CN1140834C - 反射式液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

一种反射式液晶显示装置，包括一个通过叠合上和下定向层(11、21)，上和下电极(14、24)，上和下基片(12、22)，上和下偏光器(13、23)，以及液晶层(10)而形成的液晶元。液晶元具有视角相关性，对于以所要求角度入射的线，暗显示区对亮显示区的透射率之比在其所要求的液晶元的方位角可变得小于2，而且要求的液晶元的方位角的方向与主光源光线入射到所述液晶元的方向对齐。

Description

反射式液晶显示装置

本发明涉及一种反射式液晶显示装置，尤其涉及适合于使用XY电极的大屏幕高清晰度显示器的单色或彩色反射式显示装置。

本发明涉及一种其特征在于低功耗的能够得到无彩单色显示和高亮度的反射式液晶显示装置。

随着这个信息化社会的更加发展，便携式信息终端可望普及到人手一台。尽管这样的便携式信息终端的技术条件尚未明确规定，但它们将为主计算机提供通信功能以及信息处理功能。

因而装在每一个那种终端上的显示装置都希望是薄、轻和低功耗的，而且由于主计算机均为多媒体型的，还要求是彩色显示和动画显示的。

满足“薄、轻以及低功耗”的显示装置，目前是非反射式液晶显示装置莫属。但是，常规的反射式液晶显示装置仅适合于单色的和静态的图片显示。

用于这种液晶显示装置的一种常规技术公布在日本专利申请公开号Sho No.51-69646，其中平面和斜面交替叠在一个方的波浪型反射器上；以及在日本专利申请公开号Sho No.58-219526，其中反射器被覆盖一层上面压有六角形图案、锥形图案、或梯形图案的铝箔或铝膜。

现有技术中的一种液晶显示装置，反射器被合并在液晶元里面。另外，日本专利公开号Sho NO.62-106435公开了一种液晶显示装置。其反射器通过使用一种由诸如铝构成既作反射器又作电极的电极而被合并在液晶元里面。

另一个关于液晶显示装置的常规技术公布于日本专利申请公开号Hei No.4-274217，其中衍射光栅图案反射器对液晶元的显示表面成一个角度，并且液晶元有一个外部反射器。该技术用来改善单色反射式液晶显示的亮度。

但是，以前的常规技术不能解决亮显示区中靠近暗显示区部分的辉度减小的毛病，也就是说，出现阴影、暗显示被复制以及用户的可视度大大丧失的问题。

另一方面，较新的常规技术有一个问题，即使滤色器与反射器都合并在液晶元里面，对于获得满意的彩色显示来说，发光度还是太低。

反射式液晶显示装置通过使用外部光作光源进行显示，由于用不着后照光的关系，所以它很薄，并且耗电低，适合于电池工作。显示装置也可安装在将来可望迅速普及的便携式信息终端上。

显示质量的一种改善，具体地说，在光显示时的显示亮度的改善以及无彩单色显示都需要用反射式液晶显示装置。

例如，与液晶显示装置的显示面成一个角度的闪光形式的反射器以及带有该反射器的液晶显示装置都已公知。

其中一个平面和一个斜面交替放置的成角度的波浪形反射器已公知，并且还有一种用铝箔式铝膜表面经模压成峰窝图案、角锥图案、或梯形图案的反射器也已公知。

在亮显示时的亮度改善以及无彩单色显示都不能通过简单地规定反射器的形状来实现。

另一方面，移相片的光程差和移相片的结构以及偏振片已经公知，折射率在移相片的三个轴向的分布已经公知。

但是，亮显示时的亮度改善和无彩单色显示都不能通过简单地规定移相片的光学特性和移相片与偏振器的布局结构来实现。

反射式液晶显示装置的显示亮度改善和无彩单色显示在常规技术中没有被考虑，故存在以下问题。

作为一个用于反射式液晶显示装置的反射器，有一种反射面平行于液晶基片的平面的反射器(平面反射器)，还有一种反射面与基片的平面倾斜的反射器(定向反射器)。

平面反射器通常用于常规的反射式液晶显示装置。一个问题是在使用平面反射器的反射式液晶显示装置中表面亮度低。

现在将叙述问题的原因，这类显示装置的用户在许多情形下通常都是在正面看液晶显示装置。

正如所知道的，液晶显示装置通过将液晶层夹入并密封在上下两块透明的基片之间而构成。

矩阵形式的电极和上定向层设在上基片的下表面，移相片与上偏振器则设在上基片的顶面上。矩阵形式的下电极和下定向层设在下基片的顶上，而下偏振器则设在下基片的下表面。上述各个分元件组成液晶显示装置。

平面反射器置于液晶显示装置的后侧，从而组成反射式液晶显示装置。

在使用上述平面反射器的情形，当用户位置在装置的正面时，正常反射向用户的光是来自置于正前方向的光源的光。

但是，由于用位于液晶显示装置的正前方，来自光源的光受到用户的遮挡，因而不入射到液晶显示装置中。

也就是说，由正面方向入射液晶显示装置的光仅是通过用户的衣服、脸部等等一次反射的光，并且每个光的光强都很弱以致不能得到足够的入射光。

由斜方向入射到装置里的光不像来自光源等等的光那样被用户遮挡，因而被平面反射器正常反射并斜向发射到另一侧。由于此光不是反射向用户的，即使是强光，也无助于表面的亮度。

如上所述，在使用平面反射器的反射式液晶显示装置中，由于用户和入射光的光路互相交叉，不能获得足够光度的光，结果仅产生低的表面亮度。

使用定向反射器以获得亮度的反射式液晶显示装置是众所周知的，将参照图28说明这一情形的问题。在图28中，标号31代表定向反射器。

定向反射器也叫闪光形反射器，多个向一特定方向倾斜的微细反射面保持闪光状态。虽然在简图中各反面的的尺寸都被放大了，但它只等于例如35μm，并且与平面的倾斜角(闪光角)定为比如20°。

因而，在这一情形，沿着显示面的法线正常反射向用户的光是用实线表示的从斜方向入射到液晶显示装置里的光，即借助于定向反射器31的各反射面的倾斜而来自位于斜方向的光源L1的光。

由于从位于斜方向的光源L1而来的光直接进入液晶显示装置而不受用户遮挡。故得到大量发光，以致在这一情形下，能因而得到较高的表面亮度的显示。

依照使用定向反射器31的反射式液晶显示装置，虽然肯定能获得亮度的改善，但出现的一个问题是显示带色。

现在就叙述为什么出现带色的原因。

在反射式液晶显示装置中，光要透射液晶显示器两次(即当光进入元件和光被反射时)才到达用户。

若任选波长λ的光通过液晶显示器的亮度设为B(λ)，则它可用下面的方程表示：

B(λ)＝E(λ)×Te(λ)×R(λ)×T_R(λ)……(21)

其中E(λ)是入射光的光强，T_E(λ)是光入射时液晶显示装置的透射因子，R(λ)是反射器的反射系数，以及T_R(λ)是光被反射时液晶显示器的透射率。

有色问题就是对亮度B(λ)的波长的相关性。由于入射光是可被认为无色(白色)的亮光或自然光，入射光强E(λ)与波长无关。反射器可用这样一种方式构成，使反射系数也不依赖于波长。因而对亮度B(λ)的波长的相关性就由T_E(λ)和T_R(λ)的乘积决定，如下式所示：

B(λ)∝T_E(λ)×T_R(λ)       …(22)

另一方面，由于液晶显示器的透射光谱依赖于一个角度，所以当光进入时液晶显示器的透射率T_E(λ)以及光被反射时液晶显示器的透射率T_R(λ)分别由光入射时和光被反射时的光路的角度决定。

因此，注意力放在光入射液晶显示器的角度上。该液晶显示器就是指液晶显示装置。

在使用平面反射器的情形。光入射时的光路和光被反射时的光路均在液晶显示器的法线方向。

若设液晶显示器在法线方向的透射谱为T₁(λ)并使用平面反射器，则得到T_E(λ)＝T_R(λ)＝T₁(λ)只要透射光谱T₁(λ)没有波长相关性，则亮度B(λ)就变为无色。

为此目的，使用平面反射器的常规液晶显示器设计得使透射光谱T₁(λ)成为无色。

反之，当使用图28中的定向反射器31时，虽然光被反射时的光路在液晶显示器的法线方向，但光入射时的光路却不在液晶显示器平面法线而在斜着的方向，如简图所示。

如上所述，由于液晶显示器的透射光谱依赖于角度，即使在平面法线方向的透射光谱T₁(λ)没有波长的相关性。但在斜方向的透射光谱并不总是无色的或者说往往是有色的。

因而，在这一情形下，显示是带色的。

如上所述，当显示带色时，液晶显示装置的可视度就大大恶化了，以致无色性像亮度一样是液晶显示器的一个重要特性，一旦显示的无色性在高亮度下被恶化，就不可能获得高性能。

因此，在常规的反射式液晶显示装置中，由于没有实现亮度与无色性两者的提高，就存在这样一个问题，以致不能获得具有高亮度和良好可视性的反射式液晶显示装置。

因而，本发明的一个目的就是解决上述问题。并提供一种具有高辉度且在单色或彩色显示中无暗显示阴影的反射式液晶显示装置。

本发明的上述目的可通过一种反射式液晶显示装置而达到，该反射式液晶显示装置包括：一个反射器，和一个通过以相互对置的方式在液晶层的上方和下面叠合上下定向层、上下电极、上下基片以及上下偏振器而构成的液晶元，

液晶元具有这样的视角相关性，例如对于在所要求的方位角以所要求的角度入射的光，并且所要求的液晶元的方位角的方向同入射到液晶元里的主光源光的方向对准时，可获得暗显示区向亮显示区的透射率小于2。

本发明的目的也能通过将所要求的液晶元的方位角的方向与用户的方位角成90°或对准反射式液晶显示装置的水平方向而达到。

另一方面，反射式液晶显示装置是一个通过按顺序叠合偏振器、一个上基片，一个上电极，一个上定向层，一个液晶层，一个下定向层，一个下电极以及一个下基片而成的液晶元。

本发明的目的可以通过在下电极和下基片之间形成一个反射器使得入射到液晶元的主光源光可在±10°视角的方向反射，并在上基片和该反射器之间形成一个滤色器或者通过在下电极和下基片之间形成反射器使入射到液晶元的主光源光可在视角20°的方向反射并在上基片和反射器之间形成一个滤色器而达到。

另外，当一个电压加到液晶层上时，液晶层的分子轴线对准到垂直于主光源入射到液晶元里的方向。

根据上述各个结构，具有例如在所要求的液晶元的方位角得到对于以所要求的角度入射的光的对比度接近为1这样视角相关性的液晶元，在液晶显示装置使用时，其所要求的方位角方向与主光的入射方向对准。

如此，通过亮显示区并由亮显示区反射的光和通过暗显示区并由亮显示区反射的光之间的差别被波消除了，从而提供一个具有良好可视性而且没有阴影的反射式液晶显示装置。

一般，在来自上方的主光源光的下面使用时，用户都坐在液晶显示装置的对面。换句话说，用户把液晶显示装置水平放置并在来自上方光源的光下面使用它，这样，若所要求的方位角与显示面的向上方向对准，就能避免出现阴影。

如果液晶显示装置用在特殊的环境下，则所要求的方位角方向要与液晶显示装置的水平方向对准。

另一方向，如果反射器形成于下电极和下基片之间，也就是说，在下基片(反向排列)上面，则光不通过下基片。结果，入射光和反射光通过不同滤色器的问题就解决了，并且入射光能沿用户的视轴直接反射。

