專利名稱：彩色液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于調(diào)節(jié)以扭轉(zhuǎn)向列液晶的雙折射特性獲得的彩色光發(fā)出以具有所要求的色調(diào)的光借此進(jìn)行彩色顯示的一種彩色液晶顯示裝置。
作為用于電視機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、電子便攜式計(jì)算器之類的傳統(tǒng)顯示裝置，液晶顯示裝置是眾所周知的。最近，已廣泛地應(yīng)用諸如液晶彩色電視機(jī)與計(jì)算機(jī)終端的彩色顯示器等能夠進(jìn)行彩色顯示的彩色液晶顯示裝置。
作為彩色液晶顯示裝置，通常應(yīng)用透射型彩色液晶顯示裝置。在這一裝置中，將一個(gè)液晶單元夾在一對偏振板之間，并在其中的一塊偏振板外側(cè)放置一個(gè)后照光(照明源)。在這一情況中，液晶單元的構(gòu)成如下。互相面對面地放置一對透明基板，分別在透明基板的相對表面上形成透明電極，然后在透明基板之間封入液晶。在其中的一塊透明基板上布置有選擇地透過具有特定波長的光成分的濾色片。
通過對作用在該對透明電極之間的驅(qū)動(dòng)電壓的接通/斷開控制，便控制了后照光的出射。在透過液晶顯示裝置中的各濾色片的過程中，后照光有選擇地透過各濾色片，結(jié)果，透射光便具有了特定的色彩。以透過各濾色片的著色光，便實(shí)現(xiàn)了彩色顯示。
然而，濾色片通常具有低的透射率。因此，在采用上述濾色片的彩色液晶顯示裝置中，透射光的損失是大的，得到的是一種陰暗的顯示。尤其是在廣泛地用作電子便攜式計(jì)算器或諸如手表等便攜式裝置的顯示部分的反射型液晶顯示裝置中，不配置專用的光源，由于光在反射前后兩次透射通過各濾色片而遭受光損失。因此，得到的顯示成為陰暗的。因此，用濾色片來實(shí)際進(jìn)行彩色顯示工作是極為困難的。
此外，濾色片在諸如厚度與組裝中要求很高的線度精度，諸如偏振板等其它光學(xué)元件也一樣，這便導(dǎo)致了液晶顯示裝置的成本的提高。
再者，在采用濾色片的彩色液晶顯示裝置中，由于一個(gè)象素只能顯示與為該象素配置的濾色片的色彩對應(yīng)的一種色彩，故而因象素?cái)?shù)目的增加而使彩色液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。
本發(fā)明的一個(gè)目的為提供一種結(jié)構(gòu)簡單的彩色液晶顯示裝置，該裝置能夠不使用濾色片而提高光透射率，并且不使用后照光而得到具有所要求的色調(diào)的令人滿意的明亮的彩色顯示。
為了達(dá)到上述目的，一種彩色液晶顯示裝置包括一對基板；分別形成在該對基板相對表面上的電極，及分別設(shè)置在基板的相對表面上并覆蓋電極的取向膜，取向膜是在預(yù)定的方向上經(jīng)過取向處理的；配置在該對基板之間的一個(gè)液晶層，該液晶層具有取向?yàn)橐灶A(yù)定的扭轉(zhuǎn)/取向角從一塊基板扭轉(zhuǎn)到另一塊基板的液晶分子；一對偏振板，配置在該對基板的外側(cè)并夾住這兩塊基板，用于線性地偏振入射光，并用雙折射功能將橢圓偏振光分解成彩色出射光；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液晶分子的取向狀態(tài)，從而通過改變透過液晶層的光的偏振狀態(tài)而改變出射光的色彩；以及一個(gè)色彩調(diào)節(jié)光學(xué)元件裝置，配置在該對偏振板之間并具有雙折射特性，用于調(diào)節(jié)出射光的色調(diào)。
按照上述配置的彩色液晶顯示裝置，當(dāng)光透過入射側(cè)上的偏振板時(shí)，便可得到線性偏振光。當(dāng)線性偏振光透過具有雙折射特性的液晶層時(shí)，便得到不同波長的光成分設(shè)定在不同狀態(tài)中的橢圓偏振光。在設(shè)定在橢圓偏振狀態(tài)中的各波長的光中，具有沿出射側(cè)上的偏振板的透射軸的較大成分的波長的光(下面稱作透射軸成分)很容易透過偏振板。因此，透過出射側(cè)上的偏振板的出射光呈現(xiàn)為具有該大成分比的波長的光的色彩。在這一情況中，各波長的光的橢圓偏振狀態(tài)是按照液晶層的分子取向狀態(tài)改變的。為此，當(dāng)改變作用在液晶上的電壓來改變液晶分子的取向狀態(tài)時(shí)，便可改變出射光的色彩。在該對偏振板之間配置了用于將出射光的色調(diào)調(diào)節(jié)到所要求的色調(diào)的具有雙折射特性的一個(gè)光學(xué)元件(下面稱作色彩調(diào)節(jié)光學(xué)元件)，借此調(diào)節(jié)橢圓偏振狀態(tài)與波長成分比。因此，便可得到具有所要求的色調(diào)的出射光。
在上述彩色液晶顯示裝置中，當(dāng)采用一種具有180°至270°的扭轉(zhuǎn)/取向角的所謂STN(超級扭轉(zhuǎn)向列)液晶時(shí)，可配置兩塊雙軸延遲板作為色彩調(diào)節(jié)光學(xué)元件。在這一情況中，兩塊雙軸延遲板都可配置在偏振板之一及與該偏振板相對的基板之間。作為另一種方法，也可將雙軸延遲板之一配置在一塊偏振板及與其相對的基板之間，并將另一塊雙軸延遲板配置在另一塊偏振板及與其相對的另一塊基板之間。本發(fā)明中所采用的雙軸延遲板滿足nx＞nz＞ny，其中nx、ny與nz分別為在雙軸延遲板的一個(gè)平面上得到最大折射率的一個(gè)方向、垂直于該平面上得到最大折射率的方向的方向、以及厚度方向上的折射率。通過利用這些值，便可得到能夠顯示各具高色純度的三原色、并具有大的可視角及減少由溫度改變引起的色彩誤配的彩色顯示。
一種復(fù)折射元件能很好地用作色彩調(diào)節(jié)光學(xué)元件，該復(fù)折射元件具有雙折射特征及用滿足N＝n－ik的一個(gè)復(fù)數(shù)表示的復(fù)折射率，其中n與k分別為折射率與吸收系數(shù)，且吸收系數(shù)K與光的波長成反比。在這一情況中，最好采用滿足下述條件的光學(xué)元件作為該復(fù)折射元件Nx＞Nz＞Ny，其中Nx、Ny與Nz分別為在復(fù)折射元件的一個(gè)平面上得到最大折射率的一個(gè)方向、垂直于在該平面上得到最大折射率的方向的方向及厚度方向上的復(fù)折射率?？蓪⒏骶哌@種特征的兩個(gè)復(fù)折射元件配置在基板對中的一塊及與一塊基板相對的偏振板之間。另外也可將復(fù)折射元件之一配置在基板對中的一塊及與該基板相對的偏振板之間，而將另一個(gè)復(fù)折射元件配置在另一塊基板及與之相對的另一塊偏振板之間。當(dāng)如上所述地配置復(fù)折射元件時(shí)，便可得到一種彩色顯示，該彩色顯示能顯示各具高色純度的三原色，尤其是顯示具有高色純度的紅色，并具有大的可見視野角及減小的由溫度改變引起的色彩誤配。
再者，可采用其物質(zhì)分子是取向?yàn)閺呐まD(zhuǎn)取向的延遲板的一個(gè)表面扭轉(zhuǎn)到扭轉(zhuǎn)取向的延遲板的另一表面的一塊扭轉(zhuǎn)取向的延遲板作為色彩調(diào)節(jié)光學(xué)元件。最好采用這樣的扭轉(zhuǎn)取向延遲板作為扭轉(zhuǎn)取向的延遲板，其中的物質(zhì)分子的扭轉(zhuǎn)/取向角的方向與液晶分子的扭轉(zhuǎn)/取向角的方向相反且等于液晶分子的扭轉(zhuǎn)/取向角。在基板對中的一塊上可疊放這樣一塊扭轉(zhuǎn)/取向的延遲板，其中的物質(zhì)分子的扭轉(zhuǎn)/取向角的方向設(shè)定為等于液晶分子的扭轉(zhuǎn)角的方向，而液晶分子與物質(zhì)分子的扭轉(zhuǎn)/取向角之和則設(shè)定為230°至270°。在這一情況中，可將兩塊雙軸延遲板配置在該對偏振板之間。當(dāng)如上所述那樣將扭轉(zhuǎn)取向的延遲板配置成鄰接于液晶層時(shí)，便能穩(wěn)定地顯示一個(gè)具有減小了的由溫度改變引起的色彩誤配的彩色圖象。此外，當(dāng)配置了雙軸延遲板時(shí)，可以降低色彩誤配并提高視野角。
在該彩色液晶顯示設(shè)備中，當(dāng)采用具有80°至120°的扭轉(zhuǎn)/取向角一種所謂TN(扭轉(zhuǎn)向列)液晶作為液晶層時(shí)，則最好采用通過在一對各有一個(gè)電極的透明基板之間封裝一種液晶材料所構(gòu)成的并具有垂直于基板表面取向的液晶分子的一個(gè)同向(homeotropic)扭轉(zhuǎn)的液晶單元，或者通過在一對各有一個(gè)電極的透明基板之間封裝一種液晶材料構(gòu)成的并具有平行于基板表面取向的液晶分子的一個(gè)均勻(homogeneous)液晶單元作為色彩調(diào)節(jié)光學(xué)元件。當(dāng)如上述將具有電極的液晶元件配置成色彩調(diào)節(jié)光學(xué)元件時(shí)，便可通過任意地改變背景色彩與顯示色彩而得到各種顯示。
上述彩色液晶顯示裝置最好作為具有一塊反射板的反射型彩色液晶顯示裝置使用。
上述目的也可通過包括下述裝置的一種彩色液晶顯示裝置達(dá)到具有分別形成在相對表面上的電極的一對基板及分別設(shè)置在基板的相對表面上以覆蓋電極的取向膜，取向膜是在預(yù)定方向上經(jīng)過取向處理的；配置在該對基板之間并具有取向?yàn)橐砸粋€(gè)預(yù)定的扭轉(zhuǎn)/取向角度上從一塊基板扭轉(zhuǎn)到另一塊基板的液晶分子的一個(gè)液晶層；一對偏振板，配置在該對基板的外側(cè)夾住基板，用于線性地偏振入射光，并用雙折射功能將橢圓偏振光分解成彩色出射光；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來改變液晶分子的取向狀態(tài)，從而以改變透過液晶層中的光的偏振狀態(tài)來改變出射光的色彩；以及配置在該對偏振板之間的一個(gè)復(fù)折射元件，該復(fù)折射元件具有雙折射特征及用滿足N＝n－ik的一個(gè)復(fù)數(shù)N表示的一個(gè)復(fù)折射率，其中n與k分別為折射率與吸收系數(shù)，且吸收系數(shù)k與光的波長成反比。
在這種彩色液晶顯示裝置中，最好將液晶層的液晶分子的扭轉(zhuǎn)/取向角設(shè)定為230°至270°，并且最好將折射率各向異性△n與層的厚度d的乘積△n·d設(shè)定為1,260nm至1,460nm之間。在這一情況中，復(fù)折射元件最好滿足Nx＞Nz＞Ny，其中Nx、Ny及Nz分別是在該復(fù)折射元件裝置的一個(gè)平面中能得到最大折射率的方向上、該平面中與該能得到最大折射率的方向垂直的方向上及一厚度方向上的復(fù)折射率。兩個(gè)復(fù)折射元件最好設(shè)置在基板之一及對著該基板的偏振板之間。另外，該裝置最好用作具有一反射板的反射型彩色液晶顯示裝置。
上述目的也可由具有以下結(jié)構(gòu)的彩色液晶顯示裝置達(dá)到，該裝置包括一對基板；分別形成在該對基板的相對表面上的電極；設(shè)在該對基板的相對表面上并覆蓋上述電極的取向膜，該取向膜受到過在一預(yù)定方向上的取向處理；一液晶層，設(shè)于該對基板之間并具有以一預(yù)定扭轉(zhuǎn)/取向角從一基板向另一基板扭轉(zhuǎn)取向的液晶分子；一對偏振板，設(shè)置在該對基板的外側(cè)以夾住該對基板，用于線性地偏振入射光及由一雙折射功能將橢圓偏振光分解為彩色出射光；電壓作用裝置，連接到前述的電極上，用于改變作用到液晶層上的電壓以改變液晶分子的取向狀態(tài)，以由透射過液晶層的光的偏振狀態(tài)的改變使出射光的色彩改變；以及兩塊雙軸延遲板，它們設(shè)于上述的一對偏振板之一及該對基板中對著該偏振板的一基板之間并滿足nx＞nz＞ny，其中nx、ny及nz分別是在雙軸延遲板的一個(gè)平面中能得最大折射率的方向上、在該平面內(nèi)垂直于該能得到最大折射率的方向的方向上及一厚度方向上的折射率。
在該彩色液晶顯示裝置中，該液晶層的液晶分子的扭轉(zhuǎn)/取向角最好設(shè)為230°至270°，而折射率各向異性△n及層厚度d的乘積最好設(shè)為1250nm至1450nm。在此情形中，該彩色液晶顯示裝置最好被用作具有一反射板的反射彩色液晶顯示裝置。
本發(fā)明的其它目的及優(yōu)點(diǎn)將在后面的說明中給出，其部分可從說明中顯而易見或通過實(shí)踐本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)可通過在所附權(quán)利要求書中特別指出的裝置及其組合而實(shí)現(xiàn)及得到。
在作為本說書一部分的附圖中給出了本發(fā)明目前較佳的實(shí)施例，它們和以上的一般性說明及后面將給出的對較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述一起，用于說明本發(fā)明的原理。


圖1是顯示作為本發(fā)明第一實(shí)施例的一彩色液晶顯示裝置的剖視圖；圖2是用于說明在該第一實(shí)施例中的光學(xué)元件的光軸的位置/配置的示意圖；圖3是用于示出在該第一實(shí)施例的彩色液晶顯示裝置中所施加的電壓及顯示的色彩之間的關(guān)系的一個(gè)表；圖4是顯示該第一實(shí)施例中的顯示色彩的變化的一CIE(光度標(biāo))圖；圖5是顯示作為本發(fā)明第二實(shí)施例的一彩色液晶顯示裝置的剖視圖6是用于說明在該第二實(shí)施例中的各光學(xué)元件的光軸的位置/配置的示意圖；圖7是顯示作為本發(fā)明的第三實(shí)施例的一彩色液晶顯示裝置的剖視圖；圖8是用于說明在該第三實(shí)施例中的各光學(xué)元件的光軸的位置/配置的示意圖；圖9是顯示一吸收系數(shù)對波長的依賴性的曲線；圖10A是顯示當(dāng)吸收系數(shù)被設(shè)定為一與波長無關(guān)的預(yù)定值時(shí)作用電壓與紅、綠及蘭出射光成分的強(qiáng)度之間的關(guān)系的曲線圖；圖10B是顯示在該第三實(shí)施例中作用電壓與紅、綠、蘭出射光成分之間的關(guān)系的曲線圖；圖11是顯示在該第三實(shí)施例的彩色液晶顯示裝置中作用電壓與顯示色彩之間的關(guān)系的一個(gè)表；圖12是顯示該第三實(shí)施例中顯示色彩變化的CIE圖；圖13是顯示作為本發(fā)明第四實(shí)施例的一彩色液晶顯示裝置的剖視圖；圖14是用于說明該第四實(shí)施例中的各光學(xué)元件的光軸的位置/配置的示意圖；圖15是顯示作為本發(fā)明第五實(shí)施例的一彩色液晶顯示裝置的剖視圖；圖16是用于說明該第五實(shí)施例中的各光學(xué)元件的光軸的位置/配置的示意圖；圖17是顯示作為本發(fā)明的第六實(shí)施例的一彩色液晶顯示裝置的剖視圖；圖18是用于說明該第實(shí)施例中的各光學(xué)元件的光軸的位置/配置的示意圖19是顯示該第六實(shí)施例中的光學(xué)元件的延遲與溫度之間的關(guān)系的曲線圖；圖20A是顯示在該第六實(shí)施例的彩色液晶顯示裝置中作用電壓與顯示色彩之間的關(guān)系的一個(gè)表；圖20B是顯示用作比較例的一彩色液晶顯示裝置中作用電壓與顯示色彩之間的關(guān)系的一個(gè)表；圖21是顯示作為本發(fā)明第七實(shí)施例的彩色液晶顯示裝置的剖視圖；圖22是用于說明該第七實(shí)施例中的各光學(xué)元件的光軸的位置/配置的示意圖；圖23是顯示作為本發(fā)明的第八實(shí)施例的一彩色液晶顯示裝置的剖視圖；圖24是用于說明該第八實(shí)施例中各光學(xué)元件的光軸的位置/配置的示意圖；圖25是顯示該第八實(shí)施例的彩色液晶顯示裝置在與圖23不同的工作步驟中的一個(gè)狀態(tài)的剖視圖；圖26是用于說明在圖25的工作步驟中各光學(xué)元件的光軸的位置/配置的示意圖；圖27是顯示作為本發(fā)明的第九實(shí)施例的一彩色液晶顯示裝置的剖視圖；圖28是用于說明該第九實(shí)施例中的各光學(xué)元件的光軸的位置/配置的示意圖。
