CN1129808C - 液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是防止液晶显示装置在白显示状态及黑显示状态中出现颜色偏移。液晶显示装置包括单个偏振层、单个相位延迟层、反射层和液晶层，利用从反射层反射的光产生显示。基于入射光的波长λ，相位延迟层的延迟值ReF选为约等于(1/4+K/2)λ，液晶层的延迟值ReL选为约等于(1/2+L/2)λ(K＝0，1，2，…；L＝0，1，2，…)。偏振层的吸收轴AP与相位延迟层的延迟轴AF的角度Δφ设定为0°＜Δφ＜45°或者45°＜Δφ＜90°。这防止液晶显示装置在白显示状态和黑显示状态中的颜色漂移，提高对比度。

Description

液晶显示装置
技术领域
本发明涉及利用从反射层反射的光产生显示的液晶显示装置，尤其涉及黑白显示颜色二者均是消色差颜色以及在白色显示状态中反射率高和在黑色显示状态中反射率低的液晶显示装置。
背景技术
同其它类型的显示器相比液晶显示器既薄又轻，被广泛地使用在各种应用领域中，包括便携信息终端的显示器。液晶显示器含有液晶盒作为接收光型显示元件。液晶盒本身并不发射光，而是通过受1至9伏工作电压的驱动而改变其透光特性产生显示。于是，利用装在液晶下方的反射器反射环境光而显示图象的反射模式液晶显示器属于功耗极低的显示装置。众所周知，如果在液晶显示装置中采用超扭曲向列(STN)液晶盒，那么，液晶显示装置的价格可以下降，因为液晶显示装置的结构可以得到简化。
通常，STN反射型液晶显示器利用光学双折射，而扭曲向列(TN)反射型液晶显示器利用光学旋转本领。因此，在STN反射型液晶显示器中，光学补偿是困难的，因为出射光的偏振状态随液晶层中双折射量而改变。正如图9所示，现有的STN反射型液晶显示装置1包括夹在两个偏振片4和5之间的液晶盒3，以增强光学补偿。在如图9所示的液晶显示装置1中，相位延迟板6插在液晶盒3与第一偏振片4之间。第二偏振片5位于反射器7与液晶盒3之间。液晶盒3是通过将液晶层8夹在两个透明基板9和10之间而构造的。每个基板9，10包括形成基板底座的对准薄膜和电极。
当利用彩色滤光片构造为彩色显示器时，采用两个偏振片的反射型液晶显示装置1涉及到由于与彩色滤光片相关的光损耗难以获得足以提供充足显示亮度的光学反射率。此外，在反射型液晶显示装置1中，由于两个偏振片4和5安装在液晶盒3的外侧，反射器7也不得不安装在液晶盒3的外侧。结果，由于在第二偏振片5一侧上存在液晶盒3的基板10，引起光损耗。
在利用两个偏振片的反射型液晶显示装置1中，厚度约1mm的基板10和厚度约0.2mm的第二偏振片5并插在反射器7和与液晶层8之间。因此，当光斜入射在图9的液晶显示装置1上时，正如图10所示，被反射的入射光通过的象素不同于入射光进入液晶盒时通过的象素。在这种情况中，如果透视观看反射型液晶显示装置1，那么，将会看到引起视差，以致于被显示物体的阴影16投影在反射器7上。由这种视差引起的可视能力差也是图9的反射型液晶显示装置1的问题。
鉴于以上情况，正如图11所示，提出一种液晶显示装置11，其中省略了一种偏振片，以实现对应于的省略一个偏振片的亮度的提高。在图11中，采用相同的参考标号表示与图9相同的构成元件，这里将不给出其示例性描述。在图11的反射型液晶显示装置中，仅在与反射器相对的液晶盒3的侧面上安排一个偏振片4，第二偏振片5被省略。申请人在日本未审定专利公报JP-A7-84252(1995)中提议了一种反射型液晶显示装置，它仅有一个偏振片，其特征在于在液晶盒3中提供反射器7。具体图11所示结构的反射型液晶显示装置11因此能够消除由于在第一偏振片5一侧存在液晶盒3的基板10而引起的光损耗的问题。在日本未审定专利公报JP-A10-161110(1998)和JP-A10-170906(1998)也揭示了反射器7设置在液晶盒3中的这种反射型液晶显示装置。在图11的反射型液晶显示装置中，由于在液晶层8与反射器7之间不存在基板底座和第二偏振片5，还解决了由视差引起的可视能力差的问题。
图12A是说明在图9所示的具有两个偏振片的反射型液晶显示装置1中如何出现光损耗的示意图。图12B是说明在图11所示的具有单个偏振片的反射型液晶显示装置11中如何减少光损耗的示意图。假设每个偏振片的光的透射率为45％，平行于偏振片吸收轴的偏振分量的透射率为0％，给出对图12A和12B的解释。此外，在图12A和12B的解释中，不考虑进入彩色滤光片的光吸收。在图12A和12B的例子中，在正交于偏振片吸收轴的偏振分量中，它占入射光的50％，10％被偏振片所吸收，这意味着每个偏振片，正交于吸收轴的偏振分量的透射率是90％。
在图9所示的采用两个偏振片的反射型液晶显示装置1中，由于装置1上的入射光是在总共四次通过偏振片后从其出射的，因此反射率为32.8％，正如由表达式(1)表示的。另一方面，在图1所示的仅采用一个偏振片以及反射器设置在液晶盒3中的反射型液晶显示装置11中，装置11上的入射光是在两次通过偏振片后从其出射的，因此，反射率为40.5％，正如表达式(2)表示的。正如从以上结果看出的，仅有一个偏振片的反射型液晶显示装置11比具有两个偏振片的反射型液晶显示装置1在反射率上具有提高约23.5％的潜力。
图9所示的液晶显示装置的反射率
＝0.9×0.9×0.9×0.9×50％＝32.8％         (1)
图11所示的液晶显示装置的反射率
＝0.9×0.9×50％＝40.5％                   (2)
然而，在仅有一个偏振片和一个反射器的液晶显示装置11中，省略一个偏振片使得光学补偿变得更困难，引起应当为白或黑的显示背景颜色漂移。具体地说，在利用光学双折射的STN液晶盒的情况中，与利用光学旋转本领的TN液晶盒的情况相比，颜色漂移变得明显。在采用STN液晶盒和具有单个偏振片的反射型液晶显示装置11中，颜色漂移是必须要解决的一个主要问题。
日本未审定专利公报JP-A4-97121(1992)揭示了解决具有单个偏振片的反射型液晶显示装置中的颜色漂移问题。JP-A4-97121中揭示的反射型液晶显示装置除了形成液晶盒的液晶外包括至少一个光学各向异性层，以便消除当显示装置以反射STN模式工作时出现的颜色漂移。光学各向异性层是利用单轴定向聚合物薄膜实现的，其作用象相位延迟层一样。当从液晶显示装置的水平方向增加视角时，液晶盒的摩擦方向是这样确定的，单轴定向薄膜的取向方向，即相位延迟层的延迟轴可以安排成平行于显示屏的水平方向。当增大液晶显示装置的对比度时，摩擦方向是这样确定的，延迟轴可以安排成平行于显示屏的垂直方向。在JP-A4-97121中，偏振片的吸收轴与相位延迟板的延迟轴的角度与液晶层和相位延迟层的延迟值的组合分别是(18°，810nm，310nm)，(11°，730nm，370nm)，或者(75°，690nm，360nm)。
本申请人在JP-A7-84252中还揭示了一种通过消除在具有单个偏振片的反射型液晶显示装置上显示中间色调时出现的颜色漂移而消除显示颜色色差的技术。为了防止由液晶的双折射特性引起的颜色漂移，JP-A7-84252中揭示的反射型液晶显示装置除了形成液晶盒的液晶外还包括光学相位补偿构件，它是由至少一个光学各向异性层形成的相位延迟板。使液晶的延迟值、光学相位补偿构件的延迟值、偏振片的偏振轴方向、光学相位补偿构件的延迟轴方向和液晶分子的取向方向实现最佳化，以防止在显示中间色调时出现的颜色漂移。在JP-A4-84252中，偏振片的吸收轴与相位延迟板的延迟轴的角度与液晶层和相位延迟层的延迟值的组合分别是(85°，650nm，350nm)和(25°，650nm，350nm)。
为了使采用单个偏振片和相位延迟板的这种反射型液晶显示装置11最佳化，以下的最佳化理论一般是公知的。当液晶层的延迟值dΔn与相位延迟板的延迟值之间的差约为四分之一波长的整数倍(对于所有的可见光波长)时，那么，光在偏振片与反射器之间往返行程的光程差约为二分之一波长的整数倍(对于可见光的每一个波长)。因此，理论上光被偏振片阻挡或者透射。于是，采用分别具有以上定义的延迟值的相位延迟板和偏振片的反射型液晶显示装置能够产生低反射率的理想暗显示状态或高反射率的理想亮显示状态。
反射液晶显示器的以上最佳化理论对于液晶盒中液晶分子均匀对准的情况早就已知，正如日本未审定公报JP-A6-337414(1994)中描述的。在JP-A6-337414中所揭示的液晶显示装置中，液晶盒中的液晶分子是对准的，提供与180°至270°扭转角度对准的TN液晶分子，即STN对准，以便消除基于以上最佳化理论最佳化的反射型液晶显示装置对观看角度的依赖性。在JP-A6-337414中所揭示的液晶显示装置中，偏振片的吸收轴与相位延迟板的延迟轴的角度与液晶层和相位延迟层的延迟值的组合分别是(0°，1090nm，320nm)或(90°，1090nm，320nm)，即吸收轴和延迟轴彼此平行或者正交。
本申请人在日本未审定专利公报JP-A7-146469(1995)中还提出一种基于以上最佳化理论的具有单个偏振片和相位延迟板的反射型液晶显示装置。在JP-A7-146469中所揭示的液晶显示装置中，偏振片安排在液晶盒的一侧，反射器安排在液晶盒的另一侧，作为相位延迟板的四分之一波片插在反射器与液晶盒另一侧之间。在这个液晶显示装置中，使液晶的延迟值、偏振片的偏振轴方向、四分之一波片的延迟轴方向和液晶分子的长轴方向最佳化，以消除颜色漂移和同时改善对比度。这种液晶显示装置当在液晶层上施加电压，以致于液晶层中的双折射量变为约等于四分之一波长时产生白显示，当在液晶层上施加电压，以致于液晶层中的双折射量变为约等于0时产生黑显示。
