CN1098533A - 具有宽视角的灰度液晶显示器 - Google Patents

Abstract

一种灰度液晶显示盒装置(116)，综合使用了一 具有对称指向矢场(82，82′)的液晶显示盒(80)和 一负双折射补偿板(110)，并将它们放在一对线性偏 振片(112，114)之间。对称的指向矢场在液晶盒上 产生一种对称的但不一致的灰度级或彩色观察圆周 曲线(100)。负双折射率补偿板改善了灰度或彩色 视角的均匀性。画成极坐标图，在任何方位角(28)和 最大可到30度的任何视角(24)下，所测得的标志液 晶显示特性的透光百分率曲线(120，122，124)大致 上都是围绕光学轴(18)的同心圆。

Description

本发明涉及液晶显示（“LCDS”），特别涉及一种为提供某种灰度级液晶显示的装置和方法，在所述灰度级的液晶显示中，可以在一个宽视角范围内均匀地观察到一些中间层次的透光度。

目前公知的为了改进“双灰度级”的液晶显示视角的装置和方法已有多种，如果一种液晶可以在完全透光状态与基本不透明状态之间切换，则称其为双透光级液晶，而某种“灰度级”液晶显示器则具有中间的附加透光状态。双透光级液晶显示通常用于便携式计算机的显示器，而这种灰度液晶显示则因受到视角过于小的限制只能用于如便携式电视接收机等小屏幕装置。为使彩色灰度液晶显示有效地应用于大屏幕电视机和计算机，有必要增加其视角。

参照图1可以清楚地理解视角的各因素。具有前表面12和后表面14的液晶显示10被位于后表面14后侧的光源16照射。液晶显示10有一个视轴18，视轴18是图中用虚线表示出的通过液晶显示10前表面12中的法线，观察者的眼睛在视轴18上的20位置，以“在轴”方式观看液晶10。如果观察者的眼睛从轴上移开至位置22，则相对于轴18观察液晶10的视角为角24。在环绕观察圆周26上的任一位置上都可以恒定的视角24观看液晶显示10。相对于位于观察圆周26上的参考点30，在观察圆周26上的观察位置的方位角为角28。当观察者观察液晶10的视角与方位角不同时，所看到的光的强度、对比度或颜色也不同。根据液晶10的透光特性和具体场合的要求这个变化的大小可能是不可接受的。

图2A、2B和2C为一种已有技术的扭曲丝状液晶显示的、在其在轴和30度视角时围绕观察圆周26的透光百分率变化曲线，三个图对应的在轴透光度分别为0，36%和100%，理想液晶的透光率曲线应是环绕视轴18的同心圆，对任何视角都应如此。图2A和2C分别显示了接近理想情况的透光曲线32和34，它们分别代表0和100%（双层次）透光度。然而，图2B显示了当在轴透光环36的透光度为36%时，在30度视角的透光特性退化成一不对称的透光率曲线38，环绕观察圆周26，其变化范围从2%至93%。因而，随着在任何位置上从“黑”到“白”的变化过程，观察者都可看到一预期的36%的透光度，很明显，这个变化是不可接受的。

图3示出一种已有技术的扭曲丝状液晶盒40，它具有在图2A，图2B和图2C中所示出的透光特性。图2B所示的那种离轴透光率的变化是由扭曲丝状液晶盒40中的指向矢场41的不对称性而引起的。指向矢场41排列在一对平行电极42A和42B之间，它含有细长的液晶指向矢43A至43G（图中用线段示出），每个指向矢的方向都与线段所指的方向相同。

通过假设一假想的对称平面44（图中用虚线表示）将扭曲丝状液晶盒平分来确定指向矢场的对称或不对称，该假想平面平行于平行电极42A和42B，且与二者等距离。如果指向矢场41是对称的，那么在电极42A与对称平面44之间的指向矢的位置和排列应与相对应的电极42B与对称平面44之间的指向矢的位置和排列成镜像对称。如果在电极42B和对称平面44之间的指向矢场41的这一半，可以翻转叠合在位于电极42A与对称平面44之间的指向矢场的另一半之上，即在两半中相对应的指向矢是立体叠合的，则镜像对称性存在。实际上指向矢43A、43D和43G分别处于平面42A、44和42B上，并相互之间扭转一定角度。很明显，镜像对称是不可能的，因而指向矢场41是不对称的。

