專利名稱：液晶顯示元件和利用該元件的顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示元件和使用該元件的液晶顯示器件，例如液晶投影儀。
傾斜各向同性的(tilted homeotropic)ECB方式意思是指一種取向系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中通過應(yīng)用傾斜蒸發(fā)的方法等，以一種方式排列液晶分子，以致于分子關(guān)于一對基片中的每一個基片的垂直方向輕微傾斜，例如，在應(yīng)用物理快報(Applied Physics Letters)20，199(1972)的文章中描述了該方式。
均勻的ECB方式意思是指一種取向系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中以一種方式排列液晶分子，以致于分子大致平行于一對基片中的每一個基片，并且在JP-A-1-7021中描述了該方式。
反射型扭曲向列方式意思是指一種方式，若在該方式中以一種方式排列液晶分子，以便分子大致平行于一對基片的每一個基片，同時將容納液晶分子的這一對基片附近的取向方向作為扭曲的位置關(guān)系。順便提起，對于扭曲向列型方式，此外已提議了幾種方式。例如，有HFE(混合場效應(yīng))方式，TN-ECB(扭曲向列-電控雙折射)方式，和SCTN(自補(bǔ)償扭曲向列)方式，MTN(混合模式扭曲向列)方式等。
在日本顯示器(Display)′8，9p.192(1989)的文章中描述了TN-ECB方式，在JP-A-10-090731中描述了SCTN方式，在應(yīng)用物理快報68，p.1455(1996)的文章中分別描述了MTN方式。另外，在SPIE會議論文集(Proceedings)3635，p.87(1999)的文章和IDW會議論文集′99，p.985(1999)的文章中描述了所有的反射型扭曲向列方式的全面分析。
順便提起，在這些方式中，HFE方式是所謂的正常的黑色顯示方式，當(dāng)施加到那里的電壓為0Vrms時，變成黑(暗)色顯示，當(dāng)施加適當(dāng)電壓時該方式變成白色(明亮)顯示，是所謂的標(biāo)準(zhǔn)黑色型顯示方式。而在其他3種方式中若在電壓0Vrms時，變成白色(明亮)顯示，在外加電壓時變成黑色(暗色)顯示，是所謂的正常的白顯示方式。
諸如應(yīng)用這些反射型液晶光閥的光學(xué)系統(tǒng)的典型系統(tǒng)為應(yīng)用偏振光束分離器的光學(xué)系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)被描述在JP-A-61-13885中。另外，至于其它例子，主光軸被做成關(guān)于液晶光閥的垂直方向傾斜的光學(xué)系統(tǒng)被描述在JP-A-4-319910中。
順便提起，至于反射型液晶光閥和相位差板相互結(jié)合在一起的技術(shù)，偏振光束分離器，1/4波片和反射型液晶光閥相互結(jié)合在一起，和以一種方式排列這些元件，使得1/4波片的快軸或慢軸垂直相交于包含偏振光束分離器的入射光軸和反射光軸的平面的技術(shù)分別公開在JP-A-2-250026和U.S.專利No.5,327,270中。另外，結(jié)合偏振光束分離器的相位差板的延遲被做成等于或大于0.25(即1/4波長)的技術(shù)公開在U.S.專利No.5,576,854中。而且，在JP-A-1-7021中描述了包括雙折射材料層的偏振控制器。
然而，如果認(rèn)為液晶的高速響應(yīng)特征是重要的，那么包含TN-ECB方式的情況是更加理想的。通過以液晶顯示元件被應(yīng)用在個人計算機(jī)的顯示器中為例，將在下文中描述液晶分子的高速響應(yīng)特征的重要性。
個人計算機(jī)中的圖像信號通常由相當(dāng)于至少等于或大于每秒60幀的圖像信號組成。也就是說，在圖像被顯示在個人計算機(jī)的顯示器上的情況中，為了顯示可確實地跟隨圖像信號，液晶需要具有等于或小于相當(dāng)于一幀的響應(yīng)時間，即，等于或小于1/60秒＝16.6毫秒。如果液晶的響應(yīng)時間等于或大于相當(dāng)于一幀的時間，那么不同于在圖像信號基礎(chǔ)上得到的圖像被顯示在顯示器上，因此它在圖像移動方向之后的殘留圖像上被認(rèn)出，該殘留圖像基本上是不希望出現(xiàn)的。這種現(xiàn)象在移動圖像中特別顯著，其顯著降低了圖像的質(zhì)量。因此，為了實現(xiàn)具有優(yōu)越圖像質(zhì)量的液晶顯示器件，需要選擇顯示高速響應(yīng)的液晶顯示方式。
然后，眾所周知，由于液晶的響應(yīng)時間通常與液晶厚度的平方成正比，當(dāng)液晶的厚度較薄時可期望高速響應(yīng)。在這方面，由于包含TN-ECB方式的條件具有所需的標(biāo)準(zhǔn)延遲，該延遲小于包含MTN方式的條件中的延遲，即使在使用相同的液晶材料時，包含TN-ECB方式的條件中的液晶層的厚度可做得窄于包含MTN方式的條件中的液晶層厚度。結(jié)果，在包含TN-ECB方式的條件中，與MTN方式相比，縮短液晶的響應(yīng)時間，即可提高液晶響應(yīng)的高速操作。
而且，應(yīng)用反射型液晶光閥而不是傳輸型液晶光閥，由此可縮短響應(yīng)時間。這將在下文進(jìn)行描述。
存在作為有助于光閥中的光調(diào)制的分量的延遲。該延遲以液晶層的厚度d和液晶反射率的各向異性Δn的乘積示出。
