專利名稱：液晶顯示器的制作方法
發(fā)明的背景發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及液晶顯示器，特別涉及反射來自外部的入射光以設(shè)置顯示光源和透射來自背面光源的光的半透射型液晶顯示器。
有一種公知的反射型液晶顯示器，其具有在內(nèi)部的反射器并通過該反射器反射外部入射光以設(shè)置顯示光源，由此不再需要作為光源的背光，還有一種帶有背光作為光源的透射型液晶顯示器。
由于反射型液晶顯示器可設(shè)計成具有比透射型液晶顯示器低的功耗、薄的厚度和輕的重量，因此主要用于便攜式終端。這是因為當(dāng)從外部輸入的光在顯示器中的反射器上被反射時，該光可用做顯示光源，因此不再需要背光。透射型液晶顯示器具有這樣的特性，即在環(huán)境光很暗的情況下，其具有比反射型液晶顯示器更好的可見度。
作為提高了反射型液晶顯示器亮度的反射器，有這樣一種顯示器，例如其具有在光刻工藝中、在離開有機絕緣膜的反射器表面上形成的隔離凸起，并且層間膜設(shè)置在這些凸起上，由此形成了具有由凸起構(gòu)成的波峰部分和其它部分或波谷部分的平滑波浪形狀，因此在反射器的表面上形成波浪圖形(見日本專利No.2825713)。
圖29是表示形成在常規(guī)反射器中的波浪圖形的例子的平面圖。如圖29所示，波浪圖形是通過在隔離狀態(tài)下在反射器1的表面上設(shè)置具有圓形平面形狀的多個凸起2作為凸起圖形或基底圖形形成的。該波浪圖形引起入射光的不規(guī)則反射，由此提高液晶顯示器的亮度。
已有液晶顯示器的基本結(jié)構(gòu)包括TN(扭曲向列)型、單片偏振型、STN(超扭曲向列)型、GH(賓主)型、PDLC(聚合物彌散液晶)型、膽甾醇型(cholesteric)等的液晶；驅(qū)動液晶的開關(guān)元件和設(shè)置在液晶單元內(nèi)部或外部的反射器或背光。這些普通的液晶顯示器采用能實現(xiàn)高清晰度和高圖像質(zhì)量的有源矩陣驅(qū)動系統(tǒng)，并使用薄膜晶體管(TFT)或金屬/絕緣膜/金屬結(jié)構(gòu)的二極管(MIM)作為開關(guān)元件，并且備有反射器或背光。
作為具有常規(guī)反射型液晶顯示器和透射型液晶顯示器的優(yōu)點的液晶顯示器，公開了一種半透射型液晶顯示器(見日本專利No.2955277)，如圖30所示，該液晶顯示器具有圍繞有源矩陣基板的像素電極3設(shè)置的、并互相垂直交叉的柵極內(nèi)連線4和源極內(nèi)連線5，并具有設(shè)置在像素電極3上的薄膜晶體管6，并且柵極內(nèi)連線4和源極內(nèi)連線5連接到薄膜晶體管6的柵極和源極，并且還具有形成在像素電極3中的金屬膜的反射區(qū)7和ITO的透射區(qū)8。
由于在像素電極上設(shè)有反射區(qū)和透射區(qū)，因此在環(huán)境光很亮?xí)r背光關(guān)閉，以使該液晶顯示器可用做反射型液晶顯示器，并因此呈現(xiàn)低功耗，這是反射型液晶顯示器的特性。當(dāng)環(huán)境光很暗時，背光被打開，以便該液晶顯示器用做透射型液晶顯示器，因此在環(huán)境光很暗的情況下呈現(xiàn)提高的可見度，這是透射型液晶顯示器的特性。以下將可用做反射型液晶顯示器和透射型液晶顯示器的液晶顯示器稱為半透射型液晶顯示器。
然而，在日本專利No.2955277中所述的液晶顯示器中，如圖31所示，為了平面化而部分地除去了形成在有源矩陣基板上的波浪，并且像素電極上的透射區(qū)形成在有源矩陣基板的平坦部分上。設(shè)置形成在有源矩陣基板上的波浪以便有效地向使用者反射環(huán)境光。在減小波浪的區(qū)域以形成透射區(qū)、以便將該液晶顯示器用做具有可關(guān)閉背光的反射型液晶顯示器的情況下，出現(xiàn)亮度下降的問題。
日本專利特許公開No.2001-75091介紹了一種反射器，該反射器通過組合上述兩個現(xiàn)有技術(shù)而具有形成在反射器表面上的隔離凸起，由此在反射器表面上形成波浪圖形，并且該反射器具有形成在波浪圖形頂部和底部中的開口，并用這些開口作為透射區(qū)。然而，由于凸起具有隔離的圓形形狀，該反射器同時反射來自所有方向的入射光，而沒有方向性，因此顯示器亮度不合乎需要地被降低。
由于在該日本專利No.2955277中所述的液晶顯示器中，將透射區(qū)與反射區(qū)分開是很簡單的，因此很容易在對置基板上為不同區(qū)域形成具有不同厚度的濾色器。然而，由于日本專利特許公開No.2001-75091中所述的反射器具有混合在像素中的透射區(qū)和反射區(qū)，因此很難在對置基板上為不同區(qū)域形成不同厚度的濾色器。這就不可能一個區(qū)域一個區(qū)域地調(diào)整濾色器的厚度。因而，光以反射模式兩次穿過形成在對置基板上的濾色器，而以透射模式一次穿過該濾色器。這就改變了透射模式和反射模式的色調(diào)(hue)，因此降低了亮度并且色調(diào)的改變使可見度減低。
發(fā)明概述因而，本發(fā)明的目的是設(shè)置在反射模式和透射模式時都具有優(yōu)異可見度的半透射型液晶顯示器。
根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示器包括內(nèi)連線、薄膜晶體管和存儲電容器形成在其上的器件基板；與器件基板相對設(shè)置的對置基板；夾在器件基板和對置基板之間的液晶層；設(shè)置在器件基板上的反射電極，該反射電極具有波浪形狀，并且在反射電極表面上的法線方向上相對特定方位角是非平衡地分布的，并且其反射光強度取決于該方位角；和設(shè)置在反射電極的非有效區(qū)中的開口。
由于開口設(shè)置在反射電極中，因此由背光或來自器件基板相對側(cè)的光源以透射模式將光照射到液晶層，允許光穿過用于液晶顯示的液晶層，因此即使在黑暗環(huán)境下也能識別該顯示。由于反射電極的法線方向相對特定方位角是不均勻分布的，因此反射器表面上的波浪形狀的形成具有各向異性，并且反射光強度取決于該方位角，這可以提高在特性方位角上具有0度偏振角的反射器沿法線方向的反射光強度。這就增加了反射到觀察者的光量。由此確保提高了使用該反射器的顯示器的可見度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面的液晶顯示器，包括內(nèi)連線、薄膜晶體管和存儲電容器形成在其上的器件基板；與器件基板相對設(shè)置的對置基板；夾在器件基板和對置基板之間的液晶層；形成在對置基板上的第一濾色器；形成在薄膜晶體管上的第二濾色器；形成在第二濾色器上并具有波浪形狀的反射電極；和設(shè)置在反射電極的非有效區(qū)上的開口。
由于濾色器形成在對置基板和器件基板上，光以反射模式兩次穿過對置基板一側(cè)的濾色器，并以透射模式各穿過器件基板和對置基板上的濾色器一次。這就可以減少兩種模式中顏色的改變。還可以分別設(shè)定透射模式和反射模式中的色調(diào)。
該液晶顯示器可以這種方式構(gòu)成反射電極表面上的法線方向相對特定方位角是不均勻分布的，并且在該方位角上的反射光強度的偏振角分布具有兩個或更多個峰值。
因而，反射器表面上的波浪形狀形成有各向異性，反射光強度取決于該方位角，并在該方位角上、在反射光強度的偏振角分布中呈現(xiàn)兩個或更多個峰值。這就可以增加在特定方位角具有0度偏振角的反射器沿法線方向上的反射光強度。
可以以這樣的方式設(shè)計該波浪形狀，使其具有帶由多個線狀凸起圖形形成的封閉外形形狀的凹槽。
通過由凸起圖形和絕緣層形成波浪形狀和改變凸起圖形的線寬、線長和厚度以及絕緣層的厚度，可以以這種方式設(shè)計波浪形狀，以便最大化反射器的各向異性和法線方向的反射光強度。
例如，該液晶顯示器的特征在于，開口設(shè)置在反射電極的非有效區(qū)上作為透射區(qū)，反射電極的有效區(qū)是反射區(qū)，并且施加于面對液晶層的器件基板表面的驅(qū)動電壓和施加于面對液晶層的對置基板表面的驅(qū)動電壓之間的電位差在透射區(qū)比在反射區(qū)的小。