可调双折射型仪器也已用于液晶显示装置，其中指向矢通常是未扭转的。相反，指向矢通常与假想的垂直于液晶盒电极的剖面处于同一平面。

图4是这种已有技术的可调双折射液晶显示盒60的剖面放大视图，在它的一对透明电极64之间有一个大体上共面的、不对称的指向矢场64。与透明电极64接触的指向矢称为表面接触指向矢66，其余所有的指向矢称为体指向矢68。在盒60中任意一点的双折射率，进一步说，透光性是光线与相交的指向矢之间夹角的函数。当光线传导方向与相交的指向矢平行时，双折射率最小，而当光线传导方向垂直于相交的指向矢时，双折射率最大。因此，液晶盒60的有效双折射率及有效透光率是光束穿过液晶盒60时，与所经过的所有指向矢的平均夹角的函数。

例如，施加在透明电极64上的电位将指向矢场62保持在一个足够强的电场内，通过整个液晶盒60产生一个中间层次透光度。一束光线70以夹角72射入液晶盒60，因为光线70的传导方向稍平行于大多数指向矢66和68，所以其有效光双折射率最小。而另一束光74以相反的夹角72射入液晶盒60，因为光线74的传播方向稍不平行于大多数指向矢66和68，所以其有效光双折射率较大。

一个固定在一对互相正交线性偏振片之间的可调双折射液晶盒的透光系数T（其值范围为0.0到1.0），可用以下等式计算：

T＝Sin²（π△n'd/λ）。

在此，含有共面指向矢的假想平面与线性偏光片的偏光轴呈45度角，λ是入射光的波长，d是电极64之间的距离76，△n'是液晶盒的有效双折射率。

图5示出如图4中所示的可调双折射液晶盒在视角为30度、在轴透光度为50%时，环绕观察圆周26的透光率变化曲线78。液晶盒60的有效双折射率的变化是视角和方位角（也是光线的传播角）的函数，这种有效双折射率的变化引起液晶盒60的透光率的不可接受的变化。

再参照图1，30度的视角并不是特殊的。例如，如果液晶显示10的对角线尺寸48为53厘米（21英寸），观察者的眼睛位于位置20，距液晶显示10的距离50为46厘米（18英寸），那么观看液晶显示10的角部52时的视角54就大约是30度。因而，在计算机屏幕的最佳观看条件下，如果显示中的一些区域不处于30度视角范围内就不可能观看到整个21英寸的液晶显示屏。当然，观察者不可能总是与液晶显示10的视轴18同轴，并且这个角对于一群观察者中的个别人来说，还要更大。这种情况防碍了彩色和灰度液晶显示用于大屏幕计算机和电视。因为彩色和灰度液晶显示只限用于小型手提式仪器，所以许多观察者都没认识到灰度视角问题。

“象素”是液晶显示屏上最小的可寻址的透光单元，一个典型的液晶显示屏上含有成千个可寻址象素。每个单独的象素都具有与整个液晶显示屏同样的视角特性。在具有很多可寻址象素的液晶显示屏上，每个象素都可被认为是一个独立的液晶显示盒。然而，有些液晶显示屏也使用单个大的液晶显示盒来覆盖整个显示表面。因而，液晶显示屏可具有少至一个、多至上千个液晶显示盒。本发明对所有这些液晶显示屏都同样适用。

以前，技术人员试图用多维象素的方法来解决灰度液晶显示的视角问题，在这些方法中，某一维象素的指向矢相对另一维象素的指向矢转过180度角，因而应将互成角度入射的光线的有效双折射率取平均，以改善这种液晶显示的视角性能。K.H.Yang发表在“Proceedings of the  International Display Research Conference，IEEE，August 1991，PP.68-72”上的题为“Two-Domain Twisted Nematic and Titted Homeotropic Liquid Crystal Display for Active Matrix Applications”的文章描述了一种在水平视轴上视角性能改善了的扭曲丝状二维象素显示。

