專利名稱：反射型液晶顯示元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯示裝置，更詳細(xì)地說，就是涉及反射型液晶顯示。
液晶顯示元件，由于其薄、輕的緣故，廣泛用于包括攜帶型信息終端的顯示等各種各樣的用途。液晶顯示元件本身不會發(fā)光，由于它是通過使光的透射強(qiáng)度發(fā)生變化來進(jìn)行顯示的受光型元件，幾伏特的實(shí)際電壓就可以驅(qū)動它。因而，液晶顯示元件的下部裝有反射板，這種靠外部光的反射光看到顯示的反射型顯示裝置，只需消耗微乎其微的電力就可以工作。
以往的反射型彩色液晶顯示元件，具備帶有濾色片的液晶單元，以及夾著此液晶單元配置的一對偏振片。濾色片設(shè)置在液晶單元一方的基板上，在此基本上形成濾色片，且在這之上還形成透明的電極。利用在液晶單元加電壓的方法，使液晶分子的取向狀態(tài)發(fā)生變化。利用這種液晶分子取向狀態(tài)的變化，使各濾色片的透射率發(fā)生變化，進(jìn)行彩色顯示。
1片偏振片的透射率最大約為45％，此時(shí)與偏振片吸收軸平行的偏振光的透射率約為0％，與其垂直的偏振光透射率約為90％。因此對于帶有2片偏振片的反射型液晶元件，光通過偏振片4次后射出。因此，在不考慮濾色片的吸收的情況下，反射率是(0.9)4×50％＝32.8％。即使是黑白顯示屏，反射率最大也只是約33％。
為了使顯示清晰明亮，現(xiàn)提出這樣的構(gòu)造，即在液晶單元的上部只設(shè)置1片偏振片，利用1片偏振片和反射板夾著液晶單元的結(jié)構(gòu)。(例如日本專利7-146469號公報(bào)，7-84252號公報(bào))。在使用這些已有技術(shù)的情況下，由于光只通過偏振片2次，在不考慮濾色片吸收的情況下，反射率是(0.9)2×50％＝40.5％最大情況下，相對于帶有2片偏振片的構(gòu)造，反射率最多約提高23.5％。
再者，作為已有技術(shù)的日本專利特開平6-308481號公報(bào)，公開了不用濾色片，而用液晶單元中扭轉(zhuǎn)取向的向列型液晶層的雙折射和偏振片來進(jìn)行著色顯示的反射型彩色液晶顯示裝置。
再者，日本專利特開平6-175125號公報(bào)以及特開平6-301006號公報(bào)公開了利用液晶層和相位差膜的雙折射的彩色液晶顯示裝置。
但是，這些已有的液晶顯示裝置存在下列問題。
采用2片偏振片的反射型液晶顯示元件，在該元件中采用濾色片進(jìn)行彩色顯示的情況下，存在著不能確保能得到足夠亮度的反射率的問題。
又，采用1枚偏振片的反射型元件，是在該元件中采用濾色片進(jìn)行彩色顯示，提高反射率、確保亮度的結(jié)構(gòu)。這種已有結(jié)構(gòu)進(jìn)行黑白無彩色顯示是困難的，特別是，存在反射率低，無色彩黑顯示困難的問題。
又，不采用濾色片，利用液晶單元中扭轉(zhuǎn)取向的向列型液晶層的雙折射和偏振片進(jìn)行有色顯示的反射型液晶顯示元件，以及利用液晶層和相位差片的雙折射的彩色液晶顯示元件的情況下，即使用2枚偏振片，也能確保盡量得到實(shí)用的亮度反射率。但是，由于是沒有采用濾色片結(jié)構(gòu)的、使用雙折射著色的彩色顯示，也存在著16個(gè)灰度等級4096色顯示或者64個(gè)灰度等級全色顯示等多灰度等級多顯示在原理上有一定難度，而且色純度、色再現(xiàn)范圍狹窄的問題。
再者，黑白顯示式的反射型液晶顯示元件，即使采用2枚偏振片的結(jié)構(gòu)，也存在白色不能得到高反射率的問題。
本發(fā)明提供白色顯示亮度高，可得到高對比度，能進(jìn)行無色彩黑白顯示的反射型液晶顯示元件。
本發(fā)明的反射型液晶顯示裝置具備含有第一基板、第二基板和在上述第一基板與第二基板之間設(shè)置的液晶的液晶單元、在上述第二基板側(cè)設(shè)置的光反射構(gòu)件、在第一基板外側(cè)設(shè)置的偏振片，以及在上述偏振片和上述液晶單元間設(shè)置的光學(xué)延遲補(bǔ)償構(gòu)件。
上述光學(xué)延遲補(bǔ)償構(gòu)件具有延遲值RC，當(dāng)在上述液晶單元加上有效電壓Von時(shí)上述液晶層延遲值為Ron時(shí)，存在式1或式2的關(guān)系(式1)Ron+RC＝(λ/4)+(λ/2)×(m)(式2)Ron+RC＝(λ/4)×(m+1)其中，λ是光的波長，m是包括0的正整數(shù)。
利用這樣的結(jié)構(gòu)，可以獲得明亮的白色顯示及高對比度。而且可以獲得能進(jìn)行無色彩黑白顯示的反射型液晶顯示裝置。


圖1是本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的反射型液晶顯示元件剖面圖。
圖2是本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的反射型液晶顯示元件的反射率與外加電壓的關(guān)系特性圖。
圖3是本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的反射型液晶顯示元件的剖面圖。
圖4是本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的反射型液晶顯示元件的反射率與外加電壓的關(guān)系特性圖。
