘层27设置在一些像素电极18和公共电极19与背光基板16之间。
从液晶显示设备13的显示表面一侧观看，将所述液晶显示设备划分为包括反射器26并且操作为反射显示区域14的部分和操作为透射显示器区域15的剩余部分。液晶显示设备13由每一个均包括反射显示区域14和透射显示区域15的像素的矩阵构成。由于反射器26和绝缘层27的原因，反射显示区域14中的液晶层25b的厚度比透射显示区域15中的液晶层25a的厚度小。将第一延迟片24设置在远离液晶层25a、25b的观察者一侧的基板17的表面上，以及将第一偏振器21设置在远离观察者一侧的基板17的第一延迟片24上。类似地，将第二延迟片23设置在远离液晶层25a、25b的背光一侧基板16的表面上，以及将第三延迟片22和第二偏振器20设置在远离背光一侧基板16的第二延迟片23上。
将操作为用于透射显示区域15的光源的背光28设置在第二偏振器20下面。
在本描述中，建立XYZ正交坐标系统如下：将从液晶层25a、25b到第一偏振器21的方向定义为+Z方向，以及将相反的方向定义为-Z方向。将+Z方向和-Z方向统称为Z轴方向。将沿图2A的横向方向定义为Y轴方向，具体地将向右的方向定义为+Y方向以及将向左的方向定义为-Y方向。+X方向由根据右手坐标系统的方向来表示。具体地，当人的右手拇指指向+X方向并且食指指向+Y方向时，那么中指沿+Z方向。
在这样建立的XYZ正交系统中，将像素电极18和公共电极19交替地沿Y轴方向排列。其中像素电极18和公共电极19延伸的方向、即所述电极的梳齿的纵向是X轴方向。液晶显示设备13的显示表面位于XY平面内。沿+Z方向按照以下顺序依次地排列背光28、第二偏振器20、第三延迟片22、第二延迟片23、背光一侧基板16、液晶层25a、25b、观察者一侧基板17、第一延迟片24、以及第一偏振器21。
图2B示出了根据本发明第一示范性实施例的液晶显示设备和光学膜的示意性透视图。在图2B中，建立如图2A中所示的相同XYZ正交坐标系统。在图2A和图2B中按照相同的方式定义布置角度。
如图2B所示，根据第一示范性实施例的液晶显示设备具有透射显示区域中的液晶层25a和反射显示区域中的液晶层25b。液晶显示设备具有电极，配置用于在横向电场模式中向透射显示区域中的液晶层25a加电。可以按照横向电场模式或垂直电场模式向反射显示区域中的液晶层25b加电。将反射器26设置在反射显示区域中的液晶层25b的靠近背光28的一侧上。
将第一延迟片24设置在液晶层25a、25b的观察者一侧上，以及将第一偏振器21设置在第一延迟片24上。类似地，将第二延迟片23设置在液晶层25a、25b的背光一侧上，以及将第三延迟片22和第二偏振器20设置在第二延迟片23的背光一侧上。
根据本发明，将液晶显示设备上除了背光28之外的部分称为液晶面板。
将第一延迟片24对来自膜平面的法线方向的光的延迟定义为Re1(0)。将第一延迟片24对按照从膜平面的法线方向到慢轴的40°的角度从空气向第一延迟片24施加的光的延迟定义为Re1x(40)。将第一延迟片24对按照从膜平面的法线方向到与慢轴垂直的平面内方向的40°的角度从空气到第一延迟片24施加的光的延迟定义为Re1y(40)。
类似地，将第二延迟片23对来自膜平面的法线方向的光的延迟定义为Re2(0)。将第二延迟片23对按照从膜平面的法线方向到慢轴的40°的角度从空气到第二延迟片23施加的光的延迟定义为Re2x(40)。将第二延迟片23对按照从膜平面的法线方向到与慢轴垂直的平面内方向的40°的角度从空气到第二延迟片23施加的光的延迟定义为Re2y(40)。
类似地，将第三延迟片22对来自膜平面的法线方向的光的延迟定义为Re3(0)。将第三延迟片22对按照从膜平面的法线方向到慢轴的40°的角度从空气到第三延迟片22施加的光的延迟定义为Re3x(40)。将第三延迟片22对按照从膜平面的法线方向到与慢轴垂直的平面内方向的40°的角度从空气到第三延迟片22施加的光的延迟定义为Re3y(40)。
第一偏振器21的透射轴和第二偏振器20的透射轴近似彼此垂直，并且第一延迟片24的慢轴和第三延迟片22的慢轴近似彼此垂直。Re1(0)和Re3(0)近似彼此相等，Re1(0)、Re1x(40)、Re1y(40)、Re3(0)、Re3x(0)和Re3y(40)近似彼此相等。
将透射显示区域中水平取向的液晶层25a相对于法线方向的延迟定义为ReLC(0)。将液晶层25a对按照从法线方向到液晶层25a的取向轴方向的40°的角度从空气到液晶层25a施加的光的延迟定义为ReLCx(40)。将液晶层25a对按照从法线方向到与液晶层25a的取向轴垂直的平面内方向的40°的角度从空气到液晶层25a施加的光的延迟定义为ReLCy(40)。
第二延迟片23的慢轴和透射显示区域中的液晶层25a的取向轴近似彼此垂直。Re2(0)和ReLC(0)近似彼此相等，Re2x(40)和ReLCy(40)近似彼此相等；以及Re2y(40)和ReLCx(40)近似彼此相等。
在透射显示区域中，第一延迟片24和第三延迟片22之间的延迟和斜视延迟彼此抵消，并且透射显示区域中的第二延迟片23和显示黑色时的液晶层25a之间的延迟和斜视延迟彼此抵消。
在反射显示区域中，当显示黑色时反射显示区域中的第一偏振器21、第一延迟片24和液晶层25b共同组成圆偏振器。
下面将参考图2B描述根据本示范性实施例的液晶显示设备的操作，即根据本示范性实施例的液晶显示设备的光调制操作。
在反射显示区域中，当没有向液晶层25b施加电压时，反射显示区域中的第一偏振器21、第一延迟片24和液晶层25b共同地组成圆偏振器。将从第一偏振器21施加的外部光转换为施加到反射器26的右旋圆偏振的光。依赖于延迟片24和液晶层25b的布置角度将外部光转换为右旋或左旋圆偏振光。施加到反射器26的光在被反射器26反射时被转换成左旋圆偏振光，并且被施加给通过反射显示区域中的液晶层25b、第一延迟片24和第一偏振器21提供的圆偏振器。然而，尽管圆偏振器通过右旋圆偏振光，但是圆偏振器吸收左旋圆偏振光。因此，没有从圆偏振器上发出光，但是在反射显示区域中显示黑色。因此当没有向液晶层25b施加电压时，反射显示区域显示黑色。此外，因为Re1(0)、Re1x(40)和Re1y(40)近似彼此相等，第一反射片24作为在相对于法线方向倾斜的光的较宽角度范围内其延迟接近Re1(0)的延迟元件。因此，当对于倾斜的光而言，层叠体与圆偏振器背离的范围和程度比采用Re1(0)、Re1x(40)和Re1y(40)彼此不等的延迟片更小时，反射显示区域的观看角度特征比图1中所示的液晶显示设备的观看角度特征更好。
