CN1182425C - 液晶显示元件和利用该元件的显示器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供具有高速响应和高对比度的液晶显示元件及应用该液晶显示元件的显示器件。该显示器是应用反射型液晶光阀(109)的显示器件，并将诸如偏振光束分离器(102)的偏振元件和反射型液晶光阀之间设置的相位差板(104)的延迟设定为对入射光波长的1/4左右，并且使相位差板的光轴(慢轴或快轴)和入射偏振光的偏振方向稍微大于0度被错位配置。

Description

液晶显示元件和利用该元件的显示器件

技术领域

本发明涉及液晶显示元件和使用该元件的液晶显示器件，例如液晶投影仪。

背景技术

对于应用向列液晶的反射型液晶光阀用的液晶显示方式大致被分为三种系统。也就是说，是倾斜各向同性ECB(电控双折射)方式，均匀的ECB方式和反射型扭曲向列方式。

倾斜备向同性的(tilted homeotropic)ECB方式意思是指一种取向系统，在该系统中通过应用倾斜蒸发的方法等，以一种方式排列液晶分子，以致于分子关于一对基片中的每一个基片的垂直方向轻微倾斜，例如，在应用物理快报(Applied Physics Letters)20，199(1972)的文章中描述了该方式。

均匀的ECB方式意思是指一种取向系统，在该系统中以一种方式排列液晶分子，以致于分子大致平行于一对基片中的每一个基片，并且在JP-A-1-7021中描述了该方式。

反射型扭曲向列方式意思是指一种方式，若在该方式中以一种方式排列液晶分子，以便分子大致平行于一对基片的每一个基片，同时将容纳液晶分子的这一对基片附近的取向方向作为扭曲的位置关系。顺便提起，对于扭曲向列型方式，此外已提议了几种方式。例如，有HFE(混合场效应)方式，TN-ECB(扭曲向列-电控双折射)方式，和SCTN(自补偿扭曲向列)方式，MTN(混合模式扭曲向列)方式等。

在日本显示器(Display)′8，9p.192(1989)的文章中描述了TN-ECB方式，在JP-A-10-090731中描述了SCTN方式，在应用物理快报68，p.1455(1996)的文章中分别描述了MTN方式。另外，在SPIE会议论文集(Proceedings)3635，p.87(1999)的文章和IDW会议论文集′99，p.985(1999)的文章中描述了所有的反射型扭曲向列方式的全面分析。

顺便提起，在这些方式中，HFE方式是所谓的正常的黑色显示方式，当施加到那里的电压为0Vrms时，变成黑(暗)色显示，当施加适当电压时该方式变成白色(明亮)显示，是所谓的标准黑色型显示方式。而在其他3种方式中若在电压0Vrms时，变成白色(明亮)显示，在外加电医时变成黑色(暗色)显示，是所谓的正常的白显示方式。

诸如应用这些反射型液晶光阀的光学系统的典型系统为应用偏振光束分离器的光学系统，并且该系统被描述在JP-A-61-13885中。另外，至于其它例子，主光轴被做成关于液晶光阀的垂直方向倾斜的光学系统被描述在JP-A-4-319910中。

顺便提起，至于反射型液晶光阀和相位差板相互结合在一起的技术，偏振光束分离器，1/4波片和反射型液晶光阀相互结合在一起，和以一种方式排列这些元件，使得1/4波片的快轴或慢轴垂直相交于包含偏振光束分离器的入射光轴和反射光轴的平面的技术分别公开在JP-A-2-250026和U.S.专利No.5,327,270中。另外，结合偏振光束分离器的相位差板的延迟被做成等于或大于0.25(即1/4波长)的技术公开在U.S.专利No.5,576,854中。而且，在JP-A-1-7021中描述了包括双折射材料层的偏振控制器。

发明内容

上述的SPIE会议论文集3635 p.87(1999)的文章报道了在正常白色反射型扭曲向列方式中包含MTN方式的情况在光利用效率特征，染色性特征和驱动电压(对比度)的平衡中是最好的。

然而，如果认为液晶的高速响应特征是重要的，那么包含TN-ECB方式的情况是更加理想的。通过以液晶显示元件被应用在个人计算机的显示器中为例，将在下文中描述液晶分子的高速响应特征的重要性。

个人计算机中的图像信号通常由相当于至少等于或大于每秒60帧的图像信号组成。也就是说，在图像被显示在个人计算机的显示器上的情况中，为了显示可确实地跟随图像信号，液晶需要具有等于或小于相当于一帧的响应时间，即，等于或小于1/60秒＝16.6毫秒。如果液晶的响应时间等于或大于相当于一帧的时间，那么不同于在图像信号基础上得到的图像被显示在显示器上，因此它在图像移动方向之后的残留图像上被认出，该残留图像基本上是不希望出现的。这种现象在移动图像中特别显著，其显著降低了图像的质量。因此，为了实现具有优越图像质量的液晶显示器件，需要选择显示高速响应的液晶显示方式。

然后，众所周知，由于液晶的响应时间通常与液晶厚度的平方成正比，当液晶的厚度较薄时可期望高速响应。在这方面，由于包含TN-ECB方式的条件具有所需的标准延迟，该延迟小于包含MTN方式的条件中的延迟，即使在使用相同的液晶材料时，包含TN-ECB方式的条件中的液晶层的厚度可做得窄于包含MTN方式的条件中的液晶层厚度。结果，在包含TN-ECB方式的条件中，与MTN方式相比，缩短液晶的响应时间，即可提高液晶响应的高速操作。

