CN1174276C - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种透射型液晶显示装置包括：液晶显示单元，它包括一对透明的绝缘衬底，互相面对地放置成其间有一个间隙，将透明的电极形成在该衬底的内表面，并将液晶材料注入在该间隙中；光源，被放置在液晶显示单元的背面；以及光发散单元，被放置在液晶显示单元的正面，其中该液晶显示装置满足表示式：其中BL(θ)是光源的光发射角θ-亮度特性，LC(θ)是在明亮状态下的该液晶显示单元的入射角θ-该液晶显示单元的透射比特性，以及Dif(a，θ)是在光接收角a时的光发散单元的入射角θ-该光发散单元的透射比特性。

Description

液晶显示装置
技术领域
本发明涉及液晶显示装置和用于液晶显示装置的透镜片，具体地，涉及直接观看型液晶显示装置，被使用于诸如文字处理器和笔记本电脑的办公室自动化(OA)设备，各种与视频有关的设备，游戏机，电视接收机，等等，以及用于这样的液晶显示装置的透镜片。
背景技术
传统上，CRT常常被用于个人计算机、文字处理器、电视接收机等等的显示器。近年来，随着对这些电子设备的体积、厚度和重量的减小的要求，不断了平板显示器的使用。已开发了一些类型的平板显示器。在这中间，具有诸如低功耗优点的液晶显示装置得到广泛的应用。
液晶显示装置通过施加电场到或传送电流通过该显示装置的任意的显示单元来改变显示单元的光发射或反射率，利用液晶分子的电光效应，包括光各向异性(折射率各向异性)，取向性质，流动性，和介质各向异性，来显示图象。液晶显示装置被分类为直接观看型显示装置，允许直接观看在显示装置上显示的图象，和投射型显示装置，其中将图象从前面或后面投射到屏幕上，并观看投射的图象。
直接观看型显示装置具有各种显示模式，诸如动态散射模式，扭转向列模式，超扭转向列模式，聚合物分散模式，铁电体液晶模式，垂直模式，和宾主模式。至于直接观看型显示装置的驱动方式，已开发了诸如分段驱动、简单的矩阵驱动、和有源矩阵驱动等的驱动方案。在这些模式和驱动方案中，分段驱动的扭转向列模式在显示单元的数目很小时被采用，而简单矩阵驱动的超扭转向列模式在显示单元的数目很大时被采用，
液晶显示装置显示诸如字符和图形那样的信息。近年来，随着显示内容的容量增加的要求，常常采用所谓的点矩阵显示格式，其中将小的显示单元排列成行和列，用于显示任意的信息。
直接观看型液晶显示装置是由具有光快门功能的液晶单元作为核心，与来自背面的背光源、用于阻止前表面反射外部的光的阻止反射薄膜等等(如有需要的话)相组合而构成的。
提出了用于使得显示质量随观看液晶显示装置的方向的变化最小化以及展宽提供良好显示质量的观看角度的各种技术。这些技术大略被分类为两种：改进显示单元内的结构的方法以及改进显示单元外的结构的方法。前一种方法的例子包括：修正液晶分子的方法；将极化元素的放置、液晶分子的取向方向等等最佳化的方法；将具有双折光率的多个薄膜放置在液晶显示装置内的方法；在衬底上形成小的凸的和凹的部分的方法；以及将驱动方案最佳化的方法。后一种方法的例子是将该液晶显示单元与透镜，用于控制光的透射方向的元件相组合的方法，等等。
作为用于通过把液晶显示单元与光的发散元件(诸如被放置在液晶显示单元的观看者一边的、用于控制光透射方向的透镜)相组合而展宽观看角的方法，以下的方法是已知的。在日本专利公开号No.8-201796中揭示了一个方法，其中由于存在透镜而引起的图象的模糊是通过适当地设置背光源的光方向性、在液晶层与微小单元透镜之间的距离、和液晶单元的显示单元在微小单元透镜阵列的方向上的间距，而被减小的。在日本专利公开号No.7-120743中揭示了另一个方法，其中在液晶显示单元和透镜凸出部分通过粘合剂或粘结层被附着在一起的情况下，外部的光从透镜的反射是通过适当地设置透镜的高度、透镜的间距、和附着的部分的宽度，而被减小的。