下面将描述其中没有向透射显示区域中的液晶层25a施加电压时透射显示区域的光学操作。透射显示区域中第二延迟片23的慢轴和液晶层25a的取向轴近似彼此垂直，并且透射显示区域中的第二延迟片23的延迟和液晶层25a的延迟近似彼此相等。因此，第二延迟片23和液晶层25a的层叠体抵消了它们的延迟，并且对于与Z轴平行的光而言是光学各向同性的。此外，因为Re2x(40)和ReLCy(40)近似彼此相等并且Re2y(40)和ReLCx(40)近似彼此相等，第二延迟片23和液晶层25a的层叠体抵消了它们在第二延迟片23和液晶层25a之间的斜视延迟，并且对于倾斜光是近似光学各向同性的。因为液晶层25a和第二延迟片23的层叠体是各向同性或近似各向同性的，可以认为第一延迟片24、透射显示区域中的液晶层25a、第二延迟片23和第三延迟片22是第一延迟片24和第三延迟片22的层叠体。
此外，第一延迟片24的慢轴和第三延迟片22的慢轴近似彼此相等，并且第一延迟片24的延迟和第三延迟片22的延迟近似彼此垂直。因此，第一延迟片24和第三延迟片22的层叠体对于与Z轴平行的光是光学各向同性的。此外，因为Re1x(40)、Re1y(40)、Re3x(40)、Re3y(40)基本彼此相等，对相对于法线方向倾斜的光的延迟彼此抵消，从而使层叠体近似是各向同性的。因此，第一延迟片24、透射显示区域中的液晶层25a、第二延迟片23和第三延迟片22对于从法线方向施加的光是各向同性的，并且对于倾斜的光是近似各向同性的。
因为第一偏振器21的透射轴和第二偏振器20的透射轴近似彼此垂直，不会从第一偏振器21中发出来自背光28的透射显示光，从而使得透射显示区域显示黑色。因此，当没有向液晶层25a施加电压时，透射显示区区域如反射显示区域的情况那样显示黑色。因为第一延迟片24、液晶层25a、第二延迟片23和第三延迟片22的层叠体是近似各向同性的，透射显示区域的观看角度特征与图1中所示的液晶显示设备的观看角度特征是基本相同的。
下面将描述当向液晶层25a、25b施加电压时液晶显示设备的光学操作。当向液晶层25a、25b施加电压时，反射显示区域和透射显示区域中的液晶层25a、25b的取向变形，其中改变了它们的折射率各向异性。在透射显示区域中，显示黑色时的第一偏振器21、第一延迟片24以及液晶层25b共同组成圆偏振器。因为通过电压改变了液晶层25b的折射率各向异性，所施加的光从圆偏振状态改变。尽管所述改变依赖于所施加的电压和液晶层25b的厚度而不同，可以这样设定所施加电压和液晶层25b的厚度，使得从第一偏振器21施加的外部光被反射器26反射，并且通过第一偏振器21。因此，当向液晶层25b施加电压时，反射显示区域显示白色。
下面将描述当向液晶层25a施加电压时透射显示区域的光学操作。当通过所施加的电压改变液晶层25的折射率各向异性时，第二延迟片23和液晶层25a之间的区域将不再是光学各向同性的。因此，第三延迟片22、第二延迟片23、液晶层25a和第一延迟片24的这四层不再是光学各向同性的，允许来自背光28的透射显示光通过第一偏振器21以显示白色。
按照这种方式，液晶显示设备操作为正常黑色的半透射液晶显示设备，其中在横向电场模式下对透射显示区域和反射显示区域两者加电。
如上所述，在根据本示范性实施例的液晶显示设备中，第一延迟片24和第三延迟片22的Re1(0)和Re3(0)近似彼此相等，并且第一延迟片24和第三延迟片22的Re1(0)、Re1x(40)、Re1y(40)、Re3(0)、Re3x(40)、Re3y(40)近似彼此相等。因此，第一延迟片24和第三延迟片22可以包括同样的延迟片，并且因为减小了延迟片类型的个数，所以液晶显示设备制造便宜。此外，因为第一延迟片24和第三延迟片22包括同样的延迟片，防止了透射显示器的对比度由于第一延迟片24和第三延迟片22的不同折射率波长分布导致的减小。根据本示范性实施例，对于第一延迟片24和第三延迟片22可以总是包括相同的延迟片，而不管在透射显示区域中的液晶层25a的延迟如何。
在根据本示范性实施例的液晶显示设备中，优选地，反射显示区域中的第一偏振器21、第一延迟片24和液晶层25b应该共同地组成宽范围圆偏振器。在反射显示区域中这样设置的宽范围圆偏振器有效地增加了反射显示器的对比度。
另外，根据本示范性实施例的液晶显示设备可以这样配置，使得使用第二偏振器20作为显示表面。在这种情况下，反射显示区域中的第二偏振器20、第三延迟片22、第二延迟片23和液晶层25b组成了宽范围圆偏振器。在反射显示区域中这样设置的宽范围圆偏振器有效地增加了反射显示器的对比度。根据该修改，将图2B中所示的反射器26和背光28的位置从背光一侧基板上偏移至观察者一侧的基板上。
在根据本示范性实施例的液晶显示设备中，反射器26简单地作为镜面。反射器26的反射表面可以包括小的表面不规则性。可以通过改变反射器26的表面不规则性来调节反射器26对于向其施加的外部光的反射性质。
本示范性实施例还可以应用于诸如FFS(边缘场切换)液晶显示设备和具有略微不同的结构和布局的电极的AFFS(增强边缘场切换)液晶显示设备之类的液晶显示设备中。
已经在假设液晶分子具有正的介电常数各向异性的情况下描述了根据本示范性实施例的液晶显示设备。然而，根据本示范性实施例的液晶显示设备可以结合具有负介电常数各向异性的液晶分子。
在本示范性实施例中，按照横向电场模式对反射显示区域中的液晶层加电。然而，可以按照垂直电场模式对反射显示区域中的液晶层加电。
[结构示例]