下面將參照圖1到28對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。[第一實(shí)施例]下面將參照圖1和2對根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例設(shè)計(jì)的通過使用一簡單矩陣方案實(shí)現(xiàn)的一反射型彩色液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
圖1為一剖視圖，其示出了本實(shí)施例的一彩色液晶顯示裝置11的結(jié)構(gòu)；圖2為一平面圖，其示出了該彩色液晶顯示裝置11的光軸的位置。
參見圖1，液晶單元12是一扭轉(zhuǎn)向列單元，在該單元中液晶分子具有250°±20°(最好±10°)的一較大的扭轉(zhuǎn)/取向角。液晶單元12是以這樣一種方式構(gòu)成的，即在入射側(cè)的一第一基板(此后稱為上玻璃基板)13和在反射側(cè)的一第二基板(以后稱為下玻璃基板)14被彼此相對配置，而它們之間留有小的空隙(幾個(gè)pm的間隙)，空隙內(nèi)封有液晶層20。由諸如ITO(銦錫氧化物)的導(dǎo)電材料構(gòu)成的多數(shù)掃描電極15和多數(shù)信號電極16被分別配置在上玻璃基板和下玻璃基板的相對的表面上，使它們彼此交叉排列。
取向膜17和18被分別配置在裝于上玻璃基板13和下玻璃基板14內(nèi)側(cè)表面的掃描電極15和信號電極16的前表面上。該取向膜17和18用來限定液晶分子的取向方向。取向膜17和18通過磨擦方法或類似的方法，如用布對它們的前表面進(jìn)行磨擦，而受到取向處理，從而使相鄰于取向膜17和18的液晶分子分別地被取向?yàn)檠厝∠蛱幚淼姆较颉?br> 一密封件19被配置在上玻璃基板13和下玻璃基板14的周邊位置上并在上、下玻璃基板之間保存預(yù)定的間隙以在上玻璃基板13和下玻璃基板14之間的區(qū)域內(nèi)封入液晶。
液晶層20是由包含有手性(chiral)液晶的向列液晶合成的，并且液晶分子根據(jù)取向膜17和18的取向限定力而被取向?yàn)橐?50°±20°(最好為±10°)的一扭轉(zhuǎn)取向角扭轉(zhuǎn)。
液晶的光學(xué)各向異性△n和液晶層20的厚度d的乘積△n·d被設(shè)置為1,350nm±100nm，并且最好設(shè)為1,380nm±30nm。
一第一延遲板21配置在一第二延遲板22的外面，而第二延遲板配置在上玻璃基板13的外面。假設(shè)在第一延遲板面21的面上的延展軸(stretching axis)方向(最大折射率方向)的折射率由nx表示，在該表面上的垂直于延展軸方向的折射率由ny表示，并且在第一延遲板21的厚度方向的折射率由nz表示。在這種情況下，滿足nx＞nz＞ny。第一延遲板21是一雙軸延遲板。折射率各向異性△n＝nx－ny同厚度d的乘積△n·d被設(shè)置為不小于1,500nm，較好地可設(shè)置為1,600nm±50nm，而更好地則可設(shè)置為1,600nm±30nm；并且一Rz值被設(shè)置為0.3到0.7，最好為0.45±0.1。
注意，Rz值是按下式定義的Rz＝(nx－nz)/(nx－ny)(1)第二延遲板22為一雙軸延遲板，其中乘積△n·d被設(shè)置為不小于1,500nm，更好地可被設(shè)置為1,550nm±30nm；并且Rz值被設(shè)置為0.3到0.7，最好為0.45±0.1。
配置在第一延遲板21外面的上偏振板23和配置在下玻璃基板14外面的下偏振板24屏蔽(吸收)掉在吸收軸方向上的入射光的偏振光成分，并透過垂直于吸收軸方向的偏振光。
一反射板25被配置在下偏振板24的下表面，并可將從上偏振板23入射并透過液晶單元12及下偏振板24的光反射到液晶單元12的那側(cè)。
一用作電壓作用裝置的驅(qū)動(dòng)控制電路26被連到掃描電極15和信號電極16上，并且該驅(qū)動(dòng)控制電路26將與輸入信息對應(yīng)的一電壓作用到液晶層20上。液晶層20的雙折射效應(yīng)根據(jù)作用的電壓變化，從而顯示出與輸入信息相對應(yīng)的一彩色圖象。
圖2利用構(gòu)成元件的平面圖例示了液晶單元12的取向處理方向、延遲板21和22的光軸(相位領(lǐng)先軸或相位滯后軸)、以及偏振板23和24的透射軸的一個(gè)組合狀態(tài)。
注意圖2中的兩點(diǎn)線S是沿顯示器表面水平方向的參考線并且是為便于說明而使用的。
如圖2所示，用于液晶單元12的下取向膜18的取向處理方向18a與參考線S之間的傾角為35°±5°，并且鄰近下取向膜18的液晶分子被取向?yàn)檠厝∠蛱幚矸较?8a。
用于液晶單元12的上取向膜17的取向處理方向17a被設(shè)置為一與取向處理方向18a交角為70°±10°的方向，并且鄰近上取向膜17的液晶分子被取向?yàn)檠厝∠蛱幚矸较?7a。
以這種方式，液晶分子具有這樣一種取向狀態(tài)，即液晶分子從下玻璃基板14到上玻璃基板13被按順時(shí)針方向扭轉(zhuǎn)250°±20°(最好為±10°)。
上偏振板23的透射軸23a被設(shè)置成與下取向膜18的取向處理方向18a的交角為50°±10°(與參考線S交角為85°±10°)。
第一延遲板21的延展軸(在一平面上具有最大折射率的軸)21a被設(shè)置成與下取向膜18的取向處理方向的交角為25°±10°(與參考線S交角為10°±10°)。
第二延遲板22的延展軸22a被設(shè)置成與下準(zhǔn)直膜18的取向處理方向18a的交角為15°±10°(與參考線S的交角為50°±10°)。
下偏振板24的透射軸24a被設(shè)置成與下取向膜18的取向處理方向18a的交角為45°±10°(與參考線S的交角為10°±10°)。
下面將對具有上述結(jié)構(gòu)的彩色液晶顯示裝置的著色原理進(jìn)行說明。
在圖1中從上方入射到彩色液晶顯示裝置11的上表面的光經(jīng)透過上偏振板23被變?yōu)榫€性偏振光。
當(dāng)線性偏振光透射過延遲板21和22時(shí)，該線性偏振光受到一與延遲值以及諸如延遲板21和22的延展軸21a和22a的位置那樣的光定位條件相對應(yīng)的偏振作用，從而獲得橢圓偏振光成分，而這些橢圓偏振光成分的偏振狀態(tài)因各自不同的波長而彼此不同。當(dāng)這些具有不同波長的橢圓偏振光成分透射過液晶單元12時(shí)，它們受到一與該液晶單元12的光定位條件和延遲值相對應(yīng)的偏振作用，從而使它們的偏振狀態(tài)發(fā)生改變。
當(dāng)那些因不同的波長而具有不同的偏振狀態(tài)并且受到了延遲板21和22以及液晶單元12的偏振作用的橢圓偏振光成分入射到下偏振板24時(shí)，一與下偏振板24的透射軸24a相重合的偏振光成分即被透射過該下偏振板24。
透射過下偏振板24的光通過反射板25被反射并經(jīng)與上述光路相反的路程從彩色液晶顯示裝置11的上表面端射出，從而獲得一顯示色，而該顯示色具有這樣的波長在這一波長上出射光的光譜強(qiáng)度表現(xiàn)為一峰值。
延遲板21和22的每一個(gè)的延遲都是依該相應(yīng)的延遲板的折射率各向異性△n和厚度d的乘積△n·d而確定的，而液晶單元12的延遲則是依據(jù)該晶分子的取向狀態(tài)確定的。因而，當(dāng)液晶分子的取向狀態(tài)通過改變作用在液晶單元12上的電壓值而被改變時(shí)，該液晶單元12的延遲發(fā)生改變，該液晶單元12的偏振功能發(fā)生改變，從而顯示色彩的色調(diào)和亮度發(fā)生改變。
這就是說，具有如圖1和2所示結(jié)構(gòu)的彩色液晶顯示裝置能夠通過控制液晶層20的雙折射特性顯示一彩色圖象。所獲得的出射光因?yàn)槠浣?jīng)過了用作彩色調(diào)節(jié)光學(xué)元件的雙軸延遲板21和22而能夠具有一所需的色調(diào)和亮度。
更具體地，當(dāng)沒有電壓經(jīng)過掃描電極15和信號電極16時(shí)，入射到彩色液晶顯示裝置11上的光受到雙軸延遲板21和22的偏振作用和對應(yīng)于液晶分子初始取向狀態(tài)的偏振作用，從而獲得橢圓偏振光成分，這些橢圓偏振光成分的偏振狀態(tài)因各自不同的波長而彼此不同。透過下偏振板24，再通過反射板25被反射，并且經(jīng)相反的路徑從彩色液晶顯示裝置11的上表面?zhèn)壬涑龅墓獾念伾醋兂梢慌c雙軸延遲板21和22的延遲以及在初始取向狀態(tài)中設(shè)置的液晶層20的延遲相對應(yīng)的顏色。
當(dāng)向液晶單元12的電極15和16施加一個(gè)電壓并且將有效電壓值加大時(shí)，液晶分子逐漸由初始扭轉(zhuǎn)狀態(tài)立起。液晶單元12的延遲依立起的取向狀態(tài)而改變，并且入射到彩色液晶顯示裝置11的光受到延遲板21和22的偏振作用以及液晶單元的與改變了的延遲相對應(yīng)的偏振作用，從而獲得對應(yīng)于這些偏振作用的橢圓偏振光。因此，此時(shí)所獲得的顯示色彩就不同于沒有電壓作用于液晶單元12時(shí)所獲得的顯示色彩。
當(dāng)作用到液晶單元12的電壓達(dá)到可以使液晶分子被取向?yàn)閹缀醮怪钡臓顟B(tài)的量值時(shí)，液晶單元12的延遲幾乎變?yōu)椤?”。因而，液晶單元12的偏振作用幾乎為零，并且入射到彩色液晶顯示設(shè)備11上的光就只變?yōu)榕c雙軸延遲板21和22的偏振作用相對應(yīng)的橢圓偏振光成分。該橢圓偏振光成分經(jīng)過下偏振板24、反射板25，并經(jīng)相反的路徑從彩色液晶顯示裝置11射出，并且該出射光被著以與雙軸延遲板21和22的延遲相對應(yīng)的顏色。
因而，根據(jù)上面的實(shí)施例，當(dāng)一作用到液晶層20上的有效電壓通過控制加于掃描電極15和信號電極16間的信號而被控制，以對液晶層20的雙折射特性進(jìn)行控制時(shí)，從而就顯示出一所需顏色。
根據(jù)上面的實(shí)施例，利用了延遲板21和22，而它們的每一個(gè)都在厚度方向上有一個(gè)相位差并且具有的雙軸光學(xué)特性。因此，當(dāng)光垂直地透射過液晶層20時(shí)所獲得的相位同當(dāng)光傾斜地透射過液晶層20時(shí)所獲得的相位之間的差通過將光透射過雙軸延遲板21和22而得到補(bǔ)償，從而提高了視野角度。
顯示色彩不僅可以通過液晶層20的雙折射功能而獲得，而且可以通過兩個(gè)雙軸延遲板21和22的雙折射功能而獲得。所使用的兩個(gè)雙軸延遲板21和22的每一個(gè)都具有這樣的雙折射功能，其溫度依賴性要小于液晶層20的雙折射功能的溫度依賴性。因此，既使液晶層20的延遲因溫度的變化而改變時(shí)，這種延遲上的改變對顯示色彩的影響也是相對較小的。
隨著作用于液晶層的電壓(有效電壓)的增大，顯示色彩按白、紅、藍(lán)和綠的順序依次改變。三原色和白色均可被顯示出來，因而可以滿意地獲得一實(shí)用的彩色圖象。
作為第一實(shí)施例的一個(gè)例子，彩色液晶顯示裝置可按下面的條件構(gòu)成。即，將取向膜17和18的取向處理方向的角度、雙軸延遲板21和22和延展軸21a和22a的角度、以及偏振板23和24的偏振軸23a和24a的角度分別設(shè)置為如圖2所示的中心角，液晶層20的厚度d設(shè)置為6,800nm，而△n·d的值設(shè)置為1,390nm。一加到掃描電極15和信號電極16上的信號被控制以靜態(tài)地驅(qū)動(dòng)彩色液晶顯示裝置。
在這種情況下，如圖3所示，當(dāng)一靜態(tài)電壓，例如所加電壓的有效值小于2.04V時(shí)，彩色液晶顯示裝置的顯示色彩變?yōu)榘咨?；?dāng)有效值落在2.15v到2.17v之間時(shí)，顯示色彩變?yōu)榧t色；當(dāng)有效值落在2.18v和2.22v之間時(shí)，顯示色彩變?yōu)樗{(lán)色；當(dāng)有效值大于2.26v時(shí)，顯示色彩變?yōu)榫G色。每一顯示色彩都具有一高色純度，如圖4的CIE圖所示。
在依照本實(shí)例的彩色液晶顯示裝置中，由于溫度變化而造成的顯示色彩上的變化較小，并可獲得較大的視野角。
注意，在本實(shí)施例中，雙軸延遲板可以配置在液晶單元和下偏振板之間。[第二實(shí)施例]第二實(shí)施例可通過改變在第一實(shí)施例中的兩個(gè)雙軸延遲板的位置而獲得。在第二實(shí)施例中，與第一實(shí)施例中相同的參考數(shù)字代表同第一實(shí)施例相同的部分，并且在此略去對它們的說明。
在第一實(shí)施例中，兩個(gè)雙軸延遲板21和22被配置在上玻璃基板13和上偏振板23之間。然而，雙軸延遲板的位置可任意地確定。例如，如圖5所示，第二延遲板，即上雙軸延遲板21可以被配置在上玻璃基板13和上偏振板23之間；而第一延遲板，即下雙軸延遲板22可以被配置在下玻璃基板14和下偏振板24之間。
當(dāng)雙軸延遲板21和22被如上配置時(shí)，取向膜17和18的取向處理方向17a和18a、雙軸延遲板21和22的延展軸21a和22a以及偏振板23和24的透射軸23a和24a可如圖6所示配置。
如圖6所示，用于液晶層12的下取向膜18的取向處理的方向18a以參考線S為基準(zhǔn)傾斜35°±10°，用于上取向膜17的取向處理的方向17a被設(shè)置成一與取向處理方向18a交角為70°±10°的方向。液晶分子被取向?yàn)橛上虏ＡЩ?4到上玻璃基板13扭轉(zhuǎn)250°±20°(最好為±10°)。
按圖6所示，上偏振板23的透射軸23a被設(shè)置成與下取向膜18的取向處理方向交角為80°±10°(與參考線S的交角為45°±10°)。
雙軸延遲板21的延展軸21a被設(shè)置成與下取向膜18的取向處理方向18a的交角為35°±10°(與參考線S的交角為0°±10°)。
雙軸延遲板22的延展軸22a被設(shè)置成與下取向膜18的取向處理方向18a的交角為10°±10°(與參考線S的交角為45°±10°)。
下偏振板24的透射軸24a被設(shè)置成與下取向膜18的取向處理方向18a的交角為45°±10°(與參考線S的交角為10°±10°)。