然而在傳輸型液晶光閥的情況中，延遲以dΔn示出，在反射型液晶光閥的情況中，由于光程被反射鏡折疊回來，入射光往復(fù)通過液晶層。換言之，在反射型液晶光閥的情況中，有助于光調(diào)制的延遲變成在傳輸型液晶光閥情況中的延遲的兩倍大，即變成2Δn，因此，盡管液晶層具有相同的厚度，在反射型液晶光閥中，可得到其為在傳輸型液晶光閥的情況中的延遲兩倍大的延遲。也就是說，在反射型液晶光閥的情況中，即使在應(yīng)用具有反射率各向異性的相同液晶材料時，需要得到所需延遲的液晶層的厚度通常被做成傳輸型液晶光閥的液晶層厚度的一半左右。結(jié)果，對于反射型液晶光閥可期望得到非常高的速度響應(yīng)。
因此，本發(fā)明的主要目的之一在于提供在其中高速響應(yīng)是可能的液晶顯示器件。
另外，在傳輸型液晶光閥中，為了阻止由于直流電壓輕微重疊而造成的閃爍的發(fā)生，以一種方式執(zhí)行驅(qū)動，使得施加到鄰近象素的電壓極性彼此相反。而且，由于橫向電場產(chǎn)生在鄰近象素間的區(qū)域中，施加到鄰近象素的電壓極性相互相反，在該區(qū)域中液晶的取向發(fā)生無序。例如，這導(dǎo)致光線漏泄的對比度減小。
為此，在傳輸型液晶光閥中，對于液晶取向發(fā)生無序的區(qū)域光被關(guān)閉，從而阻止了對比度的減小。然而，這種手段存有作為在象素中孔徑占有比率的孔徑率被大大減小的問題。
另一方面，由于在反射型液晶光閥中，大約所有的象素區(qū)域可被反射象素電極覆蓋，反射型液晶光閥具有可能實現(xiàn)不加限制時接近100％的孔徑率的重要特征。但是，當(dāng)然必須盡可能地避免由于上述橫向電場所造成的液晶取向的無序，該電場產(chǎn)生在鄰近象素間的區(qū)域中。為此，在反射型液晶光閥中，執(zhí)行轉(zhuǎn)化驅(qū)動的幀，使得施加到鄰近象素上的電壓在極性上未變成相互相反，該驅(qū)動中施加電壓的極性是每幀反向的。盡管如此，例如，有時候橫向電場可產(chǎn)生在白圖像和黑圖像的鄰近象素間的邊界區(qū)域中。
為了阻止由于橫向電場造成的液晶取向的無序，必須適當(dāng)?shù)卣{(diào)整作為每對基片中每一個基片和液晶分子之間夾角的所謂的預(yù)傾斜角度。
為了阻止由于產(chǎn)生在各向同性的(homeotropic)取向中的鄰近象素間的區(qū)域中的橫向電場而造成的液晶取向的無序，必須從基片垂直方向使基片界面上的液晶分子角度傾斜幾度。然而，如果傾斜了液晶分子，那么延遲就會產(chǎn)生。結(jié)果，減小了對比度。也就是說，橫向電場電阻和對比度顯示出折衷關(guān)系。因此，通過考慮這些因素，必須得到最合適的關(guān)系。
因此，本發(fā)明的另一目的在于提供在其中可得到高對比度的液晶顯示器件。
為了解決與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一個形態(tài)，提供液晶顯示元件，在該元件中具備具有保持在透明電極和反射電極間的液晶層，具備驅(qū)動液晶層的多個象素電路的反射型液晶光閥；和具備相位差板，其中以一種方式排列相位差板，使得相位差板的光軸(慢軸或快軸)和入射到相位差板上的偏振光的偏振方向被相互輕微錯位。
另外，提供液晶顯示元件，其中相位差板的延遲通常為入射到相位差板上的光波長的1/4左右。
適合本發(fā)明液晶顯示元件中的液晶層的實例為具有扭曲向列型取向的液晶。在這方面，扭曲角被設(shè)置為大約50至大約90度的范圍，并且相位差板角度被設(shè)置為大于0度，但等于或小于10度的值，從而可實現(xiàn)高對比度。
或者，在上述的構(gòu)造中，扭曲角被設(shè)置為大約50至大約90度的范圍，并且相位差板角度被設(shè)置為小于90度，但等于或大于80度的值，從而可實現(xiàn)高對比度。
適合本發(fā)明液晶顯示元件中的液晶層的另一實例為具有各向同性的(homeotropic)取向的液晶。當(dāng)液晶的第一排列方向為45度時，相位差板角度被設(shè)置為小于0度，但等于或大于-10度的值，從而可實現(xiàn)對比度。
或者，在上述的構(gòu)造中，相位差板角度被設(shè)置為大于90度，但等于或小于100度的值，從而可實現(xiàn)高對比度。
另外，為了解決與現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的上述問題，根據(jù)本發(fā)明提供一種液晶顯示器件，在具備保持透明電極和反射電極之間的液晶層，具備驅(qū)動液晶層的多個象素電路的反射型液晶光閥，和相位差板的液晶顯示元件；偏振光元件；和光源的液晶顯示裝置中，所述相位差板被配置在液晶光閥和偏振光元件之間；相位差板的延遲通常為入射到相位差板上的光波長的1/4左右；其中相位差板的光軸和偏振光元件的偏振軸之間形成的夾角的絕對值至少大于0度，但等于或小于10度。
此外，提供液晶顯示器件，其中在所述液晶顯示器件中的液晶元件為上述液晶元件中的任一種。


參照附圖，通過本發(fā)明實施方案的描述，本發(fā)明的其它目的，特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明白。
圖1是用于解釋本發(fā)明液晶顯示元件的示意圖；圖2是本發(fā)明的液晶顯示元件的橫截面視圖；圖3是用于解釋在采用扭曲向列型取向作為液晶層時光軸關(guān)系的示意圖；
