[发明专利]用于液晶显示器的补偿器

说明书

相关申请的相互参引

本申请要求于2004年3月2日提交的系列号为60/549,792、题名为“Compensator for Liquid Crystal Display(用于液晶显示器的补偿器)”的美国临时专利申请的利益和优先权，该临时专利申请的公开内容在此通过援引的方式完整纳入。

技术领域

本发明涉及液晶显示器(LCD)的设计，更具体而言，涉及通过在宽的视角范围内维持高对比度和相对灰度水平的最小不一致使这种显示器的视场最大化的技术。

背景技术

液晶显示器(LCD)在钟表、照相机、技术仪表、计算机、平面电视、投影屏以及大面积信息设备中得到广泛的应用。很多液晶显示器中的信息是以数字或字符排的形式给出的，这些数字或字符是由若干以某一型式排列的分段电极产生的。这些分段通过独立导线连接至驱动电子设备，驱动电子设备将电压施加到恰当的分段组合上，以通过控制透过这些分段的光来显示所需信息。图形信息或电视显示可以通过像素矩阵来实现，这些像素通过X-Y序列寻址方案(X-Y sequential addressing scheme)连接在两组互相垂直的导体之间。更先进的寻址方案是使用薄膜晶体管阵列来控制各个像素处的驱动电压。该方案主要用于扭曲向列液晶显示器，但也应用在高性能型的超扭曲液晶显示器中。

当从偏离垂直观察方向的不同角度去观看理想显示器时，理想显示器应具有相同的对比度和演色性。然而，基于向列液晶的不同类型的显示器，其对比度依赖于角度。也即指，在偏离垂直观察方向的角度下，对比度降低，并且信息可见度降低。向列LCD中通常所用的材料是光学正单轴双折射的，也即指，非寻常光折射率n_e大于寻常光折射率n_o；Δn＝n_e-n_o＞0。通过使用具有负双折射(Δn＜0)的光学补偿器可以改善显示器在倾斜角度下的可见度。此外，在大的视角下，由于有光漏过黑状态的像素元件，造成对比度损失。在彩色液晶显示器中，该泄露对饱和色和灰度色均造成严重的色偏。对于航空电子设备应用——其中副驾驶员对飞行员显示器的观察是重要的，这些限制尤为重大。提供能够在宽的视场内呈现高质量、高对比度图像的液晶显示器将会是本技术领域内的一个显著进步。

EP 0656559中公开了包括在液晶态定向的盘状向列(discotic nematic)相或单轴柱状(monoaxial columnar)相的光学补偿器。固态-盘状相变(solid-discotic phasetransition)温度非常高；因此需要加热到200摄氏度以上。这种操作并不方便，并且可能使非常敏感的材料分解。

美国专利No.5,699,136公开了将盘状材料用于光学补偿器的改进措施。该材料包括由在聚合物基体中定向的分子量液晶(molecular weight liquid crystal)组成的、具有负光学双折射的盘状向列相，包括有多种化学结构。在显著增高的温度下将材料转换到液晶态后，涂布排列层、或施加电场或磁场，使所有上述相务必在盘状液晶态被定向。光轴向垂直于片材表面的方向倾斜10-40度。

EP 0676652A2中公开了一种将盘状向列相的相变温度降低至少10摄氏度的方法，然而，上述相变温度还是有105摄氏度这么高或更高。这意味着，该方法也需要对层进行强加热，并连带有所述的缺点。

还利用了多层薄膜补偿器来提供能够在宽的视场内呈现高质量、高对比度图像的液晶显示器。该多层补偿器包括与第二多层交替的第一多层，其中第一多层中的每一层具有第一折射率和第一厚度，第二多层中的每一层具有第二折射率和第二厚度。第一和第二折射率和厚度的值使得：在一预定的视角范围内，该多层的相位延迟与处于其向同态(homeotropically alignedstate)的液晶层的相位延迟幅度相同，但符号相反。

有机二向色型染料是目前在制造具有良好光学特征和工作特性的光学各向异性膜方面变得重要的一种新材料。基于这些材料的膜可通过将由染料分子形成的超分子的液晶(LC)水溶液涂在基底表面上并接着使水蒸发来形成。如美国专利No.2,553,961中所描述的，通过对处于下面的基底表面预先进行机械有序化处理，或者如美国专利No.5,739,296和6,174,394中所描述的，通过对液晶基底材料上的涂层施加外部机械、电磁或其他定向作用力，可以使产生的膜具有各向异性的特性。