專利名稱：液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用從反射層反射的光產(chǎn)生顯示的液晶顯示裝置，尤其涉及黑白顯示顏色二者均是消色差顏色以及在白色顯示狀態(tài)中反射率高和在黑色顯示狀態(tài)中反射率低的液晶顯示裝置。
同其它類型的顯示器相比液晶顯示器既薄又輕，被廣泛地使用在各種應(yīng)用領(lǐng)域中，包括便攜信息終端的顯示器。液晶顯示器含有液晶盒作為接收光型顯示元件。液晶盒本身并不發(fā)射光，而是通過受1至9伏工作電壓的驅(qū)動而改變其透光特性產(chǎn)生顯示。于是，利用裝在液晶下方的反射器反射環(huán)境光而顯示圖象的反射模式液晶顯示器屬于功耗極低的顯示裝置。眾所周知，如果在液晶顯示裝置中采用超扭曲向列(STN)液晶盒，那么，液晶顯示裝置的價格可以下降，因為液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)可以得到簡化。
通常，STN反射型液晶顯示器利用光學(xué)雙折射，而扭曲向列(TN)反射型液晶顯示器利用光學(xué)旋轉(zhuǎn)本領(lǐng)。因此，在STN反射型液晶顯示器中，光學(xué)補償是困難的，因為出射光的偏振狀態(tài)隨液晶層中雙折射量而改變。正如圖9所示，現(xiàn)有的STN反射型液晶顯示裝置1包括夾在兩個偏振片4和5之間的液晶盒3，以增強光學(xué)補償。在如圖9所示的液晶顯示裝置1中，相位延遲板6插在液晶盒3與第一偏振片4之間。第二偏振片5位于反射器7與液晶盒3之間。液晶盒3是通過將液晶層8夾在兩個透明基板9和10之間而構(gòu)造的。每個基板9，10包括形成基板底座的對準薄膜和電極。
當利用彩色濾光片構(gòu)造為彩色顯示器時，采用兩個偏振片的反射型液晶顯示裝置1涉及到由于與彩色濾光片相關(guān)的光損耗難以獲得足以提供充足顯示亮度的光學(xué)反射率。此外，在反射型液晶顯示裝置1中，由于兩個偏振片4和5安裝在液晶盒3的外側(cè)，反射器7也不得不安裝在液晶盒3的外側(cè)。結(jié)果，由于在第二偏振片5一側(cè)上存在液晶盒3的基板10，引起光損耗。
在利用兩個偏振片的反射型液晶顯示裝置1中，厚度約1mm的基板10和厚度約0．2mm的第二偏振片5并插在反射器7和與液晶層8之間。因此，當光斜入射在圖9的液晶顯示裝置1上時，正如

圖10所示，被反射的入射光通過的象素不同于入射光進入液晶盒時通過的象素。在這種情況中，如果透視觀看反射型液晶顯示裝置1，那么，將會看到引起視差，以致于被顯示物體的陰影16投影在反射器7上。由這種視差引起的可視能力差也是圖9的反射型液晶顯示裝置1的問題。
鑒于以上情況，正如圖11所示，提出一種液晶顯示裝置11，其中省略了一種偏振片，以實現(xiàn)對應(yīng)于的省略一個偏振片的亮度的提高。在圖11中，采用相同的參考標號表示與圖9相同的構(gòu)成元件，這里將不給出其示例性描述。在圖11的反射型液晶顯示裝置中，僅在與反射器相對的液晶盒3的側(cè)面上安排一個偏振片4，第二偏振片5被省略。申請人在日本未審定專利公報JP-A7-84252(1995)中提議了一種反射型液晶顯示裝置，它僅有一個偏振片，其特征在于在液晶盒3中提供反射器7。具體圖11所示結(jié)構(gòu)的反射型液晶顯示裝置11因此能夠消除由于在第一偏振片5一側(cè)存在液晶盒3的基板10而引起的光損耗的問題。在日本未審定專利公報JP-A 10-161110(1998)和JP-A 10-170906(1998)也揭示了反射器7設(shè)置在液晶盒3中的這種反射型液晶顯示裝置。在圖11的反射型液晶顯示裝置中，由于在液晶層8與反射器7之間不存在基板底座和第二偏振片5，還解決了由視差引起的可視能力差的問題。
圖12A是說明在圖9所示的具有兩個偏振片的反射型液晶顯示裝置1中如何出現(xiàn)光損耗的示意圖。圖12B是說明在圖11所示的具有單個偏振片的反射型液晶顯示裝置11中如何減少光損耗的示意圖。假設(shè)每個偏振片的光的透射率為45％，平行于偏振片吸收軸的偏振分量的透射率為0％，給出對圖12A和12B的解釋。此外，在圖12A和12B的解釋中，不考慮進入彩色濾光片的光吸收。在圖12A和12B的例子中，在正交于偏振片吸收軸的偏振分量中，它占入射光的50％，10％被偏振片所吸收，這意味著每個偏振片，正交于吸收軸的偏振分量的透射率是90％。
在圖9所示的采用兩個偏振片的反射型液晶顯示裝置1中，由于裝置1上的入射光是在總共四次通過偏振片后從其出射的，因此反射率為32．8％，正如由表達式(1)表示的。另一方面，在圖1所示的僅采用一個偏振片以及反射器設(shè)置在液晶盒3中的反射型液晶顯示裝置11中，裝置11上的入射光是在兩次通過偏振片后從其出射的，因此，反射率為40．5％，正如表達式(2)表示的。正如從以上結(jié)果看出的，僅有一個偏振片的反射型液晶顯示裝置11比具有兩個偏振片的反射型液晶顯示裝置1在反射率上具有提高約23．5％的潛力。
圖9所示的液晶顯示裝置的反射率=0．9×0．9×0．9×0．9×50％=32．8％(1)圖11所示的液晶顯示裝置的反射率=0．9×0．9×50％=40．5％(2)然而，在僅有一個偏振片和一個反射器的液晶顯示裝置11中，省略一個偏振片使得光學(xué)補償變得更困難，引起應(yīng)當為白或黑的顯示背景顏色漂移。具體地說，在利用光學(xué)雙折射的STN液晶盒的情況中，與利用光學(xué)旋轉(zhuǎn)本領(lǐng)的TN液晶盒的情況相比，顏色漂移變得明顯。在采用STN液晶盒和具有單個偏振片的反射型液晶顯示裝置11中，顏色漂移是必須要解決的一個主要問題。
日本未審定專利公報JP-A 4-97121(1992)揭示了解決具有單個偏振片的反射型液晶顯示裝置中的顏色漂移問題。JP-A 4-97121中揭示的反射型液晶顯示裝置除了形成液晶盒的液晶外包括至少一個光學(xué)各向異性層，以便消除當顯示裝置以反射STN模式工作時出現(xiàn)的顏色漂移。光學(xué)各向異性層是利用單軸定向聚合物薄膜實現(xiàn)的，其作用象相位延遲層一樣。當從液晶顯示裝置的水平方向增加視角時，液晶盒的摩擦方向是這樣確定的，單軸定向薄膜的取向方向，即相位延遲層的延遲軸可以安排成平行于顯示屏的水平方向。當增大液晶顯示裝置的對比度時，摩擦方向是這樣確定的，延遲軸可以安排成平行于顯示屏的垂直方向。在JP-A 4-97121中，偏振片的吸收軸與相位延遲板的延遲軸的角度與液晶層和相位延遲層的延遲值的組合分別是(18°，810nm，310nm)，(11°，730nm，370nm)，或者(75°，690nm，360nm)。
本申請人在JP-A 7-84252中還揭示了一種通過消除在具有單個偏振片的反射型液晶顯示裝置上顯示中間色調(diào)時出現(xiàn)的顏色漂移而消除顯示顏色色差的技術(shù)。為了防止由液晶的雙折射特性引起的顏色漂移，JP-A 7-84252中揭示的反射型液晶顯示裝置除了形成液晶盒的液晶外還包括光學(xué)相位補償構(gòu)件，它是由至少一個光學(xué)各向異性層形成的相位延遲板。使液晶的延遲值、光學(xué)相位補償構(gòu)件的延遲值、偏振片的偏振軸方向、光學(xué)相位補償構(gòu)件的延遲軸方向和液晶分子的取向方向?qū)崿F(xiàn)最佳化，以防止在顯示中間色調(diào)時出現(xiàn)的顏色漂移。在JP-A 4-84252中，偏振片的吸收軸與相位延遲板的延遲軸的角度與液晶層和相位延遲層的延遲值的組合分別是(85°，650nm，350nm)和(25°，650nm，350nm)。
為了使采用單個偏振片和相位延遲板的這種反射型液晶顯示裝置11最佳化，以下的最佳化理論一般是公知的。當液晶層的延遲值dΔn與相位延遲板的延遲值之間的差約為四分之一波長的整數(shù)倍(對于所有的可見光波長)時，那么，光在偏振片與反射器之間往返行程的光程差約為二分之一波長的整數(shù)倍(對于可見光的每一個波長)。因此，理論上光被偏振片阻擋或者透射。于是，采用分別具有以上定義的延遲值的相位延遲板和偏振片的反射型液晶顯示裝置能夠產(chǎn)生低反射率的理想暗顯示狀態(tài)或高反射率的理想亮顯示狀態(tài)。
反射液晶顯示器的以上最佳化理論對于液晶盒中液晶分子均勻?qū)实那闆r早就已知，正如日本未審定公報JP-A 6-337414(1994)中描述的。在JP-A6-337414中所揭示的液晶顯示裝置中，液晶盒中的液晶分子是對準的，提供與180°至270°扭轉(zhuǎn)角度對準的TN液晶分子，即STN對準，以便消除基于以上最佳化理論最佳化的反射型液晶顯示裝置對觀看角度的依賴性。在JP-A 6-337414中所揭示的液晶顯示裝置中，偏振片的吸收軸與相位延遲板的延遲軸的角度與液晶層和相位延遲層的延遲值的組合分別是(0°，1090nm，320nm)或(90°，1090nm，320nm)，即吸收軸和延遲軸彼此平行或者正交。
本申請人在日本未審定專利公報JP-A 7-146469(1995)中還提出一種基于以上最佳化理論的具有單個偏振片和相位延遲板的反射型液晶顯示裝置。在JP-A 7-146469中所揭示的液晶顯示裝置中，偏振片安排在液晶盒的一側(cè)，反射器安排在液晶盒的另一側(cè)，作為相位延遲板的四分之一波片插在反射器與液晶盒另一側(cè)之間。在這個液晶顯示裝置中，使液晶的延遲值、偏振片的偏振軸方向、四分之一波片的延遲軸方向和液晶分子的長軸方向最佳化，以消除顏色漂移和同時改善對比度。這種液晶顯示裝置當在液晶層上施加電壓，以致于液晶層中的雙折射量變?yōu)榧s等于四分之一波長時產(chǎn)生白顯示，當在液晶層上施加電壓，以致于液晶層中的雙折射量變?yōu)榧s等于0時產(chǎn)生黑顯示。
日本未審定專利公報JP-A 10-123505(1998)揭示了一種防止由基于以上最佳化理論設(shè)計的反射型液晶顯示裝置的液晶層中雙折射量對波長依賴性引起的顏色漂移的技術(shù)。JP-A 10-123505中所揭示的液晶顯示裝置包括安排在液晶盒一側(cè)上的偏振片、放置在液晶層與液晶盒另一側(cè)基板之間的反射器和置于偏振片與液晶盒一側(cè)之間的作為相位延遲板的補償板，對液晶層作光學(xué)補償。補償板是這樣構(gòu)造的，即補償板中雙折射率量對波長的依賴性與液晶層中雙折射量對波長的依賴性相匹配，液晶層中雙折射量對波長的依賴性被補償層所抵消。這種補償板是利用單軸定向薄膜實現(xiàn)的。在JP-A 10-123505中，偏振片的吸收軸與補償板的延遲軸的角度為45°或135°。
