疊層相位差板以及由該板構成的液晶顯示裝置的制作方法

專利名稱：疊層相位差板以及由該板構成的液晶顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及在文字處理器或者筆記本型個人計算機等自動辦公設備(0A)、各種圖像設備或者游戲機等中使用的直視式液晶顯示裝置、把來自照明光源的光反射以及投射進行放大顯示的投射型液晶顯示裝置、固定在觀察者的頭部顯示圖像的頭戴顯示器等液晶顯示裝置中使用的疊層相位差板以及由該板構成的液晶顯示裝置。
背景技術：
以往，由定向高分子膜構成的光學相位差補償板使用在各種用途中。作為光學相位差補償板的例子，有對于具有與其波長板相互正交的振動面的直線偏振光提供π/2相位差的1/4波長板，或者對于同樣的直線偏振光提供π相位差的1/2波長板等。這些光學相位差補償板由于基于其復折射的相位差在各個光的波長不同，因此用一片光學相位差補償板的結構難以對于波長不同的光同樣地獲得作為相位差結果而產生的偏振狀態。
為了解決這個問題，在特開平5-100114號公報中，記述了把偏振板和多個1/2波長板組合構成的1/2波長板以及對于它們進而加入1/4波長板而得到的圓偏振板。
其中，前者的結構，對于使用偏振板僅選擇性地透射了直線偏振光分量的光，通過把1/2波長板組合，能夠在很大的波長范圍內確保賦予相位差π的條件。另外，后者的結構，在上述結構上加入1/4波長板，能夠在很大的波長范圍內確保提供相位差π/2的條件。其結果，位于提供相位差π的1/2波長條件成立的波長范圍內的光，用波長板變成為與所準備的直線偏振光方位不同的直線偏振光。如果依據該結構，則對于1/2波長條件成立的波長能夠產生具有相同振動面的直線偏振光。
另外，彩色顯示器作為具有薄型和輕量等特征的器件實用于液晶顯示裝置中。作為彩色顯示裝置當前廣泛使用的是在背景使用了光源的透射型液晶顯示裝置，而由于上述特征，在各種領域正在擴大其用途。
反射型液晶顯示裝置如果與該透射型液晶顯示裝置比較，由于在其顯示中不需要背景光，因此具有能夠減少光源的電功率以及可以節約背景光的空間和重量等特征。即，反射型液晶顯示裝置可以實現降低功耗，適用于以輕量薄型為目的的設備中。
另外，關于顯示面的對比度特性方面，在CRT等發光型顯示裝置中，在陽光下的室外可以見到對比度比大幅度降低，即所謂的清除(washout)。進而關于這一點，即使在實施了低反射處理的透射型液晶顯示裝置中，在直射日光下等的周圍光與顯示光相比較非常強的情況下，也不可避免地降低視認性。
與此不同，反射型液晶顯示裝置由于可以得到與周圍光量成比例的顯示光，因此特別適宜作為便攜信息終端設備和數字照相機、便攜式攝像機等在室外使用的設備的顯示部分。
然而，反射型液晶裝置雖然具有這樣非常有希望的應用領域，但是不能夠得到充分的對比度比和反射率，在多彩色化、高精度顯示、對于動畫的對應等性能方面也不充分。因此，至今還不能得到具有充分實用性的反射型彩色液晶顯示裝置。
以下，進一步詳細地說明反射型液晶顯示裝置。
以往的扭絞向列(TN)型液晶元件由于使用2片偏振光板，因此在對比度比及其視角依存性等特性方面出色。然而，由于液晶調制層與光反射層之間的距離僅隔開基板等的厚度，因此發生伴隨著照明光入射時與反射時的光路偏移產生的視差。由此，特別是在使用于把向1層液晶調制層提供按每個顏色成分不同的像素的彩色濾光片組合起來的通常的透射型液晶顯示中的結構中不適于高分辨率以及高精度的彩色顯示裝置。這是因為入射時通過的顏色分量與反射后通過的顏色分量在光的行進方向傾斜的情況下，根據其傾斜度的方位和傾角而不同。基于該理由，使用該顯示模式的反射型液晶顯示裝置的彩色顯示尚未達到實用化。
對此，開發了不使用偏振板或者使用1片偏振板，在液晶中添加了染料的賓主(GH)型液晶元件。然而，在賓主型液晶元件中，由于添加著染料因此存在著可靠性欠缺等問題以及由于染料的二色性比低而不能夠得到高對比度比的問題。特別是在使用彩色濾光片的彩色顯示中，由于暗狀態的像素的反射光與明狀態的像素的反射光一起被觀察，因而這樣的對比度的不足將大幅度地降低色純度。為了防止色純度的降低，需要與色純度高的彩色濾光片相組合。然而，如果使用色純度高的彩色濾光片，則亮度降低，將產生損失本方式這樣的由于不使用偏振光板因而是高亮度的優點這樣的矛盾。
鑒于以上的背景，開發可以期望進行高分辨率以及高對比度顯示的使用了1片偏振板方式(以下，稱為1片偏振板方式)的液晶顯示裝置。作為其1例，在特開昭55-48733號公報中公開了使用1片偏振板和1/4偏振板的反射型TN(45度扭轉型)方式的液晶顯示裝置。
在該現有技術中，使用45度扭轉的液晶層，通過控制加到該液晶層上的電場，把入射直線偏振光的振動面切換為平行于1/4波長板的光軸狀態和45度不同方位狀態這2種狀態，由此進行白黑顯示。該液晶單元成為從入射光一側開始，順序配置偏振器，45度扭轉液晶單元，1/4波長板以及反射板的結構。
另外，本申請發明者提出了有關把1片偏振光板、平行取向液晶單元和光學相位差補償板組合起來的反射型平行取向方式的權利要求(參照特開平6-167708號公報)。該顯示模式具有在配置于液晶單元內面的反射板與配置于液晶單元(以及光學相位差補償板)外面的偏振板之間配置了均勻(平行)排列的液晶層以及1片光學相位差補償板的結構。該結構的光路使入射光路與出射光路相重合，僅通過2次偏振板，也僅通過2次形成在單元的玻璃基板(上基板)上的不可避免地進行光吸收的透明電極。從而，用該單元結構能夠得到高反射率。
另外，在特開平2-236523號公報和Japan Display’89 p.192中公開了在反射板(配置于單元內面)與1片偏振板之間配置了被扭轉了的向列液晶層的結構。
以下說明在這些特開平6-167708號公報、特開平2-236523號公報以及Japan Display’89，p.192中公開的這種1片偏振板方式的顯示原理。
配置在入射一側的偏振光板具有僅通過入射光以及出射光的直線偏振光分量中1個方向的線性偏振光分量，吸收其它方向的直線偏振光分量的功能。通過了偏振板的入射光由λ/4波長板等光學相位差補償板改變其偏振狀態入射到液晶層(特開平6-167708號公報的情況)，或者直接入射到液晶層(特開平2-236523號公報，JapanDisplay’89，p.192的情況)。入射到液晶層的光如果通過液晶層，進而變化其偏振狀態到達反射板。到達了反射板的光按照與入射時相反的順序，在變化其偏振狀態的同時通過液晶層和λ/4波長板等，再次到達偏振板。
這時，最終的偏振板的透射方位的偏振光分量的比例決定液晶層總體的反射率。即，在出射時的通過偏振光板之前的偏振狀態是偏振板的透射方位的直線偏振光的情況下成為最亮的顯示，如果其偏振狀態是吸收方位的直線偏振光則成為最暗的顯示。
用于對于向液晶顯示裝置垂直入射以及出射的光實現上述狀態的必要充分條件雖然省略了詳細的說明，然而已知如下。即，必要充分條件是對于明狀態反射板上的偏振狀態成為任一方位的直線偏振光，另外，對于暗狀態在反射板上成為右或者左旋圓偏振光。上述條件是在保持偏振的鏡面中的反射中成立的條件。即，在不保持偏振的反射中，在明狀態的亮度降低的同時，暗狀態的亮度上升，顯示的對比度惡化。因而，在以高對比度為目的的1片偏置光板方式中不適用。
另外，還已經公開了1片偏振板和使具有負的介電各向異性的液晶垂直取向的反射型液晶顯示裝置。在USP4701028(Clerc等)中，公開了把1片偏振板、1/4波長板和垂直取向液晶單元組合起來的反射型液晶顯示裝置。另外，在特開平6-337421號公報中，公開了把1片偏振板、1/4波長板和彎曲垂直取向液晶單元組合起來的反射型液晶顯示裝置。還有，在Euro Display’96，p.464中，公開了把1片偏振板、1/4波長板和垂直取向液晶單元組合起來的反射型的液晶顯示裝置。
這些裝置的每一種都是適用1/4波長板，在沒有施加電壓時通過把液晶層的延遲取為幾乎為0保持偏振狀態實現暗狀態，在施加電壓時液晶層的延遲具有有限的值實現明狀態這樣的利用延遲進行通斷的所謂標準黑模式的液晶顯示裝置。
另一方面，投射型液晶顯示裝置具有放大投射基于液晶元件的顯示圖像的功能，與顯示圖像的大小相比用小型的設備實現大畫面顯示。因而，投射型液晶顯示裝置廣泛地使用在大型顯示裝置和數據投影儀等圖像顯示裝置中。
另外，頭戴顯示器是小型的設備，具有可以有效地向觀察者提供大畫面的特征、由于固定在頭部因而可以占有觀察者的視野的特征以及能夠在左右兩眼提供獨立的顯示信息的特征。頭戴顯示器由于這些優點，期待虛擬逼真(Virtual Reality)技術以及今后在圖像觀賞用顯示器、立體圖像再生用顯示器等中的應用。
在這些投射型液晶顯示裝置和頭戴顯示器中，從液晶元件的相同面取出入射到液晶元件上的光并進行投射顯示的反射型液晶顯示裝置能夠同時制做液晶元件和周邊電路，能夠制做高性能的驅動基板。上述反射型液晶顯示裝置例如具有可以使用硅晶片等非透光性基板的優點，以及即使把液晶顯示元件設計為小型，也能夠進行驅動液晶層的有源元件和布線不損失光的利用效率的設計的優點。
或者，還能夠使用所謂的液晶光閥等的方法。該液晶光閥中，通過從挾持液晶元件的基板中的光投射一側的相反一側照射光，寫入顯示信息。而且，由此使光導電層的電阻發生變化，與光導電層一起對于施加了電壓的液晶層分配電壓，與寫入光相吻合使投射光強度發生變化。從而，能夠應用在這些圖像投射裝置等中。特別是由于光的利用效率決定裝置總體的亮度因而很重要。
進而，這些投射型液晶顯示裝置和頭戴顯示器由于有時觀察顯示的周圍照明環境非常暗，因而要求高質量的顯示。從這一點出發，為了實現這樣照明狀態下的良好的黑顯示，實現高對比度顯示，要求在黑顯示中具有高遮光性。
另外，作為通過使用偏振光束分裂器進行制造，進而使用光學相位差補償板，進行高對比度顯示的液晶投射型液晶顯示的例子，有記載于特開平8-62564號公報中的技術。在記載于該公報中的結構中，為了進行高對比度顯示，使用發生與要補償暗狀態下的液晶層中相位差相同相位差的光學元件(復折射元件)。
在上述以往技術的在1片偏振板方式的液晶顯示裝置中使用了平行液晶取向單元的方式下，把加上電壓時作為明狀態的情況下，或者，在垂直液晶取向單元中，把沒有加電壓時的液晶層的復折射幾乎消失的狀態中的取向狀態作為明狀態的情況下，最好如下所示。即，這種情況下，最好是通過在寬波長區域中實現良好明狀態的液晶顯示裝置的偏振板與光學相位差補償板的組合，光學相位差補償板出射后的偏振狀態成為直線偏振光。然而，當該直線偏振光在全部波長區具有相同振動面時，沒有發現補償由液晶層引起的每個波長偏振狀態的作用差別的功能。