由于施加于反射電極中的液晶層的驅(qū)動電壓低于施加于透射區(qū)的液晶層的驅(qū)動電壓，因此反射區(qū)中的液晶層的雙折射的改變小于在透射區(qū)中的液晶層的雙折射的改變。這就可以設(shè)定在每個反射模式和透射模式中雙折射的最佳改變，因此兩種模式中的輸出光強度都是最佳的。
該液晶顯示器的特征在于，非有效區(qū)具有例如0度到2度的傾斜角和/或10度或更大的傾斜角。
由于其中形成開口的非有效區(qū)具有0度到2度的傾斜角和/或10度或更大的傾斜角，因此非有效區(qū)不能有效地將從對置基板輸入的光反射給觀察者。因此，即使是在從對置基板輸入的光在液晶顯示器的反射電極以反射模式反射時，亮度也不會顯著下降。
例如，該液晶顯示器的特征在于，開口只形成在使光通過的、與器件基板的區(qū)域重疊的反射電極的區(qū)域中。
通過只在使光通過的器件基板的區(qū)域中形成開口，可減少不使光通過的開口的數(shù)量，由此提高了光的反射效率。
該液晶顯示器可以按照這樣的方式構(gòu)成，即只在與內(nèi)連線、薄膜晶體管和存儲電容器重疊的反射電極的區(qū)域中不形成開口。
內(nèi)連線、薄膜晶體管和存儲電容器由不透明材料形成。因此，即使在與內(nèi)連線、薄膜晶體管和存儲電容器重疊的反射電極的那些區(qū)域中形成開口，也不可能使來自背光的光通過。如果在上述區(qū)域中形成開口，內(nèi)連線、被薄膜晶體管反射的光和存儲電容器將改變液晶的顯示顏色。因此，在那些區(qū)域中不形成開口可以防止液晶顯示顏色的改變。
可為每種顯示顏色設(shè)定在像素中的開口數(shù)量。
由于像素中的開口數(shù)量可形成不同的顯示顏色，因此可以改變透射模式顯示中的彩色平衡。在反射模式最好的彩色平衡不同于透射模式中最好的彩色平衡的情況下，可以改變反射模式和透射模式中的彩色平衡。這就可以確保按照在兩種模式中彩色平衡都變得最佳的方式進行液晶顯示。
可為每種顯示顏色設(shè)定像素中的開口面積。
由于該液晶顯示器以像素中的開口面積根據(jù)顯示顏色不同而不同，因此可改變透射模式顯示中的彩色平衡。在反射模式的最好彩色平衡不同于透射模式中的最好彩色平衡的情況下，可以改變反射模式和透射模式中的彩色平衡。這就可以確保按照在兩種模式中使彩色平衡變得最佳的方式進行液晶顯示。
該液晶層的液晶分子定向的模式可以是均勻型(homogeneoustyope)、電極面垂直均勻型(homeotropic type)、TN型、HAN(混合定向向列，Hybrid Aligned Newatic)型和OCB(光學(xué)補償彎曲)型。
不管液晶層的液晶分子定向的模式如何，都可以增強反射模式和透射模式中的液晶顯示的亮度。因此可以根據(jù)用途和制造成本選擇液晶模式。
可在其中存在反射電極的區(qū)域和用于每個區(qū)域的開口區(qū)域中設(shè)定液晶層的液晶分子定向的模式。
可通過設(shè)定反射模式中的液晶分子定向模式不同于透射模式中的液晶分子定向模式，改變在反射模式和透射模式中的液晶層的延遲。這就可以增強兩種模式中的輸出光強度。
該液晶顯示器可按照這樣的方式構(gòu)成，即透明電極形成在器件基板上，反射電極形成在與透明電極相接觸的液晶層一側(cè)上。
由于反射電極形成在透明電極上，因此圍繞每個開口的電場的方向可以穩(wěn)定化。這就可以抑制液晶分子定向的干擾。
可在對置基板的液晶層一側(cè)上設(shè)置四分之一波板。
在對置基板的液晶層一側(cè)上設(shè)置四分之一波板可防止四分之一波板由于外部因素如紫外線和濕度等而退化，由此延長液晶顯示器的壽命。由于四分之一波板本身由呈現(xiàn)液態(tài)結(jié)晶性定向的材料形成，因此不再需要使液晶層定向的定向膜的涂敷和摩擦工序。這可以縮短制造時間和降低制造成本。
該液晶顯示器可按照這樣的方式構(gòu)成，即在面對開口的四分之一波板的區(qū)域中形成第二開口。
通過對反射模式液晶層的厚度進行最優(yōu)化，在采用四分之一波板的透射模式中可獲得比不采用四分之一波板的透射模式中更高的輸出光強度。在面對開口的四分之一波板的區(qū)域中形成第二開口可以在透射模式中沒有四分之一波板的情況下設(shè)置顯示，因此可以增加透射模式中的亮度。
可以在與液晶層相反的器件基板的一側(cè)上設(shè)置膽甾醇型液晶。
由于膽甾醇型液晶呈現(xiàn)出偏振片和四分之一波板組合在一起的特性，因此采用膽甾醇型液晶代替偏振片和四分之一波板可以縮短制造時間和降低制造成本。
可以在器件基板的液晶層一側(cè)上設(shè)置第二四分之一波板。
在器件基板的液晶層一側(cè)上設(shè)置四分之一波板可以防止四分之一波板由于外部因素如紫外線和濕度等而退化，由此可延長液晶顯示器的壽命。由于四分之一波板本身由呈現(xiàn)液態(tài)結(jié)晶性定向的材料形成，因此不再需要使液晶層定向的定向膜的涂敷和摩擦工藝。這就可以縮短制造時間和降低制造成本。
可以在與液晶層相反的器件基板的一側(cè)上設(shè)置膽甾醇型液晶，并在膽甾醇型液晶和器件基板之間設(shè)置第二四分之一波板。
由于膽甾醇型液晶和四分之一波板設(shè)置在與液晶層相反的器件基板的一側(cè)上，因此可以增強反射模式和透射模式中的液晶顯示的輸出光強度。
附圖的簡要說明

圖1是根據(jù)第一實施例的液晶顯示器的截面圖；圖2A至2F是表示經(jīng)過圖1中所示的液晶顯示器的制造方法各步驟的截面圖；圖3A和3B是表示輸入光和反射光之間的關(guān)系的示意圖；圖4是反射器上的凸起圖形的平面圖；圖5是凸起圖形的截面圖；圖6是表示傾斜角分布的曲線；圖7是用于形成開口的非有效區(qū)圖形的平面圖；圖8是表示開口周圍的電場的方向的示意圖；圖9是表示液晶顯示器的一個像素結(jié)構(gòu)的示意圖；圖10是表示在色度坐標(biāo)中反射模式和透射模式中的彩色平衡的示意圖；圖11是表示反射器、偏振角和方位角的截面圖；圖12A和12B是表示在各向異性(anisotropic reflector)反射器上的輸出光強度與方位角相關(guān)性的示意圖；圖13A和13B是表示以180度的方位角在各向異性反射器上提高了反射光強度的示意圖；圖14是根據(jù)第二實施例的液晶顯示器截面圖；圖15A至15F是表示經(jīng)過圖14中所示的液晶顯示器的制造方法各步驟的截面圖；圖16是根據(jù)第三實施例的液晶顯示器的截面圖；圖17A至17F是表示經(jīng)過圖16中所示的液晶顯示器的制造方法各步驟的截面圖；圖18A至18E是表示在液晶層各模式中液晶分子定向方向的示意圖；圖19A至19C是表示怎樣產(chǎn)生透射部分和反射部分的液晶模式的示意圖；圖20是表示四分之一波板和偏振片以TN型布置的示意圖；圖21A至21I是表示四分之一波板和偏振片的可能布局的示意圖；圖22是表示其中去掉透射部分的四分之一波板的實施例的示意圖；圖23是液晶層13的厚度和在透射模式中的輸出光強度的曲線；圖24是表示其中在下基板上布置膽甾醇型液晶的實施例的示意圖；圖25是表示其中在下基板上布置膽甾醇型液晶和四分之一波板的實施例的示意圖；圖26是根據(jù)第九實施例的液晶顯示器的截面圖；圖27是第九實施例的液晶顯示器的等效電路圖；圖28A至28F是表示經(jīng)過圖26中所示的液晶顯示器的制造方法各步驟的截面圖；圖29是表示形成在常規(guī)反射器上的凸起圖形的例子的平面圖；圖30是表示常規(guī)半透射型液晶顯示器的像素的示意圖；和圖31是常規(guī)半透射型液晶顯示器的截面圖。
最佳實施例的詳細說明下面參照附圖介紹本發(fā)明的實施例。圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半透射型液晶顯示器的部分截面圖。如圖1所示，半透射型液晶顯示器10在內(nèi)部具有下基板11、與下基板11相對設(shè)置的對置基板12以及夾在下基板11和對置基板12之間的液晶層13。
半透射型液晶顯示器10采用有源矩陣系統(tǒng)，該有源矩陣系統(tǒng)具有例如薄膜晶體管(TFT)作為像素與像素的開關(guān)元件。
下基板11具有絕緣基板14、絕緣保護膜15、TFT16、絕緣層17、凸起圖形18、第二絕緣層19以及反射電極20。絕緣保護膜15淀積在絕緣基板14上，TFT16形成在絕緣保護膜15上。每個TFT16具有在絕緣基板14上的柵極16a、漏極16b、半導(dǎo)體層16c和源極16d，后面三個電極位于覆蓋柵極16a的絕緣保護膜15上。