如上所述，利用單個偏振片的反射型液晶顯示裝置采用由單個單軸定向薄膜形成的相位延遲板，防止顏色漂移。能夠由一個單軸定向薄膜獲得的防止顏色漂移的補償效應(yīng)小于消除液晶顯示器中顏色漂移所要求的補償效應(yīng)。日本未審定專利公報JP-A 10-170906(1998)、JP-A 10-232390(1998)、JP-A 9-292610(1997)和JP-A 9-43596(1997)揭示了采用兩個或多個相位延遲板防止顏色漂移的反射型液晶顯示裝置。這種兩個或多個相位延遲板各由單個相位延遲層構(gòu)成，與通過將多個相位延遲層一個堆疊在另一個上并將這些層組合成單個板而構(gòu)成的這種相位延遲板不同。當利用兩個或多個相位延遲板時，液晶顯示裝置的總成本隨所用的相位延遲板的數(shù)目的增加而增大。于是，采用單個相位延遲板的這種液晶顯示裝置能夠節(jié)省制造成本，因此與采用兩個或多個相位延遲板的這種裝置相比在成本上是有利的。
對于上述的原因，采用單個相位延遲板和單個偏振片的這種液晶顯示裝置現(xiàn)在受到關(guān)注，正在進行深入研究工作，目標是使采用單個偏振片和單個相位延遲板的這種液晶顯示裝置進一步最佳化。然而，在利用單個偏振片和單個相位延遲板構(gòu)造的液晶顯示裝置的情況中，尤其是采用STN液晶盒的液晶顯示裝置中，當單個相位延遲板是由單個液晶層形成時，對雙折射量對波長依賴性的光學(xué)補償變困難。由于這一原因，在以上引用的專利公報中所揭示的任何液晶顯示裝置在白顯示的亮度、對比度和黑白顯示顏色的消色差上，并不能達到令人滿意的實用水平。
本發(fā)明的目的是提供一種液晶顯示裝置，包括單個偏振層和單個相位延遲層，利用反射光，能夠?qū)崿F(xiàn)明亮的白色顯示和高對比度，同時實現(xiàn)黑白顯示彩色的消色差。
本發(fā)明提供一種液晶顯示裝置，包括僅讓入射光的線性偏振分量透過的單個偏振層，所述線性偏振分量在預(yù)定方向上偏振；對光產(chǎn)生反射的反射層；
設(shè)置在偏振層與反射層之間的單個相位延遲層；及設(shè)置在偏振層和反射層之間的液晶層，其中，將相位延遲層的延遲值ReF選為約等于入射光波長λ的第(1／4+K／2)倍(這里K是不小于0的整數(shù))；液晶層的厚度d1與光學(xué)各向異性Δn1的乘積d1×Δn1選為約等于入射光波長λ的第(1／2+L／2)倍(這里L不小于0的整數(shù))；及偏振層的吸收軸與相位延遲層的延遲軸之間的夾角Δφ選為大于0°且小于45°，或者大于45°且小于90°。
根據(jù)本發(fā)明，液晶顯示裝置除了液晶層和反射層外還包括單個偏振層和單個相位延遲層。調(diào)節(jié)液晶顯示裝置中包括液晶層和相位延遲層的這部分的光學(xué)特性，以致于當入射光的波長為550nm時線性偏振光變?yōu)榻咏鼒A偏振的狀態(tài)。
如此構(gòu)造的液晶顯示裝置通過利用從反射層反射的光產(chǎn)生顯示，而校正光學(xué)雙折射的效應(yīng)。在液晶顯示裝置中，相位延遲層延遲值ReF設(shè)定為約等于(1／4+K／2)λ，液晶層的厚度d1與光學(xué)各向異性Δn1的乘積d1×Δn1設(shè)定為約等于(1／2+L／2)λ，偏振層的吸收軸與相位延遲層的延遲軸之間的夾角Δφ設(shè)定為0°＜Δφ＜90°(這里Δφ≠45°)。采用這一配置，入射光的偏振狀態(tài)，當通過相位延遲層時變?yōu)樯僭S偏離圓偏振的狀態(tài)，以致于最佳偏振狀態(tài)的光到達反射層的液晶層一側(cè)表面。Δφ≠45°的原因是，如果Δφ=45°，通過相位延遲層的光的偏振狀態(tài)為圓偏振，在這種情況中，通過液晶層的偏振狀態(tài)由于雙折射的效應(yīng)將偏離最佳狀態(tài)(理論上，圓偏振)。因此，與具有單個偏振層和單個相位延遲層的現(xiàn)有液晶顯示裝置相比，本發(fā)明的液晶顯示裝置實現(xiàn)了能夠增大白色顯示亮度、改善對比度和讓黑白顯示狀態(tài)在消色差顏色中的特性。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，液晶顯示裝置除了液晶層和反射層外還包括單個偏振層和單個相位延遲層，包含液晶層和相位延遲層的部分具有這樣的光學(xué)特性，即讓通過的線性偏振光轉(zhuǎn)換為接近圓偏振的狀態(tài)。因此，液晶顯示裝置實現(xiàn)了增大白色顯示的亮度、改善對比度、以及讓黑白顯示狀態(tài)保持在消色差顏色中。為了實現(xiàn)這種特性，在液晶顯示裝置中，相位延遲層的延遲值ReF設(shè)定為約等于(1／4+K／2)λ，液晶層的厚度d1與光學(xué)各向異性Δn1的乘積d1×Δn1設(shè)定為約等于(1／2+L／2)λ，偏振層的吸收軸與相位延遲層的延遲軸之間的夾角Δφ設(shè)定為0°＜Δφ＜90°(這里Δφ≠45°)。采用這一配置，液晶顯示裝置能夠可靠地實現(xiàn)增大白色顯示的亮度、改善對比度和讓黑白顯示狀態(tài)在消色差顏色中的特性。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，相位延遲層設(shè)置在液晶層與偏振層之間是較佳的，通過偏振層和相位延遲層的入射光處于接近于圓偏振的橢圓偏振狀態(tài)中。
根據(jù)本發(fā)明，施加在液晶顯示裝置的包括偏振層和延遲層的部分中的偏離圓偏振的量是相對較小的，入射光通過偏振層，然后通過相位延遲層，作為橢圓偏振光出射，偏振狀態(tài)略偏離圓偏振。因此，顯示所采用的光在它到達反射層的液晶層一側(cè)前可以設(shè)定為進一步最佳化的狀態(tài)。于是，液晶顯示裝置能夠進一步改善對比度和增強消色差。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，偏振層的吸收軸與相位延遲層的延遲軸之間的夾角Δφ選擇在40°±3°的范圍內(nèi)是較佳的。
根據(jù)本發(fā)明，在液晶顯示裝置中，吸收軸與延遲軸之間的夾角Δφ設(shè)定約為40°。采用這一配置，能夠使落在最靠近液晶層的表面上反射層的光的偏振狀態(tài)進一步最佳化，因此，液晶顯示裝置能夠提供最佳的高對比度和實現(xiàn)最佳的消色差。設(shè)定允許±3°的原因是，最佳值會依賴于液晶層的延遲值、相位延遲層的延遲值、和底部基板上液晶分子的定向軸與偏振層的吸收軸之間的夾角而變化。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，較佳地，液晶層形成為超扭曲向列層，液晶層中液晶分子的扭轉(zhuǎn)角選擇為180°或更大，液晶層的厚度d1與光學(xué)各向異性Δn1的乘積d1×Δn1在入射光的波長λ為550nm的情況中選擇為大于760nm和小于860nm。
根據(jù)本發(fā)明，液晶顯示裝置構(gòu)造成利用雙折射產(chǎn)生顯示的STN液晶顯示裝置。液晶層是這樣設(shè)計的，即液晶層的厚度d1與光學(xué)各向異性Δn1的乘積d1×Δn1對于550nm的入射光波長，大于760nm但小于860nm，在該波長上視覺感最高。其原因如下。如果當入射光波長為550nm時乘積d1×Δn1為760nm或更小或者860nm或更大，那么，乘積d1×Δn1遠偏離二分之一波長的整數(shù)倍。結(jié)果，與二分之一波片提供的相同效應(yīng)變得難以在液晶層中獲得，因此，液晶顯示裝置的對比度降至實用水平之下。如果當入射光波長為550nm時乘積d1×Δn1大于760nm且小于860nm，乘積d1×Δn1變?yōu)榧s等于二分之一波長的整數(shù)倍，結(jié)果，液晶顯示裝置能夠提供足夠的對比度，以供實際使用。液晶層的延遲值允許設(shè)定容限的原因是，最佳值有些根據(jù)偏振層的吸收軸與相位延遲層的延遲軸之間的夾角Δφ、相位延遲層的延遲值、以及底部基板上液晶分子的定向軸與偏振層的吸收軸之間的夾角而變化。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，較佳地，液晶層形成為超扭曲向列層，液晶層中液晶分子的扭轉(zhuǎn)角度選擇為180°或更大，液晶層的厚度d1與光學(xué)各向異性Δn1的乘積d1×Δn1當入射光的波長λ為550nm時選擇為在770nm至856nm的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，液晶顯示裝置構(gòu)造為STN型液晶顯示裝置。液晶層是這樣設(shè)計的，即液晶層的厚度d1與光學(xué)各向異性Δn1的乘積d1×Δn1對于550nm的入射光不小于770nm，但是不大于856nm。采用這一配置，液晶顯示裝置能夠?qū)崿F(xiàn)2或更高的對比度，提供實際使用的最佳顯示質(zhì)量。如果乘積小于770nm或大于856nm，那么，對比度將進一步下降。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，較佳地，液晶層形成為超扭曲向列層，液晶層中液晶分子的扭轉(zhuǎn)角度選擇為180°或更大，相位延遲層的延遲值ReF當入射光的波長λ為550nm時選擇為大于360nm和小于450nm。
