CN1161642C - 叠层相位差板以及由该板构成的液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

叠层相位差板由第1以及第2光学相位差补偿板(1、2)叠层构成，第1光学相位差补偿板(1)对于波长550nm的透射光的延迟是100～180nm，第2光学相位差补偿板(2)对于波长550nm的透射光的延迟是200～360nm，如果在使作为可见光并且具有同一振动面的直线偏振光(3)入射到第2光学相位差补偿板(2)时把直线偏振光(3)的振动方向(4)与第1光学相位差补偿板(1)的滞相轴方向所成的角度记为θ1，把入射到第2光学相位差补偿板(2)的直线偏振光(3)的振动方向(4)与第2光学相位差补偿板(2)的滞相轴方向所成的角度记为θ2，则配置各光学相位差补偿板(1、2)使得|θ1-2×θ2|成为80～100度。由此，可以提供能够实现视认性出色的显示的反射型液晶显示装置或者高效率的投射型液晶显示装置的谋求提高功能的叠层相位差板以及由该板构成液晶显示装置。

Description

叠层相位差板以及由该板构成的液晶显示装置
技术领域
本发明涉及在文字处理器或者笔记本型个人计算机等自动办公设备(OA)、各种图像设备或者游戏机等中使用的直视式液晶显示装置、把来自照明光源的光反射以及投射进行放大显示的投射型液晶显示装置、固定在观察者的头部显示图像的头戴显示器等液晶显示装置中使用的叠层相位差板以及由该板构成的液晶显示装置。
背景技术
以往，由定向高分子膜构成的光学相位差补偿板使用在各种用途中。作为光学相位差补偿板的例子，有对于具有与其波长板相互正交的振动面的直线偏振光提供π/2相位差的1/4波长板，或者对于同样的直线偏振光提供π相位差的1/2波长板等。这些光学相位差补偿板由于基于其复折射的相位差在各个光的波长不同，因此用一片光学相位差补偿板的结构难以对于波长不同的光同样地获得作为相位差结果而产生的偏振状态。
为了解决这个问题，在特开平5-100114号公报中，记述了把偏振板和多个1/2波长板组合构成的1/2波长板以及对于它们进而加入1/4波长板而得到的圆偏振板。
其中，前者的结构，对于使用偏振板仅选择性地透射了直线偏振光分量的光，通过把1/2波长板组合，能够在很大的波长范围内确保赋予相位差π的条件。另外，后者的结构，在上述结构上加入1/4波长板，能够在很大的波长范围内确保提供相位差π/2的条件。其结果，位于提供相位差π的1/2波长条件成立的波长范围内的光，用波长板变成为与所准备的直线偏振光方位不同的直线偏振光。如果依据该结构，则对于1/2波长条件成立的波长能够产生具有相同振动面的直线偏振光。
另外，彩色显示器作为具有薄型和轻量等特征的器件实用于液晶显示装置中。作为彩色显示装置当前广泛使用的是在背景使用了光源的透射型液晶显示装置，而由于上述特征，在各种领域正在扩大其用途。
反射型液晶显示装置如果与该透射型液晶显示装置比较，由于在其显示中不需要背景光，因此具有能够减少光源的电功率以及可以节约背景光的空间和重量等特征。即，反射型液晶显示装置可以实现降低功耗，适用于以轻量薄型为目的的设备中。
另外，关于显示面的对比度特性方面，在CRT等发光型显示装置中，在阳光下的室外可以见到对比度比大幅度降低，即所谓的清除(washout)。进而关于这一点，即使在实施了低反射处理的透射型液晶显示装置中，在直射日光下等的周围光与显示光相比较非常强的情况下，也不可避免地降低视认性。
与此不同，反射型液晶显示装置由于可以得到与周围光量成比例的显示光，因此特别适宜作为便携信息终端设备和数字照相机、便携式摄像机等在室外使用的设备的显示部分。
然而，反射型液晶装置虽然具有这样非常有希望的应用领域，但是不能够得到充分的对比度比和反射率，在多彩色化、高精度显示、对于动画的对应等性能方面也不充分。因此，至今还不能得到具有充分实用性的反射型彩色液晶显示装置。
以下，进一步详细地说明反射型液晶显示装置。
以往的扭绞向列(TN)型液晶元件由于使用2片偏振光板，因此在对比度比及其视角依存性等特性方面出色。然而，由于液晶调制层与光反射层之间的距离仅隔开基板等的厚度，因此发生伴随着照明光入射时与反射时的光路偏移产生的视差。由此，特别是在使用于把向1层液晶调制层提供按每个颜色成分不同的像素的彩色滤光片组合起来的通常的透射型液晶显示中的结构中不适于高分辨率以及高精度的彩色显示装置。这是因为入射时通过的颜色分量与反射后通过的颜色分量在光的行进方向倾斜的情况下，根据其倾斜度的方位和倾角而不同。基于该理由，使用该显示模式的反射型液晶显示装置的彩色显示尚未达到实用化。
对此，开发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宾主(GH)型液晶元件。然而，在宾主型液晶元件中，由于添加着染料因此存在着可靠性欠缺等问题以及由于染料的二色性比低而不能够得到高对比度比的问题。特别是在使用彩色滤光片的彩色显示中，由于暗状态的像素的反射光与明状态的像素的反射光一起被观察，因而这样的对比度的不足将大幅度地降低色纯度。为了防止色纯度的降低，需要与色纯度高的彩色滤光片相组合。然而，如果使用色纯度高的彩色滤光片，则亮度降低，将产生损失本方式这样的由于不使用偏振光板因而是高亮度的优点这样的矛盾。
鉴于以上的背景，开发可以期望进行高分辨率以及高对比度显示的使用了1片偏振板方式(以下，称为1片偏振板方式)的液晶显示装置。作为其1例，在特开昭55-48733号公报中公开了使用1片偏振板和1/4偏振板的反射型TN(45度扭转型)方式的液晶显示装置。
在该现有技术中，使用45度扭转的液晶层，通过控制加到该液晶层上的电场，把入射直线偏振光的振动面切换为平行于1/4波长板的光轴状态和45度不同方位状态这2种状态，由此进行白黑显示。该液晶单元成为从入射光一侧开始，顺序配置偏振器，45度扭转液晶单元，1/4波长板以及反射板的结构。
另外，本申请发明者提出了有关把1片偏振光板、平行取向液晶单元和光学相位差补偿板组合起来的反射型平行取向方式的权利要求(参照特开平6-167708号公报)。该显示模式具有在配置于液晶单元内面的反射板与配置于液晶单元(以及光学相位差补偿板)外面的偏振板之间配置了均匀(平行)排列的液晶层以及1片光学相位差补偿板的结构。该结构的光路使入射光路与出射光路相重合，仅通过2次偏振板，也仅通过2次形成在单元的玻璃基板(上基板)上的不可避免地进行光吸收的透明电极。从而，用该单元结构能够得到高反射率。
另外，在特开平2-236523号公报和Japan Display’89 p.192中公开了在反射板(配置于单元内面)与1片偏振板之间配置了被扭转了的向列液晶层的结构。
以下说明在这些特开平6-167708号公报、特开平2-236523号公报以及Japan Display’89，p.192中公开的这种1片偏振板方式的显示原理。
配置在入射一侧的偏振光板具有仅通过入射光以及出射光的直线偏振光分量中1个方向的线性偏振光分量，吸收其它方向的直线偏振光分量的功能。通过了偏振板的入射光由λ/4波长板等光学相位差补偿板改变其偏振状态入射到液晶层(特开平6-167708号公报的情况)，或者直接入射到液晶层(特开平2-236523号公报，JapanDisplay’89，p.192的情况)。入射到液晶层的光如果通过液晶层，进而变化其偏振状态到达反射板。到达了反射板的光按照与入射时相反的顺序，在变化其偏振状态的同时通过液晶层和λ/4波长板等，再次到达偏振板。
这时，最终的偏振板的透射方位的偏振光分量的比例决定液晶层总体的反射率。即，在出射时的通过偏振光板之前的偏振状态是偏振板的透射方位的直线偏振光的情况下成为最亮的显示，如果其偏振状态是吸收方位的直线偏振光则成为最暗的显示。
用于对于向液晶显示装置垂直入射以及出射的光实现上述状态的必要充分条件虽然省略了详细的说明，然而已知如下。即，必要充分条件是对于明状态反射板上的偏振状态成为任一方位的直线偏振光，另外，对于暗状态在反射板上成为右或者左旋圆偏振光。上述条件是在保持偏振的镜面中的反射中成立的条件。即，在不保持偏振的反射中，在明状态的亮度降低的同时，暗状态的亮度上升，显示的对比度恶化。因而，在以高对比度为目的的1片偏置光板方式中不适用。
另外，还已经公开了1片偏振板和使具有负的介电各向异性的液晶垂直取向的反射型液晶显示装置。在USP 4701028(Clerc等)中，公开了把1片偏振板、1/4波长板和垂直取向液晶单元组合起来的反射型液晶显示装置。另外，在特开平6-337421号公报中，公开了把1片偏振板、1/4波长板和弯曲垂直取向液晶单元组合起来的反射型液晶显示装置。还有，在Euro Display’96，p.464中，公开了把1片偏振板、1/4波长板和垂直取向液晶单元组合起来的反射型的液晶显示装置。
这些装置的每一种都是适用1/4波长板，在没有施加电压时通过把液晶层的延迟取为几乎为0保持偏振状态实现暗状态，在施加电压时液晶层的延迟具有有限的值实现明状态这样的利用延迟进行通断的所谓标准黑模式的液晶显示装置。
另一方面，投射型液晶显示装置具有放大投射基于液晶元件的显示图像的功能，与显示图像的大小相比用小型的设备实现大画面显示。因而，投射型液晶显示装置广泛地使用在大型显示装置和数据投影仪等图像显示装置中。
另外，头戴显示器是小型的设备，具有可以有效地向观察者提供大画面的特征、由于固定在头部因而可以占有观察者的视野的特征以及能够在左右两眼提供独立的显示信息的特征。头戴显示器由于这些优点，期待虚拟逼真(Virtual Reality)技术以及今后在图像观赏用显示器、立体图像再生用显示器等中的应用。
在这些投射型液晶显示装置和头戴显示器中，从液晶元件的相同面取出入射到液晶元件上的光并进行投射显示的反射型液晶显示装置能够同时制做液晶元件和周边电路，能够制做高性能的驱动基板。上述反射型液晶显示装置例如具有可以使用硅晶片等非透光性基板的优点，以及即使把液晶显示元件设计为小型，也能够进行驱动液晶层的有源元件和布线不损失光的利用效率的设计的优点。
或者，还能够使用所谓的液晶光阀等的方法。该液晶光阀中，通过从挟持液晶元件的基板中的光投射一侧的相反一侧照射光，写入显示信息。而且，由此使光导电层的电阻发生变化，与光导电层一起对于施加了电压的液晶层分配电压，与写入光相吻合使投射光强度发生变化。从而，能够应用在这些图像投射装置等中。特别是由于光的利用效率决定装置总体的亮度因而很重要。
进而，这些投射型液晶显示装置和头戴显示器由于有时观察显示的周围照明环境非常暗，因而要求高质量的显示。从这一点出发，为了实现这样照明状态下的良好的黑显示，实现高对比度显示，要求在黑显示中具有高遮光性。
