專(zhuān)利名稱(chēng)：反射式液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反射式液晶顯示裝置，尤其涉及適合于使用XY電極的大屏幕高清晰度顯示器的單色或彩色反射式顯示裝置。
本發(fā)明涉及一種其特征在于低功耗的能夠得到無(wú)彩單色顯示和高亮度的反射式液晶顯示裝置。
隨著這個(gè)信息化社會(huì)的更加發(fā)展，便攜式信息終端可望普及到人手一臺(tái)。盡管這樣的便攜式信息終端的技術(shù)條件尚未明確規(guī)定，但它們將為主計(jì)算機(jī)提供通信功能以及信息處理功能。
因而裝在每一個(gè)那種終端上的顯示裝置都希望是薄、輕和低功耗的，而且由于主計(jì)算機(jī)均為多媒體機(jī)器的關(guān)系，還要求是彩色顯示和動(dòng)畫(huà)顯示的。
滿(mǎn)足“薄、輕以及低功耗”的顯示裝置，目前是非反射式液晶顯示裝置莫屬。但是，常規(guī)的反射式液晶顯示裝置僅適合于單色的和靜態(tài)的圖片顯示。
用于這種液晶顯示裝置的一種常規(guī)技術(shù)公布在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)Sho No.51-69646，其中平面和斜面交替疊在一個(gè)方的波浪型反射器上；以及在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)Sho NO.58-21 9526，其中反射器被覆蓋一層上面壓有六角形圖案、錐形圖案、或梯形圖案的鋁箔或鋁膜。
現(xiàn)有技術(shù)中的一種液晶顯示裝置，反射器被合并在液晶元里面。另外，日本專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)Sho NO.62-1 06435公開(kāi)了一種液晶顯示裝置。其反射器通過(guò)使用一種由諸如鋁構(gòu)成既作反射器又作電極的電極而被合并在液晶元里面。
另一個(gè)關(guān)于液晶顯示裝置的常規(guī)技術(shù)公布于日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)Hei No.4-274217，其中衍射光柵圖案反射器對(duì)液晶元的顯示表面成一個(gè)角度，并且液晶元有一個(gè)外部反射器。該技術(shù)用來(lái)改善單色反射式液晶顯示的亮度。
但是，以前的常規(guī)技術(shù)不能解決亮顯示區(qū)中靠近暗顯示區(qū)部分的輝度減小的毛病，也就是說(shuō)，出現(xiàn)陰影、暗顯示被復(fù)制以及用戶(hù)的可視度大大喪失的問(wèn)題。
另一方面，較新的常規(guī)技術(shù)有一個(gè)問(wèn)題，即使濾色器與反射器都合并在液晶元里面，對(duì)于獲得滿(mǎn)意的彩色顯示來(lái)說(shuō)，發(fā)光度還是太低。
反射式液晶顯示裝置通過(guò)使用外部光作光源進(jìn)行顯示，由于用不著后照光的關(guān)系，所以它很薄，并且耗電低，適合于電池工作。顯示裝置也可安裝在將來(lái)可望迅速普及的便攜式信息終端上。
顯示質(zhì)量的一種改善，具體地說(shuō)，在光顯示時(shí)的顯示亮度的改善以及無(wú)彩單色顯示都需要用反射式液晶顯示裝置。
例如，與液晶顯示裝置的顯示面成一個(gè)角度的閃光形式的反射器以及帶有該反射器的液晶顯示裝置都已為大家知道。
其中一個(gè)平面和一個(gè)斜面交替放置的成角度的波浪形反射器已知道，并且還有一種用鋁箔式鋁膜表面經(jīng)模壓成峰窩圖案、角錐圖案、或梯形圖案的反射器也已知道了。
在亮顯示時(shí)的亮度改善以及無(wú)彩單色顯示都不能通過(guò)簡(jiǎn)單地規(guī)定反射器的形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)。
另一方面，移相片的光程差和移相片的結(jié)構(gòu)以及偏振片已經(jīng)知道，折射率在移相片的三個(gè)軸向的分布已經(jīng)知道。
但是，亮顯示時(shí)的亮度改善和無(wú)彩單色顯示都不能通過(guò)簡(jiǎn)單地規(guī)定移相片的光學(xué)特性和移相片與偏振器的布局結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
反射式液晶顯示裝置的顯示亮度改善和無(wú)彩單色顯示在常規(guī)技術(shù)中沒(méi)有被考慮，故存在以下問(wèn)題。
作為一個(gè)用于反射式液晶顯示裝置的反射器，有一種反射器(平面反射器)的反射面平行于液晶基片的平面，并有一種反射器(定向反射器)的反射面與基片的平面傾斜。
平面反射器通常用于常規(guī)的反射式液晶顯示裝置。一個(gè)問(wèn)題是在使用平面反射器的反射式液晶顯示裝置中表面亮度低。
現(xiàn)在將敘述問(wèn)題的原因，這類(lèi)顯示裝置的用戶(hù)在許多情形下通常都是在正面看液晶顯示裝置。
正如所知道的，液晶顯示裝置通過(guò)將液晶層夾入并密封在上下兩塊透明的基片之間而構(gòu)成。
矩陣形式的電極和上定向?qū)釉O(shè)在上基片的下表面，移相片與上偏振器則設(shè)在上基片的頂面上。矩陣形式的下電極和下定向?qū)釉O(shè)在下基片的頂上，而下偏振器則設(shè)在下基片的下表面。上述各個(gè)分元件組成液晶顯示裝置。
平面反射器置于液晶顯示裝置的后側(cè)，從而組成反射式液晶顯示裝置。
在使用上述平面反射器的情形，當(dāng)用戶(hù)位置在裝置的正面時(shí)，正常反射向用戶(hù)的光是來(lái)自置于正前方向的光源的光。
但是，由于用位于液晶顯示裝置的正前方，來(lái)自光源的光受到用戶(hù)的遮擋，因而不入射到液晶顯示裝置中。
也就是說(shuō)，由正面方向入射液晶顯示裝置的光僅是通過(guò)用戶(hù)的衣服、臉部等等一次反射的光，并且每個(gè)光的光強(qiáng)都很弱以致不能得到足夠的入射光。
由斜方向入射到裝置里的光不像來(lái)自光源等等的光那樣被用戶(hù)遮擋，因而被平面反射器正常反射并斜向發(fā)射到另一側(cè)。由于此光不是反射向用戶(hù)的，即使是強(qiáng)光，也無(wú)助于表面的亮度。
如上所述，在使用平面反射器的反射式液晶顯示裝置中，由于用戶(hù)和入射光的光路互相交叉，不能獲得足夠光度的光，結(jié)果僅產(chǎn)生低的表面亮度。
使用一個(gè)定向反射器以獲得亮度的反射式液晶顯示裝置是眾所周知的，將參照?qǐng)D28說(shuō)明這一情形的問(wèn)題。在圖28中，標(biāo)號(hào)31代表定向反射器。
定向反射器也叫閃光形反射器，多個(gè)向一特定方向傾斜的微細(xì)反射面保持閃光狀態(tài)。雖然在簡(jiǎn)圖中各反面的尺寸 都被放大了，但它只等于例如說(shuō)35μm，并且與平面的傾斜角(閃光角)定為比如說(shuō)20°。
因而，在這一情形，沿著顯示面的法線正常反射向用戶(hù)的光是用實(shí)線表示的從斜方向入射到液晶顯示裝置里的光，即借助于定向反射器31的各反射面的傾斜而來(lái)自位于斜方向的光源L1的光。
由于從位于斜方向的光源L1而來(lái)的光直接進(jìn)入液晶顯示裝置而不受用戶(hù)遮擋。故得到大量發(fā)光，以致在這一情形下，能因而得到較高的表面亮度的顯示。
依照使用定向反射器31的反射式液晶顯示裝置，雖然肯定能獲得亮度的改善，但出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題是顯示帶色。
現(xiàn)在就敘述為什么出現(xiàn)帶鉤的原因。
在反射式液晶顯示裝置中，光要透射液晶顯示器兩次(即當(dāng)光進(jìn)入元件和光被反射時(shí))才到達(dá)用戶(hù)。
若任選波長(zhǎng)λ的光通過(guò)液晶顯示器的亮度設(shè)為B(λ)，則它可用下面的方程表示B(λ)＝E(λ)×Te(λ)×R(λ)×TR(λ)……(21)其中E(λ)是入射光的光強(qiáng)，TE(λ)是光入射時(shí)液晶顯示裝置的透射因子，R(λ)是反射器的反射系數(shù)，以及TR(λ)是光被反射時(shí)液晶顯示器的透射率。
有色問(wèn)題就是對(duì)亮度B(λ)的波長(zhǎng)的相關(guān)性。由于入射光是可被認(rèn)為無(wú)色(白色)的亮光或自然光，入射光強(qiáng)E(λ)與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。及射器可用這樣一種方式構(gòu)成，使反射系數(shù)也不依賴(lài)于波長(zhǎng)。因而對(duì)亮度B(λ)的波長(zhǎng)的相關(guān)性就由TE(λ)和TR(λ)的乘積決定，如下式所示B(λ)∝TE(λ)×TR(λ)…(22)另一方面，由于液晶顯示器的透射光譜依賴(lài)于一個(gè)角度，所以當(dāng)光進(jìn)入時(shí)液晶顯示器的透射率TE(λ)以及光被反射時(shí)液晶顯示器的透射率TR(λ)分別由光入射時(shí)和光被反射時(shí)的光路的角度決定。
因此，注意力放在光入射液晶顯示器的角度上，該液晶顯示器就是指液晶顯示裝置。
在使用平面反射器的情形。光入射時(shí)的光路和光被反射時(shí)的光路均在液晶顯示器的法線方向。
若設(shè)液晶顯示器在法線方向的透射譜為T(mén)1(λ)并使用平面反射器，則得到TE(λ)＝TR(λ)＝T1(λ)只要透射光譜T1(λ)沒(méi)有波長(zhǎng)相關(guān)性，則亮度B(λ)就變?yōu)闊o(wú)色。
為此目的，使用平面反射器的常規(guī)液晶顯示器設(shè)計(jì)得使透射光譜T1(λ)成為無(wú)色。
反之，當(dāng)使用圖28中的定向反射器31時(shí)，雖然光被反射時(shí)的光路在濾晶顯示器的法線方向，但光入射時(shí)的光路卻不在液晶顯示器平面法線而在斜著的方向，如簡(jiǎn)圖所示。
如上所述，由于液晶顯示器的透射光譜依賴(lài)于角度，即使在平面法線方向的透射光譜T1(λ)沒(méi)有波長(zhǎng)的相關(guān)性。但在斜方向的透射光譜并不總是無(wú)色的或者說(shuō)往往是有色的。
因而，在這一情形下，顯示是帶色的。
如上所述，當(dāng)顯示帶色時(shí)，液晶顯示裝置的可視度就大大惡化了，以致無(wú)色性像亮度一樣是液晶顯示器的一個(gè)重要特性，一旦顯示的無(wú)色性在高亮度下被惡化，就不可能獲得高性能。
因此，在常規(guī)的反射式液晶顯示裝置中，由于沒(méi)有實(shí)現(xiàn)亮度與無(wú)色性?xún)烧叩奶岣?，就存在這樣一個(gè)問(wèn)題，以致不能獲得具有高亮度和良好可視性的反射式液晶顯示裝置。
因而，本發(fā)明的一個(gè)目的就是解決上述問(wèn)題。并提供一種具有高輝度且在單色或彩色顯示中無(wú)暗顯示陰影的反射式液晶顯示裝置。
本發(fā)明的上述目的可通過(guò)一種反射式液晶顯示裝置而達(dá)到，該反射式液晶顯示裝置包括一個(gè)反射器，和一個(gè)通過(guò)疊合上下定向?qū)?、上下電極、上下基片以及在液晶層的上方和下面整齊地排列使之互相分別面對(duì)的上下偏振器而組成的液晶屏。
液晶元具有這樣的視角相關(guān)性，例如對(duì)于在所要求的方位角以所要求的角度入射的光，并且所要求的方位角的方向同入射到液晶元里的主光源光的方向?qū)?zhǔn)時(shí)，可獲得暗顯示區(qū)向亮顯示區(qū)的透射率小于2。
本發(fā)明的目的也能通過(guò)將所要求的方位角的方向與用戶(hù)的方位角成90°或?qū)?zhǔn)反射式液晶顯示裝置的水平方向而達(dá)到。
另一方面，反射式液晶顯示裝置是一個(gè)通過(guò)按順序疊合偏振器。一個(gè)上基片，一個(gè)上電極，一個(gè)上定向?qū)樱粋€(gè)液晶層，一個(gè)下定向?qū)樱粋€(gè)下電極以及一個(gè)下基片而成的液晶元。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)在下電極和下基片之間形成一個(gè)反射器使得入射到液晶元的主光源光可在±10°視角的方向反射，并在上基片和該反射器之間形成一個(gè)濾色器或者通過(guò)在下電極和下基片之間形成反射器使入射到液晶元的主光源光可在視角20°的方向反射并在上基片和反射器之間形成一個(gè)濾色器而達(dá)到。
另外，當(dāng)一個(gè)電壓加到液晶層上時(shí)，液晶層的分子軸線對(duì)準(zhǔn)到垂直于主光源入射到液晶元里的方向。
根據(jù)上述各個(gè)結(jié)構(gòu)，具有例如在所要求的方位角得到對(duì)于以所要求的角度入射的光的對(duì)比度接近為1這樣視角相關(guān)性的液晶元，在液晶顯示裝置使用時(shí)，其所要求的方位角方向與主光的入射方向?qū)?zhǔn)。
如此，通過(guò)亮顯示區(qū)并由亮顯示區(qū)反射的光和通過(guò)暗顯示區(qū)并由亮顯示區(qū)反射的光之間的差別被波消除了，從而提供一個(gè)具有良好可視性而且沒(méi)有陰影的反射式液晶顯示裝置。
一般，在來(lái)自上方的主光源光的下面使用時(shí)，用戶(hù)都坐在液晶顯示裝置的對(duì)面。換句話(huà)說(shuō)，用戶(hù)把液晶顯示裝置水平放置并在來(lái)自上方光源的光下面使用它，這樣，若所要求的方位角與顯示面的向上方向?qū)?zhǔn)，就能避免出現(xiàn)陰影。
如果液晶顯示裝置用在特殊的環(huán)境下，則所要求的方位角方向要與液晶顯示裝置的水平方向?qū)?zhǔn)。
另一方向，如果反射器形成于下電極和下基片之間，也就是說(shuō)，在下基片(反向排列)上面，則光不通過(guò)下基片。結(jié)果，入射光和反射光通過(guò)不同濾色器的問(wèn)題就解決了，并且入射光能沿用戶(hù)的視軸直接反射。
換句話(huà)說(shuō)，反射器滿(mǎn)足直接反射的要求，使得被濾色器吸收的亮度受到補(bǔ)償，從而能得到具有明亮性和良好可視度的反射式液晶顯示裝置。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種實(shí)現(xiàn)了提高顯示亮度和無(wú)色性的反射式液晶顯示裝置。