根據(jù)本發(fā)明，液晶顯示裝置構(gòu)造成利用雙折射產(chǎn)生顯示的STN液晶顯示裝置。相位延遲層是這樣形成的，即對于550nm的入射光波長，相位延遲層的延遲值ReF大于360nm但是小于450nm，在該波長上視覺感最高。其原因如下。如果當入射光波長是視覺感最高的550nm，相位延遲層的延遲值ReF是360nm或更小或者450nm或更大，相位延遲層的延遲值遠偏離四分之一波長的第(2L+1)倍，結(jié)果，液晶顯示裝置的對比度下降到實用水平以下。如果入射光的波長為550nm時相位延遲層的延遲值大于360nm和小于450nm，相位延遲層的延遲值變?yōu)榧s等于四分之一波長的第(2L+1)倍，結(jié)果，液晶顯示裝置能夠提供實際使用的足夠?qū)Ρ榷?。設(shè)定相位延遲層的延遲值容限的原因在于，最佳值會依賴于偏振層的吸收軸與相位延遲層的延遲軸之間的夾角Δφ、液晶層的延遲值和底部基板上液晶分子的定向軸與偏振層的吸收軸之間的夾角略有變化。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，較佳地，液晶層形成為超扭曲向列層，液晶層中液晶分子的扭轉(zhuǎn)角度選擇為180°或更大，當入射光的波長λ為550nm時，相位延遲層的延遲值ReF選擇為365nm至445nm的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，液晶顯示裝置構(gòu)造為STN液晶顯示裝置。相位延遲層是這樣設(shè)計的，即相位延遲層的延遲值ReF對于視覺感最高的550nm的入射光在365nm至445nm的范圍內(nèi)。采用這一配置，液晶顯示裝置能夠?qū)崿F(xiàn)2或更高的對比度，提供實際使用的最佳顯示質(zhì)量。如果延遲值小于365nm或者大于445nm，那么，對比度將進一步降低。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，較佳地，液晶層形成為超扭曲向列層，液晶層中液晶分子的扭轉(zhuǎn)角度選擇為180°或更大，位于最靠近反射層的液晶分子的取向方向與偏振層的吸收軸之間的夾角θ選擇在-10°至+10°的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，液晶顯示裝置構(gòu)造為利用雙折射產(chǎn)生顯示的STN液晶顯示裝置。偏振層和液晶層是這樣設(shè)計的，即偏振層的吸收軸與位于最靠近反射層的液晶分子的取向方向之間的夾角θ不小于-10°但是不大于+10°。其原因如下。如果吸收軸與取向方向之間的夾角θ在-10°至+10°的范圍以外，當給液晶層施加ON電壓時以及當施加OFF電壓時的顏色漂移變得明顯，顯示質(zhì)量不能滿足實用水平。如果吸收軸與取向方向之間的夾角θ設(shè)定在-10°至+10°的范圍內(nèi)，在ON電壓施加時以及在OFF電壓施加時出現(xiàn)的顏色漂移能夠被降低到足夠低的實際使用的水平。設(shè)定±10°容限范圍的原因在于，最佳值會依賴于偏振層的吸收軸與相位延遲層的延遲軸之間的夾角Δφ、液晶層的延遲值、和相位延遲層的延遲值略有變化。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，較佳地相位延遲層是單軸取向薄膜。
根據(jù)本發(fā)明，將單軸取向薄膜用作相位延遲層。其作用是降低相位延遲層的成本。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，較佳地，液晶顯示裝置進一步包括將液晶層夾在當中的兩個基板，和設(shè)置液晶層與兩個基板中任何一個之間的反射層。
根據(jù)本發(fā)明，液晶顯示裝置包括兩個基板，反射層設(shè)置在液晶層與兩個基板中任何一個之間。采用這一配置，液晶顯示裝置能夠減輕存在基板而引起的液晶顯示裝置的總反射率下降以及降低與基板厚度相關(guān)的視差。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，較佳地，液晶顯示裝置進一步包括對光產(chǎn)生散射的散射層，它設(shè)置在液晶層的最靠近偏振層的一側(cè)，使反射層的最靠近液晶層的一側(cè)平面化。
根據(jù)本發(fā)明，由于液晶顯示裝置中的反射層被平面化，反射層還能夠用作電極。此外，由于由鏡面表面反射的光的正反射分量在觀察方向上能夠被散射層適當?shù)厣⑸?，液晶顯示裝置的表觀亮度增大。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，較佳地，相位延遲層設(shè)置在偏振層與液晶層之間，散射層設(shè)置在相位延遲層與液晶層之間。
根據(jù)本發(fā)明，以偏振層、相位延遲層、散射層和液晶層的這一次序從液晶顯示裝置的項部到底部層疊起來。在如此構(gòu)成的液晶顯示裝置中，由于來自散射層分背散射被減少，由散射引起的液晶顯示裝置的顯示模糊能夠被減輕。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，較佳地，反射層是僅對一部分入射光產(chǎn)生反射而讓其余部分的光通過的半透光層。
根據(jù)本發(fā)明，液晶顯示裝置構(gòu)造成將反射型液晶顯示裝置的特性與透光型液晶顯示裝置的特性相組合的半透光型液晶顯示裝置。于是，當不存在從其一側(cè)入射到液晶層的光時，液晶顯示裝置能夠利用從反射器背后進入液晶層的光產(chǎn)生顯示。例如，當將背照光源安裝在反射層的與液晶層相對的一側(cè)上時，如果不能提供環(huán)境光，也能夠使用液晶顯示裝置。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，較佳地，液晶顯示裝置進一步包括有選擇地僅透射入射光的圓偏振分量的圓偏振選擇層，該圓偏振選擇層設(shè)置在液晶層的最靠近反射層的一側(cè)上。
根據(jù)本發(fā)明，當液晶顯示裝置為半透光型時，從其相反一側(cè)進入液晶層的光已經(jīng)被圓偏振選擇層限定為圓偏振。當利用通過反射層的光產(chǎn)生顯示時，通過該反射層的光必須被最佳化，以致于入射光作為圓偏振光從反射層的最靠近液晶層一側(cè)而出射，與采用被反射層反射的光進行顯示的情況相似。采用這一配置，不僅當利用被反射層反射的光產(chǎn)生顯示時，而且當利用通過反射層的光產(chǎn)生顯示時，液晶顯示裝置能夠?qū)崿F(xiàn)增大白色顯示的亮度、改善對比度和讓黑白顯示狀態(tài)在消色差顏色中的特性。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，較佳地，圓偏振選擇層包括四分之一波片層和偏振層，僅讓入射光的線性偏振分量透過并在預(yù)定方向上偏振，四分之一波片層設(shè)置在偏振層與液晶層之間。
根據(jù)本發(fā)明，當液晶顯示裝置為半透光型時，圓偏振選擇層在光通過反射層和從其相對一側(cè)進入液晶層前能夠可靠地將入射光限定為圓偏振光。結(jié)果，通過反射層進入液晶層的光能夠被可靠地限定為接近于圓偏振的偏振狀態(tài)。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，較佳地，圓偏振選擇層是反射入射光中右旋圓偏振分量或是反射左旋圓偏振分量，而讓其它分量通過的圓偏振選擇反射層。
根據(jù)本發(fā)明，圓偏振選擇層將入射光分解為右旋圓偏振分量和左旋圓偏振分量，反射其中的任何一個分量，而讓其它分量通過，于是，液晶顯示裝置為半透光型，通過反射層進入液晶層的光能夠被可靠地限定為圓偏振。
從以下結(jié)合附圖所作的詳細描述中，本發(fā)明的其它的和進一步的目的、特征和優(yōu)點將是顯而易見的，其中圖1是截面示意圖，表明根據(jù)本發(fā)明第一個實施例的反射型液晶顯示裝置31的結(jié)構(gòu)。
圖2是表明圖1中液晶顯示裝置31的各個組成元件的排列條件的圖。
圖3是表明在評價液晶顯示裝置31的實驗中如何改變偏振片的吸收軸AP與最靠近反射層的液晶分子的長軸方向之間夾角θ的圖。
圖4是截面示意圖，表明根據(jù)本發(fā)明第二個實施例的反射型液晶顯示裝置61的結(jié)構(gòu)，其中第二電極還起反射層的作用。
圖5A和5B是截面示意圖，表明反射型液晶顯示裝置67和68的結(jié)構(gòu)，每個裝置進一步包括散射層，其中第二電極構(gòu)造成也起反射層的作用。
圖6A和6B是截面示意圖，表明根據(jù)本發(fā)明第三實施例的半透光型液晶顯示裝置71和72的結(jié)構(gòu)，每個裝置進一步包括圓偏振選擇層。
圖7A和7B是說明圖6A和6B所示液晶顯示裝置的反射型顯示模式中驅(qū)動顯示象素的原理示意圖。
圖8A和8B是說明圖6A和6B所示液晶顯示裝置的透光型顯示模式中驅(qū)動顯示象素的原理示意圖。
圖9是截面示意圖，表明具有兩個偏振層的現(xiàn)有技術(shù)反射型液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)。
圖10是說明斜入射在圖9所示液晶顯示裝置上的光的特性圖。
圖11是截面示意圖，表明具有單個偏振層的現(xiàn)有技術(shù)反射型液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)。
圖12A和12B是示意圖，說明圖9和11所示的液晶顯示裝置中驅(qū)動顯示象素的原理。
現(xiàn)在參考附圖，描述本發(fā)明的較佳實施例。
圖1是截面示意圖，說明根據(jù)本發(fā)明第一實施例的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)。液晶顯示裝置31包括至少一個液晶層33、單個偏振層34、單個相位延遲層35和反射層36。偏振層34設(shè)置在液晶層33的一面38上。反射層36設(shè)置在液晶層33的另一面39上。相位延遲層35設(shè)置在偏振層34與反射層36之間。較佳地，液晶層33由能夠提供雙折射效應(yīng)的液晶形成。液晶顯示裝置31在設(shè)置偏振層34一側(cè)的最外側(cè)表面起液晶顯示裝置31的顯示表面51的作用。液晶顯示裝置31在設(shè)置反射層36一側(cè)的最外側(cè)表面是背面51A。
在所有的入射光分量中，只有在指定方向上偏振的線偏振分量允許通過偏振層34。反射層36對通過偏振層34、相位延遲層35和液晶層33的光產(chǎn)生反射。反射光通過液晶層33，然后通過相位延遲層35，根據(jù)通過相位延遲層后的偏振狀態(tài)，決定光是通過偏振層34或是被其吸收。對每個象素從相位延遲層出射的反射光的偏振狀態(tài)是通過施加在液晶層33上的電壓確定的。用這種方法，液晶顯示裝置31通過利用從反射層36反射的光產(chǎn)生顯示。
液晶顯示裝置31從液晶層33到相位延遲層35部分的光學(xué)特性是這樣的，從上述相位延遲層35進入的線偏振光在其從這部分出射前被轉(zhuǎn)換為圓偏振光。為了實現(xiàn)這，可調(diào)節(jié)三個參數(shù)，即液晶層33的延遲值ReL、相位延遲層35的延遲值ReF和偏振層34吸收軸AP與相位延遲層35延遲軸AP之間的夾角Δφ中的至少一個。