而且，应用反射型液晶光阀而不是传输型液晶光阀，由此可缩短响应时间。这将在下文进行描述。

存在作为有助于光阀中的光调制的分量的延迟。该延迟以液晶层的厚度d和液晶反射率的各向异性Δn的乘积示出。

然而在传输型液晶光阀的情况中，延迟以dΔn示出，在反射型液晶光阀的情况中，由于光程被反射镜折叠回来，入射光往复通过液晶层。换言之，在反射型液晶光阀的情况中，有助于光调制的延迟变成在传输型液晶光阀情况中的延迟的两倍大，即变成2Δn，因此，尽管液晶层具有相同的厚度，在反射型液晶光阀中，可得到其为在传输型液晶光阀的情况中的延迟两倍大的延迟。也就是说，在反射型液晶光阀的情况中，即使在应用具有反射率各向异性的相同液晶材料时，需要得到所需延迟的液晶层的厚度通常被做成传输型液晶光阀的液晶层厚度的一半左右。结果，对于反射型液晶光阀可期望得到非常高的速度响应。

因此，本发明的主要目的之一在于提供在其中高速响应是可能的液晶显示器件。

另外，在传输型液晶光阀中，为了阻止由于直流电压轻微重叠而造成的闪烁的发生，以一种方式执行驱动，使得施加到邻近象素的电压极性彼此相反。而且，由于横向电场产生在邻近象素间的区域中，施加到邻近象素的电压极性相互相反，在该区域中液晶的取向发生无序。例如，这导致光线漏泄的对比度减小。

为此，在传输型液晶光阀中，对于液晶取向发生无序的区域光被关闭，从而阻止了对比度的减小。然而，这种手段存有作为在象素中孔径占有比率的孔径率被大大减小的问题。

另一方面，由于在反射型液晶光阀中，大约所有的象素区域可被反射象素电极覆盖，反射型液晶光阀具有可能实现不加限制时接近100％的孔径率的重要特征。但是，当然必须尽可能地避免由于上述横向电场所造成的液晶取向的无序，该电场产生在邻近象素间的区域中。为此，在反射型液晶光阀中，执行转化驱动的帧，使得施加到邻近象素上的电压在极性上未变成相互相反，该驱动中施加电压的极性是每帧反向的。尽管如此，例如，有时候横向电场可产生在白图像和黑图像的邻近象素间的边界区域中。

为了阻止由于横向电场造成的液晶取向的无序，必须适当地调整作为每对基片中每一个基片和液晶分子之间夹角的所谓的预倾斜角度。

为了阻止由于产生在各向同性的(homeotropic)取向中的邻近象素间的区域中的横向电场而造成的液晶取向的无序，必须从基片垂直方向使基片界面上的液晶分子角度倾斜几度。然而，如果倾斜了液晶分子，那么延迟就会产生。结果，减小了对比度。也就是说，横向电场电阻和对比度显示出折衷关系。因此，通过考虑这些因素，必须得到最合适的关系。

因此，本发明的另一目的在于提供在其中可得到高对比度的液晶显示器件。

为了解决与现有技术相关的上述问题，根据本发明的一个形态，提供液晶显示器件，包括：液晶显示元件，具有：具有一对基片的液晶光阀，该光阀具有形成在所述一对基片之一上的透明电极，形成在所述一对基片另一个基片上的反射电极，被夹在所述一对基片间的液晶层；和相位差板；偏振光元件；以及光源，其中所述液晶层的液晶为各向同性取向且取向方向为45度左右，其中所述相位差板被排列在所述液晶光阀和所述偏振光元件之间，并且所述相位差板的延迟处于100至175nm的范围，以及其中构成快轴或慢轴的所述相位差板的光轴和所述偏振光元件的偏振轴相互错位配置，并且所述相位差板的光轴和所述偏振光元件的偏振轴之间形成的夹角的绝对值等于或小于10度。

或者，相位差板的角度可设为小于0度但等于或大于-10度的值，从而可实现高对比度。

另外，提供液晶显示元件，其中相位差板的延迟通常为入射到相位差板上的光波长的1/4左右。

另外，为了解决与现有技术有关的上述问题，根据本发明提供一种液晶显示器件，包括：液晶显示元件，具有：具有一对基片的液晶光阀，该光阀具有形成在所述一对基片之一上的透明电极，形成在所述一对基片另一个基片上的反射电极，被夹在所述一对基片间的液晶层；和相位差板；光源，用于提供入射到所述液晶显示元件的光；以及被配置在所述液晶显示元件和所述光源之间的偏振光元件，其中所述液晶层的液晶为扭曲向列型取向，并且所述相位差板的延迟为入射到所述相位差板的入射光的波长的1/4左右，以及其中所述相位差板的光轴和所述偏振光元件的偏振轴之间形成的夹角的绝对值等于或小于10度。