根據(jù)本發(fā)明，其目的通過(guò)一個(gè)具有一個(gè)移相片和一個(gè)定向反射器的液晶顯示裝置而實(shí)現(xiàn)，其中若設(shè)在移相片平面內(nèi)互相垂直的光電主軸方向的移相片的指數(shù)為nx和ny(nx＞ny)，并設(shè)移相片在厚度方向的折射率為nz，則滿(mǎn)足下面的表示式。
0.3≥(nz-nx)/(ny-nx)根據(jù)本發(fā)明，其目的通過(guò)一個(gè)液晶顯示裝置而實(shí)現(xiàn)，其中當(dāng)移相片的光程差在320nm至420nm范圍時(shí)，則將兩個(gè)定向?qū)?位于夾住液晶層的上下透明基片的相對(duì)表面上)的定向作用的方向平分的方向定為方位0°，并且在由上透明基片的部觀看時(shí)，逆時(shí)針定義方位角，下偏振器吸收軸的方位角置于140°至180°范圍內(nèi)，移相片的慢軸的方位角置于45°至80°的范圍內(nèi)，并且上偏振器吸收軸的方位角在-10°至35°的范圍內(nèi)。
再者，根據(jù)本發(fā)明，其目的通過(guò)液晶顯示器而實(shí)現(xiàn)，其中移相片的光程差在540nm至680nm范圍內(nèi)時(shí)，下偏振器吸收軸的方位角在140°至185°范圍內(nèi)，移相片的慢軸的方位角在45°至80°范圍內(nèi)，并且上偏振器吸收軸的方位角在9°至35°范圍內(nèi)。
下文中將敘述為什么該目的通過(guò)本發(fā)明裝置而實(shí)現(xiàn)的理由。
在本發(fā)明中，沿平面法線方向和沿液晶顯示器斜方向的兩個(gè)透射光譜，通過(guò)上述裝置同時(shí)被作成無(wú)色的。
首先，將敘述用于在液晶顯示器平面的法線方向形成透射光譜的裝置。
一個(gè)高透射率、透射光譜的無(wú)色性以及一個(gè)高對(duì)比度(在反射的情形下近似為10∶1)，都是對(duì)液晶顯示器的要求。為了滿(mǎn)足所要求的全部特性，偏振器和移相片的光學(xué)條件即偏振器透射軸的主位角，移相片的慢軸的方位角。移相片的相位差在本發(fā)明中都得到了優(yōu)化。
為使平面法線方向的光學(xué)條件以及移相片的相位差最佳，注意力放在由移相片平面內(nèi)的兩種光電主軸方向的折射率nx和ny(nx＞ny)之間的差定義的相位差上。雖然移相片的數(shù)目可設(shè)為一個(gè)任選的數(shù)，但這里考慮到費(fèi)用增加只用一個(gè)移相片。
現(xiàn)在將敘述用于在平面的法線方向和液晶顯示器的斜方向產(chǎn)生兩個(gè)無(wú)色透射光譜的裝置。
光學(xué)特性的視角依賴(lài)于移相片三個(gè)軸的折射率比。
因而，在本發(fā)明中，移相片的三個(gè)軸的折射率比規(guī)定為如下的表示式0.3≥(nz-nx)/(ny-nx)在保持移相片和偏振器的光學(xué)條件使得平面法線方向的透射光譜無(wú)色的同時(shí)，移相片厚度方向的折射率nz被最佳化了。
因而，甚至在使用定向反射器并且光路變成斜向液晶顯示器平面的法線方向的場(chǎng)合，光入射時(shí)的透射光譜以及在平面法線方向的透射譜都是無(wú)色的，以致當(dāng)光被反射時(shí)，透射光譜隨之變成無(wú)色。正如由表示式(22)所明顯看到的一樣，反射式液晶顯示裝置的無(wú)色顯示已被獲得。由于在這個(gè)情形使用了定向反射器，獲得了較高的亮度，結(jié)果較高的亮度和顯示的無(wú)色性?xún)烧叨歼_(dá)到了。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的液晶顯示裝置的截面圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的液晶顯示裝置的截面圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的液晶顯示裝置的截面圖；圖4示出上面安裝有根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置的便攜式信息終端的正視圖。
圖5示出光入射角、用戶(hù)視軸角、以及液晶顯示器傾斜的定義；圖6示出上面安裝有根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置的膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī)的斜視圖；圖7示出在使用中的顯示器傾斜角和用戶(hù)視角的測(cè)量結(jié)果；圖8示出用于在一個(gè)實(shí)施例中制造本發(fā)明的反射器的刀具的形狀；圖9示出適用于本發(fā)明的液晶元的方位角和對(duì)比度之向的關(guān)系的另一個(gè)實(shí)施例；圖10(a)至10(i)示出其表面不平行于顯示面的反射器的截面圖；圖11示出用于在另一實(shí)施例中制造本發(fā)明的反射器的刀具形狀；圖12示出一臺(tái)液晶顯示裝置如何用在辦公室中；圖13示出簡(jiǎn)要說(shuō)明表面局部彎曲的反射器的反射特性的截面圖；圖14示出圖10(g)所示反射器的放大截面圖；圖15(a)至15(d)示出如何制造本發(fā)明的反射器的一個(gè)實(shí)施例；圖16(a)至16(e)示出如何制造本發(fā)明的反射器的另一個(gè)實(shí)施例；圖17示出高透射率的紅色、綠鉤和蘭色濾色器的透射光譜的一個(gè)例子；圖18示出在實(shí)施例15和16介紹的液晶顯示裝置的亮顯示視角特性；圖19示出用于說(shuō)明陰影的反射式液晶顯示裝置的截面圖；圖20(a)和20(b)示出用于液晶顯示裝置的液晶元的方位角和用戶(hù)方位角的定義；圖21示出一個(gè)光折射橢球；圖22示出表示光折射橢球的截面部分依照外加電壓變化的三個(gè)方向；圖23示出由外加電壓引起的光折射橢球截面部分的變化；圖24示出本發(fā)明的液晶元的偏振(△)變化和對(duì)比度之間的關(guān)系；圖25示出適合于本發(fā)明的液晶元的方位角和對(duì)比度之間的關(guān)系的一個(gè)實(shí)施例；圖26示出常規(guī)反射式液晶顯示裝置的截面圖；圖27示出一個(gè)常規(guī)彩色反射式液晶顯示裝置的截面圖；圖28是一個(gè)截面視圖，示出應(yīng)用一個(gè)實(shí)施例的定向反射器的反射式液晶顯示裝置的一個(gè)例子；圖29是一個(gè)放大的說(shuō)明簡(jiǎn)圖，示出根據(jù)本發(fā)明的定向反射器的反射面的一個(gè)例子；圖30是投影在(S1，S2)平面上的普安卡雷球的一個(gè)說(shuō)明簡(jiǎn)圖，用于表示具有一個(gè)波長(zhǎng)的光成斜角穿過(guò)液晶層的偏振狀態(tài)；圖31是投影在(S1，S2)平面上的普安卡雷球的一個(gè)說(shuō)明簡(jiǎn)圖，用于表示設(shè)定移相片的慢軸的方位角和光程差的方法；圖32是一個(gè)特性圖，示出液晶顯示器里透射的無(wú)色程度W對(duì)移相片光程差的依賴(lài)關(guān)系；圖33是一個(gè)說(shuō)明簡(jiǎn)圖，示出液晶顯示裝置透射光的無(wú)色程度W與液晶層的△nd(液晶層的雙折射率與層厚的乘積)之間的關(guān)系；圖34是一個(gè)說(shuō)明簡(jiǎn)圖，示出本發(fā)明中的仰角與方位角的定義；圖35是一個(gè)特性圖，示出液晶顯示裝置中透射光的無(wú)色程度W對(duì)表示移相片三個(gè)軸的折射率大小的參數(shù)n3的依賴(lài)關(guān)系；圖36是一個(gè)說(shuō)明簡(jiǎn)圖，示出移相片的指數(shù)橢圓球的一個(gè)例子；圖37是一個(gè)說(shuō)明簡(jiǎn)圖，示出移相片的指數(shù)橢圓球的另一個(gè)例子；圖38是一個(gè)特性圖，示出液晶顯示裝置中透射光的無(wú)色程度W對(duì)表示移相片的三個(gè)軸的折射率大小的特性參數(shù)n3的依賴(lài)關(guān)系；
圖39是一個(gè)特性圖，示出液晶顯示裝置中透射光的無(wú)色程度W對(duì)移相片的光程差的依賴(lài)關(guān)系；圖40是一個(gè)說(shuō)明簡(jiǎn)圖，示出液晶顯示裝置中透射光的無(wú)色程度W和液晶層的△nd(液晶層的雙折射系數(shù)與層厚的乘積)之間的關(guān)系。
在說(shuō)明本發(fā)明各實(shí)施例的細(xì)節(jié)之前，下面詳細(xì)解釋一下成為反射式液晶顯示裝置的一個(gè)特殊問(wèn)題的陰影的原因，反射式彩色顯示器的問(wèn)題，以及解決這些問(wèn)題的方法。
首先來(lái)說(shuō)明陰影問(wèn)題。圖19示出了用來(lái)說(shuō)明陰影問(wèn)題的反射式液晶顯示裝置的截面圖。液晶元包括一個(gè)上基片12，一個(gè)液晶層10以及一個(gè)下基片22。
如圖19所示，反射器31置于下基片22的下方，并且下基片22置于反射器31和液晶層10之間以隔開(kāi)反射器31與液晶層10。反射器31的反射面平行于上基片12的光滑面(顯示面)。這是本發(fā)明的一個(gè)特征。
圖19略去了上述元件以外的其他元件。光入射到液晶元里并在反射器31上反射，然后再次穿過(guò)液晶元并到這用戶(hù)的眼睛72。用戶(hù)承認(rèn)的光膽和強(qiáng)度由以下三個(gè)參數(shù)的乘積決定。
Tθ液晶元對(duì)入射光的透射率T1液晶元對(duì)透射的透射率R反射器的反射系數(shù)。
圖19中的扭絞線區(qū)域是一個(gè)暗顯示區(qū)。這里，首先說(shuō)明在離開(kāi)同暗顯示區(qū)的邊界附近的亮顯示區(qū)的觀看。光入射到位于亮顯示區(qū)的點(diǎn)94。
然后，此光在反射器31的反射點(diǎn)95反射，穿過(guò)亮顯示區(qū)由點(diǎn)96走出并到達(dá)位于用戶(hù)視軸方向上的用戶(hù)的眼睛72。
另一方面，當(dāng)觀看鄰近暗顯示區(qū)邊界的亮顯示區(qū)時(shí)，則入射光到達(dá)位于暗顯示區(qū)的點(diǎn)91。在反射點(diǎn)92反射之后，此光從位于亮顯示區(qū)的點(diǎn)93走出。
如此，用戶(hù)看到進(jìn)入亮顯示區(qū)并在那里反射的光以及進(jìn)入暗顯示區(qū)并在那里反射的光。兩個(gè)光以同一個(gè)角度進(jìn)入液晶元。因而，陰影的出現(xiàn)是由液晶元的亮顯示區(qū)與暗顯示區(qū)之間光透射率的差異造成的。
換句話(huà)說(shuō)，如果亮顯示區(qū)的光透射率大于暗顯示區(qū)的光透射率，則進(jìn)入暗顯示區(qū)并由那里反射的光的亮度將低于進(jìn)入亮顯示區(qū)并由那里反射的。
結(jié)果，暗顯示看起來(lái)就像是反射它自己的陰影一樣。這就是為什么一旦暗顯示區(qū)沿入射光的方向?qū)α溜@示區(qū)的光透射系數(shù)之比(下文稱(chēng)為對(duì)比度)等于1時(shí)不會(huì)出現(xiàn)暗影的原因。對(duì)比度離1越遠(yuǎn)，陰影出現(xiàn)得越清楚。
再者，陰影在很大程度上受反射器的結(jié)構(gòu)的影響。在帶有平面反射器(其反射器平行于顯示面)的反射式液晶顯示裝置的情形，用戶(hù)看到的是帶有包含著散射光的反射顯示面。
換句話(huà)說(shuō)，在這一情形的反射光系由從各不同的方向反射的光組成，各入射光之間的光透射率的差別因而被從外部消除(亮度是均勻的)，并且對(duì)比度變得接近于1。這就是為什么陰影變得不明顯的原因。在這一情形，整個(gè)顯示表面的亮度是均勻的。
反之，在具有一個(gè)主要將光反射向用戶(hù)視軸的反射器的反射式液晶顯示裝置的情形，亦即在一個(gè)反射器滿(mǎn)足直接反射要求的情形，用戶(hù)看到的是直接反射光的顯示面，所以此光變得比散射光更亮。
但是，這一情形的反射光，是單一入射方向反射的光。所以，此光在很大程度上受到入射方向的對(duì)比度的影響，導(dǎo)致陰影出現(xiàn)清晰。
本發(fā)明已經(jīng)注意到陰影可通過(guò)光入射方向的對(duì)比度調(diào)整到1來(lái)消除，或者說(shuō)陰影可通過(guò)使對(duì)比度更靠近1來(lái)減輕。
下面，將討論顯示黑白圖象的8個(gè)灰度等級(jí)的情形。現(xiàn)在假定最亮的等級(jí)顯示的光透射率為T(mén)1，即亮顯示。以后按亮度的順序假定為T(mén)2，T3，T4，T5，T6，T7和T8(暗顯示)。例如，在室內(nèi)光線下，T1至T8的亮度為30尼特，27尼特，23尼特，19尼特，14尼特，10尼特，7尼特，以及4尼特。
如果陰影的亮度比T2亮，則在灰度等級(jí)顯示中該陰影不引起反向的灰度等級(jí)。在這一情形，入射方向的對(duì)比度必須是1.1或在1.1(30特/27尼特)以下。但是，實(shí)際上，灰度等級(jí)顯示中的亮度往往顯示一個(gè)亮度連續(xù)變化的畫(huà)面。T8(暗顯示)很難鄰近T2。
因而，如果光入射方向的對(duì)比度為2或2以下，則在T8和置于8級(jí)灰度中心的T5之間不會(huì)有影像反向。(T5/T6)＝1.4，(T6/T7)＝1.4，(T7/T8)＝1.75也就是說(shuō)，使對(duì)比度為2或更低是減輕陰影的必要條件。
另一方面，一個(gè)液晶顯示裝置是在外電壓加到液晶層改變液晶層取向的情況下實(shí)現(xiàn)亮顯示和暗顯示。對(duì)比度隨取向變化的增加而增加。從而，對(duì)比度在取向變化較小的方向變得較接近于1。
在這一情形，問(wèn)題不是視在取向的變化，而是取向變化引起的光學(xué)特性的變化?！耙曉谧兓笔枪鈱W(xué)特性變化之一。
現(xiàn)在假定液晶層被切成薄片平行于上下兩個(gè)基片。通過(guò)加上電壓，取向的最大變化出現(xiàn)在各個(gè)切層的中心層即距上下基片最遠(yuǎn)的那一層中。
因?yàn)?，中心層最少受到上下基片上的定向?qū)赢a(chǎn)生的定向限制的影響。因而考慮中心層取向的變化就意味著考慮所有的液晶層。
圖20(a)和圖20(b)示出對(duì)液晶顯示裝置(41)的液晶元的方位角()和用戶(hù)的方位角(1)的定義。圖20(a)說(shuō)明單個(gè)液晶元中的方位角()的定義。
如圖所示，將上基片上的取向(LD1)和下基片上的取向(LD2)之間的角度等分的方向定義成0°方位角。0°方位角的方向也就是0°方位角的軸線。然后，按逆時(shí)針?lè)较虼_定方位角。
此外，光入射(IL)到液晶元里的方向用相交線(CL)和0°方位角軸線構(gòu)成的角確定，在相交線上包括光入射到液晶元的軸線和顯示面法線(PD)的入射面與顯示面相交。