雙軸延遲板21具有一不小于1,500nm并且最好為1,600nm±30nm的△n·d值以及0.3到0.7(最好為0.45±0.1)的Rz值。液晶層20具有1,350nm±100nm并且最好為1,380nm±30nm的△n·d值。雙軸延遲板22具有一不小于1,500nm并且最好為1,600±30nm的△n·d值以及0.3到0.7(最好為0.45±0.1)的Rz值。
根據(jù)上面的結(jié)構(gòu)，隨著作用到液晶層20上的電壓的增大，顯示色按照紅、紫、白、藍(lán)紫、和黑的順序依次改變。當(dāng)對加在掃描電極15和信號電極16上的一信號進(jìn)行控制，以控制作用在液晶層20上的有效電壓并控制顯示色彩時(shí)，就有可能顯示出一彩色圖象。另外，可使用雙軸延遲板21和22作為延遲板。因此，當(dāng)光垂直地透射過液晶層20時(shí)所獲得的相位同光傾斜地透射過液晶層20時(shí)所獲得的相位之間的差通過光透射過兩個(gè)雙軸延延板21和22而被補(bǔ)償，從而可增大視角。
作為第二實(shí)施例的一個(gè)例子，彩色液晶顯示裝置被如下構(gòu)成。該彩色液晶顯示裝置除了下面所述的不同外具有與第一實(shí)施例中所舉的例子相同的結(jié)構(gòu)。其不同處在于，本裝置中的取向膜17和18的取向處理方向17a和18a的角度、雙軸延遲板21和22的延展軸21a和22a的角度，以及偏振板23和24的透射軸23a和24a的角度被分別設(shè)置為如圖6所示的中心角。
在彩色液晶顯示裝置中，當(dāng)作用電壓的有效值小于2.32v時(shí)，顯示色彩變?yōu)榧t紫色；當(dāng)有效值落在2.42v到2.60v之間時(shí)，顯示色彩變?yōu)榘咨?；?dāng)有效值落在2.98v到3.02v之間時(shí)，顯示色彩變?yōu)樗{(lán)紫色；而當(dāng)有效值為3.5v或更高時(shí)，顯示色彩變?yōu)楹谏?。因而，可以顯示出一彩色圖象。
如上面所描述的，依據(jù)第二實(shí)施例的彩色液晶顯示裝置，如在第一實(shí)施例中的那樣，可通過對作用在液晶上的電壓的控制來控制顯示色。因而，可以顯示任意的彩色圖象。此外，可以增大視角，并減少因溫度改變而導(dǎo)致的色彩錯(cuò)誤配準(zhǔn)或類似的情況。[第三實(shí)施例]在第三實(shí)施例中，兩個(gè)用作彩色調(diào)節(jié)光學(xué)元件的復(fù)折射元件被配置在液晶單元的一側(cè)。
圖7為一剖視圖，其示出了依據(jù)第三實(shí)施例設(shè)計(jì)的一彩色液晶顯示裝置31的結(jié)構(gòu)；而圖8為一平面圖，其示出了彩色液晶顯示裝置31的光軸的位置。
參見圖7，一液晶單元12以這樣一種方式構(gòu)成，即一第一基板(此后稱作上玻璃基板)13和一第二基板(此后稱作下玻璃基板)14被彼此相對配置，而它們之間留有小的空隙，比如6.8μm的間隙，空隙內(nèi)封有一液晶層。由諸如ITO(銦錫氧化物)的導(dǎo)電材料構(gòu)成的多數(shù)掃描電極15和多數(shù)信號電極16被分別配置在上玻璃基板和下玻璃基板的相對的表面，使它們彼此交叉排列。
取向膜17和18被分別配置在液晶單元12的上玻璃基板和下玻璃基板的內(nèi)表面的裝于上玻璃基板和下玻璃基板內(nèi)表面上的掃描電極15和信號電極16的前表面上。取向膜17和18用來限定液晶分子的取向方向。取向膜17和18通過磨擦或類似的方法受到取向處理，從而將相鄰的液晶分子的平行的方向調(diào)整到取向處理方向。
一密封件19被配置在上玻璃基板13和下玻璃基板14的周邊位置上并在上、下玻璃基板之間保存預(yù)定的間隙以在上玻璃基板13和下玻璃基板14之間的區(qū)域內(nèi)封入液晶。
液晶層32是由包含有手性液晶的向列液晶構(gòu)成的，并且液晶分子依據(jù)取向膜17和18的取向限定力以250°±20°(最好為±10°)的一扭轉(zhuǎn)/取向角而被扭轉(zhuǎn)取向。
液晶的光學(xué)各向異性△n約為0.2，而液晶層32的厚度d被設(shè)置為約6.8μm。即，乘積△n·d被設(shè)置為△n·d＝1,360nm±100nm。
在配置于上玻璃基板13上的第一復(fù)折射元件34上的一第二復(fù)折射元件33具有由一復(fù)數(shù)定義的折射率。假設(shè)在垂直于第二復(fù)折射元件33的厚度方向的一平面上，一可以獲得最大折射率的方向(面內(nèi)延展方向)由X方向表示，一在同一面上垂直于X方向的方向由Y方向表示，并且厚度方向由Z方向表示。在這種情況下，在X、Y和Z方向上的復(fù)折射率Nx、Ny和Nz由下列數(shù)字方程式(2)到(4)表示Nx＝nx－iKx(2)Ny＝ny－iKy(3)Nz＝nz－iKz(4)其中，nx、ny和nz為折射率，i為一虛數(shù)，而Kx、Ky和Kz為吸收系數(shù)。
折射率nx、ny和nz滿足nx＞nz＞ny。一折射率各向異性△n＝nx－ny同一厚度t的乘積△n·t被設(shè)置為不小于1,500nm，并且最好為1,600nm±30nm，而Rz值被設(shè)置為0.3到0.7，并且最好為0.45±0.1。
吸收系數(shù)Kx、Ky和Kz是波長λ的函數(shù)，并且可分別由Kx(λ)、Ky(λ)和Kz(λ)表示。
在這種情況下，如圖9所示，吸收系數(shù)Kx(λ)、Ky(λ)和Kz(λ)具有負(fù)傾角，這樣，這些吸收系數(shù)與波長λ成反比，亦即具有負(fù)波長相依性。
下面將對普通折射率和復(fù)折射率的差別予以說明。假設(shè)光為一種波。在這種情況下，入射到具有一普通折射率的光學(xué)元件(比如一延遲板)上的光的強(qiáng)度振幅由Ii表示，出射光的振幅Io可由方程式(5)表示。當(dāng)入射到具有一復(fù)折射率的復(fù)折射元件上的光的強(qiáng)度振幅由Ii表示時(shí)，出射光的振幅Io可由方程式(6)表示。
Io＝e-i2πnt/λ…(5)Io＝e-2πkt/λ·e-i2πnt/λ…(6)其中t為延遲板或復(fù)折射元件的厚度，并且方程(6)中的exp(-2πkt/λ)為一吸收項(xiàng)。
用于計(jì)算經(jīng)過通用光學(xué)元件或復(fù)折射元件的光的偏振狀態(tài)的瓊斯矩陣，對普通光學(xué)元件來說可用矩陣(7)表示，而對復(fù)折射元件而言可用矩陣(8)表示。e-iπΔnt/λOOeiπΔnt/λ-----(7)]]>e-π(kx+ky)t/λe-πΔkt/λ.e-inΔnt/λ00eπΔkt/λ.e-inΔnt/λ---(8)]]>其中△n為nx同ny的差(nx－ny)，而△k為Kx同Ky的差(Kx－Ky)。
在本實(shí)施例中，△k幾乎為零，即Kx和Ky各自的值幾乎相等(更確切地說，它們具有幾乎相等的函數(shù))，并且Kz也具有一與Kx和Ky的每一個(gè)都相等的值。
第一復(fù)折射元件34也具有由一復(fù)數(shù)定義的復(fù)折射率，并且具有一帶負(fù)傾角的吸收系數(shù)。第一復(fù)折射元件34的△n·d的值不小于1,500nm，并且最好為1,550nm±30nm；其中Rz值為0.3到0.7，并且最好為0.45±0.1。
上偏振板23和下偏振板24屏蔽(吸收)掉在吸收軸方向上的入射光的偏振光成分，并且透射過垂直于吸收軸方向的偏振光成分。
反射板25被配置在下偏振板24的下表面上，并且將入射到上偏振板23上并透射過液晶單元12和下偏振板24的光再反射到液晶單元12的那側(cè)。
圖8利用構(gòu)成元件的平面圖例示了液晶單元12的取向處理方向、復(fù)折射元件33和34的光軸(面內(nèi)延展軸)、以及偏振板23和24的透射軸的一個(gè)組合狀態(tài)。
按圖8所示，上偏振板23的透射軸23a被設(shè)置成與下取向膜18的取向處理方向的交角為50°±10°(與參考線S的交角為85°±10°)。
第二復(fù)折射元件33的延展軸(在面上具有最大折射率的軸)33a被設(shè)置成與下取向膜18的取向處理方向的交角為25°±10°(與參考線S的交角為10°±10°)。
第一復(fù)折射元件34的延展軸34a被設(shè)置成與下取向膜18的取向處理方向18a的交角為15°±10°(與參考線S的交角為50°±10°)。
下偏振板24的透射軸24a被設(shè)置成下取向膜18的取向處理方向18a的交角為45°±10°(與參考線S的交角為10°±10°)。
下面將對具有上述結(jié)構(gòu)的彩色液晶顯示裝置的著色原理予以說明。
在圖7中從上面入射到彩色液晶顯示裝置11的上表面?zhèn)鹊墓饨?jīng)過上偏振板23被改變?yōu)榫€性偏振光。當(dāng)線性偏振光透射經(jīng)過復(fù)折射元件33和34時(shí)，該線性偏振光受到一與復(fù)折射元件33和34的延遲值以及諸如延展軸33a和34a的位置那樣的光定位條件相對應(yīng)的雙折射作用，從而獲得橢圓偏振光成分，而該橢圓偏振光成分的偏振狀態(tài)因其各自不同的波長而彼此不同。當(dāng)這些具有不同波長的橢圓偏振光成分透射經(jīng)過液晶單元12時(shí)，這些橢圓偏振光成分受到一與液晶單元12的光定位條件和延遲值相對應(yīng)的雙折射作用，從而改變它們的偏振狀態(tài)。
當(dāng)這些因不同波長而具有不同偏振狀態(tài)并且受到了復(fù)折射元件33和34以及液晶單元12的雙折射作用的橢圓偏振光成分入射到下偏振板24上時(shí)，一與下偏振板24的透射軸24a相重合的偏振光成分即透射過下偏振板24。
透射過下偏振板24的光通過反射板25被反射并且沿與上述光徑相反的路徑從彩色液晶顯示裝置11的上表面?zhèn)壬涑?，而出射光的顏色即被用作一顯示色。
復(fù)折射元件33和34，它們每一個(gè)的延遲都幾乎是一預(yù)先確定的值，該預(yù)先確定的值是依那個(gè)相應(yīng)的復(fù)折射元件的折射率各向異性△n與厚度t的乘積△n·t被確定的；而液晶單元12的延遲則是依液晶分子的取向狀態(tài)被確定的。因此，當(dāng)液晶分子的取向狀態(tài)通過改變作用在彼此相對的電極15和16上的電壓而被改變，以改變液晶單元12的偏振作用時(shí)，從而也就改變了顯示色彩的色調(diào)和亮度。
假設(shè)復(fù)折射元件33和34的虛數(shù)項(xiàng)，即吸收系數(shù)Kx、Ky和Kz分別具有與波長無關(guān)的預(yù)定值。在這種情況下，與作用在電極15和16上的電壓V相對應(yīng)的紅光(610nm)、綠光(550nm)、和藍(lán)光(450nm)的出射強(qiáng)度如圖10A所示進(jìn)行變化。更具體地說，具有較長波長的紅光，其強(qiáng)度當(dāng)電壓V發(fā)生變化時(shí)以較長的周期進(jìn)行變化。具有較短波長的綠光或藍(lán)光，當(dāng)電壓V變化時(shí)，其強(qiáng)度以較短的周期進(jìn)行變化。由于這一原因，既使在一電壓范圍內(nèi)，當(dāng)紅光具有一預(yù)定的強(qiáng)度或更高的強(qiáng)度時(shí)，在此電壓范圍內(nèi)綠光或藍(lán)光也會(huì)在某種程度上出現(xiàn)一高強(qiáng)度。亦即，按圖10A所示的特征，綠色或藍(lán)色光具有相對地高強(qiáng)度的區(qū)域落在了紅色出射光具有一高強(qiáng)度的區(qū)域內(nèi)。因此，在紅光和綠光或藍(lán)光一起出射時(shí)，具有一高色純度的紅光并不能夠被較容易地分離出來。
由于使紅色出射光處于相對較低的強(qiáng)度的電壓區(qū)域較大，因此在這一電壓區(qū)域內(nèi)，就可以將綠色或藍(lán)色出射光分離出而不出現(xiàn)混色。
當(dāng)吸收系數(shù)K(X)具有如圖9所示的負(fù)波長依賴性(吸收系數(shù)與波長成反比)時(shí)，光的吸收比率隨光的波長的增大而減小。因此，如圖10B所示，綠或藍(lán)光的強(qiáng)度相對地要比紅光的強(qiáng)度低。如果紅光和綠或藍(lán)光同時(shí)出射時(shí)，并且出現(xiàn)混色，由于綠或藍(lán)光的強(qiáng)度低而使這種混色的影響較小。因而，具有高色純度的紅色可被顯示出來。
可以在一個(gè)相對較大的電壓區(qū)域中對綠色或藍(lán)色的顯示進(jìn)行選擇，在這一區(qū)域中紅色出射光的強(qiáng)度較低，并且綠光和藍(lán)光以相對較短的周期發(fā)生變化。因此，綠光和藍(lán)光可以被較容易地彼此分離出來，并且可以顯示出具有高色純度的綠色和藍(lán)色。
如上所述，按上面的實(shí)施例，加在液晶層32上的電場(有效電壓)通過控制作用在掃描電極15和信號電極16上的電壓而被控制，以對液晶層32的雙折射特性進(jìn)行控制。因而所需的顏色，特別是具有高色純度的三原色就可以被顯示出來。
掃照上述的結(jié)構(gòu)，使用了復(fù)折射元件33和34，它們的每一個(gè)都在厚度方向上具有一相位差。因此，當(dāng)光垂直地透射過液晶層32所獲得的相位同當(dāng)光傾斜地透射過液晶層32所獲得的相位之間的差就通過光透射過復(fù)折射元件33和34而被補(bǔ)償，從而增大了視野角。
顯示色彩不僅通過液晶層32的雙折射功能而且通過復(fù)折射元件33和34的雙折射功能而獲得。所使用的兩個(gè)復(fù)折射元件33和34，它們的每一個(gè)都具有雙折射功能，而它們的雙折射功能的溫度依賴性要小于液晶層32的雙折射功能的溫度依賴性。因此，既使當(dāng)液晶層32的延遲因溫度的變化而發(fā)生變化時(shí)，這一延遲上的變化只對顯示色彩產(chǎn)生相對較小的影響。從而就減小了因溫度變化對顯示色彩造成的改變。
隨著作用在液晶層32上的電壓(有效電壓)的增大，顯示色彩按照白、紅、藍(lán)和綠的順序依次改變。三原色和白色均可被顯示出來，這樣就能夠滿意地獲得一實(shí)用的彩色圖象。
作為第三實(shí)施例的一個(gè)例子，彩色液晶顯示裝置可以按下述條件構(gòu)成。即，取向膜17和18的取向處理方向的角度、復(fù)折射元件33和34的延展軸的角度、以及偏振板23和24的透射軸的角度被分別設(shè)置為如圖8所示的中心角，液晶層32的厚度被設(shè)置為6.8μm，并且△n·d的值被設(shè)置為1,390nm。復(fù)折射元件33和34對于610nm波長的吸收系數(shù)被設(shè)置為0.05，對于550nm波長的吸收系數(shù)被設(shè)置為0.09，而對于450nm波長的吸收系數(shù)被設(shè)置為0.12。對加到掃描電極15和信號電極16上的信號進(jìn)行控制，以靜態(tài)地驅(qū)動(dòng)該彩色液晶顯示裝置。
