JP2001183658A - 反射型液晶表示素子およびそれを用いた画像表示装置 - Google Patents

反射型液晶表示素子およびそれを用いた画像表示装置

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JP2001183658A
JP2001183658A JP36463899A JP36463899A JP2001183658A JP 2001183658 A JP2001183658 A JP 2001183658A JP 36463899 A JP36463899 A JP 36463899A JP 36463899 A JP36463899 A JP 36463899A JP 2001183658 A JP2001183658 A JP 2001183658A
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layer
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crystal display
reflective
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JP36463899A
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English (en)
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Takayuki Hatanaka
孝之 畑中
Shingo Fujita
晋吾 藤田
Katsuki Nishinaka
勝喜 西中
Hiroshi Mizuno
水野  宏
Tetsu Ogawa
鉄 小川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射面形状を凹凸にする構成、画素内の液晶
層の厚さが均一であり、白表示が十分に明るく、無彩色
で高コントラストの白黒表示を実現。 【解決手段】 一対の基板1、10間に液晶が封入され
た液晶セル11と、偏光フィルム12と、1枚もしくは
複数枚の複屈折フィルム13a、13bと、反射層3と
を備えた反射型液晶表示素子において、下側基板1上に
基板から凹凸層2、反射層3、平坦化層6、透明電極7
の積層順で形成し、平坦化層表面の最高部と最低部の高
低差が0.1μm以下であり、液晶層のツイスト角が2
20゜から270゜とし、液晶セル11と外部回路との
接続端子部において凹凸層が無い構成。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示装置の反
射型液晶表示素子に関する。
【0002】
【従来の技術】携帯電話や、PHSや、PDA(携帯情
報端末)等の情報通信用の画像表示装置の急速な普及に
伴い、時や場所を選ばず、誰でも気軽にアクセスや発信
できるインフラが整いつつある。これらはモバイル用途
が前提であるため、軽量、薄型、低消費電力の表示素子
が求められており、現在、液晶表示素子がその中心とな
っている。液晶表示素子は、数ボルトの実効電圧で液晶
分子を駆動させることにより光の透過強度を変化させて
表示を行うが、液晶は非発光物質であるので他に何らか
の光源が必要となる。光源には、液晶駆動用電力に比べ
非常に大きな電力を供給する必要があるが、液晶表示素
子の下側に反射板を備えて周囲光を利用して表示させる
反射型液晶表示素子とすることにより、極めて消費電力
が低く液晶本来の特徴を活かした表示素子が実現でき
る。反射型液晶表示素子は携帯情報端末のディスプレイ
の一つとして不可欠なものとなりつつある。
【0003】また、情報量の増加に伴い携帯情報端末の
ディスプレイとしてカラー表示の重要度が増しており、
反射型液晶表示素子においてもカラーフィルタや複屈折
効果によりカラー表示を行う構成がいくつか提案されて
いる。
【0004】しかしながら、反射型液晶ディスプレイは
周囲光を利用して表示をおこなうことから、照明環境に
よって表示が暗くなる可能性があるという課題を有す
る。その対策として反射面の形状を凹凸にすることによ
り反射型液晶表示素子の正面方向に反射光を集光させる
構成がいくつか提案されている。