凸起圖形18經(jīng)過第一絕緣層17或TFT16的源極16d形成在絕緣保護膜15和TFT16上。第二絕緣層19覆蓋凸起圖形18、第一絕緣層17和源極16d設(shè)置。在第二絕緣層19中穿孔形成到達源極16d的接觸孔21。
此外，反射電極20淀積并覆蓋在接觸孔21和第二絕緣層19上。反射電極20連接到TFT16的源極16d并具有作為反射器和像素電極的功能。凸起圖形18和第二絕緣層19使反射電極20具有波浪形表面。從等效于頂部和底部的反射電極20的波浪形表面上的非有效區(qū)去掉反射電極20，由此在第二絕緣層19中形成開口27。這里所述的“非有效區(qū)”指的是其中難以有效地向觀察者反射外部光的反射電極20的波浪形表面上的區(qū)域。
在絕緣基板14上的柵極端部22和在覆蓋柵極端部22的絕緣保護膜15上的漏極端部23形成在設(shè)置在下基板11的周邊部分中的端部區(qū)域中。
對置基板12具有從液晶層13一側(cè)按順序疊置的透明電極24、濾色器25和絕緣基板26。從絕緣基板26輸入到對置基板12的入射光Li從對置基板12穿過液晶層13到達下基板11，并且在反射電極20被反射成為反射光Lr。該反射光Lr再次穿過液晶層13并從透明電極24離開對置基板12射出。
圖2A至2F是表示在圖1中所示的半透射型液晶顯示器的制造工藝中的反射電極制造工藝的示意圖。首先，如圖2A所示，形成作為開關(guān)元件的TFT16。
在絕緣基板14上形成柵極16a，并淀積絕緣保護膜15。然后，在絕緣保護膜15上形成漏極16b、半導(dǎo)體層16c和源極16d。此外還，淀積覆蓋TFT16的第一絕緣層17。
開關(guān)元件不限于TFT16，可為其它開關(guān)元件例如二極管制備的基板。
接著，如圖2B所示，向第一絕緣層17施加有機樹脂，之后，采用凸起圖形形成的掩模進行曝光和顯影工藝，以便形成用于在反射電極20的表面上形成波浪圖形的多個凸起圖形18。
然后，如圖2C所示，烘焙有機樹脂。該烘焙使有機樹脂的邊角部變圓。
接著，按照這樣的方式施加有機樹脂的層間膜以便覆蓋凸起圖形18，形成平滑的波浪形狀。隨后，進行曝光和顯影工藝，以形成接觸孔21。之后，烘焙層間膜以形成第二絕緣層19，如圖2D所示。
接下來，如圖2E所示，在與反射電極20的形成位置相關(guān)連的地方形成反射電極20，該反射電極是覆蓋接觸孔21和第二絕緣層19的鋁(Al)薄膜。
此后，如圖2F所示，利用對應(yīng)反射電極20的波浪形表面的頂部和底部的掩模，采用光刻膠進行曝光和顯影，以便去掉反射電極20的頂部和底部，由此形成開口27。
反射電極20的材料不限于Al，同樣可采用其它導(dǎo)電材料，如Ag。由于反射電極20的波浪形表面的形狀由凸起圖形18的圖形決定，因此在形成開口27時采用的掩模的圖形是基于圖2B中所用的形成掩模的凸起圖形而產(chǎn)生的。
在反射電極制造工藝中，Al膜和TFT基板之間的有機層間膜(波浪形層)可以由單層代替兩層形成。在圖2F中形成開口27時，可部分地刻蝕掉圍繞開口27的第二絕緣層19，因此可有效地使來自背光28的光通過。
下面討論形成開口27的區(qū)域。圖3A示意性地表示輸入到其中未形成開口27的反射器1的光Li，和將由觀察者看到的被反射器1反射的光Lr。讓入射角Ti和反射角Tr是由入射光Li和反射光Lr相對于反射器1的法線方向形成的角度。由于入射角Ti在形成在波浪圖形中的Al層上被凸起圖形18和絕緣層反射，因此入射角Ti和反射角Tr是不同的值。
圖3B是示意性地表示入射到具有波浪形的Al層上的一個點A的光的反射。為簡便起見，圖3B只示出了Al層和反射器1的表面形狀。在入射光Li輸入到波浪形上的點A的情況下，光在Al層的接觸表面上的點A上反射，因此反射的光Lr以點A的法線方向作為對稱軸反射。假定由Al層的接觸表面和在點A的反射器1之間形成的角度定義為在點A的傾斜角q，入射光Li在反射方向的分布取決于Al層的波浪形的傾斜角q的分布。因此，按照觀察者P主觀評價反射器1的亮度并把反射認為是強反射的方式設(shè)計傾斜角q的分布是很重要的。
下面介紹在反射器1的表面上由凸起圖形18和第二絕緣層19形成的波浪圖形的設(shè)計情況。圖4兩維地表示形成在反射器上的凸起圖形，圖中的影線部分是形成凸起圖形18的區(qū)域。實際上，以一定的粗糙度布置多個凸起圖形，形成三角形布局。雖然該例表示了形成多個三角形的側(cè)邊的凸起圖形，但是波浪圖形可采用任何形式，只要多個線狀凸起圖形形成封閉圖形，如矩形或橢圓形。
圖5示意性地表示在圖4中的兩個點之間的凸起圖形的截面圖。假定L是凸起圖形18的中心距離，W是凸起圖形18的寬度，D是凸起圖形18的高度，d是第二絕緣層19的高度變?yōu)樽钚≈档母叨龋是第二絕緣層19的高度為最大值的點和絕緣層19的高度為最小值的點之間的高度差。
涂敷在第二絕緣層19上表面上的Al膜(反射電極20)非常薄，其厚度可以忽略并且未示出。
反射器1是通過多樣地改變凸起圖形18的參數(shù)L、W、D、d和ΔD的值而制備的，并用在在其中沒有形成開口17的反射型液晶顯示板中，并且觀察者可以主觀評價其亮度和干擾。圖6表示關(guān)于在主觀評價上具有好結(jié)果和具有壞結(jié)果的每個反射器的傾斜角分布的評價結(jié)果。曲線A是對于好結(jié)果的傾斜角的分布，并且在2度到10度范圍內(nèi)的傾斜角占50％或以上。曲線B是對于壞結(jié)果的傾斜角的分布，并且0度的傾斜角占15％或以上。
通過設(shè)定參數(shù)D、W、ΔD、d和L以控制傾斜角的分布，對于對光反射方向具有方向性的反射型液晶顯示器，可提高朝向觀察者P的方向的亮度。
傾斜角q介于0度至2度范圍內(nèi)的反射電極20的區(qū)域沿法線方向反射從反射器1的法線方向輸入的光，因此使該光反射呈現(xiàn)為觀察者P的的圖像。這個區(qū)域?qū)τ谝壕э@示器的亮度的提高不起太大作用。傾斜角q介于10度或以上范圍內(nèi)的反射電極20的區(qū)域不可能向觀察者P反射外部光，因此對液晶顯示器的亮度的提高不起太大作用。在下面的說明中，傾斜角q在0至2度和10度或以上的區(qū)域稱為非有效區(qū)。
由于開口27是通過去掉在非有效區(qū)中的反射電極20形成的，因此來自背光28的光穿過開口27。在這種情況下，第一絕緣層17、凸起圖形18和第二絕緣層19由透明材料形成。
傾斜角q在0至2度的區(qū)域等效于波浪形表面的頂部和底部，傾斜角q等于或大于10度的區(qū)域等效于波浪形表面的極性改變部分。由于非有效區(qū)由參數(shù)D、W、ΔD、d和L確定，如圖5所示，因此可以在圖2B中使用的形成凸起圖形的掩模的圖形基礎(chǔ)上產(chǎn)生對應(yīng)非有效區(qū)的掩模圖形。
如果凸起圖形18是通過采用圖4中所示的形成凸起圖形的掩模形成的，則非有效區(qū)是由圖7中的影線部分所指示的部分。因此，具有圖7中的影線部分形狀的掩模施加于反射器1上，并通過光刻膠和刻蝕去掉反射電極20的非有效區(qū)，由此形成開口27。由于過刻蝕工藝取決于刻蝕條件，因此通過刻蝕去掉反射電極20可以增加去除面積。關(guān)于這一點，希望對于傾斜角q為0至2度的區(qū)域和傾斜角q等于或大于10度的區(qū)域應(yīng)該以具有圖7中的影線部分的形狀的掩模為目標(biāo)。
用于在液晶層13產(chǎn)生電場的電極不存在于開口27中，因此可以干擾液晶層13的開口27周圍的電場。但是，由于開口27的尺寸約為幾微米，因此開口27周圍的電場29的方向是有效地產(chǎn)生作用于反射電極20的端部和對置基板12的透明電極24之間的電場的方向，如圖8所示。因此在非有效區(qū)中形成開口27不會使半透射型液晶顯示器的顯示特性顯著降低。
