專利名稱：光學補償式雙折射型液晶顯示裝置及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及液晶顯示裝置和制造液晶顯示裝置的方法，更確切地說，本發(fā)明涉及光學補償式雙折射型液晶顯示裝置和制造光學補償式雙折射型液晶顯示裝置的方法。
背景技術：
在普遍使用的各種液晶顯示(LCD)裝置中，由于有源矩陣型LCD(AM-LCD)裝置中開關元件如薄膜晶體管(TFTs)相對于每個象素區(qū)設置成矩陣結構，具有高分辨率和顯示運動圖像的極佳特性，所以大力開發(fā)了這種有源矩陣型LCD裝置。
LCD裝置利用的是光電效應，即，通過向液晶材料層施加電壓使液晶材料層的光學特性發(fā)生變化來顯示圖像?？梢园牙霉怆娞匦缘腖CD裝置分成三種類型電流效應型、電場效應型和熱效應型。電場效應型LCD裝置的構造形式是扭曲向列(TN)型、賓-主(GH)型、電控雙折射(ECB)型和相變型之一。
在ECB模式中，將均勻排列的液晶材料層設置在正交的偏振片之間，由此使光的透射率根據(jù)所加電壓的雙折射效應而變化。作為ECB模式之一的光學補償式雙折射(OCB)型LCD裝置具有對稱的彎曲結構，所以液晶(LC)分子長軸和基板之間相對于上、下基板中點的角度接近90°，其中隨著分子靠近基板，所述角度逐漸減小。因此，OCB型LCD裝置具有比較低的響應時間。
圖1是現(xiàn)有技術中包含補償膜的光學補償式雙折射型液晶顯示裝置的示意性透視圖。按照圖1，彎曲液晶盒(bend cell)50包括彼此相隔一定距離的第一和第二基板10和30以及設在兩基板之間的液晶材料層40。第一和第二基板10和30包括各自的定向膜，定向膜具有一致的取向。液晶材料層40在未施加電壓時具有斜展(splay)結構，而當施加上述轉換電壓時具有彎曲結構。因此，重新排列的時間，即，響應時間小于大約5毫秒。
然而，彎曲液晶盒50使用了包含延遲劑(retarder)的寬視野膜來改善與高質量顯示相關的視角。因此，在第一基板10的外表面上依次形成第一補償膜12和第一偏光膜14而在第二基板30的外表面上依次形成第二補償膜32和第二偏光膜34，其中第一補償膜12的第一光軸垂直于第二補償膜32的第二光軸，而第一偏光膜14的第一透光軸垂直于第二偏光膜34的第二透光軸。第一補償膜12是寬視野膜，該寬視野膜包括依次形成在第一基板10外表面上的具有負折射率各向異性(Δn)的第一盤狀(discotic)膜12a和第一雙軸膜12b。同樣，第二補償膜32也是寬視野膜，其包括依次形成在第二基板30外表面上的具有負折射率各向異性(Δn)的第二盤狀膜32a和第二雙軸膜32b。第一和第二雙軸膜12b和32b具有ny＞nx＞nz的雙折射特性。
當制造OCB型LCD裝置時，需考慮多個因素，例如亮度、視角、驅動電壓和響應時間等。在制造OCB型LCD裝置的過程中，正確設計液晶盒和補償膜是特別重要的因素。因此，液晶材料層的多個物理參數(shù)和補償膜的設計值決定著OCB型LCD裝置的性能。
圖2A-2C是表示現(xiàn)有技術中光學補償雙折射型液晶顯示裝置驅動原理的示意型剖面圖。按照圖2A，在未向液晶材料層施加電壓時，液晶材料層具有斜展結構。按照圖2B，當施加了一個轉換電壓時，液晶材料層具有彎曲結構。按照圖2C，當施加多個電壓時液晶材料層的液晶分子從彎曲結構變?yōu)榇怪迸帕?。因此，OCB型LCD裝置的響應比TN型LCD裝置的響應要快。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明涉及光學補償式雙折射型液晶顯示裝置和制造光學補償式雙折射型液晶顯示裝置的方法，所述裝置和方法基本上克服了因現(xiàn)有技術的局限和缺點造成的一個或多個問題。
本發(fā)明的目的是提供一種具有快速響應和寬視野的光學補償式雙折射型液晶顯示裝置。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造具有快速響應和寬視野的光學補償式雙折射型液晶顯示裝置的方法。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在下面的說明中給出，其中一部分特征和優(yōu)點可以從說明中明顯得出或是通過對本發(fā)明的實踐而得到。通過在文字說明部分、權利要求書以及附圖中特別指出的結構，可以實現(xiàn)和獲得本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點。