另外，作为通过使用偏振光束分裂器进行制造，进而使用光学相位差补偿板，进行高对比度显示的液晶投射型液晶显示的例子，有记载于特开平8-62564号公报中的技术。在记载于该公报中的结构中，为了进行高对比度显示，使用发生与要补偿暗状态下的液晶层中相位差相同相位差的光学元件(复折射元件)。
在上述以往技术的在1片偏振板方式的液晶显示装置中使用了平行液晶取向单元的方式下，把加上电压时作为明状态的情况下，或者，在垂直液晶取向单元中，把没有加电压时的液晶层的复折射几乎消失的状态中的取向状态作为明状态的情况下，最好如下所示。即，这种情况下，最好是通过在宽波长区域中实现良好明状态的液晶显示装置的偏振板与光学相位差补偿板的组合，光学相位差补偿板出射后的偏振状态成为直线偏振光。然而，当该直线偏振光在全部波长区具有相同振动面时，没有发现补偿由液晶层引起的每个波长偏振状态的作用差别的功能。
相位差板如果能够使以上2点，即，各波长的光是直线偏振光和发生振动面的方位在各个波长不同的偏振状态这2点并存，则作为以其液晶层的光学补偿作用为目的颜色补偿板成为有用的光学相位差补偿板。
如果依据上述特开平5-100114号公报的技术，则可以得到对于宽波长区域获得1/2波长条件的方法。然而，不同波长的偏振光具有相同方位的振动面，所得到的偏振状态只是通过偏振光板前后的偏振状态和方位不同。即，不能够得到在各个波长不同的偏振方向。
另外，如果依据上述公报的记述，则在宽波长区域获得1/4波长条件的方法中，同样地示出把宽波长取为圆偏振光的方法。然而，在上述公报中，没有示出具有在各波长不同方位的直线偏振光的方法。
在记载于上述特开昭55-48733号公报中的液晶显示装置中，需要在液晶层和反射板之间设置1/4波长板。因而，原理上难以在液晶单元的内侧形成反射膜，不适于高分辨率·高精度显示。
另外，在记载于上述特开平6-167708号公报中的反射型平行取向方式中，由于液晶单元与光学相位差补偿板的波长分散性产生着色。在这样以往的结构中，在暗状态下易于产生着色，存在着不能够实现白黑显示这样的问题。
同样，在上述特开平6-337421号公报和Euro Display’96，p.464中记述的垂直取向方式中，加入电压时的液晶的取向也成为不扭转的平行取向。因此，受液晶单元与光学相位差补偿板的波长分散性的影响，在暗状态易于产生着色，存在着不能够进行良好的白黑显示的问题。进而，在没有加电压时的显示中，观察者对于基板从正面方向(即，基板的法线方向)观看时，由于没有发现延迟，因此可以实现良好的暗显示。然而，在观察者从对于基板的法线倾斜的方向观看时，将产生延迟。因此，存在着对于显示倾角的视野角特性非常差，不能够得到良好的暗显示这样的问题。
另一方面，在如特开平2-236532号公报和Japan Display’89，p.192中记述的结构中，与使用2片偏振板的结构相比较提高了明状态的反射率。然而，暗状态的透射率对于波长的依赖性大，不能够实现良好的黑显示。另外，作为液晶层的复折射率差(Δn)与液晶层厚(d)的积Δnd要求是200nm左右的非常小的值。如果Δnd是该值，则使用作为一般液晶材料的Δnd为0.065以上的液晶材料制做液晶板时，液晶层的单元缝隙大约为3μm，是非常小的值，在制造方面难以进行。
另外，在利用偏振光束分裂器，利用了复折射元件的上述特开平6-62564号公报中记述的结构中，谋求改善对比度。然而，由于没有谋求改善亮度，因此，不能够改善效率。不仅如此，如果依据该公报的实施例的记述，则虽然改善了对比度，但是亮度降低，当然效率恶化。在基于记载于该公报的实施例的例子的情况下，为改善投射效率，在电压小时把垂直取向的液晶取向作为使施加电压上升而倾斜的取向状态，由此需要使其取向状态中的亮度上升。为此而使用的光学元件为了维持对比度必须不使暗状态的亮度上升。然而，至今为止没有发现具有这样功能的光学元件及其结构。
发明的公开
本发明是为解决上述的课题而产生，目的在于提供解决能够进行高分辨率显示的1片偏振板方式的液晶显示装置的问题，或者以要解决反射光投射型液晶显示装置、头戴显示器的问题，并且提高光学相位差补偿板的功能为目的，同时能够实现进行视认性优良的显示的反射型液晶显示装置或者高效投射型液晶显示装置的叠层相位差板以及由该板构成的液晶显示装置。
本发明的叠层相位差板为达到上述目的，是由第1光学相位差补偿板以及第2光学相位差补偿板叠层而构成的相位差板，其特征在于，上述第1光学相位差补偿板对于其法线方向下的波长550nm的透射光的延迟是100nm以上180nm以下，上述第2光学相位差补偿板对于其法线方向下的波长550nm的透射光的延迟是200nm以上360nm以下，在作为可见光并且具有同一振动面的直线偏振光入射到上述第2光学相位差补偿板时，如果把与该直线偏振光的振动方向相垂直的方向或者该直线偏振光的振动方向与上述第1光学相位差补偿板的滞相轴所成的角度记为θ1，把与上述直线偏振光的振动方向垂直的方向或者该直线偏振光的振动方向与上述第2光学相位差补偿板的滞相轴方向所成的角度记为θ2，则配置上述第1光学相位差补偿板以及上述第2相位差补偿板使得|θ1-2×θ2|的值成为80度以上100度以下。
上述发明是发现了作为获得在每个波长不同方位的直线偏振光的装置，在提供1/2的波长的相位差的光学相位差补偿板与提供1/4波长的相位差的光学相位差补偿板的组合中，进行特定的方位设定是重要的这一点而完成的。
如果依据本发明的叠层相位差板，则可以实现把反射板的反射膜形成面接近液晶层进行设置的液晶显示装置，可以实现良好的暗状态。由此，可以实现没有视差的能够以高对比度以及高精度进行动画显示的反射型液晶显示装置。进而，如果把本发明的叠层相位差板采用在投射反射光的液晶显示装置和头戴显示器中，则能够改善投射效率。
另外，为了达到上述目的，本发明的液晶显示装置具有第1基板、透光性的第2基板、包含夹在第1基板与第2基板之间的液晶的液晶组成物构成的液晶层，是把上述方案1中记述的叠层相位差板配置在上述第2基板中的显示面一侧的液晶显示装置，其特征在于，具有设置在上述叠层相位差板中的上述第2光学相位差补偿板一侧的，把作为可见光并且具有同一振动面的直线偏振光入射到上述第2光学相位差补偿板的偏振装置的同时，设置在由该偏振装置向上述第2光学相位差补偿板上入射作为可见光并且具有同一振动面的直线偏振光时，使透过该第2光学相位差补偿板、第1光学相位差补偿板、上述第2基板以及液晶层从液晶层出射的光的至少一部分反射的光反射装置。
上述发明是在发现了使用本发明的叠层相位差板构成液晶显示器时，可以把本发明的叠层相位差板最有效地利用到显示中的液晶显示装置的结构而完成的。
如果依据本发明的液晶显示装置，则可以实现反射率高而且对比度高的反射型液晶显示装置。进而，可以把反射板的反射膜形成面设置在透明基板的液晶层一侧，可以实现良好的暗状态。由此，能够进行没有视差的高对比度以及高精度的动画显示。在此基础上，在液晶层采用垂直取向并且使用了偏振光束分裂器的装置中，对比度特性特别出色。
进而，如果在本发明的液晶显示装置中使用调整为高亮度的彩色滤光片，则可以实现具有良好的颜色再现性的显示质量高的彩色反射型液晶显示装置。
进而，其它发明是在本发明的液晶显示装置中，用偏振板构成偏振装置的液晶显示装置(液晶显示装置①)。
如果依据液晶显示装置①，则可以实现能够把本发明的叠层相位差板最有效地利用到显示中的直视型的液晶显示装置。即，如果依据液晶显示装置①，则可以提供借助本发明的叠层相位差板而具有良好的黑显示和良好的亮度，还具有不损失亮度的良好显示特性的液晶显示装置。
进而，其它的发明是在本发明的液晶显示装置或者液晶显示装置①中，上述液晶组成物具有正的介电各向异性，上述第1基板与上述第2基板之间的液晶的扭转角为60度以上100度以下，上述液晶层中的液晶的复折射率差与液晶层厚度的积为150nm以上300nm以下的液晶显示装置(液晶显示装置②)。
如果依据液晶显示装置②，则能够把本发明的液晶显示装置或者液晶显示装置①最优化。即，如果依据液晶显示装置②，则可以提供在暗状态下能够确保可见光波长区内充分低的反射率，而且能够容易并且高成品率地进行制造的液晶显示装置。
进而，其它的发明是在本发明的液晶显示装置、液晶显示装置①以及②的任一个中，上述光反射装置是由配置在上述第1基板中的上述液晶层一侧的导电性材料构成的光反射膜，上述光反射膜具有平滑的连续变化的凹凸表面的液晶显示装置(液晶显示装置③)。
在直视反射型液晶显示装置中，在把明状态不是作为镜面反射而是作为白状态的情况下，需要扩散性的反射。在本发明的液晶显示装置中，通过特别地使用具有平滑的凹凸形状的反射板，可以实现良好的显示质量的液晶显示装置。
即，液晶显示装置③是在发现了特别适用于本发明的液晶显示装置的光反射装置的结构而完成的。如果依据液晶显示装置③，则通过具有凹凸形状的光反射膜，能够防止由光反射装置引起的反射成为镜面反射。其结果，能够防止观察者的面目等装置周围的的图像映入液晶显示装置的显示画面上，能够实现良好的白显示。另外，由于具有发散性的部分配置在液晶显示装置的前面，因此能够实现良好的暗状态。由此，能够实现高对比度比的液晶显示装置。
另外，如果依据液晶显示装置③，则由于把光反射膜作为导电性材料，因此该光反射膜还具有与形成在第2基板上的透明电极协同动作作为向液晶层加电压的电极作用。
为实现液晶显示装置③，把多个突起部分设置在第1基板中的上述液晶层一侧的面上，使得由突起部分以及由第1基板形成凸凹形状表面。在突起部分上形成把上述凸凹形状的表面平滑的平滑化膜，也可以把上述光反射膜设置在上述平滑化膜上。
进而，其它的发明是在液晶显示装置③中，是上述光反射膜所具有的凹凸形状表面具有依赖于第1基板的面内方位的各向异性的液晶显示装置(液晶显示装置④)。
如果依据液晶显示装置④，则能够进一步提高反射型液晶显示装置的反射亮度。
液晶显示装置④能够通过根据第1基板的面内方位改变上述光反射膜所具有的凹凸形状表面的凹凸的平均周期而实现。
更具体地讲，液晶显示装置④在把上述那样的多个突起部分以及平滑化膜夹在光反射膜与第1基板之间的结构中，可以把上述各突起部分从第1基板的法线方向观看的形状做成把同一方向取为长径的椭圆形。
进而其它的发明是在本发明的液晶显示装置以及液晶显示装置①～④的任一个中，上述液晶层是把其取向根据所加的电压变化的液晶和具有光学各向异性并且其取向不根据所加的电压变化的高分子分散构成的液晶显示装置(液晶显示装置⑤)。
液晶显示装置⑤是在已取向的液晶层中分散液晶和高分子，其高分子具有与未加电压的状态的液晶分子的取向相同的取向，高分子自身也具有光学各向异性的装置。由此，在未加电压的状态下，液晶组成物的折射率与高分子的折射率一致，不发生散射。另外，在加了电压的情况下，液晶组成物的折射率与高分子的折射率发生偏移，产生散射。从而，即使借助表示镜面的反射膜，也能够在镜面反射方位以外的方位进行非镜面的白色显示，可以得到非常高的对比度比。
