CN102132198A - 反射型液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种反射型液晶显示装置。该反射型液晶显示装置包括：能够在透过状态与散射状态之间切换状态的液晶层(1)；前面基板(3)和背面基板(2)，将液晶层(1)保持在该前面基板(3)和背面基板(2)之间；一对电极(4、8)，其夹着液晶层(1)配置，并向液晶层(1)施加电压；和在液晶层(1)与前面基板(3)和背面基板(2)之间分别形成的第一取向膜(13)和第二取向膜(12)，液晶层(1)在各个像素具有：连续的壁(10)；被壁(10)分离的多个小室(14)；和多个液晶区域(11)，该多个液晶区域(11)分别在多个小室(14)中的任一个形成，多个液晶区域(11)包括在与液晶层(1)平行的面内具有指向矢(20)的第一液晶区域和第二液晶区域(11)，第一液晶区域和第二液晶区域(11)的指向矢(20)朝向相互不同的方向。

Description

反射型液晶显示装置
技术领域
本发明涉及反射型液晶显示装置。
背景技术
在现有的反射型液晶显示装置中，使用TN(Twisted Nematic：扭转向列)模式、STN(Super Twisted Nematic：超扭转向列型)模式等显示模式。但是，在使用这些显示模式的情况下，需要在液晶面板的表面配置偏光板，存在由于偏光板的光吸收而光利用效率下降的问题。
因此，作为不需要偏光板的新的显示模式，提出有如下方案：通过向液晶层施加的电压，在使光散射的散射状态与使光透过的透过状态之间使状态切换而进行显示的模式(以下称为“散射-透过模式”)。在该显示模式中，例如使用高分子分散型液晶(Polymer DispersedLiquid Crystal：PDLC)。
使用PDLC的液晶层(PDLC层)具有分散在高分子中的多个液晶区域(也称为“液晶滴”)。各液晶区域形成在由壁限定的空间(以下称为“小室”)内，该壁由高分子构成。在这样的PDLC层中，在不施加电压时(未施加电压时)，在液晶区域内的液晶与高分子之间产生折射率的差，光在它们的界面发生散射，从而得到白显示。当对PDLC层施加电压时(施加电压时)，液晶的取向发生变化，液晶与高分子的折射率的差变得大致相等，因此，光透过PDLC层。此时，如果在液晶层的背面侧配置光吸收板，则透过的光被光吸收板吸收，从而得到黑显示。
也可以代替光吸收板，在液晶层的背面侧设置对特定的颜色的光进行有选择的反射的反射层。例如通过设置呈现特定的颜色的平滑的金属板(镜)，在PDLC层为前方散射型液晶的情况下，能够以特定的颜色和黑色(镜面反射)进行显示。此外，通过设置呈现特定的颜色的金属板，在PDLC层为后方散射型液晶的情况下，能够以白色和特定的颜色进行显示。
或者，也可以在液晶层的背面侧配置回归反射层。例如，在专利文献1中公开有将回归反射层和PDLC进行组合的显示装置(回归反射型液晶显示装置)。以下，以回归反射型液晶显示装置为例，对使用PDLC的现有的显示装置的结构进行说明。
图11是在专利文献1中公开的有源矩阵驱动的回归反射型液晶显示装置的示意的截面图。显示装置300包括：彩色滤光片119；设置有透明对置电极111和取向膜112的前面基板110；以与前面基板110相对的方式配置的背面基板109；和设置在这些基板110、109之间的液晶层(PDLC层)113。在背面基板109设置有多个开关元件(TFT)101，在其上形成有：具有显示出回归反射性的表面形状的绝缘层102；多个反射电极105；和取向膜118。反射电极105在绝缘层102上形成，具有反映绝缘层102的表面形状的凹凸。针对每个成为图像显示的一个单位的像素，多个反射电极105相互分离地配置。各反射电极105经由形成于绝缘层102的接触孔与对应的开关元件101的漏极电极连接。取向膜118在绝缘层102和反射电极105之上形成，具有反映绝缘层102的表面形状的凹凸。
接着，对显示装置300的动作进行说明。
在显示装置300中，使向对置电极111与反射电极105之间施加的电压变化，由此，能够在使光透过的透过状态与使光散射(前方散射和后方散射)的散射状态之间切换液晶层113。当液晶层113被控制为透过状态时，来自显示装置外部的光源、周围的光在通过前面基板110和液晶层113之后，被反射电极105向光射入的方向反射。此时，从显示装置到达观察者的像是观察者自己的眼睛，因此，得到“黑”显示状态。
另一方面，当液晶层113被控制为散射状态时，来自光源、周围的光从前面基板110侧射入液晶层113，在液晶层113被散射。在液晶层113为前方散射型液晶层的情况下，被散射的光在反射电极105反射，并进一步经由散射状态的液晶层113向观察者方向射出。由于液晶层113的散射，反射电极105的回归被破坏，所射入的光不返回入射方向。因此，得到“白”显示状态。
另外，图11所示的显示装置300包括作为回归反射层和像素电极发挥作用的反射电极105，但是也能够与像素电极分别地设置回归反射层。回归反射层既可以配置在像素电极与背面基板109之间，也可以配置在背面基板109的背面侧。
在如显示装置300那样利用散射-透过模式的反射型液晶显示装置中，与使用其它显示模式的显示装置相比，存在显示的对比度低的问题。
当想要使显示装置300的白显示更明亮时，需要使液晶层113变厚，使射入液晶层113的光更可靠地发生散射。但是，当使液晶层113变厚时，在将液晶层113切换为透过状态时需要施加比液晶层113高的电压。如果向液晶层113施加的电压不够充分，则液晶层113的光透过率下降，不能得到高品质的黑显示。
另一方面，专利文献2～4中公开有在使用使液晶中含有双色性色素的PDLC的宾主(Guest Host)模式的液晶显示装置中控制液晶指向矢以改善显示的对比度的方法。在这些专利文献中，通过使液晶区域的形状为在基板的面内方向上变宽并变得扁平，将未向液晶层施加电压时的液晶分子的指向矢控制为朝向与基板平行的方向。例如，在专利文献2和3中公开有机械按压液晶层、使液晶滴在与基板平行的方向上成为长的扁平状的方法。此外，在专利文献4中记载有在液晶层形成时利用与基板平行的切应力(shear stress)的方法、仅加固液晶层的表层部的方法。
根据专利文献2～4的方法，不使液晶层的厚度增大就能够改善显示的对比度。更详细而言，在现有的含有PDLC的液晶层中，在未施加电压时，液晶区域内的液晶指向矢朝向无规则的方向，当施加电压时，这些液晶指向矢朝向与基板垂直的方向。与此相对，在上述专利文献2～4的方法中，能够进行控制使得未施加电压时的液晶指向矢朝向与基板平行的方向，因此能够加大与施加电压时(液晶指向矢与基板垂直)的光吸收的差。其结果是，与现有技术相比能够改善显示的对比度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-23721号公报
专利文献2：日本特开平5-80302号公报
专利文献3：日本特开平7-181454号公报
专利文献4：日本特开平10-319375号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的发明人经研讨后认为，使用专利文献2～4所公开的方法，能够控制图11所示的显示装置300的液晶层113的液晶指向矢。