以上的传统的方法具有以下的问题。在日本专利公开号No.8-201796中揭示了图象的模糊可以通过增加显示单元在列中的间距、减小在液晶层与微小单元透镜之间的距离、和增强背光源的光方向性而使做得认不出来。然而，没有揭示这些微小单元透镜的特性。所以，当采用这个技术以及增强背光源的光方向性时，如果这些微小单元透镜在光学特性上具有失真，则在观看角中显示特性的这种失真被反映出，无法得到满意的显示特性。例如，即使具有最理想的光学特性的微小单元透镜被成功地产生，也必须通过粘结层将这些透镜附着到液晶显示单元上。在这种附着中，在粘结层与透镜之间的接触状态很容易改变，因此，这些微小单元透镜在光学特性上不可避免被失真。原因是由于该粘结层的折射率与这些透镜的折射率大约相同，埋入该粘结层中的这些微小单元透镜的顶尖部分不再正常地起到透镜的作用。在这种情形下，如果背光源的光方向性很高，则这些微小单元透镜的光学特性的失真影响液晶显示装置的显示特性。
按照日本专利公开号No.7-120743中揭示的技术，即使在背光源的光方向性很高时在透镜光学特性中也不出现失真。然而，事实上，为了按照文献中揭示的技术达到无失真的透镜光学特性，透镜间距与附着部分的宽度的比值必须是5或更大。控制附着部分的该宽度来得到这个结构是非常困难的。
本发明的一个目的是提供具有宽的观看角和高的显示质量、而同时使用具有高的方向性的光源的液晶显示装置，以及被用于该液晶显示装置的透镜片。
发明内容
本发明的透射型液晶显示装置包括：液晶显示单元，它包括一对透明的绝缘衬底，互相面对地放置成其间有一个间隙；透明的电极，被形成在所述衬底的内表面，并在所述间隙中注入液晶材料；光源，被放置在液晶显示单元的背面；以及光发散单元，被放置在液晶显示单元的正面。将所述液晶显示装置设计成满足以下的表示式：
Figure C0114090700061
其中BL(θ)是光源的光发射角θ-亮度特性，也就是光源的亮度作为光发射角θ的函数。LC(θ)是在明亮状态下对液晶显示单元的入射角θ-液晶显示单元的透射比特性，也就是将所述液晶显示单元的透射比作为入射角θ的函数，而Dif(a，θ)是在光接收角a时对所述光发散单元的入射角θ-所述光发散单元的透射比特性，也就是将所述光发散单元的透射比作为光接收角a和入射角θ的函数。
可以通过调节BL(θ)和Dif(a，θ)来满足该表示式。
在优选实施例中，将粘结层形成在该光发散单元和该液晶显示单元之间，该光发散单元是一个透镜片，包括具有带第一高度的凸出部分的第一单元透镜部分，和具有带小于第一高度的第二高度的凸出部分的第二单元透镜部分，将该透镜片粘附在第一单元透镜部分上的粘结层。
在一个优选实施例中，将该透镜片的第一单元透镜部分附着到该粘结层，而第二单元透镜部分与粘结层不粘结，且该透镜片具有Dif(a，θ)＝n×g(a，θ)+(1-n)×f(a，θ)的光学特性，其中g(a，θ)是第一单元透镜部分的光学特性，n是第一单元透镜部分的面积对整个透镜片的比例，f(a，θ)是第二单元透镜部分的光学特性，而1-n是第二单元透镜部分的面积对整个透镜片的比例。
在一个优选实施例中，该光源具有这样的方向性：其亮度为在垂直于液晶显示单元正面的方向上的亮度的一半的光发射角是15°或更小。
在一个优选实施例中，光源具有这样的方向性：其亮度为在垂直于液晶显示单元正面的方向上的亮度的一半的光发射角是5°或更小，该光发散单元具有这样的光学特性：Dif(0°，10°)/Dif(0°，0°)是0.4或更大。
