CN1116316A - 彩色液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

一对偏振板配置在液晶单元的两侧，该液晶单元的液晶分子被扭转取向，两个双轴延迟板配置在一偏振板同液晶单元之间。双轴延迟板满足nX＞nZ＞nY，nX、nY和nZ为该双轴延迟板在一面上可获得最大折射率的方向的折射率、与该方向垂直的方向的折射率及厚度方向的折射率。设置双轴延迟板的最大折射率方向的取向以获得所需显示色。一驱动控制电路被连到液晶单元上，用于改变作用在液晶层上的电压，从而根据透过液晶层的光的偏振状态的变化改变出射光的色彩。

Description

彩色液晶显示装置
本发明涉及用于调节以扭转向列液晶的双折射特性获得的彩色光发出以具有所要求的色调的光借此进行彩色显示的一种彩色液晶显示装置。
作为用于电视机、个人计算机、电子便携式计算器之类的传统显示装置，液晶显示装置是众所周知的。最近，已广泛地应用诸如液晶彩色电视机与计算机终端的彩色显示器等能够进行彩色显示的彩色液晶显示装置。
作为彩色液晶显示装置，通常应用透射型彩色液晶显示装置。在这一装置中，将一个液晶单元夹在一对偏振板之间，并在其中的一块偏振板外侧放置一个后照光(照明源)。在这一情况中，液晶单元的构成如下。互相面对面地放置一对透明基板，分别在透明基板的相对表面上形成透明电极，然后在透明基板之间封入液晶。在其中的一块透明基板上布置有选择地透过具有特定波长的光成分的滤色片。
通过对作用在该对透明电极之间的驱动电压的接通/断开控制，便控制了后照光的出射。在透过液晶显示装置中的各滤色片的过程中，后照光有选择地透过各滤色片，结果，透射光便具有了特定的色彩。以透过各滤色片的着色光，便实现了彩色显示。
然而，滤色片通常具有低的透射率。因此，在采用上述滤色片的彩色液晶显示装置中，透射光的损失是大的，得到的是一种阴暗的显示。尤其是在广泛地用作电子便携式计算器或诸如手表等便携式装置的显示部分的反射型液晶显示装置中，不配置专用的光源，由于光在反射前后两次透射通过各滤色片而遭受光损失。因此，得到的显示成为阴暗的。因此，用滤色片来实际进行彩色显示工作是极为困难的。
此外，滤色片在诸如厚度与组装中要求很高的线度精度，诸如偏振板等其它光学元件也一样，这便导致了液晶显示装置的成本的提高。
再者，在采用滤色片的彩色液晶显示装置中，由于一个象素只能显示与为该象素配置的滤色片的色彩对应的一种色彩，故而因象素数目的增加而使彩色液晶显示装置的结构更为复杂。
本发明的一个目的为提供一种结构简单的彩色液晶显示装置，该装置能够不使用滤色片而提高光透射率，并且不使用后照光而得到具有所要求的色调的令人满意的明亮的彩色显示。
为了达到上述目的，一种彩色液晶显示装置包括：一对基板；分别形成在该对基板相对表面上的电极，及分别设置在基板的相对表面上并覆盖电极的取向膜，取向膜是在预定的方向上经过取向处理的；配置在该对基板之间的一个液晶层，该液晶层具有取向为以预定的扭转/取向角从一块基板扭转到另一块基板的液晶分子；一对偏振板，配置在该对基板的外侧并夹住这两块基板，用于线性地偏振入射光，并用双折射功能将椭圆偏振光分解成彩色出射光；连接在电极上的电压作用装置，用于通过改变作用在液晶层上的电压来改变液晶分子的取向状态，从而通过改变透过液晶层的光的偏振状态而改变出射光的色彩；以及一个色彩调节光学元件装置，配置在该对偏振板之间并具有双折射特性，用于调节出射光的色调。
按照上述配置的彩色液晶显示装置，当光透过入射侧上的偏振板时，便可得到线性偏振光。当线性偏振光透过具有双折射特性的液晶层时，便得到不同波长的光成分设定在不同状态中的椭圆偏振光。在设定在椭圆偏振状态中的各波长的光中，具有沿出射侧上的偏振板的透射轴的较大成分的波长的光(下面称作透射轴成分)很容易透过偏振板。因此，透过出射侧上的偏振板的出射光呈现为具有该大成分比的波长的光的色彩。在这一情况中，各波长的光的椭圆偏振状态是按照液晶层的分子取向状态改变的。为此，当改变作用在液晶上的电压来改变液晶分子的取向状态时，便可改变出射光的色彩。在该对偏振板之间配置了用于将出射光的色调调节到所要求的色调的具有双折射特性的一个光学元件(下面称作色彩调节光学元件)，借此调节椭圆偏振状态与波长成分比。因此，便可得到具有所要求的色调的出射光。
在上述彩色液晶显示装置中，当采用一种具有180°至270°的扭转/取向角的所谓STN(超级扭转向列)液晶时，可配置两块双轴延迟板作为色彩调节光学元件。在这一情况中，两块双轴延迟板都可配置在偏振板之一及与该偏振板相对的基板之间。作为另一种方法，也可将双轴延迟板之一配置在一块偏振板及与其相对的基板之间，并将另一块双轴延迟板配置在另一块偏振板及与其相对的另一块基板之间。本发明中所采用的双轴延迟板满足nx＞nz＞ny，其中nx、ny与nz分别为在双轴延迟板的一个平面上得到最大折射率的一个方向、垂直于该平面上得到最大折射率的方向的方向、以及厚度方向上的折射率。通过利用这些值，便可得到能够显示各具高色纯度的三原色、并具有大的可视角及减少由温度改变引起的色彩误配的彩色显示。
一种复折射元件能很好地用作色彩调节光学元件，该复折射元件具有双折射特征及用满足N＝n－ik的一个复数表示的复折射率，其中n与k分别为折射率与吸收系数，且吸收系数K与光的波长成反比。在这一情况中，最好采用满足下述条件的光学元件作为该复折射元件：Nx＞Nz＞Ny，其中Nx、Ny与Nz分别为在复折射元件的一个平面上得到最大折射率的一个方向、垂直于在该平面上得到最大折射率的方向的方向及厚度方向上的复折射率。可将各具这种特征的两个复折射元件配置在基板对中的一块及与一块基板相对的偏振板之间。另外也可将复折射元件之一配置在基板对中的一块及与该基板相对的偏振板之间，而将另一个复折射元件配置在另一块基板及与之相对的另一块偏振板之间。当如上所述地配置复折射元件时，便可得到一种彩色显示，该彩色显示能显示各具高色纯度的三原色，尤其是显示具有高色纯度的红色，并具有大的可见视野角及减小的由温度改变引起的色彩误配。
再者，可采用其物质分子是取向为从扭转取向的延迟板的一个表面扭转到扭转取向的延迟板的另一表面的一块扭转取向的延迟板作为色彩调节光学元件。最好采用这样的扭转取向延迟板作为扭转取向的延迟板，其中的物质分子的扭转/取向角的方向与液晶分子的扭转/取向角的方向相反且等于液晶分子的扭转/取向角。在基板对中的一块上可叠放这样一块扭转/取向的延迟板，其中的物质分子的扭转/取向角的方向设定为等于液晶分子的扭转角的方向，而液晶分子与物质分子的扭转/取向角之和则设定为230°至270°。在这一情况中，可将两块双轴延迟板配置在该对偏振板之间。当如上所述那样将扭转取向的延迟板配置成邻接于液晶层时，便能稳定地显示一个具有减小了的由温度改变引起的色彩误配的彩色图象。此外，当配置了双轴延迟板时，可以降低色彩误配并提高视野角。
在该彩色液晶显示设备中，当采用具有80°至120°的扭转/取向角一种所谓TN(扭转向列)液晶作为液晶层时，则最好采用通过在一对各有一个电极的透明基板之间封装一种液晶材料所构成的并具有垂直于基板表面取向的液晶分子的一个同向(homeotropic)扭转的液晶单元，或者通过在一对各有一个电极的透明基板之间封装一种液晶材料构成的并具有平行于基板表面取向的液晶分子的一个均匀(homogeneous)液晶单元作为色彩调节光学元件。当如上述将具有电极的液晶元件配置成色彩调节光学元件时，便可通过任意地改变背景色彩与显示色彩而得到各种显示。
上述彩色液晶显示装置最好作为具有一块反射板的反射型彩色液晶显示装置使用。
上述目的也可通过包括下述装置的一种彩色液晶显示装置达到：具有分别形成在相对表面上的电极的一对基板及分别设置在基板的相对表面上以覆盖电极的取向膜，取向膜是在预定方向上经过取向处理的；配置在该对基板之间并具有取向为以一个预定的扭转/取向角度上从一块基板扭转到另一块基板的液晶分子的一个液晶层；一对偏振板，配置在该对基板的外侧夹住基板，用于线性地偏振入射光，并用双折射功能将椭圆偏振光分解成彩色出射光；连接在电极上的电压作用装置，用于改变作用在液晶层上的电压来改变液晶分子的取向状态，从而以改变透过液晶层中的光的偏振状态来改变出射光的色彩；以及配置在该对偏振板之间的一个复折射元件，该复折射元件具有：双折射特征及用满足N＝n－ik的一个复数N表示的一个复折射率，其中n与k分别为折射率与吸收系数，且吸收系数k与光的波长成反比。
在这种彩色液晶显示装置中，最好将液晶层的液晶分子的扭转/取向角设定为230°至270°，并且最好将折射率各向异性△n与层的厚度d的乘积△n·d设定为1,260nm至1,460nm之间。在这一情况中，复折射元件最好满足Nx＞Nz＞Ny，其中Nx、Ny及Nz分别是在该复折射元件装置的一个平面中能得到最大折射率的方向上、该平面中与该能得到最大折射率的方向垂直的方向上及一厚度方向上的复折射率。两个复折射元件最好设置在基板之一及对着该基板的偏振板之间。另外，该装置最好用作具有一反射板的反射型彩色液晶显示装置。
上述目的也可由具有以下结构的彩色液晶显示装置达到，该装置包括：一对基板；分别形成在该对基板的相对表面上的电极；设在该对基板的相对表面上并覆盖上述电极的取向膜，该取向膜受到过在一预定方向上的取向处理；一液晶层，设于该对基板之间并具有以一预定扭转/取向角从一基板向另一基板扭转取向的液晶分子；一对偏振板，设置在该对基板的外侧以夹住该对基板，用于线性地偏振入射光及由一双折射功能将椭圆偏振光分解为彩色出射光；电压作用装置，连接到前述的电极上，用于改变作用到液晶层上的电压以改变液晶分子的取向状态，以由透射过液晶层的光的偏振状态的改变使出射光的色彩改变；以及两块双轴延迟板，它们设于上述的一对偏振板之一及该对基板中对着该偏振板的一基板之间并满足nx＞nz＞ny，其中nx、ny及nz分别是在双轴延迟板的一个平面中能得最大折射率的方向上、在该平面内垂直于该能得到最大折射率的方向的方向上及一厚度方向上的折射率。
在该彩色液晶显示装置中，该液晶层的液晶分子的扭转/取向角最好设为230°至270°，而折射率各向异性△n及层厚度d的乘积最好设为1250nm至1450nm。在此情形中，该彩色液晶显示装置最好被用作具有一反射板的反射彩色液晶显示装置。
本发明的其它目的及优点将在后面的说明中给出，其部分可从说明中显而易见或通过实践本发明而了解。本发明的目的及优点可通过在所附权利要求书中特别指出的装置及其组合而实现及得到。
在作为本说书一部分的附图中给出了本发明目前较佳的实施例，它们和以上的一般性说明及后面将给出的对较佳实施例的详细描述一起，用于说明本发明的原理。
图1是显示作为本发明第一实施例的一彩色液晶显示装置的剖视图；
图2是用于说明在该第一实施例中的光学元件的光轴的位置/配置的示意图；
图3是用于示出在该第一实施例的彩色液晶显示装置中所施加的电压及显示的色彩之间的关系的一个表；
图4是显示该第一实施例中的显示色彩的变化的一CIE(光度标)图；
图5是显示作为本发明第二实施例的一彩色液晶显示装置的剖视图；
图6是用于说明在该第二实施例中的各光学元件的光轴的位置/配置的示意图；
图7是显示作为本发明的第三实施例的一彩色液晶显示装置的剖视图；
图8是用于说明在该第三实施例中的各光学元件的光轴的位置/配置的示意图；
图9是显示一吸收系数对波长的依赖性的曲线；
图10A是显示当吸收系数被设定为一与波长无关的预定值时作用电压与红、绿及兰出射光成分的强度之间的关系的曲线图；
图10B是显示在该第三实施例中作用电压与红、绿、兰出射光成分之间的关系的曲线图；
图11是显示在该第三实施例的彩色液晶显示装置中作用电压与显示色彩之间的关系的一个表；
图12是显示该第三实施例中显示色彩变化的CIE图；
图13是显示作为本发明第四实施例的一彩色液晶显示装置的剖视图；
图14是用于说明该第四实施例中的各光学元件的光轴的位置/配置的示意图；
图15是显示作为本发明第五实施例的一彩色液晶显示装置的剖视图；
图16是用于说明该第五实施例中的各光学元件的光轴的位置/配置的示意图；
图17是显示作为本发明的第六实施例的一彩色液晶显示装置的剖视图；
图18是用于说明该第实施例中的各光学元件的光轴的位置/配置的示意图；
图19是显示该第六实施例中的光学元件的延迟与温度之间的关系的曲线图；
图20A是显示在该第六实施例的彩色液晶显示装置中作用电压与显示色彩之间的关系的一个表；
图20B是显示用作比较例的一彩色液晶显示装置中作用电压与显示色彩之间的关系的一个表；
图21是显示作为本发明第七实施例的彩色液晶显示装置的剖视图；
图22是用于说明该第七实施例中的各光学元件的光轴的位置/配置的示意图；
图23是显示作为本发明的第八实施例的一彩色液晶显示装置的剖视图；
图24是用于说明该第八实施例中各光学元件的光轴的位置/配置的示意图；
图25是显示该第八实施例的彩色液晶显示装置在与图23不同的工作步骤中的一个状态的剖视图；
图26是用于说明在图25的工作步骤中各光学元件的光轴的位置/配置的示意图；
