液晶显示装置的制作方法

专利名称：液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具备采用向透明的一对基板之间封入液晶层，给该液晶层加上电压的办法对入射光提供光学变化的液晶单元、由分别设置在该液晶单元的观看一侧和相反的一侧的偏振片构成的液晶显示面板、设置在与该观看一侧相反的一侧的辅助光源的液晶显示装置，就是说涉及透过式液晶显示装置和半透过式液晶显示装置。
背景技术：
利用现有的扭曲向列(TN)液晶或超扭曲向列(STN)液晶等的液晶显示装置的构造，是用2块偏振片把液晶单元夹在中间。此外，作为偏振片，由于使用的是具备具有彼此垂直的透过轴和吸收轴，透过在与该透过轴平行的方向上振动的线偏振光，吸收在与吸收轴平行的方向上振动的特性的吸收式偏振片，故光的利用效率差，且在进行反射式显示时成为暗显示。
此外，作为辅助光源，在具备EL器件等的背光源装置的半透过式液晶显示装置的情况下，由于在反射式显示和透过式显示时光的利用效率相反，故不论在哪一种状态下都会成为暗显示。
于是，人们提出了使反射式偏振片组合到以往一直使用的吸收式偏振片上的方法。
反射式偏振片，具有彼此垂直的透过轴和吸收轴，且具有透过在与该透过轴平行的方向上振动的线偏振光，吸收在与吸收轴平行的方向上振动的特性。
现在，考虑使吸收式偏振片与反射式偏振片进行重叠并从吸收式偏振片一侧进行观看的情况。
在这种情况下，在两偏振片的透过轴彼此平行的情况下具有高的透过性，在透过轴彼此垂直的情况下则具有高的反射性。这对于在使2块吸收式偏振片的透过轴彼此垂直地进行配置的情况下呈现大的吸收特性(黑)来说基本上是不同的性质。
在利用2块吸收式偏振片的情况下，采用把反射板配置在对于液晶显示面板来说与观察者相对置的位置上的办法，在透过状态下利用由外部光产生的反射进行明显示，在吸收状态下进行暗显示。
但是，在这种情况下，由于要2次透过配置在反射板上边的吸收式偏振片，故将因发生光的吸收而成为暗的显示。此外，利用具有散射性的反射板，由于反射板所产生的偏振光的紊乱而发生基于吸收式偏振片的光的吸收，也将成为暗的显示。
此外，在外部光不充分的暗的环境下，由于液晶显示装置的显示的辨认性极其恶化，故在多数的情况下，在液晶显示装置内具有辅助光源。在这种情况下，可以利用具有半透过性的反射板。
简单地说，当考虑使2块吸收式偏振片重叠起来的情况时，在利用外部光进行反射线时的明显示，相当于使2快吸收式偏振片的透过轴平行的情况，即便是在利用辅助光源的情况下也将成为明显示。
其次，在暗显示的情况下也同样，相当于使2块吸收式偏振片的透过轴垂直的配置，不论是在利用外部光的情况下或利用辅助光源的情况下，都将成为暗显示。
对此，为了实现更为明亮的半透过式的液晶显示装置，最近人们提出了把吸收式偏振片和反射式偏振片组合起来的方法。
这种情况下的半透过式液晶显示装置，由于动作不同，以下，用图8和图9进行说明。
图8的示意性剖面图示出了现有的液晶显示装置的面板的构成。
在图8中，以规定的间隔使由玻璃等的透明材料构成的第1基板32和第2基板34相对置，用未画出来的密封剂把液晶层31封入到其间隙内，构成液晶单元3。液晶层31使用从第1基板32到第2基板34使光旋光90度的扭曲向列液晶。
在该液晶单元3的第1基板32的内面(与液晶层31接连的面)上，具备由ITO膜等的透明电极膜构成的M条信号电极36。另一方面，在第2基板34的内面(与液晶层31接连的面)上具备与信号电极36交叉的由透明电极膜构成的N条扫描电极37，成为具有M×N个象素部分的矩阵式的液晶显示面板。
接着，在作为该液晶单元3的第1基板32的观察者一侧的观看一侧，设置第1偏振片1，在第2基板34的与观看一侧相反的一侧，设置光散射层4和第2偏振片5。
该第1偏振片1使用吸收式偏振片，第2偏振片5则使用反射式偏振片。其中，反射式偏振片利用住友3M株式会社生产的商品名为RDF-C的产品。第1偏振片1和第2偏振片5配置在使彼此的透过轴一致的方向上。
接着，对于第2偏振片5在第2基板34的相反的一侧，配置辅助光源10。该辅助光源10配置一个冷阴极管(荧光灯)13，采用的是用由丙烯酸树脂构成的导光板14扩散成面光源的侧边方式。
此外，为了提高散射性，在导光板14上边设置散射薄膜12。再在其上边重叠地设置用来使之具有指向性的棱镜薄板11。
其次，用图9对利用外光时和利用辅助光源时的每一种情况下的该液晶显示装置的明暗显示动作进行说明。
首先，用图9的光路线20和21对利用外光时的情况进行说明。
光路线20表示未给液晶单元3加上电压时的光路，光路线21表示已给液晶单元3加上了电压时的光路。在使用液晶显示装置的环境是明亮的情况下，外部光从观察者一侧向液晶显示装置入射。
首先，对光路线20进行说明。
从观察者一侧入射进来的光，借助于第1偏振片1，在与透过轴平行的方向上振动的线偏振光成分透过并入射到液晶单元3。该入射进来的线偏振光成分在液晶单元内旋光90度后向第2偏振片5的方向入射。
这时，由于入射到第2偏振片5上的线偏振光成分的振动方向成为与第2偏振片5的反射轴平行，故全部被反射。即，从观察者一侧入射进来的光的大约一半不加变动地被反射到观察者一侧。因此，这时观察者可以作为明显示进行观看。
其次，对已给液晶单元3加上电压的情况下的光路线21进行说明。
采用给液晶单元3加上约3V的电压的办法，液晶分子站立起来失去90度的旋光性。因此，入射到液晶单元3上的线偏振光成分不加变动地向第2偏振片5入射。