在发表在“SID Digest，1991，PP.758-761”“Clerc”上的J.C.Clerc的题为“Vertically Aligned Ligquid-Crystal Display”和发表在“SID”Digest，1992，PP.405-408“Ong”上的H.L.Ong的题为“Multi-Domain Homeotropic Lco With Symmetrical Augular Optical Performance”的两篇文章中，描述了另一种使指向矢与光线相校准的方法。两篇文章都描述了用垂面排列的丝状（“VAN”）液晶盒（具有各向异性的负介电性能，这些液晶盒具有同向排列液晶指向矢）来提高视角性能。这种液晶盒内部的指向矢场是不对称的。Clerc和Ong认为，如果这种液晶盒要达到满意的视角，就需要多维象素。可是，多维象素液晶显示屏通常比较昂贵，不易制作，且在象素维之间存在着光散射壁，因而会降低液晶盒的对比度。

Ong也描述了用负双折射率补偿板来提高二维垂面排列丝状液晶显示的视角特性。在1987年9月4日公布的第2，595，156号法国专利中，Clerc等人以“A  Negative Birefringence Controlling Plate for Use with Liquid Crystal Cells”为题，描述了制作这种板的方法。然而，Ong提出用负双折射率补偿板的方法不能明显地改善液晶显示的视角特性，而且还会降低可视性。

图6A和6B（从Ong文章中复制）分别是在有负双折射率补偿板和无负双折射率补偿板两种情况下，二维垂面排列丝状液晶显示在四个灰度透光度上的透光率作为相对于水平轴构成的视角的函数曲线。对于如图6A所示的无补偿液晶盒当视角从0变化到30度时，4.3伏的透光率曲线从35%变化到46%（变化31%）。而对于如图6B所示的有补偿的液晶盒，4.3伏透光率曲线则从66%变到49%（变化25%）。然而，当视角从0变化到30度时，图6A所示的无补偿液晶盒的10伏透光率曲线由95%变到90%（变化5%），而图6B所示的有补偿液晶盒的10伏透光率曲线变化则是从95%到80（变化15%）。因此，当透光率在50%以下时，负双折射率补偿板可以改进视角，而当透光度高于50%时，负双折射率补偿板则降低了视角。

在P.T.Bos和K.R.Koehler/Beran发表在“Molecular Crystals and Liquid Crystals，1984.Vol.113，PP.329-339”上的题为“The Pi-cell：A Fast Liquid-Crystal Optical Switching Device”的文章中描述了另一种型式的已有技术的可调双折射液晶盒，通过使用对称的指向矢场而使快速开关双灰度级液晶显示实现宽视角。图7示出了这种对称液晶显示盒80的剖面放大图，这种盒80具有光学“自补偿”指向矢场82和82'，它们相对于处在一对透明电极84和84'之间的液晶盒的中分线呈对称排列。指向矢场82和82'相对应地都含有表面接触指向矢86和86'，也同样相对应地都含有体指向矢88和88'。

图8A、8B和8C为对称晶盒80在轴和30度视角时围绕观察圆周26的透光度百分比的变化情况图，三个轴对应的在轴透光度分别为0，50%和100%。图8A和8B分别显示了当透光度分别为0和100%时，围绕观察圆周曲线90和92呈现的满意的双层次透光变化。如图8B所示，与透光度为36%的已有技术的扭曲状液晶显示盒的观察圆周曲线38（图2B中所示）相比，透光度为50%的观察圆周曲线94更为对称。然而这个视角透光率从20%到82%的变化仍然是不能接受的。在这方面，这个透光观察圆周曲线是类似于扭曲丝状液晶盒及那些具有可接受的双层次透光视角而具有不可接受的中间层次透光度视角的其它形式的液晶盒。

因此，需要一种低成本、易制作，具有宽的及均匀的视角特性和高对比度的彩色和灰度液晶显示器。这种液晶显示对大屏幕彩色电视显示器将大有益处。

因此，本发明的一个目的是提供一种在不需要多维象素的前提下能在很宽的视角范围内均匀分配中间层次透光度的灰度级的液晶显示装置。

本发明的另一目的是提供一种适用于多人观看的彩色电视或多彩色的计算机显示器的彩色液晶显示装置。

本发明的进一步目的是提供一种可用简单的相对廉价的制作方法制作的液晶显示器。

根据本发明的灰度和彩色液晶显示盒，在一对偏振片之间综合使用了具有光学自补偿对称指向矢场的液晶盒和负双折射率补偿板。其中对称的指向矢场使液晶盒具有一个对称但灰度或彩色不均匀的观察圆周曲线，其中的负双折射率板改善灰度或彩色视角的均匀性。绘成极坐标曲线，对于所有方位角和直到30度的所有视角，标志液晶显示特性的透光百分率曲线大致上是围绕光学轴的同心圆。为一彩色液晶盒三元组加上滤色器之后，则为在很宽方位角和视角范围中具有均匀观察色彩的多彩显示提供了基础。

