CN1101942C - 反射型液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是要提供一种可以在由反射型液晶显示装置的显示表面侧用眼睛观察时给出明亮显示的反射型液晶显示装置。该反射型液晶显示装置配置有具有包含在一对玻璃基板(1)和玻璃基板(2)之间的双色性颜色粒子(4)的感应各向异性的液晶层(3)，在玻璃基板(1)和电极(6)之间设置有相对于入射光为各向同性的漫射板(5)，而且在玻璃基板(2)的下侧设置有具有凹凸状表面的反射板(11)。

Description

反射型液晶显示装置
本发明涉及一种可以提高显示面亮度的反射型液晶显示装置。
原有的反射型液晶显示装置的构造为，在图11所示的一对玻璃基板51、52的彼此内面之间设置有透明电极层53、54在这两个电极层上设置有液晶的定向膜55、56，在一对基板之间配置有空间螺旋性的向列液晶层57，而且在一对基板51、52的外侧还分别设置有偏光板58、59。在一个偏光板59的外侧还设置有在朝向偏光板59一侧具有凹凸面的凹凸状反射板60。
然而，原有的反射型液晶显示装置在两个偏光板的设置关系上，是按使入射至该液晶显示装置的偏光板58侧的光中的60％以上的光阻断在液晶显示装置中的方式设置的。因此仅有40％的入射光被用于画面显示，故存在有该反射型液晶显示装置的显示表面在用眼睛观察时显的较暗的问题。
本发明的目的是要提供一种在由反射型液晶显示装置的显示表面侧用眼睛观察时可显的更为明亮的反射型液晶显示装置。
本发明的反射型液晶显示装置配置有在相对的一对透明基板之间包含有双色性颜色粒子的感应各向异性液晶层，在一个前述基板的相对面上设置有相对入射光为各向同性的漫射层，而且在该漫射层上依次叠层设置有电极层和液晶定向膜，在另一个前述基板的相对面上依次叠层设置有电极层和液晶定向膜，而且在前述另一个基板的外侧设置有朝向基板侧的具有凹凸面的反射板。
对于这种反射型液晶显示装置，入射至显示面侧的一个基板处的光通过漫射层和液晶层以及另一个基板到达表面呈凹凸状的反射板，由该凹凸面反射后再由一对基板、液晶层以及漫射层出射。出射光的方向为相对于漫射层的垂直方向具有预定角度的方向。由于在光束的通过通路中，本发明的液晶显示装置不具有偏光板，所以本发明的液晶显示装置可以提高光的透射性，由显示面侧的出射光显的更为明亮。换句话说就是，显示面会显的更为明亮。
相对于入射光为各向同性的漫射层为可相对于全方位角的入射光分别向前方漫射的漫射层，其半值宽度最好为5度以上至10度以下。如果半值宽度不到5度，则由于各向同性漫射层对入射光向前方的漫射不充分，会使通过液晶层内的光的漫射角度的宽度窄小，进而使可进行良好显示的用的眼睛视野角窄小，而当半值宽度超过10度时，由于入射光在各向同性的漫射层表面处向后方漫射的比率增大，而会使入射光在液晶层的透射率降低，用于显示的光量减少，进而使对比度下降。因此，半值宽度最好在前述的范围内。特别是当各向同性漫射层的半值宽度在7度以上至8度以下时，其视野角大且对比度大，故是最好的。
前述的电极层对为透明的，并且可以随液晶显示装置的种类的不同而不同。比如说对于TFT型反射型液晶显示装置，它可以取设置在漫射层上的电极层为公用电极，并使相反侧的电极层与由若干个象素电极构成的层相当。
定向膜可以采用常规使用的透明的定向膜。如举例来说，可以采用由聚酰亚胺材料构成的定向膜。
