專利名稱：液晶顯示裝置的制作方法
本申請以下列日本專利申請為基礎(chǔ)，并以下列申請為基礎(chǔ)要求優(yōu)先權(quán)1999年9月30日提交的JP11-279209；1999年10月29日提交的JP11-309062；2000年7月14提交的JP2000-214589；2000年7月14日提交的JP2000-214590；2000年7月25日提交的JP2000-224316；和2000年8月2日提交的JP2000-234378，這些申請的全部內(nèi)容在此引為參考。
本發(fā)明涉及一種通過利用外部光進行反射顯示的液晶顯示裝置。
液晶顯示裝置包括一個液晶元件和一對布置成把液晶元件夾置其中的偏振片。液晶元件包括一個位于顯示器觀察一側(cè)上的前透明基底，一個位于面對前透明基底的后透明基底，兩個分別設(shè)置在前、后透明基底內(nèi)表面的電極，和一個穿插在兩電極之間的液晶層。透射光的偏振狀態(tài)根據(jù)施加在兩電極之間的電場通過液晶層控制。
TN(扭曲向列相)型液晶廣泛地用于這種液晶顯示器。TN型液晶顯示裝置的構(gòu)造使得包含在液晶元件中的液晶層的液晶分子在沒有電場的狀態(tài)下以大約90°扭曲角的扭曲形式取向。另外，成對的偏振片布置成其透射軸基本上彼此平行或基本上彼此垂直。
液晶顯示裝置包括透射型和反射型，透射型顯示裝置利用從背光發(fā)射的照明光進行透射顯示，反射型顯示裝置利用在適用液晶顯示裝置的環(huán)境中的外部光進行透射顯示。透射型液晶顯示裝置為發(fā)射背光消耗大量的電功率，所以，利用外部光進行反射顯示的反射型液晶顯示裝置就節(jié)省功率而言比較優(yōu)越。
傳統(tǒng)的反射型液晶顯示裝置構(gòu)造成其反射片布置在位于液晶元件后面的后偏振片的后面。
在傳統(tǒng)的反射型液晶顯示裝置中，入射到位于顯示器觀察方前透明基底上的外部光能夠通過布置在液晶元件前面的前偏振片的偏振作用以線性偏振光入射到液晶元件上。入射到液晶元件的光的偏振狀態(tài)受液晶層的控制并再照射到液晶元件的后側(cè)。在照射到液晶元件后側(cè)的光束中，穿過后偏振片的光束成份被反射片反射，并且反射的光能夠透過后偏振片、液晶元件和前偏振片，從而照射到顯示裝置的前側(cè)上。
在傳統(tǒng)的反射型液晶顯示裝置中，包含在前側(cè)入射光中的沿前偏振片透射軸的偏振光分量穿過前偏振片入射到液晶元件上，沿前偏振片吸收軸的偏振光分量被前偏振片吸收。然后，前側(cè)入射光的一半被前偏振片吸收，成為無用光。結(jié)果是，傳統(tǒng)的反射型液晶顯示裝置在其入射光利用率上較低，被反射片反射、從而入射到前側(cè)的光有很高的密度，致使得不到明亮的顯示屏。
本發(fā)明的目的在于提供一種液晶顯示裝置，該裝置能夠通過有效利用從前側(cè)入射的外部光增大顯示屏的亮度，并還可獲得很好的對比度。
根據(jù)本發(fā)明的一個實現(xiàn)上述目的的方面，提供了一種液晶顯示裝置，包括一個液晶元件，包括一個位于觀察者一方并有第一電極設(shè)置一表面上的前基底，一個具有面對第一電極分布的第二電極的后基底，和一個插在兩基底之間的液晶層，液晶層根據(jù)施加到第一和第二電極之間的電場控制透射光的偏振態(tài)；一個第一反射偏振片，設(shè)置在液晶元件的前側(cè)，反射入射光中兩種彼此垂直的偏振光分量中的一種偏振光并透射另一種偏振光；和一個后側(cè)元件，設(shè)置在液晶元件的后面并至少反射透過液晶元件的光的一部分，以致于入射到后側(cè)。
液晶顯示裝置還包括一個設(shè)置在反射偏振片前側(cè)的散射裝置和一個設(shè)置在反射偏振片和液晶元件之間以及/或液晶元件和后側(cè)元件之間的散射層。散射層最好由具有設(shè)置在一個表面上的微透鏡的透鏡膜形成。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，把另一個反射偏振片用作后側(cè)元件，該元件透射入射光中兩種彼此垂直的偏振光分量中的一種偏振光并反射另一種偏振光。當液晶元件是液晶分子以90°扭曲角扭曲的TN型液晶元件時，設(shè)置在液晶元件前側(cè)的第一反射偏振片布置成其透射軸基本上平行或垂直于液晶元件前基底附近的液晶分子取向。另一方面，構(gòu)成后側(cè)元件的第二反射偏振片布置成其透射軸平行或垂直于第一反射偏振片的透射軸。另外，還可以在后側(cè)元件的前側(cè)上分布背光。
后側(cè)元件由一個反射偏振片和一個光吸收裝置構(gòu)成。光吸收裝置由一個光吸收膜或一個吸收偏振片形成，這些光吸收膜或偏振片吸收入射光中彼此垂直的兩種偏振光分量中的一種偏振光并透射另一種偏振光。另外，后偏振片通過吸收偏振片和設(shè)置在吸收偏振片后側(cè)上的反射片構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置，在液晶元件的前側(cè)、即觀察方上設(shè)置不吸收光并具有高透射率的反射偏振片，使得能夠增大光從前側(cè)入射到液晶元件上的強度。自然地，返回到觀察方的光也具有高密度，以致于得到明亮的顯示。還應(yīng)注意到，從前側(cè)入射的光的一個偏振分量被反射偏振片反射，以致于入射到前側(cè)。因為反射的光增大整個屏幕的亮度，所以可以有效地利用從前側(cè)入射的光以便得到亮顯示屏。
還應(yīng)注意到，在本發(fā)明的液晶顯示器中，在液晶元件的觀察方設(shè)置的反射偏振片的前側(cè)上設(shè)置一個光學(xué)元件，該元件透過前側(cè)的入射光入射到反射偏振片上，并允許從反射偏振片反射的一種偏振光分量再以改變的偏振態(tài)入射到反射偏振片上。其結(jié)果是可以更有效地利用外部光以達到亮顯示。在這種情況下，光學(xué)元件由一種透明膜或一種相位膜構(gòu)成。還希望光學(xué)元件最好由一個具有1/4波長相位差的λ/4相位片形成，其設(shè)置的方式使得λ/4相位片的延遲的相位軸跨過反射偏振片的反射軸和透射軸，其中反射偏振片以大約45°的交叉角設(shè)置在液晶元件的前側(cè)。
當?shù)玫骄哂蟹植荚诜瓷淦衿皞?cè)上的光學(xué)元件的液晶顯示裝置時，希望在反射偏振片和光學(xué)裝置之間布置一種裝置，能使從反射偏振片反射的一種偏振光分量以一角度入射到設(shè)置在反射偏振片前側(cè)的光學(xué)元件上，在那兒入射光經(jīng)受光學(xué)元件的內(nèi)表面反射。這種特定的裝置可以通過對反射偏振片進行表面處理而形成。或者，可以把設(shè)置在反射偏振片和光學(xué)裝置之間的散射層用作特定的裝置。該特定的裝置在傾斜于設(shè)置在液晶裝置前側(cè)上的反射偏振片的法線的方向上具有一種定向性。
希望對反射偏振片的表面進行處理，其處理方式使得形成一種細小的不規(guī)律性，該表面的不規(guī)律散射和反射一種成份的偏振光并且無散射的透射另一種偏振成份的偏振光。
在液晶顯示裝置的液晶元件前側(cè)或后側(cè)上設(shè)置一種散射裝置。設(shè)置在液晶元件后側(cè)上的散射裝置在平行于反射偏振片法線的方向中具有一種定向性。該定向性可以通過一個具有分布在表面上的微透鏡獲得。
液晶顯示裝置的后側(cè)元件由一種反射偏振片或一種反射入射光中彼此垂直的兩種偏振光分量中的一種偏振光并吸收另一種偏振光的裝置構(gòu)成。特定的裝置由一種反射偏振片和一種光吸收裝置構(gòu)成。光吸收裝置可以由光吸收層、吸收偏振片或吸收預(yù)定波長的光的彩色膜形成。另外，后側(cè)元件由一種反射膜、吸收偏振片和反射膜的復(fù)合層或有散射層穿插其間并具有一個設(shè)置在反射偏振片后側(cè)上的光吸收裝置的兩個偏振片構(gòu)成。希望后側(cè)元件顯示出散射-反射特性。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，希望液晶元件這樣形成在簡單矩陣型的情況下，液晶分子以大約1000°的扭曲角扭曲取向，液晶層的折射率各向異性Δn和液晶層的厚度d之積Δnd處于115nm和130nm的范圍之內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置，反射偏振片用作一個設(shè)置在液晶元件前側(cè)上的偏振元件，光學(xué)元件設(shè)置在反射偏振片的前側(cè)。特定的結(jié)構(gòu)使得從前側(cè)入射的外部光彼此垂直的兩個偏振光分量中的一種偏振光透過反射偏振片，從反射偏振片反射并還從光學(xué)元件的內(nèi)表面反射的偏振光分量、透過反射偏振片的偏振光分量透過反射偏振片入射到液晶元件上。隨之可以以很高的效率利用前側(cè)入射的外部光，從而達到高亮度的明亮顯示。
另外，因為相位片用作光學(xué)元件，所以可以把從反射偏振片反射的一種偏振光分量的偏振狀態(tài)改變成可以透過反射偏振片的偏振態(tài)，從而使得光可以再入射到反射偏振片上。入射到液晶元件上的光量隨之增大。還可以減少從反射偏振片反射的光透過光學(xué)裝置從而入射到前側(cè)的光的泄漏。隨后，透過液晶元件入射到觀察方的光量增大，以抑制由光泄漏導(dǎo)致的暗顯示的暗度“浮動”。其結(jié)果是可以得到具有優(yōu)良對比度的亮顯示屏。
另外，在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，可以把一種稱作“STN型”的具有液晶層的液晶元件用作液晶元件，液晶層中液晶分子在一對基底之間以180°～270°的扭曲角扭曲取向。
在這種情況中，可以通過設(shè)置一個透射膜而有效利用入射光，其中透射膜允許從反射偏振片反射的光經(jīng)過內(nèi)表面的反射再入射到反射偏振片上。最好透射膜表現(xiàn)出改變投射光偏振狀態(tài)的光學(xué)特性。特定的光學(xué)特性可以通過利用一個λ/4相位片實現(xiàn)。λ/4相位片應(yīng)布置成其相位延遲軸與設(shè)置在液晶元件前側(cè)的反射偏振片透射軸以大約45°的角相交。還可以通過在透射膜和反射偏振片之間設(shè)置一個散射裝置來提高外部光的利用率。
另外，在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，在STN型液晶元件的前側(cè)(或觀察方)和后側(cè)中的至少一側(cè)設(shè)置一個吸收偏振片和/或散射層，該吸收偏振片和/或散射層有透射軸和一個吸收軸，透射軸透射入射光的彼此垂直的兩種偏振光分量中的一種偏振光，吸收軸吸收另一種偏振光。另外，在STN型液晶元件的后側(cè)設(shè)置一個反射偏振片或一個反射膜。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置，入射光中彼此垂直的兩種偏振成分中透過反射偏振片的一種偏振光透過反射偏振片入射到STN型液晶元件上。另外，從反射偏振片反射的光經(jīng)過透射膜的內(nèi)表面反射再一次入射到反射偏振片上。另外，透過反射偏振片的偏振光分量透過反射偏振片入射到液晶元件上。隨之大量的光入射到液晶元件上，使得能夠有效地利用從前側(cè)入射的光并由此獲得亮顯示屏。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將在下面的描述中提出，部分將通過描述變得顯而易見，或通過實施本發(fā)明而領(lǐng)會。本發(fā)明的優(yōu)點和目的將通過以下指出的方法以及它們的結(jié)合來實現(xiàn)。
結(jié)合在說明書中并構(gòu)成本說明書一部分的附圖舉例說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并與以上給出的一般性描述以及以下給出的對優(yōu)選實施例的具體描述一起解釋本發(fā)明的原理。


圖1是本發(fā)明第一實施例的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)橫截面圖；圖2是表示用在本發(fā)明第一實施例中的反射偏振片功能的斜視圖；圖3是包含在本發(fā)明第一實施例中的光學(xué)元件的光軸設(shè)置平面圖；圖4A是當不給液晶層施加電場時以零散的形式表示反射型顯示器工作的斜視圖；圖4B是當給液晶層施加電場時以零散的形式表示反射型顯示器工作的斜視圖；圖5A是當不給液晶層施加電場時以零散的形式表示透射型顯示器工作的斜視圖；圖5B是當給液晶層施加電場時以零散的形式表示透射型顯示器工作的斜視圖；圖6表示本發(fā)明第一實施例的第一改型的橫截面圖；圖7是以分解的形式表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例第二改型的液晶顯示裝置斜視圖；圖8是以放大的形式表示用在本發(fā)明第一實施例中的反射偏振片20的橫截面圖；圖9是以分解的形式表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例第三改型的液晶顯示裝置斜視圖；圖10是以分解的形式表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例第四改型的液晶顯示裝置斜視圖；圖11是以分解的形式表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例第五改型的液晶顯示裝置斜視圖；圖12是以分解的形式表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例第六改型的液晶顯示裝置斜視圖；圖13是以分解的形式表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例第七改型的液晶顯示裝置斜視圖；圖14是以分解的形式表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的液晶顯示裝置斜視圖15A和圖15B表示在具有較高粗糙度的表面的反射偏振片彼此垂直方向上的表面或粗糙度的曲線；圖16A和圖16B表示在具有較低粗糙度的表面的反射偏振片彼此垂直方向上的表面粗糙度；圖17A和圖17B表示在具有不經(jīng)過表面處理的表面的反射偏振片彼此垂直方向上的表面粗糙度；圖18A和圖18B分別表示本發(fā)明第二實施例的液晶顯示裝置橫界面結(jié)構(gòu)以及液晶顯示裝置的光學(xué)功能；圖19是本發(fā)明第二實施例第一改型的液晶顯示裝置局部側(cè)視圖；圖20是本發(fā)明第二實施例第二改型的液晶顯示裝置局部側(cè)視圖；圖21是以分解的形式表示本發(fā)明第二實施例第三改型的液晶顯示裝置的斜視圖；圖22是以分解的形式表示本發(fā)明第二實施例第四改型的液晶顯示裝置的斜視圖；圖23是以分解的形式表示本發(fā)明第二實施例第五改型的液晶顯示裝置的斜視圖；圖24是以分解的形式表示本發(fā)明第二實施例第六改型的液晶顯示裝置的斜視圖；圖25是以分解的形式表示本發(fā)明第二實施例第七改型的液晶顯示裝置的斜視圖；圖26是以分解的形式表示本發(fā)明第三實施例的液晶顯示裝置的斜視圖；圖27是表示本發(fā)明第三實施例的液晶顯示裝置結(jié)構(gòu)和光學(xué)功能的局部截面圖；圖28是以分解的形式表示本發(fā)明第三實施例第一改型的斜視圖；圖29是以分解的形式表示本發(fā)明第三實施例第二改型的斜視圖；圖30是以分解的形式表示本發(fā)明第三實施例第三改型的斜視圖；圖31是以分解的形式表示本發(fā)明第三實施例第四改型的斜視圖；圖32是以分解的形式表示本發(fā)明第三實施例第五改型的斜視圖33是以分解的形式表示本發(fā)明第三實施例第六改型的斜視圖；圖34是以分解的形式表示本發(fā)明第三實施例第七改型的斜視圖；圖35是以分解的形式表示本發(fā)明第三實施例第八改型的斜視圖；圖36是表示簡單矩陣液晶元件的液晶分子扭曲角、液晶元件的Δnd值和對比度的關(guān)系曲線；圖37是以分解的形式表示本發(fā)明第四實施例的液晶顯示裝置的斜視圖；圖38是以分解的形式表示本發(fā)明第四實施例第一改型的液晶顯示裝置斜視圖；圖39是以分解的形式表示本發(fā)明第四實施例第二改型的液晶顯示裝置斜視圖；圖40是以分解的形式表示本發(fā)明第三實施例第四改型的液晶顯示裝置斜視圖。
第一實施例下面參考附圖對本發(fā)明的第一實施例進行描述。
