專利名稱：彩色液晶顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種彩色液晶顯示裝置，該裝置使用一種扭轉(zhuǎn)向列液晶的雙折射特征進行彩色顯示操作。
作為電視機、個人計算機、便攜式電子計算器之類的一種傳統(tǒng)的顯示裝置，液晶顯示裝置是人所共知的。最近，已廣泛地應用了能夠進行彩色顯示的彩色液晶顯示裝置，諸如液晶彩色電視機及計算機終端的彩色顯示器。
作為彩色液晶顯示裝置，通常采用透射型彩色液晶顯示裝置。在這種裝置中，在一對偏振板之間夾有一液晶屏，并在一塊偏振板外側設置一背景光(照明源)。在這一情況中，液晶屏的構成如下面對面地設置一對透明基板，分別在透明基板的相對的表面上形成透明的電極，然后在兩塊透明基板之間封入一種液晶，在一塊基板上設置有選擇地透過具有特定波長的光成分的濾色片。
通過對作用在透明基板對之間的驅(qū)動電壓的接通/斷開控制，可以控制背景光的發(fā)光。在通過的過程中，來自背景光的光線有選擇地透過液晶顯示裝置中的各濾色片。結果，透過的光便具有一種特定的色彩。以透過各濾色片的彩色光，便完成了彩色顯示。
然而，濾色片通常具有低透光度。因此，在采用上述濾色片的彩色液晶顯示裝置中，透射的光的損失是大的，所得到的是一種陰暗的顯示。尤其是在廣泛地用作便攜式電子計算器或諸如手表之類的便攜式裝置的顯示部分的反射型液晶顯示裝置中，沒有設置專用的光源，并且光線在反射前后兩次透過各濾色片而遭受光的損失。因此得到的顯示是陰暗的。即，采用濾色片來進行彩色顯示操作是非常困難的。
此外，濾色片與諸如偏振板之類其它光學部件一樣要求高精度的尺寸(例如厚度)及安裝，而使得液晶顯示裝置的成本提高。
更有甚者，在采用濾色片的彩色液晶顯示裝置中，由于一個象素只能顯示一種對應于為這一象素設置的一個濾色片的顏色的色彩，象素數(shù)目的增加使得彩色液晶顯示裝置的結構更為復雜。
本發(fā)明的一個目的為提供一種彩色液晶顯示裝置，該裝置不使用任何濾色片進行透射光的著色，能通過提高透射率而充分增加顯示的亮度，并能用一個象素顯示多種色彩。
為了達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種彩色液晶顯示裝置，該裝置包括一對基板，在其相對的表面上分別形成電極，并形成有覆蓋這些電極的準直膜，準直膜在預定的方向上經(jīng)過準直處理;在基板對之間設有的一液晶層，其液晶分子排列在兩塊基板之間并且從一塊基板至另一基板扭轉(zhuǎn)一個80°至120°的扭角;在基板對的外側設置的一對偏振板，其夾住這兩塊基板，并分別具有對線性偏振入射光的透射軸;在該偏振板對之間設置的一塊延遲(retardation)板，使得延遲板的光軸與相鄰的一塊偏振板的透射軸所定義的一個角為45°±5°，沿該光軸折射率在該延遲板的一個平面方向中為最大;以及連接在電極上的電壓作用裝置，用于改變作用在液晶層上的電壓以改變透過液晶層的光的偏振狀態(tài)，從而在出射側上改變透過偏振板的光的色彩。
按照具有上述構造的彩色液晶顯示裝置，當光線通過入射側偏振板時，光變成線性偏振的光。當這一線性偏振光透過延遲板時，不同波長的光成分(此后稱作波長成分)變成不同狀態(tài)的橢圓偏振光。在橢圓偏振的波長成分中，沿出射側偏振板的透射軸具有較大的光成分的波長成分(此后稱作透射軸成分)透過偏振板的量較具有較小透射軸成分的波長成分為多。因此，透過出口側偏振板發(fā)出的光呈現(xiàn)高成分比的波長成分的色彩。在這一情況中，由于不同波長的橢圓偏振光成分是按照液晶分子的排列狀態(tài)改變它們的橢圓偏振狀態(tài)的，因此便可以通過改變液晶分子的排列狀態(tài)來改變出射光的色彩。
在上述彩色液晶顯示裝置中，可以設置兩塊延遲板。在這一情況中，這兩塊延遲板可設置在通過在一對基板之間密封一種液晶而形成的液晶屏的一側，也可分別設置在液晶屏的兩側?？稍诓噬壕э@示裝置中設置一塊反射板而作為一種反射型液晶顯示裝置使用該裝置。在這一情況中，兩塊延遲板也可設置在液晶顯示屏的同一側上或分別設置在其兩側上。
此外，在上述彩色液晶顯示裝置中，還可在相位板與液晶屏之間設置另一塊偏振板，而使用三塊偏振板，使得延遲板與液晶屏分別夾在兩對偏振板之間。以這一結構，該液晶屏用作開/閉一條光徑的快門裝置，從而實現(xiàn)一種清楚的黑色顯示。
作為用于上述彩色液晶顯示裝置中的延遲板，可采用一種所謂雙軸延遲板或一種扭轉(zhuǎn)延遲板。在本發(fā)明中所采用的雙軸延遲板是滿足nx＞ny＞nz的一種延遲板，其中nx為折射率最大的光軸方向上的折射率，ny為垂直于延遲板的平面方向中的光軸方向的一個方向上的折射率，而nz為厚度方向上的折射率。使用這種延遲板可以得到較大的視角。扭轉(zhuǎn)延遲板是一種物質(zhì)分子以與扭轉(zhuǎn)向列液晶相同的方式從一個表面扭轉(zhuǎn)到另一個表面排列的一種延遲板。使用這種延遲板，可以容易地獲得彩色顯示。
上述彩色液晶顯示裝置可使用具有根據(jù)要顯示的字符或圖形的特定形狀形成的段電極。作用在各段電極上的驅(qū)動電壓的波形可通過根據(jù)一個彩色選擇信號及一個顯示信號從多個具有不同大小的電壓中選擇一個驅(qū)動電壓來形成。
此外，上述彩色液晶顯示裝置可設計成一種TFT(薄膜晶體管)驅(qū)動方式的有源矩陣型彩色液晶顯示裝置，其中在液晶屏的一側上的一塊基板上有規(guī)則地排列多個象素電極，并且作為開關元件為象素電極分別設置了薄膜晶體管，各該晶體管包括一個連接到一個象素電極的一個源電極、連接到提供顯示信號的一條信號線上的一個漏電極以及連接到提供一個掃描信號的一條掃描線上的一個門電極。
根據(jù)本發(fā)明，提供了另一種彩色液晶顯示裝置，該裝置包括一對基板，在基板的相對表面上分別形成電極，并形成了覆蓋這些電極的準直膜，準直膜在預定的方向上經(jīng)過準直處理;一層液晶層形成在基板對之間并具有從一塊基板至另一塊基板以80°至120°的扭角扭轉(zhuǎn)排列的液晶分子;一塊偏振板設置在該對基板中的一塊的外側并具有線性地偏振入射光的一條透射軸;一塊反射板設置在基板對的與該偏振板相反的一側;一塊延遲板設置在偏振板與反射板之間并具有一條光軸，在延遲板的平面方向中沿該軸的折射率為最大，該延遲板是這樣設置的使得由該光軸與偏振板的透射軸所定義的角為45°±5°;以及連接到電極上的電壓作用裝置，用于通過改變作用在液晶層上的電壓來改變透過液晶層的光的偏振狀態(tài)，從而改變在出口側上通過偏振板透射的光的色彩。
可采用一塊偏振板得到一種反射型彩色液晶顯示裝置。在這一裝置中，該偏振板既作為一塊入射側偏振板又作為一塊出射側偏振板，從而能夠獲得像上述彩色液晶顯示裝置一樣的功能與效果。
在上述反射型彩色液晶顯示裝置中可設置兩塊延遲板。在這一情況，這兩塊板可設置在液晶屏的一側或兩側。
此外，在反射型彩色液晶顯示裝置中，可在延遲板與液晶屏之間設置另一塊偏振板而使延遲板或液晶屏夾在這兩塊偏振板之間。以這一結構，該液晶屏作為用于開/閉一條光徑的一個快門裝置，從而實現(xiàn)一種清楚的黑色顯示。
作為用于反射型彩色液晶顯示裝置的延遲板，可以采用上述雙軸延遲板或扭轉(zhuǎn)延遲板。采用了這種雙軸延遲板便可達到視角的增加。使用了扭轉(zhuǎn)延遲板，便可容易地得到彩色顯示。
反射型彩色液晶顯示裝置可采用段電極。在這一情況中，作用在各段電極上的驅(qū)動電壓的波形可以通過按照一個彩色選擇信號及一個顯示信號從多個具有不同大小的電壓中選擇一個驅(qū)動電壓來形成。
此外，上述反射型彩色液晶顯示裝置可設計為一種TFT驅(qū)動方式的有源矩陣型彩色液晶顯示裝置，其中在一個液晶屏的一側上的一塊基板上規(guī)則地排列多個象素電極，以及作為開關元件為這些象素電極分別設置薄膜晶體管，各晶體管包括一個連接到一個象素電極的源電極、連接到一條提供顯示信號的信號線上的一個漏電極以及連接到提供掃描信號的一條掃描線上的一個門電極。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了又一種彩色液晶顯示裝置，該裝置包括一對基板，在它們相對的表面上分別形成電極，在電極上覆蓋準直膜，該準直膜在預定的方向上經(jīng);過準直處理;一個液晶層形成在基板對之間并具有從一塊基板到另一塊基板以80°至120°的一個扭角扭轉(zhuǎn)排列的液晶分子;一塊偏振板設置在一對基板中的一塊的外側并具有一條線性地偏振入射光的透射軸，該偏振板是這樣設置的，使得由相對于相鄰的基板上的準直膜進行的準直處理的一個方向與該透射軸所定義的角為45°±5°;一塊反射板設置在相對于基板對的偏振板的相反一側;以及連接在電極上的電壓作用裝置，用于通過改變作用在液晶層上的電壓來改變透射過該液晶層的光的偏振狀態(tài)，從而在出射側上改變透射過偏振板的光的色彩。
根據(jù)這種反射型彩色液晶顯示裝置，當透射過偏振板的線性偏振光通過液晶層時，具有不同波長的光成分只因液晶層的雙折射而成為不同狀態(tài)的橢圓偏振光成分。在這些具有各自的波長的橢圓偏振光成分中，相對于出射側偏振板具有較大透射軸成分的波長成分較其余波長成分更大量地透射過偏振板。因此，透射過出射側偏振板的出射光呈現(xiàn)為高成分比的波長成分的色彩。在這一情況中，由于不同波長的橢圓偏振光成分根據(jù)液晶的分子的準直狀態(tài)改變它們的橢圓偏振狀態(tài)，便可通過改變液晶分子的對準狀態(tài)來改變出射光的色彩。
本發(fā)明的其它目的與優(yōu)點將在下面的說明中提出，而其中一部分則是從說明中顯而易見的，或者是可以通過實踐本發(fā)明而學到的?？梢酝ㄟ^所附的權利要求書所具體指出的手段及其組合實現(xiàn)與獲得本發(fā)明的目的與優(yōu)點。
包含在本說明書中并構成其一部分的附圖示出本發(fā)明的當前較佳實施例，并且與上面給出的一般性說明及下面給出的較佳實施例的詳細說明一起用來說明本發(fā)明的原理。


圖1為展示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的一種彩色液晶顯示裝置的剖視圖;
圖2為用于說明第一實施例中的各光學元件的光軸的位置/布置的視圖;
圖3為用于說明第一實施例的一個變型中的各光學元件的光軸的位置/布置的視圖;
圖4為展示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的一種彩色液晶顯示裝置的剖視圖;
圖5為展示第二實施例中各光學元件的光軸的位置/布置的視圖;
圖6為展示用于作為第二實施例的一個實施例的便攜式電子計算器的彩色液晶顯示裝置中的一種電極圖式的視圖;
圖7為用于說明基于該電極圖式的一種顯示狀態(tài)的視圖;
圖8為用于說明基于該電極圖式的另一種顯示狀態(tài)的視圖;
圖9為用于說明基于該電極圖式的又另一種顯狀態(tài)的視圖;
圖10為展示便攜式電子計算器的彩色液晶顯示裝置的一種驅(qū)動電路的方框圖;
圖11為展示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的一種彩色液晶顯示裝置的剖視圖;
圖12為用于說明第三實施例中各光學元件的光軸的位置/布置的視圖;
圖13為展示根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的一種彩色液晶顯示裝置的剖視圖;