相位差板如果能夠使以上2點，即，各波長的光是直線偏振光和發生振動面的方位在各個波長不同的偏振狀態這2點并存，則作為以其液晶層的光學補償作用為目的顏色補償板成為有用的光學相位差補償板。
如果依據上述特開平5-100114號公報的技術，則可以得到對于寬波長區域獲得1/2波長條件的方法。然而，不同波長的偏振光具有相同方位的振動面，所得到的偏振狀態只是通過偏振光板前后的偏振狀態和方位不同。即，不能夠得到在各個波長不同的偏振方向。
另外，如果依據上述公報的記述，則在寬波長區域獲得1/4波長條件的方法中，同樣地示出把寬波長取為圓偏振光的方法。然而，在上述公報中，沒有示出具有在各波長不同方位的直線偏振光的方法。
在記載于上述特開昭55-48733號公報中的液晶顯示裝置中，需要在液晶層和反射板之間設置1/4波長板。因而，原理上難以在液晶單元的內側形成反射膜，不適于高分辨率·高精度顯示。
另外，在記載于上述特開平6-167708號公報中的反射型平行取向方式中，由于液晶單元與光學相位差補償板的波長分散性產生著色。在這樣以往的結構中，在暗狀態下易于產生著色，存在著不能夠實現白黑顯示這樣的問題。
同樣，在上述特開平6-337421號公報和Euro Display’96，p.464中記述的垂直取向方式中，加入電壓時的液晶的取向也成為不扭轉的平行取向。因此，受液晶單元與光學相位差補償板的波長分散性的影響，在暗狀態易于產生著色，存在著不能夠進行良好的白黑顯示的問題。進而，在沒有加電壓時的顯示中，觀察者對于基板從正面方向(即，基板的法線方向)觀看時，由于沒有發現延遲，因此可以實現良好的暗顯示。然而，在觀察者從對于基板的法線傾斜的方向觀看時，將產生延遲。因此，存在著對于顯示傾角的視野角特性非常差，不能夠得到良好的暗顯示這樣的問題。
另一方面，在如特開平2-236532號公報和Japan Display’89，p.192中記述的結構中，與使用2片偏振板的結構相比較提高了明狀態的反射率。然而，暗狀態的透射率對于波長的依賴性大，不能夠實現良好的黑顯示。另外，作為液晶層的復折射率差(Δn)與液晶層厚(d)的積Δnd要求是200nm左右的非常小的值。如果Δnd是該值，則使用作為一般液晶材料的Δnd為0.065以上的液晶材料制做液晶板時，液晶層的單元縫隙大約為3μm，是非常小的值，在制造方面難以進行。
另外，在利用偏振光束分裂器，利用了復折射元件的上述特開平6-62564號公報中記述的結構中，謀求改善對比度。然而，由于沒有謀求改善亮度，因此，不能夠改善效率。不僅如此，如果依據該公報的實施例的記述，則雖然改善了對比度，但是亮度降低，當然效率惡化。在基于記載于該公報的實施例的例子的情況下，為改善投射效率，在電壓小時把垂直取向的液晶取向作為使施加電壓上升而傾斜的取向狀態，由此需要使其取向狀態中的亮度上升。為此而使用的光學元件為了維持對比度必須不使暗狀態的亮度上升。然而，至今為止沒有發現具有這樣功能的光學元件及其結構。
發明的公開本發明是為解決上述的課題而產生，目的在于提供解決能夠進行高分辨率顯示的1片偏振板方式的液晶顯示裝置的問題，或者以要解決反射光投射型液晶顯示裝置、頭戴顯示器的問題，并且提高光學相位差補償板的功能為目的，同時能夠實現進行視認性優良的顯示的反射型液晶顯示裝置或者高效投射型液晶顯示裝置的疊層相位差板以及由該板構成的液晶顯示裝置。
本發明的疊層相位差板為達到上述目的，是由第1光學相位差補償板以及第2光學相位差補償板疊層而構成的相位差板，其特征在于，上述第1光學相位差補償板對于其法線方向下的波長550nm的透射光的延遲是100nm以上180nm以下，上述第2光學相位差補償板對于其法線方向下的波長550nm的透射光的延遲是200nm以上360nm以下，在作為可見光并且具有同一振動面的直線偏振光入射到上述第2光學相位差補償板時，如果把與該直線偏振光的振動方向相垂直的方向或者該直線偏振光的振動方向與上述第1光學相位差補償板的滯相軸所成的角度記為θ1，把與上述直線偏振光的振動方向垂直的方向或者該直線偏振光的振動方向與上述第2光學相位差補償板的滯相軸方向所成的角度記為θ2，則配置上述第1光學相位差補償板以及上述第2相位差補償板使得|θ1-2×θ2|的值成為80度以上100度以下。
上述發明是發現了作為獲得在每個波長不同方位的直線偏振光的裝置，在提供1/2的波長的相位差的光學相位差補償板與提供1/4波長的相位差的光學相位差補償板的組合中，進行特定的方位設定是重要的這一點而完成的。
如果依據本發明的疊層相位差板，則可以實現把反射板的反射膜形成面接近液晶層進行設置的液晶顯示裝置，可以實現良好的暗狀態。由此，可以實現沒有視差的能夠以高對比度以及高精度進行動畫顯示的反射型液晶顯示裝置。進而，如果把本發明的疊層相位差板采用在投射反射光的液晶顯示裝置和頭戴顯示器中，則能夠改善投射效率。
另外，為了達到上述目的，本發明的液晶顯示裝置具有第1基板、透光性的第2基板、包含夾在第1基板與第2基板之間的液晶的液晶組成物構成的液晶層，是把上述方案1中記述的疊層相位差板配置在上述第2基板中的顯示面一側的液晶顯示裝置，其特征在于，具有設置在上述疊層相位差板中的上述第2光學相位差補償板一側的，把作為可見光并且具有同一振動面的直線偏振光入射到上述第2光學相位差補償板的偏振裝置的同時，設置在由該偏振裝置向上述第2光學相位差補償板上入射作為可見光并且具有同一振動面的直線偏振光時，使透過該第2光學相位差補償板、第1光學相位差補償板、上述第2基板以及液晶層從液晶層出射的光的至少一部分反射的光反射裝置。
上述發明是在發現了使用本發明的疊層相位差板構成液晶顯示器時，可以把本發明的疊層相位差板最有效地利用到顯示中的液晶顯示裝置的結構而完成的。
如果依據本發明的液晶顯示裝置，則可以實現反射率高而且對比度高的反射型液晶顯示裝置。進而，可以把反射板的反射膜形成面設置在透明基板的液晶層一側，可以實現良好的暗狀態。由此，能夠進行沒有視差的高對比度以及高精度的動畫顯示。在此基礎上，在液晶層采用垂直取向并且使用了偏振光束分裂器的裝置中，對比度特性特別出色。
進而，如果在本發明的液晶顯示裝置中使用調整為高亮度的彩色濾光片，則可以實現具有良好的顏色再現性的顯示質量高的彩色反射型液晶顯示裝置。
進而，其它發明是在本發明的液晶顯示裝置中，用偏振板構成偏振裝置的液晶顯示裝置(液晶顯示裝置①)。
如果依據液晶顯示裝置①，則可以實現能夠把本發明的疊層相位差板最有效地利用到顯示中的直視型的液晶顯示裝置。即，如果依據液晶顯示裝置①，則可以提供借助本發明的疊層相位差板而具有良好的黑顯示和良好的亮度，還具有不損失亮度的良好顯示特性的液晶顯示裝置。
進而，其它的發明是在本發明的液晶顯示裝置或者液晶顯示裝置①中，上述液晶組成物具有正的介電各向異性，上述第1基板與上述第2基板之間的液晶的扭轉角為60度以上100度以下，上述液晶層中的液晶的復折射率差與液晶層厚度的積為150nm以上300nm以下的液晶顯示裝置(液晶顯示裝置②)。
如果依據液晶顯示裝置②，則能夠把本發明的液晶顯示裝置或者液晶顯示裝置①最優化。即，如果依據液晶顯示裝置②，則可以提供在暗狀態下能夠確保可見光波長區內充分低的反射率，而且能夠容易并且高成品率地進行制造的液晶顯示裝置。
進而，其它的發明是在本發明的液晶顯示裝置、液晶顯示裝置①以及②的任一個中，上述光反射裝置是由配置在上述第1基板中的上述液晶層一側的導電性材料構成的光反射膜，上述光反射膜具有平滑的連續變化的凹凸表面的液晶顯示裝置(液晶顯示裝置③)。
在直視反射型液晶顯示裝置中，在把明狀態不是作為鏡面反射而是作為白狀態的情況下，需要擴散性的反射。在本發明的液晶顯示裝置中，通過特別地使用具有平滑的凹凸形狀的反射板，可以實現良好的顯示質量的液晶顯示裝置。
即，液晶顯示裝置③是在發現了特別適用于本發明的液晶顯示裝置的光反射裝置的結構而完成的。如果依據液晶顯示裝置③，則通過具有凹凸形狀的光反射膜，能夠防止由光反射裝置引起的反射成為鏡面反射。其結果，能夠防止觀察者的面目等裝置周圍的的圖像映入液晶顯示裝置的顯示畫面上，能夠實現良好的白顯示。另外，由于具有發散性的部分配置在液晶顯示裝置的前面，因此能夠實現良好的暗狀態。由此，能夠實現高對比度比的液晶顯示裝置。
另外，如果依據液晶顯示裝置③，則由于把光反射膜作為導電性材料，因此該光反射膜還具有與形成在第2基板上的透明電極協同動作作為向液晶層加電壓的電極作用。
為實現液晶顯示裝置③，把多個突起部分設置在第1基板中的上述液晶層一側的面上，使得由突起部分以及由第1基板形成凸凹形狀表面。在突起部分上形成把上述凸凹形狀的表面平滑的平滑化膜，也可以把上述光反射膜設置在上述平滑化膜上。
進而，其它的發明是在液晶顯示裝置③中，是上述光反射膜所具有的凹凸形狀表面具有依賴于第1基板的面內方位的各向異性的液晶顯示裝置(液晶顯示裝置④)。
如果依據液晶顯示裝置④，則能夠進一步提高反射型液晶顯示裝置的反射亮度。
液晶顯示裝置④能夠通過根據第1基板的面內方位改變上述光反射膜所具有的凹凸形狀表面的凹凸的平均周期而實現。
更具體地講，液晶顯示裝置④在把上述那樣的多個突起部分以及平滑化膜夾在光反射膜與第1基板之間的結構中，可以把上述各突起部分從第1基板的法線方向觀看的形狀做成把同一方向取為長徑的橢圓形。
進而其它的發明是在本發明的液晶顯示裝置以及液晶顯示裝置①～④的任一個中，上述液晶層是把其取向根據所加的電壓變化的液晶和具有光學各向異性并且其取向不根據所加的電壓變化的高分子分散構成的液晶顯示裝置(液晶顯示裝置⑤)。
液晶顯示裝置⑤是在已取向的液晶層中分散液晶和高分子，其高分子具有與未加電壓的狀態的液晶分子的取向相同的取向，高分子自身也具有光學各向異性的裝置。由此，在未加電壓的狀態下，液晶組成物的折射率與高分子的折射率一致，不發生散射。另外，在加了電壓的情況下，液晶組成物的折射率與高分子的折射率發生偏移，產生散射。從而，即使借助表示鏡面的反射膜，也能夠在鏡面反射方位以外的方位進行非鏡面的白色顯示，可以得到非常高的對比度比。
另外，其它的發明是在本發明的液晶裝置中由用偏振光束分裂器構成上述偏振裝置的液晶顯示裝置(液晶顯示裝置⑥)。
液晶顯示裝置⑥是在利用反射光的投射型和頭部固定型的液晶顯示裝置中，發現作為偏振裝置在使用了偏振光束分裂器的情況下，通過采用本發明的光學相位差補償板，暗狀態的亮度沒有上升而完成的。
如果依據液晶顯示裝置⑥，則能夠實現維持高對比度的投射型或者頭部固定型的液晶顯示裝置。