本发明的其它目的和优点将在以下的对其优选实施例的描述中，参照附图加以说明。

图1是一个液晶显示器的等轴透视图，图中示出了包括视角和观察圆周在内的一些几何参数。

图2A、2B和2C为一个已有技术的扭曲丝状液晶盒在其在轴和离轴30度时围绕观察圆周的透光度的极坐标图，三个图对应的在轴透光度分别为0%、36%和100%。

图3是一已有技术扭曲丝状液晶盒的等轴透视图，图中示出不对称的指向矢场和一个假想的对称平面。

图4是一个放大了的已有技术可调双折射液晶盒的剖面图，图中示出光线射过不对称的指向矢场。

图5是图4所示的可调双折射液晶盒当在轴透光度为50%时围绕其离轴30度的观察圆周上的透光度的极坐标图。

图6A示出了一个已有技术的垂面排列丝状液晶盒的透光度与视角和不同液晶盒驱动电压的函数关系。

图6B示出了图6A所示的那种已有技术的液晶盒加上负双折射率板进行光学补偿后，其透光度随视角和不同液晶盒驱动电压变化的函数关系。

图7为一个已有技术的可调双折射液晶盒的切面放大图，图中示出光线射入其对称的指向矢场。

图8A、8B和8C为如图7所示的可调双折射液晶盒在轴和离轴30度时围绕观察圆周的透光度的极坐标图，三个图对应的在轴透光度分别为0%、50%和100%。

图9所示的是，如图4所示的可调双折射液晶盒，经负双折射率板进行光学补偿后，在其在轴透光度为50%时的围绕30度离轴观察圆周的透光度的极坐标图。

图10是本发明的灰度液晶显示盒的分解等轴透视图，如图中所示，沿着具有对称的指向矢场的液晶盒的光学轴，相关排列着负双折射率补偿板和互相正交线性偏振片。

图11A、11B、11C示出了如图10所示的液晶盒在其在轴和离轴30度时围绕观察圆周的透光度的极坐标图，三个图对应的在轴透光度分别为0%、50%和100%。

图12A、12B、12C为另一个适用于本发明的对称指向矢场的排列的实施例的示意图。

图13是根据本发明的彩色液晶盒三元组的分解等轴透视图，如图中所示，沿着三个彩色光学轴，相关排放着三个液晶盒三元组部件，每个液晶盒都有一个对称的指向矢场和一个相应的滤色器。

申请人将图4中所示的可调双折射液晶盒加一个负双折射率补偿板，以评定这种组合体的可行性。图9示出了在其在轴透光度为50%时，围绕30度视角的观察圆周26产生的透光度变化曲线95。比较图5和图9可以发现，负双折射率补偿板对改进透光度曲线的形状所起的作用很小，因而可以说这种组合体中的负双折射率补偿板对液晶盒的作用很小。

Bos和Koehler/Beran描述了一种具有对称指向矢场的可调双折射液晶盒，用以使快速开关双透光度液晶显示屏达到宽视角。按一般常识，对称的指向矢场不能改进灰度液晶显示的视角。如图8B所示的具有对称指向矢场82和82'的可调双折射液晶盒80的不可接受的灰度视角特性支持了以上所述结论。然而，当把液晶盒80与一个负双折射率补偿板组合时，则提供了一种意外的视角改进效果。

参照图10，图11A、11B和图11C，计算机模拟和实验证明，如果把一个负双折射率补偿板110与一个类似图7所示液晶盒80的对称液晶盒相组合，并将它们放在一对平行的正交线性偏振片112和114之间，所形成的改进型液晶盒116对应于1%、5%和100%透光度具有近似理想的观察圆周曲线120、122和124。