具體地說，圖1至圖5集中表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的液晶顯示裝置。本實施例的液晶顯示裝置包括一個液晶元件10，一個設(shè)置在液晶元件10前面的反射偏振片20，一個設(shè)置在液晶元件后面的后側(cè)元件28，一個設(shè)置在液晶元件10和后側(cè)元件28之間的散射層22，和一個設(shè)置在后側(cè)元件28后面的背光35。
液晶元件10包括一個處于顯示器觀察方一側(cè)的前透明基底11和一個面對前透明基底11設(shè)置的后透明基底12。透明電極13和14分別設(shè)置在透明基底11和12的內(nèi)表面上。另外，在透明電極13和14之間設(shè)置一個液晶層19。透射光的偏振態(tài)根據(jù)施加在透明電極13和14之間的電場來控制。液晶層19的液晶分子19a有一個扭曲角約為90°的初始取向狀態(tài)。
液晶元件10例如是一個有源矩陣型。設(shè)置在后透明基底12內(nèi)表面的電極14包括多個以行和列分布形成矩陣的象素電極。另一方面，設(shè)置在前透明基底11內(nèi)表面的電極13是一種面對多個象素電極14定位的單層膜狀反電極。
設(shè)置在后透明基底12內(nèi)表面上的是連結(jié)到多個象素電極14并排列成一個矩陣的多個TFT’s(薄膜半導(dǎo)體)，多個向TFT’s提供柵極信號的柵極線，和多個向TFT’s提供數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)線，雖然這些TFT等在圖中沒有示出。
在液晶元件10前透明基底11的內(nèi)表面設(shè)置對于紅、綠和蘭的多個彩色濾波片15R、15G和15B，其方式對應(yīng)于形成在多個象素電極14和反電極13之間的多個象素區(qū)域。反電極13形成在彩色濾波片15R、15G和15B上。
一對基底11和12通過框架狀密封材料18將彼此的周圍區(qū)域粘結(jié)在一起，并且在基底11和12之間密封元件18包圍的區(qū)域中設(shè)置液晶層19，液晶層19由具有正介電各向異性的向列相液晶分子組成。
通過設(shè)置成覆蓋一對基底11和12內(nèi)表面上的電極13、14的取向膜16、17來調(diào)節(jié)基底11、12附近的液晶層19的液晶分子19a的取向，并且以在一對基底11、12之間預(yù)定扭曲角的扭曲形式取向。
設(shè)置在液晶元件10前側(cè)的反射偏振片20反射入射光中彼此垂直的兩種偏振光分量中的一種偏振光，并透射入射光中的另一種偏振光。如圖2所述，反射偏振片有一個反射軸20s和一個垂直于反射軸20s的透射軸20p。反射偏振片20是一種由多個各向同性薄膜(光學(xué)各向同性薄膜)構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)，各向同性薄膜例如由聚萘二甲酸亞乙二醇酯共聚物和多個各向異性薄膜制成(光學(xué)各向異性薄膜)。這些各向同性薄膜和各向異性薄膜交替疊加多次，使得所有疊加的各向異性薄膜在相同的方向上有最大的折射率。應(yīng)注意到，反射偏振片20在各向異性薄膜的折射率不同于各向同性薄膜的折射率的方向上有反射軸20s，在垂直于反射軸20s的方向上有透射軸20p，即在各向異性薄膜的折射率等于各向同性薄膜的折射率的方向上有透射軸20p。
反射偏振片20在各向同性薄膜和各向異性薄膜彼此疊加的界面上反射沿反射軸20s有振蕩面的偏振光，并在上述界面處透射沿透射軸20p有振蕩面的偏振光，不反射特定的偏振光。換言之，入射到反射偏振片20上的彼此垂直的兩種偏振光S和P中的S偏振光、即沿反射軸20s有振蕩面的偏振光被反射，沿透射軸20p有振蕩面的偏振光P被透射。與吸收偏振片相比，反射偏振片20以高透射率透射沿透射軸20P有振蕩面的偏振光P。更精確地說，吸收偏振片包含一個基底，即一種二向色基底如碘，能夠吸收在一個方向有振蕩面的偏振光成份?？梢酝ㄟ^使諸如碘的吸收基底取向于一個方向而讓吸收偏振片吸收振蕩面沿吸收軸的偏振光成份，并透射振蕩面沿透射軸的偏振光成份。然而，因為在吸收材料的取向態(tài)有擾動，所以沿透射軸有振蕩面的偏振光也被一定程度地吸收。另一方面，反射偏振片20不包含能夠吸收光束的基底，因而，沿透射軸20p有振蕩面的偏振光分量P不被吸收，而是以高透射率地透射。反射偏振片20對于前側(cè)入射的光和后側(cè)入射的光有相同的特點，以致于反射沿反射軸20s有振蕩面的偏振光分量并透射沿透射軸20P有振蕩面的偏振光分量。
設(shè)置在液晶元件10之后的后側(cè)元件28至少部分反射透過液晶元件10的光以入射到后側(cè)。在此實施例中，具有與設(shè)置在液晶元件10前面的反射偏振片20有相同特性的反射偏振片用作后側(cè)元件28。后側(cè)元件28以下稱作“后反射偏振片21”。
把液晶元件20前面的反射偏振片20、以下稱作“前反射偏振片”布置成其透射軸20p基本上平行于或垂直于前基底11附近的液晶分子19a的取向，后反射偏振片21、即后側(cè)元件布置成其透射軸基本上平行于或垂直于前反射偏振片20的透射軸20p。
圖3表示把液晶元件10夾置其間的基底11和12附近的分子取向，前偏振片20的反射軸20s和透射軸20p的方向，以及后反射偏振片21的反射軸21s和透射軸21p的方向。如圖所示，在本實施例中，從液晶顯示裝置的前面看，液晶分子在液晶元件10前基底11附近的取向11a與顯示屏的橫軸x逆時針偏轉(zhuǎn)大約45°。另一方面，從液晶顯示裝置的前面看，液晶分子在液晶元件10后基底12附近的取向12a與顯示屏的橫軸x逆時針偏轉(zhuǎn)大約45°。隨后，從液晶顯示裝置前面看，包含在液晶元件10中的液晶層19的液晶分子19a以扭曲的形式取從后基底12向前基底11順時針扭曲大約90°角的取向，扭曲方向在圖中由虛線表示。
在本實施例中，前反射偏振片20布置成其透射軸20p基本上平行于液晶元件前基底11附近的液晶分子的取向11a。另一方面，后反射偏振片21布置成其透射軸21p基本上平行于前反射偏振片20的透射軸20p。
設(shè)置在液晶元件10和后反射偏振片21之間的散射層22用于散射透射光。散射層22由一種具有良好散射能力和良好的透射能力的光學(xué)膜形成。例如，散射層22由一種具有表面粗糙度的透明膜，或是具有光散射顆粒散布其上的透明膜，或是具有大量微透鏡形成在其表面上的透鏡膜形成。散射層22粘結(jié)在后反射偏振片21的前表面或液晶元件10后基底12的外表面。
背光35是一個向后反射偏振片21的整個后表面發(fā)射具有均勻光分布的照明光的光源。在不能得到足夠亮度的外部光的環(huán)境下使用液晶顯示裝置時背光35發(fā)光。在圖1中以簡化形式示出的背光35例如包括一個導(dǎo)光板，從邊緣平面吸取光，以發(fā)射從整個前表面以及布置成面對導(dǎo)光板邊緣平面的光源如熒光燈發(fā)出的光。
在第一實施例的液晶顯示裝置中，在不能得到足夠亮度的外部光的環(huán)境下通過利用入射到前表面的外部光進行反射顯示，并且當不能得充足亮度的外部光時背光35發(fā)光，從而通過利用從背光35發(fā)出的照明光進行透射顯示。
在本實施例的液晶顯示裝置中，利用外部光的反射型顯示器是一種稱作“常白模式”的顯示器，當不給液晶元件10的電極13和14之間施加電壓時顯示器也是一個亮的顯示器。
圖4A和4B是本發(fā)明第一實施例的液晶顯示裝置反射顯示期間入射光的透射路徑。具體地說，圖4A表示不給液晶元件10的電極13和14之間施加電壓的情況下的透射路徑。另一方面，圖4B表示在液晶顯示裝置的電極13和14之間形成電場的情況下的透射路徑，所述電場的強度使得液晶分子19a在基本上垂直于基底11和12表面的方向以上升的形式取向。如圖4A和4B所示，在反射顯示期間，在入射到前表面的外部光(非偏振光)Io的兩種彼此垂直的偏轉(zhuǎn)光S和P中，沿前反射偏振片20反射軸20s的S偏轉(zhuǎn)光I1’被前反射偏振片20向前側(cè)反射。另一方面，沿前反射偏振片20的P偏轉(zhuǎn)光I1透射前反射偏振片20，形成一個入射到液晶元件10前表面上的線性偏振光。入射到液晶元件10的光I1根據(jù)液晶分子19a的取向狀態(tài)經(jīng)受液晶層19的雙折射作用發(fā)射到后側(cè)上，而液晶分子19a的取向態(tài)被施加于液晶元件10的電極13和14之間的電場改變，以向后側(cè)發(fā)射。更具體地說，當在液晶元件10的電極13和14之間沒有形成電場時，液晶分子19a的取向態(tài)處于扭曲形式取向的初始態(tài)中。在這種情況下，穿過前反射偏振片20入射到液晶元件10的前表面上的光I1(沿前反射偏振片20的透射軸20p的P偏振光)被液晶層19的雙折射作用光學(xué)旋轉(zhuǎn)大約90°，其中液晶層中的液晶分子扭曲取向形成I2光，發(fā)射到液晶元件10的后側(cè)，如圖4A所示。由此形成的光I2被散射層22散射，散射光I3入射到后反射偏振片21上。因此，當在液晶元件10的電極13和14之間不形成電場時，從前側(cè)入射到后反射偏振片21的光I3構(gòu)成沿后反射偏振光21反射軸21s的S偏振光的散射光。隨后，光I3基本上被后反射偏振片21完全反射。被從后反射偏振片21反射的反射光I4(沿后反射偏振光21反射軸21s的S偏振光)再被散射層22散射，形成一個散射光I5，從后側(cè)入射到液晶元件10。從后側(cè)入射到液晶元件10的光I5被液晶層10的雙折射作用再光學(xué)旋轉(zhuǎn)大約90°，其中液晶層中的液晶分子19a扭曲取向，形成沿前反射偏振片20透射軸20p的P偏振光I6,I6光發(fā)射到液晶元件10的前側(cè)。然后，光I6透過前反射偏振片20形成發(fā)射到前側(cè)的光I7。通過發(fā)射到前側(cè)的光I7實現(xiàn)亮態(tài)顯示。
另一方面，當在液晶元件10的電極13和14之間施加一個電場，電場的強度高到足以允許液晶分子19a在基本上垂直于基底11和12的表面的方向上上升取向時，液晶層19基本上停止執(zhí)行其雙折射作用。結(jié)果是，透過前反射偏振片20入射到液晶元件10前表面上的光I1(沿前反射偏振片20透射軸20p的P偏振光)被發(fā)射到液晶元件10的后側(cè)，其保留的偏振態(tài)基本上未改變，光I2’透過散射層22被散射，并且散射光I3’入射到后反射偏振片21。隨后，當在液晶元件10的電極13和14之間形成電場時，入射到后反射偏振片12的光I3’構(gòu)成沿后反射偏振片21透射軸21p的P偏振光的散射光。因此，光I3’透過后反射偏振片21，發(fā)射到后側(cè)并在背光3中被吸收，由此執(zhí)行暗顯示。在這種情況下，透過后反射偏振片21發(fā)射到后側(cè)的光I4’入射到背光35。因為光在背光內(nèi)重復(fù)反射多次時強度降低，所以被背光反射照射到前側(cè)的光非常少。由此可以得到足夠的暗顯示。
在本實施例的液晶顯示裝置中，反射偏振片20設(shè)置在液晶元件10的前側(cè)，并且反射偏振片20不吸收光但以高透射率地透射沿透射軸20p有振蕩面的P偏振光，導(dǎo)致大量的光能入射到液晶元件10上，增加發(fā)射的光量，由此獲得亮顯示。
在本實施例的液晶顯示裝置中，在液晶元件10的后側(cè)設(shè)置反射偏振片21，該偏振片反射入射光中兩種彼此垂直的偏振光中的一種偏振光，透射另一種偏振光。因為反射偏振片21不吸收光但是反射入射光中的一種偏振光，所以光不被吸收偏振片吸收，不象傳統(tǒng)的反射型液晶顯示裝置那樣把吸收偏振片設(shè)置在液晶元件的后側(cè)并把反射片設(shè)置在吸收偏振片的后面。隨后，入射到前側(cè)的光可以高效率地照射到本發(fā)明第一實施例中液晶顯示裝置的前側(cè)。
還應(yīng)注意的是在本實施例的液晶顯示裝置中，在入射到前側(cè)的外部光Io中，沿反射偏振片20反射軸20s的S偏振光I1’被設(shè)置在液晶元件10前側(cè)的反射偏振片20反射，使得反射光I1’可以增大整個屏幕的亮度。
在圖4A和4B中，為簡單起見，外部光Io描繪成以平行于前反射偏振片20法線的方向入射。但是，一般使用反射型液晶顯示裝置，這使得在液晶顯示裝置的使用期間最亮的方向總有一點從顯示屏的法向向顯示屏的上圍傾斜。因此，外部光Io在有一點兒從法線傾斜的方向入射到前反射偏振片，并且在入射光當中，沿前反射偏振片20反射軸20s的S偏振光I1’按照入射到前反射偏振片20的角度向前側(cè)反射。
另一方面，在顯示屏的前方(沿基本上垂直顯示屏的直線)觀察液晶顯示裝置的顯示。因此，在被前反射偏振片20反射向前側(cè)的外部光的反射光I1’當中，對增強顯示屏亮度有益的光、即被顯示器的觀察者接收的光是發(fā)射到前側(cè)的反射光。換言之，在偏離前方的傾斜方向發(fā)射的反射光不能被顯示器的觀察者接收。
如上所述，在本發(fā)明第一實施例的液晶顯示裝置中，整個顯示屏的亮度通過外部光被前反射偏振片20反射向前側(cè)的反射光提高。但是，由反射光I1’導(dǎo)致的暗態(tài)顯示中的暗度“浮動”較小，使得能夠獲得足夠的對比度，并且基本上完全避免了由于反射光I1’導(dǎo)致的顯示屏的閃爍。
下面將描述通過背光35發(fā)光進行顯示的透射型顯示器。如前所述，在本發(fā)明第一實施例的液晶顯示裝置中，后反射偏振片21的透射軸21p基本上平行于前反射偏振片20的透射軸20p。因此，利用背光35發(fā)出的照明光的透射型顯示器是一種所謂的“常黑模式”的顯示器，其中，當在液晶元件10的電極13和14之間不形成電場時，顯示器是一種暗態(tài)顯示器。
圖5A和5B表示液晶顯示裝置透射顯示期間的入射光透射路徑。具體地說，圖5A表示不給液晶元件10的電極13和14之間施加電壓時的透射路徑。另一方面，圖5B表示在液晶顯示裝置的電極13和14之間形成電場的情況下的透射路徑，其中電場的強度使得液晶分子19a在基本上垂直于基底11和12表面的方向以上升的形式取向。如圖5A和5B所示，在透射顯示期間，在從背光35發(fā)出的照明光Io的兩種彼此垂直的偏轉(zhuǎn)光S和P中，沿后反射偏振片21反射軸21s的S偏轉(zhuǎn)光被后反射偏振片21向后側(cè)反射(反射的光未示出)。另外，沿后反射偏振片21透射軸21p的P偏轉(zhuǎn)光透射后反射偏振片21，形成一個線性偏振光I11。形成的線性偏振光I11被散射層22散射，形成一個入射到液晶元件10后側(cè)的光I12。入射到液晶元件10的光I2根據(jù)液晶分子19a的取向狀態(tài)經(jīng)受液晶層19的雙折射作用，液晶分子的取向態(tài)被施加于液晶元件10的電極13和14之間的電場改變。更具體地說，當在液晶元件10的電極13和14之間沒有形成電場時，液晶分子19a的取向態(tài)處于扭曲取向的初始態(tài)中。在這種情況下，穿過后反射偏振片21并被散射層22散射以致于入射到液晶元件10的后側(cè)上的光I12(沿后反射偏振片21的透射軸21p的P偏振光的散射光)被液晶層19的雙折射作用光學(xué)旋轉(zhuǎn)大約90°，其中液晶層中的液晶分子扭曲取向形成I13光，發(fā)射到液晶元件10的前側(cè)。由此形成的光I13入射到前反射偏振片21上。因此，當在液晶元件10的電極13和14之間不施加電場時，從后側(cè)入射到前反射偏振片20的光I13構(gòu)成沿前反射偏振光20反射軸20s的S偏振光的散射光。隨后，光I13基本上被前反射偏振片20完全反射向后側(cè)，導(dǎo)致暗態(tài)的顯示。同樣，當在液晶元件10的電極13和14之間施加一個電場，電場的強度高到足以允許液晶分子19a在基本上垂直于基底11和12的表面的方向上上升取向時，透過后反射偏振片21和散射層22從后側(cè)入射到液晶元件10上的光I12(沿后反射偏振片21透射軸21p的P偏振光的散射光)被發(fā)射到液晶元件10的前側(cè)，形成一個剩下的偏振態(tài)基本上未改變的光I13’。由此形成的光I13’入射到前反射偏振片20上。