在這種情況下，如圖11所示，當(dāng)一靜態(tài)電壓，比如所加電壓的有效值小于2.04v時(shí)，該彩色液晶顯示裝置的顯示色彩變?yōu)榘咨?；?dāng)有效值落在2.12v到2.18v的區(qū)段時(shí)，顯示色彩變?yōu)榧t色；當(dāng)有效值落在2.19v到2.21v的區(qū)段時(shí)，顯示色彩變?yōu)樗{(lán)色；當(dāng)有效值為2.27v或更大時(shí)，顯示色彩變?yōu)榫G色。每一顯示色彩都具有一高色純度，如圖12的CIE圖所示。
作為一比較例，可這樣構(gòu)成一彩色液晶顯示裝置，即該彩色液晶顯示裝置在結(jié)構(gòu)上除了下面所述的不同處以外，其它部分完全與上面的例子相同。其不同處在于，本例的彩色液晶顯示裝置配置了兩個(gè)復(fù)折射元件33和34，其中的每一個(gè)都具有一在波長為610nm、550nm和450nm時(shí)，值為0.10的吸收系數(shù)。加在掃描電極15和信號電極16上的信號可被控制，以靜態(tài)地控制該彩色液晶顯示裝置。
在這種情況下，當(dāng)一靜態(tài)電壓，比如所加電壓的有效值小于2.04v時(shí)，該彩色液晶顯示裝置的顯示色彩變?yōu)榘咨划?dāng)有效值落在2.15v到2.17v的區(qū)段時(shí)，顯示色彩變?yōu)辄S色(紅黃色)；當(dāng)有效值落在2.18v到2.22v的區(qū)段時(shí)，顯示色彩變?yōu)樗{(lán)色；而當(dāng)有效值為2.26v或更大時(shí)，顯示色彩變?yōu)榫G色。紅光的色純度是較低的。
從上面的實(shí)例和比較例可以明顯看出，按照本發(fā)明具有高色純度的三原色，特別是具有高色純度的紅色可被顯示出來。
在按照本例子設(shè)計(jì)的彩色液晶顯示設(shè)備中，因溫度變化而造成的顯示色彩上的改變是較小的，并且增大了可視角。[第四實(shí)施例]第四實(shí)施例可通過改變第三實(shí)施例中的兩個(gè)復(fù)折射元件及它們的位置而獲得。
在第三實(shí)施例中，兩個(gè)復(fù)折射元件33和34被配置在上玻璃基板13和上偏振板23之間。然而，復(fù)折射元件的位置是可以任意確定的。更具體地，如圖13所示，一復(fù)折射元件36可以被配置在上玻璃基板13和上偏振板23之間，而一復(fù)折射元件37則可配置在下玻璃基板14和下偏振板24之間。
當(dāng)復(fù)折射元件36和37按上面所述配置時(shí)，取向膜17和18的位置處理方向17a和18a、復(fù)折射元件36和37的延展軸36a和37a、以及偏振板23和24的透射軸23a和24a可按圖14所示配置。
如圖14所示，上偏振板23的透射軸23a被設(shè)置成與下取向膜18的取向處理方向18a的交角為80°±10°(與參考線S的交角為45°±10°)。
一個(gè)復(fù)折射元件36的延展軸(在一平面內(nèi)具有一最大折射率的軸)36a被設(shè)置成與下取向膜18的取向處理方向18a的交角為35°±10°(與參考線S的交角為0°±10°)。
另一個(gè)復(fù)折射元件37的延展軸37a被設(shè)置成與下取向膜18的取向處理方向的交角為10°±10°(與參考線S的交角為45°±10°)。
下偏振板24的透射軸24a被設(shè)置成與下取向膜18的取向處理方向的交角為45°±10°(與參考線S的交角為10°±10°)。
復(fù)折射單元36具有一不小于1,500nm并且最好為1,600nm±30nm的△n·t值，以及一0.3到0.7(最好為0.45°±0.1)的Rz值。液晶層32具有一1,350nm±100n m.的△n·d的值。復(fù)折射元件37具有一不小于1,500nm并且最好為1,600nm°±30nm的△n·t值，以及一0.3到0.7(最好為0.45±0.1)的Rz值。
按照上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)對作用在液晶層32上的有效電壓進(jìn)行控制，以控制顯示色彩時(shí)，就可以顯示出一彩色圖象。特別地，具有高色純度的三原色可以被顯示出來。此外，使用了復(fù)折射元件36和37，它們的每一個(gè)都在厚度方向上具有一相位差。由于這一原因，當(dāng)光垂直地透射過液晶層32時(shí)所獲得的相位同當(dāng)光傾斜地透射過液晶層32時(shí)所獲得的相位之間的差通過光透射過上述復(fù)折射元件36和37而被補(bǔ)償，從而增大了視野角。
如上所述，按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的彩色液晶顯示裝置，能夠顯示出具有高色純度的三原色。此外，還增大了視角，并減少了因溫度變化造成的顏色錯(cuò)誤配準(zhǔn)或類似的情況。
第三和第四實(shí)施例都描述了一個(gè)例子，其中的每一個(gè)例子都有兩個(gè)復(fù)折射元件被配置在偏振板23和24之間。然而，本發(fā)明并不局限于第三和第四實(shí)施例，一個(gè)或三個(gè)或更多個(gè)復(fù)折射元件可被配置在上偏振板和下偏振板23和24之間。
在第三和第四實(shí)施例的每一個(gè)中，都使用了一復(fù)折射元件，該復(fù)折射元件具有在彼此相互垂直的三個(gè)方向上不同的折射率。然而復(fù)折射元件并不局限于在第三和第四實(shí)施例中所使用的復(fù)折射元件。
在描述中，假設(shè)復(fù)折射率的虛數(shù)項(xiàng)的吸收系數(shù)Kx、Ky和Kz彼此幾乎相等。然而，這些系數(shù)也可以彼此不一樣。此外，在圖9所示的例子中，復(fù)折射率的虛數(shù)項(xiàng)的吸收系數(shù)Kx、Ky和Kz是隨波長λ的增大而均勻減小的。然而，如果紅光波長范圍內(nèi)的一吸收系數(shù)小于綠光或藍(lán)光波長范圍內(nèi)的吸收系數(shù)，則其變化的狀態(tài)和大小可任意設(shè)定。[第五實(shí)施例]按照第五實(shí)施例，由從一個(gè)表面到另一個(gè)表面的扭轉(zhuǎn)取向物質(zhì)分子構(gòu)成的一扭轉(zhuǎn)取向延遲板被配置作為一色彩調(diào)節(jié)光學(xué)元件，并且該扭轉(zhuǎn)取向延遲板的物質(zhì)分子的扭轉(zhuǎn)/取向角被設(shè)置為與液晶層的液晶分子的扭轉(zhuǎn)/取向角的值相同，但方向相反。
在依照第五實(shí)施例設(shè)計(jì)的彩色液晶顯示裝置中，如圖15所示，使用一液晶單元12，該液晶單元12中的液晶分子38a被扭轉(zhuǎn)取向并且以180°到270°的扭轉(zhuǎn)/取向角被取向；并且還使用了一延遲板40，其物質(zhì)分子以180°到270°被扭轉(zhuǎn)取向。該彩色液晶顯示裝置包括液晶單元12、扭轉(zhuǎn)取向延遲板40、以及一對偏振板23和24。一對偏振板23和24被配置在液晶單元12的前表面?zhèn)群秃蟊砻鎮(zhèn)?，而扭轉(zhuǎn)準(zhǔn)直延遲板40被配置在液晶單元12和前表面?zhèn)?圖15中的上側(cè))的上偏振板23之間。
在第五實(shí)施例的彩色液晶裝置中，配置在入射側(cè)，即前表面?zhèn)鹊纳掀癜?3的透射軸23a被相對于配置在前表面?zhèn)鹊呐まD(zhuǎn)取向延遲板40的前表面?zhèn)壬系姆肿尤∠蚍较騼A斜地偏轉(zhuǎn)一預(yù)定的角度。在反射側(cè)，即后表面?zhèn)鹊南缕癜?4的透射軸24a被傾斜地移動(dòng)使其與液晶單元后表面?zhèn)壬系囊壕Х肿尤∠蚍较?8a保持一預(yù)定的角度。
在本實(shí)施例中，扭轉(zhuǎn)取向延遲板40是由一種薄膜構(gòu)成的，這種薄膜是通過對聚合物液晶進(jìn)行扭轉(zhuǎn)取向并將其固化而獲得的。在扭轉(zhuǎn)取向延遲板40中，物質(zhì)分子的△n1d1值和扭轉(zhuǎn)/取向角被設(shè)置為分別與液晶單元12的△n1d1值和液晶分子的扭轉(zhuǎn)/取向角近于相等。扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的分子的扭轉(zhuǎn)取向方向被設(shè)置為與液晶單元12的液晶分子的扭轉(zhuǎn)方向相反，而偏振板對23和24的透射軸被設(shè)置為彼此近乎平行。注意，在本實(shí)施例中，液晶單元12的液晶分子的扭轉(zhuǎn)角度和扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的扭轉(zhuǎn)/取向角度被設(shè)置大約為250°。
更具體地，如圖16所示，在液晶單元12的后表面?zhèn)壬系囊壕Х肿尤∠蚍较?8a具有一與參考線S交角約215°(在圖16中是逆時(shí)針方向215°)的方向，并且在前表面?zhèn)壬系囊壕Х肿尤∠蚍较?7a具有一與在后表面?zhèn)壬系娜∠蚍较?8a交角約250°的方向，而液晶38的分子38a從后基板14到前基板13以約250°(在圖16中順時(shí)針250°)的扭轉(zhuǎn)/取向角被扭轉(zhuǎn)取向。
在扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的后表面?zhèn)壬系姆肿尤∠蚍较?0b具有一與參考線S的交角約55°(在圖16中逆時(shí)針55°)的方向，而在前表面?zhèn)壬系姆肿尤∠蚍较?0a具有一與在后表面?zhèn)壬系姆肿尤∠蚍较?0b的交角約250°的方向。因而，扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的物質(zhì)分子，即聚合物液晶分子以250°(在圖16中逆時(shí)針250°)的扭轉(zhuǎn)/取向角從扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的后表面到其前表面被扭轉(zhuǎn)取向。
更具體地，扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的物質(zhì)分子是在與液晶單元12的液晶分子取向方向相反的方向上以與液晶分子的扭轉(zhuǎn)/取向角度近于相等的扭轉(zhuǎn)/取向角度而被扭轉(zhuǎn)取向的。
如圖16所示，上偏振板23的透射軸23a和下偏振板24的透射軸24a被移到與參考線S交80°(在圖16中逆時(shí)針80°)的交角處。上偏振板23的透射軸23a被移到與在相鄰于上偏振板23的扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的入射側(cè)(前表面?zhèn)?上的分子取向方向40a交45°的交角處。下偏振板24的透射軸24a同上偏振板23的透射軸23a近乎平行。
在本實(shí)施例的彩色液晶顯示裝置中，在配置于入射側(cè)的扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的入射側(cè)(前表面?zhèn)?上的分子取向方向從入射側(cè)，即前表面?zhèn)鹊钠癜?3的透射軸23a被傾斜地偏轉(zhuǎn)。由于這一原因，入射經(jīng)上偏振板23的線性偏振光通過扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的雙折射功能而被偏振，以獲得橢圓偏振光。該橢圓偏振光又通過液晶單元12的液晶層的雙折射功能被偏振并入射到下偏振板24。
扭轉(zhuǎn)延遲板40的雙折射功能是由該扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的特性確定的。然而，由于液晶單元12的液晶層的雙折射功能依液晶分子38a的取向狀態(tài)而變化，因而入射到下偏振板24上的橢圓偏振光的偏振狀態(tài)依作用在液晶單元12上的電壓而改變。
當(dāng)入射到下偏振板24上的光為橢圓偏振光時(shí)，透射經(jīng)過下偏振板24的光只有能透過下偏振板的偏振光成分經(jīng)下偏振板24射出。該出射光變?yōu)榕c出射光的波長帶相對應(yīng)的著色光。該著色光被反射板25反射，并經(jīng)下偏振板24、液晶單元12、扭轉(zhuǎn)取向延遲板40以及上偏振板23從顯示裝置的前表面端射出。
在如上所述的彩色液晶顯示裝置中，扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的△n1d1值和其分子取向方向的扭轉(zhuǎn)/取向角度被設(shè)置為近乎分別等于液晶單元12的△n2d2值和其液晶分子的扭轉(zhuǎn)角度，扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的扭轉(zhuǎn)取向方向被設(shè)置為與液晶分子的扭轉(zhuǎn)取向方向相反，并且上、下偏振板23和24的透射軸23a和24a被設(shè)置成幾乎彼此平行。因此，當(dāng)液晶分子38a被設(shè)置為初始偏振狀態(tài)時(shí)，液晶單元12具有一消色功能。因而，當(dāng)沒有一個(gè)ON電壓作用在液晶單元12的電極15和16上時(shí)，入射到下偏振板24上的光變?yōu)榕c光入射到液晶顯示裝置時(shí)所獲得的線性偏振光相同的線性偏振光，獲得無色光(白光)作為出色光。
在本彩色液晶顯示裝置中，著色光的顏色可以通過控制作用在液晶單元12上的電壓而被改變。從而，可以顯示出多種顏色。
下面將對本彩色液晶顯示裝置的顯示色彩的一個(gè)例子進(jìn)行說明。例如，扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的△n1d1和液晶單元12的△n2d2的值被設(shè)置為843nm，并且液晶單元12的液晶分子取向方向17a和18a、在扭轉(zhuǎn)延遲板40的前表面和后表面上的分子取向方向40a和40b、上偏振板23和下偏振板24的透射軸23a和24a按圖16所示設(shè)置。此時(shí)，與所加電壓(有效電壓)有關(guān)的著色光的情況如下。
當(dāng)電壓為1.9v或更小時(shí)，初始顯示色彩為“白色”。
當(dāng)電壓加到2.0到2.2v時(shí)，顯示色彩為“黃色”。
當(dāng)電壓加到2.3到2.4v時(shí)，顯示色彩為“紫色”。
當(dāng)電壓加到2.6到3.0v時(shí)，顯示色彩(最終顯示色)為“紅色”。因而，當(dāng)對作用在液晶單元12上的電壓進(jìn)行控制以獲得這些顏色時(shí)，除了無電壓時(shí)的“白色”和作為最終顯示色彩的“紅色”外，還可以顯示出“黃色”和“紫色”。
在本彩色液晶顯示裝置中，光可以在不使用濾色片的情況下，通過扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的雙折射功能、液晶單元12的液晶層的雙折射功能，以及偏振板23和24被著色。因此，可以提高彩色液晶顯示裝置的透射率，并可顯示出明亮的彩色圖象。