圖14A為用于說明第四實施例中的各光學元件的光軸的位置/布置的視圖;
圖14B為說明第四實施例的一種變型中的各光學元件的光軸的位置/布置的視圖;
圖15為展示根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的一種彩色液晶顯示裝置的剖視圖;
圖16為用于說明第五實施例中各光學元件的光軸的位置/布置的視圖;
圖17為用于說明第五實施例中所采用的一種延遲板的光軸的透視圖;
圖18為展示在0°的入射角上的一種延遲的延遲比與用于第五實施例的延遲板中的入射角與一種通常延遲板中的入射角之間的關系的曲線;
圖19為展示第五實施例中的彩色液晶顯示裝置中的作為一個視角的函數(shù)的色差變化及使用通常延遲板的一種對比裝置的色差變化的曲線;
圖20為展示根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的一種彩色液晶顯示裝置的剖視圖;
圖21為用于說明第六實施例中各光學元件的光軸的位置/布置的視圖;
圖22為展示第六實施例中顯示色彩中的一種改變的CIE(相干紅外能量)色度圖;
圖23為展示根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的一種彩色液晶顯示裝置的分解透視圖;
圖24為根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的彩色液晶顯示裝置的剖視圖;
圖25A、25B及25C為分別展示作用在第七實施例中的彩色液晶顯示裝置中的連續(xù)掃描行單元中的掃描電壓的波形的圖;
圖26為用于說明第七實施例中的信號電壓的波型的視圖;
圖27A、27B及27C為各展示作用在第七實施例的各象素上的電壓的圖;
圖28為展示根據(jù)本發(fā)明的第八實施例的一種彩色液晶顯示裝置的剖視圖;
圖29為用于說明第八實施例中的各光學元件的光軸的位置/布置的視圖;
圖30為展示第八實施例中的顯示色彩的改變的CIE色度圖;
圖31為展示根據(jù)本發(fā)明的第九實施例的一種彩色液晶顯示裝置的剖視圖;
圖32為用于說明第九實施例中各光學元件的光軸的位置/布置的視圖;
圖33為展示根據(jù)本發(fā)明的第十實施例的一種彩色液晶顯示裝置的剖視圖;
圖34為用于說明第十實施例中的各光學元件的光軸的位置/布置的視圖;
圖35為展示第十實施例中顯示色彩的變化的CIE色度圖;
圖36為展示根據(jù)本發(fā)明的第十一實施例的一種彩色液晶顯示裝置的剖視圖;
圖37為用于說明第十一實施例中各光學元件的光軸的位置/布置的視圖;以及圖38為展示第十一實施例中顯示色彩的變化的CIE色度圖。
下面將參照圖1至38對本發(fā)明的實施例進行描述。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的一種彩色液晶顯示裝置為一種反射型液晶顯示裝置，它是設計成將一對偏振板41與42設置成夾住一個液晶屏30，而一塊延遲板40則設置在該液晶屏30與一塊偏振板(示出在這一實施例的上側的上部偏振板)41之間，以及設置在偏振板42的接觸液晶屏30的相反一側(外側)上的一塊反射板43。
液晶顯示屏30為TN型。更具體地，該液晶顯示屏30是以下述方式形成的。分別具有形成在其上的透明電極33與34及形成在其上的準直膜35與36的一對上方與下方透明基板31與32通過一框形密封件37連接在一起。然后將一種液晶38密封在兩塊基板31與32之間由密封件37圍成的空間中。液晶38的分子38a排列成使它們能夠以大約90°的扭角從下方基板32側扭轉(zhuǎn)到上方基板31側。準直膜35與36分別用摩擦方法之類在預定的方向上經(jīng)過準直處理。鄰接于準直膜35與36的液晶分子分別沿準直處理的方向?qū)省?br> 延遲板40是這樣設置的，使其光軸(相位提前或相位延遲軸)(它是各物質(zhì)分子的長軸方向并且沿該軸的折射率是最大的)斜向越過液晶屏30的兩基板側上的液晶分子準直方向。偏振板41與42對設置成使得它們的透射軸分別以預定的角度斜向越過延遲板40的光軸。
圖2為展示液晶屏30的液晶分子準直方向、延遲板40的光軸以及液晶顯示裝置中的偏振板對41與42的透射軸的平面圖。注意，反射板43的展示在這一平面圖及以后的類似平面圖中是被省略的。參見圖2，參照數(shù)字31a表示液晶屏30的液晶分子在上方基板側上的準直方向;以及32a表示液晶屏30的液晶分子在下方基板側上的準直方向。
如圖2所示，液晶屏30的液晶分子在兩塊基板側上的準直方向31a與32a分別相對于一條參照線(-圖2中的水平線)在相反方向上傾斜45°。以這一布置，液晶屏30的液晶38的分子38a是這樣對準的，即使得它們從下方基板側到上方基板側扭轉(zhuǎn)大約90°的一個角，如圖2中箭頭T所示。
此外，參見圖2，參照數(shù)字40a表示延遲板40的光軸;41a表示上方偏振板41的透射軸;而42a則表示下方偏振板42的透射軸。
在本實施例中，光軸40a與參照線0對準。因此，延遲板40的光軸40a與鄰接該延遲板的基板(上方基板31)側上的液晶分子準直方向31a以45°相交。
此外，在本實施例中，偏振板41與42的透射軸41a與42a是設置成幾乎互相平行的，并且也以45°角與延遲板40的光軸40a斜交。
上述彩色液晶顯示裝置是設計成通過在液晶屏30的兩塊基板31與32的電極33與34之間作用一個電壓來驅(qū)動的。一種顯示色彩是由延遲板40的偏振效應獲得的，而背景色彩則是由延遲板40與液晶屏30兩者的偏振效應獲得的。
首先將描述一種著色效應。外部光(自然光或來自一個照明源的光)被上方偏振板41線性偏振并入射在其光軸40a以45°角與偏振板41的透射軸41a相交的延遲板40上。在通過延遲板40的過程中，光根據(jù)一個指示延遲板40的雙折射效應的大小的值被偏振，變成橢圓形的偏振光。在這一情況中，波長成分被設置成不同的橢圓偏振狀態(tài)。
從延遲板40發(fā)出的橢圓偏振光透過液晶屏30。由于其液晶分子是扭轉(zhuǎn)對準的液晶38具有雙折射，當光透過液晶38時，它受到雙折射效應的影響。結果，透射光的橢圓偏振狀態(tài)改變。當這一橢圓偏振光入射在下方偏振板42上時，只有具有不同橢圓偏振狀態(tài)的光成分并沿透射軸41a傳播的光成分透過下方偏振板41發(fā)出。在這一情況中，由于發(fā)出的光的強度是與通過將各波長成分的橢圓偏振光成分的輻值投影在透射軸上而得到的一個值(透射軸成分)的平方成正比的，發(fā)出的光的色彩基本上與具有一個大的透射軸成分并且其相對于發(fā)出的光的成分比是高的一種波長成分的色彩相同。
下面將說明液晶屏30的色彩改變效應。在這一液晶顯示裝置中，由于通過上方偏振板41入射的光通過延遲板40及液晶屏30，透射的光還受到?jīng)]有ON(連通)電壓作用在液晶屏30(液晶分子38a是扭轉(zhuǎn)對準的)的兩塊基板31及32的電極33與34之間的一種狀態(tài)中的液晶屏30的液晶38的偏振效應的影響。
即，由于延遲板40的光軸40a與液晶屏30在鄰接于延遲板側的基板31(上方基板)上的液晶分子準直方向31a以45°相交，在通過延遲板40的過程中被延遲板40的偏振效應橢圓偏振的光在通過液晶屏30的液晶層的過程中被進一步設置在一種不同的偏振狀態(tài)中。
因此，當沒有ON電壓作用在液晶屏30上時，透射過下方偏振板42的光具有不同于由延遲板40的偏振效應所獲得的一種光色彩的色彩。這一色彩成為一種背景色彩。注意，該背景色彩由延遲板40的延遲Re及液晶屏30的一個值△nd(折射率各向異性△n與液晶38的液晶層的厚度d的乘積)所確定。
當液晶屏30的電極33與34之間的作用電壓增加時，液晶屏30的液晶分子38a變成垂直于基板31與32的表面的，并且雙折射基本上被消除。結果，液晶屏30的偏振效應被消除。
雖然液晶屏30的值△nd是折射率各向異性△n與液晶38的液晶層的厚度d的乘積，在作用一個電壓時，隨著液晶分子38a變成垂直于基板31與32的表面而液晶38的折射率各向異性降低。當液晶分子38a垂直豎起/準直時，折射率各向異性△n變成為“0”。因此，液晶屏30的值△nd最終變成“0”。
當一個ON電壓作用在液晶屏30上將△n設置為0時，液晶38的偏振效應基本上被消除。因此，從延遲板40發(fā)出的橢圓偏振光直接透射過液晶屏30并入射在下方偏振板42上而不被偏振，而透射過偏振板42的光只被延遲板40的偏振效應變成彩色的光。這一色彩成為一種顯示色彩。
透射過下方偏振板42的光受到反射板43的反射在與上述光徑反向的一條光徑中從該顯示裝置的上方表面?zhèn)劝l(fā)出。結果，便顯示出一個帶有上述背景色彩與顯示色彩的顯示圖形。
因此，根據(jù)上述液晶顯示裝置，不用任何濾色片便可得到一種彩色顯示，并且可以容易地得到一種明亮的彩色顯示。
帶與不帶作用在液晶屏30上的電壓都可在該彩色液晶顯示裝置上得到一種顯示的光強度I。當一個電壓作用在液晶屏30上時得到的光強度(背景色彩)I由下式給出I=12[12+(cos2πReλ)(11+u2sin2π21+u2-12)]]>-(sin2πReλ)u1+u2sin2π21+u2]2---(1)]]>u＝ (2△nd)/(λ)其中Re為延遲板的延遲，△n為液晶的折射率各向異性，d為液晶屏的液晶層的厚度;而λ則為波長。
當設置△n＝0的一個電壓作用在液晶屏30上時得到的一種顯示色彩的光強度I由下式給出I＝ 1/2 cos4π (Re)/(λ) …(2)液晶顯示裝置的顯示色彩成為對應于延遲板40的延遲值的一種色彩，并且背景色彩成為對應于延遲板40的延遲Re及液晶屏30的值△nd兩者的一種色彩。由等式(1)與(2)給出的光強度I隨透射光的波長λ改變，并相對于特定的波長成分呈現(xiàn)高亮度。
因此，延遲板40的延遲Re及液晶屏30的值△nd可以有選擇地設置在使等式(1)與(2)所表示的光強度I成為充分地大的值的值上，從而能夠得到具有高色純度的彩色光。
表1示出液晶顯示裝置的顯示方式。在各方式的顯示裝置中，液晶屏30的值△nd設定為400nm，而改變延遲板40的延遲Re的值。此外，延遲板40的光軸40a與鄰接該延遲板的基板(上方基板)31一側上的液晶分子準直方向31a成45°角相交;兩塊偏振板41與42的透射軸41a與42a是互相平行的;并且偏振板41與42的透射軸41a與42a以45°角與延遲板40的光軸40a相交。
在各方式中，當作用在液晶屏30上的電壓增加時，透射的光從一種背景色彩不同地變化并最終(當作用電壓成為設定△n＝0的電壓時)變成表1中所示的顯示色彩。
如表1中所示，在各方式R1、G1、B1-1及B1-2中的顯示裝置中，顯示色彩與背景色彩是互補的，或者具有接近互補色彩的關系的色彩差別，從而得到高彩色反差的顯示。
在上述實施例中，一對偏振板41與42是設置成使得透射軸41a與42a設定為幾乎互相平行的。然而，如圖3所示，偏振板41與42也可設置成使得透射軸41a與42a是幾乎互相垂直的。以這一布置，能夠得到與上述實施例中相同的顯示。