隨后，當在液晶元件10的電極13和14之間形成電場時，入射到液晶元件10前側(cè)的光I13’包括沿前反射偏振片20透射軸20p的P偏振光的散射光，并且光I13’基本上完全透過前反射偏振片20，形成一個入射到前側(cè)的的光I14，致使通過發(fā)射的光I14實現(xiàn)亮態(tài)顯示。在透射顯示期間，在入射到背側(cè)的照明光I10中，沿后反射偏振片21透射軸21的偏振光透過后反射偏振片21入射到液晶元件10上。因此，光的入射率實際上是背側(cè)入射的照明光I10的一半。但是，因為光路為入射光透過后反射偏振片21發(fā)射到前側(cè)的光的損耗較小，所以可以高效地利用從背側(cè)入射的照明光并利用從背光35發(fā)射的照明光，得到在透射顯示時的亮態(tài)顯示屏。
還應(yīng)注意到，在本發(fā)明第一實施例中，散射片22設(shè)置在液晶元件10和液晶元件10后面的后反射偏振片21之間。隨之可以允許在上述反射型顯示器和透射型顯示器任何一種情況下散射光發(fā)射到前側(cè)，使得能夠獲得亮度均勻分布的顯示器。還應(yīng)該注意的是可以消除背景反射，即消除諸如顯示器觀察者的面部和背景反射到后反射偏振片21上這種難點。
在上述本發(fā)明的第一實施例中，散射片22設(shè)置在液晶元件10和后反射偏振片21之間。但是，也可以通過對后反射偏振片22的前表面實施粗糙處理以取代設(shè)置散射層22，從而使得后反射偏振片21能夠散射光。
另外，還可以設(shè)前反射偏振片20，使得其透射軸基本上垂直于液晶元件10前基底11附近液晶分子的取向11a。在這種情況下，可以通過設(shè)置后反射偏振片21、使其透射軸21p基本上平行于前反射偏振片的透射軸20p，利用外部光在反射顯示期間進行常白模式的顯示，并利用從背光35發(fā)出顯示期間進行常黑模式的顯示。
另外，還可以設(shè)置后反射偏振片21，使其透射軸21p基本上垂直于前反射偏振片20的透射軸20p。在以這種方式設(shè)置后反射偏振片21的情況下，可以利用外部光在反射顯示期間進行常黑模式的顯示，并利用背光35發(fā)出的照明光在透射顯示期間進行常白模式的顯示。
如上所述，在本發(fā)明第一實施例的液晶顯示裝置中，利用外部光的反射型顯示器和利用從背光35發(fā)出的照明光的透射型顯示器以明-暗關(guān)系彼此相對。換言之，明-暗關(guān)系反轉(zhuǎn)。但是，當背光35發(fā)光、以致于明-暗關(guān)系反轉(zhuǎn)時還可以通過進行反轉(zhuǎn)驅(qū)動消除反轉(zhuǎn)的明-暗關(guān)系。
還應(yīng)注意到，最好在允許液晶分子19從初始的扭曲取向上升至基本上垂直于基底11和12表面的取向的范圍內(nèi)逐級控制施加給液晶元件10的電極13和14之間的電場。在這種情況下，在透射顯示和反射顯示期間可以逐級改變發(fā)射到前側(cè)的光的強度，從而顯示具有亮度層次的圖象。
在本發(fā)明上述的第一實施例中，在液晶元件10的象素區(qū)域設(shè)置彩色濾波片15R、15G和15B。因此，具有吸收波帶的光成份被這些彩色濾波片15R、15G和15B吸收，導(dǎo)致透過這些濾波片15R、15G和15B的每一個的光被在每個彩色濾波片中染色，即紅色、綠色和藍色。換言之，從每個這些象素區(qū)域中發(fā)出的光是紅色、綠色和藍色，使得能夠通過逐漸改變發(fā)出的紅、綠和蘭光的強度顯示多色的圖象，如全色圖象。
圖6表示本發(fā)明第一實施例第一改型的液晶顯示裝置的橫截面圖。在第一改型中，在液晶顯示裝置的前面、即反射偏振片20的前面設(shè)置一個作為散射裝置散射從前反射偏振片20反射的光。因為根據(jù)第一改型的液晶顯示裝置在結(jié)構(gòu)上等同于根據(jù)本發(fā)明第一實施例的液晶顯示裝置，除了第一改型中在前反射偏振片20的前面設(shè)置散射層23，液晶顯示裝置相同的構(gòu)件用相同的標號表示，以避免重復(fù)描述。
例如通過一個具有粗糙表面的透明膜、一個具有光散射顆粒設(shè)置其上的透明膜、或一個具有微透鏡設(shè)置在類似散射層22的表面上，其中微透鏡設(shè)置在液晶元件10和液晶元件10后面的作為后側(cè)元件的后反射偏振片21之間。具有特定結(jié)構(gòu)的散射層23粘結(jié)到前反射偏振片20的前表面。
根據(jù)第一實施例第一改型的液晶顯示裝置，在反射顯示期間，入射到前側(cè)并被前反射偏振片20反射的外部光被設(shè)置在前反射偏振片20前面的散射層23散射，致使可以消除由前反射偏振片20反射的光導(dǎo)致的顯示屏的閃爍。
還應(yīng)注意到，在第一實施例第一改型的液晶顯示裝置中，在反射顯示和透射顯示期間，從暗態(tài)顯示區(qū)域泄漏到前側(cè)的光被設(shè)置在前反射偏振片20前面的散射層23散射。結(jié)果是，可以減少在觀察顯示的前方(沿顯示屏的法線)的光泄漏，使得暗態(tài)顯示變得更暗，因而進一步提高了對比度。
另外，在第一實施例第一改型的液晶顯示裝置中，在反射顯示和透射顯示期間，被設(shè)置在液晶元件10和后反射偏振片21之間的散射層22散射的光在被設(shè)置在前反射偏振片20前面的散射層23發(fā)射到前側(cè)時被進一步散射，使得能夠獲得亮度分布更加均勻的顯示。另外，還可以有效地消除在反射顯示期間后反射偏振片21上的背景反射。
順便說一下，在利用具有粗糙表面的膜或具有光散射顆粒的膜作為設(shè)置在前反射偏振片前面的散射層23的情況下，希望設(shè)置大約30～32的濁度。在這種情況下，可以獲得具有高前亮度的顯示器。
更希望散射層23由具有設(shè)置在一個表面上的微透鏡的透鏡膜形成。在利用特定的透鏡膜的情況下，可以獲得較高的前亮度。
在第一實施例的第一改型中，后散射層22設(shè)置在液晶元件10和后反射偏振片21之間，前散射層設(shè)置在前反射偏振片20的前面。但是，在前反射偏振片20的前面設(shè)置了前散射層23的情況下可以省去后散射層22。
圖7是以分解的形式表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例第二改型的液晶顯示裝置斜視圖。在根據(jù)第一實施例第二改型的液晶顯示裝置中，前反射偏振片20設(shè)置在液晶元件20的前側(cè)，后側(cè)元件28設(shè)置在液晶元件10的后側(cè)。后側(cè)元件28由一個吸收兩種彼此垂直的偏振光成份中的一種并透射另一種的吸收反射片25構(gòu)成在吸收偏振片25的后面設(shè)置一個反射片26。
包含在本發(fā)明第一實施例第二改型的液晶顯示裝置中的液晶元件10和前反射偏振片20等同于那些包含在本發(fā)明第一實施例中的對應(yīng)元件，對于這些液晶元件和前反射偏振片使用相同的標號，以便避免重復(fù)描述。
在液晶元件10中，液晶分子以虛線所示的大約90°的扭曲角扭曲取向。在第二改型中，液晶元件10的前反射偏振片20設(shè)置成其透射軸20p基本上平行或垂直于(圖中為基本上垂直)液晶元件10前基底附近的液晶分子的取向11a。同樣，包含在后側(cè)元件28中的吸收反射片25基本上平行于前反射偏振片20的透射軸20p。
還應(yīng)該注意到，在第一實施例的第二改型中，對前反射偏振片20的前表面進行粗糙處理，以使得粗糙的前表面可以用作散射平面23a，散射被前反射偏振片20反射的光。
圖8是以放大的形式表示用在本發(fā)明第一實施例中的反射偏振片20的橫截面。如圖所示，前反射偏振片20的前散射面23a由密集分布著細槽形凹陷或點狀凹陷形成的粗糙表面構(gòu)成。
根據(jù)第一實施例第二改型的液晶顯示裝置單獨用于外部光執(zhí)行反射顯示。在第二改型中，設(shè)置在液晶元件10后面的后側(cè)元件28由吸收偏振片25和設(shè)置在吸收偏振片24后面的反射片26構(gòu)成。因為吸收偏振片設(shè)置成其透射軸25a基本上平行于前反射偏振片20的透射軸20a，所以液晶顯示裝置執(zhí)行常白模式的顯示。更具體地說，當向液晶元件10的電極13和14之間施加電場時(即液晶分子的取向態(tài)處于初始的扭曲取向時)，透過前反射偏振片20入射到液晶元件10并被液晶層的雙折射作用光學(xué)旋轉(zhuǎn)大約90°、從而發(fā)射到液晶元件10上的光透過吸收偏振片25，并再被反射片26反射。另外，反射光透過吸收偏振片25、液晶元件10和前反射偏振片20，入射到前側(cè)，由此實現(xiàn)亮態(tài)顯示。
另一方面，當電場的強度足以允許液晶分子在基本上垂直于基底11和12表面的方向上上升時，液晶層基本上停止執(zhí)行雙折射。結(jié)果是，透過前反射偏振片20入射到液晶元件后側(cè)的光以基本上未改變的偏振態(tài)發(fā)射到液晶元件10的后側(cè)，并且發(fā)射到液晶元件10后側(cè)的光被吸收偏振片25吸收，從而進行暗態(tài)顯示。
在根據(jù)第一實施例第二改型的液晶顯示裝置中，后側(cè)元件28通過吸收偏振片25和吸收偏振片25后面的反射片26構(gòu)成，其產(chǎn)生的結(jié)果是使得暗態(tài)顯示變得更暗，從而提高對比度。
在根據(jù)第一實施例第二改型的液晶顯示裝置中，包含在后側(cè)元件28中的吸收偏振片25的透射軸25a基本上垂直于前反射偏振片20的透射軸20p。而且，還可以設(shè)置吸收偏振片25，使其透射軸25a基本上平行于前反射偏片20的透射軸20p。吸收偏振片25以這種形式設(shè)置的地方可以以常黑模式進行顯示。
圖9是以分解的形式表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例第三改型的液晶顯示裝置斜視圖。在第一實施例第三改型的液晶顯示裝置中，前反射偏振片20設(shè)置在液晶元件10的前面，由吸收偏振片25和吸收偏振片25后面的反射片26構(gòu)成的后側(cè)元件28設(shè)置在液晶元件10的后側(cè)。另外，用于散射透射光的散射層27設(shè)置在液晶元件10和液晶元件10前面的反射偏振片20之間。
根據(jù)本發(fā)明第一實施例第三改型的液晶顯示裝置基本上與圖7中所示的第二改型相同，除了在第三改型的液晶顯示裝置中，散射層27設(shè)置在液晶元件10和第一實施例第二改型的液晶顯示裝置中的反射偏振片之間。因此，顯示裝置相同的元件用相同的標號表示，以免重復(fù)描述。
在根據(jù)本發(fā)明第一實施例第三改型的液晶顯示裝置中，散射層27設(shè)置在液晶元件10和前反射偏振片20之間。因此，被設(shè)置在吸收偏振片25后面的反射片反射、并入射到前側(cè)的光被散射層27以及前反射偏振片20前表面上的散射面23a二次散射，使得能夠獲得亮度分布更均勻的顯示，并消除了在反射片26上的背景反射。
圖10是以分解的形式表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例第四改型的液晶顯示裝置斜視圖。在根據(jù)第一實施例第四改型的液晶顯示裝置中，反射偏振片20設(shè)置在液晶元件的前側(cè)，由后反射偏振片21和形成在后反射偏振片21之后作為光吸收裝置的光吸收膜30構(gòu)成的后側(cè)元件28設(shè)置在液晶元件10的后側(cè)上。另外，散射透射光的散射層32設(shè)置在液晶元件20和包含在后側(cè)元件28中的反射偏振片21之間。
根據(jù)第一實施例第四改型的液晶顯示裝置在結(jié)構(gòu)上等同于根據(jù)第一實施例第二改型的液晶顯示裝置，除了在第四改型中，由反射偏振片21和形成在反射偏振片21之后的光吸收膜30構(gòu)成的后側(cè)元件28替換包含根據(jù)第二改型的液晶顯示裝置中的后側(cè)元件28，并且散射層32設(shè)置在液晶元件10和包括在后側(cè)元件28中的反射偏振片21之間以外。因此，顯示裝置相同的元件用相同的標號表示，以免重復(fù)描述。
在液晶元件10中，液晶分子以圖中虛線表示的大致90°的扭曲角扭曲取向。在第四改型中，液晶元件10前側(cè)上的反射偏振片20設(shè)置成其透射軸基本上平行或垂直于(圖中為基本上垂直)液晶元件10前基底附近的液晶分子的取向11a，并且包括在后側(cè)元件28中的反射偏振片21設(shè)置成其透射軸21p基本上平行于前反射偏振片20的透射軸20p。
根據(jù)本發(fā)明第一實施例第四改型的液晶顯示裝置是單獨利用外部光的反射顯示器。在第四改型中，設(shè)置在液晶元件10后面的后側(cè)元件28由反射偏振片21和設(shè)置在反射偏振片21后面的光吸收膜30構(gòu)成。同樣，反射偏振片21、即后反射偏振片設(shè)置成其透射軸21p基本上垂直于液晶元件20前面的前反射偏振片20的透射軸20p。因此液晶顯示裝置執(zhí)行常白模式顯示。更具體地說，當不向液晶元件10的電極之間施加電場時，即液晶分子的取向態(tài)處于初始的扭曲取向時，透過前反射偏振片20入射到液晶元件10的光被液晶層的雙折射作用光學(xué)旋轉(zhuǎn)大約90°，形成沿后反射偏振片21反射軸21a的偏振光。由此形成的光發(fā)射到液晶元件10的后側(cè)，并再被后反射偏振片21反射。另外，反射光透過液晶元件10和前反射偏振片20，入射到前側(cè)，由此實現(xiàn)亮態(tài)顯示。
當把強度足以允許液晶分子在基本上垂直于液晶元件基底表面的方向上上升取向的電場施加到液晶元件10的電極之間時，基本上消除液晶層的雙折射作用。在這種情況下，透過前反射偏振片20入射到液晶元件的光以基本上未改變的偏振態(tài)發(fā)射到液晶元件10的后側(cè)。隨后，發(fā)射到液晶元件10后側(cè)的光透過后反射偏振片21被設(shè)置在后反射偏振片21后面的光吸收膜30吸收，從而實現(xiàn)暗態(tài)顯示。
在根據(jù)本發(fā)明第一實施例第四改型的液晶顯示裝置中，后側(cè)元件28由后反射偏振片21和形成在反射偏振片21后面的光吸收膜30構(gòu)成，使得暗態(tài)顯示更暗，由此提高對比度。
另外，在第四改型中，散射層32設(shè)置在液晶元件10和包括在后側(cè)元件28中的后反射偏振片21之間。因此，被后反射偏振片21反射以發(fā)射到前側(cè)的光被散射層32和前反射偏振片20前表面的散射面23a二次散射，以獲得亮度分布更加均勻的顯示，并且消除后反射偏振片21上的背景反射。
在第一實施例的第四改型中，包括在后側(cè)元件28中的后反射偏振片21的透射軸21p基本上垂直于前反射偏振片20的透射軸20p。但是，還可以把后反射偏振片21布置成其透射軸21p基本上平行于前反射偏振片20的透射軸20p。在以這種形式布置后反射偏振片21的情況下，可以執(zhí)行常黑模式的顯示。
圖11是以分解的形式表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例第五改型的液晶顯示裝置斜視圖。在根據(jù)本發(fā)明第一實施例第五改型的液晶顯示裝置中，反射偏振片20設(shè)置在液晶元件的前側(cè)，由后反射偏振片21和形成在后反射偏振片21之后作為光吸收裝置的光吸收偏振片31構(gòu)成的后側(cè)元件28設(shè)置在液晶元件10的后側(cè)上。另外，散射透射光的散射層32設(shè)置在液晶元件20和包含在后側(cè)元件28中的反射偏振片21之間。
根據(jù)第一實施例第五改型的液晶顯示裝置在結(jié)構(gòu)上等同于圖10所示的第一實施例第四改型的液晶顯示裝置，除了在第五改型中，由反射偏振片21和形成在反射偏振片21之后光吸收偏振片31構(gòu)成的后側(cè)元件28替換包含在圖10所示第四改型的液晶顯示裝置中的后側(cè)元件28。因此，顯示裝置相同的構(gòu)件用相同的標號表示，以免重復(fù)描述。
在第五改型中，吸收偏振片31設(shè)置成其透射軸31a基本上垂直于后反射偏振片21的透射軸21p，并且，吸收偏振片31吸收透過前反射偏振片20和液晶元件10入射到后側(cè)元件28的光中的透過后反射偏振片21的光。隨之可以使暗態(tài)顯示變得更暗，從而提高對比度。
圖12是以分解的形式表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例第六改型的液晶顯示裝置斜視圖。根據(jù)第一實施例第六改型的液晶顯示裝置在結(jié)構(gòu)上等同于圖11所示的第一實施例第五改型的液晶顯示裝置，除了把背光35設(shè)置在圖11所示第五改型的液晶顯示裝置的后側(cè)元件28(吸收偏振片31之后)上，其中背光在液晶顯示裝置用在不可能獲得足夠的外部亮度的環(huán)境下發(fā)光。因此，顯示裝置相同的構(gòu)件用相同的標號表示，以免重復(fù)描述。