换句话说，反射器满足直接反射的要求，使得被滤色器吸收的亮度受到补偿，从而能得到具有明亮性和良好可视度的反射式液晶显示装置。

本发明的一个目的是提供一种实现了提高显示亮度和无色性的反射式液晶显示装置。

根据本发明，其目的通过一个具有一个移相片和一个定向反射器的液晶显示装置而实现，其中若设在移相片平面内互相垂直的光电主轴方向的移相片的指数为n_x和n_y(n_x＞n_y)，并设移相片在厚度方向的折射率为n_z，则满足下面的表示式。

0.3≥(n_z-n_x)/(n_y-n_x)

根据本发明，其目的通过一个液晶显示装置而实现，其中当移相片的光程差在320nm至420nm范围时，则将两个定向层(位于夹住液晶层的上下透明基片的相对表面上)的定向作用的方向平分的方向定为方位0°，并且在由上透明基片的部观看时，逆时针定义方位角，下偏振器吸收轴的方位角置于140°至180°范围内，移相片的慢轴的方位角置于45°至80°的范围内，并且上偏振器吸收轴的方位角在-10°至35°的范围内。

再者，根据本发明，其目的通过液晶显示器而实现，其中移相片的光程差在540nm至680nm范围内时，下偏振器吸收轴的方位角在140°至185°范围内，移相片的慢轴的方位角在45°至80°范围内，并且上偏振器吸收轴的方位角在9°至35°范围内。

下文中将叙述为什么该目的通过本发明装置而实现的理由。

在本发明中，沿平面法线方向和沿液晶显示器斜方向的两个透射光谱，通过上述装置同时被作成无色的。

首先，将叙述用于在液晶显示器平面的法线方向形成透射光谱的装置。

高透射率、透射光谱的无色性以及高对比度(在反射的情形下近似为10∶1)，都是对液晶显示器的要求。为了满足所要求的全部特性，偏振器和移相片的光学条件即偏振器透射轴的主位角，移相片的慢轴的方位角。移相片的相位差在本发明中都得到了优化。

为使平面法线方向的光学条件以及移相片的相位差最佳，注意力放在由移相片平面内的两种光电主轴方向的折射率n_x和n_y(n_x＞n_y)之间的差定义的相位差上。虽然移相片的数目可设为一个任选的数，但这里考虑到费用增加只用一个移相片。

现在将叙述用于在平面的法线方向和液晶显示器的斜方向产生两个无色透射光谱的装置。

光学特性的视角依赖于移相片三个轴的折射率比。

因而，在本发明中，移相片的三个轴的折射率比规定为如下的表示式

0.3≥(n_z-n_x)/(n_y一n_x)

在保持移相片和偏振器的光学条件使得平面法线方向的透射光谱无色的同时，移相片厚度方向的折射率n_z被最佳化了。

因而，甚至在使用定向反射器并且光路变成斜向液晶显示器平面的法线方向的场合，光入射时的透射光谱以及在平面法线方向的透射谱都是无色的，以致当光被反射时，透射光谱随之变成无色。正如由表示式(22)所明显看到的一样，反射式液晶显示装置的无色显示已被获得。由于在这个情形使用了定向反射器，获得了较高的亮度，结果较高的亮度和显示的无色性两者都达到了。

图1示出根据本发明一个实施例的液晶显示装置的截面图；

图2示出根据本发明另一个实施例的液晶显示装置的截面图；

图3示出根据本发明又一个实施例的液晶显示装置的截面图；

图4示出上面安装有根据本发明的液晶显示装置的便携式信息终端的正视图。

图5示出光入射角、用户视轴角、以及液晶显示器倾斜的定义；

图6示出上面安装有根据本发明的液晶显示装置的膝上型个人计算机的斜视图；

图7示出在使用中的显示器倾斜角和用户视角的测量结果；

图8示出用于在一个实施例中制造本发明的反射器的刀具的形状；

图9示出适用于本发明的液晶元的方位角和对比度之向的关系的另一个实施例；

图10(a)至10(i)示出其表面不平行于显示面的反射器的截面图；

图11示出用于在另一实施例中制造本发明的反射器的刀具形状；

图12示出一台液晶显示装置如何用在办公室中；

图13示出简要说明表面局部弯曲的反射器的反射特性的截面图；

图14示出图10(g)所示反射器的放大截面图；

图15(a)至15(d)示出如何制造本发明的反射器的一个实施例；

图16(a)至16(e)示出如何制造本发明的反射器的另一个实施例；

图17示出高透射率的红色、绿钩和兰色滤色器的透射光谱的一个例子；

图18示出在实施例15和16介绍的液晶显示装置的亮显示视角特性；

图19示出用于说明阴影的反射式液晶显示装置的截面图；

图20(a)和20(b)示出用于液晶显示装置的液晶元的方位角和用户方位角的定义；

图21示出一个光折射椭球；

图22示出表示光折射椭球的截面部分依照外加电压变化的三个方向；

图23示出由外加电压引起的光折射椭球截面部分的变化；

图24示出本发明的液晶元的偏振(Δ)变化和对比度之间的关系；

图25示出适合于本发明的液晶元的方位角和对比度之间的关系的一个实施例；

图26示出常规反射式液晶显示装置的截面图；

图27示出一个常规彩色反射式液晶显示装置的截面图；

图28是一个截面视图，示出应用一个实施例的定向反射器的反射式液晶显示装置的一个例子；

图29是一个放大的说明简图，示出根据本发明的定向反射器的反射面的一个例子；

图30是投影在(S₁，S₂)平面上的普安卡雷球的一个说明简图，用于表示具有一个波长的光成斜角穿过液晶层的偏振状态；

图31是投影在(S₁，S₂)平面上的普安卡雷球的一个说明简图，用于表示设定移相片的慢轴的方位角和光程差的方法；

图32是一个特性图，示出液晶显示器里透射的无色程度W对移相片光程差的依赖关系；

图33是一个说明简图，示出液晶显示装置透射光的无色程度W与液晶层的Δnd(液晶层的双折射率与层厚的乘积)之间的关系；

图34是一个说明简图，示出本发明中的仰角与方位角的定义；

图35是一个特性图，示出液晶显示装置中透射光的无色程度W对表示移相片三个轴的折射率大小的参数n₃的依赖关系；

图36是一个说明简图，示出移相片的指数椭圆球的一个例子；

图37是一个说明简图，示出移相片的指数椭圆球的另一个例子；

图38是一个特性图，示出液晶显示装置中透射光的无色程度W对表示移相片的三个轴的折射率大小的特性参数n₃的依赖关系；

图39是一个特性图，示出液晶显示装置中透射光的无色程度W对移相片的光程差的依赖关系；

图40是一个说明简图，示出液晶显示装置中透射光的无色程度W和液晶层的Δnd(液晶层的双折射系数与层厚的乘积)之间的关系。

在说明本发明各实施例的细节之前，下面详细解释一下成为反射式液晶显示装置的一个特殊问题的阴影的原因，反射式彩色显示器的问题，以及解决这些问题的方法。

首先来说明阴影问题。图19示出了用来说明阴影问题的反射式液晶显示装置的截面图。液晶元包括一个上基片12，一个液晶层10以及一个下基片22。

如图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和液晶层10之间以隔开反射器31与液晶层10。反射器31的反射面平行于上基片12的光滑面(显示面)。这是本发明的一个特征。

图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，然后再次穿过液晶元并到这用户的眼睛72。用户承认的光  强度由以下三个参数的乘积决定。

T_θ：液晶元对入射光的透射率

T₁：液晶元对透射光的透射率

R：反射器的反射系数。

图19的扭绞线区域是一个暗显示区。这里，首先说明在离开暗显示区的边界附近的亮显示区的观看。光入射到位于亮显示区的点94。

然后，此光在反射器31的反射点95反射，穿过亮显示区由点96走出并到达位于用户视轴方向上的用户的眼睛72。

另一方面，当观看邻近暗显示区边界的亮显示区时，则入射光到达位于暗显示区的点91。在反射点92反射之后，此光从位于亮显示区的点93射出。

如此，用户看到进入亮显示区并在那里反射的光以及进入暗显示区并在那里反射的光。两个光以同一个角度进入液晶元。因而，阴影的出现是由液晶元的亮显示区与暗显示区之间光透射率的差异造成的。

换句话说，如果亮显示区的光透射率大于暗显示区的光透射率，则进入暗显示区并由那里反射的光的亮度将低于进入亮显示区并由那里反射的。

结果，暗显示看起来就像是反射它自己的阴影一样。这就是为什么一旦暗显示区沿入射光的方向对亮显示区的光透射系数之比(下文称为对比度)等于1时不会出现暗影的原因。对比度离1越远，阴影出现得越清楚。

再者，阴影在很大程度上受反射器的结构的影响。在带有平面反射器(其反射器平行于显示面)的反射式液晶显示装置的情形，用户看到的是带有包含着散射光的反射显示面。

换句话说，在这一情形的反射光系由从各不同的方向反射的光组成，各入射光之间的光透射率的差别因而被从外部消除(亮度是均匀的)，并且对比度变得接近于1。这就是为什么阴影变得不明显的原因。在这一情形，整个显示表面的亮度是均匀的。

反之，在具有一个主要将光反射向用户视轴的反射器的反射式液晶显示装置的情形，亦即在一个反射器满足直接反射要求的情形，用户看到的是直接反射光的显示面，所以此光变得比散射光更亮。

但是，这一情形的反射光，是单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对比度的影响，导致阴影出现清晰。

本发明已经注意到阴影可通过光入射方向的对比度调整到1来消除，或者说阴影可通过使对比度更靠近1来减轻。

下面，将讨论显示黑白图象的8个灰度等级的情形。现在假定最亮的等级显示的光透射率为T₁，即亮显示。以后按亮度的顺序假定为T₂，T₃，T₄，T₅，T₆，T₇和T₈(暗显示)。例如，在室内光线下，T₁至T₈的亮度为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。

如果阴影的亮度比T₂亮，则在灰度等级显示中该阴影不引起反向的灰度等级。在这一情形，入射方向的对比度必须是1.1或在1.1(30特/27尼特)以下。但是，实际上，灰度等级显示中的亮度往往显示一个亮度连续变化的画面。T₈(暗显示)很难邻近T₂。

因而，如果光入射方向的对比度为2或2以下，则在T₈和置于8级灰度中心的T₅之间不会有影像反向。(T₅/T₆)＝1.4，(T₆/T₇)＝1.4，(T₇/T₈)＝1.75也就是说，使对比度为2或更低是减轻阴影的必要条件。

另一方面，液晶显示装置是在外电压加到液晶层改变液晶层取向的情况下实现亮显示和暗显示。对比度随取向变化的增加而增加。从而，对比度在取向变化较小的方向变得较接近于1。

在这一情形，问题不是视在取向的变化，而是取向变化引起的光学特性的变化。“视在变化”是光学特性变化之一。

现在假定液晶层被切成薄片平行于上下两个基片。通过加上电压，取向的最大变化出现在各个切层的中心层即距上下基片最远的那一层中。

因为，中心层最少受到上下基片上的定向层产生的定向限制的影响。因而考虑中心层取向的变化就意味着考虑所有的液晶层。

图20(a)和图20(b)示出对液晶显示装置41的液晶元的方位角(ψ)和用户的方位角(ψ1)的定义。图20(a)说明单个液晶元中的方位角(ψ)的定义。

如图所示，将上基片上的取向(LD1)和下基片上的取向(LD2)之间的角度等分的方向定义成0°方位角。0°方位角的方向也就是0°方位角的轴线。然后，按逆时针方向确定方位角。