液晶盒80，补偿板110和互相正交的线性偏振片112及114都垂直于光学轴130排成一列。液晶盒80，补偿板110和正交线性偏振片112及114也都具有相互平行的平面参考轴132、134、136和138。对于对称的液晶盒80，箭头140指出了其表面接触指向矢86和86'（如图7所示）的排列方向，这个排列方向垂直于平面参考轴132。补偿板110具有一个负双折射率轴142，它垂直于板110且与光学轴130重合。正交线性偏振片112和114具有线性偏振轴144和146，它们分别与各自的平面参考轴138及136成正45度和负45度角。

液晶盒装置116是通过对其光学组件进行上述定位并将它们粘接成一个不可分的整体而构成的。透明电极84和84'由一个常规电子控制电路147驱动，以在液晶盒装置116上产生各种预定的透光度。

在法国专利第2，595，156号中描述了一种制造负双折射率补偿板110（一种具有各向异性的负的光学性质的单轴介质，其对称轴垂直于它的表面）的方法。该方法包括以下几个步骤：（a）将一层如这类的原始双折射的热塑聚合物薄膜Dupont SURLYN^R层压在两个玻璃片之间;（b）将所形成的层压复合物放到一塑料套中;（c）将该套抽空并将其密封;（d）在层压复合物上均匀施加一个大气压的压力;（e）将含有层压复合物的套在蒸汽浴中加热，直至达到热塑聚合物从玻璃态变化至无双折射的各向同性状态的温度;（f）将该套从蒸汽浴中取出，于是热塑聚合物将冷却，并沿玻璃片限定的并垂直于玻璃片的方向收缩;（g）在该聚合物冷却后去除压力。热塑聚合物恢复双折射特性，但其对称轴垂直于收缩方向。日本东京的Stanley电子有限公司生产合适的负双折射补偿板。

最好将负双折射率补偿板110制成厚度148，这个厚度值按以下方法确定：厚度148和补偿板110的双折射率的乘积为液晶盒间隙距离149和对称液晶盒80的双折射率的乘积的60%至85%。

有经验的技术人员都知道补偿板110和对称液晶盒80的双折射率都是入射光波长的函数。优选的500毫微米的波长是接近可见彩色光谱中间位置的绿光波长。朝向可见光谱边缘的兰光和红光端的其它光波长的光在通过液晶显示盒116时不能被理想地补偿，并可能会显示出可见的色彩偏差。用色彩补偿光源，合适的滤色器或例如与控制电路147有关的查寻表这类常规色彩数字补偿措施等，可以容易地对这种色彩偏差进行校正。

现在参考图7描述了一种对称指向矢场的光学自补偿效应。指向矢场82和82'包含各自的表面接触指向矢86和86'，也包含各自的体指向矢88及88'。液晶显示盒内任一点的双折射率的大小都是射过盒内这点的光线与同这点相交的指向矢之间的夹角的函数。当光线平行于相交的指向矢时，双折射率最小，当光线垂直于相交的指向矢时，双折射率最大。液晶盒的有效双折射率是在光线射过该盒时该光线同通过的所有指向矢所夹的各个角度的平均值的函数。

为了进行灰度级液晶显示操作，需要在透明电极84和84'上施加电压，将对称指向矢场82和82'保持在足够强的电场中，以便通过液晶盒80提供一个中间层次透光度。以角度98射入液晶盒80的光线96，因其传导方向稍平行于大多数指向矢86及88，所以在指向矢场82中具有最小的有效双折射率，又因其传导方向稍垂直于大多数指向矢86'及88'，所以在指向矢场82'中的有效双折射率则较大。对于以角98射入液晶盒80的光线96而言，它的有效双折射率在液晶盒80的上半部分（即在指向矢场82中）中降低，而在液晶盒80的下半部分中（即在指向矢场82'中）则提高。随着角98的变化，光线96的有效双折射率的净效应是一种减小的变化。

公布于1986年4月22日并已转让给受让人的第4，853，852号美国专利“ELECTRO-OPTICAL DISPLAY SYSTEM WITH IMPROVEDVIEWING ANGLE”描述了制作对称指向矢场82和82'的方法。调整透明电极84上的表面薄膜层100，以使表面接触指向矢86以+θ的倾角相互平行排列，该倾角是相对于表面薄膜层100沿逆时针方向测量的。调整透明电极84'上的表面薄膜层100'，以使那些表面接触指向矢86'以-θ的倾角相互平行排列，该倾角是相对于表面薄膜层100'沿顺时针方向测量的。将对称液晶显示盒80装配好，使得在透明电极84和84'的表面薄膜层100和100'的相对表面上的表面接触指向矢86和86'彼此倾斜大小相等但反向的角度。体指向矢88和88'通常如示意图中对称指向矢场82和82'所示的那样对准表面接触指向矢86和86'自然排列。