進而其它的發明是在液晶顯示裝置⑥中，上述液晶組成物具有正的介電各向異性，上述第1基板與第2基板之間的液晶的扭轉角為60度以上100度以下的范圍，上述液晶層中的液晶的復折射率差與液晶層厚度的積為150nm以上330nm以下的液晶顯示裝置(液晶顯示裝置⑦)。
在本發明的液晶顯示裝置中，液晶層的取向需要把通過使用本發明的疊層相位差板而產生的在各個波長不同的振動面的直線偏振光有效地朝向偏振光束分裂器的透射方位。
液晶顯示裝置⑦作為這樣的結構，能夠把使用了偏振光束分裂器時的效率提高的液晶層最優化。
進而，其它的發明是在液晶顯示裝置⑥中，上述液晶組成物具有負的介電各向異性，上述液晶層中的液晶在沒有加電壓的狀態下對于上述第1基板以及第2基板垂直取向的液晶顯示裝置(液晶顯示裝置⑧)如果依據液晶顯示裝置⑧，則可以實現基于標準白模式的顯示，能夠進行明亮的顯示。
進而，其它的發明是在液晶顯示裝置⑧中，把液晶的自然間距記為p，把液晶層厚度記為d時的值|d/p|，設定為比0大比0.5小，上述液晶層中的液晶的復折射率差與液晶層厚度的積為200nm以上500nm以下的液晶顯示裝置(液晶顯示裝置⑨)。
液晶顯示裝置⑨作為與液晶顯示裝置⑦不同的結構，通過本發明的液晶顯示裝置的液晶取向，把使用偏振光束分裂器時的效率提高的液晶層最優化。
本發明的目的、特征以及優點通過以下所示的記載將充分地了解。另外，本發明的利益將在參照附圖的下述說明中明確。
附圖的簡單說明圖1是示出本發明實施形態1的疊層相位差板的概略構造的主要部分剖面圖。
圖2(a)～(c)示出在實施形態1中通過了第2光學相位差補償板的光的振動電場矢量的時間變化，圖2(a)示出入射光是比滿足1/2波長條件的波長長的光時的電場矢端的時間變化，圖2(b)示出入射光是滿足1/2波長條件的波長時的電場矢端的時間變化，圖2(c)示出入射光是比滿足1/2波長條件的波長短的光時的電場矢端的時間變化。
圖3(a)～(c)示出在實施形態1中通過了第1光學相位差補償板的光的振動電場矢量的時間變化，圖3(a)示出入射光是比滿足1/4波長條件的波長長的光時的電場矢端的時間變化，圖3(b)示出入射光是滿足1/4波長條件的波長時的電場矢端的時間變化，圖2(c)示出入射光是比滿足1/4波長條件的波長短的光時的電場矢端的時間變化。
圖4示出根據實施例1的光學相位差補償板變化的偏振狀態的測定配置。
圖5示出實施例1的疊層相位差板(光學相位差補償板)以及偏振板的設置方位的設定角度。
圖6(a)～(d)示出實施例1的疊層相位差板(光學相位差補償板)的透射光的振動電場矢量的時間變化，圖6(a)示出樣品1a的時間變化，圖6(b)示出樣品1b的時間變化，圖6(c)示出樣品1c的時間變化，圖6(d)示出比較例1的時間變化。
圖7是示出測定了實施例1的反射率的測定光學系統的配置概念圖。
圖8是示出與實施例1的入射光的直線偏振光正交的分量的測定光學系統的配置概念圖。
圖9是示出實施形態2的液晶顯示裝置的概略構造的主要部分剖面圖。
圖10是示出實施例2A的液晶顯示裝置的光學元件的配置的平面圖。
圖11示出實施例2A的液晶顯示裝置的反射率與施加電壓依存性的測定值。
圖12是示出圖11的測定時使用的測定光學系統的配置概念圖。
圖13是示出實施例2B的液晶顯示裝置的概略構造的主要部分剖面圖。
圖14是示出實施例2B的液晶顯示裝置的概略構造的主要部分剖面圖。
圖15是部分放大地示出在實施例2C的反射型液晶顯示裝置中使用的光反射板的凹凸形狀的平面圖。
圖16是示出實施例2C的反射性電極(光反射板)的反射特性的測定光學系統的測定方位的概念圖。
圖17示出基于圖16的測定系統的實施例4的反射性電極(光反射板)的反射特性的測定值。
圖18是示出實施例2D的液晶顯示裝置的非鏡面配置下的反射率的測定中使用的測定光學系統的配置概念圖。
圖19(a)及(b)示出實施例2D的液晶顯示裝置的反射率與施加電壓依存性的測定值，圖19(a)示出鏡面配置下的測定結果，圖19(b)示出非鏡面配置下的測定結果。
圖20是示出實施形態3的液晶顯示裝置的概略構造的主要部分剖面圖。
圖21(a)及(b)是示出液晶顯示裝置的光學元件配置的平面圖，圖21(a)示出實施例3的配置，圖21(b)示出比較例3的配置。
圖22是示出實施例3以及比較例3的投射型液晶顯示裝置的投射光強度與對液晶元件施加電壓的依存性的特性圖。
圖23是示出實施例3以及比較例3的投射型液晶顯示裝置的明狀態的投射效率與波長依存性的特性圖。
圖24是示出實施例2E及2F的反射型液晶顯示裝置的構造的剖面圖。
圖25是示出實施例2E及2F的反射型液晶顯示裝置的偏振板與光學相位差補償板的設定方位的平面圖。
圖26示出實施例2E的反射型液晶顯示裝置的反射率與施加電壓依存性的測定值。
用于實施發明的最佳形態以下，參照


用于實施本發明的最佳形態。
實施形態1圖1是示出本發明一個實施形態的疊層相位差板的概略結構的主要部分剖面圖。如圖1所示，該疊層相位差板由第1光學相位差補償板1和第2光學相位差補償板2構成。而且，向第2光學相位差補償板2的入射光3其裝置上沒有特別限定，通過偏振板和偏振光束分裂器等偏振裝置成為直線偏振光。另外，在圖1中，使用xyz直角坐標系使得把作為直線偏振光的入射光3的電場的振動方向4定為x方向，把入射光3的前進方向定為-z方向，進而使xy平面(未圖示)與疊層相位差板設置平面平行。
其次，說明疊層相位差板的作用。被準備為直線偏振光的入射光3的偏振狀態由光學相位差補償板2進行變化。關于這時的偏振狀態的變化，對于光學相位差補償板2的滯相軸方位8，在圖2(a)、(b)以及(c)分別示出偏置狀態變化了的入射光3的電場矢端的時間變化5、6以及7。
圖2(a)示出入射光3(參照圖1)是比滿足1/2波長條件的波長長的光時的電場矢端的時間變化5，圖2(b)示出入射光3是滿足1/2波長條件的波長時的電場矢端的時間變化6，圖2(c)示出入射光3是比滿足1/2波長條件的波長短的光時的電場矢端的時間變化7。另外，在圖2(a)～(c)中使用圖1所示的xyz直角坐標系。
光學相位差補償板2由于具有在作為可見光波長范圍的400nm～700nm的每一個波長僅產生π相位差的復折射量，因此如圖2(a)～(c)所示，使入射光3對應于其波長分別變化為不同的偏振狀態。即，具有用8所示的滯相軸方位的光學相位差補償板2使沿著x方向(圖1所示的電場振動方向)振動的入射光3的相位變化，使入射光3的偏振狀態變化。由此，以1/2波長條件成立的波長(圖2(b))為界，光電場的旋轉方向逆轉(圖2(a)、圖2(c))。
進而使處于這種偏振狀態的入射光入射到光學相位差補償板1。關于這時的偏振狀態的變化，圖3(a)、(b)以及(c)分別示出對于光學相位差補償板1的滯相軸方位9，偏振狀態變化了的入射光的電場矢端的時間變化10、11以及12。另外，圖3(a)示出入射光是比滿足1/4波長條件的波長長的光時的電場矢端的時間變化10，圖3(b)示出入射光是滿足1/4波長條件的波長時的電場矢端的時間變化11，圖3(c)示出入射光是比滿足1/4波長條件的波長短的光時的電場矢端的時間變化12。
光學相位差補償板1對于400nm～700nm的范圍內的某波長的光具有產生1/4波長的延遲的復折射量。因而，光學相位差補償板1進而使偏振狀態變化，如圖2(a)～(c)所示，使入射光對應于其波長變化為分別不同的偏振狀態。即，入射到光學相位差補償板1的各波長的光的偏振狀態通過光學相位差補償板1雖然每一個都成為直線偏振光，然而成為在各個波長振動面的方位角不同的狀態。因此，如果用反射板反射該狀態的光，進行與按照光學相位差補償板1、光學相位差補償板2的順序入射時相反的傳播，可以實現與預先準備的偏振光相同的直線偏振光。
進一步說明該疊層相位差板的效果。作為一例，說明為了準備圖1所示的入射光3(圖1所示的電場振動方向)的偏振狀態使用偏振板，把該偏振狀態用作為液晶顯示裝置的反射顯示的明狀態時的情況。在該情況下，盡管使用了光學相位差補償板1·2，在出射時也不產生被偏振光板吸收的分量。進而，由于偏振方位在每個光波長不同，因此具有光學補償作用。即，發明者發現了不損失亮度的相位差補償功能。
另外，作為一個例子，為了把入射光變成直線偏振光，代替上述偏振板使用偏振光束分裂器，進而，也可以使反射光沿相反光路入射到偏振光束分裂器。這時，與向光學相位差補償板2的入射光4同方位的偏振光分量在出射時可以不透過偏振光束分裂器，沿著入射光方位行進。因此，在把出射時透過偏振光束分裂器的光用于顯示的顯示裝置中，盡管具有光學補償作用然而可以實現不使暗狀態的亮度上升的光學相位差補償板1·2。
以下更詳細地說明作為本發明形態一例的實施例，當然本發明的范圍并不是限定于這些例子。
實施例1
說明實施形態1的疊層相位差板的實施例作為實施例1。
圖4是在本實施例中為了調查由實施形態1的疊層相位差板產生的直線偏振光的變化而使用的光學系統的概略圖。如圖4所示，本實施例中，測定照明光入射到偏振光束分裂器15，把用偏振光束分裂器15準備的作為s偏振光的直線偏振光14入射到光學相位差補償板2以及光學相位差補償板1，測定圖4中用13所示位置中的偏振狀態。另外，在圖8所示的xyz直角坐標系中，把光學相位差補償板1·2(疊層相位差板)的面方向作為y方向，把直線偏振光14的振動方向作為x方向。
在本實施例中，把對于550nm波長的光的延遲為130nm以上140nm以下的光學相位差補償板作為光學相位差補償板1，把對于550nm波長的光的延遲為265nm以上275nm以下制做的光學相位差補償板作為光學相位差補償板2，分別各使用1片，把它們相互粘接在一起使用。另外，本實施例中使用的光學相位差補償板1以及2是在由聚碳酸酯制的定向膜制做的單面上具有粘接層的薄膜。
這里，如圖5所示，對于光學相位差補償板1·2的滯相軸的設置方位的配置，說明把作為直線偏振光的振動方向的x方向(或者對于直線偏振光的振動方向的垂直方向)與光學相位差補償板1的滯相軸方向9所成的角度記為θ1，把作為直線偏振光的振動方向的x方向(或者對于直線偏振光的振動方向的垂直方向)與光學相位差補償板2的滯相軸方向8所成的角度記為θ2的配置情況。另外，圖5示出從液晶顯示裝置的入射光的方位(z是正方位)觀察時的情況。
本實施例中，制做圖5所示的角度θ1及θ2分別是下表1中所示值的3種樣品。
表1

即，制做θ1＝110°時，θ2＝10°的疊層相位差板(以下，記為樣品1a)，θ1＝120°時，θ2＝15°的疊層相位差板(以下，記為樣品1b)，θ1＝130°時，θ2＝20°的疊層相位差板(以下，記為樣品1c)3種樣品1a、1b以及1c。
