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包括双轴光学 各向异性层的LCD设备

阅读：538发布：2020-05-12

专利汇可以提供包括双轴光学各向异性层的LCD设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种LCD设备，包括包含均一取向的LC层和一对透明基板的LC单元。一对偏振膜将LC单元夹持在其间。光发射侧偏振膜的保护层具有光学各向同性，光入射侧偏振膜的保护层具有20到90nm的厚度方向上的延迟。在光发射侧偏振膜与LC单元之间夹有双轴光学各向异性膜，在光入射侧偏振膜与LC单元之间夹有用于消除由双轴光学各向异性膜导致的波长色散的第二光学各向异性膜。双轴光学各向异性膜具有满足(ns-nz)/(ns-nf)≤0.5.％的三维折射率ns，nf和nz。，下面是包括双轴光学各向异性层的LCD设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种液晶显示设备，包括：
液晶单元，其包含均一取向的液晶层和将所述液晶层夹持在其间的一对透明基板；
第一偏振膜，其设置在所述液晶单元的光入射侧上，所述第一偏振膜包括第一偏振器和将所述偏振器夹持在其间的一对第一保护层，所述第一保护层中的介于所述第一偏振器与所述液晶单元之间的第一保护层具有光学各向同性；
第二偏振膜，其设置在所述液晶单元的光发射侧上，所述第二偏振膜包括第二偏振器和将所述第二偏振器夹持在其间的一对第二保护层，所述第二保护层中的介于所述第二偏振器与所述液晶单元之间的第二保护层具有基本上为零的面内延迟和20nm到90nm的厚度方向上的延迟；
第一和第二光学各向异性膜，其介于所述液晶单元与所述第二偏振膜之间，并且从所述第二偏振膜连续设置，所述第一光学各向异性膜具有双轴光学各向异性并且在面内慢轴方向上、面内快轴方向上和厚度方向上分别具有折射率ns、nf和nz，所述折射率满足(ns-nz)/(ns-nf)≤0.5的关系，所述第二光学各向异性膜具有与所述液晶单元的表面基本上垂直的光轴，其中：
所述第一偏振器具有与所述第二偏振器的光吸收轴垂直的光吸收轴；并且所述第一光学各向异性膜的所述面内慢轴、在不存在施加电压时所述液晶层的取向和所述第二偏振器的光透射轴彼此平行，
其中所述第二光学各向异性膜相对于650nm 波长光、550nm波长光和450nm波长光分别具有Rth(650nm)，Rth(550nm)和Rth(450nm)的厚度方向上的延迟，并且所述厚度方向上的延迟满足下面的关系：
Rth(450nm)>0，Rth(550nm)≒0；
-50nm≤Rth(650nm)<0nm；和
0nm2.一种液晶显示设备，包括：
液晶单元，其包含均一取向的液晶层和将所述液晶层夹持在其间的一对透明基板；
第一偏振膜，其设置在所述液晶单元的光入射侧上，所述第一偏振膜包括第一偏振器和将所述偏振器夹持在其间的一对第一保护层，所述第一保护层中的介于所述第一偏振器与所述液晶单元之间的第一保护层具有光学各向同性；
第二偏振膜，其设置在所述液晶单元的光发射侧上，所述第二偏振膜包括第二偏振器和将所述第二偏振器夹持在其间的一对第二保护层，所述第二保护层中的介于所述第二偏振器与所述液晶单元之间的第二保护层具有基本上为零的面内延迟和20nm到90nm的厚度方向上的延迟；
第一和第二光学各向异性膜，其介于所述液晶单元与所述第二偏振膜之间，并且从所述第二偏振膜连续设置，所述第一光学各向异性膜具有双轴光学各向异性并且在面内慢轴方向上、面内快轴方向上和厚度方向上分别具有折射率ns、nf和nz，所述折射率满足(ns-nz)/(ns-nf)≤0.5的关系，所述第二光学各向异性膜具有与所述液晶单元的表面基本上垂直的光轴，其中：
所述第一偏振器具有与所述第二偏振器的光吸收轴垂直的光吸收轴；并且所述第一光学各向异性膜的所述面内慢轴、在不存在施加电压时所述液晶层的取向和所述第二偏振器的光透射轴彼此平行，
其中所述第二光学各向异性膜相对于650nm波长光、550nm波长光和450nm波长光分别具有Rth(650nm)、Rth(550nm)和Rth(450nm)的厚度方向上的延迟，并且所述厚度方向上的延迟满足下面的关系：
Rth(450nm)>Rth(550nm)>Rth(650nm)；和
Rth(450nm)-Rth(650nm)≤92nm。
3.根据权利要求1或2所述的液晶显示设备，其中所述第二光学各向异性膜具有满足下面关系的三维折射率：
对于450nm波长光，(ns-nz)/(ns-nf)≥1；和
对于650nm波长光，(ns-nz)/(ns-nf)≤-1。
4.一种液晶显示设备，包括：
液晶单元，其包含均一取向的液晶层和将所述液晶层夹持在其间的一对透明基板；
第一偏振膜，其设置在所述液晶单元的光出射侧上并且包括第一偏振器，所述第一偏振膜进一步包括将所述偏振器夹持在其间的一对第一保护层，所述第一保护层中的介于所述偏振器与所述液晶单元之间的第一保护层具有光学各向同性，或者所述第一偏振膜进一步包括当从所述液晶单元看时设置得比所述偏振器远的第一保护层；
第二偏振膜，其设置在所述液晶单元的光入射侧上，所述第二偏振膜包括第二偏振器和将所述第二偏振器夹持在其间的一对第二保护层，所述第二保护层中的介于第二偏振器与所述液晶单元之间的第二保护层具有基本上为零的面内延迟和20nm到90nm的厚度方向上的延迟；
第一光学各向异性膜，其介于所述液晶单元与所述第二偏振膜之间，所述第一光学各向异性膜具有双轴光学各向异性并且在面内慢轴方向上、面内快轴方向上和厚度方向上分别具有折射率ns、nf和nz，所述折射率满足(ns-nz)/(ns-nf)≤0.5的关系；
第二光学各向异性膜，其介于所述液晶单元和所述第一偏振膜之间并且具有与所述液晶单元的表面基本上垂直的光轴，其中：
所述第一偏振器具有与所述第二偏振器的光吸收轴垂直的光吸收轴；并且所述第一光学各向异性膜的面内慢轴、在不存在施加电压时所述液晶层的取向和所述第二偏振器的光透射轴彼此平行，
其中所述第二光学各向异性膜相对于650nm波长光、550nm波长光和450nm波长光分别具有Rth(650nm)、Rth(550nm)和Rth(450nm)的厚度方向上的延迟，并且所述厚度方向上的延迟满足下面的关系：
Rth(450nm)Rth(650nm)-Rth(450nm)≤92nm。
5.根据权利要求4所述的液晶显示设备，其中所述第二光学各向异性膜相对于650nm波长光、550nm波长光和450nm波长光分别具有Rth(650nm)、Rth(550nm)和Rth(450nm)的厚度方向上的延迟，并且所述厚度方向上的延迟满足下面的关系：
Rth(450nm)<0，Rth(550nm)≒0；和
0nm-42nm≤Rth(450nm)<0nm。
6.根据权利要求4所述的液晶显示设备，其中所述第二光学各向异性膜具有满足下面关系的三维折射率：
相对于450nm波长光，(ns-nz)/(ns-nf)≤-1；和
相对于650nm波长光，(ns-nz)/(ns-nf)≥1。
7.根据权利要求1或2所述的液晶显示设备，其中所述第一光学各向异性膜相对于
550nm波长光具有在80nm+α≤Re(550nm)≤230nm+α范围内的面内延迟Re(550nm)，并且所述第二光学各向异性膜相对于650nm波长光具有在-50nm+α≤Rth(650nm)<0nm+α范围内的厚度方向上的延迟Rth(650nm)，并且相对于450nm波长光具有在
0nm+α8.根据权利要求4所述的液晶显示设备，其中所述第一光学各向异性膜相对于550nm波长光具有在80nm-α≤Re(550nm)≤230nm-α范围内的面内延迟Re(550nm)，并且所述第二光学各向异性膜相对于650nm波长光具有在0nm+α≤Rth(650nm)≤50nm+α范围内的厚度方向上的延迟Rth(650nm)，并且相对于450nm波长光具有在-42nm+α9.根据权利要求1、2或4所述的液晶显示设备，其中所述第二光学各向异性膜相对于具有在550±20nm范围内的波长的光具有光学各向同性。