如此，以60°方位角入射的光被定義成在液晶元的60°方位角的方向入射的角。當(dāng)然，這時(shí)候光的入射角就是由入射光軸和顯示面法線構(gòu)成的角。下文中，簡(jiǎn)稱(chēng)的方位角就是指圖20(a)所示的液晶元的方位角。
在中心層，只有液晶分子軸線的上升角(基片表面與液晶分子的軸線構(gòu)成的角)隨外加電壓變化。沒(méi)有加電壓時(shí)，上升角幾乎是0°。加上電壓時(shí)角度增加。液晶分子軸線的方向不管加不加電壓都是固定的。
圖20(b)說(shuō)明對(duì)液晶顯示裝置的用戶(hù)方位角的定義。一般，當(dāng)液晶顯示裝置使用時(shí)，也就是說(shuō)，當(dāng)液晶顯示裝置的操作面板被使用時(shí)，它是水平放置的。
如圖所示，液晶顯示裝置的水平顯示面113因而既定義作使用顯示器的水平方向，又定義作0°的用戶(hù)方位角的方向。這個(gè)方向假定為使用液晶顯示器的基準(zhǔn)。然后逆時(shí)針確定方向。
此外，光入射到使用中的液晶顯示裝置的方向由一個(gè)相交軸線與0°的用戶(hù)方位角軸線構(gòu)成的角確定，而包含有光入射到液晶元的顯示面的軸線和顯示面法線的光入射面則在此相交軸線上與顯示面相交。
例如，以60°的用戶(hù)方位角入射的光被定義成當(dāng)使用液晶顯示裝置時(shí)以對(duì)水平方向成60°的用戶(hù)方位角入射的光，這時(shí)候的入射光角便是由入射光軸線與顯示面法線構(gòu)成的一個(gè)角度。
一般，以60°的用戶(hù)方位角入射的光在如圖所示的240°(＝60°+180°)的用戶(hù)方位角方向反射。但是在這一情形下，光也能以270°的用戶(hù)方位角反射，在使用中該方向垂直于液晶顯示裝置。光的反射則由反射光軸和顯示面法線構(gòu)成。
在一般狀態(tài)下使用液晶顯示裝置的時(shí)候，主光從90°的用戶(hù)方位角亦即垂直于使用中的液晶顯示裝置的方向來(lái)到液晶元的顯示面。此光也在垂直于液晶顯示裝置的270°的用戶(hù)方位角的方向反射，如果光在顯示面法線的方向反射，則不定義用戶(hù)方位角。
由于中心層足夠薄，因而可以認(rèn)為是一個(gè)雙折射介質(zhì)。圖21示出一個(gè)光折射橢球。雙折射介質(zhì)光學(xué)特性的視角特性可用圖21所示的光折射橢球敘述如下。
光折射橢球(IE)是一個(gè)定義在實(shí)空間呈三軸折射的橢球。軸線方向平行于雙折射介質(zhì)的光學(xué)主軸線。每個(gè)軸向的橢球長(zhǎng)度就是該方向的折射系數(shù)?，F(xiàn)在假定光由(x0，y0，z0)的方向入射到雙折射介質(zhì)中。
由此光接收的雙折射可通過(guò)對(duì)光折射橢球執(zhí)行以下的幾何遠(yuǎn)算找出來(lái)。設(shè)想一個(gè)包含有光折射橢球的中心并垂直于(x0，y0，z0)的橫截面。此橫截就變成一個(gè)橢圓，不過(guò)橢圓的長(zhǎng)軸和短軸之間的差被當(dāng)作是由(x0，y0，z0)方向入射的光所接收的雙折射。
對(duì)于一個(gè)液晶層(即中心層)，光折射橢球看起來(lái)像一個(gè)橄欖球形。光折射橢球的長(zhǎng)軸平行于液晶分子軸線的平均方向。在中心層，僅有指標(biāo)圖的長(zhǎng)軸的上升角是變化的。
下面，將考查一下視角對(duì)光折射橢球的截面形狀變化的依賴(lài)關(guān)系，圖22示出表示當(dāng)一個(gè)電壓加到該液晶層上時(shí)學(xué)折射橢球的截面形狀態(tài)化的三個(gè)方向。
注意圖中所示的a，b和c三個(gè)方向(a中心層中液晶分子軸線的平均方向，b∶a的反方向；以及c∶a的垂直方向)。
圖23示出由外加電壓引起的光折射橢球截面圖的變化。
如圖23(a)和(b)所示，在外加電壓的情況下，a和b的截面變化很大。沒(méi)有外加電壓時(shí)，a和b兩者的截面都是橢圓。在a的情形，加上電壓時(shí)，長(zhǎng)軸收縮幾乎把截面變?yōu)橐粋€(gè)圓。在b的情形，長(zhǎng)軸伸長(zhǎng)增加其橢性。反過(guò)來(lái)，如圖23的(c)所示，c的截面則是變化甚小。
如此，估計(jì)加上電壓時(shí)，在垂直于中心層液晶分子軸上升的方向液晶層的光學(xué)特性較小，并且對(duì)比度接近于1。因而，如果這個(gè)方向?qū)?zhǔn)光入射方向，陰影就能減輕。
另外，暗顯示和亮顯示也能看作是加上電壓時(shí)通過(guò)液晶層的光的偏振的變化，把對(duì)比度變得接近1看作是偏振變化變小。上面的看法由如下所述測(cè)量偏振的方法驗(yàn)證。
對(duì)于亮顯示和暗顯示，光通過(guò)液晶層的偏振假定為EB和ED，并且使用由下面的表示式(1)至(3)確定的標(biāo)準(zhǔn)燃料參數(shù)(Stokes pa-rameters)(S1，S2，S3)把EB和ED表示成(S1B，S2B，S3B)和(S1D，S2D，S3D)。
S1＝(EX2-EY2)/(EX2+EY2)……(表示式1)S2＝(2EXEYCosδ)/(EX2+EY2)…(表示式2)S3＝(2EXEYSinδ)/(EX2+EY2)…(表示式3)在上面的式子中，EX，EY，δ表示在已給X軸方向的電場(chǎng)向量，在Y軸方向的電場(chǎng)向量，以及EX和EY之間的相位差。由外加電壓引起的偏振變化定義為△并以下面使用(S1B，S2B，S3B)的式子量化。(S1D，S2D，S3D)是一個(gè)常數(shù)。
△＝CX(1-S1BS1D-S2BS2D-S3BS3D…(表示式4)△的最大值等于1，這時(shí)候，由外加電壓引起的偏振變?yōu)樽畲?，最小值?，這時(shí)候加上電壓分辨不出偏振變化。
圖24示出本發(fā)明中出現(xiàn)在液晶元中的偏振度化(△)和對(duì)比度之間的關(guān)系。圖中的水平軸是在圖20(a)所定義的液晶元的方位角。
垂直軸就是偏振的變化量(△)，△表明當(dāng)方位角為0°或180°時(shí)，偏振的變化量幾乎變?yōu)?，0°或180°的方位角等于圖22所示的方向(c)，在這些條件下，方位角和入射角兩者與液晶元的對(duì)比度的依賴(lài)關(guān)系都受到測(cè)量。
圖25示出用于方位角與本發(fā)明的液晶元的對(duì)比度之間的關(guān)系的一個(gè)實(shí)施例。也示出液晶的視角依賴(lài)關(guān)系。如圖所示，當(dāng)方位角為0°或180°即等于圖22中的(c)方向時(shí)，對(duì)比度變得特別小并且變得最接近于1，這就用實(shí)驗(yàn)證明上面的看法是正確的。
根據(jù)上面的結(jié)果，證明了如果液晶顯示裝置制造得使具有的視角依賴(lài)關(guān)系—對(duì)于在特定的方位角以特定的角度入射的光，對(duì)比度(暗顯示區(qū)至亮顯示區(qū)的光透射率)變?yōu)?或以下—的液晶元產(chǎn)生出來(lái)并且液晶元被排列得把液晶元特定的一個(gè)方位角對(duì)準(zhǔn)來(lái)自光源的光的方向，陰影就能減輕。
下面，將對(duì)高亮度反射式彩色液晶顯示裝置說(shuō)明如下圖26示出常規(guī)單色反射式液晶顯示裝置的截面圖，為什么液晶顯示器不可能是彩色型顯示器的原因有二(i)反射率不是和(ii)多路混合造成的發(fā)光度落差。
首先說(shuō)明原因(i)。由反射器反射的光被分為強(qiáng)光強(qiáng)的直接反射光(RL)和弱光強(qiáng)的散射光(SL)。
在直接反射的光當(dāng)中，入射角和反射角對(duì)于宏觀的反射面是相等的，而在散射光當(dāng)中，這兩個(gè)角卻不等。反射器的表面有微細(xì)的凹凸不平，所以它有許多具有不同視向變形線的微細(xì)反射面。這些微細(xì)面的分布隨著視向變形線數(shù)量的下降而減少。
微細(xì)反射面在均勻傾斜(0°)的反射面即在平行于宏觀反射面的反射面上分布最多，大部分的光都在這樣的反射面上反射。
一般，正如后面要說(shuō)明的，用戶(hù)都在0°的視角觀看液晶顯示裝置。這就是為什么使用平面反射器時(shí)用戶(hù)看到的是弱光強(qiáng)的散射，如圖26所示，換句話(huà)說(shuō)，如果反射率不足，則沒(méi)有直接反射的光。
在這一情形，要使光直接反射在用戶(hù)視軸的方向的直接反射要求得不到滿(mǎn)足。這是因?yàn)橐壕э@示器在很大程度上受陰影影響的緣故。
下面，將說(shuō)明原因(ii)。圖27示出常規(guī)彩色液晶顯示器截面圖。利用此圖，將說(shuō)明裝置有濾色器的反射式液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)和正是由液晶顯示裝置本身引起的亮度落差。濾色器51形成于液晶層10和上下基片12與22之一的基片中間。
在圖27所示的實(shí)施例中，它形成在緊靠上基片12處，在下基片22的下方裝著反射器的反射式液晶顯示器的情形，下基片形成在濾色器51和反射器31之間把它們隔開(kāi)。這時(shí)，濾色器厚度為100μm，而下基片的厚度約1mm，因而入射光與反射光之間的光路不同。
換句話(huà)說(shuō)，出現(xiàn)一個(gè)“入射光與反射光通過(guò)不同濾器的問(wèn)題”。如果光通過(guò)不同的濾色器，則透射譜也不同，因而光被不同的濾色器(例如，紅色和蘭色濾色器)完全吸收。為什么光通過(guò)不同濾色器時(shí)亮度降落這么多的原因，是光必須通過(guò)厚厚的下基片。
在(i)的情形。反射率可通過(guò)使用提供的反射器將反射光直接引到用戶(hù)視軸的方向解決直接反射問(wèn)題來(lái)改善。
在(ii)的情形。反射器裝在下基片的上方鄰接液晶層處以避免光通過(guò)下基片。這樣就解決上述由光通過(guò)不同濾色器引起的問(wèn)題。
在單色顯示器的情形，任何方法都可獨(dú)立地用來(lái)改善亮度。但是，在彩色顯示器的情形，任何方法都能接受足夠用于彩色顯示的亮度。因?yàn)?，濾色器要通過(guò)吸收光表現(xiàn)彩色，這使光通過(guò)濾色器一次之后，亮度降落到1/3或以下。
為了通過(guò)同時(shí)解決(i)和(ii)兩個(gè)問(wèn)題而實(shí)現(xiàn)彩色顯示，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)必須采用。再說(shuō)，即使直接反射的要求被滿(mǎn)足，也必須采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)解決陰影問(wèn)題。
下文中，將參照


本發(fā)明的一些實(shí)施例。
實(shí)施例1圖1示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中液晶顯示裝置的截面圖。
圖1中的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)如下從顯示面起，一個(gè)顯示元按順序被疊合一個(gè)上偏振器13，一個(gè)移相片19，一個(gè)上基片12，一個(gè)上電極14，一個(gè)上定向?qū)?1，一個(gè)液晶層10，下個(gè)下定向?qū)?1，一個(gè)下電極24，一個(gè)下基片22，一個(gè)下偏振器23，以及一個(gè)反射器31，每個(gè)電極連接到一個(gè)驅(qū)動(dòng)線路。反射器31在下基片22的下方，顯示面的另一側(cè)。
每個(gè)基片均用玻璃制成。每個(gè)電極均包括厚度為1000A、寬度為310μm，并以間隔20μm排列的ITO。每個(gè)定向?qū)佣加妙w粒狀聚酰亞胺聚合物制成并用一個(gè)磨光處理以形成定向?qū)?，處理的條件是切口0.4mm，轉(zhuǎn)速1000rpm，進(jìn)給速度33m/s。
前傾角為4°，扭轉(zhuǎn)為240°。液晶層包括向列型液晶和手性附加劑。層厚5.7μm并且液晶材料為MJ63928(Melk公司)。△n為0.145且△nd為0.83mm。手性附加劑為58n(Melk公司)并且含量比值為0.9％(重量百分?jǐn)?shù))。
光入射到下偏光器的軸線角度定為90°并且入射到上偏振器的軸線的角度定到20°的方位角。移相片形成于上偏光器和上基片之間，顯示軸線的角度定到50°的方位角并且在550nm波長(zhǎng)時(shí)nd定為0.63μm。
如此決定定向處理的方向來(lái)制造上下基片。液晶顯示器的對(duì)比度對(duì)視角依賴(lài)關(guān)系如圖25所示，該圖表明在液晶元的0°方位角附近對(duì)比度變得幾乎等于1。對(duì)以這樣的0°方位角入射的光，對(duì)比度變得幾乎等于1的液晶元被用來(lái)制造液晶顯示裝置，使液晶元的方位角(度)的方向?qū)?zhǔn)到淮晶元的顯示面的90°用戶(hù)方位角的方向。
圖4示出使用本發(fā)明液晶顯示裝置的便攜式信息終端的正視圖。該圖示出安裝在便攜式信息終端上的液晶顯示裝置的外觀。液晶顯示裝置包括一個(gè)天線111，一個(gè)操作面板112，以及一個(gè)顯示面板113。
圖5示出光入射角(θ1)用戶(hù)視角(θ2)、以及液晶顯示器的傾斜角(θ3)的定義，此定義將通過(guò)一個(gè)用于膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī)的液晶顯示器的實(shí)施例予以說(shuō)明。
入射角由從光源射入的光的軸線與液晶顯示的表面法線構(gòu)成。在圖中，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)被定為正向的(+)。
視角由視軸即用戶(hù)眼睛的方向和顯示面法線構(gòu)成。在圖中逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)被定為正向(+)。
傾斜角表示液晶顯示器的顯示面對(duì)擱放使用液晶顯示裝置的桌面法線的傾斜度。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)被定為正向(+)。
用戶(hù)在室外使用便攜式信息終端，最經(jīng)常的是約20°的傾斜角和約20°的視角。一般，這時(shí)候的入射光方向是一個(gè)90°的用戶(hù)方位角。這就是為什么本發(fā)明的液晶顯示裝置通過(guò)將液晶元的0°方位角的方向與90°用戶(hù)方位角的方向?qū)R來(lái)制造的原因。在這一情形，作為主光源的陽(yáng)光的入射角約為20°。