液晶層33的延遲值ReL選為約等于值CReL。CReL是液晶層33的延遲值的參考值，基于進入液晶顯示裝置31的光的波長λ和不小于0的整數(shù)L由表達式(3)確定。正如由表達式(4)表示的，液晶層的延遲值ReL等于液晶層的厚度d1與光學(xué)各向異性Δn1的乘積。相位延遲層35的延遲值ReF選為約等于值CReF。CReF是相位延遲層35的延遲值的參考值，基于進入液晶顯示裝置31的光的波長λ和不小于0的整數(shù)K由表達式(5)確定。正如由表達式(6)表示的，相位延遲層35的延遲值ReR等于相位延遲層的厚度d2與光學(xué)各向異性Δn2的乘積。表達式(5)中的整數(shù)K可以設(shè)定為等于或不同于表達式(3)中的整數(shù)L。
圖2是構(gòu)成液晶顯示裝置31的液晶層33、偏振層34和相位延遲層35的排列條件的說明圖。圖2表明從觀察者觀看時，即從顯示表面51上面觀看時的液晶顯示裝置31。在本說明書中，當測量兩個軸的角度時，沿從反射層36到偏振層34的指定方向?qū)实囊壕Х肿拥呐まD(zhuǎn)方向取為正。在液晶顯示裝置31中預(yù)先定義參考軸AC。在圖2中，液晶分子的扭轉(zhuǎn)方向由箭頭ARR1表示。箭頭ALH表示位于最靠近液晶層一側(cè)38的液晶分子的長軸方向。箭頭ALL表示位于最靠近液晶層另一側(cè)39的液晶分子的長軸方向。箭頭ΩLC表示形成液晶層33的液晶的扭轉(zhuǎn)角。在圖1的例子中，位于最靠近液晶層另一側(cè)39的液晶分子的長軸方向ALL與參考軸AC的夾角φLCL為-30°。
正如以以下的表達式(7)表示的，偏振層34的吸收軸AP與相位延遲層35的延遲軸AF之間的夾角Δφ由吸收軸AP與參考軸AC的角度φP與延遲軸AF與參考軸AC的角度φF之間的差限定的。偏振層吸收軸AP與相位延遲層延遲軸AF之間的夾角稱為“延遲／吸收夾角”。延遲／吸收夾角Δφ選為在表達式(8)表示的預(yù)定角度范圍內(nèi)，即大于0°和小于45°，或者大于45°和小于90°。
Δφ=|φP-φF| (7)0°＜Δφ＜45°或45°＜Δφ＜90°(8)偏振層34吸收軸AP與位于最靠近液晶層另一側(cè)39的液晶分子的長軸方向ALL的角度θ，正如由表達式(9)表示的，等于吸收軸AP與參考軸AC的角度φP與長軸方向ALL與參考軸AC的角度φLCL之間的差。偏振層吸收軸AP與位于最靠近液晶層另一側(cè)的液晶分子的長軸方向ALL的角度稱為“長軸／吸收夾角”。較佳地，長軸／吸收夾角θ選為在±10度之內(nèi)的值，正如由表達式(10)表示的。
θ=φLCL-φP (9)-10°≤θ≤+10℃ (10)再參考圖1，由本發(fā)明實現(xiàn)的利用反射光產(chǎn)生顯示的液晶顯示裝置包括半透光型液晶顯示裝置以及反射型液晶顯示裝置，反射型液晶顯示裝置包括前光型液晶顯示裝置。在圖1的例子中，液晶顯示裝置31構(gòu)造為產(chǎn)生單色顯示的直接矩陣反射型液晶顯示裝置。
在圖1的例子中，液晶顯示裝置31包含液晶盒41，液晶層33限定在液晶盒41內(nèi)。偏振層34和反射層36設(shè)置的液晶盒41的外側(cè)，而相位延遲層35介于偏振層34與液晶盒41之間。
除了液晶層33外，液晶盒41包括第一基板43、第二基板44、第一對準薄膜45、第二對準薄膜46、第一電極陣列47和第二電極陣列48。第一基板43和第二基板44彼此相對設(shè)置在液晶層33上。第一對準薄膜45設(shè)置在最靠近液晶層33一側(cè)38的位置中。第二對準薄膜46設(shè)置在最靠近液晶層33另一側(cè)39的位置中。第一電極陣列47設(shè)置在第一基板43與第一對準薄膜45之間。第二電極陣列48設(shè)置在第二基板44與第二對準薄膜46之間。分別位于最靠近液晶層一側(cè)38和另一側(cè)39的液晶分子的長軸方向ALH和ALL分別由設(shè)置在最靠近一側(cè)38和另一側(cè)39的第一和第二對準薄膜45和46控制。
象素形成在液晶盒41的經(jīng)各自對準薄膜45和46將液晶層33夾在第一電極陣列47與第二電極陣列48之間的部分中(從顯示表面51這一側(cè)看)。利用與特定象素相關(guān)的第一和第二電極47和48，在對應(yīng)于該象素的液晶層33的部位上施加一電壓，其幅度根據(jù)象素顯示狀態(tài)預(yù)先確定。在以下給出的描述中，在黑顯示模式這為驅(qū)動該象素所施加的電壓稱為“OFF電壓”在白顯示模式這為該驅(qū)動象素所施加的電壓稱為“ON電壓”。至少，第一基板43、第一電極陣列47和第一對準薄膜45和第二對準薄膜46是透光的。在圖1的例子中，第二基板44和第二電極陣列48也是透光的。透明的第二電極陣列稱為“第二透明電極陣列”。
以下將詳細描述圖1的直接陣列單色反射型液晶顯示裝置31的構(gòu)成元件。第一基板43和第二基板44各由玻璃基板形成。相位延遲層35是利用由聚碳酸酯形成的單軸定向相位延遲板實現(xiàn)的。反射層36是利用通過在無光的PET(對苯二甲酸乙二醇聚酯)上蒸鍍銀形成的銀反射體實現(xiàn)的。第一電極陣列47和第二電極陣列48各由ITO(氧化銦錫)形成的多個條帶電極組成。每個第一電極47的線寬度為60微米，任何兩個相鄰第一電極47之間的間隔為15微米。每個第二電極48的線寬度為90微米，任何兩個相鄰第二電極48之間的間隔為15微米。從顯示表面51一側(cè)看，第一和第二電極47和48的縱向方向彼此成直角定向，以致于第一與第二電極47與48之間的交叉點以矩陣圖案排列，每個交叉點與分子扭轉(zhuǎn)的位置重合。液晶層33的厚度為6微米。液晶層33由向列混合液晶材料與添加于其的左旋手性劑形成。第一和第二對準薄膜45和46各利用通過摩擦聚酰亞胺基薄膜而形成的聚酰亞胺基對準薄膜實現(xiàn)的。第一和第二對準薄膜45和46的取向方向是這樣確定的，液晶提供240°扭轉(zhuǎn)角。因此液晶層33以STN模式產(chǎn)生作用。本發(fā)明液晶顯示裝置的各個元件的具體構(gòu)成不限于以上所描述的特定例子。
在包括單個偏振層、單個相位延遲層和反射層的現(xiàn)有技術(shù)的液晶顯示器中，白色顯示的亮度、對比度和黑白顯示彩色的消色差未能滿足實用的令人滿意的水平。為了克服基于理論的現(xiàn)有技術(shù)的這些問題，本發(fā)明人進行了第一至第四個實驗(以下將描述)，通過研究這些實驗結(jié)果獲得了液晶顯示裝置31的最佳化的最佳條件。
在每次實驗中，通過僅改變待評價的參數(shù)制備了多個液晶顯示裝置作為例子，對于每個例子，測量了對比度Co、黑色顯示狀態(tài)中的色調(diào)和白色顯示狀態(tài)中的色調(diào)、相位延遲層35的延遲值ReF和液晶層35的延遲值ReL，作為表示液晶顯示裝置的顯示狀態(tài)的參數(shù)。在每個樣品液晶顯示裝置的構(gòu)成元件中，與評價參數(shù)不相關(guān)的這些元件在構(gòu)造上與參考圖1所描述的相應(yīng)元件是相同的。
對于對比度Co的測量，采用漫射光作為入射光，在兩個不同條件下測量以相對于直接視線2°角度從裝置31顯示表面51內(nèi)10mm直徑區(qū)出射的反射光，一個在ON電壓施加期間，另一個在OFF電壓施加期間。獲得在ON電壓施加時的反射率LON與在OFF電壓施加時的反射率LOFF的比率，LON／LOFF。取當比率LON／LOFF最大時在ON電壓施加時的反射光量與在OFF電壓施加時的反射光量的比率作為該樣品的對比度Co。當施加ON電壓時象素顯示為白，而當施加OFF電壓時顯示為黑。反射率是從液晶顯示裝置出射的反射光量與入射在液晶顯示裝置上的光量之比。
對于色調(diào)的測量，采用漫射光作為入射光，測量以相對于直接視線2°角度從10mm直徑區(qū)出射的反射光在CIE色度空間中評價測量反射光。利用旋轉(zhuǎn)分析儀方法測量液晶層的延遲值ReL，未給液晶層施加電壓。利用旋轉(zhuǎn)分析儀方法還測量相位延遲層的延遲值。此后，除非另有具體說明外，測得的液晶層的延遲值ReL是當入射光的波長λ為589nm時的測量值，測得的相位延遲層的延遲值ReF是當入射光的波長λ為550nm時的測量值。在所有的可見光波長中，550nm是視覺感最高的波長。589nm的波長是測量液晶層的延遲值ReL時常采用的波長。液晶層的延遲值ReL和相位延遲層的延遲值ReF二者都依賴于色散。
表1表明各個樣品的詳細設(shè)計參數(shù)。表2表明了在第一至第四實驗中各個樣品的顯示狀態(tài)的測量結(jié)果。
表1 *1偏振片的吸收軸相對于相位延遲板的延遲軸的夾角△φ(°)*2液晶層的延遲ReL(λ=589nm)*3相位延遲層的延遲ReF(λ=550nm)*4底部基板上液晶分子的取向軸相對于偏振片的吸收軸的夾角θ(°)
表2 以下將描述第一個實驗。在第一個實驗中，采用了六個液晶顯示裝置作為第一至第六個樣品。第一至第六個樣品是這樣構(gòu)造的，延遲／吸收夾角△φ在不同樣品之間是不同的，液晶層和相位延遲層的延遲值ReL和ReF以及長軸／吸收夾角θ對所有樣品而言是相同的。表1表明了第一至第六個樣品的詳細設(shè)計參數(shù)。延遲／吸收夾角△φ對于第一和第二樣品為45°。對于第三至第六樣品，延遲／吸收夾角△φ從45°逐步減小。在這種情況中，偏振層34的吸收軸AP的角度φP對于各個樣品是不同的，而維持相位延遲層35的延遲軸AF的角度串φF對于所有的樣品是相同的。在第一和第三個至第六樣品中相位延遲板35是利用由聚碳酸酯制成的單軸取向板實現(xiàn)的，而在第二個樣品中相位延遲板35是利用由Nitto Denko制造的四分之一波片構(gòu)造的。
在第一至第六個樣品中，當入射光的波長λ為550nm時，測得的相位延遲層的延遲值ReF是395nm。當整數(shù)K為1和波長λ為550nm時，表達式(3)中的參考值CReF(1，550)最接近相位延遲層的395nm延遲值。在第一至第六個樣品中，當入射光的波長λ為589nm時測得的液晶層33的延遲值ReL為808nm，當入射光的波長λ為550nm時為823nm。在第一至第六個樣品中，長軸／吸收夾角θ設(shè)定在0．0°。當整數(shù)L為2和波長λ為550nm時，表達式(2)中的參考值CReL(2，550)最接近液晶層的823nm延遲值。