另外，其它的发明是在本发明的液晶装置中由用偏振光束分裂器构成上述偏振装置的液晶显示装置(液晶显示装置⑥)。
液晶显示装置⑥是在利用反射光的投射型和头部固定型的液晶显示装置中，发现作为偏振装置在使用了偏振光束分裂器的情况下，通过采用本发明的光学相位差补偿板，暗状态的亮度没有上升而完成的。
如果依据液晶显示装置⑥，则能够实现维持高对比度的投射型或者头部固定型的液晶显示装置。
进而其它的发明是在液晶显示装置⑥中，上述液晶组成物具有正的介电各向异性，上述第1基板与第2基板之间的液晶的扭转角为60度以上100度以下的范围，上述液晶层中的液晶的复折射率差与液晶层厚度的积为150nm以上330nm以下的液晶显示装置(液晶显示装置⑦)。
在本发明的液晶显示装置中，液晶层的取向需要把通过使用本发明的叠层相位差板而产生的在各个波长不同的振动面的直线偏振光有效地朝向偏振光束分裂器的透射方位。
液晶显示装置⑦作为这样的结构，能够把使用了偏振光束分裂器时的效率提高的液晶层最优化。
进而，其它的发明是在液晶显示装置⑥中，上述液晶组成物具有负的介电各向异性，上述液晶层中的液晶在没有加电压的状态下对于上述第1基板以及第2基板垂直取向的液晶显示装置(液晶显示装置⑧)
如果依据液晶显示装置⑧，则可以实现基于标准白模式的显示，能够进行明亮的显示。
进而，其它的发明是在液晶显示装置⑧中，把液晶的自然间距记为p，把液晶层厚度记为d时的值|d/p|，设定为比0大比0.5小，上述液晶层中的液晶的复折射率差与液晶层厚度的积为200nm以上500nm以下的液晶显示装置(液晶显示装置⑨)。
液晶显示装置⑨作为与液晶显示装置⑦不同的结构，通过本发明的液晶显示装置的液晶取向，把使用偏振光束分裂器时的效率提高的液晶层最优化。
本发明的目的、特征以及优点通过以下所示的记载将充分地了解。另外，本发明的利益将在参照附图的下述说明中明确。
附图的简单说明
图1是示出本发明实施形态1的叠层相位差板的概略构造的主要部分剖面图。
图2(a)～(c)示出在实施形态1中通过了第2光学相位差补偿板的光的振动电场矢量的时间变化，图2(a)示出入射光是比满足1/2波长条件的波长长的光时的电场矢端的时间变化，图2(b)示出入射光是满足1/2波长条件的波长时的电场矢端的时间变化，图2(c)示出入射光是比满足1/2波长条件的波长短的光时的电场矢端的时间变化。
图3(a)～(c)示出在实施形态1中通过了第1光学相位差补偿板的光的振动电场矢量的时间变化，图3(a)示出入射光是比满足1/4波长条件的波长长的光时的电场矢端的时间变化，图3(b)示出入射光是满足1/4波长条件的波长时的电场矢端的时间变化，图2(c)示出入射光是比满足1/4波长条件的波长短的光时的电场矢端的时间变化。
图4示出根据实施例1的光学相位差补偿板变化的偏振状态的测定配置。
图5示出实施例1的叠层相位差板(光学相位差补偿板)以及偏振板的设置方位的设定角度。
图6(a)～(d)示出实施例1的叠层相位差板(光学相位差补偿板)的透射光的振动电场矢量的时间变化，图6(a)示出样品1a的时间变化，图6(b)示出样品1b的时间变化，图6(c)示出样品1c的时间变化，图6(d)示出比较例1的时间变化。
图7是示出测定了实施例1的反射率的测定光学系统的配置概念图。
图8是示出与实施例1的入射光的直线偏振光正交的分量的测定光学系统的配置概念图。
图9是示出实施形态2的液晶显示装置的概略构造的主要部分剖面图。
图10是示出实施例2A的液晶显示装置的光学元件的配置的平面图。
图11示出实施例2A的液晶显示装置的反射率与施加电压依存性的测定值。
图12是示出图11的测定时使用的测定光学系统的配置概念图。
图13是示出实施例2B的液晶显示装置的概略构造的主要部分剖面图。
图14是示出实施例2B的液晶显示装置的概略构造的主要部分剖面图。
图15是部分放大地示出在实施例2C的反射型液晶显示装置中使用的光反射板的凹凸形状的平面图。
图16是示出实施例2C的反射性电极(光反射板)的反射特性的测定光学系统的测定方位的概念图。
图17示出基于图16的测定系统的实施例4的反射性电极(光反射板)的反射特性的测定值。
图18是示出实施例2D的液晶显示装置的非镜面配置下的反射率的测定中使用的测定光学系统的配置概念图。
图19(a)及(b)示出实施例2D的液晶显示装置的反射率与施加电压依存性的测定值，图19(a)示出镜面配置下的测定结果，图19(b)示出非镜面配置下的测定结果。
图20是示出实施形态3的液晶显示装置的概略构造的主要部分剖面图。
图21(a)及(b)是示出液晶显示装置的光学元件配置的平面图，图21(a)示出实施例3的配置，图21(b)示出比较例3的配置。
图22是示出实施例3以及比较例3的投射型液晶显示装置的投射光强度与对液晶元件施加电压的依存性的特性图。
图23是示出实施例3以及比较例3的投射型液晶显示装置的明状态的投射效率与波长依存性的特性图。
图24是示出实施例2E及2F的反射型液晶显示装置的构造的剖面图。
图25是示出实施例2E及2F的反射型液晶显示装置的偏振板与光学相位差补偿板的设定方位的平面图。
图26示出实施例2E的反射型液晶显示装置的反射率与施加电压依存性的测定值。
用于实施发明的最佳形态
以下，参照附图说明用于实施本发明的最佳形态。
实施形态1
图1是示出本发明一个实施形态的叠层相位差板的概略结构的主要部分剖面图。如图1所示，该叠层相位差板由第1光学相位差补偿板1和第2光学相位差补偿板2构成。而且，向第2光学相位差补偿板2的入射光3其装置上没有特别限定，通过偏振板和偏振光束分裂器等偏振装置成为直线偏振光。另外，在图1中，使用xyz直角坐标系使得把作为直线偏振光的入射光3的电场的振动方向4定为x方向，把入射光3的前进方向定为-z方向，进而使xy平面(未图示)与叠层相位差板设置平面平行。
其次，说明叠层相位差板的作用。被准备为直线偏振光的入射光3的偏振状态由光学相位差补偿板2进行变化。关于这时的偏振状态的变化，对于光学相位差补偿板2的滞相轴方位8，在图2(a)、(b)以及(c)分别示出偏置状态变化了的入射光3的电场矢端的时间变化5、6以及7。
图2(a)示出入射光3(参照图1)是比满足1/2波长条件的波长长的光时的电场矢端的时间变化5，图2(b)示出入射光3是满足1/2波长条件的波长时的电场矢端的时间变化6，图2(c)示出入射光3是比满足1/2波长条件的波长短的光时的电场矢端的时间变化7。另外，在图2(a)～(c)中使用图1所示的xyz直角坐标系。
光学相位差补偿板2由于具有在作为可见光波长范围的400nm～700nm的每一个波长仅产生π相位差的复折射量，因此如图2(a)～(c)所示，使入射光3对应于其波长分别变化为不同的偏振状态。即，具有用8所示的滞相轴方位的光学相位差补偿板2使沿着x方向(图1所示的电场振动方向)振动的入射光3的相位变化，使入射光3的偏振状态变化。由此，以1/2波长条件成立的波长(图2(b))为界，光电场的旋转方向逆转(图2(a)、图2(c))。
进而使处于这种偏振状态的入射光入射到光学相位差补偿板1。关于这时的偏振状态的变化，图3(a)、(b)以及(c)分别示出对于光学相位差补偿板1的滞相轴方位9，偏振状态变化了的入射光的电场矢端的时间变化10、11以及12。另外，图3(a)示出入射光是比满足1/4波长条件的波长长的光时的电场矢端的时间变化10，图3(b)示出入射光是满足1/4波长条件的波长时的电场矢端的时间变化11，图3(c)示出入射光是比满足1/4波长条件的波长短的光时的电场矢端的时间变化12。
光学相位差补偿板1对于400nm～700nm的范围内的某波长的光具有产生1/4波长的延迟的复折射量。因而，光学相位差补偿板1进而使偏振状态变化，如图2(a)～(c)所示，使入射光对应于其波长变化为分别不同的偏振状态。即，入射到光学相位差补偿板1的各波长的光的偏振状态通过光学相位差补偿板1虽然每一个都成为直线偏振光，然而成为在各个波长振动面的方位角不同的状态。因此，如果用反射板反射该状态的光，进行与按照光学相位差补偿板1、光学相位差补偿板2的顺序入射时相反的传播，可以实现与预先准备的偏振光相同的直线偏振光。
进一步说明该叠层相位差板的效果。作为一例，说明为了准备图1所示的入射光3(图1所示的电场振动方向)的偏振状态使用偏振板，把该偏振状态用作为液晶显示装置的反射显示的明状态时的情况。在该情况下，尽管使用了光学相位差补偿板1·2，在出射时也不产生被偏振光板吸收的分量。进而，由于偏振方位在每个光波长不同，因此具有光学补偿作用。即，发明者发现了不损失亮度的相位差补偿功能。
另外，作为一个例子，为了把入射光变成直线偏振光，代替上述偏振板使用偏振光束分裂器，进而，也可以使反射光沿相反光路入射到偏振光束分裂器。这时，与向光学相位差补偿板2的入射光4同方位的偏振光分量在出射时可以不透过偏振光束分裂器，沿着入射光方位行进。因此，在把出射时透过偏振光束分裂器的光用于显示的显示装置中，尽管具有光学补偿作用然而可以实现不使暗状态的亮度上升的光学相位差补偿板1·2。
以下更详细地说明作为本发明形态一例的实施例，当然本发明的范围并不是限定于这些例子。
实施例1
说明实施形态1的叠层相位差板的实施例作为实施例1。
图4是在本实施例中为了调查由实施形态1的叠层相位差板产生的直线偏振光的变化而使用的光学系统的概略图。如图4所示，本实施例中，测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准备的作为s偏振光的直线偏振光14入射到光学相位差补偿板2以及光学相位差补偿板1，测定图4中用13所示位置中的偏振状态。另外，在图8所示的xyz直角坐标系中，把光学相位差补偿板1·2(叠层相位差板)的面方向作为y方向，把直线偏振光14的振动方向作为x方向。
在本实施例中，把对于550nm波长的光的延迟为130nm以上140nm以下的光学相位差补偿板作为光学相位差补偿板1，把对于550nm波长的光的延迟为265nm以上275nm以下制做的光学相位差补偿板作为光学相位差补偿板2，分别各使用1片，把它们相互粘接在一起使用。另外，本实施例中使用的光学相位差补偿板1以及2是在由聚碳酸酯制的定向膜制做的单面上具有粘接层的薄膜。
这里，如图5所示，对于光学相位差补偿板1·2的滞相轴的设置方位的配置，说明把作为直线偏振光的振动方向的x方向(或者对于直线偏振光的振动方向的垂直方向)与光学相位差补偿板1的滞相轴方向9所成的角度记为θ1，把作为直线偏振光的振动方向的x方向(或者对于直线偏振光的振动方向的垂直方向)与光学相位差补偿板2的滞相轴方向8所成的角度记为θ2的配置情况。另外，图5示出从液晶显示装置的入射光的方位(z是正方位)观察时的情况。