在这方面，扭曲角被设置为大约50至大约90度的范围，并且相位差板角度被设置为大于0度，但等于或小于10度的值，从而可实现高对比度。

或者，在上述的构造中，扭曲角被设置为大约50至大约90度的范围，并且相位差板角度被设置为小于90度，但等于或大于80度的值，从而可实现高对比度。

或者，在上述的构造中，相位差板角度被设置为大于90度，但等于或小于100度的值，从而可实现高对比度。

附图说明

参照附图，通过本发明实施方案的描述，本发明的其它目的，特征和优点将变得更加明白。

图1是用于解释本发明液晶显示元件的示意图；

图2是本发明的液晶显示元件的横截面视图；

图3是用于解释在采用扭曲向列型取向作为液晶层时光轴关系的示意图；

图4A和图4B分别是用于解释扭曲角，波长标准化延迟，和液晶配向角度之间关系的图示；

图5A和图5B分别是示出扭曲角为50度时白色显示的特征曲线的图示；

图6A和图6B分别是示出扭曲角为50度时黑色显示的特征曲线的图示；

图7A和图7B分别是示出扭曲角为60度时白色显示的特征曲线的图示；

图8A和图8B分别是示出扭曲角为60度时黑色显示的特征曲线的图示；

图9A和图9B分别是示出扭曲角为70度时白色显示的特征曲线的图示；

图10A和图10B分别是示出扭曲角为70度时黑色显示的特征曲线的图示；

图11A和图11B分别是示出扭曲角为80度时白色显示的特征曲线的图示；

图12A和图12B分别是示出扭曲角为80度时黑色显示的特征曲线的图示；

图13A和图13B分别是示出扭曲角为90度时白色显示的特征曲线的图示；

图14A和图14B分别是示出扭曲角为90度时黑色显示的特征曲线的图示；

图15是用于解释在采用各向同性的取向作为液晶层时光轴关系的示意图；

图16A和图16B分别是用于解释施加到邻近象素间的区域上的横向电场影响的横截面视图；

图17是用于解释θt定义的示意图；

图18A和图18B分别是示出在各向同性的取向情况中的电压对反射率特征的图示；

图19A和图19B分别是示出在各向同性的取向情况中黑色显示中的特征曲线的图示；

图20A和图20B分别是示出在各向同性的取向情况中白色显示中的特征曲线的图示；

图21是示出应用本发明的液晶投影仪实施方案的示意图。

具体实施方式

参考附图，将在下文中详细描述本发明的实施方案。

(第一实施方案)

图1是示出在本发明液晶显示器件中的光元件的光轴之间关系的示意图。

顺便提起，该液晶显示器件可被应用到诸如液晶投影仪和液晶电视的产品上。

在图1中，为了简化描述，只示出了反射型液晶光阀109，相位差板104和偏振光束分离器102。

顺便提起，反射型液晶光阀109连接到液晶驱动器(未示出)上，用于驱动光阀109，液晶驱动器根据输入到那里的图像信息驱动液晶层。

偏振光束分离器102被用作偏振元件，该元件用作偏振器和分离器，并且该分离器通过将两个棱镜粘接在一起而构造成。因此，根据在粘接界面103中的偏振光元件，偏振光束分离器102具有传输在其中通过的入射光和反射来自于其中的入射光的性能。

相位差板104被排列在液晶光阀109和偏振光束分离器102之间。至于相位差板104的材料，例如，适合差板的材料是通过拉伸聚碳酸酯薄膜而得到的，以适合于显示双折射特征。至于其它材料，聚乙烯醇薄膜，聚苯乙烯薄膜，降冰片烯薄膜等也是适合于相位差板的材料。在这方面，在此采用的材料是适合材料的一个实施例，因此本发明并不打算局限于上述的材料。另外，在相位差板104中，平行于关于偏振分离器102的粘接界面103的S-偏振光偏振平面的轴被确定为光轴105，平行于P-偏振光偏振平面的轴被确定为光轴106。顺便提起，尽管光轴具有快轴和慢轴，为了方便，在这里快轴以参考号108指出，慢轴以参考号107示出。另外，快轴和慢轴可相互代替，并且这些也适用于另一实施方案。

接下来，将在下面给出关于光元件排列的操作的描述。已从光源(未示出)发出的光101入射到偏振光束分离器102上。关于偏振光束分离器102粘接界面103(以下，在可应用时简略为“界面103”)的入射光101的S-偏振光分量朝向相位差板104反射。然后，如此反射的S-偏振光被传输通过相位差板104，以到达液晶光阀109。然后，S-偏振光被液晶光阀109反射，以再次传输通过相位差板104，入射到偏振光束分离器102上。顺便提起，在这种情况下，S-偏振光分量的光在相位差板104和液晶光阀109中传输时经历了调相。因此，在再次入射到偏振光束分离器102上的光中，由于调相，产生了关于界面103的P-偏振光分量。P-偏振光分量通过界面103传输，以变成发射光110，通过投影透镜系统(未示出)，在屏幕(未示出)上形成图像。另一方面，关于粘合界面103的S-偏振分量被粘合界面103朝向光源(未示出)反射，不投影到屏幕上。顺便提起，通过驱动液晶光阀109，调整返回到光源的光和朝向屏幕的光的强度比是可能的。换言之，当朝向屏幕的光强度变成最大时的状态对应于白(亮)显示状态，而当返回到光源的光强度变成最小时的状态对应于黑(暗)显示状态。