日本未审定专利公报JP-A10-123505(1998)揭示了一种防止由基于以上最佳化理论设计的反射型液晶显示装置的液晶层中双折射量对波长依赖性引起的颜色漂移的技术。JP-A10-123505中所揭示的液晶显示装置包括安排在液晶盒一侧上的偏振片、放置在液晶层与液晶盒另一侧基板之间的反射器和置于偏振片与液晶盒一侧之间的作为相位延迟板的补偿板，对液晶层作光学补偿。补偿板是这样构造的，即补偿板中双折射率量对波长的依赖性与液晶层中双折射量对波长的依赖性相匹配，液晶层中双折射量对波长的依赖性被补偿层所抵消。这种补偿板是利用单轴定向薄膜实现的。在JP-A10-123505中，偏振片的吸收轴与补偿板的延迟轴的角度为45°或135°。
如上所述，利用单个偏振片的反射型液晶显示装置采用由单个单轴定向薄膜形成的相位延迟板，防止颜色漂移。能够由一个单轴定向薄膜获得的防止颜色漂移的补偿效应小于消除液晶显示器中颜色漂移所要求的补偿效应。日本未审定专利公报JP-A10-170906(1998)、JP-A10-232390(1998)、JP-A9-292610(1997)和JP-A9-43596(1997)揭示了采用两个或多个相位延迟板防止颜色漂移的反射型液晶显示装置。这种两个或多个相位延迟板各由单个相位延迟层构成，与通过将多个相位延迟层一个堆叠在另一个上并将这些层组合成单个板而构成的这种相位延迟板不同。当利用两个或多个相位延迟板时，液晶显示装置的总成本随所用的相位延迟板的数目的增加而增大。于是，采用单个相位延迟板的这种液晶显示装置能够节省制造成本，因此与采用两个或多个相位延迟板的这种装置相比在成本上是有利的。
对于上述的原因，采用单个相位延迟板和单个偏振片的这种液晶显示装置现在受到关注，正在进行深入研究工作，目标是使采用单个偏振片和单个相位延迟板的这种液晶显示装置进一步最佳化。然而，在利用单个偏振片和单个相位延迟板构造的液晶显示装置的情况中，尤其是采用STN液晶盒的液晶显示装置中，当单个相位延迟板是由单个液晶层形成时，对双折射量对波长依赖性的光学补偿变困难。由于这一原因，在以上引用的专利公报中所揭示的任何液晶显示装置在白显示的亮度、对比度和黑白显示颜色的消色差上，并不能达到令人满意的实用水平。
发明内容
本发明的目的是提供一种液晶显示装置，包括单个偏振层和单个相位延迟层，利用反射光，能够实现明亮的白色显示和高对比度，同时实现黑白显示彩色的消色差。
本发明提供一种液晶显示装置，包括
仅让入射光的线性偏振分量透过的单个偏振层，所述线性偏振分量在预定方向上偏振；
对光产生反射的反射层；
设置在偏振层与反射层之间的单个相位延迟层；及
设置在偏振层和反射层之间的液晶层，
其中，将相位延迟层的延迟值ReF选为约等于入射光波长λ的第(1/4+K/2)倍(这里K是不小于0的整数)；
液晶层的厚度d1与光学各向异性Δn1的乘积d1×Δn1选为约等于入射光波长λ的第(1/2+L/2)倍(这里L不小于0的整数)；及
偏振层的吸收轴与相位延迟层的延迟轴之间的夹角Δφ选为大于0°且小于45°，或者大于45°且小于90°。
根据本发明，液晶显示装置除了液晶层和反射层外还包括单个偏振层和单个相位延迟层。调节液晶显示装置中包括液晶层和相位延迟层的这部分的光学特性，以致于当入射光的波长为550nm时线性偏振光变为接近圆偏振的状态。
如此构造的液晶显示装置通过利用从反射层反射的光产生显示，而校正光学双折射的效应。在液晶显示装置中，相位延迟层延迟值ReF设定为约等于(1/4+K/2)λ，液晶层的厚度d1与光学各向异性Δn1的乘积d1×Δn1设定为约等于(1/2+L/2)λ，偏振层的吸收轴与相位延迟层的延迟轴之间的夹角Δφ设定为0°＜Δφ＜90°(这里Δφ≠45°)。采用这一配置，入射光的偏振状态，当通过相位延迟层时变为少许偏离圆偏振的状态，以致于最佳偏振状态的光到达反射层的液晶层一侧表面。Δφ≠45°的原因是，如果Δφ＝45°，通过相位延迟层的光的偏振状态为圆偏振，在这种情况中，通过液晶层的偏振状态由于双折射的效应将偏离最佳状态(理论上，圆偏振)。因此，与具有单个偏振层和单个相位延迟层的现有液晶显示装置相比，本发明的液晶显示装置实现了能够增大白色显示亮度、改善对比度和让黑白显示状态在消色差颜色中的特性。
如上所述，根据本发明，液晶显示装置除了液晶层和反射层外还包括单个偏振层和单个相位延迟层，包含液晶层和相位延迟层的部分具有这样的光学特性，即让通过的线性偏振光转换为接近圆偏振的状态。因此，液晶显示装置实现了增大白色显示的亮度、改善对比度、以及让黑白显示状态保持在消色差颜色中。为了实现这种特性，在液晶显示装置中，相位延迟层的延迟值ReF设定为约等于(1/4+K/2)λ，液晶层的厚度d1与光学各向异性Δn1的乘积d1×Δn1设定为约等于(1/2+L/2)λ，偏振层的吸收轴与相位延迟层的延迟轴之间的夹角Δφ设定为0°＜Δφ＜90°(这里Δφ≠45°)。采用这一配置，液晶显示装置能够可靠地实现增大白色显示的亮度、改善对比度和让黑白显示状态在消色差颜色中的特性。
在本发明的液晶显示装置中，相位延迟层设置在液晶层与偏振层之间是较佳的，通过偏振层和相位延迟层的入射光处于接近于圆偏振的椭圆偏振状态中。
根据本发明，施加在液晶显示装置的包括偏振层和延迟层的部分中的偏离圆偏振的量是相对较小的，入射光通过偏振层，然后通过相位延迟层，作为椭圆偏振光出射，偏振状态略偏离圆偏振。因此，显示所采用的光在它到达反射层的液晶层一侧前可以设定为进一步最佳化的状态。于是，液晶显示装置能够进一步改善对比度和增强消色差。
在本发明的液晶显示装置中，偏振层的吸收轴与相位延迟层的延迟轴之间的夹角Δφ选择在40°±3°的范围内是较佳的。
根据本发明，在液晶显示装置中，吸收轴与延迟轴之间的夹角Δφ设定约为40°。采用这一配置，能够使落在最靠近液晶层的表面上反射层的光的偏振状态进一步最佳化，因此，液晶显示装置能够提供最佳的高对比度和实现最佳的消色差。设定允许±3°的原因是，最佳值会依赖于液晶层的延迟值、相位延迟层的延迟值、和底部基板上液晶分子的定向轴与偏振层的吸收轴之间的夹角而变化。
在本发明的液晶显示装置中，较佳地，液晶层形成为超扭曲向列层，液晶层中液晶分子的扭转角选择为180°或更大，液晶层的厚度d1与光学各向异性Δn1的乘积d1×Δn1在入射光的波长λ为550nm的情况中选择为大于760nm和小于860nm。
根据本发明，液晶显示装置构造成利用双折射产生显示的STN液晶显示装置。液晶层是这样设计的，即液晶层的厚度d1与光学各向异性Δn1的乘积d1×Δn1对于550nm的入射光波长，大于760nm但小于860nm，在该波长上视觉感最高。其原因如下。如果当入射光波长为550nm时乘积d1×Δn1为760nm或更小或者860nm或更大，那么，乘积d1×Δn1远偏离二分之一波长的整数倍。结果，与二分之一波片提供的相同效应变得难以在液晶层中获得，因此，液晶显示装置的对比度降至实用水平之下。如果当入射光波长为550nm时乘积d1×Δn1大于760nm且小于860nm，乘积d1×Δn1变为约等于二分之一波长的整数倍，结果，液晶显示装置能够提供足够的对比度，以供实际使用。液晶层的延迟值允许设定容限的原因是，最佳值有些根据偏振层的吸收轴与相位延迟层的延迟轴之间的夹角Δφ、相位延迟层的延迟值、以及底部基板上液晶分子的定向轴与偏振层的吸收轴之间的夹角而变化。
在本发明的液晶显示装置中，较佳地，液晶层形成为超扭曲向列层，液晶层中液晶分子的扭转角度选择为180°或更大，液晶层的厚度d1与光学各向异性Δn1的乘积d1×Δn1当入射光的波长λ为550nm时选择为在770nm至856nm的范围内。
根据本发明，液晶显示装置构造为STN型液晶显示装置。液晶层是这样设计的，即液晶层的厚度d1与光学各向异性Δn1的乘积d1×Δn1对于550nm的入射光不小于770nm，但是不大于856nm。采用这一配置，液晶显示装置能够实现2或更高的对比度，提供实际使用的最佳显示质量。如果乘积小于770nm或大于856nm，那么，对比度将进一步下降。
在本发明的液晶显示装置中，较佳地，液晶层形成为超扭曲向列层，液晶层中液晶分子的扭转角度选择为180°或更大，相位延迟层的延迟值ReF当入射光的波长λ为550nm时选择为大于360nm和小于450nm。
根据本发明，液晶显示装置构造成利用双折射产生显示的STN液晶显示装置。相位延迟层是这样形成的，即对于550nm的入射光波长，相位延迟层的延迟值ReF大于360nm但是小于450nm，在该波长上视觉感最高。其原因如下。如果当入射光波长是视觉感最高的550nm，相位延迟层的延迟值ReF是360nm或更小或者450nm或更大，相位延迟层的延迟值远偏离四分之一波长的第(2L+1)倍，结果，液晶显示装置的对比度下降到实用水平以下。如果入射光的波长为550nm时相位延迟层的延迟值大于360nm和小于450nm，相位延迟层的延迟值变为约等于四分之一波长的第(2L+1)倍，结果，液晶显示装置能够提供实际使用的足够对比度。设定相位延迟层的延迟值容限的原因在于，最佳值会依赖于偏振层的吸收轴与相位延迟层的延迟轴之间的夹角Δφ、液晶层的延迟值和底部基板上液晶分子的定向轴与偏振层的吸收轴之间的夹角略有变化。
在本发明的液晶显示装置中，较佳地，液晶层形成为超扭曲向列层，液晶层中液晶分子的扭转角度选择为180°或更大，当入射光的波长λ为550nm时，相位延迟层的延迟值ReF选择为365nm至445nm的范围内。
根据本发明，液晶显示装置构造为STN液晶显示装置。相位延迟层是这样设计的，即相位延迟层的延迟值ReF对于视觉感最高的550nm的入射光在365nm至445nm的范围内。采用这一配置，液晶显示装置能够实现2或更高的对比度，提供实际使用的最佳显示质量。如果延迟值小于365nm或者大于445nm，那么，对比度将进一步降低。
在本发明的液晶显示装置中，较佳地，液晶层形成为超扭曲向列层，液晶层中液晶分子的扭转角度选择为180°或更大，位于最靠近反射层的液晶分子的取向方向与偏振层的吸收轴之间的夹角θ选择在-10°至+10°的范围内。