但是，即使使用上述方法，也难以充分地改善液晶层113的白显示的明亮度。这是因为，根据专利文献2～4所公开的方法，液晶区域扁平，因此，难以使液晶区域在基板面内高密度地配置。因此，存在不能充分地提高液晶层的散射强度的可能性。此外，因为在液晶层的厚度方向上只能配置一个液晶区域(一层结构)，所以，与现有的液晶层相比，存在散射特性下降的问题。
进一步，在使用专利文献2～4所公开的方法形成的液晶层中，各液晶区域在一个方向上扁平，因此，白显示的视角特性的方位依赖性变大。而且，还存在液晶层的形成工艺变得极为复杂的问题。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，在具备能够在散射状态与透过状态之间切换状态的液晶层的反射型液晶显示装置中，通过提高液晶层的散射状态中的散射效率，实现比现有技术明亮的白显示。或者，在维持白显示的明亮度的同时将驱动电压抑制得较低。
用于解决课题的手段
本发明的反射型液晶显示装置的特征在于，上述反射型液晶显示装置具备多个像素，上述反射型液晶显示装置包括：能够在使光透过的透过状态与使光散射的散射状态之间切换状态的液晶层；前面基板和背面基板，将上述液晶层保持在该前面基板和背面基板之间；一对电极，其夹着上述液晶层配置，并向上述液晶层施加电压；和在上述液晶层与上述前面基板和背面基板之间分别形成的第一取向膜和第二取向膜，上述液晶层在各个上述像素具有：连续的壁；被上述壁分离的多个小室；和多个液晶区域，该多个液晶区域分别在上述多个小室中的任一个中形成，上述多个液晶区域具有在与上述液晶层平行的面内具有指向矢的第一液晶区域和第二液晶区域，上述第一液晶区域和第二液晶区域的指向矢朝向相互不同的方向。
在一个优选实施方式中，在上述多个小室中的各个小室与上述第一取向膜和第二取向膜中最接近该小室的取向膜之间，不存在其它的小室。
在一个优选实施方式中，上述多个小室中的各个小室与上述第一取向膜和第二取向膜之间，不存在其它的小室。
优选上述多个液晶区域中的各个液晶区域与上述第一取向膜和第二取向膜中的任一个接触。
优选上述第一取向膜和第二取向膜未被实施取向处理。
在一个优选实施方式中，上述第一取向膜和第二取向膜的表面自由能为44mJ/m2以上50mJ/m2以下。
上述液晶层可以在各像素内以0.016个/μm2以上的密度具有小室。或者，也可以在各像素内以1个/μm2以上的密度具有小室。
优选上述液晶层的液晶材料的介电各向异性为正。
优选上述液晶区域不含手性剂。
优选上述多个小室的直径为0.6μm以上6μm以下。
优选包含在上述液晶区域中的液晶材料的异常光折射率ne与通常光折射率no的差为0.1以上0.3以下。
在一个优选实施方式中，上述反射型液晶显示装置还包括设置在上述液晶层的背面侧的反射层。上述反射层也可以是回归反射层。
在一个优选实施方式中，上述反射型液晶显示装置还包括设置在上述液晶层的背面侧的光吸收层。
发明的效果
根据本发明，在具备能够在散射状态与透过状态之间切换的液晶层的反射型液晶显示装置中，不增大视角特性的方位依赖性就能够提高散射状态的液晶层的散射效率。由此，能够提高白显示的明亮度，因此能够改善显示的对比度。或者，通过减小液晶层的厚度，能够在维持白显示的明亮度的同时将驱动电压抑制得较低。
此外，在本发明中，通过取向膜控制液晶区域的指向矢，因此，与通过液晶区域的形状(小室的形状)控制指向矢的现有的方法相比，能够在液晶层内以更高的密度配置液晶区域。其结果是，能够更有效地提高液晶层的散射特性。
进一步，根据本发明，能够采用不复杂的制造工艺、以简单的方法制造上述那样的反射型液晶显示装置。
附图说明
图1(a)是示意地表示本发明的实施方式的液晶显示装置的截面图，(b)是示意地表示单一的像素中的液晶层的图，是(a)所示的液晶显示装置的沿Ib-Ib’线的截面图。
图2(a)和(b)是用于说明本发明的实施方式的液晶显示装置的显示原理的示意图，(a)和(b)分别是例示对液晶层不施加电压时和施加电压时的液晶区域内的液晶分子的取向的截面图。
图3(a)和(b)分别是表示在本实施方式的显示装置中未施加电压时和施加电压时的液晶分子的取向状态的一个例子的示意的截面图。
图4(a)和(b)分别是表示在现有的显示装置中未施加电压时和施加电压时的液晶分子的取向状态的一个例子的示意的截面图。
图5是表示在本实施方式的显示装置中未施加电压时的液晶分子的取向状态的其它的例子的示意的截面图。
图6是表示使用取向膜A的样本液晶单元No.1的液晶层的截面SEM像的图。
图7是表示使用取向膜B的样本液晶单元No.2的液晶层的截面SEM像的图。
图8是表示对使用取向膜A的样本液晶单元No.5和使用取向膜B的样本液晶单元No.6的未施加电压时(白显示状态)的散射特性进行测定后的结果的图表。
图9是表示对使用取向膜A的样本液晶单元No.7和使用取向膜B的样本液晶单元No.8的施加电压与透过率的关系进行测定后的结果的图表。
图10是本实施方式的其它显示装置的示意的截面图。
图11是表示使用PDLC的现有的显示装置的一个例子的截面图。
具体实施方式
本发明的反射型液晶显示装置在一个像素内具备至少两个液晶区域，其中，该两个液晶区域在与液晶层平行的面内具有指向矢，这些液晶区域的指向矢朝向相互不同的方向。
根据本发明，液晶区域的指向矢位于与液晶层平行的面内，因此，在散射状态(白显示)下，能够使与将液晶区域彼此分离的壁之间的折射率差最大，能够实现更明亮的显示。或者，能够在维持显示的明亮度的同时将液晶层变薄，其结果是，能够将驱动电压抑制得较低。
此外，因为多个液晶区域的指向矢在面内朝向不同的方向，所以散射方向的方位依赖性变小，能够降低散射状态(白显示)中的视角的方位依赖性。
上述那样的结构能够通过对设置在液晶层的前面基板侧和背面基板侧的取向膜的表面能进行调整来实现。因此，与专利文献1～3那样以机械的方式使液晶区域扁平的方法相比，能够以更简单的工艺制造。
此外，根据专利文献2～4的方法，液晶区域扁平，因此，液晶区域的面内的尺寸(从基板的法线方向看的尺寸)变大，不能使液晶区域在面内以高密度配置。与此相对，在本发明中，利用取向膜控制液晶区域的指向矢，因此，能够将液晶区域的面内的尺寸变小。其结果是，能够提高面内的液晶区域的密度，能够提高散射效率。进一步，不使液晶区域的形状变大并变得扁平，就能够控制液晶区域的指向矢，因此，能够降低视角特性的方位依赖性。
以下，参照图1和图2说明本发明的液晶显示装置的一个优选实施方式。
图1(a)是示意地表示本发明的实施方式的液晶显示装置的截面图。图1(b)是用于说明对液晶层不施加电压时(未施加电压时)的液晶层的结构的示意图，表示与基板平行的截面。图2(a)和(b)是例示对液晶层不施加电压时(未施加电压时)和施加了电压时(施加电压时)的液晶区域内的液晶分子的取向的示意的截面图。
首先，参照图1(a)。液晶显示装置100包括：前面基板3；以与前面基板3相对的方式配置的背面基板2；设置在这些基板2、3之间的液晶层1；和配置在背面基板2的背面侧的回归反射层16。回归反射层16例如具有角锥棱镜阵列(corner cube array)形状。
在背面基板2的液晶层侧的表面依次形成有多个开关元件(此处为薄膜晶体管)5、多个透明的像素电极4和取向膜12。本实施方式的取向膜12是水平取向膜，与液晶层1的背面侧的表面接触。多个像素电极4相互分离地配置，规定成为图像显示的一个单位的像素。在本实施方式中，这些像素电极4呈矩阵状排列，分别与所对应的薄膜晶体管5的源极电极(未图示)电连接。