下面将描述根据本示范性实施例的液晶显示设备的结构示例。根据下述结构示例，在反射显示区域中，偏振器、其中Nz＝0.5的半波片以及包括四分之一波片的反射显示区域中的液晶层共同组成宽范围圆偏振器。
图3示出了根据结构示例1的液晶显示设备和光学膜的示意性剖面图。
如图3所示，根据示例结构1的液晶显示设备包括偏振器、延迟片、液晶层和反射器。液晶层包括透射显示区域和包括反射器的反射显示区域中的两个液晶层。从显示表面观看时液晶显示设备的透射显示区域包括按照以下顺序依次排列的偏振器2、其中Nz＝0.5的半波片5、液晶层6a、其中Nz＝0的半波片4、其中Nz＝0.5的半波片3、以及偏振器1。从显示表面观看时液晶显示设备的反射显示区域包括按照以下顺序依次排列的偏振器2、其中Nz＝0.5的半波片5、液晶层6b以及反射器7。
表1示出了根据结构示例1的液晶显示设备的透射显示区域的部件。表1中的延迟值在550nm的波长。表2示出了其中Nz＝0.5的半波片的折射率。
表1
    Nz系数     延迟(nm)   布置角度(°)
偏振器2     -     -   90.0
Nz＝0.5的半波片5     0.5     275.0   100.0
液晶层6a     1.0     274.8   155.0
Nz＝0的半波片4     0     275.0   65.0
Nz＝0.5的半波片3     0.5     275.0   10.0
偏振器1     -     -   0.0
(根据示例1的液晶显示设备的透射显示区域的部件(550nm波长时的值))
表2
延迟片     波长(nm)  Nx  Ny  Nz
Nz＝0.5的半波片     400  1.5887  1.5835  1.5861
    500  1.5882  1.5835  1.5858
    600  1.5879  1.5835  1.5857
(其中Nz＝0.5的半波片的折射率)
按照横向电场模式对透射显示区域和反射显示区域中的液晶层6a、6b加电。电场具有与液晶层6a、6b的布置角度成-75°的方向。
下面将描述除了表1中的参数之外的用于估计观看角度特征所需的其余参数。透射显示区域中的液晶层6a具有约0.076(波长550nm处)的折射率各向异性Δn以及约3.63μm的厚度，并且具有这样的波长依赖性，使得与普通液晶的情况一样，折射率各向异性在短波长处较大。水平取向的液晶具有Nz＝1.0。其中Nz＝0的半波片4具有折射率nx、ny，nx、ny的值基于表2所示的其中Nz＝0.5的半波片的折射率固定于当Nz＝0.5时的值，折射率nz是通过与相应Nz系数匹配的等式(1)确定的。除了400、500、600nm之外的波长处的折射率根据柯西(Cauchy)等式。因为其中Nz＝0.5的材料和其中Nz＝0的材料彼此不同，尽管Nz＝0.5和Nz＝0的折射率的波长分布实际上倾向于彼此不同，也认为Nz＝0.5和Nz＝0的折射率的波长分布彼此相同。
其中Nz＝0.5的半波片3、5的延迟包括Re1(0)＝Re3(0)＝275.0nm、Re1x(40)＝Re3x(40)＝276.0nm、以及Re1y(40)＝Re3y(40)＝276.1nm。其中Nz＝0的半波片4的延迟包括Re2(0)＝275.0nm、Re2x(40)＝300.7nm、以及Re2y(40)＝251.5nm。液晶层6a的延迟包括ReLC(0)＝274.8nm、ReLCx(40)＝245.0nm以及ReLCy(40)＝303.8nm。
下面将描述根据结构示例1的液晶显示设备的透射显示区域上黑色的显示。透射显示区域中的液晶区域6a和其中Nz＝0的半波片4的层叠体具有近似彼此垂直延伸的取向轴和慢轴，并且具有基本彼此相等的Re2(0)＝275.0nm和ReLC(0)＝274.8nm。对于从液晶层6a和其中Nz＝0的半波片4的法线方向施加的光，275.0nm和274.8nm处的延迟彼此抵消，并且层叠体是光学各向同性的。
因为Re2x(40)＝300.7nm和ReLCy(40)＝303.8nm基本上是彼此相等的，并且Re2y(40)＝251.5nm和ReLCx(40)＝245.0nm基本上彼此相等，300.7nm和303.8nm的延迟对于向着65°(245°)的布置角度的方向倾斜的光彼此抵消，并且251.5nm和245.0nm的延迟对于向着155°(335°)的布置角度的方向倾斜的光彼此抵消。类似地，对于向着65°(245°)的布置角度和155°(335°)的布置角度之间的布置角度的方向倾斜的光的延迟彼此抵消。
因为液晶层6a和其中Nz＝0的半波片4的层叠体是各向同性的，认为其中Nz＝0.5的半波片5、液晶层6a、其中Nz＝0的半波片4以及其中Nz＝0.5的半波片3的层叠体是其中Nz＝0.5的半波片5和其中Nz＝0.5的半波片3的层叠体。因为其中Nz＝0.5的半波片5和其中Nz＝0.5的半波片3的慢轴基本上彼此垂直，并且具有相同的延迟Re1(0)＝Re3(0)＝275.0nm，延迟Re1(0)、Re3(0)对于从法线方向施加的光彼此抵消，并且其中Nz＝0.5的半波片5和其中Nz＝0.5的半波片3的层叠体是光学各向同性的。
因为Re1x(40)＝Re3x(40)＝276.0nm，并且Re1y(40)＝Re3y(40)＝276.1nm，276.0nm和276.1nm处的延迟对于向100°(280°)的布置角度的方向倾斜的光彼此抵消，并且276.1nm和276.0nm处的延迟对于向10°(190°)布置角度的方向倾斜的光彼此抵消。因此，对于相对于法线方向倾斜的光的延迟彼此抵消，使得层叠体近似各向同性。
因此，其中Nz＝0.5的半波片5、液晶层6a、其中Nz＝0的半波片4以及其中Nz＝0.5的半波片3对于从法线方向施加的光是各向同性的，并且对于倾斜的光近似是各向同性的。结果，用于显示黑色的透射显示区域的观看角度特征与图1中所示的液晶显示设备的观看角度特征基本相同。