本发明的透射型液晶显示装置包括：液晶显示单元，它包括一对透明的绝缘衬底，互相面对地放置成其间有一个间隙，透明的电极，被形成在该衬底的内表面，以及被注入在间隙中的液晶材料；光源，被放置在该液晶显示单元的背面；以及一个透镜片，通过粘结层将其放置在液晶显示单元的正面。该透镜片包括：具有带第一高度的凸出部分的第一单元透镜部分，和具有带小于第一高度的第二高度的凸出部分的第二单元透镜部分，其中具有第一高度的凸出部分和具有第二高度的凸出部分都面对该粘结层，将第一单元透镜部分粘附到粘结层，而第二单元透镜部分远离该粘结层。
在一个优选实施例中，第二高度与第一高度的比值是3/5，以及第一单元透镜部分的面积对整个透镜片的比例约为0.2。
在一个优选实施例中，该光源具有这样的方向性：其亮度为在垂直于液晶显示单元正面的方向上的亮度的一半的光发射角是15°或更小。
在一个优选实施例中，该光源具有这样的方向性：其亮度为在垂直于液晶显示单元正面的方向上的亮度的一半的光发射角是5°或更小，该透镜片具有这样的光学特性：当Dif(a，θ)是在光接收角a时对该透镜片的入射角θ-该透镜片的透射比特性时，Dif(0°，10°)/Dif(0°，0°)是0.4或更大。
本发明的透镜片通过粘结层被附着在液晶显示单元的正面。该透镜片包括：具有带第一高度的凸出部分的第一单元透镜部分，和具有带小于第一高度的第二高度的凸出部分的第二单元透镜部分，其中具有第一高度的凸出部分和具有第二高度的凸出部分都面对该粘结层。
该透镜片最好具有这样的光学特性：当Dif(a，θ)是在光接收角a时对该透镜片的入射角θ-该透镜片的透射比特性时，Dif(0°，10°)/Dif(0°，0°)是0.4或更大。
在一个优选实施例中，第二高度与第一高度的比值是3/5，以及第一单元透镜部分的面积对整个透镜片的比例约为0.2。
附图说明
图1是通过背光源、液晶显示单元、和光发散单元的外出光路径的图。
图2A和2B显示背光源的亮度特性的例子。
图2C和2D显示光发散单元的光学特性的例子。
图2E显示液晶显示单元的透射比特性的例子。
图2F，2G，2H，和2I显示通过组合背光源、液晶显示单元、和光发散单元而得到的液晶显示装置的亮度特性，特别显示当背光源具有图2A或2B所示的特性、液晶显示单元具有图2E所示的特性、和光发散单元具有图2C或2D所示的特性时的亮度特性。
图3是显示在背光源的半数值角(BL半数值角)和光发散单元光学特性的组合与显示质量之间关系的图。
图4是具有带不同高度的单元透镜的双凸透镜片的截面图。
图5是显示第二极化单元、粘结层、和具有带不同高度的单元透镜的透镜片的示意性结构的主要部分的截面图。
图6是显示图4所示的整个透镜片的光学特性如何根据透镜附着部分的光学特性和透镜附着部分的比例n而改变的图，其中y轴代表Dif(0°，10°)/Dif(0°，0°)作为整个透镜片的光学特性，以及x轴代表比例n。
图7是显示传统的液晶显示装置的主要部分的示意性截面图。
图8是显示本发明的实施例的液晶显示装置的主要部分的示意性截面图。
图9A是显示对比度比值对本实施例的液晶显示装置的观看角的依赖性的图，以及图9B是显示在本实施例的液晶显示装置的每个灰度等级时亮度对观看角的依赖性的图。
图10A是显示对比度比值对可比较的例子的液晶显示装置的观看角的依赖性的图，以及图10B是显示在可比较的例子的液晶显示装置的每个灰度等级时亮度对观看角的依赖性的图。
具体实施方式
首先，参照相关的附图描述本发明的基本原理。
如图1所示，从背光源1以光发射角θ发射的光以入射角θ入射到液晶显示单元2，穿过液晶显示单元2，以及以光发射角θ被发射(即，外出)。然后，光以入射角θ入射到光发散单元3。以入射角θ入射到光发散单元3的光然后以不同的角度穿过它。假设以入射角θ入射到光发散单元3的光的强度对从光发散单元3以光发射角a发射的光的比值是Dif(a，θ)，以及液晶显示单元2对于以入射角θ的光的透射比特性是LC(θ)。还假设背光源1对于以光发射角θ的光的亮度特性是BL(θ)，它被使用来代表背光源1的方向性。