圖4A和圖4B分別是用于解釋扭曲角，波長標(biāo)準(zhǔn)化延遲，和液晶配向角度之間關(guān)系的圖示；圖5A和圖5B分別是示出扭曲角為50度時白色顯示的特征曲線的圖示；圖6A和圖6B分別是示出扭曲角為50度時黑色顯示的特征曲線的圖示；圖7A和圖7B分別是示出扭曲角為60度時白色顯示的特征曲線的圖示；圖8A和圖8B分別是示出扭曲角為60度時黑色顯示的特征曲線的圖示；圖9A和圖9B分別是示出扭曲角為70度時白色顯示的特征曲線的圖示；圖10A和圖10B分別是示出扭曲角為70度時黑色顯示的特征曲線的圖示；圖11A和圖11B分別是示出扭曲角為80度時白色顯示的特征曲線的圖示；圖12A和圖12B分別是示出扭曲角為80度時黑色顯示的特征曲線的圖示；圖13A和圖13B分別是示出扭曲角為90度時白色顯示的特征曲線的圖示；圖14A和圖14B分別是示出扭曲角為90度時黑色顯示的特征曲線的圖示；圖15是用于解釋在采用各向同性的取向作為液晶層時光軸關(guān)系的示意圖；圖16A和圖16B分別是用于解釋施加到鄰近象素間的區(qū)域上的橫向電場影響的橫截面視圖；圖17是用于解釋θt定義的示意圖；圖18A和圖18B分別是示出在各向同性的取向情況中的電壓對反射率特征的圖示；
圖19A和圖19B分別是示出在各向同性的取向情況中黑色顯示中的特征曲線的圖示；圖20A和圖20B分別是示出在各向同性的取向情況中白色顯示中的特征曲線的圖示；圖21是示出應(yīng)用本發(fā)明的液晶投影儀實施方案的示意圖。
具體實施例方式
參考附圖，將在下文中詳細(xì)描述本發(fā)明的實施方案。
(第一實施方案)圖1是示出在本發(fā)明液晶顯示器件中的光元件的光軸之間關(guān)系的示意圖。
順便提起，該液晶顯示器件可被應(yīng)用到諸如液晶投影儀和液晶電視的產(chǎn)品上。
在圖1中，為了簡化描述，只示出了反射型液晶光閥109，相位差板104和偏振光束分離器102。
順便提起，反射型液晶光閥109連接到液晶驅(qū)動器(未示出)上，用于驅(qū)動光閥109，液晶驅(qū)動器根據(jù)輸入到那里的圖像信息驅(qū)動液晶層。
偏振光束分離器102被用作偏振元件，該元件用作偏振器和分離器，并且該分離器通過將兩個棱鏡粘接在一起而構(gòu)造成。因此，根據(jù)在粘接界面103中的偏振光元件，偏振光束分離器102具有傳輸在其中通過的入射光和反射來自于其中的入射光的性能。
相位差板104被排列在液晶光閥109和偏振光束分離器102之間。至于相位差板104的材料，例如，適合差板的材料是通過拉伸聚碳酸酯薄膜而得到的，以適合于顯示雙折射特征。至于其它材料，聚乙烯醇薄膜，聚苯乙烯薄膜，降冰片烯薄膜等也是適合于相位差板的材料。在這方面，在此采用的材料是適合材料的一個實施例，因此本發(fā)明并不打算局限于上述的材料。另外，在相位差板104中，平行于關(guān)于偏振分離器102的粘接界面103的S-偏振光偏振平面的軸被確定為光軸105，平行于P-偏振光偏振平面的軸被確定為光軸106。順便提起，盡管光軸具有快軸和慢軸，為了方便，在這里快軸以參考號108指出，慢軸以參考號107示出。另外，快軸和慢軸可相互代替，并且這些也適用于另一實施方案。
接下來，將在下面給出關(guān)于光元件排列的操作的描述。已從光源(未示出)發(fā)出的光101入射到偏振光束分離器102上。關(guān)于偏振光束分離器102粘接界面103(以下，在可應(yīng)用時簡略為“界面103”)的入射光101的S-偏振光分量朝向相位差板104反射。然后，如此反射的S-偏振光被傳輸通過相位差板104，以到達(dá)液晶光閥109。然后，S-偏振光被液晶光閥104反射，以再次傳輸通過相位差板104，入射到偏振光束分離器102上。順便提起，在這種情況下，S-偏振光分量的光在相位差板104和液晶光閥109中傳輸時經(jīng)歷了調(diào)相。因此，在再次入射到偏振光束分離器102上的光中，由于調(diào)相，產(chǎn)生了關(guān)于界面103的P-偏振光分量。P-偏振光分量通過界面103傳輸，以變成發(fā)射光110，通過投影透鏡系統(tǒng)(未示出)，在屏幕(未示出)上形成圖像。另一方面，關(guān)于粘合界面103的S-偏振分量被粘合界面103朝向光源(未示出)反射，不投影到屏幕上。順便提起，通過驅(qū)動液晶光閥109，調(diào)整返回到光源的光和朝向屏幕的光的強(qiáng)度比是可能的。換言之，當(dāng)朝向屏幕的光強(qiáng)度變成最大時的狀態(tài)對應(yīng)于白(亮)顯示狀態(tài)，而當(dāng)返回到光源的光強(qiáng)度變成最小時的狀態(tài)對應(yīng)于黑(暗)顯示狀態(tài)。
圖2是本發(fā)明液晶顯示元件的橫截面視圖，并且示出了液晶光閥109和相位差板104的橫截面。
液晶光閥109由玻璃基片130，液晶層131和有效矩陣基片132組成。
在第一實施方案中，單晶硅基片被用作有效矩陣基片132。有效矩陣基片132具有n型基片133在基片133上具有p型井區(qū)域134，MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管135，存儲電容136，晶體管間的布線，絕緣薄膜，反射電極137，以及它的保護(hù)薄膜140等。另外，由于用于投影的光閥暴露在高強(qiáng)光下，為了阻止高強(qiáng)光進(jìn)入MOS晶體管135的任一區(qū)域，有效矩陣基片132還具有遮光層141。
玻璃基片130包括透明電極138，并且液晶層131和支柱139被提供在有效矩陣基片132和玻璃基片130之間。順便提起，每個支柱適應(yīng)于保持固定液晶層的厚度。
相位差板104被排列在液晶光閥109的玻璃基片130的一端。而在第一實施方案中，相位差板104遠(yuǎn)離液晶光閥109放置，另一方法，它可被粘在玻璃基片130上。另外，相位差板104最好是覆蓋有抗反射覆層，用于阻止光利用效率的減小和對比度的減小。