说明书全文

包括双轴光学各向异性层的LCD设备

[0001] 本申请基于并要求2007年10月4日提交的日本专利申请No.2007-260738的优先权，其内容在这里全部结合作为参考被合并。

技术领域

[0002] 本发明涉及一种液晶显示(LCD)设备，尤其涉及一种包括由LC层和将该LC层夹持在其间的一对透明基板构成的液晶(LC)单元、以及将该LC单元夹持在其间的一对偏振膜的LCD设备。

背景技术

[0003] 常黑模式LCD设备是公知的，其包括包含具有均一初始取向的LC层和一对透明(玻璃)基板的LC单元、和具有彼此垂直延伸的光轴的一对偏振膜。这种LCD设备包括IPS(面内切换)模式LCD设备和FFS(边缘场切换)模式LCD设备。这些LCD设备通过在平行于玻璃基板的方向上给LC层施加电场以控制LC层的取向来进行图像显示。与TN(扭曲向列)模式LCD设备相比，其中LC层的取向平行于玻璃基板的IPS模式或FFS模式LCD设备的构造使LCD设备实现了更高的视角特性。

[0004] 公知的是，在显示暗状态(黑色)的过程中，例如当从相对于该对偏振膜的偏振方向为45度的方位角方向上观看时，在IPS模式或FFS模式LCD设备中观察到了泄漏光和/或色度偏移(着色)。为了解决该问题，通过使用光学补偿膜是公知的技术，其抑制了当在显示暗状态的过程中从倾斜观看方向上观看时产生的光泄漏和色度偏移(例如，参照专利公开JP-2005-196149A(公开专利文献-1))。

[0005] 图8显示了公开专利文献-1中披露的LCD设备的结构。在图8和该申请的其它附图中，层(膜)上显示出的实线表示相应层的光轴或光透射轴，膜上的虚线表示相应偏振膜的光吸收轴。空白箭头表示入射到LCD设备上的背光的方向。

[0006] LCD设备包括包含均一取向的LC层(未示出)和将该LC层夹持在其间的一对玻璃基板(未示出)的LC单元210。光出射侧偏振膜204包括由PVA(聚乙烯醇)层构成的偏振器201和将该偏振器201夹持在其间的一对保护层202，203。光入射侧偏振膜208包括偏振器206和将该偏振器206夹持在其间的一对保护层205，207。

[0007] 光出射侧偏振膜204的光轴(光吸收轴或光透射轴)和光入射侧偏振膜208的光轴彼此垂直延伸。光入射侧偏振膜208的光吸收轴和LC单元210的初始取向彼此基本上平行。保护层202，203，207在其厚度方向上具有光轴，且在其厚度方向上具有大约50nm的延迟。类似地，保护层205在其厚度方向上具有光轴，且在其厚度方向上具有0到25nm的延迟。

[0008] 在光出射侧偏振膜204与LC单元210之间设置有光学补偿层214。光学补偿层214具有双轴各向异性，其中光学补偿层214的面内慢轴的折射率(ns)、其面内快轴的折射率(nf)和在其厚度方向上的折射率(nz)之间满足(ns-nz)/(ns-nf)≤0.5的关系，并且光学补偿层214的面内延迟Re在80nm≤Re≤230nm的范围内。该光学补偿层214如此设置，即面内慢轴平行于LC层的初始取向。在公开专利文献-1中描述了由保护层205在倾斜观看方向上导致的延迟是各向同性的并设定为较低的值，优选设置为0nm，由此使穿过偏振器206的光在入射到LC层上的过程中具有线性偏振。其中LC层的取向平行于光入射表面的构造防止了入射光的偏振变化，由此抑制了其色度偏移。

