使用胆甾型液晶的液晶显示设备

摘要

一种液晶显示设备，包括：第一和第二基板，其彼此面对并且分开；延迟层，位于第一基板的外表面上；线性偏振层，位于延迟层上；胆甾型液晶滤色器(CCF)层，位于第二基板的内表面上；液晶层，位于第一基板和CCF层之间；第一胆甾型液晶(CLC)偏振层，位于第二基板的外表面上，具有第一圆偏振方向的第一螺距；第二胆甾型液晶CLC偏振层，位于第一CLC层上，第二CLC偏振层具有第二圆偏振方向的第二螺距，第二圆偏振方向与第一圆偏振方向相反；以及背光单元，位于第二CLC层的外侧。

说明书

本申请要求2002年7月9日提出的韩国专利申请No.2002-39609的优先权，在此全文引入作为参考。

技术领域

本发明涉及液晶显示设备，具体而言，涉及使用胆甾型液晶偏振片和胆甾型液晶滤色层的透射型液晶显示设备。

背景技术

通常，液晶显示(LCD)设备利用液晶分子的光学各向异性和偏振特性。液晶分子由于其薄而长的形状，从而具有确定的取向排列。可以通过向液晶分子施加电场，从而控制液晶分子的排列方向。相应的，随着外加电场强度的改变，液晶分子的排列方向也随之改变。由于排列的液晶分子的光学各向异性所导致的液晶分子的取向，通过液晶材料的入射光会发生折射，所以可以控制入射光的强度，并且可以显示图象。

在通常所使用的多种类型的LCD设备中，由于其高分辨率并能很好地显示运动图像，有源矩阵LCD(AM-LCD)设备得到了很大发展，其中薄膜晶体管(TFT)和与TFT相连的像素电极排列成矩阵。

图1显示的是根据背景技术的液晶显示设备的示意透视图。

在图1中，液晶显示(LCD)设备11包括上下基板5和22，以及其中的液晶层14。黑色矩阵6和包含红、绿和蓝子滤色器8a、8b和8c的滤色层8位于上基板5上。透明公共电极18位于滤色层8和黑色矩阵6上。将上基板5称为滤色基板。像素区域“P”的像素电极17、开关元件“T”和包含栅线13和数据线15的阵列线位于下基板22上。将下基板22称为阵列基板。开关元件“T”以矩阵排列，并且与栅线13和数据线15相连。栅线13和数据线15的交叉点限定了像素区域“P”。像素区域“P”处的像素电极17由诸如具有高透射率的铟锡氧化物(ITO)或者铟锌氧化物(IZO)等的透明导电材料制成。背光单元30位于LCD设备11下面，用作光源。

当将栅极信号施加到开关元件“T”上时，将数据信号施加到像素电极17上。当没有将栅极信号施加到开关元件“T”上时，不能将数据信号施加到像素电极17上。即，LCD设备11是一种使用从背光单元30发出来的光的光调制设备。因为背光单元30所发出的光通过多层光学薄膜而显示图象，所以LCD设备11具有较差的光效率。这多层光学薄膜包括一对线性偏振片(未显示)和一个滤色层8。这对线性偏振片仅传播背光单元30发出的光的线性部分。即，这对偏振片仅沿着特定的方向传播线性偏振光。因此，从背光单元30发出的光仅有不到一半通过了这对线性偏振片。背光单元30未得到有效使用，从而降低了LCD的亮度。另外，吸收型的滤色层8导致从背光单元30发出光的严重损失，以及亮度的降低。为了解决亮度降低的问题，滤色层30应该具有较高的透射率。然而，滤色层30具有较高的透射率是以色纯度的降低为代价的。因此，在提高吸收型滤色层30的透射率方面，还存在限制。