在這方面，相位差板104的延遲通常只具有入射到相位差板104的光的大約1/4的波長。短語“通常只具有入射到相位差板104的光的大約1/4的波長”意思是相位差板104的延遲只落在100至175nm的范圍中，該范圍是作為可見光的波長區(qū)域的400至700nm的1/4。這也適用于其它
(第二實施方案)在第二實施方案中，扭曲向列型取向被應(yīng)用到液晶層上。
首先，參考圖3將在下文中描述光學(xué)裝置。
圖3是示出在從關(guān)于液晶板的垂直方向觀察時的光軸間的相對關(guān)系的示意圖。然后，透明基片位于這一側(cè)上，反射基片位于內(nèi)部?，F(xiàn)在，透明基片上的液晶取向方向被定義為液晶的第一取向方向120，在反射基片上的液晶的取向方向被定義為液晶的第二取向方向121，第一和第二液晶取向方向120和121之間的夾角，即液晶的扭轉(zhuǎn)角(tortion angle)被定義為扭曲角122。順便提起，關(guān)于扭曲角122的正負(fù)號，逆時針方向為正，順時針方向為負(fù)。這也適用于其它圖。
第一液晶取向方向120和光軸105或106之間的夾角，即較小的角被定義為液晶配向角度(θ)123。在圖3中，該角對應(yīng)于第一液晶取向方向120和光軸105之間的夾角。順便提起，關(guān)于配向角度123的正負(fù)號，順時針方向為正，逆時針方向為負(fù)。這也適用于其它圖。
在相位差板104的慢軸107或快軸108和光軸，即用其定義液晶配向角度123的光軸105或106之間的夾角中，銳角被定義為相位差板104角度(θp)124a。順便提起，在圖3中該角對應(yīng)于慢軸107和光軸105之間的夾角，代替慢軸107，也可應(yīng)用快軸108。
另外，相位差板104的慢軸107或快軸108和光軸105或106之間的夾角，即最小的角被定義為絕對相位差板角度124b。順便提起，絕對相位差板角124b只具有正號。
將在下文中給出關(guān)于液晶層131和相位差板104的具體參數(shù)的描述。首先，現(xiàn)在將給出關(guān)于液晶層131的參數(shù)的描述。
眾所周知，扭曲向列型液晶層可通過疊層n層的雙折射率媒體的模型同時使光軸各位錯Φ/n而詳細(xì)地解釋。特別是，當(dāng)n＝∞時，傳播矩陣被稱作Jones矩陣，并且以下述等式示出J∞=ab-b•a•----(1)]]>結(jié)合上述等式(1)，建立下列等式(2)至(5)。a=cosφcosβ+11+α2sinφsinβ-iα1+α2cosφsinβ----(2)]]>b=-sinφcosβ+11+α2cosφsinβ-iα1+α2sinφsinβ----(3)]]>α=dΔnπλφ----(4)]]>β=φ1+α2----(5)]]>其中Φ表示扭曲角，d表示單元間隙，Δn表示反射率各向異性，并且λ表示波長。此外，由于在反射型液晶光閥的情況中，光經(jīng)歷反射并因此兩次通過液晶層，傳播矩陣可以下式示出。
JR∞＝R(φ)J∞R(-φ)ReJ∞(6)其中R(Φ)表示旋轉(zhuǎn)矩陣，Re表示逆矩陣。如果在偏振裝置為正交尼科耳棱鏡時用上述等式(6)計算反射率R，那么可得到下式。R=1-(cos2β+1-α21+α2sin2β)2-4α2(sin2βsin2θ1+α2+sinβcosβcos2θ1+α2)2----(7)]]>其中θ表示液晶的配向角度。然后，為了使反射率R最大(R＝1)，在等式(7)中每個平方項必須只為零。
圖4A是示出在等式(7)中R＝1成立時的扭曲角Φ和dΔn/λ關(guān)系的圖示。圖中的實線是示出實行R＝1的解的曲線。至于在觀測圖4A中的實線時，應(yīng)當(dāng)明白R＝1即反射效率變成100％的情況的出現(xiàn)局限于扭曲角等于或小于73度的區(qū)域(實線是Φ＝73度為最大值的曲線)。順便提起，在建立扭曲角Φ＜73度的關(guān)系的區(qū)域中，對于扭曲角Φ，dΔn/λ最佳情況是具有兩個值，即分成兩個分支B1和B2。
另一方面，通過解下列等式可得到在扭曲角Φ＞73度的區(qū)域中反射效率變成最大的最佳條件。
R/(dΔn/λ)＝0 (8)2R/(dΔn/λ)2＞0 (9)該解以虛線(B3)的形式示出在圖4A中。另外，在圖4B中示出了扭曲角Φ對從圖4A示出的條件中引入的液晶配向角度θ的關(guān)系。順便提起，在圖4B中的B1，B2和B3分別對應(yīng)圖4A中的B1，B2和B3。
接下來，將在下文中給出在作為典型參數(shù)條件，扭曲角為50度，60度，70度，80度和90度時的關(guān)于相位差板104的相位差板角度124a和使用這些參數(shù)的液晶光閥的反射率的關(guān)系的描述。順便提起，參數(shù)條件對應(yīng)于圖4A和圖4B中的圓201至210的條件。在這方面，扭曲角被做成等于或小于90度的原因是由于作為實際程度反射率最好為80％，并且根據(jù)在黑(暗)顯示中的可見區(qū)域中的光的反射率被抑制等于或小于1％(對比度大約為100)，扭曲角等于或大于50度的事實也是所需的。首先，參考圖5A和圖5B，將在下文中給出關(guān)于扭曲角為50度的情況的描述。圖5A和圖5B分別為示出關(guān)于相位差板104各種角度θp(相位差板角度124a)，在白(亮)顯示中的反射波譜的圖示。順便提起，縱坐標(biāo)軸表示反射率，橫坐標(biāo)軸表示波長。并且，施加電壓為0Vrms。