完成所要求的表面接触指向矢86和86'排列的第一种优选方法是需要用聚酰胺作为材料，构成相应透明电极84和84'上的表面薄膜层100及100'。每个表面薄膜层都磨成倾角θ，该角的优选范围是3度到5度。

完成所要求的表面接触指向矢86和86'排列的第二种优选方法是需要用一氧化硅作为材料构成相应透明电极84及84'上的表面薄膜100及100'。这层一氧化硅薄膜是用蒸发和气化物沉积法形成的，沉积时同电极表面成5°角并使气化物沉积量足以产生10°到30°之间的角度，最好为15°到25°之间的角度。

参照图10所示，对称液晶盒80的间隙距离149的大小应制成使液晶盒间隙距离149和液晶盒80的双折射率的乘积至少是0.75。为获得一致的结果，在收集同图5、8、9和图11有关的数据时采用了同样的液晶材料和液晶盒厚度。

灰度级液晶显示盒装置116至少是在与光学轴130成30度角的范围内，在任何方位角对所有灰度层次和所有色彩都具有近似理想的视角特性。此外，液晶显示盒装置116不需要多维象素，而使制造相当简单。

例如，作为本发明一部分的另一个实施例综合使用了无源或有源寻址及模拟或数字控制电路。此外，液晶盒装置116可用于不同显示方式，包括单液晶盒或多液晶盒，反射或透射，彩色或单色及便携式或大屏幕等显示方式。

有经验的技术人员都知道，对称液晶盒80不只限于可调双折射形式，偏振片112和114也不一定要是线性的，正交的，甚或是与几种形式的对称液晶盒综合使用的。同样，也可以有类似图12A、12B和12C所示的不同的对称指向矢场构造。

本发明特别适用于平面屏幕彩色视频显示装置。图13示出了本发明的一个彩色液晶盒三元组150实施例。（与一种特定颜色有关的多个相同元素，在下文中用统一的颜色后缀标出，即：R＝红，G＝绿，B＝兰）。彩色液晶盒三元组150以液晶盒装置116为基础，但还包括对称液晶盒80R、80G、80B和一套相应的滤色器152R、152G、152B。

从光源16发出的白光，沿光通路154R，154G和154B，通过线性偏振片112射入彩色液晶盒三元组150的对称液晶盒80R，80G和80B中。控制电路147分别驱动成对的透明电极84R/84'R，84G/84'G和84B/84'B，来相应地控制液晶盒80R，80G和80B的有效双折射率。线性偏振白光转化成大量由液晶盒80R，80G和80B的有效双折射确定的椭圆偏振。由液晶盒80R，80G和80B射出的椭圆偏振白光，沿透光通路154R，154G及154B透过，由负双折射率补偿板110恢复成线性偏振。相对于线性偏振片112的偏振轴144的白光偏振角是液晶盒80R，80G及80B对白光所产生的椭圆偏振量的函数。线性偏振白光沿光通路154R，154G和154B射入线性偏振片114，并与其线性偏振轴146成一个偏振角。沿其各自的光通路154R，154G和154B通过线性偏振片114的白光量同相应的偏振角和线性偏振轴146之间的匹配程度有关。

然后，预定量的白光可以沿其各自的光通路154R，154G和154B，通过其相应的滤色器152R，152G和152B传输。图中为清楚起见，将这些滤色器示于偏振片112和114之外侧。根据沿各自光通路154R，154G和154B传导的透光量，观察彩色液晶盒三元组150的观察者可以看到各种不同的预定颜色。

滤色器152，152G和152B的一个优选实施例是将它们与形成对称液晶盒80的透明电极84R、84G、84B的铟锡氧化层结合起来。这个优选实施例易于制造，并可在宽视角范围内防止彩色视差。