在本彩色液晶顯示裝置中，液晶單元12具有以約250°的大的扭轉(zhuǎn)/取向角被扭轉(zhuǎn)取向的液晶分子38a，并且扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的物質(zhì)分子的扭轉(zhuǎn)/準(zhǔn)直角也較大，約為250°。因此，就提高了液晶單元12的液晶層和扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的雙折射功能，從而可獲得更好的著色效果。
在本彩色液晶顯示裝置中，在入射側(cè)的扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的分子取向方向同在入射側(cè)即前表面?zhèn)鹊纳掀癜?3的透射軸23a之間的轉(zhuǎn)角被設(shè)置約為45°。因此就提高了扭轉(zhuǎn)取向延遲板40對于線性偏振光的雙折射功能，并且因而可獲得清晰的著色光。
在第五實(shí)施例中，液晶單元12和扭轉(zhuǎn)取向延遲板40是這樣配置的，即使得扭轉(zhuǎn)取向延遲板40位于入射側(cè)(前表面?zhèn)?。然而，液晶單元12和扭轉(zhuǎn)延遲板40也可配置為使液晶單元12位于入射側(cè)。在這種情況下，當(dāng)在液晶單元12的入射側(cè)即前表面?zhèn)鹊囊壕Х肿尤∠蚍较?7a從上偏振板23的透射軸被傾斜地轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，入射經(jīng)過上偏振板23的線性偏振光通過液晶單元12的液晶層的雙折射功能而被變?yōu)闄E圓偏振光。該橢圓偏振光收到扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的雙折射作用，而后入射到下偏振板24上。
按照上面所述，當(dāng)液晶單元12被配置在入射側(cè)時(shí)，在扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的入射側(cè)的分子取向方向被相對于上偏振板23的透射軸適好地傾斜偏轉(zhuǎn)。以這種方式，當(dāng)液晶單元12的液晶分子38a被取向?yàn)榇怪睜顟B(tài)時(shí)，即，當(dāng)入射光在未受到液晶層的雙折射作用而被透射過液晶單元12時(shí)，光(線性偏振光)通過扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的雙折射作用而被橢圓地偏振，并且可使該橢圓偏振光入射到下偏振板24上。
上和下偏振板23和24的透射軸23a和24a可以相互垂直。在該情形中，當(dāng)液晶單元12的液晶分子38a被設(shè)置在初始取向狀態(tài)中時(shí)，“黑”被顯示。
另外，在第五實(shí)施例中，當(dāng)不需得到無色彩顯示時(shí)，液晶單元12的△n2d2、液晶分子的扭轉(zhuǎn)/取向角、液晶分子的扭轉(zhuǎn)方向以及上、下偏振板23和24的透射軸23a和24a的方向可以被任意設(shè)定。
在此實(shí)施例中，在該由液晶單元12和扭轉(zhuǎn)取向延遲板40構(gòu)成的兩個(gè)部件中設(shè)置在入射側(cè)的一個(gè)部件的入射側(cè)的分子取向方向相對于上偏振板23的透射軸23a的偏移了45°。然而，該偏移角度可以任意設(shè)定。
在該彩色液晶顯示裝置中，通過上偏振板23射的線性偏振光被由該由扭轉(zhuǎn)取向延遲板40和液晶單元12構(gòu)成的雙部件的一個(gè)(設(shè)在入射側(cè)的)的雙折射作用改變?yōu)闄E圓偏振光。當(dāng)線性偏振光相對于該部件入射側(cè)的分子取向方向偏移45°角入射時(shí)，該部件對該線性偏振光的雙折射作用最大。因此，為了得到生動(dòng)的彩色光，在該扭轉(zhuǎn)取向延遲板40的分子取向方向40a和液晶單元12入射側(cè)的液晶分子取向方向17a中，該設(shè)置在入射側(cè)的一個(gè)方向與在入射側(cè)的上偏振板23的透射軸23a之間最好具有約45°的偏移角。當(dāng)該偏移角在45°±5°的范圍內(nèi)時(shí)，可以得到生動(dòng)的著色光。[第六實(shí)施例]根據(jù)第六實(shí)施例，用作色彩調(diào)節(jié)光學(xué)元件的一扭轉(zhuǎn)準(zhǔn)直的延遲板被疊置在一液晶單元上，該扭轉(zhuǎn)取向的延遲板的扭轉(zhuǎn)/取向角具有液晶分子的扭轉(zhuǎn)/取向角，該扭轉(zhuǎn)取向延遲板的扭轉(zhuǎn)/取向角及該液晶分子的扭轉(zhuǎn)/準(zhǔn)直角的和被設(shè)定為230°至270°。
參看圖17，液晶41由含有手性液晶的向列液晶混合而成，且其液晶分子根據(jù)取向膜17和18的取向限定力以(250°-φ)±20°(最好±10°)的扭轉(zhuǎn)/取向角被扭轉(zhuǎn)取向。在此例中，φ是扭轉(zhuǎn)取向延遲板42的分子的扭轉(zhuǎn)/取向角(后將描述)。
折射率各向異性△n被設(shè)為約0.2，且液晶層41的厚度d被設(shè)為6800·(250-φ)/250nm 。
該扭轉(zhuǎn)取向延遲板42如此構(gòu)成，即使得通過從一個(gè)表面到另一表面以一預(yù)定角φ扭轉(zhuǎn)取向聚合物液晶分子及固定該聚合物液晶分子在此狀態(tài)而得到的一個(gè)層(膜)被夾在由三乙酸纖維素(TAC)等構(gòu)成的保護(hù)膜之間。其扭轉(zhuǎn)取向方向與液晶層41的相同。該液晶分子的扭轉(zhuǎn)取向角(250°－φ)±20°及該扭轉(zhuǎn)準(zhǔn)直延遲板42的液晶分子的扭轉(zhuǎn)角φ的和被設(shè)定為此液晶顯示器所要求的扭轉(zhuǎn)/取向角(250°±20°)。
該扭轉(zhuǎn)取向延遲板42的扭轉(zhuǎn)/取向角φ被設(shè)定為總扭轉(zhuǎn)/取向角(250°±20°)的10-30％，即，約50°±25°。該扭轉(zhuǎn)取向延遲板42的折射率各向異性△n被設(shè)定為約0.2，且該扭轉(zhuǎn)取向延遲板42的厚度d被設(shè)定為約6800·φ/250nm。
液晶層41的液晶分子的扭轉(zhuǎn)/取向角(250°－φ)±20°及扭轉(zhuǎn)取向延遲板42的材料分子的扭轉(zhuǎn)/取向角φ的和為250°±20°，此角度是推斷為此彩色液晶顯示裝置所要求的。液晶層41的延遲及扭轉(zhuǎn)取向延遲板42的延遲的和為1360nm±100nm，此值被推斷為此彩色液晶顯示裝置中所要求的。
更具體地，該彩色液晶顯示裝置具有以下結(jié)構(gòu)。即，一個(gè)光學(xué)地設(shè)計(jì)為具有0.2的光學(xué)各向異性△n及6800nm的厚度d的液晶層被以由疊置一具有(250°－φ)±20°的扭轉(zhuǎn)/取向角、一0.2的光學(xué)各向異性△n及6800·(250°－φ)/250nm的厚度的液晶層41于一具有扭轉(zhuǎn)/取向角φ、0.2的光學(xué)各向異性△n及6800·φ/250nm的扭轉(zhuǎn)取向延遲板42上而構(gòu)成的結(jié)構(gòu)取代。
一個(gè)第一延遲板43是一雙軸延遲板，其中，如果分別以nx、ny、nz表示在一個(gè)垂直于厚度方向的平面內(nèi)得到最大折射率的方向(平面內(nèi)延展方向)上的折射率、在該平面內(nèi)垂直于該延展軸的方向上的折射率及厚度方向的折射率，則滿足nx＞nz＞ny。折射率各向異性△n＝nx－ny與厚度d的一個(gè)△n－d乘積被設(shè)定為不小于1500nm，且最好為1600nm±30nm，且Rz值被設(shè)定為0.3至0.7，且最好為0.45±0.1。
一個(gè)第二延遲板44是一雙軸延遲板，其具有被設(shè)定為不小于1500nm(最好為1550nm±30nm)的乘積△n·d，以及被設(shè)定為0.3至0.7(最好為0.45±0.1)的Rz值。
上偏振板23及下偏振板24在一吸收軸方向遮蔽(吸收)入射光的一偏振光成分且使垂直于該吸收軸方向的一偏振光成分透過。
一反射板25設(shè)置在下偏振板24的下表面上，并且向液晶單元12的方向反射入射在上偏振板23上并透射過液晶單元12及下偏振板24的光。
圖18用構(gòu)成元件的平面圖顯示了液晶單元12的取向處理方向、延遲板43和44的光軸以及偏振板23和24的透射軸的一種組合情況。
如圖18所示，為液晶單元12的下取向膜18進(jìn)行的取向處理的方向18a相對于一參考線S傾斜35°±10°，且靠近下取向膜18的液晶分子沿著取向處理方向18a取向。
為液晶單元12的上取向膜17進(jìn)行的取向處理的方向17a被設(shè)定在以(70°－φ)±10°的角度與該下取向膜18的取向處理方向18a相交的方向上，且靠近上取向膜17的液晶分子被沿著該取向處理方向17a取向。
以此方式，液晶分子被從下玻璃基板14向上玻璃基板13順時(shí)針扭轉(zhuǎn)了(250°－φ)±20°(最好±10°)。
上偏振板23的透射軸23a被設(shè)置為以50°±10°的角度與下取向膜18的取向處理方向18a相交(相對于參考線S為85°±10°)。
第二延遲板43的延展軸43a(在一平面內(nèi)具有最大折射率的延遲軸)被設(shè)定為以25°±10°與下準(zhǔn)直膜18的取向處理方向18a相交(相對于參考線S為10°±10°)。
第一延遲板44的延展軸44a被設(shè)定為以15°±10°與下取向膜18的取向處理方向18a相交(相對于參考線S為50°±10°)。
靠近扭轉(zhuǎn)取向延遲板42的下表面的液晶分子的準(zhǔn)直方向42a被設(shè)定為與上取向膜17的取向處理方向17a平行(相對于下取向膜18的液晶分子取向處理方向18a為(70°－φ)±20°)，而靠近扭轉(zhuǎn)延遲板42的上表面的材料分子的取向方向42b被設(shè)定為以250°±20°與下取向膜18的液晶分子取向處理方向18a相交(相對于參考線S為35°±10°)。
下偏振板24的透射軸24a被設(shè)定為以45°±10°與下取向膜18的取向處理方向18a相交(相對于參考線S為10°±10°)。
下面將說明具有上述結(jié)構(gòu)的彩色液晶顯示裝置的著色原理。
從圖17的上方入射到該彩色液晶顯示裝置的上表面?zhèn)鹊墓馔高^上偏振板23后變?yōu)榫€性偏振光。當(dāng)該線性偏振光透射過第一和第二延遲板43和44時(shí)，該線性偏振光受到一個(gè)對應(yīng)于該第一及第二延遲板43和44的延遲值及諸如延展軸43a和44a的位置等的光學(xué)定位條件的雙折射作用，由此獲得橢圓偏振光成分，該橢圓偏振光在各波長的偏振狀態(tài)彼此不同。當(dāng)這些具有不同波長的橢圓偏振光成分透射過扭轉(zhuǎn)延遲板42和液晶單元12時(shí)，該橢圓偏振光成分受到一個(gè)對應(yīng)于扭轉(zhuǎn)延遲板42及液晶單元12的光學(xué)定位條件及延遲值的雙折射作用，由此改變它們的偏振狀態(tài)。
當(dāng)該在不同的波長具有不同偏振狀態(tài)并接受了第一和第二延遲板43和44、扭轉(zhuǎn)延遲板42以液晶單元12的雙折射作用的橢圓偏振光成分入射到下偏振板24上時(shí)，只有與下偏振板24的透射軸24a一致的偏振光成分透射過該下偏振板24。
該透射過下偏振板24的光被反射板25反射并通過與上述光路相反的光路從該彩色液晶顯示裝置的上表面?zhèn)壬涑?，由此得到出射光的一合成色彩作為顯示色彩(一具有在該出射光的譜強(qiáng)度為最高的波長的顯示色彩)。
該第一及第二延遲板43和44以及扭轉(zhuǎn)延遲板42的延遲幾乎被設(shè)定為預(yù)定值，而該液晶單元12的延遲則根據(jù)液晶分子的被取向狀態(tài)改變。因此，當(dāng)通過改變作用在液晶單元12上的電壓值而改變液晶分子的取向狀態(tài)時(shí)，該液晶單元的延遲即被改變，相應(yīng)地該液晶單元12的雙折射作用亦改變，且顯示色彩的色調(diào)及亮度也相應(yīng)改變。
更具體地，當(dāng)沒有電壓作用在掃描電極15與信號電極16之間時(shí)，入射到該彩色液晶顯示裝置上的光受到第一和第二延遲板43和44的雙折射作用，扭轉(zhuǎn)延遲板42的雙折射作用以及對應(yīng)于液晶分子的初始取向狀態(tài)的雙折射作用，由此得到在各波長偏振狀態(tài)彼此不同的橢圓偏振光成分。透射過下偏振板24、由反射板25反射并通過一相反光路從該液晶顯示裝置的上表面?zhèn)壬涑龅墓饩€的色彩即成為對應(yīng)于第一、第二延遲板43、44和扭轉(zhuǎn)延遲板42的延遲以及設(shè)置在初始取向狀態(tài)的液晶層的延遲的色彩。
當(dāng)作用一個(gè)電壓在液晶單元12的電極15和16之間，且隨著有效電壓的值增加時(shí)，液晶分子逐漸地從初始扭轉(zhuǎn)狀態(tài)立起。液晶單元12的延遲根據(jù)立起的準(zhǔn)直狀態(tài)改變，且入射在彩色液晶顯示裝置上的光受到扭轉(zhuǎn)延遲板42及第一和第二延遲板43和44的雙折射作用以及對應(yīng)于液晶單元12的該改變的雙折射作用，由此得到對應(yīng)于這些偏振作用的橢圓偏振光成分。由于此原因，此時(shí)得到一種與未向液晶單元12作用電壓時(shí)得到的顯示色彩不同的顯示色彩。
當(dāng)具有使液晶分子幾乎垂直地取向的幅度的電壓作用在該液晶單元12上時(shí)，該液晶單元12的延遲變?yōu)閹缀鯙椤?”。因此，液晶單元12的雙折射功能亦幾乎為零，且入射到彩色液晶顯示裝置上的光變?yōu)閷?yīng)于扭轉(zhuǎn)取向延遲板42及第一和第二延遲板43和44的雙折射作用的橢圓偏振光成分。該橢圓偏振光成分通過下偏振板24、反射板25以及其中相反的光路從該彩色液晶顯示裝置中射出，且該光被著色為對應(yīng)于扭轉(zhuǎn)準(zhǔn)直延遲板42及第一和第二延遲板43和44的延遲的色彩。
因此，根據(jù)上述實(shí)施例中，當(dāng)通過控制施加于掃描電極15和信號電極16之間的控制信號控制作用于液晶層41上的電壓以控制該液晶層41的雙折射特征時(shí)，可以由此顯示所需的色彩。
以上述結(jié)構(gòu)，通過控制作用于掃描電極15和信號電極16間的電壓來控制液晶層41的取向狀態(tài)，即可以控制顯示色彩。液晶層41的取向狀態(tài)也可隨液晶層41溫度的改變而改變。亦即，隨著液晶層41溫度的提高，液晶分子更易于垂直于基板取向。因此，即使使用于掃描電極15和信號電極16間的電壓保持不變，由于液晶層41的溫度變化也顯示出不同的色彩。
然而，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，液晶分子的扭轉(zhuǎn)/取向角為250°±20°，該角度被推斷為該液晶顯示裝置所要求的，是由液晶層41的扭轉(zhuǎn)/取向角(250°－φ)±20°及扭轉(zhuǎn)取向延遲板42的聚合物液晶分子的扭轉(zhuǎn)/取向角φ的和得到的。在此例中，如圖19所示，液晶層41的延遲Re41根據(jù)液晶層41的溫度改變。然而，即使當(dāng)扭轉(zhuǎn)取向延遲板42的溫度改變時(shí)，該扭轉(zhuǎn)取向延遲板42的延遲Re42也改變得很少。因此，液晶層41和扭轉(zhuǎn)延遲板42的合成延遲Re的變化在一個(gè)未設(shè)置扭轉(zhuǎn)取向延遲板42且液晶層41的扭轉(zhuǎn)/取向角被設(shè)為250°±20°的液晶顯示裝置中由溫度變化引起的延遲的變化要小。