图27是显示作为本发明的第九实施例的一彩色液晶显示装置的剖视图；
图28是用于说明该第九实施例中的各光学元件的光轴的位置/配置的示意图。
下面将参照图1到28对本发明的实施例进行说明。[第一实施例]
下面将参照图1和2对根据本发明第一实施例设计的通过使用一简单矩阵方案实现的一反射型彩色液晶显示装置的结构进行说明。
图1为一剖视图，其示出了本实施例的一彩色液晶显示装置11的结构；图2为一平面图，其示出了该彩色液晶显示装置11的光轴的位置。
参见图1，液晶单元12是一扭转向列单元，在该单元中液晶分子具有250°±20°(最好±10°)的一较大的扭转/取向角。液晶单元12是以这样一种方式构成的，即在入射侧的一第一基板(此后称为上玻璃基板)13和在反射侧的一第二基板(以后称为下玻璃基板)14被彼此相对配置，而它们之间留有小的空隙(几个pm的间隙)，空隙内封有液晶层20。由诸如ITO(铟锡氧化物)的导电材料构成的多数扫描电极15和多数信号电极16被分别配置在上玻璃基板和下玻璃基板的相对的表面上，使它们彼此交叉排列。
取向膜17和18被分别配置在装于上玻璃基板13和下玻璃基板14内侧表面的扫描电极15和信号电极16的前表面上。该取向膜17和18用来限定液晶分子的取向方向。取向膜17和18通过磨擦方法或类似的方法，如用布对它们的前表面进行磨擦，而受到取向处理，从而使相邻于取向膜17和18的液晶分子分别地被取向为沿取向处理的方向。
一密封件19被配置在上玻璃基板13和下玻璃基板14的周边位置上并在上、下玻璃基板之间保存预定的间隙以在上玻璃基板13和下玻璃基板14之间的区域内封入液晶。
液晶层20是由包含有手性(chiral)液晶的向列液晶合成的，并且液晶分子根据取向膜17和18的取向限定力而被取向为以250°±20°(最好为±10°)的一扭转取向角扭转。
液晶的光学各向异性△n和液晶层20的厚度d的乘积△n·d被设置为1,350nm±100nm，并且最好设为1,380nm±30nm。
一第一延迟板21配置在一第二延迟板22的外面，而第二延迟板配置在上玻璃基板13的外面。假设在第一延迟板面21的面上的延展轴(stretching axis)方向(最大折射率方向)的折射率由nx表示，在该表面上的垂直于延展轴方向的折射率由ny表示，并且在第一延迟板21的厚度方向的折射率由nz表示。在这种情况下，满足nx＞nz＞ny。第一延迟板21是一双轴延迟板。折射率各向异性△n＝nx－ny同厚度d的乘积△n·d被设置为不小于1,500nm，较好地可设置为1,600nm±50nm，而更好地则可设置为1,600nm±30nm；并且一Rz值被设置为0.3到0.7，最好为0.45±0.1。
注意，Rz值是按下式定义的：
Rz＝(nx－nz)/(nx－ny)    (1)
第二延迟板22为一双轴延迟板，其中乘积△n·d被设置为不小于1,500nm，更好地可被设置为1,550nm±30nm；并且Rz值被设置为0.3到0.7，最好为0.45±0.1。
配置在第一延迟板21外面的上偏振板23和配置在下玻璃基板14外面的下偏振板24屏蔽(吸收)掉在吸收轴方向上的入射光的偏振光成分，并透过垂直于吸收轴方向的偏振光。
一反射板25被配置在下偏振板24的下表面，并可将从上偏振板23入射并透过液晶单元12及下偏振板24的光反射到液晶单元12的那侧。
一用作电压作用装置的驱动控制电路26被连到扫描电极15和信号电极16上，并且该驱动控制电路26将与输入信息对应的一电压作用到液晶层20上。液晶层20的双折射效应根据作用的电压变化，从而显示出与输入信息相对应的一彩色图象。
图2利用构成元件的平面图例示了液晶单元12的取向处理方向、延迟板21和22的光轴(相位领先轴或相位滞后轴)、以及偏振板23和24的透射轴的一个组合状态。
注意图2中的两点线S是沿显示器表面水平方向的参考线并且是为便于说明而使用的。
如图2所示，用于液晶单元12的下取向膜18的取向处理方向18a与参考线S之间的倾角为35°±5°，并且邻近下取向膜18的液晶分子被取向为沿取向处理方向18a。
用于液晶单元12的上取向膜17的取向处理方向17a被设置为一与取向处理方向18a交角为70°±10°的方向，并且邻近上取向膜17的液晶分子被取向为沿取向处理方向17a。
以这种方式，液晶分子具有这样一种取向状态，即液晶分子从下玻璃基板14到上玻璃基板13被按顺时针方向扭转250°±20°(最好为±10°)。
上偏振板23的透射轴23a被设置成与下取向膜18的取向处理方向18a的交角为50°±10°(与参考线S交角为85°±10°)。
第一延迟板21的延展轴(在一平面上具有最大折射率的轴)21a被设置成与下取向膜18的取向处理方向的交角为25°±10°(与参考线S交角为10°±10°)。
第二延迟板22的延展轴22a被设置成与下准直膜18的取向处理方向18a的交角为15°±10°(与参考线S的交角为50°±10°)。
下偏振板24的透射轴24a被设置成与下取向膜18的取向处理方向18a的交角为45°±10°(与参考线S的交角为10°±10°)。
下面将对具有上述结构的彩色液晶显示装置的着色原理进行说明。
在图1中从上方入射到彩色液晶显示装置11的上表面的光经透过上偏振板23被变为线性偏振光。
当线性偏振光透射过延迟板21和22时，该线性偏振光受到一与延迟值以及诸如延迟板21和22的延展轴21a和22a的位置那样的光定位条件相对应的偏振作用，从而获得椭圆偏振光成分，而这些椭圆偏振光成分的偏振状态因各自不同的波长而彼此不同。当这些具有不同波长的椭圆偏振光成分透射过液晶单元12时，它们受到一与该液晶单元12的光定位条件和延迟值相对应的偏振作用，从而使它们的偏振状态发生改变。
当那些因不同的波长而具有不同的偏振状态并且受到了延迟板21和22以及液晶单元12的偏振作用的椭圆偏振光成分入射到下偏振板24时，一与下偏振板24的透射轴24a相重合的偏振光成分即被透射过该下偏振板24。
透射过下偏振板24的光通过反射板25被反射并经与上述光路相反的路程从彩色液晶显示装置11的上表面端射出，从而获得一显示色，而该显示色具有这样的波长：在这一波长上出射光的光谱强度表现为一峰值。
延迟板21和22的每一个的延迟都是依该相应的延迟板的折射率各向异性△n和厚度d的乘积△n·d而确定的，而液晶单元12的延迟则是依据该晶分子的取向状态确定的。因而，当液晶分子的取向状态通过改变作用在液晶单元12上的电压值而被改变时，该液晶单元12的延迟发生改变，该液晶单元12的偏振功能发生改变，从而显示色彩的色调和亮度发生改变。
这就是说，具有如图1和2所示结构的彩色液晶显示装置能够通过控制液晶层20的双折射特性显示一彩色图象。所获得的出射光因为其经过了用作彩色调节光学元件的双轴延迟板21和22而能够具有一所需的色调和亮度。
更具体地，当没有电压经过扫描电极15和信号电极16时，入射到彩色液晶显示装置11上的光受到双轴延迟板21和22的偏振作用和对应于液晶分子初始取向状态的偏振作用，从而获得椭圆偏振光成分，这些椭圆偏振光成分的偏振状态因各自不同的波长而彼此不同。透过下偏振板24，再通过反射板25被反射，并且经相反的路径从彩色液晶显示装置11的上表面侧射出的光的颜色即变成一与双轴延迟板21和22的延迟以及在初始取向状态中设置的液晶层20的延迟相对应的颜色。
当向液晶单元12的电极15和16施加一个电压并且将有效电压值加大时，液晶分子逐渐由初始扭转状态立起。液晶单元12的延迟依立起的取向状态而改变，并且入射到彩色液晶显示装置11的光受到延迟板21和22的偏振作用以及液晶单元的与改变了的延迟相对应的偏振作用，从而获得对应于这些偏振作用的椭圆偏振光。因此，此时所获得的显示色彩就不同于没有电压作用于液晶单元12时所获得的显示色彩。
当作用到液晶单元12的电压达到可以使液晶分子被取向为几乎垂直的状态的量值时，液晶单元12的延迟几乎变为“0”。因而，液晶单元12的偏振作用几乎为零，并且入射到彩色液晶显示设备11上的光就只变为与双轴延迟板21和22的偏振作用相对应的椭圆偏振光成分。该椭圆偏振光成分经过下偏振板24、反射板25，并经相反的路径从彩色液晶显示装置11射出，并且该出射光被着以与双轴延迟板21和22的延迟相对应的颜色。
因而，根据上面的实施例，当一作用到液晶层20上的有效电压通过控制加于扫描电极15和信号电极16间的信号而被控制，以对液晶层20的双折射特性进行控制时，从而就显示出一所需颜色。
根据上面的实施例，利用了延迟板21和22，而它们的每一个都在厚度方向上有一个相位差并且具有的双轴光学特性。因此，当光垂直地透射过液晶层20时所获得的相位同当光倾斜地透射过液晶层20时所获得的相位之间的差通过将光透射过双轴延迟板21和22而得到补偿，从而提高了视野角度。
显示色彩不仅可以通过液晶层20的双折射功能而获得，而且可以通过两个双轴延迟板21和22的双折射功能而获得。所使用的两个双轴延迟板21和22的每一个都具有这样的双折射功能，其温度依赖性要小于液晶层20的双折射功能的温度依赖性。因此，既使液晶层20的延迟因温度的变化而改变时，这种延迟上的改变对显示色彩的影响也是相对较小的。
随着作用于液晶层的电压(有效电压)的增大，显示色彩按白、红、蓝和绿的顺序依次改变。三原色和白色均可被显示出来，因而可以满意地获得一实用的彩色图象。
作为第一实施例的一个例子，彩色液晶显示装置可按下面的条件构成。即，将取向膜17和18的取向处理方向的角度、双轴延迟板21和22和延展轴21a和22a的角度、以及偏振板23和24的偏振轴23a和24a的角度分别设置为如图2所示的中心角，液晶层20的厚度d设置为6,800nm，而△n·d的值设置为1,390nm。一加到扫描电极15和信号电极16上的信号被控制以静态地驱动彩色液晶显示装置。
在这种情况下，如图3所示，当一静态电压，例如所加电压的有效值小于2.04V时，彩色液晶显示装置的显示色彩变为白色；当有效值落在2.15v到2.17v之间时，显示色彩变为红色；当有效值落在2.18v和2.22v之间时，显示色彩变为蓝色；当有效值大于2.26v时，显示色彩变为绿色。每一显示色彩都具有一高色纯度，如图4的CIE图所示。
在依照本实例的彩色液晶显示装置中，由于温度变化而造成的显示色彩上的变化较小，并可获得较大的视野角。
注意，在本实施例中，双轴延迟板可以配置在液晶单元和下偏振板之间。[第二实施例]
第二实施例可通过改变在第一实施例中的两个双轴延迟板的位置而获得。在第二实施例中，与第一实施例中相同的参考数字代表同第一实施例相同的部分，并且在此略去对它们的说明。
在第一实施例中，两个双轴延迟板21和22被配置在上玻璃基板13和上偏振板23之间。然而，双轴延迟板的位置可任意地确定。例如，如图5所示，第二延迟板，即上双轴延迟板21可以被配置在上玻璃基板13和上偏振板23之间；而第一延迟板，即下双轴延迟板22可以被配置在下玻璃基板14和下偏振板24之间。
当双轴延迟板21和22被如上配置时，取向膜17和18的取向处理方向17a和18a、双轴延迟板21和22的延展轴21a和22a以及偏振板23和24的透射轴23a和24a可如图6所示配置。
如图6所示，用于液晶层12的下取向膜18的取向处理的方向18a以参考线S为基准倾斜35°±10°，用于上取向膜17的取向处理的方向17a被设置成一与取向处理方向18a交角为70°±10°的方向。液晶分子被取向为由下玻璃基板14到上玻璃基板13扭转250°±20°(最好为±10°)。
按图6所示，上偏振板23的透射轴23a被设置成与下取向膜18的取向处理方向交角为80°±10°(与参考线S的交角为45°±10°)。
双轴延迟板21的延展轴21a被设置成与下取向膜18的取向处理方向18a的交角为35°±10°(与参考线S的交角为0°±10°)。
双轴延迟板22的延展轴22a被设置成与下取向膜18的取向处理方向18a的交角为10°±10°(与参考线S的交角为45°±10°)。
下偏振板24的透射轴24a被设置成与下取向膜18的取向处理方向18a的交角为45°±10°(与参考线S的交角为10°±10°)。
双轴延迟板21具有一不小于1,500nm并且最好为1,600nm±30nm的△n·d值以及0.3到0.7(最好为0.45±0.1)的Rz值。液晶层20具有1,350nm±100nm并且最好为1,380nm±30nm的△n·d值。双轴延迟板22具有一不小于1,500nm并且最好为1,600±30nm的△n·d值以及0.3到0.7(最好为0.45±0.1)的Rz值。
根据上面的结构，随着作用到液晶层20上的电压的增大，显示色按照红、紫、白、蓝紫、和黑的顺序依次改变。当对加在扫描电极15和信号电极16上的一信号进行控制，以控制作用在液晶层20上的有效电压并控制显示色彩时，就有可能显示出一彩色图象。另外，可使用双轴延迟板21和22作为延迟板。因此，当光垂直地透射过液晶层20时所获得的相位同光倾斜地透射过液晶层20时所获得的相位之间的差通过光透射过两个双轴延延板21和22而被补偿，从而可增大视角。