为了解决使用吸收型滤色层的LCD设备的亮度问题，研究和开发了使用胆甾型液晶滤色层(CCF)的LCD设备。CCF层利用胆甾型液晶(CLC)的选择性反射特性。由于所传播或者反射的光的波段是由CLC的螺距确定的，所以可以根据像素区域使CLC具有不同的螺距，从而获得CCF层。与吸收型的滤色层相反，CCF层利用选择性反射特性。因此，降低了背光单元的光损失，从而提高了光效率。

图2显示的是根据背景技术，使用胆甾型液晶滤色层的透射型液晶显示设备的示意横截面图。

在图2中，透射型液晶显示(LCD)设备50包括第一和第二基板52和58，其彼此相对而且分开。胆甾型液晶滤色层(CCF)54位于第一基板52的内表面，胆甾型液晶(CLC)偏振层64位于第一基板52的外表面。诸如1/4波片(QWP：λ/4片)的延迟层60和线性偏振层62顺序位于第二基板58的外表面上。液晶层56位于CCF层54和第二基板58的内表面之间。背光单元66位于CLC偏振层64的外侧。

在用于CCF层54和CLC偏振层64的胆甾液晶(CLC)中，CLC分子的排列矢量形成螺旋结构。以右旋方向进行螺旋的CLC分子仅反射右旋圆偏振光，而以左旋方向进行螺旋的CLC分子仅反射左旋圆偏振光。当入射光具有偏振状态，使得圆偏振方向与螺旋方向相同，并且满足Bragg反射条件时，则入射光被反射。例如，CCF层54具有左旋方向，而CLC偏振层64具有右旋方向。因此，只有入射光的左旋圆偏振光通过CLC偏振层64。左旋圆偏振光通过CCF层54，并且到达液晶层56。CCF层54用于在各个像素区域显示红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)中的一种。例如，在红色像素区域，CCF层54具有对应于绿色和蓝色的螺距。因此，对应于绿色和蓝色的左旋圆偏振光在CCF层54被反射，只有对应于红色的左旋圆偏振光通过CCF层54。可以将CCF层54的类似构成应用到绿色和蓝色像素区域。

图3是一个示意横截面图，显示了通过根据背景技术的透射型液晶显示设备的光的偏振状态。

在图3中，从背光单元66所发出的非偏振光包含几乎所有的波长，具有很宽的波段。在这些非偏振光中，根据CLC偏振层64的特性，右旋圆偏振光从CLC偏振层64反射到背光单元66，只有左旋圆偏振光通过CLC偏振层64。当从CLC偏振层64反射的右旋圆偏振光再次从背光单元66反射时，圆偏振方向反转，从而右旋圆偏振光变为左旋圆偏振光。因此，从背光单元66反射的左旋圆偏振光能够通过CLC偏振层64。因此，在光的循环过程中，大多数圆偏振光最终变成左旋，并且通过CLC偏振层64。

当具有宽波段的左旋圆偏振光到达一个像素区域的CCF层54时，具有对应于红、绿与蓝波长之一的左旋圆偏振光通过CCF层54。例如，在红色像素区域中，CCF层54具有第一CLC层(未显示)，其仅反射波长对应于绿色的左旋圆偏振光，和第二CLC层(未显示)，其仅反射波长对应于蓝色的左旋圆偏振光。因此，在红色像素区域，波长对应于红色的左旋圆偏振光能够通过CCF层54。当从CCF层54反射的左旋圆偏振光再次从CLC偏振层64反射时，圆偏振方向反转，从而左旋圆偏振光变为右旋圆偏振光。因此，从CLC偏振层64反射的右旋圆偏振光能够通过CCF层54。通过重复上述过程，大部分具有与特定颜色相对应的波长的光能够无损失地通过CCF层54。

当通过CCF层54的圆偏振光通过液晶层56和延迟层60时，圆偏振光被延迟，成为线性偏振光，其具有与线性偏振层62的光轴平行的偏振方向，并且发出到外面。

由于CLC分子具有循环光的特性，所以与传统的线性偏振层和吸收型滤色层相比，CLC偏振层和CCF层具有较高的透射率。因此，能够获得较高的亮度。然而，与垂直入射光的反射光相比，倾斜入射光的反射光具有较短的波长。结果，与从LCD面板垂直入射的光相比，从LCD面板倾斜入射的光具有不同的颜色(即，波长)。这个差异导致变色和较窄的视角。