在圖5A中，應(yīng)當(dāng)明白，以相位差板角度θp＝0時作為參考，當(dāng)θp隨著反射率而增加時，反射率被減小。另一方面，在圖5B中，應(yīng)當(dāng)明白，在θp減小時，反射率的最大值通常保持固定，并且頂點(diǎn)稍微漂移到短波一側(cè)。
接下來，此時的黑(暗)顯示中的反射波譜被分別顯示在圖6A和圖6B中。而且，施加電壓為5Vrms。
在圖6A中，應(yīng)當(dāng)明白，以相位差板角度θp＝0時作為參考，當(dāng)θp隨著反射率而增加時，反射率被減小。特別是，注意到波長0.55μm的附近，0.55μm為可視區(qū)域的中心并且很大程度上與對比度有關(guān)，應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)θp靠近5至6度的范圍時，反射率變得最小，并且當(dāng)θp進(jìn)一步增加時，反射率反而增加。因此，可以有把握地說相位差板角度124a(θp)大于0度，但等于或小于10度左右。另外，如圖6B所示，應(yīng)當(dāng)明白，以相位差板角度θp＝90度作為參考，在θp隨著反射率而減小時，反射率被減小。與先前相似，注意到波長0.55μm的附近，應(yīng)當(dāng)明白，在θp接近85度時，反射率變成最小，并且在θp進(jìn)一步減小時，反射率反而增加。因此，可以有把握地說相位差板角度(θp)小于90度，但等于或大于80度左右。
接下來，參考圖7A和圖7B，將在下文中給出關(guān)于扭曲角為60度的情況的描述。圖7A和圖7B分別是示出關(guān)于相位差板角度104(相位差板角度124a)的各種角度θp，在白(亮)顯示中的反射波譜的圖示。順便提起，縱坐標(biāo)軸表示反射率，橫坐標(biāo)軸表示波長。并且，施加電壓為0Vrms。
在圖7A中，應(yīng)當(dāng)明白，以相位差板角度θp＝0時作為參考，在θp隨著反射率而增加時，反射率被減小。另一方面，在圖7B中，應(yīng)當(dāng)明白，以相位差板角度θp＝90度時作為參考，在θp隨著反射率而減小時，反射率的最大值通常保持固定，并且稍微移到短波一側(cè)。
接下來，在此時的黑(暗)顯示中的反射波譜被分別顯示在圖8A和圖8B中。并且，施加電壓為5Vrms。
在圖8A中，應(yīng)當(dāng)明白，以相位差板角度θp＝0度時作為參考，在θp隨著反射率而增加時，反射率被減小。特別是，注意到波長0.55μm附近，0.55μm為可視區(qū)域的中心并且很大程度上與對比度有關(guān)，應(yīng)當(dāng)明白，在θp接近5度時，反射率變成最小，并且在θp進(jìn)一步增加時，反射率反而增加。因此，可以有把握地說相位差板角度124a(θp)大于0度，但等于或小于10度左右。另外，如圖8B所示，應(yīng)當(dāng)明白，以θp＝90度時作為參考，在θp隨著反射率而減小時，反射率被減小。與先前相似，注意到波長0.55μm附近，應(yīng)當(dāng)明白，在θp接近86度時，反射率變成最小，并且在θp進(jìn)一步減小時，反射率反而增加。因此，可以有把握地說相位差板角度124a(θp)小于90度，但等于或大于80度左右。
另外，參考圖9A和圖9B，將在下文中給出關(guān)于扭曲角為70度的情況的描述。圖9A和圖9B分別是示出關(guān)于相位差板104的各種角度θp(相位差板角度124a)，在白(亮)顯示中的反射波譜的圖示。順便提起，縱坐標(biāo)軸表示反射率，橫坐標(biāo)軸表示波長。并且，施加電壓為0Vrms。
在圖9A中，應(yīng)當(dāng)明白，以相位差板角度θp＝0度時作為參考，在θp隨著反射率而增加時，反射率被減小。另一方面，在圖9B中，應(yīng)當(dāng)明白，以θp＝90度時作為參考，在θp隨著反射率而減小時，反射率的最大值通常保持固定，并且稍微漂移到短波一側(cè)。
接下來，此時的黑(暗)顯示中的反射波譜被分別顯示在圖10A和圖10B中。并且，施加電壓為5Vrms。
在圖10A中，應(yīng)當(dāng)明白，以相位差板角度θp＝0度時作為參考，在θp隨著反射率而增加時，反射率被減小。特別是，注意到波長0.55μm附近，0.55μm為可視區(qū)域的中心并且很大程度上與對比度有關(guān)，應(yīng)當(dāng)明白，在θp接近3至4度的范圍時，反射率變成最小，并且在θp進(jìn)一步增加時，反射率反而增加。因此，可以有把握地說相位差板角度124a(θp)大于0度，但等于或小于10度左右。另外，如圖10B所示，應(yīng)當(dāng)明白，以θp＝90度時作為參考，在θp隨著反射率而減小時，反射率被減小。與先前相似，注意到波長0.55μm附近，應(yīng)當(dāng)明白，在θp接近87度時，反射率變成最小，并且在θp進(jìn)一步減小時，反射率反而增加。因此，可以有把握地說相位差板角度124a(θp)小于90度，但等于或大于80度左右。
而且，參考圖11A和圖11B，將在下文中給出關(guān)于扭曲角為80度的情況的描述。圖11A和圖11B分別是示出關(guān)于相位差板104的各種角度θp(相位差板角度124a)，白(亮)顯示中的反射波譜的圖示。順便提起，縱坐標(biāo)軸表示反射率，橫坐標(biāo)軸表示波長。并且，施加電壓為0Vrms。
在圖11A中，應(yīng)當(dāng)明白，以相位差板角度θp＝0度時作為參考，在θp隨著反射率而增加時，反射率被減小。另一方面，在圖11B中，應(yīng)當(dāng)明白，以θp＝90度時作為參考，在θp隨著反射率而減小時，反射率的最大值通常保持固定，并且頂點(diǎn)稍微漂移到短波一側(cè)。