在這一情況，由于偏振板41與42的透射軸41a與42a是互相垂直的，當無電壓作用在液晶屏30上時，所得到的(背景色彩)的光強度I由下式給出I=12[12+(cos2πReλ)(12-11+u2sin2π21+u2)]]>+(sin2πReλ)u1+u2sin2π21+u2]2---(3)]]>u＝ (2△nd)/(λ)其中Re為延遲板的延遲，△n為液晶的折射率各向異性，d為液晶屏的液晶層的厚度，而λ則為波長。
當設定△n＝0的一個電壓作用在液晶屏30上時，所得到的顯示色彩的光強度I由下式給出I＝ 1/2 sin4π (Re)/(λ) …(4)
在這一實施例中，液晶顯示裝置的顯示色彩也變成對應于延遲板40的延遲Re的值的一種色彩，而背景色彩則變成對應于延遲板40的延遲Re及液晶屏30的值△nd兩者的一種色彩。由式(3)與(4)給出的光強度I則隨透射光的波長λ變化，并相對于特定的波長成分呈現(xiàn)高亮度。
因此，可將延遲板40的延遲Re及液晶屏30的值△nd有選擇地設定在使式(3)與(4)所表示的光強度I成為充分大的值的值上，從而能夠得到高彩色純度的彩色光。
表2示出本實施例的液晶顯示裝置的顯示方式。在各方式中的顯示裝置中，液晶屏30的值△nd設定為400nm，而延遲板40的延遲Re的值則是變化的。此外，延遲板40的光軸40a與鄰接該延遲板的基板(上方基板)31側上的液晶分子準直方向31a以45°角相交;兩塊偏振板41與42的透射軸41a與42a是互相垂直的;并且偏振板41與42的透射軸41a與42a則以45°角與延遲板40的光軸40a相交。
如表2中所示，在各方式R2、G2、B2-1與B2-2中的顯示裝置中，顯示色彩與背景色彩是互補的，或者具有接近互補色彩關系的一種色差，從而得到具有高彩色反差的一種顯示。
在上述各實施例中，延遲板40的光軸40a與鄰接該延遲板的基板(上方基板)31側上的液晶分子準直方向31a之間的角差以及偏振板41與42的透射軸41a與42a與延遲板40的光軸40a之間的角差都設定為45°。然而，這些角差并不限于45°，而是可以任意設定的。然而，為了通過采用延遲板40得到一種高純度的滿意的著色效果，最好將偏振板41與42的透射軸41a與42a與延遲板40的光軸40a之間的角差至少設定為45°±5°。
此外，延遲板40具有兩條光軸，即，一條相位提前軸及一條相位延遲軸，它們是互相垂直的。相位提前軸或者相位延遲軸中任何一條都可用作以45°角與鄰接的偏振板41的透射軸41a相交的光軸40a。
此外，在上述實施例中，延遲板40是設置在液晶屏30與上方偏振板41之間的。然而，延遲板40也可設置在液晶屏30與下方偏振板42之間。本發(fā)明的液晶顯示裝置不限于反射型，也可設計成不使用反射板的一種透射型液晶顯示裝置，或者使用一塊半透射/反射板的一種液晶顯示裝置，既作為反射型又作為透射型工作。
第二實施例第二實施例例示了延遲板分別設置在液晶屏兩側的情況。在第二及以后的實施例中，相同的參照數(shù)字表示與第一實施例中相同的部件，并省略其說明。
本實施例的一種彩色液晶顯示裝置的設計如下。如圖4所示，一對上方與下方偏振板41與42設置成夾住一個液晶屏30。一塊第一延遲板45設置在液晶屏30與上方偏振板41之間。一塊第二延遲板46設置在液晶屏30與下方偏振板42之間。此外，一塊反射板43設置在偏振板42的后表面(下表面)上。
在這一情況中，該液晶屏30為段顯示型并以分時方式驅(qū)動。形成在一塊上方基板31上的一個透明電極33分成多個公用的電極，然而形成在一塊下方基板32上的一個透明電極34則分成多個段電極，每一個段電極具有對應于一種顯示圖案的形狀。
在兩塊延遲板45與46中，入射側延遲板(即設置在液晶屏30與偏振板41之間的第一延遲板45)是這樣布置的，使得其光軸以一個預定的角與上方偏振板41的透射軸斜交。對側上的延遲板(即設置在液晶屏30與下方偏振板42之間的第二延遲板46)是這樣布置的，使得其光軸設定在一個任意方向上。
參見圖5，參照數(shù)字41a表示偏振板41的透射軸;而45a則表示第一延遲板45的光軸。在本實施例中，上方偏振板41是這樣設置的，使得透射軸41a逆時針方向從一條參照線(圖5中的水平線)0偏移/轉(zhuǎn)動45°，而第一延遲板45則是這樣設置的，使得光軸45a平行于參照線0。此外，第一延遲板45的光軸45a與上方偏振板41的透射軸41a之間的角差設定為45°。
參見圖5，參照數(shù)字46a表示第二延遲板46的光軸。在本實施例中，第二延遲板46是這樣設置的，使得光軸46a垂直于參照線0，并且第一延遲板45的光軸45a設定為垂直于第二延遲板46的光軸46a。
在上述彩色液晶顯示裝置中，從前表面?zhèn)热肷涞墓?自然光或來自一個照明源的光)被后表面?zhèn)壬系姆瓷浒?3反射，從而實現(xiàn)一個顯示。來自前表面?zhèn)鹊娜肷涔馔ㄟ^上方偏振板41、第一延遲板45、液晶屏30、第二延遲板46及下方偏振板42并被反射板43反射。反射光再次通過下方偏振板42、第二延遲板46、液晶屏30、第一延遲板45及上方偏振板41并發(fā)射出去。
在這一彩色液晶顯示裝置中，入射光在通過它們的過程中被上方偏振板41線性地偏振并被第一延遲板45的偏振效應橢圓地偏振。然后，橢圓偏振的光在通過其中的過程中由于液晶屏30的偏振效應而被設定在一個不同的偏振狀態(tài)中。此外，該光在通過其中的過程中由于第二延遲板46的偏振效應而被設定在一種不同的偏振狀態(tài)中。
因此，通過第一延遲板45、液晶屏30及第二延遲板46入射在下方偏振板42上的光是由橢圓偏振光成分構成的，由于兩塊延遲板45與46及液晶屏30的偏振效應，這些成分是按照它們的波長分別設定在不同的偏振狀態(tài)中的。在這些橢圓偏振光成分中，只有透射軸光成分透射過下方偏振板42而成為彩色光。
透射過下方偏振板42的彩色光被反射板43反射在與上述光徑逆向的光徑中從顯示裝置的上表面?zhèn)劝l(fā)射出去。結果，便顯示了帶有這一彩色光的一個顯示圖案。
在這一情況中，由反射板43反射的彩色光中只包含由延遲板45與46以及液晶屏30的偏振效應所得到的橢圓偏振光成分中的透射軸光成分，它們是透射過下方偏振板42的。這一反射彩色光再次透射過第二延遲板46、液晶屏30及第一延遲板45。在這一過程中，光再度受到偏振效應的影響，并且能夠透射過上方偏振板41的具有低成分比的波長成分的透射軸成分的量變得比較小。結果，透射過上方偏振板41并從那里發(fā)出的彩色光變成具有比反射板43所反射的彩色光更高的色彩純度的光。
如上所述，彩色液晶顯示裝置是設計成不使用任何濾色片而產(chǎn)生透射的彩色光的，并且能夠通過提高透射率而充分提高一個顯示的亮度。
在傳統(tǒng)的彩色液晶顯示裝置中，由于在液晶屏的電極之間的各交點的顯示色彩是由設置在各交點上的一塊濾色片的色彩所確定的，在每一個交點上只能顯示一種顯示色彩。與此相反，在上述實施例的彩色液晶顯示裝置中，彩色光成分是通過兩塊延遲板45與46的偏振效應及通過延遲板45與46以及液晶屏30的偏振效應得到的，并且通過這些偏振效應得到的光的色彩是根據(jù)作用在液晶屏30上的電壓變化的。
這一彩色液晶顯示裝置的顯示色彩是由下述各因素確定的延遲板45與46的延遲Re1與Re2的值，液晶屏30的一個值△n·d及液晶分子扭轉(zhuǎn)角，上方偏振板41的透射軸41a與第一延遲板45的光軸45a之間的角差，第二延遲板46的光軸46a的方向，液晶屏30的液晶分子準直方向與第二延遲板46的光軸46a之間的角差，以及上方與下方偏振板41與42的透射軸41a與42a的方向。
如圖5所示，假定上方偏振板41的透射軸41a與第一延遲板45的光軸45a之間的角差為45°;第二延遲板46的光軸46a的方向垂直于第一延遲板45的光軸45a;上方基板31側上的液晶屏30的液晶分子準直方向31a平行于上方偏振板41的透射軸41a;并且上方與下方偏振板41與42的光軸41a與42a互相垂直。在這一情況中，例如，分別將第一與第二延遲板45與46的延遲Re1與Re2設定為450nm，并將液晶屏30的值△n·d與液晶分子扭轉(zhuǎn)角分別設定為1.24μm與90°。當該液晶屏30的液晶分子是在一種初始扭轉(zhuǎn)準直狀態(tài)中時，顯示色彩為“淺蘭”。當液晶分子垂直豎起/準直時，顯示色彩變成“黑色”。此外，當液晶分子從初始扭轉(zhuǎn)準直狀態(tài)豎起/準直時，顯示色彩成為帶有高光強度與高彩色純度的“紫色”與“黃色”。
當液晶屏30的液晶分子垂直豎起/準直時，顯示色彩成為“黑色”的原因是第一延遲板45的延遲Re1等于第二延遲板46的延遲Re2，而第一延遲板45的光軸45a垂直于第二延遲板46的光軸46a，并且上方與下方偏振板41與42的透射軸41a與42a互相垂直。沒有液晶屏30的偏振效應，從第一延遲板45發(fā)出的橢圓偏振光被第二延遲板46恢復到原始線性偏振光(通過上方偏振板41入射在該裝置上的線性偏振光)，并且所有的線性偏振光都被下方偏振板42所吸收。結果，顯示色彩成為“黑色”的。
表3示出作用在彩色液晶顯示裝置的液晶屏30上的電壓與顯示色彩之間的關系。在表3中，各作用電壓的值為作用在液晶屏30的電極33與34之間的一個RMS(均方值)電壓值。
如表3中所示，上述彩色液晶顯示裝置的顯示色彩按照作用在液晶屏30上的電壓變化。因此，根據(jù)這一彩色液晶顯示裝置，同一部分(即對應于同一段電極34的一個部分)的顯示色彩可以通過控制作用在液晶屏30的電極33與34之間的電壓而改變成多種色彩。
下面將描述上述彩色液晶顯示裝置的一個具體的顯示實例。圖6至10展示了將彩色液晶顯示裝置應用于一個計算器(一種便攜式電子計算器)的情況。圖6展示形成在液晶屏30的一塊基板32上的段電極34的形狀。圖7至9展示便攜式電子計算器工作時的顯示狀態(tài)。圖10為展示計算器的電路布置的方框圖。
首先描述形成在液晶屏30的一塊基板32上的段電極34。作為段電極34，如圖6中所示，形成了對應于8位的數(shù)字顯示電極a，一個“-”(負號)顯示電極b，以及一個“E”(出錯)顯示電極c。
這一計算器是設計成顯示多達8位的數(shù)字值，如果顯示的數(shù)字值為一負值，則顯示“-”，如果出現(xiàn)錯誤則顯示“E”。這些值與符號是以不同色彩顯示的，如圖7至9中所示。
在這一顯示實例中，作用在液晶屏30上的電壓與顯示色彩具有表3中所示的關系。沒有形成段電極34的區(qū)域(無電壓作用的區(qū)域)的顯示色彩永遠是“淺蘭色”。此外，在對應于段電極34的部分中，在作用在公用電極33與段電極34之間的電壓值(RMS)為1.0伏或更小的一個驅(qū)動電壓V1的部分的顯示色彩也是“淺蘭色”。
這一計算器以下述方式工作。當顯示的數(shù)據(jù)為一個正的(“+”)數(shù)值并且無錯誤時，在“淺蘭色”背景中以“黃色”顯示該數(shù)字值(圖7中的“1，234.5678”)，如圖7中所示。如果顯示的數(shù)據(jù)為一負(“-”)的數(shù)字值，則在“淺蘭色”背景中以“黑色”顯示“-”與該數(shù)字值(圖8中的“12.3456”)，如圖8所示。如果出現(xiàn)錯誤，則在“淺蘭色”的背景中以“紫色”顯示“E”及對應于8位的“0”。
即上述計算器是設計成以不同色彩分別在顯示數(shù)據(jù)為一正的數(shù)字值、為一負的數(shù)字值及出現(xiàn)錯誤的情況中C20H22N6O元素分析的計算值C，66.28;H，6.12;N，23.19.測量值C，66.23;H，6.10;N，23.1.