在上述的情形下，在某个角度b观察到的亮度可被表示为：
也就是，具有减小的亮度的观看角依赖性的理想的显示装置是在角度(b+10°)的亮度与在角度b的亮度的比值，即，发射平面(b+10°)的亮度/发射平面(b)的亮度，接近于1时得到。本发明人通过视觉识别来估值其间显示觉察有缺陷的这个比值的程度。结果，发现比值希望是0.5或更大。
在液晶显示装置中，根本的重要性放置在从正面(b＝0°)和相邻的区域观看的显示特性上。根据这一点，本发明人发现，为了得到具有优选的显示特性的液晶显示装置，背光源1的方向性、液晶显示单元2的透射比特性、和光发散单元3的光学特性应当满足以下表示式。
此后，将参照图2A到2I描述特定的例子。
图2A和图2B显示背光源的亮度特性的例子，图2C和图2D显示光发散单元3的光学特性(在本例中是光发散特性)的例子，以及图2E显示液晶显示单元2的透射比特性。如图2E所示，液晶显示单元2呈现的透射比等于或大于最大透射比的一半的入射角范围约为80°(即，-35°到45°)。
图2F，2G，2H，和2I显示当具有如图2A或2B所示的特性的背光源、具有如图2C或2D所示的特性的光发散单元、和具有如图2E所示的特性的液晶显示单元被组合时得到的亮度特性。具体地，图2F相应于具有图2A所示的亮度特性的背光源，即，具有图2A所示的较低的方向性的背光源-具有图2E所示的透射比特性的液晶显示单元-具有图2C所示的光发散特性的光发散单元的组合。图2G相应于具有图2A所示的较低的方向性的背光源-具有图2E所示的透射比特性的液晶显示单元-具有图2D所示的光发散特性的光发散单元，即具有光发散特性的较多的失真的光发散单元，的组合。图2H相应于具有图2B所示的较高的方向性的背光源-具有图2E所示的透射比特性的液晶显示单元-具有图2C所示的光发散特性的较少的失真的光发散单元的组合。图2I相应于具有图2B所示的较高的方向性的背光源-具有图2E所示的透射比特性的液晶显示单元-具有图2D所示的光发散特性的较多的失真的光发散单元的组合。
从以上的图中，可以看到，当从背光源发射的光的方向性(此后，背光源的光方向性)较高和光发散单元在特性上具有较大的失真时，液晶显示装置的亮度更多地失真。从这些结果中发现，光发散特性中的失真受背光源的光方向性和光发散单元的光发散特性影响。
图3显示在背光源的光方向性和用于得到平板的良好的亮度特性的光发散单元的光发散特性之间关系。在图3所示的图形中，延伸到实线以上的范围是在其中液晶显示装置的亮度特性是良好的区域，也就是，在其中满足以上的表示式(1)和呈现良好的显示特性的区域，
图3所示的图形的x轴代表其亮度是0°角度方向的亮度的一半的角度(这里，这个角度被称为“BL半数值角”)。“BL半数值角”相应于具有在0°角度的最大值的峰值的HWHM(半最大值处的半宽度)。BL半数值角是一个代表背光源的光方向性的参量。当BL半数值角较大时方向性较低。
图3所示的图形的y轴代表在以10°的入射角入射的、和从平板的正面(0°)接收的光与在以0°的入射角入射的、和从平板的正面(0°)接收的光在强度上的比值，即Dif(0°，10°)/Dif(0°，0°)。这个比值代表光发散单元的光发散特性。当比值数值较大时，光发散单元的光发散特性的失真较小。
在本技术说明中，“光发散单元的光发散特性的失真”代表透射比对于入射到光发散单元的入射角的依赖性。当透射比随着入射角很大地改变时，光发散单元的失真很大。另一方面，当透射比随着入射角轻微地改变时，光发散单元的失真很小。