图2是本发明液晶显示元件的横截面视图，并且示出了液晶光阀109和相位差板104的横截面。

液晶光阀109由玻璃基片130，液晶层131和有效矩阵基片132组成。

在第一实施方案中，单晶硅基片被用作有效矩阵基片132。有效矩阵基片132具有n型基片133在基片133上具有p型井区域134，MOS(金属氧化物半导体)晶体管135，存储电容136，晶体管间的布线，绝缘薄膜，反射电极137，以及它的保护薄膜140等。另外，由于用于投影的光阀暴露在高强光下，为了阻止高强光进入MOS晶体管135的任一区域，有效矩阵基片132还具有遮光层141。

玻璃基片130包括透明电极138，并且液晶层131和支柱139被提供在有效矩阵基片132和玻璃基片130之间。顺便提起，每个支柱适应于保持固定液晶层的厚度。

相位差板104被排列在液晶光阀109的玻璃基片130的一端。而在第一实施方案中，相位差板104远离液晶光阀109放置，另一方法，它可被粘在玻璃基片130上。另外，相位差板104最好是覆盖有抗反射覆层，用于阻止光利用效率的减小和对比度的减小。

在这方面，相位差板104的延迟通常只具有入射到相位差板104的光的大约1/4的波长。短语“通常只具有入射到相位差板104的光的大约1/4的波长”意思是相位差板104的延迟只落在100至175nm的范围中，该范围是作为可见光的波长区域的400至700nm的1/4。这也适用于其它实施方案。

(第二实施方案)

在第二实施方案中，扭曲向列型取向被应用到液晶层上。

首先，参考图3将在下文中描述光学装置。

图3是示出在从关于液晶板的垂直方向观察时的光轴间的相对关系的示意图。然后，透明基片位于这一侧上，反射基片位于内部。现在，透明基片上的液晶取向方向被定义为液晶的第一取向方向120，在反射基片上的液晶的取向方向被定义为液晶的第二取向方向121，第一和第二液晶取向方向120和121之间的夹角，即液晶的扭转角(tortion angle)被定义为扭曲角122。顺便提起，关于扭曲角122的正负号，逆时针方向为正，顺时针方向为负。这也适用于其它图。

第一液晶取向方向120和光轴105或106之间的夹角，即较小的角被定义为液晶配向角度(θ)123。在图3中，该角对应于第一液晶取向方向120和光轴105之间的夹角。顺便提起，关于配向角度123的正负号，顺时针方向为正，逆时针方向为负。这也适用于其它图。

在相位差板104的慢轴107或快轴108和光轴，即用其定义液晶配向角度123的光轴105或106之间的夹角中，锐角被定义为相位差板104角度(θp)124a。顺便提起，在图3中该角对应于慢轴107和光轴105之间的夹角，代替慢轴107，也可应用快轴108。

另外，相位差板104的慢轴107或快轴108和光轴105或106之间的夹角，即最小的角被定义为绝对相位差板角度124b。顺便提起，绝对相位差板角124b只具有正号。

将在下文中给出关于液晶层131和相位差板104的具体参数的描述。首先，现在将给出关于液晶层131的参数的描述。

众所周知，扭曲向列型液晶层可通过叠层n层的双折射率媒体的模型同时使光轴各位错Φ/n而详细地解释。特别是，当n＝∞时，传播矩阵被称作Jones矩阵，并且以下述等式示出：

$J_{\∞}=\left[\begin{array}{cc}a& b\\ -b^{*}& a^{*}\end{array}\right]---\left(1\right)$

结合上述等式(1)，建立下列等式(2)至(5)。

$a=\cos \mathrm{\φ}\cos \mathrm{\β}+\frac{1}{\sqrt{1+{\mathrm{\α}}^2}}\sin \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\β}-\frac{\mathrm{i\α}}{\sqrt{1+{\mathrm{\α}}^1}}\cos \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\β}---\left(2\right)$

$b=-\sin \mathrm{\φ}\cos \mathrm{\β}+\frac{1}{\sqrt{1+{\mathrm{\α}}^2}}\cos \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\β}-\frac{\mathrm{i\α}}{\sqrt{1+{\mathrm{\α}}^2}}\sin \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\β}---\left(3\right)$

$\mathrm{\α}=\frac{\mathrm{d\Δn\π}}{\mathrm{\λ\φ}}---\left(4\right)$

$\mathrm{\β}=\mathrm{\φ}\sqrt{1+{\mathrm{\α}}^2}---\left(5\right)$

其中Φ表示扭曲角，d表示单元间隙，Δn表示反射率各向异性，并且λ表示波长。此外，由于在反射型液晶光阀的情况中，光经历反射并因此两次通过液晶层，传播矩阵可以下式示出。

J_R∞＝R(φ)J_∞R(-φ)R_eJ_∞                      (6)

其中R(Φ)表示旋转矩阵，Re表示逆矩阵。如果在偏振装置为正交尼科耳棱镜时用上述等式(6)计算反射率R，那么可得到下式。

$R=1-{({\cos }^2\mathrm{\β}+\frac{{1-\mathrm{\α}}^2}{1+{\mathrm{\α}}^2}{\sin }^2\mathrm{\β})}^2-4{\mathrm{\α}}^2{(\frac{{\sin }^2\mathrm{\β}\sin 2\mathrm{\θ}}{{1+\mathrm{\α}}^2}+\frac{\sin \mathrm{\β}\cos \mathrm{\β}\cos 2\mathrm{\θ}}{\sqrt{1+{\mathrm{\α}}^2}})}^2---\left(7\right)$