图4是示出了根据结构示例1的液晶显示设备的透射显示区域的观看角度特征的估计结果的等对比度图。通过用将液晶保持在其初始状态而产生的黑色显示的亮度来划分施加电压直到达到最大亮度级别以移动液晶而产生的白色显示的亮度来绘制观看角度特征的等对比度图。显示了对比度3至3000，表示随着显示越白对比度越高。从示意图内部开始按照以下顺序依次地示出了300、200、100、50和10的对比度时的等对比度曲线。图4中所示的X、Y和Z轴按照与图2中所示坐标轴相同的方式来定义。四个同心圆表示对于相对于Z轴分别倾斜20、40、60、80(极角)°的对比度级别。
因为配对的其中Nz＝0.5的半波片3和其中Nz＝0.5的半波片5具有相同的折射率波长分布，透射显示器的对比度较高。
表3示出了根据结构示例1的液晶显示设备的反射显示区域的部件。
表3
    Nz系数     延迟(nm)   布置角度(°)
偏振器2     -     -   90.0
Nz＝0.5的半波片     0.5     275.0   100.0
液晶层6b     1.0     137.4   155.0
(根据结构示例1的液晶显示设备的反射显示区域的部件(波长550nm时的值))
如图3所示，从显示表面观看的根据结构示例1的液晶显示设备的反射显示区域包括按照以下顺序依次排列的偏振器2、其中Nz＝0.5的半波片5、液晶层6b和反射器7。偏振器2、延迟片5和液晶层6b共同组成圆偏振器。优选地，圆偏振器应该是用于增加反射显示的对比度的宽范围圆偏振器。表3中的延迟值是在550nm的波长。部件的折射率与根据结构示例1的液晶显示设备的透射显示区域的部件折射率相同的值。反射显示区域中的液晶层6b具有约1.8微米的厚度，并且反射器7具有镜面反射特性。
以下将描述反射显示区域上黑色的显示。偏振器2、其中Nz＝0.5的半波片5和液晶层6b共同组成对于从法线方向施加的光的宽范围圆偏振器。因为Re1(0)＝275nm，Re1x(40)＝276.0nm，Re1y(40)＝276.1nm，并且Re1(0)、Re1x(40)和Re1y(40)基本上彼此相等，第一延迟片(其中Nz＝0.5的半波片5)作为在对于相对于法线方向倾斜的光在宽角度范围内具有与Re1(0)接近的延迟的延迟元件。因此，因为相对于倾斜光而言，层叠体与宽角度圆偏振器相背离的范围和程度比如果采用其Re1(0)、Re1x(40)和Re1y(40)彼此不相等的延迟片更小，所以用于显示黑色的反射显示区域的观看角度特征比图1中所示的液晶显示设备更好。
图5是示出了根据结构示例1的液晶显示设备的反射显示区域的观看角度特征的估计结果的等对比度图。与图4一样，显示了对比度3至3000，表示对比度随着显示更白而变得更高。从示意图内部开始按照以下顺序依次地示出了200、100、50和10的对比度时的等对比度曲线。将图5中所示X、Y和Z轴按照与图2中所示坐标轴相同的方式定义。
尽管透射显示区域中的液晶层6a的延迟约是结构示例1中的波长的一半，可以通过设计来改变。如果改变液晶层的延迟，也改变第二延迟片的延迟。
对于结构示例1中的其中Nz＝0.5的半波片5、液晶层6a、其中Nz＝0的半波片4以及其中Nz＝0.5的半波片3，估计了慢轴与取向轴的偏差、延迟偏移以及Nz系数偏移对显示器的影响。具体地，估计了慢轴和取向轴的偏差以及延迟偏移对于正面对比度的影响，并且估计了60°的极角时Nz系数偏移对对比度的影响。独立地估计了这些偏差和偏移的全部影响。估计了随延迟片和液晶层厚度改变的延迟偏移。基于表2中所示的其中Nz＝0.5的半波片的折射率将除了其中Nz＝0.5的那些之外的半波片的折射率nx、ny固定为当Nz＝0.5时的值，并且通过与各个Nz系数匹配的等式(1)来确定折射率nz。
图6示出了其中Nz＝0.5的半波片5的慢轴的偏差与透射显示器上的正面对比度之间的关系。图7示出了液晶层6a的取向轴的偏差与透射显示器上的正面对比度之间的关系。图8示出了其中Nz＝0的半波片4的慢轴的偏差与透射显示器上的正面对比度之间的关系。图9示出了其中Nz＝0.5的半波片3的慢轴的偏差与透射显示器上的正面对比度之间的关系。
如可以从图6至图9所看见的，在根据结构示例1的液晶显示设备中，当相对于其中Nz＝0.5的半波片5的慢轴的布置误差在从-2.8°至2.6°的范围中，相对于液晶层6a的取向轴的布置误差在从-2.6°至2.6°的范围中，相对于其中Nz＝0的半波片4的慢轴的布置误差在-2.6°至2.6°的范围中，以及相对于其中Nz＝0.5的半波片3的慢轴的布置误差在-2.6°至2.8°的范围中时，透射显示器的正面对比度具有大于等于100的值。
图10示出了其中Nz＝0.5的半波片5的延迟位移与透射显示器上的正面对比度之间的关系。图11示出了液晶层6a的延迟偏移与透射显示器上的正面对比度之间的关系。图12示出了其中Nz＝0的半波片4的延迟偏移与透射显示器上的正面对比度之间的关系。图13示出了其中Nz＝0.5的半波片3的延迟偏移与透射显示器上的正面对比度之间的关系。
如可以从图10至图13中看出的，当其中Nz＝0.5的半波片5的延迟误差在从-51.9nm至48.9nm的范围中时，液晶层6a的延迟误差从-16.1nm至17.2nm的范围中，其中Nz＝0的半波片4的延迟误差在从-16.8nm至15.7nm的范围中，以及其中Nz＝0.5的半波片3的延迟误差在从-48.0至49.9nm的范围中，透射显示器的正面对比度具有大于等于100的值。
图14示出了关于半波片3的Nz系数(-0.3，-0.2，0)的、透射显示器上60°的极角处方位角与正面对比度之间的关系。图15示出了关于半波片3的Nz系数(0.2，0.4，0.5)的、透射显示器上60°的极角处方位角与正面对比度之间的关系。在图14和图15中，将坐标按照与图3中相同的方式来定义，并且方位角表示与+X轴的角度。
在下面的表4和表5中示出了半波片的从-0.3至1.0的Nz系数时的Rex(40)和Rey(40)。
表4
Nz系数 -0.3  -0.2  0  0.2  0.3  0.4
Rex(40) 315.5nm  310.6nm  300.7nm  290.9nm  285.9nm  281.0nm