另外，為了進行比較，作為比較例1，代替光學相位差補償板1，使用延遲設定在與光學相位差補償板2的延遲相同的在265nm以上275nm以下的光學相位差補償板，制做擴大了波長范圍的1/2波長板。其配置在圖5所示的θ1＝67.5°時，成為θ2＝22.5°。另外，該比較例1作為以往技術由記載于上述特開平5-100114號公報中的2片1/2波長板構成，是寬帶的1/2波長板的配置。
圖6(a)至(d)示出實施例1以及比較例1的偏振狀態的測定結果。圖6(a)示出樣品1a的測定結果，圖6(b)示出樣品1b的測定結果，圖6(c)示出樣品1c的測定結果，圖6(d)示出比較例1的測定結果。另外，在圖6(a)至(d)中，x軸表示偏振板29入射前的直線偏振光的振動方向，箭頭表示通過光學相位差補償板1·2的直線偏振光的振動面的方向。
從圖6(a)至(d)可見，樣品1a、1b以及1c對于450nm、550nm以及650nm的各波長，都實現在各波長具有不同的振動面方位而且分別是良好的直線偏振光的狀態。
然而，比較例1對于各個波長雖然幾乎都成為直線偏振光，但其振動面對各波長一致。因此，與通常的直線偏振光同樣，不能夠期待對于透過光學相位差補償板法線方位的光的相位補償效果。
為了評價由這些樣品1a、1b以及1c得到的直線偏振光的直線性的程度，用圖7所示的光學配置的光學系統測定了反射率。如圖7所示，在該測定光學系統中，在表1所示的光學配置的疊層相位差板的光學相位差補償板2上部，配置偏振板17使得生成與圖4所示相同的直線偏振光(振動方向是x方向的直線偏振光)。而且，在光學相位差補償板1的下表面，粘貼蒸鍍鋁形成的反射板18使得鋁蒸鍍面成為反射面。另外，在測試時，測定照明光由半透鏡16反射后從偏振板17入射，從被測定物反射的光透過半透鏡16到達光檢測器。
其反射率的測定結果示于下表2。
表2


另外，在這里反射率把不使用光學相位差補償板1·2而把偏振板17直接粘接到反射板18上的結構的被測定物的值取為100％。
從表2可知，在樣品1a、1b以及1c的每一個中都可以得到99％以上非常高的良好的反射率。
如以上所示，如果入射光通過光學相位差補償板2以及光學相位差補償板1，則可以實現光的振動面依據波長而不同的狀態。可以確認其光在各波長中成為沒有損失基于與偏振板17相組合而往返的反射率的良好的直線偏振光。
另外，如圖8所示，在偏振光束分裂器15上，粘貼與樣品1a、1b以及1c相同的光學配置的光學相位差補償板1·2，在各個光學相位差補償板1·2上入射直線偏振光，觀測了與其入射的偏振方位正交的直線偏振光分量的強度(Y值)。另外，這時，與光學相位差補償板1隔開間隔配置反射板18。其測定結果在把19中所示位置中的強度取為100％的情況下，在與樣品1a、1b以及1c相同的光學配置的樣品的每一個中都是0.5％以下小的良好值。由此能夠確定在使用了偏振光束分裂器15的反射型液晶顯示裝置中，基于本發明的疊層相位差板(光學相位差補償板1·2)也是有效的。
實施形態2作為實施形態2，說明本發明的液晶顯示裝置的其它實施形態。
本發明的液晶顯示裝置的其它實施形態是通過偏振光板以及2片光學相位差補償板把外光等照明光入射到液晶層上，從照明光的入射一側觀察的反射型的液晶顯示裝置。
首先，說明使用了偏振板的實施形態。
圖9中示出使用了本發明的疊層相位差板的本發明的直視反射型液晶顯示裝置的概略構造。如圖9所示，液晶層20被夾在形成于被取向處理了的取向膜21上的基板23與形成于同樣被取向處理了的取向膜22上的基板24之間。在該基板23以及基板24中的液晶層20一側分別形成用于在液晶層20上加電壓的電極25以及電極26。
在上述液晶顯示裝置上，設置著在通過偏振光板29(后述)向光學相位差補償板28入射作為可見光并且具有同一振動面的直線偏振光時，使得透過光學相位差補償板27·28，基板23以及液晶層20從液晶層20出射的光中至少一部分被反射的反射板(或者反射膜)等光反射裝置。
電極26也可以是由兼有上述反射板(光反射裝置)功能的導電性材料構成的光反射膜。以下，把兼有上述反射板功能的電極26稱為反射性的電極26。
另外，反射性的電極26也可以具有達到保存反射光的偏振性程度的平滑的凹凸形狀。其平滑的凹凸形狀可以具有包含在反射性的電極26上根據方向而不同的凹凸周期等基于反射性的電極26平面內的方位的各向異性。
另外，作為對于這樣構成的電極25、26的施加電壓裝置，沒有特別限定，可以使用有源元件等。
在這樣構成的液晶單元的基板23中的液晶層20的相對一側即觀察者一側(顯示面一側)，配置由光學相位差補償板27和光學相位差補償板28構成的疊層相位差板。另外，疊層相位差板與在上述實施形態1中用圖1～圖3說明的疊層相位差板相同。
進而，在上述疊層相位差板中的光學相位差補償板28一側，配置著把作為可見光而且具有同一振動面的直線偏振光入射到光學相位差補償板28的偏振板(偏振裝置)29。
以下，說明各光學元件(光學相位差補償板27、光學相位差補償板28以及偏振板29)的作用。
圖9所示的結構中，如果入射光入射到偏振光板29，則使用偏振光板29僅選擇性地透過特定方位的直線偏振光分量。而且，入射直線偏振光的偏振狀態如上所述使用光學相位差補償板28和光學相位差補償板27進行變化。即，透過光學相位差補償板27以后的入射光成為在每個波長不同偏振方向的直線偏振光。
這些偏振方向的具體方向如上述實施例1記述的那樣，依賴于3個光學元件(光學相位差補償板27、光學相位差補償板28以及偏振板29)的配置。在上述圖5(其中，把x方向與光學相位差補償板27的滯相軸方向9所成的角度記為θ1，把x方向與光學相位差補償板28的滯相軸方向8所成的角度記為θ2)中，配置為θ1＝120°，θ2＝15°時如下所述。
入射到液晶顯示裝置的光通過偏振板29和疊層相位差板(光學相位差補償板27以及光學相位差補償板28)，成為上述圖6(b)所示的偏振方位在各個波長不同的直線偏振光。即，透過疊層相位差板的直線偏振光與偏振板29出射后的直線偏振光所成的角度在波長450nm的直線偏振光下為40度，在波長550nm的直線偏振光下為30度，在波長650nm的直線偏振光下為23度。
然后，入射到液晶層20的入射光按照對應于施加的電壓而排列的液晶層20的復折射其偏振狀態發生變化，達到反射板(反射性的電極26)。而且，反射板(反射性的電極26)上的偏振狀態根據液晶取向實現為不同的狀態。
接著，說明明暗狀態的動作。
首先，說明明狀態的作用。在上述的結構中，液晶層20在加電壓時其液晶取向隨著電壓而排列，對于沿著液晶顯示裝置的法線方向(基板23、24的法線方向)前進的光不具有復折射的情況下，成為直線偏振光的入射光不發生偏振的變化到達反射板(反射性的電極26)。
這種情況下，成為在各個波長具有不同方位的直線偏振光的入射光即使在反射板(反射性的電極26)上也仍然成為直線偏振光，因此可以實現明狀態。由于是明狀態，直線偏振光的光電場的方位在反射板(反射性的電極26)平面內是任意的，因此盡管在各波長位于不同的方位，在每個波長反射率也不變化。
如果能夠在充分寬的可見光波長區成立該明狀態，則可以實現白顯示。為了實質性地在可見光波長區準備接近于該狀態的偏振狀態，本申請發明人發現了需要以下的條件(1)～(3)。
即，(1)光學相位差補償板27具有對于作為主要可見光波長的400nm～700nm的光可以提供4分之1波長相位差的相位差，即，具有100nm～180nm的延遲，(2)光學相位差補償板28具有對于作為主要可見光波長的400nm～700nm的光可以提供2分之1波長相位差的相位差，即，具有200nm～360nm的延遲，以及(3)如圖5所示的與偏振板29與光學相位差補償板27、28的配置有關的值θ1以及θ2滿足下式(1)80°≤|θ1-2×θ2|≤100°(1)
在滿足該條件的范圍內，當然也能夠變更θ1以及θ2的各個值，其具體的值在暗狀態下最好根據所需要的偏振狀態決定。另外，如果依據式(1)的角度設定，則|θ1-2×θ2|的值的范圍有20度，在該范圍內可以取某一個值，進而，還依賴于在液晶層20上加上電壓時的液晶層20的復折射值。即，最好包括光學相位差補償板27、28以及液晶層20的復折射在內，進行設定使得在反射板(反射性的電極26)上成為直線偏振光。
其次，說明暗狀態的作用。根據如上述式(1)那樣設定的光學相位差補償板27·28，通過進行變換使得成為在每個波長具有不同方位的直線偏振光的入射光在反射板(反射性的電極26)上成為圓偏振光，可以實現暗狀態。這時，偏振的方向無論是右旋還是左旋都同樣可以實現暗狀態。即，通過把可見光波長的光均勻地實現為某一種圓偏振光，可以實現良好的暗狀態。
為了實現上述暗狀態，實現在可見光波長范圍內使得成為在每個波長不同偏振方位的直線偏振光的入射光變為圓偏振光的液晶層20的光學作用以及進行與此相符合的光學相位差補償板27·28的方位設定是重要的。
進而，如果考慮到液晶層20的電驅動，則由于明狀態在加電壓狀態下實現，因此暗狀態在不加電壓的狀態，或者在液晶取向根據電壓發生變化但與明狀態極為不同的取向狀態下實現。
本申請發明人對于暗狀態的作用，發現了實用上充分的范圍，即，在可見光波長區可以確保充分低的反射率，而且，能夠開發與容易且成品率高地制造的液晶顯示裝置相吻合的液晶組成物的范圍。其具體的條件是液晶層20的扭轉角為60度以上100度以下，而且液晶層20的復折射量即作為液晶的Δn(復折射率差)與液晶層的厚度(層厚)d的積Δnd的值在150nm～330nm的范圍內，更理想的是在250nm～300nm的范圍內。
以下，進一步詳細地說明作為本實施形態一例的實施例，當然本發明的范圍并不限定于這些實施例。
實施例2A作為實施例2A，說明使用扭轉角被設定為70度的液晶層，分別各使用1片延遲為135nm的光學相位差補償板27以及延遲為270nm的光學相位差補償板28，制做了如上述圖9所示的實施形態2的液晶顯示裝置的實施例。本實施例中，基板24上的電極26做成由鋁構成的反射性的電極26。
液晶單元中，使用在液晶導入后進行調整使得液晶厚度成為4.5μm，被扭轉70度的液晶層20。另外，作為液晶，使用只是Δn調整到0.0667，對于其它的物性，具有與通常的薄膜晶體管(TFT)透射型液晶顯示器中使用的液晶相同液晶物性(介質各向異性、彈性、粘性、向列溫度范圍以及電壓保持特性)的液晶。而且，液晶層厚與復折射率差的積設定為300nm。
如圖10那樣設定本實施例的偏振光板29、光學相位差補償板27以及光學相位差補償板28的配置。另外，在圖10中，箭頭32表示偏振板29的透射軸方位，箭頭8表示光學相位差補償板28的滯相軸方位，箭頭9表示光學相位差補償板27的滯相軸方位，箭頭30表示與在基板23上形成的取向膜21接觸即取向膜21附近的液晶分子的取向方位，箭頭31表示與在基板24上形成的取向膜22接觸即取向膜22附近的液晶分子的取向方位。另外，圖10是從液晶顯示裝置的入射光的方位進行觀察的圖。