根据本发明，液晶显示装置构造为利用双折射产生显示的STN液晶显示装置。偏振层和液晶层是这样设计的，即偏振层的吸收轴与位于最靠近反射层的液晶分子的取向方向之间的夹角θ不小于-10°但是不大于+10°。其原因如下。如果吸收轴与取向方向之间的夹角θ在-10°至+10°的范围以外，当给液晶层施加ON电压时以及当施加OFF电压时的颜色漂移变得明显，显示质量不能满足实用水平。如果吸收轴与取向方向之间的夹角θ设定在-10°至+10°的范围内，在ON电压施加时以及在OFF电压施加时出现的颜色漂移能够被降低到足够低的实际使用的水平。设定±10°容限范围的原因在于，最佳值会依赖于偏振层的吸收轴与相位延迟层的延迟轴之间的夹角Δφ、液晶层的延迟值、和相位延迟层的延迟值略有变化。
在本发明的液晶显示装置中，较佳地相位延迟层是单轴取向薄膜。
根据本发明，将单轴取向薄膜用作相位延迟层。其作用是降低相位延迟层的成本。
在本发明的液晶显示装置中，较佳地，液晶显示装置进一步包括将液晶层夹在当中的两个基板，和设置液晶层与两个基板中任何一个之间的反射层。
根据本发明，液晶显示装置包括两个基板，反射层设置在液晶层与两个基板中任何一个之间。采用这一配置，液晶显示装置能够减轻存在基板而引起的液晶显示装置的总反射率下降以及降低与基板厚度相关的视差。
在本发明的液晶显示装置中，较佳地，液晶显示装置进一步包括对光产生散射的散射层，它设置在液晶层的最靠近偏振层的一侧，使反射层的最靠近液晶层的一侧平面化。
根据本发明，由于液晶显示装置中的反射层被平面化，反射层还能够用作电极。此外，由于由镜面表面反射的光的正反射分量在观察方向上能够被散射层适当地散射，液晶显示装置的表观亮度增大。
在本发明的液晶显示装置中，较佳地，相位延迟层设置在偏振层与液晶层之间，散射层设置在相位延迟层与液晶层之间。
根据本发明，以偏振层、相位延迟层、散射层和液晶层的这一次序从液晶显示装置的顶部到底部层叠起来。在如此构成的液晶显示装置中，由于来自散射层分背散射被减少，由散射引起的液晶显示装置的显示模糊能够被减轻。
在本发明的液晶显示装置中，较佳地，反射层是仅对一部分入射光产生反射而让其余部分的光通过的半透光层。
根据本发明，液晶显示装置构造成将反射型液晶显示装置的特性与透光型液晶显示装置的特性相组合的半透光型液晶显示装置。于是，当不存在从其一侧入射到液晶层的光时，液晶显示装置能够利用从反射器背后进入液晶层的光产生显示。例如，当将背照光源安装在反射层的与液晶层相对的一侧上时，如果不能提供环境光，也能够使用液晶显示装置。
在本发明的液晶显示装置中，较佳地，液晶显示装置进一步包括有选择地仅透射入射光的圆偏振分量的圆偏振选择层，该圆偏振选择层设置在液晶层的最靠近反射层的一侧上。
根据本发明，当液晶显示装置为半透光型时，从其相反一侧进入液晶层的光已经被圆偏振选择层限定为圆偏振。当利用通过反射层的光产生显示时，通过该反射层的光必须被最佳化，以致于入射光作为圆偏振光从反射层的最靠近液晶层一侧而出射，与采用被反射层反射的光进行显示的情况相似。采用这一配置，不仅当利用被反射层反射的光产生显示时，而且当利用通过反射层的光产生显示时，液晶显示装置能够实现增大白色显示的亮度、改善对比度和让黑白显示状态在消色差颜色中的特性。
在本发明的液晶显示装置中，较佳地，圆偏振选择层包括四分之一波片层和偏振层，仅让入射光的线性偏振分量透过并在预定方向上偏振，四分之一波片层设置在偏振层与液晶层之间。
根据本发明，当液晶显示装置为半透光型时，圆偏振选择层在光通过反射层和从其相对一侧进入液晶层前能够可靠地将入射光限定为圆偏振光。结果，通过反射层进入液晶层的光能够被可靠地限定为接近于圆偏振的偏振状态。
在本发明的液晶显示装置中，较佳地，圆偏振选择层是反射入射光中右旋圆偏振分量或是反射左旋圆偏振分量，而让其它分量通过的圆偏振选择反射层。
根据本发明，圆偏振选择层将入射光分解为右旋圆偏振分量和左旋圆偏振分量，反射其中的任何一个分量，而让其它分量通过，于是，液晶显示装置为半透光型，通过反射层进入液晶层的光能够被可靠地限定为圆偏振。
附图说明
从以下结合附图所作的详细描述中，本发明的其它的和进一步的目的、特征和优点将是显而易见的，其中：
图1是截面示意图，表明根据本发明第一个实施例的反射型液晶显示装置31的结构。
图2是表明图1中液晶显示装置31的各个组成元件的排列条件的图。
图3是表明在评价液晶显示装置31的实验中如何改变偏振片的吸收轴AP与最靠近反射层的液晶分子的长轴方向之间夹角θ的图。
图4是截面示意图，表明根据本发明第二个实施例的反射型液晶显示装置61的结构，其中第二电极还起反射层的作用。
图5A和5B是截面示意图，表明反射型液晶显示装置67和68的结构，每个装置进一步包括散射层，其中第二电极构造成也起反射层的作用。
图6A和6B是截面示意图，表明根据本发明第三实施例的半透光型液晶显示装置71和72的结构，每个装置进一步包括圆偏振选择层。
图7A和7B是说明图6A和6B所示液晶显示装置的反射型显示模式中驱动显示象素的原理示意图。
图8A和8B是说明图6A和6B所示液晶显示装置的透光型显示模式中驱动显示象素的原理示意图。
图9是截面示意图，表明具有两个偏振层的现有技术反射型液晶显示装置的结构。
图10是说明斜入射在图9所示液晶显示装置上的光的特性图。
图11是截面示意图，表明具有单个偏振层的现有技术反射型液晶显示装置的结构。
图12A和12B是示意图，说明图9和11所示的液晶显示装置中驱动显示象素的原理。
具体实施方式
现在参考附图，描述本发明的较佳实施例。
图1是截面示意图，说明根据本发明第一实施例的液晶显示装置的结构。液晶显示装置31包括至少一个液晶层33、单个偏振层34、单个相位延迟层35和反射层36。偏振层34设置在液晶层33的一面38上。反射层36设置在液晶层33的另一面39上。相位延迟层35设置在偏振层34与反射层36之间。较佳地，液晶层33由能够提供双折射效应的液晶形成。液晶显示装置31在设置偏振层34一侧的最外侧表面起液晶显示装置31的显示表面51的作用。液晶显示装置31在设置反射层36一侧的最外侧表面是背面51A。
在所有的入射光分量中，只有在指定方向上偏振的线偏振分量允许通过偏振层34。反射层36对通过偏振层34、相位延迟层35和液晶层33的光产生反射。反射光通过液晶层33，然后通过相位延迟层35，根据通过相位延迟层后的偏振状态，决定光是通过偏振层34或是被其吸收。对每个象素从相位延迟层出射的反射光的偏振状态是通过施加在液晶层33上的电压确定的。用这种方法，液晶显示装置31通过利用从反射层36反射的光产生显示。
液晶显示装置31从液晶层33到相位延迟层35部分的光学特性是这样的，从上述相位延迟层35进入的线偏振光在其从这部分出射前被转换为圆偏振光。为了实现这，可调节三个参数，即液晶层33的延迟值ReL、相位延迟层35的延迟值ReF和偏振层34吸收轴AP与相位延迟层35延迟轴AP之间的夹角Δφ中的至少一个。
液晶层33的延迟值ReL选为约等于值CReL。CReL是液晶层33的延迟值的参考值，基于进入液晶显示装置31的光的波长λ和不小于0的整数L由表达式(3)确定。正如由表达式(4)表示的，液晶层的延迟值ReL等于液晶层的厚度d1与光学各向异性Δn1的乘积。相位延迟层35的延迟值ReF选为约等于值CReF。CReF是相位延迟层35的延迟值的参考值，基于进入液晶显示装置31的光的波长λ和不小于0的整数K由表达式(5)确定。正如由表达式(6)表示的，相位延迟层35的延迟值ReR等于相位延迟层的厚度d2与光学各向异性Δn2的乘积。表达式(5)中的整数K可以设定为等于或不同于表达式(3)中的整数L。 CReL = ( 1 2 + L 2 ) × λ ( L = 0,1,2 , · · · ) - - - - ( 3 )
ReL＝d1×Δn1                                 (4) CReR = ( 1 4 + K 2 ) × λ ( K = 0,1,2 , · · · ) - - - - ( 5 )
ReF＝d2×Δn2                                 (6)
图2是构成液晶显示装置31的液晶层33、偏振层34和相位延迟层35的排列条件的说明图。图2表明从观察者观看时，即从显示表面51上面观看时的液晶显示装置31。在本说明书中，当测量两个轴的角度时，沿从反射层36到偏振层34的指定方向对准的液晶分子的扭转方向取为正。在液晶显示装置31中预先定义参考轴AC。在图2中，液晶分子的扭转方向由箭头ARR1表示。箭头ALH表示位于最靠近液晶层一侧38的液晶分子的长轴方向。箭头ALL表示位于最靠近液晶层另一侧39的液晶分子的长轴方向。箭头ΩLC表示形成液晶层33的液晶的扭转角。在图1的例子中，位于最靠近液晶层另一侧39的液晶分子的长轴方向ALL与参考轴AC的夹角φLCL为-30°。
正如以以下的表达式(7)表示的，偏振层34的吸收轴AP与相位延迟层35的延迟轴AF之间的夹角Δφ由吸收轴AP与参考轴AC的角度φP与延迟轴AF与参考轴AC的角度φF之间的差限定的。偏振层吸收轴AP与相位延迟层延迟轴AF之间的夹角称为“延迟/吸收夹角”。延迟/吸收夹角Δφ选为在表达式(8)表示的预定角度范围内，即大于0°和小于45°，或者大于45°和小于90°。
Δφ＝|φP-φF|                                 (7)
0°＜Δφ＜45°或45°＜Δφ＜90°               (8)
偏振层34吸收轴AP与位于最靠近液晶层另一侧39的液晶分子的长轴方向ALL的角度θ，正如由表达式(9)表示的，等于吸收轴AP与参考轴AC的角度φP与长轴方向ALL与参考轴AC的角度φLCL之间的差。偏振层吸收轴AP与位于最靠近液晶层另一侧的液晶分子的长轴方向ALL的角度称为“长轴/吸收夹角”。较佳地，长轴/吸收夹角θ选为在+10度之内的值，正如由表达式(10)表示的。
θ＝φLCL-φP                                   (9)