本实施例中，制做图5所示的角度θ1及θ2分别是下表1中所示值的3种样品。
表1
    θ1     θ2
样品1a     110°     10°
样品1b     120°     15°
样品1c     130°     20°
比较例1     67.5°     22.5°
即，制做θ1＝110°时，θ2＝10°的叠层相位差板(以下，记为样品1a)，θ1＝120°时，θ2＝15°的叠层相位差板(以下，记为样品1b)，θ1＝130°时，θ2＝20°的叠层相位差板(以下，记为样品1c)3种样品1a、1b以及1c。
另外，为了进行比较，作为比较例1，代替光学相位差补偿板1，使用延迟设定在与光学相位差补偿板2的延迟相同的在265nm以上275nm以下的光学相位差补偿板，制做扩大了波长范围的1/2波长板。其配置在图5所示的θ1＝67.5°时，成为θ2＝22.5°。另外，该比较例1作为以往技术由记载于上述特开平5-100114号公报中的2片1/2波长板构成，是宽带的1/2波长板的配置。
图6(a)至(d)示出实施例1以及比较例1的偏振状态的测定结果。图6(a)示出样品1a的测定结果，图6(b)示出样品1b的测定结果，图6(c)示出样品1c的测定结果，图6(d)示出比较例1的测定结果。另外，在图6(a)至(d)中，x轴表示偏振板29入射前的直线偏振光的振动方向，箭头表示通过光学相位差补偿板1·2的直线偏振光的振动面的方向。
从图6(a)至(d)可见，样品1a、1b以及1c对于450nm、550nm以及650nm的各波长，都实现在各波长具有不同的振动面方位而且分别是良好的直线偏振光的状态。
然而，比较例1对于各个波长虽然几乎都成为直线偏振光，但其振动面对各波长一致。因此，与通常的直线偏振光同样，不能够期待对于透过光学相位差补偿板法线方位的光的相位补偿效果。
为了评价由这些样品1a、1b以及1c得到的直线偏振光的直线性的程度，用图7所示的光学配置的光学系统测定了反射率。如图7所示，在该测定光学系统中，在表1所示的光学配置的叠层相位差板的光学相位差补偿板2上部，配置偏振板17使得生成与图4所示相同的直线偏振光(振动方向是x方向的直线偏振光)。而且，在光学相位差补偿板1的下表面，粘贴蒸镀铝形成的反射板18使得铝蒸镀面成为反射面。另外，在测试时，测定照明光由半透镜16反射后从偏振板17入射，从被测定物反射的光透过半透镜16到达光检测器。
其反射率的测定结果示于下表2。
表2
    450nm     550nm     650nm
样品1a     99.6％     99.9％     99.6％
样品1b     99.5％     99.9％     99.5％
样品1c     99.3％     99.9％     99.3％
另外，在这里反射率把不使用光学相位差补偿板1·2而把偏振板17直接粘接到反射板18上的结构的被测定物的值取为100％。
从表2可知，在样品1a、1b以及1c的每一个中都可以得到99％以上非常高的良好的反射率。
如以上所示，如果入射光通过光学相位差补偿板2以及光学相位差补偿板1，则可以实现光的振动面依据波长而不同的状态。可以确认其光在各波长中成为没有损失基于与偏振板17相组合而往返的反射率的良好的直线偏振光。
另外，如图8所示，在偏振光束分裂器15上，粘贴与样品1a、1b以及1c相同的光学配置的光学相位差补偿板1·2，在各个光学相位差补偿板1·2上入射直线偏振光，观测了与其入射的偏振方位正交的直线偏振光分量的强度(Y值)。另外，这时，与光学相位差补偿板1隔开间隔配置反射板18。其测定结果在把19中所示位置中的强度取为100％的情况下，在与样品1a、1b以及1c相同的光学配置的样品的每一个中都是0.5％以下小的良好值。由此能够确定在使用了偏振光束分裂器15的反射型液晶显示装置中，基于本发明的叠层相位差板(光学相位差补偿板1·2)也是有效的。
实施形态2
作为实施形态2，说明本发明的液晶显示装置的其它实施形态。
本发明的液晶显示装置的其它实施形态是通过偏振光板以及2片光学相位差补偿板把外光等照明光入射到液晶层上，从照明光的入射一侧观察的反射型的液晶显示装置。
首先，说明使用了偏振板的实施形态。
图9中示出使用了本发明的叠层相位差板的本发明的直视反射型液晶显示装置的概略构造。如图9所示，液晶层20被夹在形成于被取向处理了的取向膜21上的基板23与形成于同样被取向处理了的取向膜22上的基板24之间。在该基板23以及基板24中的液晶层20一侧分别形成用于在液晶层20上加电压的电极25以及电极26。
在上述液晶显示装置上，设置着在通过偏振光板29(后述)向光学相位差补偿板28入射作为可见光并且具有同一振动面的直线偏振光时，使得透过光学相位差补偿板27·28，基板23以及液晶层20从液晶层20出射的光中至少一部分被反射的反射板(或者反射膜)等光反射装置。
电极26也可以是由兼有上述反射板(光反射装置)功能的导电性材料构成的光反射膜。以下，把兼有上述反射板功能的电极26称为反射性的电极26。
另外，反射性的电极26也可以具有达到保存反射光的偏振性程度的平滑的凹凸形状。其平滑的凹凸形状可以具有包含在反射性的电极26上根据方向而不同的凹凸周期等基于反射性的电极26平面内的方位的各向异性。
另外，作为对于这样构成的电极25、26的施加电压装置，没有特别限定，可以使用有源元件等。
在这样构成的液晶单元的基板23中的液晶层20的相对一侧即观察者一侧(显示面一侧)，配置由光学相位差补偿板27和光学相位差补偿板28构成的叠层相位差板。另外，叠层相位差板与在上述实施形态1中用图1～图3说明的叠层相位差板相同。
进而，在上述叠层相位差板中的光学相位差补偿板28一侧，配置着把作为可见光而且具有同一振动面的直线偏振光入射到光学相位差补偿板28的偏振板(偏振装置)29。
以下，说明各光学元件(光学相位差补偿板27、光学相位差补偿板28以及偏振板29)的作用。
图9所示的结构中，如果入射光入射到偏振光板29，则使用偏振光板29仅选择性地透过特定方位的直线偏振光分量。而且，入射直线偏振光的偏振状态如上所述使用光学相位差补偿板28和光学相位差补偿板27进行变化。即，透过光学相位差补偿板27以后的入射光成为在每个波长不同偏振方向的直线偏振光。
这些偏振方向的具体方向如上述实施例1记述的那样，依赖于3个光学元件(光学相位差补偿板27、光学相位差补偿板28以及偏振板29)的配置。在上述图5(其中，把x方向与光学相位差补偿板27的滞相轴方向9所成的角度记为θ1，把x方向与光学相位差补偿板28的滞相轴方向8所成的角度记为θ2)中，配置为θ1＝120°，θ2＝15°时如下所述。
入射到液晶显示装置的光通过偏振板29和叠层相位差板(光学相位差补偿板27以及光学相位差补偿板28)，成为上述图6(b)所示的偏振方位在各个波长不同的直线偏振光。即，透过叠层相位差板的直线偏振光与偏振板29出射后的直线偏振光所成的角度在波长450nm的直线偏振光下为40度，在波长550nm的直线偏振光下为30度，在波长650nm的直线偏振光下为23度。
然后，入射到液晶层20的入射光按照对应于施加的电压而排列的液晶层20的复折射其偏振状态发生变化，达到反射板(反射性的电极26)。而且，反射板(反射性的电极26)上的偏振状态根据液晶取向实现为不同的状态。
接着，说明明暗状态的动作。
首先，说明明状态的作用。在上述的结构中，液晶层20在加电压时其液晶取向随着电压而排列，对于沿着液晶显示装置的法线方向(基板23、24的法线方向)前进的光不具有复折射的情况下，成为直线偏振光的入射光不发生偏振的变化到达反射板(反射性的电极26)。
这种情况下，成为在各个波长具有不同方位的直线偏振光的入射光即使在反射板(反射性的电极26)上也仍然成为直线偏振光，因此可以实现明状态。由于是明状态，直线偏振光的光电场的方位在反射板(反射性的电极26)平面内是任意的，因此尽管在各波长位于不同的方位，在每个波长反射率也不变化。
如果能够在充分宽的可见光波长区成立该明状态，则可以实现白显示。为了实质性地在可见光波长区准备接近于该状态的偏振状态，本申请发明人发现了需要以下的条件(1)～(3)。
即，(1)光学相位差补偿板27具有对于作为主要可见光波长的400nm～700nm的光可以提供4分之1波长相位差的相位差，即，具有100nm～180nm的延迟，(2)光学相位差补偿板28具有对于作为主要可见光波长的400nm～700nm的光可以提供2分之1波长相位差的相位差，即，具有200nm～360nm的延迟，以及(3)如图5所示的与偏振板29与光学相位差补偿板27、28的配置有关的值θ1以及θ2满足下式(1)
80°≤|θ1-2×θ2|≤100°                  (1)
在满足该条件的范围内，当然也能够变更θ1以及θ2的各个值，其具体的值在暗状态下最好根据所需要的偏振状态决定。另外，如果依据式(1)的角度设定，则|θ1-2×θ2|的值的范围有20度，在该范围内可以取某一个值，进而，还依赖于在液晶层20上加上电压时的液晶层20的复折射值。即，最好包括光学相位差补偿板27、28以及液晶层20的复折射在内，进行设定使得在反射板(反射性的电极26)上成为直线偏振光。
其次，说明暗状态的作用。根据如上述式(1)那样设定的光学相位差补偿板27·28，通过进行变换使得成为在每个波长具有不同方位的直线偏振光的入射光在反射板(反射性的电极26)上成为圆偏振光，可以实现暗状态。这时，偏振的方向无论是右旋还是左旋都同样可以实现暗状态。即，通过把可见光波长的光均匀地实现为某一种圆偏振光，可以实现良好的暗状态。
为了实现上述暗状态，实现在可见光波长范围内使得成为在每个波长不同偏振方位的直线偏振光的入射光变为圆偏振光的液晶层20的光学作用以及进行与此相符合的光学相位差补偿板27·28的方位设定是重要的。
进而，如果考虑到液晶层20的电驱动，则由于明状态在加电压状态下实现，因此暗状态在不加电压的状态，或者在液晶取向根据电压发生变化但与明状态极为不同的取向状态下实现。
本申请发明人对于暗状态的作用，发现了实用上充分的范围，即，在可见光波长区可以确保充分低的反射率，而且，能够开发与容易且成品率高地制造的液晶显示装置相吻合的液晶组成物的范围。其具体的条件是液晶层20的扭转角为60度以上100度以下，而且液晶层20的复折射量即作为液晶的Δn(复折射率差)与液晶层的厚度(层厚)d的积Δnd的值在150nm～330nm的范围内，更理想的是在250nm～300nm的范围内。