為了得到這些和其它優(yōu)點并根據(jù)本發(fā)明的目的，作為具體和廣義的描述，本發(fā)明的光學補償雙折射型液晶顯示裝置包括彼此面對且相互隔開一定距離的第一和第二基板；設在第一和第二基板之間、且在未施加電壓時，呈斜展狀態(tài)，而當施加了轉換電壓時則呈彎曲狀態(tài)的液晶材料層；設在第一基板外表面上的第一補償膜；設在第一補償膜上的第一偏光片；設在第二基板外表面上的第二補償膜；和設在第二補償膜上的第二偏光片，其中處于斜展狀態(tài)下的液晶材料層具有第一延遲值(R1)，該值滿足式(1)1.35＜R1/λ＜1.75 (1)對處于彎曲狀態(tài)的液晶材料層，在施加適合白色圖像的白色電壓時，具有式(2)的第二延遲值(R2)0.5＜R2/λ＜0.7 (2)而當施加適合黑色圖像的黑色電壓時，具有式(3)中的第三延遲值(R3)0.1＜R3/λ＜0.15(3)按照另一方面，本發(fā)明所述制造光學補償式雙折射型液晶顯示裝置的方法包括形成彼此面對并相隔一定距離的第一和第二基板；在第一和第二基板之間形成當不施加電壓時處于斜展狀態(tài)，而當施加轉換電壓時成為彎曲狀態(tài)的液晶材料層；在第一基板的外表面上形成第一補償膜；在第一補償膜上形成第一偏光片；在第二基板的外表面上形成第二補償膜；和在第二補償膜上形成第二偏光片，其中處于斜展狀態(tài)下的液晶材料層具有第一延遲值(R1)，該值滿足式(1)1.35＜R1/λ＜1.75 (1)對于處于彎曲狀態(tài)的液晶材料層，在施加適合白色圖像的白色電壓時，具有式(2)的第二延遲值(R2)0.5＜R2/λ＜0.7 (2)而當施加適合黑色圖像的黑色電壓時，具有式(3)中的第三延遲值(R3)0.1＜R3/λ＜0.15 (3)很顯然，上面的一般性描述和下面的詳細說明都是示例性和解釋性的，其意在對本發(fā)明的權利要求作進一步解釋。


本申請所包含的附圖用于進一步理解本發(fā)明，其與說明書相結合并構成說明書的一部分，所述附圖表示本發(fā)明的實施例并與說明書一起解釋本發(fā)明的原理。附圖中圖1是現(xiàn)有技術中包含補償膜的光學補償式雙折射型液晶顯示裝置的示意性透視圖；圖2A-2C是表示現(xiàn)有技術中光學補償式雙折射型液晶顯示裝置驅動原理的示意型剖面圖；圖3A所示的曲線圖表示的是本發(fā)明中示例性OCB型LCD裝置的CIE1931色度坐標系統(tǒng)中折射率各向異性值的第一比值和色坐標特性之間的關系；圖3B所示的曲線圖表示的是本發(fā)明中另一個示例性OCB型LCD裝置的CIE1931色度坐標系統(tǒng)中折射率各向異性值的第二比值和色坐標特性之間的另一種關系；圖4A所示的曲線圖表示的是按照本發(fā)明所述OCB型LCD裝置的示例性有效延遲值與電壓的對應關系；圖4B所示的曲線圖表示的是按照本發(fā)明所述OCB型LCD裝置的示例性透射率變化與電壓的對應關系；和圖5是表示本發(fā)明中OCB型LCD裝置中示例性補償膜的示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將詳細說明本發(fā)明的實施例，所述實施例的實例示于附圖中。
表1表示在按照本發(fā)明所述常時亮態(tài)模式(Normally White Model)下，彎曲彈性模量與適合OCB型LCD裝置黑色圖像的電壓之間的關系。表2表示在按照本發(fā)明所述常時亮態(tài)模式下，介電常數(shù)各向異性和適合OCB型LCD裝置黑色圖像的電壓之間的關系。為了便于在說明書中進行討論，而把在常時亮態(tài)模式下適合OCB型LCD裝置黑色圖像的電壓稱為黑色電壓(Black Voltage)。
表1

表2

如表1和表2中所示，當彎曲彈性模量“K33”降低而介電常數(shù)各向異性“Δε”提高時，可以用低驅動電壓驅動OCB型LCD裝置，其中彎曲結構變得更加穩(wěn)定。例如，當彎曲彈性模量“K33”和介電常數(shù)各向異性“Δε”滿足式(4)時，可以用低電壓穩(wěn)定地驅動OCB型LCD裝置。