此外，光入射(IL)到液晶元里的方向用相交线(CL)和0°方位角轴线构成的角确定，在相交线上包括光入射到液晶元的轴线和显示面法线(PD)的入射面与显示面相交。

如此，以60°方位角入射的光被定义成在液晶元的60°方位角的方向入射的角。当然，这时候光的入射角就是由入射光轴和显示面法线构成的角。下文中，简称的方位角就是指图20(a)所示的液晶元的方位角。

在中心层，只有液晶分子轴线的上升角(基片表面与液晶分子的轴线构成的角)随外加电压变化。没有加电压时，上升角几乎是0°。加上电压时角度增加。液晶分子轴线的方向不管加不加电压都是固定的。

图20(b)说明对液晶显示装置的用户方位角的定义。一般，当液晶显示装置使用时，也就是说，当液晶显示装置的操作面板被使用时，它是水平放置的。

如图所示，液晶显示装置的水平显示面113因而既定义作使用显示器的水平方向，又定义作0°的用户方位角的方向。这个方向假定为使用液晶显示器的基准。然后逆时针确定方向。

此外，光入射到使用中的液晶显示装置的方向由一个相交轴线与0°的用户方位角轴线构成的角确定，而包含有光入射到液晶元的显示面的轴线和显示面法线的光入射面则在此相交轴线上与显示面相交。

例如，以60°的用户方位角入射的光被定义成当使用液晶显示装置时以对水平方向成60°的用户方位角入射的光，这时候的入射光角便是由入射光轴线与显示面法线构成的一个角度。

一般，以60°的用户方位角入射的光在如图所示的240°(＝60°+180°)的用户方位角方向反射。但是在这一情形下，光也能以270°的用户方位角反射，在使用中该方向垂直于液晶显示装置。光的反射则由反射光轴和显示面法线构成。

在一般状态下使用液晶显示装置的时候，主光从90°的用户方位角亦即垂直于使用中的液晶显示装置的方向来到液晶元的显示面。此光也在垂直于液晶显示装置的270°的用户方位角的方向反射，如果光在显示面法线的方向反射，则不定义用户方位角。

由于中心层足够薄，因而可以认为是一个双折射介质。图21示出一个光折射椭球。双折射介质光学特性的视角特性可用图21所示的光折射椭球叙述如下。

光折射椭球(IE)是一个定义在实空间呈三轴折射的椭球。轴线方向平行于双折射介质的光学主轴线。每个轴向的椭球长度就是该方向的折射系数。现在假定光由(x₀，y₀，z₀)的方向入射到双折射介质中。

由此光接收的双折射可通过对光折射椭球执行以下的几何远算找出来。设想一个包含有光折射椭球的中心并垂直于(x₀，y₀，z₀)的横截面。此横截就变成一个椭圆，不过椭圆的长轴和短轴之间的差被当作是由(x₀，y₀，z₀)方向入射的光所接收的双折射。

对于一个液晶层(即中心层)，光折射椭球看起来像一个橄榄球形。光折射椭球的长轴平行于液晶分子轴线的平均方向。在中心层，仅有指标图的长轴的上升角是变化的。

下面，将考查一下视角对光折射椭球的截面形状变化的依赖关系，图22示出表示当一个电压加到该液晶层上时学折射椭球的截面形状态化的三个方向。

注意图中所示的a，b和c三个方向(a：中心层中液晶分子轴线的平均方向，b∶a的反方向；以及c∶a的垂直方向)。

图23示出由外加电压引起的光折射椭球截面图的变化。

如图23(a)和(b)所示，在外加电压的情况下，a和b的截面变化很大。没有外加电压时，a和b两者的截面都是椭圆。在a的情形，加上电压时，长轴收缩几乎把截面变为一个圆。在b的情形，长轴伸长增加其椭性。反过来，如图23的(c)所示，c的截面则是变化甚小。

如此，估计加上电压时，在垂直于中心层液晶分子轴上升的方向液晶层的光学特性较小，并且对比度接近于1。因而，如果这个方向对准光入射方向，阴影就能减轻。

另外，暗显示和亮显示也能看作是加上电压时通过液晶层的光的偏振的变化，把对比度变得接近1看作是偏振变化变小。上面的看法由如下所述测量偏振的方法验证。

对于亮显示和暗显示，光通过液晶层的偏振假定为E_B和E_D，并且使用由下面的表示式(1)至(3)确定的标准燃料参数(Stokes pa-rameters)(S₁，S₂，S₃)把E_B和E_D表示成(S_1B，S_2B，S_3B)和(S_1D，S_2D，S_3D)。

S₁＝(E_X ²-E_Y ²)/(E_X ²+E_Y ²)……(表示式1)

S₂＝(2E_XE_YCosδ)/(E_X ²+E_Y ²)…(表示式2)

S₃＝(2E_XE_YSinδ)/(E_X ²+E_Y ²)…(表示式3)

在上面的式子中，E_X，E_Y，δ表示在已给X轴方向的电场向量，在Y轴方向的电场向量，以及E_X和E_Y之间的相位差。由外加电压引起的偏振变化定义为Δ并以下面使用(S_1B，S_2B，S_3B)的式子量化。(S_1D，S_2D，S_3D)是一个常数。

Δ＝C_X(1-S_1BS_1D-S_2BS_2D-S_3BS_3D…(表示式4)

Δ的最大值等于1，这时候，由外加电压引起的偏振变为最大，最小值为0，这时候加上电压分辨不出偏振变化。

图24示出本发明中出现在液晶元中的偏振度化(Δ)和对比度之间的关系。图中的水平轴是在图20(a)所定义的液晶元的方位角。

垂直轴就是偏振的变化量(Δ)，Δ表明当方位角为0°或180°时，偏振的变化量几乎变为0，0°或180°的方位角等于图22所示的方向(c)，在这些条件下，方位角和入射角两者与液晶元的对比度的依赖关系都受到测量。

图25示出用于方位角与本发明的液晶元的对比度之间的关系的一个实施例。也示出液晶的视角依赖关系。如图所示，当方位角为0°或180°即等于图22中的(c)方向时，对比度变得特别小并且变得最接近于1，这就用实验证明上面的看法是正确的。

根据上面的结果，证明了如果液晶显示装置制造得使具有的视角依赖关系—对于在特定的方位角以特定的角度入射的光，对比度(暗显示区至亮显示区的光透射率)变为2或以下—的液晶元产生出来并且液晶元被排列得把液晶元特定的一个方位角对准来自光源的光的方向，阴影就能减轻。

下面，将对高亮度反射式彩色液晶显示装置说明如下：

图26示出常规单色反射式液晶显示装置的截面图，为什么液晶显示器不可能是彩色型显示器的原因有二：(i)反射率不是和(ii)多路混合造成的发光度落差。

首先说明原因(i)。由反射器反射的光被分为强光强的直接反射光(RL)和弱光强的散射光(SL)。

在直接反射的光当中，入射角和反射角对于宏观的反射面是相等的，而在散射光当中，这两个角却不等。反射器的表面有微细的凹凸不平，所以它有许多具有不同视向变形线的微细反射面。这些微细面的分布随着视向变形线数量的下降而减少。

微细反射面在均匀倾斜(0°)的反射面即在平行于宏观反射面的反射面上分布最多，大部分的光都在这样的反射面上反射。

一般，正如后面要说明的，用户都在0°的视角观看液晶显示装置。这就是为什么使用平面反射器时用户看到的是弱光强的散射，如图26所示，换句话说，如果反射率不足，则没有直接反射的光。

在这一情形，要使光直接反射在用户视轴的方向的直接反射要求得不到满足。这是因为液晶显示器在很大程度上受阴影影响的缘故。

下面，将说明原因(ii)。图27示出常规彩色液晶显示器截面图。利用此图，将说明装置有滤色器的反射式液晶显示装置的结构和正是由液晶显示装置本身引起的亮度落差。滤色器51形成于液晶层10和上下基片12与22之一的基片中间。

在图27所示的实施例中，它形成在紧靠上基片12处，在下基片22的下方装着反射器的反射式液晶显示器的情形，下基片形成在滤色器51和反射器31之间把它们隔开。这时，滤色器厚度为100μm，而下基片的厚度约1mm，因而入射光与反射光之间的光路不同。

换句话说，出现一个“入射光与反射光通过不同滤器的问题”。如果光通过不同的滤色器，则透射谱也不同，因而光被不同的滤色器(例如，红色和兰色滤色器)完全吸收。为什么光通过不同滤色器时亮度降落这么多的原因，是光必须通过厚厚的下基片。

在(i)的情形。反射率可通过使用提供的反射器将反射光直接引到用户视轴的方向解决直接反射问题来改善。

在(ii)的情形。反射器装在下基片的上方邻接液晶层处以避免光通过下基片。这样就解决上述由光通过不同滤色器引起的问题。

在单色显示器的情形，任何方法都可独立地用来改善亮度。但是，在彩色显示器的情形，任何方法都能接受足够用于彩色显示的亮度。因为，滤色器要通过吸收光表现彩色，这使光通过滤色器一次之后，亮度降落到1/3或以下。

为了通过同时解决(i)和(ii)两个问题而实现彩色显示，本发明的结构必须采用。再说，即使直接反射的要求被满足，也必须采用本发明的结构解决阴影问题。

下文中，将参照附图说明本发明的一些实施例。

实施例1

图1示出本发明一个实施例中液晶显示装置的截面图。

图1中的液晶显示装置的结构如下：从显示面起，一个显示元按顺序被叠合一个上偏振器13，一个移相片19，一个上基片12，一个上电极14，一个上定向层11，一个液晶层10，下个下定向层21，一个下电极24，一个下基片22，一个下偏振器23，以及一个反射器31，每个电极连接到一个驱动线路。反射器31在下基片22的下方，显示面的另一侧。

每个基片均用玻璃制成。每个电极均包括厚度为1000A、宽度为310μm，并以间隔20μm排列的ITO。每个定向层都用颗粒状聚酰亚胺聚合物制成并用一个磨光处理以形成定向层，处理的条件是：切口0.4mm，转速1000rpm，进给速度33m/s。

预倾角为4°，扭转为240°。液晶层包括向列型液晶和手性添加剂。层厚5.7μm并且液晶材料为MJ63928(Melk公司)。Δn为0.145且Δnd为0.83mm。手性添加剂为58n(Melk公司)并且含量比值为0.9％(重量百分数)。

光入射到下偏光器的轴线角度定为90°并且入射到上偏振器的轴线的角度定到20°的方位角。移相片形成于上偏光器和上基片之间，显示轴线的角度定到50°的方位角并且在550nm波长时nd定为0.63μm。

如此决定定向处理的方向来制造上下基片。液晶显示器的对比度对视角依赖关系如图25所示，该图表明在液晶元的0°方位角附近对比度变得几乎等于1。对以这样的0°方位角入射的光，对比度变得几乎等于1的液晶元被用来制造液晶显示装置，使液晶元的方位角(度)的方向对准到淮晶元的显示面的90°用户方位角的方向。

图4示出使用本发明液晶显示装置的便携式信息终端的正视图。该图示出安装在便携式信息终端上的液晶显示装置的外观。液晶显示装置包括一个天线111，一个操作面板112，以及一个显示面板113。