【0005】図5は従来構成の反射型液晶表示素子の構
造を示し、偏光板50と、複屈折フィルム51と、液晶
セル52と、ガラス基板53と、透明電極54と、液晶
層55と、平滑化膜56と、反射金属膜57と、突起5
8と、下側ガラス基板59とからなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら反射面の
形状を凹凸にすることにより反射率を高くして明るさを
確保した反射型液晶表示素子において、液晶との界面で
ある反射電極表面において凹凸となっているために、液
晶層の厚さが場所により異なる。液晶表示素子におい
て、液晶層のリタデーションを変えることにより白黒表
示を制御している。ここで、液晶層のリタデーションは
液晶の複屈折ΔnLCと液晶層厚dLCの積ΔnLC・
dLCで表されることから、液晶層の厚さが場所により
異なると、反射率、彩度等の光学特性を大きく損ねてし
まうという課題に結びつく。特に、リタデーションの変
化に対する光学特性へ大きく影響する反射型STN液晶表
示素子においては大きな課題となる。
【0007】本発明では、白表示が明るく、高いコント
ラストが得られ、良好な画像を有する反射型液晶表示素
子を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述する課題を解決する
ため、本発明の反射型液晶表示素子は、上側基板と下側
基板との間に液晶層を有し、上側基板は一方の面に、1
枚または複数枚の複屈折フィルムと偏光フィルムを有
し、さらに前記上側基板の他方の面に上側透明電極を有
し、下側基板は一方の面に、凹凸層と光を反射させる反
射層と凸凹面を平坦にさせる平坦化手段と下側透明電極
とを有し、凹凸層は下側基板の一方の面に備えられ、反
射層は凹凸層を有した面の液晶層側に備えられ、平坦化
手段は反射層を有した面の液晶層側に備えられ、下側透
明電極は平坦化手段を有した面の液晶層側に備えられ
る。このようにして、十分に反射率の低い無彩色の黒表
示および反射率の高い無彩色な白表示を得、コントラス
トの高い良好な光学特性を有する反射型液晶表示素子を
提供することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。
【0010】(実施の形態1)まず、本発明の実施の形
態1について、図面を参照して説明する。図1は、本発
明の実施の形態1における反射型液晶表示素子を示す断
面図である。図1において、1は下側基板、2は凹凸
層、3は反射層、6は平坦化層(平坦化手段)、7は透
明電極、8はシール剤、9は液晶層、10は上側透明基
板(上側基板)、11は液晶セル、12は偏光フィルム
(偏光子)、13aは複屈折フィルム(1)、13bは
複屈折フィルム(2)、14はTAB、15は異方導電性
接着剤を示す。図1に示すように、本実施の形態におけ
る反射型液晶表示素子は、一対の基板(上側透明基板1
0および下側基板1)間に液晶が封入された液晶セル1
1と、液晶セル11の第1の基板(上側透明基板10)
側に配置された偏光フィルム12と、偏光フィルム12
と液晶セル11の液晶層9との間に配置された複屈折フ
ィルム層13と、液晶セル11の第2の基板(下側基板
1)側に配置された光反射手段とを備え、液晶セル11
の第2の基板(下側基板1)側と外部回路との接続端子
部において凹凸層2を有しない構成である。
【0011】また、図2は実施の形態1の反射型液晶表
示素子の光学構成図である。20は基準線、21は上側
基板上の液晶分子の配向方向、22は下側基板上の液晶
分子の配向方向、23は液晶セルに近い側の複屈折フィ
ルム(1)の遅相軸方向、24は偏光フィルム側の複屈
折フィルム(2)の遅相軸方向、25は偏光フィルムの
吸収軸方向を示す。また、φLC0は下側基板1上の液
晶分子の配向方向22と、φLCは上側透明基板10上
の液晶分子の配向方向21と、φF1は複屈折フィルム
(1)13aの遅相軸方向23と、φF2は複屈折フィ
ルム(2)13bの遅相軸方向24と、φpは偏光フィ
ルム12の吸収軸方向25と基準線20とのなす角度を
示し、液晶のツイスト方向を正とする。また、ΩLCは
液晶のツイスト角度を示す。
【0012】以下に、本実施の形態における反射型液晶
表示素子の詳細構成を、その製造手順に従って説明す
る。
【0013】まず、上側透明基板10および下側基板1