-10°≤θ≤+10°                                 (10)
再参考图1，由本发明实现的利用反射光产生显示的液晶显示装置包括半透光型液晶显示装置以及反射型液晶显示装置，反射型液晶显示装置包括前光型液晶显示装置。在图1的例子中，液晶显示装置31构造为产生单色显示的直接矩阵反射型液晶显示装置。
在图1的例子中，液晶显示装置31包含液晶盒41，液晶层33限定在液晶盒41内。偏振层34和反射层36设置的液晶盒41的外侧，而相位延迟层35介于偏振层34与液晶盒41之间。
除了液晶层33外，液晶盒41包括第一基板43、第二基板44、第一对准薄膜45、第二对准薄膜46、第一电极阵列47和第二电极阵列48。第一基板43和第二基板44彼此相对设置在液晶层33上。第一对准薄膜45设置在最靠近液晶层33一侧38的位置中。第二对准薄膜46设置在最靠近液晶层33另一侧39的位置中。第一电极阵列47设置在第一基板43与第一对准薄膜45之间。第二电极阵列48设置在第二基板44与第二对准薄膜46之间。分别位于最靠近液晶层一侧38和另一侧39的液晶分子的长轴方向ALH和ALL分别由设置在最靠近一侧38和另一侧39的第一和第二对准薄膜45和46控制。
象素形成在液晶盒41的经各自对准薄膜45和46将液晶层33夹在第一电极阵列47与第二电极阵列48之间的部分中(从显示表面51这一侧看)。利用与特定象素相关的第一和第二电极47和48，在对应于该象素的液晶层33的部位上施加一电压，其幅度根据象素显示状态预先确定。在以下给出的描述中，在黑显示模式这为驱动该象素所施加的电压称为“OFF电压”在白显示模式这为该驱动象素所施加的电压称为“ON电压”。至少，第一基板43、第一电极阵列47和第一对准薄膜45和第二对准薄膜46是透光的。在图1的例子中，第二基板44和第二电极阵列48也是透光的。透明的第二电极阵列称为“第二透明电极阵列”。
以下将详细描述图1的直接阵列单色反射型液晶显示装置31的构成元件。第一基板43和第二基板44各由玻璃基板形成。相位延迟层35是利用由聚碳酸酯形成的单轴定向相位延迟板实现的。反射层36是利用通过在无光的PET(对苯二甲酸乙二醇聚酯)上蒸镀银形成的银反射体实现的。第一电极阵列47和第二电极阵列48各由ITO(氧化铟锡)形成的多个条带电极组成。每个第一电极47的线宽度为60微米，任何两个相邻第一电极47之间的间隔为15微米。每个第二电极48的线宽度为90微米，任何两个相邻第二电极48之间的间隔为15微米。从显示表面51一侧看，第一和第二电极47和48的纵向方向彼此成直角定向，以致于第一与第二电极47与48之间的交叉点以矩阵图案排列，每个交叉点与分子扭转的位置重合。液晶层33的厚度为6微米。液晶层33由向列混合液晶材料与添加于其的左旋手性剂形成。第一和第二对准薄膜45和46各利用通过摩擦聚酰亚胺基薄膜而形成的聚酰亚胺基对准薄膜实现的。第一和第二对准薄膜45和46的取向方向是这样确定的，液晶提供240°扭转角。因此液晶层33以STN模式产生作用。本发明液晶显示装置的各个元件的具体构成不限于以上所描述的特定例子。
在包括单个偏振层、单个相位延迟层和反射层的现有技术的液晶显示器中，白色显示的亮度、对比度和黑白显示彩色的消色差未能满足实用的令人满意的水平。为了克服基于理论的现有技术的这些问题，本发明人进行了第一至第四个实验(以下将描述)，通过研究这些实验结果获得了液晶显示装置31的最佳化的最佳条件。
在每次实验中，通过仅改变待评价的参数制备了多个液晶显示装置作为例子，对于每个例子，测量了对比度Co、黑色显示状态中的色调和白色显示状态中的色调、相位延迟层35的延迟值ReF和液晶层35的延迟值ReL，作为表示液晶显示装置的显示状态的参数。在每个样品液晶显示装置的构成元件中，与评价参数不相关的这些元件在构造上与参考图1所描述的相应元件是相同的。
对于对比度Co的测量，采用漫射光作为入射光，在两个不同条件下测量以相对于直接视线2°角度从装置31显示表面51内10mm直径区出射的反射光，一个在ON电压施加期间，另一个在OFF电压施加期间。获得在ON电压施加时的反射率LON与在OFF电压施加时的反射率LOFF的比率，LON/LOFF。取当比率LON/LOFF最大时在ON电压施加时的反射光量与在OFF电压施加时的反射光量的比率作为该样品的对比度Co。当施加ON电压时象素显示为白，而当施加OFF电压时显示为黑。反射率是从液晶显示装置出射的反射光量与入射在液晶显示装置上的光量之比。
对于色调的测量，采用漫射光作为入射光，测量以相对于直接视线2°角度从10mm直径区出射的反射光；在CIE色度空间中评价测量反射光。利用旋转分析仪方法测量液晶层的延迟值ReL，未给液晶层施加电压。利用旋转分析仪方法还测量相位延迟层的延迟值。此后，除非另有具体说明外，测得的液晶层的延迟值ReL是当入射光的波长λ为589nm时的测量值，测得的相位延迟层的延迟值ReF是当入射光的波长λ为550nm时的测量值。在所有的可见光波长中，550nm是视觉感最高的波长。589nm的波长是测量液晶层的延迟值ReL时常采用的波长。液晶层的延迟值ReL和相位延迟层的延迟值ReF二者都依赖于色散。
表1表明各个样品的详细设计参数。表2表明了在第一至第四实验中各个样品的显示状态的测量结果。
表1
  夹角*1Δφ(°)  延迟ReF*2(λ＝589nm)  延迟ReF*3(λ＝550nm)     夹角*4θ(°)     φP   φF   φLCL   ΩLC
研究偏振片的吸收轴相对于相位延迟层的延迟轴的夹角(实验1) 样品     1   45.0  808  395     0.0     -25   -70   -30   240
    2   45.0  808  395     0.0     -25   -70   -30   240
    3   42.5  808  395     0.0     -27.5   -70   -30   240
    4   40.0  808  395     0.0     -30   -70   -30   240
    5   37.5  808  395     0.0     -32.5   -70   -30   240
    6   35.0  808  395     0.0     -35   -70   -30   240
液晶层的延迟值(实验2)     7   40.0  755  395     0.0     -30   -70   -30   240
    8   40.0  782  395     0.0     -30   -70   -30   240
    9   40.0  808  395     0.0     -30   -70   -30   240
    10   40.0  836  395     0.0     -30   -70   -30   240
相位延迟层的延迟值(实验3) 样品     11   40.0  808  365     0.0     -30   -70   -30   240
    12   40.0  808  385     0.0     -30   -70   -30   240
    13   40.0  808  390     0.0     -30   -70   -30   240
    14   40.0  808  395     0.0     -30   -70   -30   240
    15   40.0  808  415     0.0     -30   -70   -30   240
    16   40.0  808  445     0.0     -30   -70   -30   240
研究下基板上液晶分子的取向轴相对于偏振片的吸收轴夹角(实验4) 样品     17   40.0  808  445     +10.0     -40   -80   -30   240
    18   40.0  808  445     +5.0     -35   -75   -30   240
    19   40.0  808  445     0.0     -30   -70   -30   240
    20   40.0  808  445     -5.0     -25   -65   -30   240
    21   40.0  808  445     -10.0     -20   -60   -30   240
*1偏振片的吸收轴相对于相位延迟板的延迟轴的夹角Δφ(°)
*2液晶层的延迟ReL(λ＝589nm)
*3相位延迟层的延迟ReF(λ＝550nm)
*4底部基板上液晶分子的取向轴相对于偏振片的吸收轴的夹角θ(°)
表2
对比度(Co)                                 色调
             ON电压(白)                OFF电压(黑)
  L*   a*   b*   L*   a*     b*
研究偏振片的吸收轴相对于相位延迟层的延迟轴的夹角(实验1) 样品     1     4.0   51.98   -2.27   3.43   26.66   22.24     -16.40
    2     1.9   48.64    8.19   2.41   34.84   41.39     -25.38
    3     4.3   51.51   -2.45   2.57   25.43   20.18     -15.91
    4     5.1   51.71   -3.54   1.66   23.29   12.90     -13.80
    5     3.4   49.04   -3.25  -3.44   28.67  -4.42     -5.98