背光35例如由一個從邊緣平面吸取光線、從而發(fā)射從整個前表面和諸如面對導(dǎo)光板邊緣平面設(shè)置的熒光燈的光源吸取的光的導(dǎo)光板構(gòu)成，它具有一個平面光源，用于把具有均勻亮度分布的照明光發(fā)射到包括在后側(cè)元件28中的吸收偏振片31的整個后表面。更具體地說，后側(cè)元件28的結(jié)構(gòu)使得吸收偏振片31設(shè)置在排列在后反射偏振片21的后面，其透射軸31a基本上垂直于后反射偏振片21的透射軸21p。應(yīng)注意到，吸收偏振片的偏振度大約為95％，后反射偏振片的偏振度較低。隨后，從背光發(fā)射的照明光透過這些吸收偏振片31和反射偏振片21，入射到液晶元件10上。由此，根據(jù)第一實施例第六改型的液晶顯示裝置能夠執(zhí)行利用外部光的反射顯示和利用從背光35發(fā)出的照明光的透射顯示。
圖13是以分解的形式表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例第七改型的液晶顯示裝置斜視圖。在第一實施例第七改型的液晶顯示裝置中，散射層32設(shè)置在液晶元件10和包括在圖12所示第六改型的液晶顯示裝置中的前反射偏振片之間。
根據(jù)第七改型的液晶顯示裝置，散射層32設(shè)置在液晶元件10和包括后側(cè)元件28中的后反射偏振片21之間。另外，散射層33設(shè)置在液晶元件10和前反射偏振片20之間。隨后，被后反射偏振片21反射且發(fā)射到前側(cè)的光被第三次散射，即被散射層32、33和前反射偏振片20前表面的散射面23a散射，以獲得亮度分布更加均勻的顯示。另外，它還可以完全消除后反射偏振片21上的背景反射。
用在第一實施例中的液晶元件10配置有對應(yīng)于多個象素區(qū)域的彩色濾波片15R、15G和15B。但是這對于配置彩色濾波片的液晶元件10并不是絕對必須的。同樣，液晶元件10也不局限于有源矩陣。液晶元件10還可以是一種簡單的矩陣型或節(jié)段型。第二實施例圖14是以分解的形式表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的液晶顯示裝置斜視圖。
根據(jù)本發(fā)明第二實施例的液晶顯示裝置包括一個液晶元件10，一個設(shè)置在液晶元件10前面的反射偏振片20，一個設(shè)置在液晶元件10后面的后側(cè)元件28。另外，在反射偏振片20的前側(cè)上設(shè)置一個透明膜元件40。根據(jù)本發(fā)明第二實施例的液晶顯示裝置在液晶元件10、反射偏振片20和后側(cè)元件28在結(jié)構(gòu)上等同于第一實施例中，除了第二實施例中，在反射偏振片20的前側(cè)上設(shè)置一個透明膜元件40。因此，顯示裝置相同的構(gòu)件用相同的標號表示，以免重復(fù)描述。
透明膜元件40例如由丙烯酸樹脂制成。入射到前側(cè)光透過透明膜元件40后入射到反射偏振片20。同樣，從反射偏振片20反射的光被透明膜元件40內(nèi)反射，以使得反射的光再一次入射到反射偏振片20。順便說一下，可以把透明膜元件40制成光學(xué)各向同性膜或光學(xué)各向異性膜。
在本發(fā)明的第二實施例中，在液晶元件10的后側(cè)上設(shè)置后側(cè)元件28，該后側(cè)元件28由后反射偏振片21和吸收透過后反射偏振片21的光的光吸收層30構(gòu)成。由黑色膜形成的光吸收層30面對后反射偏振片21的后表面設(shè)置，或涂敷在后反射偏振片21的整個后表面。
根據(jù)本發(fā)明第二實施例的液晶顯示裝置是一種常黑模式的TN型液晶顯示裝置。液晶元件的液晶層19由加入手征劑并具有正介電各向異性的向列相液晶分子組成。液晶分子以大約90°的扭曲角在一對基底11和12之間扭曲取向。另外，前反射偏振片20和后反射偏振片21排列成其反射軸20s和21s分布基本上垂直于透射軸20p和21p。更具體地說，圖14中的箭頭11a和12a表示液晶元件10的前基底11和后基底12附近的液晶分子的取向。液晶元件10的液晶層19中的液晶分子19a在前基底11附近的取向與在后基底12附近的取向彼此偏離大約90°，并且因而以大約90°的扭曲角扭曲取向，如圖中的虛線所示。
如圖14所示，前反射偏振片20布置成其透射軸20p基本上平行或基本上垂直于液晶元件10前基底11附近的液晶分子的取向11a。同樣，后反射偏振片21布置成其反射軸21s基本上垂直于前反射偏振片20的反射軸20s，并且透射軸21p基本上垂直于前反射偏振片20的透射軸20p。另一方面，光學(xué)裝置50設(shè)置在前反射偏振片20的前表面上。光學(xué)裝置50用于使得從前反射偏振片20反射的光能夠入射到透明膜裝置40上，而透明膜裝置40以透明膜裝置40的內(nèi)表面反射決定的入射角設(shè)置在反射偏振片20的前面。光學(xué)裝置50有一個通過對前反射偏振片20的前表面進行表面處理而形成的非常細微的不規(guī)則表面。
圖15A至16B表示具有被處理表面的反射偏振片20的表面粗糙度的曲線。另一方面，圖17A和圖17B表示具有不經(jīng)過表面處理的表面的后反射偏振片21的表面粗糙度曲線。圖15A、16A和17A均表示沿反射軸的截面的表面粗糙度。另一方面，圖15B、16B和17B均表示沿透射軸的截面的表面粗糙度。
在圖15A至17B的制圖中，通過一個探針在反射軸和透射軸的方向上以1s/μm的速度掃描反射偏振片前表面上的選擇區(qū)域，以測量掃描期間探針在垂直方向的位移。在這些每個曲線中，曲線坐標上的表面粗糙度曲線中的正值表示相對于探針的初始高度向上移位。另一方面，負值表示相對于探針的初始高度向下移位。
如圖15A至16B所述，在前反射偏振片20前表面上的反射軸和透射軸連續(xù)重復(fù)細小的不規(guī)則性。另外，不規(guī)律性沿反射軸的周期大于沿透射軸的周期。換言之，沿透射軸20p延伸的凹槽周期性地形成在前反射偏振片20前表面上的反射軸20s方向。同樣，沿反射軸20s延伸的肌狀凹槽周期性地形成在沿透射軸20p延伸的凹槽之間的凸起部分。這些肌狀凹槽以遠小于沿透射軸20p延伸的凹槽間距的間距周期性地形成在透射軸20p方向(上述投射方向的縱向)的前反射偏振片20的表面上。在圖14中，為簡單起見，前反射偏振片20的不規(guī)則表面由網(wǎng)狀線條表示。
圖15A和15B表示前反射偏振片20的表面粗糙度，其中，該前反射偏振片有一個經(jīng)處理被施與較大不規(guī)則度的表面，前表面最大不規(guī)則度到最小不規(guī)則度之間有較大的差異。另一方面，圖16A和16B表示前反射偏振片20的表面粗糙度，其中，該前反射偏振片有一個經(jīng)處理被施與較小不規(guī)則度的表面，前表面最大不規(guī)則度到最小不規(guī)則度之間有較小的差異。在具有任意被處理類型的表面的前反射偏振片20中，具有粗糙前表面的光學(xué)裝置50允許沿反射軸20s的一種偏振光以一定的入射角入射到透明膜40上，其中入射光以該入射角在透明膜40的前表面上全反射。
如圖18A所述，前反射偏振片20通過一個透明粘附層52粘接到液晶元件10的前表面(基底11的外表面)。同樣，透明膜40通過一個透明粘附層51粘附到前反射偏振片的前表面。最好粘附層51由一種折射率類似于把反射偏振片20粘結(jié)到液晶元件10的粘附層52的光學(xué)黏合劑形成。
后反射偏振片21包括一種反射偏振片，在其表面上不進行上述的表面處理。如圖17A和17B所述，后反射偏振片21的表面不規(guī)則度非常小，以致于整個表面基本上是平坦的。如圖18A所示，后反射偏振片21通過一個由混入了光學(xué)散射顆粒的黏合劑制成的粘附層53粘結(jié)到液晶元件10的后表面(后基底12的外表面)。
根據(jù)本發(fā)明第二實施例的液晶顯示裝置利用外部光進行反射顯示。在這種液晶顯示裝置中，從顯示器的觀察方入射到顯示裝置的外部光被反射，反射光的發(fā)射受施加到液晶元件10的液晶層中的電場控制。
圖18A和圖18B分別表示光在液晶顯示裝置中的透射線路。圖18A包括不給液晶層施加電場的情形，不施加電場的結(jié)果是液晶分子處于初始的扭曲取向狀態(tài)。另一方面，圖18B包括給液晶層中施加電場的情形，施加電場的結(jié)果是液晶分子以相對于基底表面上升地取向。
在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的液晶顯示裝置中，從前側(cè)、即從顯示器的觀察方入射的外部光透過透明膜40入射到前反射偏振片20，如圖18A和18B所示。然后，在入射光I的兩種彼此垂直的偏振光S和P之間，沿前反射偏振片20的反射軸20s有振蕩面的S偏振光Is被反射偏振片20反射，沿前反射偏振片20的透射軸20p有振蕩面的P偏振光Ip透過反射偏振片20形成一個入射到液晶元件10上的線性偏振光。應(yīng)注意到，主要反射S偏振光Is的反射偏振片20也反射沿透射軸20p的P偏振光Ip。隨后，從反射偏振片20反射的光不僅包含沿反射軸20s的S偏振光Is，而且還包含沿透射軸20p的P偏振光Ip。從反射偏振片20反射的光被透射膜40內(nèi)表面反射，再一次入射到前反射偏振片20。在入射到前反射偏振片20的光中，沿前反射偏振片反射軸20s的S偏振光Is被反射(未示出)，沿前反射偏振片透射軸20p的P偏振光Ip1透過反射偏振片20，入射到液晶元件10上。
再重復(fù)上述功能。具體地說，從前反射偏振片20反射的光經(jīng)過透射膜40的內(nèi)表面反射后又入射到前反射偏振片20上。在入射到前反射偏振片20的光中，沿透射軸20p的P偏振光透過前反射偏振片20入射到液晶元件10上。換言之，根據(jù)本發(fā)明第二實施例的液晶顯示裝置構(gòu)造成，在透過透明膜40從前側(cè)入射的光的彼此垂直的S和P偏振光中，前反射偏振片20反射一種偏振光Is，另一種偏振光Ip透過反射偏振片20入射到液晶元件10。同樣，從反射偏振片20反射的光受到透明膜40的內(nèi)表面反射后又入射到反射偏振片20，導(dǎo)致在反射光中另一種偏振光Ip1透過反射偏振片20入射到液晶元件10。隨后，從前側(cè)入射的外部光能夠以如同另一種偏振成分的線性偏振光的量入射到液晶元件10。
順便說一下，由透明膜40執(zhí)行的從前反射偏振片20反射的內(nèi)表面反射是在透明膜40的前表面和空氣層即外部大氣層的界面處的全反射。具體地說，在從前側(cè)以各種角度入射被透過透明膜40、從而被反射偏振片20反射的光中，以上述全反射角入射到界面的光經(jīng)過內(nèi)表面反射、再一次入射到前反射偏振片20。
在透明膜40的前表面和空氣層即外部大氣層的界面處的全反射臨界角(相對于透明膜40法線的角度)可通過公式得到sini=1/n，其中i代表全反射臨界角，n代表透明膜40的折射率，空氣層的折射率是1。例如，在透明膜40由折射率為1.6的丙烯酸樹脂制成時，界面處的全反射臨界角是i=38.7°。
另一方面，假定外部光是從液晶顯示裝置的前側(cè)以外部光具有最高強度的角度入射。如果假設(shè)入射角(相對于透明膜40的法線)大約為30°，并且透明膜40有1.6的折射率，則以30°角入射的外部光在界面處被反射，反射的方向與透明膜40的法線夾角減小到以與透明膜40的法線成18.2°的角度入射。
如果前反射偏振片20有一個反射鏡面，則在透過透明膜40入射到前反射偏振片20上的光中，從反射偏振片20反射的光以18.2°的角度入射到界面并透過界面射到前側(cè)，18.2°的入射角小于全反射臨界角i(38.7°)。但是，在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的液晶顯示裝置中，通過對前反射偏振片20的前表面進行表面處理而形成有不規(guī)則表面的光學(xué)元件40形成在前反射偏振片的前側(cè)。應(yīng)注意的是光學(xué)元件40允許從反射偏振片20反射的光以一入射角大量入射到透明膜40上，其中反射光在該入射角經(jīng)受透明膜40的內(nèi)表面反射，即該入射角大于在透明膜40的前表面和空氣層的界面處的全反射臨界角。結(jié)果是，從反射偏振片20反射的大量光在透明膜40和空氣層界面處經(jīng)受內(nèi)表面反射，再一次入射到前反射偏振片20，并且在又入射到反射偏振片20的光中，沿前反射偏振片20透射軸20p的P偏振光Ip1能夠以一種線性偏振光入射到液晶元件10上。
從前側(cè)入射到液晶顯示裝置上的外部光以各種入射角入射，并且具有不規(guī)則表面的光學(xué)裝置40允許從前反射偏振片20反射的光在各個方向上散射。因此，一些光以小于全反射臨界角的角度入射到透明膜40前表面和外界大氣的空氣層的界面上。一些特殊的光透過界面發(fā)射到前側(cè)并由此構(gòu)成泄漏光。但是，泄漏光的量很小，幾乎所以的泄漏光在與透明膜40的法線達到傾斜的方向上發(fā)射，不能落入顯示器觀察者的視野之內(nèi)。
在本發(fā)明第二實施例中，光學(xué)裝置41通過對前反射偏振片20的前表面進行表面處理從而形成如圖15A～16B所示粗糙表面而形成，它允許沿前反射偏振片20反射軸20s的S偏振光Is被散射，并還允許沿透射軸20p的P偏振光Ip無散射地透過。因為光學(xué)裝置41的存在，從前反射偏振片20反射的光被散射，并且大量的反射光能夠以光遭受內(nèi)反射的角度入射到透明膜40上。隨后，可以進一步增強被透明膜40內(nèi)表面反射的光，以允許光再入射到前反射偏振片20上。另外，在能夠再一次入射到前反射偏振片20上的光中，沿前反射偏振片20透射軸20p的P偏振光Ip透過前反射偏振片20入射到液晶元件10上。
另外，在本發(fā)明的第二實施例中，被前反射偏振片20反射的沿前反射偏振片20反射軸由20s的S偏振光Is被光學(xué)裝置50散射，從而增強了沿前反射偏振片20透射軸20p的P偏振光Ip。其結(jié)果是遭受透明膜40內(nèi)表面反射、從而又入射到前反射偏振片20的光是具有大量沿前反射偏振片20透射軸20p的P偏振光的光。隨之，可以進一步增強透過前反射偏振20從而入射到液晶元件10的線性偏振光。
還應(yīng)注意到入射到液晶元件10的光發(fā)射到液晶元件10的后側(cè)，其偏振態(tài)受液晶層19的控制，并再透過設(shè)置在液晶元件10和后反射偏振片21之間的散射層53，從而入射到后反射偏振片21。另外，從后反射偏振片21反射的光又從后側(cè)入射到液晶元件10并透過液晶元件10、前反射偏振片20和透明膜40發(fā)射到前側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明第二實施例的液晶顯示裝置以常黑模式工作。更具體地說，當不給液晶元件10的電極之間施加電場時，該區(qū)域中的顯示是暗態(tài)顯示。當給液晶元件10的電極之間施加電場時，從前側(cè)入射的光被后反射偏振片21反射以發(fā)射到前側(cè)，其結(jié)果是該特定的區(qū)域執(zhí)行亮態(tài)顯示。
當在液晶元件10的電極之間施加電場時，液晶元件10的液晶分子取向狀態(tài)處于初始的扭曲取向狀態(tài)。在這種情況下，透過前反射偏振片20入射到液晶元件10的光Ip、即沿前反射偏振片20透射軸20p的線性偏振光被液晶層19的雙折射作用光學(xué)旋轉(zhuǎn)大約90°，其中液晶層中的液晶分子扭曲取向，形成基本上垂直于透過前反射偏振片20入射到液晶元件10的偏振光，即沿后反射偏振片21透射軸20p的線性偏振光，如圖18A所示。因此，當不給液晶元件10的電極施加電場時，發(fā)射到液晶元件10后側(cè)、入射到后反射偏振片21的光透過后反射偏振片21，被設(shè)置在后反射偏振片21后面的吸收層30吸收，導(dǎo)致在該區(qū)域中的顯示為暗態(tài)顯示。
如上所述，從液晶顯示裝置前側(cè)入射并被前反射偏振片20反射后從后側(cè)入射到透明膜40上的光包含發(fā)射到透明膜40的前側(cè)后形成泄漏光R1的光。但是，因為光的泄漏量較小，所以當給液晶元件10的電極之間施加電場時暗態(tài)顯示的暗度是足夠的。