利用具有凹凸状表面的反射板通过对由显示面侧入射至基板的、已通过了漫射层和液晶层的光的漫射、反射作用，可增大其视野角。具有表面粗糙度Ra(μm)为0.20以上、0.32以下的反射板特别适用于本发明的装置。对于其小于0.20的场合，反射板对入射光反射时的漫射效果比较小。而当其超过0.32时反射板对入射光反射时会产生比较大的偏光偏置，而使黑色显示比较薄，进而使对比度较小。
如果在0.26以上、0.28以下则最好。在这一范围内，具有凹凸状表面的反射板对入射光的漫射效果比较大，而且偏光偏置比较小，从而可以使对比度相当大。
具有双色性颜色粒子的液晶可以采用具有正的或负的感应各向异性的液晶。比如说对于采用具有负的感应各向异性的液晶的场合，当向液晶层施加电场时，各液晶粒子呈朝向基板面的方向的状态，或称呈躺卧状态，而当未施加有电场时呈朝向横贯一对基板之间的方向的状态，或称呈直立状态。当向液晶层施加电场时，由于双色性颜色粒子将与液晶粒子呈同方向的躺卧状态，所以将使入射光的振动方向与双色性颜色粒子的长轴方向相平行，从而使光被双色性颜色粒子吸收而呈黑色显示。在另一方面，当未向液晶层施加有电场时，由于双色性颜色粒子呈朝向横贯一对基板之间的方向的直立状态，所以将使入射光的振动方向与双色性颜色粒子的长轴方向相垂直而不被吸收光，从而呈明亮的白色显示。
双色性颜色粒子最好为可全波长的吸收可见光的黑色双色性颜色粒子。比如说对于使用具有负的感应各向异性液晶的场合，双色性颜色粒子应为当颜色粒子的长轴方向与光的振动方向中的平行成分相一致时吸收光，而当与光的振动方向中的平行成分相垂直时不吸收光的材料。
对于本发明的液晶显示装置，还可以在具有凹凸状表面的反射板与基板之间设置1/4λ板。通过设置1/4λ板，可以在向液晶层施加电场时，使由显示面侧入射的光中的未被双色性颜色粒子吸收而通过液晶层的光在由凹凸反射板反射后，可以用双色性颜色粒子吸收这些光。换句话说就是，由反射板反射后的光在再次通过1/4λ板时，其振动方向将转动90度而成为与双色性颜色粒子的长轴方向相平行的方向振动的光，所以这些光在通过液晶层时将被双色性颜色粒子吸收。
而且，作为本发明中的另一发明的反射型液晶显示装置，配置有在相对的一对透明基板的内面之间包含有双色性颜色粒子的感应各向异性液晶层，在一个前述的基板的外侧面上设置有相对入射光为各向异性的漫射板，而且在前述的一个基板的内面处依次叠层设置有电极层和液晶定向膜，在另一个前述的基板的内面上依次叠层设置有电极层和液晶定向膜，而且在前述的另一个基板的外侧设置有在朝向基板侧具有凹凸面的反射板。
对于这种反射型液晶显示装置，入射至显示面侧的一个基板处的光通过各向异性漫射板和液晶层以及另一个基板到达表面呈凹凸状的反射板，由该凹凸面反射后再由一对基板、液晶层以及各向异性漫射板出射。出射光的方向为相对于各向异性漫射板的垂直方向具有预定角度的方向。由于在光束的通过通路中，本发明的液晶显示装置不具有偏光板，所以可以提高光的透射性，由显示面侧的出射光显的更为明亮。换句话说就是，显示面会显的更为明亮。
各向异性的漫射板为具有与入射光的角度有关的、使其透射光呈直线行进和漫射等等的自由变化的特性的透明的漫射板。比如说可以采用在由与各向异性漫射板的入射光侧相反的一侧观察时，在该漫射板的正面侧方向呈大约20-70度范围内呈不透明状态，而在此以外的范围呈透明状态的材料。这种各向异性漫射板可以将按预定方向入射至反射型液晶显示装置的光引导至向前方漫射的液晶显示装置内。
前述的电极层对为透明的，并且可以随液晶显示装置的种类的不同而不同。比如说对于TFT型反射型液晶显示装置，它可以取叠层设置在各向异性漫射板处的基板上的电极层作为公用电极，并使相反侧的电极层与由若干个象素电极构成的层相当。