这时，由于入射到第2偏振片5上的线偏振光的振动方向已成为与透过轴平行，故将透过第2偏振片5，入射到配置在背面一侧的辅助光源10上。在辅助光源10那里入射进来的线偏振光成分，借助于导光板14，偏振光被散射的同时还被反射，向第2偏振片5入射，一部分的线偏振光成分再次透过，返回到观察者一侧。
即，如果在辅助光源10处有某种程度的偏振光的散射，则返回观察者一侧的光是极少的，观察者可以观看到暗显示。
此外，如果在第2偏振片5的背面设置光吸收层，返回到观察者一侧的光的吸收量进一步增加。
以上就是利用外光时的明暗显示的动作。在以前采用的使2块吸收式偏振片和反射式偏振片组合起来的液晶显示装置中，虽然来回共4次透过吸收式偏振片，但是由于在上边所说的现有的液晶显示装置中只来回2次透过偏振片，故反射率高、可进行明亮的显示。
再有，住友3M株式会社生产的商品名RDF-C，作为反射式偏振片充分地发挥了功能，该产品反射率高也是明亮的显示的一个理由。
其次，用图9的光路线22和光路线23，对利用辅助光源10的情况进行说明。首先，对未加电压时的光路线22进行说明。
来自辅助光源10的出射光向第2偏振片5入射。在第2偏振片5那里在与透过轴平行的方向上振动的线偏振光成分透过，在与透过轴垂直的方向上振动的线偏振光成分反射后，再次返回到辅助光源10。
透过了第2偏振片的线偏振光成分，在液晶单元3处被旋光90度，到达第1偏振片1。这时，入射到第1偏振片上的线偏振光成分，由于其振动方向与透过轴垂直，故被吸收，不向观察者一侧出射。因此，观察者可以观看到暗显示。
其次，对加上电压时的光路线23进行说明。采用给液晶单元3加上电压的办法，由于其旋光性消失，故从辅助光源10射出后透过了第2偏振片5的线偏振光成分，照原样不被旋光地向第1偏振片入射。
这时，入射到第1偏振片上的线偏振光成分，由于其振动方向已成为与透过轴平行，故将透过第1偏振片1向观察者一侧出射。因此，观察者看作是明显示。
以上就是利用辅助光源10时的明暗显示的动作。在这里当对利用外光时和利用辅助光源时的明暗显示的特征进行归纳时，则在利用外光时，在不向液晶单元3加电压的状态下成为明显示，加电压时则成为暗显示。
在利用辅助光源时，在不向液晶单元3加电压的状态下成为暗显示，加电压时则成为明显示。
当观察者观看该现象时，在利用外光时和利用辅助光源时，图象发生所谓灰度等级反转。当发生了灰度等级反转时在显示难于识别的图象的情况下，可知若与辅助光源10同步地使液晶显示装置显示已把要显示的图象自身的灰度等级反转过来的图象，则可以大体上解决该问题。
在这里要注意的是，利用外光时的外光反射率，从理论上说接近50％，辅助光源的透过率也接近50％。要是用使用以前的吸收式偏振片的半透过式液晶显示装置，这是不可能实现的。
如上所述，该液晶显示装置，由于具有可以得到明亮的显示和辅助光源的利用效率非常高的优点，故被广为利用。
但是，在这样的现有的液晶显示装置的情况下，要在半透过式中使用，则存在着大的问题。就是说，在利用辅助光源进行明暗显示的情况下，在暗显示部分中可以看见暗度不同的显示不均匀。
这是在利用以前所利用的吸收式偏振片的液晶显示装置中所没有的问题，是因使用反射式偏振片而产生的特有的问题。
用图5、图6、

图10和图11对暗显示状态中的显示不均匀进行说明。在图5中，在中心线左侧图示的是现有例的说明图。在中心线的右侧示出的是对比地说明后边要讲的本发明的实施例的情况的装置，在这里省略说明。
图5所示出的，是从上边所说的图9所示的现有例中取出的第1偏振片1和第2偏振片5。
第1偏振片是吸收式偏振片，第2偏振片是反射式偏振片，使用的是住友3M株式会社生产的商品名RDF-C的产品。在图5中，圆中有黑点的记号，表明线偏振光的振动方向是与纸面垂直的方向，横向的两个箭头分别示出了与纸面平行的方向。
其次，参看图6。图6是图5中的第1偏振片和第2偏振片5的斜视图。如图所示，第1偏振片1的透过轴1a和第2偏振片的透过轴5a垂直。在该图6中，从第2偏振片5的背面一侧投射分光平坦的平面光。
这时的第1偏振片的透过分光特性，在测定点A和测定点B分别测定。图10和图11示出了其结果。
在图10和图11中，在测定点A和测定点B的可见光区域中的透过率高的地方为10％以上，可知已相当程度地透了过去。
理想地说，由于第1偏振片的透过轴1a与第2偏振片的透过轴5a垂直，故透过率理想的是0％。例如，从在通常的吸收式偏振片的情况下为3％来看，则已相当程度地透了过去。
这是因为反射式偏振片的反射起偏度为从85％到90％，不怎么好的缘故。因此规定的方向的线偏振光成分不反射地透了过去，对于观察者一侧来说可以看作是漏泄光。
此外，在图10和图11中，可知透过率的分光特性在可见光区域中是不恒定不均一的。再有，可知在测定点A和测定点B处分布相当不一样，该透过率的不均一量是用肉眼也可以充分地辨认的量，将使显示品质显著地降低。
特别是该不均一性表现出向规定的方向延伸的带状的倾向很强，即便是用肉眼也易于辨认。
这种现象，原因在于反射式偏振片的构造和偏振原理。例如，作为实现反射式偏振片的方法，有使用多层膜的方法。图12示意性地示出了其剖面图。
在图12中，具有折射率各向异性的A层和B层交互地进行了多块叠层。
此外，还配置为使得在规定的方向上的A层的折射率和B层的折射率不同，与规定的方向垂直的方向的折射率，A层和B层相等。
这时，采用在各层中在折射率不同的规定的方向上，把各层中的膜厚与折射率之积的和设定为使之成为1/2λ的办法，结果就成为使与规定的方向的垂直的线偏振光成分透过。