圖5是本發(fā)明第3實(shí)施形態(tài)的反射型液晶顯示元件的剖面圖。
圖6是本發(fā)明第4實(shí)施形態(tài)的反射型液晶顯示元件的剖面圖。
本發(fā)明的第一個(gè)反射型液晶顯示元件具備在一對基板間封入液晶的液晶單元、在此液晶單元一邊的基板一側(cè)配置的偏振片、在該偏振片和液晶單元之間配置的具有延遲值RC的光學(xué)補(bǔ)償構(gòu)件，以及在另一方的基板側(cè)配置的光反射手段。
最好是在上述液晶單元加上有效電壓Von時(shí)液晶層的延遲值(Ron)實(shí)質(zhì)上滿足(式1)或(式2)。
(式1)Ron+RC＝(λ/4)+(λ/2)×(m)(式2)Ron+RC＝(λ/2)×(m+1)其中，m是包含0的正整數(shù)，λ為光的波長。延遲數(shù)值按下面所述定義。即當(dāng)元件的厚度用“d”表示，元件介質(zhì)內(nèi)較慢行進(jìn)的振動分量的折射率用Ns表示，較快行進(jìn)的振動分量的折射率用Nf表示時(shí)，有Ns＞Nf的關(guān)系。各分量的光波長分別為Ns·d和Nf·d，光程差為(Ns-Nf)·d，相位變化差為2π(Ns-Nf)d/λ。這個(gè)兩分量相位變化的差值就定義為相位元的延遲值。利用這樣的結(jié)構(gòu)，可以獲得明亮清晰，能作無色彩黑白變化的常黑式反射型液晶顯示元件。采用不滿足式1或式2的結(jié)構(gòu)的情況下，上述效果會有某些降低。
最好是，液晶是具有正介電常數(shù)各向異性Δε的向列型液晶，其Ron數(shù)值最好滿足10nm＜Ron≤50nm的關(guān)系。借助于這種結(jié)構(gòu)，可以獲得具有更高對比度的良好特性。Ron在上述范圍以外時(shí)，對比度會有某些降低。
最好是，上述Ron的值滿足20nm＜Ron≤40nm的關(guān)系。借助于這種結(jié)構(gòu)，可獲得有更高對比度的良好特性。
最好是，液晶是有負(fù)介電常數(shù)各向異性Δε的向列型液晶，所述Ron滿足220nm＜Ron≤260nm。借助于這種結(jié)構(gòu)，可獲得有更高對比度的良好特性。當(dāng)Ron在上述范圍之外時(shí)，對比度有某些下降。
最好是，上述Ron值滿足230nm＜Ron≤250nm。借助于這種結(jié)構(gòu)，可獲具有更高對比度的良好特性。
最好是，上述光學(xué)補(bǔ)償構(gòu)件是1枚或數(shù)枚具有光學(xué)補(bǔ)償構(gòu)件的高分子膜。此高分子膜是由聚碳酸酯、多芳基化合物、聚砜、聚乙烯醇或在可見光區(qū)的折射率各向異性波長色散小的構(gòu)件所組成。折射率各向異性波長色散小的構(gòu)件最好采用具有比聚碳酸酯小的折射率各向異性波長色散的構(gòu)件。借助于這種結(jié)構(gòu)，可獲得有更良好特性的反射型液晶顯示元件。
最好是，上述高分子膜片的Z系數(shù)QZ在約0.3～約1.0的范圍內(nèi)。借助于這種結(jié)構(gòu)，可獲得以反射率隨視角變化小為特征的反射型液晶顯示元件。用nx、ny、nz表示膜面法線方向定為Z軸的空間坐標(biāo)系(x，y，z)中各軸方向上的折射率，nx表示延遲軸方向的折射率，ny表示超前軸方向的折射率。上述QZ為用QZ＝(nx-nz)/(nx-ny)來表示的系數(shù)。
最好是，所述液晶單元是有0°～約90°扭轉(zhuǎn)角度的扭轉(zhuǎn)向列型液晶單元、均相液晶單元、同向性液晶單元、混合排列向列型液晶單元。借助于這種結(jié)構(gòu)，可獲得更高對比度的特性。當(dāng)扭轉(zhuǎn)角不在上述范圍中時(shí)，對比度會有所降低。
最好是，上述扭轉(zhuǎn)角在60°～約70°之間。借助于這種結(jié)構(gòu)，可獲得更好的特性。
又，最好是，在上述一邊的基板一側(cè)配置散射膜。借助于這種結(jié)構(gòu)，可以收集顯示屏周圍的光，而獲得明亮精晰的顯示。最好在高分子膜片和一邊的基板之間配置散射膜。這種結(jié)構(gòu)可以用來抑制顯示圖像的離焦。而且，此散射膜最好是向前散射膜。向前散射膜最好是具有幾乎看不出有向后散射特性的、很強(qiáng)的向前散射特性。
又，最好是，上述光反射手段具有鋁和銀中的至少一種金屬。并且上述光反射手段是兼作上述另一塊基板側(cè)的電極的金屬電極。
最好是，對于具備上述散射膜的液晶顯示元件，上述金屬電極具有鏡面狀態(tài)的表面。借助于此，可使液晶取向的混亂減少，可獲得具有自然的視覺分辨性的液晶元件。另一方面，對于不用散射膜的反射型液晶顯示元件，最好是金屬電極為具有散射膜的結(jié)構(gòu)，或是金屬電極本身為具有漫反射性的結(jié)構(gòu)。作為具有擴(kuò)散反射性的金屬電極，最好是使表面凹凸不平，例如平均傾斜角約為3°～12°左右。借助于此，可獲帶有自然的視覺分辨性的反射型液晶顯示。
又可以是具有這樣的結(jié)構(gòu)，即上述另一方的基板為透明基板，漫反射板等光反射手段配置在該透明基板外側(cè)的反射型液晶顯示元件。另一方的基板使用透明電極。采用此結(jié)構(gòu)的情況下，最好在透明基板和漫反射板之間留有空氣層。用這樣的結(jié)構(gòu)，可以得到更大的漫射效果。
又可以是配置濾色片的反射型彩色液晶顯示元件。借助于此，由于從白色到黑色在沒有色彩的情況下變化，可以使例如64個(gè)灰度等級的全色顯示成為可能。