而且，這些配置關系如圖10所示，把偏振板29的透射軸方位32與光學相位差補償板27的滯相軸方位9所成的角度θ1取為126°，把偏振光板29的透射軸方位32與光學相位差補償板28的滯相軸方位所成的角度θ2取為18°，把基板23上的液晶分子的取向方向30與偏振板29的透射軸方位32所成的角度取為16°。
光學相位差補償板27和光學相位差補償板28都用聚碳酸酯制的定向膜構成。光學相位差補償板27對于波長550nm的面法線方向(光學相位差補償板27的法線方向)的透射光具有控制為130nm～140nm范圍內的相位差。光學相位差補償板28對于波長550nm的面法線方向的透射光具有控制為265nm～275nm范圍內的相位差。另外，偏振板29具有基于介質多層膜的AR層(AntiReflection coatinglayer防止反射涂層)，是單體內的內部透射率其Y值為45％的偏振板。
圖11的曲線11-1對于以上本實施例結構的液晶顯示裝置示出反射率對施加電壓的依存關系。該反射率如圖12所示，把來自照明光源裝置的光用半透鏡反射后入射到被測定物(由基板23以及基板24構成的液晶顯示裝置)，然后來自它的反射光透過半透鏡到達光檢測器進行測定。另外，在反射率測定中，不使用光學相位差補償板27·28，而把與偏振板29相同的偏振板直接設置在基板23上，把與本實施例同樣構成的未注入液晶的裝置的反射率取為100％。
從圖11可知，在2V左右以上的施加電壓下，可以得到良好的高反射特性。
如以上所示，如果依據本實施例，則使用實施形態1的疊層相位差板可以實現良好的黑顯示，進而，可以實現不損失亮度的良好的顯示特性。
實施例2B作為實施例2B，說明在實施形態2的液晶顯示裝置中，作為有源矩陣驅動方式的彩色液晶顯示裝置，使用了具有平滑凹凸形狀的作為光反射膜的反射性像素電極(光反射裝置)37代替電極26的實施例。
圖13是示出本實施例的反射型液晶顯示裝置結構的主要部分剖面圖。如圖13所示，該反射型液晶顯示裝置49具有第1基板33和由透明基板構成的第2基板34，在第1基板33上按各像素形成了多個TFT元件35作為有源元件。在TFT元件35以及驅動用布線(未圖式)上，形成著層間絕緣膜36。TFT元件35的漏極端子(未圖示)與反射性像素電極37通過接觸孔電連接。在反射性像素電極37上以100nm的厚度形成著取向膜38。
在第1基板33中的液晶層20一側配置著光反射性像素電極37。光反射性像素電極37在通過偏振板29向光學相位差補償板28上入射作為可見光而且具有同一振動面的直線偏振光時，反射透過光學相位差補償板27·28，彩色濾光片基板47(后述)以及液晶層20后從液晶層20出射的光的至少一部分。
這里，光反射性像素電極37是由具有光反射性的導電性材料構成的光反射膜。作為上述導電性材料，例如可以使用鋁、鎳、鉻、銀以及使用了它們的合金等的導電性金屬材料。而且，光反射性像素電極37的形狀如果除去接觸孔的部分，則具有平滑的凹凸形狀，由此防止金屬反射面成為鏡面。
其次，更詳細地說明其形成方法。
在形成了上述TFT元件35以及驅動布線(繪圖示)的基板33的表面，分別形成多個由感光性樹脂材料構成的大突起39以及小突起40。這些大突起39以及小突起40分別用光刻技術形成多個底部直徑為D1以及D2(參照圖13)的圓形圖形。這些D1以及D2，例如分別設定為5μm以及3μm。另外，這些大突起39以及小突起40的間隔D3至少設定為2μm以上。另外，這些大突起39以及小突起40的高度可以由感光性樹脂材料形成時的膜厚控制，而本實施例中取為1.5μm。大突起39以及小突起40通過光刻形成后的曝光工藝以及燒結工藝，形成平緩的突起。
接著，覆蓋上述突起39·40，用與形成上述突起39·40相同的感光性樹脂材料形成要填埋這些突起39·40之間的平坦部分的平滑化膜41.這樣，平滑化膜41的表面受突起39·40的影響，形成作為目的形狀的平滑的曲面形。另外，在進行制作時使在上述接觸孔中，不形成突起39·40以及平滑化膜41的任一個。
如以上那樣，制做上述構造的TFT元件基板42。上述構造中，兼作反射板的光反射性像素電極37由于配置在液晶層20附近，因而不產生視差。而且，通過液晶層20用反射性像素電極37反射的光由于是TFT元件35以及元件驅動用布線(未圖示)部分因而不產生損失。即，所謂的開口率高。從而，可以實現不產生視差，而且開口率高，明亮的反射型液晶顯示裝置的TFT元件基板42。
另一方面，在與上述TFT元件基板42一起使用的另一個的基板上，與反射方式相吻合，配置高亮度化了的彩色濾光片44。在該彩色濾光片44上，設置用于防止各像素之間顏色混合的同時，防止像素電極之間未加電壓部分或在伴隨電場紊亂的暗顯示中的反射光漏泄的黑底48。
在該彩色濾光片44上，作為透明電極通過濺射掩膜沉積(掩膜蒸鍍)IOT(Indium Tin Oxide)，形成具有140nm厚的所希望圖形的TFT元件驅動用的光反射性像素電極37的對置電極45。而且，在其上面形成取向膜46，做成彩色濾光片基板47。
另外，這時所使用的彩色濾光片44適當地設計為使得成為適合于利用了偏振板的高對比度顯示模式的亮度。更具體地講，彩色濾光片基板47的透射率在不配置黑底48的部分的面積比例(開口率)為95％時設定在Y值下為53％。
對于這樣準備的TFT元件基板42以及彩色濾光片基板47，實施基于摩擦法的取向處理、用于保持液晶層20厚度的塑料墊片(未圖示)的散布以及周邊部分的密封配置。在把實施了這些處理的TFT元件基板42以及彩色濾光片基板47相對配置并且對位的基礎上，在加壓下使周邊密封墊硬化，準備液晶注入用液晶單元。其次，對于液晶注入用液晶單元，用真空注入法導入介電各向異性Δε是正的液晶材料，在加壓下使液晶材料硬化并密封，形成液晶層20。
然后，液晶顯示裝置的方位表現按照順時針字盤方向記載正對液晶顯示裝置的觀察者的上下左右方向，并且把上方位取為12時方位。
在與上述彩色濾光片基板47的液晶層20的相反一側，設置著由聚碳酸酯制的定向膜構成的光學相位差補償板27以及光學相位差補償板28。進而，在光學相位差補償板27以及光學相位差補償板28的上面配置著偏振板29。
本實施例的偏振板29、光學相位差補償板27以及光學相位差補償板28的配置與上述實施例2A相同，如圖10所示那樣設定。這里，彩色濾光片基板47上的取向膜38的取向處理方位30制做為使得成為液晶顯示裝置的3時方位。
另外，作為液晶層20，使用液晶材料導入后調整為4.0～5.0μm層厚的液晶層。液晶層20的層厚度由于光反射性像素電極38的凹凸，具有因位置而不同的值。作為液晶，使用Δn為0.0667的液晶，其復折射率差與液晶層厚度的積設定為大致成為300nm。
進而，在這樣制做的液晶顯示屏的周圍安裝驅動電路，做成液晶顯示裝置。
另外，為了進行比較，還制做了圖14所示的反射型液晶顯示裝置50。該液晶顯示裝置50與反射型液晶顯示裝置49的不同之點只是在于代替具有反射性像素電極37的TFT元件基板42，由具有不形成突起39、40的作為平坦反射板的光反射性像素電極137的TFT基板43構成，其它與反射型液晶顯示裝置49相同制做。
在反射型液晶顯示裝置49中，由于光反射性像素電極37配置在液晶層20的附近，因此可以實現沒有視差的良好的高分辨率顯示。另外，由于在光反射性像素電極37上提供的凹凸形狀光被反射，因此在光反射性像素電極37上不映入觀察者的面目，能夠實現良好的白顯示。進而，由于在液晶顯示裝置的前面不配置具有散射性的部分，因此顯示良好的暗狀態，由此成為高對比度比的顯示。
另外，由于使用了高亮度的彩色濾光片44，因此即使是利用了偏振板29的顯示也可以確保充分的亮度。由此，暗狀態的反射率低，基于被選擇為該暗狀態的顏色要素的反射光與被選擇為明狀態的顏色要素的反射光一起被觀察，不產生顏色純度的惡化。由此，盡管彩色濾光片44是高亮度，低彩色度，然而也可以得到不損傷彩色濾光片44的顏色再現范圍的良好的顏色再現性。
另外，通過把在各像素上加的電壓設定為暗狀態與明狀態的中間狀態，在中間色調再現方面也不產生問題。從而，在彩色濾光片44的各種顏色的中間色彩的表現方面也不產生問題。另外，在實際的驅動方面，確認了響應速度在動畫再現方面不存在問題。
與此相對，在反射型液晶顯示裝置50中，與反射型液晶顯示裝置49相同，由于反射性像素電極137配置在液晶層20的附近，因此能夠進行沒有視差的良好的高分辨率顯示。然而，由于反射性像素電極137平坦，因此在明狀態進行境面性的反射，在反射性像素電極137上映入了觀察者的面目。因而，需要在偏振板29上提供散射性薄層51以便防止映入的同時把鏡面性的明顯示作為白顯示。
在選擇該散射膜51時，可以在寬視域得到充分亮度，其散射性過強分辨率惡化等，不能夠得到充分的視認性。另外，在選擇了散射性弱的膜的情況下，亮度不充分，鏡面性升高，可視認范圍狹窄，缺乏實用性。在任一種情況下，與反射型液晶顯示裝置49相比較，具有散射性的膜由于配置在反射型液晶顯示裝置50的前面，因此暗狀態的照明光直接散射，對比度比惡化。另外，由于散射分辨率惡化，視認性惡化。
進而，嘗試把散射膜51配置在偏振板29與光學相位差補償板28之間，降低從散射膜51直接散射所觀察到的光。然而同樣，如果使用散射性高的散射膜51則對比度惡化，另一方面，如果使用散射性低的散射膜51則鏡面性強，在每一種情況下都不能夠得到充分的視認性。
另外，在反射型液晶顯示裝置50中，雖然使用了與反射型液晶顯示裝置49中使用的相同高亮度的彩色濾光片44，然而對于顏色再現性，由于散射膜51的直接散射光，反射光對被選擇為明狀態的顏色要素的反射光產生影響，色純度惡化。從而，反射型液晶顯示裝置50的顏色再現性與反射型液晶顯示裝置49相比較，彩色濾光片44的顏色再現范圍嚴重惡化，色純度惡化。
根據反射型液晶顯示裝置49與反射型液晶顯示裝置50的比較，具有平滑凹凸形狀的反射性像素電極37由于確保分辨率、亮度、對比度以及色純度因而是有效的。
如以上所述，如果依據本實施例，則能夠根據實用的制做方法實現可以進行多色調顯示的、可以動畫顯示的、確保良好顏色再現范圍的反射型液晶顯示裝置。
實施例2C作為實施例2C，說明在實施例2B的反射型液晶顯示裝置中，作為光反射性像素電極37通過制做在面內具有各向異性這樣的凹凸形狀的光反射膜謀求提高亮度，進而，在其亮度高的方位朝向液晶層20的傾斜視角良好的方位的實施例。