0.85＜K33/Δε＜1.5 (4)表3表示多個TN型LCD裝置的液晶樣品中不同的折射率各向異性與溫度之間的關系。表4表示多個OCB型LCD裝置的液晶樣品中不同的折射率各向異性與溫度之間的關系。為了在背光單元的環(huán)境加熱條件下能得到穩(wěn)定工作的OCB型LCD裝置，需要確定OCB型LCD裝置從向列相到各向同性相的相位轉換溫度范圍。例如，如果背光單元的溫度約為40℃，則OCB型LCD裝置的環(huán)境工作溫度取決于其特定的使用條件和使用年限。
表3

表4

按照表3，在約20℃的溫度下，TN型液晶樣品的折射率各向異性“Δn(20℃)”約為0.08，而表4中的OCB型液晶樣品，在溫度約為20℃時，其折射率各向異性“Δn(20℃)”約為0.16。在表3和表4中，用“Tni”表示從向列相到各向同性相的相位轉換溫度。而且在不同的溫度下測量每個樣品的折射率各向異性并在約20℃的溫度下對折射率各向異性進行標準化處理。
按照表3和表4，當相位轉換溫度“Tni”升高時，折射率各向異性的溫度依賴性將降低。因此，為了得到相對于環(huán)境加熱很穩(wěn)定的OCB型LCD裝置，液晶的相位轉換溫度“Tni”應滿足式(5)90℃＜Tni＜130℃ (5)圖3A所示的曲線圖表示的是本發(fā)明中示例性OCB型LCD裝置的CIE1931色度坐標系統(tǒng)中折射率各向異性值的第一比值和色坐標特性之間的關系。圖3B所示的曲線圖表示的是本發(fā)明中另一個示例性OCB型LCD裝置的CIE1931色度坐標系統(tǒng)中折射率各向異性值的第二比值和色坐標特性之間的另一種關系。在圖3A和圖3B中，第一和第二比值“ΔnLC1(400nm/550nm)”和ΔnLC2(400nm/550nm)”分別約為1.551和1.273。
按照圖3A和圖3B，第一比值“ΔnLC1(400nm/550nm)”的藍色偏移大于第二比值nLC2(400nm/550nm)”的藍色偏移。因此，可以將折射率各向異性值的比值“ΔnLC(400nm/550nm)”設計成滿足式(6)，以減小藍色偏移和提高對比度。
1.2＜ΔnLC(400nm/550nm)＜1.3 (6)圖4A所示的曲線圖表示的是按照本發(fā)明所述OCB型LCD裝置的示例性有效延遲值與電壓的對應關系。圖4B所示的曲線圖表示的是按照本發(fā)明所述OCB型LCD裝置的示例性透射率變化與電壓的對應關系。在圖4A和圖4B中使用了常時亮態(tài)模式的OCB型LCD裝置。
在圖4A和圖4B中，如果在OCB型LCD裝置中不使用補償膜，則在有效的電壓區(qū)內不能得到完全的黑色狀態(tài)。例如，在所有波長范圍內，當液晶材料的延遲值與補償膜的延遲值相同時，可以得到黑色狀態(tài)。當液晶材料的延遲值與補償膜的延遲值不同時，對比度降低而且出現(xiàn)色移。因此，要將延遲值設計得滿足適合斜展狀態(tài)的式(7)，和適合彎曲狀態(tài)的式(8-1)和(8-2)。
斜展狀態(tài)1.35＜R(V＝0)/λ＜1.75 (7)
其中R(V＝0)是當施加的電壓為0時的延遲值。
彎曲狀態(tài)0.5＜R(V＝V白)/λ＜0.7 (8-1)其中R(V＝V白)是施加了適合白色圖像的電壓時的延遲值。
0.1＜R(V＝V黑)/λ＜0.15 (8-2)其中R(V＝V黑)是施加了適合黑色圖像的電壓時的延遲值。
圖5是表示本發(fā)明中OCB型LCD裝置中示例性補償膜的示意圖。在圖5中，補償膜150包括寬視野(WV)膜150a和三乙酸纖維素(TAC)膜150b，其中在WV膜150a和TAC膜150b之間設有偏光片170。WV膜150a包括盤狀液晶膜152和雙軸膜154，其中TAC150b可以看作是一種雙軸膜。可以將盤狀液晶膜152和TAC膜150b(包括雙軸膜154)設計成使得延遲值的比值分別滿足式(9)和(10)。
盤狀液晶膜2.8≤Rth/Re≤3.2 (9)其中Rth是通過(nz-(nx+ny)/2)d得出的延遲值，而Re是通過(nx-ny)d得出的延遲值。
TAC(雙軸膜)4.8≤Rth/Re≤5.2 (10)其中Rth是通過(nz-(nx+ny)/2)d得出的延遲值，而Re是通過(nx-ny)d得出的延遲值。