因此，在本實(shí)施例的液晶顯示裝置中，顯示色彩的溫度依賴性，即由溫度變化引起的顯示色彩的變化是小的。
例如，在一參考溫度下一個(gè)具有250°的扭轉(zhuǎn)/取向角的液晶層的延遲由ReA表示，在該參考溫度下具有200°的扭轉(zhuǎn)/取向角的液晶層的延遲由ReB表示，而具有50°的扭轉(zhuǎn)/取向角的一延遲板的延遲由ReC表示。在此例中，假設(shè)在該參考溫度下滿足ReA＝ReB＋ReC。
如果由于溫度的變化延遲ReA減小，延遲ReB以與ReA減小的比率相同地減小，而ReC幾乎未改變。因此，在合成的延遲(ReB＋ReC)中的變化即小于在延遲ReA中的變化?？梢娫诒緦?shí)施例的液晶顯示裝置中由溫度變化在合成的延遲中引起的變化是小的。因此，可不受溫度變化的影響穩(wěn)定地得到所需的顯示色彩。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于使用了各具有光學(xué)雙軸特性的第一和第二延遲板43和44，通過使光透射過該第一和第二延遲板43和44，使得當(dāng)光垂直地透射過液晶層41時(shí)得到的相位與當(dāng)光斜著透射過液晶層41時(shí)得到的相位之間的差得以補(bǔ)償，由此增加了視野角。
隨著加在液晶層41上的電壓(有效電壓)的增加，顯示色彩以一確定的順序順次地變?yōu)榘?、紅、蘭及綠。三種原色及白色能被顯示，因此可得到滿意的所需彩色圖案。
作為一個(gè)例子，可按以下條件形成一個(gè)彩色液晶顯示裝置。即，取向膜17和18的取向處理方向17a和18a、扭轉(zhuǎn)取向延遲板42的取向方向、第一和第二延遲板43和44的延展軸43a和44a以及上和下偏振板23和24的透射軸23a和24a的配置角度被分別設(shè)定為圖18所示的中心角，該扭轉(zhuǎn)取向延遲板42的扭轉(zhuǎn)/取向角φ設(shè)定為50°，液晶層41和扭轉(zhuǎn)取向延遲板42的有效厚度和d設(shè)定為6800nm，且合成值△n·d設(shè)定為1390nm。控制施加在掃描電極15和信號電極16上的信號以靜態(tài)地驅(qū)動(dòng)該彩色液晶顯示裝置。
作為一個(gè)比較例，一彩色液晶顯示裝置按以下條件形成。即，液晶層41的扭轉(zhuǎn)/取向角設(shè)定為250°，第一和第二延遲板43和44的延展軸43a和44a以及上和下偏振板23和24的透射軸23a和24a的配置角分別被設(shè)定為示于圖18的中心角，液晶層41的厚度d被設(shè)定為6800nm，△n·d值設(shè)定為1390nm?？刂剖┘釉趻呙桦姌O15和信號電極16上的電壓能靜態(tài)地驅(qū)動(dòng)該液晶顯示裝置。
當(dāng)溫度被設(shè)定為25°時(shí)，根據(jù)上述例子的彩色液晶顯示裝置，如圖20A所示，當(dāng)作用的電壓的有效值小于2.03v時(shí)顯示色彩變?yōu)榘咨?，?dāng)作用的電壓的有效值于2.14v至2.17v之間時(shí)顯示色彩為紅色，當(dāng)作用的電壓的有效值為2.19v至2.23v之間時(shí)顯示色彩為蘭色，而當(dāng)作用的電壓的有效值不小于2.28v時(shí)顯示色彩為綠色。與此相反，在上述比較例中，在等于上述例子中的溫度下，作用電壓與顯示色彩之間的關(guān)系示于圖20B。
當(dāng)保持作用電壓不變而使液晶顯示裝置的溫度改變時(shí)，已經(jīng)確認(rèn)了在上述例子中的顯示色彩的改變小于該比較例。
在第六實(shí)施例中，該兩塊雙軸延遲板43和44也可被設(shè)于下偏振板24和液晶單元12之間。該扭轉(zhuǎn)準(zhǔn)直延遲板42也可被設(shè)置于液晶單元12的下方(反射方)。在該情況中，該扭轉(zhuǎn)取向延遲板42必須如下設(shè)置，即使得靠近該扭轉(zhuǎn)取向延遲板42的上表面的分子取向處理方向42b與液晶單元的下取向膜18的液晶分子取向方向平行。[第七實(shí)施例]在第六實(shí)施例中，扭轉(zhuǎn)取向延遲板42和第一及第二延遲板43和44被設(shè)置在上玻璃基板13和上偏振板23之間。然而，該第一和第二延遲板43和44的位置可以任意地確定。例如，如圖21所示，第一延遲板43可設(shè)置在上基板13和上偏振板23之間，一扭轉(zhuǎn)取向延遲板46可疊置在下基板14之上，而一第二延遲板44可設(shè)置在扭轉(zhuǎn)延遲板46和下偏振板24之間。
當(dāng)?shù)谝缓偷诙舆t板43和44如上設(shè)置時(shí)，取向處理膜17和18的取向處理方向17a和18a、靠近扭轉(zhuǎn)取向延遲板46的上和下表面的分子的取向方向46b和46a、第一和第二延遲板43和44的延展軸43a和44a、以及上和下偏振板23和24的透射軸23a和24a如圖22所示地設(shè)置。
如圖22所示，對該下取向膜18進(jìn)行的取向處理的方向18a相對于一參考線S傾斜(35°－φ)±10°，對該上取向膜17進(jìn)行的取向處理的方向17a被設(shè)定在以(70°－φ)±10°與取向處理方向18a相交的方向上。液晶分子被取向?yàn)轫槙r(shí)針地從下玻璃基板14至上玻璃基板13扭轉(zhuǎn)(250°－φ)±20°(最好為±10°)。
如在第六實(shí)施例一樣，液晶的光學(xué)各向異性△n被設(shè)定為約0.2，而液晶層45的厚度d被設(shè)定為6800·(250°－φ)/250。
上偏振板23的透射軸23a被設(shè)定為以80°±10°與靠近扭轉(zhuǎn)取向延遲板46的下表面的分子的準(zhǔn)直方向46a相交(相對于參考線為45°±10°)。
第一延遲板43的延展軸43a被設(shè)定為以35°±10°與扭轉(zhuǎn)取向板46的分子取向方向46a相交(相對于參考線S為0°±10°)。
靠近扭轉(zhuǎn)取向延遲板46的上表面的分子的取向方向46b被設(shè)定為與下取向膜18的取向處理方向18a相平行，且靠近扭轉(zhuǎn)延遲板46的下表面的分子的取向方向46a被設(shè)定為以φ角與靠近上表面的分子的取向方向46b相交。該扭轉(zhuǎn)取向延遲板46的光學(xué)各向異性△n被設(shè)定為約0.2，而該扭轉(zhuǎn)取向延遲板46的厚度被設(shè)定為6800·φ/250。
該第二延遲板44的延展軸44a被設(shè)定為以10°±10°與該扭轉(zhuǎn)取向延遲板46的分子取向方向46a相交(相對于參考線S為45°±10°)。
下偏振板24的透射軸24a被設(shè)定為以45°±10°與扭轉(zhuǎn)取向延遲板46的分子取向方向46a相交(相對于參考線S為10°±10°)。
第一延遲板43具有一個(gè)△n值不小于1500nm，且最好為1600nm±30nm，并具有一個(gè)Rz值為0.3至0.7(最好為0.45±0.1)。扭轉(zhuǎn)延遲板46具有0.2的△n值及6800·(φ/250)±100nm的厚度d。液晶層45具有0.2的△n值及6800·(250-φ/250)±100nm的厚度。因此，合成的△n·d值為1360nm±100nm，第二延遲板44具有1600nm±30nm的△n·d值以及0.3至0.7(最好為0.45±0.1)的Rz值。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，隨著作用于液晶層45上的電壓的增加，顯示色彩按確定的順序順次變?yōu)榧t色、紫色、白色、蘭紫色及黑色。當(dāng)控制施加在掃描電極15和信號電極16上的信號以控制作用在液晶層45上的電壓及控制顯示色彩時(shí)，即有可能顯示一彩色圖象。
如在第六實(shí)施例中一樣，要求的(優(yōu)選的)液晶分子的扭轉(zhuǎn)/取向角(250°)及層厚度由液晶層45的扭轉(zhuǎn)取向角(250°－φ)、液晶層45的厚度、扭轉(zhuǎn)取向延遲板46中的材料分子的扭轉(zhuǎn)/取向角(φ)以及扭轉(zhuǎn)取向延遲板46的厚度確保。因此，由溫度變化引起的延遲的變化是小的。相應(yīng)地，可以不受溫度影響地穩(wěn)定地顯示一種色彩。
在第七實(shí)施例中，雖然扭轉(zhuǎn)取向延遲板46被設(shè)置在液晶單元12的下方(反射方)，其也可以被設(shè)置在液晶單元12的上方(入射方)。在該情況中，該扭轉(zhuǎn)取向延遲板46必須如此設(shè)置，即使得靠近其下表面的分子取向方向46a與上取向膜17的取向處理方向相平行。[第八實(shí)施例]根據(jù)第八實(shí)施例，一同向(homeotropic)液晶單元被用作一個(gè)用于TN型液晶單元的色彩調(diào)節(jié)光學(xué)元件，該TN型液晶單元中的液晶分子的扭轉(zhuǎn)/取向角是80°至120°。
參看圖23，一顯示驅(qū)動(dòng)液晶單元(以后稱為驅(qū)動(dòng)單元)50如下形成。即，用于有選擇地施加電壓的透明電極53和54形成在一液晶層的某些區(qū)域，一對上、下基板51和52上的取向膜55和56覆蓋住電極53和54以使得電極形成表面彼此相對，而上述的液晶層58被夾在基板51和52之間。
基板51和52的取向膜55和56都是由聚酰亞胺等構(gòu)成的水平取向膜。對取向膜55和56，在彼此垂直的方向上分別進(jìn)行了用于限定液晶分子58a的準(zhǔn)直方向的取向處理(例如磨擦處理)。
液晶58是一種具有正介電各向異性的向列型液晶，且液晶58的分子的取向方向在靠近取向膜處被限定為靠近取向膜的取向方向，并在基板51和52之間以80°至120°的扭轉(zhuǎn)/取向角扭轉(zhuǎn)。
本實(shí)施例的液晶單元是段顯示型的。形成在透明基板51上的透明電極是一公共電極，而形成在下基板52上的電極54是具有對應(yīng)于顯示圖形形狀的形狀的多數(shù)段電極。用作電壓施加裝置的驅(qū)動(dòng)電路59連接在段電極54和公共電極53上。驅(qū)動(dòng)電路59向液晶58作用一個(gè)對應(yīng)于輸入信息的電壓，且液晶58的雙折射效應(yīng)根據(jù)該作用電壓改變，由此得到對應(yīng)于輸入信息的彩色顯示。
一色彩調(diào)節(jié)液晶單元(以后稱作色彩調(diào)節(jié)單元)60是如下形成的。即，形成有用于向該液晶層均勻地施加電壓的單膜式透明電極63及64，一對上、下透明基板61和62上形成有覆蓋電極63及64的取向膜以使電極形成表面彼此相對，液晶68被夾于基板61和62之間。該基板61和62通過一框形密封件67彼此相連接，液晶68即被密封于基板61和62之間由該密封件67圍起的區(qū)域內(nèi)。請注意，該色彩調(diào)節(jié)單元60是一個(gè)具有與驅(qū)動(dòng)單元相等的面積的液晶單元。
設(shè)置在色彩調(diào)節(jié)單元60的基板61和62上的該取向膜65和66是由硅烷基混合物構(gòu)成的垂直取向膜，用于限定有電壓時(shí)液晶分子68a的方向的取向處理(例如磨擦處理)對取向膜65和66被以相反的方向互相平行地執(zhí)行。
該色彩調(diào)節(jié)單元60的液晶68是一種具有負(fù)介電各向異性的向列型液晶。液晶68的分子68a是同向地取向?yàn)榇怪庇谌∠蚰?5和66的表面豎起。
驅(qū)動(dòng)電路69被連接到色彩調(diào)節(jié)單元60的單膜式電極63和64上，且通過該驅(qū)動(dòng)電路69，一個(gè)受調(diào)節(jié)以得到所需色彩顯示的電壓被加于液晶68上。
驅(qū)動(dòng)單元50和色彩調(diào)節(jié)單元60彼此疊置地設(shè)置，且設(shè)有一對偏振板71和72夾住該二液晶單元50和60。請注意，在此實(shí)施例中，該色彩調(diào)節(jié)單元60被設(shè)置在驅(qū)動(dòng)單元50的入射側(cè)。
反射板73是一個(gè)由具有粗糙表面(反射面)的鋁薄膜構(gòu)成的漫射/反射板。該反射板73設(shè)置在設(shè)于該液晶顯示裝置的后表面的偏振板72的外表面上，即圖23中的下側(cè)。
圖24是一個(gè)顯示驅(qū)動(dòng)單元50和色彩調(diào)節(jié)單元60的液晶分子58a和68a的取向狀態(tài)及該偏振板對71和72的透射軸的方向的平面示意圖。
如圖24所示，在驅(qū)動(dòng)單元50的上基板51側(cè)的液晶分子取向方向51a(取向膜55的取向處理方向)為相對于圖24中的一參考線(圖24中的一水平線)S反時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)約45°，在下基板52側(cè)的液晶分子取向方向52a(取向膜56的取向處理方向)為相對于該取向方向51a順時(shí)針旋轉(zhuǎn)約90°±10°。驅(qū)動(dòng)單元50的液晶分子從下基板52至上基板51以約90°±10°的扭轉(zhuǎn)/取向角順時(shí)針扭轉(zhuǎn)。
參看圖24，參考數(shù)字61a指代在色彩調(diào)節(jié)單元60的上基板61側(cè)的取向膜65的取向處理方向；參考數(shù)字62a則指代在下基板62側(cè)的取向膜66的取向處理方向?；?1側(cè)及基板62側(cè)的該取向方向61a和62a彼此平行且相反。
色彩調(diào)節(jié)單元60如此設(shè)置，即使得透明基板61和62，即當(dāng)有電壓時(shí)液晶分子68a的方向被設(shè)定為與參考線S相平行。請注意，液晶分子68a的平行軸具有與色彩調(diào)節(jié)單元60的法線方向相同的方向，這是由于色彩調(diào)節(jié)單元60是由同向取向的液晶分子68a構(gòu)成。
另外，在偏振板對71和72中，設(shè)置在色彩調(diào)節(jié)單元60側(cè)的上偏振板71如此設(shè)置，以使得其透射軸71a相對于圖24中的參考線S反時(shí)針旋轉(zhuǎn)約45°。更具體地，該上偏振板71的透射軸71a幾乎與驅(qū)動(dòng)單元50的上基板51側(cè)上的取向處理方向51a平行，并且相對于當(dāng)色彩調(diào)節(jié)單元60中有電壓時(shí)液晶分子的方向(取向處理方向61a及62a)傾斜45°±5°。
設(shè)在驅(qū)動(dòng)單元50側(cè)的下偏振板72的透射軸72a相對于圖24中的參考線S順時(shí)針偏移45°±5°。因此，下偏振板72的透射軸72a與驅(qū)動(dòng)單元50的下基板52的取向處理方向52a相平行且?guī)缀醮怪庇谏掀癜?1的透射軸71a。