又可以是不配置濾色片的黑白顯示元件。借助于此可以獲得非常高的白色顯示的反射率，從而可以得到高亮度的反射型液晶元件。
又，最好是上述另一方的基板一側(cè)配置非線性元件。以這樣的結(jié)構(gòu)，可以獲得由陣列狀配置的TFT等非線性元件驅(qū)動的有源陣列式的反射型液晶顯示元件。這時(shí)，在上述非線性元件之上形成絕緣的平面膜，并在該平面膜上形成接觸孔。通過接觸孔，上述非線性元件與上述另一方的基板側(cè)的電極導(dǎo)通。借助于此，可進(jìn)行具有高孔徑比的有源驅(qū)動，可得到高反射率的反射型液晶顯示元件。
下面參照附圖對本發(fā)明的典型實(shí)施例加以說明。
典型實(shí)施例1圖1表示了本發(fā)明一實(shí)施例1的反射型液晶顯示元件的剖面圖。液晶單元1包括上側(cè)透明基板13、濾色片層14、透明電極16、第一取向?qū)?50a、液晶層17、第二取向?qū)?5b、金屬反射電極18，以及下側(cè)基板19。在液晶單元外側(cè)設(shè)置散射膜層12、高分子膜片11及偏振片層10。
上側(cè)透明基板13和下側(cè)基板19使用無堿玻璃基板(如1737柯寧公司制造)。在上側(cè)透明基板13上，由影印法形成了濾色片層14，此濾色片層14具有帶狀配置的紅色、綠色、藍(lán)色。紅、藍(lán)、綠各種顏色是由分布顏料的材料形成的。在其上形成作為像素電極的透明電極16。透明電極16由氧化銦錫形成。下側(cè)基板19上形成金屬反射電極18。反射電極18上有蒸鍍的約300nm厚的鈦層和在鈦層上蒸鍍的約200nm厚的鋁層，是鏡面反射型的。
在透明電極16上形成第一取向?qū)?5a。在金屬反射電極18上形成第二取向?qū)?5b。借助于印刷溶有5重量％的聚酰亞胺的γ-丁內(nèi)酯溶液的工序、在250℃溫度下硬化的工序，以及為實(shí)現(xiàn)規(guī)定的扭轉(zhuǎn)角而用人造絲織物旋轉(zhuǎn)摩擦以進(jìn)行取向處理的工序，形成取向?qū)?5a、15b。
液晶單元按以下工序制造
(a)在上側(cè)透明基板13的周圍部分印刷摻入約1重量％的規(guī)定直徑玻璃纖維的熱硬化性密封樹脂(例如三井東壓化學(xué)公司制造的ストラクトボンド)的工序。
(b)在下側(cè)基板19上按每平方毫米100～200個(gè)的比例散布具有規(guī)定直徑的樹脂珠的工序。
(c)將上側(cè)透明基板13與下側(cè)基板19相互粘合，然后在150℃溫度下使密封樹脂硬化的工序。
(e)在上側(cè)透明基板13和下側(cè)基板19之間真空注入折射率各向異性ΔnLC約為0.08的氟酯系向列型液晶和手性液晶的混合液晶的工序(這種混合液晶調(diào)整到具有80微米的手性節(jié)距)。
(f)用紫外線硬化性樹脂封口，然后靠紫外線光照射使紫外線硬化性樹脂硬化的工序。
在這樣形成的液晶單元的上側(cè)的透明基板13上粘貼作為散射膜層12的各向同性的向前散射膜。
高分子膜片11貼在散射膜層12之上，使延遲軸形成規(guī)定的角度。偏振片10貼在高分子膜片11之上，使吸收軸形成規(guī)定的角度。偏振片10采用經(jīng)防眩光(AG)和防反射(AR)處理的中性灰色偏振片(住友化學(xué)工業(yè)社制造的SQ-1852AP)。
在液晶單元加以有效電壓Von＝5V時(shí)液晶的延遲值Ron是40nm，可視區(qū)域(從約380nm～約780nm范圍)光的中心波長λ為550nm時(shí)，決定高分子膜片的延遲值RC，使其滿足條件式Ron+RC＝λ/4。即RC＝λ/4-Ron＝550/4-40＝138-40＝98。該高分子膜片的延遲值定為98nm。在這種結(jié)構(gòu)中，可以實(shí)現(xiàn)有高對比度的常白式反射型液晶顯示元件。
最好是采用這種高分膜片為聚乙烯醇或帶有較小折射率各向異性波長色散的部件的結(jié)構(gòu)。借助于這種結(jié)構(gòu)，可以獲得無彩色黑白顯示及具有高對比度的常白式反射型液晶顯示元件。
又，液晶層厚(dLC)為0.3微米，(ΔnLC·dLC)為0.24微米，高分子膜片是Z系數(shù)(QZ)為0.5的2枚聚碳酸酯膜片。此時(shí)偏振片一側(cè)的聚碳酸酯膜片的延遲值記為RF1，液晶單元一側(cè)的聚碳酸酯膜片延遲值記為RF2。
這時(shí)，液晶單元加以有效電壓Von＝5V時(shí)液晶的延遲值(Ron)為40nm，從而求得高分子膜片的延遲值RC(RF1、RF2)，使其滿足Ron+RC＝λ/4的上述條件。根據(jù)該結(jié)果，得出RF1＝0.235μm，，RF2＝0.138μm。這些數(shù)值是根據(jù)計(jì)算和實(shí)際測量兩方面決定的。基板面內(nèi)的基準(zhǔn)線是由與一基板最接近的液晶分子方向和與另一基板最接近的液晶分子的方向所構(gòu)成角中較大的角的角平分線所確定的。從一基板看去，向列型液晶從一基板扭轉(zhuǎn)到另一基板的方向定為正向?；鶞?zhǔn)線和偏振片的吸收軸的方向形成的角度記為φP，基準(zhǔn)線和偏振片側(cè)的聚碳酸酯膜片的延遲軸的方向形成的角度記為φF1，基準(zhǔn)線和液晶單元側(cè)的聚碳酸酯膜片的延遲軸的方向形成角度記為φF2。又，扭轉(zhuǎn)角度記為ΩLC。在這種狀態(tài)下，當(dāng)ΩLC＝63.0°、φP＝105.0°、φF1＝175.0°、φF2＝114.0°時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)具有高對比度的常白式反射型液晶顯示元件。