采用使多个A层和B层进行叠层以便使得在可见光区域的所有的波长中都实现上述情况，就可以实现反射式偏振片。这样的反射式偏振片，已在国际公开公报WO95/17692中公开。
然而，实际上归因于制造上的不均一性，要在宽大面积上维持均一的膜厚是困难的。该膜厚不均一性，将诱发透过分光特性的不均一化。
由于实际的膜厚为100nm左右，故要想在数十cm的范围内均一地形成这种膜厚在现实上是相当困难的。
此外要想在可见光区域中得到均一的分光特性，虽然层数越多偏振特性就越优良，但是在实际的批量生产上说百层左右是理想的。不能把该层数取得充分地多也是不均一性的一个原因。
如上所述，在反射式偏振片中存在着其制造上的不均一或由多层膜的层数的限制诱发的反射起偏度和分光特性的不均一性。
出于这种原因，在利用辅助光源时，在观察者一侧，存在着发生显示不均匀，使显示品质显著度降低的问题。
本发明，就是为解决在使用反射式偏振片的液晶显示装置中的上边所说的那样的问题而发明的，目的是使得在进行利用辅助光源的透过式的显示的情况下，可以进行高品质的显示而不会产生显示不均匀。
发明的公开本发明，在具备以规定的间隔使透明的第1基板和第2基板相对置地配置，向其间隙内封入液晶层后构成，采用给该液晶层加上电压的办法，对入射光提供光学变化的液晶单元；在处于该液晶单元的观看一侧的第1基板的外侧设置的第1偏振片；在处于液晶单元的与观看一侧相反的一侧的第2基板的外侧设置的第2偏振片；在该第2偏振片的与液晶单元相反的一侧设置的辅助光源的液晶显示装置中，为了实现上述目的，其构成如下。
把上述第1偏振片作成为透过第1线偏振光成分的偏振片，把上述第2偏振片作成为反射第2线偏振光成分，透过在与该第2线偏振光成分的振动方向垂直的方向上振动的第3线偏振光成分的偏振片，在上述第2偏振片与上述辅助光源之间，配设透过第4线偏振光成分的第3偏振片，使得上述第3线偏振光成分与第4线偏振光成分的振动方向进行交叉的角度成为负45度以上正45度以下的范围。
可以把上述第3偏振片，作成为透过第4线偏振光成分，吸收在与该第4线偏振光成分的振动方向垂直的方向上振动的第5线偏振光成分的吸收式偏振片上述第3偏振片，也可以是透过第4线偏振光成分，反射在与该第4线偏振光成分的振动方向垂直的方向上振动的第5线偏振光成分的反射式偏振片。
上述辅助光源可以是使用冷阴极管、发光二极管、或电致发光器件的背光源装置。
也可以上述把第3偏振片和第2偏振片粘接起来。
也可以作成为把上述第3偏振片固定到上述辅助光源或构成该辅助光源的构件上，且使得与上述第2偏振片分离开来。
可以在上述第2偏振片的观看一侧的任意位置上设置光散射层，也可以作成为在上述第2偏振片与第3偏振片之间，和辅助光源的构件之间的任何一者之间，设置光半吸收层，使得上述第3线偏振光成分与第4线偏振光成分的振动方向大体上一致，上述光半吸收层，理想的是在可见光区域的几乎整个区域内具有均一的吸收特性，吸收率在60％以下。
可以在上述第2偏振片的观看一侧的任意位置上设置光散射层。
附图的简单说明图1的示意性的剖面图示出了本发明的实施例1的面板的构成。
图2是用来说明上图的构成的动作的主要部分的剖面图。
图3的示意性的剖面图示出了本发明的实施例2的面板的构成。
图4是用来说明上图的构成的动作的主要部分的剖面图。
图5是用来与现有例进行比较地说明本发明的液晶显示装置的基本作用的说明图。
图6是图5中的第1偏振片和第2偏振片的斜视图。
图7的曲线图示出了在图5中的本发明B的情况下从观看者一侧测定的透过分光特性。
图8示意性的剖面图示出了现有的液晶显示装置的面板构成。
图9是用来说明上图的构成的动作的主要部分的剖面图。
图10和图11的曲线图示出了在图5的现有例的情况下的图6所示的测定点A和测定点B处分别测定的透过分光特性。
图12的剖面图示意性地示出了反射式偏振片的构造。
优选实施例为了更为详细地说明本发明，根据附图，说明本发明的实施例。
在本发明的具体的实施例的说明之前，先用图5到图7说明本发明的液晶显示装置在基本作用。
图5是在背景技术的说明也使用的说明图，以往和本发明的液晶显示装置中的液晶单元等予以省略，仅仅取出辅助光源10和各个偏振片(偏振光分离器)给以图示。另外，圆内有黑点的记号表示线偏振光的振动方向是与纸面垂直的方向，横向的两个箭头表明那是与纸面平行的方向。
从图5中的中心线左侧的的现有例，从下开始配置有辅助光源10、第2偏振片5和第1偏振片1。
另一方面，从中心线往右侧的本发明的例子则配置有辅助光源10、第3偏振片6、第2偏振片5和第1偏振片1。
在该图5中，第2偏振片5使用反射式偏振片，其透过轴与纸面平行地配置。
第1偏振片1使用吸收式偏振片，其透过轴配置为与纸面垂直。此外，在本发明A的情况下，作为第3偏振片6使用反射式偏振片61，其透过轴配置成与纸面平行。在本发明B的情况下，作为第3偏振片6使用吸收式偏振片62，其透过轴配置为与纸面平行。
在该图5中的偏振片的透过轴的配置，由于中间不存在液晶层，故使第1偏振片1的透过轴进行90度旋转。即，相当于未给液晶层加上电压的状态。
在图6中用斜视图示出了第2偏振片1和第2偏振片5，示出的是把该第1偏振片1配置为使得透过轴1a与第2偏振片5的透过轴5a垂直。
采用这样的构成，在利用外光时，外光被第2偏振片5反射，返回观察者一侧，成为明显示，在利用辅助光源10时，辅助光被第1偏振片1吸收，不向观察者一侧射出，成为暗显示。图5示出的仅仅是来自辅助光源10的辅助光。
首先，说明现有例。在现有例的情况下，沿着辅助光的光路线24的出射光向第2偏振片5入射，在与纸面平行的方向上振动的线偏振光成分透过第2偏振片5，被第1偏振片1吸收。