以下，进一步详细地说明作为本实施形态一例的实施例，当然本发明的范围并不限定于这些实施例。
实施例2A
作为实施例2A，说明使用扭转角被设定为70度的液晶层，分别各使用1片延迟为135nm的光学相位差补偿板27以及延迟为270nm的光学相位差补偿板28，制做了如上述图9所示的实施形态2的液晶显示装置的实施例。本实施例中，基板24上的电极26做成由铝构成的反射性的电极26。
液晶单元中，使用在液晶导入后进行调整使得液晶厚度成为4.5μm，被扭转70度的液晶层20。另外，作为液晶，使用只是Δn调整到0.0667，对于其它的物性，具有与通常的薄膜晶体管(TFT)透射型液晶显示器中使用的液晶相同液晶物性(介质各向异性、弹性、粘性、向列温度范围以及电压保持特性)的液晶。而且，液晶层厚与复折射率差的积设定为300nm。
如图10那样设定本实施例的偏振光板29、光学相位差补偿板27以及光学相位差补偿板28的配置。另外，在图10中，箭头32表示偏振板29的透射轴方位，箭头8表示光学相位差补偿板28的滞相轴方位，箭头9表示光学相位差补偿板27的滞相轴方位，箭头30表示与在基板23上形成的取向膜21接触即取向膜21附近的液晶分子的取向方位，箭头31表示与在基板24上形成的取向膜22接触即取向膜22附近的液晶分子的取向方位。另外，图10是从液晶显示装置的入射光的方位进行观察的图。
而且，这些配置关系如图10所示，把偏振板29的透射轴方位32与光学相位差补偿板27的滞相轴方位9所成的角度θ1取为126°，把偏振光板29的透射轴方位32与光学相位差补偿板28的滞相轴方位所成的角度θ2取为18°，把基板23上的液晶分子的取向方向30与偏振板29的透射轴方位32所成的角度取为16°。
光学相位差补偿板27和光学相位差补偿板28都用聚碳酸酯制的定向膜构成。光学相位差补偿板27对于波长550nm的面法线方向(光学相位差补偿板27的法线方向)的透射光具有控制为130nm～140nm范围内的相位差。光学相位差补偿板28对于波长550nm的面法线方向的透射光具有控制为265nm～275nm范围内的相位差。另外，偏振板29具有基于介质多层膜的AR层(AntiReflection coatinglayer：防止反射涂层)，是单体内的内部透射率其Y值为45％的偏振板。
图11的曲线11-1对于以上本实施例结构的液晶显示装置示出反射率对施加电压的依存关系。该反射率如图12所示，把来自照明光源装置的光用半透镜反射后入射到被测定物(由基板23以及基板24构成的液晶显示装置)，然后来自它的反射光透过半透镜到达光检测器进行测定。另外，在反射率测定中，不使用光学相位差补偿板27·28，而把与偏振板29相同的偏振板直接设置在基板23上，把与本实施例同样构成的未注入液晶的装置的反射率取为100％。
从图11可知，在2V左右以上的施加电压下，可以得到良好的高反射特性。
如以上所示，如果依据本实施例，则使用实施形态1的叠层相位差板可以实现良好的黑显示，进而，可以实现不损失亮度的良好的显示特性。
实施例2B
作为实施例2B，说明在实施形态2的液晶显示装置中，作为有源矩阵驱动方式的彩色液晶显示装置，使用了具有平滑凹凸形状的作为光反射膜的反射性像素电极(光反射装置)37代替电极26的实施例。
图13是示出本实施例的反射型液晶显示装置结构的主要部分剖面图。如图13所示，该反射型液晶显示装置49具有第1基板33和由透明基板构成的第2基板34，在第1基板33上按各像素形成了多个TFT元件35作为有源元件。在TFT元件35以及驱动用布线(未图式)上，形成着层间绝缘膜36。TFT元件35的漏极端子(未图示)与反射性像素电极37通过接触孔电连接。在反射性像素电极37上以100nm的厚度形成着取向膜38。
在第1基板33中的液晶层20一侧配置着光反射性像素电极37。光反射性像素电极37在通过偏振板29向光学相位差补偿板28上入射作为可见光而且具有同一振动面的直线偏振光时，反射透过光学相位差补偿板27·28，彩色滤光片基板47(后述)以及液晶层20后从液晶层20出射的光的至少一部分。
这里，光反射性像素电极37是由具有光反射性的导电性材料构成的光反射膜。作为上述导电性材料，例如可以使用铝、镍、铬、银以及使用了它们的合金等的导电性金属材料。而且，光反射性像素电极37的形状如果除去接触孔的部分，则具有平滑的凹凸形状，由此防止金属反射面成为镜面。
其次，更详细地说明其形成方法。
在形成了上述TFT元件35以及驱动布线(绘图示)的基板33的表面，分别形成多个由感光性树脂材料构成的大突起39以及小突起40。这些大突起39以及小突起40分别用光刻技术形成多个底部直径为D1以及D2(参照图13)的圆形图形。这些D1以及D2，例如分别设定为5μm以及3μm。另外，这些大突起39以及小突起40的间隔D3至少设定为2μm以上。另外，这些大突起39以及小突起40的高度可以由感光性树脂材料形成时的膜厚控制，而本实施例中取为1.5μm。大突起39以及小突起40通过光刻形成后的曝光工艺以及烧结工艺，形成平缓的突起。
接着，覆盖上述突起39·40，用与形成上述突起39·40相同的感光性树脂材料形成要填埋这些突起39·40之间的平坦部分的平滑化膜41。这样，平滑化膜41的表面受突起39·40的影响，形成作为目的形状的平滑的曲面形。另外，在进行制作时使在上述接触孔中，不形成突起39·40以及平滑化膜41的任一个。
如以上那样，制做上述构造的TFT元件基板42。上述构造中，兼作反射板的光反射性像素电极37由于配置在液晶层20附近，因而不产生视差。而且，通过液晶层20用反射性像素电极37反射的光由于是TFT元件35以及元件驱动用布线(未图示)部分因而不产生损失。即，所谓的开口率高。从而，可以实现不产生视差，而且开口率高，明亮的反射型液晶显示装置的TFT元件基板42。
另一方面，在与上述TFT元件基板42一起使用的另一个的基板上，与反射方式相吻合，配置高亮度化了的彩色滤光片44。在该彩色滤光片44上，设置用于防止各像素之间颜色混合的同时，防止像素电极之间未加电压部分或在伴随电场紊乱的暗显示中的反射光漏泄的黑底48。
在该彩色滤光片44上，作为透明电极通过溅射掩膜沉积(掩膜蒸镀)IOT(Indium Tin Oxide)，形成具有140nm厚的所希望图形的TFT元件驱动用的光反射性像素电极37的对置电极45。而且，在其上面形成取向膜46，做成彩色滤光片基板47。
另外，这时所使用的彩色滤光片44适当地设计为使得成为适合于利用了偏振板的高对比度显示模式的亮度。更具体地讲，彩色滤光片基板47的透射率在不配置黑底48的部分的面积比例(开口率)为95％时设定在Y值下为53％。
对于这样准备的TFT元件基板42以及彩色滤光片基板47，实施基于摩擦法的取向处理、用于保持液晶层20厚度的塑料垫片(未图示)的散布以及周边部分的密封配置。在把实施了这些处理的TFT元件基板42以及彩色滤光片基板47相对配置并且对位的基础上，在加压下使周边密封垫硬化，准备液晶注入用液晶单元。其次，对于液晶注入用液晶单元，用真空注入法导入介电各向异性Δε是正的液晶材料，在加压下使液晶材料硬化并密封，形成液晶层20。
然后，液晶显示装置的方位表现按照顺时针字盘方向记载正对液晶显示装置的观察者的上下左右方向，并且把上方位取为12时方位。
在与上述彩色滤光片基板47的液晶层20的相反一侧，设置着由聚碳酸酯制的定向膜构成的光学相位差补偿板27以及光学相位差补偿板28。进而，在光学相位差补偿板27以及光学相位差补偿板28的上面配置着偏振板29。
本实施例的偏振板29、光学相位差补偿板27以及光学相位差补偿板28的配置与上述实施例2A相同，如图10所示那样设定。这里，彩色滤光片基板47上的取向膜38的取向处理方位30制做为使得成为液晶显示装置的3时方位。
另外，作为液晶层20，使用液晶材料导入后调整为4.0～5.0μm层厚的液晶层。液晶层20的层厚度由于光反射性像素电极38的凹凸，具有因位置而不同的值。作为液晶，使用Δn为0.0667的液晶，其复折射率差与液晶层厚度的积设定为大致成为300nm。
进而，在这样制做的液晶显示屏的周围安装驱动电路，做成液晶显示装置。
另外，为了进行比较，还制做了图14所示的反射型液晶显示装置50。该液晶显示装置50与反射型液晶显示装置49的不同之点只是在于代替具有反射性像素电极37的TFT元件基板42，由具有不形成突起39、40的作为平坦反射板的光反射性像素电极137的TFT基板43构成，其它与反射型液晶显示装置49相同制做。
在反射型液晶显示装置49中，由于光反射性像素电极37配置在液晶层20的附近，因此可以实现没有视差的良好的高分辨率显示。另外，由于在光反射性像素电极37上提供的凹凸形状光被反射，因此在光反射性像素电极37上不映入观察者的面目，能够实现良好的白显示。进而，由于在液晶显示装置的前面不配置具有散射性的部分，因此显示良好的暗状态，由此成为高对比度比的显示。
另外，由于使用了高亮度的彩色滤光片44，因此即使是利用了偏振板29的显示也可以确保充分的亮度。由此，暗状态的反射率低，基于被选择为该暗状态的颜色要素的反射光与被选择为明状态的颜色要素的反射光一起被观察，不产生颜色纯度的恶化。由此，尽管彩色滤光片44是高亮度，低彩色度，然而也可以得到不损伤彩色滤光片44的颜色再现范围的良好的颜色再现性。
另外，通过把在各像素上加的电压设定为暗状态与明状态的中间状态，在中间色调再现方面也不产生问题。从而，在彩色滤光片44的各种颜色的中间色彩的表现方面也不产生问题。另外，在实际的驱动方面，确认了响应速度在动画再现方面不存在问题。
与此相对，在反射型液晶显示装置50中，与反射型液晶显示装置49相同，由于反射性像素电极137配置在液晶层20的附近，因此能够进行没有视差的良好的高分辨率显示。然而，由于反射性像素电极137平坦，因此在明状态进行境面性的反射，在反射性像素电极137上映入了观察者的面目。因而，需要在偏振板29上提供散射性薄层51以便防止映入的同时把镜面性的明显示作为白显示。
在选择该散射膜51时，可以在宽视域得到充分亮度，其散射性过强分辨率恶化等，不能够得到充分的视认性。另外，在选择了散射性弱的膜的情况下，亮度不充分，镜面性升高，可视认范围狭窄，缺乏实用性。在任一种情况下，与反射型液晶显示装置49相比较，具有散射性的膜由于配置在反射型液晶显示装置50的前面，因此暗状态的照明光直接散射，对比度比恶化。另外，由于散射分辨率恶化，视认性恶化。
进而，尝试把散射膜51配置在偏振板29与光学相位差补偿板28之间，降低从散射膜51直接散射所观察到的光。然而同样，如果使用散射性高的散射膜51则对比度恶化，另一方面，如果使用散射性低的散射膜51则镜面性强，在每一种情况下都不能够得到充分的视认性。