作为第二实施例的一个例子，彩色液晶显示装置被如下构成。该彩色液晶显示装置除了下面所述的不同外具有与第一实施例中所举的例子相同的结构。其不同处在于，本装置中的取向膜17和18的取向处理方向17a和18a的角度、双轴延迟板21和22的延展轴21a和22a的角度，以及偏振板23和24的透射轴23a和24a的角度被分别设置为如图6所示的中心角。
在彩色液晶显示装置中，当作用电压的有效值小于2.32v时，显示色彩变为红紫色；当有效值落在2.42v到2.60v之间时，显示色彩变为白色；当有效值落在2.98v到3.02v之间时，显示色彩变为蓝紫色；而当有效值为3.5v或更高时，显示色彩变为黑色。因而，可以显示出一彩色图象。
如上面所描述的，依据第二实施例的彩色液晶显示装置，如在第一实施例中的那样，可通过对作用在液晶上的电压的控制来控制显示色。因而，可以显示任意的彩色图象。此外，可以增大视角，并减少因温度改变而导致的色彩错误配准或类似的情况。[第三实施例]
在第三实施例中，两个用作彩色调节光学元件的复折射元件被配置在液晶单元的一侧。
图7为一剖视图，其示出了依据第三实施例设计的一彩色液晶显示装置31的结构；而图8为一平面图，其示出了彩色液晶显示装置31的光轴的位置。
参见图7，一液晶单元12以这样一种方式构成，即一第一基板(此后称作上玻璃基板)13和一第二基板(此后称作下玻璃基板)14被彼此相对配置，而它们之间留有小的空隙，比如6.8μm的间隙，空隙内封有一液晶层。由诸如ITO(铟锡氧化物)的导电材料构成的多数扫描电极15和多数信号电极16被分别配置在上玻璃基板和下玻璃基板的相对的表面，使它们彼此交叉排列。
取向膜17和18被分别配置在液晶单元12的上玻璃基板和下玻璃基板的内表面的装于上玻璃基板和下玻璃基板内表面上的扫描电极15和信号电极16的前表面上。取向膜17和18用来限定液晶分子的取向方向。取向膜17和18通过磨擦或类似的方法受到取向处理，从而将相邻的液晶分子的平行的方向调整到取向处理方向。
一密封件19被配置在上玻璃基板13和下玻璃基板14的周边位置上并在上、下玻璃基板之间保存预定的间隙以在上玻璃基板13和下玻璃基板14之间的区域内封入液晶。
液晶层32是由包含有手性液晶的向列液晶构成的，并且液晶分子依据取向膜17和18的取向限定力以250°±20°(最好为±10°)的一扭转/取向角而被扭转取向。
液晶的光学各向异性△n约为0.2，而液晶层32的厚度d被设置为约6.8μm。即，乘积△n·d被设置为△n·d＝1,360nm±100nm。
在配置于上玻璃基板13上的第一复折射元件34上的一第二复折射元件33具有由一复数定义的折射率。假设在垂直于第二复折射元件33的厚度方向的一平面上，一可以获得最大折射率的方向(面内延展方向)由X方向表示，一在同一面上垂直于X方向的方向由Y方向表示，并且厚度方向由Z方向表示。在这种情况下，在X、Y和Z方向上的复折射率Nx、Ny和Nz由下列数字方程式(2)到(4)表示：
Nx＝nx－iKx    (2)
Ny＝ny－iKy    (3)
Nz＝nz－iKz    (4)其中，nx、ny和nz为折射率，i为一虚数，而Kx、Ky和Kz为吸收系数。
折射率nx、ny和nz满足nx＞nz＞ny。一折射率各向异性△n＝nx－ny同一厚度t的乘积△n·t被设置为不小于1,500nm，并且最好为1,600nm±30nm，而Rz值被设置为0.3到0.7，并且最好为0.45±0.1。
吸收系数Kx、Ky和Kz是波长λ的函数，并且可分别由Kx(λ)、Ky(λ)和Kz(λ)表示。
在这种情况下，如图9所示，吸收系数Kx(λ)、Ky(λ)和Kz(λ)具有负倾角，这样，这些吸收系数与波长λ成反比，亦即具有负波长相依性。
下面将对普通折射率和复折射率的差别予以说明。假设光为一种波。在这种情况下，入射到具有一普通折射率的光学元件(比如一延迟板)上的光的强度振幅由Ii表示，出射光的振幅Io可由方程式(5)表示。当入射到具有一复折射率的复折射元件上的光的强度振幅由Ii表示时，出射光的振幅Io可由方程式(6)表示。
Io＝e-i2πnt/λ                …(5)
Io＝e-2πkt/λ·e-i2πnt/λ    …(6)其中t为延迟板或复折射元件的厚度，并且方程(6)中的exp(-2πkt/λ)为一吸收项。
用于计算经过通用光学元件或复折射元件的光的偏振状态的琼斯矩阵，对普通光学元件来说可用矩阵(7)表示，而对复折射元件而言可用矩阵(8)表示。 e - iπΔnt / λ O O e iπΔnt / λ - - - - - ( 7 ) e - π ( kx + ky ) t / λ e - πΔkt / λ . e - inΔnt / λ 0 0 e πΔkt / λ . e - inΔnt / λ - - - ( 8 ) 其中△n为nx同ny的差(nx－ny)，而△k为Kx同Ky的差(Kx－Ky)。
在本实施例中，△k几乎为零，即Kx和Ky各自的值几乎相等(更确切地说，它们具有几乎相等的函数)，并且Kz也具有一与Kx和Ky的每一个都相等的值。
第一复折射元件34也具有由一复数定义的复折射率，并且具有一带负倾角的吸收系数。第一复折射元件34的△n·d的值不小于1,500nm，并且最好为1,550nm±30nm；其中Rz值为0.3到0.7，并且最好为0.45±0.1。
上偏振板23和下偏振板24屏蔽(吸收)掉在吸收轴方向上的入射光的偏振光成分，并且透射过垂直于吸收轴方向的偏振光成分。
反射板25被配置在下偏振板24的下表面上，并且将入射到上偏振板23上并透射过液晶单元12和下偏振板24的光再反射到液晶单元12的那侧。
图8利用构成元件的平面图例示了液晶单元12的取向处理方向、复折射元件33和34的光轴(面内延展轴)、以及偏振板23和24的透射轴的一个组合状态。
按图8所示，上偏振板23的透射轴23a被设置成与下取向膜18的取向处理方向的交角为50°±10°(与参考线S的交角为85°±10°)。
第二复折射元件33的延展轴(在面上具有最大折射率的轴)33a被设置成与下取向膜18的取向处理方向的交角为25°±10°(与参考线S的交角为10°±10°)。
第一复折射元件34的延展轴34a被设置成与下取向膜18的取向处理方向18a的交角为15°±10°(与参考线S的交角为50°±10°)。
下偏振板24的透射轴24a被设置成下取向膜18的取向处理方向18a的交角为45°±10°(与参考线S的交角为10°±10°)。
下面将对具有上述结构的彩色液晶显示装置的着色原理予以说明。
在图7中从上面入射到彩色液晶显示装置11的上表面侧的光经过上偏振板23被改变为线性偏振光。当线性偏振光透射经过复折射元件33和34时，该线性偏振光受到一与复折射元件33和34的延迟值以及诸如延展轴33a和34a的位置那样的光定位条件相对应的双折射作用，从而获得椭圆偏振光成分，而该椭圆偏振光成分的偏振状态因其各自不同的波长而彼此不同。当这些具有不同波长的椭圆偏振光成分透射经过液晶单元12时，这些椭圆偏振光成分受到一与液晶单元12的光定位条件和延迟值相对应的双折射作用，从而改变它们的偏振状态。
当这些因不同波长而具有不同偏振状态并且受到了复折射元件33和34以及液晶单元12的双折射作用的椭圆偏振光成分入射到下偏振板24上时，一与下偏振板24的透射轴24a相重合的偏振光成分即透射过下偏振板24。
透射过下偏振板24的光通过反射板25被反射并且沿与上述光径相反的路径从彩色液晶显示装置11的上表面侧射出，而出射光的颜色即被用作一显示色。
复折射元件33和34，它们每一个的延迟都几乎是一预先确定的值，该预先确定的值是依那个相应的复折射元件的折射率各向异性△n与厚度t的乘积△n·t被确定的；而液晶单元12的延迟则是依液晶分子的取向状态被确定的。因此，当液晶分子的取向状态通过改变作用在彼此相对的电极15和16上的电压而被改变，以改变液晶单元12的偏振作用时，从而也就改变了显示色彩的色调和亮度。
假设复折射元件33和34的虚数项，即吸收系数Kx、Ky和Kz分别具有与波长无关的预定值。在这种情况下，与作用在电极15和16上的电压V相对应的红光(610nm)、绿光(550nm)、和蓝光(450nm)的出射强度如图10A所示进行变化。更具体地说，具有较长波长的红光，其强度当电压V发生变化时以较长的周期进行变化。具有较短波长的绿光或蓝光，当电压V变化时，其强度以较短的周期进行变化。由于这一原因，既使在一电压范围内，当红光具有一预定的强度或更高的强度时，在此电压范围内绿光或蓝光也会在某种程度上出现一高强度。亦即，按图10A所示的特征，绿色或蓝色光具有相对地高强度的区域落在了红色出射光具有一高强度的区域内。因此，在红光和绿光或蓝光一起出射时，具有一高色纯度的红光并不能够被较容易地分离出来。
由于使红色出射光处于相对较低的强度的电压区域较大，因此在这一电压区域内，就可以将绿色或蓝色出射光分离出而不出现混色。
当吸收系数K(X)具有如图9所示的负波长依赖性(吸收系数与波长成反比)时，光的吸收比率随光的波长的增大而减小。因此，如图10B所示，绿或蓝光的强度相对地要比红光的强度低。如果红光和绿或蓝光同时出射时，并且出现混色，由于绿或蓝光的强度低而使这种混色的影响较小。因而，具有高色纯度的红色可被显示出来。
可以在一个相对较大的电压区域中对绿色或蓝色的显示进行选择，在这一区域中红色出射光的强度较低，并且绿光和蓝光以相对较短的周期发生变化。因此，绿光和蓝光可以被较容易地彼此分离出来，并且可以显示出具有高色纯度的绿色和蓝色。
如上所述，按上面的实施例，加在液晶层32上的电场(有效电压)通过控制作用在扫描电极15和信号电极16上的电压而被控制，以对液晶层32的双折射特性进行控制。因而所需的颜色，特别是具有高色纯度的三原色就可以被显示出来。
扫照上述的结构，使用了复折射元件33和34，它们的每一个都在厚度方向上具有一相位差。因此，当光垂直地透射过液晶层32所获得的相位同当光倾斜地透射过液晶层32所获得的相位之间的差就通过光透射过复折射元件33和34而被补偿，从而增大了视野角。
显示色彩不仅通过液晶层32的双折射功能而且通过复折射元件33和34的双折射功能而获得。所使用的两个复折射元件33和34，它们的每一个都具有双折射功能，而它们的双折射功能的温度依赖性要小于液晶层32的双折射功能的温度依赖性。因此，既使当液晶层32的延迟因温度的变化而发生变化时，这一延迟上的变化只对显示色彩产生相对较小的影响。从而就减小了因温度变化对显示色彩造成的改变。
随着作用在液晶层32上的电压(有效电压)的增大，显示色彩按照白、红、蓝和绿的顺序依次改变。三原色和白色均可被显示出来，这样就能够满意地获得一实用的彩色图象。
作为第三实施例的一个例子，彩色液晶显示装置可以按下述条件构成。即，取向膜17和18的取向处理方向的角度、复折射元件33和34的延展轴的角度、以及偏振板23和24的透射轴的角度被分别设置为如图8所示的中心角，液晶层32的厚度被设置为6.8μm，并且△n·d的值被设置为1,390nm。复折射元件33和34对于610nm波长的吸收系数被设置为0.05，对于550nm波长的吸收系数被设置为0.09，而对于450nm波长的吸收系数被设置为0.12。对加到扫描电极15和信号电极16上的信号进行控制，以静态地驱动该彩色液晶显示装置。
在这种情况下，如图11所示，当一静态电压，比如所加电压的有效值小于2.04v时，该彩色液晶显示装置的显示色彩变为白色；当有效值落在2.12v到2.18v的区段时，显示色彩变为红色；当有效值落在2.19v到2.21v的区段时，显示色彩变为蓝色；当有效值为2.27v或更大时，显示色彩变为绿色。每一显示色彩都具有一高色纯度，如图12的CIE图所示。
作为一比较例，可这样构成一彩色液晶显示装置，即该彩色液晶显示装置在结构上除了下面所述的不同处以外，其它部分完全与上面的例子相同。其不同处在于，本例的彩色液晶显示装置配置了两个复折射元件33和34，其中的每一个都具有一在波长为610nm、550nm和450nm时，值为0.10的吸收系数。加在扫描电极15和信号电极16上的信号可被控制，以静态地控制该彩色液晶显示装置。
在这种情况下，当一静态电压，比如所加电压的有效值小于2.04v时，该彩色液晶显示装置的显示色彩变为白色；当有效值落在2.15v到2.17v的区段时，显示色彩变为黄色(红黄色)；当有效值落在2.18v到2.22v的区段时，显示色彩变为蓝色；而当有效值为2.26v或更大时，显示色彩变为绿色。红光的色纯度是较低的。
从上面的实例和比较例可以明显看出，按照本发明具有高色纯度的三原色，特别是具有高色纯度的红色可被显示出来。
在按照本例子设计的彩色液晶显示设备中，因温度变化而造成的显示色彩上的改变是较小的，并且增大了可视角。[第四实施例]
第四实施例可通过改变第三实施例中的两个复折射元件及它们的位置而获得。