[0009] 在公开专利文献-1的技术中，在显示暗状态的过程中在倾斜观看方向上减小了色度偏移的范围。然而，因为仅通过在双折射中具有正色散特性的光学补偿层214实现光学补偿，所以仍存在光学补偿层214的双轴各向异性的波长相关性。在该构造中应当注意，由于背光的光谱或滤色器的透射光谱的变化，出现了色度偏移，因而调整具有双轴各向异性的光学补偿层的延迟，从而获得最佳的色度。然而，如果背光光谱中的蓝色范围和红色范围之间具有相当不同的峰值，则这种延迟的调整不能完全移除色度偏移。在这种情形中，在理想情形中必须减小或完全消除具有双轴各向异性的光学补偿层的波长相关性。波长相关性的消除需要具有反向色散(reverse dispersion)特性的材料，以在光的较短波长范围内实现较小的延迟，并且很难由这种材料制造具有上面构造的光学补偿层。

发明内容

[0010] 本发明的一个目的是提供一种LCD设备，其能抑制在倾斜观看方向上的LCD设备的波长色散特性。

[0011] 在第一个方面中，本发明提供了一种液晶显示(LCD)设备，其包括：

[0012] 包含均一取向的LC层和将该LC层夹持在其间的一对透明基板的液晶(LC)单元；

[0013] 设置在LC单元的光入射侧上的第一偏振膜，该第一偏振膜包括第一偏振器和将该偏振器夹持在其间的一对第一保护层，夹在第一偏振器与LC单元之间的一个第一保护层具有光学各向同性；

[0014] 设置在LC单元的光发射侧上的第二偏振膜，该第二偏振膜包括第二偏振器和将该第二偏振器夹持在其间的一对第二保护层，夹在第二偏振器与LC单元之间的一个第二保护层具有基本上为零的面内延迟和20nm到90nm的厚度方向上的延迟；

[0015] 夹在LC层与第二偏振膜之间并从第二偏振膜连续设置的第一和第二光学各向异性膜，第一光学各向异性膜具有双轴光学各向异性并分别在面内慢轴方向上、面内快轴方向上和厚度方向上具有折射率ns，nf和nz，折射率满足(ns-nz)/(ns-nf)≤0.5的关系，第二光学各向异性膜具有基本上与LC单元的表面垂直的光轴，其中：

[0016] 第一偏振器具有与第二偏振器的光吸收轴垂直的光吸收轴；且

[0017] 第一光学各向异性膜的面内慢轴、在不存在施加电压时LC层的取向、和第二偏振器的光透射轴彼此平行。

[0018] 在第二个方面中，本发明提供了一种液晶显示(LCD)设备，其包括：

[0019] 包含均一取向的液晶层和将该液晶层夹持在其间的一对透明基板的液晶(液晶)单元；

[0020] 设置在液晶单元的光出射侧上并包括第一偏振器的第一偏振膜，该第一偏振膜进一步包括将该偏振器夹持在其间的一对第一保护层，夹在该偏振器与液晶单元之间的一个第一保护层具有光学各向同性，或者第一偏振膜进一步包括当从液晶单元看时设置得比偏振器远的第一保护层；

[0021] 设置在液晶单元的光入射侧上的第二偏振膜，该第二偏振膜包括第二偏振器和将该第二偏振器夹持在其间的一对第二保护层，夹在第二偏振器与液晶单元之间的一个第二保护层具有基本上为零的面内延迟和20nm到90nm的厚度方向上的延迟；

[0022] 夹在液晶层与第二偏振膜之间的第一光学各向异性膜，第一光学各向异性膜具有双轴光学各向异性并分别在面内慢轴方向上、面内快轴方向上和厚度方向上具有折射率ns，nf和nz，折射率满足(ns-nz)/(ns-nf)≤0.5的关系；

[0023] 具有与液晶单元的表面基本上垂直的光轴的第二光学各向异性膜，其中：

[0024] 第一偏振器具有与第二偏振器的光吸收轴垂直的光吸收轴；且

[0025] 第一光学各向异性膜的面内慢轴、在不存在施加电压时液晶层的取向、和第二偏振器的光透射轴彼此平行。

[0026] 参照附图时，本发明上面和其它的目的、特征以及优点将从下面的描述变得更加显而易见。

附图说明

[0027] 图1是显示根据本发明第一个实施方式的LCD设备的构造的透视图；

[0028] 图2是显示在LCD设备中方位角和极角的定义的透视图；

[0029] 图3是显示在LCD设备的面内延迟与标准化的透射率(透射系数)之间的关系的曲线；

[0030] 图4是显示双轴光学各向异性膜115的面内延迟与第二光学各异性膜116的厚度方向上的延迟的波长相关性的曲线；

[0031] 图5是显示现有技术中的透射率的波长相关性的曲线；

[0032] 图6是显示第一个实施方式中的透射率的波长相关性的曲线；

[0033] 图7是显示根据本发明第二个实施方式的LCD设备的构造的透视图；

[0034] 图8是显示现有技术的LCD设备的构造的透视图。

具体实施方式

[0035] 现在将参照附图描述本发明的典型实施方式，其中通过类似的参考标记表示类似的组元。

[0036] 图1显示了根据本发明第一个实施方式的LCD设备的构造。LCD设备包括光入射侧偏振膜104、LC单元110、光学各向异性膜116(下文中作为第二光学各向异性膜提到)、双轴光学各向异性膜115(有时作为第一光学各向异性膜提到)、和光发射侧偏振膜108。本实施方式的LCD设备的结构是这样的，即给图8中所示的LCD设备的结构增加了第二光学各向异性膜116。

[0037] LC单元110包括均一取向的LC层，和将该LC层夹持在其间的一对透明基板(玻璃基板)。透明基板中的一个基板在其上安装有滤色器，其中像素阵列中的每一个像素都至少包括R，G和B滤色器。构成LC单元110中的LC层的LC材料或LC分子具有正的相对介电常数。在可选择的方案中，LC材料可以具有负的相对介电常数。在光入射侧偏振膜104的后侧上设置有背光光源(未示出)。LCD设备使用背光光源作为显示图像的光源，并通过使用LC单元110控制从背光光源发射的光的透射或阻挡。