還應(yīng)該注意到幾乎所有的泄漏光R1的發(fā)射方向相對于透明膜40的法線有很大的傾斜。另一方面，通常在液晶顯示裝置的前方、即基本上沿顯示屏的法線方向觀察顯示。隨后，泄漏光R1不發(fā)射到視野的范圍之內(nèi)，所以液晶顯示裝置的顯示屏不閃爍。
另一方面，當給液晶元件10的電極之間施加電場時，致使液晶元件10的液晶分子19a相對于基底11和12上升，從而按照形成在液晶層19中的電場取向。結(jié)果是，液晶層19基本上停止顯示雙折射性能，并且因此透過前反射偏振片20入射到液晶元件10上的光、即沿前反射偏振片20透射軸20p的P線性偏振光幾乎不經(jīng)過雙折射作用地透過液晶層19。隨后，當不給液晶層19中施加電場時，發(fā)射到前反射偏振片20后側(cè)的光是一個沿后反射偏片21反射軸21s的線性偏振光。反射光再入射到液晶元件10并透過液晶元件10、前反射偏振片20和透射膜40后發(fā)射到前側(cè)。隨之，該區(qū)域中的顯示是亮態(tài)顯示。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的液晶顯示裝置中，在從前側(cè)入射的外部光的兩個彼此垂直的偏振光S和P中，透過前反射偏振片20的P偏振光Ip入射到液晶元件10。同樣，在從前反射偏振片20反射并經(jīng)過透明膜40的內(nèi)表面反射后再入射到前反射偏振片20的光中，透過前反射偏振片20的P偏振光Ip1透過前反射偏振片20后入射到液晶元件10上。同樣，入射光透過液晶元件10并被后反射偏振片21反射，之后發(fā)射到前側(cè)。隨后執(zhí)行充分亮度的亮態(tài)顯示。換言之，在入射到液晶元件10的光Ip和Ip1當中，透過前反射偏振片20而未被前反射偏振片20反射的光Ip、即直接入射光以相對于液晶元件10的法線較小的角度入射到液晶元件10上。另外，透過液晶元件10的直接入射光Ip被設(shè)置在液晶元件10和后反射偏振片21之間的散射層53散射，之后入射到后反射偏振片21上。另外，從后反射偏振片21反射的光又被散射層44散射并透過液晶元件10、前反射偏振片20和透明膜40，之后以具有一定的強度分布的光R2發(fā)射到前側(cè)，光R2的強度分布使得在前方、即沿液晶顯示裝置顯示屏的法線發(fā)射的光具有很高的強度。
另一方面，從前反射偏振片20反射并經(jīng)過透明膜40的內(nèi)表面反射后又入射到前反射偏振片20的光Ip1、即間接入射光以相對于液晶顯示裝置顯示屏的法線較小的角度入到液晶元件10上。
透過液晶元件10的間接入射光Ip1被散射層53散射后入射到后反射偏振片21上。從后反射偏振片21反射的光又被散射層53散射并透過液晶元件10、前反射偏振片20和透明膜40，之后以具有一定強度分布的光Rr1的形式發(fā)射到前側(cè)，光Rr1的強度分光使得在前方、即基本上沿顯示屏法線發(fā)射的光具有很高的強度。
隨后，在通過直接入射光Ip的反射光R2和間接入射光Ip1的反射光Rr1顯示的亮態(tài)顯示中，這些反射光R2和Rr1彼此疊加，實現(xiàn)具有高度的前亮度的亮態(tài)顯示。
因為亮態(tài)顯示的亮度根據(jù)液晶層19的雙折射特性的變化而改變與液晶元件10的液晶分子的上升取向態(tài)一致，所以可以通過控制形成在液晶層19中的電場的逐級而得到由多種灰度的亮態(tài)顯示。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的液晶顯示裝置中，在液晶元件10的前側(cè)設(shè)置前反射偏振片20，用于反射入射光的兩個彼此垂直的偏振分量中的一個并透射另一個偏振分量。同樣，在前反射偏振片20的前側(cè)設(shè)置透明膜40，透射從前側(cè)入射的光，以允許入射光入射到前反射偏振片并使從前反射偏振片反射的光經(jīng)過內(nèi)表面反射，以致于允許反射的光再入射到前反射偏振片20的前側(cè)。隨后，在從前側(cè)入射的外部光的兩個彼此垂直的偏振光中，其它的偏振光透過前反射偏振片20，并且在從前反射偏振片20反射并再被透明膜40內(nèi)表面反射從而再入射到前反射偏振片20的光中，另一種偏振光可以入射到液晶元件10。隨后，在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的液晶顯示裝置中，允許從前側(cè)入射的外部光以較大的量入射到液晶元件10，成為另一種偏振光的線性偏振光。其結(jié)果是，可以以較高的效率利用從前側(cè)入射的外部光，從而獲得具有足夠亮度的亮態(tài)顯示。
還應(yīng)該注意到，在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的液晶顯示裝置中，前反射偏振片20一定程度地反射透過反射偏振片20的另一種偏振光。反射光經(jīng)過透明膜40的內(nèi)表面反射后又入射到前反射偏振片20上。因為在又入射到前反射偏振片20的光中，另一種偏振光透過前反射偏振片20入射到液晶元件上，所以可以抑制從前反射偏振片20反射的光透過透明膜40發(fā)射到前側(cè)時的泄漏。由此可以抑制暗態(tài)顯示時泄漏光導(dǎo)致的暗度浮動，得到良好的對比度。
在上述第二實施例中，在前反射偏振片20的前表面上形成光學(xué)裝置50，該光學(xué)裝置用于使前反射偏振片20反射的光以入射光遭受透明膜40內(nèi)表面反射的角度為入射角入射到透明膜40上。其結(jié)果是可以通過以更高的效率利用從前側(cè)入射的外部光執(zhí)行高亮度的亮態(tài)顯示，從而更進一步地抑制光泄漏到前側(cè)，因而得到進一步提高的對比度。
另外，在本發(fā)明的第二實施例中，光學(xué)裝置50能夠散射一種偏振光并且無散射地透射另一種偏振光。結(jié)果是，在從前反射偏振片20反射的光中，一種偏振光被光學(xué)裝置50散射，從而改變其偏振態(tài)，另一種偏振光透過前反射偏振片20入射到液晶元件20上。因此可以進一步地抑制光泄漏到前側(cè)，從而獲得進一步提高的對比度。
希望光學(xué)裝置50能夠在預(yù)定的擴展角范圍內(nèi)散射一種偏振光。在這種情況下，從前反射偏振片20反射的光可以在預(yù)定的擴張角范圍內(nèi)被散射被反射，從而允許大量的光以光遭受透明膜40內(nèi)表面反射的入射角度入射到透明膜40上。
另外，還希望光學(xué)裝置50具有一種方向性，允許光在從前反射偏振片20的法線傾斜的方向上散射。在這種情況下，從前反射偏振片20反射的光可以以光遭受透明膜40內(nèi)表面反射的入射角度大量地入射到透明膜40上。
在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的液晶顯示裝置中，在液晶元件10的后側(cè)上設(shè)置后反射偏振片21，該反射偏振片反射兩個彼此垂直的偏振光中的一種偏振光并透射另一種偏振光。結(jié)果是，在從前側(cè)入射到液晶元件10上并以液晶層19控制的偏振態(tài)發(fā)射到液晶元件10的后側(cè)上的光中，一個偏振光被后反射偏振片21反射，得到亮態(tài)顯示，另一個偏振光透射到后反射偏振片21的后側(cè)，得到暗態(tài)顯示。
另外，在本發(fā)明第二實施例中，在后反射偏振片21的后側(cè)上設(shè)置光吸收層30。其結(jié)果是透過后反射偏振片21發(fā)射到后側(cè)的光被光吸收層30吸收，從而獲得更加令人滿意的暗態(tài)顯示。
應(yīng)注意的是，在本發(fā)明第二實施例中，在液晶元件10和后反射偏振片21之間設(shè)置用于散射透射光的散射層53。其結(jié)果是，從后反射偏振片21反射的光被發(fā)射到前側(cè)，光的強度分布使得在前方發(fā)射、即基本上沿垂直于顯示屏的線條發(fā)射的光有很高的強度，此方向一般也是觀察顯示的方向，這樣能夠獲得具有較高的正面亮度的顯示。
在本發(fā)明的第二實施例中，設(shè)置在液晶元件10和后反射偏振片21之間的散射裝置由其中混合有散射顆粒的黏合劑制成的散射層53形成。希望散射裝置由一種散射層形成，該散射層具有一種方向性，即光在基本上平行于設(shè)置在液晶元件10前側(cè)的前反射偏振片20的法線方向散射(最好在關(guān)于前反射偏振片20法線大約30°的角度范圍之內(nèi))。在這種情況下，可以獲得具有較高的正面亮度的顯示。
在本發(fā)明第二實施例中，在液晶元件10和后反射偏振片21之間設(shè)置一個散射裝置。但是，也可以通過對后反射偏振片21的前表面實施如同對前反射偏振片前表面實施的表面處理一樣的表面處理來代替使用上述的散射裝置。在這種情況下也可以得到具有很高的正面亮度的顯示。
另外，在本發(fā)明第二實施中，通過對前反射偏振片20的前表面實施表面處理來形成光學(xué)裝置50，該裝置用于允許從前反射偏振片反射的光以一定的角度入射到透明膜40上，其中該角度使得入射光遭受透明膜40的內(nèi)表面反射。但是，也可以把光學(xué)裝置疊置在前反射偏振片20的前表面上。在這種情況下，不需要對前反射偏振片20實施表面處理。
圖19是本發(fā)明第二實施例第一改型的液晶顯示裝置局部側(cè)視圖。在第一改型中，利用把光學(xué)裝置疊置在前反射偏振片20的前表面上來代替對前反射偏振片20實施表面處理，其中，該光學(xué)裝置用于允許從前反射偏振片反射的光以一定的角度入射到透明膜40上，而其中的角度使得入射光遭受透明膜40的內(nèi)表面反射。
根據(jù)本發(fā)明第二實施例第一改型的液晶顯示裝置在其它結(jié)構(gòu)上與以上描述的本發(fā)明第二實施例的液晶顯示裝置相同，其中第一改型的結(jié)構(gòu)是由另一種元件構(gòu)成的光學(xué)元件54疊置在前反射偏振片20的前表面上，以此代替對前反射偏振片20的前表面實施表面處理。因此，對液晶顯示裝置相同的構(gòu)件用相同的標號表示，避免重復(fù)描述。
光學(xué)裝置54由一種光學(xué)粘附層54a形成，而光學(xué)粘附層54例如通過把光散射顆粒加入到折射率與透明膜基本相同的透明樹脂中而制備。從附圖中可以明確地看出，前反射偏振片20和設(shè)置在前反射偏振片20前側(cè)上的透明膜40通過粘附層54a彼此粘結(jié)。
希望光學(xué)裝置54能夠散射一種沿前反射偏振片反射軸的偏振光并且無反射地透射一種沿前反射偏振片透射軸的偏振光。或者，希望光學(xué)裝置54能夠在預(yù)定范圍的擴張角內(nèi)散射透射光。在光學(xué)裝置54滿足上述要求的地方，它允許從前反射偏振片20反射的大量的光以光遭受透明膜40內(nèi)表面反射的角度入射到透射膜40上。
在光學(xué)裝置54能夠在預(yù)定范圍的擴張角內(nèi)散射透射光的地方，最好光學(xué)裝置54有一種方向性，即光在與前反射偏振片20的法線傾斜的方向上散射。在這種情況下，幾乎所有從前反射偏振片20反射的光都能夠以一種角度入射到透明膜40上，其中該角度是光在透明膜40的前表面上遭受全反射的角度。
圖20是本發(fā)明第二實施例第二改型的液晶顯示裝置局部側(cè)視圖。第二改型在結(jié)構(gòu)上與第一改型相同，除了在第二改型中在液晶元件10和設(shè)置在液晶元件10前側(cè)上的前反射偏振片20之間設(shè)置一個散射裝置52a，該裝置用于散射透射光，由一種具有散射能力的粘附層構(gòu)成，通過把光散射顆粒加入到與第一改型中的黏合劑54a相同的透明粘附層而制備。
在第二實施例第二改型的液晶顯示裝置中，從后反射偏振片21反射的光被散射裝置52a散射入射到前側(cè)，光所具有的強度分布使得發(fā)射到前方的光具有很高的強度，由此能夠獲得具有很高的正面亮度的顯示。
在第二實施例的第二改型中，希望散射裝置52由一個散射層形成，散射層具有一種方向性，即光在基本上平行于設(shè)置在液晶元件10前側(cè)的前反射偏振片20法線的方向上散射，最好在落入關(guān)于法線大約30°范圍內(nèi)的方向上散射。在這種情況下，可以得到具有很高的正面亮度的顯示器。
在本發(fā)明的第二實施例中，光學(xué)裝置54允許從前反射偏振片20反射的光以入射光受到透明膜40內(nèi)表面反射的角度入射到透明膜40上。但是，既使省去光學(xué)裝置54，也允許從前反射偏振片20反射的光以入射光受到透明膜40內(nèi)表面反射的角度入射的透明膜40上。具體地說，普通反射偏振片的表面，與實施了表面處理的前反射偏振片20的表面不一樣，與光的波長相比有較大的不規(guī)律性，因此，允許沿反射軸的一種偏振光被反射，同時散射一定程度的光。
既使用于把前反射偏振片20粘結(jié)到前反射偏振片20前側(cè)上的透明膜40上的粘附層包括粘附層54a，其中該粘附層中不象第二實施例中那樣混合光散射顆粒，粘附層54a的折射率也不同于前反射偏振片20以及透射膜40的折射率，所以，在粘附層54a前后表面的界面處形成光學(xué)不連續(xù)面。導(dǎo)致透射光在此界面有一定程度的散射。隨后，既使光學(xué)裝置54不是肯定地設(shè)置在前反射偏振片20的前側(cè)上，也會散射從前反射偏振片20反射的一種偏振光，從而允許光以一種在透明膜40的前表面遭受全反射的入射角入射到透明膜40上。
另外，在本發(fā)明的第二實施例中，設(shè)置在液晶元件10后側(cè)上的反射裝置由反射偏振片形成，反射入射光中兩種彼此垂直的偏振光中的一種并透射另一種。但是，也可以用一種反射全部入射光的反射膜制成反射裝置。
圖21是以分解的形式表示本發(fā)明第二實施例第三改型的液晶顯示裝置的斜視圖。在第二實施例的第三改型中，在液晶元件10的后側(cè)上設(shè)置一個反射所有入射光的反射膜46。另外，在液晶元件10和反射膜46之間設(shè)置一個吸收偏振片31，透射入射光中彼此垂直的兩種偏振光中沿透射軸31a的偏振光并且吸收沿吸收軸的另一種偏振光。
根據(jù)第二實施例第三改型的液晶顯示裝置是一種常黑模式的TN型液晶顯示裝置。應(yīng)注意到在液晶元件10的液晶層19中的液晶分子在一對基底11和12之間以大致為90°的扭曲角扭曲取向。另外，吸收偏振片31設(shè)置成其透射軸31a基本上平行于設(shè)置在液晶元件10前側(cè)的反射偏振片20的透射軸20p。根據(jù)第二實施例第三改型的液晶顯示裝置在其它結(jié)構(gòu)上與圖1中第一實施例的液晶顯示裝置相同，因此，顯示裝置的相同構(gòu)件用相同的標號表示，避免重復(fù)描述。
在第二實施例第三改型的液晶顯示裝置中，在透過透明膜40、前反射偏振片20和液晶元件10入射到吸收偏振片31的光束中，沿吸收偏振片31透射軸31a的光束透過吸收偏振片31并被反射片46反射到后側(cè)上。另外，沿垂直于吸收偏振片31透射軸31a方向的另一種偏振光被吸收偏振片31吸收。應(yīng)注意，當不給液晶元件10的液晶層19施加電場時，該區(qū)域中的顯示為暗態(tài)顯示。另一方面，當給液晶層19施加電場時，從前側(cè)入射的光被反射膜46反射后發(fā)射到前側(cè)。結(jié)果是在該區(qū)域中的顯示為亮態(tài)顯示。
在第二實施例第三改型的液晶顯示裝置中，可以在液晶元件10和透明膜40之間設(shè)置用在本發(fā)明第二實施例中的散射裝置。可以通過利用反射膜46做為散射反射膜或通過對吸收偏振片31的前表面實施散射透射光的表面處理來形成散射裝置。
圖22是以分解的形式表示本發(fā)明第二實施例第四改型的液晶顯示裝置的斜視圖。在第二實施例的第四改型中，反射膜46設(shè)置在液晶元件10的后側(cè)執(zhí)行單偏振片類型的顯示，其中，透過液晶元件10的光被反射膜46直接反射，并且設(shè)置在液晶元件10前側(cè)的反射偏振片20用做偏振片和光探測器。
在第二實施例的第四改型中，反射膜46設(shè)置成面對液晶元件10的后表面。但是，也可以把反射裝置設(shè)置在如圖1所示的后基底12的內(nèi)側(cè)。在這種情況下，希望分布在后基底12內(nèi)表面上的電極14由一種金屬膜制成，金屬膜具有較高的反射性，允許電極14還用做反射裝置。
圖23是以分解的形式表示本發(fā)明第二實施例第五改型的液晶顯示裝置的斜視圖。在第二實施例的第五改型中，在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的圖14中所示液晶顯示裝置的前側(cè)設(shè)置一個前光60，從前側(cè)和后側(cè)透射入射光并向后側(cè)發(fā)射照明光，即向透明膜40的前表面發(fā)射照明光。