在第三实施例中，两个复折射元件33和34被配置在上玻璃基板13和上偏振板23之间。然而，复折射元件的位置是可以任意确定的。更具体地，如图13所示，一复折射元件36可以被配置在上玻璃基板13和上偏振板23之间，而一复折射元件37则可配置在下玻璃基板14和下偏振板24之间。
当复折射元件36和37按上面所述配置时，取向膜17和18的位置处理方向17a和18a、复折射元件36和37的延展轴36a和37a、以及偏振板23和24的透射轴23a和24a可按图14所示配置。
如图14所示，上偏振板23的透射轴23a被设置成与下取向膜18的取向处理方向18a的交角为80°±10°(与参考线S的交角为45°±10°)。
一个复折射元件36的延展轴(在一平面内具有一最大折射率的轴)36a被设置成与下取向膜18的取向处理方向18a的交角为35°±10°(与参考线S的交角为0°±10°)。
另一个复折射元件37的延展轴37a被设置成与下取向膜18的取向处理方向的交角为10°±10°(与参考线S的交角为45°±10°)。
下偏振板24的透射轴24a被设置成与下取向膜18的取向处理方向的交角为45°±10°(与参考线S的交角为10°±10°)。
复折射单元36具有一不小于1,500nm并且最好为1,600nm±30nm的△n·t值，以及一0.3到0.7(最好为0.45°±0.1)的Rz值。液晶层32具有一1,350nm±100n m.的△n·d的值。复折射元件37具有一不小于1,500nm并且最好为1,600nm°±30nm的△n·t值，以及一0.3到0.7(最好为0.45±0.1)的Rz值。
按照上述结构，当对作用在液晶层32上的有效电压进行控制，以控制显示色彩时，就可以显示出一彩色图象。特别地，具有高色纯度的三原色可以被显示出来。此外，使用了复折射元件36和37，它们的每一个都在厚度方向上具有一相位差。由于这一原因，当光垂直地透射过液晶层32时所获得的相位同当光倾斜地透射过液晶层32时所获得的相位之间的差通过光透射过上述复折射元件36和37而被补偿，从而增大了视野角。
如上所述，按照本发明设计的彩色液晶显示装置，能够显示出具有高色纯度的三原色。此外，还增大了视角，并减少了因温度变化造成的颜色错误配准或类似的情况。
第三和第四实施例都描述了一个例子，其中的每一个例子都有两个复折射元件被配置在偏振板23和24之间。然而，本发明并不局限于第三和第四实施例，一个或三个或更多个复折射元件可被配置在上偏振板和下偏振板23和24之间。
在第三和第四实施例的每一个中，都使用了一复折射元件，该复折射元件具有在彼此相互垂直的三个方向上不同的折射率。然而复折射元件并不局限于在第三和第四实施例中所使用的复折射元件。
在描述中，假设复折射率的虚数项的吸收系数Kx、Ky和Kz彼此几乎相等。然而，这些系数也可以彼此不一样。此外，在图9所示的例子中，复折射率的虚数项的吸收系数Kx、Ky和Kz是随波长λ的增大而均匀减小的。然而，如果红光波长范围内的一吸收系数小于绿光或蓝光波长范围内的吸收系数，则其变化的状态和大小可任意设定。[第五实施例]
按照第五实施例，由从一个表面到另一个表面的扭转取向物质分子构成的一扭转取向延迟板被配置作为一色彩调节光学元件，并且该扭转取向延迟板的物质分子的扭转/取向角被设置为与液晶层的液晶分子的扭转/取向角的值相同，但方向相反。
在依照第五实施例设计的彩色液晶显示装置中，如图15所示，使用一液晶单元12，该液晶单元12中的液晶分子38a被扭转取向并且以180°到270°的扭转/取向角被取向；并且还使用了一延迟板40，其物质分子以180°到270°被扭转取向。该彩色液晶显示装置包括液晶单元12、扭转取向延迟板40、以及一对偏振板23和24。一对偏振板23和24被配置在液晶单元12的前表面侧和后表面侧，而扭转准直延迟板40被配置在液晶单元12和前表面侧(图15中的上侧)的上偏振板23之间。
在第五实施例的彩色液晶装置中，配置在入射侧，即前表面侧的上偏振板23的透射轴23a被相对于配置在前表面侧的扭转取向延迟板40的前表面侧上的分子取向方向倾斜地偏转一预定的角度。在反射侧，即后表面侧的下偏振板24的透射轴24a被倾斜地移动使其与液晶单元后表面侧上的液晶分子取向方向18a保持一预定的角度。
在本实施例中，扭转取向延迟板40是由一种薄膜构成的，这种薄膜是通过对聚合物液晶进行扭转取向并将其固化而获得的。在扭转取向延迟板40中，物质分子的△n1d1值和扭转/取向角被设置为分别与液晶单元12的△n1d1值和液晶分子的扭转/取向角近于相等。扭转取向延迟板40的分子的扭转取向方向被设置为与液晶单元12的液晶分子的扭转方向相反，而偏振板对23和24的透射轴被设置为彼此近乎平行。注意，在本实施例中，液晶单元12的液晶分子的扭转角度和扭转取向延迟板40的扭转/取向角度被设置大约为250°。
更具体地，如图16所示，在液晶单元12的后表面侧上的液晶分子取向方向18a具有一与参考线S交角约215°(在图16中是逆时针方向215°)的方向，并且在前表面侧上的液晶分子取向方向17a具有一与在后表面侧上的取向方向18a交角约250°的方向，而液晶38的分子38a从后基板14到前基板13以约250°(在图16中顺时针250°)的扭转/取向角被扭转取向。
在扭转取向延迟板40的后表面侧上的分子取向方向40b具有一与参考线S的交角约55°(在图16中逆时针55°)的方向，而在前表面侧上的分子取向方向40a具有一与在后表面侧上的分子取向方向40b的交角约250°的方向。因而，扭转取向延迟板40的物质分子，即聚合物液晶分子以250°(在图16中逆时针250°)的扭转/取向角从扭转取向延迟板40的后表面到其前表面被扭转取向。
更具体地，扭转取向延迟板40的物质分子是在与液晶单元12的液晶分子取向方向相反的方向上以与液晶分子的扭转/取向角度近于相等的扭转/取向角度而被扭转取向的。
如图16所示，上偏振板23的透射轴23a和下偏振板24的透射轴24a被移到与参考线S交80°(在图16中逆时针80°)的交角处。上偏振板23的透射轴23a被移到与在相邻于上偏振板23的扭转取向延迟板40的入射侧(前表面侧)上的分子取向方向40a交45°的交角处。下偏振板24的透射轴24a同上偏振板23的透射轴23a近乎平行。
在本实施例的彩色液晶显示装置中，在配置于入射侧的扭转取向延迟板40的入射侧(前表面侧)上的分子取向方向从入射侧，即前表面侧的偏振板23的透射轴23a被倾斜地偏转。由于这一原因，入射经上偏振板23的线性偏振光通过扭转取向延迟板40的双折射功能而被偏振，以获得椭圆偏振光。该椭圆偏振光又通过液晶单元12的液晶层的双折射功能被偏振并入射到下偏振板24。
扭转延迟板40的双折射功能是由该扭转取向延迟板40的特性确定的。然而，由于液晶单元12的液晶层的双折射功能依液晶分子38a的取向状态而变化，因而入射到下偏振板24上的椭圆偏振光的偏振状态依作用在液晶单元12上的电压而改变。
当入射到下偏振板24上的光为椭圆偏振光时，透射经过下偏振板24的光只有能透过下偏振板的偏振光成分经下偏振板24射出。该出射光变为与出射光的波长带相对应的着色光。该着色光被反射板25反射，并经下偏振板24、液晶单元12、扭转取向延迟板40以及上偏振板23从显示装置的前表面端射出。
在如上所述的彩色液晶显示装置中，扭转取向延迟板40的△n1d1值和其分子取向方向的扭转/取向角度被设置为近乎分别等于液晶单元12的△n2d2值和其液晶分子的扭转角度，扭转取向延迟板40的扭转取向方向被设置为与液晶分子的扭转取向方向相反，并且上、下偏振板23和24的透射轴23a和24a被设置成几乎彼此平行。因此，当液晶分子38a被设置为初始偏振状态时，液晶单元12具有一消色功能。因而，当没有一个ON电压作用在液晶单元12的电极15和16上时，入射到下偏振板24上的光变为与光入射到液晶显示装置时所获得的线性偏振光相同的线性偏振光，获得无色光(白光)作为出色光。
在本彩色液晶显示装置中，着色光的颜色可以通过控制作用在液晶单元12上的电压而被改变。从而，可以显示出多种颜色。
下面将对本彩色液晶显示装置的显示色彩的一个例子进行说明。例如，扭转取向延迟板40的△n1d1和液晶单元12的△n2d2的值被设置为843nm，并且液晶单元12的液晶分子取向方向17a和18a、在扭转延迟板40的前表面和后表面上的分子取向方向40a和40b、上偏振板23和下偏振板24的透射轴23a和24a按图16所示设置。此时，与所加电压(有效电压)有关的着色光的情况如下。
当电压为1.9v或更小时，初始显示色彩为“白色”。
当电压加到2.0到2.2v时，显示色彩为“黄色”。
当电压加到2.3到2.4v时，显示色彩为“紫色”。
当电压加到2.6到3.0v时，显示色彩(最终显示色)为“红色”。因而，当对作用在液晶单元12上的电压进行控制以获得这些颜色时，除了无电压时的“白色”和作为最终显示色彩的“红色”外，还可以显示出“黄色”和“紫色”。
在本彩色液晶显示装置中，光可以在不使用滤色片的情况下，通过扭转取向延迟板40的双折射功能、液晶单元12的液晶层的双折射功能，以及偏振板23和24被着色。因此，可以提高彩色液晶显示装置的透射率，并可显示出明亮的彩色图象。
在本彩色液晶显示装置中，液晶单元12具有以约250°的大的扭转/取向角被扭转取向的液晶分子38a，并且扭转取向延迟板40的物质分子的扭转/准直角也较大，约为250°。因此，就提高了液晶单元12的液晶层和扭转取向延迟板40的双折射功能，从而可获得更好的着色效果。
在本彩色液晶显示装置中，在入射侧的扭转取向延迟板40的分子取向方向同在入射侧即前表面侧的上偏振板23的透射轴23a之间的转角被设置约为45°。因此就提高了扭转取向延迟板40对于线性偏振光的双折射功能，并且因而可获得清晰的着色光。
在第五实施例中，液晶单元12和扭转取向延迟板40是这样配置的，即使得扭转取向延迟板40位于入射侧(前表面侧)。然而，液晶单元12和扭转延迟板40也可配置为使液晶单元12位于入射侧。在这种情况下，当在液晶单元12的入射侧即前表面侧的液晶分子取向方向17a从上偏振板23的透射轴被倾斜地转动时，入射经过上偏振板23的线性偏振光通过液晶单元12的液晶层的双折射功能而被变为椭圆偏振光。该椭圆偏振光收到扭转取向延迟板40的双折射作用，而后入射到下偏振板24上。
按照上面所述，当液晶单元12被配置在入射侧时，在扭转取向延迟板40的入射侧的分子取向方向被相对于上偏振板23的透射轴适好地倾斜偏转。以这种方式，当液晶单元12的液晶分子38a被取向为垂直状态时，即，当入射光在未受到液晶层的双折射作用而被透射过液晶单元12时，光(线性偏振光)通过扭转取向延迟板40的双折射作用而被椭圆地偏振，并且可使该椭圆偏振光入射到下偏振板24上。
上和下偏振板23和24的透射轴23a和24a可以相互垂直。在该情形中，当液晶单元12的液晶分子38a被设置在初始取向状态中时，“黑”被显示。
另外，在第五实施例中，当不需得到无色彩显示时，液晶单元12的△n2d2、液晶分子的扭转/取向角、液晶分子的扭转方向以及上、下偏振板23和24的透射轴23a和24a的方向可以被任意设定。
在此实施例中，在该由液晶单元12和扭转取向延迟板40构成的两个部件中设置在入射侧的一个部件的入射侧的分子取向方向相对于上偏振板23的透射轴23a的偏移了45°。然而，该偏移角度可以任意设定。
在该彩色液晶显示装置中，通过上偏振板23射的线性偏振光被由该由扭转取向延迟板40和液晶单元12构成的双部件的一个(设在入射侧的)的双折射作用改变为椭圆偏振光。当线性偏振光相对于该部件入射侧的分子取向方向偏移45°角入射时，该部件对该线性偏振光的双折射作用最大。因此，为了得到生动的彩色光，在该扭转取向延迟板40的分子取向方向40a和液晶单元12入射侧的液晶分子取向方向17a中，该设置在入射侧的一个方向与在入射侧的上偏振板23的透射轴23a之间最好具有约45°的偏移角。当该偏移角在45°±5°的范围内时，可以得到生动的着色光。[第六实施例]
根据第六实施例，用作色彩调节光学元件的一扭转准直的延迟板被叠置在一液晶单元上，该扭转取向的延迟板的扭转/取向角具有液晶分子的扭转/取向角，该扭转取向延迟板的扭转/取向角及该液晶分子的扭转/准直角的和被设定为230°至270°。
参看图17，液晶41由含有手性液晶的向列液晶混合而成，且其液晶分子根据取向膜17和18的取向限定力以(250°-φ)±20°(最好±10°)的扭转/取向角被扭转取向。在此例中，φ是扭转取向延迟板42的分子的扭转/取向角(后将描述)。
折射率各向异性△n被设为约0.2，且液晶层41的厚度d被设为6800·(250-φ)/250nm 。
该扭转取向延迟板42如此构成，即使得通过从一个表面到另一表面以一预定角φ扭转取向聚合物液晶分子及固定该聚合物液晶分子在此状态而得到的一个层(膜)被夹在由三乙酸纤维素(TAC)等构成的保护膜之间。其扭转取向方向与液晶层41的相同。该液晶分子的扭转取向角(250°－φ)±20°及该扭转准直延迟板42的液晶分子的扭转角φ的和被设定为此液晶显示器所要求的扭转/取向角(250°±20°)。