在本實(shí)施例中，在這種條件下測定了光學(xué)特性。還有，反射率的測定是對完全擴(kuò)散光源進(jìn)行的。
圖2是表示本實(shí)施例的反射型液晶顯示元件的反射率和外加電壓關(guān)系的特性圖。
在正向特性中，換算為白色Y值的反射率為20.3％，對比度為21.2。且由于從黑到白以無色彩的方式變化，可以確保64個(gè)灰度等級的全色顯示。
還制造了從上述的結(jié)構(gòu)中省去濾色片層14的反射型液晶元件。結(jié)果是，正向特性中對比度為22.3，換算為白色Y值的反射率為36.7％。
還調(diào)查了改變液晶的扭轉(zhuǎn)角(ΩLC)時(shí)的特性。結(jié)果是，上述實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)中，在扭轉(zhuǎn)角為約45°～約90°時(shí)，可獲良好特性。且在扭轉(zhuǎn)角(ΩLC)在約0°～65°范圍內(nèi)時(shí)，可獲特別優(yōu)良的特性。
上述結(jié)構(gòu)中液晶單元使用扭轉(zhuǎn)向列型液晶單元。沒有限定于以上結(jié)構(gòu)，也可以是液晶單元為均相向列型液晶單元的結(jié)構(gòu)。例如作為高分子膜片，采用聚乙烯醇，可以制成延遲值(RF)為105nm的結(jié)構(gòu)。而且液晶單元為混合排列向列型液晶單元的結(jié)構(gòu)也有可能。例如高分子膜片使用聚乙烯醇，延遲值(RF)為110nm的結(jié)構(gòu)也有可能。即使在這樣的結(jié)構(gòu)中，也可以獲得與扭轉(zhuǎn)向列型液晶一樣的優(yōu)良特性。
又，在上述結(jié)構(gòu)中，在高分子膜片11和上側(cè)透明基板13之間配置散射膜層12。但并沒有限定一定要是這樣的結(jié)構(gòu)，例如，可以是在偏振片10上配置散射膜層12的結(jié)構(gòu)，以及在偏振片10和高分子膜片11之間配置散射膜層12。即使是這樣的結(jié)構(gòu)，也可獲得同上面所述一樣良好的特性。
還有，在本實(shí)施例中，對于高分子膜片可使用聚碳酸酯，但沒有硬性限定。作為高分子膜片，可以用例如多芳基化合物、聚砜或聚乙烯醇那樣的折射率各向異性波長色散小的構(gòu)件。即使像這樣的結(jié)構(gòu)，也可獲得同上述一樣的良好效果。
還有，在本實(shí)施例中，反射電極使用以鋁為主成份物質(zhì)的金屬反射電極，但沒有作硬性規(guī)定，作為反射電極，也可以使用由例如銀為主成份物質(zhì)的金屬反射電極。這樣的結(jié)構(gòu)也可獲得同上述一樣的良好效果。
還有，本實(shí)施例中，在具有高分子膜片延遲值RC不滿足式1的結(jié)構(gòu)的液晶顯示裝置的情況下，上述效果會有所降低。典型實(shí)施例2本發(fā)明的典型實(shí)施例2的反射型液晶顯示元件的剖面圖如圖3所示。液晶單元3包括上側(cè)透明基板33、濾色片層34、透明電極36、第一取向?qū)?5a、液晶層37、第二取向?qū)?5b、金屬反射電極38，以及下側(cè)基板39。在液晶單元3的外側(cè)配置高分子膜片31和偏振片層30。且此實(shí)施例2的顯示裝置與實(shí)施例1相比，它沒有構(gòu)成散射膜層。
上側(cè)透明基板33和下側(cè)基板39使用無堿玻璃基板(例如1737柯寧公司制造)。在上側(cè)透明基板33之上由影印法形成濾色片層34。此濾色片層34具有帶狀排列的紅色、綠色、藍(lán)色。紅、綠、藍(lán)各種顏色是分布顏料的材料形成。在此之上形成作為像素電極的透明電板36。透明電板36由氧化銦錫形成。在下側(cè)基板39上形成金屬反射電極38。金屬反射電極38具有蒸鍍的膜厚約300nm的鈦層和在該鈦層上蒸鍍的約200nm厚的鋁層。該金屬反射電極38是表面粗化成具有3～12°的平均傾斜角的漫反射型金屬反射電極。
在透明電極36上形成第一取向?qū)?5a。在反射電極38上形成第二取向?qū)?5b。經(jīng)過印刷溶解5重量％的聚酰亞胺的γ-丁內(nèi)酯溶液的工序、在250℃溫度下硬化的工序，以及為實(shí)現(xiàn)規(guī)定的扭轉(zhuǎn)角而用人造絲織物旋轉(zhuǎn)摩擦的方法進(jìn)行取向處理的工序，形成取向?qū)?5a、35b。
然后，按如下工序制造液晶單元1。
(a)在上側(cè)透明基板33的周邊部分印刷摻入約1重量％的規(guī)定直徑玻璃纖維的熱硬化性密封樹脂(例如三井東壓化學(xué)公司制造的ストラクトボンド)的工序。
(b)在下側(cè)基板99上按100-200個(gè)/mm2的比例散布具有規(guī)定直徑的樹脂珠的工序。
(c)將上側(cè)透明基板33與下側(cè)基板39相互粘合，然后在150℃使密封樹脂硬化的工序。
(e)在上側(cè)透明基板33和下側(cè)基板39之間真空注入折射率各向異性ΔnLC約為0.08的氟酯系向列型液晶和手性液晶的混合液晶的工序(這種混合液晶調(diào)整到具有80微米的手性節(jié)距)。