前光60由一個例如由丙烯酸樹脂制成的透明導(dǎo)光板61和一個面對導(dǎo)光板61的邊緣面設(shè)置的光源62構(gòu)成。從光源62發(fā)出的光被導(dǎo)光板導(dǎo)61導(dǎo)引，從而從整個后表面發(fā)射。當液晶顯示裝置用在不能得到足夠亮度的外部光的環(huán)境下時前光60發(fā)光。
第二實施例第五改型的液晶顯示裝置可以通過在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的圖14中所示液晶顯示裝置的前側(cè)設(shè)置一個前光60來制備。另外，在前光60分別設(shè)置于圖21和22中所示第二實施例第三和第四改型的液晶顯示裝置的情況下可以獲得同樣的效果。
圖24是以分解的形式表示本發(fā)明第二實施例第六改型的液晶顯示裝置的斜視圖。在第二實施例的第六改型中，在后反射偏振片21的后側(cè)設(shè)置一個背光70，代替在圖14中所示第二實施例的液晶顯示裝置的后側(cè)元件28，背光從前側(cè)透射入射光并向前側(cè)、即后反射偏振片21的后表面發(fā)射照明光。另外，在本發(fā)明第二實施例第六改型中的背光之后設(shè)置光吸收層30。
背光70由一個例如由丙烯酸樹脂制成的透明導(dǎo)光板71和一個面對導(dǎo)光板71的邊緣面設(shè)置的光源72構(gòu)成。從光源72發(fā)出的光被導(dǎo)光板71導(dǎo)引，從而從整個后表面發(fā)射。當液晶顯示裝置用在不能得到足夠亮度的外部光的環(huán)境下時背光70發(fā)光。
在第二實施例的第六改型中，光吸收層30設(shè)置在背光70的后側(cè)上。結(jié)果是透過后反射偏振片21和背光70發(fā)射到后側(cè)的光被光吸收層30吸收，從而能夠得到較深暗度的暗態(tài)顯示。
圖25是以分解的形式表示本發(fā)明第二實施例第七改型的液晶顯示裝置的斜視圖。在第二實施例的第七改型中，在圖21所示第二實施例第三改型的液晶顯示裝置的吸收偏振片31和設(shè)置在吸收偏振片31后側(cè)上的反射膜46之間設(shè)置背光70，透射從前側(cè)的入射光和從反射膜46反射的光并向前側(cè)發(fā)射照明光，即向吸收偏振片31的后表面發(fā)射光束。第三實施例圖26是以分解的形式表示本發(fā)明第三實施例的液晶顯示裝置的斜視圖。本發(fā)明第三實施例的液晶顯示裝置包括一個液晶元件10，一個設(shè)置在液晶元件10前面的前反射偏振片20，一個設(shè)置在反射偏振片20前側(cè)的光學(xué)元件41，一個設(shè)置在液晶元件10后側(cè)的散射裝置55，和一個后側(cè)元件28。第三實施例在結(jié)構(gòu)上與第一和第二實施例相同，除了本發(fā)明第三實施例與第一和第二實施例的不同之處光學(xué)裝置41設(shè)置在反射偏振片20的前側(cè)，散射裝置55設(shè)置在液晶元件10和后側(cè)元件28之間。因此，顯示裝置相同的構(gòu)件用相同的標號表示，避免重復(fù)描述。
光學(xué)元件41是一個用于在例如透射光的正常光和非常光之間施加相位差從而改變透射光偏振態(tài)的相位片。在從反射偏振片20反射并從后側(cè)入射到相位片41的一種偏振光中，以全反射角入射到相位片41的前表面和空氣層即外界大氣層之間界面上的光受到相位片41的內(nèi)表面反射后又入射到反射偏振片20，其偏振態(tài)改變到垂直于所述的一種偏振態(tài)的偏振態(tài)。
用在本發(fā)明第三實施例中的相位片41由一個λ/4片構(gòu)成。具體地說，相位片41在平行于反射偏振片20透射軸20p的方向上的折射率基本上等于在反射偏振片20透射軸20p方向上的折射率，或者相位片41的折射率和反射偏振片20在透射軸20p方向的折射率之差小于反射偏振片20各向異性薄膜的各向異性衍射值。相位片41給予在平行于反射偏振片20法線方向上透射的光的正常光和非常光之間1/4波長的相位差。應(yīng)注意到，從后側(cè)入射的線性偏振光被轉(zhuǎn)變成圓偏振光的同時向相位片41的前表面透射。另外，在相位片41的前表面和空氣層即外界大氣層之間界面處受到內(nèi)表面反射的光被轉(zhuǎn)變成一個線性偏振光，同時透過相位片41傳向后表面，線性偏振光的偏振態(tài)具有一個相對于從后側(cè)入射的線性偏振光有大約改變90°的振蕩面。換言之，由λ/4波片構(gòu)成的相位片41對于從后側(cè)入射的、并在前表面和空氣層即外界大氣層之間界面處受到內(nèi)表面反射、之后又發(fā)射到后表面的光顯示出與λ/2相同的光學(xué)作用。
根據(jù)本發(fā)明第三實施例的液晶顯示裝置是一種常黑模式的TN(扭曲向列相)型液晶顯示裝置，與圖14中所示的第二實施例的液晶顯示裝置類似。
如圖27所示，相位片41通過一個透明粘附層51粘結(jié)到前反射偏振片20的前表面。粘附層51由一種具有基本上與反射偏振片20的透射軸20p方向的折射率相等的折射率的光學(xué)黏合劑制成?；蛘?，光學(xué)黏合劑的折射率和反射偏振片20在透射軸20p方向的折射率之差小于反射偏振片20各向異性薄膜的折射率各向異性值。其結(jié)果是，形成在前反射偏振片20前表面上的不規(guī)則平面50a允許從前反射偏振片20反射的一種偏振光、即沿反射軸20s的偏振光以受到相位片41內(nèi)表面反射的入射角入射到相位片41上，并且還允許沿反射軸20s的偏振光被散射和反射，從而散射另一種沿透射軸20p的偏振光。
設(shè)置在液晶元件10和包含在后側(cè)元件28中的后反射偏振片21之間的散射裝置55包括一種在其中混有光散射顆粒的粘附層，后反射偏振片21通過其中混有顆粒的粘附層粘結(jié)到液晶元件10的后表面(后基底12的外表面)并形成散射裝置55。
希望散射裝置55具有一個大約為30的霾值，并具有在平行于設(shè)置在液晶元件10前側(cè)上的前反射偏振片20法線的方向上反射的方向性。尤其希望散射裝置55具有在關(guān)于上述法線大約30°的角度范圍內(nèi)散射的方向性。
在根據(jù)本發(fā)明第三實施例的液晶顯示裝置中，從前反射偏振片20反射的光Is從后側(cè)入射到相位片41上，并在相位片41的前表面和空氣層、即大氣層之間的界面處經(jīng)受內(nèi)表面反射，如圖27所示。然后，光又入射到前反射偏振片20，其偏振態(tài)被相位片41的相位差所改變，并且，具有被改變成沿前反射偏振片20透射軸20o的另一種偏振態(tài)P的光Ip1透過前反射偏振片20入射到液晶元件10上。換言之，在第三實施例的液晶顯示裝置中，從前側(cè)入射的外部光的兩個彼此垂直的S和P偏振光中，透過前反射偏振片20的P偏振光Ip和以相位片41改變的偏振態(tài)又入射到前反射偏振片20上的P偏振光Ip1均透過前反射偏振片20入射到液晶元件10上。
在本發(fā)明的第三實施例中，對前反射偏振片20的前表面實施表面處理，從而在前表面上形成不規(guī)則平面50，并使得從反射偏振片20反射的偏振光Is能夠以受到相位片41內(nèi)表面反射的角度入射到相位以41。因為特殊的結(jié)構(gòu)，從反射偏振片20反射的偏振光Is能夠能夠以受到相位片41內(nèi)表面反射的角度大量地入射到相位以41。隨之可以增強能夠以相位片41改變的偏振態(tài)再入射到前反射偏振片20上的光。
應(yīng)注意到，在前反射偏振片20前表面上的不規(guī)則平面使得能夠散射并反射沿反射軸20s的一種偏振光Is，不散射Ip光的透射沿透射軸20p的另一種偏振光Ip。其結(jié)果是從前反射偏振片20反射的一種偏振光Is被散射和反射，之后能以可被相位片41的內(nèi)表面反射的入射角大量地入射到相位片41上，使得增強能夠以相位片41改變的偏振態(tài)再入射到前反射偏振片20上的光成為可能。
在本發(fā)明第三實施例中，給透射光的正常光和非常光之間帶來1/4波長相位差的λ/4波片用做相位片41。這使得能夠允許從前反射偏振片20反射后入射到相位片(λ/4波片)、并受到相位片41的內(nèi)表面反射后發(fā)射到后側(cè)的光被轉(zhuǎn)變成垂直于從前反射偏振片20反射的S偏振光的P偏振光(透過前反射偏振片20的偏振光)，并且?guī)缀跛杏秩肷涞角胺瓷淦衿?0的光透過前反射偏振片20入射到液晶元件10上。
當把由λ/4波片構(gòu)成的相位片41設(shè)置成其延遲軸41a以大約45°的角度與反射軸20s和透射軸20p相交時使得利用λ/4波片構(gòu)成的相位片41的效果最好。
圖28是以分解的形式表示本發(fā)明第三實施例第一改型的液晶顯示裝置的斜視圖。在第三實施例的第一改型中，把不實施表面處理的普通反射偏振片用做前反射偏振片20，并在前反射偏振片20和設(shè)置于前反射偏振片20后側(cè)的相位片41之間設(shè)置一個散射層51。
圖29是以分解的形式表示本發(fā)明第三實施例第二改型的液晶顯示裝置的斜視圖。在第三實施例的第二改型中，在液晶元件10的后側(cè)上設(shè)置后側(cè)元件28，該后側(cè)元件28由吸收偏振片31和設(shè)置于吸收偏振片31后側(cè)上的反射片26構(gòu)成的。
根據(jù)第三實施例第二改型的液晶顯示裝置是一種常黑模式。應(yīng)注意到吸收偏振片31被布置成其透射軸31a基本上平行于設(shè)置在液晶元件10前側(cè)上的反射偏振片20的透射軸20p。
圖30是以分解的形式表示本發(fā)明第三實施例第三改型的液晶顯示裝置的斜視圖。在第三實施例的第三改型中，散射裝置52a設(shè)置在液晶顯示裝置的液晶元件10和前反射偏振片20之間，液晶顯示裝置配置有后側(cè)元件28，而后側(cè)元件由反射偏振片21和設(shè)置在反射偏振片21后側(cè)上的光吸收層30構(gòu)成。根據(jù)第三實施例第三改型的液晶顯示裝置能夠獲得具有高度正面亮度的顯示。
根據(jù)第三實施例第三改型的液晶顯示裝置通過設(shè)置液晶元件10前側(cè)上的前反射偏振片20和包含于液晶元件10后側(cè)上的后側(cè)元件28中的后反射偏振片21、從而使反射軸20s和21s基本上分別平行于透射軸20p和21p而能夠用做一種常白模式的液晶顯示裝置。
圖31是以分解的形式表示本發(fā)明第三實施例第四改型的液晶顯示裝置的斜視圖。在第三實施例的第四改型中，置于液晶元件10前側(cè)上的前反射偏振片20和包括在后側(cè)元件28中的后反射偏振片21被排列成其反射軸20s和21s基本上分別平行于透射軸20p和21p，從而提供常白模式。另外，由反射偏振片21和置于在反射偏振片21后側(cè)上的吸收偏振片13設(shè)置在液晶元件10的后側(cè)上。
圖32是以分解的形式表示本發(fā)明第三實施例第五改型的液晶顯示裝置的斜視圖。在第三實施例的第五改型中，在液晶元件10的后側(cè)上設(shè)置配備有兩個反射偏振片211和212的后側(cè)元件28。
用在第三實施例第五改型中的后側(cè)元件28配置有面對液晶元件10后表面的第一反射偏振片211和置于第一反射偏振片211后側(cè)上的第二反射偏振片212。另外，在第一反射偏振片211和第二反射偏振片212之間設(shè)置一個用于散射透射光的散射層57。還把光吸收膜(黑色膜)30設(shè)置為第二反射偏振片212后側(cè)上的光吸收裝置。應(yīng)注意到第一反射偏振片211和第二反射偏振片212被排列成其反射軸由211s、212s分別基本上平行于透射軸211p、212p。
在第五改型中，可以把吸收偏振片用做光吸收裝置。在這種情況下，吸收偏振片應(yīng)該排列成其透射軸基本上垂直于第二反射偏振片212的透射軸212p。
根據(jù)第三實施例第五改型的液晶顯示裝置，可以增大從后側(cè)元件28反射的光量，從而得到更高亮度的顯示。
圖33是以分解的形式表示本發(fā)明第三實施例第六改型的液晶顯示裝置的斜視圖。在第三實施例的第六改型中，由反射偏振片21和設(shè)置在反射偏振片21后側(cè)上的吸收偏振片31構(gòu)成的后側(cè)元件28設(shè)置在液晶元件10的后側(cè)上。另外，在后側(cè)元件28的后側(cè)上設(shè)置背光70。
圖34是以分解的形式表示本發(fā)明第三實施例第七改型的液晶顯示裝置的斜視圖。在第三實施例的第七改型中，由反射偏振片21和設(shè)置在反射偏振片21后側(cè)上作為光吸收裝置并能夠吸收預(yù)定波長區(qū)域的光的彩色膜57構(gòu)成的后側(cè)元件28設(shè)置在液晶元件10的后側(cè)上。另外，在后側(cè)元件28的后側(cè)上設(shè)置背光70。順便說一下，彩色膜57由一個單色彩色膜構(gòu)成。
在利用外部光由第四實施例第七改型中的液晶顯示裝置執(zhí)行的反射顯示中，從前側(cè)入射的光被后側(cè)元件28的反射偏振片21反射，致使當不給液晶層施加電場時在該區(qū)域中的顯示為白色亮態(tài)顯示。另一方面，當給液晶層施加電場時，從前側(cè)入射的光透過后側(cè)元件28的反射偏振片21被彩色膜57吸收，致使在該區(qū)域中的顯示基本上為黑色的暗態(tài)顯示。
在利用從背光70發(fā)出的照明光的透射顯示中，從背光70發(fā)出的照明光被彩色膜57染色，并再從后側(cè)入射到液晶元件10上。
當不給液晶元件10的液晶層施加電場時，從后側(cè)入射的光被反射偏振片20反射，致使在該區(qū)域中的顯示為基本上為黑色的暗態(tài)顯示。另一方面，當在液晶層中施加電場時，從后側(cè)入射的光透過前反射偏振片20入射到前側(cè)，致使在該區(qū)域中的顯示為彩色膜57顏色的亮態(tài)顯示。
可以自由選擇彩色膜57的顏色。例如，在彩色膜57為紅色的地方，透射顯示是一種彩色顯示，其中的信息由白色背景中的紅色顯示。
在第四實施例第七改型的后側(cè)元件28中，設(shè)置在反射偏振片21后側(cè)上的彩色膜57由一個單色彩色膜形成。但是也還可以使彩色膜57成為由以預(yù)定圖案排列的多個彩色膜形成的多種顏色的彩色膜。在這種情況下，可以執(zhí)行彩色顯示，其中的信息由白色背景中的多種顏色顯示。
圖35是以分解的形式表示本發(fā)明第三實施例第八改型的液晶顯示裝置的斜視圖。根據(jù)第三實施例第八改型的液晶顯示裝置是一種利用簡單的矩陣液晶元件101的TN型液晶顯示裝置。
根據(jù)第三實施例第八改型的液晶顯示裝置與圖31中第三實施例第四改型的液晶顯示裝置相同，除了用簡單矩陣液晶元件101代替第四改型中使用的液晶元件10。
在第八改型中，簡單矩陣液晶元件101的液晶分子是按虛線所示的大約100°的扭曲角扭曲取向。
用在第三實施例第八改型的液晶顯示裝置中的液晶元件101是一個簡單矩陣液晶元件。而且因為液晶分子是以大約100°的扭曲角扭曲取向，所以與大約以90°扭曲角取向的簡單矩陣液晶元件相比，可以得到對電場有良好響應(yīng)的液晶分子。由此得到良好的對比度。
在第三實施例的第八改型中，希望簡單矩陣元件101液晶分子的扭曲角落在100°±5°的范圍內(nèi)。還希望液晶元件101液晶的雙折射Δn和液晶層的厚度d之積Δnd落在115nm～130nm的范圍內(nèi)。
圖36是表示液晶元件的Δnd值和對比度的關(guān)系曲線，包括100°扭曲的液晶顯示裝置和90°扭曲的液晶顯示裝置受到1/5占空比的分時驅(qū)動的情況，其中100°扭曲的液晶顯示裝置即為液晶分子的扭曲角設(shè)置為100°,90°扭曲的液晶顯示裝置即為液晶分子的扭曲角設(shè)置為90°。
如圖36所示，當液晶元件的Δnd值為115時可以在90°扭曲液晶顯示裝置中得到最好的對比度，對比度值大約為5.3。另一方面，對于100°扭曲的液晶顯示裝置的液晶元件101的Δnd值的對比度值高于90°扭曲液晶顯示裝置的對比度值。另外，當Δnd值等于或小于160nm時，100°扭曲的液晶顯示裝置的對比度值高于最佳對比度值，即Δnd=115nm時90°扭曲的液晶顯示裝置的對比度。另外，當Δnd值落入115nm和130nm的范圍內(nèi)時100°扭曲的液晶顯示裝置顯示出6.5或更大的足夠的對比度值，并且當Δnd值為126nm時顯示裝置顯示最高的對比度。