下面討論開口27的平面分布。圖9是示意性地表示半透射型液晶顯示器的一個像素的放大平面圖，并表示半透射型液晶顯示器的一個像素由柵極內(nèi)連線4、漏極內(nèi)連線37、TFT16和存儲電容器30構(gòu)成。存儲電容器30是通過按照經(jīng)過絕緣保護膜15互相面對的方式設(shè)置存儲電容器內(nèi)連線和漏極16b形成的電容部件，并用于抑制在它平行插入液晶時電壓的變化。第一絕緣層17、凸起圖形18、第二絕緣層19和反射電極20形成在像素區(qū)域中，如圖8所示。雖然圖9表示公共存儲型布局，但是在不產(chǎn)生任何問題的情況下可以采用其它布局，如柵極存儲層。
由于柵極內(nèi)連線4、漏極內(nèi)連線37、TFT16和構(gòu)成存儲電容器30的存儲電容器內(nèi)連線一般不是由透明材料形成的，因此，來自背光28的光不能透過。因此，即使開口27形成在反射電極20與柵極內(nèi)連線4、漏極內(nèi)連線37、TFT16和存儲電容器30重疊的區(qū)域中，透射光的量不會增加。因此，制作掩模圖形以便不在與柵極內(nèi)連線4、漏極內(nèi)連線37、TFT16和存儲電容器30重疊的區(qū)域中形成開口27，并且采用該掩模圖形進行光刻和刻蝕。應(yīng)該注意，在存儲電容器30由透明材料如ITO形成的情況下這不是必要的。
一般情況下，由于在對置基板12的濾色器25中采用紅(R)、綠(G)或藍(B)的濾色器，因此該液晶顯示器可制成表示為RGB的彩色顯示器。在上述半透射型液晶顯示器中，RGB顏色的亮度平衡由反射模式確定，作為參考，該反射模式關(guān)閉背光28并用反射光提供顯示。當(dāng)形成在像素中的開口27的面積在RGB顏色中相同時，打開背光28并用透射光提供顯示的TM中的RGB顏色的亮度平衡變得與反射模式中的亮度平衡相同。
然而，兩種模式中的使用環(huán)境不同；例如，反射模式是在環(huán)境區(qū)域很亮?xí)r使用的，而透射模式是在環(huán)境區(qū)域很暗時使用的。因此，通過設(shè)定藍(B)光的強度，以便設(shè)定透射模式平衡的色溫高于反射模式平衡的色溫，如圖10中的色度坐標(biāo)所示，而不是對于兩種模式設(shè)定相同的RGB亮度平衡，由此可減少觀察者P在觀看液晶顯示器時感覺到的疲勞。
因此，在形成開口27時，對于其中布置藍(B)濾色器25的像素的反射電極20，增加一個開口27的面積或增加像素中的開口27的數(shù)量以調(diào)節(jié)來自背光28的要被透射的光的量，因此設(shè)定更高的色溫。同樣，也可以根據(jù)液晶顯示器的使用環(huán)境調(diào)整紅(R)或綠(G)色光的強度，并且該調(diào)節(jié)與增強藍色(B)的情況基本上相同。
確定反射型液晶顯示器的反射特性和在工業(yè)中成為標(biāo)準(zhǔn)的方法是這樣一種方法在相對于反射器的法線方向的30度角輸入光并測量偏振角和反射光強度之間的關(guān)系，其中偏振角是由入射光和反射器的法線方向確定的，其中的反射光強度是在以反射器的法線方向為中心的角度作為方位角情況下的反射光強度。從提高使用中的液晶顯示器的可見度的觀點看，需要以這樣的方式設(shè)計反射器，以便在上述條件下增強在0度(法線方向)偏振角的反射光強度。
在光沿30度的偏振角的方向照射到其上形成具有以三角形作為圖7中所示的基本圖形的凸起圖形18的反射器上之后，檢測方位角和反射光強度之間的關(guān)系，可以看到反射光強度周期性地改變，如圖12A和12B所示。下面將具有這種凸起圖形以根據(jù)方位角改變反射光強度的反射器稱為各向異性(anisotropic)反射器，而具有不根據(jù)方位角改變反射光強度的凸起圖形的反射器被稱為各向同性(isotropic)反射器。各向異性反射器在特定方向上增加反射光強度的原因是在反射器表面的波浪形狀上沿法線方向的分布不均勻。
光沿30度偏振角和0度方位角的方向照射到其上形成具有以三角形作為基本圖形的凸起圖形18的反射器上，并且在相對于光源是水平的90度方位角和在與光源成180度方位角的方向上、采用OtsukaElectronic有限公司的光譜儀IMUC(LCD 7000)測量偏振角和反射光強度之間的關(guān)系。此時，光從一個基本三角形的一個頂點輸入，并且每個三角形的一邊設(shè)置成平行于該光譜儀。圖13A示出了在180度的方位角的方向上測量的結(jié)果，圖13B示出了在90度方位角的方向上測量的結(jié)果?？梢钥吹皆?0度方位角方向的測量結(jié)果變?yōu)樵?0度偏振角處具有峰值的反射光強度的分布，在180度方位角方向上的測量結(jié)果變?yōu)樵?0度偏振角和5度偏振角附近具有峰值的反射光強度的分布。顯然在0度偏振角時，在180度方位角上的反射光強度大于在90度方位角上的反射光強度。在180度方位角上測量時，似乎是圖7中所示的各向異性反射特性引起反射光強度在5度偏振角附近具有峰值。
如上所述，由于反射光強度因各向異性的凸起圖形而取決于方位角，所以反射光強度的偏振角相關(guān)性采用多個峰值?？梢源_信由于在0至10度偏振角附近出現(xiàn)峰值，因此可以提高在0度偏振角的反射光強度。
圖14是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的半透射型液晶顯示器的部分截面圖。如圖14所示，半透射型液晶顯示器10在內(nèi)部具有下基板11、與下基板11面對設(shè)置的對置基板12、以及夾在下基板11和對置基板12之間的液晶層13。
下基板11具有絕緣基板14、絕緣保護膜15、TFT16、絕緣層17、凸起圖形18、第二絕緣層19、反射電極20以及透明電極31。絕緣保護膜15淀積在絕緣基板14上，TFT16形成在絕緣保護膜15上。每個TFT16具有在絕緣基板14上的柵極16a、漏極16b、半導(dǎo)體層16c和源極16d，后三個電極位于覆蓋柵極16a的絕緣保護膜15上。
凸起圖形18經(jīng)過第一絕緣層17或TFT16的源極16d形成在絕緣保護膜15和TFT16上。第二絕緣層19淀積并覆蓋在凸起圖形18、第一絕緣層17和源極16d上。在第二絕緣層19中形成到達源極16d的接觸孔21。
此外，淀積透明淀電極31和反射電極20以便覆蓋接觸孔21和第二絕緣層19。反射電極20連接到TFT16的源極16d，并具有作為反射器和像素電極的功能。透明電極31是透明導(dǎo)電體，如ITO，并電連接到反射電極20，以便透明電極31用做像素電極。凸起圖形18和第二絕緣層19使反射電極20具有波浪形表面。從等效于頂部和底部的反射電極20的波浪形表面上的非有效區(qū)去掉反射電極20，由此在存儲電容器30中形成開口27。這里所述的“非有效區(qū)”是其中很難有效地向觀察者反射外部光的反射電極20的波浪形表面上的區(qū)域。
在設(shè)置在下基板11的周邊部分中的端部區(qū)域中，在絕緣基板14上形成柵極端部22，并在覆蓋柵極端部22的絕緣保護膜15上形成漏極端部23。
對置基板12具有從液晶層13一側(cè)按順序疊置的透明電極24、濾色器25和絕緣基板26。從絕緣基板26輸入到對置基板12的入射光Li從對置基板12穿過液晶層13到達下基板11，并在反射電極20反射，成為反射光Lr。反射光Lr再次穿過液晶層13并從透明電極24射出對置基板12。
圖15A至15F是表示在制造圖14中所示的半透射型液晶顯示器的工藝中的反射電極制造工藝的示意圖。如圖15A所示，首先，形成作為開關(guān)元件的TFT16。
在絕緣基板14上形成柵極16a，并淀積絕緣保護膜15。然后，在絕緣保護膜15上形成漏極16b、半導(dǎo)體層16c和源極16d。此外，淀積第一絕緣層17以覆蓋TFT16。
開關(guān)元件不限于TFT16，同樣可制備采用其它開關(guān)元件如二極管等的基板。
接著，如圖15B中所示，將有機樹脂施加于第一絕緣層17上，之后采用凸起圖形形成的掩模進行曝光和顯影工藝，以便在反射電極20表面上形成波浪圖形的多個凸起圖形18。
隨后，如圖15C所示，焙烘有機樹脂。該焙烘使有機樹脂邊角部變圓。
接下來，以覆蓋凸起圖形18產(chǎn)生平滑波浪形狀的方式施加有機樹脂的層間膜。之后，進行曝光和顯影工藝以形成接觸孔21。
隨后，焙烘該層間膜以形成第二絕緣層19，如圖15D所示。
接著，如圖15E所示，在與反射電極20的形成位置相關(guān)的第二絕緣層19上形成ITO的透明電極31，之后形成覆蓋接觸孔21和第二絕緣層19的鋁(Al)薄膜的反射電極20。