[0038] 光入射侧偏振膜104和光发射侧偏振膜108将LC单元110夹持在其间。光入射侧偏振膜104包括偏振器101和将该偏振器101夹持在其间的一对保护层102，103。靠近LC单元110的光入射侧偏振膜104的保护层103具有光学各向同性。光发射侧偏振膜108包括偏振器105和将该偏振器105夹持在其间的一对保护层106，107。靠近LC单元110的光发射侧偏振膜108的保护层107具有在90nm与20nm之间范围内(包括90nm和20nm)的厚度方向上的延迟。

[0039] 偏振器101的光吸收轴垂直于偏振器105的光吸收轴。更具体地说，偏振器101具有平行于Y轴方向的光吸收轴，而偏振器105具有平行于X轴方向的光吸收轴。LC单元110中的LC分子的初始取向平行于光入射侧偏振膜104的偏振器101的光吸收轴。

[0040] 当从光发射侧偏振膜108观看时，双轴光学各向异性膜115和第二光学各向异性膜116按该顺序布置在光发射侧偏振膜108与LC单元110之间。假定ns，nf和nz分别是在平行于LC单元表面的平面内的慢轴折射率、在平行于LC单元表面的该平面内的快轴折射率、和LC单元的厚度方向折射率，双轴光学各向异性膜115的三维折射率之间的关系由(ns-nz)/(ns-nf)≤0.5表示。第二光学各向异性膜116具有基本上与LC单元110的表面垂直的光轴。双轴光学各向异性膜115的慢轴(ns)、LC单元的初始取向(即不存在施加电压时LC层的取向)、和光发射侧偏振膜108的光透射轴彼此平行。通过使用椭球偏光计或平行尼科耳棱镜(parallel Nicols)等的自动双折射分析器(从Oji-Keisoku公司获得的KOBRA)测量上面的三维折射率(ns，nf，nz)。

[0041] 假定α是第二光学各向异性膜116相对于550nm波长光的厚度方向上的延迟Rth，双轴光学各向异性膜115相对于550nm波长光的面内延迟Re(Re＝(ns-nf)×d，d是厚度)在80nm+α≤Re≤230nm+α的范围内，其中Rth＝{((ns+nf)/2)-nz}×d，给出的d表示第二光学各向异性膜116的厚度。第二光学各向异性膜116相对于红色范围的光的延迟Rth、相对于绿色范围的光的延迟Rth和相对于蓝色范围的光的延迟Rth在本文中由相对于各个波长范围基本上中心波长的延迟来表示，因而分别表示为Rth(650nm)，Rth(550nm)和Rth(450nm)。

[0042] 本实施方式中的这些延迟满足下面的关系：

[0043] Rth(450nm)>Rth(550nm)>Rth(650nm)。

[0044] 此外，相对于蓝色范围的延迟Rth(450nm)与相对于红色范围的延迟Rth(650nm)之间的差表示为：

[0045] Rth(450nm)-Rth(650nm)≤92nm。

[0046] 图1举例说明了其中在LC单元110外侧设置双轴光学各向异性膜115和第二光学各向异性膜116的LCD设备。然而，因为只要这些层设置在LC单元110的LC层与光发射侧偏振膜108之间就足够了，所以这些层中的至少一个可包含在LC单元110内部。例如，RGB滤色器可具有厚度方向上的延迟，因而具有第二光学各向异性膜116的功能并将其代替。在本文中，术语“第二光学各向异性膜”包括这种滤色器。

[0047] 假定，图1的LCD设备在没有给LC单元110中的LC层施加电压的状态下从其前侧并与屏幕垂直地被观看。在该状态中，光入射侧偏振膜104的光透射轴、LC层的光轴、基本上与LC层垂直的第二光学各向异性膜116的光轴、和双轴光学各向异性膜115的慢轴彼此平行或垂直。因此，穿过光入射侧偏振膜104的光在光的偏振没有变化的情况下到达光发射侧偏振膜108。由于其中光入射侧偏振膜104的光透射轴与光发射侧偏振膜108的光透射轴垂直的构造，入射到光发射侧偏振膜108的光被光发射侧偏振膜108吸收。因而，在正前方观看LCD设备时LCD设备呈现出暗状态。

[0048] 如果在倾斜观看方向上观看LCD设备，则光入射侧偏振膜104的光透射轴与光发射侧偏振膜108的光透射轴之间的角度稍微偏离90度。这在倾斜观看方向上导致光泄漏。在公开专利文献-1的技术中，如图8中所示，以与后面所述的方式抑制泄漏光。使靠近LC单元的一个保护层，例如光入射侧偏振膜208的保护层205具有光学各向同性。更具体地说，通过具有光学各向同性的另一个保护层代替具有负单轴各向异性和与LC单元垂直的光轴的保护层205。因为偏振没有变化，所以这使具有线性偏振的光进入LC层。

[0049] 因为LC层的取向平行于LC层的光入射表面，所以入射光的偏振没有变化，因而原样，即作为线性偏振光，穿过LC层。这使光作为线性偏振光穿过LC层，而没有经历着色或波长色散。这里应注意，通过相对容易获得的单轴延迟膜代替具有光学各向同性的保护层将导致类似的优点。这是因为与上面其中LC层没有导致偏振变化的情形一样，入射到LC层上的光的偏振基本上没有变化。

[0050] 接下来，将描述其中现有技术中的双轴光学各向异性膜(光学补偿膜)214的三维折射率满足(ns-nz)/(ns-nf)≤0.5的关系的情形。在该情形中，当在倾斜方向上观看时，光学补偿膜214和光出射侧偏振膜204的保护层203的组合构成了等价的λ/2波长膜，其具有在穿过LC单元210的线性偏振光与光出射侧偏振膜204的光吸收轴之间的方向上的光轴。在该组合结构中，在倾斜方向上穿过LC单元210的线性偏振光的偏振变为垂直于光出射侧偏振膜204的光透射轴，由此在倾斜观看方向上抑制了光泄漏。