另一方面，在前面基板3的液晶层侧的表面依次形成有以与像素电极4对应的方式配置的R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)等彩色滤光片6、用于覆盖彩色滤光片6而平坦化的平坦化膜7、透明的对置电极8和取向膜13，取向膜13与液晶层1的前面侧的表面接触。本实施方式的取向膜13也是与取向膜12相同的水平取向膜。取向膜12、13未被实施摩擦处理等取向处理。
液晶层1被壁10分割为多个小室14。在各小室14中形成有液晶区域11。壁10例如由高分子形成。另外，在图1(a)中，壁10和取向膜12、13包围着成为小室14的空间，但是也可以仅壁10包围着成为小室14的空间。
此外，由图1(b)可知，在各像素内，至少配置有两个小室14，壁10是连续的。这些小室14内的液晶区域11在与液晶层1平行的面内具有指向矢20。此外，液晶区域11的指向矢20分别在面内朝向无规则的方向。另外，在图示的例子中所有的液晶区域11在面内具有朝向无规则的方向的指向矢20，但是在本实施方式中，在一个像素内配置在面内具有指向矢20、且其方向相互不同的至少两个液晶区域11即可。
此处，参照图2(a)和(b)说明液晶显示装置100的显示原理。为了便于说明，在这些图中省略设置在各基板2、3的构成要素中的、取向膜12、13以外的构成要素。
如图2(a)所示，在未施加电压时，液晶区域11内的液晶分子22的一部分受到取向膜12、13的影响而平行地取向。此外，液晶区域11内的液晶分子22的其他的一部分受到壁10的影响而倾斜。但是，液晶区域11内的各液晶分子22要在与基板表面平行的面内大致一样地取向，以使得该液晶区域11中不产生向错线。其结果是，液晶区域11内的液晶分子22的取向变得连续，液晶区域11内的液晶分子22形成能够以一个指向矢20表示取向方向的单液晶畴。在图示的例子中，液晶区域11内的液晶分子22以液晶区域11的两端为“极”，沿着从一个极朝向另一个极行进的线取向。因此，液晶区域11的取向矢量(指向矢)20在与基板2、3平行的面内与连结液晶区域11的两端的极的线平行。
此时的液晶区域11的折射率能够根据该液晶区域11的指向矢20与射入液晶层1的光的偏光方向所形成的角度，在从通常光折射率no至异常光折射率ne之间采用各种折射率。由此，能够使从垂直方向射入液晶层1的光的大部分散射(散射状态)。
当使光24从观察者侧(前面基板3的前面侧)射入该状态的液晶层1时，光24主要在液晶区域11与壁10的界面散射并向观察者侧射出，能够得到白显示状态。另外，光24不仅在上述界面散射，也由于液晶区域11内的液晶分子的取向的变动而被散射。此外，图示的光24被液晶层1向后方散射，但是也存在如下情况：该光24在向前方散射后，在回归反射层16处被反射，在再次向前方散射后向观察者侧射出。
另一方面，如图2(b)所示，当向液晶层1施加规定值以上的电压时，液晶区域11的指向矢20与基板2、3垂直地取向。此时，对从前面基板3射入的光而言，液晶区域11的折射率与液晶材料的通常光折射率no大致相等。在本实施方式中，以液晶材料的通常光折射率no与构成壁10的高分子的折射率np为相同程度的折射率的方式进行设计
Figure BPA00001320356800091
液晶层1为透过状态。
当使光26从观察者侧射入透过状态的液晶层1时，光26通过液晶层1，在回归反射层16向光26的入射方向反射，成为黑显示状态。
另外，图示的液晶区域11具有双极(bipolar)取向，该双极取向具有两个极，但是本实施方式的液晶区域11内的液晶分子的取向状态以具有指向矢的方式取向即可，并不限定于双极取向。
接着，将本实施方式的液晶层内的液晶分子的取向与现有的液晶分子的取向比较地进行说明。
图3(a)和(b)是本实施方式的液晶层的示意的截面图，分别表示未施加电压时和施加电压时的液晶层内的液晶分子的取向。图4(a)和(b)是现有的液晶层(例如专利文献1所公开的液晶层)的示意的截面图，分别表示未施加电压时和施加电压时的液晶层内的液晶分子的取向。为了便于说明，在与图1和图2相同的构成要素中标注相同的附图标记，省略其说明。
如图3(a)所示，在本实施方式的液晶层1中，在未施加电压时，各液晶区域11受到取向膜12、13的限制，在面内具有指向矢。因此，液晶区域11与壁10的折射率差变大。由此，液晶层1的散射强度变大，能够得到明亮的白显示。此外，在本实施方式中，取向膜12、13未被实施摩擦处理等取向处理，因此各液晶区域11的指向矢在面内朝向无规则的方向(参照图1(b))。因此，能够减小散射特性的方位依赖性，能够提高视角特性。
与此相对，在现有的液晶层1中，如图4(a)所示，液晶区域11被壁10大致包围，不与取向膜12、13直接接触。因此，液晶区域11的指向矢不被取向膜12、13限制，朝向无规则的方向。各液晶区域11的指向矢主要由小室14的形状决定。其中的一部分的液晶区域11a具有与基板2、3大致平行的指向矢，能够具有高的散射特性。但是，其他的液晶区域11b具有相对于基板2、3的法线倾斜的指向矢，因此液晶区域11b与壁10的折射率差比液晶区域11a与壁10的折射率差小。因此，虽然液晶区域11b能够使光散射，但是其散射特性比液晶区域11a低。此外，液晶区域11c具有相对于基板2、3大致垂直的指向矢，对于散射没有帮助。这样，在现有的液晶层1中，液晶区域11的指向矢未受到取向膜12、13的影响而朝向无规则的方向，存在大量的对散射没有帮助的液晶区域11c、散射特性低的液晶区域11b，因此，与本实施方式的液晶层1相比，散射强度大幅降低。
另一方面，如图3(b)和图4(b)所示，当对液晶层1施加电压时，在本实施方式的液晶层1中，与现有的液晶层1一样，液晶区域11的指向矢也向基板2、3的法线方向取向。因此，只要液晶层1的液晶材料和壁10的高分子材料相同，就能够认为本实施方式与现有技术的施加电压时的光透过率大致相等。
这样，根据本实施方式，能够在将黑显示的明亮度维持为与现有技术相同的程度的同时，实现比现有技术明亮的白显示，因此，能够改善显示的对比度。或者，能够在维持白显示的明亮度的同时将液晶层变薄，因此能够以更低的电压驱动。
此外，在本实施方式中，各液晶区域11内的液晶分子的取向是一样的，在液晶区域11的内部不存在向错线。因此，例如与日本特开2002-303869号公报等中所记载的利用具有放射状的取向的液晶滴(在液晶滴的大致中心形成向错线)的情况相比，液晶分子的动作快，因此能够改善施加电压时的响应特性。
而且，如后所述，在本实施方式中利用取向膜12、13的表面能(surface energy)控制未施加电压时的液晶指向矢，不需要如专利文献2～4所公开的方法那样对液晶层施加压力。由此，从制造工艺、制造成本方面出发也是有利的。
在本实施方式中，各小室14内的液晶区域11的指向矢受到基于取向膜12、13的限制力、小室14的结构(形状)的影响。为了构成为各液晶区域11的指向矢在面内朝向无规则的方向，优选不对取向膜12、13实施摩擦处理等取向处理。只要不对取向膜12、13实施摩擦处理等，像素内的多个液晶区域11就不会全部向特定的一个方向(摩擦方向等)取向，所以取向方向不规则。因此，微观地看，各液晶区域11分别具有由指向矢引起的散射特性的方位依赖性，但是在一个像素内存在多个具有无规则的指向矢的液晶区域11。因此，散射特性的方位依赖性被平均，能够提高视角特性。