此后，如圖15F所示，利用對應(yīng)于反射電極20的波浪形表面的頂部和底部的掩模，采用光刻膠進行曝光和顯影工藝，以便去掉反射電極20的頂部和底部，由此與第一實施例一樣形成開口27。
由于具有像素電極功能的透明電極31通過開口27露出，因此甚至在液晶層13的開口27周圍的電場也不會受到干擾，因而半透射型液晶顯示器的顯示特性不會退化。
圖16表示根據(jù)本發(fā)明又一實施例的半透射型液晶顯示器的部分截面圖。如圖16所示，半透射型液晶顯示器10在內(nèi)部具有下基板11、與下基板11面對設(shè)置的對置基板12、以及夾在下基板11和對置基板12之間的液晶層13。該半透射型液晶顯示器10采用具有例如TFT作為像素與像素的開關(guān)元件的有源矩陣系統(tǒng)。
下基板11具有絕緣基板14、絕緣保護膜15、TFT16、絕緣層17、凸起圖形18、第二絕緣層19、反射電極20以及濾色器25。絕緣保護膜15淀積在絕緣基板14上，TFT16形成在絕緣保護膜15上。每個TFT16具有在絕緣基板14上的柵極16a、漏極16b、半導(dǎo)體層16c和源極16d，后三個電極位于覆蓋柵極16a的絕緣保護膜15上。
濾色器25經(jīng)過第一絕緣層17或TFT16的源極16d淀積在絕緣保護膜15和TFT16上，凸起圖形18形成在濾色器25上。第二絕緣層19淀積并覆蓋在凸起圖形18、第一絕緣層17、源極16d和濾色器25上。在第二絕緣層19和濾色器25中形成到達源極16d的接觸孔21。
此外，淀積反射電極20以便覆蓋接觸孔21和第二絕緣層19。反射電極20連接到TFT16的源極16d，并具有作為反射器和像素電極的功能。凸起圖形18和第二絕緣層19使反射電極20具有波浪形表面。從相當(dāng)于頂部和底部的反射電極20的波浪形表面上的非有效區(qū)去掉反射電極20，由此在第二絕緣層19中形成開口27。這里所述的“非有效區(qū)”是其中很難有效地向觀察者反射外部光的反射電極20的波浪形表面上的區(qū)域。在設(shè)置在下基板11的周邊部分中的端部區(qū)域中形成在絕緣基板14上的柵極端部22，并在覆蓋柵極端部22的絕緣保護膜15上形成漏極端部23。
對置基板12具有從液晶層13一側(cè)按順序疊置的透明電極24、濾色器25和絕緣基板26。從絕緣基板26輸入到對置基板12的入射光Li從對置基板12穿過液晶層13到達下基板11，并在反射電極20反射，成為反射光Lr。反射光Lr再次穿過液晶層13并從透明電極24射出對置基板12。
圖17A至17F是表示在制造圖16中所示的半透射型液晶顯示器的工藝中的反射電極制造工藝的各步驟的示意圖。如圖17A所示，首先，形成作為開關(guān)元件的TFT16。在絕緣基板14上形成柵極16a，并淀積絕緣保護膜15。然后，在絕緣保護膜15上形成漏極16b、半導(dǎo)體層16c和源極16d。此外，淀積第一絕緣層17以覆蓋TFT16。然后，在第一絕緣層17上淀積濾色器25。開關(guān)元件不限于TFT16，同樣可制備采用其它開關(guān)元件如二極管等的基板。
接著，如圖17B中所示，將有機樹脂施加于濾色器25上，之后采用凸起圖形形成的掩模進行曝光和顯影工藝，以便在反射電極20表面上形成波浪圖形的多個凸起圖形18。
隨后，如圖17C所示，焙烘有機樹脂。該焙烘使有機樹脂邊角部變圓。
接下來，以覆蓋凸起圖形18產(chǎn)生平滑波浪形狀的方式施加有機樹脂的層間膜。之后，進行曝光和顯影工藝以形成接觸孔21。隨后，焙烘該層間膜以形成第二絕緣層19，如圖17D所示。
接著，如圖17E所示，形成與反射電極20的形成位置相關(guān)、并覆蓋接觸孔21和第二絕緣層19的鋁(Al)薄膜的反射電極20。
此后，如圖17F所示，利用對應(yīng)于反射電極20的波浪形表面的頂部和底部的掩模，采用光刻膠進行曝光和顯影工藝，以便去掉反射電極20的頂部和底部，由此形成開口27。反射電極20的材料不限于Al，可同樣采用其它導(dǎo)電材料，如Ag。由于反射電極20的波浪形表面的形狀由凸起圖形18的圖形決定，因此在形成開口27時使用的掩模的圖形是在圖17B中所用的凸起圖形形成的掩?；A(chǔ)上產(chǎn)生的。
在反射電極制造工藝中，Al膜和TFT基板之間的有機層間膜(波浪形層)可以由單層代替兩層形成。在形成圖17F中的開口27時，可以部分地刻蝕掉開口27周圍的第二絕緣層19，以便來自背光28的光可以有效地通過。
在反射模式顯示時，來自對置基板12的輸入光兩次通過設(shè)置在對置基板12上的濾色器25，直到變?yōu)檩敵龉鉃橹?。在透射模式顯示中，來自背光28的光通過設(shè)置在下基板11上的濾色器25和設(shè)置在對置基板12上的濾色器25，直到變?yōu)檩敵龉?。在反射和透射模式中，光兩次通過濾色器，因此第三實施例的液晶顯示器可以使兩種模式中的顏色表達相同。還可以確定在透射模式和反射模式之間獨立地顯示的彩色平衡。
ECB(電控雙折射)型、均勻(homogeneous)型、電極面垂直均勻(homeotropic)型、TN型、HAN型、OCB型等可用于根據(jù)第一實施例和第二實施例的液晶層13。
圖18A至18E是表示液晶模式中的液晶分子的定向方向的示意圖。那些液晶模式一般是通過在下基板11上形成圖形層之后，在下基板11上涂敷定向膜和用布等在一個方向上摩擦該定向膜或者選擇定向膜的類型而控制液晶分子的定向方向和預(yù)傾斜角來得到的。
在本發(fā)明中一起采用由反射電極反射的光和通過開口27透射的光的情況下，當(dāng)輸入光在反射器反射并成為輸出光時，光在液晶層13中的傳播距離是反射部分(反射電極20的區(qū)域)中的液晶層13厚度d的兩倍，同時光在液晶層13中的傳播距離等于透射部分(其中形成開口27的區(qū)域)中的液晶層13的厚度d，直到輸入光變?yōu)檩敵龉鉃橹?。反射部分和透射部分之間的光程差產(chǎn)生反射模式和透射模式之間的延遲差。由于液晶分子的定向方向不同，因此在上述液晶模式中折射率不同。通過利用該現(xiàn)象使反射電極20和開口27中的液晶分子的定向方向互相不同，消除了反射模式和透射模式之間的延遲差。
圖19A至19C是表示制造液晶顯示器的方法的示意圖，其中使在反射電極20中的液晶分子的定向方向不同于開口27中的液晶分子的定向方向。如圖19A中所示，提供接近90度的預(yù)傾斜角的聚酰亞胺定向膜32同時施加于下基板的反射電極20和開口27，并加熱和烘干，而且從下基板11進行紫外線照射。由于存在反射電極，紫外線只照射在開口27上面的聚酰亞膜32上。紫外線照射使聚酰亞胺定向膜32的長鏈烷基分解，因此使展示預(yù)傾斜角的液晶部分消失從而使開口27上的預(yù)傾斜角變小。關(guān)于通過紫外線照射來改變預(yù)傾斜角的定向膜，即使在摩擦之后進行紫外線照射效果也相同，因此可以在紫外線照射之前進行摩擦。
如圖19B中所示，紫外線照射之后，沿液晶定向的方向進行摩擦。紫外線不照射到反射電極20上的聚酰亞胺定向膜32上，因此預(yù)傾斜角預(yù)定的角度保持接近于90度。由于摩擦不會顯著改變預(yù)傾斜角，因此定向是垂直的。由于紫外線照射使開口27上的聚酰亞胺定向膜32上的預(yù)傾斜角變小，因此摩擦設(shè)定水平定向。
如圖19C所示，由于利用設(shè)置水平定向的定向膜加工對置基板12，并且該定向是通過摩擦設(shè)定為水平的，因此水平定向的部分變?yōu)榫鶆蚨ㄏ蚧騎N定向，而垂直定向部分變?yōu)镠AN定向。
由于通過采用圖19A至19C中所示的方法改變反射電極20和開口27的液晶模式，因此通過采用由液晶模式引起的折射率差改變延遲(Δn·d)的值，從而甚至利用相同的單元厚度也可以在反射模式和透射模式中獲得極高的亮度。
在第一實施例和第二實施例的半透射型液晶顯示器中，在液晶層13的模式為TN模式的情況下，偏振片和四分之一波板設(shè)置在下基板11和對置基板12上。圖20示出了根據(jù)本發(fā)明第五實施例的液晶顯示器的截面圖。