图5示出光入射角(θ₁)用户视角(θ₂)、以及液晶显示器的倾斜角(θ₃)的定义，此定义将通过一个用于膝上型个人计算机的液晶显示器的实施例予以说明。

入射角由从光源射入的光的轴线与液晶显示的表面法线构成。在图中，顺时针旋转被定为正向的(+)。

视角由视轴即用户眼睛的方向和显示面法线构成。在图中逆时针旋转被定为正向(+)。

倾斜角表示液晶显示器的显示面对搁放使用液晶显示装置的桌面法线的倾斜度。顺时针旋转被定为正向(+)。

用户在室外使用便携式信息终端，最经常的是约20°的倾斜角和约20°的视角。一般，这时候的入射光方向是一个90°的用户方位角。这就是为什么本发明的液晶显示装置通过将液晶元的0°方位角的方向与90°用户方位角的方向对齐来制造的原因。在这一情形，作为主光源的阳光的入射角约为20°。

为了使来自户外的光源的主入射光直接在视轴方向反射即满足直接反射的要求，差不多以20°入射的光必须在大约20°的视角方向反射。

由于视角和入射角两者都是20°，因而反射面平行于显示面的平面反射器被用来将直接反射的光引到视轴方向。

这种便携信息终端的显示特性系在户外测量的。邻接暗显示区的亮显示区的亮度为56cd/m²，而远离暗显示区的亮显示区的亮度则为80cd/m²。区至区的对比度为1.4。这一对比度表示暗显示区的程度。

换句话说，这意味着如果这一比值为1，则无阴影出现，并且这一比值越大，阴影越显著。这也证明了阴影不明显并且可视度很好。

正如上面所说明的，由于直接反射的入射光的方向对准到用户视角的方向，所以来自光源(太阳)的光可以受到有效利用，从而获得明亮的显示。

再者，由于其对比度在0°方位角变得几乎等于1的液晶元的方位角的方向对准到90°的用户方位角即入射光的方向，因而就获得了阴影不明显且可视度优良的反射式液晶显示装置。

实施例2

在本实施例2中，实施例1中的液晶显示装置被安装在一台膝上型个人计算机上并在室内光的条件下使用。图6示出上面安装有本发明的液晶显示装置的膝上型个人计算机的斜视图。用户将图中所示的膝上型个人计算机搁置在桌上并在室内光的条件下，以倾角为30°和视角为0°的方式使用它。

即使在室内以这样的方式使用液晶显示装置，入射光的方向一般还是等于用户的方位角90°。来自光源(照明)的主光有一个50°的入射角。下文中，将对上面那些倾角、视角、以及入射角的依据如下。

对使用反射式液晶显示装置的10个人就倾角和视角进行了一次调查。图7示出实际使用液晶显示装置时对倾角和视角的测量结果。如图所示，多数对象都是以倾角约为30°和视角为+10°的方式使用显示装置。

一般，众所周知，办公室里的入射光有一个30°到60°之间的角。为了将来自办公室这样的光源的入射光直接在视轴方向反射，即满足直接反射以一个30°至60°的角度入射的光必须以+10°视角反射。

在这个实施例2中，这一测量结果指明，反射式液晶显示装置必须通过把以30°至60°的度入射的光的对比度变得接近1的方位角的方向对准到从90°用户方位入射液晶元的显示面的光的制造。

一般，(入射角+反射角)＝(入射角30°至60°)+视角(±10°)＝最大值70°至最小值20°是可取的。

由于用来直接反射的反射面倾斜角为(入射角+反射角)/2，故用于直接反射的反射面倾角为10°至35°。这表明，带有这一范围内的反射面倾斜的反射器应当与具有一个使对比度最接近1的方位角液晶元结合使用。

上面所述是显示装置的一般使用状态。在特殊使用状态的情形，例如说，当躺在医院病床上的病人使用液晶显示装置的情形，射入方向和视轴方向两者都是0°的用户方位角，显示装置本身是水平放置着。

在这一情形，液晶元的0°方位角方向(它的对比度在0°方位变得几乎等于1)被对住以0°的角户方位角方向即主入射光的方向。

换句话说，所要求的方位角方向被对准到反射式液晶显示装置的水平方向，这样一来，入射光角、用户方位角以及视轴方向都将随所用液晶显示装置的用法而改变。

因而，本发明的反射式液晶显示装置通过考虑如何使用显示器，造出具有这样的视角依赖关系的液晶元以得出对于以所要求的角度入射的在所要求的方位的对比度最接近1，并将液晶元排列得使所要求的方位方向可对准来自主光源的入射方向(当使用显示装置时)。

这一典型实施例是以90°用户方位角的方式或以液晶显示装置的显示面的水平方向使用的反射式液晶显示装置。

在这个实施例2中，反射面法线对显示面法线的方向倾斜10°，在下文中，由反射面法线至显示面法线的倾斜度定义为反射面倾斜角。

因此，在这一情形，反射面倾斜角为10°，反射器的截面图正好如图10(b)所示，后面将说明它，反射器的制造如下所述。

图8示出一个实施例中用于制造反射器的刻刀的形状，如图所示，刻刀端部的倾斜角为10°，使用这个刻刀把一块黄铜板刻成模具。

为避免模具的形状磨损和变得不规则，刻刀每刻300次就被磨光一次。把丙烯酸树脂板加热到超过玻璃变态点并用此模具压向用来模压成形的丙烯酸树脂。然后，在板上蒸镀1000厚的铝以制成反射器。

上面安装有液晶显示装置的膝上型个人计算机用在光为580lx的室内，这一光环境也被放在其他实施例中，邻近暗显示区的亮显示区的亮度为35cd/m²，而远离暗显示区的亮显示区的亮度为53cd/m²，区至区的对比度为1.5，阴影不明显并且可视度好。

正如上面所说明的，当办公室的光正好在用户上方的情况下使用时，通过把反射面倾斜定到10°，使得来自光源的光可在接近视轴的方向反射，并通过把液晶的0°方位角方向(对于30°至60°入射的光，液晶元的对比度在0°方位角变得几乎等于1)对准到90°的用户方位角，就得到具有较少阴影以及良好可视度的反射式液晶显示装置。

实施例3

在本实施例3中，实施例2中的液晶显示装置的反射面倾斜有定为25°，使得来自光源的主入射可在视轴方向直接反射，也就是说，使得直接反射要求可被满足。

邻近暗显示区的亮显示区的亮度为57cd/m²，远离暗显示区的亮显示区的亮度为75cd/m²。区至区的对比度为1.3。阴影不那么明显并且可视度好。

反射面倾斜角定为25°以更有效地在视轴方向直接反射入射光，并将对比度几乎变为1的方向对准到来自源的光入射方向以得到阴影少、亮度高并且可视度好的反射式液晶显示装置。

实施例4

在本实施例4中，实施例3里的液晶显示装置装有一个移相片，其三个轴具有大小互不相同的折射率n_X，n_Y，n_Z。n_X是这一情形中液晶分子轴的平均方向，实施例3中的液晶显示器使用一个n_x＝1.5864，n_y＝1.5829，以及n_z＝1.5820的移相片，n_x与n_z的大小关系是n_x＞n_z。

反之，在本实施例中移相片的情形下，采取的是n_x＝1.5848，n_y＝1.5798，以及n_z＝1.5843。在实施例3和4的移相片中，n_x和n_z几乎相等，并且大小关系都是n_x＞n_z，n_Y的大小在两个实施例中不同。

移相片平面法线方向的光程差在两个实施例中均取同一数值，下图示出本实施例4中视角对液晶显示装置的对比度的依赖关系。

图9示出适用于本发明液晶元的方位和对比度之间的关系的另一个实施例，在实施例4中的液晶元的情形，当方向角为0°和180°时，得到极小的对比度。

在实施例4中的液晶显示装置的情形，邻近暗显示区的亮显示区的亮度为60cd/m²，而离暗显示区的亮显示区的亮度为60cd/m²，区至区的对比度为1.3，阴影不那么明显并且可视度好。

正如上面所说明的，即使是使用不同大小的n_X、n_Y和n_Z，如果光入射的方向对准到液晶层的中心层里液晶分子轴的平均方向，则可得到一个阴影少、亮度高并且可视度良好的反射式液晶显示装置。

实施例5

在本实施例5中，实施例3中的液晶显示装置装有一个反射器，其上倾斜成10°和20°倾斜的两种型式的反射面交替排列。

邻近暗显示区的亮显示区的亮度为60cd/m²，而远离显示区的亮显示区的亮度为83cd/m²，区至区的对比度为1.4。阴影不那么明显并且可视度好。

由于两种型式的反射面(每种都有一个不同于另一种的倾斜角)布排在反射器上，故反射器能有效地利用安装在天花板上的多个光源的光，为反射式液晶显示装置提供高亮度和良好的可视度。

实施例6

在本实施例6中，实施例3中的液晶显示装置装有一个反射器，倾斜成15°和25°倾斜角的两种型式的反射面交替排列于其上。反射面倾斜根据以下理由选定。

由安装在办公室天花板上的多个光源中，测出发射强的两个光源的入射角，结果等于30°和50°，以2等分这些入射角和0°角(显示面法线)得倾斜角。换句话说，更近更强的光在视轴方向直接反射。

邻近暗显示区的亮显示区的亮度为65cd/m²，而远离暗显示区的亮显示区的亮度为89cd/m²，区至区的对比度为1.4，阴影不那么明显而且可视度好。

由于两种型式的反射面(每种都有一个不同于另一种的倾斜角)布排在反射器上，并且每一种反射面倾斜都安排得使两个更靠近液晶显示装置并发射更强光的光源的光能在视轴方向直接反射，因而反射器能有效利用安装在天花板上的多个光源的光，提供高亮度和优良可视度的反射式液晶显示装置。当然，在这一情形也可以使用两个以上的光源。

实施例7

在本实施例7中，实施例6中的液晶显示器装有一个压模压成的反射器，其表面被腐蚀成微细的凹凸不平以增加光的散射。

这里，图1将再被用来说明本发明，倘若反射器有一个镜面，它将反射周围的景物和用户的脸，这会有碍用户注意力集中在显示装置上，已提出一个实施例解决这类问题，即在光通过液晶显示器的行程之一中使用一种将光散射的方法。

如果光被散射，则反射在显示面上的周围景物和用户的脸变得含糊不清和难以觉察，使用户专心于显示装置。但是，在光通过上偏器13和下偏振器23的同时，偏振必须保持。于是，光必须在另外的行程中散射。

具体地说，在下偏振器23和反射器31之间，而不是在上偏振器13和下偏振器23之间形成一个光散射层，而且，反射器31的表面被弄粗糙而成为一个散射层。

邻近暗显示区的亮显示区的亮度为60cd/m²，而远离暗显示区的亮显示区的亮度为95cd/m²。区到区的对比度为1.6，阴影不那么明显而且可视度好。

室内光不是点光源，光入射角是分布性的通过增加反射器的散射特性，来自多个光源的能有效地用于每一个入射角。而且，由于视角变化引起的表面亮度的突然变化，能够获得具有高亮度和优良可视性的反射式液晶显示装置。

另外显示面上的微细凹凸不平还可以不仅通过腐蚀形成，而且通过喷砂或通过用粗糙表面打磨形成。此外，酸腐蚀、喷砂或用粗糙表面打磨都可在蒸镀铝处理之前用到树脂板上，酸腐蚀、喷砂或用粗糙表面打磨也都可用到蒸镀过铝的反射器上。

散射层可以是有微细粗糙表面或是具有双折射率分布的塑料薄膜。塑料薄膜还可以放在下偏振器23和反射器31之间或者粘附在反射器31的表面上。

实施例8

在本实施例8中，实施例3中的液晶显示装置装有一个反射器，其上面微细的凹凸点排列间距为30μm即尺寸小于一个象素的1/10，当从各个不同的视轴观察显示器时，不产生云纹并且可视度很好。云纹是指像布纹一样的几何条带图形。