[0051] 图2显示了在本文中方位角和极角的定义。图2中所示的X轴假定为平行于偏振膜的光轴，因而方位角的定义是这样的，即该偏振膜的光轴的方位角φ是零度。通过从X-Y平面向着Z轴方向旋转而获得的旋转角定义为角θ，由此极角定义为(90°-θ)的角。

[0052] 图3显示了在图8中所示的现有技术中，在光学补偿层214的面内延迟Δnd(Re)与在45度方位角和45度(θ＝45°)极角的方向上测量的光的透射系数(透射率)之间的关系。通过黑色亮度将图3中所示的透射系数标准化，所述黑色亮度是指在其中没有设置光学补偿层214的情形中在显示暗状态时在45度方位角和45度极角处的亮度。在图3中，实线表示通过具有横坐标上绘出的面内延迟的双轴光学各向异性膜(Bi)115获得的标准化的透射率，虚线表示通过设置双轴光学各向异性膜115而获得的理想水平的透射系数。在图3中，黑色亮度的满意的抑制范围(理想的透射率水平)设置为0.5，这意味着通过光学补偿层将黑色亮度向下抑制为初始黑色亮度的50％，即在没有使用光学补偿层214的情形中的50％。图3的曲线披露了在本实施方式中将黑色亮度向下抑制为50％的理想水平的双轴光学各向异性膜115的面内延迟Δnd(Re)的范围。从图3获得的双轴光学各向异性膜115的延迟Re在80nm≤Re≤230nm的范围内。

[0053] 如上参照现有技术所述，在本实施方式中通过使用具有80nm≤Re≤230nm延迟的双轴光学各向异性膜115可满意地抑制光泄漏。然而，因为通过双轴光学各向异性膜115和偏振膜108的保护层107的组合获得的延迟补偿是偏振基本上在单个方向上的变化，所以双轴光学各向异性膜115的双折射的波长相关性导致了着色或色度偏移。鉴于该事实，通过具有与LC单元110表面垂直的光轴的额外的第二光学各向异性膜116消除本实施方式中的双轴光学各向异性膜115的双折射的波长相关性。

[0054] 更具体地说，第二光学各向异性膜116在与由双轴光学各向异性膜115导致的偏振变化相反的方向上改变光的偏振。这使得第二光学各向异性膜116、双轴光学各向异性膜115和光发射侧偏振膜108的保护层107的整体功能具有较宽波长范围内的均一延迟。

[0055] 假定Re(550nm)和Rth(550nm)＝α分别是双轴光学各向异性膜115相对于绿色范围内的550nm波长光的面内延迟、和第二光学各向异性膜116相对于550nm波长光的厚度方向上的延迟，则增加第二光学各向异性膜116就意味着这两个层的整体延迟表示为Re(550nm)-α。因此，为了将这两个层相对于550nm波长光的整体延迟设置在可满意地抑制光泄漏的80nm到230nm的范围内，双轴光学各向异性膜115相对于550nm波长光的面内延迟移动α以呈现出80nm+α≤Re≤230nm+α就足够了。该范围的延迟可有效地抑制泄漏光。

[0056] 图4显示了双轴光学各向异性膜115的面内延迟和第二光学各向异性膜116的厚度方向上的延迟的波长相关性。在图4中，由三角点、平行四边形点、十字点和正方形点绘出的曲线分别对应于双轴光学各向异性膜(Bi)115、具有正延迟的第二光学各向异性膜(Cpp)、具有负延迟的第二光学各向异性膜(Cpn)、和包括双轴光学各向异性膜和第二光学各向异性膜的组合层(Bi-Cp)。在图4中，在通过使双轴光学各向异性膜115的面内延迟Re和第二光学各向异性膜116的厚度方向上的延迟Rth除以相应的波长λ获得结果值，并通过从550nm波长光按上述获得的值将所述结果值标准化之后，显示了双轴光学各向异性膜115的面内延迟Re、和第二光学各向异性膜116的厚度方向上的延迟Rth。为了使第二光学各向异性膜116、双轴光学各向异性膜115和保护层107的整体延迟具有较宽的有效波长范围，第二光学各向异性膜116具有下述范围的光学特性这就足够了，即其能消除由双轴光学各向异性膜115导致的双折射的波长相关性。

[0057] 对于组合层来说为了获得具有较宽的有效波长范围的条件，对下述情形进行模拟，即其中选择第二光学各向异性膜116的厚度方向上的延迟Rth作为参数。表1显示了该模拟的条件，而表2到4显示了该模拟的结果。在该模拟中，认识到由于双轴光学各向异性膜115的波长相关性，即，将相对于绿色范围光的延迟作为参考，由于在蓝色范围与绿色范围光之间的延迟和红色范围与绿色范围光之间的延迟的差，产生了着色。因而，相对于绿色范围的550nm波长光的延迟Rth(550nm)作为参考延迟而固定为0nm，相对于蓝色范围的450nm波长光的延迟Rth(450nm)和相对于红色范围的650nm波长光的延迟Rth(650nm)选择作为用于计算的参数。

[0058] 为了显示模拟的结果，这里使用表现偏振状态的斯托克斯参数(s1，s2，s3)。根据接近绿色范围的斯托克斯参数的红色范围和蓝色范围的斯托克斯参数的范围，即其中红色范围和蓝色范围的斯托克斯参数基本上等于绿色范围的斯托克斯参数，或者红色范围和蓝色范围的斯托克斯参数与绿色范围的斯托克斯参数之间的距离R较小的范围，得出第二光学各向异性膜116的光学条件。

[0059] 表1：模拟中使用的条件

[0060]

[0061] 表2：显示没有第二光学各向异性膜的情况下，斯托克斯参数的模拟的结果[0062]波长 s1 s2 s3
450 -0.044641 0.006024 0.067415
550 0 0 0
650 0.056859 -0.002331 -0.033631