范例112-〔4-(4-氟苯甲基)-1-六氫吡嗪基〕甲基-2，3-二氫咪唑〔1，2-c〕喹唑啉-5(6H)-酮
經(jīng)由類以范例4的步驟可得到61%的產(chǎn)率。熔點248-249℃。元素分析C21H22N5OF的計算值C，66.48;H，5.84;N，18.46。測量值C，66.54;H，5.85;N，18.49。
范例122-〔1-苯甲基六氫吡啶-4-基〕胺甲基-2，3-二氫咪唑〔1，2-c〕喹唑啉-5(6H)-酮
經(jīng)由類以范例4的步驟可得到76%的產(chǎn)率。熔點206-208℃。元素分析C23H23N5O的計算值C，70.93;H，6.99;N，17.89。測量值C，70.71;H，6.87;N，17.97。
范例138-｛2，3-二氫咪唑〔1，2-c〕喹唑啉-5(6H)-酮-2-基｝甲基-1-算術電路52求出的運算結果之類)的顯示數(shù)據(jù)信號。
計算器電路部分50還包括一個負號檢測器55及一個出錯檢測器56。負號檢測器55的工作為檢測運算結果的負號(負進位)。出錯檢測器56的工作為檢測輸入數(shù)字值中、一條算術指令中、運算結果中及諸如此類中的錯誤。來自負號檢測器55及出錯檢測器56的狀態(tài)檢測信號被輸出至顯示信號發(fā)生器54及色彩控制部分60。
色彩控制部分60包括一個色彩選擇信號發(fā)生器，用于事先為各種狀態(tài)選擇一個顯示色彩組。色彩控制部分60根據(jù)來自負號檢測器55及出錯檢測器56的狀態(tài)檢測信號生成一個用于選擇一種顯示色彩的色彩選擇信號。
顯示驅(qū)動器70接收從計算器電路部分50的顯示信號發(fā)生器54輸出的一個顯示數(shù)據(jù)信號及來自色彩選擇信號發(fā)生器61的一個色彩選擇信號，并將對應于由顯示數(shù)據(jù)信號及色彩選擇信號所確定的一種預定的顯示色彩的一個段電壓作用在液晶屏30的各段電極34上，而在各公用電極33上則作用一個公用電壓，用于在一個預定的功率上分時驅(qū)動液晶屏30。
顯示驅(qū)動器70包括一個驅(qū)動電壓生成器71、一個驅(qū)動電壓選擇器72及一個驅(qū)動波形形成電路73。驅(qū)動電壓生成器71生成多個分別對應于除背景色彩(淺蘭色)以外的顯示色彩(紫色、黃色及黑色)的驅(qū)動電壓，即表3中的V2、V3與V4。驅(qū)動電壓選擇器72按照來自色彩選擇信號發(fā)生器61的色彩選擇信號，從驅(qū)動電壓生成器71所生成的驅(qū)動電壓V2至V4中選擇一個對應于一種選定的顯示色彩的驅(qū)動電壓。驅(qū)動波形形成電路73根據(jù)來自顯示信號發(fā)生器54的一個顯示信號及驅(qū)動電壓選擇器作用的一個選定的驅(qū)動電壓形成作用在各段電極34的一個段電壓的波形及作用在各公用電極33上的一個公用電壓的波形。
在計算器電路部分50中，將從鍵輸入部分57輸入的數(shù)字值及一條算術指令作用在控制電路51上?？刂齐娐?1令算術電路52按照該算術指令執(zhí)行輸入數(shù)字值的算術處理;令存儲電路53存儲運算結果;并將運算結果數(shù)據(jù)提供給顯示信號發(fā)生器54。
算術電路52在運算結果為一負值時將一個負進位輸出至負號檢測器55。負號檢測器55將一個用于顯示“-”的負號檢測信號輸出至顯示信號發(fā)生器54及色彩控制部分60的色彩選擇信號發(fā)生器61。
在出現(xiàn)諸如輸入數(shù)字值溢出或者算術指令或運算結果溢出等錯誤時，控制電路51將一個出錯信號輸出至出錯檢測器56。出錯檢測器56將一個用于出錯顯示的出錯檢測信號輸出至顯示信號發(fā)生器54及色彩控制部分60的色彩選擇信號發(fā)生器61。
顯示信號發(fā)生器54按照控制電路51提供的顯示數(shù)據(jù)及來自負號檢測器55的一個負號檢測信號的出現(xiàn)/不出現(xiàn)以及來自出錯檢測器56的一個出錯檢測信號形成對應于一種確定的顯示圖案的一個顯示數(shù)據(jù)信號，并將該顯示數(shù)據(jù)信號輸出至顯示驅(qū)動器70的驅(qū)動波形形成電路73。
色彩控制部分60的色彩選擇信號發(fā)生器61在既沒有輸入負號檢測信號又沒有輸入出錯檢測信號時，生成一個對應于一種正常顯示色彩(黃色)的色彩選擇信號。在接收到一個負號檢測信號時，色彩選擇信號發(fā)生器61生成一個對應于負數(shù)數(shù)字值的顯示色彩(黑色)的色彩選擇信號。在接收到一個出錯檢測信號時，色彩選擇信號發(fā)生器61生成一個對應于出錯的顯示色彩(紫色)的色彩選擇信號。然后，色彩選擇信號發(fā)生器61將該色彩選擇信號輸出至顯示驅(qū)動器70的驅(qū)動電壓選擇器72。
顯示驅(qū)動器70的驅(qū)動電壓生成器71生成一個液晶屏30形成驅(qū)動波形所需要的電壓以及對應于各顯示色彩的電源59所作用的電壓的多個不同電壓V2、V3與V4，并將這些電壓作用在驅(qū)動電壓選擇器72上。
驅(qū)動電壓選擇器72從驅(qū)動電壓生成器71根據(jù)來自色彩選擇信號發(fā)生器61的色彩選擇信號，從驅(qū)動電壓生成器71所作用的多個電壓中選擇一個對應于一種選定的顯示色彩的電壓，并將該選定的電壓作用在驅(qū)動波形形成電路73上。
驅(qū)動波形形成電路73在一個預定的功率(例如，1/3功率)上生成用于分時驅(qū)動液晶屏30的多個公用電壓，以及多個用于令液晶屏30根據(jù)來自顯示信號發(fā)生器54的顯示數(shù)據(jù)信號執(zhí)行顯示操作的段電壓。然后，驅(qū)動波形形成電路73將這些公用電壓與段電壓作用在液晶屏30的對應公用與段電極33與34上。
作用在對應的公用電極33上的公用電壓為具有指示互相移位的選擇時間間隔的波形的電壓。
作用在各段電極34上的段電壓為具有一種波形的電壓，該波形是設計成與段電極34相對的公用電極33的一個選擇時間間隔同步地在段電極34上作用一個ON或OFF電壓的。ON電壓是設計成使得公用電極33與段電極34之間的RMS電壓按照顯示數(shù)據(jù)信號成為驅(qū)動電壓選擇器72所作用的選擇電壓V2、V3與V4中的一個，即用于各顯示色彩紫色、黃色與黑色的電壓中的一個。OFF電壓是設計成使得公用電極33與段電極34之間的RMS電壓成為表3中的電壓V1，即用于將背景色彩(淺蘭)設定為顯示色彩的電壓。OFF電壓是事先設定在驅(qū)動波形形成電路73中的。
當上述公用與段電壓作用在液晶屏30上時，具有指示順序地互相移位的選擇時間間隔的波形的公用電壓是作用在對應的公用電極33上的，而對應于一個顯示數(shù)據(jù)信號的段電壓則是作用在對應的段電極34上的。結果，液晶屏30被分時地驅(qū)動來按照顯示數(shù)據(jù)信號顯示圖7至9中所示的顯示圖案。
在上述實例中，當顯示數(shù)據(jù)為一個正的(“+”)數(shù)字值且不包含錯誤時，所有顯示圖案都是以“黃色”顯示的;當顯示數(shù)據(jù)是一個負的(“-”)數(shù)字值時，所有的顯示圖案都是以“黑色”顯示的;而當包含一個錯誤時，所有的顯示圖案都是以“紫色”顯示的。然而，這些狀態(tài)與顯示色彩可以任意地互相關聯(lián)。此外，如果顯示驅(qū)動器70是設計成以段電壓的單位控制作用在各段電極34上的段電壓的值的，則可以顯示多種色彩的一種組合。例如，當顯示數(shù)據(jù)是一個負的(“-”)數(shù)字值時，“-”與該數(shù)字值可分別在“淺蘭色”背景中以“黑色”和“黃色”顯示。
第三實施例本實施例的一種彩色液晶顯示裝置的設計如下。如圖11中所示，一對上方與下方偏振板41與42設置成夾住一個液晶屏30。兩塊延遲板47與48重疊在液晶屏30及偏振板之一之間，例如上方偏振板41。此外，一塊反射板43設置在下方偏振板42的后表面(下表面)上。
在兩塊延遲板47與48中，設置在上方偏振板41側的第一延遲板47是這樣布置的，使得其光軸以一個預定的角度與上方偏振板41的透射軸斜交。設置在液晶屏30側的第二延遲板48是這樣布置的，使得其光軸以一個預定的角度與第一延遲板47的光軸斜交。
參見圖12，參照數(shù)字41a表示上方偏振板41的透射軸;47a表示第一延遲板47的光軸;而48a則表示第二延遲板48的光軸。第一延遲板47的光軸47a以一個角θ1與上方偏振板41的透射軸41a斜交。第二延遲板48的光軸48a以一個角θ2與第一延遲板47的光軸47a斜交。
第三實施例的彩色液晶顯示裝置具有與第二實施例幾乎相同的色彩顯示與色彩改變效果。然而，第三實施例與第二實施例在作用電壓與顯示色彩之間的關系上有所不同，這是因為兩塊延遲板47與48的布置不同。
假定第一延遲板47的光軸47a從上方偏振板41的透射軸41a順時針方向移開了70°(角θ1)(第一延遲板47的光軸47a從一條參照線0順時針方向移開了25°);第二延遲板48的光軸48a從第一延遲板47的光軸47a逆時針方向移開了25°(角θ2)(第二延遲板48的光軸48a平行于參照線0);并且在上方基板(鄰接于延遲板)31側上的液晶屏30的液晶分子準直方向31a與第二延遲板48的光軸48a之間的角差為45°。同時假定上方偏振板41的透射軸41a平行于上方基板31側上的液晶屏30的液晶分子準直方向31a，并且上方偏振板41的透射軸41a平行于下方偏振板42的透射軸42a。在這一情況中，如果，比方說，第一與第二延遲板47與48的延遲Re1與Re2為450nm，并且液晶屏30的值△n·d與液晶分子的扭轉(zhuǎn)角分別設定為1.3μm與90°，當液晶屏30的液晶分子設定在一個初始扭轉(zhuǎn)準直狀態(tài)中時，顯示色彩成為“橙色”的;當液晶分子幾乎垂直地豎起/準直時，顯示色彩成為“蘭色”的;而當液晶分子從初始扭轉(zhuǎn)準直狀態(tài)豎起/準直時，顯示色彩成為具有高的光強度與高色彩純度的“黃綠色”。
表4示出作用在上述彩色液晶顯示裝置的液晶屏30上的電壓與顯示色彩之間的關系。注意，在表4中，各作用電壓的值為作用在液晶屏30的電極33與34之間的RMS電壓值。
如表4中所示，上述彩色液晶顯示裝置是設計成根據(jù)作用在液晶屏30上的電壓改變其顯示色彩的。因此，根據(jù)這一彩色液晶顯示裝置，同一部分的顯示色彩，即對應于同一段電極34的部分，可以通過控制作用在液晶屏30的電極33與34之間的電壓，改變成多種色彩。
第四實施例在第四實施例的一種彩色液晶顯示裝置中，采用了三塊偏振板，使得一塊延遲板與液晶屏分別被一對偏振板夾住。更具體地，如圖13中所示，在第一實施例的彩色液晶顯示裝置中，一塊第三偏振板(此后稱作一塊中間偏振板)49布置在延遲板40與液晶屏30之間。
參見圖14A，參照數(shù)字42a表示下方偏振板42的透射軸;49a表示中間偏振板49的透射軸;而41a則表示上方偏振板41的透射軸。在本實施例中，下方偏振板42與中間偏振板49是這樣布置的，使得它們的透射軸42a與49a是設定為互相垂直的，并且上方偏振板41是這樣布置的，使得透射軸41a平行于中間偏振板49的透射軸49a。
注意，下方偏振板42與中間偏振板49的透射軸42a與49a可垂直或平行于下方基板32側上及上方基板31側上的液晶屏30的液晶分子準直方向32a與31a，如圖14A中所示。
此外，參見圖14A，參照數(shù)字40a表示延遲板40的光軸。在這一實施例中，延遲板40是這樣布置的，使得其光軸40a以45°角與上方偏振板41的透射軸41a斜交。
在這一彩色液晶顯示裝置中，液晶屏30只作為用于控制光的透射的一個快門裝置工作。更具體地，在透射過上方偏振板41時被線性偏振的光由于延遲板40的偏振效應而成為橢圓偏振光。在該橢圓偏振光中，沿透射軸49a透射過中間偏振板49的光成分變成線性偏振的彩色光。當這一作為彩色光的線性偏振光以一種無作用電壓的初始扭轉(zhuǎn)準直狀態(tài)透射過液晶屏30時，由于液晶屏30的旋轉(zhuǎn)偏振效應而使該光的偏振平面轉(zhuǎn)動了90°。結果，該光透射過其透射軸42a垂直于中間偏振板49的透射軸49a的下方偏振板42。透射的彩色光被反射板43反射并從液晶顯示裝置的前表面?zhèn)劝l(fā)出。
與此相反，當一個電壓作用在液晶屏30上而液晶分子豎起/準直時，透射過液晶屏30的彩色光不受旋轉(zhuǎn)偏振效應的影響并從而被下方偏振板42所吸收。通過以這一方式ON/OFF控制作用在液晶屏30上的電壓，可以以彩色光及一種暗黑色顯示實現(xiàn)一種彩色顯示。