在第三實施例第八改型的液晶顯示裝置中，液晶元件101由一個簡單的矩陣液晶元件形成。但是，因為液晶分子處于大約100°扭曲角的扭曲取向，所以與液晶分子處于大約90°扭曲角的扭曲取向的簡單矩陣液晶元件相比，液晶分子顯示出對電場的良好響應(yīng)。
隨后，在本發(fā)明第三實施例第八改型的液晶顯示裝置中，希望選擇簡單矩陣元件101液晶層的厚度d和液晶的雙折射Δn值為Δnd值處于115nm～130nm的范圍內(nèi)。更具體地說，希望將Δnd值設(shè)置在126nm。在這種情況下可以得到很高的對比度。
圖35中的液晶顯示裝置可以通過用簡單矩陣型液晶元件101替換本發(fā)明第一和第二實施例的液晶顯示裝置中的液晶元件10而得到。在這種情況下，液晶分子的扭曲角應(yīng)設(shè)置為大約100°，并且簡單矩陣型液晶元件1’的Δnd值應(yīng)設(shè)置在115nm和130nm的范圍之內(nèi)(最好是126nm)。
根據(jù)本發(fā)明第一至第三實施例的任意一種液晶顯示裝置是一種TN型顯示裝置。但是還還可以把本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)意應(yīng)用到液晶元件的液晶分子同性取向在一個方向的液晶顯示裝置、鐵電或反鐵電液晶顯示裝置、以及橫向電場驅(qū)動型液晶顯示裝置中的任意一種同性取向的液晶顯示裝置，其中橫向電場驅(qū)動型液晶顯示裝置中，多個分段電極和多個面對分段電極的公共電極分布在液晶元件中一對基底的一個內(nèi)表面上。第四實施例圖37是以分解的形式表示本發(fā)明第四實施例的液晶顯示裝置的斜視圖。
根據(jù)本發(fā)明第四實施例的液晶顯示裝置是一種利用外部光進行反射顯示的STN型液晶顯示裝置，包括STN型液晶元件120，設(shè)置在STN型液晶元件120前側(cè)上的反射偏振片20，設(shè)置在液晶元件120和反射偏振片20之間的吸收偏振片310(前吸收偏振片)，設(shè)置在反射偏振片20和吸收偏振片310之間的散射層501，設(shè)置在液晶元件120和前吸收偏振片310之間的補償片401，設(shè)置在液晶元件120的后側(cè)上作為反射裝置的反射膜26，和設(shè)置在液晶元件120及反射膜26之間的吸收偏振片(后吸收偏振片)320。此顯示裝置與第一至第三實施例的顯示裝置相同的構(gòu)件用相同的標號表示，以免重復(fù)描述。
STN型液晶元件120的液晶分子在基底附近的取向通過設(shè)置在前后基底內(nèi)表面的取向膜調(diào)節(jié)成在前后基底之間以180°～270°的扭曲角扭曲取向。希望STN型液晶元件120的液晶分子的扭曲角處于200°～250°的范圍之內(nèi)。在本發(fā)明的第四實施例中，STN型液晶元件120前基底附近的液晶分子的取向120b在圖中順時針方向偏轉(zhuǎn)顯示屏的橫軸x大約35°如圖37所示。另外，后基底附近液晶分子的取向120a逆時針方向偏轉(zhuǎn)橫軸x大約35°。另外，圖中包含在STN型液晶元件120中的液晶層的液晶分子從后基底朝向前基底以大約250°的扭曲角扭曲取向，如圖中虛線所示。
反射偏振片20排列成其透射軸20p逆時針偏離STN型液晶元件120前基底附近液晶分子的取向120b大約45°(或與顯示屏橫軸x逆時針方向偏離大約10°)。
前反射偏振片310排列成其透射軸310a基本上平行于反射偏振片20的透射軸20p。另一方面，后吸收偏振片320排列成其透射軸320a逆時針偏離反射偏振片20的透射軸20p和前吸收偏振片310的透射軸310a大約65°(或與顯示屏的橫軸x逆時針偏離大約75°)。
設(shè)置在STN型液晶元件120和前吸收偏振片310之間的補償片401用作抑制STN型液晶顯示裝置中固有的顯示染色，從而執(zhí)行白色顯示。由相位片形成的補償片401布置成延遲相位軸401a逆時針偏離STN型液晶元件120前基底附近液晶分子的取向120a大約85°(或逆時針偏離顯示屏的橫軸x大約50°)。順便說一下，STN型液晶元件120中液晶的雙折射Δn和液晶層的厚度d之積大約為780nm，并且補償片(相位片)401的延遲約為570nm。
STN型液晶元件120根據(jù)液晶分子的取向狀態(tài)改變發(fā)射到后側(cè)的光的偏振狀態(tài)，并根據(jù)偏振態(tài)控制后吸收偏振片320的透射率。應(yīng)注意到，把STN型液晶元件120電極之間施加的電場強度逐級控制在允許最暗顯示的強度和允許最亮顯示的強度之間，從而實現(xiàn)具有亮度灰度的圖象顯示。
在本發(fā)明第四實施例的液晶顯示裝置中，透過STN型液晶元件120每個象素區(qū)域中的光被著色成與對應(yīng)于象素區(qū)域的彩色濾色片的顏色一致。例如，光被著色成紅、綠和蘭色，使得從每個象素區(qū)域發(fā)出的光著色成紅、綠或蘭。隨之可以通過逐級改變紅、綠和蘭發(fā)射光的強度實現(xiàn)多色圖象如全色圖象的顯示。
在本發(fā)明第四實施例的液晶顯示裝置中，透過STN型液晶元件120的每個象素區(qū)域的光被著色成與對應(yīng)于象素區(qū)域的彩色濾光片的顏色一致的顏色。例如，光著色成紅、綠或蘭色，以致于從每個象素區(qū)域發(fā)出的光著色成紅、綠和蘭光。由此可以通過逐級改變紅、綠或蘭發(fā)射光的強度實現(xiàn)多色圖象的顯示，如全色顯示。
還應(yīng)注意到，根據(jù)本發(fā)明第四實施例的液晶顯示裝置包括補償片401，它使得能夠抑制STN型液晶顯示裝置中固有的顯示著色，并從而實現(xiàn)高顏色質(zhì)量的多色圖象的顯示。
在本發(fā)明的第四實施例中，吸收偏振片310設(shè)置在STN型液晶元件120和置于液晶元件120前側(cè)上的反射偏振片20之間，使得透射軸310a基本上平行于反射偏振片20的透射軸310a。由此吸收偏振片310能夠使從前側(cè)入射并被透過反射偏振片20的光入射到STN型液晶元件120上，成為一個具有高偏振度的線性偏振光。結(jié)果是可以得到良好對比度的顯示。
還應(yīng)注意到，反射偏振片20不包含一種吸收光的物質(zhì)，這導(dǎo)致入射光可以以很高的透射率透過反射偏振片20，從而獲得亮態(tài)顯示。
在本發(fā)明的第四實施例中，散射層501設(shè)置在液晶元件120和置于液晶元件120前側(cè)上的反射偏振片20之間，即設(shè)置在反射偏振片20和吸收偏振片310之間。結(jié)果是，從反射膜26反射后入射到前側(cè)的光被散射層501散射，使得能夠得到亮度均勻分布的顯示。
在本發(fā)明的第四實施例中，散射層501設(shè)置在反射偏振片20和吸收偏振片310之間。或者，也可以把散射層501設(shè)置在吸收偏振片310和置于STN型液晶元件120前側(cè)上的補償片401之間。
也可以把散射層501設(shè)置在STN型液晶元件120和置于STN型液晶元件120后側(cè)上的反射膜26之間，即STN型液晶元件120和后吸收偏振片320之間，或后吸收偏振片320和反射膜26之間。另外，還可以把散射層501設(shè)置在STN型液晶元件120和反射偏振片20之間，以及STN型液晶元件120和反射膜26之間(設(shè)置兩個散射層)。
在本發(fā)明第四實施例的液晶顯示裝置中，反射膜26設(shè)置在STN型液晶元件120的后側(cè)上做為一個反射裝置?？梢园逊瓷溲b置設(shè)置在STN型液晶元件120的后側(cè)上形成一個半透射反射膜。在利用半透反射膜的情況中，當液晶顯示裝置用在能得到足夠亮度的外部光的環(huán)境下時，可以利用外部光執(zhí)行反射顯示。還可以在不能夠得到足夠亮度的外部光時利用背光發(fā)出的照明光進行透射顯示。
另外，在本發(fā)明第四實施例中，吸收偏振片310設(shè)置在反射偏振片20和補償片401之間。但是，也可以通過利用具有高偏振度的反射偏振片20構(gòu)成不設(shè)置吸收偏振片310的液晶顯示裝置。在這種情況下，具有沿透射軸20p的振蕩面的偏振光可以透過反射偏振片20，因為如前所述，在反射偏振片20中不包含吸收光的物質(zhì)。由此可以增大在入射到液晶顯示裝置上的光中透過補償片401入射到STN型液晶元件120上的光。
圖38是以分解的形式表示本發(fā)明第四實施例第一改型的液晶顯示裝置斜視圖。根據(jù)第四實施例第一改型的液晶顯示裝置包括STN型液晶元件120，設(shè)置在STN型液晶元件120前側(cè)上的反射偏振片20，設(shè)置在液晶元件120和反射偏振片20之間的吸收偏振片401，設(shè)置在STN型液晶元件120和前吸收偏振片310之間的補償片401，設(shè)置在反射偏振片20和吸收偏振片401之間的散射層501，設(shè)置在STN型液晶顯示元件20和前吸收偏振片310之間的補償片401，和設(shè)置在液晶元件120的后側(cè)上的反射膜26。
第一改型的液晶顯示裝置不同于第四實施例中的液晶顯示裝置的地方在于在第四實施例第一改型的液晶顯示裝置中不包括包含于第四實施例的液晶顯示裝置中的后吸收偏振片。第四實施例的第一改型不同于圖37所示的第四實施例的地方還在于反射偏振片20、吸收偏振片310和補償片401的光軸之間的關(guān)系。因為圖38中所示的第一改型與圖37中所示的第四實施例在液晶顯示裝置的其它結(jié)構(gòu)上如STN型液晶元件120相同，所以用相同的標號表示顯示裝置的相同構(gòu)件，從而避免重復(fù)描述。
在圖38所示的第一改型中，把反射偏振片20排列成其透射軸20p逆時針偏離STN型液晶元件120前基底附近的液晶分子的取向120a大約85°(順時針方向偏離顯示屏的橫軸x大約55°)。另外，把吸收偏振片310排列成其透射軸310a基本上平行于反射偏振片20的透射軸20p。
把由相位片形成的補償片401設(shè)置成延遲相位軸401a順時針偏離STN型液晶元件120前基底附近的液晶分子的取向120a大約10°(逆時針方向偏離顯示屏的橫軸x大約155°)。順便說一下，STN型液晶元件120的Δnd值大約為780nm，補償片(相位片)401的延遲大約為570nm。
在本發(fā)明第四實施例第一改型的液晶顯示裝置中，設(shè)置在STN型液晶元件120前側(cè)的反射偏振片20和吸收偏振片310能夠執(zhí)行偏振器的作用，允許從前側(cè)入射的光做為一個線性偏振光入射到STN型液晶元件120上，并執(zhí)行光探測器的作用，根據(jù)光的偏振態(tài)控制透過STN型液晶元件120的光透射率。在圖38所示的第一改型中，散射層501設(shè)置在反射偏振片20和吸收偏振片310之間。而且也可以把散射層501設(shè)置在吸收偏振片310和STN型液晶元件120的前補償片401之間。
圖39是以分解的形式表示本發(fā)明第四實施例第二改型的液晶顯示裝置斜視圖。根據(jù)第四實施例第二改型的液晶顯示裝置包括STN型液晶元件120，設(shè)置在STN型液晶元件120前側(cè)上的反射偏振片20，設(shè)置在液晶元件120和反射偏振片20之間的吸收偏振片310，設(shè)置在STN型液晶元件120和前吸收偏振片310之間的補償片401，和設(shè)置在液晶元件120的后側(cè)上的反射膜26。另外，在反射偏振片20的前側(cè)上設(shè)置一個透明膜410，用于使從反射偏振片20反射的光受到內(nèi)表面反射，從而再入射到反射偏振片20上。
圖39中所示的第二改型與圖38中所示的第一改型在反射偏振片20、吸收偏振片310和補償片(相位片)401的光軸之間的關(guān)系上相同，以及在STN型液晶元件120的Δnd值和補償片401的延遲值上相同。因此，顯示裝置相同的構(gòu)件用相同的標號表示，以免重復(fù)描述。
透明膜40由一種光學(xué)膜形成，該光學(xué)膜具有改變透射光偏振態(tài)的光學(xué)特性，也就是一種相位片，用于在透射光的正常光和非常光之間產(chǎn)生相位差，從而改變透射光的偏振態(tài)。在圖39所示的第二改型中，給透射光的正常光和非常光之間產(chǎn)生1/4波長相位差的λ/4相位片用做透明膜(相位片)410。如圖39所示，相位片410布置成延遲相位軸410a逆時針方向偏離顯示屏的橫軸x約100°。換言之，相位片410的延遲相位軸410a以大約45°的交叉角與設(shè)置在STN型液晶元件120前側(cè)的反射偏振片20的透射軸20p交叉。
在本發(fā)明第四實施實例第二改型的液晶顯示裝置中，入射到前側(cè)的外部光的兩個彼此垂直的偏振光中透過反射偏振片20的偏振光和從反射偏振片20反射并受到相位片410內(nèi)表面反射后又以改變的偏振態(tài)入射到反射偏振片20的透過反射偏振片20的偏振光都透過反射偏振片20入射到STN型液晶元件120上。
還應(yīng)注意到，在圖39所示第四實施例的第二改型中，給透射光的正常光和非常光之間加入1/4波長的相位差的λ/4相位片作為相位片410。因此，從反射偏振片20反射后從后側(cè)入射到λ/4相位片410、并受到λ/4相位片410的內(nèi)表面反射、發(fā)射到到后側(cè)的光被變成一種偏振分量垂直于從反射偏振片20反射的偏振光的偏振狀態(tài)(偏振分量透過反射偏振片20)的光。因此，幾乎所有又入射到反射偏振片20的光透過反射偏振片20入射到STN型液晶元件120上。
當把λ/4相位片410設(shè)置成其延遲軸410a以大約45°的角度與反射偏振片20的透射軸20p和延遲相位軸410a相交時使得利用λ/4相位片410產(chǎn)生的效果最好。
另外，在圖39所示的第二改型中，設(shè)置在STN型液晶元件120前側(cè)的反射偏振片20和吸收偏振片310能夠執(zhí)行偏振片的作用，允許從前側(cè)入射的光作為一個線性偏振光入射到STN型液晶元件120上，并用作光探測器，根據(jù)偏振態(tài)控制透過STN型液晶元件120的光的透射率。由此，該光束不被后反射偏振片32吸收，使得能夠獲得亮的顯示屏。
在上述第四實施例的第二改型中，反射膜26用作設(shè)置在STN型液晶元件120后側(cè)上的反射裝置，反射膜26設(shè)置在STN型液晶元件120的后側(cè)上。但是也可以使用具有高反射率的金屬形成設(shè)置在STN型液晶元件120后基底內(nèi)表面上的電極，從而使電極執(zhí)行反射裝置的功能。
另外，在第四實施例第二改型的液晶顯示裝置中，吸收偏振片310設(shè)置在STN型液晶元件120和位于STN型液晶元件120前側(cè)上的反射偏振片20之間，使得具有較高偏振度的線性偏振光入射到STN型液晶元件120上，以致于透射軸310a基本上平行于反射偏振片20的透射軸20p。然而也可以省去吸收偏振片310。
圖39是以分解的形式表示本發(fā)明第四實施例第三改型的液晶顯示裝置斜視圖。第四實施例第三改型的液晶顯示裝置包括STN型液晶元件120，設(shè)置在STN型液晶元件120前側(cè)上的反射偏振片20，設(shè)置在STN型液晶元件120和反射偏振片20之間的補償片401，和設(shè)置在STN型液晶元件120后側(cè)上作為反射裝置、并還作為光探測器的反射片21(后吸收偏振片)。另外，還在STN型液晶元件120前側(cè)上的反射偏振片(前反射偏振片)20的前側(cè)上設(shè)置一個作為透明膜的λ/4相位片410，使從反射偏振片20反射的光再入射到反射偏振片20上。另外，還在后反射偏振片21的后側(cè)上設(shè)置用作光吸收裝置的吸收偏振片320。
用一個扭曲的相位片形成補償片402，用于抑制STN型液晶顯示裝置中固有的顯示著色，所以補償片402以下稱作扭曲相位片。
圖40中的標號402a和402b分別表示扭曲相位片402前表面和后表面上的分子取向。如虛線箭頭表示，圖中扭曲相位片402的分子在逆時針方向從后表面向前表面以大約250°的扭曲角扭曲。換言之，扭曲相位片402的分子排列在與STN型液晶元件120的液晶分子扭曲方向相反的方向上扭曲，扭曲角基本上與STN型液晶元件120的液晶分子的相同。扭曲相位片402有一個基本上與STN型液晶元件120的Δnd值相同的延遲。在圖40所示第三改型的液晶顯示裝置中，STN型液晶元件120的Δnd值大約為820nm，扭曲相位片的延遲值也大約為820nm。另外，扭曲相位片402排列成前表面上液晶分子的取向402a順時針偏離顯示屏的橫軸x大約55°，后表面上的分子取向402b逆時針偏離顯示屏的x軸大約55°。