在本实施方式中，在一个像素内具有多个受到取向膜12、13的影响而在面内无规则地取向的液晶区域11即可，即使一部分的液晶区域具有放射状的取向、在液晶区域内部具有向错线等也没有问题。此外，例如如图5所示，在与取向膜12接触的液晶区域11的列(上层)和与取向膜13接触的液晶区域11的列(下层)之间，也可以存在不受取向膜12、13的影响地取向的液晶区域11。在这种情况下，与图4(a)所示的现有的液晶层1相比，能够大幅改善散射特性。
为了更可靠地通过取向膜12、13限制液晶区域11的取向状态，优选在一个像素内形成的液晶区域11中的至少两个液晶区域11与取向膜12、13中的一个或两个接触。由此，能够更可靠地使这些液晶区域11的指向矢向与基板大致平行的方向取向。特别优选液晶层1内的所有的液晶区域11与任一个取向膜12、13接触。另外，在本说明书中，所谓“液晶区域11与取向膜12、13接触”除了指液晶区域11内的一部分的液晶分子与取向膜12、13直接接触的情况以外，还包括即使在液晶区域11与取向膜12、13之间设置有含有液晶分子和高分子等的极薄的膜(例如10nm以下)、液晶区域11的液晶分子也受到取向膜12、13的影响的情况。
优选小室14在液晶层1的厚度方向上排列为一层或两层。当小室14在液晶层1的厚度方向上排列为三层以上时，位于最上层与最下层之间的液晶区域11不受取向膜12、13的影响，因此，该液晶区域11不能看作在面内具有指向矢的单液晶畴。当液晶层1包括多个这样的液晶区域11时，存在散射特性降低的问题。此外，还存在液晶区域11中容易产生向错线、液晶分子的动作变得迟缓响应速度降低的情况。与此相对，只要小室14在液晶层1的厚度方向上排列为两层以下，就能够将一个像素内的大致全部的液晶区域11以与取向膜12、13接触的方式形成，从而能够进一步提高本发明的响应速度的改善效果。进一步，能够将液晶层1的厚度抑制得较小，因此能够使驱动电压更低。
根据专利文献2～4所公开的方法，只能够得到在液晶层的厚度方向上逐个配置小室的结构(以下称为“一层结构”)。与此相对，根据本实施方式，能够在液晶层1的厚度方向上排列两层小室14(以下称为“二层结构”)。在二层结构的液晶层1中，上层的液晶区域11和下层的液晶区域11(沿液晶层1的厚度方向相邻的两个液晶区域11)的指向矢的方位相互不同，因此能够使在与液晶层垂直的方向射入的光在任一个液晶区域11可靠地散射。因此，与一层结构的液晶层1相比，能够提高散射强度。
另外，即使是一层结构的液晶层1，也能够使射入液晶层1的光不仅在液晶区域11与壁10的界面散射而且由于液晶区域11内的液晶分子的变动而散射，因此能够得到充分的散射强度。
在本说明书中，所谓小室14在液晶层1的厚度方向上排列为一层(一层结构)，是指在多个小室14中的各个小室14与取向膜12、13之间不存在其它的小室。此外，小室14在液晶层1的厚度方向上排列为两层(二层结构)，是指在多个小室14中的各个小室14与取向膜12、13中最接近小室14的取向膜之间不存在其它的小室。
如在后面详细说明的那样，为了以液晶区域11与取向膜12、13接触的方式形成小室14，优选使取向膜12、13的表面自由能最佳化。这是本申请的发明人反复进行各种研讨后得到的结论。表面自由能的优选范围根据液晶层1的材料而有所变化，例如为44mJ/m2以上50mJ/m2以下。
在本实施方式中，配置在一个像素内的小室14的密度(即液晶区域11的密度)优选为0.016个/μm2以上，进一步优选为1个/μm2以上。这是因为当小室14的密度高时，液晶层1的散射强度增大，从而能够实现更加明亮的白显示。另一方面，当小室14的个数过多时，各小室14变小，容易产生不与取向膜12、13接触的液晶区域11。此外，存在由于小室14的壁10与液晶分子22的相互作用而使得液晶分子22的动作变得迟缓、响应速度变慢等问题。另外，在液晶层1为二层结构的情况下，该各层的小室14的密度优选为0.016个/μm2以上。在这种情况下，液晶层1的各像素中的小室14的密度为0.032个/μm2以上。
液晶层1的厚度方向上的小室14的长度H的平均值(以下简称为“平均高度HAVE”)优选为液晶层1的厚度的1/3以上，进一步优选为1/2以上。当小室14的平均高度HAVE不足液晶层1的厚度的1/2时，容易在液晶层1的厚度方向的中央部形成不受取向膜12、13的影响的液晶区域11。这是因为，在这样的液晶区域11中，液晶分子22沿液晶层1的厚度方向取向，在面内，指向矢20消失，因此，难以控制未施加电压时的液晶分子22的取向。
另一方面，液晶层1的面内的小室14的最大宽度W的平均值(以下简称为“平均宽度WAVE”)优选与平均高度HAVE为相同程度。
优选小室14的平均高度HAVE例如在0.6μm以上6μm以下的范围内适当地选择，并且平均宽度WAVE也例如在0.6μm以上6μm以下的范围内适当地选择。以下对其理由进行说明。
当小室14过大时，显示区域的每单位面积(例如每一个像素)配置的小室14的个数变少。因此，液晶区域11的密度(显示区域的每单位面积配置的液晶区域11的个数密度)变低，不能得到高的散射特性。此外，容易在各小室14内的液晶区域11产生液晶分子22的取向不连续的向错线。在液晶区域11的向错线附近，液晶分子22的驱动变得迟缓，因此响应速度可能会降低。由此，例如通过将小室14的平均直径抑制为0.6μm以上且6μm以下，能够确保液晶区域11的密度，并且能够有效地抑制液晶区域11中的向错线的产生。
另一方面，如果小室14的平均高度HAVE、平均宽度WAVE不足0.6μm，则小室14的壁10与液晶区域11的液晶分子22的相互作用的影响变得显著，因此，液晶分子22的驱动变得迟缓。此外，存在未与取向膜12、13接触的液晶区域11的个数容易变多、不能充分地改善散射特性、响应速度的可能性。因此，优选小室14的平均高度HAVE和平均宽度WAVE均为0.6μm以上。
液晶层1的厚度并无特别限定，例如能够根据回归反射层16的反射率、驱动电压等适当地选择。例如能够设计为：驱动电压为4～5V时，液晶层1的厚度为4μm左右。
液晶层1的材料虽然没有特别限定，但是优选液晶层1的液晶材料的介电常数各向异性为正。这是因为，在液晶材料的介电常数各向异性为负的情况下，液晶分子在使电压开(ON)时虽然必须倒下，使得成为与基板平行，但是不能限制倒下的方向，液晶滴内的分子容易从相同的取向变得紊乱，可能在液晶区域内产生向错线或者妨碍液晶分子的运动。此外，为了利用上述参照图2说明的显示原理，优选液晶层不含手性剂。进一步，优选液晶层1的液晶材料的双折射率Δn(异常光折射率ne与通常光折射率no的差)为0.1以上0.3以下。如果双折射率Δn为0.1以上，则能够提高显示的对比度。另一方面，如果为0.3以下则可供选择的材料多，能够实现低电压化、高速化。
本实施方式的液晶层1例如通过在使向列型液晶材料(即低分子液晶组成物)和光固化性树脂(单体和/或低聚体)的混合物相溶并配置在透明基板间之后、使光固化性树脂聚合而得到。光固化性树脂的种类并无特别限定，但是优选使用紫外线固化性树脂。当使用紫外线固化性树脂时，在进行聚合时不需要对上述混合物进行加热，因此能够防止热量对其它部件的坏的影响。单体、低聚体既可以为单官能也可以为多官能。
在本实施方式中，通过将利用紫外线等活性光线的照射使表示液晶性的紫外线固化性树脂与液晶组成物的混合物(液晶混合物)光固化，形成液晶层1。作为液晶混合物，例如能够使用通过将紫外线固化材料与液晶以20∶80的重量比混合并添加少量的光开始剂而得到的、在常温下表示向列型液晶相的液晶混合物。