Rey(40) 236.9nm  241.8nm  251.5nm  261.4nm  266.3nm  271.2nm
(半波片的从-0.3至1.0的Nz系数时的Rex(40)和Rey(40))
表5
Nz系数 0.5  0.6  0.8  0.9  1.0
Rex(40) 276.0nm  271.1nm  261.1nm  256.1nm  251.1nm
Rey(40) 276.1nm  281.0nm  290.9nm  295.8nm  300.8nm
(半波片的从-0.3至1.0的Nz系数时的Rex(40)和Rey(40))
如可以从图14和图15看出的，当半波片3的Nz系数在-0.2至0.4的范围中时，在60°极角时的垂直方位角(约0、90、180和270°的方位角时对比度具有大于等于100的值。从表4和表5可以看出，当281.0nm≤Re2x(40)≤310.6nm并且ReLCy(40)＝303.8nm时，可以认为Re2x(40)和ReLCy(40)近似彼此相等以实现本发明的优势。类似地，当241.8nm≤Re2y(40)≤271.2nm并且ReLCx(40)＝245.0时，可以认为Re2y(40)和ReLCx(40)近似彼此相等。
图16示出了在半波片5和半波片3的Nz系数彼此相等的情况下，关于半波片5和半波片3的Nz系数(0.2，0.3，0.5)的、透射显示器上60°的极角处方位角与正面对比度之间的关系。图17示出了在半波片5和半波片3的Nz系数彼此相等的情况下，关于半波片5和半波片3的Nz系数(0.6，0.8，0.9)的、透射显示器上60°的极角处方位角与正面对比度之间的关系。在图16和图17中，坐标按照与图3中相同的方式来定义。
如可以从图16和图17中看出的，当半波片5和半波片3的Nz系数彼此相等并且在0.3至0.8的范围中时，在60°的极角时垂直方位角(约90、180和270°的方位角)处的对比度具有大于等于100的值。因此，可以从表4和表5中看出，当Re1(0)＝275.0nm，261.1nm≤Re1x(40)≤285.9nm并且266.3nm≤Re1y(40)≤290.9nm时，可以认为Re1(0)、Re1x(40)以及Re1y(40)近似彼此相等以实现本发明的优势。
图18示出了关于半波片5的Nz系数(0，0.5，1.0)的、反射显示器上60°的极角处方位角与正面对比度之间的关系。在图18中，坐标按照与图3中相同的方式来定义。
如可以从图18中看出，当半波片5的Nz系数是0.5时，在60°极角时垂直方位角的平均对比度比当Nz＝0和Nz＝1时大。60°极角时全部方位角的平均对比度同样较大。因此，当半波片5的Nz系数是0.5时，反射观看角度特征比当Nz＝0和Nz＝1时更好。当半波片5的Nz系数在0＜Nz＜0.5的范围中时，液晶显示设备具有当Nz＝0时的观看角度特征和当Nz＝0.5时的观看角度特征之间的观看角度特征。类似地，当半波片5的Nz系数在0.5＜Nz＜1的范围中时，液晶显示设备具有当Nz＝0.5时的观看角度特征和当Nz＝1时的观看角度特征之间的观看角度特征。
下面将描述根据结构示例2的液晶显示设备。结构示例2与结构示例1不同之处在于第一延迟片的延迟和液晶层的延迟，并且所述第一延迟片和液晶层共同组成了宽范围圆偏振器。表6至表8示出了根据结构示例2-1至2-7的液晶显示设备的反射显示区域的部件。
表6
结构示例2-1 结构示例2-2 结构示例2-3
延迟(nm)    布置角度(°) 延迟(nm)     布置角度(°) 延迟(nm)     布置角度(°)
偏振器 -    0 -     0 -     0
延迟片     300.0     167.4     250.0     74.5     220.0     344.1
液晶层     140.5     113.3     125.5     16.1     111.5     106.8
(根据结构示例2的液晶显示设备的反射显示区域的部件(波长550nm时的值))
表7
  结构示例2-4   结构示例2-5   结构示例2-6
  延迟(nm)     布置角度(°)   延迟(nm)     布置角度(°)   延迟(nm)     布置角度(°)
偏振器   -     0   -     0   -     0
延迟片   200.0     195.8   180.0     345.0   160.0     284.5
液晶层   102.9     71.6   97.0     292.0   93.1     334.4
(根据结构示例2的液晶显示设备的反射显示区域的部件(波长550nm时的值))
表8
    结构示例2-7
    延迟(nm)     布置角度(°)
偏振器     -     0
延迟片     138.5     193.4
液晶层     91.5     240.2
(根据结构示例2的液晶显示设备的反射显示区域的部件(波长550nm时的值))
按照与结构示例1相同的方式估计宽范围圆偏振器的效果。延迟片采用表3中其中Nz＝0的半波片的折射率值，并且具有依赖于延迟而不同的厚度。宽范围圆偏振器的宽范围性能只对于从基板的法线方向施加的光来进行估计。因为没有Nz系数影响宽范围性能，因此在结构示例2-1至2-7中省略了Nz系数。
可以通过观察当显示黑色时反射光强度的波长依赖性来判定由反射显示区域中的偏振器、半波片和液晶层组成的宽范围圆偏振器的宽范围性能。因为宽范围性能越好，当显示黑色时反射光的强度越变得接近0，不论可见光波长如何。图19示出了当在结构示例1和结构示例2-1至2-7中显示黑色时反射光强度的波长依赖性。图19还示出了包括偏振器(0°的布置角度)、四分之一波片(45°的布置角度)和反射器的单延迟片的反射光强度的波长依赖性。
如可以从图19中看出的，结构示例2-2至2-6的反射光强度的波长依赖性比单延迟片的反射光强度的波长依赖性表现出更好的宽范围性能。结构示例2-7的反射光强度的波长依赖性基本上与单延迟片的反射光强度的波长依赖性等效。