CReF(1，550)=(1／4+1／2)×550[nm]=412．5[nm](11)CReL(2，550)=(1／2+2／2)×550[nm]=825[nm] (12)第一樣品中的延遲／吸收夾角Δφ設(shè)定為45°。即，第一樣品是液晶顯示裝置，其中相位延遲層35是四分之一波片，四分之一波片的延遲軸與偏振層的吸收軸AP的夾角Δφ為45°。正如表2所示，在第一樣品中，象素在ON電壓施加時的色調(diào)從白向黃漂移，而象素在OFF電壓施加時的色調(diào)從黑向紫漂移。盡管實現(xiàn)了大于2的對比度，第一個樣品并不理想，因為出現(xiàn)這種顏色漂移。第一個樣品的對比度小于第四個樣品的對比度5．1，得到第一至第五個樣品的最佳顯示結(jié)果。對比度“2”是下限值，低于它，在液晶顯示裝置中出現(xiàn)可視能力問題。在本說明書中所描述的實驗中，采用對比度“2”作為評價參考值。
當相位延遲層35是四分之一波片以及延遲／吸收夾角Δφ為45°時，入射光通過偏振層34和相位延遲層35變?yōu)閳A偏振光。進入液晶層33的圓偏振光是橢圓偏振的，因為液晶層所呈現(xiàn)的雙折射效應(yīng)，產(chǎn)生的橢圓偏振光落在反射層上。在第一個例子中，假設(shè)由于被反射層36反射的光是橢圓偏振光，在ON電壓施加時應(yīng)當為白的象素顏色漂移為黃色調(diào)，在OFF電壓施加時應(yīng)當為黑的象素色調(diào)漂移為紫色調(diào)。這表示，在反射型液晶顯示裝置中，如果在校正象素色調(diào)的同時實現(xiàn)足夠的對比度，需要從其相對另一側(cè)39進入液晶層33的反射光是圓偏振光。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，如果顏色漂移是唯一考慮的問題，那么，延遲／吸收夾角Δφ應(yīng)當基本設(shè)定為大于0°和小于90°的值，但是不是45°。如果延遲／吸收夾角Δφ是O°或者90°，那么，在任何一種情況中，將難以提高對比度同時防止顏色漂移。
由于第一樣品中所采用的相位延遲層是由聚碳酸酯制成的，這一相位延遲層呈現(xiàn)色散。在第二樣品中，采用寬帶四分之一波片代替聚碳酸酯相位延遲層，重復(fù)了與第一樣品進行的相同的評價測試。結(jié)果表明，與第一樣品相比，在ON電壓施加時的象素色調(diào)明顯地從白向黃漂移，在OFF電壓施加時的象素色調(diào)變?yōu)榧t而不是黑。此外，第二樣品的對比度Co是1．9，劣于第一樣品的對比度。
基于表2所示的第一和第三至第六樣品的測量結(jié)果，研究了液晶顯示裝置的顯示狀態(tài)對延遲／吸收夾角Δφ的依賴關(guān)系。在延遲／吸收夾角Δφ不小于40．0°的范圍內(nèi)，正如從第一、第三和第四樣品的測量結(jié)果看出的，在ON電壓施加時的白色調(diào)的帶黃色和在OFF電壓施加時的黑色調(diào)的帶紫色(帶紅色)二者隨延遲／吸收夾角Δφ的減小而減小和對比度Co增大。正如從第四樣品的測量結(jié)果看出的，當延遲／吸收夾角Δφ為40°時，在ON電壓施加時和OFF電壓施加時的顏色漂移被減至最小，對比度Co為最大。在延遲／吸收夾角Δφ小于40．0°的范圍中，正如從第五和第六樣品的測量結(jié)果所能看出的，當延遲／吸收夾角Δφ減小時，在ON電壓施加時的白色調(diào)變?yōu)楦{，在OFF電壓施加時的黑色變?yōu)椴磺逦?，對比度Co減小。
從以上研究的結(jié)果可以看出，當延遲／吸收夾角Δφ接近40°，白色顯示以及黑色顯示中的顏色漂移變小而對比度Co增大。于是，延遲／吸收夾角Δφ較佳地設(shè)定為盡可能接近40°，對于最佳結(jié)果，最好設(shè)定在40°上。當延遲／吸收夾角Δφ設(shè)定在40°，圖1的液晶顯示裝置31能夠同時實現(xiàn)最佳的高對比度和最佳的消色差，因為入射光在其落在反射層36表面上之前能夠被偏振為更加合適的偏振狀態(tài)。
延遲／吸收夾角Δφ設(shè)定在約40°是較佳的。更具體地說，延遲／吸收夾角Δφ不一定要限制為40°，而是可以設(shè)定在接近40°的任何合適值，例如38°或42°，只要它大于0°且小于90°，但不等于45°。延遲／吸收夾角Δφ的允許范圍是以40°為中心的預(yù)定范圍，40°±3°認為是允許的。
接著，將描述第二個實驗。第二個實驗的目的是研究液晶顯示裝置的顯示狀態(tài)對液晶層的延遲值ReL的依賴性。在第二個實驗中，采用四個液晶顯示裝置作為第七至第十個樣品。第七至第十個樣品是這一構(gòu)造的，即液晶層的延遲值ReL在不同樣品之間是不同的，相位延遲層的延遲值ReF、延遲／吸收夾角Δφ和長軸／吸收夾角θ對于所有樣品是相同的。對于第七至第十個樣品，液晶層的延遲值ReL逐步增大。在第七至第十個樣品中，測得的相位延遲層的延遲值ReF為395nm。在第七至第十個樣品中，延遲／吸收夾角Δφ設(shè)定在40°，而長軸／吸收夾角θ設(shè)定為0．0°。表1表明了第七至第十個樣品的詳細設(shè)計參數(shù)。
基于表2中所示的第七至第十個樣品的測量結(jié)果，研究了液晶顯示裝置的顯示狀態(tài)對液晶層的延遲值ReL的依賴性。正如結(jié)果表明的，最高的對比度Co是由第八樣品獲得的，即當入射光的波長為589nm時液晶層的延遲值ReL為782nm的液晶顯示裝置。當液晶層的延遲值ReL小于782nm時，對比度Co隨延遲值ReL增大而增大。當液晶層的延遲值ReL等于或大于782nm時，對比度Co隨延遲值ReL增大而減小。當液晶層的延遲值ReL在755nm至836nm的范圍內(nèi)時，對比度Co恒定地維持在2或更高。因此，可以看出，當液晶層的延遲值ReL在755nm至836nm的最佳范圍內(nèi)時，液晶顯示裝置31能夠提供最佳對比度，足夠的可視能力。755nm至836nm的范圍，這是當入射光的波長λ為589nm時液晶層的延遲值ReL的最佳范圍，等效于入射光的波長λ為550nm時770nm至856nm的范圍。
第二實驗的結(jié)果表明，第八個樣品的設(shè)定條件是最佳條件。參考第二實驗的結(jié)果，將看出，當設(shè)定條件與第九個樣品的設(shè)定條件不同時，對比度單調(diào)減小。如果基于第二實驗的結(jié)果經(jīng)驗地估測對比度的允許范圍，據(jù)估計，液晶層的延遲值ReL大于740nm但小于840nm時能夠獲得可視對比度。這是可以推測的，因為利用液晶層33獲得由二分之一波片提供的相同效應(yīng)，因為液晶層的延遲值ReL變?yōu)榧s等于二分之一波長的整數(shù)倍。如果液晶層的延遲值ReL是740nm或更小或者840nm或更大，假設(shè)對比度Co將未達到實用水平。這是可以推測的，因為由二分之一波片提供的相同效應(yīng)變?yōu)殡y以用液晶層33獲得，由于液晶層的延遲值ReL遠偏離二分之一波長的整數(shù)倍。由于這些原因，液晶層的延遲值ReL設(shè)定為大于740nm且小于840nm是較佳的。大于740nm和小于840nm的范圍，這是當入射光的波長λ為589nm時液晶層的延遲值ReL的可允許范圍，等效于當入射光的波長λ為550nm時時大于760nm和小于860nm值的范圍。
接著，將描述第三個實驗。第三個實驗的目的是研究液晶顯示裝置的顯示狀態(tài)對相位延遲層的延遲值ReF的依賴性。在第三個實驗中，采用六個液晶顯示裝置作為第11至第16個樣品。第11至第16個樣品是這樣構(gòu)造的，相位延遲層的延遲值ReF在不同樣品之間是不同的，液晶層的延遲值ReL、延遲／吸收夾角Δφ和長軸／吸收夾角θ對所有樣品是相同的。對于第11至第16個樣品，相位延遲層的延遲值ReF逐步增大。在第11至第16個樣品中，測得的液晶層的的延遲值ReL當入射光的波長λ為589nm時為808nm，當入射光的波長λ為550nm時為823nm。在第11至第16個樣品中，延遲／吸收夾角Δφ設(shè)定為40°，而長軸／吸收夾角θ設(shè)定為0．0°。表1表明了第11至第16個樣品的詳細設(shè)計參數(shù)。
基于表2中所示的第11至第16個樣品的測量結(jié)果，研究了液晶顯示裝置的顯示狀態(tài)對相位延遲層的延遲值ReF的依賴關(guān)系。正如結(jié)果所示，對于入射光波長λ為550nm，當相位延遲層的延遲值ReF為395nm時，對比度Co最高。當相位延遲層的延遲值ReF小于395nm時，對比度Co隨延遲值ReF增大而增大。當相位延遲層的延遲值ReF等于或大于395nm時，對比度Co隨延遲值ReF增大而減小。只要相位延遲層的延遲值ReF維持在365nm至445nm的范圍內(nèi)，對比度Co恒定地維持在2或更大。因此，可以看出，當相位延遲層的延遲值ReF在365nm至445nm的最佳范圍內(nèi)時，液晶顯示裝置31能夠為足夠可視能力提供最佳對比度。
第三個實驗的結(jié)果表明，第14個樣品的設(shè)定條件是最佳條件。參考第三實驗的結(jié)果，將會看出，對比度隨設(shè)定條件偏離第14個樣品的設(shè)定條件而單調(diào)減小。如果基于第三實驗的結(jié)果經(jīng)驗地估計對比度的允許范圍，可以預(yù)計，當相位延遲層的延遲值ReF大于360nm和小于450nm時能夠獲得可察覺的對比度。
這是可以推測的，因為相位延遲層的延遲值ReF變?yōu)榧s等于四分之一波長的第(2K+1)倍。如果相位延遲層的延遲值ReF是360nm或更小或者450nm或更大，可以假設(shè)對比度Co將下降到實用水平以下。這是可以推測的，因為相位延遲層的延遲值ReF遠偏離四分之一波長的第(2K+1)倍。對于這些原因，可以看出，相位延遲層的延遲值ReF較佳地設(shè)定為大于360nm且小于450nm。
如上所述，本發(fā)明人首先獲得了當光落在液晶層33的表面上時待偏振的入射光通過偏振層34和相位延遲層35進入接近圓偏振狀態(tài)的條件。然后，通過略微改變從第一樣品獲得的條件，本發(fā)明人獲得了當光到達反射層36時待偏振的入射光通過偏振層34、相位延遲層35和液晶層33進入理想偏振狀態(tài)的條件。理想偏振狀態(tài)這里是指能夠防止顏色漂移和改善對比度的偏振狀態(tài)，更具體地，是指圓偏振或者接近圓偏振的偏振。