发明内容

因此，本发明致力于一种透射型液晶显示设备，其能够有效消除由于背景技术的限制和缺点所导致的一个或者多个问题。

本发明的一个优点是，提供了一种透射型液晶显示设备，其包括胆甾液晶滤色层与第一和第二胆甾型液晶偏振膜。

本发明的一个优点是，提供了一种透射型液晶显示设备，其具有宽视角和高亮度。

在下面的描述中将阐明本发明的附加特征和优点，其中的部分将通过说明书而理解，或者通过本发明的实践而体验到。通过说明书、权利要求书以及附图中具体指出的结构，可以实现和获得本发明的这些和其他优点。

为了获得本发明的这些和其他优点，并且根据本发明的目的，如这里所实施和广泛描述的，提供了一种液晶显示设备，包括：第一和第二基板，彼此面对并且分开；延迟层，位于第一基板的外表面上；线性偏振层，位于延迟层上；胆甾型液晶滤色层(CCF)，位于第二基板的内表面上；液晶层，位于第一基板和CCF层之间；第一胆甾型液晶(CLC)偏振层，位于第二基板的外表面上，其具有第一圆偏振方向的第一螺距；第二胆甾型液晶(CLC)偏振层，其位于第一CLC层上，第二CLC偏振层具有第二圆偏振方向的第二螺距，第二圆偏振方向与第一圆偏振方向相反；以及背光单元，位于第二CLC层的外侧。

在本发明的另外一个方面，提供了一种液晶显示设备，包括：第一和第二基板，彼此面对并且分开；漫射层，位于第一基板的外表面上；第一线性偏振层，位于漫射层上；胆甾型液晶滤色层(CCF)，位于第二基板的内表面上；延迟层，位于CCF层上；第二线性偏振层，位于延迟层上；液晶层，位于第一基板和第二线性偏振层之间；第一胆甾型液晶(CLC)偏振层，位于第二基板的外表面上，其具有第一圆偏振方向的第一螺距；第二胆甾型液晶(CLC)偏振层，位于第一CLC偏振层上，第二CLC偏振层具有第二圆偏振方向的第二螺距，第二圆偏振方向与第一圆偏振方向相反；以及背光单元，位于第二CLC偏振层的外侧。