上述液晶混合物例如在利用真空注入法或滴下注入(ODF：OneDrop Fill)法被保持在一对基板之间之后，被照射紫外线。由此，紫外线固化性预聚物聚合成为高分子，与液晶相分离，形成具有由高分子构成的壁和被该壁分离的多个液晶区域的液晶层。
本实施方式的液晶显示装置的结构并不限定于图1所示的液晶显示装置100的结构。例如，既可以代替回归反射层16设置与白色对比度好的反射层，也可以设置光吸收层。或者，也可以将回归反射层等反射层形成在背面基板2与取向膜12之间。在这种情况下，也可以按照每个像素分离反射层，使其也作为像素电极发挥作用。
在使用具有平坦的表面的反射层的情况下，优选将反射层形成在背面基板2与取向膜12之间。另一方面，在使用具有角锥棱镜阵列等凹凸的反射层的情况下，优选配置在背面基板2的背面侧。另外，虽然也可以将具有凹凸的反射层形成在基板2与取向膜12之间，但是在这种情况下，需要在反射层与取向膜12之间形成平坦化层。这是因为存在如下的可能性：因为液晶分子与取向膜12的表面平行地取向，所以如果取向膜12的表面具有凹凸，则难以将液晶区域11的指向矢20控制在面内。
(液晶显示装置的制造方法)
本实施方式的液晶显示装置例如能够利用以下那样的方法制造。此处，以使用真空注入法形成液晶层的方法为例进行说明。
首先，在形成有薄膜晶体管与像素电极的玻璃基板(背面基板)和形成有彩色滤光片、对置电极的玻璃基板(前面基板)的表面，使用旋涂法或喷墨法分别均匀地涂敷取向膜，并以规定的温度进行烧制。不对取向膜实施摩擦处理。此外，作为取向膜，使用在后述的方法中测定的表面自由能为47mJ/m2的水平取向膜。
接着，使光固化性的单体、光聚合开始剂、正型液晶均匀地混合，制作液晶混合物。使混合时的温度为液晶混合物向向列型相转移的温度Tni以上的温度。此外，液晶的组成比为80～85％。将得到的混合物保持在转移温度Tni以上的温度。
接着，使前面基板与背面基板以各自的取向膜在内侧的方式相对，隔着用于确保一定的间隔(gap)的间隔物贴合。
将这些基板保持在转移温度Tni以上，在其间隙填充(真空注入法)上述被保持在转移温度Tni以上的液晶混合物。然后，在转移温度Tni以上的温度向混合物照射光(紫外线)，在由混合物内的单体形成高分子的同时使高分子与液晶相分离。由此，在前面基板与背面基板之间形成液晶层。这样，得到液晶显示装置。
在上述方法中，在形成液晶层时使用真空注入法，但是也可以使用ODF法代替之。以下对这种情况下的液晶层的形成方法进行说明。
首先，使用与使用真空注入法的情况相同的方法进行取向膜的形成和液晶混合物的制作。
接着，向被保持在转移温度Tni以上的背面基板或前面基板的取向膜上滴下被保持在转移温度Tni以上的规定量的液晶混合物。然后，使另一个基板隔着间隔物与被滴下混合物的基板相对地贴合。
接着，通过以转移温度Tni以上的温度对基板间的液晶混合物照射光(紫外线)，在从混合物内的单体形成高分子的同时使高分子与液晶相分离，得到液晶层。
然后，在背面基板的背面侧设置角锥棱镜阵列等的回归反射板。这样，得到本实施方式的显示装置。
在以上述那样的方法制造液晶显示装置的情况下，液晶区域的尺寸、形状、配置等液晶层的结构能够通过取向膜的种类、液晶层的形成条件进行控制。如以下所详细说明的那样，液晶区域的大小能够通过对于液晶混合物的光的照射条件进行调整，此外，液晶层中的液晶区域的配置能够通过取向膜的种类进行调整。
(液晶区域的大小与对于液晶混合物的光的照射条件的关系)
在本实施方式中，为了提高液晶层的散射特性，优选将小室的大小(即液晶区域的大小)控制在规定的范围内。在使用与上述方法相同的液晶混合物形成液晶层的情况下，液晶区域的大小能够通过对于液晶混合物的光的照射条件进行调整。本申请的发明人对光的照射条件与液晶区域的大小的关系进行了研讨，以下对其方法和结果进行说明。
首先，在两个玻璃基板的表面依次形成ITO膜和取向膜，利用真空注入法向这些玻璃基板之间注入液晶混合物。取向膜的形成方法、液晶混合物的材料、混合比等与上述的方法相同。接着，对玻璃基板间的液晶混合物照射光，使得进行聚合相分离，形成液晶层。照射强度从2mW/cm2～140mW/cm2的范围内选择。这样制作照射强度不同的多个液晶单元(作为“样本液晶单元”)。
另外，作为制作样本液晶单元时的照射光，使用从截断(阻止)340nm以下的波长的滤光片等中通过的光。这是因为，当照射波长为340nm以下的光时，会发生液晶混合物内的液晶分解等问题。
此外，为了使得液晶混合物中含有的单体聚合而使光的照射时间充足。此处，以使得液晶区域的液晶材料的Tni成为作为原料包含在液晶混合物中的液晶的Tni’的99％以上的程度为标准设定照射时间。例如，照射强度为50mW/cm2时的照射时间是50sec。
然后，通过SEM观察求取各样本液晶单元中的小室的大小。具体而言，切断样本液晶单元，利用有机溶剂洗去小室内的液晶。接着，从该样本液晶单元剥离前面基板，以溅射法较薄地形成导电膜后，从上方观察液晶层内的小室。此处，测量位于一个像素内的多个(例如100个)小室的最大宽度，求取其平均值(平均宽度)WAVE。
首先，将得到的SEM观察结果与以光学显微镜观察的分解前的各样本液晶单元的结果进行了比较。其结果是，确认到以SEM观察到的小室的形状、配置与分解前的各样本液晶单元中的液晶区域的形状、配置一致。因此，能够认为通过SEM观察求取的小室的平均宽度WAVE与在小室内形成的液晶区域的平均宽度相等。
表1表示通过SEM观察得到的小室的平均宽度WAVE(即液晶区域的平均宽度)与对液晶混合物照射的光的强度的关系。从表1所示的结果可知，当光的照射强度小时液晶区域变大，照射强度越大液晶区域越小，从而能够确认能够通过照射强度控制液晶区域的大小。此外，还了解到，为了将液晶区域的平均宽度控制为大致2μm以下，将照射强度设定为50mW/cm2以上即可。另外，照射强度的数值范围根据所使用的液晶混合物的材料、混合比而变化。
此处，求取了液晶区域的平均宽度，但是在液晶层的厚度(例如4μm)以下的范围内，液晶区域的平均高度也能够与液晶区域的平均宽度一样通过照射条件进行控制。只不过，当液晶区域变大、例如遍及液晶层的宽度方向形成液晶区域(一层结构)时，液晶区域的平均高度由液晶层的厚度决定，因此，不受照射条件的影响，是一定的。
(表1)
Figure BPA00001320356800181
(液晶区域的配置与取向膜的表面自由能的关系)
为了更可靠地控制液晶区域11的液晶取向，优选小室14以在液晶层1的厚度方向上为二层以下的方式配置，大致全部的小室14内的液晶区域11的取向由取向膜12、13限制。本申请的发明人对用于控制液晶区域11的配置的液晶单元的制作条件进行各种研讨后认为，控制取向膜12、13的特性(表面自由能)比较重要。以下，详细说明液晶单元的制作条件的研讨方法和结果。
此处，使用表面自由能不同的四种水平取向膜(以下简称为“取向膜”)A～D。其中的取向膜A(AL1T1048：JSR公司所生产的商品的名称)是在使用TFT的液晶显示装置中普遍使用的取向膜，取向膜A具有比取向膜B高的电压保持率。取向膜B(P1×1400：日立化成杜邦微系统(Hitachi Chemical DuPont MicroSystems，日立化成デユポンマイクロシステムズ)公司所生产的商品的名称)是在市场上贩卖的水平取向标准单元中使用的水平取向膜。取向膜C(AL1L509：JSR公司所生产的商品的名称)和D分别是在STN(Super Twisted Nematic：超扭转向列型)模式和IPS(In-plane Switching：面内开关型)模式的液晶显示装置中普遍使用的取向膜。