而且，上述的另一发明所涉及的反射型液晶显示装置中的定向膜、具有凹凸状表面的反射板、具有双色性颜色粒子的液晶以及双色性颜色粒子均可以采用与上述相同的定向膜、具有凹凸状表面的反射板、具有双色性颜色粒子的液晶以及双色性颜色粒子。
对于本发明中的另一发明的液晶显示装置，还可以在具有凹凸状表面的反射板与基板之间设置1/4λ板。通过设置1/4λ板，可以在向液晶层施加电场时，使由显示面侧入射的光中的未被双色性颜色粒子吸收而通过液晶层的光在由凹凸反射板反射后，可以用双色性颜色粒子吸收这些光。换句话说就是，由反射板反射后的光在再次通过1/4λ板时，其振动方向将转动90度而成为与双色性颜色粒子的长轴方向相平行的方向振动的光，所以这些光在通过液晶层时将被双色性颜色粒子吸收。
图1为表示本发明所涉及的反射型液晶显示装置的一个实施例的概括性示意图。
图2为表示如图1所示的反射型液晶显示装置中的漫射层的制造工序的示意图。
图3为表示如图1所示的反射型液晶显示装置的展开图。
图4为表示如图1所示的反射型液晶显示装置中的光的入射和出射状态的模拟图。
图5为表示如图1所示的反射型液晶显示装置中的对比度与白色反射率之间关系的示意图。
图6为表示如图1所示的反射型液晶显示装置中的反射角度与由反射角度确定的白色反射率之间关系的示意图。
图7为表示本发明所涉及的另一种反射型液晶显示装置的一个实施形式的概括性示意图。
图8为表示如图7所示的反射型液晶显示装置的展开图。
图9为表示如图7所示的反射型液晶显示装置中的光的入射和出射状态的模拟图。
图10为表示如图7所示的反射型液晶显示装置中的对比度与白色反射率之间关系的示意图。
图11为表示原有的反射型液晶显示装置的剖面图。
下面参考附图，说明以TFT型反射型液晶显示装置为例的本发明的一种实施形式。
在图1中，1和2为一对玻璃基板，3为负的感应各向异性的液晶层，3a为液晶粒子，4为液晶层3中的双色性颜色粒子。
在上方的玻璃基板1的下面设置有各向同性漫射层5，而在漫射层5的下面还叠层设置有透明的公用电极层6，以及配置在该电极下面的、由聚酰亚胺材料构成的定向膜7。在下方的玻璃基板2上形成有由若干个透明的象素电极构成的电极层8，且在后者上还设置有由聚酰亚胺材料构成的定向膜9。在下方的玻璃基板2的下面设置有1/4λ波长板10，在1/4λ波长板10的下面还设置有具有凹凸状表面的反射板11。
这种液晶粒子3a和双色性颜色粒子4在电极6、8未施加电压时，呈如图1所示的直立状态，而在电极6、8施加有电压时呈如图3所示的躺卧状态。
各向同性漫射层5可采用图2所示的方式制作。即如图2(a)所示，在槽12内相对于丙稀酸树脂14，按为35重量％的比率等重量的混合入由直径为3μm和直径为4μm的聚苯乙烯构成的精细颗粒13，并使其均匀分布，将该分布液涂敷在如图2(b)所示的玻璃基板1上，以形成厚度为10μm的丙烯]酸树脂膜15。随后如图2(c)所示，采用旋转镀膜法在丙烯酸树脂膜15上形成外敷层16，再如图2(d)所示，将外敷层16研磨至8μm的厚度，以形成半值宽度为7度的漫射层5。最后如图2(e)所示，再在各向同性漫射层5上形成由ITO构成的透明电极层6。
在反射板11的如图3所示的全部表面上形成有凹凸面12。凹凸面12的表面粗糙度为0.28μm。该凹凸面12形成为可使光反射并且漫射的形状。
下面说明该液晶显示装置的显示方式。