此彩色液晶顯示裝置是一個(gè)反射型彩色液晶顯示裝置，其中外來光(自然光或室內(nèi)照明光)入射在前表面?zhèn)?圖23的上側(cè)并由在后表面?zhèn)鹊姆瓷浒?3反射以進(jìn)行顯示。該彩色液晶顯示裝置被如此驅(qū)動(dòng)，即使得一個(gè)ON電壓有選擇地加于驅(qū)動(dòng)單元50的公共電極53及段電極54之間，并使加于色彩調(diào)節(jié)單元60的電極63和64之間的電壓被控制。
圖25顯示了一個(gè)電壓被加于色彩調(diào)節(jié)單元60的電極63和64之間的狀態(tài)。透明電極63和64分別是覆蓋液晶層整個(gè)面積的單膜式電極。因此，當(dāng)一個(gè)電壓被加于該電極63和64之間時(shí)，色彩調(diào)節(jié)單元60的液晶分子68a在整個(gè)液晶層的面積上從作為初始準(zhǔn)直狀態(tài)的一同向取向狀態(tài)被置向及取向于一個(gè)方向(沿著基板61側(cè)及基板62側(cè)的取向處理方向61a和62a的方向)上。
此時(shí)，液晶分子68a的置向角θ(相對于色彩調(diào)節(jié)單元60的法線的角度)根據(jù)施加于色彩調(diào)節(jié)單元60上的電壓確定。隨著施加的電壓的增加，該置向角θ相應(yīng)地增加。
圖26是顯示當(dāng)一電壓被施加于色彩調(diào)節(jié)單元60的電極63和64之間時(shí)驅(qū)動(dòng)單元50和色彩調(diào)節(jié)單元60的液晶分子58a和68a的取向狀態(tài)以及偏振板71和72的透射軸的平面視圖。在此例中，色彩調(diào)節(jié)單元60的液晶分子68a的平行軸幾乎與參考線S平平。
下面將描述該彩色液晶顯示裝置的顯示操作。在該彩色液晶顯示裝置中，經(jīng)過上偏振板71入射在該彩色液晶顯示裝置的前表面?zhèn)鹊木€性偏振光穿過色彩調(diào)節(jié)單元60及驅(qū)動(dòng)單元50入射在下偏振板72上。
在色彩調(diào)節(jié)單元60中，當(dāng)如圖23所示液晶分子68a被同向地取向時(shí)，液晶68的表觀折射率各向異性△n為“0”。因此，光線可無雙折射地透射過色彩調(diào)節(jié)單元60。因而，當(dāng)未向色彩調(diào)節(jié)單元60的電極63和64施加電壓時(shí)，即，當(dāng)色彩調(diào)節(jié)單元60的液晶分子68a被設(shè)定為作為初始取向狀態(tài)的同向取向狀態(tài)中時(shí)，該彩色液晶顯示裝置進(jìn)行一個(gè)如僅由驅(qū)動(dòng)單元50和偏振板對71和72構(gòu)成的液晶顯示裝置一樣的顯示操作。
更具體地，此時(shí)，經(jīng)過上偏振板71入射在色彩調(diào)節(jié)單元60上的線性偏振光經(jīng)過色彩調(diào)節(jié)單元60入射在驅(qū)動(dòng)單元50上而仍保持為該線性偏振光的偏振狀態(tài)。
未施加ON電壓時(shí)，驅(qū)動(dòng)單元50的液晶分子58a被設(shè)定一初始扭轉(zhuǎn)取向狀態(tài)。當(dāng)該ON電壓被施加在電極53和54之間時(shí)，液晶分子58a被由該ON電壓立起并垂直于基板51和52的表面取向。
因此，在對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)單元50的液晶分子58a被設(shè)定在一扭轉(zhuǎn)取向狀態(tài)的區(qū)域的背景區(qū)域中，入射在驅(qū)動(dòng)單元50上的線性偏振光受到液晶分子58a的旋轉(zhuǎn)偏振作用，且該光被以90°旋轉(zhuǎn)偏振，從驅(qū)動(dòng)單元50射出并入射在下偏振板72上。
在對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)單元50的液晶分子58a被由ON電壓豎起及取向的區(qū)域的顯示區(qū)域中，當(dāng)液晶58的雙折射效應(yīng)(△n)表觀地變?yōu)椤?”時(shí)，驅(qū)動(dòng)單元50的旋轉(zhuǎn)偏振作用幾乎為零。因此，入射在驅(qū)動(dòng)單元50上的線性偏振光從該驅(qū)動(dòng)單元50射出并入射在下偏振板72上而保持該線性偏振光的偏振狀態(tài)不變。
在此實(shí)施例中，上和下偏振板71和72的透射軸71a和72a幾乎彼此垂直。因此，在對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)單元50的液晶分子58a被設(shè)定為扭轉(zhuǎn)取向狀態(tài)的區(qū)域的背景區(qū)中，從驅(qū)動(dòng)單元50射出并入射到下偏振板72上的線性偏振光透射過下偏振板72，由此得到一個(gè)顯示“白”。在對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)單元50的液晶分子58a被豎起及取向的區(qū)域的顯示區(qū)中，從驅(qū)動(dòng)單元50射出并入射在下偏振板72上的線性偏振光被下偏振板72吸收，由此得到一個(gè)顯示“黑”。
更具體地，在該彩色液晶顯示裝置中，當(dāng)沒有電壓作用在色彩調(diào)節(jié)單元60的電極63和64之間時(shí)，作為一個(gè)正顯示型TN液晶顯示裝置，顯示信息被在“白”背景中以“黑”顯示。
當(dāng)一個(gè)施加于色彩調(diào)節(jié)單元60的透明電極63和64之間的電壓將液晶分子68a從同向取向的狀態(tài)置于一個(gè)方向時(shí)，該色彩調(diào)節(jié)單元60具有與延遲板相同的雙折射效應(yīng)。
更具體地，一個(gè)其液晶分子被取向?yàn)橹孟蛴谙鄬ζ浞ň€的一個(gè)方向上的液晶單元可看作是一個(gè)具有與該液晶分子的平行軸相同方向的延遲軸的延遲板。因此，當(dāng)色彩調(diào)節(jié)單元60的液晶分子68a被如圖25置向及取向于一個(gè)方向上時(shí)，該色彩調(diào)節(jié)單元60即具有與其延遲軸方向與圖26所示的分子平行軸相同的延遲板一樣的雙折射效應(yīng)。
此時(shí)，該色彩調(diào)節(jié)單元60的液晶68的表觀折射率各向異性△n即由式(9)表示。該折射率各向異性△n根據(jù)液晶分子68a的置向角θ(圖2 5)而改變。Δn=nenone2cos2θ+no2sin2θ-no----(9)]]>其中，ne對于非常光的折射率no對于正常光的折射率為此，一個(gè)電壓被施加于色彩調(diào)節(jié)單元60的電極63和64之間以置向及取向液晶分子68a于一個(gè)方向。在此例中，當(dāng)經(jīng)過上偏振板71入射在色彩調(diào)節(jié)單元60上的線性偏振光穿過色彩調(diào)節(jié)單元60時(shí)，該線性偏振光的偏振狀態(tài)被該色彩調(diào)節(jié)單元60的雙折射效應(yīng)改變而得到橢圓偏振光，且該橢圓偏振光入射在驅(qū)動(dòng)單元50上。
如上所述，在沒有ON電壓時(shí)，驅(qū)動(dòng)單元50的液晶分子58a被設(shè)定在一扭轉(zhuǎn)/取向狀態(tài)中。當(dāng)將ON電壓施加在電極53和54之間時(shí)，液晶分子58a被該ON電壓豎起并被幾乎垂直于基板51和52的表面取向。因此，在對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)單元50的液晶分子58a被設(shè)定為扭轉(zhuǎn)/取向狀態(tài)的區(qū)域的背景區(qū)中，經(jīng)過上偏振板71入射的線性偏振光被色彩調(diào)節(jié)單元60的雙折射效應(yīng)改變?yōu)闄E圓偏振光，且通過驅(qū)動(dòng)單元50后，該橢圓偏振光具有由驅(qū)動(dòng)單元50的旋轉(zhuǎn)偏振作用改變的偏振狀態(tài)并且入射在下偏振板72上。
更具體地，在該背景區(qū)中，經(jīng)過上偏振板71入射的線性偏振光受到色彩調(diào)節(jié)單元60的雙折射效應(yīng)及驅(qū)動(dòng)單元50的旋轉(zhuǎn)偏振作用，因此得到了在各波長偏振狀態(tài)彼此不同的橢圓偏振光成分，且該橢圓偏振光成分入射在下偏振板72上。在該橢圓偏振光成分中，只有能透射過下偏振板72的偏振光成分能射出下偏振板72。該射出的光被著色為對應(yīng)于能透射過的波長光成分的比率的色彩。
在對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)單元50的液晶分子58a被豎起及取向的區(qū)域的顯示區(qū)中，驅(qū)動(dòng)單元50的旋轉(zhuǎn)偏振功能幾乎變?yōu)榱?。因此，僅受到色彩調(diào)節(jié)單元60的雙折射效應(yīng)的橢圓偏振光成分入射到下偏振板72上。在該橢圓偏振光成分中，只有能透射過下偏振板72的偏振光成分能射出下偏振板72。該射出的光被著色為一種對應(yīng)于能透過的波長光成分的比率的色彩。
在該顯示區(qū)中的射出光的色彩與在背景區(qū)中的射出光的色彩不同，這是因?yàn)樵诒尘皡^(qū)中入射在下偏振板72上的橢圓偏振光的偏振狀態(tài)與在顯示區(qū)中的不同。因此，在著色為某一色彩的背景中，顯示信息被以與該背景色彩不同的色彩顯示。
本實(shí)施例的彩色液晶顯示裝置是一種反射型彩色液晶顯示裝置，其中的反射板73設(shè)在后表面?zhèn)?。從下偏振?2射出的光由反射板73反射并通過下偏振板72、驅(qū)動(dòng)單元50、色彩調(diào)節(jié)單元60及上偏振板71從該彩色液晶顯示裝置的前表面?zhèn)壬涑觥?br> 如上所述，色彩調(diào)節(jié)單元60的液晶分子68a通過向該色彩調(diào)節(jié)單元60施加一個(gè)電壓被從一作為初始取向狀態(tài)的同向取向的狀態(tài)置向及取向在一個(gè)方向。在此例中，液晶分子68a的置向角θ根據(jù)施加于色彩調(diào)節(jié)單元60的電壓的值確定。
該色彩調(diào)節(jié)單元60的雙折射效應(yīng)(對應(yīng)于延遲板的延遲)是由液晶68的折射率各向異性△n和液晶層的厚度d的乘積確定的。然而，如式(9)所示的，該液晶68的表觀折射率各向異性△n根據(jù)液晶分子68a的置向角θ改變。因此，該色彩調(diào)節(jié)單元60的雙折射效應(yīng)根據(jù)液晶分子68a的取向狀態(tài)改變。
因而，當(dāng)通過控制作用于色彩調(diào)節(jié)單元60上的電壓改變該色彩調(diào)節(jié)單元60的雙折射效應(yīng)時(shí)，入射在下偏振板72上的橢圓偏振光的偏振狀態(tài)相應(yīng)改變，且背景區(qū)中的出射光與顯示區(qū)中的出射光被分別著色為不同的色彩。
以此方式，在該彩色液晶顯示裝置中，通過顯示驅(qū)動(dòng)液晶單元50和色彩調(diào)節(jié)液晶單元60的雙折射作用以及上、下偏振板對71和72的偏振作用，光被著色，而沒有使用具有低透射率的濾色片。因此，雖然該彩色液晶顯示裝置是一個(gè)反射型液晶顯示裝置，由于提高了該彩色液晶顯示裝置的透射率，能夠得到一明亮的彩色顯示。
另外，在該彩色液晶顯示裝置中，通過不向色彩調(diào)節(jié)單元60施加電壓可得到一單色顯示，而通過向色彩調(diào)節(jié)單元60施加電壓則可得到一彩色顯示。除此之外，通過控制施加于色彩調(diào)節(jié)單元60上的電壓值，不僅是顯示色彩，背景色彩也可被任意改變。因此，可得到顯示的多樣性。
在上述實(shí)施例中，上偏振板71的透射軸71a被設(shè)定為幾乎與驅(qū)動(dòng)單元50的上基板51側(cè)上的液晶分子取向方向51a相平行，而下偏振板72的透射軸72a被設(shè)定幾乎與驅(qū)動(dòng)單元50的下基板52側(cè)上的液晶分子取向方向52a平行。然而，偏振板71和72的透射軸71a和72a也可被設(shè)置為幾乎垂直于上述的液晶分子取向方向51a和52a。
該透射軸71a和72a被設(shè)定為彼此幾乎相垂直。然而，該二透射軸71a和72a也可被設(shè)置為彼此幾乎平行。在該情況中，可得到一負(fù)顯示型液晶顯示裝置，其中，通過反轉(zhuǎn)上述實(shí)施例的單色顯示中的“白”和“黑”，即可得到一單色顯示中的“白”和“黑”。
在上述實(shí)施例中，色彩調(diào)節(jié)單元60的液晶分子68a的置向/取向方向(基板61側(cè)和62側(cè)的取向處理方向)與偏振板71和72的透射軸71a和72a之間的偏移角設(shè)定為45°±5°。然而，此偏移角也可任意設(shè)定。
當(dāng)色彩調(diào)節(jié)單元60的液晶分子68a被置向及準(zhǔn)直在一個(gè)方向上時(shí)，當(dāng)線性偏振光以相對于液晶分子68a的平行軸a偏移45°角偏振地入射在色彩調(diào)節(jié)單元60上時(shí)對該線性偏振光的雙折射效應(yīng)最大。因此，為了得到生動(dòng)的著色彩，至少設(shè)于色彩調(diào)節(jié)單元60的入射側(cè)上的上偏振板71的透射軸與色彩調(diào)節(jié)單元60的液晶分子68a的置向/取向方向之間的偏移角最好設(shè)定為45°±5°。
在上述實(shí)施例中，雖然驅(qū)動(dòng)單元50的液晶分子58a的扭轉(zhuǎn)角被設(shè)定為約90°，此扭轉(zhuǎn)角并不限于90°，也可設(shè)為180°至270°。
在該情況中，由于驅(qū)動(dòng)單元50的雙折射作用被增強(qiáng)，不易再得到清晰的單色顯示。但是，可以清晰地得到具有可變?yōu)槎喾N顏色的背景色彩和顯示色彩的鮮艷的彩色顯示。
另外，該同向取向型色彩調(diào)節(jié)液晶單元可被設(shè)置在驅(qū)動(dòng)單元的反射板側(cè)。[第九實(shí)施例]在第九實(shí)施例中，設(shè)置了一均勻取向型的液晶單元以取代第八實(shí)施例中用作色彩調(diào)節(jié)單元的該同向取向型液晶單元。在第九實(shí)施例中，與第八實(shí)施例相同的參考數(shù)字指代與第八實(shí)施例中相同的部分，且省略了對它們的說明。
參看圖27，一均勻取向型色彩調(diào)節(jié)單元80被設(shè)置在驅(qū)動(dòng)單元50的入射側(cè)(圖27中的上側(cè))。在該色彩調(diào)節(jié)單元80中，單膜式透明電極83和84分別形成在一對透明基板81和82上，由聚酰亞胺等構(gòu)成的水平取向膜85和86分別被疊置在透明電極83和84上。另外，該對透明基板81和82經(jīng)由一密封件87彼此相對地設(shè)置，并且一種具有正介電各向異性的向列液晶被密封在彼此相對地設(shè)置的取向膜85和86之間的空間中。一驅(qū)動(dòng)電路89連接在該色彩調(diào)節(jié)單元80的單膜式電極83和84上，通過該驅(qū)動(dòng)電路89一被調(diào)節(jié)用來得到所需色彩顯示的電壓被加在液晶88上。