圖中置于前反射偏振片20前側(cè)上的λ/4相位片410逆時針方向偏離顯示屏的x大約145°。換言之，λ/4相位片410的延遲相位軸410a與前反射偏振片20的透射軸2p以大約45°的交叉角交叉。
后反射偏振片21排列成其透射軸21p與顯示屏的橫軸x以大約90°的交叉角交叉，并且反射軸20x基本上平行于上述的橫軸x。
設(shè)置在后反射偏振片21后側(cè)上的吸收偏振片3320排列成其透射軸320a基本上平行于后反射偏振片21的反射軸21s，吸收軸(未示出)基本上垂直于后反射偏振片21的透射軸21p。
根據(jù)圖40所示改型的液晶顯示裝置，允許從前側(cè)入射的外部光的兩個彼此垂直的偏振光中透過前反射偏振片20的偏振光以及從前反射偏振片20反射并受到相位片410的內(nèi)表面反射、以致于又以改變的偏振態(tài)入射到反射偏振片20上的光中透過反射偏振片20的偏振光均透過前反射偏振片20入射到STN型液晶元件120上。由此可以高效地利用從前側(cè)入射的外部光得到明亮的顯示屏。
在圖40的改型中，扭曲相位片402用作一個補償片，抑制STN型液晶顯示裝置中固有的顯示著色，從而改進視角特性。由此可以更有效地抑制顯示的著色，以便擴大視角。
在圖40的改型中，在液晶元件120和后反射偏振片21之間設(shè)置散射層55?；蛘?，在位于STN型液晶元件120前側(cè)上的扭曲的相位片402和前反射偏振片20之間設(shè)置散射層55。還可以設(shè)置兩個散射層，一個散射層55置于STN型液晶元件120和后反射偏振片21之間，另一個散射層55置于扭曲的相位片402和前反射偏振片20之間。
還應(yīng)該注意到，在散射層55置于STN型液晶元件120和后反射偏振片21之間的地方，可以通過對后反射偏振片21的前表面實施粗糙處理而形成散射層55。
另外，根據(jù)圖40中所示的改型，吸收偏振片320布置在位于STN型液晶元件120后側(cè)上的后反射偏振片21的后側(cè)上成為一個光吸收裝置。但是也可以由一個黑色吸收膜形成位于后反射偏振片21后側(cè)上的光吸收裝置。另外，在利用不配置彩色濾波片的STN型液晶元件120的情形中，可以用一個自選顏色的彩色濾波片作為光吸收裝置。另外，也可以省去光吸收裝置。
在圖39和40所示的改型中，散射平面50a形成在位于STN型液晶元件120前側(cè)的反射偏振片20的前表面上。但是，代替利用散射平面50a，可以在反射偏振片20的前側(cè)上、即反射偏振片20和相位片410之間設(shè)置一個由粗糙的膜或一個其中混有光散射顆粒的膜制成的散射層，從而允許從反射偏振片20反射的光被散射層散射。
另外，在圖39和圖40所示的改型中，λ/4相位片410布置成透射膜，用于使從反射偏振片20反射的光受到內(nèi)表面反射后再入射到STN型液晶元件120前側(cè)的反射偏振片20上。但是，設(shè)置在反射偏振片20前側(cè)上的透明膜并不局限于λ/4相位片。例如，還可以用一個光學(xué)膜等代替λ/4相位片。
在上述第一至第四的每個實施例中，可以用表面經(jīng)過粗糙處理的任意透明膜形成散射層，透明膜中散布有光散射顆粒，一個表面上形成有具有微透鏡的透鏡膜。在利用受到表面粗糙處理或其中散布有光散射顆粒的膜的情況下，最好膜具有大約30至32的霾值。在利用受到表面粗糙處理或其中散布有光散射顆粒的膜的情況下還可以得到前表面亮度被進一步提高的顯示。
尤其希望散射層由上述的透鏡膜形成。在利用透鏡膜的情況下，可以得到較高的正面亮度。另外，因為透鏡膜不改變透射光的偏振態(tài)，所以對于任何反射型顯示器和透射型顯示器可以增大入射光的發(fā)射率，從而得到亮度更高、對比度提高的顯示器。
其它的優(yōu)點和改型對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易實現(xiàn)。因此，本發(fā)明在其更寬的方面不局限于在此描述并示出的具體的代表性的實施例。因此，可以在不脫離本發(fā)明由所附權(quán)利要求確定的總的概念的實質(zhì)和范圍的前提下做各種改型。
權(quán)利要求
1．一種液晶顯示裝置，包括一個液晶元件，包括一個位于觀察者一方并有第一電極設(shè)置在一表面上的前基底，一個具有面對第一電極設(shè)置的第二電極的后基底，和一個插在兩基底之間的液晶層，液晶層根據(jù)施加到第一和第二電極之間的電場控制透射光的偏振態(tài)；一個第一反射偏振片，設(shè)置在液晶元件的前側(cè)，反射入射光中兩種彼此垂直的偏振光分量中的一種偏振光并透射另一種偏振光；和一個后側(cè)元件，設(shè)置在液晶元件的后面并至少反射透過液晶元件的光的一部分。
2．如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，還包括一個設(shè)置在反射偏振片前表面上的散射裝置，用于散射從反射偏振片反射的光。
3．如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，還包括和一個設(shè)置在位于液晶元件前側(cè)的反射偏振片和液晶元件之間以及/或液晶元件和位于液晶元件后側(cè)的后側(cè)元件之間的散射層。
4．如權(quán)利要求3所述的液晶顯示裝置，其特征在于散射層包括一個有微透鏡設(shè)置在一個表面上的透鏡膜。
5．如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于后側(cè)元件包括至少一個第二反射偏振片。
6．如權(quán)利要求5所述的液晶顯示裝置，其特征在于液晶層有一個液晶分子的初始排列狀態(tài)，液晶分子以大約90°的扭曲角扭曲排列；第一反射偏振片布置成其透射軸基本上平行或垂直于液晶元件前基底附近的液晶分子的取向；和第二反射偏振片布置成其透射軸平行或垂直于第一反射偏振片的透射軸。
7．如權(quán)利要求5所述的液晶顯示裝置，還包括一個設(shè)置在后側(cè)元件后側(cè)的背光，用于發(fā)射照明光。
8．如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于后側(cè)元件包括一個反射入射光中彼此垂直的兩種偏振光分量中的一種偏振光并透射另一種偏振光的第二反射偏振片和一個設(shè)置在第二反射偏振片后側(cè)上的光吸收裝置。
9．如權(quán)利要求8所述的液晶顯示裝置，其特征在于光吸收裝置有一個光吸收膜。
10．如權(quán)利要求8所述的液晶顯示裝置，其特征在于光吸收裝置有一個吸收偏振片，吸收入射光中彼此垂直的兩種偏振光分量中的一種偏振光并透射另一種偏振光。
11．如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于后側(cè)元件有一個吸收入射光中彼此垂直的兩種偏振光分量中的一種偏振光并透射另一種偏振光的吸收偏振片和一個設(shè)置在吸收偏振片后側(cè)上的反射片。
12．如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，還包括一個設(shè)置在第一反射偏振片前側(cè)上的光學(xué)元件，用于允許從前側(cè)入射的光從其中透過后入射到反射偏振片，并還允許從反射偏振片反射的一種偏振光以改變的偏振態(tài)再入射到反射偏振片上。
13．如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于光學(xué)元件有一個透明膜，透過從前側(cè)入射的光入射到第一反射偏振片上，并使從反射偏振片反射的光受到內(nèi)表面反射，從而允許光再入射到反射偏振片。
14．如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于光學(xué)元件有一個延遲片，在透射光的正常光和非常光之間產(chǎn)生相位差，從而改變透射光的偏振態(tài)。
15．如權(quán)利要求14所述的液晶顯示裝置，其特征在于延遲片有一個λ/4波片，在透射光的正常光和非常光之間產(chǎn)生λ/4的相位差。
16．如權(quán)利要求15所述的液晶顯示裝置，其特征在于λ/4波片設(shè)置成其延遲軸與液晶元件前側(cè)上的反射偏振片的反射軸和透射軸以大約45°的交角交叉。
17．如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于對第一反射偏振片的前表面實施表面處理，以使得一種偏振光以受到光學(xué)元件內(nèi)表面反射的入射角入射到置于反射偏振片前側(cè)的光學(xué)元件上。
18．如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于對第一反射偏振片的前表面實施表面處理，以使得一種偏振光被散射，并使得另一種偏振光無散射地透射。
19．如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置，還包括一個設(shè)置在第一反射偏振片和置于反射偏振片前側(cè)上的光學(xué)元件之間的散射層，用于在預(yù)定的擴展角范圍內(nèi)散射透射光。
20．如權(quán)利要求19所述的液晶顯示裝置，其特征在于散射層具有一種在從第一反射偏振片法線方向傾斜的方向性。
21．如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置，還包括一個設(shè)置在液晶元件和置于液晶元件前側(cè)上的第一反射偏振片之間的散射裝置，用于散射透射光。
22．如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于后側(cè)元件包括一個反射入射光中兩個彼此垂直的偏振光中的一種偏振光并透射另一種偏振光的第二反射偏振片。
23．如權(quán)利要求22所述的液晶顯示裝置，還包括一個設(shè)置在后側(cè)元件后側(cè)上的背光，透射從前側(cè)入射的光并向前側(cè)發(fā)射照明光。
24．如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于后側(cè)元件有一個反射入射光中彼此垂直的兩個偏振光中的一種偏振光并吸收另一種偏振光的裝置。
25．如權(quán)利要求24所述的液晶顯示裝置，其特征在于后側(cè)元件包括一個反射入射光中彼此垂直的兩個偏振光中的一種偏振光并透射另一種偏振光的第二反射偏振片，和設(shè)置在第二反射偏振片后側(cè)上的光吸收裝置。
26．如權(quán)利要求25所述的液晶顯示裝置，其特征在于光吸收裝置有一個透射入射光中彼此垂直的兩個偏振光中的一種偏振光并吸收另一種偏振光的光吸收偏振片。
27．如權(quán)利要求25所述的液晶顯示裝置，其特征在于光吸收裝置有一個吸收預(yù)定波帶的光的彩色膜。
28．如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于后側(cè)元件有一個反射膜。
29．如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于后側(cè)元件有一個透射入射光中彼此垂直的兩個偏振光中的一種偏振光并吸收另一種偏振光的吸收偏振片，和一個設(shè)置在吸收偏振片后側(cè)上的反射片。
30．如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于后側(cè)元件有一個設(shè)置在吸收偏振片和反射裝置之間的背光，透射從前側(cè)入射的光和從反射膜反射的光，并向前側(cè)發(fā)射照明光。
31．如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于后側(cè)元件具有一個設(shè)置在液晶元件后側(cè)的第二反射偏振片、一個設(shè)置在第二反射偏振片后側(cè)的第三反射偏振片、一個設(shè)置在第二和第三反射偏振片之間并散射透射光的散射層以及設(shè)置在第三反射偏振片后側(cè)上的光吸收裝置。
32．如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置，還包括設(shè)置在液晶元件和后側(cè)元件之間用于散射透射光的散射裝置。
33．如權(quán)利要求32所述的液晶顯示裝置，其特征在于散射裝置有一種在平行于液晶元件前側(cè)上的反射偏振片法線的方向上的方向性。
34．如權(quán)利要求33所述的液晶顯示裝置，其特征在于散射裝置包括一個有微透鏡設(shè)置在其一個表面上的透鏡膜。
35．如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于后側(cè)元件具有散射-反射特性。
36．如權(quán)利要求12所述的液晶顯示裝置，其特征在于液晶元件是一種簡單的矩陣式液晶元件，其中的液晶分子以大約100°的扭曲角扭曲排列。
37．如權(quán)利要求36所述的液晶顯示裝置，其特征在于液晶元件有一個液晶層，液晶的折射率各向異性Δn與液晶層的厚度d之積Δnd落在115nm和130nm之間。
38．如權(quán)利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于液晶元件有一個液晶層，液晶層中的液晶分子在前后基底之間以180°～270°的扭曲角排列。
39．如權(quán)利要求38所述的液晶顯示裝置，還包括第一反射偏振片前側(cè)上的透明膜，使從第一反射偏振片反射的光受到內(nèi)表面反射后再入射到反射偏振片上。
40．如權(quán)利要求38所述的液晶顯示裝置，其特征在于透明膜顯示出改變透射光偏振態(tài)的光學(xué)特性。
41．如權(quán)利要求40所述的液晶顯示裝置，其特征在于透明膜包括一個λ/4波片，在透射光的正常光和非常光之間產(chǎn)生λ/4的相位差。
42．如權(quán)利要求41所述的液晶顯示裝置，其特征在于λ/4波片設(shè)置成其延遲軸與液晶元件前側(cè)上的反射偏振片的透射軸以大約45°的交角交叉。
43．如權(quán)利要求40所述的液晶顯示裝置，還包括設(shè)置在第一反射偏振片前側(cè)上的散射裝置，用于散射從反射偏振片反射的光。
44．如權(quán)利要求38所述的液晶顯示裝置，還包括一個設(shè)置在液晶元件和第一反射偏振片之間的吸收偏振片，吸收偏振片的透射軸基本上平行于反射偏振片的透射軸，并具有一個透射入射光中彼此垂直的兩個偏振光中的一個偏振光的透射軸和吸收另一種偏振光的吸收軸。
45．如權(quán)利要求38所述的液晶顯示裝置，還包括一個設(shè)置在液晶元件和第一反射偏振片之間以及/或液晶元件和液晶元件后側(cè)上的反射裝置之間的散射層。
46．如權(quán)利要求38所述的液晶顯示裝置，其特征在于后側(cè)元件包括一個反射入射光中彼此垂直的兩個偏振光中的一種偏振光并透射另一種偏振光的第二反射偏振片。
47．如權(quán)利要求38所述的液晶顯示裝置，其特征在于后側(cè)元件包括一個吸收入射光中彼此垂直的兩個偏振光中的一種偏振光并透射另一種偏振光的吸收偏振片。
48．如權(quán)利要求38所述的液晶顯示裝置，其特征在于后側(cè)元件包括一個反射膜。
全文摘要
一種液晶顯示裝置,包括:一個液晶元件,包括一個位于觀察者一方并有第一電極設(shè)置在一表面上的前基底,一個具有面對第一電極設(shè)置的第二電極的后基底,和一個插在兩基底之間的液晶層,液晶層根據(jù)施加到第一和第二電極之間的電場控制透射光的偏振態(tài);和一個第一反射偏振片,設(shè)置在液晶元件的前側(cè),反射入射光中兩種彼此垂直的偏振光分量中的一種偏振光并透射另一種偏振光。
文檔編號G02F1/13363GK1304056SQ0013728
公開日2001年7月18日 申請日期2000年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月30日
發(fā)明者吉田哲志, 西野利晴, 田野朋子, 佐藤和仁, 澤野義昭, 石田圭一 申請人:卡西歐計算機株式會社