有经验的技术人员会认识到，一般需要用几千个彩色液晶盒三元组构成一个彩色液晶显示屏，而只需要一个光源，一个负双折射率补偿板110和一对正交线性偏振片112和114。同样，滤色器152R，152G和152B也可单独用于每个光通路，或制成为滤色器条，排列在同一颜色光通路的行或列上。这种彩色液晶显示的光学轴一般与光通路154平行，并与由这种多个彩色液晶盒三元组150制成的显示屏正交。

在不背离本发明的基本原理的前提下，上述实施例还可以有很多种具体的变化形式。因此，不难理解，本发明除了可以应用于计算机和电视接收机之外，还可用于图像显示器。本发明的范围只由以下的权利要求书确定。

Claims (18)

1、一种具有一光轴的灰度级液晶显示装置，包括：

一种在其一对光学透明电极之间含有液晶材料的液晶盒，所述液晶材料具有排列在其可控的光学自补偿对称指向矢场构形中的指向矢。

一个与所述液晶盒光学相联系的负双折射率补偿板；和

用于透明电极的控制电路，所形成的电场可调整对称指向矢场的构形，以控制外部光通过液晶显示器的预定透光度，

据此，所述对称指向矢场与所述负双折射率补偿板互相配合操作，以便对在至少三个预定层次的透光度中的每一个透光度，在相对于光学轴的宽范围内的任一方位角和任一视角内提供均匀通过所述显视的透光度。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的液晶盒和所述的补偿板置于一对平行的线性偏振片之间，这对偏振片具有基本上垂直的偏振轴。

3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述的对称指向矢场包括接触指向矢，该指向矢按一个角度排列成一角度，该角度基本上平分由所述二个线性偏振片的偏振轴所夹的角。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于一个光源产生外部发生光，且所述的液晶显示是透光型的。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的负双折射率补偿板具有对500毫微米左右波长的光最优化的厚度。

6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的负双折射率补偿板具有基本上平行于所述液晶显示的光学轴的负双折射率轴。

7、根据权利要求1所述的装置，其特征在于其视角范围为相对于光学轴从0至30度。

8、根据权利要求1所述的装置，其特征在于其方位角范围为围绕着光学轴从0至360度。

9、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的至少三个预定的透光度包括一种处于光源所能产生的最大透光度的25%至75%范围内的中间层次透光度。

10、一种具有一光学轴的彩色液晶显示装置，包括：

一个由三个液晶盒构成的组合，每个液晶盒都具有装在其一对光学透明电极之间的液晶材料，所述的液晶材料具有排列在其可控的光学补偿对称指向矢场构形中的指向矢;

位于每个液晶盒各自的光传导通路上的滤色器，每个滤色器对应其有关的液晶盒可通过一种不同的原色波长的光;

与所述的液晶盒光学相关的负双折射率补偿板;和

一个为与每一液晶盒相连接的透明电极提供电场、形成电势以使预定颜色的可见光透过所述的液晶显示器的控制电路，

据此，所述的对称指向矢区域和所述的负双折射率补偿板相互配合，在相对于光学轴的宽范围内的任一方位角和任一视角上通过所述的液晶显示器为至少16种预定颜色中的每一种颜色提供一个均匀可见的颜色透过。

11、根据权利要求10所述的装置，其特征在于所述的液晶盒和所述的补偿板被放在一对具有基本垂直的偏振轴的相互平行的线性偏振片之间。

12、根据权利要求11所述的装置，其特征在于所述的对称指向矢场都具有接触指向矢，该指向矢排列成一角度，该角基本上平分由所述二个线性偏振片的偏振轴所形成的角。

13、根据权利要求10所述的装置，其特征在于它还具有一个光源，且所述的液晶显示是透光型的。

14、根据权利要求10所述的装置，其特征在于所述的负双折射率补偿板具有对500毫微米左右波长的光最优化的厚度。

15、根据权利要求10所述的装置，其特征在于所述的负双折射率补偿板具有一个基本上平行于所述液晶盒的光学轴的负双折射率轴。

16、根据权利要求10所述的装置，其特征在于它的视角范围为相对于光学轴从0至30度。

17、根据权利要求10所述的装置，其特征在于其方位角范围是围绕所述光学轴从0至360度。

18、根据权利要求10所述的装置，其特征在于所述的至少16种预定颜色可以扩展成至少256种预定颜色。

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