首先，测定四种取向膜的表面自由能。在测定中，使用协和界面科学株式会社(協和界面科学株式会社)所生产的固液界面解析装置(DropMaster500)，利用液滴法求取探测(probe)液体的平均接触角。使用水、乙二醇、二碘甲烷作为探测液体。这些探测液体的表面自由能分别为72.8mJ/m2、47.7mJ/m2、50.8mJ/m2。具体而言，向各取向膜表面滴下约30μl上述探测液体，测定接触角。计算测定10次的接触角的平均值，得出各探测液体的“平均接触角”。然后，使用作为附属软件的FAMAS表面自由能解析功能扩充软件(add-in software，アドインソフトウエア)，利用Kitazaki-Hata法进行解析，由此得出该取向膜的表面自由能。
其结果是，在取向膜B中，水、乙二醇、二碘甲烷的液滴的接触角分别为76.6°、45.5°、26.6°。使用所得到的接触角度进行解析的结果是，该取向膜的表面自由能为47±2.2mJ/m2。同样，求取取向膜A、取向膜C和取向膜D的表面自由能的结果是，分别为41mJ/m2、54mJ/m2、65mJ/m2。
接着，使用上述取向膜A～D，分别制作样本液晶单元。此处，在两个玻璃基板的表面形成取向膜，利用真空注入法向这些玻璃基板之间注入液晶混合物。取向膜的形成方法、液晶混合物的材料、混合比等与上述的方法相同。然后，对玻璃基板间的液晶混合物以50mW/cm2的强度照射光(紫外线)，使得进行聚合相分离，形成液晶层。这样，得到使用取向膜A～D的样本液晶单元No.1～No.4。
切断得到的各样本液晶单元No.1～No.4并利用有机溶剂洗去小室内的液晶后，利用溅射法在要观察的截面较薄地蒸镀导电膜，进行截面SEM观察。进一步，剥离样本液晶单元的一个玻璃基板，从液晶层的上方进行平面SEM观察。通过该截面和平面SEM观察，能够观察由高分子的壁规定的小室的排列状态。
首先，将上述平面SEM观察的结果与以光学显微镜观察的分解前的各样本液晶单元的结果进行了比较。其结果是，确认到被平面SEM观察的小室的形状、配置与分解前的各样本液晶单元中的液晶区域的形状、配置一致。因此，能够认为截面SEM观察的液晶层的厚度方向的小室的排列状态与液晶层的厚度方向的液晶区域的排列状态一致。
对基于截面SEM的小室的观察结果进行说明。图6和图7分别是表示使用取向膜A和B的样本液晶单元No.1和No.2的截面SEM像的图。
在样本液晶单元No.1和No.2中，在玻璃基板2、3之间形成有液晶层，液晶层具有由壁10形成的多个小室14，其中该壁10由高分子构成。
如图6所示，在样本液晶单元No.1中，看到的是在液晶层1的厚度方向上配置有三个以上的小室14的部分。因此，在液晶层1的厚度方向的中央存在与取向膜12、13中的任一个均不接触的小室14。能够认为在这些小室14内形成的液晶区域中，液晶分子几乎不受取向膜12、13的限制而大致垂直地取向的可能性较高。此外，还了解到：液晶层1内的任何小室14均被壁10包围，即使是位于取向膜12、13的附近的液晶区域11，也不与取向膜12、13之间接触，不易受到取向膜12、13的限制。
此外，观察到：在样本液晶单元No.3和No.4的液晶层中，也与样本液晶单元No.1一样，在液晶层的厚度方向上形成三个以上的小室，在液晶层的中央存在不与取向膜接触的小室。
与此相对，如图7所示，在样本液晶单元No.2中，由高分子的壁10形成的小室14在液晶层1的厚度方向上排列为两层，下层的小室14与取向膜12接触，上层的小室14与取向膜13接触。因此，看不到不与取向膜12、13接触的小室14。由此，能够认为几乎没有形成液晶分子不受取向膜12、13的限制而垂直地取向的液晶区域，从而了解到能够得到比其它的样本液晶单元No.1、No.3和No.4高的散射特性。
因此，在各小室14内形成的液晶区域内的液晶分子更可靠地被取向膜12、13限制，与基板平行地取向，因此，能够确认能够更有效地改善散射特性。此外，了解到：由高分子构成的壁10与基板大致垂直地形成。
表2表示样本液晶单元No.1～No.4的取向膜A～D的表面自由能的测定结果和小室的排列状态。
(表2)
Figure BPA00001320356800211
从表2所示的结果了解到，通过将取向膜的表面自由能设定为例如44mJ/m2以上50mJ/m2以下(利用Kitazaki-Hata法进行解析)，能够更可靠地将液晶区域排列为二层以下。由此，能够减少整个液晶层中存在的液晶区域中位于液晶层的中央、不受任何取向膜的限制的液晶区域的比例，因此能够提高液晶层的散射效率。
此外，当剥离样本液晶单元No.1和No.2的一个玻璃基板、从液晶层的上方进行平面SEM观察时，在样本液晶单元No.1中，观察到很多高分子凝聚的区域。与此相对，在样本液晶单元No.2中，高分子与液晶区域大致均匀地分离。由此了解到，在样本液晶单元No.2中，由于高分子凝聚而产生的不均显示被抑制，能够得到更高的显示特性。进一步，从样本液晶单元No.2的平面SEM观察的结果还了解到：由高分子构成的壁是连续的，壁的厚度大致均匀。
(液晶层的散射特性的评价)
使用上述表2所示的取向膜A和B分别制作散射特性评价用的液晶单元(样本液晶单元No.5、样本液晶单元No.6)并对其散射特性进行了测定，以下对其方法和结果进行说明。
首先，在玻璃基板的一个面依次形成透明电极和取向膜A，得到前面基板。以同样的方式制作了背面基板。接着，以使得前面和背面基板与取向膜A相对的方式配置，并在其间散布了直径为4μm的塑料珠(plastic beads)。然后，贴合这些基板，利用真空注入法注入了液晶混合物。液晶混合物的材料和混合比与上述的样本液晶单元No.1～No.4中使用的材料和混合比相同。接着，对基板间的液晶混合物以50mW/cm2的强度照射光(紫外线)，使得进行聚合相分离。由此，在基板间形成了液晶层(厚度：4μm)。将这样得到的液晶单元作为样本液晶单元No.5。
此外，除了使用取向膜B代替取向膜A以外，以与样本液晶单元No.5相同的方法制作了样本液晶单元No.6。
使光从以上述方法制作的样本液晶单元No.5、No.6的前面基板射入，测定了在液晶层被散射而向前面基板侧射出的光(散射光)的散射角度分布。在测定中使用了大塚电子所生产的LCD评价装置(LCD5200)。
测定结果在图8中表示。图8所示的图表的横轴是在各单元的液晶层中被散射的光的受光角度，是受光方向与基板的法线方向所形成的角度的绝对值。纵轴表示在各单元的液晶层被散射的光的强度比(透过强度比)。透过强度比，利用样本液晶单元No.5(使用取向膜A的单元)的散射光强度相对于各自的受光角度的值标准化。
根据图8所示的结果明显可知，在5°以上的受光角度，样本液晶单元No.6的散射光强度比样本液晶单元No.5的散射光强度大。因此，了解到即使这些样本液晶单元的液晶层的材料、厚度和曝光强度相同，样本液晶单元No.6也具有比样本液晶单元No.5优异的散射特性，能够实现更明亮的白显示。这被认为是因为：在样本液晶单元No.6的液晶层中以大致全部的液晶区域与取向膜A接触的方式配置(参照图7)，在面内具有指向矢，而在样本液晶单元No.5的液晶层存在对散射没有帮助的液晶区域(参照图6)，液晶层的散射效率降低。
(液晶层的电压特性的评价)
使用上述表2所示的取向膜A和取向膜B分别制作电压特性评价用的液晶单元(样本液晶单元No.7、样本液晶单元No.8)，并对各单元的电压特性进行了测定，对其方法和结果进行说明。