应当理解的是，上述的一般性描述和下面的详细描述都是示例性和解释性的，用于为权利要求所限定的本发明提供进一步的解释。

附图说明

附图帮助更好地理解本发明，显示了本发明的实施例，并且与文字说明一起解释本发明的原理。

附图中：

图1显示的是根据背景技术的液晶显示设备的示意透视图；

图2显示的是根据背景技术，使用胆甾型液晶滤色层的透射型液晶显示设备的示意横截面图；

图3是一个示意横截面图，显示了通过根据背景技术的透射型液晶显示设备的光的偏振状态；

图4显示的是根据本发明第一实施例的透射型液晶显示设备的示意横截面图；

图5是一个示意横截面图，显示了通过根据本发明第一实施例的透射型液晶显示设备的第一和第二胆甾液晶偏振层的光的偏振状态；

图6A到6C分别显示的是根据本发明的第一实施例，背光单元、第二胆甾液晶偏振层和第一胆甾液晶偏振层的光谱；

图7是一个示意横截面图，显示了通过根据本发明第一实施例的透射型液晶显示设备的光的偏振状态；

图8显示的是根据本发明第二实施例的透射型液晶显示设备的示意横截面图；

图9显示的是根据本发明第三实施例的透射型液晶显示设备的示意横截面图；

图10显示的是根据本发明第四实施例的透射型液晶显示设备的示意横截面图；

图11是一个示意横截面图，显示了通过根据本发明第四实施例的透射型液晶显示设备的光的偏振状态。

具体实施方式

现在对本发明的具体实施方式进行详细的说明，在附图中说明了其实例。在图中，相同的标号指的是相同或者类似的部分。

图4显示的是根据本发明第一实施例的透射型液晶显示设备的示意横截面图。

在图4中，透射型液晶显示器(LCD)设备100包括彼此面对并且分开的第一和第二基板102和104，以及位于其间的液晶层108。诸如1/4波片(QWP)的延迟层110和线性偏振层112顺序位于第一基板102的外表面上。胆甾型液晶滤色层(CCF)106包含红、绿和蓝子CCF，位于第二基板104的内表面上。第一胆甾型液晶(CLC)偏振层114和第二胆甾型液晶(CLC)偏振层116顺序位于第二基板104的外表面上。背光单元118位于第二CLC偏振层116的外侧。

背光单元118发出光，该光的光谱在对应于红色、绿色和蓝色的波段处具有峰值。第二CLC偏振层116具有对应于宽波段的左旋或者右旋螺距。第一CLC偏振层114不具有连续的螺距，而是具有离散的左旋或者右旋螺距，以收集波长对应于红色、绿色和蓝色的光。对第一CLC偏振层114的螺距进行调整，使其不是对应于可见光范围的所有波长，而是对应于特定范围的波长。另外，第一CLC偏振层114具有与第二CLC偏振层118相反的圆偏振方向，而CCF层116具有与第一CLC偏振层114相同的圆偏振方向。

图5是一个示意横截面图，显示了通过根据本发明第一实施例的透射型液晶显示设备的第一和第二胆甾液晶偏振层的光的偏振状态。图6A到6C分别显示的是根据本发明的第一实施例，背光单元、第二胆甾液晶偏振层和第一胆甾液晶偏振层的光谱。

在图5和图6A中，背光单元118向第二胆甾型液晶(CLC)偏振层116发出光，该光的频谱在对应于红色、绿色和蓝色的第一波段“λ_R”、“λ_G”和“λ_B”处具有峰值。尽管该光包含几乎所有的波长，在特定的波段“λ_R”、“λ_G”和“λ_B”处，显示了强度的主峰。

在图5和图6B中，第二CLC偏振层116具有宽波段的左旋螺距。由于左旋圆偏振光从第二CLC偏振层116反射，所以在从背光单元118发出的光中，大约50％的光从第二CLC偏振层116反射。然而，通过背光单元118和第二CLC偏振层116之间的循环过程，从第二CLC偏振层116反射的左旋圆偏振光反向为右旋圆偏振光，从而可以通过第二CLC偏振层116。

在图5和图6C中，第二CLC偏振层116上的第一CLC偏振层114具有螺距除对应于红色、绿色和蓝色波长之外的第二波段的右旋螺距。因此，第一CLC层114的光谱在图6A中的第一波段“λ_R”、“λ_G”和“λ_B”之间的第二波段处具有峰值。对于倾斜射入第一CLC偏振层114的倾斜入射光，由于具有较短波长的光发生反射，所以具有第一波段“λ_R”、“λ_G”和“λ_B”(图6A)的光从第一CLC偏振层114反射。通过第二CLC偏振层116和背光单元118之间的循环过程，被反射的具有第一波段“λ_R”、“λ_G”和“λ_B”(图6A)的右旋圆偏振光通过第一CLC偏振层114。

利用第一和第二CLC偏振层114和116，将从背光单元118发出并对应于红色、绿色和蓝色的光收集为向前方向。因此，获得了高亮度。在图5中，第一和第二CLC偏振层114和116分别具有右旋和左旋螺距。在另外一个实施例中，第一和第二CLC偏振层114和116分别具有左旋和右旋螺距。当第一和第二CLC偏振层114和116具有方向相反的螺距时，可以对背光单元118所发出的光进行收集。