としてガラス基板を用い、上側透明基板10上に、透明
電極7としてインジウム・錫・オキサイド(ITO)で
画素電極を形成する。また、下側基板1上の全面に、光
照射および熱により伸縮する材料からなり、それらによ
り凹凸層の形状を制御することが可能である光および熱
伸縮性樹脂をスピンコートにより塗布し、外部回路との
接続端子部を含む表示エリア以外の領域が遮光されたフ
ォトマスクを用いて紫外線を80から100mJ/cm2
照射した。次に有機アルカリを用いて一定時間現像を行
い、その後クリーンオーブンにて150℃の熱処理を行
うことにより伸縮を起こした。このとき表示エリアのみ
に凸部間平均距離15μmで、凹凸の最高部と最低部の
平均高低差が0.4μmの凹凸層2を形成される。その
上に蒸着によりアルミニウムを成膜し、次にフォトレジ
ストと所定のフォトマスクを用いて紫外線を照射し、そ
の後燐酸系のエッチング液を用いてエッチング処理によ
り反射層3を形成した。更にその上に平坦化層6として
アクリル系樹脂膜を膜厚が3μmとなるように塗布し、
平坦化層6表面の凹凸の最大高低差が0.08μmとし
た。そして、平坦化層6上に、透明電極7としてインジ
ウム・錫・オキサイド(ITO)で画素電極を形成す
る。以上の処理により外部回路との接続端子部領域を含
む非表示エリア領域では凹凸層2および反射層3を無く
すことができる。つまり、接続端子部において下側基板
1上に平坦化膜6および透明電極7が直接形成される構
造となる。
【0014】また、上側透明基板10および下側基板1
上に形成した透明電極7上には配向膜を形成した後、ラ
ビングによって配向処理を行った。そして、上側透明基
板10上の周囲部分にはガラスファイバを1.0wt%
混入した熱硬化性シール樹脂(シール剤8)を印刷し、
下側基板1上には所定の径の樹脂ビーズを200個/m
2の割合で散布し、上側透明基板10と下側基板1を
互いに貼り合わせ、150℃でシール樹脂を硬化した。
その後、Δn=0.14のエステル系ネマティック液晶
に所定の量のカイラル剤を混ぜた混合液晶を真空注入
し、紫外線硬化性樹脂で封口した後、紫外線照射により
硬化した。
【0015】このようにして形成した液晶セル11の上
側透明基板10の上に複屈折フィルム(1)13a、複
屈折フィルム(2)13bとして、リタデーション値が
それぞれ所定のものを、遅相軸がそれぞれ所定の角度と
なるように貼り合わせた。さらにその上に偏光フィルム
12として、ニュートラルグレーの偏光フィルム(住友
化学工業(株)製SQ−1852AP)にアンチグレア
(AG)処理を施したものを、吸収軸の方向が所定の角
度をなすように貼り合わせた。
【0016】ここで具体的に、ΔnLC・dLC=85
0nm、Rfilm(1)=500nm、Rfilm(2)=7
00nm、φLC0=−35°、φLC=35°、ΩL
C=250°、φF1=155°、φF2=95°、φ
p=35°とした場合の光学特性を測定した結果を示
す。
【0017】1/240デューティー比での正面特性と
して測定した。結果としては、コントラスト13.8、
Y値換算での白表示の反射率が58.5%という良好な
特性が得られた。また、黒表示から白表示まで無彩色に
変化することも確認した。また、画素内の反射率のばら
つきも±0.2%以内であることを確認している。これ
により、反射率の低い無彩色の黒表示と反射率の高い無
彩色の白表示が得られ、コントラストの高い反射型液晶
表示素子を実現できる。
【0018】なお、ここで用いた液晶層のリタデーショ
ン値ΔnLC・dLCおよび複屈折フィルムのリタデー
ション値Rfilm(i)はλ=550nmの光に対するリ
タデーション値である。
【0019】液晶のツイスト角度については、単純マト
リクス駆動する場合、選択可能な電極の本数であるデュ
ーティー比に影響があり、ツイスト角度が大きいほどデ
ューティー比を小さくでき、選択本数を増やすことがで
き、画素数を増やすことができる。本実施の形態におい
て、液晶のツイスト角度を220°から270°の範囲
内とすることにより、デューティー比1/200以下で
駆動しても良好な表示を得られることも確認している。
【0020】また、外部回路との接続端子部領域におい
て下側基板1上に平坦化層6および透明電極7が直接形
成される構造となることから、透明電極7と異方導電性