從以上實驗結(jié)果可以看出，如果相位延遲層35在結(jié)構(gòu)上靠近四分之一波片，以及如果液晶層33在結(jié)構(gòu)上靠近二分之一波片，那么，當光到達反射層36時已經(jīng)使入射光的偏振狀態(tài)最佳化。四分之一波片是如此構(gòu)造的相位延遲層，即其延遲值設(shè)定為等于由表達式(5)定義的參考值CReF，其延遲軸與偏振層的吸收軸成45°角。
為了構(gòu)造在結(jié)構(gòu)上接近四分之一波片的相位延遲層，偏振層34的吸收軸AP與相位延遲層35的延遲軸之間的夾角Δφ應(yīng)當偏離45°，相位延遲層35的延遲值ReF應(yīng)當設(shè)定為約等于CReF。照這么做，入射光通過相位延遲層的偏振狀態(tài)變?yōu)槁云x圓偏振的狀態(tài)。為了構(gòu)造在結(jié)構(gòu)上接近二分之一波片的液晶層33，液晶層的延遲值應(yīng)當設(shè)定為約等于CReL。然后，偏振狀態(tài)略偏離圓偏振的從相位延遲層出射的光通過液晶層33而最佳化。
較佳地，相位延遲層的延遲值ReF設(shè)定為在參考值CReF的±15％內(nèi)的某個值，正如由以下表達式(13)表示的。其原因如下。例如，當整數(shù)K為1以及光的波長λ為550nm時，對相位延遲層的延遲值的參考值CReF給出為412．5nm。根據(jù)第二實驗的結(jié)果，當整數(shù)K為1以及光的波長λ為550nm時，相位延遲層的延遲值ReF應(yīng)當設(shè)定為大于360nm但是小于450nm，因此，相位延遲層的延遲值ReF應(yīng)當設(shè)定為412．5nm±50nm，正如以下表達式(14)表示的。為此，較佳地相位延遲層的延遲值ReF設(shè)定為在參考值CReF．的±15％之內(nèi)的某個值。
CReF×85％≤ReF≤CReF×115％ (13)REF=412．5nm±50nm(14)較佳地，液晶層的延遲值ReL設(shè)定為在參考值CReL的±10％之內(nèi)的某個值，正如由以下表達式(15)表示的。其原因如下。例如，當整數(shù)L為2以及光的波長λ為550nm時，對液晶層的延遲值的參考值CReL給出為825nm。根據(jù)第三實驗的結(jié)果，當整數(shù)L為2以及光的波長λ為550nm時，液晶層的延遲值ReL應(yīng)當設(shè)定為大于760nm但是小于860nm，因此，液晶層的延遲值ReL應(yīng)當設(shè)定為825nm±70nm，正如以下表達式(16)表示的。為此，較佳地液晶層的延遲值ReL設(shè)定為在參考值CReL的±10％之內(nèi)的某個值。
CReL×90％＝ReL≤CReL×110％ (15)
ReL=825nm±70nm (16)如果相位延遲層35和液晶層33設(shè)計成滿足上述最佳條件，液晶顯示裝置31能夠?qū)崿F(xiàn)比現(xiàn)有的液晶顯示裝置更明亮的白色顯示和更高的對比度，同時實現(xiàn)黑白顯示顏色的消色差。具體地，當液晶顯示裝置31是利用液晶的雙折射特性產(chǎn)生顯示的STN液晶顯示裝置時，白色顯示的亮度能夠進一步增大，因此進一步改善對比度，同時進一步保證黑白顯示顏色的消色差。
在圖1的液晶顯示裝置31中，通過偏振層34和相位延遲層35，入射光被轉(zhuǎn)換為橢圓偏振光，其狀態(tài)接近于圓偏振光的狀態(tài)。其原因如下。在具有單個偏振層、單個光學(xué)補償層和反射層以及利用四分之一波片作為光學(xué)補償層的液晶顯示裝置的情況中，理論上進入液晶顯示裝置的環(huán)境光當它通過偏振層時首先被限定為線性偏振。線性偏振光通過四分之一波片被變?yōu)閳A偏振光。圓偏振光通過液晶層不發(fā)生改變，因此圓偏振光到達反射層。然而，實際上，四分之一波片中的雙折射量具有僅對四分之一波片材料的波長依賴性，同樣，液晶層中的雙折射量也具有僅對液晶層材料的波長依賴性；結(jié)果，在以上結(jié)構(gòu)的液晶顯示裝置中，到達反射層的光的偏振狀態(tài)偏離理想的偏振狀態(tài)，即光不是可見光波長區(qū)內(nèi)的圓偏振光。鑒于此，在本實施例中，通過有意地使通過光學(xué)補償層的光的偏振狀態(tài)偏離理論狀態(tài)，可使到達反射層的光的偏振狀態(tài)最佳化。為此，入射光當通過相位延遲層35時被轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓偏振光，其狀態(tài)接近圓偏振光的狀態(tài)。偏離圓偏振的偏移量取決于相位延遲層35的結(jié)構(gòu)，由液晶的雙折射效應(yīng)的程度確定。由于從相位延遲層出射的入射光是橢圓偏振光，其狀態(tài)接近圓偏振光的狀態(tài)，被反射層36表面所反射的入射光的偏振狀態(tài)被進一步最佳化。結(jié)果，液晶顯示裝置31能夠進一步改善對比度，通過進一步降低黑白顯示狀態(tài)中的顏色漂移能夠?qū)崿F(xiàn)消色差。
接著將描述第四實驗。第四實驗的目的是研究液晶顯示裝置的顯示狀態(tài)對長軸／吸收夾角θ的依賴性。在第四實驗中，采用五個液晶顯示裝置作為第17至第21個樣品。第17至第21個樣品是如此構(gòu)造的，即長軸／吸收夾角θ在不同樣品之間是不同的，液晶層和相位延遲層的延遲值ReL和ReF以及延遲／吸收夾角Δφ對所有樣品是相同的。表1給出第17至第21個樣品的詳細設(shè)計參數(shù)。正如圖3所示，長軸／吸收夾角θ通過改變樣品與樣品之間的偏振層34吸收軸AP的角度φP同時維持位于最靠近液晶層另一側(cè)39的液晶分子的長軸方向ALL的角度φLCL固定而改變。相位延遲層35的延遲軸AF的角度φF對于每個特定樣品是這樣設(shè)定的，即每個樣品具有相等的延遲／吸收夾角Δφ。在第17至第21個樣品中，測得的相位延遲層的延遲值ReF為395nm。在第17至第21個樣品中，入射光的波長λ為589nm時，測得的液晶層的延遲值ReL是808nm。每個樣品中的延遲／吸收夾角Δφ設(shè)定為40°。
基于第17至第21樣品的測量結(jié)果，研究了液晶顯示裝置的顯示狀態(tài)對長軸／吸收夾角θ的依賴關(guān)系。在長軸／吸收夾角θ的正值范圍內(nèi)，對比度Co隨長軸／吸收夾角θ的絕對值增大而減小，在ON電壓施加時色調(diào)向帶紅色調(diào)漂移。在長軸／吸收夾角θ的負值范圍內(nèi)，對比度Co隨長軸／吸收夾角θ的絕對值增大而增大，在OFF電壓施加時色調(diào)向帶藍色調(diào)漂移。這表明長軸／吸收夾角θ的更接近于0°的絕對值是更理想的。當長軸／吸收夾角θ小于-10°或大于+10°時，在ON電壓施加以及在OFF電壓施加時的顏色漂移增大到超出實用水平。當長軸／吸收夾角θ在-10°至+10°的范圍內(nèi)時，在ON電壓施加時以及OFF電壓施加時的顏色漂移降低到足夠低的水平，可供實際使用。從以上結(jié)果可以看出可視能力，長軸／吸收夾角θ的允許范圍為-10°至+10°，0°是最佳的長軸／吸收夾角θ。
較佳地，相位延遲層35是利用單軸取向薄膜實現(xiàn)的，即相位延遲薄膜例如由單軸拉伸的聚合物薄膜形成的。其作用是降低相位延遲薄膜的成本。
基于黑白液晶顯示裝置，對本實施例作了描述和評價，其中沒有設(shè)置彩色濾光片層，反射層36設(shè)置在第二基板的外側(cè)。然而，本發(fā)明的液晶顯示裝置并未對反射層的位置強加任何特定制約。于是，反射層36不一定位于液晶盒31的外側(cè)，而是可以形成在液晶盒31當中。作為本發(fā)明的第二實施例，將描述反射層36形成在液晶盒31內(nèi)的液晶顯示裝置。
當反射層36形成在液晶盒31內(nèi)時，反射層36原則上置于液晶層33與第二基板44之間。其作用是降低光的損耗，因為至少第二基板44位于入射光和反射光的光路外側(cè)。當反射層36位于液晶盒31中時，液晶顯示裝置31不僅能夠緩解由第二基板44引起的液晶顯示裝置的反射率退化的問題，而且還能夠緩解與第二基板44厚度有關(guān)的視差。
在液晶盒31中形成反射層36時，通過將其設(shè)計成具有光反射的功能，可以將要設(shè)置在液晶層33另一側(cè)39上的元件構(gòu)造成還起反射層36的作用。如果反射層36和另一側(cè)39上任一元件作為單個元件一起形成而不是分別形成的話，那么，可以節(jié)省制造液晶顯示裝置31中所消耗的材料，并能使液晶顯示裝置31的制造過程簡化，其作用是降低液晶顯示裝置的成本。
圖4是說明根據(jù)本發(fā)明第二實施例的液晶顯示裝置61的結(jié)構(gòu)的截面示意圖，其中第二電極陣列64構(gòu)造成還起反射層36的作用。圖4的液晶顯示裝置61與圖1的液晶顯示裝置31的不同之處在于，在液晶盒63中形成的第二電極陣列64提供有反射功能，因此，反射層36被省略。具有反射功能的第二電極陣列稱為“反射第二電極陣列”。除后者的第二透明電極陣列48被反射第二電極陣列64替代以外，圖4中的液晶盒63在結(jié)構(gòu)上與圖1的液晶盒41是相同的。除了第二電極陣列64外，圖4的液晶顯示裝置61的構(gòu)成元件在結(jié)構(gòu)上與圖1的液晶顯示裝置31的相應(yīng)元件是相同的。在圖4的例子中，第二基板44不必一定是透明的。在圖4的液晶顯示裝置61中，由于反射第二電極陣列64還起反射層的作用，能夠降低液晶顯示裝置的成本。在本說明書中，在以下給出的對每個液晶顯示裝置的描述中，采用相同參考標號表示與以前描述過的液晶顯示裝置中這些元件相同的元件，將不作詳細描述。
當?shù)诙姌O陣列64構(gòu)造成還起反射層作用時，如果通過刻蝕在其上形成凸起和凹陷部分，給反射第二電極陣列64提供光散射效應(yīng)，那么，由于電極幾何形狀的非均勻性，施加于液晶層的電場將變?yōu)榉蔷鶆虻?。為了防止電場的非均勻性，需要將反射第二電極64的表面平面化。更具體地，需要將反射第二電極64形成為鏡面反射層。當對反射第二電極64的表面平面化時，較佳地液晶顯示裝置61進一步包括具有光散射特性的散射層。在液晶顯示裝置61中，這種散射層應(yīng)當比反射第二電極陣列64更靠近顯示表面51。散射薄膜是由具有光散射特性的薄膜形成的。