在實施例2C中，使得在實施例2B中制做的反射型液晶顯示裝置中的光反射性像素電極37的凹凸形狀成為隨光反射性像素電極37的形成平面內的方位(即，第1基板33內的方位)而不同的凹凸形狀，通過制做與實施例2B不同的圖形，制做反射型液晶顯示裝置。
本實施例中，作為滿足上述條件的圖形，如圖15的主要部分放大平面圖所示，制做了不是圓形而是橢圓形并且具有各向異性的凹凸形狀。用圖16所示的測定系統的配置僅測定了具有該凹凸形狀的反射板(光反射性像素電極37)的反射特性。即，如圖16所示，從30°傾斜方位對反射板入射照明光，使其光源旋轉的同時測定朝向反射板面的法線方位的反射光強度，由此測定了反射的各向異性。
其結果是圖17所示的曲線。根據該結果，確認了來自特定方位的光有效地朝向液晶顯示裝置正面。其中，在測定時，考慮到液晶材料的折射率與空氣差別很大，在反射板上滴入折射率1.516的沉漬油(匹配油)，在其上面粘附透明玻璃板后進行測定。另外，測定值是通過把在與反射板相同條件下測定由MgO構成的標準擴散板(標準白色板)時的值作為100％進行換算得到的值。
另外，在圖17中，曲線17-1是本實施例的各向異性擴散性反射板(光反射性像素電極37)的測定換算值，曲線17-2是通過在同樣條件下測定與實施例2B中使用的相同的擴散性反射板(光反射性像素電極37)得到的測定換算值。
該結果如圖17所示，在基于本實施例的凹凸形狀的平均周期在反射板面內變化這樣的方向性(各向異性)的反射板(光反射性像素電極37)的曲線17-1中，伴隨著入射光的入射方位φ的變化，反射亮度(反射光強度)發生很大變化。與此不同，在基于實施例2B的凹凸形狀方面不存在各向異性的反射板(光反射性像素電極37)的曲線17-2中，伴隨著其入射光的入射方位φ的變化的反射亮度(反射光強度)的變化沒有那樣大。
從這些結果，本發明者們發現了為了提高反射亮度，如本實施例中使用的反射板(光反射性像素電極37)那樣，平均凹凸周期依據反射板面內的方位進行變化的方向性(各向異性)成為有力的方法。進而，從圖17確認了φ＝90°、270°的方位是凹凸形狀的平均周期短的方位，來自平均周期短的方位的照明光的反射亮度高。
在具備有這種特征的反射板(光反射性像素電極37)的TFT元件基板42和與實施例2B同樣制做的彩色濾光片基板47上，形成與實施例2B同樣的取向膜38·46，進行取向處理使得扭轉角成為70°，然后與實施例2B一樣，制做了本實施例的反射型液晶顯示裝置。
從正面方向目視觀察具有這樣凹凸形狀的反射板(光反射性像素電極37)的市實施例的反射型液晶顯示裝置時，比上述實施例2B的裝置實現亮度更高的顯示，發現各向異性凹凸形狀的亮度提高的效果。這時，反射亮度高的情況是從12時方位和6時方位照明光入射的情況。進而，從正面方位照明，從傾斜方位觀察的情況下，也同樣是在12時方位和6時方位亮度高。
進而，使照明光從正面方位入射到該液晶顯示屏裝置，從比正面傾斜45度的各個方位觀察的結果，從亮度高的觀察方位并沒有特別感覺到伴隨傾斜的顯示變化。
如以上所示，如果依據本實施例，則能夠進行通過本發明的偏振板、光學相位差補償板與液晶調制層(液晶層)得到的產生高對比度比的高質量顯示。
另外，當然也能夠與本發明的液晶顯示裝置的主要使用環境相吻合，把本實施例中使用的反射板(光反射性像素電極37)的各向異性凹凸形狀的方位設定為其它方位。另外，在該情況下，通過把液晶層20的液晶取向、偏振板29以及光學相位差補償板27·28的設定角朝向在高亮度下傾斜視野角特性良好的方位，能夠進行在高亮度下傾斜視野角特性良好的顯示。
實施例2D作為實施例2D，說明在實施形態2的液晶顯示裝置中，用低分子的液晶組成物和固定液晶性取向得到的取向高分子的復合分散體構成的液晶層的實施例。
本實施例中制做的液晶顯示裝置的概略構造如上述圖9所示。這里，電極26做成由平面型的鋁構成的反射性的電極(光反射裝置)26。另外，液晶層20由響應電壓的低分子液晶和不響應電壓的固定了液晶性取向的高分子的復合分散體構成。
其次，更詳細地說明本實施例的液晶層20的制做以及結構。
首先，把介質各向異性為正的液晶組成物、預聚物(prepolymer)以及聚合誘發劑相混合作成液晶層20的形成材料。這里使用的液晶組成物是在通常的TFT用途中使用的液晶組成物，其復折射率差Δn調整為0.07。這里使用的預聚物在常溫下具有液晶性，具有在聚合后的高分子中也保持其液晶性取向的性質。另外，預聚物的復折射率差Δn是0.12。液晶層20的形成材料中的各種成分的混合比例是液晶組成物85重量％，預聚物14重量％以及聚合誘發劑1重量％。
然后，在把被混合物加熱均勻混合的同時相轉移到各向同性相，保持其溫度不變導入到液晶單元中，進而，使溫度下降，得到均勻的液晶取向。這時，液晶層20的扭轉角如上述圖10所示設定為70°。進而，液晶制做成厚度為4μm。
其次，對于該液晶取向了的液晶預聚物混合物，在室溫下照射紫外線光。由此，可以得到具有微細的相分離構造的液晶·高分子復合分散體。這時的紫外線照射量是2000mJ/cm2。
這樣制做的復合分散體，在沒有加電壓的狀態下沒有發現散射，在加了電壓的狀態下發現了散射。另外，該復合分散體由于電極26的反射性，伴隨著加入電壓，從鏡面向白色變化。
僅在該復合分散體中，在沒有加電壓時由于顯示面成為鏡面，因此不能夠顯示黑色。為此，與實施例2A相同，進而配置本發明的疊層相位差板以及偏振板。這些光學元件的配置如上述圖10所示。
在這樣制做的由液晶高分子復合分散體構成的液晶層20上，與實施例2A相同，配置疊層相位差板(光學相位差補償板27·28)和偏振板，制做液晶顯示裝置，測定了其反射光強度。
這時的測定根據與上述實施例2B的圖12所示相同的配置實施了鏡面反射率的測定，進而，根據圖18記述的配置實施了非鏡面配置下的反射率的測定。即，非鏡面配置下的測定如圖18所示，把來自照明光源的光照射到被測定元件(液晶顯示裝置)上，用感光器接收從被測定元件向對于面方向相垂直方向的反射光。另外，這些照明光源、被測定元件以及感光器配置成使得來自照明光源的入射光與來自被測元件的反射光所成的角度為30度。
作為其測定結果，圖19(a)以及(b)示出反射率對施加電壓的依存關系。另外，圖19(a)示出鏡面反射配置時的測定結果，圖19(b)示出非鏡面配置下的測定結果。另外，在非鏡面配置中，把液晶顯示裝置設置在圖18所示的被測定元件的位置，在其過程中使液晶顯示裝置在顯示面內旋轉在亮度最高的方位進行入射到液晶顯示裝置的照明光的方位的設置。而且，鏡面反射率的測定中的鏡面反射率是不使用光學相位差補償板27·28，把偏振板29粘貼到未注入液晶的液晶單元上的值作為100％的換算值。另外，非鏡面配置下的反射率的測定中的反射率是將在相同配置下測定的由MgO構成的標準白色板的反射率作為100％的換算值。
從圖19(a)以及圖19(b)示出鏡面反射光與非鏡面的反射光對于同時向液晶顯示裝置的施加電壓的相同傾向的上升曲線。
另外，由液晶和高分子的復合分散體組成的液晶層20構成的本實施例的結構與僅由液晶組成的液晶層20構成的上述實施例2A的液晶層20的結構不同。因此，如果把這些特性進行比較，則本實施例的圖19(a)的反射率總體比上述實施例2A的圖11的反射率低。考慮這是由于本實施例中，來自液晶顯示裝置的反射光中的由液晶層20內的高分子的散射不進入到感光器而前進到其它方位的光的比例伴隨電壓的上升而增加，因此反射亮度減弱的緣故。
另外，圖19(b)的曲線示出與由MgO構成的標準白色板相比較加電壓后實現明狀態的情況。
進而，在本實施例的目視觀察中，在施加電壓1.5V時，成為暗狀態，鏡面反射減少，不映入周圍。另外，在施加電壓6V下，實現白顯示，只要周圍的光源不映入顯示面，則目視感覺不到鏡面性。而且，確認了即使在光源映入的情況下，在其鏡面反射光上也沒有特別著色。另外，雖然在目視下，亮度依賴于入射光的方位角，然而是實用上不成問題程度的亮度差。
這樣，在本實施例中，把本發明的疊層相位差板(光學相位差補償板27·28)采用在具有由液晶·高分子的復合體構成的液晶層20的液晶顯示裝置中。由此，提供良好的暗狀態，而且提供良好的明狀態，還可以由散射光實現良好的白顯示。
實施例2E作為實施例2E，說明在實施形態2的液晶顯示裝置中，作為液晶層20的液晶使用具有負的介電各向異性的液晶，只在入射光一側的基板23上實施摩擦處理，在液晶中混入本征雜質(キラルド-パント)(Chiral dopant)，把液晶層的自然間距記為p，液晶層20的厚度記為d時的|d/p|設定為0.33的液晶層20構成的液晶顯示裝置的實施例。
首先，從上述液晶顯示裝置中的顯示動作原理進行說明。
如果在基板之間夾住垂直取向的本征向列(キラルネマテイツク)液晶，則在某種條件下液晶分子垂直取向。這是眾所周知的現象。
如果把液晶層20的厚度記為d，把液晶的自然間距記為p，則根據理論分析可知，在d以及p滿足下式(2)的情況下，顯示出垂直取向性。液晶的自然間距中，有左旋和右旋，這里把左旋用-號，把右旋用+號表示。
|d/p|＜K3＜(2×K2) (2)這里，K2以及K3分別是對應于液晶的取向矢量的扭轉以及彎曲的弗朗克彈性常數。K3/K2由于一般成為2附近的值，因此需要d以及p滿足|d/p|＜1。滿足了該條件時，液晶分子垂直取向，對于沿著液晶顯示裝置的法線方向前進的光不具有復折射。因此，如果在該液晶層20上入射使用了基于本發明的疊層相位差板(光學相位差補償板27·28)的直線偏振光，則該入射光不伴隨偏振的變化而到達反射性的電極26。因此實現良好的明狀態。
另外，在加入電壓時，使液晶的從基板法線方向傾斜入射的直線偏振光的偏振狀態變化。在其是圓偏振光時，可以實現良好的暗顯示。發明者們進行了銳意研究的結果發現，只有在液晶層20的|d/p|以及延遲滿足某數值范圍的情況下，入射的直線偏振光可以變換為圓偏振光。
在本實施例中制做的液晶顯示裝置如圖24中示出的概略構造那樣，成為在實施形態2的液晶顯示裝置中，在光學相位差補償板27與基板23之間插入了視野角補償板61的構造。
這里，電極26做成由平面型的鋁構成的反射性的電極26。另外，取向膜21中使用聚酰亞胺系列的垂直取向膜，通過把取向膜21進行摩擦形成傾斜角。另外，傾斜角從基板23的法線方向傾斜2度。本實施例中雖然僅在一方的基板23上實施摩擦處理，然而確認到即使在上下的基板23、24上都進行摩擦處理，也可以得到均勻的取向。