图7是一个示意横截面图，显示了通过根据本发明第一实施例的透射型液晶显示设备的光的偏振状态。

在图7中，从背光单元118向具有宽波段波长的左旋螺距的第二胆甾型液晶(CLC)偏振层116发出光，发出的光的光谱在对应于红色、绿色和蓝色的第一波段处具有峰值。在背光单元118所发出的光中，左旋圆偏振光从第二CLC偏振层116反射，而右旋圆偏振光通过第二CLC偏振层116。通过背光单元118和第二CLC偏振层116之间的循环过程，反射的左旋圆偏振光反向为右旋圆偏振光，从而通过第二CLC偏振层116。由于第一CLC偏振层114具有除红色、绿色和蓝色波长之外的波段的右旋螺距，所以具有对应于红色、绿色和蓝色的波长的右旋圆偏振光能够通过第一CLC偏振层114。另外，对于倾斜入射光，具有较短波长的光从第一CLC偏振层反射。因此，具有对应于红色、绿色和蓝色的波长的倾斜入射光从第一CLC偏振层114反射。从而，大部分具有对应于红色、绿色和蓝色的波长的右旋圆偏振光垂直通过第一CLC偏振层114。在通过具有与第一CLC偏振层114、液晶层108和延迟层110相同圆偏振方向的CCF层116时，通过第一CLC偏振层114的右旋圆偏振光转化成具有平行于线性偏振层112的光轴的偏振方向的线性偏振光，从而通过线性偏振层112。

如图7所示，第一CLC偏振层114仅反射具有特定波长的右旋圆偏振光，而第二CLC偏振层116仅反射具有宽波段波长的左旋圆偏振光，从而能够垂直发出大部分具有对应于红色、绿色和蓝色的波长的光。因此，很少从LCD面板倾斜发出光，从而避免了诸如变色的问题。然而，由于偏离了LCD面板的中心，所以降低了亮度。为了解决这些问题，提出了其他的实施例。

图8显示的是根据本发明第二实施例的透射型液晶显示设备的示意横截面图。

在图8中，透射型液晶显示(LCD)设备200包括第一和第二基板202和204，其彼此面对并且分开。漫射层210、诸如1/4波片(QWP)的延迟层212、线性偏振层214顺序位于第一基板202的外表面上。胆甾型液晶滤色器(CCF)层206位于第二基板204的内表面上，液晶层208位于第一基板202和CCF层206之间。具有右旋螺距的第一胆甾型液晶(CLC)偏振层216和具有左旋螺距的第二胆甾型液晶(CLC)偏振层218顺序位于第二基板204的外表面上。背光单元220位于第二CLC层218的外侧。

第一CLC偏振层216不具有连续的螺距，而是具有离散的右旋螺距，以收集从背光单元220发出的波长对应于红色、绿色和蓝色的光，而第二CLC偏振层218具有对应于宽波段波长的连续螺距。对第一CLC偏振层216的螺距进行调整，使其不是对应于可见光范围的所有波长，而是对应于特定范围的波长。另外，第一CLC偏振层216具有与第二CLC偏振层218相反的圆偏振方向，而CCF层206具有与第一CLC偏振层216相同的圆偏振方向。

由于垂直通过第二和第一CLC偏振层218和216的光由漫射层210漫射，所以获得了宽视角。可以使用背光单元中的全息漫射器或者传统漫射器作为漫射层210。尽管漫射层210位于图8中第一基板202的外表面，但是在另外一个实施例中，可以将漫射层210放置在第一基板202的内表面上。具体而言，根据显示质量的特性不同，漫射层210可以位于LCD面板的内侧或者外侧。