    6     3.1   49.04   -3.25  -3.44   28.67  -4.42     -5.98
液晶层的延迟值(实验2) 样品     7     3.9   51.96   -1.55   1.20   27.37   8.45      0.86
    8     5.8   51.73   -2.28   2.35   21.72   16.20     -5.35
    9     5.1   51.71   -3.54   1.66   23.29   12.90     -13.80
    10     2.1   51.52   -1.64  -1.11   36.80   6.05     -4.59
相位延迟层的延迟值(实验3) 样品     11     2.8   51.58    0.21   1.52   31.98   17.85     -9.16
    12     3.4   51.36   -0.09   2.60   28.55   18.57      3.22
    13     4.1   51.63   -1.98   0.59   25.97   11.52     -3.99
    14     5.1   51.71   -3.54   1.66   23.29   12.90     -13.80
    15     3.1   51.76   -5.90   6.07   30.57  -0.11     -1.84
    16     2.6   51.69   -9.11   5.52   33.93  -7.19      1.76
研究下基板上液晶分子的取向轴相对于偏振片的吸收轴夹角(实验4) 样品     17     3.4   50.75   -0.10   2.62   28.20   25.80     -6.40
    18     4   50.32   -0.88   1.66   25.79   24.54     -11.52
    19     5.1   51.71   -3.54   4.75   23.29   12.90      13.80
    20     5.3   50.12   -4.11   8.43   22.03   24.64     -19.11
    21     5.9   50.20   -6.46   12.02   20.73   25.79     -27.27
以下将描述第一个实验。在第一个实验中，采用了六个液晶显示装置作为第一至第六个样品。第一至第六个样品是这样构造的，延迟/吸收夹角Δφ在不同样品之间是不同的，液晶层和相位延迟层的延迟值ReL和ReF以及长轴/吸收夹角θ对所有样品而言是相同的。表1表明了第一至第六个样品的详细设计参数。延迟/吸收夹角Δφ对于第一和第二样品为45°。对于第三至第六样品，延迟/吸收夹角Δφ从45°逐步减小。在这种情况中，偏振层34的吸收轴AP的角度φP对于各个样品是不同的，而维持相位延迟层35的延迟轴AF的角度φF对于所有的样品是相同的。在第一和第三个至第六样品中相位延迟板35是利用由聚碳酸酯制成的单轴取向板实现的，而在第二个样品中相位延迟板35是利用由Nitto Denko制造的四分之一波片构造的。
在第一至第六个样品中，当入射光的波长λ为550nm时，测得的相位延迟层的延迟值ReF是395nm。当整数K为1和波长λ为550nm时，表达式(3)中的参考值CReF(1，550)最接近相位延迟层的395nm延迟值。在第一至第六个样品中，当入射光的波长λ为589nm时测得的液晶层33的延迟值ReL为808nm，当入射光的波长λ为550nm时为823nm。在第一至第六个样品中，长轴/吸收夹角θ设定在0.0°。当整数L为2和波长λ为550nm时，表达式(2)中的参考值CReL(2，550)最接近液晶层的823nm延迟值。
CReF(1，550)＝(1/4+1/2)×550[nm]＝412.5[nm]    (11)
CReL(2，550)＝(1/2+2/2)×550[nm]＝825[nm]      (12)
第一样品中的延迟/吸收夹角Δφ设定为45°。即，第一样品是液晶显示装置，其中相位延迟层35是四分之一波片，四分之一波片的延迟轴与偏振层的吸收轴AP的夹角Δφ为45°。正如表2所示，在第一样品中，象素在ON电压施加时的色调从白向黄漂移，而象素在OFF电压施加时的色调从黑向紫漂移。尽管实现了大于2的对比度，第一个样品并不理想，因为出现这种颜色漂移。第一个样品的对比度小于第四个样品的对比度5.1，得到第一至第五个样品的最佳显示结果。对比度“2”是下限值，低于它，在液晶显示装置中出现可视能力问题。在本说明书中所描述的实验中，采用对比度“2”作为评价参考值。
当相位延迟层35是四分之一波片以及延迟/吸收夹角Δφ为45°时，入射光通过偏振层34和相位延迟层35变为圆偏振光。进入液晶层33的圆偏振光是椭圆偏振的，因为液晶层所呈现的双折射效应，产生的椭圆偏振光落在反射层上。在第一个例子中，假设由于被反射层36反射的光是椭圆偏振光，在ON电压施加时应当为白的象素颜色漂移为黄色调，在OFF电压施加时应当为黑的象素色调漂移为紫色调。这表示，在反射型液晶显示装置中，如果在校正象素色调的同时实现足够的对比度，需要从其相对另一侧39进入液晶层33的反射光是圆偏振光。
在本发明的液晶显示装置中，如果颜色漂移是唯一考虑的问题，那么，延迟/吸收夹角Δφ应当基本设定为大于0°和小于90°的值，但是不是45°。如果延迟/吸收夹角Δφ是0°或者90°，那么，在任何一种情况中，将难以提高对比度同时防止颜色漂移。
由于第一样品中所采用的相位延迟层是由聚碳酸酯制成的，这一相位延迟层呈现色散。在第二样品中，采用宽带四分之一波片代替聚碳酸酯相位延迟层，重复了与第一样品进行的相同的评价测试。结果表明，与第一样品相比，在ON电压施加时的象素色调明显地从白向黄漂移，在OFF电压施加时的象素色调变为红而不是黑。此外，第二样品的对比度Co是1.9，劣于第一样品的对比度。
基于表2所示的第一和第三至第六样品的测量结果，研究了液晶显示装置的显示状态对延迟/吸收夹角Δφ的依赖关系。在延迟/吸收夹角Δφ不小于40.0°的范围内，正如从第一、第三和第四样品的测量结果看出的，在ON电压施加时的白色调的带黄色和在OFF电压施加时的黑色调的带紫色(带红色)二者随延迟/吸收夹角Δφ的减小而减小和对比度Co增大。正如从第四样品的测量结果看出的，当延迟/吸收夹角Δφ为40°时，在ON电压施加时和OFF电压施加时的颜色漂移被减至最小，对比度Co为最大。在延迟/吸收夹角Δφ小于40.0°的范围中，正如从第五和第六样品的测量结果所能看出的，当延迟/吸收夹角Δφ减小时，在ON电压施加时的白色调变为更蓝，在OFF电压施加时的黑色变为不清晰，对比度Co减小。
从以上研究的结果可以看出，当延迟/吸收夹角Δφ接近40°，白色显示以及黑色显示中的颜色漂移变小而对比度Co增大。于是，延迟/吸收夹角Δφ较佳地设定为尽可能接近40°，对于最佳结果，最好设定在40°上。当延迟/吸收夹角Δφ设定在40°，图1的液晶显示装置31能够同时实现最佳的高对比度和最佳的消色差，因为入射光在其落在反射层36表面上之前能够被偏振为更加合适的偏振状态。
延迟/吸收夹角Δφ设定在约40°是较佳的。更具体地说，延迟/吸收夹角Δφ不一定要限制为40°，而是可以设定在接近40°的任何合适值，例如38°或42°，只要它大于0°且小于90°，但不等于45°。延迟/吸收夹角Δφ的允许范围是以40°为中心的预定范围，40°±3°认为是允许的。
接着，将描述第二个实验。第二个实验的目的是研究液晶显示装置的显示状态对液晶层的延迟值ReL的依赖性。在第二个实验中，采用四个液晶显示装置作为第七至第十个样品。第七至第十个样品是这一构造的，即液晶层的延迟值ReL在不同样品之间是不同的，相位延迟层的延迟值ReF、延迟/吸收夹角Δφ和长轴/吸收夹角θ对于所有样品是相同的。对于第七至第十个样品，液晶层的延迟值ReL逐步增大。在第七至第十个样品中，测得的相位延迟层的延迟值ReF为395nm。在第七至第十个样品中，延迟/吸收夹角Δφ设定在40°，而长轴/吸收夹角θ设定为0.0°。表1表明了第七至第十个样品的详细设计参数。
基于表2中所示的第七至第十个样品的测量结果，研究了液晶显示装置的显示状态对液晶层的延迟值ReL的依赖性。正如结果表明的，最高的对比度Co是由第八样品获得的，即当入射光的波长为589nm时液晶层的延迟值ReL为782nm的液晶显示装置。当液晶层的延迟值ReL小于782nm时，对比度Co随延迟值ReL增大而增大。当液晶层的延迟值ReL等于或大于782nm时，对比度Co随延迟值ReL增大而减小。当液晶层的延迟值ReL在755nm至836nm的范围内时，对比度Co恒定地维持在2或更高。因此，可以看出，当液晶层的延迟值ReL在755nm至836nm的最佳范围内时，液晶显示装置31能够提供最佳对比度，足够的可视能力。755nm至836nm的范围，这是当入射光的波长λ为589nm时液晶层的延迟值ReL的最佳范围，等效于入射光的波长λ为550nm时770nm至856nm的范围。
第二实验的结果表明，第八个样品的设定条件是最佳条件。参考第二实验的结果，将看出，当设定条件与第九个样品的设定条件不同时，对比度单调减小。如果基于第二实验的结果经验地估测对比度的允许范围，据估计，液晶层的延迟值ReL大于740nm但小于840nm时能够获得可视对比度。这是可以推测的，因为利用液晶层33获得由二分之一波片提供的相同效应，因为液晶层的延迟值ReL变为约等于二分之一波长的整数倍。如果液晶层的延迟值ReL是740nm或更小或者840nm或更大，假设对比度Co将未达到实用水平。这是可以推测的，因为由二分之一波片提供的相同效应变为难以用液晶层33获得，由于液晶层的延迟值ReL远偏离二分之一波长的整数倍。由于这些原因，液晶层的延迟值ReL设定为大于740nm且小于840nm是较佳的。大于740nm和小于840nm的范围，这是当入射光的波长λ为589nm时液晶层的延迟值ReL的可允许范围，等效于当入射光的波长λ为550nm时时大于760nm和小于860nm值的范围。