其中θ表示液晶的配向角度。然后，为了使反射率R最大(R＝1)，在等式(7)中每个平方项必须只为零。

图4A是示出在等式(7)中R＝1成立时的扭曲角Φ和dΔn/λ关系的图示。图中的实线是示出实行R＝1的解的曲线。至于在观测图4A中的实线时，应当明白R＝1即反射效率变成100％的情况的出现局限于扭曲角等于或小于73度的区域(实线是Φ＝73度为最大值的曲线)。顺便提起，在建立扭曲角Φ＜73度的关系的区域中，对于扭曲角Φ，dΔn/λ最佳情况是具有两个值，即分成两个分支B1和B2。

另一方面，通过解下列等式可得到在扭曲角Φ＞73度的区域中反射效率变成最大的最佳条件。

R/(dΔn/)＝0                                        (8)

2R/(dΔn/λ)²＞0                                    (9)

该解以虚线(B3)的形式示出在图4A中。另外，在图4B中示出了扭曲角Φ对从图4A示出的条件中引入的液晶配向角度θ的关系。顺便提起，在图4B中的B1，B2和B3分别对应图4A中的B1，B2和B3。

接下来，将在下文中给出在作为典型参数条件，扭曲角为50度，60度，70度，80度和90度时的关于相位差板104的相位差板角度124a和使用这些参数的液晶光阀的反射率的关系的描述。顺便提起，参数条件对应于图4A和图4B中的圆201至210的条件。在这方面，扭曲角被做成等于或小于90度的原因是由于作为实际程度反射率最好为80％，并且根据在黑(暗)显示中的可见区域中的光的反射率被抑制等于或小于1％(对比度大约为100)，扭曲角等于或大于50度的事实也是所需的。首先，参考图5A和图5B，将在下文中给出关于扭曲角为50度的情况的描述。图5A和图5B分别为示出关于相位差板104各种角度θp(相位差板角度124a)，在白(亮)显示中的反射波谱的图示。顺便提起，纵坐标轴表示反射率，横坐标轴表示波长。并且，施加电压为0Vrms。

在图5A中，应当明白，以相位差板角度θp＝0时作为参考，当θp随着反射率而增加时，反射率被减小。另一方面，在图5B中，应当明白，在θp减小时，反射率的最大值通常保持固定，并且顶点稍微漂移到短波一侧。

接下来，此时的黑(暗)显示中的反射波谱被分别显示在图6A和图6B中。而且，施加电压为5Vrms。

在图6A中，应当明白，以相位差板角度θp＝0时作为参考，当θp随着反射率而增加时，反射率被减小。特别是，注意到波长0.55μm的附近，0.55μm为可视区域的中心并且很大程度上与对比度有关，应当明白，当θp靠近5至6度的范围时，反射率变得最小，并且当θp进一步增加时，反射率反而增加。因此，可以有把握地说相位差板角度124a(θp)大于0度，但等于或小于10度左右。另外，如图6B所示，应当明白，以相位差板角度θp＝90度作为参考，在θp随着反射率而减小时，反射率被减小。与先前相似，注意到波长0.55μm的附近，应当明白，在θp接近85度时，反射率变成最小，并且在θp进一步减小时，反射率反而增加。因此，可以有把握地说相位差板角度(θp)小于90度，但等于或大于80度左右。

接下来，参考图7A和图7B，将在下文中给出关于扭曲角为60度的情况的描述。图7A和图7B分别是示出关于相位差板角度104(相位差板角度124a)的各种角度θp，在白(亮)显示中的反射波谱的图示。顺便提起，纵坐标轴表示反射率，横坐标轴表示波长。并且，施加电压为0Vrms。

在图7A中，应当明白，以相位差板角度θp＝0时作为参考，在θp随着反射率而增加时，反射率被减小。另一方面，在图7B中，应当明白，以相位差板角度θp＝90度时作为参考，在θp随着反射率而减小时，反射率的最大值通常保持固定，并且稍微移到短波一侧。

接下来，在此时的黑(暗)显示中的反射波谱被分别显示在图8A和图8B中。并且，施加电压为5Vrms。

在图8A中，应当明白，以相位差板角度θp＝0度时作为参考，在θp随着反射率而增加时，反射率被减小。特别是，注意到波长0.55μm附近，0.55μm为可视区域的中心并且很大程度上与对比度有关，应当明白，在θp接近5度时，反射率变成最小，并且在θp进一步增加时，反射率反而增加。因此，可以有把握地说相位差板角度124a(θp)大于0度，但等于或小于10度左右。另外，如图8B所示，应当明白，以θp＝90度时作为参考，在θp随着反射率而减小时，反射率被减小。与先前相似，注意到波长0.55μm附近，应当明白，在θp接近86度时，反射率变成最小，并且在θp进一步减小时，反射率反而增加。因此，可以有把握地说相位差板角度124a(θp)小于90度，但等于或大于80度左右。

另外，参考图9A和图9B，将在下文中给出关于扭曲角为70度的情况的描述。图9A和图9B分别是示出关于相位差板104的各种角度θp(相位差板角度124a)，在白(亮)显示中的反射波谱的图示。顺便提起，纵坐标轴表示反射率，横坐标轴表示波长。并且，施加电压为0Vrms。