然而，在与纸面垂直的方向上振动的线偏振光成分，由于反射式偏振片的反射起偏度不好，故10％左右透过第2偏振片5，向第1偏振片1入射。再者，该线偏振光成分，由于振动方向与第1偏振片的透过轴一致，故向观察者一侧透过。此外，其透过量依赖于作为反射式偏振片的第2偏振片5的反射起偏度的不均一性，在观察者一侧作为显示不均匀被观看到。
对此，在本发明的液晶显示装置的情况下，在辅助光源与第2偏振片5之间配置有第3偏振片6。
对于本发明A和本发明B，分别说明这时的动作。
首先，在本发明A的情况下，第3偏振片6使用反射式偏振片61。来自辅助光源10的沿着光路线25的出射光，借助于反射式偏振片6，在与纸面平行的方向上振动的线偏振光成分透过去，向第2偏振片5入射，由于该线偏振光成分的振动方向与透过轴是平行的，故也透过第2偏振片5，向第1偏振片1入射，在那里被吸收。
此外，沿着光路线25的在与纸面垂直的方向上振动的线偏振光成分在反射式偏振片61处大约90％被反射后返回到辅助光源10。剩下的大约10％虽然透过反射式偏振片61，但由于其振动方向是与第2偏振片5的透过轴垂直的方向，90％以上再次被反射，透过第2偏振片5的，仅有2％以下。因此，来自辅助光源10的出射光，几乎不会透过到观察者一侧来。
来自辅助光源10的辅助光不向观察者一侧射出，虽然是理所当然的，但是例如即便是第2偏振片5的起偏度是不均一的，结果也将成为完全不会发生显示不均匀。
其次，在本发明B的情况下，作为第3偏振片6使用吸收式偏振片62。为此，来自辅助光源10的沿着光路线26的出射光，最初先入射到吸收式偏振片62上，在与纸面垂直的方向上振动的线偏振光成分在该吸收式偏振片62处被吸收，一般地说吸收式偏振片的吸收起偏度高，在95％以上。
因此，由于在与纸面垂直的方向上振动的线偏振光成分不出射，故即便是第2偏振片5的起偏度是不均一的，也完全不会发生显示不均匀。
图7示出了在本发明B的情况下，从观察者一侧测定的透过分光特性。纵轴表示透过率，横轴表示波长。虽然辅助光源10实际上具有不均一的分光特性，但示出的是作为均一的分光特性进行计算并进行了修正的曲线图。
倘根据该图7，则透过率平均在1％以下，此外也未看到在固有的波段处透过率增高的现象。这表明在使用反射式偏振片的情况下产生的固有的显示不均匀已完全消灭。
再有，在第2偏振片5与辅助光源10之间，采用把光半吸收层配置在第3偏振片6的两侧的任何一侧的办法，来提高来自观察者一侧的利用外光时的对比度。
在这种情况下，对配置第3偏振片的效果也没有影响，也不会发生显示不均匀。
其次，用图1和图2对本发明的液晶显示装置的实施例1进行说明。
图1的示意性的剖面图示出了该液晶显示装置的构成，图2是用来说明其动作的说明图。在这些图中，对于那些与上边所说的图8和图9对应的部分赋予了同一标号，并简单地进行它们的说明。
在本实施例中，把液晶单元3作成为STN单元，作为液晶层31封入了STN液晶。
该液晶单元3用作为透明玻璃基板的第1基板32和同样作为透明玻璃基板的第2基板34把由STN液晶形成的液晶层31夹在中间。第1、第2基板32、34已用密封构件(未画出来)接合起来。
此外，在第1基板32的内面上，在与纸面垂直的方向上形成由透明电极形成的多个信号电极36，在第2基板34的内面上，也在与纸面平行的方向上形成由透明电极形成的多个扫描电极37，该信号电极36和扫描电极37的各个交点成为象素。此外，在该第2基板34与扫描电极37之间形成有滤色片35。
在该液晶单元3的观察者一侧(观看一侧)设置相位差薄膜2，再在其上边作为第1偏振片配设吸收式偏振片。此外，在该液晶单元的与观看一侧相反的一侧设置光散射层4，在其下侧依次作为第2偏振片5设置反射式偏振片，作为第3偏振片6设置吸收式偏振片。
再有，在第3偏振片6的下侧，配置有辅助光源10。该辅助光源10由冷阴极管13和导光板14和已粘贴到其上边的棱镜薄板11和散射薄膜12构成背光源装置。
本实施例中的液晶单元3的STN液晶层，虽然使用的是进行了240度扭曲的STN液晶层，但是并不限定于此。
作为第1偏振片的吸收式偏振片的透过轴配置在与纸面平行的方向上。相位差薄膜2使用相位差值为540nm的相位差薄膜，把迟相轴配置在对于吸收式偏振片1旋转40度的位置上。
此外，配置在液晶单元的相反的一侧的作为第2偏振片的反射式偏振片的透过轴配置为与纸面平行，把在其下侧的作为第3偏振片6的吸收式偏振片的透过轴也配置为与纸面平行。
本实施例的液晶显示装置的构成，除去设置相位差薄膜2和第3偏振片6之外，与图6所示的现有的液晶显示装置是一样的。
另外，第2偏振片5使用一般地说可以买得到的住友3M株式会社生产的商品名为RDF-C的产品。对于该商品，已经把具有散射性能的粘接剂涂敷到反射式偏振片上，采用粘接到第2基板34上的办法，可以一次地形成光散射层4和反射式偏振片。
此外，滤色片35，使红(R)、绿(G)、蓝(B)色的滤色片交替地沿着信号电极36配置成纵条带状。借助于此，本实施例起着半透过式彩色液晶显示装置的作用。
当然，滤色片与本发明没有直接关系，在黑白显示的情况下，只要不配置滤色片35，用本实施例的构成也可以实施。
在这里，滤色片35被设定得透过率比在现有的透过式中使用的滤色片还高。这是因为在反射式的情况下，由于要使来自观察者一侧的入射光2次透过滤色片35，因而要防止透过率降低的缘故。
接着，用图2对本实施例的动作进行说明。图2是用来说明实施例1中的动作的主要部分的剖面图。