如上所述，上述彩色液晶顯示裝置是設計成不使用任何濾色片來實現(xiàn)透射光的彩色顯示的。由于彩色光的量是幾乎與對應于入射在顯示裝置上的光中的上述彩色光的一個波長區(qū)間中的光的量相等的，因此可以通過提高透射率來充分提高顯示的亮度。
在這一彩色液晶顯示裝置中的光的色彩是由下述因素確定的延遲板40的延遲Re，上方偏振板41的透射軸41a與延遲板40的光軸41a之間的角差，以及中間偏振板49的透射軸49a的方向。假定延遲板40的延遲Re為450nm，上方偏振板41的透射軸41a與延遲板40的光軸40a之間的角差為45°，并且中間偏振板49的透射軸49a垂直于上方偏振板41的透射軸41a。在這一情況中，光的色彩是“蘭色”的。這一蘭色是明亮的，因為它不是像傳統(tǒng)的彩色液晶顯示裝置那樣通過一塊濾片得到的。
上述彩色液晶顯示裝置具有一種正的顯示類型，其中，夾住液晶屏30的下方偏振板42與中間偏振板49的透射軸42a與49a是布置成互相垂直的。在這一裝置中，由于一個顯示圖案是以“黑色”顯示在一個明亮的蘭色背景中的，顯示的反差是良好的。
第四實施例的液晶顯示裝置具有一種正的顯示類型，然而，上述彩色液晶顯示裝置也可具有負的顯示類型，其中，夾住液晶屏30的下方偏振板42與中間偏振板49的透射軸42a與49a是布置成基本上互相平行的。
圖14B示出第四實施例的一種改型。這一改型除了下方偏振板42的位置改變成使得下方偏振板42的透射軸42a成為平行于中間偏振板49的透射軸49a之外，其余部分都與第四實施例相同。
這一改型的彩色液晶顯示裝置是具有一種負的顯示類型的。如果作為例子，延遲板40的延遲為450nm，則以良好的反差在一個“黑色”的背景中顯示一個“蘭色”的顯示圖案。
當夾住延遲板40的上方偏振板41與中間偏振板49的透射軸41a與49a布置成互相垂直時，在延遲板40的450nm延遲中光的色彩是“橙色”的。因此在這一情況中，當中間偏振板49與下方偏振板42的透射軸49a與42a布置成互相垂直時，便得到一種正的顯示，其中，一個“黑色”的顯示圖案顯示在一個“橙色”的背景中;而當透射軸49a與42a布置成互相平行時，便得到一個負的顯示，其中，一個“橙色”的顯示圖案顯示在一個“黑色”的背景中。
如上所述，根據(jù)本實施例的彩色液晶顯示裝置，即使該裝置是反射型的，也可得到一種明亮的具有“黑色”與一種彩色的雙色顯示。此外，由于延遲板與液晶屏是分別夾在兩對偏振板之間的，并不增加延遲板與液晶屏中由視角引起的反差變化(視角相關性)。因此，可以使液晶顯示裝置的總體視角相關性變得很小，從而獲得較大的視角。
第五實施例
如圖15與16所示，除了一種所謂雙軸延遲板80的類型以外，第五實施例的彩色液晶顯示裝置的配置與第一實施例的彩色液晶顯示裝置的配置相同。更具體地說，如圖17所示，假定延遲板80的一條光軸80a的方向定義為x軸方向，該延遲板80是滿足條件nx＞nz＞ny的一種延遲板，其中nx為x軸方向上的折射率，ny為在一個平行于延遲板80的表面的平面內(nèi)垂直于x軸方向的y軸方向上的折射率，而nz則為厚度方向的z軸方向上的折射率。
與第一實施例的彩色液晶顯示裝置相似，第五實施例的彩色液晶顯示裝置能夠得到基于延遲板80的偏振效應的彩色光及基于延遲板80及液晶屏30的偏振效應的彩色光。此外，由于液晶屏30的偏振效應隨作用在該液晶屏30上電壓的改變而改變，光的色彩可以隨意地改變。
例如，這一彩色液晶顯示裝置能夠得到下述顯示色彩。假定延遲板80在x軸、y軸與z軸方向上的折射率nx、ny與nz及板的厚度(具有折射率各向異性的部分的厚度)d為nx＝1.4ny＝1.2nz＝1.3d＝2.15μm液晶38的液晶分子扭轉(zhuǎn)角φ及雙折射率△n及液晶層厚度d'為φ＝-90°(在圖16中的順時針方向上)△n＝0.092d'＝6μm
上方偏振板41的透射軸41a與延遲板80的光軸80a之間的角差ψ為45°(圖16中逆時針方向上的45°)，上方偏振板41的透射軸41a垂直于上方基板側上的液晶屏30的液晶分子準直方向，并且下方偏振板42的透射軸42a平行于上方偏振板41的透射軸41a。在這一情況中，作用在液晶屏30上的電壓與顯示色彩具有下述關系。注意，各作用電壓的值為RMS，并且是在液晶顯示裝置的前方觀察時見到的各種顯示色彩。
作用電壓顯示色彩1.7V或更小橙色2.9至3.5V黑色4.5V或更大蘭色即，當作用在液晶屏30上的電壓增加時，上述彩色液晶顯示裝置的顯示色彩從作為初始顯示色彩的“橙色”(在作用電壓為1.7V或更小的一種狀態(tài)中得到的，即液晶分子扭轉(zhuǎn)準直時)改變到作為最終顯示色彩的“蘭色”這是在作為最大電壓的4.5V電壓作用在液晶屏30上的一種狀態(tài)中得到的，即液晶分子是垂直豎起/準直的。在這一色彩改變的過程中，顯示色彩變成具有高光強度與高色彩純度的“黑色”。
通過以這一方式控制作用在液晶屏30上的電壓，可以用多種色彩實現(xiàn)顯示。
此外，上述彩色液晶顯示裝置采用滿足nx＞nz＞ny的延遲板80，其中nx為作為光軸80a的x軸方向上的折射率，ny為y軸方向的折射率，而nz則為z軸方向上的折射率。由于這一延遲板與普通的延遲板相比對光的入射角具有相位差的小的變化比，彩色液晶顯示裝置具有顯示色彩的小的視角相關性，從而具有充分大的視野角。
即，相對于延遲板在x軸與y軸方向上的光入射角的相位差Rxy是以下述方式得到的。當光沿該延遲板的一條法線(垂直于包含x與y平面的一條線，即光的入射角相對于延遲板的法線為0°)的一個方向入射時，相位差Rxy(0)由下式給出Rxy(0)＝(nx-ny)d …(5)其中d為延遲板的厚度。
當光從一個與延遲板的法線成θm角的一個方向斜向入射時，相位差Rxy(θ)由下式給出
一塊普通的延遲板是設計成滿足nx＞ny＞nz的，其中nx、ny與nz為x軸、y軸及z軸方向上的折射率，如圖17中所示。因此，在普通的延遲板中，在光的入射角為0°時得到的相位差Rxy(0)對光的入射角為θ°時得到的相位差Rxy(θ)之比Rxy(θ)/Rxy(0)依賴于光的入射角劇烈地變化。
與此相反，上述實施例中的延遲板是設計成滿足nx＞nz＞ny的，其中nx、ny與nz為x軸、y軸與z軸方向上的折射率。因此，比值Rxy(θ)/Rxy(0)是低的，從而隨光的入射角的改變而改變的相位差的改變是小的。
圖18示出上述實施例中的延遲板與上述普通延遲板比較的作為入射角的函數(shù)的Rxy(θ)/Rxy(0)的變化。如圖18中虛線所指示的，普通延遲板的比值Rxy(θ)/Rxy(0)隨入射角的改變而劇烈地改變。因此，當入射角增加時，相位差劇烈地改變。與此相反，如圖18中實線所指示的，上述實施例中的延遲板的Rxy(θ)/Rxy(0)的改變是小的。因此，隨入射角的改變而改變的相位差的改變是小的。
注意，圖18中所示的普通延遲板的值Rxy(θ)/Rxy(0)是在該延遲板設計成具有nx＝1.4、ny＝nz＝1.2時得到的，而實施例中的延遲板的Rxy(θ)/Rxy(0)是在該延遲板設計成具有nx＝1.4與ny＝1.2與nz＝1.3時得到的。
如上所述，在普通延遲板中，隨入射角的改變而改變的相位差的改變是大的。因此，如果在上述彩色液晶顯示裝置中采用了普通延遲板，顯示色彩會隨視角變化。與此相反，在上述實施例的延遲板中，隨入射角改變的相位差改變是小的。因此，如果采用了這種延遲板，隨視角改變的顯示色彩改變，即顯示色彩的視角相關性，是小的。
圖19示出了視角與采用滿足nx＞nz＞ny的延遲板80的上述實施例的彩色液晶顯示裝置中的顯示色彩的色差(△E＊ab)之間的關系，其中的nx、ny與nz為x軸、y軸與z軸方向上的折射率，還示出了采用滿足nx＞ny＞nz的普通延遲板代替延遲板80的一個對比裝置中這些值之間的關系。參見圖19，實線曲線表示該實施例的裝置中作為一個視角的函數(shù)的色差中的變化;而虛線曲線則表示對比裝置中作為一個視角的函數(shù)的色差中的變化。
在本實施例的裝置及對比裝置兩者中，液晶屏的液晶分子扭轉(zhuǎn)角都設定為-90°;液晶的雙折射率△n為0.092;液晶層厚度為6μm;上方偏振板的透視軸與延遲板的光軸之間的角差為45°;上方偏振板的透射軸設定為垂直于上方基板側上的液晶屏的液晶分子準直方向;并且下方偏振板的透射軸設定為平行于上方偏振板的透射軸。此外，用于本實施例的裝置的延遲板具有nx＝1.4，ny＝1.2及nz＝1.3，而用于對比裝置的延遲板具有nx＝1.4及ny＝nz＝1.2。注意，兩塊延遲板都具有2.15μm的厚度。
此外，顯示色彩的色差(△E＊ab)表示相對于視角為0°時(即在顯示裝置的前方觀察它時)得到的一個色度的值。即，色差為這一參照色度與各視角上的顯示色彩的色度之間的差。
如圖19中所示，采用滿足nx＞ny＝nz的普通延遲板的對比裝置(其中nx、ny與nz為x軸、y軸與z軸方向上的折射率)，隨視角變化的色度變化是大的。即，顯示色彩的視角相關性是大的。與此相反，采用滿足nx＞nz＞ny的延遲板的本實施例的裝置中，隨視角變化的色度變化小于對比裝置中的變化。
在上述實施例中，延遲板80是設置在上方偏振板41與液晶屏30之間的。然而，延遲板80也可設置在下方偏振板42與液晶屏30之間。
第六實施例如圖20與21中所示，除了延遲板81的類型以外，第六實施例的彩色液晶顯示裝置的布置與第一實施例的彩色液晶顯示裝置的布置相同。在這一實施例中所采用的延遲板81為一塊扭轉(zhuǎn)延遲板，其中的物質(zhì)分子是以與扭轉(zhuǎn)向列液晶相同的方式扭轉(zhuǎn)準直的。
扭轉(zhuǎn)延遲板81是由一層聚合液晶分子由一個表面扭轉(zhuǎn)準直至另一表面的膜構成的。聚合液晶分子以大約90°的扭角在延遲板81的兩個表面之間扭轉(zhuǎn)準直。
液晶屏30與扭轉(zhuǎn)延遲板81的延遲是設定為基本上互相相等的，并且液晶屏30的液晶分子38a的扭轉(zhuǎn)方向是設置成與扭轉(zhuǎn)延遲板81的分子扭轉(zhuǎn)方向相反的。
此外，一對偏振板41與42布置成使得它們的透射軸以預定的角與鄰接偏振板的表面?zhèn)?上方表面?zhèn)?上的扭轉(zhuǎn)延遲板的分子準直方向以及鄰接偏振板的基板32側(下方表面?zhèn)?上的液晶屏30的液晶分子準直方向斜交。此外，兩塊偏振板41與42的透射軸是設定為基本上互相平行的。
圖21為展示上述液晶顯示裝置中的液晶屏30的液晶分子準直方向、扭轉(zhuǎn)延遲板81的分子準直方向、以及一對偏振板41與42的透射軸的平面圖。參見圖21，參照數(shù)字31a表示在上方基板31側上的液晶屏30的液晶分子準直方向;32a表示在下方基板32側上的液晶屏30的液晶分子準直方向;81a表示扭轉(zhuǎn)延遲板81在其上表面?zhèn)壬系姆肿訙手狈较?以及81b表示扭轉(zhuǎn)延遲板81在其下表面?zhèn)壬系姆肿訙手狈较颉?br> 如圖21中所示，液晶屏30在兩塊基板(31與32)側上的液晶分子準直方向31a與32a分別相對于一條參照線(圖21中的水平線)在相反的方向上傾斜大約45°。液晶屏30的液晶38的分子38a在圖21中從下方基板32側至上方基板31側逆時針方向扭轉(zhuǎn)準直了一個大約90°的扭角，如表示扭轉(zhuǎn)方向的一個箭頭T所示。
扭轉(zhuǎn)延遲板81在上表面?zhèn)壬系姆肿訙手狈较?1a平行于液晶屏30在上方基板31側上的液晶分子準直方向31a，并且在下方表面?zhèn)壬系姆肿訙手狈较?1b平行于液晶屏30在下方基板32側上的液晶分子準直方向32a。扭轉(zhuǎn)延遲板81的分子在與液晶屏30的液晶分子準直方向T相反的方向上(圖21中的順時針方向)從扭轉(zhuǎn)延遲板81的下表面至上表面扭轉(zhuǎn)準直了約90°，如表示扭轉(zhuǎn)方向的一個箭頭t所指示的。
在一個90°扭轉(zhuǎn)準直狀態(tài)中的液晶屏30的延遲(液晶的射率△n與液晶層厚度d的乘積)幾乎等于扭轉(zhuǎn)延遲板81的延遲(延遲板的折射率△n與厚度d的乘積)。
在這一實施例中，兩塊偏振板41與42的透射軸41a與42a是設置成基本上垂直于參照線0的。結果，上方偏振板41的透射軸41a在圖21中的逆時針方向上以45°與鄰接于偏振板(上表面?zhèn)?的表面?zhèn)壬系呐まD(zhuǎn)延遲板81的分子準直方向81a(該扭轉(zhuǎn)延遲板是與上方偏振板41相對的)相交。此外，下方偏振板42的透射軸42a與鄰接于偏振板的基板側上的(下方基板側)液晶屏30(下方偏振板42與之相對的)的液晶分子準直方向32a在圖21中的順時針方向上以45°相交。