為了使來(lái)自戶(hù)外的光源的主入射光直接在視軸方向反射即滿(mǎn)足直接反射的要求，差不多以20°入射的光必須在大約20°的視角方向反射。
由于視角和入射角兩者都是20°，因而反射面平行于顯示面的平面反射器被用來(lái)將直接反射的光引到視軸方向。
這種便攜信息終端的顯示特性系在戶(hù)外測(cè)量的。鄰接暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度為56cd/m2，而遠(yuǎn)離暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度則為80cd/m2。區(qū)至區(qū)的對(duì)比度為1.4。這一對(duì)比度表示暗顯示區(qū)的程度。
換句話(huà)說(shuō)，這意味著如果這一比值為1，則元陰影出現(xiàn)，并且這一比值越大，陰影越顯著。這也證明了陰影不明顯并且可視度很好。
正如上面所說(shuō)明的，由于直接反射的入射光的方向?qū)?zhǔn)到用戶(hù)視角的方向，所以來(lái)自光源(太陽(yáng))的光可以受到有效利用，從而獲得明亮的顯示。
再者，由于其對(duì)比度在0°方位角變得幾乎等于1的液晶元的方位角的方向?qū)?zhǔn)到90°的用戶(hù)方位角即入射光的方向，因而就獲得了陰影不明顯且可視度優(yōu)良的反射式液晶顯示裝置。
實(shí)施例2在本實(shí)施例2中，實(shí)施例1中的液晶顯示裝置被安裝在一臺(tái)膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī)上并在室內(nèi)光的條件下使用。圖6示出上面安裝有本發(fā)明的液晶顯示裝置的膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī)的斜視圖。用戶(hù)將圖中所示的膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī)擱置在桌上并在室內(nèi)光的條件下，以?xún)A角為30°和視角為0°的方式使用它。
即使在室內(nèi)以這樣的方式使用液晶顯示裝置，入射光的方向一般還是等于用戶(hù)的方位角90°。來(lái)自光源(照明)的主光有一個(gè)50°的入射角。下文中，將對(duì)上面那些傾角、視角、以及入射角的依據(jù)如下。
對(duì)使用反射式液晶顯示裝置的10個(gè)人就傾角和視角進(jìn)行了一次調(diào)查。圖7示出實(shí)際使用液晶顯示裝置時(shí)對(duì)傾角和視角的測(cè)量結(jié)果。如圖所示，多數(shù)對(duì)象都是以?xún)A角約為30°和視角為+10°的方式使用顯示裝置。
一般，從所周知，辦公室里的入射光有一個(gè)30°到60°之間的角。為了將來(lái)自辦公室這樣的光源的入射光直接在視軸方向反射，即滿(mǎn)足直接反射以一個(gè)30°至60°的角度入射的光必須以+10°視角反射。
在這個(gè)實(shí)施例2中，這一測(cè)量結(jié)果指明，反射式液晶顯示裝置必須通過(guò)把以30°至60°的度入射的光的對(duì)比度變得接近1的方位角的方向?qū)?zhǔn)到從90°用戶(hù)方位入射液晶元的顯示面的光的制造。
一般，(入射角+反射角)＝(入射角30°至60°)+視角(±10°)＝最大值70°至最小值20°是可取的。
由于用來(lái)直接反射的反射面傾斜角為(入射角+反射角)/2，故用于直接反射的反射面傾角為10°至35°。這表明，帶有這一范圍內(nèi)的反射面傾斜的反射器應(yīng)當(dāng)與具有一個(gè)使對(duì)比度最接近1的方位角液晶元結(jié)合使用。
上面所述是顯示裝置的一般使用狀態(tài)。在特殊使用狀態(tài)的情形，例如說(shuō)，當(dāng)躺在醫(yī)院病床上的病人使用液晶顯示裝置的情形，射入方向和視軸方向兩者都是0°的用戶(hù)方位角，顯示裝置本身是水平放置著。
在這一情形，液晶元的0°方位角方向(它的對(duì)比度在0°方位變得幾乎等于1)被對(duì)住以0°的角戶(hù)方位角方向即主入射光的方向。
換句話(huà)說(shuō)，所要求的方位角方向被對(duì)準(zhǔn)到反射式液晶顯示裝置的水平方向，這樣一來(lái)，入射光角、用戶(hù)方位角以及視軸方向都將隨所用液晶顯示裝置的用法而改變。
因而，本發(fā)明的反射式液晶顯示裝置通過(guò)考慮如何使用顯示器，造出具有這樣的視角依賴(lài)關(guān)系的液晶元以得出對(duì)于以所要求的角度入射的在所要求的方位的對(duì)比度最接近1，并將液晶元排列得使所要求的方位方向可對(duì)準(zhǔn)來(lái)自主光源的入射方向(當(dāng)使用顯示裝置時(shí))。
這一典型實(shí)施例是以90°用戶(hù)方位角的方式或以液晶顯示裝置的顯示面的水平方向使用的反射式液晶顯示裝置。
在這個(gè)實(shí)施例2中，反射面法線對(duì)顯示面法線的方向傾斜10°，在下文中，由反射面法線至顯示面法線的傾斜度定義為反射面傾斜角。
因此，在這一情形，反射面傾斜角為10°，反射器的截面圖正好如圖10(b)所示，后面將說(shuō)明它，反射器的制造如下所述。
圖8示出一個(gè)實(shí)施例中用于制造反射器的刻刀的形狀，如圖所示，刻刀端部的傾斜角為10°，使用這個(gè)刻刀把一塊黃銅板刻成模具。
為避免模具的形狀磨損和變得不規(guī)則，刻刀每刻300次就被磨光一次，一種丙烯酸樹(shù)脂板加熱到超過(guò)玻璃變態(tài)點(diǎn)并用此模具壓向用來(lái)模壓成形的丙烯酸樹(shù)脂。然后，在板上蒸鍍1000厚的鋁以制成反射器。
上面安裝有液晶顯示裝置的膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī)用在為580的室內(nèi)，這一光環(huán)境也被放在其他實(shí)施例中，鄰近暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度為35cd/m2，而遠(yuǎn)離暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度為53cd/m2，區(qū)至區(qū)的對(duì)比度為1.5，陰影不明顯并且可視度好。
正如上面所說(shuō)明的，當(dāng)辦公室的光正好在用戶(hù)上方的情況下使用時(shí)，通過(guò)把反射面傾斜定到10°，使得來(lái)自光源的光可在接近視軸的方向反射，并通過(guò)把液晶的0°方位角方向(對(duì)于30°至60°入射的光，液晶元的對(duì)比度在0°方位角變得幾乎等于1)對(duì)準(zhǔn)到90°的用戶(hù)方位角，就得到具有較少陰影以及良好可視度的反射式液晶顯示裝置。
實(shí)施例3在本實(shí)施例3中，實(shí)施例2中的液晶顯示裝置的反射面傾斜有定為25°，使得來(lái)自光源的主入射可在視軸方向直接反射，也就是說(shuō)，使得直接反射要求可被滿(mǎn)足。
鄰近暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度為57cd/m2，遠(yuǎn)離暗顯示區(qū)的亮顯示歐的亮度為75cd/m2。區(qū)至區(qū)的對(duì)比度為1.3。陰影不那么明顯并且可視度好。
反射面傾斜角定為25°以更有效地在視軸方向直接反射入射光，并將對(duì)比度幾乎變?yōu)?的方向?qū)?zhǔn)到來(lái)自源的光入射方向以得到陰影少、亮度高并且可視度好的反射式液晶顯示裝置。
實(shí)施例4在本實(shí)施例4中，實(shí)施例3里的液晶顯示裝置裝有一個(gè)移相片，其三個(gè)軸具有大小互不相同的折射率nX，nY，nZ。nX是這一情形中液晶分子軸的平均方向，實(shí)施例3中的液晶顯示器使用一個(gè)nx＝1.5864，ny＝1.5829，以及nz＝1.5820的移相片，nx與nz的大小關(guān)系是nx＞nz。
反之，在本實(shí)施例中移相片的情形下，采取的是nx＝1.5848，ny＝1.5798，以及nz＝1.5843。在實(shí)施例3和4的移相片中，nx和nz幾乎相等，并且大小關(guān)系都是nx＞nz，nY的大小在兩個(gè)實(shí)施例中不同。
移相片平面法線方向的光程差在兩個(gè)實(shí)施例中均取同一數(shù)值，下圖示出本實(shí)施例4中視角對(duì)液晶顯示裝置的對(duì)比度的依賴(lài)關(guān)系。
圖9示出適用于本發(fā)明液晶元的方位和對(duì)比度之間的關(guān)系的另一個(gè)實(shí)施例，在實(shí)施例4中的液晶元的情形，當(dāng)方向角為0°和180°時(shí)，得到極小的對(duì)比度。
在實(shí)施例4中的液晶顯示裝置的情形，鄰近暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度為60cd/m2，而離暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度為60cd/m2，區(qū)至區(qū)的對(duì)比度為1.3，陰影不那么明顯并且可視度好。
正如上面所說(shuō)明的，即使是使用不同大小的nX、nY和nZ，如果光入射的方向?qū)?zhǔn)到液晶層的中心層里液晶分子軸的平均方向，則可得到一個(gè)陰影少、亮度高并且可視度良好的反射式液晶顯示裝置。
實(shí)施例5在本實(shí)施例5中，實(shí)施例3中的液晶顯示裝置裝有一個(gè)反射器，其上傾斜成10°和20°傾斜的兩種型式的反射面交替排列。
鄰近暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度為60cd/m2，而離暗顯示區(qū)的亮顯示的亮度為83cd/m2，區(qū)至區(qū)的對(duì)比度為1.4。陰影不那么明顯并且可視度好。
由于兩種型式的反射面(每種都有一個(gè)不同于另一種的傾斜角)布排在反射器上，故反射器能有效地利用安裝在天花板上的多個(gè)光源的光，為反射式液晶顯示裝置提供高亮度和良好的可視度。
實(shí)施例6在本實(shí)施例6中，實(shí)施例3中的液晶顯示裝置裝有一個(gè)反射器，傾斜成15°和25°傾斜角的兩種型式的反射面交替排列于其上。反射面傾斜根據(jù)以下理由選定。
由安裝在辦公室天花板上的多個(gè)光源中，測(cè)出發(fā)射強(qiáng)的兩個(gè)光源的入射角，結(jié)果等于30°和50°，以2等分這些入射角和0°角(顯示面法線)得傾斜角。換句話(huà)說(shuō)，更近更強(qiáng)的光在視軸方向直接反射。
鄰近暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度為65cd/m2，而遠(yuǎn)離暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度為89cd/m2，區(qū)至區(qū)的對(duì)比度為1.4，陰影不那么明顯而且可視度好。
由于兩種型式的反射面(每種都有一個(gè)不同于另一種的傾斜角)布排在反射器上，并且每一種反射面傾斜都安排得使兩個(gè)更靠近液晶顯示裝置并發(fā)射更強(qiáng)光的光源的光能在視軸方向直接反射，因而反射器能有效利用安裝在天花板上的多個(gè)光源的光，提供高亮度和優(yōu)良可視度的反射式液晶顯示裝置。當(dāng)然，在這一情形也可以使用兩個(gè)以上的光源。
實(shí)施例7在本實(shí)施例7中，實(shí)施例6中的液晶顯示器裝有一個(gè)壓模壓成的反射器，其表面被腐蝕成微細(xì)的凹凸不平以增加光的散射。
這里，圖1將再被用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，倘若反射器有一個(gè)鏡面，它將反射周?chē)木拔锖陀脩?hù)的臉，這會(huì)有礙用戶(hù)注意力集中在顯示裝置上，已提出一個(gè)實(shí)施例解決這類(lèi)問(wèn)題，即在光通過(guò)液晶顯示器的行程之一中使用一種將光散射的方法。
如果光被散射，則反射在顯示面上的周?chē)拔锖陀脩?hù)的臉變得含糊不清和難以覺(jué)察，使用戶(hù)專(zhuān)心于顯示裝置。但是，在光通過(guò)上偏器13和下偏振器23的同時(shí)，偏振必須保持。于是，光必須在另外的行程中散射。
具體地說(shuō)，在下偏振器23和反射器31之間，而不是在上偏振器13和下偏振器23之間形成一個(gè)光散射層，而且，反射器31的表面被弄粗糙而成為一個(gè)散射層。
鄰近暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度為60cd/m2，而離暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度為95cd/m2。區(qū)到區(qū)的對(duì)比度為1.6，陰影不那么明顯而且可視度好。
室內(nèi)光不是點(diǎn)光源，光入射角是分布性的通過(guò)增加反射器的散射特性，來(lái)自多個(gè)光源的能有效地用于每一個(gè)入射角。而且，由于視角變化引起的表面亮度的突然變化，能夠獲得具有高亮度和優(yōu)良可視性的反射式液晶顯示裝置。
另外顯示面上的微細(xì)凹凸不平還可以不僅通過(guò)腐蝕形成，而且通過(guò)噴砂或通過(guò)用粗糙表面打磨形成。此外，酸腐蝕、噴砂或用粗糙表面打磨都可在蒸鍍鋁處理之前用到樹(shù)脂板上，酸腐蝕、噴砂或用粗糙表面打磨也都可用到蒸鍍過(guò)鋁的反射器上。
散射層可以是有微細(xì)粗糙表面或是具有雙折射率分布的塑料薄膜。塑料薄膜還可以放在下偏振器23和反射器31之間或者粘附在反射器31的表面上。
實(shí)施例8在本實(shí)施例8中，實(shí)施例3中的液晶顯示裝置裝有一個(gè)反射器，其上面微細(xì)的凹凸點(diǎn)排列間距為30μm即尺寸小于一個(gè)象素的1/10，當(dāng)從各個(gè)不同的視軸觀察顯示器時(shí)，不產(chǎn)生云紋并且可視度很好。云紋是指像布紋一樣的幾何條帶圖形。