从图3发现，当BL半数值角大于约15°时，光发散单元的光发散特性没有太大地影响显示质量。相反，当BL半数值角等于或小于约15°时，光发散单元的光发散特性影响显示质量。当BL半数值角较小时，也就是当背光源的方向性较高时，需要具有光发散特性较小的失真的光发散单元。具体地，从图3发现，通过调节光发散单元的光学特性以使得Dif(0°，10°)/Dif(0°，0°)的数值是0.4或更大，即使当背光源具有这样的高的方向性(BL半数值角小到约5°或更小)时，也得到良好的显示特性。
此后，将描述能满足上述的条件的光发散单元。
如上所述，即使当成功地产生具有最理想的光学特性的光发散单元时，因为在光发散单元附着到粘结层期间，光发散单元的透镜尖端部分被埋入粘结层，以及埋入的部分不再起到透镜的作用，光发散单元的光学特性也不可避免地失真。所以，为了给液晶显示装置配备具有满足上述的条件的、减小的光学特性的失真的光发散单元，考虑有效地压窄在光发散单元与粘结层之间的附着区域(附着部分的宽度)。然而，为了满足以上的表示式(1)，附着的区域必须被控制成极窄。稳定地达到这一点是困难的。
为了克服以上的问题，在本实施例中，具有用作为附着部分的透镜部分和用作为非附着部分的透镜部分的透镜片作为光发散单元被使用。作出设计以使得整个透镜片的光学特性满足上述的条件。
图4显示作为适用于本发明的液晶显示装置的光发散单元的透镜片3的例子。透镜片3是具有带不同的高度的单元透镜的双凸透镜片，如图所示。具有相对较大高度(h1)的透镜单元用来通过被形成在第二极化单元2j的正面一侧(观看者一侧)的粘结层4把透镜片3附着到第二极化单元2j，如图5所示。具有相对较小的高度(h2(＜h1))的另一个透镜单元优选地基本上与粘结层4不接触。
附着部分(其中形成具有相对较大高度(h1)的透镜单元的部分)和非附着部分(其中形成具有相对较小高度(h2)的透镜单元的部分)具有互相不同的光学特性。所以，整个透镜片的光学特性是通过把附着部分的光学特性和非附着部分的光学特性互相叠加而得到的。这表示通过改变附着部分与非附着部分的(面积的)比值，可以控制光发散单元3的光学特性。因此，相当容易得到满足以上的表示式(1)的光发散单元3。
更具体地，整个透镜片的光学特性由n×g(a，θ)+(1-n)×f(a，θ)表示，其中g(a，θ)是在附着部分中单元透镜的光学特性，n是附着部分对整个透镜片的(面积的)比例，f(a，θ)是在非附着部分中单元透镜的光学特性，以及1-n是非附着部分对整个透镜片的比例。如果当整个透镜片的以上的光学特性被表示式(1)中的Dif(a，θ)代替时，表示式(1)被满足，则得到具有良好的质量的液晶显示装置。
图6具体地显示整个透镜片的光学特性是如何随着在附着部分中单元透镜的光学特性和比例n而改变的。图6所示的图形的y轴代表Dif(0°，10°)/Dif(0°，0°)，作为整个透镜片的光学特性，以及x轴代表比例n。应当指出，在这个图形上已建立公式Dif(a，θ)＝n×g(a，θ)+(1-n)× f(a，θ)。
Dif(0°，10°)/Dif(0°，0°)的数值是根据背光源的BL半数值角被确定的。如图3所示，当半数值角是10°时，Dif(0°，10°)/Dif(0，°0°)希望是0.2或更大。
当附着部分中单元透镜的光学特性g(0°，10°)/g(0°，0°)已被确定时，整个透镜片的光学特性Dif(0°，10°)/Dif(0°，0°)可以通过调节比例n而被控制。假设附着部分中单元透镜的光学特性g(0°，10°)/g(0°，0°)是0.1。然后，从图6发现，当n≤0.7时，Dif(0°，10°)/Dif(0，0°)可以是0.2或更大。
如果采用如图4所示的透镜片，则即使当附着部分中单元透镜的光学特性g(0°，10°)/g(0°，0°)是很小时(例如，0.05)，整个透镜片的光学特性，即Dif(0°，10°)/Dif(0°，0°)的数值可以通过适当地选择比例n而被做得很大。