接着剤15との界面の平坦性向上を図ることができ、異
方導電性接着剤15を介してTAB14との接続する端
子部の狭ピッチ化をはかることができる。つまり、高精
細化を実現することができる。比較として、端子部が凹
凸層2、平坦化層6、透明電極7の構成をとる場合、端
子部ピッチが65μmである場合、オープンおよび隣の
端子間におけるショートが多く発生するのに対し、図1
に示すような下側基板1、平坦化層6、透明電極7の構
成の場合オープン、ショート共に発生はなく接続可能で
あることを確認している。
【0021】(実施の形態2)次に、本発明の実施の形
態2を図面を参照して説明する。本実施の形態における
反射型液晶表示素子の主要構成および製造手順は、上述
した実施の形態1における反射型液晶表示素子の主要構
成および製造手順とカラーフィルタの有無を除いて同じ
である。したがって、本実施の形態において、特に説明
のないものについては、実施の形態1と同じとし、実施
の形態1と同一符号を付与している構成部材について
は、特に説明のない限り、実施の形態1と同様の機能を
持つものとする。また、図3の本発明の実施の形態2に
おける反射型液晶表示素子の断面図および図2の反射型
液晶表示素子の光学構成図を用いて説明する。図3にお
いて、4はカラーフィルタパターン、5は周辺ブラック
マトリクスを示す。カラーフィルタはカラーフィルタパ
ターン4および周辺ブラックマトリクス5から構成され
る。したがって、図3(a)は上側基板上にカラーフィ
ルタを形成している場合であり、図3(b)は下側基板
上にカラーフィルタを形成している場合に相当する。
【0022】以下に、本実施の形態における反射型液晶
表示素子の詳細構成を、その製造手順に従って説明す
る。まず図3(a)に示す構成の場合について説明す
る。上側透明基板10上に周辺ブラックマトリクス5、
カラーフィルタパターン4の順に形成した後、透明電極
7としてインジウム・錫・オキサイド(ITO)で画素
電極を形成する。次に、図3(b)に示す構成の場合に
ついて説明する。まず下側基板1上に、光照射および熱
により伸縮する材料からなり、それらにより凹凸層の形
状を制御することが可能である光および熱伸縮性樹脂を
用いて凹凸層2を形成する。その上に蒸着によりアルミ
ニウムを成膜することにより反射層3を形成し、その上
に周辺ブラックマトリクス5およびカラーフィルタパタ
ーン4を形成する。更にその上に、膜厚が3μmになる
ようにアクリル系樹脂を塗布することにより平坦化層6
を設けた後、透明電極7としてインジウム・錫・オキサ
イド(ITO)で画素電極を形成する。ここでカラーフ
ィルタパターン4の形成方法として、印刷板に形成した
パターンをブランケットを介して基板表面に転写する印
刷法や、顔料を分散したカラーフィルタ層形成用レジス
トを基板上に塗布し、フォトリソグラフィーで形成する
顔料分散法を用いることにより、赤、緑、青のストライ
プ配列のものを形成した。また、ブラックマトリクス5
の形成方法としてもカラーフィルタパターンと同様に印
刷法やフォトリソ法により形成した。また、凹凸層2、
反射層3および平坦化層6について本発明の実施形態1
と同様の方法により形成した。
【0023】以降、液晶セル11、複屈折フィルム層1
3および偏光フィルム12を第1の実施の形態において
説明した製造手順と同じ製造手順によって反射型液晶表
示素子を作製した。ここで液晶のツイスト角度が220
°から270°の範囲内とする。
【0024】このような構成とすることにより、カラー
フィルタを用いることからカラー表示が可能となる。特
に、図3(b)に示す構成の場合、平坦化層6およびカ
ラーフィルタ(カラーフィルタパターン4およびブラッ
クマトリクス5)により、平坦化層6のみの場合に比
べ、平坦化層表面の凹凸の高低差が小さくなり、液晶パ
ネルの液晶層厚の均一性が向上する効果を得る。したが
って、画素内均一な明るさの白表示および高いコントラ
ストが得られ、無彩色の白黒表示が可能である良好な光
学特性を有する反射型液晶表示素子が得られる。
【0025】上記の有効性については、以下に示すよう
な実施例で確認した。
【0026】具体的に、ΔnLC・dLC=850n
m、Rfilm(1)=500nm、Rfilm(2)=700
nm、φLC0=−35°、φLC=35°、ΩLC=