在图2中，从观看一侧开始依次配置有第1偏振片的吸收式偏振片1、相位差薄膜2、液晶单元3、光散射层4、第2和第3偏振片5和6、由背光源装置形成的辅助光源10。
从中心线往左侧是未给液晶单元3加上电压的状态的说明图，右侧是已加上电压的状态的说明图。光路线20和光路线21，示意性地示出的是在辅助光源10不亮灯的情况下从观察者一侧入射的外光形成的反射式显示时的光路，光路线20和光路线21分别示出的是未加上电压时的情况和已加上电压时的情况。
光路线22和光路线23，示意性地示出的是在辅助光源10亮灯后从透过式显示的辅助光源10射出的光路，光路线22和光路线23分别示出的是未加上电压时的情况和已加上电压时的情况。
此外，在光路线中，示出了线偏振光的偏振方向，箭头表示与纸面平行的线偏振光成分，双重圆表示与纸面垂直方向的线偏振光成分。
在本实施例的情况下，在可以得到充分的量的外光的环境下，作为反射式液晶显示装置起作用。在这种情况下，即便是辅助光源10不亮灯也可以得到充分的对比度。
用光路线20说明未给液晶单元3加上电压时的动作。
从观察者一侧入射的外光，入射到第1偏振片1上，仅仅在与纸面平行的透过轴方向上振动的线偏振光成分透过，在与纸面垂直的方向上振动的线偏振光成分则被吸收。
透过去的线偏振光成分向相位差薄膜2和液晶单元3入射。这时，通过相位差薄膜2和液晶单元3入射进来的线偏振光，成为可以被看作是大体上旋光90度的在与纸面垂直的方向上振动的线偏振光成分的椭圆偏振光后出射。
所出射的偏振光虽然会被光散射层4散射，但其偏振状态却不变化地向第2偏振片5入射。这时，由于入射的线偏振光成分，在与第2偏振片5的透过轴垂直的方向上振动，故在这里被反射后再次返回液晶单元3，经由同样的光路返回到观察者一侧。这时，对于观察者一侧来说，外光的大约20％以上因反射而返回，观察者可以作为明显示来观看。
其次，在已给液晶单元3加上了电压时，透过了第1偏振片1的入射光，在液晶单元3中不进行90度旋光地维持与纸面平行的线偏振光不变地向光散射层4和第2偏振片5入射。这时，由于该线偏振光的振动方向与第2偏振片5的透过轴一致，故它也透过去，并向作为第3偏振片6的吸收式偏振片入射。由于在这里其振动方向也与吸收式偏振片6的透过轴一致，故它也透过去，并入射到辅助光源10上。
辅助光源10，如图1所示，由于具备有导光板14和棱镜薄板11和散射薄膜12，入射进来的线偏振光成分大体上完全消除偏振，成为无偏振的光进行反射返回第3偏振片6。这时，仅仅在第3偏振片6的透过轴方向上振动的线偏振光成分才透过，并返回观察者一侧。
根据发明人的测定，这时，返回到观察者一侧的光量为入射光为5％以下。因此，观察者可以作为暗显示来观看。以上就是利用外光时的明暗显示的动作。
其次。在环境暗且不能得到充分量的外光的情况下，辅助光源10亮灯，作为利用辅助光的透过式液晶显示装置起作用。采用使辅助光源10亮灯的办法，即便是在暗的环境下也可以得到充分的对比度。
首先，用光路线22说明在不给液晶单元3加电压时的动作。
来自辅助光源10的出射光，向第3偏振片6入射，仅仅在与纸面平行的方向上振动的线偏振光成分透过，在与之垂直的方向上振动的线偏振光成分被吸收。透过去的线偏振光成分，由于振动方向与第2偏振片5的振动方向一致，故通过光散射层4向液晶单元3入射。
这时，从相位差薄膜2和液晶单元3入射进来的线偏振光成分，成为可以被看作是大体上旋光90度的在与纸面垂直的方向上振动的线偏振光成分的椭圆偏振光后出射。
所出射的偏振光，由于在与第1偏振片的透过轴垂直的方向上振动，故该线偏振光成分被吸收，不向观察者一侧射出。这时，观察者可以作为暗显示来观看。
其次，用光路线23对已给液晶单元3加上了电压时进行说明。
来自辅助光源10的出射光，在第3偏振片6处与纸面平行的线偏振光成分，透过了第2偏振片1和光散射层4后，在液晶单元3中不进行90度旋光地维持与纸面平行的线偏振光不变地向第1偏振片1入射，这时，由于该线偏振光成分的振动方向与透过轴一致，故它也透过去，向观察者一侧射出。
根据发明人的测定，向观察者一侧射出的光量为辅助光源10的出射光的20％以上。因此，观察者可以作为明显示来观看。以上就是利用辅助光源时的明暗显示的动作。
由以上的说明可知，在本实施例中，与现有的液晶显示装置没有什么变化，在利用外光时和利用辅助光源时这两方中，可以进行对比度高的明暗显示。
其次，再次用图2的光路线22对作为本发明的目的的在利用辅助光源时发生的显示不均匀的减轻，进行说明。
首先，在本实施例的情况下与现有技术不同，由于具备了第3偏振片6，故辅助光源10的出射光，最初先向第3偏振片6入射。
在第3偏振片6那里，与透过轴平行的线偏振光成分透过，垂直的方向的线偏振光成分则被吸收。
现在，由于在第3偏振片和第2偏振片5处透过轴一致，故透过第3偏振片6的吸收式偏振片的线偏振光成分，也将透过第2偏振片5的反射式偏振片。
另一方面，在与纸面垂直的方向上振动的线偏振光成分，由于几乎不向第2偏振片5入射，故即便是在面内第2偏振片的透过率的波长依赖性是不均一的，透过来的光在面内也不会成为不均一。
因此，在观察者一侧也完全看不到显示不均匀。这样一来，采用在入射到第2偏振片5之前减轻与其反射轴平行的线偏振光成分的办法，就可以防止由第2偏振片的反射起偏度的面内不均一性产生的图象品质的劣化。
在这里，以发明人的实验数据为依据说明效果的程度。再次参看先前在作用的部分中说明的图10和图7，在图10中透过率为10％以上的，在图7中则成为2％以下。
遮光性已象这样地显著地提高，可由实际的测定得知。