相反，如果采用具有带基本上相同的高度的单元透镜的传统的透镜片(n＝1)，则正如从图6看到的，必须增加g(0°，10°)/g(0°，0°)的数值(例如，0.2或更大)。为了达到这一点，透镜片必须附着到粘结层，以使得在透镜顶尖部分与粘结层之间的接触区极小。这实际上是不可能的。结果，使用传统的透镜片，很难满足表示式(1)。
接着，将描述本发明的一个实施例的液晶显示装置，与传统的液晶显示装置相比较。应当指出，本发明的液晶显示装置的结构并不限于此后描述的结构。
首先，描述图7所示的传统的液晶显示装置。传统的液晶显示装置包括背光源1，液晶显示单元2，和光发散层3。背光源1实质上包括光引导部件1b，用于把从冷阴极荧光灯1a发射的光均匀地输出到平面，漫反射器1c，用于把光反射到器件的背面，朝向前面的外出面，以及散热片1d，用于聚焦发射的光。
液晶显示单元2包括：有源矩阵衬底21，具有矩阵形状的薄膜晶体管(TFT)2b，透明电极2c，和被形成在透明玻璃衬底2a上的校直薄膜2d；滤色衬底22，具有透明电极2e，滤色片2f，和校直薄膜2g；以及液晶层2h，包括具有约90°的扭转角的扭转向列(TN)液晶材料，被密封在透明衬底21与22之间。液晶材料具有各向异性的介电常数。一对极化板2i和2j与透明衬底21和22夹心地放置。
光发散层3是在一侧具有透镜效果的双凸透镜片。光发散层3实质上包括透镜支架3a，透镜部分3b，和用于防止来回反射的光吸收层3c。光发散层3通过粘结层4被放置在观看者一侧的极化板2j的外表面上，以及发散来自液晶显示单元2的输出的光。作为液晶显示单元2，所使用的是具有对角线为15英寸的屏幕尺寸(228.6mm×304.8mm)，具有640(水平)×480(垂直)的象素数目(R，G，B的每一个颜色)的带状阵列，以及约0.159mm的水平象素间距和约0.476mm的垂直象素间距Pv。其中放置双凸透镜片的方向由用途来决定。例如，当希望在垂直方向上展宽视角时，透镜片被放置成使得其中透镜片的单元透镜扩展的方向相对于液晶显示单元的屏幕是水平的。
用于改变液晶分子的取向状态的调制控制单元结合透明电极被提供，液晶分子的取向状态用一个电场，例如由加上的显示电压产生的外部电场来控制，由此，控制光强度的调制。
接着，将描述图8所示的本发明的一个实施例的液晶显示装置。本实施例的液晶显示装置在以下几个方面不同于图7所示的传统的液晶显示装置。双凸透镜片3具有第一单元透镜(例如，高度为0.025mm)和具有小于第一单元透镜的高度的第二单元透镜(例如，高度为0.015mm)。只有具有较高的高度的单元透镜与粘结层4接触。其它结构是与图7所示的结构相同的，所以，这里省略对它们的描述。
下面描述本实施例的液晶显示装置的制造方法。首先，在透明衬底21和22上形成相互连接、电极、和滤色片。在本实施例中，使用厚度为0.5mm的玻璃板(玻璃代码7059，由Corning玻璃厂制造)作为透明衬底21和22，以及通过溅射淀积ITO薄膜，形成透明电极。已知的方法可被采用来形成连线，电极，和滤色片。所以，这里省略对这些方法的详细说明。在本实施例中，滤色片被形成在其上形成相反的电极的衬底22上。替换地，滤色片被形成在衬底21上，而不是衬底22上。
作为校直薄膜，通过印刷、在180℃下烘烤，然后经过摩擦，形成聚酰亚胺校直薄膜。这样形成的校直薄膜具有90度的扭转角度。此后，保持用于液晶层2h的衬底之间的距离不变，具有4.5μm直径的玻璃纤维圆隔片被散射。另外，作为液晶密封层，包含具有5.3μm直径的玻璃纤维圆隔片的粘结密封部件通过屏幕印刷被形成，液晶两个衬底被附着在一起。然后，把液晶材料注入到之间的空间，形成TN液晶单元。具有0.25mm厚度的极化板2i和2j然后被形成。紫外线可固化的丙烯酸粘结剂然后被形成在极化板2j上。光发散层3被附着到粘结剂，然后粘结剂用紫外光照射，以便凝固树脂。