接下來，此時的黑(暗)顯示中的反射波譜被分別顯示在圖12A和圖12B中。并且，施加電壓為5Vrms。
在圖12A中，應(yīng)當(dāng)明白，以相位差板角度θp＝0度時作為參考，在θp隨著反射率而增加時，反射率被減小。特別是，注意到波長0.55μm的附近，0.55μm是可視區(qū)域的中心并且很大程度上與對比度有關(guān)，應(yīng)當(dāng)明白，在θp接近3度時，反射率變成最小，并且在θp進(jìn)一步增加時，反射率反而增加。因此，可以有把握地說，相位差板角度124a(θp)大于0度，但等于或小于10度左右。另外，如圖12B所示，應(yīng)當(dāng)明白，以θp＝90度時作為參考，在θp隨著反射率而減小時，反射率被減小。與先前相似，注意到波長0.55μm的附近，應(yīng)當(dāng)明白，在θp接近88至87度的范圍時，反射率變成最小，并且在θp進(jìn)一步減小時，反射率反而增加。因此，可以有把握地說相位差板角度124a(θp)小于90度，但等于或大于80度。
而且，參考圖13A和圖13B，將在下文中給出關(guān)于扭曲角為90度的情況的描述。圖13A和圖13B分別是示出關(guān)于相位差板104的各種角度θp(相位差板角度124a)，白(亮)顯示中反射波譜的圖示。順便提起，縱坐標(biāo)表示反射率，橫坐標(biāo)表示波長。并且，施加電壓為0Vrms。
在圖13A中，應(yīng)當(dāng)明白，以相位差板角度θp＝0度時作為參考，在θp隨著反射率而增加時，反射率被減小。另一方面，在圖13B中，應(yīng)當(dāng)明白，以θp＝90度時作為參考，在θp隨著反射率而減小時，反射率的最大值通常保持固定，并且漂移到短波一側(cè)。
接下來，在黑(暗)顯示中的反射波譜被分別顯示在圖14A和圖14B中。并且，施加電壓為5Vrms。
在圖14A中，應(yīng)當(dāng)明白，以相位差板角度θp＝0度時作為參考，在θp隨著反射率而增加時，反射率被減小。特別是，注意到波長0.55μm的附近，0.55μm是可視區(qū)域的中心并且很大程度上與對比度有關(guān)，應(yīng)當(dāng)明白，在θp接近0.5至1度的范圍時，反射率變成最小，并且在θp進(jìn)一步增加時，反射率反而增加。因此，可以有把握地說相位差板角度124a(θp)大于0度，但等于或小于10度。另外，如圖14B所示，應(yīng)當(dāng)明白，以θp＝90度時作為參考，在θp隨著反射率而減小時，反射率被減小。與先前相似，注意到波長0.55μm的附近，應(yīng)當(dāng)明白，在θp接近89.5至89度的范圍時，反射率變成最小，并且在θp進(jìn)一步減小時，反射率反而增加。因此，可以有把握地說，相位差板角度124a(θp)小于90度，但等于或大于80左右。
總結(jié)上述，需要大的絕對相位差板角度124b，以在扭曲角為較小時，使黑(暗)顯示中的反射率最小。然而，可以有把握地說即使扭曲角為50度，絕對相位差板角度124b處于5至6度左右的范圍中，因此根本不超過10度。
因此，第二實施方案具有相位差板角度124a大于0度，但等于或小于10度，或等于或大于80度，但小于90度的特征。換言之，第二實施方案具有相位差板角度124b大于0度，但等于或小于10度的特征。
在這方面，從圖4A和圖4B可以看出，應(yīng)當(dāng)明白，如果扭曲角較小，那么顯示所需的波長標(biāo)準(zhǔn)化延遲也是小的。換言之，當(dāng)應(yīng)用相同的液晶材料時，由于扭曲角較小，液晶層的厚度可變窄，并且因此可實現(xiàn)高速響應(yīng)。但是，可以看出，如果對從圖5A和圖5B中的圖示到圖10A和圖10B中的圖示進(jìn)行相互比較，應(yīng)當(dāng)考慮到在扭曲角等于或小于70度時，由于扭曲角較小，在黑(暗)顯示中的反射率變成最小時，在白(亮)顯示中的反射率變低。另外，可以看出，如果對從圖9A和圖9B中的圖示到圖14A和圖14B中的圖示進(jìn)行相互比較，應(yīng)當(dāng)考慮到在扭曲角等于或大于70度時，由于扭曲角較大，在黑(暗)顯示中的反射率變成最小時，在白(亮)顯示中的反射率是低的。如果在白(亮)顯示中的實際反射率為80％，通常，扭曲角最好是位于50至90度的范圍中，并且為了得到白(亮)顯示中最大的反射率，扭曲角最好是位于70度附近。而且，注意到其為可視區(qū)域中心的波長0.55μm處的最小反射率，θp最好是位于0.5至6度的范圍中。
(第三實施方案)在第三實施方案中，傾斜的各向同性的取向被用作液晶層。
圖15示出了第三實施方案的具體光學(xué)裝置。而且，圖15與圖3相似，示出了當(dāng)從關(guān)于液晶板的垂直方向觀察時，光軸的相對關(guān)系。在第三實施方案中，扭曲角為0度，并且配向角度通常為45度。
首先，將在下文中給出關(guān)于由鄰近象素間的區(qū)域中的橫向電場造成的液晶取向的無序性的問題的描述。
圖16A和圖16B分別是液晶光閥的橫截面視圖。透明電極138形成在朝向液晶光閥的液晶層的玻璃基片130上，并且反射電極137形成在朝向液晶的有效矩陣基片132的一側(cè)。另外，公共電壓Vcom施加到透明電極138上。在圖16A中，示出了相同電壓(V1)施加到每個相鄰的反射電極137(相當(dāng)于象素)上的情況，而在圖16B中，示出了不同電壓分別施加到相鄰的反射電極137上的情況(V1施加到一個反射電極上，V2施加到另一反射電極上(V1 V2))。順便提起，在圖16A和圖16B中，示出了等電位線160。