250°、φF1=155°、φF2=95°、φp=
35°とした場合の光学特性を測定した結果を示す。1
/240デューティー比での正面特性として測定した結
果、コントラスト14.5、Y値換算での白表示の反射
率が19.1%という良好な特性が得られた。また、黒
表示から白表示まで無彩色に変化するので16階調40
96色表示が可能であることも確認した。画素内の反射
率のばらつきも±0.1%以内であることを確認してい
る。これにより、反射率の低い無彩色の黒表示と反射率
の高い無彩色の白表示が得られ、コントラストの高い反
射型カラー液晶表示素子を実現できる。
【0027】なお、ここで用いた液晶層のリタデーショ
ン値ΔnLC・dLCおよび複屈折フィルムのリタデー
ション値Rfilm(i)はλ=550nmの光に対するリ
タデーション値である。
【0028】(実施の形態3)次に、本発明の実施の形
態3を図面を参照して説明する。本実施の形態における
反射型液晶表示素子の主要構成および製造手順は、上述
した実施の形態2における第2の基板上にカラーフィル
タを形成した反射型液晶表示素子の主要構成および製造
手順と同じである。したがって、本実施の形態におい
て、特に説明のないものについては、上述の実施の形態
と同じとし、実施の形態1や2と同一符号を付与してい
る構成部材については特に説明のない限り、上述の実施
の形態と同様の機能を持つものとする。また、図4の本
発明の実施の形態3における反射型液晶表示素子の断面
図を用いて説明する。図4において、Aは表示エリア、
Bは表示エリア(周辺ブラックマトリクスの内側エッ
ジ)と凹凸層外側エッジ間の領域、Cは凹凸層の外側エ
ッジとガラス基板エッジ間の領域、αは凹凸層厚、βは
反射層厚、γはブラックマトリクスの厚さを示す。
【0029】まず、図4(a)の本発明の実施の形態3
における反射型液晶表示素子の第2の基板の断面図を用
いて説明する。以下に、本実施の形態における反射型液
晶表示素子の詳細構成を説明する。
【0030】周辺ブラックマトリクス5の外側エッジ
が、表示エリアAと凹凸層2の外側エッジの間(図4a
においてB領域)になるように形成する。図4(a)に
示す構成においては周辺ブラックマトリクス5の外側エ
ッジが、さらに反射層3の内側に形成した構造をとって
いる。このような構成をとることにより、表示エリアA
と外部回路との接続端子部(領域C)を結ぶ透明電極7
において、凹凸層2、反射層3、周辺ブラックマトリク
ス5の段差(=α+β+γ)を表示エリアAとb領域の
段差γ、b領域とa領域の段差β、a領域とC領域の段
差の3段差に分割することができ、各段差での透明電極
7のオープンを防止する効果を得る。
【0031】特に、反射層2の外側エッジが周辺ブラッ
クマトリクス5の領域内(表示エリアAと領域aの間)
となるように構成することにより、透明電極7−反射層
3−透明電極7間のショートを防止する効果も同時に得
ることができる。図4(b)に本実施例の反射型液晶表
示素子の下側基板の断面図を示す。
【0032】なお、本実施の形態において、シール剤8
は凹凸層2、平坦化層6、透明電極7を形成した部分
(a領域)に配置したがこれに限ること無く、凹凸層
2、反射層3、平坦化層6、透明電極7を形成した部分
(b領域)や、凹凸層2、反射層3、周辺ブラックマト
リクス5、平坦化層6、透明電極7を形成した部分(c
領域)や、凹凸層2、周辺ブラックマトリクス5、平坦
化層6、透明電極7を形成した部分(d領域)に配置し
ても同様の効果を得ることができる。
【0033】なお、上述した実施の形態1から3におい
て、反射層3としてアルミニウムを用いるとして説明し
たが、これに限ることなく、例えば銀を構成要素として
含む金属反射層などを用いても同様の効果を得ることが
できる。
【0034】また、上述した実施の形態1から2におい
て、複屈折フィルムとしてリタデーション値が500n
mと700nmの2枚を用いたが、リタデーション値
や、光軸角度はこれに限定されることなく、1枚または
複数枚からなる複屈折フィルムの構成においても同様な
効果を得ることができる。また、偏光フィルムとしても
光軸角度はこれに限定されることなく、他の構成におい
ても同様な効果を得ることができる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明によれば、外部回路との接続端子部において