與第一至第五實施例相似，這一實施例的彩色液晶顯示裝置能夠得到基于扭轉(zhuǎn)延遲板81的偏振效應的彩色光，及基于扭轉(zhuǎn)延遲板81與液晶屏30的偏振效應的彩色光。此外，由于液晶屏30的偏振效應隨作用在該液晶屏30上的電壓改變，因而可以隨意改變光的色彩。根據(jù)本實施例的彩色液晶顯裝置，在沒有電壓作用在液晶屏30上時，可得到“白色”的顯示狀態(tài)，其中發(fā)出的為無色光。
下面對這一“白色”顯示操作進行說明。液晶屏30的延遲幾乎與扭轉(zhuǎn)延遲板81的延遲相等，而液晶屏30的液晶分子扭轉(zhuǎn)方向T則是與扭轉(zhuǎn)延遲板81的分子扭轉(zhuǎn)方向相反的。因此，當沒有電壓作用在液晶屏30的電極33與34之間時，即液晶屏30的液晶分子38a處于扭轉(zhuǎn)準直狀態(tài)中時，扭轉(zhuǎn)延遲板81與液晶屏30的偏振效應在相反方向上工作。結果，被扭轉(zhuǎn)延遲板81從線性偏振光偏振到橢圓偏振光的光在通過液晶屏30的液晶層的過程中被恢復到線性偏振光(被上方偏振板41線性偏振的光)。
在上述液晶顯示裝置中，由于一對偏振板41與42的透射軸41a與42a基本上是互相平行的，被液晶屏30恢復到原來的線性偏振光的光透射過下方偏振板42而不被偏振。即，這時從下方偏振板42發(fā)出的光是通過使液晶屏30消除扭轉(zhuǎn)延遲板81的彩色顯示效應后得到的。
根據(jù)上述彩色液晶顯裝置，由于不采用任何濾色片便可得到彩色光，因此可以容易地實現(xiàn)沒有濾色片引起的透射光損失并包含明亮的白色顯示的多色顯示。
在上述彩色液晶顯示裝置中，在無電壓作用在液晶屏30上時的透射光的光強度I可用式(7)表示I=12［C12C22+2(1+u1u2)1+u121+u22C1C2S1S2+S12S22］2……(7)]]>
C1=cosπ21+u12C2=cosπ21+u22]]>S1=sinπ21+u12S2=sinπ21+u22]]>u1=2Δn1d1λu2=2Δn2d2λ]]>其中△n1為扭轉(zhuǎn)延遲板的折射率各向異性，d1為扭轉(zhuǎn)延遲板的厚度，△n2為液晶屏的液晶的折射率各向異性，而d2則為液晶屏的液晶層厚度。
從式(7)中得到的光強度I幾乎是所有入射在該液晶顯示裝置上的光成分(可見光)的光強度的一半(這一亮度幾乎等于不帶濾色片的普通TN型液晶顯示器的一個明亮顯示的光強度)。
圖22為上述彩色液晶顯示裝置的CIE色度圖。這一圖展示在一種情況中液晶顯示裝置的色度變化，在該情況中，扭轉(zhuǎn)延遲板81的值△n·d(式(7)中的△n1d1)及液晶屏30的△n·d(式(7)中的△n2d2)是設定為1，100nm的。
如這一色度圖中所示，彩色液晶顯示裝置的顯示色彩從“白色”(在沒有電壓作用的狀態(tài)中得到的)隨作用在液晶屏30上的電壓的增加而改變到一種最終顯示色彩(在本例中為“蘭色”)。在這一過程中，顯示色彩變成“紅色”、“蘭色”(幾乎與最終顯示色彩相同)與“綠色”，在各種色彩中，顯示的光強度I與色純度都是高的。因此，通過控制作用在液晶屏30上的電壓，“紅色”、“蘭色”與“綠色”顯示可用作中間色調(diào)顯示。
在上述實施例中，一對偏振板41與42的透射軸41a與42a分別從扭轉(zhuǎn)延遲板81在鄰接偏振板的表面?zhèn)壬系姆肿訙手狈较蚣皬囊壕?0在鄰接偏振板的基板32側上的液晶分子準直方向斜向偏轉(zhuǎn)約45°。然而，這一角度是可以隨意設定的。注意，這一角度最好設定為45°±5°以通過使用扭轉(zhuǎn)延遲板81獲得滿意的著色效應。
在上述實施例中，扭轉(zhuǎn)延遲板81是設置在液晶屏30與上方偏振板41之間的。然而，扭轉(zhuǎn)延遲板81也可設置在液晶屏30與下方偏振板42之間。本實施例不局限于反射型。即使將本實施應用于透射或半透射型液晶顯示裝置，也可得到與上述相同的效應。
第七實施例第七實施例的彩色液晶顯示裝置為所謂有源矩陣驅(qū)動方式的顯示裝置。即，在第一實施例中，將顯示方式改變?yōu)辄c顯示方式，并為每一象素布置了一個非線性的有源元件以驅(qū)動液晶。
如圖23的透視圖中所示，上方與下方玻璃基板91與92通過一個間隔(若干μm)互相面對面地設置，在該間隔中封裝進一個液晶層。由諸如ITO等透明導體材料構成的公用電極93，及多個象素電極94分別布置在玻璃基板91與92的相對表面上。
象素電極94是以矩陣的形式布置在下方玻璃基板92的上表面上的。信號線95與掃描線96逐一分別在垂直與水平方向上布置在各象素電極之間。即，互相平行延伸的多條信號線95，及互相平行延伸的多條掃描線96以矩陣的形式互相成直角相交地布置。為每一個象素電極94布置了作為有源元件的一個薄膜晶體管(此后稱作TFT)97。分別將各TFT97的門、漏與源電極連接到掃描線96中對應的一條上、信號線95中對應的一條上、以及象素電極94中對應的一個上。
如圖24的剖視圖中所示，在分別布置在液晶屏90的玻璃基板91與92的相對表面上的公用電極93及各象素電極94的表面上分別形成準直膜98與99，以校準液晶分子的準直方向。
液晶屏90的形成過程如下。上方與下方玻璃基板91與92相隔一個預定的間隔面對面地設置，該間隔的周邊用一個密封件100密封。通過一個液晶入口(未示出)將液晶101注入該間隔中。
與第一實施例中各對應部件相同的一塊延遲板40、一對偏振板41與42及一塊反射板43在與第一實施例中相同的位置上附加在液晶屏90上。此外，這兩塊偏振板41與42的透射軸、延遲板40的光軸以及準直膜98與99的準直處理方向的位置/布置都與圖2中所示的第一實施例中的相同。
與第一實施例相似，本實施例的彩色液晶顯示裝置也能得到基于延遲板40的偏振效應的彩色光，以及基于延遲板40與液晶屏90兩者的偏振效應的彩色光。此外，由于液晶屏90的偏振效應隨作用在液晶屏90上的電壓改變，光的色彩得以隨意地改變。
下面說明上述彩色液晶顯示裝置中基于有源矩陣驅(qū)動方式的彩色顯示/彩色變化效應。
如圖23中所示，以點陣的形式在液晶屏90的一側上作為象素電極布置了多個透明電極，各象素電極94通過一個對應的薄膜晶體管(TFT)97連接到信號線95中對應的一條上。各TFT97的開關操作是由連接到掃描線96中對應的一條上的一個門電極控制的。
圖25A至27分別示出在一個三色顯示操作中作用在信號與掃描線95與96的驅(qū)動電壓信號的波形。
圖25A至25C分別示出順序地作用在掃描線96中相鄰的三條掃描線上的驅(qū)動電壓信號的波形。線順序掃描是以圖25A、25B與25C的次序進行的。
令N為平行于一個方向(例如水平方向)布置在基板92上的掃描線的數(shù)目，以及Tf為幀時間。在這一情況中，如圖25A中所示，一個掃描電壓VG作用在第一掃描線一個時間Tf/N，該時間得自用掃描線的數(shù)目去除幀時間。結果，掃描電壓所作用的TFT97被導通。
圖26示出作用在信號線95上的一個驅(qū)動電壓信號的波形。
當信號電壓Vr(紅色)、Vg(綠色)與Vb(蘭色)中對應于要顯示的色彩的一個電壓按照圖25A中所示的定時(在該時間上掃描電壓VG是作用的)作用在第一掃描線上時，對應于所要求的顯示色彩的信號電壓通過各ON(導通)狀態(tài)中的TFT97作用在各象素電極上。當完成了一條線的掃描時，對應的TFT97被斷開，并且作用在各TFT97上的信號電壓被保留。即，用一種結構構造一種電容器，在該結構中一個液晶層夾在一個象素電極與一個反電極之間，因此即使在作用一個信號電壓時存儲了一個預定的電荷之后，一個TFT被關斷，該電壓仍然保留。該電壓受到保留的時間對應于一個幀時間Tf。
以這一布置，由于幾乎與作用在一條給定的信號線上的信號電壓相同的RMS電壓作用在各對應象素中的液晶分子101a上，便可以用高可控制性實現(xiàn)彩色顯示。
圖27A至27C分別示出指示一種狀態(tài)的液晶驅(qū)動電壓波形，其中一個預定的電荷保留在象素電極94中以及一個預定的電壓作用在液晶上。
圖27A示出紅色顯示的一個驅(qū)動電壓波形。如圖25A中所示，通過將掃描電壓VG作用在對應的掃描線96上，第一條線的象素電極94的TFT97保持導通0至Tf/N之間的一個時間間隔。在這一時刻，圖26中所示的信號電壓作用在一條預定的信號線95上。結果，如圖27A中所示，電壓Vr能夠穩(wěn)定地作用在第一線的對應象素電極94上。以這種操作，對應象素的液晶分子101a的準直狀態(tài)被改變成顯示“紅色”。
在掃描第二線時，如圖25B所示，通過將掃描電壓VG作用在對應的掃描線96上，對應的象素電極94保持導通一個從Tf/N至2Tf/N之間的一個時間間隔。此時，例如圖26中所示的信號電壓Vg作用在一條預定的信號線95上。結果，如圖27B中所示，在Tf/N以后，信號電壓Vg可以穩(wěn)定地作用在對應的象素電極94上。以這種操作，對應的象素的液晶分子101a的準直狀態(tài)改變成顯示“綠色”來代替在前面的掃描操作中作用信號電壓Vb時所顯示的“蘭色”。
在掃描第三線時，如圖25C中所示，通過將掃描電壓VG作用在對應的掃描線96上，對應的象素電極94的TFT97保持導通2Tf/N至3Tf/N之間的一個時間間隔。此時，例如圖26中所示的信號電壓Vb作用在一條預定的信號線95上。結果，如圖27C中所示，2Tf/N以后，信號電壓Vb能夠穩(wěn)定地作用在對應的象素電極94上。以這種操作，對應的象素的液晶分子101a的準直狀態(tài)改變成顯示“蘭色”。
如上所述，本實施例的彩色液晶顯示裝置能通過控制作用在液晶屏90上的驅(qū)動電壓而不使用任何濾色片實現(xiàn)彩色顯示操作。在這一情況中，由于不使用濾色片，極大地降低了透射光的損失量，并能充分地提高彩色顯示的亮度。
第八實施例除了省去了反射板側上的偏振板以外，第八實施例的彩色液晶顯示裝置的布置與第一實施例的相同。
圖29為展示液晶屏30的液晶分子準直方向、延遲板40的光軸及偏振板41的透射軸的平面圖。延遲板40的光軸40a是基本上平行于液晶屏30在鄰接延遲板基板31側上的液晶分子準直方向31a。參照數(shù)字41a表示偏振板41的透射軸。在本實施例中，偏振板41的透射軸41a與延遲板40的光軸40a之間的角差ψ設定為45°。上述彩色液晶顯示裝置具有反射型，其中，從裝置的前表面(上表面)側入射的光(自然光或來自一個照明源的光)被后表面?zhèn)壬系囊粔K反射板43所反射，從而實現(xiàn)一次顯示操作。來自前表面?zhèn)鹊娜肷涔馔ㄟ^偏振板41、延遲板40、及液晶屏30并且被反射板43反射，而反射光則再次通過液晶屏30、延遲板40、及偏振板40發(fā)出去。
在這一彩色液晶顯示裝置中，偏振板41的透射軸41a從延遲板40的光軸40a斜向偏轉(zhuǎn)一個預定的角。因此，被偏振板41線性偏振的入射光由于在通過延遲板的過程中延遲板40的偏振效應而變成橢圓偏振光。光的偏振狀態(tài)在通過液晶屏30的過程中進一步被液晶屏30的偏振效應所改變，(液晶屏30中的液晶分子38a是扭轉(zhuǎn)準直的)，并且也被反射板43所反射。在再次通過液晶屏30與延遲板40的過程中，反射光的偏振狀態(tài)進一步被改變，并入射在偏振板41上。
當一個電壓作用在液晶屏30的電極33與34之間時，液晶分子38a的準直狀態(tài)從扭轉(zhuǎn)準直狀態(tài)改變到另一種狀態(tài)，在這一狀態(tài)中，分子相對于基板31與32的表面豎起。當液晶分子38a的準直狀態(tài)以這一方式改變時，液晶屏30的偏振效應也隨著改變。因此，已經(jīng)接受過延遲板40與液晶屏30的偏振效應的光變成與沒有電壓作用時的狀態(tài)(液晶分子是扭轉(zhuǎn)準直的)的光不同的偏振狀態(tài)的光，并入射在偏振板41上。當液晶分子38a幾乎垂直地豎起/準直時，液晶屏30的偏振效應近似于零。因此，已經(jīng)被偏振板41線性偏振的入射光只接受延遲板40的偏振效應并被反射板43反射而入射在偏振板41上。
如上所述，入射在偏振板41上，兩次通過延遲板40與液晶屏30，并再次入射在偏振板41上的光的偏振狀態(tài)的改變?nèi)Q于液晶屏30的液晶分子的準直狀態(tài)。在一種狀態(tài)中，入射在偏振板41上的反射光變成與初始入射中所得到光一樣的線性偏振光。在另一種狀態(tài)中，入射光變成橢圓偏振光。