该扭转取向延迟板42的扭转/取向角φ被设定为总扭转/取向角(250°±20°)的10-30％，即，约50°±25°。该扭转取向延迟板42的折射率各向异性△n被设定为约0.2，且该扭转取向延迟板42的厚度d被设定为约6800·φ/250nm。
液晶层41的液晶分子的扭转/取向角(250°－φ)±20°及扭转取向延迟板42的材料分子的扭转/取向角φ的和为250°±20°，此角度是推断为此彩色液晶显示装置所要求的。液晶层41的延迟及扭转取向延迟板42的延迟的和为1360nm±100nm，此值被推断为此彩色液晶显示装置中所要求的。
更具体地，该彩色液晶显示装置具有以下结构。即，一个光学地设计为具有0.2的光学各向异性△n及6800nm的厚度d的液晶层被以由叠置一具有(250°－φ)±20°的扭转/取向角、一0.2的光学各向异性△n及6800·(250°－φ)/250nm的厚度的液晶层41于一具有扭转/取向角φ、0.2的光学各向异性△n及6800·φ/250nm的扭转取向延迟板42上而构成的结构取代。
一个第一延迟板43是一双轴延迟板，其中，如果分别以nx、ny、nz表示在一个垂直于厚度方向的平面内得到最大折射率的方向(平面内延展方向)上的折射率、在该平面内垂直于该延展轴的方向上的折射率及厚度方向的折射率，则满足nx＞nz＞ny。折射率各向异性△n＝nx－ny与厚度d的一个△n－d乘积被设定为不小于1500nm，且最好为1600nm±30nm，且Rz值被设定为0.3至0.7，且最好为0.45±0.1。
一个第二延迟板44是一双轴延迟板，其具有被设定为不小于1500nm(最好为1550nm±30nm)的乘积△n·d，以及被设定为0.3至0.7(最好为0.45±0.1)的Rz值。
上偏振板23及下偏振板24在一吸收轴方向遮蔽(吸收)入射光的一偏振光成分且使垂直于该吸收轴方向的一偏振光成分透过。
一反射板25设置在下偏振板24的下表面上，并且向液晶单元12的方向反射入射在上偏振板23上并透射过液晶单元12及下偏振板24的光。
图18用构成元件的平面图显示了液晶单元12的取向处理方向、延迟板43和44的光轴以及偏振板23和24的透射轴的一种组合情况。
如图18所示，为液晶单元12的下取向膜18进行的取向处理的方向18a相对于一参考线S倾斜35°±10°，且靠近下取向膜18的液晶分子沿着取向处理方向18a取向。
为液晶单元12的上取向膜17进行的取向处理的方向17a被设定在以(70°－φ)±10°的角度与该下取向膜18的取向处理方向18a相交的方向上，且靠近上取向膜17的液晶分子被沿着该取向处理方向17a取向。
以此方式，液晶分子被从下玻璃基板14向上玻璃基板13顺时针扭转了(250°－φ)±20°(最好±10°)。
上偏振板23的透射轴23a被设置为以50°±10°的角度与下取向膜18的取向处理方向18a相交(相对于参考线S为85°±10°)。
第二延迟板43的延展轴43a(在一平面内具有最大折射率的延迟轴)被设定为以25°±10°与下准直膜18的取向处理方向18a相交(相对于参考线S为10°±10°)。
第一延迟板44的延展轴44a被设定为以15°±10°与下取向膜18的取向处理方向18a相交(相对于参考线S为50°±10°)。
靠近扭转取向延迟板42的下表面的液晶分子的准直方向42a被设定为与上取向膜17的取向处理方向17a平行(相对于下取向膜18的液晶分子取向处理方向18a为(70°－φ)±20°)，而靠近扭转延迟板42的上表面的材料分子的取向方向42b被设定为以250°±20°与下取向膜18的液晶分子取向处理方向18a相交(相对于参考线S为35°±10°)。
下偏振板24的透射轴24a被设定为以45°±10°与下取向膜18的取向处理方向18a相交(相对于参考线S为10°±10°)。
下面将说明具有上述结构的彩色液晶显示装置的着色原理。
从图17的上方入射到该彩色液晶显示装置的上表面侧的光透过上偏振板23后变为线性偏振光。当该线性偏振光透射过第一和第二延迟板43和44时，该线性偏振光受到一个对应于该第一及第二延迟板43和44的延迟值及诸如延展轴43a和44a的位置等的光学定位条件的双折射作用，由此获得椭圆偏振光成分，该椭圆偏振光在各波长的偏振状态彼此不同。当这些具有不同波长的椭圆偏振光成分透射过扭转延迟板42和液晶单元12时，该椭圆偏振光成分受到一个对应于扭转延迟板42及液晶单元12的光学定位条件及延迟值的双折射作用，由此改变它们的偏振状态。
当该在不同的波长具有不同偏振状态并接受了第一和第二延迟板43和44、扭转延迟板42以液晶单元12的双折射作用的椭圆偏振光成分入射到下偏振板24上时，只有与下偏振板24的透射轴24a一致的偏振光成分透射过该下偏振板24。
该透射过下偏振板24的光被反射板25反射并通过与上述光路相反的光路从该彩色液晶显示装置的上表面侧射出，由此得到出射光的一合成色彩作为显示色彩(一具有在该出射光的谱强度为最高的波长的显示色彩)。
该第一及第二延迟板43和44以及扭转延迟板42的延迟几乎被设定为预定值，而该液晶单元12的延迟则根据液晶分子的被取向状态改变。因此，当通过改变作用在液晶单元12上的电压值而改变液晶分子的取向状态时，该液晶单元的延迟即被改变，相应地该液晶单元12的双折射作用亦改变，且显示色彩的色调及亮度也相应改变。
更具体地，当没有电压作用在扫描电极15与信号电极16之间时，入射到该彩色液晶显示装置上的光受到第一和第二延迟板43和44的双折射作用，扭转延迟板42的双折射作用以及对应于液晶分子的初始取向状态的双折射作用，由此得到在各波长偏振状态彼此不同的椭圆偏振光成分。透射过下偏振板24、由反射板25反射并通过一相反光路从该液晶显示装置的上表面侧射出的光线的色彩即成为对应于第一、第二延迟板43、44和扭转延迟板42的延迟以及设置在初始取向状态的液晶层的延迟的色彩。
当作用一个电压在液晶单元12的电极15和16之间，且随着有效电压的值增加时，液晶分子逐渐地从初始扭转状态立起。液晶单元12的延迟根据立起的准直状态改变，且入射在彩色液晶显示装置上的光受到扭转延迟板42及第一和第二延迟板43和44的双折射作用以及对应于液晶单元12的该改变的双折射作用，由此得到对应于这些偏振作用的椭圆偏振光成分。由于此原因，此时得到一种与未向液晶单元12作用电压时得到的显示色彩不同的显示色彩。
当具有使液晶分子几乎垂直地取向的幅度的电压作用在该液晶单元12上时，该液晶单元12的延迟变为几乎为“0”。因此，液晶单元12的双折射功能亦几乎为零，且入射到彩色液晶显示装置上的光变为对应于扭转取向延迟板42及第一和第二延迟板43和44的双折射作用的椭圆偏振光成分。该椭圆偏振光成分通过下偏振板24、反射板25以及其中相反的光路从该彩色液晶显示装置中射出，且该光被着色为对应于扭转准直延迟板42及第一和第二延迟板43和44的延迟的色彩。
因此，根据上述实施例中，当通过控制施加于扫描电极15和信号电极16之间的控制信号控制作用于液晶层41上的电压以控制该液晶层41的双折射特征时，可以由此显示所需的色彩。
以上述结构，通过控制作用于扫描电极15和信号电极16间的电压来控制液晶层41的取向状态，即可以控制显示色彩。液晶层41的取向状态也可随液晶层41温度的改变而改变。亦即，随着液晶层41温度的提高，液晶分子更易于垂直于基板取向。因此，即使使用于扫描电极15和信号电极16间的电压保持不变，由于液晶层41的温度变化也显示出不同的色彩。
然而，根据上述结构，液晶分子的扭转/取向角为250°±20°，该角度被推断为该液晶显示装置所要求的，是由液晶层41的扭转/取向角(250°－φ)±20°及扭转取向延迟板42的聚合物液晶分子的扭转/取向角φ的和得到的。在此例中，如图19所示，液晶层41的延迟Re41根据液晶层41的温度改变。然而，即使当扭转取向延迟板42的温度改变时，该扭转取向延迟板42的延迟Re42也改变得很少。因此，液晶层41和扭转延迟板42的合成延迟Re的变化在一个未设置扭转取向延迟板42且液晶层41的扭转/取向角被设为250°±20°的液晶显示装置中由温度变化引起的延迟的变化要小。
因此，在本实施例的液晶显示装置中，显示色彩的温度依赖性，即由温度变化引起的显示色彩的变化是小的。
例如，在一参考温度下一个具有250°的扭转/取向角的液晶层的延迟由ReA表示，在该参考温度下具有200°的扭转/取向角的液晶层的延迟由ReB表示，而具有50°的扭转/取向角的一延迟板的延迟由ReC表示。在此例中，假设在该参考温度下满足ReA＝ReB＋ReC。
如果由于温度的变化延迟ReA减小，延迟ReB以与ReA减小的比率相同地减小，而ReC几乎未改变。因此，在合成的延迟(ReB＋ReC)中的变化即小于在延迟ReA中的变化。可见在本实施例的液晶显示装置中由温度变化在合成的延迟中引起的变化是小的。因此，可不受温度变化的影响稳定地得到所需的显示色彩。
根据上述结构，由于使用了各具有光学双轴特性的第一和第二延迟板43和44，通过使光透射过该第一和第二延迟板43和44，使得当光垂直地透射过液晶层41时得到的相位与当光斜着透射过液晶层41时得到的相位之间的差得以补偿，由此增加了视野角。
随着加在液晶层41上的电压(有效电压)的增加，显示色彩以一确定的顺序顺次地变为白、红、兰及绿。三种原色及白色能被显示，因此可得到满意的所需彩色图案。
作为一个例子，可按以下条件形成一个彩色液晶显示装置。即，取向膜17和18的取向处理方向17a和18a、扭转取向延迟板42的取向方向、第一和第二延迟板43和44的延展轴43a和44a以及上和下偏振板23和24的透射轴23a和24a的配置角度被分别设定为图18所示的中心角，该扭转取向延迟板42的扭转/取向角φ设定为50°，液晶层41和扭转取向延迟板42的有效厚度和d设定为6800nm，且合成值△n·d设定为1390nm。控制施加在扫描电极15和信号电极16上的信号以静态地驱动该彩色液晶显示装置。
作为一个比较例，一彩色液晶显示装置按以下条件形成。即，液晶层41的扭转/取向角设定为250°，第一和第二延迟板43和44的延展轴43a和44a以及上和下偏振板23和24的透射轴23a和24a的配置角分别被设定为示于图18的中心角，液晶层41的厚度d被设定为6800nm，△n·d值设定为1390nm。控制施加在扫描电极15和信号电极16上的电压能静态地驱动该液晶显示装置。
当温度被设定为25°时，根据上述例子的彩色液晶显示装置，如图20A所示，当作用的电压的有效值小于2.03v时显示色彩变为白色，当作用的电压的有效值于2.14v至2.17v之间时显示色彩为红色，当作用的电压的有效值为2.19v至2.23v之间时显示色彩为兰色，而当作用的电压的有效值不小于2.28v时显示色彩为绿色。与此相反，在上述比较例中，在等于上述例子中的温度下，作用电压与显示色彩之间的关系示于图20B。
当保持作用电压不变而使液晶显示装置的温度改变时，已经确认了在上述例子中的显示色彩的改变小于该比较例。
在第六实施例中，该两块双轴延迟板43和44也可被设于下偏振板24和液晶单元12之间。该扭转准直延迟板42也可被设置于液晶单元12的下方(反射方)。在该情况中，该扭转取向延迟板42必须如下设置，即使得靠近该扭转取向延迟板42的上表面的分子取向处理方向42b与液晶单元的下取向膜18的液晶分子取向方向平行。[第七实施例]
在第六实施例中，扭转取向延迟板42和第一及第二延迟板43和44被设置在上玻璃基板13和上偏振板23之间。然而，该第一和第二延迟板43和44的位置可以任意地确定。例如，如图21所示，第一延迟板43可设置在上基板13和上偏振板23之间，一扭转取向延迟板46可叠置在下基板14之上，而一第二延迟板44可设置在扭转延迟板46和下偏振板24之间。
当第一和第二延迟板43和44如上设置时，取向处理膜17和18的取向处理方向17a和18a、靠近扭转取向延迟板46的上和下表面的分子的取向方向46b和46a、第一和第二延迟板43和44的延展轴43a和44a、以及上和下偏振板23和24的透射轴23a和24a如图22所示地设置。
如图22所示，对该下取向膜18进行的取向处理的方向18a相对于一参考线S倾斜(35°－φ)±10°，对该上取向膜17进行的取向处理的方向17a被设定在以(70°－φ)±10°与取向处理方向18a相交的方向上。液晶分子被取向为顺时针地从下玻璃基板14至上玻璃基板13扭转(250°－φ)±20°(最好为±10°)。
如在第六实施例一样，液晶的光学各向异性△n被设定为约0.2，而液晶层45的厚度d被设定为6800·(250°－φ)/250。
上偏振板23的透射轴23a被设定为以80°±10°与靠近扭转取向延迟板46的下表面的分子的准直方向46a相交(相对于参考线为45°±10°)。
第一延迟板43的延展轴43a被设定为以35°±10°与扭转取向板46的分子取向方向46a相交(相对于参考线S为0°±10°)。