平坦性の向上を図ることができ、良好な接続が可能とな
る。同時に、液晶層の厚さが画素内で均一にすることが
できるだけでなく、液晶の複屈折効果による色付きを補
償できる。すなわち、十分に反射率の低い無彩色の黒表
示および反射率の高い無彩色の白表示を得て、コントラ
ストの高い良好な画像を実現できるという有効な効果を
得ることができ、産業的価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1の反射型液晶表示素子を示す断面
【図2】実施の形態1から3における反射型液晶表示素
子の光学構成図
【図3】(a)実施の形態2の反射型液晶表示素子の上
側基板上にカラーフィルタを形成した構成の断面図 (b)実施の形態2の反射型液晶表示素子の下側基板上
にカラーフィルタを形成した構成の断面図
【図4】実施の形態3の反射型液晶表示素子の凹凸層と
反射層と周辺ブラックマトリクスのそれぞれの外部エッ
ジの配置を示す下側基板の断面図
【図5】従来の反射型液晶表示素子の構成例を示す断面
【符号の説明】
1 下側基板 2 凹凸層 3 反射層 4 カラーフィルタパターン 5 周辺ブラックマトリクス 6 平坦化層 7 透明電極 8 シール剤 9 液晶層 10 上側透明基板 11 液晶セル 12 偏光フィルム 13a 複屈折フィルム(1) 13b 複屈折フィルム(2) 14 TAB 15 異方導電性接着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西中 勝喜 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 水野 宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小川 鉄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2H049 BA02 BA06 BB03 BB63 BC22 2H091 FA08X FA08Z FA11X FA14Y FA31Y FC22 FD06 GA03 GA06 GA08 GA09 HA10 KA03 LA17

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上側基板と下側基板との間に液晶層を有
    し、上側基板は一方の面に、1枚または複数枚の複屈折
    フィルムと偏光フィルムを有し、さらに前記上側基板の
    他方の面に上側透明電極を有し、下側基板は一方の面
    に、凹凸層と光を反射させる反射層と凸凹面を平坦にさ
    せる平坦化手段と下側透明電極とを有し、前記凹凸層は
    前記下側基板の一方の面に備えられ、前記反射層は前記
    凹凸層を有した面の液晶層側に備えられ、前記平坦化手
    段は前記反射層を有した面の液晶層側に備えられ、前記
    下側透明電極は前記平坦化手段を有した面の液晶層側に
    備えられたことを特徴とする反射型液晶表示素子。
  2. 【請求項2】 上側基板と下側基板との間に液晶層を有
    し、上側基板は一方の面に、1枚または複数枚の複屈折
    フィルムと偏光フィルムを有し、さらに前記上側基板の
    他方の面に上側透明電極を有し、下側基板は一方の面
    に、凹凸層と光を反射させる反射層と凸凹面を平坦にさ
    せる平坦化手段と下側透明電極とを有し、前記凹凸層は
    前記下側基板の一方の面に備えられ、前記反射層は前記
    凹凸層を有した面の液晶層側に備えられ、前記平坦化手
    段は前記反射層を有した面の液晶層側に備えられ、前記
    下側透明電極は前記平坦化手段を有した面の液晶層側に
    備えられた反射型液晶表示素子であって、反射型液晶表
    示素子の表示状態を良好にさせるために、液晶層の液晶
    のツイスト角度を220°から270°の範囲内とした
    ことを特徴とする反射型液晶表示素子。
  3. 【請求項3】 請求項1から2のいずれかに記載の反射
    型液晶表示素子を有したことを特徴とする画像表示装
    置。
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