另外，在反射型液晶显示装置50中，虽然使用了与反射型液晶显示装置49中使用的相同高亮度的彩色滤光片44，然而对于颜色再现性，由于散射膜51的直接散射光，反射光对被选择为明状态的颜色要素的反射光产生影响，色纯度恶化。从而，反射型液晶显示装置50的颜色再现性与反射型液晶显示装置49相比较，彩色滤光片44的颜色再现范围严重恶化，色纯度恶化。
根据反射型液晶显示装置49与反射型液晶显示装置50的比较，具有平滑凹凸形状的反射性像素电极37由于确保分辨率、亮度、对比度以及色纯度因而是有效的。
如以上所述，如果依据本实施例，则能够根据实用的制做方法实现可以进行多色调显示的、可以动画显示的、确保良好颜色再现范围的反射型液晶显示装置。
实施例2C
作为实施例2C，说明在实施例2B的反射型液晶显示装置中，作为光反射性像素电极37通过制做在面内具有各向异性这样的凹凸形状的光反射膜谋求提高亮度，进而，在其亮度高的方位朝向液晶层20的倾斜视角良好的方位的实施例。
在实施例2C中，使得在实施例2B中制做的反射型液晶显示装置中的光反射性像素电极37的凹凸形状成为随光反射性像素电极37的形成平面内的方位(即，第1基板33内的方位)而不同的凹凸形状，通过制做与实施例2B不同的图形，制做反射型液晶显示装置。
本实施例中，作为满足上述条件的图形，如图15的主要部分放大平面图所示，制做了不是圆形而是椭圆形并且具有各向异性的凹凸形状。用图16所示的测定系统的配置仅测定了具有该凹凸形状的反射板(光反射性像素电极37)的反射特性。即，如图16所示，从30°倾斜方位对反射板入射照明光，使其光源旋转的同时测定朝向反射板面的法线方位的反射光强度，由此测定了反射的各向异性。
其结果是图17所示的曲线。根据该结果，确认了来自特定方位的光有效地朝向液晶显示装置正面。其中，在测定时，考虑到液晶材料的折射率与空气差别很大，在反射板上滴入折射率1.516的沉渍油(匹配油)，在其上面粘附透明玻璃板后进行测定。另外，测定值是通过把在与反射板相同条件下测定由MgO构成的标准扩散板(标准白色板)时的值作为100％进行换算得到的值。
另外，在图17中，曲线17-1是本实施例的各向异性扩散性反射板(光反射性像素电极37)的测定换算值，曲线17-2是通过在同样条件下测定与实施例2B中使用的相同的扩散性反射板(光反射性像素电极37)得到的测定换算值。
该结果如图17所示，在基于本实施例的凹凸形状的平均周期在反射板面内变化这样的方向性(各向异性)的反射板(光反射性像素电极37)的曲线17-1中，伴随着入射光的入射方位φ的变化，反射亮度(反射光强度)发生很大变化。与此不同，在基于实施例2B的凹凸形状方面不存在各向异性的反射板(光反射性像素电极37)的曲线17-2中，伴随着其入射光的入射方位φ的变化的反射亮度(反射光强度)的变化没有那样大。
从这些结果，本发明者们发现了为了提高反射亮度，如本实施例中使用的反射板(光反射性像素电极37)那样，平均凹凸周期依据反射板面内的方位进行变化的方向性(各向异性)成为有力的方法。进而，从图17确认了φ＝90°、270°的方位是凹凸形状的平均周期短的方位，来自平均周期短的方位的照明光的反射亮度高。
在具备有这种特征的反射板(光反射性像素电极37)的TFT元件基板42和与实施例2B同样制做的彩色滤光片基板47上，形成与实施例2B同样的取向膜38·46，进行取向处理使得扭转角成为70°，然后与实施例2B一样，制做了本实施例的反射型液晶显示装置。
从正面方向目视观察具有这样凹凸形状的反射板(光反射性像素电极37)的市实施例的反射型液晶显示装置时，比上述实施例2B的装置实现亮度更高的显示，发现各向异性凹凸形状的亮度提高的效果。这时，反射亮度高的情况是从12时方位和6时方位照明光入射的情况。进而，从正面方位照明，从倾斜方位观察的情况下，也同样是在12时方位和6时方位亮度高。
进而，使照明光从正面方位入射到该液晶显示屏装置，从比正面倾斜45度的各个方位观察的结果，从亮度高的观察方位并没有特别感觉到伴随倾斜的显示变化。
如以上所示，如果依据本实施例，则能够进行通过本发明的偏振板、光学相位差补偿板与液晶调制层(液晶层)得到的产生高对比度比的高质量显示。
另外，当然也能够与本发明的液晶显示装置的主要使用环境相吻合，把本实施例中使用的反射板(光反射性像素电极37)的各向异性凹凸形状的方位设定为其它方位。另外，在该情况下，通过把液晶层20的液晶取向、偏振板29以及光学相位差补偿板27·28的设定角朝向在高亮度下倾斜视野角特性良好的方位，能够进行在高亮度下倾斜视野角特性良好的显示。
实施例2D
作为实施例2D，说明在实施形态2的液晶显示装置中，用低分子的液晶组成物和固定液晶性取向得到的取向高分子的复合分散体构成的液晶层的实施例。
本实施例中制做的液晶显示装置的概略构造如上述图9所示。这里，电极26做成由平面型的铝构成的反射性的电极(光反射装置)26。另外，液晶层20由响应电压的低分子液晶和不响应电压的固定了液晶性取向的高分子的复合分散体构成。
其次，更详细地说明本实施例的液晶层20的制做以及结构。
首先，把介质各向异性为正的液晶组成物、预聚物(prepolymer)以及聚合诱发剂相混合作成液晶层20的形成材料。这里使用的液晶组成物是在通常的TFT用途中使用的液晶组成物，其复折射率差Δn调整为0.07。这里使用的预聚物在常温下具有液晶性，具有在聚合后的高分子中也保持其液晶性取向的性质。另外，预聚物的复折射率差Δn是0.12。液晶层20的形成材料中的各种成分的混合比例是液晶组成物85重量％，预聚物14重量％以及聚合诱发剂1重量％。
然后，在把被混合物加热均匀混合的同时相转移到各向同性相，保持其温度不变导入到液晶单元中，进而，使温度下降，得到均匀的液晶取向。这时，液晶层20的扭转角如上述图10所示设定为70°。进而，液晶制做成厚度为4μm。
其次，对于该液晶取向了的液晶预聚物混合物，在室温下照射紫外线光。由此，可以得到具有微细的相分离构造的液晶·高分子复合分散体。这时的紫外线照射量是2000mJ/cm2。
这样制做的复合分散体，在没有加电压的状态下没有发现散射，在加了电压的状态下发现了散射。另外，该复合分散体由于电极26的反射性，伴随着加入电压，从镜面向白色变化。
仅在该复合分散体中，在没有加电压时由于显示面成为镜面，因此不能够显示黑色。为此，与实施例2A相同，进而配置本发明的叠层相位差板以及偏振板。这些光学元件的配置如上述图10所示。
在这样制做的由液晶高分子复合分散体构成的液晶层20上，与实施例2A相同，配置叠层相位差板(光学相位差补偿板27·28)和偏振板，制做液晶显示装置，测定了其反射光强度。
这时的测定根据与上述实施例2B的图12所示相同的配置实施了镜面反射率的测定，进而，根据图18记述的配置实施了非镜面配置下的反射率的测定。即，非镜面配置下的测定如图18所示，把来自照明光源的光照射到被测定元件(液晶显示装置)上，用感光器接收从被测定元件向对于面方向相垂直方向的反射光。另外，这些照明光源、被测定元件以及感光器配置成使得来自照明光源的入射光与来自被测元件的反射光所成的角度为30度。
作为其测定结果，图19(a)以及(b)示出反射率对施加电压的依存关系。另外，图19(a)示出镜面反射配置时的测定结果，图19(b)示出非镜面配置下的测定结果。另外，在非镜面配置中，把液晶显示装置设置在图18所示的被测定元件的位置，在其过程中使液晶显示装置在显示面内旋转在亮度最高的方位进行入射到液晶显示装置的照明光的方位的设置。而且，镜面反射率的测定中的镜面反射率是不使用光学相位差补偿板27·28，把偏振板29粘贴到未注入液晶的液晶单元上的值作为100％的换算值。另外，非镜面配置下的反射率的测定中的反射率是将在相同配置下测定的由MgO构成的标准白色板的反射率作为100％的换算值。
从图19(a)以及图19(b)示出镜面反射光与非镜面的反射光对于同时向液晶显示装置的施加电压的相同倾向的上升曲线。
另外，由液晶和高分子的复合分散体组成的液晶层20构成的本实施例的结构与仅由液晶组成的液晶层20构成的上述实施例2A的液晶层20的结构不同。因此，如果把这些特性进行比较，则本实施例的图19(a)的反射率总体比上述实施例2A的图11的反射率低。考虑这是由于本实施例中，来自液晶显示装置的反射光中的由液晶层20内的高分子的散射不进入到感光器而前进到其它方位的光的比例伴随电压的上升而增加，因此反射亮度减弱的缘故。
另外，图19(b)的曲线示出与由MgO构成的标准白色板相比较加电压后实现明状态的情况。
进而，在本实施例的目视观察中，在施加电压1.5V时，成为暗状态，镜面反射减少，不映入周围。另外，在施加电压6V下，实现白显示，只要周围的光源不映入显示面，则目视感觉不到镜面性。而且，确认了即使在光源映入的情况下，在其镜面反射光上也没有特别着色。另外，虽然在目视下，亮度依赖于入射光的方位角，然而是实用上不成问题程度的亮度差。
这样，在本实施例中，把本发明的叠层相位差板(光学相位差补偿板27·28)采用在具有由液晶·高分子的复合体构成的液晶层20的液晶显示装置中。由此，提供良好的暗状态，而且提供良好的明状态，还可以由散射光实现良好的白显示。
实施例2E
作为实施例2E，说明在实施形态2的液晶显示装置中，作为液晶层20的液晶使用具有负的介电各向异性的液晶，只在入射光一侧的基板23上实施摩擦处理，在液晶中混入本征杂质(キラルド一パント)(Chiral dopant)，把液晶层的自然间距记为p，液晶层20的厚度记为d时的|d/p|设定为0.33的液晶层20构成的液晶显示装置的实施例。
首先，从上述液晶显示装置中的显示动作原理进行说明。
如果在基板之间夹住垂直取向的本征向列(キラルネマテイツク)液晶，则在某种条件下液晶分子垂直取向。这是众所周知的现象。
如果把液晶层20的厚度记为d，把液晶的自然间距记为p，则根据理论分析可知，在d以及p满足下式(2)的情况下，显示出垂直取向性。液晶的自然间距中，有左旋和右旋，这里把左旋用-号，把右旋用+号表示。
|d/p|＜K3＜(2×K2)                     (2)
这里，K2以及K3分别是对应于液晶的取向矢量的扭转以及弯曲的弗朗克弹性常数。K3/K2由于一般成为2附近的值，因此需要d以及p满足|d/p|＜1。满足了该条件时，液晶分子垂直取向，对于沿着液晶显示装置的法线方向前进的光不具有复折射。因此，如果在该液晶层20上入射使用了基于本发明的叠层相位差板(光学相位差补偿板27·28)的直线偏振光，则该入射光不伴随偏振的变化而到达反射性的电极26。因此实现良好的明状态。