接着，将描述第三个实验。第三个实验的目的是研究液晶显示装置的显示状态对相位延迟层的延迟值ReF的依赖性。在第三个实验中，采用六个液晶显示装置作为第11至第16个样品。第11至第16个样品是这样构造的，相位延迟层的延迟值ReF在不同样品之间是不同的，液晶层的延迟值ReL、延迟/吸收夹角Δφ和长轴/吸收夹角θ对所有样品是相同的。对于第11至第16个样品，相位延迟层的延迟值ReF逐步增大。在第11至第16个样品中，测得的液晶层的的延迟值ReL当入射光的波长λ为589nm时为808nm，当入射光的波长λ为550nm时为823nm。在第11至第16个样品中，延迟/吸收夹角Δφ设定为40°，而长轴/吸收夹角θ设定为0.0°。表1表明了第11至第16个样品的详细设计参数。
基于表2中所示的第11至第16个样品的测量结果，研究了液晶显示装置的显示状态对相位延迟层的延迟值ReF的依赖关系。正如结果所示，对于入射光波长λ为550nm，当相位延迟层的延迟值ReF为395nm时，对比度Co最高。当相位延迟层的延迟值ReF小于395nm时，对比度Co随延迟值ReF增大而增大。当相位延迟层的延迟值ReF等于或大于395nm时，对比度Co随延迟值ReF增大而减小。只要相位延迟层的延迟值ReF维持在365nm至445nm的范围内，对比度Co恒定地维持在2或更大。因此，可以看出，当相位延迟层的延迟值ReF在365nm至445nm的最佳范围内时，液晶显示装置31能够为足够可视能力提供最佳对比度。
第三个实验的结果表明，第14个样品的设定条件是最佳条件。参考第三实验的结果，将会看出，对比度随设定条件偏离第14个样品的设定条件而单调减小。如果基于第三实验的结果经验地估计对比度的允许范围，可以预计，当相位延迟层的延迟值ReF大于360nm和小于450nm时能够获得可察觉的对比度。
这是可以推测的，因为相位延迟层的延迟值ReF变为约等于四分之一波长的第(2K+1)倍。如果相位延迟层的延迟值ReF是360nm或更小或者450nm或更大，可以假设对比度Co将下降到实用水平以下。这是可以推测的，因为相位延迟层的延迟值ReF远偏离四分之一波长的第(2K+1)倍。对于这些原因，可以看出，相位延迟层的延迟值ReF较佳地设定为大于360nm且小于450nm。
如上所述，本发明人首先获得了当光落在液晶层33的表面上时待偏振的入射光通过偏振层34和相位延迟层35进入接近圆偏振状态的条件。然后，通过略微改变从第一样品获得的条件，本发明人获得了当光到达反射层36时待偏振的入射光通过偏振层34、相位延迟层35和液晶层33进入理想偏振状态的条件。理想偏振状态这里是指能够防止颜色漂移和改善对比度的偏振状态，更具体地，是指圆偏振或者接近圆偏振的偏振。
从以上实验结果可以看出，如果相位延迟层35在结构上靠近四分之一波片，以及如果液晶层33在结构上靠近二分之一波片，那么，当光到达反射层36时已经使入射光的偏振状态最佳化。四分之一波片是如此构造的相位延迟层，即其延迟值设定为等于由表达式(5)定义的参考值CReF，其延迟轴与偏振层的吸收轴成45°角。
为了构造在结构上接近四分之一波片的相位延迟层，偏振层34的吸收轴AP与相位延迟层35的延迟轴之间的夹角Δφ应当偏离45°，相位延迟层35的延迟值ReF应当设定为约等于CReF。照这么做，入射光通过相位延迟层的偏振状态变为略偏离圆偏振的状态。为了构造在结构上接近二分之一波片的液晶层33，液晶层的延迟值应当设定为约等于CReL。然后，偏振状态略偏离圆偏振的从相位延迟层出射的光通过液晶层33而最佳化。
较佳地，相位延迟层的延迟值ReF设定为在参考值CReF的±15％内的某个值，正如由以下表达式(13)表示的。其原因如下。例如，当整数K为1以及光的波长λ为550nm时，对相位延迟层的延迟值的参考值CReF给出为412.5nm。根据第二实验的结果，当整数K为1以及光的波长λ为550nm时，相位延迟层的延迟值ReF应当设定为大于360nm但是小于450nm，因此，相位延迟层的延迟值ReF应当设定为412.5nm±50nm，正如以下表达式(14)表示的。为此，较佳地相位延迟层的延迟值ReF设定为在参考值CReF的±15％之内的某个值。
CReF×85％≤ReF≤CReF×115％               (13)
ReF412.5nm±50nm                         (14)
较佳地，液晶层的延迟值ReL设定为在参考值CReL的±10％之内的某个值，正如由以下表达式(15)表示的。其原因如下。例如，当整数L为2以及光的波长λ为550nm时，对液晶层的延迟值的参考值CReL给出为825nm。根据第三实验的结果，当整数L为2以及光的波长λ为550nm时，液晶层的延迟值ReL应当设定为大于760nm但是小于860nm，因此，液晶层的延迟值ReL应当设定为825nm±70nm，正如以下表达式(16)表示的。为此，较佳地液晶层的延迟值ReL设定为在参考值CReL的±10％之内的某个值。
CReL×90％≤ReL≤CReL×110％               (15)
ReL825nm±70nm                           (16)
如果相位延迟层35和液晶层33设计成满足上述最佳条件，液晶显示装置31能够实现比现有的液晶显示装置更明亮的白色显示和更高的对比度，同时实现黑白显示颜色的消色差。具体地，当液晶显示装置31是利用液晶的双折射特性产生显示的STN液晶显示装置时，白色显示的亮度能够进一步增大，因此进一步改善对比度，同时进一步保证黑白显示颜色的消色差。
在图1的液晶显示装置31中，通过偏振层34和相位延迟层35，入射光被转换为椭圆偏振光，其状态接近于圆偏振光的状态。其原因如下。在具有单个偏振层、单个光学补偿层和反射层以及利用四分之一波片作为光学补偿层的液晶显示装置的情况中，理论上进入液晶显示装置的环境光当它通过偏振层时首先被限定为线性偏振。线性偏振光通过四分之一波片被变为圆偏振光。圆偏振光通过液晶层不发生改变，因此圆偏振光到达反射层。然而，实际上，四分之一波片中的双折射量具有仅对四分之一波片材料的波长依赖性，同样，液晶层中的双折射量也具有仅对液晶层材料的波长依赖性；结果，在以上结构的液晶显示装置中，到达反射层的光的偏振状态偏离理想的偏振状态，即光不是可见光波长区内的圆偏振光。鉴于此，在本实施例中，通过有意地使通过光学补偿层的光的偏振状态偏离理论状态，可使到达反射层的光的偏振状态最佳化。为此，入射光当通过相位延迟层35时被转变为椭圆偏振光，其状态接近圆偏振光的状态。偏离圆偏振的偏移量取决于相位延迟层35的结构，由液晶的双折射效应的程度确定。由于从相位延迟层出射的入射光是椭圆偏振光，其状态接近圆偏振光的状态，被反射层36表面所反射的入射光的偏振状态被进一步最佳化。结果，液晶显示装置31能够进一步改善对比度，通过进一步降低黑白显示状态中的颜色漂移能够实现消色差。
接着将描述第四实验。第四实验的目的是研究液晶显示装置的显示状态对长轴/吸收夹角θ的依赖性。在第四实验中，采用五个液晶显示装置作为第17至第21个样品。第17至第21个样品是如此构造的，即长轴/吸收夹角θ在不同样品之间是不同的，液晶层和相位延迟层的延迟值ReL和ReF以及延迟/吸收夹角Δφ对所有样品是相同的。表1给出第17至第21个样品的详细设计参数。正如图3所示，长轴/吸收夹角θ通过改变样品与样品之间的偏振层34吸收轴AP的角度φP同时维持位于最靠近液晶层另一侧39的液晶分子的长轴方向ALL的角度φLCL固定而改变。相位延迟层35的延迟轴AF的角度φF对于每个特定样品是这样设定的，即每个样品具有相等的延迟/吸收夹角Δφ。在第17至第21个样品中，测得的相位延迟层的延迟值ReF为395nm。在第17至第21个样品中，入射光的波长λ为589nm时，测得的液晶层的延迟值ReL是808nm。每个样品中的延迟/吸收夹角Δφ设定为40°。
基于第17至第21样品的测量结果，研究了液晶显示装置的显示状态对长轴/吸收夹角θ的依赖关系。在长轴/吸收夹角θ的正值范围内，对比度Co随长轴/吸收夹角θ的绝对值增大而减小，在0N电压施加时色调向带红色调漂移。在长轴/吸收夹角θ的负值范围内，对比度Co随长轴/吸收夹角θ的绝对值增大而增大，在OFF电压施加时色调向带蓝色调漂移。这表明长轴/吸收夹角θ的更接近于0°的绝对值是更理想的。当长轴/吸收夹角θ小于-10°或大于+10°时，在ON电压施加以及在OFF电压施加时的颜色漂移增大到超出实用水平。当长轴/吸收夹角θ在-10°至+10°的范围内时，在ON电压施加时以及OFF电压施加时的颜色漂移降低到足够低的水平，可供实际使用。从以上结果可以看出可视能力，长轴/吸收夹角θ的允许范围为-10°至+10°，0°是最佳的长轴/吸收夹角θ。
较佳地，相位延迟层35是利用单轴取向薄膜实现的，即相位延迟薄膜例如由单轴拉伸的聚合物薄膜形成的。其作用是降低相位延迟薄膜的成本。
基于黑白液晶显示装置，对本实施例作了描述和评价，其中没有设置彩色滤光片层，反射层36设置在第二基板的外侧。然而，本发明的液晶显示装置并未对反射层的位置强加任何特定制约。于是，反射层36不一定位于液晶盒31的外侧，而是可以形成在液晶盒31当中。作为本发明的第二实施例，将描述反射层36形成在液晶盒31内的液晶显示装置。
当反射层36形成在液晶盒31内时，反射层36原则上置于液晶层33与第二基板44之间。其作用是降低光的损耗，因为至少第二基板44位于入射光和反射光的光路外侧。当反射层36位于液晶盒31中时，液晶显示装置31不仅能够缓解由第二基板44引起的液晶显示装置的反射率退化的问题，而且还能够缓解与第二基板44厚度有关的视差。