如果入射在偏振板41上的反射光為與初始入射時得到的相同的線性偏振光，由于所有波長成分都能透射過偏振板41，所發(fā)出的光變成無色光(白光)。如果入射在偏振板41上的反射光是橢圓偏振光，則在橢圓偏振光中，只有具有與偏振板41的透射軸相對應的波長的光成分能夠通過偏振板41發(fā)出。結果，發(fā)出的光成為彩色光。
因此，根據(jù)上述彩色液晶顯示裝置，不采用任何濾色片也能使透射光成為彩色光，并且可以通過提高透射率來充分提高顯示的亮度。
在上述彩色液晶顯示裝置中，假定液晶屏30的液晶分子扭轉(zhuǎn)角為90°，發(fā)出的光的亮度I可用式(8)表示Δ=2πReλ]]>I=12[[(cos2π21+u2+1-u21+u2sin2π21+u2)cosΔ]]>-2u1+u2cosπ21+u2sinπ21+u2sinΔ]2]]>+(2u1+u2sin2π21+u2)2]---(8)]]>u=2Δndλ]]>其中Re為延遲板的延遲，△n為液晶的折射率各向異性，d為液晶的液晶層厚度，而λ則為波長。
在進行白色顯示時(即發(fā)出的光成為無色光)，從式(8)得出的光強度I幾乎是入射在該顯示裝置上的所有波長成分(可見光)的強度的一半。因此，可以得到充分明亮的顯示。
圖30為上述彩色液晶顯裝置的CIE色度圖。這一圖示出了在延遲板40的延遲Re設定為400nm且液晶屏30的值△n·d設定為300nm時得出的色度。
如這一色度圖中所示，當作用在該液晶屏30上的電壓增加時，彩色液晶顯示裝置的顯示色彩從一種初始顯示色彩(在電壓為0的一種狀態(tài)中，即液晶分子38a為扭轉(zhuǎn)準直的)改變到一種最終顯示色彩(在作用最大電壓的一種狀態(tài)中，即液晶分子38a是垂直豎起/準直的)。在這一改變顯示色彩的過程中，所出現(xiàn)的是具有高光強度I與高色純度的顯示色彩。
注意，這一彩色液晶顯示裝置的初始顯示色彩，即在液晶分子38a在扭轉(zhuǎn)準直的狀態(tài)中的顯示色彩，為“蘭色”。
此外，延遲板40的延遲Re為400nm，并且偏振板41的透射軸41a與延遲板40的光軸40a之間的角差ψ為45°。因此，當將一個電壓作用在液晶屏30上而垂直豎起/準直液晶分子38a時(即當液晶屏30的偏振效應成為0，并且透射光只接受延遲板40的偏振效應時)，在通過延遲板40走向反射板43的過程中已經(jīng)被橢圓偏振的光在通過延遲板40走向偏振板41的過程中變成接近初始入射時線性偏振的光的一種線性偏振狀態(tài)中的光。因此，在該彩色液晶顯示裝置中，在作用最大電壓以幾乎垂直地豎起/準直液晶分子38a的狀態(tài)中的最終顯示色彩是“幾乎白色”的。隨著電壓的增加，顯示色彩以“蘭色”(初始顯示色彩)、“黃色”、“蘭色”及“幾乎白色”(最終顯示色彩)的次序變化。
如上所述，彩色液晶顯示裝置通過控制作用在液晶屏30上的電壓，能夠?qū)⑵滹@示色彩隨意地改變到上述色彩。
此外，上述彩色液晶顯示裝置是只用四個部件構成的，即，一個液晶分子扭轉(zhuǎn)準直的液晶屏30，一塊延遲板40，一塊偏振板41及一塊反射板43。因此，該裝置可以用簡單的構造與低成本實現(xiàn)。
在這一實施例中，延遲板40是設置在液晶屏30與偏振板41之間的。然而，延遲板40也可設置在液晶屏30與反射板43之間。
在第五實施例中所采用的延遲板可以用作延遲板40。即，該裝置可采用滿足nx＞nz＞ny的一種延遲板，其中nx為x軸方向上折射率，該方向是假定為等于延遲板的光軸的方向的，ny為y軸方向上的折射率，該方向在平行于延遲板的表面的一個平面內(nèi)垂直于x軸方向，而nz則為z軸方向上的折射率，該方向便是厚度方向。以這種配置，降低了視角相關性，并且可以得到一種具有大視野角與結構簡單的彩色液晶顯示裝置。
此外，延遲板的數(shù)目不僅限于一塊。例如，兩塊延遲板可以分別設置在液晶屏的兩側，或者可以設置在液晶屏與偏振板之間。
第九實施例除了將延遲板40與液晶屏30的位置進行交換并取消了鄰接于反射板43的偏振板42之外，第九實施例的彩色液晶顯示裝置的配置與圖13中的第四實施例的彩色液晶顯示裝置的配置相同。
如圖31中所示，一個液晶屏30夾在一對偏振板41與49之間，并將一塊延遲板40設置在一塊偏振板49與反射板43之間。
上方與下方偏振板41與49是這樣布置的，使得它們的透射軸設置成幾乎互相垂直或者平行。延遲板40是這樣設置的，使其光軸以一個預定的角與鄰接的下方偏振板49的透射軸斜交。
如圖32中所示，在本實施例中，下方與上方偏振板49與41是這樣布置的，使得它們的透射軸49a與41a設定為互相垂直。
此外，延遲板40是這樣布置的，使其光軸40a以45°角與下方偏振板49的透射軸49a斜交。
在這一液晶顯示裝置中，外部光通過設置在反射板43的對側上的上方偏振板41入射在液晶屏30上。通過液晶屏30入射在下方偏振板49上的光根據(jù)液晶屏30的液晶分子的準直狀態(tài)或者透射過下方偏振板49或者被下方偏振板49所吸收。
透射過下方偏振板49的光通過延遲板40并被反射板43反射。反射光再次通過延遲板40入射在下方偏振板49上。透射過下方偏振板49的光成為彩色光。
更具體地，在這一液晶顯示裝置中，通過下方偏振板49入射在延遲板40上的線性偏振光的偏振狀態(tài)，在通過延遲板40的過程中被延遲板40的偏振效應所改變。此外，光被反射板43反射并在再次通過延遲板40的過程中，其偏振狀態(tài)被進一步改變。然后，該光入射在下方偏振板49上。在入射光中，只有具有與下方偏振板49的透射軸相對應的波長的光成分才能透射過下方偏振板49變成彩色光。這一彩色光通過液晶屏30及上方偏振板41從液晶顯示裝置的前表面?zhèn)劝l(fā)出。結果，可以用明亮的彩色顯示與暗“黑”的顯示實現(xiàn)彩色顯示操作。
在這一彩色液晶顯示裝置中的光的色彩是由下述因素確定的延遲板40的延遲Re以及下方偏振板49的透射軸49a與延遲板40的光軸40a之間的角差。假定下方偏振板49的透射軸49a與延遲板40的光軸40a之間的角差為45°。在這一情況中，當延遲板40的延遲為450nm時，顯示色彩是“蘭色”的;而在延遲為550nm時，顯示色彩是“綠色”的。
上述彩色液晶顯示裝置具有正的顯示類型，其中夾住液晶屏30的下方與上方偏振板49與41的透射軸49a與41a是設定為互相垂直的。在這一類型中，在“蘭色”或“綠色”的背景中以“黑色”顯示一個顯示圖案，并且顯示的反差是良好的。此外，由于不使用濾色片，可以得到帶有明亮的黑色與一種彩色的雙色顯示。此外，這一裝置的視野角是大于使用一塊偏振板的第八實施例等的裝置。
上述實施例的液晶顯示裝置具有正的顯示類型。然而，該彩色液晶顯示裝置也可具有負的顯示類型，其中夾住液晶屏30的下方與上方偏振板49與41的透射軸49a與41a是設定幾乎互相平行的。
第十實施例除了用第五實施例中所使用的扭轉(zhuǎn)延遲板代替延遲板之外，第十實施例的彩色液晶顯示裝置與第八實施例的彩色液晶顯示裝置具有相同的配置。如圖33中所示，一塊扭轉(zhuǎn)延遲板81設置在液晶屏30的上方基板31與偏振板41之間，并且一塊反射板43安裝在下方基板32的下表面上。其它配置與第八實施例相同。
在本實施例的彩色液晶顯示裝置中，當無電壓作用在液晶屏30上時，透射過偏振板41的線性偏振光在透射過扭轉(zhuǎn)延遲板81時變成橢圓偏振光。在透射過液晶屏30時，橢圓偏振光恢復成線性偏振光。此后，光被反射板43反射，并在再次透射過液晶屏30時又變成橢圓偏振光。然后橢圓偏振光透射過扭轉(zhuǎn)延遲板81并作為初始線性偏振光返回到偏振板41。當一個電壓作用在液晶屏30上時，透射過偏振板41的線性偏振光作為橢圓偏振光返回。
當返回到偏振板41的光為與初始入射中的透射光相同的線性偏振光時，所有的波長成分都透射過偏振板41。結果，發(fā)出的光成為無色光。當返回到偏振板41的光為橢圓偏振光時，只有具有與偏振板41的透射軸相對應的波長的光成分才能透射過偏振板41并從那里發(fā)出去。在這一情況中，發(fā)出的光為彩色光。
根據(jù)上述彩色液晶顯示裝置，因而，可以不用任何濾色片而使透射光成為彩色光，并且通過提高透射率，即使在反射型中也能得到充分明亮的彩色顯示。
在上述彩色液晶顯示裝置中，假定液晶屏30的液晶分子扭轉(zhuǎn)角為30°，發(fā)出的光的強度由下式(9)表示I＝ 1/2 [[(x21-y21+z21)(x22-y22+z22)+4y1y2(x1x2z1z2)]2+4[(x21+y21-z21)y2z2+2x1z1x2y2-y1z1(x22-y22+z22)]2] …(9)
X1=cosπ21+u12X2=cosπ21+u22]]>y1=-u11+u12sinπ21+u12y2=u21+u22sinπ21+u22]]>z1=11+u12sinπ21+u12z2=11+u22sinπ21+u22]]>u1=2Δn1d1πu2=2Δn2d2λ]]>其中△n1為扭轉(zhuǎn)延遲板的折射率各向異性，d1為扭轉(zhuǎn)延遲板的厚度，△n2為液晶的折射率各向異性，而d2則為液晶層的厚度。
從式(9)得出的光強度I大約為在進行白色顯示時(即發(fā)出的光成為無色光)入射在該顯示裝置上的所有波長成分(可見光)的強度的一半。因此，可以得到一個充分明亮的顯示。
當使用濾色片使光成為彩色光時，顯示色彩是由濾色片的顏色確定的。與此相反，在上述彩色液晶顯示裝置中，顯示色彩可以通過控制作用在液晶屏30上的電壓加以改變。
圖35為上述彩色液晶顯示裝置的CIE色度圖。在這一情況中，扭轉(zhuǎn)延遲板81的值△n·d(式(9)中的△n1d1)及液晶屏30的值△n·d(式(9)中的△n2d2)設定為900nm，并且偏振板41的透射軸41a與扭轉(zhuǎn)延遲板81在偏振板41側上的分子準直方向81a之間的角差為45°。
如圖35的色度圖中所示，當將一個電壓作用在液晶屏30上以垂直地豎起/準直液晶分子38a，(即在液晶屏30的偏振效應成為0時得到的顯示色彩)并且透射的光只接受扭轉(zhuǎn)延遲板81的偏振效應時得到的最終顯示色彩為“綠色”。隨著作用在液晶屏30上的電壓的增加，顯示色彩以“白色”(初始顯示色彩)、“黃色”、“蘭色”、“黃色”、“蘭色”及“綠色”(最終顯示色彩)的次序改變。
通過以這一方式控制作用在液晶屏30上的電壓，上述彩色液晶顯示裝置的顯示色彩可以隨意地改變到上述色彩。
此外，上述彩色液晶顯示裝置只由四個部件構成，即，一個液晶分子扭轉(zhuǎn)準直的液晶屏30，一塊扭轉(zhuǎn)延遲板81，一塊偏振板41及一塊反射板43。因此，該裝置可用簡單的配置及低成本實現(xiàn)。
在上述實施例中，扭轉(zhuǎn)延遲板81是設置在液晶屏30與偏振板41之間的。然而，扭轉(zhuǎn)延遲板81也可設置在液晶屏30與反射板43之間。
第十一實施例如圖36中所示，彩色液晶顯示裝置是由一個TN型液晶屏30(其中的液晶分子是扭轉(zhuǎn)準直的)、一塊偏振板41及一塊反射板43構成的。偏振板41設置在液晶屏30的前表面?zhèn)壬?，而反射?3則設置在液晶屏30的后表面?zhèn)壬稀?br> 偏振板41粘合在液晶屏30的前表面?zhèn)壬系囊粔K基板(上基板)31的上表面上。反射板43粘合在液晶屏30的后表面?zhèn)壬系囊粔K基板(下基板)32的下表面上。偏振板41是這樣布置的，使其透射軸以一個預定的角與液晶屏30在鄰接于偏振板的基板(上基板)31側上的液晶分子準直方向斜交。
參見圖37，參照數(shù)字41a表示偏振板41的透射軸。在本實施例中，偏振板41的透射軸41a與液晶屏30在鄰接于偏振板的基板31側上的液晶分子準直方向31a之間的角差ψ設定為45°。
這一彩色液晶顯示裝置具有反射型，其中從該裝置的前表面?zhèn)热肷涞墓?自然光或來自照明源的光)被后表面?zhèn)壬系姆瓷浒?3反射以實現(xiàn)一個顯示操作。從前表面?zhèn)热肷涞墓馔ㄟ^偏振板41與液晶屏30并被反射板43反射。反射光通過液晶屏30與偏振板41而發(fā)出。此外，通過在液晶屏30的兩塊基板31與32的電極33與34之間作用一個電壓來驅(qū)動彩色液晶顯示裝置去執(zhí)行顯示操作。
在這一彩色液晶顯示裝置中，偏振板41的透射軸41a是從液晶屏30在鄰接于偏振板的基板31側上的液晶分子準直方向斜向偏轉(zhuǎn)一個預定的角的。因此，當液晶屏30的液晶分子38a為扭轉(zhuǎn)準直的時，通過偏振板41入射在液晶屏30上的線性偏振光由于液晶屏30的偏振效應而在通過液晶屏30的過程中變成橢圓偏振光。此外，該光被反射板43反射，并且在通過液晶屏30的過程中光的偏振狀態(tài)進一步改變。結果，已經(jīng)接受過兩次液晶屏30的偏振效應的光入射在偏振板41上。