偏振片33設(shè)置在下基板11的絕緣基板14和背光28之間，四分之一波板34設(shè)置在絕緣基板14和第二絕緣層19之間。另一個四分之一波板34設(shè)置在對置基板的絕緣基板26的液晶層一側(cè)表面上，另一偏振片33設(shè)置在絕緣基板26的與液晶層13相對的一側(cè)表面上。下基板上的偏振片33和對置基板上的偏振片33的偏振方向設(shè)定成互相垂直。雖然未示出，在下基板的四分之一波板34上形成TFT16、絕緣保護膜15、柵極端部22和漏極端部23，透明電極24和濾色器25形成在對置基板上的四分之一波板34和液晶層13之間，如圖1和2所示。
在反射模式的扭曲定向時，從對置基板外部輸入的光通過偏振片33變?yōu)榫€性偏振光，然后通過四分之一波板34變?yōu)橛倚龍A偏振光。右旋圓偏振光的輸入光通過處于扭曲定向中的液晶層13成為線性偏振光，線性偏振光的反射光通過扭曲定向的液晶層13，成為右旋圓偏振光。作為右旋圓偏振光的反射光通過四分之一波板34，成為線性偏振光，然后變?yōu)檩敵龉狻?br> 在反射模式為垂直定向時，從對置基板外部輸入的光通過偏振片33。成為線性偏振光，然后通過四分之一波板34，成為右旋圓偏振光。右旋圓偏振光的輸入光通過以垂直定向的液晶層13，成為線性偏振光，并在反射電極20反射，成為相對右旋圓偏振光反向旋轉(zhuǎn)的左旋偏振光的反射光。左旋圓偏振光的反射光通過以垂直定向的液晶層13、并通過四分之一波板，成為線性偏振光。由于這個線性偏振光的偏振方向不同于偏振片33的偏振方向，因此反射光不通過偏振片33。
在透射模式中扭曲定向時，從背光28輸入的光通過偏振片33，成為線性偏振光，然后通過四分之一波板34，成為左旋圓偏振光。左旋圓偏振光的輸入光通過以扭曲定向的液晶層13，成為相對左旋圓偏振光反向旋轉(zhuǎn)的右旋圓偏振光的透射光。右旋圓偏振光的透射光通過四分之一波板34，成為線性偏振光，然后成為輸出光。
在透射模式以垂直定向時，從背光28輸入的光通過偏振片33，成為線性偏振光，然后通過四分之一波板34，成為左旋圓偏振光。左旋圓偏振光的輸入光通過以垂直定向的液晶層13、并通過對置基板的四分之一波板34，成為線性偏振光。由于線性偏振光的偏振方向不同于偏振片33的偏振方向，因此透射光不通過偏振片33。
由于四分之一波板33比驅(qū)動電機14和絕緣基板24更靠近液晶層13設(shè)置，如圖20所示，一次性制造的液晶顯示器不會受到紫外線和濕度的影響，這在耐氣候方面是有利的。即，紫外線不僅被偏振片33吸收，而且被厚玻璃或塑料基板的絕緣基板吸收，因此紫外線很難到達四分之一波板34。因此與四分之一波板34設(shè)置在液晶層13的相反一側(cè)上的情況相比，可以明顯地防止與紫外線相關(guān)的退化。此外，該液晶顯示器不受濕度的影響。
將偏振片粘接到四分之一波板上的粘接劑經(jīng)受可能的濕度一定向分離。在液晶層一側(cè)上設(shè)置四分之一波板34不再需要在偏振片33和四分之一波板34之間的粘接劑。這就拓寬了四分之一波板34的材料選擇范圍，并且更容易提高其它性能，如透射率。
由于四分之一波板34本身是通過對呈現(xiàn)液體結(jié)晶性的材料進行定向形成的，因此有液晶材料定向的效果。因此，比透明電極24和反射電極20更靠近液晶層13設(shè)置四分之一波板34可不再需要定向膜和摩擦工藝。特別是，利用90度的扭曲結(jié)構(gòu)，不需要在下基板和對置基板上進行定向工藝。此外，即使在HAN型中也不需要用于液晶定向的摩擦工藝。
偏振片33可以設(shè)置在液晶層一側(cè)上。由于絕緣基板的厚度約為0.7mm，因此存在輸出光經(jīng)過絕緣基板從相鄰像素射出來的可能性。偏振片33在液晶層一側(cè)上的設(shè)置防止來自非顯示狀態(tài)中的像素的光到達絕緣基板。這減少了從相鄰像素看到光的可能性并提高了可見度。圖21A至21I表示四分之一波板、偏振片和絕緣基板的布局關(guān)系的組合。該圖只示出了與絕緣基板的位置關(guān)系，而沒有示出液晶顯示器的其它結(jié)構(gòu)元件。
在根據(jù)第一實施例和第二實施例的半透射型液晶顯示器中，在液晶層13的模式為TN模式的情況下，偏振片和四分之一波板設(shè)置在對置基板12上，并且偏振片設(shè)置在下基板11上。在對應(yīng)對置基板的透射部分的區(qū)域中省去了四分之一波板。圖22表示根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的液晶顯示器的截面圖。
偏振片33設(shè)置在下基板的絕緣基板14和背光28之間。四分之一波板34設(shè)置在對置基板的絕緣基板26的液晶層一側(cè)上，另一偏振片33設(shè)置在與液晶層13相對的絕緣基板26的一側(cè)表面上。下基板上的偏振片33和對置基板上的偏振片33的偏振方向設(shè)定成互相垂直。雖然未示出，TFT16、絕緣保護膜15、柵極端部22和漏極端部23形成在下基板上的四分之一波板34上，透明電極24和濾色器25形成在對置基板上的四分之一波板34和液晶層13之間，如圖1和2中那樣。
采用在形成反射電極20中的開口27時使用的掩摸，通過光刻工藝和刻蝕工藝去掉設(shè)置在對應(yīng)開口27的對置基板上的四分之一波板34的那些區(qū)域。
在來自背光的光通過下基板的偏振片和四分之一波板、并通過液晶層和對置基板的四分之一波板和偏振片的情況下的輸出光強度I由下式給出I＝1/2{(Γ/2)(1/X·sinX)}2其中是光的波長，Δn·d是液晶層的延遲，Γ＝2Δn·d/，X＝{φ2+(Γ/2)2}1/2，其中假設(shè)液晶分子以扭曲角φ均勻扭曲。
另一方面，在來自背光的光不通過下基板的四分之一波板但通過下基板的偏振片，并通過液晶層和對置基板的偏振片的情況下的輸出光強度Ip由下式給出
Ip＝(1/2)(1/X·sinX)2[φ2·cos2φ+sin2φ(Γ/2)2]+sin2φcos2X-φsin2φcosX(1/X·sinX)。
圖23表示在液晶層厚度基礎(chǔ)上計算出在透射模式中已經(jīng)通過四分之一波板的輸出光強度I和沒有通過四分之一波板的輸出光強度Ip的結(jié)果的曲線。在反射模式中輸出光的強度變?yōu)樽畲笾档碾p折射(Δnd)為270nm。液晶的折射率為0.09，在反射模式中的液晶層的厚度約為3m。當(dāng)以反射模式作為參考設(shè)計液晶顯示器時，液晶層的厚度變?yōu)榧s3m。因此很顯然在透射模式中，只通過偏振片的輸出光的強度Ip大于存在四分之一波板情況下的輸出光強度I。
因此，如圖22所示，通過不在下基板上設(shè)置四分之一波板和去掉設(shè)置在面對透射部分的對置基板上的四分之一波板的區(qū)域，可增加在反射模式和透射模式中從液晶顯示器輸出的光強度。
圖24是表示本發(fā)明的另一實施例，其中膽甾醇型液晶布置在與液晶層相對的下基板的一側(cè)上。膽甾醇到液晶是具有有螺旋周期性結(jié)構(gòu)的分子定向的液晶。在膽甾醇型液晶具有螺旋周期＝P、光平行于其螺旋軸入射的分子定向的情況下，只選擇地反射具有在波長＝nP(其中n是液晶的平均折射率)周圍的波長寬度Δ＝PΔn(其中Δn＝折射率的各向異性)的光，并且允許在該波長范圍內(nèi)的光通過。在左向膽甾醇型液晶的情況下，滿足波長條件的光被分離成右旋圓偏振光和左旋圓偏振光，并且前者偏振光被反射，后者直接通過。在右向膽甾醇型液晶的情況下正相反。
膽甾醇型液晶35設(shè)置在下基板的絕緣基板14和背光之間。四分之一波板34設(shè)置在對置基板的絕緣基板26的液晶層一側(cè)上，偏振片33設(shè)置在與液晶層13相對的絕緣基板的一側(cè)上。雖然未示出，TFT16、絕緣保護膜15、柵極端部22和漏極端部23形成在下基板上，透明電極24和濾色器25形成在對置基板上的四分之一波板34和液晶層13之間，正如圖1和2那樣。膽甾醇型液晶35由具有對應(yīng)RGB顏色波長的螺旋周期性和反射相同方向的圓偏振光的三層構(gòu)成。
在第五實施例中，通過在下基板上設(shè)置膽甾醇型液晶35代替設(shè)置偏振片33和四分之一波板34可獲得與第四實施例相同的優(yōu)點。
圖25是表示本發(fā)明的另一實施例的示意圖，其中四分之一波板和膽甾醇型液晶設(shè)置在與液晶層相對的下基板的相對一側(cè)上，并在對置基板上設(shè)置偏振片和四分之一波板。去掉在面對反射電極20中的開口27的對置基板上的四分之一波板的那些區(qū)域。