(f)用紫外線硬化性樹脂封口，然后靠紫外線光照射使紫外線硬化性樹脂硬化的工序。
在這樣形成的液晶單元的上側(cè)的透明基板33上貼上高分子膜片31，使延遲軸形成規(guī)定的角度。還在高分子膜31上貼上偏振片30，使吸收軸形成規(guī)定的角度。偏振片30采用經(jīng)防眩光(AG)和防反射(AR)處理的中性灰色偏振片(住友化學(xué)工業(yè)社制SQ-1852AP)。
液晶的層厚(dLC)為3.0μm，(ΔnLC·dLC)為0.24μm，高分子膜片是Z系數(shù)(QZ)為0.5的1枚聚乙烯醇膜片。在液晶單元上加上有效電壓(Von)5V時(shí)液晶的延遲值(Ron)為40nm，求出高分子膜片的延遲值(RC＝RF)，使其滿足上述條件Ron+RC＝λ/2。其結(jié)果是，此高分子膜片的延遲值(RF)取235nm。此時(shí)，聚乙烯醇膜片的延遲值記為RF，基準(zhǔn)線和聚乙烯醇膜片的延遲軸的方向構(gòu)成的角度記為φF。扭轉(zhuǎn)角(ΩLC)取63.0°。在這樣的狀態(tài)下，當(dāng)φP＝45.0°、φF＝90.0°時(shí)，可以獲得高對比度的常黑式反射型液晶顯示元件。
在本實(shí)施例中示出了在此條件下測定光學(xué)特性的結(jié)果。而且，反射率的測定是對完全擴(kuò)散光源進(jìn)行的。在這樣的結(jié)構(gòu)下，可以獲得高對比度的常黑式反射型液晶顯示元件。
圖4是關(guān)于本實(shí)施例的反射型液晶顯示元件的反射率和外加電壓的關(guān)系的特性圖。在正向特性中，換算為白色Y值的反射率約為20.1％，對比度約為22.3。又，由于從黑到白以無色彩方式變化，可以確保64個(gè)灰度等級的全色顯示。
又，制作了從上述結(jié)構(gòu)中去除濾色片層34的反射型液晶顯示元件。其結(jié)果是，在正向特性中，對比度為23.1，換算為白色Y值的反射率為35.2％。
又，調(diào)查了改變液晶的扭轉(zhuǎn)角(ΩLC)時(shí)的特性。其結(jié)果是，扭轉(zhuǎn)角在45°～90°范圍內(nèi)，可獲得好特性。而且，當(dāng)扭轉(zhuǎn)角(ΩLC)在0-65°范圍內(nèi)，可獲得特別良好的特性。
又，在上述結(jié)構(gòu)中，液晶單元采用扭轉(zhuǎn)向列型液晶單元，但沒有硬性限定，可以有如下的結(jié)構(gòu)。
(a)當(dāng)液晶單元是均相液晶單元時(shí)，例如作為高分子膜片采用聚乙烯醇膜片，延遲值(RF)為240nm。
(b)液晶單元是混合排列向列型液晶單元時(shí)，作為高分子膜片采用聚乙烯醇膜片，延遲值(RF)為245nm。
(c)液晶單元是同向性液晶單元時(shí)，作為高分子膜片采用聚乙烯醇膜片，延遲值(RF)為40nm。
具有這樣的結(jié)構(gòu)的顯示裝置，與扭轉(zhuǎn)向列型液晶單元有一樣良好的特性。
還有，在本實(shí)施例中，高分子膜片采用聚乙烯醇，但沒有硬性規(guī)定，例如，作為高分子膜片，可采用類似多芳基化合物、聚砜和聚碳酸酯那樣的折射率各向異性波長色散小的構(gòu)件。像這樣的結(jié)構(gòu)也可獲得和上述同樣的效果。
還有，在本實(shí)施例中，反射電極可采用以鋁為主成分的金屬反射電極，但對此也沒有硬性規(guī)定，作為反射電極，例如可以使用以銀為主成分的金屬反射電極。即使這樣的結(jié)構(gòu)也能獲得同上述一樣的效果。
還有，本實(shí)施例中，在具有高分子膜片延遲值RC不滿足式2的結(jié)構(gòu)的液晶顯示裝置的情況下，上述效果會有所降低。典型實(shí)施例3圖5表示本發(fā)明其他實(shí)施例的反射型液晶顯示元件的剖面圖。
液晶單元5包括上側(cè)的透明基板53、濾色片層54、透明電極56、第一取向?qū)?5a、液晶層57、第二定向?qū)?5b、金屬反射電極58，以及下側(cè)基板59。高分子膜片51和偏振片層50設(shè)置于液晶單元5的外側(cè)。漫反射板52設(shè)置在下側(cè)透明基板59下側(cè)。而且此實(shí)施例3的顯示裝置同實(shí)施例2比，具有漫反射板52。
上側(cè)透明基板53和下側(cè)透明基板59使用無堿玻璃基板(例如1737，柯寧公司制造)。在上側(cè)透明基板53上用影印法形成濾色片層54，該層紅色、綠色、藍(lán)色成帶狀排列。紅、綠、藍(lán)各種顏色具有分布顏料的形態(tài)。
在濾色片層54上配置作為像素電極的第一透明電極56。在下側(cè)透明基板59上配置第二透明電極58。透明電極56、58由氧化銦錫構(gòu)成。在第一透明電極56和第二透明電極58各自的電極上印刷含5重量％的聚酰亞胺的γ-丁內(nèi)酯溶液，并在250℃下使之硬化。然后，對形成的聚酰亞胺層，用人造絲織物以旋轉(zhuǎn)摩擦方法進(jìn)行取向處理，使其實(shí)現(xiàn)規(guī)定的扭轉(zhuǎn)角。這樣做后，形成了第一取向?qū)?5a和第二取向?qū)?5b。