本發(fā)明的反射器的截面圖例如說(shuō)如圖10所示。圖10所示的反射器有一個(gè)不平行于顯示面的反射器。為使反射器的反射系數(shù)看起來(lái)均勻一致，反射面上粗糙度的尺碼必須盡可能減小。因而，如果反射器的反射面上相鄰?fù)裹c(diǎn)之間的距離定成一個(gè)間距，則此間隔最大也得小于一個(gè)象素。
再者，如果象素的尺寸與凹/凸點(diǎn)尺寸周期性重疊，則云紋出現(xiàn)。如果出云紋，顯示就變得不均衡，造成可視度下降。
此，云紋在很大程度隨視軸的改變而變化。在這一情形，可視度損失重大，反射面上的間距的不規(guī)則性對(duì)于防止這類(lèi)云紋將是有效的。的句話(huà)說(shuō)，間距應(yīng)當(dāng)小于一個(gè)象素，它的尺寸可少于一個(gè)象素的1/5。
實(shí)施例9在本實(shí)施例9中，實(shí)施例3中的液晶顯示裝置裝有一個(gè)局部表面成彎曲形的反射器，當(dāng)使用液晶顯示裝置時(shí)，總是要求用戶(hù)視軸的改變引起的顯示狀態(tài)的變化被減到最少。
在本發(fā)明的液晶顯示裝置中，如果視軸在入射直接反射的對(duì)面的話(huà)，高亮度顯示是可能的。但是，如果視軸移動(dòng)那怕是一點(diǎn)點(diǎn)，則亮度急劇降低。因而，如果視軸改變引起的顯示狀態(tài)的變化大，則液晶顯示裝置的用途受到限制。
通常，為把視軸改變引起的反射特性變化減到最小，要采用一種使普通反射器具備光散射功能的方法。
但是，在液晶顯示裝置僅有一個(gè)偏振器的情形，由于這個(gè)光散射功能而產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題。為避免這一點(diǎn)，還要使用一個(gè)方法來(lái)彎曲反射面。圖10(g)至圖10(i)示出這樣一種反射面的截面圖。
圖11示出用于制造另一實(shí)施例的反射器的刻刀形狀。
具有一個(gè)曲面的反射器的制造可通過(guò)使用例如說(shuō)刻刀(其截面彎曲成如圖11所示)刻一塊金屬板(黃銅等等)做成模具來(lái)模壓丙烯酸樹(shù)脂等等并將諸如鋁等等的金屬蒸鍍到表面上。
圖12示出如何在辦公室使用液晶顯示器，還示出了裝在天花板上的多個(gè)光源的光進(jìn)入正在用著的反射式液晶顯示器的方向。在辦公室，多個(gè)光源在天花板上排成像(L1，L2，L3，…)，如果這些光源全都作為光使用，顯示面的亮度就能進(jìn)一步改善。
再者，如果局部反射面是成彎曲形的，就能將來(lái)自多個(gè)源的光引向用戶(hù)，圖13示出了說(shuō)明局部反射面彎曲的反射器特性的截面圖。
換句話(huà)說(shuō)，具有如圖所示彎曲面的反射器，在P點(diǎn)附近，反射面法線二等分L1方向和用戶(hù)方向，L1的被引向用戶(hù)。同樣，在9點(diǎn)附近，反射面法線二等分L2方向和用戶(hù)方向。L2的光同樣被引向用戶(hù)在本實(shí)施例9中，局部反射面是彎曲的。反射器的橫截面如圖10(g)中所示一樣。圖14中的虛線軸示出了反射器微觀的俯視圖。反射器表面彎曲部分的一端傾斜30°而另一端傾斜10°。例如，假定有許多在60°和20°范圍內(nèi)發(fā)射光線的光源。
反射層按如下制造用頂端有如圖11所示的曲面的刻刀刻一塊黃銅板。圖11中所示的曲面接近橢圓面。使用了具有100μm半徑和50μm半徑的刀具。刻刀每用200次要被研磨，以防止其反光面由于損耗而變形。此后，黃銅板就象實(shí)施例2中的一樣被作為模具，來(lái)模壓一塊加熱的丙烯酸樹(shù)脂板。然后，在樹(shù)脂板上蒸鍍2000厚的鋁。
接近暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度是51cd/m2，而遠(yuǎn)離暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度是69cd/m2。兩區(qū)的對(duì)比度為1.35。陰影不是很明顯，而且可視度好。
局部反射層表面是彎曲的，反射面傾斜角是這樣分布的，以使二等分由許多更靠近液晶顯示裝置和強(qiáng)度更強(qiáng)的光源的光線入射方向與視軸方向所形成的角度都可以被包括。
再者，來(lái)自多個(gè)光源的光線被直接沿視軸方向反射，或者以接近這一軸的條件反射，從而來(lái)自那些光源的光線能有效地利用，以提供具有高亮度和良好的能見(jiàn)度的反射式液晶顯示裝置。
實(shí)施例10在本實(shí)施例10中，液晶顯示裝置被提供了一塊通過(guò)用環(huán)氧樹(shù)脂粘合反射器31和下基片22而制成的板。環(huán)氧樹(shù)脂的折射率約為1.5。因此，如果考慮由環(huán)氧樹(shù)脂產(chǎn)生的光折射，反射器的傾斜角必須為17°，沿視軸方向直接反射以50°角入射的光線。在本實(shí)施例中，以這種方式而不是其它實(shí)施例中的使用的方式獲得反射器以得到17°傾斜角。
接近暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度是74cd/m2，而遠(yuǎn)離暗顯示部分的亮顯示部分的亮度是60cd/m2。兩區(qū)的對(duì)比率為1.2。陰影不是很明顯，而且可視度好。
已經(jīng)證明即使在如上所述用環(huán)氧樹(shù)脂將反射器31和下基片22結(jié)合為一體時(shí)，如果考慮環(huán)氧樹(shù)脂的折射性系數(shù)而將反射面的傾斜角設(shè)置成所需值，有許多方法可以獲得具有與實(shí)施例3中液晶顯示裝置幾乎相同顯示性能的反射式液晶顯示裝置。
如果在下編光器23與反射器31之間填充與下偏光器23具有相等折射率的樹(shù)脂或其它類(lèi)似物質(zhì)，可以防止通過(guò)光線強(qiáng)度的減少。
實(shí)施例11在本實(shí)施例11中，液晶顯示如下圖所示。也像其它實(shí)施例中所示的液晶顯示裝置一樣。
圖2示出了另一實(shí)施例中液晶顯示裝置的橫截面。圖2中所示的液晶顯示裝置包括從顯示面按順序疊合的如下零件一個(gè)上偏光器13，一個(gè)移相片19，一個(gè)上基片12，一個(gè)上電極14，一個(gè)上定向?qū)?1，一個(gè)液晶層10，一個(gè)下定向?qū)?1，一個(gè)下電極24，一個(gè)反射器31，以及一個(gè)下基片22。
與圖1中所示的液晶顯示裝置不一樣，在本液晶顯示裝置中，下偏光器片23被省略了，反射器31放置在下基片22之上，并且反射器31和下基片22的位置變了。再者，反射器31和下基片22一般是結(jié)合為一體。因此，下基片22可以不用玻璃制成。就是說(shuō)，其它零件、材料和制造方法均與實(shí)施例1中的一樣。
具有反射面且與下基片結(jié)合為一體的的反射器按以下制造。
圖15(a)至15(d)示出了制造本發(fā)明的反射器的一個(gè)實(shí)施例。
下面將解釋如何制造反射器。一塊玻璃材料的基片被刻成具有如圖10(b)中所示一樣形狀的反射器31(圖15(a))。反射面傾斜角是20°，而且反射器上凸頂和凹谷的間距是20μm。此時(shí)，反射器的粗糙面的凸點(diǎn)高度為4μm。
然后，在反射器31的表面蒸鍍1000厚的鉛，形成反射層41(圖15(b))。通過(guò)在反射層41上形成20μm厚的環(huán)氧樹(shù)脂光滑層53而使這一表面光滑。之后，環(huán)氧樹(shù)脂層的表面被拋而使之光滑(圖15(c))。最后，如圖15(d)所示，形成下電極24和下定向?qū)?1。
反射器可以具有橫截面如圖10(a)至(c)中所示任何形狀的衍射光柵，角錐等等。在本實(shí)施例11中，形成反射器的基片可以不通過(guò)光線，所以除了玻璃之外還可以廣泛選擇材料。由于不需要切割象玻璃這樣硬的材料，故較容易制造。
實(shí)施例11中的液晶顯示裝置被安裝在一種膝上型(lap-top)個(gè)人電腦上，并在室內(nèi)光線下使用。用戶(hù)將液晶顯示裝置放在桌上，而且以30°傾斜角及0°視角的方式使用最多。在這種情況下，來(lái)自光源的光線以大約40°的角度入射顯示裝置。
在被包含在液晶顯示中的反射器中，靠近暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度是60cd/m2，而遠(yuǎn)離暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度是61cd/m2。兩區(qū)的對(duì)比率為1.0。辨別不出暗顯示陰影。暗顯示區(qū)的亮度為9cd/m2，對(duì)比度為7。
正如已解釋過(guò)的，由于反射器被結(jié)合在液晶元之中，而且入射光線在20°的反射面傾角的條件下沿視軸方向被直接反射，可獲得具有極好的可視度的反射式液晶顯示裝置辨認(rèn)不出陰影而且對(duì)比度高。
實(shí)施例12在本實(shí)施例12中，液晶顯示裝置利用了配有20°反射面傾角和用簡(jiǎn)單方法制造的反射器。圖16(a)至圖16(e)示出了制造本發(fā)明反.射器的另一實(shí)施例。將首先說(shuō)明制造反射層的簡(jiǎn)單方法。
首先，在下基片22上面用丙烯酸樹(shù)脂形成一個(gè)樹(shù)脂層(圖16(a)。該層被加熱并用模具模壓，以制造出其形狀正如實(shí)施例11中所示(圖16(b))的反射器31。然后，在表面蒸鍍鋁以形成反射層41(圖16(c))。
此后，正如圖15中一樣，形成一個(gè)光滑層53以消除凹凸(圖16(d))，并形成下電極24和下定向膜21(圖16(e))。在圖16(b)中，用于成形的模壓可以用刀刻工序取代。
使用實(shí)施例11中的下基片22和上基片12兩者時(shí)，照樣可用本制造方法。正如圖15中所示的制造方法，不需切割由象玻璃這樣堅(jiān)硬材料制成的下基片22，故易于制造反射器31。而且正如實(shí)施例11之中的，能得到具有極好的可視度和高對(duì)比度，且沒(méi)有陰影的反射式液晶顯示裝置。
實(shí)施例13在本實(shí)施例13中，在實(shí)施例12中所示的液晶顯示裝置使用一種裝有15°和25°傾角的兩種型式的反射面的反射器，該兩種型式的反射面交替地布置在用簡(jiǎn)單方法制造的反射器上。它被用來(lái)代替實(shí)施例12中采用的具有20°面傾角的反射器。
靠近暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度是55cd/m2，而遠(yuǎn)離暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度是55cd/m2。兩區(qū)的對(duì)比度為1.0。辨認(rèn)不出暗顯示陰影。暗顯示區(qū)的亮度為8cd/m2，對(duì)比度為7。
如上所述，由于反射器被結(jié)合在液晶元之中，而且具有不同傾角的兩種型式的反射面交替布置，兩入射光線大致沿用戶(hù)的視軸方向直接反射，所以能夠獲得具有極好的可視度的反射式液晶顯示裝置。辨認(rèn)不出陰影且對(duì)比度高。
實(shí)施例14在本實(shí)施例14中，如實(shí)施例12中所示的液晶顯示裝置使用了一種局部為彎曲的反射器，由簡(jiǎn)便方法制造并提供了20°的反射面傾角。使用了與實(shí)施例9中形狀一樣的模具來(lái)模壓成形。
靠近暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度是52cd/m2，而遠(yuǎn)離暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度是52cd/m2?？床坏疥幱?。暗顯示部分的亮度是7cd/m2，對(duì)比度為7。
局部為曲面的反射器被結(jié)合在液晶中，且反射面傾角分布得可以包括通過(guò)二等分由更靠近液晶顯示的兩光源的入射光方向與視軸方向形成的角度。
由于來(lái)自?xún)晒庠吹墓饩€被直接反射到用戶(hù)的視軸或者以與該軸接近的條件反射，因此來(lái)自天花板的兩光源的光線可以被有效地利用來(lái)給反射式液晶顯示裝置提供高亮度和良好的可視度。
實(shí)施例15圖3示出了本發(fā)明另一實(shí)施例中液晶顯示裝置的橫截面。在圖3所示的結(jié)構(gòu)中，僅將一個(gè)濾色片加到圖2中所示的結(jié)構(gòu)中。
在本實(shí)施例15中，在下基片22上形成具有傾斜20°的反射面的反射器31。換句話(huà)說(shuō)，正象在實(shí)施例11中的一樣，下偏光器23被省掉了，而且反射器31和下基片22換了位置。在這樣的液晶顯示裝置中，濾色片50形成于上基片12與液晶層10之間。
亮顯示區(qū)的亮度為30cd/m2，而暗顯示區(qū)的亮度為4cd/m2。兩區(qū)的對(duì)比度為7。亮(白)顯示亮度和對(duì)比度是足夠的?？梢暥纫埠芎谩?br> 如上所解釋的，由于省略了下偏光器23，反射器形成在下基片22上，來(lái)自光源的光線不穿過(guò)下層22。因此，解決了入射光和反射光經(jīng)過(guò)不同濾色片的問(wèn)題。再者，由于具有20°反射面傾角的反射層被結(jié)合在液晶元之中以滿(mǎn)足直接反射的要求，所以濾色片的光吸收被增加的亮度的補(bǔ)償，從而為亮反射式彩色液晶顯示裝置提供良好的可視度。濾色片50也可以放在下基片22與液晶層10之間。換句話(huà)說(shuō)，很明顯，甚至是濾色片50被放在上基片12與反射層31之間的任何位置，也獲得同樣效果。
在實(shí)施例15所示的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)中，即使兩濾色片為同種顏色，如果光線經(jīng)過(guò)此兩濾色片兩次則光線總是被吸收兩次。因此，為了增加亮度。濾色片本身的透射光譜應(yīng)增加。下圖示出了這些濾色片透射光譜的一個(gè)例子。
圖17示出了紅、綠和藍(lán)濾色片透射光譜的一個(gè)例子，濾色片的透射率是高的。在每一可見(jiàn)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，那些紅、綠和藍(lán)濾色片中任何一個(gè)的透射率都是10％或10％以上。
實(shí)施例16在本實(shí)施例16中，在實(shí)施例15中所示的液晶顯示裝置使用了一個(gè)其彎曲反射面形狀為象一個(gè)半圓的反射器。首先使用具有80μm半徑的半圓形刻刀以?xún)H僅一次刀刻作業(yè)，制造用于制造模具的刻刀。