膽甾醇型液晶35設(shè)置在下基板的絕緣基板14和背光之間。四分之一波板34設(shè)置在背光28和膽甾醇型液晶35之間。該四分之一波板34設(shè)置在對置基板的絕緣基板26的液晶層一側(cè)上，偏振片33設(shè)置在與液晶層13相對的絕緣基板26的相對側(cè)上。雖然未示出，TFT16、絕緣保護膜15、柵極端部22和漏極端部23形成在下基板的四分之一波板34上，透明電極24和濾色器25形成在對置基板上的四分之一波板34和液晶層13之間，正如圖1和2那樣。
采用在形成反射電極20中的開口27時使用的掩摸，通過光刻工藝和刻蝕工藝去掉設(shè)置在對應(yīng)開口27的對置基板上的四分之一波板34的那些區(qū)域。
通過在下基板上設(shè)置膽甾醇型液晶35和四分之一波形板34代替設(shè)置的偏振片33可增加根據(jù)第五實施例的在反射模式和透射模式中的液晶顯示器的輸出光強度。
下面介紹本發(fā)明的另一實施例。圖26是以簡化形式表示第九實施例的一部分下基板的截面圖。在絕緣層17中形成到達TFT16的源極16d的接觸孔21。淀積透明電極31、絕緣膜36和反射電極20并覆蓋接觸孔21和絕緣層17。透明電極31連接到TFT16的源極16d或漏極16b并具有用作像素電極的功能。SiO2等的透明絕緣膜36淀積在透明電極31和反射電極20之間。反射電極20經(jīng)過絕緣膜36電連接到透明電極31，并具有用作反射器和像素電極的功能。
絕緣層17具有波浪形表面，形成在絕緣層17上的透明電極31和反射電極20也具有波浪形表面。在反射電極20的波浪形表面的頂部區(qū)域和底部區(qū)域的反射電極20和絕緣膜36被去掉，并以透明電極31接觸液晶層13的方式形成開口27。
雖然未示出，淀積進行液晶分子定向的聚酰亞胺等的定向膜，并覆蓋反射電極20和透明電極31。在摩擦定向膜時，確定液晶層13的液晶分子的定向方向。由于透明電極31經(jīng)過接觸孔21電連接到TFT16的源極16d，因此由TFT16提供的電位等于透明電極31的電位。然而，由于反射電極20經(jīng)過絕緣膜36連接到透明電極31，因此反射電極20的電位低于透明電極31的電位。此時，由反射電極20、透明電極31和絕緣膜36形成電容器。
根據(jù)第九實施例的液晶顯示器的等效電路變?yōu)閳D27中所示那樣。如果把夾在下基板11和對置基板12之間的液晶層13的結(jié)構(gòu)看作是電容器，則CLC1是在開口27中的透明電極31和對置基板12的組合，CLC2是反射電極20和對置基板12的組合，C1是經(jīng)過絕緣膜36連接到透明電極31的反射電極20。由于兩個電容器CLC2和C1串聯(lián)連接在反射電極20的區(qū)域中，因此由TFT16施加的電壓被容性地分割，以便施加于液晶層13的電壓變?yōu)榈陀谥皇┘佑谕该麟姌O31的區(qū)域中的CLC1的電壓。
都知道λ是用于顯示的光的波長，當(dāng)液晶層13的雙折射(延遲)是λ/4時，反射型液晶顯示器提供具有最大強度的輸出光，而當(dāng)雙折射是λ/2時，透射型液晶顯示器提供具有最大強度的輸出光。還知道當(dāng)施加于液晶層13的電壓增加時，液晶層13的雙折射單調(diào)地增加。因此，通過在透明電極31上淀積絕緣膜36以便設(shè)置如圖27中所示的等效電路，該電路在透明電極31和反射電極20的表面之間產(chǎn)生電位差，可以使透射模式和反射模式中的液晶層13的雙折射最佳化。用于絕緣膜21的可能的材料是有機材料，如SiN、SiO2、丙烯酸和arton。由于圖27中的CLC1和CLCL2的電容根據(jù)液晶層13的材料和厚度而改變，因此施加電壓和雙折射之間的關(guān)系也根據(jù)液晶層13的材料而改變，然而，需要充分地調(diào)整絕緣膜36的材料和厚度。
圖28A-28F是表示在圖26中所示的半透射型液晶顯示器的制造工藝中的下基板的制造工藝的截面圖。首先，如圖28A所示，在絕緣基板14上形成柵極16a，在柵極16a和漏極16b上淀積絕緣保護膜15，在絕緣保護膜15上形成半導(dǎo)體層16c和源極16d，由此形成作為開關(guān)元件的TFT16的基板。開關(guān)元件不限于TFT16，可同樣制造采用其它開關(guān)元件如二極管的基板。
此外，淀積絕緣層17以覆蓋TFT16。為在絕緣層17上形成波浪形表面，在淀積平坦的絕緣層17之后，利用光刻膠在絕緣層17上施加掩模并形成階梯。然后，進行退火處理以使絕緣層17的階梯的邊角部變圓，因此形成的絕緣層17具有表面上平緩的波浪形狀。
接著，如圖28B所示，在絕緣層17中形成到達源極16d的接觸孔21。然后，如圖28C所示，通過濺射法淀積覆蓋絕緣層17的ITO透明電極31，以便允許源極經(jīng)過接觸孔21電接觸透明電極31。另外，如圖28D所示，通過CVD法在透明電極31上淀積SiO2的絕緣膜36。然后，通過真空淀積法在絕緣膜36上形成Al膜的反射電極20。
在圖28B中，基于在絕緣層17上形成波浪形狀的工藝中使用的掩模，限定反射電極20的波浪形表面的頂部區(qū)域和底部區(qū)域。采用在對應(yīng)該頂部區(qū)域和底部區(qū)域的位置具有開孔的掩摸，通過刻蝕和光刻膠去掉在頂部區(qū)域和底部區(qū)域的反射電極20和絕緣膜36，由此形成開口27。如圖28F所示，在開口27處露出透明電極31。
反射電極20的材料不限于Al，也可使用其它導(dǎo)電材料。按上述方式制造下基板，并經(jīng)過框架部件面對其上淀積濾色器和透明電極的對置基板12，并且在兩個基板之間注入液晶層13，這就完成了液晶顯示器的制造。
根據(jù)本發(fā)明，由于在反射電極中設(shè)置開口，因此由背光等從器件基板的相對側(cè)以透射模式照射到液晶層上，允許光通過液晶顯示器的液晶層，因而即使在黑暗的環(huán)境下也能識別顯示。由于反射電極的法線方向不均勻地分布到特定的方位角，反射器表面的波浪形狀形成有各向異性，并且反射光強度取決于該方位角，因此可以增加沿反射器法線方向在特定的方位角處具有0度偏振角的反射光強度。這就可以增加反射到觀察者的光量，由此可保證提高使用該反射器的顯示器的可見度。
由于在對置基板和器件基板上形成濾色器，光以反射模式兩次通過對置基板側(cè)上的濾色器，并以透射模式通過器件基板和對置基板上的濾色器各一次。這就可以減少兩種模式中的顏色的變化。還可以分別設(shè)定透射模式和反射模式中的色調(diào)。此外，在濾色器上形成反射電極，改進了接觸液晶層的器件基板的表面的平面化，可以有效地控制摩擦工藝中的定向方向。
反射器表面上的波浪形狀形成有各向異性，反射光強度取決于方位角，并在該方位角的反射光強度的偏振角分布中出現(xiàn)兩個或更多個峰值。這就可以增加沿反射器法線方向在特定方位角處具有0度偏振角的反射光強度。
通過由凸起圖形和絕緣層上形成波浪形狀以及改變凸起圖形的線寬、線長和厚度及絕緣層的厚度，可以按照使反射器的各向異性和沿法線方向的反射光強度最大化的方式設(shè)計該波浪形狀。
由于施加于反射電極中的液晶層的驅(qū)動電壓低于施加于透射區(qū)域中的液晶層的驅(qū)動電壓，因此反射區(qū)域中的液晶層的雙折射的改變小于透射區(qū)域中的液晶層的雙折射的改變。這就可以設(shè)定反射模式和透射模式中每種模式中的雙折射的最佳改變，因此可以使兩種模式中的輸出光強度最佳化。
由于其中形成開口的非有效區(qū)具有0度至2度的傾斜角和/或10度或更大的傾斜角，因此非有效區(qū)不能有效地從對置基板向觀察者反射輸入光。因此，即使在從對置基板輸入的光在液晶顯示器的反射電極被反射的反射模式中，亮度也不會顯著下降。
內(nèi)連線、薄膜晶體管和存儲電容器用不透明材料形成。因此，即使在與內(nèi)連線、薄膜晶體管和存儲電容器重疊的反射電極的那些區(qū)域中形成開口，也不能使來自背光的光通過。如果在上述區(qū)域中形成開口，內(nèi)連線、被薄膜晶體管反射的光和存儲電容器改變了液晶的顯示顏色。因此，在那些區(qū)域中不形成開口可防止液晶顯示器顏色的改變。