靠近扭转取向延迟板46的上表面的分子的取向方向46b被设定为与下取向膜18的取向处理方向18a相平行，且靠近扭转延迟板46的下表面的分子的取向方向46a被设定为以φ角与靠近上表面的分子的取向方向46b相交。该扭转取向延迟板46的光学各向异性△n被设定为约0.2，而该扭转取向延迟板46的厚度被设定为6800·φ/250。
该第二延迟板44的延展轴44a被设定为以10°±10°与该扭转取向延迟板46的分子取向方向46a相交(相对于参考线S为45°±10°)。
下偏振板24的透射轴24a被设定为以45°±10°与扭转取向延迟板46的分子取向方向46a相交(相对于参考线S为10°±10°)。
第一延迟板43具有一个△n值不小于1500nm，且最好为1600nm±30nm，并具有一个Rz值为0.3至0.7(最好为0.45±0.1)。扭转延迟板46具有0.2的△n值及6800·(φ/250)±100nm的厚度d。液晶层45具有0.2的△n值及6800·(250-φ/250)±100nm的厚度。因此，合成的△n·d值为1360nm±100nm，第二延迟板44具有1600nm±30nm的△n·d值以及0.3至0.7(最好为0.45±0.1)的Rz值。
根据上述结构，随着作用于液晶层45上的电压的增加，显示色彩按确定的顺序顺次变为红色、紫色、白色、兰紫色及黑色。当控制施加在扫描电极15和信号电极16上的信号以控制作用在液晶层45上的电压及控制显示色彩时，即有可能显示一彩色图象。
如在第六实施例中一样，要求的(优选的)液晶分子的扭转/取向角(250°)及层厚度由液晶层45的扭转取向角(250°－φ)、液晶层45的厚度、扭转取向延迟板46中的材料分子的扭转/取向角(φ)以及扭转取向延迟板46的厚度确保。因此，由温度变化引起的延迟的变化是小的。相应地，可以不受温度影响地稳定地显示一种色彩。
在第七实施例中，虽然扭转取向延迟板46被设置在液晶单元12的下方(反射方)，其也可以被设置在液晶单元12的上方(入射方)。在该情况中，该扭转取向延迟板46必须如此设置，即使得靠近其下表面的分子取向方向46a与上取向膜17的取向处理方向相平行。[第八实施例]
根据第八实施例，一同向(homeotropic)液晶单元被用作一个用于TN型液晶单元的色彩调节光学元件，该TN型液晶单元中的液晶分子的扭转/取向角是80°至120°。
参看图23，一显示驱动液晶单元(以后称为驱动单元)50如下形成。即，用于有选择地施加电压的透明电极53和54形成在一液晶层的某些区域，一对上、下基板51和52上的取向膜55和56覆盖住电极53和54以使得电极形成表面彼此相对，而上述的液晶层58被夹在基板51和52之间。
基板51和52的取向膜55和56都是由聚酰亚胺等构成的水平取向膜。对取向膜55和56，在彼此垂直的方向上分别进行了用于限定液晶分子58a的准直方向的取向处理(例如磨擦处理)。
液晶58是一种具有正介电各向异性的向列型液晶，且液晶58的分子的取向方向在靠近取向膜处被限定为靠近取向膜的取向方向，并在基板51和52之间以80°至120°的扭转/取向角扭转。
本实施例的液晶单元是段显示型的。形成在透明基板51上的透明电极是一公共电极，而形成在下基板52上的电极54是具有对应于显示图形形状的形状的多数段电极。用作电压施加装置的驱动电路59连接在段电极54和公共电极53上。驱动电路59向液晶58作用一个对应于输入信息的电压，且液晶58的双折射效应根据该作用电压改变，由此得到对应于输入信息的彩色显示。
一色彩调节液晶单元(以后称作色彩调节单元)60是如下形成的。即，形成有用于向该液晶层均匀地施加电压的单膜式透明电极63及64，一对上、下透明基板61和62上形成有覆盖电极63及64的取向膜以使电极形成表面彼此相对，液晶68被夹于基板61和62之间。该基板61和62通过一框形密封件67彼此相连接，液晶68即被密封于基板61和62之间由该密封件67围起的区域内。请注意，该色彩调节单元60是一个具有与驱动单元相等的面积的液晶单元。
设置在色彩调节单元60的基板61和62上的该取向膜65和66是由硅烷基混合物构成的垂直取向膜，用于限定有电压时液晶分子68a的方向的取向处理(例如磨擦处理)对取向膜65和66被以相反的方向互相平行地执行。
该色彩调节单元60的液晶68是一种具有负介电各向异性的向列型液晶。液晶68的分子68a是同向地取向为垂直于取向膜65和66的表面竖起。
驱动电路69被连接到色彩调节单元60的单膜式电极63和64上，且通过该驱动电路69，一个受调节以得到所需色彩显示的电压被加于液晶68上。
驱动单元50和色彩调节单元60彼此叠置地设置，且设有一对偏振板71和72夹住该二液晶单元50和60。请注意，在此实施例中，该色彩调节单元60被设置在驱动单元50的入射侧。
反射板73是一个由具有粗糙表面(反射面)的铝薄膜构成的漫射/反射板。该反射板73设置在设于该液晶显示装置的后表面的偏振板72的外表面上，即图23中的下侧。
图24是一个显示驱动单元50和色彩调节单元60的液晶分子58a和68a的取向状态及该偏振板对71和72的透射轴的方向的平面示意图。
如图24所示，在驱动单元50的上基板51侧的液晶分子取向方向51a(取向膜55的取向处理方向)为相对于图24中的一参考线(图24中的一水平线)S反时钟转动约45°，在下基板52侧的液晶分子取向方向52a(取向膜56的取向处理方向)为相对于该取向方向51a顺时针旋转约90°±10°。驱动单元50的液晶分子从下基板52至上基板51以约90°±10°的扭转/取向角顺时针扭转。
参看图24，参考数字61a指代在色彩调节单元60的上基板61侧的取向膜65的取向处理方向；参考数字62a则指代在下基板62侧的取向膜66的取向处理方向。基板61侧及基板62侧的该取向方向61a和62a彼此平行且相反。
色彩调节单元60如此设置，即使得透明基板61和62，即当有电压时液晶分子68a的方向被设定为与参考线S相平行。请注意，液晶分子68a的平行轴具有与色彩调节单元60的法线方向相同的方向，这是由于色彩调节单元60是由同向取向的液晶分子68a构成。
另外，在偏振板对71和72中，设置在色彩调节单元60侧的上偏振板71如此设置，以使得其透射轴71a相对于图24中的参考线S反时针旋转约45°。更具体地，该上偏振板71的透射轴71a几乎与驱动单元50的上基板51侧上的取向处理方向51a平行，并且相对于当色彩调节单元60中有电压时液晶分子的方向(取向处理方向61a及62a)倾斜45°±5°。
设在驱动单元50侧的下偏振板72的透射轴72a相对于图24中的参考线S顺时针偏移45°±5°。因此，下偏振板72的透射轴72a与驱动单元50的下基板52的取向处理方向52a相平行且几乎垂直于上偏振板71的透射轴71a。
此彩色液晶显示装置是一个反射型彩色液晶显示装置，其中外来光(自然光或室内照明光)入射在前表面侧(图23的上侧并由在后表面侧的反射板73反射以进行显示。该彩色液晶显示装置被如此驱动，即使得一个ON电压有选择地加于驱动单元50的公共电极53及段电极54之间，并使加于色彩调节单元60的电极63和64之间的电压被控制。
图25显示了一个电压被加于色彩调节单元60的电极63和64之间的状态。透明电极63和64分别是覆盖液晶层整个面积的单膜式电极。因此，当一个电压被加于该电极63和64之间时，色彩调节单元60的液晶分子68a在整个液晶层的面积上从作为初始准直状态的一同向取向状态被置向及取向于一个方向(沿着基板61侧及基板62侧的取向处理方向61a和62a的方向)上。
此时，液晶分子68a的置向角θ(相对于色彩调节单元60的法线的角度)根据施加于色彩调节单元60上的电压确定。随着施加的电压的增加，该置向角θ相应地增加。
图26是显示当一电压被施加于色彩调节单元60的电极63和64之间时驱动单元50和色彩调节单元60的液晶分子58a和68a的取向状态以及偏振板71和72的透射轴的平面视图。在此例中，色彩调节单元60的液晶分子68a的平行轴几乎与参考线S平平。
下面将描述该彩色液晶显示装置的显示操作。在该彩色液晶显示装置中，经过上偏振板71入射在该彩色液晶显示装置的前表面侧的线性偏振光穿过色彩调节单元60及驱动单元50入射在下偏振板72上。
在色彩调节单元60中，当如图23所示液晶分子68a被同向地取向时，液晶68的表观折射率各向异性△n为“0”。因此，光线可无双折射地透射过色彩调节单元60。因而，当未向色彩调节单元60的电极63和64施加电压时，即，当色彩调节单元60的液晶分子68a被设定为作为初始取向状态的同向取向状态中时，该彩色液晶显示装置进行一个如仅由驱动单元50和偏振板对71和72构成的液晶显示装置一样的显示操作。
更具体地，此时，经过上偏振板71入射在色彩调节单元60上的线性偏振光经过色彩调节单元60入射在驱动单元50上而仍保持为该线性偏振光的偏振状态。
未施加ON电压时，驱动单元50的液晶分子58a被设定一初始扭转取向状态。当该ON电压被施加在电极53和54之间时，液晶分子58a被由该ON电压立起并垂直于基板51和52的表面取向。
因此，在对应于驱动单元50的液晶分子58a被设定在一扭转取向状态的区域的背景区域中，入射在驱动单元50上的线性偏振光受到液晶分子58a的旋转偏振作用，且该光被以90°旋转偏振，从驱动单元50射出并入射在下偏振板72上。
在对应于驱动单元50的液晶分子58a被由ON电压竖起及取向的区域的显示区域中，当液晶58的双折射效应(△n)表观地变为“0”时，驱动单元50的旋转偏振作用几乎为零。因此，入射在驱动单元50上的线性偏振光从该驱动单元50射出并入射在下偏振板72上而保持该线性偏振光的偏振状态不变。
在此实施例中，上和下偏振板71和72的透射轴71a和72a几乎彼此垂直。因此，在对应于驱动单元50的液晶分子58a被设定为扭转取向状态的区域的背景区中，从驱动单元50射出并入射到下偏振板72上的线性偏振光透射过下偏振板72，由此得到一个显示“白”。在对应于驱动单元50的液晶分子58a被竖起及取向的区域的显示区中，从驱动单元50射出并入射在下偏振板72上的线性偏振光被下偏振板72吸收，由此得到一个显示“黑”。
更具体地，在该彩色液晶显示装置中，当没有电压作用在色彩调节单元60的电极63和64之间时，作为一个正显示型TN液晶显示装置，显示信息被在“白”背景中以“黑”显示。
当一个施加于色彩调节单元60的透明电极63和64之间的电压将液晶分子68a从同向取向的状态置于一个方向时，该色彩调节单元60具有与延迟板相同的双折射效应。
更具体地，一个其液晶分子被取向为置向于相对其法线的一个方向上的液晶单元可看作是一个具有与该液晶分子的平行轴相同方向的延迟轴的延迟板。因此，当色彩调节单元60的液晶分子68a被如图25置向及取向于一个方向上时，该色彩调节单元60即具有与其延迟轴方向与图26所示的分子平行轴相同的延迟板一样的双折射效应。
此时，该色彩调节单元60的液晶68的表观折射率各向异性△n即由式(9)表示。该折射率各向异性△n根据液晶分子68a的置向角θ(图2 5)而改变。 Δn = neno n e 2 cos 2 θ + n o 2 sin 2 θ - n o - - - - ( 9 )
其中，ne：对于非常光的折射率
no：对于正常光的折射率
为此，一个电压被施加于色彩调节单元60的电极63和64之间以置向及取向液晶分子68a于一个方向。在此例中，当经过上偏振板71入射在色彩调节单元60上的线性偏振光穿过色彩调节单元60时，该线性偏振光的偏振状态被该色彩调节单元60的双折射效应改变而得到椭圆偏振光，且该椭圆偏振光入射在驱动单元50上。
如上所述，在没有ON电压时，驱动单元50的液晶分子58a被设定在一扭转/取向状态中。当将ON电压施加在电极53和54之间时，液晶分子58a被该ON电压竖起并被几乎垂直于基板51和52的表面取向。因此，在对应于驱动单元50的液晶分子58a被设定为扭转/取向状态的区域的背景区中，经过上偏振板71入射的线性偏振光被色彩调节单元60的双折射效应改变为椭圆偏振光，且通过驱动单元50后，该椭圆偏振光具有由驱动单元50的旋转偏振作用改变的偏振状态并且入射在下偏振板72上。
更具体地，在该背景区中，经过上偏振板71入射的线性偏振光受到色彩调节单元60的双折射效应及驱动单元50的旋转偏振作用，因此得到了在各波长偏振状态彼此不同的椭圆偏振光成分，且该椭圆偏振光成分入射在下偏振板72上。在该椭圆偏振光成分中，只有能透射过下偏振板72的偏振光成分能射出下偏振板72。该射出的光被着色为对应于能透射过的波长光成分的比率的色彩。
在对应于驱动单元50的液晶分子58a被竖起及取向的区域的显示区中，驱动单元50的旋转偏振功能几乎变为零。因此，仅受到色彩调节单元60的双折射效应的椭圆偏振光成分入射到下偏振板72上。在该椭圆偏振光成分中，只有能透射过下偏振板72的偏振光成分能射出下偏振板72。该射出的光被着色为一种对应于能透过的波长光成分的比率的色彩。
在该显示区中的射出光的色彩与在背景区中的射出光的色彩不同，这是因为在背景区中入射在下偏振板72上的椭圆偏振光的偏振状态与在显示区中的不同。因此，在着色为某一色彩的背景中，显示信息被以与该背景色彩不同的色彩显示。