另外，在加入电压时，使液晶的从基板法线方向倾斜入射的直线偏振光的偏振状态变化。在其是圆偏振光时，可以实现良好的暗显示。发明者们进行了锐意研究的结果发现，只有在液晶层20的|d/p|以及延迟满足某数值范围的情况下，入射的直线偏振光可以变换为圆偏振光。
在本实施例中制做的液晶显示装置如图24中示出的概略构造那样，成为在实施形态2的液晶显示装置中，在光学相位差补偿板27与基板23之间插入了视野角补偿板61的构造。
这里，电极26做成由平面型的铝构成的反射性的电极26。另外，取向膜21中使用聚酰亚胺系列的垂直取向膜，通过把取向膜21进行摩擦形成倾斜角。另外，倾斜角从基板23的法线方向倾斜2度。本实施例中虽然仅在一方的基板23上实施摩擦处理，然而确认到即使在上下的基板23、24上都进行摩擦处理，也可以得到均匀的取向。
本发明中，可以用作取向膜21(以及22)的是把包含在液晶层20中的液晶分子对于绝缘性的基板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质的膜，即能够使用已知的任一种。作为垂直取向膜，例如可以举出具有长链烷基结合到聚酰亚胺结构中的构造的材料。具体地讲，作为垂直取向膜可以举出JALS-203(日本合成橡胶社制)、SE-7511L(日产化学社制)等聚酰亚胺系列树脂。
取向膜21(以及22)的厚度是0.05～0.1μm左右。作为取向膜21(以及22)的形成方法，例如，可以举出把溶解了聚合物的溶液用旋转涂敷(旋转器涂敷法)、浸渍涂敷法、网板印刷法、滚筒印刷法等进行涂敷后使其干燥形成的方法。另外，还可以使用通过与上述相同的方法涂覆聚合物的前驱体溶液，在预定的硬化条件(加热、光照射等)下硬化形成的方法。进而，还能够使用郎缪尔_布劳盖特(Langmuir-Blodgett)方法形成。
其次，可以使用在液晶层20中的液晶如果是具有负的介电各向异性(n型)的向列液晶，则就没有特别的限制。例如，可以举出ZLI-2857、ZLI-4788、ZLI-4788-000(每一种都是メルク·ジヤパン会社制)等。另外，液晶层20的厚度最好是3～12μm。
通过在液晶中添加本征杂质，可以把|d/p|调整为所希望的值。作为上述本征杂质，可以使用已知的任一种。例如，可以举出S-811(メルク·ジヤパン会社制)、コレステリルナノエ一ト等。另外，在液晶显示装置的使用温度范围成为广范围的情况下，也可以使用螺旋扭转力(ヘリカルツイステインダバワ一)对温度依存性的正负与它们相反的本征杂质。作为这样的本征杂质，例如可以举出S-1011(メルク·ジヤパン会社制)等。
本实施例中，作为液晶层20的液晶，使用介电各向异性是负的ZLI-2857，作为本征杂志，在液晶中添加了ソルク社的S-811。液晶单元调整为在液晶导入后液晶层20的厚度为4.5μm。ZLI-2857的Δn由于是0.074，因此液晶层20的厚度与复折射率差的积Δnd设定为333nm。由于把液晶的间距p与液晶层20的厚度d的比|d/p|的值设定为0.33，因此在初始状态液晶分子垂直取向。作为上述液晶，除去介电各向异性是负的以外还可以使用具有通常的液晶物性的在TFT用途中使用的液晶组成物。
本实施例的偏振光板29、光学相位差补偿板27以及光学相位差补偿板28的配置设定为图25所示。另外，在图25中，箭头32表示偏振板29的透射轴方位，箭头8表示光学相位差补偿板28的滞相轴方位，箭头9表示光学相位差补偿板27的滞相轴方位，箭头30表示接触形成在基板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。图25是从液晶显示装置的入射光的方位观察的图。
而且，它们的配置关系如图25所示，偏振板29的透射轴方位32与光学相位差补偿板27的滞相轴方位9所成的角度θ1为104°，偏振板29的透射轴方位32与光学相位差补偿板28的滞相轴方位8所成的角度θ2为7°，基板23上的液晶分子的取向方向30与偏振板29的透射轴方位32所成的角度为41°。另外，光学相位差补偿板27·28的材质与实施例2A的情况相同。
这些光学相位差补偿板27·28的配置是使得对于制成后的液晶显示装置的正面方位的光学特性良好的配置，而考虑到与液晶层20相吻合从倾斜方位进行观察的特性也可以变更设计。使本发明的叠层相位差板(光学相位差补偿板27·28)的设定角条件成立的同时使对于向倾斜方位的投射光的光学相位差补偿板27·28的相位差变化的设计，例如，可以把作为单轴性的光学相位差补偿板27以及28的至少1个变更为双轴性的光学相位差补偿板。
本实施例中进而设置视野角补偿板61，进行视野角特性的改善。通过视野角补偿板61的设置，本实施例的液晶显示装置成为标准白模式，能够进行明亮的显示。
偏振光板29具有基于介质多层膜AR层，单体的内部透射率是45％。
图26的曲线26-1对于以上的实施例结构的液晶显示装置示出反射率对施加电压的依存关系。该反射率用与实施例2A相同的图12所示的测定仪的结构进行测定。
从图26可知，在0V～2V的施加电压下，可以得到良好的高反射特性。其中，曲线的纵轴是仅把偏振板29的反射率作为100％换算的反射率。作为液晶显示装置的反射率，可以得到最大约90％的值。另外，通过把|d/p|设定为0.33，能够进行在暗状态下不产生着色的良好的黑显示。关于不加入电压时的白显示，使用视野角补偿板61实现没有显示反转的宽视野角的良好白显示，可以得到对比度比20。
以上，说明了作为电极26使用平面反射板，仅在取向膜21上实施了摩擦处理的情况，然而还确认了即使在取向膜21以及22上实施摩擦处理的情况下，也可以得到同样的效果。
进而，代替电极26，使用实施例2B的凹凸反射板(光反射性像素电极37)以及实施例2C的各向异性凹凸反射板(光反射性像素电极37)，也可以得到同样的效果。
本实施例中，作为一例说明了|d/p|为0.33，液晶层20的延迟为333nm的情况。然而它们并不限定于这些值。|d/p|的值如果设定为比0大比0.5小，液晶层20中的液晶的复折射率差与液晶层20的厚度的积如果是200nm以上500nm以下，也可以发挥同样的效果。
如以上所示，如果依据本实施例，则把本发明的叠层相位差板(光学相位差补偿板27·28)适用在使用了介电各向异性为负的液晶的垂直取向方式中，可以实现良好的显示特性。
实施例2F
作为实施例2F，在实施例2E的液晶显示装置中，在取向膜21以及22上不实施摩擦处理，做成完全的垂直取向。在取向膜21以及22上，使用了聚酰亚胺系列的垂直取向膜。另外，电极26使用实施例2B中记述的平滑的凹凸反射板(光反射性像素电极37)。
测定了本实施例的液晶显示装置的电压反射率，可以得到与实施例2E的情况几乎相同的结果。另外，已确认上述液晶显示装置对比度比是20，仅把偏振板29的亮度取为100％时的亮度成为90％，能够进行良好的白黑显示。
在本实施例的结构中，即使在取向膜21以及22上不实施摩擦处理，也没有发现取向不良。由此，具有能够省略摩擦处理工艺的优点。
实施形态3
作为实施形态3，说明本发明的液晶显示装置的又一个实施形态。
本实施形态的液晶显示装置是使用偏振光束分裂器代替偏振板作为偏振装置，使直线偏振光入射到光学相位差补偿板以及液晶层上，并投射该反射光进行显示的反射光投射型的液晶显示装置。
图20中对于本实施形态的反射光投射型液晶显示装置的光学配置示出其概略结构。如图20所示，由与在实施形态1中所述的相同的光学相位差补偿板56以及光学相位差补偿板57构成的叠层相位差板配置在反射型液晶显示装置58的基板59的外侧(显示面一侧)。
在上述叠层相位差板中的光学相位差补偿板57一侧(基板59一侧)中，配置着使作为可见光并且将具有同一振动面的直线偏振光入射到光学相位差补偿板57的偏振光束分裂器(偏振装置)55。
如图20所示，投射光源52与反射器53配合动作，发生大致平行光54。虽然没有特别记述，然而为了提高照明光的均匀性，也可以使用积分仪等。该照明光由偏振光束分裂器55仅反射s偏振光。这样被反射的直线偏振光透过由光学相位差补偿板56以及光学相位差补偿板57构成的叠层相位差板，成为在各波长具有不同方位的直线偏振光，入射到反射型液晶显示装置58。该反射型液晶显示装置58是用反射板实现反射型液晶显示的装置，既可以具有在不加电压的状态下的垂直取向的液晶层，另外，也可以具有对于基板包含有以平行取向振动的液晶取向的液晶层。
而且，入射到其液晶显示装置58的液晶层的光由液晶显示装置58的反射板反射，再次通过液晶层。进而，通过了液晶层的光，从与受液晶层的偏振变换作用入射到液晶显示装置58的相反方向，通过了光学相位差补偿板57以及光学相位差补偿板56以后，再次入射到偏振光束分裂器55。进而，入射到偏振光束分裂器55的光中，作为偏振光束分裂器55的透射分量的p偏振分量通过光学系统61，放大投影到屏幕62上。观察者既可以从屏的投射侧进行观察，另外，由于屏幕是透光性的，因此也可以观察来自背部的投射光。
在该结构中使用的液晶层的驱动装置没有特别的限定，既可以是使用了TFT、MIM(metal insulator metal)等的有源驱动，也可以是利用了光导电层的液晶光阀等。
使用了这样的偏振光束分裂器55的反射光投射型液晶显示装置通过本发明的叠层相位差板(光学相位差补偿板56·57)的设定，也能够改善效率。这种情况下，对于上述直视型反射液晶装置，明状态与暗状态反转。因此，对于投射型液晶显示装置重要的暗状态依赖于反射板上的偏振状态是否为可见光波长范围内的良好的直线偏振光。而且，在液晶层部分的复折射实质上取消的取向状态中，与在不使用光学相位差补偿板56·57的情况下实现的暗状态相同的明状态可以用本发明的叠层相位差板(光学相位差补偿板56·57)实现。从而，暗状态依赖于是否使用光学相位差补偿板56·57。
明状态通过在上述式(1)的范围内变更本发明的光学相位差补偿板(叠层相位差板56·57)的设计使得广泛地获取在反射板上成为圆偏振光的波长范围，与不使用光学相位差补偿板56·57的情况相比较，扩大高亮度的波长范围。即，能够实现不使暗状态恶化，使明状态的效率提高的高效率的投射型液晶显示装置。
另外，代替使用投射光学系统(光学系统61以及屏幕62)，使用视度调整用的光学系统，通过采取观察者从偏振光束分裂器55的63所示位置观察液晶屏的结构，能够制做头戴显示器。
这种情况下，当然照明光选择为适当的光。另外，关于在这样的头戴显示器中采用本发明的情况由于与上述的投射型液晶显示装置不存在很大的变更点，因此在以下的实施例中仅说明投射型液晶显示装置。
实施例3
作为实施例3，说明使用在液晶层中扭转的介电各向异性为正的平行取向液晶，而且使用了偏振光束分裂器的本发明的实施形态3的投射型液晶显示装置的实施例。