此外，在图10中显著地表现出来的透过率的波长依赖性，在图7中完全看不出来，这也可以由实际的测定得知。可以容易地推测即便是中介液晶单元，也可以得到大体上同样的结果。
如上所述，在实际的测定中可知，作为第3偏振片配置吸收式偏振片的效果也是大的。
在本实施例中，虽然在反射式偏振片的下边配置吸收式偏振片，但是也可以配置反射式偏振片来取代吸收式偏振片。在这种情况下，在使它们的透过轴一致的方向上，反射式偏振片成为2块进行重叠的构造。
采用使2快进行重叠的办法，由于反射式偏振片的起偏度实质上提高，故可以缓和反射式偏振片的起偏度的波长依赖性。根据发明人的实验，可以得到与配置吸收式偏振片的情况下同样的效果。
再有，在本实施例中，虽然把吸收式偏振片配置在反射式偏振片的正下边，但是并不限定于该场所。
就象从上边所说的作用的部分的说明可以容易地进行推测的那样，作为第3偏振片6的吸收式偏振片，只要对于作为第2偏振片5的反射式偏振片配置在辅助光源10一侧的不论哪一侧，都可以得到同样的效果。
例如，辅助光源10虽然把棱镜薄板11和散射薄膜12配置在导光板14一侧，但是即便是把第3偏振片6配置在棱镜薄板11的下边或散射薄膜12的下边，也都可以得到同样的效果。
在这种情况下，若中介于与第2偏振片5之间的素材具有折射率各向异性等，则线偏振光将成为椭圆偏振光，效果就会降低。
然而，采用成为椭圆偏振光的办法，在利用外光时，具有增加来自观察者一侧的偏振光的吸收使对比度提高的优点。
根据发明人的实验，已经确认即便是在第2偏振片5与第3偏振片6之间放上1/4λ板，也可以把显示不均匀减轻到在品质方面不会成为问题的程度。
此外，在本实施例中，把反射式偏振片与吸收式偏振片配置为使它们的透过轴一致。在这种情况下，虽然减轻显示不均匀的效果成为最高，但是从上边的说明可以推测即便是透过轴错了开来也可以减轻显示不均匀。
实际上，每5度地使角度进行变化来进行实验时得知，到45度为止都可以把显示不均匀改善到看不出来的那种程度。而在35度之前则几乎可以完全消灭显示不均匀。
再有，采用使吸收式偏振片的透过轴对于反射式偏振片的透过轴错开来的办法，可以提高利用外光时的对比度。
再次参看图2的光路线23，虽然透过了第2偏振片5的与纸面平行的方向的线偏振光成分向第3偏振片6入射，但是，由于在这里透过轴已不一致，故将发生由垂直的吸收轴进行的吸收。
这时的吸收量彼此间的透过轴的角度越大则量越多。未被吸收的线偏振光成分，向辅助光源10入射，偏振光被散射后再次返回第3偏振片6，仅仅透过与透过轴平行的成分。
透过去的线偏振光成分，由于与第2偏振片的透过轴不一致，故仍然只能透过一部分的光。因此，返回到观察者一侧的光是很少的，与使透过轴一致的情况下比较，对比度得到改善。
但是，当使透过轴错开来时，由于在利用辅助光源时辅助光源10的吸收量也会增加，故画面辉度降低了下来。
因此，在使透过轴错开地进行配置的情况下，由于利用外光时的对比度和辅助光源的透过率处于相反关系，故必须在考虑到使用环境或背景光的功耗等来选定最合适的角度。
不论哪一种情况，采用配置第3偏振片6的办法，都可以减轻显示不均匀，都可以最合适地设定其减轻程度和显示品质。
如上所述，倘采用本实施例，则在使用反射式偏振片的液晶显示装置中，可以几乎完全地消灭显示不均匀而不会损害对比度或画面辉度。
图3的示意性的剖面图示出了本发明的液晶显示装置的实施例2的面板构成，对于与图1对应的部分赋予了同一标号而省略它们的说明。
在本实施例2中，与用图1说明的实施例1的不同之处，仅仅是在第2偏振片5与第3偏振片6之间配置有光半吸收层7这一点。
该光半吸收层7是用印刷法把炭用做吸收剂的油墨印刷到作为反射式偏振片的第2偏振片5的背面上形成的。该光半透过层7的光透过率在可见光区域内大体上是均一的，平均为60％。
在一般可以买得到的油墨中，有住友3M株式会社生产的商品名为TDF的产品。
这种产品，在反射式偏振片的一方的面上，具有使微珠分散到粘接剂中的光散射层，在另一方的面上涂敷上黑油墨而具备光半透过层。半透过层的透过率约为50％左右。
若使用该产品，由于可以一次地形成光散射层4和第2偏振片5和光半吸收层7，故是便利的。
用图4对本实施例的动作进行说明。图4是用来说明实施例2的动作的与图2同样的剖面图。
在图4中，按照顺序依次配置第1偏振片1、相位差薄膜2、液晶单元3、光散射层4、第2偏振片5、光半吸收层7、第3偏振片6和辅助光源10。
从中心线往左是未给液晶单元3加上电压的状态的说明图，往右是已加上了电压的状态的说明图。
光路线20和光路线21，示意性地示出了在辅助光源10不亮灯的情况下，从观察者一侧入射的外光形成的反射式显示时的外光的光路，光路线20和光路线21分别示出的是未加上电压时的情况和已加上电压时的情况。
光路线22和光路线23，示意性地示出的是在辅助光源10亮灯后从透过式显示的辅助光源10射出的光路，光路线22和光路线23分别示出的是未加上电压时的情况和已加上电压时的情况。
此外，在光路线中，示出了线偏振光的偏振方向，箭头表示与纸面平行的线偏振光成分，双重圆表示与纸面垂直方向的线偏振光成分。
在本实施例的情况下，在可以得到充分的量的外光的环境下，作为反射式液晶显示装置起作用。在这种情况下，即便是辅助光源10不亮灯也可以得到充分的对比度。
用光路线20说明未给液晶单元3加上电压时的动作。
从观察者一侧入射的外光，入射到第1偏振片1上，仅仅在与纸面平行的透过轴方向上振动的线偏振光成分透过，在与纸面垂直的方向上振动的线偏振光成分则被吸收。透过去的线偏振光成分向相位差薄膜2和液晶单元3入射。