光发散层3按以下的方式被形成。由JSR公司(日本公司)制造的、紫外线可固化的树脂(Z9001，折射率n＝1.59)被注入到重复的凹入部分的形状的模子中。紫外线可固化的树脂然后用1.0J/cm2紫外光照射，铸造形成具有重复的凹入部分的透镜片。作为透镜支撑3a，使用由JSR公司制造的ARTON薄膜。透镜片的形成方法不限于上述的方法，而透镜片可以通过利用树脂薄膜的热凹陷或丙烯酸树脂的注入模塑而被形成在透明衬底上。另外，它可以通过利用离子交换或玻璃蚀刻被形成在玻璃衬底上。双凸透镜片通过重复形成具有不同的高度的单元透镜，以便与液晶显示单元2的象素的水平方向平行地延伸，而被形成为0.06mm的间距P，0.025mm的较长的单元透镜的高度，0.015mm的较短的单元透镜的高度(较短的高度与较长的高度的比值是3/5)，以及约0.25mm的焦距。附着部分的单元透镜的面积比例n约为0.2。
在本实施例中，双凸透镜片的单元透镜与液晶显示单元2的屏幕的水平方向平行地延伸。单元透镜的放置并不限于此，而是可以与液晶显示单元2的屏幕的垂直方向平行。要被放置的光发散单元不限于双凸透镜，而是可以放置具有多个半球形微透镜的微透镜。
背光源1实质上包括冷阴极荧光灯1a，光引导部件1b，漫反射片1c，和散热片1d。光引导部件1b具有楔形，在入射面处厚度为tin＝4mm，以及在相反面处厚度为tout＝2mm。与光引导部件1b的光的外出面相反的面受到晶粒印刷，以及在这个面附近，放置漫反射片1c。作为在光引导部件1b的光的外出面附近的散热片1d，可以使用Sumitomo 3M公司制造的散热片。
通过测量在正面的亮度与离正面10°处的亮度，来评估按上述的方式制做的、本发明的本实施例的液晶显示装置的显示特性和传统的液晶显示装置的显示特性。结果被显示于下面的表1。
  背光源的BL半数值角  光发散单元的Dif(0°，10°)/Dif(0°，0°)   液晶显示装置的LC(10°)/LC(0°)   视觉鉴别
现有技术1   5°  0.34   0.4   坏
现有技术2   1°  0.1   0.35   坏
本发明1   5°  0.45   0.6   好
本发明2   10°  0.34   0.7   好
因此，可以确认，按照本发明，即使当使用具有较高的方向性的背光源，通过设计背光源和光发散单元以使得背光源的方向性、光发散单元的光发散特性和液晶显示单元的透射比特性满足表示式(1)，而得到良好的显示特性。
在上述的实施例中，光发散单元(光发散层3)被附着到极化板2j。本发明并不限于这种结果。光发散单元可以直接附着到透明衬底，构成不带有极化板的液晶显示单元，或可被附着到不同于极化板的光的部件(光学薄膜)。另外，光发散单元可被固定在透明的支撑等，形成分层薄膜，以及分层薄膜可被附着到液晶显示单元。
因此，如上所述，本发明的液晶显示装置，其中光发散单元通过粘结层被固定，即使当背光源的方向性很高时，在离正面±10°处的亮度相对于正面处的亮度，也得到改进，因此，可呈现卓越的显示质量。
此后，将描述按照本发明的实施例的液晶显示装置的观看角特性，并与图8所示的液晶显示装置(可比较的例子)相比较，它具有与实施例的液晶显示装置相同的结构，只是没有实施例的液晶显示装置的发散层3。实施例的液晶显示装置和比较的例子都包括图2E所示的液晶显示单元。
首先，参照图9A和10A描述对比度对于观看角的依赖性。图9A和10A是分别显示对于本实施例和比较的例子的液晶显示装置的、对比度对于观看角的依赖性的图。如图10A所示，其中比较的例子呈现对比度等于或大于100的观看角只是约为66°(-43°到23°)。另一方面，如图9A所示，其中本实施例呈现对比度等于或大于100的观看角约为86°(-58°到28°)。因此，可以看到，通过提供发散层3，对比度大于液晶显示装置的观看角的依赖性被减小。