本发明的反射器的截面图例如说如图10所示。图10所示的反射器有一个不平行于显示面的反射器。为使反射器的反射系数看起来均匀一致，反射面上粗糙度的尺码必须尽可能减小。因而，如果反射器的反射面上相邻凸点之间的距离定成一个间距，则此间隔最大也得小于一个象素。

再者，如果象素的尺寸与凹/凸点尺寸周期性重叠，则云纹出现。如果出云纹，显示就变得不均衡，造成可视度下降。

此外云纹在很大程度随视轴的改变而变化。在这一情形，可视度损失重大，反射面上的间距的不规则性对于防止这类云纹将是有效的。换句话说，间距应当小于一个象素，它的尺寸可少于一个象素的1/5。

实施例9

在本实施例9中，实施例3中的液晶显示装置装有一个局部表面成弯曲形的反射器，当使用液晶显示装置时，总是要求用户视轴的改变引起的显示状态的变化被减到最少。

在本发明的液晶显示装置中，如果视轴在入射直接反射的对面的话，高亮度显示是可能的。但是，如果视轴移动那怕是一点点，则亮度急剧降低。因而，如果视轴改变引起的显示状态的变化大，则液晶显示装置的用途受到限制。

通常，为把视轴改变引起的反射特性变化减到最小，要采用一种使普通反射器具备光散射功能的方法。

但是，在液晶显示装置仅有一个偏振器的情形，由于这个光散射功能而产生一个问题。为避免这一点，还要使用一个方法来弯曲反射面。图10(g)至图10(i)示出这样一种反射面的截面图。

图11示出用于制造另一实施例的反射器的刻刀形状。

具有一个曲面的反射器的制造可通过使用例如说刻刀(其截面弯曲成如图11所示)刻一块金属板(黄铜等等)做成模具来模压丙烯酸树脂等等并将诸如铝等等的金属蒸镀到表面上。

图12示出如何在办公室使用液晶显示器，还示出了装在天花板上的多个光源的光进入正在用着的反射式液晶显示器的方向。在办公室，多个光源在天花板上排成像(L₁，L₂，L₃，…)，如果这些光源全都作为光使用，显示面的亮度就能进一步改善。

再者，如果局部反射面是成弯曲形的，就能将来自多个源的光引向用户，图13示出了说明局部反射面弯曲的反射器特性的截面图。

换句话说，具有如图所示弯曲面的反射器，在P点附近，反射面法线二等分L₁方向和用户方向，L₁的光被引向用户。同样在9点附近，反射面法线二等分L₂方向和用户方向。L₂的光同样被引向用户在本实施例9中，局部反射面是弯曲的。反射器的横截面如图10(g)中所示一样。图14中的虚线轴示出了反射器微观的俯视图。反射器表面弯曲部分的一端倾斜30°而另一端倾斜10°。例如，假定有许多在60°和20°范围内发射光线的光源。

反射层按如下制造：用顶端有如图11所示的曲面的刻刀刻一块黄铜板。图11中所示的曲面接近椭圆面。使用了具有100μm半径和50μm半径的刀具。刻刀每用200次要被研磨，以防止其反光面由于损耗而变形。此后，黄铜板就象实施例2中的一样被作为模具，来模压一块加热的丙烯酸树脂板。然后，在树脂板上蒸镀2000厚的铝。

接近暗显示区的亮显示区的亮度是51cd/m²，而远离暗显示区的亮显示区的亮度是69cd/m²。两区的对比度为1.35。阴影不是很明显，而且可视度好。

局部反射层表面是弯曲的，反射面倾斜角是这样分布的，以使二等分由许多更靠近液晶显示装置和强度更强的光源的光线入射方向与视轴方向所形成的角度都可以被包括。

再者，来自多个光源的光线被直接沿视轴方向反射，或者以接近这一轴的条件反射，从而来自那些光源的光线能有效地利用，以提供具有高亮度和良好的能见度的反射式液晶显示装置。

实施例10

在本实施例10中，液晶显示装置被提供了一块通过用环氧树脂粘合反射器31和下基片22而制成的板。环氧树脂的折射率约为1.5。因此，如果考虑由环氧树脂产生的光折射，反射器的倾斜角必须为17°，沿视轴方向直接反射以50°角入射的光线。在本实施例中，以这种方式而不是其它实施例中的使用的方式获得反射器以得到17°倾斜角。

接近暗显示区的亮显示区的亮度是74cd/m²，而远离暗显示部分的亮显示部分的亮度是60cd/m²。两区的对比率为1.2。阴影不是很明显，而且可视度好。

已经证明即使在如上所述用环氧树脂将反射器31和下基片22结合为一体时，如果考虑环氧树脂的折射性系数而将反射面的倾斜角设置成所需值，有许多方法可以获得具有与实施例3中液晶显示装置几乎相同显示性能的反射式液晶显示装置。

如果在下偏光器23与反射器31之间填充与下偏光器23具有相等折射率的树脂或其它类似物质，可以防止通过光线强度的减少。

实施例11

在本实施例11中，液晶显示装置如下图所示。它也和其它实施所示的液晶显示装置一样。

图2示出了另一实施例中液晶显示装置的横截面。图2中所示的液晶显示装置包括从显示面按顺序叠合的如下零件：一个上偏光器13，一个移相片19，一个上基片12，一个上电极14，一个上定向层11，一个液晶层10，一个下定向层21，一个下电极24，一个反射器31，以及一个下基片22。

与图1中所示的液晶显示装置不一样，在本液晶显示装置中，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的位置变了。再者，反射器31和下基片22一般是结合为一体。因此，下基片22可以不用玻璃制成。就是说，其它零件、材料和制造方法均与实施例1中的一样。

具有反射面且与下基片结合为一体的的反射器按以下制造。

图15(a)至15(d)示出了制造本发明的反射器的一个实施例。

下面将解释如何制造反射器。一块玻璃材料的基片被刻成具有如图10(b)中所示一样形状的反射器31(图15(a))。反射面倾斜角是20°，而且反射器上凸顶和凹谷的间距是20μm。此时，反射器的粗糙面的凸点高度为4μm。

然后，在反射器31的表面蒸镀1000A厚的铅，形成反射层41(图15(b))。通过在反射层41上形成20μm厚的环氧树脂光滑层53而使这一表面光滑。之后，环氧树脂层的表面被抛光使之光滑(图15(c))。最后，如图15(d)所示，形成下电极24和下定向层21。

反射器可以具有横截面如图10(a)至(c)中所示任何形状的衍射光栅，角锥等等。在本实施例11中，形成反射器的基片可以不通过光线，所以除了玻璃之外还可以广泛选择材料。由于不需要切割象玻璃这样硬的材料，故较容易制造。

实施例11中的液晶显示装置被安装在一种膝上型(lap-top)个人电脑上，并在室内光线下使用。用户将液晶显示装置放在桌上，而且以30°倾斜角及0°视角的方式使用最多。在这种情况下，来自光源的光线以大约40°的角度入射显示装置。

在被包含在液晶显示中的反射器中，靠近暗显示区的亮显示区的亮度是60cd/m²，而远离暗显示区的亮显示区的亮度是61cd/m²。两区的对比率为1.0。辨别不出暗显示阴影。暗显示区的亮度为9cd/m²，对比度为7。

正如已解释过的，由于反射器被结合在液晶元之中，而且入射光线在20°的反射面倾角的条件下沿视轴方向被直接反射，可获得具有极好的可视度的反射式液晶显示装置辨认不出阴影而且对比度高。

实施例12

在本实施例12中，液晶显示装置利用了配有20°反射面倾角和用简单方法制造的反射器。图16(a)至图16(e)示出了制造本发明反射器的另一实施例。将首先说明制造反射层的简单方法。

首先，在下基片22上面用丙烯酸树脂形成一个树脂层(图16(a)。该层被加热并用模具模压，以制造出其形状正如实施例11中所示(图16(b))的反射器31。然后，在表面蒸镀铝以形成反射层41(图16(c))。

此后，正如图15中一样，形成一个光滑层53以消除凹凸(图16(d))，并形成下电极24和下定向膜21(图16(e))。在图16(b)中，用于成形的模压可以用刀刻工序取代。

使用实施例11中的下基片22和上基片12两者时，照样可用本制造方法。正如图15中所示的制造方法，不需切割由象玻璃这样坚硬材料制成的下基片22，故易于制造反射器31。而且正如实施例11之中的，能得到具有极好的可视度和高对比度，且没有阴影的反射式液晶显示装置。

实施例13

在本实施例13中，在实施例12中所示的液晶显示装置使用一种装有15°和25°倾角的两种型式的反射面的反射器，该两种型式的反射面交替地布置在用简单方法制造的反射器上。它被用来代替实施例12中采用的具有20°面倾角的反射器。

靠近暗显示区的亮显示区的亮度是55cd/m²，而远离暗显示区的亮显示区的亮度是55cd/m²。两区的对比度为1.0。辨认不出暗显示阴影。暗显示区的亮度为8cd/m²，对比度为7。

如上所述，由于反射器被结合在液晶元之中，而且具有不同倾角的两种型式的反射面交替布置，两入射光线大致沿用户的视轴方向直接反射，所以能够获得具有极好的可视度的反射式液晶显示装置。辨认不出阴影且对比度高。

实施例14

在本实施例14中，如实施例12中所示的液晶显示装置使用了一种局部为弯曲的反射器，由简便方法制造并提供了20°的反射面倾角。使用了与实施例9中形状一样的模具来模压成形。

靠近暗显示区的亮显示区的亮度是52cd/m²，而远离暗显示区的亮显示区的亮度是52cd/m²。看不到阴影。暗显示部分的亮度是7cd/m²，对比度为7。

局部为曲面的反射器被结合在液晶中，且反射面倾角分布得可以包括通过二等分由更靠近液晶显示的两光源的入射光方向与视轴方向形成的角度。

由于来自两光源的光线被直接反射到用户的视轴或者以与该轴接近的条件反射，因此来自天花板的两光源的光线可以被有效地利用来给反射式液晶显示装置提供高亮度和良好的可视度。

实施例15

图3示出了本发明另一实施例中液晶显示装置的横截面。在图3所示的结构中，仅将一个滤色片加到图2中所示的结构中。

在本实施例15中，在下基片22上形成具有倾斜20°的反射面的反射器31。换句话说，正象在实施例11中的一样，下偏光器23被省掉了，而且反射器31和下基片22换了位置。在这样的液晶显示装置中，滤色片50形成于上基片12与液晶层10之间。

亮显示区的亮度为30cd/m²，而暗显示区的亮度为4cd/m²。两区的对比度为7。亮(白)显示亮度和对比度是足够的。可视度也很好。

如上所解释的，由于省略了下偏光器23，反射器形成在下基片22上，来自光源的光线不穿过下层22。因此，解决了入射光和反射光经过不同滤色片的问题。再者，由于具有20°反射面倾角的反射层被结合在液晶元之中以满足直接反射的要求，所以滤色片的光吸收被增加的亮度的补偿，从而为亮反射式彩色液晶显示装置提供良好的可视度。滤色片50也可以放在下基片22与液晶层10之间。换句话说，很明显，甚至是滤色片50被放在上基片12与反射层31之间的任何位置，也获得同样效果。

在实施例15所示的液晶显示装置的结构中，即使两滤色片为同种颜色，如果光线经过此两滤色片两次则光线总是被吸收两次。因此，为了增加亮度。滤色片本身的透射光谱应增加。下图示出了这些滤色片透射光谱的一个例子。