當在液晶屏30的電極33與34之間作用一個電壓時，液晶分子38a的準直狀態(tài)從扭轉(zhuǎn)準直狀態(tài)改變到另一種狀態(tài)，在該狀態(tài)中它們是豎起/準直成垂直于基板31與32的表面的。隨著這一改變，液晶分子38a的偏振效應也改變。因此，已經(jīng)兩次接受液晶屏30的偏振效應的光成為與無電壓作用時設定的不同的偏振狀態(tài)，并且入射在偏振板41上。
當液晶分子38a近乎垂直地豎起時，液晶屏30的偏振效應成為0。結果，通過偏振板41入射在液晶屏30上的線性偏振光通過液晶屏30，其偏振狀態(tài)保持不變，并且被反射板43反射。反射光再次通過液晶屏30并入射在延遲板40上。
如果入射在偏振板41上的反射光是與初始入射時所得到的相同的線性偏振光，由于所有的波長成分都透射過偏振板41，發(fā)出的光成為無色光。如果入射在偏振板41上的反射光是橢圓偏振光，只有與偏振板41的透射軸相對應的波長成分才能透射過偏振板41。結果，發(fā)出的光成為彩色光。
如上所述，根據(jù)上述彩色液晶顯示裝置，透射光能被該簡單的配置變成彩色光，該簡單配置由一塊偏振板、一個TN型液晶屏及一塊反射板構成，不使用任何濾色片。因此，能夠極大地降低光透射過光學元件時引起的光損失，并且即使在反射型中也能得到充分明亮的彩色顯示。
在上述彩色液晶顯示裝置中，從該裝置發(fā)出的光的強度I由式(10)表示
u＝ (π△nd)/(φλ)當φ90°時u＝ (2△nd)/(λ)其中△n為液晶的折射率各向異性，d為液晶層厚度，λ為波長，而φ則為液晶分子的扭轉(zhuǎn)角。
從式(10)得出的光強度I幾乎是在執(zhí)行白色顯示時(即液晶屏30的液晶分子38a是垂直豎起/準直的并且發(fā)出的光成為無色光)入射在該顯示裝置上的所有波長成分(可見光)的強度的一半。此外，這一光強度I在可見光區(qū)段內(nèi)的所有波長成分上都是均勻的。因此，可以得到充分明亮的顯示。
在采用濾色片的傳統(tǒng)彩色液晶顯示裝置中，顯示色彩是由濾色片的顏色確定的。然而，在上述實施例的彩色液晶顯示裝置中，由液晶屏30的偏振效應得到的彩色光可以通過控制作用在液晶屏30上的電壓而加以改變。
圖38為上述彩色液晶顯示裝置的CIE色度圖。這一圖示出在液晶屏30的值△n·d設定為900nm時得到的色度。
如在這一色度圖中所示，隨著作用在液晶屏30上的電壓的增加，顯示色彩從無電壓作用的一種狀態(tài)中(即液晶分子38a是扭轉(zhuǎn)準直的)得到的初始顯示色彩改變到作用最大電壓的一種狀態(tài)中(即液晶分子38a是垂直豎起/準直的)得到的作為最終顯示色彩的“白色”。在這一過程中，可得到若干種具有高光強度I及高色純度的顯示色彩。
更具體地，在無電壓作用并且液晶分子38a為扭轉(zhuǎn)準直的一種狀態(tài)中的初始顯示色彩是“幾乎白色”的，而顯示色彩隨著電壓的增加以“幾乎白色”(初始顯示色彩)、“綠色”、“蘭色”、“黃色”以及“白色”(最終顯示色彩)的次序改變。
如上所述，通過控制作用在液晶屏30上的電壓，彩色液晶顯示裝置能夠隨意地將其顯示色彩改變成上述色彩。
此外，上述彩色液晶顯示裝置是只由三個部件構成的，即，一個具有扭轉(zhuǎn)準直的液晶分子的液晶屏30，一塊偏振板41及一塊反射板43。因此，該裝置可以用低成本的簡單配置實現(xiàn)。
在上述實施例中，偏振板41的透射軸41a與液晶屏30在鄰接于偏振板的基板31側上的液晶分子準直方向31a之間的角差ψ設定為45°。這一角差ψ不限于45°并可隨意地設定。然而，為了使用液晶屏30得到一個充分的彩色效果，最好將角差ψ設定為45±5°。
在第一至第十實施例中，延遲板的光軸三維上與鄰接的偏振板的透射軸相交的角(角差)ψ是設定為45°的。然而這一角差ψ不限于45°并可根據(jù)所要求的顯示色彩隨意設定。然而，為了使用延遲板得到一種滿意的彩色顯示效果，角差ψ最好設定為45°±5°。
第一至第十一實施例的所有裝置都是反射型顯示裝置。然而，本發(fā)明不局限于反射型并且可應用于不使用反射板的透射型彩色液晶顯示裝置或者采用半透射/反射板的彩色液晶顯示裝置而作為反射型與透射型兩者工作。
對于熟悉本技術者而言，其它的優(yōu)點與改型是顯而易見的。因此，廣義上本發(fā)明不局限于這些具體的細節(jié)、代表性設備及這里所示出與描述的示例。從而，可以作出各種改型而不脫離所附的權利要求書及它們的等效品所定義的總的發(fā)明性構思的精神與范圍。
(液晶屏的)△nd＝400nm
(液晶屏的)△nd＝400nm
權利要求
1.一種彩色液晶顯示裝置，包括一對基板，具有相對的表面，分別形成在相對的表面上的電極，以及分別形成以覆蓋所述電極的準直膜，所述準直膜經(jīng)受過在預定方向上的準直處理；形成在所述基板對之間的一個液晶層，該液晶層具有準直成以一個80°至120°的扭角從一塊基板扭轉(zhuǎn)到另一塊基板的液晶分子；設置在所述基板對外側以夾住所述基板的一對偏振板，該偏振板對分別具有用于線性地偏振入射光的透射軸；設置在所述偏振板對之間的一塊延遲板，使得由所述延遲板的光軸與所述偏振板中鄰接的一塊的透射軸所定義的一個角成為45°±5°，該光軸在所述延遲板的一個平面方向上，沿該光軸的折射率為最大；以及電壓作用裝置，連接到所述電極上，用于改變作用在所述液晶層上的電壓以改變透射過所述液晶層的光的偏振狀態(tài)，從而改變透射過在出射側上的所述偏振板的光的色彩。
2.根據(jù)權利要求1的一種裝置，還包括另一塊設置在所述偏振板對之間的延遲板。
3.根據(jù)權利要求2的一種裝置，其中所述另一塊延遲板是設置在所述延遲板與所述偏振板對中與之鄰接的一塊之間的。
4.根據(jù)權利要求2的一種裝置，其中所述另一塊延遲板是設置成鄰接于所述基板中的一塊的，這一塊基板是在所述延遲板鄰接的所述基板的對側上的。
5.根據(jù)權利要求1的一種裝置，還包括一塊反射板，所述反射板設置在所述偏振板對中的一塊的外側。
6.根據(jù)權利要求5的一種裝置，還包括另一塊設置在所述偏振板對之間的延遲板。
7.根據(jù)權利要求6的一種裝置，其中所述另一塊延遲板是設置在所述延遲板與鄰接于它的所述偏振板之間的。
8.根據(jù)權利要求6的一種裝置，其中所述另一塊延遲板是設置在相對于所述基板對的所述延遲板的對側上的。
9.根據(jù)權利要求1的一種裝置，還包括另一塊偏振板，設置在所述延遲板與所述基板中與之鄰接的一塊之間，用于顯示至少“黑色”。
10.根據(jù)權利要求1的一種裝置，其中所述延遲板為滿足nx＞nz＞ny的一種延遲板，其中nx、nz與ny分別為光軸方向上、在所述延遲板的一個平面方向中垂直于該光軸方向的一個方向上及在厚度方向上的折射率。
11.根據(jù)權利要求1的一種裝置，其中所述延遲板為一塊扭轉(zhuǎn)延遲板，具有準直成從一個表面扭轉(zhuǎn)至另一表面的物質(zhì)分子。
12.根據(jù)權利要求1的一種裝置，其中所述電極為形成諸如要顯示的一個字符或圖形圖案的一種特定形狀的段電極。
13.根據(jù)權利要求12的一種裝置，其中所述電壓作用裝置包括驅(qū)動電壓生成裝置，用于生成具有不同幅度的多個電壓;色彩選擇信號發(fā)生裝置，用于根據(jù)顯示數(shù)據(jù)生成一個色彩選擇信號;顯示信號發(fā)生裝置，用于生成一個對應于顯示數(shù)據(jù)的顯示信號;以及顯示驅(qū)動裝置，用于根據(jù)色彩選擇信號選擇一個驅(qū)動電壓，并使用顯示信號與選定的驅(qū)動電壓形成一個驅(qū)動波形。
14.根據(jù)權利要求1的一種裝置，還包括有規(guī)則地布置在所述基板的一塊上的象素電極，以及與所述各象素電極對應布置的薄膜晶體管，各所述薄膜晶體管具有一個連接到所述象素電極中對應的一個上的源電極、連接到用于提供顯示信號的一條信號線上的一個漏電極以及連接到用于提供掃描信號的一條掃描線上的一個門電極。
15.一種彩色液晶顯示裝置，包括一對基板，具有相對的表面，電極分別形成在相對的表面上，以及分別形成以覆蓋所述電極的準直膜，所述準直膜已經(jīng)過在預定方向上的準直處理;一個液晶層，形成在所述基板對之間并具有準直為以一個80°至120°的扭角從一塊基板扭轉(zhuǎn)到另一塊基板的液晶分子;一塊偏振板，設置在所述基板對中一塊基板的外側并具有一條透射軸，用于線性偏振入射光;一塊反射板，設置在相對于所述基板對的所述偏振板的相對一側上;一塊延遲板，設置在所述偏振板與所述反射板之間并具有一條光軸，在所述延遲板的一個平面方向中沿該光軸的折射率是最大的，所述延遲板是這樣布置的，使得由該光軸與所述偏振板的透射軸所定義的一個角為45°±5°;及電壓作用裝置，連接到所述電極上，用于改變作用在所述液晶層上的電壓以改變透射過所述液晶層的光的偏振狀態(tài)，從而改變透射過出射側上的所述偏振板的光的色彩。
16.根據(jù)權利要求15的一種裝置，還包括另一塊延遲板，設置在所述偏振板與所述反射板之間。
17.根據(jù)權利要求16的一種裝置，其中所述另一塊延遲板是設置在所述延遲板與所述偏振板之間的。
18.根據(jù)權利要求16的一種裝置，其中所述另一塊延遲板是設置在相對于所述基板對的所述延遲板的對側上的。
19.根據(jù)權利要求15的一種裝置，還包括另一塊偏振板，設置在所述延遲板與所述基板中與之相鄰接的一塊之間，用于顯示至少黑色。
20.根據(jù)權利要求15的一種裝置，其中所述延遲板為滿足nx＞nz＞ny的一種延遲板，其中nx、nz與ny分別為光軸方向、在所述延遲板的一個平面方向中與光軸垂直的一個方向及厚度方向上的折射率。
21.根據(jù)權利要求15的一種裝置，其中所述延遲板為一種扭轉(zhuǎn)延遲板，具有準直為從一個表面扭轉(zhuǎn)到另一表面的物質(zhì)分子。
22.根據(jù)權利要求15的一種裝置，其中所述電極為形成諸如要顯示的一個字符或圖形圖案的一種特定形狀的段電極。
23.根據(jù)權利要求22的一種裝置，其中所述電壓作用裝置包括驅(qū)動電壓生成裝置，用于生成具有不同同幅值的多個電壓;色彩選擇信號發(fā)生裝置，用于根據(jù)顯示數(shù)據(jù)生成色彩選擇信號;顯示信號發(fā)生裝置，用于生成對應于顯示數(shù)據(jù)的顯示信號;以及顯示驅(qū)動裝置，用于根據(jù)色彩選擇信號選擇一個驅(qū)動電壓并使用顯示信號與選定的驅(qū)動電壓形成一個驅(qū)動波形。
24.根據(jù)權利要求15的一種裝置，還包括有規(guī)則地布置在所述基板對中的一塊基板上的象素電極，以及與所述各象素電極對應布置的薄膜晶體管，各所述薄膜晶體管具有連接到所述象素電極中對應的一個的一個源電極、連接到用于提供顯示信號的一條信號線上的一個漏電極、及連接到用于提供掃描信號的一條掃描線上的一個門電極。
25.一種彩色液晶顯示裝置，包括一對基板，具有相對的表面，分別形成在相對的表面上的電極，以及分別形成以覆蓋所述電極的準直膜，所述準直膜已經(jīng)過在預定方向上的準直處理;一個液晶板，形成在所述基板對之間，并具有準直成以80°至120°的扭角從一塊基板扭轉(zhuǎn)到另一塊基板的液晶分子;一塊偏振板，布置在所述基板對中的一塊基板的外側，并具有一條透射軸用于線性偏振入射光，所述偏振板是這樣布置的，使得由對所述鄰接基板上的所述準直膜進行的準直處理的方向與透射軸所定義的一個角為45°±5°;一塊反射板，設置在相對于所述基板對的所述偏振板的對側上;以及電壓作用裝置，連接到所述電極上，用于改變作用在所述液晶層上的電壓以改變透射過所述液晶層的光的偏振狀態(tài)，從而改變透射過出射側上的所述偏振板的光的色彩。
全文摘要
一對偏振板設置在由在80°至120°的一扭角上扭轉(zhuǎn)準直的液晶構成的TN型液晶屏兩側。一延遲板設置在偏振板之一與液晶屏間，該延遲板光軸以45°角與鄰接的偏振板的透射軸相交。偏振板對如此布置，使其透射軸互相平行。液晶屏如此布置，使延遲板光軸以45°角與鄰接于該延遲板的基板側的液晶分子的準直方向相交。一液晶驅(qū)動電路連到液晶屏上，用于改變液晶上的電壓以改變透過液晶的光的偏振狀態(tài)，從而改變發(fā)出光的色彩。
文檔編號G02F1/139GK1094167SQ9410231
公開日1994年10月26日 申請日期1994年3月12日 優(yōu)先權日1993年3月12日
發(fā)明者西野利晴, 西田八壽史, 高橋政之 申請人:卡西歐計算機公司