在图9A中，应当明白，以相位差板角度θp＝0度时作为参考，在θp随着反射率而增加时，反射率被减小。另一方面，在图9B中，应当明白，以θp＝90度时作为参考，在θp随着反射率而减小时，反射率的最大值通常保持固定，并且稍微漂移到短波一侧。

接下来，此时的黑(暗)显示中的反射波谱被分别显示在图10A和图10B中。并且，施加电压为5Vrms。

在图10A中，应当明白，以相位差板角度θp＝0度时作为参考，在θp随着反射率而增加时，反射率被减小。特别是，注意到波长0.55μm附近，0.55μm为可视区域的中心并且很大程度上与对比度有关，应当明白，在θp接近3至4度的范围时，反射率变成最小，并且在θp进一步增加时，反射率反而增加。因此，可以有把握地说相位差板角度124a(θp)大于0度，但等于或小于10度左右。另外，如图10B所示，应当明白，以θp＝90度时作为参考，在θp随着反射率而减小时，反射率被减小。与先前相似，注意到波长0.55μm附近，应当明白，在θp接近87度时，反射率变成最小，并且在θp进一步减小时，反射率反而增加。因此，可以有把握地说相位差板角度124a(θp)小于90度，但等于或大于80度左右。

而且，参考图11A和图11B，将在下文中给出关于扭曲角为80度的情况的描述。图11A和图11B分别是示出关于相位差板104的各种角度θp(相位差板角度124a)，白(亮)显示中的反射波谱的图示。顺便提起，纵坐标轴表示反射率，横坐标轴表示波长。并且，施加电压为0Vrms。

在图11A中，应当明白，以相位差板角度θp＝0度时作为参考，在θp随着反射率而增加时，反射率被减小。另一方面，在图11B中，应当明白，以θp＝90度时作为参考，在θp随着反射率而减小时，反射率的最大值通常保持固定，并且顶点稍微漂移到短波一侧。

接下来，此时的黑(暗)显示中的反射波谱被分别显示在图12A和图12B中。并且，施加电压为5Vrms。

在图12A中，应当明白，以相位差板角度θp＝0度时作为参考，在θp随着反射率而增加时，反射率被减小。特别是，注意到波长0.55μm的附近，0.55μm是可视区域的中心并且很大程度上与对比度有关，应当明白，在θp接近3度时，反射率变成最小，并且在θp进一步增加时，反射率反而增加。因此，可以有把握地说，相位差板角度124a(θp)大于0度，但等于或小于10度左右。另外，如图12B所示，应当明白，以θp＝90度时作为参考，在θp随着反射率而减小时，反射率被减小。与先前相似，注意到波长0.55μm的附近，应当明白，在θp接近88至87度的范围时，反射率变成最小，并且在θp进一步减小时，反射率反而增加。因此，可以有把握地说相位差板角度124a(θp)小于90度，但等于或大于80度。

而且，参考图13A和图13B，将在下文中给出关于扭曲角为90度的情况的描述。图13A和图13B分别是示出关于相位差板104的各种角度θp(相位差板角度124a)，白(亮)显示中反射波谱的图示。顺便提起，纵坐标表示反射率，横坐标表示波长。并且，施加电压为0Vrms。

在图13A中，应当明白，以相位差板角度θp＝0度时作为参考，在θp随着反射率而增加时，反射率被减小。另一方面，在图13B中，应当明白，以θp＝90度时作为参考，在θp随着反射率而减小时，反射率的最大值通常保持固定，并且漂移到短波一侧。

接下来，在黑(暗)显示中的反射波谱被分别显示在图14A和图14B中。并且，施加电压为5Vrms。

在图14A中，应当明白，以相位差板角度θp＝0度时作为参考，在θp随着反射率而增加时，反射率被减小。特别是，注意到波长0.55μm的附近，0.55μm是可视区域的中心并且很大程度上与对比度有关，应当明白，在θp接近0.5至1度的范围时，反射率变成最小，并且在θp进一步增加时，反射率反而增加。因此，可以有把握地说相位差板角度124a(θp)大于0度，但等于或小于10度。另外，如图14B所示，应当明白，以θp＝90度时作为参考，在θp随着反射率而减小时，反射率被减小。与先前相似，注意到波长0.55μm的附近，应当明白，在θp接近89.5至89度的范围时，反射率变成最小，并且在θp进一步减小时，反射率反而增加。因此，可以有把握地说，相位差板角度124a(θp)小于90度，但等于或大于80左右。

总结上述，需要大的绝对相位差板角度124b，以在扭曲角为较小时，使黑(暗)显示中的反射率最小。然而，可以有把握地说即使扭曲角为50度，绝对相位差板角度124b处于5至6度左右的范围中，因此根本不超过10度。

因此，第二实施方案具有相位差板角度124a大于0度，但等于或小于10度，或等于或大于80度，但小于90度的特征。换言之，第二实施方案具有相位差板角度124b大于0度，但等于或小于10度的特征。