图17示出了红、绿和蓝滤色片透射光谱的一个例子，滤色片的透射率是高的。在每一可见波长范围内，那些红、绿和蓝滤色片中任何一个的透射率都是10％或10％以上。

实施例16

在本实施例16中，在实施例15中所示的液晶显示装置使用了一个其弯曲反射面形状为象一个半圆的反射器。首先使用具有80μm半径的半圆形刻刀以仅仅一次刀刻作业，制造用于制造模具的刻刀。

靠近暗显示区的亮显示区的亮度为49cd/m²，而远离暗显示区的亮显示区的亮度为68cd/m²。两区的对比度为1.39。阴影难以察觉且液晶显示装置的可视度很好。

亮(白)显示区的亮度是25cd/m²，而暗显示区的亮度为4cd/m²。两区的对比度为7。亮显示亮度和对比度都是足够的。

为了制造其反射面是弯曲的反射器，必须首先制造其横截面是如图11中所示曲线的刻刀。如果使用诸如车床之类的旋转机器，曲面很容易制造。

然而，在这种情况下，同时机加工的曲面的横截面将成为局部弧形。如图16中所示，如果反射器的曲面形状为单一半圆，制造将变得很容易。

再者，由于反射面是象半圆一样的曲面，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黄铜板的刻刀。

另一方面，图18示出了实施例15和16中所示液晶显示装置的亮显示的视角特性。该图也示出了亮显示面的亮度与光线入射角之间的关系(角相关性)。

在该图中，横轴表示图20(b)中定义的光线入射角。方位角如图20(b)中定义的一样为90°或270°。在实施例15中，仅仅0°入射角附近可以获得高亮度，而在其它入射角，则亮度锐减。

在实施例16中采用的液晶显示的情况下，直到15°入射角附近都可获得高度。即使在用户的视轴改变时，亮显示区的亮度也不减少很多。由于即使用户改变了姿式也保证高亮度，所以可视度很好。

接下来，在图2和图3中所示包括一个偏光器的液晶元的偏振和非偏振将被解释，以解释为什么在实施例11至16中使用的每一反射器分别带有一个镜面的原因。

通常，一个液晶显示装置利用液晶层来接收偏振光，并通过在液晶层上施加一个电压来调制偏振。因此，在入射到并从液晶显示装置反射时，光线经过偏光器两次。自然光第一次经过偏光器就是偏振光。

如果第二次经过偏光器的光线也是偏振光，光的透射率随所施加的电压而改变，以区别亮显示和暗显示。

然而，如果第二次经过偏光器的光线是非偏振光(自然光，散射光等等)，则光线的透射率不随施加电压而改变。结果，在亮显示与暗显示之间不出现差别。

如果由于某个原因，在光线第一次和第二次通过偏光器时，偏振消失并且进入了非偏振光，则亮显示和暗显示之间的光透射率之差下降。

在图2和图3中所示液晶显示装置的情况下，光线在反射面上反射，同时它在入射时第一次经过上偏光器13，而在出来时第二次经过该片。因此，如果反射面是粗糙的，以不同角度反射的散射光与偏振光混合，从而成为非偏振光。

为了在反射之后保持偏振，反射面应该十分平滑。这就是为什么仅配有一块偏光器的反射式液晶显示装置的反射器应该十分平滑的原因。

对照例1

在本对照例1中，被制造的液晶显示装置使用了实施例1中形成的元件，并具有图25中所示对比度与视角度关系曲线，从而对以90°方位角入射的光线对比度为最大值。换句话说，在使用时，0°方位角的方向与液晶显示装置的水平方向一致。

其余与实施例1中的完全一样，包括一个其反射面与显示面平行的平板型反射器。

其上装有上述液晶显示装置的便携式信息终端在室外使用。靠近暗显示区的亮显示区的亮度是17cd/m²，而远离暗显示区的亮显示区的亮度是73cd/m²。两区的对比变为4.3。阴影易于察觉，且液晶显示装置的可视度不好。

如上所解释的，这证明使用一个平板反射器，就是说，反射面法线方向与显示面法线方向一致，而且调整入射光线轴与视轴之间的方向不足以减少阴影和得到好的可视度。

为了获得不易察觉的阴影和好的可视度，应该有选择地采用主入射光，以便使得具有视角(在此视角下对比度成为接近于1)相关性的液晶元的0°方位角方向，可以垂直于在使用时的液晶显示装置。这意味着0°方位角方向可以与入射光方向一致。

对照例2

在本对照例2中，实施例2中反射器的反射面倾角被设置为一20°，且液晶显示器被放置得使反射面法线方向不在入射光线轴与用户的视轴之间。

这个液晶显示装置被安在膝上型个人电脑上，并在室内灯光下使用。靠近暗显示区的亮显示区的亮度为3cd/m²，而远离暗显示区的亮显示区的亮度为16cd/m²。两区的对比度为5.3。整个屏幕是暗的，阴影易于察觉且液晶显示器的可视度不好。

如上所解释的，这证明入射方向与所需方位角方向一致来获更接近于1的对比度不足以改善显示的亮度并获得好的可视度。

为了减少阴影并获得高亮度和好的可视度，入射光应该由获得更接近于1的对比度的方位角方向引入，还要将反射面倾角放置得使反射面法线方向可以进入入射轴和用户的视轴之间，尽可能满足直接反射的要求。

对照例3

在本对照例3中，实施例6中反射器的反射面倾角被设置为一25°和-10°，且液晶显示装置被放置得使反射面法线方向不能进入入射光轴和用户的视轴之间。

此液晶显示装置被装在膝上型个人电脑中并在室内灯光下使用。靠近暗显示区的亮显示区的亮度是3.1cd/m²，而远离暗显示区的亮显示区的亮度是15cd/m²。两区的对比度为4.8。整个屏幕是暗的，阴影易于察觉且液晶显示器的可视度不好。

如上所解释的，这证明如果液晶显示装置被放置得使反射面法线方向不进入入射光和用户的视轴之间，就是说，如果直接反射要求没有满足，即使在入射光沿得到更接近于1的对比度的照射(beat-ing angle)方向导入，也不足以获得高亮度和好的可视度。为了减少阴影并获得高亮度和好的可视度，直接反射要求似乎是很重要的。

对照例4

本对照例4选取了实施例3中的液晶显示装置，其中一个滤色器51形成于上基片12和液晶层10之间。

此液晶显示装置装在膝上型个人电脑上并在室内灯光下使用。亮显示区的亮度为3cd/m²而暗显示区的亮度为2cd/m²两区的对比度在2以下。

换句话说，虽然反射面倾角被设置为25°且直接反射要求满足，还是亮度锐减且整个屏幕看起来象煤一样黑。

这证明仅在上基片12与液晶层10之间形成一个滤色器51对反射式液晶显示装置的彩色显示的是不够的。

换句话说，通过倾斜反射面来满足直接反射要求不足以解决入射光和反射光经过不同滤色器的问题，从而，对反射式彩色液晶显示装置来说还不行。

对照例5

本对照例5选取了实施例15中使用的液晶显示器，其中反射层31被省略，且一个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上直接蒸镀铝，然后在其上形成2μm厚的环氧树脂层作为绝缘层。进而，在上面形成下电极24和下定向膜21。

此液晶显示装置被装在膝上型个人电脑上，并在室内光线下使用。亮显示区的亮度为12cd/m²而暗显示区的亮度为7cd/m²。两区的对比度在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，故解决了入射光和反射光经过不同滤色器的问题。然而，由于反射器是平板故直接反射要求没有满足。亮度和对比度均低且可视度不好。

这证明对于反射式液晶显示装置的彩色显示，不仅反射器应结合在液晶元之中，而且应满足直接反射要求和适当选择光源(即选用主光源光)。

根据本发明，解决了传统反射式液晶显示装置中阴影和低亮度这些悬而未决的问题，并可获得具有良好可视度的反射式液晶显示装置。

特别是，对于获得能实现高亮度彩色显示的反射式液晶显示本发明是很有效的。

根据本发明的另一反射式液晶显示装置将在以下通过用实施例详细叙述。

以下叙述的本发明的实施例具有如图28中所示的构造，而且下面将根据图28的构造叙述。

实施例17

钠玻璃被用作上透明基片12和下透明基片22。每个用ITO构成的矩阵电极在基片12和22上形成，作为上电极5和下电极24。每个电极宽为0.3mm，间隔0.03mm且厚度为1000A。扫描线数为480且信号线数为640。

基片上的定向层6和10由聚酰亚胺聚合物制成，它在200℃温度下烘烤，在切削量为0.4mm、转速为1000rpm以及进给速度为33m/sec的条件下通过摩擦法(rubbing method)经受一个定向过程，之后，在150℃温度下进行一个老化过程。从而，预倾角(pre-tiltangle)为4°而扭转角为240°。

液晶层21是由气动液晶(pneumatic liquid crystal)和手性掺杂剂的混合物制成的。由日本公司(Merck Japan Ltd)制造的MJ63928(贸易名)被用作液晶材料，且在散装状态下的Δn为0.145。由日本公司(Merck Japan Ltd)制造的S811(商业名称)被用作手性掺杂试剂，且重量含量百分比为0.9％。

通过改变厚度，其Δnd(在散装状态下液晶材料的重折率Δn与液晶层厚度d的积)分别为0.755μm，0.812μm，0.843μm和0.858μm的液晶单元被制造。

移相片7，偏光器8和11以及定向反射器与每个液晶单元结合，从而形成反射式液晶显示装置。

由尼托公司(Nitto Denko Co.)制造的G1225DU(贸易名)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。

尽管以上提及的闪光型反射器被用作定向反射器，但是在本情况下用这样的定向反射器时，如果反射层是很好的平滑面，用户会看到光源的映像。看到光源映像的部分亮度很高，而其它部分则亮度低，从而在图象屏幕上发生亮度变化。

为了在本实施例中获得均匀和明亮的显示屏幕，也使用了每个反射面都有凹凸部分从而如图29中所示的在反射面上形成许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，从不同方向进入的光线如虚线所示被均匀地反射给用户。从而，光源的映像失去其轮廓线，被均匀地扩散在屏幕上，因此获得具有高亮度的均匀显示。

这样的反射式液晶显示装置以正对照式显示方法运作，其中阴影显示在两个或多个施加电压之中的较高电压一侧进行。

当移相片和偏光器的光学条件为最佳值以满足在正对照式显示方法中无色、高透射率以及高对比度的特性时，移相片和偏光器的光学条件的组合数目是一个很大的数字，而且为通过试验和修正而获得一个最佳值要花费大量时间。

因此，在本实施例中，光学条件是在考虑了液晶显示装置的显示原理的最佳值。

确定液晶显示的方位角和仰角如图34中所示。

平分在液晶显示的上和下定向层的定向过程方向的方向为0°。从沿显示面向后面的方向观察时，逆时针方向定义方位角。与基片平面的法线的角度被定义为仰角。

在下偏光器11和下定向层10的定向过程的方向之间的角度应当等于大约45°。

液晶显示装置通过使用改变施加电压结合改变透射光的偏振状态的方法进行显示。偏振状态的改变依赖于入射液晶层的光的偏振状态，就是说，依赖于下偏光器的吸收轴的角度。

若设下偏光器的吸收轴与下定向层定向过程的方向之间的角度为a时，则当角度a在40°至50°范围最好是等于45°时，偏光状态的改变为最大值。

当液晶层的扭转方向定为向左且扭转角为θ时，由于沿下定向层定向过程的方向的方位角等于(θ…180°)/2，所以下偏光器吸收轴的方位角由表达式(23)来表示：

θ/2+90°-α(40°≤α≤50°………(23)