这时，通过相位差薄膜2和液晶单元3入射进来的线偏振光，成为可以被看作是大体上旋光90度的在与纸面垂直的方向上振动的线偏振光成分的椭圆偏振光后出射。
所出射的偏振光虽然会被光散射层4散射，但其偏振状态却不变化地向第2偏振片5入射。
这时，由于入射的线偏振光成分，在与第2偏振片5的透过轴垂直的方向上振动，故在这里被反射后再次返回液晶单元3，经由同样的光路返回到观察者一侧。
这时，对于观察者一侧来说，外光的大约20％以上因反射而返回，观察者可以作为明显示来观看。
其次，在已给液晶单元3加上了电压时，在液晶单元3中不进行90度旋光地维持与纸面平行的线偏振光不变地向光散射层4和第2偏振片5入射。
这时，由于该线偏振光的振动方向与第2偏振片5的透过轴一致，故它也透过去，并向光半吸收层7入射。
由于光半吸收层7在可见光区域内透过率大约为60％，故40％在这里被吸收，剩下的60％的线偏振光成分，向第3偏振片6入射。
由于入射的线偏振光成分与第3偏振片6的透过轴一致，故它也透过去，并入射到辅助光源10上，在辅助光源10内偏振多少被消除并进行反射，返回到第3偏振片6。
这时，仅仅第3偏振片的透过轴方向的线偏振光成分透过，并再次向光半吸收层7入射，40％被吸收，返回观察者一侧。
根据发明人的测定，这时，返回到观察者一侧的光量为入射光的2％以下。
因此，观察者可以作为暗显示来观看。与实施例1进行比较，实施例1的5％的反射率，采用配置光半吸收层7的办法，降低为2％以下。
借助于此，观察者就可以辨认更黑的显示。即意味着提高了利用外光时的对比度。以上就是利用外光时的明暗显示的动作。
其次，在环境暗不能得到充分量的外光的情况下，辅助光源10亮灯，作为利用辅助光的透过式液晶显示装置起作用。
在这种情况下的动作，与实施例1是一样的，一个仅有的不同是要通过一次光半吸收层7。由于在这里透过光量的40％被吸收，故来自辅助光源10的出射光的大约10％向观察者一侧透过。
图4的光路线22和光路线23，分别示出了未给液晶单元3加上电压时和已加上电压时的光路，可知透过了第3偏振片6的线偏振光成分在光半吸收层7处被吸收。
但是，由于光路线22和光路线23都吸收大约40％，由于对于观察者一侧不论是明显示时和暗显示时的哪一种情况都吸收40％，故虽然画面辉度减少了，但对比度却不减少。以上就是利用辅助光源时的明暗显示的动作。
由以上的说明可知，在本实施例中与现有技术一样，在利用外光时和利用辅助光源时这两方中，都可以进行对比度高的明暗显示。
其次，对作为本发明的目的的在利用辅助光源时发生的显示不均匀的减轻，进行说明。
首先，在本实施例的情况下也与实施例1同样，由于具备了第3偏振片6，故辅助光源10的出射光，使与透过轴平行的线偏振光成分透过，垂直的方向的线偏振光成分被吸收。
现在，在第3偏振片6和第2偏振片6那里，由于透过轴相一致，故透过偏振片6的线偏振光成分也将透过第2偏振片5。
另一方面，在与纸面垂直的方向上振动的线偏振光成分，由于几乎不向第2偏振片5入射，故即便是在面内第2偏振片的透过率的波长依赖性是不均一的，透过去的光在面内也不会成为不均一。
如本实施例所示，即便是在第2偏振片与第3偏振片之间存在着光半吸收层7，偏振状态也不会变化，仅仅与纸面平行的线偏振光成分进行衰减，与纸面垂直方向的偏振光成分不向反射式偏振片入射，不会变化。
因此，在观察者一侧完全看不到显示不均匀。
如上所述，采用在向第2偏振片5入射之前，减轻与其反射轴平行的线偏振光成分的办法，可以防止第2偏振片5的反射起偏度的面内不均一性引起的图象品质的劣化。
再有，采用配置光半吸收层的办法，在可以提高利用外光时的对比度的同时，还可以实现无显示不均匀的显示。
在本实施例中，虽然在反射式偏振片与吸收式偏振片之间配置光半吸收层7，但是并不限定于该场所。
就如从上边的说明可以容易地推测的那样，光半吸收层7在图4中从观察者一侧来看是在第2偏振片5的下侧，但是只要是在光路线21上，在什么位置都行。
例如，不论是在作为辅助光源10的构成构件的棱镜薄板的下边或配置在再往下部的光散射板的下边，或导光板的下边的不论什么位置上，都可以得到同样的效果。
再有，对于第3偏振片6，也不限定于该场所。例如即便是把第3偏振片配置在棱镜薄板的下边或光散射层的下边，也可以得到同样的效果。
在这种情况下，若中介于与第2偏振片之间的素材具有折射率各向异性等，由于线偏振光将成为椭圆偏振光，会减轻效果，故需要注意。
此外虽然在本实施例中，作为第3偏振片配置的是吸收式偏振片，但是也可以代之以配置反射式偏振片。
在这种情况下，要使各自的透过轴一致，且作成为反射式偏振片把光半吸收层7夹在中间的构造。采用使用2块反射式偏振片的办法，由于其起偏度实质上提高，故可以缓和反射式偏振片的起偏度的波长依赖性。根据发明人的实验，可以得到与配置吸收式偏振片的情况下同样的效果。
再有，由于把反射式偏振片配置在辅助光源10的正上边，故辅助光源10的出射光之内，反射式偏振片的反射轴方向的线偏振光成分将返回到辅助光源10，此外，边进行偏振消除边进行反射，在成为透过轴方向的线偏振光成分后，使一部分透过。象这样地发生光源的循环，观察者一侧的显示辉度实质上会提高。如果对辅助光源10的导光板14的厚度等进行最合适地选择，将提高到约1.6倍。
如上所述，倘采用本实施例，在使用反射式偏振片的液晶显示装置中，就可以几乎完全地消灭显示不均匀而不会损害对比度或画面辉度。