在上側(cè)透明基板53的周圍部分印刷摻有1.0重量％的規(guī)定直徑玻璃纖維的熱硬化密封樹脂(例如三井東壓化學(xué)公司制造的ストラクトボンド)。在下側(cè)基板59上，按100-200個(gè)/mm2的比例散布規(guī)定直徑的樹脂珠。然后，將上側(cè)透明基板53和下側(cè)基板59相互粘合，再在150℃下使密封樹脂硬化。其后，在上側(cè)透明基板53和下側(cè)基板59之間，注入具有0.08折射率各向異性(ΔnLC)的氟酯系向列型液晶和手性液晶的混合液。這時(shí)，調(diào)整使混合液有80μm的手性節(jié)距。然后，將此注入用紫外線硬化性樹脂封口，用紫外線的照射使該紫外線硬化性樹脂硬化。
在這樣形成的液晶單元的上側(cè)透明基板53上，粘貼高分子膜片51，使延遲軸形成規(guī)定的角度。又在此高分子膜片51上粘貼偏振片50，使吸收軸或透過軸的方向形成規(guī)定的角度。此偏振片50采用中性灰色偏振片(住友化學(xué)工業(yè)社制造的SQ-1852AP)，而且該偏振片經(jīng)過防眩光(AG)及防反射(AR)處理。
作為漫反射板52的銀漫反射板，設(shè)置在下側(cè)透明基板59的下方。
液晶層厚(dLC)為3.0μm，(ΔnLC·dLC)為0.24μm，高分子膜片是Z系數(shù)(QZ)為0.5的2枚聚碳酸酯膜片。這時(shí)，偏振片側(cè)的聚碳酸酯膜片的延遲值記為(RF1)，液晶單元側(cè)的聚碳酸酯膜片的延遲值記為(RF2)。
此時(shí)，在液晶單元上加有效電壓Von＝5V時(shí)液晶的延遲值(Ron)為40nm，從而求出高分子膜片的延遲值RC(RF1，RF2)，使其滿足上式條件(Ron+RC＝λ/4)。根據(jù)此結(jié)果，取RF1＝0.235μm，RF2＝0.138μm。又將扭轉(zhuǎn)角記為(ΩLC)。在這種狀態(tài)下，ΩLC＝63.0°、φP＝105.0°、φF1＝175.0°、φF2＝14.0°時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)具有高對比度的常白式反射型液晶顯示元件。在本實(shí)施例中示出了在這種條件下光學(xué)特性的測定結(jié)果。而且反射率的測量是對完全漫射光源進(jìn)行的。
在正向特性中，換算為白色Y值的反射率約為19.5％，對比度約為19.1。且由于從黑到白以無色彩的方式變化，可以確認(rèn)能進(jìn)行64個(gè)灰度等級的全色顯示。
又，在上述結(jié)構(gòu)中，制成去除濾色片層54的反射型液晶顯示元件。其結(jié)果是，正向特性中，對比度為約20.1，換算為白色Y值的反射率約為33.5％。
又，在下側(cè)透明基板59下方設(shè)置漫反射板52時(shí)，在并不完全用粘合劑完全粘合、漫反射板52和下側(cè)透明板59之間有空氣層存在的情況下，由于樹脂折射率1.6和空氣折射率1.0之間的差，漫射效果加大，其結(jié)果是獲得自然的視覺辨認(rèn)性。
而且，在本實(shí)施例中，漫反射板使用銀，但沒有硬性規(guī)定，也可以采用由鋁制造反射板的結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)也可以得到與上述相同的效果。
再者，在本實(shí)施例中，在液晶顯示裝置的高分子膜片的延遲值RC不滿足式1的情況下，上述效果將會有所降低。典型實(shí)施例4圖6是另一實(shí)施例的反射型液晶顯示元件的剖面圖。液晶單元包括上側(cè)透明基板63、濾色片層64、透明電極66、第一取向?qū)?5a、液晶層67、第二取向?qū)?5b、金屬反射電極68、下側(cè)基板69、薄膜晶體管元件(TFT)72，以及平坦膜74。薄膜晶體管72具有柵極70、源極71和漏板73。在金屬反射電極68上形成接觸孔75。薄膜晶體管元件72具有非線性開關(guān)元件(非線性元件)的作用。散射膜層62和高分子膜片61及偏振片層60設(shè)置在液晶單元6的外側(cè)。
和典型實(shí)施例1及例2有所不同的結(jié)構(gòu)是，金屬反射電極基板68通過接觸孔75，與平面膜74之下的非線性開關(guān)元件72導(dǎo)通的結(jié)構(gòu)。如上所述，本實(shí)施例的顯示裝置是可以有源驅(qū)動的反射型液晶顯示裝置。
上側(cè)透明基板63和下側(cè)透明基板69使用無堿玻璃基板(例如1737，柯寧公司制造)。在上側(cè)透明基板63上用影印法形成濾色片層64，成紅色、綠色、藍(lán)色帶狀排列。紅、綠、藍(lán)各種顏色具有分布顏料的形態(tài)。
在濾色片層64上配置作為像素電極的透明電極66。透明電極由氧化銦錫構(gòu)成。
又，在下側(cè)透明基板69上用規(guī)定的方法將由鋁和鉭制成的柵極70、鈦和鋁制成的源極71，以及漏極73配置成為陣列狀。在柵極70和源極71的各交叉部分形成非晶硅構(gòu)成的TFT元件72。
在這樣形成的非線性元件的下側(cè)基板69的整個(gè)表面上涂布陽性感光丙烯酸樹脂(例如富士藥品工業(yè)社制造的FVR)，從而形成平面膜74。然后，借助于使用規(guī)定的光掩模和紫外線照射，在漏極73上形成接觸孔75。然后在其上蒸鍍300nm厚度的鈦，再在鈦層上蒸鍍200nm厚度的鋁層。這樣，就形成鏡面反射型金屬反射電極68。
在透明電極66和金屬反射電極68各自的電極上，印刷含5重量％聚酰亞胺的γ-丁內(nèi)酯溶液，并在250℃下使該涂層硬化。將硬化后的聚酰亞胺層用人造絲織物以旋轉(zhuǎn)摩擦方法進(jìn)行取向處理。以此使其形成規(guī)定具有規(guī)定扭轉(zhuǎn)角的第1取向?qū)?5a和第2取向?qū)?5b。