在这方面，从图4A和图4B可以看出，应当明白，如果扭曲角较小，那么显示所需的波长标准化延迟也是小的。换言之，当应用相同的液晶材料时，由于扭曲角较小，液晶层的厚度可变窄，并且因此可实现高速响应。但是，可以看出，如果对从图5A和图5B中的图示到图10A和图10B中的图示进行相互比较，应当考虑到在扭曲角等于或小于70度时，由于扭曲角较小，在黑(暗)显示中的反射率变成最小时，在白(亮)显示中的反射率变低。另外，可以看出，如果对从图9A和图9B中的图示到图14A和图14B中的图示进行相互比较，应当考虑到在扭曲角等于或大于70度时，由于扭曲角较大，在黑(暗)显示中的反射率变成最小时，在白(亮)显示中的反射率是低的。如果在白(亮)显示中的实际反射率为80％，通常，扭曲角最好是位于50至90度的范围中，并且为了得到白(亮)显示中最大的反射率，扭曲角最好是位于70度附近。而且，注意到其为可视区域中心的波长0.55μm处的最小反射率，θp最好是位于0.5至6度的范围中。

(第三实施方案)

在第三实施方案中，领斜的各向同性的取向被用作液晶层。

图15示出了第三实施方案的具体光学装置。而且，图15与图3相似，示出了当从关于液晶板的垂直方向观察时，光轴的相对关系。在第三实施方案中，扭曲角为0度，并且配向角度通常为45度。

首先，将在下文中给出关于由邻近象素间的区域中的横向电场造成的液晶取向的无序性的问题的描述。

图16A和图16B分别是液晶光阀的横截面视图。透明电极138形成在朝向液晶光阀的液晶层的玻璃基片130上，并且反射电极137形成在朝向液晶的有效矩阵基片132的一侧。另外，公共电压Vcom施加到透明电极138上。在图16A中，示出了相同电压(V1)施加到每个相邻的反射电极137(相当于象素)上的情况，而在图16B中，示出了不同电压分别施加到相邻的反射电极137上的情况(V1施加到一个反射电极上，V2施加到另一反射电极上(V1 V2))。顺便提起，在图16A和图16B中，示出了等电位线160。

在图16A中，横向电场(垂直等电位线)几乎不产生在邻近象素间的区域中，然而在图16B中，横向电场产生在邻近象素间的区域中。结果，在图16A中，液晶分子150的倾斜方向通常保持固定，然而在图16B中，产生一区域，在该区域中，与其它区域中的倾斜方向相比，在邻近反射电极间所关心的区域中的液晶分子的倾斜方向反转。在所述的区域中，液晶的响应速度非常低，这就对显示施加了不利的影响。为了防止这个问题，必需合适地控制在基片界面上的液晶分子的倾斜角度。

图17示出了在基片151界面上的液晶分子150取向的示意图。在这种情况下，在基片界面上的液晶分子150的倾斜角度，即基片151的垂直方向和液晶分子150的长轴方向之间的夹角被定义为θt。为了阻止液晶分子的倾斜方向的反转，即为了保证对横向电场的电阻，θt最好是处于4至6度的范围中。然而，这就产生了问题，即在θt增加时，在黑(暗)显示中的反射率增加，并减小对比度。也就是说，对产生在邻近反射电极间的区域中的横向电场的电阻和对比度示出了折衷关系。图18A和图18B分别示出了在θt分别被设置为2度，4度和6度时的施加电压对反射率的特征曲线。而且图18A是数据的线性图，图18B是绘制在图18A中的数据的对数图。在这些图中，即使在θt增加时，在白(亮)显示(在大约3.5V的附近)中的反射率通常保持固定，然而在黑(暗)显示(在大约0V的附近)中的反射率具有增加的趋势。由于通过用黑(暗)显示中的反射率去除白(亮)显示中的反射率而得到对比度，从图18A和图18B可以明白，在θt增加时，对比度减小的情况。

图19A和图19B分别是示出黑(暗)显示中的反射波谱对相位差板104角度的图示。而且，图19A示出了在θp接近0度时的反射波谱，并且图19B示出了θp接近90度时的反射波谱。

图19A示出了在相位差板角度124b，即θp从0度减小时，反射率被减小的情况。特别是，注意到波长0.55μm的附近，0.55μm是可视区域的中心并且很大程度上与对比度有关，应当明白，在θp处于-1至-1.5度的范围中时，反射率变成最小，并且在θp进一步减小时，反射率反而增加。因此，可以有把握地说，相位差板角度124a需要小于0度，但等于或大于-10度。另外，如图19B所示，应当明白，与θp＝90度的情况相比，在θp的增加时，反射率被减小的情况。同样在这种情况下，注意到波长0.55μm的附近，应当明白，当θp处于91至91.5度的范围中时，反射率变成最小，并且在θp进一步增加时，反射率反而增加。因此，可以有把握地说，相位差板角度124a需要大于90度，但等于或小于100度。换言之，第三实施方案的特征是绝对相位差板角度124b至少大于0度，但等于或小于10度。

图20A和图20B分别是示出白(亮)显示中的反射波谱对相位差板104角度的图示。在图20A和图20B中，应当明白，即使在作为相位差板角度124a的θp被设置为0至-2度的范围，或设置为90至92度的范围时，反射波谱变化不大，并且因此该变化落在对比度的容许偏差中。