工业上利用的可能性如上所述，本发明的液晶显示装置，由于采用在用第3偏振片把辅助光源的出射光偏振分离成规定的线偏振光成分之后，向作为第2偏振片的反射式偏振片入射的构造，借助于此，即便是在反射式偏振片的反射分光特性中存在着波长依赖性，在面内反射分光特性不均一，其向反射轴方向入射的线偏振光成分也会充分地进行衰减，故可以消除对显示品质的坏影响而与反射特性无关。
因此，可以提供完全不会产生在利用反射式偏振片时的显示不均匀的高显示品质的液晶显示装置。
权利要求
1.一种液晶显示装置，具备以规定的间隔使透明的第1基板和第2基板相对置地配置，向其间隙内封入液晶层后构成，采用给该液晶层加上电压的办法，对入射光提供光学变化的液晶单元；在处于该液晶单元的观看一侧的上述第1基板的外侧设置的第1偏振片；在处于液晶单元的与观看一侧相反的一侧的第2基板的外侧设置的第2偏振片；在该第2偏振片的与液晶单元相反的一侧设置的辅助光源，其特征是上述第1偏振片是透过第1线偏振光成分的偏振片；上述第2偏振片是反射第2线偏振光成分，透过在与该第2线偏振光成分的振动方向垂直的方向上振动的第3线偏振光成分的偏振片，在上述第2偏振片与上述辅助光源之间，配设透过第4线偏振光成分的第3偏振片，上述第3线偏振光成分与第4线偏振光成分的振动方向进行交叉的角度成为负45度以上正45度以下的范围。
2.权利要求1所述的液晶显示装置，其特征是上述第3偏振片，是透过第4线偏振光成分，吸收在与该第4线偏振光成分的振动方向垂直的方向上振动的第5线偏振光成分的吸收式偏振片。
3.权利要求1所述的液晶显示装置，其特征是上述第3偏振片，是透过第4线偏振光成分，反射在与该第4线偏振光成分的振动方向垂直的方向上振动的第5线偏振光成分的反射式偏振片。
4.权利要求1所述的液晶显示装置，其特征是上述辅助光源是使用冷阴极管的背光源装置。
5.权利要求1所述的液晶显示装置，其特征是上述辅助光源是使用发光二极管的背光源装置。
6.权利要求1所述的液晶显示装置，其特征是上述辅助光源是使用电致发光器件的背光源装置。
7.权利要求1所述的液晶显示装置，其特征是把上述第3偏振片和上述第2偏振片粘接起来。
8.权利要求1所述的液晶显示装置，其特征是把上述第3偏振片固定到上述辅助光源或构成该辅助光源的构件上，且使得与上述第2偏振片分离开来。
9.权利要求1所述的液晶显示装置，其特征是在上述第2偏振片的观看一侧的任意位置上设置光散射层。
10.一种液晶显示装置，具备以规定的间隔使透明的第1基板和第2基板相对置地配置，向其间隙内封入液晶层后构成，采用给该液晶层加上电压的办法，对入射光提供光学变化的液晶单元；在处于该液晶单元的观看一侧的上述第1基板的外侧设置的第1偏振片；在处于液晶单元的与观看一侧相反的一侧的上述第2基板的外侧设置的第2偏振片；在该第2偏振片的与液晶单元相反的一侧设置的辅助光源，其特征是上述第1偏振片是透过第1线偏振光成分的偏振片；上述第2偏振片是反射第2线偏振光成分，透过在与该第2线偏振光成分的振动方向垂直的方向上振动的第3线偏振光成分的偏振片，在上述第2偏振片与上述辅助光源之间，配设透过第4线偏振光成分的第3偏振片，上述第2偏振片与第3偏振片之间，上述第3偏振片与上述辅助光源之间，和上述辅助光源的构成构件之间的任何一者处设置光半吸收层，上述第3线偏振光成分与第4线偏振光成分的振动方向，大体上一致。
11.权利要求10所述的液晶显示装置，其特征是上述第3偏振片，是透过第4线偏振光成分，吸收在与该第4线偏振光成分的振动方向垂直的方向上振动的第5线偏振光成分的吸收式偏振片。
12.权利要求10所述的液晶显示装置，其特征是上述第3偏振片，是透过第4线偏振光成分，反射在与该第4线偏振光成分的振动方向垂直的方向上振动的第5线偏振光成分的反射式偏振片。
13.权利要求10所述的液晶显示装置，其特征是上述辅助光源是使用冷阴极管的背光源装置。
14.权利要求10所述的液晶显示装置，其特征是上述辅助光源是使用发光二极管的背光源装置。
15.权利要求10所述的液晶显示装置，其特征是上述辅助光源是使用电致发光器件的背光源装置。
16.权利要求10所述的液晶显示装置，其特征是把上述第3偏振片和上述第2偏振片粘接起来。
17.权利要求10所述的液晶显示装置，其特征是把上述第3偏振片固定到上述辅助光源或构成该辅助光源的构件上，且使得与上述第2偏振片分离开来。
18.权利要求10所述的液晶显示装置，其特征是上述光半吸收层，在可见光区域的几乎整个区域内具有均一的吸收特性，吸收率在60％以下。
19.权利要求10所述的液晶显示装置，其特征是在上述第2偏振片的观看一侧的任意位置上设置光散射层。
全文摘要
一种具备向一对透明的基板(32、34)的间隙内封入液晶层(31),并采用给该液晶层加上电压的办法,对于入射光提供化学变化的液晶单元(3),设置在前面一侧的第1偏振片(1),设置在背面一侧的第2偏振片(5)和辅助光源(10)的液晶显示装置,使该第1偏振片(1)为透过第1线偏振光成分的偏振片,使第2偏振片(5)为反射第2线偏振光成分,透过在与该第2线偏振光成分的振动方向垂直的方向上振动的第3线偏振光成分的偏振片,在第2偏振片(5)与辅助光源(10)之间,配设透过第4线偏振光成分的第3偏振片(6),第3线偏振光成分与第4线偏振光成分的振动方向是不同的,其范围在负45度以上正45度以下。
文档编号G02F1/1335GK1329726SQ99814253
公开日2002年1月2日 申请日期1999年12月9日 优先权日1998年12月9日
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