[0063] 表3：显示红色范围的斯托克斯参数的模拟的结果

[0064]Rth(nm) s1 s2 s3 距离R
-51.7 -0.0632 0.???0086 -0.0221 0.0675
-48.0 -0.0547 0.0073 -0.0228 0.0598
-44.3 -0.0463 0.0062 -0.0236 0.0523
-40.6 -0.0378 0.0050 -0.0244 0.0453
-36.9 -0.0293 0.0040 -0.0252 0.0388
-33.2 -0.0208 0.0030 -0.0260 0.0334
-29.5 -0.0123 0.0021 -0.0268 0.0296
-25.8 -0.0038 0.0013 -0.0276 0.0279
-22.1 0.0048 0.0006 -0.0285 0.0289
-18.5 0.0133 -0.0001 -0.0293 0.0322
-14.8 0.0218 -0.0007 -0.0301 0.0372
-11.1 0.0303 -0.0012 -0.0310 0.0434
-7.4 0.0388 -0.0017 -0.0318 0.0502
-3.7 0.0474 -0.0020 -0.0327 0.0576
0.0 0.0559 -0.0023 -0.0336 0.0652

[0065] 表4：显示蓝色范围的斯托克斯参数的模拟的结果

[0066]Rth(nm) s1 s2 s3 距离R
0.0 -0.0446 0.0060 0.0674 0.0811
2.5 -0.0389 0.0049 0.0600 0.0716
5.0 -0.0329 0.0039 0.0526 0.0622
7.5 -0.0269 0.0029 0.0453 0.0528
10.1 -0.0209 0.0021 0.0380 0.0435
12.6 -0.0149 0.0013 0.0308 0.0342
15.1 -0.0088 0.0006 0.0236 0.0251
17.6 -0.0026 0.0000 0.0164 0.0166
20.1 0.0036 -0.0005 0.0092 0.0099
22.6 0.0098 -0.0009 0.0021 0.0101
25.1 0.0161 -0.0012 -0.0050 0.0169
27.6 0.0224 -0.0015 -0.0121 0.0255
30.2 0.0287 -0.0017 -0.0191 0.0345
32.7 0.0351 -0.0017 -0.0261 0.0438
35.2 0.0415 -0.0017 -0.0331 0.0531
37.7 0.0480 -0.0016 -0.0400 0.0625
40.2 0.0544 -0.0015 -0.0469 0.0718
42.7 0.0610 -0.0012 -0.0537 0.0812
45.2 0.0675 -0.0009 -0.0605 0.0907
47.7 0.0741 -0.0004 -0.0673 0.???1001
50.3 0.0807 0.0001 -0.0740 0.1095

[0067] 表2显示了不使用第二光学各向异性膜116，即在现有技术的LCD设备中的模拟结果。这里，使用绿色范围(550nm)的斯托克斯参数作为参考并如此定义，即(s1，s2，s3)＝(0，0，0)。表3显示了显示出红色范围的延迟Rth(650nm)的模拟结果。如果在红色范围中相对于650nm波长光的延迟Rth(650nm)从零变为负，则红色范围的斯托克斯参数与绿色范围的斯托克斯参数(s1，s2，s3)＝(0，0，0)之间的距离R在-26nm的延迟处呈现出最小，然后在大约-50nm的延迟处向上增加到与0nm延迟处的距离相等的距离。从该事实理解到，通过将红色范围的厚度方向上的延迟Rth(650nm)设置在-50nm≤Rth(650nm)<0nm的范围内，可抑制向着红色的着色。

[0068] 表4显示了在蓝色范围中的延迟Rth(450nm)的模拟结果。如果在蓝色范围中相对于450nm波长光的延迟Rth(450nm)从零变为正，则距离R在大约20nm的延迟处呈现出最小，然后在大约42nm的延迟处向上增加到与0nm延迟距离相等的距离。从该事实理解到，通过将蓝色范围的厚度方向上的延迟Rth(450nm)设置在0nm

[0069] 通过上面的模拟结果，可获得用于抑制着色的条件。获得的条件是这样的，即，如果第二光学各向异性膜116相对于绿色范围中的550nm波长光的厚度方向上的延迟Rth(550nm)大约为零，则将第二光学各向异性膜116相对于蓝色范围中的450nm波长光的延迟Rth(450nm)设为Rth(450nm)>0，而将第二光学各向异性膜116相对于红色范围中的650nm波长光的延迟Rth(650nm)设为Rth(650nm)<0，从而用于抑制着色。该构造对应于其中在蓝色范围中满足(ns-nz)/(ns-nf)≥1且在红色范围中满足(ns-nz)/(ns-nf)≤-1的三维折射率的关系。

[0070] 获得的条件也包括LCD装置的构造，其中，双轴光学各向异性膜115相对于550nm波长光具有80nm-α≤Re(550nm)≤230nm-α范围内的面内延迟Re(550nm)，并且第二光学各向异性膜116相对于650nm波长光具有0nm+α≤Rth(650nm)≤50nm+α范围内的厚度方向上的延迟Rth(650nm)以及相对于450nm波长光具有-42nm+α

[0071] 优选的是，在每种情况中，第二光学各向异性膜116相对于具有550±20nm范围内的波长的光具有光学各向同性。

[0072] 相对于蓝色范围中的450nm波长光的厚度方向上的延迟Rth(450nm)和相对于红色范围中的650nm波长光的厚度方向上的延迟Rth(650nm)之差大于等于92nm，即Rth(450nm)-Rth(650nm)≤92nm就足够了。更具体地说，第二光学各向异性膜116相对于蓝色范围中的450nm波长光的厚度方向上的延迟Rth(450nm)设置在下面的范围内：

[0073] 0nm

[0074] 并且第二光学各向异性膜116相对于红色范围中的650nm波长光的厚度方向上的延迟Rth(650nm)设置在下面的范围内：

[0075] -50nm≤Rth(650nm)<0nm。

[0076] 该范围的延迟抑制了光的着色或色度偏移。

[0077] 在上面的模拟中，第二光学各向异性膜116相对于绿色范围中的550nm波长光的延迟Rth(550nm)假定为Rth(550nm) 0nm。类似于现有技术，通过其中双轴光学各向异性膜115相对于550nm波长光的面内延迟Re(550nm)在80nm≤Re≤230nm范围内的构造伴随Rth(550nm) 0nm的构造，这就足够了。在该构造中，双轴光学各向异性膜115具有与现有技术中类似的光学特性就足够了。换句话说，不必设置具有新特性的各向异性膜，第二光学各向异性膜116相对于具有每个波长的光的延迟设为上面的延迟，与像素的每个RGB区域相对应，从而获得较宽的有效波长范围，即，组合层在较宽的波长范围中获得基本上均一的延迟。