本实施例的液晶显示装置的概略构造如上述图20所示，在与偏振光束分裂器55的液晶显示装置(液晶单元)58相对的面上，配置叠层相位差板(光学相位差补偿板56·57)。
使用偏振光束分裂器55，制做基于图18中记述的光学元件配置的本实施例的反射光投射型液晶显示装置。另外，本实施例中使用的液晶显示装置58是用于了解液晶层的效率的评价用元件，是在支撑基板上制做了把液晶层夹在中间的取向膜与电极的液晶元件，并没有特别地配置有源元件等。
另外，该液晶显示装置58的结构是几乎与上述图9所示相同的结构。即，在光透射性的基板59上形成透明电极，在基板60上形成铝的反射性电极。另外，在透明电极以及反射性电极上形成取向膜，用这些取向膜夹住液晶层。
本实施例的偏振光束分裂器55、光学相位差补偿板56以及光学相位差补偿板57的配置设定为图21(a)所示。另外，图21(a)中，箭头8表示光学相位差补偿板56的滞相轴方位，箭头9表示光学相位差补偿板57的滞相轴方位，箭头30表示接触形成在基板59上的取向膜的即基板59附近的液晶分子的取向的方位，箭头31表示接触形成在基板60上的取向膜的即基板60附近的液晶分子的取向的方位。图21(a)是从液晶显示装置的入射光的方位观察的图。另外，图21(a)的x轴(横轴)表示基于偏振光束分裂器55的直线偏振光的振动方向。
而且，这些配置关系如图21(a)所示，把对光学相位差补偿板56的入射直线偏振光的振动方向(横轴)与光学相位差补偿板57的滞相轴方位9所成的角度θ1取为126°，把直线偏振光的振动方向(横轴)与光学相位差补偿板56的滞相轴方位8所成的角度θ2取为18°，把基板59上的液晶分子的取向方向30与直线偏振光的振动方向(横轴)所成的角度取为16°。
另一方面，为了进行比较，制做了使用该偏振光束分裂器55而不使用本发明的叠层相位差板(光学相位差补偿板56·57)的比较用的反射光投射型液晶显示装置(以下，记为比较例3的液晶显示装置)。比较例3的液晶显示装置的配置关系如图21(b)所示。即，把基板59上的液晶分子的取向方向30与直线偏振光的振动方向(横轴)所成的角度取为20°。
另外，本实施例的液晶显示装置以及比较例3的液晶显示装置，其液晶层的扭转角(基板59附近的液晶分子的取向的方位30与基板60附近的液晶分子的取向的方位所成的角度)每一个都取为70度。
即，本实施例的反射光投射型液晶显示装置的液晶显示装置58与上述实施例2B的直视反射型液晶显示装置相同。另外，液晶显示装置58的配置包括设置在与偏振光束分裂器55的液晶显示装置58相对面上的光学相位差补偿板56·57，成为与实施例2B的直视反射型液晶显示装置相同的配置。而且，比较例3的液晶显示装置的取向在与本实施例的液晶显示装置相同的液晶取向下，设定为投射效率最好的方位。
另外，每一种液晶层都使用在液晶导入后进行调整成为4.5μm厚度的液晶层，作为液晶使用复折射率差Δn为0.0667的液晶，设定为使得液晶层厚度与液晶的复折射量的积大致为300nm。
图22中示出投射光强度对于像这样制做的反射光投射型液晶显示装置的液晶元件58上施加电压的依存性。另外，图22中，曲线22-1示出本实施例的液晶显示装置的测定结果，曲线22-2示出比较例3的液晶显示装置的测定结果。
根据图22所示的测定结果，已确认在作为进行黑显示的电压3V下，本实施例以及比较例3的液晶显示装置的投射光强度相同。另外，在进行明显示的电压1.3V下，确认了本实施例的液晶显示装置比比较例3的液晶显示装置的投射光强度高，成为高亮度。
进而，求液晶显示装置58的可见光波长中的各波长的光的投射效率。作为对于图20的位置64中的光强度的相对值求在对液晶显示装置58的施加电压1.3V下上述图20的位置63中的光强度。这是为了去除光源灯的发光光谱的影响。这样来求包括叠层相位差板(光学相位差补偿板56·57)的液晶部分的投射效率。
图23示出其结果。另外，图23中，曲线23-1示出本实施例的测定结果，曲线23-2示出比较例3的测定结果。
从图23可知，在本实施例的液晶显示装置中，如果与比较例3的液晶显示装置相比较则能够在宽阔的波长区域得到近似均匀的投射效率。即，确认了在本实施例的液晶显示装置中，与比较例3的液晶显示装置相比较在各波长实现高效率的投射光强度，实现液晶显示装置的高效率化。
另外，本实施例的液晶显示装置与比较例3的液晶显示装置相比较改善投射效率这一点对于即使使用制做了实际的TFT等的液晶元件也相同。另外，使用本发明的叠层相位差板(光学相位差补偿板56·57)实现投射效率的改善这一点也相同。
另外，在为实施本发明的最佳形态的项目中所举出的具体的实施形态或者实施例只是为了明确本发明的技术内容，并不是要把本发明仅限定在其具体例中进行狭义的解释，在本发明的精神以及下面所述的权利要求的范围内，可以进行种种变形实施。
产业上的可利用性
如果依据本发明的叠层相位差板，则如以上所说明的那样，能够实现把反射板的反射膜形成面设置在液晶层一侧的液晶显示装置，能够实现良好的暗状态。由此，可以实现没有视差、能够以高对比度以及高精度进行动图象显示的反射型液晶显示装置。
进而，如果把本发明的叠层相位差板采用在投射反射光的液晶显示装置和头戴显示器中，则投射效率能够进行改善。
另外，如果依据本发明的液晶显示装置，则如从上述说明所明确的那样，能够实现反射率高而且对比度高的反射型液晶显示装置。进而，能够把反射板的反射膜形成面设置在透射基板的液晶层一侧，能够实现良好的暗状态。由此，可以没有视差地以高对比度以及高精度进行动图象显示。除此之外，由于液晶层为垂直取向，因此特别在对比度性能方面出色。
进而，如果在本发明的液晶显示装置中使用调整为高亮度的彩色滤光片，则能够实现具有良好颜色再现性的显示质量高的彩色反射型液晶显示装置。

Claims (18)

1.一种叠层相位差板，这是第1光学相位差补偿板以及第2光学相位差补偿板叠层构成的叠层相位差板，特征在于：
上述第1光学相位差补偿板对于其法线方向的波长550nm的透射光的延迟是100nm以上180nm以下，
上述第2光学相位差补偿板对于其法线方向的波长550nm的透射光的延迟是200nm以上360nm以下
在作为可见光而且具有同一振动面的直线偏振光入射到上述第2光学相位差补偿板时，如果把垂直于该直线偏振光的振动方向的方向或者该直线偏振光的振动方向与上述第1光学相位差补偿板的滞相轴方向所成的角度记为θ1，把垂直于上述直线偏振光的振动方向的方向或者该直线偏振光的振动方向与上述第2相位差补偿板的滞相轴方向所成的角度记为θ2，则配置上述第1光学相位差补偿板以及上述第2光学相位差补偿板使得|θ1-2×θ2|的值成为80度以上100度以下。
2.一种液晶显示装置，这是具备第1基板、透光性的第2基板和包括夹在上述第1基板与第2基板之间的液晶的液晶组成物构成的液晶层，且权利要求1所述的叠层相位差板配置在上述第2基板的显示面一侧的液晶显示装置，其特征在于：
具有设置在上述叠层相位差板中上述第2光学相位差补偿板一侧，使作为可见光并且具有同一振动面的直线偏振光入射到上述第2光学相位差补偿板的偏振装置，
同时还设置着把在用该偏振装置向上述第2光学相位差补偿板入射作为可见光并且具有同一振动面的直线偏振光时，通过该第2光学相位差补偿板、第1光学相位差补偿板、上述第2基板以及该液晶层从液晶层出射的光的至少一部分进行反射的光反射装置。
3.如权利要求2所述的液晶显示装置，特征在于：
上述液晶组成物具有正的介电各向异性，
上述第1基板与第2基板之间液晶的扭转角是60度以上100度以下，
上述液晶层中的液晶的复折射率差与液晶层厚的积是150nm以上330nm以下。
4.如权利要求2所述的液晶显示装置，特征在于：
上述偏振装置是偏振板。
5.如权利要求4所述的液晶显示装置，特征在于：
上述液晶组成物具有正的介电各向异性，
上述第1基板与第2基板之间液晶的扭转角是60度以上100度以下，
上述液晶层中的液晶的复折射率差与液晶层厚的积是150nm以上330nm以下。
6.如权利要求2所述的液晶显示装置，特征在于：
上述光反射装置是配置在上述第1基板的上述液晶层一侧的由导电性材料构成的光反射膜，
上述光反射膜具有平滑的连续变化的凹凸形状表面。
7.权利要求2所述的液晶显示装置，特征在于：
在上述第1基板的上述液晶层一侧的面上设置多个突起部分，以便通过突起部分以及第1基板形成凹凸形状表面；
使上述凸凹形状的表面平滑化的平滑化膜形成在突起部分上；
上述反射装置是由设置在上述平滑化膜上的导电材料构成的光反射膜。
8.如权利要求6所述的液晶显示装置，特征在于：
上述光反射膜所具有的凹凸形状表面具有依赖于第1基板的面内方位的各向异性。
9.如权利要求6所述的液晶显示装置，特征在于：
上述光反射膜具有的凹凸形状表面的凹凸的平均周期根据第1基板面内的方位而不同。
10.如权利要求7所述的液晶显示装置，特征在于：
上述各突起部分从第1基板的法线方向观看的形状是具有同一方向的长轴的椭圆形。
11.如权利要求2所述的液晶显示装置，特征在于：
上述液晶层是由响应电压的低分子液晶，和不响应电压的固定了液晶性取向的高分子复合分散体而构成。
12.如权利要求2所述的液晶显示装置，特征在于：
上述偏振光装置是偏振光束分裂器。
13.如权利要求2所述的液晶显示装置，特征在于：
上述液晶组成物具有正的介电各向异性，
上述第1基板与第2基板之间液晶的扭转角是60度以上100度以下的范围，
上述液晶层中的液晶的复折射率差与液晶层厚度的积是150nm以上330nm以下。
14.如权利要求12所述的液晶显示装置，特征在于：
上述液晶组成物具有负的介电各向异性，
上述液晶层中的液晶在不加电压的状态下对于上述第1基板以及第2基板垂直取向。
15.如权利要求14所述的液晶显示装置，特征在于：
这样进行设定，使得把液晶的自然间距记为p，液晶层厚记为d时的|d/p|的值比0大比0.5小，
上述液晶层中的液晶的复折射率差与液晶层厚度的积是200nm以上500nm以下。
16.如权利要求15所示的液晶显示装置，特征在于：
上述光反射装置是由配置在上述第1基板的上述液晶层一侧的导电性材料构成的光反射膜，
上述光反射膜具有依赖于其面内方位的各向异性，而且具有平滑的连续变化的凹凸形状，进而，具有把上述第2基板的透明电极作为对置电极起到向液晶层施加电压的电极的功能。
17.如权利要求2所述的液晶显示装置，特征在于：
还具有彩色滤光片。
18.如权利要求14所述的液晶显示装置，特征在于：
还具有视野角补偿板。
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