图9显示的是根据本发明第三实施例的透射型液晶显示设备的示意横截面图。

在图9中，透射型液晶显示(LCD)设备300包括第一和第二基板302和304，其彼此面对并且分开。漫射层310、诸如1/4波片(QWP)的延迟层312、视角补偿层314，以及线性偏振层316顺序位于第一基板302的外表面上。胆甾型液晶滤色层(CCF)306位于第二基板304的内表面上，液晶层308位于第一基板302和CCF层306之间。具有右旋螺距的第一胆甾型液晶(CLC)偏振层318和具有左旋螺距的第二胆甾型液晶(CLC)偏振层320顺序位于第二基板304的外表面上。背光单元322位于第二CLC层320的外侧。

第一CLC偏振层318不具有连续的螺距，而是具有离散的右旋螺距，以收集从背光单元322发出的波长对应于红色、绿色和蓝色的光，而第二CLC偏振层320具有对应于宽波段的连续螺距。对第一CLC偏振层318的螺距进行调整，使其不是对应于可见光范围的所有波长，而是对应于特定范围的波长。另外，第一CLC偏振层318具有与第二CLC偏振层320相反的圆偏振方向，而CCF层306具有与第一CLC偏振层318相同的圆偏振方向。

当垂直通过第二和第一CLC偏振层320和318以及液晶层308的光沿着与垂直方向倾斜的方向由漫射层310漫射时，与从漫射层310垂直发出的光相比，漫射的光具有不同的延迟值。倾斜光的这个差别导致降低了侧视的对比度。补偿层314对通过延迟层312的延迟值偏差进行补偿。由于对前面和侧面的颜色偏差进行了补偿，所以扩大了视角。

图10显示的是根据本发明第四实施例的透射型液晶显示设备的示意横截面图。

在图10中，透射型液晶显示(LCD)设备400包括第一和第二基板402和404，其彼此面对并且分开。漫射层418和第一线性偏振层420顺序位于第一基板402的外表面上。胆甾型液晶滤色层(CCF)408、诸如1/4波片(QWP)的延迟层410、第二线性偏振层412顺序位于第二基板404的内表面上。液晶层418位于第一基板402和第二线性偏振层412之间。具有右旋螺距的第一胆甾型液晶(CLC)偏振层422和具有左旋螺距的第二胆甾型液晶(CLC)偏振层424顺序位于第二基板406的外表面上。背光单元426位于第二CLC偏振层424的外侧。

由于延迟层410和第二线性偏振层412位于液晶层416和CCF层408之间，所以在漫射层418上不需要附加的补偿层来实现宽视角。

图11是一个示意横截面图，显示了通过根据本发明第四实施例的透射型液晶显示设备的光的偏振状态。

在图11中，在从背光单元426发出的光中，只有左旋圆偏振光从第二CLC偏振层424反射，而右旋圆偏振光通过第二CLC偏振层424。通过背光单元426和第二CLC偏振层424之间的循环过程，反射的左旋圆偏振光反向为右旋圆偏振偏振光，从而通过第二CLC偏振层424。

当从第二CLC偏振层424发出的右旋圆偏振光进入第一CLC偏振层422时，对应于红色、绿色和蓝色的倾斜入射光从第一CLC偏振层422反射。通过循环过程，反射的倾斜入射光垂直发出到第一CLC偏振层422。因此，右旋圆偏振光从第一CLC偏振层422垂直地发出，并且通过CCF层408。当通过延迟层410时，右旋圆偏振光转化成具有平行于第二线性偏振层412的光轴的偏振方向的线性偏振光。从而，线性偏振光通过第二线性偏振层412，并且通过液晶层416、漫射层418和第一线性偏振层420发出。在另外一个实施例中，可以在漫射层418上安置用于实现宽视角的补偿层。

在根据本发明的透射型LCD设备中，通过在背光单元和CCF层之间形成第一和第二CLC偏振层，可以对光进行有效的收集。还有，通过减小前面和倾斜方向的颜色偏差，获得了高显示质量。

对于本领域的技术人员，很明显，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明的进行多种改进和变化。因此，如果这些改进和变化落在所附权利要求及其等同物的范围内，则本发明涵盖这些改进和变化。