[0078] 如果在绿色范围中的第二光学各向异性膜116的延迟Rth(550nm)设为Rth(550nm)≠0，则就将厚度方向上的延迟Rth(450nm)和Rth(650nm)分别移动α，即移动绿色范围中的厚度方向上的延迟Rth(550nm)。在该情形中，相对于具有各个波长范围的光的厚度方向上的延迟Rth之间的关系如下所述：

[0079] Rth(450nm)>Rth(550nm)>Rth(650nm)。

[0080] 在红色范围中的第二光学各向异性膜116的厚度方向上的延迟Rth(650nm)从上面的范围移动α，由此呈现出下面的范围：

[0081] -50nm+α≤Rth(650nm)<α

[0082] 类似地，如下获得在蓝色范围中的第二光学各向异性膜116的厚度方向上的延迟Rth(450nm)：

[0083] α

[0084] 上面计算的结果是以其中双轴光学各向异性膜115相对于450nm波长光的延迟与第二光学各向异性膜相对于550nm波长光的延迟的比率为1.2的典型值的条件为前提的。如果该比率具有不同的值，则第二光学各向异性膜116的光学特性的范围也发生变化。在这种情形中，与上述过程类似地计算具有较宽有效波长范围的第二光学各向异性膜116的厚度方向上的延迟Rth的范围。

[0085] 图5显示了在正前方观看和倾斜观看具有图8的结构的LCD设备时透射光的光谱与背光的光谱之间的关系。在图5中，由圆点绘出的实线、由十字点绘出的实线和虚线分别对应于倾斜观看、正前方观看和背光光谱。通过在倾斜观看时观看到的最大透射系数将透射系数标准化。如此选择该倾斜观看，即通过将偏振器的光吸收轴移动45度获得其方位角且其极角等于90°-θ＝45°。在正前方观看时，因为透射光的光谱在背光光谱的峰值处基本上不具有强度差，所以不产生着色。另一方面，在倾斜观看时，透射光的光谱在蓝色范围与红色范围之间具有较大的强度差，从而导致产生着色。此外，如果背光光谱的红色范围中的峰值向着由图5中箭头和相应的实曲线所示的较长波长一侧偏离，则在倾斜观看时红色的透射系数增加，从而加强了红色，由此图像的显示颜色向着红色偏移。

[0086] 图6显示了在利用用于图5的最大透射系数将透射系数标准化之后，在正前方观看和倾斜观看本实施方式的LCD设备时透射光的光谱与背光的光谱之间的关系。在图6中，由圆点绘出的实线、由十字点绘出的实线和虚线分别对应于本实施方式中的倾斜观看、现有技术中的倾斜观看(与图5中的相同)和背光光谱。将图6和图5进行比较，应理解到本实施方式的构造减小了在倾斜观看时红色、绿色和蓝色的透射系数之间的差。此外，因为在倾斜观看时透射系数相对于透射光波长变化的变化较小，所以即使背光光谱的红色范围向着由箭头和相应的实线所示的较长波长范围偏移，在倾斜观看时红色的透射系数也几乎不变，由此没有发生着色或色度偏移。因而，在本实施方式中，在倾斜观看时和正前方观看时之间的色差较小，由此光学补偿可不依赖于背光的光谱。

[0087] 在本实施方式中，在双轴光学各向异性膜115靠近LC单元110的一侧上设置具有与LC单元110的表面垂直的光轴的第二光学各向异性膜116。第二光学各向异性膜116的设置补偿了由双轴光学各向异性膜115导致的波长色散，由此抑制了在倾斜观看时的着色。在具体的构造中，第二光学各向异性膜116相对于具有不同波长的光的厚度方向上的延迟被设定为具有下面的关系：

[0088] Rth(650nm)>Rth(550nm)>Rth(450nm)。

[0089] 这种排列的延迟减小了由双轴光学各向异性膜115和第二光学各向异性膜116的组合导致的延迟的波长相关性，由此抑制了着色。因而，本实施方式的LCD设备实现了较宽的视角特性，并适用于各种应用领域，如需要较宽视角特性的桌上监视器或电视。

[0090] 图7显示了根据本发明第二个实施方式的LCD设备。本实施方式的LCD设备的构造是这样的，即光发射侧上的组件和光入射侧上的组件进行交换，第二光学各向异性膜116夹在LC单元110与光发射侧偏振膜104之间。在本实施方式中，双轴光学各向异性膜115夹在光入射侧偏振膜108与LC单元110之间。靠近LC单元110的光入射侧偏振膜108的保护层107具有基本上为零的面内延迟和20nm到90nm的厚度方向上的延迟。

[0091] 双轴光学各向异性膜115的三维折射率之间的关系为(ns-nz)/(ns-nf)≤0.5，其中ns，nf和nz分别是面内慢轴方向上的折射率、面内快轴方向上的折射率和厚度方向上的折射率。双轴光学各向异性膜115的慢轴(ns)、LC层的初始取向(不存在施加电压时)、和光入射侧偏振膜108的光透射轴彼此平行。双轴光学各向异性膜115相对于550nm波长光的面内延迟Re在80nm-α≤Re≤230nm-α的范围内，给出的α是第二光学各向异性膜116相对于绿色范围中的550nm波长光的厚度方向上的延迟Rth(550nm)。

[0092] 在本实施方式中，第二光学各向异性膜116夹在光发射侧偏振膜104与LC单元110之间。靠近LC单元110的光发射侧偏振膜104的保护层103具有各向同性光学特性。在本实施方式中可省略光发射侧偏振膜104的保护层103。第二光学各向异性膜116具有基本上与LC单元110的表面垂直的光轴。第二光学各向异性膜116相对于650nm波长(红色)光、550nm波长(绿色)光和450nm波长(蓝色)光的延迟Rth满足Rth(450nm)