靠近暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度為49cd/m2，而遠(yuǎn)離暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度為68cd/m2。兩區(qū)的對(duì)比度為1.39。陰影難以察覺(jué)且液晶顯示裝置的可視度很好。
亮(白)顯示區(qū)的亮度是25cd/m2，而暗顯示區(qū)的亮度為4cd/m2。兩區(qū)的對(duì)比度為7。亮顯示亮度和對(duì)比度都是足夠的。
為了制造其反射面是彎曲的反射器，必須首先制造其橫截面是如圖11中所示曲線的刻刀。如果使用諸如車(chē)床之類(lèi)的旋轉(zhuǎn)機(jī)器，曲面很容易制造。
然而，在這種情況下，同時(shí)機(jī)加工的曲面的橫截面將成為局部弧形。如圖16中所示，如果反射器的曲面形狀為單一半圓，制造將變得很容易。
再者，由于反射面是象半圓一樣的曲面，所以很容易制造用于制造模具的刻刀，也很容易再磨用于刻黃銅板的刻刀。
另一方面，圖18示出了實(shí)施例15和16中所示液晶顯示裝置的亮顯示的視角特性。該圖也示出了亮顯示面的亮度與光線入射角之間的關(guān)系(角相關(guān)性)。
在該圖中，橫軸表示圖20(b)中定義的光線入射角。方位角如圖20(b)中定義的一樣為90°或270°。在實(shí)施例15中，僅僅0°入射角附近可以獲得高亮度，而在其它入射角，則亮度銳減。
在實(shí)施例16中采用的液晶顯示的情況下，直到15°入射角附近都可獲得高度。即使在用戶(hù)的視軸改變時(shí)，亮顯示區(qū)的亮度也不減少很多。由于即使用戶(hù)改變了姿式也保證高亮度，所以可視度很好。
接下來(lái)，在圖2和圖3中所示包括一個(gè)偏光器的液晶元的偏振和非偏振將被解釋?zhuān)越忉尀槭裁丛趯?shí)施例11至16中使用的每一反射器分別帶有一個(gè)鏡面的原因。
通常，一個(gè)液晶顯示裝置利用液晶層來(lái)接收偏振光，并通過(guò)在液晶層上施加一個(gè)電壓來(lái)調(diào)制偏振。因此，在入射到并從液晶顯示裝置反射時(shí)，光線經(jīng)過(guò)偏光器兩次。自然光第一次經(jīng)過(guò)偏光器就是偏振光。
如果第二次經(jīng)過(guò)偏光器的光線也是偏振光，光的透射率隨所施加的電壓而改變，以區(qū)別亮顯示和暗顯示。
然而，如果第二次經(jīng)過(guò)偏光器的光線是非偏振光(自然光，散射光等等)，則光線的透射率不隨施加電壓而改變。結(jié)果，在亮顯示與暗顯示之間不出現(xiàn)差別。
如果由于某個(gè)原因，在光線第一次和第二次通過(guò)偏光器時(shí)，偏振消失并且進(jìn)入了非偏振光，則亮顯示和暗顯示之間的光透射率之差下降。
在圖2和圖3中所示液晶顯示裝置的情況下，光線在反射面上反射，同時(shí)它在入射時(shí)第一次經(jīng)過(guò)上偏光器13，而在出來(lái)時(shí)第二次經(jīng)過(guò)該片。因此，如果反射面是粗糙的，以不同角度反射的散射光與偏振光混合，從而成為非偏振光。
為了在反射之后保持偏振，反射面應(yīng)該十分平滑。這就是為什么僅配有一塊偏光器的反射式液晶顯示裝置的反射器應(yīng)該十分平滑的原因。
對(duì)照例1在本對(duì)照例1中，被制造的液晶顯示裝置使用了實(shí)施例1中形成的元件，并具有圖25中所示對(duì)比度與視角度關(guān)系曲線，從而對(duì)以90°方位角入射的光線對(duì)比度為最大值。換句話(huà)說(shuō)，在使用時(shí)，0°方位角的方向與液晶顯示裝置的水平方向一致。
其余與實(shí)施例1中的完全一樣，包括一個(gè)其反射面與顯示面平行的平板型反射器。
其上裝有上述液晶顯示裝置的便攜式信息終端在室外使用?？拷碉@示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度是17cd/m2，而遠(yuǎn)離暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度是73cd/m2。兩區(qū)的對(duì)比變?yōu)?.3。陰影易于察覺(jué)，且液晶顯示裝置的可視度不好。
如上所解釋的，這證明使用一個(gè)平板反射器，就是說(shuō)，反射面法線方向與顯示面法線方向一致，而且調(diào)整入射光線軸與視軸之間的方向不足以減少陰影和得到好的可視度。
為了獲得不易察覺(jué)的陰影和好的可視度，應(yīng)該有選擇地采用主入射光，以便使得具有視角(在此視角下對(duì)比度成為接近于1)相關(guān)性的液晶元的0°方位角方向，可以垂直于在使用時(shí)的液晶顯示裝置。這意味著0°方位角方向可以與入射光方向一致。
對(duì)照例2在本對(duì)照例2中，實(shí)施例2中反射器的反射面傾角被設(shè)置為—20°，且液晶顯示器被放置得使反射面法線方向不在入射光線軸與用戶(hù)的視軸之間。
這個(gè)液晶顯示裝置被安在膝上型個(gè)人電腦上，并在室內(nèi)燈光下使用。靠近暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度為3cd/m2，而遠(yuǎn)離暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度為16cd/m2。兩區(qū)的對(duì)比度為5.3。整個(gè)屏幕是暗的，陰影易于察覺(jué)且液晶顯示器的可視度不好。
如上所解釋的，這證明入射方向與所需方位角方向一致來(lái)獲更接近于1的對(duì)比度不足以改善顯示的亮度并獲得好的可視度。
為了減少陰影并獲得高亮度和好的可視度，入射光應(yīng)該由獲得更接近于1的對(duì)比度的方位角方向引入，還要將反射面傾角放置得使反射面法線方向可以進(jìn)入入射軸和用戶(hù)的視軸之間，盡可能滿(mǎn)足直接反射的要求。
對(duì)照例3在本對(duì)照例3中，實(shí)施例6中反射器的反射面傾角被設(shè)置為—25°和-10°，且液晶顯示裝置被放置得使反射面法線方向不能進(jìn)入入射光軸和用戶(hù)的視軸之間。
此液晶顯示裝置被裝在膝上型個(gè)人電腦中并在室內(nèi)燈光下使用?？拷碉@示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度是3.1cd/m2，而遠(yuǎn)離暗顯示區(qū)的亮顯示區(qū)的亮度是15cd/m2。兩區(qū)的對(duì)比度為4.8。整個(gè)屏幕是暗的，陰影易于察覺(jué)且液晶顯示器的可視度不好。
如上所解釋的，這證明如果液晶顯示裝置被放置得使反射面法線方向不進(jìn)入入射光和用戶(hù)的視軸之間，就是說(shuō)，如果直接反射要求沒(méi)有滿(mǎn)足，即使在入射光沿得到更接近于1的對(duì)比度的照射(beat-ing angle)方向?qū)?，也不足以獲得高亮度和好的可視度。為了減少陰影并獲得高亮度和好的可視度，直接反射要求似乎是很重要的。
對(duì)照例4本對(duì)照例4選取了實(shí)施例3中的液晶顯示裝置，其中一個(gè)濾色器51形成于上基片12和液晶層10之間。
此液晶顯示裝置裝在膝上型個(gè)人電腦上并在室內(nèi)燈光下使用。亮顯示區(qū)的亮度為3cd/m2而暗顯示區(qū)的亮度為2cd/m2兩區(qū)的對(duì)比度在2以下。
換句話(huà)說(shuō)，雖然反射面傾角被設(shè)置為25°且直接反射要求滿(mǎn)足，還是亮度銳減且整個(gè)屏幕看起來(lái)象煤一樣黑。
這證明僅在上基片12與液晶層10之間形成一個(gè)濾色器51對(duì)反射式液晶顯示裝置的彩色顯示的是不夠的。
換句話(huà)說(shuō)，通過(guò)傾斜反射面來(lái)滿(mǎn)足直接反射要求不足以解決入射光和反射光經(jīng)過(guò)不同濾色器的問(wèn)題，從而，對(duì)反射式彩色液晶顯示裝置來(lái)說(shuō)還不行。
對(duì)照例5本對(duì)照例5選取了實(shí)施例15中使用的液晶顯示器，其中反射層31被省略，且一個(gè)平板反射器形成于下基片22之上。平板反射器按如下制造。在下基片22上直接蒸鍍鋁，然后在其上形成2μm厚的環(huán)氧樹(shù)脂層作為絕緣層。進(jìn)而，在上面形成下電極24和下定向膜21。
此液晶顯示裝置被裝在膝上型個(gè)人電腦上，并在室內(nèi)光線下使用。亮顯示區(qū)的亮度為12cd/m2而暗顯示區(qū)的亮度為7cd/m2。兩區(qū)的對(duì)比度在2以下。
由于省掉了下偏光器23且下基片22形成于反射器31下面，故解決了入射光和反射光經(jīng)過(guò)不同濾色器的問(wèn)題。然而，由于反射器是平板故直接反射要求沒(méi)有滿(mǎn)足。亮度和對(duì)比度均低且可視度不好。
這證明對(duì)于反射式液晶顯示裝置的彩色顯示，不僅反射器應(yīng)結(jié)合在液晶元之中，而且應(yīng)滿(mǎn)足直接反射要求和適當(dāng)選擇光源(即選用主光源光)。
根據(jù)本發(fā)明，解決了傳統(tǒng)反射式液晶顯示裝置中陰影和低亮度這些懸而未決的問(wèn)題，并可獲得具有良好可視度的反射式液晶顯示裝置。
特別是，對(duì)于獲得能實(shí)現(xiàn)高亮度彩色顯示的反射式液晶顯示本發(fā)明是很有效的。
根據(jù)本發(fā)明的另一反射式液晶顯示裝置將在以下通過(guò)用實(shí)施例詳細(xì)敘述。
以下敘述的本發(fā)明的實(shí)施例具有如圖28中所示的構(gòu)造，而且下面將根據(jù)圖28的構(gòu)造敘述。
實(shí)施例17鈉玻璃被用作上透明基片12和下透明基片22。每個(gè)用ITO構(gòu)成的矩陣電極在基片12和22上形成，作為上電5和下電極24。每個(gè)電極寬為0.3mm，間隔0.03mm且厚度為1000。掃描線數(shù)為480且信號(hào)線數(shù)為640。
基片上的定向?qū)?和10由聚酰亞胺聚合物制成，它在200℃溫度下烘烤，在切削量為0.4mm、轉(zhuǎn)速為1000rpm以及進(jìn)絡(luò)速度為33m/sec的條件下通過(guò)摩擦法(rubbing method)經(jīng)受一個(gè)定向過(guò)程，之后，在150℃溫度下進(jìn)行一個(gè)老化過(guò)程。從而，前傾角(pre-tiltangle)為4°而扭轉(zhuǎn)角為240°。
液晶層21是由氣動(dòng)液晶(pneumatic liquid crystal)和手性摻雜劑的混合物制成的。由日本公司(Merck Japan Ltd)制造的MJ63928(貿(mào)易名)被用作液晶材料，且在散裝狀態(tài)下的△n為0.145。由日本公司(Merck Japan Ltd)制造的S811(商業(yè)名稱(chēng))被用作手性摻雜試劑，且重量含量百分比為0.9％。
通過(guò)改變厚度，其△nd(在散裝狀態(tài)下液晶材料的重折率△n與液晶層厚度d的積)分別為0.755μm，0.812μm，0.843μm和0.858μm的液晶單元被制造。
移相片7，偏光器8和11以及定向反射器與每個(gè)液晶單元結(jié)合，從而形成反射式液晶顯示裝置。
由尼托公司(Nitto Denko Co.)制造的G1225DU(貿(mào)易名)被用作上和下偏光器，由同一公司制造的聚碳酸脂移相片被用作移相片。
盡管以上提及的閃光型反射器被用作定向反射器，但是在本情況下用這樣的定向反射器時(shí)，如果反射層是很好的平滑面，用戶(hù)會(huì)看到光源的映像。看到光源映像的部分亮度很高，而其它部分則亮度低，從而在圖象屏幕上發(fā)生亮度變化。
為了在本實(shí)施例中獲得均勻和明亮的顯示屏幕，也使用了每個(gè)反射面都有凹凸部分從而如圖29中所示的在反射面上形成許多微小反射面的反射器。
由于微小反射面的反射面角度不同，從不同方向進(jìn)入的光線如虛線所示被均勻地反射給用戶(hù)。從而，光源的映像失去其輪廓線，被均勻地?cái)U(kuò)散在屏幕上，因此獲得具有高亮度的均勻顯示。
這樣的反射式液晶顯示裝置以正對(duì)照式顯示方法運(yùn)作，其中陰影顯示在兩個(gè)或多個(gè)施加電壓之中的較高電壓一側(cè)進(jìn)行。
當(dāng)移相片和偏光器的光學(xué)條件為最佳值以滿(mǎn)足在正對(duì)照式顯示方法中無(wú)色、高透射率以及高對(duì)比度的特性時(shí)，移相片和偏光器的光學(xué)條件的組合數(shù)目是一個(gè)很大的數(shù)字，而且為通過(guò)試驗(yàn)和修正而獲得一個(gè)最佳值要花費(fèi)大量時(shí)間。
因此，在本實(shí)施例中，光學(xué)條件是在考慮了液晶顯示裝置的顯示原理的最佳值。
確定液晶顯示的方位角和仰角如圖34中所示。
平分在液晶顯示的上和下定向?qū)拥亩ㄏ蜻^(guò)程方向的方向?yàn)?°。從沿顯示面向后面的方向觀察時(shí)，逆時(shí)針?lè)较蚨x方位角。與基片平面的法線的角度被定義為仰角。
在下偏光器11和下定向?qū)?0的定向過(guò)程的方向之間的角度應(yīng)當(dāng)?shù)扔诖蠹s45°。
液晶顯示裝置通過(guò)使用改變施加電壓結(jié)合改變透射光的偏振狀態(tài)的方法進(jìn)行顯示。偏振狀態(tài)的改變依賴(lài)于入射液晶層的光的偏振狀態(tài)，就是說(shuō)，依賴(lài)于下偏光器的吸收軸的角度。
若設(shè)下偏光器的吸收軸與下定向?qū)佣ㄏ蜻^(guò)程的方向之間的角度為a時(shí)，則當(dāng)角度a在40°至50°范圍最好是等于45°時(shí)，偏光狀態(tài)的改變?yōu)樽畲笾怠?br> 當(dāng)液晶層的扭轉(zhuǎn)方向定為向左且扭轉(zhuǎn)角為θ時(shí)，由于沿下定向?qū)佣ㄏ蜻^(guò)程的方向的方位角等于(θ…180°)/2，所以下偏光器吸收軸的方位角由表達(dá)式(23)來(lái)表示θ/2+90°-α(40°≤α≤50°………(23)足夠陡而且產(chǎn)生設(shè)有滯后的電壓—透射率特性的扭轉(zhuǎn)角。在200°至270°的范圍內(nèi)。在這種情況下下偏光器的吸收軸的方位，在140°至185°的范圍內(nèi)。
移相片的光程差軸的方位按如下決定。
由于在本發(fā)明的本實(shí)施例中，移相片被安排在液晶元與上偏光器之間，因而移相片改變通過(guò)液晶層光線的偏光狀態(tài)。