因此，作为相位差板角度124a的θp被设置为-1至-1.5度的范围，或设置为91至91.5度的范围，从而对比度显著增强。换言之，绝对相位差板角度124b被设置为1至1.5度的范围，由此对比度显著增强。

(第四实施方案)

参考图21，将在下文中给出关于应用第一实施方案液晶光阀的液晶投影仪的实施方案的描述。第四实施方案的投影仪包括白光源301，偏振光束分离器102，分色镜302和303，第一实施方案的液晶光阀109R，109G和109B，相位差板104R，104G和104B，投影透镜304等。

从白光源301发射出来的光首先入射到偏振光束分离器102上。然后，只有关于该图偏振光分量垂直的光从偏振光束分离器102中反射出。在反射光在分色镜302和303中被分成红，蓝和绿的基色光之后，它们分别入射到液晶光阀109R，109G和109B。已被入射到相应液晶光阀上的基色光通过相应的液晶层受到调相，以被相应的象素电极反射，再次被分色镜302和303进行颜色合并。以下，只有平行于该图的偏振光分量的光通过偏振光束分离器102传输，以通过投影透镜304被投影到屏幕(在图21中未示出)上。

由于在本实施方案中，应用第一实施方案的液晶显示元件，实现对比度高，并且液晶的响应时间短的投影仪是可能的，特别是，可能实现能够平缓执行移动图像显示的液晶投影仪。

在这方面，应当明白，对于每个基色，每个相位差板104R，104G和104B的相位差板角度124a期望是最佳的。另外，如可以从图5A和图5B至图14A和图14B看出的，在任一基色中，相位差板104的绝对相位差板角度124b最好为大于0度，但最多等于或小于10度。

在第四实施方案中，分色镜302和303被排列在偏振光束分离器102和相位差板104之间，另一方法，代替分色镜302和303，可使用棱镜，之所以将作为被配置在作为偏振光元件的偏振光束分离器和液晶光阀之间的相位差板的光学轴角度的相位差板角度和偏振光束分离器的偏振光轴错位配置是由本发明的本质决定的。

另外，基于相同原因，在第四实施方案中，分色镜302和303被排列在偏振光束分离器102和相位差板104之间，另一方法，可采用如此的构造，其中在从白光源301发射出的光101通过分色镜等已预先被分成基色光后，由此产生的基色光被入射到偏振光束分离器上。在这种情况下，排列每种基色的偏振光束分离器是必需的。

另外，基于相同的原因，本发明在光学系统中是有效的，而且在该系统中，如SID2000 Digest，P.92文章中描述的颜色偏振过滤器和偏振光束分离器相互结合在一起。

而且，在第四实施方案中，应用在第一实施方案中描述的液晶光阀，当然应当明白，应用在第二实施方案和第三实施方案中分别描述的液晶光阀是可能的。

虽然参考实施方案及其特定的修改，已特别地示出和描述了本发明，应当明白，在不脱离本发明的范围和精神的基础上，本领域的技术人员可进行各种变化和修改。因此本发明的范围只被附加的权利要求确定。

Claims (7)

1.液晶显示器件，包括：

液晶显示元件，具有：具有一对基片的液晶光阀，该光阀具有形成在所述一对基片之一上的透明电极，形成在所述一对基片另一个基片上的反射电极，被夹在所述一对基片间的液晶层；和相位差板；

偏振光元件；以及

光源，

其中所述液晶层的液晶为各向同性取向且取向方向为45度左右，

其中所述相位差板被排列在所述液晶光阀和所述偏振光元件之间，并且所述相位差板的延迟处于100至175nm的范围，以及

其中构成快轴或慢轴的所述相位差板的光轴和所述偏振光元件的偏振轴相互错位配置，并且所述相位差板的光轴和所述偏振光元件的偏振轴之间形成的夹角的绝对值等于或小于10度。

2.权利要求1记载的液晶显示器件，其中所述相位差板的光轴和所述偏振光元件的偏振轴之间形成的夹角小于0度，但等于或大于-10度。

3.权利要求1记载的液晶显示器件，其中所述相位差板的延迟为入射到所述相位差板的入射光的波长的1/4左右。

4.液晶显示器件，包括：

液晶显示元件，具有：具有一对基片的液晶光阀，该光阀具有形成在所述一对基片之一上的透明电极，形成在所述一对基片另一个基片上的反射电极，被夹在所述一对基片间的液晶层；和相位差板；

光源，用于提供入射到所述液晶显示元件的光；以及

被配置在所述液晶显示元件和所述光源之间的偏振光元件，

其中所述液晶层的液晶为扭曲向列型取向，并且所述相位差板的延迟为入射到所述相位差板的入射光的波长的1/4左右，以及

其中所述相位差板的光轴和所述偏振光元件的偏振轴之间形成的夹角的绝对值等于或小于10度。

5.权利要求4记载的液晶显示器件，其中在所述液晶显示元件中的所述液晶层的扭曲角处于50至90度的范围。

6.权利要求4记载的液晶显示器件，其中在所述液晶显示元件中所述液晶层的扭曲角处于50至90度的范围，所述相位差板的光轴和所述偏振光元件的偏振轴之间形成的夹角的绝对值小于90度，但等于或大于80度。

7.权利要求4记载的液晶显示器件，其中所述相位差板的光轴和所述偏振光元件的偏振轴之间形成的夹角的绝对值大于90度，但等于或小于100度。

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