<比较示例>
下面将描述比较结构示例1。根据比较结构示例1的液晶显示设备是一种与图1中所示的液晶显示设备相同的结构。
表9和表10示出了根据比较示例1的液晶显示设备的透射和反射显示区域的部件。图20和图21是示出了根据比较性结构示例1的液晶显示设备的透射和反射显示区域的观看角度特征的估计结果的等对比度示意图。
表9
    Nz系数     延迟(nm)   布置角度(°)
偏振器2002     -     -   90.0
Nz＝1的半波片2005     1.0     275.0   15.0
液晶层2006a     1.0     233.8   75.0
Nz＝0的半波片2004     0     233.0   165.0
Nz＝0的半波片2003     0     275.0   105.0
偏振器2001     -     -   0.0
(根据比较示例1的液晶显示设备的透射显示区域的部件(波长550nm时的值))
表10
  Nz系数   延迟(nm)   布置角度(°)
偏振器2002   -   -   90.0
Nz＝1的半波片2005     1.0     275.0     15.0
液晶层2006b     1.0     137.4     75.0
(根据比较示例1的液晶显示设备的反射显示区域的部件(波长550nm时的值))
根据本比较示例，认为其中Nz＝1的半波片2005和其中Nz＝0的半波片2003具有相同的波长分布。然而，因为其中Nz＝1的半波片的材料和其中Nz＝0的半波片的材料彼此不同，它们的波长分布倾向于彼此不同，所以减小了透射显示器上的正面对比度。
针对透射显示的结构示例1的等对比度示意图(图4)和针对透射显示的比较结构示例1的等对比度示意图(图20)的比较表明针对透射显示的观看角度特征基本上彼此等效。另一方面，针对反射显示的等对比度示意图之间的比较(图5和图21)表明针对反射显示的结构示例1的观看角度特征比比较结构示例1的观看角度特征好。
以上已经描述了根据示范性实施例和结构示例的半透射液晶显示设备。然而，通过用透射液晶显示设备的结构来代替透射显示区域的结构以及通过用反射液晶显示设备的结构来代替反射显示区域的结构，本发明还可应用于透射液晶显示设备和反射液晶显示设备。
下面将描述根据示范性实施例的液晶显示设备的透射显示区域上黑色的显示。
通常，在液晶显示设备中，将其间夹有偏振器、延迟片和液晶层的基板通过粘合剂彼此接合以防止界面反射。其间夹有偏振器、延迟片和液晶显示设备中的液晶层的基板的折射率一般在1.5至1.6的范围。当将相对于液晶显示设备的正面方向倾斜的光施加到液晶显示设备上时，在根据本示范性实施例的结构中的延迟片和液晶层中光的角度之间的差别是可以忽略的。可以将对于根据本示范性实施例的第一延迟片、第二延迟片、第三延迟片以及液晶层的倾斜光的延迟估计为对于从空气到第一延迟片、第二延迟片、第三延迟片和液晶层施加的光的延迟。
因为透射显示区域中第二延迟片的慢轴和液晶层的取向轴近似彼此垂直，并且Re2(0)和ReLC(0)近似彼此相等，Re2(0)和ReLC(0)对于从液晶层和第二延迟片平面的法线方向向液晶层和第二延迟片施加的光彼此抵消，使得层叠体是光学各向同性的。此外，因为Re2x(40)和ReLCy(40)近似彼此相等，并且Re2y(40)和ReLCx(40)近似彼此相等，对于按照与液晶层和第二延迟片平面的法线方向成40°角度施加到液晶层和第二延迟片上的光而言，延迟彼此抵消，使得层叠体近似是光学各向同性的。
根据本示范性实施例，因为Re2(0)和ReLC(0)近似彼此相等，Re2x(40)和ReLCy(40)近似彼此相等，并且Re2y(40)和ReLCx(40)近似彼此相等，Re2x(θ)和ReLCy(θ)之间以及Re2y(θ)和ReLCx(θ)之间的延迟彼此抵消到这样的程度：对于按照与平面的法线方向成θ角度倾斜的光，可以通过根据本示范性实施例的液晶显示设备所要求的θ范围实现本发明的优势，从而使得堆叠体接近光学各向同性。这不但对于液晶层和第二延迟片之间的关系是正确的，而且对于第一延迟片和第三延迟片之间的关系也是正确的。
因为透射显示区域中的液晶层和第二延迟片的层叠体是各向同性或近似各向同性的，可以认为第一延迟片、透射显示区域中的液晶层、第二延迟片和第三延迟片的层叠体是第一延迟片和第三延迟片的层叠体。因为第一延迟片和第三延迟片的慢轴基本上彼此垂直，并且Re1(0)和Re3(0)近似彼此相等，Re1(0)和Re3(0)对于从第一延迟片和第三延迟片平面的法线方向施加的光彼此抵消，使得第一延迟片和第三延迟片层叠体是光学各向同性的。此外，因为Re1x(40)、Re1y(40)、Re3x(40)和Re3y(40)近似彼此相等，对于相对于平面法线方向倾斜的光的延迟彼此抵消，使得层叠体近似各向同性。因此，第一延迟片、透射显示区域中的液晶层、第二延迟片和第三延迟片的层叠体对于平面的法线方向施加的光是各向同性的，并且对于相对于平面的法线方向倾斜的光是近似各向同性的。因此，用于显示黑色的反射显示区域的观看角度特征和图1中所示的液晶显示设备的观看角度特征是基本上相同的。
当激活液晶层时透射显示区域可以显示白色，并且透射显示区域中的液晶层和第二延迟片的层叠体的各向同性程度降低。因为对比度的观看角度特征极大地受到用于显示黑色的观看角度特征的影响，对比度的观看角度特征基本上也与图1中所示的液晶显示设备的观看角度特征相同。
下面将描述根据示范性实施例的液晶显示设备的反射显示区域上黑色的显示。