為了在陰影顯示時(shí)通過(guò)減小透射率改進(jìn)對(duì)比度，每一具有進(jìn)入上偏光器波長(zhǎng)的光線必須借助使用移相片轉(zhuǎn)換成其中振動(dòng)方向一樣的線性偏振。
如“第九屆國(guó)際顯示研究會(huì)議記錄”中第312至315頁(yè)所述，表達(dá)了一種通過(guò)使用普安卡雷球設(shè)置移相片的慢軸的方位角以及光程差的方法。
普安卡雷球是指具有燃料參數(shù)(S1，S2，S3)作為三個(gè)軸的半徑為1的球，每個(gè)偏振狀態(tài)相應(yīng)于普安卡雷球上的一點(diǎn)。例如，一個(gè)線性線偏振相應(yīng)于一條與平面(S1，S2)正交的一條直線。
通過(guò)下面的表達(dá)式，利用X軸的分量EX，Y軸的分量EY，以及EX和EY分量的相差δ，確定本例中的燃料參數(shù)。
S1=(EX2-EY2)/(EX2+EY2)……(24)S1＝2EXEYCosδ/(EX2+EY2)……(25)S3＝2EXEYSinδ/(EX2+EY2)……(26)移相片偏振狀態(tài)的轉(zhuǎn)換通過(guò)繞經(jīng)過(guò)包括在參數(shù)(S1，S2)平面內(nèi)普安卡雷球的中心的直線旋轉(zhuǎn)表示。通過(guò)移相片的偏振狀態(tài)被轉(zhuǎn)換成投影在面(S1，S2)上的普安卡雷球中的線位稱(chēng)。
在普安卡雷球中被投影在作為旋轉(zhuǎn)中心的直線的平面(S1，S2)上的方位角，是移相片Slon軸)的方位角的兩部。利用波長(zhǎng)λ和光程差△nd，旋轉(zhuǎn)角可表示為=2π△nd/λ(單位為弧度)。
圖30示出了通過(guò)液晶層光線波長(zhǎng)的偏振狀態(tài)的一個(gè)例子，其中在兩個(gè)或更多施加電壓之中一個(gè)較高電壓被施加給液晶層。
圖30示出了一個(gè)投影在面(S1，S2)上的普安卡雷球。特點(diǎn)是表示波長(zhǎng)的偏振狀態(tài)的點(diǎn)幾乎是線性分布的。
通過(guò)利用各波長(zhǎng)偏振狀態(tài)的分布特性，移相片的慢軸(slowasix)和光程差可以如圖31中所示決定。
圖31示出了與圖30相似方式在面(S1，S2)上投影的普安卡雷球。首先，一條經(jīng)過(guò)大多數(shù)表示波長(zhǎng)偏振狀態(tài)的點(diǎn)的直線，即一條回歸線被用虛線畫(huà)出來(lái)表示。
與回歸線垂直相交線的方位角的一半，成為移相片的slow軸的方位，如下表示180°-θ/2………………………(27)在以上提及的扭轉(zhuǎn)角的范圍中，方位角在45°至80°的范圍內(nèi)。
再者，回歸線也表示每個(gè)代表波長(zhǎng)偏振狀態(tài)的點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向。
對(duì)具有550nm波長(zhǎng)的透射光要注意，此波長(zhǎng)對(duì)人的可視度是最大值。當(dāng)移相片的光程差定為大約380nm時(shí)，表示具有550nm波長(zhǎng)透射光的偏振狀態(tài)的點(diǎn)，被移至與面(S1，S2)相交的直線上一點(diǎn)(圖31中點(diǎn)A)。就是說(shuō)，被轉(zhuǎn)換成線性偏振。
具有其它波長(zhǎng)的透射光，被轉(zhuǎn)換成每個(gè)大體上具有與上面同樣偏振狀態(tài)的偏振狀態(tài)。
上偏光器的吸收軸設(shè)在圖31中點(diǎn)A方位的一半。由于在本例中上偏光器對(duì)具有550nm波長(zhǎng)的透射光的吸收率為最大，故在陰影顯示時(shí)的透射率減小，且對(duì)比度得以改進(jìn)。
在上偏光器的吸收軸與下定向?qū)佣ㄏ蜻^(guò)程的方向之間的角度在40°至50°的范圍內(nèi)的情況下，A點(diǎn)的方位角由實(shí)驗(yàn)獲得為(350°-2a-θ)。從而上偏光器吸收軸的方位角可表示如下175°-a-θ/2…………………(28)在以上提及的扭轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，上偏光器的吸收軸的方位角在—10°至35°的范圍之中。
移相片的光程差在按如上所述確定的下偏光器吸收軸的方位角移相片的光程差軸的方位角以及上偏光器吸收軸的方位角中，都是變化的，并且在沿液晶顯示基片平面法線方向亮顯示時(shí)，透射光譜的無(wú)色度，可通過(guò)使用其中色差很均勻的UCS色度坐標(biāo)系估算。
假定C光源的坐標(biāo)(U0＝0.201，V0=0.460)為完全無(wú)色。無(wú)色程度W借助使用與C光源坐標(biāo)的距離由下式來(lái)確定。W=[(U-U0)2+(V-V0)2]……(29)]]>無(wú)須說(shuō)，透射光譜隨著W變小而變?yōu)闊o(wú)色。
無(wú)色程度W與移相片的光程差間的關(guān)系如圖32中所示。從圖32很清楚，當(dāng)光程差為320nm至420nm的范圍內(nèi)時(shí)，無(wú)色程度W等于0.02或更少，從而在基片面法線方向獲得了獲得足夠的透射光譜的無(wú)色狀態(tài)。
由于在此范圍內(nèi)對(duì)比度為10∶1或更大，而在亮顯示時(shí)的傳遞比為28％或更大，不用說(shuō)，對(duì)比度和透射率充分滿(mǎn)足了所需性能。
再者，通過(guò)改變液晶層的△nd(散裝狀態(tài)液晶材料的△n與液晶層厚度d的積)，可以測(cè)量無(wú)色程度W。因此，如圖33中所示，取得了在任何△nd時(shí)等于0.02或更少的無(wú)色程度W。
如以上所提到的，沿基片面法線方向的透射光譜已成為無(wú)色，且獲得了高透射率和高對(duì)比度。
現(xiàn)在敘述使沿光線入射方向的透射光譜成為無(wú)色的一種情況。
首先考慮反射式液晶顯示裝置的使用環(huán)境，并規(guī)定光線入射方向。
假定是在辦公室使用反射式液晶顯示裝置的情形，光線通常從上方射來(lái)。用戶(hù)通過(guò)傾斜反射式液晶顯示裝置至一定程度而使用它。
在本例中，方位角通在水平方向設(shè)為0°，從而視角特征是在左右對(duì)稱(chēng)，傾角被設(shè)置為，例如，30°。
天花板上的多個(gè)燈飾是這樣狀態(tài)的光源，即光線入射方向的方位角約為90°，且仰角約為30°至60°。
在反射式液晶顯示裝置在非辦公室條件下使用的場(chǎng)合，例如，反射式液晶顯示裝置裝在便攜式信息終端上并在外面使用時(shí)，入射光方向被認(rèn)為大體上是同樣的方向。
當(dāng)無(wú)色程度W為0.04或更少時(shí)，可感覺(jué)到顯示幾乎無(wú)色。
另一方面，如表達(dá)式(22)所示，由于反射式液晶顯示裝置的顯示顏色，是由光線入射時(shí)的透射光譜與在光線反射時(shí)的透射光譜的積所決定的，即使無(wú)色程度W為0.04或更少，在它們兩者的主波長(zhǎng)接近時(shí)，色度加重且兩透射光譜之積的無(wú)色程度W超過(guò)0.04。
因此，在本實(shí)施例是，為了甚至在光入射和光反射時(shí)透射光譜的波長(zhǎng)占優(yōu)勢(shì)情況下防止有色，尋找到一種條件，在這種條件下所有光譜的任何一個(gè)無(wú)色程度W都等于0.02或更少。
對(duì)于在基片面法線方向亮顯示時(shí)的透射光譜，W＝0.003。
對(duì)于移相片7，若移相片在兩電光主軸(在一個(gè)平面內(nèi)正交)方向的折射率設(shè)為nx和ny(nX＞nY)，且移相片厚度方向的折射率設(shè)為nz時(shí)，由下面的等式(30)確定移相片的特征值n3，即n3=(nz-nx)/(ny-nx)……(30)
使用(30)并通過(guò)改變特征值n3，可以測(cè)量入射光透射光譜的無(wú)色程度W。從而得出了在圖35中所示的結(jié)果。
就是說(shuō)，當(dāng)移相片的特征值n3為正時(shí)，W值大，并且透射光譜的主波長(zhǎng)大約為605nm，幾乎為棕色。
從而，本例中的指數(shù)橢球看起來(lái)象如圖36中所示的橄欖球。
當(dāng)特征值n3減小時(shí)，W值也減小。在特征值n3為0.3或更小的區(qū)域內(nèi)，W為0.02或更小。透射光譜在這一區(qū)域幾乎無(wú)色。
本例中的指數(shù)橢球是如圖37中所示的圓透鏡形狀。雖然在圖37中沒(méi)有明白示出，但它已是預(yù)料中的半球形。
因此，在本實(shí)施例中，移相片7是以這種方式構(gòu)造的，由表達(dá)式(30)確定的特征值n3為0.3或更小，從而使液晶顯示器的透射光譜在光入射方向和光反射方向同時(shí)無(wú)色。
裝有根據(jù)實(shí)施例21的反射式液晶顯示裝置的筆記本式個(gè)人電腦，以30°傾角放在辦公室桌上。顯示狀態(tài)系從液晶顯示裝置的平面法線方向觀察。
偏光器和移相片置于如上所述范圍內(nèi)的光學(xué)條件下，就是說(shuō)，在圖28中，上偏光器8的吸收軸的方位角為20°，下偏光器11的吸收軸的方位角為165°，移相片7對(duì)550nm波長(zhǎng)的光程差等于380nm，軸(slowaxis)的方位角為60°，并且特征值n3從而等于0.01。
結(jié)果，液晶顯示裝置在光入射方向(方位角為90°而仰角為30°至60°)和光反射方向(仰角為0°)的透射光譜的無(wú)色程度W，分別為0.010和0.010。
亮顯示時(shí)的顯示狀態(tài)幾乎無(wú)色。在本例中，表面亮度為65cd/m2且產(chǎn)生5∶1的對(duì)比度。
根據(jù)實(shí)施例17，液晶顯示裝置在主光線入射方向和光線反射方向的透光譜可以做到無(wú)色。從而得到具有高亮度的無(wú)色顯示，結(jié)果可以得到具有良好可視度的反射式液晶顯示裝置。
作為對(duì)照，現(xiàn)在考慮在實(shí)施例17的液晶顯示裝置中再設(shè)移相片的特征值n3為1.0的情況。
在主光線入射方向(方位角為90°，仰角為30°至60°)和光線反射方向的無(wú)色程度W分別為0.065和0.010。
當(dāng)液晶顯示裝置被同樣地裝在筆記本型個(gè)人電腦且電腦放在辦公室桌上使用時(shí)，光線顯示為棕色，而亮顯示時(shí)的表面亮度為40cd/m2，對(duì)比度為3∶1。
當(dāng)進(jìn)一步觀察細(xì)節(jié)時(shí)，雖然在主光線入射方向的透射光譜是無(wú)色的，但在主光線反射方向的透射光譜卻是有色的。眾所周知，光線顯示因而為棕色。
在與以上相似的方式中，在作為對(duì)照實(shí)施例21的液晶顯示裝置中，還將移相片的光程差定為120nm。在主光線入射方向(方位角為90°而仰角為30°至60°)和光線反射方向(仰角為0°)的透射光譜的無(wú)色程度W分別為0.035和0.041。
結(jié)果，當(dāng)液晶顯示裝置被同樣地裝在筆記本型個(gè)人電腦上，電腦放在辦公室的桌上且觀察顯示顏色時(shí)，因?yàn)樵诖饲闆r下在主光線入射方向和光線反射方向的透射光譜兩者都是帶色的，所以光線顯示為紫色。光線顯示的表面亮度為20cd/m2，且獲得的對(duì)比度僅為2∶1。
不用說(shuō)，如果在反射式液晶顯示裝置中，在主光線入射方向和光線反射方向的透射光譜兩者不能成為無(wú)色，則不能獲得具有高亮度的無(wú)色顯示。
實(shí)施例18在實(shí)施例18中，所使用的定向反射器與實(shí)施例21中的定向反射器一樣，且多個(gè)反射面與液晶顯示的平面之間的角度設(shè)為0°、10°和20°三個(gè)值。其它構(gòu)造大體上與實(shí)施例17中的相同。
在實(shí)施例22中，主入射光方向的方位角為90°，且仰角為20°至60°。光線反射方向的仰角為0°，且透射光譜的無(wú)色程度W分別為0.010和0.010。
根據(jù)實(shí)施例18的反射式液晶顯示裝置安裝在便攜式信息終端上，且該終端隨身帶在外面使用。
當(dāng)通過(guò)改變各種角度等等觀察顯示顏色時(shí)，在任何情況下光線顯示幾乎是無(wú)色的。
另一方面，光線顯示的表面亮度基本上根據(jù)使用條件改變，并等于210至400cd/m2，能在任何場(chǎng)合使用。獲得5∶1的對(duì)比度。
同樣，在實(shí)施例18中，通過(guò)使液晶顯示裝置在主光線入射方向和光線反射方向的透射光譜無(wú)色，可以獲得具有高亮度的無(wú)色顯示。
由于在實(shí)施例18中，定向反射器的反射面的角度設(shè)有為三個(gè)不同角度即0°、10°和20°，光線入射方向被擴(kuò)寬了，因而可以適應(yīng)更廣泛的使用條件。
實(shí)施例19在實(shí)施例19中，雖然使用的定向反射器與實(shí)施例17中的相似，但是反射面不是很平滑的面，而是這樣的一種反射器，即在每個(gè)反射面上存在微小反射面，從而形成一個(gè)光線散射面。其余構(gòu)造基本上一樣。
在制造定向反射器時(shí)，通過(guò)使用噴砂處理過(guò)的模具來(lái)形成光線散射面。
同樣，在實(shí)施例19中，在主光線入射方向(方位為90°，仰角為20°至70°)和在線反射方向(仰角為0°)的透射光譜的無(wú)色程度W分別為0.015和0.010。
當(dāng)根據(jù)實(shí)施例19的反射式液晶顯示裝置被裝在筆記本型個(gè)人電腦上時(shí)，電腦放在辦公室桌上，液晶顯示裝置以30°角傾斜，而且從液晶顯示裝置平面的法線方向觀察顯示裝置。
可以肯定獲得幾乎無(wú)色的光線顯示。光線顯示時(shí)的表面亮度為60cd/m2且對(duì)比度為5∶1，因而不用說(shuō)可以獲得足夠的性能。
實(shí)施例20在實(shí)施例20中，改變實(shí)施例19中構(gòu)成光線散射面的定向反射器的橫截面形狀，在反射面與液晶顯示平面的法線之間的角度設(shè)為0°、10°和20°三種。其它構(gòu)造基本上一樣。
在主光線入射方向(方位角為90°，仰角為20°至60°)和光線反射方向(仰角為0°)的透射光譜的無(wú)色程度W，分別為0.010和0.010。
當(dāng)根據(jù)實(shí)施例20的反射式液晶顯示裝置被裝在一便攜式信息終端上，該終端隨身帶在外面使用，并且通過(guò)改變各種角度來(lái)觀察顯示顏色等等時(shí)，在任何場(chǎng)合都可以獲得幾乎是無(wú)色的光線顯示。