正如图4所示，入射到上方基板1显示表面侧的入射光R入射至各向同性漫射层5，相对于该各向同性漫射层5的垂直方向为30度角度入射的光在通过各向同性漫射层5时，将呈比如说r10、r20、r30的方式漫射通过如图1所示的公用电极层6、定向膜7以及液晶层3。然后通过位于反射侧位置处的、如图1所示的定向膜9、电极层8、基板2以及1/4λ板10，到达凹凸反射板11。由于凹凸反射板11的凹凸面12的凹凸形状的作用，r10还将沿诸如r11、r12、r13的方向反射，r20还将沿诸如r21、r22的方向反射，r30还将沿诸如r31、r32的方向反射。这些反射光在由上方的基板1的显示表面出射时，可射入至显示面侧的观察者的眼内。
在取作为用黑色反射率(％)除以白色反射率(％)所获得的值的对比度为横轴坐标，白色反射率(％)为纵轴坐标的曲线图图5中，对于用黑点表示的本实施例的对比度为4时的白色反射率为120％，而相对应的用白圈表示的由市场上购买的原有实例，对比度为5时的白色反射率仅为40％，因此可以大幅度的提高反射率，改善其亮度。
前述的白色反射率和黑色反射率，是采用液晶面板评价装置(日本大电子社制造的LCD5000)，取以30度的入射角向白色板(具有MgO标准白色面的板)照射时在反射角度为15度处的反射光的输出为基准，并在取下该白色板，使用液晶面板即液晶显示装置在相同的照射条件下测定其反射光的输出值，用前述的基准输出除以该输出所获得的以百分率(％)表示的值。
特别需要指出的是，白色反射率表示的是对于本实施例中的液晶显示装置的白显示面的前述的百分率的值，黑色反射率表示的是对于本实施例中的液晶显示装置的黑显示面的前述的百分率的值。
在取改变了上述15度的反射角度的反射角为横轴坐标，取随该反射角度的变化而变化的前述白色反射率(％)为纵轴坐标，则关系曲线如图6所示。对于本实施例用黑点表示，对于如图7所示的原有实例用涂黑了的四边形表示，则由此可见在除了由正反射观察时的23～34度的反射角度之外的反射镜区域中，本实施例和原有实例相比可大幅度的提高白色反射率，而使显示画面显的更为明亮。
下面参考附图，说明以TFT型反射型液晶显示装置为例的、作为本发明中的另一种发明的一种实施形式。
在图7中，101和102为一对玻璃基板，103为负的感应各向异性的液晶层，103a为液晶粒子，104为液晶层103中的双色性颜色粒子。
在上方的玻璃基板101的外侧设置有各向异性漫射板105，而在该玻璃基板101的内面上还叠层设置有透明的公用电极层106，以及配置在该电极下面的、由聚酰亚胺材料构成的定向膜7。在下方的玻璃基板102上形成有若干个透明的电极层108，且在后者上还设置有由聚酰亚胺材料构成的定向膜109。在下方的玻璃基板102的下面设置有1/4λ波长板110，在1/4λ波长板110的下面设置有具有凹凸表面的反射板111。
这种液晶粒子103a和双色性颜色粒子104在电极106、108未施加电压时，呈如图7所示的直立状态，而在电极106、108施加有电压时呈如图8所示的躺卧状态。
各向异性漫射板105可采用日本住友化学工业社制造的、商标为ルミステイ-的材料。在这儿为薄膜状漫射板，由于薄膜内折射率不同的层按大约3μm的间隔并行设置，所以特别是在本实施例中，当由与各向异性漫射板的入射光侧相反的一侧观察时，所看见的该漫射板在正面侧方向的大约20-70度范围内呈不透明状态，在此以外的范围呈透明状态。
在反射板111的如图8所示的全部表面上形成有凹凸面112。凹凸面112的表面粗糙度为0.28μm。该凹凸面112形成为可使光反射并且漫射的形状。
下面说明该液晶显示装置的显示方式。