如圖28所示，對取向膜85和86在彼此平行但相反的方向上進(jìn)行一取向處理。以此方式，在未向電極83和84施加電壓的一初始狀態(tài)中，液晶分子幾乎都沿著取向方向85a和86a平行取向，而根據(jù)施加于電極83和84上的電壓液晶分子逐漸從一均勻取向的狀態(tài)立起及取向。
使用該均勻取向型單元用作色彩調(diào)節(jié)單元80的顯示工作過程如下。
在使用該均勻取向型單元作為色彩調(diào)節(jié)單元80的彩色液晶顯示裝置中，當(dāng)將一個(gè)用于將液晶分子88a立起及取向?yàn)閹缀跖c基板81和82的表面相垂直的電壓施加于色彩調(diào)節(jié)單元80的電極83和84之間時(shí)，即，當(dāng)液晶分子88a的平行軸具有與該色彩調(diào)節(jié)單元80的法線相同的方向時(shí)，液晶88的表觀折射率各向異性△n即變?yōu)椤?”。此時(shí)，該彩色液晶顯示裝置進(jìn)行與僅由驅(qū)動(dòng)單元50和偏振板對71和72構(gòu)成的液晶顯示裝置相同的顯示操作。
在此時(shí)得到的一個(gè)顯示中，在對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)單元50的液晶分子58a被扭轉(zhuǎn)取向的區(qū)域的背景區(qū)中的顯示為“白”，而在對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)單元50的液晶分子58被豎起及取向的區(qū)域的顯示區(qū)中的顯示為“黑”。
在沒有電壓施加于色彩調(diào)節(jié)單元80的電極83和84之間(液晶分子88a均勻地取向)的狀態(tài)或向電極83和84之間施加了相對低的電壓以使液晶分子88a從均勻取向狀態(tài)傾斜地豎起到一定程度的狀態(tài)中，該色彩調(diào)節(jié)單元80具有與延遲板一樣的雙折作用。因此，在此時(shí)，當(dāng)經(jīng)過上偏振板71入射到該色彩調(diào)節(jié)單元80上的線性偏振光穿過該色彩調(diào)節(jié)單元80時(shí)，由于該色彩調(diào)節(jié)單元80的雙折射效應(yīng)，該線性偏振光被改變而得到在各波長偏振狀態(tài)不一樣的橢圓偏振光成分。該橢圓偏振光成分入射在驅(qū)動(dòng)單元50上。
更具體地，在該第九實(shí)施例中，與第八實(shí)施例不同，施加到色彩調(diào)節(jié)單元上的電壓與顯示操作之間的關(guān)系正相反。當(dāng)有足夠大的電壓被加于色彩調(diào)節(jié)單元80上時(shí)，該液晶分子被同向地作用到幾乎垂直于基板，并可得到一單色顯示。當(dāng)沒有電壓作用于色彩調(diào)節(jié)單元80，以及當(dāng)作用在色彩調(diào)節(jié)單元80上的電壓從無電壓作用的狀態(tài)逐漸增加時(shí)，可得到背景色彩和顯示色彩被變?yōu)槎喾N顏色的彩色顯示。表1中示出了背景色彩及顯示色彩與作用電壓之間關(guān)系的例子示于表1。請注意，在這些例子中，該色彩調(diào)節(jié)單元具有ne＝1.1，no＝1.0，且其液晶層的厚度為d＝8.3μm。
表1
從第一到第九實(shí)施例中詳細(xì)說明的彩色液晶顯示裝置是反射型彩色液晶顯示裝置。然而，本發(fā)明并不僅限于反射型液晶顯示裝置。本發(fā)明也可用于設(shè)有反射板的透射型彩色液晶顯示裝置，或者可用作反射或透射型彩色液晶顯示裝置并包含一半透射反射板的半透射型彩色液晶顯示裝置。更具體地，在第一至第九實(shí)施例中，反射板可被半透射反射板及設(shè)置一后照光取代，或者以一后照光取代。
第一至第七實(shí)施例各說明了一簡單矩陣型彩色液晶顯示裝置，而第八和第九實(shí)施例則各說明了一段顯示型彩色液晶顯示裝置。該第一至第九實(shí)施例并不限于該種顯示裝置，也就是說，第一至第七實(shí)施例可以是段顯示型顯示裝置，而第八和第九實(shí)施例可以是簡單矩陣型的。第一至第九實(shí)施例的顯示裝置也可是有源矩陣型的彩色液晶顯示裝置，在這種顯示裝置中，分別為矩陣中的各象素設(shè)置了用作有源開關(guān)元件的薄膜晶體管。
對本領(lǐng)域的技術(shù)人員其它的優(yōu)點(diǎn)和修正是顯而易見的。因此，本發(fā)明廣義而言并不限于上述的特定細(xì)節(jié)及例示和說明的具體裝置。不脫離由所附權(quán)利要求書所限定的一般性發(fā)明構(gòu)思，可以做出各種修正。
權(quán)利要求
1.一種彩色液晶顯示裝置，包括一對表面彼此相對的基板、分別構(gòu)成于基板的該相對的表面上的電極以及分別配置在所述基板的相對的表面上以覆蓋所述電極的取向膜，其中所述的取向膜在預(yù)先確定的方向上受到取向處理；一個(gè)配置在所述基板之間并含有被取向?yàn)橐砸慌まD(zhuǎn)/取向角從一個(gè)基板到另一個(gè)基板扭轉(zhuǎn)的液晶分子的液晶層；一對配置在所述一對基板的外側(cè)將所述基板夾在中間的偏振板，用于對入射光進(jìn)行線性偏振并通過雙折射作用對橢圓偏振光進(jìn)行分解以使出射光著色；與所述電極相連的電壓作用裝置，用于改變作用于所述液晶層上的電壓以改變其液晶分子的取向狀態(tài)，從而通過透射過所述液晶層的光的取向狀態(tài)的變化而使所述出射光的色彩發(fā)生改變；以及配置在所述偏振板之間并具有雙折射特性的色彩調(diào)節(jié)光學(xué)元件裝置，用于調(diào)節(jié)所述出射光的色調(diào)。
2.如權(quán)利要求1的一種裝置，其中所述液晶層的液晶分子被取向?yàn)橐?80°到270°的扭轉(zhuǎn)/取向角從一個(gè)基板到另一個(gè)基板扭轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求2的一種裝置，其中所述的色彩調(diào)節(jié)光學(xué)元件裝置具有兩個(gè)雙軸延遲板，這們滿足nx＞nz＞ny，其中nx、ny和nz分別為所述色彩調(diào)節(jié)光學(xué)元件裝置的在一平面上可獲得一最大折射率的方向上的折射率、在與上述面上可獲得上述最大折射率的那一方向垂直的方向上的折射率、以及厚度方向上的折射率。
4.如權(quán)利要求3的一種裝置，其中所述的兩個(gè)雙軸延遲板被配置在所述一對基板中的一塊基板同所述的兩塊偏振板中的與該塊基板相對的那一塊偏振板之間。
5.如權(quán)利要求3的一種裝置，其中所述的兩個(gè)雙軸延遲板中的一個(gè)被配置在所述一對基板中的一塊基板同所述的兩塊偏振板中的與該塊基板相對的那一塊偏振板之間，而另一個(gè)雙軸延遲板被配置在所述一對基板中的另一塊基板同與所述的另一塊基板相對的另一塊偏振板之間。
6.如權(quán)利要求2的一種裝置，其中所述的色彩調(diào)節(jié)光學(xué)元件裝置具有至少一個(gè)復(fù)折射元件，而該復(fù)折射元件具備，雙折射特性；由一復(fù)數(shù)N表示的一復(fù)折射率，其中N滿足N＝n－ik，n和k分別為一折射率和一吸收系數(shù)；以及使上述吸收系數(shù)k與光的波長成反比的特性。
7.如權(quán)利要求6的一種裝置，其中所述的復(fù)折射元件滿足Nx＞Nz＞Ny其中Nx、Ny和Nz分別為所述復(fù)折射元件的在一平面上可獲得一最大折射率的方向上的復(fù)折射率、在與上述平面上可獲得上述最大折射率的那一方向垂直的方向上的復(fù)折射率、以及厚度方向上的復(fù)折射率。
8.如權(quán)利要求7的一種裝置，還包括兩個(gè)配置在所述一對基板中的一塊基板同所述的兩塊偏振板中的與該塊基板相對的那一塊偏振板之間的復(fù)折射元件。
9.如權(quán)利要求7的一種裝置，還包括兩個(gè)復(fù)折射元件，其中的一個(gè)被配置在所述一對基板中的一塊基板同所述的兩塊偏振板中的與該塊基板相對的那一塊偏振板之間，而另一個(gè)被配置在另一塊基板同與所述另一塊基板相對的另一塊偏振板之間。
10.如權(quán)利要求2的一種裝置，其中所述的色彩調(diào)節(jié)光學(xué)元件裝置帶有一扭轉(zhuǎn)取向延遲板，該扭轉(zhuǎn)取向延遲板的材料分子被取向?yàn)閺乃錾收{(diào)節(jié)光學(xué)元件裝置的一個(gè)表面到其另一個(gè)表面扭轉(zhuǎn)。
11.如權(quán)利要求10的一種裝置，其中所述的扭轉(zhuǎn)取向延遲板的材料分子的扭轉(zhuǎn)方向與所述液晶層的液晶分子的扭轉(zhuǎn)取向方向相反，而上述材料分子的扭轉(zhuǎn)/取向角與上述液晶分子的扭轉(zhuǎn)/取向角相等。
12.如權(quán)利要求10的一種裝置，其中所述的扭轉(zhuǎn)取向延遲板被疊放在所述的一對基板中的一塊基板上，所述的扭轉(zhuǎn)取向延遲板的材料分子的扭轉(zhuǎn)取向方向與所述的液晶層的液晶分子的扭轉(zhuǎn)取向方向相同，而上述材料分子的扭轉(zhuǎn)/取向角與上述液晶分子的扭轉(zhuǎn)/取向角的和為230°到270°。
13.如權(quán)利要求12的一種裝置，還包括兩個(gè)雙軸延遲板，這兩個(gè)雙軸延遲板被配置在所述的一對偏振板之間并且滿足nx＞nz＞ny其中nx、ny和nz分別為所述雙軸延遲板在一平面上可獲得一最大折射率的方向上的折射率、在與上述平面上可獲得上述最大折射率的那一方向垂直的方向上的折射率、以及沿厚度方向上的折射率。
14.如權(quán)利要求1的一種裝置，其中所述液晶層的液晶分子被取向?yàn)橐?0°到120°的扭轉(zhuǎn)/取向角從一塊基板到另一塊基板扭轉(zhuǎn)。
15.如權(quán)利要求14的一種裝置，其中所述的色彩調(diào)節(jié)光學(xué)元件裝置具有一同向液晶單元，該液晶單元是通過在所述的一對每一個(gè)都帶有電極的基板中封入液晶材料而構(gòu)成的并且其中的液晶分子被與所述基板的相對表面垂直地取向。
16.如權(quán)利要求14的一種裝置，其中所述的色彩調(diào)節(jié)光學(xué)元件裝置具有一均勻的液晶單元，該液晶單元是通過在所述的一對每一個(gè)都帶有電極的基板中封入液晶材料而構(gòu)成的并且其中的液晶分子被與所述基板的相對表面平行地取向。
17.如權(quán)利要求1的一種裝置，還包括配置在所述的一對偏振板中的一塊偏振板外側(cè)的一反射板。
18.一種彩色液晶顯示裝置，包括一對表面彼此相對的基板、分別配置于該對基板相對的表面上的電極以及分別配置在所述基板的相對的表面上以覆蓋所述電極的取向膜，其中所述的取向膜在預(yù)先確定的方向上受到取向處理；一個(gè)配置在所述的一對基板之間并含有被取向?yàn)橐砸慌まD(zhuǎn)/取向角從一個(gè)基板到另一個(gè)基板扭轉(zhuǎn)的液晶分子的液晶層；一對配置在所述的一對基板外側(cè)將所述基板夾在中間的偏振板，用于對入射光進(jìn)行線性偏振并通過雙折射作用對橢圓偏振光進(jìn)行分解以使出射光著色。與所述電極相連的電壓作用裝置，用于改變作用于所述液晶層上的電壓以改變其液晶分子的取向狀態(tài)，從而通過透射過所述液晶層的光的取向狀態(tài)的變化而使所述的出射光的色彩發(fā)生改變；以及滿足下述條件的至少一個(gè)復(fù)折射元件，即配置在所述的一對偏振板之間并且具備雙折射特性；由一復(fù)數(shù)N表示的一個(gè)復(fù)折射率，其中N滿足N＝n－ik，n和k分別為一折射率和一吸收系數(shù)；以及上述吸收系數(shù)k與光的波長成反比的特性。
19.如權(quán)利要求18的一種裝置，其中所述的液晶層的液晶分子被取向?yàn)橐?80°到270°的扭轉(zhuǎn)/取向角從一個(gè)基板到另一基板扭轉(zhuǎn)，并且一折射率各向異性△n和一液晶層厚度d的乘積△n·d為1，260nm到1,460nm。
20.如權(quán)利要求19的一種裝置，其中所述的復(fù)折射單元滿足Nx＞Nz＞Ny其中Nx、Ny和Nz分別為所述復(fù)折射元件裝置在一平面上可獲得一最大折射率的方向上的復(fù)折射率、在與上述平面上可獲得上述最大折射率的那一方向垂直的方向上的復(fù)折射率、以及沿厚度方向上的復(fù)折射率。
21.如權(quán)利要求19的一種裝置，還包括兩個(gè)配置在所述的一對基板中的一塊基板同所述偏振板中與該塊基板相對的那塊偏振板之間的復(fù)折射元件。
22.如權(quán)利要求19的一種裝置，還包括配置在所述的一對偏振板中的一塊偏振板的外面的一反射板。
23.一種彩色液晶顯示裝置，包括一對表面彼此相對的基板、分別配置于該對基板相對的表面上的電極以及分別配置在所述基板的相對的表面上以覆蓋所述電極的取向膜，其中所述的取向膜在預(yù)先確定的方向上受到取向處理；一個(gè)配置在所述的一對基板之間并含有被取向?yàn)橐砸慌まD(zhuǎn)/取向角從一個(gè)基板到另一個(gè)基板扭轉(zhuǎn)的液晶分子的液晶層；一對配置在所述的一對基板外側(cè)將所述基板夾在中間的偏振板，用于對入射光進(jìn)行線性偏振并通過雙折射作用對橢圓偏振光進(jìn)行分解以使出射光著色。與所述電極相連的電壓作用裝置，用于改變作用于所述液晶層上的電壓以改變其液晶分子的取向狀態(tài)，從而通過透射過所述液晶層的光的取向狀態(tài)的變化而使所述的出射光的色彩發(fā)生改變；以及兩個(gè)雙軸延遲板，其被配置在所述的一對偏振板中的一塊偏振板同所述的一對基板中的與所述的這塊偏振板相對的那塊基板之間并且滿足nx＞nz＞ny其中nx、ny和nz分別為所述的雙軸延遲板的沿在一平面上可獲得一最大折射率的方向上的折射率、沿與在上述平面上可獲得最大折射率的那一方向垂直的方向上的折射率、以及沿厚度方向上的折射率。
24.如權(quán)利要求23的一種裝置，其中所述的液晶層的液晶分子被取向?yàn)橐?80°到270°的扭轉(zhuǎn)/取向角從一個(gè)基板到另一基板扭轉(zhuǎn)，并且一折射率各向異性△n與一液晶層厚度d的乘積△n·d為1,250nm到1,450nm。
25.如權(quán)利要求24的一種裝置，還包括配置在所述一對偏振板中的一塊偏振板外側(cè)的一反射板。
全文摘要
一對偏振板配置在液晶單元的兩側(cè)，該液晶單元的液晶分子被扭轉(zhuǎn)取向，兩個(gè)雙軸延遲板配置在一偏振板同液晶單元之間。雙軸延遲板滿足n
文檔編號G02F1/133GK1116316SQ9510436
公開日1996年2月7日 申請日期1995年4月12日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月12日
發(fā)明者西野利晴 申請人:卡西歐計(jì)算機(jī)公司