盡管光線顯示的表面亮度基本上根據(jù)使用條件改變，并且等于180至450cd/m2，這一亮度在任何場(chǎng)合下都能使用，且在此情況下對(duì)比度等于5∶1。
因此，根據(jù)實(shí)施例20，可以獲得具有良好可視度和高亮度的無(wú)色顯示。
由于反射面具有三個(gè)不同角度并且還具有光線散射性能，所以擴(kuò)寬了光線入射方向，從而該液晶顯示裝置可以適應(yīng)更廣泛的使用條件。
實(shí)施例21在實(shí)施例21中，在實(shí)施例21中的反射式液晶顯示裝置的相移片7的特征值n3定為-0.01。其它構(gòu)造大體上一樣。
在實(shí)施例21中，在主光線入射方向(方位角為90°，仰角為30°至60°)和光線反射方向(仰角為0°)的透射光譜的無(wú)色程度W分別為0.009和0.010。
裝有根據(jù)本實(shí)施例21的反射式液晶顯示裝置的筆記本型個(gè)人電腦，以30°傾角放在辦公室桌上，并從液晶顯示面的法線方向觀察顯示狀態(tài)時(shí)，獲得幾乎無(wú)色的亮顯示。
在這種情況下亮顯示時(shí)的表面亮度為65cd/m2，對(duì)比度為5∶1。
因而不用說(shuō)，在實(shí)施例21中通過(guò)使液晶顯示裝置的主光線入射方向和光線反射方向的透射光譜無(wú)色，同樣可以獲得具有高輝度的無(wú)色顯示。
實(shí)施例22在圖31中，當(dāng)移相片的光程差定為大約600nm時(shí)，表示波長(zhǎng)為550nm的透射光偏振狀態(tài)的一點(diǎn)，移到了與圖31中所示(S1，S2)面相交的直線上的一點(diǎn)B。具有其它波長(zhǎng)的透射光被轉(zhuǎn)換至大體上等于上述偏振狀態(tài)的偏振狀態(tài)。
假定上偏光器的吸收軸設(shè)為圖31中點(diǎn)B方位的Y2。
在下偏光器的吸收軸與下定向?qū)佣ㄏ蜻^(guò)程的方向之間的角度在40°至50°范圍內(nèi)的情況下，用實(shí)驗(yàn)方法獲得點(diǎn)B的方位角為(370°-θ-2a)。
上偏光器的吸收軸的方位角由下式表示。
185°-θ/2+a……(31)在范圍為200°至270°的扭轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，上偏光器吸收軸的方位角必然在-20°至20°范圍內(nèi)。
在此情況下特征值n3與無(wú)色程度W的關(guān)系如圖38所示。雖然曲線的傾斜不同，但可看出其趨勢(shì)與圖35所示的相似。
就是說(shuō)，當(dāng)特征值n3為正時(shí)，無(wú)色程度W變大，且透射光譜為黃色(主波長(zhǎng)約為585nm)。在特征值n3大約等于0.3或更小的區(qū)域中，不用說(shuō)，無(wú)色程度W為0.02或更小，且透射光譜是無(wú)色的。
如上面所提到的，在決定下偏光器吸收軸的方位角，移相片軸(slowaxis)的方位角，以及上偏光器吸收軸的方位角之后，移相片的光程差的變化及液晶顯示基片面法線方向亮顯示的色調(diào)估算如下在這種情況下無(wú)色程度W對(duì)移相片光程差的依賴(lài)關(guān)系如39中所示。當(dāng)光程差在540至680nm范圍時(shí)，無(wú)色程度W為0.02或更小，且沿基片面法線方向的透射光譜幾乎是無(wú)色的。
在這樣一個(gè)范圍內(nèi)，對(duì)比度為8∶1或更大并在光顯示時(shí)透射率為25％或更大，而且在任何情況下都能獲得足夠的值。
當(dāng)通過(guò)改變液晶層的△nd(散裝狀態(tài)液晶材料的△n與液晶層厚度d之積)來(lái)測(cè)量無(wú)色程度W時(shí)，無(wú)色程度W在任何△nd時(shí)都為0.02或更小。
同樣，在以上情況中，在基片面法線方向的透射光譜成為無(wú)色的，而且獲得高透射率和高對(duì)比度。
作為實(shí)施例22，實(shí)施例17中移相片7的光程差和上偏光器8吸收軸的方位的改變至通過(guò)上面的實(shí)驗(yàn)所獲得的范圍之內(nèi)的值，并且移相片7的550nm波長(zhǎng)情形下的光程差定為600nm，且上偏光器8吸收軸的方位角置為105°之后，觀察顯示狀態(tài)。
在主光線入射方向的方位角設(shè)為90°，仰角設(shè)為30°至60°，且在光線反射方向的仰角設(shè)為0°。透射譜的無(wú)色程度W分別為0.012和0.003，且亮顯示幾乎是無(wú)色的。光線顯示時(shí)的表面亮度為60cd/m2，且對(duì)比度為6∶1。
同樣，根據(jù)實(shí)施例22，在主光線入射方向和光線反射方向的透射光譜可以成為無(wú)色的，而且可以獲得具有顯示為無(wú)色的優(yōu)良可視度和高亮度顯示的高效反射式液晶顯示裝置。
作為對(duì)照，當(dāng)在實(shí)施例22中再移相片7的特征值n3置為1.0時(shí)，在主光線入射方向(方位角為90°，仰角為30°至60°)和光線反射方向(仰角為0°)的透射光譜的無(wú)色程度W分別是0.100和0.010。
盡管沿主光線入射方向的透射光譜是無(wú)色的，但在主光線反射方向的透射光譜是有色的。當(dāng)觀察顯示顏色時(shí)，光線顯示為棕色。
從而，對(duì)于60cd/m2的表面亮度，對(duì)比度僅為3∶1。同樣，在這種情況下，發(fā)現(xiàn)如果沿主光線入射方向和光線反射方向的透射光譜不同時(shí)為無(wú)色的，不能獲得具有高亮度的無(wú)色顯示。
作為對(duì)照，還將實(shí)施例22中液晶顯示裝置的移相片的光程差設(shè)為500nm。
在這種情況下，在主光線入射方向(方位角為90°，仰角為30°至60°)的透射光譜的無(wú)色程度W為0.044，而在光線反射方向(仰角為0°)的透射光譜的無(wú)色程度W為0.029。
在將這樣的液晶顯示裝置裝筆記本型個(gè)人電腦上，并將該電腦放置在辦公室的桌上，觀察顯示顏色時(shí)，由于在主光線入射方向和光線反射方向的兩個(gè)透射光譜都是有色的，所以光線顯示為綠色，而且在光線顯示時(shí)的表面亮度為55cd/m2，且僅僅獲得2∶1的對(duì)比度。
從這種情況也可以明白，如果在主光線入射方向和光線反射方向的透射光譜不是同為無(wú)色的，就不能獲得具有高亮度的無(wú)色顯示。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樵谥鞴饩€入射方向和光線反射方向的透射光譜兩者能同時(shí)成為無(wú)色的，所以能輕松獲得具有顯示為無(wú)色高可視度和高亮度的反射式液晶顯示裝置。
權(quán)利要求
1.一種反射式液晶顯示裝置，包括一個(gè)反射器，以及一個(gè)通過(guò)疊合上和下定向?qū)?，上和下電極，上和下基片，以及整齊布置在液晶層上方和下方使之分別面向?qū)Ψ降纳虾拖缕馄鞫鴺?gòu)成的液晶元，其中所述液晶元具有視角相關(guān)性，對(duì)于以所要求角度入射的光線，暗顯示區(qū)向亮顯示區(qū)的透射率在其所要求的方位角可以變得小于2，以及所述要求的方位角的方向與主光源光線入射到所述液晶元的方向?qū)R。
2.一種反射式液晶顯示裝置，包括一個(gè)反射器，以及一個(gè)通過(guò)疊合上和下定向?qū)?，上和下電極，上和下基片，以及整齊布置在液晶層上方和下方使之分別面向?qū)Ψ降纳虾拖缕馄鞫鴺?gòu)成的液晶元，其中所述液晶元具有視角相關(guān)性，對(duì)于以所要求角度入射的光線，暗顯示區(qū)向亮顯示區(qū)的透射率在其所要求的方位角可以變得小于2，以及所述要求的方位角的方向，對(duì)準(zhǔn)到所述液晶元的顯示面上90°用戶(hù)方位角的方向。
3.一種反射式液晶顯示裝置，包括一個(gè)反射器，以及一個(gè)通過(guò)疊合上和下定向?qū)?，上和下電極，上和下基片，以及整齊布置在液晶層上方和下方使之分別面向?qū)Ψ降纳虾拖缕馄鞫鴺?gòu)成的液晶元，其中所述液晶元具有視角相關(guān)性，對(duì)于以所要求角度入射的線，暗顯示區(qū)向亮顯示區(qū)的透射率在其所要求的方位角可以變得小于2，以及所述要求的方位角的方向，與反射式液晶顯示裝置的水平方向?qū)?zhǔn)。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求2或3的反射式液晶顯示裝置，其中所述反射器在±10°的用戶(hù)視方向，反射入射到所述液晶元的主光源光線。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求2或3的反射式液晶顯示裝置，其中所述反射器在20°用戶(hù)視角的方向，反射入射到所述液晶屏的主光源光線。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求2或3的反射式液晶顯示裝置，其中在所述下偏光器和所述反射器之間提供一個(gè)光線散射層。
7.一種反射式液晶顯示裝置，包括一個(gè)按序疊合偏光器，一個(gè)上基片，一個(gè)上電極，一個(gè)上定向?qū)?，一個(gè)液晶層，一個(gè)下定向?qū)?，一個(gè)下電極，以及一個(gè)下基片形成的液晶元，其中所述反射器是在所述下電極和所述下基片之間形成，使得它可以在±10°用戶(hù)視方向反射入射到所述液晶元的主光源光線，以及一個(gè)形成于所述上基片和所述反射器之間的濾色器。
8.一種反射式液晶顯示裝置，包括一個(gè)按順序疊合偏器，一個(gè)上基片，一個(gè)上電極，一個(gè)上定向?qū)?，一個(gè)液晶層，一個(gè)下定向?qū)?，一個(gè)下電極，以及一個(gè)下基片形成的液晶元，其中所述反射器是在所述下電極和所述下基片之間形成，從而它可以在20°的用戶(hù)視角方向反射入射到所述液晶元的主光源光線，以及一個(gè)形成于所述上基片和所述反射器之間的濾色片。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求7或8的反射式液晶顯示裝置，其中所述液晶元具有視角相關(guān)性，對(duì)于以所要求的角度入射的光線的光線在所要求的方位角獲得最接近于1的對(duì)比度，以及一個(gè)方位角的方向，對(duì)準(zhǔn)到所述液晶元的顯示面上90°用戶(hù)方位角的方向。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求2，3或9的反射式液晶顯示裝置，其中所述反射層表面傾角在10°和35°之內(nèi)。
11.一種反射式液晶顯示裝置，包括一個(gè)按順序疊合偏光器，一個(gè)上基片，一個(gè)上電極，一個(gè)上定向?qū)?，一個(gè)液晶層，一個(gè)下定向?qū)?，一個(gè)下電極，以及一個(gè)下基片形成的液晶元，其中所述液晶層的分軸，在一個(gè)電壓施加到所述液晶層時(shí)，對(duì)準(zhǔn)到垂直于入射到所述液晶元的主光源的方向。
12.一種反射式液晶顯示裝置，包括二個(gè)透明基片，配置在液晶層的表面一側(cè)和后面一側(cè)，相互面對(duì)面夾住一個(gè)液晶層；一個(gè)移相片，布置在表面一側(cè)所述透明基片的外表面上；一個(gè)表面?zhèn)鹊钠馄?，布置在所述移相片的外表面上；一個(gè)后面?zhèn)鹊钠馄?，布置在后面一?cè)所述透明基片的外側(cè)；以及一個(gè)定向反射器，布置在所述后面一側(cè)的偏光器的外側(cè)，其中當(dāng)所述移相片在兩條電光主軸方向(在所述移相片的一個(gè)平面中正交)的折射率設(shè)為nX和nY(nX＞nY)，并且沿所述移相片厚度方向的折射率被設(shè)置為nz時(shí)，確定所述移相片的折射數(shù)特征值以滿(mǎn)足下式0.3≥(nz-nx)/(ny-nx)
13.一種根據(jù)權(quán)利要求12的反射式液晶顯示裝置，其中當(dāng)所述移相片的光程差在320nm至420nm的范圍之內(nèi)時(shí)，而且平分布置在所述透明基片的相向面的兩定向?qū)拥亩ㄏ蜻^(guò)程方向的方向，定為0°方位，而且在從所述上透明基片外部觀察時(shí)，逆時(shí)針?lè)较蚨x方位角，所述下偏光器吸收軸的方位角在140°至185°的范圍之內(nèi)；所述移相片慢軸(S10Waxis)的方位角在45°至80°的范圍之內(nèi)；以及所述上偏光器吸收軸的方位角在-10°至35°的范圍之內(nèi)。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求12的反射式液晶顯示裝置，當(dāng)所述移相片的光程差在540nm至680nm的范圍之內(nèi)時(shí)，而且平分布置在所述透明基片的相向面的兩定向?qū)拥亩ㄏ蜻^(guò)程方向的方向定為0°方位，而且在從所述上透明基片外部觀察時(shí)，逆時(shí)針?lè)较蚨x方位角。所述下偏光器吸收軸的方位角在140°至185°的范圍之內(nèi)；所述移相片慢軸(slowaxis)的方位角在45°至80°的范圍之內(nèi)；以及所述上偏光器吸收軸的方位角在90°至35°的范圍之內(nèi)。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求12的反射式液晶顯示裝置，其中所述定向反射器具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的不同角度的反射面。
16.一種根據(jù)權(quán)利要求12的反射式液晶顯示裝置，所述定向反射器是借助具有光散射性能的反射面構(gòu)造的。
全文摘要
一種反射式液晶顯示裝置，包括一個(gè)通過(guò)疊合上和下定向?qū)?1、21，上和下電極14、24，上和下基片12、22，上和下偏光器13、23，以及液晶層10而形成的液晶元。液晶元具有視角相關(guān)性，對(duì)于以所要求角度入射的線，暗顯示區(qū)向與亮顯示區(qū)的透射率在其所要求的方位角可變得小于2，而且要求的方位角的方向與入射到液晶元的主光源的方向一致。
文檔編號(hào)G02F1/1333GK1162756SQ96100549
公開(kāi)日1997年10月22日 申請(qǐng)日期1996年4月4日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月4日
發(fā)明者伊東理, 近藤克己, 檜山郁夫, 藤井達(dá)久, 菊地直樹(shù), 平方純一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所