在液晶盒31中形成反射层36时，通过将其设计成具有光反射的功能，可以将要设置在液晶层33另一侧39上的元件构造成还起反射层36的作用。如果反射层36和另一侧39上任一元件作为单个元件一起形成而不是分别形成的话，那么，可以节省制造液晶显示装置31中所消耗的材料，并能使液晶显示装置31的制造过程简化，其作用是降低液晶显示装置的成本。
图4是说明根据本发明第二实施例的液晶显示装置61的结构的截面示意图，其中第二电极阵列64构造成还起反射层36的作用。图4的液晶显示装置61与图1的液晶显示装置31的不同之处在于，在液晶盒63中形成的第二电极阵列64提供有反射功能，因此，反射层36被省略。具有反射功能的第二电极阵列称为“反射第二电极阵列”。除后者的第二透明电极阵列48被反射第二电极阵列64替代以外，图4中的液晶盒63在结构上与图1的液晶盒41是相同的。除了第二电极阵列64外，图4的液晶显示装置61的构成元件在结构上与图1的液晶显示装置31的相应元件是相同的。在图4的例子中，第二基板44不必一定是透明的。在图4的液晶显示装置61中，由于反射第二电极阵列64还起反射层的作用，能够降低液晶显示装置的成本。在本说明书中，在以下给出的对每个液晶显示装置的描述中，采用相同参考标号表示与以前描述过的液晶显示装置中这些元件相同的元件，将不作详细描述。
当第二电极阵列64构造成还起反射层作用时，如果通过刻蚀在其上形成凸起和凹陷部分，给反射第二电极阵列64提供光散射效应，那么，由于电极几何形状的非均匀性，施加于液晶层的电场将变为非均匀的。为了防止电场的非均匀性，需要将反射第二电极64的表面平面化。更具体地，需要将反射第二电极64形成为镜面反射层。当对反射第二电极64的表面平面化时，较佳地液晶显示装置61进一步包括具有光散射特性的散射层。在液晶显示装置61中，这种散射层应当比反射第二电极阵列64更靠近显示表面51。散射薄膜是由具有光散射特性的薄膜形成的。
为了评价散射层和作为镜面反射层的反射第二电极阵列64，如下所述，本发明人进行了第五个实验。在第五实验中，制造了三个液晶显示装置作为第22至第24个样品，通过目测方法评价了每个样品的显示表面51在白色显示状态中的亮度。第22个样品并不包括散射层，与图4的液晶显示装置61在结构上相同。第23个样品具有图5A所示的结构，其中散射层66置于偏振层34与相位延迟层35之间。第24个有关具有图5B所示的结构，其中散射层66置于相位延迟层35与液晶盒41之间。图5A和5B所示的两个液晶显示装置67和68在结构上与图4所示的液晶显示装置61基本上相同，所不同的是包含了散射层66。第22至24个样品被设计成满足相对于第一实施例中第四样品所描述的条件。
根据第五实验的结果，第22样品在白色显示状态中的表观象素亮度低，因为当从与入射光正反射方向相一致的方向观看时在局部区域中屏幕是亮的，但是当从其它方向观看时是暗的。在提供了散射层66的第23和24样品中，照射第22样品显示表面51上局部区域的反射光被散射层66适当散射。因此，第23和24样品在白色显示状态中的表观象素亮度高于第22样品的表观象素亮度。在这方面，在具有散射层66的液晶显示装置61的情况中，被起镜面反射层作用的反射第二电极阵列64反射的光的正反射分量在观看方向上能够被适当散射。这增大表观象素亮度，进一步改善液晶显示装置的显示质量。
第23和24样品的显示状态的比较表明，由光散射引起的模糊在第24样品中比在第23样品中有所缓解。在这方面，将散射层66置于相位延迟层35与液晶层33之间要比将散射层66置于相位延迟层35的显示表面51一侧好，因为散射层66的表面反射能够被降低，从而缓解由散射引起的显示模糊。此外，如果散射层66由具有在正向方向(即在光传播方向)上光散射更大的散射特性的散射薄膜形成，由散射引起的显示模糊能够被进一步缓解。第五实验的结果可肯定这一点。
在第一实施例的液晶显示装置31中，反射层36可以作为仅反射一部分入射光而允许其余部分光通过的半透光的反射层实现。在第二实施例的液晶显示装置61中，反射第二电极阵列64通过给与反射一部分入射光而允许其余部分的光通过的特性可以构造成也起透光反射层的作用。作为本发明的第三实施例，以下将描述具有半透光反射层73而不是反射层36的液晶显示装置。具有半透光反射层73的本发明液晶显示装置是将反射型液晶显示装置的特性与透光型液晶显示装置的特性相结合的半透光型液晶显示装置。半透光型液晶显示装置不仅能够利用从显示表面51一侧进入装置的入射光的反射光而且能够利用从背面51A进入装置的光产生显示。因此，例如，当背照光源设置在半透光反射层的背表面51A一侧上时，如果不提供环境光也能够使用半透光型液晶显示装置。
较佳地，半透光型液晶显示装置进一步包括半透光反射层73背表面51A上的圆偏振选择层74。当光源设置在半透光型液晶显示装置的背表面51A上，圆偏振选择层74置于液晶层33与光源79之间。在入射光当中，仅仅圆偏振光被选择性通过圆偏振选择层74。更佳地，圆偏振选择层74置于半透光反射层73与光源79之间。
图6A是表明具有圆偏振选择层74的第一种半透光型液晶显示装置71的结构的截面示意图。图6B是表明具有圆偏振选择层74的第二种半透光型液晶显示装置72的结构的截面示意图。图6A和6B所示的两个液晶显示装置71和72在结构上与图1的液晶显示装置31的不同之处在于，后者的反射层36被半透光反射层73代替，以及增加了圆偏振选择层74；其它元件在结构上与图1的液晶显示装置31中的相应元件是相同的。
在图6A的液晶显示装置71中，圆偏振选择层74包括四分之一波片层76和仅透射线性偏振分量的偏振层77。四分之一波片层76置于液晶层33与仅透射线性偏振分量的偏振层77之间。在图6B的液晶显示装置72中，圆偏振选择层74是作为圆偏振选择反射层78实现的。圆偏振选择反射层78将入射光分解为右旋偏振分量和左旋偏振分量，前者是右旋圆偏振分量，后者是左旋圆偏振分量，并对右旋和左旋偏振分量中的任何一个产生反射，允许另一个通过。结果，在理论上圆偏振选择反射层78反射入射光中50％，而透射入射光其余50％。圆偏振选择反射层78是利用胆甾薄膜实现的。
图7A是说明在图6A半透光型液晶显示装置71的反射模式中在OFF电压施加时驱动显示器象素的原理的图。OFF电压是这样设定的，在OFF电压施加时，象素的液晶层33呈现双折射，其量值恰好够把从相位延迟层35出射的椭圆偏振光变为圆偏振光。从显示表面51进入液晶显示装置71的光当中，仅仅其振动方向正交于吸收轴AP的线性偏振光91被允许通过偏振层34。线偏振光91通过相位延迟层35被转变为椭圆偏振光，当通过对其施加了OFF电压的液晶层33时，偏振光具有接近圆偏振的偏振状态93。偏振状态93接近圆偏振的光被半透光反射层73反射，其偏振状态没有改变。反射的圆偏振光94通过对其施加了OFF电压的液晶层33，然后通过相位延迟层35，被转变为线偏振光94，其振动方向平行于吸收轴AP。从相位延迟层35出射的线偏振光94的振动方向正交于从偏振层34出射的线偏振光91的振动方向。由于从相位延迟层35出射的线偏振光94的振动方向平行于吸收轴AP，线偏振光94被偏振层34吸收或散射。结果，没有光从显示表面51出射，所以象素显示为黑。
图7B是说明在图6A半透光型液晶显示装置71的反射模式中在ON电压施加时驱动显示器象素的原理的图。ON电压是这样设定的，在ON电压施加时，象素的液晶层33呈现双折射，其量值恰好够把从相位延迟层出射的椭圆偏振光变为其长轴平行于或基本上平行于吸收轴AP的椭圆偏振光。从显示表面51进入液晶显示装置71的光当中，仅仅其振动方向正交于吸收轴AP的线性偏振光91被允许通过偏振层34。线偏振光91通过相位延迟层35被转变为椭圆偏振光，当通过对其施加了ON电压的液晶层33时，偏振光被变为其长轴基本上平行于吸收轴AP的椭圆偏振光95。椭圆偏振光95被半透光反射层73反射，其偏振状态没有改变。反射的椭圆偏振光95通过对其施加了ON电压的液晶层33，然后通过相位延迟层35，被转变为椭圆偏振光96，其短轴基本上平行于吸收轴AP。从相位延迟层35出射的椭圆偏振光96当中，仅仅正交于吸收轴AP的偏振分量97允许通过偏振层34，其余的偏振分量被偏振层34吸收或散射。结果，偏振分量97从显示表面51出射，引起象素显示为白。
用这一方法，可以提供从显示表面51进入的环境光时，半透光型液晶显示装置71通过利用反射光能够根据施加于液晶层33的电压以白色显示状态或黑色显示状态驱动象素。半透光型液晶显示装置72的反射模式显示原理与参考图7A和7B所描述的显示原理基本相同。参考图7A和7B描述的显示原理与参考图1至6描述的每个液晶显示装置的显示原理基本相同，如果半透光反射层73被反射层36代替。
图8A是说明以图6A的半透光型液晶显示装置71的透光模式驱动象素进行显示的原理图。以半透光型液晶显示装置71的透光模式，在OFF电压施加与ON电压施加之间，在光通过圆偏振选择层74或是通过半透光反射层73的特性上没有区别。显示所采用的光，例如从光源79发射的光，从液晶显示装置71的背面51A进入液晶显示装置71。在从背面51A进入的光当中，只有其振动方向正交于圆偏振选择层74中偏振层77的吸收轴的线偏振光101允许通过偏振层77。线偏振光101通过四分之一波片层76后被变为圆偏振光102。圆偏振光102通过半透光反射层73，其偏振状态没有变化。圆偏振光因此从其另一侧39进入液晶层33。用这种方法，将四分之一波片层76与偏振层77组合起来的圆偏振选择层74能够使入射光圆偏振，因此允许圆偏振光从其另一侧39进入液晶层33。