為了評價散射層和作為鏡面反射層的反射第二電極陣列64，如下所述，本發(fā)明人進行了第五個實驗。在第五實驗中，制造了三個液晶顯示裝置作為第22至第24個樣品，通過目測方法評價了每個樣品的顯示表面51在白色顯示狀態(tài)中的亮度。第22個樣品并不包括散射層，與圖4的液晶顯示裝置61在結(jié)構(gòu)上相同。第23個樣品具有圖5A所示的結(jié)構(gòu)，其中散射層66置于偏振層34與相位延遲層35之間。第24個有關(guān)具有圖5B所示的結(jié)構(gòu)，其中散射層66置于相位延遲層35與液晶盒41之間。圖5A和5B所示的兩個液晶顯示裝置67和68在結(jié)構(gòu)上與圖4所示的液晶顯示裝置61基本上相同，所不同的是包含了散射層66。第22至24個樣品被設(shè)計成滿足相對于第一實施例中第四樣品所描述的條件。
根據(jù)第五實驗的結(jié)果，第22樣品在白色顯示狀態(tài)中的表觀象素亮度低，因為當從與入射光正反射方向相一致的方向觀看時在局部區(qū)域中屏幕是亮的，但是當從其它方向觀看時是暗的。在提供了散射層66的第23和24樣品中，照射第22樣品顯示表面51上局部區(qū)域的反射光被散射層66適當散射。因此，第23和24樣品在白色顯示狀態(tài)中的表觀象素亮度高于第22樣品的表觀象素亮度。在這方面，在具有散射層66的液晶顯示裝置61的情況中，被起鏡面反射層作用的反射第二電極陣列64反射的光的正反射分量在觀看方向上能夠被適當散射。這增大表觀象素亮度，進一步改善液晶顯示裝置的顯示質(zhì)量。
第23和24樣品的顯示狀態(tài)的比較表明，由光散射引起的模糊在第24樣品中比在第23樣品中有所緩解。在這方面，將散射層66置于相位延遲層35與液晶層33之間要比將散射層66置于相位延遲層35的顯示表面51一側(cè)好，因為散射層66的表面反射能夠被降低，從而緩解由散射引起的顯示模糊。此外，如果散射層66由具有在正向方向(即在光傳播方向)上光散射更大的散射特性的散射薄膜形成，由散射引起的顯示模糊能夠被進一步緩解。第五實驗的結(jié)果可肯定這一點。
在第一實施例的液晶顯示裝置31中，反射層36可以作為僅反射一部分入射光而允許其余部分光通過的半透光的反射層實現(xiàn)。在第二實施例的液晶顯示裝置61中，反射第二電極陣列64通過給與反射一部分入射光而允許其余部分的光通過的特性可以構(gòu)造成也起透光反射層的作用。作為本發(fā)明的第三實施例，以下將描述具有半透光反射層73而不是反射層36的液晶顯示裝置。具有半透光反射層73的本發(fā)明液晶顯示裝置是將反射型液晶顯示裝置的特性與透光型液晶顯示裝置的特性相結(jié)合的半透光型液晶顯示裝置。半透光型液晶顯示裝置不僅能夠利用從顯示表面51一側(cè)進入裝置的入射光的反射光而且能夠利用從背面51A進入裝置的光產(chǎn)生顯示。因此，例如，當背照光源設(shè)置在半透光反射層的背表面51A一側(cè)上時，如果不提供環(huán)境光也能夠使用半透光型液晶顯示裝置。
較佳地，半透光型液晶顯示裝置進一步包括半透光反射層73背表面51A上的圓偏振選擇層74。當光源設(shè)置在半透光型液晶顯示裝置的背表面51A上，圓偏振選擇層74置于液晶層33與光源79之間。在入射光當中，僅僅圓偏振光被選擇性通過圓偏振選擇層74。更佳地，圓偏振選擇層74置于半透光反射層73與光源79之間。
圖6A是表明具有圓偏振選擇層74的第一種半透光型液晶顯示裝置71的結(jié)構(gòu)的截面示意圖。圖6B是表明具有圓偏振選擇層74的第二種半透光型液晶顯示裝置72的結(jié)構(gòu)的截面示意圖。圖6A和6B所示的兩個液晶顯示裝置71和72在結(jié)構(gòu)上與圖1的液晶顯示裝置31的不同之處在于，后者的反射層36被半透光反射層73代替，以及增加了圓偏振選擇層74其它元件在結(jié)構(gòu)上與圖1的液晶顯示裝置31中的相應(yīng)元件是相同的。
在圖6A的液晶顯示裝置71中，圓偏振選擇層74包括四分之一波片層76和僅透射線性偏振分量的偏振層77。四分之一波片層76置于液晶層33與僅透射線性偏振分量的偏振層77之間。在圖6B的液晶顯示裝置72中，圓偏振選擇層74是作為圓偏振選擇反射層78實現(xiàn)的。圓偏振選擇反射層78將入射光分解為右旋偏振分量和左旋偏振分量，前者是右旋圓偏振分量，后者是左旋圓偏振分量，并對右旋和左旋偏振分量中的任何一個產(chǎn)生反射，允許另一個通過。結(jié)果，在理論上圓偏振選擇反射層78反射入射光中50％，而透射入射光其余50％。圓偏振選擇反射層78是利用膽甾薄膜實現(xiàn)的。
圖7A是說明在圖6A半透光型液晶顯示裝置71的反射模式中在OFF電壓施加時驅(qū)動顯示器象素的原理的圖。OFF電壓是這樣設(shè)定的，在OFF電壓施加時，象素的液晶層33呈現(xiàn)雙折射，其量值恰好夠把從相位延遲層35出射的橢圓偏振光變?yōu)閳A偏振光。從顯示表面51進入液晶顯示裝置71的光當中，僅僅其振動方向正交于吸收軸AP的線性偏振光91被允許通過偏振層34。線偏振光91通過相位延遲層35被轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓偏振光，當通過對其施加了OFF電壓的液晶層33時，偏振光具有接近圓偏振的偏振狀態(tài)93。偏振狀態(tài)93接近圓偏振的光被半透光反射層73反射，其偏振狀態(tài)沒有改變。反射的圓偏振光94通過對其施加了OFF電壓的液晶層33，然后通過相位延遲層35，被轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光94，其振動方向平行于吸收軸AP。從相位延遲層35出射的線偏振光94的振動方向正交于從偏振層34出射的線偏振光91的振動方向。由于從相位延遲層35出射的線偏振光94的振動方向平行于吸收軸AP，線偏振光94被偏振層34吸收或散射。結(jié)果，沒有光從顯示表面51出射，所以象素顯示為黑。
圖7B是說明在圖6A半透光型液晶顯示裝置71的反射模式中在ON電壓施加時驅(qū)動顯示器象素的原理的圖。ON電壓是這樣設(shè)定的，在ON電壓施加時，象素的液晶層33呈現(xiàn)雙折射，其量值恰好夠把從相位延遲層出射的橢圓偏振光變?yōu)槠溟L軸平行于或基本上平行于吸收軸AP的橢圓偏振光。從顯示表面51進入液晶顯示裝置71的光當中，僅僅其振動方向正交于吸收軸AP的線性偏振光91被允許通過偏振層34。線偏振光91通過相位延遲層35被轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓偏振光，當通過對其施加了ON電壓的液晶層33時，偏振光被變?yōu)槠溟L軸基本上平行于吸收軸AP的橢圓偏振光95。橢圓偏振光95被半透光反射層73反射，其偏振狀態(tài)沒有改變。反射的橢圓偏振光95通過對其施加了ON電壓的液晶層33，然后通過相位延遲層35，被轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓偏振光96，其短軸基本上平行于吸收軸AP。從相位延遲層35出射的橢圓偏振光96當中，僅僅正交于吸收軸AP的偏振分量97允許通過偏振層34，其余的偏振分量被偏振層34吸收或散射。結(jié)果，偏振分量97從顯示表面51出射，引起象素顯示為白。
用這一方法，可以提供從顯示表面51進入的環(huán)境光時，半透光型液晶顯示裝置71通過利用反射光能夠根據(jù)施加于液晶層33的電壓以白色顯示狀態(tài)或黑色顯示狀態(tài)驅(qū)動象素。半透光型液晶顯示裝置72的反射模式顯示原理與參考圖7A和7B所描述的顯示原理基本相同。參考圖7A和7B描述的顯示原理與參考圖1至6描述的每個液晶顯示裝置的顯示原理基本相同，如果半透光反射層73被反射層36代替。
圖8A是說明以圖6A的半透光型液晶顯示裝置71的透光模式驅(qū)動象素進行顯示的原理圖。以半透光型液晶顯示裝置71的透光模式，在OFF電壓施加與ON電壓施加之間，在光通過圓偏振選擇層74或是通過半透光反射層73的特性上沒有區(qū)別。顯示所采用的光，例如從光源79發(fā)射的光，從液晶顯示裝置71的背面51A進入液晶顯示裝置71。在從背面51A進入的光當中，只有其振動方向正交于圓偏振選擇層74中偏振層77的吸收軸的線偏振光101允許通過偏振層77。線偏振光101通過四分之一波片層76后被變?yōu)閳A偏振光102。圓偏振光102通過半透光反射層73，其偏振狀態(tài)沒有變化。圓偏振光因此從其另一側(cè)39進入液晶層33。用這種方法，將四分之一波片層76與偏振層77組合起來的圓偏振選擇層74能夠使入射光圓偏振，因此允許圓偏振光從其另一側(cè)39進入液晶層33。
在OFF電壓施加時，圓偏振光102通過對其施加OFF電壓的液晶層33和通過相位延遲層35被變?yōu)榫€偏振光94，其振動方向平行于偏振層34的吸收軸AP。通過相位延遲層35的線偏振光94被偏振層34吸收或散射。結(jié)果，沒有光從顯示表面51出射，所以象素顯現(xiàn)為黑。在ON電壓施加時，圓偏振光102通過對其施加ON電壓的液晶層33和通過相位延遲層35被變?yōu)闄E圓偏振光96，其短軸基本上平行于吸收軸AP。在通過相位延遲層35的橢圓偏振光96當中，只有正交于吸收軸AP的偏振分量被允許通過偏振層34，其它偏振分量被偏振層34吸收或散射。結(jié)果，偏振分量97從顯示表面51出射，引起象素顯現(xiàn)為白。用這種方法，當可以提供從背面51A進入的光時，半透光型液晶顯示裝置71利用從背面51A進入的光根據(jù)施加于液晶層33的電壓能夠以白色顯示狀態(tài)或黑色顯示狀態(tài)驅(qū)動象素。
圖8B是說明圖6B半透光型液晶顯示裝置72的透光模式中驅(qū)動象素進行顯示的原理的圖。在半透光型液晶顯示裝置72的透光模式中，在OFF電壓施加與ON電壓施加之間，在光通過圓偏振選擇層74或通過半透光反射層73的特性上沒有區(qū)別。在從背面51A進入的光中，右旋圓偏振光分量或左旋圓偏振光分量105被選擇性地允許通過圓偏振選擇反射層78。結(jié)果，圓偏振光105從其另一側(cè)39進入液晶層33。用這種方法，由圓偏振選擇反射層78形成的圓偏振選擇層74有選擇地透射右旋或左旋圓偏振光，因此允許圓偏振光從液晶層33另一側(cè)39進入液晶層33。圓偏振光105在從液晶層33到偏振層34的路徑中的特性與圖8A中圓偏振光102在從液晶層33到偏振層34的路徑中的特性是相同的。于是，當可以提供從背面51A進入的光時，圖6B所示的半透光型液晶顯示裝置72通過利用從背面51A進入的光根據(jù)施加于液晶層33的電壓以白色顯示狀態(tài)或黑顯示狀態(tài)驅(qū)動象素。