如果第一偏振器在观察者一侧上，那么反射显示区域中的第一偏振器、第一延迟片和液晶层共同组成对于从平面的法线方向施加的光的圆偏振器。通过将它们构造为宽范围圆偏振器来增加反射显示区域的对比度。因为Re1(0)、Re1x(40)和Re1y(40)近似彼此相等，第一延迟片用作其延迟同样对于相对于平面的法线方向倾斜40°的光在宽角度范围中接近Re1(0)的延迟元件。此外，因为Re1(0)、Re1x(40)和Re1y(40)近似彼此相等，Re1(0)、Re1x(θ)和Re1y(θ)同样近似彼此相等为这样的程度：对于与平面的法线方向θ角度倾斜的光，在根据本示范性实施例的液晶显示设备要求的θ范围中实现本发明的优势，并且第一延迟片作为其延迟相对于平面的法线方向θ角度倾斜的光在宽角度范围中接近Re1(0)的延迟元件。这不但对于第一延迟片而且对于第三延迟片是正确的。因此，由于对于倾斜光而言，层叠体与圆偏振器背离的范围和程度比如果采用彼此不相等的Re1(0)、Re1x(40)和Re1y(40)的延迟片更小，用于显示黑色的反射显示区域的观看角度特征比图1中所示的液晶显示设备更好。
当激活液晶层时反射显示区域可以显示白色，并且反射显示区域中第一偏振器、第一延迟片和液晶层的层叠体与圆偏振器或宽范围圆偏振器背离。因为对比度的观看角度特征受到用于显示黑色的观看角度特征的极大影响，反射显示区域的对比度的观看角度特征比图1中所示的液晶显示设备的观看角度特征更好。
如果第二偏振器在观察者一侧上，液晶显示设备按照上述相同方式操作。在这种情况下，反射显示区域中的第二偏振器、第三延迟片、第二延迟片和液晶层共同组成圆偏振器或宽范围圆偏振器。
Re1(0)、Re1x(40)、Re1y(40)、Re3(0)、Re3x(40)和Re3y(40)近似彼此相等的事实意味着第一延迟片和第三延迟片可以包括相同的延迟片。如果第一延迟片和第三延迟片包括相同的延迟片，并且还包括第二延迟片，那么可以使用两种类型的这三个延迟片实现具有宽观看角度特征的横向电场模式半透射液晶显示设备。图1中所示的液晶显示设备需要使用三种类型的延迟片。因此，因为延迟片的类型更少，所以根据本示范性示例的液晶显示设备制造更不昂贵。因为第一延迟片和第三延迟片包括相同的延迟片，它们的折射率的波长分布彼此相同，使得所述延迟可以在第一延迟片和第三延迟片之间彼此充分抵消，并且与图1中所示液晶显示设备不一样地防止透射显示器的对比度减小。
第一延迟片、透射显示区域中的液晶层、第二延迟片以及第三延迟片的延迟可以近似是λ/2。符号“λ”指的是波长。
本领域公知的是当向λ/2波片施加线偏振光时，线偏振光的振动方向依赖于在线偏振光的振动和其中延迟为λ/2的波长处的λ/2波片的慢轴之间形成的角度而旋转。例如，如果在第二偏振器一侧上存在背光，那么当根据本示范性实施例的液晶显示设备的透射显示区域显示白色时，通过第二偏振器将从背光施加的光转换为线偏振光，并且将施加给第三延迟片的线偏振光原样传输为第二延迟光。由于向第一延迟片以及然后向第一偏振器原样传输线偏振光，可以有效地利用所述光以得到通过偏振器的性能确定的亮度级别。
第二延迟片的Nz系数可以在从-0.2至0.4的范围中。如果第二延迟片的Nz系数在从-0.2至0.4的范围中，那么Re2x(40)和ReLCy(40)近似彼此相等，并且Re2y(40)和ReLCx(40)近似彼此相等，从而在液晶显示设备的透射显示区域上实现了所需观看角度特征。透射显示区域上的所需观看角度特征意味着在60°的极角(法线方向是0°)时垂直方位角(例如，约0、90、180和270°的方位角)实际要求大于等于100的对比度。
第二延迟片的Nz系数可以近似是0。对于这样构建的液晶设备，因为液晶层具有Nz＝1，当第二延迟片的Nz系数是0时，慢轴配置为基本彼此垂直的透射显示区域中的第二延迟片和液晶层的斜视延迟在倾斜观看角度的较宽范围中具有相等的值。因此，斜视延迟可以抵消。因此，液晶显示设备的透射显示区域具有改善的观看角度特征。
第一延迟片和第三延迟片的Nz系数可以在0.3至0.8的范围中。如果第一延迟片和第三延迟片的Nz系数在从0.3至0.8的范围中，那么Re1(0)、Re1x(40)、Re1y(40)、Re3(0)、Re3x(40)和Re3y(40)近似彼此相等，从而在液晶显示设备的透射显示区域上实现了所需观看角度特征。也改善了反射显示区域上的观看角度特征。
第一延迟片和第三延迟片的Nz系数基本上可以是0.5。利用这样构建的液晶显示设备，当Nz系数基本上是0.5时，Re1(0)、Re1x(40)、Re1y(40)、Re3(0)、Re3x(40)和Re3y(40)更加彼此相等，从而使得可以使第一延迟片和第三延迟片的层叠体更近似光学各向同性。结果，液晶显示设备具有针对透射显示的更好的观看角度特征以及针对反射显示的更好的观看角度特征。
对于第一延迟片的慢轴的布置误差可以在从-2.8°至2.6°的范围中。对于第二延迟片的慢轴的布置误差可以在从-2.6°至2.6°的范围中。对于第三延迟片的慢轴的布置误差可以在从-2.6°至2.8°的范围中。对于液晶层的取向轴的布置误差可以在从-2.6°至2.6°的范围中。
利用这样构建的液晶显示设备，可以在以上结构示例中的第一延迟片、第二延迟片、第三延迟片和液晶层的布置误差中的每一个之内实现实际要求的透射显示的大于等于100的正面对比度。
第一延迟片的延迟误差可以在从-51.9nm至48.9nm的范围中。第二延迟片的延迟误差可以在从-16.8nm至15.7nm的范围中。第三延迟片的延迟误差可以在从-48.0nm至49.9nm的范围中。液晶层的延迟误差可以在从-16.1nm至17.2nm的范围中。
利用这样构建的液晶显示设备，可以在以上结构示例中的第一延迟片、第二延迟片、第三延迟片和液晶层的延迟误差中的每一个之内实现针对透射显示的所需观看角度特征。
根据本示范性实施例的光学膜包括偏振器和具有近似λ/2的延迟、以及从0.3至0.8范围的Nz系数(优选地，近似0.5)的延迟片的层叠体。
替代地，根据本示范性实施例的另一个光学膜可以包括按照以下顺序依次堆叠的偏振器、其中具有近似λ/2的延迟和从0.3至0.8的范围中(优选为近似0.5)的Nz系数的延迟片、以及近似λ/2的延迟以及从-0.2至0.4的范围中(优选的近似0)的Nz系数的延迟片的层叠体。
在根据本示范性实施例的液晶显示设备中结合的根据本示范性实施例的光学膜对于提供优秀的显示特征(具体地宽观看角度特征)是有效的。
第二示范性实施例