在OFF电压施加时，圆偏振光102通过对其施加OFF电压的液晶层33和通过相位延迟层35被变为线偏振光94，其振动方向平行于偏振层34的吸收轴AP。通过相位延迟层35的线偏振光94被偏振层34吸收或散射。结果，没有光从显示表面51出射，所以象素显现为黑。在ON电压施加时，圆偏振光102通过对其施加ON电压的液晶层33和通过相位延迟层35被变为椭圆偏振光96，其短轴基本上平行于吸收轴AP。在通过相位延迟层35的椭圆偏振光96当中，只有正交于吸收轴AP的偏振分量被允许通过偏振层34，其它偏振分量被偏振层34吸收或散射。结果，偏振分量97从显示表面51出射，引起象素显现为白。用这种方法，当可以提供从背面51A进入的光时，半透光型液晶显示装置71利用从背面51A进入的光根据施加于液晶层33的电压能够以白色显示状态或黑色显示状态驱动象素。
图8B是说明图6B半透光型液晶显示装置72的透光模式中驱动象素进行显示的原理的图。在半透光型液晶显示装置72的透光模式中，在OFF电压施加与ON电压施加之间，在光通过圆偏振选择层74或通过半透光反射层73的特性上没有区别。在从背面51A进入的光中，右旋圆偏振光分量或左旋圆偏振光分量105被选择性地允许通过圆偏振选择反射层78。结果，圆偏振光105从其另一侧39进入液晶层33。用这种方法，由圆偏振选择反射层78形成的圆偏振选择层74有选择地透射右旋或左旋圆偏振光，因此允许圆偏振光从液晶层33另一侧39进入液晶层33。圆偏振光105在从液晶层33到偏振层34的路径中的特性与图8A中圆偏振光102在从液晶层33到偏振层34的路径中的特性是相同的。于是，当可以提供从背面51A进入的光时，图6B所示的半透光型液晶显示装置72通过利用从背面51A进入的光根据施加于液晶层33的电压以白色显示状态或黑显示状态驱动象素。
在具有单个偏振层和单个相位延迟层的液晶显示装置中，较佳地，从其另一侧39后面进入液晶层33的光，即用于显示的光至少在产生黑色显示时是圆偏振的。在半透光型液晶显示装置71和72中，从其另一侧39后面进入液晶层33的光已经被圆偏振选择层74限定为接近圆偏振的偏振状态，就象被反射层36反射而重新进入液晶层33的光一样。因此，与在反射模式中用于显示的光一样，使在透光模式中用于显示的光的偏振状态最佳化，以防止颜色漂移和提高对比度。用这种方法，半透光型液晶显示装置71和72无论是反射模式还是透射光模式都能够实现比现有液晶显示装置更亮的白色显示和更高对比度，同时实现黑白显示彩色的消色差。
为了评价图6A和6B所示的半透光型液晶显示装置71和72，本发明人进行了如下所述的第六实验。在第六实验中，制造了两个半透光型液晶显示装置作为第25和第26个样品，以反射模式以及透射模式观察每个半透光型液晶显示装置的显示状态，在反射模式中采用反射光进行显示，在透射模式中采用通过半透光反射层的光进行显示。第25个样品是通过将背照光安装在图6A所示液晶显示装置71的与显示表面51一侧相对的一侧上而制备的。第26个样品是通过将背照光安装在图6B所示液晶显示装置72的与显示表面51一侧相对的一侧上而制备的。根据第六实验的结果，第25个样品在反射模式中正如图7所示，当施加OFF电压时能够产生黑色显示以及当施加ON电压时能够产生白色显示，同样，在透射模式中正如图8A所示，当施加OFF电压时能够产生黑色显示以及当施加ON电压时能够产生白色显示。同样，第26个样品在反射模式中正如图7所示，当施加OFF电压时能够产生黑色显示以及当施加ON电压时能够产生白色显示，同样，在透射模式中正如图8B所示，当施加OFF电压时能够产生黑色显示以及当施加ON电压时能够产生白色显示。
如上所述，第一至第三实施例的液晶显示装置各包括单个偏振层和单个相位延迟层，通过利用反射光同时校正光学双折射对波长依赖性的影响而产生显示。在每个实施例所描述的液晶显示装置中，尤其是在利用液晶的双折射特性产生显示的STN液晶显示装置的情况中，能够增大白色显示的亮度，因此实现高对比度，与此同时实现黑白显示彩色的消色差。第一至第三实施例的液晶显示装置仅仅是说明本发明的例子，能够用各种方法实施，只要采用相同的结构。具体地说，每个元件的详细结构并不局限于本说明书中所描述的，而是可以用其它方式进行改进或实现，只要能够获得与该元件相同的效果。
基于黑白液晶显示装置已经描述和评价了第一至第三实施例，其中没有提供彩色滤光片层。本发明的目的是实现比任何现有的液晶显示装置获得更亮的白色显示和更高的对比度，与此同时实现黑白显示彩色的消色差的液晶显示装置。于是，涉及本说明书中描述的黑白液晶显示装置相关的技术能够应用于彩色液晶显示装置。此外，涉及本说明书中描述的黑白液晶显示装置的技术不仅能够用于具有STN液晶层的液晶显示装置，而且能够用于利用液晶层的双折射特性的其它液晶显示装置。利用STN液晶层比利用其它类型的液晶层更好，因为能够增大白色显示状态中的象素亮度。
以上描述的第一至第三实施例的液晶显示装置不仅比现有的液晶显示装置更薄和更轻，而且在白色显示状态象素亮度更高，因此适合于作为诸如便携电话的便携终端的显示装置。
本发明可以以其它特定形式具体体现，而不偏离本发明的精神或基本特征。因此这些实施例从各方面讲被认为是示例性的而非限制性的，本发明的范围由所附的权利要求书限定而不是由以上说明限定，在权利要求书的等效意义和范围内的所有变化因此希望包含在其中。

Claims (16)

1.一种液晶显示装置，所述装置包括：
仅让入射光的线性偏振分量透过的单个偏振层，所述线性偏振分量在预定方向上偏振；
对光产生反射的反射层；
设置在偏振层与反射层之间的单个相位延迟层；及
设置在偏振层和反射层之间的液晶层，
其特征在于：将相位延迟层的延迟值ReF选为在以下范围内：
(1/4+K/2)×λ×85％≤ReF≤(1/4+K/2)×λ×115％
式中λ为入射光的波长，K是不小于0的整数；
液晶层的厚度d1与光学各向异性Δn1的乘积d1×Δn1选为在以下范围内：
(1/2+L/2)×λ×90％≤(d1×Δn1)≤(1/2+L/2)×λ×110％
式中，λ为入射光的波长，L是不小于0的整数；及
偏振层的吸收轴与相位延迟层的延迟轴之间的夹角Δφ选为大于0°且小于45°，或者大于45°且小于90°。
2.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：
相位延迟层设置在液晶层与偏振层之间，及
通过偏振层和相位延迟层的入射光处于接近圆偏振的椭圆偏振状态中。
3.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：
偏振层的吸收轴与相位延迟层的延迟轴之间的Δφ选择为在40°±3°的范围内。
4.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：
液晶层形成为超扭曲向列层，
液晶层中液晶分子的扭转角选择为180°或更大，及
在入射光的波长λ为550nm的情况中，液晶层的厚度d1与光学各向异性Δn1的乘积d1×Δn1选为大于760nm且小于860nm。
5.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：
液晶层形成为超扭曲向列层，
液晶层中液晶分子的扭转角选择为180°或更大，及
当入射光的波长λ为550nm时，液晶层的厚度d1与光学各向异性Δn1的乘积d1×Δn1选为在770nm至856nm的范围中。
6.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：
液晶层形成为超扭曲向列层，
液晶层中液晶分子的扭转角选择为180°或更大，及
当入射光的波长λ为550nm时，相位延迟层的延迟值ReF选为大于360nm且小于450nm。
7.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：
液晶层形成为超扭曲向列层，
液晶层中液晶分子的扭转角选择为180°或更大，及
当入射光的波长λ为550nm时，相位延迟层的延迟值ReF选为大于365nm且小于455nm。
8.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：
液晶层形成为超扭曲向列层，
液晶层中液晶分子的扭转角选择为180°或更大，及
位于最靠近反射层的液晶分子的取向方向与偏振层的吸收轴之间的夹角θ选为在-10°至+10°的范围内。
9.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：
相位延迟层是单轴取向薄膜。
10.如权利要求1所述的液晶显示装置，进一步包括：
将液晶层夹在当中的两个基板，
其特征在于反射层设置在液晶层与两个基板中更远离偏振层的一个之间。
11.如权利要求10所述的液晶显示装置，进一步包括：
对光产生散射的散射层，所述散射层设置在液晶层的最靠近偏振层的一侧上，
其特征在于使反射层的最靠近液晶层的一侧平面化，
将反射层与液晶层远离偏振层一侧上任一元件作为单个元件形成。
12.如权利要求11所述的液晶显示装置，其特征在于：
相位延迟层设置在偏振层与液晶层之间，散射层设置在相位延迟层与液晶层之间。
13.如权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于：
反射层是仅反射一部分入射光而允许其余部分入射光通过的半透光层。
14.如权利要求13所述的液晶显示装置，其特征在于进一步包括：
选择性地仅透射入射光的圆偏振分量的圆偏振选择层，所述圆偏振选择层设置在液晶层的最靠近反射层的一侧上。
15.如权利要求14所述的液晶显示装置，其特征在于：圆偏振选择层包括仅透射入射光的线性偏振分量并在预定方向偏振的四分之一波片层和偏振层，四分之一波片层设置在偏振层与液晶层之间。
16.如权利要求14所述的液晶显示装置，其特征在于：
圆偏振选择层是或反射入射光中右旋圆偏振分量或反射左旋圆偏振分量而让其它分量通过的圆偏振选择反射层。
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