以与上述的样本液晶单元No.5、No.6相同的方法分别制作了样本液晶单元No.7、No.8。不过，对各液晶层的厚度进行了调整，使得这些单元的白显示的明亮度大致相等，并使得相对于未施加电压时的、从基板法线方向射入液晶层的光(入射角度：0°)的透过率相互大致相等。具体而言，令样本液晶单元No.7的液晶层的厚度为4.1μm，令样本液晶单元No.8的液晶层的厚度为3.4μm。
使用大塚电子所生产的LCD评价装置(LCD5200)对利用上述方法得到的各单元在使施加电压改变的同时进行了透过率的测定。此处，使光从前面基板侧沿法线方向射入(入射角度：0°)，对射入的光中在液晶层内沿基板的法线方向行进并从背面基板侧射出的光(透过光)的强度进行了测定。求取了透过光的强度相对于入射光的强度的比例，作为“透过率％”。
在图9表示测定结果。图9所示的图表的横轴表示对各单元施加的电压，纵轴表示相对于入射角度0°的光的透过率。
从该测定结果可知，使用取向膜B的样本液晶单元No.8在比使用取向膜A的样本液晶单元No.7低的电压下成为透过状态。这被认为是因为：样本液晶单元No.8的液晶层比样本液晶单元No.7的液晶层薄，容易对液晶层的状态进行切换。
另外，在上述的实施例中，为了控制液晶层内的小室的结构选择了具有规定的表面能的取向膜，但是也可以通过使用单分子吸附膜等对取向膜的表面进行改性，控制取向膜的表面能。此外，取向膜的表面能的优选范围为与液晶的表面能相同程度(例如差为20％以下)即可，并不限定于上述的取向膜B的表面能的值。
此外，本实施方式的显示装置的结构并不限定于图1所示的结构。既可以使用塑料基板作为前面和背面基板，也可以使用曲面基板。或者，也可以使用图10所示的那样的饶性基板52、53。
产业上的可利用性
根据本发明，在具备能够在散射状态与透过状态之间进行切换的液晶层的反射型液晶显示装置中，能够提高液晶层的散射状态中的散射效率。因此，能够实现比现有技术明亮的白显示。或者，不降低白显示的明亮度就能够将驱动电压抑制得较低。
本发明能够适用于各种反射型液晶显示装置、使用反射型液晶显示装置的各种电气设备。
附图标记的说明
1    液晶层
2    背面基板
3    前面基板
4    像素电极
5    薄膜晶体管
6    彩色滤光片
7    平坦化膜
8    对置电极
10   壁
11   液晶区域
12、13  取向膜
14   小室
16   回归反射层
20   指向矢
22   液晶分子
24、26  光
52、53  饶性基板
100  液晶显示装置

Claims (15)

1.一种反射型液晶显示装置，其特征在于：
所述反射型液晶显示装置具备多个像素，
所述反射型液晶显示装置包括：
能够在使光透过的透过状态与使光散射的散射状态之间切换状态的液晶层；
前面基板和背面基板，将所述液晶层保持在该前面基板和背面基板之间；
一对电极，其夹着所述液晶层配置，并向所述液晶层施加电压；和
在所述液晶层与所述前面基板和背面基板之间分别形成的第一取向膜和第二取向膜，
所述液晶层在各个所述像素具有：
连续的壁；
被所述壁分离的多个小室；和
多个液晶区域，该多个液晶区域分别在所述多个小室中的任一个中形成，
所述多个液晶区域具有在与所述液晶层平行的面内具有指向矢的第一液晶区域和第二液晶区域，所述第一液晶区域和第二液晶区域的指向矢朝向相互不同的方向。
2.如权利要求1所述的反射型液晶显示装置，其特征在于：
在所述多个小室中的各个小室与所述第一取向膜和第二取向膜中最接近该小室的取向膜之间，不存在其它的小室。
3.如权利要求1所述的反射型液晶显示装置，其特征在于：
在所述多个小室中的各个小室与所述第一取向膜和第二取向膜之间，不存在其它的小室。
4.如权利要求1至3中任一项所述的反射型液晶显示装置，其特征在于：
所述多个液晶区域中的各个液晶区域与所述第一取向膜和第二取向膜中的任一个接触。
5.如权利要求1至4中任一项所述的反射型液晶显示装置，其特征在于：
所述第一取向膜和第二取向膜未被实施取向处理。
6.如权利要求1至5中任一项所述的反射型液晶显示装置，其特征在于：
所述第一取向膜和第二取向膜的表面自由能为44mJ/m2以上50mJ/m2以下。
7.如权利要求1至6中任一项所述的反射型液晶显示装置，其特征在于：
所述液晶层在各像素内以0.016个/μm2以上的密度具有小室。
8.如权利要求7所述的反射型液晶显示装置，其特征在于：
所述液晶层在各像素内以1个/μm2以上的密度具有小室。
9.如权利要求1至8中任一项所述的反射型液晶显示装置，其特征在于：
所述液晶层的液晶材料的介电各向异性为正。
10.如权利要求1至9中任一项所述的反射型液晶显示装置，其特征在于：
所述液晶区域不含手性剂。
11.如权利要求1至10中任一项所述的反射型液晶显示装置，其特征在于：
所述多个小室的直径为0.6μm以上6μm以下。
12.如权利要求1至11中任一项所述的反射型液晶显示装置，其特征在于：
包含在所述液晶区域中的液晶材料的异常光折射率ne与通常光折射率no的差为0.1以上0.3以下。
13.如权利要求1至12中任一项所述的反射型液晶显示装置，其特征在于：
所述反射型液晶显示装置还包括设置在所述液晶层的背面侧的反射层。
14.如权利要求13所述的反射型液晶显示装置，其特征在于：
所述反射层是回归反射层。
15.如权利要求1至12中任一项所述的反射型液晶显示装置，其特征在于：
所述反射型液晶显示装置还包括设置在所述液晶层的背面侧的光吸收层。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109643040A (zh) * 2016-07-26 2019-04-16 大日本印刷株式会社 调光系统、调光膜的驱动方法、车辆

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012053477A1 (ja) * 2010-10-21 2012-04-26 シャープ株式会社 液晶表示装置
KR20180044474A (ko) 2016-10-21 2018-05-03 삼성디스플레이 주식회사 재귀반사층을 갖는 컬러 기판 및 이를 포함하는 표시 장치
JP6985024B2 (ja) * 2017-03-10 2021-12-22 エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド 液晶表示装置
CN111527444B (zh) * 2017-12-28 2023-09-26 凸版印刷株式会社 调光片材及调光窗
JP6997257B2 (ja) * 2020-06-11 2022-01-17 凸版印刷株式会社 調光シート
JP2023150731A (ja) * 2022-03-31 2023-10-16 凸版印刷株式会社 調光シート

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH103072A (ja) * 1996-06-14 1998-01-06 Seiko Epson Corp 液晶表示素子およびその製造方法
JP2000098354A (ja) * 1998-09-24 2000-04-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子分散型液晶表示素子及びその製造方法