接着，参照图9B和10B，将描述在每个灰度尺度级别上亮度对于观看角的依赖性。图9B和10B是分别显示对于本实施例和比较的例子的液晶显示装置的、在每个灰度尺度级别上亮度对于观看角的依赖性的图。
如图10B所示，比较的例子的液晶显示装置显示在-50°到-60°和40°到60°的观看角的范围内的灰度尺度-倒置。灰度尺度-倒置是指亮度不按灰度级别(8，7，6，5，4，3，2，1)的次序顺序地增加的现象。另一方面，本实施例的液晶显示装置在整个测量范围内没有显示灰度尺度-倒置。因此，可以确认，通过提供发散层3，可以防止发生灰度尺度-倒置。
而且，按照本发明的实施例，亮度对于液晶显示装置的观看角的依赖性也被减小，如图2F，2G或2H所示。本实施例的液晶显示装置的亮度在观看角改变10°时改变小于0.5。另一方面，包括带有失真的传统的光发散单元的传统的液晶显示装置的亮度随着观看角很大地改变，如图2I所示。当观看角改变10°时，亮度改变大于0.5。因此，可以看到，本实施例的液晶显示装置的亮度的角度依赖性被改进。
按照本发明的透镜片在通过粘结层被附着到光学部件后，在光学特性上较少失真。这使得即使当透镜片被放置在包括具有高的方向性的背光源的液晶显示装置的正面时，离正面±10°处的亮度相对于正面的亮度方面得到改进。
虽然以优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员将会看到，所揭示的本发明可以以多种方式被修改，以及可以假设许多实施例不同于以上具体给出和描述的实施例。因此，应由所附权利要求覆盖属于本发明的真正的精神与范围内的、本发明的所有修改方案。

Claims (4)

1.一种透射型液晶显示装置，包括：
液晶显示单元，具有一对透明的绝缘衬底，互相面对地放置成其间有一个间隙，将透明的电极形成在衬底的内表面，并将液晶材料注入在间隙中；
光源，被放置在所述液晶显示单元的背面；
光发散单元，被放置在所述液晶显示单元的正面；
其特征是，
满足表示式：
其中BL(θ)是光源的光发射角θ-亮度特性，LC(θ)是在明亮状态下对所述液晶显示单元的入射角θ-所述液晶显示单元的透射比特性，而Dif(a，θ)是在光接收角a时对所述光发散单元的入射角θ-所述光发散单元的透射比特性；
将粘结层形成在所述光发散单元和所述液晶显示单元之间；
所述光发散单元是一个透镜片，包括具有带第一高度的凸出部分的第一单元透镜部分，和具有带小于第一高度的第二高度的凸出部分的第二单元透镜部分；
将所述透镜片粘附到在第一单元透镜部分处的粘结层；
将所述透镜片的第一单元透镜部分粘附到所述粘结层，而第二单元透镜部分与所述粘结层不粘结；
所述透镜片具有Dif(a，θ)＝n×g(a，θ)+(1-n)×f(a，θ)的光学特性，其中g(a，θ)是第一单元透镜部分的光学特性，n是第一单元透镜部分的面积对整个透镜片的比例，f(a，θ)是第二单元透镜部分的光学特性，1-n是第二单元透镜部分的面积对整个透镜片的比例。
2.如权利要求1的液晶显示装置，其中所述表示式可以通过调节BL(θ)和Dif(a，θ)得到满足。
3.如权利要求1的液晶显示装置，其中所述光源具有这样的方向性：其亮度为在垂直于所述液晶显示单元正面的方向上的射出亮度的一半的光发射角是15°或更小。
4.如权利要求3的液晶显示装置，其中所述光源具有这样的方向性：其亮度为在垂直于液晶显示单元正面的方向上的射出亮度的一半的光发射角是5°或更小，以及
所述光发散单元具有这样的光学特性：Dif(0°，10°)/Dif(0°，0°)是0.4或更大。
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