此外，為了提高補償效果，可以將盤狀液晶材料膜設計成使其波長擴散與液晶材料層的波長擴散相同。因此，盤狀液晶膜的折射率各向異性值的比值可以滿足式(11)1.2＜Δn盤狀(400nm/550nm)＜1.3 (11)因此，通過利用設計參數(shù)和在制造過程中控制液晶盒以及補償膜便可得到具有快速響應、寬視角、高亮度和低驅動電壓的OCB型LCD裝置。
對于熟悉本領域的技術人員來說，很顯然，在不脫離本發(fā)明構思或范圍的情況下，可以對本發(fā)明所述OCB型LCD裝置和制造OCB型LCD裝置的方法做出各種改進和變型。因此，本發(fā)明意在覆蓋那些落入所附權利要求及其等同物范圍內的改進和變型。
權利要求
1.一種光學補償雙折射型液晶顯示裝置，包括彼此面對且相互隔開一定距離的第一和第二基板；設在第一和第二基板之間的液晶材料層，該液晶材料層在未施加電壓時呈斜展狀態(tài)，而當施加了轉換電壓時則呈彎曲狀態(tài)；設在第一基板外表面上的第一補償膜；設在第一補償膜上的第一偏光片；設在第二基板外表面上的第二補償膜；和設在第二補償膜上的第二偏光片，其中處于斜展狀態(tài)下的液晶材料層具有第一延遲值R1，該值滿足1.35＜R1/λ＜1.75處于彎曲狀態(tài)的液晶材料層在施加適合白色圖像的白色電壓時，具有第二延遲值R2，該值滿足0.5＜R2/λ＜0.7而當施加適合黑色圖像的黑色電壓時，具有第三延遲值R3，該值滿足0.1＜R3/λ＜0.15。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，進一步包括設在第一基板和液晶材料層之間的第一定向膜；和設在第二基板和液晶材料層之間的第二定向膜，其中第一定向膜與第二定向膜具有相同的排列方向。
3.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，處于彎曲狀態(tài)的液晶材料層所具有的彎曲彈性模量K33和介電常數(shù)各向異性Δε滿足0.85＜K33/Δε＜1.5。
4.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，液晶材料層從向列相到各向同性相的相位轉換溫度Tni滿足90℃＜Tni＜130℃。
5.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，在波長為400nm和550nm時液晶材料層的折射率各向異性值的比值ΔnLC(400nm/550nm)滿足1.2＜ΔnLC(400nm/550nm)＜1.3。
6.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，第一補償膜包括設在第一基板外表面上的第一盤狀液晶膜和設在第一盤狀液晶膜上的第一雙軸膜，其中第二補償膜包括設在第二基板外表面上的第二盤狀液晶膜和設在第二盤狀液晶膜上的第二雙軸膜。
7.根據(jù)權利要求6所述的裝置，其特征在于，當波長為400nm和550nm時，第一和第二盤狀液晶膜中每一個的折射率各向異性值的比值Δn盤狀(400nm/550nm)滿足1.2＜Δn盤狀(400nm/550nm)＜1.3。
8.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于，通過Rth＝{nz-(nx+ny)/2}d和Re＝(nx-ny)d得出的第一和第二盤狀液晶膜中每一個的延遲值Rth和Re的比值Rth/Re滿足2.8≤Rth/Re≤3.2
9.根據(jù)權利要求8所述的裝置，其特征在于，進一步包括設在第一偏光片上的第一TAC膜和設在第二偏光片上的第二TAC膜。
10.根據(jù)權利要求9所述的裝置，其特征在于，通過Rth＝{nz-(nx+ny)/2}d和Re＝(nx-ny)d得出的第一和第二雙軸膜以及第一和第二TAC膜中每一個的延遲值Rth和Re的比值Rth/Re滿足4.8≤Rth/Re≤5.2