本实施例的彩色液晶显示装置是一种反射型彩色液晶显示装置，其中的反射板73设在后表面侧。从下偏振板72射出的光由反射板73反射并通过下偏振板72、驱动单元50、色彩调节单元60及上偏振板71从该彩色液晶显示装置的前表面侧射出。
如上所述，色彩调节单元60的液晶分子68a通过向该色彩调节单元60施加一个电压被从一作为初始取向状态的同向取向的状态置向及取向在一个方向。在此例中，液晶分子68a的置向角θ根据施加于色彩调节单元60的电压的值确定。
该色彩调节单元60的双折射效应(对应于延迟板的延迟)是由液晶68的折射率各向异性△n和液晶层的厚度d的乘积确定的。然而，如式(9)所示的，该液晶68的表观折射率各向异性△n根据液晶分子68a的置向角θ改变。因此，该色彩调节单元60的双折射效应根据液晶分子68a的取向状态改变。
因而，当通过控制作用于色彩调节单元60上的电压改变该色彩调节单元60的双折射效应时，入射在下偏振板72上的椭圆偏振光的偏振状态相应改变，且背景区中的出射光与显示区中的出射光被分别着色为不同的色彩。
以此方式，在该彩色液晶显示装置中，通过显示驱动液晶单元50和色彩调节液晶单元60的双折射作用以及上、下偏振板对71和72的偏振作用，光被着色，而没有使用具有低透射率的滤色片。因此，虽然该彩色液晶显示装置是一个反射型液晶显示装置，由于提高了该彩色液晶显示装置的透射率，能够得到一明亮的彩色显示。
另外，在该彩色液晶显示装置中，通过不向色彩调节单元60施加电压可得到一单色显示，而通过向色彩调节单元60施加电压则可得到一彩色显示。除此之外，通过控制施加于色彩调节单元60上的电压值，不仅是显示色彩，背景色彩也可被任意改变。因此，可得到显示的多样性。
在上述实施例中，上偏振板71的透射轴71a被设定为几乎与驱动单元50的上基板51侧上的液晶分子取向方向51a相平行，而下偏振板72的透射轴72a被设定几乎与驱动单元50的下基板52侧上的液晶分子取向方向52a平行。然而，偏振板71和72的透射轴71a和72a也可被设置为几乎垂直于上述的液晶分子取向方向51a和52a。
该透射轴71a和72a被设定为彼此几乎相垂直。然而，该二透射轴71a和72a也可被设置为彼此几乎平行。在该情况中，可得到一负显示型液晶显示装置，其中，通过反转上述实施例的单色显示中的“白”和“黑”，即可得到一单色显示中的“白”和“黑”。
在上述实施例中，色彩调节单元60的液晶分子68a的置向/取向方向(基板61侧和62侧的取向处理方向)与偏振板71和72的透射轴71a和72a之间的偏移角设定为45°±5°。然而，此偏移角也可任意设定。
当色彩调节单元60的液晶分子68a被置向及准直在一个方向上时，当线性偏振光以相对于液晶分子68a的平行轴a偏移45°角偏振地入射在色彩调节单元60上时对该线性偏振光的双折射效应最大。因此，为了得到生动的着色彩，至少设于色彩调节单元60的入射侧上的上偏振板71的透射轴与色彩调节单元60的液晶分子68a的置向/取向方向之间的偏移角最好设定为45°±5°。
在上述实施例中，虽然驱动单元50的液晶分子58a的扭转角被设定为约90°，此扭转角并不限于90°，也可设为180°至270°。
在该情况中，由于驱动单元50的双折射作用被增强，不易再得到清晰的单色显示。但是，可以清晰地得到具有可变为多种颜色的背景色彩和显示色彩的鲜艳的彩色显示。
另外，该同向取向型色彩调节液晶单元可被设置在驱动单元的反射板侧。[第九实施例]
在第九实施例中，设置了一均匀取向型的液晶单元以取代第八实施例中用作色彩调节单元的该同向取向型液晶单元。在第九实施例中，与第八实施例相同的参考数字指代与第八实施例中相同的部分，且省略了对它们的说明。
参看图27，一均匀取向型色彩调节单元80被设置在驱动单元50的入射侧(图27中的上侧)。在该色彩调节单元80中，单膜式透明电极83和84分别形成在一对透明基板81和82上，由聚酰亚胺等构成的水平取向膜85和86分别被叠置在透明电极83和84上。另外，该对透明基板81和82经由一密封件87彼此相对地设置，并且一种具有正介电各向异性的向列液晶被密封在彼此相对地设置的取向膜85和86之间的空间中。一驱动电路89连接在该色彩调节单元80的单膜式电极83和84上，通过该驱动电路89一被调节用来得到所需色彩显示的电压被加在液晶88上。
如图28所示，对取向膜85和86在彼此平行但相反的方向上进行一取向处理。以此方式，在未向电极83和84施加电压的一初始状态中，液晶分子几乎都沿着取向方向85a和86a平行取向，而根据施加于电极83和84上的电压液晶分子逐渐从一均匀取向的状态立起及取向。
使用该均匀取向型单元用作色彩调节单元80的显示工作过程如下。
在使用该均匀取向型单元作为色彩调节单元80的彩色液晶显示装置中，当将一个用于将液晶分子88a立起及取向为几乎与基板81和82的表面相垂直的电压施加于色彩调节单元80的电极83和84之间时，即，当液晶分子88a的平行轴具有与该色彩调节单元80的法线相同的方向时，液晶88的表观折射率各向异性△n即变为“0”。此时，该彩色液晶显示装置进行与仅由驱动单元50和偏振板对71和72构成的液晶显示装置相同的显示操作。
在此时得到的一个显示中，在对应于驱动单元50的液晶分子58a被扭转取向的区域的背景区中的显示为“白”，而在对应于驱动单元50的液晶分子58被竖起及取向的区域的显示区中的显示为“黑”。
在没有电压施加于色彩调节单元80的电极83和84之间(液晶分子88a均匀地取向)的状态或向电极83和84之间施加了相对低的电压以使液晶分子88a从均匀取向状态倾斜地竖起到一定程度的状态中，该色彩调节单元80具有与延迟板一样的双折作用。因此，在此时，当经过上偏振板71入射到该色彩调节单元80上的线性偏振光穿过该色彩调节单元80时，由于该色彩调节单元80的双折射效应，该线性偏振光被改变而得到在各波长偏振状态不一样的椭圆偏振光成分。该椭圆偏振光成分入射在驱动单元50上。
更具体地，在该第九实施例中，与第八实施例不同，施加到色彩调节单元上的电压与显示操作之间的关系正相反。当有足够大的电压被加于色彩调节单元80上时，该液晶分子被同向地作用到几乎垂直于基板，并可得到一单色显示。当没有电压作用于色彩调节单元80，以及当作用在色彩调节单元80上的电压从无电压作用的状态逐渐增加时，可得到背景色彩和显示色彩被变为多种颜色的彩色显示。表1中示出了背景色彩及显示色彩与作用电压之间关系的例子示于表1。请注意，在这些例子中，该色彩调节单元具有ne＝1.1，no＝1.0，且其液晶层的厚度为d＝8.3μm。
表1
作用电压 背景色彩 显示色彩
0v 紫     黄绿
1.5v 黄     暗兰
2.1v 亮兰     桔黄
从第一到第九实施例中详细说明的彩色液晶显示装置是反射型彩色液晶显示装置。然而，本发明并不仅限于反射型液晶显示装置。本发明也可用于设有反射板的透射型彩色液晶显示装置，或者可用作反射或透射型彩色液晶显示装置并包含一半透射反射板的半透射型彩色液晶显示装置。更具体地，在第一至第九实施例中，反射板可被半透射反射板及设置一后照光取代，或者以一后照光取代。
第一至第七实施例各说明了一简单矩阵型彩色液晶显示装置，而第八和第九实施例则各说明了一段显示型彩色液晶显示装置。该第一至第九实施例并不限于该种显示装置，也就是说，第一至第七实施例可以是段显示型显示装置，而第八和第九实施例可以是简单矩阵型的。第一至第九实施例的显示装置也可是有源矩阵型的彩色液晶显示装置，在这种显示装置中，分别为矩阵中的各象素设置了用作有源开关元件的薄膜晶体管。
对本领域的技术人员其它的优点和修正是显而易见的。因此，本发明广义而言并不限于上述的特定细节及例示和说明的具体装置。不脱离由所附权利要求书所限定的一般性发明构思，可以做出各种修正。

Claims (25)

1、一种彩色液晶显示装置，包括：
一对表面彼此相对的基板、分别构成于基板的该相对的表面上的电极以及分别配置在所述基板的相对的表面上以覆盖所述电极的取向膜，其中所述的取向膜在预先确定的方向上受到取向处理；
一个配置在所述基板之间并含有被取向为以一扭转/取向角从一个基板到另一个基板扭转的液晶分子的液晶层；
一对配置在所述一对基板的外侧将所述基板夹在中间的偏振板，用于对入射光进行线性偏振并通过双折射作用对椭圆偏振光进行分解以使出射光着色；
与所述电极相连的电压作用装置，用于改变作用于所述液晶层上的电压以改变其液晶分子的取向状态，从而通过透射过所述液晶层的光的取向状态的变化而使所述出射光的色彩发生改变；以及
配置在所述偏振板之间并具有双折射特性的色彩调节光学元件装置，用于调节所述出射光的色调。
2、如权利要求1的一种装置，其中所述液晶层的液晶分子被取向为以180°到270°的扭转/取向角从一个基板到另一个基板扭转。
3、如权利要求2的一种装置，其中所述的色彩调节光学元件装置具有两个双轴延迟板，这们满足：
nx＞nz＞ny，其中nx、ny和nz分别为所述色彩调节光学元件装置的在一平面上可获得一最大折射率的方向上的折射率、在与上述面上可获得上述最大折射率的那一方向垂直的方向上的折射率、以及厚度方向上的折射率。
4、如权利要求3的一种装置，其中所述的两个双轴延迟板被配置在所述一对基板中的一块基板同所述的两块偏振板中的与该块基板相对的那一块偏振板之间。
5、如权利要求3的一种装置，其中所述的两个双轴延迟板中的一个被配置在所述一对基板中的一块基板同所述的两块偏振板中的与该块基板相对的那一块偏振板之间，而另一个双轴延迟板被配置在所述一对基板中的另一块基板同与所述的另一块基板相对的另一块偏振板之间。
6、如权利要求2的一种装置，其中所述的色彩调节光学元件装置具有至少一个复折射元件，而该复折射元件具备，双折射特性；由一复数N表示的一复折射率，其中N满足N＝n－ik，n和k分别为一折射率和一吸收系数；以及使上述吸收系数k与光的波长成反比的特性。
7、如权利要求6的一种装置，其中所述的复折射元件满足：
Nx＞Nz＞Ny其中Nx、Ny和Nz分别为所述复折射元件的在一平面上可获得一最大折射率的方向上的复折射率、在与上述平面上可获得上述最大折射率的那一方向垂直的方向上的复折射率、以及厚度方向上的复折射率。
8、如权利要求7的一种装置，还包括两个配置在所述一对基板中的一块基板同所述的两块偏振板中的与该块基板相对的那一块偏振板之间的复折射元件。
9、如权利要求7的一种装置，还包括两个复折射元件，其中的一个被配置在所述一对基板中的一块基板同所述的两块偏振板中的与该块基板相对的那一块偏振板之间，而另一个被配置在另一块基板同与所述另一块基板相对的另一块偏振板之间。
10、如权利要求2的一种装置，其中所述的色彩调节光学元件装置带有一扭转取向延迟板，该扭转取向延迟板的材料分子被取向为从所述色彩调节光学元件装置的一个表面到其另一个表面扭转。
11、如权利要求10的一种装置，其中所述的扭转取向延迟板的材料分子的扭转方向与所述液晶层的液晶分子的扭转取向方向相反，而上述材料分子的扭转/取向角与上述液晶分子的扭转/取向角相等。
12、如权利要求10的一种装置，其中所述的扭转取向延迟板被叠放在所述的一对基板中的一块基板上，所述的扭转取向延迟板的材料分子的扭转取向方向与所述的液晶层的液晶分子的扭转取向方向相同，而上述材料分子的扭转/取向角与上述液晶分子的扭转/取向角的和为230°到270°。
13、如权利要求12的一种装置，还包括两个双轴延迟板，这两个双轴延迟板被配置在所述的一对偏振板之间并且满足：
nx＞nz＞ny
其中nx、ny和nz分别为所述双轴延迟板在一平面上可获得一最大折射率的方向上的折射率、在与上述平面上可获得上述最大折射率的那一方向垂直的方向上的折射率、以及沿厚度方向上的折射率。
14、如权利要求1的一种装置，其中所述液晶层的液晶分子被取向为以80°到120°的扭转/取向角从一块基板到另一块基板扭转。
15、如权利要求14的一种装置，其中所述的色彩调节光学元件装置具有一同向液晶单元，该液晶单元是通过在所述的一对每一个都带有电极的基板中封入液晶材料而构成的并且其中的液晶分子被与所述基板的相对表面垂直地取向。
16、如权利要求14的一种装置，其中所述的色彩调节光学元件装置具有一均匀的液晶单元，该液晶单元是通过在所述的一对每一个都带有电极的基板中封入液晶材料而构成的并且其中的液晶分子被与所述基板的相对表面平行地取向。
17、如权利要求1的一种装置，还包括配置在所述的一对偏振板中的一块偏振板外侧的一反射板。
18、一种彩色液晶显示装置，包括：
一对表面彼此相对的基板、分别配置于该对基板相对的表面上的电极以及分别配置在所述基板的相对的表面上以覆盖所述电极的取向膜，其中所述的取向膜在预先确定的方向上受到取向处理；
一个配置在所述的一对基板之间并含有被取向为以一扭转/取向角从一个基板到另一个基板扭转的液晶分子的液晶层；
一对配置在所述的一对基板外侧将所述基板夹在中间的偏振板，用于对入射光进行线性偏振并通过双折射作用对椭圆偏振光进行分解以使出射光着色。