本發明中，可以用作取向膜21(以及22)的是把包含在液晶層20中的液晶分子對于絕緣性的基板23(以及24)垂直取向得到的膜，即垂直取向膜。垂直取向膜如果是具有上述性質的膜，即能夠使用已知的任一種。作為垂直取向膜，例如可以舉出具有長鏈烷基結合到聚酰亞胺結構中的構造的材料。具體地講，作為垂直取向膜可以舉出JALS-203(日本合成橡膠社制)、SE-7511L(日產化學社制)等聚酰亞胺系列樹脂。
取向膜21(以及22)的厚度是0.05～0.1μm左右。作為取向膜21(以及22)的形成方法，例如，可以舉出把溶解了聚合物的溶液用旋轉涂敷(旋轉器涂敷法)、浸漬涂敷法、網板印刷法、滾筒印刷法等進行涂敷后使其干燥形成的方法。另外，還可以使用通過與上述相同的方法涂覆聚合物的前驅體溶液，在預定的硬化條件(加熱、光照射等)下硬化形成的方法。進而，還能夠使用郎繆爾_布勞蓋特(Langmuir-Blodgett)方法形成。
其次，可以使用在液晶層20中的液晶如果是具有負的介電各向異性(n型)的向列液晶，則就沒有特別的限制。例如，可以舉出ZLI-2857、ZLI-4788、ZLI-4788-000(每一種都是メルク·ジヤパン會社制)等。另外，液晶層20的厚度最好是3～12μm。
通過在液晶中添加本征雜質，可以把|d/p|調整為所希望的值。作為上述本征雜質，可以使用已知的任一種。例如，可以舉出S-811(メルク·ジヤパン會社制)、コレステリルナノエ-ト等。另外，在液晶顯示裝置的使用溫度范圍成為廣范圍的情況下，也可以使用螺旋扭轉力(ヘリカルツイステインダバワ-)對溫度依存性的正負與它們相反的本征雜質。作為這樣的本征雜質，例如可以舉出S-1011(メルク·ジヤパン會社制)等。
本實施例中，作為液晶層20的液晶，使用介電各向異性是負的ZLI-2857，作為本征雜志，在液晶中添加了ソルク社的S-811。液晶單元調整為在液晶導入后液晶層20的厚度為4.5μm。ZLI-2857的Δn由于是0.074，因此液晶層20的厚度與復折射率差的積Δnd設定為333nm。由于把液晶的間距p與液晶層20的厚度d的比|d/p|的值設定為0.33，因此在初始狀態液晶分子垂直取向。作為上述液晶，除去介電各向異性是負的以外還可以使用具有通常的液晶物性的在TFT用途中使用的液晶組成物。
本實施例的偏振光板29、光學相位差補償板27以及光學相位差補償板28的配置設定為圖25所示。另外，在圖25中，箭頭32表示偏振板29的透射軸方位，箭頭8表示光學相位差補償板28的滯相軸方位，箭頭9表示光學相位差補償板27的滯相軸方位，箭頭30表示接觸形成在基板23上的取向膜21的即取向膜21附近的液晶分子的取向方位。圖25是從液晶顯示裝置的入射光的方位觀察的圖。
而且，它們的配置關系如圖25所示，偏振板29的透射軸方位32與光學相位差補償板27的滯相軸方位9所成的角度θ1為104°，偏振板29的透射軸方位32與光學相位差補償板28的滯相軸方位8所成的角度θ2為7°，基板23上的液晶分子的取向方向30與偏振板29的透射軸方位32所成的角度為41°。另外，光學相位差補償板27·28的材質與實施例2A的情況相同。
這些光學相位差補償板27·28的配置是使得對于制成后的液晶顯示裝置的正面方位的光學特性良好的配置，而考慮到與液晶層20相吻合從傾斜方位進行觀察的特性也可以變更設計。使本發明的疊層相位差板(光學相位差補償板27·28)的設定角條件成立的同時使對于向傾斜方位的投射光的光學相位差補償板27·28的相位差變化的設計，例如，可以把作為單軸性的光學相位差補償板27以及28的至少1個變更為雙軸性的光學相位差補償板。
本實施例中進而設置視野角補償板61，進行視野角特性的改善。通過視野角補償板61的設置，本實施例的液晶顯示裝置成為標準白模式，能夠進行明亮的顯示。
偏振光板29具有基于介質多層膜AR層，單體的內部透射率是45％。
圖26的曲線26-1對于以上的實施例結構的液晶顯示裝置示出反射率對施加電壓的依存關系。該反射率用與實施例2A相同的圖12所示的測定儀的結構進行測定。
從圖26可知，在0V～2V的施加電壓下，可以得到良好的高反射特性。其中，曲線的縱軸是僅把偏振板29的反射率作為100％換算的反射率。作為液晶顯示裝置的反射率，可以得到最大約90％的值。另外，通過把|d/p|設定為0.33，能夠進行在暗狀態下不產生著色的良好的黑顯示。關于不加入電壓時的白顯示，使用視野角補償板61實現沒有顯示反轉的寬視野角的良好白顯示，可以得到對比度比20。
以上，說明了作為電極26使用平面反射板，僅在取向膜21上實施了摩擦處理的情況，然而還確認了即使在取向膜21以及22上實施摩擦處理的情況下，也可以得到同樣的效果。
進而，代替電極26，使用實施例2B的凹凸反射板(光反射性像素電極37)以及實施例2C的各向異性凹凸反射板(光反射性像素電極37)，也可以得到同樣的效果。
本實施例中，作為一例說明了|d/p|為0.33，液晶層20的延遲為333nm的情況。然而它們并不限定于這些值。|d/p|的值如果設定為比0大比0.5小，液晶層20中的液晶的復折射率差與液晶層20的厚度的積如果是200nm以上500nm以下，也可以發揮同樣的效果。
如以上所示，如果依據本實施例，則把本發明的疊層相位差板(光學相位差補償板27·28)適用在使用了介電各向異性為負的液晶的垂直取向方式中，可以實現良好的顯示特性。
實施例2F作為實施例2F，在實施例2E的液晶顯示裝置中，在取向膜21以及22上不實施摩擦處理，做成完全的垂直取向。在取向膜21以及22上，使用了聚酰亞胺系列的垂直取向膜。另外，電極26使用實施例2B中記述的平滑的凹凸反射板(光反射性像素電極37)。
測定了本實施例的液晶顯示裝置的電壓反射率，可以得到與實施例2E的情況幾乎相同的結果。另外，已確認上述液晶顯示裝置對比度比是20，僅把偏振板29的亮度取為100％時的亮度成為90％，能夠進行良好的白黑顯示。
在本實施例的結構中，即使在取向膜21以及22上不實施摩擦處理，也沒有發現取向不良。由此，具有能夠省略摩擦處理工藝的優點。
實施形態3作為實施形態3，說明本發明的液晶顯示裝置的又一個實施形態。
本實施形態的液晶顯示裝置是使用偏振光束分裂器代替偏振板作為偏振裝置，使直線偏振光入射到光學相位差補償板以及液晶層上，并投射該反射光進行顯示的反射光投射型的液晶顯示裝置。
圖20中對于本實施形態的反射光投射型液晶顯示裝置的光學配置示出其概略結構。如圖20所示，由與在實施形態1中所述的相同的光學相位差補償板56以及光學相位差補償板57構成的疊層相位差板配置在反射型液晶顯示裝置58的基板59的外側(顯示面一側)。
在上述疊層相位差板中的光學相位差補償板57一側(基板59一側)中，配置著使作為可見光并且將具有同一振動面的直線偏振光入射到光學相位差補償板57的偏振光束分裂器(偏振裝置)55。
如圖20所示，投射光源52與反射器53配合動作，發生大致平行光54。雖然沒有特別記述，然而為了提高照明光的均勻性，也可以使用積分儀等。該照明光由偏振光束分裂器55僅反射s偏振光。這樣被反射的直線偏振光透過由光學相位差補償板56以及光學相位差補償板57構成的疊層相位差板，成為在各波長具有不同方位的直線偏振光，入射到反射型液晶顯示裝置58。該反射型液晶顯示裝置58是用反射板實現反射型液晶顯示的裝置，既可以具有在不加電壓的狀態下的垂直取向的液晶層，另外，也可以具有對于基板包含有以平行取向振動的液晶取向的液晶層。
而且，入射到其液晶顯示裝置58的液晶層的光由液晶顯示裝置58的反射板反射，再次通過液晶層。進而，通過了液晶層的光，從與受液晶層的偏振變換作用入射到液晶顯示裝置58的相反方向，通過了光學相位差補償板57以及光學相位差補償板56以后，再次入射到偏振光束分裂器55。進而，入射到偏振光束分裂器55的光中，作為偏振光束分裂器55的透射分量的p偏振分量通過光學系統61，放大投影到屏幕62上。觀察者既可以從屏的投射側進行觀察，另外，由于屏幕是透光性的，因此也可以觀察來自背部的投射光。
在該結構中使用的液晶層的驅動裝置沒有特別的限定，既可以是使用了TFT、MIM(metal insulator metal)等的有源驅動，也可以是利用了光導電層的液晶光閥等。
使用了這樣的偏振光束分裂器55的反射光投射型液晶顯示裝置通過本發明的疊層相位差板(光學相位差補償板56·57)的設定，也能夠改善效率。這種情況下，對于上述直視型反射液晶裝置，明狀態與暗狀態反轉。因此，對于投射型液晶顯示裝置重要的暗狀態依賴于反射板上的偏振狀態是否為可見光波長范圍內的良好的直線偏振光。而且，在液晶層部分的復折射實質上取消的取向狀態中，與在不使用光學相位差補償板56·57的情況下實現的暗狀態相同的明狀態可以用本發明的疊層相位差板(光學相位差補償板56·57)實現。從而，暗狀態依賴于是否使用光學相位差補償板56·57。
明狀態通過在上述式(1)的范圍內變更本發明的光學相位差補償板(疊層相位差板56·57)的設計使得廣泛地獲取在反射板上成為圓偏振光的波長范圍，與不使用光學相位差補償板56·57的情況相比較，擴大高亮度的波長范圍。即，能夠實現不使暗狀態惡化，使明狀態的效率提高的高效率的投射型液晶顯示裝置。
另外，代替使用投射光學系統(光學系統61以及屏幕62)，使用視度調整用的光學系統，通過采取觀察者從偏振光束分裂器55的63所示位置觀察液晶屏的結構，能夠制做頭戴顯示器。
這種情況下，當然照明光選擇為適當的光。另外，關于在這樣的頭戴顯示器中采用本發明的情況由于與上述的投射型液晶顯示裝置不存在很大的變更點，因此在以下的實施例中僅說明投射型液晶顯示裝置。
實施例3作為實施例3，說明使用在液晶層中扭轉的介電各向異性為正的平行取向液晶，而且使用了偏振光束分裂器的本發明的實施形態3的投射型液晶顯示裝置的實施例。
本實施例的液晶顯示裝置的概略構造如上述圖20所示，在與偏振光束分裂器55的液晶顯示裝置(液晶單元)58相對的面上，配置疊層相位差板(光學相位差補償板56·57)。
使用偏振光束分裂器55，制做基于圖18中記述的光學元件配置的本實施例的反射光投射型液晶顯示裝置。另外，本實施例中使用的液晶顯示裝置58是用于了解液晶層的效率的評價用元件，是在支撐基板上制做了把液晶層夾在中間的取向膜與電極的液晶元件，并沒有特別地配置有源元件等。
另外，該液晶顯示裝置58的結構是幾乎與上述圖9所示相同的結構。即，在光透射性的基板59上形成透明電極，在基板60上形成鋁的反射性電極。另外，在透明電極以及反射性電極上形成取向膜，用這些取向膜夾住液晶層。