图22示出了结合根据本发明的第二示范性实施例的液晶显示设备的移动终端设备。
如图22中所示，将根据本发明第二示范性实施例的液晶显示设备102结合在移动终端设备101中。根据本发明的液晶显示设备不但可应用于移动电话机，而且可应用于包括PDA(个人数字助理)、游戏机、数码相机、数字视频摄像机等的各种移动终端设备中。根据本发明的液晶显示设备不但还可以应用于移动终端设备，而且可以应用于包括笔记本个人计算机、自动提款机、自动售货机等的各种终端设备。

Claims (11)

1.一种液晶显示设备，包括第一和第二基板以及夹在所述第一和第二基板之间的液晶层，并且包括反射显示区域和透射显示区域作为像素区域，所述结构使得当平行于所述基板的平面施加电压时可以在横向电场模式中驱动至少所述透射显示区域中的所述液晶层，其中：
将第一延迟片和第一偏振器按照接近所述第一基板的次序堆叠在所述第一基板的远离所述液晶层的表面上，并且将第二延迟片、第三延迟片以及第二偏振器按照接近所述第二基板的次序堆叠在所述第二基板的远离所述液晶层的表面上；
所述第一延迟片和所述第三延迟片分别具有基本上彼此垂直延伸的慢轴，并且所述透射显示区域中的所述第二延迟片和所述液晶层分别具有基本上彼此垂直延伸的慢轴和取向轴；
将对从所述第一延迟片的法线方向向所述第一延迟片施加的光的延迟定义为Re1(0)，将对按照从所述第一延迟片的法线方向到所述第一延迟片的慢轴的40°的角度从空气向所述第一延迟片施加的光的延迟定义为Re1x(40)，并且将对按照从所述第一延迟片的法线方向到与所述第一延迟片的慢轴垂直的方向的40°的角度从空气向所述第一延迟片施加的光的延迟定义为Re1y(40)；
将对从所述第二延迟片的法线方向向所述第二延迟片施加的光的延迟定义为Re2(0)，将对按照从所述第二延迟片的法线方向到所述第二延迟片的慢轴的40°的角度从空气向所述第二延迟片施加的光的延迟定义为Re2x(40)，并且将对按照从所述第二延迟片的法线方向到与所述第二延迟片的慢轴垂直的方向的40°的角度从空气向所述第二延迟片施加的光的延迟定义为Re2y(40)；
将对从所述第三延迟片的法线方向向所述第三延迟片施加的光的延迟定义为Re3(0)，将对按照从所述第三延迟片的法线方向到所述第三延迟片的慢轴的40°的角度从空气向所述第三延迟片施加的光的延迟定义为Re3x(40)，并且将对按照从所述第三延迟片的法线方向到与所述第三延迟片的慢轴垂直的方向的40°的角度从空气向所述第三延迟片施加的光延迟定义为Re3y(40)；
将对从所述透射显示区域中的所述液晶层的法线方向向所述液晶层施加的光的延迟定义为ReLC(0)，将对按照从所述液晶层的法线方向到所述液晶层的取向轴的40°的角度从空气向所述液晶层施加的光的延迟定义为ReLCx(40)，并且将对按照从所述液晶层的法线方向到与所述液晶层的取向轴垂直的方向的40°的角度从空气向所述液晶层施加的光延迟定义为ReLCy(40)；以及
Re1(0)和Re3(0)近似彼此相等，Re1(0)、Re1x(40)、Re1y(40)、Re3(0)、Re3x(40)和Re3y(40)近似彼此相等，Re2(0)和ReLC(0)近似彼此相等，Re2x(40)和ReLCy(40)近似彼此相等，以及Re2y(40)和ReLCx(40)近似彼此相等
2.根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中所述第一延迟片、所述透射显示区域中的所述液晶层、所述第二延迟片和所述电第三延迟片的每一个的延迟近似是λ/2。
3.根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中所述第二延迟片具有从-0.2至0.4的范围中的Nz系数。
4.根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中所述第二延迟片具有基本上为0的Nz系数。
5.根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中所述第一延迟片和所述第三延迟片的每一个均具有从0.3至0.8的范围中的Nz系数。
6.根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中所述第一延迟片和所述第三延迟片的每一个均具有近似0.5的Nz系数。
7.根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中相对于所述第一延迟片的慢轴的布置误差在从-2.8°到2.6°的范围中，相对于所述第二延迟片的慢轴的布置误差在从-2.6°到2.6°的范围中，相对于所述第三延迟片的慢轴的布置误差在从-2.6°到2.8°的范围中，以及相对于所述液晶层的取向轴的布置误差在从-2.6°到2.6°的范围中。
8.根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中所述第一延迟片的延迟误差在从-51.9nm至48.9nm的范围中，所述第二延迟片的延迟误差在从-16.8nm至15.7nm的范围中，所述第三延迟片的延迟误差在从-48.0nm至49.9nm的范围中，以及所述液晶层的延迟误差在从-16.1nm至17.2nm的范围中。
9.一种光学膜，包括：
偏振器；以及
延迟片，所述延迟片具有近似λ/2的延迟和从0.3至0.8的范围中的Nz系数，优选地具有近似0.5的Nz系数；
所述偏振器和所述延迟片堆叠在一起。
10.一种光学膜，包括：
偏振器；以及
延迟片，所述延迟片具有近似λ/2的延迟和从0.3至0.8的范围中的Nz系数，优选地具有近似0.5的Nz系数；以及
近似λ/2的延迟和从-0.2至0.4的范围中的Nz系数，优选地具有近似0的Nz系数；
所述偏振器和所述延迟片按照所述顺序堆叠在一起。
11.一种终端设备，结合了根据权利要求1所述的液晶显示设备。
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