在具有單個偏振層和單個相位延遲層的液晶顯示裝置中，較佳地，從其另一側(cè)39后面進入液晶層33的光，即用于顯示的光至少在產(chǎn)生黑色顯示時是圓偏振的。在半透光型液晶顯示裝置71和72中，從其另一側(cè)39后面進入液晶層33的光已經(jīng)被圓偏振選擇層74限定為接近圓偏振的偏振狀態(tài)，就象被反射層36反射而重新進入液晶層33的光一樣。因此，與在反射模式中用于顯示的光一樣，使在透光模式中用于顯示的光的偏振狀態(tài)最佳化，以防止顏色漂移和提高對比度。用這種方法，半透光型液晶顯示裝置71和72無論是反射模式還是透射光模式都能夠?qū)崿F(xiàn)比現(xiàn)有液晶顯示裝置更亮的白色顯示和更高對比度，同時實現(xiàn)黑白顯示彩色的消色差。
為了評價圖6A和6B所示的半透光型液晶顯示裝置71和72，本發(fā)明人進行了如下所述的第六實驗。在第六實驗中，制造了兩個半透光型液晶顯示裝置作為第25和第26個樣品，以反射模式以及透射模式觀察每個半透光型液晶顯示裝置的顯示狀態(tài)，在反射模式中采用反射光進行顯示，在透射模式中采用通過半透光反射層的光進行顯示。第25個樣品是通過將背照光安裝在圖6A所示液晶顯示裝置71的與顯示表面51一側(cè)相對的一側(cè)上而制備的。第26個樣品是通過將背照光安裝在圖6B所示液晶顯示裝置72的與顯示表面51一側(cè)相對的一側(cè)上而制備的。根據(jù)第六實驗的結(jié)果，第25個樣品在反射模式中正如圖7所示，當施加OFF電壓時能夠產(chǎn)生黑色顯示以及當施加ON電壓時能夠產(chǎn)生白色顯示，同樣，在透射模式中正如圖8A所示，當施加OFF電壓時能夠產(chǎn)生黑色顯示以及當施加ON電壓時能夠產(chǎn)生白色顯示。同樣，第26個樣品在反射模式中正如圖7所示，當施加OFF電壓時能夠產(chǎn)生黑色顯示以及當施加ON電壓時能夠產(chǎn)生白色顯示，同樣，在透射模式中正如圖8B所示，當施加OFF電壓時能夠產(chǎn)生黑色顯示以及當施加ON電壓時能夠產(chǎn)生白色顯示。
如上所述，第一至第三實施例的液晶顯示裝置各包括單個偏振層和單個相位延遲層，通過利用反射光同時校正光學(xué)雙折射對波長依賴性的影響而產(chǎn)生顯示。在每個實施例所描述的液晶顯示裝置中，尤其是在利用液晶的雙折射特性產(chǎn)生顯示的STN液晶顯示裝置的情況中，能夠增大白色顯示的亮度，因此實現(xiàn)高對比度，與此同時實現(xiàn)黑白顯示彩色的消色差。第一至第三實施例的液晶顯示裝置僅僅是說明本發(fā)明的例子，能夠用各種方法實施，只要采用相同的結(jié)構(gòu)。具體地說，每個元件的詳細結(jié)構(gòu)并不局限于本說明書中所描述的，而是可以用其它方式進行改進或?qū)崿F(xiàn)，只要能夠獲得與該元件相同的效果。
基于黑白液晶顯示裝置已經(jīng)描述和評價了第一至第三實施例，其中沒有提供彩色濾光片層。本發(fā)明的目的是實現(xiàn)比任何現(xiàn)有的液晶顯示裝置獲得更亮的白色顯示和更高的對比度，與此同時實現(xiàn)黑白顯示彩色的消色差的液晶顯示裝置。于是，涉及本說明書中描述的黑白液晶顯示裝置相關(guān)的技術(shù)能夠應(yīng)用于彩色液晶顯示裝置。此外，涉及本說明書中描述的黑白液晶顯示裝置的技術(shù)不僅能夠用于具有STN液晶層的液晶顯示裝置，而且能夠用于利用液晶層的雙折射特性的其它液晶顯示裝置。利用STN液晶層比利用其它類型的液晶層更好，因為能夠增大白色顯示狀態(tài)中的象素亮度。
以上描述的第一至第三實施例的液晶顯示裝置不僅比現(xiàn)有的液晶顯示裝置更薄和更輕，而且在白色顯示狀態(tài)象素亮度更高，因此適合于作為諸如便攜電話的便攜終端的顯示裝置。
本發(fā)明可以以其它特定形式具體體現(xiàn)，而不偏離本發(fā)明的精神或基本特征。因此這些實施例從各方面講被認為是示例性的而非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書限定而不是由以上說明限定，在權(quán)利要求書的等效意義和范圍內(nèi)的所有變化因此希望包含在其中。
權(quán)利要求
1．一種液晶顯示裝置，所述裝置包括僅讓入射光的線性偏振分量透過的單個偏振層，所述線性偏振分量在預(yù)定方向上偏振；對光產(chǎn)生反射的反射層；設(shè)置在偏振層與反射層之間的單個相位延遲層；及設(shè)置在偏振層和反射層之間的液晶層，其特征在于將相位延遲層的延遲值ReF選為約等于入射光波長λ的第(1／4+K／2)倍(這里K是不小于0的整數(shù))；液晶層的厚度d1與光學(xué)各向異性Δn1的乘積d1×Δn1選為約等于入射光波長λ的第(1／2+L／2)倍(這里L是不小于0的整數(shù))；及偏振層的吸收軸與相位延遲層的延遲軸之間的夾角Δφ選為大于0°且小于45°，或者大于45°且小于90°。
2．如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于相位延遲層設(shè)置在液晶層與偏振層之間，及通過偏振層和相位延遲層的入射光處于接近圓偏振的橢圓偏振狀態(tài)中。
3．如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于偏振層的吸收軸與相位延遲層的延遲軸之間的Δφ選擇為在40°±3°的范圍內(nèi)。
4．如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于液晶層形成為超扭曲向列層，液晶層中液晶分子的扭轉(zhuǎn)角選擇為180°或更大，及在入射光的波長λ為550nm的情況中，液晶層的厚度d1與光學(xué)各向異性Δn1的乘積d1×Δn1選為大于760nm和小于860nm。
5．如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于液晶層形成為超扭曲向列層，液晶層中液晶分子的扭轉(zhuǎn)角選擇為180°或更大，及當入射光的波長λ為550nm時，液晶層的厚度d1與光學(xué)各向異性Δn1的乘積d1×Δn1選為在770nm至856nm的范圍中。
6．如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于液晶層形成為超扭曲向列層，液晶層中液晶分子的扭轉(zhuǎn)角選擇為180°或更大，及當入射光的波長λ為550nm時，相位延遲層的延遲值ReF選為大于360nm和小于450nm。
7．如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于液晶層形成為超扭曲向列層，液晶層中液晶分子的扭轉(zhuǎn)角選擇為180°或更大，及當入射光的波長λ為550nm時，相位延遲層的延遲值ReF選為大于365nm和小于455nm。
8．如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于液晶層形成為超扭曲向列層，液晶層中液晶分子的扭轉(zhuǎn)角選擇為180°或更大，及位于最靠近反射層的液晶分子的取向方向與偏振層的吸收軸之間的夾角θ選為在-10°至+10°的范圍內(nèi)。
9．如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于相位延遲層是單軸取向薄膜。
10．如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，進一步包括將液晶層夾在當中的兩個基板，其特征在于反射層設(shè)置在液晶層與兩個基板中任何一個之間。
11．如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，進一步包括對光產(chǎn)生散射的散射層，所述散射層設(shè)置在液晶層的最靠近偏振層的一側(cè)上，其特征在于使反射層的最靠近液晶層的一側(cè)平面化。
12．如權(quán)利要求11所述的液晶顯示裝置，其特征在于相位延遲層設(shè)置在偏振層與液晶層之間，散射層設(shè)置在相位延遲層與液晶層之間。
13．如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于反射層是僅反射一部分入射光而允許其余部分入射光通過的半透光層。
14．如權(quán)利要求13所述的液晶顯示裝置，其特征在于進一步包括選擇性地僅透射入射光的圓偏振分量的圓偏振選擇層，所述圓偏振選擇層設(shè)置在液晶層的最靠近反射層的一側(cè)上。
15．如權(quán)利要求14所述的液晶顯示裝置，其特征在于圓偏振選擇層包括僅透射入射光的線性偏振分量并在預(yù)定方向偏振的四分之一波片層和偏振層，四分之一波片層設(shè)置在偏振層與液晶層之間。
16．如權(quán)利要求14所述的液晶顯示裝置，其特征在于圓偏振選擇層是或反射入射光中右旋圓偏振分量或反射左旋圓偏振分量而讓其它分量通過的圓偏振選擇反射層。
全文摘要
本發(fā)明的目的是防止液晶顯示裝置在白顯示狀態(tài)及黑顯示狀態(tài)中出現(xiàn)顏色偏移。液晶顯示裝置包括單個偏振層、單個相位延遲層、反射層和液晶層,利用從反射層反射的光產(chǎn)生顯示。基于入射光的波長λ,相位延遲層的延遲值ReF選為約等于(1/4+K/2)λ,液晶層的延遲值ReL選為約等于(1/2+L/2)λ(K=0,1,2…;L=0,1,2…)。偏振層的吸收軸AP與相位延遲層的延遲軸AF的角度ΔΦ設(shè)定為0°<ΔΦ<45°或者45°<ΔΦ<90°。這防止液晶顯示裝置在白顯示狀態(tài)和黑顯示狀態(tài)中的顏色漂移,提高對比度。
文檔編號G09F9/35GK1281999SQ00121
公開日2001年1月31日 申請日期2000年7月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月21日
發(fā)明者森脅弘幸, 田中充浩 申請人:夏普株式會社