然后，在上側(cè)透明基板63的周圍部分印刷摻入1.0重量％的規(guī)定直徑玻璃纖維的熱硬化性密封樹脂(例如ストラクトボンド，三井東壓化學(xué)社制造)。在下側(cè)基板69按100-200個(gè)/mm2的比例散布規(guī)定直徑的樹脂珠。然后，使上側(cè)透明基板63和下側(cè)基板69相互粘合。再使密封樹脂在150℃之下硬化。在上側(cè)透明基板63和下側(cè)基板69之間，真空注入帶有0.08折射率各向異性(ΔnLC)的氟酯系向列型液晶和手性液晶的混合液。然后將開口部分用紫外線硬化性樹脂封口，利用紫外線照射使這種紫外線硬化樹脂硬化。
在如此形成的液晶單元的上側(cè)透明基板63上，粘貼作為散射膜層62的各向同性的向前散射膜。在該散射膜層62上粘貼高分子膜片61，使延遲軸形成規(guī)定的角度。而且，把偏振片60貼在高分子膜片61上，使吸收軸或透過軸的方向形成規(guī)定的角度。偏振片60使用經(jīng)過防眩光(AG)和防反射(AR)處理的中性灰色偏振片(住友化學(xué)工業(yè)會社制SQ-1852AP)。
液晶層厚度為3.0μm，(ΔnLC·dLC)為0.24μm，高分子膜片是Z系數(shù)(QZ)為0.5的2枚聚碳酸酯膜片。此時(shí)，偏振片側(cè)的聚碳酸酯膜片的延遲值記作RF1，液晶單元一側(cè)的聚碳酸酯膜片的延遲值記作RF2。
此時(shí)，在液晶單元上加有效電壓(Von)5V時(shí)液晶的延遲值Ron為40nm，從而求出高分子膜片的延遲值Rc(RF1，RF2)，使其滿足前述條件(Ron+RC＝λ/4)。根據(jù)此結(jié)果，取RF1＝0.235μm，RF2＝0.138μm。扭轉(zhuǎn)角是ΩLC＝63.0°，φP＝105.0°，φF1＝175.0°，φF2＝114.0°時(shí)，可以得到具有高對比度的常白式反射型液晶顯示元件。
這樣結(jié)構(gòu)的液晶顯示裝置實(shí)行有源驅(qū)動。其結(jié)果是可獲得64個(gè)灰度等級的全色顯示。由于采用在平面膜上形成金屬反射電極的結(jié)構(gòu)，孔徑比為97％。這樣，在正向特性中，換算為白色Y值反射率約為22.8％，對比度約為21.7。
再者，在本實(shí)施例中，對于高分子膜片的延遲值RC不滿足式1的液晶裝置，上述效果會有所降低。
而且，在上述各實(shí)施例中，利用在下側(cè)基板上形成TFT等非線性元件的結(jié)構(gòu)，按本實(shí)施形態(tài)所述的方法，可獲得有源驅(qū)動的反射型液晶顯示元件。又，作為非線性元件，沒有限定一定要是非晶硅的TFT，可以使用二端元件(例如MIM及薄膜二極管等)、多晶硅的TFT等等。即使用這樣的結(jié)構(gòu)，也可獲與上述同樣的效果。
如以上所述，利用本發(fā)明的反射型液晶顯示元件，可獲得顯示明亮，高對比度，且能作無色彩黑白變化的常白式反射型液晶顯示元件及常黑式反射型液晶顯示元件。
權(quán)利要求
1.一種反射型液晶顯示元件，其特征在于，具備含有第一基板、第二基板和在所述第一基板與第二基板之間設(shè)置的液晶的液晶單元，在所述第二基板一側(cè)設(shè)置的光反射構(gòu)件、在所述第一基板外側(cè)設(shè)置的偏振片，以及在所述偏振片和所述液晶單元之間配置的光學(xué)延遲補(bǔ)償構(gòu)件，所述光學(xué)延遲補(bǔ)償構(gòu)件具有延遲值RC，當(dāng)在所述液晶單元加上有效電壓Von時(shí)所述液晶層的延遲值為Ron時(shí)，存在式1及式2中的至少一個(gè)的關(guān)系，(式1)Ron+RC＝(λ/4)+(λ/2)×(m)(式2)Ron+RC＝(λ/2)×(m+1)其中，λ是光的波長，m是包含0的正整數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，所述液晶是具有正介電常數(shù)各向異性Δε的向列型液晶，所述Ron在式3范圍內(nèi)，(式3)20nm＜Ron≤50nm。
3.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，所述液晶是具有正介電常數(shù)各向異性Δε的向列型液晶，所述Ron在式3范圍內(nèi)，(式3)20nm＜Ron≤40nm。
4.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，所述液晶是具有負(fù)介電常數(shù)各向異性Δε的向列型液晶，所述Ron，在式5的范圍內(nèi)，(式5)220nm＜Ron≤260nm。
5.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，所述液晶是具有負(fù)介電常數(shù)各向異性Δε的向列型液晶，所述Ron在式5范圍內(nèi)，(式5)230nm＜Ron≤250nm。
6.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，所述光學(xué)延遲補(bǔ)償構(gòu)件具有比聚碳酸酯小的折射率各向異性波長色散的高分子膜片。
7.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，所述光學(xué)延遲補(bǔ)償構(gòu)件具有從聚碳酸酯、多芳基化合物、聚砜，以及聚乙烯醇中選出的至少一種的高分子膜材料。