足够陡而且产生没有滞后的电压-透射率特性的扭转角在200°至270°的范围内。在这种情况下下偏光器的吸收轴的方位，在140°至185°的范围内。

移相片的光程差轴的方位按如下决定。

由于在本发明的本实施例中，移相片被安排在液晶元与上偏光器之间，因而移相片改变通过液晶层光线的偏光状态。

为了在阴影显示时通过减小透射率改进对比度，每一具有进入上偏光器波长的光线必须借助使用移相片转换成其中振动方向一样的线性偏振。

如“第九届国际显示研究会议记录”中第312至315页所述，表达了一种通过使用普安卡雷球设置移相片的慢轴的方位角以及光程差的方法。

普安卡雷球是指具有燃料参数(S₁，S₂，S₃)作为三个轴的半径为1的球，每个偏振状态相应于普安卡雷球上的一点。例如，一个线性线偏振相应于一条与平面(S₁，S₂)正交的一条直线。

通过下面的表达式，利用X轴的分量E_X，Y轴的分量E_Y，以及E_X和E_Y分量的相差δ，确定本例中的燃料参数。

S₁＝(E_X ²-E_Y ²)/(E_X ²+E_Y ²)……(24)

S₁＝2E_XE_YCosδ/(E_X ²+E_Y ²)……(25)

S₃＝2E_XE_YSinδ/(E_X ²+E_Y ²)……(26)

移相片偏振状态的转换通过绕经过包括在参数(S₁，S₂)平面内普安卡雷球的中心的直线旋转表示。通过移相片的偏振状态被转换成投影在面(S₁，S₂)上的普安卡雷球中的线位称。

在普安卡雷球中被投影在作为旋转中心的直线的平面(S₁，S₂)上的方位角，是移相片Slon轴)的方位角的两部。利用波长λ和光程差Δnd，旋转角可表示为＝2πΔnd/λ(单位为弧度)。

图30示出了通过液晶层光线波长的偏振状态的一个例子，其中在两个或更多施加电压之中一个较高电压被施加给液晶层。

图30示出了一个投影在面(S₁，S₂)上的普安卡雷球。特点是表示波长的偏振状态的点几乎是线性分布的。

通过利用各波长偏振状态的分布特性，移相片的慢轴(slowasix)和光程差可以如图31中所示决定。

图31示出了与图30相似方式在面(S₁，S₂)上投影的普安卡雷球。首先，一条经过大多数表示波长偏振状态的点的直线，即一条回归线被用虚线画出来表示。

与回归线垂直相交线的方位角的一半，成为移相片的慢轴的方位，如下表示：

180°-θ/2………………………(27)

在以上提及的扭转角的范围中，方位角在45°至80°的范围内。

再者，回归线也表示每个代表波长偏振状态的点的运动方向。

对具有550nm波长的透射光要注意，此波长对人的可视度是最大值。当移相片的光程差定为大约380nm时，表示具有550nm波长透射光的偏振状态的点，被移至与面(S₁，S₂)相交的直线上一点(图31中点A)。就是说，被转换成线性偏振。

具有其它波长的透射光，被转换成每个大体上具有与上面同样偏振状态的偏振状态。

上偏光器的吸收轴设在图31中点A方位的一半。由于在本例中上偏光器对具有550nm波长的透射光的吸收率为最大，故在阴影显示时的透射率减小，且对比度得以改进。

在上偏光器的吸收轴与下定向层定向过程的方向之间的角度在40°至50°的范围内的情况下，A点的方位角由实验获得为(350°-2a-θ)。从而上偏光器吸收轴的方位角可表示如下：

175°-a-θ/2…………………(28)

在以上提及的扭转角范围内，上偏光器的吸收轴的方位角在-10°至35°的范围之中。

移相片的光程差在按如上所述确定的下偏光器吸收轴的方位角移相片的光程差轴的方位角以及上偏光器吸收轴的方位角中，都是变化的，并且在沿液晶显示基片平面法线方向亮显示时，透射光谱的无色度，可通过使用其中色差很均匀的UCS色度坐标系估算。

假定C光源的坐标(U₀＝0.201，V₀＝0.460)为完全无色。无色程度W借助使用与C光源坐标的距离由下式来确定。 $W=\sqrt{[{(U-U_0)}^2+{(V-V_0)}^2]}\·\·\·\·\·\·\left(29\right)$

无须说，透射光谱随着W变小而变为无色。

无色程度W与移相片的光程差间的关系如图32中所示。从图32很清楚，当光程差为320nm至420nm的范围内时，无色程度W等于0.02或更少，从而在基片面法线方向获得了获得足够的透射光谱的无色状态。

由于在此范围内对比度为10∶1或更大，而在亮显示时的传递比为28％或更大，不用说，对比度和透射率充分满足了所需性能。

再者，通过改变液晶层的Δnd(散装状态液晶材料的Δn与液晶层厚度d的积)，可以测量无色程度W。因此，如图33中所示，取得了在任何Δnd时等于0.02或更少的无色程度W。

如以上所提到的，沿基片面法线方向的透射光谱已成为无色，且获得了高透射率和高对比度。

现在叙述使沿光线入射方向的透射光谱成为无色的一种情况。

首先考虑反射式液晶显示装置的使用环境，并规定光线入射方向。

假定是在办公室使用反射式液晶显示装置的情形，光线通常从上方射来。用户通过倾斜反射式液晶显示装置至一定程度而使用它。

在本例中，方位角通在水平方向设为0°，从而视角特征是在左右对称，倾角被设置为，例如，30°。

天花板上的多个灯饰是这样状态的光源，即光线入射方向的方位角约为90°，且仰角约为30°至60°。

在反射式液晶显示装置在非办公室条件下使用的场合，例如，反射式液晶显示装置装在便携式信息终端上并在外面使用时，入射光方向被认为大体上是同样的方向。

当无色程度W为0.04或更少时，可感觉到显示几乎无色。

另一方面，如表达式(22)所示，由于反射式液晶显示装置的显示颜色，是由光线入射时的透射光谱与在光线反射时的透射光谱的积所决定的，即使无色程度W为0.04或更少，在它们两者的主波长接近时，色度加重且两透射光谱之积的无色程度W超过0.04。

因此，在本实施例是，为了甚至在光入射和光反射时透射光谱的波长占优势情况下防止有色，寻找到一种条件，在这种条件下所有光谱的任何一个无色程度W都等于0.02或更少。

对于在基片面法线方向亮显示时的透射光谱，W＝0.003。

对于移相片7，若移相片在两电光主轴(在一个平面内正交)方向的折射率设为n_X和n_y(n_X＞n_Y)，且移相片厚度方向的折射率设为n_z时，由下面的等式(30)确定移相片的特征值n3，即：

n₃＝(n_z-n_x)/(n_y-n_x)……(30)

使用(30)并通过改变特征值n₃，可以测量入射光透射光谱的无色程度W。从而得出了在图35中所示的结果。

就是说，当移相片的特征值n₃为正时，W值大，并且透射光谱的主波长大约为605nm，几乎为棕色。

从而，本例中的指数椭球看起来象如图36中所示的橄榄球。

当特征值n₃减小时，W值也减小。在特征值n₃为0.3或更小的区域内，W为0.02或更小。透射光谱在这一区域几乎无色。

本例中的指数椭球是如图37中所示的圆透镜形状。虽然在图37中没有明白示出，但它已是预料中的半球形。

因此，在本实施例中，移相片7是以这种方式构造的，由表达式(30)确定的特征值n₃为0.3或更小，从而使液晶显示器的透射光谱在光入射方向和光反射方向同时无色。

装有根据实施例21的反射式液晶显示装置的笔记本式个人电脑，以30°倾角放在办公室桌上。显示状态系从液晶显示装置的平面法线方向观察。

偏光器和移相片置于如上所述范围内的光学条件下，就是说，在图28中，上偏光器8的吸收轴的方位角为20°，下偏光器11的吸收轴的方位角为165°，移相片7对550nm波长的光程差等于380nm，轴(slowaxis)的方位角为60°，并且特征值n₃从而等于0.01。

结果，液晶显示装置在光入射方向(方位角为90°而仰角为30°至60°)和光反射方向(仰角为0°)的透射光谱的无色程度W，分别为0.010和0.010。

亮显示时的显示状态几乎无色。在本例中，表面亮度为65cd/m²且产生5∶1的对比度。

根据实施例17，液晶显示装置在主光线入射方向和光线反射方向的透光谱可以做到无色。从而得到具有高亮度的无色显示，结果可以得到具有良好可视度的反射式液晶显示装置。

作为对照，现在考虑在实施例17的液晶显示装置中再设移相片的特征值n₃为1.0的情况。

在主光线入射方向(方位角为90°，仰角为30°至60°)和光线反射方向的无色程度W分别为0.065和0.010。

当液晶显示装置被同样地装在笔记本型个人电脑且电脑放在办公室桌上使用时，光线显示为棕色，而亮显示时的表面亮度为40cd/m²，对比度为3∶1。

当进一步观察细节时，虽然在主光线入射方向的透射光谱是无色的，但在主光线反射方向的透射光谱却是有色的。众所周知，光线显示因而为棕色。

在与以上相似的方式中，在作为对照实施例21的液晶显示装置中，还将移相片的光程差定为120nm。在主光线入射方向(方位角为90°而仰角为30°至60°)和光线反射方向(仰角为0°)的透射光谱的无色程度W分别为0.035和0.041。

结果，当液晶显示装置被同样地装在笔记本型个人电脑上，电脑放在办公室的桌上且观察显示颜色时，因为在此情况下在主光线入射方向和光线反射方向的透射光谱两者都是带色的，所以光线显示为紫色。光线显示的表面亮度为20cd/m²，且获得的对比度仅为2∶1。

不用说，如果在反射式液晶显示装置中，在主光线入射方向和光线反射方向的透射光谱两者不能成为无色，则不能获得具有高亮度的无色显示。

实施例18

在实施例18中，所使用的定向反射器与实施例21中的定向反射器一样，且多个反射面与液晶显示的平面之间的角度设为0°、10°和20°三个值。其它构造大体上与实施例17中的相同。

在实施例22中，主入射光方向的方位角为90°，且仰角为20°至60°。光线反射方向的仰角为0°，且透射光谱的无色程度W分别为0.010和0.010。

根据实施例18的反射式液晶显示装置安装在便携式信息终端上，且该终端随身带在外面使用。

当通过改变各种角度等等观察显示颜色时，在任何情况下光线显示几乎是无色的。

另一方面，光线显示的表面亮度基本上根据使用条件改变，并等于210至400cd/m²，能在任何场合使用。获得5∶1的对比度。

同样，在实施例18中，通过使液晶显示装置在主光线入射方向和光线反射方向的透射光谱无色，可以获得具有高亮度的无色显示。

由于在实施例18中，定向反射器的反射面的角度设有为三个不同角度即0°、10°和20°，光线入射方向被扩宽了，因而可以适应更广泛的使用条件。

实施例19

在实施例19中，虽然使用的定向反射器与实施例17中的相似，但是反射面不是很平滑的面，而是这样的一种反射器，即在每个反射面上存在微小反射面，从而形成一个光线散射面。其余构造基本上一样。