JP2006023721A (ja) * 2004-06-09 2006-01-26 Sharp Corp 反射型表示装置およびその製造方法
JP2008096939A (ja) * 2006-10-11 2008-04-24 Taiji Tanigaki 反射型カラー液晶ディスプレイ

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2721497B2 (ja) * 1984-03-19 1998-03-04 ケント・ステート・ユニバーシティ 光変調性物質の製造方法
JPH04199024A (ja) * 1990-11-29 1992-07-20 Hitachi Ltd 液晶表示素子およびそれを用いた表示装置
JPH0580302A (ja) 1991-09-21 1993-04-02 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 液晶電気光学装置
JPH06118398A (ja) * 1992-10-01 1994-04-28 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 液晶電気光学装置
JPH06175113A (ja) * 1992-12-02 1994-06-24 Asahi Glass Co Ltd 液晶表示素子およびその製造方法
US5530573A (en) * 1993-05-27 1996-06-25 Sharp Kabushiki Kaisha Multiple domain liquid crystal display having a cell thickness divided by helical pitch equal to 1/8 or less
MY110915A (en) 1993-06-07 1999-06-30 Casio Computer Co Ltd Liquid crystal display device
JPH07181454A (ja) * 1993-12-24 1995-07-21 Casio Comput Co Ltd 高分子分散型液晶表示素子及びその製造方法
US5691790A (en) * 1995-08-04 1997-11-25 Raychem Corporation Colored liquid crystal display having a reflector which reflects different wavelengths of light for different incident angles
JPH10319375A (ja) 1997-05-16 1998-12-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子分散型液晶表示素子とその製造方法
JP2000206515A (ja) * 1998-11-13 2000-07-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 調光体、光学的素子及び電気的素子、並びにその製造方法
TW498179B (en) 1998-11-13 2002-08-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Light control element, optical device, and electrical device, and method of producing thereof
US6483643B1 (en) * 1999-04-08 2002-11-19 Larry Zuchowski Controlled gain projection screen
JP4148657B2 (ja) 2001-04-04 2008-09-10 シャープ株式会社 液晶表示装置
CN1678948A (zh) * 2002-03-27 2005-10-05 艾利丹尼森公司 可转换的电－光层压制品
US7551247B2 (en) * 2004-06-09 2009-06-23 Sharp Kabushiki Kaisha Reflection type display device and method with pixel electrodes having predetermined dimensions and relationships to each other as to gap width therebetween on both short and long sides and pitch of cubic corner cubes
JP2007041429A (ja) * 2005-08-05 2007-02-15 Sony Corp 液晶表示装置
CN101878446B (zh) * 2007-11-30 2013-03-06 夏普株式会社 液晶显示装置
US20100279125A1 (en) * 2009-04-29 2010-11-04 Kent State University Film comprising substrate-free polymer dispersed liquid crystal; fiber, fabric, and device thereof; and methods thereof
JP5679308B2 (ja) * 2010-04-07 2015-03-04 ソニー株式会社 照明装置および表示装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH103072A (ja) * 1996-06-14 1998-01-06 Seiko Epson Corp 液晶表示素子およびその製造方法
JP2000098354A (ja) * 1998-09-24 2000-04-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子分散型液晶表示素子及びその製造方法
JP2006023721A (ja) * 2004-06-09 2006-01-26 Sharp Corp 反射型表示装置およびその製造方法
JP2008096939A (ja) * 2006-10-11 2008-04-24 Taiji Tanigaki 反射型カラー液晶ディスプレイ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109643040A (zh) * 2016-07-26 2019-04-16 大日本印刷株式会社 调光系统、调光膜的驱动方法、车辆
CN109643040B (zh) * 2016-07-26 2022-04-19 大日本印刷株式会社 调光系统、调光膜的驱动方法、车辆

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WO2010023851A1 (ja) 2010-03-04
EP2322978A4 (en) 2012-01-04

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