11.一種制造光學補償雙折射型液晶顯示裝置的方法，包括形成彼此面對并相隔一定距離的第一和第二基板；在第一和第二基板之間形成液晶材料層，該液晶材料層在不施加電壓時處于斜展狀態(tài)，而在施加轉換電壓時成為彎曲狀態(tài)；在第一基板的外表面上形成第一補償膜；在第一補償膜上形成第一偏光片；在第二基板的外表面上形成第二補償膜；和在第二補償膜上形成第二偏光片，其中處于斜展狀態(tài)下的液晶材料層具有第一延遲值R1，該值滿足1.35＜R1/λ＜1.75對于處于彎曲狀態(tài)的液晶材料層，在施加適合白色圖像的白色電壓時，具有第二延遲值R2，該值滿足0.5＜R2/λ＜0.7而當施加適合黑色圖像的黑色電壓時，具有第三延遲值R3，該值滿足0.1＜R3/λ＜0.15。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，進一步包括在第一基板和液晶材料層之間形成第一定向膜；以及在第二基板和液晶材料層之間形成第二定向膜，其中第一定向膜與第二定向膜具有相同的排列方向。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于，處于彎曲狀態(tài)的液晶材料層所具有的彎曲彈性模量K33和介電常數(shù)各向異性Δε滿足0.85＜K33/Δε＜1.5。
14.根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于，液晶材料層從向列相到各向同性相的相位轉換溫度Tni滿足90℃＜Tni＜130℃。
15.根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于，在波長為400nm和550nm時，液晶材料層折射率各向異性值的比值ΔnLC(400nm/550nm)滿足1.2＜ΔnLC(400nm/550nm)＜1.3。
16.根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于，第一補償膜包括設在第一基板外表面上的第一盤狀液晶膜和設在第一盤狀液晶膜上的第一雙軸膜，其中第二補償膜包括設在第二基板外表面上的第二盤狀液晶膜和設在第二盤狀液晶膜上的第二雙軸膜。
17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，當波長為400nm和550nm時，第一和第二盤狀液晶膜中每一個的折射率各向異性值的比值Δn盤狀(400nm/550nm)滿足1.2＜Δn盤狀(400nm/550nm)＜1.3。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，其特征在于，通過Rx＝{nz-(nx+ny)/2}d和Re＝(nx-ny)d得出的第一和第二盤狀液晶膜中每一個的延遲值Rth和Re的比值(Rth/Re)滿足2.8≤Rth/Re≤3.2
19.根據(jù)權利要求18所述的方法，其特征在于，進一步包括在第一偏光片上形成第一TAC膜和在第二偏光片上形成第二TAC膜。
20.根據(jù)權利要求19所述的裝置，其特征在于，通過Rth＝{nz-(nx+ny)/2}d和Re＝(nx-ny)d得出的第一和第二雙軸膜以及第一和第二TAC膜中每一個的延遲值Rth和Re的比值(Rth/Re)滿足4.8≤Rth/Re≤5.全文摘要
本發(fā)明的光學補償式雙折射型液晶顯示裝置包括彼此面對且相互隔開一定距離的第一和第二基板；設在第一和第二基板之間、且在未施加電壓時，呈斜展狀態(tài)，而當施加轉換電壓時則呈彎曲狀態(tài)的液晶材料層；設在第一基板外表面上的第一補償膜；設在第一補償膜上的第一偏光片；設在第二基板外表面上的第二補償膜；和設在第二補償膜上的第二偏光片，其中處于斜展狀態(tài)下的液晶材料層具有第一延遲值(R1)，該值滿足1.35＜R1/λ＜1.75對于處于彎曲狀態(tài)的液晶材料層，在施加適合白色圖像的白色電壓時，具有第二延遲值(R2)，該值滿足0.5＜R2/λ＜0.7而當施加適合黑色圖像的黑色電壓時，具有第三延遲值(R3)，該值滿足0.1＜R3/λ＜0.15。
文檔編號G02F1/13GK1512238SQ03153249
公開日2004年7月14日 申請日期2003年8月11日 優(yōu)先權日2002年12月30日
發(fā)明者樸求鉉, 崔相好 申請人:Lg.菲利浦Lcd株式會社