本實施例的偏振光束分裂器55、光學相位差補償板56以及光學相位差補償板57的配置設定為圖21(a)所示。另外，圖21(a)中，箭頭8表示光學相位差補償板56的滯相軸方位，箭頭9表示光學相位差補償板57的滯相軸方位，箭頭30表示接觸形成在基板59上的取向膜的即基板59附近的液晶分子的取向的方位，箭頭31表示接觸形成在基板60上的取向膜的即基板60附近的液晶分子的取向的方位。圖21(a)是從液晶顯示裝置的入射光的方位觀察的圖。另外，圖21(a)的x軸(橫軸)表示基于偏振光束分裂器55的直線偏振光的振動方向。
而且，這些配置關系如圖21(a)所示，把對光學相位差補償板56的入射直線偏振光的振動方向(橫軸)與光學相位差補償板57的滯相軸方位9所成的角度θ1取為126°，把直線偏振光的振動方向(橫軸)與光學相位差補償板56的滯相軸方位8所成的角度θ2取為18°，把基板59上的液晶分子的取向方向30與直線偏振光的振動方向(橫軸)所成的角度取為16°。
另一方面，為了進行比較，制做了使用該偏振光束分裂器55而不使用本發明的疊層相位差板(光學相位差補償板56·57)的比較用的反射光投射型液晶顯示裝置(以下，記為比較例3的液晶顯示裝置)。比較例3的液晶顯示裝置的配置關系如圖21(b)所示。即，把基板59上的液晶分子的取向方向30與直線偏振光的振動方向(橫軸)所成的角度取為20°。
另外，本實施例的液晶顯示裝置以及比較例3的液晶顯示裝置，其液晶層的扭轉角(基板59附近的液晶分子的取向的方位30與基板60附近的液晶分子的取向的方位所成的角度)每一個都取為70度。
即，本實施例的反射光投射型液晶顯示裝置的液晶顯示裝置58與上述實施例2B的直視反射型液晶顯示裝置相同。另外，液晶顯示裝置58的配置包括設置在與偏振光束分裂器55的液晶顯示裝置58相對面上的光學相位差補償板56·57，成為與實施例2B的直視反射型液晶顯示裝置相同的配置。而且，比較例3的液晶顯示裝置的取向在與本實施例的液晶顯示裝置相同的液晶取向下，設定為投射效率最好的方位。
另外，每一種液晶層都使用在液晶導入后進行調整成為4.5μm厚度的液晶層，作為液晶使用復折射率差Δn為0.0667的液晶，設定為使得液晶層厚度與液晶的復折射量的積大致為300nm。
圖22中示出投射光強度對于像這樣制做的反射光投射型液晶顯示裝置的液晶元件58上施加電壓的依存性。另外，圖22中，曲線22-1示出本實施例的液晶顯示裝置的測定結果，曲線22-2示出比較例3的液晶顯示裝置的測定結果。
根據圖22所示的測定結果，已確認在作為進行黑顯示的電壓3V下，本實施例以及比較例3的液晶顯示裝置的投射光強度相同。另外，在進行明顯示的電壓1.3V下，確認了本實施例的液晶顯示裝置比比較例3的液晶顯示裝置的投射光強度高，成為高亮度。
進而，求液晶顯示裝置58的可見光波長中的各波長的光的投射效率。作為對于圖20的位置64中的光強度的相對值求在對液晶顯示裝置58的施加電壓1.3V下上述圖20的位置63中的光強度。這是為了去除光源燈的發光光譜的影響。這樣來求包括疊層相位差板(光學相位差補償板56·57)的液晶部分的投射效率。
圖23示出其結果。另外，圖23中，曲線23-1示出本實施例的測定結果，曲線23-2示出比較例3的測定結果。
從圖23可知，在本實施例的液晶顯示裝置中，如果與比較例3的液晶顯示裝置相比較則能夠在寬闊的波長區域得到近似均勻的投射效率。即，確認了在本實施例的液晶顯示裝置中，與比較例3的液晶顯示裝置相比較在各波長實現高效率的投射光強度，實現液晶顯示裝置的高效率化。
另外，本實施例的液晶顯示裝置與比較例3的液晶顯示裝置相比較改善投射效率這一點對于即使使用制做了實際的TFT等的液晶元件也相同。另外，使用本發明的疊層相位差板(光學相位差補償板56·57)實現投射效率的改善這一點也相同。
另外，在為實施本發明的最佳形態的項目中所舉出的具體的實施形態或者實施例只是為了明確本發明的技術內容，并不是要把本發明僅限定在其具體例中進行狹義的解釋，在本發明的精神以及下面所述的權利要求的范圍內，可以進行種種變形實施。
產業上的可利用性如果依據本發明的疊層相位差板，則如以上所說明的那樣，能夠實現把反射板的反射膜形成面設置在液晶層一側的液晶顯示裝置，能夠實現良好的暗狀態。由此，可以實現沒有視差、能夠以高對比度以及高精度進行動圖象顯示的反射型液晶顯示裝置。
進而，如果把本發明的疊層相位差板采用在投射反射光的液晶顯示裝置和頭戴顯示器中，則投射效率能夠進行改善。
另外，如果依據本發明的液晶顯示裝置，則如從上述說明所明確的那樣，能夠實現反射率高而且對比度高的反射型液晶顯示裝置。進而，能夠把反射板的反射膜形成面設置在透射基板的液晶層一側，能夠實現良好的暗狀態。由此，可以沒有視差地以高對比度以及高精度進行動圖象顯示。除此之外，由于液晶層為垂直取向，因此特別在對比度性能方面出色。
進而，如果在本發明的液晶顯示裝置中使用調整為高亮度的彩色濾光片，則能夠實現具有良好顏色再現性的顯示質量高的彩色反射型液晶顯示裝置。
權利要求
1.一種疊層相位差板，這是第1光學相位差補償板以及第2光學相位差補償板疊層構成的疊層相位差板，特征在于上述第1光學相位差補償板對于其法線方向的波長550nm的透射光的延遲是100nm以上180nm以下，上述第2光學相位差補償板對于其法線方向的波長550nm的透射光的延遲是200nm以上360nm以下在作為可見光而且具有同一振動面的直線偏振光入射到上述第2光學相位差補償板時，如果把垂直于該直線偏振光的振動方向的方向或者該直線偏振光的振動方向與上述第1光學相位差補償板的滯相軸方向所成的角度記為θ1，把垂直于上述直線偏振光的振動方向的方向或者該直線偏振光的振動方向與上述第2相位差補償板的滯相軸方向所成的角度記為θ2，則配置上述第1光學相位差補償板以及上述第2光學相位差補償板使得|θ1-2×θ2|的值成為80度以上100度以下。
2.一種液晶顯示裝置，這是具備第1基板、透光性的第2基板和包括夾在上述第1基板與第2基板之間的液晶的液晶組成物構成的液晶層，且權利要求1所述的疊層相位差板配置在上述第2基板的顯示面一側的液晶顯示裝置，其特征在于具有設置在上述疊層相位差板中上述第2光學相位差補償板一側，使作為可見光并且具有同一振動面的直線偏振光入射到上述第2光學相位差補償板的偏振裝置，同時還設置著把在用該偏振裝置向上述第2光學相位差補償板入射作為可見光并且具有同一振動面的直線偏振光時，通過該第2光學相位差補償板、第1光學相位差補償板、上述第2基板以及該液晶層從液晶層出射的光的至少一部分進行反射的光反射裝置。
3.如權利要求2所述的液晶顯示裝置，特征在于上述液晶組成物具有正的介電各向異性，上述第1基板與第2基板之間液晶的扭轉角是60度以上100度以下，上述液晶層中的液晶的復折射率差與液晶層厚的積是150nm以上330nm以下。
4.如權利要求2所述的液晶顯示裝置，特征在于上述偏振裝置是偏振板。
5.如權利要求4所述的液晶顯示裝置，特征在于上述液晶組成物具有正的介電各向異性，上述第1基板與第2基板之間液晶的扭轉角是60度以上100度以下，上述液晶層中的液晶的復折射率差與液晶層厚的積是150nm以上330nm以下。
6.如權利要求2所述的液晶顯示裝置，特征在于上述光反射裝置是配置在上述第1基板的上述液晶層一側的由導電性材料構成的光反射膜，上述光反射膜具有平滑的連續變化的凹凸形狀表面。
7.權利要求2所述的液晶顯示裝置，特征在于在上述第1基板的上述液晶層一側的面上設置多個突起部分，以便通過突起部分以及第1基板形成凹凸形狀表面；使上述凸凹形狀的表面平滑化的平滑化膜形成在突起部分上；上述反射裝置是由設置在上述平滑化膜上的導電材料構成的光反射膜。
8.如權利要求6所述的液晶顯示裝置，特征在于上述光反射膜所具有的凹凸形狀表面具有依賴于第1基板的面內方位的各向異性。
9.如權利要求6所述的液晶顯示裝置，特征在于上述光反射膜具有的凹凸形狀表面的凹凸的平均周期根據第1基板面內的方位而不同。
10.如權利要求7所述的液晶顯示裝置，特征在于上述各突起部分從第1基板的法線方向觀看的形狀是把同一方向作為長軸的橢圓形。
11.如權利要求2所述的液晶顯示裝置，特征在于上述液晶層是把根據施加的電壓其取向發生變化的液晶，和具有光學各向異性并且其取向不隨施加的電壓而變化的高分子分散而構成。
12.如權利要求2所述的液晶顯示裝置，特征在于上述偏振光裝置是偏振光束分裂器。
13.如權利要求2所述的液晶顯示裝置，特征在于上述液晶組成物具有正的介電各向異性，上述第1基板與第2基板之間液晶的扭轉角是60度以上100度以下的范圍，上述液晶層中的液晶的復折射率差與液晶層厚度的積是150nm以上330nm以下。
14.如權利要求12所述的液晶顯示裝置，特征在于上述液晶組成物具有負的介電各向異性，上述液晶層中的液晶在不加電壓的狀態下對于上述第1基板以及第2基板垂直取向。
15.如權利要求14所述的液晶顯示裝置，特征在于這樣進行設定，使得把液晶的自然間距記為p，液晶層厚記為d時的|d/p|的值比0大比0.5小，上述液晶層中的液晶的復折射率差與液晶層厚度的積是200nm以上500nm以下。
16.如權利要求15所示的液晶顯示裝置，特征在于上述光反射裝置是由配置在上述第1基板的上述液晶層一側的導電性材料構成的光反射膜，上述光反射膜具有依賴于其面內方位的各向異性，而且具有平滑的連續變化的凹凸形狀，進而，具有把上述第2基板的透明電極作為對置電極起到向液晶層施加電壓的電極的功能。
17.如權利要求2所述的液晶顯示裝置，特征在于還具有彩色濾光片。
18.如權利要求14所述的液晶顯示裝置，特征在于還具有視野角補償板。
全文摘要
疊層相位差板由第1以及第2光學相位差補償板(1、2)疊層構成,第1光學相位差補償板(1)對于波長550nm的透射光的延遲是100－180nm,第2光學相位差補償板(2)對于波長550nm的透射光的延遲是200－360nm,如果在使作為可見光并且具有同一振動面的直線偏振光(3)入射到第2光學相位差補償板(2)時把直線偏振光(3)的振動方向(4)與第1光學相位差補償板(1)的滯相軸方向所成的角度記為θ1,把入射到第2光學相位差補償板(2)的直線偏振光(3)的振動方向(4)與第2光學相位差補償板(2)的滯相軸方向所成的角度記為θ2,則配置各光學相位差補償板(1、2)使得丨θ1－2×θ2丨成為80－100度。由此,可以提供能夠實現視認性出色的顯示的反射型液晶顯示裝置或者高效率的投射型液晶顯示裝置的謀求提高功能的疊層相位差板以及由該板構成液晶顯示裝置。
文檔編號G02F1/1335GK1261961SQ98806660
公開日2000年8月2日 申請日期1998年4月24日 優先權日1997年5月9日
發明者岡本正之, 三井精一, 平木肇, 植木俊, 箕浦潔 申請人:夏普公司