[0093] 如果绿色范围中的第二光学各向异性膜116的延迟Rth(550nm)基本上为零，即第二光学各向异性膜116在该范围中具有光学各向同性的特性，则蓝色范围中的延迟Rth(450nm)满足Rth(450nm)<0，红色范围中的延迟Rth(650nm)满足Rth(650nm)>0。在该情形中，保持0nm

[0094] 对于450nm波长光，(ns-nz)/(ns-nf)≤-1；和

[0095] 对于650nm波长光，(ns-nz)/(ns-nf)≥1。

[0096] 在倾斜观看方向上观看时，双轴光学各向异性膜115用作具有在光入射侧偏振膜108的偏振器105的光透射轴与光发射侧偏振膜104的偏振器101的光吸收轴之间的光轴的λ/2波长膜。穿过光入射侧偏振器105的线性偏振光穿过双轴光学各向异性膜115，从而具有变化的偏振，其平行于光发射侧偏振器101的光吸收轴。如果所有光的偏振方向都是均一的，则因为LC层的取向平行于LC层的光入射平面，所以线性偏振光的偏振方向不变。然而，确切地说，只有具有大约550nm波长的光才具有与光发射侧偏振器101的光吸收轴一致的偏振方向，由于偏振器101和双轴光学各向异性膜115的双折射的波长相关性，具有450nm或650nm波长的光具有不同的偏振状态，即椭圆偏振态。

[0097] 以这种偏振状态进入LC层的具有450nm或650nm波长的光在穿过具有与λ/2波长膜等价的250nm到450nm延迟(正前方观看时)的LC层之后，偏振状态发生变化，从而呈现出椭圆偏振光。作为结果的椭圆偏振光具有与入射到LC层上的光的偏振旋转方向相反的偏振旋转方向。因而，在第二个实施方式中在光发射侧偏振膜104与LC单元110之间夹持第二光学各向异性膜116，该第二光学各向异性膜具有与第一个实施方式中提供的第二光学各向异性膜116的延迟的符号相反的符号的延迟。本实施方式中的第二光学各向异性膜116消除了在保护层107、双轴光学各向异性膜115和LC单元110中产生的双折射的波长相关性，从而提供了具有与光发射侧偏振器101的光吸收轴平行的均一偏振方向的线性偏振光，由此抑制了发射光的着色。

[0098] 在上面第一个实施方式的基本构造中，液晶显示(LCD)设备包括：包含均一取向的LC层和将该LC层夹持在其间的一对透明基板的液晶(LC)单元；设置在LC单元的光入射侧上的第一偏振膜，该第一偏振膜包括第一偏振器和将该偏振器夹持在其间的一对第一保护层，所述第一保护层中的一个被夹在第一偏振器与LC单元之间，而且具有光学各向同性；设置在LC单元的光发射侧上的第二偏振膜，该第二偏振膜包括第二偏振器和将该第二偏振器夹持在其间的一对第二保护层，夹在第二偏振器与LC单元之间的一个第二保护层具有基本上为零的面内延迟和20nm到90nm的厚度方向上的延迟；夹在LC层与第二偏振膜之间并从第二偏振膜连续设置的第一和第二光学各向异性膜，第一光学各向异性膜具有双轴光学各向异性并具有分别在面内慢轴方向上、面内快轴方向上和厚度方向上的折射率ns，nf和nz，折射率满足(ns-nz)/(ns-nf)≤0.5的关系，第二光学各向异性膜具有基本上与LC单元的表面垂直的光轴，其中：第一偏振器具有与第二偏振器的光吸收轴垂直的光吸收轴；且第一光学各向异性膜的面内慢轴、在不存在施加电压时LC层的取向、和第二偏振器的光透射轴彼此平行。

[0099] 在上面第二个实施方式的构造中，液晶显示(LCD)设备包括：包含均一取向的液晶层和将该液晶层夹持在其间的一对透明基板的液晶单元；设置在液晶单元的光入射侧上并包括第一偏振器的第一偏振膜，该第一偏振膜进一步包括将该偏振器夹持在其间的一对第一保护层，夹在该偏振器与液晶单元之间的一个第一保护层具有光学各向同性，或者第一偏振膜进一步包括当从液晶单元看时设置得比偏振器远的第一保护层；设置在液晶单元的光发射侧上的第二偏振膜，该第二偏振膜包括第二偏振器和将该第二偏振器夹持在其间的一对第二保护层，夹在第二偏振器与液晶单元之间的一个第二保护层具有基本上为零的面内延迟和20nm到90nm的厚度方向上的延迟；夹在液晶层与第二偏振膜之间的第一光学各向异性膜，第一光学各向异性膜具有双轴光学各向异性并在面内慢轴方向上、面内快轴方向上和厚度方向上分别具有折射率ns，nf和nz，折射率满足(ns-nz)/(ns-nf)≤0.5的关系；具有与液晶单元的表面基本上垂直的光轴的第二光学各向异性膜，其中：第一偏振器具有与第二偏振器的光吸收轴垂直的光吸收轴；且第一光学各向异性膜的面内慢轴、在不存在施加电压时LC层的取向、和第二偏振器的光透射轴彼此平行。

[0100] 在上面的两个基本构造中，本发明获得了下面所述的优点。具有与LC单元表面垂直的光轴的第二光学各向异性膜消除了由第一光学各向异性膜(双轴光学各向异性膜)导致的延迟的波长相关性，这抑制在倾斜观看方向上产生的光泄漏，由此抑制了倾斜观看方向上的波长色散特性。更具体地说，上面的实施方式具有上面的基本结构就足够可获得本发明的优点。

[0101] 尽管参照典型的实施方式及其修改例特别显示和描述了本发明，但本发明并不限于这些实施方式和修改例。应当理解，在不脱离权利要求中定义的本发明的精神或范围的情况下，可在形式和细节上进行变化，这对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。

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