在制造定向反射器时，通过使用喷砂处理过的模具来形成光线散射面。

同样，在实施例19中，在主光线入射方向(方位为90°，仰角为20°至70°)和在线反射方向(仰角为0°)的透射光谱的无色程度W分别为0.015和0.010。

当根据实施例19的反射式液晶显示装置被装在笔记本型个人电脑上时，电脑放在办公室桌上，液晶显示装置以30°角倾斜，而且从液晶显示装置平面的法线方向观察显示装置。

可以肯定获得几乎无色的光线显示。光线显示时的表面亮度为60cd/m²且对比度为5∶1，因而不用说可以获得足够的性能。

实施例20

在实施例20中，改变实施例19中构成光线散射面的定向反射器的横截面形状，在反射面与液晶显示平面的法线之间的角度设为0°、10°和20°三种。其它构造基本上一样。

在主光线入射方向(方位角为90°，仰角为20°至60°)和光线反射方向(仰角为0°)的透射光谱的无色程度W，分别为0.010和0.010。

当根据实施例20的反射式液晶显示装置被装在一便携式信息终端上，该终端随身带在外面使用，并且通过改变各种角度来观察显示颜色等等时，在任何场合都可以获得几乎是无色的光线显示。

尽管光线显示的表面亮度基本上根据使用条件改变，并且等于180至450cd/m²，这一亮度在任何场合下都能使用，且在此情况下对比度等于5∶1。

因此，根据实施例20，可以获得具有良好可视度和高亮度的无色显示。

由于反射面具有三个不同角度并且还具有光线散射性能，所以扩宽了光线入射方向，从而该液晶显示装置可以适应更广泛的使用条件。

实施例21

在实施例21中，在实施例21中的反射式液晶显示装置的相移片7的特征值n₃定为-0.01。其它构造大体上一样。

在实施例21中，在主光线入射方向(方位角为90°，仰角为30°至60°)和光线反射方向(仰角为0°)的透射光谱的无色程度W分别为0.009和0.010。

装有根据本实施例21的反射式液晶显示装置的笔记本型个人电脑，以30°倾角放在办公室桌上，并从液晶显示面的法线方向观察显示状态时，获得几乎无色的亮显示。

在这种情况下亮显示时的表面亮度为65cd/m²，对比度为5∶1。

因而不用说，在实施例21中通过使液晶显示装置的主光线入射方向和光线反射方向的透射光谱无色，同样可以获得具有高辉度的无色显示。

实施例22

在图31中，当移相片的光程差定为大约600nm时，表示波长为550nm的透射光偏振状态的一点，移到了与图31中所示(S₁，S₂)面相交的直线上的一点B。具有其它波长的透射光被转换至大体上等于上述偏振状态的偏振状态。

假定上偏光器的吸收轴设为图31中点B方位的Y₂。

在下偏光器的吸收轴与下定向层定向过程的方向之间的角度在40°至50°范围内的情况下，用实验方法获得点B的方位角为(370°-θ-2a)。

上偏光器的吸收轴的方位角由下式表示。

185°-θ/2+a              ……(31)

在范围为200°至270°的扭转角范围内，上偏光器吸收轴的方位角必然在-20°至20°范围内。

在此情况下特征值n₃与无色程度W的关系如图38所示。虽然曲线的倾斜不同，但可看出其趋势与图35所示的相似。

就是说，当特征值n₃为正时，无色程度W变大，且透射光谱为黄色(主波长约为585nm)。在特征值n₃大约等于0.3或更小的区域中，不用说，无色程度W为0.02或更小，且透射光谱是无色的。

如上面所提到的，在决定下偏光器吸收轴的方位角，移相片轴(slowaxis)的方位角，以及上偏光器吸收轴的方位角之后，移相片的光程差的变化及液晶显示基片面法线方向亮显示的色调估算如下：

在这种情况下无色程度W对移相片光程差的依赖关系如39中所示。当光程差在540至680nm范围时，无色程度W为0.02或更小，且沿基片面法线方向的透射光谱几乎是无色的。

在这样一个范围内，对比度为8∶1或更大并在光显示时透射率为25％或更大，而且在任何情况下都能获得足够的值。

当通过改变液晶层的Δnd(散装状态液晶材料的Δn与液晶层厚度d之积)来测量无色程度W时，无色程度W在任何Δnd时都为0.02或更小。

同样，在以上情况中，在基片面法线方向的透射光谱成为无色的，而且获得高透射率和高对比度。

作为实施例22，实施例17中移相片7的光程差和上偏光器8吸收轴的方位的改变至通过上面的实验所获得的范围之内的值，并且移相片7的550nm波长情形下的光程差定为600nm，且上偏光器8吸收轴的方位角置为105°之后，观察显示状态。

在主光线入射方向的方位角设为90°，仰角设为30°至60°，且在光线反射方向的仰角设为0°。透射谱的无色程度W分别为0.012和0.003，且亮显示几乎是无色的。光线显示时的表面亮度为60cd/m²，且对比度为6∶1。

同样，根据实施例22，在主光线入射方向和光线反射方向的透射光谱可以成为无色的，而且可以获得具有显示为无色的优良可视度和高亮度显示的高效反射式液晶显示装置。

作为对照，当在实施例22中再把移相片7的特征值n₃置为1.0时，在主光线入射方向(方位角为90°，仰角为30°至60°)和光线反射方向(仰角为0°)的透射光谱的无色程度W分别是0.100和0.010。

尽管沿主光线入射方向的透射光谱是无色的，但在主光线反射方向的透射光谱是有色的。当观察显示颜色时，光线显示为棕色。

从而，对于60cd/m²的表面亮度，对比度仅为3∶1。同样，在这种情况下，发现如果沿主光线入射方向和光线反射方向的透射光谱不同时为无色的，不能获得具有高亮度的无色显示。

作为对照，还将实施例22中液晶显示装置的移相片的光程差设为500nm。

在这种情况下，在主光线入射方向(方位角为90°，仰角为30°至60°)的透射光谱的无色程度W为0.044，而在光线反射方向(仰角为0°)的透射光谱的无色程度W为0.029。

在将这样的液晶显示装置装在笔记本型个人电脑上，并将该电脑放置在办公室的桌上，观察显示颜色时，由于在主光线入射方向和光线反射方向的两个透射光谱都是有色的，所以光线显示为绿色，而且在光线显示时的表面亮度为55cd/m²，且仅仅获得2∶1的对比度。

从这种情况也可以明白，如果在主光线入射方向和光线反射方向的透射光谱不是同为无色的，就不能获得具有高亮度的无色显示。

根据本发明，因为在主光线入射方向和光线反射方向的透射光谱两者能同时成为无色的，所以能轻松获得具有显示为无色高可视度和高亮度的反射式液晶显示装置。

Claims (16)

1.一种反射式液晶显示装置，包括一个反射器，以及一个液晶元，该液晶元通过在液晶层上方和下方依次以相互对置的方式叠合上和下定向层、上和下电极、上和下基片、和上和下偏光器而构成，其中

所述液晶元具有视角相关性，对于以所要求角度入射的光线，暗显示区对亮显示区的透射率之比在其所要求的液晶元方位角可以变得小于2，以及

所述要求的液晶元的方位角的方向与主光源光线入射到所述液晶元的方向对齐。

2.一种反射式液晶显示装置，包括一个反射器，以及一个液晶元，该液晶元通过在液晶层上方和下方依次以相互对置的方式叠合上和下定向层、上和下电极、上和下基片、和上和下偏光器而构成，其中

所述液晶元具有视角相关性，对于以所要求角度入射的光线，暗显示区对亮显示区的透射率之比在其所要求的液晶元方位角可以变得小于2，以及

所述要求的液晶元的方位角的方向，与相对于所述液晶元的显示面用户方位角为90°的方向对齐。

3.一种反射式液晶显示装置，包括一个反射器，以及一个液晶元，该液晶元通过在液晶层上方和下方依次以相互对置的方式叠合上和下定向层、上和下电极、上和下基片、和上和下偏光器而构成，其中

所述液晶元具有视角相关性，对于以所要求角度入射的光线，暗显示区对亮显示区的透射率之比在其所要求的液晶元方位角可以变得小于2，以及

所述要求的方位角的方向，与反射式液晶显示装置的水平方向对齐。

4.一种根据权利要求2或3的反射式液晶显示装置，其中

所述反射器在±10°的用户视角的方向上，反射入射到所述液晶元的主光源光线。

5.一种根据权利要求2或3的反射式液晶显示装置，其中

所述反射器在20°的用户视角的方向上，反射入射到所述液晶元的主光源光线。

6.一种根据权利要求2或3的反射式液晶显示装置，其中

在所述下偏光器和所述反射器之间提供一个光线散射层。

7.一种根据权利要求1的反射式液晶显示装置，其中

所述反射器是在所述下电极和所述下基片之间形成，使得它可以在±10°的用户视角的方向上反射入射到所述液晶元的主光源光线，且

在所述上基片和所述反射器之间形成一滤色器。

8.一种根据权利要求1的反射式液晶显示装置，其中

所述反射器是在所述下电极和所述下基片之间形成，从而它可以在20°的用户视角方向上反射入射到所述液晶元的主光源光线，且

在所述上基片和所述反射器之间形成一滤色片。

9.一种根据权利要求7或8的反射式液晶显示装置，其中

所述液晶元具有视角相关性，对于以所要求的角度入射的光线，在所要求的液晶元的方位角获得最接近于1的对比度，以及

液晶元的方位角的方向，与相对于所述液晶元的显示面用户方位角为90°的方向对齐。

10.一种根据权利要求9的反射式液晶显示装置，其中

所述反射层表面倾角在10°和35°之内。

11.一种根据权利要求1的反射式液晶显示装置，其中

所述液晶层的分子轴，在电压施加到所述液晶层时，对准到垂直于入射到所述液晶层的主光源的方向。

12.一种根据权利要求1的反射式液晶显示装置，还包括：

二个透明基片，配置在液晶层的上方和下方，相互面对面夹住所述液晶层；以及

一个移相片，布置在上方的所述透明基片的外表面上；

所述上偏光器，布置在所述移相片的外表面上；

所述下偏光器，布置在下方的所述透明基片的外侧；

所述反射器是定向反射器并布置在所述下偏光器的外侧，其中

当所述移相片在两条电光主轴方向(在所述移相片的一个平面中正交)的折射率设为n_X和n_Y(n_X＞n_Y)，并且沿所述移相片厚度方向的折射率被设置为n_Z时，确定所述移相片的折射数特征值以满足下式：

0.3≥(n_Z-n_X)/(n_Y-n_X)

13.一种根据权利要求12的反射式液晶显示装置，其中

当所述移相片的光程差在320nm至420nm的范围之内时，而且

平分布置在所述透明基片的相向面上的两定向层的定向过程方向的方向，定为0°方位，而且在从所述上透明基片外部观察时，逆时针方向定义方位角，

所述下偏光器吸收轴的方位角在140°至185°的范围之内；

所述移相片慢轴的方位角在45°至80°的范围之内；以及

所述上偏光器吸收轴的方位角在-10°至35°的范围之内。

14.一种根据权利要求12的反射式液晶显示装置，

当所述移相片的光程差在540nm至680nm的范围之内时，而且

平分布置在所述透明基片的相向面的两定向层的定向过程方向的方向定为0°方位，而且在从所述上透明基片外部观察时，逆时针方向定义方位角，

所述下偏光器吸收轴的方位角在140°至185的范围之内；

所述移相片慢轴的方位角在45°至80°的范围之内；以及

所述上偏光器吸收轴的方位角在90°至35°的范围之内。

15.一种根据权利要求12的反射式液晶显示装置，其中所述定向反射器具有两个或两个以上的不同角度的反射面。

16.一种根据权利要求12的反射式液晶显示装置，

所述定向反射器是由具有光散射性能的反射面构成的。

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