在圖16A中，橫向電場(垂直等電位線)幾乎不產(chǎn)生在鄰近象素間的區(qū)域中，然而在圖16B中，橫向電場產(chǎn)生在鄰近象素間的區(qū)域中。結(jié)果，在圖16A中，液晶分子150的傾斜方向通常保持固定，然而在圖16B中，產(chǎn)生一區(qū)域，在該區(qū)域中，與其它區(qū)域中的傾斜方向相比，在鄰近反射電極間所關(guān)心的區(qū)域中的液晶分子的傾斜方向反轉(zhuǎn)。在所述的區(qū)域中，液晶的響應(yīng)速度非常低，這就對顯示施加了不利的影響。為了防止這個問題，必需合適地控制在基片界面上的液晶分子的傾斜角度。
圖17示出了在基片151界面上的液晶分子150取向的示意圖。在這種情況下，在基片界面上的液晶分子150的傾斜角度，即基片151的垂直方向和液晶分子150的長軸方向之間的夾角被定義為θt。為了阻止液晶分子的傾斜方向的反轉(zhuǎn)，即為了保證對橫向電場的電阻，θt最好是處于4至6度的范圍中。然而，這就產(chǎn)生了問題，即在θt增加時，在黑(暗)顯示中的反射率增加，并減小對比度。也就是說，對產(chǎn)生在鄰近反射電極間的區(qū)域中的橫向電場的電阻和對比度示出了折衷關(guān)系。圖18A和圖18B分別示出了在θt分別被設(shè)置為2度，4度和6度時的施加電壓對反射率的特征曲線。而且圖18A是數(shù)據(jù)的線性圖，圖18B是繪制在圖18A中的數(shù)據(jù)的對數(shù)圖。在這些圖中，即使在θt增加時，在白(亮)顯示(在大約3.5V的附近)中的反射率通常保持固定，然而在黑(暗)顯示(在大約0V的附近)中的反射率具有增加的趨勢。由于通過用黑(暗)顯示中的反射率去除白(亮)顯示中的反射率而得到對比度，從圖18A和圖18B可以明白，在θt增加時，對比度減小的情況。
圖19A和圖19B分別是示出黑(暗)顯示中的反射波譜對相位差板104角度的圖示。而且，圖19A示出了在θp接近0度時的反射波譜，并且圖19B示出了θp接近90度時的反射波譜。
圖19A示出了在相位差板角度124b，即θp從0度減小時，反射率被減小的情況。特別是，注意到波長0.55μm的附近，0.55μm是可視區(qū)域的中心并且很大程度上與對比度有關(guān)，應(yīng)當(dāng)明白，在θp處于-1至-1.5度的范圍中時，反射率變成最小，并且在θp進(jìn)一步減小時，反射率反而增加。因此，可以有把握地說，相位差板角度124a需要小于0度，但等于或大于-10度。另外，如圖19B所示，應(yīng)當(dāng)明白，與θp＝90度的情況相比，在θp的增加時，反射率被減小的情況。同樣在這種情況下，注意到波長0.55μm的附近，應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)θp處于91至91.5度的范圍中時，反射率變成最小，并且在θp進(jìn)一步增加時，反射率反而增加。因此，可以有把握地說，相位差板角度124a需要大于90度，但等于或小于100度。換言之，第三實施方案的特征是絕對相位差板角度124b至少大于0度，但等于或小于10度。
圖20A和圖20B分別是示出白(亮)顯示中的反射波譜對相位差板104角度的圖示。在圖20A和圖20B中，應(yīng)當(dāng)明白，即使在作為相位差板角度124a的θp被設(shè)置為0至-2度的范圍，或設(shè)置為90至92度的范圍時，反射波譜變化不大，并且因此該變化落在對比度的容許偏差中。
因此，作為相位差板角度124a的θp被設(shè)置為-1至-1.5度的范圍，或設(shè)置為91至91.5度的范圍，從而對比度顯著增強(qiáng)。換言之，絕對相位差板角度124b被設(shè)置為1至1.5度的范圍，由此對比度顯著增強(qiáng)。
(第四實施方案)參考圖21，將在下文中給出關(guān)于應(yīng)用第一實施方案液晶光閥的液晶投影儀的實施方案的描述。第四實施方案的投影儀包括白光源301，偏振光束分離器102，分色鏡302和303，第一實施方案的液晶光閥109R，109G和109B，相位差板104R，104G和104B，投影透鏡304等。
從白光源301發(fā)射出來的光首先入射到偏振光束分離器102上。然后，只有關(guān)于該圖偏振光分量垂直的光從偏振光束分離器102中反射出。在反射光在分色鏡302和303中被分成紅，藍(lán)和綠的基色光之后，它們分別入射到液晶光閥109R，109G和109B。已被入射到相應(yīng)液晶光閥上的基色光通過相應(yīng)的液晶層受到調(diào)相，以被相應(yīng)的象素電極反射，再次被分色鏡302和303進(jìn)行顏色合并。以下，只有平行于該圖的偏振光分量的光通過偏振光束分離器102傳輸，以通過投影透鏡304被投影到屏幕(在圖21中未示出)上。
由于在本實施方案中，應(yīng)用第一實施方案的液晶顯示元件，實現(xiàn)對比度高，并且液晶的響應(yīng)時間短的投影儀是可能的，特別是，可能實現(xiàn)能夠平緩執(zhí)行移動圖像顯示的液晶投影儀。
在這方面，應(yīng)當(dāng)明白，對于每個基色，每個相位差板104R，104G和104B的相位差板角度124a期望是最佳的。另外，如可以從圖5A和圖5B至圖14A和圖14B看出的，在任一基色中，相位差板104的絕對相位差板角度124b最好為大于0度，但最多等于或小于10度。