正如图9所示，入射到上方基板101显示表面侧的入射光S入射至各向异性漫射板105，当由相对于该各向异性漫射板105的入射光侧的相反侧观察该漫射板时，可以看到以相对于正面方向为30度角度的入射的光在通过漫射板105时，将呈比如说S10、S20、S30的方式漫射通过如图7所示的公用电极层106、定向膜107以及液晶层103。然后通过位于反射侧位置的如图7所示的定向膜106、电极层107、基板103以及1/4λ板110，到达凹凸反射板111。由于凹凸反射板111的凹凸面112的凹凸形状的作用，S10还将沿诸如S11、S12、S13的方向反射，S20还将沿诸如S21、S22的方向反射，S30还将沿诸如S31、S32的方向反射。这些反射光在由上方基板101的显示表面出射时，可射入至显示面侧的观察者的眼内。
在取作为用黑色反射率(％)除以白色反射率(％)所获得的值的对比度为横轴坐标，白色反射率(％)为纵轴坐标的曲线图图10中，对于用黑点表示的本实施例的对比度为5时的白色反射率为300％，而相对应的用白圈表示的由市场上购买的原有实例，对比度为5时的白色反射率仅为40％，因此可以大幅度的提高白色反射率，改善其亮度。
前述的白色反射率和黑色反射率，是采用液晶面板评价装置(日本大冢电子社制造的LCD5000)，取以30度的入射角向白色板(具有MgO标准白色面的板)照射时在反射角度为15度处的反射光的输出为基准，并在取下该白色板，使用液晶面板即液晶显示装置在相同的照射条件下测定反射光的输出值，用前述的基准输出除以该输出所获得的以百分率(％)表示的值。特别需要指出的是，白色反射率表示的是对于本实施例中的液晶显示装置的白显示面的前述的百分率的值，黑色反射率表示的是对于本实施例中的液晶显示装置的黑显示面的前述的百分率的值。
本发明的具有包含有双色性颜色粒子的感应各向异性液晶层的反射型液晶显示装置，设置有各向同性的漫射层和具有凹凸状表面的反射板，所以和原有的具有偏光板的反射型液晶显示装置相比，可具有更明亮的显示面。
而且，本发明中的另一发明为具有包含有双色性颜色粒子的感应各向异性液晶层的反射型液晶显示装置，它设置有各向异性的漫射板和具有凹凸状表面的反射板，所以和原有的具有偏光板的反射型液晶显示装置相比，可具有更明亮的显示面。

Claims (6)

1.一种反射型液晶显示装置，其特征在于配置有在相对的一对透明基板之间包含有双色性颜色粒子的感应各向异性液晶层，在一个前述基板的相对面上设置有相对入射光为各向同性的漫射层，而且在该漫射层上依次叠层设置有电极层和液晶定向膜，在另一个前述基板的相对面上依次叠层设置有电极层和液晶定向膜，而且在前述另一个基板的外侧设置有朝向基板侧的具有凹凸面的反射板，在前述另一个基板和前述反射板之间设置有1/4λ板。
2.一种如权利要求1所述的反射型液晶显示装置，其特征在于前述凹凸反射板的表面粗糙度为0.20μm以上至0.32μm以下。
3.一种如权利要求1所述的反射型液晶显示装置，其特征在于前述双色性颜色粒子为可全波长的吸收可见光的黑色双色性颜色粒子。
4.一种反射型液晶显示装置，其特征在于配置有在相对的一对透明基板的内面之间包含有双色性颜色粒子的感应各向异性液晶层，在一个前述基板的外侧面上设置有相对入射光为各向异性的漫射板，而且在前述一个基板的内面处依次叠层设置有电极层和液晶定向膜，在另一个前述基板的内面上依次叠层设置有电极层和液晶定向膜，而且在前述另一个基板的外侧设置有朝向基板侧的具有凹凸面的反射板，在前述另一个基板和前述反射板之间设置有1/4λ板。
5.一种如权利要求4所述的反射型液晶显示装置，其特征在于前述凹凸反射板的表面粗糙度为0.20μm以上至0.32μm以下。
6.一种如权利要求4所述的反射型液晶显示装置，其特征在于前述双色性颜色粒子为可全波长的吸收可见光的黑色双色性颜色粒子。
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