CN1152279C - 反射型液晶显示元件 - Google Patents
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Abstract
在具有一个偏振膜的反射型液晶显示元件中，在液晶单元和只配置在该液晶单元一侧的偏振膜之间，配置着具有延迟值Rc的混合倾斜式的光学补偿构件。上述光学补偿构件的折射率nx、ny、nz满足nx＞ny≈nz或nx≈ny＞nz的关系，且该光学补偿构件的光轴的方向沿其厚度方向在一定的倾角范围内连续地改变倾斜度，ny方向在该光学补偿构件的面内方向一定。在将有效电压为Von、加在液晶单元上时液晶层的延迟值为Ron、光的波长为λ时，本发明满足条件Ron+Rc＝λ/4+m·λ/2或Ron+Rc＝(m+1)·λ/2(m＝0、1、2……)。由此能提供一种白色显示明亮、反差大、能进行无彩色的黑白显示、视角大的反射型液晶显示元件。
Description
技术领域
本发明涉及反射型液晶显示元件，特别是涉及只在液晶单元的一侧具有偏振膜的反射型液晶显示元件。
背景技术
由于液晶显示元件薄而轻，所以以携带式信息终端的显示器为代表，在各种用途中采用液晶显示元件。液晶显示元件本身不发光，它是一种改变光的透射强度进行显示的受光型元件，能用数伏的有效电压进行激励。因此，如果采用反射型的，即在液晶显示元件的下侧具有反射片，利用外部光的反射进行显示，则不需要背照光的功率，所以能构成消费功率极低的显示元件。
现有的反射型的彩色液晶显示元件由具有彩色滤光器的液晶单元、以及将该液晶单元夹在中间的一对偏振膜构成。彩色滤光器被设置在上述液晶单元的一个基板上，再在彩色滤光器上形成透明电极。通过将电压加在该液晶单元上，改变液晶分子的取向状态，控制各种颜色的彩色滤光器的光的透射率，能进行彩色显示。
一个偏振膜的光的透射率最多不过是45％左右。这时，平行于偏振膜的吸收轴的偏振光的透射率几乎是0％，垂直于上述吸收轴的偏振光的透射率大致为90％。在使用两个偏振膜的反射型液晶显示元件中，光四次通过偏振膜后才射出。因此，如果忽视彩色滤光器中的光的吸收，则该液晶显示元件中的光的利用率为
(0.9)4×50％＝32.8％
即，即使是不使用彩色滤光器的黑白面板，其光的利用率最多约为33％。另外，假定在该元件中设置彩色滤光器，进行彩色显示，则反射率会进一步下降，存在得不到实用的亮度的问题。
因此，为了使显示明亮，提出了只在液晶单元的上侧设置一个偏振膜，或用一个偏振膜和反射片将液晶单元夹在中间的结构等几种方案(例如，参照特开平7-146469号公报、特开平7-84252号公报)。这时，光只有两次通过偏振膜，所以如果忽视彩色滤光器中的光的吸收，则光的利用率为
(0.9)2×50％＝40.5％
相对于使用两个偏振膜的结构来说，能期待提高光的利用率最大约为23.5％。可是只使用一个偏振膜时，存在难以直接进行黑白的无彩色显示，特别是反射率低难以进行无彩色的黑色显示的问题。
另外，迄今还提出了以下一些方案：不使用彩色滤光器，利用扭曲取向的向列液晶层的双折射现象和偏振膜进行着色显示的反射型彩色液晶显示装置(特开平6-308481号公报)；利用液晶层和相位差膜的双折射现象的彩色液晶显示装置(特开平6-175125号公报、特开平6-301006号公报)。这种情况下，由于不需要彩色滤光器，所以即使使用两个偏振膜，也能确保获得实用的亮度的反射率。可是，由于利用双折射现象进行着色，所以从原理上说难以进行16层次4096色显示或64层次全色显示等多层次、多色显示，另外，还存在色纯度低、以及色再现范围窄的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于使只具有一个偏振片的反射型液晶显示元件能够进行白色显示亮的、反差大的非彩色的黑白显示及多层次的彩色显示。
为了达到上述目的，本发明的反射型液晶显示元件具有：在一对基板之间有液晶层的液晶单元；相对于液晶层配置在一个基板一侧的一个偏振膜；以及相对于液晶层配置在另一个基板一侧的光反射装置，该反射型液晶显示元件的特征在于：在偏振膜和液晶单元之间具有从法线方向看时具有滞相轴的混合倾斜式光学补偿构件，该光学补偿构件的折射率nx、ny、nz满足nx＞ny≈nz或nx≈ny＞nz的关系，且光学补偿构件的光轴的方向沿其厚度方向在一定的倾角范围内连续地改变倾斜度，ny方向在光学补偿构件的面内方向一定，设光学补偿构件的延迟值为Rc、加在液晶单元上的有效电压为Von时液晶层的延迟值为Ron、光的波长为λ时，满足以下关系
Ron+Rc＝λ/4+m·λ/2 (m＝0、1、2......)
或
Ron+Rc＝(m41)·λ/2 (m＝0、1、2......)。
利用该结构，能获得一种能进行明亮的、非彩色的黑白变化，由视角(viewing angle)引起的反射率变化小的常白型或常黑型的反射型液晶显示元件。
光学补偿构件最好是正混合倾斜式的，其折射率nx、ny、nz满足nx＞ny≈nz的关系，而且，ny包含在光学补偿构件的面内方向，同时 ny方向看光学补偿构件时nx的方向在光学补偿构件的一侧具有倾斜角0°～10°，在相反的一侧具有倾斜角60°～90°，且能在它们之间连续地改变倾斜度。利用该结构能进一步改善反射率特性对视角的依赖关系。
另外，光学补偿构件还可以是负混合倾斜式的，其折射率nx、ny、nz满足nx≈ny＞nz的关系，而且，ny包含在光学补偿构件的面内方向，同时从ny方向看光学补偿构件时nz的方向在光学补偿构件的一侧具有倾斜角0°～10°，在相反的一侧具有倾斜角60°～90°，且能在它们之间连续地改变倾斜度。利用该结构能进一步改善反射率特性对视角的依赖关系。
另外，液晶层最好含有具有正的介电常数各向异性的向列液晶，Ron的值满足
10nm＜Ron≤50nm。
如果采用该结构，则能获得反差更高的优异的特性。另外，Ron的值最好满足
20nm＜Ron≤40nm。
如果采用该结构，则能获得反差特别高的优异的特性。
另外，液晶层最好含有具有负的介电常数各向异性的向列液晶，Ron的值满足
220nm＜Ron≤260nm。
如果采用该结构，则能获得反差更高的优异的特性。另外，Ron的值最好满足
230nm＜Ron≤250nm。
如果采用该结构，则能获得反差特别高的优异的特性。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的反射型液晶显示元件的简略结构的剖面图。
图2是说明具有该反射型液晶显示元件的光学补偿构件用的图，(a)是折射率的示意图，(b)是从ny方向看到的上述光学补偿构件的剖面示意图。
图3是表示该反射型液晶显示元件的反射率和电压的关系曲线图。
图4是表示该反射型液晶显示元件的反射率的特性曲线图，(a)是表示反射率对应于向右方向的视角变化的特性曲线图，(b)是表示反射率对应于向下方向的视角变化的特性曲线图。
图5是表示本发明的实施例2的反射型液晶显示元件的简略结构的剖面图。
图6是说明具有该反射型液晶显示元件的光学补偿构件用的图，(a)是折射率的示意图，(b)是从ny方向看到的上述光学补偿构件的剖面示意图。
图7是表示本发明的实施例3的反射型液晶显示元件的简略结构的剖面图。
图8是表示该反射型液晶显示元件的反射率和电压的关系曲线图。
图9是表示本发明的实施例4的反射型液晶显示元件的简略结构的剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施例。
(实施例1)
图1是表示实施例1的反射型液晶显示元件的简略结构的剖面图。该反射型液晶显示元件是在液晶单元1的一侧表面上依次重叠漫反射膜12、光学补偿构件11、以及偏振膜10构成的。
液晶单元1具有透明的上侧透明基板13和下侧基板19。在上侧透明基板13上设有彩色滤光层14、透明电极16、以及取向层15a。在下侧基板19上设有金属反射电极18、以及取向层15b。将液晶密封在取向层15a和取向层15b之间，形成液晶层17。另外，下侧基板19不必是透明的。
这里，说明上述反射型液晶显示元件的制造工序。
用无碱玻璃基板(例如1737：康宁公司制)作为上侧透明基板13及下侧基板19。首先，用光刻法在上侧透明基板13上形成彩色滤光层14，它是由颜料分散型红、绿、蓝条纹排列而成的。在它上面由铟·锡·氧化物(ITO)形成作为象素电极的透明电极16。
在下侧基板19上蒸镀厚度为80nm的钛，然后再蒸镀厚度为200nm的铝，形成镜面反射型的金属反射电极18。在镜面反射型的金属电极的情况下，具有容易实现取向均匀的优点。
将聚酰亚胺的γ-丁内酯的5重量％溶液印刷在透明电极16及金属反射电极18上，在250℃的温度下进行硬化。然后，通过使用人造纤维布的旋转摩擦法进行取向处理，形成取向层15a、15b。
然后，将按照1.0重量％混合了规定直径的玻璃纤维的热硬化性密封树脂(例如Struct Bond：三井东压化学株式会社制)印刷在上侧透明基板13表面的周边部分。按照100～200个/mm2的比例将规定直径的树脂小球分布在下侧基板19上。
然后，将上侧透明基板13和下侧基板19互相贴合起来，用150℃使密封树脂硬化后，通过真空注入液晶，形成液晶层17。作为该液晶，采用在ΔnLC＝0.08的折射率各向异性的碳氟酯系列向列液晶中混合了手征性液晶的液晶，以便使手征节距为80微米。注入液晶后，用紫外线硬化性树脂将注入口密封，用紫外光使该树脂硬化。
将各向同性的向前散射膜粘贴在这样形成的液晶单元1的上侧透明基板13上，作为散射层12。将光学补偿构件11粘贴在散射层12上，以便使滞相轴呈规定的角度。另外，对中性灰色的偏振膜(住友化学工业株式会社制SQ-1852AP)进行防闪光(AG)处理和防反射(AR)处理后粘贴起来，作为偏振膜10，以便使其吸收轴和光学补偿构件11的滞相轴构成规定的角度。
设加在液晶单元1上的有效电压为Von时液晶的延迟值为Ron、光的波长为λ时，该光学补偿构件11的延迟(retardation)Rc由以下关系决定，
Ron+Rc＝λ/4+m·λ/2 (m＝0、1、2……)
另外，该关系最好在可见区波长(380nm≤λ≤780nm)范围内能得到满足。
这里，设m＝0，将Von＝5V的有效电压加在液晶单元1上时，液晶的延迟值Ron为40nm，所以将光学补偿构件11的延迟设为Rc＝98nm。因此，能实现反差大的常白方式的反射型液晶显示元件。
另外，如本实施例所示，在液晶层含有具有正的介电常数各向异性的向列液晶的情况下，为了获得反差大的良好的特性，液晶的延迟Ron的值最好满足
10nm＜Ron≤50nm
再者，Ron的值满足
20nm＜Ron≤40nm
就更好。
如图2(a)所示，本实施例中使用的光学补偿构件11由折射率nx、ny、nz满足nx＞ny≈nz的关系的正的各向异性的单轴性光学媒体构成，其光轴即nx的方向如图2(b)所示，沿光学补偿构件的厚度方向连续地倾斜，是一种正型混合倾斜式构件。ny的方向在光学补偿构件的面内是一定的，即在图2(b)中，与垂直于图纸的方向一致。因此，从构件的法线方向看时，该光学补偿构件在平行于图纸的方向有滞相轴。另外，从ny的方向看该光学补偿构件时，如图2(b)所示，nx在光学补偿构件的一个面上构成倾斜角5°，在另一个面上构成90°，倾斜角能在两者之间连续地变化。另外，折射率nx的倾斜角不限定于该值，最好在光学补偿构件的一个面上位于0°～10°的范围内，在另一个面上位于60°～90°的范围内。
这样的光学补偿构件11例如可以这样制成：对两个玻璃基板中的一个用垂直取向膜进行处理，对另一个基板用具有单向旋转摩擦取向性的水平取向膜进行处理，然后将两者贴合起来，注入向列液晶。由于使用这样的光学补偿构件，所以能实现黑白显示无彩色、反差大、由视角引起的反射率变化小的常白方式的反射型液晶显示元件。
另外，在本实施例中，所使用的液晶的介电常数各向异性Δε为5.0，液晶层的厚度为dLC＝3.0微米，制成液晶单元1后，ΔnLC·dLC＝0.24微米。
这里，与上侧透明基板13及下侧基板19两基板中的一个基板最接近的液晶分子的方向构成的角度、以及与上侧透明基板13及下侧基板19两基板中的另一个基板最接近的液晶分子的方向构成的角度中，将角度大的角的平分线定为基板面内的基准线。而且，从上述一个基板一侧看，将液晶层17的向列液晶从上述一个基板一侧向另一个基板一侧扭曲的方向作为正，基准线和偏振膜10的吸收轴的方向构成的角度为φP。另外，上述基准线和光学补偿构件11的滞相轴的方向构成的角度为φF。这时，假定扭曲角ΩLC＝63.0°，φP＝45.0°，φF＝90.0°，则能实现反差大的常白方式的反射型液晶显示元件。
其次，在该条件下测定了光学特性，并给出其结果。用全散射光源进行反射率的测定。
图3是表示实施例1的反射型液晶显示元件的反射率和电压的关系的曲线图。从正面即从法线方向观察该反射型液晶显示元件时，用白色的Y值换算的反射率为22.1％，反差为22.0。另外，由于从黑到白进行无彩色变化，所以能确认能进行64层次的彩色显示。
图4(a)及(b)是分别表示在实施例1的反射型液晶显示元件中，使视角向右或向下方向变化时反射率的特性曲线图。在图4中示出了四个层次等级的反射率。另外，极角θ是将面板的法线方向作为0表示的观察角。对应于视角向右及向下方向的变化，获得了直至60°层次无转变的良好的视角特性。另外，特别是向右方向的变化，获得了白色反射率的视角变化小的良好的视角特性。
另外，为了进行比较，制作了将彩色滤光层14从本实施例的反射型液晶显示元件中除去了的反射型液晶显示元件，从正面观察，获得了反差为23.1，用白色的Y值换算的反射率为38.1％。
另外，使扭曲角ΩLC变化，研究了其特性，在本实施例的反射型液晶显示元件中，如果使扭曲角在0°～90°的范围内，确认了能获得良好的特性。而且，使扭曲角在60°～70°的范围内时，获得了特别好的特性。
另外，本实施例的反射型液晶显示元件由于具有散射层12，所以能汇集周围的光而获得明亮的显示。另外，该散射层12只设置在液晶单元1的一侧，所以能抑制显示图象的模糊现象。另外，通过使用向前散射膜作为散射层12，进一步提高了光的利用效率。另外，作为散射膜最好是几乎没有向后散射特性的向前散射特性强的散射膜。
另外，在以上的说明中，虽然将液晶单元1作成扭曲向列液晶单元，但不限于此，也能将本发明应用于其他类型的液晶单元。例如，使用均匀液晶单元作为液晶单元1时，在使光学补偿构件11的延迟值Rc＝107nm的情况下，获得了与扭曲向列液晶同样良好的特性。另外，使用混合排列向列液晶单元作为液晶单元1时，在使光学补偿构件11的延迟值Rc＝115nm的情况下，获得了与扭曲向列液晶同样良好的特性。
另外，在以上的结构中，虽然将散射层12配置在光学补偿构件11和上侧透明基板13之间，但将散射层12配置在偏振膜10上时，或者配置在偏振膜10和光学补偿构件11之间时，也获得了同样的特性。
另外，在本实施例中，虽然使用铝作为金属反射电极的材料，但不限定于此，例如使用以银为材料的金属反射电极，也能获得同样的效果。
(实施例2)
图5是表示实施例2的反射型液晶显示元件的简略结构的剖面图。该反射型液晶显示元件是在液晶单元6的一侧表面上依次重叠光学补偿构件61、以及偏振膜60构成的。与实施例1不同之点在于：没有散射层，代替它的是使金属反射电极具有散射功能；以及使用负的混合倾斜式的光学补偿构件。
液晶单元6具有透明的上侧透明基板63和下侧基板69。在上侧透明基板63上设有彩色滤光层64、透明电极66、以及取向层65a。在下侧基板69上设有金属反射电极68、以及取向层65b。将液晶密封在取向层65a和取向层65b之间，形成液晶层67。另外，下侧基板69不必是透明的。
该反射型液晶显示元件的制造工序与实施例1大致相同。不同点在于：在下侧基板69上蒸镀了钛和铝之后，再对其表面进行粗糙处理，使平均倾斜角为3°～12°，构成漫反射型的金属反射电极68。如果使用漫反射型的金属反射电极，则具有不需要散射层的优点。
在本实施例中，设加在液晶单元6上的有效电压为Von时液晶的延迟值为Ron、光的波长为λ时，该光学补偿构件61的延迟Rc由以下关系决定，
Ron+Rc＝λ/4+m·λ/2 (m＝0、1、2……)
另外，该关系最好在可见区波长(380nm≤λ≤780nm)范围内能得到满足。
这里，设m＝0，将Von＝5V的有效电压加在液晶单元6上时，液晶的延迟值Ron为33nm，所以Rc＝105nm。因此，能实现反差大的常白方式的反射型液晶显示元件。
如图6(a)所示，本实施例中使用的光学补偿构件61由折射率nx、ny、nz满足nx≈ny＞nz的关系的负的各向异性的单轴性光学媒体构成，其光轴即nz的方向如图6(b)所示，沿光学补偿构件的厚度方向连续地倾斜，是一种负的混合倾斜式构件。ny的方向在构件的面内是一定的，即在图6(b)中，与垂直于图纸的方向一致。因此，从构件的法线方向看时，该光学补偿构件在平行于图纸的方向有滞相轴。另外，从ny的方向看该光学补偿构件61时，如图6(b)所示，nz在光学补偿构件61的一个面上构成倾斜角5°，在另一个面上构成90°，能在两者之间连续地变化。另外，折射率nz的倾斜角不限定于该值，最好在光学补偿构件61的一个面上位于0°～10°的范围内，在另一个面上位于60°～90°的范围内。
另外，在上述液晶单元6中，所使用的液晶的介电常数各向异性Δε为4.9，液晶层的厚度为dLC＝3.0微米，所以ΔnLC·dLC＝0.24微米。
这时，假定扭曲角ΩLC＝63.0°，φP＝45.0°，φF＝90.0°，则能实现反差大的常白方式的反射型液晶显示元件。
这里，在该条件下测定了光学特性。用全散射光源进行反射率的测定。其结果，本实施例的反射型液晶显示元件从正面观察时，用白色的Y值换算的反射率为21.7％，反差为21.3。另外，由于从黑到白进行无彩色变化，所以能确认能进行64层次的彩色显示。
另外，获得了对应于视角变化直至±60°，层次无转变的良好的视角特性。另外，特别是向左右方向的变化，获得了白色反射率的视角变化小的良好的视角特性。
另外，为了进行比较，制作了将彩色滤光层64从本实施例的反射型液晶显示元件中除去了的反射型液晶显示元件，从正面观察，获得了反差为22.5，用白色的Y值换算的反射率为37.4％。
另外，使液晶的扭曲角ΩLC变化，研究了其特性，在本实施例的反射型液晶显示元件中，如果使扭曲角在0°～90°的范围内，确认了能获得良好的特性。而且，使扭曲角在60°～70°的范围内时，获得了特别好的特性。
另外，在以上的说明中，虽然将液晶单元6作成扭曲向列液晶单元，但不限于此，也能将本发明应用于其他类型的液晶单元。例如，使用均匀液晶单元作为液晶单元6时，在使光学补偿构件61的延迟值Rc＝102nm的情况下，获得了与扭曲向列液晶同样良好的特性。另外，使用混合排列向列液晶单元作为液晶单元6时，在使光学补偿构件61的延迟值Rc＝110nm的情况下，获得了与扭曲向列液晶同样良好的特性。
另外，在本实施例中，虽然使用铝作为金属反射电极的材料，但不限定于此，例如使用以银为材料的金属反射电极，也能获得同样的效果。
(实施例3)
图7是表示实施例3的反射型液晶显示元件的简略结构的剖面图。该反射型液晶显示元件是在液晶单元7的一侧表面上依次重叠光学补偿构件71、以及偏振膜70构成的。与实施例2不同之点在于：将具有反射功能的漫反射片72设置在液晶单元的外部；采用正型混合倾斜式的光学补偿构件；以及使液晶在常黑状态下工作。
液晶单元7具有透明的上侧透明基板73和下侧透明基板79。在上侧透明基板73上设有彩色滤光层74、透明电极76、以及取向层75a。在下侧透明基板79上设有透明电极78、以及取向层75b。将液晶密封在取向层75a和取向层75b之间，形成液晶层77。
该反射型液晶显示元件的制造工序与实施例2大致相同。不同点在于：在下侧基板79上由铟·锡·氧化物(ITO)形成作为象素电极的透明电极78，以及在完成液晶单元之后，在下侧透明基板79的下方设置用银制的漫反射片作为漫反射片72。
设加在液晶单元7上的有效电压为Von时液晶的延迟值为Ron、光的波长为λ时，该光学补偿构件71的延迟Rc由以下关系决定，
Ron+Rc＝(m+1)·λ/2 (m＝0、1、2……)
另外，该关系最好在可见区波长(380nm≤λ≤780nm)范围内能得到满足。
这里，设m＝0，将V0n＝5V的有效电压加在液晶单元7上时，液晶的延迟值Ron为40nm，所以Rc＝235nm。因此，能实现反差大的常黑方式的反射型液晶显示元件。
在本实施例中，作为光学补偿构件71，使用了图2(a)及图2(b)所示的与在实施例1中说明过的相同的正型混合倾斜式的光学补偿构件。
这时，假定扭曲角ΩLC＝63.0°，φP＝45.0°，φF＝90.0°，则能实现反差大的常黑方式的反射型液晶显示元件。
这里，在该条件下测定了光学特性。用全散射光源进行反射率的测定。
图8是表示本实施例的反射型液晶显示元件的反射率和电压的关系曲线图。本反射型液晶显示元件从正面观察时，用白色的Y值换算的反射率为20.8％，反差为23.1。另外，由于从黑到白进行无彩色变化，所以能确认能进行64层次的彩色显示。
另外，获得了对应于视角变化直至±60°，层次无转变的良好的视角特性。另外，特别是向左右方向的变化，获得了白色反射率的视角变化小的良好的视角特性。
另外，为了进行比较，制作了将彩色滤光层74从本实施例的反射型液晶显示元件中除去了的反射型液晶显示元件，从正面观察，获得了反差为24.1，用白色的Y值换算的反射率为36.8％。
另外，使液晶的扭曲角ΩLC变化，研究了其特性，在本实施例的反射型液晶显示元件中，如果使扭曲角在0°～9 0°的范围内，确认了能获得良好的特性。而且，使扭曲角在60°～70°的范围内时，获得了特别好的特性。
另外，在以上的说明中，虽然将液晶单元7作成扭曲向列液晶单元，但不限于此，也能将本发明应用于其他类型的液晶单元。例如，使用均匀液晶单元作为液晶单元7时，在使光学补偿构件71的延迟值Rc＝240nm的情况下，获得了与扭曲向列液晶同样良好的特性。
另外，使用混合排列向列液晶单元作为液晶单元7时，在使光学补偿构件71的延迟值Rc＝245nm的情况下，获得了与扭曲向列液晶同样良好的特性。
另外，作为液晶单元7，使用液晶的介电常数各向异性Δε为-5.1的各向同性的液晶单元时，在光学补偿构件71的延迟值Rc＝40nm的情况下，获得了与扭曲向列液晶同样良好的特性。
另外，这样在液晶层含有具有负的介电常数各向异性的向列液晶的情况下，最好使Ron的值满足
220nm＜Ron≤260nm
如果采用该结构，则能获得反差更高的良好的特性。再者，Ron的值满足
230nm＜Ron≤250nm
就更好。
另外，将漫反射片72设置在下侧透明基板79的下方时，不是用粘接剂完全粘接，而是在它们之间形成空气层，通过增大由树脂的折射率(约1.6)和空气的折射率(1.0)之差引起的散射效果，能确认能获得更自然的视角特性。
另外，在本实施例中，虽然使用银作为金属反射电极的材料，但不限定于此，例如使用以铝为材料的金属反射电极，也能获得同样的效果。
(实施例4)
图9是表示实施例4的反射型液晶显示元件的简略结构的剖面图。该反射型液晶显示元件是在液晶单元9的一侧表面上依次重叠散射层92、光学补偿构件91、以及偏振膜90构成的。与实施例1不同之点在于：将有源激励用的非线性开关元件设置在下侧基板上；采用正型混合倾斜式的光学补偿构件；以及使液晶在常黑状态下工作。
液晶单元9具有透明的上侧透明基板93和下侧基板99。在上侧透明基板93上设有彩色滤光层94、透明电极96、以及取向层95a。在下侧基板99上设有金属反射电极98、以及取向层95b。将液晶密封在取向层95a和取向层95b之间，形成液晶层97。另外，下侧基板99不必透明。
另外，本实施例的反射型液晶显示元件利用非线性开关元件进行有源激励，金属反射电极98通过接触孔105，与平坦膜104下面的薄膜晶体管(TFT)元件102导通。由于通过这样构成来提高数值孔径，所以能提高光的利用效率。另外，100是栅极，101是源线，103是漏极。
现在，说明上述反射型液晶显示元件的制造工序。
用无碱玻璃基板(例如1737：康宁公司制)作为上侧透明基板93及下侧基板99。用光刻法在上侧透明基板93上形成彩色滤光层94，它是由颜料分散型红、绿、蓝条纹排列而成的。在它上面由铟·锡·氧化物(ITO)形成作为象素电极的透明电极96。
另外，用众所周知的方法，在下侧基板99上呈矩阵状地配置由铝和钽构成的栅极90、由钛和铝构成的源极91及栅极93，在栅极100和源极101的各交叉部分形成由非晶硅构成的薄膜晶体管(TFT)元件102。
在这样形成了非线性元件的下侧基板99的全部表面上涂敷正型感光性丙烯酰树脂(例如FVR：富士药品工业株式会社制)，形成平坦膜104。另外，使用规定的光掩模进行紫外线照射，在漏极103的平坦膜104上形成接触孔105。
然后，在其上面蒸镀厚80nm的钛，再蒸镀200nm的铝，形成镜面反射式的金属反射电极98。
其次，将聚酰亚胺的γ-丁内酯的5重量％溶液印刷在透明电极96及金属反射电极98上，在250℃的温度下进行硬化。然后，为了实现规定的扭曲角，通过使用人造纤维布的旋转摩擦法进行取向处理，形成取向层95a、95b。
然后，将按照1.0重量％混合了规定直径的玻璃纤维的热硬化性密封树脂(例如Struct Bond：三井东压化学株式会社制)印刷在上侧透明基板93表面的周边部分。按照100～200个/mm2的比例将规定直径的树脂小球分布在下侧基板99上。
然后，将上侧透明基板93和下侧基板99互相贴合起来，用150℃使密封树脂硬化后，进行真空注入液晶。作为该液晶，采用在ΔnLC＝0.08的折射率各向异性的碳氟酯系列向列液晶中混合了手征性液晶的液晶。注入液晶后，用紫外线硬化性树脂将注入口密封，用紫外光使该树脂硬化。
将各向同性的向前散射膜粘贴在这样形成的液晶单元9的上侧透明基板93上，作为散射层92。将光学补偿构件91粘贴在散射层92上，以便使滞相轴呈规定的角度。另外，对中性灰色的偏振膜(住友化学工业株式会社制SQ-1852AP)进行防闪光(AG)处理和防反射(AR)处理后粘贴起来，作为偏振膜90，以便使其吸收轴(或透射轴)和光学补偿构件91的滞相轴构成规定的角度。
设加在液晶单元9上的有效电压为Von时液晶的延迟值为Ron、光的波长为λ时，该光学补偿构件91的延迟Rc由以下关系决定，
Ron+Rc＝(m+1)·λ/2 (m＝0、1、2……)
另外，该关系最好在可见区波长(380nm≤λ≤780nm)范围内能得到满足。
这里，设m＝0，将Von＝5V的有效电压加在液晶单元9上时，液晶的延迟值Ron为40nm，Rc＝235nm。因此，能实现反差大的常黑方式的反射型液晶显示元件。
在本实施例中，从正面看时、即从法线方向看时，光学补偿构件91具有滞相轴，如图6(a)所示，折射率nx、ny、nz满足nx≈ny＞nz的关系，采用了ny被包含在光学补偿构件的面内方向的负型混合倾斜式的光学补偿构件。另外，从ny的方向看该光学补偿构件91时，如图6(b)所示，nz在光学补偿构件91的一侧构成倾斜角5°，在另一侧构成90°，能在两者之间连续地改变倾斜角。另外，折射率nz的倾斜角不限定于该值，最好在光学补偿构件91的一侧位于0°～10°的范围内，在另一侧位于60°～90°的范围内。
另外，在该例中，也假定扭曲角ΩLC＝63.0°，φP＝45.0°，φF＝90.0°，则能实现反差大的常黑方式的反射型液晶显示元件。
这里，在该条件下测定了光学特性。另外，用全散射光源进行反射率的测定。该测定的结果表明，本反射型液晶显示元件从正面观察时，用白色的Y值换算的反射率为21.1％，反差为24.0。另外，由于从黑到白进行无彩色变化，所以能确认能进行64层次的彩色显示。
另外，获得了对应于视角变化直至±60°，层次无转变的良好的视角特性。另外，特别是向左右方向的变化，获得了白色反射率的视角变化小的良好的视角特性。
另外，为了进行比较，制作了将彩色滤光层94从本实施例的反射型液晶显示元件中除去了的反射型液晶显示元件，从正面观察，获得了反差为24.7，用白色的Y值换算的反射率为37.1％。
这样，通过进行有源激励虽然提高了反差，但有源激励的效果对于除此以外的显示品质例如交调失真的降低、响应速度的提高等还不能说有显著的表现。
另外，使液晶的扭曲角ΩLC变化，研究了其特性，在本实施例的反射型液晶显示元件中，如果使扭曲角在0°～90°的范围内，确认了能获得良好的特性。而且，使扭曲角在60°～70°的范围内时，获得了特别好的特性。
另外，在以上的说明中，虽然将液晶单元9作成扭曲向列液晶单元，但不限于此，也能将本发明应用于其他类型的液晶单元。例如，使用均匀液晶单元作为液晶单元9时，在使光学补偿构件91的延迟值Rc＝240nm的情况下，获得了与扭曲向列液晶同样良好的特性。
另外，使用混合排列向列液晶单元作为液晶单元9时，在使光学补偿构件91的延迟值Rc＝245nm的情况下，获得了与扭曲向列液晶同样良好的特性。
另外，作为液晶单元9，使用液晶的介电常数各向异性Δε为-5.0的各向同性的液晶单元时，在光学补偿构件91的延迟值Rc＝40nm的情况下，获得了与扭曲向列液晶同样良好的特性。
另外，不限于本实施例，在上述所有的实施例中，通过在一个基板上形成TFT等非线性元件，都能获得有源激励的反射型液晶显示元件。另外，作为非线性元件，不仅使用非晶硅TFT，即使使用双端元件(MIM或薄膜二极管等)、或多晶硅TFT等，也能获得同样的效果。
如上所述，如果采用本发明，则能获得明亮、反差大、能进行无彩色的黑白变化、由视角引起的反射率变化小的常白型或常黑型的黑白显示、以及多层次彩色显示的反射型液晶显示元件。
Claims (28)
1.一种反射型液晶显示元件，它具有：在一对基板之间有液晶层的液晶单元；相对于液晶层配置在一个基板一侧的一个偏振膜；以及相对于液晶层配置在另一个基板一侧的光反射装置，该反射型液晶显示元件的特征在于：
在上述偏振膜和液晶单元之间具有从法线方向看时具有滞相轴的混合倾斜式光学补偿构件，该光学补偿构件的折射率nx、ny、nz满足nx＞ny≈nz或nx≈ny＞nz的关系，且该光学补偿构件的光轴的方向沿其厚度方向在一定的倾角范围内连续地改变倾斜度，ny方向在该光学补偿构件的面内方向一定，设上述光学补偿构件的延迟值为Rc、加在上述液晶单元上的有效电压为Von时上述液晶层的延迟值为Ron、光的波长为λ时，满足以下关系
Ron+Rc＝λ/4+m·λ/2 (m＝0、1、2......)
或
Ron+Rc＝(m+1)·λ/2 (m＝0、1、2......)。
2.根据权利要求1所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：
上述光学补偿构件的折射率nx、ny、nz满足nx＞ny≈nz的关系，而且，ny包含在光学补偿构件的面内方向，同时
从ny方向看光学补偿构件时，nx在光学补偿构件的一侧具有0°～10°的倾斜角，在相反的一侧具有60°～90°的倾斜角，且能在它们之间连续地改变倾斜度。
3.根据权利要求1所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：
上述光学补偿构件的折射率nx、ny、nz满足nx≈ny＞nz的关系，而且，ny包含在光学补偿构件的面内方向，同时
从ny方向看上述光学补偿构件时，nz在光学补偿构件的一侧具有0°～10°的倾斜角，在相反的一侧具有60°～90°的倾斜角，且能在它们之间连续地改变倾斜度。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述液晶层含有具有正的介电常数各向异性的向列液晶，上述Ron的值满足
10nm＜Ron≤50nm。
5.根据权利要求4所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述Ron的值满足
20nm＜Ron≤40nm。
6.根据权利要求1～3中的任意一项所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述液晶层含有具有负的介电常数各向异性的向列液晶，上述Ron的值满足
220nm＜Ron≤260nm。
7.根据权利要求6所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述Ron的值满足
230nm＜Ron≤250nm。
8.根据权利要求1～3中的任意一项所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述液晶单元是扭曲向列液晶单元，扭曲角度为0°～90°。
9.根据权利要求8所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述扭曲角度为60°～70°。
10.根据权利要求1～3中的任意一项所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述液晶单元是均匀液晶单元。
11.根据权利要求1～3中的任意一项所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述液晶单元是各向同性液晶单元。
12.根据权利要求6所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述液晶单元是各向同性液晶单元。
13.根据权利要求1～3中的任意一项所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述液晶单元是混合排列向列液晶单元。
14.根据权利要求1～3中的任意一项所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：在与上述液晶层相对的一个基板一侧还具有散射膜。
15.根据权利要求14所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述散射膜是前散射膜且被配置在上述光学补偿构件和上述一个基板之间。
16.根据权利要求1～3中的任意一项所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述光反射装置是设置在上述液晶单元内的金属反射电极。
17.根据权利要求16所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述金属反射电极包含从铝及银中选择的至少一种金属。
18.根据权利要求16所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述金属反射电极的表面呈镜面状。
19.根据权利要求16所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述金属反射电极的表面是对入射光进行漫反射的漫反射面。
20.根据权利要求19所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述漫反射面有平均倾斜角为3°～12°的凹凸。
21.根据权利要求1～3中的任意一项所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述另一基板是透明基板，上述光反射装置是配置在上述透明基板外侧的漫反射片。
22.根据权利要求21所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：在上述透明基板和上述漫反射片之间存在空气层。
23.根据权利要求1～3中的任意一项所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：在上述一个基板一侧具有彩色滤光器。
24.根据权利要求1～3中的任意一项所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：在上述另一个基板一侧具有非线性元件。
25.根据权利要求24所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：在上述非线性元件上具有绝缘性的平坦膜，在上述平坦膜上形成将上述非线性元件和上述另一基板一侧的电极导通用的接触孔。
26.根据权利要求4所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述液晶单元是扭曲向列液晶单元，扭曲角度为0°～90°。
27.根据权利要求26所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述扭曲角度为60°～70°。
28.根据权利要求4所述的反射型液晶显示元件，其特征在于：上述液晶单元是混合排列向列液晶单元。
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