在第四實施方案中，分色鏡302和303被排列在偏振光束分離器102和相位差板104之間，另一方法，代替分色鏡302和303，可使用棱鏡，之所以將作為被配置在作為偏振光元件的偏振光束分離器和液晶光閥之間的相位差板的光學(xué)軸角度的相位差板角度和偏振光束分離器的偏振光軸錯位配置是由本發(fā)明的本質(zhì)決定的。
另外，基于相同原因，在第四實施方案中，分色鏡302和303被排列在偏振光束分離器102和相位差板104之間，另一方法，可采用如此的構(gòu)造，其中在從白光源301發(fā)射出的光101通過分色鏡等已預(yù)先被分成基色光后，由此產(chǎn)生的基色光被入射到偏振光束分離器上。在這種情況下，排列每種基色的偏振光束分離器是必需的。
另外，基于相同的原因，本發(fā)明在光學(xué)系統(tǒng)中是有效的，而且在該系統(tǒng)中，如SID2000 Digest，P.92文章中描述的顏色偏振過濾器和偏振光束分離器相互結(jié)合在一起。
而且，在第四實施方案中，應(yīng)用在第一實施方案中描述的液晶光閥，當(dāng)然應(yīng)當(dāng)明白，應(yīng)用在第二實施方案和第三實施方案中分別描述的液晶光閥是可能的。
雖然參考實施方案及其特定的修改，已特別地示出和描述了本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可進(jìn)行各種變化和修改。因此本發(fā)明的范圍只被附加的權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.液晶顯示器件，包括液晶顯示元件，具有具有一對基片(130，132)的液晶光閥(109)，該光閥具有形成在所述一對基片之一上的透明電極(138)，形成在所述一對基片另一個基片上的反射電極(137)，被夾在所述一對基片間的液晶層(131)；和相位差板(104)；偏振光元件(102)；以及光源(301)，其中所述相位差板被排列在所述液晶光閥和所述偏振光元件之間，并且所述相位差板的延遲處于100至175nm的范圍，以及其中構(gòu)成快軸或慢軸的所述相位差板的光軸和所述偏振光元件的偏振軸相互錯位配置，并且所述相位差板的光軸和所述偏振光元件的偏振軸之間形成的夾角的絕對值等于或小于10度。
2.液晶顯示器件，包括液晶顯示元件，具有具有一對基片(130，132)的液晶光閥(109)，該光閥具有形成在所述一對基片之一上的透明電極(138)，形成在所述一對基片另一個基片上的反射電極(137)，被夾在所述一對基片間的液晶層(131)；和相位差板(104)；光源(301)，用于提供入射到所述液晶顯示元件的光；以及被配置在所述液晶顯示元件和所述光源之間的偏振光元件(102)，其中構(gòu)成快軸或慢軸的所述相位差板的光軸和入射到所述相位差板的偏振光的偏振方向相互錯位配置。
3.權(quán)利要求2記載的液晶顯示器件，其中在所述液晶顯示元件中的所述相位差板的延遲處于100至175nm的范圍。
4.權(quán)利要求2或3記載的液晶顯示器件，其中在所述液晶顯示元件中的液晶層是具有扭曲向列型取向的液晶層。
5.權(quán)利要求4記載的液晶顯示器件，其中在所述液晶顯示元件中的所述液晶層的扭曲角處于50至90度的范圍，所述相位差板的光軸和所述偏振光元件的偏振軸之間的夾角的絕對值大于0度，但等于或小于10度。
6.權(quán)利要求4記載的液晶顯示器件，其中在所述液晶顯示元件中所述液晶層的扭曲角處于50至90度的范圍，所述相位差板的光軸和所述偏振光元件的偏振軸之間形成的夾角的絕對值小于90度，但等于或大于80度。
7.權(quán)利要求2或3記載的液晶顯示器件，其中在所述液晶顯示元件中的液晶層是具有各向同性的取向的液晶層。
8.權(quán)利要求7記載的液晶顯示器件，其中在所述液晶顯示元件中的第一液晶取向方向為45度，所述相位差板的光軸和所述偏振光元件的偏振軸之間形成的夾角小于0度，但等于或大于-10度。
9.權(quán)利要求7記載的液晶顯示器件，其中在所述液晶顯示元件中的第一液晶取向方向為45度，所述相位差板的光軸和所述偏振光元件的偏振軸之間形成的夾角的絕對值大于90度，但等于或小于100度。
10.液晶顯示器件，包括液晶顯示元件，具有具有一對基片(130，132)的液晶光閥(109)，該光閥具有形成在所述一對基片之一上的透明電極(138)，形成在所述一對基片另一個基片上的反射電極(137)，被夾在所述一對基片間的液晶層(131)；和相位差板(104)；偏振光元件(102)；以及光源(301)，其中所述相位差板被配置在所述液晶光閥和所述偏振光元件之間，并且所述相位差板的延遲為入射到所述相位差板的光的波長的1/4左右，以及其中所述相位差板的光軸和所述偏振光元件的偏振軸之間形成的夾角的絕對值大于0度，但等于或小于10度。
11.權(quán)利要求10記載的液晶顯示器件，其中所述液晶顯示元件是權(quán)利要求4至8任何一項所定義的所述液晶顯示元件。
全文摘要
本發(fā)明提供具有高速響應(yīng)和高對比度的液晶顯示元件及應(yīng)用該液晶顯示元件的顯示器件。該顯示器是應(yīng)用反射型液晶光閥(109)的顯示器件,并將諸如偏振光束分離器(102)的偏振元件和反射型液晶光閥之間設(shè)置的相位差板(104)的延遲設(shè)定為對入射光波長的1/4左右,并且使相位差板的光軸(慢軸或快軸)和入射偏振光的偏振方向稍微大于0度被錯位配置。
文檔編號G03B21/14GK1365018SQ0112587
公開日2002年8月21日 申請日期2001年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月11日
發(fā)明者廣田昇一, 青砥勝英, 津村誠, 竹本一八男 申請人:株式會社日立制作所