与所述电极相连的电压作用装置，用于改变作用于所述液晶层上的电压以改变其液晶分子的取向状态，从而通过透射过所述液晶层的光的取向状态的变化而使所述的出射光的色彩发生改变；以及
满足下述条件的至少一个复折射元件，即配置在所述的一对偏振板之间并且具备：双折射特性；由一复数N表示的一个复折射率，其中N满足N＝n－ik，n和k分别为一折射率和一吸收系数；以及上述吸收系数k与光的波长成反比的特性。
19、如权利要求18的一种装置，其中所述的液晶层的液晶分子被取向为以180°到270°的扭转/取向角从一个基板到另一基板扭转，并且一折射率各向异性△n和一液晶层厚度d的乘积△n·d为1，260nm到1,460nm。
20、如权利要求19的一种装置，其中所述的复折射单元满足
Nx＞Nz＞Ny
其中Nx、Ny和Nz分别为所述复折射元件装置在一平面上可获得一最大折射率的方向上的复折射率、在与上述平面上可获得上述最大折射率的那一方向垂直的方向上的复折射率、以及沿厚度方向上的复折射率。
21、如权利要求19的一种装置，还包括两个配置在所述的一对基板中的一块基板同所述偏振板中与该块基板相对的那块偏振板之间的复折射元件。
22、如权利要求19的一种装置，还包括配置在所述的一对偏振板中的一块偏振板的外面的一反射板。
23、一种彩色液晶显示装置，包括：
一对表面彼此相对的基板、分别配置于该对基板相对的表面上的电极以及分别配置在所述基板的相对的表面上以覆盖所述电极的取向膜，其中所述的取向膜在预先确定的方向上受到取向处理；
一个配置在所述的一对基板之间并含有被取向为以一扭转/取向角从一个基板到另一个基板扭转的液晶分子的液晶层；
一对配置在所述的一对基板外侧将所述基板夹在中间的偏振板，用于对入射光进行线性偏振并通过双折射作用对椭圆偏振光进行分解以使出射光着色。
与所述电极相连的电压作用装置，用于改变作用于所述液晶层上的电压以改变其液晶分子的取向状态，从而通过透射过所述液晶层的光的取向状态的变化而使所述的出射光的色彩发生改变；以及
两个双轴延迟板，其被配置在所述的一对偏振板中的一块偏振板同所述的一对基板中的与所述的这块偏振板相对的那块基板之间并且满足
nx＞nz＞ny
其中nx、ny和nz分别为所述的双轴延迟板的沿在一平面上可获得一最大折射率的方向上的折射率、沿与在上述平面上可获得最大折射率的那一方向垂直的方向上的折射率、以及沿厚度方向上的折射率。
24、如权利要求23的一种装置，其中所述的液晶层的液晶分子被取向为以180°到270°的扭转/取向角从一个基板到另一基板扭转，并且一折射率各向异性△n与一液晶层厚度d的乘积△n·d为1,250nm到1,450nm。
25、如权利要求24的一种装置，还包括配置在所述一对偏振板中的一块偏振板外侧的一反射板。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100414325C (zh) * 2005-04-28 2008-08-27 大日本印刷株式会社 光学元件、液晶显示装置用构件以及液晶显示装置
CN1993448B (zh) * 2004-07-07 2010-05-12 默克专利股份有限公司 双轴膜ⅱ
US7724331B2 (en) 2005-07-27 2010-05-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Display device and method
US8066905B2 (en) 2005-04-28 2011-11-29 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Optical element obtained by homeotropically orienting liquid crystal molecule, member for liquid crystal display device using the same, and liquid crystal display device
CN101825809B (zh) * 1998-09-18 2013-01-09 夏普株式会社 液晶显示装置

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5745200A (en) * 1994-04-28 1998-04-28 Casio Computer Co., Ltd. Color liquid crystal display device and liquid crystal display apparatus
JP3431763B2 (ja) * 1996-06-18 2003-07-28 シャープ株式会社 液晶表示装置
GB2314640A (en) * 1996-06-26 1998-01-07 Sharp Kk Liquid crystal devices
GB2314641A (en) * 1996-06-26 1998-01-07 Sharp Kk Liquid crystal devices
JP3292809B2 (ja) * 1996-09-25 2002-06-17 松下電器産業株式会社 カラー液晶表示素子
AU8461098A (en) * 1997-07-30 1999-02-22 Citizen Watch Co. Ltd. Liquid crystal display
BR9807018A (pt) * 1997-11-28 2000-03-14 Citizen Watch Co Ltd Relógio
DE69806573T2 (de) * 1997-11-28 2002-12-19 Citizen Watch Co., Ltd. Flüssigkristallanzeigevorrichtung und ansteuerverfahren dafür
GB2334111A (en) * 1998-02-04 1999-08-11 Ibm High reflectivity liquid crystal display cell
KR100306545B1 (ko) * 1998-06-29 2001-11-22 마찌다 가쯔히꼬 액정 표시 장치
KR100364233B1 (ko) * 1998-08-24 2003-08-27 주식회사 현대 디스플레이 테크놀로지 고개구율및고투과율을갖는액정표시장치
US7182981B1 (en) * 1999-07-06 2007-02-27 Konica Corporation Cellulose ester film and production method of the same
US6781666B2 (en) * 1999-07-16 2004-08-24 Minolta Co., Ltd. Liquid crystal display and method to manufacture the same
DE10127492A1 (de) * 2001-06-07 2003-01-09 Siemens Ag Verfahren zum Steuern einer Flüssigkristallanzeige
JP3796499B2 (ja) * 2002-11-06 2006-07-12 キヤノン株式会社 カラー表示素子、カラー表示素子の駆動方法及びカラー表示装置
KR20040086195A (ko) * 2003-03-31 2004-10-08 후지쯔 디스플레이 테크놀로지스 코포레이션 액정 표시 장치의 제조 방법
JP3823972B2 (ja) * 2003-05-09 2006-09-20 セイコーエプソン株式会社 視角制御素子、表示装置、及び電子機器
JP4566526B2 (ja) * 2003-07-09 2010-10-20 キヤノン株式会社 液晶表示装置
JP4208763B2 (ja) * 2004-04-28 2009-01-14 キヤノン株式会社 カラー表示素子及びカラー液晶表示素子
JP4225279B2 (ja) * 2005-01-19 2009-02-18 セイコーエプソン株式会社 液晶表示装置及び電子機器
JP2006309105A (ja) * 2005-03-30 2006-11-09 Casio Comput Co Ltd 液晶表示素子
KR101147127B1 (ko) * 2005-10-13 2012-05-25 엘지디스플레이 주식회사 액정표시장치 및 그 구동방법
JP5178547B2 (ja) * 2008-01-31 2013-04-10 富士フイルム株式会社 偏光板、及び液晶表示装置
JP5420986B2 (ja) * 2008-06-30 2014-02-19 富士フイルム株式会社 光学補償フィルム、及び液晶表示装置
CN107329316A (zh) * 2017-09-01 2017-11-07 东莞通华液晶有限公司 一种高信息量液晶显示结构

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4080046A (en) * 1975-05-26 1978-03-21 Sharp Kabushiki Kaisha Field-effect mode liquid crystal display displaying images in complementary colors
JPS53101296A (en) * 1977-02-16 1978-09-04 Seiko Epson Corp Display unit
JPH01219720A (ja) * 1988-02-26 1989-09-01 Seiko Epson Corp 液晶電気光学素子
JPH01230019A (ja) * 1988-03-10 1989-09-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd 表示装置
EP0367616A3 (en) * 1988-11-04 1991-04-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical liquid crystal element
JP2675158B2 (ja) * 1988-12-07 1997-11-12 シャープ株式会社 液晶表示装置
JP2711585B2 (ja) * 1990-06-26 1998-02-10 日本石油株式会社 アクティブマトリックス液晶表示素子用補償板
US5440413A (en) * 1991-09-30 1995-08-08 Casio Computer Co., Ltd. Liquid crystal display device with 2 adjacent biaxial retardation plates having Ny <Nz <Nx

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101825809B (zh) * 1998-09-18 2013-01-09 夏普株式会社 液晶显示装置
CN1993448B (zh) * 2004-07-07 2010-05-12 默克专利股份有限公司 双轴膜ⅱ
CN100414325C (zh) * 2005-04-28 2008-08-27 大日本印刷株式会社 光学元件、液晶显示装置用构件以及液晶显示装置
US8066905B2 (en) 2005-04-28 2011-11-29 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Optical element obtained by homeotropically orienting liquid crystal molecule, member for liquid crystal display device using the same, and liquid crystal display device
US7724331B2 (en) 2005-07-27 2010-05-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Display device and method

Also Published As

Publication number Publication date
US5680184A (en) 1997-10-21
KR0158072B1 (ko) 1998-12-15
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication