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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
die eine zwischen einem Paar von Substraten gehalterte Flüssigkristallschicht
aufweist, und betrifft insbesondere eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
welche durchgelassenes Licht und reflektiertes Licht zum Anzeigen
von Bildern verwendet.
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Seit
einigen Jahren werden Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
in verschiedenen Gebieten eingesetzt, einschließlich Notebook-PCs, Monitore, Fahrzeugnavigationssysteme,
wissenschaftliche elektronische Taschenrechner, und Fernsehgeräte mit kleinen
und mittleren Abmessungen. Beispielsweise reflektieren Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
des reflektierenden Typs Umgebungslicht, um Bilder anzuzeigen, und
sind daher geeignet für
Anzeigen für
ortsveränderliche
Einrichtungen, beispielsweise mobile PCs, Zellulärtelefone, und Fahrzeugnavigationssysteme,
die häufig
im Außenbereich
eingesetzt werden. Allerdings hängt
bei diesen Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
die Helligkeit eines Anzeigebildschirms von der Umgebungsbeleuchtungsumgebung
ab; im Dunkeln sind Bilder vollständig unsichtbar. Daher macht
die Flüssigkristallanzeigevorrichtung
des reflektierenden Typs Bilder selbst im Dunkeln dadurch sichtbar,
dass Licht von einer vorderen Leuchte, die vor dem Anzeigebildschirm
angeordnet ist, als Hilfslichtquelle reflektiert wird.
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Normalerweise
ist die Anzeigevorrichtung des reflektierenden Typs so ausgebildet,
dass sie Licht von der vorderen Leuchte dem Anzeigebildschirm über verschiedene
Lichtführungsteile zuführt. Daher
ist es schwierig, gute Kontrasteigenschaften zu erzielen, infolge
von Reflexion an der Grenzfläche zwischen
diesen Lichtführungsteilen
(Fresnel-Reflexion). Dieses Problem tritt nicht bei einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
des durchlässigen
und reflektierenden Typs auf, die eine hintere Leuchte aufweist, die
zwischen dem Anzeigebildschirm angeordnet ist, als Hilfslichtquelle.
Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung
des durchlässigen
und reflektierenden Typs zeigt ein Bild dadurch an, dass sie Umgebungslicht reflektiert,
während
sie Licht von der hinteren Leuchte durchlässt (vergleiche beispielsweise
die
Japanische Patentanmeldungs-KOKAI-Veröffentlichung
Nr. 11-242226 ). Im Dunkeln sind die Kontrasteigenschaften
der durchlässigen
und reflektierenden Flüssigkristallanzeigevorrichtung
besser als jene der Flüssigkristallanzeigevorrichtung
des reflektierenden Typs. Daher setzen momentan die meisten Anzeigen für ortsveränderliche
Einrichtungen durchlässige
und reflektierende Flüssigkristallanzeigevorrichtungen ein.
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Nunmehr
wird unter Bezugnahme auf die 5 bis 12 der
Aufbau und das Funktionsprinzip der herkömmlichen, durchlässigen und
reflektierenden Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
beschrieben.
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Zum
Beispiel ist die herkömmliche
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
des durchlässigen
und reflektierenden Typs, die in den 5 bis 8 gezeigt
ist, so ausgebildet, dass eine Flüssigkristallschicht 5 zwischen
einem Gegensubstrat 1 und einem TFT-Substrat 2 gehaltert
ist, und eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke aufweist. In den 5 bis 6 ist
die Aufsicht auf einen Pixel zusammen mit dem Bereich A der Schnittanordnung des
Pixels dargestellt.
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Bei
dieser Flüssigkristallanzeigevorrichtung sind
mehrere Pixelelektroden auf dem TFT-Substrat 2 angeordnet.
Eine gemeinsame Elektrode ist auf dem Gegensubstrat 1 so
angeordnet, dass sie den Pixelelektroden zugewandt ist. Jede der
Pixelelektroden besteht aus einer transparenten Elektrode 7a und
einer reflektierenden Elektrode 7b. Die gemeinsame Elektrode
besteht aus einer transparenten Elektrode 8. Sowohl die
transparente Elektrode 7a als auch die reflektierende Elektrode 7b sind
auf einer Isolierschicht 3 angeordnet, welche Verdrahtung 4 wie
beispielsweise Signalleitungen abdeckt. Die Flüssigkristallschicht 5 weist
einen nematischen Flüssigkristall
auf, der eine positive dielektrische Anisotropie aufweist. Zum Zeitpunkt
ohne Spannungsanlegung, wenn keine Spannung zwischen der Pixelelektrode
und der gemeinsamen Elektrode anliegt, werden Flüssigkristallmoleküle 6 in
eine verdrillte Ausrichtung oder homogene Ausrichtung, wie in 5 gezeigt,
versetzt, um eine Verzögerung
um eine Viertelwellenlänge
zu erhalten. Zum Spannungsanlegungszeitpunkt, wenn eine Spannung
zwischen der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode angelegt
wird, werden die Flüssigkristallmoleküle 6 vertikal,
wie in 6 gezeigt, ausgerichtet, durch ein elektrisches
Feld, das zwischen diesen Elektroden in Normalenrichtung der Flüssigkristallschicht 5 angelegt
wird. In diesem Zustand wird die Verzögerung der Flüssigkristallschicht 5 annähernd gleich
Null. Weiterhin sind Polarisatorplatten 10a und 10b und
Viertelwellenlängenplatten 11a und 11b an äußeren Oberflächen des
Gegensubstrats 1 bzw. des TFT-Substrats 2 angebracht,
sodass sich Absorptionsachsen 15 und 14 der Polarisatorplatten 10a und 10b und
langsame Achsen 16 und 19 der Viertelwellenlängenplatten 11a und 11b im
rechten Winkel kreuzen, um als Zirkularpolarisatoren zu arbeiten.
Zum Zeitpunkt ohne angelegte Spannung in 7 wird daher
eine Viertelwellenlängenverzögerung in
der Flüssigkristallschicht 5 erzeugt.
Ein heller Anzeigezustand wird sowohl in einem reflektierenden Bereich
entsprechend der reflektierenden Elektrode 7b als auch
in einem lichtdurchlässigen
Bereich entsprechend der transparenten Elektrode 7a eingerichtet.
Andererseits wird zum Spannungsanlegungszeitpunkt in 8 keine
Verzögerung
in der Flüssigkristallschicht 5 hervorgerufen.
Daher werden sowohl der reflektierende Bereich als auch der lichtdurchlässige Bereich
in einen dunklen Anzeigezustand versetzt.
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Bei
der voranstehend geschilderten Flüssigkristallanzeigevorrichtung
des durchlässigen
und reflektierenden Typs muss jedoch die Verzögerung in der Flüssigkristallschicht 5 ein
Viertel der Wellenlänge
betragen, um eine Anzeige in dem reflektierenden Bereich zu ermöglichen.
Daher ist die Verzögerung des
lichtdurchlässigen
Bereichs notwendigerweise ein Viertel. Wie in den 7 und 8 gezeigt,
geht das Umgebungslicht durch die Flüssigkristallschicht 5 zweimal
in dem reflektierenden Bereich hindurch. Daher wird eine halbe Verzögerung durch
den reflektierenden Bereich insgesamt erhalten. Allerdings geht
Licht von der hinteren Leuchte durch die Flüssigkristallschicht 5 nur
einmal in dem lichtdurchlässigen
Bereich hindurch. Dies führt
dazu, dass nur eine Viertelwellenlängenverzögerung von dem lichtdurchlässigen Bereich
erhalten wird. Da das elektrische Feld in Richtung der Normalen
der Flüssigkristallschicht 5 angelegt
wird, überschreitet
die Verzögerung
der Flüssigkristallschicht 5 den
Wert Null zum Spannungsanlegungszeitpunkt. Daher wird die Verzögerung der
Flüssigkristallschicht 5 in
einem Bereich gesteuert, der gegenüber dem Viertel verkleinert
ist. Wenn daher die durchlässige
und reflektierende Flüssigkristallanzeigevorrichtung
so ausgebildet ist, dass sie einen dunklen Anzeigezustand zum Spannungsanlegungszeitpunkt
in 8 erhält,
wird linear polarisiertes Licht ausgesandt, wie in 7 gezeigt,
von der Flüssigkristallschicht 5 in
dem Zustand mit heller Anzeige, der zum Zeitpunkt ohne Spannungsanlegung
vorhanden ist. Etwa 50% des ausgesandten Lichts wird daher durch
die Polarisatorplatte 10a absorbiert. Daher wird in nachteiliger
Weise die Anzeige des lichtdurchlässigen Bereichs dunkler.
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Dieses
Problem kann beispielsweise dadurch gelöst werden, dass eine herkömmliche
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
des durchlässigen
reflektierenden Typs eingesetzt wird, die in den 9 bis 12 gezeigt
ist. Die durchlässige
und reflektierende Flüssigkristallanzeigevorrichtung
ist so ausgebildet, dass die Flüssigkristallschicht 5 zwischen
dem Gegensubstrat 1 und dem TFT-Substrat 2 gehalten wird,
und unterschiedliche Dicken in den reflektierenden und lichtdurchlässigen Bereichen
jedes Pixels aufweist. In den 9 und 10 ist
eine Aufsicht auf einen Pixel zusammen mit dem Bereich A der Schnittanordnung
des Pixels gezeigt. Bei dieser durchlässigen und reflektierenden
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
ist eine Isolierschicht 3 als eine Basis nur für die reflektierende
Elektrode 7b vorgesehen. Ein Höhenunterschied zwischen der
lichtdurchlässigen
Elektrode 7a und der reflektierenden Elektrode 7b ist
gleich der Dicke der Isolierschicht 3. Der Höhenunterschied
ist so festgelegt, dass die Dicke der Flüssigkristallschicht 5 in
dem lichtdurchlässigen Bereich
auf im Wesentlichen doppelt so groß wie jene in dem reflektierenden
Bereich eingestellt wird. Dies führt
dazu, dass die Verzögerung
der Flüssigkristallschicht 5 im
Wesentlichen die Hälfte
zum Zeitpunkt ohne Spannungsanlegung beträgt. Daher wird die Verzögerung der
Flüssigkristallschicht 5 zu
einem Viertel in dem reflektierenden Bereich. In diesem Fall wird
die Verzögerung
der Flüssigkristallschicht 5 durch
eine Flüssigkristall-Anlegespannung in
einem Bereich von im Wesentlichen Null bis zu einem Viertel gesteuert,
um die Helligkeit der Anzeige festzulegen. Im Gegensatz hierzu wird
in dem lichtdurchlässigen
Bereich die Verzögerung
der Flüssigkristallschicht 5 durch
die Flüssigkristall-Anlegespannung zwischen
im Wesentlichen Null und ein Halb gesteuert, um die Helligkeit der
Anzeige festzulegen. Dies führt
dazu, dass das gesamte Ausmaß der
Verzögerung
im Bereich von Null auf ein Halb gesteuert wird, sowohl in den lichtdurchlässigen als
auch in den reflektierenden Bereichen. Daher fällt, wie in 11 gezeigt,
in dem Zustand mit heller Anzeige zirkular polarisiertes Licht auf
die Viertelwellenlängenplatte 11a des
Gegensubstrats 1 und kann beinahe vollständig durch
die Polarisatorplatte 10a auf dem Gegensubstrat 1 durchgelassen
werden.
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Bei
der Herstellung der in den 9 bis 12 gezeigten
Flüssigkristallanzeigevorrichtung des
durchlässigen
und reflektierenden Typs ist es jedoch erforderlich, dass beide
Dicken der Isolierschicht 3 und der Flüssigkristallschicht 5,
die innerhalb des reflektierenden Bereichs angeordnet sind, so gesteuert
werden, dass zwei unterschiedliche Dicken in der Flüssigkristallschicht 5 für jeden
Pixel erhalten werden. Dies führt
zu dem Problem, dass die Prozesstoleranzen verringert werden. Weiterhin müssen bei
der durchlässigen
und reflektierenden Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
die in den 5 bis 8 gezeigt
ist, und bei der durchlässigen
und reflektierenden Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
die in den 9 bis 12 gezeigt
ist, zwei Elektrodenmuster für
die lichtdurchlässige
Elektrode 7a und die reflektierende Elektrode 7b auf
dem TFT-Substrat 2 vorgesehen werden. Dies erhöht die Anzahl
an Prozessen, im Vergleich zu üblichen
Flüssigkristallanzeigevorrichtungen
des lichtdurchlässigen
oder reflektierenden Typs. Weiterhin müssen bei der durchlässigen und
reflektierenden Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
die in den 5 bis 8 gezeigt
ist, und der durchlässigen
und reflektierenden Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
die in den 9 bis 12 gezeigt
ist, die beiden Viertelwellenlängenplatten 11a und 11b auf
dem Gegensubstrat 1 bzw. dem TFT-Substrat 2 angeordnet
sein. Dies erhöht
die Gesamtkosten für
Materialien.
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Die
US 6 281 952 A beschreibt
eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer
durchlässigen
und reflektierenden Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
welche Bilder mit ausreichender Helligkeit und ausreichendem Kontrast
in verschiedenen Beleuchtungsumgebungen zur Verfügung stellen kann, ohne irgendwelche
komplizierten Konstruktionen zu benötigen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
gemäß Patentanspruch
1 zur Verfügung
gestellt.
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Bei
dieser Flüssigkristallanzeigevorrichtung wird
der Ausrichtungszustand von Flüssigkristallmolekülen durch
das vertikale elektrische Feld in dem reflektierenden Bereich und durch
das seitliche elektrische Feld in dem lichtdurchlässigen Bereich
gesteuert. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, die reflektierende
Elektrode zusammen mit einer lichtdurchlässigen Elektrode auf dem ersten
Substrat vorzusehen, oder unterschiedliche Dicken in der Flüssigkristallschicht
vorzusehen. Daher kann die vorliegende Flüssigkristallanzeigevorrichtung
unter Verwendung eines Prozesses hergestellt werden, der jenem einer
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
gleicht, die entweder durchgelassenes Licht oder reflektiertes Licht
zur Anzeige verwendet. Darüber
hinaus benötigt
die voranstehende Anordnung keine Viertelwellenlängenplatte, die herkömmlicherweise
auf dem ersten Substrat vorhanden ist.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen
angegeben.
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Diese
Zusammenfassung der Erfindung beschreibt nicht notwendigerweise
alle erforderlichen Merkmale, sodass die Erfindung auch eine Unterkombination
dieser geschilderten Merkmale sein kann.
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Die
Erfindung lässt
sich noch besser aus der folgenden, detaillierten Beschreibung im
Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen verstehen, bei welchen:
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1 eine
Darstellung ist, welche die Anordnung im Schnitt und in Aufsicht
jedes von Pixeln zeigt, die in einer durchlässigen und reflektierenden Flüssigkristallanzeigevorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorhanden sind, sowie den Ausrichtungszustand
der Flüssigkristallmoleküle zum Zeitpunkt
ohne Spannungsanlegung;
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2 eine
Darstellung ist, welche den Ausrichtungszustand von Flüssigkristallmolekülen zeigt, der
zum Spannungsanlegungszeitpunkt in dem Pixel der in 1 gezeigten
Anordnungen im Schnitt und in Aufsicht erhalten wird;
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3 eine
Schnittansicht zur Erläuterung des
Durchlassens, der Absorption und der Polarisation von Einfallslicht
ist, welches auf den Pixel einfällt, dessen
Flüssigkristallmoleküle sich
im Ausrichtungszustand zum Zeitpunkt ohne Spannungsanlegung befinden,
wie in 1 gezeigt;
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4 eine
Schnittansicht zur Erläuterung des
Durchlasses, der Absorption und der Polarisation von Einfallslicht
ist, das auf den Pixel einfällt,
dessen Flüssigkristallmoleküle sich
im Ausrichtungszustand zum Zeitpunkt mit Spannungsanlegung befinden,
wie in 2 gezeigt;
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5 eine
Darstellung ist, welche die Anordnung im Schnitt und in Aufsicht
jedes von Pixeln zeigt, die in einer herkömmlich bekannten, durchlässigen und
reflektierenden Flüssigkristallanzeigevorrichtung
vorgesehen sind, sowie den Ausrichtungszustand von Flüssigkristallmolekülen zum
Zeitpunkt ohne Spannungsanlegung;
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6 eine
Darstellung ist, welche den Ausrichtungszustand von Flüssigkristallmolekülen zeigt, der
zum Spannungsanlegungszeitpunkt in dem Pixel der in 5 gezeigten
Anordnungen im Schnitt und in Aufsicht erhalten wird;
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7 eine
Schnittansicht ist, zur Erläuterung des
Durchlasses, der Absorption und der Polarisation von Einfallslicht,
das auf den Pixel einfällt,
dessen Flüssigkristallmoleküle sich
im Ausrichtungszustand zum Zeitpunkt ohne Spannungsanlegung befinden, wie
in 5 gezeigt;
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8 eine
Schnittansicht ist, zur Erläuterung des
Durchlasses, der Absorption und der Polarisation von Einfallslicht,
das auf den Pixel einfällt,
dessen Flüssigkristallmoleküle sich
im Ausrichtungszustand zum Zeitpunkt mit Spannungsanlegung befinden,
wie in 6 gezeigt;
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9 eine
Darstellung ist, welche die Anordnung im Schnitt und in Aufsicht
jedes von Pixeln zeigt, die in einer anderen, herkömmlich bekannten, durchlässigen und
reflektierenden Flüssigkristallanzeigevorrichtung
vorgesehen sind, sowie den Ausrichtungszustand der Flüssigkristallmoleküle zum Zeitpunkt
ohne Spannungsanlegung;
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10 eine
Darstellung ist, welche den Ausrichtungszustand von Flüssigkristallmolekülen zeigt, der
zum Spannungsanlegungszeitpunkt in dem Pixel der in 9 gezeigten
Anordnung im Schnitt und in Aufsicht erhalten wird;
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11 eine
Schnittansicht ist, um den Durchlass, die Absorption und die Polarisation
von Einfallslicht zu erläutern,
welches auf den Pixel einfällt,
dessen Flüssigkristallmoleküle sich
im Ausrichtungszustand zum Zeitpunkt ohne Spannungsanlegung befinden,
wie in 9 gezeigt; und
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12 eine
Schnittansicht ist zur Erläuterung
des Durchlasses, der Absorption und der Polarisation von Einfallslicht,
das auf den Pixel einfällt, dessen
Flüssigkristallmoleküle sich
in dem Ausrichtungszustand zum Spannungsanlegungszeitpunkt befinden,
wie in 10 gezeigt.
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Unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
erfolgt die Beschreibung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung
des durchlässigen
und reflektierenden Typs gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt
im Schnitt und in Aufsicht der Anordnung jedes der Pixel, die in
einer durchlässigen und
reflektierenden Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, sowie den Ausrichtungszustand
von Flüssigkristallmolekülen zum
Zeitpunkt ohne Spannungsanlegung. 2 zeigt
den Ausrichtungszustand der Flüssigkristallmoleküle, der
zum Spannungsanlegungszeitpunkt in dem Pixel erhalten wird. 3 zeigt
schematisch den Durchlass, die Absorption und die Polarisation von
Einfallslicht, das auf den Pixel einfällt, dessen Flüssigkristallmoleküle sich im
Ausrichtungszustand zum Zeitpunkt ohne Spannungsanlegung befinden. 4 zeigt
schematisch den Durchlass, die Absorption und die Polarisation von
Einfallslicht, das auf den Pixel einfällt, dessen Flüssigkristallmoleküle sich
im Ausrichtungszustand zum Zeitpunkt der Spannungsanlegung befinden.
In den 1 und 2 ist die Aufsicht auf den Pixel
zusammen mit dem Bereich A der Schnittanordnung des Pixels dargestellt.
Weiterhin werden in den 1 bis 4 gleiche
Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Auf wiederholte
Beschreibungen wird verzichtet.
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Diese
durchlässige
und reflektierende Flüssigkristallanzeigevorrichtung
ist so ausgebildet, dass eine Flüssigkristallschicht 5 zwischen
einem Gegensubstrat 1 und einem TFT-Substrat 2 gehalten
wird, und eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke aufweist, wie in
den 1 bis 4 gezeigt ist. Das TFT-Substrat 2 weist
Paare erster und zweiter reflektierender Elektroden 7 und 8a auf,
die in einer regelmäßigen Anordnung
im Wesentlichen nach Art einer Matrix angeordnet sind, Dünnfilmtransistoren
W, die benachbart zu den Paaren der ersten und zweiten reflektierenden
Elektroden 7 bzw. 8a angeordnet sind, und ein
lichtdurchlässiges,
isolierendes Substrat SA aus beispielsweise Glas, welches die Paare
der ersten und zweiten reflektierenden Elektroden 7 bzw. 8a und
die Dünnfilmtransistoren
W haltert. Die ersten und zweiten reflektierenden Elektroden 7, 8a dienen als
ein reflektierender Elektrodenabschnitt, der in einer inneren Oberfläche des
TFT-Substrats 2 angeordnet ist, und Licht, das von dem
Gegensubstrat 1 einfällt,
zur Flüssigkristallschicht 5 reflektiert.
Das Gegensubstrat 1 weist eine lichtdurchlässige Elektrode 8b auf,
eine Farbfilterschicht 9, und ein lichtdurchlässiges,
isolierendes Substrat SB aus beispielsweise Glas, welches die lichtdurchlässige Elektrode 8b und
die Farbfilterschicht 9 haltert. Die lichtdurchlässige Elektrode 8b dient
als ein Gegenelektrodenabschnitt, der in einer inneren Oberfläche des
Gegensubstrats 1 angeordnet ist, und dem reflektierenden Elektrodenabschnitt
zugeordnet ist, um ein vertikales elektrisches Feld an die Flüssigkristallschicht 5 in
einem reflektierenden Bereich entsprechend einem Abschnitt des reflektierenden
Elektrodenabschnitts anzulegen. Das vertikale elektrische Feld ist
ein elektrisches Feld, das in Normalenrichtung der Flüssigkristallschicht 5 angelegt
wird.
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Die
erste und zweite reflektierende Elektrode 7 bzw. 8a sind
voneinander beabstandet, und dienen als ein Paar von Elektroden,
die in der inneren Oberfläche
des TFT-Substrats 2 angeordnet sind, und so einander zugeordnet
sind, dass ein seitliches elektrisches Feld an die Flüssigkristallschicht 5 in
einem lichtdurchlässigen
Bereich angelegt wird, der außerhalb
des reflektierenden Bereichs vorgesehen ist, und den Durchlass von
Licht, das von dem TFT-Substrat 2 einfällt, zur Flüssigkristallschicht 2 ermöglicht. Das
seitliche elektrische Feld ist ein elektrisches Feld, das in Horizontalrichtung
im Wesentlichen parallel zur Ebene des TFT-Substrats 2 angelegt
wird, die senkrecht zur normalen Richtung der Flüssigkristallschicht 5 verläuft. In
diesem Fall ist die erste reflektierende Elektrode 7 eine
Pixelelektrode, und ist die zweite reflektierende Elektrode 8a eine
gemeinsame Elektrode, die seitlich zur Pixelelektrode angeordnet
ist. Das seitliche elektrische Feld wird von der Pixelelektrode
(der reflektierenden Elektrode 7) und der gemeinsamen Elektrode
(der reflektierenden Elektrode 8a) angelegt. Weiterhin
ist die lichtdurchlässige
Elektrode 8b eine gemeinsame Elektrode, welche den reflektierenden
Elektroden 7 zugewandt ist, und elektrisch an die gemeinsame
Elektrode (reflektierende Elektrode 8a) des TFT-Substrats 2 angeschlossen
ist. Das vertikale elektrische Feld wird von der Pixelelektrode
(der reflektierenden Elektrode 7) und der gemeinsamen Elektrode
(der lichtdurchlässigen
Elektrode 8b) angelegt. Die Verdrahtung 4, beispielsweise
Signalleitungen, und die Dünnfilmtransistoren
W befinden sich über
dem lichtdurchlässigen,
isolierenden Substrat SA und sind durch die isolierende Schicht 3 abgedeckt.
Die reflektierende Elektrode 7 und die reflektierende Elektrode 8a sind auf
derselben Ebene angeordnet, die eine Oberfläche der isolierenden Schicht 3 ist.
In diesem Fall besteht die isolierende Schicht 3 aus einem
lichtdurchlässigen
Resist und einem lichtdurchlässigen
organischen Film. Die reflektierende Elektrode 7 und die
reflektierende Elektrode 8a werden dadurch ausgebildet
und voneinander getrennt, dass eine Metallschicht mit einem Muster
versehen wird, die so ausgebildet ist, dass sie die isolierende
Schicht 3 abdeckt. Ein geeignetes Material für die Metallschicht ist
Aluminium (Al) oder dergleichen, welches für reflektierende Elektroden 7 und 8a mit
hohem Reflexionsvermögen
sorgt. Die reflektierende Elektrode 7 bildet eine Drain-Elektrode,
die an den Dünnfilmtransistor
W über
Kontaktlöcher
angeschlossen ist, die in der isolierenden Schicht 3 vorgesehen
sind. Die Signalleitung der Verdrahtung 4 bildet eine Source-Elektrode,
die an den Dünnfilmtransistor
W angeschlossen ist. Weiterhin sind die Verdrahtung 4 und
der Dünnfilmtransistor
W außerhalb
des lichtdurchlässigen
Bereichs angeordnet. Speziell ist die Verdrahtung 4 zwischen
den Pixeln als Lichtabschirmfilm angeordnet. Der Dünnfilmtransistor
W ist so angeordnet, dass er die Verdrahtung 4 und die
reflektierende Elektrode 7 als eine Pixelschaltvorrichtung überlappt.
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Die
Farbfilterschicht 9 enthält farbige Schichten in Rot
(R), Grün
(G), und Blau (B), angeordnet in Streifen auf dem lichtdurchlässigen,
isolierenden Substrat SB. Die lichtdurchlässige Elektrode 8b ist beispielsweise
eine auf der Farbfilterschicht 9 vorgesehene Schicht aus
ITO (Indium-Zinnoxid).
Die farbigen Schichten aus R, G und B sind den Spalten der Paare
reflektierender Elektroden 7 und 8a zugewandt,
die im Wesentlichen matrixförmig
an der Seite des TFT-Substrats 2 angeordnet sind. Daher
sind drei Paare reflektierender Elektroden 7 und 8a,
die in Zeilenrichtung angeordnet sind, und den farbigen Schichten
aus R, G und B zugewandt sind, als drei Unterpixel definiert, welche
einen Farbpixel bilden.
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In
jedem Pixel (jedem Unterpixel des Farbpixels) wird der Ausrichtungszustand
von Flüssigkristallmolekülen auf
Grundlage des vertikalen elektrischen Feldes in dem reflektierenden
Bereich entsprechend einem Abschnitt der reflektierenden Elektrode 7 gesteuert,
und auf Grundlage des seitlichen elektrischen Felds in dem lichtdurchlässigen Bereich außerhalb
der reflektierenden Elektrode 7. In diesem Fall muss die
Verzögerung
der Flüssigkristallschicht 5 ein
Viertel in dem reflektierenden Bereich betragen. Allerdings wird
selbst dann ein ausreichender Lichtnutzungswirkungsgrad erhalten,
wenn die Verzögerung
der Flüssigkristallschicht 5 ein
Viertel in dem lichtdurchlässigen
Bereich beträgt.
Daher ist die Dicke der Flüssigkristallschicht 5 in
dem lichtdurchlässigen
Bereich und im reflektierenden Bereich gleich. Bilder werden angezeigt
unter Nutzung sowohl reflektierten Lichts, das von dem reflektierenden
Bereich jedes Pixels erhalten wird, als auch durchgelassenen Lichts,
das von dem lichtdurchlässigen
Bereich des Pixels erhalten wird.
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Die
Flüssigkristallschicht 5 enthält einen
nematischen Flüssigkristall,
der eine positive dielektrische Anisotropie aufweist, als Flüssigkristallkomponente.
Der nematische Kristall kann beispielsweise ZLI-4792 sein, hergestellt
von Merck Ltd., Japan. Zum Zeitpunkt ohne Spannungsanlegung, wenn
keine Spannung zwischen der Pixelelektrode und der gemeinsamen Elektrode
anliegt, befinden sich die Flüssigkristallmoleküle in einer
homogenen Ausrichtung, um eine Verzögerung von einem Viertel zu
erhalten.
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Um
die langsame Achse der Flüssigkristallschicht 5 im
Wesentlichen um 90° in
dem lichtdurchlässigen
Bereich zu ändern,
ist es erforderlich, da die Flüssigkristallmoleküle auf die
homogene Ausrichtung in der Flüssigkristallschicht 5 zum
Zeitpunkt ohne Spannungsanlegung eingestellt sind, dass die Ausrichtungsrichtung
der Flüssigkristallmoleküle annähernd orthogonal
zur Richtung des seitlichen elektrischen Feldes ist. Daher sind
horizontale Ausrichtungsfilme (nicht gezeigt) in Kontakt mit der
Flüssigkristallschicht 5 vorgesehen,
um die reflektierenden Elektroden 7 und 8a des
TFT-Substrats 2 und die lichtdurchlässige Elektrode 8b des
Gegensubstrats 1 abzudecken. Die horizontalen Ausrichtungsfilme werden
als Ergebnis eines Reibvorgangs erhalten, der bei einem Ausrichtungsfilmmaterial
durchgeführt wird,
welches SE7492 ist, hergestellt von NISSAN CHEMICAL INDUSTRIES LTD.,
und auf jedes der Substrate aufgebracht wird. Wie in den 1 und 2 gezeigt,
wird der Reibvorgang in der Reibrichtung 12 für das Ausrichtungsfilmmaterial
auf dem Gegensubstrat 1 sowie in der Reibrichtung 13 für das Ausrichtungsfilmmaterial
auf dem TFT-Substrat 2 durchgeführt. Zum Implementieren der
Flüssigkristallmoleküle, die
wie in den 1 und 2 ausgerichtet
sind, werden die tatsächlichen
Reibrichtungen um etwa 1° gegenüber der
Längsrichtung
der gemeinsamen Elektrode (der reflektierenden Elektrode 8a)
auf der TFT-Elektrode 2 versetzt, wodurch ermöglicht wird,
die Ausrichtungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle gleichmäßiger durch
das seitliche elektrische Feld zu ändern.
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Weiterhin
ist ein Satz aus einer Polarisatorplatte 10a und einer
Viertelwellenlängenplatte 11 an einer äußeren Oberfläche des
Gegensubstrats 1 angebracht. Eine Polarisatorplatte 10b ist
an einer äußeren Oberfläche des
TFT-Substrats 2 angebracht. Die Absorptionsachse 14 der Polarisatorplatte 10b ist auf
einen Winkel von 45° zur
Ausrichtungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle zum Zeitpunkt
ohne Spannungsanlegung eingestellt. Linear polarisiertes Licht,
das durch die Polarisatorplatte 10b durchgelassen wird,
wird durch die Flüssigkristallschicht 5 in rechts-zirkular
polarisiertes Licht und links-zirkular polarisiertes Licht umgewandelt.
Die Absorptionsachse 15 der Polarisatorplatte 10a ist
auf eine in den 1 und 2 gezeigte
Richtung 15 eingestellt. Die langsame Achse 16 der
Viertelwellenlängenplatte 11 ist
auf eine in den 1 und 2 gezeigte Richtung
eingestellt. Der Satz aus der Viertelwellenlängenplatte 11 und
der Polarisatorplatte 10a dient als Zirkularpolarisator.
Die Viertelwellenlängenplatte 11 wird
dadurch erhalten, dass einachsig Polykarbonat oder ein Arton-Harz
gereckt wird, oder ein Harz, hergestellt von TEIJIN LIMITED, mit
inverser Wellenlängendispersion,
oder eines dieser Materialien 2-achsig gereckt wird, damit es die
Funktionsweise hat, die Betrachtungswinkelcharakteristik der Polarisatorplatten 10a und 10b zu
kompensieren. Alternativ können
eine Halbwellenlängenplatte
und eine Viertelwellenlängenplatte
kombiniert werden, um so die Wellenlängen-Dispersionscharakteristik
der Verzögerung
auszuschalten. In diesem Fall kann die langsame Achse, die insgesamt
erhalten wird, auf die voranstehend angegebene Richtung eingestellt
werden.
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In
dem lichtdurchlässigen
Bereich wird die Ausrichtungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle so durch
das seitliche elektrische Feld gesteuert, dass die Verzögerung der
Flüssigkristallschicht 5 beibehalten
bleibt, und die Richtung der langsamen Achse für die Verzögerung geändert wird. Die Flüssigkristallmoleküle in dem
lichtdurchlässigen
Bereich arbeiten daher in der Betriebsart mit Schalten in der Ebene (IPS-Betriebsart),
die herkömmlich
für den
lichtdurchlässigen
Typ eingesetzt wird. In diesem Fall wird die Verzögerung der
Flüssigkristallschicht 5 auf
ein Viertel bei einer Wellenlänge
von 550 nm eingestellt, welche eine Wellenlänge von sichtbarem Licht ist,
die einen hohen Helligkeitsfaktor aufweist. Hierbei wird das Produkt Δnd der Brechungsanisotropie Δn der Flüssigkristallzusammensetzung
in der Flüssigkristallschicht 5 und
der Dicke d der Flüssigkristallschicht 5 zu
132 nm angenommen. Es wird ebenfalls angenommen, dass das von dem
TFT-Substrat 2 auf die Flüssigkristallschicht 5 einfallende
Licht linear polarisiert ist, ähnlich
dem Licht, das von einer hinteren Leuchte BL ausgesandt wird, und
dann durch die Polarisatorplatte 10b hindurchgeht. Dann
kann der Polarisationszustand des Lichts, das durch die Flüssigkristallschicht 5 durchgelassen
wird, zwischen rechts-zirkular polarisiertem Licht und links-zirkular polarisiertem
Licht gesteuert werden. (In den 3 und 4 bezeichnet
das Bezugszeichen 17 schematisch die Richtung, in welcher
sich Licht ausbreitet, die durchgelassene Lichtmenge, und den Polarisationszustand
im Zusammenhang mit dem lichtdurchlässigen Bereich. Das Bezugszeichen 18a zeigt schematisch
die Richtung an, in welcher sich auf die reflektierende Oberfläche 7 einfallendes
Licht ausbreitet, die durchgelassene Lichtmenge, und den Polarisationszustand
im Zusammenhang mit dem reflektierenden Bereich. Das Bezugszeichen 18b zeigt schematisch
die Richtung an, in welcher sich durch die reflektierende Elektrode 7 reflektiertes
Licht ausbreitet, die durchgelassene Lichtmenge, und den Polarisationszustand
im Zusammenhang mit dem reflektierenden Bereich. Diese Größen sind
mit gleichen Bezugszeichen in den das herkömmliche Beispiel betreffenden
Figuren bezeichnet.)
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Licht,
das durch die Flüssigkristallschicht 5 durchgelassen
wird, wird durch die Viertelwellenlängenplatte 11 in linear
polarisiertes Licht umgewandelt, dessen Richtung orthogonal zwischen
der Spannungsanlegungszeit und der Zeit ohne angelegte Spannung
eingestellt wird, wie in den 3 und 4 gezeigt
ist. Dieses Licht kann zwischen einem Zustand gesteuert werden,
in welchem annähernd 100%
des Lichts durch die Polarisatorplatte 10a durchgelassen
wird, sowie einem Zustand, in welchem etwa 100% des Lichts durch
die Polarisatorplatte 10a absorbiert wird. Im Gegensatz
hierzu arbeiten in dem reflektierenden Bereich die Flüssigkristallmoleküle ähnlich wie
im reflektierenden Bereich der herkömmlichen, durchlässigen und
reflektierenden Flüssigkristallanzeigevorrichtung,
die in 5 gezeigt ist, infolge des vertikalen elektrischen
Feldes zwischen der reflektierenden Elektrode 7 und der lichtdurchlässigen Elektrode 8b.
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Zum
Zeitpunkt ohne Spannungsanlegung in 3 sorgt
die Flüssigkristallschicht 5 für eine Verzögerung um
ein Viertel. Daher werden sowohl der reflektierende Bereich als
auch der lichtdurchlässige Bereich
in den hellen Anzeigezustand versetzt. Andererseits wird zum Spannungsanlegungszeitpunkt in 4 keine
Verzögerung
in der Flüssigkristallschicht 5 hervorgerufen.
Daher werden sowohl der reflektierende Bereich als auch der lichtdurchlässige Bereich
in den dunklen Anzeigezustand versetzt.
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Bei
der durchlässigen
und reflektierenden Flüssigkristallanzeigevorrichtung
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
ist die zweite reflektierende Elektrode 8a beabstandet
von der ersten reflektierenden Elektrode 7 angeordnet,
um von dem TFT-Substrat 2 einfallendes Licht zur Flüssigkristallschicht 5 durchzulassen,
während
ein seitliches elektrisches Feld an die Flüssigkristallschicht 5 angelegt
wird. Daher wird der Ausrichtungszustand der Flüssigkristallmoleküle 6a in
dem reflektierenden Bereich durch das vertikale elektrische Feld
gesteuert, und wird der Ausrichtungszustand der Flüssigkristallmoleküle 6b in
dem lichtdurchlässigen
Bereich durch das seitliche elektrische Feld gesteuert. In diesem
Fall ist es nicht erforderlich, die reflektierende Elektrode zusammen mit
einer lichtdurchlässigen
Elektrode auf dem TFT-Substrat 2 vorzusehen, oder unterschiedliche Dicken
in der Flüssigkristallschicht 5 vorzusehen.
Daher kann die vorliegende Flüssigkristallanzeigevorrichtung
unter Verwendung eines Prozesses entsprechend jenem für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
hergestellt werden, welche entweder durchgelassenes Licht oder reflektierendes
Licht zur Anzeige einsetzt. Weiterhin ist es infolge der Bereitstellung der
Viertelwellenlängenplatte 11 auf
dem Gegensubstrat 1, wie voranstehend geschildert, unnötig, irgendeine
andere Viertelwellenlängenplatte
auf dem TFT-Substrat 2 vorzusehen.
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Die
gemeinsame Elektrode (lichtdurchlässige Elektrode 8b)
des Gegensubstrats 1 ist nicht für den lichtdurchlässigen Bereich
vorgesehen. Selbst wenn jedoch die gemeinsame Elektrode (die lichtdurchlässige Elektrode 8b)
des Gegensubstrats 1 für die
reflektierenden und die lichtdurchlässigen Bereiche vorgesehen
wird, wird ein ausreichendes seitliches elektrisches Feld sichergestellt,
wodurch die voranstehend geschilderte Steuerung ermöglicht wird. In
diesem Fall nimmt die Bildleuchtdichte des lichtdurchlässigen Bereiches
geringfügig
um ein Ausmaß entsprechend
der Durchlässigkeit
von ITO ab, dem Material der lichtdurchlässigen Elektrode 8b.
Allerdings wird ermöglicht,
das Erfordernis auszuschalten, die ITO-Schicht mit einem Muster
zu versehen, was vorgenommen wird, um eine gemeinsame Elektrode
(lichtdurchlässige
Elektrode 8b) auf dem Gegensubstrat 1 bereitzustellen.
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Weiterhin
muss Licht zweimal durch die Farbfilterschicht 9 in dem
reflektierenden Bereich hindurchgehen. Daher ist die Menge an Licht,
die durch den reflektierenden Bereich durchgelassen wird, etwas
größer als
jene, die durch den lichtdurchlässigen
Bereich durchgelassen wird, falls die Farben der Farbfilterschicht 9 eine
gleichmäßige Dichte
aufweisen. Durch Einstellung der Dichte der Farben in der Farbfilterschicht 9 so,
dass die Dichte in dem reflektierenden Bereich niedriger ist als
jene im lichtdurchlässigen
Bereich, wird daher ermöglicht,
beim reflektierenden Bereich für
eine ausreichende Bildleuchtdichte zu sorgen, und beim lichtdurchlässigen Bereich
für eine
ausreichende Farbdichte und einen ausreichenden Farbwiedergabebereich
zu sorgen. Alternativ kann der Farbwiedergabebereich des reflektierenden
Bereichs beinahe vergleichbar zu jedem des lichtdurchlässigen Bereichs
ausgebildet werden, durch Verringerung der Dicke der Farbfilterschicht 9 in
dem reflektierenden Bereich, im Vergleich zum lichtdurchlässigen Bereich,
durch Ausbildung eines Lochs in einem Teil der Farbfilterschicht
in dem reflektierenden Bereich, oder durch Verringerung der Konzentration
von Pigmenten oder Farbstoffen, die in dem reflektierenden Bereich
der Farbfilterschicht 9 eingesetzt werden, im Vergleich
zum lichtdurchlässigen
Bereich der Farbfilterschicht 9. Für eine nur einfarbige Anzeige
kann die Farbfilterschicht 9 weggelassen werden. Weiterhin
sind die voranstehend geschilderten Unterpixel monochromatische
Pixel.
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(Herstellungsbeispiel 1)
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Es
wurde die durchlässige
und reflektierende Flüssigkristallanzeigevorrichtung
hergestellt, die in den 1 und 2 gezeigt
ist. Die Kontrasteigenschaften der Anzeigevorrichtung wurden dadurch
gemessen, dass selektiv eine Treiberspannung von 4 V zwischen den
Pixelelektroden und den gemeinsamen Elektroden der durchlässig und
reflektierenden Flüssigkristallanzeigevorrichtung über die
Dünnfilmtransistoren
W angelegt wurde. Der Kontrast zeigte einen hohen Wert von 500:1
bei einer Beleuchtungsstärke
von 0 Lux, wenn die hintere Leuchte BL eingeschaltet wurde, und
auch einen großen
Wert von 30:1 selbst bei a = 100000 Lux. Weiterhin wurde das integrierte
Reflexionsvermögen
der Anzeigevorrichtung zum Zeitpunkt ohne Spannungsanlegung gemessen; das
Reflexionsvermögen über die
Integrationskugel zeigte einen großen Wert von 5%. Weiterhin
wurde der Transmissionsfaktor der Anzeigevorrichtung zum Zeitpunkt
ohne Spannungsanlegung gemessen; der Transmissionsfaktor wies einen
großen
Wert von 10% auf.
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(Vergleichsbeispiel 1)
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Es
wurde die in den 5 und 6 gezeigte,
durchlässige
und reflektierende Flüssigkristallanzeigevorrichtung
hergestellt. In diesem Fall waren das Öffnungsverhältnis der Pixel, der Transmissionsfaktor
des Farbfilters, und das Öffnungsverhältnis des
lichtdurchlässigen
Bereichs zum reflektierenden Bereich ebenso wie jene beim Herstellungsbeispiel 1.
Die Kontrasteigenschaft der durchlässigen und reflektierenden
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
gemäß Vergleichsbeispiel
1 wurde auf die gleiche Art und Weise wie beim Herstellungsbeispiel
1 gemessen. Der Kontrast zeigte einen großen Wert von 500:1 bei einer
Beleuchtungsstärke
von 0 Lux, wenn die hintere Leuchte BL eingeschaltet wurde, und auch
einen großen
Wert von 30:1 selbst bei a = 100000 Lux. Weiterhin wurde das integrierte
Reflexionsvermögen
der Anzeigevorrichtung zum Zeitpunkt ohne Spannungsanlegung gemessen;
das Reflexionsvermögen über die
Integrationskugel zeigte einen großen Wert von 5%. Wenn jedoch
der Transmissionsfaktor der Anzeigevorrichtung zum Zeitpunkt ohne
Spannungsanlegung gemessen wurde, wies er einen Wert von 5% auf,
was nur die Hälfte
des Wertes beim Herstellungsbeispiel 1 darstellt.
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(Vergleichsbeispiel 2)
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Es
wurde die in den 9 und 10 gezeigte,
durchlässig
und reflektierende Flüssigkristallanzeigevorrichtung
hergestellt. In diesem Fall waren das Öffnungsverhältnis der Pixel, der Transmissionsfaktor
des Farbfilters, und das Öffnungsverhältnis des
lichtdurchlässigen
Bereichs zum reflektierenden Bereich ebenso wie beim Herstellungsbeispiel
1. Die Kontrasteigenschaften der durchlässigen und reflektierenden
Flüssigkristallanzeigevorrichtung
gemäß Vergleichsbeispiel
2 wurden auf die gleiche Art und Weise wie beim Herstellungsbeispiel
1 gemessen. Der Kontrast zeigte einen hohen Wert von 500:1 bei einer
Beleuchtungsstärke
von 0 Lux, wenn die hintere Leuchte BL eingeschaltet war, und auch
einen großen
Wert von 30:1 selbst bei a = 100000 Lux. Weiterhin wurde das integrierte
Reflexionsvermögen
der Anzeigevorrichtung zum Zeitpunkt ohne Spannungsanlegung gemessen;
das Reflexionsvermögen über die
Integrationskugel zeigte einen hohen Wert von 5%. Weiterhin wurde
der Transmissionsfaktor der Anzeigevorrichtung zum Zeitpunkt ohne Spannungsanlegung
gemessen; der Transmissionsfaktor wies einen hohen Wert von 10%
auf. Allerdings war es schwierig, in geeigneter Weise eine Steuerung durchzuführen, welche
die Dicke der Flüssigkristallschicht
zwischen dem lichtdurchlässigen
Bereich und dem reflektierenden Bereich variiert. Genauer gesagt,
war die Dicke des isolierenden Films, der den Höhenunterschied zwischen den
reflektierenden Elektroden und der lichtdurchlässigen Elektrode festlegt,
nicht gleichmäßig. Dies
führte
dazu, dass Bilder nicht gleichmäßig dargestellt
wurden.