8.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，所述光學(xué)延遲補(bǔ)償構(gòu)件具有高分子膜，所述高分子膜的Z系數(shù)為QZ，在所述高分子膜的膜面法線方向定為Z軸的空間坐標(biāo)系中，Z方向的折射率為nz，Y軸方向的超前軸方向的折射率為ny，X軸延遲軸方向的折射率為nx時(shí)，QZ是由(nx-nz)/(nx-ny)表示的系數(shù)，QZ在約0.3～約1.0之間的范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，所述液晶單元是具有扭轉(zhuǎn)向列型液晶的液晶單元，所述液晶具有0°～90°范圍的扭轉(zhuǎn)角。
10.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，所述液晶單元是具有扭轉(zhuǎn)向列型液晶的液晶單元，所述液晶單元具有60°～70°范圍的扭轉(zhuǎn)角度。
11.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，所述液晶單元具有從均相液晶單元、同向性液晶單元，以及混合排列向列型液晶單元中選出的至少一種。
12.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，具備在所述液晶單元外側(cè)設(shè)置的散射膜。
13.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，還具備在所述延遲光學(xué)補(bǔ)償構(gòu)件和所述第一基板之間配置的散射膜。
14.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，還具備在所述液晶單元的外側(cè)配置的向前散射膜。
15.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，所述光反射構(gòu)件是含有鋁及銀中選出的至少一種金屬的金屬電極。
16.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，所述光反射構(gòu)件是含有鋁及銀中選出的至少一種金屬的金屬電極，所述金屬電極具有鏡面狀的表面。
17.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，所述光反射構(gòu)件具有金屬電極和在所述電極表面上配置的散射膜。
18.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，所述光反射構(gòu)件具有金屬電極，所述金屬電極具有平均傾斜角在約為3°～12°范圍內(nèi)的凹凸表面，所述金屬電極使入射光漫反射。
19.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，還具備在所述第二基板外側(cè)配置的光反射構(gòu)件，所述第二基板是透明基板。
20.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，還具備在所述第二基板外側(cè)配置的光反射構(gòu)件以及在第二基板和所述光反射構(gòu)件之間形成的空氣層，所述第二基板為透明基板。
21.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，所述液晶單元還具備在所述第一基板側(cè)設(shè)置的濾色片。
22.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，所述液晶單元還具備在所述第二基板側(cè)配置的非線性元件。
23.如權(quán)利要求1所述的反射型液晶顯示元件，其特征在于，所述液晶單元還具備在所述第二基板側(cè)配置的非線性元件，以及在所述非線性元件上配置的絕緣性平面膜，所述平面膜具有接觸孔，所述光反射構(gòu)件具有金屬電極，所述非線性元件和所述金屬電極通過所述接觸孔導(dǎo)通。
全文摘要
本發(fā)明涉及反射型液晶顯示元件,可獲得明亮清晰、高對比度且能作無色彩黑白變化的常白式反射型及常黑式反射型的液晶顯示元件。具備含有第一、第二基板和在其間配置的液晶的液晶單元、在該第二基板一側(cè)配置的光反射構(gòu)件、在第一基板外側(cè)設(shè)置的偏振片及在該偏振片和該液晶單元間配置的具有延遲值RC的光學(xué)延遲補(bǔ)償構(gòu)件,在液晶單元加有效電壓Von時(shí)液晶層延遲值為Ron時(shí),存在Ron+RC=(λ/4)+(λ/2)×(m)或Ron+RC=(λ/2)×(m+1)的關(guān)系。
文檔編號G02F1/13GK1247326SQ9911179
公開日2000年3月15日 申請日期1999年8月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月7日
發(fā)明者關(guān)目智明, 山口久典, 巖井義夫 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社