由于像素中的開口數(shù)量可以因顯示顏色的不同而不同，因此可以改變透射模式顯示中的彩色平衡。在反射模式中的最佳彩色平衡不同于透射模式中的最佳彩色平衡情況下，可以改變反射模式和透射模式中的彩色平衡。這就可以保證按照在兩種模式中彩色平衡變?yōu)樽罴褷顟B(tài)的方式進行液晶顯示。
不管液晶層的液晶分子定向的模式怎樣，都可以增強反射模式和透射模式中的液晶顯示器的亮度。因此可以根據(jù)用途和制造成本選擇液晶模式。
通過設(shè)定反射模式中液晶分子定向的模式不同于透射模式，可以改變反射模式和透射模式中的液晶層的延遲。這就可以增強兩種模式中的輸出光強度。
由于反射電極形成在透明電極上，因此可以使每個開口周圍的電場穩(wěn)定化。這可以抑制液晶分子定向的干擾。
在對置基板的液晶層一側(cè)上設(shè)置四分之一波板可防止四分之一波板由于外部因素如紫外線和濕度而引起的退化，由此可以延長液晶顯示器的壽命。由于四分之一波板由呈現(xiàn)為液體結(jié)晶性的定向材料形成，可以不再需要涂敷定向膜和摩擦工藝以使液晶層定向。這可以縮短制造時間和降低制造成本。
利用對反射模式最佳化的液晶層厚度，可得到在采用四分之一波板的透射模式中比在不采用四分之一波板的透射模式中更高的輸出光強度。在面對開口的四分之一波板的區(qū)域中形成第二開口，可以在透射模式中沒有四分之一波板的情況下提供顯示，這樣可以提高透射模式中的亮度。
由于膽甾醇型液晶呈現(xiàn)為偏振片和四分之一波板組合在一起的特性，因此采用膽甾醇型液晶代替偏振片和四分之一波板可以縮短制造時間和降低制造成本。
由于膽甾醇型液晶和四分之一波板設(shè)置在器件基板的與液晶層相對的一側(cè)上，因此可以增強反射模式和透射模式中的輸出光強度。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示器，包括器件基板，在其上形成內(nèi)連線、薄膜晶體管和存儲電容器；面對所述器件基板設(shè)置的對置基板；夾在所述器件基板和所述對置基板之間的液晶層；設(shè)置在所述器件基板上的反射電極，該反射電極具有波浪形狀并且在所述反射電極表面上的法線方向不均勻地分布到特定的方位角，而且其反射光強度取決于所述方位角；和設(shè)置在所述反射電極的非有效區(qū)中的開口。
2.一種液晶顯示器，包括器件基板，其上形成內(nèi)連線、薄膜晶體管和存儲電容器；面對所述器件基板設(shè)置的對置基板；夾在所述器件基板和所述對置基板之間的液晶層；形成在所述對置基板上的第一濾色器；形成在所述薄膜晶體管上的第二濾色器；形成在所述第二濾色器上并具有波浪形狀的反射電極；和設(shè)置在所述反射電極的非有效區(qū)中的開口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的液晶顯示器，其中所述反射電極的所述表面上的所述法線方向不均勻地分布到所述特定的方位角，并且在所述方位角處的反射光強度的偏振角分布具有兩個或更多個峰值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的液晶顯示器，其中所述反射電極的表面上的法線方向不均勻地分布到特定的方位角，并且在所述方位角處的反射光強度的偏振角分布具有兩個或更多個峰值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項的液晶顯示器，其中所述波浪形狀具有凹槽，該凹槽具有由多個線形凸起圖形形成的封閉外形形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項的液晶顯示器，其中所述開口設(shè)置在作為透射區(qū)的所述反射電極的所述非有效區(qū)中，所述反射電極的有效區(qū)是反射區(qū)，并且施加于面對所述液晶層的所述器件基板的表面的驅(qū)動電壓和施加于面對所述液晶層的所述對置基板的表面的驅(qū)動電壓之間的電位差在所述透射區(qū)中比在所述反射區(qū)中小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項的液晶顯示器，其中所述非有效區(qū)具有0度至2度的傾斜角和/或10度或更大的傾斜角。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項的液晶顯示器，其中所述開口只設(shè)置在與使光通過的所述器件基板的區(qū)域重疊的所述反射電極的區(qū)域中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項的液晶顯示器，其中只在與所述內(nèi)連線、所述薄膜晶體管和所述存儲電容器重疊的所述反射電極的區(qū)域中不設(shè)置所述開口。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項的液晶顯示器，其中在像素中設(shè)定用于每種顯示顏色的一定數(shù)量的所述開口。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項的液晶顯示器，其中在像素中設(shè)定用于每種顯示顏色的所述開口的區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項的液晶顯示器，其中所述液晶層的液晶分子定向的模式是均勻型、電極面垂直均勻型、TN型、HAN型和OCB型中的一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的液晶顯示器，其中在其中存在所述反射電極的區(qū)域中和在用于每個區(qū)域的所述開口的區(qū)域中設(shè)定所述液晶層的所述液晶分子定向的所述模式。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項的液晶顯示器，其中所述透明電極形成在所述器件基板上，所述反射電極的形成在所述液晶層的一側(cè)上與所述透明電極相接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項的液晶顯示器，其中在所述對置基板的液晶層一側(cè)上設(shè)置四分之一波板。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的液晶顯示器，其中在面對所述開口的所述四分之一波板的區(qū)域中形成第二開口。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的液晶顯示器，其中在所述器件基板的與所述液晶層相對的一側(cè)上提供膽甾醇型液晶。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的液晶顯示器，其中在所述器件基板的液晶層一側(cè)上設(shè)置第二四分之一波板。
19.根據(jù)權(quán)利要求15或16的液晶顯示器，其中在所述器件基板的與所述液晶層相對的一側(cè)上設(shè)置膽甾醇型液晶，在所述膽甾醇型液晶和所述器件基板之間設(shè)置第二四分之一波板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液晶顯示器，其中反射電極具有波浪形狀，并且其法線方向不均勻地分布到特定的方位角，其反射光強度取決于所述方位角。開口形成在具有0度至2度的傾斜角和/或10度或更大傾斜角的反射電極的區(qū)域中。通過使液晶分子定向模式在開口和反射電極之間不同而改變液晶層的延遲，因此可增加在反射模式和透射模式中的輸出光強度。通過確定每種顏色的像素中的開口面積來確定在透射模式中顯示的彩色平衡，并且色溫設(shè)定為在透射模式中比在反射模式中高。這就設(shè)置了一種在反射模式和透射模式中都具有極佳可見度的半透射型液晶顯示器。
文檔編號G02B5/30GK1402056SQ0214200
公開日2003年3月12日 申請日期2002年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月22日
發(fā)明者池野英德, 鈴木成嘉, 村山容一, 坂本道昭, 松野文彥, 吉川周憲, 山口裕一 申請人:日本電氣株式會社